JP2008047819A - 太陽電池発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池における基板中の物質の拡散による悪影響を受けず、発電セルを構成する物質の劣化を抑えて、長期信頼性をより向上させる。
【解決手段】基板上に設けられた太陽電池モジュールを含む太陽電池パネル１０ａと、太陽電池パネ（１０ａの発電した第１電力を所望の第２電力に変換する電力制御装置２０とを具備する太陽電池発電システムを用いる。電力制御装置２０は、太陽電池モジュールの対地電圧を全て正の値に保つ。複数の太陽電池パネル１０ａを有する太陽電池パネルアレイ１０を更に具備することが好ましい。電力制御装置２０は、太陽電池パネルアレイ１０における太陽電池モジュールの対地電を全て正の値に保つ。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池に関し、特に太陽電池パネルを用いた太陽電池発電システムに関する。

ガラス基板上にシリコン系薄膜を積層して形成された薄膜シリコン系太陽電池が知られている。ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）のようなシリコンを含む材料の総称である。また、薄膜シリコン系とは、非晶質なシリコン系を意味するアモルファスシリコン系、アモルファスシリコン系以外のシリコン系を意味する微結晶シリコン系、アモルファスシリコン系と微結晶シリコン系とを積層させたタンデム型を含む。ただし、微結晶シリコン系は、多結晶シリコン系や非晶質を含んだ結晶質シリコン系も含まれる。

更に、薄膜シリコン系太陽電池をパネル化した太陽電池パネルを用いた太陽電池発電システムが知られている。図１は、従来の太陽電池発電システムの構成を示す概略図である。太陽電池発電システムは、太陽電池パネルアレイ１１０と電力制御装置１２０とを具備する。

太陽電池パネルアレイ１１０は、互いに直接又は並列あるいは直並列で接続された複数の太陽電池パネル１１０ａを備える。太陽電池パネル１１０ａは、上記薄膜シリコン系太陽電池をパネル化したものである。太陽電池パネルアレイ１１０は、プラス端子としての端子Ｎ＋とマイナス端子としての端子Ｎ−とから、複数の太陽電池パネル１１０ａが発電した電力を出力する。端子Ｎ＋は電力制御装置１２０の一方の入力端子に、端子Ｎ−は電力制御装置１２０の他方の入力端子にそれぞれ接続されている。

電力制御装置１２０は、太陽電池パネルアレイ１１０が発電した電力を所望の電力に変換し、外部へ供給する。すなわち、複数の太陽電池パネル１１０ａの発電した直流電力を所望の周波数及び電圧を有する交流電力に変換し、例えば商用電力系統１３０へ出力する。電力制御装置１２０は、インバータに例示される。

また、電力制御装置１２０は、太陽電池パネルアレイ１１０から出力された直流電力の対地電圧について、端子Ｎ−及び端子Ｎ＋における絶対値が等しくなるように制御する。本図では、動作電圧７００Ｖの太陽電池パネルアレイ１１０について、端子Ｎ−側の電圧をＶ０１＝−３５０Ｖに、端子Ｎ＋側の電圧をＶ０２＝＋３５０Ｖにする。対地電圧の絶対値はいずれも３５０Ｖである。この場合、動作電圧７００Ｖ＝ΔＶ＝Ｖ０２−Ｖ０１である。

一般に、太陽電池パネルアレイ１１０における太陽電池パネル１１０ａの太陽電池モジュールの対地電圧は、電力制御装置１２０により少なくとも一部はマイナスに制御される。これは、太陽電池パネルアレイ１１０の動作電圧が大きい場合（例示：ΔＶ＝７００Ｖ）、太陽電池モジュールの対地電圧の絶対値が大きくなると電気絶縁上の問題が発生するリスクが高くなると一般的に考えられているためである。そのため、電力制御装置１２０は、対地電圧の絶対値を出来るだけ低くするように、プラス側の対地電圧を＋Ｖ_０（例示：Ｖ０１＝＋３５０Ｖ）、マイナス側を−Ｖ_０（例示：Ｖ０２＝−３５０Ｖ）とするように（均等になるように）回路設計されている。

このような電力制御装置１２０は、太陽電池パネルアレイ１１０の動作電圧が低い場合でも（例示：ΔＶ＝３００Ｖ）、プラス側を＋Ｖ０（例示：Ｖ０２＝＋１５０Ｖ）、マイナス側の対地電圧を−Ｖ０（例示：Ｖ０１＝−１５０Ｖ）に制御する。すなわち、太陽電池パネルアレイ１１０の動作電圧が低く対地電圧の絶対値が低くなるので問題が発生するおそれがないと考えられる場合でも、太陽電池パネルアレイ１１０の少なくとも一部をマイナスに制御する。

あるいは、電力制御装置１２０は、対地電圧の絶対値を出来るだけ低くするように、マイナス側の−Ｖ_０（例示：Ｖ０２＝−３５０Ｖ）が固定されるような回路設計になっている場合もある。その場合、太陽電池パネルアレイ１１０の動作電圧が低いと（例示：ΔＶ＝３００Ｖ）、マイナス側の対地電圧が−Ｖ_０（例示：Ｖ０１＝−３５０Ｖ）で、プラス側が−Ｖ_０’（例示：Ｖ０２＝−５０Ｖ）＜０になる。すなわち、太陽電池パネルアレイ１１０の全体が、対地電圧マイナスとなることが考えられる。

図２は、従来の太陽電池発電システムにおける太陽電池パネルの構成の一部を示す概略図である。太陽電池パネル１１０ａは、基板１０１、太陽電池モジュール１０６、保護膜１０２、防水シート１０３、金属枠１０４及び接合層１０５を具備する。

基板１０１は、ソーダフロートガラス基板に例示される透光性の基板である。太陽電池モジュール１０６は、基板１０１表面における周囲領域１１４に囲まれた領域に設けられ、互いに直列に接続された複数の薄膜シリコン系太陽電池を有する。各太陽電池は、基板側から順に透明導電層１０７、光電変換層１０８及び裏面電極層１０９を有している。保護膜１０２は、太陽電池モジュール１０６の表面及び基板１０１表面の周囲領域１１４を覆うように設けられ、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）に例示される。防水シート１０３は、保護膜１０２を覆うように設けられている。基板１０１、太陽電池モジュール１０６、保護膜１０２及び防水シート１０３が一体となった構造体１１０ｂは、接合層１０５を介してアルミニウムのような金属枠１０４に収められ、太陽電池パネル１１０ａとして主に屋外で使用される。

屋外で使用されるとき、構造体１１０ｂと金属枠１０４との隙間には、雨や雪、温度変化に伴う結露等により水が浸入することがある。その水に接している保護膜１０２としてＥＶＡを用いている場合、ＥＶＡは透湿性があるので、長期間経過すると保護膜１０２に水分が浸透し、基板１０１と保護膜１０２との界面１１４ａや基板１０１と太陽電池モジュール１０６との界面１０６ａに水が浸入するおそれが出てくる。

このような場合、発明者の研究により、今回、特に以下の事実が明らかとなった。
すなわち、前述のように対地電圧がマイナスとなる太陽電池パネル１１０ａでは、太陽電池モジュール１０６のプラス側の電圧ｖ２、及びマイナス側の電圧ｖ１のいずれも対地電圧としてはマイナスとなる。一方、接地された金属枠１０４は、対地電圧は概ね０Ｖになるので、金属枠１０４に近い基板１０１の対地電圧ＶＧも概ね０Ｖとなる。したがって、基板１０１の電位は、相対的に太陽電池モジュール１０６の電位よりも高くなる。その結果、基板１０１裏面から表面（太陽電池モジュール１０６と接する側）の太陽電池モジュール１０６へ向かう電界Ｅが発生することになる。

この結果、その電界Ｅにより、基板１０１中の物質の一部（例示：ＮａイオンやＦｅイオンのようなプラスイオン）が界面１０６ａに拡散し、その物質単独又は界面１０６ａの水との反応により、太陽電池モジュール１０６の発電セルの一部を劣化させるおそれがある。例えば、基板１０１としてソーダフロートガラス基板を用い、太陽電池モジュール１０６の基板１０１側に透明導電層１０７としてＳｎＯ_２膜が形成されている場合を考える。このとき、電界Ｅによりソーダフロートガラス基板中のＮａイオンが界面１０６ａに拡散し、Ｎａイオン単独又は界面１０６ａの水との反応により、ＳｎＯ_２膜の剥離が発生し、太陽電池モジュール１０６の劣化原因となる。

更に、基板１０１中の物質の一部が発電セルの透明導電層１０７を拡散して光電変換層１０８に達すると、発電効率の劣化に直接悪影響を及ぼすおそれがある。例えば、基板１０１としてソーダフロートガラス基板を用いた上記の例では、光電変換層１０８としてシリコン系の薄膜を用いている場合、Ｎａイオンが拡散によりＳｉ膜に到達し、その特性を劣化させる可能性が有る。こうなると、発電セルの変換効率が低下することになる。

更に、その電界Ｅにより基板１０１中の物質の一部が界面１１４ａに拡散し、界面１１４ａの水と反応して、基板１０１と保護膜１０２との接着に悪影響を及ぼすおそれがある。例えば、保護膜２としてＥＶＡを用い、基板１０１としてソーダフロートガラス基板を用いた場合、電界Ｅにより界面１１４ａに拡散したソーダフロートガラス基板中のＮａイオンと、界面１１４ａの水とが関与して、ＥＶＡとソーダフロートガラス基板との接着力が大幅に低下する可能性が有る。そうなると、外部からの水の浸入が容易となってしまう。

薄膜太陽電池内部に水分の浸入が多くなると、発電に伴なう対地電圧の発生により、太陽電池素子と外部の間に地絡電流が流れる。この地絡電流は、電荷移動を伴なう太陽電池素子の化学反応によるものである。即ち、地絡電流が流れることにより、太陽電池素子は腐食する。太陽電池素子の腐食は、変色や発電能力の低下、漏電電流の増大、短絡による発電システム停止などの問題に繋がることがある。

また、前述のように対地電圧がマイナスとなる太陽電池パネル１１０ａだけでなく、対地電圧が０Ｖの場合でも、基板１０１中の物質の一部（例示：ＮａイオンやＦｅイオンのようなプラスイオン）が界面１０６ａ、１１４ａに自然に拡散し、界面１０６ａ、１１４ａの水と反応して、上述の劣化現象が起きるおそれがあることが明らかとなった。例えば、基板１０１としてソーダフロートガラス基板を用いた上記の例では、対地電圧が０Ｖの場合でも、界面１０６ａ、１１４ａにソーダフロートガラス基板中のＮａイオンが拡散しており、上述の劣化現象が起こり得ると推測される。
基板１０１中の物質の影響を受けない太陽電池発電システムが望まれる。

特開２００１−１６１０３２号公報に系統連系パワーコンディショナ及びそれを用いた発電システムが開示されている。この系統連系パワーコンディショナは、対地静電容量を有する直流電源の出力が入力され、１線が接地された低圧配電系統に受電用漏電遮断器を介して連系する非絶縁型である。系統連系パワーコンディショナは、コンバータ部と、インバータ部と、開閉手段と、交流地絡検出手段を具備する。コンバータ部は、直流電源の出力が入力されそれを電圧変換して出力する。インバータ部は、コンバータ部の出力が入力されそれを交流電力に変換して出力する。開閉手段は、インバータ部の出力側に接続され低圧配電系統との接続を開閉する機械式接点を有する。交流地絡検出手段は、前記受電用漏電遮断器より短い検出時間で交流地絡を検出する。前記インバータ部は自己消弧形半導体素子とフリーホイーリングダイオードが逆並列接続されたスイッチング手段を複数有する。前記インバータ部の入力と出力の各線の間には少なくとも１つのスイッチング手段が配置される。前記交流地絡検出手段により地絡が検出されたら、即時に前記インバータ部をゲートブロックし、前記開閉手段を解列するとともに、少なくとも前記開閉手段の解列が完了するまでの間は前記インバータ部の入力電圧を前記低圧配電系統の電圧のピーク値より高い所定電圧に保持する停止動作を行う。

特開２００１−１６１０３２号公報

本発明の目的は、太陽電池モジュールの設けられた基板中の物質の拡散による悪影響を受けない太陽電池発電システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、太陽電池モジュールの発電セルを構成する物質の劣化を抑えることが可能な太陽電池発電システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、長期信頼性をより向上することが出来る太陽電池発電システムを提供することにある。

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の太陽電池発電システムは、基板（１）上に設けられた太陽電池モジュール（６）を含む太陽電池パネル（１０ａ）と、太陽電池パネル（１０ａ）の発電した第１電力を所望の第２電力に変換する電力制御装置（２０）とを具備する。電力制御装置（２０）は、太陽電池モジュール（６）の対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正の値に保つ。
本発明では、電力制御装置（２０）により、太陽電池モジュール（６）の対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正（プラス）にする。それにより、太陽電池モジュール（６）の電位が基板（１）の電位に対して相対的に高くなるので、太陽電池モジュール（６）から基板（１）へ向う電界が生じる。この電界により、基板（１）内部のプラスイオンが太陽電池モジュール（６）の側へ拡散することを抑制することが出来る。その結果、基板（１）内部からのプラスイオン拡散による太陽電池モジュール（６）の劣化を抑制することが出来、太陽電池発電システムの長期信頼性を向上させることが可能となる。

上記の太陽電池発電システムにおいて、太陽電池パネル（１０ａ）を含む複数の太陽電池パネル（１０ａ）を有する太陽電池パネルアレイ（１０）を更に具備することが好ましい。電力制御装置（２０）は、太陽電池パネルアレイ（１０）における太陽電池モジュール（６）の対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正の値に保つことが好ましい。
本発明において、太陽電池パネル（１０ａ）が複数ある場合でも、全ての太陽電池パネル（１０ａ）における太陽電池モジュール（６）の対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正の値に保つことで、基板（１）内部からのプラスイオン拡散による太陽電池モジュール（６）の劣化を抑制することが出来、太陽電池パネルアレイ（１０）としての長期信頼性を向上させることが出来る。

上記の太陽電池発電システムにおいて、対地電圧（ｖ１、ｖ２）は、＋５Ｖ以上５００Ｖ以下であることが好ましい。
対地電圧の下限は０Ｖより大きい必要があるが、接地（アース）から基板（１）までの異種金属間接合による電圧発生があっても、対地電圧を正に保つことができるよう、現実的には、＋５Ｖ以上であることが好ましい。一方、上限は特には無いが、安全性の面や絶縁上問題の発生等の可能性を考慮して、５００Ｖ以下であることが好ましい。より好ましくは、４００Ｖ以下である。

上記の太陽電池発電システムにおいて、電力制御装置（２０）は、対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正の値にする電圧変換部（２２）と、第１電力を第２電力に変換する電力制御部（２１）とを備えることが好ましい。
本発明では、既存の電力制御部（２１）に電圧変換部（２２）を追加することで、太陽電池モジュール（６）の対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正（プラス）にすることが出来る。それにより、基板（１）内部のプラスイオンが太陽電池モジュール（６）の側へ拡散することを抑制することが出来、太陽電池発電システムの長期信頼性を向上させることが可能となる。

上記の太陽電池発電システムにおいて、電圧変換部（２２、４０）は、正の直流電圧を発生する電圧源（４０）と、直流電圧を用いて対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正の値に保つ電圧分配部（２２）とを含むことが好ましい。
本発明では、電圧源（４０）を内部に追加して設け、その直流電圧で対地電圧をシフトすることで、容易に太陽電池モジュール（６）の対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正（プラス）にすることが出来る。

上記の太陽電池発電システムにおいて、正の直流電圧を発生する電圧源（４０）を更に具備することが好ましい。電圧変換部（２２、４０）は、直流電圧を用いて対地電圧（ｖ１、ｖ２）を全て正の値に保つ電圧分配部（２２）を含むことが好ましい。
本発明では、電圧源（４０）を外部に追加して設け、その直流電圧で対地電圧をシフトすることで、容易に太陽電池モジュール（６）の対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正（プラス）にすることが出来る。

上記の太陽電池発電システムにおいて、電圧分配部（２２）は、電力制御装置（２０）の入力端子としての正極側端子と負極側端子との間に直列接続された複数の抵抗（Ｒ１）を含む。直流電圧が複数の抵抗（Ｒ１）におけるいずれかの接続点（Ｎ１）に供給されることが好ましい。

本発明の太陽電池発電システムの動作方法は、（ａ）太陽電池発電システムを準備するステップと、ここで、太陽電池発電システムは、基板（１）上に設けられた太陽電池モジュール（６）を含む太陽電池パネル（１０ａ）と、太陽電池パネル（１０ａ）の発電した第１電力を所望の第２電力に変換する電力制御装置（２０）とを具備し、（ｂ）電力制御装置（２０）により太陽電池モジュール（６）の対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正の値に保つステップとを具備する。

上記の太陽電池発電システムの動作方法において、（ａ）ステップは、（ａ１）太陽電池パネル（１０ａ）を含む複数の太陽電池パネル（１０ａ）を有する太陽電池パネルアレイ（１０）を準備するステップを備えることが好ましい。（ｂ）ステップは、（ｂ１）電力制御装置（２０）により太陽電池パネルアレイ（１０）における太陽電池モジュール（６）の対地電圧（ｖ１、ｖ２）を正の値に保つステップを備えることが好ましい。

上記の太陽電池発電システムの動作方法において、対地電圧（ｖ１、ｖ２）は、＋５Ｖ以上５００Ｖ以下であることが好ましい。

本発明により、基板中の物質の拡散による悪影響を受けず、発電セルを構成する物質の劣化を抑えて、長期信頼性をより向上させることが可能となる。

以下、本発明の太陽電池発電システムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。本発明は、発明者の研究により今回明らかにされた「太陽電池発電システムにおける太陽電池パネルの対地電圧がプラスの場合、背景技術に記載したような太陽電池素子の腐食が起きない」という事実に基づいてなされたものである。図３は、本発明の太陽電池発電システムの実施の形態の構成を示す概略図である。太陽電池発電システムは、太陽電池パネルアレイ１０と電力制御装置２０を具備する。

太陽電池パネルアレイ１０は、互いに直接又は並列あるいは直並列で接続された複数の太陽電池パネル１０ａを備える。太陽電池パネル１０ａは、前述の薄膜シリコン系太陽電池をパネル化したものである。太陽電池パネルアレイ１０は、プラス端子としての端子Ｎ＋とマイナス端子としての端子Ｎ−とから、複数の太陽電池パネル１０ａが発電した電力を出力する。端子Ｎ＋は電力制御装置２０の一方の入力端子に、端子Ｎ−は電力制御装置２０の他方の入力端子にそれぞれ接続されている。

電力制御装置２０は、太陽電池パネルアレイ１０が発電した電力を所望の電力に変換し、外部へ供給する。すなわち、複数の太陽電池パネル１０ａの発電した直流電力を所望の周波数及び電圧を有する交流電力に変換し、例えば商用電力系統３０へ出力する。電力制御装置２０は、インバータに例示される。電力制御装置２０は、電圧変換部２２と電力制御部２１とを備える。

電力制御部２１は、太陽電池パネルアレイ１０から出力された直流電力を所望の周波数及び電圧を有する交流電力に変換し、例えば商用電力系統３０へ出力する。電力制御部２１は、絶縁トランス方式のインバータ回路及びコンバータ（チョッパ）回路を含む回路に例示される。

図４は、電力制御部２１の構成の一例を示す回路図である。電力制御部２１は、チョッパ回路４２、チョッパ制御回路４６、インバータ回路４３、インバータ制御回路４７、出力フィルタ４４、絶縁トランス４５を含む。チョッパ制御回路４６は、チョッパ回路４２内で計測された電流Ｉｉ、Ｉｓ及び電圧Ｅｓに基づいて、チョッパ回路４２内のトランジスタＴを制御する。チョッパ回路４２は、太陽電池パネルアレイ１０から出力された直流電力について、チョッパ制御回路４６の制御により、直流−直流変換を行う。インバータ制御回路４７は、インバータ回路４３の入力電圧Ｅｄ、出力電流Ｉ０及び出力電圧Ｖ０に基づいて、インバータ回路４３内のトランジスタＴ１〜Ｔ４を制御する。インバータ回路４３は、チョッパ回路４２から出力された直流電力について、インバータ制御回路４７の制御により、直流−交流変換を行う。出力フィルタ４４は、インバータ回路４３から出力された交流電力について、ノイズを低減する。絶縁トランス４５は、電力制御装置２０側の影響を商用電力系統３０側に伝えないために設けられている。なお、電力制御部２１は、この回路構成に限定されるものではなく、直流−交流変換が可能な公知の回路を用いることが出来る。

図３を参照して、電圧変換部２２は、太陽電池パネルアレイ１０と電力制御部２１との間に設けられている。電圧変換部２２は、太陽電池パネルアレイ１０から出力された直流電力の対地電圧を、端子Ｎ−及び端子Ｎ＋のいずれについても０Ｖより大きくなる（プラスになる）ようにシフトする。電圧変換部２２は、電力制御部２１に含まれていても良い。電圧変換部２２は、分配部２４と直流電源４０とを含む。

分配部２４は、端子Ｎ−と電圧制御部２１とを接続する配線２５と、端子Ｎ＋と電圧制御部２１とを接続する配線２６との間に直列接続された抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１とを有し、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１との接続点Ｎ１に直流電源４０を接続している。これにより、その接続点Ｎ１の対地電圧を、直流電源４０の供給する直流電圧分だけシフトさせることが出来る。このとき、太陽電池パネルアレイ１０の動作電圧（ΔＶ）は抵抗Ｒ２の抵抗値と抵抗Ｒ１の抵抗値との比で分配され、端子Ｎ−の対地電圧及び端子Ｎ＋の対地電圧は接続点Ｎ１に供給された直流電圧を基準とした値にシフトする。すなわち、端子Ｎ−の対地電圧及び端子Ｎ＋の対地電圧を直流電源４０の直流電圧分だけプラス側にシフトさせることが出来る。

直流電源４０は、接地（アース）に対して所定の電圧値を有する直流電圧を分配部２４へ供給する。この場合、その直流電圧の大きさを［太陽電池パネルアレイ１０の動作電圧］／（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１）より大きくすることで、端子Ｎ−及び端子Ｎ＋のいずれについても、その対地電圧を０Ｖより大きくすることができる。本図では、Ｒ１＝Ｒ２とし、［太陽電池パネルアレイ１０の動作電圧＝３００Ｖ］／２＝１５０Ｖより大きい直流電圧１７０Ｖを印加することで、端子Ｎ−側の電圧をＶ０１＝＋２０Ｖ（＝−１５０Ｖ＋１７０Ｖ）に、端子Ｎ＋側の電圧をＶ０２＝＋３２０Ｖ（＝＋１５０Ｖ＋１７０Ｖ）にする。

後述されるように、電池のマイナス側としての端子Ｎ−の対地電圧は、５Ｖ以上が好ましい。一方、電池のプラス側としての端子Ｎ＋の対地電圧は、５００Ｖ以下が好ましく、より好ましくは４００Ｖ以下である。本図では、動作電圧３００Ｖの太陽電池パネルアレイ１０について、端子Ｎ−側の電圧をＶ０１＝＋２０Ｖに、端子Ｎ＋側の電圧をＶ０２＝＋３２０Ｖにする。この場合、動作電圧３００Ｖ＝ΔＶ＝Ｖ０２−Ｖ０１である。

なお、電圧変換部２２は、上記分配部２４と直流電源４０に限定されるものではなく、端子Ｎ−と、端子Ｎ＋との対地電圧をプラス側にシフトできる構成であれば、他の構成であっても良い。

図５は、本発明の太陽電池発電システムにおける太陽電池パネルの構成の一部を示す概略図である。太陽電池パネル１０ａは、基板１、太陽電池モジュール６、保護膜２、防水シート３、金属枠４及び接合層５を具備する。

基板１は、ソーダフロートガラス基板に例示される透光性の基板である。太陽電池モジュール６は、基板１表面における周囲領域１４に囲まれた領域に設けられ、互いに直列に接続された複数の薄膜シリコン系太陽電池を有する。各太陽電池は、基板側から順に透明導電層７（例示：ＳｎＯ_２膜）、光電変換層８（例示：シリコン系ｐ層膜、ｉ層膜、ｎ層膜）及び裏面電極層９（例示：Ａｌ膜）を有している。各太陽電池は、例えば、単層アモルファスシリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池と微結晶シリコン太陽電池とを各１層から複数層積層させた多接合型太陽電池である。

保護膜２は、太陽電池モジュール６の表面及び基板１表面の周囲領域１４を覆うように設けられ、ＥＶＡに例示される。防水シート３は、保護膜２を覆うように設けられている。基板１、太陽電池モジュール６、保護膜２及び防水シート３が一体となった構造体１０ｂは、接合層５を介してアルミニウムのような金属枠４に収められ、太陽電池パネル１０ａとして主に屋外で使用される。

本発明では、太陽電池モジュール６の対地電圧がプラスとなるように制御している。すなわち、太陽電池パネル１０ａでは、太陽電池モジュール６のプラス側の電圧ｖ２、及びマイナス側の電圧ｖ１のいずれも対地電圧としてはプラスとしている。一方、接地された金属枠４は、対地電圧は概ね０Ｖになるので、金属枠４に近い基板１の対地電圧ＶＧも概ね０Ｖとなる。したがって、基板１の電位は、相対的に太陽電池モジュール６の電位よりも低くなる。その結果、基板１の表面（太陽電池モジュール６と接する側）の太陽電池モジュール６から基板１の裏面へ向かう電界Ｅが発生することになる。

この結果、その電界Ｅにより、基板１中の物質の一部（例示：ＮａイオンやＦｅイオンのようなプラスイオン）が界面６ａに拡散し難くなる。したがって、その物質単独又はその物質と界面６ａの水との反応により太陽電池モジュール６の発電セルの一部を劣化させるおそれを排除することが出来る。例えば、基板１としてソーダフロートガラス基板を用い、太陽電池モジュール６の基板１側に透明導電層としてＳｎＯ_２膜が形成されている場合でも、電界Ｅにより、ソーダフロートガラス基板中のＮａイオンが界面６ａに拡散し難くなる。それにより、そのＮａイオン単独又はＮａイオンと水との反応により、ＳｎＯ_２膜の粒界に結晶析出などが発生するおそれを排除することが出来る。これにより、ＳｎＯ_２膜の破壊や剥離の発生を大幅に抑制することが可能となる。

更に、基板１中の物質の一部が発電セルの透明導電層を拡散して光電変換層に達することが困難になる。例えば、基板１としてソーダフロートガラス基板を用いた上記の例では、光電変換層としてシリコン系の薄膜を用いている場合でも、Ｎａイオンが拡散によりＳｉ膜に到達することが困難になる。従って、Ｓｉ膜のＮａイオンによる劣化の可能性を回避できる。

更に、その電界Ｅにより、基板１中の物質の一部が界面１４ａに拡散し難くなる。例えば、保護膜２としてＥＶＡを用い、基板１としてソーダフロートガラス基板を用いた場合でも、電界Ｅにより、ソーダフロートガラス基板中のＮａイオン及び界面１４ａの水が関与するＥＶＡとソーダフロートガラス基板との接着力の低下を大幅に抑制することができる。それにより、外部の水が浸入しやすくなることを防止することが出来る。

また、前述のように、対地電圧が０Ｖの場合でも基板１中の物質の一部（例示：ＮａイオンやＦｅイオンのようなプラスイオン）が界面６ａ、１４ａに自然に拡散することがあるが、そのような場合に対しても上記の電界Ｅは非常に有効である。

電界Ｅを発生させるためには、太陽電池モジュール６の対地電圧は、上記の理由から０Ｖよりも大きくする必要がある。好ましくは５Ｖ以上であり、より好ましくは１０Ｖ以上である。それは以下の理由による。接地（アース）と太陽電池モジュール６との間には、基板１だけでなく、接合層５、金属枠４、架台（図示されず）、及びアースケーブル（図示されず）が存在し、これらの中間物質の接続点で異種金属間に生じる電圧により逆電圧が発生する可能性が考えられる。その場合、基板１の裏面の電圧が高くなり、対地電圧としてのプラスの電圧が小さければ、基板１の表面と裏面との間の電圧降下がマイナスになる可能性が有る。ただし、一般に異種金属間に生じる電圧は１Ｖ以下である。
したがって、以上のことを考慮すると、対地電圧は０Ｖより大きいことが必要であるが、異種金属間に生じる電圧を考慮すると好ましくは５Ｖ以上の大きさが必要となる。このような対地電圧を印加すれば、基板１の表面と裏面との電位差（電圧）を確実にプラスにすることが出来る。

一方、電池のプラス側としての端子Ｎ＋の対地電圧は、上限は特には無いが、安全性の面や絶縁破壊の問題の発生等の可能性を考慮して、５００Ｖ以下とすることが好ましい。より好ましくは４００Ｖ以下である。

本発明により、太陽電池モジュール６の対地電圧を正（プラス）にすることで、基板中の物質の拡散による太陽電池への悪影響を抑制することが出来る。それにより、発電セルを構成する物質の劣化を抑えて、太陽電池発電システムの長期信頼性をより向上させることが可能となる。このように本発明では、太陽電池発電システムにおける太陽電池パネルの対地電圧がプラスの場合、背景技術に記載したような太陽電池素子の腐食が起きないようにすることが出来る。

上記説明では、基板、特に太陽電池の動作中に内部の物質が拡散しやすいガラス基板の上に形成された薄膜太陽電池において顕著な効果を有する。ここで薄膜太陽電池は、薄膜シリコン系太陽電池に限らず、化合物半導体太陽電池のような他の物質を有する太陽電池を含む。

図６は、本発明の太陽電池発電システムの実施の形態の他の構成を示す概略図である。太陽電池発電システムは、太陽電池パネルアレイ１０、電力制御装置２０及び直流電源４０ａを具備する。

電力制御装置２０の電圧変換部２２ａは、図３における分配部２４を含んでいるが、直流電源４０を含んでいない点で電圧変換部２２と異なる。直流電圧の大きさは、［太陽電池パネルアレイ１０の動作電圧］／（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１）において、Ｒ２＝Ｒ１とし、［太陽電池パネルアレイ１０の動作電圧＝３００Ｖ］／２＝１５０Ｖより大きい直流電圧１７０Ｖを印加することで、端子Ｎ−側の電圧をＶ０１＝＋２０Ｖ（＝−１５０Ｖ＋１７０Ｖ）に、端子Ｎ＋側の電圧をＶ０２＝＋３２０Ｖ（＝＋１５０Ｖ＋１７０Ｖ）にしている。

電力制御装置２０内部に電圧変換部２２ａ（分配部２４）を設ける一方、外部に直流電源４０ａを設けることで、既存の電力制御装置２０を利用することが出来る。すなわち、対地電圧をプラスに制御可能なインバータを改めて準備しなくても、普通のインバータに、電圧変換部２２ａ及び直流電圧のバイアス機器としての直流電源４０ａを付け加えることで、太陽電池モジュール６のマイナス側の対地電圧をプラスにすることが出来る。それにより、この場合にも、界面６ａや１４ａにおける基板１の物質の拡散を抑えるという本発明の効果を得ることが出来る。

図７は、本発明の太陽電池発電システムの実施の形態の更に他の構成を示す概略図である。太陽電池発電システムは、太陽電池パネルアレイ１０、電力制御装置２０及び直流電源４０ｂを具備する。

電力制御装置２０の電圧変換部２２ｂは、図３における分配部２４を含んでいるが、直流電源４０を含んでいない点で電圧変換部２２と異なる。直流電圧の大きさは、［太陽電池パネルアレイ１０の動作電圧］／（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１）において、Ｒ２＝９Ｒ１とし、［太陽電池パネルアレイ１０の動作電圧＝３００Ｖ］／１０＝３０Ｖより大きい直流電圧５０Ｖを印加することで、端子Ｎ−側の電圧をＶ０１＝＋２０Ｖ（＝−３０Ｖ＋５０Ｖ）に、端子Ｎ＋側の電圧をＶ０２＝＋３２０Ｖ（＝＋２７０Ｖ＋５０Ｖ）にしている。

電力制御装置２０内部に電圧変換部２２ｂ（分配部２４）を設ける一方、外部に直流電源４０ｂを設けることで、既存の電力制御装置２０を利用することが出来る。すなわち、対地電圧をプラスに制御可能なインバータを改めて準備しなくても、普通のインバータに、電圧変換部２２ｂ及び直流電圧のバイアス機器としての直流電源４０ｂを付け加えることで、太陽電池モジュール６のマイナス側の対地電圧をプラスにすることが出来る。それにより、この場合にも、界面６ａや１４ａにおける基板１の物質の拡散を抑えるという本発明の効果を得ることが出来る。

なお、図７の分配部２４及び直流電源４０ｂは、図３の分配部２４及び直流電源４０としても用いることが出来る。その場合でも、同様の効果を得ることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。

図１は、従来の太陽電池発電システムの構成を示す概略図である。 図２は、従来の太陽電池発電システムにおける太陽電池パネルの構成の一部を示す概略図である。 図３は、本発明の太陽電池発電システムの実施の形態の構成を示す概略図である。 図４は、電力制御部２１の構成の一例を示す回路図である。 図５は、本発明の太陽電池発電システムにおける太陽電池パネルの構成の一部を示す概略図である。 図６は、本発明の太陽電池発電システムの実施の形態の他の構成を示す概略図である。 図７は、本発明の太陽電池発電システムの実施の形態の更に他の構成を示す概略図である。

符号の説明

１、１０１ 基板
２、１０２ 保護膜
３、１０３ 防水シート
４、１０４ 金属枠
５、１０５ 接合層
６、 １０６ 太陽電池モジュール
６ａ、１０６ａ 界面
７、１０７ 透明導電層
８、１０８ 光電変換層
９、１０９ 裏面電極層
１０、１１０ 太陽電池パネルアレイ
１０ａ、１１０ａ 太陽電池パネル
１０ｂ、１１０ｂ 構造体
１４、１１４ 周囲領域
１４ａ、１１４ａ 界面
２０、１２０ 電力制御装置
２１ 電力制御部
２２、２２ａ、２２ｂ 電圧変換部（電圧分配部）
２４ 分配部
２５、２６ 配線
３０、１３０ 商用電力系統
４０、４０ａ 直流電源（電圧源）
４２ チョッパ回路
４３ インバータ回路
４４ 出力フィルタ
４５ 絶縁トランス
４６ チョッパ制御回路
４７ インバータ制御回路

Claims (10)

1. 基板上に設けられた太陽電池モジュールを含む太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの発電した第１電力を所望の第２電力に変換する電力制御装置と
   を具備し、
   前記電力制御装置は、前記太陽電池モジュールの対地電圧を正の値に保つ
   太陽電池発電システム。
2. 請求項１に記載の太陽電池発電システムにおいて、
   前記太陽電池パネルを含む複数の太陽電池パネルを有する太陽電池パネルアレイを更に具備し、
   前記電力制御装置は、前記太陽電池パネルアレイにおける前記太陽電池モジュールの前記対地電圧を正の値に保つ
   太陽電池発電システム。
3. 請求項１又は２に記載の太陽電池発電システムにおいて、
   前記対地電圧は、＋５Ｖ以上５００Ｖ以下である
   太陽電池発電システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の太陽電池発電システムにおいて、
   前記電力制御装置は、
   前記対地電圧を正の値にする電圧変換部と、
   前記第１電力を前記第２電力に変換する電力制御部と
   を備える
   太陽電池発電システム。
5. 請求項４に記載の太陽電池発電システムにおいて、
   前記電圧変換部は、
   直流電圧を発生する電圧源と、
   前記直流電圧を用いて前記対地電圧を正の値に保つ電圧分配部と
   を含む
   太陽電池発電システム。
6. 請求項４に記載の太陽電池発電システムにおいて、
   直流電圧を発生する電圧源を更に具備し、
   前記電圧変換部は、前記直流電圧を用いて前記対地電圧を正の値に保つ電圧分配部を含む
   太陽電池発電システム。
7. 請求項５又は６に記載の太陽電池発電システムにおいて、
   前記電圧分配部は、前記電力制御装置の入力端子としての正極側端子と負極側端子との間に直列接続された複数の抵抗を含み、前記直流電圧が前記複数の抵抗におけるいずれかの接続点に供給される
   太陽電池発電システム。
8. （ａ）太陽電池発電システムを準備するステップと、
   ここで、前記太陽電池発電システムは、
   基板上に設けられた太陽電池モジュールを含む太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの発電した第１電力を所望の第２電力に変換する電力制御装置と
   を具備し、
   （ｂ）前記電力制御装置により前記太陽電池モジュールの対地電圧を正の値に保つステップと
   を具備する
   太陽電池発電システムの動作方法。
9. 請求項８に記載の太陽電池発電システムの動作方法において、
   前記（ａ）ステップは、
   （ａ１）前記太陽電池パネルを含む複数の太陽電池パネルを有する太陽電池パネルアレイを準備するステップを備え、
   前記（ｂ）ステップは、
   （ｂ１）前記電力制御装置により前記太陽電池パネルアレイにおける前記太陽電池モジュールの前記対地電圧を正の値に保つステップを備える
   太陽電池発電システムの動作方法。
10. 請求項８又は９に記載の太陽電池発電システムの動作方法において、
    前記対地電圧は、＋５Ｖ以上５００Ｖ以下である
    太陽電池発電システムの動作方法。

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