JP2000228529A - 過電圧防止素子を有する太陽電池モジュール及びこれを用いた太陽光発電システム - Google Patents

過電圧防止素子を有する太陽電池モジュール及びこれを用いた太陽光発電システム

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JP2000228529A JP11319348A JP31934899A JP2000228529A JP 2000228529 A JP2000228529 A JP 2000228529A JP 11319348 A JP11319348 A JP 11319348A JP 31934899 A JP31934899 A JP 31934899A JP 2000228529 A JP2000228529 A JP 2000228529A
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voltage
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Nobuyoshi Takehara
信善 竹原
Naoki Manabe
直規 真鍋
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    • Y10S323/906—Solar cell systems

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過電圧防止手段の放熱のための別段の手段を
設けることを要せず、過電圧防止手段の取付けの煩雑さ
を解消する等の過電圧防止手段の簡素化及び過電圧防止
手段に用いる過電圧防止素子の平面性の向上を図る。 【解決手段】 複数の光起電力素子を有する太陽電池モ
ジュールにおいて、前記光起電力素子ごとに並列接続さ
れた過電圧防止素子により光起電力素子及び太陽電池モ
ジュールの過電圧を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光起電力素子ごと
に過電圧防止素子を有する太陽電池モジュール、及びこ
れを用いた太陽光発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池にはその特性上、負荷量によっ
て電圧が変わるという性質がある。無負荷時の開放電圧
は、太陽電池出力が最大になる最適動作電圧よりも必ず
高くなる。発電装置として効率よく使用するためには太
陽電池を最適動作点で作動させれば良い（すなわち最適
な負荷抵抗を与えれば良い）が、負荷が軽くなる（すな
わち負荷抵抗の値が大きくなる）ような場合には太陽電
池直流回路の電圧が上昇してしまう。したがって、停止
状態では前記の開放電圧まで上昇してしまうことから、
太陽電池直流回路につながれる電力変換装置などは、こ
の電圧に耐えるものでなければならない。また、一般的
に言って、アモルファスシリコンを用いた太陽電池のフ
ィルファクターは単結晶シリコンを用いた太陽電池のフ
ィルファクターよりも劣り、最適動作電圧が同じならば
開放電圧が単結晶シリコンの開放電圧よりも高くなると
いうことが知られている。したがって、アモルファスシ
リコンを用いた太陽電池により構成される太陽電池発電
システムの場合には、より高い電圧に耐える電力変換装
置等の機器を使用する必要がある。
【０００３】このような開放電圧が大きいことにより生
じる過電圧への対応策として、特登録２５８０１８５号
公報に記載されている方法がある。以下、この過電圧防
止手段を図１により説明する。図１では、太陽電池パネ
ル１０１と逆流防止ダイオード１０２の直列体（すなわ
ち太陽電池アレイ）に対して電圧制限素子１０３を並列
接続しており、前記並列回路が、負荷であるコンプレッ
サー駆動モータ１０５に接続されている。日射量が大き
く負荷が軽い場合には、太陽電池パネルにおいて発生し
た余剰電力を電圧制限素子１０３において消費させるこ
とにより、過電圧を防止している。なお、図１中、１０
４は定電圧直流電源、１０５はコンプレッサー駆動モー
タ、１０６はインバータパワーモジュール、１０７はイ
ンバータエアコンを示す。
【０００４】また、過電圧への他の対応策として特公平
７−８９３０２号公報に記載されている方法がある。以
下、この過電圧防止手段を図２により説明する。太陽電
池２０１が複数直列接続（すなわち太陽電池アレイ化）
されており、その一部を短絡するためのスイッチ２０４
と、該スイッチ２０４の開閉を制御するための制御回路
２０３により構成されている。前記複数直列接続された
太陽電池２０１の発電電圧が過剰となる場合に、前記制
御回路２０３はスイッチ２０４を閉路して、太陽電池ア
レイの一部を短絡することにより過電圧を防止してい
る。なお、図２中、２０２はインバータ、２０５は分圧
回路、２０６は誘導電動機を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の過電圧防止手段では以下のような問題点があった。
【０００６】特登録２５８０１８５号公報においては、
電圧制限素子を太陽電池アレイに並列接続することか
ら、該電圧制限素子において太陽電池アレイで発生した
余剰電力全てを消費することとなり、太陽電池アレイの
出力が大きくなる程電圧制限素子において消費される電
力が非常に大きくなるという問題があった。特に太陽電
池アレイの出力が数１００Ｗ以上になると電圧制限素子
は電力消費による発熱のために放熱を要し、その放熱の
ために広い場所が必要となる。
【０００７】特公平７−８９３０２号公報においては、
太陽電池アレイの一部を短絡するために、太陽電池アレ
イ途中からの短絡用引き出し線と、短絡用のスイッチ
と、短絡を制御するための制御回路と、該制御回路を駆
動させるための電源が必要となり、実用上大変煩雑であ
るという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点に
鑑みてなされたものである。
【０００９】即ち、本発明に係る太陽電池モジュール
は、複数の光起電力素子を有しており、前記光起電力素
子ごとに過電圧防止素子が並列に接続されており、前記
過電圧防止素子は片方向導通性を示し、前記過電圧防止
素子の最小作動電圧が、前記光起電力素子の開放電圧未
満であって、最適動作電圧以上であることを特徴として
いる。
【００１０】前記過電圧防止素子は前記光起電力素子に
対して順方向に並列に接続されており、前記最小作動電
圧は前記光起電力素子に順方向電圧が印加された場合に
おけるものであることを特徴とする。この場合におい
て、前記過電圧防止素子は、複数の構成素子を電気的に
接続することにより構成されており、前記構成素子はそ
れぞれ前記光起電力素子に対して順方向に並列に接続さ
れていることが好ましい。また、前記複数の構成素子の
うち少なくとも一つは、ダイオードであることが好まし
い。また、前記複数の構成素子は、ＰＮ接合ダイオー
ド、ショットキーバリアダイオード、抵抗又はこれらの
組み合わせからなることが好ましい。
【００１１】また、前記過電圧防止素子は前記光起電力
素子に対して逆方向に並列に接続されており、前記最小
作動電圧は前記光起電力素子に逆方向電圧が印加された
場合におけるものであることを特徴とする。この場合に
おいて、前記過電圧防止素子は、複数の構成素子を電気
的に接続することにより構成されており、前記構成素子
はそれぞれ前記光起電力素子に対して逆方向に並列に接
続されていることが好ましい。また、前記複数の構成素
子のうち少なくとも一つは、定電圧ダイオードであるこ
とが好ましい。また、前記複数の構成素子は、定電圧ダ
イオード、抵抗又はこれらの組み合わせからなることが
好ましい。
【００１２】また、本発明に係る太陽光発電システム
は、前記太陽電池モジュールと、その直流出力を交流系
統に逆潮流させる系統連系インバーターを備えているこ
とを特徴としている。
【００１３】さらに、本発明に係る太陽光発電システム
は、前記太陽電池モジュールを備え、該太陽電池モジュ
ールから得られた直流電力と商用交流系統から整流して
得られた直流電力を並列接続し、負荷へ供給することを
特徴としている。
【００１４】上記構成とすることによって、過電圧防止
のための装置を太陽電池モジュールに外付けする必要が
なく、該装置の設置場所が不要となり、もって太陽電池
モジュールの設置自由度を向上させることができる。ま
た、過電圧防止素子を光起電力素子ごとに分散して配置
させることから、過電圧防止素子における電力消費によ
り発生する熱の集中が起こり難く、過電圧防止素子の放
熱のためのスペースを設ける等の別段の放熱手段を要し
ない。さらに、太陽電池アレイ途中からの短絡用引き出
し線と、短絡用のスイッチと、短絡を制御するための制
御回路と、該制御回路を駆動させるための電源その他の
実用上の煩雑な構成を要せずに、極めて簡易に過電圧防
止手段を提供することができる。
【００１５】また、上記構成とすることによって、光起
電力素子ごとに開放電圧が抑制できることから、太陽電
池セルの直列数の自由度が高まり、種々の屋根配置に対
応することができる。さらに、システム電圧の高い太陽
電池発電システムを構築することができることから、シ
ステム損失の小さい太陽電池発電システムを構築するこ
とができる。
【００１６】加えて、太陽電池発電システムに使用する
電力変換装置等の機器には、耐圧の低い安価なものを使
用することができ、太陽電池発電システムのコストの引
き下げに大きく貢献することができる。
【００１７】また、光起電力素子のフィルファクターが
大きい場合には、フィルファクターが小さい場合に比較
して、開放電圧と最適動作電圧との比は大きい。具体的
には、単結晶シリコンからなる光起電力素子のフィルフ
ァクターに比べて、少なくともシリコン原子若しくはゲ
ルマニウム原子を含有する非単結晶半導体材料を含む光
電変換層を有する光起電力素子のフィルファクターは一
般的に劣っている。このことから、特に、該非単結晶材
料を含む光電変換層を有する光起電力素子を用いた太陽
電池発電システムにおいて、過電圧防止素子が奏するこ
れらの効果は大きい。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の過電圧防止素子は、光起
電力素子ごとに並列に接続される。過電圧防止素子は光
起電力素子の開放電圧を抑制することにより過電圧を防
止するものである。また、過電圧防止素子の過電圧防止
機能が発揮される最小電圧（以下「最小作動電圧」とい
う。）が光起電力素子の最適動作電圧よりも極端に小さ
い場合には、太陽電池の出力損失が増大する。このこと
から、過電圧防止素子の最小作動電圧は、光起電力素子
の最適動作電圧以上開放電圧未満とする。過電圧防止素
子の最小作動電圧は、過電圧防止素子の構成素子の種
類、数量、構成素子間の電気的接続形式を、光起電力素
子の出力特性に対して適宜選択することにより、制御す
ることができる。
【００１９】最小作動電圧をかかる電圧範囲に制御する
ことにより、太陽電池の出力損失を最小にとどめつつ、
大きな過電圧防止機能を発揮することができる。つま
り、過電圧防止素子を有する光起電力素子の電流−電圧
特性において、電流−電圧曲線の最適動作点はほとんど
変化せず、最適動作電圧と開放電圧の差は小さくなり、
最適動作点と開放電圧点を結ぶ直線の傾きが過電圧防止
素子を有しない光起電力素子に比較して大きくなる。
【００２０】また、前記過電圧防止素子の構成素子間の
電気的接続形式を、例えば直列接続又は並列接続とする
ことによって、より耐圧の低い素子又はより耐電流の低
い素子を選択することができ、安価な過電圧防止素子を
製作することができる。
【００２１】過電圧を防止する方法としては、該過電圧
防止素子の特性すなわちダイオードと同様の電流−電圧
特性を利用することにより、順方向に並列接続して過電
圧を防止する方法と、逆方向に並列接続して過電圧を防
止する方法がある。
【００２２】まず、過電圧防止素子を光起電力素子に対
して順方向に並列接続して過電圧を防止する方法につい
て説明する。この方法では、過電圧防止素子の順方向特
性を利用することにより過電圧を防止している。光起電
力素子に対する日射量の増加、光起電力素子に接続して
いる負荷の軽減に対応して、光起電力素子の動作電圧は
増大し、該光起電力素子の動作電圧が過電圧防止素子の
最小作動電圧に達したとき、該過電圧防止素子は順方向
に導通し、該過電圧防止素子において光起電力素子の余
剰電力を消費することにより開放電圧を抑制している。
この方法における過電圧防止素子を構成するダイオード
には、ＰＮ接合ダイオード、ショットキーバリアダイオ
ード等を用いることができる。また、過電圧防止素子の
構成素子として抵抗を加えて、最小作動電圧を微調整し
てもよい。図１４は、過電圧防止素子の一例を示す回路
図である。９０１は光起電力素子、９０２は過電圧防止
素子、９０２ａ、９０２ｂはＰＮ接合ダイオード、１４
０１は抵抗である。
【００２３】さらに、光起電力素子と前記過電圧防止素
子と電流バイパス素子を並列に接続した構成もとること
ができる。前記電流バイパス素子は片方向導通性を有し
ており、前記光起電力素子に対して逆方向に並列接続さ
れている。電流バイパス素子は、光起電力素子が遮光さ
れた場合において、該電流バイパス素子が導通すること
により、逆方向バイアスの印加による該光起電力素子の
破壊を防止する。このような構成をとる場合において、
過電圧防止素子の最小作動電圧を精密に制御するために
は、電流バイパス素子に逆方向電圧が印加された際の電
流バイパス素子の最小導通電圧が、過電圧防止素子に順
方向電圧が印加された際の過電圧防止素子の最小作動電
圧よりも大きいことが好ましい。これにより、電流バイ
パス素子に逆方向電圧が印加された際の電流バイパス素
子の導通の影響をほぼ排除できることから、過電圧防止
素子の素子構成により最小作動電圧を精密に制御するこ
とができる。
【００２４】次に、過電圧防止素子を光起電力素子に対
して逆方向に並列接続して過電圧を防止する方法につい
て説明する。この方法では、過電圧防止素子に逆バイア
スが印加された場合において降伏電圧以上の電圧が印加
されないという性質を利用することにより過電圧を防止
している。光起電力素子に対する日射量の増加、光起電
力素子に接続している負荷の軽減に対応して、光起電力
素子の動作電圧は増大し、該光起電力素子の動作電圧が
過電圧防止素子の最小作動電圧（ここでは降伏電圧）に
達したとき、該過電圧防止素子は逆方向すなわち逆バイ
アスの方向に導通し、該過電圧防止素子において光起電
力素子の余剰電力を消費することにより開放電圧を抑制
している。この方法における過電圧防止素子を構成する
ダイオードには、ＰＮ接合ダイオード、ショットキーバ
リアダイオード、定電圧ダイオード等を用いることがで
きる。なかでも、定電圧ダイオードが好ましく、ツェナ
ーダイオードがより好ましい。また、過電圧防止素子の
構成素子として抵抗を加えて、最小作動電圧を微調整し
てもよい。図１５は、過電圧防止素子の一例を示す回路
図である。９０１は光起電力素子、９０２は過電圧防止
素子、９０２ｄ、９０２ｅは定電圧ダイオード、１４０
１は抵抗である。
【００２５】なお、光起電力素子ごとに過電圧防止素子
が逆方向に並列接続されていることから、該過電圧防止
素子は電流バイパス機能を発揮することができる。
【００２６】さらに、光起電力素子と前記過電圧防止素
子と電流バイパス素子を並列に接続した構成もとること
ができる。前記電流バイパス素子は片方向導通性を有し
ており、前記光起電力素子に対して逆方向に並列接続さ
れている。電流バイパス素子は、光起電力素子が遮光さ
れた場合において、該電流バイパス素子が導通すること
により、逆方向バイアスの印加による該光起電力素子の
破壊を防止する。このような構成をとる場合において、
過電圧防止素子の最小作動電圧を精密に制御するために
は、電流バイパス素子に逆方向電圧が印加された際の電
流バイパス素子の最小導通電圧が、過電圧防止素子に逆
方向電圧が印加された際の過電圧防止素子の最小作動電
圧よりも大きいことが好ましい。これにより、電流バイ
パス素子に逆方向電圧が印加された際の電流バイパス素
子の導通の影響をほぼ排除できることから、過電圧防止
素子の素子構成により最小作動電圧を精密に制御するこ
とができる。
【００２７】また、前記過電圧防止素子を、複数の構成
素子と複数の接続部材とから構成してもよい。例えば、
図６に示されるように、一つの接続部材６０３の両端に
それぞれ構成素子６０１ａ、６０１ｂを接続し、一つの
構成素子６０１ａを狭持するように接続部材６０２ａを
接続し、同様に、他の構成素子６０１ｂを狭持するよう
に接続部材６０２ｂを接続することにより、過電圧防止
素子を構成する等である。あるいは、図７に示されるよ
うに、一つの構成素子７０１ａを上下から狭持するよう
にその一端の上側に一の接続部材７０２ａを接合し、他
端の下側に他の接続部材７０３ａを接続したような構造
のものを、複数の構成素子７０１ａ、７０１ｂ、７０１
ｃが同一平面内に位置するように構成素子７０１ｂを介
して複数（図７Ａ、図７Ｂにおいては２個）連結するこ
とにより、過電圧防止素子を構成する等である。なお、
構成素子として、接続部材と一体になったものを用いて
もよい。
【００２８】このような空間的接続法式をとることによ
って、より薄型のかつ外部からの機械的衝撃に強い過電
圧防止素子を簡易に製作することができる。
【００２９】特に、光起電力素子と過電圧防止素子を耐
候性樹脂に一体的に封止する太陽電池モジュールの形式
を採用する場合には、耐候性樹脂封止作業において樹脂
充填不良等が起こり難く、また、太陽電池モジュールの
外観にも凹凸が生じ難くなる。さらに、光起電力素子の
平面性も保たれる。
【００３０】また、過電圧防止素子を太陽電池モジュー
ルに内蔵することにより、過電圧防止のための装置を太
陽電池モジュールに外付けする必要がなく、該装置の設
置場所を不要とし、太陽電池モジュールの設置自由度を
向上させることができる。
【００３１】さらに、過電圧防止素子を光起電力素子ご
とに分散して配置することにより、過電圧防止素子にお
ける電力消費により発生する熱の集中が起こり難く、過
電圧防止素子の放熱のためのスペースを設ける等の別段
の放熱手段を要しない。
【００３２】また、過電圧防止素子を太陽電池モジュー
ルに内蔵することにより、太陽電池アレイ途中からの短
絡用引き出し線も不要であり、通常の太陽電池モジュー
ルと全く同様の配線形態で使用できる。
【００３３】以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【００３４】（光起電力素子）図３は本発明に好適に用
いられる光起電力素子の一例を示す模式的な概略断面図
であり、金属基板３０１上に裏面反射層３０２、光電変
換部３０３（アモルファスシリコン及びアモルファスゲ
ルマニウムを含んだ光電変換層３層３０３ａ，３０３
ｂ，３０３ｃ）、透明電極層３０４が積層された構成を
とる。後述する実施例及び比較例においては、この光起
電力素子３枚を直列接続して使用した。このような構成
をもつ光起電力素子の製造方法は本出願人によって出願
された公開公報にその一例が詳述されている。（光電変
換層生成．．特開平６−２１４９４号公報等、集電電極
付与．．特開平８−１３９３４９号公報等）以下、図
３、図４、図５を用いて簡単に説明する。 まず、金属基板３０１となるステンレス薄板を準備
する。例えば、０．１２５ｍｍ厚のものを使用する。 上記ステンレス薄板上に裏面反射層３０２としてア
ルミニウム薄膜および酸化亜鉛薄膜をスパッタ等の方法
で順次積層する。 ＣＶＤ法によりアモルファスシリコンおよびアモル
ファスゲルマニウムを含む半導体層をｎ層、ｉ層、ｐ層
の順に３回繰り返し堆積し、光電変換層３０３ａ、３０
３ｂ、３０３ｃを作成する。 透明電極層３０４として酸化錫−インジウム層を積
層する。
【００３５】このようにして、図３に示される構造の光
起電力素子が作成される。
【００３６】次に以下の工程を経て、図４及び図５に示
される電極タブ付きの光起電力素子４０１を作成する。 セルを適当な大きさに切断する。例えば、１８０ｍ
ｍ×１２０ｍｍに切断する。 光電変換層と透明電極層の積層部分４０２の一部を
化学エッチングにより除去して、空隙４０３を作成す
る。これは金属基板端部での部分的な短絡による素子へ
の影響を除去するためである。 端部に絶縁テープ４０４を貼る。 導電性接着剤付きの銅線からなる集電電極４０５を
素子に貼り付ける。 例えば、厚み０．１ｍｍ幅１ｃｍの錫メッキ銅箔で
できた裏面電極タブ４０６および表面電極タブ４０７を
取り付ける。図４に示されるように裏面電極タブ４０６
と表面電極タブ４０７の間の距離は例えば５０ｍｍとす
る。表面電極タブ４０７は光起電力素子４０１間の接続
のために長めにする。本来、効率向上のためには、本例
のような余分な配線路（特に裏面電極タブ４０６）が受
光面に占める割合を小さく好ましくは０にして光電変換
部の受光面に占める割合を高めるべきだが、より明確に
本発明の構成を明らかにするために本例ではこのような
構成を採るものであり、本発明はこの構成に限定される
ものでない。
【００３７】（過電圧防止素子）図６は、本発明に好適
に用いられる過電圧防止素子の一例を示す概観図及び図
６（ａ）のＡ−Ａ′における概略断面図である。図６の
過電圧防止素子は、２個の構成素子６０１ａ、６０１ｂ
と電極タブ６０２ａ、６０２ｂ及び中間接続電極タブ６
０３により構成され、２個の構成素子の直列体となって
いる。該電極タブ６０２ａ、６０２ｂ及び該中間接続電
極タブ６０３は、図６（ｂ）のように上下互い違いに該
構成素子６０１ａ、６０１ｂに接続されている。このよ
うな空間的接続形式をとることにより、過電圧防止素子
の厚さが薄くなると共に光起電力素子の平面性も保て
る。特に、光起電力素子を耐候性樹脂に一体的に封止す
る後述の太陽電池モジュールの形式をとる場合には、耐
候性樹脂封止作業において、樹脂充填不良などが起こり
難く、また、太陽電池モジュールの外観にも凹凸が生じ
難くなる。
【００３８】過電圧防止素子の構成素子の種類、性能、
大きさ、形状等は、光起電力素子の大きさや、出力特
性、接続形態、太陽電池モジュールに要求される性能等
により様々なものを選択できる。なお、全体として片方
向導通性を有しており、最小作動電圧が所望の値であっ
て、光起電力素子の動作電流に耐えるような過電圧防止
素子が得られるように構成素子を選択する。光起電力素
子の平面性を考慮すると、構成素子は、できるだけ小さ
な形状で、薄いものが好ましく、例えば、ダイオードを
構成素子として用いる場合は、チップダイオードやフラ
ットダイオードが好適に用いられる。
【００３９】具体的には、ＰＮ接合ダイオード、ショッ
トキーバリアダイオード、定電圧ダイオード、抵抗素子
等を構成素子として用いることができる。
【００４０】特に、過電圧防止素子を光起電力素子に対
して順方向に並列接続する場合には、ＰＮ接合ダイオー
ド、ショットキーバリアダイオード、が好適に用いられ
る。その際、ＰＮ接合ダイオードの中でも整流ダイオー
ド、発光ダイオードがより好ましい。
【００４１】なお、光起電力素子の出力電圧は数Ｖ程度
であるので、該過電圧防止素子の逆耐圧は数Ｖ以上あれ
ば十分である。
【００４２】一方、過電圧防止素子を光起電力素子に対
して逆方向に並列接続する場合には、ツェナーダイオー
ド、アバランシェダイオード等の定電圧ダイオードが好
適に用いられる。
【００４３】電極タブ６０２ａ、６０２ｂ及び中間接続
電極タブ６０３（以下、これらをまとめて「接続部材」
と呼ぶ。）には金属箔材が好適に用いられる。該金属箔
材に用いる材料としては、導電性が良くて、半田付けが
容易で、加工の容易な金、銀、銅、錫、鉛、ニッケル等
の金属が好適であるが、これらに限定されることはな
く、金メッキ銅、銀メッキ銅、半田メッキ銅、錫メッキ
銅等のメッキした金属を用いても構わない。
【００４４】接続部材の寸法は光起電力素子の大きさ
や、出力特性、接続形態、太陽電池モジュールの形状等
により適宜選択する。
【００４５】接続部材と構成素子の接合方法には、半田
付け、レーザー溶接等を用いることができる。接合の機
械的強度及び接続部材と構成素子の電気的接触があれば
よい。
【００４６】なお、図６の空間的接続形式は構成素子の
直列接続のみならず、並列接続にも適用できる。
【００４７】図７は、本発明に好適に用いられる過電圧
防止素子の他の一例を示す概観図及び図７（ａ）のＡ−
Ａ′における概略断面図である。図７の過電圧防止素子
は、３個の構成素子７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｃと電
極タブ７０２ａ、７０２ｂ及び中間接続電極タブ７０３
ａ、７０３ｂにより構成され、３個の構成素子の直列体
となっている。該電極タブ７０２ａ、７０２ｂ及び該中
間接続電極タブ７０３ａ、７０３ｂは図７（ｂ）のよう
に上下互い違いに該構成素子７０１ａ、７０１ｂ、７０
１ｃに接続されている。このような空間的接続形式をと
ることにより前述の例同様、過電圧防止素子の厚さが薄
くなると共に光起電力素子の平面性も保てる。特に、光
起電力素子を耐候性樹脂に一体的に封止する後述の太陽
電池モジュールの形式をとる場合には、耐候性樹脂封止
作業において、樹脂充填不良などが起こり難く、また、
太陽電池モジュールの外観にも凹凸が生じ難くなる。
【００４８】構成素子や接続部材としては前述の例同様
である。
【００４９】なお、図７の空間的接続形式も構成素子の
直列接続のみならず、並列接続にも適用できる。
【００５０】（電流バイパス素子）図８は、本発明に好
適に用いられる電流バイパス素子の一例を示す模式的な
概略図であり、図８（ａ）は上面図を、図８（ｂ）は図
８（ａ）のＡ−Ａ’方向に沿った断面図である。電流バ
イパス素子は、図８に示したようにＰＮ接合ダイオード
８０１を電極タブ８０２ａ及び８０２ｂによりサンドイ
ッチした構成をとる。このような空間的接続形式をとる
ことにより電流バイパス素子の厚さが薄くなると共に光
起電力素子の平面性も保てる。
【００５１】電流バイパス素子に用いるダイオードの種
類、性能、大きさ、形状等は、光起電力素子の大きさ
や、使用する電流、接続形態、太陽電池モジュールに要
求される性能等により様々なものを選択できる。なお、
全体として片方向導通性を有しており、光起電力素子の
短絡電流に耐えるような電流バイパス素子が得られるよ
うに構成素子を選択する。また、光起電力素子の平面性
を考慮すると、できるだけ小さな形状で、薄いものがよ
い。
【００５２】特に、光起電力素子を耐候性樹脂に一体的
に封止する後述の太陽電池モジュールの形式をとる場合
には、耐候性樹脂封止作業において、樹脂充填不良など
が起こり難く、また、モジュールの外観にも凹凸が生じ
難くなるためダイオードは薄いものがよい。特に、チッ
プダイオードやフラットダイオードが好適に用いられ
る。
【００５３】電極タブ８０２ａ、８０２ｂとしては、前
記過電圧防止素子の接続部材と同様のものが用いられ
る。
【００５４】なお、チップダイオードを用いた電流バイ
パス素子の構成や製造方法については特開平７−３０２
９２３号公報（当社出願）に詳述されており、該公報記
載の電流バイパス素子を本発明に用いることができる。
【００５５】（太陽電池モジュール）本発明に係る太陽
電池モジュールは上記光起電力素子と過電圧防止素子と
必要により電流バイパス素子を用いて構成されるもので
ある。
【００５６】図９（ａ）は本発明に係る太陽電池モジュ
ールの一例の一部（一の光起電力素子に対応するユニッ
ト：以下「太陽電池セル」と呼ぶ。）を示す回路図であ
る。光起電力素子９０１と過電圧防止素子９０２と電流
バイパス素子９０３とが並列に接続されており、この太
陽電池セルが必要に応じて複数直列及び／又は並列に接
続されることにより太陽電池モジュールが構成される。
【００５７】本例では、過電圧防止素子９０２は、2個
のＰＮ接合ダイオード９０２ａ、９０２ｂと1個のショ
ットキーバリアダイオード９０２ｃの直列体により構成
されている。図９（ａ）では、光起電力素子９０１と過
電圧防止素子９０２は順方向に並列接続されており、光
起電力素子９０１と電流バイパス素子９０３は逆方向に
並列接続されている。これにより光起電力素子９０１の
遮光時には電流バイパス素子９０３が自動的に導通し、
光起電力素子９０１が光照射されかつ負荷がある程度よ
り軽いときには過電圧防止素子９０２が自動的に導通す
る。制御装置等は不要である。
【００５８】図９（ｂ）は、本発明に係る太陽電池モジ
ュールの他の一例の一部（太陽電池セル）を示す回路図
である。光起電力素子９０１と過電圧防止素子９０２と
電流バイパス素子９０３とが並列に接続されており、こ
の太陽電池セルが必要に応じて複数直列及び／又は並列
に接続されることにより太陽電池モジュールが構成され
る。
【００５９】本例では、過電圧防止素子９０２は、2個
の定電圧ダイオード９０２ｄ、９０２ｅの直列体により
構成されている。図９（ｂ）では、光起電力素子９０１
と過電圧防止素子９０２は逆方向に並列接続されてお
り、光起電力素子９０１と電流バイパス素子９０３は逆
方向に並列接続されている。これにより光起電力素子９
０１の遮光時には電流バイパス素子９０３が自動的に導
通し、光起電力素子９０１が光照射されかつ負荷がある
程度より軽いときには過電圧防止素子９０２が自動的に
導通する。制御装置等は不要である。
【００６０】図１０は、本発明の太陽電池モジュールの
構成の一例を示す概略平面図である。本例では、３個の
光起電力素子１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃが直
列に接続されている。
【００６１】表面電極タブ１００２は、隣り合う光起電
力素子の裏面に接続されている。また、各光起電力素子
の裏側電極タブ１００３（負極）と表面電極タブ１００
２（正極）の間には過電圧防止素子１００４ならびに電
流バイパス素子１００５が並列に取り付けられている。
両端の光起電力素子１００１ａ、１００１ｃには、それ
ぞれ図示するように表面（裏面）電極タブを介して負極
取り出し電極１００６と正極取り出し電極１００７を取
り付けることにより、３個の光起電力素子の電気的な接
続を完了する。
【００６２】なお、図１０においては、電流バイパス素
子や過電圧防止素子は、説明の簡単のために受光面から
見えるように配置したが、発電効率向上の観点からは太
陽電池モジュールの裏面に配置した方が好ましい。
【００６３】（モジュール製作）図１１は、完成した太
陽電池モジュールの一例を示す模式的断面図である。太
陽電池セル直列体１１０１と透明樹脂接着剤１１０２
（ＥＶＡ樹脂（Ｅｔｈｅｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔ
ａｔｅ）を使用）を、耐候性を有する表面保護フィルム
１１０３（ここではフッ素樹脂フィルムを使用）と太陽
電池モジュールの形状を形作る裏面金属板１１０４の間
に樹脂封止して太陽電池モジュールを構成している。
【００６４】図１２は、縦葺用の屋根材一体型太陽電池
モジュール１２０１の一例の外観を示す斜視図である。
裏面金属板１２０２は太陽電池モジュール１２０１の形
状を形成する。この太陽電池モジュール１２０１は屋根
材として使用でき、裏面金属板立ち上がり部１２０３に
おいて隣り合う太陽電池モジュール同士を連結すること
により複数の太陽電池モジュールを一体として屋根を形
成することができる。また、裏面金属板１２０２の形状
を変化させることにより様々な形状の美観に富む屋根を
形成できる。裏面金属板１２０２には電極取り出し部１
２０４ａ，１２０４ｂが設けられており、太陽電池が発
電した電力を取り出すための接続線１２０５ａ、１２０
５ｂが電極取り出し部１２０４ａ、１２０４ｂから引き
出されている。この接続線１２０５ａ、１２０５ｂの接
続コネクタ１２０６ａ、１２０６ｂを介して、複数の太
陽電池モジュールが電気的に接続されることにより太陽
電池ストリングが形成され、さらに、この太陽電池スト
リングが接続線１２０５ａ、１２０５ｂ、接続コネクタ
１２０６ａ、１２０６ｂにより電力変換装置や負荷等に
接続されることにより太陽電池発電システムが形成され
る。
【００６５】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは
ない。
【００６６】発明の実施の形態に記載された光起電力素
子を９枚用意した。アモルファス太陽電池には光劣化が
あるため、これらを標準光（スペクトルＡＭ１．５、強
度１ｋＷ／ｍ2）下で半年間暴露し、安定化させた。光
起電力素子の特性は、標準光下、一枚当り、最大出力
１．５８５Ｗ、開放電圧２．０３２Ｖ、最適動作電圧
１．４７７Ｖであった。
【００６７】（実施例１）上記の光起電力素子に過電圧
防止素子を並列接続することにより太陽電池セルを作成
し、該太陽電池セル３枚を互いに直列に接続することに
より太陽電池モジュールを構成した。該過電圧防止素子
は、図６に示す直列接続形式とし、構成素子にはＰＮ接
合シリコンダイオードチップ（ＧＩ社製、メサ型ＰＮ接
合シリコンダイオードチップ、立ち上がり電圧０．７５
Ｖ、厚さ０．２５ｍｍ、４．５ｍｍ角）を２．５ｍｍ角
に変更したもの２個を用いた。電極タブ及び中間接続電
極タブには錫メッキ銅を用いた。電極タブの寸法は、厚
さ０．１ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ１５ｍｍとした。中間接
続電極タブも電極タブと同寸法とした。電極タブ又は中
間接続電極タブと構成素子は、半田付けにより接合し
た。そして、該過電圧防止素子を前記光起電力素子に対
して順方向に並列接続した。
【００６８】ここでは、過電圧防止素子として２個のＰ
Ｎ接合シリコンダイオードの直列体を採用することによ
り、該過電圧防止素子の最小作動電圧を約１．５Ｖと
し、光起電力素子の最適動作電圧以上開放電圧未満の範
囲とした。
【００６９】過電圧防止素子を図６に示すように構成す
ることにより、光起電力素子を耐候性樹脂に一体的に封
止する太陽電池モジュールの形式をとる場合には、耐候
性樹脂封止作業において、樹脂充填不良などが起こり難
く、また、モジュールの外観にも凹凸が生じ難くなる。
【００７０】（実施例２）過電圧防止素子を図７に示す
直列接続形式とし、構成素子にはＰＮ接合シリコンダイ
オードチップ（ ＧＩ社製、メサ型ＰＮ接合シリコンダ
イオードチップ、立ち上がり電圧０．７５Ｖ、厚さ０．
２５ｍｍ、４．５ｍｍ角）を２．５ｍｍ角に変更したも
の２個とショットキーバリアダイオードチップ（オリジ
ン電気製、立ち上がり電圧０．４Ｖ、厚さ０．２５ｍ
ｍ、４．５ｍｍ角）を２．５ｍｍ角に変更したもの１個
を用いた点以外は実施例１と同様の太陽電池セルを作成
した。そして、該太陽電池セル３枚を互いに直列に接続
することにより太陽電池モジュールを構成した。
【００７１】本実施例では、過電圧防止素子として２個
のＰＮ接合シリコンダイオードと１個のショットキーバ
リアダイオードの直列体を採用することにより、該過電
圧防止素子の最小作動電圧約１．９Ｖとし、光起電力素
子の最適動作電圧以上、開放電圧未満の範囲とした。
【００７２】過電圧防止素子を図７に示すように構成す
ることにより、光起電力素子を耐候性樹脂に一体的に封
止する太陽電池モジュールの形式をとる場合には、耐候
性樹脂封止作業において、樹脂充填不良などが起こり難
く、また、モジュールの外観にも凹凸が生じ難くなる。
【００７３】（比較例１）光起電力素子ごとに過電圧防
止素子が取り付けられていない点以外は実施例１及び実
施例２と同様の太陽電池セル３枚を互いに直列に接続す
ることにより太陽電池モジュールを構成した。
【００７４】（性能評価試験）実施例１、実施例２及び
比較例１の太陽電池モジュールについて本発明の効果を
明らかにするために、性能評価試験を行い、太陽電池セ
ルの出力特性（電流−電圧特性）を直接的に測定した。
【００７５】図１３に市販の太陽電池モジュール性能測
定装置（ＳＰＩＲＥ社製、型式２４０Ａ）で測定した実
施例１、実施例２及び比較例１の太陽電池モジュールの
出力特性を示す。測定電圧と測定電力は光起電力素子１
個当たりに変換した数字であり、太陽電池モジュール全
体の１／３となっている。
【００７６】測定により得られた重要な特性数値を表１
に示す。これから、次の事項が明らかになっている。
【００７７】（１） 最大出力の比較 過電圧防止素子を取り付けたことによる出力損失は、実
施例１及び実施例２では比較的小さく、特に実施例２で
は、その損失はほとんど０である。
【００７８】（２）開放電圧の比較 実施例１では１５％、実施例２では６％程度、開放電圧
が下がっている。これにより、太陽電池直流回路に接続
される各種装置には耐圧の低いものを使用することが可
能となる。
【００７９】（３）最適動作電圧／開放電圧の比較 「最適動作電圧／開放電圧」は、比較例１では０．７２
７、実施例１では０．７８９、実施例２では０．７７２
となり、過電圧防止素子を設置することにより最適動作
電圧と開放電圧の差が小さくなっていることがわかる。
【００８０】すなわち、本発明によって、太陽電池の出
力損失を比較的小さく保ったまま開放電圧を低下させ、
過電圧を効果的に抑制できる。特に、本実施例のように
アモルファスシリコンおよびアモルファスゲルマニウム
を含んだ光電変換層を３層積層した光起電力素子を用い
る場合にあっては、実施例２のＰＮ接合ダイオード２個
とショットキーバリアダイオード１個の直列体により構
成される過電圧防止素子を用いることにより、太陽電池
の出力損失をほとんど０にすることができる。つまり、
図１３において、実施例２の太陽電池モジュールの光起
電力素子１個当たりの電流−電圧曲線の最適動作点はほ
とんど変化せず、最適動作電圧と開放電圧の差は小さく
なり、最適動作点と開放電圧点を結ぶ直線の傾きが比較
例１の太陽電池モジュールに比較して大きくなってい
る。
【００８１】開放電圧の抑制により、太陽電池に接続す
るインバーター等の機器には耐圧の小さいものを使用す
ることができ、一層のコストダウンを図ることができ
る。
【００８２】このような過電圧抑制動作は従来から知ら
れていたが、本発明では過電圧防止素子を光起電力素子
ごとに設けて発熱源の分散化と過電圧防止手段の設置場
所の削減を実現し、最適な過電圧防止素子の構成を具体
化し、過電圧防止機能の使い勝手を飛躍的に向上させた
ものである。
【００８３】（セル自由度）上記性能評価試験の結果よ
り、過電圧防止素子を設置することにより出力損失を小
さく保ったまま開放電圧を抑制できること及び最適動作
点電圧／開放電圧の比が大きくなることを説明したが、
これがどのような効果を太陽電池発電システムにもたら
すのかについて、実施例１、実施例２及び比較例１によ
り説明する。これらの効果は具体的には太陽電池発電シ
ステムにおける太陽電池セルの直列数の自由度（以下
「セル自由度」という。）が高まることであり、特に面
積が限られた住宅屋根などでは太陽電池の設置自由度が
高まる。
【００８４】本実施例においては、使用可能電圧範囲が
１５５Ｖから３００ＶであるインバーターＡおよび２５
０Ｖから４５０ＶであるインバーターＢに関して、実際
にセル自由度を計算してみた。
【００８５】実施例１、実施例２、比較例１の太陽電池
セルそれぞれについて、インバーターＡに対して接続可
能な太陽電池セルの直列個数の範囲を表２に、インバー
ターＢに対して接続可能な太陽電池セルの直列個数の範
囲を表３に示した。なお、簡単のために、接続可能な太
陽電池セルの直列数は以下の式で計算した。
【００８６】（接続可能な太陽電池セルの直列数の下限
値）＝（（インバーター使用可能電圧の下限値／最適動
作電圧）＋１の整数部） （接続可能な太陽電池セルの直列数の上限値）＝（（イ
ンバーター使用可能電圧の上限値／開放電圧）の整数
部） よって、セル自由度は次式で表される。
【００８７】（セル自由度）＝（接続可能な太陽電池セ
ルの直列数の上限値）−（接続可能な太陽電池セルの直
列数の下限値）
【００８８】表２及び表３から次の効果が明らかになっ
た。 （１） 過電圧防止素子を用いることにより、各インバ
ーターに対する太陽電池セルのセル自由度は高まり、太
陽電池発電システムにおいて、より選択幅の広い様々な
太陽電池セルの配置が可能となる。 （２） 過電圧防止素子を用いることにより、太陽電池
セルの使用可能数の上限が大きくなるので、システム電
圧の高い太陽電池発電システムを構築でき、システム損
失を減少させることができる。（高電圧のシステムほど
電圧降下による損失を小さくできることが一般に知られ
ている。）
【００８９】また、上記（モジュール製作）において説
明した、光起電力素子を耐候性樹脂に一体的に封止する
太陽電池モジュールを用いて太陽電池発電システムを構
築することにより、多種多様な屋根形状に合わせた太陽
電池セルの配置が可能になる。特に、裏面金属板の形状
を屋根材の形状と同等のものとすれば、美観に富む太陽
電池屋根を簡単に構築することができる。
【００９０】また、実施例１の光起電力素子に電流バイ
パス素子を並列接続した構成、又は実施例２の光起電力
素子に電流バイパス素子を並列接続した図１０において
示す構成をとってもよく、実施例１又は実施例２と同様
の電流−電圧特性、セル自由度が得られた。
【００９１】（比較例２）過電圧防止素子の構成素子
を、ＰＮ接合シリコンダイオードチップ（ＧＩ社製、メ
サ型ＰＮ接合シリコンダイオードチップ、立ち上がり電
圧０．７５Ｖ、厚さ０．２５ｍｍ、４．５ｍｍ角）を
２．５ｍｍ角に変更したもの１個とした以外は実施例１
と同様にして、太陽電池モジュールを構成した。該過電
圧防止素子は、光起電力素子に対して順方向に並列接続
されている。また、該過電圧防止素子は、図８に示され
る電流バイパスと同様に、ＰＮ接合シリコンダイオード
チップを電極タブ８０２ａ、８０２ｂによりサンドイッ
チして作成した。
【００９２】本比較例においては、ＰＮ接合シリコンダ
イオードとして、その立ち上がり電圧が０．７５Ｖであ
るものを使用した。本実施例の過電圧防止素子の最小作
動電圧は約０．７５Ｖであり、本比較例において用いら
れた光起電力素子の最適動作電圧よりも大幅に小さく、
最適動作電圧の約２分の１であった。このことから、本
比較例における電力損失は５０％近くに達し、電力の取
り出し効率が大幅に低下してしまった。
【００９３】実施例１、２、比較例２から、過電圧防止
素子の最小作動電圧が、光起電力素子の最適動作電圧以
上、開放電圧未満であることにより、電力の損失を最小
にしつつ、大きな過電圧防止効果を得ることができるこ
とが明らかとなった。
【００９４】なお、過電圧防止素子の最小作動電圧が開
放電圧より大きい場合には、過電圧防止効果を発揮でき
ないことはいうまでもない。
【００９５】（実施例３）上記の光起電力素子に過電圧
防止素子を並列接続することにより太陽電池セルを作成
し、該太陽電池セル３枚を互いに直列に接続することに
より太陽電池モジュールを構成した。該過電圧防止素子
の構成素子にはツェナーダイオードチップ（厚さ０．２
５ｍｍ、４．５ｍｍ角）を２．５ｍｍ角に変更したもの
２個を用い、電極タブ及び中間接続電極タブには錫メッ
キ銅を用いた。そして該過電圧防止素子を前記光起電力
素子に対して逆方向に並列接続した。
【００９６】ここでは、過電圧防止素子として２個のツ
ェナーダイオードの並列体を採用することにより、該過
電圧防止素子の最小作動電圧（ここでは降伏電圧）を約
１．９Ｖとし、光起電力素子の最適動作電圧以上開放電
圧未満の範囲とした。
【００９７】実施例３についても、実施例１、実施例２
及び比較例１で行った性能評価試験を同様に行い、実施
例１及び実施例２と同様の過電圧防止効果を有すること
が分かった。さらにセル自由度を算出し、比較例１に比
べてセル自由度が高くなっていることが分かった。
【００９８】なお、光起電力素子ごとに過電圧防止素子
が逆方向に並列接続されていることから、該過電圧防止
素子は電流バイパス機能をも発揮することができる。
【００９９】また、実施例３の光起電力素子に電流バイ
パス素子を並列接続した構成（光起電力素子と過電圧防
止素子と電流バイパス素子が並列に接続されており、該
電流バイパス素子と該光起電力素子は逆方向に並列接続
されている構成）とした太陽電池モジュールでもよく、
実施例３と同様の電流−電圧特性、セル自由度が得られ
た。
【０１００】（逆潮流のない商用系統併用システム）次
に、図１に示されるような、商用系統を整流して得られ
た直流回路に太陽電池を接続して負荷に供給する逆潮流
の無い商用系統併用（直流系統と呼ぶこともある）シス
テムについて、本発明の太陽電池モジュールを使用し、
本発明の効果を明らかにする。
【０１０１】一般的にいって、商用系統併用型のシステ
ムにおいては、太陽電池を効率的に使用するための電圧
範囲の制限が厳しい。これは商用系統の電圧が、例えば
２００Ｖの交流の場合、整流して得られた電圧は約２８
０Ｖであり、太陽電池の最適動作電圧の合計がこの値を
越えていないと、太陽電池から負荷に供給される電力が
少なくなってしまうからである。現実的には商用系統電
圧は２１０Ｖ程度で供給されることが多いことから、太
陽電池の最適動作電圧の合計は３００Ｖ程度以上必要で
ある。
【０１０２】また、ファンやポンプなどの動力負荷を可
変速運転するために用いられるインバーターは、コスト
ダウンのために商用電力系統に最適化されており、ほと
んどの場合、２００Ｖ用のインバーターに使用されてい
る部品（特に１次側電解コンデンサ）の耐圧は４００Ｖ
となっている。従って、使用するインバータは、その使
用可能電圧範囲が３００Ｖから４００Ｖのものとなる。
【０１０３】ここで、使用可能電圧範囲が３００Ｖから
４００Ｖであるインバータに関して、実施例２及び比較
例１の太陽電池セルそれぞれについて接続可能な太陽電
池セルの直列数の下限値、上限値、セル自由度を計算し
た。計算結果を表４に示す。
【０１０４】表４から、比較例１の過電圧防止素子を有
しない太陽電池セルのセル自由度は０となり、逆潮流の
ない商用系統併用（直流系統）システムにおいては過電
圧防止素子が必須であることがわかる。
【０１０５】次に、このような過電圧防止素子を外付け
して集中配電（すなわち図１のような系）した場合と、
本発明のように光起電力素子ごとに過電圧防止素子を設
けた場合について比較して考察する。
【０１０６】図１３から、実施例２と比較例１の太陽電
池セルの最高出力はほぼ等しく、約１．５８Ｗであるこ
とが分かる（表１参照）。ここで、例えば２馬力（＝１
５００Ｗ）程度のモーター太陽電池モジュールにより駆
動させる場合を考える。表４に基づいて実施例２の太陽
電池セル２０６個を直列接続して太陽電池モジュールを
構成する。この太陽電池モジュール１組の総出力は約３
２５Ｗとなることから、前記モーターを駆動させるため
には、この太陽電池モジュールが６組程度必要である。
【０１０７】一方、無負荷の場合には、約０．６Ｗが過
電圧防止素子内で消費されていることが計算から分か
る。つまり、比較例１の太陽電池セル１個当たりの動作
電圧が実施例２の太陽電池セル１個当たりの開放電圧値
に等しい場合における、比較例１の太陽電池セル１個当
たりの出力が実施例２の太陽電池セルの過電圧防止素子
内で消費されている電力である。
【０１０８】したがって、無負荷の場合におけるこの太
陽電池モジュールの過電圧防止素子における消費電力の
総量は約１２４Ｗとなり、６組の太陽電池モジュールの
総損失量は７４４Ｗ弱になる。この総損失量は、小型ス
トーブ並みの発熱に相当し、かかる発熱が過電圧防止素
子において生じていることになる。
【０１０９】本発明の場合には、光起電力素子ごとに過
電圧防止素子が設けられていることから、そのような熱
源は、太陽電池アレイ全体に分散するが、過電圧防止素
子を外付けして集中配置した場合には、過電圧防止素子
が十分放熱できるようなスペースを確保する必要が生
じ、なおかつ放熱に関する安全対策を施す必要があるの
は明らかである。
【０１１０】したがって本発明を適用すれば、大変簡単
かつ便利に、商用系統併用型システムを提供できる。
【０１１１】また、本発明にかかる太陽電池モジュール
は、その直流出力を交流系統に逆潮流させる系統連係イ
ンバーターを備えた太陽光発電システムにも好適に用い
られる。
【０１１２】なお、本発明はこれらの実施例のみに限定
されるものではなく、実施態様については本発明の思想
を歪めない範囲で、多種多様な変更が可能である。ま
た、本実施例においては、アモルファスシリコンおよび
アモルファスゲルマニウムを含んだ光電変換層を３層積
層した光起電力素子を用いているが、該光起電力素子に
限定されることはなく、例えば少なくともシリコン原子
もしくはゲルマニウム原子を含有する非単結晶半導体材
料を含む光電変換層を有する光起電力素子や単結晶シリ
コン層を含む光電変換層を有する光起電力素子を用いて
もよい。
【０１１３】
【表１】
【０１１４】
【表２】
【０１１５】
【表３】
【０１１６】
【表４】
【０１１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明には以下の
ような効果がある。 （１）無負荷時や軽負荷時の過電圧を防止できるので、
同じ耐圧の電力変換機等の機器を太陽電池発電システム
に使用する場合には、太陽電池セルの直列数の自由度が
高まる。 （２）システム電圧の高い太陽電池発電システムを構築
できることから、システム損失を減少させることができ
る。 （３）太陽電池セルの直列数が同数である場合において
は、より耐圧の低い電力変換装置等の機器を使用できる
ことから、より安価な電力変換装置等の機器を使用で
き、一層のコストダウンを図ることができ、太陽電池発
電システムの普及に大きく貢献することができる。特
に、単結晶シリコンからなる光起電力素子のフィルファ
クターに比べて、少なくともシリコン原子若しくはゲル
マニウム原子を含有する非単結晶半導体材料を含む光電
変換層を有する光起電力素子のフィルファクターは劣る
ことから、該費単結晶材料を含む光電変換層を有する光
起電力素子を用いた太陽電池発電システムにおいて、こ
の効果は大きい。 （４）光起電力素子ごとに過電圧防止素子を内蔵させた
ので、従来のような過電圧防止装置を設置する場所を用
意する必要がなく、また、過電圧防止素子が分散して配
置されることから、発生する熱が集中しないので放熱が
容易である。 （５）過電圧防止素子を複数の構成素子で構成すること
で、より損失の少ない過電圧防止効果が期待できる。 （６）過電圧防止素子の構成素子間の電気的接続形式の
選択により、より安価な素子を使用することができ、一
層のコストダウンを図ることができる。 （７） 電圧制御装置やそのためのスペース・配線等も
不要である。 （８）光起電力素子を耐候性樹脂に一体的に封止する太
陽電池モジュールの形式をとる場合には、耐候性樹脂封
止作業において、樹脂充填不良などが起こり難く、ま
た、モジュールの外観にも凹凸が生じ難くなる。 （９）裏面金属板と薄型の素子を用いた過電圧防止素子
とを用いて太陽電池モジュールを構成することで、加工
性のよい太陽電池モジュールが提供できる。特にアモル
ファスシリコンを含んだ光起電力素子を用いた場合、こ
の効果は著しい。
【０１１８】上記の顕著な効果を有する本発明の産業上
の利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例を示す図である。
【図２】他の従来例を示す図である。
【図３】光起電力素子の光電変換部の構造図である。
【図４】光起電力素子の一例を示す図である。
【図５】光起電力素子の一例の横断面である。
【図６】過電圧防止素子の一例の概観図及び概略断面図
である。
【図７】過電圧防止素子の他の一例の概観図及び概略断
面図である。
【図８】電流バイパス素子の一例の概観図及び概略断面
図である。
【図９】太陽電池セルの一例の回路図である。
【図１０】太陽電池モジュールの一例の構成図である。
【図１１】太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【図１２】縦葺用の屋根材一体型太陽電池モジュールの
一例を示す斜視図である。
【図１３】太陽電池セルの出力特性を示す図である。
【図１４】過電圧防止素子の一例を示す回路図である。
【図１５】過電圧防止素子の他の一例を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
１０１ 太陽電池パネル １０２ 逆流防止ダイオード １０３ 電圧制御素子 １０４ 定電圧直流電源 １０５ コンプレッサー駆動モータ １０６ インバータパワーモジュール １０７ インバータエアコン ２０１ 太陽電池 ２０２ インバータ ２０３ 制御回路 ２０４ スイッチ ２０５ 分圧回路 ２０６ 誘導電動機 ３０１ 金属基板 ３０２ 裏面反射層 ３０３ 光電変換部 ３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ 光電変換層 ３０４ 透明電極層 ４０１ 光起電力素子 ４０２ 光電変換層 ４０３ 空隙 ４０４ 絶縁テープ ４０５ 集電電極 ４０６ 裏面電極タブ ４０７ 表面電極タブ ４０８ 金属基板 ６０１ａ，６０１ｂ 構成素子 ６０２ａ，６０２ｂ 電極タブ ６０３ 中間接続電極タブ ７０１ａ，７０１ｂ，７０１ｃ 構成素子 ７０２ａ，７０２ｂ 電極タブ ７０３ａ，７０３ｂ 中間接続電極タブ ８０１ ＰＮ接合ダイオード ８０２ａ，８０２ｂ 電極タブ ９０１ 光起電力素子 ９０２ 過電圧防止素子 ９０２ａ，９０２ｂ ＰＮ接合ダイオード ９０２ｃ ショットキーバリアダイオード ９０２ｄ，９０２ｅ 定電圧ダイオード ９０３ 電流バイパス素子 １００１ａ，１００１ｂ，１００１ｃ 光起電力素子 １００２ 表面電極タブ １００３ 裏面電極タブ １００４ 過電圧防止素子 １００５ 電流バイパス素子 １００６ 負極取り出し電極 １００７ 正極取り出し電極 １１０１ 太陽電池セル直列体 １１０２ 透明樹脂接着剤 １１０３ 表面保護フィルム １１０４ 裏面金属板 １２０１ 太陽電池モジュール １２０２ 裏面金属板 １２０３ 裏面金属板立ち上がり部 １２０４ａ，１２０４ｂ 電極取り出し部 １２０５ａ，１２０５ｂ 接続線 １２０６ａ，１２０６ｂ 接続コネクタ １４０１ 抵抗

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の光起電力素子を有する太陽電池モ
    ジュールにおいて、前記光起電力素子ごとに過電圧防止
    素子が並列に接続されており、前記過電圧防止素子は片
    方向導通性を示し、前記過電圧防止素子の最小作動電圧
    が、前記光起電力素子の開放電圧未満であって、最適動
    作電圧以上であることを特徴とする太陽電池モジュー
    ル。
  2. 【請求項２】 前記過電圧防止素子は複数の構成素子か
    らなり、該構成素子は互いに複数直列接続及び／又は並
    列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の太
    陽電池モジュール。
  3. 【請求項３】 前記過電圧防止素子は前記光起電力素子
    に対して順方向に並列に接続されており、前記最小作動
    電圧は前記光起電力素子に順方向電圧が印加された場合
    におけるものであることを特徴とする請求項１又は２に
    記載の太陽電池モジュール。
  4. 【請求項４】 前記過電圧防止素子は、複数の構成素子
    を電気的に接続することにより構成されており、前記構
    成素子はそれぞれ前記光起電力素子に対して順方向に並
    列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３に
    記載の太陽電池モジュール。
  5. 【請求項５】 前記複数の構成素子のうち少なくとも一
    つは、ダイオードであることを特徴とする請求項４に記
    載の太陽電池モジュール。
  6. 【請求項６】 前記複数の構成素子は、ＰＮ接合ダイオ
    ード、ショットキーバリアダイオード、抵抗又はこれら
    の組み合わせからなることを特徴とする請求項５に記載
    の太陽電池モジュール。
  7. 【請求項７】 前記過電圧防止素子は前記光起電力素子
    に対して逆方向に並列に接続されており、前記最小作動
    電圧は前記光起電力素子に逆方向電圧が印加された場合
    におけるものであることを特徴とする請求項１又は２に
    記載の太陽電池モジュール。
  8. 【請求項８】 前記過電圧防止素子は、複数の構成素子
    を電気的に接続することにより構成されており、前記構
    成素子はそれぞれ前記光起電力素子に対して逆方向に並
    列に接続されていることを特徴とする請求項１、２又は
    ７に記載の太陽電池モジュール。
  9. 【請求項９】 前記複数の構成素子のうち少なくとも一
    つは、定電圧ダイオードであることを特徴とする請求項
    ８に記載の太陽電池モジュール。
  10. 【請求項１０】 前記複数の構成素子は、定電圧ダイオ
    ード、抵抗又はこれらの組み合わせからなることを特徴
    とする請求項９に記載の太陽電池モジュール。
  11. 【請求項１１】 前記過電圧防止素子が電流バイパス機
    能を有することを特徴とする請求項７乃至１０に記載の
    太陽電池モジュール。
  12. 【請求項１２】 前記光起電力素子と前記過電圧防止素
    子と電流バイパス素子とが並列に接続にされていること
    を特徴とする請求項１乃至１１に記載の太陽電池モジュ
    ール。
  13. 【請求項１３】 前記電流バイパス素子がダイオードを
    少なくとも有することを特徴とする請求項１２に記載の
    太陽電池モジュール。
  14. 【請求項１４】 前記光起電力素子が、少なくともシリ
    コン原子もしくはゲルマニウム原子を含有する非単結晶
    半導体材料を含む光電変換層を有することを特徴とする
    請求項１乃至１３に記載の太陽電池モジュール。
  15. 【請求項１５】 前記光起電力素子が、少なくとも単結
    晶シリコンを含む光電変換層を有することを特徴とする
    請求項１乃至１３に記載の太陽電池モジュール。
  16. 【請求項１６】 複数の光起電力素子を有する太陽電池
    モジュールにおいて、前記光起電力素子ごとに過電圧防
    止素子が並列に接続されており、前記過電圧防止素子は
    片方向導通性を示し、前記過電圧防止素子が複数の構成
    素子と該構成素子に電気的に接続された複数の接続部材
    とからなり、一つの構成素子に隣接する二つの接続部材
    のうちの一方が該一つの構成素子の上側に接続され、他
    方が下側に接続されていることを特徴とする太陽電池モ
    ジュール。
  17. 【請求項１７】 前記接続部材が、金、銀、銅、鉛、
    錫、またはニッケルのうち少なくとも１つの成分を含む
    ことを特徴とする請求項１６に記載の太陽電池モジュー
    ル。
  18. 【請求項１８】 前記過電圧防止素子が前記光起電力素
    子に対して順方向に並列に接続されており、前記過電圧
    防止素子に順方向電圧が印加された際の最小作動電圧
    が、前記光起電力素子の開放電圧未満であって、最適動
    作電圧以上であることを特徴とする請求項１６又は１７
    に記載の太陽電池モジュール。
  19. 【請求項１９】 前記過電圧防止素子が前記光起電力素
    子に対して逆方向に並列に接続されており、前記過電圧
    防止素子に逆方向電圧が印加された際の最小作動電圧
    が、前記光起電力素子の開放電圧未満であって、最適動
    作電圧以上であることを特徴とする請求項１６又は１７
    に記載の太陽電池モジュール。
  20. 【請求項２０】 複数の光起電力素子を有する太陽電池
    モジュールにおいて、前記光起電力素子ごとに過電圧防
    止素子が並列に接続されており、前記過電圧防止素子は
    片方向導通性を示し、前記過電圧防止素子が複数の構成
    素子と該構成素子に電気的に接続された複数の接続部材
    とからなり、一の構成素子を上下から狭持するようにそ
    の一端の上側に一の接続素子を接合し、他端の下側に他
    の接続素子を接続したものを、複数の構成素子が同一平
    面内に位置するように構成素子を介して複数連結したこ
    とを特徴とする太陽電池モジュール。
  21. 【請求項２１】 前記接続部材が、金、銀、銅、鉛、
    錫、またはニッケルのうち少なくとも１つの成分を含む
    ことを特徴とする請求項２０に記載の太陽電池モジュー
    ル。
  22. 【請求項２２】 前記過電圧防止素子が前記光起電力素
    子に対して順方向に並列に接続されており、前記過電圧
    防止素子に順方向電圧が印加された際の最小作動電圧
    が、前記光起電力素子の開放電圧未満であって、最適動
    作電圧以上であることを特徴とする請求項２０又は２１
    に記載の太陽電池モジュール。
  23. 【請求項２３】 前記過電圧防止素子が前記光起電力素
    子に対して逆方向に並列に接続されており、前記過電圧
    防止素子に逆方向電圧が印加された際の最小作動電圧
    が、前記光起電力素子の開放電圧未満であって、最適動
    作電圧以上であることを特徴とする請求項２０又は２１
    に記載の太陽電池モジュール。
  24. 【請求項２４】 少なくとも２枚の耐候性の支持体の間
    に前記光起電力素子と前記過電圧防止素子とが封入され
    た構造を有し、該支持体が樹脂、ガラス、金属のいずれ
    か又はこれらの組み合わせからなることを特徴とする請
    求項１乃至２３に記載の太陽電池モジュール。
  25. 【請求項２５】 前記支持体は少なくともフッ素樹脂を
    有することを特徴とする請求項２４に記載の太陽電池モ
    ジュール。
  26. 【請求項２６】 前記支持体は少なくとも前記光起電力
    素子の裏面に設けられた金属板を有し、該金属板の形状
    を屋根材の形状と同等のものであることを特徴とする請
    求項２４に記載の太陽電池モジュール。
  27. 【請求項２７】 耐候性を有する樹脂製の支持体に前記
    光起電力素子と前記過電圧防止素子とを埋め込むことに
    より構成されることを特徴とする請求項１乃至２３に記
    載の太陽電池モジュール。
  28. 【請求項２８】 請求項１乃至２７に記載の太陽電池モ
    ジュールと、その直流出力を交流系統に逆潮流させる系
    統連系インバーターを備えた太陽光発電システム。
  29. 【請求項２９】 請求項１乃至２７に記載の太陽電池モ
    ジュールを備え、該太陽電池モジュールから得られた直
    流電力と商用交流系統から整流して得られた直流電力と
    を並列接続し、負荷へ供給する太陽光発電システム。
  30. 【請求項３０】 前記負荷が、可変周波数・可変電圧イ
    ンバーターと動力負荷とを含んでいる請求項２９に記載
    の太陽光発電システム。
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