JP2000214940A - 太陽光発電における積雪防止方法及び装置 - Google Patents

太陽光発電における積雪防止方法及び装置

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JP2000214940A
JP2000214940A JP11016783A JP1678399A JP2000214940A JP 2000214940 A JP2000214940 A JP 2000214940A JP 11016783 A JP11016783 A JP 11016783A JP 1678399 A JP1678399 A JP 1678399A JP 2000214940 A JP2000214940 A JP 2000214940A
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JP
Japan
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solar cell
circuit
cell module
snow
sensor
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Takeshi Mori
健 森
Yukiharu Monnouchi
幸晴 門野内
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Chudenko Corp
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Chudenko Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
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Abstract

(57)【要約】 【課題】太陽光発電において、太陽電池モジュールに積
もる雪を、安価なコストで融かして太陽光を受光できる
ようにすること。 【解決手段】太陽光発電において、太陽電池モジュール
(1)に付設する逆流防止ダイオード(2)の両端を短
絡させる短絡接点(7a)を設けて、継電器(7)と、
直流出力検出センサ(8)と、サーモセンサ(9)と、
降雪センサ(10)と、タイマ(11)と、手動テスト
スイッチ(12)と、過電流保護素子(13)を備えて
いる交流供給回路(5)から、夜間電力を利用する交流
を所要電圧に落として太陽電池回路(3)に印加し、太
陽電池モジュール(1)に内部抵抗による発熱を促し
て、太陽電池モジュール(1)上の積雪を溶かすことに
より太陽光の受光を可能にするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電装置の
太陽電池モジュール上に付着又は積もる雪や氷を溶かし
て、太陽光の受光率を高める、太陽光発電システムにお
ける積雪防止方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽光発電システムは、無公害で電力を
得られることから、例えば、「新エネルギー・産業技術
総合開発機構(通称NEDO)」では、太陽光発電シス
テムの導入事業者に、施設費の半額を研究補助費として
交付して研究開発の促進を図っている。
【0003】この太陽光発電システムにおいて、太陽電
池モジュール上に積雪があると、太陽光が遮断されて発
電不能となるとともに、積雪荷重に耐えるために太陽電
池モジュール並びにその支持架台等の機械的強度を大き
くする必要があり、コストが上昇するといった問題点が
あった。
【0004】積雪対策として従来から行われている方法
の一つに、発電効率を犠牲にしてパネル架台の傾斜角度
を充分に大きくすることにより、積雪防止と積雪の崩落
を促すこととしていたが、この積雪対策のための発電効
率の低下と、傾斜架台設備のためのコストアップが積雪
地域への太陽光発電システムの普及障害の一因となって
いる。
【0005】また、太陽電池モジュールから発生する直
流を充電した蓄電池から、バイアス電圧を太陽電池モジ
ュールに印加して通電することにより、内部抵抗による
発熱作用で融雪を促す太陽光発電装置が公知であり、例
えば、太陽光発電システムの直流出力を蓄える蓄電池の
回路を高電圧に切り換えて、融雪用の直流電流を太陽電
池モジュールに供給するものが特開昭62−25463
5号公報に開示されており、さらに、太陽電池モジュー
ルの複数の太陽電池セルの接続を切換手段により変更し
て、太陽電池モジュールの合成抵抗を減少させ、低いバ
イアス電圧を印加して融雪のための直流電流を供給する
ものが特開平10−135503号公報に開示されてい
る。
【0006】基準状態の太陽電池セルの温度は摂氏25
度であり、融雪に必要な温度に上昇しても機能を損傷す
るおそれはない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来例は、太
陽電池モジュールの抵抗に一定の直流バイアス電圧を印
加して、電圧値の調整により発熱のための逆バイアス電
流を制御しているため、蓄電池を内蔵していない太陽光
発電システムにあっては、外部の直流電源を接続して融
雪電力を供給する必要が生じることになるが、この場合
一般に使用されている交流電圧を直流電圧に変換して用
いる必要があり、構成が複雑になるとともに、経済性の
面からも問題がある。
【0008】また、上記従来例の蓄電池を付加した太陽
光発電装置は高額であり、現在は電力会社との系統連携
が可能となったことから、防災用以外の通常用のものは
蓄電池を内蔵しないものが多く用いられている現状か
ら、上記した従来の直流による融雪は実施上の困難性が
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、冬季の降雪時の太陽電池上の雪や氷
をを融かして太陽光を受光するために、太陽電池自体が
発電した直流を太陽電池モジュールに印加して内部抵抗
による発熱を利用していた従来の方法に代えて、安価な
夜間電力の交流を利用することとして、昼夜の電力消費
の平準化への貢献と、融雪コストの低減を図ることを目
的とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、太陽電池モジュールに
付設する逆流防止ダイオードの両端を短絡するか、切換
スイッチにより流れ方向を180°切り換えて、過電流
保護素子を備えている交流供給回路から、夜間電力を利
用する交流を所要電圧に落として太陽電池回路に印加
し、太陽電池モジュールに順方向の逆バイアス電流を通
電することにより、内部抵抗による太陽電池モジュール
の温度上昇を促し、太陽電池モジュール上の雪や氷を溶
かす太陽光発電装置における積雪防止方法である。
【0011】また、上記太陽電池モジュールに付設する
上記逆流防止ダイオードに短絡接点を設けた上記太陽電
池回路に、継電器と、直流出力検出センサと、サーモセ
ンサと、降雪センサと、タイマと、手動テストスイッチ
と、過電流保護素子を備えた、夜間電力を所要電圧に落
として積雪防止に利用する交流供給回路を直流・交流回
路切換接点を介して接続した太陽光発電装置である。
【0012】また、上記太陽電池モジュール相互間また
は太陽電池モジュール固定枠カバー内面に内蔵または併
設するヒーターケーブルを持つヒーター回路を、交流供
給回路に直流・交流回路切換接点を介して接続して、太
陽電池モジュールの積雪防止効果の促進を図るものであ
る。
【0013】
【実施例】実施例について図面を参照して説明する。先
ず本発明の原理を図2により説明すると、(A)の光照
射時は昼間の太陽光の照射を受けて太陽電池モジュール
1が直流DCを出力して負荷Rを作動する稼働発電状態
を示し、(B)は積雪(夜間に多い)により太陽光の照
射を受けない暗黒時に、夜間電力を利用する交流逆バイ
アス電圧を過電流保護素子13を介して太陽電池モジュ
ール1に印加し、順方向に逆バイアス電流を通電して、
太陽電池モジュール1に内部抵抗による発熱を促し、太
陽電池モジュール1上の雪や氷を溶かすことを示してい
る。
【0014】図1は本発明装置の構成の一例を示す回路
図で、1は太陽電池モジュールで、一般には8〜10個
で1ユニットに形成したものが多いが、図には一部省略
して4個並列に接続したものを示している。2は逆流防
止ダイオードで、各太陽電池モジュール1にそれぞれ直
結され、後述する交流ACを通すための短絡接点7aを
並列に接続している。
【0015】複数の太陽電池モジュール1を並列に連結
した太陽電池回路3は、直流出力回路4または交流供給
回路5に直流・交流回路切換接点7bにより切り換え可
能に連結され、さらにこの太陽電池回路3から分岐した
ヒーター回路6が、直流・交流回路切換接点7bのON
により閉じるヒーター回路接点7cにより接続され、こ
のヒーター回路6に、各太陽電池モジュール1に沿って
回設される自己制御型ヒーターケーブル6aが接続され
ている。
【0016】交流供給回路5には、継電器7と、直流出
力検出センサ8と、サーモセンサ9と、降雪センサ10
と、タイマ11と、手動テストスイッチ12と、過電流
保護素子13を介在しており、図示の状態は光照射時で
太陽電池モジュール1が発電して直流を出力している状
態を示しており、直流出力検出センサ8がONして交流
供給回路5はOFF状態にあり、直流・交流回路切換接
点7bは直流出力回路4側に通じて、正常な太陽光発電
中の状態にあることを示すとともに、この直流・交流回
路切換接点7bと同時に開閉する別のヒーター回路接点
7cをOFFして、ヒーター回路6を断っている。
【0017】この状態から太陽電池モジュール1が発電
しなくなると、直流出力回路4の直流電圧は零となり、
直流検出センサ8が交流回路5の接点を閉じるととも
に、サーモセンサ9及び又は降雪センサ10が温度や積
雪を検知して交流供給回路5が通じ、同時にタイマ11
が自動的にONして継電器7が作動し、直流・交流回路
切換接点7bは図1の状態から切り換えられて交流回路
5側の接点を閉じ、太陽電池モジュール1の逆流防止ダ
イオード2に設けた短絡接点7aが閉じて、逆流防止ダ
イオード2の両端を短絡し、太陽電池回路3に交流のプ
ラス側のみが通じて、太陽電池モジュール1が内部抵抗
により発熱して積雪を溶かすものである。
【0018】このとき、ヒーターケーブル接点7cも閉
じて、ヒーター回路6も同時に交流が通じ、自己制御型
ヒーターケーブル6aが発熱して太陽電池モジュール1
上の積雪を溶かす働きを促進するものである。このヒー
ター回路6は、降雪の多い地区にオプションとして設け
るもので、夏季などの必要のない場合はヒーター回路遮
断器6bをOFFしておけばよい。
【0019】図3は暗黒時と光照射時における太陽電池
モジュール1の電圧・電流特性を示す図で、暗黒時特性
に対して光照射時特性は図の如く下方に移動し、開放電
圧Vopと、短絡電流Ish間を結ぶ曲線が発電時の電
圧・電流特性となる。本発明は、この太陽電池モジュー
ル1の暗黒時電圧・電流特性に着目して、融雪用の外部
電源として、容易に必要電圧値が得られて安価な夜間の
交流電力を用いることとしている。
【0020】即ち、図4に示す如く、太陽電池モジュー
ル1に最大値Vmの外部交流印加電圧eを印加すると、
図3に示す暗黒時特性から最大電圧Vmに対し、最大値
Imなる半波整流された逆バイアス電流iが流れ、太陽
電池モジュール1を発熱に寄与する。この時の半波整流
された逆バイアス電流iは、図3に示す特性から、太陽
電池モジュール1の許容範囲を越える大電流が流れるお
それがあるため、過電流保護素子13を交流供給回路5
に直列に挿入して、許容範囲を越える電流分Cuを抑制
し、太陽電池モジュール1を保護することとしている。
【0021】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0022】太陽電池モジュール上の雪や氷を溶かすた
めに、従来の太陽電池モジュールより生じた直流バイア
ス電圧を印加して、内部抵抗による発熱を利用する方法
に代えて、主として夜間に多い積雪をコストの安い夜間
の交流電力を利用して融かすため、電力の供給に好都合
であるとともにコスト面で有利であり、昼夜の電力消費
の平準化に貢献することができる。
【0023】太陽光発電により生じた直流を使用しない
ので、太陽光発電装置に蓄電池を備えたり、交流を直流
に変換する必要がなく、設備が安価に設置できる。
【0024】積雪を避けるために、受光効率を犠牲にし
て急角度に設置する必要がなくなることから採光率が高
まるとともに、架台も簡単なものとなり設備コストを低
減することができる。
【0025】本発明による積雪防止対策を施すことによ
り、積雪地域に太陽光発電装置の設置の普及が促進さ
れ、非積雪地域と同様に太陽光発電を利用することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の配線図である。
【図2】本発明の原理を示す図で、(A)は光照射時、
(B)は積雪暗黒時を示す。
【図3】本発明の電圧・電流特性を示す図である。
【図4】交流印加電圧及び逆バイアス電流を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 太陽電池モジュール 2 逆流防止ダイオード 3 太陽電池回路 3a 太陽電池回路遮断器 4 直流出力回路 4a 直流出力回路遮断器 5 交流供給回路 5a 交流供給回路遮断器 6 ヒーター回路 6a 自己制御型ヒーターケーブル 6b ヒーター回路遮断器 7 継電器 7a 短絡接点 7b 直流・交流回路切換接点 7c ヒーター回路接点 8 直流出力検出センサ 9 サーモセンサ 10 降雪センサ 11 タイマ 12 手動テストスイッチ 13 過電流保護素子 e 外部交流印加電圧 i 逆バイアス電流 Vop 開放電圧 Ish 短絡電流 Cu 許容範囲を越える電流分 Vm 外部交流印加電圧の最大値 Im 外部交流電流の最大値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F051 BA03 BA18 JA06 JA11 KA05 5H420 CC03 CC04 CC06 DD02 DD03 FF03 FF12 FF14 FF22 LL03 LL05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】太陽電池モジュール(1)に付設する逆流
    防止ダイオード(2)の両端を短絡するか、切換スイッ
    チにより流れ方向を180°切り換えて、過電流保護素
    子(13)を備えている交流供給回路(5)から、夜間
    電力を利用する交流を所要電圧に落として太陽電池回路
    (3)に印加し、太陽電池モジュール(1)に順方向の
    逆バイアス電流(i)を通電することにより、内部抵抗
    による太陽電池モジュール(1)の温度上昇を促し、太
    陽電池モジュール(1)上の雪や氷を溶かすことを特徴
    とする太陽光発電装置における積雪防止方法。
  2. 【請求項2】太陽電池モジュール(1)に付設する逆流
    防止ダイオード(2)に、短絡接点(7a)を設けた太
    陽電池回路(3)に、継電器(7)と、直流出力検出セ
    ンサ(8)と、サーモセンサ(9)と、降雪センサ(1
    0)と、タイマ(11)と、手動テストスイッチ(1
    2)と、過電流保護素子(13)を備えた、夜間電力を
    所要電圧に落として積雪防止に利用する交流供給回路
    (5)を、直流・交流回路切換接点(7b)を介して接
    続したことを特徴とする太陽光発電装置。
  3. 【請求項3】太陽電池モジュール(1)相互間または太
    陽電池モジュール固定枠カバー内面に内蔵または併設す
    るヒーターケーブル(6a)を持つヒーター回路(6)
    を、交流供給回路(5)に直流・交流回路切換接点(7
    b)を介して接続した請求項2記載の太陽光発電におけ
    る積雪防止装置。
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