JP2010278405A - 太陽光発電システム及び太陽光発電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽光発電システムにおいて、各々の禁制帯幅の異なる複数の太陽電池モジュール10と各々の太陽電池モジュールの出力を最大値になるように負荷抵抗3を制御し、その出力を入力とする昇圧回路4を具備し、かつ各昇圧回路の出力電圧(又は出力電流)を所定の電圧値(又は出力電流)に制御して、該昇圧回路の出力電圧を並列接続(又は直列接続)し、所定の電力を得るようにする。
【選択図】図2
Description
太陽電池モジュールの電圧は更にインバータの入力電圧を得るために複数個直列接続され使用される。太陽電池の性能を示す指標としては変換効率がある。通常シリコン半導体太陽電池のセルの変換効率は14−23%、モジュールでの変換効率は12−20%程度である。変換効率は太陽電池セル、モジュールはシステムコストに直接関係するので、変換効率を向上させる努力がなされている。半導体などに光は照射された場合、禁制帯幅に相当する光(フォトン)ではエネルギーに変換される効率、即ち量子効率(電子と正孔を作るエネルギーに対するフォトンエネルギーの割合)は高いが、禁制帯幅以上の光エネルギーは熱として半導体中に変換され、電気エネルギーとしては取り出されなくなるので、量子効率が下がる。しかし、太陽からの光スペクトルは紫外域から赤外域に亘る広いエネルギー分布を有するため、単一の禁制帯幅を有する半導体では限界がある。
昇圧回路の電力損失を低減するために、昇圧回路の入力電圧の所定値になるように、太陽電池セルを直列にしておき、モジュールの動作電圧を所定値以上とする。太陽電池モジュールの負荷抵抗は最大電力点追尾機能を有するように可変制御される。当該モジュールの出力電圧は、昇圧回路の電力効率を高めるために適合する電圧に設定される。
異なる禁制帯幅を有する太陽電池セルでは動作電圧が異なるので、各々の太陽電池モジュールの出力電圧はその最小公倍数になる電圧あるいはその整数倍の電圧に高めておくように設定される。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、各々の禁制帯幅の異なる複数の太陽電池モジュールと各々の太陽電池モジュールの出力を最大値になるように負荷抵抗を制御し、その出力を入力とする昇圧回路を具備し、かつ各昇圧回路の出力電流を所定の電流値に制御して、該昇圧回路の出力電圧を直列接続し、所定の電力を得るようにした特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池モジュールは一個以上の太陽電池セルをモノリシック化して直列接続し、集積化して出力電流を所定値に制御し、かつ各々のモジュール毎に負荷抵抗と昇圧回路とを具備したことを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池モジュールは一個以上の太陽電池セルをモノリシック化して直列接続し、集積化して出力電圧を所定値に制御し、かつ各々のモジュール毎に負荷抵抗と昇圧回路とをセル毎に一体形成したことを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、前記負荷抵抗及び前記昇圧器に加えて、さらに降圧器を具えたことを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、前記負荷抵抗及び前記昇圧器に加えて、さらに降圧回路を具えたことを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池モジュールに集光した光を照射することを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、前記昇圧回路は、太陽電池からの出力電力を最大にするための負荷インピーダンスの制御機能を有し、かつその昇圧回路の出力電圧或いは出力電流をフィードバックするための制御装置と必要な情報を伝達する通信装置とを具えることを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、上記の太陽電池モジュールと昇圧回路は冷却装置に内蔵され、該冷却装置は、導管を通じて冷却液を収納するとともに放熱器を具えたことを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、各々の太陽電池モジュールが光学的に透明な絶縁体で狭窄されており、かつ絶縁体に配線とモジュールと負荷抵抗と昇圧回路とが配設されていることを特徴とする。
本発明は、太陽光発電装置において、各々の禁制帯幅の異なる複数の太陽電池モジュール、各々の太陽電池モジュールの出力を最大値になるように制御する負荷抵抗、前記出力電圧を昇圧する昇圧回路とを具備し、各昇圧回路の出力電流を所定の電流値に制御して、該昇圧回路の出力電圧を並列接続し、所定の電力を得るようにしたことを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池モジュールがシリコンとシリコンカーバイドより構成されていることを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池モジュールがシリコンとアモルファスシリコンより構成されていることを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池モジュールがアモルファスシリコンとゲルマニュームより構成されていることを特徴とする。
本発明は、太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池モジュールが色素増感型セルで構成されていることを特徴とする。
本発明は、太陽電池モジュール用接続ユニットボードにおいて、太陽電池モジュールの出力を最大値になるように制御する負荷抵抗、前記出力電圧を昇圧する昇圧回路とを具備し、昇圧回路の出力電流を所定の電流値に制御して、該昇圧回路を直列接続し、所定の電力を得るようにした太陽光発電装置において、該負荷抵抗と該昇圧回路を対として、該対が少なくとも二対以上配設したことを特徴とする。
本発明は、太陽電池モジュール用接続ユニットボードにおいて、前記負荷抵抗及び前記昇圧回路に加えて、さらに降圧回路を具えたことを特徴とする。
本発明は、太陽電池モジュール用接続ユニットボードにおいて、前記負荷抵抗及び前記昇圧回路に加えて、さらに降圧回路を具えたことを特徴とする。
図4は負荷抵抗を制御して、電圧を一定に制御する。各々の負荷抵抗からの電流は異なる。各々の電流は並列に接続され、端子の電流は加算された電流値となる。(電圧制御方式)
この場合、必要に応じて、降圧回路を設ける。
太陽電池モジュールの負荷抵抗は最大電力が得られるよう負荷抵抗を通して制御できるが、当該モジュールの出力電圧は昇圧回路の変換効率を高めるために適合する電圧に設定するよう制御する。 昇圧回路は低損失FETと回路部品(リアクトル、キャパシター、ダイオード)から構成される。各々の昇圧回路は相互に通信用ICチップによりデータ通信で制御され、常時各々の昇圧回路の出力電圧を同一の電圧になるように制御する。同時に負荷抵抗も同一のデータ通信により制御し、構成部品の簡略化を図る。データ通信は別の線路を使用することも可能であるが、電力線通信技術を使い、電力線に重畳されることも可能である。これによりアレイを構成する際、配線や工事を簡略化できる。太陽電池モジュールの負荷抵抗、電力検出器、コンバータ、通信用ICチップ、逆流防止ダイオードを同一基板上に搭載することにより出力電圧の安定化を図る。
図1は、本発明に係る太陽光発電システムの基本的概念の説明図である。
シリコンとゲルマニュームは各々のダイヤモンド構造をとり、各々の格子定数は0.543nmと0.565nmである。お互いに格子整合はしていない半導体材料である。基板はいずれも単結晶の〈100〉方位のp型基板とした。表面層にはn型拡散が施されている。n型の電極は表面の一部に銀電極、p型電極は裏面の一部にアルミニューム電極がそれぞれ施されている。ゲルマニュームセル(13)は11×11の121個に分割され、透明絶縁基板(14)それぞれ直列接続されている。また シリコンセル(11)は7×7の49個に分割され、石英の透明絶縁基板(12)直列接続されている。分割前のセルの面積は1cm2としたが、セルの面積自体は本発明に関係するものではない。
表2
モノリシック化することにより、材料の節約に加えて、回路長の短縮化が図れるので設計が容易になる。
太陽電池セル・モジュールにおいては、アモルファスシリコン薄膜太陽電池のように高い動作電圧、低い動作電流の方が出力を得やすい場合がある。このようなモジュールにおいては、昇圧回路に加えて、必要に応じて降圧回路を設ける。
下層の第一のセルはシリコンセルとした。上層の第二のセルはGaAlAsを用いた。GaAlAsセルとシリコンセルは石英などの透明絶縁体に搭載され、かつ積層化している。各々のセルは昇圧回路を含む負荷抵抗で出力を取り出す。AM1.5の照度の時、電流を一定の0.027Aに制御しており、各々の出力回路の出力電圧は17.4Vと16.6Vであった。この電圧は直列に合成されており、合計の電圧は40Vであった。照度が変化すると、それに応じて各々の出力電圧が変化する様に設計されている。
積層化された太陽電池モジュールを生産する場合、モジュールにはいずれも端子ボックスが必要であるが、その端子ボックス内に接続端子ユニットを組み込むものである。接続端子ユニットの接続図を図7に示す。太陽電池モジュールからの入力は端子1および端子2から導入される。端子1は端子2に対して高い電位とする。端子は負荷抵抗(3)に接続されており、昇圧回路(4)に入力される。昇圧回路(4)からの出力は逆流防止ダイオード(5)から接続端子(8)(9)(10)に導入され合成される。合成後の電力は出力端子(100)(110)から取り出される。通信用IC チップ(120)は通信回線に接続される。図7では入力を2つとしたが、入力数を更に3つ、4つと増設できることは言うまでのない。図8は電圧制御型の接続ユニットの構成である
図7は、本発明に係る太陽光発電システムのモジュールの接続回路であって、図3に示されるような電流制御型のものである。
負荷抵抗3、昇圧器(4)、逆流防止回路(5)、電力検出器(6)、通信用チップ(120)が各々設けられており、並列接続されて出力電力を得ており、本発明においては、これらの接続回路をユニット構成するとともに単一の絶縁ボードとして構成しようとするものである。また、絶縁ボードには接続性と回路の安定性を得るための出力端子(100)、(110)を設ける。これらのユニット化により、発電システムの組み立て構成を容易化することができる。また、モジュールの通常設けられる端子ボックスの中に組み込むことができる。このようなモジュールでは、モジュールの出力電圧を上げることができるので、送電用ケーブルの径を小さくすることができる。また通信用チップの信号はパルス幅変調などの技術を使って電力線通信することにより、ケーブルの本数を減らすことが可能である。(130)は通信線である。
負荷抵抗(3)、昇圧回路(4)、逆流防止回路(5)、電力検出器(6)、通信用チップ(120)が各々設けられており、直列接続されて出力電力を得ている。本発明においては、これらの接続回路をユニット構成するとともに単一の絶縁ボードとして構成しようとするものである。本絶縁ボードには出力端子(100)、(110)を配置する。このような構成を採用することにより、接続回路の安定性とケーブル接続の信頼性を高めることができる。
(130)は、通信線である。
実施例2に示すモジュールを用いて、冷却装置付き集光装置を製作した。
モジュールを冷却装置(62)に封入した。装置内は冷却液(64)で満たされている。図示すように、レンズ(61)により集光され、シリコンセルとガリウムアルミニュームアーセナイドセルの動作時のセル温度が上昇しても、瞬時に冷却液が熱を奪い、導管(65)を通じて温度が上がった冷却液が、放熱器(63)に輸送され冷却される。この冷却液が導管により集光部に戻されるため、再びセル・モジュールが冷却される。特に禁制帯幅の小さい太陽電池については温度による出力低下を防止することに有効である。
最大出力を得るためには、出来るだけ禁制帯幅の大きな半導体を用いることは得策である。従来の考え方であるとセルを流れる電流を一定にしなければ、一番小さい電流値で、積層化モジュールの電流は規定されてしまい、他のモジュールの電流が大きくても、その差は取り出すことが出来ない。本発明によるとこのような制約は解消できるので、工業的に利用可能な太陽電池セルを自由度をもって選択できる。
太陽電池モジュールの種類の数に応じて上記のように本発明によると、セルの出力電流値のいかんに拘わらず、容易に積層化でき、かつ各々のセル・モジュールの出力を最大にすることができ、かつ電力を合成できるので太陽光発電の高効率化に有効である。また、本発明では半導体セルを中心に述べたが、有機半導体や色素増感型太陽電池の積層化についても有効である。また、半導体セルと色素増感型セルとの積層化にも有効であるとは言うまでもない。
さらに本発明においては、発電システムを構成している各接続回路をユニット構成するとともに単一の絶縁ボードとして構成でき、これのユニット化により、太陽光発電システムの組立構成を容易化することができる。
太陽電池セル・モジュールにおいては、アモルファスシリコン薄膜太陽電池のように高い動作電圧、低い動作電流の方が出力を得やすい場合がある。このようなモジュールにおいては、昇圧回路に加えて、必要に応じて降圧回路を設けることもできる。
4 昇圧回路
5 逆流防止回路
6 電力検出器
10 太陽電池モジュール
61 レンズ
62 冷却装置
63 放熱器
64 冷却液
120 通信用チップ
130 通信線
200 送電線
Claims (24)
- 各々の禁制帯幅の異なる複数の太陽電池モジュールと各々の太陽電池モジュールの出力を最大値になるように負荷抵抗を制御し、その出力を入力とする昇圧回路を具備し、かつ各昇圧回路の出力電圧を所定の電圧値に制御して、該昇圧回路の出力電圧を並列接続し、所定の電力を得るようにしたことを特徴とする太陽光発電システム。
- 各々の禁制帯幅の異なる複数の太陽電池モジュールと各々の太陽電池モジュールの出力を最大値になるように負荷抵抗を制御し、その出力を入力とする昇圧回路を具備し、かつ各昇圧回路の出力電流を所定の電流値に制御して、該昇圧回路の出力電圧を直列接続し、所定の電力を得るようにした特徴とする太陽光発電システム。
- 前記太陽電池モジュールは一個以上の太陽電池セルをモノリシック化して直列接続し、集積化して出力電圧を所定値に制御し、かつ各々のモジュールごとに負荷抵抗と昇圧回路とを具備したことを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電システム。
- 前記太陽電池モジュールは一個以上の太陽電池セルをモノリシック化して直列接続し、集積化して出力電流を所定値に制御し、かつ各々のモジュール毎に負荷抵抗と昇圧回路とを具備したことを特徴とする請求項2に記載の太陽発電システム。
- 前記太陽電池モジュールは一個以上の太陽電池セルをモノリシック化して直列接続し、集積化して出力電圧を所定値に制御し、かつ各々のモジュール毎に負荷抵抗と昇圧回路とをセル毎に一体形成したことを特徴とする請求項3に記載の太陽発電システム。
- 前記太陽電池モジュールは一個以上の太陽電池セルをモノリシック化して直列接続し、集積化して出力電流を所定値に制御し、かつ各々のモジュールごとに負荷抵抗と昇圧回路とをセル毎に一体形成したことを特徴とする請求項4に記載の太陽光発電システム。
- 前記負荷抵抗及び前記昇圧器に加えて、さらに降圧器を具えたことを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電システム。
- 前記負荷抵抗及び前記昇圧器に加えて、さらに降圧回路を具えたことを特徴とする請求項2に記載の太陽発電システム
- 前記太陽電池モジュールに集光した光を照射することを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。
- 前記太陽電池モジュールと前記昇圧回路が冷却装置内に配設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。
- 前記昇圧回路は、太陽電池からの出力電力を最大にするための負荷インピーダンスの制御機能を有し、かつその昇圧回路の出力電圧或いは出力電流をフィードバックするための制御装置と必要な情報を伝達する通信装置とを具えることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。
- 上記の太陽電池モジュールと昇圧回路は冷却装置に内蔵され、該冷却装置は、導管を通じて冷却液を収納するとともに放熱器を具えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。
- 各々の太陽電池モジュールが光学的に透明な絶縁体で狭窄されており、かつ絶縁体に配線とモジュールと負荷抵抗と昇圧回路とが配設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載太陽光発電システム。
- 各々の禁制帯幅の異なる複数の太陽電池モジュール、各々の太陽電池モジュールの出力を最大値になるように制御する負荷抵抗、前記出力電圧を昇圧する昇圧回路とを具備し、各昇圧回路の出力電圧を所定の電圧値に制御して、該昇圧回路の出力電圧を並列接続し、所定の電力を得るようにしたことを特徴とする太陽光発電装置。
- 各々の禁制帯幅の異なる複数の太陽電池モジュール、各々の太陽電池モジュールの出力を最大値になるように制御する負荷抵抗、前記出力電圧を昇圧する昇圧回路とを具備し、各昇圧回路の出力電流を所定の電流値に制御して、該昇圧回路の出力電圧を並列接続し、所定の電力を得るようにしたことを特徴とする太陽光発電装置。
- 前記太陽電池モジュールがpn接合型セルで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。
- 前記太陽電池モジュールがシリコンとシリコンカーバイドより構成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。
- 前記太陽電池モジュールがシリコンとアモルファスシリコンより構成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。
- 前記太陽電池モジュールがアモルファスシリコンとゲルマニュームより構成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。
- 前記太陽電池モジュールが色素増感型セルで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載に太陽光発電システム。
- 太陽電池モジュールの出力を最大値になるように制御する負荷抵抗、前記出力電圧を昇圧する昇圧回路とを具備し、昇圧回路の出力電圧を所定の電圧値に制御して、該昇圧回路を並列接続し、所定の電力を得るようにした太陽光発電装置において、該負荷抵抗と該昇圧回路を対として、該対が少なくとも二対以上具備されていることを特徴とする太陽電池モジュール用接続ユニットボード。
- 太陽電池モジュールの出力を最大値になるように制御する負荷抵抗、前記出力電圧を昇圧する昇圧回路とを具備し、昇圧回路の出力電流を所定の電流値に制御して、該昇圧回路を直列接続し、所定の電力を得るようにした太陽光発電装置において、該負荷抵抗と該昇圧回路を対として、該対が少なくとも二対以上配設したことを特徴とする太陽電池モジュール用接続端子ユニットボード。
- 前記負荷抵抗及び前記昇圧回路に加えて、さらに降圧回路を具えたことを特徴とする請求項21に記載の太陽電池モジュール用接続端子ユニットボード。
- 前記負荷抵抗及び前記昇圧回路に加えて、さらに降圧回路を具えたことを特徴とする請求項22に記載の太陽電池モジュール用接続端子ユニットボード。
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