KR20140113690A - 광기전 스트링의 개방 회로 전압을 제한하기 위한 회로 및 방법 - Google Patents

광기전 스트링의 개방 회로 전압을 제한하기 위한 회로 및 방법 Download PDF

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Abstract

광기전 스트링(100)은 광기전 스트링(100)의 개방 회로 전압보다 작은 제한기 전압을 제공하기 위해 하나의 방향으로 전류를 전도하고, 다른 방향으로 전류를 전도하는 개방 회로 전압 제한기(120)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 개방 회로 전압 제한기(120)들이 광기전 스트링(100)의 선택된 그룹들의 태양 전지(115)들에 걸쳐 또는 광기전 스트링(100)에 걸쳐 연결될 수 있다. 제한기 전압은 최대 전력점 전압보다 클 수 있지만 광기전 스트링(100)의 개방 회로 전압보다 작을 수 있다.

Description

광기전 스트링의 개방 회로 전압을 제한하기 위한 회로 및 방법{CIRCUITS AND METHODS FOR LMITING OPEN CIRCUIT VOLTAGE OF PHOTOVOLTAIC STRINGS}
본 명세서에 기술된 요지의 실시예는 일반적으로 태양 전지(solar cell)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 요지의 실시예들은 광기전 스트링(photovoltaic string)들에 관한 것이다.
태양 방사선을 전기 에너지로 변환하기 위한 잘 알려진 디바이스인, 태양 전지는 P형 및 N형 확산 영역들을 포함할 수 있다. 태양 전지에 부딪치는 태양 방사선은 확산 영역들로 이동하는 전자들 및 정공들을 생성함으로써, 확산 영역들 사이에 전압차를 생성한다. 확산 영역들은 외부 전기 회로가 태양 전지에 연결되고 태양 전지에 의해 급전되게 하기 위해 대응하는 단자들에 전기적으로 연결된다. 태양 전지의 양극 단자는 P형 확산 영역들에 전기적으로 연결되는 반면, 태양 전지의 음극 단자는 N형 확산 영역들에 전기적으로 연결된다.
태양 전지들은 광기전 스트링을 형성하기 위해 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다. 광기전 스트링은 수 개의 태양 전지들 및/또는 광기전 모듈들을 포함할 수 있으며, 이때 각각의 광기전 모듈은 동일한 프레임 상에 장착된 태양 전지들을 포함한다. 광기전 스트링에서, 하나의 태양 전지의 양극 단자는 다른 태양 전지의 음극 단자에 전기적으로 연결되고, 다른 태양 전지의 양극 단자는 또 다른 태양 전지의 음극 단자에 전기적으로 연결되는 등등이다. 광기전 스트링의 출력 전압은 스트링 내의 태양 전지들의 개수에 의존한다.
일 실시예에서, 광기전 스트링은 (a) 복수의 직렬 연결된 태양 전지들; (b) 광기전 스트링의 대향 단부들에서의 양극 리드(positive lead) 및 음극 리드(negative lead) - 복수의 직렬 연결된 태양 전지들의 일 단부는 양극 리드에 연결되고, 복수의 직렬 연결된 태양 전지들의 대향 단부는 음극 리드에 연결됨 -; 및 (c) 복수의 직렬 연결된 태양 전지들에 걸친 개방 회로 전압 제한기(open circuit voltage limiter)를 포함하고, 개방 회로 전압 제한기는 음극 리드에 연결된 양극 단자 및 양극 리드에 연결된 음극 단자를 갖고, 개방 회로 전압 제한기는 일 방향으로 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르는 전류에 대해 광기전 스트링의 개방 회로 전압보다 작은 제한기 전압을 가지며 다른 방향으로의 개방 회로 전압 제한기를 통한 전류 흐름을 허용한다.
다른 실시예에서, 광기전 스트링은 복수의 직렬 연결된 태양 전지들, 및 복수의 직렬 연결된 태양 전지들 내의 제1 그룹의 태양 전지들에 걸친 제1 개방 회로 전압 제한기를 포함하고, 제1 개방 회로 전압 제한기는 일 방향으로 제1 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르는 전류에 대해 제1 그룹의 태양 전지들의 최대 전압보다 작은 제1 제한기 전압을 가지며, 다른 방향으로 제1 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르는 전류에 대해 제1 양의 바이패스 전압을 갖는다. 광기전 스트링은 복수의 직렬 연결된 태양 전지들 내의 제2 그룹의 태양 전지들에 걸친 제2 개방 회로 전압 제한기를 추가로 포함할 수 있으며, 제2 개방 회로 전압 제한기는 일 방향으로 제2 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르는 전류에 대해 제2 그룹의 태양 전지들의 최대 전압보다 작은 제2 제한기 전압을 가지며, 다른 방향으로 제2 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르는 전류에 대해 제2 양의 바이패스 전압을 갖는다.
다른 실시예에서, 광기전 스트링을 동작시키는 방법은 광기전 스트링의 제1 그룹의 직렬 연결된 태양 전지들에 걸쳐 제1 개방 회로 전압 제한기를 제공하는 단계를 포함한다. 제1 그룹의 직렬 연결된 태양 전지들에 걸친 최대 전압은, 제1 개방 회로 전압 제한기를 통해 제1 방향으로 흐르는 전류에 대해 제1 개방 회로 전압 제한기에 걸친 제1 제한기 전압으로 제한된다. 전류는 제1 방향 반대인 제2 방향으로 제1 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르게 된다.
첨부 도면 및 특허청구범위를 포함하는 본 명세서 전체를 읽을 때 본 발명의 이들 및 다른 특징이 당업자에게 즉각 명백할 것이다.
유사한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 유사한 요소를 지칭하는 하기 도면과 관련하여 고려될 때, 상세한 설명 및 특허청구범위를 참조함으로써 발명 요지의 더욱 완전한 이해가 얻어질 수 있다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광기전 스트링의 개략도.
<도 2>
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 개방 회로 전압 제한기의 이상적인 I-V 곡선을 도시하는 도면.
<도 3>
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 광기전 스트링을 갖는 광기전 시스템의 구성요소들을 개략적으로 도시하는 도면.
<도 4>
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광기전 스트링의 개략도.
<도 5>
도 5는 하나의 실험에서 수 개의 상이한 제너 다이오드들에 대한 I-V 곡선들을 도시하는 도면.
<도 6>
도 6은 일 실험에서 광기전 스트링의 예시적인 I-V 곡선들 및 전력-전압 곡선들을 도시하는 도면.
<도 7>
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광기전 스트링의 개략도.
<도 8>
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광기전 스트링의 개략도.
<도 9>
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광기전 스트링의 개략도.
<도 10>
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방 회로 전압 제한기를 도시하는 도면.
<도 11>
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방 회로 전압 제한기를 도시하는 도면.
<도 12>
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방 회로 전압 제한기를 도시하는 도면.
본 개시 내용에서, 본 발명의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 전기 회로, 구성요소 및 방법의 예들과 같은 다수의 구체적인 상세 사항이 제공된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 구체적인 상세 사항들 중 하나 이상이 없이도 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우에, 본 발명의 태양들을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 상세 사항은 도시되거나 기술되지 않는다.
복수의 태양 전지들 및/또는 하나 이상의 광기전 모듈들을 포함할 수 있는 광기전 스트링들은 전류-전압(I-V) 곡선들에 의해 특성화된다. I-V 곡선은 광기전 스트링에 의해 발생된 주어진 출력 전압에 대한 광기전 스트링에 의해 발생된 출력 전류의 양을 나타낸다. 정상 동작 동안에, 광기전 스트링은 I-V 곡선의 최대 전력점(maximum power point, MPP)에서 유지되는데, 이는 광기전 스트링이 최대 출력 전력을 발생시키는 동작점이다. 최대 전력점에서의 광기전 스트링의 출력 전류는 최대 전력점 전류(Imp)이며, 최대 전력점에서의 광기전 모듈의 출력 전압은 최대 전력점 전압(VmP)이다.
최대 전력점 전압(Vmp)보다 높은 전압들에서, 광기전 스트링의 출력 전력은 빠르게 감소하며 개방-회로 전압(Voc)에서 0에 도달한다. 개방 회로 전압(Voc)은 광기전 스트링에 의해 발생될 수 있는 최대 가능한 출력 전압이다. 전압(Vmp)과 전압(Voc) 사이의 영역은 정상 동작 동안에 드물게 사용되지만, 이러한 영역에서의 광기전 스트링의 전기적 특성들은 시스템 설계 사양들에 주요한 영향을 미친다. 특히, 광기전 시스템의 전기적 구성요소들(예컨대, 광기전 인버터, 디스커넥트(disconnect), 케이블, 정션 박스(junction box))은, 개방 회로 전압(Voc)인 최대 가능한 출력 전압으로 평가되어야 한다. 이는 개방 회로 전압(Voc)이 규정된 전압(예컨대, 1000V)의 광기전 스트링에 통합될 수 있는 태양 전지들의 개수에 영향을 준다는 것을 의미한다.
특정 예로서, 전압(Vmp)은 전형적으로 개방 회로 전압(Voc)보다 약 20% 더 낮다. 따라서, 광기전 스트링이 1000V에서 규정된다면, 광기전 스트링은 전형적으로 약 800V에서 동작한다. 그러나, 광기전 인버터의 MPP 추적기(MPPT)가 오프라인일 때 또는 아침에 켜지기 전과 같은, 광기전 스트링이 개방 회로 전압(Voc)을 출력하게 되는 소정의 경우들이 있다. 이는 차선의 광기전 스트링 사이징(sizing) 및 설계를 초래할지라도 개방 회로 전압(Voc)에 기초한 광기전 스트링 사이징 규격을 필요로 하게 한다. 이하에 더 명백하게 되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 전압(Vmp)에 영향을 미치지 않고 개방 회로 전압(Voc)의 감소를 허용한다. 이는 유리하게는 광기전 스트링 내의 태양 전지들의 개수를 증가시키는 것을 허용하며, 따라서 총 전력 출력을 일정하게 유지하면서 광기전 시스템에서의 광기전 스트링들의 개수를 감소시킨다. 광기전 스트링들의 개수를 감소시키는 것은 광기전 시스템의, 추적기들, 피어(pier)들, 드라이브들, 전기적 구성요소들 등의 개수와 같은 BOS(balance-of-system) 비용의 감소를 허용한다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광기전 스트링(100)의 개략도가 도시되어 있다. 도 1의 예에서, 광기전 스트링(100)은 복수의 태양 전지(115)(즉, 115-1, 115-2, 115-3,…, 115-n)들을 포함한다. 태양 전지(115)들은 전기적으로 직렬로 연결되는데, 이때 제1 태양 전지(115)의 양극 단자는 제2 태양 전지(115)의 음극 단자에 연결되고, 제2 태양 전지(115)의 양극 단자는 제3 태양 전지(115)의 음극 단자에 연결되는 등등이다. 일 단부의 태양 전지(115)(예컨대, 태양 전지(115-1))의 양극 단자는 양극 출력 리드(130)에 연결되며, 다른 단부의 태양 전지(115)(예컨대, 태양 전지(115-n))의 음극 단자는 음극 출력 리드(131)에 연결된다. 출력 리드(130, 131)들은, 예를 들어, 도 3에 도시된 광기전(200)과 같은 광기전 시스템의 다른 광기전 스트링들 및 다른 구성요소들에 연결될 수 있다.
태양 전지(115)들의 그룹들은 광기전 모듈(114)의 동일한 프레임 상에 장착될 수 있다. 광기전 모듈(114)은 수 개의 태양 전지(115)들을 포함하지만, 예시의 명료함을 위해 단지 몇 개만이 도 1에 도시되어 있다. 예를 들어, 광기전 모듈(114-1)은 태양 전지(115-1 내지 115-3)들을 포함할 수 있고, 광기전 모듈(114-2)은 태양 전지(115-4 내지 115-6)들을 포함할 수 있으며, 광기전 모듈(114-n)은 태양 전지(115-7 내지 115-n)들을 포함할 수 있다. 이 예에서, 광기전 스트링(100)은 또한 복수의 전기적으로 직렬 연결된 광기전 모듈(114)들을 포함하는 것으로서 생각되어질 수 있는데, 이때 하나의 광기전 모듈(114)의 양극 단자는 다른 광기전 모듈(114)의 음극 단자에 연결되는 등등이다. 일 단부의 광기전 모듈(114)(예컨대, 광기전 모듈(114-1))의 양극 단자는 양극 출력 리드(130)에 연결되고, 다른 단부의 광기전 모듈(114)(예컨대, 광기전 모듈(114-n))의 음극 단자는 음극 출력 리드(131)에 연결된다.
일 실시예에서, 광기전 스트링(100)은 광기전 스트링(100)에 걸쳐 전기적으로 연결된 개방 회로 전압 제한기(120)를 포함한다. 도 1의 예에서, 제한기(120)는 광기전 스트링(100)의 양극 출력 리드(130)에 연결된 음극 단자(121), 및 광기전 스트링(100)의 음극 출력 리드(131)에 연결된 양극 단자(122)를 포함한다.
일 실시예에서, 개방 회로 전압 제한기(120)는 광기전 스트링(100)의 개방 회로 전압(Voc)을 최대 전력점 전압(Vmp)보다 크지만 개방 회로 전압(Voc)보다 작은 제한기 전압(Vlimit)으로 제한하도록 구성된다. 다시 말하면,
[수학식 1]
Vmp > Vlimit > Voc
개방 회로 전압 제한기(120)는 특정 전압을 넘어 일 방향으로 전류를 전달하고 상이한 전압을 넘어 다른 방향으로 전류를 전달하는 회로, 구성요소, 또는 전기 디바이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 개방 회로 전압 제한기(120)는 순방향 및 역방향 전류 방향들 둘 모두로 비대칭 다이오드형 특성들을 나타낸다. 도 1에 도시된 개방 회로 전압 제한기(120)의 극성에 의해, 화살표(123)는 제한기(120)를 통한 순방향 전류 방향을 나타내고, 화살표(124)는 제한기(120)를 통한 역방향 전류 방향을 나타낸다.
일 실시예에서, 제한기(120)에 걸친 전압이 제한기 전압(Vlimit)을 초과할 때, 제한기(120)는 역방향 전류가 화살표(124)에 따라 음극 단자(121)로부터 양극 단자(122)로 흐르게 한다. 제한기(120)는 제한기 전압(Vlimit)을 초과하는 제한기(120)에 걸친 전압들에 대해 제한기 전압(Vlimit)을 유지한다. 이러한 상태는, 출력 리드(130) 또는 출력 리드(131)가 다른 회로에 연결되지 않은 때, 즉 광기전 스트링(100)이 개방된 때와 같은, 광기전 스트링(100)의 개방 회로 동안에 발생할 수 있다. 이 경우에, 광기전 스트링(100)은 개방 회로 전압(Voc)인 광기전 스트링의 최대 가능한 출력 전압을 발생시킬 것이다. 이것이 발생할 때, 제한기(120)는 광기전 스트링(100)에 걸친 전압을, 설명된 바와 같이 개방 회로 전압(Voc)보다 낮은 제한기 전압(Vlimit)으로 제한할 것이다. 이는 유리하게는 광기전 스트링(100)의 최대 가능한 출력 전압을 감소시켜, 보다 많은 태양 전지(115)들이 최대 가능한 출력 전압을 증가시키지 않고 광기전 스트링(100)에 부가되게 한다.
제한기(120)에 걸친 전압이 바이패스 전압(Vbypass)을 초과할 때, 제한기(120)는 순방향 전류가 화살표(123)에 따라 양의 단자(122)로부터 음극 단자(121)로 흐르게 한다. 바이패스 전압(Vbypass)은 제한기 전압(Vlimit)과 비교하여 매우 낮은 전압이다. 예를 들어, 바이패스 전압(Vbypass)은 쇼트키(Schottky) 또는 p-n 접합 다이오드의 순방향 전압 강하 또는 0.4V만큼 낮을 수 있다.
광기전 시스템으로부터 최대 전력을 추출하기 위해, 전기적 부정합(electrical mismatch)의 영향들이 최소화되어야 한다. 이러한 전기적 부정합은, 가해진 광기전 모듈의 동작 전압이 광기전 스트링 전류를 수용하기 위해 감소되게 할 수 있는 성능 불일치 또는 셰이딩(shading)과 같은 요인들로부터 발생할 수 있다. 최악의 경우에, 가해진 광기전 모듈(또는 그 내부의 태양 전지들의 스트링들)은 역방향 바이어스로 되게 될 수 있으며, 이는 심각한 가열, 성능 저하, 및 신뢰성 문제들을 초래할 수 있다. 이들 효과들을 완화시키기 위해, 광기전 스트링(100)이 역방향 바이어스에 들어갈 때 제한기(120)가 전류를 분로시키고 가해진 광기전 모듈(114)의 전력 소비를 제한하도록, 제한기(120)는 순방향 전류가 전압(Vbypass)을 넘어 제한기를 통과하게 한다.
바이패스 다이오드들은 전술된 전기적 부정합 상태들 동안에 광기전 모듈 또는 전체 광기전 모듈 내에서의 개개의 서브스트링들을 보호하기 위해 광기전 모듈들에서 흔히 사용된다. 예를 들어, 쇼트키 및 p-n 접합 다이오드들이 바이패스 다이오드들로서 사용되어 왔다. 쇼트키 다이오드들은 전형적으로 p-n 접합 다이오드들보다 더 낮은 순방향 전압들을 가지며, 따라서 쇼트키 다이오드들은 순방향 바이어스, 즉 바이패스 모드에 있을 때 더 낮은 전력을 소비시키며 더 낮은 온도들에서 동작하지만, 이들은 더 높은 누설 전류들을 나타내고 제한된 역방향 항복 전압 능력들을 갖는다. 다른 한편으로, p-n 접합 다이오드들은 매우 낮은 누설 전류들을 나타내며, 훨씬 더 높은 전압들에서 항복하도록 설계될 수 있어서, 이 다이오드들을 더 많은 셀들을 포함하는 광기전 스트링들에 걸쳐 바이패스 다이오드들로서 적절하게 만든다. 그러나, 바이패스 다이오드들은 일반적으로 전류를 전도하지도 않고 역방향에서 충분히 높은 전압을 제공하지도 않아서, 이 다이오드들을 개방 회로 전압 제한기로서의 사용에 부적절하게 만든다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개방 회로 전압 제한기(120)의 이상적인 I-V 곡선을 도시한다. 도 2의 I-V 곡선은 제한기(120)에 걸친 전압의 함수로서 제한기(120)를 통한 전류를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 순방향 전류의 경우, 제한기(120)는 한 쌍의 볼트들, 예컨대 0.4V일 수 있는 양의 바이패스 전압(Vbypass) 이후까지 전류를 전도하지 않는다. 역방향 전류의 경우, 제한기(120)는 이상적으로, 제한기(120)에 걸친 전압의 크기가 제한기 전압(Vlimit)의 크기를 초과할 때까지 전류를 전도하지 않는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제한기(120)는 제한기(120)에 걸친 전압의 크기를 역방향으로 가는 전류, 즉 화살표(124)(도 1 참조)에 따라 음극 단자(121)로부터 양극 단자(122)로 흐르는 전류를 갖는 제한기 전압(Vlimit)으로 제한한다. 제한기 전압(Vlimit)은, 전류가 역방향으로 제한기(120)를 통해 가기 때문에, 도 2의 예에서 음의 전압이다. 제한기(120)는 제한기(120)에 걸친 전압을 순방향으로 가는 전류, 즉 화살표(123)(도 1 참조)에 따라 양극 단자(122)로부터 음극 단자(121)로 흐르는 전류를 갖는 바이패스 전압(Vbypass)으로 제한한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광기전 시스템(200)의 구성요소들을 개략적으로 도시한다. 도 3의 예에 도시된 광기전 시스템 구성요소들은 접속함(combiner box)(112), 복수의 광기전 패널들(114), 및 광기전 인버터(110)를 포함한다. 광기전 시스템은 복수의 광기전 인버터들 및 접속함들을 포함할 수 있지만, 예시의 명료함을 위해 단지 각각의 하나만이 도 3에 도시되어 있다. 또한, 광기전 시스템(200)은 1개, 2개, 또는 그 이상의 광기전 스트링(100)들을 포함할 수 있다. 접속함(112)은 광기전 모듈(114)들이 병렬로 결합되고/되거나 다른 구성요소들에 연결될 수 있는 접속부들을 제공한다. 개방 회로 전압 제한기(120)는 접속함(112) 내에서 광기전 스트링(100)에 걸쳐 설치될 수 있다. 광기전 스트링(100)들의 출력들은 광기전 인버터(110)에 전기적으로 연결되고, 인버터는 예를 들어 태양 전지(115)들에 의해 발생된 직류(DC)를 유틸리티 전력 그리드(utility power grid)로 전달하기에 적합한 교류(AC)로 변환시킨다. 예시의 명료함을 위해, 태양 전지(115)들 중 일부만이 도 3에서 도면부호가 붙어 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광기전 스트링(100A)의 개략도를 도시한다. 광기전 스트링(100A)은 개방 회로 전압 제한기(120A)의 사용을 제외하고는 광기전 스트링(100)과 동일하다. 광기전 스트링(100A)의 구성요소들은 그 외에는 도 1을 참조하여 설명된 바와 동일하다.
도 4의 예에서, 개방 회로 전압 제한기(120A)는 개방 회로 전압 제한기(120)의 특정 실시예이다. 음극 단자(121)와 양극 단자(122)를 포함하는 개방 회로 전압 제한기(120A)는 동일한 I-V 곡선 및 전기적 특성들을 갖는다. 도 4의 예에서, 개방 회로 전압 제한기(120A)는 제너 다이오드(140)를 포함한다. 제너 다이오드(140)의 캐소드(cathode)는 음극 단자(121)에 연결되고, 제너 다이오드(140)의 애노드(anode)는 양극 단자(122)에 연결된다. 이는 제너 다이오드(140)의 캐소드를 광기전 스트링(100A)의 양극 출력 리드(130)에, 및 제너 다이오드(140)의 애노드를 광기전 스트링(100A)의 음극 출력 리드(131)에 전기적으로 연결한다.
일반적으로 말하면, 제너 다이오드는 구체적으로 역방향 항복 모드에서 동작하도록 설계되는 특정 유형의 다이오드이다. 이는 제너 다이오드가 순방향 및 역방향 바이어스 방향들 둘 모두에서 전류를 전도하게 할 수 있다. 제너 전압은 제너 다이오드가 역방향으로 전류를 전달하기 시작하는 전압이다. 제너 전압은 음이며, 전형적으로 제너 다이오드의 순방향 전압보다 절대적인 크기에서 훨씬 더 높다. 제너 다이오드들은 표준 다이오드들과 매우 유사한 순방향 바이어스 특성들을 나타내기 때문에, 이들은 또한 바이패스 응용들에서 사용될 수 있다. 도 4의 예에서, 이는 제너 다이오드(140)가 전기적 부정합으로부터 보호하기 위해 전압 제한기로서 그리고 바이패스 다이오드로서 사용되게 한다.
도 5는 하나의 실험에서 수 개의 상이한 제너 다이오드들에 대한 I-V 곡선들을 도시하다. 도 5의 예에서, I-V 곡선(502)은 18V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드에 대한 것이고, I-V 곡선(503)은 17V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드에 대한 것이고, I-V 곡선(504)은 15V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드에 대한 것이고, I-V곡선(505)은 14V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드에 대한 것이고, I-V곡선(506)은 12V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드에 대한 것이고, I-V 곡선(507)은 10V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드에 대한 것이다. 전술된 제너 다이오드들 모두는, 스터드 장착 패키지(stud mount package)를 갖고 50W의 정격인 12V 제너 다이오드를 제외하고는, 축방향 패키지들을 가지며 5 와트의 정격이다. 12V 제너 다이오드(506 참조)의 저항 기울기는 보다 낮은 패키지 저항으로 인해 다른 디바이스들보다 상당히 더 가파르다. 도 5는 또한 비교를 위해 쇼트키 다이오드의 I-V 곡선(501)을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제너 다이오드들은 일단 제너 전압이 초과되면 음의 전압 방향으로 전류를 전도하기 시작한다. 제너 다이오드들의 순방향 바이어스 특성은 종래의 쇼트키 또는 p-n 접합 다이오드와 유사하다. 쇼트키 다이오드는 훨씬 더 큰 역방향 전압이 도달될 때까지(예컨대, 40V) 음의 전압 방향(501 참조)으로 전류를 전도하지 않는다.
도 4에서와 같이, 제너 다이오드(140)의 애노드를 음극 출력 리드(131)에 그리고 제너 다이오드(140)의 캐소드를 양극 출력 리드(130)에 연결함으로써, 광기전 스트링(100A)은 이 경우에 제한기 전압(Vlimit)인 제너 전압보다 높은 전압들에서 동작하는 것이 방지된다. 제너 전압에서, 제너 다이오드(140)는 전류를 전달하기 시작하여, 광기전 스트링(100A)을 효과적으로 분로시키고 제너 전압에서 광기전 스트링(100A)을 고정(pinning)시킨다. 일 실시예에서, 제너 전압은 수학식 1에 따라 광기전 스트링(100A)의 개방 회로 전압(Voc)과 공칭 최대 전력점 전압(Vmp) 사이에 있도록 선택되어, 유리하게는 광기전 스트링(100A)의 최대 가능한 출력 전압이 광기전 스트링(100A)의 전력 출력에 영향을 주지 않고 제한기 전압(Vlimit)으로 제한되게 한다. 따라서, 제너 다이오드(140)를 갖는 개방 회로 전압 제한기(120A)는 최대 전력점 전압(Vmp) 및 개방 회로 전압(Voc) 사이에서의 광기전 스트링(100A)의 I-V 곡선 특성들을 수정한다.
도 6은 하나의 실험에서 24개의 태양 전지들을 갖는 단일 저집광 광기전(low concentration photovoltaic, LCPV) 수신기 모듈을 가진 광기전 스트링(100A)의 예시적인 I-V 곡선들(상부 그래프) 및 전력-전압 곡선들(하부 그래프)을 도시한다. 도 6의 예에서, I-V 곡선(523)은 17V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드(140)에 대한 것이고, I-V 곡선(524)은 15V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드(140)에 대한 것이고, I-V 곡선(525)은 14V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드(140)에 대한 것이며, I-V 곡선(526)은 12V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드(140)에 대한 것이다. I-V 곡선(520)은 제한기(120A)가 없는 광기전 스트링(100A)에 대한 것이며 기준(baseline)으로서 제공된다. 도 6의 I-V 곡선들에 도시된 바와 같이, 제너 다이오드(140)를 포함한 제한기(120A)의 부가는 광기전 스트링(100A)의 I-V 곡선을 수정하여, 기준의 개방 회로 전압으로부터 제너 다이오드(140)의 제너 전압으로 광기전 스트링(100A)의 최대 가능한 전압 출력을 감소시키는 것을 허용한다.
도 6은 또한 단일의 24-셀 저집광 광기전(LCPV) 수신기 모듈을 갖는 광기전 스트링(100A)의 예시적인 전력-전압 곡선들(하부 그래프)을 도시한다. 전력-전압 곡선(533)은 17V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드(140)에 대한 것이고, 전력-전압 곡선(534)은 15V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드(140)에 대한 것이고, 전력-전압 곡선(535)은 14V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드(140)에 대한 것이며, 전력-전압 곡선(536)은 12V 제너 전압을 갖는 제너 다이오드(140)에 대한 것이다. 전력-전압 곡선(530)은 제한기(120A)가 없는 기준 구성에 대한 것이다. 도 6의 I-V 곡선들에서, I-V 곡선의 보다 큰 부분이 클리핑되며(clipped), 광기전 스트링(100A)의 개방 회로 전압(Voc)은 제너 전압이 광기전 스트링(100A)의 개방 회로 전압(Voc)으로부터 점진적으로 감소됨에 따라 최대 전력점 전압(Vlimit)으로 수렴된다. 12V 제너 전압(536 참조)을 갖는 제너 다이오드의 경우에, 제너 전압은 Vmp 아래로 떨어져서, 스트링의 전력 출력이 감소되게 한다.
일반적으로 말하면, 전력 출력이 최대 전력점에서보다 상당히 더 낮기 때문에 최대 전력점 전압(Vmp)과 개방 회로 전압(Voc) 사이에서의 동작 시 제한된 값이 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 개방 회로 전압 제한은, 광기전 스트링의 개방 회로 전압(Voc)을 감소시키며(따라서 충전율(fill factor)을 증가시킴), 보다 낮은 피크 전압에 기초하여 보다 나은 시스템 설계 최적화를 허용한다. 제너 전압이 초과되면, 제너 다이오드(140)는 부하로서 작용하며, 그렇지 않으면 광기전 스트링(100A)으로부터 출력 리드(130, 131)들로 흐를 전류를 수용한다.
제너 전압은 거의 수 볼트들로부터 수백 볼트들로의 임의의 값으로 조정될 수 있으며, 이와 같이, 제너 다이오드들은 가변하는 길이들의 태양 전지들의 스트링들에 걸쳐 전압을 제한하기 위해 사용될 수 있다. 개방 회로 전압 제한기로서 제너 다이오드들을 사용할 때 고려하기 위한 하나의 인자는 제너 항복 모드에서 발생하는 전력 소실이다. 전력은 제너 전압에 직접 비례하며, 이는 분로된 전류가 높다면 엄청나게 높게 될 수 있다. 전압 제한이 증가되고 제너 전압이 개방 회로 전압(Voc)으로부터 최대 전력점 전압(Vmp)으로 감소됨에 따라, 제너 다이오드에 의한 전력 소실이 증가한다. 이러한 트레이드-오프는 회로 설계에서 균형이 이루어져야 하며, 열 부하는 열 확산기, 히트 싱크, 및 다른 수동형 또는 능동형 열 관리 솔루션들을 사용함으로써 적절히 관리될 수 있다.
도 4의 예에서, 제너 다이오드(140)는 전체 광기전 스트링에 걸쳐 연결된다. 다른 실시예에서, 제너 다이오드는 단지 하나 또는 몇 개의 태양 전지들에 걸쳐 연결되어서, 제한된 효과를 위해 필요한 제너 전압을 감소시킬 수 있다. 이 경우에, 다수의 제너 다이오드들이 광기전 모듈의 라미네이트 내에서 연결될 수 있거나, 특정 태양 전지들 또는 태양 전지들의 그룹들이 전압 조절을 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 선형의 일련의 태양 전지들을 포함하는 선형 LCPV 수신기에서, 제너 다이오드들은 상호연결부들을 통해 태양 전지들의 쌍들에 걸쳐 연결될 수 있다. 이러한 접근법은 전압을 제한하는 전체 광기전 스트링이 제너 전압에 의해서뿐만 아니라 제너 다이오드들의 개수에 의해서 또한 조정될 수 있기 때문에 설계에서 보다 많은 유연성을 가능하게 한다. 이러한 접근법은 전기적 부정합을 처리하기 위해 병렬로 스트링-레벨 바이패스 다이오드를 연결함으로써 강화될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제너 다이오드는 시스템 레벨에서 구현될 수 있으며, 일련의 모듈들의 전압을 제한한다.
개방 회로 전압 제한기(120)는 다양한 구성들로 광기전 스트링(100)에 통합될 수 있다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광기전 스트링(100B)의 개략도를 도시한다. 광기전 스트링(100B)은, 다수의 개방 회로 전압 제한기(120)(즉, 120-1, 120-2, 및 120-3)들이 전체 광기전 스트링(100B)을 다루기 위해 태양 전지(115)들의 특정 그룹들에 걸쳐 최대 가능한 전압을 제한하도록 채용되는, 도 1의 광기전 스트링(100)의 특정 실시예이다. 광기전 스트링(100B)에 걸쳐 개방 회로 전압 제한기(120)들을 가짐으로써, 임의의 특정 개방 회로 전압 제한기(120)의 제한기 전압(Vlimit) 요건 및 그에 따른 전력 소실이 감소될 수 있다.
도 7의 예에서, 개방 회로 전압 제한기(120-1)는 태양 전지(115-1, 115-2, 115-3, 및 115-4)들에 걸쳐 최대 가능한 전압을 제한하고; 개방 회로 전압 제한기(120-2)는 태양 전지(115-5 및 115-6)들에 걸쳐 최대 가능한 전압을 제한하며; 개방 회로 전압 제한기(120-3)는 태양 전지(115-7, 115-8,…, 및 115-n)들에 걸쳐 최대 가능한 전압을 제한한다. 개방 회로 전압 제한기(120-1)의 음극 단자(121)는 양극 출력 리드(130)에 연결되고, 개방 회로 전압 제한기(120-2)의 음극 단자(121)는 개방 회로 전압 제한기(120-1)의 양극 단자(122)에 연결되고, 개방 회로 전압 제한기(120-3)의 음극 단자(121)는 개방 회로 전압 제한기(120-2)의 양극 단자(122)에 연결되며, 개방 회로 전압 제한기(120-3)의 양극 단자(122)는 음극 출력 리드(131)에 연결된다. 전체 광기전 스트링(100B)에 걸친 전제 제한기 전압(Vlimit)은 다수의 개방 회로 전압 제한기(120)들 중에 분배되며, 단일 개방 회로 전압 제한기(120)가 전체 광기전 스트링(100B)을 다루게 하는 것과 비교하여, 개개의 개방 회로 전압 제한기(120)들이 감소된 제한기 전압(Vlimit) 및 그에 따라 전압 제한 모드에서의 보다 낮은 전력 소실을 갖게 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광기전 스트링(100C)의 개략도를 도시한다. 광기전 스트링(100C)은, 하나 이상의 개방 회로 전압 제한기(120)들이 광기전 스트링(100C)에서 전부가 아닌, 단지 일부 그룹들의 태양 전지들에 걸쳐 채용되는, 도 1의 광기전 스트링(100)의 특정 실시예이다. 이는 전체 광기전 스트링(100C)에 걸친 개방 회로 전압(VoC)이 채용된 개방 회로 전압 제한기(120)들의 개수 및 개개의 개방 회로 전압 제한기(120)들에 의해 제한된 태양 전지(115)들의 개수에 의해 제한될 수 있다는 점에서 보다 많은 설계 선택사항들을 허용한다.
도 8의 예에서, 개방 회로 전압 제한기(120-1)는 태양 전지(115-1, 115-2, 및 115-3)들에 걸쳐 최대 가능한 전압을 제한하며, 개방 회로 전압 제한기(120-2)는 태양 전지(115-7, 115-8, 및 115-n)들에 걸쳐 최대 가능한 전압을 제한한다. 태양 전지(115-4, 115-5, 및 115-6)들에 걸친 최대 가능한 전압은 제한되지 않는다. 그러나, 광기전 스트링(100C)에 걸친, 즉 출력 리드(130, 131)들 사이에서의 전체 최대 가능한 전압은 제한기(120-1, 120-2)들에 의해 감소된다.
광기전 스트링(100, 100A, 및 100B)들에서처럼, 전체 광기전 스트링에 걸쳐 개방 회로 전압 제한을 제공하는 것은 유리하게는 하나 이상의 제한기(120)들을 통해 순방향 전류의 전도를 허용함으로써, 전기적 부정합의 경우에 바이패스 보호를 제공한다. 도 8의 광기전 스트링(100C)은 바이패스 보호를 갖지 않지만, 도 9의 광기전 스트링(100D)에서처럼 바이패스 다이오드를 포함할 수 있다. 광기전 스트링(100D)은 바이패스 다이오드(251)를 부가한 광기전 스트링(100C)의 특정 실시예이다. 바이패스 다이오드(251)는 순방향 전류 전도가 광기전 스트링(100D)을 분로시키게 함으로써 전기적 부정합에 대한 보호를 제공한다. 바이패스 다이오드(251)는 쇼트키 또는 p-n 접합 다이오드를 포함할 수 있다. 광기전 스트링(100D)은 그렇지 않다면 광기전 스트링(100C)과 동일하다.
이해될 수 있는 바와 같이, 개방 회로 전압 제한기(120)는 전기 회로로서 그리고 제너 다이오드들 이외의 디바이스들을 사용하여 구현될 수 있다. 채용될 수 있는 다른 디바이스들은 금속 산화물 배리스터(MOV), 트랜지스터(MOSFET 또는 BJT), 구체적으로 조정된 순방향 전압들을 갖는 대향하는 병렬 다이오드들, 사이리스터들 등을 단독으로 그리고/또는 다른 디바이스들과 조합하여 포함하여서, 전기 회로, 예컨대 트랜지스터들을 포함한 전기 회로를 형성한다. 기본적으로, 하나의 바이어스 방향으로 특정 임계 전압을 넘어 그리고 다른 바이어스 방향으로 상이한 임계 전압을 넘어 전류를 분로시킬 수 있는 임의의 디바이스 또는 회로가 개방 회로 전압 제한기 기능을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 개방 회로 전압 제한기(120B)를 도시한다. 개방 회로 전압 제한기(120B)는 개방 회로 전압 제한기(120)의 특정 실시예이며 그와 동일한 방식으로 동작한다. 따라서, 도 4의 개방 회로 전압 제한기(120A)와 같이, 개방 회로 전압 제한기(120B)는 광기전 스트링(100, 100A, 100B, 100C, 100D)들 및 다른 광기전 스트링들에서 개방 회로 전압 제한기로서 채용될 수 있다.
도 10의 예에서, 개방 회로 전압 제한기(120B)는 순방향 다이오드(172) 및 역방향 다이오드(171)를 포함한다. 순방향 다이오드(172)의 캐소드는 음극 단자(121)에 연결되고, 순방향 다이오드(172)의 애노드는 양극 단자(122)에 연결된다. 역방향 다이오드(171)의 캐소드는 양극 단자(122)에 연결되고, 역방향 다이오드(171)의 애노드는 음극 단자(121)에 연결된다.
다이오드(171, 172)들은 쇼트키 또는 p-n 접합 다이오드들을 포함할 수 있으며, 따라서 단지 하나의 방향으로만 전류를 전도한다. 그러나, 도 10의 예에서, 다이오드(171, 172)들은 하나의 방향으로 전류를 흐르게 하도록 배열되는 하나의 다이오드 및 반대 방향으로 전류를 흐르게 하도록 배열되는 다른 다이오드를 갖는 역-병렬 구성에 있다. 이는 개방 회로 전압 제한기(120B)가 둘 모두의 방향들로 전류를 흐르게 한다. 다이오드(171, 172)들의 순방향 특성들의 적절한 설계에 의해, 다이오드(171, 172)들이 전류를 전도하는 전압이 최적화될 수 있다.
예를 들어, 순방향 다이오드(172)의 순방향 전압 강하는 바이패스 모드에서 사용되기 때문에 가능한 한 낮도록 설계될 수 있다. 이 예에서, 역방향 다이오드(171)의 순방향 전압 강하는 최대 전력점 전압(Vmp)보다 높지만 수학식 1에서처럼 개방 회로 전압(Voc)보다 낮은 제한기 전압(Vlimit)을 제공하도록 설계될 수 있다. 개방 회로 전압 상태 동안에, 제한기(120B)에 걸친 전압이 역방향 다이오드(171)에 걸친 제한기 전압(Vlimit)을 초과할 때, 전류는 음극 단자(121)로부터 역방향 다이오드(171)를 통해 양극 단자(122)로 흐를 것이다. 순방향 다이오드(172)가 역방향 바이어싱될 것이기 때문에 개방 회로 전압 상태 동안에 전류를 전도하지 않을 것임에 주목한다. 전기적 부정합의 경우에, 순방향 다이오드(172)는 광기전 스트링으로부터 멀리 전류를 분로시키기 위해 순방향 바이어싱될 것이다. 역방향 다이오드(171)는 그 때 역방향 바이어싱될 것이며, 따라서 전류를 전도하지 않을 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 개방 회로 전압 제한기(120C)를 도시한다. 개방 회로 전압 제한기(120C)는 개방 회로 전압 제한기(120)의 특정 실시예이며 그와 동일한 방식으로 동작한다. 따라서, 제한기(120C)는 광기전 스트링(100, 100A, 100B, 100C, 100D)들 및 다른 광기전 스트링들에서 개방 회로 전압 제한기로서 채용될 수 있다. 개방 회로 전압 제한기(120C)는 복수의 순방향 다이오드(172)(즉, 172-1, 172-2,…, 172-n)들 및 복수의 역방향 다이오드(171)(즉, 171-1, 171-2,…, 171-n)들의 사용을 제외하고는 개방 회로 전압 제한기(120B)와 동일하다. 다수의 순방향 다이오드(172)들 및/또는 역방향 다이오드(171)들을 사용하는 것은 개방 회로 전압 제한기(120C)에서 다이오드들의 순방향 전압 강하 또는 전류 운반 능력의 최적화를 허용한다. 개방 회로 전압 제한기(120C)는 그 외에는 개방 회로 전압 제한기(120B)와 동일하다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 개방 회로 전압 제한기(120D)를 도시한다. 개방 회로 전압 제한기(120D)는 개방 회로 전압 제한기(120)의 특정 실시예이며 그와 동일한 방식으로 동작한다. 따라서, 제한기(120D)는 광기전 스트링(100, 100A, 100B, 100C, 100D)들 및 다른 광기전 스트링들에서 개방 회로 전압 제한기로서 채용될 수 있다. 개방 회로 전압 제한기(120D)는 순방향 다이오드(172)들과 직렬로 된 추가의 다이오드들 및 역방향 다이오드(171)들과 직렬로 된 추가의 다이오드들의 사용을 제외하고는 개방 회로 전압 제한기(120C)와 동일하다. 특히, 개방 회로 전압 제한기(120D)에서의 다이오드들의 순방향 전압 강하 또는 전류 운반 능력의 추가의 최적화를 허용하도록, 하나 이상의 다이오드들이 순방향 다이오드(172) 및/또는 역방향 다이오드(171)와 직렬로 배치될 수 있다. 개방 회로 전압 제한기(120D)는 그 외에는 개방 회로 전압 제한기(120C)와 동일하다.
광기전 스트링들의 개방 회로 전압을 제한하기 위한 전기 회로들 및 방법들이 개시되었다. 본 발명의 구체적인 실시예들이 제공되었지만, 이들 실시예는 예시의 목적을 위한 것이며 제한하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 많은 부가의 실시예들이 본 개시 내용을 읽는 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 광기전 스트링(photovoltaic string)으로서,
    복수의 직렬 연결된 태양 전지(solar cell)들;
    광기전 스트링의 대향 단부들에서의 양극 리드(positive lead) 및 음극 리드(negative lead) - 복수의 직렬 연결된 태양 전지들의 일 단부는 양극 리드에 연결되고, 복수의 직렬 연결된 태양 전지들의 대향 단부는 음극 리드에 연결됨 -; 및
    복수의 직렬 연결된 태양 전지들에 걸친 개방 회로 전압 제한기(open circuit voltage limiter)를 포함하고,
    개방 회로 전압 제한기는 음극 리드에 연결된 양극 단자 및 양극 리드에 연결된 음극 단자를 갖고, 개방 회로 전압 제한기는 일 방향으로 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르는 전류에 대해 광기전 스트링의 개방 회로 전압보다 작은 제한기 전압을 가지며 다른 방향으로의 개방 회로 전압 제한기를 통한 전류 흐름을 허용하는, 광기전 스트링.
  2. 제1항에 있어서, 개방 회로 전압 제한기는 제너 다이오드(Zener diode)를 포함하고, 제한기 전압은 제너 다이오드의 제너 전압인, 광기전 스트링.
  3. 제1항에 있어서, 개방 회로 전압 제한기는,
    개방 회로 전압 제한기의 양극 단자에 연결된 캐소드(cathode) 및 개방 회로 전압 제한기의 음극 단자에 연결된 애노드(anode)를 갖는 제1 다이오드; 및
    개방 회로 전압 제한기의 음극 단자에 연결된 캐소드 및 개방 회로 전압 제한기의 양극 단자에 연결된 애노드를 갖는 제2 다이오드를 포함하는, 광기전 스트링.
  4. 제3항에 있어서, 개방 회로 전압 제한기는,
    개방 회로 전압 제한기의 양극 단자에 연결된 캐소드 및 개방 회로 전압 제한기의 음극 단자에 연결된 애노드를 갖는 제3 다이오드를 추가로 포함하는, 광기전 스트링.
  5. 제1항에 있어서, 개방 회로 전압 제한기는 전기 회로를 포함하는, 광기전 스트링.
  6. 제1항에 있어서, 제한기 전압은 광기전 스트링의 최대 전력점 전압(maximum power point voltage)보다 큰, 광기전 스트링.
  7. 광기전 스트링으로서,
    복수의 직렬 연결된 태양 전지들; 및
    복수의 직렬 연결된 태양 전지들 내의 제1 그룹의 태양 전지들에 걸친 제1 개방 회로 전압 제한기를 포함하고,
    제1 개방 회로 전압 제한기는 일 방향으로 제1 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르는 전류에 대해 제1 그룹의 태양 전지들의 최대 전압보다 작은 제1 제한기 전압을 가지며, 다른 방향으로 제1 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르는 전류에 대해 제1 양의 바이패스 전압을 갖는, 광기전 스트링.
  8. 제7항에 있어서, 제1 개방 회로 전압 제한기는 제너 다이오드를 포함하고, 제한기 전압은 제너 다이오드의 제너 전압을 포함하는, 광기전 스트링.
  9. 제7항에 있어서, 제1 개방 회로 전압 제한기는,
    제1 개방 회로 전압 제한기의 양극 단자에 연결된 캐소드 및 제1 개방 회로 전압 제한기의 음극 단자에 연결된 애노드를 갖는 제1 다이오드; 및
    제1 개방 회로 전압 제한기의 음극 단자에 연결된 캐소드 및 제1 개방 회로 전압 제한기의 양극 단자에 연결된 애노드를 갖는 제2 다이오드를 포함하는, 광기전 스트링.
  10. 제9항에 있어서, 제1 개방 회로 전압 제한기는,
    제1 개방 회로 전압 제한기의 양극 단자에 연결된 캐소드 및 제1 개방 회로 전압 제한기의 음극 단자에 연결된 애노드를 갖는 제3 다이오드를 추가로 포함하는, 광기전 스트링.
  11. 제7항에 있어서, 제1 개방 회로 전압 제한기는 전기 회로를 포함하는, 광기전 스트링.
  12. 제7항에 있어서, 광기전 스트링에 걸친 바이패스 다이오드를 추가로 포함하는, 광기전 스트링.
  13. 제7항에 있어서, 복수의 직렬 연결된 태양 전지들 내의 제2 그룹의 태양 전지들에 걸친 제2 개방 회로 전압 제한기를 포함하고,
    제2 개방 회로 전압 제한기는 일 방향으로 제2 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르는 전류에 대해 제2 그룹의 태양 전지들의 최대 전압보다 작은 제2 제한기 전압을 가지며, 다른 방향으로 제2 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르는 전류에 대해 제2 양의 바이패스 전압을 갖는, 광기전 스트링.
  14. 제13항에 있어서, 제1 그룹의 태양 전지들 및 제2 그룹의 태양 전지들은 광기전 스트링 내의 태양 전지들 전체를 포함하는, 광기전 스트링.
  15. 광기전 스트링을 동작시키는 방법으로서,
    광기전 스트링의 제1 그룹의 직렬 연결된 태양 전지들에 걸쳐 제1 개방 회로 전압 제한기를 제공하는 단계;
    제1 그룹의 직렬 연결된 태양 전지들에 걸친 최대 전압을, 제1 개방 회로 전압 제한기를 통해 제1 방향으로 흐르는 전류에 대해 제1 개방 회로 전압 제한기에 걸친 제1 제한기 전압으로 제한하는 단계; 및
    전류가 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 제1 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제1 그룹의 태양 전지들은 광기전 스트링 내의 모든 태양 전지들 전체를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 제1 제한기 전압은 광기전 스트링의 개방 회로 전압보다 작은, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 제1 제한기 전압은 광기전 스트링의 개방 회로 전압보다 작지만 광기전 스트링의 최대 전력점 전압보다 큰, 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    제2 그룹의 직렬 연결된 태양 전지들에 걸친 최대 전압을, 제2 개방 회로 전압 제한기를 통해 제3 방향으로 흐르는 전류에 대해 제2 개방 회로 전압 제한기에 걸친 제2 제한기 전압으로 제한하는 단계 - 제2 그룹의 직렬 연결된 태양 전지들은 제1 그룹의 직렬 연결된 태양 전지들과 직렬로 연결됨 -; 및
    전류가 제3 방향에 반대인 제4 방향으로 제1 개방 회로 전압 제한기를 통해 흐르게 하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 제1 및 제2 그룹의 직렬 연결된 태양 전지들에 걸쳐 바이패스 다이오드를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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