(57)【要約】  ソーラーセルの複数のストリングを有するソーラーパネルにおいて、影に入ることによる障害からソーラーセルのストリングを保護するための方法および装置が開示されている。影に入ったソーラーセルをどのストリングが有していても、前記影に入ったソーラーセルを有するストリングを通過する電流が電気導線および前記周辺マージン内に位置するそれぞれのバイパスダイオードを通って分流するよう、前記ソーラーセルを支持する基板の周辺マージン内に位置する電気導線およびバイパスダイオードを通して前記電流を分流させることにより、影には入っている少なくとも１つのソーラーセルを有する前記ソーラーセルのストリングのまわりに電流を分流させる。これにより少なくとも１つの影に入ったソーラーセルを有するストリングに関連するそれぞれのバイパスダイオードからの熱の放散を、前記周辺マージンのまわりの異なる位置に分散させる。
2012527786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の表側の面および平面状の裏側の面、並びに基板の全周辺まわりに延びる周辺エッジを有する透明シート基板と、
前記ソーラーセルを附勢するように作動できる光が前記基板を通過し、前記ソーラーセルを附勢すると共に前記周辺エッジに隣接して、前記基板の前記裏側の面に周辺マージンが形成されるように、前記裏側の面の上で平面状アレイとなるように配置された複数のソーラーセルと、
前記周辺マージンにおいて、ほぼ端部から端部まで配置された複数の電気導線と、
ソーラーセルの複数の直列ストリングとなるように前記ソーラーセルを共に電気的に接続する複数の電極とを備え、前記各直列ストリングは、前記周辺マージンにおいて、互いに隣接する電気導線の隣接するペアのうちのそれぞれの１つに電気的に接続された正のターミナルおよび負のターミナルを有し、
更に複数のバイパスダイオードを備え、前記バイパスダイオードの各々は、電気導線のそれぞれの前記ペアの間に電気的に接続されており、前記対応するストリングのソーラーセルが影に入っているときに電気導線のそれぞれの前記ペアに接続された対応するストリングから電流を分流するようになっているソーラーパネル装置。
【請求項２】
前記ストリングが第１ストリングおよび最終ストリングを有するように、前記ストリングは、電気的に直列接続されており、前記第１ストリングの第１ソーラーセルと前記最終ストリングの最終ソーラーセルとは、互いに近くに隣接して配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１ストリングの前記第１ソーラーセルと前記最終ストリングの前記最終ソーラーセルは、前記基板の共通エッジに隣接して配置されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ストリングは、前記直列ストリングを形成するよう、電極によって電気的に共に接続されている、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記バイパスダイオードは、平面状のダイオードを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
それぞれの前記バイパスダイオード内を流れる電流によって生じる熱を放散するためのヒートシンクを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記電気導線は、前記ヒートシンクとして働くそれぞれのヒートシンク部分を含み、作動中、それぞれの前記バイパスダイオードは、高温側と低温側を構成する熱勾配を有し、それぞれの前記バイパスダイオードは、前記高温側から出る高温側ターミナルおよび前記低温側から出る低温側ターミナルを有し、前記高温側ターミナルは、前記電気導線のうちのそれぞれ１つの電気導線のそれぞれの前記ヒートシンク部分に接続されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
それぞれの前記ヒートシンク部分は、前記電気導線のうちのほぼ平坦なそれぞれの部分を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記電気導線は、第１タイプの金属性フォイルストリップから構成され、前記ほぼ平坦な部分は、約５０μｍ〜約１０００μｍの厚さ、約３ｍｍ〜約１３ｍｍの間の幅、および約３ｃｍ〜約２００ｃｍの間の長さを有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
それぞれの前記バイパスダイオードに関連する終端導線を更に備え、前記終端導線は、前記第１タイプの前記金属性フォイルストリップの、ほぼ平坦な前記部分の前記厚さより薄い厚さ、および前記第１タイプの前記金属性フォイルストリップのほぼ平坦な前記部分の前記長さより短い長さを有する第２タイプの金属性フォイルストリップを備え、前記第２タイプの前記金属性フォイルストリップは、前記電気導線のそれぞれ１つに接続された第１端部およびそれぞれの前記バイパスダイオードの前記低温側に接続された第２端部を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２タイプの前記金属性フォイルストリップは、約３０μｍ〜約２００μｍの間の厚さ、前記第１タイプの前記金属性フォイルの前記幅とほぼ同じ幅、および約３ｃｍ〜約１０ｃｍの間の長さを有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記電気導線は、約３０μｍ〜約２００μｍの間の厚さ、約３ｍｍ〜約１３ｍｍの間の幅および約３ｃｍ〜約２００ｃｍの間の長さを有する第１タイプの金属性フォイルストリップから形成されており、前記ヒートシンクは前記第１タイプのそれぞれの前記金属性フォイルストリップに電気的に接続された第２タイプのそれぞれの金属性フォイルストリップを含み、前記第２タイプの前記金属性フォイルストリップは、前記第１タイプの前記金属性フォイルストリップの厚さよりも厚い厚さを有する、請求項６に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２タイプの前記金属性フォイルストリップは、前記第１タイプの前記金属性フォイルストリップの前記幅とほぼ同じ幅、および前記第１タイプの前記金属性フォイルストリップの長さよりも短い長さを有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２タイプの前記金属性フォイルストリップは、前記第１タイプのそれぞれの金属性フォイルストリップの一部の上にある、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
作動中、それぞれの前記バイパスダイオードは、高温側と低温側を構成する熱勾配を有し、それぞれの前記バイパスダイオードは、前記高温側から出る高温側ターミナルおよび前記低温側から出る低温側ターミナルを有し、前記高温側ターミナルは、前記第２タイプのそれぞれの前記金属性フォイルストリップに電気的に接続されており、前記低温側ターミナルは、前記第１タイプのそれぞれの前記金属性フォイルストリップに電気的に接続されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第２タイプの前記金属性フォイルストリップは、約５０μｍ〜約１０００μｍの間の厚さ、前記第１タイプの前記金属性フォイルストリップの幅にほぼ等しい幅、および約３ｃｍ〜約２００ｃｍの間の長さを有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ソーラーセル、前記電気導線および前記バイパスダイオードをカバーするバッキングを更に含み、前記ソーラーセル、前記電気導線および前記バイパスダイオードは、前記表側の基板と前記バッキングの間にラミネートされ、ラミネート体を形成するようになっている、請求項２に記載の装置。
【請求項１８】
前記バッキングは、前記ヒートシンクおよび前記バイパスダイオードから熱を伝導するように働くことができる含浸された熱伝導材料を有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記バッキングは、アルミで含浸されたテドラー（Ｔｅｄｌａｒ（登録商標））を含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記周辺エッジ上に熱伝導性フレームを更に備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１ストリングおよび前記最終ストリングは、前記表側の基板と前記バッキングとの間から延び、前記ラミネートのエッジから延びるそれぞれのターミナルを有する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記ソーラーセルは、前記基板上で行と列に配置されており、前記装置は、底部と頂部とを有し、前記底部は、前記ソーラーパネル装置の使用中に前記頂部よりも下方に取り付けられるようになっており、前記底部に位置する底部の行内の前記ソーラーセルは、前記ソーラーパネルの底部ストリングを構成するよう、前記電極によって電気的に接続されている、請求項２に記載の装置。
【請求項２３】
前記底部の行よりも上方において、前記底部の行に共通する前記ソーラーセルの前記列の少なくとも一部内の、前記ソーラーセルの少なくとも第１行および第２行内にあるソーラーセルは、ソーラーセルの中間ストリングを構成するように共に電気的に接続されており、前記中間ストリングは、前記中間ストリングの逆の極に第１ソーラーセルおよび最終ソーラーセルを含み、前記中間ストリングの前記第１ソーラーセルおよび最終ソーラーセルは、前記ソーラーセルの同じ列内にあり、かつ前記ソーラーセルの隣接する行内にある、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記複数の直列のストリングは、複数の前記中間ストリングを含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記中間ストリングの少なくとも一部は、並置されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記第１ストリングの前記第１ソーラーセルおよび前記最終ストリングの前記最終ソーラーセルは、前記基板の頂部に配置されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
ソーラーセルの複数のストリングを有するソーラーパネルにおいて、影に入ることによる障害からソーラーセルのストリングを保護する方法であって、影に入ったソーラーセルをいずれかのストリングが有していても、前記影に入ったソーラーセルを有するストリングを通過する電流を、前記周辺マージン内に位置する電気導線およびそれぞれのバイパスダイオードを通して分流し、よって少なくとも１つの影に入ったソーラーセルを有するストリングに関連するそれぞれのバイパスダイオードからの熱の放散を、前記周辺マージンのまわりの異なる位置に分散させるよう、前記ソーラーセルを支持する基板の周辺マージン内に位置する電気導線およびバイパスダイオードを通して前記電流を分流させることにより、少なくとも１つの影に入ったソーラーセルを有する前記ソーラーセルのストリングのまわりに電流を分流させるステップを含む、ソーラーセルのストリングを影に入ることによる障害から保護する方法。
【請求項２８】
電流を分流させる前記ステップは、
光が前記基板を通過し、前記ソーラーセルを附勢すると共に前記周辺エッジに隣接して、前記基板の前記裏側の面に周辺マージンが形成されるように、
表側の面および裏側の面、並びに基板の全周辺まわりに延びる周辺エッジを有する透明シート基板の裏側の面に複数のソーラーセルを平面状アレイに配置するステップと、
複数の電極を使用して前記ソーラーセルを共に電気的に接続してソーラーセルの複数の直列ストリングにするステップを備え、各直列のストリングは、正のターミナルおよび負のターミナルを有し、
前記周辺マージンにおいて、複数の前記電気導線を端部から端部まで配置するステップと、
前記正のターミナルおよび前記負のターミナルを前記マージン内で互いに隣接する前記電気導線の隣接するペアのうちのそれぞれの１つに電気的に接続するステップと、
前記バイパスダイオードを前記隣接する電気導線のそれぞれのペアに電気的に接続するステップとを備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ストリングを電気的に接続する前記ステップは、前直列ストリングが第１ストリングおよび最終ストリングを有し、前記第１ストリングの第１ソーラーセルと前記最終ストリングの最終ソーラーセルとが互いに近くに配置されるよう、前記ソーラーセルを接続することを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ストリングを電気的に接続する前記ステップは、前記第１ストリングの第１ソーラーセルと前記最終ストリングの最終ソーラーセルとが前記基板の共通エッジに隣接して配置されるよう、前記ソーラーセルを接続することを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記バイパスダイオードを通して分流された電流によって生じる熱を放散するステップを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記熱を放散するステップは、前記バイパスダイオードをヒートシンクに電気的かつ熱的に接続することを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記基板と前記バッキングとの間で前記ソーラーセル、前記電気導線および前記バイパスダイオードをラミネートし、ラミネート体を形成するステップを更に含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記バッキングを通して前記バイパスダイオードから熱を放散するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記バッキングから、更に前記基板から、前記基板の周辺エッジ上の熱伝導フレームへ熱を伝導するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１ストリングの前記第１ソーラーセルおよび前記最終ストリングの前記最終ソーラーセルに接続されたターミナルを、前記基板と前記バッキングとの間から延長させ、前記ラミネート体のエッジから延長させるステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記ソーラーセルを配置する前記ステップは、前記ソーラーセルの前記ストリングが前記ソーラーセルの底部の行内に位置するよう、前記ソーラーセルを前記基板上にて行と列に配置することを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記ソーラーセルを配置する前記ステップは、前記底部の行よりも上方において、前記底部の行に共通する前記ソーラーセルの前記列の少なくとも一部内の、前記ソーラーセルの少なくとも第１行および第２行内にあるソーラーセルが、ソーラーセルの中間ストリングを構成するように共に電気的に接続されるよう前記ソーラーセルを配置することを含み、前記中間ストリングは、前記中間ストリングの逆の極に第１ソーラーセルおよび最終ソーラーセルを含み、前記中間ストリングの前記第１ソーラーセルおよび最終ソーラーセルは、前記ソーラーセルの同じ列内にあり、かつ前記ソーラーセルの隣接する行内にある、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記ソーラーセルを配置する前記ステップは、複数の中間ストリングが並置されるように前記ソーラーセルを配置することを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ソーラーセルを配置する前記ステップは、前記第１ストリングの前記第１ソーラーセルおよび前記最終ストリングの前記最終ソーラーセルを前記基板の頂部に配置するよう前記ソーラーセルを配置することを含む、請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、光起電力（ＰＶ）モジュールに関し、より詳細には、ＰＶストリングの数を増すこと、およびＰＶモジュール内に位置するバイパスダイオードにより、前記ストリングの影に入ることによる障害からの保護を行うことを可能にするようにＰＶセルを構成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術）
結晶質シリコンＰＶセルを含むＰＶモジュールを設計し、製造することは、３０年以上もの間、実質的に変わっていない。代表的なＰＶセルは、少なくとも１つのｐ−ｎ接合部と、電流収集電極を有する表側の表面および裏側の表面を有する半導体材料とを含む。従来の結晶質のＰＶセルに光が入射すると、このセルは、約０．６〜０．６２Ｖで、約３４ｍＡ／ｃｍ２の電流を発生する。一般に、複数のＰＶセルが直列および／または並列ＰＶストリング状に電気的に相互に接続され、単一ＰＶセルよりも高い電圧および／または電流を発生する１つのＰＶモジュールを形成している。
【０００３】
ＰＶセルは、例えば錫メッキされた銅から製造された金属性タブにより、ストリング状に相互接続できる。代表的な１つのＰＶモジュールは、例えば３６〜１００個のＰＶの直列接続されたセルを含むことができ、これらセルは、単一ＰＶセルで得られる電圧よりも高い電圧が得られるように、一般に２〜４本のＰＶストリングに組み合わせることができる。
【０００４】
ＰＶモジュールは、劣化を生じることなく、一般に２５年間、野外で作動することが期待されるので、これらモジュールの構造は、種々の気象および環境条件に耐えることができなければならない。代表的なＰＶモジュールの構造は、例えばモジュールの表側にてポリマー封入材料、例えばエチレンビニールアセテートまたは熱可塑性材料、例えばウレタンのシートでカバーされた低鉄強化ガラスの透明シートの使用を必要とする。セルの表側が透明ガラスシートに向くように、ポリマー封入材料の上にＰＶセルのアレイが載せられている。アレイの裏側は、封入材料の追加層および耐候性材料、例えばデュポン社製のテドラー（Ｔｅｄｌａ（登録商標））の裏側シート層、またはガラスシートによってカバーされている。封入材料の追加層および裏側シート層は、一般に開口部を有し、モジュール内でＰＶストリングに接続された電気導線が裏側の封入層および耐候性材料の裏側シートを貫通し、導線を電気回路に接続できるようにしている。
【０００５】
ＰＶセルの２つのストリングのアレイを有するＰＶモジュールに対し、一般に４本の導線が開口部を貫通し、これら導線は、すべて互いに接近しており、裏側シート層に取り付けられた接続ボックス内で終端できるようになっている。気泡を除去し、かつ表側および裏側からの、更にエッジから湿気が侵入しないようＰＶセルを保護するために、一般にガラス、封入層、セルおよび裏側シート層は真空ラミネートされている。接合ボックス内ではダイオードをバイパスするためのＰＶストリングと接続部との電気的相互接続が、行われており、この接続ボックスは、ＰＶモジュールの裏側にてシールされている。
【０００６】
ＰＶセルが直列相互接続されているＰＶモジュールは、直列相互接続されているＰＶセルのすべてがほぼ同じ光強度で照明された場合にしか、最適に作動しない。しかしながら、ＰＶモジュールレイアウト内の１つのＰＶセルだけが影に入っていても、他のすべてのセルが露光される間、ＰＶモジュール全体は、悪影響を受け、その結果、ＰＶモジュールからの電力出力は実質的に低下する。１つのＰＶセルのうちの７５％（モジュール面積のうちの３％未満）が影に入った場合、３６個のＰＶセルを含む光起電力モジュールは、発生される電力のうちの７０％までが失われることが実証されている（Ｖ．クワッシュニング氏およびＲ．ハニッチュ氏による論文、「影に入ったセルを有する光起電力発電器の数値シミュレーション」、第３０回大学パワーエンジニアリング会議、グリニッジ、１９９５年９月５日〜７日、５８３〜５８６ページ）。一時的な電力損失に加え、セルが影に入る結果として、モジュールが永久的な損傷を受けることがある。この理由は、ＰＶセルが影に入ると、セルは発電器としてではなく、大きな抵抗器として作動し始めるからである。この状況において、ＰＶストリング内の他のＰＶセルは、影に入ったセルに対して逆電圧を加えるが、この逆電圧は、この大きい抵抗器に電流を流すよう働く。このプロセスの結果、影に入ったＰＶセルがブレークダウンするか、またはセルが高温となるように加熱され、この高温は、持続した場合にＰＶモジュール全体を破壊し得る。影に入った場合にＰＶモジュールが破壊されるリスクを低減するために、実際にすべてのＰＶモジュールは、ＰＶモジュールの特定の設計および使用するＰＶセルの質に応じ、各ＰＶストリングおよび／または全モジュールの両端に接続されたバイパスダイオード（ＢＰＤ）を使用している。
【０００７】
単一ＰＶストリング内のＰＶセルの数は、ＰＶセルの質および特にＰＶストリング内の１つのセルだけが影に入った場合でも、ストリング内のソーラーセルのすべての両端で生じ得る逆電圧ブレークダウンに耐え得る能力に応じて決まる。例えば、１４Ｖの逆ブレークダウン電圧に対する定格となっている良好な品質のＰＶセルに対し、各ＰＶセルが約０．５６Ｖの最大電圧（Ｖｍａｘ）を発生する場合、１つのストリング内のＰＶセルの数は、２４個を超えてはならない。一般に、７Ｖの、より低い逆ブレークダウン電圧を有する冶金級シリコンから製造されたＰＶセルに対しては、１３個以上のセルを含むＰＶストリング内でこのようなセルを使用することは推奨されない。これによって、より複雑なＰＶセルのレイアウトが必要となり、更にこれによって追加ブッシングが必要となり、接続ボックスの数を増やさなければならないので、ＰＶモジュールのメーカーには問題が生じる。このような複雑化の結果、直列抵抗が増すことによる電力損失が生じ得る。
【０００８】
セルのストリング全体をバイパスすることによって生じる電力損失を低減するために、個々のセルをバイパスすることが可能であるが、これによって経済上および技術上の問題が生じ、この問題は実用的な工業上の解決案の開発を阻害してきた。一般にほとんどの解決案では、同じような原理を使用している。すなわちバイパスダイオードが保護するソーラーセルに対して逆方向になるよう、ＰＶセルにバイパスダイオードを接続し、ソーラーセルに逆バイアスがかかると、関連するバイパスダイオードが導通状態となるようにする原理を使用している。このような相互接続は、セルのターミナルに対し、ダイオードのターミナルを接続する電気導線を使用してもよいし、またはマイクロエレクトロニクス技術およびマイクロエレクトロニクス機器を使用する製造中に、バイパスダイオードとＰＶセルとを直接集積化してもよい。一般に今日まで、この分野における研究の主な焦点は、ＰＶモジュールのラミネーション中にＰＶセルの破壊を最小にするよう、バイパスダイオードをミニチュア化するための方法を検討することであったように見える。
【０００９】
「光起電力要素およびその製造方法」を発明の名称とし、ムラカミ他に付与された米国特許第６，１８４，４５８Ｂ１号は、同一基板上に光起電力要素および薄膜のバイパスのダイオードをデポジットし、スクリーンプリントされた電流収集電極の下にバイパスダイオードを形成することによってバイパスダイオードがＰＶ素子の有効面積を縮小しないようにすることにより形成されたＰＶ素子について述べている。かかるセルの製造は複雑であり、スクリーンプリントされる電流収集電極とバイパスダイオード部分との間の精密なアライメントを必要とする。更に現在利用できる薄膜のバイパスダイオードは、高効率の６インチセルで一般的な、約８．５Ａのような大電流に耐えることができないので、開示されている技術は、最新の高効率の結晶質シリコンＰＶセルに対しては実用的でない可能性が高い。更に、過熱を生じさせ、最終的にはダイオードを故障させるような、バイパスダイオード内で発生される放熱に対する対策はないようである。このような過熱が生じると、ＰＶセルおよびＰＶモジュールの破壊が生じ得る。
【００１０】
「集積化されたバイパスダイオードおよびその方法」を発明の名称とし、ククルカに付与された米国特許第５，６１６，１８５号（１９９７年）は、ソーラーセルの裏（露光されない）側に少なくとも１つのリセスを形成し、各バイパスダイオードがソーラーセルの裏面とほぼ共通平面上に位置するように、それぞれのリセス内に低プロフィルのディスクリートバイパスダイオードを置くステップを必要とする、集積化されたソーラーセルバイパスダイオードアセンブリについて述べている。ここに記載されている製造方法は、複雑であり、ソーラーセル内に精密な溝をカットしなければならない。これら溝は、ソーラーセルを脆弱にし、セルの破壊および歩留まりの低下を増加し得る。更に、この参考文献に記載されている技術は、最新の高効率の結晶質シリコンＰＶセルには実用的でない可能性が高い。その理由は、薄膜バイパスダイオードはかかるセルで一般に生じる大電流、またはその結果かかる大電流によって生じる加熱に一般に耐えることができないからである。
【００１１】
「ソーラーセルモジュールおよびその製造方法」を発明の名称とし、ナカガワ他に付与された米国特許第６，３８４，３１３Ｂ２号（２００２年）は、ソーラーセルを上部に形成する基板と同じ側にソーラーセル素子の受光部分およびバイパスダイオードを形成する方法について述べている。これら特徴を有するソーラーセルによって、基板の片側のみから複数のソーラーセルユニットを直列接続することが可能となっている。
【００１２】
「バイパスダイオードを有するソーラーセル」を発明の名称とし、アサイに付与された米国特許第５，２２３，０４４号（１９９３年）は、ソーラーセルが上部に形成された共通半導体基板上に２つのターミナルおよび集積バイパスダイオードだけを有するソーラーセルについて述べている。これら上記２つの米国特許に記載の技術は、容易に製造ラインに組み込むことができない、複雑で、かつコストのかかるマイクロエレクトロニクスの技術的アプローチを必要とし、形成されるバイパスダイオードは、大電流、および結果として、このバイパスダイオードが電流を流さなければならないときに生じ得る熱に耐えることができない可能性が高い。
【００１３】
「アモルファスシリコンのディスクリートバイパスダイオードを使用するソーラーセル構造体」を発明の名称とし、ククルカに付与された米国特許第６，７８４，３５８Ｂ２号（２００４年）は、逆バイアスによる破壊から保護されたソーラーセル構造体について述べている。この保護方法は、バイパスダイオードがソーラーセルの表面から短い距離しか突出せず、ソーラーセルの面から突出しないように、厚さが２〜３ミクロンを超えないディスクリートのアモルファスシリコンのバイパスダイオードを使用している。このアモルファス半導体バイパスダイオードのターミナルはハンダ付けによってアクティブな半導体構造体の対応する面に電気接続されている。アクティブな半導体基板へのかかる極端に薄く、かつ脆弱なダイオードをハンダ付けするには、ダイオードの破壊を回避するために極めて高い精度を必要とする。更にアモルファス半導体バイパスダイオードは、大電流およびその結果として結晶質シリコンソーラーセルシステムで生じ得る温度に耐えることができない。
【００１４】
「ソーラーバッテリーモジュール」を発明の名称とし、アサイ他に付与された米国特許第５，３３０，５８３号は、複数のソーラーバッテリーを直列接続するための相互接続部と、１つ以上のセルのまわりでセルの出力電流をバイパスできるようにする１つ以上のバイパスダイオードとを含むソーラーバッテリーモジュールについて述べている。各ダイオードは、チップ形状の薄いダイオードであり、セルの電極上に取り付けられているか、または相互接続部の間に取り付けられている。より詳細に説明すれば、チップ状のバイパスダイオードはソーラーバッテリーの表側の表面に接続されるか、またはソーラーバッテリーの側に位置するか、またはソーラーバッテリーの裏側の表面に接続され、ソーラーバッテリーのストリングを保護している。バイパスダイオードが表側の表面に接続されているとき、これらダイオードは、ソーラーセルの表側の表面上でバスバーのように見える２つの並列導線のうちの１つに直接ハンダ付けされている。一般に、ソーラーセルの設計においては、ソーラーセルの表側の面をクリーンに維持し、表側表面が影に入ることを最小にすることが目標となっている。電流収集フィンガーおよびソーラーセルからの電流を集めるためにこれらフィンガーに接続されたバスバーだけが、その必要性のため、表側表面を遮ることが認められるものとなっている。一般にこれらフィンガーおよびバスバーは、これらが表側の表面で占める面積を最小にするような幅および長さを有する。したがって、バスバーは一般に幅が狭く、この結果、アサイ特許のバイパスダイオードは、必然的に幅が狭くなっている。かかる幅が狭く、長さの短いバイパスダイオードは、比較的大きい電流を流すことができるが、面積が狭いことによりこれらバイパスダイオードが電流に起因して発熱し、これらバイパスダイオードが実装されているソーラーセルに対し、局所的に極端な熱を加える傾向がある。
【００１５】
「機能が強化された光起電力モジュール」を発明の名称とし、ジャン・Ｐ・ポスビックおよびディネシュ・Ｓ・アミンを発明者とする米国特許出願第ＵＳ２００５／０２２４１０９Ａ１号は、誘電基板およびＰＶモジュール内に位置する特別設計の金属コーティングされたパターンを有する少なくとも１つの薄いプリント回路基板を含むＰＶモジュールについて述べている。モジュール内にはかかる回路基板が１つ以上存在する。この回路基板は、長さを約５００〜約２０００ｍｍとし、その幅を約１０〜約５０ｍｍとし、厚さを約０．１〜約２ｍｍとすることができる。一実施形態では、１つ以上のバイパスダイオードをこの回路基板およびＰＶモジュールの対応するＰＶストリングに電気接続し、よって影に入ることによる障害から保護している。本発明は、ＰＶモジュールの内部にバイパスダイオードを埋め込むことを可能にし、その影に入ることからの障害からの保護を改善するものであるが、プリント回路基板にはモジュールの内部を占有するエリアがあることに起因し、ＰＶモジュールの効率を低下させている。更に、金属部分がその厚さの部分だけを塞ぎ、その基板は誘電材料から製造されているので、この回路基板の放熱容量が制限されているようである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第６１８４４５８号明細書
【特許文献２】米国特許第５６１６１８５号明細書
【特許文献３】米国特許第６３８４３１３号明細書
【特許文献４】米国特許第５２２３０４４号明細書
【特許文献５】米国特許第６７８４３５８号明細書
【特許文献６】米国特許第５３３０５８３号明細書
【特許文献７】米国公開特許第２００５／０２２４１０９号明細書
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ｖ．  Ｑｕａｓｃｈｎｉｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，３０ｔｈ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｇｒｅｅｎｗｉｃｈ，Ｓｅｐ．  ５−７，１９９５，ＰＰ５８３−５８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
設置後、ＰＶモジュールの下方部分は、例えばゴミ、雪の堆積により、またはＰＶモジュールが野他に設置されている場合にはＰＶモジュールの近くの草刈りを怠ることにより、影に入る可能性がより高くなることが知られている。本発明は、ＰＶモジュールの小さい部分および特に下方部分が影に入った場合に、電力損失を最小にするよう、ＰＶモジュール内のＰＶセルの特殊なレイアウトを可能にするものである。かかるレイアウトは、個々のバイパスダイオードが装備されているＰＶストリングの個数を増す可能性がある。例えばＰＶモジュールは、３つのＰＶストリング内に配置された６０個のセルを含み、各ストリングが２０個のセルを含み、１つのセルだけが影に入った場合に、このＰＶモジュールは発電量を少なくとも３３％だけ低下させる。しかしながら１０個のストリング内にこれら６０個のセルが配置されている場合、１つのセルが影に入る結果、ちょうど１０％の電力が失われることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の１つの様相によれば、平面状の表側の面および平面状の裏側の面、並びに基板の全周辺まわりに延びる周辺エッジを有する透明シート基板と、ソーラーセルを附勢するように作動できる光が基板を通過し、ソーラーセルを附勢すると共に周辺エッジに隣接して、基板の前記裏側の面に周辺マージンが形成されるように、裏側の面の上で平面状アレイとなるように配置された複数のソーラーセルとを備えるソーラーパネル装置が提供される。周辺マージンにおいて、ほぼ端部から端部まで複数の電気導線が配置されている。電極がソーラーセルの複数の直列ストリングとなるように複数の電極がソーラーセルを共に電気的に接続し、各直列ストリングは、周辺マージンにおいて、互いに隣接する電気導線の隣接するペアのうちのそれぞれの１つに電気的に接続された正のターミナルおよび負のターミナルを有する。本装置は、更に複数のバイパスダイオードを備え、バイパスダイオードの各々は、電気導線のそれぞれのペアの間に電気的に接続されており、対応するストリングのソーラーセルが影に入っているときに電気導線のそれぞれのペアに接続された対応するストリングから電流を分流するようになっている。
【００２０】
ストリングが第１ストリングおよび最終ストリングを有するように、ストリングは、電気的に直列接続されており、第１ストリングの第１ソーラーセルと最終ストリングの最終ソーラーセルとを、互いに近くに隣接して配置できる。
【００２１】
第１ストリングの第１ソーラーセルと最終ストリングの最終ソーラーセルは、基板の共通エッジに隣接して配置できる。
【００２２】
ストリングは、直列ストリングを形成するよう、電極によって電気的に共に接続できる。
【００２３】
バイパスダイオードは、平面状のダイオードを含むことができる。
【００２４】
本装置は、それぞれのバイパスダイオード内を流れる電流によって生じる熱を放散するためのヒートシンクを更に含むことができる。
【００２５】
電気導線は、ヒートシンクとして働くそれぞれのヒートシンク部分を含むことができ、作動中、それぞれのバイパスダイオードは、高温側と低温側を構成する熱勾配を有することができ、それぞれのバイパスダイオードは、高温側から出る高温側ターミナルおよび低温側から出る低温側ターミナルを有することができ、高温側ターミナルは、電気導線のうちのそれぞれ１つの電気導線のそれぞれのヒートシンク部分に接続できる。
【００２６】
それぞれのヒートシンク部分は、電気導線のうちのほぼ平坦なそれぞれの部分を含むことができる。
【００２７】
電気導線は、第１タイプの金属性フォイルストリップから構成され、ほぼ平坦な部分は、約５０μｍ〜約１０００μｍの厚さ、約３ｍｍ〜約１３ｍｍの間の幅、および約３ｃｍ〜約２００ｃｍの間の長さを有することができる。
【００２８】
本装置は、それぞれのバイパスダイオードに関連する終端導線を更に備え、終端導線は、第１タイプの金属性フォイルストリップの、ほぼ平坦な部分の厚さより薄い厚さ、および第１タイプの金属性フォイルストリップのほぼ平坦な部分の長さより短い長さを有する第２タイプの金属性フォイルストリップを備えることができ、第２タイプの金属性フォイルストリップは、電気導線のそれぞれ１つに接続された第１端部およびそれぞれのバイパスダイオードの低温側に接続された第２端部を有することができる。
【００２９】
第２タイプの金属性フォイルストリップは、約３０μｍ〜約２００μｍの間の厚さ、第１タイプの金属性フォイルの幅とほぼ同じ幅、および約３ｃｍ〜約１０ｃｍの間の長さを有することができる。
【００３０】
上記と異なり、電気導線は、約３０μｍ〜約２００μｍの間の厚さ、約３ｍｍ〜約１３ｍｍの間の幅および約３ｃｍ〜約２００ｃｍの間の長さを有する第３タイプの金属性フォイルストリップから形成されており、ヒートシンクは、第３タイプのそれぞれの金属性フォイルストリップに電気的に接続された第４タイプのそれぞれの金属性フォイルストリップを含むことができ、第４タイプの金属性フォイルストリップは、第３タイプの金属性フォイルストリップの厚さよりも厚い厚さを有することができる。
【００３１】
第４タイプの金属性フォイルストリップは、第３タイプの金属性フォイルストリップの幅とほぼ同じ幅、および第３タイプの金属性フォイルストリップの長さよりも短い長さを有することができる。
【００３２】
第４タイプの金属性フォイルストリップは、第３タイプのそれぞれの金属性フォイルストリップの一部の上に位置できる。
【００３３】
作動中、それぞれのバイパスダイオードは、高温側と低温側を構成する熱勾配を有することができ、それぞれのバイパスダイオードは、高温側から出る高温側ターミナルおよび低温側から出る低温側ターミナルを有することができ、高温側ターミナルは、第４タイプのそれぞれの金属性フォイルストリップに電気的に接続でき、低温側ターミナルは、第３タイプのそれぞれの金属性フォイルストリップに電気的に接続できる。
【００３４】
第４タイプの金属性フォイルストリップは、約５０μｍ〜約１０００μｍの間の厚さ、第１タイプの金属性フォイルストリップの幅にほぼ等しい幅、および約３ｃｍ〜約２００ｃｍの間の長さを有することができる。
【００３５】
本装置は、ソーラーセル、電気導線およびバイパスダイオードをカバーするバッキングを更に含むことができ、ソーラーセル、電気導線およびバイパスダイオードは、表側の基板と前記バッキングの間にラミネートされ、ラミネート体を形成できる。
【００３６】
バッキングは、ヒートシンクおよび前記バイパスダイオードから熱を伝導するように働くことができる含浸された熱伝導材料を有することができる。
【００３７】
バッキングは、アルミで含浸されたテドラー（Ｔｅｄｌａｒ（登録商標））を含むことができる。
【００３８】
本装置は、周辺エッジ上に熱伝導性フレームを更に備えることができる。
【００３９】
前記第１ストリングおよび最終ストリングは、表側の基板とバッキングとの間から延び、ラミネートのエッジから延びるそれぞれのターミナルを有することができる。
【００４０】
ソーラーセルは、基板上で行と列に配置でき、装置は、底部と頂部とを有することができ、底部は、ソーラーパネル装置の使用中に頂部よりも下方に取り付けるようにでき、底部に位置する底部の行内のソーラーセルは、ソーラーパネルの底部ストリングを構成するよう、電極によって電気的に接続できる。
【００４１】
底部の行よりも上方において、底部の行に共通するソーラーセルの列の少なくとも一部内の、ソーラーセルの少なくとも第１行および第２行内にあるソーラーセルは、ソーラーセルの中間ストリングを構成するように共に電気的に接続でき、中間ストリングは、中間ストリングの逆の極に第１ソーラーセルおよび最終ソーラーセルを含むことができ、中間ストリングの第１ソーラーセルおよび最終ソーラーセルは、ソーラーセルの同じ列内にあり、かつソーラーセルの隣接する行内にある。
【００４２】
複数の直列のストリングは、複数の中間ストリングを含むことができる。
【００４３】
中間ストリングの少なくとも一部は、並置できる。
【００４４】
第１ストリングの第１ソーラーセルおよび最終ストリングの最終ソーラーセルは、基板の頂部に配置できる。
【００４５】
本発明の別の様相によれば、ソーラーセルの複数のストリングを有するソーラーパネルにおいて、影に入ることによる障害からソーラーセルのストリングを保護する方法が提供される。この方法は、影に入ったソーラーセルをいずれかのストリングが有していても、影に入ったソーラーセルを有するストリングを通過する電流を、周辺マージン内に位置する電気導線およびそれぞれのバイパスダイオードを通して分流し、よって少なくとも１つの影に入ったソーラーセルを有するストリングに関連するそれぞれのバイパスダイオードからの熱の放散を、周辺マージンのまわりの異なる位置に分散させるよう、ソーラーセルを支持する基板の周辺マージン内に位置する電気導線およびバイパスダイオードを通して前記電流を分流させることにより、少なくとも１つの影に入ったソーラーセルを有するソーラーセルのストリングのまわりに電流を分流させるステップを含む。
【００４６】
電流を分流させるステップは、光が基板を通過し、ソーラーセルを附勢できる共に周辺エッジに隣接して、基板の裏側の面に周辺マージンが形成されるように、表側の面および裏側の面、並びに基板の全周辺まわりに延びる周辺エッジを有する透明シート基板の裏側の面に複数のソーラーセルを平面状アレイに配置することを伴うことができる。複数の電極がソーラーセルの複数の直列ストリングにするようソーラーセルを共に電気的に接続し、各直列ストリングは、正のターミナルおよび負のターミナルを有する。
【００４７】
本方法は、第１ストリングの第１ソーラーセルおよび最終ストリングの最終ソーラーセルが基板の頂部に配置されるようにソーラーセルと電極とを接続するステップを更に伴うことができる。
【００４８】
本発明は、ＰＶモジュールが影に入ることによる障害から、より最適かつ効率的にＰＶモジュールを保護できる。
【００４９】
本発明は、ＰＶストリングの数を変えることなく、かつＰＶセルのタイプまたは設置場所におけるＰＶモジュールおよび影に入る条件に応じて、各ストリング内のセルの数を変えなくてもよい可能性も提供できる。
【００５０】
上記のような諸元を有する電気導線を用いることにより、十分な放熱が得られることが分かった。例えばオーストラリアのイソヴォルタ（Ｉｓｏｖｏｌｔａ）社からのテドラー（Ｔｅｄｌａｒ（登録商標））として知られる製品によって提供されるようなアルミフォイルを有するバッキングを使用すると、ＰＶモジュールの裏側を通したバイパスダイオードおよび電気導線からの更なる放熱を行い、これによってＰＶストリング内の任意のＰＶセルが影に入ったときに野他での条件において一般に１２０℃を下回るバイパスダイオードの温度を維持できる。
【００５１】
ＰＶモジュールの十分な電気絶縁を考慮した、ＰＶモジュールのエッジの近くに、電気導線およびバイパスダイオードが位置する。
【００５２】
これら電気導線は、すべてのＰＶセルが等しい照明状態のもとにあるときには、電流を伝えないが、任意のストリングのうちのあるソーラーセルが影に入ったときには電流を伝える。
【００５３】
バックシート内の開口部（単数または複数）、またはラミネート体のエッジをターミナルリード線が貫通できるようにすることによって、モジュールのターミナルリード線と他部負荷との間の接続を行うことができる。
【００５４】
ラミネート体のエッジからターミナルリード線を延長させることにより、モジュールの裏側表面に設けられる従来の接続ボックスを不要にできるので、ＰＶモジュールの製造の複雑性およびコストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【発明を実施するための形態】
【００５６】
（詳細な説明）
図１を参照すると、本発明の第１実施形態に係わるソーラーパネル装置の全体が番号１０で示されている。この装置１０は、表側の平面状の面１４および裏側の平面状の面１６を有し、更に周辺エッジ１８を有する透明のシート基板１２を備え、周辺エッジ１８は、基板１２の全周のまわりに延びている。
【００５７】
装置１０は、更に複数のソーラーセル２２を含み、これらソーラーセル２２は、ソーラーセル２２を附勢するように働く光が基板の表側の面１４に入射し、基板１２を通過し、ソーラーセル２２を附勢すると共に、周辺エッジ１８に隣接する周辺マージン２４が基板１２の裏側の平面状の面１６に形成されるよう、裏側の平面状の面１６に平面状のアレイとなるように配置されている。
【００５８】
この装置１０は、更に複数の電気導線２６を含み、これら導線は、周辺マージン２４内にてほぼ端部から端部まで配置されている。
【００５９】
この装置１０は、更に複数の電極２８を含み、これら電極２８は、ソーラーセル２２を、ソーラーセル２２の複数の直列ストリング３０となるように電気的に接続しており、各直列ストリング３０は、正のターミナル３２と負のターミナル３４とを有し、これらターミナルは、周辺マージン２４内にて互いに隣接する電気導線２６の隣接するペアのそれぞれの１つに電気的に接続されている。これら電極２８は、２００４年３月１１日に公開された本願出願人の国際公開特許出願第ＷＯ２００４／０２１４５５Ａ１号に全体が記載されている。
【００６０】
装置１０は、更に複数のバイパスダイオード３６を含む。これらバイパスダイオード３６の各々は、対応するストリングのうちの１つのソーラーセル２２が影に入ったときに、電気導線のそれぞれのペアに接続されている対応するストリング３０から電流を分流させるよう、電気導線２６のそれぞれのペアの間に電気的に接続されている。
【００６１】
次に図２を参照すると、装置（１０）は、それぞれのバイパスダイオード３６を流れる電流によって生じる熱を放散させるためのヒートシンク１０１を更に含む。各ダイオード３６は、関連する１つのヒートシンク１０１を有する。図示されている実施形態では、各電気導線２６は、ヒートシンク１０１として働くそれぞれのヒートシンク部分１０３を含む。
【００６２】
図示されている実施形態では、バイパスダイオード３６は、日本インターエレクトロニクス社から部品番号ＵＣＱＳ３０Ａ０４５として入手できるか、または米国テキサス州ダラスのダイオードインコーポレーションから部品番号ＰＤＳ１０４０Ｌとして入手できるような、平坦な平面状バイパスダイオードとなっている。このバイパスダイオード３６が作動すると、このダイオードは、バイパスダイオードの高温側４４と低温側４６とを構成する熱勾配４２を有する。従って、このバイパスダイオードは低温側４４から出る高温側ターミナル３９と低温側４６から出る低温側ターミナル６４を有するものと見なすことができる。高温側ターミナル３９は、それぞれの電気導線２６のそれぞれのヒートシンク部分１０３に電気的に接続されている。
【００６３】
図示されている実施形態では、ヒートシンク部分１０３は、電気導線２６のほぼ平坦なそれぞれの部分２７を含む。これら平坦な部分２７は、電気導線２６の全長にわたって延びるが、そのように延びなくてもよい。この実施形態では、電気導線２６は、第１タイプの金属性フォイルのストリップから構成され、ほぼ平坦な部分２７は、約５０μｍ〜約１０００μｍの厚み３１、および約３〜１３ｍｍの幅３３、および約３ｃｍ〜約２００ｃｍの長さ３５を有する。従って、各バイパスダイオード３６の高温側ターミナル３９は、バイパスダイオードからの熱を電気導線の長手方向に沿って放散できるよう、例えばハンダ付けによって、電気導線２６のそれぞれの平坦な部分２７に電気的に接続されている。この平坦な部分２７は、後述するように熱をバッキング部分に伝達させるための熱伝達表面となっている。
【００６４】
この装置は、バイパスダイオード３６に関連した終端導線２９を更に含む。これら終端導線２９は、第１タイプの金属性フォイルストリップの、ほぼ平坦な部分２７の厚み３１よりも薄い厚み５３、および第１タイプの金属性フォイルストリップの、ほぼ平坦な部分の長さ３５よりも短い長さ５５を有する第２タイプの金属性フォイルストリップから構成されている。これら終端導線２９は、例えばハンダ付けにより、電気導線２６のうちのそれぞれ１つに電気的に接続された第１端部７３、および例えばハンダ付けによりそれぞれのバイパスダイオード３６の低温側ターミナル６４に電気的に接続された第２端部７１を有する。図示されている実施形態では、第２タイプの金属性フォイルストリップは、約３０μｍ〜約２００μｍの間の厚さ５３、第１タイプの金属性フォイルの幅とほぼ同じ幅５０、および約３ｃｍ〜約１０ｃｍの間の長さを有し、第１タイプの金属性フォイルストリップよりも薄くなっている。
【００６５】
第１タイプ電気導線は、第２タイプの金属性フォイルから形成された終端導線２９よりも厚くなっているので、第１タイプの電気導線２６の平坦な部分２７にまず高温側ターミナル３９を電気的に接続すると、電気導線によってバイパスダイオード３６が比較的強固に保持され、最終的にバイパスダイオードを電気的に接続する対向する電気導線の間の不整合を克服するのに終端導線を使用できることが理解できよう。
【００６６】
第２端部７１がそれぞれのバイパスダイオード３６の低温側ターミナル６４の下に位置し、かつ隣接する第１電気導線２６からギャップ３８だけ離間し、かつ第２端部７３が隣接する第２電気導線２６の下に位置するように、周辺マージン２４の上に終端導線２９が配置されている。電気導線の端部エッジ６１と終端導線の端部エッジ６３とが、約５０ｍｍ〜約１５ｍｍの距離４５だけ離間するように、終端導線２９の第２端部７３に導線２６の一部７５がオーバーラップしている。
【００６７】
ソーラーパネルが設置されているシステムの定格電圧をギャップの両側にある導線２６、２９が受けるときに生じるアークを防止ために、ギャップ３８は、十分広い幅となっていなければならない。一般に、ギャップ３８の両端における約１００ボルトの電位差に対しては、約２〜３ｍｍのギャップで十分である。
【００６８】
各ストリングは、自己のバイパスダイオードを有するようになっているので、電気導線２６の位置およびバイパスダイオード３６の位置および数は、装置１０内のソーラーセル２２のストリング３０の数および配置によって決まる。
【００６９】
図３を参照すると、別の実施形態では、電気導線２６は、約３０μｍ〜約２００μｍの間の厚さ５７、約３ｍｍ〜１３ｍｍの間の幅５６、および約３ｃｍ〜約２００ｃｍの間の長さ５８を有する第３タイプの金属性フォイルストリップから形成されている。従って、この実施形態における電気導線２６は、上記の薄い終端導線２９に類似しているが、長さだけが長くなっている。上記第２タイプの金属性フォイルストリップは、この実施形態で使用する第３タイプの金属性フォイルストリップに類似している。
【００７０】
この実施形態では、ヒートシンク１０１は、例えばハンダ付けにより第２タイプのそれぞれの金属性フォイルストリップに接続された第４タイプのそれぞれの金属性フォイルストリップ４０を含む。第４タイプの金属性フォイルストリップ４０は、第３タイプの金属性フォイルストリップの厚さ５７よりも厚い厚さ５２を有し、図示されている実施形態では、第４タイプの金属性フォイルストリップ４０は、第３タイプの金属性フォイルストリップとほぼ同じ幅５０および第３タイプの金属性フォイルストリップの長さ５８よりも短い長さ５４を有する。第４タイプの金属性フォイルストリップ４０は、約５０μｍ〜約１０００μｍの間の厚さ５２、第３タイプの金属性フォイルストリップの幅５６にほぼ等しい幅５０、および約３ｃｍ〜約１０ｃｍの間の長さ５４を有し、よって第３タイプの金属性フォイルストリップよりも厚く、第１タイプの金属性フォイルストリップに類似している。
【００７１】
まず最初に、ヒートシンク１０１にバイパスダイオード３６が電気的に接続され、次に、それぞれの電気導線２６にヒートシンク１０１が電気的に接続される。必要な場合に、バイパスダイオード３６の低温側４６から延びるターミナル６４をヒートシンク１０１が位置する側と反対のギャップ４３の側の電気導線に接続できるよう、隣接する電気導線２６の間にギャップ４３を残すよう、基板の周辺マージン２４に電気導線２６が位置決めされる。バイパスダイオード３６の低温側４６から延びるターミナル６４は、ハンダ付けによってそれぞれの電気導線２６に接続される。
【００７２】
ギャップ４３は、ソーラーパネルが設置されているシステムの定格電圧をギャップの両側にある導線２６が受けるときに生じるアークを防止するのに十分大きい幅となっていなければならない。一般に、ギャップ４３の両端における約１００ボルトの電位差に対しては、約２〜３ｍｍのギャップで十分である。
【００７３】
第４タイプの金属性フォイルストリップ４０は、第３タイプのそれぞれの金属性フォイルストリップの一部の上にあり、更に例えばハンダ付けによってこの部分に固定されており、よって第４タイプの金属性フォイルストリップの端部エッジ６０およびこのエッジが接続されているそれぞれの電気導線２６のエッジ６２は、ほぼ共通平面上にある。従って、電気導線２６は、第４タイプの金属性フォイルストリップ４０よりもかなり長いので、第４ストリップの金属性フォイルストリップは、これらストリップが接続されているそれぞれの電気導線２６に沿った通路の一部に沿ってしか延びていない。
【００７４】
バイパスダイオード３６の高温側ターミナル３９は、例えばハンダ付けにより第４タイプの金属性フォイルストリップによって設けられたヒートシンク１０１に熱的かつ電気的に接続されており、低温側ターミナル６４は、例えばハンダ付けによって第３タイプの金属性フォイルストリップによって設けられた電気導線２６に接続されている。
【００７５】
また、各ストリングは、自己のバイパスダイオードを有するようになっているので、電気導線２６の位置およびバイパスダイオード３６の位置および数は、装置１０内のソーラーセル２２のストリング３０の数および配置によって決まる。
【００７６】
図４を参照すると、図示されている実施形態では、ソーラーセル２２は（図１では番号１２で示されている）基板上に行７０と列７２に配置されている。この装置１０は、底部７４と頂部７６を有するものと見なすことができ、ここで底部はソーラーパネル装置１０が使用されているときに、頂部よりも低くなるように取り付けられるようになっている。一般にソーラーパネルは、短辺と長辺を有する四角形であり、通常短辺がパネルの頂部および底部に位置するように取り付けられる。これらソーラーパネルは、垂直線に対して、ある角度にソーラーパネルを立てかけた状態に保持する取り付け構造体に通常接続される。ここで、行７０と列７２は、パネルを使用しているときに、行が全体に水平に延び、列が一般に垂直に延びるものとして定める。
【００７７】
図示されている実施形態では、ソーラーパネル装置１０は、４８個のソーラーセルを有し、これらソーラーセルは、第１（最初の）ストリング８０、第２ストリング８２、第３ストリング８４、第４ストリング８６、第５ストリング８８、第６ストリング９０および第７ストリング９２の直列グループを形成するように、（図では番号２８で示されている）電極によって共に電気的に接続されている。第１ストリング８０は、第１セル９４および最終ソーラーセル９６、並びにこれらの間の複数のソーラーセルを有し、これらソーラーセルはすべて電極（２８）によって直列に接続されている。第１ソーラーセル９４は、ストリング８０に対して正のターミナル１００として作動し、更に装置１０全体に対して正のターミナル１０２としても作動する基板（１２）に向いた表側の面を有する。従って、図１において番号１０４で最良に示されている第１終端電極は、第１ストリング８０の第１ソーラーセル９４の表の面に接続されている。この第１終端電極１０４は、平面状の平坦な第１導線１０６を有し、この第１導線は、正のターミナルコネクタ（図示せず）に接続できるよう、基板１２から反対の他側に向いて延び、例えばソーラーパネルの正のターミナル１０２を外部回路に接続できるようにしている。
【００７８】
同様に、第７（最終）ストリング９２は、第１ソーラーセル１０８および最終ソーラーセル１１０、並びにこれらの間の複数のソーラーセルを有し、これらソーラーセルはいずれも電極（２８）によって直列に接続されている。最終ソーラーセル１１０は、最終ストリング９２に対して負のターミナル１１４として作動し、更にパネル全体に対して負のターミナル１１６としても作動する裏側の面を有する。従って、図１において番号１１４で最良に示されている第２終端電極は、最終ストリング９２の最終ソーラーセル１１０の裏側の面（１１２）に接続されている。この最終終端電極（１１８）は、平面状の平坦な第２導線（１２０）を有し、この第２導線は、複数のターミナルコネクタ（図示せず）に接続できるよう、基板（１２）から反対に外側に向いて延び、例えばソーラーパネルの負のターミナルを外部回路に接続できるようにしている。
【００７９】
図示されている実施形態では、ストリング８０〜９２は装置１０の頂部左側において、第１ストリング８０からスタートし、次に左側にて下方に第２ストリング８２および第３ストリング８４が続くようになっている。第２ストリング８２および第３ストリング８４は、中間ストリングと見なすことができる。各中間ストリングは、この中間ストリングの逆の極にある第１ソーラーセル１３０と、最終ソーラーセル１３２とを含む。中間ストリングを含み、中間ストリングのうちの第１ソーラーセル１３０および最終ソーラーセル１３２は、同一列７２内にあり、かつ隣接する行７０内にある。中間ストリングのうちの第１ソーラーセル１３０および最終ソーラーセル１３２を同じ列７２および隣接する行７０内に位置決めすることにより、各中間ストリングのうちの第１ソーラーセルおよび最終ソーラーセルは、ソーラーセルのエッジ、この場合（裏側から見た）左側エッジ（例えば図１では番号１３４で示される）に隣接し、よって周辺マージン（２４）に隣接し、各中間ストリングの第１ソーラーセル１３０および最終ソーラーセル１３２を周辺マージン（２４）内のそれぞれの電気導線（２６）およびバイパスダイード（３６）に接続することを容易にしている。
【００８０】
第４ストリング８６は、装置１０の底部にある１行のソーラーセルを含む。第５ストリング８８および第６ストリング９０は、装置１０の右側まで延び、周辺マージン（２４）に隣接するように配置された第１ソーラーセル１３０および最終ソーラーセル１３２を有する追加中間ストリングとして作動する。これら第５ストリング８８および第６ストリング９０は、それぞれ第３ストリング８４および第２ストリング８２と並置された状態となっている。第７ストリング９２は、装置１０の頂部右側エリア内に位置する最終ストリングとなっている。従って、第１ストリング８０と最終ストリング９２とは、装置１０の頂部部分７６内で互いに隣接するように配置されている。
【００８１】
更に、最終ストリング９２の最終ソーラーセル１１０は、第１ストリング８０の第１ソーラーセル９４の近くに隣接して配置されており、これによって第１ストリングの正のターミナル（１００）および最終ストリングの負のターミナル（１１４）にそれぞれ接続された平坦な平面状の第１導線および第２導線を互いに隣接するように配置し、パネルの正のターミナルコネクタと負のターミナルコネクタを互いに接近させ、かつ隣接させることが可能となっている。図示されている実施形態では、第１ストリング８０の第１ソーラーセル９４と最終ストリング９２の最終ソーラーセル１１０とは、基板１２の共通エッジ、すなわち（図１では番号１４０で示されている）頂部エッジに隣接し、これによってパネルのための正のターミナル１０２および負のターミナル１１６をソーラーパネルの頂部エッジ（１４０）に位置させることが可能となっている。
【００８２】
ソーラーセルとストリングが上記のように配置され、接続されている場合、各ストリング８０〜９２の第１ソーラーセルと最終ソーラーセルとは、周辺マージン（２４）に隣接して位置すると理解すべきである。これによって図１において、番号１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、１５２で示されているような追加電気導線を、隣接するストリングを接続する電極に電気的に接続し、周辺マージン（２４）内まで延ばし、周辺マージン内の対応する電気導線（２６）に接続することが可能となり、対応する電気導線（２６）は、それぞれのストリング（８０〜９２）のためのバイパスダイオード（３６）に電気的に接続されている。
【００８３】
電極を周辺マージン２４内の電気導線２６に接続する電気導線（１４２〜１５２）は、周辺マージン内の電気導線２６とほぼ同じ幅および厚さとなっていることが好ましいが、隣接する周辺マージン内の電気導線と隣接する直列ストリング８０〜９２を電気的に接続する電極２８との間で延びるような適当な長さとなっていてもよい。
【００８４】
図１を再び参照すると、図示されている実施形態では、パネル全体内のソーラーセルのうちの例えば、約５０％が影に入ったときに、グループ全体を通過するように電流を分流するためのグループバイパスダイオード１６０も設けられている。このグループバイパスダイオード１６０は、従来のように、接続ボックス内の基板の外に位置していてもよいが、これとは異なり、このダイオード１６０を図示するように基板１２の上に組み込んでもよい。このようにするには、頂部エッジ１４０に隣接する周辺マージン２４内の電気導線１６２および１６４をそれぞれ平面状の第１導線１０６および第２導線１２０に接続する。前と同じように、グループバイパスダイオード１６０のうちの高温側（図示せず）および低温側（図示せず）から延びるリード線（図示せず）を、上記のようにバイパスダイオード３６に対するのと同じように接続してよい。
【００８５】
従って、装置１０の製造中、ストリングを共に接続する電極２８から延びる電気導線１４２〜１５２を、周辺マージン２４内まで延ばし、周辺マージン内のそれぞれの電気導線２６上に載せる。次に、バイパスダイオード３６を周辺マージン２４のまわりで比較的均一に離間した状態に位置させるように電気導線２６を位置決めし、次にストリング８０〜９２を共に接続する電極２８から延びる電気導線１４２〜１５２を周辺マージン２４内の電気導線２６内にハンダ付けする。周辺マージン２４内の電気導線２６の一部、例えばソーラーパネルの長辺に関連する周辺マージン２４の部分内の電気導線２６を長手方向に整合させ、他方、電気導線の他の部分を全体が番号１５３で示されるように、周辺マージン内のコーナーのまわりに延びるよう、直角に整合させると理解すべきである。直角に合流する電気導線２６の接続は、例えばハンダ付けまたは超音波ハンダ付けによって達成できる。
【００８６】
図５を参照すると、周辺マージン２４内の電気導線２６とバイパスダイオード３６を必要に応じて接続した後に、ソーラーセル２２、電気導線２６およびバイパスダイオード３６をカバーし、基板１２を覆うようにバッキング１７０を位置決めし、基板１２とバッキング１７０との間に挟持された電極、ソーラーセル、導線、ヒートシンクおよびバイパスダイオードとのラミネート体（積層体）を形成する。このバッキング１７０は、ヒートシンク１０１およびバイパスダイオードから熱を伝導するように働くことができる含浸された熱伝達材料を有することが好ましい。このバッキング１７０は、例えばアルミで含浸されたテドラー（Ｔｅｄｌａｒ）（登録商標）とすることができる。
【００８７】
正のターミナル導線１０６および負のターミナル導線１２０は、表側の基板１２からバッキング１７０まで延び、更に終端のためにラミネートの頂部エッジ１４０から延びることができる。これとは異なり、図６を参照すると、バッキング１７０の裏側の面１７６内に開口部１７２および１７４をカットし、正のターミナル導線１０６および負のターミナル導線１２０がこの開口部を通過し、バッキングの裏側の面１７６から延び、例えば一般にソーラーパネルで使用されているようなタイコエレクトロニクス社（Ｔｙｃｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｔｄ．）によって提供されているような従来の接続ボックス内で終端させてもよい。
【００８８】
装置全体は、ラミネート体を形成するよう、例えば従来のソーラーパネルをラミネートするための技術によりラミネートすることが好ましい。ラミネート体のエッジを保護し、バイパスダイオード３６、ヒートシンク１０１およびバッキング１７０からの熱を放散させるために、ラミネートの周辺のまわりに熱伝導性フレーム１８０を配置することができる。このフレーム１８０は、例えばアルミニウムから製造でき、パネルを取り付けるための機械的支持を容易にできる。
【００８９】
バッキング１７０およびフレーム１８０の熱放散特性と組み合わせた上記ヒートシンク１０１の長さは、メーカーが推奨する作動レンジ内にバイパスダイオードの接合部の温度を維持するよう、バイパスダイオード３６が発生する熱を適当に放散するのに十分な長さとなっている。
【００９０】
図１、４、５および６の実施形態に示されたストリング配置の特別な利点は、各ストリング８０〜９２を別々にバイパスでき、ソーラーセルの底部の行、すなわち第４ストリング８６が一体的なストリングとなることである。図４を参照すると、ソーラーセルの底部の行、例えば第４ストリング８６が、例えば雪または落ち葉により光が入射しなくなるような設備となっている場合に、パネル内の残りのストリング８０〜８４および８８〜９２の正常な動作に影響を与えることなく、この第４ストリングはバイパスされる。第４ストリング８６がバイパスされると、このストリングを保護しているバイパスダイオード３６は、加熱し始め、このダイオードが接続されているヒートシンクは、この熱をバッキング１７０およびフレーム８０に放散し、これによって雪はとけ、自己クリーニング効果を発揮できる。
【００９１】
雪がとけないか、または落ち葉が装置１０の底部７４の近くで堆積し続ける場合、雪または落ち葉によって生じる影が次第に高くなるにつれ、最終的に第３ストリング８４および第５ストリング８８が影に入り、バイパスされるが、残りのストリング、例えば第１ストリング８０、第２ストリング８２、第６ストリング９０および第７ストリング９２は、まだ作動し続ける。従って、当初第４ストリング８６だけが影に入ったとき、装置１０はまだその電力容量のうちの４２／４８＝８７．５％（バイパスダイオードに起因する損失未満）を発生でき、第３ストリング８４および第５ストリング８８も影に入ったときは、ソーラーパネルは、その電力容量のうちの約５０％をまだ発生できる。
【００９２】
ストリング８０〜９２は、直列接続されたソーラーセル（２２）から構成されているので、ストリング内の影に入ったソーラーセルの両端で生じる最大逆電圧は、ストリング内の残りのソーラーセルによって生じた電圧とバイパスダイオードの順方向電圧の低下分とを加えた合計の電圧となる。図示する実施形態では、ストリング８０〜９２の各々は、６〜９個のソーラーセル（２２）から構成されている。各ストリング内のソーラーセル（２２）の数が比較的少ない結果、ストリングのうちの影に入ったソーラーセル上での最大逆電圧は低くなる。この結果、ストリング内に、例えば６個のソーラーセル（２２）がある場合、１つのセルが影に入ると、残りの５個のソーラーセルの各々が０．５６Ｖの電圧を発生し、この結果、ストリングのうちの影に入っていないセルからの２．８Ｖの総電圧寄与分に、モジュールの残りのストリングからの電流に起因するバイパスダイオード（３６）の両端の０．７Ｖの電圧低下分を加えた電圧が生じ、この結果、影に入ったセルの両端には３．５Ｖの全逆電圧が生じる。少数個のソーラーセル（２２）の別々のストリングをバイパスさせる上記技術の結果、影に入ったソーラーセルの両端の逆電圧は、低くなる。このことは、ストリング内のソーラーセルの逆ブレークダウン電圧を極めて高い値にする必要はないことを意味し、更にこのことは、コストを低減しながらソーラーセルを製造するのに、冶金級シリコンのような低グレードのシリコンを使用できることを意味する。
【００９３】
図示された実施例において、ストリング８０〜９２をバイパスするのにバイパスダイオード（３６）を使用しているときに、例えばストリング内の少なくとも１つのソーラーセル（２２）が影に入った場合、少なくとも１つのソーラーセルが十分な電力を発生しないと、ストリング内のソーラーセルのすべてがバイパスされる。従って、バイパスされたストリング内の作動中のソーラーセル（２２）、例えば影に入っていないソーラーセルによって発生される電力が失われる。従って、各ストリング内に、より少ないソーラーセル（２２）を有するストリングは、より少数個のソーラーセルをバイパスすればよく、この結果、部分的発電状態、例えば部分的に影に入っている間の電力損失がより少なくなる。従って、図示されている実施形態では、ストリング８０〜９２は、各ストリング内に比較的少数個のソーラーセル（２２）を有するので、部分発電状態の間、例えば部分的に影に入っている間の装置（１０）は、各ストリング内に、より多数個のソーラーセルを有する同様な装置の発電量よりもより多い電力を発生できる。
【００９４】
図７、８および９に示されるように、他のソーラーセルストリング配置も可能である。図７を参照すると、別の実施形態では、ソーラーセル（２２）は、図１および４に示されるストリングと同様なストリングに配置されているが、第１ストリング１９２の第１ソーラーセル１９０および最終ストリング１９６の最終ソーラーセル１９４は、基板２０２の対向するエッジ１９８、２００に隣接して配置されており、ソーラーセルの底部の２つの行は、底部ストリングとして働く。正の終端導線２０４および負の終端導線２０６は、装置１０の対向するサイドエッジ１９８、２００から外側に延びるよう配置されている。これによって直列のソーラーパネルにおいて、同様なタイプの隣接するソーラーパネルを並置させて隣接する状態に接続するのに極めて短い接続導線を使用することが容易となっている。
【００９５】
図示されている実施形態では、各ストリング内に６個のソーラーセル（２２）が存在する。上で検討したように、各ストリング内のソーラーセル（２２）の数が比較的少数となっていることによって、低グレードのシリコン、例えば冶金級シリコンからソーラーセルを製造することが可能となっており、更に部分発電状態、例えば部分的に影に入る間の装置（１０）の電力損失が少なくなっている。
【００９６】
図８を参照する。ソーラーセル（２２）はストリング２１０、２１２、２１４内で共に接続されており、これらストリングは、直列ストリングがソーラーパネルの対向する端部２１８、２２０に配置された第１ストリング２１０および最終ストリング２１６を有するように電気的に直列に接続されている。図示されている実施形態では、第１ストリング２１０は、パネルの頂部部分２２２に配置されており、最終ストリング２１６は、パネルの底部部分２２４に配置されている。これとは異なり、第１ストリング２１０をパネルの底部部分２２４に配置し、最終ストリングをパネルの頂部部分２２２に配置してもよい（図示せず）。これら配置の双方によって、各ストリング２１０、２１２の第１ソーラーセル２３０および最終ソーラーセル２３２を周辺マージンの同じ部分に隣接した状態、例えば同じエッジ２３４に隣接して位置決めすることが可能となっており、これによってバイパスダイオード２３６内で生じた熱を共通エッジで放熱することが可能となっている。
【００９７】
図示されている実施形態では、各ストリング２１０、２１２、２１４および２１６内に１２個のソーラーセル（２２）が設けられている。各ストリング２１０、２１２、２１４および２１６内のソーラーセル（２２）の数が比較的多くなっていることによって、影に入っている間、ソーラーセル（２２）で生じ得る最大逆電圧が上昇する。従って、図示されている実施形態では、低グレードのシリコン、例えば冶金級シリコンから製造されたソーラーセル（２２）は、十分な逆ブレークダウン電圧の値を有することはできず、ストリング２１０、２１２、２１４および２１６内のソーラーセル（２２）を製造するのにソーラーグレードのシリコンが必要となり得る。
【００９８】
図９を参照すると、別の実施形態では、ソーラーセル２２のストリングは、複数の別個のサブグループを含む直列グループに電気的に接続されている。この実施形態では、２つのサブグループ２４０および２４２が存在し、各サブグループは、８個のソーラーセル（２２）を含む３つのストリング２４６、２４８および２５０を含み、各サブグループ内には総計２４個のソーラーセルが存在する。第１サブグループ２４０は、ソーラーパネルの頂部部分２５２内に位置し、第２サブグループ２４２は、ソーラーパネルの底部部分２５４内に位置する。各グループのうちの第１ストリング２４６および最終ストリング２５０は、ソーラーパネルの対向する辺２５６、２５８に配置されている。これによって、単一のパネル内に基本的には２つの別個のソーラーセルユニットが設けられ、パネルの頂部エッジ２６２および底部エッジ２６４に隣接する周辺マージンの部分内にバイパスダイオード２６０が位置決めされる。
【００９９】
当然ながら、他のストリング配置も可能である。例えば一般に各ストリングの第１ソーラーセルおよび最終ソーラーセルは、ソーラーパネル内のストリングの各々のための電気導線およびバイパスダイオードを周辺マージン内に位置決めできるよう、周辺マージンに隣接して位置決めされ、バイパスダイオードによって生じる熱を容易に放散できるようにする配置も可能である。
【０１００】
添付図面と共に本発明の特定の実施形態のこれまでの説明を検討すれば、当業者には本発明の他の様相および特徴が明らかとなろう。
【図１】
2012527786.tif 000003
【図２】
2012527786.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成24年3月5日(2012.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例に係るソーラーパネル装置の全体の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す実施例の要部の実施形態を示す斜視図である。
【図３】図１に示す実施例の要部の他の実施形態を示す斜視図である。
【図４】図１に示す実施例の回路構成図である。
【図５】図１の外観構成の説明図である。
【図６】図５の裏側の構成の説明図である。
【図７】他のソーラーセルストリング配置を示す図である。
【図８】更に他のソーラーセルストリング配置を示す図である。
【図９】更に別のソーラーセルストリング配置を示す図である。
【国際調査報告】
2012527786.tif 000012
2012527786.tif 000013