JP2013187304A - 太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び、太陽電池システム、並びに、太陽電池システムにおける融雪方法 - Google Patents

Abstract

【課題】融雪機能に優れる太陽電池セルを提供する。
【解決手段】太陽電池セル１は、半導体基板１０を備え、半導体基板１０には、発電に寄与する第１のｐｎ接合Ｊ１と、バイパスダイオード、及び、融雪用の発熱源として機能する第２のｐｎ接合Ｊ２と、が形成されている。半導体基板１０の受光面１０ａ上には、遮光性及び伝熱性を有する膜１５が、第２のｐｎ接合Ｊ２が形成される領域を覆うように設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び、太陽電池システム、並びに、太陽電池システムにおける融雪方法に関する。

従来、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セルが知られている。太陽電池セルを含む太陽電池モジュールは、太陽光発電システムを構成すべく、屋外に設置されることがある。この場合、太陽電池モジュールの上に雪が積もることがあり、太陽光の遮断によって、太陽光発電システムの発電効率が低下することが懸念される。また、屋外に配置される太陽電池モジュールは、積雪による荷重を考慮して強度を上げることが必要になる場合があり、そのような場合には、コストの上昇が問題になる。

この点、特許文献１に開示される太陽電池モジュールは、太陽電池セルに並列に接続された、バイパスダイオード及び発熱体の直列回路を備える構成になっており、太陽電池モジュールの表面に付着した雪を溶かすことができる。すなわち、特許文献１に開示される太陽電池モジュールによれば、上述した問題の解決が期待できる。

特開２０００−１２８８６号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、導電体で構成される発熱体が太陽電池セルの下側（受光面と対向する裏面側）に配置される構成であり、発熱体と太陽電池セルとの間に、絶縁物を挟む必要がある。一般に、絶縁物は熱伝導性が悪く、特許文献１の構成では、太陽電池セルの裏側に熱がこもり、太陽電池セルの上側（受光面側）に配置されるガラスに十分な熱が伝わらないことが懸念される。すなわち、特許文献１の構成では、太陽電池モジュール上の積雪を十分溶かせない場合があることが懸念される。

以上の点に鑑みて、本発明の目的は、融雪機能に優れる、太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び、太陽電池システムを提供することである。また、本発明の他の目的は、太陽電池モジュールに付着した雪を効率よく溶かすことができる、太陽電池システムにおける融雪方法を提供することである。

上記目的を達成するために本発明の太陽電池セルは、発電に寄与する第１のｐｎ接合と、バイパスダイオード、及び、融雪用の発熱源として機能する第２のｐｎ接合と、を備える構成（第１の構成）になっている。

本構成によれば、融雪のために、発熱体を追加する必要がない。すなわち、太陽電池セルと透明部材（ガラス等で形成され、この上に雪が積もる）との間に絶縁物を挟まずにすみ、太陽電池セルで発生した熱を透明部材に直接伝えやすい。

上記第１の構成の太陽電池セルにおいて、前記第２のｐｎ接合が形成される領域は、帯状に細長く延びている構成（第２の構成）であるのが好ましい。本構成によれば、太陽電池セルの辺に沿った方向に均一に第２のｐｎ接合を配置できるため、太陽電池セル面内の発熱の均一性をあげることが可能となる。

上記第１又は第２の構成の太陽電池セルは、前記第１のｐｎ接合、及び、前記第２のｐｎ接合が形成される半導体基板を備え、遮光性及び伝熱性を有する膜が、前記第２のｐｎ接合が形成される領域を覆うように、前記半導体基板の受光面に設けられている構成（第３の構成）とするのが好ましい。本構成によれば、第２のｐｎ接合が形成される領域で発電することによる電力損失を抑制できるので、太陽電池セルの発電効率が低下することを抑制することが可能となる。

上記第３の構成の太陽電池セルにおいては、前記第１のｐｎ接合、及び、前記第２のｐｎ接合は、前記半導体基板の受光面に対向する裏面寄りに設けられ、ｐ電極及びｎ電極がいずれも前記半導体基板の裏面側に設けられている構成（第４の構成）が採用されるのが好ましい。本構成によれば、半導体基板の裏面側のみで配線することができるため、太陽電池ストリングの構造の簡素化とともに、製造時間の短縮が可能となる。また、隣接する太陽電池セル同士を電気的に接続するために、太陽電池セルの受光面側の電極と隣接する太陽電池セルの裏面側の電極とを、インターコネクタ等で配線する必要がない。よって、隣接する太陽電池セル間に隙間を設ける必要がなくなるため、太陽電池モジュールの実装密度を上げることができる。さらに、太陽電池セルの受光面側に電極等を設ける必要がないため、受光面積が小さくなることを防ぐことができ、発電効率の低下を抑制することが可能となる。

また、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、上記第１から第４のいずれかの構成の太陽電池セルを複数備える構成（第５の構成）になっている。本構成の太陽電池モジュールでは、各太陽電池セルと透明部材（ガラス等）との間に絶縁物を挟まずにすみ、各太陽電池セルで発生した熱を透明部材に直接伝えやすい。

上記第５の構成の太陽電池モジュールは、前記複数の太陽電池セルの受光面側に配置される透明部材と、前記複数の太陽電池セルの受光面に対向する裏面側に配置され、前記複数の太陽電池セル同士を電気的に接続する配線部材と、を更に備える構成（第６の構成）であるのが好ましい。本構成によれば、配線部材上に複数の太陽電池セルを搭載した後、例えばリフロー処理等を行うことにより、複数の太陽電池セルと配線部材とを一括して電気的に接続することが可能となる。よって、太陽電池ストリングの製造工程を簡便にすることができるとともに、製造時間の短縮が可能となる。

上記第５又は第６の構成の太陽電池モジュールは、前記複数の太陽電池セルの受光面側に配置される透明部材を備え、前記複数の太陽電池セルの各受光面には、前記第２のｐｎ接合が形成される領域を覆うように、遮光性及び伝熱性を有する膜が配置され、前記膜が前記透明部材に当接している構成（第７の構成）であるのが好ましい。本構成によれば、第２のｐｎ接合で発生した熱を、透明部材へ直接伝えやすくなる。

また、上記目的を達成するために本発明の太陽電池システムは、上記第５から第７のいずれかの構成の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールに電気的に接続可能な外部電源と、を備える構成（第８の構成）になっている。本構成によれば、外部電源を用いて太陽電池モジュールに積もった雪を確実に溶かすことができる。また、本構成では、外部電源を用いずに、太陽電池セルにおける発電を利用しつつ、太陽電池モジュールに積もった雪を溶かすことも可能である。

また、上記目的を達成するために本発明の太陽電池システムにおける融雪方法は、上記第８の構成の太陽電池システムにおいて、前記外部電源を用いて前記第２のｐｎ接合に電流を流して発熱させ、前記太陽電池モジュールに積もった雪を溶かす構成（第９の構成）になっている。本構成によれば、太陽電池モジュールに積もった雪を確実に溶かすことができる。

また、上記目的を達成するために本発明の太陽電池システムにおける融雪方法は、上記第５から第７のいずれかの構成の太陽電池モジュールを備える太陽電池システムにおいて、前記複数の太陽電池セルのうちの一部の発電を利用して、一部の前記第２のｐｎ接合に電流を流して発熱させ、前記太陽電池モジュールに積もった雪を溶かす構成（第１０の構成）になっている。本構成によれば、太陽電池セルにおける発電を利用して、太陽電池モジュールに積もった雪を溶かすことができるので、エネルギー効率がよい。

本発明によると、融雪機能に優れる、太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び、太陽電池システムを提供できる。また、本発明の太陽電池システムにおける融雪方法によると、太陽電池モジュールに付着した雪を効率よく溶かすことができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池セルの上面図 本発明の実施形態に係る太陽電池セルの下面図 図１のＡ−Ａ位置における断面図 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの上面図 図４のＢ−Ｂ位置における断面図 図４のＣ−Ｃ位置における断面図 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールが備える配線シートの構成を示す平面図 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの回路構成を説明するための図 本発明の実施形態に係る太陽電池システムの構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る太陽電池システムの回路構成を示す図 本発明の実施形態に係る太陽電池システムの動作について説明するための図で、太陽電池モジュールに積雪が無い状態を想定した場合の図 本発明の実施形態に係る太陽電池システムの動作について説明するための図で、太陽電池モジュールの全てが雪に覆われている状態を想定した場合の図 本発明の実施形態に係る太陽電池システムの動作について説明するための図で、太陽電池モジュールの一部が雪に覆われている状態を想定した場合の図

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面は、本発明の理解を容易とする目的で示された概略図であり、必ずしも実際の寸法や寸法比を反映したものではない。

＜太陽電池セル＞
まず、図１から図３を参照して、本発明の実施形態に係る太陽電池セルについて説明する。なお、図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池セル１の上面図である。図２は、本発明の実施形態に係る太陽電池セル１の下面図である。図３は、図１のＡ−Ａ位置における断面図である。

太陽電池セル１は半導体基板１０を備える。半導体基板１０は、例えば図１及び図２に示すように平面視略矩形状とされる。また、半導体基板１０は、例えばｎ型のシリコン基板とされる。なお、半導体基板１０の受光面（上面）１０ａは、不図示のテクスチャ構造（微小凹凸構造）とされるのが好ましい。また、受光面１０ａ上には、不図示の反射防止膜が配置されるのが好ましい。これらの構造の採用により、受光面１０ａでの光の反射を抑制できる。

図３に示すように、半導体基板１０の受光面１０ａに対向する裏面（下面）１０ｂ側には、ｎ型半導体のための不純物（例えばＰ（リン）等）が高濃度で拡散されたｎ＋拡散領域１０１が形成されている。また、半導体基板１０の下面１０ｂ側には、ｐ型半導体のための不純物（例えばＢ（ホウ素）等）が高濃度で拡散された、第１のｐ＋拡散領域１０２と第２のｐ＋拡散領域１０３とが形成されている。これらの拡散領域１０１〜１０３は、例えばフォトリソグラフィ技術やエッチング法等を用いて形成できる。

本実施形態の半導体基板１０は、ｎ型のシリコン基板で構成されており、図３に示すようにｎ型導電領域１０４を含む。このために、第１のｐ＋拡散領域１０２及び第２のｐ＋拡散領域１０３の形成により、半導体基板１０の下面１０ｂ側にはｐｎ接合が形成されることになる。なお、第１のｐ＋拡散領域１０２とｎ型導電領域１０４とによって形成されるｐｎ接合Ｊ１は、本発明の第１のｐｎ接合に相当する。また、第２のｐ＋拡散領域１０３とｎ型導電領域１０４とによって形成されるｐｎ接合Ｊ２は、本発明の第２のｐｎ接合に相当する。

図３に示すように、ｎ＋拡散領域１０１上には、該領域１０１にオーミック接触するｎ電極１１が形成されている。また、第１のｐ＋拡散領域１０２上には、該領域１０２にオーミック接触する第１のｐ電極１２が形成されている。また、第２のｐ＋拡散領域１０３上には、該領域１０３にオーミック接触する第２のｐ電極１３が形成されている。ｎ電極１１は、本発明のｎ電極の一例である。第１のｐ電極１２及び第２のｐ電極１３は、本発明のｐ電極の一例である。

なお、半導体基板１０の下面１０ｂには、例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等で構成される絶縁層１４が設けられているが、この絶縁層１４は、場合によっては設けられなくてもよい。

図２に示すように、ｎ電極１１及び第１のｐ電極１２は、共に櫛形状に形成されている。そして、ｎ電極１１と第１のｐ電極１２とは、それぞれの櫛歯が互いに向かい合う方向に配置されるとともに、それぞれの櫛歯が交互に並ぶように配置されている。なお、ｎ＋拡散領域１０１は、平面視した場合に、ｎ電極１１とほぼ同一の形状に設けられている。また、第１のｐ＋拡散領域１０２は、平面視した場合に、第１のｐ電極１２とほぼ同一の形状に設けられている。すなわち、ｎ＋拡散領域１０１及び第１のｐ＋拡散領域１０２は、共に櫛形状に形成されている。そして、ｎ＋拡散領域１０１と第１のｐ＋拡散領域１０２とは、それぞれの櫛歯が互いに向かい合う方向に配置されるとともに、それぞれの櫛歯が交互に並ぶように配置されている。

また、図２に示すように、第２のｐ電極１３は、櫛形状に設けられるｎ電極１１及び第１のｐ電極１２を挟むようにして、２つ設けられる。２つの第２のｐ電極１３は、帯状に細長く形成されている。２つの第２のｐ電極１３は、いずれも、ｎ電極１１及び第１のｐ電極１２の櫛歯と平行となる方向（図２の上下方向）に細長く延びている。なお、第２のｐ＋拡散領域１０３は、平面視した場合に、第２のｐ電極１３とほぼ同一の形状に設けられている。すなわち、第２のｐ＋拡散領域１０３（２つある）も帯状に細長く延びた形状になっている。

半導体基板１０の受光面１０ａには、遮光性及び伝熱性を備える、帯状の膜１５が２つ形成されている。２つの帯状の膜１５は、半導体基板１０の外周縁近傍に対向配置されている。２つの帯状の膜１５は、いずれも、その下方側に設けられる第２のｐ＋拡散領域１０３（換言すると第２のｐｎ接合Ｊ２が設けられる領域）を覆うように配置され、受光面１０ａ側から見た場合に、２つの帯状の膜１５は、いずれも第２のｐ＋拡散領域１０３を覆い隠す。なお、遮光性及び伝熱性を備える膜１５は、例えば銀、アルミニウム、銅等の金属で構成してよい。

このように構成される太陽電池セル１では、第１のｐｎ接合Ｊ１（第１のｐ＋拡散領域１０２とｎ型導電領域１０４とによって形成される櫛形状の領域）は、受光面１０ａに光が照射されることによって発電するダイオードとして機能する。一方、第２のｐｎ接合Ｊ２（第２のｐ＋拡散領域１０３とｎ型導電領域１０４によって形成される帯状の領域）は、帯状の膜１５の存在によって光が照射されないために、発電に寄与しない。第２のｐｎ接合Ｊ２は、後述の内容から明らかになるように、バイパスダイオード及び融雪用の発熱源として機能する。

＜太陽電池モジュール＞
次に、図４から図８を参照して、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールについて説明する。なお、図４は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール２の上面図である。図５は、図４のＢ−Ｂ位置における断面図である。図６は、図４のＣ−Ｃ位置における断面図である。図７は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール２が備える配線シート２１の構成を示す平面図である。図８は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール２の回路構成を説明するための図である。

例えば図４及び図６に示すように、太陽電池モジュール２は、複数の太陽電池セル１を備える構成となっている。本実施形態では、太陽電池モジュール２が備える太陽電池セル１の数は３つとされているが、この数は適宜変更されてよい。また、本実施形態では、複数の太陽電池セル１が直列に接続される構成を示すが、複数の太陽電池セル１は、直並列に接続される構成であってもよい。

図５及び図６に示すように、太陽電池モジュール２は、３つの太陽電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃを電気的に直列に接続する配線シート２１を備える。配線シート２１は、本発明の配線部材の一例である。なお、３つの太陽電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、配線シート２１の長手方向（図４の上下方向）と、例えば帯状の膜１５（図１参照）の長手方向とが平行となるように、配線シート２１上に直線的に並べられている。

太陽電池セル１と配線シート２１との電気的な接続は、例えば、半田等の導電性接着層を利用して得てもよい。その他、太陽電池セル１と配線シート２１との電気的な接続は、両者を封止材によって加圧状態で挟み込むことによって得てもよい。太陽電池セル１と配線シート２１との間にできる空間部分は、絶縁性を有する樹脂で埋め込むのが好ましい。

配線シート２１は、絶縁性を有するシート状の基材２１１と、基材２１１の一方面上に同一の高さで形成された複数種類の電極部２１２〜２１５と、を備える（図７参照）。基材２１１は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ポリイミド、エチレンビニルアセテート等の絶縁性材料で形成すればよい。また、電極部２１２〜２１５は、例えばエッチング法等を用いて金属配線層をパターニングすることによって得られる。金属配線層は、例えば、銅、アルミニウム、銀等で構成してよい。

図７に示すように、電極部２１２〜２１５は、太陽電池セル１の各電極１１〜１３に対応した形状とされている。具体的には、第１の電極部２１２は、太陽電池セル１Ａのｎ電極１１に対応する櫛形状の部分２１２ａと、太陽電池セル１Ｂの第２のｐ電極１３に対応する帯状の部分２１２ｂと、を含む。帯状の部分２１２ｂは、櫛形状の部分２１２ａの両端部から延び出すように形成されている。

第２の電極部２１３は、太陽電池セル１Ａの第１のｐ電極１２に対応する櫛形状の部分２１３ａと、太陽電池セル１Ｂのｎ電極１１に対応する櫛形状の部分２１３ｂと、太陽電池セル１Ｃの第２のｐ電極１３に対応する帯状の部分２１３ｃと、を含む。櫛形状の部分２１３ａと櫛形状の部分２１３ｂとは、櫛歯の向きが反対となるとともに、櫛歯の位置がずれるように形成されている。帯状の部分２１３ｃは、櫛形状の部分２１３ｂの両端部から延び出すように形成されている。

第３の電極部２１４は、太陽電池セル１Ｂの第１のｐ電極１２に対応する櫛形状の部分２１４ａと、太陽電池セル１Ｃのｎ電極１１に対応する櫛形状の部分２１４ｂと、を含む。櫛形状の部分２１４ａと櫛形状の部分２１４ｂとは、櫛歯の向きが反対となるとともに、櫛歯の位置がずれるように形成されている。第４の電極部２１５は、太陽電池セル１Ｃの第１のｐ電極１２に対応する櫛形状の部分を含む。

３つの太陽電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃを、上述の対応関係で配線シート２１に電気的に接続した場合、太陽電池セル１Ａの第１のｐ＋拡散領域１０２と、太陽電池セル１Ｂのｎ＋拡散領域１０１とが電極部２１３を介して電気的に接続される。また、太陽電池セル１Ｂの第１のｐ＋拡散領域１０２と、太陽電池セル１Ｃのｎ＋拡散領域１０１とが電極部２１４を介して電気的に接続される。また、各太陽電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいては、第１のｐｎ接合Ｊ１によって発電に寄与するダイオードＤ１が形成されている。したがって、太陽電池モジュール２においては、図８に示すように、３つの発電に寄与するダイオードＤ１が直列に接続された構成が得られる。

また、３つの太陽電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃを、上述の対応関係で配線シート２１に電気的に接続した場合、太陽電池セル１Ａのｎ＋拡散領域１０１と、太陽電池セル１Ｂの第２のｐ＋拡散領域１０３とが電極部２１２を介して電気的に接続される。また、太陽電池セル１Ｂのｎ＋拡散領域１０１と、太陽電池セル１Ｃの第２のｐ＋拡散領域１０３とが電極部２１３を介して電気的に接続される。各太陽電池セル１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいては、第２のｐｎ接合Ｊ２によって発電に寄与しない（バイバスダイオード兼発熱源となる）ダイオードＤ２が形成されている。このために、太陽電池モジュール２においては、図８に示すように、太陽電池セル１ＢのダイオードＤ２が、太陽電池セル１ＡのダイオードＤ１に並列に接続されるとともに、太陽電池セル１ＣのダイオードＤ２が、太陽電池セル１ＢのダイオードＤ１に並列に接続された構成が得られる。

なお、配線シート３には、太陽電池セル１ＣのダイオードＤ１に並列に接続される、外付けのバイパスダイオードＤ３が設けられている。

また、上述のように、太陽電池モジュール２が備える太陽電池セル１の数は適宜変更可能である。太陽電池モジュール２が備える太陽電池セル１が２つの場合には、配線シート２１には、電極部２１３を設けず、電極部２１２、２１４、２１５のみを設ければよい。また、太陽電池モジュール２が備える太陽電池セル１が４つ以上の場合には、配線シート２には、太陽電池セル１が増えた分だけ、電極部２１２と電極部２１４との間に配置される電極部２１３の数を増やせばよい。

図５及び図６に示すように、太陽電池モジュール２は、太陽電池セル１及び配線シート２１を上から（受光面１０ａ側から）覆う封止材２２及び透明部材２３を備える。封止材２２は、例えば太陽光に対して透明な樹脂等で構成される。封止材２２は、例えばエチレンビニルアセテート樹脂、オレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ゴム系樹脂等で構成できる。透明部材２３も、例えば太陽光に対して透明な材質のもので構成されればよく、例えばガラス等で構成できる。

なお、太陽電池セル１の受光面１０ａ上に配置される封止材２２の厚みは、遮光性及び伝熱性を有する膜１５の厚みと同程度とするのが好ましい。そして、膜１５と透明部材２３とは当接されているのが好ましい。これにより、太陽電池セル１において発生した熱を透明部材２３に伝えやすくなる。

また、図５及び図６に示すように、太陽電池モジュール２は、配線シート２１を下側から覆う封止材２４及びバックフィルム２５を備える。封止材２４は、上述の封止材２２と同じ材質であってもよいが、別の材質でもよい。封止材２４は、太陽光に対して透明でない樹脂であってよい。封止材２２と封止材２４とは、互いの外周部同士が接着されて、一体的な構造となってもよい。

バックフィルム２５は、従来用いられている耐候性フィルムで構成してよい。例えば、バックフィルム２５は、絶縁フィルムの間に金属フィルムを嵌め込んだ構成であってよい。絶縁フィルムとしては例えばＰＥＴフィルム等が挙げられ、金属フィルムとしては例えばアルミニウムフィルム等が挙げられる。

図４から図６に示すように、太陽電池モジュール２は、上述の各構成部材の外周部を固定する枠体２６を備えている。枠体２６は、例えばアルミニウム等の金属で構成してもよいし、場合によっては樹脂で構成してもよい。枠体２６の内側に、エラストマー等の耐湿性の高い樹脂をはさみこむ構造としてもよい。

＜太陽電池システム＞
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の実施形態に係る太陽電池システムについて説明する。なお、図９は、本発明の実施形態に係る太陽電池システム３の構成を示すブロック図である。図１０は、本発明の実施形態に係る太陽電池システム３の回路構成を示す図である。

太陽電池システム３は、電気的に直列に接続される複数の太陽電池モジュール２を備える。本実施形態では、太陽電池システム３が備える太陽電池モジュール２の数は、３つとされているが、この数は適宜変更されてよい。また、複数の太陽電池モジュール２は、直列ではなく、直並列に接続されても構わない。

３つの太陽電池モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃの背面側（受光面がある側の反対側）には、それぞれ、発電された電気を外部へと取り出すとともに、外部から電気を供給可能とする端子ボックス２７が備えられる。各端子ボックス２７間を電線で接続することにより、３つの太陽電池モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃは電気的に直列に接続されている。

太陽電池システム３は、この他、スイッチ部３１と、パワーコンディショナ（パワコン）３２と、融雪電源３３（本発明の外部電源の一例）と、を備える。スイッチ部３１は、太陽電池モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃに接続される対象を切り替え可能とする。すなわち、スイッチ部３１の切り替え動作により、太陽電池モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、パワーコンディショナ３２或いは融雪電源３３に接続される。

パワーコンディショナ３２は、太陽電池モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃで発電された電力の変換を行う。パワーコンディショナ３２で電力変換された電力は、外部電線（不図示）を通じて外部へと供給される。パワーコンディショナ３２は、例えば、直流を交流に変換したり、直流電圧の電圧値の変換を行ったりする。場合によっては、パワーコンディショナ３２に代えて負荷が配置されても構わない。

融雪電源３３は、例えば高圧電源であり、太陽電池モジュール２に直流電力を供給する。融雪電源３３は、外部から電力を供給されて作動するものであってもよいし、場合によっては、外部から電力を受けず、自身で発電した電力、或いは、蓄電しておいた電力を使って作動するものであっても構わない。

図１０に示すように、太陽電池モジュール２Ａの発電に寄与するダイオードＤ１のアノード側（＋側）と、太陽電池モジュール２Ｂの発電に寄与するダイオードＤ１のカソード側（−側）とが電気的に接続される。また、太陽電池モジュール２Ｂの発電に寄与するダイオードＤ１のアノード側と、太陽電池モジュール２Ｃの発電に寄与するダイオードＤ１のカソード側とが電気的に接続される。

また、太陽電池モジュール２Ａの発電に寄与するダイオードＤ１のカソード側は、スイッチ部３１の一方の端子に接続される。太陽電池モジュール２Ｃの発電に寄与するダイオードＤ１のアノード側は、スイッチ部３１の他方の端子に接続される。

太陽電池モジュール２が、スイッチ部３１の切り替えにより、パワーコンディショナ３２に接続された状態を想定する。この場合、太陽電池モジュール２Ａの発電に寄与するダイオードＤ１のカソード側はパワーコンディショナ３２のマイナス端子に接続され、太陽電池モジュール２Ｃの発電に寄与するダイオードＤ１のアノード側はパワーコンディショナ３２のプラス端子に接続される。

太陽電池モジュール２が、スイッチ部３１の切り替えにより融雪電源３３に接続された状態を想定する。この場合、太陽電池モジュール２Ａの発電に寄与するダイオードＤ１のカソード側は融雪電源３３のプラス端子に接続され、太陽電池モジュール２Ｃの発電に寄与するダイオードＤ１のアノード側は融雪電源３３のマイナス端子に接続される。

＜太陽電池システムの動作＞
次に、以上のように構成される太陽電池システム３（太陽電池セル１、太陽電池モジュール２）の動作について、図１１〜図１３を参照しながら説明する。なお、図１１は、本発明の実施形態に係る太陽電池システム３の動作について説明するための図で、太陽電池モジュール２に積雪が無い状態を想定した場合の図である。図１２は、本発明の実施形態に係る太陽電池システム３の動作について説明するための図で、太陽電池モジュール２の全てが雪に覆われている状態を想定した場合の図である。図１３は、本発明の実施形態に係る太陽電池システム３の動作について説明するための図で、太陽電池モジュール２の一部が雪に覆われている状態を想定した場合の図である。

図１１に示すように、太陽電池モジュール２に積雪が無い場合、各太陽電池セル１の発電に寄与するダイオードＤ１に電流が流れる。この場合、各太陽電池セル１の発電に寄与しないダイオードＤ２、及び、外付けのダイオードＤ３には、電流が流れない。図１１に示す構成では、スイッチ部３１は、パワーコンディショナ３２が太陽電池モジュール２に電気的に接続される状態となるように設定されている。太陽電池セル１の発電は、パワーコンディショナ３２を介して、例えば不図示の負荷に供給されたり、蓄電されたりする。

太陽電池モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃの全てが雪に覆われている場合、全ての太陽電池セル１が発電しない。そこで、太陽電池モジュール２上の積雪を溶かすために、スイッチ部３１の操作により、太陽電池モジュール２と融雪電源３３とが電気的に接続された状態とされる。この場合、各太陽電池セル１の発電に寄与するダイオードＤ１には逆方向の電圧が印加され、電流は流れない。一方、ダイオードＤ１に並列に接続され、融雪電源３３によって順方向の電圧が印加されるダイオードＤ２、Ｄ３には、電流が流れる（図１２参照）。

ところで、太陽電池セル１が備えるダイオードＤ２は、上述のように、帯状に細長く形成された第２のｐ＋拡散領域１０３と、ｎ型導電領域１０４とのｐｎ接合（第２のｐｎ接合Ｊ２）によって形成されている。すなわち、第２のｐｎ接合Ｊ２が形成される領域は、帯状に細長く延びている。その長手方向の長さは、例えば、平面視略矩形状に設けられる太陽電池セル１の一辺の長さに近い値になっている。このように設けられるダイオードＤ２は、電流が流されることによって、融雪のための発熱源として機能できる。ダイオードＤ２で熱が発生した場合、この熱は、透明部材２３に当接する膜１５（伝熱性を有する）を介して効率よく透明部材２３に伝えられる。このために、太陽電池モジュール２に積もった雪が溶かされる。

なお、太陽電池セル１と同様の構成を備える太陽電池セルを使用して、上記ダイオードＤ２に相当するダイオードに、Ｉｐｍ（最大出力動作電流）相当の電流を約２０分流す実験を行った。この場合、ダイオードが設けられる部分のセルの表面温度は、ダイオードに電流を流す前に比べて、１７℃〜３７℃程度上昇した。このことから、太陽電池セル１のダイオードＤ１には、融雪用の発熱源としての機能が期待できることがわかる。

次に、太陽電池モジュール２の一部が雪に覆われている場合の動作について説明する。ここでは、３つの太陽電池モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうち、太陽電池モジュール２Ｂの一部だけが雪で覆われている場合（図１３参照）を例に説明する。図１３におけるハッチング部分４０は、雪で覆われて受光できない部分を示している。また、図１３に示す例では、スイッチ部３１は、パワーコンディショナ３２が太陽電池モジュール２に電気的に接続される状態となるように設定されている。

この例では、太陽電池モジュール２Ａ及び太陽電池モジュール２Ｃでは、積雪が無いために、発電により、各太陽電池セル１のダイオードＤ１に電流が流れる。また、各太陽電池セル１の発電に寄与しないダイオードＤ２、及び、外付けのダイオードＤ３には、電流が流れない。

一方、一部が雪で覆われる太陽電池モジュール２Ｂは次のように動作する。雪で覆われていない太陽電池セル１においては、発電によりダイオードＤ１に電流が流れる。なお、このダイオードＤ１に並列に接続される外付けのダイオードＤ３には電流は流れない。雪で覆われた太陽電池セル１（２つある）においては、ダイオードＤ１は発電せず、逆方向の電圧が印加されて、電流は流れない。ただし、このダイオードＤ１に並列に接続されるダイオードＤ２には順方向の電圧が印加され、電流が流れる。すなわち、ダイオードＤ２（第２のｐｎ接合Ｊ２）は、バイパスダイオードとして機能する。

図１３に示す太陽電池システム３では、バイパスダイオードとして機能するダイオードＤ２（第２のｐｎ接合Ｊ２）が存在するために、積雪のために発電できない太陽電池セル１のダイオードＤ１（第１のｐｎ接合Ｊ１）に加わる逆方向の電圧の上昇を抑制できる。そして、バイパスダイオードとして機能するダイオードＤ２は、電流が流されることによって発熱する。このダイオードＤ２の発熱によって、発電の邪魔をしていた雪を溶かすことができる。すなわち、図１３に示す太陽電池システム３では、太陽電池セル１の発電によって得られたエネルギーのうち、一部のエネルギーが融雪のために使用され、残りのエネルギーは、負荷への電力供給や蓄電用に回収されることになる。

なお、太陽電池システム１を構成する太陽電池モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃの全てが、完全に覆われているわけではないが、大部分が覆われているという場合も想定される。このような場合には、バイパスダイオードとして機能するダイオードＤ２に流れる電流が微小になってしまい、ダイオードＤ２における発熱が融雪用としては不十分となることが想定される。この場合には、スイッチ部３１の状態を切り替えて、太陽電池モジュール２と融雪電源３３とが電気的に接続された状態として、ダイオードＤ２の発熱を促す必要がある。

太陽電池システム１におけるスイッチ部３１の切り替えは、手動で行われてもよいし、自動で行われてもよい。

＜その他＞
なお、以上に示した実施形態は、本発明の例示にすぎず、本発明の適用範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で、実施形態の構成は適宜変更されてよい。

例えば、太陽電池セル１のｎ型の導電領域をｐ型の導電領域に、ｐ型の導電領域をｎ型の導電領域に入れ替えた構成が採用されてもよい。また、太陽電池セル１を構成する半導体基板１０について、シリコン基板以外の半導体基板が採用されてもよい。

また、以上においては、太陽電池セル１が備える第２のｐ＋拡散領域１０３の数（第２のｐｎ接合Ｊ２の数）を２つとしたが、第２のｐ＋拡散領域１０３は少なくとも１つ設けられればよく、この数は適宜変更されてよい。

また、太陽電池セル１は、受光面１０ａの裏側にｎ電極１１及びｐ電極１２、１３が配置される、いわゆるバックコンタクト型の太陽電池セルとされたが、本発明の適用範囲は、バックコンタクト型の太陽電池セルとは異なる構成にも及ぶ。

１ 太陽電池セル
２ 太陽電池モジュール
３ 太陽電池システム
１０ 半導体基板
１０ａ 受光面
１１ ｎ電極
１２ 第１のｐ電極
１３ 第２のｐ電極
１５ 遮光性及び伝熱性を有する膜
２１ 配線シート（配線部材）
２３ 透明部材
３３ 融雪電源（外部電源）
Ｊ１ 第１のｐｎ接合
Ｊ２ 第２のｐｎ接合

Claims (10)

1. 発電に寄与する第１のｐｎ接合と、
   バイパスダイオード、及び、融雪用の発熱源として機能する第２のｐｎ接合と、
   を備えることを特徴とする太陽電池セル。
2. 前記第２のｐｎ接合が形成される領域は、帯状に細長く延びていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 前記第１のｐｎ接合、及び、前記第２のｐｎ接合が形成される半導体基板を備え、
   遮光性及び伝熱性を有する膜が、前記第２のｐｎ接合が形成される領域を覆うように、前記半導体基板の受光面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池セル。
4. 前記第１のｐｎ接合、及び、前記第２のｐｎ接合は、前記半導体基板の受光面に対向する裏面寄りに設けられ、ｐ電極及びｎ電極がいずれも前記半導体基板の裏面側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池セル。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池セルを複数備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
6. 前記複数の太陽電池セルの受光面側に配置される透明部材と、
   前記複数の太陽電池セルの受光面に対向する裏面側に配置され、前記複数の太陽電池セル同士を電気的に接続する配線部材と、
   を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記複数の太陽電池セルの受光面側に配置される透明部材を備え、
   前記複数の太陽電池セルの各受光面には、前記第２のｐｎ接合が形成される領域を覆うように、遮光性及び伝熱性を有する膜が配置され、
   前記膜は前記透明部材に当接していることを特徴とする請求項５又は６に記載の太陽電池モジュール。
8. 請求項５から７のいずれかに記載の太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールに電気的に接続可能な外部電源と、
   を備えることを特徴とする太陽電池システム。
9. 請求項８の太陽電池システムにおいて、前記外部電源を用いて前記第２のｐｎ接合に電流を流して発熱させ、前記太陽電池モジュールに積もった雪を溶かすことを特徴とする太陽電池システムの融雪方法。
10. 請求項５から７のいずれかに記載の太陽電池モジュールを備える太陽電池システムにおいて、前記複数の太陽電池セルのうちの一部の発電を利用して、一部の前記第２のｐｎ接合に電流を流して発熱させ、前記太陽電池モジュールに積もった雪を溶かすことを特徴とする太陽電池システムの融雪方法。

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