JP2022082513A - カスタマイズされた電圧を有する宇宙用太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な出力電圧を実現するように迅速に調整され得る市販の宇宙飛行可能な太陽電池アレイを提供する。【解決手段】太陽電池アレイは、プレハブフレックス回路などの基板１０４に取り付けられた１以上の太陽電池１０２で構成される。基板は、１以上の絶縁層、及び太陽電池との電気接続を形成するための１以上の導体としてパターニングされた１以上の導電層を含む。太陽電池の回路を太陽電池の所望の寸法及び所望の電圧にカスタマイズするために、基板は、導体への電気的導通を除去又は追加するための１以上の決定点１２４を含む。【選択図】図４Ａ

Description

本開示は、広くは、太陽電池パネルに関し、特に、カスタマイズされた電圧を有する宇宙用太陽電池アレイに関する。

典型的な宇宙飛行可能な太陽電池パネルの組み立ては、直列に接続された太陽電池の長いストリングで構成される太陽電池アレイを構築することを含む。これらのストリングは、長さすなわち太陽電池の数が可変であり、非常に長くなり得る。

従来の太陽電池アレイは、必要とされる出力電圧を生成するために一定数の太陽電池で構築される。その数は、動作温度及び放射線量によっても変更される。例えば、直列に接続された５０個の太陽電池のストリングは、１００Vの出力電圧を生成し得る。

この出力電圧は、電力を供給するための電力システムの要件を満たす又は超える必要がある。温度及び放射線量は、ミッションによって決まる。一方で、回路内の太陽電池の数は、電力システムの要件の出力電圧を満たすために可変に設定される。

ミッションは変化するので、調整可能な太陽電池パネルが必要とされている。

上述の制限を克服するために、及び、本明細書を読み、理解すれば自明となるその他の制限を克服するために、本開示は、太陽電池アレイ、太陽電池アレイを製造する方法、及び太陽電池アレイを動作させる方法を説明する。太陽電池アレイは、プレハブフレックス（pre-fabricated flex）回路などの基板に取り付けられた１以上の太陽電池を備える。基板は、１以上の絶縁層、及び太陽電池との電気接続を形成するための１以上の導体としてパターニングされた１以上の導電層を含む。太陽電池の回路を太陽電池の所望の寸法及び所望の電圧にカスタマイズするために、基板は、導体への電気的導通を除去又は追加するための１以上の決定点を含む。

ここで、図面を参照する。各図面を通じて、類似の参照番号は対応する部品を表している。

図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃは、基板に取り付けられた太陽電池を示す実施例を例示する断面側面図である。 図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃは、基板に取り付けられた太陽電池を示す実施例を例示する断面側面図である。 図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃは、基板に取り付けられた太陽電池を示す実施例を例示する断面側面図である。 基板に取り付けられた太陽電池のアレイを示す一実施例を例示する。 図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、図２の変形例である基板の別の一実施例を例示する。 図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、図２の変形例である基板の別の一実施例を例示する。 図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、図２の変形例である基板の別の一実施例を例示する。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、及び図４Ｇは、図３の変形例である別の一実施例を例示する。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、及び図４Ｇは、図３の変形例である別の一実施例を例示する。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、及び図４Ｇは、図３の変形例である別の一実施例を例示する。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、及び図４Ｇは、図３の変形例である別の一実施例を例示する。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、及び図４Ｇは、図３の変形例である別の一実施例を例示する。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、及び図４Ｇは、図３の変形例である別の一実施例を例示する。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、及び図４Ｇは、図３の変形例である別の一実施例を例示する。 図４Ａの変形例である基板の別の一実施例を例示する。 図５の変形例である基板の別の一実施例を例示する。 図７、図８、図９、図１０、図１１、及び図１２は、各コーナー領域の詳細を提供する。それらは、太陽電池パネル用の１２個の電池回路長さを実現するために形成されたコーナー領域における導電経路及び不連続性を示す。 図７、図８、図９、図１０、図１１、及び図１２は、各コーナー領域の詳細を提供する。それらは、太陽電池パネル用の１２個の電池回路長さを実現するために形成されたコーナー領域における導電経路及び不連続性を示す。 図７、図８、図９、図１０、図１１、及び図１２は、各コーナー領域の詳細を提供する。それらは、太陽電池パネル用の１２個の電池回路長さを実現するために形成されたコーナー領域における導電経路及び不連続性を示す。 図７、図８、図９、図１０、図１１、及び図１２は、各コーナー領域の詳細を提供する。それらは、太陽電池パネル用の１２個の電池回路長さを実現するために形成されたコーナー領域における導電経路及び不連続性を示す。 図７、図８、図９、図１０、図１１、及び図１２は、各コーナー領域の詳細を提供する。それらは、太陽電池パネル用の１２個の電池回路長さを実現するために形成されたコーナー領域における導電経路及び不連続性を示す。 図７、図８、図９、図１０、図１１、及び図１２は、各コーナー領域の詳細を提供する。それらは、太陽電池パネル用の１２個の電池回路長さを実現するために形成されたコーナー領域における導電経路及び不連続性を示す。 太陽電池アレイのサイズが、いかにしてカスタマイズされ得るかを例示する。 人工衛星用の太陽電池アレイを製造する方法の一実施例を例示する。 太陽電池アレイを含む人工衛星の一実施例を例示する。 機能ブロック図の形態を採る太陽電池アレイの一実施例を例示する。

以下の説明において、本明細書の一部分を形成している添付図面を参照する。これらの図面は、本開示が実践され得る具体例を例示する目的で示されている。他の実施例も利用可能であり、本開示の範囲を逸脱することなく、構造的な変更を加え得ることが理解されるべきである。

概要
多様な設定のミッション向けの迅速な供給のために、様々な出力電圧を実現するように迅速に調整され得る市販の太陽電池アレイが必要とされている。例えば、優先度の高いミッションは、しばしば、数週間での供給を必要とするが、現在のアプローチは、太陽電池アレイの広範な設計、製造、及び試験のために数カ月を要し得る。

本開示は、様々な出力電圧を実現するように迅速に調整され得る市販の宇宙飛行可能な太陽電池アレイを説明する。人工衛星用の太陽電池アレイは、各ミッションで異なり、太陽電池アレイを標準化するための先行の試みは、実現されることが模索される費用又はスケジュールの利点を台無しにする電力の損失をもたらしている。

本開示は、ミッション用の太陽電池の所望の寸法及び出力電圧にカスタマイズされ、迅速に供給され得る太陽光発電モジュール（SPM）において使用される、プレハブフレックス回路を備えた基板についての新しいレイアウト及び改善されたプロセスを説明する。具体的には、本開示は、最終的なレイアウトがどのようになるかについてインテリジェントな判断を行い、不要なトレースを除去する。既知のスイッチング技法も同様に使用され得る。

本開示の一態様は、導体及びトレース用の効率的なレイアウトを形成している。必要に応じて、導電経路が設定され、使用されない経路が除去され、柔軟性がスイッチによって実現され得る。具体的には、本開示は、一旦、市販の組の経路で開始し、任意の余剰な（すなわち、不必要な）経路を除去する。

電流経路の選択
2017年7月6日に、Eric Rehderによって出願された“PREFABRICATED CONDUCTORS ON A SUBSTRATE TO FACILITATE CORNER CONNECTIONS FOR A SOLAR CELL ARRAY,”という名称の米国実用特許出願第15/643,277号は、「関連出願の相互参照」という名称のセクションで上述されている。当該出願は、参照によって本明細書に組み込まれ、導電経路の間で橋渡しするために導電性要素をコーナー領域に追加することによって、又は導電経路を分離するために導電性要素をコーナー領域から除去することによって、太陽電池向けの電流経路を選択する方法を説明する。

コーナー領域内の太陽電池間の電気接続の使用は、製造を容易にするだけでなく、カスタマイズもサポートする。プレハブ導体の使用は、設計における柔軟性を可能にするために、回路全体を通して配置されるトレース及び導体をもたらす。パネル製造において助けとなり、電流又は電力を回路内の次の太陽電池に誘導し、又はストリングを終端させるために、電気接続が、あらゆる回路長さ向けにカスタマイズされ得る。しかし、これはまた、不要なトレース及び導体ももたらす。

所望の設計又は出力電圧を実現するために、導体要素を除去又は追加し、幾つの導体要素を除去又は追加するか判断し、どの位置から導体要素が除去又は追加されるべきか判断することが必要とされている。本開示は、これらの要求を満たす。

更に、例えば、切断、レーザー切断、堆積、溶接などのような技法を含む、除去及び追加の技法が、金属を除去及び／又は追加するために知られている。しかし、そのような技法の先行する使用は、所望の電力出力レベルを実現するために複雑さをもたらした。本開示は、その複雑さを低減させる。

カスタマイズされた電圧を有するプレハブフレックス回路
本開示は、導電経路を遮断又は形成することにおいて含まれる作業量を低減させることによって、製造時間を改善する。新しいレイアウト及び改善されたプロセスは、市販の太陽電池アレイが、様々な出力電圧を実現するために構築され、迅速に調整されることを可能にする。

図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃは、断面側面図である。それらは、プレハブフレックス回路などの基板１０４の層及び構成要素のみならず、基板１０４に取り付けられた太陽電池１０２の回路を含む、太陽電池パネル１００を示している実施例を例示する。

図１Ａは、基板１０４に取り付けられた２つの太陽電池１０２を示している一実施例を例示する。その場合、基板１０４は、Kapton（登録商標）、ポリイミド、又は他の絶縁材料で構成された、１以上の絶縁層１０６、及び、絶縁層１０６の上に配置された銅（Cu）層などの少なくとも１つのパターニングされた導電性金属層で構成された、複数の導体１０８で構成される。太陽電池１０２は、接着剤１１２を使用して絶縁層１０６に取り付けられる。

図１Ｂは、基板１０４に取り付けられた２つの太陽電池１０２を示している一実施例を例示する。その場合、基板１０４は、複数の絶縁層１０６Ａ、１０６Ｂで構成される。銅層などの１以上のパターニングされた導電性金属層で構成された少なくとも１つの導体１１０は、絶縁層１０６Ａの上に堆積される。絶縁層１０６Ｂは、接着剤１１２Ｂを使用して導体１１０の上及び絶縁層１０６Ａ上又はその上方に取り付けられる。導体１１０は、太陽電池１０２間の直列接続を形成するために基板１０４内に埋め込まれる。太陽電池１０２は、接着剤１１２Ａを使用して絶縁層１０６Ｂに取り付けられる。

図１Ｃは、基板１０４に取り付けられた２つの太陽電池１０２を示している一実施例を例示する。その場合、基板１０４は、複数の絶縁層１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃで構成される。銅層などの１以上のパターニングされた導電性金属層で構成される少なくとも１つの導体１１０Ａは、絶縁層１０６Ｃの底部に堆積され、銅層などの１以上のパターニングされた導電性金属層で構成される少なくとも１つの導体１１０Ｂは、絶縁層１０６Ｃの上に堆積される。絶縁層１０６Ａは、接着剤１１２Ｃを使用して導体１１０Ａの底部及び絶縁層１０６Ｃ又はその下方に取り付けられ、絶縁層１０６Ｂは、接着剤１１２Ｂを使用して導体１１０Ｂの上及び絶縁層１０６Ｃ上又はその上方に取り付けられる。太陽電池１０２は、接着剤１１２Ａを使用して絶縁層１０６Ｂに取り付けられる。

図２、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、図４Ｇ、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、及び図１３は、導体１１０の配置及び機能を例示する目的で透明になっている太陽電池１０２及び基板１０４を示している上面図である。図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃで上述されたように、導体１１０は、基板１０４内に実際に埋め込まれ、好適には、絶縁層１０６によって封入され、太陽電池１０２の下方で延在し、太陽電池１０２の群と電気的に相互接続される。

図２は、基板１０４に取り付けられた太陽電池１０２のアレイを示している一実施例を例示する。その場合、太陽電池１０２のアレイは、４つの行及び６つの列として配置された２４個の太陽電池１０２を備える。太陽電池１０２のアレイは、４８V（すなわち、動作温度及び寿命末期（EOL）放射損傷において、太陽電池１０２当たり約２V）の出力電圧を生成する。

この実施例では、各太陽電池１０２が、コーナー領域１１６を画定する少なくとも１つの、先端カットされたコーナー１１４を有する。４つの隣接する太陽電池１０２の群は、基板１０４に位置合わせされ、取り付けられている。それによって、各太陽電池１０２から１つずつ先端カットされた４つのコーナー１１４は、コーナー領域１１６で共にまとめられる。基板１０４は、太陽電池１０２の隣接するもののコーナー領域１１６が位置合わせされ、太陽電池１０２が基板１０４に取り付けられたときに、基板１０４のエリア１１８が露出されたままであるように構成される。露出されたままである基板１０４のエリア１１８は、導体１１０のうちの１以上を含み、太陽電池１０２と導体１１０との間の１以上の電気接続が、露出されたエリア１１８内で形成される。

太陽電池１０２と導体１１０との間の電気接続は、一実施例では、各太陽電池１０２との金属フォイル相互接続１２０を使用して形成される。金属フォイル相互接続１２０は、太陽電池１０２のｎタイプ側に取り付けられた少なくとも１つの相互接続１２０、及び太陽電池１０２のｐタイプ側に取り付けられた少なくとも１つの相互接続１２０を有する。図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃで上述されたように、導体１１０は、例示目的でこの上面図において示されているが、導体１１０は、基板１０４内に埋め込まれ、好適には、絶縁層１０６によって封入され、太陽電池１０２の下方で延在し、太陽電池１０２の群と電気的に相互接続される。図２の実施例では、導体１１０及び相互接続１２０が、太陽電池１０２の全てを接続し、水平方向と垂直方向との両方で、導体１１０及び相互接続１２０が、太陽電池１０２の全てを接続する。

一実施例では、相互接続１２０と電気接続するために、導体１１０の端部が、露出されたままである基板１０４のエリア１１８内で基板１０４の表面を通して位置合わせされ、露出される。導体１１０はまた、基板１０４内のビアを使用して相互接続１２０に電気接続される。更に、導体１１０は、太陽電池１０２が基板１０４に取り付けられる前及び／又は取り付けられた後に、基板１０４の表面上に取り付けられ、プリントされ、又は堆積され得る。それはまた、太陽電池１０２間の接続も容易にする。

図３Ａは、基板１０４の別の一実施例、すなわち、図２の変形例を例示する。それは、太陽電池１０２用の回路終端ラインである１以上の導体１２２を追加する。１以上の導体１２２もまた、導体１１０のように基板１０４内に埋め込まれる。上述されたように、図面は、この事例では導体１１０、１２２の両方の配置及び機能を例示する目的で、太陽電池１０２及び基板１０４を透明であるとして示している。導体１２２のうちの少なくとも幾つかは、それらの交差点で共に接続される。コーナー領域１１６では、導体１２２が導体１１０と交差する。その場合、導体１２２と導体１１０とは接続される。

導体１１０、１２２のうちの少なくとも幾つかは、基板１０４内の分離した複数の導電性金属層内にパターニングされ得る。その場合、基板１０４の複数の導電性金属層上の導体１１０、１２２は、基板１０４内のビアなどを使用して接続される。

更に、導体１１０、１２２のうちの少なくとも幾つかは、基板１０４内の１つの導電性金属層内で共に形成され得る。このレイアウトの強みは、単一の金属層で実現され得ることであり、それは好適である。単一の金属層は、製造がより安価であり、より軽く、より柔軟である。

図３Ｂは、太陽電池１０２のコーナー領域内で形成される接続の更なる詳細を提供する。金属フォイル相互接続１２０は、太陽電池１０２のｎタイプ側又はｐタイプ側に接続される。金属フォイル相互接続１２０は、導体１１０に接続される。導体１１０は、基板１０４内に埋め込まれ、絶縁層１０６によってカバーされ、太陽電池１０２の下で延在する。絶縁層１０６内に描かれていない開口部が存在する。それは、金属フォイル相互接続１２０が、導体１１０に接続されることを可能にする。

導体１２２もまた、基板１０４内に埋め込まれ、絶縁層１０６によってカバーされ、太陽電池１０２の下で延在する。導体１２２は、例えば、電気接続を形成し得る。その場合、導体１２２は、他の導体１１０又は１２２と交差し、接触し、又は隣接する。一実施例では、導体１１０、１２２が、基板１０４の１以上の金属層内でパターニングされ、導体１１０、１２２間の電気接続は、連続的な金属層を含む。にもかかわらず、導体１１０、１２２は、互いに異なる機能及び目的を有する。

図３Ｃは、図３Ｂの拡大図であり、導体１１０、１２２を更に例示している。この図では、太陽電池１０２が、接着剤１１２Ａを使用して絶縁層１０６Ｂに取り付けられる。導体１１０、１２２は、絶縁層１０６Ａの上に形成される。絶縁層１０６Ｂは、接着剤１１２Ｂを使用して導体１１０、１２２の上及び絶縁層１０６Ａ上又はその上方に取り付けられる。したがって、導体１１０のように、導体１２２は、絶縁層１０６Ａ、１０６Ｂの間に埋め込まれる。しかし、他の実施例では、導体１１０、１２２が、異なる絶縁層上に形成されてよく、異なる絶縁層の間に埋め込まれてよい。

図４Ａは、基板１０４の別の一実施例、すなわち、図３Ａの変形例を例示する。それは、太陽電池１０２の直列構成、太陽電池１０２の並列構成、又は太陽電池１０２の並列構成と直列構成との両方を規定するために、基板１０４にわたる多くの重要な点に位置付けられている決定点１２４を使用して、導体１１０、１２２への電気的導通を除去又は追加することを提供する。これらの決定点１２４は、導体１１０、１２２の数を最小化するために、導体１１０及び／又は導体１２２の電気的導通を形成するか又は遮断し、それによって、直列接続又は回路終端としての導体１１０、１２２に太陽電池１０２の各々を割り当てるよう、判断が行われ得る位置である。したがって、導体１１０のうちの少なくとも幾つかは、太陽電池１０２用の直列接続であり、導体１２２のうちの少なくとも幾つかは、太陽電池１０２用の回路終端である。

この図では、決定点１２４が円によって表されている。それは、基板１０４上に実際には存在しないが、解決策を明瞭にし説明するために単に使用されている。決定点１２４の円は、中実又は中空であってよい。その場合、中実の白円は、電気的導通が遮断される又は導体１１０、１２２用に存在しない決定点１２４を表し、一方、中空の円（導体１１０、１２２がそこを通るように示されている）は、電気的導通が導体１１０、１２２用に形成される又は遮断されない決定点１２４を表している。電気的導通は、例えば、トレースを切断すること、相互接続を除去すること、ヒューズを誘発することなどによって、決定点１２４において遮断され得る。代替的に、電気的導通は、例えば、ジャンパーを追加すること、相互接続を追加すること、アンチヒューズを誘発することなどによって、決定点１２４において維持され得るか又は形成され得る。

この実施例では、決定点１２４を使用して、導体１２２が、V1+及びV1-、V2+及びV2-、並びにV3+及びV3-としてそれぞれ符号が付けられている３つの組の終端ラインになるよう構成されている。太陽電池１０２は、直列接続で開始する。それによって、回路V1が形成され、回路V2及びV3が続く。各太陽電池１０２のコーナー領域１１６では、導体１１０、１２２が、各セルとセルとの接続を直列接続として、又はV+／-の対に対する回路終端として再割り当てするために形成又は遮断される。この実施例のレイアウトは、三つ（３個）の回路V1、V2、及びV3を形成するために遮断された導体１２２を有する。回路V1及びV2には九つ（９個）の太陽電池１０２があり、一方、回路V3には六つ（６個）の太陽電池がある。

例示目的で、太陽電池１０２の番号付けは、第１の列内の左上の太陽電池１０２（セル１）から開始し、第１の列の行を下って、第２の列の底から第２の列の行を上がって、第３の列内の上の太陽電池１０２（セル９）から第３の列の行（セル１０及びセル１０の下方の第３の列内の太陽電池１０２）を下って、並びに、第４及び第５の列（セル１８及びセル１９）を通って蛇のようなパターンで、第６の列内の右上の太陽電池１０２（セル２４）まで継続する。

セル１用のコーナー領域１１６は、遮断されない導体１２２を有する決定点１２４を表す中空の円を有する。これは、セル１が、いかにしてV1-に接続され、セル２に直列接続されているかを示している。遮断された導体１２２を有する決定点１２４を表す中実の円もまた、V2-及びV3-の回路内のトレースから切断されたV1-を示している。バイパスダイオード（図示せず）が、太陽電池１０２を逆バイアスから保護するために、コーナー領域１１６内に位置付けられ得る。

この実施例では、セル９のポジティブな接点がV1+に接続し、セル１０がV2-に接続し、セル１８がV2+に接続し、セル１９がV3-に接続し、セル２４がV3+に接続する。V3回路は、より少ない太陽電池１０２を有し、V1及びV2回路よりも低い電圧を有し得る。電圧が、別のパネル上の別の回路（図示せず）を用いて、V3回路に追加され得る。代替的に、パネル１００は、サイズが増加され得る。

行１と行２との間のコーナー領域１１６内のトレースの更なる詳細が、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄで提供される。

図４Ｂは、様々な導体１１０、１２２用のトレースを示し、決定点１２４を示す円を有する。したがって、各太陽電池１０２からの各導体１１０、１２２は、直列接続又は回路終端V+、V-を有してよく、各々は、独立して開いているか又は閉じていてよい。

図４Ｃは、決定点１２４の結果を分析している。この図では、結果が円１２６内に示されている。それは、基板１０４上に実際には存在しないが、解決策を明瞭にし説明するために単に使用されている。円１２６内の決定点１２４だけが、分析される。図４Ｃでは、セル間の直列接続用の接続が明示されている。円１２６内で、水平な導体１２２において、２つの間隙又は不連続１２８が存在する。これらの不連続１２８は、V+及びV-導体１２２への電流を遮断するために、決定点１２４が使用されている結果である。他の導体１１０、１２２は、無傷なままである。

図４Ｄは、これらの太陽電池１０２間の回路を終端させるための、円１２６内の決定点１２４の構成を示している。円１２６内で、単一の間隙又は不連続１２８が存在する。それは、導体１２２がこの点で遮断されたことを示している。この代替的なシナリオでは、太陽電池１０２間の直列接続が遮断されており、左上の太陽電池１０２はV+出力へと終端し、左下の太陽電池１０２はV-出力へと終端する。

図４Ｅは、決定点１２４を有する、行３と行４との間の導体１１０、１２２を示している。各太陽電池１０２からの導体１２２は、回路終端V+、V-である。

図４Ｆでは、太陽電池１０２用の直列接続を維持するために、接続が形成されている。直列接続は、左下と右下の太陽電池１０２の間の導体１１０を使用する。円１２６内で、V+及びV-出力に接続する導体１２２内で形成された不連続１２８が存在する。

図４Ｇでは、太陽電池１０２用のV+及びV-への回路終端を維持するために、接続が形成されている。円１２６内で、導体１２２の直列接続が、不連続１２８を有する。左下の太陽電池１０２は、V+出力に接続され、右下の太陽電池１０２は、V-出力に接続されている。右下の太陽電池１０２はまた、V+出力に接続する機会も有するが、この経路は同様に不連続１２８を有する。

これらの実施例は、多数の導体１１０、１２２、及び導体１１０、１２２が遮断され得る決定点１２４を有することに留意されたい。本開示は、この構成を修正する新しいやり方を説明する。具体的には、図４Ａで説明された概念が、太陽電池１０２のアレイに対する接続を完全に制御する。実際、このレベルの制御は、必要ではなく、より多くの導体１１０、１２２及び決定点１２４が形成又は遮断される過度に複雑な解決策をもたらす。

図５は、基板１０４の別の一実施例、すなわち、図４Ａの変形例を例示する。それは、広範な用途のアレイをサービスしながら、導体１１０、１２２のレイアウトを単純化して、構成を太陽電池の所望の寸法及び／又は所望の出力電圧へとより完全に最適化する。この実施例は、回路長さが８個から１７個の太陽電池１０２に調整され得る様々な用途向けである。それらの太陽電池１０２は、約１６Vから３４Vの範囲の出力電圧を生成するが、それ以外の範囲も同様に使用され得る。太陽電池１０２のアレイの用途の知見は、１６V未満の出力がありそうもなく、３４Vを超える出力がありそうもないことを業者に知らせ得る。

したがって、設計は、予想されるニーズの変化に対応するために単純化され得る。用途における所望の出力電圧及び調整範囲が決定されることになる。これは、完全な構成の制御を提供する、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、及び図４Ｇのベースラインからの大きな単純化を可能にする。

これは、しばしば、必要ではなく、図５のようなより単純な設計が好適であり得る。それは、多数の導体１１０、１２２、及び決定点１２４を排除する。各々が１２個の太陽電池１０２を有する、２つの回路V1及びV2を形成するために、決定点１２４における中実及び中空の円で接続が特定される。結果は次のようなものである。すなわち、太陽電池１０２間の１００個の決定点１２４を有する２４個の太陽電池１０２のアレイよりもむしろ、この改善されたバージョンが、太陽電池１０２間に２７個の決定点１２４のみを有する。回路終端を提供する導体１２２の数もまた、実質的に減少する。

図６の一実施例では、決定点１２４が、１２個の太陽電池１０２の回路長さを生成するように設定される。それにより、セル１は、セル９までの回路内の各太陽電池１０２用の直列接続を用いてV-に直接的に接続される。セル１からセル８までは、変化する能力なしに直列接続される。セル８とセル２４との間で、決定点１２４が存在する。その場合、導体１１０、１２２は、出力電圧を調整するように遮断され得る。セル９とセル１０との間の直列接続が遮断される一方で、これらのセルは、それぞれV1+及びV2-に接続されている。決定点は、第２の回路用のセル１０とセル１８との間の直列接続向けに設定される。セル１８とセル１９との間で、直列接続が遮断される一方で、これらのセルは、それぞれV2+及びV3-に接続されている。決定点は、セル１９からセル２４への直列接続を有する。セル２４は、V3+に直接的に接続されている。決定点の選択が異なると、第１の回路の終わりが、セル８からセル１２までのうちの任意のセルに変化し得る。第２の回路及び第３の回路の長さ及び出力電圧を調整するために、同様の設定が行われ得る。

図７、図８、図９、図１０、図１１、及び図１２は、コーナー領域１１６内の導体１１０、１２２、及び、１２個の太陽電池１０２の回路長さを実現するために、決定点１２４において形成された不連続１２８を示す、各コーナー領域１１６の更なる詳細を提供する。これらの図面はまた、バイパスダイオードがこれらの例示内に含まれていないことも強調するが、バイパスダイオードは、ほとんどの用途で所望され得る。

図１３で明示されているように、回路長さのカスタマイズに加えて、太陽電池１０２のアレイのサイズもまたカスタマイズされ得る。図６で示された太陽電池１０２のアレイは、図７、図８、図９、図１０、図１１、及び図１２で示されているように電気的に再構成され得る。図１３は、その長さがまた、いかにして調整され得るかを示している。この実施例では、セル１３～セル２４が除去され得る。次いで、基板１０４のサイズ及び太陽電池１０２の全体的な量を調整するために、導体１１０、１２２を有する基板が、垂直な破線に沿って切り取られ得る。露出された導体１１０、１２２の上の縁部に密封絶縁体を付けることが望ましいだろう。それは、接着剤又はテープによって実現され得る。

これらの実施例は、太陽電池１０２に取り付けられるために基板１０４の中に統合された直列の導電経路１１０、１２２の設計を明示している。結果として生じるソーラーパネル１００が、構築され、試験され得る。それは、膨大な時間を必要とし、次いで、このアセンブリは保存され得る。将来の何時かの時点で、パネル１００は、決定点１２４の構成を詳細に設定され得る。例えば、各決定点１２４は、中実の導体１１０、１２２であり得る。一旦、決定点が円の接続形態の周りで形成されると、導体１１０、１２２は、所望の決定点１２４において遮断され得る。逆に、パネル１００は、各決定点１２４が開いた導体１１０、１２２であるように形成され得る。その決定点１２４では、開いた導体１１０、１２２を橋渡しするために、別の導体１１０、１２２が追加され得る。パネル１００はまた、エンドユーザ向けに要求される長さに物理的に切断され得る。

この製造シーケンスにより、ソーラーパネル１００のカスタマイズ、試験、及び供給が、迅速に完了することを可能にする。ソーラーパネル１００を製造するための調達の長い遅延、組み立て、接着剤硬化、及び環境試験は、在庫内に保存されている材料を用いて以前に完了されている。供給が必要になると、カスタマイズは、数カ月ではなく数日で完了され得る。在庫は、常に、前倒しで構築されてよく、直ちに供給されるように保存されてよい。それは、単一のソーラーパネル１００物品について実現可能である。しかし、ミッションは高度にカスタマイズされ、したがって、在庫のアプローチは、多くの回路長さ及び寸法の巨大な量のハードウェアを必要とする。このソーラーパネル１００の設計は、単一のソーラーパネル１００が在庫にされることを可能にし、次いで、必要とされたときに、そのソーラーパネル１００が、数日での供給のために、必要なサイズ及び出力電圧の構成にカスタマイズされ得る。

実施例は、単一の先端カットされたコーナーが存在する略正方形である太陽電池を使用した。太陽電池は、より矩形であってよく、２つ又は４つの先端カットされたコーナーを有してよい。先端カットされたコーナーがない太陽電池も使用され得るが、それらは、接続が形成されることを可能にするために間隔を空けられる必要がある。組み立て及び試験後に物理的及び電気的構成を形成する、この接続のルーチン及び能力は、太陽電池の形状から独立している。しかし、これらの太陽電池のうちの幾つかは、ｎタイプ又はｐタイプの接点のいずれかに対する複数の相互接続を有することになる。これらの複数の相互接続は、冗長性及びより低い抵抗の経路を提供する。これらは、トレースを共通タイプの各相互接続へ延ばすことによって、このソーラーパネル設計において利用され得る。

実施例は、先端カットされたコーナーが位置合わせされた太陽電池を使用している。幾つかのセルの形状寸法では、それは望ましくないだろう。これは、ソーラーパネルのレイアウトの要件ではない。フレックス回路ベースの配線は、それがどこであれ、太陽電池の単一の又は複数の相互接続に到達するために、容易に経路指定され得る。

製作
本開示の実施例は、図１４で示されているステップ１３２～１４４を含む、太陽電池１０２、太陽電池アレイで構成される太陽電池パネル１００、及び／又は人工衛星を製作する方法１３０の文脈で説明されてよい。その場合、結果として生じる人工衛星１４６は、太陽電池１０２のアレイで構成される太陽電池パネル１００を有し、それは図１５で示されている。

図１４で示されているように、製造前段階では、例示的な方法１３０が、太陽電池１０２、太陽電池パネル１００、及び／又は人工衛星１４６の仕様及び設計１３２、並びにこれらの材料の調達１３４を含んでもよい。製造段階では、太陽電池１０２、太陽電池パネル１００、及び／又は人工衛星１４６の構成要素及びサブアセンブリの製造１３６、並びにシステムインテグレーション１３８が行われる。これらは、太陽電池１０２、太陽電池パネル１００、及び／又は人工衛星１４６の製造を含んでいる。その後、太陽電池１０２、太陽電池パネル１００、及び／又は人工衛星１４６は、運航１４２に供されるために認可及び納品１４０を経てよい。太陽電池１０２、太陽電池パネル１００、及び／又は人工衛星１４６は、打ち上げ前に、（改造、再構成、改装などを含む）整備及び保守１４４が更に予定され得る。

方法１３０の各工程は、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって実行又は実施され得る。本明細書の目的に関しては、システムインテグレータは、限定しないが、ソーラーセル、ソーラーセルパネル、人工衛星または宇宙船の、任意の数の製造業者及び主要システムの下請業者を含んでいてよく、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者及びサプライヤーを含んでいてよく、またオペレータは、衛星通信会社、軍事団体、サービス機関などであってよい。

図１５で示されているように、例示的な方法１３０によって製作される人工衛星１４６は、システム１４８、本体１５０、太陽電池１０２のアレイで構成される太陽電池パネル１００、及び１以上のアンテナ１５２を含み得る。人工衛星１４６と共に含まれるシステム１４８の実施例は、推進システム１５４、電気システム１５６、通信システム１５８、及び電力システム１６０のうちの１以上を含むが、これらに限定されるものではない。任意の数の他のシステム１４８も含まれ得る。

図１６は、一実施例による機能ブロック図の形態を採る太陽電池パネル１００の例示である。太陽電池パネル１００は、基板１０４に個別に取り付けられた太陽電池１０２のうちの１以上のアレイで構成される。基板１０４は、絶縁層１０６、導体１１０、１２２、及び決定点１２４のうちの１以上を含む。太陽電池１０２のそれぞれは、光源１６４から光１６２を吸収し、それに応じて電気出力１６６を生成する。

更に本開示は、以下の条項による実施例を含む。
条項１．
太陽電池アレイを製作するための方法であって、１以上の太陽電池を基板に取り付けることを含み、前記基板は、１以上の絶縁層、及び前記太陽電池との電気接続を形成するための１以上の導体としてパターニングされた１以上の導電層を含み、前記太陽電池の回路をカスタマイズするために、前記基板は、前記導体への電気的導通についての１以上の決定点を含む、方法。
条項２．
前記基板は、プレハブフレックス回路である、条項１に記載の方法。
条項３．
前記太陽電池のうちの少なくとも１つは、コーナー領域を画定する少なくとも１つの、先端カットされたコーナーを有し、前記コーナー領域を画定する前記先端カットされたコーナーを有する前記太陽電池が、前記プレハブフレックス回路に取り付けられたときに、前記プレハブフレックス回路のうちのあるエリアが露出されたままであり、前記太陽電池と前記導体との間の前記電気接続が、露出されたままである前記プレハブフレックス回路の前記エリア上又は前記エリア内の前記コーナー領域内で、相互接続を使用して形成される、条項２に記載の方法。
条項４．
前記導体の端部が、前記相互接続と電気的に接続するために、露出されたままである前記プレハブフレックス回路の前記エリア内の前記プレハブフレックス回路の表面を通して位置合わせされ、露出される、条項３に記載の方法。
条項５．
前記プレハブフレックス回路の複数の層上の前記導体が、前記プレハブフレックス回路内のビアを使用して接続される、条項３又は４に記載の方法。
条項６．
前記太陽電池の直列構成、前記太陽電池の並列構成、又は前記太陽電池の並列構成と直列構成との両方を規定するために、前記決定点を使用して前記導体への電気的導通を除去又は追加することを更に含む、条項１から５のいずれか一項に記載の方法。
条項７．
前記導体の数を最小化するために、直列接続又は回路終端としての前記導体に前記太陽電池を割り当てることを更に含む、条項１から６のいずれか一項に記載の方法。
条項８．
前記導体のうちの少なくとも幾つかが、前記太陽電池用の直列接続である、条項７に記載の方法。
条項９．
前記導体のうちの少なくとも幾つかが、前記太陽電池用の回路終端である、条項７又は８に記載の方法。
条項１０．
前記導体のうちの少なくとも幾つかが、それらの交差点において共に接続される、条項１から９のいずれか一項に記載の方法。
条項１１．
前記導体のうちの少なくとも幾つかが、前記基板内の分離した複数の導電性金属層内にパターニングされる、条項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
条項１２．
前記導体のうちの少なくとも幾つかが、前記基板内の１つの金属層内に形成される、条項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
条項１３．
前記決定点は、前記太陽電池アレイ用の回路長さをカスタマイズするために使用される、条項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
条項１４．
前記基板は、前記基板のサイズ及び前記太陽電池の全体的な量を調整するために切り取られる、条項１に記載の方法。
条項１５．
基板に取り付けられた１以上の太陽電池を備える太陽電池アレイであって、前記基板は、１以上の絶縁層、及び前記太陽電池との電気接続を形成するための１以上の導体としてパターニングされた１以上の導電層を含み、前記太陽電池の回路をカスタマイズするために、前記基板は、前記導体への電気的導通についての１以上の決定点を含む、太陽電池アレイ。
条項１６．
前記太陽電池の直列構成、前記太陽電池の並列構成、又は前記太陽電池の並列構成と直列構成との両方を規定するために、前記決定点を使用して前記導体への電気的導通を除去又は追加することを更に含む、条項１５に記載の太陽電池アレイ。
条項１７．
前記導体の数を最小化するために、直列接続又は回路終端としての前記導体に前記太陽電池を割り当てることを更に含む、条項１５又は１６に記載の太陽電池アレイ。
条項１８．
前記決定点は、前記太陽電池アレイ用の回路長さをカスタマイズするために使用される、条項１５から１７のいずれか一項に記載の太陽電池アレイ。
条項１９．
前記基板は、前記太陽電池の長さを調整するために切り取られる、条項１５から１７のいずれか一項に記載の太陽電池アレイ。
条項２０．
太陽電池アレイを動作させる方法であって、基板に取り付けられた１以上の太陽電池を使用して電流を生成することを含み、前記基板は、１以上の絶縁層、及び前記太陽電池との電気接続を形成するための１以上の導体としてパターニングされた１以上の導電層を含み、前記太陽電池の回路をカスタマイズするために、前記基板は、前記導体への電気的導通についての１以上の決定点を含む、方法。

結論
上記に明示した例の説明は、例示及び説明を目的として提示されており、網羅的であることや、開示されている例に限定することを意図するものではない。上述した具体例の代わりに、多数の代替例、改変例、及び変形例が使用され得る。

Claims (18)

1. 太陽電池（１０２）アレイを製作するための方法（１３０）であって、
   １以上の太陽電池（１０２）を基板（１０４）に取り付けることを含み、
   前記基板（１０４）は、１以上の絶縁層（１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）、及び前記太陽電池（１０２）との電気接続を形成するための１以上の導体（１０８、１１０、１２２）としてパターニングされた１以上の導電層を含み、
   前記太陽電池（１０２）の回路をカスタマイズするために、前記基板（１０４）は、前記導体（１１０、１２２）への電気的導通についての１以上の決定点（１２４）を含む、方法（１３０）。
2. 前記基板（１０４）は、プレハブフレックス回路（１０４）である、請求項１に記載の方法（１３０）。
3. 前記太陽電池（１０２）のうちの少なくとも１つは、コーナー領域（１１６）を画定する少なくとも１つの、先端カットされたコーナー（１１４）を有し、
   前記コーナー領域（１１６）を画定する前記先端カットされたコーナーを有する前記太陽電池（１０２）が、前記プレハブフレックス回路（１０４）に取り付けられたときに、前記プレハブフレックス回路（１０４）のうちのあるエリア（１１８）が露出されたままであり、
   前記太陽電池（１０２）と前記導体（１１０）との間の前記電気接続が、露出されたままである前記プレハブフレックス回路（１０４）の前記エリア（１１８）上又は前記エリア（１１８）内の前記コーナー領域（１１６）内で、相互接続（１２０）を使用して形成される、請求項２に記載の方法（１３０）。
4. 前記導体（１１０）の端部が、前記相互接続（１２０）と電気的に接続するために、露出されたままである前記プレハブフレックス回路（１０４）の前記エリア（１１８）内の前記プレハブフレックス回路（１０４）の表面を通して位置合わせされ、露出される、請求項３に記載の方法（１３０）。
5. 前記プレハブフレックス回路（１０４）の複数の層上の前記導体（１１０、１２２）が、前記プレハブフレックス回路（１０４）内のビアを使用して接続される、請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記太陽電池（１０２）の直列構成、前記太陽電池（１０２）の並列構成、又は前記太陽電池（１０２）の並列構成と直列構成との両方を規定するために、前記決定点（１２４）を使用して前記導体（１１０、１２２）への電気的導通を除去又は追加することを更に含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記導体（１１０、１２２）の数を最小化するために、直列接続又は回路終端としての前記導体（１１０、１２２）に前記太陽電池（１０２）を割り当てることを更に含み、前記導体（１１０、１２２）のうちの少なくとも幾つかが、任意選択的に、前記太陽電池（１０２）用の直列接続である、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記導体（１１０、１２２）のうちの少なくとも幾つかが、前記太陽電池（１０２）用の回路終端である、請求項７に記載の方法。
9. 前記導体（１２２）のうちの少なくとも幾つかが、それらの交差点において共に接続される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記導体（１１０、１２２）のうちの少なくとも幾つかが、前記基板（１０４）内の分離した複数の導電性金属層内にパターニングされ、及び／又は、前記導体（１１０、１２２）のうちの少なくとも幾つかが、前記基板（１０４）内の１つの金属層内に形成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記決定点（１２４）は、前記太陽電池（１０２）アレイ用の回路長さをカスタマイズするために使用される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記基板（１０４）は、前記基板（１０４）のサイズ及び前記太陽電池（１０２）の全体的な量を調整するために切り取られる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 基板（１０４）に取り付けられた１以上の太陽電池（１０２）を備える太陽電池（１０２）アレイであって、
    前記基板（１０４）は、１以上の絶縁層（１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）、及び前記太陽電池（１０２）との電気接続を形成するための１以上の導体（１０８、１１０、１２２）としてパターニングされた１以上の導電層を含み、
    前記太陽電池（１０２）の回路をカスタマイズするために、前記基板（１０４）は、前記導体（１１０、１２２）への電気的導通についての１以上の決定点（１２４）を含む、太陽電池アレイ。
14. 前記太陽電池（１０２）の直列構成、前記太陽電池（１０２）の並列構成、又は前記太陽電池（１０２）の並列構成と直列構成との両方を規定するために、前記決定点（１２４）を使用して前記導体（１１０、１２２）への電気的導通を除去又は追加することを更に含む、請求項１３に記載の太陽電池アレイ。
15. 前記導体（１１０、１２２）の数を最小化するために、直列接続又は回路終端としての前記導体（１１０、１２２）に前記太陽電池（１０２）を割り当てることを更に含む、請求項１３又は１４に記載の太陽電池アレイ。
16. 前記決定点（１２４）は、前記太陽電池（１０２）アレイ用の回路長さをカスタマイズするために使用される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の太陽電池アレイ。
17. 前記基板（１０４）は、前記太陽電池（１０２）の長さを調整するために切り取られる、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の太陽電池アレイ。
18. 太陽電池（１０２）アレイを動作させる方法（１３０）であって、
    基板（１０４）に取り付けられた１以上の太陽電池（１０２）を使用して電流を生成することを含み、
    前記基板（１０４）は、１以上の絶縁層（１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）、及び前記太陽電池との電気接続を形成するための１以上の導体（１１０、１２２）としてパターニングされた１以上の導電層を含み、
    前記太陽電池（１０２）の回路をカスタマイズするために、前記基板（１０４）は、前記導体（１００、１２２）への電気的導通についての１以上の決定点（１２４）を含む、方法。
    

Images