JP2761135B2 - 太陽電池電源装置 - Google Patents

太陽電池電源装置

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  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池をもちいた電源
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、地球環境に対する関心が高まり、
クリーンエネルギーの一つとしての太陽電池に大きな期
待が寄せられている。過去十数年の研究と量産効果によ
って、太陽電池のコストはWあたり700円程度まで低
下しており、ディーゼル発電機と比肩できるまでになっ
ている。しかしながら、既存の商用電源のコストから比
ベると、まだ数倍の開きがあり、本格的な普及に向けて
さらなるコストダウンが求められている。
【0003】上記コストダウンのターゲットとして、モ
ジュール化工程のコストダウンが揚げられている。電気
学会編「太陽電池ハンドブック」によれば、現在、多く
の太陽電池製造業者が図2に示すスーパーストレートモ
ジュ−ル(以後、ガラスモジュールと記す)を製造して
いる。このタイプのモジュールは表面がガラスであるた
め、堅牢で耐環境性にも優れているが、量産性が低く、
重く、高価であるという弱点を抱えている。
【0004】そこで、より安価なモジュール生産を可能
とするため、図3のような全樹脂製のモジュールが検討
され、実用化されてきている。この全樹脂製モジュール
はコーティング等の簡易な方法を用いて製造可能なた
め、量産性が高く、薄く、軽く、安価にモジュールを製
造できる。とりわけ、長尺のアモルファスシリコン太陽
電池を用いたときの生産性は抜群で、安価な太陽電池モ
ジュールの切り札とも考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、全樹脂
製モジュールは耐環境性、特に透湿に対してガラスモジ
ュールよりも劣っている。低コストを追求するために
は、被覆樹脂の厚さを薄くする事になり、さらに耐環境
性を弱めてしまうという問題がある。このようなモジュ
ールを用いて、太陽電池電源装置を構成すると、使用時
に湿度によって正負極間の漏れ電流が増加し、電圧の異
常低下を引き起こす事がある。この事情は、ガラスモジ
ュールについても同様で、雹などによってガラス表面に
ひびが入ってしまった場合、ひびから浸入した水分によ
って、全樹脂製モジュールと同様に出力電圧の異常低下
をきたす場合がある。
【0006】本発明は、上記問題点に鑑み為されたもの
で、透湿による故障が圧倒的に少ない高信頼性の太陽電
池電源装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、光によって
起電力を発生する太陽電池モジュール、ある一定の湿度
に達したとき信号を出力する湿度検出手段、太陽電池モ
ジュールに入射する光量が一定値以下となったとき信号
を出力する光量検出手段、上記湿度検出手段及び光量検
出手段の出力が共に出力されているとき太陽電池モジュ
ールの出力端子間を短絡する事のできる短絡手段を有す
ることを特徴とする太陽電池電源装置によって達成され
る。
【0008】
【作用】以下、本発明の作用をその詳細な構成とともに
図1に基づいて説明する。
【0009】光が照射される事によって、太陽電池モジ
ュール11に起電力が発生する。湿度が高くないときに
は、湿度検出手段12の出力は出力されないので、短絡
手段14に対してゲート信号が入力されず、モジュール
に発生した起電力は、逆流防止ダイオード15を通じて
負荷に供給される。
【0010】また、光強度が強いときには、光量検出手
段13の出力が出力されないので、上記同様に短絡手段
14が動作せず、太陽電池モジュール11の出力が負荷
に供給される。光強度が弱く、かつ湿度が高いときに湿
度検出手段12及びに光量検出手段13の出力が共に出
力され、その出力は短絡手段14に対してゲート信号と
して入力され、短絡手段14が太陽電池モジュール11
の端子間を短絡する。この様子を図4に示す。縦軸は光
強度、横軸は相対湿度を表しており、斜線部分で太陽電
池モジュール出力が短絡される。光量検出手段、および
湿度検出手段のしきい値は、負荷の要求に応じて任意に
決める事ができる。即ち、太陽光による発電出力をぎり
ぎりまで使うようなシステムならば、光量のしきい値を
低く押さえなければならないし、潅漑ポンプシステムの
ように或一定の光量が無いと動作しないようなシステム
ならば、光量のしきい値を高く取る事ができる。概ね湿
度で、70〜90%RHを選べば良く、光量のしきい値
としては、太陽電池セル温度と気温の差が10℃以下と
なる光量を選ぶ事が望ましい。モジュール構成により多
少異なるが、概ね、この光量は10mW/cm2以下で
ある。このような光量のしきい値をとりうるのは、発明
者の鋭意研究の成果によるものであり、セル温度が環境
の気温よりも高い時には、湿度の浸入によるセルの劣化
が殆ど起きない事に基づいている。
【0011】図5にこれに係るデータを示す。縦軸は、
太陽電池モジュールのシャント抵抗値(単位Ω・c
2)、横軸は光の照射時間を表しており、環境の温湿
度は、65℃、85%RHである。図5で点線は光の強
度が5mW/cm2の時であり、実線は、光の強度が1
00mW/cm2の時を示している。太陽電池モジュー
ルの出力端子は開放とした。光強度が弱い時、太陽電池
モジュールのシャント抵抗は数十時間で激減している
が、強光下ではシャント抵抗は減少しない。即ち、強光
下では、セルの温度が環境温度よりも高くなり、劣化が
起きない事を示している。 また、水分がモジュール内
に浸入しても、モジュール出力を短絡して太陽電池に電
圧が印加されないようにすれば劣化が防げるという事実
もまた、発明者の鋭意研究の結果、独自に発見されたも
のである。これに係るデータを図6に示す。縦軸は、太
陽電池モジュールのシャント抵抗値(単位Ω・c
2)、横軸は光の照射時間を表しており、環境の温湿
度は、65℃、85%RHである。図6で点線は太陽電
池出力端子を開放とした場合を示しており、実線は太陽
電池出力端子を短絡した場合を示している。照射光の強
度は3mW/cm2である。開放の場合、太陽電池モジ
ュールのシャント抵抗は数十時間で激減しているが、出
力端子を短絡しているとシャント抵抗は減少しない。即
ち、水分が或程度浸入しても、出力端子を短絡し電圧が
出ない様にしておけば、劣化が起きない事を示してい
る。 本発明は、発明者の鋭意研究の結果発見された上
記事実を巧妙に利用する事によってはじめてなしえたも
のである。
【0012】本発明に用いられる太陽電池モジュール1
1としては、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、
多結晶シリコン、化合物半導体等の光電変換層を有する
素子を組み合わせ、EVA(エチレンビニルアセテー
ト)等の耐候性樹脂を用いて封入したモジュールが使用
できる。湿度検出手段12としては、高分子の吸水によ
る抵抗変化を利用したもの等がある。光量検出手段13
としては、例えば、CdSの抵抗変化を利用したもの、
フォトダイオードの光起電流を利用したものがあり、時
分割によって測定した太陽電池モジュール11の短絡電
流を利用する事もできる。短絡手段l4としては、トラ
ンジスタ、MOSFET、GTO、メカニカルリレー等
が用いられる。短絡電流の規模に応じて、適切な容量の
素子を選ぶ事が肝要である。
【0013】
【実施例】(実施例1)高周波プラズマCVD法によ
り、ステンレス基板上にアモルファスシリコン光電変換
層を2層被着し、さらにITOよりなる透明導電膜を積
層し、導電性ペーストにより集電電極を形成してタンデ
ム型アモルファスシリコン太陽電池素子を得た。
【0014】これを、厚み0.5mmのEVA樹脂で挟
み込み、熱融着して太陽電池モジュールを図3に示すご
とく作った。該太陽電池モジュールの開放電圧は、1.
7V、短絡電流は0.44A、変換効率は6.0%であ
った。湿度検出手段として、高分子湿度検出素子を備え
たデジタル湿度計から出力を取り出せるようにした。光
量検出手段として、フォトダイオードを用いたデジタル
照度計から出力を取り出せるようにした。短絡手段とし
て、トランジスタ(最大コレクタ電流0.5A)を用
い、トランジスタのべース電極に上記検出手段の出力の
論理積を入力した。湿度検出手段及び光量検出手段に対
するしきい値は、DIPスイッチで与えられるように図
7に示すごとく構成した。
【0015】しきい値を湿度85%RH、光量10mW
/cm2としたときの電源装置の出力電圧を図8に示
す。85%RH以上の湿度かつ光量10mW/cm2
下の時に出力が短絡され、0Vになっている事が分か
る。この電源装置を500時間、温度65℃、湿度85
%RH、光強度10mW/cm2なる環境に置き、その
前後でシャント抵抗の劣化を調べたが、まったくシャン
ト抵抗の減少はなかった。
【0016】(実施例2)実施例1と同様のアモルファ
ス太陽電池モジュールを用い、湿度検出手段としても実
施例1と同じものを使用した。光強度検出手段としてC
dSを検出器にもちいたアナログ照度計を用いた。光強
度検出手段のしきい値設定には、アナログコンバレータ
と可変抵抗を用いた。短絡手段としては、メカニカルリ
レーを用いた。これを図9に示す。本実施例では、湿度
のしきい値を0%とした。こうすると、湿度検出手段の
出力は常に出力されるから、光量が低いという条件だけ
で太陽電池モジュールが短絡される。言い替えるなら、
湿度検出手段が無くとも、本発明の目的であるところの
湿度の浸入によって故障しない電源装置が構成され得
る。ただし、湿度検出手段を用いないために、本来出力
しても良い低湿度、弱光の状態でも出力が出なくなると
いう不利益を被る事になる。実施例2の動作を図10に
示す。湿度85%RHなるしきい値を設定した場合と比
ベ、斜線部分での出力が得られなくなる。
【0017】(実施例3)単結晶のバッテリー充電用太
陽電池モジュール(樹脂封止、出力電圧12V、出力電
流0.2A)を用い、湿度検出手段として湿度に対応し
て抵抗値の変わる感湿素子、時分割によるモジュールの
短絡電流を利用し、短絡手段としてはリレーを使用し
た。時分割で短絡電流を測定するために、短絡リレーに
対して、タイマ出力を入力し、5分間に一回、1秒で短
絡電流を測定する事にした。測定結果は、光量出力とし
て、D型FFに記憶される。さらに電源装置の出力を逆
流防止ダイオードを通じてバッテリーに接続した。この
様子を図11に示す。バッテリー接続の場合は、短絡時
に過大な逆電流が流れ込む事を防止するために、逆流防
止ダイオードが必須である。この実施例の動作タイミン
グチャートを図12に示した。横軸は時間であり、時間
と共に湿度検出出力、光量検出(D型FF)出力、タイ
マ出力、短絡ゲート出力、モジュール出力電圧を示して
いる。この実施例では、強光時においても太陽電池モジ
ュールを強制的に短絡するため、リレーの電流容量を充
分大きく取らなければならない。
【0018】
【発明の効果】上述してきたように本発明に係る太陽電
池電源装置は、光によって起電力を発生する太陽電池モ
ジュール、ある一定の湿度に達したとき信号を出力する
湿度検出手段、太陽電池モジュールに入射する光量が一
定値以下となったとき信号を出力する光量検出手段、上
記湿度検出手段及び光量検出手段の出力が共に出力され
ているとき太陽電池モジュールの出力端子を短絡する事
のできる短絡手段からなっているために、光量が一定値
以下かつ湿度が一定値以上の時、モジュールの出力電圧
を0とする事ができ、太陽電池モジュールが故障するの
を防ぐ事ができる。
【0019】すなわち、(l)東南アジアのような高湿
度地域で使用しても、故障しない高信頼性の太陽電池電
源装置を提供できる、(2)安価な全樹脂製モジュール
を使用しても、耐環境性(特に湿度に対して)を損なわ
ずに太陽電池電源装置を構成できる、(3)全樹脂製モ
ジュールを安全に使用できるために、結果的に安価な太
陽電池電源装置を提供できる、(4)光量及び湿度のし
きい値をアプリケーションシステムに合わせて任意に変
更できるため、様々な環境に対して最適化の可能な太陽
電池電源装置を構成できる、といった効果がある。
【0020】このように、本発明を用いれば、これまで
にない新規で安価かつ高信頼性の太陽電池電源装置を提
供できるため、本発明の工業的利用価値は極めて大き
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる太陽電池装置の構成図である。
【図2】スーパーストレート型太陽電池モジュールの横
断面図である。
【図3】全樹脂製モジュールの横断面図である。
【図4】本発明の電源装置の動作領域を示す図表であ
る。
【図5】本発明の基本原理にかかるデータである。
【図6】本発明の基本原理にかかるデータである。
【図7】本発明の一実施例およびその動作領域図であ
る。
【図8】本発明の一実施例およびその動作領域図であ
る。
【図9】本発明の他の実施例およびその動作領域図であ
る。
【図10】本発明の他の実施例およびその動作領域図で
ある。
【図11】本発明のさらに他の実施例およびその動作タ
イミングチャートである。
【図12】本発明のさらに他の実施例およびその動作タ
イミングチャートである。
【符号の説明】
11 太陽電池モジュール、 12 湿度検出手段、 13 光量検出手段、 14 短絡手段、 15 逆流防止ダイオード。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 - 31/078 H02H 7/00 H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光によって起電力を発生する太陽電池モ
    ジュール、ある一定の湿度に達したとき信号を出力する
    湿度検出手段、太陽電池モジュールに入射する光量が一
    定値以下となったとき信号を出力する光量検出手段、上
    記湿度検出手段及び光量検出手段の出力が共に出力され
    ているとき太陽電池モジュールの出力端子間を短絡する
    事のできる短絡手段を有することを特徴とする太陽電池
    電源装置。
  2. 【請求項2】 前記ある一定の湿度は70〜90%RH
    である請求項1記載の太陽電池電源装置。
  3. 【請求項3】 前記光量の一定値は10mW/cm2
    ある請求項1記載の太陽電池電源装置。
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JP5054326B2 (ja) 2006-05-01 2012-10-24 昭和シェル石油株式会社 Cis系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法
JP5377018B2 (ja) * 2009-03-23 2013-12-25 株式会社東芝 太陽光発電システム

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