(57)【要約】      （修正有）【課題】セルストリングを形成する非再構成可能な相互接続部と、再構成可能な相互接続部を備える太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】セルストリングは直列に接続された少なくとも４つのセル２を備え、最初のセル（ｉｎ）と最後のセル（ｏｕｔ）はグリッドの同じ縁端部に設けられる。再構成可能な相互接続部６は複数のセルストリングを電気的に直列接続することからなるように相互接続し、少なくとも２つの隣接するセルストリングの並列回路を確立するために使用される。再構成可能な相互接続部６は、不均一照射下でマッチングする複数のセルをクラスタ化するように複数のセルストリングの並列−直列及び／又はハイブリッド接続を形成するためにコントローラから制御信号を受信する。【選択図】図３
2017098529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
論理的な行及び列を有する格子状に設けられた複数の太陽電池セルと、
前記複数の太陽電池セルのサブセットを電気的に相互接続して複数のセルストリングを形成する複数の非再構成可能な相互接続部と、
複数の再構成可能な相互接続部とを備えた太陽電池モジュールであって、
前記各セルストリングは、最初のセルから最後のセルまで電気的に接続された少なくとも４つの太陽電池セルを備え、最初のセル及び最後のセルは、グリッドの同じ縁端部に設けられ、
最後のセルは隣接するセルストリングの最初のセルに隣接し、及び／又は、最初のセルが隣接するセルストリングの最後のセルに隣接し、
前記複数の再構成可能な相互接続部は、複数のセルストリングを接続する電気的直列からなるグローバル太陽電池ストリングを制御可能に確立するように、前記複数のセルストリングを電気的に相互接続するように適合化され、
前記複数の再構成可能な相互接続部は、隣接するセルストリングを電気的に並列に制御可能に接続するようにさらに適合されることで、少なくとも２つの隣接するセルストリングによって形成される並列回路レッグ部を有する少なくとも１つの並列電気回路を確立し、
前記太陽電池モジュールはさらに、前記複数のセルストリングを、出力ラインを介して出力電力を供給するための少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータに接続するように適合され、
前記複数の再構成可能な相互接続部は、非均一な光刺激に応答してマッチングする複数の太陽電池セルをクラスタ化するように、複数のセルストリングを、動作中に並列接続、直列接続及び／又はハイブリッド接続するために、少なくとも１つのコントローラから少なくとも１つの制御信号を受信するように適合化される太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータは、前記複数の再構成可能な相互接続部を介して前記複数のセルストリングに電気的に接続される請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
複数の再構成可能な相互接続部は、動作中に積極的に使用されるＤＣ／ＤＣコンバータの数を動的に選択するためのＤＣ／ＤＣコンバータ間に設けられた少なくとも１つのスイッチを備える請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、電圧増分構成で相互接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ、及び／又は、電流蓄積構成で相互接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを備える請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、並列構成で相互接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、並列構成で相互接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータと、別のＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータの結合された出力は、前記別のＤＣ／ＤＣコンバータへの入力として接続される請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
出力ラインに少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータによって供給される電流、電圧、周波数又は電力のうちの少なくとも１つを最適化することで、不均一な光刺激に応答してマッチングする複数の太陽電池セルをクラスタ化して、動作中に、複数のセルストリングの並列接続、直列接続及び／又はハイブリッド接続を形成するように、前記複数の再構成可能な相互接続部を制御する少なくとも１つのコントローラを備えた請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
複数の太陽電池セルの第１のサブセットを相互接続する前記複数のセルストリングの一部又はすべての複数のセルストリングに対して、対応するミラーリングされた複数のセルストリングが前記複数の太陽電池セルの第２のサブセットを相互接続する複数のセルストリングに存在し、
前記第２のサブセットは前記グリッドの幾何学的中心に関して前記第１のサブセットの点ミラー投影によって得られ、及び／又は、前記複数のセルストリングはＵ字型セルストリングを備える請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記各Ｕ字型セルストリングは、隣接する論理列の対に対応し、論理行の数の半分に対応することで、Ｕ字型セルストリングによって相互接続された任意の太陽電池セルが隣接する論理列の対のいずれかに対応する列インデックスと、その半分の行に対応する行インデックスとを有する請求項７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記複数のセルストリングは前記複数の太陽電池セルの区画を形成して前記複数のセルストリングは前記Ｕ字型セルストリングからなり、もしくは
前記複数のセルストリングは前記複数の太陽電池セルの区画を形成し、前記複数のセルストリングはＵ字型セルストリング及び少なくとも１つの線形縁端部セルストリングを備え、前記線形縁端部セルストリングは、グリッドの最初の列又は最後の列のいずれかに位置する太陽電池のみを相互接続する請求項７又は８に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記複数のセルストリングは、第１の複数のＵ字型セルストリングと、第２の複数のＵ字型セルストリングと、第１の線形縁端部セルストリングと、第２の線形縁端部セルストリングとを備え、
前記第１の複数のＵ字型セルストリングの各々は、グリッドの第１の半分の列に位置するセルのみを相互接続し、
前記第２の複数のＵ字型セルストリングのそれぞれは、グリッドの第２の半分の列に位置するセルのみを相互接続し、
前記第１の線形縁端部セルストリングは、グリッドの最初の列の太陽電池セルのみを相互接続し、
前記第２の線形縁端部セルストリングは、グリッドの最後の列の太陽電池セルのみを相互接続する請求項９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記複数の再構成可能な相互接続部は、対応するセルストリングの最後のセルに電気的に接続された第１の端子と、他のセルストリングの最初のセルに電気的に接続された第２の端子とを有する少なくとも１つのスイッチ（Ａｉ）を備え、他のセルストリングの最初のセルは、対応するセルストリングの最後のセルに隣接し、
及び／又は
前記複数の再構成可能な相互接続部は、対応するセルストリングの最後のセルに電気的に接続された第１の端子と、別のセルストリングの最後のセルに電気的に接続された第２の端子とを有する少なくとも１つのスイッチ（Ｂｉ）を備え、他のセルストリングの最初のセルは、対応するセルストリングの最後のセルに隣接する請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記複数の再構成可能な相互接続部は、対応するセルストリングに電気的に接続された第１の端子と、動作時に少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続するための第２の端子とを有する少なくとも１つのスイッチを備える請求項１〜１１のうちのいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の複数の太陽電池モジュールと、
前記複数の太陽電池モジュールを制御するための少なくとも１つのコントローラとを備える太陽電池システム。
【請求項１４】
太陽電池モジュールを動作させるための方法であって、
前記方法は、
論理的な行及び列を有するグリッドに設けられた複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池のサブセットを電気的に相互接続することで複数のセルストリングを形成する複数の非再構成可能な相互接続部とを備える太陽電池モジュールを得ることとを含み、
前記各セルストリングは、最初のセルから最後のセルまで電気的に接続された少なくとも４つの太陽電池セルを備え、
最初のセル及び最後のセルは、グリッドの同じ縁端部に設けられ、
最後のセルは、隣接セルストリングの最初のセルに隣接し、及び／又は、最初のセルが隣接するセルストリングの最後のセルに隣接し、
前記方法は、
太陽電池モジュールが不均一な光刺激を受けているか否かを判定することと、
太陽電池モジュールが実質的に均一な光刺激を受けていると判定されたとき、複数のセルストリングを接続する電気的直列からなるグローバル太陽電池ストリングがＤＣ／ＤＣコンバータに接続されるように、複数のセルストリングを電気的に相互接続するために太陽電池モジュールの複数の再構成可能な相互接続部を制御することと、
前記太陽電池モジュールが実質的に不均一な光刺激を受けていると判定されたときに、マッチングする太陽電池ストリングをクラスタ化して、少なくとも２つの隣接するセルストリングによって形成される並列回路レッグ部を有する少なくとも１つの並列電気回路を確立するように、複数の再構成可能な相互接続部を制御することとを含み、
前記複数の再構成可能な相互接続部を制御するステップは、少なくとも１つの制御信号を少なくとも１つのコントローラから複数の再構成可能な相互接続部に送信することを含む方法。
【請求項１５】
決定された不均一な光刺激を考慮して、前記複数のセルストリングに並列に接続するアクティブなＤＣ／ＤＣコンバータの数を決定することと、
各並列電気回路が少なくとも２つの隣接するセルストリングによって形成される複数の並列回路レッグを有する、複数の並列電気回路を確立し、かつ、対応するアクティブなＤＣ／ＤＣコンバータへの複数の並列電気回路の各々の電気的接続を確立するように、前記複数の再構成可能な相互接続部を制御することをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池エネルギー収集の分野に関し、すなわち、本発明は、太陽電池モジュール、太陽電池システム、及びこのような太陽電池モジュールを動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池パネルは、現場でのクリーンエネルギー製造に有利に使用することができる。当該分野では、モジュールを直列に接続してモジュールレベルの複数のストリングを形成することが知られており、同様に、例えば商業的な太陽電池設備に使用されるように、並列に接続されて太陽電池（ＰＶ）アレイを形成する。従って、太陽光システムは、太陽光を電気に変換するために多くの相互接続された太陽電池セルを使用する。太陽電池システムは、例えば、機械的及び／又は電気的コネクタ及びマウント、電圧レギュレータ、電気的な出力を変更又は変調するための他の手段、太陽に対する方向を調整するための追跡手段などの、他の構成要素を備えてもよい。前記アレイは、例えば、インバータに接続されてもよく、例えば、生成された電力を最大にするために最大電力点トラッカー（ＭＰＰＴ）を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１３５０８４号明細書
【特許文献２】国際公開第２００８／０７６３０１号公報
【特許文献３】欧州特許出願公開第２７７１７５３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｃａｔｔｈｏｏｒ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｖｅｒｉｌｏｇ−ＡＭＳ  Ｍｏｄｅｌ  ｆｏｒ  Ｄｅｔａｉｌｅｄ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ＰＶ  Ｍｏｄｕｌｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，”  Ｉｎ  ２９ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ  ２０１４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなＰＶシステムは、例えば、均一な照明条件下で最適に動作しても、実際に遭遇する様々な条件及び／又は様々な条件は、ＰＶアレイにおける不都合なミスマッチの影響をもたらす可能性がある。
【０００６】
ＰＶシステムの部分遮光は、木や煙突のような、もしくは例えばパネル表面の曇りや汚れによる動的な遮光の状態のために、静的オブジェクトのために発生する可能性がある。さらに、例えば鳥や葉、雲のカバーなど移動する車両又は物体のように、予期しない出来事によって入射光の遮光が生じる可能性がある。このような遮光部の方向、形状及び濃度プロファイルは予測不可能であり、時間的及び空間的な部分相関が存在するかもしれない。当該技術分野では、予測できない遮光事象は、一時的にセル間の強い相違を引き起こす可能性がある。
【０００７】
ＰＶシステムが不均一な方法で照射されると、大きな電力損失が観察される。この電力損失は、例えば遮光領域及び／又は遮光濃度など、必ずしも投影された遮光部に直線的に関連するとは限らない。例えば、不明瞭ではないセルの動作であって、例えば完全に照射されたセルは、例えば少なくとも部分的に遮光される別のセルへのシリアル接続により、遮光の影響を受けることがある。さらに、ローカルのホットスポットがシステムの正常な動作を脅かす可能性があり、恒久的な損傷を引き起こす可能性もある。
【０００８】
確率的遮光を処理するための下記のいくつかのアプローチが当技術分野で知られている。
（ｉ）バイパスすること、
（ｉｉ）グローバルＭＰＰＴ、
（ｉｉｉ）分散型ＭＰＰＴ、
（ｉｖ）並列解、及び
（ｖ）相互接続トポロジの最適化。
ここで、理想的には、そのような技法の強みを比較する際に、電力生産以外の要因も考慮すべきであり、設置コストや複雑さなどの問題があることに留意すべきである。
【０００９】
バイパスアプローチでは、濃い遮光部の付いたセルを分離するために、電流がそれらを完全にバイパスするように、ダイオードグループをセルのグループにまたがって配置する。例えば、損傷を防止するために過電流を流すためにバイパスダイオードをセルのグループに配置することができる。このアプローチには欠点があるが、確率的効果による不一致は、シンプルかつエレガントであるが、残念なことに、最適ではない方法である。不均一な動作条件下では、バイパスダイオードの存在は、極大値を生成することによってアレイのＩＶ出力の曲線に影響を及ぼす。前の動作点に依存して、例えば、動作電圧の選択において、単純なＭＰＰＴアルゴリズムは、ＧＭＰＰを効率的に検出することができない場合がある。
【００１０】
グローバルＭＰＰＴ（ＧＭＰＰＴ）は、例えば集中型コンバータのセットアップで使用できる、複数の極大値の中でアレイのＰ−Ｖ曲線における大域的最大値を求めることを目的とするあるタイプの技術をいう。ＧＭＰＰＴは従来のＭＰＰＴ技法よりも優れているが、それはまだ利用可能なすべての電力を得ることができない。このことは、いくつかのセルがバイパスされ、及び／又はより低い電流がアレイの残りの部分に強制されるからである。これらの損失は、典型的な動的遮光条件の下で無視できないことが示される。
【００１１】
前記の第３の技法は分散ＭＰＰＴである。このような分散型ＭＰＰＴでは、システムの各部分はローカルＭＰＰで動作することができる。異なるレベルの制御分布が、例えば配列、ストリング、モジュール、バイパスされたセクション又はセルのレベルでのＭＰＰＴなどで当該技術分野で知られている。一般に、細かいグレインのＭＰＰＴは電力収集に有利である。
【００１２】
前記の並列解決法と呼ばれる第４のクラスの解決法は、遮光されたセルにエネルギーを蓄積し、次いで分配することにより、遮光パネルで対称性を復元する方法を提供する。バッテリタイプの解決法を使用することにより電力出力が増加するが、必要とされる制御方法は複雑で、必要とされる余分なハードウェア構成要素は追加コストを意味し、このタイプのアプローチは容易な再構成を提供しない。
【００１３】
当該技術分野で知られている第５のクラスのアプローチは、モジュール内のセルレベル又はパネル間のＰＶアレイレベルのいずれかにおいて、改良された相互接続トポロジを使用してさらに細かいグレインのＭＰＰＴを組み合わせることによって、確率的遮光を取り扱う。このようなアプローチでは、セル又はパネルは、同様の特性に基づいてグループ化され、専用のＭＰＰＴで制御される。
【００１４】
ＰＶアレイレベルでは、動的電気アレイ再構成（ＥＡＲ）戦略は、ソーラーパネルの動作条件が異なるときにエネルギー生産を改善するために、プラント指向の構成に基づいて、グリッド接続されたＰＶシステムの太陽光発電機に作用することが当該技術分野において知られている。ＰＶ発電機と中央インバータとの間の制御可能なスイッチング行列は、利用可能なＰＶモジュールの電気的再接続を可能にする。さらに、遮光されたＰＶフィールド内のモジュール間の相互接続の変化は、そのＭＰＰに影響を与える可能性があることが知られている。遮光を付けたパターンに基づいて、いくつかの相互接続方式が好まれている。
【００１５】
上述した従来技術の多くのアプローチのように、ＰＶアレイレベルで部分遮光を処理できる場合は、セル相互接続のパネル単位の再構成により、より細かい制御を提供することができ、遮光されたセルから、例えば可能な限り最大のエネルギーに近くなるように、より高いエネルギー量を抽出することが期待される。
【００１６】
同様の太陽電池のグループにそれぞれ接続された、モジュールごとに複数のコンバータを有するという概念は、特許文献１に導入される。この配置により、効率的なＭＰＰ追跡と最大電力収集が可能になる。しかしながら、セル相互接続の実施についての詳細は開示されていないが、最適な結果を得るために直列接続方式と並列接続方式の両方が必要な場合がある。
【００１７】
特許文献２では、セル相互接続を構成するためのアーキテクチャが開示される。このアーキテクチャでは、完全に規則的で均一な細かいグリッド状の相互接続ネットワークがパネルのセルの間に設けられ、例えば、直列又は並列のように、任意のシーケンス及び任意の構成でセルを相互接続することができる。ネットワークの構成は、製造時において行うことができ、もしくは、スイッチ及びコントローラが設けられている場合には現場操作で行うことができる。
【００１８】
しかしながら、上述した複数の特許文献に開示された構成は、均一かつ高度に細分化されたアプリケーションのために高い実装コストを伴う場合がある。
【００１９】
特許文献３には、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータに接続可能な太陽電池の再構成可能な構成を有するモジュールが開示される。各セルは、少なくとも２つのセルの部分ストリングの中で、連続して結合される。この構成は、初期トポロジ及び実行時トポロジを有し、これらはどちらも不均一である。前記装置はさらに、サブストリングの並列及び／又は直列及び／又はハイブリッド接続を形成することによって、実行時に装置を再構成する手段を備え、ここであるすべての並列接続又は直列接続が再構成可能な構成によって到達可能であるわけではない。再構成可能な構成は、部分ストリングの不均一な再配置による不均一な光刺激に応答する。複数のセルストリングは、モジュールの列又は行を含むことができ、モジュールの一方向への応答性の適合性を提供する。さらに、例えば、部分ストリングの向きに対応する方向での垂直分割は、２つの方向における再構成の柔軟性を可能にするために適用することができる。
【００２０】
しかしながら、この双方向再構成は、それに関連する不利なコストを有する可能性がある。例えば、垂直方向の分割は、モジュール内にスイッチを必要とすることがあり、コストを大幅に増加させる可能性がある。
【００２１】
本発明の実施形態の目的は、太陽電池及びモジュールの良好で効率的な構成を提供することである。
【００２２】
スマートな太陽電池モジュールのトポロジは、不均一な遮光及び／又は照明条件下で効率的に良好なエネルギー収率を達成するために使用されることは本発明の実施形態の利点である。
【００２３】
動的モジュール内セルグループ化の利点の多くを維持しながら、非常に不均一なトポロジが太陽電池配置のために提供されることは本発明の実施形態の利点である。
【００２４】
例えばモジュール内の分散制御を可能にする制御可能なモジュール内の複数のスイッチを有する、その構成可能なモジュールを提供することができることは本発明の実施形態の利点である。
【００２５】
ＰＶモジュールのコンテキストと、ＰＶパネル及び／又はシステム内のモジュール間でともに同様に実行されるように、モジュール内に分散制御を提供するために構成可能なモジュールを提供することができることは本発明の実施形態の利点である。
【００２６】
良好な最大電力収穫能力が有利なことには低い部品コストのオーバーヘッドを伴って提供されることは本発明の実施形態の利点である。
【００２７】
前記の目的は本発明による方法及び装置によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は太陽電池モジュールに関し、ここで、前記太陽電池モジュールは、
論理的な行及び列を有する格子状に設けられた複数の太陽電池セルと、
前記複数の太陽電池セルのサブセットを電気的に相互接続して複数のセルストリングを形成する複数の非再構成可能な相互接続部と、
複数の再構成可能な相互接続部とを備えた太陽電池モジュールであって、
前記各セルストリングは、最初のセルから最後のセルまで電気的に接続された少なくとも４つの太陽電池セルを備え、最初のセル及び最後のセルは、グリッドの同じ縁端部に設けられ、
最後のセルは隣接するセルストリングの最初のセルに隣接し、及び／又は、最初のセルが隣接するセルストリングの最後のセルに隣接し、
前記複数の再構成可能な相互接続部は、複数のセルストリングを接続する電気的直列からなるグローバル太陽電池ストリングを制御可能に確立するように、前記複数のセルストリングを電気的に相互接続するように適合化され、
前記複数の再構成可能な相互接続部は、隣接するセルストリングを電気的に並列に制御可能に接続するようにさらに適合されることで、少なくとも２つの隣接するセルストリングによって形成される並列回路レッグ部を有する少なくとも１つの並列電気回路を確立し、
前記太陽電池モジュールはさらに、前記複数のセルストリングを、出力ラインを介して出力電力を供給するための少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータに接続するように適合され、
前記複数の再構成可能な相互接続部は、非均一な光刺激に応答してマッチングする複数の太陽電池セルをクラスタ化するように、複数のセルストリングを、動作中に並列接続、直列接続及び／又はハイブリッド接続するために、少なくとも１つのコントローラから少なくとも１つの制御信号を受信するように適合化される。
【００２９】
前記太陽電池モジュールは、前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータは、前記複数の再構成可能な相互接続部を介して前記複数のセルストリングに電気的に接続されてもよい。
【００３０】
前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
複数の再構成可能な相互接続部は、動作中に積極的に使用されるＤＣ／ＤＣコンバータの数を動的に選択するためのＤＣ／ＤＣコンバータ間に設けられた少なくとも１つのスイッチを備えてもよい。
【００３１】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、電圧増分構成で相互接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ、及び／又は、電流蓄積構成で相互接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを備えてもよい。
【００３２】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、並列構成で相互接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、並列構成で相互接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータと、別のＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータの結合された出力は、前記別のＤＣ／ＤＣコンバータへの入力として接続されてもよい。
【００３３】
前記太陽電池モジュールは、出力ラインに少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータによって供給される電流、電圧、周波数又は電力のうちの少なくとも１つを最適化することで、不均一な光刺激に応答してマッチングする複数の太陽電池セルをクラスタ化して、動作中に、複数のセルストリングの並列接続、直列接続及び／又はハイブリッド接続を形成するように、前記複数の再構成可能な相互接続部を制御する少なくとも１つのコントローラを備えてもよい。
【００３４】
複数の太陽電池セルの第１のサブセットを相互接続する前記複数のセルストリングの一部又はすべての複数のセルストリングに対して、対応するミラーリングされた複数のセルストリングが前記複数の太陽電池セルの第２のサブセットを相互接続する複数のセルストリングに存在し、
前記第２のサブセットは前記グリッドの幾何学的中心に関して前記第１のサブセットの点ミラー投影によって得られてもよい。
【００３５】
前記複数のセルストリングは、前記複数のセルストリングはＵ字型セルストリングを備えてもよい。
【００３６】
前記各Ｕ字型セルストリングは、隣接する論理列の対に対応し、論理行の数の半分に対応することで、Ｕ字型セルストリングによって相互接続された任意の太陽電池セルが隣接する論理列の対のいずれかに対応する列インデックスと、その半分の行に対応する行インデックスとを有してもよい。
【００３７】
前記複数のセルストリングは前記複数の太陽電池セルの区画を形成してもよく、前記複数のセルストリングは前記Ｕ字型セルストリングからなってもよい。
【００３８】
前記複数のセルストリングは前記複数の太陽電池セルの区画を形成してもよく、前記複数のセルストリングはＵ字型セルストリング及び少なくとも１つの線形縁端部セルストリングを備えてもよく、前記線形縁端部セルストリングは、グリッドの最初の列又は最後の列のいずれかに位置する太陽電池のみを相互接続する。
【００３９】
前記複数のセルストリングは、第１の複数のＵ字型セルストリングと、第２の複数のＵ字型セルストリングと、第１の線形縁端部セルストリングと、第２の線形縁端部セルストリングとを備え、
前記第１の複数のＵ字型セルストリングの各々は、グリッドの第１の半分の列に位置するセルのみを相互接続し、
前記第２の複数のＵ字型セルストリングのそれぞれは、グリッドの第２の半分の列に位置するセルのみを相互接続し、
前記第１の線形縁端部セルストリングは、グリッドの最初の列の太陽電池セルのみを相互接続し、
前記第２の線形縁端部セルストリングは、グリッドの最後の列の太陽電池セルのみを相互接続してもよい。
【００４０】
前記複数の再構成可能な相互接続部は、対応するセルストリングの最後のセルに電気的に接続された第１の端子と、他のセルストリングの最初のセルに電気的に接続された第２の端子とを有する少なくとも１つのスイッチ（Ａｉ）を備え、他のセルストリングの最初のセルは、対応するセルストリングの最後のセルに隣接してもよい。
【００４１】
前記複数の再構成可能な相互接続部は、対応するセルストリングの最後のセルに電気的に接続された第１の端子と、別のセルストリングの最後のセルに電気的に接続された第２の端子とを有する少なくとも１つのスイッチ（Ｂｉ）を備え、他のセルストリングの最初のセルは、対応するセルストリングの最後のセルに隣接してもよい。
【００４２】
前記複数の再構成可能な相互接続部は、対応するセルストリングに電気的に接続された第１の端子と、動作時に少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続するための第２の端子とを有する少なくとも１つのスイッチを備えてもよい。
【００４３】
本発明はさらに、太陽電池システムに関し、前記太陽電池システムは前記請求項のいずれか１つに記載の複数の太陽電池モジュールと、前記複数の太陽電池モジュールを制御するための少なくとも１つのコントローラとを備える。
【００４４】
本発明はまた、太陽電池モジュールを動作させるための方法であって、
前記方法は、
論理的な行及び列を有するグリッドに設けられた複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池のサブセットを電気的に相互接続することで複数のセルストリングを形成する複数の非再構成可能な相互接続部とを備える太陽電池モジュールを得ることとを含み、
前記各セルストリングは、最初のセルから最後のセルまで電気的に接続された少なくとも４つの太陽電池セルを備え、
最初のセル及び最後のセルは、グリッドの同じ縁端部に設けられ、
最後のセルは、隣接セルストリングの最初のセルに隣接し、及び／又は、最初のセルが隣接するセルストリングの最後のセルに隣接し、
前記方法は、
太陽電池モジュールが不均一な光刺激を受けているか否かを判定することと、
太陽電池モジュールが実質的に均一な光刺激を受けていると判定されたとき、複数のセルストリングを接続する電気的直列からなるグローバル太陽電池ストリングがＤＣ／ＤＣコンバータに接続されるように、複数のセルストリングを電気的に相互接続するために太陽電池モジュールの複数の再構成可能な相互接続部を制御することと、
前記太陽電池モジュールが実質的に不均一な光刺激を受けていると判定されたときに、マッチングする太陽電池ストリングをクラスタ化して、少なくとも２つの隣接するセルストリングによって形成される並列回路レッグ部を有する少なくとも１つの並列電気回路を確立するように、複数の再構成可能な相互接続部を制御することとを含み、
前記複数の再構成可能な相互接続を制御するステップは、少なくとも１つの制御信号を少なくとも１つのコントローラから複数の再構成可能な相互接続部に送信することを含む。
【００４５】
前記方法は、決定された不均一な光刺激を考慮して、前記複数のセルストリングに並列に接続するアクティブなＤＣ／ＤＣコンバータの数を決定することを含んでもよく、各並列電気回路が少なくとも２つの隣接するセルストリングによって形成される複数の並列回路レッグを有する、複数の並列電気回路を確立し、かつ、対応するアクティブなＤＣ／ＤＣコンバータへの複数の並列電気回路の各々の電気的接続を確立するように、前記複数の再構成可能な相互接続部を制御することを含んでもよい。
【００４６】
本発明の特定の好ましい態様は、添付の独立項及び従属項に記載され、従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴及び適切な他の従属クレームの特徴と組み合わせてもよい。特許請求の範囲に明示的に記載されるだけではない。
【００４７】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態にかかる太陽光発電モジュールの第１の例示的なテンプレートアーキテクチャを示す。
【図２】本発明の実施形態にかかる太陽電池モジュールの第２の例示的なテンプレートアーキテクチャを示す。
【図３】本発明の実施形態にかかる太陽電池モジュールを示す。
【図４】本発明の実施形態にかかる太陽電池モジュールの第１の例示的なテンプレートアーキテクチャにおけるセルストリングの配列を示す。
【図５】本発明の実施形態にかかる、太陽電池モジュールの第２の例示的なテンプレートアーキテクチャにおけるセルストリングの配列を示す。
【図６】本発明の実施形態にかかる、太陽電池モジュール内の２つのセルストリングの詳細図を示す。
【図７】本発明の実施形態にかかる、直列に接続されて電圧増分構成を形成するＤＣ／ＤＣコンバータを示す。
【図８】本発明の実施形態にかかる、直列接続された動的なコンバータを実行時にアクティブにするためのスイッチネットワーク構成を示す。
【図９】本発明の実施形態にかかる、電流蓄積構成を形成するために並列に接続された出力を有するＤＣ／ＤＣコンバータを示す。
【図１０】本発明の実施形態にかかる、並列接続された動的なコンバータの数を実行時にアクティブにするためのスイッチネットワーク構成を示す。
【図１１】本発明の実施形態にかかる、カスケード（縦続）接続されて電流蓄積構成を形成するＤＣ／ＤＣコンバータを示す。
【図１２】本発明の実施形態にかかる、カスケード（縦続）接続されたコンバータの動的数を実行時にアクティブにするためのスイッチネットワーク構成を示す。
【図１３】部分的に遮光される当該技術分野で知られている産業用モジュールを示す。
【図１４】異なる照射濃度に対する、図１３に示す従来技術のモジュールの例示的なＩ−Ｖ曲線を示す。
【図１５】様々な照射濃度に対する、図１３に示す従来技術のモジュールの例示的なＰ−Ｖ曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図面は概略的なものにすぎず、限定的ではない。図面では、いくつかの要素のサイズは、説明のために誇張されており、縮尺通りに描かれていない場合がある。
【００５０】
特許請求の範囲の参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００５１】
異なる図面において、同じ参照符号は、同じ又は類似の要素を指す。
【００５２】
例示的な実施形態の詳細な説明．
本発明は、特定の実施形態に関して、及び特定の図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は概略的なものに過ぎず、限定的ではない。図面では、いくつかの要素のサイズは誇張されるかもしれない。ここで、説明のために縮尺通りに描かれておらず、寸法及び相対的な寸法は、本発明の実施例の実際の低減に対応していない。
【００５３】
さらに、明細書及び特許請求の範囲における第１、第２などの用語は、時間的に、空間的に、ランク付けで、又は他の方法でシーケンスを記述するために、類似の要素を区別するために使用される。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であること、及び
本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載又は図示された以外の順序で動作することができることは理解されるべきである。
【００５４】
また、明細書及び特許請求の範囲における用語の上、下などは、説明目的で使用され、必ずしも相対的な位置を記述するためのものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載又は図示される以外の向きで動作することができることは理解されるべきである。
【００５５】
特許請求の範囲で使用される用語「備える」又は「含む」は、その後に配列される手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、他の要素又はステップを排除するものではないことは留意すべきことである。従って、記載された特徴、整数、ステップ又は構成要素の存在を指定するものとして解釈されるべきであり、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ又は構成要素、又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。このように、「手段Ａ及びＢを備える装置」という表現の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみからなる装置に限定されるべきではない。本発明に関しては、装置の唯一の関連する構成要素は、Ａ及びＢであることを意味する。
【００５６】
本明細書を通じて、「一実施形態」又は「実施形態」とは、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを理解されたい。このように、本明細書の様々な箇所における「一実施形態では」又は「実施形態では」という表現の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態に言及するわけではない。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、当業者には明らかであるように、１つ又は複数の実施形態において、この開示から理解されるように、任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００５７】
同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の様々な特徴は、本開示を合理化し、様々な発明的側面のうちの１つ又は複数の理解を助ける目的のために使用するために、単一の実施形態、図面、又はその説明で一緒にグループ化されることがあることを認識すべきである。
【００５８】
しかしながら、この開示の方法は、クレームされた発明は、各請求項に明示的に記載されるより多くの特徴を必要とする意図を反映すると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の態様は、単一の前述の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ないものである。従って、詳細な説明に続く請求項は、この詳細な説明に明示的に組み込まれ、各クレームは、本発明の別個の実施形態として単独で成立される。
【００５９】
さらに、本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの他の特徴を含む一方、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、当業者には理解されるように、本発明の範囲内であり、異なる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の特許請求の範囲において、任意の請求された実施形態は、任意の組み合わせで使用することができる。
【００６０】
本明細書で提供される説明では、多数の具体的な詳細が述べられている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしに実施されてもよいことは理解される。他の例では、周知の方法、構造及び技術は、この説明の理解を不明瞭にしないために詳細に示されていない。
【００６１】
第１の態様では、本発明は、例えば構成可能な太陽電池モジュールである太陽電池モジュールに関する。太陽電池モジュールは、論理的な行及び列を有する格子状に配列された複数の太陽電池セルを備える。前記モジュールはまた、前記複数の太陽電池のサブセットを電気的に相互接続して複数のセルストリングを形成する複数の非再構成可能な相互接続部と、複数の再構成可能な相互接続部とを備える。非再構成可能な相互接続部は、静的に電気的な相互接続部を指してもよく、例えば、配線又は受動導体のようなパッシブな電気的な相互接続部であって、制御信号に応答しない相互接続部を指す。非再構成可能な相互接続部は、特に、モジュールの動作中に再構成不可能であってもよい。
【００６２】
この複数の再構成可能な相互接続部は、グローバル太陽電池ストリングが制御可能に確立されるように、複数のセルストリングを電気的に直列に接続するために適合化される。複数の再構成可能な相互接続部は、隣接するセルストリングを電気的に並列に制御可能に接続するようにさらに適合されることにより、少なくとも２つの隣接するセルストリングによって形成される並列回路レッグ部を有する少なくとも１つの並列電気回路を確立する。
【００６３】
太陽電池モジュールはさらに、複数のセルストリングを少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータに接続するように適合化される。例えば、太陽電池モジュールは、例えば、再構成可能な相互接続部を介して行われる、複数のセルストリングに接続された少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータを備えてもよい。
【００６４】
複数の再構成可能な相互接続部は、不均一な光刺激に応答してマッチングする太陽電池セルをクラスタ化するように、動作中に複数のセルストリングの並列接続、直列接続及び／又はハイブリッド接続を形成するための少なくとも１つのコントローラから、少なくとも１つの制御信号で受信するように適合化される。
【００６５】
前記モジュールは、例えば、不均一な光刺激に応答してマッチングする太陽電池セルをクラスタ化するために、動作中に、複数のセルストリングの並列接続、直列接続及び／又はハイブリッド接続を形成するために、複数の再構成可能な相互接続部を制御するための少なくとも１つのコントローラを備えてもよい。
【００６６】
さらに、前記複数のセルストリングの各セルストリングは、最初のセルから最後のセルまで電気的に接続された少なくとも４つの太陽電池セルを備え、最初のセルと最後のセルがグリッドの同じ縁端部に設けられ、最後のセルはさらに、複数のセルストリングの隣接セルストリングの最初のセルに隣接し、及び／又は、最初のセルは、複数のセルストリングのうちの隣接するセルストリングの最後のセルに隣接する。
【００６７】
太陽電池アセンブリの構成可能なトポロジは、例えば、濃い遮光の下で１０×６のセルを含む従来のグリッドアレイモジュールよりも著しく優れている可能性があるように提供されることが本発明の実施形態の利点である。
【００６８】
図１は、本発明の実施形態による例示的な太陽電池モジュール１を示す。本発明の実施形態にかかるモジュールのアーキテクチャテンプレートは、単一又はいくつかのモジュールの中で太陽電池相互接続の動的再構成を可能にするためのものである。例えば、太陽電池システムは、直列−並列、ハイブリッド、適応又はカスケード（縦続接続）式に相互接続された複数のモジュール１を備えてもよい。太陽電池モジュール１は、例えば、大面積モジュールであってもよく、機械的に柔軟な大面積モジュール、又は機械的に剛性の大面積モジュールであってもよい。
【００６９】
太陽電池モジュール１は、例えば、Ｍ×Ｎセルは、Ｍ行Ｎ列にわたって均等に分布することができる、論理的な行３及び列４を有するグリッド内に設けられた複数の太陽電池セル２を備える。従って、セル２は、物理的に隣接するセルのアレイに設けられてもよく、ここで、隣接関係は、グリッドに関して内部である各セルの局所的近傍によって決定されてもよく、前記グリッドは、前の行からのセル、次の行からのセル、前の列からのセル、及び次の列からのセルを備える。論理的な行と論理的な列は、そのようなグリッドの構成の２つの相補的な主要軸を単に参照するだけであり、列を列と区別するための物理的な向き及び／又は他の特徴を意味するものではない。
【００７０】
発電量と太陽光発電システムのアーキテクチャの複雑さとの間にはトレードオフが存在してもよい。追加の構成要素に起因する追加の電力消費が無視されると、きめ細かな、セルレベルで完全に構成可能なアーキテクチャは、発電に最適である。しかしながら、配線とスイッチの複雑なサポートネットワークが必要になることがある。一方、当該技術分野で知られているように、恒久的に直列に配線された太陽電池だけを有する従来のモジュールは、製造コストが低い可能性があるが、部分的な遮光の下ではほとんど機能しない可能性がある。このような従来の設定では、不均一な照射条件下でより多くの電力を回収するために、有利なことに、コストのオーバーヘッドと柔軟性とのバランスをとる特定のセルストリングレベルアーキテクチャが以下に開示される。
【００７１】
セルストリング内のモジュールの典型的なトポロジカルな区分を図１及び図２に示す。実施形態にかかるモジュールは、部品コストのオーバーヘッドを低減し、配線、コンバータ、スイッチング損失を低減するために、直列接続された太陽電池セルのセルストリングに分割されてもよい。パレートの最適セルストリングサイズ及びこのようなセルストリングのモジュール内の配置は、本発明の実施形態によって達成され得る。アーキテクチャの複雑さと実行時の柔軟性との間で良好なトレードオフを達成することができることが本発明の実施形態の利点である。
【００７２】
太陽電池モジュール１は、例えば、配線、配線又は他の受動的な導電性コネクタであって、複数の太陽電池セルのサブセットを電気的に相互接続して複数のセルストリング５を形成する複数の非再構成可能な相互接続部を備える。セルストリングは、例えば、動作中に構成可能ではない発電回路などの、通常動作時には分割不可能な発電要素に対応し、セルストリングは、直列に接続された所定の複数の永久的に接続された太陽電池からなる。
【００７３】
このように、太陽電池セルは、少なくとも４つのセルからなる直列に形成されたセルストリングに分割不可能に接合されてもよい。相互接続された各サブセットは、対応するセルストリングを形成することができる。本発明による実施形態では、直列に接続されたセルストリングを形成する太陽電池セルの数は、各セルストリングについて同じであってもよい。
【００７４】
各セルストリング５は、最初のセル「イン（ｉｎ）」から最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」へと電気的に接続される少なくとも４つの太陽電池セルを備える。最初のセルは、セルストリングの低電圧端子に対応することができ、最後のセルはセルストリングの高電圧端子に対応することができる。最初のセル及び最後のセルは、さらに、グリッドの同じ縁端部に設けられ、例えば、周縁端部の同じ線状セグメント上に設けられる。例えば、縁端部は、論理的な行及び列を有するグリッドの最初の（第１の）論理行、最後の論理行、最初の（第１の）論理列及び最後の論理列のいずれかであるとすることができる。さらに、最初のセルは、複数のセルストリングのうちの隣接するセルストリングの最後のセルに隣接する。
【００７５】
複数のセルストリングの一部又は全部は、グリッドの幾何学的中心に対して前のセルストリングによって相互接続されたセルの組の点ミラー投影によって得られる例えば太陽電池セルのセットを相互接続するセルストリングなどの、対応するミラーリングされたセルストリングを有することができる。さらに、このポイントミラープロジェクションは、ストリングの最初の、最後の、それぞれのセルの指定を保存することができる。太陽電池セルによって形成された格子の、セルストリングへのこのような点対称の区画の例は、図１及び図２に示される例示的なアーキテクチャテンプレートによって図示される。これらのテンプレートでは、Ｕ字型セルストリングが使用される。例えば、このようなＵ字型セルストリングは、列（又は行）のセルを半分に分割し、２つの連続した行（又は列）の２つの半分をそれぞれ直列に接続することによって達成される。これを図１と図２に図示する。
【００７６】
実施形態にかかるモジュールのこれらの例示的なアーキテクチャテンプレートは、電気回路網構成の２方向への柔軟性を可能にし、ここで、例えば、列方向において、複数のセルストリングが隣り合って設けられ、また、行方向において２つの別々に制御可能なセルストリングが、グリッドの実質的な領域にわたって互いに隣接して提供される。この構成では、垂直方向の再構成可能な分割を可能にし、例えば、細長い方向において、これらの例ではＵ字型セルストリングが設けられており、例えば列方向において、モジュール内部の複数のスイッチは必要がない。グリッドの内部又は内部に設けられるこのようなスイッチングは、モジュールのコストを大幅に増加させる可能性がある。
【００７７】
例えば、図１に示すように、本発明による実施形態では、複数のセルストリングは、複数の太陽電池セルの区画を形成してもよく、複数のセルストリングは、Ｕ字型セルストリングのみからなってもよい。各Ｕ字型セルストリングは、グリッドの同じ縁端部に互いに隣接する最初のセル「イン（ｉｎ）」及び最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」を有し、例えば、グリッドの最初又は最後の行に有し、もしくは、等価的にグリッドの最初又は最後の列に有してもよい。
【００７８】
さらに、複数のセルストリングは、第１の複数のＵ字型セルストリングと、第２の複数のＵ字型セルストリングのみからなってもよく、ここで、第１の複数のＵ字型セルストリングの各Ｕ字型セルストリングは、グリッドの最初の行上で互いに隣接する最初のセル「イン（ｉｎ）」と最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」とを有し、第２の複数のＵ字型セルストリングの各Ｕ字型セルストリングは、グリッドの最後の行の互いに隣接する最初のセル「イン（ｉｎ）」及び最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」を有する。さらに、第１の複数のＵ字型セルストリングの各々は、グリッドの行の最初の半分に位置するセルのみからなり、第２の複数のＵ字型セルストリングは、グリッドの第２の半分の列に位置するセルのみから構成されてもよい。
【００７９】
図２に示す別の例として、本発明による実施形態では、複数のセルストリングは、複数の太陽電池セルの区画を形成してもよく、複数のセルストリングは、Ｕ字型セルストリングと少なくとも１つの直線状のセルストリングのみからなってもよい。各Ｕ字型セルストリングは、グリッドの最初又は最後の行において、互いに隣接した最初のセル「イン（ｉｎ）」及び最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」を有する。それぞれの線形縁端部セルストリングは、グリッドの同じ縁端部上の最初のセル「イン（ｉｎ）」及び最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」を有し、また最初の列又は最後の列のいずれかであり、グリッドの最初の列又は最後の列のいずれかに位置するセルのみから構成されてもよい。
【００８０】
さらに、複数のセルストリングは、
（ａ）各Ｕ字型セルストリングがグリッドの最初の行上で互いに隣接する最初のセル「イン（ｉｎ）」と最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」とを有する第１の複数のＵ字型セルストリングと、
（ｂ）各Ｕ字型セルストリングがグリッドの最後の行の互いに隣接する最初のセル「イン（ｉｎ）」及び最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」を有する第２の複数のＵ字型セルストリングと、
（ｃ）グリッドの第１列の太陽電池セルからなる第１直線状セルストリングと、
（ｄ）グリッドの最後の列の太陽電池セルからなる第２の線形縁端部セルストリングとのみからなってもよい。
さらに、第１の複数のＵ字型セルストリングの各々は、グリッドの行の最初の半分に位置するセルのみからなり、第２の複数のＵ字型セルストリングは、グリッドの第２の半分の列に位置するセルのみから構成されてもよい。
【００８１】
図３は、例えば図２に示すアーキテクチャテンプレートに対応する、本発明の実施形態にかかる例示的なモジュールを図示する。さらに、図６は、この例示的なモジュール及びそれに関連する接続構造における２つのセルストリングの詳細図を示す。図３に示すモジュールは、６×１０セルのサイズを有するグリッドに対応する。セルストリングの向きは、「イン（ｉｎ）」と「アウト（ｏｕｔ）」の注釈によって明確になる。しかしながら、これは例示的なものに過ぎず、本発明の実施形態は、セルのＭ×Ｎの矩形アレイに関連してもよく、Ｍ及びＮは４以上の任意の正の整数であってもよい。
【００８２】
実施形態にかかる太陽電池モジュールはまた、複数のセルストリング５の電気的直列接続部からなるグローバル太陽電池ストリングを制御可能に確立するように、複数のセルストリング５を電気的に接続するための複数の再構成可能な相互接続部６を備える。
【００８３】
例えば、複数の再構成可能な相互接続部６は、例えば、直列−並列及び／又はハイブリッドの異なった電気回路網構成にするために、セルストリングの異なる構成を可能にするスイッチのネットワーク（回路網）を備えてもよい。
【００８４】
例えば、再構成可能な相互接続部６、及び非再構成可能な相互接続部である、セルストリングを相互接続するためのモジュールの複数の配線及び複数のスイッチのネットワークは、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータの構成に依存してもよい。
【００８５】
複数の再構成可能な相互接続部は、動作中に、複数のＰＶセルから少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータへ電流を方向付けして誘導するように適合されてもよい。
【００８６】
しかしながら、例えば、均一照射条件下での動作のために、並びに他の構成において、例えば不均一な照射条件のために、再構成可能な相互接続部６は、単一の電気的直列のすべてのセルストリングを接続するように構成されてもよい。
【００８７】
複数の再構成可能な相互接続部６は、例えば、図６に示すように、複数のスイッチを備えることができ、ここで、各スイッチＡｉは、対応するセルストリングＣＳｉのうちの最後のセルＣｉに電気的に接続された第１の端子と、他のセルストリングＣＳｉ＋１の最初のセルＣｉ＋１，ｉｎに電気的に接続された第２の端子とを有し、この最初のセルＣｉ＋１，ｉｎはその最後のセルＣｉに隣接する。
【００８８】
例えば、２つのセルストリングの直列相互接続部は、１つのセルストリングの「アウト（ｏｕｔ）」ピンと別のセルストリングの「イン（ｉｎ）」ピンとの間に１つのスイッチしか必要としない。従って、電流は有利なことには低いままであり、従って抵抗損失も低く保たれ得る。
【００８９】
初期製造コストを比較的低くすることができるという利点を有する。例えば、他のアプローチでは、例えば、モジュールの中央又はその付近で、モジュールの非周辺部分に追加のスイッチを必要とすることがあり、このことは製造コストがかかる可能性がある。有利なことには、本発明の実施形態にかかる再構成可能な相互接続部は、モジュールの縁端部、縁端部、及び／又は縁端部の近傍に配置することができる。
【００９０】
動的なＰＶ構成は、例えば、非再構成可能な相互接続部によって形成された動作中の持続的接続によって接続されて、モジュール又はグローバルＰＶストリングをより小さな永続直列接続セルに分割し、前記非再構成可能な相互接続部は動作中にいくつかの相互接続オプションで動的に結合してもよい（組み合わせてもよい）。
【００９１】
例えば、電気的に直列の複数のセルストリング５からなるグローバル太陽電池ストリングなどの複数のセルストリング５を電気的に接続するための複数の再構成可能な相互接続部６は例えばモジュールレベルのグローバル太陽電池ストリングなどのグローバル太陽光線が複数のセルストリング５の隣接するセルストリングを電気的に接続するように、制御可能に配置することができる。
【００９２】
隣接するセルストリングを電気的に接続するための、再構成可能な複数の相互接続部、及びこれに関連する配線及び／又は複数の導電パスは、例えばグローバル太陽電池ストリング構成が好ましい均一な照射条件下で構成可能なモジュールの良好な性能を提供することができる。本発明の実施形態にかかる、例えば、図２に示されるテンプレートと、図３に示される可能性のある対応するモジュールとは、有利なことには長さの短い導電パスを全体的に有することにより、長い配線を必要とせずにグローバル直列ストリング内の太陽電池の有利な構成を可能にする。このように、このテンプレート及びモジュールは、例えば非動的及び／又は非再構成可能モジュールに関して電界が与える利得を生成するための柔軟性などの、不均一な条件下でのモジュールの良好な柔軟性を提供することができる一方、非動的及び／又は非再構成可能モジュールに関しては、均一照射条件下での構成可能モジュールのわずかな性能低下のみが課される。図１に示すテンプレート構成は、例えば図２に示す構成よりもグローバルセルストリングを使用するなど、均一な照射形態で上部セルストリングを下部セルストリングとを接続するための配線などの、より長い導電パスを必要とする。このように、この構成では、グローバルセルストリングの電気的系列における隣接するセルストリングの入力及び出力が常に隣接するとは限らないので、より高い抵抗損失が提示されてもよい。しかし、図１に示すテンプレートに対応するモジュールは、例えば南北方向を指す、遮光パターンが図示のように列の方向に動いているとき、図３のモジュールよりも優れた柔軟性を提供してもよい。
【００９３】
図１に示すように、各Ｕ字型セルストリングがグリッドの最初の行上で互いに隣接する最初のセル「イン（ｉｎ）」と最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」とを有する第１の複数のＵ字型セルストリングと、各Ｕ字型セルストリングがグリッドの最後の行の互いに隣接する最初のセル「イン（ｉｎ）」及び最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」を有し、かつグローバル太陽電池セルストリングを形成するために動作中において再構成可能な相互接続部を用いる第２の複数のＵ字型セルストリングとを備えるアーキテクチャテンプレートの場合において、第２の複数のＵ字形ストリングｉ＝１、ｉ＝２、．．．、ｉ＝Ｋ／２は電気的直列部の第１の半分部分に接続され、第１の複数のＵ字形ストリングｉ＝Ｋ／２＋１、ｉ＝Ｋ／２＋２、．．．、ｉ＝Ｋは電気的直列部の第２の半分部分に接続される。この第１の例示的なアーキテクチャにおけるセルストリングのシーケンスの例を図４に示す。同様に、図２に示す第２の例示的なアーキテクチャにおけるセルストリングのシーケンスの例を図５に示す。
【００９４】
すべての直列接続部は、電流を制限することができ、従って重要な抵抗損失を低減することができるから、均一な動作条件下で最適な構成であることが当該技術分野において知られている。すべてのセルが一様な照射の下で実行時に同様の電気的応答を有することを仮定すると、本発明の実施形態にかかるモジュールは、再構成可能な相互接続部がグローバル太陽電池ストリングのシリアル構成を提供するように構成されるときに、従来の再構成不可能な解決法から少し有利なように変更させてもよい。
【００９５】
複数の再構成可能な相互接続部はさらに、少なくとも２つの隣接するセルストリング５によって形成される並列回路レッグ部を有する少なくとも１つの並列電気回路を制御可能に確立するように適合されてもよい。ほとんど均一な照射条件が提示されるシナリオの場合、再構成可能な相互接続部は、セルストリング間に直列接続を形成するように制御されてもよい。不均一照射の場合、再構成可能な相互接続部を制御して並列接続を形成してもよい。
【００９６】
例えば、既に上述したように、複数の再構成可能な相互接続部６は、例えば、モジュールレベル、ストリングなどのグローバルなものを形成するために直列接続を可能にするための複数のスイッチＡｉを備えてもよい。各スイッチは、対応するセルストリングの最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」に電気的に接続された第１の端子と、別のセルストリングの最初のセル「イン（ｉｎ）」に電気的に接続された第２の端子とを有し、ここで、この最初のセル「イン（ｉｎ）」はその最後のセル「アウト（ｏｕｔ）」に隣接する。しかしながら、複数の再構成可能な相互接続部はまた、少なくとも２つの隣接するセルストリングによって形成される並列回路レッグを有する少なくとも１つの並列電気回路を可能にするための複数のスイッチＢｉを備えてもよい。例えば、このさらなる複数のスイッチのスイッチＢｉは、対応するセルストリングＣＳｉのうち最後のセルＣｉに電気的に接続された第１の端子と、他のセルストリングＣＳｉ＋１のうち最後のセルＣｉ＋１に電気的に接続された第２の端子とを有し、この他のセルストリングの最初のセルＣｉ＋１，ｉｎは、最後のセルＣｉ，ｏｕｔに隣接する。
【００９７】
さらに、複数の再構成可能な相互接続部６は、動作中に少なくとも１つの並列電気回路が確立されたときに、同じ電圧レベルを、隣接する少なくとも２つのセルストリングＣＳｉ、ＣＳｉ＋１、Ｃｉ＋１，ｉｎの最初のセルＣｉ，ｉｎ、Ｃｉ＋１、に印加するための更に別の複数のスイッチＤｉ、Ｄｉ＋１を備えてもよい。
【００９８】
例えば、２つのセルストリングの構成可能な並列接続部は、これらの２つのセルストリングの「イン（ｉｎ）」ピンを間接的又は直接的に接続する１つのスイッチを有する一方、他のスイッチは、間接的又は直接的に、同じ２つのセルストリングの「出力」ピンを接続してもよい。このような並列構成では、電流が蓄積し、後続の配線の抵抗損失が増加する可能性がある。並列接続部は、潜在的に大きな損失を引き起こす可能性がある。実施形態にかかる再構成可能なアーキテクチャは、そのような並列接続の確立を可能にし、ここで、例えば、濃い遮光の下などの性能上の利点が存在する特定の状況では、典型的な均一照明条件下で性能を著しく低下させることはない。
【００９９】
有利なことには、本発明の実施形態にかかる再構成可能な相互接続部は、モジュールの縁端部、縁端部、及び／又は縁端部の近傍に配置してもよい。
【０１００】
有利なことには、本発明の実施形態にかかる再構成可能な相互接続部は、隣接セルストリングのみを直接制御可能に接続するように適合してもよい。これにより、追加構成要素の要件が従来の再構成不可能なモジュールに関しては、低くく保持される。例えば、図３に示す例示的な構成では、すべての隣接するセルストリングが複数のスイッチを介して潜在的に接続されることを可能にすることによって効率的な直列接続を提供してもよい。部分遮光の下でセルストリングを並列接続する場合、隣接するセルストリングを並列に接続してもよい。隣接セルストリングのみが潜在的に接続されるから、余分な構成要素はほとんど必要ない。潜在的なセルストリング接続のこの制限は、グループのタイプを決定又は形成してもよい。
【０１０１】
隣接するセルストリングのみは、実施形態によれば図４又は図５に示すように、例えば、配列の意味で隣接して潜在的に直列又は並列に接続されるように、構成的に接続され得るので、連続したセルストリングのブロックは、動作中にグループを形成するように構成してもよい。例えば、各グループは、動作中に直列又は並列構成で構成されたセルストリングを有してもよい。
【０１０２】
太陽電池モジュール１はさらに、複数のセルストリングを、例えば２つのＤＣ／ＤＣコンバータ、４つのＤＣ／ＤＣコンバータ、５つのＤＣ／ＤＣコンバータ、さらにはさらに多くのＤＣ／ＤＣコンバータなどのように、複数のＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、もしくは少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ７に接続するように適合される。再構成可能な相互接続部６は、複数のセルストリングを、例えば２つのＤＣ／ＤＣコンバータ、又は４つのＤＣ／ＤＣコンバータ、又は５つのＤＣ／ＤＣコンバータなどのより多くのＤＣ／ＤＣコンバータに接続するなど複数のＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、もしくは、もしくは少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ７に電気的に接続するように適合化されてもよい。この少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ７は、出力ラインを介して出力電力を供給するように適合化される。
【０１０３】
例えば、太陽電池モジュールは、複数のセルストリングに電気的に接続された２つ、３つ、４つ、５つ又はそれ以上のＤＣ／ＤＣコンバータなどの、例えば複数のＤＣ／ＤＣコンバータ、もしくは少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ７を備えてもよく、これらは例えば、再構成可能な相互接続部を介して行われる。複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、実行時に、使用する必要のあるコンバータの数を決定し、再構成可能な相互接続部６がこれに適切に適合するかどうかを判定する。
【０１０４】
各ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、アクティブ状態又は非アクティブ状態になるように構成されてもよい。例えば、再構成可能な相互接続部６は、制御信号に応答して、複数の太陽電池セル２と出力ラインとの間の電気パスから、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータ７を包含して排除するように構成されてもよい。このように、再構成可能な相互接続部６は、ＤＣ／ＤＣコンバータが非アクティブ状態に設定されるときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも１つをバイパスすることを可能にするための少なくとも１つのスイッチを備えてもよい。図８は、実行時に動的に直列接続された複数のコンバータをアクティブにすることを可能にするスイッチのネットワークの構成を示す。この例がより多くの数のローカルＤＣ／ＤＣコンバータに拡張することができることは当業者には明らかである。
【０１０５】
実行時にアクティブなコンバータの数は、モジュールに形成されるグループの数によって異なる場合がある。各グループは、個々のコンバータに接続することができる。利用可能な相互接続配線と共にセルストリングの照射レベルは、形成されるグループの数を決定することができる。
【０１０６】
各ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、再構成可能な相互接続部６を介して接続される、セルストリングの対応するグループの最大電力点を追跡するように構成されてもよい。例えば、各ＤＣ／ＤＣコンバータは、例えば、実行時に対応するグループの最大電力点を追跡するように、デューティサイクルを選択するために、コントローラから制御信号を受信するように適合化されてもよい。例えば、これらのグループごとに電流と電圧が異なる場合がある。
【０１０７】
各ＤＣ／ＤＣコンバータ７はローカル出力を有し、複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、モジュールが単一の出力ラインを有するように、相互に接続されてもよい。例えば、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ７のローカル出力は、出力ラインを介して単一の電気的な出力電力に積極的に寄与するために、相互に接続されてもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータのデューティサイクルは、異なる出力接続を可能にする適切なノブを形成することができる。例えば、少なくとも１つのコントローラは、適切なモジュール出力電流及び／又は電圧を提供するように、コンバータのデューティサイクルを制御するように適合化されてもよい。
【０１０８】
複数のＤＣ／ＤＣコンバータ７は、電圧増分構成で相互接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを備えてもよい。図７に示すように、コンバータを直列に接続すると、コンバータの出力電圧が加算される。構成の総電圧（合計電圧）は、コンバータの出力におけるすべての電圧の合計に実質的に等しい一方、実質的に同じ電流がコンバータの出力を通って流れる。すべてのコンバータの出力段の電流は実質的に等しくなければならないので、これを保証するためにコンバータのデューティサイクルを調整することができる。しかしながら、コンバータの変換範囲は、収容可能なセルストリングのグループの最大照射差を制限し得る。例えば、電流差が最大限界を超える場合、利用可能な総電力（合計電力）よりも少ない電力を回収することができる。
【０１０９】
コントローラは、例えば、それぞれの構成でアクティブなものは独立して選択されないコンバータのデューティサイクルなど、各コンバータのデューティサイクルを協調して制御するように適合化してもよい。
【０１１０】
例えば、コンバータの数がセルストリングの数と等しい場合、各セルストリングは個々のコンバータに接続される。直列に接続されたコンバータの電流は等しくなければならないので、ローカルコンバータは、例えば電流を減少させて電圧を両方昇圧させ、例えば電流を増加させて電圧を低下させるようにする必要がある。コンバータの降圧モードと昇圧モードの両方について変換係数ｋを仮定すると、扱うことができるセルストリングの最大電流差は、Ｉｍａｘ／Ｉｍｉｎ＝ｋ２である。従って、蓄積された電流は、Ｉｍｉｎ×ｓｑｒｔ（Ｉｍａｘ／Ｉｍｉｎ）のレベルを有し、これはＩｍａｘ／ｓｑｒｔ（Ｉｍａｘ／Ｉｍｉｎ）と同じである。各コンバータの適切なデューティサイクルを設定するには、複雑な制御システムが必要であるが、実現可能性があるように適当に設定してもよい。
【０１１１】
コンバータの数をセルストリングの数からＸに減らし、モジュール内で同じレベルの柔軟性を維持することは、本発明の実施形態にかかるモジュール１によって提供されるように、複数の配線及び複数のスイッチのより複雑なサポートネットワークを必要としてもよい。ここで、追加のハードウェア要件と柔軟性の低下の間には、トレードオフが存在する可能性がある。
【０１１２】
複数のＤＣ／ＤＣコンバータ７は、電流蓄積構成で相互接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータを備えてもよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータは、並列構成で相互接続されてもよく、ここで、コンバータの出力は電気的に並列に接続される。別の例では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、カスケード（縦続接続）構成で相互接続されてもよい。
【０１１３】
図９は複数のコンバータの例示的な並列接続を示す。このような構成において、複数のコンバータの出力は、複数のコンバータの出力段の電流が加算されるように並列に接続される一方、電圧はすべてのコンバータの出力で実質的に同じである必要がある。このような構成において、すべてのコンバータのデューティサイクルは、出力段の電圧が同じであることが必要である。上述した直列の場合のように、アクティブコンバータのデューティサイクルは、例えば互いに独立でないように協働された方法で選択されてもよい。従って、各グループは、好ましくは、モジュールの出力の共通電圧に達する。この場合、コンバータの変換範囲は、グループの最大電圧差を制限することができ、その結果、高すぎる電圧差は電力損失につながる可能性がある。
【０１１４】
例えば本発明の実施形態にかかるモジュールにおいてすべてのセルストリングが同じ数のセルを有する場合、セルストリング間の電圧差を制限することができる。均一な条件下では、すべてのセルストリングを、直列に接続されるように設定してもよい。この直列は１つのコンバータに接続してもよい。不均一な照射条件下では、使用可能なすべてのコンバータがアクティブになっている可能性がある。能動的に並列に接続されたコンバータの数を動的に変更するために、例えば再構成可能な相互接続部の一部を形成するための複数のスイッチの例示的なネットワークが図１０に図示される。この例は、より多くの数のローカルＤＣ／ＤＣコンバータに拡張することができることが当業者には明らかである。
【０１１５】
本発明の好ましい実施形態では、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ７を並列に接続してもよい。各ＤＣ／ＤＣコンバータは、再構成可能な相互接続部６を介して動作中にそこに接続されたセルストリングのグループの最大電力点を追跡するようにコントローラによって制御されてもよい。この最大電力点を追跡するためのコントローラは、対応する各ＤＣ／ＤＣコンバータに統合し又は集積化してもよい。各グループの最大電力点は独立して追跡することができるので、少なくとも部分的に非集中化された制御を使用することによって、ロバストなシステムを提供してもよい。セルストリングの各グループにセルストリングが並列構成で構成される場合、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータは、任意のグループの電流が高すぎることを避けるために、好ましくは、並列ＤＣ／ＤＣコンバータ構成でアクティブである。さらに、実施形態にかかるモジュールは、モジュールの一部を構成する例えばＰＶアレイの残りの部分に接続するために、出力電圧を所定のレベルまで昇圧するため、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力に取り付けられた別のＤＣ／ＤＣコンバータを備えてよい。そのような好ましい実施形態の例示的な構成を図３に示す。
【０１１６】
このような並列構成の利点は、コンバータとセルストリングの直列接続が複雑な制御方式を必要とする場合において、各コンバータにグループとして接続されたセルストリングも並列に構成される例えば、特にランタイム構成では、本発明の実施形態による並列コンバータのネットワークの制御は比較的簡単であることである。しかしながら、有利なことには、このような実施形態にかかる再構成可能な相互接続部のネットワークはまた、直列のすべてのセルストリングの構成を可能にし、例えば、別の実行時構成で、単一のコンバータに接続する。例えば、セルストリング間の直列接続などほとんど均一な照射条件が存在するシナリオの場合において、例えばコントローラによって単一のアクティブコンバータを構成することができる一方、大部分の不均一な場合には、例えばコンバータの並列接続などセルストリングの並列接続を選択してもよい。
【０１１７】
このような並列構成の別の利点は、コンバータとセルストリングの直列接続が高価な昇降圧コンバータを必要とする場合において、本発明の実施形態による並列コンバータのネットワークのためのコンバータが比較的単純で安価であることである。
【０１１８】
コンバータ段に電流積分を持たせるもう１つの方法は、カスケード接続でローカルコンバータを接続することである。セルストリングの２つのグループのカスケード接続が図１１に図示される。コンバータのカスケード接続では、チェーン内の前のコンバータの出力電圧はチェーン内の次のコンバータの入力に対して、後者のコンバータに対応するグループに並列に接続される。コンバータの出力が次のコンバータの入力に並列に接続されるときに、電流は蓄積される。複数のコンバータ間のこのタイプの接続により、例えばコンバータの効率に依存して、各段の電力を低減してもよい。各コンバータの出力は、例えば、コンバータのデューティサイクルを、次のセルグループの最大電力点の電圧で構成することによって達成することができる。従って、例えばデューティサイクルの値の自由度の観点での唯一の「フリーコンバータ」は、チェーンの最後のものであってもよい。すべてのセルによって生成された電流は、変換段階の後に。得られた電圧は最後のセルグループの電圧に等しくてもよい。しかしながら、最後のグループを除く各グループの電圧は、複数のコンバータの変換係数を適用した後に、次のグループの最大電力点の電圧に到達させる必要がある。このため、電圧差が変換係数よりも大きいグループは効率的に接続することができない。最後のコンバータのデューティサイクルに有利な柔軟性が与えられる。複数のコンバータのカスケード接続の欠点は、多段変換と変換効率のために、連続的な電力損失に存在する。アクティブなカスケードコンバータの数を動的に制御するためのスイッチの例示的なネットワークを図１２に示す。
【０１１９】
当該技術分野で知られている従来のモジュールでは、バイパスダイオードは、ホットスポット加熱からセルを保護するために使用され、部分遮光の場合に直列に接続されたセルの高電流動作を可能にするために使用されるときに、本発明の実施形態にかかる再構成可能なトポロジは、実行時に同様の電気的挙動を有するセルをグループ化することによって、そのようなバイパス又は電流の減少によって失われる可能性がある電力を回復することを可能にする。複数のセルのこのオンサイトグルーピングは、例えば、配線及びスイッチのネットワークを介して、複数のＤＣ／ＤＣコンバータによって再構成可能な相互接続を介して達成することができる。例えば、コントローラによって動作中に割り当てられたセルストリングのセットを有する各セルグループは、対応するローカルＤＣ／ＤＣコンバータに接続してもよい。このＤＣ／ＤＣコンバータでは、デューティサイクルであって、それ故電圧は例えば、特定のグループに最適な値に設定することで制御してもよい。このデューティサイクルは、例えば単純なＭＰＰＴアルゴリズムを使用してコントローラによって制御されてもよい。
【０１２０】
複数の再構成可能な相互接続部６は、例えば１つのコントローラから、複数の再構成可能な相互接続部を制御するために、少なくとも１つのコントローラから制御信号を受信するために適合化される。少なくとも１つのコントローラは、不均一な光刺激に応答して、動作中に、マッチングする複数のセルストリングをクラスタ化するために複数の太陽電池を、並列−直列及び／又はハイブリッド接続することを形成するように適合化される。少なくとも１つのコントローラは、例えば、最大電力点追跡アルゴリズムを実施するために、もしくはプログラムされるように適合化される。
【０１２１】
少なくとも１つのコントローラはまた、例えば複数のＤＣ／ＤＣコンバータの中から、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータのデューティサイクルを制御するように適合化されてもよい。
【０１２２】
モジュール１は、少なくとも１つのコントローラを備えることができる。しかしながら、少なくとも１つのコントローラは、互いに独立して又は協働形式で、例えば複数のモジュール１を同時に制御するように構成されたプラント制御コンピュータなどの外部コンポーネントであってもよい。従って、モジュール１を制御するコントローラは、協働されたシステム内の複数のモジュール１を制御するグローバルコントローラであってもよい。
【０１２３】
複数の再構成可能な相互接続部６は、グローバルモジュールレベルの制御を提供するために、例えば外部コントローラ又はモジュールに含まれるコントローラのいずれかである、１つのコントローラから制御信号を受信するように適合化されてもよい。従って、コントローラと、例えば限定された組のＤＣ／ＤＣマイクロコンバータなどの少数のＤＣ／ＤＣコンバータは、未知の非常に可変な遮光が存在する場合であっても、フィールド内で類似の特性を有するセルを効率的にグループ化することができる。
【０１２４】
少なくとも１つのコントローラは、不均一な条件下で電力収率を最適化するために、複数の再構成可能な相互接続部及びＤＣ／ＤＣコンバータのデューティサイクルにおける複数のスイッチのような複数のノブなどの複数の変数を構成するように適合されてもよい。本発明の実施形態の利点は、例えば柔軟性などの適応性が、均一な照射条件下で使用するための効率的な直列接続を維持しながら提供される。
【０１２５】
例えば、本発明の実施形態にかかるモジュールが直列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを含む場合において、例えばコンバータのデューティサイクルを適切に調整することによって、各ＤＣ／ＤＣコンバータのためにコントローラによって電流が等しくなるように制御してもよい。例えば、モジュールは、電流源及び各コンバータのデューティサイクルによって供給されてもよく、各コントローラは、その出力に課された電流を維持しながら、例えば対応する各グループから最大電力を抽出するようにコントローラによって調節してもよい。
【０１２６】
別の例では、本発明の実施形態にかかるモジュールが、例えばコンバータが同じ出力を共有するか、カスケード接続されるなど、並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータを含む場合において、例えば、コンバータは次のグループの入力とその出力を共有し、定常電圧
モジュールの単一入力ピンと出力ピンの間に適用してもよい。このような場合において、各ローカルコンバータには単純なＭＰＰＴが装備されていてもよい。例えば、少なくとも１つのコントローラは、複数のコントローラを備えてもよく、各コントローラは対応するＤＣ／ＤＣコンバータに内蔵される。
【０１２７】
並列の場合において、例えば、独立して動作し、そのグループの最大電力点を追跡するように、各コンバータを独立して制御してもよい。
【０１２８】
カスケード（縦続接続）の場合、カスケード内の最後のグループの最大電力点は、以前のコンバータのデューティサイクルに影響を与える可能性があり、後者はこれを考慮に入れて制御されてもよい。
【０１２９】
少なくとも１つのコントローラは、ＤＣ／ＤＣコンバータの再構成可能な相互接続部及びデューティサイクルを制御するように適合されてもよい。セルストリングの構成及びＤＣ／ＤＣコンバータの構成に依存して、いくつかの接続の可能性がある。
【０１３０】
例えば、セルストリングの各グループは、単一のコンバータに接続された対応する入力及び出力を有してもよい。このため、グループとコンバータの相互接続の接続方式の各組み合わせは、異なるサポートネットワークにつながる可能性がある。以下の例示的なシナリオは、直列−直列−並列−並列−直列−並列及び並列−直列で区別することができる。
【０１３１】
直列−直列構成では、直列に接続されたセルストリングのグループは、グループの入力と出力が同じコンバータに接続される。グループの入力及び出力ピンは、異なるセルストリングに属する。グループの入力は、非アクティブコンバータによってバイパスしてもよいが、以前のコンバータがアクティブであれば、それは対応するコンバータに直接的に接続してもよい。各セルストリングの入力及び出力の両方は、複数のコンバータとの潜在的な接続を有してもよい。コンバータ段における電力損失を防止するために、すべてのグループが同じ電流出力に達することが好ましい。直列接続されたセルストリングの各グループの全体的な電流は、そのグループの最も貧弱なセルによって生成された電流と等しくてもよい。このことは主に、電流が入射照射量に比例するから照射レベルに依存し、モジュール内の照射差は、コンバータの変換係数を上回る可能性がある。しかしながら、高価なコンバータアーキテクチャにつながる可能性があり電流の増減を可能にする中間の出力電流値が選択される。
【０１３２】
並列−並列構成では、並列に接続されたセルストリングのグループはグループ内のセルストリングの数に等しい数の入力ピン及び出力ピンを有する。すべてのセルストリングの入力は同じであり、コンバータの相互接続を介して共有することができる。各セルストリングの出力が単一のコンバータに接続される場合、グループ内に複数の出力インスタンスが存在するため、各グループには複数のコンバータへの潜在的な接続が可能である。いかなる場合でも、コンバータへの出力ピンの接続数を制限して、柔軟性を著しく損なうことがない。コンバータの無損失並列接続では、同じ電圧出力が必要になる場合がある。従って、すべてのグループは、好ましくは、特定の電圧値に達することができる。グループの電圧は動作条件によって大きく変化しない。これにより、単純なコンバータトポロジを使用した直列−直列接続と比較して、すべてのグループが減少した電圧値に接続することが可能になる。
【０１３３】
直列−並列構成では、セルストリングのグループを直列に接続し、コンバータを並列に接続するとき、コンバータの出力に不一致の危険が存在する可能性がある。グループ内のセルストリングの数は出力電圧に影響する。この構成を選択すると、モジュール内のグループの分割を、電圧差が所定の変換範囲によってカバーされるように注意深く選択することができる。
【０１３４】
並列−直列構成では、セルストリングの並列接続により電流が増加する。セルストリングの並列接続と組み合わせた照射差は、グループの潜在的な電流差、ひいては損失を増加させる可能性がある。
【０１３５】
均一な照射条件下での使用のために、並びに、特定の不均一な照射条件下で使用するための平行又はハイブリッド構成又は複数のスタブの両方のシリアル構成に対して、例えば、複数のスイッチのサイズ及びＩ−Ｖ特性の範囲指定の選択及び配線幅の選択によって、複数のスイッチ及び配線における直列抵抗を大幅に最適化することができる構成可能なトポロジが提供されることがまた、本発明の実施形態の利点である。
【０１３６】
例えば標準的な静的な直列接続モジュールのコストをはるかに上回らないコストで、例えば部品コストの追加の点で、費用効果の高い装置及びシステムを提供することができ、また、多くの遮光条件下でほぼ最適なエネルギー収率向上を達成することがまた、本発明の実施形態の利点である。例えば、完全にカスタマイズされたセル接続解決法の理論上の最適値と比較して、良好なエネルギー収率向上を達成することができが、このことは製造するために費用がかかり、遮光を変化させることに柔軟性がない。
【０１３７】
さらなる態様では、本発明はまた、不均一で非理想的な照射条件下で使用するように適合化された、建物一体型太陽光発電システム（ＢＩＰＶ）、及び／又は屋根パネル内に配置することができる、本発明の第１の態様にかかるモジュールの使用に関する。遮光、汚れ、雪、雲、及び／又は不均一な温度／風の影響によって引き起こされる効果に対する良好な適応性を達成することができることがこのような使用の利点である。
【０１３８】
本発明はまた、例えば車両や公共交通機関などの公共交通機関である電気自動車の中で、電気自動車上で、又は電気自動車のための、本発明の第１の態様にかかるモジュールの使用に関する。
【０１３９】
さらなる態様では、本発明はまた、例えば本発明の第１の態様の実施形態にかかる太陽電池モジュールである太陽電池モジュールを動作させる方法にも関する。前記方法は、少なくとも部分的に、不均一な光刺激に応答して、動作中に、マッチングする複数のセルストリング５をクラスタ化する太陽電池の並列−直列及び／又はハイブリッド接続など、複数の再構成可能な相互接続部６に少なくとも１つの制御信号を送信するための少なくとも１つのコントローラによって実行されてもよい。
【０１４０】
本発明の実施形態にかかる方法は、複数の太陽電池セル２を含む太陽電池モジュール１を得ることを含む。これらの太陽電池セルは、論理行３及び論理列４を有するグリッド内に設けられる。モジュール１はまた、複数の太陽電池のサブセットを電気的に相互接続して複数のセルストリング５を形成する複数の非再構成可能な相互接続部とを備える。各セルストリング５は、最初のセルから最後のセルまで電気的に接続された少なくとも４つの太陽電池セルを備え、最初のセル及び最後のセルは、例えば、同じ最初の行、最後の行、最初の列又は最後の列である、グリッドの同じ縁端部に設けられる。最後のセルは、さらに、隣接するセルストリングの最初のセルに隣接する。追加的又は代替的に、最初のセルは、隣接するセルストリングの最後のセルに隣接する。太陽電池モジュール１はまた、複数の再構成可能な相互接続部を備えてもよい。
【０１４１】
前記方法は、太陽電池モジュール１が、例えば以下のうちの少なくとも１つを受信し分析することによって、不均一な光刺激を受けているかどうかを判定することをさらに含み、ここで、電流測定、電圧測定、電気抵抗測定、温度測定、天気予報データ及び予め記録された遮光パターンを含むが、これらに限定されない。
【０１４２】
前記方法はまた、太陽電池モジュール１が実質的に均一な光刺激を受けていると判定されたときに、例えば単一のアクティブなＤＣ／ＤＣコンバータに直列に接続されるなそ、直列に電気的に接続された複数のセルストリング５からなるグローバル太陽電池セルストリングが確立され、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に接続されるように、太陽電池モジュール１の複数の再構成可能な相互接続部６を制御して、複数のセルストリング５を電気的に相互接続する。
【０１４３】
前記方法はまた、太陽電池モジュール１が実質的に不均一な光刺激を受けると判定されたときに、マッチングする太陽電池ストリングをクラスタ化して、少なくとも２つの隣接するセルストリング５によって形成される並列回路レッグ部を有する少なくとも１つの並列電気回路を確立するように、複数の再構成可能な相互接続部６を制御する。
【０１４４】
前記方法は、複数のセルストリング５に並列に接続するアクティブなＤＣ／ＤＣコンバータの数を決定し、ここで、この数は、決定された不均一な光刺激を考慮して決定される。
【０１４５】
前記方法は、複数の並列電気回路を確立するように複数の再構成可能な相互接続部６を制御することを含み、ここで、各並列電気回路は、少なくとも２つの隣接するセルストリング５によって形成される並列回路レッグを有し、前記方法は複数の再構成可能な相互接続部６を制御して、対応するアクティブなＤＣ／ＤＣコンバータへの複数の並列電気回路の各々の電気的接続を確立することを含む。
【０１４６】
複数の再構成可能な相互接続部を制御するステップは、少なくとも１つのコントローラから少なくとも１つの制御信号を複数の再構成可能な相互接続部６に送るステップとを含む。
【０１４７】
前記方法はまた、例えば、最大電力点追跡アルゴリズムを実施するように、各アクティブなＤＣ／ＤＣコンバータのデューティサイクルを制御するステップを備える。
【０１４８】
以下の実施例は、本発明の実施形態の態様を例示する。これらの例は、決して本発明を限定するものではなく、本発明の原理及び態様を理解する上で、本発明を実施することを減らすために、単に熟練者を助けるためである。
【０１４９】
第１の例では、図３に示す例示的な実施形態によるセルストリングの相互接続部が示される。
【０１５０】
遮光パターンにおいて、セルストリング（ｋ−１）はＩｋ−１及びＶｋ−１のそれぞれの最大電力点における電流及び電圧の値を有し、セルストリングｋはＩｋ及びＶｋの値を有し、セルストリング（ｋ＋１）は、Ｉｋ＋１及びＶｋ＋１の値を有すると仮定する。まず最初に、セルストリングの直列接続構成について検討する。
【０１５１】
Ｉｋ−１がＩｋと著しく異なる場合、セルストリング（ｋ−１）及びｋは、好ましくは、ＭＰＰにおける電流の差が２つのセルストリングの少なくとも１つの性能を低下させるから、同じ直列接続されたグループに属するべきではない。従って、セルストリング（ｋ−１）はグループｘに属し、セルストリングｋはグループ（ｘ＋１）に属すべきである。セルストリング（ｋ＋１）がセルストリング（ｋ−１）と同様の電流値を有する場合、２つのセルストリングは、それらの接続のために利用可能な配線がなく、セルストリング（ｋ＋１）がグループ（ｘ＋２）に属するので、同じグループに属することはできない。グループ内での直列接続により、この例では、３つのセルストリングについて、３つのグループが形成され、３つのコンバータが必要とされ得る。
【０１５２】
同じ例では、セルストリング（ｋ−１）とｋの並列接続部はセルストリングを著しく劣化させない。例えば、９０％の極端な照射差は、ＭＰＰにおける８９．９９％及び２．２５％の電流及び電圧差にそれぞれ対応し得る。このため、これら２つのセルストリングを直列に接続すると、電力損失が７９％になる一方、それらを並列に接続すると電力損失が０．０４％未満になることがある。このことは、この並列接続では、１つのグループが形成され、１つのコンバータのみが必要とされ得る。
【０１５３】
コストを削減するために、少数のローカルコンバータのみを設けてもよい。例えば、実行時のローカルコンバータの利用可能性は、コストがかかるため制限される。従って、グループ内の並列接続部は、不均一な照射条件下で有利であり得る。ＭＰＰの電圧はあまりシフトしないので、すべてのセルストリングが１つのグループを形成し、単一のコンバータに接続してもよい。１つのコンバータを使用する場合は、電流はＭ×Ｉｃｅｌｌ−ｓｔｒｉｎｇのレベルに達するが、このことは抵抗損失を増加させる。
【０１５４】
このため、照射条件に基づかず、又は照射条件にのみ基づいていないが、電流を減少させるために、動作中に複数の並列セルストリングのグループを形成してもよい。各グループは、電圧を上昇させかつ電流を減少させるコンバータに接続してもよい。Ｘ個のコンバータが使用可能な場合、最大電流は、ローカルコンバータより前の各グループの（Ｍ／Ｘ）×Ｉｃｅｌｌ−ｓｔｒｉｎｇになる。変換係数が３の場合、各グループの最小電流出力は［（Ｍ／Ｘ）×η×Ｉｃｅｌｌ−ｓｔｒｉｎｇ］／３の大きさのオーダーであり、ここでηはコンバータの効率である。
【０１５５】
すべてのセルストリングが同じ数のセルを直列に有する場合、並列に接続されたセルストリングを有するすべてのグループも同じ数のセルを直列に有する。従って、すべてのグループは同様の電圧出力を有することになる。同じ電圧出力はコンバータの並列接続にも適する。すべてのコンバータは、低抵抗を有する累積母線に接続されてもよい。従って、各グループは、［（Ｍ／Ｘ）×η×Ｉｃｅｌｌ−ｓｔｒｉｎｇ］／３の電流を母線に寄与させることができる。累積母線の終端にのみ、電流は［Ｍ×η×Ｉｃｅｌｌ−ｓｔｒｉｎｇ］／３］の値を取ることができる。コンバータの数は、当該母線において各グループの電流出力と各ステージの対応する抵抗損失を単純に制限してもよい。コンバータの数とは独立に、累積母線の終端の電流は［Ｍ×η×Ｉｃｅｌｌ−ｓｔｒｉｎｇ］／３］となるが、より多くのコンバータは、チェーンの初段に設けられている母線の一部の全体的な電流を減少させる可能性がある。
【０１５６】
次の例は、例えば、不均一な動作条件下での従来の直列接続されたモジュールと比較して、本発明の実施形態で使用される再構成可能なトポロジの利点を有する。
【０１５７】
当該分野で知られている産業用モジュールが図１３に示されており、これは遮光部１３２によって部分的に遮光される。このような従来のモジュールは、例えば、２０個のセルのグループにまたがって設けられているバイパスダイオード１３３とともに、直列に接続された６０個のセル１３１を備えてもよい。異なる照射濃度に対するモジュールの例示的なＩ−Ｖ曲線及びＰ−Ｖ曲線をそれぞれ図１４及び図１５に示す。バイパスダイオードの配置及び投影された遮光部の形状がＰＶ曲線上に２つの極大値を生成することが観察される。ＰＶモジュールの工業用テンプレートに対応する瞬間的な曲線は、２つの領域に分割することができ、各領域において、有効電流パスが異なる。低電圧に対応する第１の領域では、遮光されたセルを横切るバイパスダイオードは、完全に照射されたセルの過剰電流を導通させる。高電圧に対応する第２の領域では、全体的な電流は、より不良なセルによって生成される電流に制限され、ダイオードはアクティブではない。遮光された遮光濃度に応じて、グローバルＭＰＰの位置は異なる。ＧＭＰＰは、領域Ｉ又は領域ＩＩに位置し得る。
【０１５８】
ＰＶモジュールによって生成される理想的な電力は、特定の動作条件に対するカスタム設計トポロジの出力である。しかし、この電力は、各セルの個々のＭＰＰの合計と等しくはない。前記の遮光シナリオでは、遮光して完全に照らされたセルは独立して作動し、別々のコンバータが各グループのＭＰＰを追跡する。変換と抵抗損失を考慮する必要があるために、モジュールによって生成される総電力は、２つのグループの電力の合計よりも低くなることに留意すべきである。以下の表１において、産業用モジュールが各濃度について得た理想的な出力及び電力は、上記で説明した部分遮光シナリオのもとで示される。
【０１５９】
【表１】
2017098529.tif 000003
【０１６０】
アスタリスク記号は、最大電力点が領域Ｉにある場合を示す。１０００Ｗ／ｍ２の照射レベルに対して遮光濃度が提供される。従来のモジュールのＭＰＰが領域Ｉにあるとき、回復可能な電力は、遮光されたセルから生じ、そうでなければバイパスされるであろう。第２領域のＭＰＰの場合、完全に照射されたセルは、減少した電流を有せず、より多くの電力を生成する。
【０１６１】
再構成可能なトポロジは、異なる動作条件を有するセルのグループの独立した動作を目標とすることができる。再構成可能なトポロジの戦略目標は、実行時にモジュール構成を有効にすることである。このことは、特定の動作条件のためのカスタム設計されたトポロジに可能な限り近いものである。
【０１６２】
モジュールのトポロジを評価するために、性能は、同じ条件下で、Ｎ×Ｍモジュールによって生成された理想電力と、異なる条件下で比較される。すべてのセルの個々の最大電力点を加算することは、理想的な電力の非現実的な推定値である。相互接続及び変換損失を考慮する必要がある。上述した理由により、理想的な電力は、各遮光パターンのカスタムトポロジを設計することによって計算される。
【０１６３】
特定の動作条件のためにカスタム設計されたトポロジは、それらの個々の電気出力に基づいて、複数のセルを複数のグループに分割する。グループ内のセルは、直列又は並列に接続することができる。直列接続セルの最大電力を抽出するには、すべてのセルが同じ値のＩｍｐｐを共有する必要があり（最大電力点での電流）、直列接続されたセルの電圧が加算される。並列接続における最大電力の抽出はすべてのセルを必要とする。同じ値のＶｍｐｐ（最大電力点での電圧）を共有し、並列接続されたセルの電流が加算される。直列接続部は、以下の２つの理由から好ましい。配線の抵抗損失は、より低い電流値のために低くなる可能性があり、電圧を徐々に上昇させてもよいし、このことはグリッド接続又はバッテリ充電アプリケーションに役立つ。
【０１６４】
一般的に言えば、カスタムトポロジは、抵抗損失及び変換損失を有するモジュールの利用可能な最大電力を抽出する。カスタムトポロジには、例えば複数のスイッチなどバイパス要素又は動的要素がない。もしセルのＮ×Ｍのレイアウトと既知の動作シナリオが与えられると、カスタムトポロジは最小損失で最大電力を抽出するように設計される。
【０１６５】
実際の状態では、まったく同じ電気的特性を達成することは不可解である。各グループｋは、ＭＰＰにおける電流は［Ｉｋ，ｍｉｎ，Ｉｋ，ｍａｘ］の範囲内にある複数のセルを含んでよい。このグループの電流は、Ｉｋ，ｍｉｎに等しくなる。各グループの値の範囲は、例えば、以下に示すいくつかの規則に従って慎重に注意深く選択することができる。この間隔の大きさは、より多くのグループを生成する抵抗損失と、高性能セルグループにおいて「より貧しい低性能（不良）セル」を追加する電力損失によって決定される。１つのセル又は複数のセルのグループが他のすべてのグループと大きな電流差を有する場合、それが生成する電力は、他のセルに接続するために、例えば個々のコンバータなどの余分なハードウェアの使用を補うには不十分な場合がある。この場合、１つのセル又は複数のセルのグループはカスタムトポロジから除外される。
【０１６６】
各遮光パターンは異なるカスタムトポロジを生成する。シナリオＡのカスタムトポロジは、シナリオＢの遮光パターンには完全に不適切である。理論的には、各セルがセルストリングを備える再構成可能なトポロジは、カスタムトポロジと同じ構成のセルを実現する柔軟性を有する。Ｎ×Ｍまでのセルストリングを持つために必要な余分なハードウェアコストは、
例えば、個々のセルの周囲に構成可能なスイッチ及び追加の配線を有することができが、経済的に不可能であるかもしれない。また、実際に達成可能な最大エネルギー収率に至らない場合もあるが、アクティブなパスは、Ｎ×Ｍの数倍のオーダーで多数のスイッチ及び配線を含み、これにより抵抗損失を大幅に増加させる。
【０１６７】
本発明による実施形態では、「より貧しい低性能」セルに対してモジュールの性能を著しく低下させない最適化された再構成可能なモジュールが提供されてもよい。ハードウェアオーバーヘッドを低減するために、すべてのセルをセルストリングで編成することができるため、各セルストリングは、その「最も貧しい低性能」セルによって生成された電流によって制限されてもよい。均一な条件下では、すべてのセルストリングをグローバルセルストリング直列に接続することができ、この単一グループを単一の高性能コンバータに接続することができる。モジュールの部分遮光状態のもとで以下の２つのシナリオが可能である。
【０１６８】
１．各セルストリングの「最も貧しい低性能」セルには同様の電流Ｉｍｐｐがあり、均一の運用シナリオと同等と考えることができる。
２．いくつかのセルストリングのＩｍｐｐは、重要な価値によって異なるかもしれないが、例えば１０％以上であり、モジュールの再構成が有利であり得る。
【０１６９】
本発明による実施形態では、各グループの複数のセルストリングは直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよい。複数のセルストリングの直列接続が提供されてもよい。１つのセルストリングの「アウト（ｏｕｔ）」ピンと別のセルストリングの「イン（ｉｎ）」ピンとの間の１つのスイッチによって切り替えることができ、電流は低いままである。従って、抵抗損失も低く抑えることができる。しかし、これはまた、蓄積された高い電圧につながり、大型で高価なスイッチが必要となる可能性がある。他方で、セルストリングの並列接続部は、セルストリング対ごとに２つの切り替え可能な接続によって提供することができる。１つのスイッチは、２つのセルストリングの「イン（ｉｎ）」ピンを接続する一方、別のスイッチが同じ２つのセルストリングの「出力」ピンを接続してもよい。電流は累算され、後続の配線の抵抗損失が増加する。しかしながら、この損失は潜在的に実質的であり、並列接続部は注意して考慮する必要がある。
【０１７０】
次の例では、図３に示される例示的な実施形態に対応する構成が、シミュレーション環境において評価される。これらのシミュレーションは、本発明の実施形態にかかる、不均一な動作条件下での再構成可能なトポロジの潜在的な利点を示す。このようなシミュレーションにより、当業者は、例えば、その状況下では、例えば異なる構成として、モジュールの異なるランタイムインスタンス間を切り替えることができる。
【０１７１】
太陽電池は、そのようなＰＶシステムの基本構造である。用いたセルモデルは、非特許文献１に開示されるものを用いた。このモデルは温度依存性を有し、この例で使用したシミュレーション環境は、ＶｅｒｉｌｏｇとＳｐｅｃｔｒｅであった。
【０１７２】
電気抵抗を用いたシミュレーションにおいて、複数の配線と複数のスイッチが含まれていた。コンバータの挙動モデルが使用され、並列コンバータの効率ηが９５％であり、第２段のコンバータの効率ηが９８％である場合、これは許容範囲内にあると考えられる。
【０１７３】
表２に示すように、均一条件下では、従来のモジュールは、実施形態に従って例示的な再構成可能なモジュールよりも若干良好に機能する。セルストリングの直列接続を可能にする複数のスイッチは、従来のモジュールに関する再構成可能なトポロジの追加構成要素である。これらの複数のスイッチはアクティブ電流パスに対して抵抗を追加し、これにより、電流が増加すると電力損失が生じる可能性がある。しかし、電流がより高い高照射下であっても、このシミュレーションでは、再構成可能モジュールの電力損失は１．５％を超えない。２つのトポロジの電力性能は、以下の表２に詳細に示される。
【０１７４】
【表２】
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【０１７５】
モジュールが部分遮光の下で実行すると、不均一性が別の構成への切り替えを正当化するかどうかを判定することができる。操作できる最小のセルグループはセルストリングであり、この例示的な実施形態では直列の６つのセルからなる。遮光は、遮光濃度のパーセンテージ、もしくはセル間の照射レベル差によって決定される。まず、単一のセルストリングが残りのモジュールと５０Ｗ／ｍ２の異なる照射レベルを有するケースを提示する。３つの異なる照射レベルの結果を以下の表３に示す。
【０１７６】
表３に示す結果から、再構成可能なモジュールの全直列接続を再調整することで、高い照射レベルの下では、不均一性レベルは、利得を達成するのに十分に高くない可能性があると、結論付けることができる。しかし、低照射レベルでは、１つのセルストリングのみが遮光されていても小さな利得が残ることがある。
【０１７７】
【表３】
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【０１７８】
実験では、セルストリング間の１０％より大きい照射差は、セルストリングとコンバータとの並列接続への切り替えを正当化することができる。しかしながら、当業者であれば、スイッチが適するかどうかをさらに詳細に判断するために、さらなる実験及び／又はシミュレーションを実行することができる。
【０１７９】
【表４】
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【０１８０】
モジュールの不均一性レベルは、遮光濃度の増加又は遮光されたセルの数の増加のいずれかによって増加させることができ、ここで、前記の表４を参照ください。この表は、２０％、５０％及び８０％の遮光濃度を有する遮光されたセルに対して、１０００Ｗ／ｍ２及び５００Ｗ／ｍ２のグローバル照射レベルでの、考慮される３つのモジュールアーキテクチャの比較生成電力を示す。アスタリスクの指示子は、再構成が有利な場合を示す。
【０１８１】
しかし、遮光されるセルの数を増加させることは、これまでに提示された例示的な結果はそれほど変わらないようである。例えば、直列接続の１つの遮光部付きセルは、接続されるすべてのセルの出力電流を制限する。実施形態による例示的な構成の利得に影響を及ぼす重要なパラメータは照射差のレベルである。特定の照射差を有する代わりに、遮光濃度が適用される。明確にするために、１０％の遮光濃度は、遮光されたセルが完全に照射されたセルの照射の９０％を受けることを意味する。
【０１８２】
表４に示すように、本発明の実施形態にかかる再構成可能なモジュールは、従来のものよりも高い照射レベルで優れており、例えば、少なくともキャストされた遮光が十分に密である場合には、より低い照射レベルでは、たとえ差がより小さくても、提案されたＰＶトポロジが有利であるように見える。
【０１８３】
結論として、多くのＰＶシステム、特に排他的ではないが、工業地域に設置されたものは非一様な動作条件下で機能する。アレイの部分遮光は、当技術分野で知られているＰＶモジュールにおいて不一致効果を引き起こす可能性があり、それ以外の場合は回復可能な電力が失われる可能性がある。
【０１８４】
遮光条件は典型的には確率的であるため、本発明の実施形態にかかるセル相互接続のトポロジはフィールド内で有利に再構成される。従って、このようなモジュールは、ランタイム（実行）時に実際の遮光条件に調整することができ、モジュールのすべての潜在的なエネルギー収量又は実質的にすべての潜在的なエネルギー収率を回収することができる。例えば、モジュールが部分的に遮光される場合、同様に遮光されたセルをグループ化することができる。各グループはローカルコンバータに独立して接続することができる。これにより、アクティブな（能動）電流パス内のアクティブ（能動）素子の最小化が可能になる。
【０１８５】
上述したシミュレーションは、重い遮光のある条件下で、及びモジュール内の著しい照射差の下で大きな利益を達成することができることを示している。本発明の実施形態にかかるモジュールトポロジは、部分遮光が一般的に発生する場合の複数のインストール（装置実装構成）において使用してもよく、それは例えば標準又は基準（ノルム）である。さらに、最小の損失を保証することができ、均一な照射条件下では無視できる程度の損失しか生じない、本発明の実施形態にかかる再構成可能なモジュールの全直列接続が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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