JP2000315808A - 太陽電池を備えた電力発生のための回路装置 - Google Patents

太陽電池を備えた電力発生のための回路装置

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JP2000315808A
JP2000315808A JP2000109194A JP2000109194A JP2000315808A JP 2000315808 A JP2000315808 A JP 2000315808A JP 2000109194 A JP2000109194 A JP 2000109194A JP 2000109194 A JP2000109194 A JP 2000109194A JP 2000315808 A JP2000315808 A JP 2000315808A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 互いに直列に接続された複数の太陽電池から
なるストリングを有し、これらストリングの各々に対し
てバイパス・ダイオードが並列に接続されるとともにス
トリングが互いに直列に接続された構成の太陽電池を備
えた回路装置において、ストリングが日陰になって不導
通状態のときにバイパス・ダイオードの電流に起因して
生じる電力損失の増大を減少させること。 【解決手段】 当該回路装置に設けられた太陽電池（１
０〜３２）は直列に接続され、複数の太陽電池よりスト
リング（３４〜４４）が構成され、互いに直列に接続さ
れる。各ストリングに対してバイパス・ダイオード（５
０〜６０）が並列に接続される。直列接続の複数のスト
リングの２つ又はそれ以上のバイパス・ダイオードに対
して、更なるダイオード（６４〜７０）が並列に接続さ
れる。この構成において、任意のストリングが日陰にな
った場合、電流を流すダイオードの数は大幅に減少す
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、互いに直列に接続
された複数の太陽電池（ソーラーセル）からなるストリ
ング（string）を有し、該ストリングの各々に対してバ
イパス・ダイオード（bypass diode）が並列に接続され
るとともに該ストリングが互いに直列に接続されてなる
構成の、太陽電池を備えた電力発生のための回路装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ソーラ
ーエネルギーを電気的エネルギーに変換するための光電
池システムはモジュールの態様で配置された複数の太陽
電池（ソーラーセル）を有し、その上に直列に接続され
た太陽電池のストリング(string)が配置され、各ストリ
ングはバイパス・ダイオードによってジャンパー（jump
er) される構成である。又、これらのストリングも互い
に直列に接続される。複数の太陽電池からなるストリン
グを備えたモジュールは、一般に板状の構造をなし、薄
いフイルム状の太陽電池が帯状に互いに隣接した態様で
配置される。このモジュールを設置した状態では実際
上、該モジュールの全てのストリング上に均一の太陽光
の照射が行われることは少なく、これらストリングの一
部が隣接する物体の陰になって電力発生に寄与し得ない
ことも起こり得る。
【０００３】このため、不導通方向(non-conducting di
rection)に分極(polarized)され日陰(in shade)になっ
た太陽電池の作動を避けるために、ストリングが日陰に
なったときに導通状態に移行させるバイパス・ダイオー
ドが用いられる。これらバイパス・ダイオードは作動に
際して導通方向に内部抵抗を有するので、その内部で電
流による熱損失が生じ、これによって光電池システムの
効率が減少させられる。このバイパス・ダイオードを介
して流れる電流が、許容限界温度を超えてダイオードの
温度を上昇させることは許されない。従って、この熱を
対流ないしは放射によって消散させる処置が必要であ
り、例えば、バイパス・ダイオードを冷却体上に設置す
るなどの対策が講じられる。
【０００４】ストリングには外部配線との接続部が設け
られる。このストリングへの配線及びストリングからの
配線において、その一端は接続ボックスに接続され、該
接続ボックス内においてこれら複数のストリングが相互
に接続される。
【０００５】多数のストリングないしは太陽電池が直列
に接続されると、個々のストリングが日陰状態(shadin
g) のとき、これらストリングのバイパス・ダイオード
を介して比較的大きな電流が流れる。日陰になったスト
リングの数は導通するバイパス・ダイオードの数に対応
する。従って、複数のストリングが日陰になると、光電
池システムのエネルギー収量はバイパス・ダイオードに
よって減少する問題がある。
【０００６】太陽電池を用いたソーラー発電機がドイツ
出願ＤＥ８８１５９６３Ｕ１に開示されている。ここに
おいて、各太陽電池モジュールは、シャント・ダイオー
ドに並列に接続され、該ダイオードがＬＥＤ（発光ダイ
オード）に接続された構成で、これにより、視覚手段に
よって欠損した太陽電池モジュールを迅速に検出するよ
うになっている。
【０００７】本発明の目的は、互いに直列に接続された
太陽電池からなるストリングと各ストリングのためのバ
イパス・ダイオードを備えた回路装置を改良し、一連の
ストリングにおいて２つ又はそれ以上のストリングが日
陰になり不導通状態のときにバイパス・ダイオードの電
流に起因して生じる不導通状態のストリングの数に比例
した電力損失の増大を実質的に減少させることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達成するために、本発明は、ストリングに対して並列
に接続されるとともに互いに直列に接続された２つ又は
それ以上のバイパス・ダイオードが更なるダイオードに
並列に接続された構成を提案するものである。この構成
の本発明の回路装置においては、各ストリングのバイパ
ス・ダイオードが並列のダイオードによってジャンパー
される直列接続の複数のストリングが、日陰状態(shadi
ng) によって不導通方向(non−conducting direction)
に分極(polarization)されると、該並列のダイオードを
介して電流が流れる。その結果、電力損失は１つのダイ
オードにのみ生じる。１つの並列ダイオードによりジャ
ンパーされた各２つのバイパス・ダイオードにおいて
は、全てのストリングが不導通方向に分極されるととも
に偶数よりなる場合において、存在するバイパス・ダイ
オードの単に半分のダイオードが電流を導く。
【０００９】これにより、本発明の回路構成において
は、電力損失を大幅に減少させることができる。ダイオ
ードにおける電力損失は、更に、より多くのバイパス・
ダイオードをジャンパーする他のダイオードにより一層
減少させることができる。
【００１０】本発明の好ましい具体例において、バイパ
ス・ダイオード及びそれに対して並列をなし２つ又はそ
れ以上のストリングのための更なるダイオードはプリン
ト回路板の上面又は裏面の一方の側に配置され、他方の
側にはプリント導体が配置される。このプリント導体は
外部配線のための接続点及びバイパス・ダイオードとの
接続のための接続貫通孔とを有する。ここにおいて、バ
イパス・ダイオード及び更なるダイオードのための接触
面としての金属面がプリント回路板の表面に設けられ
る。この構成において、熱伝達はバイパス・ダイオード
及び更なるダイオードから金属面へと行われる。多数の
不導通のストリングがある場合でも、プリント回路板上
に配置されたダイオードの内の僅かな数のダイオードの
みが電流を担持するので、金属面を備えたプリント回路
板はこの発生熱を十分に消散させることができる。従っ
て、バイパス・ダイオード及び更なるダイオードを備え
たプリント回路板は小型化でき、その占めるスペースを
極めて小さくすることができる。又、多数のストリング
のためのバイパス・ダイオード及び更なるダイオードを
備えたプリント回路板は接続ボックス内に配置するのが
望ましい。
【００１１】バイパス・ダイオード及びこれと並列をな
す更なるダイオードとしてショットキー・ダイオードが
望ましい。ショットキー・ダイオードは導通方向におい
て低い内部抵抗を有するので、電圧低下及び熱損失の度
合いが低い。
【００１２】本発明の更なる詳細、利点、特徴は、上述
の記載及び特許請求の範囲の記載のみならず、以下に図
面を参照して説明する本発明の実施形態からも理解でき
るであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の電
力発生のための回路装置の実施形態を説明する。当該電
力発生のための回路装置は、多数の太陽電池（ソーラー
セル）を有し、図においては、その内、参照番号１０，
１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２
８，３０及び３２を付した太陽電池のみが示されてい
る。これら太陽電池１０〜３２は、図１において破線で
囲んで示すストリング(string)３４，３６，３８，４
０，４２及び４４内に配置されている。ストリング３４
は互いに直列に接続された太陽電池１０，１２を有し、
これらは図示しない更に他の太陽電池に直列に接続され
ている。ストリング３６は互いに直列に接続された太陽
電池１４，１６を有し、これらは図示しない更に他の太
陽電池に直列に接続されている。太陽電池１８，２０；
２２，２４；２６，２８及び３０，３２はそれぞれスト
リング３８，４０，４２及び４４内に配置されるととも
に図示しない更に他の太陽電池と直列に接続されてい
る。各ストリング３４〜４４は、例えば２０個の太陽電
池を有し、標準的な照射条件の下で、温度２５℃におい
て３アンペア（Ａ）で約１０ボルト（Ｖ）の電圧を発生
させる。
【００１４】ストリング３４〜４４も相互に直列に接続
される。従って、図１に示す回路構成においては、上述
の条件下で、プラスの接続点４８のところで３Ａ，６０
Ｖの電圧を呈する。接続点４６，４８、太陽電池１０〜
３２及び図示されていない更なる太陽電池は、ここにお
いて詳細を略してあるが、板状構造のソーラーモジュー
ルの一部を構成する。これら太陽電池１０〜３２及び図
示されていない更なる太陽電池は、ソーラーモジュール
の平坦なプレート上に帯状に配置されている。これらの
太陽電池１０〜３２及び図示されていない更なる太陽電
池を備えた図１に示すソーラーモジュールは、例えば同
様の構成の他の１つ又は複数のソーラーモジュールと直
列に接続することができる。この図１に示すソーラーモ
ジュールないしはこれを複数備えたモジュール構成を、
エネルギーの供給を受ける機器のために供するか、ある
いはインバータを介して交流電源ネットワークに接続す
る構成となっている。
【００１５】各ストリング３４，３６，３８，４０，４
２及び４４の太陽電池にはバイパス・ダイオード５０，
５２，５４，５６，５８及び６０が並列に接続されてい
る。これらバイパス・ダイオード５０〜６０は、図１に
おいて一点鎖線で囲って示した接続ボックス６２内に位
置する。この接続ボックス６２はソーラーモジュールか
ら分離した状態で取り付けられている。
【００１６】図１に示す回路装置において、各々３つの
バイパス・ダイオードが、１つの並列接続されたダイオ
ードによってジャンパー接続されている。すなわち、バ
イパス・ダイオード５０，５２，５４は更なるダイオー
ド６４に対して並列接続されている。更なるダイオード
６６はバイパス・ダイオード５２，５４，５６に対して
並列接続されている。ダイオード６８はバイパス・ダイ
オード５４，５６，５８に対して並列接続されている。
又、ダイオード７０はバイパス・ダイオード５６，５
８，６０に対して並列接続されている。そして、これら
ダイオード６４，６６，６８，７０も又、バイパス・ダ
イオードであるが、これらは１つのストリングに対して
でなく３つのストリングに対して並列接続されている。
これらのダイオード６４，６６，６８，７０をバイパス
・ダイオード５０〜６０とより明確に区別するために、
これを単に「ダイオード」又は「更なるダイオード」と
称する。
【００１７】バイパス・ダイオード５０〜６０は、太陽
電池が活動状態(active)、すなわち、太陽光が照射され
た状態のとき、並列に接続されたストリング３４〜４４
に関して不導通方向に分極(polarized )され、不導通状
態である。外部配線のための接続点４８は、例えば、プ
ラスの電位を有し、接続点４６はマイナスの電位を有す
る。もし、ストリング３４〜４４の内の１つが例えば、
日陰になってもはや活動状態でなくなると、不導通状態
になり、ソーラーモジュールの電圧／電流に寄与しなく
なる。まだ活動状態にあるアクティブな他のストリング
は依然として電流を発生し、これが非活動状態のストリ
ングのバイパス・ダイオードを介して流れる。その結
果、導通方向に働くバイパス・ダイオードの内部抵抗の
ところで、電圧低下が生じ、これがソーラーモジュール
のエネルギー収量を減少させる。更に、電流を運ぶバイ
パス・ダイオードの熱損失が結果として生じるが、これ
はバイパス・ダイオードにおける許容可能な温度を確実
に越えないようにするために放散されねばならない。バ
イパス・ダイオード５０〜６０及び更なるダイオード６
４〜７０はショットキー・ダイオードであるから、その
内部抵抗は導通モードで低く、従って、熱損失を最小限
に抑制することができる。
【００１８】図１に示す回路装置において１つのストリ
ングが活動状態とされていない場合、他のストリングに
よって、そして例えば更なるソーラーモジュールによっ
て発生した電流が単に１つのバイパス・ダイオードを介
して流れる。もし、図示の回路装置における２つのスト
リングが活動状態となっていない場合、２つのバイパス
・ダイオードが電流を流す。又、もし図１に示す当該装
置の３つのストリングが、例えば日陰になって活動化さ
れていない場合には、バイパス・ダイオード５０〜６０
又は更なるダイオード６４〜７０の唯１つ、又は２ある
いは３つのバイパス・ダイオードが、一連のストリング
の内で非活動のストリングの位置に応じて、活動的にな
る。しかし、１つのソーラーモジュール内において互い
に隣接しない３つ又はそれ以上のストリングが日陰にな
って活動化されない可能性は低いので、図１に示す回路
装置において通常、３つ又はそれ以上のストリングが日
陰になる場合でも、最大２つのダイオードが電流を流
す。
【００１９】図１に示す回路装置は、更に、複数のスト
リングが日陰になっている場合において電流を流すダイ
オードの数を減少させる可能性を示している。この可能
性を発揮するために、ダイオード７２，７４又は７６が
図１において破線で示すように設けられ、２つずつ直列
に接続されたストリング３４，３６；３８，４０又は４
２，４４に対してそれぞれ並列に接続される。このよう
に図１において破線で示した回路構成によって、隣接す
る２つのストリングが日陰になった場合に、１つのダイ
オードのみが電流を導くように作用する。又、対応する
適宜のストリング及びそれらのバイパス・ダイオードに
対して並列構成のダイオード７２，７４，７６によっ
て、複数のストリングが日陰になる場合に、更なるダイ
オード６４，６６，６８，７０なしでも電流を導くダイ
オードの数を減少させる効果がある。従って、ダイオー
ド６４〜７０があるために、日陰になったストリングの
数が多く、又、その位置も連続しているような状態にあ
っても、電流を導くダイオードの数を大幅に減少させる
ことができる。
【００２０】更に、可能なことはストリング３４〜４４
ないしは、それらのバイパス・ダイオードを他のダイオ
ードに並列に接続し、それによって、日陰になったスト
リングの数の如何に拘らず、常に１つのダイオードのみ
に電流を導くようにすることである。この構成において
は、２つ又は３つのストリングを並列接続するのでな
く、４つ及び５つのストリングを並列接続するようにジ
ャンパー接続するダイオードが設けられねばならな
い。、この構成は、接続ボックスの配置が容易であると
いうスペース上の理由と、よりコストダウンが出来ると
いう経済的理由により、望ましいものである。
【００２１】図２は、プラスチック製ハウジング７８内
に配置されたプリント回路板８０を備えた接続ボックス
６２の回路構成を示す。プリント回路板８０は図２にお
いて平坦な側が示されている。ストリング３４は、回路
板８０の一側部に設けられた幅広のプリント導体８２と
共働する外部配線のための接続点８１に、詳細な図示を
省略した配線を介してマイナス端子のところで接続され
ている。該回路板８０の同じ側部において、幅広のプリ
ント導体８６の外部配線のための接続点８４が設けら
れ、ストリング３４のプラス端子を接続させるとともに
ストリング３６のマイナス端子を接続させている。又、
該回路板８０の同じ側部に設けられた幅広のプリント導
体９０の外部配線のための接続点８８はストリング３６
のプラス端子及びストリング３８のマイナス端子にそれ
ぞれ接続されている。ストリング３８のプラス端子は幅
広のプリント導体９４の第１の接続点９２に配線を介し
て接続されている。このプリント導体９４はプリント回
路板８０の全幅にわたって延出している。他方、プリン
ト導体８２，８６，９０はプリント回路板８０の同じ側
にあって、その全幅の約中間位置にまで延出している。
プリント導体９４はプリント回路板８０について接続点
８１〜９２とは反対側の側部に第２の接続点９６を有す
る。ストリング４０のマイナス端子が配線を介して、こ
の第２の接続点９６に接続されている。ストリング４０
のプラス端子は幅広のプリント導体１００の接続点９８
に接続されている。このプリント導体１００は、プリン
ト導体９０，９４に対して該プリント回路板８０の中央
位置において電気的絶縁の距離を保って互いに隣接して
いる。ストリング４２のマイナス端子も配線を介して接
続点９８に接続されている。ストリング４２のマイナス
端子は、幅広のプリント導体１０４の接続点１０２に配
線を介して接続されている。そして、この接続点１０２
にはストリング４４のマイナス端子も接続され、該スト
リング４４のプラス端子は幅広のプリント導体１０８の
接続点１０６に接続されている。
【００２２】バイパス・ダイオード５０〜６０は、プリ
ント導体８２，８６，９０，９４，１００，１０４，１
０８とは反対側のプリント回路板８０の面（裏側）に配
置されている。バイパス・ダイオード５０は、プリント
回路板８０に設けた接続貫通孔を介してプリント導体８
６にその一端が接続されるとともに他端はプリント導体
８６に接続されている。バイパス・ダイオード５２は上
記と同様にして、その一端及び他端がプリント導体８
６，９０にそれぞれ接続されている。又、バイパス・ダ
イオード５４はプリント回路板に設けた接続貫通孔を介
してプリント導体９０，９４にそれぞれ接続されてい
る。バイパス・ダイオード５６は接続貫通孔を介してプ
リント導体９４，１００にそれぞれ接続され、バイパス
・ダイオード５８はこれと同様にプリント導体１００，
１０４にそれぞれ接続されている。更に、バイパス・ダ
イオード６０はプリント回路板８０に設けた接続貫通孔
を介してプリント導体１０４，１０８にそれぞれ接続さ
れている。
【００２３】ダイオード６４はアノード（陽極）がプリ
ント導体８２に、又、カソード（陰極）がプリント導体
９４に接続されている。ダイオード６６はアノードがプ
リント導体８６に、又、カソードがプリント導体１００
に接続されている。ダイオード６８はアノードがプリン
ト導体９０に、又、カソードがプリント導体１０４に接
続されている。ダイオード７０はアノードがプリント導
体９４に、又、カソードがプリント導体１０８に接続さ
れている。
【００２４】バイパス・ダイオード５０〜６０及びダイ
オード６４〜７０はショットキー・ダイオードで構成さ
れ、各々はプリント回路板８０の表面に設けた接触面を
なす金属層の面に接しているが、具体的図示を省略して
ある。この金属層は、それぞれのダイオードを流れる電
流による発生熱の大部分を吸収するとともに対流及び放
射によって熱を大気中に消散させる。電流を導くダイオ
ードの数は、例え全てのストリング３４〜４４が日陰に
なった場合でも、３つに制限されるので、発生熱はプリ
ント回路板８０及び接続ボックス６２が小型の構成であ
っても十分に消散させることができる。又、このため
に、接続ボックス６２はプラスチック材料で形成し得、
これに各ストリングへ配線を導く案内路を設けることが
できる。ストリング３４〜４４を備えたソーラーモジュ
ールは通常、建物の外側に配置される。接続ボックス６
２は建物の内側に配置するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の太陽電池を備えた電力発生のための本発
明の回路装置の概要を示す回路構成図である。
【図２】ストリング内で直列に配置された太陽電池をバ
イパス・ダイオード及びこれに並列に配置されたダイオ
ードを接続するプリント回路板を備えた接続ボックスの
内部構成を示す回路構成図である。
【符号の説明】
10，12，14，16，18，20，22，24，26，28，30，32 太
陽電池 34，36，38，40，42，44 ストリング 50，52，54，56，58，60 バイパス・ダイオード 62 接続ボックス 64，66，68，70 更なるダイオード 78 プラスチック製ハウジング 80 プリント回路板

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】互いに直列に接続された複数の太陽電池か
    らなるストリングを有し、該ストリングの各々に対して
    バイパス・ダイオードが並列に接続されるとともに該ス
    トリングが互いに直列に接続されてなる、太陽電池を備
    えた電力発生のための回路装置であって、前記ストリン
    グ（３４，３６，３８，４０，４２，４４）に対して並
    列に接続されるとともに互いに直列に接続された２つ又
    はそれ以上のバイパス・ダイオード（５０，５２，５
    ４，５６，５８，６０）が更なるダイオード（６４，６
    ６，６８，７０）と並列に接続されてなることを特徴と
    する回路装置。
  2. 【請求項２】互いに直列に接続された３つのストリング
    （３４，３６，３８；３６，３８，４０；３８，４０，
    ４２；４０，４２，４４）のバイパス・ダイオード（５
    ０，５２，５４；５２，５４，５６；５４，５６，５
    ８；５６，５８，６０）ないし太陽電池（１０〜３２）
    よりなる互いに直列に接続された３つのストリングは、
    前記更なるダイオード（６４；６６；６８；７０）の各
    々１つに並列に接続されてなることを特徴とする請求項
    １に記載の回路装置。
  3. 【請求項３】前記バイパス・ダイオード（５０〜６０）
    及びこれに対して並列に接続されるとともに太陽電池よ
    りなる２つ又はそれ以上のストリング（３４〜４４）の
    ための前記更なるダイオード（６４〜７０）は、プリン
    ト回路板（８０）の一方の側に配置され、該プリント回
    路板の他方の側には、外部配線のための接続点（８１，
    ８４，８８，９２，９６，９８，１０２，１０６）と前
    記バイパス・ダイオード（５０〜６０）との接続のため
    の接続貫通孔とを有するプリント導体（８２，，８６，
    ９０，９４，１００，１０２，１０４）が設けられ、該
    プリント回路板（８０）の表面には前記バイパス・ダイ
    オード（５０〜６０）及び更なるダイオード（６４〜７
    ０）との接触面をなす金属面が設けられてなることを特
    徴とする請求項１に記載の回路装置。
  4. 【請求項４】前記バイパス・ダイオード（５０〜６０）
    及びこれに並列接続された前記更なるダイオード（６４
    〜７０）は、ショットキー・ダイオードよりなることを
    特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の回路
    装置。
  5. 【請求項５】前記バイパス・ダイオード（５０〜６０）
    及びこれに並列接続された前記更なるダイオード（６４
    〜７０）とを備えたプリント回路板（８０）が、プラス
    チック製ハウジング（７８）内に配置されてなることを
    特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の回路
    装置。
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