KR20150038365A - 동적으로 재구성가능한 광발전 시스템 - Google Patents

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샌디아 코포레이션
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Abstract

광발전(PV) 시스템은 서브 어레이들로 구성되며, 각각의 서브 어레이는 서로 전기적으로 접속되는 PV 셀들의 그룹을 갖는다. 각각의 서브 어레이를 위한 전력 관리 회로는, 통신 인터페이스를 구비하며, 서브 어레이를 프로그램가능한 전력 그리드에 접속 또는 접속해제시키는 역할을 한다. 전력 그리드는 버스 로우들 및 버스 컬럼들을 구비한다. 버스 관리 회로는, 버스 컬럼과 버스 로우의 각각의 접합부에 위치되고, 자신의 통신 인터페이스를 통해 전력 경로를 그리드에 접속 또는 접속해제하도록 프로그램 가능하다. 그 결과, 선택된 서브 어레이들은, 선택된 전력 경로들에 의해, 낮은 시스템 전압을 생성하도록 병렬로 접속되고, 대안적으로, 저전압을 적어도 10배만큼 초과하는 높은 시스템 전압을 생성하도록 직렬로 접속된다.

Description

동적으로 재구성가능한 광발전 시스템{DYNAMICALLY RECONFIGURABLE PHOTOVOLTAIC SYSTEM}
본 출원은, 2012년 8월 31일에 출원된 미국 가출원 제 61/695,884 호의 우선 일의 이점을 주장하는, 2013년 8월 29일에 출원되고 발명의 명칭이 "동적으로 재구성가능한 광발전 시스템"인 미국 특허 출원 제 14/014266 호의 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 2012년 8월 31일에 출원된 미국 가출원 제 61/695,884 호의 우선일의 이점을 주장한다. 이러한 출원들의 전체는 본원에 참조로써 포함된다.
본 발명은 샌디아 코포레이션과 미국 에너지국 사이의 계약 DE-AC04-94AL85000 하에 개발되었다. 미국 정부는 본 발명에 대하여 특정 권리를 갖는다.
본 발명의 실시예는 우주선에서 사용되는 것과 같은 에너지 하베스팅 광발전(photovoltaic; PV) 전력 시스템에 관한 것이다. 다른 실시예들 또한 설명된다.
태양광 발전 시스템(solar power systems)이라고도 지칭되는, 에너지 하베스팅 PV 전력 시스템(energy harvesting PV power systems)은 주거지 및 비행 중인 및 지구궤도를 도는 항공기, 예컨대, 위성 및 무인 항공기(unmanned aerial vehicle)를 포함하는 다양한 적용분야에서 전력을 제공하는데 사용되어 왔다. 주거지 적용시, 태양열 패널(solar panel)은 상대적으로 적은 다수의 셀들을 구비하며, 여기서 각각의 셀은 면적이 약 6인치×6인치인 실리콘 PV 셀과 같이 꽤 크며, 하나의 주거형 태양열 패널 내에는 약 72개의 그러한 셀들이 존재할 수 있다. 각각의 태양열 패널은 보통 특정 전압, 예를 들어, 실리콘 셀에 대하여 약 0.6 볼트를 생산하도록 설계되며, 이는 셀에서 수신된 광 조사량(amount of light radiation)에 대한 약한 의존성만을 갖는다. 그러한 셀들은, 하베스팅된 에너지 출력 전압, 예를 들어, 40볼트 dc(Vdc)를 증가시키기 위해, 패널 내에서 전기적으로 직렬로 접속될 수 있다. 전형적인 주거형 태양발전 시스템은 다수의 그러한 패널, 예를 들어, 5개에서 10개 사이를 포함하여 몇백 볼트까지를 제공할 수 있다. 그 이후, dc-ac 변환 회로가 사용되어 더 많은 공통의 120Vac 출력 전압을 얻는다.
항공기 및 우주선 적용 시, PV 시스템은 배터리와 같은 에너지 저장 디바이스 뿐만 아니라 항공기 또는 우주선의 다른 컴포넌트, 예컨대, 추진 시스템(propulsion system)에 에너지를 공급하는 주요 전력 시스템으로 사용된다. 배터리는 5볼트 미만의 비교적 낮은 전력을 가질 수 있지만, 추진 시스템은 자신의 전력에서 수백 볼트를 필요로 할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 40 볼트 PV 출력을 800볼트 또는 심지어 1000볼트까지 증가시키기 위해 dc-dc 업 컨버터 또는 전력 부스트 회로가 사용될 수 있다. 우주 적용 또는 무인 항공기 적용에 대하여, 우주선 또는 항공기의 동작 모드에 따라 낮은 전압, 중간 전압 및 높은 전압을 지원할 수 있는 전력 공급 버스가 필요한 것으로 보여질 수 있다. 예를 들어, 높은 전압은 궤도 전환 및 다른 조작 동안 위성의 추진 유닛에 의한 가속을 위해 필요한 반면, 중간 전압은 정상 동작 시에 필요하고, 낮은 전압은 태양 폭풍(solar storm) 또는 안전 정지 모드(safe shutdown mode)를 잘 넘기기 위해 필요하다. 또한, 우주선 또는 항공기에 관한 신뢰성, 이용가능성 및 유지보수 필요성은 그러한 적용에서의 중요한 요소인 전력 시스템의 설계에 큰 영향을 미친다.
본 발명의 일 실시예는 동일한 하베스팅된 에너지 출력 노드에서, 저전압 및 대안적으로 고전압 모두를 생성할 수 있는 동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전(PV) 시스템에 관한 것이며, 여기서 고전압은 저전압을 적어도 10배만큼 초과할 수 있다. 본 발명의 이러한 양태는, 열 발산이 어려운 위성과 같은 적용 분야에서 전력 효율성을 개선하는데 도움을 주는 별도의 전압 부스트 컨버터의 필요성을 감소시키게 할 수 있다. 또한, PV 시스템상의 입사광이 태양광이 아니라 원격의 광원으로부터의 레이저 빔 또는 비간섭성의, 광대역이 아닌 광빔(incoherent, not-broadband light bema)인 경우에, 구성용이성은 더 효율적인 전력 수신기를 가능하게 한다. 광빔 또는 스팟이 PV 시스템 위에서 "원더링(wanders)"하여 정해진 셀들의 그룹이 계속해서 조명되지 않는 경우, 에너지를 효율적으로 하베스팅하는 것이 어렵다. 본 발명의 일 실시예는, 원더링 광 스팟(a wandering light spot)에 상관없이 사전결정된 출력 전압 또는 출력 전력 레벨을 생성하도록 자신을 구성할 수 있는 PV 시스템에 관한 것이다.
전술된 요약은 본 발명의 모든 양태들의 완전한 리스트를 포함하지 않는다. 본 발명은 위에서 요약된 다양한 양태들의 모든 적합한 조합들뿐만 아니라 아래의 상세한 설명에 개시되는 것들 및 특히 본 출원과 함께 출원되는 특허청구항에 언급되는 것들로부터 실시될 수 있는 모든 시스템들 및 방법들을 포함한다는 것이 유념된다. 그러한 조합들은 상기의 요약에 구체적으로 언급되지 않는 특정 이점들을 갖는다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들의 숫자로 제한하는 방법이 아닌 예시의 방법으로 도시되며, 여기서 유사한 참조 부호는 유사한 요소를 나타낸다. 본 개시물에서 본 발명의 "일" 또는 "하나의" 실시예에 대한 참조는 반드시 동일한 실시예라고 할 수 없으며, 이들은 적어도 하나를 의미한다는 것을 유념해야 한다.
도 1은 재구성가능한 태양발전 시스템을 도시한다.
도 2는 우주선 적용의 일부로서, 태양발전 시스템에 관한 더 상세한 도면을 하나의 구성으로 도시한다.
도 3은 재구성 가능한 태양발전 시스템을 다른 구성으로 도시한다.
도 4는 셀들이 서로 직렬 접속된 서브 어레이를 도시한다.
도 5는 셀들이 직렬-병렬 조합 방식으로 각각에 접속된 서브 어레이를 도시한다.
도 6은 dc-dc 컨버터를 구비한 서브 어레이 전력 관리 회로를 도시한다.
도 7은 셀 또는 다중 접합 전력 매니저 회로를 블록도 형식으로 도시한다.
도 8은 연관된 셀 또는 다중 접합 전력 매니저 회로를 갖는 태양발전 시스템을 더 상세히 도시한다.
도 9는 스팟 외부의 다른 서브 어레이들은 접속되지 않는 동안, 원더링 레이저(a wandering laser) 또는 비간섭성 광빔(incoherent light beam)이 접속된 서브 어레이들을 커버하는 방법을 도시한다.
도 10은 태양발전 시스템 상의 상이한 위치 내 원더링 광빔 스팟을 도시한다.
도 11은 태양발전 시스템의 다양한 적용들을 도시한다.
첨부된 도면을 참조하여 이제부터 본 발명의 여러 실시예들이 설명된다. 이하에서 설명되는 부분들의 모양, 상대적 위치 및 다른 양태들이 명확히 정의되지 않을 때마다, 본 발명의 범주는 도시된 부분들로만 제한되지 않으며, 이들은 단지 예증의 목적을 위한 것임을 의미한다. 또한, 다양한 세부사항이 개시되지만, 본 발명의 일부 실시예들을 이러한 세부사항 없이도 실시될 수 있음이 이해될 것이다. 다른 경우에, 공지의 회로, 구조 및 기법은 본 설명에 관한 이해를 모호하게 하지 않도록 상세히 도시되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재구성가능한 PV 시스템(1)을 도시한다. 시스템은 다수의 PV 에너지 하베스팅 서브 어레이들(2)로 구성된다. 4개만이 도시되었으나, 물론 시스템은 2개의 서브 어레이들(2)만이 존재하거나 4개보다 많을 수 있기 때문에 숫자로 제한되지 않는다. 각각의 서브 어레이(2)는, 원하는 더 높은 출력 전압을 위해 직렬로(도 4 참조), 원하는 증가된 전류를 위해 병렬로, 또는 더 높은 출력 전압 및 더 높은 전류 모두를 생산하기 위해 직렬-병렬 조합으로(도 5 참조) 서로 전기적으로 접속되는 PV 셀들(3)의 그룹을 포함한다. 셀들의 병렬 접속 직렬 스트링의 혼합 또는 비대칭 배열 또한 가능하다. 셀(3)은, 반도체 마이크로전자 제조 기법을 사용하여 제조될 수 있는 MEPV(microsystem enabled photovoltaic) 셀일 수 있고, 비교적 작은, 예를 들어, 100micron과 5mm 사이의 직경이고, Ⅲ-Ⅴ 반도체 셀에서와 같이 1micron의 작은 두께일 수 있다. MEPV 셀의 작은 크기를 고려하면, 서브 어레이(2)는 (종래 PV 모듈 내 72개 셀과 대조적으로) 수천 개의 셀(3)을 가질 수 있다. 서브 어레이(2) 내 모든 셀(3)이 복제되거나 심지어 동일한 유형일 필요가 없다는 것을 또한 유념하자. 예를 들어, 일부는 실리콘일 수 있고 다른 것은 Ge 또는 Ⅲ-Ⅴ 셀일 수 있다. 대안적으로, 셀(3)은, 도 7 내지 도 8에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따라 하기에서 설명되는 것과 같이, 또는 직렬로 접속될 수 있는 2개 이상의 접합부의 조합을 갖는 다중 접합 셀(a multi-junction cell)일 수 있다. 예를 들어, 서브 어레이(2)의 각각은 포토셀들(photocells)로 구성될 수 있고, 포토셀들의 각각은 면적이 5제곱 밀리미터 미만인 활성 또는 광 검출 영역을 가지며, 서브 어레이들(2)의 각각은 수천 개의 MEPV 포토셀들을 구비할 수 있고 1볼트(예를 들어, 직렬의 2개의 Si 실리콘 셀)와 1000볼트 dc 사이의 전압을 1u암페어 내지 수 암페어 사이의 범위의 전류와 함께 생성하며, 여기서, u암페어는, 낮은 전류 또는 근본적으로 전류가 필요 없고 높은 전압만이 필요한 경우(예를 들어, 전자/이온 가속 그리드)의 적용을 위한 것이고, 수 암페어는 본원에서 설명된 전력 전환 구성을 사용하여 mW의 전력을 kW로 전환하는 것이 가능한 적용(예를 들어, 열 부하 등)을 위한 것이다.
계속해서 도 1을 참조하면, 입사광이 존재할 때, 서브 어레이 출력 전압은 각각의 서브 어레이 전력 노드 쌍에서, 서브 어레이에 접속된 셀들(3)로부터, 각각의 서브 어레이(2)에 의해 생성된다. 때때로 출력 전압의 극성을 표시하기 위해 라벨 (+) 및 (-)로 지정된다. 서브 어레이의 출력 전압 및 출력 전류 또는 출력 전력은 본원에서 전력 그리드로 언급되는 활성 회로 및 컨덕터의 분산 네트워크에 의해 전달된다. 전력 그리드(또는 전력 버스 인터커넥트)는 복수의 버스 로우(rows) 및 복수의 버스 컬럼(columns)으로 구성된다. 도면에서 볼 수 있듯이, 버스 관리 회로(5)는 버스 컬럼과 버스 로우의 각각의 접합부에 위치된다. 각각의 버스 로우는, 버스 관리 회로(5) 중 일부에 의해, 시퀀스를 형성하거나, 데이지 체인 방식(a daisy chain manner)으로 연결된 각각의 다수의 버스 그룹 로우 세그먼트들(6)을 구비한다. 이와 마찬가지로, 각각의 버스 컬럼은, 버스 관리 회로들(5) 중 일부에 의해, 데이지 체인 방식으로 또한 연결된 각각의 다수의 버스 그룹 컬럼 세그먼트들(7)을 구비한다. 각각의 버스 그룹 세그먼트(로우 세그먼트(6) 또는 컬럼 세그먼트(7))는 각각의 다수의 버스 컨덕터들을 구비한다. 하나의 예시에서, 각각의 버스 그룹 세그먼트는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 버스 컨덕터들을 구비하지만, 추가적인 컨덕터들이, 예를 들어, 전기 저항을 감소시키기 위해 병렬로, 추가될 수 있다. 그러한 전력 그리드에서, 각각의 버스 관리 회로(5)는 2개에서 4개의 인접 버스 그룹 세그먼트들, 즉, 좌측 및 우측 버스 그룹 로우 세그먼트들(6) 및 위 및 아래 버스 그룹 컬럼 세그먼트들(7), 사이에 연결될 수 있다.
각각의 서브 어레이 출력 노드 쌍에 연결된 것은 각각의 서브 어레이 전력 관리 회로(4)의 입력이다. 회로(4)는 또한 전력 그리드, 즉, 로우 세그먼트(6) 또는 컬럼 세그먼트(7) 중 하나에 연결되는 전력 출력을 갖는다. 일 실시예에서, 각각의 서브 어레이 전력 관리 회로(4) 내 전류 경로 스위치들은, 회로(4)의 임의의 입력 노드들을 회로의 임의의 출력 노드들과 접속시킬 수 있다는 점에서, "메시 네트워크(mesh metwork)"를 지원한다. 회로(4)는 또한 도 1에는 도시되지 않지만 도 2에서 확인할 수 있는 통신 인터페이스를 또한 구비하며, 이는 통신 그리드(9)에 연결된다. 전력 관리 회로들(4)의 통신 인터페이스들 및 버스 관리 회로들(5)이 연결되는 통신 그리드(9)는 임의의 적합한, 비교적 낮은 복잡성 및 낮은 비트 레이트 디지털 통신 버스일 수 있다. 이러한 통신 인터페이스는, 서브 어레이들을 조명하고(illuminating) 통신 대역 디코터에 의해 디코딩되는, 광으로 인코딩된 신호를 통해 전력 관리 회로로 전달되는 정보를 이용하므로 사실상 광학적이다(아래에서 설명되는 도 2 참조).
서브 어레이 전력 관리 회로(4)는, 고체 상태 전류 경로 스위치들, 스위치 드라이버들, 제어 로직, 및 통신 인터페이스 회로를 포함하며, 서브 어레이 전력 관리 회로는 이의 각각의 서브 어레이(2)를 전력 그리드에 접속 또는 접속해제하도록, PV 시스템을 실제 사용하는 동안 (통신 인터페이스를 통해) 프로그램가능할 수 있다. 프로그램가능 서브 어레이 전력 관리 회로(4) 이외에, 버스 관리 회로들(5)의 각각은 또한, 메시 네트워크도 지원할 수 있는(전술된 회로(4)의 기능과 유사) 내부의 전류 경로 스위치들을 사용하여, 전력 그리드 내 전력 또는 전류 경로를 접속 또는 접속해제하도록 (이의 통신 인터페이스를 통해) 프로그램가능하다. 그러한 2가지 기능들은 함께 2개 이상의 선택된 서브 어레이들(2)로 하여금, "프로그램가능한" 전력 그리드 내에 선택된 전류 또는 전력 경로들을 통해, 하베스팅된 에너지 출력 노드에서 저전압이지만 고전류를 생성하도록 병렬로 접속되게 할 수 있다. 대안적으로, 버스 관리 회로들(5) 및 서브 어레이 전력 관리 회로들(4)의 구성가능성은, 선택된 전류 경로들을 통해, 저전압을 적어도 10배만큼 초과할 수 있는 고전압을 생성하도록 2개의 선택된 서브 어레이들(2)이 직렬로 접속되게 할 수 있다(직렬 접속을 위해 이용가능한 충분한 서브 어레이들(2)에 따라 달라짐).
이제 전력 그리드 및 서브 어레이 전력 관리 회로들(4)에 관한 추가 세부사항에 대하여 도 2를 참조하면, 도 2는 선택된 회로들(4, 5) 내 전류 경로 스위치들을 적절하게 프로그래밍함으로써, 전력 그리드 내에 생성된 예시의 전력 경로를 도시한다. 예시의 전력 경로는, 동일한 컬럼 내에 있을 수 있는 서브 어레이들(2_1, 2_2, ...)의 직렬 접속을 가능하게 하며, 이로써 (+)의 하베스팅된 에너지 출력 노드는 PV 시스템의 상부 경계선에서의 버스 로우 세그먼트(6)의 컨덕터이고 (-)의 하베스팅된 에너지 출력 노드는 PV 시스템의 하부 경계선에서의 버스 로우 세그먼트(6)의 컨덕터이다. PV 시스템의 경계선에 존재하지 않는 버스 관리 회로(5)는 a) 4개의 인접 버스 그룹 세그먼트들 중 임의의 하나로부터의 버스 컨덕터 및 b) 4개의 인접 버스 그룹 세그먼트들 중 임의의 다른 하나로부터의 버스 컨덕터를 서로에게 교대로 접속 및 접속해제하도록 프로그래밍될 수 있으며, 이는 전력 경로를 정의하는 것에 있어서 최대 유연성을 제공한다.
도 2의 예시에 대하여, 서브 어레이들의 추가 컬럼들은 도 2의 하나와 유사하게 직렬로 서로에게 직렬접속될 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 이러한 추가의 직렬 접속된 컬럼들이 다른 컬럼들에 인접하여 생기는 경우, 그 이후 이러한 모든 컬럼들은, 또한 경계선에 존재하는 버스 관리 회로(5)가 회로의 좌측 버스 로우 세그먼트(6)로부터 회로의 아래의 버스 컬럼 세그먼트(7)로의 추가 전류 경로를 생성하도록 프로그래밍함으로써, PV 시스템의 상부 및 하부 로우들을 따라, 서로에게 병렬로 접속될 수 있다.
도 2의 전력 그리드는 서브 어레이들(2_1, 2_2,...)의 직렬 접속이 아닌 병렬 접속을 가능하게 하는 전력 경로들이 내부에 생성되도록 재구성될 수 있다. 이는 도 3의 예시에 도시된다. 추가 전류가 요구되는 경우, 이후에 서브 어레이들의 추가적인 병렬 접속된 컬럼들이 생성될 수 있고 이들은 PV 시스템의 상부 및 하부 경계선에서 버스 관리 회로(5)를 적절히 프로그래밍함으로써 서로와 병렬로 배치될 수 있다.
전술된 회로들(4, 5)의 내부 전류 경로 스위치들의 완전한 메시 기능은 전력 그리드 내 및 서브 어레이들 사이의 전력 경로들을 생성하는데 있어서 최대 유연성을 제공할 수 있지만, 대안은 전류 경로 스위치들의 개수를 제한하여 회로들(4 또는 5)이 완전한 메시 기능을 갖지 않는다. 이는 원하는 전력 경로들이 전력 그리드에 생성될 수 있는 한 수락가능할 수 있고, 서브 어레이들 사이의 접속의 입도(granularity)를 포함하는 PV 시스템 전체의 구성가능성의 원하는 레벨의 입도가 충족될 수 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 원격 광빔 소스(remote light beam source)는, 높은 주파수 컴포넌트를 광빔에 부과함으로써, 전력 전달 구성 인스트럭션들 또는 다른 데이터(예를 들어, 전력 시스템 구성 또는 다른 서브 시스템, 예컨대, ADCS, COM 등을 제어하기 위한 인스트럭션들)를 인코딩할 수 있다. 그 이후 정보는 PV 셀에 용량성으로 연결된 전기 노드를 통해 검출되지만, DC 컴포넌트는 전력을 위해 하베스팅되는 것이다. 일 예시는 도 2에 도시되며, 여기서 ac 신호는 하베스팅된 에너지 출력 노드에 접속된 직렬 캐패시터를 통해 통신 대역 디코더(a communications band decoder)에 외부 연결될(out-coupled) 수 있다. 후자는, 예를 들어, 전력 관리 회로들을 구성하는 것 및/또는 예를 들어, 입사광이 태양광이 아니라 원격으로 공급된 광빔인 것을 결정하도록 EPS 제어기에 의한 사용을 위해, 및/또는 다른 서브 시스템들을 제어하기 위해, 정보 또는 데이터 신호를 디코딩하거나 변환한다.
이제 도 6을 살펴보면, (연관된 서브 어레이(2)의) 서브 어레이 출력 노드들과 전력 그리드 사이에 연결된 dc-dc 컨버터를 구비하는, 서브 어레이 전력 관리 회로(4)가 도시된다. 이 특정 예시에서, (서브 어레이(2)를 전력 그리드에 교대로 접속 및 접속해제하는 역할을 하는) 전류 경로 스위치들은 dc-dc 컨버터 회로의 "앞에" 존재하며, 그래서 서브 어레이(2)가 그리드로부터 접속해제된 경우에 dc-dc 컨버터는 자동으로 자신의 입력부에서의 볼트를 기본적으로 확인한다. dc-dc 컨버터로 하여금, 또한, 예를 들어, 출력 전압이 얼마나 많이 부스팅되는지 또는 전압이 얼마로 조정되는지에 관하여, 통신 그리드(9)를 통해(여기서 도시된 바와 같이, 회로(4)의 통신 인터페이스를 통해) 제어되게 하는 것이 가능하지만, 고정 부스트 또는 조정 전압이 설정될 수 있기 때문에 모든 경우에 그러할 필요는 없다. 부스트 컨버터와 같은 dc-dc 컨버터를 사용하여, PV 시스템은 하베스팅된 에너지 출력 노드들에서 부스팅된 출력 전압을 제공할 수 있으나, 이롭게도 전체 부스트 변환 프로세스에 의해 생성된 열을 발산하는 작업을 서브 어레이의 다양한 위치(PV 시스템 외부의 집중되는 위치로는 아닌)에 분산한다. 이러한 방식으로 dc-dc 컨버터를 사용하는 것은, 높은 출력 전압을 생성하기 위해 (전력 그리드 내에 전력 경로들을 적절히 구성함으로써) 상당수의 서브 어레이(2)가 직렬로 접속되는 상술된 실시예에 대한 대안으로 보여질 수 있고, 또는 예를 들어, (도 6에 도시된 바와 같이 부스트 컨버터를 또한 구비한 다수의 서브 어레이 전력 관리 회로들(4)의 출력 전압들의 합과 같이) PV 시스템으로부터 이용가능한 최고 전압을 획득하기 위해 도 2의 직렬 구성과 함께 사용될 수 있다.
도 2를 간략하게 다시 살펴보면, 이 도면은 또한 본 발명의 다른 실시예, 즉, 우주선에서 동적으로 재구성가능한 PV 시스템의 통합 또는 특정 애플리케이션을 도시하는 역할을 한다. 그러한 애플리케이션에서, 우주선은, (PV 시스템 외에) 제어기(8) 및 배전 네트워크(10)를 포함하는 전력 시스템(electrical power system; EPS)을 구비한다. EPS는 PV 시스템의 하베스팅된 에너지 출력 노드들로부터 우주선의 다른 컴포넌트들, 즉, 충전가능한 배터리, 온-보드 컴퓨터(on-board computer; OBC), 통신 서브시스템(communications subsystem; COM) 및 자세 결정 및 제어 시스템(attitude determination and control system; ACDS)에 전력을 분산한다. 앞에서 제안된 바와 같이, 본 발명은 하베스팅된 에너지 출력 노드들 상에서 동적으로 교대로 이용가능하도록, 즉, 위성의 배치 또는 정상 사용 동안, 낮은, 중간 그리고 높은 전압을 요구할 수 있다. 전술된 재구성가능한 PV 시스템은, EPS 제어기(8)가 통신 그리드(9)를 통해 전력 및 버스 관리 회로들(4, 5)을 구성하도록 프로그래밍되었을 때, 하베스팅된 에너지 출력 노드에 고전압 또는 저전압을 설정하는 요구사항들을 충족시킬 수 있다.
이제 도 7을 살펴보면, 이 도면은 PV 셀(3)이 다중 접합 셀인 본 발명의 일 실시예를 도시하며, 셀 출력 전압을 생성하도록 그러한 각각의 셀에 대하여 셀 레벨 또는 다중 접합 전력 매니저 회로(a cell-level or multi-junction power manager circuit)(14)가 제공된다. 앞서 제안된 바와 같이, 각각의 서브 어레이(2) 내 하나 이상의 셀들은 다중 접합 셀들이고, 여기서 각각의 다중 접합 셀은 광전류(photo-generated current)를 수집하기 위해 2개 이상의 접합부들(예를 들어, p-n 접합부들)을 구비하며, 접합부들의 각각은 다중 접합 전력 매너지 회로(14)에 독립적으로 연결된다. 여러 가지 접합부들(본원의 예시에서 3개의 접합부 A, B, 및 C로 언급됨)은 여러 가지 컬러 또는 파장의 광을 흡수할 때 최대 전기를 생성하도록 각각 최적화되거나 조정될 수 있다. 다중 접합 PV 셀을 구성하는 포토셀 접합부들의 각각은 다중 접합 PV 셀과 연관된 전력 매니저 회로(14)의 개별 입력 포트에 연결된다. 이와 같이, 모든 포토셀 접합부들에 의해 하베스팅된 에너지는 전력 관리 회로(14)의 동일한 출력 포트를 통해 전력 그리드에 제공된다. 다중 접합 셀들 내 상이한 접합부들로부터 발생한 전력을 관리하는 전력 매니저 회로(14)는, 서브 어레이의 다중 접합 셀들 내에서, 유사한 접합부들의 총합 또는 단일 접합부로부터 발생하는 전력을 관리할 수 있다. 다중 접합 셀 내 단일 요소는 단일 접합부이거나 또는 더 큰, 예를 들어, 6개 접합부의 다중 접합 셀의 하나의 요소를 구성하도록 직렬로 접속된 2개(또는 그 이상)의 접합부인 다중 접합부 또는 서브세트일 수 있다는 것이 또한 주목되어야 한다. 다중 접합 셀의 다른 예시로서, 접합부들의 다양한 서브세트가 다중 접합 전력 매니저 회로(14)에 독립적으로 연결되는, 총 5개의 접합부를 갖는 다중 접합 셀을 생각해보자. 예를 들어, 그러한 5-접합 셀은, 1 접합 서브 셀로부터 (회로(14)에) 개별적으로 접속된 2 접합 서브 셀 및 다른 2 접합 서브 셀과 같이 배치될 수 있다. 직렬 및/또는 병렬 접속된 서브세트들을 갖는, 즉, 자신의 각각의 전력 매니저 회로(14)에 접속된, 다중 접합 셀들의 다른 배치가 가능하다.
일 실시예에서, 이제 도 8을 참조하면, 전력 매니저 회로(14)는 접합부 A, B 및 C에 의해 임의의 주어진 시간에 생성되는 상대 전력의 일부 수치를 검출하는 역할을 하는 전력 검출 회로(a power detection circuit)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기는, 어떤 하나 이상의 접합부가 최저 전력을 생성하는지를 자동으로 검출하도록 설계될 수 있다. 그러한 결정에 응답하여, PV 셀(3) 및 특히 이의 전력 매니저 회로(14)는 사전결정된 모드로 동작할 것이다. 일 예시로서, 사전결정된 모드는, 최저 전력을 생성하는 접합부들은 셀 출력 포트로부터 접속해제되도록 전류 경로 스위치들을 구성하기 위해 제어 신호를 어서트하는 것일 수 있다.
다른 예시에서, 검출기는, 셀(3)이 상이한 사전결정된 모드로 동작하는 것에 응답하여, 접합부들 중 어떤 하나 이상의 접합부들이 최고 전력을 생산하는지를 자동으로 검출하도록 설계될 수 있다. 일 예시로서, 그러한 모드는, 최고 전력을 생성하는 접합부들만이 셀 출력 포트에 직렬로 접속되도록 전류 경로 스위치들을 구성하기 위해 제어 신호가 어서트되는 것일 수 있다. 다른 실시예에서, 셀 또는 다중 접합 전력 매니저 회로(14)는 이와 연관된 다중 접합 PV 셀 또는 그러한 다중 접합 PV 셀들의 그룹을 구성하는 포토셀 접합부들을, a) 모두 서로 병렬로, b) 모두 서로 직렬로, 또는 c) 일부 직렬-병렬 조합으로 접속시키도록 (통신 그리드(9)를 통해) 프로그래밍될 수 있는 통신 인터페이스를 구비한다.
셀 또는 다중 접합 전력 매니저 회로(14) 및 이와 연관된 다중 접합 PV 셀(3)은 동일한 마이크로전자장치 또는 집적 회로 기판 상에서 구현될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
이제 도 9 및 도 10을 참조하면, 이들 도면은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데 사용되며, 여기서 PV 시스템은, 원더링 레이저 광빔(a wandering laser light beam) 또는 비간섭성 광빔 조명 스팟(incoherent lihgt beam illumination spot)의 존재에도 불구하고, 사전결정된 시스템 출력 전압 또는 시스템 출력 전력 레벨을 유지할 수 있다. 유사한 이로운 결과는 서브 어레이(2)의 부분적인 그림자가 존재하는 상황에서 획득될 수 있다. 본원에서 도시된 PV 시스템은 (태양광이 아닌) 레이저 또는 비간섭성 광빔으로 조명되거나, 조명 스팟 외부에 그늘이 생긴 것으로 보여질 수 있다. 이러한 상황에 관한 예시들은 도 11에 주어지며, 여기서 서브 어레이들(2)에 겨냥되는 원격으로 생성된 광빔을 통해, 항공기 또는 우주선의 PV 시스템 또는 전력 수신기로의 원격 전력 전달이 발생한다. 효율성을 유지하기 위해, 빔 스팟은 PV 시스템의 서브 어레이들(2)의 영역보다 크지 않아야 한다. 사실, 스팟은 원격 광빔 소스와 PV 어레이 사이의 충분한 정렬 오차 허용량(misalignment tolerance)을 허용하도록 (예시에 의해 도시된 바와 같이) 서브 어레이(2) 커버리지의 전체 영역보다 작아야 한다. 전형적인 PV 시스템들에서, PV 어레이의 전체 영역 미만으로 조명하는 것은 성능 감소 및 어레이에 대한 손상으로 이어진다. 그러나, 본 발명의 일 실시예는 PV 어레이의 전체 영역보다 작은 레이저(또는 다른 광) 스팟 크기를 수용할 수 있다. 이러한 조명 상황은 스팟 외부의 일부 저 성능 서브 어레이들(2) 및 스팟 내부의 일부 고 성능 서브 어레이들(2)을 생산할 것이다. 이제, EPS 제어기(8)는, 예를 들어, 서브 어레이 내 다중 접합 셀에 의한 저 성능을 표시하는 그러한 서브 어레이들의 각각 내의 다중 접합 서브 어레이와 연관되는 전력 검출기(도 8 참조)로부터의 신호에 응답하여, 전력 그리드로부터 저 성능 서브 어레이들을 접속해제 하도록, 저 성능 서브 어레이들의 전력 매니저 회로들(14)을 프로그래밍한다. 대안적으로, 전력 매니저 회로(14)는, 적절한 전압에서, 부분적으로 조명되게 하거나 저 성능 서브 어레이들을 전력 그리드와 접속시키는 DC-DC 전압 부스트 컨버터를 구비할 수 있다. 전력 상황은, 전력 매니저 회로(14)로부터의 전력 출력이 그리드 전력과 일치할 필요는 없지만, 회로(14)의 전압 출력 레벨은 전력 그리드에 접속될 서브 어레이에 대하여 부합해야 할 필요가 있을 것이다. 또한, EPS 제어기는 서브 어레이 내 다중 접합 셀에 의한 고 성능을 표시하는 고 성능 서브 어레이들의 각각 내 다중 접합 셀과 연관된 전력 검출기로부터의 신호에 응답하여, 고 성능 서브 어레이들을 전력 그리드에 접속시키도록 고 성능 서브 어레이들의 전력 매니저 회로들(14)을 프로그래밍한다.
다른 실시예에서, EPS 제어기(8)는, PV 시스템이 가장 충분한 태양광을 받은 것 같다는 결정에 응답하여 이들의 포토셀 접합부들을 서로 직렬로 접속시키도록 전력 매니저 회로들(14)의 각각에게 신호를 보내며, 그 결과, 상이한 접합부들의 전류 특성들이 태양광 동안 충분히 부합할 때 효과적인 에너지 하베스팅이 수행될 수 있다. 그러나, 에너지 하베스팅이 (태양광이 아닌) 레이저 광빔이나 비간섭성 광빔에 기반하는 경우, 전술된 프로세스는, 광빔의 파장 또는 컬러에 대하여 최적화되지 않는 접합부들을 접속해제하도록 수행될 수 있고, 또한 (광빔 스팟의 커버리지 영역과 일치하는) 서브 어레이들의 서브세트에 대한 최적의 선택이 항상 실시되도록 원더링 광빔 스팟을 추적하도록 수행될 수 있다.
에너지 하베스팅 서브 어레이들, 셀 전력 관리 회로들, 서브 어레이 전력 관리 회로들, 및 프로그램가능 전력 그리드를 구비한 에너지 하베스팅 광발전(PV) 시스템을 동작시키기 위한 방법은 (도 9 및 도 10에서 또한 실시된 참조와 함께) 아래와 같이 진행될 수 있다. 다수의 성능 표시들(performance indications)은 특정 셀 전력 매니저 회로들(14)로부터 각각 (예를 들어, EPS 제어기(8)에 의해) 수신된다(도 7 및 도 8을 또한 참조). 제어기(8)는 그 이후 전력 그리드로부터 저 성능 서브 어레이들을 접속해제하도록 저 성능 서브 어레이들의 전력 관리 회로들(14)에게 신호를 보낸다. 또한, 제어기는 고 성능 서브 어레이들을 전력 그리드에 접속시키도록 고 성능 서브 어레이들의 회로들(14)에게 신호를 보낸다. 또한, 제어기(8)는, 수신된 성능 표시들에 기초하여, 접속된 서브 어레이들로부터 PV 시스템(1)의 하베스팅된 에너지 출력 노드들의 쌍으로 전력 그리드 내 전력 경로들을 형성하도록 버스 관리 회로들(5)(도 1, 도 2 및 도 3을 또한 참조)에게 신호를 보낸다. 이는 사전결정된 시스템 출력 전압 또는 시스템 출력 전력 레벨을 달성하도록 설계될 수 있다.
그 다음, 광빔 스팟이 PV 시스템(1) 위에 원더링하는 동안, 잘 조명되는 서브 어레이들만이 전력 그리드에 계속 접속되도록 변경 또는 업데이트를 실시함으로써, 사전결정된 시스템 출력 전압 또는 전력 레벨을 유지하게 하기 위해, 이전 문단의 동작들은 전력 그리드에 대하여 제어기(8)에 의해 자동으로 반복된다.
전술된 설명에서, 설명의 목적을 위해, 본 실시예들의 철저한 이해를 제공하도록 많은 구체적인 세부사항들이 개시되었다. 그러나, 하나 이상의 다른 실시예들은 그러한 구체적인 세부사항들 중 일부가 없어도 실시될 수 있다는 것은 본 기술분야의 당업자들에게 명백할 것이다. 설명된 특정 실시예들은 본 발명을 제한하기 위해서가 아니라 예시하기 위하여 제공된다. 본 발명의 범주는 전술된 구체적인 예시들에 의해 결정되는 것이 아니라 아래의 특허청구항에 의해서만 결정된다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에서 하베스팅된 에너지 출력 노드들은 PV 시스템의 전력 그리드의 상부 및 하부 경계선에 위치되도록 선택되었으나, 이들은 대안적으로 좌측 및 우측 경계선에 위치될 수 있다. 다른 예시들에서, 공지의 구조들, 디바이스들, 및 동작들은, 설명의 이해를 모호하게 하지 않기 위해 세부설명 없이 또는 블록도 형태로 도시되었다. 적절한 것으로 고려되는 경우, 참조 부호 또는 참조 부호의 마지막 부분은, 임의의 유사한 부분을 가질 수 있는 대응 요소들 또는 유사 요소들을 표시하기 위해 도면에서 반복되었다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "하나의 실시예", "일 실시예", "하나 이상의 실시예들", 또는 "상이한 실시예들"에 대한 참조는, 예를 들어, 본 발명을 실시할 때 특정 피처가 포함될 수 있음을 의미한다는 것이 또한 이해되어야 한다. 이와 마찬가지로, 설명에서, 다양한 피처들은, 다양한 발명의 양태들에 관한 이해를 돕고 본 개시물을 간소화하는 목적을 위해, 때때로 단일 실시예, 도면, 또는 이들에 관한 설명에 함께 그룹화된다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 본 개시물의 방법은 본 발명이 각각의 특허청구항에 명확히 언급된 것보다 많은 피처들을 요구하고자 하는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 첨부된 특허청구항이 반영될 때, 발명의 양태들은 개시된 하나의 실시예의 모든 피처들보다 적게 있을 수 있다. 따라서, 상세한 설명에 이어지는 특허청구항은 이로써 명확히 상세한 설명에 통합되며, 각각의 특허청구항은 그 자체를 본 발명의 개별 실시예로서 주장한다.

Claims (19)

  1. 동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전(a dynamically reconfigurable energy harvesting photovoltaic; PV) 시스템으로서,
    복수의 PV 에너지 하베스팅 서브 어레이들 ― 각각의 서브 어레이는 복수의 서브 어레이 전력 노드 쌍들(a plurality of pairs of sub-array power nodes)의 각각에서 전압을 생성하도록 서로 전기적으로 접속되는 광발전 셀들의 그룹(a group of photovoltaic cells)을 포함함 ― 과,
    복수의 전력 관리 회로들 - 상기 복수의 전력 관리 회로들의 각각은 상기 서브 어레이 전력 노드 쌍들의 각각에 연결되는 전력 입력 및 통신 인터페이스를 구비함 ― 과,
    상기 복수의 전력 관리 회로들의 각각의 전력 출력이 연결되는 프로그램가능한 전력 그리드(a programmable power grid) ― 상기 전력 그리드는 복수의 버스 로우들(rows), 복수의 버스 컬럼들(columns), 복수의 버스 관리 회로들 및 하베스팅된 에너지 출력 노드(a harvested energy output node)를 포함하며, 상기 복수의 버스 관리 회로들의 각각은 버스 컬럼 및 버스 로우의 각각의 접합부(junction)에 위치됨 ― 를 포함하되,
    각각의 전력 관리 회로는, 상기 PV 시스템의 현장 사용(in-the-field use) 동안, 자신의 통신 인터페이스를 통해, 상기 PV 시스템의 각각의 서브 어레이를 상기 그리드에 접속하는 것 및 접속해제하는 것 중 하나로 프로그래밍가능하고,
    각각의 버스 관리 회로는, 자신의 통신 인터페이스를 통해, 상기 그리드 내에 전력 경로를 접속하는 것 및 접속해제하는 것 중 하나로 프로그래밍가능하고,
    그 결과, 선택된 서브 어레이들은, 선택된 전력 경로들에 의해, 상기 하베스팅된 에너지 출력 노드에서 저전압(a low voltage)을 생성하도록 병렬로 접속되고, 교대로, 상기 시스템의 선택된 서브 어레이들은, 선택된 전력 경로들에 의해, 상기 저전압을 적어도 10배만큼 초과하는 고전압(a high voltage)을 생성하도록 직렬로 접속되는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 버스 로우는 상기 버스 관리 회로들 중 일부에 의해 데이지 체인 방식(a daisy chain manner)으로 연결되는 각각의 복수의 버스 그룹 세그먼트들을 구비하고,
    각각의 버스 컬럼은 상기 버스 관리 회로들 중 일부에 의해 데이지 체인 방식으로 연결되는 각각의 복수의 버스 그룹 세그먼트들을 구비하고,
    각각의 버스 그룹 세그먼트는 각각의 복수의 버스 컨덕터들을 구비하는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 버스 관리 회로는, 4개의 인접 버스 그룹 세그먼트들에 연결되고, a) 상기 4개의 인접 버스 그룹 세그먼트들 중 하나로부터의 버스 컨덕터 및 b) 상기 4개의 인접 버스 그룹 세그먼트들 중 다른 하나로부터의 버스 컨덕터 서로에 대해 교대로 접속 및 접속해제되도록 프로그래밍될 수 있는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 관리 회로들의 각각은 상기 버스 관리 회로의 전력 입력과 상기 전력 그리드 사이에 연결된 dc-dc 컨버터를 구비하는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    각각의 서브 어레이 내 셀들 중 일부는 다중 접합 셀들(multi-junction cells)이고, 각각의 다중 접합 셀은 복수의 접합부들을 구비하고, 상기 복수의 접합부들의 각각 또는 상기 접합부들의 적어도 하나의 서브세트는 상기 다중 접합 셀과 연관된 다중 접합 전력 매니저 회로(a multi-junction power manager circuit)에 독립적으로 연결되며,
    상기 시스템은,
    a) 상기 서브 어레이 내 다중 접합 셀의 저 성능(low performance)을 표시하는 상기 서브 어레이들의 각각 내의 다중 접합 셀과 연관된 다중 접합 전력 매니저 회로로부터의 신호에 응답하여 상기 전력 그리드로부터 상기 서브 어레이들을 접속해제하는 것, 및 b) 상기 다중 접합 전력 매니저 회로가 dc-dc 부스트 전압 컨버터를 포함하는 경우에 상기 부스트 전압 컨버터를 통해 상기 전력 그리드에 저 성능 서브 어레이들을 접속시키는 것, 중 하나로 상기 저 성능 서브 어레이들의 전력 관리 회로들을 프로그래밍하는 전력 시스템 제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 서브 어레이 내 다중 접합 셀의 고 성능(high performance)을 표시하는 상기 서브 어레이들의 각각 내의 다중 접합 셀과 연관된 다중 접합 전력 관리 회로로부터의 신호에 응답하여 상기 전력 그리드에 상기 서브 어레이들을 접속시키도록, 고 성능 서브 어레이들의 전력 관리 회로들을 프로그래밍하는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 버스 관리 회로들 및 상기 전력 관리 회로들의 통신 인터페이스들이 연결되는 통신 그리드와,
    상기 하베스팅된 에너지 출력 노드에 고전압 또는 저전압을 설정하도록, 상기 통신 그리드를 통해, 상기 버스 관리 회로들 및 상기 전력 관리 회로들을 프로그래밍하는 전력 시스템 제어기를 더 포함하는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 어레이들의 각각은 포토셀들(photocells)로 구성되며, 상기 포토셀들의 각각은 면적이 5제곱 밀리미터 미만인 활성 또는 광 검출 영역을 갖고, 상기 서브 어레이들의 각각은 적어도 1000개의 포토셀들을 구비하고 1볼트 dc와 1000볼트 dc 사이를 생성하는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 서브 어레이에 의해 검출된 신호로부터의 데이터 또는 정보를 디코딩하도록, 서브 어레이 전력 노드에 용량성으로 연결되는 통신 대역 디코더(a communications band decoder)를 더 포함하고, 상기 데이터 또는 정보는 상기 서브 어레이를 조명하는(illuminating) 원격의 광원(a remote source of light)에 의해 임베딩된(embedded) 것인
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  9. 동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전(PV) 시스템으로서,
    복수의 PV 에너지 하베스팅 서브 어레이들과,
    전력 그리드를 포함하되,
    각각의 서브 어레이는,
    다중 접합 PV 셀들의 그룹 ― 상기 다중 접합 PV 셀들의 각각은 복수의 상이한 파장의 광을 흡수함으로써 전기를 생성하도록 최적화되는 복수의 포토셀 접합부들을 구비함 ― 과,
    복수의 전력 관리 회로들 ― 상기 복수의 전력 관리 회로들의 각각은 상기 다중 접합 PV 셀들의 각각에 또는 다수에 연결되고 연관됨 ― 을 포함하고,
    상기 전력 그리드에는 상기 전력 관리 회로들의 각각의 전력 출력이 연결되고,
    다중 접합 PV 셀을 구성하는 상기 복수의 포토셀 접합부들의 각각의 또는 다수의 서브세트는 상기 다중 접합 PV 셀 또는 복수의 다중 접합 셀들과 연관된 전력 관리 회로의 개별 입력 포트에 연결되고,
    연관된 다중 접합 PV 셀 또는 셀들을 구성하는 모든 포토셀 접합부들에 의해 하베스팅된 모든 에너지는 전력 관리 회로의 출력 포트를 통해 상기 그리드에 제공되는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력 관리 회로는, 상기 연관된 다중 접합 PV 셀을 구성하는 상기 포토셀 접합부들 중 어떤 하나 이상의 포토셀 접합부들이 최저 전력을 생성하는지 자동으로 검출하고 이에 대응하여 사전결정된 모드로 동작하는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 사전결정된 모드에서, 상기 최저 전력을 생성하는 상기 포토셀 접합부들은 상기 출력 포트로부터 접속해제되는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력 관리 회로는, 상기 연관된 다중 접합 PV 셀을 구성하는 상기 포토셀 접합부들 중 어떤 하나 이상의 포토셀 접합부가 최고 전력을 생성하는지 자동으로 검출하고 이에 대응하여 사전결정된 모드로 동작하는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 사전결정된 모드에서, 상기 최고 전력을 생성하는 포토셀 접합부들만이 상기 출력 포트와 직렬 접속되는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력 관리 회로들의 각각은, 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 통신 인터페이스를 통해, 자신의 연관된 다중 접합 PV 셀을 구성하는 상기 포토셀 접합부들을 a) 모두 서로 병렬로, b) 모두 서로 직렬로, 또는 c) 병렬과 직렬 접속의 조합으로 중 하나로 접속시키도록 프로그래밍될 수 있는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    에너지 하베스팅이 상기 다중 접합 PV 셀들에 입사하는 태양광에 기반한다는 결정에 응답하여, 상기 전력 관리 회로들의 각각에게 이들의 포토셀 접합부들을 서로 직렬로 접속시키도록 신호를 보내는 전력 시스템 제어기를 더 포함하는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    에너지 하베스팅이 선택된 서브세트와 연관된 다중 접합 PV 셀들에 주로 입사하는, 태양광이 아닌 레이저 광(laser light) 또는 비간섭성 광빔(an incoherent light beam)과 같은 광빔에 기반한다는 결정에 응답하여, 사전결정된 모드로 동작하도록 상기 전력 관리 회로들의 선택된 서브세트에 신호를 보내는 전력 시스템 제어기를 더 포함하는
    동적으로 재구성가능한 에너지 하베스팅 광발전 시스템.
  17. 에너지 하베스팅 서브 어레이들, 셀 전력 관리 회로들, 서브 어레이 전력 관리 회로들 및 프로그래밍가능한 전력 그리드를 구비한, 에너지 하베스팅 광발전(PV) 시스템을 동작시키기 위한 방법으로서,
    a) 상기 시스템 내 복수의 서브 어레이들과 연관되는 복수의 셀 전력 관리 회로들로부터 복수의 성능 표시들(performance indications)을 각각 수신하는 단계 ― 각각의 서브 어레이는 각각의 서브 어레이 전력 관리 회로에 연결되는 전력 출력 노드 쌍을 구비함 ― 와,
    b) 전력 그리드로부터 저 성능 서브 어레이들을 접속해제하도록 상기 저 성능 서브 어레이들의 전력 관리 회로들에 신호를 보내는 단계와,
    c) 고 성능 서브 어레이들을 상기 전력 그리드에 접속시키도록 상기 고 성능 서브 어레이들의 전력 관리 회로들에 신호를 보내는 단계와,
    d) 수신된 성능 표시들에 기초하여, 접속된 서브 어레이들로부터 상기 시스템의 하베스팅된 에너지 출력 노드 쌍으로 전류 경로들을 형성하도록 그리고 사전결정된 시스템 출력 전압 또는 시스템 출력 전력 레벨을 유지하도록 버스 관리 회로들에 신호를 보내는 단계를 포함하되,
    단계 b) 및 단계 c)에 따라 상기 서브 어레이들 중 어느 서브 어레이가 상기 전력 그리드에 접속되는지에 관한 변경을 야기하는 조명 변화가 존재할 때 상기 사전결정된 시스템 출력 전압 또는 전력 레벨을 유지하도록 단계 a) 내지 단계 d)를 반복하는
    에너지 하베스팅 광발전 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 셀 전력 관리 회로들로부터 성능 표시들을 수신하는 단계 및 상기 전력 관리 회로들 및 상기 버스 관리 회로들에 신호를 보내는 단계는, 위성 또는 항공기 EPS 제어기에 의해 수행되는
    에너지 하베스팅 광발전 시스템을 동작시키기 위한 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 서브 어레이들 중 적어도 하나의 서브 어레이는 다중 접합 PV 셀들을 구비하고,
    상기 방법은, 다중 접합 PV 셀과 연관된 상기 셀 전력 관리 회로들이, 상기 다중 접합 PV 셀 내 각각의 접합부들의 상대 전력 레벨 또는 상대 전류 레벨을 검출한 것에 기초하여 자신의 전류 경로 스위치들을 셀프 조정하는 단계를 더 포함하는
    에너지 하베스팅 광발전 시스템을 동작시키기 위한 방법.
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