JP2013135030A - Power generation cell system circuit and power generation system using the circuit - Google Patents

Power generation cell system circuit and power generation system using the circuit Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a highly safe and reliable power generation system with a simple circuit configuration, with no requirement of a specific complex circuit structure with a large number of components.SOLUTION: A power generation cell system circuit includes: plural generation circuit parts each comprising a generation cell body constituted by one or two or more generation cells 1 and a first bypass diode 2, parallelly connected to the generation cell body, capable of bypassing a power feed thereto; and a current bypass circuit, comprising one or two or more second bypass diodes 3, being parallelly connected to a first diode string produced by serially connecting two or more of the first bypass diodes 2 of the generation circuit parts. Further, when the current bypass circuit applies power in a rectifying operation, a threshold voltage is higher than a value at the first bypass diode 2 itself and less than a total value of all the first bypass diodes 2.

Description

本発明は、太陽光などの光を電力に変換する太陽電池をはじめ、燃料電池や熱電変換素子等の発電セルを用いた発電セルシステム回路、及び、この発電セルシステム回路を複数接続した発電アレイを備えるようにした発電システムに関するものである。   The present invention includes a solar cell that converts light such as sunlight into electric power, a power generation cell system circuit using power generation cells such as a fuel cell and a thermoelectric conversion element, and a power generation array in which a plurality of the power generation cell system circuits are connected. It is related with the electric power generation system provided with.

低炭素社会へ向けて、省エネルギー技術、負荷平準化技術への要求が増すと共に、オンサイトでクリーンエネルギーを生成することができる発電システムへの関心が高まっている。   As the demand for energy saving technology and load leveling technology increases toward a low-carbon society, interest in power generation systems that can generate clean energy on-site is increasing.

これらのシステムのなかで、例えば太陽電池を用いる場合、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、CIGSなどの発電を行う太陽電池から成るセル(太陽電池セル)と呼ばれる単位と、それら複数個の太陽電池セルを配線により直並列接続して一つの単位として構成するモジュール(パネル)、さらに複数個のモジュールをケーブルにより直並列してアレイと呼ばれるモジュールの集合体を構成して、システムで必要とする電圧、電流を出力するように設計されている。一般住居に設置する場合は、モジュール単位で屋根の上に設置し配線して接続箱と呼ばれるターミナルに各モジュールを通電するケーブルを結線して集約し、その接続箱の後段に電力制御変換機であるパワーコンディショナーを配置して、電圧の直流、交流変換や系統への連係を行い、安定した電力として利用される。   Among these systems, for example, when using a solar battery, a unit called a cell (solar battery cell) composed of a solar battery that generates power such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, CIGS, and a plurality of these units. Modules (panels) configured as a single unit by connecting solar cells in series and parallel by wiring, and a plurality of modules in series and parallel by cables to form an assembly of modules called an array, which is necessary in the system It is designed to output voltage and current. When installing in a general residence, install the module unit on the roof and wire it, connect the cables that energize each module to a terminal called a connection box, consolidate them, and use a power control converter in the subsequent stage of the connection box. A certain power conditioner is installed to convert the voltage to DC or AC and link to the system, and it is used as stable power.

通常は屋根など、一般には簡単に近付くことができない場所に設置されることが多いため、モジュールの表面に付いた落葉やゴミなどの飛来物などを取り除くことは容易ではない。しかしながらこれらの飛来物は太陽光発電する際の各太陽電池セルの発電効率を著しく阻害する要因となるばかりか、飛来物が付着した部位の太陽電池セルは発電量が激減し、太陽電池セル間で構成する電気回路の中では等価的に電気抵抗体となることが知られている。   Normally, it is often installed in a place such as a roof where it is not easily accessible, so it is not easy to remove flying objects such as fallen leaves and dust attached to the surface of the module. However, these projectiles not only become a factor that significantly impedes the power generation efficiency of each solar cell when generating solar power, but the amount of power generated by the solar cells in the area where the projectiles adhere greatly decreases between solar cells. It is known that an electric resistor is equivalent in the electric circuit constituted by

太陽電池セル単位では0.6〜数V(ボルト)の発電電圧しかなく、所望の電圧を得るために数十〜数百枚の太陽電池セルを直列接続してモジュールを構成するのが一般的であるが、ごみが付着した太陽電池セルの部分は電気抵抗値が高まって、ジュール熱が発生する。この部分はホットスポットなどと呼ばれており、放置しておけば太陽電池セルの性能劣化や配線接続した半田の溶解による接続不良、周辺部材の劣化を生じ、場合により隣接する太陽電池セルへも熱の影響が及び、被害を広げていた。このような問題を避けるために、個々の太陽電池セル、あるいは複数個の太陽電池セルを直列接続した列にバイパスダイオードを並列接続し、ごみの付着等による不具合で太陽電池セルの通電時の電気抵抗が高まり、バイパスダイオードの閾値電圧を超えると、電流はバイパス回路を迂回して流れる。これにより高抵抗太陽電池セルに流れ込む電流が少なくなるために発熱を抑制することができる。バイパスダイオードとしては一般にシリコンダイオードが用いられ、pn接合型ダイオードやショットキーバリアダイオードが用いられている。最近では閾値電圧が低く通電時のロスが少ないショットキーバリアダイオードが用いられるケースが増えつつある。ダイオードはモジュール単位でモジュール裏面の端子箱に集中配置されることが多い(非特許文献1参照)。   There is only a power generation voltage of 0.6 to several V (volts) in units of solar cells, and in order to obtain a desired voltage, it is common to configure modules by connecting tens to hundreds of solar cells in series. However, the portion of the solar cell to which dust is attached has an increased electrical resistance value and generates Joule heat. This part is called a hot spot, etc. If left unattended, it will cause deterioration of the performance of the solar cell, poor connection due to melting of the solder connected to the wiring, deterioration of peripheral members, and in some cases to adjacent solar cells The influence of heat spread and the damage was spreading. In order to avoid such problems, bypass diodes are connected in parallel to individual solar cells or a series of a plurality of solar cells connected in series. When the resistance increases and exceeds the threshold voltage of the bypass diode, current flows around the bypass circuit. Thereby, since the electric current which flows into a high resistance photovoltaic cell decreases, heat_generation | fever can be suppressed. As the bypass diode, a silicon diode is generally used, and a pn junction diode or a Schottky barrier diode is used. In recent years, a case where a Schottky barrier diode with a low threshold voltage and a small loss during energization is used is increasing. In many cases, the diodes are concentrated and arranged in a terminal box on the back of the module in units of modules (see Non-Patent Document 1).

これらバイパスダイオードに電流が迂回しても、ダイオード自体の電気抵抗が存在するため、取扱いには十分注意する必要がある。一般に直流回路においてはダイオードの順方向通電時の電圧降下と通電電流値を乗じた値が電力損失となる。   Even if a current is diverted to these bypass diodes, the electrical resistance of the diodes themselves is present, so it is necessary to handle them with great care. In general, in a DC circuit, a power loss is a value obtained by multiplying a voltage drop at the time of forward energization of a diode and an energization current value.

これらバイパスダイオードが許容範囲以上に発熱する状況や熱により端子箱内の端子や半田などの部材へ影響を及ぼす場合もあった。これらを防止するため、従来技術として特許文献1にはバイパスダイオードに並列に接続された感熱式開閉機を接続し、ダイオードの発生する熱を検知してダイオード両端を短絡する方法が報告されている。また特許文献2には複数のバイパスダイオードを並列して各ダイオードの特性バラツキを抑制し、かつそれらダイオードを樹脂封印してダイオードの発熱問題を解決する方法が開示されている。   In some cases, the bypass diodes generate heat beyond the allowable range or the heat affects the members such as terminals and solder in the terminal box. In order to prevent these problems, as a conventional technique, Patent Document 1 reports a method of connecting a thermal switch connected in parallel to a bypass diode, detecting the heat generated by the diode, and short-circuiting both ends of the diode. . Patent Document 2 discloses a method of solving a problem of heat generation of a diode by suppressing a characteristic variation of each diode by arranging a plurality of bypass diodes in parallel and sealing the diodes with a resin.

特開2005−175370号公報JP 2005-175370 A 特開平11−298022号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-298022

「太陽光発電システムの設計と施工」オーム社、平成8年7月25日第1版"Design and construction of solar power generation system" Ohm, July 25, 1996 1st edition

個々の太陽電池セル単位、あるいは数十個の太陽電池セル単位でバイパスダイオードを設ける方法においては、モジュール(パネル)の表面の一部が汚れた場合の太陽電池セルの電力損失による発熱防止には効果的であるが、更に大きな規模の太陽電池セルの発電不良が発生した場合には端子箱内で隣接する各バイパスダイオードが発熱して、端子箱内の部材に影響を与える。またさらに大規模にモジュール全体を覆うような影ができた場合は、アレイ間で見て、そのモジュールに関わるバイパスダイオードの多くが発熱するような場合も生じる。具体的にはモジュールに隣接する庭木の成長や季節の木々の茂り、新設された建屋の影、季節による太陽光入射経路の変動などである。   In the method of providing bypass diodes in units of individual solar cells or in units of several tens of solar cells, in order to prevent heat generation due to power loss of the solar cells when a part of the surface of the module (panel) becomes dirty Although effective, when a power generation failure occurs in a larger-scale solar cell, adjacent bypass diodes in the terminal box generate heat and affect members in the terminal box. In addition, when a shadow covering the entire module is created on a larger scale, many bypass diodes related to the module may generate heat when viewed between the arrays. Specifically, this includes the growth of garden trees adjacent to the module, the thickening of seasonal trees, the shadow of newly built buildings, and the fluctuation of the sunlight incident path depending on the season.

バイパスダイオードの発熱を防止するために、従来技術として個々のバイパスダイオードを並列化して、個々に流れる電流値を抑制する方法があるが大量のバイパスダイオードが必要となり不経済であった。またダイオードの発熱を検知してバイパスダイオードの両端を短絡する方法が提案されているが、主として野外で使われる状況下で検知回路や開閉機器の故障による信頼性低下、または多くの部品を必要とし不経済であった。   In order to prevent heat generation of the bypass diode, there is a method in which individual bypass diodes are arranged in parallel and the current value flowing individually is suppressed as a prior art. However, a large amount of bypass diodes are required, which is uneconomical. In addition, a method of detecting the heat generation of the diode and short-circuiting both ends of the bypass diode has been proposed, but the reliability is reduced due to the failure of the detection circuit and the switchgear under the condition that it is used outdoors, or many parts are required. It was uneconomical.

本発明は、上記課題を鑑みて、特殊で部品点数の多い複雑な回路構成を必要とせず、簡便な回路構成でバイパスダイオードの発熱を抑制し、信頼性の高い発電システムが得られるようにすることを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention does not require a special and complicated circuit configuration with a large number of parts, and suppresses heat generation of the bypass diode with a simple circuit configuration, thereby obtaining a highly reliable power generation system. For the purpose.

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を要旨とする。
(1)1又は2以上の発電セルからなる発電セル体と、この発電セル体に並列接続されて発電セル体への通電を迂回させることができる第1バイパスダイオードとを有した発電回路部を複数備えて、発電回路部における第1バイパスダイオードの2以上が直列接続した第1ダイオード列に対して、1又は2以上の第2バイパスダイオードを有した電流バイパス回路が並列接続された発電セルシステム回路であって、
第1バイパスダイオード単体での順方向電圧降下をVfとしたとき、電流バイパス回路が整流作用で通電する際の閾値電圧Vthは、下記関係式(1)を満たすことを特徴とする発電セルシステム回路。
f×n>Vth>Vf (1)
(ただし、nは第1ダイオード列を形成する第1バイパスダイオードの個数を示し、n≧2である。)
(2)第2バイパスダイオードが、ワイドバンドギャップ半導体材料からなるバイポーラダイオードであることを特徴とする(1)記載の発電セルシステム回路。
(3)(1)又は(2)に記載の発電セルシステム回路の2以上を直列接続させた発電アレイを含むことを特徴とする発電システム。
The present invention is summarized as follows in order to solve the above problems.
(1) A power generation circuit unit having a power generation cell body composed of one or more power generation cells, and a first bypass diode that is connected in parallel to the power generation cell body and can bypass energization to the power generation cell body A power generation cell system in which a plurality of current bypass circuits having one or more second bypass diodes are connected in parallel to a first diode row in which two or more first bypass diodes in a power generation circuit section are connected in series A circuit,
The threshold voltage V th when the current bypass circuit is energized by rectification when the forward voltage drop in the first bypass diode alone is V f satisfies the following relational expression (1): System circuit.
V f × n> V th > V f (1)
(Where n represents the number of first bypass diodes forming the first diode row, and n ≧ 2.)
(2) The power generation cell system circuit according to (1), wherein the second bypass diode is a bipolar diode made of a wide band gap semiconductor material.
(3) A power generation system comprising a power generation array in which two or more power generation cell system circuits according to (1) or (2) are connected in series.

本発明によれば、複数の発電セルにゴミ等が付着したり、あるいはモジュール全体が汚れたり、反射光も少ない日陰に隠れたような状況で、かつ他の発電セルやモジュールには日が当たり発電を行っている場合に、発電しなくなった発電セルに接続された第1バイパスダイオードが複数同時に導通(ON)して、その導通損失による発熱の影響で不具合が生じるのを回避すべく、第2バイパスダイオードをONして更なる迂回路を形成することにより、第1バイパスダイオードの発熱を緩和・防止でき、システムの安全性を確保できる。またダイオードという受動部品だけで構成できるため、制御は全く不要で信頼性は高い。   According to the present invention, dust or the like adheres to a plurality of power generation cells, or the entire module is soiled or hidden in the shade with little reflected light, and other power generation cells and modules are exposed to sunlight. In order to avoid the occurrence of a malfunction due to the influence of heat generated by a plurality of first bypass diodes connected to a power generation cell that has stopped generating power at the same time (ON) during power generation. By forming the further bypass circuit by turning on the 2 bypass diode, the heat generation of the first bypass diode can be mitigated and prevented, and the safety of the system can be ensured. In addition, since it can be configured with only passive components such as diodes, control is unnecessary and reliability is high.

本発明第1の実施形態に係わる図。The figure concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明第1の実施形態のモジュール外観に係わる図。The figure concerning the module external appearance of the 1st Embodiment of this invention. 本発明第1の実施形態のシステム全体を説明するための図。The figure for demonstrating the whole system of the 1st Embodiment of this invention. 本発明第1の実施形態の動作を説明するための図。The figure for demonstrating the operation | movement of the 1st Embodiment of this invention. 従来技術の構成を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of a prior art. 本発明第1の実施形態の動作を説明するための電流電圧グラフ図。The current voltage graph figure for demonstrating operation | movement of the 1st Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態に係わる図。The figure concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態のシステム全体を説明するための図。The figure for demonstrating the whole system of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第2の実施形態の動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第3の実施形態に関わる図。The figure in connection with the 3rd Embodiment of this invention. 本発明第4の実施形態に関わる図。The figure in connection with the 4th Embodiment of this invention. 本発明第5の実施形態に関わる図。The figure in connection with the 5th Embodiment of this invention. 本発明第5の実施形態に関わる図。The figure in connection with the 5th Embodiment of this invention. 本発明第5の動作を説明するための図。The figure for demonstrating the 5th operation | movement of this invention.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、1又は2以上の発電セルからなる発電セル体と、この発電セル体に並列接続されて発電セル体への通電を迂回させることができる第1バイパスダイオードとを有した発電回路部を複数備えて、発電回路部における第1バイパスダイオードの2以上が直列接続した第1ダイオード列に対して、1又は2以上の第2バイパスダイオードを有した電流バイパス回路が並列接続された発電セルシステム回路に関する。例えば、発電セルが太陽電池の場合であって、その一部にゴミ等が付着したり、日陰に隠れてしまうような発電セル体の部分的なトラブルなど、小規模な発電障害で電流バイパス回路を形成する第2バイパスダイオードをONさせると、第2バイパスダイオードの並列接続に関わる太陽電池セル全てが短絡されてしまうため、発電可能な太陽電池セルを無駄にする。このような状況では、第2バイパスダイオードをONする必要はなく、第1バイパスダイオードだけで迂回路を形成すればよい。なお、以下では発電セルを太陽電池に見立てて説明するが、燃料電池や熱電変換素子等の場合についても本発明を適用することができる。すなわち、内部抵抗が増加したり開放状態となるような故障モードを有した発電セルでは、本発明における第1バイパスダイオードと第2バイパスダイオードとを備えた発電セルシステム回路を形成することで、バイパスダイオードの発熱を抑制しながら、信頼性の高い発電システムが得られるようになる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention provides a power generation circuit unit having a power generation cell body composed of one or more power generation cells, and a first bypass diode that is connected in parallel to the power generation cell body and can bypass energization to the power generation cell body. A power generation cell in which a current bypass circuit having one or more second bypass diodes is connected in parallel to a first diode row in which two or more first bypass diodes in the power generation circuit unit are connected in series The system circuit. For example, when the power generation cell is a solar cell, a current bypass circuit with a small power generation failure such as a part of the power generation cell body where dust or the like adheres to it or is hidden in the shade When the second bypass diode that forms is turned on, all the solar cells related to the parallel connection of the second bypass diode are short-circuited, so that the solar cells that can generate power are wasted. In such a situation, it is not necessary to turn on the second bypass diode, and it is only necessary to form a bypass with only the first bypass diode. In the following description, the power generation cell is described as a solar cell, but the present invention can also be applied to a fuel cell, a thermoelectric conversion element, or the like. That is, in a power generation cell having a failure mode in which the internal resistance increases or becomes an open state, the power generation cell system circuit including the first bypass diode and the second bypass diode in the present invention is formed, thereby bypassing A highly reliable power generation system can be obtained while suppressing heat generation of the diode.

そのため本発明では、1又は2以上の第2バイパスダイオードを有した電流バイパス回路をONさせる閾値電圧を、並列接続する対象の第1ダイオード列を構成する個々の第1バイパスダイオードの順方向閾値電圧とその合計に応じて決定する。具体的には、想定するシステム発電電流値Istにおいて、例えば、第1バイパスダイオード1個の順方向電圧降下がVfであり、かつ第1バイパスダイオードをn個直列接続した第ダイオード列の両端に1又は2以上の第2バイパスダイオードからなる電流バイパス回路を並列接続した場合、電流バイパス回路が整流作用で通電するときの閾値電圧Vthは以下の関係で設計される。
f×n>Vth>Vf (式1)
Therefore, in the present invention, the threshold voltage for turning on the current bypass circuit having one or more second bypass diodes is set as the forward threshold voltage of each first bypass diode constituting the first diode row to be connected in parallel. And determined according to the total. Specifically, in the assumed system power generation current value Ist, for example, the forward voltage drop of one first bypass diode is V f , and at both ends of a first diode row in which n first bypass diodes are connected in series. When a current bypass circuit composed of one or more second bypass diodes is connected in parallel, the threshold voltage V th when the current bypass circuit is energized by rectification is designed in the following relationship.
V f × n> V th > V f (Formula 1)

(式1)から明らかなように1個の第1バイパスダイオードがONして順方向の電圧降下が生じても電流バイパス回路の両端電圧は閾値電圧以下のため、電流バイパス回路を形成する第2バイパスダイオードはONしない。第2バイパスダイオードを接続したn個の第1バイパスダイオードが全てONするような状況下では、電流バイパス回路の閾値電圧を第1ダイオード列の順方向電圧が超えるため、電流バイパス回路を形成する第2バイパスダイオードはONして、さらなる迂回路を形成することを(式1)は意味している。なお、電流バイパス回路が迂回路を形成するといっても全ての電流が電流バイパス回路に流れずに、一部が第1ダイオード列に流れるような場合も含まれる。   As apparent from (Equation 1), even if one first bypass diode is turned on and a forward voltage drop occurs, the voltage across the current bypass circuit is equal to or lower than the threshold voltage, so that a second current bypass circuit is formed. The bypass diode is not turned on. In a situation where all of the n first bypass diodes connected to the second bypass diode are turned on, the forward voltage of the first diode row exceeds the threshold voltage of the current bypass circuit, so that the first current bypass circuit is formed. (Equation 1) means that the 2 bypass diode is turned on to form a further bypass. It should be noted that even if the current bypass circuit forms a bypass, the case where a part of the current does not flow to the current bypass circuit but partially flows to the first diode row is also included.

電流バイパス回路は、保護したい第1バイパスダイオードの配置や性能により取り付け位置を決める。具体的には数枚〜数十枚の太陽電池セルの保護の場合は、それらに関わる第1バイパスダイードの直列回路(第1ダイオード列)を挟んで第2バイパスダイオードを並列接続してもよい。モジュール(パネル)1枚単位や、あるいはアレイの一部分にあたる第1バイパスダイオードを束ねた第1ダイオード列に対して、並列に接続して、その集団をまとめて保護してもよい。すなわち、電流バイパス回路が保護する発電回路部の数は任意に選択することができ、例えば、モジュール単位の第1ダイオード列に対して電流バイパス回路を接続したり、複数のモジュールの第1ダイオード列をまとめて管理するようにして電流バイパス回路を接続してもよい。なお、複数のモジュールをまとめて管理する場合、モジュール単位での第1ダイオード列の合計閾値電圧(各モジュールの第1ダイオード列がm個の第1バイパスダイオードからなる場合はVf×m)を超えた場合に電流バイパス回路が整流作用で通電するようにしてもよい。 The position of the current bypass circuit is determined by the arrangement and performance of the first bypass diode to be protected. Specifically, in the case of protecting several to several tens of solar cells, the second bypass diodes may be connected in parallel across the series circuit (first diode row) of the first bypass diodes related to them. Good. The group may be protected collectively by connecting in parallel to the first diode row in which the first bypass diodes corresponding to one module (panel) or a part of the array are bundled. That is, the number of power generation circuit units protected by the current bypass circuit can be arbitrarily selected. For example, the current bypass circuit is connected to the first diode row of the module unit, or the first diode row of the plurality of modules. The current bypass circuit may be connected so as to be managed collectively. When managing a plurality of modules collectively, the total threshold voltage of the first diode array in module units (V f × m when the first diode array of each module is composed of m first bypass diodes) is calculated. If it exceeds, the current bypass circuit may be energized by rectification.

電流バイパス回路を形成する第2バイパスダイオードは上記(式1)の関係から、複数の第1バイパスダイオードが直列接続した第1ダイオード列を保護し、適切な値でONするために閾値電圧をある程度高める必要があるが、例えばシリコンダイオードは閾値電圧が通常、0.2〜1.0V程度であるため、その場合には第2バイパスダイオードを複数個直列接続して電流バイパス回路の閾値電圧が所望の電圧となるように構成する必要がある。具体的には複数のダイオードを直列化して構成した第2バイパスダイオードの列の閾値電圧は、個々のダイオードの閾値電圧を加算して求めることができる。   The second bypass diode forming the current bypass circuit protects the first diode array in which a plurality of first bypass diodes are connected in series from the relationship of (Equation 1), and the threshold voltage is set to some extent in order to turn on at an appropriate value. For example, the threshold voltage of a silicon diode is usually about 0.2 to 1.0 V. In this case, a plurality of second bypass diodes are connected in series and the threshold voltage of the current bypass circuit is desired. It is necessary to configure so that the voltage is Specifically, the threshold voltage of the column of the second bypass diodes configured by serializing a plurality of diodes can be obtained by adding the threshold voltages of the individual diodes.

第2バイパスダイオードは、ワイドバンドギャップ半導体で形成されたPN接合型ダイオードを適用することが好ましい。炭化ケイ素や、GaNなどからなるワイドバンドギャップ半導体でpn型ダイオードを作製した場合は、閾値電圧が約2.5〜3.0V程度になることが知られているため、電流バイパス回路を形成する第2バイパスダイオードとして用いれば、シリコンダイオードよりも少ない個数で直列回路を構成できる利点がある。さらにワイドバンドギャップ半導体は500℃の高温でも動作するなど、優れた半導体特性を持つため発熱の影響を受けにくく、信頼性の高い回路を形成できる。   The second bypass diode is preferably a PN junction type diode formed of a wide band gap semiconductor. When a pn-type diode is made of a wide band gap semiconductor made of silicon carbide, GaN, or the like, it is known that the threshold voltage is about 2.5 to 3.0 V, so a current bypass circuit is formed. When used as the second bypass diode, there is an advantage that a series circuit can be configured with a smaller number than the number of silicon diodes. Furthermore, wide bandgap semiconductors have excellent semiconductor characteristics such as operation at a high temperature of 500 ° C., so that they are hardly affected by heat generation and can form a highly reliable circuit.

以下、図面を用いながら本発明をより具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施例を説明するための構成図である。
1は太陽電池セルであり、それぞれ約150mm角の多結晶シリコンから形成されて、太陽光発電時の定格出力動作電圧は約0.6V/枚であり、定格電流値は約8.0Aである。2は第1バイパスダイオードであってシリコンのショットキーバリアダイオードからなり、通電電流が8Aにおける順方向電圧(ダイオード両端間の電位差)が0.4Vである。この図1の例ではひとつの太陽電池セル1が発電セル体を構成しており、個々の太陽電池セルには各1個の第1バイパスダイオードが並列接続されて、それぞれ発電回路部を形成している。3は第2バイパスダイオードであって閾値電圧(Vth)が1.0VのシリコンのPN型接合ダイオード(バイポーラダイオード)からなり、第1バイパスダイオードを4個直列接続した第1ダイオード列に対して並列に1個接続されて電流バイパス回路を形成している。
FIG. 1 is a block diagram for explaining a first embodiment of the present invention.
Reference numeral 1 denotes a solar battery cell which is formed of approximately 150 mm square polycrystalline silicon, has a rated output operating voltage of about 0.6 V / sheet during solar power generation, and a rated current value of about 8.0 A. . Reference numeral 2 denotes a first bypass diode, which is a silicon Schottky barrier diode, and has a forward voltage (potential difference between both ends of the diode) of 0.4 V when the conduction current is 8A. In the example of FIG. 1, one solar battery cell 1 constitutes a power generation cell body, and each solar battery cell is connected in parallel with a first bypass diode to form a power generation circuit unit. ing. Reference numeral 3 denotes a second bypass diode composed of a silicon PN-type junction diode (bipolar diode) having a threshold voltage (V th ) of 1.0 V, and a first diode array in which four first bypass diodes are connected in series. One is connected in parallel to form a current bypass circuit.

5は太陽電池セル1、第1バイパスダイオード2、第2バイパスダイオード3をそれぞれ含む回路群(発電セルシステム回路)を示しており、5の前後の回路群4および、回路群6も図中では省略しているが、回路群5と同じ回路構成になっている。各太陽電池セル1が太陽光発電を実施している場合は、発電電流は端子7および各太陽電池セルを通り、端子10へ流れる。   Reference numeral 5 denotes a circuit group (power generation cell system circuit) including each of the solar battery cell 1, the first bypass diode 2, and the second bypass diode 3, and the circuit group 4 before and after 5 and the circuit group 6 are also shown in the drawing. Although omitted, the circuit configuration is the same as that of the circuit group 5. When each photovoltaic cell 1 is performing photovoltaic power generation, the generated current flows through the terminal 7 and each photovoltaic cell and flows to the terminal 10.

これらの回路構成からなる太陽電池パネルの外観図を、図1−1に示す。太陽電池セル3×4のマトリックスで1枚のモジュールM1を形成している。太陽光による発電時には電流は点線11の経路で流れる。なお、モジュールを形成する際には、保護基板や耐候性フィルム等に太陽電池セルを挟持させてパネルにしたり、樹脂モールドにより一体化するなど、公知の方法を採用することができる。   An external view of a solar cell panel having these circuit configurations is shown in FIG. 1-1. One module M1 is formed of a matrix of solar cells 3 × 4. At the time of power generation by sunlight, current flows along the path of the dotted line 11. In forming the module, a publicly known method such as a panel formed by sandwiching solar cells between a protective substrate, a weather-resistant film or the like, or integration by a resin mold can be employed.

図2はモジュールM1を含めた発電システム全体を示した図であり、発電電力は端子7、10を通じで配線を集約した接続箱12を経由して、直流電圧を交流電圧に変換するパワーコンディショナー13へ接続されている。なお、図1に記載した第1バイパスダイオード、及び第2バイパスダイオードは、モジュール裏面に設置した端子箱に集約配置されている。   FIG. 2 is a diagram showing the entire power generation system including the module M1, and the generated power is a power conditioner 13 that converts a DC voltage into an AC voltage via a connection box 12 in which wiring is aggregated through terminals 7 and 10. Connected to. Note that the first bypass diode and the second bypass diode described in FIG. 1 are collectively arranged in a terminal box installed on the back surface of the module.

図1の各第1バイパスダイードの動作について、図3を用いて詳細に説明する。図3の(B)は図1に示したなかの回路群5を示しており、すべての太陽電池セルが太陽光を受けて8Aの定格電流の発電を行っている状況では、発電電流は経路11-Bを通り流れる。図(B')はモジュールパネルの太陽光が当たる表面状態を示している。この場合は太陽光を遮断する影となる障害は何もないため、第1バイパスダイオードの回路へ電流が迂回することなく、太陽電池セルに流れている。   The operation of each first bypass diode in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3B shows the circuit group 5 in FIG. 1, and in a situation where all the solar cells receive sunlight and generate a rated current of 8 A, the generated current is route 11. -Flows through B. The figure (B ') has shown the surface state where the sunlight of a module panel hits. In this case, since there is no obstacle to shade sunlight, the current flows to the solar cell without bypassing the circuit of the first bypass diode.

図3の(C)は、図3の(B)の状態に対して、意図的に一枚の太陽電池セル1C-1を黒布で覆った場合を示している。この場合、太陽電池セル1C-1は発電に寄与せず回路上、単なる抵抗体となるため、電流は2Cの第1バイパスダイオードを迂回して流れる。その際、第2バイパスダイオードの両端に生じる電位差は、8A時の第1バイパスダイオードの順方向電圧に相当する電圧0.4Vに配線の抵抗による若干の電圧降下を加えた値となるため、閾値電圧1.0V以上の電位差に達せず、導通しない。   FIG. 3C shows a case where one solar cell 1C-1 is intentionally covered with a black cloth with respect to the state of FIG. In this case, since the solar cell 1C-1 does not contribute to power generation and becomes a simple resistor on the circuit, the current flows around the 2C first bypass diode. At this time, the potential difference generated at both ends of the second bypass diode is a value obtained by adding a slight voltage drop due to the resistance of the wiring to the voltage 0.4V corresponding to the forward voltage of the first bypass diode at 8A. It does not reach the potential difference of voltage 1.0V or more and does not conduct.

図3の(D)は回路群5の太陽電池セル1列全部に黒布を張り付けた場合を示す。この状態では回路群4、6は定格で動作しているのに対して、回路群5の太陽電池セル集団1D-Aは全体のシステムの中で全て電気抵抗体となる。図4は、図3の(D)の状態で第2バイパスダイオードが存在しない場合を示した従来の技術を表す。第4図中の11Eに示したように、第1バイパスダイオード2E-A全てがONして電流は迂回することになる。この状態が続くと、第1バイパスダイオードはダイオードの電力損失により発熱する。   FIG. 3D shows a case where a black cloth is attached to all the rows of solar cells in the circuit group 5. In this state, while the circuit groups 4 and 6 are operating at the rated value, the solar cell group 1D-A of the circuit group 5 is an electric resistor in the entire system. FIG. 4 shows a conventional technique showing a case where the second bypass diode does not exist in the state of FIG. As indicated by 11E in FIG. 4, all the first bypass diodes 2E-A are turned ON, and the current is bypassed. If this state continues, the first bypass diode generates heat due to the power loss of the diode.

しかしながら本発明の図3の(D)の回路であれば、定格電流8Aにおいては、直列に接続した第1バイパスダイドードの順方向電圧の合計が第2バイパスダイオードの閾値1.0Vを超えるために、第2バイパスダイオードも同時にONして電流が転流するようになる。この場合、第1バイパスダイオードの電流は減少し電力損失は低減し発熱量も減少する。   However, in the circuit of FIG. 3D of the present invention, at the rated current of 8A, the total forward voltage of the first bypass diode connected in series exceeds the threshold voltage of the second bypass diode of 1.0V. In addition, the second bypass diode is also turned on at the same time, and the current is commutated. In this case, the current of the first bypass diode is reduced, the power loss is reduced, and the heat generation amount is also reduced.

以上の動作を今度は図5のグラフ上であらためて説明する。図5はダイオードの室温時の電流電圧特性(IV特性)を示した図である。図中のIV-1は第1バイパスダイオードのショットキーバリアダイオード単体のIV特性、IV-2は第1バイパスダイオードの4個直列した場合のIV特性、IV-3は第2バイパスダイオードであるPN型ダイオード単体のIV特性である。   The above operation will now be described again on the graph of FIG. FIG. 5 is a diagram showing current-voltage characteristics (IV characteristics) of the diode at room temperature. In the figure, IV-1 is the IV characteristic of the Schottky barrier diode alone of the first bypass diode, IV-2 is the IV characteristic when four first bypass diodes are connected in series, and IV-3 is the second bypass diode PN This is the IV characteristic of a single type diode.

図3の(C)の状態における定格動作電流8Aにおいては、第2バイパスダイオード3Cの両端の電位差はIV-1から読み取れる第1バイパスダイード1個の順方電圧である0.4Vと、配線の導通抵抗による若干の電圧降下となるが、IV-2から読み取れる第2バイパスダイオードの閾値電圧である1.0Vは超えない。このため第2バイパスダイオードは導通しなかった。   In the rated operating current 8A in the state of FIG. 3C, the potential difference between both ends of the second bypass diode 3C is 0.4V which is a forward voltage of one first bypass diode that can be read from IV-1, and wiring However, the voltage does not exceed 1.0 V, which is the threshold voltage of the second bypass diode that can be read from IV-2. For this reason, the second bypass diode did not conduct.

図3の(D)にあたる状況では、4個の第1バイパスダイオードの8A時の順方向電圧はIV-2から読み取れるようにおよそ1.6Vである。この電圧に達する以前に第2バイパスダイオードの両端間の閾値電圧1.0Vを超えるため、第2バイパスダイオードはONする。この結果、電流は第1バイパスダイオードと第2バイパスダイオードを並行して流れるようになる。これにより第1バイパスダイオードの電流は減少して発熱等は抑制可能となった。第2バイパスダイオードも発熱するが、バイポーラ型であるため少数キャリア注入による伝導変調が発生し、図5のIV-3のようにON後の電流は急速に立ち上がるので、結果的に第2バイパスダイオードを接続しない第1バイパスダイオード4列の順方向電圧の電位差よりも小さくて済む。具体的な並列時のバイパス回路全体の順方向の電位差は原理的には、2D-Aと3Dの合成により求めることとなるが、半導体の電流電圧特性(IV特性)には温度依存性があり、単純な計算で厳密に求めることは難しい。このため具体的な設計の方法としては、前記(式1)でダイオードを選択し、実装して回路上でダイオードの動作を見ながら動作点を確認いくことが現実的な設計方法である。   In the situation corresponding to FIG. 3D, the forward voltage at 8A of the four first bypass diodes is about 1.6 V so that it can be read from IV-2. Before reaching this voltage, the second bypass diode is turned on because the threshold voltage of 1.0 V across the second bypass diode is exceeded. As a result, current flows in parallel through the first bypass diode and the second bypass diode. As a result, the current of the first bypass diode is reduced and heat generation can be suppressed. Although the second bypass diode also generates heat, since it is bipolar, conduction modulation occurs due to minority carrier injection, and the current after ON rises rapidly as indicated by IV-3 in FIG. 5, resulting in the second bypass diode. This is smaller than the potential difference of the forward voltage of the first bypass diodes 4 rows not connected to each other. In principle, the potential difference in the forward direction of the entire bypass circuit in parallel is obtained in principle by combining 2D-A and 3D, but the current-voltage characteristics (IV characteristics) of semiconductors are temperature dependent. It is difficult to find exactly with simple calculations. Therefore, as a concrete design method, a realistic design method is to select a diode in the above (Equation 1), mount it, and check the operating point while observing the operation of the diode on the circuit.

図3の構成による実験時のバイパスダイオード回路全体(第1ダイオード列)の電力損失は端子間の電圧と電流測定から求めることができ、図3の(C)の状態3.6W、(D)の状態で10.4Wであった。従来の技術にあたる図4では12Wであった。   The power loss of the entire bypass diode circuit (first diode array) during the experiment with the configuration of FIG. 3 can be obtained from the voltage and current measurement between the terminals, and states 3.6 W and (D) in FIG. It was 10.4W in the state. In FIG. 4 corresponding to the conventional technique, it was 12 W.

以上の実施例のように、太陽電池セルの個々に部分的に生じた障害に対しては第1バイパスダイオードを動作させ、太陽電池セルを迂回させることにより太陽電池セルが破壊しないように保護する。複数の第1バイパスダイオードに関わる、広範囲な光遮断障害に対しては第2バイパスダイオードを接続し、新たな迂回路を形成することで、系全体の電力ロスを低減でき、かつ第1バイパスダイオードの熱的な負担を軽減することで、回路の故障発生を未然に防ぐことができる。   As in the above-described embodiment, the first bypass diode is operated against a failure that occurs partially in each of the solar cells, and the solar cells are bypassed to protect the solar cells from destruction. . By connecting a second bypass diode to a wide range of light blocking faults related to a plurality of first bypass diodes and forming a new detour, the power loss of the entire system can be reduced, and the first bypass diode By reducing the thermal burden of the circuit, it is possible to prevent the occurrence of circuit failure.

図6は本発明の第2の実施例である。太陽電池セル1Fは図1と同じ約150mm角の多結晶シリコンから形成され、発電時定格動作電圧は0.6V/枚であり、定格電流値は約8.0Aのものである。2F-1は第1バイパスダイオードで太陽電池セル16個からなる発電セル体に対して1個の第1バイパスダイオードを並列接続して発電回路部4Fを構成している。2F-2、2F-3の第1バイパスダイオードに関わる構成も発電回路部4Fと全く同じで、それぞれ発電回路部5F、発電回路部6Fを構成している。太陽光発電時には、電流は端子14から、それぞれの太陽電池セルを流れて、17端子からその先の負荷へと繋がる。本実施例で用いられている第1、第2バイパスダイオードはすべて同じ種類のシリコンのPN型接続のバイポーラダイオードであり、基本特性として閾値電圧は1.0V、電流8A通電時の個々の順方向電圧は、1.2Vである。   FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. The solar battery cell 1F is formed of approximately 150 mm square polycrystalline silicon as in FIG. 1, has a rated operating voltage during power generation of 0.6 V / sheet, and a rated current value of approximately 8.0 A. 2F-1 is a first bypass diode, and a power generation circuit unit 4F is configured by connecting one first bypass diode in parallel to a power generation cell body composed of 16 solar cells. The configuration related to the first bypass diodes 2F-2 and 2F-3 is exactly the same as that of the power generation circuit unit 4F, and configures a power generation circuit unit 5F and a power generation circuit unit 6F, respectively. At the time of photovoltaic power generation, current flows from the terminal 14 to each solar battery cell, and is connected from the 17 terminal to the load ahead. The first and second bypass diodes used in this embodiment are all PN-type bipolar diodes of the same type of silicon. The basic characteristics are a threshold voltage of 1.0 V and individual forward directions when a current of 8 A is applied. The voltage is 1.2V.

以上の構成における第2バイパスダイオードは発電回路部4F,5F及び6Fの第1バイパスダイオードが直列接続した第1ダイオード列に対して並列接続されて電流バイパス回路を形成しており、この電流バイパス回路の閾値電圧は前記(式1)に準じるために、第1バイパスダイオードの個々の8Aの電流通電時の順方向電圧1.2Vより大きく、かつその順方向電圧の3倍の3.6V未満でなければならない。この条件を満たすために、第2バイパスダイオードは閾値電圧1.0Vのダイオード3F-1及び3F-2を2個直列接続してある。これにより直列化された第2バイパスダイオードの閾値は2.0Vとなるため、前記(式1)を満足する。   The second bypass diode in the above configuration is connected in parallel to the first diode row in which the first bypass diodes of the power generation circuit units 4F, 5F and 6F are connected in series to form a current bypass circuit. In order to comply with the above (Equation 1), the threshold voltage of the first bypass diode is larger than the forward voltage 1.2V when the current of each 8A is energized, and less than 3.6V, which is three times the forward voltage. There must be. In order to satisfy this condition, the second bypass diode has two diodes 3F-1 and 3F-2 having a threshold voltage of 1.0 V connected in series. As a result, the threshold value of the second bypass diode serialized is 2.0 V, which satisfies the above (Equation 1).

図6の(F')は上述した図6(F)の回路をモジュール化した外観図であり、系全体での太陽電池セルの総数は48枚の直列接続にて1枚のモジュールM2を形成している。加えて本モジュールと同構成の3枚のモジュールを用意し、図7に示したようにモジュールM2,M3,M4を3枚直列接続したシステムを構成した。18は接続箱であり、19はパワーコンディショナーである。   FIG. 6 (F ′) is an external view of the above-described circuit of FIG. 6 (F) formed as a module. The total number of solar cells in the entire system is formed by 48 modules connected in series to form one module M2. doing. In addition, three modules having the same configuration as this module were prepared, and a system in which three modules M2, M3, and M4 were connected in series as shown in FIG. 7 was constructed. 18 is a junction box, and 19 is a power conditioner.

以上のシステムで本発明の有効性を確認するため、図8の(F')ようにモジュールM2のうち、発電回路部6F,5Fと発電回路部4Fのなかの8枚の太陽電池セルに相当する部分とを黒布で覆い(図中灰色部)、システム全体として8A定格電流の太陽光発電を行った。モジュールM3、モジュールM4には太陽光を遮断するものは何もない。この結果、図6の状態のように黒布を覆う前には、第1、第2バイパスダイオードそれぞれには電流が流れていなかったが、図8の(F')のように一部の太陽電池セルを黒布で覆うと、第1バイパスダイオード、第2バイパスダイオードがそれぞれONしで、太陽電池セルに流れていた電流が転流を開始した。この状態で、個々のバイパスダイオードの温度を測定したが、第1バイパスダイオードが約30℃、第2バイパスダイオードが80℃であった。温度の違いは第2バイパスダイオードに電流の大半が転流したためと考えられる。このような場合を想定して、第1バイパスダイオードと第2バイパスダイオードとは熱的に隔離された場所に設置する方が、信頼性の観点から好ましい。本実施例ではモジュールの背面に端子箱を2個設けて、第1バイパスダイオード、第2バイパスダイードをそれぞれ格納した。   In order to confirm the effectiveness of the present invention with the above system, as shown in FIG. 8 (F ′), it corresponds to eight solar cells in the power generation circuit units 6F and 5F and the power generation circuit unit 4F in the module M2. The part to be covered was covered with a black cloth (gray part in the figure), and solar power generation with a rated current of 8 A was performed as a whole system. Module M3 and module M4 have nothing to block sunlight. As a result, before covering the black cloth as in the state of FIG. 6, current did not flow through each of the first and second bypass diodes, but a part of the sun as shown in FIG. 8 (F ′). When the battery cell was covered with black cloth, the first bypass diode and the second bypass diode were turned on, and the current flowing in the solar battery cell started to commutate. In this state, the temperature of each individual bypass diode was measured. The first bypass diode was about 30 ° C., and the second bypass diode was 80 ° C. The difference in temperature is considered to be because most of the current commutated to the second bypass diode. In view of such a case, it is preferable from the viewpoint of reliability that the first bypass diode and the second bypass diode are installed in a thermally isolated place. In this embodiment, two terminal boxes are provided on the back surface of the module, and the first bypass diode and the second bypass diode are respectively stored.

図9は第3の実施例を示す構成図である。図中の太陽電池セル、第1バイパスダイオードの配置は第2実施例と同じ構成であるが、第2バイパスダイオードをSiCのPN型ダイオード3F-Sに変更した。SiCはシリコンPN型ダイオードに比較して閾値電圧が高く、本実施例では2.5Vのものを用いた。第2バイパスダイオードを変えた点以外の条件は第2実施例と全く同じ条件として、図8の(F‘)のように黒布を太陽電池セル上に配置して、動作確認を実施した。この結果、第1バイパスダイオード、第2バイパスダイオードがそれぞれONして、太陽電池セルに流れていた電流の転流を開始した。この状態で、個々のバイパスダイオードの温度を測定したが、第1バイパスダイオードが平均して約50℃、第2バイパスダイオードが50℃であった。第2の実施例と異なり、ほぼ同じ温度となった。これはSiCダイオードが第2バイパスダイオードとして閾値電圧が第2実施例の2.0Vより2.5Vと高いため電圧に対する電流の立ち上がりが遅くなり、電流は第1バイパスダイオード、第2バイパスダイオード双方に流れたためと考えられる。   FIG. 9 is a block diagram showing the third embodiment. The arrangement of the solar cell and the first bypass diode in the figure is the same as that of the second embodiment, but the second bypass diode is changed to a SiC PN-type diode 3F-S. SiC has a higher threshold voltage than that of the silicon PN type diode, and 2.5 V is used in this embodiment. The conditions other than the change of the second bypass diode were the same as those in the second example, and a black cloth was placed on the solar cell as shown in FIG. As a result, the first bypass diode and the second bypass diode were turned on, and commutation of the current flowing in the solar battery cell was started. In this state, the temperatures of the individual bypass diodes were measured. The average of the first bypass diodes was about 50 ° C., and the second bypass diodes were 50 ° C. Unlike the second example, the temperature was almost the same. This is because the SiC diode is the second bypass diode, and the threshold voltage is 2.5 V higher than 2.0 V in the second embodiment, so that the rise of the current with respect to the voltage is delayed, and the current flows to both the first bypass diode and the second bypass diode. It is thought that it flowed.

図10は第4の実施例を示す構成図である。図中の太陽電池セル、第2バイパスダイオードの配置は第3実施例と同じであるが、第1バイパスダイオードそれぞれに2F-1',2F-2',2F-3'の同じ種類のダイオードを並列接続した。本実施例のように第1バイパスダイオードを並列化しても第1ダイオード列としての端子14-17間の8A通電時の順方向電圧特性はほぼ同じであるので、第2実施例同様に動作させることができる。実際に図8(F')のようにして黒布で覆い、個々のダイオードの温度を測定した。その結果、第1バイパスダイオードが平均して約30℃、第2バイパスダイオードが50℃であった。第1バイパスダイオードの温度が低下したのは並列化により通電電流が半減したのが原因と考えられる。   FIG. 10 is a block diagram showing the fourth embodiment. The arrangement of solar cells and second bypass diodes in the figure is the same as in the third embodiment, but the same types of diodes 2F-1 ′, 2F-2 ′, and 2F-3 ′ are used for the first bypass diodes. Connected in parallel. Even if the first bypass diodes are arranged in parallel as in this embodiment, the forward voltage characteristics when the 8A is energized between the terminals 14-17 as the first diode array are substantially the same, so that the operation is performed in the same manner as in the second embodiment. be able to. Actually, it was covered with a black cloth as shown in FIG. 8 (F ′), and the temperature of each diode was measured. As a result, the average of the first bypass diode was about 30 ° C., and the second bypass diode was 50 ° C. The reason why the temperature of the first bypass diode has decreased is considered to be that the energization current has been halved by parallelization.

図11は第5の実施例を説明するための構成図である。
8枚のモジュールM5−1〜8が直列接続されており、発電時には端子20から端子21に向かって電流が流れるように構成してある。個々のモジュールの回路を図12に示した。以下で説明する第2バイパスダイオードの配置を除いて、第2実施例の図6の(F')に示したものと同じである。
FIG. 11 is a block diagram for explaining the fifth embodiment.
Eight modules M5-1 to M-8 are connected in series, and a current flows from the terminal 20 toward the terminal 21 during power generation. The circuit of each module is shown in FIG. Except for the arrangement of the second bypass diode described below, the configuration is the same as that shown in FIG. 6 (F ′) of the second embodiment.

本実施例ではSiCダイオードからなる第2バイパスダイオード3F-S-1、3F-S-2を直列化し、モジュール2枚を挟んで、並列接続した。このような組み合わせに基づき、第2バイパスダイオード3F-S-4〜8を用いて同様な配置とした。すなわち、本実施例は2つのモジュールに含まれる第1ダイオード列をまとめて管理するものであり、モジュール1枚には図12で示したように第1バイパスダイオード3個が接続されているため、前記(式1)に第2バイパスダイオードを準拠して設計するには、モジュール1枚分の計3個の第1バイパスダイオードの定格電流8Aにおける順方向電圧3.6V(=1.2V×3個)より大きく、かつモジュール2枚分に相当する計6個の第1バイパスダイオードの定格電流8Aにおける順方向電圧7.2V(=1.2V×6個)未満の閾値を持った第2ダイオードを設置する必要がある。このため閾値電圧2.5VのSiCのPN型ダイオードを2個直列化し(モジュールM5-1,M5-2に対して3F-S-1及び3F-S-2を直列接続したように)、それぞれ閾値電圧5V(=2.5V×2個)の電流バイパス回路を形成した。   In this embodiment, the second bypass diodes 3F-S-1 and 3F-S-2 made of SiC diodes are serially connected and connected in parallel with two modules interposed therebetween. Based on such a combination, the same arrangement was made using the second bypass diodes 3F-S-4 to 8. That is, this embodiment manages the first diode array included in the two modules collectively, and since one module has three first bypass diodes connected as shown in FIG. In order to design the second bypass diode in accordance with the above (Equation 1), a forward voltage of 3.6 V (= 1.2 V × 3) at a rated current of 8 A of a total of three first bypass diodes for one module. ) Install a second diode with a threshold value less than 7.2V (= 1.2V x 6) in the rated current 8A of a total of six first bypass diodes, which is larger than two modules. There is a need to. For this reason, two SiC PN diodes with a threshold voltage of 2.5 V are serialized (as if 3F-S-1 and 3F-S-2 are connected in series to modules M5-1 and M5-2), respectively. A current bypass circuit having a threshold voltage of 5 V (= 2.5 V × 2) was formed.

本実施例の動作を確認するため、図13に示したようにモジュールM5−3、及びM5−4のモジュールの表面すべてを黒布で覆い、他のモジュールは定格発電可能な環境にて試験を実施した。この結果、モジュールM5−3、及びM5−4に並列接続していた3F−S−1、及び3F−S−2の第2バイパスダイオードがONして、電流が転流していることが確認できた。モジュールM5−3、及びM5−4に関わる第1バイパスダイオードの個々の平均温度は30℃程度であった。本状態で第2バイパスダイオードの効果を知るため、3F−S−1及び3F−S−2を外して、第1バイパスダイオードの温度を測定したところ、平均して80℃となり、第2バイパスダイオードに大半の電流が転流していたことが確認できた。   In order to confirm the operation of this embodiment, the entire surface of the modules M5-3 and M5-4 are covered with black cloth as shown in FIG. 13, and the other modules are tested in an environment where rated power generation is possible. Carried out. As a result, it can be confirmed that the second bypass diodes of 3F-S-1 and 3F-S-2, which were connected in parallel to the modules M5-3 and M5-4, are ON and current is commutated. It was. The individual average temperature of the first bypass diodes related to modules M5-3 and M5-4 was about 30 ° C. In order to know the effect of the second bypass diode in this state, 3F-S-1 and 3F-S-2 were removed and the temperature of the first bypass diode was measured. It was confirmed that most of the current was commutated.

以上の実施例では多結晶シリコンの太陽電池セルを用いて実施したが、本発明では、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、CIGSなど、太陽光が遮断された際に等価的に電気抵抗体とみなすことができる太陽光発電素子に適用可能である。また、実施例で示したように、本発明を用いることにより、表面にごみが付着した個々の太陽電池セルを保護する比較的小規模な構成から、ビル陰による各モジュールへの日当たりの変化で複数のモジュール単体がシステムにおいて電気抵抗体となった場合にも適用が可能で、安全性が高く信頼性の高い太陽光発電システムを提供することができる。更には、太陽電池セル以外の発電セルについても本発明を適用することができ、例えば、燃料電池、熱電変換素子等の発電セルの場合にも同様の効果を得ることができる。   In the above embodiments, the polycrystalline silicon solar cells were used. However, in the present invention, single crystal silicon, amorphous silicon, CIGS, etc., are equivalently regarded as electric resistors when sunlight is cut off. It is applicable to a solar power generation element capable of In addition, as shown in the examples, by using the present invention, from a relatively small configuration that protects individual solar cells with dust attached to the surface, it is possible to change the daily changes to each module due to the shade of the building. The present invention can also be applied to a case where a plurality of single modules become electric resistors in the system, and can provide a highly safe and highly reliable photovoltaic power generation system. Furthermore, the present invention can also be applied to power generation cells other than solar cells, and the same effect can be obtained in the case of power generation cells such as fuel cells and thermoelectric conversion elements.

1,1C-1,1F 太陽電池セル
2 第1バイパスダイオード
3 第2バイパスダイオード
4,5,6 回路群
7,8,9,10,14,15,16,17 接続端子
11,11D,11F,11F' 電流経路
12,18,20 接続箱
13,19 パワーコンディショナー
M1,M2,M3,M4,M5-1〜8 モジュール
2B-A,2D-A,2E-A 第1ダイオード列
3B,3C,3D,3F-1,3F-2,3F-S,3F-S-1〜8 第2バイパスダイオード
2C,2F-1、2F-2、2F-3 第1バイパスダイオード
11C 電流経路
1D-A,1E-A,1F-A 太陽電池セル集団
IV-1 ショットキーバリヤダイオードの電流電圧特性
IV-2 PN接合型ダイオードの電流電圧特性
IV-3 直列化したショットキーバリヤダイオードの電流電圧特性
1, 1C-1, 1F Solar cell 2 First bypass diode 3 Second bypass diode 4, 5, 6 Circuit group 7, 8, 9, 10, 14, 15, 16, 17 Connection terminals 11, 11D, 11F, 11F 'Current path 12, 18, 20 Junction box 13, 19 Power conditioner M1, M2, M3, M4, M5-1-8 Module
2B-A, 2D-A, 2E-A First diode row
3B, 3C, 3D, 3F-1, 3F-2, 3F-S, 3F-S-1 to 8 Second bypass diode
2C, 2F-1, 2F-2, 2F-3 First bypass diode
11C current path
1D-A, 1E-A, 1F-A Solar cell group
IV-1 Current-voltage characteristics of Schottky barrier diodes
IV-2 Current-voltage characteristics of PN junction diodes
IV-3 Current-voltage characteristics of serialized Schottky barrier diodes

Claims (3)

1又は2以上の発電セルからなる発電セル体と、この発電セル体に並列接続されて発電セル体への通電を迂回させることができる第1バイパスダイオードとを有した発電回路部を複数備えて、発電回路部における第1バイパスダイオードの2以上が直列接続した第1ダイオード列に対して、1又は2以上の第2バイパスダイオードを有した電流バイパス回路が並列接続された発電セルシステム回路であって、
第1バイパスダイオード単体での順方向電圧降下をVfとしたとき、電流バイパス回路が整流作用で通電する際の閾値電圧Vthは、下記関係式(1)を満たすことを特徴とする発電セルシステム回路。
f×n>Vth>Vf (1)
(ただし、nは第1ダイオード列を形成する第1バイパスダイオードの個数を示し、n≧2である。)
A plurality of power generation circuit units having a power generation cell body composed of one or more power generation cells and a first bypass diode that is connected in parallel to the power generation cell body and can bypass the power supply to the power generation cell body. A power generation cell system circuit in which a current bypass circuit having one or more second bypass diodes is connected in parallel to a first diode row in which two or more first bypass diodes are connected in series in the power generation circuit unit. And
The threshold voltage V th when the current bypass circuit is energized by rectification when the forward voltage drop in the first bypass diode alone is V f satisfies the following relational expression (1): System circuit.
V f × n> V th > V f (1)
(Where n represents the number of first bypass diodes forming the first diode row, and n ≧ 2.)
第2バイパスダイオードが、ワイドバンドギャップ半導体材料からなるバイポーラダイオードであることを特徴とする請求項1記載の発電セルシステム回路。   The power generation cell system circuit according to claim 1, wherein the second bypass diode is a bipolar diode made of a wide band gap semiconductor material. 請求項1又は2に記載の発電セルシステム回路の2以上を直列接続させた発電アレイを含むことを特徴とする発電システム。   A power generation system comprising a power generation array in which two or more power generation cell system circuits according to claim 1 or 2 are connected in series.
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