JP2001111082A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の細長く形成された太陽電池セル２の長
手方向とモジュール本体の長手方向とを一致させ、複数
の太陽電池セル２をその長手方向と直交する方向に並列
配置し、隣接する太陽電池セル２同士を電気的に直列接
続してなる横長の太陽電池モジュール１であって、段重
ねした場合の段部の影によって出力が低下するのを軽減
可能な太陽電池モジュールを提供する。 【解決手段】 太陽電池セル２の最も水上側のセル幅を
他のセル幅の２〜５倍とする。或いは、複数の太陽電池
セル２の内、段重ねして敷設した場合に段部の影に覆わ
れる可能性のある太陽電池セルの全て或いは水上側から
の一部に対して、各別に、或いは、それらの全体に、バ
イパスダイオードを電気的に順並列接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建物の屋根或いは
壁に敷設する横長の太陽電池モジュールで、瓦を葺くよ
うに段重ねに敷設する太陽電池モジュールに関し、特
に、アモルファスシリコン太陽電池を使用したものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】建物の屋根或いは壁に敷設する横長の太
陽電池モジュールとして、図６に示すように、複数の細
長く形成された太陽電池セル２の長手方向とモジュール
９の長手方向とを一致させ、前記複数の太陽電池セル２
をその長手方向と直交する方向に並列配置し、隣接する
前記太陽電池セル同士を電気的に直列接続して構成され
た太陽電池モジュールがある。尚、横長の太陽電池モジ
ュールとは、モジュール本体の長手方向を水平方向（以
下、適宜「横方向」と称す。）に合わせて敷設するもの
をいう。

【０００３】多数の太陽電池モジュールを敷設する場
合、各モジュールの端部を相互に突き合わせて敷設する
のが一般的であるが、特に屋根に敷設する太陽電池モジ
ュールでは、敷設後の外観上の美的効果を考慮して、瓦
のようにモジュールの棟側端部の上に棟側に隣接するモ
ジュールの軒側端部を重ね合わせて順次段重ねして敷設
する場合がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、横長の
太陽電池モジュールを上記のように段重ねして敷設する
と、図６に示すように、太陽電池モジュールの水上側
（屋根に敷設する場合は、「棟側」と同意。）に横方向
に平行な影ができる。影の縦方向の長さは、太陽の高
度、屋根勾配、段重ね部分のモジュールの高さに依存し
て変化するが、太陽電池セルの幅（縦方向の長さ）が影
の長さより短ければ、最も水上側の太陽電池セルには太
陽光の直達光が全く入射せず、当該太陽電池セルが抵抗
となり、全体の受光量に対して直達光の受光量が減少し
た分以上に太陽電池モジュール全体の出力が低下する。
また、太陽電池セルの幅は、限られたモジュールの幅
（縦方向の長さ）に対して出力電圧を確保するために太
陽電池セルの直列段数を多くする必要から、１０ｍｍ以
下の細さになる場合があり、段重ね部分のモジュールの
高さが２０ｍｍ程度であれば、屋根面が北側の場合は当
然ながら、東側や西側においても上記した影の影響が顕
著に現れ、太陽電池モジュール全体の出力低下が起こ
る。

【０００５】かかる状況は、特に、太陽電池セルがアモ
ルファスシリコンの場合に問題となる。これは、アモル
ファスシリコンの製造過程において、一枚の薄膜状のア
モルファスシリコンをレーザ加工によって複数の太陽電
池セルに分割する場合に、レーザ加工工数を少なくする
という製造効率上の理由から太陽電池モジュールの長手
方向に沿って分割することにより、太陽電池セルの長手
方向と太陽電池モジュールの長手方向が一致するためで
ある。他方、結晶系シリコンを使用する場合は、太陽電
池セルの寸法が、一般的に一辺１０〜１５ｃｍと大きい
ため、最も水上側の太陽電池セルの全部が上記した段部
の影に覆われることがなく、当該影の影響はアモルファ
スシリコンの場合に比べて少ないと言える。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、太陽電池セルの長手方向と太陽電池
モジュールの長手方向が一致する横長の太陽電池モジュ
ールであって、段重ねした場合の段部の影によって出力
が低下するのを軽減可能な太陽電池モジュールを提供す
る点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る太陽電池モジュールの第一の特徴構成
は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、複
数の細長く形成された太陽電池セルの長手方向とモジュ
ール本体の長手方向とを一致させ、前記複数の太陽電池
セルをその長手方向と直交する方向に並列配置し、隣接
する前記太陽電池セル同士を電気的に直列接続してなる
横長の太陽電池モジュールであって、前記太陽電池セル
の最も水上側のセル幅を他のセル幅の２〜５倍とする点
にある。

【０００８】同第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項２に記載した如く、複数の細長く形成された太
陽電池セルの長手方向とモジュール本体の長手方向とを
一致させ、前記複数の太陽電池セルをその長手方向と直
交する方向に並列配置し、隣接する前記太陽電池セル同
士を電気的に直列接続してなる横長の太陽電池モジュー
ルであって、前記複数の太陽電池セルの内、段重ねして
敷設した場合に段部の影に覆われる可能性のある太陽電
池セルの全て或いは水上側からの一部に対して、各別
に、或いは、それらの全体に、バイパスダイオードが電
気的に順並列接続されている点にある。ここで、順並列
接続とは、太陽電池セルとバイパスダイオードの電流の
流れる方向を一致させて並列に接続することをいう。

【０００９】同第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項３に記載した如く、複数の細長く形成された太
陽電池セルの長手方向とモジュール本体の長手方向とを
一致させ、前記複数の太陽電池セルをその長手方向と直
交する方向に並列配置し、隣接する前記太陽電池セル同
士を電気的に直列接続してなる横長の太陽電池モジュー
ルであって、前記複数の太陽電池セルの内、水上側から
２〜５段分の太陽電池セルに対して、各別に、或いは、
それらの全体に、バイパスダイオードが電気的に順並列
接続されている点にある。

【００１０】以下に作用及び効果を説明する。上記第一
の特徴構成によれば、太陽電池モジュールを段重ねして
敷設した場合に、最も水上側の太陽電池セルにおいて、
段部の影で覆われる部分にも入射する散乱光の受光面積
を大きくして直達光の減少分を補償できるため、直達光
も入射する他の太陽電池セルと同等の発電量を維持する
ことができる。従って、水上側の一部の太陽電池セルが
段部の影によって抵抗化して全体の受光量に対して直達
光の受光量が減少した分以上に太陽電池モジュール全体
の出力が低下するのを軽減することができる。

【００１１】散乱光と直達光の割合は、晴天時の平均で
概ね１対２であるので、最も水上側のセル幅を他のセル
幅の３倍程度とすればよいことになる。尚、セル幅が２
倍程度であっても、若干曇天気味であれば、散乱光の割
合が大きいので、本来のセル幅の太陽電池セルと同様の
発電量を維持できることになる。また、最も水上側のセ
ル幅が他のセル幅の４〜５倍程度とした場合は、その分
太陽電池セルの直列段数が減少し、太陽電池モジュール
全体の出力電圧が低下するが、水上側から２番目の太陽
電池セルに対する影の影響を軽減できることから、段部
の高さ、本来のセル幅、屋根勾配等との関係で、平均的
な発電量の改善が期待できる場合がある。しかし、最も
水上側のセル幅を更に大きくしても、水上側から２番目
の太陽電池セルに対する影の影響の軽減効果が、直達光
のモジュール表面への入射角が低くなって影が長い場合
に限って現れることから、かかる場合は直達光が入射す
る太陽電池セル自体の発電量も低下しているので、つま
り相対的に散乱光の割合が大きくなっているので、セル
幅を４〜５倍程度とした場合と同様の改善効果は期待で
きない。そればかりか、セル幅の増加に伴い太陽電池セ
ルの直列段数が更に減少するため、太陽電池モジュール
全体の出力電圧が更に低下するというマイナス効果の方
が大きくなってしまう。

【００１２】上記第二または第三の特徴構成によれば、
太陽電池モジュールを段重ねして敷設した場合に、水上
側から数セル分の太陽電池セルが段部の影で覆われて出
力が低下し、当該セルが抵抗となっても、太陽電池モジ
ュールの出力電流の一部がバイパスダイオードを介して
流れるため、当該抵抗による電圧降下や発熱を回避する
ことができ、段重ねによる影の影響を軽減することがで
きる。

【００１３】ところで、影に覆われない太陽電池セルに
バイパスダイオードを取り付けても電気的に悪影響を及
ぼすことはないが、バイパスダイオードを後付けする場
合に、取付手間やバイパスダイオードの個数分に応じた
アセンブリコストや部品コストが増加することになる。
従って、バイパスダイオードを取り付ける対象となる太
陽電池セルは太陽電池モジュールの全ての太陽電池セル
ではなく、多くとも段重ねして敷設した場合に段部の影
に覆われる可能性のある太陽電池セルで十分である。更
に、具体的には、上記の第一の特徴構成の作用効果の説
明と同じ理由で、上記第三の特徴構成のようにバイパス
ダイオードを取り付ける対象となる太陽電池セルを水上
側から２〜５段分に制限するのが好ましい。尚、当然の
ことながら、段部の高さ、太陽電池セルの幅、屋根勾配
等との関係で、水上側から６段以上の太陽電池セルに対
して、バイパスダイオードを取り付けるのが好ましい場
合があり、かかる場合は、上記第二の特徴構成に該当す
ることになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る太陽電池モ
ジュールの実施の形態について、図面に基づいて説明す
る。

【００１５】〈第一実施形態〉図１に示すように、本発
明の第一実施形態における太陽電池モジュール１は、段
重ねして敷設することを前提として作製されており、水
上側の端部に重ね代部分１ａを設けてあり、敷設後に露
出する働き部分の寸法は４３９×９１０ｍｍで、その内
の受光部分全体の寸法は４２５×８９０ｍｍで、その受
光部分内に、段数４６のアモルファスシリコン太陽電池
セル２が、太陽電池セル２の長手方向が太陽電池モジュ
ール１のモジュール本体の長手方向と一致するように、
分割形成されている。各太陽電池セル２のセル幅は隣接
するセル間のスペースも含めて、最も水上側の太陽電池
セル２ａが２６．５６ｍｍ、その他の太陽電池セル２ｂ
が８．８５ｍｍであり、最も水上側の太陽電池セル２ａ
のセル幅が、その他の太陽電池セル２ｂのセル幅の約３
倍となっている。段の高さは２０ｍｍである。

【００１６】図２に示すように、各太陽電池セル２はア
モルファスシリコン太陽電池３が表面側の透明電極４と
裏面側の裏面金属電極５に挟まれた３層構造で、隣接す
る２つの太陽電池セル２の一方の透明電極４の端部と他
方の裏面金属電極５の端部が相互に接触し、全体として
４６段の太陽電池セル２が直列接続されている。尚、図
２において、各太陽電池セル２は上下反転して図示され
ており、図中の上方向は敷設時の太陽電池モジュール１
の裏面側に当たる。

【００１７】太陽電池セル２の作製方法は、先ず透明な
ガラス基板６の裏面側に、透明電極４を薄膜状に形成し
た後、レーザ加工により、その透明電極４を４６分割す
る。この場合、最も水上側の透明電極４の幅は２６．５
６ｍｍで、その他の部分の幅は切り代を含めて８．８５
ｍｍである。引き続き、その分割された透明電極４の裏
面側にアモルファスシリコン太陽電池３を薄膜状に形成
した後、レーザ加工により、そのアモルファスシリコン
太陽電池３を４６分割する。このときの切断位置は、透
明電極４の切り代より僅かに水上側或いはその逆方向に
ずらしてある。引き続き、その分割されたアモルファス
シリコン太陽電池３の裏面側に裏面金属電極５を薄膜状
に形成した後、レーザ加工により、その裏面金属電極５
を４６分割する。このときの切断位置は、アモルファス
シリコン太陽電池３の切り代より僅かに当該切り代をず
らしたのと同方向にずらしてある。

【００１８】上記要領で４６段の太陽電池セル２が作製
され防水加工を行った後、その周囲と裏面金属電極５側
にメッキ鋼板で瓦を形成して太陽電池と接着一体化し、
合成樹脂製のバックアップ材のモジュール枠体１ｂを裏
面に配置して、太陽電池モジュール１が完成する。

【００１９】本実施形態の太陽電池モジュール１は、Ｊ
ＩＳ−Ｃ−８９３５に規定されているアモルファス太陽
電池モジュール出力測定方法によれば、太陽光の入射強
度１ｋＷ／ｍ² 、温度２５℃の標準状態で、発電量が約
２７Ｗ、負荷時の出力電圧が約２９Ｖとなる。

【００２０】〈第二実施形態〉図３に示すように、本発
明の第二実施形態における太陽電池モジュール７は、第
一実施形態と同様に段重ねして敷設することを前提とし
て作製されており、水上側の端部に重ね代部分７ａを設
けてあり、敷設後に露出する働き部分の寸法は４３９×
９１０ｍｍで、その内の受光部分全体の寸法は４２５×
８９０ｍｍで、段の高さは２０ｍｍで、モジュールの外
形は第一実施形態と全く同じである。但し、第一実施形
態とは異なり、その受光部分内に、段数４８のアモルフ
ァスシリコン太陽電池セル２が、その太陽電池セル２の
長手方向が太陽電池モジュール７のモジュール本体の長
手方向と一致するように、等幅で分割形成されている。
各太陽電池セル２のセル幅は隣接するセル間のスペース
も含めて８．８５ｍｍである。各太陽電池セル２の構造
及び作製方法は、セル幅が等幅で直列段数が４８である
点を除き第一実施形態と同様であるので、説明は割愛す
る。

【００２１】４８段の太陽電池セル２が第一実施形態と
同様に直列状態に作製された後、図４に示すように、水
上側から４段分の太陽電池セル２に対して、各別にバイ
パスダイオード８を順並列接続する。このバイパスダイ
オード８の取り付けは、裏面金属電極５側から行い、そ
の後に、前記受光部分の周囲と裏面金属電極５側にメッ
キ鋼板で瓦を形成して太陽電池と接着一体化し、合成樹
脂製のモジュール枠体７ｂを裏面に配置して、第二実施
形態の太陽電池モジュール７が完成する。

【００２２】本実施形態の太陽電池モジュール７は、Ｊ
ＩＳ−Ｃ−８９３５に規定されているアモルファス太陽
電池モジュール出力測定方法によれば、太陽光の入射強
度１ｋＷ／ｍ² 、温度２５℃の標準状態で、発電量が約
２８Ｗ、負荷時の出力電圧が約３０Ｖとなる。

【００２３】次に、上記第一実施形態及び第二実施形態
において、太陽電池モジュール１，７の年間発電量が段
重ねして敷設した場合に段部の影により減少する割合
を、実験及びシミュレーションにより試算した結果を表
１にまとめる。尚、屋根勾配は４．５寸、気象データは
ＨＡＳＰ（空気調和・衛生工学会方式の「電算機による
動的空調負荷計算プログラム」）大阪データを使用し
た。また、表１に示す数値は、各屋根方位において段重
ねせずに敷設した場合の年間発電量を１００としたとき
の夫々の年間発電量を示している。

【００２４】表１において、原型パターンとは、モジュ
ールの外形、働き部分の寸法、及び、受光部分全体の寸
法が第一及び第二実施形態と全く同じで、受光部分内
に、段数４８のアモルファスシリコン太陽電池セルを第
二実施形態と同様に設けたもので、バイパスダイオード
８は取り付けられていない。即ち、第二実施形態の太陽
電池モジュール７からバイパスダイオード８を取り外し
たものである。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１より、原型パターンでは、屋根方位が
東、西、北の場合、第一及び第二実施形態のような段部
の影の影響を軽減する措置が施されていないため、年間
発電量の減少が大きいことが分かる。これに対して、第
一及び第二実施形態の太陽電池モジュール１，７では、
屋根方位が東、西、北の場合の年間発電量の減少が大幅
に改善されていることが分かる。

【００２７】第一実施形態の場合、最上段の太陽電池セ
ル２ａのセル幅を他の太陽電池セル２ｂのセル幅の約３
倍として、直列段数が２段分減少したため、屋根方位が
南であっても約４％の発電量の減少となっているが、屋
根方位が東と西では、約８％の減少に止めることができ
る。第二実施形態の場合、太陽電池セル２の直列段数の
減少を伴わない分、第一実施形態に比べて改善効果は大
きいが、バイパスダイオード８の取り付け工程が余分に
必要となる。

【００２８】以下に、別実施形態を説明する。 〈１〉上記第一実施形態において、最上段の太陽電池セ
ル２ａのセル幅を他の太陽電池セル２ｂのセル幅の約３
倍としたが、この比率は２〜５倍の範囲で適宜調節して
も構わない。また、セル幅の比率は必ずしも整数倍或い
はその近傍値に限定されるものではない。

【００２９】〈２〉上記第二実施形態において、水上側
から４段分の太陽電池セル２に対して、各別にバイパス
ダイオード８を順並列接続したが、当該段数は、段重ね
して敷設した場合に段部の影に覆われる可能性のある太
陽電池セルの範囲で、或いは、より具体的に２〜５段の
範囲で適宜調節しても構わない。

【００３０】上記第二実施形態では、バイパスダイオー
ド８を水上側から４段分の太陽電池セル２に対して各別
に設けてあるので、実際に影で直達光が遮蔽された太陽
電池セルのみに対して、バイパスダイオードへ電流が迂
回するため、直達光が入射する太陽電池セルは通常通り
機能することから、影の長さに応じて常に高効率で発電
できる。しかし、バイパスダイオード８の点数は複数必
要となり、直達光が遮蔽された太陽電池セルの個数に応
じてバイパスダイオードの順方向電圧分のロスが生じ
る。そこで、バイパスダイオード８の順並列接続の仕方
は、図５（イ）に示すように、水上側から所定段数分
（図では４段）の太陽電池セル２の全てに対して、一つ
のバイパスダイオード８を順並列接続しても構わない。
更に、図５（ロ）に示すように、水上側から所定段数分
（図では４段）の範囲で、水上側から１段、２段、３
段、４段と段数を増しながらこれらの太陽電池セル２に
対して、バイパスダイオード８を順並列接続してもよ
い。

【００３１】図５（イ）及び（ロ）に示すバイパスダイ
オード８の順並列接続の方法では、直達光が遮蔽された
太陽電池セル２の個数にかかわらず、電流バイパス時の
バイパスダイオード８の直列段数が常に１段であり、バ
イパスダイオード８の順方向電圧分のロスを最小限に抑
えることができる。更に、図５（ロ）の場合は、直達光
が遮蔽された太陽電池セル２の個数に応じてバイパス箇
所を調節できるので、発電量の減少は更に抑制される。

【００３２】〈３〉また、上記第一及び第二実施形態に
おいて、太陽電池モジュール１，７の外形寸法、受光部
分全体の寸法、太陽電池セル２のセル幅及び直列段数
は、上記各実施形態の数値に限定されるものではない。
従って、各太陽電池モジュール１，７の電気的特性も上
述の値に限定されるものではない。

【００３３】〈４〉また、太陽電池セル２はアモルファ
スシリコン太陽電池以外の太陽電池で構成されていても
構わない。本発明は、太陽電池セル２の長手方向が太陽
電池モジュール１の長手方向と一致する横長の太陽電池
モジュールの全てについて適用可能である。

【００３４】〈５〉上記第一及び第二実施形態におい
て、太陽電池モジュール１，７は、屋根に敷設する場合
を想定していたが、太陽電池モジュール１，７の敷設箇
所は屋根に限定されるものではなく、建物の外壁に敷設
しても構わない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの第一実施形
態の構成を示す平面図（イ）と側面図（ロ）

【図２】本発明に係る太陽電池モジュールに使用される
太陽電池セルのセル構造を示す斜視図

【図３】本発明に係る太陽電池モジュールの第二実施形
態の構成を示す平面図（イ）と側面図（ロ）

【図４】本発明に係る太陽電池モジュールの第二実施形
態におけるバイパスダイオードの順並列接続の方法を示
す回路図

【図５】本発明に係る太陽電池モジュールの第二実施形
態におけるバイパスダイオードの順並列接続の他の２方
法を示す回路図

【図６】従来の太陽電池モジュールを段重ねして敷設し
た状態を示す説明図

【符号の説明】

１，７ 太陽電池モジュール １ａ，７ａ 重ね代部分 １ｂ，７ｂ モジュール枠体 ２ 太陽電池セル ２ａ 最も水上側の太陽電池セル ２ｂ 水上側から２段目以降の太陽電池セル ３ アモルファスシリコン太陽電池 ４ 透明電極 ５ 裏面金属電極 ６ ガラス基板 ８ バイパスダイオード ９ 従来の太陽電池モジュール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の細長く形成された太陽電池セルの
   長手方向とモジュール本体の長手方向とを一致させ、前
   記複数の太陽電池セルをその長手方向と直交する方向に
   並列配置し、隣接する前記太陽電池セル同士を電気的に
   直列接続してなる横長の太陽電池モジュールであって、 前記太陽電池セルの最も水上側のセル幅を他のセル幅の
   ２〜５倍とすることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 【請求項２】 複数の細長く形成された太陽電池セルの
   長手方向とモジュール本体の長手方向とを一致させ、前
   記複数の太陽電池セルをその長手方向と直交する方向に
   並列配置し、隣接する前記太陽電池セル同士を電気的に
   直列接続してなる横長の太陽電池モジュールであって、 前記複数の太陽電池セルの内、段重ねして敷設した場合
   に段部の影に覆われる可能性のある太陽電池セルの全て
   或いは水上側からの一部に対して、各別に、或いは、そ
   れらの全体に、バイパスダイオードが電気的に順並列接
   続されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
3. 【請求項３】 複数の細長く形成された太陽電池セルの
   長手方向とモジュール本体の長手方向とを一致させ、前
   記複数の太陽電池セルをその長手方向と直交する方向に
   並列配置し、隣接する前記太陽電池セル同士を電気的に
   直列接続してなる横長の太陽電池モジュールであって、 前記複数の太陽電池セルの内、水上側から２〜５段分の
   太陽電池セルに対して、各別に、或いは、それらの全体
   に、バイパスダイオードが電気的に順並列接続されてい
   ることを特徴とする太陽電池モジュール。