JP4484263B2

JP4484263B2 - 太陽電池装置

Info

Publication number: JP4484263B2
Application number: JP07993099A
Authority: JP
Inventors: 龍蔵萩原; 健雄石田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: JP2000277783A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池装置に関し、太陽電池パネルとインバータ装置との間に設けられる平滑用コンデンサの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題から屋外に設置して光起電力を発生させる太陽電池装置が注目されており、屋根に太陽電池装置を設置し、その発電電力により、日中の消費電力を賄うようにした太陽光発電システムが実施されている。
【０００３】
一般に、太陽電池装置は製造を容易にしたり、設置箇所への輸送を容易にしたりするために、適当な大きさを有する太陽電池パネルとして形成され、図３に示すように、設置された架台１０１上に所要数の太陽電池パネル１０２を設置するようにしている。各太陽電池パネル１０２は、出力を取り出す端子ボックス１０３が設けられ、この端子ボックス１０３を介して太陽電池パネル１０２同士が互い直列または並列に接続されている。
【０００４】
上記太陽電池パネル１０２で発電された電力は直流出力であるので、家庭用電源に用いるためには、その出力を交流に変換する必要がある。そこで、図４に示すように、上記システムにおいては、インバータ装置１０５を用いて、太陽電池パネル１０２からの直流電流を交流電力に変換して用いている。
【０００５】
すなわち、太陽電池パネル１０２で発電された直流電力はインバータ装置１０５にて直流電力を交流電力に変換され、この交流電力が内部の電気系統に与えられ、この電気系統に接続された交流負荷１０６に電力が供給される。
【０００６】
電気系統は、商用の電力系統１０７とも連系されており、夜間など太陽電池パネル１から供給される電力が不足したときに、電力系統１０７からの電力を利用できるように構成されている。
【０００７】
上記したインバータ装置１０５においては、太陽電池パネル１０２から入力される直流電力をオン／オフして、交流電力に変換するものである。このため、インバータ装置１０５が直流電力をオフにしている間の太陽電池パネル１からの直流電力を無駄にしないために、インバータ装置１０５の直流側入力部に平滑用コンデンサ１０４が設けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、太陽電池パネル１０２からインバータ装置１０５に与えられる直流電力は、インバータ装置１０５の起動時等において、高い開放電圧が与えられることになる。このため、インバータ装置１０５の直流側入力部に設けられる平滑用コンデンサ１０４も耐圧の大きなものが要求される。
【０００９】
耐圧が高いコンデンサとしては、電解コンデンサが用いられるが、高耐圧用電解コンデンサにおいては、誘電率が高いものを用いなければならず、電解コンデンサに寿命があり、インバータ装置自体の耐用年数より、電解コンデンサの耐用年数でシステム全体の耐用年数が決められていた。また、太陽光発電システムにより、必要とされる耐圧も相違し、システムそれぞれに適した平滑用コンデンサを用意する必要がある。
【００１０】
この発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものにして、様々な太陽電池発電システムに自在に適用できる太陽電池装置を提供することをその目的とする。
【００１１】
この発明の太陽電池装置は、複数の太陽電池素子を有する太陽電池パネルの受光面側とは反対側の面にシート状のコンデンサを貼付してなる太陽電池装置であって、前記太陽電池パネルは前記複数の太陽電池素子の裏面側に金属反射板を有すると共に、前記コンデンサは、前記金属反射板の裏面側に誘電体を介して設けられたシート状の陽極と、前記陽極の裏面側に誘電体を介して設けられたシート状の陰極と、を備え、前記金属反射板と前記陰極とは電気的に接続される共に、前記陰極が接地されることを特徴とする。
【００１３】
上記各太陽電池パネルの受光面とは反対側の面にシート状のコンデンサを備えるので、この太陽電池パネルを用いた太陽光光発電システムにおいては、平滑用コンデンサを別に用意する必要がない。従って、システムの変更や拡張に容易に対応できる。
【００１５】
上記のように、陰極を接地することで、放射ノイズを抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態につき図１及び図２に従い説明する。図１は、この発明の一実施の形態にかかる太陽電池装置の断面図、図２は、この太陽電池装置を用いた発電システムの一例を示す回路図である。
【００１７】
図１に示すように、この発明の太陽電池装置は、太陽電池パネル１と太陽電池パネル１の受光面側とは反対側、すなわち裏面側に貼付されたシート状コンデンサ２と、で構成されている。
【００１８】
太陽電池パネル１は、受光面側に強化ガラス基板１０を配置し、この強化ガラス基板１０を支持板とし、ＥＶＡ（Ethylene Vinyl Acetate）などの耐湿性に優れた樹脂層１３と裏面のアルミニウムからなる金属反射板１４とを用いて、内部に単結晶シリコン、多結晶シリコンなどで構成された複数の太陽電池素子１１…を封入して構成されている。各太陽電池素子１１…間はインターコネクタ１２により接続されている。
【００１９】
強化ガラス基板１０側から入射した光は、各太陽電池素子１１…で光電変換され、直流電力として出力される。強化ガラス基板１０から樹脂層１３を経て金属反射板１４に到達した光は、金属反射板１４にて反射され、反射光が太陽電池素子１１…に与えられ、再度発電に利用される。
【００２０】
さて、この発明では、図１に示すように、この太陽電池パネル１の裏面側に、シート状コンデンサ２を貼付している。すなわち、金属反射板１４をシート状コンデンサ２の陰極の一部として利用し、この金属反射板１４に電解質を含浸したシート状の電解紙１６を挟んで陽極となるシート状のアルミ板１５を配置する。このアルミ板１５の金属反射板１４と対向する面と逆の面には、同じく電解質を含浸したシート状の電解紙１６を挟んで陰極となるシート状のアルミ板１７が設けられている。アルミ板１７と金属反射板１４とは一部で電気的に接続されている。また、陽極となるアルミ板１５と金属反射板１４及びアルミ板１７との間は誘電体が存在するように形成され、直接電気的には接続していない。
【００２１】
アルミ板１７の外側は絶縁体１８で被覆されている。このようにして、太陽電池パネル１の裏面のほぼ全面にシート状コンデンサ２が配置されることになる。そして、これら金属反射板１４、アルミ板１５、アルミ板１７の電解紙１６と対向するそれぞれの面は酸化被膜が形成されている。この酸化被膜は電解酸化により形成するとよい。
【００２２】
このように形成したシート状コンデンサ２の各電極を太陽電池パネル１の出力端子と接続すれば、太陽電池パネル１にシート状コンデンサ２が一体に取り付けられることになる。
【００２３】
また、上記した実施の形態では、太陽電池パネル１の裏面金属反射板１４をシート状コンデンサ２の陰極の一部として兼用し、部品点数を削減している。
【００２４】
さらに、この発明においては、シート状コンデンサ２の外側に位置する陰極となるアルミ板１７を接地している。このように、外側の電極を接地しておれば、放射ノイズを抑制することができる。
【００２５】
次に、この発明の太陽電池装置を用いた発電システムの例を、図２に従い説明する。この太陽電池パネル１は、裏面側にそれぞれシート状コンデンサ２が設けられるている。また、各太陽電池パネル１には逆流防止ダイオード３が設けられている。
【００２６】
上記シート状コンデンサ２はアルミ電解コンデンサで構成している。これは、耐圧が誘電体であるアルミニウム酸化被膜の厚さで変更可能であるからである。これは、比較的高い電圧を使用する太陽光発電システムで重要である。また、アルミニウム箔表面をエッチングすることにより、箔表面に凹凸ができ、見掛け上の面積に比べ実効面積が２０から３０倍に拡大できるからである。
【００２７】
この実施の形態における太陽電池パネル１の構成は、最大出力１８０Ｗ、最大動作点電圧５０．７Ｖ、開放電圧６４Ｖ、最大出力動作電流３．５５Ａ、パネルの面積約１平方メートルとする。そして、この太陽電池パネル１を４直列、７並列の太陽電池アレイ構成にした。このようなシステムの場合、従来はインバータ装置の直流電力の入力側に設ける平滑コンデンサの容量は４０００μＦであった。
【００２８】
次に、このようなシステムに用いる場合のシート状コンデンサ２の仕様につき検討する。誘電体（酸化アルミニウム）の厚さｄ（単位ｃｍ）については以下の通りとする。上記の太陽電池パネルの１枚当たりの開放電圧は６４Ｖであるので、余裕を見て１０倍、６４０Ｖの耐圧を持たせるとする。酸化アルミニウムの耐圧は０．００１３〜０．００１５μｍ／Ｖである。従って、誘電体の厚さｄは次のようになる。ｄ＝０．００１５×６４０＝０．９６（μｍ）、約１．０μｍ＝１．０×１０^-4ｃｍとなる。
【００２９】
太陽電池パネルの１枚当たりに必要なコンデンサ容量はＣ_o（単位μＦ）は、上記のように、このシステムでは全体の容量Ｃ_allが４０００（μＦ）であることにより、以下に表せる。
Ｃ_all＝（７／４）Ｃ_o
よって、Ｃ_oは約２２８６μＦとなる。
【００３０】
以上より、太陽電池パネルの１枚に必要な極板面積Ｓ_o（単位ｃｍ²）をもとめる。
Ｃ_o＝８．８５５×１０^-8×（ε・Ｓ_o／ｄ）
この関係式はＣ_oが単位μＦ、Ｓ_oが単位ｃｍ²、ｄが単位ｃｍの時に成立する。ここで、酸化アルミニウムの誘電率ε＝７とすると、

【００３１】
コンデンサの見かけ上の面積をＳ_r（ｍ²）とする。この実施の形態では、１枚のシート状コンデンサを１回折り畳んだ状態の構造となっており、アルミ電解コンデンサは、アルミ箔表面をエッチングすることで、実効面積を２０〜３０倍にできる。
【００３２】
このことから、折り畳んだことにより２倍に、また、エッチングにより２０倍に見かけ上の面積がなったとすると、
Ｓ_r＝Ｓ_o／（２×２０）＝（１／４０）／Ｓ_o
従って、見かけ上の面積Ｓ_rは３６．９／４０＝０．９２（ｍ²）となる。
【００３３】
このように、図２に示すようなシステムにおいて、十分な平滑作用を実現する容量を兼備したシート状コンデンサ２を太陽電池パネル１の裏面に貼付することできる。
【００３４】
従って、図２に示すように、シート状コンデンサ２を個々に備えた太陽電池パネル１をアレイ状に設置し、その出力をインバータ装置２０に与えることで、インバータ装置２０から交流電力を効率よく出力できる。
【００３５】
また、各太陽電池パネル１の一枚毎にシート状コンデンサ２を備えるので、システムの変更や拡張を行っても別個平滑用コンデンサを用意する必要がなく容易に対応できる。さらに、各太陽電池パネル１の一部が他の太陽電池パネル１より電圧が低くなったときは、インバータ装置２０への電力供給は他の太陽電池パネル１が分担することになるが、電圧の低くなったところは発生電圧によってコンデンサ２に蓄電を行い、太陽光の発生電力を無駄なく蓄積して行くことになる。
【００３６】
また、上記した実施の形態においては、アレイ状に太陽電池パネル１…を組んでインバータ装置２０に直流電力を供給する構成にしているが、太陽電池パネル１のそれぞれにインバータ装置を取り付けるタイプの装置にもこの発明は適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、平滑用コンデンサの機能を十分に発揮できるコンデンサを太陽電池パネルの裏面側に一体に設けることができるので、システムの変更や拡張に容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態にかかる太陽電池装置の断面図である。
【図２】この発明の太陽電池装置を用いた発電システムの一例を示す回路図である。
【図３】太陽電池パネルをアレイ状に設置する状態を示す斜視図である。
【図４】太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１太陽電池パネル
２シート状コンデンサ
１０強化ガラス基板
１１太陽電池素子
１３樹脂層
１４金属反射板
１５アルミ板
１６電解紙
１７アルミ板

Claims

複数の太陽電池素子を有する太陽電池パネルの受光面側とは反対側の面にシート状のコンデンサを貼付してなる太陽電池装置であって、
前記太陽電池パネルは前記複数の太陽電池素子の裏面側に金属反射板を有すると共に、
前記コンデンサは、前記金属反射板の裏面側に誘電体を介して設けられたシート状の陽極と、前記陽極の裏面側に誘電体を介して設けられたシート状の陰極と、を備え、
前記金属反射板と前記陰極とは電気的に接続される共に、
前記陰極が接地されることを特徴とする太陽電池装置。