JP2004096090A

JP2004096090A - 太陽光発電装置、太陽光発電システム、及び太陽光発電装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004096090A
Application number: JP2003194546A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Toyomura; 豊村　文隆; Nobuyoshi Takehara; 竹原　信善
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】構成が簡単で製造コストを低減すると共に、部分影や特性のばらつきの影響を低減する。
【解決手段】共通の基板上に複数の太陽電池セルからなる太陽電池セルアセンブリ１０１を形成し、各太陽電池セルに該太陽電池セルからの出力を変換する直流−直流変換装置２をそれぞれ接続して太陽光発電装置１０６を構成し、その出力をインバータ３によって交流電力に変換して、負荷４あるいは商用電力系統５に供給する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽光発電装置、太陽光発電システム、及び太陽光発電装置の製造方法に関し、特に、共通の基板上に形成された複数の太陽電池セルを備えた、太陽光発電装置、太陽光発電システム、及び太陽光発電装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化石燃料の使用に伴う二酸化炭素等の排出による地球温暖化や、原子力発電所の事故や放射性廃棄物による放射能汚染などの問題が深刻となり、地球環境とエネルギに対する関心が高まっている。このような状況の下、無尽蔵かつクリーンなエネルギ源として太陽光を利用する太陽光発電、地熱を利用する地熱発電、風力を利用する風力発電等が世界中で実用化されている。
【０００３】
このうち、太陽電池を利用した太陽光発電の形態としては、数Ｗから数千ｋＷまでの出力規模に応じた種々の形態がある。太陽電池を使用した代表的なシステムとしては、太陽電池によって発電された直流電力をインバータ等により交流電力に変換（直交変換）して需要家の負荷や商用交流電力系統（以下、単に「系統」とも呼ぶ）に供給する太陽光発電システムがある。
【０００４】
図２は、従来の一般的な太陽光発電システムの概略構成を示す図である。図示されたように、太陽光発電システム８としては、太陽電池セルが複数枚直列接続された太陽電池モジュール６を一単位として、更にその太陽電池モジュール６を複数枚直列接続した太陽電池ストリング７（太陽電池アレイとも称する）を構成し、更にそれら太陽電池ストリング７を複数並列接続した太陽電池アレイを構成し、太陽電池アレイからの直流出力を集電箱９で集電し、集電された電力をインバータ３により交流電力に変換して、負荷４あるいは系統５に連系するものが一般的である。
【０００５】
このような太陽光発電システム８においては、太陽電池の出力特性のばらつき、建物などによる部分影の影響により、複数の太陽電池ストリング７間の出力が異なる場合、太陽光発電システム８が最適電力点での運転を行なうことができない場合がある。
【０００６】
このような問題に対処すべく、特開２０００−１１２５４５号公報（特許文献１）には、太陽電池アレイ毎に接続箱を介して直流−直流変換装置を設け、更に各々の直流出力電力を一括してインバータに入力して交流電力への変換を行う太陽光発電システムが開示されている。この構成によると、各直流−直流変換装置がそれぞれに接続された太陽電池アレイに対して最適電力点追従制御を行うことにより、太陽光発電システムの最適電力点追従制御の精度が向上する。
【０００７】
また、特開平８−７０５３３号公報（特許文献３）には、太陽電池アレイ、太陽電池モジュールあるいは太陽電池セル毎にインバータを設けることにより、太陽電池アレイ、太陽電池モジュールあるいは太陽電池セル間の出力ばらつきや部分影による電力効率の差を少なくすると共に、太陽電池モジュールあるいは太陽電池セルの単位でインバータを取り付けることで、太陽電池による発電量を増加、削減する際に低コストで対応できることが開示されている。
【０００８】
米国特許第４，７７３，９４４号明細書（特許文献４）には、上記の直列接続する際の工程の煩雑化、コストの上昇、部分影による影響、設置作業の困難性という問題をまとめて解決できるものとして、１枚の基板に形成した個々の太陽電池セルを全て並列接続してモジュール化した太陽電池モジュールが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１１２５４５号公報
【特許文献２】特開平６−３０９０４７号公報
【特許文献３】特開平８−７０５３３号公報
【特許文献４】米国特許第４，７７３，９４４号明細書
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来例には以下のような課題がある。
【００１１】
上記特許文献１及び２に記載されているような、太陽電池アレイや太陽電池モジュールの直流出力を直流−直流変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）に入力する太陽光発電システムにおいては、複数の太陽電池セルを直列接続して太陽電池モジュールを作成する必要がある。
【００１２】
一般に太陽電池モジュールを作成するためには、基板に起電力層を積層したものを太陽電池セルの単位に分割するための切断工程、各太陽電池セル間の絶縁のための非発電領域を設けるための端部エッチング工程、太陽電池セルをインターコネクタなどの配線部材を使用して順次直列接続する工程、部分影の影響を少なくするためのバイパスダイオードを接続する工程、直列化した太陽電池セル群を被覆する工程、被覆されたものの端部に枠体をはめ込む工程など、非常に多くの工程を必要とするので時間がかかると共に、使用される各部材のコストも高いので、太陽光発電装置の価格を上昇させる要因となっている。
【００１３】
これは特に大面積の太陽電池モジュールを製造する場合には、多数の太陽電池セルを直列接続する工程に時間や手間がかかり、このことが大面積の太陽電池モジュールの製造する場合の大きな問題となる。
【００１４】
また、インターコネクタなどの配線部材を使用して太陽電池セルを直列接続する構成とすると、太陽電池セル間にインターコネクタを挿入するためのギャップが必要となり、該ギャップが太陽電池セルの直列接続数に伴い増加するので、発電に利用されない非発電領域が太陽電池モジュール内で大きくなる。その結果、太陽電池モジュールの面積発電効率が低下してしまう。
【００１５】
加えて、太陽電池セルを直列接続しているため、部分影による発電効率への影響も大きくなる。例えば、直列接続している太陽電池セルの一つが部分影で覆われると、そのセルの発電電流が減り、それ以外のセルの発電電流もこのセルによって律速されてしまう。
【００１６】
この部分影の影響を減らすためには、直列接続された太陽電池セルの各々にバイパスダイオードを並列に接続する必要がある。しかしながら、この方法を用いても、部分影の影響による他の発電しているセルへの影響は完全には無くせない。
【００１７】
更に、特許文献３に記載されたように、太陽電池セル毎にインバータを設ければ、上記の問題点である直列接続工程の作業は軽減されるかもしれないが、各太陽電池セルを作成する際に切断工程や、個々の太陽電池セル端部のエッチング工程などが必要であり、依然として時間や手間がかかる。
【００１８】
また、各々の太陽電池セルを支持体上に設置する構造とする場合には、各太陽電池セルの電気的絶縁、美観、及び面積発電効率向上のため、一定の間隔をおいて正確に設置していく必要があるが、この作業は困難でありコストアップの要因となる。
【００１９】
また、上記特許文献４に開示された太陽電池モジュールにおいては、各々の太陽電池セルの集電電極に集電用のバスバーが接続され、複数のセルの出力をひとつに集電して出力するように構成されている。
【００２０】
しかしながら、このような構成では、集電用のバスバーを流れる電流は複数のセルの出力電流を足し合わせた値になるため、太陽電池セルの枚数が増えて太陽電池モジュールが大面積化するに従って、集電する際の損失が非常に大きくなるという別の問題が生じる。
【００２１】
この集電損失の問題を解決するために、集電用バスバーの断面積を大きなものにすることが考えられるが、この解決策では集電用バスバーの重量及び体積が非常に大きくなり、製造・運搬作業が困難となってしまう。
【００２２】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、構成が簡単で製造コストを低減すると共に、部分影や特性のばらつきの影響を低減することができる、太陽光発電装置、太陽光発電システム、及び太陽光発電装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の太陽光発電装置は、共通の基板上に形成された複数の太陽電池セルと、
各太陽電池セルにそれぞれ接続されており、接続された太陽電池セルからの出力を変換する複数の変換装置と、を備えている。
【００２４】
また、上記目的を達成する本発明の太陽光発電システムは、共通の基板上に形成された複数の太陽電池セルと、
各太陽電池セルにそれぞれ接続されており、接続された太陽電池セルから出力された直流電圧を昇圧する前記複数の直流−直流変換装置と、
前記複数の前記直流−直流変換装置から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータと、を備えている。
【００２５】
更に、上記目的は、導電性の基板上に半導体製造工程により太陽電池セルを形成する工程と、
前記太陽電池セルを所定間隔でエッチングして、前記太陽電池セルを複数の太陽電池セルに分割する工程と、
前記複数の太陽電池セルの各々に直流−直流変換装置を接続する工程と、を有する本発明の太陽光発電装置の製造方法によっても達成される。
【００２６】
すなわち、本発明では、共通の基板上に複数の太陽電池セルを形成し、各太陽電池セルに該太陽電池セルからの出力を変換する変換装置をそれぞれ接続して太陽光発電装置を構成する。
【００２７】
このようにすると、一つの基板上に複数の太陽電池セルが形成されるので、従来の一般的な太陽電池モジュールの製造の際に必要な切断工程、端部エッチング工程、直列接続工程及びバイパスダイオード接続工程などが不要となり、それに伴って製造及び材料のコストが低下すると共に、太陽光発電装置の面積発電効率が非常に向上する。
【００２８】
更に、太陽電池セルを等間隔に設置する作業が、太陽光発電装置を単位として行なえるので、太陽光発電装置の設置にかかる時間を大幅に短縮でき、設置にかかるコストが低減できる。
【００２９】
加えて、部分影に起因する影響は、その太陽電池セルのみにとどまることになり、他の太陽電池セルには影響しない。また、共通の基板状に複数の太陽電池セルを形成するので、太陽電池セル間の特性のばらつきも小さくなる。従って、従来の直列接続された太陽電池セルを有するシステムに比べ、部分影や特性のばらつきによる影響をはるかに少なくできる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る太陽光発電システムの好適な実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明に係る太陽光発電システムの第１の実施形態の構成を示す概要図である。１０１は一枚の導電性基板上に形成された複数の太陽電池セルからなる太陽電池セルアセンブリ、２は直流−直流変換装置、３はインバータ、４は負荷、５は商用系統である。
【００３２】
尚、本明細書において太陽電池セルとは、一定の領域に区切られた光起電力層を有するものであり、そこからの電力を取り出すことができる太陽電池としての機能を有する最小単位を言う。
【００３３】
太陽電池セルアセンブリ１０１における複数の太陽電池セルは、互いに独立しており直列接続されていない。各太陽電池セルから出力された直流電力は、太陽電池セルと１対１で設けられた直流−直流変換装置２にそれぞれ入力され、所定の昇圧比で昇圧された後、これらの出力は一括してインバータ３に入力され、商用周波数の交流電力に変換され、負荷４に供給されると共に余剰の電力は商用系統５に送電される。
【００３４】
また、以下においては、太陽電池セルアセンブリ１０１と各太陽電池セルに接続された直流−直流変換装置２とからなるモジュール１０６を太陽光発電装置と称する。
【００３５】
以下、本実施形態の太陽光発電システムで用いられる構成要素について詳しく説明する。
【００３６】
［太陽電池セルアセンブリ］
図３は、一枚の導電性基板上に形成された太陽電池セルアセンブリ３０１の概略構成図であり、導電性基板１０上にエッチングライン１１５により分割された個々の太陽電池セル１が形成されている。個々の太陽電池セル１は、導電性基板１０により電気的に片側の極が共通接続されている。なお、導電性基板１０については後に詳細に説明を行う。
【００３７】
まず、個々の太陽電池セル１について、図４を用いて具体的な構成について説明する。太陽電池セル１としては、導電性基板１０上に下部電極層１１、半導体層１２、上部電極層１３を積層したものが用いられる。導電性基板の構成によって下部電極層１１は省略することも可能である。
【００３８】
ここで導電性基板としてはロール状に予め巻かれているものが好ましく、この基板を順次送り出しながら上記各層を積層し、もう一端で巻き取っていくロールツゥーロール法などの連続製膜方式で作成することが生産性を考慮すると好ましく、ここでの説明は主にこの方式を用いた場合について述べる。また、バッチ方式の装置ももちろん用いることができる。
【００３９】
ここで用いられる下部電極層１１、半導体層１２、上部電極層１３については、本願と同じ出願人による、特開平１１−１８６５７２号の明細書により詳細に記述されている。本発明においてはこれらの構成要素は本質的な部分でないため詳細な記述を省略する。
【００４０】
半導体層１２としては薄膜シリコンが好ましく、なかでもアモルファスシリコンが好ましく、アモルファスシリコンを半導体層として用いる場合には、導電性基板１０側からｎ型半導体、ｉ型半導体、ｐ型半導体の順に積層したｐｉｎ接合を通常用いる。
【００４１】
そして、上記のようなｐｉｎ接合またはｐｎ接合を２層あるいは３層積み重ねたダブルそしてトリプル構成を用いるのも好適である。
【００４２】
更に本実施形態においては、導電性基板１０側からｐ型半導体、ｉ型半導体、ｎ型半導体の順に積層されたｎｉｐ接合のものも、場合に応じ好適に用いられる。
【００４３】
また、各層の成膜方法としては、蒸着法、スパッタ法、高周波プラズマＣＶＤ法、マイクロプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法など公知公用の様々な方法から適宜選択することができる。
【００４４】
次に、このようにして成膜された太陽電池セルを複数のセルに切断して分割を行い、分割切断時に発生する導電性基板と上部電極層との短絡の影響を有効受光範囲に及ぼさないように、上部電極層上にＦｅＣｌ_３、ＡｌＣｌ_３などを含むエッチングペーストをスクリーン印刷法により塗布し加熱後洗浄することにより、該太陽電池セルの上部電極層の一部を線状に除去し、図３に示すようなエッチングライン１１５を形成する。
【００４５】
そして、図５に示すように、導電性基板の受光面の一辺に絶縁両面粘着テープ２５を連続的に貼り、絶縁両面粘着テープ２５と上部電極上に所定間隔で集電電極１４を形成する。更に絶縁両面粘着テープ２５の上部に受光面端子部材１６を加熱圧着により取り付ける。ここで用いられる集電電極１４については後で詳細な説明を行う。
【００４６】
以上の工程により図５に示すような集電電極１４、受光面端子部材１６が付設された太陽電池セルアセンブリ５０１が製造される。
【００４７】
そして、更に、図６に示すように、太陽電池セルアセンブリの受光面に透明薄膜樹脂層２３を積層する。ここで透明薄膜樹脂層の構成及び形成方法については後で詳細に述べる。
【００４８】
このとき後で詳述するように、受光面の全体ではなく一部のみに透明薄膜樹脂層２３を形成して太陽電池セルアセンブリ６０１を形成する。このような構成によれば、余計な絶縁材料が不要となるため、太陽光発電装置やシステム全体でコストダウンが図れる。
【００４９】
具体的には、透明薄膜樹脂層を太陽電池セルアセンブリ５０１表面全てに設けるのではなく、屋外環境での発電性能に影響がでないよう最低限必要な部分だけに留める。つまり、受光面側端子部材１６あるいはエッチングライン１１５には透明薄膜樹脂層を形成せず、少なくとも太陽電池セルの入射光に対して光電変換特性を有する部分（アクティブエリア）のみを被覆する。
【００５０】
また、本発明の太陽電池セルアセンブリ５０１に対して、更に次工程により、従来の太陽電池モジュールなどと同様に耐候性フィルム、充填材、裏面補強材などで封止して屋外環境から保護してもよく、この構成のものも本発明において同様に使用できる。
【００５１】
そして上記透明薄膜樹脂層２３が積層された太陽電池セルアセンブリ６０１を所望の長さで上記エッチングラインに沿って切断することにより、所望の出力の太陽光発電システムを容易に構成できる。
【００５２】
そして、複数の太陽電池セルの各々に、後で詳細に説明する直流−直流変換装置２を電気的に接続することにより太陽光発電装置７０１を構成することができる。
【００５３】
以下、本実施形態の太陽電池セル１の各構成要素について詳細に説明する。
【００５４】
［導電性基板］
本実施形態に係る太陽電池セルアセンブリで用いられる導電性基板は、光電変換のための半導体層を機械的に支持する部材であり、かつ太陽電池セルの非受光面側の電極として使用できる。該基板は半導体層を成膜するときの加熱温度に耐える耐熱性を有するものが好ましい。
【００５５】
また、導電性基板は太陽電池セルアセンブリを支持体上に接着する場合の被接着体となるため、使用される接着剤との接着性が良好な材料が好ましい。
【００５６】
また、導電性基板を固定部材を用いて支持材上に固定する場合は、固定に耐える機械的強度、耐候性、耐腐食性を有することが好ましい。
【００５７】
導電性基板の材料としては、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｂ等の金属またはこれらの合金、例えば真ちゅう、ステンレス鋼等の薄板及びその複合体やカーボンシート、亜鉛メッキ鋼板が挙げられる。
【００５８】
また、基材として電気絶縁性の材料を用いたものでもよく、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、エポキシなどの耐熱性合成樹脂のフィルムまたはシートまたはこれらとガラスファイバー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維などとの複合体、及びこれらの薄板、樹脂シートなどの表面に異種材質の金属薄膜を蒸着あるいは積層したものも用いられる。
【００５９】
［集電電極］
集電電極は、一般的には太陽電池セルの半導体層または上部電極層上に櫛状に形成され、半導体層や上部電極層のシート抵抗の値から好適な幅やピッチが決定される。
【００６０】
また、集電電極は比抵抗が低く太陽電池の直列抵抗とならないことが要求され、好ましい比抵抗としては１０^−２Ωｃｍ〜１０^−６Ωｃｍである。集電電極の材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｔ等の金属またはこれらの合金や半田あるいは導電性の接着剤を表面に塗布した金属線などが用いられる。一般的には、金属粉末と高分子樹脂バインダーがペースト状になった金属ペーストが用いられているが、これに限られたものではない。
【００６１】
［端子部材］
端子部材は集電電極と電気接続してプラスまたはマイナスの取り出し電極を形成する部材である。端子部材は導電性基板または太陽電池セルの上部電極層が取り除かれたエッチング面に、レーザー溶接、導電性接着剤、ろう付けなどにより電気的に低抵抗となるように、また機械的に強固に取付けられる。または集電電極上にプレスにより取付けられる。本明細書では端子部材が取付けられる太陽電池セルの位置に応じて、「受光面端子部材」「非受光面端子部材」と区別している。
【００６２】
該端子部材に求められる電気的性能、材料などは上記集電電極とほぼ同じであるが、その形状は太陽電池セルの平面性を保ち、かつ低抵抗にできる箔形状のものが好ましい。
【００６３】
また、非受光面端子部材は非受光面全体にくし状、あるいは放射状などの形状で張り巡らせて集電効率を向上することもできる。
【００６４】
また、直流―直流変換装置あるいはインバータとの接続のための端子部材が必要な場合は、レーザー溶接、導電性接着剤、ろう付けなどの方法で受光面端子部材あるいは非受光面端子部材に接続される。
【００６５】
［透明薄膜樹脂層］
本実施形態における太陽電池セルの受光面に位置する透明薄膜樹脂層は、透明で、その下側の集電電極、上部電極層などを被覆保護できるものであれば、特に限定されるものではない。
【００６６】
しかし、好ましくは、塗布性に優れ、耐候性、接着性に優れるものが好ましく、特に防水性に優れるものが求められる。
【００６７】
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（ＥＴＦＥ）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、耐候性及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。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ることが好ましい。この場合には、通常塗布するために利用されるカーテンコートなどのコーティング法によって行う。
【００６８】
製造工程上の要求から、カーテンフロー法を用いることができる樹脂塗料は０．３Ｐａ・ｓ程度以下の低い粘度のものを用いることが好ましい。また、より生産性をあげるという観点からは、スプレーコート法が好ましく、この場合は、０．０５Ｐａ・ｓ以下の低粘度の樹脂塗料が好ましい。
【００６９】
なお、粘度の下限値には、特に限定はなく所望の膜厚から適宜選択することが可能であるが、粘度を低くすれば低くするほど、必要な膜厚を形成するのに複数回の塗布を必要とするので、現実的には０．００１Ｐａ・ｓ程度以上であることが好ましい。
【００７０】
薄膜樹脂層を形成した後の厚みについては、ピンホールなしに塗布できる厚みとして１μｍ以上が好ましく、更に以下の観点から２００μｍ程度以下であることが好ましい。樹脂層による集電電極、上部電極層あるいは光起電力層の被覆保護という面から考えれば、より厚い方が好ましいが、厚くなれば、その分、太陽光の透過が低下して発電性能が低下する。また、厚く層を形成することによって樹脂層の可撓性が損なわれる可能性がある。また、厚くなれば、硬化時の収縮により集電電極、上部電極層あるいは光起電力層を破壊する場合がある他、屋外で使用する際に、樹脂層が厚い場合、２００μｍ程度以上になると、熱膨張や設置時の力に追従できなくなり、樹脂層が応力を受けて亀裂が発生したり、集電電極、上部電極層あるいは光起電力層との界面で剥がれたりする可能性がある。
【００７１】
但し、透明薄膜樹脂層は必ずしも一種類の材料で形成する必要は無い。例えば、二種類の材料を用いて二層に形成することも考えられる。太陽電池セルの上部電極層直上には、上部電極層と接着性の良い材料を、そして、その上には耐候性に優れた材料を選択することも考えられる。
【００７２】
この場合の代表的形成方法としては、塗布工程を２回行うことが考えられる。
【００７３】
［並列接続部材］
本実施形態の太陽光発電システムを構成するには、太陽電池セルそれぞれに接続された直流−直流変換装置２間の並列接続が必要である。これらの接続を行う為の部材が、並列接続部材である。本実施形態の太陽電池セルアセンブリにおいて導電性基板が片側の共通端子として用いられる場合は、本部材は片側の極のみに用いられる。
【００７４】
具体的には本部材はそれぞれの直流−直流変換装置の片方の出力端子を接続するための部材であり、汎用の絶縁電線、絶縁ケーブル等を用いてもよいが、本実施形態で用いられる一例としては絶縁被覆のない裸導線なども用いる。裸導線としては、銅ワイヤー、銅撚り線、銅帯等が好ましい。
【００７５】
また、本実施形態において、直流―直流変換装置とインバータの間の接続部材は装置間接続部材と定義する。装置間接続部材も上記並列接続部材と同じ形状、材質を用いることができる。
【００７６】
また、直流−直流変換装置同士の接続に用いられる並列接続部材をそのまま延長してインバータに接続し、装置間接続部材の代わりにすることも可能である。
【００７７】
［支持体］
支持体とは太陽電池セルアセンブリを固定する部材のことを表しており、一般的には架台、あるいは設置面を形成している部材のことである。
【００７８】
太陽電池セルアセンブリを支持体に固定する手段に限定はないが、接着剤を用いて固定する方法が太陽電池セルアセンブリ中の非発電領域の面積が小さくてすむため好ましい。また、太陽電池セルアセンブリの一部に設置用の非発電領域を設けて、その部分を釘、ねじ、ボルトなどの固定部材により固定することもできる。
【００７９】
本実施形態では構造が簡単で、設置作業が簡易になることから、好適にコンクリート材料を使用することが好ましい。支持体がコンクリートなどの重量の大きな材質であれば地面に置くだけで支持体（架台）の配置は完了するからである。またコンクリートは屋外耐久性が高く、安価であるため、太陽電池の架台として使用するには都合がよい。
【００８０】
また、太陽電池固定用の例えば板状の固定支持体（支持体）と、この固定支持体を設置する裏面支持体とに分けて、支持体を構成することが好ましい。これは、例えば立方体形状等の裏面支持体を設置してから、この裏面支持体に板状等の固定支持体を立て掛けるように配置することで、太陽電池の設置角度を任意に変えられるので都合がよいからである。
【００８１】
更に、本実施形態における直流−直流変換装置、インバータについて詳細に説明する。
【００８２】
［直流−直流変換装置］
一般に太陽電池セルに接続される直流−直流変換装置は、直流電圧をインバータ回路の入力電圧に昇圧する昇圧回路、並びに、電力変換の起動／停止、太陽電池の動作点の最適化、運転モードなどを制御する制御回路、系統連系保護回路、通信回路、入出力端子などから構成され、その出力が直接負荷へ接続されてもよいが、一般的には複数台の出力をひとつのインバータに入力し、変換した交流電力を負荷で使用するかあるいは系統連系する。
【００８３】
昇圧回路としては、絶縁、非絶縁を問わず公知公用の様々な回路構成を用いることができる。制御回路は、例えば、ＣＰＵ、ＰＷＭ波形制御回路、最適電力点追従制御回路、制御電源生成回路、周波数・電圧基準発生器及びスイッチング制御回路などを備える。また、制御回路は、通信線などを介して外部から操作できるようにしてもよく、制御回路の一部機能を直流−直流変換装置外に配置して、複数の電力変換装置を一括制御することもできる。
【００８４】
しかし、本実施形態における直流−直流変換装置は、構造をできるだけ簡素化しコストダウンと信頼性の向上を図るために、制御回路としては、制御電源生成回路、スイッチング周波数を規定するスイッチング基準波形生成回路及び固定デューティでスイッチング素子を駆動可能なスイッチング素子駆動回路を少なくとも有する構成が好ましい。
【００８５】
また、主回路としては、上記スイッチング素子駆動回路によりＯＮ／ＯＦＦされるスイッチング素子と、所定の巻数比で作成されたスイッチングトランスを有することが好ましい。
【００８６】
このような複数の直流−直流変換装置が並列接続されたシステムでは、後段のインバータの入力電圧を変化させることにより直流−直流変換装置の入力電圧を変化させることができ、これにより太陽電池セルの動作点を動かすことができる。
【００８７】
また、直流―直流変換装置をチップ化し、太陽電池セルの製造工程中に表面配線部材及び導電性基板に電気的接続を行うことにより、直流−直流変換装置を太陽電池セルに接続する一連の作業を簡略化することもできる。
【００８８】
また、直流−直流変換装置は太陽電池セルからの出力を効率的に入力するために太陽電池セル近傍に設置されることが望ましく、太陽電池セルに直接付着することが望ましい。
【００８９】
また、直流−直流変換装置の外装材はその使用条件に応じて、耐熱性、耐湿性、耐水性、電気絶縁性、耐寒性、耐油性、耐候性、耐衝撃性、防水性などの性能を有する必要がある。また、太陽電池セルあるいは裏面補強材に強固に固定するために好ましくは接着剤との接着性が良い材質が良い。
【００９０】
上記の要素を考慮にいれると外装材としては、プラスチックでは例えば、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性ＰＰＯ（ＰＰＥ）、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ナイロンなどの樹脂、エンジニアリング・プラスチック等がある。また、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性プラスチックも使うことができる。
【００９１】
また、直流−直流変換装置を受光面側に取り付ける場合には、耐紫外線性向上の為に、顔料としてカーボンブラックを用いる、あるいは紫外線を吸収する樹脂塗料を表面に塗布することが好ましい。
【００９２】
［インバータ］
一般的に太陽光発電システムで用いられるインバータの場合、入力される直流電圧をインバータ回路の入力電圧に昇圧する昇圧回路、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路、並びに、電力変換の起動／停止、太陽電池の動作点の最適化、運転モードなどを制御する制御回路、系統連系保護回路、通信回路、入出力端子などから構成され、その出力は負荷で使用されるかあるいは系統連系される。
【００９３】
昇圧回路としては、絶縁、非絶縁を問わず公知公用のさまざまな回路方式を用いることができる。インバータ回路としては、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴをスイッチング素子に使用する電圧型インバータが好ましい。制御回路の制御信号により、スイッチング素子のゲートを駆動することで、所望する周波数、位相及び電圧を有する交流電力を得ることができる。
【００９４】
制御回路は、例えば、ＣＰＵ、ＰＷＭ波形制御回路、周波数・電圧基準発生器、最適電力点追従制御回路、電流基準発生器、モード切換器及びスイッチング制御回路などを備える。また、本実施形態におけるインバータを複数の太陽電池セルに各々複数接続する場合には、制御回路は、通信線などを介して外部から操作できるようにしてもよく、制御回路自体はインバータ外に集中配置して、複数のインバータを一括制御することもできる。
【００９５】
また、本実施形態におけるインバータを太陽電池セルと電気的接続する場合には、太陽電池セルからの出力を効率的に入力するために太陽電池セル近傍に設置されることが望ましく、太陽電池セルに直接接続することが望ましい。
【００９６】
また、インバータ３としては絶縁トランスの有るタイプと無いタイプとが存在し、その用途によりどちらを使用しても構わないが、直流−直流変換装置とインバータ間の装置間配線部材を接地する場合には、絶縁トランスを有するインバータを用いる。
【００９７】
インバータはその使用条件に応じて、耐熱性、耐湿性、耐水性、電気絶縁性、耐寒性、耐油性、耐候性、耐衝撃性、防水性などの性能を有する必要がある。また、太陽電池セルに強固に固定するために好ましくは接着剤との接着性が良い材質が良い。
【００９８】
上記の要素を考慮にいれると外装材としてはプラスチックでは例えば、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性ＰＰＯ（ＰＰＥ）、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ナイロンなどの樹脂、エンジニアリング・プラスチック等がある。また、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性プラスチックも使うことができる。
【００９９】
また、インバータを受光面側に取り付ける場合には、耐紫外線性向上の為に、顔料としてカーボンブラックを用いる、あるいは紫外線を吸収する樹脂塗料を表面に塗布することが好ましい。
【０１００】
［製造方法］
以下、本実施形態の製造方法について詳細に説明する。
【０１０１】
図７は本実施形態の太陽光発電システムの概略外観図であり、７０２は上記で説明した構成の太陽電池セルアセンブリ、２は直流−直流変換装置、３はインバータ、４は負荷、５は商用系統である。
【０１０２】
具体的には、まず導電性基板として洗浄した厚さ０．１ｍｍ、幅２５０ｍｍのロール状の３００ｍの長さをもつ長尺ステンレス基板を搬送し、まず下部電極層１１としてＳｉを１％含有するＡｌを、スパッタ法により膜厚５０００Å形成した。次に、ｐ／ｉ／ｎ型非晶質シリコン半導体層１２を、ｎ型半導体としてはＰＨ_３、ＳｉＨ_４、Ｈ_２のガスを、ｉ型半導体としてはＳｉＨ_４、Ｈ_２のガスを、またＰ型半導体としてはＢ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_４、Ｈ_２のガスをそれぞれ用いて、プラズマＣＶＤ法によってｎ型半導体層を３００Å、ｉ型半導体層を４０００Å、ｐ型半導体層を１００Å、それぞれステンレス基板が通過する製膜装置ごとに順次形成した。
【０１０３】
その後、上部電極層として膜厚８００ÅのＩＴＯを、抵抗加熱蒸着により形成した。
【０１０４】
次にこのようにして作成された光起電力層を複数に分割するために、分割したい部分の上部電極上にＦｅＣｌ_３、ＡｌＣｌ_３などを含むエッチングペーストをスクリーン印刷法により塗布し加熱後洗浄することにより、上部電極の一部を線状に除去して２５０ｍｍ間隔に幅１ｍｍでエッチングラインを形成し、エッチングラインに隔てられた１０個の光起電力層を形成した。
【０１０５】
そして図５に示すように、導電性基板の受光面側の一辺にまず幅７．５ｍｍの絶縁両面粘着テープとしてポリイミド基材両面粘着テープ２５を連続して貼っていく（厚み２００μｍ（基材１００μｍ））。
【０１０６】
その後、予めカーボンペーストをφ１００μｍの銅ワイヤーにコートしたカーボンワイヤーを５．６ｍｍピッチで前記光起電力層の発電領域、及びポリイミド基材両面粘着テープ２５上に形成し集電電極１４とした。
【０１０７】
そしてポリイミド基材両面粘着テープ２５の上部に受光面端子部材１６を幅５ｍｍ、長さ２４５ｍｍ、厚さ１００μｍの銀メッキ銅箔を用いてポリイミド基材両面粘着テープ２５上に載置したあと、２００℃、３ｋｇ／ｃｍ^２、１８０秒の条件で集電電極１４と同時に加熱圧着する。
【０１０８】
更に、図６に示すように、太陽電池セルアセンブリ６０１の受光面に厚さ１００μｍでフッ素樹脂塗料をスプレーコート法によりコーティングすることにより、透明薄膜樹脂層２３を積層した。
【０１０９】
またここでは、太陽電池セルの入射光に対して光電変換特性を有する部分（アクティブエリア）のみを被覆する。
【０１１０】
そして、２５１０ｍｍ間隔でロールからエッチングラインにそって切り出し、１０枚の太陽電池セルが同一の導電基板上に形成され透明薄膜樹脂層を有する太陽電池セルアセンブリ７０２が得られる。
【０１１１】
更に直流−直流変換装置２への接続端子として、受光面端子部材１６及び導電性基板１０に延出部材（不図示）を接続し、直流−直流変換装置２を受光面側端子部材１６の一部を覆い隠すようにシリコーン接着剤により接着し、直流−直流変換装置２内部で延出部材と直流−直流変換装置２の入力端子を接続した後、直流−直流変換装置２の蓋をすることにより、図７に示すような直流−直流変換装置が取り付けられた太陽電池セルアセンブリ（太陽光発電装置７０１）が作成される。
【０１１２】
そして更に、支持体５６にエポキシ樹脂接着剤により太陽光発電装置７０１を貼り付けていく。
【０１１３】
そして各々の太陽電池セルに取り付けられた直流−直流変換装置２を接続ケーブル２４により順次接続し、一括してインバータ３へ入力する。
【０１１４】
尚、接続ケーブル２４の中には正負極の二本の電線が内包されており、各ケーブルは直流−直流変換装置内部で該直流−直流変換装置の出力端子に電気的に接続されるとともに、隣り合った直流−直流変換装置に接続されているケーブルと電気的に接続される。
【０１１５】
同様な方法で１０台の支持体に順次太陽光発電装置７０１を設置し、これらの出力を同様にインバータ３を介して交流電力に変換し、負荷４あるいは系統５に供給する。
【０１１６】
［動作の説明］
ここで、図８に示す直流−直流変換装置２及び図９に示すインバータ３の回路図を用いて、各々の主回路、制御回路及びそれぞれの動作について詳細に説明する。
【０１１７】
図８に示す直流−直流変換装置２では、太陽電池セルの出力電力は直流−直流変換装置２の入力端子２７を通して、コンデンサ２８に蓄積され、ＭＯＳＦＥＴ２９及び３０を交互にＯＮ／ＯＦＦすることにより交流電力に変換される。
【０１１８】
そして、スイッチングトランス３１に入力された交流電力は所定の変圧比（本実施形態では１：１７５）に応じた交流電力に変換され、更にダイオードブリッジ３２により整流され、フィルタコンデンサ３３を通過後、直流−直流変換装置２からインバータ３へ出力される。
【０１１９】
尚、本実施形態では用いていないが、ダイオードブリッジ３２とフィルタコンデンサ３３の間にフィルタ用のコイルを設けてもよく、システムの構成によってはフィルタコンデンサとフィルタ用コイルの双方とも省略することもできる。
【０１２０】
次に直流−直流変換装置２の制御回路３４について説明する。本実施形態の制御回路３４は、制御電源生成回路３５、基準波形生成回路３６、ＭＯＳＦＥＴドライバ３７により構成され、制御電源生成回路３５の入力がコンデンサ２８の両端に接続されるとともに、ＭＯＳＦＥＴドライバ３７の制御信号出力がＭＯＳＦＥＴ２９及び３０のゲートに接続されている。
【０１２１】
制御回路３４の詳細な動作を以下に示す。太陽電池セル１の電圧が制御電源生成回路３５の起動電圧に達すると、制御電源生成回路３５の出力電圧が基準波形生成回路３６とＭＯＳＦＥＴドライバ３７に入力される。
【０１２２】
そして、まず基準波形生成回路３６が動作し、予め設定してある基準周波数の矩形波がＭＯＳＦＥＴドライバ３７の波形入力部に入力され、ＭＯＳＦＥＴドライバ３７からゲートドライブ信号Ｓ１及びＳ２がＭＯＳＦＥＴ２９及び３０のゲート部に入力され、ＭＯＳＦＥＴ２９及び３０を固定デューティで交互にＯＮ／ＯＦＦする。
【０１２３】
更にインバータ３の主回路は、図９に示すように、複数の直流−直流変換装置２の出力電力が入力される入力端子３８と、平滑コンデンサ３９と、トランジスタ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄで構成されるフルブリッジ回路４１と、コイル４２と、コンデンサ４３により構成される。
【０１２４】
また、インバータ３の制御回路は、電力変換の起動／停止、太陽電池の動作点の最適化、運転モードなどを制御する部分などに分けられるが、ここでは、本発明に関係があるＰＷＭ制御に関する部分についてのみ図２１を用いて詳細な説明を行うこととする。
【０１２５】
図示されたように、ＰＷＭ制御部は入力電圧検出回路４５、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４６、出力電流検出器４７（図９に図示）、直流電圧一定制御回路４８、直流電圧基準電圧源４９、乗算器５０、出力電流制御用誤差増幅器５１、ＰＷＭ変調回路５２及びフルブリッジ回路４１のトランジスタ４０ａ〜ｄを駆動するゲートドライブ回路５３から構成されている。
【０１２６】
更に、ＰＷＭ制御の具体的な方法としては、まずインバータ入力電圧Ｖ_ＤＣを入力電圧検出回路４５によって検出し、直流電圧一定制御回路４８においてインバータ入力電圧Ｖ_ＤＣと直流電圧基準電圧源４９の基準電圧Ｖ_ｒｅｆとの誤差信号Ｓ７を生成し、この誤差信号Ｓ７を乗算器５０の一方の入力とする。また、商用系統電圧Ｖ_ＣＳを検出し、ＢＰＦ４６によって基本波成分を抽出しその基準正弦波信号Ｓ８を乗算器５０の他方の入力とする。乗算器５０は入力した誤差信号Ｓ７と基準正弦波信号Ｓ８とを乗算し、インバータ出力電流基準信号Ｓ９を生成する。
【０１２７】
更に、誤差増幅器５１は乗算器５０からのインバータ出力電流基準信号Ｓ９と出力電流検出器４７で検出したインバータ出力電流Ｉ_ＯＵＴとを入力し、両者の差分を増幅した変調基準誤差信号Ｓ１０をＰＷＭ変調回路５２に出力する。ＰＷＭ変調回路５２は入力した変調基準信号Ｓ１０に基づいてＰＷＭ制御を行い、ゲートドライブ回路５３を介してゲート駆動信号Ｓ３〜Ｓ６によりトランジスタ４０ａ〜ｄを駆動することし、基準電圧Ｖ_ｒｅｆに一致したインバータ入力電圧Ｖ_ＤＣが得られるように制御する。
【０１２８】
なお、フルブリッジ回路の動作についてはよく知られているためここでの説明は省略する。
【０１２９】
このように、固定デューティでＭＯＳＦＥＴをスイッチング動作させて昇圧比が一定となるような制御を行う複数台の直流−直流変換装置２の出力を、入力電圧一定制御を行うインバータ３に接続すると、直流−直流変換装置２の入力電圧が一定で動作する。これは、固定デューティで昇圧比一定制御を行う直流−直流変換装置がインピーダンス変換器として作用するためであり、その結果、太陽電池セルの動作電圧が一定となるような制御が行われることとなる。
【０１３０】
つまり、本実施形態においてはインバータ３の入力電圧を１７５Ｖに設定した場合、インバータ３の入力側に接続された全ての直流−直流変換装置２の出力電圧が略１７５Ｖとなり、スイッチングトランスの昇圧比により太陽電池セル１の動作電圧は最適動作電圧である約１Ｖで動作することになる。
【０１３１】
また、上記ではインバータ３が入力電圧一定制御を行う場合について述べたが、インバータ３の入力部に電流検出回路（不図示）を用いることにより、インバータ３入力部の電圧及び電流から電力を測定し、この電力の大きさを最大にするような最大電力追従制御を行うようにインバータ２の入力電圧を制御してもよい。
【０１３２】
この場合、インバータ３の入力電圧を変化させることにより直流−直流変換装置２の入力電圧を変化させる、つまりは太陽電池セル１の出力電圧を変化させることができるため、日射の変動が起こった場合などにおいても、インバータ３の最大電力追従制御のみで、インバータ３への入力電力が最大となるような太陽電池セル１の出力電圧を設定できる。
【０１３３】
以上のように本実施形態では、一枚の導電性基板上に複数の太陽電池セルを形成することにより、従来の一般的な太陽電池モジュールの製造の際に必要な切断工程、端部エッチング工程、直列接続工程及びバイパスダイオード接続工程などが不要となり、それに伴って製造及び材料のコストが低下すると共に、太陽光発電装置の面積発電効率が非常に向上する。
【０１３４】
更に、太陽電池セルを等間隔に設置する作業が、支持体へ一枚の導電性基板上に形成された複数の太陽電池セルを有する太陽光発電装置を設置することにより、簡単かつ正確に行なえる。従って、太陽電池セルを１枚１枚設置して各々を接続する従来の設置作業に比べ、太陽光発電装置の設置にかかる時間を大幅に短縮でき、設置にかかるコストが低減できる。
【０１３５】
また、一枚の導電性基板上に複数枚並列接続された個々の太陽電池セルに直流−直流変換装置をそれぞれ接続するように構成したので、太陽電池セルを配線部材により複数並列接続してその出力を一括してインバータに接続する従来の構成と比べると、直流−直流変換装置での電圧の昇圧比を約ｎ倍とすると、同じ断面積の配線（同じ抵抗値）を使用した場合には、集電損失を（１／ｎ）^２程度に低下できる。また、太陽電池セル同士あるいは直流−直流変換装置同士を並列接続する部材の断面積を小さくすることができ、部材費を大幅に低減できる。
【０１３６】
加えて、直列接続された太陽電池セルが存在しないことにより、部分影の影響は部分影の生じた太陽電池セルのみにとどまることになり、他の太陽光発電装置には影響しない。従って、従来の直列接続された太陽電池セルを有するシステムに比べ、部分影による影響のはるかに少ない太陽光発電システムを構築できる。同じ発電容量の従来システムと比べると、この効果は発電容量の大きさに比例して顕著になる。
【０１３７】
また、上述のように従来の直列接続された太陽電池セルを有するシステムでは、個々の太陽電池セルの出力特性にばらつきがある場合、出力特性の悪い太陽電池セルの影響が他の太陽電池セルに及び、太陽光発電システム全体の出力低下を招く。しかしながら、本実施形態の太陽光発電システムによると、上記の部分影の場合と同様に、影響が出力特性の悪い太陽電池セルのみにとどまるため、個々の太陽電池セルの出力特性に応じた出力を取り出すことができ、出力特性ばらつきによる損失を最小限に留めることができる。
【０１３８】
この特性のばらつきに関しては、本実施形態では共通の導電性基板上に形成した太陽電池セルをエッチングによって分割して複数の太陽電池セルを形成するようにしているため、各太陽電池セルの特性のばらつきはかなり小さくなる。
【０１３９】
このように本実施形態による太陽光発電システムによれば、影損失あるいは特性ばらつきによる損失が低減できるという従来達成できなかった特別な効果が得られる。
【０１４０】
更に、本実施形態の太陽光発電装置によれば、一枚の導電性基板上に形成された複数の太陽電池セルを使用するので、一枚の導電性基板上の半導体層、電極層などが連続成膜で得られるため、製造に起因する太陽電池セルの特性ばらつきが小さくなる。そのため出力特性のばらつきによる損失をより一層小さくできるというメリットがある。
【０１４１】
このように本実施形態による太陽光発電システムによれば、影損失あるいは特性ばらつきによる損失が低減できるという従来達成できなかった特別な効果が得られる。
【０１４２】
また、太陽電池セルに接続された直流−直流変換装置を固定デューティで一定の昇圧比となるように制御し、このような直流−直流変換装置が複数並列接続されたインバータが入力電圧一定制御あるいは最大電力追従制御を行うことにより、１つのインバータでそれぞれの太陽電池セルの動作点を制御でき、これにより、各々の直流−直流変換装置の制御部が簡素化でき、信頼性が向上するとともに低コストとなる。
【０１４３】
従来の直列接続された太陽電池セルを有する太陽光発電システムにおいて、このような活電部が露出した構造とすると、例えば、太陽電池セルの耐環境性被覆の簡略化及び／又は太陽電池セル間の直並列接続する部材を絶縁被覆なしで剥き出しで使用するという形態となるが、この場合、以下のような問題が発生する。
【０１４４】
すなわち、太陽電池セルの電極や配線部材及び太陽電池セル同士の直並列接続部材の少なくとも一部の活電部が剥き出しで、非絶縁であるため、雨水等によって湿潤状態（太陽電池セル活電部と大地との抵抗が水分により低下する状態）になり、その後に日射状態があると［太陽電池セル活電部］−［雨水］−［湿潤した支持材］−［雨水］−［大地］、もしくは、［太陽電池セル活電部］−［雨水］−［大地］の経路でリーク電流経路が形成される。
【０１４５】
その結果、活電部から活電部を構成する金属イオンが流出し、電極、配線部材もしくは直並列接続部材の腐食が促進されるという問題が生じる。特に、直並列接続部材に銅を使用した場合、電流経路の形成によって銅がイオン化し溶出が著しく、接続部材の寿命が大幅に低下する事がわかっている。
【０１４６】
つまり、上記従来の太陽光発電システムにおいては、太陽電池セル複数枚を直列接続していくと直列接続体の最も正極端では大地との電位差が非常に大きくなり接続部材の腐食が進行しやすくなってしまう。これに対処するため、太陽電池セルを並列接続することが考えられるが、この場合には並列接続するセルの数が増えるとともに流れる電流が増大する。集電損失は電流の二乗に比例するため、集電損失を一定値以下に抑えようとすると、並列接続部材の断面積がかなり大きくなってしまうという問題がある。
【０１４７】
本実施形態は、低コスト化を促進すべく太陽光発電システムを活電部が露出した構造とした場合においても、太陽電池セル毎に直流−直流変換装置を接続する。その結果、直列接続を行なう従来のシステムに比べて、大地に対しての太陽電池セルの電位が非常に小さくなるため、配線部材の腐食促進を防止することができ、信頼性が向上する。
【０１４８】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明に係る太陽光発電システムの第２の実施形態について説明する。なお、以下においては上記第１の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【０１４９】
図１０は、第２実施形態の概略構成を示す外観図であり、図１１は、第２の実施形態の等価回路図である。
【０１５０】
本実施形態の太陽電池セルアセンブリとしては、第１の実施形態とほぼ同様のものを用いており詳細な説明は省略する。
【０１５１】
図１２は、本実施形態で用いられる直流−直流変換装置を取り付けた太陽電池セルアセンブリを構成する一つの太陽電池セル２２と直流−直流変換装置２との接続部分の拡大図である。ここで、各太陽電池セルにおいて直流−直流変換装置２の取り付けられる位置は第１の実施形態と同じであるが、出力端子５９が直流−直流変換装置２の外装部から延出されている点が異なっている。
【０１５２】
出力端子５９は、直流−直流変換装置２の高電圧側出力端子に接続されている端子部材であり、この出力端子５９の取り出し部より直流−直流変換装置２の内に水分などが侵入しないように、直流−直流変換装置２の内部は充填剤により充填されている。
【０１５３】
また、本実施形態の直流−直流変換装置２の内部主回路としては、図８を参照して説明した第１の実施形態と同様の回路を用いるが、本実施形態では、図１３の回路図に示すように、スイッチングトランス３１の１次側低電圧側端子と２次側の低電圧側端子とをそれぞれ導電性基板１０と電気的に接続することにより、１次側低電圧側と２次側の低電圧側を同電位にしている。
【０１５４】
そして図１４に示すように、支持体５６上に予め並列接続部材として断面積が２ｍｍ_２の銅帯６２をエポキシ系接着剤により予め敷設しておき、エポキシ系接着剤を用いて直流−直流変換装置２を取り付けた複数の太陽電池セルアセンブリを支持体５６上に接着固定し、更に直流−直流変換装置２より延出された出力端子５９を順次銅帯６２に電気的に接続する。
【０１５５】
また、導電性基板１０に低電圧側の装置間配線部材を接続し、この装置間配線部材及び銅帯６２をインバータ３に入力し、各直流−直流変換装置から出力された直流電力を交流電力に変換して、負荷あるいは商用系統に連系を行なう。
【０１５６】
本実施形態では、インバータ３として図１５に示す方式の高周波トランス方式のインバータ６４を用いる。このインバータ６４においては、直流−直流変換装置２から出力された直流を高周波インバータ６５で高周波の交流に変換した後、小型の高周波変圧器６６で絶縁をとり、その後いったんＡＣ／ＤＣコンバータ６７により直流に変換し、更にＤＣ／ＡＣコンバータ６８により商用周波数の交流に変換して出力する。
【０１５７】
そして更に本実施形態においては、図１０に示すように銅帯６２を接地して太陽光発電システムを完成させる。すなわち本実施形態の構成においては、太陽電池セルアセンブリの各太陽電池セルは、予め導電性基板を介して互いに電気的に接続されているため、直流−直流変換装置同士をつなぐための部材は一つでよいという優れた特徴を有している。
【０１５８】
また、本実施形態では、低コスト化のため、封止材を使用せずにアクティブエリア上だけを透明薄膜樹脂層によりコーティングするという手法が採用されている。
【０１５９】
上述のように並列接続部材である銅帯６２を接地することにより、図１１の太陽光発電システムの等価回路図に示されるように、並列接続部材の高電圧側である銅帯６２は大地に対してゼロ電位となる。
【０１６０】
従って、並列接続部材の低電圧側は大地に対して負電位となり、それに接続されている導電性基板１０も同じ電位となり、太陽電池セル１の低電圧側も負電位となる。
【０１６１】
このとき、太陽電池セル１の両端の電圧は、銅帯６２と導電性基板１０との間の電位差に比べ小さく、更に太陽電池セル１の受光面端子部材など高電圧側の部材も大地に対して負電位に保たれるため、配線部材の腐食促進を防止することができる。
【０１６２】
本実施形態では接続部材及び装置間配線部材として銅（Ｃｕ）を使用しているが、銅の物性として、図１６に示す電位−ｐＨダイアグラムのように、正電位がかかるときに銅が溶出しやすいことが分かっている。本実施形態ではこの特性に鑑みて銅を材料とする配線部材を大地に対して常にゼロまたは負電位に保つようにして、銅の溶出を防止するようにしたものである。
【０１６３】
以上のように本実施形態の太陽光発電システムによれば、第１の実施形態によって得られる効果に加え、大地に対する太陽電池セル及び配線部材の電位がゼロまたは負電位となるため、配線電極などの腐食が起こりにくくなり太陽光発電システムの信頼性が向上するという効果が得られる。
【０１６４】
＜第３の実施形態＞
以下、本発明に係る太陽光発電システムの第３の実施形態について説明する。なお、以下においては上記第１及び第２の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【０１６５】
本実施形態で用いられる太陽電池セルは、第１の実施形態で用いた太陽電池セルと略同様の構成であるが、半導体層の積層構成のみが異なっている。
【０１６６】
具体的には、まず導電性基板として洗浄した０．１ｍｍのロール状の長尺ステンレス基板上に、下部電極層としてＳｉを１％含有するＡｌを、スパッタ法により膜厚５０００Å形成する。次に、ｎ／ｉ／ｐ型非晶質シリコン半導体層を、Ｐ型半導体としてはＢ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_４、Ｈ_２のガスを、ｉ型半導体としてはＳｉＨ_４、Ｈ_２のガスを、またｎ型半導体としてはＰＨ_３、ＳｉＨ_４、Ｈ_２のガスをそれぞれ用いて、プラズマＣＶＤ法によってｐ型半導体層を１００Å、ｉ型半導体層を４０００Å、ｎ型半導体層を３００Å、それぞれ順次形成する。
【０１６７】
そして、再度ｎ／ｉ／ｐ型非晶質シリコン半導体層を積層してダブル構成の層を形成する。
【０１６８】
その後、上部電極層として膜厚８００ÅのＩＴＯを、抵抗加熱蒸着により形成して、太陽電池セルを形成する。
【０１６９】
そして、ここからは再び第１の実施形態と同様の工程を用いて、図７に示したのと同様に一枚の導電性基板上に複数の太陽電池セルを形成する。そして、各々の太陽電池セルに直流−直流変換装置２を接続する。
【０１７０】
本実施形態では太陽電池セルにｎ／ｉ／ｐ型非晶質シリコン半導体層を用いるため、第１の実施形態と異なり導電性基板側が太陽電池セルの高電圧側となる。また、直流−直流変換装置の主回路は、図１９に示すように直流−直流変換装置２の内部でスイッチングトランス３１の１次側高電圧側と２次側の高電圧側とを導電性基板１０に電気的に接続することにより、１次側高電圧側と２次側の高電圧側を同電位にする。
【０１７１】
そして第２の実施形態と同様に、支持体５６上に太陽光発電装置を設置し、更にインバータとの接続を行い、本実施形態においては導電性基板１０を接地して、図１７に示す本実施形態の太陽光発電システムが得られる。
【０１７２】
なお、インバータ３としては第２の実施形態と同様に高周波トランス方式のインバータを用いる。
【０１７３】
本実施形態では、並列接続部材の低電圧側部材として裸の銅帯を用いるが、絶縁被覆付のものも好適に用いることができる。
【０１７４】
また、本実施形態では、低コスト化のため、封止材を使用しないアクティブエリア上だけを透明薄膜樹脂層によりコーティングする手法が採用されており、太陽光発電システム全体の回路構成は図１８のように表せる。
【０１７５】
図１８の太陽光発電システムの等価回路図に示されているように、各々の太陽電池セル１８０１の共通の電極である導電性基板１０を接地することにより、太陽電池セル、並列接続部材及び装置間配線部材の高電圧側は大地に対してゼロ電位となる。
【０１７６】
従って、他の配線部材が全て大地に対して負電位に保たれるため、配線部材の腐食促進を防止することができる。
【０１７７】
このように本実施形態の太陽光発電システムによれば、第１の実施形態によって得られる効果に加え、大地に対する太陽電池セル及び配線部材の電位がゼロまたは負電位になるため配線電極などの腐食が起こりにくくなり信頼性が向上するという効果が得られる。
【０１７８】
＜太陽光発電装置の実施形態＞
以下、本発明に係る太陽光発電装置の実施形態について説明する。なお、以下においては上記第１から第３の実施形態の太陽光発電システムにおける太陽光発電装置と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【０１７９】
図２０は、本実施形態の太陽光発電装置で用いられる太陽電池セルアセンブリの一部を示す図である。図示されたように、本実施形態で用いる太陽電池セルアセンブリは、上記第１〜第３の実施形態の太陽電池アセンブリと同様な構成であるが、導電性基板の両端に半導体層が設けられてない設置部１３０を有している。
【０１８０】
具体的な製造方法は、第１の実施形態と同じであり、導電性基板として洗浄した０．１ｍｍのロール状の長尺ステンレス基板を用い、下部電極層、半導体層、上部電極層を導電性基板の両端から２０ｍｍの幅をあけて積層し、これらの層を設けない部分を設置部１３０とした。
【０１８１】
そして、図２０に示すように、上部電極層と設置部１３０の間と太陽電池セルの上部電極の一部を線状に除去して、上部電極層が方形に切り取られるようにエッチングライン１３１を形成した。
【０１８２】
更に、第１の実施形態と同様に、直流−直流変換装置２を取り付けて太陽光発電装置を構成し、これを支持体上に設置する。
【０１８３】
本実施形態では、設置部１３０に鋲打機によりコンクリート用のネイルを３０ｃｍ間隔で打ち付けることにより支持体５６への固定を行った。
【０１８４】
なお支持体５６としてはコンクリート部材を用いたが、木材、プラスチックなどで形成してもよく、その場合は釘、ねじなどを用いて固定することもできる。
【０１８５】
このように本実施形態によれば、太陽光発電装置の設置が一層容易に行なえる構成となっており、設置にかかるコストを低下することができる。
【０１８６】
＜太陽光発電装置の別の実施形態＞
以下、本発明に係る太陽光発電装置の別の実施形態について説明する。なお、以下においては上記の実施形態における太陽光発電装置と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【０１８７】
図２２は、本実施形態の概略構成を示す図であり、図示されたように本実施形態の太陽光発電装置２００１は、太陽電池セルアセンブリ２００２の各々の太陽電池セル２００３に直流−直流変換装置２００４を接続した形態となっている。
【０１８８】
本実施形態で用いる太陽電池セルアセンブリ２００２としては、第２の実施形態で透明薄膜樹脂層の塗布工程を行なう前の状態の太陽電池アセンブリと同様のものを用い、各太陽電池セル２００３における受光面端子部材と導電性基板とにそれぞれ直流−直流変換装置２００４が電気的に接続されている。
【０１８９】
更に各直流−直流変換装置２００４の出力端子（不図示）は端子部材２００５に電気的に接続され、これにより全ての直流−直流変換装置２００４は並列接続されている。
【０１９０】
本実施形態では、耐候性フィルム、充填材、裏面材により直流−直流変換装置が接続された状態で太陽電池セルアセンブリ全体を樹脂封止する。図２３は、図２２のＸ−Ｘ’での断面図であり、２００６は耐候性フィルム、２００７は充填材、２００８は裏面材を示している。
【０１９１】
これら封止に用いる材料の具体的な例としては、耐候性フィルム２００６にはＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）、充填材２００７にはＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合ポリマ、耐候性グレード）、裏面材２００８にはテドラ／ａｌ／テドラのシートなどが好適である。
【０１９２】
封止する方法としては、裏面材、充填材、太陽電池セルアセンブリ、充填材、耐候性フィルムの順に積層した積層体を真空ラミネータを用いて１５０℃で充填材を溶融させることにより作成する。
【０１９３】
このとき、封止材の端部より該太陽電池セルアセンブリより延出している端子部材２００５を露出させ、この端子部材２００５を用いて、隣接する太陽光発電装置あるいはインバータなどへの電気的接続が可能である。
【０１９４】
以上のような本実施形態の太陽光発電装置によれば、第２の実施形態と同様な効果が得られる。
【０１９５】
＜他の実施形態＞
尚、以上の実施形態においては、太陽電池セルを直流電源として用いる太陽光発電システムを例に挙げて説明したが、本発明は、直流電源として燃料電池や熱電対またはプラズマ発電装置など、太陽電池以外の様々な電源を用いる電力変換システムにも適用できる。特に、複数の直流電源の出力特性にばらつきがある場合に本発明は効果を発する。
【０１９６】
また、本発明のシステムは商用電力系統に電力を供給するものとしたが、工場などにおける自家交流発電設備など、商用交流電力系統以外の交流電力系統に電力を供給するようにしてももちろんかまわない。
【０１９７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一つの基板上に複数の太陽電池セルが形成されるので、従来の一般的な太陽電池モジュールの製造の際に必要な切断工程、端部エッチング工程、直列接続工程及びバイパスダイオード接続工程などが不要となり、それに伴って製造及び材料のコストが低下すると共に、太陽光発電装置の面積発電効率が非常に向上する。
【０１９８】
更に、太陽電池セルを等間隔に設置する作業が、太陽光発電装置を単位として行なえるので、太陽光発電装置の設置にかかる時間を大幅に短縮でき、設置にかかるコストが低減できる。
【０１９９】
加えて、部分影に起因する影響は、その太陽電池セルのみにとどまることになり、他の太陽電池セルには影響しない。また、共通の基板状に複数の太陽電池セルを形成するので、太陽電池セル間の特性のばらつきも小さくなる。従って、従来の直列接続された太陽電池セルを有するシステムに比べ、部分影や特性のばらつきによる影響をはるかに少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽光発電システムの第１の実施形態の構成を示す概要図である。
【図２】従来の一般的な太陽光発電システムの概略構成を示す図である。
【図３】図１の太陽電池セルアセンブリの構成例を示す断面図である。
【図４】図１の個々の太陽電池セルの構成例を示す断面図である。
【図５】図１の太陽電池セルアセンブリの製造工程を説明するための図である。
【図６】図１の太陽電池セルアセンブリの製造工程を説明するための図である。
【図７】第１の実施形態の太陽光発電システムの概略を示す外観図である。
【図８】直流−直流変換装置の一例を示す回路図である。
【図９】インバータの一例を示す回路図である。
【図１０】第２の実施形態の太陽光発電システムの概略を示す外観図である。
【図１１】図１０の太陽光発電システムの概略構成を示す回路図である。
【図１２】図１０の個々の太陽電池セルを示す部分拡大図である。
【図１３】図１０の直流−直流変換装置の主回路と導電性基板の接続を示す回路図である。
【図１４】図１０の太陽光発電システムを設置する方法を示す図である。
【図１５】図１０の太陽光発電システムで用いられる高周波変圧器絶縁方式インバータの概略構成を示す図である。
【図１６】銅の電位−ｐＨダイアグラムを示す図である。
【図１７】第３の実施形態の太陽光発電システムの概略を示す外観図である。
【図１８】図１７の太陽光発電システムの概略構成を示す回路図である。
【図１９】図１７の直流−直流変換装置の主回路と導電性基板の接続を示す回路図である。
【図２０】本発明に係る太陽光発電装置の実施形態の概略を示す外観図である。
【図２１】本発明におけるインバータのＰＷＭ制御方式を説明する図である。
【図２２】本発明に係る太陽光発電装置の別の実施形態の概略を示す外観図である。
【図２３】図２２のＸ−Ｘ’での断面図である。
【符号の説明】
１、２２、１８０１、２００３　太陽電池セル
２、２００４　直流−直流変換装置
３　インバータ
４　負荷
５　商用系統
６　太陽電池モジュール
７　太陽電池アレイ
８　太陽光発電システム
９　集電箱
１０　導電性基板
１１　下部電極層
１２　半導体層
１３　上部電極層
１４　集電電極
１６　受光面端子部材
２３　透明薄膜樹脂層
２４　接続ケーブル
２５　絶縁両面粘着テープ
２７　入力端子
２８　コンデンサ
２９、３０　ＭＯＳＦＥＴ
３１　スイッチングトランス
３２　ダイオードブリッジ
３３　フィルタコンデンサ
３４　直流−直流変換装置の制御回路
３５　制御電源生成回路
３６　基準波形生成回路
３７　ＭＯＳＦＥＴドライバ
３８　入力端子
３９　平滑コンデンサ
４０ａ〜ｄ　トランジスタ
４１　フルブリッジ回路
４２　フィルタコイル
４３　フィルタコンデンサ
４５　入力電圧検出回路
４６　バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
４７　出力電流検出器
４８　直流電圧一定制御回路
４９　直流電圧基準電圧源
５０　乗算器
５１　出力電流制御用誤差増幅器
５２　ＰＷＭ変調器
５３　ゲートドライブ回路
５６　支持体
５９　出力端子
６２　銅帯
６４　高周波トランス方式インバータ
６５　高周波インバータ
６６　高周波変圧器
６７　ＡＣ／ＤＣコンバータ
６８　ＤＣ／ＡＣコンバータ
１０１、３０１、５０１、６０１、２００２　太陽電池セルアセンブリ
１０６、７０１、２００１　太陽光発電装置
１１５、１３１　エッチングライン
１３０　設置部
２００５　端子部材
２００６　ＥＴＦＥ
２００７　ＥＶＡ
２００８　裏面材
２００９　受光面端子部材
２０１０　両面粘着テープ

Claims

共通の基板上に形成された複数の太陽電池セルと、
各太陽電池セルにそれぞれ接続されており、接続された太陽電池セルからの出力を変換する複数の変換装置と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
前記変換装置は、太陽電池セルから出力される直流電圧を昇圧する直流−直流変換装置であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
各直流−直流変換装置が、対応する太陽電池セルに取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電装置。
前記複数の太陽電池セルは、前記基板上に１列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
前記複数の太陽電池セルは、半導体製造工程によって前記基板上に形成され、各太陽電池セルは、エッチングでされた部分によって他の太陽電池セルと分離されていることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池セルと前記電力変換装置とが、活電部の少なくとも一部に露出部を有する配線部材で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池セルは、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、表面配線部材及び透明薄膜樹脂層を有し、前記集電電極又は前記表面配線部材の少なくとも一部に、前記透明薄膜樹脂層で覆われていない露出部を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
前記光電変換層が、薄膜シリコンからなることを特徴とする請求項７に記載の太陽光発電装置。
前記基板が導電性であり、前記光電変換層が該基板側を正極とする構成であることを特徴とする請求項７に記載の太陽光発電装置。
前記基板が導電性であり、前記太陽電池セルからの出力の一方及び前記直流−直流変換装置の出力の一方が、該基板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池セルからの出力の一方及び前記直流−直流変換装置の出力の一方が、いずれも低電圧側であることを特徴とする請求項１０に記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池セルからの出力の一方及び前記直流−直流変換装置の出力の一方が、いずれも高電圧側であることを特徴とする請求項１０に記載の太陽光発電装置。
前記基板は、周囲の２つの辺に前記太陽電池セルが形成されていない部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池セルが形成されていない部分を介して支持体に固定されていることを特徴とする請求項１３に記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池セルが樹脂で封止されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
共通の基板上に形成された複数の太陽電池セルと、
各太陽電池セルにそれぞれ接続されており、接続された太陽電池セルから出力された直流電圧を昇圧する前記複数の直流−直流変換装置と、
前記複数の前記直流−直流変換装置から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータと、を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
前記インバータの出力が、負荷又は商用電力系統に接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の太陽光発電システム。
前記インバータが絶縁変圧器を有しており、前記直流−直流変換装置と前記インバータとを接続する配線部材が接地されていること特徴とする請求項１６に記載の太陽光発電システム。
導電性の基板上に半導体製造工程により太陽電池セルを形成する工程と、
前記太陽電池セルを所定間隔でエッチングして、前記太陽電池セルを複数の太陽電池セルに分割する工程と、
前記複数の太陽電池セルの各々に直流−直流変換装置を接続する工程と、を有することを特徴とする太陽光発電装置の製造方法。
前記基板が長尺状であり、前記分割する工程で、前記複数の太陽電池セルが１列に配置されるように前記エッチングを行なうことを特徴とする請求項１９に記載の太陽光発電装置の製造方法。