JP7478063B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、一方向に並べられた複数の太陽電池セルを電気的に接続して構成される太陽電池ストリングが複数集合した太陽電池モジュールに関する。

上記太陽電池モジュールは、一方向に並べられた複数の太陽電池セルを電気的に接続して太陽電池ストリングを構成し、構成した太陽電池ストリングを複数、太陽電池セルの接続方向に対して垂直の方向に並べて電気的に接続することにより構成されている。それら複数の太陽電池ストリングの各々の面積が同一になるように、各太陽電池ストリングを構成している。このように構成することによって、各太陽電池ストリングで生成される電流が一致するようにしている（例えば、特許文献１の０２３１段落参照）。

特表２０１７－５１７１４５号公報

ところで、３つ以上の太陽電池ストリングを用いた場合、これら太陽電池ストリングのうちの両端に位置する太陽電池ストリングの太陽光が入射する側の表面は、例えば太陽電池ストリングを支持する枠体が存在することにより、汚れや砂等の異物が付着しやすい傾向にある。そして、異物が表面に付着すると、表面の一部に影が発生してしまい、影が発生した部分が逆バイアス状態となって局所的に熱が発生するホットスポット現象と呼ばれる不都合が発生する。ところが、特許文献１の太陽電池モジュールでは、端に位置する各太陽電池ストリングで生成される電流と、中間に位置する各太陽電池ストリングで生成される電流とが一致するように構成されているため、前記発生する熱が無視することができない大きさになることがある。その結果、太陽電池モジュールの故障や発火を招く場合があり、早期改善が要望されている。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、影が発生した場合のホットスポット現象を抑制することができる太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

本発明に係る太陽電池モジュールは、一方向に並べられた複数の太陽電池セルを電気的に接続して構成される太陽電池ストリングの３つ以上を前記太陽電池セルの接続方向に対して交わる方向に並べて電気的に接続された太陽電池モジュールであって、前記太陽電池ストリングは、同一面積を有する複数の第１太陽電池セルで構成される第１太陽電池ストリングと、同一面積を有し、かつ、前記第１太陽電池セルの面積よりも小さな面積を有し、かつ、前記第１太陽電池ストリングを構成する前記第１太陽電池セルと同数の第２太陽電池セルで構成される第２太陽電池ストリングと、を備え、両端に位置する前記太陽電池ストリングのうちの少なくとも一方の太陽電池ストリングが、前記第２太陽電池ストリングから構成されていることを特徴としている。

かかる構成によれば、両端に位置する太陽電池ストリングのうちの少なくとも一方の太陽電池ストリングを、発電有効面積が小さい複数の第２太陽電池セルで構成される第２太陽電池ストリングから構成することによって、第１太陽電池ストリングに流れる電流値に対して第２太陽電池ストリングに流れる電流値を小さくすることができるので、異物が第２太陽電池ストリングの表面に付着して発熱しても、その発熱量を第１太陽電池ストリングよりも小さく抑えることができる。

前記複数の太陽電池セルをシングリング接続することにより前記太陽電池ストリングが構成されていてもよい。

上記のように、複数の太陽電池セルをシングリング接続するだけで、太陽電池セル同士の電気的な接続を行えるため、太陽電池ストリングを構成しやすい。

前記第２太陽電池ストリングが、隅に面取りのある複数の前記第２太陽電池セルから構成されていてもよい。

上記構成によれば、切断前の原料セルの隅部から切り出されるセルを、ホットスポット現象の抑制のために有効に利用することができる。

以上より、本発明によれば、両端に位置する太陽電池ストリングのうちの少なくとも一方の太陽電池ストリングを、第２太陽電池ストリングから構成することによって、影が発生した場合のホットスポット現象を抑制することができる太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の太陽電池モジュールの平面図である。 第1太陽電池ストリングおよび第2太陽電池ストリングの、太陽電池ストリング内に影が発生しているセルの分のＩ－Ｖ特性、及び影が発生していない太陽電池セルの分のＩ－Ｖ特性を示すグラフである。 複数の太陽電池セルを組み合わせる際の並べ方を概略的に示す斜視図である。 複数の太陽電池セルの接続部分を示す要部の拡大縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照しつつ説明する。

図１に、太陽電池モジュール１を示している。なお、図１の紙面において、左右方向（横方向）をＸ方向とし、上下方向（縦方向）をＹ方向として説明する。この太陽電池モジュール１は、略矩形状（Ｘ方向に長い長方形状）の基材２と、基材２上にＸ方向に配置された２組のクラスター３，３と、を備えている。

２組のクラスター３，３は、直列接続され、各クラスター３は、Ｙ方向に長い太陽電池ストリング４の５つを後述する複数の第１太陽電池セル５（又は複数の第２太陽電池セル６）の接続方向に対して垂直の方向（Ｘ方向）に並べた状態で並列に接続して構成されている。

太陽電池ストリング４は、同一形状（図１では長方形）で同一面積を有する複数（図１では３９個）の第１太陽電池セル５で構成される第１太陽電池ストリング５１と、同一形状（隅に面取り部６Ａ，６Ａのある台形状）で同一面積を有し、かつ、第１太陽電池セル５の面積よりも小さな面積を有する複数（第１太陽電池ストリング５１を構成する第１太陽電池セル５と同数であり、図１では３９個）の第２太陽電池セル６で構成される第２太陽電池ストリング６１と、を備えている。

Ｙ方向で隣り合う第１太陽電池セル５，５同士が直列接続されている。また、Ｙ方向で隣り合う第２太陽電池セル６，６同士が直列接続されている。これらの接続は、後述するシングリング接続によりなされる。各第１太陽電池セル５の幅（Ｘ方向）の寸法は、同一に構成され、また、各第２太陽電池セル６の幅（Ｘ方向）の寸法は、同一に構成されている。この実施形態では、第１太陽電池セル５の幅（Ｘ方向）の寸法と第２太陽電池セル６の幅（Ｘ方向）の寸法とを同一に構成し、かつ、第１太陽電池セル５の縦（Ｙ方向）の寸法と第２太陽電池セル６の縦（Ｙ方向）の寸法とを同一に構成している。これは、１枚の太陽電池セルを短冊状に切断することで第１太陽電池セル５及び第２太陽電池セル６が製造されるからである。一般的に、前記太陽電池セルは、四隅に面取り部を有する略矩形状（八角形状）であるため、第２太陽電池セル６に面取り部６Ａ，６Ａが形成される（図１参照）。したがって、面取り部６Ａ，６Ａが形成された分だけ、第２太陽電池ストリング６１が第１太陽電池ストリング５１よりも小さい面積で構成されている。

そして、両端に位置する端部側太陽電池ストリング４Ａ，４Ａのそれぞれが、第２太陽電池ストリング６１から構成されている。なお、左側のクラスター３のＸ方向両端に位置する各第２太陽電池ストリング６１を構成する全ての第２太陽電池セル６の向きが、面取り６Ａ，６Ａのある側が下方を向いた向きになっているのに対して、右側のクラスター３のＸ方向両端に位置する各第２太陽電池ストリング６１を構成する全ての第２太陽電池セル６の向きが、面取り６Ａ，６Ａのある側が上方を向いた向きになっている。

ところで、太陽電池モジュール１が備える前記複数（図１では１０列であるが、３列以上であれば、どのような数でもよい）の太陽電池ストリング４のうちの両端に位置する端部側太陽電池ストリング４Ａ，４Ａの太陽光が入射する側の表面は、例えば太陽電池ストリング４，４を支持する枠体（図示せず）が存在することにより、汚れや砂等の異物が付着しやすい傾向にある。そして、異物が表面に付着すると、例えば図１に示すように、表面の一部に影７，８が発生してしまい、影７，８が発生した部分が逆バイアス状態となって局所的に熱が発生するホットスポット現象が発生してしまう。この実施形態では、第２太陽電池セル６の略２０％の部分が遮蔽されている場合を示している（図１の影７，８参照）。

そこで、影７，８が発生している図１の左端の端部側太陽電池ストリング４Ａを、発電有効面積が小さい複数の第２太陽電池セル６で構成される第２太陽電池ストリング６１から構成することによって、第１太陽電池ストリング５１に流れる電流値に対して第２太陽電池ストリング６１に流れる電流値を小さくすることができるので、異物が第２太陽電池ストリング６１の表面に付着して発熱しても、その発熱量を第１太陽電池ストリング５１よりも小さく抑えることができる。

前記のように、第１太陽電池ストリング５１と第２太陽電池ストリング６１のうち、影がない太陽電池セルおよび影がある太陽電池セルのＩ（電流）－Ｖ（電圧）特性を、図２のグラフに示している。実線の第１曲線１１が、第１太陽電池ストリング５１のうち影のない太陽電池セル分のＩ－Ｖ特性を示し、１点鎖線の第２曲線１２が、第１太陽電池ストリング６１のうち影のない太陽電池セル分のＩ－Ｖ特性を示し、第１曲線１１よりも小さい電流特性となる。実線の第３曲線１５が、第１太陽電池ストリング５１内の影があるセルのＩ－Ｖ特性を示し１点鎖線の第４曲線１６が第２太陽電池ストリング６１内の影があるセルのＩ－Ｖ特性を示し、グラフの符号９（破線で示している）の直線と第３曲線１５の交点２１が、第１太陽電池ストリング５１の影のあるセルの電流及び印加される逆バイアス電圧であり、グラフの符号１０（破線で示している）の直線と第４曲線１６との交点２２が、第２太陽電池ストリング６１の影のあるセルの電流及び印加される逆バイアス電圧である。０から交点２１（直線９と第３曲線１５の交点）に達するまでの第１面積（ドットが府されている領域）１３が、０から交点２２（直線１０と第４曲線１６の交点）に達するまでの第２面積（斜線で囲まれる面積）１４よりも大きい。これは、第二象限にある第１太陽電池ストリング５１の遮蔽セルのＩ（電流）×Ｖ（電圧）の値が、面積の小さい第２太陽電池ストリング６１の遮蔽セルのＩ（電流）×Ｖ（電圧）の値よりも大きい値になっているからである。発熱量がＩ（電流）×Ｖ（電圧）の値に対応するため、前記のように左端の端部側太陽電池ストリング４Ａを発電有効面積が小さい複数の第２太陽電池セル６で構成される第２太陽電池ストリング６１から構成することによって、発電効率が下がるものの、影が発生した場合の発熱量を第１太陽電池ストリング５１よりも小さく抑えることができ、太陽電池モジュール１の故障や発火を防止できる。

前記構成の太陽電池モジュール１は、Ｘ方向両端に位置する端部側太陽電池ストリング４Ａ，４Ａのそれぞれを、第２太陽電池ストリング６１から構成するとともに、Ｘ方向中央部に位置する２つの太陽電池ストリング４，４のそれぞれを、第２太陽電池ストリング６１から構成し、第２太陽電池ストリング６１，６１間のそれぞれに位置する３つの太陽電池ストリング４，４，４のそれぞれを、第１太陽電池ストリング５１から構成している。なお、Ｘ方向両端以外の第２太陽電池ストリング６１，６１の位置は、図１に示すものに限定されない。

前述したように、Ｘ方向両端以外の位置、つまりＸ方向中央部にも第２太陽電池ストリング６１，６１を配置している。これは、シリコン単結晶インゴットの横断面形状が円形であることから、横断面の最大面積を利用しようとすると、四隅をカットした面取り部が形成された八角形状の半導体基板を作製することになる。この作成した半導体基板を複数（例えば６）等分すると、両端の位置それぞれに一対の面取り部６Ａ，６Ａ（図１参照）を有する半導体基板を得るとともに、２つの台形の太陽電池セルの間に分割される複数（４つ）の長方形状の半導体基板を得ることができる。そのため、２種類の形状の半導体基板を無駄なく用いて太陽電池モジュール１を構成しようとすると、図１のように、Ｘ方向両端以外の位置にも単数又は複数の第２太陽電池ストリング６１を配置することになる。図４に示す半導体基板２５上に集電電極（後述するバスバー電極１７，１８）を形成したものが太陽電池セル（図４では、第１太陽電池セル５）となる。

本実施形態における太陽電池ストリング４を構成する複数の第１太陽電池セル５の並べ方を、図３及び図４に示している。つまり、下側に位置する第１太陽電池セル５が有するバスバー電極１７に上側に位置する第１太陽電池セル５が有する裏面バスバー電極（図４参照）１８が重なるように配置し、各電極１７，１８が重なった部分は、図４に示すように、導電性部材１９を介して電気的に接続される（シングリング接続という）。なお、図４においてハッチングを付した部分は、半導体基板２５の表面及び裏面に形成された透明電極層２０である。このように配置することで、複数の第１太陽電池セル５が直列接続され、第１太陽電池ストリング５１を構成する。なお、複数の第２太陽電池セル６も複数の第１太陽電池セル５と同様に、直列接続される。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得ることは勿論である。

前記実施形態では、太陽電池モジュール１のＸ方向両端に位置する２つの端部側太陽電池ストリング４Ａ，４Ａの両方のそれぞれを、第２太陽電池ストリング６１から構成したが、一端に位置する端部側太陽電池ストリング４Ａのみを、第２太陽電池ストリング６１から構成してもよい。これは、太陽電池モジュール１の設置状況により、影が発生しやすい端部が決まっている場合に有効である。

また、前記実施形態では、第２太陽電池セル６の形状を第１太陽電池セル５の形状と異ならせることで、第１太陽電池セル５の面積よりも小さな面積を有する第２太陽電池セル６を構成したが、第２太陽電池セル６のＸ方向の幅寸法を第１太陽電池セル５のＸ方向の幅寸法よりも小さくする、又は第２太陽電池セル６のＹ方向の寸法を第１太陽電池セル５のＹ方向の寸法よりも小さくすることによって、第１太陽電池セルの面積よりも小さな面積を有する第２太陽電池セル６を構成してもよい。

また、前記実施形態では、３つ以上の太陽電池ストリング４を太陽電池セルの接続方向に対して垂直の方向（直交する方向）に並べて電気的に接続したが、３つ以上の太陽電池ストリング４を太陽電池セルの接続方向に対して交わる方向に並べて電気的に接続してもよい。

１…太陽電池モジュール、２…基材、３…クラスター、４…太陽電池ストリング、４Ａ…端部側太陽電池ストリング、５…第１太陽電池セル、６…第２太陽電池セル、６Ａ…面取り部、７，８…影、９，１０…直線、１３…第１面積、１４…第２面積、１５…第３曲線、１６…第４曲線、１７…バスバー電極、１８…裏面バスバー電極、１９…導電性部材、２０…透明電極層、２１，２２，…交点、２５…半導体基板、５１…第１太陽電池ストリング、６１…第２太陽電池ストリング

Claims (2)

1. 一方向に並べられた複数の太陽電池セルを電気的に接続して構成される太陽電池ストリングの３つ以上を前記太陽電池セルの接続方向に対して交わる方向に並べて電気的に接続された太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池ストリングは、同一面積を有する複数の第１太陽電池セルで構成される第１太陽電池ストリングと、同一面積を有し、かつ、前記第１太陽電池セルの面積よりも小さな面積を有し、かつ、前記第１太陽電池ストリングを構成する前記第１太陽電池セルと同数の第２太陽電池セルで構成される第２太陽電池ストリングと、を備え、
   両端に位置する前記太陽電池ストリングのうちの少なくとも一方の太陽電池ストリングが、前記第２太陽電池ストリングから構成され、
   前記複数の太陽電池セルをシングリング接続することにより前記太陽電池ストリングが構成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 一方向に並べられた複数の太陽電池セルを電気的に接続して構成される太陽電池ストリングの３つ以上を前記太陽電池セルの接続方向に対して交わる方向に並べて電気的に接続された太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池ストリングは、同一面積を有する複数の第１太陽電池セルで構成される第１太陽電池ストリングと、同一面積を有し、かつ、前記第１太陽電池セルの面積よりも小さな面積を有し、かつ、前記第１太陽電池ストリングを構成する前記第１太陽電池セルと同数の第２太陽電池セルで構成される第２太陽電池ストリングと、を備え、
   両端に位置する前記太陽電池ストリングのうちの少なくとも一方の太陽電池ストリングが、前記第２太陽電池ストリングから構成され、
   前記第２太陽電池ストリングが、隅に面取りのある複数の前記第２太陽電池セルから構成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。