WO2019142392A1 - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

簡易に、効率よく、ＰＩＤを抑えた太陽光発電システムを提供する。太陽光発電システムＰＶＳでは、インバータ１２と太陽電池モジュールアレイ２０との間の第１電路Ｐ１に対して、並列に接続される、インバータ１２と太陽電池モジュールアレイ２０の正極２１と間をつなぐバイパス電路ＢＰが設けられる。そして、このバイパス電路ＢＰには、第２開閉回路ＳＷ２が設けられ、第１電路Ｐ１の一部である、インバータ１２と太陽電池モジュールアレイ２０の負極２２との間の電路には、第１開閉回路ＳＷ１が設けられる。

Description

太陽光発電システム

　本発明は、太陽光発電システムに関する。

　昨今、太陽電池モジュールの劣化現象（発電低下現象）である、ＰＩＤ（Potential Induced Degradation）が問題となっている（特許文献１，２参照）。ＰＩＤは、太陽電池モジュールの光電変換基板が劣化することで、発電効率が低下するという現象である。

　ＰＩＤの発生原因の一説として、高電圧下で太陽電池モジュールを動作させた場合、その太陽電池モジュールのガラス基板に含まれるナトリウムイオン（Ｎａ+）が、負電位になった太陽電池の電極に拡散・侵入し、さらには太陽電池の光電変換基板にまで、拡散・侵入することが考えられている。

　そこで、特許文献１の太陽光発電システムは、太陽電池モジュールの非発電時、太陽電池への電圧印加を防止すべく、開閉回路で、太陽電池モジュールを電気的に孤立させる。これによると、太陽電池が負電位になり難くなり、ＰＩＤが防止される。

　また、特許文献２の太陽光発電システムは、太陽電池モジュールの非発電時、ナトリウムイオンの光電変換基板への拡散・侵入を防止すべく、太陽電池モジュールの負極に、直流電源を用いて、電圧を印加する。これによると、太陽電池の負極の対地電位が正電位となり、ナトリウムイオンが引き寄せられ難くなり、ＰＩＤが防止される。

特許第６１４８７８２号 特開２０１３－００４５６６号公報

　しかしながら、特許文献１の技術は、特許文献２の技術と異なり、逆バイアスの正電圧を印加しないため、ＰＩＤの防止策としては不十分である。また、特許文献２の技術は、太陽光発電システムにおけるパワーコンディショナーとは別個の直流電源を要するため、高コストで、回路設計も複雑である。

　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものである。そして、その目的は、簡易に、効率よく、ＰＩＤを抑えた太陽光発電システムを提供することにある。

　本発明に係る太陽光発電システムは、太陽電池モジュールアレイと、前記太陽電池モジュールアレイまたは系統電源からの電力を蓄電する蓄電池と、前記太陽電池モジュールアレイおよび前記蓄電池に電気的に接続されるパワーコンディショナーと、を含む。そして、この太陽光発電システムでは、前記パワーコンディショナーは、前記太陽電池モジュールアレイからの直流若しくは前記蓄電池からの直流を交流に変換するインバータを含んでおり、前記インバータと前記太陽電池モジュールアレイとの間の第１電路に対して、並列に接続される、前記インバータと前記太陽電池モジュールアレイの正極と間をつなぐバイパス電路が設けられる。そして、前記バイパス電路には、少なくとも前記太陽電池モジュールアレイの非発電時で前記蓄電池動作時に、前記太陽電池モジュールアレイの正極の電位を、正電位に向けて誘導する電圧印加回路が設けられ、前記第１電路の一部である、前記インバータと前記太陽電池モジュールアレイの負極との間の電路には、前記太陽電池モジュールアレイの非発電時で前記蓄電池動作時に「開」となる第１開閉回路が設けられている。

　本発明の太陽光発電システムによれば、簡易に、効率よく、ＰＩＤを抑えられる。

太陽光発電システムのブロック図である。 図１の太陽光発電システム（太陽電池用コンバータ非動作時かつ蓄電池用コンバータ動作時）における一部の電気回路図である。 図２に示す電気回路図における太陽電池を模式的に示した説明図である。 図１の太陽光発電システムのタイミングチャートである。 太陽光発電システムのブロック図である。 図５の太陽光発電システム（太陽電池用コンバータ非動作時かつ蓄電池用コンバータ動作時）における一部の電気回路図である。 図６に示す電気回路図における太陽電池を模式的に示した説明図である。 図５の太陽光発電システムのタイミングチャートである。 太陽光発電モジュールアレイの構成図である。 図９に示す電気回路図における太陽電池を模式的に示した説明図である。 比較例の太陽光発電システム（太陽電池用コンバータ動作時）における一部の電気回路図である。 図１１（比較例）に示す電気回路図における太陽電池を模式的に示した説明図である。 比較例の太陽光発電システム（太陽電池用コンバータ非動作時かつ蓄電池用コンバータ動作時）における一部の電気回路図である。 図１３（比較例）に示す電気回路図における太陽電池を模式的に示した説明図である。 比較例の太陽光発電システムのタイミングチャートである。

　本発明の一実施形態について説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、便宜上、部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。

　図１は、太陽光発電システムＰＶＳを示すブロック図である。この図１に示すように、太陽光発電システムＰＶＳは、系統電源５０に電気的につながる複数の装置の集合体である。具体的には、太陽光発電システムＰＶＳは、少なくとも、太陽電池モジュールアレイ２０、蓄電池３０、および、パワーコンディショナー１０を含む。

　太陽電池モジュールアレイ２０は、複数の太陽電池モジュール２３を搭載する。太陽電池モジュール２３同士の電気的な接続の仕方は、直列、並列、または直並列とあるが、本明細書では、図９に示すような、電気的に直列接続させた２個の太陽電池モジュール２３を、並列接続させた、直並列の例を挙げて説明する。また、太陽光モジュール２３内には、複数の太陽電池セルが配置されているが、便宜上、ダイオード１個で表現している。

　なお、太陽電池モジュール２３の金属フレーム２４は、感電または漏電等の安全性確保のため対地に接地される。また、太陽電池モジュール２３には、パワーコンディショナー１０に電気的な接続を行うための正極２１および負極２２が設けられる。

　また、太陽電池モジュール２３の種類は、特に限定されるものではないが、いわゆる薄膜太陽電池を搭載する太陽電池モジュールを例に挙げて説明する。太陽電池モジュール２３は、図１０の簡易図に示すように、ガラス基板等に光電変換層を積層させて形成された光電変換基板２５と、この光電変換基板２５を挟持し、光電変換基板２５に生じたキャリアを回収する挟持電極２６（受光側挟持電極２６Ｕ・裏側挟持電極２６Ｂ）と、太陽電池モジュール２３の受光側を保護する受光側保護部材２７および裏側を保護する裏側保護部材２８と、を含む。そして、太陽電池モジュール２３同士は、導電性部材（接続線等）を介して、電気的に接続される。

　なお、受光側保護部材２７は、光を透過させる透光性の高い材料が好ましい。そのため、受光側保護部材２７としては、ガラス基板が一例として挙げられ、本明細書でも、ガラス基板２７で説明する。また、太陽電池モジュール２３は、受光側保護部材２７と裏側保護部材２８とで、光電変換基板２５および挟持電極２６Ｕ・２６Ｂを挟み込んで封止するために、封止材を用いているが、便宜上、図面では省略している。

　また、太陽電池モジュール２３が発電していない場合、光電変換基板２５は抵抗となるので、その抵抗を「Ｒａ」とし、ガラス基板２７と金属フレーム２４との間の抵抗を「Ｒｂ」とし、後に、太陽電池モジュールアレイ２０における正極２１側の太陽電池モジュール２３および負極２２側の太陽電池モジュール２３に印加される電圧によって生じる対地電位について説明する。

　蓄電池３０は、太陽電池モジュールアレイ２０にて生成された電力、または、系統電源５０からの電力を蓄電する電池である。なお、蓄電池３０の種類は特に限定されるものではなく、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池が挙げられる。

　パワーコンディショナー１０は、太陽電池モジュールアレイ２０および蓄電池３０を、電気的に並列接続するとともに、系統電源５０に電気的に直列接続する。そして、パワーコンディショナー１０は、太陽電池モジュールアレイ２０または蓄電池３０の電力を系統電圧に対応させて変圧・変換したり、系統電源５０の電力を蓄電池に対応させて変換・変圧したりする。

　すなわち、このパワーコンディショナー１０は、太陽電池モジュールアレイ２０専用または蓄電池３０専用のパワーコンディショナーではなく、両装置２０・３０に関する電力・電圧を適宜調整する、いわゆるハイブリッドパワーコンディショナー１０である。また、このパワーコンディショナー１０は非絶縁型（トランスレス）である。

　このようなパワーコンディショナー１０は、以上の機能を果たすために、制御部１１、ＡＣ／ＤＣインバータ（以下、インバータ）１２、太陽電池モジュールアレイ用ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、太陽電池用コンバータ）１３、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、蓄電池用コンバータ）１４、第１開閉回路ＳＷ１、および、第２開閉回路ＳＷ２、を含む。

　制御部１１は、インバータ１２、太陽電池用コンバータ１３、蓄電池用コンバータ１４、第１開閉回路ＳＷ１、第２開閉回路ＳＷ２、および、蓄電池３０等の種々動作を統合的に制御する。

　このような制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の演算プロセッサである。なお、制御部１１の各種機能は、例えば記憶部（不図示）に格納された所定のソフトウェア（プログラムまたはアプリケーション）を実行することで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。

　また、制御部１１は、図１に示すように、パワーコンディショナー１０内部に配置されていてもよいし、パワーコンディショナー１０の外部に別途配置されていてもよい。

　インバータ１２は、直流電力を交流電力に変換する、または、交流電力を直流電力に変換する変換機器（双方向インバータ）である。

　直流電力の交流電力への変換例としては、太陽電池モジュールアレイ２０で発電する直流電力若しくは蓄電池３０に蓄えられた直流電力が、家庭内で利用されるべく、交流電力に変換される、または、太陽電池モジュールアレイ２０の直流電力が、売電のために系統電源５０へ送られるべく、交流電力に変換されることが挙げられる。交流電力の直流電力への変換例としては、系統電源５０からの交流電力が、蓄電池３０に充電されるべく、直流電力に変換されることが挙げられる。

　そのため、インバータ１２は、系統電源５０と太陽電池モジュールアレイ２０との間の電路、および、系統電源５０と蓄電池３０との間の電路に、配置される。

　なお、以上では、双方向インバータを例に挙げたが、これに限定されることはなく、単方向（片方向）のインバータであっても構わない。

　太陽電池用コンバータ１３は、太陽電池モジュールアレイ２０の発電した直流電力を、効率よく取り出すとともに、インバータ１２による変換に好適な電圧に調整するための変圧器である。したがって、太陽電池用コンバータ１３は、太陽電池モジュールアレイ２０とインバータ１２との間の電路に配置される。そして、この太陽電池用コンバータ１３は、太陽電池モジュールアレイ２０が発電している時間帯において動作する（図４参照）。

　なお、太陽電池用コンバータ１３は、図１に示すように、ダイオード［整流素子］１３Ｄを含み、太陽電池モジュールアレイ２０からの電流をインバータ１２に流す一方で、インバータ１２からの電流は太陽電池モジュールアレイ２０に流れないようにしている。

　また、パワーコンディショナー１０は、いわゆる非絶縁型（トランスレス）パワーコンディショナー１０である。そのため、系統電源５０は、パワーコンディショナー１０を通じて、絶縁されることなく太陽電池モジュールアレイ２０に電気的につながる。特に、太陽電池モジュールアレイ２０の負極２２は、絶縁されること無く、太陽電池用コンバータ１３およびインバータ１２を通じて、系統電源５０に電気的につながる。

　蓄電池用コンバータ１４は、蓄電池３０にて蓄えた直流電力を、放電のために、インバータ１２による変換に好適な電圧に調整するための変圧器であるとともに、系統電源５０からインバータ１２を経た直流電力を充電に好適な電圧に調整する、または、太陽電池モジュールアレイ２０から太陽電池用コンバータを経た直流電力を充電に好適な電圧に調整するための変圧器である。したがって、蓄電池用コンバータ１４は、蓄電池３０とインバータ１２との間の電路に配置される。そして、この蓄電池用コンバータ１４は、蓄電池３０が充放電している時間帯において動作する（図４参照）。

　なお、図１に示すように、インバータ１２と太陽電池モジュールアレイ２０との間の電路を、便宜上、第１電路Ｐ１とする。すると、太陽電池モジュールアレイ２０は、インバータ１２と太陽電池モジュールアレイ２０との間に電気的に直列接続される、また、蓄電池用コンバータ１４は、第１電路Ｐ１に対して電気的に並列に接続される。詳説すると、第１電路Ｐ１の一部である、インバータ１２と太陽電池用コンバータ１３との間の電路に対して、電気的に並列に、蓄電池用コンバータ１４は接続される。

　また、第１電路Ｐ１の一部である、インバータ１２（詳説すると、太陽電池用コンバータ１３）と太陽電池モジュールアレイ２０の負極２２との間の電路には、第１開閉回路ＳＷ１が設けられる。

　また、太陽光発電システムＰＶＳでは、第１電路Ｐ１に対して、電気的に並列に接続される、インバータ１２（詳説すると太陽電池用コンバータ１３）と太陽電池モジュールアレイ２０の正極２１と間をつなぐ電路が設けられる。この電路は、例えば、太陽電池用コンバータ１３がチョッパ方式のＤＣ／ＤＣコンバータの場合、太陽電池用コンバータ１３におけるダイオード１３Ｄのカソード側から、太陽電池用コンバータ１３におけるチョークコイル１３ＣＣと太陽電池モジュールアレイ２０との間に接続される電路である。

　そして、この電路を、バイパス電路ＢＰとすると、そのバイパス電路ＢＰには、第２開閉回路［電圧印加回路］ＳＷ２が設けられる。

　なお、第１開閉回路ＳＷ１および第２開閉回路ＳＷ２の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、機械式接点を有する直流電流用リレー（ＤＣリレー）が挙げられる。

　ここで、第１開閉回路ＳＷ１と第２開閉回路ＳＷ２とについて、これら両開閉回路の設けられていない比較例（図１１～図１４）、および、太陽電池モジュールと蓄電池との動作に関するタイミングチャート（図１５）を参照しつつ、説明する。

　なお、理解を容易にすべく必要に応じて、具体的な数値例を挙げて説明するが、この数値例は概略値であり、本発明は、この数値例になんら限定されるものではない。また、この数値例（電圧、電位の数値例）は、環境条件でも、種々変動する。また、比較例における部材番号に関しては、その他図面の番号を踏襲しつつも、混乱を避けるために１００番台を使用する。

　まず、比較例について説明する。図１１は、比較例において、太陽電池モジュールアレイ１２０が発電している時間帯での電気回路図を示す。太陽電池モジュールアレイ１２０が発電する場合、太陽電池用コンバータ１１３およびインバータ（不図示）が動作する。そのため、太陽電池用コンバータ１１３は、インバータの動作に好適な電圧に、太陽電池モジュールアレイ１２０の直流電力の電圧を変圧する。

　この変圧された電圧、すなわち太陽電池用コンバータ１１３による変圧値（Ｖｂ[p]）が、例えばＤＣ３５０Ｖとする。このベース電圧Ｖｂ[p]は、大地電位（アース）に対して、それぞれ－（１／２）×Ｖｂ[p]、＋（１／２）×Ｖｂ[p]となるように設計されていることから、太陽電池モジュールアレイ１２０の正極１２１（詳説すると、ダイオード１１３Ｄ）に向けて正極側対地電圧＋ＤＣ１７５Ｖ、負極１２２に向けて負極側対地電圧－ＤＣ１７５Ｖが印加され得る状態となる。

　ただし、太陽電池モジュールアレイ１２０が発電していると、その発電による電圧が発生することによって、大地に対する電位は相殺される。例えば、２直列の太陽電池モジュール１２３・１２３において、各々で＋ＤＣ１１７Ｖ発生していると、太陽電池モジュールアレイ１２０の正極１２１と負極１２２との間には、＋ＤＣ２３４Ｖ（＝＋２×１１７Ｖ）の電位差が生じる。

　すると、太陽電池モジュールアレイ１２０の負極１２２に印加されていた負極側対地電圧－ＤＣ１７５Ｖに対して、太陽電池の発電電圧が加算されることになるので、図１２に示すように、太陽電池モジュールアレイ１２０の負極１２２側の太陽電池モジュール１２３における受光側挟持電極１２６Ｕは、－ＤＣ５８Ｖ（＝－１７５Ｖ＋１１７Ｖ）、正極１２１側の太陽電池モジュール１２３における受光側挟持電極１２６Ｕは、＋ＤＣ５９Ｖ（＝－５８Ｖ＋１１７Ｖ）となる。

　ガラス基板１２７には、炭酸ナトリウム(Ｎａ_２ＣＯ_３)が含まれている。そのため、太陽電池モジュールアレイ１２０の負極１２２側の太陽電池モジュール１２３の正極側に印加される負電圧は、ガラス基板１２７におけるナトリウムイオン（Ｎａ+）を受光側挟持電極１２６Ｕ、さらには光電変換基板１２５に向けて引き寄せる。そして、ナトリウムイオンが過度に挟持電極１２６または光電変換基板１２５に引き寄せられると、これに起因してＰＩＤが発生する。しかし、比較的低い負電位の場合（例えば、前記の－ＤＣ５８Ｖの場合）、ＰＩＤは起き難い。

　一方、太陽電池モジュールアレイ１２０が発電していない時間帯で（図１５参照）、蓄電池（不図示）が充電または放電（充放電）している場合、電気回路図は図１３に示される。

　蓄電池が充放電している場合、蓄電池用コンバータ（不図示）およびインバータ（不図示）が動作する。すなわち、蓄電池用コンバータは、放電のために、インバータの動作に好適な電圧にすべく、蓄電池の蓄えた直流電力における電圧を変圧する。また、蓄電池用コンバータは、インバータによって交流電力から変換された直流電力を、蓄電池に充電させるべく、直流電力における電圧を変圧する。

　この変圧された電圧、すなわち蓄電池用コンバータによる変圧値（Ｖｂ[s]）が、例えばＤＣ３５０Ｖとする。このベース電圧Ｖｂ[s]も、ベース電圧Ｖｂ[p]同様に、大地電位に対して、それぞれ－（１／２）×Ｖｂ[s]、＋（１／２）×Ｖｂ[s]となるように設計されていることから、図１３に示すように、太陽電池モジュールアレイ１２０の正極１２１（詳説すると、ダイオード１１３Ｄ）に向けて正極側対地電圧＋ＤＣ１７５Ｖ、負極１２２に向けて負極側対地電圧－ＤＣ１７５Ｖが印加され得る状態となる。

　そして、太陽電池モジュールアレイ１２０は発電していないことから、前記のような相殺が起きない。そのため、太陽電池モジュールアレイ１２０の負極１２２に印加される電圧に起因して、太陽電池モジュールアレイ１２０の負極１２２側の太陽電池モジュール１２３における受光側挟持電極１２６Ｕ、および、太陽電池モジュールアレイ１２０の正極１２１側の太陽電池モジュール１２３における受光側挟持電極１２６Ｕは、比較的高い負電位となる。

　この負電位は、実測したところ、太陽電池モジュールアレイ１２０の負極１２２側の太陽電池モジュール１２３における受光側挟持電極１２６Ｕは、－ＤＣ１４０Ｖ、正極１２１側の太陽電池モジュール１２３における受光側挟持電極１２６Ｕは、－ＤＣ１００Ｖであった。このような比較的高い負電位は、ガラス基板１２７におけるナトリウムイオン（Ｎａ+）を挟持電極１２６、さらには光電変換基板１２５に向けて強く引き寄せる。そのため、ＰＩＤが生じてしまう。

　以上のような比較例に対して、図１に示すような太陽光発電システムＰＶＳでは、パワーコンディショナー１０は、第１開閉回路ＳＷ１および第２開閉回路ＳＷ２を含む。

　第１開閉回路ＳＷ１は、インバータ１２と太陽電池モジュールアレイ２０との間の第１電路Ｐ１の一部である、インバータ１２（詳説すると、太陽電池用コンバータ１３）と太陽電池モジュールアレイ２０の負極２２との間の電路に配置される。

　そして、第１開閉回路ＳＷ１は、太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の動作時（充放電時）に「開」となる。一方で、それ以外の場合、太陽電池モジュールアレイ２０の発電時で蓄電池３０の非動作時若しくは動作時、または、太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０も非動作時には、第１開閉回路ＳＷ１は、「閉」となる。

　第２開閉回路ＳＷ２は、インバータ１２と太陽電池モジュールアレイ２０の正極２１と間をつなぐバイパス電路に配置される。

　そして、第２開閉回路ＳＷ２は、太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の動作時（充放電時）に「閉」となるだけでなく、太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の非動作時にも「閉」となる。換言すると、第２開閉回路ＳＷ２は、少なくとも太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の動作時（充放電時）に「閉」となる。一方で、第２開閉回路ＳＷ２は、太陽電池モジュールアレイ２０の発電時に「開」となる。

　なお、第１開閉回路ＳＷ１および第２開閉回路ＳＷ２の開閉動作は、制御部１１により制御される。詳説すると、図４のタイミングチャートのような場合、制御部１１は、太陽電池用コンバータ１３のＯＦＦ信号と蓄電池用コンバータ１４のＯＮ信号とを検知した場合、第１開閉回路ＳＷ１を「開」と制御する一方、第２開閉回路ＳＷ２を「閉」と制御する。

　また、制御部１１は、太陽電池用コンバータ１３のＯＮ信号を検知した場合、第１開閉回路ＳＷ１を「閉」と制御する一方、第２開閉回路ＳＷ２を「開」と制御する。

　また、制御部１１は、太陽電池用コンバータ１３のＯＦＦ信号と蓄電池用コンバータ１４のＯＦＦ信号とを検知した場合、第１開閉回路ＳＷ１を「閉」と制御する一方、第２開閉回路ＳＷ２を「閉」と制御する。ただし、太陽電池用コンバータ１３のＯＦＦ信号と蓄電池用コンバータ１４のＯＦＦ信号とを検知した場合の第１開閉回路ＳＷ１および第２開閉回路ＳＷ２の動作は、これに限定されるものではなく、第１開閉回路ＳＷ１は「開」と制御され、第２開閉回路ＳＷ２が「閉」と制御されても構わない。

　なぜなら、両コンバータ１３・１４およびインバータ１２が動作していなければ、ベース電圧Ｖｂは発生しないので、第１開閉回路ＳＷ１は「開」になっていても「閉」になっていても、ベース電圧Ｖｂに起因する影響を受けないためである。なお、第１開閉回路ＳＷ１がＤＣリレー（ノーマルオープンタイプ）であれば、「開」にしていたほうが、消費電力が抑えられて好ましい。

　以上のように、第１開閉回路ＳＷ１と第２開閉回路ＳＷ２とが配置され、第１開閉回路ＳＷ１が太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の動作時に「開」となり、第２開閉回路ＳＷ２が太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の動作時に「閉」となると、比較例で生じていたＰＩＤが、以下のようにして生じ難くなる。

　図２に示すように、蓄電池用コンバータ（不図示）が動作し、ベース電圧Ｖｂ[s]が生じる。しかし、第１開閉回路ＳＷ１は、蓄電池用コンバータ１４の動作時、例えば、太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の充放電時に、「開」となる。そのため、ベース電圧Ｖｂ[s]における負極側対地電圧－（１／２）×Ｖｂ[s]は、太陽電池モジュールアレイ２０の負極２２に印加されない。

　一方で、第２開閉回路ＳＷ２は、太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の充放電時に、「閉」となる。そのため、ベース電圧Ｖｂ[s]における正極側対地電圧＋（１／２）×Ｖｂ[s]は、太陽電池モジュールアレイ２０の正極２１に印加される。

　印加される電圧は、太陽電池モジュールアレイ２０の正極２１側の太陽電池モジュール２３の抵抗Ｒｂ（ガラス基板２７と金属フレーム２４との間の抵抗）に印加されるとともに、正極２１側の太陽電池モジュール２３の抵抗Ｒａ（光電変換基板２５の抵抗）と直列接続されている、太陽電池モジュールアレイ２０の負極２２側の太陽電池モジュール２３の抵抗Ｒｂに印加される。

　そこで、図３に示すように、太陽電池モジュールアレイ２０における正極２１側の太陽電池モジュール２３の受光側挟持電極２６Ｕに印加される電圧による電位をＶ１、太陽電池モジュールアレイ２０における負極２２側の太陽電池モジュール２３の受光側挟持電極２６Ｕに印加される電圧による電位をＶ２、太陽電池モジュールアレイ２０における負極２２側の太陽電池モジュール２３の負極２２に印加される電圧による電位をＶ３、とすると、以下のようになる。

　Ｖ１＝＋（１／２）×Ｖｂ[s]
　Ｖ２＝＋（１／２）×Ｖｂ[s]×（Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ））
　Ｖ３＝＋（１／２）×Ｖｂ[s]×（Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ））

　なお、第１開閉回路ＳＷ１が「開」状態なので、太陽電池モジュールアレイ２０における負極２２側の太陽電池モジュール２３には電流が流れない。そのため、負極２２側の太陽電池モジュール２３の負極側のＶ３は、Ｖ２と同電位である。なお、Ｖｂ[s]が３５０Ｖの場合にて、実測すると、Ｖ１は＋ＤＣ１７５Ｖ、Ｖ２、Ｖ３は＋ＤＣ１６０Ｖであった。

　以上のように、このような第１開閉回路ＳＷ１および第２開閉回路ＳＷ２が配置されていると、第１開閉回路ＳＷ１が「開」、第２開閉回路ＳＷ２が「閉」になっており、太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の動作時には、太陽電池モジュールアレイ２０の正極２１の電位は、正電位になる。そして、このような正電位であると、太陽電池モジュールアレイ２０における複数の太陽電池モジュール２３の受光側挟持電極２６Ｕも正電位となる。その結果、受光側挟持電極２６Ｕは、ガラス基板２７のナトリウムイオン（Ｎａ+）を引き寄せず、ＰＩＤが抑えられる。

　換言すると、第１開閉回路および第２開閉回路の配置されていない太陽光発電システムであれば、太陽電池モジュールアレイ２０の正極２１は負電位になるところ、第２開閉回路ＳＷ２は、正電位に向けて、効率よく、誘導（電圧印加）する機能を果たす。この点から、第２開閉回路ＳＷ２は電圧印加回路と称せる。

　また、太陽電池モジュールアレイ２０が発電している場合、前記したように、太陽電池モジュールアレイ１２０の負極１２２側の太陽電池モジュール１２３の正極側に比較的低い負電圧が印加される（図１２参照）。しかし、太陽電池モジュールアレイ２０が非発電時で蓄電池３０の動作時に、受光側挟持電極２６Ｕに正電位の電圧が印加されていると、太陽電池モジュールアレイ２０の発電時に、受光側挟持電極２６Ｕに寄って来ていたＮａイオンを遠ざけられる。そのため、太陽光発電システムＰＶＳが長時間の使用される場合、ＰＩＤが予防される。

　また、この太陽光発電システムＰＶＳでは、ＰＩＤ防止のために、太陽電池モジュールアレイ２０に対して、電圧を印加させる別電源が不要である。そのため、この太陽電池モジュールアレイ２０は、簡易かつ効率よく、ＰＩＤを抑えられる。また、太陽光発電システムＰＶＳのシステム構成が簡易化されることで、消費電力も抑制され、それに起因して、太陽光発電システムＰＶＳの発電効率も高まる。

　ところで、以上では、電圧印加回路として、第２開閉回路ＳＷ２を挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、バイパス電路ＢＰに、第２開閉回路ＳＷ２に替わって、抵抗Ｒ１が配置されていても構わない。

　抵抗Ｒ１は、太陽電池モジュールアレイ２０の発電時、太陽電池用コンバータ１３の動作の障害とならぬような高い抵抗値を有する（例えば１０ＭΩ）。

　第１開閉回路ＳＷ１は、図１の太陽光発電システムＰＶＳ同様に動作する。したがって、第１開閉回路ＳＷ１は、太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の動作時（充放電時）に「開」となる。

　なお、第１開閉回路ＳＷ１および第２開閉回路ＳＷ２の開閉動作は、制御部１１により制御される。詳説すると、図８に示すように、制御部１１は、太陽電池用コンバータ１３のＯＦＦ信号と蓄電池用コンバータ１４のＯＮ信号とを検知した場合、第１開閉回路ＳＷ１を「開」と制御する。

　また、制御部１１は、上記の信号検知以外の場合、すなわち、太陽電池用コンバータ１３のＯＦＦ信号と蓄電池用コンバータ１４のＯＦＦ信号とを検知した場合、および、太陽電池用コンバータ１３のＯＮ信号と蓄電池用コンバータ１４のＯＮ信号またはＯＦＦ信号とを検知した場合、第１開閉回路ＳＷ１を「閉」と制御する。

　そして、第１開閉回路ＳＷ１と抵抗Ｒ１とが配置され、第１開閉回路ＳＷ１が太陽電池モジュールアレイ２０の非発電時で蓄電池３０の動作時に「開」となると、図６に示すように、蓄電池用コンバータ（不図示）が動作し、大地電位に対して負極電位が生じても、第１開閉回路ＳＷ１は、「開」のため、ベース電圧Ｖｂ[s]における負極側対地電圧－（１／２）×Ｖｂ[s]は、太陽電池モジュールアレイ２０の負極２２に印加されない。

　一方で、ベース電圧Ｖｂ[s]における正極側対地電圧＋（１／２）×Ｖｂ[s]は、抵抗Ｒ１を通じて、太陽電池モジュールアレイ２０の正極２１に印加される。すなわち、正極側対地電圧＋（１／２）×Ｖｂ[s]は、抵抗Ｒ１と太陽電池モジュールアレイ２０の抵抗とにより分割され、太陽電池モジュールアレイ２０の正極２１側の太陽電池モジュール２３の受光側挟持電極２６Ｕには、抵抗で分圧された分の正極側対地電圧が印加される。

　すると、図７に示すように、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、以下のようになる。なお、以下のＲｃは、太陽電池モジュールアレイ２０における、正極２１側の太陽電池モジュール２３の抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂと、負極２２側の太陽電池モジュール２３の抵抗Ｒｂとの合成抵抗Ｒｃ［＝Ｒｂ//（Ｒａ＋Ｒｂ）＝Ｒｂ×（Ｒａ＋Ｒｂ）／（Ｒａ＋２Ｒｂ）］である。
また、Ｖｂ[s]＞０、Ｒ１＞０、Ｒａ＞０、Ｒｂ＞０、である

　Ｖ１＝＋（１／２）×Ｖｂ[s]×（Ｒｃ／（Ｒ１＋Ｒｃ））
　　　＝＋（１／２）×Ｖｂ[s]×（（Ｒｂ//（Ｒａ＋Ｒｂ））／
　　　（Ｒ１＋Ｒｂ//（Ｒａ＋Ｒｂ）））＞０
　Ｖ２＝Ｖ１×（Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ））＞０
　Ｖ３＝Ｖ１×（Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ））＞０

　なお、第１開閉回路ＳＷ１が「開」状態なので、太陽電池モジュールアレイ２０における負極２２側の太陽電池モジュール２３には電流が流れない。そのため、負極２２側の太陽電池モジュール２３の負極側のＶ３は、Ｖ２と同電位である。

　以上のように、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、正電位となる。すなわち、太陽電池モジュールアレイ２０における複数の太陽電池モジュール２３の受光側挟持電極２６Ｕは正電位となる。その結果、受光側挟持電極２６Ｕは、ガラス基板２７のナトリウムイオン（Ｎａ+）を引き寄せず、ＰＩＤが抑えられる。

　換言すると、第１開閉回路および抵抗Ｒ１の配置されていない太陽光発電システムであれば、太陽電池モジュールアレイ２０の正極２１は負電位になるところ、抵抗Ｒ１は、正電位に向けて、効率よく、誘導（電圧印加）する機能を果たす。この点から、抵抗Ｒ１は電圧印加回路と称せる。

　また、バイパス電路ＢＰは配置されているものの抵抗Ｒ１が配置されていない場合に、第１開閉回路ＳＷ１が「開」であると、太陽電池モジュール２３の対地電圧は大地電位になるはずであるが、太陽電池モジュール２３の抵抗Ｒｂが非常に高抵抗のため、太陽電池モジュールアレイ２０周辺の商用電源（６０/５０Ｈｚ）または近傍の電気機器等の影響を受けることがある。詳説すると、太陽電池モジュールアレイ２０と商用電源または電気機器との間に生じる浮遊容量等を通じて、負電圧が太陽電池モジュールアレイ２０の負極２２側の受光側挟持電極２６Ｕに印加されることがある。

　しかしながら、図５の太陽光発電システムＰＶＳによると、抵抗Ｒ１がバイパス電路ＢＰに配置されているため、その抵抗Ｒ１を通じて、太陽光発電システムＰＶＳの正極２１に正電圧が確実に印加されることになる。よって、確実に、ＰＩＤが抑制される。

　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

　　ＰＶＳ　　　太陽光発電システム
　　ＳＷ１　　　第１開閉回路
　　ＳＷ２　　　第２開閉回路［電圧印加回路］
　　Ｒ１　　　　抵抗［電圧印加回路］
　　Ｐ１　　　　第１電路
　　ＢＰ　　　　バイパス電路
　　１０　　　　パワーコンディショナー
　　１１　　　　制御部
　　１２　　　　ＡＣ／ＤＣインバータ
　　１３　　　　太陽電池モジュールアレイ用ＤＣ／ＤＣコンバータ
　　１３Ｄ　　　ダイオード［整流素子］
　　１３ＣＣ　　チョークコイル
　　１４　　　　蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ
　　２０　　　　太陽電池モジュールアレイ
　　２１　　　　太陽電池モジュールアレイの正極
　　２２　　　　太陽電池モジュールアレイの負極
　　２３　　　　太陽電池モジュール
　　２４　　　　金属フレーム
　　２５　　　　光電変換基板
　　２６　　　　挟持電極
　　２６Ｕ　　　受光側挟持電極
　　２６Ｂ　　　裏側挟持電極
　　２７　　　　受光側保護部材
　　２８　　　　裏側保護部材
　　３０　　　　蓄電池

Claims (4)

1. 　太陽電池モジュールアレイと、前記太陽電池モジュールアレイまたは系統電源からの電力を蓄電する蓄電池と、前記太陽電池モジュールアレイおよび前記蓄電池に電気的に接続されるパワーコンディショナーと、を含む太陽光発電システムにあって、
   　前記パワーコンディショナーは、前記太陽電池モジュールアレイからの直流若しくは前記蓄電池からの直流を交流に変換するインバータを含んでおり、
   　前記インバータと前記太陽電池モジュールアレイとの間の第１電路に対して、並列に接続される、前記インバータと前記太陽電池モジュールアレイの正極と間をつなぐバイパス電路が設けられ、
   　前記バイパス電路には、少なくとも前記太陽電池モジュールアレイの非発電時で前記蓄電池動作時に、前記太陽電池モジュールアレイの正極の電位を、正電位に向けて誘導する電圧印加回路が設けられ、
   　前記第１電路の一部である、前記インバータと前記太陽電池モジュールアレイの負極との間の電路には、前記太陽電池モジュールアレイの非発電時で前記蓄電池動作時に「開」となる第１開閉回路が設けられている太陽光発電システム。
2. 　前記電圧印加回路は、前記太陽電池モジュールアレイの非発電時で前記蓄電池動作時に「閉」となる第２開閉回路、または、抵抗回路である、請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 　前記電圧印加回路が前記第２開閉回路である場合、
   　太陽電池モジュールアレイ用ＤＣ／ＤＣコンバータ、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ、および、前記第１開閉回路および前記第２開閉回路の開閉動作する制御部が含まれており、
   　前記制御部は、前記太陽電池モジュールアレイ用ＤＣ／ＤＣコンバータのＯＦＦ信号と前記蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ信号を検知した場合、前記第１開閉回路を「開」と制御する一方、前記第２開閉回路を「閉」と制御する、請求項２に記載の太陽光発電システム。
4. 　前記電圧印加回路が抵抗回路である場合、
   　太陽電池モジュールアレイ用ＤＣ／ＤＣコンバータ、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ、および、前記第１開閉回路の開閉動作する制御部が含まれており、
   　前記制御部は、前記太陽電池モジュールアレイ用ＤＣ／ＤＣコンバータのＯＦＦ信号と前記蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータのＯＮ信号を検知した場合、前記第１開閉回路を「開」と制御する、請求項２に記載の太陽光発電システム。

Images