JP2003332610A - 太陽電池モジュール及びその制御システム - Google Patents

太陽電池モジュール及びその制御システム

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JP2003332610A
JP2003332610A JP2002138321A JP2002138321A JP2003332610A JP 2003332610 A JP2003332610 A JP 2003332610A JP 2002138321 A JP2002138321 A JP 2002138321A JP 2002138321 A JP2002138321 A JP 2002138321A JP 2003332610 A JP2003332610 A JP 2003332610A
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solar cell
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Takehiro Yoshida
丈洋 吉田
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 積雪による発電の妨害を自動的に防ぐ太陽電
池モジュール及びその制御システムを提供することにあ
る。 【解決手段】 光電変換セルが複数直列接続された光電
変換モジュール2を備えた太陽電池モジュール1におい
て、光電変換モジュール2の裏面に設けられる融雪用の
ヒータユニット6と、光電変換モジュール2上の透明板
7に設けられる温度センサ8とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換セルが複
数直列接続された光電変換モジュールを備えた太陽電池
モジュール及びその制御システムに係り、特に、光電変
換モジュール上の透明板への積雪を自動的に防止する太
陽電池モジュール及びその制御システムに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】太陽電池モジュールは、光電変換セルが
複数直列接続された光電変換モジュールを備えている。
光電変換モジュールは、太陽光を吸収し生成したキャリ
アをPN接合による内蔵電界によって端子から取り出す
装置である。近年、この光電変換モジュールが急激に普
及し始めている。しかし、降雪地域では光電変換モジュ
ール上への積雪により、冬季期間において太陽光が遮断
され、全く光電変換効果が得られず、安定して発電でき
ないという問題がある。
【0003】それに対し、従来の太陽電池モジュールと
して、例えば、特公平5−70951号公報、特開昭6
2−254635号公報、特開2001−250973
号公報などに、融雪機能付き光電変換モジュールが開示
されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題 】しかしながら、従来
の太陽電池モジュールは、融雪を自動的に行う機能を有
していないという問題がある。
【0005】そこで、本発明の目的は、積雪による発電
の妨害を自動的に防ぐ太陽電池モジュール及びその制御
システムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために創案されたものであり、請求項1の発明は、
光電変換セルが複数直列接続された光電変換モジュール
を備えた太陽電池モジュールにおいて、光電変換モジュ
ールの裏面に設けられる融雪用のヒータユニットと、光
電変換モジュール上の透明板に設けられる温度センサと
を備えた太陽電池モジュールである。
【0007】請求項2の発明は、光電変換セルが複数直
列接続された光電変換モジュールを備えた太陽電池モジ
ュールの制御システムにおいて、光電変換モジュール上
の透明板の温度に応じてON/OFFされる第1のスイ
ッチと、日照時間帯に応じてON/OFFされる第2の
スイッチと、光電変換モジュールの出力に応じてON/
OFFされる第3のスイッチとを備え、全てのスイッチ
がONされたとき、光電変換モジュールの裏面に設けら
れる融雪用のヒータユニットを通電する太陽電池モジュ
ールの制御システムである。
【0008】請求項3の発明は、光電変換モジュール上
の透明板の温度が0℃以下のとき第1のスイッチがON
され、日照時間帯のとき第2のスイッチがONされ、光
変換モジュールの出力が低下あるいは0のとき第3のス
イッチがONされる請求項2記載の太陽電池モジュール
の制御システムである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施の形態を
添付図面にしたがって説明する。
【0010】図1は、本発明の好適実施の形態である太
陽電池モジュールの断面図を示したものである。
【0011】図1に示すように、本発明に係る太陽電池
モジュール1は、主として降雪地域の建物の屋根や屋上
に設置され、外部の商用電源からの電力受け入れを低減
して電力を節約するためのものであり、太陽光Sを受光
して起電力を発生する光電変換セルが複数直列接続され
た光電変換モジュール2を備えたものである。太陽電池
モジュール1は、モジュール筐体3と端子ボックス4と
からなっている。
【0012】モジュール筐体3は、モジュール筐体3内
に設けられる光電変換モジュール2と、光電変換モジュ
ール2の周囲に設けられ、外部から光電変換モジュール
2への水の浸入を防止する防水シール材5と、光電変換
モジュール2の裏面(採光面と反対側の面)のほぼ全面
に亘って設けられるヒータユニットとしての面状ヒータ
6と、光電変換モジュール2上および防水シール材5上
を覆うガラスからなる透明板7と、透明板7内の端部に
設けられ、透明板7の表面の温度を検出する温度センサ
としての熱電対8とからなっている。
【0013】端子ボックス4は、モジュール筐体3の下
面端部に設けられ、光電変換モジュール2のモジュール
リード線2Lと、面状ヒータ6のヒータリード線6L
と、熱電対8のセンサリード線8Lとが収納されるもの
である。
【0014】太陽電池モジュール1では、熱電対8によ
って透明板7の表面の温度を検出できるので、その温度
に基づいて面状ヒータ6を通電することにより、透明板
7上に積もった雪を確実に溶かし、積雪による発電の妨
害を自動的に防ぐことが可能となる。
【0015】すなわち、光電変換モジュール2が積雪に
より受ける採光妨害を自動的に回避し、降雪地域におい
ても非降雪地域と同様な光電変換が可能となり、安定し
て発電できる。
【0016】また、太陽光モジュール1は、光電変換モ
ジュール2の採光面と反対側の面となる裏面に面状ヒー
タ6が設けられているので、太陽光Sが遮られることは
なく、太陽光Sを効率よく採光できる。
【0017】本実施の形態では、起電力が温度に比例す
る(直線性がよい)ことから、温度センサとして熱電対
8を使用しているが、温度センサとしては、例えば、サ
ーミスタや半導体型温度センサを使用してもよい。
【0018】ヒータユニットとして面状ヒータ6を用い
ているが、ヒータユニットとしては、例えば、線状ヒー
タを用いてもよい。線状ヒータを用いる場合には、太陽
光Sをあまり遮らないので、光電変換モジュール2の裏
面のみならず、光電変換モジュール2の表面にヒータユ
ニットを設けることができる。
【0019】次に、太陽電池モジュール1の制御システ
ムを説明する。
【0020】図2は、本発明に係る太陽電池モジュール
の制御システムの回路図を示したものである。
【0021】図2に示すように、制御システム21は、
光電変換モジュール2上の透明板の表面の温度に応じて
ON/OFFされる第1のスイッチとしての温度制御ス
イッチ22と、日照時間帯に応じてON/OFFされる
第2のスイッチとしてのタイマー制御スイッチ23と、
光電変換モジュール2の出力電圧に応じてON/OFF
される第3のスイッチとしてのリレー24と、タイマー
が内蔵され、温度制御スイッチ22およびタイマー制御
スイッチ23のON/OFFを制御する制御装置25と
を備えている。
【0022】リレー24は、励磁用のコイル26、サー
ジ対策用のダイオード27、共通端子28、NC(No
rmal Close)端子29、NO(Normal
Open)端子30からなっている。
【0023】制御装置25は、熱電対8、温度制御スイ
ッチ22、タイマー制御スイッチ23とそれぞれ接続さ
れている。制御装置25に内蔵されたタイマーには、太
陽電池モジュールが設置される地域の季節に合わせた日
照時間帯がプログラムされている。
【0024】以下、制御システム21の回路の詳細を説
明する。
【0025】電源ラインPと接地ラインG間には、光電
モジュール2と、光電変換モジュール2で発生した起電
力が給電される建物内の電気機器などの負荷31と、そ
の余剰電力を充電する蓄電池32とが並列接続されてい
る。
【0026】光電変換モジュール2の+側端子と面状ヒ
ータ6の+側端子間の電源ラインPには、温度制御スイ
ッチ22とタイマー制御スイッチ23が接続されてい
る。光電変換モジュール2の+側端子とタイマー制御ス
イッチ23間の電源ラインPには、リレー24のコイル
26の+側端子が接続されている。光電変換モジュール
2の−側端子には、抵抗Rと可変抵抗Rvが接続されて
いる。
【0027】可変抵抗Rvは、光電変換モジュール2の
出力低下しきい値を所望の値に調整するものであり、接
地ラインGに接続されている。図2では描いていない
が、可変抵抗Rvは制御装置25と接続されており、制
御装置25により、抵抗値を変化させることができる。
【0028】抵抗Rと可変抵抗Rv間と、リレー24の
コイル26の−側端子間には、リレー24の駆動電流を
増幅するトランジスタ33,34がダーリントン接続さ
れている。トランジスタ33のベースが抵抗Rと可変抵
抗Rv間に接続され、トランジスタ34のエミッタが接
地ラインGに接続され、トランジスタ33,34のコレ
クタがコイル26の−側端子に接続されている。
【0029】リレー24の共通端子28は接地ラインG
に接続され、NC端子29は面状ヒータ6の−側端子に
接続され、NO端子30は開放されている。
【0030】本実施の形態では、制御装置25により、
例えば、光電変換モジュール2上の透明板の温度が0℃
以下のとき、温度制御スイッチ22がONされ、日照時
間帯のときタイマー制御スイッチ23がONされるよう
になっている。また、リレー24は、光電変換モジュー
ル2の出力電圧が0のときONされるようになってい
る。したがって、温度制御スイッチ22、タイマー制御
スイッチ23、リレー24の全てがONされたとき、面
状ヒータ6が通電される。
【0031】本実施の形態の作用を説明する。
【0032】光電変換モジュール2上の透明板が積雪に
よって覆われることにより発電が妨げられている場合、
透明板の表面の温度が0℃以下、日照時間帯において光
電変換効果が得られないということになる。よって、こ
の条件が検出された場合、面状ヒータ6を通電するよう
にし、透明板の表面の温度を0℃より高温にすればよ
い。つまり、透明板に熱電対8を設けることで、透明板
の表面の温度をモニターしつつ、タイマーにより日照時
間帯であることを参照して面状ヒータ6を通電する。
【0033】より詳細には、制御装置25は、内蔵のタ
イマーを参照することにより、日照時間帯であると判断
したとき、タイマー制御スイッチ23をONする。ま
た、光電変換モジュール2上の透明板に積雪がある場
合、制御装置25は、熱電対8の出力電圧を監視するこ
とにより、透明板の表面の温度が0℃以下であると判断
し、温度制御スイッチ22をONする。一方、リレー2
4は、光電変換モジュール2の出力電圧が0なので、コ
イル26に電流が流れずONされる(NO端子30から
NC端子29に切り替わる)。
【0034】これにより、温度制御スイッチ22、タイ
マー制御スイッチ23、リレー24の全てがONされる
ので、面状ヒータ6は通電され、透明板上の積雪の融雪
が自動的に行われる。
【0035】融雪が完了し、光電変換モジュール2で光
電変換が行われると、リレー24は、光電変換モジュー
ル2の出力電圧があるので、コイル26に電流が流れて
OFFされる(NC端子29からNO端子30に切り替
わる)。このとき、制御装置25は、透明板の表面の温
度が0℃より高いと判断し、温度制御スイッチ22をO
FFする。よって、面状ヒータ6は通電されず、光電変
換モジュール2で発生した起電力が負荷31に給電され
ると共に、余剰電力が蓄電池32に充電される。
【0036】このように、本発明に係る制御システム2
1によれば、温度制御スイッチ22、タイマー制御スイ
ッチ23、リレー24を、それぞれ温度、日照時間、光
電変換モジュール2の出力電圧に応じて自動的にON/
OFFさせているので、日中、光電変換モジュール2上
の透明板に積雪がある場合のみ、面状ヒータ6は通電さ
れ、それ以外の場合、面状ヒータ6は通電されない。し
たがって、透明板上に積もった雪を確実に溶かし、積雪
による発電の妨害を自動的に防ぐことが可能となる。
【0037】すなわち、光電変換モジュール2が積雪に
より受ける採光妨害を自動的に回避し、降雪地域におい
ても非降雪地域と同様な光電変換が可能となり、安定し
て発電できる。
【0038】また、第3のスイッチとしてリレー24を
用いているので、発電を行っていないとき面状ヒータ6
は通電されず、面状ヒータ6で電力が無駄に消費される
ことを簡単かつ確実に防止できる。
【0039】上記実施の形態では、光電変換モジュール
2の出力電圧が0のとき、リレー24がONされる例で
説明したが、制御装置25により、可変抵抗Rvの抵抗
値を変化させることで、光電変換モジュール2の出力低
下しきい値を所望の値に調整することができるので、光
電変換モジュール2の出力電圧が低下したとき(0にな
る前に)、リレー24をONすることもできる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【0041】(1)光電変換モジュールが積雪により受
ける採光妨害を自動的に回避し、降雪地域においても非
降雪地域と同様な光電変換が可能となり、安定して発電
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適実施の形態を示す断面図である。
【図2】本発明に係る太陽電池モジュールの制御システ
ムを示す回路図である。
【符号の説明】
1 太陽電池モジュール 2 光電変換モジュール 3 モジュール筐体 4 端子ボックス 5 防水シール材 6 面状ヒータ(ヒータユニット) 7 透明板 8 熱電対(温度センサ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光電変換セルが複数直列接続された光電
    変換モジュールを備えた太陽電池モジュールにおいて、
    光電変換モジュールの裏面に設けられる融雪用のヒータ
    ユニットと、光電変換モジュール上の透明板に設けられ
    る温度センサとを備えたことを特徴とする太陽電池モジ
    ュール。
  2. 【請求項2】 光電変換セルが複数直列接続された光電
    変換モジュールを備えた太陽電池モジュールの制御シス
    テムにおいて、光電変換モジュール上の透明板の温度に
    応じてON/OFFされる第1のスイッチと、日照時間
    帯に応じてON/OFFされる第2のスイッチと、光電
    変換モジュールの出力に応じてON/OFFされる第3
    のスイッチとを備え、全てのスイッチがONされたと
    き、光電変換モジュールの裏面に設けられる融雪用のヒ
    ータユニットを通電することを特徴とする太陽電池モジ
    ュールの制御システム。
  3. 【請求項3】 光電変換モジュール上の透明板の温度が
    0℃以下のとき第1のスイッチがONされ、日照時間帯
    のとき第2のスイッチがONされ、光変換モジュールの
    出力が低下あるいは0のとき第3のスイッチがONされ
    る請求項2記載の太陽電池モジュールの制御システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200458071Y1 (ko) 2010-09-06 2012-01-18 주식회사 쏠라이트 방수 및 제설기능을 갖는 태양 전지
KR101503023B1 (ko) 2013-10-15 2015-03-19 부경대학교 산학협력단 부식 방지 장치 및 방법
JP2021114882A (ja) * 2020-01-21 2021-08-05 Mirai−Labo株式会社 太陽光発電パネル、融雪装置および太陽光発電パネルの制御方法

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