(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルが電気的に直列接続され、出力端子からその各太陽電池セルの電気出力を取出すように構成され、前記出力端子間にはバイパスダイオードが接続された太陽電池モジュールであって、そのバイパスダイオードを、複数のダイオード素子を並列接続して構成するとともにそれらのダイオード素子を一体モールドした太陽電池モジュール。
【請求項２】
複数の太陽電池セルが電気的に直列接続され、正の出力端子と負の出力端子と中間の出力端子からその各太陽電池セルの電気出力を取出すように構成され、前記正の出力端子と中間の出力端子間と、前記中間の出力端子と前記負の出力端子間とにそれぞれバイパスダイオードが接続された太陽電池モジュールであって、その各バイパスダイオードを、複数のダイオード素子を並列接続して構成するとともにそれらのダイオード素子全部を一体モールドした太陽電池モジュール。
【請求項３】
複数の太陽電池セルが電気的に直列接続され、正の出力端子と負の出力端子と中間の出力端子からその各太陽電池セルの電気出力を取出すように構成され、前記正の出力端子と中間の出力端子間と、前記中間の出力端子と前記負の出力端子間とにそれぞれバイパスダイオードが接続された太陽電池モジュールであって、その各バイパスダイオードを、複数のダイオード素子を並列接続して構成するとともに、並列接続した組のダイオード素子をそれぞれ組毎に一体モールドした太陽電池モジュール。
【請求項４】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の太陽電池モジュールであって、バイパスダイオードを、ダイオード素子四個がブリッジ接続され一体モールドされた整流用ブリッジダイオードを適用した太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電の主体となる太陽電池モジュールに関し、特に太陽電池モジュールの異常過熱防止のためのバイパスダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電に用いられる従来の太陽電池モジュールは、図５，６に示すように電気的に直列接続した複数枚の太陽電池セル３１を、表面保護基板３２と裏面保護材３３との間に挟持し、表面保護基板３２と裏面保護材３３との間に接着剤層３４を形成して方形盤状とした基盤の周辺部に防水材３５を介して外枠３６を装着した構成のものが多い。その電気出力は、裏面の裏面保護材３３から取出された出力ダブ線３７に接続された出力ケーブル３８により取出される。この出力ダブ線３７と出力ケーブル３８の接続部分は、電気的な絶縁と防水などの目的から端子箱３９で覆われ、内部が絶縁樹脂により封止されている。
【０００３】
太陽電池モジュール内部には、図７に示すように複数枚の太陽電池セル３１が直列接続され、電気出力を取出す正の出力端子４０と負の出力端子４１と、複数枚の太陽電池セル３１の枚数を等分したところに中間の出力端子４２が接続されている。そして、正の出力端子４０と中間の出力端子４２間と、中間の出力端子４２と負の出力端子４１間とにそれぞれ二つ並列接続したバイパスダイオード４３，４４が接続されている。各バイパスダイオード４３，４４の内部にはそれぞれダイオード素子が一つずつ封止されている。バイパスダイオード４３，４４は、太陽電池セル３１の受光面側が落ち葉等によって遮られた場合、当該太陽電池セル３１が一種の抵抗として働くことになるので、その太陽電池セル３１に流れる電流を減らし、太陽電池モジュールの異常過熱を防止するとともに、バイパスダイオード４３，４４により等分されている太陽電池セル３１のすくなくとも陰になっていない半分の太陽電池セル３１の出力を有効に取出すように働く。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような太陽電池モジュールにおいて、部分陰になった太陽電池セル３１があるといずれかのバイパスダイオード４３，４４に電流が流れるため、バイパスダイオード４３，４４は発熱する。しかし、バイパスダイオード４３，４４は端子箱３９内に収納されているため放熱性が良くなく、温度が上昇しやすい。製造コストの低い樹脂成形品の端子箱３９が適用されることもあるが、内部は絶縁樹脂で封止されていて、絶縁樹脂を伝熱性の良いものにしても、端子箱３９での放熱が悪いためバイパスダイオード４３，４４の温度上昇を抑えることは難しい。
【０００５】
一方、従来の太陽電池セル３１の一枚の大きさは１００ｍｍ角程度であったが、製造コストの低減を図り大型化し、１５０ｍｍ角の大きさの太陽電池セル３１も実用化されている。太陽電池セル３１の出力電流はその面積に比例するため、１００ｍｍ角のものに比べ１５０ｍｍ角の太陽電池セル３１の出力電流は二倍以上になっている。バイパスダイオード４３，４４についてもこうした大電流を流すことのできるものを接続しなければならないが、一般に大電流用のダイオードは価格が高く、部品の外形寸法も大きくなるといった問題点がある。そこで、図７に示すように比較的小電流用のダイオードを複数並列接続して、電流容量を増やす工夫が講じられてきた。
【０００６】
しかし、ダイオードには特性バラツキがあり、複数のダイオードを並列接続すると相対的に低い電圧で電流が流れるものに偏って電流が流れ、電流が流れる程そのダイオードは発熱により温度が上昇することになる。そして、ダイオードは温度が高いほど電流が流れやすくなる特性をもっているため、ますます偏って電流が流れるようになるといった悪循環ができ、ダイオード自体が破損しかねないといった問題点を含んでいる。
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題点を解消するためになされたもので、その課題とするところは、信頼性が高く、組立てが容易でコストの低減の可能な太陽電池モジュールを得ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために請求項１の発明は、複数の太陽電池セルが電気的に直列接続され、出力端子からその各太陽電池セルの電気出力を取出すように構成され、出力端子間にはバイパスダイオードが接続された太陽電池モジュールについて、そのバイパスダイオードを、複数のダイオード素子を並列接続して構成するとともにそれらのダイオード素子を一体モールドする手段を採用する。
【０００９】
前記課題を達成するために請求項２の発明は、複数の太陽電池セルが電気的に直列接続され、正の出力端子と負の出力端子と中間の出力端子からその各太陽電池セルの電気出力を取出すように構成され、正の出力端子と中間の出力端子間と、中間の出力端子と負の出力端子間とにそれぞれバイパスダイオードが接続された太陽電池モジュールについて、その各バイパスダイオードを、複数のダイオード素子を並列接続して構成するとともにそれらのダイオード素子全部を一体モールドする手段を採用する。
【００１０】
前記課題を達成するために請求項３の発明は、複数の太陽電池セルが電気的に直列接続され、正の出力端子と負の出力端子と中間の出力端子からその各太陽電池セルの電気出力を取出すように構成され、正の出力端子と中間の出力端子間と、中間の出力端子と負の出力端子間とにそれぞれバイパスダイオードが接続された太陽電池モジュールについて、その各バイパスダイオードを、複数のダイオード素子を並列接続して構成するとともに、並列接続した組のダイオード素子をそれぞれ組毎に一体モールドする手段を採用する。
【００１１】
前記課題を達成するために請求項４の発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに係る前記手段におけるバイパスダイオードを、ダイオード素子四個がブリッジ接続され一体モールドされた整流用ブリッジダイオードを適用する手段を採用する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４によって示すこの実施の形態は、太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールに関するものである。この太陽電池モジュールの基盤は、ダブ線１により電気的に直列接続した複数枚の太陽電池セル２を、接着剤層を形成する透明加熱融着剤のシートに挟んで、これを表面保護基板３と耐候性フィルム等の裏面保護材との間に挟持して、真空引きしながら加熱して方形盤状のパネルとして構成されている。透明加熱融着剤のシートは加熱により溶融して表面保護基板３と裏面保護材との間に太陽電池セル２を封止した接着剤層を形成し、全体をパネルとして一体化している。この基盤の周辺部に防水材を介して外枠４を装着して図１に示すような太陽電池モジュールが構成される。
【００１３】
太陽電池セル２の電気出力は、裏面の裏面保護材から取出された三本の出力ダブ線に接続された出力ケーブル５により取出される。出力ダブ線は正極と負極とその中間電極から出てきていて、それぞれ三枚の端子板６，７，８に接続されている。三枚の端子板６，７，８のうちの正極と負極の端子板６，７にそれぞれ出力ケーブル５が接続され、三枚の端子板６，７，８のそれぞれにバイパスダイオード９の各端子１０が接続されている。出力ダブ線と端子板６，７，８及び出力ケーブル５の接続部分は、電気的な絶縁と防水などの目的から図２に示すように端子箱１１で覆われ、内部が絶縁樹脂により封止されている。なお、図２は太陽電池モジュールの裏面に装着された端子箱１１の内部の構成を示した端子箱１１の正面図である。
【００１４】
太陽電池モジュール内部の電気結線は、図３に示すように複数枚の太陽電池セル２が直列接続され、電気出力を取出す正の端子板６と負の端子板７と、中間電位の端子板８に接続されている。そして、正の端子板６と中間の端子板８間と、中間の端子板８と負の端子板７間とにそれぞれ二つ並列接続したバイパスダイオード９が接続されている。バイパスダイオード９は、価格が安く、外形寸法の小さい比較的小容量のダイオード素子１２が四個結線されて全体が樹脂により一体モールド１３された整流用ブリッジダイオード一つで構成されている。バイパスダイオード９の四つの端子１０は、端子板６，７，８の所定の穴に差込まれハンダ付けなどによって電気的に接続されている。バイパスダイオード９の固定は、端子板６，７，８の一部に接して端子板６，７，８を挟付ける状態に端子箱１１にねじ１４により行なわれているが、抜け止めができれば端子箱１１の樹脂部分を熱変形させたり、端子箱１１に金属部品などでかしめるようにして固定してもよい。
【００１５】
各太陽電池セル２に光が当り、全て正常に発電しているときには、図３における出力端子１５側が出力端子１６側に対して正の電圧となり、中間出力端子１７の電圧は、太陽電池セル２の直列枚数の半分の位置であるため、出力端子１５と出力端子１６の中間の電圧値であり、出力端子１６に対して正の電圧となる。出力端子１５と出力端子１６間に図３のように外部負荷１８を接続すると、電流Ｉ１が図３に示すように流れる。この状態ではバイパスダイオード９にはそのダイオード特性から電流は流れない。
【００１６】
例えば図３に斜線を付して示すように太陽電池セル２の一枚の受光面側が落ち葉等によって光が遮られ発電しなくなり、残りの太陽電池セル２には光が当り発電している場合、正常に発電している太陽電池セル２により全体として外部負荷１８に電流Ｉ２は図３に示すように流れるが、陰になった太陽電池セル２は発電していないため一種の抵抗となってしまう。陰になった太陽電池セル２の両端には、その抵抗値とそこを流れている電流の積の電位差が発生し、バイパスダイオード９のダイオード素子１２の両端の電圧、即ち、出力端子１６に対して中間出力端子１７の電圧が逆転して、ダイオード素子１２にそれぞれ電流Ｉ２’／２が流れるようになり、結果として陰になった太陽電池セル２に流れる電流Ｉ２”が減る。これにより太陽電池モジュールの異常過熱が防止され、また、バイパスダイオード９により等分されている太陽電池セル２のすくなくとも陰になっていない半分の太陽電池セル２の出力を有効に取出すことができる。
【００１７】
ダイオード素子１２には特性バラツキがあり、複数のダイオード素子１２を並列接続すると相対的に低い電圧で電流が流れるものに偏って電流が流れ、電流が流れる程そのダイオード素子１２は発熱により温度が上昇することになるが、この実施の形態のバイパスダイオード９は、並列接続されているダイオード素子１２は一体モールド１３されて隣接されているため、並列接続されているダイオード素子１２間に温度差ができにくく、一方のダイオード素子１２にますます偏って電流が流れるようになるといった悪循環を解消することができ、太陽電池モジュールの信頼性を高くすることができる。従って、出力電流の大きな太陽電池セル２による太陽電池モジュールにも、コストの高騰や大型化を伴うことなく対応することができる。また、複数のダイオード素子１２が予め並列接続されているため端子板６，７，８へのハンダ付けの工数も減り、組立性が向上する。さらに、大量生産されている汎用の整流用ブリッジダイオードが利用でき、コストの削減が可能である。
【００１８】
なお、図４に示すように並列接続したダイオード素子１２一組を一体モールド１３したものを二組使ってそれぞれバイパスダイオード９を構成しても同様な効果を得ることができる。また、一体モールド１３を伝熱性の良い樹脂で成形することにより、並列接続したダイオード素子１２間の熱伝導がよくなり、ダイオード素子１２間の温度差をより少なくすることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上実施の形態での説明からも明らかなように、請求項１の発明によれば信頼性が高く、組立てが容易でコストの低減の可能な太陽電池モジュールが得られる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、信頼性が高く、組立てが容易でコストの低減の可能な太陽電池モジュールが得られる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、信頼性が高く、組立てが容易でコストの低減の可能な太陽電池モジュールが得られる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、請求項１又は請求項２のいずれかに係る前記効果とともに、コストの低減を推進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図２】実施の形態の太陽電池モジュールの端子箱の内部を示す正面図である。
【図３】実施の形態の太陽電池モジュールの結線図である。
【図４】実施の形態の他の太陽電池モジュールの結線図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールの斜視図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールの断面図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールの結線図である。
【符号の説明】
２  太陽電池セル、  ９  バイパスダイオード、  １２  ダイオード素子、  １３  一体モールド、  １５  出力端子、  １６  出力端子、  １７  中間出力端子。
【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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【図６】
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【図７】
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