JP5759911B2

JP5759911B2 - 太陽電池ユニット及び太陽電池モジュール

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Publication number: JP5759911B2
Application number: JP2012016811A
Authority: JP
Inventors: 政宣吉富; 隆文石井
Original assignee: JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: US20140373895A1; EP2811533A1; CN104081533A; EP2811533A4; WO2013115056A1; JP2013157456A; TW201351671A

Description

本発明は、太陽電池ユニット及び太陽電池モジュールに関する。

一般的に、太陽光を利用して発電を行う太陽電池ユニットにおいては、例えば特性のバラツキや日射強度の変動等の影響によって太陽電池に逆電圧が印加されることがあり、この逆電圧が高まると、太陽電池が発熱ひいては破損する虞がある。そのため、従来の太陽電池ユニットとしては、バイパスダイオードを太陽電池に並列に接続し、太陽電池に過剰な逆電圧が印加されるのを抑制するものが知られている。

このような太陽電池ユニットにおいては、例えば下記特許文献１に記載されているように、バイパスダイオードのオープンモード(開放モードとも称される)故障を検出する技術が開発されている。特許文献１に記載された検査装置では、太陽電池を遮蔽板により遮光すると共に、この遮蔽板に一体化された感熱紙により太陽電池における遮光部分の温度を検出する。そして、太陽電池の遮蔽部分にホットスポット熱（異常発熱）の発生を検出した場合、バイパスダイオードに電流が流れていないと判断し、これにより、バイパスダイオードがオープンモード故障していると判定する。

特開２００１−０２４２０４号公報

しかしながら、上記技術では、前述のように、バイパスダイオードのオープンモード故障を検出するために太陽電池を遮光する必要があるが、通常、太陽電池ユニットは屋根等の高所に設置されることから、その作業が実際には煩雑となり、安全性及び費用の観点で日常的な点検に適しないという問題がある。

また、上記技術では、次の理由により、バイパスダイオードが故障しているか否かの判定が困難となる虞がある。すなわち、バイパスダイオードがオープンモード故障をしていない場合であっても、太陽電池を遮光した際に太陽電池にある程度の逆電圧が印加され、太陽電池の発熱が検出される場合がある。当該発熱の程度は、そのときの日射強度、遮光状態、太陽電池の電流密度、太陽電池の放熱状態、太陽電池のシャント抵抗成分等に依存するため、一概に予測できない。従って、正常範囲の発熱と、バイパスダイオードの故障に起因する発熱とを区別することが極めて困難となり、バイパスダイオードのオープンモード故障を精度よく検出できない虞がある。

さらにまた、バイパスダイオードのオープンモード故障時には、太陽電池の発熱及び破損を防ぐべく、迅速な対処が求められる。しかし、上記技術によれば、故障を精度よく検出できず、対処の遅れが懸念される一方で、正常に機能するバイパスダイオードをも故障と判定して対処し、太陽電池の発電能力を不要に低下又は阻害させてしまう虞がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、発電能力を確保しつつ信頼性を容易に向上可能な太陽電池ユニット及び太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る太陽電池ユニットは、太陽光を利用して発電を行う太陽電池と、太陽電池に並列接続されたバイパスダイオードと、を具備する太陽電池ユニットであって、太陽電池及びバイパスダイオードに並列接続され、電流が流れることで反応する反応素子と、太陽電池に直列接続された遮断素子と、を備え、反応素子は、太陽電池に逆電圧が印加されている場合であってバイパスダイオードに電流が流れないときに、電流が流れて反応するように構成され、遮断素子は、反応素子の反応に応じて、太陽電池の電流を遮断すること、を特徴とする。なお、「太陽電池に逆電圧が印加される」とは、太陽電池の負極に対する正極の電位が低い状態になることを意味している（以下、同じ）。

この本発明に係る太陽電池ユニットでは、正常時において、太陽電池に高い逆電圧が印加されるのをバイパスダイオードにより回避することができる。また、太陽電池の一部に影が射す等しても、すぐさま太陽電池の電流が遮断されないだけでなく、太陽電池の他部にて発電可能な効果がバイパスダイオードによりもたらされるため、発電能力の低下を抑制することができる。
さらには、バイパスダイオードがオープンモード故障したとき、太陽電池に逆電圧が印加されたとしても、並列接続された反応素子に電流が流れ、その反応に応じて遮断素子により太陽電池の電流が遮断され、太陽電池の発熱や破損を防止することができる。すなわち、特段の作業を別途必要とすることなく、バイパスダイオードのオープンモード故障に対する対策が自動的に実施され、かかるオープンモード故障以上の損傷が抑止されることとなる。従って、本発明によれば、発電能力を確保しつつ信頼性を容易に向上させることが可能となる。

また、反応素子は、電流が流れることで発熱する発熱素子であり、遮断素子は、発熱素子に対し熱的に接触するように配置された温度ヒューズであることが好ましい。この場合、バイパスダイオードがオープンモード故障し、太陽電池に逆電圧が印加されたとき、電流が流れることにより発熱した発熱素子の熱でもって温度ヒューズを作動させ、太陽電池の電流を安全に遮断させることができる。

また、遮断素子は、開閉器であり、反応素子は、電流が流れることで開閉器を開状態とすることが好ましい。この場合、バイパスダイオードがオープンモード故障し、太陽電池に逆電圧が印加されたとき、反応素子によって開閉器を開状態とさせ、太陽電池の電流を安全に遮断させることができる。

また、反応素子は、バイパスダイオードのＩＶカーブ特性よりも大きな電圧降下値のときに順方向電流が流れるＩＶカーブ特性を有するダイオードにより構成されている場合がある。

また、本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽光を利用して発電を行う太陽電池と、太陽電池に並列接続されたバイパスダイオードと、を具備する太陽電池ユニットが、複数直列接続されて構成された太陽電池モジュールであって、複数の太陽電池ユニットのそれぞれにおいて太陽電池及びバイパスダイオードに並列接続され、電流が流れることで反応する複数の反応素子と、複数の太陽電池ユニットに直列接続された遮断素子と、を備え、複数の太陽電池ユニットのそれぞれにおいて、反応素子は、太陽電池に逆電圧が印加されている場合であってバイパスダイオードに電流が流れないときに、電流が流れて反応するように構成され、遮断素子は、複数の反応素子のうち少なくとも１つの反応素子の反応に応じて、複数の太陽電池ユニットの電流を遮断すること、を特徴とする。

この本発明に係る太陽電池モジュールにおいても、上記太陽電池ユニットと同様な作用効果が奏される。すなわち、通常時において、太陽電池に高い逆電圧が印加されるのを回避できると共に、発電能力の低下を抑制することができる。さらには、複数の太陽電池ユニットの少なくとも１つにおいてバイパスダイオードがオープンモード故障し太陽電池に逆電圧が印加されたとしても、反応素子を反応させて遮断素子により複数の太陽電池ユニットの電流を安全に遮断できる。従って、本発明によれば、発電能力を確保しつつ信頼性を容易に向上させることが可能となる。

また、複数の反応素子は、電流が流れることで発熱する発熱素子であり、遮断素子は、複数の発熱素子に対し熱的に接触するように配置された温度ヒューズであることが好ましい。この場合、バイパスダイオードがオープンモード故障し、太陽電池に逆電圧が印加されたとき、電流が流れることにより発熱した発熱素子の熱でもって温度ヒューズを作動させ、複数の太陽電池ユニットの電流を安全に遮断させることができる。

また、遮断素子は、開閉器であり、複数の反応素子は、電流が流れることで開閉器を開状態とすることが好ましい。この場合、バイパスダイオードがオープンモード故障し、太陽電池に逆電圧が印加されたとき、反応素子によって開閉器を開状態とさせ、複数の太陽電池ユニットの電流を安全に遮断させることができる。

また、太陽電池モジュールにおいても、反応素子は、バイパスダイオードのＩＶカーブ特性よりも大きな電圧降下値のときに順方向電流が流れるＩＶカーブ特性を有するダイオードにより構成されている場合がある。

本発明によれば、発電能力を確保しつつ信頼性を容易に向上することが可能となる。

第１実施形態に係る太陽電池モジュールを示す構成図である。図１の太陽電池モジュールの概略回路図である。図１の太陽電池モジュールの素子複合体を示す斜視図である。図１の太陽電池モジュールの太陽電池ユニットにおけるＩＶカーブ特性を示すグラフである。バイパスダイオードを説明するための図である。第２実施形態に係る太陽電池モジュールを示す構成図である。図６の太陽電池モジュールの概略回路図である。第３実施形態に係る太陽電池モジュールを示す概略回路図である。第４実施形態に係る太陽電池モジュールを示す概略回路図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る太陽電池モジュールを示す構成図であり、図２は図１の太陽電池モジュールの概略回路図であり、図３は素子複合体を示す斜視図である。図１，２に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、例えば屋根等の高所において互いに直列接続するよう複数設置され、２００Ｖ以上の出力電圧を有する系統連携型の太陽光発電システムを構成する。この太陽電池モジュール１００は、互いに直列接続された複数（ここでは、３つ）の太陽電池ユニット１０を備えている。

複数の太陽電池ユニット１０のそれぞれは、太陽電池クラスタ（太陽電池）２０と、バイパスダイオード３０と、素子複合体４０と、を含んで構成されている。太陽電池クラスタ２０は、互いに直列接続された複数の太陽電池セル２１を含んでおり、太陽光を利用して発電を行うものである。複数の太陽電池セル２１は、マトリクス状に並置された状態でアルミフレームに固定されていると共に、その受光面側が強化ガラスで覆われている。これら複数の太陽電池セル２１は、ジャンクションボックス２２内に一列に並設された複数の端子２３に結線されている。太陽電池セル２１としては、例えば０．５Ｖの出力電圧の結晶系太陽電池セルが用いられている。

バイパスダイオード３０は、太陽電池クラスタ２０に並列接続されている。バイパスダイオード３０としては、順方向電圧を小さくし且つ逆回復時間を短縮化するために、例えばショットキーバリアダイオードが用いられている。このバイパスダイオード３０は、太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加されたときに電流が流れるよう設けられており、その順方向が太陽電池クラスタ２０内における太陽電池セル２１の等価寄生ダイオードの順方向に対し逆方向とされている。

具体的には、バイパスダイオード３０のカソード側は、太陽電池クラスタ２０を直列接続する電路５０上において、太陽電池クラスタ２０の正極側に接続されている。また、バイパスダイオード３０のアノード側は、電路５０上において太陽電池クラスタ２０の負極側に接続されている。このバイパスダイオード３０は、ジャンクションボックス２２内に配置されており、一つおきで並ぶ一対の端子２３に結線されている。

素子複合体４０は、太陽電池クラスタ２０及びバイパスダイオード３０に並列接続された反応素子としての発熱用ダイオード（発熱素子）４１と、太陽電池クラスタ２０及びバイパスダイオード３０に直列接続された遮断素子としての温度ヒューズ４２と、からなる複合体とされている。この素子複合体４０は、ジャンクションボックス２２内に配置されており、隣接して並ぶ３つの端子２３のうち、一方側と中央とに位置する一対の端子２３に発熱用ダイオード４１が結線されていると共に、他方側と中央とに位置する一対の端子２３に温度ヒューズ４２が結線されている。

発熱用ダイオード４１は、太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加されたときに電流が流れるよう設けられており、その順方向が太陽電池クラスタ２０における太陽電池セル２１の等価寄生ダイオードの順方向に対し逆方向とされている。特に、この発熱用ダイオード４１は、太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加されている場合であってバイパスダイオード３０に電流が流れないとき、電流が流れて反応（発熱）するように構成されている。ここでは、例えば以下のように発熱用ダイオード４１のＩＶカーブ（電流電圧曲線）特性を設定することで、バイパスダイオード３０に電流が流れない状態で太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加されたときに発熱用ダイオード４１に通電させている。

図４（ａ）は太陽電池ユニットにおける各要素のＩＶカーブ特性を個別に示すグラフであり、図４（ｂ）は太陽電池ユニットにおける各要素のＩＶカーブ特性を合成して示すグラフである。図４（ａ），（ｂ）に示すように、バイパスダイオード３０が正常に機能している場合（バイパスダイオード３０に電流が流れる場合）、太陽電池ユニット１０における電圧値は正常電圧範囲Ｈ内の値となり、その下限はバイパスダイオード３０に最大電流値が流れたときの電圧降下値Ｖｂとなる。換言すると、バイパスダイオード３０に最大電流値が流れたときに、最も大きな電圧降下が太陽電池ユニット１０に発生する。

一方、この電圧降下値Ｖｂよりも大きな電圧降下が生じたときには、バイパスダイオード３０がオープンモード故障（通電しない状態で故障）し、バイパスダイオード３０に電流が流れないと判断することができる。そこで、本実施形態では、当該電圧降下値Ｖｂを基準とし、これよりも大きな電圧降下値のときに電流が流れるようなＩＶカーブ特性の素子を発熱用ダイオード４１として採用している。換言すると、発熱用ダイオード４１は、バイパスダイオード３０のＩＶカーブ特性よりも大きな電圧降下値のときに順方向電流が流れるＩＶカーブ特性を有するダイオードにより構成されている。これにより、太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加されバイパスダイオード３０に電流が流れないとき、発熱用ダイオード４１に電流が流れることになる。

この発熱用ダイオード４１のカソード側は、電路５０上において太陽電池クラスタ２０の正極側とバイパスダイオード３０の接続箇所Ｏ１との間に接続されている。発熱用ダイオード４１のアノード側は、電路５０上において太陽電池クラスタ２０の負極側とバイパスダイオード３０の接続箇所Ｏ２との間に接続されている。発熱用ダイオード４１としては、例えばＰＮダイオードが用いられている。

温度ヒューズ４２は、発熱用ダイオード４１の発熱に応じて太陽電池クラスタ２０との接続を切断し、太陽電池クラスタ２０の電流（電荷の流れ）を遮断する。この温度ヒューズ４２は、電路５０上においてバイパスダイオード３０の接続箇所Ｏ１と発熱用ダイオード４１の接続箇所Ｏ３との間に接続されている。

これら発熱用ダイオード４１及び温度ヒューズ４２は、互いに熱的に接触するように配置されている。具体的には、図３に示すように、温度ヒューズ４２に複数（ここでは３つ）の発熱用ダイオード４１が接触され、発熱用ダイオード４１の熱が温度ヒューズ４２に直接的に伝熱可能とされている。より具体的には、発熱用ダイオード４１及び温度ヒューズ４２は、ともに円柱状外形を呈しており、その軸方向両端部に配線が設けられている。そして、互いに同軸とされながら温度ヒューズ４２の外周面に複数の発熱用ダイオード４１の外周面が当接され、これらが一体化されている。

図５（ａ）はバイパスダイオードを説明するための構成図、図５（ｂ）は、バイパスダイオードを説明するための太陽電池クラスタのＩＶカーブ特性を示すグラフである。図５（ｂ）中において、Ｌ３が高日射太陽電池セル２１ａのＩＶカーブ特性、Ｌ４が低日射太陽電池セル２１ｂのＩＶカーブ特性を示している。太陽電池ユニット１０では、複数の太陽電池セル２１が太陽電池クラスタ２０として直列接続されていることらから、これら太陽電池セル２１間の特性バラツキや日射強度の相違等によって、一部の太陽電池セル２１に逆電圧が生じる場合がある。

図５（ａ）に例示するように、日射量が良好な高日射太陽電池セル２１ａと、日射量が低下した低日射太陽電池セル２１ｂとが短絡された場合、合計電圧は０であることから、図５（ｂ）に示すように、それぞれの印加電圧は動作点Ｐ１，Ｐ２となる。よって、高日射太陽電池セル２１ａでは発電が行われているものの、低日射太陽電池セル２１ｂでは、当該発電と同じ電力を消費しており、逆電圧が印加されることがわかる。

そこで、下式（１）に示すように、バイパスダイオード３０を太陽電池クラスタ２０に並列に接続し、太陽電池クラスタ２０の電圧損失Ｖｌｏｓｓを抑制することで、低日射太陽電池セル２１ｂの電圧損失Ｖｃｅｌｌが電圧ゲインＶｇを大きく超えるのを回避することができる。
Ｖｃｅｌｌ＝Ｖｌｏｓｓ＋Ｖｇ …（１）
Ｖｃｅｌｌ：低日射太陽電池セル２１ｂの電圧損失
Ｖｌｏｓｓ：太陽電池クラスタ２０の電圧損失
Ｖｇ：太陽電池クラスタ２０の高日射太陽電池セル２１ａの電圧ゲインの合計

その結果、太陽電池ユニット１０では、バイパスダイオード３０の働きによって、太陽電池セル２１の逆電圧が太陽電池クラスタ２０の電圧を超えてしまうということが抑制され、高い安全性を確保することができる。さらには、バイパスダイオード３０が設けられていると、太陽電池クラスタ２０に低日射太陽電池セル２１ｂが存在している場合でも、この太陽電池クラスタ２０以外の他の太陽電池クラスタ２０からの大きな電流を通過させることができるため、当該他の太陽電池クラスタ２０の発電量を維持できる。よって、システム全体としての発電量低下を軽減することも可能となる。

ここで、何らかの理由でバイパスダイオード３０がオープンモード故障したとき、上述したように特定の太陽電池セル２１に大きな逆電圧が印加され、発熱やモジュール破損の虞があるため、太陽電池ユニット１０又は太陽電池モジュール１００を電流が流れないように遮断することが好ましい。一方で、バイパスダイオード３０の正常時には、発電能力を確保するために、太陽電池ユニット１０又は太陽電池モジュール１００の誤遮断を防止し、バイパスダイオード３０を確実に機能させることが好ましい。

この点、本実施形態の太陽電池ユニット１０では、図４（ｂ）に示すように、バイパスダイオード３０が正常な正常時において、太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加されたとしても、バイパスダイオード３０が支配的で正常電圧範囲Ｈを有するＩＶカーブ特性Ｌ１のために、バイパスダイオード３０が機能し発熱用ダイオード４１には電流が流れない。よって、発熱用ダイオード４１が発熱せずに温度ヒューズ４２が非作動となり、太陽電池ユニット１０は遮断されない。

他方、バイパスダイオード３０のオープンモード故障時においては、太陽電池ユニット１０のＩＶカーブは発熱用ダイオード４１が支配的なＩＶカーブ特性Ｌ２へ遷移する。そして、太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加され、電圧降下値Ｖｂよりも大きな電圧降下が生じると、発熱用ダイオード４１に電流が流れて当該発熱用ダイオード４１が発熱され、その熱によって温度ヒューズ４２が切れ、その結果、当該太陽電池ユニット１０の電流が安全に遮断されることとなる。

従って、本実施形態によれば、正常時において、太陽電池クラスタ２０ひいては太陽電池セル２１に高い逆電圧が印加されるのを回避することができると共に、一の太陽電池セル２１に影が射す等しても、すぐさま太陽電池ユニット１０の電流が遮断されないだけでなく、他の太陽電池クラスタ２０の発電を有効活用させることが可能であり、発電能力の低下を抑制することができる。

加えて、バイパスダイオード３０がオープンモード故障したときにだけ発熱用ダイオード４１を作動させ、太陽電池ユニット１０の電流を確実に安価で且つ容易に遮断できる。その結果、発電能力を確保しつつ信頼性を容易に向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、上述したように、温度ヒューズ４２により発熱用ダイオード４１の発熱を利用して太陽電池ユニット１０の電流を安全に遮断している。バイパスダイオード３０の順方向電圧よりも高い順方向電圧を有するダイオードを、発熱用ダイオード４１として使用すると共に温度ヒューズ４２と組み合わせることにより、特段の制御回路やスイッチを使用しなくても、必要なときにだけ確実に電流を遮断することが可能となる。

なお、本実施形態では、上述したように、温度ヒューズ４２を切断して太陽電池ユニット１０の電流を遮断しているが、例えばバイパスダイオード３０がオープンモード故障した特定の太陽電池ユニット１０のみが電路５０から解列されるように、当該特定の太陽電池ユニット１０の電流を遮断してもよい。この場合、特定の太陽電池ユニット１０以外の太陽電池ユニット１０により発電を好適に継続することができる。

また、本実施形態では、バイパスダイオード３０がオープンモード故障した際に、温度ヒューズ４２により電路５０の一箇所を切断する構成を例に説明したが、複数箇所を切断する構成としてもよい。この場合、一層確実に太陽電池ユニット１０の電流を遮断することが可能となる。また、本実施形態では、太陽電池クラスタ２０を含む太陽電池ユニット１０を例に説明したが、太陽電池ユニット１０は１つの太陽電池セル２１により構成されていてもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図６は第２実施形態に係る太陽電池モジュールを示す構成図であり、図７は図６の太陽電池モジュールの概略回路図である。図６及び図７に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール２００が上記太陽電池モジュール１００（図１及び図２参照）と異なる点は、バイパスダイオード３０及び素子複合体４０の回路構成を変更した点である。すなわち、図１及び図２に示す太陽電池モジュール１００においては、直列接続された太陽電池クラスタ２０及び温度ヒューズ４２にバイパスダイオード３０が並列接続されているのに対し、第２実施形態における太陽電池モジュール２００においては、図６及び図７に示すように、太陽電池クラスタ２０にバイパスダイオード３０が並列接続されている。

より具体的には、バイパスダイオード３０は、図６に示すように、ジャンクションボックス２２内に配置されており、隣接する一対の端子２３に結線されている。図７に示すように、素子複合体４０の発熱用ダイオード４１のカソード側は、バイパスダイオード３０を含み且つ太陽電池クラスタ２０に並列なバイパス電路５１に接続されている。素子複合体４０の温度ヒューズ４２は、電路５０上においてバイパスダイオード３０の接続箇所Ｏ１に対し太陽電池クラスタ２０側と反対側に接続されている。

このような本実施形態においても、発電能力を確保しつつ信頼性を容易に向上させるという上記効果が奏される。すなわち、太陽電池セル２１に高い逆電圧が印加されるのを回避できると共に、発電能力の低下を抑制することができる。さらに、バイパスダイオード３０がオープンモード故障し太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加されたとき、太陽電池ユニット１０の電流を安全に遮断できる。

さらに、本実施形態の温度ヒューズ４２は、電路５０上において、バイパスダイオード３０及び発熱用ダイオード４１の接続箇所Ｏ１に対し、太陽電池クラスタ２０側と反対側に接続されている。そのため、バイパスダイオード３０のオープンモード故障時、温度ヒューズ４２が溶断されることで、より確実に電流を止めることが可能となる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第２実施形態と異なる点について主に説明する。

図８は、第３実施形態に係る太陽電池モジュールを示す概略回路図である。図８に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール３００が上記太陽電池モジュール２００（図７参照）と異なる点は、複数の太陽電池ユニット１０毎に設けられた複数の温度ヒューズ４２に代えて、複数の太陽電池ユニット１０で共用の温度ヒューズ３４２を備えている点である。

温度ヒューズ３４２は、複数の太陽電池クラスタ２０及び複数のバイパスダイオード３０に直列接続されている。この温度ヒューズ３４２は、複数の発熱用ダイオード４１のうち少なくとも１つの発熱用ダイオード４１の発熱に応じて、複数の太陽電池ユニット１０に対する接続を切断し、複数の太陽電池ユニット１０の電流を遮断する。温度ヒューズ４２は、電路５０上において１つのみ設けられており、一の太陽電池ユニット１０におけるバイパスダイオード３０の接続箇所Ｏ１に対し太陽電池クラスタ２０側と反対側に接続されている。

この温度ヒューズ３４２には、複数の太陽電池ユニット１０の各発熱用ダイオード４１が接触され、これら発熱用ダイオード４１の熱が温度ヒューズ４２に直接的に伝熱可能とされている。具体的には、温度ヒューズ３４２は、円柱状外形を呈しており、その軸方向両端部に配線が設けられている。そして、温度ヒューズ３４２及び各発熱用ダイオード４１が互いに同軸にされながら、複数の太陽電池ユニット１０における各発熱用ダイオード４１の外周面が温度ヒューズ３４２の外周面に当接され、これらが一体化されている。

本実施形態の太陽電池モジュール３００では、少なくとも１つの太陽電池ユニット１０において、バイパスダイオード３０がオープンモード故障し、太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加され、電圧降下値Ｖｂよりも大きな電圧降下が生じると、発熱用ダイオード４１に電流が流れて発熱用ダイオード４１が発熱される。これにより、温度ヒューズ３４２が切断され、その結果、複数の太陽電池ユニット１０ひいては太陽電池モジュール３００全体の電流が安全に遮断されることとなる。

このような本実施形態においても、発電能力を確保しつつ信頼性を容易に向上させるという上記効果が奏される。すなわち、太陽電池セル２１に高い逆電圧が印加されるのを回避できると共に、発電能力の低下を抑制できる。さらに、バイパスダイオード３０がオープンモード故障し太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加されたとき、複数の太陽電池ユニット１０の電流を安全に遮断できる。

さらに、本実施形態では、上述したように、１つの温度ヒューズ３４２を複数の太陽電池ユニット１０で共通の遮断素子として機能させることができ、部品点数の削減及び低コスト化が可能となる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図９は、第４実施形態に係る太陽電池モジュールを示す概略回路図である。図９に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール４００が上記太陽電池モジュール１００（図２参照）と異なる点は、発熱用ダイオード４１に代えて制御用ダイオード４４１ａ及び電磁コイル４４１ｂを反応素子として備えていると共に、複数の太陽電池ユニット１０毎に設けられた複数の温度ヒューズ４２に代えて複数の太陽電池ユニット１０で共用の電磁開閉器（開閉器）４４２を遮断素子として備えている点である。

制御用ダイオード４４１ａは、電流の流れを制御するものであり、太陽電池クラスタ２０及びバイパスダイオード３０に並列接続されている。この制御用ダイオード４４１ａは、その順方向が太陽電池クラスタ２０の順方向に対し逆方向とされている。ここでの制御用ダイオード４４１ａは、太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加されている場合であってバイパスダイオード３０に電流が流れないときに電流を流すよう構成されており、例えば上記発熱用ダイオード４１と同様なＩＶカーブ特性を有している。

この制御用ダイオード４４１ａのカソード側は、電路５０上においてバイパスダイオード３０の接続箇所Ｏ１に対し太陽電池クラスタ２０側と反対側に接続され、制御用ダイオード４４１ａのアノード側は、バイパス電路５１に接続されている。

なお、バイパスダイオード３０として、上述したように、順方向電圧の小さなショットキーバリアダイオードが用いられていることが多く、この場合には、制御用ダイオード４４１ａとしては、バイパスダイオード３０よりも順方向電圧の大きなＰＮジャンクションダイオードを用いることができる。また、バイパスダイオード３０としてＰＮジャンクションダイオードが用いられている場合には、制御用ダイオード４４１ａとして、複数のＰＮジャンクションダイオードを直列接続して用いることができる。これらにより、容易且つ好適に制御用ダイオード４４１ａの上記機能を発揮させることができる。

この制御用ダイオード４４１ａを含み且つ太陽電池クラスタ２０及びバイパスダイオード３０に並列な制御用電路５２には、電磁コイル４４１ｂが直列接続されている。電磁コイル４４１ｂは、電流が流れることで磁力を発生させるものであり、制御用電路５２上の制御用ダイオード４４１ａのカソード側に設けられている。

電磁開閉器４４２は、複数の太陽電池クラスタ２０及び複数のバイパスダイオード３０に直列接続されている。この電磁開閉器４４２は、正常時（通常時）には閉状態とされている。一方、電磁開閉器４４２は、複数の電磁コイル４４１ｂによる磁界内に配置されており、複数の電磁コイル４４１ｂのうち少なくとも１つの電磁コイル４４１ｂで生じた磁力により開状態となり、複数の太陽電池ユニット１０に対する接続を切断し、複数の太陽電池ユニット１０の電流を遮断する。この電磁開閉器４４２は、電路５０上において１つのみ設けられており、一の太陽電池ユニット１０における制御用ダイオード４４１ａの接続箇所Ｏ４に対し太陽電池クラスタ２０側と反対側に接続されている。

本実施形態の太陽電池モジュール４００では、少なくとも１つの太陽電池ユニット１０において、バイパスダイオード３０がオープンモード故障し、太陽電池クラスタ２０に逆電圧が印加され、電圧降下値Ｖｂよりも大きな電圧降下が生じると、制御用ダイオード４４１ａ及び電磁コイル４４１ｂに電流が流れて電磁コイル４４１ｂにて磁力が発生される。これにより、電磁開閉器４４２が開となり、複数の太陽電池ユニット１０ひいては太陽電池モジュール４００全体の電流が安全に遮断されることとなる。

また、本実施形態では、上述したように、制御用ダイオード４４１ａ及び電磁コイル４４１ｂにより電磁開閉器４４２を動作させて、複数の太陽電池ユニット１０の電流を安全に遮断している。この場合、バイパスダイオード３０の順方向電圧よりも高い順方向電圧をもつダイオードを制御用ダイオード４４１ａとして使用することにより、特段の制御回路やスイッチを使用しなくとも、必要なときにだけ確実に電磁コイル４４１ｂを励磁して電流を遮断できる。またこの場合、故障したバイパスダイオード３０を交換した後に電磁開閉器４４２を閉とすることにより、正常な状態に復帰させることが可能である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、太陽電池クラスタ２０を構成する太陽電池セル２１の数は、限定されるものではなく、１つとしてもよいし複数としてもよい。また、太陽電池モジュール１００，２００，３００，４００を構成する太陽電池ユニット１０の数は、同様に限定されるものではなく、１つでもよいし、複数でもよい。

上記実施形態では、発熱素子として発熱用ダイオード４１を用いたが、これに代えて発熱コイルや抵抗器等のその他の素子を用いてもよい。また、温度ヒューズ４２，３４２に代えて、サーモスタットやサーミスタを利用した素子を用いてもよい。さらに、上記第４実施形態では、電磁コイル４４１ｂの磁力により電磁開閉器４４２を開閉させているが、例えば圧電素子の圧電効果を利用して開閉器を開閉させてもよい。

また、上記実施形態の発熱用ダイオード４１及び制御用ダイオード４４１ｂは、例えば、所定のＩＶカーブ特性（すなわち、バイパスダイオード３０に最大電流値が流れたときの電圧降下Ｖｂよりも大きな電圧降下が太陽電池クラスタ２０に生じたときに電流が流れるＩＶカーブ特性）を有する素子とされている。換言すると、反応素子は、太陽電池クラスタ２０においてバイパスダイオード３０に電流が流れるときの最大逆電圧よりも大きい逆電圧が生じたときに、電流が流れるように構成されている。しかし、本発明の反応素子はこれに限定されるものではなく、要は、太陽電池に逆電圧が印加されている場合であってバイパスダイオードに電流が流れないときに電流が流れて反応するように構成されればよい。

１０…太陽電池ユニット、２０…太陽電池クラスタ（太陽電池）、３０…バイパスダイオード、４１…発熱用ダイオード（反応素子，発熱素子）、４２，３４２…温度ヒューズ（遮断素子）、１００，２００，３００，４００…太陽電池モジュール、４４１ａ…制御用ダイオード（反応素子）、４４１ｂ…電磁コイル（反応素子）、４４２…電磁開閉器（遮断素子、開閉器）。

Claims

太陽光を利用して発電を行う太陽電池と、前記太陽電池に並列接続されたバイパスダイオードと、を具備する太陽電池ユニットであって、
前記太陽電池及び前記バイパスダイオードに並列接続され、電流が流れることで反応する反応素子と、
前記太陽電池に直列接続された遮断素子と、を備え、
前記反応素子は、前記太陽電池に逆電圧が印加されている場合であって前記バイパスダイオードに電流が流れないときに、電流が流れて反応するように構成され、
前記遮断素子は、前記反応素子の反応に応じて、前記太陽電池の電流を遮断すること、を特徴とする太陽電池ユニット。
前記反応素子は、電流が流れることで発熱する発熱素子であり、
前記遮断素子は、前記発熱素子に対し熱的に接触するように配置された温度ヒューズであること、を特徴とする請求項１記載の太陽電池ユニット。
前記遮断素子は、開閉器であり、
前記反応素子は、電流が流れることで前記開閉器を開状態とすること、を特徴とする請求項１記載の太陽電池ユニット。
前記反応素子は、前記バイパスダイオードのＩＶカーブ特性よりも大きな電圧降下値のときに順方向電流が流れるＩＶカーブ特性を有するダイオードにより構成されていること、を特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の太陽電池ユニット。
太陽光を利用して発電を行う太陽電池と、前記太陽電池に並列接続されたバイパスダイオードと、を具備する太陽電池ユニットが、複数直列接続されて構成された太陽電池モジュールであって、
複数の前記太陽電池ユニットのそれぞれにおいて前記太陽電池及び前記バイパスダイオードに並列接続され、電流が流れることで反応する複数の反応素子と、
複数の前記太陽電池ユニットに直列接続された遮断素子と、を備え、
複数の前記太陽電池ユニットのそれぞれにおいて、前記反応素子は、前記太陽電池に逆電圧が印加されている場合であって前記バイパスダイオードに電流が流れないときに、電流が流れて反応するように構成され、
前記遮断素子は、複数の前記反応素子のうち少なくとも１つの反応素子の反応に応じて、複数の前記太陽電池ユニットの電流を遮断すること、を特徴とする太陽電池モジュール。
複数の前記反応素子は、電流が流れることで発熱する発熱素子であり、
前記遮断素子は、複数の前記発熱素子に対し熱的に接触するように配置された温度ヒューズであること、を特徴とする請求項５記載の太陽電池モジュール。
前記遮断素子は、開閉器であり、
複数の前記反応素子は、電流が流れることで前記開閉器を開状態とすること、を特徴とする請求項６記載の太陽電池モジュール。
前記反応素子は、前記バイパスダイオードのＩＶカーブ特性よりも大きな電圧降下値のときに順方向電流が流れるＩＶカーブ特性を有するダイオードにより構成されていること、を特徴とする請求項５〜７の何れか一項記載の太陽電池モジュール。