(57)【要約】  発電のための太陽光発電モジュール積層体を提供する。モジュールは、モジュール積層体内に埋め込まれ、かつモジュール積層体内に電気相互接続された太陽電池の少なくとも１つのストリングを形成するように電気相互接続された複数の太陽電池を含む。更に、少なくとも１つの遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路が、モジュール積層体内に埋め込まれ、少なくとも１つの電気相互接続太陽電池ストリングに電気相互接続されてそれによって給電され、かつ遠隔制御式モジュール電力送出ゲートスイッチとして機能する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電のための太陽光発電モジュール積層体であって、
前記モジュール積層体内に埋め込まれ、該モジュール積層体内に電気相互接続された太陽電池の少なくとも１つのストリングを形成するように電気相互接続された複数の太陽電池と、
前記モジュール積層体内に埋め込まれ、前記少なくとも１つの電気相互接続太陽電池ストリングに電気相互接続されてそれによって給電され、遠隔制御式モジュール電力送出ゲートスイッチとして機能する少なくとも１つの遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路と、
を含むことを特徴とするモジュール積層体。
【請求項２】
正面軽量光透過性カバー層と、上部カプセル封入層と、前記複数の太陽電池と、底部カプセル封入層と、背面保護層とのスタックを含む軽量モジュール積層体であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項３】
可撓性軽量モジュール積層体であることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項４】
正面軽量光透過性カバー層と、上部カプセル封入層と、前記複数の太陽電池と、底部カプセル封入層と、背面保護層とのスタックを含む建物一体型太陽光発電（ＢＩＰＶ）モジュール積層体であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項５】
前記建物一体型太陽光発電（ＢＩＰＶ）モジュール積層体は、可撓性軽量モジュール積層体であることを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項６】
正面光透過性カバーガラスと、上部カプセル封入層と、前記複数の太陽電池と、底部カプセル封入層と、背面保護層とのスタックを含む剛性モジュール積層体であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項７】
フレームなしモジュール積層体であることを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項８】
前記複数の太陽電池は、モノリシックアイル分割太陽電池（ｉセル）であり、該太陽電池の各々が、該太陽電池に増大電圧と低減電流の組合せによる電力を提供するように互いに電気相互接続された複数のサブセルを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項９】
前記少なくとも１つの遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、電力線通信（ＰＬＣ）指令信号を受信している時にモジュール電力の送出を可能にするようにオンにされ、かつ電力線通信（ＰＬＣ）指令信号の不在時にモジュール電力の送出を防止するようにオフにされる常時オフゲートスイッチであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、無線指令信号を受信している時にモジュール電力の送出を可能にするようにオンにされ、かつ無線指令信号の不在時にモジュール電力の送出を防止するようにオフにされる常時オフゲートスイッチであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項１１】
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、半導体集積回路であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項１２】
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、モノリシックシリコンＣＭＯＳ集積回路であることを特徴とする請求項１１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項１３】
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、前記電気相互接続太陽電池ストリングによって給電されることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項１４】
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、半導体バイパススイッチを閉じることにより、前記電気相互接続太陽電池ストリングを内部短絡させ、かつそれをバイパスすることによってモジュール電力送出をオフにし、
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、前記半導体バイパススイッチを開く遠隔制御指令を受信した時にモジュール電力送出をオンにする、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項１５】
モジュール積層体内の前記電気相互接続太陽電池ストリングは、電気直列で接続された太陽電池を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項１６】
モジュール積層体内の前記電気相互接続太陽電池ストリングは、電気並列接続された太陽電池のサブグループの電気直列接続の混成組合せで接続された太陽電池を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項１７】
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、前記電気相互接続太陽電池ストリングによって生成されており、かつ前記遠隔制御式モジュール電力送出ゲートスイッチを通過している電力の実時間測定のための回路を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項１８】
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、該遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路に関連付けられてそれと電気通信しているＰＶモジュールアレイ制御及びステータスモニタリングシステムに前記電力の前記実時間測定値を送信するための回路を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項１９】
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、太陽光発電モジュール積層体の作動温度に対応する実時間温度測定のための回路を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項２０】
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、該遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路に関連付けられてそれと電気通信しているＰＶモジュールアレイ制御及びステータスモニタリングシステムに前記実時間温度測定値を送信するための回路を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項２１】
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、該埋め込み遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路を含む太陽光発電モジュール積層体の一意的識別のための回路を更に含み、
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、前記電力の前記実時間測定値を送信すると共に太陽光発電モジュール積層体の前記一意的識別を送信するための回路を更に含む、
ことを特徴とする請求項１８に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項２２】
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、該埋め込み遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路を含む太陽光発電モジュール積層体の一意的識別のための回路を更に含み、
前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路は、前記実時間温度測定値を送信すると共に太陽光発電モジュール積層体の前記一意的識別結果を送信するための回路を更に含む、
ことを特徴とする請求項２０に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項２３】
複数の電気相互接続された太陽光発電モジュール積層体であって、該モジュール積層体の各々が、
前記モジュール積層体内に埋め込まれ、かつ該モジュール積層体内に電気相互接続された太陽電池の少なくとも１つのストリングを形成するように電気相互接続された複数の太陽電池と、
前記モジュール積層体内に埋め込まれ、かつ前記少なくとも１つの電気相互接続太陽電池ストリングに電気相互接続されてそれによって給電され、遠隔制御式モジュール電力送出ゲートスイッチとして機能する少なくとも１つの遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路と、
を含む前記太陽光発電モジュール積層体と、
前記複数の電気相互接続された太陽光発電モジュール積層体内の前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路と通信することができるＰＶモジュールアレイ制御システムと、
を含むことを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２４】
前記ＰＶモジュールアレイ制御システムは、有効化信号を前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路に通信することによって前記複数の電気相互接続太陽光発電モジュール積層体からの電力の送出を可能にすることができることを特徴とする請求項２３に記載の太陽光発電システム。
【請求項２５】
前記有効化信号は、交替周波数（ＡＣ）パルス列で構成されることを特徴とする請求項２４に記載の太陽光発電システム。
【請求項２６】
前記ＰＶモジュールアレイ制御システムは、無効化信号を前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路に通信することによって前記複数の電気相互接続太陽光発電モジュール積層体からの電力の送出を不能にすることができることを特徴とする請求項２３に記載の太陽光発電システム。
【請求項２７】
前記無効化信号は、交替周波数（ＡＣ）パルス列の不在に対応することを特徴とする請求項２６に記載の太陽光発電システム。
【請求項２８】
前記複数の電気相互接続太陽光発電モジュール積層体内の前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路との前記ＰＶモジュールアレイ制御システムの通信が、電力線通信（ＰＬＣ）に基づいていることを特徴とする請求項２３に記載の太陽光発電システム。
【請求項２９】
前記複数の電気相互接続太陽光発電モジュール積層体内の前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路との前記ＰＶモジュールアレイ制御システムの通信が、無線通信に基づいていることを特徴とする請求項２３に記載の太陽光発電システム。
【請求項３０】
前記ＰＶモジュールアレイ制御システムは、前記複数の電気相互接続太陽光発電モジュール積層体内の前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路と通信することができるステータスモニタリングシステムを更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の太陽光発電システム。
【請求項３１】
前記ＰＶモジュールアレイステータスモニタリングシステムは、前記遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路からステータス測定値を受信することによって前記複数の電気相互接続太陽光発電モジュール積層体からの実時間ステータス測定値を収集することを特徴とする請求項３０に記載の太陽光発電システム。
【請求項３２】
前記ステータス測定値は、前記複数の電気相互接続太陽光発電モジュール積層体に対応する電力の測定値を含むことを特徴とする請求項３１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３３】
前記ステータス測定値は、前記複数の電気相互接続太陽光発電モジュール積層体に対応する温度の測定値を含むことを特徴とする請求項３１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３４】
モジュール積層体内に埋め込まれた前記複数の太陽電池は、強化されたモジュール電力採取に向けた分散日陰管理のための複数の埋め込みバイパススイッチを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項３５】
分散日陰管理のための前記複数の埋め込みバイパススイッチは、前記複数の太陽電池に電気的に取り付けられた個別バイパススイッチを含むことを特徴とする請求項３４に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項３６】
分散日陰管理のための前記複数の埋め込みバイパススイッチは、前記複数の太陽電池に関連付けられたモノリシック集積バイパススイッチを含むことを特徴とする請求項３４に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項３７】
分散日陰管理のための前記複数の埋め込みバイパススイッチは、前記複数の太陽電池に電気的に取り付けられた個別バイパススイッチと該複数の太陽電池に関連付けられた複数のモノリシック集積バイパススイッチとの組合せを含むことを特徴とする請求項３４に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項３８】
モジュール積層体内に埋め込まれた前記複数の太陽電池は、強化されたモジュール電力採取に向けた複数の埋め込み式最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）電力オプティマイザーを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項３９】
モジュール積層体内に埋め込まれた前記複数の太陽電池は、強化されたモジュール電力採取に向けて、分散日陰管理のための複数の埋め込みバイパススイッチと複数の埋め込み式最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）電力オプティマイザーとを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項４０】
モジュール積層体内に埋め込まれた前記複数の太陽電池は、強化されたモジュール電力採取に向けた分散日陰管理のための複数の埋め込みバイパススイッチを更に含むことを特徴とする請求項３９に記載の太陽光発電モジュール積層体。
【請求項４１】
ＤＣからＡＣに電力を変換するための電力インバータを更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の太陽光発電システム。
【請求項４２】
前記電力インバータ及び前記ＰＶモジュールアレイ制御システムは、統合電子システムとして互いに組み合わされることを特徴とする請求項４１に記載の太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１３年４月１３日出願の米国特許仮出願第６１／８１１，７３６号及び２０１３年１０月２４日出願の第６１／８９５３２６号の利益を主張するものであり、これらの文献は、これによりその全体が引用によって組み込まれる。
【０００２】
本発明の開示は、一般的に太陽光発電（ＰＶ）セル及びモジュールの分野に関し、より具体的には太陽光発電モジュールのための電力制御及びステータスモニタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽光発電（ＰＶ）及び太陽電池の技術における進歩は、再生可能クリーンエネルギ生産機構としての太陽電池及び太陽光モジュールの低コスト大量生産及び大規模採用への道を切り開いた。この技術が実施される時にセル、モジュール、及びシステムレベルでの安全性及び電力効率の改善への要求が高まっている。典型的な太陽光システムは、太陽光モジュール積層体に装着かつ接続された太陽電池と、太陽電池が発生させた電力を負荷に伝達して回収するためのストリング及び太陽光システムレベル構成要素（例えば、ＤＣからＡＣへの電力インバータユニットのような電力コンバータユニット）の様々な取り合わせとを含む。太陽光モジュールは、電力採取に向けていくつかの太陽電池を電気接続し（典型的には、１つ又はそれよりも多くの直列接続太陽電池ストリングに）、かつ典型的には、電気相互接続された（例えば、タブ接続／ストリング接続により）太陽電池をガラスのような透過性保護表カバーと、保護裏シートと、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）のような適切なカプセル封入層とを含む太陽光モジュール積層体内にカプセル封入又はパッケージ化する。
【０００４】
一般的に、太陽光システム電力は、モジュールを接続して電力を回収するための外部電気配線に頼ってモジュール積層体（又は電気直列、電気並列、又は直列と並列の組合せで接続されたモジュールのようないくつかの電気接続太陽光モジュール）の正及び負のリード／端子から回収される。すなわち、太陽電池が太陽光を受光して電力を発生させている時に、太陽光モジュール出力リードは、通電状態にある（すなわち、それらは電圧を有し、かつ電力を負荷に送出することができる）。更に、多くの場合に、モジュールの電力出力を制御するのは困難であり、既存の制御システムは、モジュール出力を接続又は切断するために外部電気ブレーカスイッチ又は他のモジュール外部手段に頼っている。これらのソリューションは、多くの場合に高温のモジュールワイヤを残し、故障しがちであり、複雑な製作を必要とする個別の外部モジュールレベルの構成要素である。一部の他の従来技術構成は、外部モジュール出力リードに外部から取り付けられた外部マイクロインバータ又はＤＣ−ＤＣ電力オプティマイザーを使用する。外部マイクロインバータ又はＤＣ−ＤＣ電力オプティマイザーは、負荷へのモジュール電力送出を切断することはできるが、ＰＶモジュールにかなりのコスト及び複雑さを追加し、モジュール積層体内でモジュール電力送出を内部で切断することはしない。
【０００５】
これに加えて、太陽光発電モジュールは、商業施設及び住居施設の屋上及びファサード、並びに実用規模の太陽光発電所及び他の特殊用途（例えば、自動車用途のような移動可能又は搬送可能な発電用途）上に益々搬送されてそこに設けられてきているので、太陽光モジュールを安全で効率良く搬送、設置、及び制御することへの要求が高まっている。更に、太陽光発電システムの使用が増しているので、作動中及び保守中のモジュールの盗難の意識及び防止、並びに安全性要件は、益々高まる懸念事項となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第１４／０７２，７５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、モジュール発電への最小の影響（すなわち、最小の挿入損失）しか伴わずに高いモジュール安全性及び盗難防止の改善をもたらす実施が簡単で安全なモジュール電力制御及びステータスモニタリングシステムに対する必要性が生じている。本発明の開示の主題により、これまでに開発されたモジュール電力制御システムに関連付けられた欠点を実質的に排除するか又は低減する遠隔アクセス制御スイッチ（ＲＡＭＳ）を利用するモジュール電力制御（及びステータスモニタリング）システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の開示の主題の一態様により、発電のための太陽光発電モジュール積層体を提供する。太陽光モジュール積層体は、モジュール積層体内に埋め込まれ、かつこのモジュール積層体内で電気相互接続された太陽電池の少なくとも１つのストリングを形成するように電気相互接続された複数の太陽電池を含む。モジュール積層体は、典型的には、保護透過性カバーシート（例えば、ガラス又はＥＴＦＥ又はＰＦＥのような可撓性軽量フルオロポリマー）と、正面カプセル封入層（例えば、ＥＶＡ、ポリオレフィン、又は別の適切なカプセル封入材料）と、複数の電気相互接続太陽電池及び本発明の実施形態のようないずれかの埋め込み電力電子構成要素と、背面カプセル封入層（例えば、ＥＶＡ、ポリオレフィン、又は別の適切なカプセル封入材料）と、適切な保護背面シート（例えば、Ｔｅｄｌａｒ又は別の適切な保護基板）とを含む。更に、少なくとも１つの遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路（単一パッケージモノリシック集積回路又は多構成要素小型プリント回路基板のいずれかとして実施される）が、モジュール積層体内に埋め込まれ、上記少なくとも１つの電気相互接続太陽電池ストリング（電気直列又は並列／直列の混成組合せで相互接続された）に電気相互接続されてそれによって給電され、かつ遠隔制御式モジュール電力送出ゲートスイッチとして機能する。任意的に、ＲＡＭＳデバイスはまた、送出されている実モジュール電力及びモジュール温度を含むがこれらに限定されないＰＶモジュールの実時間ステータスモニタリングのための機能を与えることができる。
【０００９】
本発明の開示の主題のこれら及び他の態様、並びに追加の新しい特徴は、本明細書に提供する説明から明らかであろう。この要約の目的は、主張する主題の網羅的な説明ではなく、この主題の機能の一部の短い概要を提供することである。当業者には、以下に続く図及び詳細説明の精査の後に本明細書に提供する他のシステム、方法、特徴、及び利点が明らかになるであろう。本明細書に含まれる全てのそのような追加のシステム、方法、特徴、及び利点は、あらゆる特許請求の範囲内であるように意図している。
【００１０】
本発明の開示の主題の特徴、性質、及び利点は、類似の参照番号が類似の特徴を示す図面に関連付けた以下に示す詳細説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】モジュール積層体内に埋め込まれることになる遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路（単一パッケージモノリシック集積回路又は多構成要素プリント回路基板のいずれかとして実施することができる）の図である。
【図２】連続ＡＣ信号、例示的な変調信号、及び得られるＡＣパルス列を描示する図である。
【図３】４つの端子リード又は端子パッド（２つの入力端子及び２つの出力端子）を有するＲＡＭＳチップのレベル概略図である。
【図４】４端子ＲＡＭＳチップを使用するそのような設計の多様性を示す図である。
【図５】４端子ＲＡＭＳチップを使用するそのような設計の多様性を示す図である。
【図６】４端子ＲＡＭＳチップを使用するそのような設計の多様性を示す図である。
【図７】モジュール給電式埋め込みＲＡＭＳ電力電子回路実施形態を示す代表的な高レベル機能略回路図である。
【図８】相互接続太陽電池ストリングからの複数の接続点への接続のための６つの端子リード又は端子パッドを有するＲＡＭＳチップのレベル概略図である。
【図９】埋め込みＲＡＭＳ電力電子回路を使用する太陽光モジュール積層体の図である。
【図１０】６つの端子リード又は端子パッド（４つの入力端子と２つの出力端子とを含む）を有するＲＡＭＳチップのレベル概略図である。
【図１１】埋め込み電力電子回路を有する太陽光モジュール積層体の図である。
【図１２】モジュール給電式埋め込みＲＡＭＳ回路を示す代表的な高レベル機能略回路図である。
【図１３】モジュール給電式埋め込みＲＡＭＳ回路を示す代表的な高レベル機能略回路図である。
【図１４】本発明のＲＡＭＳ埋め込みモジュールを「ＰＶアレイ制御及びステータスモニタリングシステム（ＰＡＣＳ）」との協働に使用する代表的なＰＶシステム例である。
【図１５】本発明のＲＡＭＳ埋め込みモジュールを「ＰＶアレイ制御及びステータスモニタリングシステム（ＰＡＣＳ）」との協働に使用する代表的なＰＶシステム例である。
【図１６】本発明のＲＡＭＳ埋め込みモジュールを「ＰＶアレイ制御及びステータスモニタリングシステム（ＰＡＣＳ）」との協働に使用する代表的なＰＶシステム例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に続く説明は、限定的な意味で捉えるべきではなく、本発明の開示の基本原理を説明するために行うものである。本発明の開示の範囲は、特許請求の範囲を参照して決定しなければならない。本発明の開示の例示的実施形態を図面に示し、これらの様々な図面の同様で対応する部分を指示するのに類似の番号を使用する。
【００１３】
更に、本発明の開示を指令信号によって制御される遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子回路のような特定の実施形態及び構成要素を参照して説明するが、当業者は、本明細書に解説する原理を他の構成要素及び回路（埋め込みメモリ又は無線制御を使用する制御スイッチのような）、当業技術、及び／又は実施形態に過度の実験なく適用することができるであろう。
【００１４】
本出願は、モジュールの取り扱い安全性を高め、公知の太陽光モジュール制御システムに関連付けられた製作及び信頼性の難問を解決し、かつ強力な盗難防止及び任意的なモジュールステータスモニタリング機能を提供しながら太陽光モジュール電力出力を有効かつ効率的に制御するためのソリューションを提供する。遠隔制御式モジュールオン／オフ切り換えに加えて、本出願のロバスト太陽光モジュールシステムはまた、複数のＰＶモジュール積層体（各々が、任意的に独特なモジュール識別子を有する埋め込みＲＡＭＳ電力電子回路を有する）を含むモジュールアレイ又は太陽光システム内におけるモジュール識別と、盗難防止機能を通じた盗難抑止と、実時間モジュールステータスモニタリング及び更新（モジュール積層体又はＲＡＭＳ回路の温度及びモジュール電力送出のような）と、ＰＶモジュール積層体内のモジュール電力制御構成要素（ＲＡＭＳ回路）及び太陽電池に対するサージ及び静電放電（ＥＳＤ）の防止とを提供することができる。更に、本発明の開示のシステムの電気構成要素は、低コストで影響が最小限の構成要素として実施することができ、更にモジュール自体によって給電することができる（すなわち、外部電源の必要のない自己給電ＲＡＭＳ電力電子回路）。
【００１５】
一般的に、太陽電池モジュール（又は太陽光発電モジュール積層体）は、正面及び背面カプセル封入／積層体層（例えば、ＥＶＡ、ポリオレフィン、又は別の適切なカプセル封入材料）の間に配置された複数の太陽電池を含む。他の層は、取りわけ、剛性光透過性ガラス層（剛性ガラスカバー付きモジュールに対する）又は可撓性軽量光透過性カバー層（例えば、透過性表カバーと太陽電池の間のＥＴＦＥ又はＦＰＥのようなフルオロポリマーカバーシート）のような正面保護カバーと、背面保護層（太陽電池と背面保護層の間）とを含むことができる。ＰＶモジュール積層体は、可撓性（及び／又は軽量）又は剛性（一般的にガラスカバー付き）の積層体構造とすることができ、フレーム付き又はフレームなしとすることができ、建物一体型太陽光発電（ＢＩＰＶ）のような様々な用途に向けて修正することができる。
【００１６】
本出願の太陽光モジュール電力制御システムは、モジュール積層体内に埋め込まれて、モジュール電力出力のゲート処理及び制御（すなわち、モジュール積層体の外側へのモジュール電力送出を有効化又は無効化する）が可能なモジュールに対する電力ゲート又は電力スイッチ（言い換えれば、本発明の実施形態による遠隔制御式モジュールレベルバイパススイッチ及び制御器）として機能する少なくとも１つの遠隔アクセスモジュール制御スイッチ（ＲＡＭＳ）回路を利用する。本発明の１次実施形態において、遠隔制御式ＲＡＭＳスイッチは、モジュール電力送出がオフにされた時にモジュール電力リードを内部で短絡する（従って、モジュール電流を内部でループさせる）バイパススイッチである。遠隔制御式ＲＡＭＳバイパススイッチは、モジュール電力送出がオンにされた時に開いた位置（モジュールリードを短絡しない）にある。例えば、ＲＡＭＳは、バイパススイッチ設計を有する単一パッケージのモノリシックＣＭＯＳチップ、又はモジュール積層体内に埋め込まれたバイパススイッチ設計を有する多構成要素プリント回路基板（ＰＣＢ）のいずれかとすることができる。太陽光発電（ＰＶ）モジュール毎に１個のＲＡＭＳ回路を埋め込み、モジュールカプセル封入材料内に位置決めすることができ、モジュールの電力出力は、このＲＡＭＳ回路を通って流れる。あるいはこれに代えて、各々が直列接続又は並列直列混成接続の太陽電池のアレイ（複数）に接続された複数のＲＡＭＳ電力電子回路（例えば、モジュール積層体内の３つの電気相互接続太陽電池部分ストリングに関連付けられた３つのＲＡＭＳ回路）をモジュール積層体内に埋め込むことができる。ＲＡＭＳ電子回路自体（例えば、単一パッケージモノリシック集積回路又は多構成要素ＰＣＢのいずれか）は、電気相互接続太陽電池ストリングに様々な機構を用いて配置して取り付ける（例えば、太陽電池が、相互接続構造を有する背面上に装着される場合／時に、支持背面に取り付ける）ことができ（例えば、半田付け及び／又は導電性接着剤により）、又は太陽電池ストリング出力電気リードの近く及び／又はこれらのリードの間の個別構成要素（モノリシック集積回路又は多構成要素ＰＣＢのいずれか）として配置し、電気相互接続太陽電池ストリングにモジュール積層体内の電気バス接続コネクタを通して接続することができる。重要な点として、モジュール電力は、モジュール外部出力を通して外部に送出することができる前に埋め込みＲＡＭＳ回路を通過する必要がある（モジュール積層体の外側への電力送出は、遠隔制御式ＲＡＭＳが、そのバイパススイッチを開放してモジュール電流を内部で短絡しないことによって電力送出を有効化するときに有効化される）。
【００１７】
電力送出スイッチ（ＲＡＭＳ電力電子回路）は、モジュール積層体内に埋め込まれてモジュール内にあるので、スイッチがモジュールをオフにして外側への電力送出を無効化した時（すなわち、モジュール電流を内部でバイパスするようにスイッチが閉接／短絡される時に並列バイパススイッチがゲート処理し、従って、ＲＡＭＳゲートよりも大きい電力送出を無効化する場合）には、電力はモジュール内に閉じ込められ（すなわち、モジュール電流が内部でループする）、従って、スイッチは、盗難防止デバイスとして機能し、外部電力送出が存在しないので、いずれかの外部モジュール出力リードを含むモジュールは、取り扱いに関して安全である。一部の事例では、内部モジュール電流ループから生じる損失を軽減し、埋め込みＲＡＭＳ電力電子機器の小フットプリント低コスト実施を可能にするために、ＲＡＭＳスイッチに直列接続された太陽電池又は太陽電池ストリングに関する電流を低減することが望ましい場合がある。そのような実施形態において、太陽電池に増大電圧と低減電流を与えるために、各太陽電池は、電気直列又は並列と直列の混成組合せで相互接続されたモノリシックタイル分割又はモノリシックアイル分割のサブセルから構成される。その結果、モジュール電流強度が低下し、モジュール電圧強度が増大し、従って、ＲＡＭＳ電力電子機器回路を低減電流増大電圧構成に向けて設計することが可能になる。本発明のＲＡＭＳ実施形態と共に使用されるモノリシックアイル分割太陽電池に関する代表的な強度調整係数は、約４から１６の範囲にあるとすることができる。例えば、８という強度調整係数を与えるためにサブセル相互接続方式を用いて約５．３Ｗのピーク電力を発生させることができるモノリシックアイル分割結晶シリコン太陽電池は、４．６Ｖ程度の最大電力セル電圧と、１．１６Ａ程度の最大電力セル電流とを生成することができる。そのような太陽電池の直列接続ストリングでは、ストリング電流も、８という強度調整係数で低減され（例えば、約１．１６Ａに対応する）、一方、直列接続ストリングに対するストリング電圧は、８という係数で増大する。この構成は、小さい電力電子回路（モノリシックパッケージ又はＰＣＢ）フットプリントを用いて本発明のＲＡＭＳ実施形態の低損失低コスト実施を可能にすることができる。
【００１８】
ＲＡＭＳ電力電子スイッチは、開いた時に（例えば、ＲＡＭＳがオンにあるか又は電力送出を可能にする）、モジュール電力が外部モジュールリードに与えられ、外部負荷（例えば、複数のＲＡＭＳ埋め込みモジュールに取り付けられたストリングインバータ又は中央インバータのような電力インバータユニット）に送出することができるような並列又はバイパススイッチとすることができ、又は直列スイッチが閉じた時に電力が送出されるようにモジュール電力出力と直列に配置された制御スイッチとすることができる。ＲＡＭＳ埋め込みＰＶモジュールが電力送出モードにある（すなわち、ＲＡＭＳが電力送出を有効化している）時の並列又はバイパススイッチゲートの利点（直列スイッチと比較した場合）は、ＲＡＭＳ電力電子回路の挿入損失の有意な低減である。この低減は、並列又はバイパススイッチゲート設計を有するＲＡＭＳが、電流経路に閉接スイッチの直列抵抗を持たないことに起因する（直列スイッチゲートとは逆に）。従って、並列スイッチ又はバイパススイッチのＲＡＭＳは、その使用に関連付けられた挿入損失を低減する。ＲＡＭＳチップの他の挿入損失ファクタ（並列／バイパススイッチ設計と直列スイッチ設計の両方に関する）は、追加的及び／又は任意的な回路機能ブロック（図１に示す機能ブロックのような）、及びＲＡＭＳ電力電子回路がモジュール自体によって給電されることによるこの回路の電力消費を含む。ＲＡＭＳ電力電子設計を通して、かつＲＡＭＳ挿入損失及び電力消費を最小にすることにより、モジュール積層体内に埋め込まれたＲＡＭＳ電力電子回路（単一パッケージモノリシック集積回路又は多構成要素ＰＣＢのいずれかとして実施）のモジュール電力送出モードにおける（すなわち、ＲＡＭＳスイッチゲートがモジュール電力送出を有効化するときの）挿入損失をモジュール電力の１％よりも小さくなるまで（更に一部の事例では実質的に≪１％まで）低減することができる。低い挿入損失は、本発明の埋め込みＲＡＭＳ実施形態が、低減電流と増大電圧とを有するモノリシックアイル分割（又はモノリシックタイル分割）太陽電池と共に使用される場合に更に容易になる。本明細書ではｉセルと記す低減電流と増大電圧とを有するモノリシックアイル分割（又はモノリシックタイル分割）太陽電池に関する方法及び構造は、２０１３年１１月５日出願の本出願人所有の米国特許出願第１４／０７２，７５９号明細書に見出すことができ、この文献は、これによりその全体が引用によって組み込まれる。
【００１９】
ＲＡＭＳコストを更に低減するために、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、単一パッケージ表面実装技術（ＳＭＴ）モノリシック相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）チップパッケージのような単一パッケージモノリシック集積回路に実施することができ、又はこれに代えて、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、全てがパッケージに含まれたコアモノリシックチップと、コンデンサー及び／又は誘導子のような少数の個別構成要素とを含むことができる（例えば、システムインパッケージＳＩＰ又は混成ＳＩＰ、又は小フットプリントのプリント回路基板又はＰＣＢ内に組み立てられたシステム等）。例えば、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、例えば、シリコンＣＭＯＳ、並列又はバイパススイッチを有する電力電子機器集積回路は、（直列スイッチと比較して）小さいフットプリント、小さい厚み（すなわち、薄型）、及び廉価なＲＡＭＳモノリシック集積回路（又はこれに代えてＲＡＭＳ  ＰＣＢ）を提供することができ、更にＲＡＭＳチップ挿入損失／電力散逸を低減するのに役立つ。この低減は、ＲＡＭＳをＲＡＭＳ電力電子機器回路によって処理されているモジュール積層体の電流を有意に低減するために、各々が低減電流と増大電圧とを有する複数のモノリシックアイル分割（又はモノリシックタイル分割）太陽電池を含むモジュール積層体内に使用するときに更に可能になる。
【００２０】
ＲＡＭＳチップは、好ましくは、ＰＶモジュールによって給電され、別個の電源を必要としない。本発明のＲＡＭＳ電力電子機器回路実施形態（好ましい並列又はバイパススイッチモードを有する）の電力消費は、基本的にその挿入損失である。従って、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、太陽光電力が発生する日照時間中にモジュールと共に起動／始動し、セルが電力を発生させない夜間にモジュールと共に停止／休止する。
【００２１】
図１は、例示的な機能構成ブロックを強調表示しており、２つの入力電気端子及び２つの出力電気端子（リード又はリードなしのパッドのいずれかとして実施）を有する遠隔アクセスモジュールスイッチ（ＲＡＭＳ）電力電子機器回路（モノリシック集積回路、ＳＩＰ、又は多構成要素ＰＣＢとして実施）の略機能ブロック図である。例えば、ＲＡＭＳ電力電子機器パッケージ１２は、モジュール積層体内に埋め込まれた電力電子機器回路としての影響の低い集積に向けて、サイズが、モノリシック集積回路実施では約１平方ミリメートルから数平方ミリメートルまで、又はＳＩＰパッケージ又はＰＣＢ実施では数平方ミリメートルから最大でも約数十平方ミリメートルの範囲にあるフットプリントを有する薄型パッケージ又は多構成要素ＰＣＢのような比較的小さいフットプリントのモノリシックＣＭＯＳ集積回路又は多構成要素ＳＩＰパッケージとすることができる。正の入力端子（例えば、リード又はパッド）１４及び負の入力端子（例えば、リード又はパッド）１６は、モジュール電気バス接続端子への内部接続を与え、正の出力端子（例えば、リード又はパッド）１８及び負の出力端子（例えば、リード又はパッド）２０は、外部モジュール端子（例えば、リード）への電気バス接続コネクタである。重要な点として、フットプリント及び実施コストを更に低減するために、図示のＲＡＭＳ電力電子機器機能設計は埋め込みメモリを必要としない。例えば、ＣＭＯＳアナログ／デジタル集積回路は、不揮発性メモリのような埋め込みメモリに対する要件を伴わずに低いフットプリント及びコストに実施することができる。
【００２２】
機能ブロック２２は、交流又はＡＣ（例えば、５０ＫＨｚから１ＭＨｚまでの大体の周波数範囲の）パルス列検出器と、ピーク検出器と、サンプルホールド回路２４と、スイッチドライブ及びモジュールオン／オフバイパススイッチ２６とを含む遠隔制御式モジュールオン／オフスイッチゲートである。任意的な機能及び電子機器は、部分ストリング日陰管理構成要素２８（例えば、ショットキー障壁ダイオード−ＳＢＲのような少なくとも１つのバイパススイッチ）と、モジュールの電圧、電流、及び／又は電力の測定構成要素３０（送出されている実際のモジュール電力を実時間で測定する）と、モジュール温度測定（ＲＡＭＳ電力電子機器回路上で測定される）構成要素３２と、独特なモジュール識別子又はＩＤ（例えば、独特なＡＣ電力線通信搬送波周波数）を有するＡＣ電力線変調の構成要素３４（モジュールの独特なモジュール識別情報、並びに温度及び電力の情報を提供する構成要素であって、従って、ステータスモニタリングに向けて、電力及び温度の実時間測定値が、どのモジュールがこれらの実時間測定値に関するかを示す一意的識別子でタグ付けされる）と、過渡電圧抑制器（ＴＶＳ）と、静電放電（ＥＳＤ）及び雷サージ防止構成要素３６（ＲＡＭＳ電力電子機器回路、並びに埋め込み太陽電池及び他の埋め込み電子構成要素のような他のモジュール構成要素をモジュールの出力電気端子を通してモジュールに到着する過渡サージを短絡することによって保護する）とを含む。図示していない追加の任意的な機能ブロックは、事前設定又は動的に定められる電圧に基づいてモジュール出力電圧を調整する出力電圧調整器を含むことができる。図１に示す構成要素３０及び３２のような機能ブロックは、例えば、ＲＡＭＳ電力電子機器回路のモジュール電力の発生／送出及び温度平均値に関するＲＡＭＳ電力電子機器回路による実時間モジュールステータス測定値を中央データ取得システム、例えば、以下に説明するＰＶアレイ制御及びステータスモニタリングシステム（ＰＡＣＳ）に電力線通信（ＰＬＣ）ネットワーク又は無線ネットワーク上で許容可能な間隔で提供することができる（例えば、実時間の電力送出及び温度測定が、ほぼ数分の１秒から数十秒に一度の間隔で実施される）。ＲＡＭＳ電力電子機器回路（モノリシック集積回路、ＳＩＰ、又はＰＣＢ）は、太陽電池自体と同じくモジュール積層体内に埋め込まれるので、ＲＡＭＳ温度測定値は、実働中のモジュール内の太陽電池温度のある程度良好な表現を反映する。更に、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、モジュールの電力送出のための通過ゲートであるので、ある程度正確なモジュールの電圧測定及び電流測定を実時間に実施することができる。
【００２３】
上述のように、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、モノリシック集積回路として（言い換えれば、単一パッケージのＩＣとして）実施することができるいくつかの個別構成要素（例えば、コアモノリシックチップ及びコンデンサー／誘導子／又は抵抗のような少なくとも１つの個別構成要素）を含むことができ、又は多構成要素プリント回路基板（ＰＣＢ）として実施することができ、又はこれらのいずれかの組合せとすることができる。最低のコスト及び最高の現場信頼性に対してはモノリシックＩＣ実施が最も望ましい。ＲＡＭＳ電力電子機器回路に対する重要な要件は、回路フットプリント及び厚み（プロファイル）、実施コスト、影響の大きさ、挿入損失、及び切り換え構造を含む。例えば、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、シリコンＣＭＯＳ又はＢｉＣＭＯＳ（バイポーラ＋ＣＭＯＳ）集積回路を含むことができる。ＣＭＯＳ電力電子機器集積回路は、他のオプションと比較して（多構成要素ＰＣＢオプション等と比較して）かつ他の要件ファクタに依存して廉価なものとすることができ、少ない電力しか散逸させないことができる。本明細書に開示する例示的なＲＡＭＳ構造は、多構成要素電力電子機器回路（小さいプリント回路基板又はＰＣＢ内に構成されたもの等）として実施するか、又はアナログ機能及びデジタル機能に対応するＣＭＯＳ電力電子機器ベースライン鋳造工程を用いてモノリシックするかのいずれかとすることができる回路設計に基づいている。更に、コストを低減するために、本明細書に提供する例示的なＲＡＭＳ構造は、不揮発性メモリ構成要素（フラッシュメモリ等）を利用することができるが、不揮発性メモリ機能を持たないＣＭＯＳシリコンベースの回路設計である。低強度の電流と高強度の電圧とを有するモノリシックアイル分割（又はモノリシックタイル分割）太陽電池の使用は、本発明のＲＡＭＳ電力電子機器回路実施形態の実施コスト及び挿入損失を更に低減することができる。
【００２４】
ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、モジュール積層体内に埋め込まれた電力送出オン／オフ切り換えゲートを提供する。一実施形態において、ＲＡＭＳゲートは、不揮発性埋め込みメモリを利用するトグルスイッチである。しかし、ＲＡＭＳ電力電子機器回路フットプリントを低減し、更に埋め込みメモリに関連付けられた追加コストを低減するために、スイッチにモジュールの外部の電力線通信ＰＬＣ  ＰＣパルス列によって動的かつ遠隔的に指令することができる。言い換えれば、ＰＶシステム電力線上のＡＣパルス列のような外部信号の存在により、ＲＡＭＳゲートスイッチは、モジュール電力送出を有効化するように指令を受け（又は内部ＲＡＭＳバイパススイッチがオフにされることによってゲートスイッチがオンになり）、ＰＶシステム電力線上のＡＣパルス列のような外部信号の不在により、ＲＡＭＳスイッチは、モジュール電力送出を無効化するように指令を受ける（又は内部ＲＡＭＳバイパススイッチがオンにされることによってゲートスイッチがオフになる）。例えば、ＲＡＭＳチップが外部電力線からパルス（電力線上のＡＣパルス列等）を受け取らない限り、ＲＡＭＳゲートスイッチはオフにあり、そのままに留まる（すなわち、並列スイッチゲート実施形態において、バイパススイッチはモジュール電流を閉じ／短絡し、モジュールからの電力送出は、ゲートスイッチによって無効化される）。更に、ＲＡＭＳ電力電子機器回路がＡＣパルス列を受け入れる時に、及びこのパルス列を受け入れる限り、ＲＡＭＳゲートスイッチはオンにあり、そのままに留まる（すなわち、並列スイッチゲート実施形態において、バイパススイッチは開いており、モジュール電力は、外部モジュールリードに送出される）。従って、外部信号（ＰＶモジュールアレイ電力線上のＡＣパルス列）は、それが電力線上に存在し、検出される限り、全ての埋め込みＲＡＭＳ電力電子機器回路に対する状態維持指令信号として機能し、ＲＡＭＳゲートスイッチはオンにあり、そのままに留まる（モジュール電力送出を有効化する）。
【００２５】
指令信号発生器（例えば、ＡＣパルス列発生器又はＡＣ連続波発生器）は、独立型構成要素とするか又はＰＶアレイ（例えば、ストリングインバータ）に対する電力インバータ（１つ又は複数のストリングインバータ等）を含むことができるアレイ制御システムの一部とすることができる。指令信号は、比較的低い周波数で変調された振幅と、ＲＡＭＳ電力電子機器回路にＡＣパルスパケットを送信するための小さい負荷サイクルの方形波とを有するＡＣ電力線信号／電力線通信ＰＬＣ（例えば、約１０ＫＨｚから最大で約１０ＭＨｚの範囲、一部の事例では約５０ＫＨｚから最大で約１ＭＨｚの範囲の周波数を有する）を含むＡＣパルス列発生器によって与えることができる。方形波変調信号の周波数（又はＡＣパルス列の周波数）は、約０．０５Ｈｚから最大で１０Ｈｚの範囲にある（例えば、０．１Ｈｚ変調の周波数）ように選択することができる。ＰＶアレイＲＡＭＳ回路がＡＣパルスをＸ秒（Ｔ秒の方形波周期に対する）毎に少なくとも一度検出する限り、ＰＶアレイモジュールは、留まり続けて中央インバータに電力を送出し続ける。Ｘは、フェイルセーフ冗長性の目的でＴよりも大きく選択することができる。例えば、Ｔ＝１０秒に対して、Ｘは、Ｘ＝３０秒から６０秒までのようなＴの倍数として選択することができる。この冗長性レベルは、いくつかのパルスが、ＲＡＭＳ電力電子機器検出回路によって「見逃された」（例えば、電力線ノイズに起因して）場合であっても、継続的な作動及びＰＶアレイの耐障害性を確実にする。しかし、Ｘは、緊急時（例えば、火災災害又はあらゆる他の電気安全性緊急時）にＰＶアレイを約１分（又はそれよりも短い時間）以内にオフにする（すなわち、ＲＡＭＳゲートスイッチが電力送出を無効化する）ことができるように、十分に小さいもの（例えば、１分よりも大きくない）とすることができる。従って、ＰＶアレイに対する適切な妥協点は、Ｘ＝３０秒（及びＴ＝５秒から１０秒まで）とすることができる。ＰＶアレイは、例えば、幾分異なる周波数で作動し、全てがＲＡＭＳ電力電子機器回路によって認識される（例えば、１ＭＨｚから３ＭＨｚまで、又は１００ＫＨｚから３００ＫＨｚまでの周波数で）１つよりも多いマスターＡＣパルス列発生器を使用することによって追加の冗長性レイヤを使用することができる。
【００２６】
図２は、連続ＡＣ信号４０と、例示的な変調信号４２と、アレイモジュール積層体内に埋め込まれたＲＡＭＳ電力電子機器回路を制御するため（及びモジュールから負荷への電力送出を有効化するため）に中央ＰＡＣＳ送信ユニットからＰＶアレイ電力線上に送信することができる得られるＡＣパルス列４４とを描示する図である。連続ＡＣ信号４０は、変調の前の比較的低い電力／低い電圧の連続ＡＣ信号（例えば、約５０ＫＨｚから１ＭＨｚまでの）源を表している。変調信号４２は、連続ＡＣ信号をＲＡＭＳ電力電子機器回路に送られるパルスパケットに修正するのに使用される比較的小さい負荷サイクル（例えば、数分の１％から最大でも約１．０％までの）で低い周波数（例えば、０．１Ｈｚ）の方形波変調信号を表している。ＡＣパルス列４４は、設けられたＰＶモジュール線上でＲＡＭＳ電力電子機器回路に送られる得られる方形波変調低電力／低電圧ＡＣパルス列である。言い換えれば、中央コントローラは、電力を送出するようにＲＡＭＳ電力電子機器回路に指令するために、小さい負荷サイクルで非常に低い周波数の方形波（例えば、ＡＣ信号周波数ｆRF＝１ＭＨｚ、方形波変調周波数ｆmod＝０．１０Ｈｚ、負荷サイクルＤ＝１．０％）によって変調されたパルスＡＣ信号を送信する。それとは逆に、ＡＣパルス列の不在は、ＰＶアレイモジュールを止める（モジュール積層体内に埋め込まれたＲＡＭＳ電力電子機器ゲートスイッチの内部バイパススイッチをオンにし、そのようなモジュールからの電力送出を無効化することにより）という暗黙の指令を示している。従って、ＲＡＭＳにおいて不揮発性メモリを用いないことにより、高い盗難防止機能が与えられる（モジュールは、ＰＶアレイから取り外されると、実質的に停止される）。言い換えれば、モジュールがＰＶアレイに接続されたままに留まる限り、アクティブ電力線通信（ＰＬＣ）信号が、電力を送出するようにＲＡＭＳゲートスイッチに指令することができるが、モジュールがＰＶアレイから一旦取り外されると、影響を受けるモジュールによる電力送出は、内部ＲＡＭＳゲートバイパススイッチがオンにされ、モジュール電流を内部で短絡することに起因して無効化される。一部の事例では、通常作動中（例えば、モジュールが日中に電力を生成している時）に、モジュールからの電力送出を短絡することが必要である場合があり、この場合に、ＰＡＣＳユニットは、電力線通信（ＰＬＣ）を通してアクティブパルス列を送信するのを停止することができる。本発明者の１次実施形態は、ブランケット遠隔モジュール切り換え機能を与えるが（すなわち、ＰＡＣＳは、ブランケットＡＣパルス列信号を用いてアレイ上の全てのモジュールをオン及びオフにすることができる）、各モジュールによって切換機能をアドレス可能にすることができる。言い換えれば、アレイ上の各モジュールは、ＰＬＣを通じたアドレス可能指令によってオン又はオフにすることができる（例えば、各モジュールが、関連の独特なＡＣパルス列、例えば、独特な周波数を有するＡＣパルス列を有する）。別の実施形態において、ＲＡＭＳゲートスイッチをオン／オフに切り換えるのに埋め込みメモリを利用することができる。しかし、より複雑で高価なＲＡＭＳ設���が利用されない限り、不揮発性メモリを使用することによってアクティブ指令の盗難防止特徴が低下する可能性がある（例えば、電力送出有効化状態にあるようにプログラムされた不揮発性メモリによってモジュールが電力送出に向けて有効化されている間にモジュールがアレイから切断された場合／時に）。
【００２７】
図３は、４つの端子リード又は端子パッドを有する単一パッケージ（モノリシック集積回路又は小型ＰＣＢ等）内のＲＡＭＳ電力電子機器回路のレベル概略図である。本発明の開示のＲＡＭＳ電力電子機器回路は、表面実装技術を利用するか又はバス接続コネクタを通して内部モジュール出力端子及び外部モジュール出力端子に接続することができる。図３のモノリシックＲＡＭＳ電力電子機器回路は、正のモジュール出力端子Ｌ１及び負のモジュール出力端子Ｌ２と、正のＲＡＭＳ入力端子Ｌ３及び負のＲＡＭＳ入力端子Ｌ４（Ｌ３及びＬ４は、ＲＡＭＳ電力電子機器回路に接続された内部モジュール出力である）とを含む。具体的にかつ好ましくは、図３のＲＡＭＳ電力電子機器回路は、高電圧モジュールと低電圧モジュールの両方を含むように設計された少なくとも３つ（１つが共通）又は４つのＩ／Ｏ端子（リード又はパッドとすることができる）を有する薄型パッケージ（例えば、＜２ｍｍ、好ましく＜１ｍｍ）のＳＭＴ（表面実装技術）パッケージである。言い換えれば、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、低電圧高電流で作動し、その逆も同じく作動するように設計することができる。上述のように、ＲＡＭＳ電力電子機器回路実施形態は、モノリシック集積回路パッケージ（例えば、いかなる外部個別構成要素も持たないＣＭＯＳ  ＩＣ）、システムインパッケージ（ＳＩＰ）、コアモノリシック構成要素と個別構成要素とを有する混成パッケージ、又は多構成要素ＰＣＢとして実施することができる。好ましくは、本発明のＲＡＭＳ電力電子機器回路実施形態は、最終実施コストを低減する（一部の事例では、ＰＶモジュール毎のＲＡＭＳチップ当たり約ＵＳ＄１よりも少なくなるまで量産コストを低減する）ために、中／高電圧ベースラインＣＭＯＳ製造工程を用いて製作されたＣＭＯＳ  ＩＣとして実施することができる。
【００２８】
本出願の埋め込みモジュール電力制御システムが、モジュール毎に単一ＲＡＭＳチップ又はモジュール毎に複数のＲＡＭＳチップ（例えば、モジュール積層体内に少なくとも２つの太陽電池部分ストリングを有する相互接続セルの部分ストリング毎に１つのＲＡＭＳチップ）を利用することができることに注意することは重要である。更に、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、それ自体が、様々な個数の入力端子及び出力端子（対称又は非対称のいずれかの入力／出力端子構造を有する）を有することができる。従って、内部モジュールからＲＡＭＳ回路までの接続構造を異なる組合せで設計して最適化することができる。
【００２９】
図４から図６は、４端子ＲＡＭＳチップを使用するそのような設計多様性（セル／アレイ要件に依存して異なる電圧制約のもの）を示している。
【００３０】
図４は、２０個の直列接続太陽電池と、埋め込み低電圧４リードＲＡＭＳ電力電子機器回路パッケージ（例えば、モノリシックＲＡＭＳ  ＩＣ又はＰＣＢ）とを含む代表的な太陽光モジュール積層体の図である。２０セルモジュールは、一般的に低い電圧（２０セルモジュールと比較して）を生成することになり、埋め込み低コストＲＡＭＳ電子機器設計は、最大でも約１００Ｖまでの低いモジュール電圧のみを有するあらゆる個数の太陽電池を含むＰＶモジュールと共に機能することができる。
【００３１】
図５は、各々が図４に示すもののような埋め込みＲＡＭＳ電力電子機器（例えば、モノリシックＲＡＭＳ  ＩＣ又はＳＩＰ）を有する２０個の直列接続太陽電池から構成される３つのセット（合計６０個のセル）を含む代表的な太陽光モジュール積層体の図である。図５に示すように、ＲＡＭＳ出力は直列で接続され、２つの外部モジュールリード（一方が正で一方が負の）を提供する。これに代えて、各ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、正及び負の外部モジュールリードを提供することができる（すなわち、図５のモジュールに適用される合計で６つのモジュールリードを提供する）。図４及び図５のＲＡＭＳの電圧制約は、モジュール構造、コスト、及び様々な構成要素の挿入損失のような他の要件に依存して修正することができる。
【００３２】
図６は、６０個の直列接続太陽電池と、高電圧４リードＲＡＭＳ電子機器パッケージ（例えば、モノリシックＲＡＭＳ  ＩＣ、ＳＩＰ、又はＰＣＢ）とを含む太陽光モジュール積層体の図である。６０セルモジュールは、一般的に高い電圧（２０セルモジュールと比較して）を生成することになり、埋め込みＲＡＭＳ電力電子機器回路設計は、最大で百ボルトまでのモジュール電圧を有するあらゆる個数のセルと共に機能することができる。これらの電圧は、低い電流強度と高い電圧強度とを有するモノリシックアイル分割（又はモノリシックタイル分割）太陽電池を含むモジュールの代表値である。太陽電池及び得られるセルストリング及びモジュールの弱い電流は、弱い電流（電流／電圧強度調整係数に依存する）のためのＲＡＭＳ電子機器回路設計を提供し、従って、低いＲＡＭＳフットプリント、挿入損失、及びコストを提供する。
【００３３】
様々なモジュール接続設計（６０セル全直列接続又は図５に示す６０セル並列混成接続）に加えて、より高いＰＶシステム効率とより低いＲＡＭＳ実施コストとを提供するために、埋め込みＲＡＭＳ電子機器の電圧及び電流の制約を修正する太陽電池の構造及び設計を使用することができる。
【００３４】
図７は、２つの内部モジュールリード（内部モジュール端子Ｐ3に接続されたＬ3及びＬ4接続の内部モジュールリードＰ0）と２つの出力端子（Ｌ1及びＬ2）とを有するモジュール給電式埋め込みＲＡＭＳ電力電子機器回路５０を示す代表的な高レベル機能略回路図である。図７の回路は、図３及び図４に示すＲＡＭＳ電力電子機器回路の代表的な回路として機能することができる。図７の回路図は、スイッチドライブＣＭＯＳトランジスタＴ２／Ｔ３によって駆動されるコアスイッチゲートＭＯＳトランジスタＴ１（ドライブＴ２／Ｔ３の出力レベルが高い場合に、Ｔ１はオンにあり、モジュール電流を短絡してモジュール電力送出を無効化し、パルス列が送出されてＲＡＭＳ回路によって検出される場合に、Ｔ１はオフにあり、モジュール電力はＰＶアレイ内の負荷に送出される）、並びに任意的な機能ブロックＴＶＳ（過渡電圧抑制器）及び部分ストリングバイパスダイオードＤ４を含む。図７のＣＭＯＳ回路は、比較的低い電圧（例えば、最大でも約１００Ｖまで）のモジュールに向けて設計することができ、代表的なモジュール電圧を示している。図示の例では、Ｔ１は、ＮＭＯＳトランジスタスイッチのような比較的高い電圧のＭＯＳトランジスタであり、他の回路構成要素の殆どは、比較的低い電圧の内部パルス検出及びゲートスイッチ制御回路である。図示のＡＣパルス検出器は、ＲＦ電力検出器（ＲＦ２ＤＣとして示す）とすることができる。図７、図１２、及び図１３に示す回路図の機能の説明を下記の表１に提供する。
【００３５】
（表１）
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表１．図７、図１２、及び図１３における構成要素の説明
【００３６】
図８は、６つの端子（例えば、リード又はパッド）を有するＲＡＭＳチップのレベル概略図である。本発明の開示のＲＡＭＳチップは、背面上への直接取り付けのための表面実装技術を利用するか又はバス接続コネクタを通してモジュール電気バス接続の入力及び出力に接続することができる。図８のモノリシックＲＡＭＳ電力電子機器回路は、２つの正のＲＡＭＳ出力Ｌ１端子（モジュール電力外部送出の前に互いに接続することができる）及び負のＲＡＭＳ出力Ｌ２と、正のＲＡＭＳ入力Ｌ３、並びに負のＲＡＭＳ入力Ｌ４及びＬ５とを含む。言い換えれば、図８のＲＡＭＳ電力電子機器回路を対称化の目的で３つの出力リードを有するように示すが（冗長的なリード出力端子Ｌ１を有するように示す）、別の実施形態において、２つの正のＬ１出力リードを内部で接続することができる。具体的には、図８のＲＡＭＳ電力電子機器回路は、高電圧モジュールと低電圧モジュールの両方に対応するように設計された５つ又は６つのＩ／Ｏパッドを有する薄型（例えば、＜１ｍｍ）ＳＭＴ（表面実装技術）ＩＣとすることができる。言い換えれば、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、低電圧高電流で作動し、更にその逆も同じく作動するように設計することができる。１つの事例では、低電圧モジュールリードに向けて、Ｌ４とＬ５とを接続することができる。上述のように、ＲＡＭＳチップ実施は、モノリシック（外部個別構成要素なし）、システムインパッケージ（ＳＩＰ）、又は多構成要素ＰＣＢとして実施することができる。モノリシック実施は、高い性能、低い挿入損失、及び低いコストに向けてＣＭＯＳ  ＩＣ製造工程を用いて実施される。
【００３７】
図９は、６０個の直列接続太陽電池と、図８に示すもののような６リードＲＡＭＳ電力電子機器パッケージ（例えば、モノリシックＲＡＭＳ  ＩＣ、ＳＩＰ、又はＰＣＢ）とを含む太陽光モジュール積層体の図である。６０セルモジュールは、一般的に高い電圧（２０セルモジュールと比較して）を生成することになり、埋め込みＲＡＭＳ電子機器設計は、最大で数百ボルトまでのモジュール電圧を有するあらゆる個数のセルを含むＰＶモジュールと共に機能するように設計することができる（特に、例えば、増大電圧と低減電流とを有し、結果として低いシステムレベル損失を提供し、低コストＲＡＭＳ実施を可能にするモノリシックアイル分割又はモノリシックタイル分割の太陽電池を使用する場合に）。
【００３８】
図１０は、６個の端子（例えば、リード又はパッド）を有するＲＡＭＳ電力電子機器回路（例えば、モノリシックパッケージ、ＳＩＰ、又はＰＣＢのいずれか）のレベル概略図である。本発明の開示のＲＡＭＳ電力電子機器回路は、ＲＡＭＳ回路パッケージ上の入力端子及び出力端子への電気バス接続コネクタを用いてモジュール内の埋め込み太陽電池に内部で接続することができる。図１０のＲＡＭＳ電力電子機器回路（例えば、モノリシックＩＣ、ＳＩＰ、又はＰＣＢのパッケージ）は、正のＲＡＭＳ出力Ｌ１（正のモジュール出力端子に対応する）及び負のＲＡＭＳ出力Ｌ２（負のモジュール出力端子に対応する）と、正のＲＡＭＳ入力Ｌ３及びＬ５（電気相互接続太陽電池ストリングからの）及び負のＲＡＭＳ入力Ｌ４及びＬ６（電気相互接続太陽電池ストリングからの）とを含む。言い換えれば、図１０のＲＡＭＳチップは、２つの出力リードと４つの入力リードとを有する非対称リード設計を有する。当然ながら、６つの端子を有する同じＲＡＭＳ電力電子機器回路パッケージ（例えば、モノリシックＩＣ、ＳＩＰ、又はＰＣＢのパッケージ）をパッケージ上に別の端子配置を有する（パッド又はリードのいずれかとして）ように位置決めすることができる。具体的に、図１０のＲＡＭＳ電力電子機器回路は、高電圧モジュールと低電圧モジュールの両方（例えば、数十ボルトから数百ボルトまでの電圧範囲のモジュールストリング電圧を有する）を含むように設計され、パッド又はリードとして配置された６つのＩ／Ｏ端子する薄型（例えば、＜２ｍｍ、好ましくは、＜１ｍｍ）のパッケージである。言い換えれば、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、低電圧高電流で作動し、更にその逆も同じく作動する（すなわち、低減電流と増大電圧とを有するモノリシックアイル分割又はモノリシックタイル分割の太陽電池等と共に高電圧低電流で）ように設計することができる。上述のように、ＲＡＭＳ電力電子機器回路は、モノリシック集積回路（すなわち、いかなる追加の個別構成要素も持たない）として、システムインパッケージ（ＳＩＰ）として、又は望ましい電圧及び電流の範囲を処理することができるＣＭＯＳ  ＩＣ工程技術を用いて製作されたコアモノリシックＩＣと追加の個別構成要素とを有する混成パッケージ（例えば、ＰＣＢ内にパッケージ化された）として実施することができる。
【００３９】
図１１は、６０個の直列接続太陽電池と、図１０に示すもののような埋め込み高電圧６端子ＲＡＭＳ電力電子機器回路パッケージ（例えば、モノリシックＲＡＭＳ、ＳＩＰ、又はＰＣＢ）とを含む太陽光モジュール積層体の概略図である。モジュール、太陽電池、及びＲＡＭＳ電力電子機器回路パッケージの相対寸法は正確な縮尺として示したものではない。直列接続太陽電池を有する６０セルモジュールは、一般的に、直列接続されたより少ない個数の太陽電池を有するモジュールと比較して（例えば、２０セルモジュールと比較して）高い電圧を生成することになり、埋め込みＲＡＭＳ電力電子機器回路設計は、数十ボルトから最大で数百ボルトまでのモジュール電圧を有するあらゆる個数のセルを含むＰＶモジュールと共に機能することができる。
【００４０】
図１２は、４つの内部モジュール端子（内部モジュールリードＰ3に接続されたＲＡＭＳのＬ3、内部モジュールリードＰ2に接続されたＲＡＭＳのＬ4、内部モジュールリードＰ1に接続されたＲＡＭＳのＬ5、及び内部モジュールリードＰ0に接続されたＲＡＭＳのＬ6、）と、ＲＡＭＳ電力電子機器回路からの２つの出力外部モジュール端子（Ｌ1及びＬ2）とを有するモジュール給電式埋め込みＲＡＭＳ電力電子機器回路５２を示す代表的な高レベル機能略回路図である。図１２の回路は、図１０及び図１１に示すＲＡＭＳ電力電子機器回路の代表的な回路として機能することができる。埋め込みＲＡＭＳ電力電子機器回路５２は、高電圧（例えば、１００Ｖよりも高い、例えば、最大で数百ボルトまでのモジュール電圧）に使用することができる。図１２の回路図は、スイッチドライブＣＭＯＳトランジスタＴ２／Ｔ３によって駆動されるコアスイッチゲートＭＯＳトランジスタＴ１（ＣＭＯＳドライブＴ２／Ｔ３の出力が高い場合に、ＭＯＳスイッチＴ１はオンにあり、モジュール電流を内部で短絡し、従って、ＲＡＭＳゲートスイッチを通じたモジュール電力送出を無効化し、パルス列が送出されて検出される場合に、ＭＯＳスイッチＴ１はオフにあり、従って、ＲＡＭＳスイッチゲートを通じたモジュール電力送出を有効化し、モジュール電力は負荷に送出される）、並びに任意的な機能ブロックＴＶＳ（過渡電圧抑制器）及び部分ストリングバイパスダイオードＤ４、Ｄ５、Ｄ６を含む。図示のＡＣパルス検出器は、ＲＦ電力検出器（ＲＦ２ＤＣとして示す）とすることができる。図７、図１２、及び図１３に示す回路図の機能の説明を上述の表１に提供している。
【００４１】
図１３は、４つの内部モジュールリード（内部モジュールリードＰ3に接続されたＲＡＭＳのＬ3、内部モジュールリードＰ2に接続されたＲＡＭＳのＬ4、内部モジュールリードＰ1に接続されたＲＡＭＳのＬ5、及び内部モジュールリードＰ0に接続されたＲＡＭＳのＬ6）と、２つの出力リード（ＲＡＭＳのＬ1及びＬ2）とを有するモジュール給電式埋め込みＲＡＭＳ電力電子機器回路５４を示す代表的な高レベル機能略回路図である。図７、図１２、及び図１３に示す回路図の機能の説明を上述の表１に提供している。
【００４２】
上述のように、本出願のＲＡＭＳゲートスイッチは、ＰＶアレイ制御及びステータスモニタリング（ＰＡＣＳ）システムによってモジュール外部電力線（例えば、電力線通信又はＰＬＣを使用するＰＶモジュールアレイ電力線）を通して送出されるＡＣパルス列とすることができる指令信号を利用することができる。例えば、ＡＣパルス列は、プログラム可能な機能及び波形設計、望ましい電力／電圧出力を有する正弦波発生（例えば、約５０ＫＨｚから１ＭＨｚまでの）、低周波数／低負荷サイクル方形波振幅変調（ＡＭ）機能、遠隔制御機能（ＬＡＮ対応遠隔機能制御のような）、及び／又は望ましい波形を生成するためのプログラム可能波形編集器（Ａｇｉｌｅｎｔ  ＩｎｔｕｉＬｉｎｋ任意波形ソフトウエアのような）という機能の一部又は全てを有する市販のプログラム可能信号発生器によって発生させて送信することができる。遠隔制御ＬＡＮ対応信号発生器は、十分な予備電力を確実にするために無停電電源（ＵＰＳ：通常作動中に送線網及び／又は中央インバータからの電力で充電される）を利用することができる。更に、設けられたＰＶアレイ全体を制御するのに単一信号発生器を使用することができ、又はＰＶアレイの複数の区画を制御するのに複数の信号発生器を使用することができる。
【００４３】
本出願の埋め込みＲＡＭＳ回路をＰＶアレイ制御及びステータスモニタリング（ＰＡＣＳ）システム（並びに関連のモジュールストリングレベルでの最大電力点追跡又はＭＰＰＴ機能）との組合せで利用して、様々なＰＶシステム構成を構造化することができる。例えば、図１４は、埋め込みＲＡＭＳ及び中央／遠隔ＰＡＣＳ機能を利用する１２個の太陽電池モジュール（例えば、各々が少なくとも３００Ｗのピーク電力を有する６０セルモジュール）を有する代表的なＰＶシステムを示している。図示の代表的なＰＶシステムは、インバータ入力毎に３つの直列接続最大電圧モジュールを利用する（すなわち、４入力ストリングインバータ）。ＡＣインバータは、ＲＡＭＳ制御及びデータ（例えば、埋め込みＲＡＭＳ電力電子機器回路によるＰＶアレイモジュールからの電力及び温度の測定値）取得に向けてＰＡＣＳ機能を含み、送線網のようなＡＣ負荷に１２０／２４０Ｖの単相ＡＣを送出する約４ＫＷの多入力単相（又は３相）ストリングインバータである。モジュール接続は、多くの構成に構成することができる。この構成では、代表的なモジュールは、低減電流及び増大電圧（５Ｖよりも高い開回路電圧と１．２Ａよりも大きい短絡電流とを有する太陽電池を提供する８という強度調整係数を有する）を有するモノリシックアイル分割（又はタイル分割）太陽電池を有する。ストリングインバータ入力（各々ストリングインバータ入力においてＭＰＰＴ機能を有する）の各分岐は、３つの直列接続太陽光モジュールからの電力（１ＫＶ  ＰＶシステム設備に対する各３モジュール分岐内の約１，０００Ｖの最大電圧に対応する）を受け入れる。別の代表例として、図１５は、ＲＡＭＳ及びＰＡＣＳ機能を利用する６つの直列接続太陽電池モジュール（例えば、６０セルモジュール）を各々が有する２つの直列接続分岐を有するＰＶシステムを示している。この例では、モジュールは、増大電圧と低減電流とを有する（しかし、この場合に、結果として２．５Ｖよりも高い開回路電圧と２．４Ａよりも大きい短絡電流とを有する太陽電池を提供する４という強度調整係数を有する）モノリシックアイル分割（又はタイル分割）太陽電池を用いて製造される。その結果、この例における各６０セルモジュールは、１５０Ｖよりも高い開回路電圧を有する。ストリングインバータ入力（各ストリングインバータ入力においてＭＰＰＴ機能を有する）の各分岐は、６つの直列接続太陽光モジュールからの電力（１ＫＶ  ＰＶシステム設備に対する各６モジュール分岐内の約１，０００Ｖの最大電圧に対応する）を受け入れる。図示のＰＶシステムは、インバータ入力毎に６つの直列接続（半分）の電圧モジュール（すなわち、各入力が分岐に対して独自の専用ＭＰＰＴ機能を有する２入力ストリングインバータ）を利用する。この代表例におけるＡＣインバータは、ＲＡＭＳ制御及びデータ取得に向けてＰＡＣＳ機能を含み、送線網のようなＡＣ負荷に１２０／２４０Ｖの単相ＡＣを送出する約４ＫＷの電力の多入力単相（又は３相）ストリングインバータである。更に別の実施形態において、ＰＶシステムは、図１６に示すように、中央ＭＰＰＴ機能を有する中央インバータ、並びに別個のＰＡＣＳ回路ユニットを利用することが��きる。この代表例では、ＰＶモジュールアレイは、最大分岐電圧を望ましい設置ＰＶシステム最大許容電圧に増強するために直列接続太陽光モジュールを各々が有する複数の並列分岐として構成されるので、中央インバータは、このモジュールアレイに接続される。モジュール制御システム及び関連のＡＣパルス列発生器を多くの構成に実施することができることは、提供しているＰＶシステム図から理解しなければならない。
【００４４】
代替実施形態において、本出願のＲＡＭＳゲートスイッチは、モジュールからの電力送出をゲート処理するのに、埋め込み不揮発性メモリを利用し、及び／又は無線指令信号（ＰＬＣの代わりに）を通して作動させることができる。
【００４５】
本発明の開示のシステム及び方法は、信頼性が高く費用効果的なモジュール電力制御システムを提供する。上述の例示的実施形態の説明は、特許請求する主題を当業者が製造又は使用することを可能にするために提供したものである。当業者には、これらの実施形態に対する様々な修正が直ちに明らかになり、本明細書に定める一般原理を革新的な能力を使用することなく他の実施形態に適用することができるであろう。すなわち、特許請求する主題は、本明細書に示す実施形態に限定されるように意図しておらず、本明細書に開示した原理及び新しい特徴と矛盾しない最も広い範囲と調和するものとする。
【符号の説明】
【００４６】
Ｌ1、Ｌ2  出力外部モジュール端子
Ｌ3、Ｌ6  内部モジュール端子
Ｐ0、Ｐ3  内部モジュールリード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図１０】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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