JPH11195802A

JPH11195802A - 光起電力素子モジュールおよび光起電力素子モジュール出力比例制御システム

Info

Publication number: JPH11195802A
Application number: JP10000751A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Nagao; 吉孝長尾; Kenji Takada; 健司高田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-01-06
Filing date: 1998-01-06
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】光起電力素子を使用して、日影を検出するこ
とができる光起電力素子モジュールと、その日影の大き
さに応じてモジュールの出力を制御することができる光
起電力素子モジュール出力制御システムを提供する。【解決手段】少なくとも２つの光起電力素子２０１、
２０１を電気的に接続して形成された光起電力素子群か
らなる光起電力素子モジュールであって、光起電力素子
群を構成する各光起電力素子２０１、２０１が互いに並
列接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の光起電力素
子を電気的に接続して形成された光起電力素子群からな
る光電変換モジュール、及び光起電力素子モジュールと
その出力信号により制御される電気機器とからなる光起
電力素子モジュール出力制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題に対する意識の高まりが
世界的に広がりを見せているが、中でも、ＣＯ₂排出に
伴う地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻であり、ク
リーンなエネルギーへの要求は益々強まっている。かか
る要求を満足するクリーンなエネルギー源として、その
安全性と使いやすさから太陽電池が脚光を浴びるように
なってきている。太陽電池を利用したシステムとして
は、系統連系太陽光発電システムなどが提案されてい
る。このようなシステムに使用する太陽電池は、光起電
力素子から構成されているが、この光起電力素子１個が
生ずる電圧は低いため、複数の光起電力素子を直列接続
して、モジュールを構成している。

【０００３】また、太陽電池を利用したシステムにおい
て、その制御を行うために日射量を入力としているもの
があるが、この日射量を得るためには、日射センサーが
必要である。この日射センサーには、例えば、熱電対式
全天日射計などがある。この日射計は、全天日射量に比
例する受光部の昇温を熱電対の起電力によって測定する
原理となているが、コストが高いためあまり使用されて
いない。

【０００４】そのため、太陽電池を構成している光起電
力素子を日射センサーとして使用する方法が提案されて
いる。例えば、特開平６−２６６４５３号公報に開示さ
れているように、太陽光発電システムの起動停止のため
に日射モニタ用太陽電池を使用し、その判定のために短
絡電流を利用している。また、特開平６−１３１０６５
号公報にも、センサー用太陽電池の短絡電流値を太陽光
発電システムの制御に利用していることが開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】通常、これらのセンサ
ー用太陽電池モジュールは、光起電力素子１個で構成さ
れている。これは、１個の光起電力素子の出力を検出す
れば、日射強度を検出することができるためである。

【０００６】しかし、人や物によってできる日影を検出
し、その大きさを出力するような大面積のセンサーモジ
ュールは未だ考案されていない。また、従来の太陽電池
モジュールを使用するにしても、光起電力素子が直列接
続されているため、入射エネルギーに比例した出力を得
るのは不可能である。さらに、このような日影を検出し
うるモジュールが存在すれば、人や物によりできる影部
分の割合を得ることができ、その出力をシステムの出力
制御に利用すれば、太陽エネルギーを視覚的に把握する
ことができるため、人や物によってできる日影を検出し
うるモジュールと、その日影の大きさに応じてモジュー
ルの出力が制御されるシステムの開発が求められてい
る。

【０００７】本発明は、光起電力素子を使用して、人や
物によってできる日影を検出することができる光起電力
素子モジュールと、その日影の大きさに応じてモジュー
ルの出力を制御することができる光起電力素子モジュー
ル出力制御システムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１ないし請求項１
５の発明は、少なくとも２つの光起電力素子を電気的に
接続して形成された光起電力素子群からなる光起電力素
子モジュールに関する発明であり、光起電力素子群を構
成する各光起電力素子が互いに並列接続されている点に
特徴を有する。

【０００９】請求項１６ないし３３の発明は、光起電力
素子モジュールと、その出力信号により制御される電気
機器とからなる光起電力素子モジュール出力制御システ
ムに関する発明であり、光起電力素子モジュールの短絡
電流に応じた信号を出力信号とし、該出力信号の強度に
応じて電気機器を比例制御する点に特徴を有しており、
特に光起電力素子モジュールが、少なくとも２つの光起
電力素子を電気的に接続して形成された光起電力素子群
からなり、これを構成する各光起電力素子が互いに並列
接続されているものである。

【００１０】上記のように、本発明は、少なくとも２つ
の光起電力素子を電気的に接続して形成された光起電力
素子群からなる新規な光起電力素子モジュール、および
光起電力素子モジュールと、その出力信号により制御さ
れる電気機器とからなる新規な光起電力素子モジュール
出力制御システムに係るものであり、各発明の構成及び
作用を以下にさらに説明する。

【００１１】１）光起電力素子群を構成する各光起電力
素子を互いに並列接続することにより、人や物によって
光起電力素子上に生じた日影の割合に応じて出力するこ
とができる。

【００１２】２）光起電力素子群の非受光面側に補強板
を固定しており、光起電力素子を封止し、かつ補強板上
に固定するための被覆材を有することにより、取扱い易
く、光起電力素子が傷つきにくいモジュールを提供する
ことができる。

【００１３】３）光起電力素子群は、光起電力素子の正
極タブを接続するための正極接触部材と、負極タブを接
続するための負極接触部材とを備えていることにより、
正極接触部材と負極接触部材とによって、光起電力素子
群を構成する各光起電力素子を並列接続することができ
る。

【００１４】また、光起電力素子群の端子取り出し部
が、正極接触部材および負極接触部材上で、かつ光起電
力素子群の中心に位置する光起電力素子の裏面に配置さ
れていることにより、光起電力素子群の中心に位置する
光起電力素子の端子取り出し部から各光起電力素子を並
列接続した電力を得ることができる。

【００１５】さらに、光起電力素子群の非受光面側にお
いて、第１の正極接触部材群が正極タブに電気的に接続
されるとともに、第１の負極接触部材群が負極タブに電
気的に接続され、第２の正極接触部材が第１の正極接触
部材群を互いに電気的に接続し、第２の負極接触部材が
第１の負極接触部材群を互いに電気的に接続しているこ
とにより、第２の正極接触部材と第２の負極接触部材と
に端子取り出し部を配置するだけで、第１の正極接触部
材群と第１の負極接触部材群とを介して、各光起電力素
子を並列接続した電力を得ることができる。

【００１６】４）光起電力素子モジュールの出力に出力
変換部として抵抗器を備えて、この抵抗器を光起電力素
子群と並列に接続し、光起電力素子から出力される短絡
電流値を電圧値に変換することにより、外部から電源を
供給することなく、遠く離れた場所へ信号を伝送するこ
とができる。この抵抗器は光起電力素子モジュールの出
力変換部として使用するので、補強板の裏面に固定する
ことが好ましい。

【００１７】５）光起電力素子として、アモルファスシ
リコン光起電力素子を使用することにより、大面積でも
発生する電流が少ないため、大きな面積の光起電力素子
モジュールを作成することができ、特に電流−電圧変換
する場合の発熱などの検討が容易となる。

【００１８】６）モジュール内に光起電力素子非配置領
域を有することにより、光起電力素子モジュールをね
じ、または嵌合部を有する固定部材で容易に固定するこ
とができる。好ましくは、光起電力素子モジュールを嵌
合部を有する固定部材によりスライド固定されるもので
ある。

【００１９】７）光電変換モジュール上に表面を保護す
るための部材を配置することにより太陽電池を故意に傷
つけるなどのいたずらから保護できる。また、固定部材
がモジュール表面の保護部材を有していれば、装着作業
が容易に成る。

【００２０】８）表面保護部材と光電変換モジュールの
間に空間を有することにより、表面保護部材の上に人や
物が載ったとしてもモジュール自体に圧力がかかること
がなくモジュールを保護できる。この空間は、換気口に
よって外気と触れることができるため、朝など、結露し
て、表面保護部材に水滴が付いたとしても換気口などで
外気とふれる構造になってない場合に比べ、速く水滴が
とれ、光電変換モジュールの機能が早期に復旧できる。

【００２１】このように構成された光起電力素子モジュ
ールの出力を、噴水の電動機などのような電気機器の制
御を行うことに使用することにより、太陽エネルギーを
実感することができる形にすれば、太陽エネルギーの利
用を啓発することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施の形
態を詳述するが、本発明の趣旨に合致する限り、これら
に限定されるものではない。

【００２３】図１は、本発明の光起電力素子モジュール
の一実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１のＸ−
Ｘ’線部分拡大断面図である。図示するように、本実施
形態の光起電力素子モジュールは、光起電力素子２０１
を被覆材２０２である透光性樹脂により封止及び固定し
たものであり、受光面側の最表面には透過性表面保護フ
ィルム２０３を有し、裏面側には裏面補強板２０４とし
て金属製補強板を有しており、それぞれが接着積層され
ているものである。

【００２４】光起電力素子２０１は、厚さ１２５μｍの
ステンレス基板上にアモルファスシリコン半導体層を形
成したアモルファスシリコン光起電力素子である。

【００２５】透光性樹脂２０２は、ＥＶＡ樹脂（エチレ
ン−酢酸ビニル共重体）を厚さ４５０μｍのシート状に
形成したものであり、光起電力素子２０１の表裏に２枚
を用いている。

【００２６】透光性表面保護フィルム２０３は、厚さ５
０μｍのフッ素樹脂フィルムである。

【００２７】金属製補強板２０４としては、厚さ０．４
ｍｍのガルバリウム鋼板を用いている。

【００２８】光起電力素子２０１としてのアモルファス
シリコン光起電力素子は、図３に示すように並列に接続
されている。

【００２９】最後に、このようにして作製した光起電力
素子モジュールに対して、電気出力用の端子取り出し箱
及びケーブルを取り付ける。図４に示すように、金属製
補強板４０５の端子取り出し箱に相当位置する部分に
は、予め穴４０１が開けられている。この穴部を利用し
て光起電力素子４０２の端子部とケーブル４０３とを半
田付けして電気出力を行う。その際、端子取り出し部の
保護と防水の目的で、端子取り出し箱４０４を取り付け
る。端子取り出し箱４０４と金属製補強板４０５との接
着は、通常のシリコーン系接着剤を用いて行う。この接
着剤により、金属製補強板４０５と端子取り出し箱４０
４との間の防水性も確保されている。なお、ケーブル４
０３と端子取り出し箱４０４との防水は、不図示のゴム
製ブッシングにより行っている。

【００３０】図５に示すように、このケーブル５０３を
出力変換部５０１に接続して、その出力部にシールド線
５０２を接続する。図６は、このように構成した光起電
力素子モジュールを応用したシステムの例であるが、光
起電力素子モジュール６０３の出力部を制御装置６０４
の入力部に接続する。制御装置６０４では、この電圧値
に応じて、負荷６０５に運転状況を指示する指令値を送
出し、負荷の運転状態を変化させる。負荷の動力源とし
ては、商用電力６０２、太陽電池などの直流電源６０
１、或いはこれらの電力を組み合わせてもよい。

【００３１】本発明は、上記の実施形態に限られるもの
ではなく、各構成要素について以下に説明する。

【００３２】（光起電力素子）本発明の光起電力素子モ
ジュールを構成する光起電力素子は、特に限定されるも
のではなく、例えば、結晶シリコン光起電力素子、多結
晶シリコン光起電力素子、アモルファスシリコン光起電
力素子、銅インジウムセレナイド光起電力素子、化合物
半導体光起電力素子などが挙げられる。好ましくは、可
撓性を有する光起電力素子であり、特に好ましくは、ス
テンレス基板上に形成されたアモルファスシリコン光起
電力素子である。また、大面積化した太陽電池を採用す
ると、接続の手間を少なくできるので、有効である。

【００３３】（被覆材）本発明の光起電力素子モジュー
ルの被覆材としては、熱可塑性で、接着性を有する透光
性樹脂が好ましく、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重
合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチロール、シリコン樹脂
などが挙げられる。なお、これらは例示にすぎない。

【００３４】（表面保護フィルム）本発明の光起電力素
子モジュールには、表面保護フィルムを特に必要としな
いが、直接外部にさらされる場合には、表面を保護し、
絶縁性を確保する必要があり、絶縁性、透光性、耐候
性、汚れが付着しにくいことなどが要求される。したが
って、表面保護フィルムの材料としては、例えば、ポリ
エチレンテトラフルオロエチレン、ポリ３フッ化エチレ
ン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂フィルムが挙げ
られる。フッ素樹脂フィルムは、通常、接着性に乏しい
ため、接着面にはコロナ処理やプライマー処理などを施
している。

【００３５】（裏面補強板）補強板は、光起電力素子モ
ジュールの強度を維持するために使用され、耐候性、耐
荷重性、耐食性などが要求され、例えば、鋼板類や、耐
食性に優れた非鉄類などが使用される。鋼板には、表面
処理、塗装した鋼板や他の元素を配合した合金、特殊鋼
などがあり、一般的には、溶融亜鉛メッキ鋼板、ガルフ
ァン、ガルバリウム鋼板、溶融アルミニウム鋼板、銅メ
ッキ鋼板、塩化ビニル被覆鋼板、フッ素樹脂鋼板、ステ
ンレス鋼板、制振鋼板、断熱亜鉛鉄板、耐候性鋼板、お
よび上記の塗装鋼板などが用いられ、非鉄類には、銅
板、アルミニウム合金板、亜鉛合金板、鉛板、チタニウ
ム板、および上記の塗装カラー板などが用いられる。ま
た、プラスチックやセラミックなども使用することがで
きる。

【００３６】（端子部材）本発明の光起電力素子モジュ
ールには、端子部材を特に必要としないが、モジュール
から離れた所に出力変換部を設ける場合には、電気出力
を行う端子部材を取り付ける。この端子部材には、光起
電力素子から取り出したリード線を機械的外力から保護
するとともに、水や埃等の異物からリード線と光起電力
素子の接合部を保護する役目を有する端子箱が備えられ
る。

【００３７】（内部配線材料）内部配線材料は、各光起
電力素子同士を電気接続するためのものであり、導電性
を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例
えば、銅、アルミニウム、ニッケル、錫、錫メッキ銅箔
などが挙げられる。また、内部配線材料として可撓性を
有する材料を用いることが、加工上から好ましい。

【００３８】（裏面被覆フィルム）裏面被覆フィルムに
は、光起電力素子と補強材との絶縁性を確保する必要か
ら、絶縁性が要求される。裏面保護フィルムの材料とし
ては、例えば、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート
などが用いられる。この裏面被覆フィルムは、補強材上
にコートされた一体型であっても構わず、又、シリコン
シートを挿入してもよい。

【００３９】（充填材）充填材は、上記の各材料を接着
する役割を有するので、接着性、柔軟性、透光性、耐候
性などが要求される。充填材としては、例えば、ＥＶＡ
（酢酸ビニル−エチレン共重合体）、ブチラール樹脂、
シリコン樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂が使用される。
また、光起電力素子モジュールの耐スクラッチ性を上げ
るため、ガラス繊維を含浸したり、上記の半導体層を劣
化させる紫外線を吸収する紫外線吸収材が含有されてい
る場合が多い。

【００４０】（ケーブル線）ケーブル線は、光起電力素
子から電気を取り出し、外部の配線を行うものであり、
ケーブルとコネクタとから構成されているものが接続を
容易に行うことができるので好ましい。ケーブルは、軟
質銅などの導体である芯線を絶縁被覆し、さらに外部か
ら保護するため保護被覆されている。絶縁被覆材として
は、例えば、塩化ビニル、クロロプレン、架橋ポリエチ
レン、天然ゴム、エチレンプロピレン、シリコン樹脂、
フッ素樹脂、および無機絶縁材などが用いられる。保護
被覆材としては、例えば、塩化ビニル、クロロプレン、
ポリエチレン、ポリウレタン、シリコン樹脂、フッ素樹
脂、および金属などが用いられる。コネクターは、正
極、負極の２種類があり、それぞれが互いに接続できる
ようになっており、そのハウジング部には、例えば、ポ
リエチレン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタ
レートなどが使用される。

【００４１】（端子箱）端子箱は、光起電力素子のリー
ド配線部材から、取り出したケーブル線を機械的外力か
ら保護するとともに、水や埃等の異物からケーブル線と
光起電力素子の接合部を保護する役目を有している。そ
のため、端子箱の材料には、耐熱性、耐水性、電気絶縁
性、および老化性などに優れていることが要求され、充
填材との接着性のよい材質が好ましい。

【００４２】上記の要素を考慮に入れると、端子箱とし
ては、プラスチックが好ましく、難燃性などの面を考慮
すると、難燃性プラスチックやセラミックなどを用いる
ことが好ましい。プラスチックとしては、例えば、ノリ
ル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、
変性ＰＰＯ、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポ
リエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの強
度、耐衝撃性、耐熱性、硬度、老化性に優れたエンジニ
アリング・プラスチックなどがある。また、ＡＢＳ樹
脂、ＰＰ、ＰＶＣなどの熱可塑性プラスチックも使用す
ることができる。

【００４３】（表面保護部材）表面保護部材は、透光性
および耐候性を有する必要があり、例えば、アクリル
板、ポリカーボネート板、ガラス板が好適である。

【００４４】（出力変換部）出力変換部は、光起電力素
子群の出力電流を検出し、これを電圧降下の影響を受け
ないように制御装置に送出するために、電圧値に変換す
る。本発明の場合、光起電力素子の日影の面積に比例し
た出力を得るために、短絡電流を検出するのが望ましい
ので、ホールセンサーなどの非接触の電流検出器や、微
小の精密抵抗器を用いることが好ましい。特に、微小の
精密抵抗器は、外部からの電源を供給する必要がないの
で好ましい。

【００４５】（負荷）負荷としては、例えば、ポンプや
モーターを使用した機器、調光できる証明器具、電熱器
具などがある。本発明の場合、ポンプやモーターにより
日射エネルギーに応じて水や空気などの流体を動かすた
めに、電力変換装置や電力調整器などを組み合わせて使
用するのが好ましい。電力変換装置としては、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータやインバータなどがある。特に交流のポン
プやモーターなどの負荷には、インバータが好んで用い
られる。インバータは、直流電力を所望の周波数の交流
電力に変換して交流ポンプやモーターに電力を供給す
る。市販のＶＶＶＦインバータは、整流回路により交流
電力を一旦整流して得られる直流電力を、交流電力に変
換する。太陽電池などの直流電源を使用する場合には、
整流回路の出力部に直流入力端子を設けているものを使
用することが好ましい。ポンプには、遠心ポンプや軸流
ポンプなどがあり、用途に応じて使用すればよい。

【００４６】（制御装置）制御装置は、光起電力素子モ
ジュールの出力値や、太陽電池の電圧や電流を検出し
て、この検出値に基づいて負荷を起動・停止したり、負
荷の運転状態を制御したりする。この制御装置は、例え
ば、マイコンボードや、アナログ回路、デジタル回路な
どで実現できる。

【００４７】（太陽電池）太陽電池には、上記の光起電
力素子に例示されたものを使用する。光起電力素子モジ
ュールの形態としては、アルミフレームなどで周囲を固
定して強度を得ているものや、表面にガラスなどを使用
しているものや、裏面に鋼板等の金属補強材を使用した
ものなど、建材一体型となっているものがある。本発明
では、使用形態に応じて、太陽電池モジュールの形態を
選べばよい。建物の屋根に使用する場合には、屋根一体
型太陽電池が好ましい。特に表面被覆材として耐候性の
フィルムを使用し、裏面に金属補強材を使用した太陽電
池モジュールは、金属屋根としての機能を兼ねることが
できるため、建築物の材料・施工のトータルコストを安
くすることができる。また、このモジュールは、表面に
ガラスを使用しているものに比べて、太陽電池の重量を
軽くすることができるため、建築物の固定荷重を考慮す
る際に有利であり、外観上も反射などの面で違和感がな
いため好ましい。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【００４９】（実施例１）図７は、本発明の実施例１を
示す断面図である。図示するように、光起電力素子７０
１としては、厚さ１２５μｍのステンレス基板を有する
アモルファスシリコン光起電力素子を使用し、それらを
２枚組み上げて光起電力素子群を形成している。表面被
覆フィルム７０２としては厚さ５０μｍの無延伸タイプ
のＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合
体：デュポン製『テフゼル』）を使用し、裏面被覆フィ
ルム７０３としては厚さ５０μｍのＰＥＴ（ポリエチレ
ンテレフタレート）を使用しており、これらにより光起
電力素子群を絶縁封止している。

【００５０】補強材７０４としては厚さ０．４ｍｍのガ
ルバリウム鋼板（大同鋼板製『耐摩カラーＧＬ』）を使
用し、上記の各材料の界面に充填される充填材７０５と
してはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を使用し、
光起電力素子群と表面被覆フィルムとの間は４６０μｍ
の厚み、光起電力素子群と裏面被覆フィルムとの間は２
３０μｍの厚み、裏面被覆フィルムと補強材の間は２３
０μｍの厚みで充填している。また、モジュール表面側
のＥＶＡと光起電力素子との間には、厚さ２００μｍの
繊維状無機化合物（ガラス不織布）７０６を挿入して製
作した。

【００５１】光起電力素子群について、さらに詳しく説
明する。図８は、本発明の実施例１の光起電力素子群を
示しており、（ａ）はその下面図、（ｂ）はその上面図
である。光起電力素子８０１は、厚さ１２５μｍのステ
ンレス基板にアモルファスシリコン系半導体が形成され
ており、ステンレス基板が負極側、半導体が正極側にな
る。これに対応して、光起電力素子の表面には正極タブ
８０２、裏面側には負極タブ８０３が形成されている。
タブには、厚さ１００μｍの銅箔を用いている。正極タ
ブは半導体領域で発生した電気を集電電極８０４で集め
ており、負極タブは裏面のステンレス基板に発生した電
気を集めている。隣接する光起電力素子の正極タブ同
士、及び負極タブ同士を各々接触部材を使用して半田付
けにより接続している。負極側の接触部材８０５として
は、厚さ１００μｍの銅箔を使用している。

【００５２】また、光起電力素子同士の隙間は２ｍｍで
あり、高密度に配置することで、影の大きさに比例した
出力が得られる。このとき、負極タブ同士を接続する配
線銅箔と光起電力素子との間には絶縁テープ８０６を挿
入しているが、これは、銅箔を補強する役割と、光起電
力素子同士の隙間から配線銅箔が見えないようにする化
粧の役割があり、機能上は省略しても構わない。

【００５３】光起電力素子群はその出力を取り出すため
に２つ（正極と負極）の端子取り出し部８０７、８０８
を有している。端子取り出し部の位置は、モジュールの
設計に応じて決められるものである。正極側の端子取り
出し部８０７は、正極末端の光起電力素子の正極タブか
ら接触部材で配線を行っている。一方、負極側の端子取
り出し部８０８は、負極末端の光起電力素子の負極タブ
からリード配線部材で配線を行っている。リード配線部
材としては厚さ４０μｍ、幅２０ｍｍの軟質銅箔を用い
ており、正極側のリード配線部材は絶縁両面テープ８０
９によってステンレス基板から絶縁されて貼り付けられ
ている。また端子取り出し部は、後でケーブル等を半田
付けすることから、リード配線部材のすぐ下に耐熱テー
プとしてガラス織布テープを設けている。

【００５４】図９は、光起電力素子モジュールを示して
おり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はその下面図であ
る。また、この光起電力素子モジュール９０１のＩＶ特
性は図１０に示すようになっており、このモジュール９
０１により、影の大きさ及び日射に比例した出力を得る
には、このモジュール９０１に流れる短絡電流または短
絡電流に近い電流が流れるように回路を構成する。本実
施例の場合、出力リード線に、０．０１Ωのシャント抵
抗（ピーシーエヌ製イサプラン汎用シャント抵抗ＰＢＶ
１０ｍΩ±０．５％）９０２を接続して、補強材９０３
の裏面にシリコン接着剤で取り付け、端子部をシリコン
ポッティング材９０４で封止した。このようにすると補
強材９０３の金属が放熱板の役割を果たすので都合がよ
く、外部から電源を供給する必要がない。

【００５５】また、この光起電力素子モジュールの出力
は最大で０．１Ｖ程度となり、伝送距離が長い場合、電
圧降下も少なく好都合である。本実施例の場合、図１１
に示すように、光起電力素子上にできる影の面積の割合
により電流値が比例して変わり、本発明の目的を達成す
ることができた。

【００５６】（実施例２）図１２は、本発明の実施例２
を示す上面図である。図示するように、光起電力素子１
２０１としては、厚さ１２５μｍのステンレス基板を有
するアモルファスシリコン光起電力素子を使用し、それ
らを６枚組み上げて光起電力素子群を形成している。表
面被覆フィルムとしては厚さ５０μｍの無延伸タイプの
ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合
体：デュポン製『テフゼル』）を使用し、裏面被覆フィ
ルムとしては厚さ５０μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレ
フタレート）を使用し、これらにより光起電力素子群を
絶縁封止している。

【００５７】補強材１２０２としては、厚さ０．４ｍｍ
のガルバリウム鋼板（大同鋼板製『耐摩カラーＧＬ』）
を使用し、上記の各材料の界面に充填される充填材とし
てはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を使用し、光
起電力素子群と表面被覆フィルムとの間は４６０μｍの
厚み、光起電力素子群と裏面被覆フィルムとの間は２３
０μｍの厚み、裏面被覆フィルムと補強材との間は２３
０μｍの厚みで充填している。また、ＥＶＡと光起電力
素子との間には、厚さ２００μｍの繊維状無機化合物
（ガラス不織布）を挿入して製作した。

【００５８】光起電力素子群についてさらに詳しく説明
する。

【００５９】図１３は、本発明の実施例２の光起電力素
子群を示しており、（ａ）はその上面図、（ｂ）はその
下面図である。光起電力素子１３０１は、厚さ１２５μ
ｍのステンレス基板にアモルファスシリコン系半導体を
形成したものであり、ステンレス基板が負極側、半導体
が正極側になる。これに対応して、光起電力素子の表面
には正極タブ１３０２、裏面側には負極タブ１３０３が
形成されている。タブには、厚さ１００μｍの銅箔を用
いている。正極タブは半導体領域で発生した電気を集電
電極１３０４で集めており、負極タブは裏面のステンレ
ス基板に発生した電気を集めている。

【００６０】本発明のモジュールの光起電力素子群は、
並列に接続しているため、接続した枚数分に比例して電
流値が増加する。そのため、図１４に示すように接触部
材１３０６を配置すると、光起電力素子群の長さが正負
両極のタブの長手方向が長くなるほど配線による抵抗が
増え、ロスが多くなり、図１５に示すように影の大きさ
と出力電流との関係に直線関係が得られにくくなる。

【００６１】このような問題点を解決するために、本実
施例では、接触部材１３０６として厚さ４０μｍ、幅５
０ｍｍのものを使用し、これを図１３に示すような位置
に配置した。正極接触部材１３０５は絶縁両面テープに
よってステンレス基板から絶縁されて貼り付けられ、正
極のタブと半田付けにより接続されており、負極接触部
材１３０６は負極タブと半田付けにより接続されてい
る。

【００６２】また、光起電力素子群には、その出力を取
り出すために２つ（正極と負極）の端子取り出し部が設
けられている。本実施例では、これらの端子取り出し部
は、接触部材上に設けられている。端子取り出し部は、
後でケーブル等を半田付けすることから、接触部材のす
ぐ下に耐熱テープとしてガラス織布テープを設けてい
る。また、端子取り出し部は、できるだけモジュール上
の中央部に配置しておく。このようにしておくと、正極
と負極とを外部で接続する際、ケーブルの長さが短くて
済み、外部の配線抵抗も減らすことができるので、より
好ましい。また、これら光起電力素子同士の隙間は２ｍ
ｍにしている。高密度に配置することで、影の大きさに
比例した出力が得られる。

【００６３】図１６に示すように、このモジュールの補
強板１６０２は、光起電力素子よりも幅の広いものを使
用して、コの字型に折り曲げ加工を施した。設置する際
は、この立ち上がり部分を釘打ちして化粧キャップを取
り付ける。このような構成にしておくと、釘打ちしても
表面被覆材が剥がれることがなく、美観が損なわれな
い。

【００６４】また、正負両極を接続して、この線に公知
のホールセンサー１６０１を取り付けた。ホールセンサ
ーは、電線の周りに生じる磁界を検出することにより、
電流を測定することができる。

【００６５】本実施例では、図１５に示すように配線損
失を減らすことができ、影の大きさと出力電流の関係が
ほぼ正比例となる。また、配線抵抗を少なくするために
は、図１７に示すような構成にすることができ、本発明
の意図を逸脱することなく実施することができる。図１
７において、１７０１および１７０２は接触部材であ
る。

【００６６】（実施例３）図１８の構成において、太陽
電池１８０１としてアモルファスシリコン太陽電池（キ
ヤノン製横葺太陽電池モジュールＳＲ−０２）を使用
し、２６枚直列に接続した。また、電力変換装置１８０
４として、ＶＶＶＦインバータ（東芝製汎用インバータ
ＴＯＳＶＥＲＴＶＦＡ５−２００４）を使用した。この
インバータには、交流３相入力の端子と、この交流を整
流するための整流回路の出力部に直流入力端子とが設け
られている。太陽電池の出力をこのインバータの直流入
力端子に接続し、商用電源１８０３を交流３相入力端子
に接続し、商用電源と太陽電池を直流側で連係して使用
する構成をとった。このために、太陽電池の利用率を高
めることができる。

【００６７】このインバータには、交流水中ポンプ１８
０６（鶴見製作所製、水中ノンクロッグポンプ３−Ｎ）
が接続されており、貯水槽に設置されている。交流水中
ポンプには、塩化ビニル製パイプが接続されており、そ
の先端には、噴水ノズルが接続されている。

【００６８】また、電力変換装置には、電力変換装置の
運転、停止、周波数制御の指令を行うために噴水制御装
置１８０４が接続されており、光起電力素子モジュール
の信号出力が取り付けられている。この噴水制御装置に
は、マイクロプロセッサーが搭載されており、このマイ
クロプロセッサーはＡＤ変換器、ＤＡ変換器、ＣＰＵ、
ＰＯＭなどから構成されており、光起電力素子モジュー
ル１８０２の出力値に応じた値を計算してＤＡ変換し、
ＶＶＶＦインバータの周波数指令として出力する。

【００６９】光起電力素子モジュールの受光部は、実施
例１と同様に作製した。光起電力素子群の接触部材１９
０１は図１９に示すような構成で配置し、図２０に示す
ような端子取り出し箱２００１とコネクタ付きケーブル
２００２を取り付けた。これを、図２１に示すような固
定部材及び保護部材２１０１にスライドさせて取り付け
る。

【００７０】図２２は、この固定部材及び保護部材の断
面構造を示しており、（ａ）はその要部断面図、（ｂ）
はその分解斜視図である。光起電力素子モジュールを保
護するための保護部材２２０１として、ポリカーボネー
ト板を使用した。このポリカーボネート板を、ステンレ
ス製の保護部材固定部２２０２及び固定用螺子２２０３
により固定した。また、このとき締め付けの応力から保
護部材２２０１を保護するために、ゴム製の緩衝材２２
０４を挿入した。光起電力素子モジュール２２０７は、
嵌合部を有する固定部材２２０５にスライドさせて設置
した。この固定部材の下面には、換気のための穴２２０
６が数カ所開けられている。

【００７１】また、図２３に示すように、０．０１Ωの
シャント抵抗（ピーシーエヌ製イサプラン汎用シャント
抵抗ＰＢＶ１０ｍΩ±０．５％）に、光起電力素子モジ
ュール２３０１と接続するためのコネクタ付きケーブル
２３０２と信号出力のためのシールド線２３０３を取り
付け、このシャント抵抗を市販のアルミケース２３０４
の中に収納した。

【００７２】図２４は、本実施例の噴水システムの構成
を示す概略図である。図示するように、噴水の水を貯水
しておく貯水槽２４０１を地中に設け、この中に前述の
水中ポンプ２４０２を設置する。この水中ポンプ２４０
２には、噴水圧送管２４０３が接続される。この噴水圧
送管２４０３には、塩化ビニル製のパイプが用いられ、
曲げ部には、エルボなどの部材が用いられる。

【００７３】噴水圧送管２４０３の先端には、噴水ノズ
ル２４０４を接続し、これを地表面に設置する。地上に
出た水は、地表面に設けられた吸込金物２４０５から噴
水返送管２４０６を経て、貯水槽に戻される。水中ポン
プ２４０２のつまりを防ぐために、貯水槽２４０１に沈
砂池２４０７やスクリーン２４０８を設けて異物を吸い
込まないようにした。

【００７４】図２５は、本実施例における噴水制御方法
を示すフローチャートである。図示するように、光起電
力素子モジュールは、日射量１００ｍＷ／ｃｍ²におい
ておおよそ１００ｍＶ、日射量０ｍＷ／ｃｍ²において
０ｍＶの出力となる。本実施例の構成で噴水が出るため
の最低周波数は３５Ｈｚとなっており、１．５ｍの噴水
の高さになる周波数は、６０Ｈｚとなっている。朝に自
動的に噴水を吐出し、夕方に噴水を停止するために、光
起電力素子モジュールの出力５ｍＶ時の周波数指令値を
３５Ｈｚとし、出力１００ｍＶのときの周波数指令値を
６０Ｈｚとした。出力５ｍＶから１００ｍＶの時には、
比例で周波数を変化させるようにした。また、出力５ｍ
Ｖ以下のときには停止し、１００ｍＶ以上になったとき
には最高周波数６０Ｈｚに固定する。起動条件は、光起
電力素子モジュールの出力が５ｍＶ以上、かつ太陽電池
の電圧が２８０Ｖ以上の状態が５秒継続したときとし、
停止条件は、光起電力素子モジュールの出力が５ｍＶ以
下の状態が６０秒継続したときとした。これらのプログ
ラムは、噴水制御装置のＰＯＭに記憶されている。

【００７５】このような構成にしておくと、日射に応じ
て噴水の高さが変わり、太陽電池の発電電力が視界的に
よく分かる。光起電力素子モジュールを手に届く場所に
おいて、人などが影をつくるなどすればその影の大きさ
に比例して噴水の高さが代わり、太陽エネルギーの利用
が視覚的にわかりやすい。

【００７６】もちろん、制御装置をオペアンプなどアナ
ログ素子などで構成したり、光起電力素子モジュールの
信号出力を増幅して、ＶＶＶＦインバータの出力に直接
入れたり、また周波数指令と出力の関係を２次関数など
で表現して周波数の指令を行っても、なんら問題なく、
本発明の範囲を逸脱することなく実施することができ
る。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光起電力素子を並列に接続して、その出力を短絡もしく
は、微小の抵抗を介して接続したことにより、その光起
電力素子上にできる影の面積の割合に比例した出力を得
ることができる。

【００７８】この光起電力素子としてアモルファスシリ
コン光起電力素子を使用することにより、大面積で低コ
ストの光電変換モジュールを得ることができる。

【００７９】この光起電力素子モジュールに光起電力素
子の非配置領域を設け、取り付け構造を工夫したので、
光起電力素子モジュールを容易に設置することができ
る。

【００８０】また、光起電力素子群の接触部材の配線抵
抗を減らすことにより、影の面積の割合に比例して出力
が正確に変化する。

【００８１】さらに、表面保護部材に結露により水滴が
付いても、固定部材に換気口を設けたことによって、そ
の機能が損なわれる時間が短い。

【００８２】そして、光起電力素子モジュールを、噴水
の電動機などの電気機器の制御を行うことに使用するこ
とによって、電気機器を不必要な時間に運転することな
く、また太陽エネルギーを視覚的に実感できることがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光起電力素子モジュールの一実施形態
を示す斜視図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ’線部分拡大断面図である。

【図３】本実施形態における光起電力素子群の接続状態
を示す上面図である。

【図４】本実施形態の光起電力素子モジュールを示す下
面図である。

【図５】本実施形態の光起電力素子モジュールの出力変
換部を示す斜視図である。

【図６】本実施形態の光起電力素子モジュール出力比例
制御システムのブロック図である。

【図７】実施例１の光起電力素子モジュールの断面図で
ある。

【図８】実施例１の光起電力素子群を示しており、
（ａ）はその上面図、（ｂ）はその下面図である。

【図９】実施例１の光起電力素子モジュールを示してお
り、（ａ）はその上面図、（ｂ）はその下面図である。

【図１０】実施例１の光起電力素子モジュールの電圧−
電流特性を示すグラフである。

【図１１】実施例１の光起電力素子モジュールの出力特
性を示すグラフである。

【図１２】実施例２の光起電力素子モジュールを示す上
面図である。

【図１３】実施例２の光起電力素子群を示しており、
（ａ）はその上面図、（ｂ）はその下面図である。

【図１４】光起電力素子モジュールの光起電力素子群
（直列接続）の接触部材配置を応用した図である。

【図１５】図１３の構成と図１４の構成の出力特性示す
グラフである。

【図１６】実施例２の出力変換部を示す斜視図である。

【図１７】光起電力素子群の接触部材の他の配置例を示
す下面図である。

【図１８】実施例３における光起電力素子モジュール出
力比例制御システムのブロック図である。

【図１９】実施例３の光起電力素子モジュールの光起電
力素子群の下面図である。

【図２０】実施例３の光起電力素子モジュール本体の下
面図である。

【図２１】実施例３の光起電力素子モジュールの保護部
材及び固定部材の外観を示す斜視図である。

【図２２】実施例３の光起電力素子モジュールの保護部
材及び固定部材の断面構造を示しており、（ａ）はその
要部断面図、（ｂ）はその分解斜視図である。

【図２３】実施例３の光起電力素子モジュール本体と出
力変換部を示す斜視図である。

【図２４】実施例３の噴水システムを示す概略図であ
る。

【図２５】実施例３の噴水システムのフローチャートで
ある。

【符号の説明】

２０１、４０２、７０１、８０１、１３０１、１２０
１、２３０１光起電力素子２０２透光性樹脂２０３透光性表面保護フィルム２０４、４０５、４０４、７０４、９０３、１２０２、
１６０２補強板４０１穴部４０３、５０３、２００２、２３０２ケーブル４０４、２００１端子取り出し箱５０１出力変換部５０２、２３０３シールド線６０１、１８０１太陽電池６０２、１８０３商用電源６０３、９０１、１８０２、２２０７光起電力素子モ
ジュール６０４、１８０４制御装置６０５負荷７０２表面被覆フィルム７０３裏面被覆フィルム７０５充填材７０６繊維状無機化合物（ガラス不織布）８０２、１３０２正極タブ８０３、１３０３負極タブ８０４、１３０４集電電極８０５接触部材８０６絶縁テープ８０７正極側の端子取り出し部８０８負極側の端子取り出し部８０９、１３０９絶縁両面テープ９０２シャント抵抗９０４シリコンポッティング材１３０５、１７０１正極接触部材１３０６、１７０２負極接触部材１６０１ホールセンサー１８０５電力変換装置１８０６ポンプ２１０１固定部材及び保護部材２２０１保護部材２２０２保護部材固定部２２０３固定用螺子２２０４緩衝材２２０５固定部材２２０６換気穴２３０４アルミケース２４０１貯水槽２４０２水中ポンプ２４０３噴水圧送管２４０４噴水ノズル２４０５吸込金物２４０６噴水返送管２４０７沈砂池２４０８スクリーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの光起電力素子を電気的
に接続して形成された光起電力素子群からなる光起電力
素子モジュールにおいて、光起電力素子群を構成する各光起電力素子が互いに並列
接続されていることを特徴とする光起電力素子モジュー
ル。
【請求項２】光起電力素子群は、その非受光面側に補
強板が固定されていることを特徴とする請求項１記載の
光起電力素子モジュール。
【請求項３】光起電力素子群は、光起電力素子を封止
し、かつ補強板上に固定するための被覆材を有すること
を特徴とする請求項１又は２記載の光起電力素子モジュ
ール。
【請求項４】光起電力素子群は、光起電力素子の正極
タブを接続するための正極接触部材と、負極タブを接続
するための負極接触部材とを備えていることを特徴とす
る請求項１ないし３いずれかに記載の光起電力素子モジ
ュール。
【請求項５】光起電力素子群の端子取り出し部は、正
極接触部材および負極接触部材上で、かつ光起電力素子
群の中心に位置する光起電力素子の裏面に配置されてい
ることを特徴とする請求項４に記載の光起電力素子モジ
ュール。
【請求項６】光起電力素子群は、その非受光面側にお
いて、第１の正極接触部材群が正極タブに電気的に接続
されるとともに、第１の負極接触部材群が負極タブに電
気的に接続され、第２の正極接触部材が第１の正極接触
部材群を互いに電気的に接続し、第２の負極接触部材が
第１の負極接触部材群を互いに電気的に接続しているこ
とを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の光起
電力素子モジュール。
【請求項７】光起電力素子モジュールの出力に、出力
変換部が備えられていることを特徴とする請求項１ない
し６いずれかに記載の光起電力素子モジュール。
【請求項８】出力変換部は抵抗器により構成されてお
り、抵抗器は光起電力素子群と並列に接続されて、光起
電力素子の出力電流値を電圧値に変換することを特徴と
する請求項１ないし７いずれかに記載の光起電力素子モ
ジュール。
【請求項９】抵抗器は、補強板の裏面に固定されてい
ることを特徴とする請求項８に記載の光起電力素子モジ
ュール。
【請求項１０】光起電力素子は、アモルファスシリコ
ン光起電力素子であることを特徴とする請求項１ないし
９いずれかに記載の光起電力素子モジュール。
【請求項１１】ねじ、または嵌合部を有する固定部材
で固定するための光起電力素子非配置領域を有すること
を特徴とする請求項１ないし１０いずれかに記載の光起
電力素子モジュール。
【請求項１２】嵌合部を有する固定部材にスライド固
定されることを特徴とする請求項１ないし１１いずれか
に記載の光起電力素子モジュール。
【請求項１３】モジュール表面の保護部材を有する固
定部材により取り付けられることを特徴とする請求項１
ないし１２いずれかに記載の光起電力素子モジュール。
【請求項１４】モジュールと表面保護部材との間、お
よびモジュールの被固定部材との間に空間を有すること
を特徴とする請求項１ないし１３いずれかに記載の光電
変換モジュール。
【請求項１５】モジュールと表面保護部材との間に結
露を防止するための換気口が設けられていることを特徴
とする請求項１ないし１４いずれかに記載の光起電力素
子モジュール。
【請求項１６】光起電力素子モジュールと、その出力
信号により制御される電気機器とからなる光起電力素子
モジュール出力制御システムにおいて、光起電力素子モジュールの短絡電流に応じた信号を出力
信号とし、該出力信号の強度に応じて電気機器を比例制
御することを特徴とする光起電力素子モジュール出力制
御システム。
【請求項１７】光起電力素子モジュールが、少なくと
も２つの光起電力素子を電気的に接続して形成された光
起電力素子群からなり、これを構成する各光起電力素子
が互いに並列接続されていることを特徴とする請求項１
６に記載の光起電力素子モジュール出力制御システム。
【請求項１８】光起電力素子群は、その非受光面側に
補強板が固定されていることを特徴とする請求項１７に
記載の光電変換モジュール出力制御システム。
【請求項１９】光起電力素子群は、光起電力素子を封
止し、かつ補強板上に固定するための被覆材を有するこ
とを特徴とする請求項１６ないし１８いずれかに記載の
光電変換モジュール出力制御システム。
【請求項２０】光起電力素子群は、光起電力素子の正
極タブを接続するための正極接触部材と、負極タブを接
続するための負極接触部材とを備えていることを特徴と
する請求項１６ないし１９いずれかに記載の光電変換モ
ジュール出力制御システム。
【請求項２１】光起電力素子群の端子取り出し部は、
正極接触部材および負極接触部材上で、かつ光起電力素
子群の中心に位置する光起電力素子の裏面に配置されて
いることを特徴とする請求項２０に記載の光電変換モジ
ュール出力制御システム。
【請求項２２】光起電力素子群は、その非受光面側に
おいて、第１の正極接触部材群が正極タブに電気的に接
続されるとともに、第１の負極接触部材群が負極タブに
電気的に接続され、第２の正極接触部材が第１の正極接
触部材群を互いに電気的に接続し、第２の負極接触部材
が第１の負極接触部材群を互いに電気的に接続している
ことを特徴とする請求項１６ないし２１いずれかに記載
の光起電力素子モジュール出力制御システム。
【請求項２３】光起電力素子モジュールの出力に、出
力変換部が備えられていることを特徴とする請求項１６
ないし２２いずれかに記載の光起電力素子モジュール出
力制御システム。
【請求項２４】出力変換部は抵抗器により構成されて
おり、抵抗器は光起電力素子群と並列に接続されて、光
起電力素子の出力電流値を電圧値に変換することを特徴
とする請求項２３に記載の光起電力素子モジュール出力
制御システム。
【請求項２５】抵抗器は、補強板の裏面に固定されて
いることを特徴とする請求項１６ないし２４いずれかに
記載の光起電力素子モジュール出力制御システム。
【請求項２６】光起電力素子は、アモルファスシリコ
ン光起電力素子であることを特徴とする請求項１６ない
し２５いずれかに記載の光起電力素子モジュール出力制
御システム。
【請求項２７】光起電力素子モジュールは、ねじ、ま
たは嵌合部を有する固定部材で固定するための光起電力
素子非配置領域を有することを特徴とする請求項１６な
いし２６いずれかに記載の光起電力素子モジュール出力
制御システム。
【請求項２８】光起電力素子モジュールは、嵌合部を
有する固定部材にスライド固定されることを特徴とする
請求項１６ないし２７いずれかに記載の光起電力素子モ
ジュール出力制御システム。
【請求項２９】光起電力素子モジュールは、そのモジ
ュール表面の保護部材を有する固定部材により取り付け
られることを特徴とする請求項１６ないし２８いずれか
に記載の光起電力素子モジュール出力制御システム。
【請求項３０】光起電力素子モジュールと表面保護部
材との間、および光起電力素子モジュールの被固定部材
との間に空間を有することを特徴とする請求項１６ない
し２９いずれかに記載の光起電力素子モジュール出力制
御システム。
【請求項３１】光起電力素子モジュールと表面保護部
材との間に結露を防止するための換気口が設けられてい
ることを特徴とする請求項１６ないし３０いずれかに記
載の光起電力素子モジュール出力制御システム。
【請求項３２】出力制御システムは、電力変換装置を
介して負荷が接続された電動機であって、前記出力信号
によって電動機の回転数を変化させることを特徴とする
請求項１６ないし３１いずれかに記載の光起電力素子モ
ジュール出力制御システム。
【請求項３３】出力制御システムは、電源として、太
陽電池および商用電源を使用することを特徴とする請求
項１６ないし３２に記載の光起電力素子モジュール出力
制御システム。