JP2002190611A - 複数個の太陽電池モジュールを備えた発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部分日陰が生じた場合でも太陽電池になんら
の損傷を与えず、またホットスポット現象を発生させな
い複数個の太陽電池モジュールを備えた発電装置を提供
する。 【解決手段】 透光性表面保護部材と裏面保護部材との
間に矩形状の複数個の太陽電池を、接着性樹脂封止材に
より封止してなる複数個の太陽電池モジュールを、屋根
などの傾斜面に設置してなる発電装置において、前記太
陽電池モジュール１０１は、矩形状の複数個の太陽電池
１０２を傾斜面の傾斜方向と略直角方向に一列に配置し
て、この一列のすべての太陽電池を電気的に直列接続
し、さらに矩形状の太陽電池の長辺１１５が、傾斜面の
傾斜方向に対して略平行となる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数個の太陽電
池モジュールを、屋根などの傾斜面に設置してなる発電
装置、特に太陽電池モジュール内の太陽電池の配置とそ
の電気的接続構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、環境保護の立場から、クリーンな
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。同一基板上に形成され
た複数の太陽電池素子が、直列接続されてなる太陽電池
（光電変換装置）の代表例は、薄膜太陽電池である。

【０００３】薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コスト
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建
物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般
住宅用にも需要が広がってきている。一般住宅用とし
て、屋根材一体型太陽電池や太陽電池付き屋根瓦なども
開発されている。

【０００４】近年では、プラスチックフィルムを用いた
フレキシブルタイプの太陽電池の研究開発がすすめられ
ており、このフレキシブル性を生かし、ロールツーロー
ル方式やステップロール方式の製造方法により大量生産
が可能となっている。

【０００５】上記の薄膜太陽電池は、電気絶縁性フィル
ム基板上に第１電極（以下、下電極ともいう）、薄膜半
導体層からなる光電変換層および第２電極（以下、透明
電極ともいう）が積層されてなる光電変換素子（または
セル）が複数形成されている。ある光電変換素子の第１
電極と隣接する光電変換素子の第２電極を電気的に接続
することを繰り返すことにより、最初の光電変換素子の
第１電極と最後の光電変換素子の第２電極とに必要な電
圧を出力させることができる。例えば、インバータによ
り交流化し商用電力源として交流１００Ｖを得るために
は、薄膜太陽電池の出力電圧は１００Ｖ以上が望まし
く、実際には数１０個以上の素子が直列接続される。

【０００６】このような光電変換素子とその直列接続
は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングお
よびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太
陽電池の構成および製造方法の一例として、本願出願人
により、いわゆるＳＣＡＦ（Series Connection throug
h Apertures on Film ）型の非晶質の光電変換層を用い
た薄膜太陽電池が提案されており、例えば特開平１０−
２３３５１７号公報や特願平１１−１９３０６号に記載
されている。

【０００７】図８は、構造の理解の容易化のために、前
記ＳＣＡＦ型の薄膜太陽電池の構成を簡略化して斜視図
で示したものである。図８において、基板６１の表面に
形成した単位光電変換素子６２および基板６１の裏面に
形成した接続電極層６３は、それぞれ複数の単位ユニッ
トに完全に分離され、それぞれの分離位置をずらして形
成されている。このため、素子６２のアモルファス半導
体部分である光電変換層６５で発生した電流は、まず透
明電極層６６に集められ、次に該透明電極層領域に形成
された集電孔６７を介して背面の接続電極層６３に通
じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の
外側に形成された直列接続用の接続孔６８を介して上記
素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びてい
る下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われてい
る。

【０００８】太陽電池を住宅等に設置して発電装置を構
成するためには、上記のように電気絶縁性を有するフィ
ルム基板上に形成された複数の太陽電池を、電気絶縁性
の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側お
よび非受光面側の双方に保護層を設けて薄膜太陽電池モ
ジュールを構成し、このモジュールを複数個屋根に設置
し、インバータなどの周辺設備と組み合わせて発電シス
テムを構築する。

【０００９】以下に、太陽電池モジュールの構成ならび
に屋根への設置構成の従来例について述べる。

【００１０】図３は、従来の太陽電池モジュールの模式
的構造の一例を示す上面図、図４はその側方断面図であ
る。図４に示す太陽電池モジュールは、透光性表面保護
部材と裏面保護部材との間に太陽電池を接着性樹脂封止
材により封止してなるもので、例えば、複数個の太陽電
池２と、その受光面側に設けた表面保護部材としてのガ
ラス板３と、アルミ箔の両面に一弗化エチレン（商品
名：テドラー，デュポン社製）を接着した裏面保護部材
としての防湿保護シート４とを備え、これらを、接着封
止性に優れかつ安価なＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共
重合樹脂）などの接着封止材５により熱融着封止して構
成されている。

【００１１】また、図３に示すように、太陽電池２の図
示しないプラス(＋)極には、隣接する太陽電池２の図示
しないマイナス(−)極が接続され、マイナス(−)極に
は、もう一方の側に隣接する太陽電池２の図示しないプ
ラス(＋)極が、それぞれリード線６で電気的に接続さ
れ、全体として複数個の太陽電池が電気的に直列接続さ
れている。

【００１２】さらに直列接続された太陽電池２のうち、
両端の太陽電池２ａ，２ｂは、太陽電池２ａのブラス
(十)極１２が電力端子箱９のプラス(＋)端子７に、他方
の太陽電池２ｂのマイナス(−)極１３が電力端子箱９の
マイナス(−)端子８に接続線１４で接続され、電カケー
ブル１０を介して電力が外部に取出されて全体として太
陽電池モジユール１を構成している。

【００１３】ここで複数個の太陽電池２の相互の電気的
接続方法は、太陽電池モジユール１内の配列位置、配線
接続の容易さ、電力端子箱の取付け位置、出力電圧など
から決められ、その接続方法は一定しておらず、図３で
は、例えばクランク状に結線している。

【００１４】図５は、太陽電池の電気接続図を示す。図
５に示すように、直列接続されたひとつひとつの太陽電
池２には、電気的に並列にバイパスダイオード１１が挿
入接続されており、例えばひとつの太陽電池２が部分日
陰や遮蔽物で覆われて発電作用が無くなった場合、他の
発電作用のある太陽電池２の電流をバイパスさせて、発
電作用の無い太陽電池２に逆電圧が印加されて故障する
ことを防止している。

【００１５】図６は、屋根材と一体化した太陽電池モジ
ュールの一例の側方断面図を示す。図６において、太陽
電池モジュール１は、屋根材２１に例えば接着材２２
で、防湿保護シート４と屋根材２１とを接着固定して一
体化し、いわゆる屋根材一体型太陽電池モジュール２０
を構成している。

【００１６】図７は、屋根材と一体化した太陽電池モジ
ュールを屋根などの傾斜面に設置した側方断面図を示
す。図７において、このように構成された屋根材一体型
太陽電池モジュール２０は、屋根の野地板２３に図示し
ない釘などで固定される。この際、屋根材一体型太陽電
池モジュール２０は、屋根の野地板２３の傾斜方向に対
して、上側に位置する屋根材一体型太陽電池モジュール
２０ａの先端部２４が、下側に位置する屋根材一体型太
陽電池モジュール２０ｂの一部に、重なり合うように設
置され、全体として階段状に設置される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
に階段状に積み重ねられた屋根材一体型太陽電池モジュ
ール２０において、図７のごとく太陽光線２５が斜め上
方から入射した場合、上側の先端部分２４が下側の太陽
電池モジュール１の受光面(表面)に部分的な日陰２６を
作り、日陰となった場所に位置する、図６で示すところ
の太陽電池２ｃの出力が低下して太陽電池モジュール１
の出力を低下させる。また日陰になっていない太陽電池
２ｄの大きな出力電流が、日陰になった太陽電池２ｃに
流れるために電気的負荷となって、ホットスポット現象
が生じて太陽電池２ｃを損傷させるとともに、最悪時に
は火災を生じる恐れがある。

【００１８】平均的な個人用の住宅はその屋根面積も小
さく、かつ南側に正対した屋根を有する家屋は少ないた
め、一軒当り３ＫＷの発電容量と言われている太陽電池
モジュールを南側に面した屋根のみに設置できる家屋は
非常に少ない。

【００１９】従って、太陽電池モジュールは屋根全体に
設置されることになり、この場合、東側に面した屋根の
太陽電池モジュールは午後に、西側に面した屋根の太陽
電池モジュールは午前中に、北側に面した太陽電池モジ
ュールは一日中、前述の部分日陰が発生することとな
り、特に屋根勾配が大きい場合や太陽高度の低い冬場は
その影響が大きい。このように部分日陰の発生は避けら
れない中、前述の問題は常に付きまとうため、出力特性
低下はやむを得ないものの、太陽電池モジュールの損傷
や火災発生は避けなければならない。

【００２０】従来、この種の問題を解決する手段とし
て、前記図５で示したように、太陽電池個々にバイパス
ダイオードを並列接続し、電流をバイパスダイオードに
流して太陽電池に過大な逆電圧が印加されて損傷、若し
くはホットスポットが発生するのを防止しているが、バ
イパスダイオードをひとつひとつ太陽電池に並列接続す
る作業は、煩雑で作業時間を要し、コストアップの主因
をなしている。

【００２１】特にひとつの太陽電池モジュール内の太陽
電池を小面積に細分化し、これらを直列接続して高電圧
を得る場合や、薄膜半導体太陽電池のごとく、フィルム
基板やガラス基板にスパッタ装置で蒸着して形成し、基
板内でレーザ加工などで直列接続するものは、バイパス
ダイオードの数が多く、また非常に薄い半導体膜にバイ
パスダイオードを接続しなければならないので、接続作
業が煩雑さを極める問題がある。

【００２２】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、本発明の課題は、部分日陰が
生じた場合でも太陽電池になんらの損傷を与えず、また
ホットスポット現象を発生させない複数個の太陽電池モ
ジュールを備えた発電装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、この発明においては、透光性表面保護部材と裏面保
護部材との間に矩形状の複数個の太陽電池を、接着性樹
脂封止材により封止してなる複数個の太陽電池モジュー
ルを、屋根などの傾斜面に設置してなる発電装置におい
て、前記太陽電池モジュールは、前記矩形状の複数個の
太陽電池を前記傾斜面の傾斜方向と略直角方向に一列に
配置して、この一列のすべての太陽電池を電気的に直列
接続し、さらに前記矩形状の太陽電池の長辺が、前記傾
斜面の傾斜方向に対して略平行となる構成とする（請求
項１の発明）。

【００２４】また、前記請求項１の発明において、前記
一列に配置し電気的に直列接続した太陽電池の列を、複
数列設け、各列に逆流防止ダイオードを介挿して前記複
数列の列間を電気的に並列接続してなる構成とする（請
求項２の発明）。

【００２５】上記構成により、少なくとも一つの太陽電
池モジュールの中において、日陰が生じた場合に、複数
個の太陽電池がすべて均等に日陰が生じ、かつこれら均
等に部分日陰が生じた太陽電池の列のみが電気的に直列
に接続されるため、即ち、常に出力特性が同じ太陽電池
が電気的に直列に接続されているため、太陽電池の一部
が部分日陰で出力が低下して他の太陽電池の発生出力で
加熱されホットスポット現象を起こすことはない。

【００２６】また前記請求項２の発明のように、電気的
に直列に接続された太陽電池の列が、複数列有る場合、
他の列の太陽電池からの電流流れ込みによるホットスポ
ット現象は逆流防止ダイオードで防ぐことができる。

【００２７】上記発明の実施態様として、下記請求項３
ないし５の発明が好ましい。即ち、請求項１または２に
記載の発電装置において、前記太陽電池モジュールを、
前記傾斜面の傾斜方向に対して、屋根材を介して階段状
に取り付けてなるものとする（請求項３の発明）。この
場合、前記作用効果は特に顕著となる。

【００２８】また、前記請求項１ないし３のいずれかに
記載の発電装置において、前記太陽電池モジュールは、
一つの電気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された
複数個の矩形状の薄膜太陽電池を直列に接続してなるも
のとする（請求項４の発明）。この発明によれば、太陽
電池モジュールの製作が容易となる。

【００２９】さらに、前記請求項４に記載の発電装置に
おいて、前記薄膜太陽電池は、非晶質の薄膜太陽電池と
する（請求項５の発明）。この発明によれば、薄膜太陽
電池の製作コストが低減する。

【００３０】

【発明の実施の形態】図面に基づき、この発明の実施の
形態について以下に述べる。

【００３１】図１および２にこの発明の実施例を示し、
図１は太陽電池を一列設けた太陽電池モジュールの受光
面側から見た模式的上面図、図２は電気的に直列に接続
された太陽電池の列を複数列設けた太陽電池モジュール
の受光面側から見た模式的上面図を示す。

【００３２】図１において、矩形状の複数個の太陽電池
１０２は、その長辺１１５が向き合うように一列に並べ
られ、かつ屋根などの傾斜面に太陽電池モジュール１０
１を設置した場合、太陽電池の長辺１１５が傾斜方向に
平行になるように配置される。また隣接する太陽電池１
０２は、その図示しないプラス極が隣りの図示しないマ
イナス極に、他方の図示しないマイナス極が反対側に隣
接する図示しないプラス極にリード線１０６で接続さ
れ、両端の太陽電池はマイナス極１１３が接続線１１４
を介して電力端子箱１０９のマイナス端子１０８に、プ
ラス極１１２が電力端子箱１０９のプラス端子１０７に
接続される。

【００３３】ここで、図１および図２では、隣接する太
陽電池１０２はリード線１０６で直列接続されている
が、例えば、前述の図８で述べた薄膜太陽電池のよう
に、一つの基板内に複数の太陽電池を製膜する際に、電
気的接続を完結することで、モジュール製作時での接続
作業は省略することができる。

【００３４】図２は、太陽電池１０２の列を複数列とし
た実施例で、各列の端部に位置する太陽電池１０２のプ
ラス極１１２と接続線１１４との間に逆流防止ダイオー
ド１１１を挿入接続している。この構成により、例えば
ひとつの列の太陽電池１０２が日陰になり、出力特性が
低下した場合でも、この列に他の太陽電池の列の出力が
流れ込んで、太陽電池１０２を損傷したり、太陽電池モ
ジュール１０１全体の出力特性が大きく低下するのを防
止することができる。

【００３５】上記のように構成した太陽電池モジュール
１０１を、屋根材に固定して屋根材一体型太陽電池モジ
ュールとして構成し、屋根の野地板に設置する方法、並
びにその構成は従来技術と同様であるため、ここでは説
明を省略するが、前記従来技術の図７に基づき本実施例
の効果を以下に説明する。

【００３６】例えば屋根の北側斜面に設置した場合を考
えると、傾斜面上側に位置する屋根材２１の先端部２４
が、斜めに差込む太陽光線２５を遮って太陽電池１０２
の一部分、乃至は全体に日陰２６が生じる。しかしなが
ら本実施例によれば、一列に並んで直列接続された矩形
状の複数個の太陽電池１０２が略均等に日陰を生じるの
で、常に列内の太陽電池１０２の出力特性は略同じとな
って、特定の太陽電池にホットスポット現象が生じるこ
とは無い。

【００３７】さらに前述のとおり、複数列配置の場合、
各列毎に逆流防止ダイオード１１１を設けることによ
り、日陰が生じた太陽電池モジュールの損傷を防止する
ことができ、全体の出力低下を最小限に留めることがで
きる。

【００３８】

【発明の効果】この発明によれば前述のように、透光性
表面保護部材と裏面保護部材との間に矩形状の複数個の
太陽電池を、接着性樹脂封止材により封止してなる複数
個の太陽電池モジュールを、屋根などの傾斜面に設置し
てなる発電装置において、前記太陽電池モジュールは、
前記矩形状の複数個の太陽電池を前記傾斜面の傾斜方向
と略直角方向に一列に配置して、この一列のすべての太
陽電池を電気的に直列接続し、さらに前記矩形状の太陽
電池の長辺が、前記傾斜面の傾斜方向に対して略平行と
なる構成とすることにより、また、前記一列に配置し電
気的に直列接続した太陽電池の列を、複数列設け、各列
に逆流防止ダイオードを介挿して前記複数列の列間を電
気的に並列接続してなる構成とすることにより、従来の
ように太陽電池個々にバイパスダイオードを並列接続す
ることなしに、部分日陰が生じた場合でも太陽電池にな
んらの損傷を与えず、またホットスポット現象を発生さ
せない複数個の太陽電池モジュールを備えた発電装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に関わる太陽電池モジュールの
模式的上面図

【図２】図１とは異なる実施例の太陽電池モジュールの
模式的上面図

【図３】従来の太陽電池モジュールの一例を示す模式的
上面図

【図４】従来の太陽電池モジュールの一例を示す模式的
側断面図

【図５】従来の太陽電池モジュールにおける太陽電池の
電気接続図

【図６】従来の屋根材と一体化した太陽電池モジュール
の一例の側方断面図

【図７】図６の太陽電池モジュールを屋根などの傾斜面
に設置した側方断面図

【図８】ＳＣＡＦ型の薄膜太陽電池の概略構成の斜視図

【符号の説明】

１，１０１：太陽電池モジュール、２，１０２：太陽電
池、３：ガラス板、４：防湿保護シート、５：接着封止
材、１０９：電力端子箱、１１１：逆流防止ダイオー
ド、１１５：長辺。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性表面保護部材と裏面保護部材との
   間に矩形状の複数個の太陽電池を、接着性樹脂封止材に
   より封止してなる複数個の太陽電池モジュールを、屋根
   などの傾斜面に設置してなる発電装置において、 前記太陽電池モジュールは、前記矩形状の複数個の太陽
   電池を前記傾斜面の傾斜方向と略直角方向に一列に配置
   して、この一列のすべての太陽電池を電気的に直列接続
   し、さらに前記矩形状の太陽電池の長辺が、前記傾斜面
   の傾斜方向に対して略平行となる構成とすることを特徴
   とする複数個の太陽電池モジュールを備えた発電装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の発電装置において、前
   記一列に配置し電気的に直列接続した太陽電池の列を、
   複数列設け、各列に逆流防止ダイオードを介挿して前記
   複数列の列間を電気的に並列接続してなる構成とするこ
   とを特徴とする複数個の太陽電池モジュールを備えた発
   電装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の発電装置にお
   いて、前記太陽電池モジュールを、前記傾斜面の傾斜方
   向に対して、屋根材を介して階段状に取り付けてなるこ
   とを特徴とする複数個の太陽電池モジュールを備えた発
   電装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の発
   電装置において、前記太陽電池モジュールは、一つの電
   気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された複数個の
   矩形状の薄膜太陽電池を直列に接続してなるものとする
   ことを特徴とする複数個の太陽電池モジュールを備えた
   発電装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の発電装置において、前
   記薄膜太陽電池は、非晶質の薄膜太陽電池とすることを
   特徴とする複数個の太陽電池モジュールを備えた発電装
   置。