JP4416712B2

JP4416712B2 - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JP4416712B2
Application number: JP2005223728A
Authority: JP
Inventors: 伸介武内
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2025-08-02
Also published as: JP2007042767A; DE112006002081T5; CN101268556A; US20100163092A1; CN101268556B; WO2007015346A1

Description

本発明は、複数の薄膜系の太陽電池モジュールを並列に接続した太陽光発電装置に関する。

図１に一般的な太陽光発電装置の概略図を示す。太陽光発電装置を構成する主要な構成要素は、太陽電池モジュールと、パワーコンディショナーであり、太陽電池によって得られた電力をパワーコンディショナーに入力し、商用電源と同じ形（例えば１００Ｖ）に変換して、家庭や工場などに電力を供給している。パワーコンディショナーに入力して変換するには電圧を高くした方が変換ロスが少なくなるため好ましい。

前記太陽電池モジュールは光を受光して電気エネルギーに変換する最小単位であるセルを複数個接続することで構成され、このセルは半導体の厚さによりバルク系と薄膜系とに分類されている。

バルク系太陽電池セルとしては例えば単結晶シリコン太陽電池セルがあり、これはシリコンインゴットからシリコンウェーハをスライスして得るようにしており、１つのセルが０．６Ｖ程度の低電圧であるため、家庭用の電源として用いるには多数のセルを直列接続しなければならず、設計の自由度が低くなっており、また小さなセルを多数並べるため見た目も悪く、建築部材として好適とは言えず、更に１つのモジュールに並べることができるセルの数も面積の制約から限られているため、バルク系太陽電池セルからなるモジュールでは１枚のモジュールで４０〜６０Ｖと比較的低い電圧しか得られていない。

一方、薄膜系太陽電池セルは、半導体層（光吸収層）が数１０μｍ〜数μｍ以下の厚さを持ち、Ｓｉ薄膜系と化合物薄膜系に分類され、更に化合物薄膜系には、II−ＶＩ族化合物型、カルコパイライト型等の種類がある。その構造は図２に示すように、基板上に下部電極、光吸収層、バッファ層および上部電極層が形成され、これらを厚み方向にスクライブすることで複数の直列段を形成し、この直列段数を変更することで任意の電圧を設計することができる。

例えば、１枚のセルで５０〜１００Ｖの電圧を得ることが可能なため、図１で示した１つのモジュールを１枚或いは２〜３枚のセルで作製し、１００〜３００Ｖの電圧を確保するのも容易である。そして、薄膜系太陽電池セルの場合には外観が黒色若しくは青色の１枚の板状に見えるため、パネルとして壁材や屋根材に用いても違和感がないので、建築材としても優れている。

上記の薄膜系太陽電池セルを用いて太陽光発電装置を構成した提案が特許文献１に開示されている。
この特許文献１では図３に示すように、各太陽電池セルの裏面側に、プラスの接続端子とマイナスの接続端子を２つずつ設け、太陽電池セルのプラスの接続端子を隣接する太陽電池セルのプラスの接続端子に、またマイナスの接続端子を隣接する太陽電池セルのマイナスの接続端子に接続して、ストリング状に並列接続されたモジュールを構成し、このモジュールの一端にはパワーコンディショナーが接続され、他端は絶縁キャップにて終端処理が施されている。

特開２００２−２８９８９３号公報

上述したストリング状に並列接続されたモジュールにあっては、途中で断線していても直列接続の場合と異なり電圧は変化しないので、断線していることを発見しにくい。その結果、断線箇所よりも終端までのセルは発電はしても電力として取り出すことはできず無駄になってしまう。

また、ストリング状に並列接続した場合には、給電配線経路が長くなり、配線の電気抵抗による電力損失が大きくなってしまう。

また、終端処理として接続端子に絶縁キャップを取り付ける必要があり、作業が面倒であるとともに、経年変化などの要因によって終端処理部から浸水することもある。

上記の課題を解決するため本発明に係る太陽光発電装置は、プラスの接続端子とマイナスの接続端子を２つずつ有する太陽電池モジュールと、複数個の前記太陽電池モジュールのプラスの接続端子同士およびマイナスの接続端子同士を並列接続してなる閉ループ状太陽電池モジュール群と、この閉ループ状太陽電池モジュール群にて発生した電力をパワーコンディショナーに供給すべく前記閉ループ状太陽電池モジュール群の一部に設けられた接続ボックスとを備える。

前記接続ボックスは例えば２つのプラスの接続端子と２つのマイナスの接続端子を有し、前記２つのプラスの接続端子の一方を隣接する一方の太陽電池モジュールのプラスの接続端子に接続し、他方を隣接する他方の太陽電池モジュールのプラスの接続端子に接続し、前記２つのマイナスの接続端子の一方を隣接する一方の太陽電池モジュールのマイナスの接続端子に接続し、他方を隣接する他方の太陽電池モジュールのマイナスの接続端子に接続する。そして、接続ボックスの２つのプラスの接続端子と２つのマイナスの接続端子を合流してパワーコンディショナーに接続する。

本発明によれば、薄膜系太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを構成し、この太陽電池モジュールにプラスの接続端子とマイナスの接続端子を２つずつ設けることで、複数の太陽電池モジュールをプラスの接続端子同士およびマイナスの接続端子同士を並列接続してなる閉ループ状太陽電池モジュール群とし、この閉ループ状太陽電池モジュール群の一部にパワーコンディショナーに接続される接続ボックスを設け、この接続ボックスのプラスの接続端子と隣接する太陽電池モジュールのプラスの接続端子とを接続し、また接続ボックスのマイナスの接続端子と隣接する太陽電池モジュールのマイナスの接続端子とを接続したので、閉ループの一部に断線が生じても殆んど影響なく給電することができる。

また、本発明によれば接続ボックスに左右のルートから給電されるため、給電配線経路がストリングス状の場合よりも短くなり、抵抗による電力損失を少なくすることができる。

以下の表は給電配線経路がストリングス状とした場合と、本願発明のように閉ループ状にした場合の電力損失を比較したものである。太陽電池モジュールの接続枚数は何れも１６枚としているが、閉ループ状にした場合は左右のルートから給電されるため、接続枚数を８枚とし、この８枚の電力損失を２倍した。また、電力損失の計算は、各配線抵抗をＲ（０．２Ω）とし、各太陽電池モジュールからの供給電力をｉ（０．６Ｗ）とし、並列接続なので、系統の電圧は変わらないが、系統の下流では各太陽電池モジュールからの電流が流れ込み接続枚数に応じた電流が合算されて流れるとして、電力損失をｉ２Ｒ（オームの法則）から算出した。

表から、従来のストリング状の並列接続の場合の電力損失は１０７．７１２Ｗであったのに対し、本願の閉ループ状並列接続の場合の電力損失は２９．３７６Ｗ（１４．６８８×２）であり、７３％もの電力損失が節約できた。

また、本発明によれば、最終端の太陽電池モジュールが存在しないため、ケーブル（接続端子）の終端処理を行う必要がなくなり施工性が向上する。

更に、接続ボックスや各モジュールの接続端子（コネクタ）を取り外すことにより、簡単に回路の導通チェックも可能となる。

図４は本発明に係る太陽光発電装置の全体構成を示す図、図５は太陽電池モジュールの裏面図、図６は接続ボックス内の回路の一例を示す図である。

太陽光発電装置は太陽電池モジュール群１と、パワーコンディショナー２０によって主要な要素が構成されている。太陽電池モジュール群１は複数の太陽電池モジュール２…を並列接続した閉ループ状をなしている。

即ち、図５に示すように太陽電池モジュール２の裏面には端子ボックス３が設けられ、この端子ボックス３の側面にはプラスの接続端子４とマイナスの接続端子５が取り付けられ、また端子ボックス３からはケーブルが２本導出され、一方のケーブル６にはプラスの接続端子８が他方のケーブル７にはマイナスの接続端子９が取り付けられている。

尚、図示例では端子ボックス３から一側方向のみにケーブルを導出しているが他側方向にもケーブルを導出してそれぞれにプラスの接続端子４とマイナスの接続端子５を取り付けてもよい。

また、太陽電池モジュール２は複数の直列段を形成した薄膜系のセルからなる。例えば、マイカまたはマイカを含んだフレキシブル性に富む基板の一面側にセラミック中間層を設けて平坦化し、この平坦化した面に下部電極が形成され、この下部電極の表面側にカルコパイライト型の光吸収層が形成され、この光吸収層の上にバッファ層を介して上部電極を形成し、更に前記マイカ基板の裏面側に反りを防止するためのセラミック材からなる層を形成したものが考えられる。

太陽電池モジュール２のプラスの接続端子８を隣接する太陽電池モジュール２のプラスの接続端子４に、マイナスの接続端子９を隣接する太陽電池モジュール２のマイナスの接続端子５に接続する。そして、最後の太陽電池モジュール２のプラスの接続端子８を最初の太陽電池モジュール２のプラスの接続端子４に、最後の太陽電池モジュール２のマイナスの接続端子９を最初の太陽電池モジュール２のマイナスの接続端子５に接続することで、閉ループ状に並列接続された太陽電池モジュール群１が完成する。

そして本発明にあっては上記閉ループ状に並列接続された太陽電池モジュール群１の一部に前記パワーコンディショナー２０に給電するための接続ボックス１０を配設している。

接続ボックス１０は図６に示すように、３つのプラスの接続端子１１，１２，１３と３つのマイナスの接続端子１４，１５，１６を備えている。そしてプラスの接続端子１１には左右に隣接する一方の太陽電池モジュール２のプラスの接続端子が、プラスの接続端子１２には左右に隣接する他方の太陽電池モジュール２のプラスの接続端子が接続され、これらがプラスの接続端子１３に合流している。また、マイナスの接続端子１４には左右に隣接する一方の太陽電池モジュール２のマイナスの接続端子が、マイナスの接続端子１５には左右に隣接する他方の太陽電池モジュール２のマイナスの接続端子が接続され、これらがマイナスの接続端子１６に合流している。

前記接続ボックス１０のプラスの接続端子１３及びマイナスの接続端子１６からはそれぞれケーブル１７，１８が導出され、これらケーブル１７，１８は前記パワーコンディショナー２０に接続されている。

以上において、各太陽電池モジュール２…で発生した電力は左右の給電経路を経て接続ボックス１０に入り、この接続ボックス１０を経由してパワーコンディショナー２０に送られ、商用電源に変換されて家庭などに供給される。また、途中で断線しても左右の給電経路を経て接続ボックス１０に入る構成になっているので無駄がない。

本発明は以上の図示例に限定されない。例えば、接続ボックスは１つに限らず、閉ループの対象箇所に２個設けてもよい。また、太陽電池モジュール群１を複数個集めて直列または並列に接続してもよい。

一般的な太陽光発電装置の概略図薄膜系太陽電池セルの断面図薄膜系太陽電池セルを用いた従来の太陽光発電装置を説明した図本発明に係る太陽光発電装置の全体構成を示す図太陽電池モジュールの裏面図接続ボックス内の回路の一例を示す図

符号の説明

１…太陽電池モジュール群
２…太陽電池モジュール
３…端子ボックス
４、８、１１、１２、１３…プラスの接続端子
５、９、１４、１５、１６…マイナスの接続端子
６、７、１７、１８…ケーブル
１０…接続ボックス
２０…パワーコンディショナー

Claims

プラスの接続端子とマイナスの接続端子を２つずつ有する太陽電池モジュールと、
複数個の前記太陽電池モジュールのプラスの接続端子同士およびマイナスの接続端子同士を並列接続してなる閉ループ状太陽電池モジュール群と、
前記閉ループ状太陽電池モジュール群にて発生した電力をパワーコンディショナーに供給すべく前記閉ループ状太陽電池モジュール群の一部に設けられた接続ボックスとを備えることを特徴とする太陽光発電装置。