JP2000089841A

JP2000089841A - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2000089841A
Application number: JP10254026A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yatsuno; 英生八野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池アレイから常に最大電力を取り出す
ことができる太陽光発電装置を提供する。【解決手段】複数の単位太陽電池モジュール５を用い
た太陽光発電装置１において、隣接する単位太陽電池モ
ジュール５の１部又は全てがスイッチ６を介して接続さ
れると共に、スイッチ６のオン・オフ又は切り替えによ
り単位太陽電池モジュール５の直列並列構造が変化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池を用いた
太陽光発電装置に関し、特に、入射光に応じて太陽電池
の接続構造を変化させる太陽光発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の太陽光発電装置を示す
模式図である。この太陽光発電装置１００は、複数個の
太陽電池モジュール１０１を直列に接続した太陽電池ア
レイ１０２を複数個並列に接続してインバータ１０４に
接続することにより構成されている。インバータ１０４
と太陽電池アレイ１０２との間には、夫々、ダイオード
１０３が接続されている。このようなシステムにおいて
は、太陽電池アレイ１０２は、太陽光エネルギを電気エ
ネルギに変換し、ダイオード１０３は、太陽電池モジュ
ール１０１の出力が他の太陽電池モジュール１０１に逆
流することを防止する。インバータ１０４は太陽電池ア
レイ１０２からの直流電力を商用電源と同期の採れた交
流電力に変換するものであり、電力変換装置である。こ
の外、開閉器で構成された接続箱及び保護装置が設けら
れている。

【０００３】太陽光発電装置１００は、複数の太陽電池
セルの集合体である太陽電池モジュール１０１を直列に
接続することにより、インバータ１０４への入力に十分
な出力電圧を得ている。そして、これらの直列接続され
た太陽電池モジュール１０１を並列に接続することによ
り、発電に必要な出力電流を得ている。

【０００４】また、太陽電池が発電する電流は、入射光
エネルギに依存する。太陽電池に適当な負荷を接続する
ことにより、電力を取り出すことができる。特に最大出
力が得られる電圧と電流は、夫々、最適電圧及び最適電
流といわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この場合に、太陽電池
アレイを用いた太陽光発電で最大電力を得るためには、
できるかぎり直列接続される太陽電池セルの入射光特性
を揃えるように太陽電池モジュールを接続する必要があ
る。しかしながら、太陽電池セルの入射光特性は、天候
の変化又は影の状態によって刻々と変化する。

【０００６】太陽電池アレイの１部が影になると、その
部分のセルの光電流が低下する。物の影、木の葉の落下
等でこのようなことは頻繁に起こり得る。直列接続され
た太陽電池セルは一般にストリングと呼ばれる。ストリ
ングからの出力電流は、この入射光が低下したセルで制
限される。この結果、他のセルは正常に発電できるにも
拘わらず、他のセルの発電電流が該当セルで制限される
ため、ストリングからの出力電力は低下する。

【０００７】その対策として、セルに並列にバイパスダ
イオードを接続する。他のセルが発電した電流は該当セ
ルを迂回し、他のセルの発電電力の低下を防ぐ。しかし
ながら、このときの該当セルには、ダイオードの順方向
電圧である約０．６Ｖの逆電圧が加わる。その結果、該
当セルは一切発電をしなくなり、また、該当セルが発電
できるであろう電力は利用されないことになる。

【０００８】太陽電池アレイが設置される場所に予め影
が生じることがわかっている場合は、直列接続される太
陽電池セルの特性を揃えるように、予め太陽電池モジュ
ールを接続する。しかしながら、隣に家屋があれば影の
発生する場所は太陽の動きによって必ずしも一定ではな
く、太陽光発電装置の発電効率を上げるにも限界がある
という問題点がある。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、太陽電池アレイから常に最大電力を取り出
すことができる太陽光発電装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る太陽光発電
装置は、複数の単位太陽電池モジュールを用いた太陽光
発電装置において、隣接する単位太陽電池モジュールの
１部又は全てがスイッチを介して接続されると共に、ス
イッチのオン・オフ又は切り替えにより単位太陽電池モ
ジュールの直列並列構造が変化することを特徴とする。

【００１１】本発明においては、前記スイッチは、切り
替えにより前記太陽光発電装置内に設けられる単位太陽
電池モジュール同士を接続可能である。

【００１２】また、本発明においては、前記スイッチ
は、制御手段によって制御され、前記単位太陽電池モジ
ュールに入射する入射光エネルギに応じて直列並列構造
を変化させることができる。

【００１３】更に本発明においては、前記制御手段は、
前記スイッチにそれぞれ取り付けられることが好まし
い。

【００１４】更にまた、本発明においては、スイッチの
切り替えで、直列接続される太陽電池モジュールの入射
光特性を揃えるように最適な直列・並列構造に動的に変
更することにより、常に太陽光発電装置から最大の電力
を得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る太陽
光発電装置について、添付の図面を参照して具体的に説
明する。図１は、本発明の第１実施例に係る太陽光発電
アレイの模式図である。図２は、太陽電池アレイの構成
要素を示す模式図である。図３は、スイッチの概略構成
図である。

【００１６】図１に示すように、太陽光発電装置１は、
太陽電池アレイ２と逆流防止ダイオード３とインバータ
４とから構成されている。太陽電池アレイ２は、図２に
示すように、太陽電池モジュール５が縦４枚、横４枚計
１６枚から構成されている。太陽電池モジュール５は、
通常数１０個の太陽電池セルが直列に接続されている。
また、１部のセルの発電能力が低下した場合の、全体の
発電電力の低下を防ぐために、１つ又は複数のセル毎に
バイパスダイオード７が並列に接続されている。

【００１７】また、図３に示すように、太陽電池モジュ
ール５の上部端子９にはスイッチ６が接続され、接続先
を切り替えることができる。本実施例においては、上部
端子９は上又は右若しくは左の太陽電池モジュール５の
下部端子１０に接続が可能でき、直列並列構造に変更す
ることができる。このスイッチ６は制御回路、例えば制
御ＩＣ、プロセッサ等の制御回路によって各太陽電池モ
ジュール５の入射光エネルギに応じて、個々の太陽電池
モジュール５のスイッチ６の接続先を上部端子９は上又
は右若しくは左の太陽電池モジュール５の下部端子１０
に変更して、太陽光発電装置１からの出力電力が常によ
り多くなるように制御される。また、スイッチ６は機械
式のリレー又は半導体パワー素子を使用することができ
る。

【００１８】更に、太陽電池アレイ２からの出力Ａ乃至
Ｄは、図１に示すように、逆流防止ダイオード３を通じ
て、インバータ４、即ち、直流交流変換回路に接続され
る。またグランド接続スイッチ８のオン・オフで各スト
リングの負端子は必ず接地される。なお、直流出力を直
接蓄電池に接続する場合もある。

【００１９】本実施例においては、太陽電池アレイ２に
入射される入射光は、天候の変化又は影の状態等によ
り、位置により異なると共に、時間的に変化する。これ
ら位置により異なると共に、時間的に変化する入射光エ
ネルギに応じて、個々の太陽電池モジュール５のスイッ
チ６の接続先を上部端子９は上又は右若しくは左の太陽
電池モジュール５の下部端子１０に切り替えて、太陽電
池モジュール５の直列並列構造を動的に変化させて、常
に発電される出力電力をより多く得るように逐次スイッ
チ６の接続先を制御する。これにより、常に太陽光発電
装置１から最大の電力を得ることができる。

【００２０】次に、本発明の第２実施例について、説明
する。図４は、本第２実施例の太陽電池アレイの模式図
である。なお、図４において、本発明の第１実施例の構
成を示す図１乃至３と同一構成を有するものには、同一
符号を付してその詳細な説明は省略する。

【００２１】本実施例においては、太陽電池モジュール
５は１６枚の４直列４並列構造をとる。太陽電池モジュ
ール５は、スイッチ６により、すべての上部端子９が上
部太陽電池モジュール５の下部端子１０に接続されてい
る。このとき、（１、２、３、４）（５、６、７、８）
（９、１０、１１、１２）（１３、１４、１５、１６）
の太陽電池モジュール５の組がそれぞれ直列に接続され
る。以下、この接続形態を接続Ａと呼ぶ。

【００２２】本実施例においては、太陽電池アレイ２上
の入射エネルギの分布状態又は入射光エネルギの時間変
化に応じて、太陽電池モジュール５の上部端子９と上部
太陽電池モジュール５の下部端子１０に接続されている
スイッチ６の接続先を切り替えて、常に太陽電池アレイ
２からの出力電力が最大となるように太陽電池モジュー
ル５の接続状態に変更する。これにより常に最大の電力
が得られると共に、発電効率を上げることができる。

【００２３】次に、本発明の第３実施例について、説明
する。図５は、本第３実施例の太陽電池アレイの模式図
である。なお、図５において、本発明の第１実施例の構
成を示す図１乃至３と同一構成を有するものには、同一
符号を付してその詳細な説明は省略する。

【００２４】本実施例においては、太陽電池モジュール
５は１６枚の４直列４並列構造をとる。太陽電池モジュ
ール５は、スイッチ６により、すべての上部端子９が右
の太陽電池モジュールの下部端子１０に接続されてい
る。このとき、（１、５、９、１３）（２、６、１０、
１２）（３、７、１１、１５）（４、８、１２、１６）
の太陽電池モジュール５が直列に接続される。

【００２５】本実施例においては、太陽電池アレイ２上
の入射光の分布状態又は入射光エネルギの時間変化に応
じて、太陽電池モジュール５の上部端子９と右の太陽電
池モジュールの下部端子１０に接続されているスイッチ
６の接続先を切り替えて、常に太陽電池アレイ２からの
出力電力が最大となるように太陽電池モジュール５の接
続状態に変更する。これにより常に最大の電力が得られ
ると共に、発電効率を上げることができる。

【００２６】また、本発明においては、図３に示すよう
に、太陽電池モジュール５のスイッチ６の接続は上部と
右方向の下部端子１０の２つとに限定されるものではな
く、図６のように、上部端子９が上下右左の下部端子１
０と、１つモジュールを飛び越した上下右左の下部端子
１０の計８方向を選択できるスイッチ６とすることもで
きる。この場合はバイパス線１１が、縦横計４本走るこ
とになり、図７に示すように、５、６、１０及び１２番
目の太陽電池モジュール５を接続することができる。従
って、太陽電池モジュール５の直列並列構造の自由度を
増すことができ、より最大の電力を取り出すことができ
る。また、図８のような、入射光が低減した太陽電池モ
ジュール５を並列に接続して、ストリング内の太陽電池
モジュール５の出力電力を均一にする特性が得られるよ
うな接続も良い。

【００２７】更に、本発明においては、直列並列構造の
動的変更は、太陽電池モジュール５だけでなく、太陽電
池モジュール５内部の１個１個の太陽電池セル若しく
は、複数の太陽電池セルグループにも適用することがで
きる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図４及び図
５に示す実施例の構造の太陽電池アレイの特性を比較し
た結果について説明する。

【００２９】第１実施例１６枚の太陽電池モジュール５からなる、接続Ａ及び接
続Ｂの太陽電池アレイ２を夫々、作成した。太陽電池ア
レイ２の入射光エネルギが１００％の場合と、太陽電池
アレイ２の第１乃至第４番目の太陽電池モジュール５が
影になり、入射光エネルギが５０％に低下した場合の太
陽電池アレイ２の出力電力及び出力電圧を測定した。そ
の結果を図９に示す。図９は、縦軸に電力をとり、横軸
に電流をとって、太陽電池アレイの一部の太陽電池モジ
ュールが影になった場合における出力特性を示すグラフ
図である。

【００３０】図９のライン１は太陽電池アレイ２全体の
電流・電力曲線である。１６枚の太陽電池モジュール５
への入射光エネルギが一定なら、接続Ａ又はＢいずれの
接続でも、太陽電池アレイ２からの出力電力は同じであ
る。太陽電池アレイ２全体では２７．４Ａの最適電流に
おいて最大２．０ｋＷの電力を発生する。太陽電池モジ
ュール１枚あたりでは６．９Ａで最大１２５Ｗである。

【００３１】ここで、図９のライン２及びライン３は、
夫々、第１乃至第４番目の太陽電池モジュール５が影の
影響で、入射光エネルギが５０％に低下した場合の接続
Ａ及び接続Ｂの太陽電池アレイ２の電流・電力曲線であ
る。接続Ａは２４Ａにて最大１．７５ｋＷの電力を、接
続Ｂは２７．３Ａにて最大１．４４ｋＷの電力を発生す
る。

【００３２】なお、第１乃至第４番目の太陽電池モジュ
ール５が影になった場合は、接続Ａ、即ち、影になった
第１乃至第４番目の太陽電池モジュール５を直列に接続
した方が、太陽電池アレイ２からより多くの電力を取り
出すことができる。

【００３３】第２実施例１６枚の太陽電池モジュール５からなる、接続Ａ及び接
続Ｂの太陽電池アレイ２を夫々、作成した。太陽電池ア
レイ２の入射光エネルギが１００％の場合と、太陽電池
アレイ２の入射光エネルギが５０％である場合の太陽電
池アレイ２の出力電力及び出力電圧を測定した。その結
果を図１０に示す。図１０は、縦軸に電力をとり、横軸
に電流をとって、太陽電池アレイの入射光エネルギが変
動した場合における出力特性を示すグラフ図である。

【００３４】図１０のライン４は、接続Ａにおいて入射
光エネルギが１００％の太陽電池モジュールの電流・電
力曲線であり、ライン５は、接続Ａにおいて入射光エネ
ルギが５０％のモジュールの電流・電力曲線である。図
１０のライン６は、接続Ｂにおいて入射光エネルギが１
００％の太陽電池モジュールの電流・電力曲線であり、
ライン７は、接続Ｂにおいて入射光エネルギが５０％の
太陽電池モジュールの電流・電力曲線である。最大出力
が得られる２０乃至３０Ａの電流領域で、接続Ｂの入射
光エネルギが５０％の第１乃至第４番目の太陽電池モジ
ュール５は発電に寄与せず、これが原因で、接続Ｂの太
陽電池アレイ２から取り出される最大電力は、接続Ａよ
り小さくなることがわかる。

【００３５】なお、１、５、９及び１３番目の太陽電池
モジュール５の入射光エネルギが低下した場合は、接続
Ｂの方が逆に、接続Ａよりも太陽電池アレイ２からより
多くの電力を取り出すことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明において
は、個々の太陽電池モジュールに入射する入射光に応じ
て個々の太陽電池モジュールのスイッチを切り替えて、
最適な太陽電池モジュールの入射光特性を得るように直
列・並列構造に動的に変更することにより、常に太陽光
発電装置から最大の電力を得ることができると共に、発
電効率を上げることができる。

【００３７】また、モジュールの直列並列構造の変更
は、スイッチにより電気的に変更するため、常に接続状
態を変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る太陽光発電アレイの
模式図である。

【図２】本発明の第１実施例に係る太陽電池アレイの構
成要素を示す模式図である。

【図３】本発明の第１実施例に係るスイッチの概略構成
図である。

【図４】本発明の第２実施例に係る太陽電池アレイの模
式図である。

【図５】本発明の第３実施例に係る太陽電池アレイの模
式図である。

【図６】本発明に係るスイッチのその他の構成を示す模
式図である。

【図７】本発明に係る太陽電池モジュールの接続例を示
す模式図である。

【図８】本発明に係る太陽電池モジュールのその他の接
続例を示す模式図である。

【図９】本発明の太陽電池アレイの出力特性を示すグラ
フ図である。

【図１０】本発明の太陽電池アレイの入射光エネルギが
変動した場合の出力特性を示すグラフ図である。

【図１１】従来の太陽光発電装置を示す模式図である。

【符号の説明】

１；太陽光発電装置２；太陽電池アレイ３、１０３；逆流防止ダイオード４、１０４；インバータ５、１０１；太陽電池モジュール６；スイッチ７；バイパスダイオード８；グランド接続スイッチ９；上部端子１０；下部端子１１；バイパス線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ；出力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の単位太陽電池モジュールを用いた
太陽光発電装置において、隣接する単位太陽電池モジュールの１部又は全てがスイ
ッチを介して接続されると共に、スイッチのオン・オフ
又は切り替えにより単位太陽電池モジュールの直列並列
構造が変化することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】前記スイッチは、切り替えにより前記太
陽光発電装置内に設けられる単位太陽電池モジュール同
士を接続可能であることを特徴とする請求項１に記載の
太陽光発電装置。
【請求項３】前記スイッチは、制御手段によって制御
され、前記単位太陽電池モジュールに入射する入射光エ
ネルギに応じて直列並列構造を変化させることを特徴と
する請求項１又は２に記載の太陽光発電装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記スイッチにそれぞ
れ取り付けられることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれか１項に記載の太陽光発電装置。