DE112016003818T5

DE112016003818T5 - Photovoltaikerzeugungssystem und Verfahren zur Verwendung desselben

Info

Publication number: DE112016003818T5
Application number: DE112016003818.6T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Otsuka
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-05-24
Also published as: JP2017060369A; JP6595866B2; US10686082B2; CN108028625B; WO2017047004A1; US20190051766A1; CN108028625A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Photovoltaikerzeugungssystem bereit, das umfasst: eine Solarzellenanordnung, die mit einem oder mehreren Solarzellenmodulen gebildet ist; und einen Power Conditioner, wobei jedes der Solarzellenmodule eine oder mehrere Solarzellen umfasst, wobei das Photovoltaikerzeugungssystem ferner einen ersten Leitungsdraht, der mit einem Leitungsteil verbunden ist, der an jedem der Solarzellenmodule vorgesehen ist und gegenüber den Solarzellen isoliert ist, und eine Energieversorgung mit konstanter Spannung, deren eines Ende mit dem ersten Leitungsdraht verbunden ist, umfasst, und von der Energieversorgung mit konstanter Spannung ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird. Als Ergebnis davon wird das Photovoltaikerzeugungssystem bereitgestellt, in dem eine Verschlechterung der Eigenschaften der Solarzelle aufgrund von PID unterdrückt werden kann, während die Erhöhung der Herstellungskosten des Solarzellenmoduls unterdrückt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Photovoltaikerzeugungssystem und ein Verfahren zur Verwendung des Photovoltaikerzeugungssystems.
Technischer Hintergrund
Ein Photovoltaikerzeugungssystem ist mit einer Solarzellenanordnung, in der eine Mehrzahl von Solarzellenmodulen verbunden ist, einem Verteilerkasten, einem Power Conditioner oder dergleichen konfiguriert.
PID (Potential Induced Degradation), die später beschrieben wird und in dem vorstehend beschriebenen Photovoltaikerzeugungssystem in den letzten Jahren ein Problem geworden ist, tritt hauptsächlich bei einem kristallinen Solarzellenmodul auf.
Ein kristallines Solarzellenmodul wird gebildet durch Dichten von Solarzellen, die jeweils ein Einkristall-Siliziumsubstrat oder ein polykristallines Siliziumsubstrat, das mit einem Flachdraht verbunden ist, umfassen, mit einem Dichtungsmaterial, wie beispielsweise EVA (Ethylenvinylacetat), und ferner durch Anordnen der abgedichteten Solarzelle zwischen einem weißen getemperten Plattenglas und einer Rückfolie und Laminieren der zwischen diesen angeordneten Solarzelle. Da ein Solarzellenmodul normalerweise ein gewisses Ausmaß an Intensität erfordert, ist um das Solarzellenmodul herum ein Aluminiumrahmen angeordnet.
Als eine typische kristalline Silizium-Solarzelle gibt es beispielsweise kristalline Silizium-Solarzellen, wie in Patentdokumenten 1 und 2 offenbart. Insbesondere in der kristallinen Silizium-Solarzelle, die in Patentdokument 2 offenbart ist, wird ein Einkristall-Siliziumsubstrat vom p-Typ oder ein polykristallines Siliziumsubstrat vom p-Typ verwendet, sind eine Lichtaufnahmeflächen-Elektrode und eine Lichtnichtaufnahmefläche(Rückflächen)-Elektrode mit Silberpaste beziehungsweise Aluminiumpaste unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens als Materialien gebildet, ist ein Siliziumnitrid-Film, der ein Anti-Reflex-Film auf der Lichtaufnahmefläche ist, unter Verwendung eines PECVD-Verfahrens gebildet und ist außerdem eine Diffusionsschicht, die einen pn-Übergang auf der Lichtaufnahmeflächen-Seite bildet, durch thermische Diffusion unter Verwendung von POCl₃-Gas (Phosphor-Quellgas) gebildet.
In diesem Photovoltaikerzeugungssystem sind Solarzellenmodule so in Reihe geschaltet, dass eine Spannung der Solarzellenanordnung bis auf eine notwendige Spannung zunehmen kann. Außerdem sind zur Verhinderung eines Stromschlages und eines Brandes aufgrund von elektrischer Leckage von Solarzellenmodulen Erdungsdrähte aus Metallrahmen, die die Solarzellenmodule einhausen, extrahiert und verbunden und ist ein Ende des verbundenen Erdungsdrahtes mit einer Masseelektrode verbunden.
Literaturliste
Patent Literatur

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2014-072293
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2006-324504

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn jedoch eine wie vorstehend beschriebene Verbindung hergestellt wird, während sämtliche Metallrahmen der Solarzellenmodule in der Solarzellenanordnung 0 V werden, tritt eine große Potenzialdifferenz zwischen einem Ende einer positiven Elektrode und einem Ende einer negativen Elektrode an einem Ende der Anordnung aufgrund der Reihenschaltung zur Erhöhung der Spannung, die in einer privaten Solarzelle 200V oder mehr wird und in einer industriellen Solarzelle zwischen 600V und 1000V wird, auf. Das bedeutet, während ein Potenzial des Metallrahmens an dem Solarzellenmodul an einem Ende der Anordnung 0 V ist, hat eine private Solarzelle eine Potenzialdifferenz von mindestens ±100V und hat eine industrielle Solarzelle eine Potenzialdifferenz zwischen mindestens ±300V und ±500V. Wenn eine solche Potenzialdifferenz über eine lange Zeit auf eine Oberfläche der Solarzelle durch Glas und Dichtungsmaterial aufgebracht wird, tritt ein Problem auf. Eine Verschlechterung von Solarzellenmodulen aus diesem Grund wird als PID bezeichnet und PID stellt nun ein ernsthaftes Problem dar.
Während die Gründe für das Auftreten von PID immer noch unbekannt sind, geht man davon aus, dass PID mindestens teilweise aufgrund von in dem Glas des Solarzellenmoduls enthaltenen Natriumionen auftritt. Da Natriumionen Kationen sind, bewegen sich, wenn Potenziale des Glases und Metallrahmens des Solarzellenmoduls bezüglich der Solarzelle höher werden, die Kationen in dem Glas und werden außerdem in dem Dichtungsmaterial durch Coulombkraft in die Nachbarschaft der Oberfläche der Solarzelle gezwungen. Man geht davon aus, dass dies ein elektrisches Feld eines pn-Überganges der Solarzelle stört oder die Elektrode korrodiert und die Eigenschaften der Solarzelle verschlechtert.
Als eine Maßnahme gegen PID wird erwähnt, die Beweglichkeit der Natriumionen zu stoppen und PID zu verringern, wenn ein Ionomer, Polyolefin oder dergleichen, deren elektrische Widerstandsfähigkeit niedrig ist, anstatt EVA als ein Dichtungsmaterial verwendet werden. Außerdem ist bekannt, dass PID weniger wahrscheinlich in Glas auftritt, das chemisch verarbeitet wurde und in dem Natrium durch Kalium ersetzt wurde. Man geht davon aus, dass dies daherkommt, dass ein Radius eines Kaliumions größer ist als ein Radius eines Natriumions und die Beweglichkeit in Glas und einem Dichtungsmaterial dadurch begrenzt ist. Außerdem sagt man, dass PID weniger wahrscheinlich auftritt, wenn die Leitfähigkeit eines Films auf einer Oberfläche der Solarzelle, wie beispielsweise ein Anti-Reflex-Film, erhöht wird. Es kann rückgeschlossen werden, dass dies daherkommt, dass selbst, wenn Natriumionen in der Nachbarschaft der Solarzelle aggregieren, der Film mit einer hohen Leitfähigkeit die Coulombkraft schwächt, die in der Zelle ausgeübt wird.
Sämtliche der vorstehend beschriebenen Maßnahmen erhöhen jedoch nur die Herstellungskosten des Solarzellenmoduls, was die Verbreitung von Photovoltaikerzeugung nur verhindert. Außerdem sagt man, dass in einer ungünstigen Umgebung, wie beispielsweise einer Umgebung, in der die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit hoch sind, PID wahrscheinlich auftritt. Deshalb besteht, selbst wenn die vorstehend beschriebenen Maßnahmen ergriffen werden, ein Problem dahingehend, dass es unmöglich ist, PID vollständig zu beheben, welche von der Umgebung abhängt.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme erdacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Photovoltaikerzeugungssystems, das die Verschlechterung der Eigenschaften einer Solarzelle aufgrund von PID unterdrücken kann, während sie die Erhöhung der Herstellungskosten eines Solarzellenmoduls unterdrücken kann.
Lösung des Problems
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Photovoltaikerzeugungssystem mit einer Solarzellenanordnung, die mit einem oder mehreren Solarzellenmodulen gebildet ist, und einem Power Conditioner bereit, wobei jedes der Solarzellenmodule eine oder mehrere Solarzellen umfasst, das Photovoltaikerzeugungssystem ferner einen ersten Leitungsdraht, der mit einem Leitungsteil verbunden ist, der an jedem der Solarzellenmodule vorgesehen ist und gegenüber den Solarzellen isoliert ist, und eine Energieversorgung mit konstanter Spannung, deren eines Ende mit dem ersten Leitungsdraht verbunden ist, umfasst, und durch die Energieversorgung mit konstanter Spannung ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Photovoltaikerzeugungssystem, das den ersten Leitungsdraht, der mit dem Leitungsteil verbunden ist, das an jedem der Solarzellenmodule vorgesehen ist und gegenüber den Solarzellen isoliert ist, und die Energieversorgung mit konstanter Spannung, deren eines Ende mit dem ersten Leitungsdraht verbunden ist, umfasst, und in dem von der Energieversorgung mit konstanter Spannung ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird, ist es möglich, Stör-Ionen anzuziehen, die in dem Glas enthalten sind zur Abdichtung des Solarzellenmoduls von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite. Dadurch ist es möglich, das Photovoltaikerzeugungssystem umzusetzen, in dem die Herstellungskosten des Solarzellenmoduls unterdrückt werden können und eine Verschlechterung der Eigenschaften der Solarzelle aufgrund von PID unterdrückt werden kann.
Zu dieser Zeit ist es vorzuziehen, dass das an den Leitungsteil angelegte Potenzial ein negatives Potenzial ist.
Wenn in dem Glas zur Abdichtung des Solarzellenmoduls Stör-Ionen enthalten sind, die Kationen sind, wie zum Beispiel Natrium, ist es, wenn ein Potenzial, das an den Leitungsteil angelegt wird, ein negatives Potenzial ist, möglich, die Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite enthalten sind, effektiv anzuziehen, so dass es möglich ist, die Verschlechterung der Eigenschaften einer Solarzelle aufgrund von PID effektiv zu unterdrücken.
Zu dieser Zeit ist es vorzuziehen, dass das Solarzellenmodul eine Mehrzahl von Solarzellen umfasst und die Solarzellen mit einem zweiten Leitungsdraht miteinander verbunden sind.
Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, eine Leerspannung des Solarzellenmoduls weiter zu erhöhen.
Zu dieser Zeit ist es vorzuziehen, dass das andere Ende der Energieversorgung mit konstanter Spannung mit einem dritten Leitungsdraht verbunden ist und der erste Leitungsdraht über die Energieversorgung mit konstanter Spannung und den dritten Leitungsdraht mit einer Masseelektrode verbunden ist.
Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, an den Leitungsteil ein stabiles Potenzial anzulegen.
Zu dieser Zeit ist es vorzuziehen, dass die Solarzellenanordnung eine Mehrzahl von Solarzellen umfasst, das andere Ende der Energieversorgung mit konstanter Spannung mit dem dritten Leitungsdraht verbunden ist und der erste Leitungsdraht über die Energieversorgung mit konstanter Spannung und den dritten Leitungsdraht mit einer Solarzelle verbunden ist, deren Potenzial das niedrigste von der Mehrzahl von Solarzellen ist, die in der Solarzellenanordnung enthalten sind.
Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, ein Potenzial, das an den Leitungsteil angelegt werden soll, niedriger zu machen als Potenziale der Solarzellen.
Zu dieser Zeit ist es vorzuziehen, dass ein Strommesser mit einem des ersten Leitungsdrahts, der Energieversorgung mit konstanter Spannung und des dritten Leitungsdrahts verbunden ist.
Gemäß einer solchen Konfiguration ist es, wenn der vorstehend beschriebene Strommesser einen Strom erfasst, d.h., wenn ein Strom fließt, möglich, ein Signal zu beziehen, das die Erfassung angibt, und die Anlegung einer Spannung von der Energieversorgung mit konstanter Spannung aufgrund einer geeigneten Beurteilung zu stoppen. Da die Erfassung eines Stroms eine elektrische Leckage irgendwo in dem Solarzellenmodul anzeigt, ist es möglich, das Solarzellenmodul durch Kenntnis dieses Signals vorzugsweise zu ersetzen oder zu reparieren.
Zu dieser Zeit ist es vorzuziehen, dass das Leitungsteil, mit dem der erste Leitungsdraht verbunden ist, ein Metallrahmen ist, der vorgesehen ist, um das Solarzellenmodul einzuhausen.
Somit kann ein Metallrahmen, dessen Potenzial normalerweise bei einem Massepotenzial fixiert ist, vorzugsweise als ein Leitungsteil verwendet werden, an den ein Potenzial anzulegen ist.
Zu dieser Zeit ist es vorzuziehen, dass der Leitungsteil, mit dem der erste Leitungsdraht verbunden ist, ein leitfähiger Film ist, der vorgesehen ist, um das Solarzellenmodul einzuhausen, und der erste Leitungsdraht gegenüber dem Metallrahmen, der vorgesehen ist, um den leitfähigen Film einzuhausen, über einen Isolierfilm isoliert ist.
Da der erste Leitungsdraht auf diese Weise gegenüber dem Metallrahmen selbst dann isoliert ist, wenn ein Potenzial angelegt wird, ist es möglich, die Möglichkeit des Auftretens eines Unfalls mit Stromschlag oder dergleichen selbst bei Kontakt mit dem Metallrahmen zu reduzieren.
Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verwendung des vorstehend beschriebenen Photovoltaikerzeugungssystems bereit, wobei durch die Energieversorgung mit konstanter Spannung ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird.
Gemäß einem solchen Verfahren zur Verwendung des Photovoltaiksystems ist es möglich, Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung des Solarzellenmoduls von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite enthalten sind, durch Anlegen eines Potenzials an den Leitungsteil durch die Energieversorgung mit konstanter Spannung anzuziehen, so dass es möglich ist, die Herstellungskosten des Solarzellenmoduls zu unterdrücken und die Verschlechterung der Eigenschaften der Solarzelle aufgrund von PID zu unterdrücken.
Zu dieser Zeit ist es vorzuziehen, dass ein Potenzial von der Energieversorgung mit konstanter Spannung an den Leitungsteil angelegt wird, während keine Energie erzeugt wird.
Dadurch, dass selbst dann kein Potenzial an den Leitungsteilen angelegt wird, während Energie erzeugt wird, ist es, wenn elektrische Leckage an den Solarzellenmodulen vorhanden ist, möglich, den Leckstrom sicher zu erden. Währenddessen ist es, da ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird, während keine Energie erzeugt wird, möglich, Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung des Solarzellenmoduls von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite enthalten sind, anzuziehen, so dass es, selbst wenn während der Energieerzeugung PID auftritt, möglich ist, die Eigenschaften der Solarzelle vor Verschlechterung zu schützen, während keine Energie erzeugt wird.
Zu dieser Zeit ist es vorzuziehen, dass ein Potenzial mit einem Absolutwert von 30% oder mehr einer Leerspannung des Solarzellenmoduls von der Energieversorgung mit konstanter Spannung an den Leitungsteil angelegt wird, während keine Energie erzeugt wird.
Da ein Potenzial jeder Solarzelle, während keine Energie erzeugt wird, im Wesentlichen konstant ist und es eine niedrige Differenz gibt, ist es durch Anlegen eines Potenzials mit einem Absolutwert von 30% oder mehr der Leerspannung der Solarzellenmodule, die die Solarzellenanordnung bilden, an den Leitungsteil, selbst wenn PID auftritt, während Energie erzeugt wird, möglich, die Eigenschaften der Solarzelle effektiv gegenüber der Verschlechterung wiederherzustellen, während keine Energie erzeugt wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß dem Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung, das einen ersten Leitungsdraht, der mit einem Leitungsteil verbunden ist, der an einem Solarzellenmodul vorgesehen ist und gegenüber einer Solarzelle isoliert ist, und eine Energieversorgung mit konstanter Spannung, deren eines Ende mit dem ersten Leitungsdraht verbunden ist, umfasst, durch Anlegen eines Potenzials an den Leitungsteil durch die Energieversorgung mit konstanter Spannung möglich, Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung des Solarzellenmoduls von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite enthalten sind, effektiv anzuziehen. Dadurch ist es möglich, ein Photovoltaikerzeugungssystem bereitzustellen, das eine Verschlechterung der Eigenschaften der Solarzelle aufgrund von PID unterdrücken kann, während eine Erhöhung der Herstellungskosten des Solarzellenmoduls unterdrückt werden kann. Außerdem ist es gemäß dem Verfahren zur Verwendung des Photovoltaiksystems durch Anlegen eines Potenzials an den Leitungsteil durch die Energieversorgung mit konstanter Spannung möglich, Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung des Solarzellenmoduls von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite enthalten sind, effektiv anzuziehen, so dass es möglich ist, die Herstellungskosten des Solarzellenmoduls zu unterdrücken und die Verschlechterung der Eigenschaften der Solarzellen aufgrund von PID zu unterdrücken.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel für eine Ausführungsform (erster Aspekt) eines Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel für ein allgemeines Photovoltaikerzeugungssystem zeigt;
3 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem ein Schalter in dem ersten Aspekt des Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
4 ist ein Diagramm, das ein Potenzial bezüglich eines Leitungsteils einer Solarzelle zeigt, die jedes Solarzellenmodul in einer Solarzellenanordnung der vorliegenden Erfindung repräsentiert;
5 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein weiteres Beispiel (zweiter Aspekt) der Ausführungsform des Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Konfigurationsdiagramm, das noch ein weiteres Beispiel (dritter Aspekt) der Ausführungsform des Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Diagramm, das ein Montageverfahren eines Metallrahmens eines Solarzellenmoduls in noch einem weiteren Beispiel (vierter Aspekt) der Ausführungsform des Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Photovoltaikerzeugungssystem der Vergleichsbeispiele 1 und 2 zeigt;
9 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Messen einer Potenzialdifferenz zwischen dem Leitungsteil und der Solarzelle;
10 ist ein Diagramm, das ein Potenzial bezüglich eines Aluminiumrahmens einer Solarzelle zeigt, die jedes Solarzellenmodul in einer Solarzellenanordnung gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 repräsentiert;
11 ist ein Diagramm, das ein Potenzial bezüglich eines Aluminiumbandes einer Solarzelle zeigt, die jedes Solarzellenmodul in der Solarzellenanordnung gemäß Beispiel 2, Vergleichsbeispiel 2 und Beispiel 3 repräsentiert; und
12 ist ein Diagramm, das ein EL-Bild eines Solarzellenmoduls auf einer Seite des niedrigsten Potenzials in der Solarzellenanordnung 40 Tage später in den Photovoltaikerzeugungssystem gemäß Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 zeigt.

Beschreibung der Ausführungsform
Während die vorliegende Erfindung nachstehend ausführlich mit Bezugnahme auf die Zeichnungen als ein Beispiel einer Ausführungsform beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Wie vorstehend erwähnt, schafft, während in einem Photovoltaikerzeugungssystem ein Erdungsdraht von einem Metallrahmen extrahiert ist, der an einem Solarzellenmodul vorgesehen ist, und mit einer Masseelektrode verbunden ist, eine solche Verbindung eine extrem große Potenzialdifferenz in dem Modul (das bedeutet, zwischen der Solarzelle und dem Metallrahmen). Es besteht ein Problem dahingehend, dass diese Potenzialdifferenz Stör-Ionen, die in dem Glas des Solarzellenmoduls vorhanden sind, in das Glas hinein und außerdem durch Coulombkraft in ein Dichtungsmaterial bewegt, so dass Stör-Ionen in die Nachbarschaft der Oberfläche der Solarzelle gezwungen werden, was Ausgabeeigenschaften der Solarzellen zunichtemacht und Eigenschaften des Solarzellenmoduls verschlechtert. Dies wird als PID bezeichnet, die nun ein ernsthaftes Problem darstellt.
Bei der Lösung dieses Problems, bei der vorgeschlagen wird, ein für eine Dichtung oder ein Material von Glas zu verwendendes Dichtungsmaterial zu ändern oder die Leitfähigkeit eines Films auf einer Oberfläche der Solarzelle, wie beispielsweise eines Anti-Reflex-Films, zu verbessern, bestehen bei beiden Verfahren weiterhin Probleme dahingehend, dass die Herstellungskosten zunehmen und dass es unmöglich ist, PID in einer ungünstigen Umgebung vollständig zu beseitigen.
Deshalb hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung intensiv ein Photovoltaikerzeugungssystem studiert, das eine Verschlechterung der Eigenschaften der Solarzellen aufgrund von PID unterdrücken kann, während eine Erhöhung der Herstellungskosten unterdrückt wird. Folglich hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass es in einem Photovoltaikerzeugungssystem, das einen ersten Leitungsdraht, der mit einem Leitungsteil verbunden ist, der an jedem von Solarzellenmodulen vorgesehen ist und gegenüber den Solarzellen isoliert ist, und eine Energieversorgung mit konstanter Spannung, deren eines Ende mit dem ersten Leitungsdraht verbunden ist, umfasst, und in dem von der Energieversorgung mit konstanter Spannung ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird, möglich ist, Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung des Solarzellenmoduls von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite enthalten sind, effektiv anzuziehen, wodurch es möglich ist, eine Verschlechterung der Eigenschaften der Solarzellen aufgrund von PID zu unterdrücken, während eine Erhöhung der Herstellungskosten des Solarzellenmoduls unterdrückt wird, wodurch die vorliegende Erfindung zum Abschluss gebracht wurde.
Das Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung wird zuerst mit Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung eine Solarzellenanordnung 10, die mit einem oder mehreren Solarzellenmodulen 11 und einem Power Conditioner 13 gebildet ist, und umfasst jedes der Solarzellenmodule 11 eine oder mehrere Solarzellen 24. Das Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen ersten Leitungsdraht 18, der mit einem Leitungsteil (beispielsweise einem Metallrahmen 16) verbunden ist, der an jedem der Solarzellenmodule 11 vorgesehen ist und gegenüber den Solarzellen 24 isoliert ist, und eine Energieversorgung mit konstanter Spannung 17, deren eines Ende mit dem ersten Leitungsdraht 18 verbunden ist, wobei an den Leitungsteil durch die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 ein Potenzial angelegt wird. Die Solarzellenanordnung 10 kann mit dem Power Conditioner 13 über einen Verteilerkasten 12 verbunden sein und kann mittels des Power Conditioners 13 Energie nach außen liefern.
Da das Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung den ersten Leitungsdraht 18, der mit dem Leitungsteil (beispielsweise dem Metallrahmen 16) verbunden ist, der an jedem der Solarzellenmodule 11 vorgesehen ist und der gegenüber der Solarzelle 24 isoliert ist, und die Energieversorgung mit konstanter Spannung, deren eines Ende mit dem Leitungsdraht 18 verbunden ist, umfasst und an den Leitungsteil von der Energieversorgung mit konstanter Spannung, auf diese Weise ein Potenzial angelegt wird, ist es möglich, Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung des Solarzellenmoduls 11 von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite enthalten sind, effektiv anzuziehen, so dass es möglich ist, ein Photovoltaikerzeugungssystem umzusetzen, dass die Verschlechterung der Eigenschaften der Solarzellen aufgrund von PID unterdrücken kann, während eine Erhöhung der Herstellungskosten des Solarzellenmoduls 11 unterdrückt wird.
Es ist vorzuziehen, dass in dem Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung ein Potenzial, das an den Leitungsteil angelegt werden soll, ein negatives Potenzial ist.
Wenn Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung des Solarzellenmoduls enthalten sind, Kationen, wie zum Beispiel Natrium, sind, ist es, wenn das Potenzial, das an den Leitungsteil angelegt werden soll, ein negatives Potenzial ist, möglich, die Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite enthalten sind, effektiv anzuziehen, so dass es möglich ist, die Verschlechterung der Eigenschaften einer Solarzelle aufgrund von PID effektiv zu unterdrücken.
In dem Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das Solarzellenmodul 11 eine Mehrzahl von Solarzellen 24 umfasst und die Solarzellen 24 mit einem zweiten Leitungsdraht 25 miteinander verbunden sind (siehe 1). Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, eine Leerspannung des Solarzellenmoduls 11 weiter zu erhöhen, während Energie erzeugt wird.
In dem Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das andere Ende (eine Seite gegenüber einer mit dem ersten Leitungsdraht 18 verbundenen Seite) der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 mit einem dritten Leitungsdraht 26 verbunden ist und der erste Leitungsdraht 18 über die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 und den dritten Leitungsdraht 26 mit der Masseelektrode 19 verbunden ist (siehe 1). Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, ein stabiles Potenzial an den Leitungsteil (beispielsweise den Metallrahmen 16) anzulegen.
In dem Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass ein Strommesser mit einem des ersten Leitungsdrahts 18, der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 und des dritten Leitungsdrahts 26 verbunden ist. Gemäß einer solchen Konfiguration ist es, wenn der vorstehend beschriebene Strommesser einen Strom erfasst, d.h., wenn ein Strom fließt, möglich, ein Signal zu beziehen, das die Erfassung angibt, und die Anlegung einer Spannung von der Energieversorgung mit konstanter Spannung aufgrund einer geeigneten Beurteilung zu stoppen. Da die Erfassung eines Stroms eine elektrische Leckage irgendwo in dem Solarzellenmodul anzeigt, ist es möglich, das Solarzellenmodul aufgrund der Kenntnis dieses Signals vorzugsweise zu ersetzen oder zu reparieren.
In dem Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Metallrahmen 16, der vorgesehen ist, um das Solarzellenmodul 11 einzuhausen, als den Leitungsteil zu verwenden, mit dem der erste Leitungsdraht 18 verbunden ist (siehe 1). Es ist möglich, einen Metallrahmen, dessen Potenzial normalerweise bei einem Massepotenzial fixiert ist, geeignet als den Leitungsteil zu verwenden, an den auf diese Art ein Potenzial anzulegen ist.
Außerdem ist es, wie später beschrieben, in dem Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung auch möglich, eine Konfiguration zu verwenden, in der der Leitungsteil, mit dem der erste Leitungsdraht 18 verbunden ist, ein leitfähiger Film ist (beispielsweise ein Leitungsband), das vorgesehen ist, um das Solarzellenmodul 11 einzuhausen, und der erste Leitungsdraht 18 gegenüber dem Metallrahmen (beispielsweise einem Aluminiumrahmen) 16, der vorgesehen ist, um den vorstehend beschriebenen leitfähigen Film einzuhausen, über einen Isolierfilm (beispielsweise ein Isolierband) isoliert ist. Somit ist es durch Isolieren des ersten Leitungsdrahts 18 gegenüber dem Metallrahmen 16, selbst wenn ein Potenzial angelegt wird, möglich, eine Möglichkeit des Auftretens eines Stromschlages selbst bei Kontakt mit dem Metallrahmen weiter zu reduzieren.
Als nächstes ist ein Verfahren zur Verwendung des Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf 1 beschrieben.
In dem Verfahren zur Verwendung des Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung wird von der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Photovoltaikerzeugungssystems ein Potenzial an den Leitungsteil (beispielsweise den Metallrahmen 16) angelegt (siehe 1). Durch Anlegen eines Potenzials an den Leitungsteil (beispielsweise den Metallrahmen 16) durch die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 auf diese Weise ist es möglich, Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung des Solarzellenmoduls von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite enthalten sind, effektiv anzuziehen, so dass es möglich ist, die Verschlechterung der Eigenschaften der Solarzellen aufgrund von PID zu unterdrücken, während eine Erhöhung der Herstellungskosten unterdrückt wird.
In dem Verfahren zur Verwendung des Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass ein Potenzial an den Leitungsteil von der Energieversorgung mit konstanter Spannung angelegt wird, während keine Energie erzeugt wird. Ein Schalter ist auf der Seite des ersten Leitungsdrahts 18 der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 vorgesehen, so dass der erste Leitungsdraht 18 mit der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 oder der Masseelektrode 19 durch Schalten des Schalters verbunden werden kann, und an den Leitungsteil (beispielsweise den Metallrahmen 16) von der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 ein Potenzial angelegt wird durch Schalten des Schalters auf die Seite der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17, während keine Energie erzeugt wird, während der Leitungsteil durch Schalten des Schalters auf die Seite der Masseelektrode 19 mit der Masse verbunden wird, während Energie erzeugt wird. Dadurch ist es, während Energie erzeugt wird, selbst wenn eine elektrische Leckage an dem Solarzellenmodul 11 vorhanden ist, möglich, den Leckstrom sicher zu erden. Währenddessen ist es, während keine Energie erzeugt wird, durch Anlegen eines Potenzials an den Leitungsteil möglich, Stör-Ionen, die in dem Glas zur Abdichtung des Solarzellenmoduls von der Solarzellenseite zu der Leitungsteilseite enthalten sind, anzuziehen, so dass es möglich ist, selbst wenn während der Energieerzeugung PID auftritt, die Eigenschaften der Solarzelle vor Verschlechterung zu schützen, während keine Energie erzeugt wird.
In dem Verfahren zur Verwendung des Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass von der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 ein Potenzial mit einem Absolutwert gleich 30% oder mehr einer Leerspannung des Solarzellenmoduls 11 an den Leitungsteil (z.B. den Metallrahmen) angelegt wird, während keine Energie erzeugt wird.
Da ein Potenzial jeder Solarzelle, während keine Energie erzeugt wird, im Wesentlichen konstant ist und es eine niedrige Differenz gibt, ist es durch Anlegen eines Potenzials mit einem Absolutwert gleich 30% oder mehr der Leerspannung der Solarzellenmodule, die die Solarzellenanordnung bilden, an den Leitungsteil, selbst wenn PID auftritt, während Energie erzeugt wird, möglich, die Eigenschaften der Solarzelle effektiv gegenüber der Verschlechterung wiederherzustellen, während keine Energie erzeugt wird.
Ein Beispiel (erster Aspekt) einer Ausführungsform des Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung ist nachstehend mit Bezugnahme auf 1 bis 4 ausführlich beschrieben.
Zuerst wird, wie in 2 gezeigt, die Solarzellenanordnung 10 bereitgestellt. Insbesondere werden die Solarzellenmodule 11 bereitgestellt und mit Drähten verbunden. Die Anzahl von Modulen in der Solarzellenanordnung 10 wird normalerweise durch einen Bereich der Eingangsspannung des Power Conditioner 13 bestimmt. Beispielsweise wird als Höchstanzahl von Modulen eine ganze Zahl nahe an einem Wert bereitgestellt, der durch Multiplikation einer maximalen Eingangsspannung mit einem Sicherheitsfaktor von 0,8 bis 0,9 und durch Teilen der modifizierten maximalen Eingangsspannung durch die Leerspannung des Solarzellenmoduls 11 erlangt wird. Da eine Spannung des Solarzellenmoduls 11 in einer kalten Umgebung oder dergleichen zunimmt, sollte dies als der Sicherheitsfaktor berücksichtigt werden. Andererseits wird als Mindestanzahl von Modulen eine ganze Zahl in der Nähe eines Wertes bereitgestellt, der durch Teilen einer minimalen Eingangsspannung durch einen Sicherheitsfaktor von 0,9 und Teilen der modifizierten minimalen Eingangsspannung durch eine optimale Betriebsspannung des Moduls erlangt wird. Der Sicherheitsfaktor sollte berücksichtigt werden, während ein Spannungsabfall des Solarzellenmoduls 11 in einer warmen Umgebung berücksichtigt wird.
Anschlüsse einer Reihe der Solarzellenanordnung, in der die Solarzellenmodule 11 in Reihe geschaltet sind, sind in mehreren Reihen gesammelt und über den Verteilerkasten 12 mit dem Power Conditioner 13 verbunden. Der Power Conditioner 13 hat eine Funktion des Umwandelns von Gleichstrom, der an der Solarzellenanordnung erzeugt wird, in Wechselstrom und des automatischen Verwaltens des Betriebs des gesamten Systems und ferner des Ausführens eines Verbindungsschutzes. Der Verteilerkasten 12 bezieht an der Solarzellenanordnung 10 erzeugten Gleichstrom und führt den Gleichstrom dem Power Conditioner zu und umfasst einen Schalter auf der Gleichstromseite, um einen Rückfluss eines Stroms zu verhindern. Der Verteilerkasten 12 hat außerdem eine Funktion zum Absorbieren von Serge. Eine Nennleistung des Power Conditioners 13 beträgt circa 5 kW in einer privaten Solarzelle und circa 10 bis 500 kW in einer industriellen Solarzelle. Da die Ausgabe der Solarzellenanordnung 10 in einer privaten Solarzelle meistens gleich oder weniger 5 kW ist, ist die Solarzelle oft mit nur einem Power Conditioner 13 konfiguriert. Währenddessen wird im Fall einer großen industriellen Solarzelle die Anzahl von Power Conditionern 13 unter Berücksichtigung des Preises, der Masseverbindungsbedingungen oder dergleichen des Power Conditioners 13 bestimmt.
Außerdem ist es zur Nutzung von durch Sonnenlicht erzeugter Energie zu Hause notwendig, eine Verbindung mit einer Last (Haushaltsgerät) über eine Verteilerplatte 14 zu schaffen. Im Fall von Rückfluss von Energie an ein System elektrischer Energie ist es notwendig, ein Masseschlussüberspannungsrelais auf eine Empfangsplatte 15 zu montieren und ist es, wenn kein Rückfluss von Energie stattfindet, notwendig, zusätzlich zu einem Massenschlussüberspannungsrelais ein Rückleistungsrelais und ein Nulllastrelais an der Empfangsplatte 15 zu montieren. Somit haben die Verteilerplatte 14 und die Empfangsplatte 15 eine Funktion der Verteilung von von einem Stromanbieter und einer Solarzellenanordnung gelieferter Energie und der Übertragung der Energie an Haushaltsgeräte oder der Übertragung von an der Solarzelle erzeugter Energie an einen Stromanbieter.
Außerdem wird oft eine Anzeigevorrichtung, die momentan erzeugte Energie, eine Menge von kumulativ erzeugter Energie oder dergleichen in Echtzeit anzeigt, bereitgestellt und zur Erfassung von Daten eines Thermometers und eines Pyrheliometers verwendet.
Auf diese Weise ist bei der Konstruktion eines Photovoltaikerzeugungssystems in dem Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung, wie beispielsweise wie in 1 gezeigt, die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 mit dem Leitungsteil (beispielsweise dem Metallrahmen 16) des Solarzellenmoduls verbunden. Insbesondere wird ein Loch am Ende das Metallrahmens 16 gebildet, eine Schraube in das Loch eingebracht und mit einem Leitungsdraht (erster Leitungsdraht) 18 mit der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 verbunden. Aus Sicherheitsgründen ist es vorzuziehen, dass ein Isolierband an der Schraube vorgesehen ist, um einen Stromschlag an dem Solarzellenmodul zu verhindern. Aufgrund der steigenden Kosten, wenn die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 für jedes der Solarzellenmodule bereitgestellt wird, sind hier die Metallrahmen 16 von benachbarten Solarzellenmodulen mit dem Leitungsdraht (ersten Leitungsdraht) 18 so verbunden, dass eine Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 für jede Anordnung oder für eine Mehrzahl von Anordnungen verbunden ist. Der andere Anschluss der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 ist mit der Masseelektrode 19 verbunden, die durch eine Masseverbindung von Klasse A bis D erdverlegt ist.
Außerdem ist es, wie in 3 gezeigt, möglich, die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 über den ersten Leitungsdraht 18 und den Schalter 21 mit einem Ende des Erdungsdrahts 20 des Solarzellenmoduls 11 zu verbinden. In einem solchen System sollte zur Verhinderung von elektrischer Leckage bei dem Anlegen eines Potenzials bei Bereitstellung des Solarzellenmoduls 11 der Leitungsteil gegenüber der Solarzelle in dem Solarzellenmodul ausreichend isoliert sein. Außerdem wird, wenn der Aluminiumrahmen 16 als der Leitungsteil verwendet wird, eine Hochspannung direkt an den an dem Solarzellenmodul vorgesehenen Aluminiumrahmen angelegt. Normalerweise ist es, da der Aluminiumrahmen des Solarzellenmoduls einer Alumit-Behandlung unterzogen wird, während eine Oberfläche des Aluminiumrahmens gegenüber der Innenseite isoliert wird, notwendig, ein schweres Geländer oder einen Zaun um das Solarzellensystem zu errichten, um aus Sicherheitsgründen eine Annäherung an das Solarzellensystem zu verhindern.
Wenn ein solches System konstruiert werden kann, ist es durch Anlegen eines Potenzials an den Leitungsteil, so dass ein Potenzial eines Nichtzellenabschnitts (das bedeutet, des Leitungsteils), der ein Gestell des Solarzellenmoduls umfasst, gleich oder relativ niedriger wird als Potenziale der Solarzellen während einer bestimmten Zeitspanne, möglich, die Anziehung von Natriumionen zu der Seite der Solarzelle unwahrscheinlicher zu machen, und ist es möglich, Natriumionen aus der Nachbarschaft der Solarzellen wegzuhalten. Dadurch ist es möglich, das Auftreten von PID zu unterdrücken.
Diese Aktion ist nachstehend ausführlich mit Bezugnahme auf die Beziehung zwischen Potenzialen der Solarzellen in den Solarzellenmodulen und einem Potenzial des Leitungsteils (beispielsweise des Metallrahmens 16) der Solarzellenmodule in 4 beschrieben.
4 zeigt einen Fall, in dem neun Solarzellenmodule in einem System der Solarzellenanordnung in Reihe geschaltet sind. Hier wird angenommen, dass eine optimale Betriebsspannung von jedem der Solarzellenmodule 25 V beträgt. Das bedeutet, die Solarzellenmodule erzeugen Energie unter Einstrahlung von Sonnenlicht und eine Spannung des Solarzellenmoduls nimmt um 25 V pro Solarzellenmodul zu. Währenddessen wird, während der Leitungsteil des Solarzellenmoduls mit der Masse verbunden ist, ein Potenzial des Leitungsteils 0 V. Andererseits liegt ein Potenzial der Solarzelle in jedem Modul typischerweise im Bereich von -100 V bis 100V (mit einer schwarzen Raute in 4 angegeben) bezüglich des Potenzials (Massepotenzials) des Leitungsteils. In diesem Fall werden Potenziale der Solarzellen von vier Solarzellenmodulen von neun Solarzellenmodulen negative Potenziale bezüglich des Potenzials des Leitungsteils. In dem Glas enthaltene Natriumionen können sich in dem EVA bewegen, das ein Dichtungsmaterial in dem Glas ist, und da die Natriumionen Kationen sind, werden die Natriumionen zur Nachbarschaft der Solarzellen hingezogen, die negative Potenziale bezüglich des Potenzials des Metallrahmens haben. Dadurch wird ein elektrisches Feld eines pn-Übergangs der Solarzelle gestört, erodiert eine Elektrode oder verschlechtern sich die Eigenschaften der Solarzelle.
Andererseits ist, wenn, wie in 1 gezeigt, der mit dem Leitungsteil verbundene erste Leitungsdraht 18 vorgesehen ist, die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 mit dem ersten Leitungsdraht 18 verbunden und wird das Potenzial des Leitungsteils gezielt um 100 V verringert, werden Potenziale der Solarzellen in dem Solarzellenmodul 11 alle 0 V oder mehr (mit einem schwarzen Quadrat in 4 gezeigt) bezüglich des Leitungsteils. Das bedeutet, da die Potenziale der Solarzellen 24 höher werden als die des Leitungsteils, können sich Natriumionen, die Kationen sind, den Solarzellen 24 aufgrund der Coulombkraft nicht annähern, das heißt, es tritt keine PID auf.
Dies gilt auch, während keine Energie erzeugt wird. Während keine Energie erzeugt wird, sind Potenziale der Solarzellen 24 in den Solarzellenmodulen 11 im Grunde 0 V (mit einem schwarzen Dreieck in 4 angegeben). In diesem Fall werden, wenn das Potenzial des Leitungsteils gezielt um 100 V verringert wird, die Potenziale der Solarzellen 24 in den Solarzellenmodulen 11 bezüglich des Leitungsteils alle 100 V (mit einem Kreuz in 4 angegeben). Auch in diesem Fall können sich, da die Potenziale der Solarzellen 24 höher werden als die des Leitungsteils, Natriumionen, die Kationen sind, den Solarzellen 24 aufgrund der Coulombkraft nicht annähern, das heißt, es tritt keine PID auf.
Während es ideal ist, konstant ein Potenzial an den Leitungsteil (beispielsweise den Metallrahmen 16) der Solarzellenmodule anzulegen, wie vorstehend beschrieben, um PID zu unterdrücken, ist es nicht vorzuziehen, ein Potenzial für 24 Stunden anzulegen, wenn elektrische Leckage berücksichtigt wird, und ist es vorzuziehen, ein Potenzial anzulegen, während keine Energie erzeugt wird, wie zum Beispiel nachts, und den Leitungsteil mit der Masse zu verbinden, um elektrische Leckage anzugehen, während Energie erzeugt wird. Dies kann durch Schalten des in 3 gezeigten Schalters 21 ausgeführt werden.
Außerdem ist es, wenn von der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird, um PID zu reduzieren, während keine Energie erzeugt wird, vorzuziehen, ein negatives Potenzial einer Spannung mit einem Absolutwert von 30% oder mehr der Leerspannung der Solarzellenmodule anzulegen, die die Solarzellenanordnung bilden. Beispielsweise werden in einem Fall, in dem die Solarzellenanordnung mit Solarzellenmodulen mit den Leerspannungen von 25 V konfiguriert ist, wenn ein Potenzial von -7,5 V, das 30% der Leerspannungen der Solarzellenmodule entspricht, an den Leitungsteil angelegt wird, während keine Energie erzeugt wird, da das Potenzial des Leitungsteils um 7,5 V niedriger wird als das jeder Solarzelle von jedem Solarzellenmodul, folglich Natriumionen oder dergleichen aus der Nachbarschaft der Solarzellen zu der Leitungsteilseite hingezogen, so dass es möglich ist, die Solarzellenmodule von der PID zu befreien. Eine Spannung mit einem solchen Pegel führt weniger oft zu erheblichen Unfällen, selbst wenn ein elektrischer Schlag stattfindet. Währenddessen können in einem Fall, in dem ein negatives Potenzial mit einem Absolutwert von weniger als 7,5 V, was weniger als 30% der Leerspannung des Solarzellenmoduls ist, angelegt wird, die Solarzellenmodule nicht rechtzeitig von der PID befreit werden, während keine Energie erzeugt wird, und ist eine Wirkung der Unterdrückung der PID niedriger als in dem Fall, in dem ein negatives Potenzial mit einem Absolutwert von 7,5 V oder mehr angelegt wird.
Anschließend wird ein weiteres Beispiel (zweiter Aspekt) der Ausführungsform des Solarzellensystems der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezugnahme auf 5 beschrieben. Beschreibungen, die mit dem ersten Aspekt überlappen, werden geeignet weggelassen.
Zuerst wird die Solarzellenanordnung 10 bereitgestellt. Auf ähnliche Weise wie in dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt sind Anschlüsse einer Reihe der Solarzellenanordnung, in der die Solarzellenmodule 11 in Reihe geschaltet sind, in mehreren Reihen gesammelt und über den Verteilerkasten 12 mit dem Power Conditioner 13 verbunden und ferner mit einer Last (Haushaltsgerät) über die Verteilerplatte 14 verbunden (siehe 2), um einen Eigenverbrauch der durch das Sonnenlicht erzeugten Energie zu ermöglichen. Außerdem ist die Verteilerplatte 14 mit der Empfangsplatte 15 verbunden, um einen Rückfluss der Energie zu dem System elektrischer Energie zu ermöglichen (siehe 2). Außerdem ist es möglich, eine Anzeigevorrichtung oder dergleichen vorzusehen, die eine momentan erzeugte Energie, eine kumulative Menge von erzeugter Energie oder dergleichen in Echtzeit anzeigt.
Zur Unterdrückung von PID sind auf ähnliche Weise wie in dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt die Leitungsteile (beispielsweise die Metallrahmen 16) der entsprechenden Solarzellenmodule 11 dieser Solarzellenanordnung 10 mit dem Erdungsdraht 20 wie vorstehend erwähnt miteinander verbunden und ist ein Ende des Erdungsdrahts 20 über den Leitungsdraht 18 und den Schalter 21 mit der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 verbunden. Das andere Ende des Anschlusses der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 ist mit der Masseelektrode 19 verbunden, die durch Masseverbindung von Klasse A bis D erdverlegt ist. Zu dieser Zeit wird beispielsweise der Strommesser 22 so eingefügt, dass ein Strom zwischen Drahtverbindungen der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 und den Solarzellenmodulen oder zwischen dem Solarzellenmodul 11 und der Masseelektrode 19 gemessen werden kann. Dieser Strommesser kann ein Klemmmesser sein, der die Beschichtung des Leitungsdrahts nicht beschädigt. Wenn die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 eine Funktion des Strommessers hat, ist es auch möglich, diese Funktion zu verwenden.
Durch Konstruktion eines solchen Systems ist es, wenn der Strommesser 22 einen Strom erfasst, das bedeutet, wenn eine elektrische Leckage des Solarzellenmoduls 11 erfasst wird, möglich, das Anlegen eines Potenzials an den Leitungsteil (beispielsweise den Metallrahmen 16) zu stoppen, und ist es möglich, das Solarzellenmodul 11 zu einem frühen Zeitpunkt durch eines ohne Fehler zu ersetzen. Durch Einfügen des Strommessers in dieses System ist es möglich, die Sicherheit zu verbessern und einen Verlust von Photovoltaikerzeugung zu unterdrücken.
Anschließend wird noch ein weiteres Beispiel (dritter Aspekt) der Ausführungsform des Photovoltaikerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezugnahme auf 6 beschrieben. Beschreibungen, die mit dem ersten und dem zweiten Aspekt überlappen, werden geeignet weggelassen.
Anschlüsse einer Reihe der Solarzellenanordnung 10, in der die Solarzellenmodule 11 in Reihe geschaltet sind, sind in mehreren Reihen gesammelt und über den Verteilerkasten 12 mit dem Power Conditioner 13 verbunden und sind ferner über die Verteilerplatte 14 mit der Last verbunden, um einen Selbstverbrauch der von dem Sonnenlicht erzeugten Energie zu ermöglichen (siehe 2). Außerdem ist die Verteilerplatte 14 mit der Empfangsplatte 15 verbunden, um einen Rückfluss von Energie an das System elektrischer Energie zu ermöglichen (siehe 2). Außerdem ist es möglich, eine Anzeigevorrichtung oder dergleichen vorzusehen, die momentan erzeugte Energie, eine Menge kumulierter erzeugter Energie oder dergleichen in Echtzeit anzeigt.
Zur Unterdrückung von PID auf eine ähnliche Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Aspekt sind der Leitungsteil (beispielsweise der Metallrahmen 16) der entsprechenden Solarzellenmodule dieser Solarzellenanordnung mit dem Erdungsdraht 20 miteinander verbunden und ist ein Ende des Erdungsdrahts 20 über den ersten Leitungsdraht 18 und den Schalter 21 mit der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 verbunden. Zu dieser Zeit ist das andere Ende des Anschlusses der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 direkt mit einem Kabel 27 einer Reihenschaltung der Solarzellenmodule an einem Übergang 23 verbunden und über das Kabel 27 mit einer Solarzelle 24' mit dem niedrigsten Potenzial in der Solarzellenanordnung 10 verbunden. Zu dieser Zeit wird durch die Bereitstellung der Strommesser 22 vor und nach der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 und das Einstellen des Schalters 21 so, dass die Schaltung geöffnet wird, wenn die Strommesser 22 elektrische Leckage erfassen, die Sicherheit weiter verbessert.
Gemäß einer solchen Schaltungskonfiguration werden, selbst wenn kein Potenzial von der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 angelegt wird, Potenziale der Solarzellen in den Solarzellenmodulen gleich oder größer als die Potenziale der Leitungsteile der Solarzellenmodule. Dadurch ist es bei Anlegung einer Spannung möglich, eine Potenzialdifferenz zwischen den Solarzellen und den Leitungsteilen (Aluminiumrahmen) unabhängig von externen Faktoren bereitzustellen. In diesem Fall ist es möglich, PID durch Senkung des Potenzials auf der Seite der Leitungsteile wie vorstehend beschrieben sicherer aufzulösen.
Wie in dem dritten Aspekt vorstehend beschrieben, ist es in dem Photovoltaikerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung, da die Solarzellenanordnung 10 eine Mehrzahl von Solarzellen 24 umfasst, das andere Ende der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 mit dem dritten Leitungsdraht 26 verbunden und ist der dritte Leitungsdraht 26 mit dem Übergang 23 verbunden ist, anstatt mit der Masseelektrode 19 verbunden zu sein, auch möglich, den ersten Leitungsdraht 18 mit der Solarzelle 24' mit dem niedrigsten Potenzial von der Mehrzahl der in der Solarzellenanordnung 10 enthaltenen Solarzellen 24 über die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 und den dritten Leitungsdraht 26 zu verbinden. Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, die an die Leitungsteile anzulegenden Potenziale zuverlässig niedriger zu machen als die Potenziale der Solarzellen.
Anschließend wird noch ein weiteres Beispiel (vierter Aspekt) der Ausführungsform des Solarzellensystems der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezugnahme auf 7 beschrieben. Beschreibungen, die mit dem ersten bis dritten Aspekt überlappen, werden geeignet weggelassen.
In dem vorliegenden Aspekt wird als der Leitungsteil, an den das Potenzial anzulegen ist, ein leitfähiger Film, der gegenüber dem Metallrahmen durch einen Isolierfilm isoliert ist, anstatt des Metallrahmens (beispielsweise des Aluminiumrahmens, der zur Isolierung einer Alumit-Behandlung unterzogen wurde) 16 verwendet. 7 zeigt ein Verfahren zur Befestigung des Metallrahmens an dem Solarzellenmodul 11. In 7 ist ein Leitungsband 72, zum Beispiel ein Aluminiumband, an dem Außenrand eines Laminatgusskörpers 71 befestigt, der mit Glas, einer Zelle, einem Dichtungsmaterial und einer Rückfolie in dem Solarzellenmodul 11 gebildet ist, und ist das Leitungsband 72 mit der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 verbunden, so dass eine Spannung an das Glas des Solarzellenmoduls von außen angelegt werden kann. Das Leitungsband 72 kann mit einem beschichteten Leitungsdraht 75 mit der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 verbunden werden. Außerdem ist das Leitungsband 72 durch Bedecken des Leitungsbands 27 mit einem Isolierband 73, beispielsweise einem Butylkautschukband, isoliert und ist ein Metallrahmen (beispielsweise ein Aluminiumrahmen) 76 durch Montage von Aluminiumrahmenteilen 74 um das Isolierband 73 herum an dem Solarzellenmodul 11 befestigt. Sofern das Leitungsband 72 und das Isolierband 73 eine niedrigere Feuchtigkeitsdurchlässigkeit haben, ist es möglich, die Zuverlässigkeit des Solarzellenmoduls weiter zu verbessern.
Wie vorstehend beschrieben, ist es in dem Solarzellenmodul unter Verwendung des Leitungsbands 27, das elektrisch von dem Metallrahmen 76 isoliert ist, als den Leitungsteil, an den ein Potenzial anzulegen ist, selbst wenn von der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird, möglich, eine Möglichkeit zu verringern, dass aufgrund des Kontaktes mit dem Metallrahmen 76 ein Unfall durch einen Stromschlag oder ähnliches geschieht.
Beispiele
Auch wenn die vorliegende Erfindung nachstehend unter Verwendung von Beispielen und Vergleichsbeispielen genauer beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
Ein Photovoltaikerzeugungssystem von 3,38 kW, wie in 5 gezeigt, wurde bereitgestellt. Das Solarzellenmodul 11 war ein typisches Siliziumsolarzellenmodul, das mit einem Einkristallsubstrat vom p-Typ gebildet wurde. Das Solarzellenmodul wurde mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet und außerdem zwischen einem weißen getemperten Plattenglas und einer Rückfolie angeordnet und laminiert. EVA wurde als das Dichtungsmaterial verwendet und eine Folie, die durch Anordnen von Tedlar-PVF (Polyvinylfluorid) von Dupon auf beiden Seiten von PET (Polyethylenterephthalate) erlangt wurde, wurde als die Rückfolie verwendet. Dieses Solarzellenmodul wurde durch Verbinden von 60 Solarzellen in Reihe (eine so genannte 60-Reihe) hergestellt und hatte eine maximale Ausgabe von 260 W, eine Nennleerspannung betrug 37,9 V und ein Nennkurzschlussstrom betrug 9,10 A. In dem vorliegenden Beispiel wurden diese 13 Solarzellenmodule in Reihe geschaltet und an einer sonnigen Stelle aufgestellt. Die in Reihe geschalteten Solarzellenmodule wurden somit über den Verteilerkasten 12 mit dem Power Conditioner 13 verbunden. Als der Power Conditioner wurde zu dieser Zeit ein Power Conditioner mit einer Nennausgabe von 4,4 kW verwendet. Während als ein Winkel, an dem das Solarzellenmodul 11 angeordnet ist, ein Winkel, der durch Subtrahieren der geographischen Breite an einem Ort, wo das Solarzellenmodul 11 aufgestellt ist, von 90° ideal ist, um einen Abstand zwischen den Solarzellenmodulen 11 zu reduzieren, wird der Winkel typischerweise kleiner gemacht und wurde in der vorliegenden Erfindung auf 20° eingestellt.
Als die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 wurde eine Energieversorgung mit konstanter Spannung verwendet, die bis zu 350 V anlegen kann, und wurde die negative Elektrode der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 mit einem Erdbezugsloch des Metallrahmens 16 des Solarzellenmoduls 11, das an einem Ende der Solarzellenanordnung 10 angeordnet ist, über den Schalter 21 unter Verwendung eines Leitungsdrahtkabels (des erste Leitungsdrahts 18 in 5) verbunden.
Dann wurde das an dem Ende der Solarzellenanordnung 10 angeordnete Solarzellenmodul mit anderen Solarzellenmodulen durch Verbinden dieses Erdbezugslochs mit dem Erdungsdraht 20 verbunden. Zu dieser Zeit wurden zur Verhinderung von Erosion, bedingt durch den Kontakt von unterschiedlichen Materialarten, der erste Leitungsdraht 18 oder der Erdungsdraht 20 und der Metallrahmen 16 unter Verwendung einer Sternscheibe aus Edelstahl sicher mit einer Schraube befestigt. Währenddessen wurde die Seite der positiven Elektrode der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 durch eine Masseverbindung der Klasse C mit der Masseelektrode 19 verbunden. In dem vorliegenden Beispiel wurde der Schalter 21 so eingestellt, dass bei Erfassung eines Stroms durch den Strommesser 22 ein Signal von dem Strommesser ausgegeben wurde und das Anlegen eines Potenzials automatisch gestoppt wurde, wurde die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 für 24 Stunden verbunden und wurde ein Potenzial von -180 V kontinuierlich an den Aluminiumrahmen 16 angelegt.
(Vergleichsbeispiel 1)
Durch Verwendung einer Modulkonfiguration der Solarzellenanordnung 10 ähnlich wie in Beispiel 1 wurde ein Photovoltaikerzeugungssystem, wie in 8 gezeigt, konstruiert. Das bedeutet, während das Photovoltaikerzeugungssystem durch Verbinden des Erdbezugslochs des Aluminiumrahmens 16 jedes Solarzellenmoduls 11 mit dem Erdungsdraht 20 mit der Masse verbunden wurde und eine Masseverbindung zur Verbindung mit Masse (Verbindung mit der Masseelektrode 19) des Endes des Erdungsdrahts 20 ausgeführt wurde, wurden die Energieversorgung mit konstanter Spannung, der Schalter und der Strommesser nicht bereitgestellt. Andere Punkte waren die gleichen wie im Beispiel 1.
(Beispiel 2)
Ein Photovoltaikerzeugungssystem von 5,40 kW, wie in 6 gezeigt, wurde bereitgestellt. Das Solarzellenmodul 11 war ein Solarzellenmodul, in dem mit Einkristallsubstraten vom n-Typ gebildete Siliziumsolarzellen in Reihe geschaltet wurden. Ein Dichtungsmaterial und eine Rückfolie ähnlich denen in Beispiel 1 wurden verwendet.
Dieses Solarzellenmodul war eine 60er Reihe und hatte eine maximale Ausgabe von 270 W, eine Nennleerspannung betrug 38,5 V und ein Nennkurzschlussstrom betrug 9,35 A. In dem vorliegenden Beispiel wurden diese 20 Solarzellenmodule in Reihe geschaltet und an einem sonnigen Ort aufgestellt. Die derart in Reihe geschalteten Solarzellenmodule wurden über den Verteilerkasten 12 verbunden. Als der Power Conditioner wurde zu dieser Zeit ein Power Conditioner mit einer Nennausgabe von 5,5 kW verwendet. Ein Winkel, in dem das Solarzellenmodul 11 aufgestellt wurde, wurde auch in dem vorliegenden Beispiel, auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1, auf 20° eingestellt.
In dem vorliegenden Beispiel wurde zur Verringerung der Möglichkeit eines Stromschlages, wie in 7 gezeigt, ein Rand des Laminatgusskörpers 71, der mit laminiertem getempertem Plattenglas / EVA / Solarzelle / EVA / Rückfolie gebildet ist, vor Befestigung des Aluminiumrahmens mit dem Leitungsband 72 umgeben und wurde der Rand außerdem unter Verwendung des Butylkautschukbands 73 umgeben und isoliert, um eine elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Aluminiumband 72 und dem Aluminiumrahmen 76 zu verhindern. Dann wurden die Aluminiumrahmenteile 74 zusammengebaut. Dabei wurde der beschichtete Leitungsdraht 75, der in Kontakt mit dem Aluminiumband 72 gebracht wurde, von einer Seite das Aluminiumrahmens 76 zu der Rückseite des Solarzellenmoduls extrahiert, so dass ein Potenzial an das Aluminiumband 72 angelegt werden konnte.
Außerdem wurde in dem vorliegenden Beispiel als die Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 eine Energieversorgung mit konstanter Spannung verwendet, die bis zu 350 V anlegen kann, und wurde die negative Elektrode der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 über den Schalter 21 mit einem beschichteten Leitungsdraht 75, der leitfähig war mit dem Aluminiumband 72 des Solarzellenmoduls, das am Ende der Solarzellenanordnung 10 angeordnet war, verbunden. Dann wurde das Solarzellenmodul auch mit einem weiteren Solarzellenmodul 11 in der Solarzellenanordnung 10 durch Verbinden das beschichteten Leitungsdrahts 75 verbunden. Währenddessen wurde die Seite der positiven Elektrode der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 mit dem Übergang 23 auf der Seite des niedrigeren Potenzials der Solarzellenanordnungsschaltung verbunden, wie in 6 gezeigt.
In dem vorliegenden Beispiel war der Schalter 21 konstant auf die Seite der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 geschaltet und wurde ein Potenzial von -10 V bezüglich des Übergangs 23 an das Aluminiumband 72 angelegt. Außerdem wurde in dem vorliegenden Beispiel eine Rückkopplungsschaltung eingeführt, so dass bei Erfassung eines Stroms durch den Strommesser 22 ein Signal von dem Strommesser ausgegeben wurde und das Anlegen eines Potenzials sofort gestoppt wurde.
(Vergleichsbeispiel 2)
Durch Verwendung einer Modulkonfiguration der Solarzellenanordnung ähnlich wie in Beispiel 2 wurde ein Photovoltaikerzeugungssystem, wie in 8 gezeigt, konstruiert. Das bedeutet, während das Photovoltaikerzeugungssystem durch Verbinden der Aluminiumbänder des entsprechenden Solarzellenmoduls mit dem Erdungsdraht 20 mit der Masse verbunden wurde und eine Masseverbindung zur Verbindung des Endes des Erdungsdrahts 20 mit Masse ausgeführt wurde, waren die Energieversorgung mit konstanter Spannung und der Schalter nicht bereitgestellt. Andere Punkte waren die gleichen wie in Beispiel 2.
(Beispiel 3)
Ein Photovoltaikerzeugungssystem von 5,40 kW mit der gleichen Systemkonfiguration wie im Beispiel 2 wurde bereitgestellt. In dem vorliegenden Beispiel wurde jedoch hinsichtlich der Sicherheit bezüglich eines Stromschlags und elektrischer Leckage der Schalter 21 nur nachts (während keine Energie erzeugt wird) auf die Seite der Energieversorgung mit konstanter Spannung 17 geschaltet und tagsüber (während Energie erzeugt wurde) auf die Seite des Übergangs 23 geschaltet (siehe 6). Zu dieser Zeit wurde nachts (während keine Energie erzeugt wurde) ein Potenzial von -12 V, was circa 30% (etwas mehr als 30%) der Leerspannung des Solarzellenmoduls bezüglich des Übergangs 23 entspricht, an den Aluminiumband 72 angelegt (siehe 7). Andere Betriebsverfahren waren die gleichen wie in Beispiel 2.
(Beispiel 4)
Ein Photovoltaikerzeugungssystem von 5,40 kW mit der gleichen Systemkonfiguration wie in Beispiel 3 wurde bereitgestellt. Nachts (während keine Energie erzeugt wurde) wurde jedoch ein Potenzial von -9 V, was weniger als 30% der Leerspannung des Solarzellenmoduls bezüglich des Übergangs 23 beträgt, an den Aluminiumband 72 angelegt (siehe 7). Andere Betriebsverfahren waren die gleichen wie in Beispiel 3.
In Beispielen 1 bis 4 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurden vor Befestigung der Solarzellenmodule in dem Photovoltaikerzeugungssystem ursprüngliche elektrische Eigenschaften der Solarzelle unter Verwendung eines Solarsimulators für ein Solarzellenmodul gemessen. Die elektrischen Eigenschaften des Solarzellenmoduls auf der Seite des niedrigsten Potenzials in der Solarzellenanordnung wurden gemessen. Ein Spektrum von einfallendem Licht, das zur Messung verwendet wurde, betrug AM 1,5 Global/Klasse A und dessen Intensität betrug 1 kW/m². Als der Solarsimulator wurde ein Solarsimulator verwendet, dessen Impulsbreite ein langer Impuls von 50 ms war und der eine präzise Messung selbst in einer Kristallsystemsolarzelle ermöglicht hat, deren Lebensdauer der Minoritätsträger relativ lang war.
Dann wurde zur Prüfung einer tatsächlich zwischen der Solarzelle und dem Metallrahmen (oder dem Aluminiumband) in dem Solarzellenmodul angelegten Spannung eine Potenzialdifferenz zwischen dem Metallrahmen (oder dem Aluminiumband) und der Solarzelle von jedem Modul tagsüber und nachts auf eine in 9 gezeigte Weise gemessen.
Ein Tester 94 wurde bereitgestellt und eine Potenzialdifferenz wurde gemessen, indem ein Anschlussstift (ein + Anschluss des Testers) 95 in Kontakt mit dem Aluminiumrahmen (oder dem Aluminiumband) 92 gebracht wurde und der andere Anschlussstift (ein - Anschluss des Testers) 96 in Kontakt mit einem Kabel gebracht wurde, das die Solarzellenmodule in Reihe schaltet. Tatsächlich war es, da sowohl der Aluminiumrahmen als auch das Kabel zur Verhinderung von Stromschlägen beschichtet waren und das Aluminiumband mit einem Isolierband beschichtet war, notwendig, Messweisen zu entwickeln. Beispielsweise war es nur notwendig, einen Stift des Testers (einen + Anschluss des Testers 95) in Kontakt mit einer Position des Loches für einen Erdungsanschluss zu bringen, der keiner Alumit-Behandlung unterzogen wurde. Währenddessen trat, um einen Stift des Testers direkt in Kontakt mit dem Kabel 97 zu bringen, das die Solarzellenmodule in Reihe schaltet (das bedeutet, ein Leitungsdraht, der Verteilerkästen 91 verbindet, die auf der Rückseite 90 der Solarzellenmodule angeordnet sind), ein Problem auf, da es notwendig war, die Beschichtung abzulösen. In diesem Fall war es zum Beispiel nur notwendig, ein Hilfskabel zum Test 98 vorzusehen, das einen männlichen und einen weiblichen Verbinder hatte, die an den Verbinder 93 des Kabels 97 der Solarzellenmodule an beiden Enden passten, und der eine Position um einen Mittelpunkt herum hatte, wo die Beschichtung gezielt abgelöst war, und das Hilfskabel zum Test 98 mit dem Kabel 97 zwischen den Solarzellenmodulen zu verbinden und den Stift des Testers (einen - Anschluss des Testers 96) in Kontakt mit dem Abschnitt zu bringen, wo die Beschichtung abgelöst war. Dadurch war es möglich, eine Potenzialdifferenz zu messen.
Messergebnisse eines Potenzials der Solarzelle in dem Solarzellenmodul bezüglich des Metallrahmens (oder des Aluminiumbands), die von dem Solarzellenmodul auf der Seite des niedrigen Potenzials geprüft wurden, sind in 10 und 11 gezeigt. Bei der vorliegenden Messung können, da eine Potenzialdifferenz zwischen einem Anschluss an einer Seite mit dem niedrigeren Potenzial und dem Rahmen (oder dem Aluminiumband) gemessen wurde, können in 10 und 11 angegebene Werte als ein „Potenzial der ersten Solarzelle in dem Modul bezüglich des Aluminiumrahmens (oder des Aluminiumbands)“ betrachtet werden, um genau zu sein. 10 zeigt Messergebnisse von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 und 11 zeigt Messergebnisse von Beispiel 2, Vergleichsbeispiel 2 und Beispiel 3. Hier geben Zahlen auf der horizontalen Achse die Anzahlen von gemessenen Solarzellenmodulen an.
In Beispiel 1 wurde, da kontinuierlich ein Potenzial von -180 V an den Aluminiumrahmen 16 des Solarzellenmoduls 11 angelegt wurde, ein Potenzial der Solarzelle 24 in dem Solarzellenmodul 11 relativ höher und wurde das Potenzial 0 V oder mehr bezüglich des Aluminiumrahmens 16 selbst in einer Zelle in dem Solarzellenmodul an dem Ende, wo das Potenzial tagsüber (während Energie erzeugt wurde) das niedrigste war. Somit wurde an dem entgegengesetzten Ende des Systems ein Potenzial des Solarzellenmoduls 11 bezüglich des Metallrahmens 16 360 V oder mehr. Dadurch gab es im Grunde keinen Abschnitt, wo das Potenzial der Solarzelle niedriger wurde als das des Aluminiumrahmens 16 in dem System in Beispiel 1. Da die Solarzelle nachts (während keine Energie erzeugt wurde) keine Energie erzeugte, konnte kein Anstieg der Spannung für jedes Solarzellenmodul beobachtet werden und wurden Potenziale der Solarzellen bezüglich des Aluminiumrahmens 16 in sämtlichen Solarzellenmodulen höher als eine Spannungsdifferenz von 180 V, die von einem Potenzial erzeugt wurde, das an den Aluminiumrahmen 16 angelegt wurde.
Andererseits war in Vergleichsbeispiel 1 ein Potenzial der Solarzelle in dem Solarzellenmodul auf einer Seite des niedrigeren Potenzials bezüglich des Metallrahmens 16 tagsüber im Grunde negativ und ein Potenzial der Solarzelle in dem Solarzellenmodul auf einer Seite mit einem höheren Potenzial bezüglich des Aluminumrahmens 16 positiv. Das bedeutet, Potenziale von circa der Hälfte der Solarzellen in dem Solarzellensystem waren bezüglich des Aluminiumrahmens 16 negativ, was eine Bedingung schaffte, dass Natriumionen zu der Seite der Solarzelle hingezogen wurden. Es ist anzumerken, dass, wie in 10 gezeigt, während es einige Solarzellenmodule gab, wo die Potenziale sich durch den Anstieg der Spannung nicht regulär geändert haben, ein solches Phänomen häufig bei der Messung beobachtet wurde. Während die Einzelheiten unbekannt sind, kann wahrscheinlich davon ausgegangen werden, dass dieses Phänomen aufgetreten ist, da das Photovoltaikerzeugungssystem nicht vollständig mit der Masse verbunden war und in einen Schwebezustand versetzt wurde und kein Potenzial festgelegt wurde.
In Beispiel 2 war als ein Ergebnis davon, dass weiterhin -10 V auf eine ähnliche Weise wie im Beispiel 1 angelegt wurden, keine Solarzelle zu sehen, wo ein Potenzial bezüglich des Aluminiumbands 72 negativ geworden ist. Außerdem war kein Fall zu sehen, in dem manchmal Potenziale einiger Solarzellenmodule Potenziale wurden, die von der Erwartung abweichen. Das kommt daher, dass die Seite der negativen Elektrode der Energieversorgung mit konstanter Spannung mit der Solarzelle mit dem niedrigsten Potenzial in der Solarzellenanordnung verbunden war. Dadurch kann davon ausgegangen werden, dass es kein Solarzellenmodul mehr im Schwebezustand gab. Es ist anzumerken, dass, während in 11 eine Potenzialdifferenz mit dem Aluminiumband nachts im Beispiel 2 nicht gezeigt ist, Potenziale um +10 V herum bezüglich des Aluminiumbands in den Solarzellen sämtlicher Solarzellenmodule beobachtet wurden.
In Vergleichsbeispiel 2 ist eine Tendenz einer Potenzialdifferenz mit einem Aluminiumband gezeigt, das ähnlich dem in Vergleichsbeispiel 1 ist. Da nachts (während keine Energie erzeugt wurde) keine Energie erzeugt wurde, betrug ein Potenzial circa 0 V bezüglich des Potenzials des Aluminiumbandes. Währenddessen ist zu verstehen, dass tagsüber (während Energie erzeugt wurde) Potenziale von circa der Hälfte der Solarzellenmodule (Solarzellenmodule auf der Seite mit dem niedrigeren Potenzial) bezüglich des Potenzials des Aluminiumbandes negativ waren und diese Solarzellenmodule dem Risiko von PID ausgesetzt waren.
In Beispiel 3 wurde ein Potenzial, das circa 30% (etwas mehr als 30%) der Leerspannung der Solarzellenmodule entspricht, nur nachts (während keine Energie erzeugt wurde) angelegt und wenn das Potenzial tatsächlich gemessen wurde, konnte nachts ein Wert von circa 12 V bezüglich des Potenzials des Aluminiumbandes an sämtlichen Solarzellenmodulen erlangt werden (während keine Energie erzeugt wurde). Außerdem konnte in Beispiel 4 als Ergebnis des Anlegens eines Potenzials, das weniger als 30% der Leerspannung der Solarzellenmodule entspricht nur nachts (während keine Energie erzeugt wurde), während dies nicht in 11 gezeigt ist, wenn das Potenzial gemessen wurde, ein Potenzial in einem Bereich von 9 V ± 1 V bezüglich des Aluminiumbandes an den Solarzellen in den Solarzellenmodulen nachts (während keine Energie erzeugt wurde) erlangt werden.
Zur Überprüfung der Änderung der Leistung der Solarzellenmodule wurden die Solarzellenmodule 40 Tage später von den Montierungen entfernt und wurden die elektrischen Eigenschaften der Solarzellen unter Verwendung des Solarsimulators für Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiel 1 und 2 geprüft. Das Solarzellenmodul auf der Seite des niedrigsten Potenzials in der Solarzellenanordnung wurde ähnlich wie vorstehend beschrieben gemessen. Die Messbedingungen waren die gleichen wie die vorstehend beschriebenen. Das Messergebnis ist in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1 gibt ursprüngliche Daten des Solarzellenmoduls an, das direkt mit der negativen Elektrode des Power Conditioners verbunden ist, und Daten nach Bereitstellung des Solarzellenmoduls für 40 Tage. Das bedeutet, die Daten in Tabelle 1 geben Eigenschaften des Solarzellenmoduls an, in dem das Potenzial der Solarzelle in dem Photovoltaikerzeugungssystem das niedrigste ist und Natriumionen sehr wahrscheinlich zur Seite der Solarzelle hingezogen werden. Somit kann man sagen, dass Tabelle 1 Eigenschaften des Solarzellenmoduls angibt, in dem PID höchstwahrscheinlich auftritt. Übrigens gab der Strommesser 22 Null an, während die Solarzellenmodule in sämtlichen der Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 montiert waren, und gab es keine elektrische Leckage oder dergleichen und wurden die Solarzellenmodule nicht ersetzt.

Außerdem wurde betreffend die Solarzellenmodule in Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 bewirkt, dass ein Strom in eine Durchlassrichtung bezüglich des pn-Übergangs auf der Lichtaufnahmefläche der Solarzelle fließt, und wurde ein Bild von EL (Elektrolumineszenz) (nachstehend als ein EL-Bild bezeichnet) mit einer Kamera aufgenommen. Das Ergebnis ist in 12 gezeigt. Hier zeigt 12(a) ein EL-Bild aus Beispiel 2 und zeigt 12(b) ein EL-Bild aus Vergleichsbeispiel 2.
(Tabelle 1)

	Kurzschlussstrom (A)		Leerspannung (V)		Füllfaktor		maximale Ausgabe (W)
	Anfangswert	nach 40 Tagen	Anfangswert	nach 40 Tagen	Anfangswert	nach 40 Tagen	Anfangswert	nach 40 Tagen
Beispiel 1	9,08	9,05	37,7	37,7	0,762	0,763	261	260
Vergleichsbeispiel 1	9,12	8,99	37,5	37,0	0,760	0,687	260	229
Beispiel 2	9,39	9,37	38,8	38,8	0,755	0,757	275	275
Vergleichsbeispiel 2	9,43	8,73	38,8	36,3	0,746	0,738	273	234
Beispiel 3	9,42	9,39	38,8	38,7	0,749	0,752	274	273
Beispiel 4	9,40	9,01	38,7	37,0	0,750	0,751	273	250

Wie aus Tabelle 1 deutlich zu ersehen ist, kann man in dem Fall, in dem ein negatives Potenzial an den Aluminiumrahmen von außerhalb der Solarzellenmodule angelegt wurde und das Potenzial des Aluminiumrahmens gezielt niedriger gemacht wurde als die Potenziale der Solarzellen im Beispiel 1, im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1, feststellen, dass der Füllfaktor und die maximale Ausgabe nicht abgenommen haben. Das kommt daher, dass Natriumionen, die eine Folge von PID sind, nicht in der Nachbarschaft der Solarzellen kumuliert wurden. Währenddessen haben in Vergleichsbeispiel 2 der Kurzschlussstrom und die Leerspannung abgenommen, eventuell, da sich eine Form der Verschlechterung von der in Vergleichsbeispiel 1 unterschied, was zu einer Abnahme der maximalen Ausgabe führte. In Beispiel 2 wurde, da das Potenzial des Aluminiumbandes gezielt niedriger gemacht wurde als das Potenzial der Solarzellen, keine Verschlechterung festgestellt. In Beispiel 3 und Beispiel 4, in denen eine negative Spannung bezüglich des Übergangs 23 nur nachts (während keine Energie erzeugt wurde) angelegt wurde, wurde in Beispiel 4, in dem ein Absolutwert des anzulegenden negativen Potenzials niedrig war, wenig Verschlechterung der Eigenschaften der Solarzelle festgestellt. Das kommt daher, dass der Absolutwert des anzulegenden Potenzials in Beispiel 4 niedriger war als in Beispiel 3, ein Grad der Befreiung von PID, die tagsüber auftritt (während Energie erzeugt wurde), niedriger war als in Beispiel 3. Somit ist es zur Unterdrückung von PID vorzuziehen, ein negatives Potenzial mit einem Absolutwert einer Spannung anzulegen, die circa 30% oder mehr der Leerspannungen der Solarzellenmodule beträgt.
Die vorstehend beschriebenen Ergebnisse werden aus dem EL-Bild in 12 ersichtlich. Wie in 12 gezeigt, kann bestätigt werden, dass in dem EL-Bild des Solarzellenmoduls auf der Seite des niedrigsten Potenzials in Vergleichsbeispiel 2, in dem kein negatives Potenzial von außen angelegt wurde, ein Teil in der Nachbarschaft das Aluminiumrahmens dunkel wurde (siehe 12(b)) und PID aufgetreten ist. Währenddessen war kein Schatten des EL-Bildes in Beispiel 2 zu sehen, in dem das Potenzial des Aluminiumbandes gleich oder niedriger als die Potenziale der Solarzellen gemacht wurde. Die Solarzelle in der Nachbarschaft des Aluminiumrahmens würde eher hell aussehen und außerdem scheinen die Eigenschaften verbessert zu sein (siehe 12(a)). Es ist zu verstehen, dass die Anlegung einer Spannung an den Aluminiumrahmen (oder das Aluminiumband) der Module durch die Energieversorgung mit konstanter Spannung auf diese Weise wie in der vorliegenden Erfindung gegen PID gemessen werden kann.
Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Die vorstehend beschriebene Ausführungsform dient Darstellungszwecken und hat im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die der technischen Idee, die in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung wiedergegeben ist, und jegliche dieser, die ähnliche Wirkungen erzielen, sind in dem technischen Offenbarungsbereich der vorliegenden Erfindung enthalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014072293 [0006]
JP 2006324504 [0006]

Claims

Photovoltaikerzeugungssystem, das umfasst: eine Solarzellenanordnung, die mit einem oder mehreren Solarzellenmodulen gebildet ist; und einen Power Conditioner, wobei jedes der Solarzellenmodule eine oder mehrere Solarzellen umfasst, das Photovoltaikerzeugungssystem ferner einen ersten Leitungsdraht, der mit einem Leitungsteil verbunden ist, der an jedem der Solarzellenmodule vorgesehen ist und gegenüber den Solarzellen isoliert ist, und eine Energieversorgung mit konstanter Spannung, deren eines Ende mit dem ersten Leitungsdraht verbunden ist, umfasst, und von der Energieversorgung mit konstanter Spannung ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird.
Photovoltaikerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei das an den Leitungsteil angelegte Potenzial ein negatives Potenzial ist.
Photovoltaikerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei jedes der Solarzellenmodule eine Mehrzahl von Solarzellen umfasst und die Solarzellen mit einem zweiten Leitungsdraht miteinander verbunden sind.
Photovoltaikerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das andere Ende der Energieversorgung mit konstanter Spannung mit einem dritten Leitungsdraht verbunden ist und der erste Leiterdraht über die Energieversorgung mit konstanter Spannung und den dritten Leitungsdraht mit einer Masseelektrode verbunden ist.
Photovoltaikerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Solarzellenanordnung eine Mehrzahl von Solarzellen umfasst, das andere Ende der Energieversorgung mit konstanter Spannung mit einem dritten Leiterdraht verbunden ist und der erste Leiterdraht über die Energieversorgung mit konstanter Spannung und den dritten Leiterdraht mit einer Solarzelle mit dem niedrigsten Potenzial von der Mehrzahl von in der Solarzellenanordnung enthaltenen Solarzellen verbunden ist.
Photovoltaikerzeugungssystem nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei ein Strommesser mit einem des ersten Leitungsdrahts, der Energieversorgung mit konstanter Spannung und des dritten Leitungsdrahts verbunden ist.
Photovoltaikerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Leitungsteil, mit dem der erste Leitungsdraht verbunden ist, ein Metallrahmen ist, der vorgesehen ist, um jedes der Solarzellenmodule einzuhausen.
Photovoltaikerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Leitungsteil, mit dem der erste Leitungsdraht verbunden ist, ein leitfähiger Film ist, der vorgesehen ist, um jedes der Solarzellenmodule einzuhausen, und der erste Leitungsdraht gegenüber dem Metallrahmen, der vorgesehen ist, um den leitfähigen Film einzuhausen, über einen Isolierfilm isoliert ist.
Verfahren zur Verwendung des Photovoltaikerzeugungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei von der Energieversorgung mit konstanter Spannung ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird.
Verfahren zur Verwendung des Photovoltaikerzeugungssystems nach Anspruch 9, wobei von der Energieversorgung mit konstanter Spannung ein Potenzial an den Leitungsteil angelegt wird, während keine Energie erzeugt wird.
Verfahren zur Verwendung des Photovoltaikerzeugungssystems nach Anspruch 10, wobei von der Energieversorgung mit konstanter Spannung ein Potenzial mit einem Absolutwert gleich 30% oder mehr von Leerspannungen der Solarzellenmodule an den Leitungsteil angelegt wird, während keine Energie erzeugt wird.