CN108028625A - 太阳能发电系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能发电系统，其具有：由一个以上的太阳能电池模块构成的太阳能电池阵列与功率调节器，所述太阳能发电系统的特征在于：前述太阳能电池模块包含一个以上的太阳能电池单元，所述太阳能发电系统具有第一导线与恒压电源，所述第一导线连接至导体部，所述导体部与设置在前述太阳能电池模块中的前述太阳能电池单元相绝缘，所述恒压电源的一端连接至前述第一导线，并且，通过前述恒压电源，对前述导体部供给电位。由此，提供一种太阳能发电系统，其能够抑制太阳能电池模块的制造成本上升，并且能够抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电系统及其使用方法。
背景技术
一般的太阳能电池系统是由连接多数个太阳能电池模块而成的太阳能电池阵列、接线盒、功率调节器等构成。
在上述太阳能电池系统中，近年来成为问题的后述电位诱发衰减现象(PotentialInduced Degradation，PID)主要发生在结晶系太阳能电池模块中。
结晶系太阳能电池模块是通过下述来作成：将已利用排线(tab)互连的由单晶或多晶硅基板构成的太阳能电池单元，利用乙烯-醋酸乙烯共聚物(Ethylene VinylAcetate，EVA)等密封材料加以密封后，进一步夹进白板钢化玻璃与背板(backsheet)并且加以层压。因为太阳能电池模块通常需要一定程度的强度，所以会在其周围附接铝框。
作为一般的结晶系硅太阳能电池单元，例如有专利文献1和2公开的太阳能电池单元。特别是，专利文献2公开的结晶系硅太阳能电池单元，其使用p型单晶或p型多晶硅基板，并且，受光面电极通过以银膏作为材料的丝网印刷法来形成，非受光面(背面)电极则通过以铝膏作为材料的丝网印刷法来形成，此外，受光面侧的反射防止膜也就是氮化硅膜通过PECVD法形成，进一步，用于形成受光面侧的pn结的扩散层是使用POCl3气体(磷来源气体)并通过热扩散来形成。
然后，在此太阳能发电系统中，以太阳能电池阵列能够升压到必需的电压的方式来串联成太阳能电池模块。此外，为了防止自太阳能电池模块漏电所造成的触电和火灾事故，从围绕太阳能电池模块的金属框取出地线，将这些地线连结，并且将这些地线的一端连接到接地电极。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-072293号公报
专利文献2：日本特开2006-324504号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，若进行如上所述的连接，则太阳能电池模块的金属框的任一者皆会成为0V，另一方面，源自在太阳能电池阵列中用于升压的串联，在阵列端的正极端与负极端之间会具有大的电位差，在家庭用方面会成为200V以上，在工业用方面则会成为600V～1000V。这意味着，在阵列端的太阳能电池模块中，金属框的电位会是0V，相较于此，太阳能电池单元在家庭用方面会成为最低具有±100V的电位差，在产业用方面会成为最低具有±300～±500V的电位差。这样份量的电位差，其隔着玻璃和密封材料，经过长时间，会产生在太阳能电池单元的表面感应(induce)的问题。将这导致的太阳能电池模块的劣化称为PID，现今已成为重大的问题。
PID是如何发生的，其为尚未解开的部分，不过，认为至少太阳能电池模块的玻璃内的钠离子是原因之一。钠离子是阳离子，因此若相对于太阳能电池单元，太阳能电池模块的玻璃和金属框的电位成为更高，则此阳离子会通过库仑力移动到玻璃内以及进一步移动到密封材料内，而被驱动到太阳能电池表面附近。这被认为会使太阳能电池的pn结的电场失序、电极腐蚀之类，而损害太阳能电池的特性。
PID的对策是封锁此钠离子的移动能力，就密封材料而言，代替EVA，利用电阻率低的离子聚合物、聚烯烃等，则PID会受到抑制。此外，已知在将玻璃作化学处理而将钠取代成钾的玻璃中，PID也不容易产生。这被认为是因为，相较于钠离子，钾离子的半径更大，所以在玻璃和密封材料内的移动能力会受到限制。此外，也有公开若增加抗反射膜等太阳能电池表面上的膜的导电率，则PID不容易发生。这能够解释为，即使钠离子往太阳能电池单元的附近聚集，此导电性高的膜也会削弱施加在电池内部的库仑力。
然而，上述对策不论何者都会提高太阳能电池模块的制造成本，而只会阻碍太阳能发电的普及。此外，有被说到在温度和湿度高等环境恶劣的地方，PID容易发生，就算是进行上述对策，依据环境，还是会有无法使PID降至零的问题。
本发明是有鉴于上述问题而完成，目的在于提供一种太阳能发电系统，其能够抑制太阳能电池模块的制造成本上升，并且能够抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。
解决问题的技术方案
为了达成上述目的，本发明提供一种太阳能发电系统，其具有：由一个以上的太阳能电池模块构成的太阳能电池阵列与功率调节器，所述太阳能发电系统的特征在于：前述太阳能电池模块包含一个以上的太阳能电池单元，所述太阳能发电系统具有第一导线与恒压电源，所述第一导线连接至导体部，所述导体部与设置在前述太阳能电池模块中的前述太阳能电池单元相绝缘，所述恒压电源的一端连接至前述第一导线，并且，通过前述恒压电源，对前述导体部供给电位。
如此一来，若是这种太阳能发电系统，其具有第一导线与恒压电源，所述第一导线连接至导体部，所述导体部与设置在太阳能电池模块中的太阳能电池单元相绝缘，所述恒压电源的一端连接至前述第一导线，并且，通过恒压电源，对导体部供给电位，则能够将太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧。由此，能够制成一种太阳能发电系统，其能够抑制太阳能电池模块的制造成本，并且能够抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。
此时，优选为对前述导体部供给的电位是负电位。
在太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子是钠离子这样的阳离子时，通过将供给到导体部的电位设为负电位，能够有效地将太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧，而能够有效地抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。
此时，优选为前述太阳能电池模块包含多数个太阳能电池单元，前述太阳能电池单元彼此利用第二导线连结。
通过这种结构，能够更加提高太阳能电池模块的开路电压。
此时，优选为前述恒压电源的另一端连接至第三导线，前述第一导线经由前述恒压电源以及前述第三导线连接至接地电极。
通过这种结构，能够对导体部供给稳定的电位。
此时，优选为前述太阳能电池阵列包含多数个太阳能电池单元，前述恒压电源的另一端连接至第三导线，前述第一导线经由前述恒压电源以及前述第三导线连接至前述太阳能电池阵列所包含的多数个太阳能电池单元中的电位最低的太阳能电池单元。
通过这种结构，能够确实地将前述供给至导体部的电位降低成比太阳能电池单元的电位低。
此时，优选为前述第一导线、前述恒压电源、前述第三导线中的任一者连结电流计。
若是这种结构，则上述电流计在检测到电流时也就是在有电流流过时，能够抓到此信号并且通过适当的判断而停止来自恒压电源的电压的施加。检测到电流意指太阳能电池模块中的某处有漏电，所以通过获知此信号，能够优先进行太阳能电池模块的更换和修理。
此时，优选为前述第一导线连接的前述导体部是以包围前述太阳能电池模块的方式而设置的金属框。
如此一来，作为被供给电位的导体部，能够合适地使用电位被固定在一般的接地电位的金属框。
此时，优选为前述第一导线连接的前述导体部是以包围前述太阳能电池模块的方式而设置的导电膜，前述第一导线与经由绝缘膜而以包围前述导电膜的方式而设置的金属框相绝缘。
如此一来，通过第一导体与金属框相绝缘，即便是在电位供给时接触金属框，也能够使引起触电事故等的可能性更加降低。
此外，本发明提供一种太阳能发电系统的使用方法，其是使用上述太阳能发电系统的方法，所述方法的特征在于：通过前述恒压电源，对前述导体部供给电位。
若是这种太阳能发电系统的使用方法，通过恒压电源对导体部供给电位，则能够将太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧，由此，能够抑制太阳能电池模块的制造成本，并且能够抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。
此时，优选为不发电时，通过前述恒压电源，对前述导体部供给电位。
通过设为如此，在发电时，不会对导体部供给电位，由此，即便在太阳能电池模块漏电时，也能够安全地使此漏出的电流接地。另一方面，通过在不发电时，对导体部供给电位，则能够将太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧，并且，即便在发电中显现PID，也能够在不发电时使此劣化恢复。
此时，优选为前述不发电时，通过前述恒压电源，对前述导体部供给具有前述太阳能电池模块的开路电压的30％以上的绝对值的电位。
不发电时，各个太阳能电池单元的电位约略固定而几乎没有差距，因此，通过对导体部供给具有构成太阳能电池阵列的太阳能电池模块的开路电压的30％以上的绝对值的电位，即便在发电时显现PID，也能够在不发电时有效地使此劣化恢复。
发明的效果
如上所述，若是本发明的太阳能发电系统，具有第一导线与恒压电源，所述第一导线连接至导体部，所述导体部与设置在太阳能电池模块中的太阳能电池单元相绝缘，所述恒压电源的一端连接至前述第一导线，并且，通过恒压电源，对导体部供给电位，由此，能够将太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧。由此，能够制成一种太阳能发电系统，其能够抑制太阳能电池模块的制造成本的上升，并且能够抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。此外，若是本发明的太阳能发电系统的使用方法，通过恒压电源对前述导体部供给电位，由此，能够将太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧，由此，能够抑制太阳能电池模块的制造成本，并且能够抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。
附图说明
图1是表示本发明的太阳能发电系统的实施方式的实例(第一态样)的机器结构图。
图2是表示一般的太阳能发电系统的一个实例的机器结构图。
图3是表示在本发明的太阳能发电系统的第一态样中设置有开关的实例的机器结构图。
图4是表示本发明的太阳能电池单元相对于导体部的电位的图，所述太阳能电池单元代表太阳能电池阵列内的太阳能电池模块。
图5是表示本发明的太阳能发电系统的实施方式的另一个实例(第二态样)的机器结构图。
图6是表示本发明的太阳能发电系统的实施方式的另一个实例(第三态样)的机器结构图。
图7是表示本发明的太阳能发电系统的实施方式的另一个实例(第四态样)中的太阳能电池模块的金属框的安装方法的图。
图8是表示比较例1、2的太阳能发电系统的机器结构图。
图9是用于说明导体部与太阳能电池单元之间的电位差测定方法的图。
图10是表示实施例1及比较例1的太阳能电池单元相对于铝框的电位的图，所述太阳能电池单元代表太阳能电池阵列内的各个太阳能电池模块。
图11是表示实施例2、比较例2及实施例3的太阳能电池阵列内的太阳能电池单元相对于铝胶带的电位的图，所述太阳能电池单元代表各个太阳能电池模块。
图12是表示在实施例2及比较例2的太阳能发电系统中，运转40天后，在太阳能电池阵列内，最低电位侧的太阳能电池模块的电致发光图像的图。
具体实施方式
以下，针对本发明，作为实施方式的一个实例，参照附图来详细说明，但本发明并不限于此实施方式。
如前所述，在太阳能发电系统中，从设置于太阳能电池模块的金属框取出地线并且连接到接地电极，但若进行这种连接，则在模块内(即，太阳能电池单元与金属框之间)会成为具有非常大的电位差。由于此电位差，存在于太阳能电池模块的玻璃内的杂质离子会通过库仑力而移动到玻璃内并且进一步移动到密封材料内，而逼近太阳能电池表面的附近，由此，会有损害太阳能电池的输出特性和太阳能电池模块特性劣化的问题。这被称为PID，已成为现今的重大问题。
对此，已提出改变密封用的密封材料和玻璃材料、或提高抗反射膜等太阳能电池单元表面的膜的导电性，但任一方法都还有耗费制造成本的问题和在环境恶劣的地方会无法使PID成为零的问题。
因此，本发明人针对太阳能发电系统反复认真地进行了研究，所述太阳能发电系统能够抑制制造成本的上升，并且能够抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。其结果，发现若是一种太阳能发电系统，其具有第一导线与恒压电源，所述第一导线连接至导体部，所述导体部与设置在前述太阳能电池模块中的前述太阳能电池单元相绝缘，所述恒压电源的一端连接至前述第一导线，并且，通过前述恒压电源，对前述导体部供给电位，则能够将太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧，由此，能够制成一种太阳能发电系统，其能够抑制太阳能电池模块的制造成本的上升，并且能够抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化，而完成本发明。
首先，针对本发明的太阳能发电系统，参照图1来加以说明。
如图1所示，本发明的太阳能发电系统具有：由一个以上的太阳能电池模块11构成的太阳能电池阵列10与功率调节器13，并且，太阳能电池模块11包含一个以上的太阳能电池单元24。本发明的太阳能发电系统进一步具有：第一导线18与恒压电源17，所述第一导线18连接至导体部(例如，金属框16)，所述导体部与设置在太阳能电池模块11中的太阳能电池单元24相绝缘，所述恒压电源17的一端连接至第一导线18，并且，通过恒压电源17，对导体部供给电位。太阳能电池阵列10能够经由接线盒12连接到功率调节器13，并且能够经由功率调节器13对外部供给电力。
本发明的太阳能发电系统由于这样具有第一导线18与恒压电源，所述第一导线18连接至导体部(例如，金属框16)，所述导体部与设置在太阳能电池模块11中的太阳能电池单元24相绝缘，所述恒压电源的一端连接至第一导线18，并且，通过恒压电源，对导体部供给电位，所以，能够将太阳能电池模块11密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧，由此，能够制成一种太阳能发电系统，其能够抑制太阳能电池模块11的制造成本，并且能够抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。
在本发明的太阳能发电系统中，优选为对导体部供给的电位是负电位。
在太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子是钠离子这样的阳离子时，通过将供给到导体部的电位设为负电位，能够有效地将太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧，而能够有效地抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。
在本发明的太阳能发电系统中，优选为太阳能电池模块11包含多数个太阳能电池单元24，太阳能电池单元24彼此利用第二导线25连结(参照图1)。通过这种结构，能够更加提高发电时的太阳能电池模块11的开路电压。
在本发明的太阳光发电系统中，优选为恒压电源17的另一端(连接至第一导线18侧的相反侧)连接至第三导线26，第一导线18经由恒压电源17以及第三导线26连接至接地电极19(参照图1)。通过这种结构，能够对导体部(例如，金属框16)供给稳定的电位。
在本发明的太阳能发电系统中，优选为第一导线18、恒压电源17、第三导线26中的任一者连结电流计。若是这种结构，则上述电流计在检测到电流时也就是在有电流流过时，能够抓到此信号并且通过适当的判断而停止来自恒压电源的电压的施加。检测到电流意指太阳能电池模块中的某处有漏电，所以通过获知此信号，能够优先进行太阳能电池模块的更换和修理。
在本发明的太阳能发电系统中，能够制成第一导线18连接的导体部是以包围太阳能电池模块11的方式而设置的金属框16(参照图1)。如此一来，作为被供给电位的导体部，能够合适地使用电位被固定在一般的接地电位的金属框。
此外，如后所述，在本发明的太阳能发电系统中，能够设为第一导线18连接的导体部是以包围太阳能电池模块11的方式而设置的导电膜(例如，导电胶带)，第一导线18与经由绝缘膜(例如，绝缘胶带)而以包围上述导电膜的方式而设置的金属框(例如，铝框)16相绝缘。如此一来，通过第一导体18与金属框16相绝缘，即便是在电位供给时接触金属框，也能够使引起触电事故等的可能性更加降低。
随后，针对本发明的太阳能发电系统的使用方法，参照图1来说明。
本发明的太阳能发电系统的使用方法，其使用上述说明的太阳能发电系统，并且，通过恒压电源17对导体部(例如，金属框16)供给电位(参照图1)。如此一来，通过恒压电源17，对导体部(例如，金属框16)供给电位，则能够将太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧，由此，能够抑制制造成本，并且能够抑制由PID造成的太阳能电池特性的劣化。
在本发明的太阳能发电系统的使用方法中，优选为不发电时，通过前述恒压电源，对前述导体部供给电位。通过在恒压电源17的第一导线18侧设置开关并且切换开关，能够使第一导线18连接至恒压电源17或接地电极19，在不发电时，将开关切换至恒压电源17侧，并且，通过恒压电源17对导体部(例如，金属框16)供给电位，在发电时，将开关切换至接地电极19侧，将导体部接地。通过设为如此，在发电时，即便太阳能电池模块11漏电，也能够安全地使此漏出的电流接地。另一方面，通过在不发电时，对导体部供给电位，则能够将太阳能电池模块密封用的玻璃中包含的杂质离子从太阳能电池单元侧吸引到导体部侧，并且，即便在发电中显现PID，也能够在不发电时使此劣化恢复。
在本发明的太阳能发电系统的使用方法中，优选为不发电时，通过恒压电源17，对导体部(例如，金属框16)供给具有太阳能电池模块11的开路电压的30％以上的绝对值的电位。
不发电时，各个太阳能电池单元的电位大致固定而几乎没有差距，因此，通过对导体部供给具有构成太阳能电池阵列的太阳能电池模块的开路电压的30％以上的绝对值的电位，即便在发电时显现PID，也能够在不发电时有效地使此劣化恢复。
以下，参照图1～3，详细说明本发明的太阳能发电系统的实施方式的一例(第一态样)。
首先，如图2所示，准备太阳能电池阵列10。具体而言，准备并且连接太阳能电池模块11。太阳能电池阵列10内的模块数目通常是由功率调节器13的输入电压范围来决定。例如，最大个数设为对最大输入电压乘以安全系数(factor of safety)0.8～0.9，并且除以太阳能电池模块11的开路电压所获得的数值附近的整数。在寒冷地区等，太阳能电池模块11的电压会提高，所以应该要将这个部分作为安全系数而一并考虑。另一方面，最小个数设为将最小输入电压除以安全系数0.9，并且除以模块的最佳工作电压所获得的数值附近的整数。应该要将在高温地区的太阳能电池模块11的电压下降一并考虑，而将安全系数一并研究。
将太阳能电池模块11串联而成的一系列的太阳能电池阵列的端子收集成多数个系列，经由接线盒12而连接至功率调节器13。功率调节器13会将利用太阳能电池阵列发电获得的直流电力变换成交流电力并且会自动管理整个系统的运转，进一步，具有进行互连保护的功能。接线盒12会收集利用太阳能电池阵列10发电获得的直流电力而供给到功率调节器，并且内置直流侧开关，以防止电流逆流。接线盒12还具有吸收突波(surge)的功能。功率调节器13的额定规格，其在家庭用方面是5kW前后，在工业用方面则有10～500kW的程度。在家庭用时，太阳能电池阵列10的输出多半是5kW以下，因此多半一台电力调节器13就足够，但在大规模工业用的情况下，要考虑到功率调节器13的价格和接地条件等来决定功率调节器13的台数。
进一步，关于在家庭内消耗通过太阳光发电所获得的电力，需要隔着配电盘14连接到负载(家用电气机器)。在向电力系统有反向功率流(reverse power flow)的情况下，需要在进线配电盘(incoming panel)15上搭载接地过电压继电器(ground overvoltagerelay)，在没有反向功率流的情况下，在进线配电盘15上除了接地过电压继电器之外，还需要搭载反向功率继电器(reverse power relay)、低功率继电器(underpower relay)。如此一来，配电盘14与进线配电盘15会将来自电力公司和太阳能电池阵列而供给的电力作分配后发送到家庭内的电气机器，并且具有将通过太阳能电池发电所获得的电力送电到电力公司的功能。
另外，还准备用于实时显示瞬时发电电力和累积发电电力量的显示装置的情况也很多，温度计和日温计(pyrheliometer)的数据也一併利用。
在这样组装太阳能发电系统时，在本发明的太阳能发电系统中，例如，如图1所示，将恒压电源17连接至太阳能电池模块的导体部(例如，金属框16)。具体而言，在金属框16端打洞，对其插入螺丝并且利用导线(第1导线)18与恒压电源17相连结。由安全上来看，在安全上优选为以不会由于太阳能电池模块而触电的方式，在螺丝上施加绝缘胶带。此处，在每个太阳能电池模块上准备恒压电源17会很花费成本，因此能够作成下述：在与相邻的太阳能电池模块之间，金属框16彼此通过导线(第一导体)18连结，每个阵列或多数个阵列连接一个恒压电源17。恒压电源17的另一个端子利用A～D型接地工程埋设的接地电极19来连接。
此外，如图3所示，也可以对太阳能电池模块11的地线20的一端隔着第一导线18、开关21来连接恒压电源17。在这种系统中，当设置太阳能电池模块11时，为了防止供给电位时的漏电，导体部与太阳能电池模块内的太阳能电池单元必须充分绝缘。此外，在使用铝框16作为导体部时，会对设置在太阳能电池模块上的铝框直接加以高电压，因此通常太阳能电池模块的铝框会施行氧化铝膜处理(alumite treatment)，所以铝框的表面会与内部绝缘，但为了安全起见，需要以不靠近太阳能电池系统的方式，在周围准备严密的栅栏或围栏。
若能够组装这种系统，则会在一定的时间内，以包括太阳能电池模块的框架的非单元部(即，导体部)的电位相对于太阳能电池单元的电位成为同等或相对低的方式来对导体部供给电位，由此，钠离子会成为不容易被吸引到太阳能电池单元侧，并且能够使钠离子远离太阳能电池单元的附近。由此，可以抑制PID显现。
针对此作用，在图4中显示太阳能电池模块内的太阳能电池单元与太阳能电池模块的导体部(例如，金属框16)的电位之间的关系，并且显示细节如下。
图4表示太阳能电池阵列系统中，串联九个太阳能电池模块的情况。此处，各个太阳能电池模块的最佳工作电压设为25V。即，在太阳光照射下，太阳能电池模块会发电，每一个太阳能电池模块会升压25V。另一方面，若从太阳能电池模块的导体部接地，则导体部的电位会成为0V。相较于此，各个模块内的太阳能电池单元的电位，其相对于导体部的电位(接地电位)，一般为-100V～100V(图中的◆记号)。在此情况下，在九个太阳能电池模块中，四个太阳能电池模块的太阳能电池单元相对于导体部的电位会成为负电位。玻璃内包含的钠离子能够移动到玻璃或内部密封材料也就是EVA内，而且是阳离子，因此会被吸引到相对于金属框的电位为负电位的太阳能电池单元附近。由此，太阳能电池单元的pn结的电场会失序，电极会被腐蚀，并且太阳能电池特性会劣化。
另一方面，如图1所示，若设置连接到导体部的第一导线18，对此连接恒压电源17，并且刻意将导体部的电位降低至100V，则相对于导体部的太阳能电池模块11内的太阳能电池单元的电位会全部成为0V以上(图中的■符号)。即，太阳能电池单元24相对于导体部的电位会成为更高，因此阳离子也就是钠离子会由于库伦力而无法接近太阳能电池单元24，即，会成为不产生PID。
这在不发电时也相同。不发电时，基本上，太阳能电池模块11内的太阳能电池单元24的电位为0V(图中的▲符号)。此时，若刻意将导体部的电位降低至100V，则太阳能电池模块11内的太阳能电池单元24相对于导体部的电位会全部成为100V(图中的×符号)。此时，相对于导体部，太阳能电池单元24的电位成为更高，因此阳离子也就是钠离子会由于库伦力而无法接近太阳能电池单元24，而成为不会产生PID。
要抑制PID，理想上是如上所述地平时对太阳能电池模块的导体部(例如，金属框16)供给电位，若考虑漏电，则24小时供给电位并非优选，而优选为在夜间等不发电时供给电位，发电时则以能够对应漏电的方式将导体部接地。这可以通过切换图3所示的开关21来进行。
此外，为了降低PID，优选为不发电时，通过恒压电源17来对导体部供给电位的情况下，施加具有构成太阳能电池阵列的太阳能电池模块的开路电压的30％以上的绝对值的电位。例如，在开路电压25V的模块构成的太阳能电池阵列的情况下，如果在不发电时，对导体部供给相当于太阳能电池模块的开路电压的30％也就是-7.5V的电位，则各个太阳能电池模块相对于各个太阳能电池单元，导体部的电位会成为7.5V这样低，因此钠离子等会从太阳能电池单元附近被吸引到导体部侧，而可以使PID恢复。若是这种程度的电压，则即使触电，也不会引起重大灾害。另一方面，在供给具有未满太阳能电池模块的开路电压的30％也就是未满7.5V的绝对值的负电位的情况下，在不发电时，PID会来不及恢复，相较于供给具有7.5V以上的绝对值的负电位的情况，抑制PID的效果较低。
随后，参照图5，详细说明本发明的太阳能电池用系统的实施方式的另一个实例(第二态样)。与第一态样重复的说明将被适当地省略。
首先，准备太阳能电池阵列10。与上述第一态样同样地，将太阳能电池模块11串联而成的一系列的太阳能电池阵列的端子收集成多数个系列，经由接线盒12而连接至功率调节器13。进一步，以能够自家消耗通过太阳光发电的电力的方式，隔着配电盘14来连接到负载(家用电气机器)(参照图2)。此外，以能够向电力系统反向功率流的方式，连接进线配电盘15(参照图2)。另外，还能够准备用于实时显示瞬时发电电力和累积发电电力量的显示装置等。
为了抑制PID，与上述第一态样同样地，将此太阳能电池阵列10的各个太阳能电池模块11的导体部(例如，金属框16)利用如前所述的地线20连结，并且隔着第1导线18及开关21，对终端连接恒压电源17。恒压电源17的端子的另一端用A～D型接地工程埋设的接地电极19来连接。此时，例如，以能够测量恒压电源17与太阳能电池模块连结之间或太阳能电池模块11与接地电极19之间的电流的方式来插入电流计22。此电流计可以是不会破坏导线的被膜的钳形电流计(clamp meter)。如果恒压电源17具有电流计的功能，也可以利用它。
通过组装这种系统，电流计22检测电流时，即，检测太阳能电池模块11的漏电时，能够停止对导体部(例如，金属框16)的电位供给，而能够早期就将太阳能电池模块11更换成没有故障的太阳能电池模块。通过将电流计插入本系统，不仅能够抑制太阳能发电损失，还能够提高安全性。
随后，参照图6，详细说明本发明的太阳能电池用系统的实施方式的另一个实例(第三态样)。与第一及第二态样重复的说明将被适当地省略。
将太阳能电池模块11串联而成的一系列的太阳能电池阵列10的端子收集成多数个系列，经由接线盒12而连接至功率调节器13。进一步，以能够自家消耗通过太阳光发电的电力的方式，隔着配电盘14来连接到负载(家用电气机器)(参照图2)。此外，以能够向电力系统反向功率流的方式，连接进线配电盘15(参照图2)。另外，还能够准备用于实时显示瞬时发电电力和累积发电电力量的显示装置等。
为了抑制PID，与上述第一及第二态样同样地，将此太阳能电池阵列10的各个太阳能电池模块的导体部(例如，金属框16)利用地线20连结，并且隔着第1导线18及开关21，对终端连接恒压电源17。此时，将恒压电源17的端子的另一端直接利用接点23来连接到太阳能电池模块的串联电路的电缆27，经由电缆27连接到太阳能电池阵列10内的电位最低的太阳能电池单元24’。此时，在恒压电源17的前后设置电流计22，并且以如果电流计22检测到漏电则能够使本电路开路的方式来设定开关21，进一步提高安全性。
若设为这种电路结构，则即使在没有通过恒压电源17来供给电位的情况下，太阳能电池模块内的太阳能电池单元的电位也会成为相对于太阳能电池模块的导体部的电位是同一电位以上。由此，在施加电压时，不管外部因素如何，都可以确实地在单元与导体部(铝框)之间设立电位差。此时，通过如上所述地降低导体部侧的电位，可以更加确实地消除PID。
如上述第三态样所说明的那样，在本发明的太阳能发电系统中，太阳能电池阵列10包括多数个太阳能电池24，恒压电源17的另一端连接到第三导线26，第三导线26不连接到接地电极19而连接到接点23，由此，第一导线18也能够隔着恒压电源17与第三导线26，连接到太阳能电池阵列10包含的多数个太阳能电池单元24中的电位最低的太阳能电池单元24'。通过种结构，能够更加确实地将供给导体部的电位降低成比太阳能电池单元的电位更低。
随后，参照图7，详细说明本发明的太阳能电池用系统的实施方式的另一个实例(第四态样)。与第一～第三态样重复的说明将被适当地省略。
在本实施方式中，作为被供给电位的导体部，不使用金属框(例如，为了绝缘而已施行氧化铝膜处理的铝框)16，而使用通过绝缘膜来与金属框绝缘的导电膜。图7显示太阳能电池模块11的金属框的安装方法。在图7中，在太阳能电池模块11内的玻璃、单元、密封材料、背板所构成的层压成型体71的外周安装导电胶带72，例如铝胶带，并且将导电胶带72与恒压电源17相连接，而成为能够从外部对太阳能电池模块的玻璃施加电压。导电胶带72与恒压电源17之间的连接能够通过被膜导线75来进行。进一步，在导电胶带72上，利用绝缘胶带73例如丁基橡胶胶带来加以覆盖，由此来绝缘，通过在其周围组装铝框部件74，来对太阳能电池模块11安装金属框(例如，铝框)76。如果导电胶带72和绝缘胶带73透湿性低，则能够更加提升太阳能电池模块的可靠性。
如此一来，在太阳能电池模块中，作为被供给电位的导体部，使用与金属框76电绝缘的导电膜72，由此，即便在通过恒压电源17而对导体部供给电位时，也能够更加降低接触金属框76而引起触电事故等的可能性。
实施例
以下，显示实施例及比较例来更具体地说明本发明，但本发明并不限于这些实施例及比较例。
(实施例1)
准备如图5所示的3.38kW的太阳能发电系统。太阳能电池模块11是由一般的单晶p型基板构成的硅太阳能电池模块。太阳能电池模块利用密封材料加以密封后，进一步夹进白板钢化玻璃与背板之间并且加以层压。密封材料使用EVA，背板使用将聚对苯二甲酸乙二醇酯(Poly Ethylene Terephthalate，PET)的两侧利用杜邦(Du Pont)公司的TEDLAR PVF(Poly Vinyl Fluoride，聚氟乙烯)薄膜加以包夹而成的片材。此太阳能电池模块是利用串联60个太阳能电池单元来制作(即，所谓的60串)，具有最大输出为260W的输出，其公称(nominal)开路电压为37.9V，公称短路电流为9.10A。在本实施例中，将这些太阳能电池模块串联13个后，设置在日照良好的地方。将已如此串联的太阳能电池模块经由接线盒12连接到功率调节器13。此时，功率调节器使用额定输出4.4kW的功率调节器。太阳能电池模块11的设置角度，其理想为由90°减去设置场所的纬度所获得的角度，但通常为了缩减太阳能电池模块11之间的距离，一般会设为更低，在本实施例中是设为20°。
恒压电源17使用最大可以施加到350V为止的恒压电源，并且，利用导线电缆(图5的第一导线18)，将所述恒压电源17的负极隔着开关21连接到设置在太阳能电池阵列10端的太阳能电池模块11的铝框16的接地取出孔。
随后，设置在太阳能电池阵列10端的太阳能电池模块与其他太阳能电池模块，利用地线20而通过所述接地取出孔来连结成连系的形式。此时，为了防止第一导线18或地线20与铝框16之间不同种类的金属彼此接触而造成腐蚀，利用不锈钢制的星形垫片(starwasher)并且以螺丝牢固地锁上。另一方面，恒压电源17的正极侧则通过C型接地工程连接到接地电极19。在本实施例中，当电流计22检测到电流时，会从电流计发出信号而自动将开关21设定成停止电位供给，恒压电源17则是24小时连接着，而对铝框16持续供给-180V的电位。
(比较例1)
将太阳能电池阵列10设为与实施例1相同的结构而建构如图8所示的太阳能发电系统。即，利用地线20连接各个太阳能电池模块11的铝框16的接地取出孔，并且进行将地线20端接地(连接到接地电极19)的接地工程，由此来使太阳能发电系统接地，但并未设置恒压电源、开关以及电流计。其余部分设为与实施例1相同。
(实施例2)
准备如图6所示的5.40kW的太阳能发电系统。太阳能电池模块11是将由单晶n型基板构成的硅太阳能电池单元串联而成的太阳能电池模块。密封材料、背板使用与实施例1相同者。
所述太阳能电池模块是60串并且具有最大输出为270W的输出，公称开路电压为38.5V，公称短路电流为9.35A。在本实施例中，将这些太阳能电池模块串联20个后，设置在日照良好的地方。将已如此串联的太阳能电池模块经由接线盒12连接到功率调节器13。此时，功率调节器13利用额定输出5.5kW的功率调节器。在本实施例中，太阳能电池模块11的设置角度也与实施例1同样地设定为20°。
在本实施例中，为了更加降低触电的可能性，如图7所示，在安装铝框之前，利用铝胶带72来包围將白板钢化玻璃/EVA/太阳能电池单元/EVA/背板结构层压而成的层压成型体71的外周后，进一步以铝胶带72不会与铝框76导通的方式，使用丁基橡胶胶带73包围所述外周来绝缘。随后，组装铝框部件74。此时，以能够对铝胶带72供给电位的方式，从铝框76的侧边将接触铝胶带72的被膜导线75朝向太阳能电池模块的背面侧拉出。
在本实施例中，恒压电源17使用最大可以施加到350V为止的恒压电源，并且，将所述恒压电源17的负极隔着开关21连接到与设置在太阳能电池阵列10端的太阳能电池模块11的铝胶带72导通的被膜导线75。随后，太阳能电池阵列10中的另一个太阳能电池模块11也以连系形式来连接被膜导线75。另一方面，恒压电源17的正极侧则如图6所示，连接到太阳能电池阵列电路的低电位侧的接点23。
在本实施例中，将开关21设定为平时在恒压电源17侧，并且对铝胶带72供给相对于接点23为-10V的电位。在本实施例中，利用电流计22检测到电流时，也会从电流计发出信号，并且以立刻停止电位供给的方式导入反馈电路。
(比较例2)
将太阳能电池阵列设为与实施例2同样的结构而建构如图8所示的太阳能发电系统。即，利用地线20连接各个太阳能电池模块的铝胶带，并且进行将地线20端接地的工程，由此来使太阳能发电系统接地，但并未设置恒压电源及开关。其余部分设为与实施例2相同。
(实施例3)
准备与实施例2相同系统结构的5.40kW的太阳能发电系统系统。不过，在本实施例中，由触电和漏电这些安全性的观点来看，只在夜间(不发电时)将开关21切换到恒压电源17侧，日间(发电时)则切换到接点23侧(参照图6)。此时，在夜间(不发电时)，对铝胶带72(参照图7)供给相当于太阳能电池模块相对于接点23的开路电压的约30％(略高于30％)的电位，也就是-12V。其他运作方法设为与实施例2相同。
(实施例4)
准备与实施例3相同系统结构的5.40kW的太阳能发电系统。不过，在夜间(不发电时)，对铝胶带72(参照图7)供给相当于比太阳能电池模块相对于接点23的开路电压的30％更低的电位，也就是-9V。其他运作方法设为与实施例3相同。
在实施例1～4、比较例1和2中，对太阳光发电系统安装太阳能电池模块前，利用太阳能电池模块用的太阳模拟器来测定初始的太阳能电池的电性。测定的太阳能电池模块皆设为太阳能电池阵列中最低电位侧的太阳能电池模块。用于测定的照射光的波谱为AM 1.5Global/Class A，其强度为1kW/m2。太阳模拟器使用即便在少数载流子寿命相对较长的结晶系太阳能电池中也可以正确进行测定并且脉冲长度为50毫秒的长脉冲太阳模拟器。
随后，为了调查太阳能电池模块内的太阳能电池单元与金属框(或铝胶带)之间实际上施加了何种程度的电压，利用如图9所示的要点来测定在日间及夜间的各个模块的金属框(或铝胶带)与太阳能电池单元之间的电位差。
准备检测器94，利用其中一个针型端子(检测器的正端子)95接触铝框(或铝胶带)92，并且利用另一个针型端子(检测器的负端子)96使接触串联地连系太阳能电池模块的电缆来测定电位差。实际上，为了防止触电，铝框与电缆都有受到包覆，铝胶带则利用绝缘胶带来作覆盖，所以测定需要想办法。例如，对于铝框，可在接地端子用的孔洞的未施行氧化铝膜处理的地方放下检测器的针(检测器的正端子95)。另一方面，要直接对串联地连系太阳能电池模块的电缆97(即，将设置于太阳能电池模块背面90的分线箱(junction box)91彼此连接的导线)放下检测器的针，则会需要掀掉覆膜，所以会有问题。在此情况下，例如，准备检查用辅助电缆98，其两端具有与太阳能电池模块的电缆97的接头93配合的公母接头，而且其中间点周边的被膜已刻意剥除，将所述检查用辅助电缆98连接到太阳能电池模块之间的电缆97，并且对已刻意剥除被膜的地方放下检测器的针(检测器的负端子96)。通过这样实行，可以测定电位差。
将从低电位侧的太阳能电池模块调查获得的太阳能电池模块内的太阳能电池单元相对于金属框(或铝胶带)的电位测定结果，显示在图10与图11中。在本测定中，由测定低电位侧的端子与外框(或铝胶带)之间的电位差获得的如图10和图11所示的数值，正确来说，可以说是“模块内的第一个太阳能电池单元相对于铝框(或铝胶带)的电位”。图10是实施例1及比较例1的测定结果，图11是实施例2、比较例2及实施例3的测定结果。此处，横轴上的编号代表测定的太阳能电池模块的编号。
在实施例1中，将-180V的电位持续施加到太阳能电池模块11的铝框16，因此太阳能电池模块11内的太阳能电池单元24的电位会变得相对较高，在日间(发电时)，即便是电位最低端的太阳能电池模块内的单元，其相对于铝框16的电位也会成为0V以上。因此，在此系统的相反端，太阳能电池模块11相对于铝框16的电位会成为360V以上。通过这样实行，在实施例1的系统内，基本上没有一个地方的太阳能电池的电位会比铝框16更低。在夜间(不发电时)，由于太阳能电池没有发电，不会观察到每个太阳能电池模块的升压，只有通过对铝框16供给电位而产生的电压差180V的份量，此太阳能电池模块内的太阳能电池单元相对于铝框16的电位还是较高。
另一方面，在比较例1中，日间时，基本上太阳能电池模块内的太阳能电池单元的电位相对于铝框16会显示为负值，高电位侧的太阳能电池模块内的太阳能电池单元的电位相对于铝框16会显示为正值。也就是说，太阳能电池系统当中，大约有一半的太阳能电池的电位相对于铝框16会显示为负值，而营造出将钠离子吸引到太阳能电池单元侧的状况。并且，如图10所示，虽然有观察到一些太阳能电池模块没有显示出规律的升压造成的电位，但测量中常常会观测到这种现象。虽然还不清楚其细节，但这被认为恐怕是因为没有完全接地而处于浮地(floating)状态，于是电位不固定。
在实施例2中，持续施加-10V的结果，会如实施例1那样，没有观察到相对于铝胶带72成为负电位的太阳能电池单元。此外，没有观察到偶尔在一些太阳能电池模块中电位超出预期的状况。这是因为将恒压电源的负极侧与太阳能电池阵列中的电位最低的太阳能电池单元相连接。认为因为由此则没有浮地状态的太阳能电池模块。并且，虽然此实施例2夜间的与铝胶带之间的电位差并未显示在图11中，但所有太阳能电池模块的太阳能电池单元相对于铝胶带的电位都在+10V附近观测到。
在比较例2中，显示了与比较例1同样的与铝胶带之间的电位差的倾向。由于在夜间(不发电时)不发电，相对于铝胶带的电位几乎为0V。另一方面，日间(发电时)，大约一半的太阳能电池模块(低电位侧的太阳能电池模块)相对于铝胶带的电位会显示负电位，由此可知这些太阳能电池模块暴露于PID的威胁下。
在实施例3中，只有在夜间(不发电时)会供给相当于太阳能电池模块的开路电压的约30％(略高于30％)的电位，实际上，若测定电位，则在夜间(不发电时)，任何一个太阳能电池模块相对于铝胶带的电位都会获得12V前后的数值。此外，在实施例4中，只有在夜间(不发电时)会供给相当于未满太阳能电池模块的开路电压的30％的电位，其结果虽然没有显示在图11中，但若实行测定，则在夜间(不发电时)，太阳能电池模块内的太阳能电池单元相对于铝胶带的电位会显示9V±1V的范围。
为了调查40天后太阳能电池模块的性能会如何变化，针对实施例1～4、比较例1和2，将太阳能电池模块从框架中取出，并且使用前述太阳模拟器来调查太阳能电池的电性。测定的太阳能电池模块，其与上述同样地，设为都是在太阳能电池阵列中最低电位侧的太阳能电池模块。测定条件是与上述相同的条件。测定结果显示在表1中。
表1显示太阳能电池模块的初始数据以及设置40天后的数据，所述太阳能电池模块直接连接到功率调节器的负极。即，表1的数据是太阳能电池的电位在太阳能发电系统内为最低并且钠离子最容易被吸引到太阳能电池单元侧的太阳能电池模块的特性。也就是说，可以说是PID最会显现的太阳能电池模块的特性。另外，在实施例1～4、比较例1和2中，任一者在安装期间电流计22皆为零，没有漏电，并且没有更换太阳能电池模块。
此外，利用相机拍摄在实施例2及比较例2的太阳能电池模块中，以相对于太阳能电池单元的受光面侧的pn结为顺向的方式来流通电流而电致发光(ElectroLuminescence，EL)的发光图像(以下，称为EL图像)。其结果显示在图12中。此处，图12(a)是实施例2的EL图像，图12(b)是比较例2的EL图像。
[表1]
由表1可知，从太阳能电池模块的外部对铝框供给负电位，刻意将铝框的电位降低至比太阳能电池单元的电位更低时，在实施例1中，相较于比较例1，填充因子(fillfactor)及最大输出没有降低。这是因为PID的原因也就是钠离子没有累积在太阳能电池单元的附近。另一方面，在比较例2中，或许是与比较例1的劣化方式不同，短路电流、开路电压降低，结果导致最大输出的降低。在实施例2中，将铝胶带的电位刻意降低至比太阳能电池单元的电位更低，所以没有观察到劣化。在只有夜间(不发电时)对接点23供给负电压的实施例3及实施例4中，在供给的负电位的绝对值小的实施例4中，观察到少量的太阳能电池特性的劣化。这显示实施例4中供给的负电位的绝对值相较于实施例3更小，因此在日间(发电时)显现的PID的恢复程度显示比实施例3更小。因此，为了抑制PID，优选为供给具有对应于太阳能电池模块的开路电压的约30％以上的电压的绝对值的负电位。
观察图12的EL图像，可清楚得知上述结果。如图12所示，没有从外部供给负电位的比较例2，其最低电位侧的太阳能电池模块的EL图像的铝框附近会变暗(参照图12(b))，而能够确认显现PID。另一方面，在从外部供给负电位并且将铝胶带的电位设为与太阳能电池单元的电位同等或更低的实施例2中，在EL图像中并未观察到阴影。相反地，铝框附近的太阳能电池单元看来明亮，而可以视为特性还有进一步改善(参照图12(a))。如此，可知如本发明般地通过恒压电源而对模块的铝框(或铝胶带)供给电压可成为PID的对策。
并且，本发明并非仅限于上述实施方式。上述实施方式为例示，任何与本发明的权利要求书所记载的技术思想具有实质相同的结构并达到同样的作用效果的技术方案均包含于本发明的技术范围内。
Claims (11)
1.一种太阳能发电系统，其具有：由一个以上的太阳能电池模块构成的太阳能电池阵列与功率调节器，所述太阳能发电系统的特征在于：
所述太阳能电池模块包含一个以上的太阳能电池单元，
所述太阳能发电系统具有第一导线与恒压电源，所述第一导线连接至导体部，所述导体部与设置在所述太阳能电池模块中的所述太阳能电池单元相绝缘，所述恒压电源的一端连接至所述第一导线，
并且，通过所述恒压电源，对所述导体部供给电位。
2.如权利要求1所述的太阳能发电系统，其中，对所述导体部供给的电位是负电位。
3.如权利要求1或2所述的太阳能发电系统，其中，
所述太阳能电池模块包含多数个太阳能电池单元，
所述太阳能电池单元彼此利用第二导线连结。
4.如权利要求1～3中任一项所述的太阳能发电系统，其中，
所述恒压电源的另一端连接至第三导线，所述第一导线经由所述恒压电源以及所述第三导线连接至接地电极。
5.如权利要求1～3中任一项所述的太阳能发电系统，其中，
所述太阳能电池阵列包含多数个太阳能电池单元，
所述恒压电源的另一端连接至第三导线，
所述第一导线经由所述恒压电源以及所述第三导线连接至所述太阳能电池阵列所包含的多数个太阳能电池单元中的电位最低的太阳能电池单元。
6.如权利要求4或5所述的太阳能发电系统，其中，所述第一导线、所述恒压电源、所述第三导线中的任一者连结电流计。
7.如权利要求1～6中任一项所述的太阳能发电系统，其中，所述第一导线连接的所述导体部，是以包围所述太阳能电池模块的方式而设置的金属框。
8.如权利要求1～6中任一项所述的太阳能发电系统，其中，所述第一导线连接的所述导体部，是以包围所述太阳能电池模块的方式而设置的导电膜，
所述第一导线与经由绝缘膜而以包围所述导电膜的方式而设置的金属框相绝缘。
9.一种太阳能发电系统的使用方法，其是使用权利要求1～8中任一项所述的太阳能发电系统的方法，所述方法的特征在于：
通过所述恒压电源，对所述导体部供给电位。
10.如权利要求9所述的太阳能发电系统的使用方法，其中，不发电时，通过所述恒压电源，对所述导体部供给电位。
11.如权利要求10所述的太阳能发电系统的使用方法，其中，所述不发电时，通过所述恒压电源，对所述导体部供给具有所述太阳能电池模块的开路电压的30％以上的绝对值的电位。
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