JP2002359386A - 太陽電池ストリング、太陽電池アレイ及び太陽光発電システム - Google Patents

太陽電池ストリング、太陽電池アレイ及び太陽光発電システム

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JP2002359386A JP2001164356A JP2001164356A JP2002359386A JP 2002359386 A JP2002359386 A JP 2002359386A JP 2001164356 A JP2001164356 A JP 2001164356A JP 2001164356 A JP2001164356 A JP 2001164356A JP 2002359386 A JP2002359386 A JP 2002359386A
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明治 高林
Seiki Itoyama
誠紀 糸山
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英久 牧田
Masaaki Matsushita
正明 松下
Takaaki Mukai
隆昭 向井
Eiju Tsuzuki
英寿 都築
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池モジュールコストに占める割合が大
きい耐環境性被覆の簡略化及び太陽電池間を直並列接続
する部材の絶縁被覆の簡略化を図り、かかる耐環境性被
覆及び絶縁被覆の簡略化に伴う露出電路の安全性を向上
せしめた太陽電池ストリング、太陽電池アレイ、及び太
陽光発電システムを提供する。 【解決手段】 複数の太陽電池を直列及び／又は並列に
接続した、一つの正極端９０３及び一つの負極端９０４
を有する太陽電池ストリングであって、電路の少なくと
も一部が絶縁の為の外囲器に納められておらず、且つ正
極端９０３と負極端９０４の電気的中点又はそれよりも
負極端側の一箇所で電路が接地されていることを特徴と
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、電路の少なくとも
一部が絶縁の為の外囲器に収められていない太陽電池ス
トリング、該太陽電池ストリングを有する太陽電池アレ
イ、及び、該太陽電池アレイを有する太陽光発電システ
ムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境問題に対する意織の高まり
が、世界的な広がりを見せている。中でも、ＣＯ2排出
に伴う地球の温暖化現象に対する危倶感は深刻で、クリ
ーンエネルギーヘの希求はますます強まってきている。
このような環境の中で、太陽電池はその安全性と扱いや
すさから、クリーンエネルギー源として大きく期待され
ている。太陽電池は光を電気に変換する光電変換層を内
部に有し、代表的な材料としては、単結晶シリコン半導
体、多結晶シリコン半導体、非晶質シリコン系半導体、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物半導体、等が挙げられ
る。
【０００３】これらの太陽電池を利用した太陽光発電シ
ステムの形態としては、数Ｗから数千ｋＷまで種々の規
模がある。例えば、バッテリーを使用して太陽電池の発
電エネルギーを保存するもの、ＤＣ−ＡＣコンバータを
用いて太陽電池の出力エネルギーを商用系統に流し込む
ものなど、多くのシステムが存在する。図１には特開２
０００−２０７６６２号公報に開示されている典型的な
太陽光発電システムの構成図を示す。この太陽光発電シ
ステムでは、複数の太陽電池モジュールを直列に接続し
て構成された４つの太陽電池ストリング１０４〜１０７
が並列に接続され、太陽電池アレイ１０１を構成してい
る。この太陽電池アレイ１０１の出力は、最大出力制御
等を行う制御装置を備えたパワーコンディショナ１０２
に導かれ、負荷１０３に供給される。ここで、負荷１０
３は電力系統でもよく、このような太陽電池の電力を電
力系統に逆潮流するシステムを系統連系システムと呼
ぶ。
【０００４】また、太陽光発電システムの接地には、機
器接地及び電路接地がある。前者の機器接地は一般的に
施されるもので、太陽電池モジュールのフレームの接地
またはパワーコンディショナの筐体の接地等が機器接地
に相当する。後者の電路接地は、各国の事情により異な
る。日本国内では、太陽電池アレイの電路は大地と絶縁
されるのが一般的である。一方、米国では、ＩＥＥＥ規
格１３７４−１９９８： “Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ Ｔｅ
ｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｐｏ
ｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓａｆｅｔｙ”、または、Ｎａ
ｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｄｅ Ａｒｔ
ｉｃｌｅ ６９０ ： “Ｓｏｌａｒ Ｐｈｏｔｏｖｏ
ｌｔａｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ”に記載されているよう
に、太陽電池アレイの電路は接地されるのが一般的であ
る。電路の接地形態としては、ストリングの電気的中間
点を接地する中点接地、正極側の電路を接地する正極端
接地、及び負極側の電路を接地する負極端接地があるこ
とが前記のＩＥＥＥ規格及びＮＥＣに記載されている。
【０００５】図２には、負極側の電路を接地した場合の
太陽光発電システムの例を示す。同図に於ては、複数の
太陽電池モジュールを直列に接続して構成された４つの
太陽電池ストリング２０４〜２０７が並列に接続され、
太陽電池アレイ２０１を構成している。この太陽電池ア
レイ２０１の出力は、最大出力制御等を行う制御装置を
備えたパワーコンディショナ２０２に導かれ、負荷２０
３に供給される。図１の場合と同様に、ここでの負荷２
０３は電力系統でもよい。更に、負極側の電路が接地点
２０８によって接地されている。
【０００６】また、これらの太陽光発電システムに用い
られる典型的な太陽電池モジュールの例を図３に示す。
同図に於て、（ａ）は太陽電池モジュール３０１の外観
図、（ｂ）は（ａ）に於けるＡ−Ａ断面を示す。太陽電
池モジュール３０１は同図（ｂ）に示すように、一般的
には、受光した光を電気に変換する光起電力素子３０
２、光起電力素子の受光面側に配されたガラス板、透光
性樹脂などのフロントカバー３０３、非受光面側に配さ
れたガラス板、樹脂、金属板などのバックカバー３０
４、出力を取り出すための出力ケーブル３０５、太陽電
池モジュールの補強及び固定のための枠体３０７、枠体
を接着するための接着剤３０６から構成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一方、電力市場用途の
太陽光発電システムの最も大きな課題のひとつは、発電
コストの低減である。太陽光発電システムが電力市場へ
本格導入される為にはコスト低減は必須であり、従来の
火力発電、または原子力発電並のコストを実現する必要
がある。しかし、経済産業省の総合資源エネルギー調査
会需給部会中間報告（平成１０年６月１１日）にて報告
されているように、日本国内の電力料金と比較して太陽
光発電のエネルギーコストは２．５〜６倍であり、本格
導入の為には抜本的な低コスト化が必要である。
【０００８】そこで本発明はこのような状況に鑑み、特
に太陽電池モジュールコストを大きく占める耐環境性被
覆の簡略化及び太陽電池間を直並列接続する部材の絶縁
被覆の簡略化に着目し、これによって大幅な発電コスト
の低減を図るとともに、かかる耐環境性被覆及び絶縁被
覆の簡略化に伴う露出電路の安全性を向上せしめた太陽
電池ストリング、太陽電池アレイ、及び太陽光発電シス
テムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下のような知
見を得た。
【００１０】従来の太陽電池モジュールは図３に示す如
く、発電に最低限必要なコンポーネントである光起電力
素子以外にも、フロントカバー、バックカバー、及び枠
体等多くの材料を必要としていた。これらの材料は、熱
ストレス、光ストレス、及び機械的ストレスを受ける屋
外環境から太陽電池モジュールを守り、且つ、電気的な
絶縁性を確保するためにも必要なものであった。本発明
者らは、従来にない太陽電池モジュールの要求仕様とし
て、環境ストレスに対する光起電力素子の保護はする
が、電気的な絶縁性能を要求仕様から外し、部分的に充
電部分が露出する仕様を検討した。その結果、フロント
カバー及びバックカバーの大幅な薄膜化が可能であり大
幅なコスト低減が期待できるという、第一の知見を得
た。更に、太陽電池間を直並列接続する接続部材につい
ても同様に、絶縁性能を要求仕様から外すことにより、
大幅なコスト低減が期待できる。
【００１１】一方、上記のような電気絶縁性能を要求仕
様から外した形態で、当然予期される課題として、太陽
電池アレイ回路と大地との間の絶縁抵抗が小さくなり、
且つ、太陽電池アレイの充電電路が露出しているため、
安全性の確保が必要となる。従って、このような充電部
露出型のシステムは、管理者以外が立ち入れないような
管理区域に設置することが大前提となる。その上で更
に、二重の安全対策としての補助的な手段を本発明者ら
は検討し、ＩＥＣ規格６０４７９−１：“Ｅｆｆｅｃｔ
ｓ ｏｆ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｎ Ｈｕｍａｎ Ｂｅｉ
ｎｇｓ”に着目した。これによれば直流電流に於ては、
大地から人体の上部方向へ電流が流れる場合と、その約
２倍の電流が人体の上部から大地方向へ流れる場合と
で、人体に与える影響はほぼ等価である。即ち、人体抵
抗を一定と仮定した場合、大地に立っている人体の手が
負電位に触れた時と、その約２倍の正電位に触れた時と
でほぼ等価である、ということである。本発明者らはこ
の知見を上記の太陽電池アレイの補助的な安全対策とし
て応用することに着想した。即ち、露出電路の安全性を
少しでも高めるために、ストリングの電気的中点から負
極端の範囲の任意の点で接地を施し、これにより、大地
に対する電路の最大電位（負電位の場合は絶対値）を必
ず、最大正電位の絶対値≧最大負電位の絶対値、の関係
が成り立つようにすれば、安全性を高めることができる
という第二の知見を得た。更に、大地に対して正極端電
位と負極端電位の絶対値の比が概略２対１になるような
位置で接地した場合が最も安全性が高くなる。
【００１２】上記の知見を図４を用いて更に詳しく説明
する。太陽電池ストリングの電路を接地する位置は、ス
トリングの負極−正極端間の任意の位置で可能である。
大地に対する電路の電位は、接地点が大地と同電位、ま
た、接地点から負極端または正極端に近づくに従って負
の電位または正の電位が高くなる。従って、接地点の位
置に拘らず、ストリングの負極端または正極端のどちら
かが電路の中で最も対地電圧の絶対値が大きいと言え
る。そこで、負極端及び正極端に人体の一部が接触する
場合のみを考慮し、その時に人体と大地との間を流れる
電流を考察する。人体抵抗を一定と仮定すれば、流れる
電流は接触する電位の大きさに比例する。従って、正極
端に触れた場合に流れる電流は、図４の実線で示された
ように正極端接地の場合がゼロ、負極端接地の場合が最
も大きい。一方前述のように、負電位に接触した場合に
流れる電流は、その約２倍の電流値が正電位に接触して
流れる場合と等価である。従って、人体に対する影響と
いう観点で、正極端に接触した場合に流れる電流と、負
極端に接触した場合に流れる電流とを比較するには、後
者の電流値を約２倍にして比較すればよい。図４に示さ
れた破線は、負極端に接触した場合に流れる電流値を２
倍にしてプロットしたものである。この場合に流れる等
価電流は、負極端接地の場合がゼロ、正極端接地の場合
が最も大きく、負極端接地時に正極端に触れた場合の２
倍の等価電流となる。図４から明らかなように、任意の
接地位置で正極端または負極端に接触した時に人体に流
れる等価電流の大きい方に着目すると、中点から正極端
の範囲で接地した場合より、負極端から中点の範囲で接
地した方が小さくなることがわかる。更に、任意の接地
位置で正極端または負極端に接触した時に人体に流れる
等価電流の大きい方が、最も小さくなるのは、正極端と
負極端の対地電圧の絶対値が概略２対１になるような位
置で接地した時（図４中の“２対１の位置で接地”）で
あることも分かる。
【００１３】更に本発明者らは検討を続けた結果、複数
のストリングがある場合には、全てのストリングの電路
を接地するのではなく、どれか一つのストリングのみ接
地することにより、不必要なループ電流や異なるストリ
ング間を跨ぐ電流を減少させることができるという第三
の知見を得た。以下、図５及び図６を用いてこの知見を
更に詳しく説明する。
【００１４】図５には、太陽電池アレイ５０１の概略回
路図を示す。同図に於ては、太陽電池５０２が６個直列
接続され、更に逆流防止ダイオード５０３を直列に接続
した太陽電池ストリングが構成されている。また、同じ
構成の太陽電池ストリングを５本並列接続し、正極端子
５０４及び負極端子５０５を有する太陽電池アレイ５０
１が構成されている。また、５本の太陽電池ストリング
の各々一箇所が共通の接地点５０６にて接地されてい
る。このような接地方式で生ずる現象として、各太陽電
池の特性や日射条件のバラツキにより、５０７で示され
たようなループ電流、また、５０８で示されたような、
異なるストリング間を跨ぐような電流を生ずることがあ
る。これによって、太陽電池に逆バイアスが生じたり、
また、定格電流以上の電流が流れたりする可能性があ
る。そこで、図６に示されたように唯一の太陽電池スト
リングに対してのみ接地することにより、このような想
定していない電流が流れるのを防ぐことができる。
【００１５】更に本発明者らは検討を続けた結果、特に
系統連系システムの場合、パワーコンディショナと系統
との間に絶縁トランスを設け、直流的に太陽電池アレイ
回路と系統回路とを完全に分離することにより、太陽電
池アレイの地絡電流が系統側へ与える影響を防止するこ
とができるという第四の知見を得た。
【００１６】本発明者らは、以上のような知見より本発
明の基本概念を想起するに至ったものである。
【００１７】即ち、本発明の太陽電池ストリングは、複
数の太陽電池を直列及び／又は並列に接続した、一つの
正極端及び一つの負極端を有する太陽電池ストリングで
あって、太陽電池ストリングの電路の少なくとも一部が
絶縁の為の外囲器に納められておらず、且つ正極端と負
極端の電気的中点又はそれよりも負極端側の一箇所で太
陽電池ストリングの電路が接地されていることを特徴と
する。
【００１８】本発明の太陽電池ストリングは、太陽電池
または直並列接続するための直並列接続部材の絶縁被覆
を減らし、電路の一部が絶縁の為の外囲器に収められて
いない状態にすることにより、材料費及び加工費の大幅
な低減が可能となる。また、このような充電部露出型の
太陽電池ストリングは管理者以外立ち入りできない管理
区域に設置することが大前提であるが、補助的な安全対
策として、正極端と負極端の電気的中点又はそれよりも
負極端側で太陽電池ストリングの電路を接地することに
より、安全性を向上させることができる。
【００１９】上記太陽電池ストリングに於て、電気的中
点よりも負極端側、且つ、負極端よりも電気的中点側で
太陽電池ストリングの電路が接地されていることがより
好ましく、これによってより安全性を高めることができ
る。また、正極端と負極端との対地電圧の絶対値の比が
概略２対１になる位置で太陽電池ストリングの電路が接
地されていることが更に好ましい。これにより更に安全
性を高めることができる。尚、ここで上記の比が概略２
対１になる位置としたのは、２対１の点が太陽電池の内
部回路となってしまう場合には、２対１の点の電位に最
も近い電位を有する太陽電池間の点が接地されるためで
ある。
【００２０】また、太陽電池の受光面側に配された電極
又は配線部材の少なくとも一部が電路の絶縁の為の外囲
器に収められていないことが望ましい。これによって、
大幅なコスト削減が可能となる。また、太陽電池が光電
変換層、光電変換層の受光面側に配された集電電極及び
表面配線部材、及び光電変換層の受光面側に配された被
覆材を有し、集電電極又は表面配線部材の一部に被覆材
のない非被覆部分を有することが更なるコスト削減の為
に望ましい。また、被覆材をコーティングによる樹脂材
料で形成することにより更なるコスト削減が可能とな
る。
【００２１】また、太陽電池の非受光面側に配された電
極又は配線部材の少なくとも一部が電路の絶縁の為の外
囲器に収められていないことが望ましい。これによっ
て、大幅なコスト削減が可能となる。また、太陽電池が
光電変換層、及び光電変換層の非受光面側に配された裏
面電極及び裏面配線部材を有し、太陽電池の非受光面側
には太陽電池を保持する為の裏面保持体が配されてお
り、裏面保持体の表面の少なくとも一部が非絶縁性材料
であって、非絶縁性材料の表面と裏面電極又は裏面配線
材とが絶縁されていないことが更なるコスト削減の為に
望ましい。
【００２２】また、太陽電池を直列及び／又は並列に接
続する直並列接続部材が絶縁被覆されていない導電体で
構成することにより、更なるコスト削減が可能となる。
【００２３】本発明第一の太陽電池アレイは、複数の太
陽電池を直列及び／又は並列に接続した複数の太陽電池
ストリングを並列接続したものあって、本発明の太陽電
池ストリングを少なくとも一つ有することを特徴とす
る。このような太陽電池アレイとすることにより、前述
の本発明の太陽電池ストリングによる特長を有した上
で、安価で安全性の高い太陽電池アレイを構築すること
ができる。
【００２４】また、本発明第二の太陽電池アレイは、複
数の太陽電池を直列及び／又は並列に接続した複数の太
陽電池ストリングを並列接続したものであって、本発明
の太陽電池ストリングを一つのみ有することを特徴とす
る。このような太陽電池アレイとすることにより、前述
の本発明の太陽電池ストリングによる特長を有した上
で、安価で安全性の高い太陽電池アレイを構築すること
ができ、更に、好ましくないループ電流や異なるストリ
ング間を跨ぐ電流を減少させることができる。
【００２５】更に、本発明第一の太陽光発電システム
は、本発明第一又は第二の太陽電池アレイ、太陽電池ア
レイの直流出力を交流出力に変換するパワーコンディシ
ョナ、及びパワーコンディショナの出力側に接続された
絶縁トランスを有することを特徴とする。このような太
陽光発電システムとすることにより、前述の本発明の太
陽電池アレイによる特長を有した上で、安価で安全性の
高い太陽光発電システムを構築することができる。更
に、太陽電池アレイの地絡電流が系統側へ与える影響を
防止することもできる。
【００２６】一方、本発明第二の太陽光発電システム
は、本発明第一又は第二の太陽電池アレイ、太陽電池ア
レイの発電エネルギーを保存する蓄電装置、太陽電池ア
レイと蓄電装置との間に接続された充電制御装置とを有
することを特徴とする。このような太陽光発電システム
とすることにより、前述の本発明の太陽電池アレイによ
る特長を有した上で、安価で安全性の高い太陽光発電シ
ステムを構築することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の太陽電池ストリン
グ、太陽電池アレイ、及び太陽光発電システムの実施の
形態について、必要に応じて図面を参照しながら説明す
る。尚、本発明は、以下の説明及び図面に限定されるわ
けではなく、本発明の主旨の範囲内で、適宜変形、組合
せできることは言うまでもない。
【００２８】本発明の太陽電池ストリングを構成するの
に好適な太陽電池の例を図７に示す。同図に於て、太陽
電池７０１は、裏面電極でもある金属製基板７０６上に
形成された光起電力素子層７０７を有し、光起電力素子
にて発生した電流を収集するための集電電極７０５がそ
の受光面側に配されている。金属製基板７０６として
は、ここでは０．１５ｍｍ厚のステンレス鋼を用い、ま
た、光起電力素子層７０７としては、アモルファスシリ
コン系光起電力素子を、更に、集電電極としては１００
μｍφの銅線を導電性ペースト用いて光起電力素子層７
０７上に固定している。更に、集電電極は１００μｍ厚
の銅製の表面配線部材７０２に接続され、太陽電池の受
光面側の電極及び隣接する太陽電池との直並列接続の為
に用いられる。また、表面配線部材７０２と金属製基板
７０６とを確実に絶縁する為に、ポリエステル製の絶縁
部材７０４が配されている。更に、金属製基板７０６は
その非受光面側にある１００μｍ厚の銅製の裏面配線部
材７０３にスポット溶接により接続され、太陽電池の非
受光面側の電極及び隣接する太陽電池との直並列接続の
為に用いられる。また、太陽電池を屋外環境から保護す
る為に、光起電力素子層７０７の受光面側は、アクリル
系樹脂材料からなる５０μｍ厚の被覆材７０８で覆われ
ている。但し、極力コスト低減を図る為、表面配線部材
７０２、金属製基板７０６、及び、裏面配線部材７０３
の表面は被覆材で覆われていない。
【００２９】また、図７に示した太陽電池７０１を裏面
保持体に固定する好適な例を図８に示す。同図は、２枚
直列化された太陽電池７０１の周辺部に弾性エポキシ系
の接着剤８０４を塗布し、裏面保持体としてのＬ型コン
クリート部材８０３上に貼り付けることにより構成した
架台付き太陽電池８０１である。太陽電池７０１の直列
化は、太陽電池７０１の表面配線部材と、隣接する太陽
電池の裏面配線部材とを接続することにより形成してい
る。また、同図のＡ−Ａ断面に示したように、太陽電池
７０１をＬ型コンクリート部材８０３に固定する為の接
着材８０４は、太陽電池７０１の周辺部にのみ塗布され
ているので、太陽電池７０１の中央部の裏面電極及び裏
面配線部材の一部は、Ｌ型コンクリート部材８０３の表
面に接触しており、太陽電池回路とＬ型コンクリート部
材８０３との電気絶縁は確保されていない。
【００３０】更に、図８に示された架台付き太陽電池８
０１を直列接続し、太陽電池ストリングを構築する例を
図９に示す。同図に示した太陽電池ストリング９０１
は、架台付き太陽電池８０１を絶縁被覆のない銅製の直
列部材９０６を用いて６直列に接続したものであって、
正極端９０３及び負極端９０４を有する。また、正極端
９０３と負極端９０４との対地電圧の比が２対１になる
ように、負極端側から２個目と３個目の架台付き太陽電
池の間を接地点９０５に接続している。
【００３１】図１０には、図９の太陽電池ストリング９
０１の等価回路図を示す。太陽電池ストリング９０１
は、太陽電池７０１が２直列された架台付き太陽電池８
０１を更に、直列接続部材９０６により６直列してあ
り、正極端９０３及び負極端９０４を有する。また、負
極端側から４個目及び５個目の太陽電池の間で接地点１
００５に接続されており、正極端及び負極端の対地電圧
の絶対値の比が２対１になるようにしてある。
【００３２】一方、本発明第一及び第二の太陽電池アレ
イの実施の形態を図１１を用いて説明する。同図に示さ
れる太陽電池アレイ１１０１は、６本の太陽電池ストリ
ングから構成される。但し、太陽電池ストリング１１０
３のみが図９及び図１０に示された本発明による太陽電
池ストリングであり、残りの５本の太陽電池ストリング
１１０２は、ストリング内で接地されていないこと以外
はストリング１１０３と同じ構成である。太陽電池アレ
イ１１０１は、正極端１１０４及び負極端１１０５を有
し、更に図示されてはいないが、各ストリングには逆流
防止ダイオードが直列に接続されている。また、本太陽
電池アレイの等価回路図を図１２に示す。太陽電池アレ
イ１１０１は、本発明によるストリング内に接地点を有
する１本の太陽電池ストリング１１０３、及び接地点を
有さない５本のストリング１１０２から構成される。各
ストリングは逆流防止ダイオード１２０６が直列に接続
されている。
【００３３】また、本発明第一の太陽光発電システムの
実施の形態を図１３を参照しながら説明する。同図に示
した本発明による太陽光発電システム１３０１は、図１
１に示したものと同じ本発明の太陽電池アレイ１３０２
の出力側にパワーコンディショナ１３０３を接続し、更
に、電力系統１３０５との間に絶縁トランス１３０４を
設けている。これにより、本発明の太陽電池アレイに地
絡電流が生じた時に、電力系統へ波及する影響を抑える
ことができる。
【００３４】更に、本発明第二の太陽光発電システムの
実施の形態を図１４を参照しながら説明する。同図に示
した本発明による太陽光発電システム１４０１は、図１
１に示したものと同じ本発明の太陽電池アレイ１４０２
の出力側に充電制御装置１４０３を接続し、更に、電力
を蓄電するための蓄電装置１４０４に接続される。
【００３５】以下、本発明の太陽電池ストリング、太陽
電池アレイ、及び太陽光発電システムに於ける各構成要
素の詳細を説明する。
【００３６】（太陽電池）本発明に於ける太陽電池に特
に制限はなく、図３に示されたような従来型の電気絶縁
性能を有する太陽電池モジュールを用いることもでき、
また、図７に示されたような電気絶縁性能を有さない太
陽電池を用いることもできる。但し、従来型の電気絶縁
性を有する太陽電池モジュールを用いるときには、太陽
電池モジュール以外の電路、即ち太陽電池モジュール間
を直並列接続するための部材等、が絶縁の為の外囲器に
収められておらず、非絶縁状態であることが必要であ
る。
【００３７】太陽電池の光電変換層の材料としては、多
結晶半導体では、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ等のＩＶ族元素、Ｓｉ
Ｇｅ、ＳｉＣ等のＩＶ族元素合金、ＧａＡｓ、ＩｎＳ
ｂ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ等のＩＩＩ−
Ｖ族化合物、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、Ｃ
ｄＳｅ、ＣｄＴｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物、ＣｕＩｎＳ
ｅ2、ＣｕＩｎＳ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2等のＩ−
ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物が挙げられる。また、非晶質半
導体としては、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−
ＳｉＣ：Ｈ等を挙げることができる。また、微結晶半導
体としては、μｘ−Ｓｉ：Ｈ、μｘ−ＳｉＧｅ：Ｈ、μ
ｘ−ＳｉＣ：Ｈ等を挙げることができる。
【００３８】また、図３に示されたような従来型の太陽
電池モジュールを本発明の太陽電池として用いる場合に
は、フロントカバー３０３として、白板ガラス、青板ガ
ラス等の無機ガラス部材、ポリカーボネート樹脂、アク
リル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂等から
なる部材が好適に用いられる。フロントカバーの厚み
は、素材の特性によって異なるが、概ね０．５ｍｍ以上
が好ましい。バックカバー３０４としては、上記のフロ
ントカバー用の材料として挙げたものの他、ナイロン、
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフッ化ビ
ニル（ＰＶＦ）等の合成樹脂や、ガラス、金属板等を挙
げることができる。枠体３０７にはアルミニウムなどが
用いられる。このような太陽電池モジュールの内部回路
は、枠体を含めた外部との電気絶縁性が完全に保たれて
おり、太陽電池モジュール内の電路は露出していない、
即ち電路は絶縁の為の外囲器に収められている。
【００３９】一方、図７に示されたような充電部が露出
し、電路が絶縁の為の外囲器に収められていない非絶縁
型の太陽電池は、本発明に於てより好適に用いられる。
図７には、金属基板上に形成されたアモルファスシリコ
ン系光起電力素子の例を示したが、これに限定されるこ
とはなく、上述の各種光電変換層を有する光起電力素子
を利用することができる。
【００４０】非絶縁型の太陽電池の被覆材は、太陽電池
表面全てを被覆するのではなく、最低限被覆が必要な部
分に留め、屋外環境での発電性能に影響がでないように
する。より具体的には、使用する光起電力素子の種類に
よっても異なるが、少なくとも光起電力素子のアクティ
ブエリアは被覆する必要がある。受光面側の被覆材とし
ては、例えば透光性の合成樹脂を接着剤または粘着材に
て接着する構成が用いられる。具体的な材料としては、
フッ素系樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリカー
ボネートなどがある。より具体的には、ポリフッ化ビニ
リデン（ＰＶｄＦ）樹脂、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）
樹脂あるいは四フッ化エチレン−エチレン共重合体（Ｅ
ＴＦＥ）樹脂などがある。耐候性の観点ではポリフッ化
ビニリデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強
度の両立と透明性では四フッ化エチレン−エチレン共重
合体樹脂が優れている。透明部材の厚さは、コストの観
点からは１００μｍ以下が好ましい。更に、コスト低減
を図る為には、フィルム材料ではなく、アクリル系、フ
ッ素系等の透明塗料を用いてもよい。この場合には、通
常塗布するために利用されるコーティング法によって行
う。
【００４１】（接地の位置）本発明に於ける接地の位置
は、太陽電池ストリングの電路の電気的中点、電気的中
点から負極端の間、または負極端のどれか一箇所とす
る。電気的中点とは、太陽電池ストリングが稼動状態ま
たは回路開放状態で、正極端及び負極端の中間電位に相
当する位置である。太陽電池ストリングに接続されてい
る全ての太陽電池の特性が概略同じ場合には、太陽電池
列の物理的な中間点が電気的中点となることは言うまで
もない。接地は電気的には一箇所に施すが、等価回路的
に一箇所でありさえすれば、例えば接触抵抗を低減する
為に複数箇所に接続しても良い。また、電気的中点より
も負極端側且つ負極端よりも電気的中点側に接地を施す
ことにより、より安全性を向上させることができる。
【００４２】更に、正極端と負極端との対地電圧の絶対
値の比が概略２対１の位置に接地を施すことにより更に
安全性を向上させることができる。対地電圧の絶対値の
比が２対１の位置とは、太陽電池ストリングが稼動状態
または回路開放の状態で、負極端の電位＋（正極端の電
位−負極端の電位）÷３の電位にある位置である。太陽
電池ストリングに接続されている全ての太陽電池の特性
が概略同じ場合には、太陽電池列の物理的な２対１の点
となることは言うまでもない。一方、２対１の点が太陽
電池の内部回路となってしまう場合には、２対１の点の
電位に最も近い電位を有する太陽電池間の点とする。
【００４３】（直並列接続部材）太陽電池を用いて太陽
電池ストリングまたは太陽電池アレイを構成するには、
太陽電池間の直列接続または並列接続、及び、太陽電池
ストリング間の並列接続が必要である。これらの直列ま
たは並列接続を行う為の部材が、直並列接続部材であ
る。図８に示された架台付き太陽電池８０１では太陽電
池７０１が２直列されているが、ここでは直並列接続部
材は用いられておらず、太陽電池の上部配線部材及び裏
面配線部材が直接接続されている。一方、図９に示した
太陽電池ストリング９０１では、架台付き太陽電池８０
１間の直列接続に直並列接続部材９０６が用いられてい
る。更に、同図における正極端及び負極端までの配線部
材も、直並列接続部材に相当する。また、図１１に示さ
れた太陽電池アレイ１１０１に於ては、太陽電池アレイ
の正極端及び負極端までの配線部材が、直並列接続部材
に相当する。
【００４４】これら直並列接続部材は、汎用の絶縁電
線、絶縁ケーブル等を用いてもよいが、より好適には、
絶縁被覆のない裸導線を用いる。裸導線としては、銅ワ
イヤー、銅撚り線、銅帯等が好ましい。
【００４５】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもの
ではない。
【００４６】（実施例１）本発明の第一の実施例とし
て、図９に示す太陽電池ストリングを構築する例を説明
する。太陽電池としては、図７に示すアモルファスシリ
コン系光起電力素子を用いる。太陽電池一枚当たりの基
準状態での開放電圧は２Ｖ、最適動作電圧は１．５Ｖで
ある。また、太陽電池は図７に示す如く、その表面配線
部材７０２、裏面配線部材７０３、及び金属基板７０６
が絶縁の為の外囲器に収められておらず、非絶縁型の太
陽電池である。まず、本太陽電池２枚を図８に示す如く
直列化する。この時、隣接する太陽電池の表面配線部材
及び裏面配線部材同士を半田付けにて接続する。更に、
この２直列した太陽電池を、図８に示す如く弾性エポキ
シ接着剤８０４にて接着する。この時、太陽電池の金属
基板７０６及び裏面配線部材７０３の一部は、コンクリ
ート製の裏面保持体８０３に接触しており、コンクリー
トと太陽電池回路との絶縁はとれていない。次に、図８
に示す架台付き太陽電池８０１を６個、図９の如く直列
接続する。直列接続には、裸銅製の銅帯（１ｍｍ厚、１
２ｍｍ幅）を使用する。また、負極端から２つ目と３つ
目の架台付き太陽電池間の銅帯９０５を接地する。接地
はＤ種接地工事とし、接地抵抗は２０Ωである。
【００４７】完成した太陽電池ストリングの回路開放状
態での対地電圧は、正極側が＋１６Ｖ、負極側が−８Ｖ
となる。もし、正極端を接地した場合には、負極端の対
地電圧は−２４になり、これに比較して安全性が高い言
える。また、本太陽電池ストリングに於ては、非絶縁型
の安価な太陽電池を用いていることから、大幅なコスト
低減が可能となる。
【００４８】（実施例２）本発明の第二の実施例として
は、実施例１のストリングの接地位置を電気的中点と
し、それ以外は実施例１と同じとする。完成した太陽電
池ストリングの回路開放状態での対地電圧は、正極側が
＋１２Ｖ、負極側が−１２Ｖとなる。もし、正極端を接
地した場合には、負極端の対地電圧は−２４になり、こ
れに比較して安全性が高いと言える。
【００４９】（実施例３）本発明の第三の実施例として
は、実施例１のストリングの接地位置を負極端とし、そ
れ以外は実施例１と同じとする。完成した太陽電池スト
リングの回路開放状態での対地電圧は、正極側が＋２４
Ｖ、負極側が０Ｖとなる。もし、正極端を接地した場合
には、負極端の対地電圧は−２４になり、これに比較し
て絶対値は同じであるが、正の電位であることから安全
性が高いと言える。
【００５０】（実施例４）本発明の第四の実施例とし
て、図１１に示した太陽電池アレイ１１０１を構築する
例を説明する。図１１に示された如く、本太陽電池アレ
イは６本の太陽電池ストリングから構成される。６本の
太陽電池ストリングのうち、１本のみ実施例１で示した
電路が接地された太陽電池ストリングであり、他のスト
リングは接地されてない。完成した太陽電池アレイの回
路開放状態での対地電圧は、正極側が＋１６Ｖ、負極側
が−８Ｖとなる。もし、正極端を接地した場合には、負
極端の対地電圧は−２４になり、これに比較して安全性
が高いと言える。
【００５１】（実施例５）本発明の第五の実施例とし
て、図１３に示した太陽光発電システムを構築する例を
説明する。本実施例では、実施例４の太陽電池アレイを
図１３に示された如く、パワーコンディショナに接続
し、また、絶縁トランスを経由して電力系統へ接続す
る。完成した太陽光発電システムは、上述のように安全
性が高く且つ、非絶縁型の太陽電池を用いていることか
ら、従来の太陽光発電システムに比較して安価なシステ
ムを構築することができる。
【００５２】
【発明の効果】本発明の太陽電池ストリング、太陽電池
アレイ、及び、太陽光発電システムによれば、次のよう
な効果が得られる。
【００５３】（１）本発明の太陽電池ストリング、太陽
電池アレイ、及び太陽光発電システムに於いては、太陽
電池ストリングの電路の少なくとも一部が絶縁の為の外
囲器に収められていない。このような形態にすることに
よって材料費及び加工費の大幅な削減が可能となり、従
来技術に比較して、大幅に安価な太陽電池ストリング、
太陽電池アレイ、及び太陽光発電システムを提供するこ
とができる。
【００５４】（２）更に本発明に於ては、少なくとも一
つの太陽電池ストリング電路の電気的中点又はそれより
も負極端側の一箇所を接地することにより、安全性を向
上させることができる。
【００５５】（３）また、本発明の太陽電池アレイ又は
太陽光発電システムに於ける太陽電池ストリングを一つ
のみ接地することにより、好ましくないループ電流や異
なるストリング間を跨ぐ電流を減少させることができ、
太陽電池アレイ及び太陽光発電システムの長期信頼性を
向上させることができる。 （４）また、本発明の太陽光発電システムに於ては、系
統連系システムの場合、パワーコンディショナと系統と
の間に絶縁トランスを設け、直流的に太陽電池アレイ回
路と系統回路とを完全に分離することにより、太陽電池
アレイの地絡電流が系統側へ与える影響を防止すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の太陽光発電システムの構成図である。
【図２】従来の太陽光発電システムの構成図である。
【図３】従来の太陽電池モジュールの例である。
【図４】本発明の作用を説明する図である。
【図５】本発明の作用を説明する等価回路図である。
【図６】本発明の作用を説明する等価回路図である。
【図７】本発明で用いる太陽電池の例である。
【図８】本発明で用いる架台付き太陽電池の例である。
【図９】本発明による太陽電池ストリングの実施態様例
である。
【図１０】本発明による太陽電池ストリングの実施態様
例である。
【図１１】本発明による太陽電池アレイの実施態様例で
ある。
【図１２】本発明による太陽電池アレイの実施態様例で
ある。
【図１３】本発明による太陽光発電システムの実施態様
例である。
【図１４】本発明による太陽光発電システムの実施態様
例である。
【符号の説明】
１０１、２０１ 太陽電池アレイ １０２、２０２ パワーコンディショナ １０３、２０３ 負荷 １０４〜１０７ 太陽電池ストリング ２０４〜２０７ 太陽電池ストリング ２０８ 接地点 ３０１ 太陽電池モジュール ３０２ 光起電力素子 ３０３ フロントカバー ３０４ バックカバー ３０５ 出力ケーブル ３０６ 接着剤 ３０７ 枠体 ５０１ 太陽電池アレイ ５０２ 太陽電池 ５０３ 逆流防止ダイオード ５０４ 正極端 ５０５ 負極端 ５０６ 接地点 ５０７ ループ電流 ５０８ 異なるストリング間を跨ぐ電流 ７０１ 太陽電池 ７０２ 表面配線部材 ７０３ 裏面配線部材 ７０４ 絶縁部材 ７０５ 集電電極 ７０６ 金属製基板 ７０７ 光起電力層 ７０８ 表面被覆材 ８０１ 架台付き太陽電池 ８０３ 裏面保持体 ８０４ 接着剤 ９０１ 太陽電池ストリング ９０３ 正極端 ９０４ 負極端 ９０５ 接地点 ９０６ 直並列接続部材 １１０１ 太陽電池アレイ １１０２ 接地のない太陽電池ストリング １１０３ 接地を施された太陽電池ストリング １１０４ 正極端 １１０５ 負極端 １２０６ 逆流防止ダイオード １３０１、１４０１ 太陽光発電システム １３０２、１４０２ 太陽電池アレイ １３０３ パワーコンディショナ １３０４ 絶縁トランス １３０５ 電力系統 １４０３ 充電制御装置 １４０４ 蓄電装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧田 英久 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 松下 正明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 向井 隆昭 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 都築 英寿 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 AA05 BA18 EA18 JA02 JA08 JA09

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の太陽電池を直列及び／又は並列に
    接続した、一つの正極端及び一つの負極端を有する太陽
    電池ストリングに於て、該太陽電池ストリングの電路の
    少なくとも一部が絶縁の為の外囲器に納められておら
    ず、且つ該正極端と該負極端の電気的中点又はそれより
    も該負極端側の一箇所で該太陽電池ストリングの電路が
    接地されていることを特徴とする太陽電池ストリング。
  2. 【請求項２】 前記接地は、前記電気的中点よりも負極
    端側、且つ、前記負極端よりも前記電気的中点側でされ
    ていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池スト
    リング。
  3. 【請求項３】 前記接地は、前記正極端と前記負極端と
    の対地電圧の絶対値の比が概略２対１になる位置でされ
    ていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池スト
    リング。
  4. 【請求項４】 前記太陽電池の受光面側に配された電極
    又は配線部材の少なくとも一部が、前記外囲器に収めら
    れていないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
    に記載の太陽電池ストリング。
  5. 【請求項５】 前記太陽電池が光電変換層、該光電変換
    層の受光面側に配された集電電極及び表面配線部材、及
    び該光電変換層の受光面側に配された被覆材を有し、該
    集電電極又は該表面配線部材の一部に該被覆材のない非
    被覆部分を有することを特徴とする請求項４に記載の太
    陽電池ストリング。
  6. 【請求項６】 前記被覆材が、コーティングにより形成
    された樹脂材料であることを特徴とする請求項５に記載
    の太陽電池ストリング。
  7. 【請求項７】 前記太陽電池の非受光面側に配された電
    極又は配線部材の少なくとも一部が、前記外囲器に収め
    られていないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
    かに記載の太陽電池ストリング。
  8. 【請求項８】 前記太陽電池が光電変換層、及び該光電
    変換層の非受光面側に配された裏面電極及び裏面配線部
    材を有し、該太陽電池の非受光面側には該太陽電池を保
    持する為の裏面保持体が配されており、該裏面保持体の
    表面の少なくとも一部が非絶縁性材料であって、該非絶
    縁性材料の表面と該裏面電極又は該裏面配線材とが絶縁
    されていないことを特徴とする請求項７に記載の太陽電
    池ストリング。
  9. 【請求項９】 前記太陽電池を直列及び／又は並列に接
    続する直並列接続部材が絶縁被覆されていない導電体で
    あることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載
    の太陽電池ストリング。
  10. 【請求項１０】 複数の太陽電池を直列及び／又は並列
    に接続した複数の太陽電池ストリングを並列接続した太
    陽電池アレイに於て、請求項１乃至９のいずれかに記載
    の太陽電池ストリングを少なくとも一つ有することを特
    徴とする太陽電池アレイ。
  11. 【請求項１１】 複数の太陽電池を直列及び／又は並列
    に接続した複数の太陽電池ストリングを並列接続した太
    陽電池アレイに於て、請求項１乃至９のいずれかに記載
    の太陽電池ストリングを一つのみ有することを特徴とす
    る太陽電池アレイ。
  12. 【請求項１２】 請求項１０又は１１に記載の太陽電池
    アレイ、該太陽電池アレイの直流出力を交流出力に変換
    するパワーコンディショナ、及び該パワーコンディショ
    ナの出力側に接続された絶縁トランスを有することを特
    徴とする太陽光発電システム。
  13. 【請求項１３】 請求項１０又は１１に記載の太陽電池
    アレイ、該太陽電池アレイの発電エネルギーを保存する
    蓄電装置、該太陽電池アレイと該蓄電装置との間に接続
    された充電制御装置とを有することを特徴とする太陽光
    発電システム。
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