JP2000174308A - 太陽電池発電モジュール - Google Patents

太陽電池発電モジュール

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JP2000174308A
JP2000174308A JP10342056A JP34205698A JP2000174308A JP 2000174308 A JP2000174308 A JP 2000174308A JP 10342056 A JP10342056 A JP 10342056A JP 34205698 A JP34205698 A JP 34205698A JP 2000174308 A JP2000174308 A JP 2000174308A
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solar cell
power generation
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bypass
fet
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Masao Isshiki
正男 一色
Takuo Ono
卓夫 小野
Nobuo Matsui
伸郎 松井
Yukinobu Takahashi
幸伸 高橋
Tsunekazu Tsuchiya
恒和 土屋
Eiichiro Fujii
栄一郎 藤井
Yutaka Sada
豊 佐田
Tatsuaki Anpo
達明 安保
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力ロスの少ない太陽電池セルのバイパス回
路を設ける。 【解決手段】 太陽電池セル２に対する日照状態を電圧
検知部１５、比較部１６が判別し、日照状態が悪い場
合、日照状態が悪くて発電していない太陽電池セル２Ａ
をＭＯＳ−ＦＥＴ１３Ａで発電電流１２がバイパスする
ように、制御部１７がスイッチング制御する。これによ
って、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３Ａに発電電流１２を流すとき
の電圧ドロップを小さく抑え、全体として発電力のロス
を最小限度にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池発電モジ
ュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、太陽電池発電モジュール１は、
図３に示す回路構成であり、多数の太陽電池セル２をパ
ネル本体３内に直列に組み込み、その直流発電力をＤＣ
／ＤＣコンバータ４によって昇圧し、外部に出力する構
成である。
【０００３】このような太陽電池発電モジュール１にお
いて、日光が部分的にかげり、パネル本体３内の一部の
エリアの太陽電池セルが発電できなくなった場合に、多
数の太陽電池セル２が直列接続されている場合、発電し
ていない太陽電池セルの部分で発電電流が遮断されるこ
とになるので、図４に示したように各太陽電池セル２に
対して並列にバイパスダイオード５を設け、非発電状態
の太陽電池セル２Ａの部分では発電電流６をバイパスダ
イオード５Ａによってバイパスさせることが考えられ
る。
【０００４】ところが、このような回路構成では、発電
状態の太陽電池セル２Ａの起電圧が０．５〜０．６Ｖで
あり、一方、バイパスダイオードの特性として順方向に
０．７Ｖ程度の電圧ドロップ特性を有しているので、モ
ジュール１内の数個の太陽電池セル２が非発電状態にな
った場合にはそれらのセルごとにバイパス路を通過させ
ることによる電圧ドロップが大きくなり、電力ロスが大
きくなる問題点がある。
【０００５】そこで従来は、図５に示したように、直列
接続されている複数個の太陽電池セル２を１群とし、そ
れに並列に１個のバイパスダイオード５を設ける構成に
している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の太陽電池発電モジュールでは、次のような問題点
があった。すなわち、図５に示した回路の太陽電池モジ
ュールの場合、１群の太陽電池セル２の中の１つのセル
２Ａだけが非発電状態になり、そのセル２Ａが属する群
の中の他のセル２は発電動作していても、バイパスダイ
オード５Ａによって発電電流６をバイパスするので、同
じグループに属する健全な発電を行っている太陽電池セ
ル２の発電力が無駄になる問題点があった。
【０００７】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、バイパス動作時の電圧ドロップを小さ
くすることができ、しかも素子が故障した場合にも本来
的に備えられている寄生ダイオードの働きで従来のバイ
パスダイオードと同様のバイパス動作ができ、信頼性の
高いバイパス機能を備えた太陽電池発電モジュールを提
供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、パネ
ル本体内に直列に接続された複数の太陽電池セルを組み
込んだ太陽電池発電モジュールにおいて、前記太陽電池
セルごと若しくは太陽電池セル群ごとの日照状態を判別
する日照状態判別手段と、前記日照状態判別手段が判別
した日照状態が悪い太陽電池セル又は太陽電池セル群に
対して、その出力をバイパスするバイパス手段とを備え
たものである。
【０００９】請求項１の発明の太陽電池発電モジュール
では、１個又は１群ごとの太陽電池セルに対する日照状
態を日照状態判別手段が判別し、日照状態が悪い場合、
日照状態が悪くて発電していない太陽電池セル又は太陽
電池セル群をバイパス手段が発電電流をバイパスする。
これによって、バイパス手段に発電電流を流すときに電
圧ドロップを小さく抑え、全体として発電力のロスを小
さくする。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１の太陽電池発
電モジュールにおいて、前記バイパス手段に順方向低抵
抗のスイッチング手段を用いたものである。
【００１１】請求項２の発明の太陽電池発電モジュール
では、バイパス手段に順方向低抵抗のスイッチング手段
を用いることによって、バイパス手段に発電電流を流す
ときに電圧ドロップを小さく抑え、全体として発電力の
ロスを最小限度にする。
【００１２】請求項３の発明は、請求項２の太陽電池発
電モジュールにおいて、前記スイッチング手段として寄
生ダイオードを有するＦＥＴ素子を用いたものである。
【００１３】請求項４の発明は、請求項２の太陽電池発
電モジュールにおいて、前記スイッチング手段としてＭ
ＯＳ−ＦＥＴ素子を用いたものである。
【００１４】請求項３又は４の発明の太陽電池発電モジ
ュールでは、バイパス手段に寄生ダイオードを有するＦ
ＥＴ素子あるいはＭＯＳ−ＦＥＴを用いることによっ
て、そのバイパス動作のためのスイッチング機能を喪失
した場合でも、寄生ダイオードによって発電電流に対す
る逆方向の電流を遮断し、また順方向では従来のバイパ
スダイオードと同等の作用をすることができ、バイパス
手段としての動作の信頼度が高まる。
【００１５】請求項５の発明は、請求項１〜４の太陽電
池発電モジュールにおいてさらに、前記パネル本体内に
組み込まれた、前記複数の太陽電池セルの発電力を電力
変換する電力変換回路を備え、前記日照状態判別手段及
びバイパス手段の動作電源に、当該電力変換回路の出力
を電源とするようにしたものであり、高電位位置の太陽
電池セルに対してもその非発電時のバイパス動作を確実
に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。太陽電池発電モジュール１は、図１
に示す回路構成であり、多数の太陽電池セル２（図１で
は省略してあるが、図３に示した従来例と同様に多数で
ある）をパネル本体３内に直列に組み込み、その直流発
電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４によって昇圧し、外部に
出力する。
【００１７】そして多数の太陽電池セル２それぞれに対
してバイパス手段として、発電電流６の流れる方向を順
方向とする寄生ダイオードを有するＦＥＴとして、ここ
では、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３が並列に接続されている。そ
して各ＭＯＳ−ＦＥＴ１３のスイッチング制御を行うバ
イパス制御回路１４が設けられている。
【００１８】バイパス制御回路１４は、各太陽電池セル
２の両端電圧を監視する電圧検知部１５、これを太陽電
池セル２が非発電状態にあることを識別できる電圧値、
例えば、０．１Ｖ程度の基準電圧値と比較する電圧比較
部１６、この電圧比較部１６により太陽電池セル２の両
端電圧が基準電圧値よりも低下していることを示したと
きに該当するＭＯＳ−ＦＥＴ１３を導通させる制御部１
７から構成されている。そしてこのバイパス制御回路１
４の電源には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力を用いて
いる。
【００１９】次に、上記構成の太陽電池発電モジュール
の動作について説明する。パネル本体３内に組み込まれ
た多数の太陽電池セル２それぞれは、太陽光の照射によ
って発電し、個々に０．５〜０．６Ｖの起電力を出力す
る。そしてこれらを直列に接続することによってモジュ
ール１の全体で３Ｖ程度の電圧を取り出し、これをＤＣ
／ＤＣコンバータ４によって３００Ｖ程度に昇圧して集
電線１９に出力する。この昇圧は、電圧を上げることに
よって電流を小さくし、ジュール損失を抑えるためであ
る。
【００２０】このような発電動作中、太陽電池セル２そ
れぞれに接続されたバイパス制御回路１４は次のように
動作する。いま、太陽電池セル２Ａに対する日照状態が
悪く、非発電状態になっているとする。この場合、太陽
電池セル２Ａの両端電圧は０Ｖ近くまで低くなってい
る。したがって、電圧検知部１５が検知する太陽電池セ
ル２Ａの両端電圧は０Ｖであり、電圧比較部１６はこの
両端電圧を基準電圧値と比較すると、基準電圧の方が高
いこと、つまり、非発電状態であることを示す信号を制
御部１７に出力し、制御部１７はＭＯＳ−ＦＥＴ１３Ａ
を導通動作させて、この太陽電池セル２Ａから発電電流
１２をバイパスさせる。
【００２１】これによって、非発電状態の太陽電池セル
２Ａの部分で発電電流１２が遮断されることがなく、ほ
とんど電圧ドロップ無しにＭＯＳ−ＦＥＴ１３Ａによっ
てバイパスして次段の太陽電池セル２に流れる。
【００２２】なお、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３のスイッチング
機能が喪失した場合、あるいは制御回路１４の１つが故
障したような場合、いずれにあっても、ＭＯＳ−ＦＥＴ
１３は寄生ダイオードを本来的に備えているので、従来
のバイパスダイオードと同等の働きをすることができ、
少しの電圧ドロップはあっても非発電状態の太陽電池セ
ル２の部分を発電電流１２にバイパスさせることがで
き、動作の信頼性が高い。
【００２３】また、上記の実施の形態では、個々の太陽
電池セル２に対してＭＯＳ−ＦＥＴ１３を並列に接続し
たが、これに限定されず、図２に示したように、太陽電
池セル２の複数個を１群とし、１群ごとに１個の寄生ダ
イオードを有するＦＥＴとしてＭＯＳ−ＦＥＴ１３を並
列に接続し、このＭＯＳ−ＦＥＴ１３をスイッチング動
作するために制御回路１４を接続する構成であってもよ
い。
【００２４】これによって、１群の太陽電池セル群のう
ちの１個のセル２Ａが日照不足で非発電状態になったと
き、制御回路１４は上記と同様の動作によってＭＯＳ−
ＦＥＴ１３Ａを導通させ、発電電流１２をこのＭＯＳ−
ＦＥＴ１３Ａにバイパスさせることができる。
【００２５】この第２の実施の形態の場合にも、バイパ
ス手段の部分でほとんど電圧ドロップさせないで発電電
流１２をバイパスさせることができる。また、第１の実
施の形態と同様に、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３や制御回路１４
に故障が発生した場合にも、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３の本来
的に備えている寄生ダイオードの働きでバイパス動作を
継続することができ、動作信頼性が高い。
【００２６】
【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
太陽電池セル又は太陽電池セル群ごとの日照状態を日照
状態判別手段が判別し、日照状態が悪い場合、日照状態
が悪くて発電していない太陽電池セル又は太陽電池セル
群をバイパス手段が発電電流をバイパスするので、バイ
パス手段に発電電流を流すときに電圧ドロップを小さく
抑え、全体として発電力のロスを最小限度にすることが
できる。
【００２７】請求項２の発明によれば、バイパス手段に
順方向低抵抗のスイッチング手段を用いたので、バイパ
ス手段に発電電流を流すときに電圧ドロップを小さく抑
え、全体として発電力のロスを最小限度にすることがで
きる。
【００２８】請求項３及び４の発明によれば、バイパス
手段に寄生ダイオードを有するＦＥＴ素子あるいはＭＯ
Ｓ−ＦＥＴを用いたので、そのバイパス動作のためのス
イッチング機能を喪失した場合でも、寄生ダイオードに
よって発電電流に対する逆方向の電流を遮断し、また順
方向では従来のバイパスダイオードと同等の作用をする
ことができ、バイパス手段としての動作の信頼度が高
い。
【００２９】請求項５の発明によれば、請求項１〜４の
発明の太陽電池発電モジュールにおいてさらに、パネル
本体内に組み込まれた、複数の太陽電池セルの発電力を
電力変換する電力変換回路を備え、日照状態判別手段及
びバイパス手段の動作電源に、当該電力変換回路の出力
を電源とするようにしたので、いずれの位置の太陽電池
セルの非発電時にもそのバイパス動作を確実に行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回路ブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の回路ブロック図。
【図３】一般的な太陽電池発電モジュールの回路図。
【図４】従来例の回路図。
【図５】他の従来例の回路図。
【符号の説明】
１ 太陽電池発電モジュール ２ 太陽電池セル ３ パネル本体 １３ ＭＯＳ−ＦＥＴ １４ 制御回路 １５ 電圧検知部 １６ 比較部 １７ 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 伸郎 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 高橋 幸伸 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 土屋 恒和 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 藤井 栄一郎 静岡県富士市蓼原336 株式会社東芝富士 工場内 (72)発明者 佐田 豊 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 安保 達明 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5F051 JA08 JA20 KA02 5G003 AA06 CB05 CC04 GA01 GB03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パネル本体内に直列に接続された複数の
    太陽電池セルを組み込んだ太陽電池発電モジュールにお
    いて、 前記太陽電池セルごと若しくは太陽電池セル群ごとの日
    照状態を判別する日照状態判別手段と、 前記日照状態判別手段が判別した日照状態が悪い太陽電
    池セル又は太陽電池セル群に対して、その出力をバイパ
    スするバイパス手段とを備えて成る太陽電池発電モジュ
    ール。
  2. 【請求項２】 前記バイパス手段は順方向低抵抗のスイ
    ッチング手段であることを特徴とする請求項１に記載の
    太陽電池発電モジュール。
  3. 【請求項３】 前記スイッチング手段は寄生ダイオード
    を有するＦＥＴ素子であることを特徴とする請求項２に
    記載の太陽電池発電モジュール。
  4. 【請求項４】 前記スイッチング手段はＭＯＳ−ＦＥＴ
    素子であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池
    発電モジュール。
  5. 【請求項５】 前記パネル本体内に組み込まれた、前記
    複数の太陽電池セルの発電力を電力変換する電力変換回
    路を備え、 前記日照状態判別手段及びバイパス手段の動作電源に、
    当該電力変換回路の出力を電源とすることを特徴とする
    請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池発電モジュー
    ル。
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