JP4798956B2

JP4798956B2 - 太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽光発電装置

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Publication number: JP4798956B2
Application number: JP2004097190A
Authority: JP
Inventors: 武山吉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005286070A

Description

本発明は、太陽エネルギーを利用して発電を行う太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽光発電装置に関し、特に太陽電池モジュール単体で定格出力電圧および電流を変更可能とし、接続される負荷や設置距離などに応じて太陽光発電装置の出力電圧を切替することが可能な太陽光発電装置に関するものである。

近年、地球環境問題への関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギーを利用したシステムへの関心が高く、大型の発電所を建設できない発展途上国や送電のできない離村、砂漠や未開発地域などでの調査活動で電力源として、太陽光発電装置を用いた独立電源システムが活躍している。独立電源システムは太陽光発電装置で発電した電力をそのまま通信装置やポンプなどの負荷に供給する簡易型のほかに、昼間の発電電力を蓄電池などに貯えて負荷への供給電力の安定化や夜間照明などの非発電時での負荷への使用を可能とした蓄電型が一般的であり、時と場合によってこの構成を組替えることもある。

一般に太陽光発電装置は複数の太陽電池素子を直列や並列に接続配置した太陽電池モジュールや、前記太陽電池モジュールを複数集合させた太陽電池アレイが用いられる。これは太陽電池素子ひとつの定格出力電圧は例えば多結晶太陽電池素子ではおよそ０．４５Ｖであり、一般的な直流負荷の定格電圧（例えばモーター）である１２Ｖや２４Ｖといった電圧を得る為には複数を直列接続する必要があり、駆動電流が十分でなければ並列接続する必要があるからである。

以下にラミネート式の製造方法で作られる太陽電池モジュールを例にその構造を説明する。

図１０は本発明に係る太陽電池モジュールの実施形態の一例を示す構成図、図１１は従来の太陽光発電装置の構成を模式的に説明する構成図、図１２は従来の太陽光発電装置の電圧の切替方法の一実施例を模式的に示す構成図である。

図１０に示すように、太陽電池モジュール２１は、受光面にガラスや樹脂等の光透過板１４が設けられ、この光透過板１４に多数の太陽電池素子１がＥＶＡ樹脂（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ＶｉｎｙｌＡｃｅｔａｔｅ）等からなる封止材１５によってラミネートされ、その裏面である非受光面にはテフロン（Ｒ）フィルムやＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポレエチレンテレフタレート）などの耐候性フィルム１６が貼着されたものであり、太陽電池素子１としては、例えばシリコン系半導体やガリウムヒ素等から成る化合物半導体などの単結晶、多結晶や非晶質の材料が用いられ、互いに直列及び／または並列に電気的に接続されて、太陽電池モジュール２１の裏面、すなわち耐候性フィルム１６の上にはＡＢＳ樹脂などの合成樹脂やアルミニウム金属などで構成したジャンクションボックス１２を接着し、太陽電池モジュール２１の出力電力を取り出すターミナルに接続された送電線により出力が取り出される。

なお、これら光透過板１４、太陽電池素子１および耐候性フィルム１６の重ね構造の矩形状の本体に対し、その各辺周囲をアルミニウム金属やＳＵＳ等から成る枠体１１を挟み込むように装着し、太陽電池モジュール２１の設置用固定部の役割を果たすようにしている。また、太陽電池モジュール２１の端部保護および全体の強度を高める強度向上の目的にも役立つ。枠体１１には鉄やステンレス、アルミニウムのような金属の折り曲げ材や押し出し成形、ＦＲＰなどの樹脂成型品が用いられ、枠体同士の組付けは直接ネジやリベットで結合されるものや、連結プレートのような補助部材を介して固定されたり、ガラスや樹脂等の光透過板１４に接着することで行われる。また、一体成型された枠に光透過板１４をはめ込む構造としてもよい。

上述のようにして出来た太陽電池モジュール２１内の電気的構成を図１１に示す。太陽電池モジュール２１は太陽電池素子１ａ〜１ｈから構成された太陽電池パネル３１とジャンクションボックス１２とから構成され、太陽電池パネル３１は太陽電池素子１ａ〜１ｈが直列に接続されており、本例の太陽電池素子１個の定格出力電圧が０．４５Ｖと仮定すると３．６Ｖの出力電圧がジャンクションンボックス１２内の端子（＋極および−極）から外部に取り出せることになる。太陽電池モジュール２１からの発電電力は送電ケーブル１３を用いてモーターや照明などの負荷１９もしくはバッテリーなどの蓄電手段１７に供給される。このとき、太陽電池モジュール２１の出力電圧は太陽電池素子の直列数によって決定されるため、必要とする電圧を作り出すためには太陽電池素子の直列数を電圧に達する枚数分だけ用いた太陽電池モジュールとするか、もしくは図１２のように複数の太陽電池モジュール２１（２１ａ、２１ｂ）を直列接続することによって装置に必要な電圧を得るようにしていた。

一般に、直流負荷はバッテリーなどの蓄電手段を用いて駆動させることを想定して設計されていることが多く、よって１２Ｖや２４Ｖといった定格入力電圧であるものが大多数である。そのため、太陽電池モジュールもこれに合わせた太陽電池素子の直列数であることが多く、多結晶太陽電池素子では３６直〜７２直列といった構成になる。

ところで、例えば太陽電池モジュールの発電電力が５０Ｗであるとした場合、太陽電池モジュール自体の面積がほぼ同じであるので、電圧が１２Ｖの太陽電池モジュールでは出力電流４Ａ、２４Ｖの太陽電池モジュールでは２Ａと半分になる。よって負荷が２４Ｖであり、電流が２Ａ以下であるならば、１２Ｖの太陽電池モジュールを２枚直列にして用いるよりも２４Ｖの太陽電池モジュールを用いた方が小型で部品点数も少なくて済む。特に電圧の高い（９０Ｖ以上が多い）ＤＣ−ＡＣインバータなどへ電力を供給する太陽光発電装置になるほど太陽電池素子の直列枚数も多くなるので、問題が大きくなる。さらに１２Ｖの太陽電池モジュールで２４Ｖのシステムを構成するほうが電流容量に余裕ができるが、一方で蓄電池への過充電などを保護する機構の作動回数が増加して発電損失は悪くなるといった問題も有る。このように太陽光発電装置に用いる太陽電池モジュールの定格出力電圧は、接続される負荷等に合わせた出力電圧および出力電流のものであるべきである。

そこで、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの出力を直列および並列に接続を切り換えられるようにして太陽電池アレイからの出力電圧が最適になるようにし、発電損失を少なくする方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
また、複数の太陽電池モジュールを直列配線する際に短絡等が生じないようジャンクションボックス内の端子台の正極および負極間の接続配線が交差しないように配慮されたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−８９８４１号公報特開２００３−１５２２１１号公報

しかしながら、上記の従来技術のように太陽光発電装置において、用いられる負荷と太陽電池モジュールの定格出力電力（定格出力電圧および定格出力電流）の選択は太陽電池モジュール（アレイ）の設置面積や使用枚数、さらにはそれを工ことするための施工工数などに影響を及ぼすものであり無視できない。また、輸送においても荷が多くなり搬送にも手間がかかるなどの問題がある。

さらには離村などへ太陽光発電装置を設置する場合などには、例えば１２Ｖと２４Ｖのいずれのシステムであるかを間違えないようにしなければ、発送間違いが生じた場合には再輸送などの多大な手間と工期の遅れが生じるなどがあり、設計情報および商品管理の徹底が必要である。また、例えば途上国への支援などで設置されている井戸水の揚水システムなどにおいては、例えば２４Ｖ仕様の汲み上げポンプの故障により代替のポンプを用意しようとしても、１２Ｖ仕様のポンプしか入手できず修復ができない場合や、２４Ｖ仕様のポンプを輸入して届くまでの間は暫定でも使用できないといった太陽光発電側では対応できない限界があった。この場合、もし１２Ｖの太陽電池モジュールで設計された太陽光発電装置であれば１２Ｖ仕様のポンプシステムへの対応は可能である可能性が高いが、このような問題が生じない場合には前述したように過剰スペックであり別の不利点があることは変らない。また、配線の変更などで電圧を変更できる太陽電池モジュールまたは太陽電池アレイを用いたとしても配線が正しく行なわれたかを確認するには配線部を開いて接続を確認するか、実際に出力してみなくてはわからず、感電や機器の破損といった危険もあり、確認には手間と労力がかかっていた。

また、太陽電池モジュールの設置場所は様々であるが共通していえることは発電容量に応じて面積と太陽光を十分な時間受光することのできる場所が必要であるということである。しかしながら、このような条件を満たせる場所と負荷の使用場所が必ずしも一致するとは限らず、多くの場合は数十〜百メートル程度の電力ケーブルを太陽電池モジュールと負荷の間に這わせることとなり、送電時の電力損失（特に送電ケーブルの抵抗成分による電圧降下）が問題となる。

一方、太陽光発電装置において一部の太陽電池モジュールの故障により絶縁耐圧が低下した場合には、太陽電池アレイ全体の絶縁耐圧を確認して絶縁耐圧不良が生じていることを確認した後に、故障した太陽電池モジュールを特定する為には個々の太陽電池モジュールの出力配線を切り離しながら絶縁耐圧を確認するしかなく、多大な労力を必要としていた。

そして、太陽電池アレイの接続切替によって任意の出力電圧とするシステムにおいては太陽電池モジュール間の接続配線が複雑になり、高度な配線知識をもつ作業者の管理・監督が必要であるだけでなく、絶縁耐圧不良が生じた場合の配線切り離し作業がより複雑化するといった問題がある。

以上のことを鑑み本発明の目的は、設置面積や施工工数を増加させることなく、使用負荷の変更にも対応可能で、しかも負荷の途中での変更（短期的変更を含む）にも容易に対応可能な太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽光発電装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、送電距離による電力損失に応じて出力電力を切替て送電時の電力損失を少なくする太陽光発電装置を提供することにある。

また、本発明の更なる他の目的は、太陽電池モジュール単位の絶縁耐圧測定を配線を外さずに行なえるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子が直列に接続された太陽電池ストリングを２つ配し、外部に電気出力を導出するためのジャンクションボックス内に一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とをそれぞれが近接するようにして電気的に非導通状態で配置し、さらに前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台を太陽電池モジュールのプラス側出力端子とし、前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台を太陽電池モジュールのマイナス側出力端子とした太陽電池モジュールであって、前記ジャンクションボックスに対する蓋体を備え、前記蓋体内に前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とを電気的に導通させるための第１接続子及び前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台とを電気的に導通させるための第２接続子を設け、前記第１接続子及び前記第２接続子はそれぞれ前記蓋体が前記ジャンクションボックスに装着されたときに、前記第１接続子が前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とを電気的に導通させ、前記第２接続子が前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台とを電気的に導通させる蓋体の部位に配置されたことで、前記一方の太陽電池ストリングと前記他方の太陽電池ストリングとを並列接続可能とすることを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子が直列に接続された太陽電池ストリングを２つ配し、外部に電気出力を導出するためのジャンクションボックス内に一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とをそれぞれが近接するようにして電気的に非導通状態で配置し、さらに前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台を太陽電池モジュールのプラス側出力端子とし、前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台を太陽電池モジュールのマイナス側出力端子とした太陽電池モジュールであって、前記ジャンクションボックスに対する蓋体を備え、前記蓋体内に前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とを電気的に導通させるための接続子を設け、前記接続子は前記蓋体が前記ジャンクションボックスに装着されたときに、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とを電気的に導通させる前記蓋体の部位に配置されたことで、前記一方の太陽電池ストリングと前記他方の太陽電池ストリングとを直列接続可能とすることを特徴とする。

また、本発明の太陽光発電装置は、上記太陽電池モジュールを用いたことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールによれば、出力電圧を容易に変更することが可能で、接続される負荷の定格電圧への対応が容易に行える。また、電圧変更に当たり新たな部材を必要とせず、接続部材が一体的に取り付けられているので紛失することが無く、しかもジャンクションボックスの蓋締めを行なうことによって自動的に太陽電池ストリングの配線が完了するので、作業ミスが生じにくい。

また、ジャンクションボックスの蓋の取付の向きを変えることによって出力端子台間の導通状態が変更され、太陽電池モジュールの出力電圧が変更されるようにしたので、電圧切換に新たな部材を必要とせず、配線ミスが生じにくく、しかも蓋の向きが分かるようにしておくことにより、接続終了後においても接続状態を容易に確認する事ができ、配線検査も目視だけで可能となる。

さらに、ジャンクションボックスの蓋を取り付けるまでは太陽電池モジュールからは発電電力が外部に出力されないので、外部に接続された蓄電手段や負荷の交換や、システムメンテナンスなどの際に配線の切り離し作業が必要なく、容易に送電を停止させることができる。

また、故障等の理由で外部接続された負荷が使用不能となった場合に代替品の定格入力電圧が異なっても、送電ケーブルの配線組み替え等の対応が必要なく、太陽電池モジュールの接続子の挿入位置を変更するだけで対応可能であり、配線の組み替え作業や送電ケーブルの引き回し長さが不足するなどの問題が全く生じない。さらに太陽電池モジュール単体で電圧切り替えが行われるので太陽電池モジュールが奇数枚・偶数枚であることによる制約が生じない。

また、電圧切替によって太陽光発電装置の電圧を下げることに対応するので負荷の定格電圧の変更による対応可否が生じない。

また、太陽電池モジュールの出力を送電する送電ケーブルの長さによる電力損失の影響が大きい場合には電圧を高めて発電損失を軽減し、通常時には電圧設定を戻すことにより発電電力を最大限に活用するとともに機器の定格電圧に制約を受けない使用方法とすることが可能である。

また、住宅用太陽光発電装置のような設置可能面積に制限がある場合には、直列数不足により電圧が規定値に達せず載置できない太陽電池モジュールの面積を用いて、出力電圧設定を高圧側にして電圧を規定値になるようにして屋根上への載置を可能とし、これにより屋根面積に対する発電面積の比率を向上させられるとともに、太陽光発電装置全体の発電量を増加させる。

さらに、前記２つの太陽電池ストリング出力を短絡して、前記太陽電池モジュールの絶縁特性を測ることができるので、絶縁耐圧の測定の際に配線の追加や変更作業を行なわなくてよく、作業の手間や感電の危険も少なくできる。

また、本発明の太陽電池発電装置によれば、負荷の仕様変更などに容易に対応ができる。

また、絶縁耐圧試験を行うときに作業工数を大幅に削減するとともに再配線時の配線ミスなどの発生が生じにくい。

以下に、本発明の実施形態の一例として、１２Ｖ系または２４Ｖ系の直流負荷を使用する太陽光発電装置の場合を例にとり、模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの実施形態の一例について部品構成と組み合わせ状態を示す平面図である。

図１に示すように、太陽電池モジュール２０は、第１太陽電池ストリング２（太陽電池素子を直線的に直列又は並列に接続したものを太陽電池ストリングと呼ぶ。）と第２太陽電池ストリング３が１枚の透光性基板上に平面状に並べて配置されており、第１太陽電池ストリング２の出力と第２太陽電池ストリング３の出力はジャンクションボックス２３内に設けられた出力端子台４（４ａ〜４ｄ）に接続されている。第１太陽電池ストリング２と第２太陽電池ストリング３は直列、並列のいずれの接続が行なわれても発電電力が逆流して太陽電池素子にダメージを与えないように出力電圧の値（太陽電池素子の直列数）を同じもしくは数ボルト以内になるようにする。

なお、本例では第１太陽電池ストリング２の＋極を出力端子台４ａ、第１太陽電池ストリング２の−極を出力端子台４ｃ、第２太陽電池ストリング３の＋極を出力端子台４ｂ、第２太陽電池ストリング３の−極を出力端子台４ｄに接続したものとして説明する。

また、太陽電池モジュール２０としての製法は従来の構造と同様であるので、特に記述しないものとする。

一方、ジャンクションボックス２３の蓋体２４の内側には第１接続子６ａ、第２接続子６ｂ、第３接続子５が取り付けられており、ジャンクションボックス２３に蓋体２４を取り付けることによって、出力端子台４の端子間の４ａ−４ｂ間を第１接続子６ａ、４ｃ−４ｄ間を第２続子６ｂが電気的に接続し、第１太陽電池ストリング２と第２太陽電池ストリング３が並列接続される。

図２は本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態の一例を示す構成図である。

また、図２に示すように、蓋体２４を１８０°回転させてジャンクションボックス２３に取り付けることによって、出力端子台４の端子間の４ｂ−４ｃ間を第３接続子５が電気的に接続し、第１太陽電池ストリング２と第２太陽電池ストリング３が直列接続される。また、蓋体２４を取り付けないときは太陽電池モジュール２０から外部へは発電電力は出力されない。

なお、外部へ出力を出す送電ケーブルは出力端子台４ａと４ｄに第３接続子５および第１接続子６ａ、第２接続子６ｂとは別にねじやコネクター等で接続する。

図３は本発明に係る太陽光発電装置の実施形態の一例を示す構成図である。

以下に電圧の切替が行なわれる様子を図３を基に説明する。太陽電池モジュール２０は外部の負荷１９や蓄電手段１７と送電ケーブル１３により接続されており、この太陽電池モジュール２０のジャンクションボックス２３内にある出力端子台４の第１太陽電池ストリングの＋極である出力端子台４ａに＋側が、第２太陽電池ストリングの−極である出力端子台４ｄに−側が接続されている。このようにすることにより、例えば各太陽電池ストリングの定格出力電圧が１２Ｖ、定格出力電流が２Ａであったとすると、負荷１９が定格入力電圧が１２Ｖの直流負荷である電動モーターであったとすると、第１接続子６ａ、第２接続子６ｂにより出力端子台４ａ−４ｂ間、出力端子台４ｃ−４ｄ間を接続することで出力電圧１２Ｖ、出力電流４Ａの太陽電池モジュール２０となる。一方、負荷１９が２４Ｖ系の電動モーターであったとすると、第３接続子５により出力端子台４ｂ−４ｃ間を接続することで出力電圧２４Ｖ、出力電流２Ａの太陽電池モジュール２０となり、接続される負荷１９の定格電圧への対応が容易に行える。

次に全出力端子台間（４ａ−４ｂ間、４ｂ−４ｃ間、４ｃ−４ｄ間）を接続した場合には太陽電池モジュール２０の出力は短絡状態となり、従来のように出力端子台にジャンパー線を追加接続して全端子を同電位にするといった作業工数を簡素化して太陽電池モジュール２０の絶縁耐圧試験を行うことができるようになる。

図５は本発明に係る太陽光発電装置の配線状態を説明する配線図である。

図５のように太陽電池モジュールが複数接続されている場合には、前述した方法では太陽電圧アレイ（太陽電池モジュール２０ａ〜２０ｈ）の絶縁耐圧を検査して異常を発見しても、どの太陽電池モジュールが絶縁耐圧不良となっているかを知ることはできない。従来は全ての太陽電池モジュールの配線をはずして１枚ごとに絶縁耐圧試験を行う必要があるが、本発明の太陽電池モジュールによれば、絶縁耐圧試験を行う以外の全ての太陽電池モジュールのジャンクションボックスの蓋を外すだけで特定の太陽電池モジュールだけの絶縁耐圧を検査することが出来るので作業工数を大幅に削減するとともに再配線時の配線ミスなどの発生が生じにくい。

なお、特に図示しないが、通常太陽電池モジュールの出力を短絡してもバッテリーなどの蓄電手段１７から太陽電池モジュールへの逆流を防止するための逆流防止ダイオードが存在するので、蓄電手段１７が短絡状態になることはない。

さらに、ジャンクションボックスに蓋を取り付けるまでは太陽電池モジュール２０からは発電電力が外部に出力されないので、蓄電手段１７や負荷１９の交換や、装置メンテナンスなどの際に配線の切り離し作業が必要なく、容易に送電を停止させることができる。

図４は本発明に係る太陽電池モジュールの電圧切り替え構造の一実施例を模式的に説明する図であり、（ａ）は出力端子台と接続子の位置関係を示す一部透視斜視図、（ｂ）は出力端子台と接続子が電気的に接続される様子を示す一部拡大断面図である。

次に、本発明の太陽電池モジュールのジャンクションボックス内の出力端子台と接続子の接続構造を図４を基に説明する。図４（ａ）に示すように、太陽電池モジュール２０の非受光面にはジャンクションボックス２３が取り付けられており、ジャンクションボックス２３内には出力端子台４（４ａ〜４ｄ）が設けられている。一方、ジャンクションボックス２３の蓋である蓋体２４には、その内側（出力端子台と向かい合う側）に第３接続子５及び第１接続子６ａ、第２接続子６ｂが取り付けられており、蓋体２４をジャンクションボックス２３にねじやボルトで締め付け固定したり、ジャンクションボックスと蓋体自身に嵌め込み構造を設けて嵌め込みや捻り込むことによって固定されると、出力端子台４と第３接続子５又は第１接続子６ａ、第２接続子６ｂが押し付けられるように配置されている。具体的には例えば図４（ｂ）に示すように、ジャンクションボックス２３に蓋体２４を固定ねじ２８で締め付け固定すると、ねじの締め付けによって蓋体２４が押し下げられ、それにより第１接続子６ａ、第２接続子６ｂが出力端子台４に押し付けられる。よって、出力端子台４の４ａ−４ｂ間、及び４ｃ−４ｄ間がそれぞれ第１接続子６ａ及び第２６ｂに接触し、電気的に接続されるようになる。この様子を平面的に説明したものが図１である。

ところで上述した例では出力端子台の配線状態は太陽電池ストリングを並列接続したものであるが、図２で説明したように蓋体２４を１８０°回転させて左右位置を逆にすることで、前述した接続構造によって太陽電池ストリングは直列接続に容易に変更することが出来る。このとき、例えば、蓋体２４の外側（取付後に外部から視認出来る側）に矢印などを設け、ジャンクションボックスの両脇に「１２Ｖ」「２４Ｖ」などの表記をしておけば、ジャンクションボックス２３に蓋体２４を取り付けることによって矢印がいずれかの電圧表記側を指し示すので、直列または並列のいずれの電圧設定であるかを配線作業完了後にも容易に確認でき、配線チェックなどの検査作業を簡略化して作業時間を短縮できる。

また、正方形の蓋であっても、電圧表記のある方向を指し示していなければ取付ミスと判る。また、電圧表記に矢印合わせて蓋体の取り付けを行なうようにすれば、出力端子台と接続子の位置関係を確認しなくても良く、作業ミスも生じにくい。さらに、直列と並列の接続切換が蓋体の位置関係を変えるだけで行なえるので新たな接続部品等が必要なく、作業時の部品の取り付け忘れや部品の紛失も生じない。

図６の（ａ）、（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施例における出力端子台と接続子の状態を説明する平面図であり、（ａ）は並列接続時、（ｂ）は直列接続時の配置である。

また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、出力端子台４（４ａ〜４ｄ）を１直線状に並べて配置しても同様の効果が得られることからも判るように、出力端子台と接続子の配置は、蓋体２４を図６（ａ）の並列接続から１８０°反転させて図６（ｂ）の直列接続としても未使用となる接続子が他の出力端子間を電気的に接続しない配置であればよく、出力端子台と接続子の配置は特に限定されない。

図７は本発明に係る太陽電池モジュールの他の第１の実施例における出力端子台と接続子の状態を説明する平面図、図８は本発明に係る太陽電池モジュールの他の第２の実施例における出力端子台と接続子の状態を説明する平面図である。

図７、図８は本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施例における出力端子台と接続子の状態を説明する平面図である。図７に示すように、ジャンクションボックス２３の蓋体２４には第３接続子５及び第１接続子６ａ、第２接続子６ｂがバネ８によって取り付けられており、第３接続子５及び第１接続子６ａ、第２接続子６ｂは上下に移動可能となっている。ジャンクションボックス２３の中には出力端子台４（４ａ〜４ｄ）が設けられており、ジャンクションボックス２３に蓋体２４を固定ねじ２８で締め付け固定することにより出力端子台４上に第３接続子５又は第１接続子６ａ、第２接続子６ｂがバネ８によって押し付けられるようにして押圧され、出力端子台間を電気的に接続する。図中の例では出力端子台と接続子の配置は図４の並列接続状態を例にしたものであり、出力端子台４ａ−４ｂ間および４ｃ−４ｄ間がそれぞれ第１接続子６ａおよび第２接続子６ｂによって押圧接続される。このようにすることで、ジャンクションボックス２３や蓋体２４や出力端子台４や第３接続子５、第１接続子６ａ、第２接続子６ｂのいずれの製品誤差および設置位置の誤差が生じていても確実に電気的接続が行なえる。なお、バネは鉄やステンレスなどの金属でも、プラスチックなどの樹脂成型品でも良く、導電体でも絶縁体いずれでも良い。

また、図８に示すように、接続子をアーチ状の弾性変形が可能な形状の導電体として、固定ねじ２８の締め付けにより接続子３６が出力端子台４（４ａ〜４ｄ）に押し付けられ、広がる方向へ変形して電気的接続状態で固定される。このようにすることで構造を簡素化して部品点数を削減することができる。

図９、図１０は本発明に係わる太陽電池モジュールを用いた絶縁耐圧試験の実施例を模式的に説明する構成図である。

図９に示すように、通常用いる直列または並列接続用のジャンクションボックス２３の蓋２４以外に、絶縁耐圧試験用に蓋体２４の内側に接続子９を取り付けたものを用意する。接続子９は一直線状に配置された出力端子台４ａ〜４ｄを全て電気的に接続できるだけの長さを有しており、蓋体２４をジャンクションボックス２３に取り付けることにより、出力端子台４ａ〜４ｄが全て電気的に接続される。これにより太陽電池モジュール２０内の第１太陽電池ストリング２と第２太陽電池ストリング３を同時に短絡させることが出来るので、絶縁耐圧試験を行なう際の作業工数を少なくすることができる。また、絶縁耐圧試験用の蓋の外部から見える部分に絶縁耐圧試験用であることを示す印や色を設けておけば、絶縁耐圧試験後に蓋の取替えが間違いなく行なわれているかどうかを目視で検査できるので、検査時間が短縮できる。

また、図１０に示すように、出力端子台４ａ〜４ｄを四角に集めて配置し、その中央に接続子１０が来るようにしてもよい。この場合は前述した図８の接続子の形態も適用可能である。

なお、絶縁耐圧試験は太陽電池モジュールの端子台と筐体（主に枠材）のいずれかとの間の絶縁を測定するものであるので、特に図示しないが前記接続子９および接続子１０からは測定器を繋げるための配線もしくは端子を外部に引き出している。

図１１の（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る太陽電池モジュールの電圧切り替え構造の他の実施例を模式的に説明する平面図である。

図１１（ａ）に示すように、ジャンクションボックス２３及び蓋体２４は円形状をしており、蓋体２４の内側には第３接続子５及び第１接続子６ａ、第２接続子６ｂが取り付けられている。蓋体２４の中央には外軸３３が設けられており、ジャンクションボックス２３の中央に設けられた内軸３２に嵌り込むようになっている。ジャンクションボックス２３内には出力端子台４ａ〜４ｄが設けられており、蓋体２４をジャンクションボックス２３に嵌め込むことにより、図１１（ｂ）に示すように第１接続子６ａが出力端子台４ａ−４ｂ間を、第２接続子６ｂが出力端子台４ｃ−４ｄ間を電気的に接続する。これにより第１太陽電池ストリング２と第２太陽電池ストリング３の並列接続が完了する。

そしてこの状態から図中矢印のように蓋体２４を１８０°回転させると、接続子が移動し、図１１（ｃ）に示すように第３接続子５が出力端子台４ｂ−４ｃ間を電気的に接続し、第１太陽電池ストリング２と第２太陽電池ストリング３は直列接続となる。直列接続および並列接続となる回転位置は蓋体２４の外側に目印になる印や文字を設けても良いが、図中のストッパー７のような回転止めの突起をジャンクションボックス２３及び蓋体２４に設ければ、内部の回転状態を確認できなくともストッパー機構が働くまで廻したところが設定位置であるので作業ミスが生じにくい。しかもジャンクションボックス２３の蓋２４を開けずに切換作業が行なえるので電極が露出することがなく作業者が感電する危険がない。

以上詳述したように、出力端子台と接続子の選択により容易に電圧を切り替え可能であるので、例えば図５に示すような太陽電池モジュール２０（２０ａ〜２０ｈ）が複数接続された太陽光発電装置Ｓとした場合であっても、負荷１９の仕様変更にも容易に対応が可能である。即ち、図中の太陽電池モジュール２０ａ〜２０ｈは並列接続であり、負荷１９の定格入力電圧が例えば１２Ｖの揚水ポンプであったとすると、故障等の理由で負荷１９が使用不能となった場合に代替品が定格入力電圧が２４Ｖのものしかなければ、従来は太陽電池モジュールの出力配線である送電ケーブル１３ａ〜１３ｄの配線組み替えにより対応する必要があったが、本発明の太陽電池モジュールによれば太陽電池モジュール２０（２０ａ〜２０ｈ）の接続子の挿入位置を変更するだけで対応可能であり、配線の組み替え作業や送電ケーブル１３の引き回し長さが不足するなどの問題が全く生じないのである。

さらに、図中の太陽電池モジュール数は偶数であるが、奇数であった場合には直列接続で２４Ｖを作ることが出来ないので、端数の太陽電池モジュールはこの装置に利用できず総発電電力の低下となるが、本発明の太陽電池モジュールは太陽電池モジュール単体で電圧切り替えが行われるので、太陽電池モジュールの枚数による制約が生じない。

また、同図において、負荷１９の定格入力電圧が２４Ｖの揚水ポンプであったとすれば、代替の揚水ポンプに定格入力電圧が１２Ｖのものが用意できたとしても太陽電池モジュールが従来の２４Ｖ固定出力のものであれば太陽光発電装置Ｓの電圧を下げることはできず、緊急対応もできないこと態となるので、離村などの救援物資が届きにくい地域では重大な影響を受けることになるが、本発明の太陽電池モジュールによれば電圧を下げることに対応するので負荷の定格電圧の変更による対応可否が生じないのである。

図１２の（ａ）、（ｂ）は本発明に係わる太陽光発電装置の送電ケーブルによる損失状況を説明する構成図、図１３は本発明に係わる太陽光発電装置を住宅の屋根等に載置した状況を説明する構成図である。

太陽光発電による独立電源システムを用いるのは主に近辺に電力源（電力会社の交流電源等）が無い場所である。よって少しでも多くの発電電力を得られるように太陽電池モジュールを設置する必要があるが、太陽光の照射が良好な場所と負荷である通信機器などの機材を用いる場所とは必ずしも一致しない。そのため、図１２のように太陽電池モジュール２０と負荷１９間の送電ケーブル１３を数十メートルから百メートル程度まで引き回すことになる。このとき、送電ケーブル１３は長くなるほど抵抗成分が増加するため、単位面積あたりの送電電流を小さくして電力損失を抑えるなどの対策が一般的である。しかし、断面積を増やすということは送電ケーブル１３の直径が大きくなることであり、送電ケーブルの大型化、重量増加により搬送に手間がかかる。一方、負荷１９の定格入力電圧とは別に最大定格があり、これは、定格入力電圧よりも高い電圧をどこまでなら許容するかを示す。特に通信機器などでは印加電圧によって電波の飛ぶ強さが変わることは知られており、通信機器の入力電圧は１１〜３０Ｖ程度と比較的大きく、このような負荷を用いる場合には太陽電池モジュール２０の定格出力電圧は１２Ｖと２４Ｖのどちらでもよいことになる。そこで、太陽電池モジュール２０から負荷１９までの送電ケーブル１３の長さによって生じる電力損失をｐとすると、図１２（ａ）の１２Ｖ設定では電力損失は
ｐ＝Ｉ²ｒ
であり、図１２（ｂ）の２４Ｖ設定では太陽電池モジュール２０の出力電流が１２Ｖ設定時の半分になるので
ｐ＝（１／２×Ｉ）^２・ｒ
となり、２４Ｖ設定のシステムでは太陽電池モジュール２０の発電損失は１２Ｖ設定時の１／４にまで軽減される。そして１２Ｖでしか使用できない機器を用いる時には出力設定を１２Ｖにすれば、損失は生じるが定格入力電圧が１２Ｖの機器も使用できるので、２４Ｖと１２Ｖの全てに対応可能であって、かつ２４Ｖの機器使用時に発電電力の電力損失を少なくできる。さらに負荷１９をバッテリーなどの蓄電手段とした場合には、バッテリー充電時は２４Ｖで充電効率を向上させ、１２Ｖ機器使用時には配線を切り替えてバッテリーと太陽電池モジュールの併用（１２Ｖで充電もしくは機器への電力供給を継続する）といった発電電力を最大限に活用するとともに機器の定格電圧に制約を受けないといった使用が可能である。

また、住宅用太陽光発電装置に用いて屋根上の発電面積向上を図ることが出来る。具体的には図１３に示すように、住宅用太陽光発電装置は住宅の屋根に太陽電池モジュールを多数載置し、その発電電力を系統連系インバータ１８により交流電力に変換し、電力会社などの商用電力系統１０に逆潮流することで売電が行なえるようにするものであるが、住宅の屋根の面積を一杯に使えば太陽電池モジュール群Ａ、Ｂ、Ｃの２０枚が載置可能だとしたとき、太陽電池モジュール１枚の定格出力電圧を１２Ｖ、出力電流を２ＡとするとＡ群およびＢ群の出力電圧は８直列なので９６Ｖとなるが、Ｃ群の太陽電池モジュールは４枚しかないため４８Ｖしかない。このため、出力電圧の固定された従来の太陽電池モジュールではＣ群は載置不能として太陽光発電に寄与しなかった。しかし、本発明の太陽電池モジュールによれば、Ｃ群の太陽電池モジュールの出力電圧設定を２４Ｖとすれば、出力電流は１Ａと半分であるが屋根上への載置により発電に寄与するようになり、屋根面積に対する発電面積の比率を向上させられるとともに、太陽光発電装置全体の発電量を増加させる。

なお、本実施形態では１２Ｖと２４Ｖといった一般的な直流電源の定格電圧に合わせたものを例にとり説明したがこれに限定されるものではなく、例えば住宅用太陽光発電装置では１５０〜３００Ｖといった電圧構成も用いられるので、それに好適な電圧としてもよく、第１の太陽電池ストリングと第２の太陽電池ストリングの電圧値が略同一であれば適用可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。

本発明に係る太陽電池モジュールの実施形態の一例を示す構成図である。本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態の一例を示す構成図である。本発明に係る太陽光発電装置の実施形態の一例を示す構成図である。本発明に係る太陽電池モジュールの電圧切り替え構造の一実施例を模式的に説明する図であり、（ａ）は出力端子台と接続子の位置関係を示す一部透視斜視図、（ｂ）は出力端子台と接続子が電気的に接続される様子を示す一部拡大断面図である。本発明に係る太陽光発電装置の配線状態を説明する配線図である。（ａ）、（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施例における出力端子台と接続子の状態を説明する平面図であり、（ａ）は並列接続時、（ｂ）は直列接続時の配置である。本発明に係る太陽電池モジュールの他の第１の実施例における出力端子台と接続子の状態を説明する平面図である。本発明に係る太陽電池モジュールの他の第２の実施例における出力端子台と接続子の状態を説明する平面図である。本発明に係る太陽電池モジュールの絶縁耐圧試験の実施例における出力端子台と接続子の状態を説明する平面図である。本発明に係る太陽電池モジュールの絶縁耐圧試験の実施例における出力端子台と接続子の状態を説明する平面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る太陽電池モジュールの電圧切り替え構造の他の実施例を模式的に説明する平面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明に係わる太陽光発電装置の送電ケーブルによる損失状況を説明する構成図である。本発明に係わる太陽光発電装置を住宅の屋根等に載置した状況を説明する構成図である。一般的な太陽電池モジュールの構成を説明する断面図である。従来の太陽電池モジュールへの配線接続の一実施例を模式的に示す構成図である。従来の太陽光発電装置の構成を模式的に説明する構成図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ：太陽電池素子
２：第１太陽電池ストリング
３：第２太陽電池ストリング
４、４ａ〜４ｄ：出力端子台
５：第３接続子
６ａ：第１接続子
６ｂ：第２接続子
７：ストッパー
８：バネ
９：接続子
１０：接続子
１１：枠体
１２、２３：ジャンクションボックス
１３：送電ケーブル
１４：光透過基板
１５：封止材
１６：耐候性フィルム
１７：蓄電手段
１８：系統連系インバータ
１９：負荷
２０：太陽電池モジュール
２１、２１ａ、２１ｂ：太陽電池モジュール
２４：蓋体
２８：固定ねじ
３１：太陽電池パネル
３２：内軸
３３：外軸
３５：接続子
３６：接続子
Ｓ：太陽光発電装置

Claims

複数の太陽電池素子が直列に接続された太陽電池ストリングを２つ配し、外部に電気出力を導出するためのジャンクションボックス内に、
一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とをそれぞれが近接するようにして電気的に非導通状態で配置し、さらに前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台を太陽電池モジュールのプラス側出力端子とし、前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台を太陽電池モジュールのマイナス側出力端子とした太陽電池モジュールであって、
前記ジャンクションボックスに対する蓋体を備え、前記蓋体内に前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とを電気的に導通させるための第１接続子及び前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台とを電気的に導通させるための第２接続子を設け、
前記第１接続子及び前記第２接続子はそれぞれ前記蓋体が前記ジャンクションボックスに装着されたときに、前記第１接続子が前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とを電気的に導通させ、前記第２接続子が前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台とを電気的に導通させる前記蓋体の部位に配置されたことで、前記一方の太陽電池ストリングと前記他方の太陽電池ストリングとを並列接続可能とすることを特徴とする太陽電池モジュール。
複数の太陽電池素子が直列に接続された太陽電池ストリングを２つ配し、外部に電気出力を導出するためのジャンクションボックス内に、一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とをそれぞれが近接するようにして電気的に非導通状態で配置し、さらに前記一方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台を太陽電池モジュールのプラス側出力端子とし、前記他方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台を太陽電池モジュールのマイナス側出力端子とした太陽電池モジュールであって、
前記ジャンクションボックスに対する蓋体を備え、前記蓋体内に前記一方の太陽電池スト
リングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とを電気的に導通させるための接続子を設け、
前記接続子は前記蓋体が前記ジャンクションボックスに装着されたときに、前記一方の太陽電池ストリングのマイナス出力端子台と前記他方の太陽電池ストリングのプラス出力端子台とを電気的に導通させる前記蓋体の部位に配置されたことで、
前記一方の太陽電池ストリングと前記他方の太陽電池ストリングとを直列接続可能とすることを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１または２に記載の太陽電池モジュールを用いたことを特徴とする太陽光発電装置。