JP2015046540A

JP2015046540A - 太陽電池システム

Info

Publication number: JP2015046540A
Application number: JP2013177967A
Authority: JP
Inventors: 曽谷　直哉; Naoya Sotani; 直哉曽谷; 修平西川; Shuhei Nishikawa
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】複数の太陽電池モジュールを電気的に接続した太陽電池システムであって、製造コストを低減することができ、かつ発電量が大きい太陽電池システムを提供する。
【解決手段】透明な円筒状容器２内に、複数の板状の太陽電池モジュール１０をそれぞれの受光面１１が外側に向くように、かつ円筒状容器２の軸方向に受光面１１の面方向が沿うように配置した太陽電池システム１であって、複数の太陽電池モジュール１０が、円筒状容器２内で、３角柱、４角柱、５角柱、または６角柱を形成するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の太陽電池モジュールを電気的に接続した太陽電池システムに関する。

透明な円筒状容器内に、太陽電池セルを配置した太陽電池モジュールが知られている（特許文献１）。太陽電池セルとしては、可撓性を有する基板を用いて曲面構造にしたものが用いられている。透明な円筒状容器内に太陽電池セルを設けた場合、どの方向から光が入射した場合であっても発電できることが求められ、可撓性を有する太陽電池モジュールを円筒容器内に沿って設けることによって実現されている。

特開２００３−３４７５７４号公報

上記の従来技術では、可撓性を有する基板を用いる必要があるため、可撓性の基板上に化学気相成長（ＣＶＤ）法などを用いて光電変換層を形成できる薄膜太陽電池に限られる。薄膜太陽電池は、単結晶半導体基板や多結晶半導体基板を用いる結晶系太陽電池に比べて電気エネルギーへの変換効率が低く、電力量が制限されるため汎用性が高くないという課題がある。汎用性のある太陽電池モジュールを用いた太陽電池システムが求められている。しかし、結晶系太陽電池を曲面構造に採用しようとした場合、半導体基板を曲面構造とすることが困難である。

本発明の目的は、製造コストを低減することができ、かつ発電量が大きい太陽電池システムを提供することにある。

本発明は、透明な円筒状容器内に、複数の板状の太陽電池モジュールをそれぞれの受光面が外側に向くように、かつ前記円筒状容器の軸方向に前記受光面の面方向が沿うように配置した太陽電池システムであって、前記複数の太陽電池モジュールが、前記円筒状容器内で、３角柱、４角柱、５角柱、または６角柱を形成するように配置されている。

本発明によれば、製造コストを低減することができ、かつ発電量が大きい太陽電池システムを提供することができる。

第１の実施形態の太陽電池システムを示す斜視図である。第１の実施形態における太陽電池モジュールを示す平面図である。第１の実施形態の太陽電池システムを示す平面図である。第１の実施形態の太陽電池システムの回路図である。第２の実施形態の太陽電池システムを示す平面図である。第３の実施形態の太陽電池システムを示す平面図である。発電無効部である縁部の幅と、発電量との関係を示す図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

図１は、第１の実施形態の太陽電池システムを示す斜視図である。図１に示すように、太陽電池システム１は、円筒状容器２内に、３つの板状の太陽電池モジュール１０を配置することにより構成されている。各太陽電池モジュール１０は、その受光面１１が外側に向くように配置されている。したがって、各太陽電池モジュール１０の裏面１２が内側を向くように配置されている。

３つの太陽電池モジュール１０は、円筒状容器２内で、３角柱を形成するように配置されている。３つの太陽電池モジュール１０で形成される３角柱の内側のコーナー部には、３つの支持棒３が配置されている。これら３つの支持棒３により、３角柱を形成している３つの太陽電池モジュール１０が、円筒状容器２内で支持されている。

円筒状容器２は、容器本体２ａと、蓋２ｂとから構成されている。円筒状容器２は、例えば、透明なプラスチックやガラスなどから形成することができる。３角柱を形成している３つの太陽電池モジュール１０同士は、並列に接続されている。３つの太陽電池モジュール１０を並列に接続する場合、必要に応じて、それぞれの太陽電池モジュール１０に逆流防止のためのダイオードを直列に接続することが好ましい。

３つの太陽電池モジュール１０で形成される３角柱の内側には、太陽電池モジュール１０で発電した電力を蓄積する蓄電器等を配置してもよい。

図２は、第１の実施形態における太陽電池モジュールを示す平面図である。図２に示すように、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１３をｙ方向に配列し、これらを互いに電気的に接続することにより構成されている。具体的には、センターライン部１４の下に設けられている配線タブにより、互いに電気的に直列接続されている。太陽電池セル１３は、単結晶半導体基板や多結晶半導体基板を用いる結晶系太陽電池であって、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの単結晶半導体や、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの化合物半導体の基板が用いられる。複数の太陽電池セル１３は、例えば、ガラス−エポキシ基板の上に配置され、透光性を有する樹脂フィルムとガラス−エポキシ基板との間に、ＥＶＡなどの透光性を有する樹脂を用いて封止される。透光性を有する樹脂フィルムは、例えば、ＰＥＴ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂、アクリル樹脂や、それらの複合材などから選択される。ただし、複数の太陽電池セル１３が封止される形態は、上記の構成に限定されず、例えば、ガラス−エポキシ基板の上に配置された複数の太陽電池セル１３の上に、エポキシ樹脂などの透光性を有する樹脂を塗布して、封止してもよい。

本実施形態において、太陽電池モジュール１０同士は、電気的に並列に接続されている。本実施形態の太陽電池システム１を屋外に設置した場合、各太陽電池モジュール１０に入射する光の量が異なるため、各太陽電池モジュール１０の発電量は異なる。この場合、太陽電池モジュール１０同士を電気的に並列に接続することにより、太陽電池システム１の発電量を高く維持することができる。

複数の太陽電池モジュール１０が互いに隣接する方向（ｘ方向）においては、太陽電池モジュール１０の発電無効部である縁部１５が形成されている。ｘ方向と垂直なｙ方向においては、太陽電池モジュール１０の発電無効部である縁部１６が形成されている。本実施形態において、縁部１５の幅Ｗ_１と縁部１６の幅Ｗ_２とは、略同一になるように形成されている。

図３は、第１の実施形態の太陽電池システムを示す平面図である。図１に示す太陽電池システム１を上方から見た状態を示している。なお、図３においては、円筒状容器２の壁面をハッチングを付して示している。円筒状容器２の内径Ｒは、特に限定されるものではないが、屋外に設置する簡易な電源として、本実施形態の太陽電池システム１を用いる場合、例えば、５０ｃｍ以下にすることができる。

図４は、第１の実施形態の太陽電池システムの等価回路を示した回路図である。図２に示されている１枚の太陽電池セル１３を、電池の回路記号を用いて示している。太陽電池システムは３つの太陽電池モジュール１０−１〜１０−３を備え、それぞれの太陽電池モジュール１０は、９つの太陽電池セル１３を備える。太陽電池モジュール１０には、それぞれ、逆流防止のダイオード１７が複数の太陽電池セル１３に対して直列に接続される。ダイオード１７は、太陽電池モジュール１０と別体としてもよいし、太陽電池モジュール１０に内蔵してもよい。

３つの太陽電池モジュール１０−１〜１０−３は円筒状容器２内に沿って設けられるため、例えば太陽光などの１方向から光が入射する場合、３つの太陽電池モジュール１０−１〜１０−３は同時に発電しない。例えば、太陽電池モジュール１０−１、１０−２は発電しているが、太陽電池モジュール１０−３は発電しないという状況が発生する。このとき、ダイオード１７を設けることによって、太陽電池モジュール１０−１、１０−２で発電した電流が太陽電池モジュール１０−３に流れることを防ぎ、太陽電池モジュール１０−３の破損を防ぐことができるとともに、太陽電池モジュール１０−１、１０−２で発電した電力を効率よく利用することができる。また、太陽電池システムに図示しない２次電池を接続する場合、２次電池から太陽電池モジュール１０−１〜１０−３に電流が流れることを防ぐことができる。このような状況は、例えば夜間などの太陽電池モジュール１０−１〜１０−３の全てが発電しない場合に発生する可能性がある。

図５は、第２の実施形態の太陽電池システムを示す平面図である。なお、図５においては、円筒状容器２の壁面をハッチングを付して示している。本実施形態では、円筒状容器２内に、４つの太陽電池モジュールを収納し、４つの太陽電池モジュールが４角柱を形成するように配置している。なお、図５において図示していないが、第１の実施形態と同様に、４つの太陽電池モジュール１０で形成される４角柱の内側のコーナー部に、４つの支持棒を配置することにより、４角柱を形成している４つの太陽電池モジュール１０を、円筒状容器２内で支持している。

図６は、第３の実施形態の太陽電池システムを示す平面図である。なお、図６においては、円筒状容器２の壁面をハッチングを付して示している。本実施形態では、円筒状容器２内に、５つの太陽電池モジュールを収納し、５つの太陽電池モジュールが５角柱を形成するように配置している。なお、図６において図示していないが、第１の実施形態と同様に、５つの太陽電池モジュール１０で形成される５角柱の内側のコーナー部に、５つの支持棒を配置することにより、５角柱を形成している５つの太陽電池モジュール１０を、円筒状容器２内で支持している。

図７は、発電無効部である縁部１５の幅Ｗ_１と、発電量との関係を示す図である。図７で示されている発電量は、所定の期間内に、入射光の向きが変化しながら円筒状の太陽電池システムが受光した場合の発電量の総量である。これは、円筒状の太陽電池システムの１日の平均的な発電量となることを想定した条件である。横軸は、ｎ角柱のｎを示しており、縦軸は発電量を示している。発電量は、円筒状容器２内に、円筒状の太陽電池モジュールを配置した場合の発電量を１としたときの相対値である。なお、この場合の太陽電池モジュールには、発電無効部である縁部がないものを想定している。また、ｎ角柱におけるｎ＝２の太陽電池システムは、太陽電池モジュールの裏面同士を張りつけたものを円筒状容器２内に内接するように配置した太陽電池システムである。

図７に示す各曲線は、太陽電池モジュール１０における縁部１５の幅Ｗ_１の、円筒状容器２の内径Ｒに対する比率を、１％〜１６％に変化させたときのｎ角柱と発電量との関係を示している。図７に示すように、縁部１５の幅Ｗ_１が０でない場合、ｎ角柱におけるｎが大きくなるにつれて、発電量が減少することがわかる。特に、内径Ｒに対する幅Ｗ_１の比率が４％以上になると、７角柱以上の多角柱の減少割合が大きくなる。ｎ角柱におけるｎの値が大きい方が太陽電池モジュールの合計面積は大きくなるが、太陽電池システムの発電量は減少する傾向となる。これは、太陽電池モジュールの合計面積の増加とともに、太陽電池モジュールの縁部１６の面積も増加するためである。その結果、ｎの値が大きくなるにつれて一旦は発電量は増加するが、その後発電量は減少することになる。太陽電池システムの構造からは、ｎ角柱におけるｎの値が小さい方が簡易になるため好ましい。したがって、本発明に従い、太陽電池モジュールを、３角柱、４角柱、５角柱、または６角柱を形成するように円筒状容器内に配置することにより、製造コストを低減でき、かつ発電量の大きい太陽電池システムが得られることがわかる。更に好ましくは、本発明に従い、太陽電池モジュールを、３角柱、４角柱または５角柱を形成するように円筒状容器内に配置することにより、製造コストを低減でき、かつ発電量の大きい太陽電池システムが得られる。また、板状の太陽電池モジュールを用いているので、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いた汎用性のある太陽電池モジュールを用いることができる。この点からも、製造コストを形成することができ、かつ発電量の大きい太陽電池システムとすることができる。

１…太陽電池システム
２…円筒状容器
２ａ…容器本体
２ｂ…蓋
３…支持棒
１０…太陽電池モジュール
１０−１，１０−２，１０−３…太陽電池モジュール
１１…受光面
１２…裏面
１３…太陽電池セル
１４…センターライン部
１５，１６…縁部
１７…ダイオード

Claims

透明な円筒状容器内に、複数の板状の太陽電池モジュールをそれぞれの受光面が外側に向くように、かつ前記円筒状容器の軸方向に前記受光面の面方向が沿うように配置した太陽電池システムであって、
前記複数の太陽電池モジュールが、前記円筒状容器内で、３角柱、４角柱、５角柱、または６角柱を形成するように配置されている、太陽電池システム。
前記太陽電池モジュールは、結晶系太陽電池を含む複数の太陽電池セルを有する、請求項１に記載の太陽電池システム。
前記複数の太陽電池モジュールが、電気的に並列に接続されている、請求項２に記載の太陽電池システム。
前記太陽電池モジュールに電気的に接続された逆流防止のダイオードを更に備え、前記ダイオードは前記太陽電池モジュールの有する前記太陽電池セルに直列接続される、請求項３に記載の太陽電池システム。
前記太陽電池モジュールは、ガラス−エポキシ基板を含み、複数の前記太陽電池セルは前記ガラス−エポキシ基板上に配置される、請求項２〜４のいずれか一項に記載の太陽電池システム。