JP2005244144A

JP2005244144A - 太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽光発電装置

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Publication number: JP2005244144A
Application number: JP2004072710A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamayoshi; 武山吉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP4578127B2

Abstract

【課題】設置面積や施工工数を増加させることなく、使用負荷の変更にも対応可能で、しかも負荷の途中での変更にも容易に対応可能な太陽電池モジュールをおよびそれを用いた太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】複数の太陽電池素子が直列に接続された太陽電池ストリングを２つ配した太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールに前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と及び前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とをそれぞれ近接して電気的に非導通状態で配置し、さらにこれらの互いに近接した出力端子台が電気導通できるように、これらの互いに近接した出力端子台に導電性の接続子を受け入れるための穴部を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽エネルギーを利用して発電を行う太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽光発電装置に関し、特に太陽電池モジュール単体で定格出力電圧および電流を変更可能とし、接続される負荷や設置距離などに応じて太陽光発電装置の出力電圧を切替することが可能な太陽光発電装置に関するものである。

近年、地球環境問題への関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギーを利用したシステムへの関心が高く、大型の発電所を建設できない発展途上国や送電のできない離村、砂漠や未開発地域などでの調査活動で電力源として、太陽光発電装置を用いた独立電源システムが活躍している。独立電源システムは太陽光発電装置で発電した電力をそのまま通信装置やポンプなどの負荷に供給する簡易型のほかに、昼間の発電電力を蓄電池などに貯えて負荷への供給電力の安定化や夜間照明などの非発電時での負荷への使用を可能とした蓄電型が一般的であり、時と場合によってこの構成を組替えることもある。

一般に太陽光発電装置は複数の太陽電池素子を直列や並列に接続配置した太陽電池モジュールや、前記太陽電池モジュールを複数集合させた太陽電池アレイが用いられる。これは太陽電池素子ひとつの定格出力電圧は例えば多結晶太陽電池素子ではおよそ０．４５Ｖであり、一般的な直流負荷の定格電圧（例えばモーター）である１２Ｖや２４Ｖといった電圧を得る為には複数を直列接続する必要があり、駆動電流が十分でなければ並列接続する必要があるからである。

以下にラミネート式の製造方法で作られる太陽電池モジュールを例にその構造を説明する。

図１０は本発明に係る太陽電池モジュールの実施形態の一例を示す構成図、図１１は従来の太陽光発電装置の構成を模式的に説明する構成図、図１２は従来の太陽光発電装置の電圧の切替方法の一実施例を模式的に示す構成図である。

図１０に示すように、太陽電池モジュール２１は、受光面にガラスや樹脂等の光透過板１４が設けられ、この光透過板１４に多数の太陽電池素子１がＥＶＡ樹脂（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ＶｉｎｙｌＡｃｅｔａｔｅ）等からなる封止材１５によってラミネートされ、その裏面である非受光面にはテフロン（Ｒ）フィルムやＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポレエチレンテレフタレート）などの耐候性フィルム１６が貼着されたものであり、太陽電池素子１としては、例えばシリコン系半導体やガリウムヒ素等から成る化合物半導体などの単結晶、多結晶や非晶質の材料が用いられ、互いに直列及び／または並列に電気的に接続されて、太陽電池モジュール２１の裏面、すなわち耐候性フィルム１６の上にはＡＢＳ樹脂などの合成樹脂やアルミニウム金属などで構成したジャンクションボックス１２を接着し、太陽電池モジュール２１の出力電力を取り出すターミナルに接続された送電線により出力が取り出される。

なお、これら光透過板１４、太陽電池素子１および耐候性フィルム１６の重ね構造の矩形状の本体に対し、その各辺周囲をアルミニウム金属やＳＵＳ等から成る枠体１１を挟み込むように装着し、太陽電池モジュール２１の設置用固定部の役割を果たすようにしている。また、太陽電池モジュール２１の端部保護および全体の強度を高める強度向上の目的にも役立つ。枠体１１には鉄やステンレス、アルミニウムのような金属の折り曲げ材や押し出し成形、ＦＲＰなどの樹脂成型品が用いられ、枠体同士の組付けは直接ネジやリベットで結合されるものや、連結プレートのような補助部材を介して固定されたり、ガラスや樹脂等の光透過板１４に接着することで行われる。また、一体成型された枠に光透過板１４をはめ込む構造としてもよい。

上述のようにして出来た太陽電池モジュール２１内の電気的構成を図１１に示す。太陽電池モジュール２１は太陽電池素子１ａ〜１ｈから構成された太陽電池パネル３１とジャンクションボックス１２とから構成され、太陽電池パネル３１は太陽電池素子１ａ〜１ｈが直列に接続されており、本例の太陽電池素子１個の定格出力電圧が０．４５Ｖと仮定すると３．６Ｖの出力電圧がジャンクションンボックス１２内の端子（＋極および−極）から外部に取り出せることになる。太陽電池モジュール２１からの発電電力は送電ケーブル１３を用いてモーターや照明などの負荷１９もしくはバッテリーなどの蓄電手段１７に供給される。このとき、太陽電池モジュール２１の出力電圧は太陽電池素子の直列数によって決定されるため、必要とする電圧を作り出すためには太陽電池素子の直列数を電圧に達する枚数分だけ用いた太陽電池モジュールとするか、もしくは図１２のように複数の太陽電池モジュール２１（２１ａ、２１ｂ）を直列接続することによって装置に必要な電圧を得るようにしていた。

一般に、直流負荷はバッテリーなどの蓄電手段を用いて駆動させることを想定して設計されていることが多く、よって１２Ｖや２４Ｖといった定格入力電圧であるものが大多数である。そのため、太陽電池モジュールもこれに合わせた太陽電池素子の直列数であることが多く、多結晶太陽電池素子では３６直〜７２直列といった構成になる。

ところで、例えば太陽電池モジュールの発電電力が５０Ｗであるとした場合、太陽電池モジュール自体の面積がほぼ同じであるので、電圧が１２Ｖの太陽電池モジュールでは出力電流４Ａ、２４Ｖの太陽電池モジュールでは２Ａと半分になる。よって負荷が２４Ｖであり、電流が２Ａ以下であるならば、１２Ｖの太陽電池モジュールを２枚直列にして用いるよりも２４Ｖの太陽電池モジュールを用いた方が小型で部品点数も少なくて済む。特に電圧の高い（９０Ｖ以上が多い）ＤＣ−ＡＣインバータなどへ電力を供給する太陽光発電装置になるほど太陽電池素子の直列枚数も多くなるので、問題が大きくなる。さらに１２Ｖの太陽電池モジュールで２４Ｖのシステムを構成するほうが電流容量に余裕ができるが、一方で蓄電池への過充電などを保護する機構の作動回数が増加して発電損失は悪くなるといった問題も有る。このように太陽光発電装置に用いる太陽電池モジュールの定格出力電圧は、接続される負荷等に合わせた出力電圧および出力電流のものであるべきである。

そこで、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの出力を直列および並列に接続を切り換えられるようにして太陽電池アレイからの出力電圧が最適になるようにし、発電損失を少なくする方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
また、複数の太陽電池モジュールを直列配線する際に短絡等が生じないようジャンクションボックス内の端子台の正極および負極間の接続配線が交差しないように配慮されたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−８９８４１号公報特開２００３−１５２２１１号公報

しかしながら、上記の従来技術のように太陽光発電装置において、用いられる負荷と太陽電池モジュールの定格出力電力（定格出力電圧および定格出力電流）の選択は太陽電池モジュール（アレイ）の設置面積や使用枚数、さらにはそれを工ことするための施工工数などに影響を及ぼすものであり無視できない。また、輸送においても荷が多くなり搬送にも手間がかかるなどの問題がある。

さらには離村などへ太陽光発電装置を設置する場合などには、例えば１２Ｖと２４Ｖのいずれのシステムであるかを間違えないようにしなければ、発送間違いが生じた場合には再輸送などの多大な手間と工期の遅れが生じるなどがあり、設計情報および商品管理の徹底が必要である。また、例えば途上国への支援などで設置されている井戸水の揚水システムなどにおいては、例えば２４Ｖ仕様の汲み上げポンプの故障により代替のポンプを用意しようとしても、１２Ｖ仕様のポンプしか入手できず修復ができない場合や、２４Ｖ仕様のポンプを輸入して届くまでの間は暫定でも使用できないといった太陽光発電側では対応できない限界があった。この場合、もし１２Ｖの太陽電池モジュールで設計された太陽光発電装置であれば１２Ｖ仕様のポンプシステムへの対応は可能である可能性が高いが、このような問題が生じない場合には前述したように過剰スペックであり別の不利点があることは変らない。

また、太陽電池モジュールの設置場所は様々であるが共通していえることは発電容量に応じて面積と太陽光を十分な時間受光することのできる場所が必要であるということである。しかしながら、このような条件を満たせる場所と負荷の使用場所が必ずしも一致するとは限らず、多くの場合は数十〜百メートル程度の電力ケーブルを太陽電池モジュールと負荷の間に這わせることとなり、送電時の電力損失（特に送電ケーブルの抵抗成分による電圧降下）が問題となる。

一方、太陽光発電装置において一部の太陽電池モジュールの故障により絶縁耐圧が低下した場合には、太陽電池アレイ全体の絶縁耐圧を確認して絶縁耐圧不良が生じていることを確認した後に、故障した太陽電池モジュールを特定する為には個々の太陽電池モジュールの出力配線を切り離しながら絶縁耐圧を確認するしかなく、多大な労力を必要としていた。

そして、太陽電池アレイの接続切替によって任意の出力電圧とするシステムにおいては太陽電池モジュール間の接続配線が複雑になり、高度な配線知識をもつ作業者の管理・監督が必要であるだけでなく、絶縁耐圧不良が生じた場合の配線切り離し作業がより複雑化するといった問題がある。

以上のことを鑑み本発明の目的は、設置面積や施工工数を増加させることなく、使用負荷の変更にも対応可能で、しかも負荷の途中での変更（短期的変更を含む）にも容易に対応可能な太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽光発電装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、送電距離による電力損失に応じて出力電力を切替て送電時の電力損失を少なくする太陽光発電装置を提供することにある。

また、本発明の更なる他の目的は、太陽電池モジュール単位の絶縁耐圧測定を配線を外さずに行なえるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子が直列に接続された太陽電池ストリングを２つ配し、前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台を太陽電池モジュールのプラス側出力端子とし、前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台を太陽電池モジュールのマイナス側出力端子とした太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールに前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とをそれぞれが近接するようにして電気的に非導通状態で配置し、さらにこれらの互いに近接した出力端子台に導電性のねじ型接続子を受け入れて電気導通できるようにねじ穴を形成したことを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台に形成されたねじ穴のねじ径を他のねじ穴のねじ径と異なるように形成したことを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台に形成されたねじ穴のねじピッチを他のねじ穴のねじピッチと異なるように形成したことを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴に導電性のねじ型接続子を螺嵌し、前記２つの太陽電池ストリングを直列に接続したことを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴と、前記前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台とに形成された導電性の接続子を受け入れるためのねじ穴とにそれぞれ導電性のねじ型接続子を螺嵌し、前記２つの太陽電池ストリングを並列に接続したことを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴と、前記前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴と、前記前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴とにそれぞれ導電性のねじ型接続子を螺嵌し、前記２つの太陽電池ストリング出力を短絡したことを特徴とする。

また、本発明の太陽光発電装置は、請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽電池モジュールを用いたことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールによれば、複数の太陽電池素子が直列に接続された太陽電池ストリングを２つ配し、前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台を太陽電池モジュールのプラス側出力端子とし、前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台を太陽電池モジュールのマイナス側出力端子とした太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールに前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とをそれぞれが近接するようにして電気的に非導通状態で配置し、さらにこれらの互いに近接した出力端子台に導電性のねじ型接続子を受け入れて電気導通できるようにねじ穴を形成したことで、出力電圧を変更することが可能であるので、接続される負荷の定格電圧への対応が容易に行える。

また、接続子を全出力端子台間に挿入した場合には太陽電池モジュールの出力は短絡状態となり、従来のように出力端子台にジャンパー線を追加接続して全端子を同電位にするといった作業工数を簡素化して太陽電池モジュールの絶縁耐圧試験を行うことができる。また、他の太陽電池モジュールが複数接続されている場合には、全ての太陽電池モジュールの配線をはずして１枚ごとに絶縁耐圧試験を行う必要がなく、絶縁耐圧試験を行う以外の全ての太陽電池モジュールの接続子を外すだけで特定の太陽電池モジュールだけの絶縁耐圧を検査することが出来るので作業工数を大幅に削減するとともに再配線時の配線ミスなどの発生が生じにくい。

さらに、接続子を挿入するまでは太陽電池モジュールからは発電電力が外部に出力されないので、外部に接続された蓄電手段や負荷の交換や、システムメンテナンスなどの際に配線の切り離し作業が必要なく、容易に送電を停止させることができる。

また、故障等の理由で外部接続された負荷が使用不能となった場合に代替品の定格入力電圧が異なっても、送電ケーブルの配線組み替え等の対応が必要なく、太陽電池モジュールの接続子の挿入位置を変更するだけで対応可能であり、配線の組み替え作業や送電ケーブルの引き回し長さが不足するなどの問題が全く生じない。さらに太陽電池モジュール単体で電圧切り替えが行われるので太陽電池モジュールが奇数枚・偶数枚であることによる制約が生じない。

また、電圧切替によって太陽光発電装置の電圧を下げることに対応するので負荷の定格電圧の変更による対応可否が生じない。

また、太陽電池モジュールの出力を送電する送電ケーブルの長さによる電力損失の影響が大きい場合には電圧を高めて発電損失を軽減し、通常時には電圧設定を戻すことにより発電電力を最大限に活用するとともに機器の定格電圧に制約を受けない使用方法とすることが可能である。

また、住宅用太陽光発電装置のような設置可能面積に制限がある場合には、直列数不足により電圧が規定値に達せず載置できない太陽電池モジュールの面積を用いて、出力電圧設定を高圧側にして電圧を規定値になるようにして屋根上への載置を可能とし、これにより屋根面積に対する発電面積の比率を向上させられるとともに、太陽光発電装置全体の発電量を増加させる。

また、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台に形成されたねじ穴のねじピッチを他のねじ穴のねじピッチと異なるように形成したことで、上述した効果以外に、電圧変更作業を行なった場合には変更したことにより回収した接続子の数量を確認することで作業忘れが無いか確認でき、しかも接続子のねじ形状が異なるので、誤って間違った接続とした場合にも作業ミスを発見することができ、作業の検査を簡略化することができる。

また、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台に形成されたねじ穴のねじ径を他のねじ穴のねじ径と異なるように形成したことで、上述した効果と同じ効果が得られる。

また、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴に導電性のねじ型接続子を螺嵌し、前記２つの太陽電池ストリングを直列に接続したことで、前記太陽電池ストリングの２倍の出力電圧を簡単に得ることができる。

また、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴と、前記前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台とに形成された導電性の接続子を受け入れるためのねじ穴とにそれぞれ導電性のねじ型接続子を螺嵌し、前記２つの太陽電池ストリングを並列に接続したことで、前記太陽電池ストリングの２倍の出力電流を簡単に得ることができる。

さらに、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴と、前記前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴と、前記前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴とにそれぞれ導電性のねじ型接続子を螺嵌し、前記２つの太陽電池ストリング出力を短絡したことで、前記太陽電池モジュールの絶縁特性を測ることができる。

また、本発明の太陽電池発電装置は、請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽電池モジュールを用いたことで、負荷の仕様変更などに容易に対応ができる。

また、絶縁耐圧試験を行うときに作業工数を大幅に削減するとともに再配線時の配線ミスなどの発生が生じにくい。

以下に、本発明の実施形態の一例として、１２Ｖ系または２４Ｖ系の直流負荷を使用する太陽光発電装置の場合を例にとり、模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の太陽電池モジュールの実施形態の一例について部品構成と組み合わせ状態を示す平面図である。

図１に示すように、太陽電池モジュール２０は、第１太陽電池ストリング２（太陽電池素子を直線的に直列又は並列に接続したものを太陽電池ストリングと呼ぶ。）と第２太陽電池ストリング３が１枚の透光性基板上に平面状に並べて配置されており、第１太陽電池ストリング２の出力と第２太陽電池ストリング３の出力はターミナルボックス内に設けられた出力端子台４（４ａ〜４ｄ）に接続されている。第１太陽電池ストリング２と第２太陽電池ストリング３は直列、並列のいずれの接続が行なわれても発電電力が逆流して太陽電池素子にダメージを与えないように出力電圧の値（太陽電池素子の直列数）を同じもしくは数ボルト以内になるようにする。

なお、本例では第１太陽電池ストリング２の＋極を出力端子台４ａ、第１太陽電池ストリング２の−極を出力端子台４ｃ、第２太陽電池ストリング３の＋極を出力端子台４ｂ、第２太陽電池ストリング３の−極を出力端子台４ｄに接続したものとして説明する。

また、太陽電池モジュール２０としての製法は従来の構造と同様であるので、特に記述しないものとする。出力端子台４の各端子間には４ａ−４ｂ間に第１間隙８ａ、４ｂ−４ｃ間に第２間隙９、４ｃ−４ｄ間に第１間隙８ｂが設けられており、前記第１間隙（８ａ、８ｃ）に接続子６（６ａ、６ｂ）を挿入することにより、出力端子台４ａと４ｂ、４ｃと４ｄが電気的に接続され、第１太陽電池ストリング２と第２太陽電池ストリング３が並列接続される。一方、第２間隙９のみに接続子５を挿入することにより出力端子台４ｂと４ｃが電気的に接続され、第１太陽電池ストリング２と第２太陽電池ストリング３が直列接続される。また、前記第１間隙８（８ａ、８ｂ）に接続子６（６ａ、６ｂ）、第２間隙９に接続子５を挿入することにより、太陽電池モジュール２０の全ての出力端子が連結され、短絡される。また、どの接続子も挿入しないときは太陽電池モジュール２０から外部へは発電電力は出力されない。

図２は本発明に係る太陽光発電装置の実施形態の一例を示す構成図である。

以下に電圧の切替が行なわれる様子を図２を基に説明する。太陽電池モジュール２０は外部の負荷１９や蓄電手段１７と送電ケーブル１３により接続されており、この太陽電池モジュール２０のジャンクションボックス１２内にある出力端子台４の第１太陽電池ストリングの＋極である出力端子台４ａに＋側が、第２太陽電池ストリングの−極である出力端子台４ｄに−側が接続されている。このようにすることにより、例えば各太陽電池ストリングの定格出力電圧が１２Ｖ、定格出力電流が２Ａであったとすると、負荷１９が定格入力電圧が１２Ｖの直流負荷である電動モーターであったとすると、接続子６（６ａ、６ｂ）により出力端子台４ａ−４ｂ間、出力端子台４ｃ−４ｄ間を接続することで出力電圧１２Ｖ、出力電流４Ａの太陽電池モジュール２０となる。一方、負荷１９が２４Ｖ系の電動モーターであったとすると、接続子５により出力端子台４ｂ−４ｃ間を接続することで出力電圧２４Ｖ、出力電流２Ａの太陽電池モジュール２０となり、接続される負荷１９の定格電圧への対応が容易に行える。

次に、接続子５、６（６ａ、６ｂ）を全出力端子台間（４ａ−４ｂ間、４ｂ−４ｃ間、４ｃ−４ｄ間）に挿入した場合には太陽電池モジュール２０の出力は短絡状態となり、従来のように出力端子台にジャンパー線を追加接続して全端子を同電位にするといった作業工数を簡素化して太陽電池モジュール２０の絶縁耐圧試験を行うことができるようになる。

図５は本発明に係る太陽光発電装置の配線状態を説明する配線図である。

図５のように太陽電池モジュールが複数接続されている場合には、前述した方法では太陽電圧アレイ（太陽電池モジュール２０ａ〜２０ｈ）の絶縁耐圧を検査して異常を発見しても、どの太陽電池モジュールが絶縁耐圧不良となっているかを知ることはできない。従来は全ての太陽電池モジュールの配線をはずして１枚ごとに絶縁耐圧試験を行う必要があるが、本発明の太陽電池モジュールによれば、絶縁耐圧試験を行う以外の全ての太陽電池モジュールの接続子を外すだけで特定の太陽電池モジュールだけの絶縁耐圧を検査することが出来るので作業工数を大幅に削減するとともに再配線時の配線ミスなどの発生が生じにくい。

なお、特に図示しないが、通常太陽電池モジュールの出力を短絡してもバッテリーなどの蓄電手段１７から太陽電池モジュールへの逆流を防止するための逆流防止ダイオードが存在するので蓄電手段１７が短絡状態になることはない。

さらに、接続子を挿入するまでは太陽電池モジュール２０からは発電電力が外部に出力されないので、蓄電手段１７や負荷１９の交換や、装置メンテナンスなどの際に配線の切り離し作業が必要なく、容易に送電を停止させることができる。

図３は本発明に係る太陽電池モジュールの電圧切り替え構造の一実施例を模式的に説明する図であり、（ａ）は出力端子台の拡大平面図、（ｂ）は接続子が挿入される様子を示す一部断面図である。

次に、本発明の太陽電池モジュールのジャンクションボックス内の出力端子台と接続子の接続構造を図３を基に説明する。図３（ａ）のように太陽電池モジュール２０の出力端子台４（４ａ〜４ｄ）の間には図３（ｂ）のようにボルトなどの接続子６（６ａ、６ｂ）を挿入するネジ穴などの間隙８（８ａ、８ｂ）が設けられている。この間隙８ａに接続子６ａ、間隙８ｂに接続子６ｂを挿入（ネジ止め）することにより、出力端子台４ａと４ｂ、出力端子台４ｃと４ｄがそれぞれ電気的に接続状態となり、例えば第1太陽電池ストリングおよび第２太陽電池ストリングの定格出力電圧が１２Ｖであったとすると、外部へ発電電力を出力する送電ケーブル１３への出力電圧は１２Ｖとなる。同様にして、出力電圧を２４Ｖにしたい場合には図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように出力端子台４ｂと４ｃの間の間隙９に接続子５を挿入する。

なお、外部へ出力を出す送電ケーブルは出力端子台４ａと４ｄに第１接続子５および第２接続子６とは別にねじやコネクター等で接続する。

図８は本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施例における接続子と間隙の状態を説明する断面図である。

図８に示すように、接続子５と接続子６はねじ径もしくはねじピッチが異なるものであり、第２間隙９は接続子５のねじ径またはねじピッチであり、第１間隙８は接続子６のねじ径またはねじピッチが切られている。ねじ径とねじピッチを同時に異なるものとすればなお好適である。

具体的には、接続子５と第２間隙９のねじ径をＭ１０とし、接続子６と第１間隙８のねじ径をＭ６とすることにより、図５に示すように接続子５を第２間隙８に差し込もうとしても第１間隙８のねじ穴が接続子５よりも小さいために固定することができず、逆に接続子６を第１間隙９に固定しようとしても接続子６は第１間隙９よりも小さいためにねじ留めすることができない。よってこのような構造とし、さらに電圧設定用の接続子のみを作業者に供給しておけば、作業者が電圧設定工ことを間違えることがない。

このとき、ねじの外径差が大きいほど接続子と間隙が適合しないことが明確になるが、あまり大きくすると出力端子台４を大型化しなくてならなくなる。このような時には、例えば接続子５をねじピッチがＵＳ規格のねじ、そして接続子６をねじピッチがＪＩＳ規格のねじとして、接続子のねじ径が近似であってもねじピッチが異なるために挿入できないようにすればよい。さらに、ねじ径とねじピッチを両方変更してもよい。

このようにすることにより、電圧設定時に作業者に当該接続子（ねじ）のみを渡しておけば電圧設定を間違えることがないだけでなく、電圧変更作業を行なった場合には変更したことにより回収した接続子の数量を確認することで作業忘れが無いか確認でき、しかも接続子のねじ形状が異なるので、誤って間違った接続とした場合にも作業ミスを発見することができ、作業の検査を簡略化することができる。

図９は本発明に係わる太陽電池モジュールの他の実施例を模式的に説明する構成図である。

図９に示すように、接続端子台４ａ〜４ｄを四角に集めて配置し、その中央に第３間隙２９を設け、接続子３０を第３間隙２９に挿入することにより、電圧切換を行なう接続子５および接続子６の状態に係らず太陽電池モジュール２０内の第１太陽電池ストリング２と第２太陽電池ストリング３を同時に短絡させることが出来るので、絶縁耐圧試験を行なう際の作業工数を少なくすることができる。

また、この接続子３０においても、接続子５および接続子６とも異なる専用のねじを用いるようにすれば挿入間違いが無く、また、試験終了後に外したねじの数量を確認すれば外し忘れがないか、間違ったねじを外していないかを確認することができ、配線検査を簡略化できる。

以上詳述したように、出力端子台と接続子の選択により容易に電圧を切り替え可能であるので、例えば図５に示すような太陽電池モジュール２０（２０ａ〜２０ｈ）が複数接続された太陽光発電装置Ｓとした場合であっても、負荷１９の仕様変更にも容易に対応が可能である。即ち、図中の太陽電池モジュール２０ａ〜２０ｈは並列接続であり、負荷１９の定格入力電圧が例えば１２Ｖの揚水ポンプであったとすると、故障等の理由で負荷１９が使用不能となった場合に代替品が定格入力電圧が２４Ｖのものしかなければ、従来は太陽電池モジュールの出力配線である送電ケーブル１３ａ〜１３ｄの配線組み替えにより対応する必要があったが、本発明の太陽電池モジュールによれば太陽電池モジュール２０（２０ａ〜２０ｈ）の接続子の挿入位置を変更するだけで対応可能であり、配線の組み替え作業や送電ケーブル１３の引き回し長さが不足するなどの問題が全く生じないのである。

さらに、図中の太陽電池モジュール数は偶数であるが、奇数であった場合には直列接続で２４Ｖを作ることが出来ないので、端数の太陽電池モジュールはこの装置に利用できず総発電電力の低下となるが、本発明の太陽電池モジュールは太陽電池モジュール単体で電圧切り替えが行われるので、太陽電池モジュールの枚数による制約が生じない。

また、同図において、負荷１９の定格入力電圧が２４Ｖの揚水ポンプであったとすれば、代替の揚水ポンプに定格入力電圧が１２Ｖのものが用意できたとしても太陽電池モジュールが従来の２４Ｖ固定出力のものであれば太陽光発電装置Ｓの電圧を下げることはできず、緊急対応もできないこと態となるので、離村などの救援物資が届きにくい地域では重大な影響を受けることになるが、本発明の太陽電池モジュールによれば電圧を下げることに対応するので負荷の定格電圧の変更による対応可否が生じないのである。

図６の（ａ）、（ｂ）は本発明に係わる太陽光発電装置の送電ケーブルによる損失状況を説明する構成図、図７は本発明に係わる太陽光発電装置を住宅の屋根等に載置した状況を説明する構成図である。

太陽光発電による独立電源システムを用いるのは主に近辺に電力源（電力会社の交流電源等）が無い場所である。よって少しでも多くの発電電力を得られるように太陽電池モジュールを設置する必要があるが、太陽光の照射が良好な場所と負荷である通信機器などの機材を用いる場所とは必ずしも一致しない。そのため、図６のように太陽電池モジュール２０と負荷１９間の送電ケーブル１３を数十メートルから百メートル程度まで引き回すことになる。このとき、送電ケーブル１３は長くなるほど抵抗成分が増加するため、単位面積あたりの送電電流を小さくして電力損失を抑えるなどの対策が一般的である。しかし、断面積を増やすということは送電ケーブル１３の直径が大きくなることであり、送電ケーブルの大型化、重量増加により搬送に手間がかかる。一方、負荷１９の定格入力電圧とは別に最大定格があり、これは、定格入力電圧よりも高い電圧をどこまでなら許容するかを示す。特に通信機器などでは印加電圧によって電波の飛ぶ強さが変わることは知られており、通信機器の入力電圧は１１〜３０Ｖ程度と比較的大きく、このような負荷を用いる場合には太陽電池モジュール２０の定格出力電圧は１２Ｖと２４Ｖのどちらでもよいことになる。そこで、太陽電池モジュール２０から負荷１９までの送電ケーブル１３の長さによって生じる電力損失をｐとすると、図６（ａ）の１２Ｖ設定では電力損失は
ｐ＝Ｉ²ｒ
であり、図６（ｂ）の２４Ｖ設定では太陽電池モジュール２０の出力電流が１２Ｖ設定時の半分になるので
ｐ＝（１／２×Ｉ）^２・ｒ
となり、２４Ｖ設定のシステムでは太陽電池モジュール２０の発電損失は１２Ｖ設定時の１／４にまで軽減される。そして１２Ｖでしか使用できない機器を用いる時には出力設定を１２Ｖにすれば、損失は生じるが定格入力電圧が１２Ｖの機器も使用できるので、２４Ｖと１２Ｖの全てに対応可能であって、かつ２４Ｖの機器使用時に発電電力の電力損失を少なくできる。さらに負荷１９をバッテリーなどの蓄電手段とした場合には、バッテリー充電時は２４Ｖで充電効率を向上させ、１２Ｖ機器使用時には配線を切り替えてバッテリーと太陽電池モジュールの併用（１２Ｖで充電もしくは機器への電力供給を継続する）といった発電電力を最大限に活用するとともに機器の定格電圧に制約を受けないといった使用が可能である。

また、住宅用太陽光発電装置に用いて屋根上の発電面積向上を図ることが出来る。具体的には図７に示すように、住宅用太陽光発電装置は住宅の屋根に太陽電池モジュールを多数載置し、その発電電力を系統連系インバータ１８により交流電力に変換し、電力会社などの商用電力系統１０に逆潮流することで売電が行なえるようにするものであるが、住宅の屋根の面積を一杯に使えば太陽電池モジュール群Ａ、Ｂ、Ｃの２０枚が載置可能だとしたとき、太陽電池モジュール１枚の定格出力電圧を１２Ｖ、出力電流を２ＡとするとＡ群およびＢ群の出力電圧は８直列なので９６Ｖとなるが、Ｃ群の太陽電池モジュールは４枚しかないため４８Ｖしかない。このため、出力電圧の固定された従来の太陽電池モジュールではＣ群は載置不能として太陽光発電に寄与しなかった。しかし、本発明の太陽電池モジュールによれば、Ｃ群の太陽電池モジュールの出力電圧設定を２４Ｖとすれば、出力電流は１Ａと半分であるが屋根上への載置により発電に寄与するようになり、屋根面積に対する発電面積の比率を向上させられるとともに、太陽光発電装置全体の発電量を増加させる。

なお、本実施形態では１２Ｖと２４Ｖといった一般的な直流電源の定格電圧に合わせたものを例にとり説明したがこれに限定されるものではなく、例えば住宅用太陽光発電装置では１５０〜３００Ｖといった電圧構成も用いられるので、それに好適な電圧としてもよく、第１の太陽電池ストリングと第２の太陽電池ストリングの電圧値が略同一であれば適用可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。

本発明の太陽電池モジュールの実施形態の一例を示す構成図である。本発明に係る太陽光発電装置の実施形態の一例を示す構成図である。本発明に係る太陽電池モジュールの電圧切り替え構造の一実施例を模式的に説明する図であり、（ａ）は出力端子台の拡大平面図、（ｂ）は接続子が挿入される様子を示す一部断面図である。本発明に係る太陽電池モジュールの電圧切り替え構造の他の実施例を模式的に説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部断面図である。本発明に係る太陽光発電装置の配線状態を説明する配線図である。（ａ）、（ｂ）は本発明に係わる太陽光発電装置の送電ケーブルによる損失状況を説明する構成図である。本発明に係わる太陽光発電装置を住宅の屋根等に載置した状況を説明する構成図である。本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施例における接続子と間隙の状態を説明する断面図である。本発明に係わる太陽電池モジュールの他の実施例を模式的に説明する構成図である。一般的な太陽電池モジュールの構成を説明する断面図である。従来の太陽電池モジュールへの配線接続の一実施例を模式的に示す構成図である。従来の太陽光発電装置の構成を模式的に説明する構成図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ：太陽電池素子
２：第１太陽電池ストリング
３：第２太陽電池ストリング
４：出力端子台
５、６、６ａ、６ｂ、３０：接続子
８、８ａ、８ｂ：第１間隙
９：第２間隙
１１：枠体
１２、１２ａ、１２ｂ：ジャンクションボックス
１３、１３ａ〜１３ｃ：送電ケーブル
１４：光透過基板
１５：封止材
１６：耐候性フィルム
１７：蓄電手段
１８：系統連系インバータ
１９：負荷
２０：太陽電池モジュール
２１、２１ａ、２１ｂ：太陽電池モジュール
２２：太陽電池アレイ
２５、２５ａ〜２５ｄ：端子台
２７：蓋
２８：固定ねじ
２９：第３間隙
３１：太陽電池パネル
Ｓ：太陽光発電装置

Claims

複数の太陽電池素子が直列に接続された太陽電池ストリングを２つ配し、前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台を太陽電池モジュールのプラス側出力端子とし、前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台を太陽電池モジュールのマイナス側出力端子とした太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールに前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とをそれぞれが近接するようにして電気的に非導通状態で配置し、さらにこれらの互いに近接した出力端子台に導電性のねじ型接続子を受け入れて電気導通できるようにねじ穴を形成したことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台に形成されたねじ穴のねじ径を他のねじ穴のねじ径と異なるように形成した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。
前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台に形成されたねじ穴のねじピッチを他のねじ穴のねじピッチと異なるように形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴に導電性のねじ型接続子を螺嵌し、前記２つの太陽電池ストリングを直列に接続したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴と、前記前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台とに形成された導電性の接続子を受け入れるためのねじ穴とにそれぞれ導電性のねじ型接続子を螺嵌し、前記２つの太陽電池ストリングを並列に接続したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴と、前記前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴と、前記前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とに形成された導電性のねじ型接続子を受け入れるためのねじ穴とにそれぞれ導電性のねじ型接続子を螺嵌し、前記２つの太陽電池ストリング出力を短絡したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽電池モジュールを用いたことを特徴とする太陽光発電装置。