JP2021082722A

JP2021082722A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2021082722A
Application number: JP2019209442A
Authority: JP
Inventors: 将典福田; Masanori Fukuda; 哲赤池; Satoru Akaike; 哲史大谷; Tetsufumi Otani
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2021-05-27

Abstract

【課題】発電面積の異なる太陽電池セルの配置を工夫することで、出力が低下することを抑制することができる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】直列接続された複数の太陽電池セルクラスター３，３を備え、各太陽電池セルクラスター３は、並列接続された複数の太陽電池セルストリング４を備え、複数の太陽電池セルストリング４は、第１の発電面積を有する第１太陽電池セル５の複数で構成される第１太陽電池セルストリング５１と、第１の発電面積と異なる第２の発電面積を有する第２太陽電池セル６の複数で構成される第２太陽電池セルストリング６１と、を備え、各々の太陽電池セルクラスター３，３に備える第１太陽電池セルストリング５１の個数と第２太陽電池セルストリング６１の個数とが、それぞれ同数である。【選択図】図１

Description

本発明は、一方向に並べられた複数の太陽電池セルを電気的に接続して構成される太陽電池セルストリングが複数集合した太陽電池セルクラスターの複数を接続して構成される太陽電池モジュールに関する。

例えば、非特許文献１の図１０に示された太陽電池モジュールでは、シングリング方式で１５個の太陽電池セルを直列に接続して構成した太陽電池セルストリングの６個をシングリングの接続方向と垂直な方向に配列して並列に接続することで太陽電池セルクラスターを構成し、構成した太陽電池セルクラスターの３個を配列して直列に接続することで太陽電池モジュールを構成している。

Cell-to-Module (CTM) Analysis for Photovoltaic Modules with Shingled Solar Cells(IEEE Xploreに追加された日付2018年11月5日）著者：Max Mittag,Tobias Zech,Martin Wiese,David Blasi,Matthieu Ebert,Harry Wirth

上記非特許文献１では、太陽電池セルストリングを構成する複数の太陽電池セルを同一の発電面積を有するものから構成することによって、太陽電池セルストリング内における電気特性（特に電流）を一致させるようにしている。

ところで、所定の電極パターンが形成された略正方形状（例えば８角形）の分割前セルを小区画（少なくとも３区画以上）に均等分割し、分割された太陽電池セルを例えばシングリング接続により接続して略矩形状の太陽電池セルストリングを構成する場合に、次のような不都合が発生する。つまり、分割された太陽電池セルのうち、端部側に位置する太陽電池セルは、分割前セルの形状に起因した隅に面取りのある形状であるため、両端部の間に位置する矩形状の太陽電池セルに比べて発電面積が減少し、電気特性（特に電流）が異なる。このため、電気特性が異なる複数種類の太陽電池セルを用いて太陽電池セルストリングを構成すると、太陽電池セルストリング内で流れる電流のミスマッチが発生し、太陽電池セルストリングとしての電流値が、最も電流の小さい太陽電池セルの電流値に律速されてしまう。その結果、太陽電池セル電力を効率的に取り出せない（出力が低下する）という不都合が生じる。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、発電面積の異なる太陽電池セルの配置を工夫することで、出力が低下することを抑制することができる太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

本発明に係る太陽電池モジュールは、直列接続された複数の太陽電池セルクラスターを備え、該太陽電池セルクラスターの各々は、並列接続された複数の太陽電池セルストリングを備え、該太陽電池セルストリングの各々は、複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルを接続する導電性の接続部材とを備え、前記太陽電池セルの各々は、該太陽電池セルの受光面に設けられた受光面側集電電極と、前記太陽電池セルの裏面に設けられた裏面側集電電極とを備え、前記複数の太陽電池セルのうち、一の太陽電池セルの前記受光面側集電電極の一部と、前記一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの前記裏面側集電電極の一部とが重なった状態で、前記接続部材を介して接続されており、前記複数の太陽電池セルストリングは、第１の発電面積を有する第１太陽電池セルの複数で構成される第１太陽電池セルストリングと、第１の発電面積と異なる第２の発電面積を有する第２太陽電池セルの複数で構成される第２太陽電池セルストリングと、を備え、各々の前記太陽電池セルクラスターに備える前記第１太陽電池セルストリングの個数と前記第２太陽電池セルストリングの個数とが、それぞれ同数であることを特徴としている。

かかる構成によれば、複数の太陽電池セルストリングが、第１の発電面積を有する第１太陽電池セルの複数で構成される第１太陽電池セルストリングと、第１の発電面積と異なる第２の発電面積を有する第２太陽電池セルの複数で構成される第２太陽電池セルストリングとで、構成されることによって、第１太陽電池セルストリング内で流れる電流及び第２太陽電池セルストリング内で流れる電流のミスマッチが生じることがない。しかも、各々の太陽電池セルクラスターに備える第１太陽電池セルストリングの個数と第２セルストリングの個数とを、それぞれ同数にすることによって、各々に流れる太陽電池セルクラスターの電流を同一にすることができ、直列接続される複数の太陽電池セルクラスター間に流れる電流のミスマッチが発生することがない。

また、本発明に係る太陽電池モジュールは、前記第１太陽電池セルは、第一形状の太陽電池セルからなり、前記第２太陽電池セルは、前記第１太陽電池セルよりも面積の小さい第二形状の太陽電池セルからなっていてもよい。

上記のように、第一形状の太陽電池セルからなる第１太陽電池セルを用いて第１太陽電池セルストリングを構成し、第１太陽電池セルよりも面積の大きい第二形状の太陽電池セルを用いて第２太陽電池セルストリングを構成することができる。

また、本発明に係る太陽電池モジュールは、前記第二形状の太陽電池セルは、隅に面取りのある形状であり、前記第一形状の太陽電池セルは、長辺と短辺を有した略矩形状であってもよい。

上記構成によれば、切断前の原料セルの隅部から切り出される面取りのある第一形状の太陽電池セルを有効に利用することができる。

また、本発明に係る太陽電池モジュールは、略正方形状の分割前太陽電池セルを一の辺に略平行でかつ略均等に３個以上に分割して得られた端部側の分割セルが、前記第２太陽電池セルであり、前記端部側の２個の分割セルの間に位置する中間の分割セルが前記第１太陽電池セルであってもよい。

上記構成によれば、端部側の分割セルである第１太陽電池セルを用いて第１太陽電池セルストリングを構成し、中間の分割セルである第２太陽電池セルを用いて第２太陽電池セルストリングを構成することができる。

以上より、本発明によれば、発電面積の異なる太陽電池セルの配置を工夫して、電流のミスマッチが生じないようにすることができるので、出力が低下することを抑制することができる太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の太陽電池モジュールの平面図である。太陽電池セルを示す斜視図である。同太陽電池セルを示す正面図である。同太陽電池セルを示す背面図である。（Ａ）〜（Ｅ）は、同太陽電池セルを分割して形状別に並べ替えた状態を示す正面図である。複数の太陽電池セルを組み合わせる際の並べ方を概略的に示す斜視図である。複数の太陽電池セルの接続部分を示す要部の拡大縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照しつつ説明する。

図１に、太陽電池モジュール１を示している。なお、図１の紙面において、左右方向（横方向）をＸ方向とし、上下方向（縦方向）をＹ方向として説明する。この太陽電池モジュール１は、略矩形状（Ｘ方向に長い長方形状）の基台２と、基台２上にＸ方向に配置された２組の太陽電池セルクラスター３，３と、を備えている。

図１の紙面上で左側の太陽電池セルクラスター３の上側の端辺部と下側の端辺部とはそれぞれ、太陽電池セルクラスター３のプラス極、およびマイナス極となっている。また、右側の太陽電池セルクラスター３の上側の端辺部と下側の端辺部とはそれぞれ、太陽電池セルクラスター３のマイナス極、およびプラス極となっている。右側の太陽電池セルクラスター３の上側の端辺部と左側の太陽電池セルクラスター３の上側の端辺部とは、接続配線１５を介して直列に接続されている。各太陽電池セルクラスター３は、Ｙ方向に長い太陽電池セルストリング４の５つを後述する複数の第１太陽電池セル５（又は複数の第２太陽電池セル６）の接続方向に対して垂直の方向（Ｘ方向）に並べた状態で、接続配線１５を介して並列に接続されて構成されている。

太陽電池セルストリング４は、同一形状（図１では長方形）で同一面積を有する複数（図１では３９個）の第一形状の第１太陽電池セル５で構成される第１太陽電池セルストリング５１と、同一形状（隅に面取り部６Ａ，６Ａのある台形状）で同一面積を有し、かつ、第１太陽電池セル５の面積よりも小さな面積を有する複数（第１太陽電池セルストリング５１を構成する第１太陽電池セル５と同数であり、図１では３９個）の第二形状の第２太陽電池セル６で構成される第２太陽電池セルストリング６１と、を備えている。前記のように、太陽電池セルストリング４が、第１の発電面積を有する第１太陽電池セル５の複数で構成される第１太陽電池セルストリング５１と、第１の発電面積と異なる第２の発電面積を有する第２太陽電池セル６の複数で構成される第２太陽電池セルストリング６１とで、構成されることによって、第１太陽電池セルストリング５１内で流れる電流及び第２太陽電池セルストリング６１内で流れる電流のミスマッチが生じることがない。

Ｙ方向で隣り合う第１太陽電池セル５，５同士が直列接続されている。また、Ｙ方向で隣り合う第２太陽電池セル６，６同士が直列接続されている。これらの接続は、後述するシングリング接続によりなされる。各第１太陽電池セル５の幅（Ｘ方向）の寸法は、同一に構成され、また、各第２太陽電池セル６の幅（Ｘ方向）の寸法は、同一に構成されている。この実施形態では、第１太陽電池セル５の幅（Ｘ方向）の寸法と第２太陽電池セル６の幅（Ｘ方向）の寸法とを同一に構成し、かつ、第１太陽電池セル５の縦（Ｙ方向）の寸法と第２太陽電池セル６の縦（Ｙ方向）の寸法とを同一に構成している。これは、１枚の半導体基板を短冊状に切断することで第１太陽電池セル５及び第２太陽電池セル６が製造されるからである。一般的に、前記半導体基板は、四隅に面取り部を有するため、第２太陽電池セル６に面取り部６Ａ，６Ａ（図１参照）が形成される。したがって、面取り部６Ａ，６Ａが形成された分だけ、第２太電池ストリング６１が第１太陽電池セルストリング５１よりも小さい面積で構成されている。

そして、両端に位置する端部側太陽電池セルストリング４Ａ，４Ａのそれぞれが、第２太陽電池セルストリング６１から構成されている。なお、左側の太陽電池セルクラスター３のＸ方向両端に位置する各第２太陽電池セルストリング６１を構成する全ての第２太陽電池セル６の向きが、面取り６Ａ，６Ａのある側が下方を向いた向きになっているのに対して、右側の太陽電池セルクラスター３のＸ方向両端に位置する各第２太陽電池セルストリング６１を構成する全ての第２太陽電池セル６の向きが、面取り６Ａ，６Ａのある側が上方を向いた向きになっている。

前記構成の太陽電池モジュール１は、Ｘ方向両端に位置する端部側太陽電池セルストリング４Ａ，４Ａのそれぞれを、第２太陽電池セルストリング６１から構成するとともに、Ｘ方向中央部に位置する２つの太陽電池セルストリング４，４のそれぞれを、第２太陽電池セルストリング６１から構成し、第２太陽電池セルストリング６１，６１間のそれぞれに位置する３つの太陽電池セルストリング４，４，４のそれぞれを、第１太陽電池セルストリング５１から構成している。なお、第２太陽電池セルストリング６１，６１の位置は、図１に示すものに限定されない。

第１太陽電池セル５および第２太陽電池セル６は次にようにして得られる。図２〜図４及び図６（Ａ）に示すように、四隅をカットした面取り部６Ａ，６Ａが形成された略矩形状である八角形状の半導体基板７にＰＮ接合を形成する。この半導体基板７上に複数の集電電極（図２、図３の表側に備えるバスバー電極８と図４の裏側に備える裏面バスバー電極９）を形成することで太陽電池セルを構成することができる。この太陽電池セルを、一の辺１０に略平行でかつ略均等に直線状の５本の分割ライン１１で複数（図２，３では６つ）に等分すると、両端に位置する２つの面取り部６Ａ，６Ａを有する２つの台形の第２太陽電池セル６，６と、２つの台形の第２太陽電池セル６，６の間に分割される複数（４つ）の長方形状の第１太陽電池セル５，５，５，５と、を得ることができる（図５（Ｂ），（Ｃ）参照）。そのため、２種類の形状の第１太陽電池セル５及び第２太陽電池セル６を無駄なく用いて太陽電池モジュール１を構成しようとすると、図１のように、Ｘ方向両端以外の位置にも第２太陽電池セルストリング６１，６１を配置することになる。

前記複数の集電電極は、前記複数のバスバー電極８，９を含み、各バスバー電極に複数のフィンガー電極１２（図３参照）が交差するように接続されている。この集電電極により、太陽電池セル（第１太陽電池セル５及び第２太陽電池セル６）に発生した電気を効率的に集めて取り出すことができる。

図２及び図３の両端に分割される第２太陽電池セル６，６のそれぞれの端の辺にバスバー電極８が設けられ、両端の第２太陽電池セル６，６間に分割される４個の第１太陽電池セル５，５，５，５のそれぞれは、左端部分にバスバー電極８が設けられている。つまり、左端の第２太陽電池セル６及び４個の第１太陽電池セル５，５，５，５が左端にバスバー電極８が設けられているのに対して、右端の第２太陽電池セル６は、右端にバスバー電極８が設けられている。

本実施形態では、図１において、左側に位置する太陽電池セルクラスター３に備える第１太陽電池セルストリング５１の個数が３個で、第２太陽電池セルストリング６１の個数が２個である。これに対して右側に位置する太陽電池セルクラスター３に備える第１太陽電池セルストリング５１の個数が３個で、第２太陽電池セルストリング６１の個数が２個である。このように、各々の太陽電池セルクラスター３又は３に備える第１太陽電池セルストリング５１の個数と第２セルストリング６１の個数とを、それぞれ同数にすることによって、各々に流れる太陽電池セルクラスター３の電流を同一にすることができ、直列接続される複数の太陽電池セルクラスター３，３間に流れる電流のミスマッチが発生することがない。

図５（Ａ）〜図５（Ｅ）に分割される複数の第１太陽電池セル５及び第２太陽電池セル６の並びを示す。図５（Ａ）は図２と同一の図である。太陽電池セルは、分割前の複数の第１太陽電池セル５及び第２太陽電池セル６の並び方向において両側に位置する第２太陽電池セル６，６が、図５（Ｂ）に示すように分割された第２太陽電池セル６，６となる。そして、残った中央側の部分が、図５（Ｃ）に示すように複数（４個）の第１太陽電池セル５に分割される。本実施形態でも従来と同様、分割された第２太陽電池セル６については幅方向（図示の左右方向）に反転させる必要があって、この反転により、図５（Ｄ）に示す同一形状（二隅に面取り部６Ａ，６Ａを有する形状）の２枚の第２太陽電池セル６，６が形成される。一方、中央に位置する複数の第１太陽電池セル５はそのまま分割され、図５（Ｅ）に示す同一形状（長方形状または短冊状）の４枚の複数の第１太陽電池セル５，５，５，５が形成される。

本実施形態における太陽電池セルストリング４を構成する複数の第１太陽電池セル５の並べ方を、図６及び図７に示している。つまり、下側に位置する第１太陽電池セル５が有するバスバー電極８に上側に位置する第１太陽電池セル５が有する裏面バスバー電極（図７参照）９が重なるように配置し、各電極８，９が重なった部分は、図７に示すように、導電性部材１３を介して電気的に接続される（シングリング接続という）。なお、図７においてハッチングを付した部分は、半導体基板７の表面及び裏面に形成された透明電極層１４である。このように配置することで、複数の第１太陽電池セル５が直列接続され、第１太陽電池セルストリング５１を構成する。なお、複数の第２太陽電池セル６も複数の第１太陽電池セル５と同様に、直列接続される。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得ることは勿論である。

前記実施形態では、太陽電池モジュール１を２つの太陽電池セルクラスター３，３から構成したが、３つ以上の太陽電池セルクラスターから構成してもよい。

また、前記実施形態では、太陽電池セルクラスター３に、３つの第１太陽電池セルストリング５１，５１，５１と２つの第２太陽電池セルストリング６１，６１とを備えたものを示したが、少なくとも１つの第１太陽電池セルストリングと１つの第２太陽電池セルストリングを備えるものであれば、第１太陽電池セルストリングの個数と第２太陽電池セルストリングの個数は、自由に設定可能である。ここで、第１太陽電池セル５および第２太陽電池セル６が、太陽電池セルを略Ｎ等分（Ｎは３以上の自然数）に分割することにより得られる場合には、第１太陽電池セルストリングの個数と第２太陽電池セルストリングの個数の比が、（Ｎ−２）：２であることが好ましい。なぜならば、分割して得られる２種類の形状の第１太陽電池セル５及び第２太陽電池セル６を無駄なく用いて太陽電池モジュール１を構成することが可能となるからである。また、矩形状の第１太陽電池セル５の長短比がＮ：１（Nは３以上の自然数）の場合に、第１太陽電池セルストリングの個数と第２太陽電池セルストリングの個数との比が、（Ｎ−２）：２であることが好ましい。なぜならば、分割して得られる２種類の形状の第１太陽電池セル５及び第２太陽電池セル６を無駄なく用いて太陽電池モジュール１を構成することが可能となるからである。前記分割数が増えれば増えるほど、第１太陽電池セル５と第２太陽電池セル６の面積比が大きくなり、電流ミスマッチの解消に有効となる一方、分割数が増えすぎると、シングリング接続箇所が増えてコスト増になるため、前記分割数は、好適には８以下であり、特に４−６が好ましい。

また、前記実施形態では、第２太陽電池セル６の形状を第１太陽電池セル５の形状と異ならせることで、第１太陽電池セル５の面積よりも小さな面積を有する第２太陽電池セル６を構成したが、第２太陽電池セル６のＸ方向の幅寸法を第１太陽電池セル５のＸ方向の幅寸法よりも小さくする、又は第２太陽電池セル６のＹ方向の寸法を第１太陽電池セル５のＹ方向の寸法よりも小さくすることによって、第１太陽電池セルの面積よりも小さな面積を有する第２太陽電池セル６を構成してもよい。

また、前記実施形態では、複数の太陽電池セルストリング４を太陽電池セルの接続方向に対して垂直の方向（直交する方向）に並べて電気的に接続したが、複数の太陽電池セルストリング４を太陽電池セルの接続方向に対して交わる方向に並べて電気的に接続してもよい。

１…太陽電池モジュール、２…基台、３…太陽電池セルクラスター、３…太陽電池クラスター、４…太陽電池セルストリング、４Ａ…端部側太陽電池セルストリング、５…第１太陽電池セル、６…第２太陽電池セル、６Ａ…面取り部、７…半導体基板、８…バスバー電極、９…裏面バスバー電極、１０…一の辺、１１…分割ライン、１２…フィンガー電極、１３…導電性部材、１４…透明電極層、１５…接続配線、５１…第１太陽電池セルストリング、６１…第２太陽電池セルストリング

Claims

直列接続された複数の太陽電池セルクラスターを備え、
該太陽電池セルクラスターの各々は、並列接続された複数の太陽電池セルストリングを備え、
該太陽電池セルストリングの各々は、複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルを接続する導電性の接続部材とを備え、
前記太陽電池セルの各々は、該太陽電池セルの受光面に設けられた受光面側集電電極と、前記太陽電池セルの裏面に設けられた裏面側集電電極とを備え、
前記複数の太陽電池セルのうち、一の太陽電池セルの前記受光面側集電電極の一部と、前記一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの前記裏面側集電電極の一部とが重なった状態で、前記接続部材を介して接続されており、
前記複数の太陽電池セルストリングは、第１の発電面積を有する第１太陽電池セルの複数で構成される第１太陽電池セルストリングと、第１の発電面積と異なる第２の発電面積を有する第２太陽電池セルの複数で構成される第２太陽電池セルストリングと、を備え、
各々の前記太陽電池セルクラスターに備える前記第１太陽電池セルストリングの個数と前記第２太陽電池セルストリングの個数とが、それぞれ同数であることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記第１太陽電池セルは、第一形状の太陽電池セルからなり、前記第２太陽電池セルは、前記第１太陽電池セルよりも面積の小さい第二形状の太陽電池セルからなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記第二形状の太陽電池セルは、隅に面取りのある形状であり、前記第一形状の太陽電池セルは、長辺と短辺を有した略矩形状であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
略正方形状の分割前太陽電池セルを一の辺に略平行でかつ略均等に３個以上に分割して得られた端部側の分割セルが、前記第２太陽電池セルであり、前記端部側の２個の分割セルの間に位置する中間の分割セルが前記第１太陽電池セルであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の太陽電池モジュール。