JP2015138875A

JP2015138875A - 太陽電池ストリング

Info

Publication number: JP2015138875A
Application number: JP2014009448A
Authority: JP
Inventors: 栄造渡辺; Eizo Watanabe; 仁志上地; Hitoshi Uechi
Original assignee: Silicon Plus Corp
Current assignee: Silicon Plus Corp
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2015-07-30

Abstract

【課題】太陽電池発電システムを備える建物が火災になった場合、火災の現場で消火活動を行う消防士等の感電事故を防止するための太陽電池ストリングを提供する。
【解決手段】複数の太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールのそれぞれに備えられた正極ケーブル１１２および負極ケーブル１１３と、互いに隣接する２個の太陽電池モジュールにおいて、第１の太陽電池モジュールの正極ケーブル１１２と、第１の太陽電池モジュールに隣接する第２の太陽電池モジュールの負極ケーブル１１３とを電気的に直列接続するコネクタ１２２と、を有し、コネクタ１２２は、第１の太陽電池モジュールと第２の太陽電池モジュールの直列接続を遮断する遮断手段１６０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池ストリングに関する。

一般に、太陽光発電システムでは、２０枚〜３０枚の太陽電池モジュールを配置し、数枚の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングが構成されている。そして、例えば住宅用途では、住宅の屋根の上に複数の太陽電池ストリングを並列に接続した太陽電池アレイを架台等に設置して使用される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−９４７５１号公報

ところで、太陽電池発電システムを備える建物が火災になった場合、火災現場では消防士等によって通常、建物に通じる電源がカットされる。しかし、太陽電池発電システムが実際にはＡＣ配電網に接続されなくても太陽電池モジュールは電圧を発生させ続ける。
通常、一組の太陽電池モジュールの出力電圧は３０Ｖ〜５０Ｖなので、太陽電池発電設備においては、１０個程度の太陽電池モジュールを直列に接合し、３００Ｖ〜５００Ｖ程度の電圧を得ている。このため、火災現場では、３００Ｖ以上の電圧が露出する可能性があり、消火活動を行う消防士等が感電する危険性のリスクがある。
本発明の目的は、太陽電池発電システムを備える建物が火災になった場合、火災の現場で消火活動を行う消防士等の感電事故を防止することにある。

本発明によれば、複数の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールのそれぞれに備えられた正極ケーブルおよび負極ケーブルと、互いに隣接する２個の前記太陽電池モジュールにおいて、第１の太陽電池モジュールの前記正極ケーブルと、当該第１の太陽電池モジュールに隣接する第２の太陽電池モジュールの前記負極ケーブルとを電気的に直列接続するコネクタと、を有し、前記コネクタは、前記第１の太陽電池モジュールと前記第２の太陽電池モジュールの直列接続を遮断する遮断手段を備えることを特徴とする太陽電池ストリングが提供される。
ここで、前記コネクタの前記遮断手段は、当該コネクタの周囲の温度に応じて前記直列接続を遮断する感温遮断部を備えることが好ましい。
また、前記感温遮断部は、前記コネクタの周囲の温度が１００℃以上に達すると溶断する温度ヒューズであることが好ましい。
さらに、前記感温遮断部は、前記コネクタの周囲の温度が１００℃以上に達するとバイメタル方式により前記直列接続を遮断する配線用遮断器を備えることが好ましい。

本発明によれば、太陽電池発電システムを備える建物が火災になった場合、火災の現場で消火活動を行う消防士等の感電事故が防止される。

本実施の形態に係る太陽電池ストリングの一例を説明する図である。本実施の形態に係る太陽電池モジュールの構成を説明する背面図である。本実施の形態に係る太陽電池モジュール用コネクタの構成を説明する概略断面図である。図３（ａ）は、接続前の太陽電池モジュール用コネクタの概略断面図であり、図３（ｂ）は、接続後の太陽電池モジュール用コネクタの概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。すなわち、実施の形態の例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。

（太陽電池ストリング）
図１は、本実施の形態に係る太陽電池ストリングの一例を説明する図である。図１には、複数の（本実施の形態では８個）の太陽電池モジュール１０２を電気的に直列接続した太陽電池ストリング１０１と、太陽電池ストリング１０１が発生する直流電力を交流電力に変換し、分電盤１０８を介して、例えば住宅内の家電製品１０５へ送るパワーコンディショナ（直流交流変換器）１０６と、太陽電池ストリング１０１とパワーコンディショナ１０６とを電気的に接続する接続箱１０７と、を備える。

太陽電池モジュール１０２は、非受光面（背面）側に位置する端子箱１１１と、端子箱１１１から延びる正極ケーブル１１２および負極ケーブル１１３と、を備える。太陽電池ストリング１０１の互いに隣接する２個の太陽電池モジュール１０２は、第１の太陽電池モジュール１０２の正極ケーブル１１２と、第２の太陽電池モジュール１０２の負極ケーブル１１３とが、太陽電池モジュール用コネクタ（コネクタ）１２２を介して電気的に直列接続されている。後述するようにコネクタは、隣接する２個の太陽電池モジュール１０２の直列接続を遮断する遮断手段（図示せず）を備えている。

太陽電池ストリング１０１の正極端となる正極ケーブル１１６は、太陽電池ストリング１０１の一方の端部に位置する太陽電池モジュール１０２ａの正極ケーブル１１２である。他方、太陽電池ストリング１０１の負極端となる負極ケーブル１１７は、太陽電池ストリング１０１の他方の端部に位置する太陽電池モジュール１０２ｂの負極ケーブル１１３である。また、太陽電池ストリング１０１の正極ケーブル１１６および負極ケーブル１１７は、それぞれ電力線１２１ａ，１２１ｂにより接続箱１０７に接続している。

（太陽電池モジュール）
図２は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの構成を説明する背面図である。図２に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０２は、長辺Ｌ１が１３０ｃｍ〜２００ｃｍ、短辺Ｌ２が５ｃｍ〜１００ｃｍ、厚さ４ｃｍ〜１０ｃｍの長方形状の板状体である。また、短辺Ｌ２の略中央を貫く線上に端子箱１１１が配置されている。

本実施の形態で使用する太陽電池モジュール１０２の構造は特に限定されず、例えば、アモルファスシリコーン（ａ−Ｓｉ）型太陽電池が挙げられる。一般に、アモルファスシリコーン（ａ−Ｓｉ）型太陽電池は、標準青板ガラス基板上にＳｉＯ_２とＳｎＯ_２の２層からなる透明電極、ｐ／ｉ／ｎ（又はｎ／ｉ／ｐ）型のアモルファスシリコーンからなる発電膜及びＡｌからなる裏面電極を順次積層した構成となっている。
また、アモルファスシリコーン（ａ−Ｓｉ）型太陽電池に採用される太陽電池セルのアモルファスシリコーン層の積層数としては、前述した２層構造以外、１層、３層、４層以上も可能である。また、太陽電池セルとしてシリコーン結晶層を採用することも可能である。シリコーン結晶層としては、シリコーン単結晶、シリコーン多結晶のいずれをも適用可能である。
さらに、太陽電池セルには化合物半導体層を備えることも可能である。化合物半導体層の組成としては、２元系ではＧａＡｓやＣｄＳ等、３元系ではＣｕＩｎＳｅ_２等が挙げられる。

尚、図示しないが、太陽電池モジュール１０２の表面側（受光面）は、複数の太陽電池セルから構成され、その表面には強化ガラス板が設けられている。また、太陽電池モジュール１０２の外周縁部は、ゴム製ガスケットにより封止され、さらに、金属製フレームが取り付けられている。また、本実施形態に係る太陽電池ストリング１０１は、太陽電池モジュール１０２を短辺Ｌ２の方向へ直線状に並べたものであるが、太陽電池モジュール１０２を長辺Ｌ１の方向へ直線状に並べてもよい。

太陽電池モジュール１０２の正極ケーブル１１２および負極ケーブル１１３は、それぞれの自由端に正極コネクタ１２２ａおよび負極コネクタ１２２ｂを備える。互いに隣接する２個の太陽電池モジュール１０２は、正極コネクタ１２２ａと隣接する他の太陽電池モジュール１０２の負極コネクタ１２２ｂとが接続して一体化し、太陽電池モジュール用コネクタ１２２を構成することにより電気的に直列に接続される。

（太陽電池モジュール用コネクタ）
図３は、本実施の形態に係る太陽電池モジュール用コネクタ１２２の構成を説明する概略断面図である。図３（ａ）は、接続前の太陽電池モジュール用コネクタ１２２の概略断面図であり、図３（ｂ）は、接続後の太陽電池モジュール用コネクタ１２２の概略断面図である。
図１及び図２に示すように、互いに隣接する２個の太陽電池モジュール１０２間では、正極ケーブル１１２の自由端に接続された正極コネクタ１２２ａ（プラグ）と、負極ケーブル１１３の自由端に接続された負極コネクタ１２２ｂ（ソケット）とが対向して配され、プラグ・ソケット接続が可能となる。

図３（ａ）に示すプラグ側の正極コネクタ１２２ａは、正極ケーブル１１２の自由端に形成され、内側に後述する負極コネクタ１２２ｂとの嵌合部分を有し且つ全体として円筒形のフード部１３１ａと、フード部１３１ａの内部に装着されたプラグ側端子１４１ａと、フード部１３１ａの内部において、正極ケーブル１１２とプラグ側端子１４１ａとの間に設けられてこれらと直列に接続する遮断手段１６０とを有している。また、フード部１３１ａの先端には、後述するソケット側の負極コネクタ１２２ｂと嵌合する際に使用されるロック受け部１３２ａが形成されている。

図３（ａ）に示すソケット側の負極コネクタ１２２ｂは、負極ケーブル１１３の自由端に形成され且つ全体として円筒形の嵌合部１３１ｂと、嵌合部１３１ｂの先端に形成されて内部にソケット側端子１４１ｂが装着された嵌合筒部１３２ｂとを有している。また、嵌合筒部１３２ｂの外周面と略平行に一対のロック部１３３ｂが張り出し形成されている。さらに、嵌合筒部１３２ｂの奥側にはシールリング１５０が装着されている。

図３（ｂ）に示すように、プラグ側の正極コネクタ１２２ａとソケット側の負極コネクタ１２２ｂとは、正極コネクタ１２２ａ（プラグ）のフード部１３１ａ内に負極コネクタ１２２ｂ（ソケット）の嵌合筒部１３２ｂが嵌合することにより、プラグがソケットに正規な深さで差し込まれる。このとき、負極コネクタ１２２ｂのロック部１３３ｂと正極コネクタ１２２ａのロック受け部１３２ａとが弾性係止されて、正極コネクタ１２２ａ（プラグ）と負極コネクタ１２２ｂ（ソケット）がロックされる。

（遮断手段）
本実施の形態において、太陽電池モジュール用コネクタ１２２に使用する遮断手段１６０は、例えば、太陽電池発電システムを備える建物が火災になった場合、太陽電池モジュール１０２の直列接続を切り離し、太陽電池モジュール１０２間の電流を遮断する。
遮断手段１６０としては、特に限定されないが、本実施の形態では、太陽電池モジュール用コネクタ１２２の周囲の温度に応じて直列接続を遮断する感温遮断部が好ましい。

このような感温遮断部としては、例えば、温度ヒューズ、配線用遮断器等が挙げられる。ここで、温度ヒューズは、過電流によって生じる機器の発熱を感知して回路を遮断する過熱保護部品である。通常、内部抵抗が非常に低いので、電流による自己発熱は殆どなく、周囲の温度上昇により可溶体が溶断するものである。本実施の形態では、周囲の温度が１００℃〜１５０℃程度になったときに溶断する温度ヒューズが好ましい。尚、予め設定した定格以上の電力回路の短絡電流の遮断を行う電力機器としての電力（電流）ヒューズとは区別される。
配線用遮断器としては、例えば、太陽電池モジュール用コネクタ１２２の周囲の温度が１００℃以上に達するとバイメタル方式により直列接続を遮断する配線用遮断器が好ましい。

上述したように、本実施の形態に係る太陽電池ストリング１０１は、太陽電池モジュール１０２の正極ケーブル１１２および負極ケーブル１１３を接続する太陽電池モジュール用コネクタ１２２に太陽電池モジュール１０２間の電流を遮断する遮断手段１６０を設けている。これにより、例えば、各太陽電池モジュール１０２のそれぞれに制御回路を組み込む場合と比較して、シンプルな構成とすることができ、さらに、制御回路に電流を通す際の損失を抑えることができる。
また、延長ケーブルに使用した場合は、太陽電池モジュール１０２のそれぞれに遮断手段１６０を有する太陽電池モジュール用コネクタ１２２を設ける代わりに、例えば、３台毎の太陽電池モジュール１０２のユニットに区分けし、リスクの低い電圧となるような組み合わせとすることも可能である。
延長ケーブルに内蔵した遮断手段１６０が作動しても、個々の太陽電池モジュール１０２は破壊されないので、その場合は、延長ケーブルを交換することにより太陽電池ストリング１０１を再利用することができる。
また、遮断手段１６０として温度ヒューズを用いる場合、温度ヒューズの作動は不可逆であるため、例えば、温度ブレーカーを用いることも可能である。

１０１…太陽電池ストリング、１０２，１０２ａ，１０２ｂ…太陽電池モジュール、１０５…家電製品、１０６…パワーコンディショナ（直流交流変換器）、１０７…接続箱、１０８…分電盤、１１１…端子箱、１１２，１１６…正極ケーブル、１１３，１１７…負極ケーブル、１２１ａ，１２１ｂ…電力線、１２２…太陽電池モジュール用コネクタ、１２２ａ…正極コネクタ、１２２ｂ…負極コネクタ、１３１ａ…フード部、１３１ｂ…嵌合部、１３２ａ…ロック受け部、１３２ｂ…嵌合筒部、１４１ａ…プラグ側端子、１４１ｂ…ソケット側端子、１５０…シールリング、１６０…遮断手段

Claims

複数の太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールのそれぞれに備えられた正極ケーブルおよび負極ケーブルと、
互いに隣接する２個の前記太陽電池モジュールにおいて、第１の太陽電池モジュールの前記正極ケーブルと、当該第１の太陽電池モジュールに隣接する第２の太陽電池モジュールの前記負極ケーブルとを電気的に直列接続するコネクタと、を有し、
前記コネクタは、前記第１の太陽電池モジュールと前記第２の太陽電池モジュールの直列接続を遮断する遮断手段を備えることを特徴とする太陽電池ストリング。
前記コネクタの前記遮断手段は、当該コネクタの周囲の温度に応じて前記直列接続を遮断する感温遮断部を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池ストリング。
前記感温遮断部は、前記コネクタの周囲の温度が１００℃以上に達すると溶断する温度ヒューズであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池ストリング。
前記感温遮断部は、前記コネクタの周囲の温度が１００℃以上に達するとバイメタル方式により前記直列接続を遮断する配線用遮断器を備えることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池ストリング。