JP2002373993A - 太陽電池装置及びそれを用いた太陽電池アレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 きわめて簡便な構成で、太陽電池モジュール
の最大出力動作点を容易に且つ効率良く追尾して、最適
に出力でき、しかも小型化が可能で施工性の良好な、優
れた太陽電池装置及びそれを用いた太陽電池アレイを提
供すること。 【解決手段】 直列及び／又は並列に接続した複数の太
陽電池素子３から成る太陽電池モジュール２を備えると
ともに、太陽電池モジュール２の非受光側に、隣接する
太陽電池素子間１０の透過光量を検出する光センサ５
と、該光センサ５の検出信号に基づいて太陽電池モジュ
ール２の最大出力動作点を追尾する出力制御部と、該出
力制御部で追尾した直流出力を交流出力に変換する電力
変換部とを備えたインバータ４を一体的に配設した太陽
電池装置１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、直列及び／又は並
列に接続した複数の太陽電池素子を備え、これら太陽電
池素子が発電した直流電力を交流電力に変換するように
した太陽電池装置及びそれを用いた太陽電池アレイに関
する。

【０００２】

【従来の技術】図５に示すように、従来、この種の太陽
電池装置Ｊ１は、直列及び／又は並列に接続した複数の
太陽電池素子から成る太陽電池モジュール５２と、太陽
電池モジュール５２が発電した直流電力を交流電力に変
換するインバータ５４とから主に構成されている。ま
た、インバータ５４は、太陽電池モジュール５２の出力
を検出する電流・電圧検出手段５６、最大出力点を追尾
させるための制御回路５７、及び直流を交流に変換する
スイッチング部５８等を備え、太陽電池モジュール５２
の外側の離れた位置に配設されている。

【０００３】制御回路５７では、太陽電池モジュール５
２の直流出力をスイッチング部５８にて交流出力に変換
させる際に、太陽電池モジュール５２の出力を効率よく
取り出すために、最大出力点を追尾させるＭＰＰＴ（Ma
ximum Power Point Tracking）制御が行われている。

【０００４】インバータ５４のＭＰＰＴ制御は、図６に
示す太陽電池のＩ−Ｖ特性カーブ上にある太陽電池モジ
ュール５２の動作点における電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）を
測定するとともに、この動作点を微小変動させ、前に測
定した動作点の出力電力（Ｐ）と比較することにより最
大出力点Ｐｍａｘを追尾させる方式（山登り方式）が行
われる。

【０００５】また、図７に示す太陽電池装置Ｊ２では、
前述した電流・電圧検出手段５６の代わりに太陽電池モ
ジュール５２内やその近辺に太陽電池モジュール５２の
特性を推定するための制御用太陽電池５５を設け、この
制御用太陽電池５５の検出信号に基づいて、インバータ
５４内に設けた制御回路５７により前記最大出力点Ｐｍ
ａｘを推定し、インバータ５４内に設けたスイッチング
部５８で出力変換する方式を採用するものである（例え
ば特開昭５９−２２０８１４号公報を参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
太陽電池装置Ｊ１では、太陽電池モジュール５２の電圧
及び電流を測定するために、高精度で大掛かりな計測手
段を必要とする。これにより制御が複雑化するだけでな
く装置全体が大型化する。また、最大出力点を検知する
には、常に太陽電池モジュール５２の動作点をある範囲
内で変動させなければならず、この動作点の変動により
出力効率が低下してしまう。

【０００７】また、前述の太陽電池装置Ｊ２では、イン
バータ５４内に設ける電流・電圧検出手段が不要になる
代わりに、太陽電池モジュール５２内やその近辺に太陽
電池モジュール５２の特性を推定する制御用太陽電池５
５を設けるので、装置全体の受光面積が増大し大型化す
る。その上、太陽電池モジュール５２とインバータ５４
との配線、及びインバータ５４と制御用太陽電池５５と
の配線が煩雑となり、構造が複雑化し施工性も悪い。

【０００８】そこで本発明は、前述した従来の諸問題に
鑑みてなされたものであり、きわめて簡単な構成で太陽
電池素子群の発電電力を最適に出力変換でき、しかも小
型化が可能で施工性に優れた太陽電池装置及びそれを用
いた太陽電池アレイ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】上記課題を解決するため
に、本発明の太陽電池装置は、直列及び／又は並列に接
続した複数の太陽電池素子から成る太陽電池素子群の非
受光側に、隣接する太陽電池素子間の透過光量を検出す
る光センシング部と、該光センシング部の検出信号に応
じて前記太陽電池素子群の最大出力動作点を求める出力
制御部と、該出力制御部で求めた最大出力動作点に基づ
き直流出力を交流出力に変換する電力変換部とを備えた
インバータを配設したことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の太陽電池アレイは、前記太
陽電池装置と、直列及び／又は並列に接続した複数の太
陽電池素子から成る太陽電池モジュールとを備えるとと
もに、前記太陽電池装置の出力制御部で求めた最大出力
動作点に基づき、前記太陽電池装置と前記太陽電池モジ
ュールの発電電力を、前記太陽電池装置の電力変換部で
交流出力に変換するようにしたことを特徴とする。な
お、この太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュール
の数は１以上とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る太陽電池装置及びそ
れを用いた太陽電池アレイの実施形態について、模式的
に図示した図面に基づき詳細に説明する。

【００１２】図１に太陽電池装置１の斜視図を、図２に
図１におけるII−II線断面図を、図３にその概略回路図
を示す。なお、図１では太陽電池装置１を構成するイン
バータ４の設置箇所を明確にするために、インバータ４
の周囲に配設される太陽電池素子３の図示を省略してい
る。また、図１及び図２において、太陽電池素子３同士
を接続する接続線、及びインバータ４から導出されるケ
ーブル等の図示は簡単のため省略している。

【００１３】図１〜図３に示すように、太陽電池装置１
は、直列及び／又は並列に電気的に接続した複数の太陽
電池素子３から成る太陽電池素子群を備えた太陽電池モ
ジュール２と、この受光面２ａの背面（裏面）である非
受光面２ｂに一体的にインバータ４を配設して成る。

【００１４】太陽電池モジュール２は、直列及び／又は
並列に電気的に接続した多数の太陽電池素子３から成る
太陽電池素子群を備え、少なくともこれら太陽電池素子
３の受光側及び太陽電池素子間１０が透光性部材９で構
成されている。本実施形態では、シリコンや化合物半導
体等から成る結晶質又は非晶質の太陽電池素子３を、各
種の樹脂やガラス等で構成された透光性部材９で気密に
封止して、極力薄型の太陽電池モジュール２に構成して
いる。なお、必要に応じて透光性部材９の周縁部にアル
ミニウム等の軽金属材料から成る枠体を設けてもよい。

【００１５】インバータ４は、樹脂や金属等から構成さ
れたケーシング１２を有し、このケーシング１２の上面
の一部が、光センサ（光センシング部）５の受光面５ａ
に形成されている。ケーシング１２内には、光センサ５
が電気的に接続された回路基板１１が収容されている。

【００１６】光センサ５は、太陽電池素子間１０の透過
光量を検出するものであり、太陽電池素子３と同一材質
の太陽電池、又はＣｄＳ光導電セル等の各種光電変換素
子を用いることができる。また、図２に示すように、光
センサ５により隣接する太陽電池素子間１０の透過光量
を測定でき、太陽電池素子群の受光面積を出来る限り有
効活用するべく太陽電池素子群の非受光側に配設され、
さらに図３に示すように、制御回路７に検出信号を送出
できるように、後記する回路基板１１の直上に配設され
ている。

【００１７】回路基板１１には、光センサ５の検出信号
に応じて太陽電池素子群の最大出力動作点を推定する制
御回路（出力制御部）７と、この制御回路７で推定した
最大出力動作点に基づいて直流出力を交流出力に変換す
るスイッチング回路（電力変換部）８等が形成されてい
る。制御回路７は、最大出力動作点を追尾するためのＭ
ＰＰＴ回路やスイッチング素子を駆動するドライブ回路
等から構成され、スイッチング回路８は、トランジスタ
等の半導体スイッチング素子から成り直流を交流に変換
するブリッジ回路を備える。

【００１８】インバータ４の回路基板１１は、太陽電池
モジュール２の非受光面２ｂ側に密着させると、特に光
センサ５が太陽電池モジュール２の非受光面２ｂ側に密
着していると、太陽電池モジュール２への入射光とほぼ
同等の光量を検出できるので好適であるが、太陽電池モ
ジュール２からの発熱の影響を避けるために、図２に示
すように、太陽電池モジュール２の非受光面２ｂと回路
基板１１との間に、若干空間を設けて配置させると良
い。

【００１９】次に、上記のように構成した太陽電池装置
１の作動について説明する。

【００２０】光センサ５により太陽電池素子間１０を透
過した入射光が検出されるが、この際に、太陽電池モジ
ュール２への入射光と同条件にて光量検出が可能である
ので、光センサ５の検出信号が制御回路７に入力される
ことにより、入射光に応じたインバータ４の出力制御が
可能となる。すなわち、制御回路７においては、光セン
サ５にて検出した入射光量に基づいて、太陽電池モジュ
ール２のＰ（電力）−Ｉ（電流）特性を推定し、最大出
力となる動作点（以下、最大出力動作点）を求めてい
る。また、このようにして得られた最大出力動作点で太
陽電池モジュール２が動作するように、スイッチング回
路８等をコントロールして、直流出力を交流出力に変換
することによりインバータ４の出力制御を行うものであ
る。なお、本発明の太陽電池モジュール２を構成する透
光性部材９は薄型であり、光センサ５による光量検出の
際に太陽電池素子３の影が極力影響しないように構成さ
れているが、光センサ５の受光面５ａが透光性部材９の
内部や太陽電池素子間１０に形成した凹形状部に位置す
るようにしてもよい。

【００２１】また、インバータ４は、太陽電池モジュー
ル２の透過光が、略一定時間内に略一定量以上（例え
ば、１００〜２００Ｗ/ｍ²程度）の変化があった場合に
のみ動作点を変化させる制御を行うことが望ましい。こ
の理由は、例えば、日射量が振動的に（又は、速い周期
で）変動している場合、インバータ４は透過光量の変動
分に追従して動作点を変化させるように制御を行うが、
この制御は遅れが生じるために、透過光量の変動に追い
つかず結果的に最大出力動作点が得られず、変換効率が
悪くなることがあるからである。

【００２２】そこで、ごく微少な変化に対しては最大出
力動作点の追尾を行わずに交流変換を行う方が良い。例
えば、光センサ５と制御回路７との間に、一定量以上の
変化を検出したときにのみ光センサ５からの信号を送出
するする信号送出制御手段を設けたり、このような手段
を制御回路７内に設ける。このような制御を行うことに
より、太陽電池モジュール２への入射光がほぼ一定の場
合には動作点が変化しないため、変換効率を低下させる
ことが無く、入射光が変化した場合にのみ最大出力動作
点を追尾させるため、効率良く最大出力を得ることが可
能となる。

【００２３】かくして、この太陽電池装置１によれば、
透光部を有する太陽電池モジュール２の非受光側に配設
される光センサ５を備えたインバータ４が、太陽電池モ
ジュール２と一体的に配置されているので、きわめて簡
便な構成で、太陽電池モジュール２への入射光を正確に
計測できるだけでなく、光センサ５を従来構成のインバ
ータの基板に簡単に実装することができ煩雑な配線作業
も不要となる。

【００２４】また、光センサ５の出力に基づいて太陽電
池モジュール２の最大出力点を容易に追尾させることが
でき、太陽電池モジュール２の出力を効率良く取り出す
ことが可能となる。また、このようなＭＰＰＴ動作のた
めの、太陽電池モジュール２の入力電圧、及び入力電流
を計測する高精度な計測手段が不要となり、装置全体の
大幅な小型化が図れる上に、複雑な配線も不要であり、
しかも必要な受光面を極力増大させることができる。

【００２５】また、太陽電池モジュール２の透過光が、
略一定量以上の変化があった場合にのみ動作点を変化さ
せることにより、太陽電池モジュール２への入射光が一
定の時には動作点が変わらない。このため、出力効率を
低下させることが無く、入射光が変化した場合には最大
動作点を追従させるため、効率良く最大出力を得ること
が可能となる。

【００２６】さらに、光センサ５を備えたインバータ４
を、太陽電池モジュール２の非受光側の平面上に配置す
ることにより、光センサ５とインバータ４の回路基板１
１との配線が簡単となり、施工性もきわめて良好とな
る。

【００２７】以上により、きわめて簡単な構成で、施工
が容易で小型で且つ高効率の太陽電池装置を提供するこ
とが可能となる。

【００２８】次に、本発明の太陽電池アレイの実施形態
について図面に基づいて説明する。図４に示すように、
前述した太陽電池装置と同様な構成を有する太陽電池装
置２０には、中継ターミナルを兼ねたインバータＳが太
陽電池モジュールＭ３の非受光面に一体的に配設され
る。そして、このインバータＳに設けた中継端子２１
に、太陽電池モジュールＭ３と同様な構成で、１以上の
太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ
７，Ｍ８の出力端子と接続線２３を介して接続されて、
太陽電池アレイＡを構成している。

【００２９】また、インバータＳ内において、８つの太
陽電池モジュールＭ１〜Ｍ８は直列及び／又は並列に接
続されており、これら太陽電池モジュールの合成出力に
対して、前述した出力制御部と同様にして最大出力動作
点を推定し、前述した電力変換部と同様にして最適な直
流出力を交流出力に変換して、太陽電池装置２０の出力
端子２２から高効率で出力できるように構成されてい
る。

【００３０】かくして、この太陽電池アレイＡによれ
ば、一つの太陽電池モジュールＭ３に一体的に設けたイ
ンバータＳの出力制御部で追尾した動作点に応じて、太
陽電池モジュールＭ１〜Ｍ８の発電電力を、インバータ
Ｓの電力変換部で交流出力に変換するようにしたので、
屋根上に太陽電池アレイＡを配設する場合、屋根上でケ
ーブルの引き回し本数を低減させることができる上に、
各太陽電池モジュールに光センサを備えたインバータを
配設する必要がなく、全体の構造を簡単にすることがで
き、小型且つ高性能で、しかも施工性に優れた太陽電池
アレイＡを提供できる。

【００３１】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の太陽電
池装置によれば、太陽電池素子群の非受光側に、隣接す
る太陽電池素子間の透過光量を検出する光センシング部
と、太陽電池素子群の最大出力動作点を求める出力制御
部と、直流出力を交流出力に変換する電力変換部とを備
えたインバータを一体的に配設したので、きわめて簡単
・小型な構成で、太陽電池素子群への入射光の検出を容
易に行うことができ、この入射光量に応じて太陽電池素
子群の最大出力動作点を容易に且つ効率良く求めて、太
陽電池素子群の発電電力を最適に出力変換する優れた太
陽電池装置を提供できる。

【００３２】また、本発明の太陽電池アレイによれば、
多数の太陽電池モジュールを接続した場合においても、
１つの太陽電池装置の出力制御部で求めた最大出力動作
点に基づき、太陽電池アレイ全体の発電電力を、太陽電
池装置の電力変換部で交流出力に変換するようにしたの
で、例えば屋根上に太陽電池アレイを設置する場合、屋
根上でのケーブルの引き回し本数を低減させることがで
きる上に、各太陽電池モジュールに光センサを備えたイ
ンバータを配設する必要がなく、全体の構造を簡単にす
ることができ、小型且つ高性能で、しかも施工性に優れ
た太陽電池アレイを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽電池装置の実施形態を模式的
に示した斜視図である。

【図２】本発明に係る太陽電池装置の実施形態を模式的
に示した断面図である。

【図３】本発明に係る太陽電池装置の実施形態を模式的
に示した回路構成図である。

【図４】本発明に係る太陽電池装置を含む太陽電池パネ
ルを模式的に示した平面図（裏面図）である。

【図５】従来の太陽電池装置を説明する回路構成図であ
る。

【図６】太陽電池モジュールの電流−電圧特性及び出力
特性を示す特性図である。

【図７】従来の他の太陽電池装置を説明する回路構成図
である。

【符号の説明】

１、２０：太陽電池装置 ２：太陽電池モジュール ３：太陽電池素子 ４：インバータ ５：光センサ（光センシング部） ６：電流・電圧検出手段 ７：制御回路（出力制御部） ８：スイッチング回路（電力変換部） ９：透光性部材 １０：太陽電池素子間 １１：回路基板 １２：ケーシング Ａ：太陽電池アレイ Ｍ１〜Ｍ８：太陽電池モジュール Ｓ：インバータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直列及び／又は並列に接続した複数の太
   陽電池素子から成る太陽電池素子群の非受光側に、隣接
   する太陽電池素子間の透過光量を検出する光センシング
   部と、該光センシング部の検出信号に応じて前記太陽電
   池素子群の最大出力動作点を求める出力制御部と、該出
   力制御部で求めた最大出力動作点に基づき直流出力を交
   流出力に変換する電力変換部とを備えたインバータを配
   設したことを特徴とする太陽電池装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の太陽電池装置と、直列
   及び／又は並列に接続した複数の太陽電池素子から成る
   太陽電池モジュールとを備えるとともに、前記太陽電池
   装置の出力制御部で求めた最大出力動作点に基づき、前
   記太陽電池装置と前記太陽電池モジュールの発電電力
   を、前記太陽電池装置の電力変換部により交流出力に変
   換するようにしたことを特徴とする太陽電池アレイ。