(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールとパワーコンディショナの間に設置し、作動させることにより、ＰＩＤ現象を予防し、かつ発生時にはその出力低下を回復させることが可能となる太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置を提供する。【解決手段】屋外設置した太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置を、前記太陽電池モジュール単体もしくは前記太陽電池モジュールの複数からなるアレイ単位で通常の発電回路と前記出力低下予防回復装置との切替えを行う回路切替手段と、前記太陽電池モジュール内部に正電圧を印加する電源手段と、前記太陽電池モジュールを接地する接地手段と、を備えて構成した。【選択図】図３
2014099438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋外設置した太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置であって、
前記太陽電池モジュール単体もしくは前記太陽電池モジュールの複数からなるアレイ単位で発電回路と前記出力低下予防回復装置との切替えを行う回路切替手段と、
前記太陽電池モジュール内部に正電圧を印加する電源手段と、
前記太陽電池モジュールを接地する接地手段と、
を備えたことを、
特徴とする前記太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置。
【請求項２】
前記出力低下予防回復装置に、さらに、
前記太陽電池モジュールの設置雰囲気の湿度を検出する湿度検出手段と、
前記太陽電池モジュールの設置雰囲気の温度を検出する温度検出手段と、
を備えたことを、
特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の出力低下予防回復装置を、太陽電池モジュールの電力変換システム内に組み込み設置したことを特徴とする太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置。
【請求項４】
請求項１に記載の出力低下予防回復装置は、設置した太陽電池モジュールの出力低下が判明した場合又は設置場所が出力低下をもたらす雰囲気状態であることが判明した場合に、太陽電池モジュールの設置場所に設置し太陽電池モジュールの出力低下予防回復を行うことを特徴とする太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置。
【請求項５】
屋外設置した太陽電池モジュールの出力低下予防回復方法であって、
前記太陽電池モジュール単体もしくは前記太陽電池モジュールの複数からなるアレイ単位で発電回路と出力低下予防回復装置との回路の切替えを行う工程と、
前記太陽電池モジュール内部に正電圧を印加する工程と、
前記太陽電池モジュールを接地する工程と、
を備えたことを、
特徴とする前記太陽電池モジュールの出力低下予防回復方法。
【請求項６】
請求項５に記載の太陽電池モジュールの出力低下予防回復方法は、
さらに、
前記太陽電池モジュールの設置雰囲気の湿度を検出する工程と、
前記太陽電池モジュールの設置雰囲気の温度を検出する工程と、
を備えたことを、
特徴とする太陽電池モジュールの出力低下予防回復方法。
【請求項７】
前記太陽電池モジュールを接地する接地手段は、前記太陽電池モジュールのフレームを使用することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置。
【請求項８】
前記太陽電池モジュールを接地する接地手段は、前記太陽電池モジュールの透明基板上に設置した金属板を使用することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置。
【請求項９】
設置した太陽電池モジュールの出力低下が判明した場合又は出力低下をもたらす状態であることが判明した場合に、前記太陽電池モジュールの設置場所に請求項１に記載の出力低下予防回復装置を設置し、太陽電池モジュールの出力低下予防回復を行うことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の太陽電池モジュールの出力低下予防回復方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を屋外等に設置し、ＰＩＤ現象による出力低下の回復及び予防する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年顕在化しだしたＰＩＤ現象は、太陽電池モジュールが大地に対して負電圧にさらされることで、太陽電池セルが半導体機能を失い、発電量が低下するという現象である。
【０００３】
ＰＩＤ現象は、正電圧を印加することで解消され出力が回復することが知られている。以下の事実が学術文献にて開示されている。１）正電圧印加時に高温、高湿度および電界を均一に強くかけることができれば、出力の回復が加速する。２）高温や高湿度およびアルミ箔、金属板等をガラス上に設置することで出力の回復が加速する。
【０００４】
屋外に設置した太陽電池モジュールにＰＩＤ現象が発生し出力低下した場合に、それを設置場所から取外し、ラボ等に持ち帰り、上述のような出力回復作業をするためには、大変な労力とコストがかかる。
【０００５】
またＰＩＤ現象は、セルに負電圧を印加しなければ発生しない。しかしながら、現在主流となりつつある、低コスト、軽量かつ変換効率の高いトランスレスパワーコンディショナでは、負極接地など負電圧がかからない構成とすることはできない。
【０００６】
一方特許文献１には、太陽電池モジュール発電システムに使用する電力変換装置に絶縁トランスを追加し、かつ負極接地することにより、ＰＩＤの発生を防止する方式が提案されているがコストが高くなり、且つ、変換効率が落ちるという欠点がある。
【０００７】
さらにＰＩＤ現象を予防する方法として、ＰＩＤ現象が発生しにくい構成の太陽電池セルを使用して太陽電池モジュールを製造するという方法もある。しかしこの方法は、確かにＰＩＤ現象の進行は遅いものの、通常よりも長い時間経過するとＰＩＤが発生することが確認されている。
【０００８】
これまでに、太陽電池モジュールを屋外に設置した状態で、ＰＩＤ現象により出力低下した太陽電池モジュールの出力を回復したり、ＰＩＤ現象を予防する方法について具体的な方法や装置の開示はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１０３４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールとパワーコンディショナの間に設置し、作動させることにより、ＰＩＤ現象を予防し、かつ発生時にはその出力を回復させることが可能な太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置および出力低下予防回復方法を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための第１発明の出力低下予防回復装置は、屋外設置した太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置であって、前記太陽電池モジュール単体もしくは前記太陽電池モジュールの複数からなるアレイ単位で発電回路と前記出力低下予防回復装置との切替えを行う回路切替手段と、前記太陽電池モジュール内部に正電圧を印加する電源手段と、前記太陽電池モジュールを接地する接地手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
第１発明によれば、屋外に設置した太陽電池モジュールのＰＩＤ現象の発生を防止しその出力低下を防止することができる。またＰＩＤ現象により太陽電池モジュールの出力低下したことが判明しても太陽電池モジュールの設置場所にて出力低下の回復をすることができる。また更に太陽電池モジュール単体及び太陽電池モジュールを複数個接続した形態（以下、「アレイ」又は「アレイ単位」と略称する）で発電回路と出力回復予防装置の回路を切り替えするので、ＰＩＤ現象により出力低下した、又はＰＩＤ現象が発生しそうな太陽電池モジュール及びアレイ以外は、発電作業は継続することができる。
【００１３】
第２発明の出力低下予防回復装置は、第1発明の出力低下予防回復装置に、さらに、前記太陽電池モジュールの設置雰囲気の湿度を検出する湿度検出手段と、前記太陽電池モジュールの設置雰囲気の温度を検出する温度検出手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
第２発明によれば、屋外に設置されている太陽電池モジュールの雰囲気が、ＰＩＤ現象が発生する温度と湿度を検出する手段を設けているので、常時計測監視することが可能である。したがってＰＩＤ現象の発生が予想される状況になった場合に、本出力低下予防回復装置を自動で作動させることができる。従って太陽電池モジュールのＰＩＤ現象の発生を確実に防止することができる。
【００１５】
第３発明の出力低下予防回復装置は、第１発明または第２発明に記載の出力低下予防回復装置を、太陽電池モジュールの電力変換システム内に組み込み設置したことを特徴としている。
【００１６】
第３発明によれば、太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置を、電力変換システムに組み込んでいるので、設置されている太陽電池モジュールにＰＩＤ現象が発生しそうな状況になっても、その予防ができる。またＰＩＤ現象により出力低下しても、設置場所で出力低下の回復をすることができる。
【００１７】
第４発明の出力低下予防回復装置は、第１発明に記載の出力低下予防回復装置は、設置した太陽電池モジュールの出力低下が判明した場合又は設置場所が出力低下をもたらす雰囲気状態であることが判明した場合に、太陽電池モジュールの設置場所に設置し太陽電池モジュールの出力低下予防回復を行うことを特徴としている。
【００１８】
第４発明によれば、太陽電池モジュールの出力低下予防回復装置を電力変換システムと別とすることができるので、太陽電池発電システムを従来の簡素化した形態とすることができ、しかも太陽電池モジュールの出力低下予防回復をすることができる。
【００１９】
上記目的を達成するための第５発明の出力低下予防回復方法は、屋外設置した太陽電池モジュールの出力低下予防回復方法であって、前記太陽電池モジュール単体もしくは前記太陽電池モジュールの複数からなるアレイ単位で発電回路と出力低下予防回復装置との回路の切替えを行う工程と、前記太陽電池モジュール内部に正電圧を印加する工程と、前記太陽電池モジュールを接地する工程と、を備えたことを特徴としている。
【００２０】
第５発明によれば、第１発明と同様の効果を発現することができる。
【００２１】
第６発明の出力低下予防回復方法は、第５発明の出力低下予防回復方法に、さらに、前記太陽電池モジュールの設置雰囲気の湿度を検出する工程と、前記太陽電池モジュールの設置雰囲気の温度を検出する工程と、を備えたことを特徴としている。
【００２２】
第６発明によれば、第２発明と同様の効果を発現することができる。
【００２３】
第７発明の出力低下予防回復装置は、第１発明において、前記太陽電池モジュールを接地する接地手段は、前記太陽電池モジュールのフレームを使用することを特徴としている。
【００２４】
第７発明によれば、前記太陽電池モジュールを接地する接地手段として太陽電池モジュールのフレームを使用しているので、容易に接地して、太陽電池モジュールの出力低下予防回復することができる。
【００２５】
第８発明の出力低下予防回復装置は、第１発明において、前記太陽電池モジュールを接地する接地手段は、前記太陽電池モジュールの透明基板上に設置した金属板を使用することを特徴としている。
【００２６】
第８発明によれば、前記太陽電池モジュールを接地する接地手段は、太陽電池モジュールの透明基板上に設置した金属板を使用しているので、ＰＩＤ現象にて出力低下した太陽電池モジュールの出力低下回復を短時間にて行うことができる。
【００２７】
第９発明の出力低下予防回復方法は、第５発明または第６発明のいずれかにおいて、設置した太陽電池モジュールの出力低下が判明した場合又は出力低下をもたらす状態であることが判明した場合に、太陽電池モジュールの設置場所に第1発明の出力低下予防回復装置を設置し、太陽電池モジュールの出力低下予防回復を行うことを特徴としている。
【００２８】
第９発明によれば、第４発明と同様の効果を発現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】太陽電池モジュール単体の説明図。
【図２】太陽電池モジュールアレイの説明図。
【図３】実施例１の出力低下予防回復装置のブロック図。
【図４】本発明の出力低下予防回復装置のＳＷの切替状態の説明図。
【図５】実施例２の出力低下予防回復装置のブロック図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照し説明する。
【実施例１】
【００３１】
実施例１を、図面を参照し説明する。図１は、太陽電池モジュール単体の説明図である。図２は、太陽電池モジュールアレイの説明図である。図３は、実施例１の出力低下予防回復装置のブロック図である。図４は、本発明の出力低下予防回復装置のＳＷの切替状態の説明図である。
【００３２】
＜１＞太陽電池モジュール単体
ここで本発明の装置が対象とする太陽電池モジュール単体について説明する。図１（ａ）は、太陽電池モジュール１０として結晶系セルを使用した太陽電池モジュールの構成を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の断面図である。太陽電池モジュール１０は、図示のように、透明なカバーガラス１１と裏面材１２との間に、充填材１３、１３を介して複数列のストリング１４を挟み込んだ構成を有する。裏面材１２にはポリエチレン樹脂等の材料が使用される。また、充填材１３、１３にはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等が使用される。ストリング１４は、電極１５、１５の間に結晶系セルとしての太陽電池セル１６をリード線１７を介して接続した構成である。このように積層した太陽電池モジュールの構成部材をラミネート装置にてラミネート加工する。その後、太陽電池の周辺部にシール材１９等を塗布しフレーム材１８をセットし太陽電池モジュール１０が形成される。
【００３３】
＜２＞太陽電池モジュールアレイ
太陽電池発電システムでは、このような太陽電池モジュール単体を複数枚直列に接続し太陽電池モジュールアレイＡとしている。図２は、そのような状態を図示したものである。尚図２は、アレイの概略説明図であり、４個のアレイが配置されている。また各アレイは、模式的に６個の太陽電池モジュールから構成されているとして表示している。
【００３４】
各アレイの正極と負極は接続箱を経由しパワーコンディショナ（以下、「ＰＣＳ」と略称する）に接続されている。本発明のＰＩＤ出力低下予防回復装置は、この接続箱とＰＣＳの間に設けられている。この実施例は、図３（実施例２は、図５参照）により後述する。また図２、図３（実施例２は、図５参照）において、端子箱以降の出力低下予防回復装置２０とＰＣＳを合わせて電力変換システムという。
【００３５】
太陽電池モジュール単体の発生電圧は、約４０〜５０Ｖ程度である。通常のアレイは、太陽電池モジュールを約１２枚程度直列に接続している。従って太陽電池モジュールアレイの発生電圧は、約６００Ｖ程度となる。このような電圧が高い状態で、設置場所の環境条件により、ＰＩＤ現象が発生し太陽電池モジュールの出力低下が発生する。
【００３６】
＜３＞出力低下予防回復装置
本実施例の出力予防回復装置（以下、「本発明の装置」又は「本装置」という）の構成を図３のブロック図に基づき説明する。本発明の装置は、太陽電池モジュールが連なるアレイＡとＰＣＳの間に挿入する。ＰＣＳとは、太陽電池モジュールから発電された直流電流を交流電流に変換する電力変換装置である。また太陽電池モジュール単体又は太陽電池モジュールアレイを、以下太陽電池と略称する。
【００３７】
本装置２０は、回路切替手段２１、電源手段２２、接地手段２３及び制御手段２４を含み構成され、ＰＩＤ現象により出力低下した太陽電池の出力の回復作業を行う。又は本装置は、ＰＩＤ現象の発生が予測される場合、本装置を動作させてその予防作業を行う。以下、各手段について説明する。
【００３８】
１）回路切替手段２１は、ＰＣＳと太陽電池を切り離し、さらに太陽電池のフレームと正電圧印加回路のアースを同一にする機能を有している。複数個の切替ＳＷを有し、制御手段により動作する。図３では、５個のＳＷが設けられている。詳細の動作は、後述する。
２）電源手段２２は、上述の回路切替手段によりＰＣＳと太陽電池間を切り離し、太陽電池の正極及び負極の両端子の間に正電圧を印加する。ここで印加する正電圧は、例えばＤＣ４００Ｖである。
３）接地手段２３は、出力低下した太陽電池の出力低下予防回復作業を行う場合の接地であり、通常は太陽電池モジュールのフレームを使用する。但し出力低下の度合いが激しく短時間で出力低下回復作業を行う場合には、太陽電池モジュールの透明基板（例えばガラス板）上にアルミ板等の金属板を設置し、それを接地手段として使用することもできる。
４）制御手段２４は、切替ＳＷからなる回路切替手段２１、電源手段２２の動作及び本装置の運転モードの選択等を制御するものであり、パソコン（ＰＣ）等を使用することができる。
【００３９】
＜４＞本装置の運転方法
本装置の回路切替手段２１は、例えば切替ＳＷ１からＳＷ５で構成されている。この切替ＳＷの太陽電池発電中、開放中及び予防回復作業中の状態を図４に示す。
【００４０】
通常の発電を行う場合は、ＳＷ１からＳＷ５のＯＮ・ＯＦＦの状態は図３のとおりであり、ブロック図の中の回路切替手段のＳＷ１とＳＷ３をＯＮとし、ＳＷ２・ＳＷ４・ＳＷ５をＯＦＦとなっている。ＰＩＤ現象により太陽電池の出力が低下した場合、以下のように切替ＳＷを動作させ出力低下した太陽電池の出力低下予防回復作業を行う。尚回路切替手段の切替ＳＷの切替動作は制御手段（ＰＣ）により行う。
【００４１】
１）全てのＳＷをＯＦＦとし太陽電池を開放状態とする。
２）次にＳＷ１、ＳＷ３をＯＦＦとし、ＳＷ２・ＳＷ４・ＳＷ５をＯＮに切替えると、太陽電池はＰＣＳから切り離される。太陽電池の正極、負極とも電源手段２２により正電圧が印加できる状態となる。また、太陽電池モジュール単体のフレームは通常接地されている。しかし、本装置２０の回路では電源装置の負極は、ＳＷ４により接地されている。
３）２）の状態を形成した後、電源手段２２により正電圧を太陽電池の正極と負極に印加する。すなわち、太陽電池内部のセルおよび配線材とフレーム間に正電圧を印加し、電界を発生させる。
【００４２】
本装置２０は、回路切替手段により切替ＳＷを上述のように切替え動作させて太陽電池の出力低下の予防と回復を行う。本装置は、太陽電池を設置状態のまま配線系統のみの変更でＰＩＤ現象を予防、回復させる。日中、太陽電池の発電中については、本装置の使用により、各アレイの太陽電池の正極、負極が短絡され、その電力は太陽電池内部で発熱により消費されることになるが、発明者の検証では特に異常な発熱を計測するにはいたらなかった。従って、太陽光の照射中（日中）、夜間、曇天、雨天に関わらず、出力低下の予防と回復を行うことができる。
【００４３】
本装置を動作させる環境条件としては、太陽電池モジュールの透明基板（ガラス板）の表面が濡れている場合、表面全体が電極になり、フレームから遠いモジュール中央部にも強い電界がかかり、本装置による出力回復を促進することができる。したがって、雨天もしくは降雨後、濃霧状態において、透明基板表面が湿潤状態である。このような状態で本装置を動作させることが望ましい。またＰＩＤ現象は、高温時に回復速度が速くなる。したがって、モジュール温度の高温時に本装置を動作させることが望ましい。
【実施例２】
【００４４】
実施例２を、図５を参照し説明する。図５は、実施例２の出力低下予防回復装置のブロック図である。本実施例は、実施例１に対して太陽電池の設置場所の温度を検出する温度検出手段２５及び湿度を検出する湿度検出手段２６を追加したものである。
【００４５】
温度検出手段２５は、太陽電池の設置場所付近に設置する。温度検出手段としては、公知の温度センサを使用することができる。またこの温度センサを太陽電池モジュール直近に設置し太陽電池モジュールの温度を検出する構成とすることもできる。また湿度検出手段２６は、太陽電池の設置場所付近に設置する。湿度検出器としては、公知の湿度センサを使用することができる。
【００４６】
またこれらに加えて日射量検出手段２７を設けた構成とすることもできる。日射量の検出手段としては、公知の日射量センサを使用することができる。これにより上述の記載のように昼間は日射量が一定量以下になったことを確認し、本装置を運転することができる。また湿度検出手段２６と降雨の状態を検出する降雨センサ２８を設けた構成とすることもできる。
【００４７】
上述の温度検出手段２５、湿度検出手段２６、日射量検出手段２７及び降雨センサ２８による検出結果は、図５の制御手段であるＰＣへ入力される。ＰＣ内に予め、本装置の運転モード及び上述の温度検出手段、湿度検出手段、日射量検出手段及び降雨センサの検出結果に基づき各運転モードの動作タイミングを判断するプログラムが設定されている。このようにＰＣを動作させることにより、太陽電池発電システムの発電低下を最小化し、本装置の最適運転を実現することができる。これにより太陽電池システムのＰＩＤ現象の予防、及びＰＩＤ現象による出力低下の予防回復を無人化し、太陽電池発電システムのメンテナンスフリーを実現することができる。
【実施例３】
【００４８】
実施例１及び実施例２は、本発明の装置を太陽電池とＰＣＳの間に常時設置する形態であった。しかし本装置が、常時は太陽電池の発電システムの電力変換システムとは別の場所に有り、ＰＩＤ現象が発生しそうな場合、又はＰＩＤ現象が発生し太陽電池の出力が低下した場合に、本装置をその場所に設置し、本装置を動作させて出力低下予防回復の作業を行う形態で使用することもできる。
【実施例４】
【００４９】
実際の太陽電池発電システムは、ＰＣＳ１台に対し、太陽電池アレイが複数並列に接続されている。よって本装置の各機器の電気容量を大きくすることにより、複数のアレイに対して本装置１台を動作させて太陽電池の出力低下予防回復を行うことも可能である。また逆に本装置そのものを軽量化および小型化することを目的とするならば、太陽電池モジュールの１アレイもしくは太陽電池モジュール単体に対して本装置を動作させるのに必要な電気容量で本装置を構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本装置は、電気容量を考慮することにより、ＰＣＳに接続された太陽電池モジュール１アレイ、もしくは全アレイを一括で接続するなど、容易に接続単位を変更する構成とすることもできる。したがって、家庭用の太陽電池発電システムであれば軽量化した装置として出張作業で対応し、メガソーラークラスなら大型のものを常設して対応する等、いろいろな用途に対応可能である。
【００５１】
本装置は、ＰＣＳに内蔵することも可能である。ＰＣＳは、通常太陽電池セルの種類を限定しない汎用的なものなので、本装置の機能を内蔵したＰＣＳであれば、太陽電池のＰＩＤ耐性を気にする必要はなくなる。今後、ＰＩＤ耐性の高い太陽電池が主流となっても、太陽電池の設置後のＰＩＤ現象の発生リスクを最小とすることが可能となる。また実施例３に記載のように本装置を太陽電池システムとは、まったく別の場所に待機させておく形態も可能である。これにより、本装置をＰＩＤ発生時に後付けする、又は出張作業等で一時的に接続し作業することも可能である。
【００５２】
本装置は、太陽電池発電システムに使用するＰＣＳに絶縁トランスを追加し、かつ負極接地してＰＩＤ現象の発生を防止する方法よりは安価に実現可能である。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ      太陽電池モジュールアレイ
１０    太陽電池モジュール
１１    透明基板（ガラス板）
１２    裏面材
１３    充填材
１４    ストリング
１５    電極
１６    太陽電池セル
１７    リード線
１８    フレーム
１９    シール材
２０    本発明の出力低下予防回復装置
２１    回路切替手段
２２    電源手段
２３    接地手段
２４    制御手段（ＰＣ）
２５    温度検出手段
２６    湿度検出手段
２７    日射量検出手段
２８    降雨センサ
ＰＣＳ  パワーコンディショナ
ＳＷ１〜ＳＷ５  切替ＳＷ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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