JPH11251615A - 融雪機能付き太陽光発電システム - Google Patents

融雪機能付き太陽光発電システム

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JPH11251615A
JPH11251615A JP10066087A JP6608798A JPH11251615A JP H11251615 A JPH11251615 A JP H11251615A JP 10066087 A JP10066087 A JP 10066087A JP 6608798 A JP6608798 A JP 6608798A JP H11251615 A JPH11251615 A JP H11251615A
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generation system
solar cell
power supply
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Nobuyoshi Takehara
信善 竹原
Naoki Manabe
直規 真鍋
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    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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    • Y10S323/906—Solar cell systems

Abstract

(57)【要約】 【課題】 融雪電力供給用外部直流電源の容量の低減を
図り、かつ不良ストリングが存在する場合の事故を未然
に防止する。 【解決手段】 複数の太陽電池モジュールを直列接続し
てなるストリングを複数本並列接続した太陽電池アレイ
を有し、該太陽電池アレイに外部直流電源より電流を通
じて発熱させることによって太陽電池モジュール表面の
雪を融解させる融雪機能付き太陽光発電システムにおい
て、該ストリングごとに設けられた個別に開閉可能な電
流開閉手段と、該電流開閉手段の開閉を個別に制御する
ための制御装置とを有し、単一ストリングごとに電流を
逐次通電して融雪を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、融雪機能を有した
太陽光発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、屋根に太陽電池を設置した住宅用
太陽光発電システムが普及しつつある。しかしながら積
雪地域にあっては、積雪時には太陽電池パネル表面に雪
が付着し、発電ができなくなるという問題がある。この
ために太陽電池モジュールを加熱して除雪するシステム
が考案されている。例えば、特開平８−２５０７５６号
公報には外部電源を用いて太陽電池セルもしくは発熱体
に電力を供給し発熱させて融雪を行なうシステムが開示
されている。特開平９−２３０１９号公報には双方向イ
ンバータを利用し、逆流防止ダイオードをバイパスする
スイッチを設けて太陽電池セルに電力を供給し発熱させ
て融雪を行なうシステムが開示されている。
【０００３】セル加熱方式は太陽電池を発電装置として
ばかりでなくヒータとして利用するので、ヒータ用の配
線が不要で簡単に除雪ができ、またインバータに双方向
性を持たせれば更に設置が簡単で、太陽光発電システム
の除雪方法として有望である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でに開示されている方式では以下のような問題がある。 アレイ全体を暖めるので外部電源容量が大きくなる。
たとえば３ｋＷｐの容量の太陽電池に順方向に最適電流
と同じ電流を流して暖めるには約４．２ｋＷ程度の電力
が必要になり、電源はこの電力を供給できるだけの容量
が必要である。特に連系インバータを双方向にして用い
る系では、インバータ容量が増大し、普段は使用しない
融雪電力を供給するための大きな容量のインバータを必
要とする。 アレイ全体に一度に電力を供給する場合には、太陽電
池セルの熱逸走により一つの太陽電池回路に電流集中の
起きる可能性がある。この用途では太陽電池セルは基本
的にはダイオードであり熱逸走対策が必要である。電流
集中が起きた場合、セルの過熱により重大な事故につな
がる恐れもある。 上記理由により、一本でも不良ストリングがあると融
雪モードで運転ができない。
【０００５】本発明は、上述の従来例における問題点に
鑑み、融雪機能付き太陽光発電システムにおいて、融雪
電力供給用外部直流電源の容量の低減を図ることを第１
の目的とする。また、不良ストリングが存在する場合の
事故を未然に防止することをさらなる目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、複数の太陽電池モジュールを直列接続
したストリングを複数本並列した太陽電池アレイを有
し、該太陽電池アレイに外部直流電源より電流を通じて
加熱することによって太陽電池モジュール表面の雪を融
解させる融雪機能付き太陽光発電システムにおいて、該
ストリングごとに設けられた個別に開閉可能な電流開閉
手段と、該電流開閉手段の開閉を個別に制御するための
制御装置を有し、単一ストリングごとに電流を逐次通電
して融雪を行なう。各ストリングに通電する電流は発電
時と逆方向（印加電圧は発電電圧と同方向）であっても
同方向（電圧は逆方向）であってもよい。
【０００７】また、上記さらなる目的を達成するための
実施の形態では、前記外部直流電源に過電流検出手段と
警報手段を設け、過電流発生時には電流印加を停止し、
警報を発生させる。
【０００８】
【作用】本発明は、ストリングごとに開閉器を設けてあ
り、これを開閉制御することで目標とするストリングだ
けに通電し融雪する。したがって、本発明のシステムに
あっては全アレイに一斉通電しない。このため、外部直
流電源の電源容量が小さくて済み、さらに警報手段を設
けることで、異常な挙動のストリングがあれば、個々に
異常ストリングの存在を警報できる。また、ストリング
個別に通電するので、異常ストリングを避けて通電する
ことができ、部分的ではあるが融雪運転が可能である。
【０００９】
【実施例】以下、実施例をもとに本発明を具体的かつ詳
細に説明する。実施例１ 特に本実施例では、本発明の本質をより明確にするため
にできるだけ簡素な実施態様を取ることにする。本実施
例に係るシステムを図１に示した。多結晶セルを使用し
た太陽電池モジュール（１０ｃｍ角セル３６直列、短絡
電流３．２５Ａ、最大出力５０Ｗ）を４枚使用し、２直
列２並列として太陽電池ストリング１ａおよび１ｂを構
成した。上記太陽電池ストリング１ａ，１ｂの出力をス
トリング開閉器５ａ，５ｂ、逆流防止ダイオード２ａ，
２ｂおよび負荷開閉器６を通じて抵抗負荷３（５Ω、４
００Ｗ級）に接続した。
【００１０】外部電源４として商用交流（不図示）を電
源とする電圧可変の直流電源（最大出力５０Ｖ５Ａ）を
用意し、その出力をストリング開閉器５ａ，５ｂを通じ
て太陽電池ストリング１ａ，１ｂに接続した。この際、
外部電源４のプラス極を太陽電池ストリング１ａ，１ｂ
のプラス極に、マイナス極を同マイナス極にそれぞれ接
続した。外部電源４は太陽電池ストリングに電力を供給
できるものなら何でも良く、蓄電池と直流／直流変換器
の組み合わせや、発電機などでも良い。また、直流出力
を持つものが簡単で好ましいが、交流であっても工夫次
第（適切な電圧設定）で使用できる。電圧可変機能も特
に必須ではない。太陽電池の構成が決まれば、適当な印
加電圧を予め決めてもよいからである。
【００１１】ストリング開閉器５ａ，５ｂは、融雪機能
なしのシステムにあっては太陽電池ストリング１ａ，１
ｂの出力電圧および電流に耐えられるだけで良いが、本
実施例のシステムにあっては、融雪モード動作時の電圧
・電流（多くの場合、これは太陽電池ストリングの動作
電圧や電流よりも大きい）に耐えられる必要がある。さ
らに電気信号でもって開閉制御できることが望ましい。
【００１２】制御装置７は、本実施例では制御プログラ
ムを書くのを簡単にするために、パソコンとパラレルＩ
Ｏインターフェース（フォトカプラでパソコンの電子回
路と制御対象を絶縁したもの）で構成した。制御装置７
は、順序制御が可能であれば、これ以外でも種々多様な
実施態様をとることが可能であり、実用上は１チップマ
イコンで構成するのが簡便かつ安価である。
【００１３】次に、図１の装置の動作について説明す
る。図１の装置の動作フローを図２に示した。最初は通
常発電運転モードで動作している。この状態は、太陽電
池ストリング１ａ，１ｂから負荷３へ電力供給が行なわ
れている状態であり、ストリング開閉器５ａ，５ｂは両
方ともＯＮ、負荷開閉器６もＯＮ、外部電源開閉器８は
ＯＦＦの状態にある。外部電源４自体は起動していても
問題ないが、省エネルギーの観点からは停止している方
がのぞましい。本実施例では外部電源４は停止状態とし
た。融雪モードに入るまでは、この状態が続く。
【００１４】次に融雪モードについて説明する。融雪モ
ードは多くの場合、夜間に実行される。昼間でも融雪モ
ードの運転は不可能ではないが、太陽電池の発電動作に
ついての考慮が必要になる。すなわち着雪時には太陽電
池は発電しないので夜間と同じ扱いが可能だが、徐々に
雪が落ちて、光が太陽電池に入射しはじめると太陽電池
が部分的に発電し始めるので、外部電源からの供給電圧
を上げる等の工夫が必要になる。
【００１５】融雪モードでは、まず負荷開閉器６をＯＦ
Ｆし、負荷３との接続を断つ。次に片側のストリング開
閉器（ここでは５ｂ）を制御装置７からのストリング開
閉指令信号によりＯＦＦし、単一ストリングだけに電流
が流せるようにする。
【００１６】次に外部電源４を起動し、外部電源開閉器
８をＯＮにし、太陽電池セルに電流を流して加熱する。
ここでは約３０分加熱した。この時の電流は約３Ａ、電
圧４６Ｖ、消費電力は約１４０Ｗであり、３０分で温度
は約１０℃上昇することを確認した。
【００１７】次に、ＯＮであったストリング開閉器５ａ
をＯＦＦにし、もう一方のストリング開閉器（ここでは
５ｂ）をＯＮにし、上記ストリングと同じように加熱し
て融雪動作を行なう。
【００１８】最後に、外部電源開閉器８をＯＦＦし、外
部電源４を止め、ストリング開閉器５ａと負荷開閉器６
をＯＮして（５ｂはＯＮのまま）、システムを元の発電
モードの状態に戻して運転を終了する。
【００１９】本実施例で用意した外部電源の容量は５０
Ｖ５Ａであるが、２本のストリングを同時に加熱するに
は、さらに大容量の外部電源が必要になるのは明白であ
り、装置コスト上昇を招いてしまう。ストリングの数が
増えるに従い、そのコスト差が大きくなることも明らか
にわかる。なお、この実施態様は、通常の太陽光発電シ
ステムにオプションとしての装着も可能であることを付
記しておく。
【００２０】他の実施例 本実施例では、より実用的な構成として、建材一体型ア
モルファスモジュールでの実施例を示す。図３に本実施
例の構成を示した。太陽電池ストリング１ａ，１ｂは、
アモルファスシリコンを含んだ光電変換層を３層積層し
て成る光電変換層をもったキヤノン製積層アモルファス
太陽電池モジュール（商品名ＢＳ−０３）を１０直列２
並列として構成した。
【００２１】本実施例に用いた太陽電池は結晶型太陽電
池に比べて、単位面積あたりの発電効率が比較的低いの
で同容量の結晶系太陽電池を使用したシステムと比較す
ると屋根の被覆率を大きくできる。このことは「融雪」
という目的に対して好適である。すなわち、融雪はでき
るだけ屋根全面にかかる雪を除去したいのであって、こ
のためには屋根の被覆率の高い方が良い。一方、太陽電
池の価格は単位発電出力あたり（いわゆるＷ単価）でほ
ぼ同じなので、効率の低い太陽電池により屋根の被覆率
を高めることの方が目的に適い、融雪という目的に対し
ては費用も安くなるのである。
【００２２】インバータ９は双方向変換が可能なように
構成し、２００Ｖの商用系統に接続した。このようなイ
ンバータの構成の一例を図４に示した。図中、通常よく
用いられる連系インバータ９の構成を点線で囲んで図示
した。融雪モードで使用されるインバータは、一般的に
は、この例で示されるように商用系統から太陽電池へ電
流を出力するために、昇圧および／または降圧機能を有
した融雪運転用電圧制御回路を具備することが望まし
い。これは、前実施例における外部電源４の一部が連系
インバータ９内に入っていると思えば良い。なお、双方
向インバータの詳細構成は、本発明とは本質的には関係
しないので、ここでは詳細な説明はしない。公知技術が
いくつかあるので、これを参照されたい。本実施例では
太陽電池の動作電圧が１３０Ｖ近辺となるので、２００
Ｖ商用系統からの整流電圧２９０Ｖを直接接続すると過
電流が生じてしまう。このため、降圧機能を有したＤＣ
チョッパ回路４１を融雪用の電圧制御回路として用いて
いる。太陽電池電圧の選択によっては昇圧・降圧の不要
なケースもあるが、そのような場合はごく限られる。
【００２３】また、当然ながらストリング開閉器５ａ，
５ｂを制御するための手段７を具備する必要がある。系
統連系インバータ９には、ほとんどの場合、１チップマ
イコンが制御装置７として内蔵されているので、その制
御ソフトに融雪モードでの動きを追加するだけで本発明
を実現できる。本実施例でも、この方法を採用した。な
お、ストリング開閉器５ａ，５ｂを制御するためには、
制御信号を出力するための端子も必要である。
【００２４】本実施例にあっては、ストリング開閉器５
ａ，５ｂは逆流防止ダイオード２ａ，２ｂをバイパスす
るように接続する。こうしないと逆流防止ダイオード２
ａ，２ｂのために太陽電池ストリング１ａ，１ｂに電流
を流すことができないので、必ず逆流防止ダイオード２
ａ，２ｂをバイパスできる位置にストリング開閉器５
ａ，５ｂを設ける必要がある。
【００２５】本実施例では過電流検出部４２を一つだけ
図４に示す位置に設置した。本発明のように単一ストリ
ングだけに電流を流す時には、このように過電流検出を
一つだけ設けることで過電流検出を確実に行なえる。す
べてのストリングに一度に電流を供給する方法では、各
ストリングごとに電流検出しないと、絶対確実な過電流
検出ができない。特に太陽電池セルの熱逸走が起こると
システムの安全性が損なわれる。
【００２６】図５に、本実施例の動作フローを示した。
このように、太陽電池種別や融雪用電源構成を変更して
も本発明の意図するところは完全に達成できるのであ
る。なお、図５の動作フローにおいて、発電モードでの
運転中は、ストリング開閉器５ａ，５ｂは両方ともＯＦ
Ｆであり、双方向変換器（双方向インバータ）９はイン
バータモードで運転している。
【００２７】さらに制御装置７が不良ストリング（過電
流の流れたストリング）を記憶できるように構成すれ
ば、その不良ストリングだけを除去した形で融雪運転が
行なえるので、全屋根ではないにせよ、一定の融雪効果
を上げることも可能である。
【００２８】また、融雪の順序を、例えば屋根上部に位
置したストリングから行なうことで、その融雪水によっ
て、下部の積雪の融雪効果を高めることなども考えられ
る。
【００２９】さらに他の実施例 図６に逆流タイプの実施例を示す。この例では、融雪時
にも逆流防止ダイオード２ａ，２ｂに通電されるので逆
流防止ダイオード２ａ，２ｂが融雪時の電流に耐える必
要がある。
【００３０】また、バイパスダイオード（不図示）が装
着されているとセルヒートができないので、バイパスダ
イオードは使用できないことに注意する必要がある。こ
のような構成で使用するのに好適なモジュールが特開平
８−２５０７５６号公報に提案されている。該モジュー
ルは逆方向特性をわざと悪くしてあり電流が流れやすい
ようにしてある。このような構成を取っておらずとも、
バイパスダイオードを持たない太陽電池モジュールであ
れば、本例のような実施は原理的には可能だが、モジュ
ールあたりの印加電圧が大変高くなり（その分電流値は
低くできる）、実用上、十二分な安全上の配慮を行なう
必要がある。
【００３１】さて、本実施例では、太陽電池ストリング
１ａ，１ｂとしては実施例１で使用したものと同一と
し、インバータ９は実施例２と同様のものを使用し、さ
らに、極性切り替えスイッチ１０を設けて、発電時とは
逆の方向に電圧を供給できるようにした。その代わり、
実施例２のような逆流防止ダイオード２ａ，２ｂをバイ
パスするためのストリング開閉器５ａ，５ｂは必要な
く、実施例１のように通常使用しているストリング開閉
器５ａ，５ｂを開閉制御すれば良い。
【００３２】この例での動作フローを図７に示した。こ
の例でも、単一ストリングごとに融雪動作を行なうとい
う本発明の趣旨を実現できることは明らかである。な
お、図７の動作フローにおいて、発電モードでの運転中
は、ストリング開閉器５ａ，５ｂは両方ともＯＮであ
り、双方向変換器（双方向インバータ）９はインバータ
モードで運転している。
【００３３】なお、本実施例で、実施例１と同様の発熱
を生じさせるには、ストリングへの印加電圧は３６０Ｖ
（セルあたりで５Ｖ）に達していたことを付記してお
く。本実施例のように発電時と同じ向きに電流を流すよ
うな構成であっても本発明の適用が可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、複数の太
陽電池モジュールを直列接続したストリングを複数本並
列した太陽電池アレイを有し、該太陽電池アレイに外部
直流電源より電流を通じて発熱させることによって太陽
電池モジュール表面の雪を融解させる融雪機能付き太陽
光発電システムにおいて、該ストリングごとに設けられ
た個別に開閉可能な電流開閉手段と、該電流開閉手段の
開閉を個別に制御するための制御装置を有し、単一スト
リングごとに電流を逐次通電して融雪を行なうことを特
徴とする融雪機能付き太陽光発電システムであり、以下
の効果を有する。
【００３５】（１）本発明のシステムにあっては全アレ
イに一斉通電しない。このため、融雪用電源容量が小さ
くて済む。 （２）単一ストリングごとに電流を逐次通電するため、
異常をストリング単位で検出できるので、異常な挙動の
ストリングがあれば、個々に異常ストリングの存在を警
報できる。 （３）ストリング個別に通電するので、異常ストリング
を避けて通電することができ、部分的ではあるが融雪運
転が可能である。 （４）単一ストリングで融雪するので太陽電池セルの熱
逸走による電流集中のおそれが無い。 （５）効率の低いアモルファス建材一体型モジュールを
採用することで、太陽電池による屋根の被覆率を高める
ことができ、除雪面積も大きくできる。このような効果
のある、本発明の産業上の利用価値はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る太陽光発電システム
を示す図である。
【図２】 図１のシステムの動作を示すフローチャート
である。
【図３】 本発明の他の実施例に係る太陽光発電システ
ムを示す図である。
【図４】 図３のシステムに用いられる双方向インバー
タの一構成例を示した図である。
【図５】 図３のシステムの動作を示すフローチャート
である。
【図６】 本発明のさらに他の実施例に係る太陽光発電
システムを示す図である。
【図７】 図６のシステムの動作を示すフローチャート
である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ：太陽電池ストリング、２ａ，２ｂ：逆流防
止ダイオード、３：負荷、４：外部電源、５ａ，５ｂ：
ストリング開閉器、６：負荷開閉器、７：制御装置、
８：商用電力系統、９：双方向連系インバータ、１０：
極性切り替えスイッチ、４１：融雪用電圧制御回路、４
２：過電流検出部。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の太陽電池モジュールを直列接続し
    てなるストリングを複数本並列接続した太陽電池アレイ
    を有し、該太陽電池アレイに外部直流電源より電流を通
    じて発熱させることによって太陽電池モジュール表面の
    雪を融解させる融雪機能付き太陽光発電システムにおい
    て、 該ストリングごとに設けられた個別に開閉可能な電流開
    閉手段と、該電流開閉手段の開閉を個別に制御するため
    の制御装置とを有し、単一ストリングごとに電流を逐次
    通電して融雪を行なうことを特徴とする融雪機能付き太
    陽光発電システム。
  2. 【請求項２】 前記外部直流電源が、各ストリングに発
    電時と逆方向の直流電流を供給するものであることを特
    徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
  3. 【請求項３】 前記外部直流電源が、前記太陽電池アレ
    イの直流出力を交流出力に変換して該太陽電池アレイを
    交流電源と連系運転させるとともに、該交流電源の交流
    出力を直流出力に変換して該太陽電池アレイ側に供給可
    能な双方向連系インバータであることを特徴とする請求
    項２記載の太陽光発電システム。
  4. 【請求項４】 前記電流開閉手段が、前記各ストリング
    に直列に接続された逆流防止ダイオードに並列に接続さ
    れていることを特徴とする請求項３記載の太陽光発電シ
    ステム。
  5. 【請求項５】 前記外部直流電源が、各ストリングに発
    電時と同方向の直流電流を供給するものであることを特
    徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
  6. 【請求項６】 前記外部直流電源が、前記太陽電池アレ
    イの直流出力を交流出力に変換して該太陽電池アレイを
    交流電源と連系運転させるとともに、該交流電源の交流
    出力を直流出力に変換して該太陽電池アレイ側に供給可
    能な双方向連系インバータであり、かつ前記各ストリン
    グに順方向の直流電流を供給するため該双方向連系イン
    バータの直流出力の極性を反転する手段を備えているこ
    とを特徴とする請求項５記載の太陽光発電システム。
  7. 【請求項７】 前記太陽電池モジュールが２層または３
    層の光電変換層を有する積層セルからなることを特徴と
    する請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽光発電シ
    ステム。
  8. 【請求項８】 前記外部直流電源に過電流検出手段と警
    報手段を設け、過電流発生時には電流印加を停止し、警
    報を発生させることを特徴とする請求項１〜７のいずれ
    か１つに記載の太陽光発電システム。
JP10066087A 1998-03-03 1998-03-03 融雪機能付き太陽光発電システム Withdrawn JPH11251615A (ja)

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