JP2012074573A - 太陽電池パネルおよび太陽電池パネルを搭載した人工衛星 - Google Patents

Abstract

【課題】 人工衛星や宇宙船の高性能化に伴い大電力の供給が可能な太陽電池パネルが必要となり、これに伴って太陽電池パネルの出力電圧も高くする必要がある。太陽電池パネルの出力電圧が高くなると、太陽電池間の電位差が大きくなるために、太陽電池の発生電力をエネルギー源とした放電が太陽電池間で発生しやすくなる。従来の太陽電池パネルでは太陽電池間の距離を抑制するか、太陽電池間を絶縁物で遮蔽することで太陽電池間の放電を抑制していたため、実装効率が低くなり出力電圧が低下する、あるいは太陽電池パネルの質量が増大という課題があった。
【解決手段】 太陽電池を発生電圧が許容できる電位差以下となるように分割して配置し、各々の太陽電池を斜め方向に順に接続することにより、太陽電池パネル上のどの太陽電池間の電位差も許容できる値以下とした。
【選択図】 図１

Description

この発明は人工衛星や飛行船等で用いられる太陽電池パネルに関し、特に、高出力電圧であって太陽電池間の放電を抑制可能な太陽電池の配列構造を有する太陽電池パネルに関するものである。

近年、人工衛星や宇宙船の高性能化に伴い大電力の供給が可能な太陽電池パネルが必要となり、これに伴って太陽電池パネルの出力電圧を高くする必要がでている。
太陽電池パネルの出力電圧が高くなると、太陽電池間の電位差が大きくなるために、太陽電池の発生電力をエネルギー源とした放電が太陽電池間で発生しやすくなる。

この太陽電池間で発生する放電を防ぐ手段として、隣接する太陽電池間の距離を従来より大きくとるようにしたり、あるいは、ＲＴＶ接着剤等の絶縁材料を太陽電池間の間隙に充填し、絶縁バリアとして使用することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１（図１８等）によれば、一列の太陽電池アセンブリ列の電位差をＶボルトとした場合に、隣り合う太陽電池アセンブリ列は折り返し電位の方向が逆方向で接続されているため、隣り合う太陽電池アセンブリ列における太陽電池間での電位差は折り返した最下段は０ボルトで最も小さく、最上段が最大の２Ｖとなり最も電位差が大きくなる。この最上段が最も電位差が大きく、静電破壊を起こす危険性が高い部分となる。

太陽電池間の電位差が小さいほど太陽電池間で放電するリスクが小さく、太陽電池間の絶縁バリアが無い場合は、有る場合に比べ、電圧が少なくとも１／２以下ならば安全であることが示されている（特許文献１、段落００４９参照）。
したがって、太陽電池間の電位差を小さくすることができる太陽電池の配置構造が実現できれば、太陽電池間の放電を防ぐために有効である。

また、大電力の供給が可能な太陽電池パネルを得るには、太陽電池を太陽電池パネルのサブストレイト上に効率良く貼る必要がある。一般に、太陽電池パネルの機構上の制約によってサブストレイト上には太陽電池を貼ることができない局所部分が生ずるが、この局所部分の周辺にも太陽電池パネルを貼ることができれば、より太陽電池パネルの出力電圧を高くすることができる。

特開平１１−２７４５４２号公報

従来、太陽電池パネルではその放電対策として、隣接する太陽電池間の距離を極力大きくとるようにしたり、あるいは、ＲＴＶ接着剤等の絶縁材料を太陽電池間の間隙に充填し絶縁バリアとして使用することを行っていたが、これらの方法では次の課題があった。
第１に、太陽電池間の距離を広げるということは太陽電池パネルにおける太陽電池の実装効率が低下するということであり、結果として太陽電池パネルの出力電圧が低下するという課題があった。
第２に、ＲＴＶ接着剤等の絶縁材料を太陽電池間の間隙に充填する方法では、太陽電池パネルの質量が増加し、これに伴いロケット打ち上げ費用増加によりコストが増大するという課題、また、充填した絶縁物が軌道上で欠損するなどした場合には欠損部分にエネルギー源が集中し、放電のリスクが逆に増大するという課題があった。

本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、大電力の供給が可能であって太陽電池間で発生する放電を抑えることが可能な、太陽電池パネルを提供することを目的とする。

この発明に係る太陽電池パネルは、太陽電池セルからなる複数の太陽電池アセンブリ列と前記太陽電池アセンブリ列の間を電気的に接続する接続線路とから構成される複数の太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングを支持する基板とを備えた太陽電池パネルであって、前記基板上には、電位勾配が第１の方向にあるｋ個の前記太陽電池アセンブリ列が一列に配置された第１の太陽電池アセンブリ列群と、前記第１の太陽電池アセンブリ列群に隣接し、電位勾配が前記第１の方向とは逆の第２の方向にあるｋ個の前記太陽電池アセンブリ列が一列に配置された第２の太陽電池アセンブリ列群と、からなるｎ個の太陽電池アセンブリ列群対が、互いに鏡像関係となる位置に配置され、前記太陽電池ストリングは、前記第１の太陽電池アセンブリ列群にあってｋ行×ｎ列の行列状に配置された各々の前記太陽電池アセンブリ列が、前記行列の行番号と列番号とが１ずつ増加する順目の斜め方向にある太陽電池アセンブリ列と順に前記接続線路により接続され、上端または下端の行では、前記第１の太陽電池アセンブリ列群をなす前記太陽電池アセンブリ列が、隣接する太陽電池アセンブリ列群対にある前記第２の太陽電池アセンブリ列群をなす太陽電池アセンブリ列と前記接続線路により接続され、当該接続された前記第２の太陽電池アセンブリ列群をなす太陽電池アセンブリ列は、行番号が１減少し列番号が１増加する逆目の斜め方向にある前記第２の太陽電池アセンブリ列群の太陽電池アセンブリ列と順に前記接続線路により接続されることにより形成され、また、前記第２の太陽電池アセンブリ列群にあってｋ行×ｎ列の行列状に配置された各々の前記太陽電池アセンブリ列が、前記逆目の斜め方向にある太陽電池アセンブリ列と順に前記接続線路により接続され、上端または下端の行では、前記第２の太陽電池アセンブリ列群をなす前記太陽電池アセンブリ列が、隣接する太陽電池アセンブリ列群対にある前記第１の太陽電池アセンブリ列群の太陽電池アセンブリ列と前記接続線路により接続され、当該接続された前記第１の太陽電池アセンブリ列群をなす太陽電池アセンブリ列は、前記順目の斜め方向にある前記第１の太陽電池アセンブリ列群の太陽電池アセンブリ列と順に前記接続線路により接続される。

この発明に係る太陽電池パネルによれば、太陽電池間の距離を広げることなく、また、太陽電池間の間隙に絶縁体を充填することなく太陽電池間で発生する放電を抑えることができ、信頼性の高い大電力供給が可能な太陽電池パネルを提供することができる。

実施の形態１にかかる太陽電池パネル１００の上面図である。 実施の形態１にかかる太陽電池セル１を表わす概略斜視図である。 実施の形態１にかかる太陽電池パネル１００の構成を示す斜視図である。 実施の形態１にかかる太陽電池アセンブリ列３０を表示する記号の図である。 実施の形態１にかかる太陽電池パネル１００の太陽電池アセンブリ列３０の配置を示した図である。 実施の形態２にかかる太陽電池パネル１００（ｋ＝ｎ＝４）において、配置された太陽電池アセンブリ列３０を８本の太陽電池ストリング４０で配線した図である。 実施の形態３にかかる太陽電池パネル１００（ｋ＝２、ｎ＝４）において、配置された太陽電池アセンブリ列３０を４本の太陽電池ストリング４０で配線した図である。 実施の形態４にかかる太陽電池パネル１００（ｋ＝ｎ＝４）の一例を示した図である。 実施の形態５にかかる太陽電池パネル１００（ｋ＝ｎ＝４）の一例を示した図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る太陽電池パネル１００の上面図である。太陽電池パネル１００は、太陽電池パネル基板１０と、この太陽電池パネル基板１０上に複数配置され電気的に接続された太陽電池アセンブリ列３０を備える。太陽電池アセンブリ列３０の間は、接続線路で電気的に接続されている。
以下、図を参照しながら、太陽電池パネル基板１０上に一定の規則で配置された太陽電池アセンブリ列３０の配置、およびこれらの太陽電池アセンブリ列が一定の手順で、接続線路によって電気的に接続されて作製される太陽電池ストリング４０について、説明する。

図２は太陽電池セル１を示す概略斜視図である。太陽電池セル１は光発電用の半導体基板２と、この半導体基板２の太陽光受光面上に設けられて半導体基板２内に発生した電流を収集するための受光面電極３と、半導体基板２の一端縁に沿って設けられて、各々の受光面電極３の一端に接続され、受光面電極３によって収集された電流を合流させて取り出すためのバー電極４とを備えている。図示はしていないが半導体基板２の裏面には表面電極が設けられている。
半導体基板２はｐ型半導体層およびｎ型半導体層を有し、四角形あるいは四角形の隅部を三角形状に切り落とした矩形形状等を有する。三角形状に切り落とした隅部には電流の逆流防止用のダイオード素子が接続される。

図３は太陽電池パネル１００の構成を示す斜視図である。
太陽電池セル１の裏面側の表面電極（図示せず）にはインターコネクタ６の一端が接続され、インターコネクタ６の他端は接続すべき太陽電池セル１のバー電極４に接続される。太陽電池セル１の受光面側には接着剤７によってカバーガラス８が接着される。インターコネクタ６を太陽電池セル１に接続することによって複数の太陽電池セル１が互いに電気的に直列に接続される。
インターコネクタ６により直列接続された太陽電池セル１は、太陽電池パネル基板１０の上面に接着剤などにより固定される。
太陽電池パネル基板１０は、通常、太陽電池パネル基板１０の心材であるコア１１の上下面を表皮１２で挟んだサンドイッチ構造を成す。コア１１は軽量で強度が高いハニカム構造を有する。表皮１２は炭素繊維を使用した複合材料のシートなどで構成されている。太陽電池パネル基板１０の表側（太陽電池セル１が配置される側）の表皮１２の上には絶縁層１３が設けられている。絶縁層１３には、宇宙環境での使用に耐えうるため耐熱性などに優れたポリイミドフィルムなどが用いられる。

ここでは、図３で示すようなα個の太陽電池セル１をインターコネクタ６により直列接続した太陽電池セル１の集合体のことを、太陽電池アセンブリ列３０と呼ぶ。
太陽電池セル１の１個当たりの出力電圧をｕボルトとすると、１つの太陽電池アセンブリ列３０では、最大出力電圧Ｖ＝α・ｕボルトの電圧が発生する。
ここでは、α個の太陽電池セル１を直列接続した太陽電池アセンブリ列３０を表すものとして図４の表記を用いる。図４の表記においてａは太陽電池アセンブリ列３０の正極（＋）端子を表し、ｂは太陽電池アセンブリ列３０の負極（−）端子を表わしている。図４の太陽電池アセンブリ列３０を表記した長方形の内側に記載した「Ｖ」や「０」の文字は各々正極端子ａと負極端子ｂの電圧であり、先に説明したように正極端子ａの最大出力電圧はＶ＝α・ｕとなる。「Ｖ」＞「０」であり、電圧勾配としては正極（＋）端子から負極（−）端子へ向けた方向となる。

この太陽電池アセンブリ列３０は、接続線路を介して他の太陽電池アセンブリ列３０と電気的に直列接続されて、太陽電池ストリング４０が作製される。ｋ個の太陽電池アセンブリ列３０が直列接続されることで、太陽電池ストリング４０の最大出力電圧はＶ＝ｋ・α・ｕボルトとなる。なお、導電性の配線や金具などが接続線路の一例である。

図５は、実施の形態１の太陽電池パネルにおける太陽電池アセンブリ列３０の配置の一例を示した図である。
ｋ行×２ｎ列（個）（ｋ、ｎ≧２）の太陽電池アセンブリ列３０が、太陽電池パネル基板１０の絶縁層１３上に配列される。

図５に示した太陽電池アセンブリ列３０の配列において、最右側の列（第１列目）にはｋ個の太陽電池アセンブリ列３０が、それぞれ図５の太陽電池パネル１００の上側に正極端子ａが位置し下側に負極端子ｂが位置する極性となるように配置される。すなわち、上側端子の電圧がＶボルトで下側端子の電圧が０ボルトとなる電位差の方向（電圧勾配）で、各々の太陽電池アセンブリ列３０が配置される。
ここでは、この電位差の方向（電圧勾配の向き）で太陽電池アセンブリ列３０が配置される配列のことをａ配列という。

このように、太陽電池パネル基板１０上の最右側の列（第１列目）には、ａ配列の太陽電池アセンブリ列３０が縦方向に一列に配置される。以下では、この第１列の太陽電池アセンブリ列３０のことを「１Ｓａ列群」と呼ぶ。
そして、１Ｓａ列群を構成するｋ個の太陽電池アセンブリ列３０の個々の太陽電池アセンブリ列３０のことを、下端から上方向に順に、１Ｓａ_１、１Ｓａ_２、１Ｓａ_３、１Ｓａ_４、・・・、１Ｓａ_ｋと呼んで区別する。
なお、図５に示した「１Ｓａ列群」の個々の太陽電池アセンブリ列１Ｓａ_１、１Ｓａ_２、１Ｓａ_３、１Ｓａ_４、・・・、１Ｓａ_ｋは太陽電池パネル基板１０上の配置の状態を表わしており、個々の太陽電池アセンブリ列の間の電気的な接続については後で説明する。また、１Ｓａ_１の太陽電池アセンブリ列３０を、行列の基準位置にある太陽電池アセンブリ列３０ともいう。

次に図５の太陽電池パネル１００において、１Ｓａ列群の左隣の列（第２列目）には、太陽電池アセンブリ列３０の電位差が第１列目のａ配列と逆となる方向（電位勾配が逆となる方向）でｋ個の太陽電池アセンブリ列が配列される。
すなわち、上側端子の電圧が０ボルトで下側端子の電圧がＶボルトとなる電圧勾配で各々の太陽電池アセンブリ列３０が配置される。ここでは、この電位差の方向で太陽電池アセンブリ列３０が配置される配列のことをｂ配列という。

このように、太陽電池パネル基板１０の最右側の左隣列（第２列目）には、ｂ配列の太陽電池アセンブリ列３０が縦方向に一列に配置される。
以下では、この第１列の太陽電池アセンブリ列３０のことを「１Ｓｂ列群」と呼ぶ。
そして、１Ｓｂ列群を構成するｋ個の太陽電池アセンブリ列３０の個々の太陽電池アセンブリ列３０のことを、下端から上方向に順に、１Ｓｂ_１、１Ｓｂ_２、１Ｓｂ_３、１Ｓｂ_４、・・・、１Ｓｂ_ｋと呼んで区別する。
なお、図５に示した「１Ｓｂ列群」の個々の太陽電池アセンブリ列１Ｓｂ_１、１Ｓｂ_２、１Ｓｂ_３、１Ｓｂ_４、・・・、１Ｓｂ_ｋは、太陽電池パネル上に配置された状態を示しており、それぞれの太陽電池アセンブリ列の間は電気的に接続されていない。

ここでは「１Ｓａ列群」と、１Ｓａ列群と隣接する「１Ｓｂ列群」とを１組にして「太陽電池アセンブリ列群対１Ｓ」と呼ぶ（図５参照）。

この「太陽電池アセンブリ列群対１Ｓ」の左隣（図５）には、「太陽電池アセンブリ列群対１Ｓ」と鏡像関係となる配列を有した太陽電池アセンブリ列群対が配置される。
すなわち第３列目には第２列目の「１Ｓｂ列群」と同じ配列（ｂ配列）をもつ「２Ｓｂ列群」が配置され、第４列目には第１列の「１Ｓａ列群」と同じ配列（ａ配列）をもつ「２Ｓａ列群」が配置される。このように、第３列目と第４列目には第１列目と第２列目の鏡像関係となる配列を有した太陽電池列群が配置される。この「２Ｓａ列群」と「２Ｓｂ列群」とを１組にして「太陽電池アセンブリ列群対２Ｖ」と呼ぶ。

同様にして、この「太陽電池アセンブリ列群対２Ｖ」の左隣には、「太陽電池アセンブリ列群対２Ｖ」と鏡像関係となる配列を有した「太陽電池アセンブリ列群対３Ｓ」が配置される。
以降、太陽電池アセンブリ列群対３Ｓ」の左隣には「太陽電池アセンブリ列群対３Ｓ」と鏡像関係となる配列を有した「太陽電池アセンブリ列群対４Ｖ」、・・・と繰返し配置されて、一番左端には「太陽電池アセンブリ列群対ｎＶ」が配置される（図５参照）。

このように太陽電池パネル基板１０の上面には、右端の第１列目から左端の第ｎ列目に向けて順に、「１Ｓａ列群」、「１Ｓｂ列群」、「２Ｓｂ列群」、「２Ｓａ列群」、「３Ｓａ列群」、「３Ｓｂ列群」、「４Ｓｂ列群」、「３Ｓａ列群」、・・（途中省略）・・、「（ｎ-１）Ｓａ列群」、「（ｎ-１）Ｓｂ列群」、「ｎＳｂ列群」、「ｎＳａ列群」の列群が配置される。なお、１つの列群では、ｋ個の太陽電池アセンブリ列３０が行方向（縦方向）に配置されている。

一方、この配列を列群対を用いて記載すれば、太陽電池パネル基板１０の上面には、右端から左端に向けて順に「１Ｓ列群対」、「２Ｖ列群対」、「３Ｓ列群対」、・・（途中省略）・・、「（ｎ-１）Ｓ列群対」、「ｎＶ列群対」の列群対が配置される。

先に説明をしたが、太陽電池パネル基板１０上に行列状に並べられた各々の太陽電池アセンブリ列３０を、列群の番号と電位差の配列と行番号を用いて［ＸＳｈ_Ｙ］（Ｘ：配置された太陽電池アセンブリ列の列群番号（Ｘ＝１、２、・・、ｎ）、ｈ：太陽電池アセンブリ列の電圧勾配の方向（ｈ＝ａまたはｂ）、Ｙ：配置された太陽電池アセンブリ列の行番号（＝１、２、・・、ｋ））で特定する。
例えば、１Ｓａ列群で太陽電池パネル基板１０の下から３番目（３行目）にあたる太陽電池アセンブリ列３０のことは［１Ｓａ_３］で特定する。また、２Ｓｂ列群で太陽電池パネル基板１０の下から５番目（５行目）にあたる太陽電池アセンブリ列３０を［２Ｓｂ_５］で特定する（図５参照）。

次に、図５のように配列した太陽電池アセンブリ列３０において、各太陽電池アセンブリ列３０の正極端子ａと負極端子ｂを、他の太陽電池アセンブリ列３０の負極端子ｂ、正極端子ａと接続線路を用いて電気的に直列配線をすることでｎ個の太陽電池アセンブリ列３０が直列接続された太陽電池ストリング４０を作製する。

以下では一例として、ｋ＝ｎの場合に、太陽電池パネルのリターン（−）端子と太陽電池アセンブリ列３０とホット（＋）端とを太陽電池ストリング４０で配線する配線例を次に示す。

[Ι] リターン（−）端子と各々接続された１Ｓａ列群の太陽電池アセンブリ列[１Ｓａ_Ｐｏ]（Ｐｏ＝１、２、…、ｋ）を含む太陽電池ストリング４０について：

以下のステップにより、太陽電池アセンブリ列３０の間を接続線路により接続する。
ステップΙ−１.
下記のように、Ｓａ列群の中で列群の番号が１つ上で行番号が１つ上の、斜め上隣に位置するＳａ列群の太陽電池アセンブリ列と直列接続する（このように列番号が１つ上で行番号も１つ上の方向にある太陽電池アセンブリ列のことを、「順目の斜め方向」にある太陽電池アセンブリ列ということとする）。
ただし、この直列接続する相手となる太陽電池（列群の番号が１つ上で行番号が１つ上の斜め隣に位置するＳａ列群の太陽電池）が無い場合は、次のステップΙ−２．に移る。
太陽電池の接続：
[（１＋ｉ）Ｓａ_（Ｐｏ＋ｉ）]と[（２＋ｉ）Ｓａ_（Ｐｏ＋ｉ＋１）]
（ここでｉ＝０、１、２、…）

ステップΙ−２．
接続する太陽電池が上端の太陽電池（行番号がｋの太陽電池）に至った時点で、列群の番号が１つ上で行番号がｋのＳｂ列群の太陽電池と直列接続する。
太陽電池の接続：
[（ｋ−Ｐｏ＋１）Ｓａ_ｋ]と、[（ｋ−Ｐｏ＋２）Ｓｂ_ｋ]
（ここでｉの値は（Ｐｏ＋ｉ＋１）＝ｋを満たす値であり、ｉ＝ｋ−Ｐｏ＋１）

ステップΙ−３．
次に、下記のように、Ｓｂ列群の中で列群の番号が１つ上で行番号が１つ下の、斜め下隣に位置するＳｂ列群の太陽電池と直列接続する（このように列番号が１つ上で列番号が１つ下の方向にある太陽電池アセンブリ列のことを、「逆目の斜め方向」にある太陽電池アセンブリ列ということとする）。
[（ｋ−Ｐｏ＋２＋ｉ）Ｓｂ_ｋ−ｉ]と、[（ｋ−Ｐｏ＋３＋ｉ）Ｓｂ_（ｋ−（ｉ＋１））]
（ここでｉ＝０、１、２、…）。

ステップΙ−４．
接続する太陽電池が配列の下端の太陽電池（行番号が１の太陽電池）に至った時点で、列群の番号が１つ上のＳａ列群の太陽電池と直列接続する。
太陽電池の接続：
[（２ｋ−Ｐｏ＋１）Ｓｂ_１]と、[（２ｋ−Ｐｏ＋２）Ｓａ_１]
（ここでｉの値は（ｋ−（ｉ＋１））＝１を満たす値であり、ｉ＝ｋ−２）

ステップΙ−５.
下記のように、Ｓａ列群の中で列群の番号が１つ上で行番号が１つ上の、斜め上隣に位置するＳａ列群の太陽電池と直列接続する。
太陽電池の接続：
[（２ｋ−Ｐｏ＋２＋ｉ）Ｓａ_（１＋ｉ）]と、[（２ｋ−Ｐｏ＋３＋ｉ）Ｓａ_（２＋ｉ）]（ここでｉ＝０、１、２、…）。

ステップΙ−６．
Ι−２．〜Ι−５のステップを、接続する太陽電池がｎ列群対の太陽電池に達するまで繰り返す。なお、Ι−２．〜Ι−５の過程で、すでに接続する太陽電池がｎ列群対の太陽電池に達すれば、その時点で次のステップΙ−７．に移る。

ステップΙ−７．
Ι−６．で接続されたｎ列群対にある太陽電池と太陽電池のホット端子を接続する。

このようにステップΙ−１．〜ステップΙ−７．により、Ｓａ列群の太陽電池を直列接続することで、出力電圧が略ｎ×Ｖボルトのｋ本の太陽電池ストリング４０を得る。

［ＩＩ］リターン（−）端子と各々接続された１Ｓｂ列群の太陽電池アセンブリ列[１Ｓｂ_Ｐｏ]（Ｐｏ＝１、２、…、ｋ）を含む太陽電池ストリング４０について：
以下のステップにより、太陽電池間を接続する。

以下のステップにより、太陽電池アセンブリ列３０の間を接続線路により接続する。
ステップＩＩ−１.
下記のように、Ｓｂ列群の中で列群の番号が１つ上で行番号が１つ下の、斜め下隣に位置するＳｂ列群の太陽電池と直列接続する。ただし、この直列接続する相手となる太陽電池（列群の番号が１つ上で行番号が１つ下の斜め隣に位置するＳｂ列群の太陽電池）が無い場合は、次のステップＩＩ−２．に移る。
太陽電池の接続：
[（１＋ｉ）Ｓｂ_（Ｐｏ−ｉ）]と[（２＋ｉ）Ｓｂ_（Ｐｏ−ｉ−１）]
（ここでｉ＝０、１、２、…）

ステップＩＩ−２．
接続する太陽電池が下端の太陽電池（行番号が１の太陽電池）に至った時点で、列群の番号が１つ上で行番号が１のＳａ列群の太陽電池と直列接続する。
太陽電池の接続：
[（Ｐｏ）Ｓｂ_１]と、[（Ｐｏ＋１）Ｓａ_１]
（ここでｉの値は（Ｐｏ−ｉ−１）＝１を満たす値であり、ｉ＝Ｐｏ−２）

ステップＩＩ−３．
次に、下記のように、Ｓａ列群の中で列群の番号が１つ上で行番号が１つ上の、斜め上隣に位置するＳａ列群の太陽電池と直列接続する。
[（Ｐｏ＋１＋ｉ）Ｓａ_１＋ｉ]と、[（Ｐｏ＋２＋ｉ）Ｓａ_（２＋ｉ））]
（ここでｉ＝０、１、２、…）。

ステップＩＩ−４．
接続する太陽電池が配列の上端の太陽電池（行番号がｋの太陽電池）に至った時点で、列群の番号が１つ上で行番号がｋのＳｂ列群の太陽電池と直列接続する。
太陽電池の接続：
[（Ｐｏ＋ｋ）Ｓａ_ｋ]と、[（Ｐｏ＋ｋ＋１）Ｓｂ_ｋ]
（ここでｉの値は（２＋ｉ）＝ｋを満たす値であり、ｉ＝ｋ−２）

ステップＩＩ−５.
下記のように、Ｓｂ列群の中で列群の番号が１つ上で行番号が１つ下の、斜め下隣に位置するＳｂ列群の太陽電池と直列接続する。
太陽電池の接続：
[（Ｐｏ＋ｋ＋１＋ｉ）Ｓｂ_（ｋ−ｉ）]と、[（Ｐｏ＋ｋ＋２＋ｉ）Ｓｂ_（ｋ−ｉ−１）]（ここでｉ＝０、１、２、…）。

ステップＩＩ−６．
ＩＩ−２．〜ＩＩ−５のステップを、接続する相手の太陽電池がｎ列群対の太陽電池に達するまで繰り返す。なお、ＩＩ−２．〜ＩＩ−５の過程で、すでに接続する太陽電池がｎ列群対の太陽電池に達すれば、その時点で次のステップＩＩ−７．に移る。

ステップＩＩ−７．
ＩＩ−６．で接続されたｎ列群対にある太陽電池と太陽電池のホット端子を接続する。

このようにステップＩＩ−１．〜ステップＩＩ−７．により、Ｓｂ列群の太陽電池を直列接続することで、出力電圧が略ｎ×Ｖボルトであるｋ本の太陽電池ストリング４０を得る。

図１は、太陽電池行数ｋが列群数ｎと等しい（ｋ＝ｎ）場合において、図４で示した太陽電池パネルの各太陽電池アセンブリ列３０を上記のステップΙ−１．〜ステップΙ−７．およびステップＩＩ−１．〜ステップＩＩ−７．により接続して得られた合計２ｋ本の太陽電池ストリング４０_１〜４０_２ｋを示した太陽電池パネルの一例である。

図１に示したように太陽電池アセンブリ列３０が配列された太陽電池パネル１００における各太陽電池アセンブリ列３０の各正極端の電位は、図１の中で示すように０ボルト、Ｖボルト、２Ｖボルト、３Ｖボルトもしくは４Ｖボルトとなる。
そして、図から判るように、同一の太陽電池アセンブリ列群対に含まれる太陽電池アセンブリ列内での電位差は最大でＶボルトである。
また、隣接する太陽電池アセンブリ列群間の相対する太陽電池間の電位差も、隣接する太陽電池アセンブリ列群の極性が同一であるために、常にＶボルト以下に保たれる。

このように、実施の形態１にかかる太陽電池パネル１００によれば、隣接する太陽電池アセンブリ列の端の電位差はＶボルト以下に抑えることができるため、太陽電池間の放電を抑えることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１の太陽電池パネルにおいて一例としてｋ＝ｎ＝４の場合の太陽電池の例について説明する。
図６は、実施の形態１の太陽電池パネルでｋ＝ｎ＝４とした場合の太陽電池アセンブリ列３０の接続を表わした図である。
太陽電池パネル３０には３２個（＝ｋ×（２×ｎ））の太陽電池アセンブリ列が配されており、各々の太陽電池アセンブリ列３０は以下のように接続され、太陽電池ストリング４０を構成する。

（１）太陽電池ストリング４０_１；
（リターン端）−［１Ｓａ_１］−［２Ｓａ_２］−［３Ｓａ_３］−［４Ｓａ_４］−（ホット端）
（２）太陽電池ストリング４０_２；
（リターン端）−［１Ｓａ_２］−［２Ｓａ_３］− ［３Ｓａ_４］−［４Ｓｂ_４］−（ホット端）
（３）太陽電池ストリング４０_３；
（リターン端）−［１Ｓａ_３］−［２Ｓａ_４］−［３Ｓｂ_４］−［４Ｓｂ_３］−（ホット端）
（４）太陽電池ストリング４０_４；
（リターン端）−［１Ｓａ_４］−［２Ｓｂ_４］−［３Ｓｂ_３］−［４Ｓｂ_４］−（ホット端）
（５）太陽電池ストリング４０_５；
（リターン端）−［１Ｓｂ_４］−［２Ｓｂ_３］−［３Ｓｂ_２］−［４Ｓｂ_１］−（ホット端）
（６）太陽電池ストリング４０_６；
（リターン端）−［１Ｓｂ_３］−［２Ｓｂ_２］−［３Ｓｂ_１］−［４Ｓａ_１］−（ホット端）
（７）太陽電池ストリング４０_７；
（リターン端）−［１Ｓｂ_２］−［２Ｓｂ_１］−［３Ｓａ_１］−［４Ｓａ_２］−（ホット端）
（８）太陽電池ストリング４０_８；
（リターン端）−［１Ｓｂ_１］−［２Ｓａ_１］−［３Ｓａ_２］−［４Ｓａ_３］−（ホット端）

このように、実施の形態２にかかる太陽電池パネル１００によれば、隣接する太陽電池アセンブリ列の端の電位差はＶボルト以下に抑えることができるため、太陽電池間の放電を抑えることができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１の太陽電池パネルにおいて、ｋ＝２、ｎ＝４とした場合について説明する。
図７は実施の形態１の太陽電池パネルでｋ＝２、ｎ＝４とした場合の太陽電池アセンブリ列３０の接続を表わした図である。
太陽電池パネル３０上には１６個の太陽電池アセンブリ列が配されており、各々の太陽電池アセンブリ列は以下のように接続され、太陽電池ストリング４０を構成する。

（１）太陽電池ストリング４０_１；
（リターン端）−［１Ｓａ_１］−［２Ｓａ_２］−［３Ｓｂ_２］−［４Ｓｂ_１］−（ホット端）
（２）太陽電池ストリング４０_２；
（リターン端）−［１Ｓａ_２］−［２Ｓｂ_２］−［３Ｓｂ_１］−［４Ｓａ_１］−（ホット端）
（３）太陽電池ストリング４０_３；
（リターン端）−［１Ｓｂ_２］−［２Ｓｂ_１］−［３Ｓａ_１］−［４Ｓａ_２］−（ホット端）
（４）太陽電池ストリング４０_４；
（リターン端）−［１Ｓｂ_１］−［２Ｓａ_１］−［３Ｓａ_２］−［４Ｓｂ_２］−（ホット端）

このように、実施の形態３にかかる太陽電池パネル１００によれば、隣接する太陽電池アセンブリ列の端の電位差はＶボルト以下に抑えることができるため、太陽電池間の放電を抑えることができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、太陽電池パネル１００に働く回転力の相殺効果について説明する。
図８はこの発明の実施の形態４に係る太陽電池パネル１００の上面図であり、実施の形態１の図１で説明した太陽電池アセンブリ列３０の配置においてｋ＝４、ｎ＝４の場合を表わしたものである。
図８の太陽電池パネルでは、８本の太陽電池ストリング４０が配線されている。すなわち、リターン（−）端子と接続された太陽電池アセンブリ列１Ｓａ_１を含んだ太陽電池ストリング４０（ここでは太陽電池ストリング４０_ａ１という。以下同様）、１Ｓａ_２を含んだ太陽電池ストリング４０_ａ２、１Ｓａ_３を含んだ太陽電池ストリング４０_ａ３、１Ｓａ_４を含んだ太陽電池ストリング４０_ａ４、１Ｓｂ_１を含んだ太陽電池ストリング４０_ｂ１、１Ｓｂ_２を含んだ太陽電池ストリング４０_ｂ２、１Ｓｂ_３を含んだ太陽電池ストリング４０_ｂ３、１Ｓｂ_４を含んだ太陽電池ストリング４０_ｂ４の８本の太陽電池ストリング４０が配線されている。

ここで、太陽電池ストリング４０_ａ１と太陽電池ストリング４０_ｂ４を対とし、また、太陽電池ストリング４０_ａ２と太陽電池ストリング４０_ｂ３、太陽電池ストリング４０_ａ３と太陽電池ストリング４０_ｂ２、太陽電池ストリング４０_ａ４と太陽電池ストリング４０_ｂ１を対としたときに、図８に示す太陽電池パネルの中心線に対して、同じ太陽電池列群対内での線対称位置となる行番号の太陽電池アセンブリ列を常に通る太陽電池ストリングルートを構成する。
例えば、太陽電池ストリング４０_ａ１と太陽電池ストリング４０_ｂ４とを考えたときに、太陽電池ストリング４０_ａ１と太陽電池ストリング４０_ｂ４は各々、図８に示す太陽電池パネル１００の中心線に対して同じ太陽電池列群対内での線対称位置にある太陽電池アセンブリ列１Ｓａ_１と１Ｓｂ_４を通る。
このように、先に記載した太陽電池ストリングの対は、太陽電池パネルの中心線に対して、同じ太陽電池列群対内での線対称位置となる行番号の太陽電池アセンブリ列を常に通る太陽電池ストリングルートを構成することから、太陽電池ストリングの発電により生じる各々の電流ループが発生する磁気モーメントは、互いに相殺し合うことになる。

普通、磁気モーメントに起因し太陽電池パネルに回転力が生じる場合には、この回転力を相殺するために衛星が搭載するガスタンクに接続されたノズルからガス噴射を行い姿勢を安定させる必要がある。また、別の方法としては太陽電池ストリングで発生した磁気モーメントを相殺する為に太陽電池パネルの裏面などで衛星本体へと接続する配線のルートを配線に流れる電流より生ずる磁気モーメントが太陽電池ストリングで発生した磁気モーメントと相殺されるよう迂回させる必要があった。そのため配線重量が増加し、衛星を軌道へ投入するロケット打ち上げ費用が増加してしまうが、本実施の形態の太陽電池パネルでは、太陽電池ストリングを流れる電流ループにより発生する磁気モーメントは、互いに相殺し合うことから、パネルに加わる全体的磁気モーメントをほぼゼロの値に低減することができる。
このように本実施の形態の太陽電池パネルではパネルに加わる全体的磁気モーメントを低減することができることから、特別にガス噴射等の動作を行うことなく、衛星の姿勢を安定させることができる。また、太陽電池パネル全体の磁気モーメントを相殺させる配線迂回ルートが不要となり、パネル重量を小さくできる為、衛星重量増加によるロケット打上げコストの増加を回避できる。

なお、上記の説明では図１で説明した太陽電池アセンブリ列３０の配置においてｋ＝４、ｎ＝４の場合を一例として説明したがこの場合に限られるものではなく、ｋおよびｎが他の値の場合であっても同様の効果を奏する。

実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態１〜４で説明した太陽電池パネルの一領域に太陽電池アセンブリ列３０を配置することができない障害物等がある場合であっても、この障害物を回避しながら、複数ある太陽電池ストリング間の出力電圧のばらつきを抑えることができる太陽電池パネルについて説明する。

衛星が有する機構の１つとして、表面に太陽電池が配置された太陽電池パネルとヨークが展開バネを組込んだヒンジで互いに結合して構成される展開型太陽電池パネルを、人工衛星の打上げ時には衛星本体に折りたたんで格納してその状態を維持し、展開信号によって解放するホールドダウン機構と呼ばれる機構がある。
このホールドダウン機構を有する衛星では、太陽電池パネル折り畳んで格納した状態を維持するために太陽電池パネルの一領域に機構用の穴が形成される。

太陽電池パネルに穴が形成されていると、その穴のある場所には太陽電池を貼り付けることができない。太陽電池の貼り付けができないために、複数の太陽電池ストリングの中で特定の太陽電池ストリングの出力電圧が低くなり、他の並列接続される太陽電池ストリングの出力電圧との間に大きな電位差が生じてしまうような場合、その電位差を補償する手段を講じなければならない、などの問題が生じる。

図９は、実施の形態５における太陽電池パネルの一部分に障害物（穴）が一列上に配されている場合の、太陽電池アセンブリ列３０の配置を示した例である。
実施の形態５では、太陽電池パネルの障害物（穴）のある場所では、その障害物（穴）に重ならないように太陽電池アセンブリ列３０のサイズを小さくした太陽電池アセンブリ列３０ｂを用意し、当該太陽電池アセンブリ列３０ｂを太陽電池パネル基板１０上に張り合わせる。そして、実施の形態１〜４と同様に、太陽電池アセンブリ列３０を電気的に配線し太陽電池ストリングを構成する。

このように本実施の形態５の太陽電池パネルでは、障害物（穴）に重ならず、また障害物（穴）を覆わないように、太陽電池アセンブリ列３０のサイズを小さくした太陽電池アセンブリ列３０ｂを用意し、実施の形態１〜４と同様に斜め方向に太陽電池アセンブリ列３０を電気的に配線して太陽電池ストリングを構成するようにした。

このようにすることで、障害物（穴）があることによる出力電圧の低下を特定の太陽電池ストリングに集中させることなく、複数の太陽電池ストリング４０に分散させることができる。結果として、複数の太陽電池ストリングの中で特定の太陽電池ストリングの出力電圧が低くなり他の並列接続される太陽電池ストリングの出力電圧との間に大きな電位差が生じてしまうことを回避することができる。

なお、図１、図５〜図９で示した太陽電池パネルは一例であり、太陽電池アセンブリ列３０の配列については図１、図５〜図９で示した配列を左右反転したもの、あるいは上下反転したもの等であってもよい。

１ 太陽電池セル、２ 半導体基板、３ 受光面電極、４ バー電極、６ インターコネクタ、７ 接着剤、８ カバーガラス、１０ 太陽電池パネル基板、１１ コア、１２ 表皮、１３ 絶縁層、３０ 太陽電池アセンブリ列、４０ 太陽電池ストリング、１００ 太陽電池パネル。

Claims (3)

1. 太陽電池セルからなる複数の太陽電池アセンブリ列と前記太陽電池アセンブリ列の間を電気的に接続する接続線路とから構成される複数の太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングを支持する基板とを備えた太陽電池パネルであって、
   前記基板上には、電位勾配が第１の方向にあるｋ個の前記太陽電池アセンブリ列が一列に配置された第１の太陽電池アセンブリ列群と、前記第１の太陽電池アセンブリ列群に隣接し、電位勾配が前記第１の方向とは逆の第２の方向にあるｋ個の前記太陽電池アセンブリ列が一列に配置された第２の太陽電池アセンブリ列群と、からなるｎ個の太陽電池アセンブリ列群対が、互いに鏡像関係となる位置に配置され、
   前記太陽電池ストリングは、
   前記第１の太陽電池アセンブリ列群にあってｋ行×ｎ列の行列状に配置された各々の前記太陽電池アセンブリ列が、前記行列の行番号と列番号とが１ずつ増加する順目の斜め方向にある太陽電池アセンブリ列と順に前記接続線路により接続され、
   上端または下端の行では、前記第１の太陽電池アセンブリ列群をなす前記太陽電池アセンブリ列が、隣接する太陽電池アセンブリ列群対にある前記第２の太陽電池アセンブリ列群をなす太陽電池アセンブリ列と前記接続線路により接続され、当該接続された前記第２の太陽電池アセンブリ列群をなす太陽電池アセンブリ列は、行番号が１減少し列番号が１増加する逆目の斜め方向にある前記第２の太陽電池アセンブリ列群の太陽電池アセンブリ列と順に前記接続線路により接続されることにより形成され、
   また、前記第２の太陽電池アセンブリ列群にあってｋ行×ｎ列の行列状に配置された各々の前記太陽電池アセンブリ列が、前記逆目の斜め方向にある太陽電池アセンブリ列と順に前記接続線路により接続され、
   上端または下端の行では、前記第２の太陽電池アセンブリ列群をなす前記太陽電池アセンブリ列が、隣接する太陽電池アセンブリ列群対にある前記第１の太陽電池アセンブリ列群の太陽電池アセンブリ列と前記接続線路により接続され、当該接続された前記第１の太陽電池アセンブリ列群をなす太陽電池アセンブリ列は、前記順目の斜め方向にある前記第１の太陽電池アセンブリ列群の太陽電池アセンブリ列と順に前記接続線路により接続されることにより形成されることを特徴とする太陽電池パネル。
2. 太陽電池パネルには、折り畳んだ状態で格納し展開信号により前記太陽電池パネルが展開する展開機構用の穴が形成されており、
   前記太陽電池アセンブリ列は、前記展開機構用の穴を覆わないように、前記穴の周辺では他に配置された太陽電池アセンブリ列と比較しサイズの小さい太陽電池アセンブリ列が配置されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
3. 請求項１、２いずれか記載の太陽電池パネルを搭載した人工衛星。

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