JP2004241753A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の太陽電池モジュールは、高い電圧を得るために直列に接続する等の要因により、長い配線が必要であり、これによる集電損失が大きかった。
【解決手段】複数の太陽電池セル（１０２）と、該複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に対応する位置に設けられた電力変換器（１０３）とを有する電力変換ユニット（１０６）を少なくとも一つ備えた太陽電池モジュール（１０１）。各太陽電池セルの出力端子から電力変換器の入力端子までの配線距離を短くすることができるので、低電圧大電流が流れる配線の損失を低減でき、太陽電池セルから電力変換器への集電損失が少ない安価な太陽電池モジュールを提供することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の太陽電池セル（１０２）と、該複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に対応する位置に設けられた電力変換器（１０３）とを有する電力変換ユニット（１０６）を少なくとも一つ備えた太陽電池モジュール（１０１）。各太陽電池セルの出力端子から電力変換器の入力端子までの配線距離を短くすることができるので、低電圧大電流が流れる配線の損失を低減でき、太陽電池セルから電力変換器への集電損失が少ない安価な太陽電池モジュールを提供することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の太陽電池セルと電力変換器とを有する太陽電池モジュール、あるいは複数の太陽電池セルと端子箱とを有する太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題への取り組みなどから、太陽電池で発電した直流電力を電力変換装置で交流電力に変換して、その交流電力を家庭内負荷および／または商用電力系統（以下「系統」と呼ぶ）に供給する太陽光発電システムが数多く設置されている。
【０００３】
さらに、ＭＩＣ（ＭｏｄｕｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）と呼ばれる太陽電池が発電した電力を変換する小型の電力変換器（以下「電力変換器」と呼ぶ）を、太陽電池の受光面（以下「受光面」と呼ぶ）と反対側の面（以下「裏面」または「非受光面」と呼ぶ）に取り付けた太陽電池モジュールが小・中規模の太陽光発電システムとして、あるいは非常用電源として期待されている。
【０００４】
なかでも、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換する、もしくは、直流電力のまま電圧変換する機能を果たす電力変換器を太陽電池の外囲体などに一体的に設けた太陽電池モジュール（例えばＡＣモジュール）の開発が注目されている。
【０００５】
このような太陽電池モジュールは、例えば、太陽電池セルを複数枚直列に接続した太陽電池モジュールからの出力電力を太陽電池モジュールの非受光面に搭載した電力変換器に入力し、交流電力等として出力するものである。太陽電池モジュールの一例として特開平９−２７１１７９号公報（特許文献１）に開示されているものがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２７１１７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記説明した従来技術には以下のような課題がある。
【０００８】
従来の典型的な例として、図２と図３に電力変換器を一体に設けた太陽電池モジュールの例を示す。
【０００９】
例えばこの場合、太陽電池セル２０２、３０２は、太陽電池モジュール内部で複数枚が接続部材（２０４：接続部材、３０４：接続部材）により直列接続され、電力変換器２０３、３０３に集電され、太陽電池が発電する直流電力が交流電力に変換され出力される。
【００１０】
このような構成によると多数の太陽電池セル同士を順次直列接続していくため、太陽電池セルとほぼ同じ数だけ直列化するための部材が必要となり、また、電力変換器まで集電するための部材を引き回す必要があり、煩雑な接続工程が必要となる。
【００１１】
そこで太陽電池セルの直列数を極力減らすために太陽電池セルを大面積化し、太陽電池セル１枚当たりの発電容量を大きくし、太陽電池セルの直列数を極力減らすことが考えられる。
【００１２】
究極的には、Ｍａｒｋｕｓ Ｗｕｅｓｔ、Ｐｅｔｅｒ Ｔｏｇｇｗｅｉｌｅｒ、Ｊｏｎ Ｒｉａｔｓｃｈ：ＳＩＮＧＬＥ ＣＥＬＬ ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ ＳＹＳＴＥＭ（ＳＣＣＳ）、Ｆｉｒｓｔ ＷＣＰＥＣ、Ｈａｗａｉｉ、Ｄｅｃ５−９、ｐ．８１３−８１５、１９９４に記述されているように、太陽電池セル１枚に電力変換器を１つ接続し出力を取り出す方法などが提案されている。
【００１３】
しかし、上記の形態の場合、太陽電池セルの大面積化による出力電流の増大とともに太陽電池セルの各部分から電力変換器までの集電損失が大きくなってしまうという問題が生じる。
【００１４】
この問題は太陽電池セル１枚当たりの面積が大きくなり、出力電流が増大するほど顕著になる。
【００１５】
また、上記電力変換器は太陽電池セルの出力電力を利用して、それ自身の制御を行うことが考えられる。
【００１６】
ここで、一般的な太陽電池セルの一枚当たりの最適動作電圧は０．７〜１．４Ｖであるが、電力変換器の制御回路中のデバイスを動作させるためには通常３．３Ｖや５Ｖの電圧が必要である。
【００１７】
上記、ＳＣＣＳのような方法の場合には、一枚の太陽電池セルの最適動作電圧から３．３Ｖや５Ｖへは電源ＩＣなどを使用して昇圧することが考えられるが、このような低電圧からの昇圧は簡易な回路では５０〜７０％と非常に変換効率が悪く、システム全体の効率を低下させる一要因となってしまう。
【００１８】
また、変換効率を高くするためには複雑な回路が必要で、システムコストの増大や電力変換器の大型化の一因となる問題がある。
【００１９】
そこで、上記問題を解決するためには、太陽電池セルを数枚直列化し、電力変換器の制御電圧生成のための昇圧を不要とすることが有効となる。
【００２０】
本発明は上記説明した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は太陽電池セルから電力変換器への集電損失が少ない安価な太陽電池モジュールを提供することである。
【００２１】
さらに本発明は、電力変換器の制御電源生成損失が少ない太陽電池モジュールを提供することをも目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、
複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に対応する位置に設けられた電力変換器とを有する電力変換ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュールである。
【００２３】
本発明は、上記第１の発明において、
「前記電力変換ユニットを少なくとも２つ備え、各電力変換器は隣接する電力変換ユニットの電力変換器に電気接続されていること」、
「前記複数の太陽電池セルの出力がそれと対応する前記電力変換器に入力されており、前記電力変換器は、入力された前記複数の太陽電池セルの出力を変換して出力すること」、
「前記複数の太陽電池セルの全ての出力端子が、それと対応する前記電力変換器の全ての入力端子に各々電気接続されていること」、
「前記電力変換器の複数の入力端子が同一面上に設けられていること」、
「前記太陽電池セルの光起電力層が少なくとも２層以上のｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合を有すること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００２４】
上記課題を解決するための第２の発明は、
平面上に配置される複数の太陽電池セルと、電力変換器を有する電力変換ユニットを少なくとも一つ有する太陽電池モジュールにおいて、該複数の太陽電池セルからの発電電力を該電力変換器に集電する際の全ての集電損失の和が最小となる位置に該電力変換器を配置することを特徴とする太陽電池モジュールである。
【００２５】
上記課題を解決するための第３の発明は、
平面上に配置される複数の太陽電池セルと、電力変換器を有する電力変換ユニットを少なくとも一つ有する太陽電池モジュールにおいて、該複数の太陽電池セルは端子部材を有し、該複数の太陽電池セルが配置された状態において、各々の端子部材同士が最も近接する位置に該電力変換器を配置することを特徴とする太陽電池モジュールである。
【００２６】
上記課題を解決するための第４の発明は、
平面上に配置される複数の太陽電池セルと、電力変換器を有する電力変換ユニットを少なくとも一つ有する太陽電池モジュールにおいて、該複数の太陽電池セルは端子部材を有し、該複数の太陽電池セルが配置された状態において、各々の端子部材同士が最も近接する位置で、かつ該複数の太陽電池セルからの発電電力を該電力変換器に集電する際の全ての集電損失の和が最小となる位置に該電力変換器を配置することを特徴とする太陽電池モジュールである。
【００２７】
上記課題を解決するための第５の発明は、
隣接する２つの太陽電池セルと、隣接する２つの太陽電池セルの間隙の延長上の領域に対応する位置に設けられた電力変換器とを有する電力変換ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュールである。
【００２８】
本発明は、上記第５の発明において、
「前記電力変換ユニットを少なくとも２つ備え、各電力変換器は隣接する電力変換ユニットの電力変換器に電気接続されていること」、
「前記隣接する２つの太陽電池セルの出力が、それと対応する前記電力変換器に入力されており、前記電力変換器は、入力された前記隣接する２つの太陽電池セルの出力を変換して出力すること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００２９】
上記課題を解決するための第６の発明は、
複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に対応する位置に設けられ、前記複数の太陽電池セルの出力を集電する端子箱とを有する発電ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュールである。
【００３０】
本発明は、上記第６の発明において、
「前記発電ユニットを少なくとも２つ備え、各発電ユニットは隣接する発電ユニットの端子箱に電気接続されていること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００３１】
上記課題を解決するための第７の発明は、
隣接する２つの太陽電池セルと、隣接する２つの太陽電池セルの間隙の延長上の領域に対応する位置に設けられ、前記隣接する２つの太陽電池セルの出力を集電する端子箱とを有する発電ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュールである。
【００３２】
本発明は、上記第７の発明において、
「前記発電ユニットを少なくとも２つ備え、各発電ユニットは隣接する発電ユニットの端子箱に電気接続されていること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明するが、本発明はこの形態に限定されるものではない。
【００３４】
例えば、以下の説明では、本発明に係る太陽電池セル、電力変換器および太陽電池モジュールなどについて説明するが、本発明の範囲を記載例に限定する趣旨のものではない。
【００３５】
以下、まず太陽電池モジュール１０１の概要について説明し、さらに太陽電池セル１０２と電力変換器１０３について説明を行い、最後にそれらを用いた電力変換ユニットあるいは太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施形態の太陽電池モジュール１０１の構成例を示す概略図である。
【００３７】
また、図４は太陽電池モジュール１０１についての概略断面図である。
【００３８】
これら２つの図を用いて太陽電池モジュール１０１の構成について説明を行う。
【００３９】
ここで太陽電池モジュール本体４０１は、耐候性フィルム４０２、充填材４０３、複数の電力変換ユニット１０６、充填材４０５および裏面補強材４０６とから構成されている。
【００４０】
本体４０１の太陽光の受光面には、耐候性フィルム４０２が配置され、その内部には複数の電力変換ユニット１０６が配置されている。
【００４１】
電力変換ユニット１０６の周囲には透光性を有する充填材４０３、４０５が配置され、電力変換ユニット１０６を固定している。
【００４２】
また、太陽電池モジュール本体４０１の受光面とは反対側の裏面には補強用の裏面補強材４０６が設置されている。
【００４３】
そして、各電力変換ユニット１０６は図１に示すように複数の太陽電池セル１０２と、該電力変換ユニット内の太陽電池セル全てに囲まれた電力変換器１０３とから構成される。このように、本発明において電力変換ユニット内の太陽電池セル全てに囲まれた領域に対応する位置とは、３つ以上の太陽電池セルにより電力変換ユニットを構成する場合（図１の形態はこの場合にあたる）には、それら太陽電池セルの配置の中心部であり、後述の実施例２のように２つの太陽電池セルが配された電力変換ユニットの場合には、それらの太陽電池セルの間である。
【００４４】
そして電力変換器１０３同士はリード線４０４により隣り合った同士接続され、集電された電気は別の電力変換器１０５に接続され、太陽電池モジュールより外部に取り出される。
【００４５】
［太陽電池セル］
まず、個々の太陽電池セル１０２の構成について具体的に説明する。
【００４６】
太陽電池セルとしては電力生成を行う光起電力素子とそこから電力を取り出すための正極側の端子と負極側の端子を最低限有するものであればよい。
【００４７】
ここでは、太陽電池セルを大面積にするために好適に用いられる薄膜シリコン、なかでもアモルファスシリコンの例について図５および図６を利用して詳細に述べる。
【００４８】
例えば、図５に示すように太陽電池セルは導電性基板５０１上に下部電極層、半導体層、上部電極層を積層した光起電力層５０２を有するものが用いられる。導電性基板の構成によって下部電極層は省略することも可能である。
【００４９】
ここで用いられる下部電極層、半導体層、上部電極層については特開平１１−１８６５７２号公報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は省略する。
【００５０】
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、導電性基板側からｎ型半導体、ｉ型半導体、ｐ型半導体順に積層したｐｉｎ接合を通常用いる。
【００５１】
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あるいはトリプル構成にして最適動作電圧を比較的高くした太陽電池セルも好適に用いられる。
【００５２】
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。
【００５３】
また、導電性基板５０１は上記光起電力層５０２を機械的に支持する部材であり、かつ複数の太陽電池セルの非受光面の共通電極としても使用できる。
【００５４】
そして、導電性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】
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。
【００５６】
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、およびこれらの薄板、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。
【００５７】
次に、このようにして成膜された光起電力層を複数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ＦｅＣｌ３、ＡｌＣｌ３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、上部電極層の一部を線状に除去しエッチングラインを形成し、所望の大きさの光起電力素子を得ることができる。
【００５８】
そして、導電性基板の受光面の一辺に絶縁両面粘着テープ５０３を貼り付け、さらに、絶縁両面粘着テープと上部電極上に所定間隔で集電電極５０４を形成した。
【００５９】
そして、さらに絶縁両面粘着テープ５０３の上部に受光面端子部材５０５を加熱圧着により取着する。
【００６０】
以上の工程により図５と図６に示すような集電電極５０４、受光面端子部材５０５が付設された太陽電池セル１０２を構築する。
【００６１】
ここで必要に応じて導電性基板５０１の非受光面側に非受光面端子部材を設けても良い。
【００６２】
また、非受光面端子部材を用いる場合は、非受光面端子部材を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。
【００６３】
尚、ここで用いられる受光面端子部材は、前記集電電極と電気接続して太陽電池セルの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。
【００６４】
端子部材は、前記導電性基板または前記光起電力素子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、かつ機械的に強固に取り付けられる。または集電電極上にプレスにより取り付けられる。
【００６５】
該端子部材に求められる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。
【００６６】
そして、さらに、太陽電池セル１０２の受光面に透明薄膜樹脂層を積層してもよい。本発明においては透明薄膜樹脂層の構成要素は本質的な部分でないため詳細な記述は省略する。
【００６７】
本実施の形態では太陽電池セルを耐候性フィルム、充填材、裏面補強材などで封止して太陽電池モジュールを作成し、屋外環境から保護する構造をとっているが設置形態によっては透明薄膜樹脂層のみで屋外設置することも可能である。
【００６８】
また、ここではアモルファスシリコン太陽電池について詳しく述べたが、太陽電池はこれに特に限定されるものではなく、例えば、シリコン半導体の単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池およびＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池、ＩＩ−ＶＩ族化合物太陽電池およびＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物太陽電池などの化合物半導体太陽電池も使用できる。
【００６９】
［電力変換器］
次に本発明における電力変換器について説明を行う。
【００７０】
まず、本実施の形態の電力変換器が直流−直流変換装置である場合について述べる。
【００７１】
一般に太陽電池セルに接続される直流−直流変換装置は、太陽電池セルの出力直流電圧を昇圧する昇圧回路、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、その出力は直接負荷へ接続されるかあるいは複数台の直流−直流変換装置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される。
【００７２】
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・電圧基準発生器およびスイッチング制御回路などを備える。
【００７３】
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。
【００７４】
しかし、本発明の直流−直流変換装置においては、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および固定デューティー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。
【００７５】
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。
【００７６】
例えば、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、出力側に接続された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。
【００７７】
これを本発明の太陽電池モジュール１０１に適用すると、別の電力変換器１０５がインバータである場合は、インバータの入力電圧を変化させることにより、該インバータに接続された各々の直流−直流変換装置である電力変換器１０３の入力電圧を制御できる。
【００７８】
また、直流−直流変換装置をチップ化し、所定領域内に存在する複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に対応する位置に、製造工程中に表面配線部材、裏面配線部材あるいは導電性基板に電気的接続を行い電力変換ユニットを構成することにより、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ができる。
【００７９】
さらに、本実施の形態の電力変換器がインバータである場合について述べる。
【００８０】
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。
【００８１】
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、位相および電圧を有する交流電力を得ることができる。
【００８２】
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、モード切換器およびスイッチング制御回路などを備える。また、本発明のインバータを複数の太陽電池ユニット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。
【００８３】
また、インバータとしては絶縁変圧器有りと無しが存在するが、その用途によりどちらを使用しても構わない。
【００８４】
上記説明した直流−直流変換装置および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。
【００８５】
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。
【００８６】
また、電力変換器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。
【００８７】
また、外装材の形状は四角箱型形状に限らず、円形、楕円形など複数の太陽電池セルの形状、電力変換器内部の回路レイアウトなどに応じて任意の形状のものを使用できる。
【００８８】
また、電力変換器の入力端子は電力変換器外装材の同一面内に設けられることが好ましく、例えば一枚のスルーホール基板で構成される。これにより平面的に配置される複数の太陽電池セルに容易に接続することができる。
【００８９】
また、電力変換器の入力端子は電力変換ユニット内の複数の太陽電池セルの出力端子の総数と同じだけ設けることが好ましく、電力変換器と前記複数の太陽電池セルを電気的に接続することにより、前記複数の太陽電池セルの直並列構成が決まる構造であることが好ましい。
【００９０】
例えば、図１の電力変換ユニット１０６に対応する電力変換器１０３の入力端子の構造としては、図１０に示すように前記複数の太陽電池セルと直接接する面に１＋、１−、２＋、２−、３＋、３−、４＋そして４−の４枚の太陽電池セルに対応した８つの入力端子を設ける構造とすることができる。
【００９１】
ここで上記電力変換器の内部では図７あるいは図８に示すように１＋と２−、２＋と３−、３＋と４−が導通するように入力端子同士がバイア（図中○の部分）を有する内部基板パターンにより接続されており、電気接続された４枚の太陽電池セルは電力変換器内部で４直列され、それら太陽電池セルの出力電力は正極パターン８０１および負極パターン８０２を介して電力変換回路に入力される。
【００９２】
ここで、図２５のように入力端子を設けた基板２５０１と該基板を挟んで太陽電池セルと対向する電力変換回路基板２５０２は電力変換器内部であらかじめ電気接続されている。
【００９３】
ここで図７は、電力変換回路基板側からみた太陽電池側の層の入力端子間のパターン透視概略図、図８は電力変換回路基板側の入力端子間パターン概略図を示す。
【００９４】
ここでは入力端子を設けた基板と電力変換回路基板を別個の基板で構成したが、同じ基板上に入力端子と電力変換回路を設けても構わない。
【００９５】
また、ここでは電力変換器内部で全ての太陽電池セルを直列化したが、必要に応じて電力変換器内部の構成により直列および／または並列構成を変えることが可能である。
【００９６】
また、電力変換器内部に必要に応じて太陽電池セルと並列にバイパスダイオードを設けることも好適に行われる。
【００９７】
［電力変換ユニット］
次に本発明における電力変換ユニットについて説明する。
【００９８】
本発明における電力変換ユニットとは、複数の太陽電池セルと１つの電力変換器から構成される基本ブロック単位を示しており、これらが１つ以上集まって太陽電池モジュールを形成する。なお、電力変換器は電力変換ユニットを構成する複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に設ける。更に好ましくは電力変換ユニット内の太陽電池セルすべてに跨って電力変換器を設けることである。
【００９９】
本発明においては、このように構成した電力変換ユニットを太陽電池モジュールとすることにより、各太陽電池セルの出力端子から電力変換器の入力端子までの配線距離を短くすることができるので、低電圧大電流が流れる配線の損失を低減でき、太陽電池セルから電力変換器への集電損失が少ない安価な太陽電池モジュールを提供することができる。すなわち、電力変換ユニットを構成する複数の太陽電池セルの出力が、その電力変換ユニットに含まれる電力変換器に入力される。
【０１００】
さらに本形態のように、複数の太陽電池セルを電力変換ユニット内で直列に接続することにより、電力変換器の制御回路中のデバイスを動作させるために通常用いられる３．３Ｖや５Ｖの電圧を、夫々の太陽電池セルは通常最適な動作電圧である０．７〜１．４Ｖで動作させつつ得ることができ、上記の効果に加えて電力変換器の制御電源生成損失を減少させるという効果が得られる。
【０１０１】
［作製方法］
［電力変換ユニットの作製］
次に、図１１、図１２あるいは図１３を用いて電力変換ユニット１０６の作製方法の一形態について説明する。
【０１０２】
まず、太陽電池セル１０２は図１２の端子部の非受光面側からみた拡大図に示すように、受光面端子部材１２０１と導電性基板１２０２が概ね同一平面上となるように、受光面端子部材１２０１が絶縁両面テープ１２０３を介在して、延出される。
【０１０３】
同様に受光面端子部材１２０１を導出した太陽電池セルを計２枚、また受光面端子部材を前記２枚の太陽電池セルと反対側に導出した太陽電池セルを計２枚用意し、図１３のように各受光面端子部材がすべての太陽電池セルに囲まれた領域に最短の位置となるように４枚の太陽電池セルを所定の位置間隔で並べる。
【０１０４】
そして、電力変換器１０３の入力端子をそれぞれの太陽電池セルに電気的に接続することにより電力変換ユニット１０６を作製した（図１１）。
【０１０５】
ここで、電力変換器１０３の出力リード線１０７は電力変換器側面より両方向にプラス、マイナス各２本づつ導出される。
【０１０６】
尚、ここで出力リード線１０７として、プラスマイナスの線が一本で形成される２芯のケーブルを用いても構わない。
【０１０７】
［太陽電池モジュールの作製］
次に、太陽電池モジュール本体４０１の作製方法の一例について図４を用いて説明する。
【０１０８】
まず前記のように作製した各電力変換ユニット１０６の出力リード線同士を５つ順次電気接続していく。
【０１０９】
このように出力リード線同士を順次接続することで各電力変換ユニットは並列接続される。
【０１１０】
そして、図４に示すように、まず裏面補強材４０６を設置し、その上に充填材４０５を積層し、その上に先ほどの電気接続された複数の電力変換ユニット１０６を積層し、さらに充填材４０３を積層し、その上に耐候性フィルム４０２を積層することにより積層体を得る。
【０１１１】
この積層体を、真空ラミネータを用いて、１５０℃で充填材４０３および４０５を溶融させることにより、複数の電力変換ユニット１０６を裏面補強材４０６および耐候性フィルム４０２で樹脂封止した太陽電池モジュール本体４０１を作製することができる。
【０１１２】
ここで、裏面補強材４０６にはあらかじめ出力リード線を取り出すための孔が開けられており、この部分の充填材を切り抜き、インバータ１０５の直下にある電力変換ユニットの出力リード線をインバータ１０５に接続することにより図１に示す太陽電池モジュール１０１を完成することができる。
【０１１３】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【０１１４】
（実施例１）
本実施例は図１に示すように、４枚の太陽電池セルと１つの電力変換器より構成される電力変換ユニットを５つ接続してなる太陽電池モジュールである。
【０１１５】
図１は本発明の太陽電池モジュールの構成例を示す概略図であり、上記説明した通り１０１は太陽電池モジュール、１０２は太陽電池セル、１０３は直流−直流変換装置、１０５はインバータ、１０６は電力変換ユニットである。
【０１１６】
ここで、４枚の太陽電池セルと１つの直流−直流変換器により電力変換ユニット１０６を構成している。
【０１１７】
［太陽電池セル］
まず図５を用いて本実施例で用いる太陽電池セルについて詳細に説明する。
【０１１８】
この太陽電池セル１０２は導電性基板５０１として、ステンレス基板を用いる。そしてステンレス基板上に光起電力層５０２を積層する。光起電力層５０２は下部電極層としてＳｉを１％含有するＡｌをスパッタ法により膜厚５０００Å、次に、ｐ／ｉ／ｎ型非晶質シリコン半導体層を、ｎ型半導体としてはＰＨ３，ＳｉＨ４、Ｈ２のガスを、ｉ型半導体としてはＳｉＨ４、Ｈ２のガスを、またＰ型半導体としてはＢ２Ｈ６、ＳｉＨ４、Ｈ２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、順次形成し、上部電極層として膜厚８００ÅのＩＴＯを、スパッタ法により形成した。
【０１１９】
次にこのようにして作成された上部電極上に、ＦｅＣｌ３、ＡｌＣｌ３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た。
【０１２０】
そして、そのように上部電極から電気的に分離された導電性基板の受光面側の一辺に、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５０３を貼着した（厚み２００μｍ（基材１００μｍ））。
【０１２１】
さらに、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５０３上に形成し集電電極５０４とした。
【０１２２】
さらにポリイミド基材両面粘着テープ５０３の上部に受光面端子部材５０５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５０３上に載置したあと２００℃、３ｋｇ／ｃｍ２、１８０秒の条件で集電電極５０４と同時に加熱圧着する。
【０１２３】
そして、さらに、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、太陽電池セル１０２を完成させた。
【０１２４】
尚、ここで完成した太陽電池セルの最適動作電圧は０．８５Ｖ、最適動作電流は５Ａの出力特性を示した。
【０１２５】
［直流−直流変換装置］
次に本実施例の構成要素の一つである直流−直流変換装置について詳細に説明する。
【０１２６】
ここで、理解を助けるために太陽電池セルが接続された直流−直流変換装置の概略回路図９を用いる。
【０１２７】
本実施例の直流−直流変換装置９０１では、まず太陽電池セル９０２の出力電力は直流−直流変換装置９０１の入力端子９０３を通して、コンデンサ９０４に蓄積され、ＭＯＳＦＥＴ９０５および９０６を交互にＯＮ／ＯＦＦすることにより交流電力に変換される。
【０１２８】
そして、スイッチングトランス９０７に入力された交流電力は所定の変圧比（本実施例では１：７２）に応じた電圧の交流電力に変換され、さらにダイオードブリッジ９０８により整流され、フィルタコンデンサ９０９を通過後、直流−直流変換装置９０１から出力リード線を通して隣り合った直流−直流変換装置あるいはインバータに直流電力が出力される。
【０１２９】
尚、本実施例では用いていないが、ダイオードブリッジ９０８とフィルタコンデンサ９０９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。
【０１３０】
次に直流−直流変換装置９０１の制御回路９１０について説明する。本実施例の制御回路９１０は、太陽電池セルの電圧が制御電源生成ＩＣの起動電圧に達すると、制御回路内部の制御電源生成ＩＣにより太陽電池セル電圧が所望の制御電圧に昇圧される。
【０１３１】
そして、前記制御電圧によりまず基準波形生成回路が動作し、あらかじめ設定してある周波数の基準矩形波がＭＯＳＦＥＴドライバの波形入力部に入力され、ＭＯＳＦＥＴドライバからゲートドライブ信号Ｓ１およびＳ２がＭＯＳＦＥＴのゲート部に入力され、ＭＯＳＦＥＴを交互にＯＮ／ＯＦＦする。
【０１３２】
以上の動作によりここで用いられる直流−直流変換装置の最適動作条件（２５℃）での出力電圧は約２００Ｖ、出力電流は約８０ｍＡと電流が非常に小さくなり、集電による損失が非常に少なくなる。
【０１３３】
［電力変換ユニットの作製］
上記のように作製した太陽電池セル１０２を前記実施の形態と同様に４枚所定の間隔で並べた後、直流−直流変換装置１０３の全入力端子を太陽電池セルの出力端子部材に接続することにより、電力変換ユニット１０６を作製した。
【０１３４】
［太陽電池モジュールの作製］
次に、上記電力変換ユニットを用いた太陽電池モジュールの作製方法の一例について図４を用いて説明する。
【０１３５】
使用する材料としては耐候性フィルム４０２には、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）を用い、裏面補強材４０６には、ポリエステル樹脂コートされた０．４ｍｍ厚の鋼板を用い、充填材４０３、４０５にはＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合ポリマ、耐候性グレ−ド）を用いる。
【０１３６】
まず裏面補強材４０６を設置し、その上に充填材４０５を積層し、その上に５組電気接続された電力変換ユニット１０６を積層し、さらに充填材４０３を積層し、その上に耐候性フィルム４０２を積層することにより積層体を得る。
【０１３７】
ここで５つの電力変換ユニット１０６の出力リード線同士はあらかじめ隣接する各々の電力変換ユニットの出力リード線と電気接続されている。
【０１３８】
そして、上記積層体を、真空ラミネータを用いて、１５０℃で充填材４０３および４０５を溶融させることにより、電力変換ユニット１０６を裏面補強材４０６および耐候性フィルム４０２で樹脂封止した太陽電池モジュール本体４０１を作製することができる。
【０１３９】
ここで、裏面補強材４０６のインバータ１０５が取り付けられる部分には、φ１５の孔があらかじめあけられており、太陽電池モジュール本体４０１を作製したあとに充填材が除去され、インバータ１０５の入力端子に一番端に位置する電力変換ユニット１０６の出力リード線を電気接続する。
【０１４０】
以上の工程により、太陽電池モジュール１０１を作製した。
【０１４１】
以上、本実施例による太陽電池モジュールによると、各電力変換ユニット内の複数の太陽電池セルを複数の太陽電池セルのすべてに囲まれた直流−直流変換装置へ電気接続し、各々の太陽電池セル出力電力をできるだけ最短距離で該直流−直流変換装置に集電することができるため、配線抵抗を少なくすることができ、より少ない集電損失で集電することができる。
【０１４２】
また、該複数の太陽電池セルの出力は該直流−直流変換装置により高電圧、微小電流の出力電力に変換されるために、インバータに接続する配線抵抗の抵抗値の影響を低減することが可能となり、さらに少ない集電損失でインバータに集電することができる。
【０１４３】
また、本実施例においては太陽電池セルを電力変換器内で４直列することにより、制御電源ＩＣの入力電圧を約３．４Ｖと比較的高電圧で入力することができるため、制御電源生成に伴う損失も削減することができる。
【０１４４】
（実施例２）
本実施例は図１４に示すように、２枚の太陽電池セルと１つの電力変換器より構成される電力変換ユニットを１０台接続してなる太陽電池モジュールである。
【０１４５】
図１４は本発明の太陽電池モジュールの構成例を示す概略図であり、１４０１は太陽電池モジュール、１４０２は太陽電池セル、１４０３は電力変換器としての直流−直流変換装置、１４０４はインバータ、１４０５は電力変換ユニットである。
【０１４６】
［太陽電池セル］
本実施例に用いる太陽電池セル１４０２は実施例１と層構成材料などはまったく同じものであるため、異なる点のみ説明を行う。本実施例の太陽電池セル１４０２は、図１６に示すように導電性基板の受光面側の一辺に幅１０ｍｍの絶縁部材としてポリイミド基材両面粘着テープ１６０２を使用することと、受光面端子部材１６０３として幅１５ｍｍ、長さ２２０ｍｍの銅箔を用いて銅箔がセルより延出する方向とが異なる。
【０１４７】
［直流−直流変換装置］
また、直流−直流変換装置内の回路構成は実施例１とほぼ同じであるが、同じ出力電圧を得るためにスイッチングトランスの変圧比が１：１４４とほぼ倍になっている点のみが異なる。
【０１４８】
そして、ここで用いられる直流−直流変換装置の最適動作条件（２５℃）での出力電圧は約２００Ｖ、出力電流は約３５ｍＡとなり、集電電流による損失が非常に少なくなる。
【０１４９】
［電力変換ユニットの作製］
次に上記のように作製した太陽電池セル１４０２を用いた電力変換ユニット１４０５の作成方法について記す。
【０１５０】
まず、前記太陽電池セル１４０２を図１９に示すように２枚の太陽電池セルを所定の位置間隔で並べる。ここで図１９は太陽電池セルの非受光面側から見た図である。
【０１５１】
ここで、直流−直流変換装置１４０３の入力端子は図２０のように導出されており、各々対応した端子を太陽電池セルの受光面部材および導電性基板にはんだ付けすることにより、図２１に示すような電力変換ユニット１４０５を作製した。すなわち、電力変換ユニットを構成する複数の太陽電池セル１４０２の出力が、その電力変換ユニットに含まれる電力変換器１４０３に入力される。
【０１５２】
［太陽電池モジュールの作製］
本実施例の太陽電池モジュールの作製方法は実施例１とほぼ同じであり、出力リード線同士が接続された１０個の電力変換ユニットを同様に樹脂封止することにより太陽電池モジュール本体を構成し、さらに、インバータを取り付け、一端の電力変換ユニットに電気接続することにより本実施例の太陽電池モジュールを作製することができる。
【０１５３】
以上、本実施例の太陽電池モジュールによると、各電力変換ユニット内の複数の太陽電池セルは複数の太陽電池セルのすべてに囲まれた直流−直流変換装置へ短い配線部材で電気接続し、各々の電力変換ユニットの出力電力を各直流−直流変換装置に集電するために、より少ない集電損失で集電することができる。
【０１５４】
また、該複数の太陽電池セルの出力は該直流−直流変換装置により高電圧、微小電流の出力電力に変換されるために、直流−直流変換装置からインバータへの配線１４０６での抵抗損失を低減することができ、さらに少ない電力損失とすることができる。
【０１５５】
（実施例３）
本実施例は図１５に示すように、３枚の太陽電池セルと１つの電力変換器より構成される電力変換ユニットを１０台接続してなる太陽電池モジュールについて説明する。
【０１５６】
図１５は本発明の太陽電池モジュールの構成例を示す概略図であり、１５０１は太陽電池モジュール、１５０２は太陽電池セル、１５０３は電力変換器としての直流−直流変換装置、１５０４はインバータ、１５０５は電力変換ユニットである。
【０１５７】
［太陽電池セル］
本実施例に用いる太陽電池セル１５０２は、光起電力素子として実施の形態で一例としてあげた多結晶シリコンを用い、その形状は略円形である。集電電極としては半田めっきが用いられ、受光面端子部材としては半田めっきされた幅５ｍｍ、厚さ１００μｍの銅箔が用いられる。また、非受光面にも受光面と同様に端子部材が設けられる。
【０１５８】
［直流−直流変換装置］
また、直流−直流変換装置内の回路構成は実施例１とほぼ同じであるが、インバータに最適な同じ出力電圧を得るためにスイッチングトランスの変圧比が１：１００となっている点のみが異なる。
【０１５９】
ここで用いられる直流−直流変換装置により３枚の太陽電池セルの最適動作条件（２５℃）での出力電圧は約２００Ｖ、出力電流は約４０ｍＡとなり、集電電流による損失が非常に少なくなる。
【０１６０】
［電力変換ユニットの作製］
次に上記のように作製した太陽電池セル１５０２を用いた電力変換ユニット１５０５の作成方法について記す。
【０１６１】
まず、前記太陽電池セル１５０２を図２２に示すように３枚の太陽電池セルを所定の位置間隔で並べる。ここで図２２は太陽電池セルの非受光面側から見た図である。
【０１６２】
ここで、直流−直流変換装置１５０３の入力端子は図２３のように導出されており、各々対応した端子を太陽電池セルの受光面部材および導電性基板にはんだ付けすることにより、図２４に示すような電力変換ユニット１５０５を作製した。すなわち、電力変換ユニットを構成する複数の太陽電池セル１５０２の出力が、その電力変換ユニットに含まれる電力変換器１５０３に入力される。
【０１６３】
［太陽電池モジュールの作製］
本実施例の太陽電池モジュールの作製方法は実施例１とほぼ同じであり、出力リード線同士が接続された１０個の電力変換ユニットを同様に樹脂封止することにより太陽電池モジュール本体を構成し、さらに、インバータを取り付け、一端の電力変換ユニットに電気接続することにより本実施例の太陽電池モジュールを作製することができる。
【０１６４】
以上、本実施例による太陽電池モジュールによると、各電力変換ユニット内の複数の太陽電池セルは複数の太陽電池セルのすべてに囲まれた直流−直流変換装置へ短い配線部材で電気接続し、各々の電力変換ユニットの出力電力を各直流−直流変換装置に集電するために、より少ない集電損失で集電することができる。
【０１６５】
また、該複数の太陽電池セルの出力は該直流−直流変換装置により高電圧、微小電流の出力電力に変換されるために、直流−直流変換装置からインバータへの配線１５０６での抵抗損失を低減することができ、さらに少ない電力損失とすることができる。
【０１６６】
（実施例４）
本実施例は図１７および図１８に示すように、４枚の太陽電池セルと１つの電力変換器より構成される電力変換ユニットを五つ接続してなる太陽電池モジュールである。
【０１６７】
実施例１ではあらかじめ４枚の太陽電池セルと１つの電力変換器を電気接続して電力変換ユニットを形成していたが、本実施例では電力変換器を太陽電池モジュールの裏面補強材に付けて構成する所に特徴がある。
【０１６８】
図１７、図１８は本発明の太陽電池モジュールの構成例を示す概略図であり、１７０１は太陽電池モジュール、１０２は太陽電池セル、１７０２は電力変換ユニットの入力端子基板、１７０３は電力変換ユニット、１７０４は電力変換器、１０５はインバータである。
【０１６９】
［太陽電池セル］
本実施例に用いる太陽電池セル１０２は実施例１とまったく同じものを用いるため説明を省略する。
【０１７０】
［直列接続部材］
次に本実施例で用いられる入力端子基板１７０２は、前記実施の形態において説明した直流−直流変換装置内部の入力端子プリント基板とほぼ同じものであるため詳しい説明を省略する。
【０１７１】
［直流−直流変換装置］
また、電力変換器としての直流−直流変換装置１７０４についても実施例１とほぼ同じであり、異なる点のみ説明する。
【０１７２】
本実施例で用いられる直流−直流変換装置１７０４の入力端子は入力端子基板１７０２と電気的接続される一対の入力端子のみを有する点のみが実施例１と異なり、回路構成などその他の条件は同じである。
【０１７３】
［太陽電池モジュールの作製］
まず、本実施例の太陽電池モジュール本体１８０１の作製方法は基本的には実施例１とほぼ同じである。
【０１７４】
しかし、直流−直流変換装置を内部に封止せず、上記入力端子基板１７０２により接続された４枚の太陽電池セルを所定の間隔で封止することにより太陽電池モジュール本体１８０１を作製する。
【０１７５】
ここで、上記直列接続部材１７０２の出力端子部上に位置する部分に、あらかじめ裏面補強材上に孔が設けられており、太陽電池モジュールを作製した後、充填材が取り除かれ、各々の入力端子基板に直流−直流変換装置の入力端子を電気的に接続するとともに、直流−直流変換装置を裏面補強材上に接着することにより複数の電力変換ユニット１７０３を形成する。すなわち、電力変換ユニット１７０３を構成する複数の太陽電池セル１０２の出力が、その電力変換ユニットに含まれる電力変換器１７０４に入力される。
【０１７６】
そして、各々の電力変換ユニットの隣接する直流−直流変換装置の出力リード線同士を接続して並列接続するとともに、一端の直流−直流変換装置の出力端子をインバータ１０５に電気接続することにより、太陽電池モジュール１７０１を作製した。
【０１７７】
以上、本実施例による太陽電池モジュールによると、各電力変換ユニット内の複数の太陽電池セルは複数の太陽電池セルのすべてに囲まれた直流−直流変換装置へ短い配線部材で電気接続し、各々の電力変換ユニットの出力電力を各直流−直流変換装置に集電するために、より少ない集電損失で集電することができる。
【０１７８】
また、該複数の太陽電池セルの出力は該直流−直流変換装置により高電圧、微小電流の出力電力に変換されるために、直流−直流変換装置からインバータへの配線（不図示）での抵抗損失を低減することができ、さらに少ない電力損失とすることができる。
【０１７９】
本実施例において、４枚の太陽電池セルを入力端子基板を用いて４直列接続を行ったが、基板パターンの構成により、４並列、あるいは２直２並列に接続することも可能である。
【０１８０】
（実施例５）
本実施例は図２６に示すように、２枚の太陽電池セルと１つの電力変換器より構成される電力変換ユニットを５台接続してなる太陽電池モジュールである。
【０１８１】
図２６は本発明の太陽電池モジュールの構成例を示す概略図であり、２６０１は太陽電池モジュール、２６０２は太陽電池セル、２６０３は電力変換器としての直流−直流変換装置、２６０４はインバータ、２６０５は電力変換ユニットである。
【０１８２】
［太陽電池セル］
本実施例に用いる太陽電池セル２６０２は実施例１と層構成材料などはまったく同じものであるため、端子部材など異なる点について説明を行う。本実施例の太陽電池セル２６０２は、図２７に示すような幅１０ｍｍ、長さ２４５ｍｍの銅箔である受光面端子部材２７０３を用い、そこに半田付けにより幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍの延出端子部材２７０４を接続する。
【０１８３】
また、非受光面にはあらかじめ非受光面端子部材（不図示）がステンレス基板にレーザー溶接により接続されており、さらに非受光面端子部材には、上記延出端子部材２７０４と重ならない位置に幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍの延出端子部材２７０５が半田付けにより接続されている。
【０１８４】
［直流−直流変換装置］
また、直流−直流変換装置内の回路構成は実施例１とほぼ同じであるが、同じ出力電圧を得るためにスイッチングトランスの変圧比が１：２８８とほぼ４倍になっている点が異なる。
【０１８５】
さらに、直流−直流変換装置は電気接続される２枚の太陽電池セルの正負極のそれぞれの延出端子部材に対応した４つの入力端子を有し、内部基板パターンにより２枚の太陽電池セルは直流−直流変換装置内で２並列接続される。
【０１８６】
そして、ここで用いられる直流−直流変換装置の最適動作条件（２５℃）での出力電圧は約２００Ｖ、出力電流は約７０ｍＡとなり、集電電流による損失が非常に少なくなる。
【０１８７】
［太陽電池モジュールの作製］
図２９に本実施例の太陽電池モジュールの概略断面図を示す。
【０１８８】
本実施例の太陽電池モジュール本体２９０１の作製方法は太陽電池セルの使用枚数と配置が異なること以外は実施例１とほぼ同じである。
【０１８９】
まず、前記太陽電池セル２６０２を図２８に示すように２枚を１組として、所定の位置間隔で５組み計１０枚並べ樹脂封止することにより太陽電池モジュール本体２６０１を作製する。
【０１９０】
ここで上記延出端子部材２７０４、２７０５を樹脂封止されないようにあらかじめ耐候性フィルムに設けられたスリット部より受光面側に取り出しておき、直流−直流変換装置２６０３をこの延出部材上に覆い被さるように配置し、直流−直流変換装置の入力端子と各延出端子部材を直流−直流変換装置内部で接続するとともに、直流−直流変換装置を耐候性フィルム上に接着することにより複数の電力変換ユニット２６０５を形成する。すなわち、電力変換ユニット２６０５を構成する複数の太陽電池セル２６０２の出力が、その電力変換ユニットに含まれる電力変換器２６０３に入力される。
【０１９１】
そして、各々の直流−直流変換装置の出力リード線２６０６同士を接続して並列接続するとともに、一端の直流−直流変換装置の出力端子をインバータ２６０４に電気接続することにより太陽電池モジュール２６０１を作成した。
【０１９２】
ここでは図２６、２９に示すように、出力リード線は太陽電池モジュール表面に露出しているが、あらかじめ太陽電池モジュール本体内部に充填封止され、直流−直流変換装置内部で接続する構造とすることもできる。
【０１９３】
本実施例の太陽電池モジュールにおいては、電力変換ユニット２６０５を構成する隣接する２つの太陽電池セル２６０２の間隙に隣接する個所の対応する位置に電力変換器２６０３が設けられている。電力変換器２６０３が設けられる位置は、隣接する２つの太陽電池セル２６０２の間隙の延長線上の位置であるともいえる。
【０１９４】
以上、本実施例の太陽電池モジュールによると、各電力変換ユニット内の直流−直流変換装置は２枚の太陽電池セルから直流−直流変換装置へのトータルの集電損失が最小となるように、太陽電池セルそれぞれの受光面端子部材あるいは非受光面端子部材同士が最も近接する位置に配置され、太陽電池セルから直流−直流変換装置までを短い配線部材で電気接続し、各々の太陽電池セルの出力電力が各直流−直流変換装置に集電されるために、集電損失をより少なくすることができる。
【０１９５】
また、該複数の太陽電池セルの出力は該直流−直流変換装置により高電圧、微小電流の出力電力に変換されるために、直流−直流変換装置からインバータへの配線２６０６での抵抗損失を低減することができ、さらに少ない電力損失とすることができる。
【０１９６】
なお、以上の実施例においては、電力変換ユニットの電力変換器として直流−直流変換装置を用いたが、当然インバータでも構わない。この場合は実施例１〜５で別途設けたインバータは不要となる。
【０１９７】
また、複数の電力変換ユニットを用いた太陽電池モジュールについて記述したが電力変換ユニットはただ１つで太陽電池モジュールを構成してもよく、その太陽電池モジュールを複数枚接続した太陽光発電システムを構築することができる。
【０１９８】
また、複数の電力変換ユニットの電力変換器が直流−直流変換装置である場合には、太陽電池モジュールごとにインバータを設ける必要が無くインバータは太陽電池モジュールと離れた位置にあってもよく、更に前記太陽電池モジュールを複数枚直列あるいは／および並列に接続したものをインバータに接続しても構わない。
【０１９９】
この場合も太陽電池モジュールの出力電流が従来システムに比べて小さいため、送電ロスを従来よりも低減できる。
【０２００】
また、実施例においては複数の太陽電池セルと電力変換器を有する電力変換ユニットとそれを有する太陽電池モジュールについて述べたが、電力変換器の代わりに、複数の太陽電池セルの出力を集電するための端子箱を用いても、同様の構成とすることにより、集電損失の低減が期待できる。すなわち、複数の太陽電池セルとこれら複数の太陽電池セルの出力を集電する１つの端子箱とから構成される発電ユニット（基本ブロック単位）を少なくとも１つ含む太陽電池モジュールによっても、集電損失の低減が期待できる。
【０２０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電力ロスが少ない太陽電池モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略図である。
【図２】従来の太陽電池モジュールの一例を示す概略図である。
【図３】従来の太陽電池モジュールの一例を示す概略図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュールの一例の概略断面図である。
【図５】本発明に用いる太陽電池セルの一例の概略断面図である。
【図６】本発明に用いる太陽電池セルの一例の概略図である。
【図７】本発明に用いる電力変換器の入力端子パターンの一例の概略図である。
【図８】本発明に用いる電力変換器の入力端子パターンの一例の概略図である。
【図９】本発明に用いる電力変換器の一例の概略図である。
【図１０】本発明に用いる電力変換器の入力端子部の一例の概略図である。
【図１１】本発明に用いる電力変換ユニットの一例の概略図である。
【図１２】本発明に用いる太陽電池セルの端子部の一例の概略図である。
【図１３】本発明に用いる電力変換ユニットの太陽電池セルの一例の配置図である。
【図１４】本発明の太陽電池モジュールの一例である。
【図１５】本発明の太陽電池モジュールの一例である。
【図１６】本発明に用いる太陽電池セルの一例である。
【図１７】本発明の太陽電池モジュールの一例である。
【図１８】本発明の太陽電池モジュールの一例の概略断面図である。
【図１９】本発明に用いる電力変換ユニットの太陽電池セルの配置の一例を示す配置図である。
【図２０】本発明に用いる電力変換器の入力端子部の一例の概略図である。
【図２１】本発明の電力変換ユニットの一例の概略図である。
【図２２】本発明に用いる電力変換ユニットの太陽電池セルの配置の一例を示す配置図である。
【図２３】本発明に用いる電力変換器の入力端子部の一例の概略図である。
【図２４】本発明の電力変換ユニットの一例の概略図である。
【図２５】本発明に用いる電力変換器の一例の概略図である。
【図２６】本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略図である。
【図２７】本発明に用いる太陽電池セルの一例の概略図である。
【図２８】本発明に用いる太陽電池セルの一例の概略図である。
【図２９】本発明の太陽電池モジュールの一例の概略断面図である。
【符号の説明】
１０１ 太陽電池モジュール
１０２ 太陽電池セル
１０３ 電力変換器
１０４ 出力リード線
１０５ インバータ
１０６ 電力変換ユニット
１０７ 出力リード線
２０１ 太陽電池モジュール
２０２ 太陽電池セル
２０３ 電力変換器
２０４ 接続部材
３０１ 太陽電池モジュール
３０２ 太陽電池セル
３０３ 電力変換器
３０４ 接続部材
４０１ 太陽電池モジュール本体
４０２ 耐候性フィルム
４０３ 充填材
４０４ リード線
４０５ 充填材
４０６ 裏面補強材
５０１ 導電性基板
５０２ 光起電力層
５０３ 絶縁両面粘着テープ
５０４ 集電電極
５０５ 受光面端子部材
８０１ 正極
８０２ 負極
９０１ 直流−直流変換装置
９０２ 太陽電池セル
９０３ 入力端子
９０４ 入力コンデンサ
９０５ ＭＯＳＦＥＴ
９０６ ＭＯＳＦＥＴ
９０７ スイッチングトランス
９０８ 整流ダイオード
９０９ フィルタコンデンサ
１２０１ 受光面端子部材
１２０２ 導電性基板
１２０３ 絶縁両面テープ
１４０１ 太陽電池モジュール
１４０２ 太陽電池セル
１４０３ 電力変換器
１４０４ インバータ
１４０５ 電力変換ユニット
１４０６ 出力リード線
１５０１ 太陽電池モジュール
１５０２ 太陽電池セル
１５０３ 電力変換器
１５０４ インバータ
１５０５ 電力変換ユニット
１５０６ 出力リード線
１６０２ 絶縁両面テープ
１６０３ 受光面端子部材
１７０１ 太陽電池モジュール
１７０２ 直列接続部材
１７０３ 電力変換ユニット
１７０４ 直流−直流変換装置
１８０１ 太陽電池モジュール本体
２５０１ 入力端子を設けた基板
２５０２ 電力変換回路基板
２６０１ 太陽電池モジュール
２６０２ 太陽電池セル
２６０３ 直流−直流変換装置
２６０４ インバータ
２６０５ 電力変換ユニット
２６０６ 出力リード線
２６０７ ケーブル
２６０８ 防水コネクタ
２７０２ 絶縁テープ
２７０３ 受光面端子部材
２７０４、２７０５ 延出端子部材
２９０１ 太陽電池モジュール本体
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の太陽電池セルと電力変換器とを有する太陽電池モジュール、あるいは複数の太陽電池セルと端子箱とを有する太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題への取り組みなどから、太陽電池で発電した直流電力を電力変換装置で交流電力に変換して、その交流電力を家庭内負荷および／または商用電力系統（以下「系統」と呼ぶ）に供給する太陽光発電システムが数多く設置されている。
【０００３】
さらに、ＭＩＣ（ＭｏｄｕｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）と呼ばれる太陽電池が発電した電力を変換する小型の電力変換器（以下「電力変換器」と呼ぶ）を、太陽電池の受光面（以下「受光面」と呼ぶ）と反対側の面（以下「裏面」または「非受光面」と呼ぶ）に取り付けた太陽電池モジュールが小・中規模の太陽光発電システムとして、あるいは非常用電源として期待されている。
【０００４】
なかでも、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換する、もしくは、直流電力のまま電圧変換する機能を果たす電力変換器を太陽電池の外囲体などに一体的に設けた太陽電池モジュール（例えばＡＣモジュール）の開発が注目されている。
【０００５】
このような太陽電池モジュールは、例えば、太陽電池セルを複数枚直列に接続した太陽電池モジュールからの出力電力を太陽電池モジュールの非受光面に搭載した電力変換器に入力し、交流電力等として出力するものである。太陽電池モジュールの一例として特開平９−２７１１７９号公報（特許文献１）に開示されているものがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２７１１７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記説明した従来技術には以下のような課題がある。
【０００８】
従来の典型的な例として、図２と図３に電力変換器を一体に設けた太陽電池モジュールの例を示す。
【０００９】
例えばこの場合、太陽電池セル２０２、３０２は、太陽電池モジュール内部で複数枚が接続部材（２０４：接続部材、３０４：接続部材）により直列接続され、電力変換器２０３、３０３に集電され、太陽電池が発電する直流電力が交流電力に変換され出力される。
【００１０】
このような構成によると多数の太陽電池セル同士を順次直列接続していくため、太陽電池セルとほぼ同じ数だけ直列化するための部材が必要となり、また、電力変換器まで集電するための部材を引き回す必要があり、煩雑な接続工程が必要となる。
【００１１】
そこで太陽電池セルの直列数を極力減らすために太陽電池セルを大面積化し、太陽電池セル１枚当たりの発電容量を大きくし、太陽電池セルの直列数を極力減らすことが考えられる。
【００１２】
究極的には、Ｍａｒｋｕｓ Ｗｕｅｓｔ、Ｐｅｔｅｒ Ｔｏｇｇｗｅｉｌｅｒ、Ｊｏｎ Ｒｉａｔｓｃｈ：ＳＩＮＧＬＥ ＣＥＬＬ ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ ＳＹＳＴＥＭ（ＳＣＣＳ）、Ｆｉｒｓｔ ＷＣＰＥＣ、Ｈａｗａｉｉ、Ｄｅｃ５−９、ｐ．８１３−８１５、１９９４に記述されているように、太陽電池セル１枚に電力変換器を１つ接続し出力を取り出す方法などが提案されている。
【００１３】
しかし、上記の形態の場合、太陽電池セルの大面積化による出力電流の増大とともに太陽電池セルの各部分から電力変換器までの集電損失が大きくなってしまうという問題が生じる。
【００１４】
この問題は太陽電池セル１枚当たりの面積が大きくなり、出力電流が増大するほど顕著になる。
【００１５】
また、上記電力変換器は太陽電池セルの出力電力を利用して、それ自身の制御を行うことが考えられる。
【００１６】
ここで、一般的な太陽電池セルの一枚当たりの最適動作電圧は０．７〜１．４Ｖであるが、電力変換器の制御回路中のデバイスを動作させるためには通常３．３Ｖや５Ｖの電圧が必要である。
【００１７】
上記、ＳＣＣＳのような方法の場合には、一枚の太陽電池セルの最適動作電圧から３．３Ｖや５Ｖへは電源ＩＣなどを使用して昇圧することが考えられるが、このような低電圧からの昇圧は簡易な回路では５０〜７０％と非常に変換効率が悪く、システム全体の効率を低下させる一要因となってしまう。
【００１８】
また、変換効率を高くするためには複雑な回路が必要で、システムコストの増大や電力変換器の大型化の一因となる問題がある。
【００１９】
そこで、上記問題を解決するためには、太陽電池セルを数枚直列化し、電力変換器の制御電圧生成のための昇圧を不要とすることが有効となる。
【００２０】
本発明は上記説明した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は太陽電池セルから電力変換器への集電損失が少ない安価な太陽電池モジュールを提供することである。
【００２１】
さらに本発明は、電力変換器の制御電源生成損失が少ない太陽電池モジュールを提供することをも目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、
複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に対応する位置に設けられた電力変換器とを有する電力変換ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュールである。
【００２３】
本発明は、上記第１の発明において、
「前記電力変換ユニットを少なくとも２つ備え、各電力変換器は隣接する電力変換ユニットの電力変換器に電気接続されていること」、
「前記複数の太陽電池セルの出力がそれと対応する前記電力変換器に入力されており、前記電力変換器は、入力された前記複数の太陽電池セルの出力を変換して出力すること」、
「前記複数の太陽電池セルの全ての出力端子が、それと対応する前記電力変換器の全ての入力端子に各々電気接続されていること」、
「前記電力変換器の複数の入力端子が同一面上に設けられていること」、
「前記太陽電池セルの光起電力層が少なくとも２層以上のｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合を有すること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００２４】
上記課題を解決するための第２の発明は、
平面上に配置される複数の太陽電池セルと、電力変換器を有する電力変換ユニットを少なくとも一つ有する太陽電池モジュールにおいて、該複数の太陽電池セルからの発電電力を該電力変換器に集電する際の全ての集電損失の和が最小となる位置に該電力変換器を配置することを特徴とする太陽電池モジュールである。
【００２５】
上記課題を解決するための第３の発明は、
平面上に配置される複数の太陽電池セルと、電力変換器を有する電力変換ユニットを少なくとも一つ有する太陽電池モジュールにおいて、該複数の太陽電池セルは端子部材を有し、該複数の太陽電池セルが配置された状態において、各々の端子部材同士が最も近接する位置に該電力変換器を配置することを特徴とする太陽電池モジュールである。
【００２６】
上記課題を解決するための第４の発明は、
平面上に配置される複数の太陽電池セルと、電力変換器を有する電力変換ユニットを少なくとも一つ有する太陽電池モジュールにおいて、該複数の太陽電池セルは端子部材を有し、該複数の太陽電池セルが配置された状態において、各々の端子部材同士が最も近接する位置で、かつ該複数の太陽電池セルからの発電電力を該電力変換器に集電する際の全ての集電損失の和が最小となる位置に該電力変換器を配置することを特徴とする太陽電池モジュールである。
【００２７】
上記課題を解決するための第５の発明は、
隣接する２つの太陽電池セルと、隣接する２つの太陽電池セルの間隙の延長上の領域に対応する位置に設けられた電力変換器とを有する電力変換ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュールである。
【００２８】
本発明は、上記第５の発明において、
「前記電力変換ユニットを少なくとも２つ備え、各電力変換器は隣接する電力変換ユニットの電力変換器に電気接続されていること」、
「前記隣接する２つの太陽電池セルの出力が、それと対応する前記電力変換器に入力されており、前記電力変換器は、入力された前記隣接する２つの太陽電池セルの出力を変換して出力すること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００２９】
上記課題を解決するための第６の発明は、
複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に対応する位置に設けられ、前記複数の太陽電池セルの出力を集電する端子箱とを有する発電ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュールである。
【００３０】
本発明は、上記第６の発明において、
「前記発電ユニットを少なくとも２つ備え、各発電ユニットは隣接する発電ユニットの端子箱に電気接続されていること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００３１】
上記課題を解決するための第７の発明は、
隣接する２つの太陽電池セルと、隣接する２つの太陽電池セルの間隙の延長上の領域に対応する位置に設けられ、前記隣接する２つの太陽電池セルの出力を集電する端子箱とを有する発電ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュールである。
【００３２】
本発明は、上記第７の発明において、
「前記発電ユニットを少なくとも２つ備え、各発電ユニットは隣接する発電ユニットの端子箱に電気接続されていること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明するが、本発明はこの形態に限定されるものではない。
【００３４】
例えば、以下の説明では、本発明に係る太陽電池セル、電力変換器および太陽電池モジュールなどについて説明するが、本発明の範囲を記載例に限定する趣旨のものではない。
【００３５】
以下、まず太陽電池モジュール１０１の概要について説明し、さらに太陽電池セル１０２と電力変換器１０３について説明を行い、最後にそれらを用いた電力変換ユニットあるいは太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施形態の太陽電池モジュール１０１の構成例を示す概略図である。
【００３７】
また、図４は太陽電池モジュール１０１についての概略断面図である。
【００３８】
これら２つの図を用いて太陽電池モジュール１０１の構成について説明を行う。
【００３９】
ここで太陽電池モジュール本体４０１は、耐候性フィルム４０２、充填材４０３、複数の電力変換ユニット１０６、充填材４０５および裏面補強材４０６とから構成されている。
【００４０】
本体４０１の太陽光の受光面には、耐候性フィルム４０２が配置され、その内部には複数の電力変換ユニット１０６が配置されている。
【００４１】
電力変換ユニット１０６の周囲には透光性を有する充填材４０３、４０５が配置され、電力変換ユニット１０６を固定している。
【００４２】
また、太陽電池モジュール本体４０１の受光面とは反対側の裏面には補強用の裏面補強材４０６が設置されている。
【００４３】
そして、各電力変換ユニット１０６は図１に示すように複数の太陽電池セル１０２と、該電力変換ユニット内の太陽電池セル全てに囲まれた電力変換器１０３とから構成される。このように、本発明において電力変換ユニット内の太陽電池セル全てに囲まれた領域に対応する位置とは、３つ以上の太陽電池セルにより電力変換ユニットを構成する場合（図１の形態はこの場合にあたる）には、それら太陽電池セルの配置の中心部であり、後述の実施例２のように２つの太陽電池セルが配された電力変換ユニットの場合には、それらの太陽電池セルの間である。
【００４４】
そして電力変換器１０３同士はリード線４０４により隣り合った同士接続され、集電された電気は別の電力変換器１０５に接続され、太陽電池モジュールより外部に取り出される。
【００４５】
［太陽電池セル］
まず、個々の太陽電池セル１０２の構成について具体的に説明する。
【００４６】
太陽電池セルとしては電力生成を行う光起電力素子とそこから電力を取り出すための正極側の端子と負極側の端子を最低限有するものであればよい。
【００４７】
ここでは、太陽電池セルを大面積にするために好適に用いられる薄膜シリコン、なかでもアモルファスシリコンの例について図５および図６を利用して詳細に述べる。
【００４８】
例えば、図５に示すように太陽電池セルは導電性基板５０１上に下部電極層、半導体層、上部電極層を積層した光起電力層５０２を有するものが用いられる。導電性基板の構成によって下部電極層は省略することも可能である。
【００４９】
ここで用いられる下部電極層、半導体層、上部電極層については特開平１１−１８６５７２号公報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は省略する。
【００５０】
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、導電性基板側からｎ型半導体、ｉ型半導体、ｐ型半導体順に積層したｐｉｎ接合を通常用いる。
【００５１】
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あるいはトリプル構成にして最適動作電圧を比較的高くした太陽電池セルも好適に用いられる。
【００５２】
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。
【００５３】
また、導電性基板５０１は上記光起電力層５０２を機械的に支持する部材であり、かつ複数の太陽電池セルの非受光面の共通電極としても使用できる。
【００５４】
そして、導電性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】
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。
【００５６】
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、およびこれらの薄板、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。
【００５７】
次に、このようにして成膜された光起電力層を複数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ＦｅＣｌ３、ＡｌＣｌ３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、上部電極層の一部を線状に除去しエッチングラインを形成し、所望の大きさの光起電力素子を得ることができる。
【００５８】
そして、導電性基板の受光面の一辺に絶縁両面粘着テープ５０３を貼り付け、さらに、絶縁両面粘着テープと上部電極上に所定間隔で集電電極５０４を形成した。
【００５９】
そして、さらに絶縁両面粘着テープ５０３の上部に受光面端子部材５０５を加熱圧着により取着する。
【００６０】
以上の工程により図５と図６に示すような集電電極５０４、受光面端子部材５０５が付設された太陽電池セル１０２を構築する。
【００６１】
ここで必要に応じて導電性基板５０１の非受光面側に非受光面端子部材を設けても良い。
【００６２】
また、非受光面端子部材を用いる場合は、非受光面端子部材を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。
【００６３】
尚、ここで用いられる受光面端子部材は、前記集電電極と電気接続して太陽電池セルの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。
【００６４】
端子部材は、前記導電性基板または前記光起電力素子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、かつ機械的に強固に取り付けられる。または集電電極上にプレスにより取り付けられる。
【００６５】
該端子部材に求められる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。
【００６６】
そして、さらに、太陽電池セル１０２の受光面に透明薄膜樹脂層を積層してもよい。本発明においては透明薄膜樹脂層の構成要素は本質的な部分でないため詳細な記述は省略する。
【００６７】
本実施の形態では太陽電池セルを耐候性フィルム、充填材、裏面補強材などで封止して太陽電池モジュールを作成し、屋外環境から保護する構造をとっているが設置形態によっては透明薄膜樹脂層のみで屋外設置することも可能である。
【００６８】
また、ここではアモルファスシリコン太陽電池について詳しく述べたが、太陽電池はこれに特に限定されるものではなく、例えば、シリコン半導体の単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池およびＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池、ＩＩ−ＶＩ族化合物太陽電池およびＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物太陽電池などの化合物半導体太陽電池も使用できる。
【００６９】
［電力変換器］
次に本発明における電力変換器について説明を行う。
【００７０】
まず、本実施の形態の電力変換器が直流−直流変換装置である場合について述べる。
【００７１】
一般に太陽電池セルに接続される直流−直流変換装置は、太陽電池セルの出力直流電圧を昇圧する昇圧回路、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、その出力は直接負荷へ接続されるかあるいは複数台の直流−直流変換装置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される。
【００７２】
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・電圧基準発生器およびスイッチング制御回路などを備える。
【００７３】
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。
【００７４】
しかし、本発明の直流−直流変換装置においては、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および固定デューティー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。
【００７５】
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。
【００７６】
例えば、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、出力側に接続された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。
【００７７】
これを本発明の太陽電池モジュール１０１に適用すると、別の電力変換器１０５がインバータである場合は、インバータの入力電圧を変化させることにより、該インバータに接続された各々の直流−直流変換装置である電力変換器１０３の入力電圧を制御できる。
【００７８】
また、直流−直流変換装置をチップ化し、所定領域内に存在する複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に対応する位置に、製造工程中に表面配線部材、裏面配線部材あるいは導電性基板に電気的接続を行い電力変換ユニットを構成することにより、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ができる。
【００７９】
さらに、本実施の形態の電力変換器がインバータである場合について述べる。
【００８０】
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。
【００８１】
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、位相および電圧を有する交流電力を得ることができる。
【００８２】
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、モード切換器およびスイッチング制御回路などを備える。また、本発明のインバータを複数の太陽電池ユニット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。
【００８３】
また、インバータとしては絶縁変圧器有りと無しが存在するが、その用途によりどちらを使用しても構わない。
【００８４】
上記説明した直流−直流変換装置および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。
【００８５】
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。
【００８６】
また、電力変換器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。
【００８７】
また、外装材の形状は四角箱型形状に限らず、円形、楕円形など複数の太陽電池セルの形状、電力変換器内部の回路レイアウトなどに応じて任意の形状のものを使用できる。
【００８８】
また、電力変換器の入力端子は電力変換器外装材の同一面内に設けられることが好ましく、例えば一枚のスルーホール基板で構成される。これにより平面的に配置される複数の太陽電池セルに容易に接続することができる。
【００８９】
また、電力変換器の入力端子は電力変換ユニット内の複数の太陽電池セルの出力端子の総数と同じだけ設けることが好ましく、電力変換器と前記複数の太陽電池セルを電気的に接続することにより、前記複数の太陽電池セルの直並列構成が決まる構造であることが好ましい。
【００９０】
例えば、図１の電力変換ユニット１０６に対応する電力変換器１０３の入力端子の構造としては、図１０に示すように前記複数の太陽電池セルと直接接する面に１＋、１−、２＋、２−、３＋、３−、４＋そして４−の４枚の太陽電池セルに対応した８つの入力端子を設ける構造とすることができる。
【００９１】
ここで上記電力変換器の内部では図７あるいは図８に示すように１＋と２−、２＋と３−、３＋と４−が導通するように入力端子同士がバイア（図中○の部分）を有する内部基板パターンにより接続されており、電気接続された４枚の太陽電池セルは電力変換器内部で４直列され、それら太陽電池セルの出力電力は正極パターン８０１および負極パターン８０２を介して電力変換回路に入力される。
【００９２】
ここで、図２５のように入力端子を設けた基板２５０１と該基板を挟んで太陽電池セルと対向する電力変換回路基板２５０２は電力変換器内部であらかじめ電気接続されている。
【００９３】
ここで図７は、電力変換回路基板側からみた太陽電池側の層の入力端子間のパターン透視概略図、図８は電力変換回路基板側の入力端子間パターン概略図を示す。
【００９４】
ここでは入力端子を設けた基板と電力変換回路基板を別個の基板で構成したが、同じ基板上に入力端子と電力変換回路を設けても構わない。
【００９５】
また、ここでは電力変換器内部で全ての太陽電池セルを直列化したが、必要に応じて電力変換器内部の構成により直列および／または並列構成を変えることが可能である。
【００９６】
また、電力変換器内部に必要に応じて太陽電池セルと並列にバイパスダイオードを設けることも好適に行われる。
【００９７】
［電力変換ユニット］
次に本発明における電力変換ユニットについて説明する。
【００９８】
本発明における電力変換ユニットとは、複数の太陽電池セルと１つの電力変換器から構成される基本ブロック単位を示しており、これらが１つ以上集まって太陽電池モジュールを形成する。なお、電力変換器は電力変換ユニットを構成する複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に設ける。更に好ましくは電力変換ユニット内の太陽電池セルすべてに跨って電力変換器を設けることである。
【００９９】
本発明においては、このように構成した電力変換ユニットを太陽電池モジュールとすることにより、各太陽電池セルの出力端子から電力変換器の入力端子までの配線距離を短くすることができるので、低電圧大電流が流れる配線の損失を低減でき、太陽電池セルから電力変換器への集電損失が少ない安価な太陽電池モジュールを提供することができる。すなわち、電力変換ユニットを構成する複数の太陽電池セルの出力が、その電力変換ユニットに含まれる電力変換器に入力される。
【０１００】
さらに本形態のように、複数の太陽電池セルを電力変換ユニット内で直列に接続することにより、電力変換器の制御回路中のデバイスを動作させるために通常用いられる３．３Ｖや５Ｖの電圧を、夫々の太陽電池セルは通常最適な動作電圧である０．７〜１．４Ｖで動作させつつ得ることができ、上記の効果に加えて電力変換器の制御電源生成損失を減少させるという効果が得られる。
【０１０１】
［作製方法］
［電力変換ユニットの作製］
次に、図１１、図１２あるいは図１３を用いて電力変換ユニット１０６の作製方法の一形態について説明する。
【０１０２】
まず、太陽電池セル１０２は図１２の端子部の非受光面側からみた拡大図に示すように、受光面端子部材１２０１と導電性基板１２０２が概ね同一平面上となるように、受光面端子部材１２０１が絶縁両面テープ１２０３を介在して、延出される。
【０１０３】
同様に受光面端子部材１２０１を導出した太陽電池セルを計２枚、また受光面端子部材を前記２枚の太陽電池セルと反対側に導出した太陽電池セルを計２枚用意し、図１３のように各受光面端子部材がすべての太陽電池セルに囲まれた領域に最短の位置となるように４枚の太陽電池セルを所定の位置間隔で並べる。
【０１０４】
そして、電力変換器１０３の入力端子をそれぞれの太陽電池セルに電気的に接続することにより電力変換ユニット１０６を作製した（図１１）。
【０１０５】
ここで、電力変換器１０３の出力リード線１０７は電力変換器側面より両方向にプラス、マイナス各２本づつ導出される。
【０１０６】
尚、ここで出力リード線１０７として、プラスマイナスの線が一本で形成される２芯のケーブルを用いても構わない。
【０１０７】
［太陽電池モジュールの作製］
次に、太陽電池モジュール本体４０１の作製方法の一例について図４を用いて説明する。
【０１０８】
まず前記のように作製した各電力変換ユニット１０６の出力リード線同士を５つ順次電気接続していく。
【０１０９】
このように出力リード線同士を順次接続することで各電力変換ユニットは並列接続される。
【０１１０】
そして、図４に示すように、まず裏面補強材４０６を設置し、その上に充填材４０５を積層し、その上に先ほどの電気接続された複数の電力変換ユニット１０６を積層し、さらに充填材４０３を積層し、その上に耐候性フィルム４０２を積層することにより積層体を得る。
【０１１１】
この積層体を、真空ラミネータを用いて、１５０℃で充填材４０３および４０５を溶融させることにより、複数の電力変換ユニット１０６を裏面補強材４０６および耐候性フィルム４０２で樹脂封止した太陽電池モジュール本体４０１を作製することができる。
【０１１２】
ここで、裏面補強材４０６にはあらかじめ出力リード線を取り出すための孔が開けられており、この部分の充填材を切り抜き、インバータ１０５の直下にある電力変換ユニットの出力リード線をインバータ１０５に接続することにより図１に示す太陽電池モジュール１０１を完成することができる。
【０１１３】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【０１１４】
（実施例１）
本実施例は図１に示すように、４枚の太陽電池セルと１つの電力変換器より構成される電力変換ユニットを５つ接続してなる太陽電池モジュールである。
【０１１５】
図１は本発明の太陽電池モジュールの構成例を示す概略図であり、上記説明した通り１０１は太陽電池モジュール、１０２は太陽電池セル、１０３は直流−直流変換装置、１０５はインバータ、１０６は電力変換ユニットである。
【０１１６】
ここで、４枚の太陽電池セルと１つの直流−直流変換器により電力変換ユニット１０６を構成している。
【０１１７】
［太陽電池セル］
まず図５を用いて本実施例で用いる太陽電池セルについて詳細に説明する。
【０１１８】
この太陽電池セル１０２は導電性基板５０１として、ステンレス基板を用いる。そしてステンレス基板上に光起電力層５０２を積層する。光起電力層５０２は下部電極層としてＳｉを１％含有するＡｌをスパッタ法により膜厚５０００Å、次に、ｐ／ｉ／ｎ型非晶質シリコン半導体層を、ｎ型半導体としてはＰＨ３，ＳｉＨ４、Ｈ２のガスを、ｉ型半導体としてはＳｉＨ４、Ｈ２のガスを、またＰ型半導体としてはＢ２Ｈ６、ＳｉＨ４、Ｈ２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、順次形成し、上部電極層として膜厚８００ÅのＩＴＯを、スパッタ法により形成した。
【０１１９】
次にこのようにして作成された上部電極上に、ＦｅＣｌ３、ＡｌＣｌ３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た。
【０１２０】
そして、そのように上部電極から電気的に分離された導電性基板の受光面側の一辺に、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５０３を貼着した（厚み２００μｍ（基材１００μｍ））。
【０１２１】
さらに、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５０３上に形成し集電電極５０４とした。
【０１２２】
さらにポリイミド基材両面粘着テープ５０３の上部に受光面端子部材５０５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５０３上に載置したあと２００℃、３ｋｇ／ｃｍ２、１８０秒の条件で集電電極５０４と同時に加熱圧着する。
【０１２３】
そして、さらに、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、太陽電池セル１０２を完成させた。
【０１２４】
尚、ここで完成した太陽電池セルの最適動作電圧は０．８５Ｖ、最適動作電流は５Ａの出力特性を示した。
【０１２５】
［直流−直流変換装置］
次に本実施例の構成要素の一つである直流−直流変換装置について詳細に説明する。
【０１２６】
ここで、理解を助けるために太陽電池セルが接続された直流−直流変換装置の概略回路図９を用いる。
【０１２７】
本実施例の直流−直流変換装置９０１では、まず太陽電池セル９０２の出力電力は直流−直流変換装置９０１の入力端子９０３を通して、コンデンサ９０４に蓄積され、ＭＯＳＦＥＴ９０５および９０６を交互にＯＮ／ＯＦＦすることにより交流電力に変換される。
【０１２８】
そして、スイッチングトランス９０７に入力された交流電力は所定の変圧比（本実施例では１：７２）に応じた電圧の交流電力に変換され、さらにダイオードブリッジ９０８により整流され、フィルタコンデンサ９０９を通過後、直流−直流変換装置９０１から出力リード線を通して隣り合った直流−直流変換装置あるいはインバータに直流電力が出力される。
【０１２９】
尚、本実施例では用いていないが、ダイオードブリッジ９０８とフィルタコンデンサ９０９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。
【０１３０】
次に直流−直流変換装置９０１の制御回路９１０について説明する。本実施例の制御回路９１０は、太陽電池セルの電圧が制御電源生成ＩＣの起動電圧に達すると、制御回路内部の制御電源生成ＩＣにより太陽電池セル電圧が所望の制御電圧に昇圧される。
【０１３１】
そして、前記制御電圧によりまず基準波形生成回路が動作し、あらかじめ設定してある周波数の基準矩形波がＭＯＳＦＥＴドライバの波形入力部に入力され、ＭＯＳＦＥＴドライバからゲートドライブ信号Ｓ１およびＳ２がＭＯＳＦＥＴのゲート部に入力され、ＭＯＳＦＥＴを交互にＯＮ／ＯＦＦする。
【０１３２】
以上の動作によりここで用いられる直流−直流変換装置の最適動作条件（２５℃）での出力電圧は約２００Ｖ、出力電流は約８０ｍＡと電流が非常に小さくなり、集電による損失が非常に少なくなる。
【０１３３】
［電力変換ユニットの作製］
上記のように作製した太陽電池セル１０２を前記実施の形態と同様に４枚所定の間隔で並べた後、直流−直流変換装置１０３の全入力端子を太陽電池セルの出力端子部材に接続することにより、電力変換ユニット１０６を作製した。
【０１３４】
［太陽電池モジュールの作製］
次に、上記電力変換ユニットを用いた太陽電池モジュールの作製方法の一例について図４を用いて説明する。
【０１３５】
使用する材料としては耐候性フィルム４０２には、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）を用い、裏面補強材４０６には、ポリエステル樹脂コートされた０．４ｍｍ厚の鋼板を用い、充填材４０３、４０５にはＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合ポリマ、耐候性グレ−ド）を用いる。
【０１３６】
まず裏面補強材４０６を設置し、その上に充填材４０５を積層し、その上に５組電気接続された電力変換ユニット１０６を積層し、さらに充填材４０３を積層し、その上に耐候性フィルム４０２を積層することにより積層体を得る。
【０１３７】
ここで５つの電力変換ユニット１０６の出力リード線同士はあらかじめ隣接する各々の電力変換ユニットの出力リード線と電気接続されている。
【０１３８】
そして、上記積層体を、真空ラミネータを用いて、１５０℃で充填材４０３および４０５を溶融させることにより、電力変換ユニット１０６を裏面補強材４０６および耐候性フィルム４０２で樹脂封止した太陽電池モジュール本体４０１を作製することができる。
【０１３９】
ここで、裏面補強材４０６のインバータ１０５が取り付けられる部分には、φ１５の孔があらかじめあけられており、太陽電池モジュール本体４０１を作製したあとに充填材が除去され、インバータ１０５の入力端子に一番端に位置する電力変換ユニット１０６の出力リード線を電気接続する。
【０１４０】
以上の工程により、太陽電池モジュール１０１を作製した。
【０１４１】
以上、本実施例による太陽電池モジュールによると、各電力変換ユニット内の複数の太陽電池セルを複数の太陽電池セルのすべてに囲まれた直流−直流変換装置へ電気接続し、各々の太陽電池セル出力電力をできるだけ最短距離で該直流−直流変換装置に集電することができるため、配線抵抗を少なくすることができ、より少ない集電損失で集電することができる。
【０１４２】
また、該複数の太陽電池セルの出力は該直流−直流変換装置により高電圧、微小電流の出力電力に変換されるために、インバータに接続する配線抵抗の抵抗値の影響を低減することが可能となり、さらに少ない集電損失でインバータに集電することができる。
【０１４３】
また、本実施例においては太陽電池セルを電力変換器内で４直列することにより、制御電源ＩＣの入力電圧を約３．４Ｖと比較的高電圧で入力することができるため、制御電源生成に伴う損失も削減することができる。
【０１４４】
（実施例２）
本実施例は図１４に示すように、２枚の太陽電池セルと１つの電力変換器より構成される電力変換ユニットを１０台接続してなる太陽電池モジュールである。
【０１４５】
図１４は本発明の太陽電池モジュールの構成例を示す概略図であり、１４０１は太陽電池モジュール、１４０２は太陽電池セル、１４０３は電力変換器としての直流−直流変換装置、１４０４はインバータ、１４０５は電力変換ユニットである。
【０１４６】
［太陽電池セル］
本実施例に用いる太陽電池セル１４０２は実施例１と層構成材料などはまったく同じものであるため、異なる点のみ説明を行う。本実施例の太陽電池セル１４０２は、図１６に示すように導電性基板の受光面側の一辺に幅１０ｍｍの絶縁部材としてポリイミド基材両面粘着テープ１６０２を使用することと、受光面端子部材１６０３として幅１５ｍｍ、長さ２２０ｍｍの銅箔を用いて銅箔がセルより延出する方向とが異なる。
【０１４７】
［直流−直流変換装置］
また、直流−直流変換装置内の回路構成は実施例１とほぼ同じであるが、同じ出力電圧を得るためにスイッチングトランスの変圧比が１：１４４とほぼ倍になっている点のみが異なる。
【０１４８】
そして、ここで用いられる直流−直流変換装置の最適動作条件（２５℃）での出力電圧は約２００Ｖ、出力電流は約３５ｍＡとなり、集電電流による損失が非常に少なくなる。
【０１４９】
［電力変換ユニットの作製］
次に上記のように作製した太陽電池セル１４０２を用いた電力変換ユニット１４０５の作成方法について記す。
【０１５０】
まず、前記太陽電池セル１４０２を図１９に示すように２枚の太陽電池セルを所定の位置間隔で並べる。ここで図１９は太陽電池セルの非受光面側から見た図である。
【０１５１】
ここで、直流−直流変換装置１４０３の入力端子は図２０のように導出されており、各々対応した端子を太陽電池セルの受光面部材および導電性基板にはんだ付けすることにより、図２１に示すような電力変換ユニット１４０５を作製した。すなわち、電力変換ユニットを構成する複数の太陽電池セル１４０２の出力が、その電力変換ユニットに含まれる電力変換器１４０３に入力される。
【０１５２】
［太陽電池モジュールの作製］
本実施例の太陽電池モジュールの作製方法は実施例１とほぼ同じであり、出力リード線同士が接続された１０個の電力変換ユニットを同様に樹脂封止することにより太陽電池モジュール本体を構成し、さらに、インバータを取り付け、一端の電力変換ユニットに電気接続することにより本実施例の太陽電池モジュールを作製することができる。
【０１５３】
以上、本実施例の太陽電池モジュールによると、各電力変換ユニット内の複数の太陽電池セルは複数の太陽電池セルのすべてに囲まれた直流−直流変換装置へ短い配線部材で電気接続し、各々の電力変換ユニットの出力電力を各直流−直流変換装置に集電するために、より少ない集電損失で集電することができる。
【０１５４】
また、該複数の太陽電池セルの出力は該直流−直流変換装置により高電圧、微小電流の出力電力に変換されるために、直流−直流変換装置からインバータへの配線１４０６での抵抗損失を低減することができ、さらに少ない電力損失とすることができる。
【０１５５】
（実施例３）
本実施例は図１５に示すように、３枚の太陽電池セルと１つの電力変換器より構成される電力変換ユニットを１０台接続してなる太陽電池モジュールについて説明する。
【０１５６】
図１５は本発明の太陽電池モジュールの構成例を示す概略図であり、１５０１は太陽電池モジュール、１５０２は太陽電池セル、１５０３は電力変換器としての直流−直流変換装置、１５０４はインバータ、１５０５は電力変換ユニットである。
【０１５７】
［太陽電池セル］
本実施例に用いる太陽電池セル１５０２は、光起電力素子として実施の形態で一例としてあげた多結晶シリコンを用い、その形状は略円形である。集電電極としては半田めっきが用いられ、受光面端子部材としては半田めっきされた幅５ｍｍ、厚さ１００μｍの銅箔が用いられる。また、非受光面にも受光面と同様に端子部材が設けられる。
【０１５８】
［直流−直流変換装置］
また、直流−直流変換装置内の回路構成は実施例１とほぼ同じであるが、インバータに最適な同じ出力電圧を得るためにスイッチングトランスの変圧比が１：１００となっている点のみが異なる。
【０１５９】
ここで用いられる直流−直流変換装置により３枚の太陽電池セルの最適動作条件（２５℃）での出力電圧は約２００Ｖ、出力電流は約４０ｍＡとなり、集電電流による損失が非常に少なくなる。
【０１６０】
［電力変換ユニットの作製］
次に上記のように作製した太陽電池セル１５０２を用いた電力変換ユニット１５０５の作成方法について記す。
【０１６１】
まず、前記太陽電池セル１５０２を図２２に示すように３枚の太陽電池セルを所定の位置間隔で並べる。ここで図２２は太陽電池セルの非受光面側から見た図である。
【０１６２】
ここで、直流−直流変換装置１５０３の入力端子は図２３のように導出されており、各々対応した端子を太陽電池セルの受光面部材および導電性基板にはんだ付けすることにより、図２４に示すような電力変換ユニット１５０５を作製した。すなわち、電力変換ユニットを構成する複数の太陽電池セル１５０２の出力が、その電力変換ユニットに含まれる電力変換器１５０３に入力される。
【０１６３】
［太陽電池モジュールの作製］
本実施例の太陽電池モジュールの作製方法は実施例１とほぼ同じであり、出力リード線同士が接続された１０個の電力変換ユニットを同様に樹脂封止することにより太陽電池モジュール本体を構成し、さらに、インバータを取り付け、一端の電力変換ユニットに電気接続することにより本実施例の太陽電池モジュールを作製することができる。
【０１６４】
以上、本実施例による太陽電池モジュールによると、各電力変換ユニット内の複数の太陽電池セルは複数の太陽電池セルのすべてに囲まれた直流−直流変換装置へ短い配線部材で電気接続し、各々の電力変換ユニットの出力電力を各直流−直流変換装置に集電するために、より少ない集電損失で集電することができる。
【０１６５】
また、該複数の太陽電池セルの出力は該直流−直流変換装置により高電圧、微小電流の出力電力に変換されるために、直流−直流変換装置からインバータへの配線１５０６での抵抗損失を低減することができ、さらに少ない電力損失とすることができる。
【０１６６】
（実施例４）
本実施例は図１７および図１８に示すように、４枚の太陽電池セルと１つの電力変換器より構成される電力変換ユニットを五つ接続してなる太陽電池モジュールである。
【０１６７】
実施例１ではあらかじめ４枚の太陽電池セルと１つの電力変換器を電気接続して電力変換ユニットを形成していたが、本実施例では電力変換器を太陽電池モジュールの裏面補強材に付けて構成する所に特徴がある。
【０１６８】
図１７、図１８は本発明の太陽電池モジュールの構成例を示す概略図であり、１７０１は太陽電池モジュール、１０２は太陽電池セル、１７０２は電力変換ユニットの入力端子基板、１７０３は電力変換ユニット、１７０４は電力変換器、１０５はインバータである。
【０１６９】
［太陽電池セル］
本実施例に用いる太陽電池セル１０２は実施例１とまったく同じものを用いるため説明を省略する。
【０１７０】
［直列接続部材］
次に本実施例で用いられる入力端子基板１７０２は、前記実施の形態において説明した直流−直流変換装置内部の入力端子プリント基板とほぼ同じものであるため詳しい説明を省略する。
【０１７１】
［直流−直流変換装置］
また、電力変換器としての直流−直流変換装置１７０４についても実施例１とほぼ同じであり、異なる点のみ説明する。
【０１７２】
本実施例で用いられる直流−直流変換装置１７０４の入力端子は入力端子基板１７０２と電気的接続される一対の入力端子のみを有する点のみが実施例１と異なり、回路構成などその他の条件は同じである。
【０１７３】
［太陽電池モジュールの作製］
まず、本実施例の太陽電池モジュール本体１８０１の作製方法は基本的には実施例１とほぼ同じである。
【０１７４】
しかし、直流−直流変換装置を内部に封止せず、上記入力端子基板１７０２により接続された４枚の太陽電池セルを所定の間隔で封止することにより太陽電池モジュール本体１８０１を作製する。
【０１７５】
ここで、上記直列接続部材１７０２の出力端子部上に位置する部分に、あらかじめ裏面補強材上に孔が設けられており、太陽電池モジュールを作製した後、充填材が取り除かれ、各々の入力端子基板に直流−直流変換装置の入力端子を電気的に接続するとともに、直流−直流変換装置を裏面補強材上に接着することにより複数の電力変換ユニット１７０３を形成する。すなわち、電力変換ユニット１７０３を構成する複数の太陽電池セル１０２の出力が、その電力変換ユニットに含まれる電力変換器１７０４に入力される。
【０１７６】
そして、各々の電力変換ユニットの隣接する直流−直流変換装置の出力リード線同士を接続して並列接続するとともに、一端の直流−直流変換装置の出力端子をインバータ１０５に電気接続することにより、太陽電池モジュール１７０１を作製した。
【０１７７】
以上、本実施例による太陽電池モジュールによると、各電力変換ユニット内の複数の太陽電池セルは複数の太陽電池セルのすべてに囲まれた直流−直流変換装置へ短い配線部材で電気接続し、各々の電力変換ユニットの出力電力を各直流−直流変換装置に集電するために、より少ない集電損失で集電することができる。
【０１７８】
また、該複数の太陽電池セルの出力は該直流−直流変換装置により高電圧、微小電流の出力電力に変換されるために、直流−直流変換装置からインバータへの配線（不図示）での抵抗損失を低減することができ、さらに少ない電力損失とすることができる。
【０１７９】
本実施例において、４枚の太陽電池セルを入力端子基板を用いて４直列接続を行ったが、基板パターンの構成により、４並列、あるいは２直２並列に接続することも可能である。
【０１８０】
（実施例５）
本実施例は図２６に示すように、２枚の太陽電池セルと１つの電力変換器より構成される電力変換ユニットを５台接続してなる太陽電池モジュールである。
【０１８１】
図２６は本発明の太陽電池モジュールの構成例を示す概略図であり、２６０１は太陽電池モジュール、２６０２は太陽電池セル、２６０３は電力変換器としての直流−直流変換装置、２６０４はインバータ、２６０５は電力変換ユニットである。
【０１８２】
［太陽電池セル］
本実施例に用いる太陽電池セル２６０２は実施例１と層構成材料などはまったく同じものであるため、端子部材など異なる点について説明を行う。本実施例の太陽電池セル２６０２は、図２７に示すような幅１０ｍｍ、長さ２４５ｍｍの銅箔である受光面端子部材２７０３を用い、そこに半田付けにより幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍの延出端子部材２７０４を接続する。
【０１８３】
また、非受光面にはあらかじめ非受光面端子部材（不図示）がステンレス基板にレーザー溶接により接続されており、さらに非受光面端子部材には、上記延出端子部材２７０４と重ならない位置に幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍの延出端子部材２７０５が半田付けにより接続されている。
【０１８４】
［直流−直流変換装置］
また、直流−直流変換装置内の回路構成は実施例１とほぼ同じであるが、同じ出力電圧を得るためにスイッチングトランスの変圧比が１：２８８とほぼ４倍になっている点が異なる。
【０１８５】
さらに、直流−直流変換装置は電気接続される２枚の太陽電池セルの正負極のそれぞれの延出端子部材に対応した４つの入力端子を有し、内部基板パターンにより２枚の太陽電池セルは直流−直流変換装置内で２並列接続される。
【０１８６】
そして、ここで用いられる直流−直流変換装置の最適動作条件（２５℃）での出力電圧は約２００Ｖ、出力電流は約７０ｍＡとなり、集電電流による損失が非常に少なくなる。
【０１８７】
［太陽電池モジュールの作製］
図２９に本実施例の太陽電池モジュールの概略断面図を示す。
【０１８８】
本実施例の太陽電池モジュール本体２９０１の作製方法は太陽電池セルの使用枚数と配置が異なること以外は実施例１とほぼ同じである。
【０１８９】
まず、前記太陽電池セル２６０２を図２８に示すように２枚を１組として、所定の位置間隔で５組み計１０枚並べ樹脂封止することにより太陽電池モジュール本体２６０１を作製する。
【０１９０】
ここで上記延出端子部材２７０４、２７０５を樹脂封止されないようにあらかじめ耐候性フィルムに設けられたスリット部より受光面側に取り出しておき、直流−直流変換装置２６０３をこの延出部材上に覆い被さるように配置し、直流−直流変換装置の入力端子と各延出端子部材を直流−直流変換装置内部で接続するとともに、直流−直流変換装置を耐候性フィルム上に接着することにより複数の電力変換ユニット２６０５を形成する。すなわち、電力変換ユニット２６０５を構成する複数の太陽電池セル２６０２の出力が、その電力変換ユニットに含まれる電力変換器２６０３に入力される。
【０１９１】
そして、各々の直流−直流変換装置の出力リード線２６０６同士を接続して並列接続するとともに、一端の直流−直流変換装置の出力端子をインバータ２６０４に電気接続することにより太陽電池モジュール２６０１を作成した。
【０１９２】
ここでは図２６、２９に示すように、出力リード線は太陽電池モジュール表面に露出しているが、あらかじめ太陽電池モジュール本体内部に充填封止され、直流−直流変換装置内部で接続する構造とすることもできる。
【０１９３】
本実施例の太陽電池モジュールにおいては、電力変換ユニット２６０５を構成する隣接する２つの太陽電池セル２６０２の間隙に隣接する個所の対応する位置に電力変換器２６０３が設けられている。電力変換器２６０３が設けられる位置は、隣接する２つの太陽電池セル２６０２の間隙の延長線上の位置であるともいえる。
【０１９４】
以上、本実施例の太陽電池モジュールによると、各電力変換ユニット内の直流−直流変換装置は２枚の太陽電池セルから直流−直流変換装置へのトータルの集電損失が最小となるように、太陽電池セルそれぞれの受光面端子部材あるいは非受光面端子部材同士が最も近接する位置に配置され、太陽電池セルから直流−直流変換装置までを短い配線部材で電気接続し、各々の太陽電池セルの出力電力が各直流−直流変換装置に集電されるために、集電損失をより少なくすることができる。
【０１９５】
また、該複数の太陽電池セルの出力は該直流−直流変換装置により高電圧、微小電流の出力電力に変換されるために、直流−直流変換装置からインバータへの配線２６０６での抵抗損失を低減することができ、さらに少ない電力損失とすることができる。
【０１９６】
なお、以上の実施例においては、電力変換ユニットの電力変換器として直流−直流変換装置を用いたが、当然インバータでも構わない。この場合は実施例１〜５で別途設けたインバータは不要となる。
【０１９７】
また、複数の電力変換ユニットを用いた太陽電池モジュールについて記述したが電力変換ユニットはただ１つで太陽電池モジュールを構成してもよく、その太陽電池モジュールを複数枚接続した太陽光発電システムを構築することができる。
【０１９８】
また、複数の電力変換ユニットの電力変換器が直流−直流変換装置である場合には、太陽電池モジュールごとにインバータを設ける必要が無くインバータは太陽電池モジュールと離れた位置にあってもよく、更に前記太陽電池モジュールを複数枚直列あるいは／および並列に接続したものをインバータに接続しても構わない。
【０１９９】
この場合も太陽電池モジュールの出力電流が従来システムに比べて小さいため、送電ロスを従来よりも低減できる。
【０２００】
また、実施例においては複数の太陽電池セルと電力変換器を有する電力変換ユニットとそれを有する太陽電池モジュールについて述べたが、電力変換器の代わりに、複数の太陽電池セルの出力を集電するための端子箱を用いても、同様の構成とすることにより、集電損失の低減が期待できる。すなわち、複数の太陽電池セルとこれら複数の太陽電池セルの出力を集電する１つの端子箱とから構成される発電ユニット（基本ブロック単位）を少なくとも１つ含む太陽電池モジュールによっても、集電損失の低減が期待できる。
【０２０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電力ロスが少ない太陽電池モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略図である。
【図２】従来の太陽電池モジュールの一例を示す概略図である。
【図３】従来の太陽電池モジュールの一例を示す概略図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュールの一例の概略断面図である。
【図５】本発明に用いる太陽電池セルの一例の概略断面図である。
【図６】本発明に用いる太陽電池セルの一例の概略図である。
【図７】本発明に用いる電力変換器の入力端子パターンの一例の概略図である。
【図８】本発明に用いる電力変換器の入力端子パターンの一例の概略図である。
【図９】本発明に用いる電力変換器の一例の概略図である。
【図１０】本発明に用いる電力変換器の入力端子部の一例の概略図である。
【図１１】本発明に用いる電力変換ユニットの一例の概略図である。
【図１２】本発明に用いる太陽電池セルの端子部の一例の概略図である。
【図１３】本発明に用いる電力変換ユニットの太陽電池セルの一例の配置図である。
【図１４】本発明の太陽電池モジュールの一例である。
【図１５】本発明の太陽電池モジュールの一例である。
【図１６】本発明に用いる太陽電池セルの一例である。
【図１７】本発明の太陽電池モジュールの一例である。
【図１８】本発明の太陽電池モジュールの一例の概略断面図である。
【図１９】本発明に用いる電力変換ユニットの太陽電池セルの配置の一例を示す配置図である。
【図２０】本発明に用いる電力変換器の入力端子部の一例の概略図である。
【図２１】本発明の電力変換ユニットの一例の概略図である。
【図２２】本発明に用いる電力変換ユニットの太陽電池セルの配置の一例を示す配置図である。
【図２３】本発明に用いる電力変換器の入力端子部の一例の概略図である。
【図２４】本発明の電力変換ユニットの一例の概略図である。
【図２５】本発明に用いる電力変換器の一例の概略図である。
【図２６】本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略図である。
【図２７】本発明に用いる太陽電池セルの一例の概略図である。
【図２８】本発明に用いる太陽電池セルの一例の概略図である。
【図２９】本発明の太陽電池モジュールの一例の概略断面図である。
【符号の説明】
１０１ 太陽電池モジュール
１０２ 太陽電池セル
１０３ 電力変換器
１０４ 出力リード線
１０５ インバータ
１０６ 電力変換ユニット
１０７ 出力リード線
２０１ 太陽電池モジュール
２０２ 太陽電池セル
２０３ 電力変換器
２０４ 接続部材
３０１ 太陽電池モジュール
３０２ 太陽電池セル
３０３ 電力変換器
３０４ 接続部材
４０１ 太陽電池モジュール本体
４０２ 耐候性フィルム
４０３ 充填材
４０４ リード線
４０５ 充填材
４０６ 裏面補強材
５０１ 導電性基板
５０２ 光起電力層
５０３ 絶縁両面粘着テープ
５０４ 集電電極
５０５ 受光面端子部材
８０１ 正極
８０２ 負極
９０１ 直流−直流変換装置
９０２ 太陽電池セル
９０３ 入力端子
９０４ 入力コンデンサ
９０５ ＭＯＳＦＥＴ
９０６ ＭＯＳＦＥＴ
９０７ スイッチングトランス
９０８ 整流ダイオード
９０９ フィルタコンデンサ
１２０１ 受光面端子部材
１２０２ 導電性基板
１２０３ 絶縁両面テープ
１４０１ 太陽電池モジュール
１４０２ 太陽電池セル
１４０３ 電力変換器
１４０４ インバータ
１４０５ 電力変換ユニット
１４０６ 出力リード線
１５０１ 太陽電池モジュール
１５０２ 太陽電池セル
１５０３ 電力変換器
１５０４ インバータ
１５０５ 電力変換ユニット
１５０６ 出力リード線
１６０２ 絶縁両面テープ
１６０３ 受光面端子部材
１７０１ 太陽電池モジュール
１７０２ 直列接続部材
１７０３ 電力変換ユニット
１７０４ 直流−直流変換装置
１８０１ 太陽電池モジュール本体
２５０１ 入力端子を設けた基板
２５０２ 電力変換回路基板
２６０１ 太陽電池モジュール
２６０２ 太陽電池セル
２６０３ 直流−直流変換装置
２６０４ インバータ
２６０５ 電力変換ユニット
２６０６ 出力リード線
２６０７ ケーブル
２６０８ 防水コネクタ
２７０２ 絶縁テープ
２７０３ 受光面端子部材
２７０４、２７０５ 延出端子部材
２９０１ 太陽電池モジュール本体
Claims (16)
- 複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に対応する位置に設けられた電力変換器とを有する電力変換ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュール。
- 前記電力変換ユニットを少なくとも２つ備え、各電力変換器は隣接する電力変換ユニットの電力変換器に電気接続されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記複数の太陽電池セルの出力がそれと対応する前記電力変換器に入力されており、前記電力変換器は、入力された前記複数の太陽電池セルの出力を変換して出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
- 前記複数の太陽電池セルの全ての出力端子が、それと対応する前記電力変換器の全ての入力端子に各々電気接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記電力変換器の複数の入力端子が同一面上に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記太陽電池セルの光起電力層が少なくとも２層以上のｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 平面上に配置される複数の太陽電池セルと、電力変換器を有する電力変換ユニットを少なくとも一つ有する太陽電池モジュールにおいて、該複数の太陽電池セルからの発電電力を該電力変換器に集電する際の全ての集電損失の和が最小となる位置に該電力変換器を配置することを特徴とする太陽電池モジュール。
- 平面上に配置される複数の太陽電池セルと、電力変換器を有する電力変換ユニットを少なくとも一つ有する太陽電池モジュールにおいて、該複数の太陽電池セルは端子部材を有し、該複数の太陽電池セルが配置された状態において、各々の端子部材同士が最も近接する位置に該電力変換器を配置することを特徴とする太陽電池モジュール。
- 平面上に配置される複数の太陽電池セルと、電力変換器を有する電力変換ユニットを少なくとも一つ有する太陽電池モジュールにおいて、該複数の太陽電池セルは端子部材を有し、該複数の太陽電池セルが配置された状態において、各々の端子部材同士が最も近接する位置で、かつ該複数の太陽電池セルからの発電電力を該電力変換器に集電する際の全ての集電損失の和が最小となる位置に該電力変換器を配置することを特徴とする太陽電池モジュール。
- 隣接する２つの太陽電池セルと、隣接する２つの太陽電池セルの間隙の延長上の領域に対応する位置に設けられた電力変換器とを有する電力変換ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュール。
- 前記電力変換ユニットを少なくとも２つ備え、各電力変換器は隣接する電力変換ユニットの電力変換器に電気接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池モジュール。
- 前記隣接する２つの太陽電池セルの出力が、それと対応する前記電力変換器に入力されており、前記電力変換器は、入力された前記隣接する２つの太陽電池セルの出力を変換して出力することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の太陽電池モジュール。
- 複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルすべてに囲まれた領域に対応する位置に設けられ、前記複数の太陽電池セルの出力を集電する端子箱とを有する発電ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュール。
- 前記発電ユニットを少なくとも２つ備え、各発電ユニットは隣接する発電ユニットの端子箱に電気接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池モジュール。
- 隣接する２つの太陽電池セルと、隣接する２つの太陽電池セルの間隙の延長上の領域に対応する位置に設けられ、前記隣接する２つの太陽電池セルの出力を集電する端子箱とを有する発電ユニットを少なくとも一つ備えた太陽電池モジュール。
- 前記発電ユニットを少なくとも２つ備え、各発電ユニットは隣接する発電ユニットの端子箱に電気接続されていることを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池モジュール。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060801 |