(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池モジュールを電気接続した太陽電池ストリングを、複数並列接続した太陽電池アレイにおいて、少なくとも一つの太陽電池ストリングは、太陽電池セル面積及び電流定格の異なる２種類の太陽電池モジュールを直列接続したものであり、かつ、太陽電池アレイの電圧−電力特性が一つの電力ピークしか有さないことを特徴とする太陽電池アレイ。
【請求項２】
各太陽電池ストリングは少なくとも電流定格の異なる２種類以上の太陽電池モジュールからなり、且つ、各太陽電池ストリングの電気特性は同一であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池アレイ。
【請求項３】
前記電流定格の異なる太陽電池モジュールが、太陽電池セル電気特性の異なる太陽電池モジュールであることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池アレイ。
【請求項４】
前記電流定格の異なる太陽電池モジュールが、太陽電池モジュール面積の異なる太陽電池モジュールであることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の太陽電池アレイ。
【請求項５】
前記太陽電池モジュールがアモルファスシリコン太陽電池モジュールであることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の太陽電池アレイ。
【請求項６】
前記太陽電池モジュールの各太陽電池セルにはバイパスダイオードが配置されていることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の太陽電池アレイ。
【請求項７】
前記太陽電池モジュールが建材一体型太陽電池モジュールであることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の太陽電池アレイ。
【請求項８】
前記太陽電池モジュールが交換可能型太陽電池モジュールであることを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の太陽電池アレイ。
【請求項９】
屋根面に設置されることを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の太陽電池アレイ。
【請求項１０】
外寸、形状、外観が同一もしくは略同一で、より発電効率が高く出力電力の高い太陽電池モジュールと交換して請求項１〜９いずれかに記載の太陽電池アレイを構成することを特徴とする太陽電池アレイの修繕方法。
【請求項１１】
請求項１〜９いずれかに記載の太陽電池アレイの出力電力を電力変換手段を介して負荷に電力供給することを特徴とする太陽電池発電システム。
【請求項１２】
各太陽電池ストリングと電力変換装置との間に、逆流防止用ブロッキングダイオードが配置されていることを特徴とする請求項１１記載の太陽電池発電システム。
【請求項１３】
電力変換装置に最大電力追従装置が搭載されていることを特徴とする請求項１１または１２記載の太陽電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池アレイ及び該太陽電池アレイを用いた太陽電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境問題が深刻化するなかで、火力発電、原子力発電などのように有害な副産物を生成するというようなことのないクリーンエネルギーとして、太陽光エネルギーは近年、非常に注目されるようになった。最近では、一般住宅向け太陽光発電系統連系システムが従来より安価になってきており、今後益々の普及が期待されている。
【０００３】
太陽光発電システムを構築する場合には、太陽電池モジュールの特性に応じて所望の電圧が得られるように太陽電池モジュールを電気的に接続して太陽電池ストリングを構成し、所望の出力容量が得られるように太陽電池ストリングを並列に接続し、太陽電池アレイを構成する。
【０００４】
系統連系システムでは、太陽電池の出力先である系統連系インバータの入力電圧に応じて、太陽電池モジュールの直列数の選択可能範囲が決まる。これらを基に、所望の容量が得られるように、太陽電池モジュールの直列数と太陽電池ストリングの並列数を決定し、太陽電池アレイを構成していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現状の日本の住宅事情を省みると、太陽電池で発電された電気を系統連系で売電する発電容量が、買電する電力容量より多くなる発電量が期待出来る太陽電池設置面積を屋根に持っている住宅は非常に少ないと言わざるを得ない状況にある。その為、太陽電池アレイを設置する屋根スペースには余すところ無く太陽電池を設置したいが、太陽電池モジュールの形状や大きさによる制約や、太陽電池特性による制約、インバータの入力電圧による制約等があり、なかなか所望の電力を得られる太陽電池アレイを効率良く構成できない状況にある。
【０００６】
今、仮に上記のような事情を抱える一般住宅の例として、図１のような住宅の屋根に太陽電池モジュールを設置することを考える。使用する太陽モジュールは、図５に示す開放電圧は２Ｖ、短絡電流は５Ａの縦葺型モジュールＡタイプとする。
【０００７】
図２のように縦葺Ａタイプ太陽電池モジュールを上記屋根へ設置する場合について考える。
【０００８】
インバータの入力電圧範囲は限定されており、太陽電池モジュールの特性から、選択可能な直列数は１５から２０の範囲に限定されてしまう。その結果、実際に設置可能な太陽電池モジュールの枚数は、１５、１６、１７、１８、１９、２０のいずれかの倍数を選択せざるをえなくなる。これより、最大設置可能な太陽電池モジュールは１６直列の太陽電池ストリング×３並列＝４８枚となる。
【０００９】
しかし、この屋根の太陽電池設置可能面積は横８．４ｍ×縦６ｍ＝５０．４ｍ２であるが、Ａタイプモジュールの外寸は５００ｍｍ×２ｍである為、縦方向は３枚並べると丁度収まるが、横方向は０．５ｍ×１６＝８ｍとなり、０．４ｍ余る為、余剰スペース１０１が発生する。
【００１０】
その結果、この余剰スペース１０１には太陽電池モジュールを設置することが出来ず、通常、該スペースには非太陽電池モジュールを設置する。
【００１１】
通常は、これらの余剰スペースには、太陽電池モジュールと同じ形状で太陽電池セルが使用されていないダミーモジュールや、同形状の金属等の一般屋根材が設置されるが、太陽電池モジュールとの外観上の違いが出易く、屋根のデザイン上好ましくないことや、せっかくの太陽電池モジュール設置可能スペースを無駄にする為、限られたスペースにおいて、発電量が十分に利用できないという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、電流定格の異なるモジュールを組み合わせた太陽電池ストリングを配置することで、限られた太陽電池モジュール設置可能エリアにおいて、太陽電池アレイ全体の出力電力を効率良く得ることができ、また、デザイン上好ましい構成が可能である設計自由度の高い太陽電池アレイ構成方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に、本発明者らは少なくとも一つの太陽電池ストリングは、太陽電池セル面積及び電流定格の異なる２種類の太陽電池モジュールを直列接続したものであり、かつ、太陽電池アレイの電圧−電力特性が一つの電力ピークしか有さない太陽電池アレイを構成し、太陽電池アレイの出力電力を最大電力追従装置を搭載した電力変換手段を介して負荷に電力供給する太陽電池発電システムとしたことで、限られた設置面に設置する太陽電池アレイにおいて、全体としての発電量を向上することができることを発見した。
【００１４】
本発明によれば、例えば図２のように、これまでは縦葺Ａタイプ太陽電池モジュールでは４８枚しか設置できなかったが、上記の本発明の手段を用いて太陽電池アレイ構成を検討すると、従来Ａタイプモジュール４８枚に加えて、図３に示すように、幅の狭いＢタイプモジュール（図５）を余剰スペースに設置することができる。
【００１５】
このように、Ａタイプ、Ｂタイプという同じ縦葺型モジュールではあるが、電流定格、セル面積、モジュール面積の異なる太陽電池モジュールを直列接続することで、太陽電池モジュール設置可能面に無駄な余剰スペースを作ることなく設置することが可能となり、屋根面全体に太陽電池モジュールを設置できることにより、非常に設計自由度が上がると共に、デザイン上や外観上非常に優れ、且つ、出力も増加する。
【００１６】
また、建材一体型太陽電池モジュールを使用することで、より多くの面積に設置可能で、デザイン性を重視した外観上優れた太陽電池アレイを設計することも可能となることに加え、架台等を予め設置する必要が無く、直接太陽電池モジュールを設置できることにより、施工性に非常に優れる。
【００１７】
更に、太陽光受光の観点から、屋根面に設置することでより多くの日射を得ることが出来る。加えて、デザイン性の優れた太陽電池アレイ設計が可能である為、非常にデザイン性の高い屋根とすることができる。
【００１８】
また、日射量、温度等によって太陽電池アレイの出力がかなり変動するが、太陽電池アレイの動作点電圧や動作点電流を変動させて、変動させた時の電力変動を調べて、太陽電池アレイの最大電力または最大電力近傍の動作点を追尾する最大電力追従制御、所謂ＭＰＰＴ制御を行う最大電力追従装置を電力変換装置内に搭載した太陽光発電システムとすることで、常に太陽電池アレイの最大出力を得ることが出来る。
【００１９】
本発明は、本発明者らの研究から得られた以下の知見によるものである。
【００２０】
一般的な太陽電池の特性とは、一般的に図６に示すように電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性で表わされる。縦軸との交点の電流値が短絡電流（Ｉｓｃ）、横軸との交点の電圧値が開放電圧（Ｖｏｃ）である。太陽電池のＩ−Ｖ特性はＩ−Ｖ線中のどの点で動作するかは負荷の持つ抵抗値によって決まることになる。図６中の数本の直線は、いくつかの抵抗（Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３）に対応する動作点を示し、その時の動作電流をＩｏｐ、動作電圧をＶｏｐと呼ぶ。
【００２１】
各動作点での電流値（Ｉｏｐ）と電圧値（Ｖｏｐ）の積が、その負荷に供給される電力であるから、ある動作点（Ｒ２）での電力値（Ｐｏｐ）は図６中に斜線で示す四角形の面積で表わされる。
【００２２】
曲線の各点に対応する電力値を、電圧関数として表わすと図７のようになり、ある動作点で電力値は最大となる。この最大値が一定の照度下で負荷に供給し得る最大電力（Ｐｍａｘ）と呼び、Ｐｍａｘに対応する電流値と電圧値をそれぞれ最適動作電流（Ｉｍｐ）、最適動作電圧（Ｖｍｐ）と呼ぶ。
【００２３】
一般的に、これらのＩ−Ｖ特性に関する諸特性値は、ＡＭ１．５、１００ｍＶ／ｃｍ２、２５℃の条件下での値として示される。
【００２４】
ここで、太陽電池特性の異なる太陽電池ストリングを組み合わせて太陽電池アレイを構成すると、ＩＶカーブのマッチングが取れないことによる出力の低下、所謂「ＩＶミスマッチ損失」が生じる。その為、これまで太陽電池アレイを構成する場合、出力特性の同じ太陽電池モジュールを直列接続して太陽電池ストリングを構成し、出力特性の同じ太陽電池ストリングを並列接続していた。
【００２５】
しかし、太陽電池特性の異なる太陽電池ストリングを組み合わせて太陽電池アレイを構成し、各太陽電池ストリングの最適動作電圧のずれが比較的小さいような場合では、太陽電池アレイの最適動作電圧が各太陽電池ストリングの最適動作電圧の間に位置する。その為、各太陽電池ストリングの最適動作電圧から見た太陽電池アレイの最適動作電圧に対する電圧ずれ量は、各太陽電池ストリング間の電圧ずれより小さくなる。よって、ＩＶミスマッチによる電力低下は実用上問題の無いレベルに抑えられる。
【００２６】
特に、各太陽電池ストリングの最適動作電圧のずれが小さい場合は、太陽電池アレイの電圧（Ｖ）−電力（Ｐ）特性曲線がピークを一つだけ有する。その為ＩＶミスマッチ損失がより抑えられ、電力低下は殆ど無く、効率の非常に高い太陽電池アレイを構成できる。
【００２７】
更に、最大電力追従装置を搭載した電力変換装置を介して負荷に電力を供給するシステムにしたことにより、常に太陽電池アレイとして最大出力を得ることが出来る。
【００２８】
例えば、図８に示すように、開放電圧が１Ｖ，短絡電流が１Ａという標準の太陽電池モジュールを使用する太陽電池アレイに、開放電圧が１Ｖ，短絡電流が０．５Ａという電流定格の低い太陽電池モジュールを組み込んだ太陽電池アレイについて考える。
【００２９】
まず、１Ｖ、１Ａの太陽電池モジュールを５モジュールと１Ｖ，０．５Ａの太陽電池モジュールを２モジュール直列接続した太陽電池ストリングＩと、１Ｖ、１Ａの太陽電池モジュールを７モジュール直列接続した太陽電池ストリングＩＩを並列接続した太陽電池アレイ（ａ）の場合、太陽電池アレイ（ａ）全体の電圧（Ｖ）−電力（Ｐ）特性は図９のようになる。
【００３０】
この時の太陽電池ストリングＩの最適動作電圧は３．２７１９Ｖ、太陽電池ストリングＩＩの最適動作電圧は５．１８６４Ｖであるから、各太陽電池ストリング間の電圧ずれは１．９１４５Ｖと非常に大きい。また太陽電池アレイ（ａ）の最適動作電圧は５．３９００Ｖであるから、太陽電池アレイ（ａ）と太陽電池ストリングＩ、太陽電池ストリングＩＩのそれぞれの最適動作電圧との「電圧ずれ量」は、各々２．１１８１Ｖ、３．４７５５Ｖであり、太陽電池アレイ（ａ）と各ストリングの「電圧ずれ量」が非常に大きい太陽電池アレイである。なお、最大電力は６．９１０６Ｗである。
【００３１】
この時のＩＶミスマッチ損失は１４．３８３％と非常に大きく、効率の非常に悪い太陽電池アレイ構成となっている。
【００３２】
もう一つの例として、Ｖｏｃ＝１Ｖ、Ｉｓｃ＝１Ａの標準太陽電池モジュールを５モジュールに、Ｖｏｃ＝１Ｖ，Ｉｓｃ＝０．９Ａという電流定格の小さい太陽電池モジュールを２モジュール直列接続した太陽電池ストリングＩＩＩと、１Ｖ、１Ａの太陽電池モジュールを７モジュール直列接続した太陽電池ストリングＩＶを並列接続した太陽電池アレイ（ｂ）の場合、太陽電池アレイ（ｂ）全体の電圧−電力特性は図１１のようになる。
【００３３】
この時の太陽電池ストリングＩＩＩの最適動作電圧は５．２３４４Ｖ、太陽電池ストリングＩＶの最適動作電圧は５．１８６４Ｖであるから、各太陽電池ストリング間の電圧ずれは０．０４８Ｖと非常に小さく抑えられている。また太陽電池アレイ（ｂ）の最適動作電圧は５．２２２０Ｖであるから、太陽電池アレイ（ｂ）と太陽電池ストリングＩＩＩ、太陽電池ストリングＩＶの最適動作電圧との「電圧ずれ量」は、各々０．０１２４Ｖ、０．０３５６Ｖである。なお、最大電力は８．５２２４Ｗである。
【００３４】
この時のＩＶミスマッチ損失は０．５３５％と非常に小さく抑えられ、非常に効率の良いアレイ構成であることが分かる。
【００３５】
上述の２つの例を比較すると、太陽電池アレイ（ａ）より太陽電池アレイ（ｂ）の方が、「電圧ずれ量」は非常に小さく、ＩＶミスマッチ損失が非常に小さく抑えられ、非常に効率が良い太陽電池アレイ構成であることが分かる。
【００３６】
このように、電力ピークを一つにする範囲内で太陽電池アレイを構成することで、設置される太陽電池モジュールの電流定格の違いをアレイ構成の制約から外すことが出来、セル面積やモジュール面積の異なるデザイン上好ましい太陽電池を設置できる。この方法は、特に電流定格の小さいものを太陽電池アレイに組み込む場合にＩＶミスマッチ損失を小さくし、アレイ全体の出力電力をより効率良く発生させる為に有効である。
【００３７】
また、フィルファクター（Ｆ．Ｆ．）の低い太陽電池の場合、例えばアモルファスシリコン太陽電池であれば、最適動作点付近でのＩＰ特性曲線の形状がなだらかであり、特に電力低下が抑制され、より適している。
【００３８】
更に、電流定格の異なる太陽電池モジュールを同一太陽電池アレイに設置できることにより、太陽電池アレイ設置面に余剰スペースを発生させず、可能な限り設置面に太陽電池を設置可能である。また、屋根材一体型太陽電池などの建材一体型太陽電池の場合、太陽電池設置可能面の全体に太陽電池モジュールを設置でき、特に好ましい。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の太陽電池アレイ及びその太陽電池アレイを利用した太陽光発電システムの実施態様例について説明する。尚、本発明はこの例に限られるものではない。
【００４０】
図１２〜１４を用いて、本発明の太陽電池アレイ構成についての一例を示す。
【００４１】
図１２は、ある住宅の屋根面（太陽電池設置可能エリア縦６ｍ×横７ｍ）に太陽電池アレイ５−１を設置した上面図である。ここで使用する縦２ｍ×横２ｍのアルミフレーム付き結晶系太陽電池モジュール（ｉ）では、１２枚設置可能なエリアがあるが、縦６ｍ×横１ｍの余剰スペース５０１が生じる。
【００４２】
本発明によれば、図１３に示すように、その余剰スペース５０１にモジュール面積の異なる縦２ｍ×横１ｍのアルミフレーム付き結晶系太陽電池モジュール（ｉｉ）を３枚を設置することにより、合計で１５枚設置することが可能となり、太陽電池アレイ５−２を構成できる。なお、太陽電池モジュール（ｉ）と太陽電池モジュール（ｉｉ）は太陽電池モジュール面積が異なるだけではなく、電流定格、セル面積、セルの電気特性も異なるモジュールである。
【００４３】
このように、電気特性の異なる太陽電池モジュール（ｉ）と太陽電池モジュール（ｉｉ）とを直列接続して太陽電池ストリングを構成し、それらを並列接続した太陽電池アレイを設置することにより、太陽電池モジュール設置可能エリア全てに太陽電池モジュールが設置できた構成となっている。
【００４４】
次に図１４に本発明が適用される太陽光発電システムの構成の一例を上記太陽電池アレイ５−２を例にとって示す。
【００４５】
所望の電圧が得られるように太陽電池モジュールを電気接続して太陽電池ストリングを構成し、所望の出力容量が得られるように太陽電池ストリングを並列接続して太陽電池アレイ５−２を構成する。
【００４６】
太陽電池アレイ５−２内の個々の太陽電池ストリングの出力電力は日射量や各ストリングの特性差に起因する逆電流を防止するブロッキングダイオードを介して接続箱５０５で集められ、更に最大電力追従装置を搭載した電力変換装置５０６を介して、常に太陽電池アレイ５−２としての最大電力が負荷５０７に供給される。負荷５０７として、電熱負荷や電動機負荷、或いは商用交流系統、及びそれらの組み合わせがある。
【００４７】
（太陽電池）
本発明の太陽電池アレイに使用される太陽電池は特に限定はなく、シリコン半導体としては単結晶シリコン半導体、多結晶シリコン半導体、微結晶シリコン半導体、アモルファスシリコン半導体等が使用出来、化合物半導体としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等が使用できる。
【００４８】
（太陽電池モジュール）
本発明の太陽電池モジュールの形態として特に限定はなく、瓦棒葺きタイプや横葺タイプ等の建材一体型、交換可能型、着脱可能型や、従来からあるアルミフレーム付きタイプ等様々な形態がある。
【００４９】
なお、ここで言う建材一体型太陽電池モジュールとは既設屋根上に架台等を設置し、その上に太陽電池モジュールを載せるタイプではなく、太陽電池モジュール自身が屋根材の機能を果たし、且つ太陽電池の機能を持ち合わせるものである。従って、上記太陽電池モジュールは屋根としての機能を兼ねることができるため、トータルコストを安くすることができ、また、外観上も従来の屋根と同様の形状に加工することができるため、既存の建築物との違和感が無く、且つデザイン自由性を高くすることができる。
【００５０】
また着脱可能型、交換可能型太陽電池モジュールとは、一度アレイを設置した後、故障が発生し、故障した太陽電池モジュールを取り外して、新しい太陽電池モジュールに容易に交換が可能なタイプを言い、一枚毎の交換が可能である為メンテナンス性に優れる。
【００５１】
（太陽電池ストリング）
本発明の太陽電池ストリングとは、所望の電圧・電流値を得る為に、前記太陽電池モジュールが直並列に接続された一群を言う。
【００５２】
（太陽電池アレイ）
本発明の太陽電池アレイとは、所望の電圧・電流値を得る為に、前記太陽電池ストリングが並列に接続され、まとめられた全体を言う。
【００５３】
なお、一般的に、太陽電池モジュールを単にモジュール、太陽電池ストリングを単にストリング、太陽電池アレイを単にアレイと呼ぶ場合もある。
【００５４】
（バイパスダイオード）
太陽電池モジュールにはパーシャルシェイドを想定し、ある太陽電池セルや太陽電池モジュールが陰になることで、他の太陽電池セルや太陽電池モジュールの電流より極端に電流が低下した場合に太陽電池セルに逆バイアスがかかることを防ぐ為に、バイパスダイオードが太陽電池に設けられている。
【００５５】
本発明のバイパスダイオードの種類としては、亜酸化銅整流器、セレン整流器、点接触ダイオード、ボンド形ダイオード、合金（アロイ）形接合ダイオード、拡散形接合ダイオード、成長形接合ダイオード等が限定なく適用可能である。
【００５６】
（ブロッキングダイオード）
パーシャルシェイド等の日射量条件等により複数の太陽電池ストリングの夫々の電圧が極端に異なる場合、極端に電圧の低い太陽電池ストリングに逆流が流れようとすることがある。その逆流を防ぐ為に各太陽電池ストリングにブロッキングダイオードが接続箱内に設けられている。
【００５７】
本発明のブロッキングダイオードの種類としては、亜酸化銅整流器、セレン整流器、点接触ダイオード、ボンド形ダイオード、合金（アロイ）形接合ダイオード、拡散形接合ダイオード、成長形接合ダイオード等が限定なく適用可能である。
【００５８】
（設置面）
本発明における設置面は特に限定はなく、太陽電池設置可能な面、場所全てを言う。具体的には、下地材・屋根板・瓦等を含む屋根（軒・棟・ケラバ等、屋根の各個所を含む）、外壁、ベランダ、バルコニー、カーポート、防音壁、或いは太陽電池専用架台等、太陽電池モジュールを設置可能な所全てであるが、太陽光有効利用の観点から、特に好ましくは屋根面である。
【００５９】
（電力変換装置）
電力変換装置として特に限定はなく、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ等の自己消弧型スイッチングデバイスを用いたＤＣ／ＤＣコンバータ、自励式ＤＣ／ＡＣインバータ等がある。この電力変換装置は、ゲートパスのＯＮ／ＯＦＦを制御することで電力潮流、入出力電圧、出力周波数等を制御できる。
【００６０】
（最大電力追従装置）
太陽電池アレイは、日射、気温等の様々な条件により、各太陽電池ストリングの発電量が異なる。それによって、各太陽電池ストリングの発電量の割合の違いにより太陽電池アレイの最大出力動作電圧は変化するが、太陽電池アレイの出力が最大になるように、太陽電池アレイの動作点を制御する為の装置であり、通常電力変換装置内に搭載されている。また、最大電力追従させることをＭＰＰＴ制御と呼び、その装置をＭＰＰＴ制御装置とも呼ぶ。
【００６１】
（接続箱）
各太陽電池ストリングの電流を集電し、電力変換装置に供給する装置である。
【００６２】
【実施例】
以下に本発明の太陽電池アレイ及びその太陽電池アレイを利用した太陽光発電システムの実施例について説明する。尚、本発明はこの例に限られるものではない。
【００６３】
（実施例１）
本発明の太陽電池アレイ構成及びアレイの出力特性についての一例を示す。
【００６４】
図１は本発明の太陽電池アレイを設置する屋根を備えた一般住宅の斜視概念図であり、図２は従来の設置方法による太陽電池アレイ１を配置した前記屋根南面の概念図、図３は本発明による手段を用いて設置した太陽電池アレイ２を配置した前記屋根南面の概念図、図４は図３の太陽電池アレイ２とそれを構成する各太陽電池ストリングの出力特性を示すグラフ、図５は、図２及び図３の太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの概念図を示している。
【００６５】
図１に示す屋根南面は、縦６ｍ×横８．４ｍ＝５０．４ｍ２の太陽電池モジュール設置可能面を有している。
【００６６】
ここで、図２に示す従来の設置方法による太陽電池アレイ構成を考える。
【００６７】
上記屋根南面に、働き幅５００ｍｍ×長さ２ｍ（定格出力６０Ｗ）の縦葺型アモルファスシリコン太陽電池モジュールＡタイプを設置する場合、縦に３段、横に１６枚の合計４８枚が設置可能である。使用するインバータの入力電圧範囲が２５０〜３５０Ｖである場合、前記太陽電池モジュールの電圧を考慮すると、「Ａタイプモジュール１６直列×３並列」で４８枚が設置でき、２８８０Ｗの定格出力が得られる。しかし、この場合、太陽電池モジュールが設置できない余剰スペース１０１が発生する。
【００６８】
次に、図３に示すように、本発明の手段を用い、Ａタイプモジュールだけではなく、電流定格、セル面積、モジュール面積の異なるＢタイプモジュール（働き幅４００ｍｍ×長さ２ｍ、定格出力５４Ｗ）を余剰スペース１０１に配置する。このように、Ａタイプモジュール４８枚に加え、Ｂタイプモジュール３枚を追加して設置することができる。これらのＡタイプモジュールとＢタイプモジュールを電気接続して同一太陽電池ストリングとすることによって、「（Ａタイプモジュール１６直列＋Ｂタイプモジュール１直列）×３並列」とでき、合計５１枚の太陽電池モジュールが設置できる。なお、夫々の太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っている。その結果３０４２Ｗの定格出力を得ることが出来る。
【００６９】
さて、Ｂタイプモジュールは、Ａタイプモジュールと同形状の縦葺型モジュールであるが、Ａタイプモジュールに対してセル面積は９０％、モジュール面積は８０％である。Ａタイプ及びＢタイプモジュールのそれぞれの短絡電流（Ｉｓｃ）は、夫々５Ａ及び４．５Ａである。また、開放電圧（Ｖｏｃ）はいずれも２０Ｖが定格値である。これらの定格値を用い、ある日射・温度条件下での実際に設置したアレイ出力のシミュレーションを行う。
【００７０】
まず、図２に示される従来の設置方法の太陽電池アレイ１についてシミュレーションを行う。なお、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。このシミュレーションではバイパスダイオード損失も含めたＩＶミスマッチ損失は発生しない。「Ａタイプモジュール１６直列」のストリングの出力は９９３．４Ｗであり、このストリングを３並列した太陽電池アレイ１全体の出力の合計は２９８０Ｗである。
【００７１】
次に、図３に示される本発明の手段を用いた設置方法の太陽電池アレイ２についてのシミュレーションを行う。なお、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。また、このシミュレーションではバイパスダイオード損失も含めたＩＶミスマッチ損失を考慮している。
【００７２】
図４は、図３に示す太陽電池アレイ２とそれを構成する各太陽電池ストリングの電圧（Ｖ）−電力（Ｐ）特性及び電圧（Ｖ）−電流（Ｉ）特性を示しており、横軸は電圧、縦軸は左側が電力、右側が電流である。図中の（ｂ）は「Ａタイプモジュール１６直列＋Ｂタイプモジュール１直列」のストリングの、（ａ）は前記ストリングを３並列に接続した太陽電池アレイ２の（Ｖ）−（Ｐ）特性である。また、図中の（ｄ）は「Ａタイプモジュール１６直列＋Ｂタイプモジュール１直列」のストリングの、（ｃ）は前記ストリングを３並列に接続した太陽電池アレイ２の（Ｖ）−（Ｉ）特性である。
【００７３】
（ａ）及び（ｂ）の最適動作電圧（Ｖｍｐ）は各々２５３．６００Ｖ、２５３．６４０Ｖで「電圧ずれ量」は０．０４０Ｖでありほぼ同一である。また、電力ピークは一点のみであり、この時の太陽電池アレイ２のＩＶミスマッチ損失は０．４２６％と非常に効率の良い太陽電池アレイ構成である。なお、この時の太陽電池アレイ２全体の出力の合計は３１３４．５Ｗである。
【００７４】
従って、Ａタイプモジュールのみで構成した従来の太陽電池アレイ１と、電流定格・セル面積・セルの電気特性・モジュール面積の異なるＢタイプモジュールを余剰スペースに配置し、Ａタイプモジュールと直列接続した本発明による太陽電池アレイ２を比較すると、太陽電池アレイ２は太陽電池アレイ１に比べて、１５５Ｗも出力が増加した。
【００７５】
すなわち、従来の方法では設置可能エリアが有りながら、太陽電池モジュールを設置できない余剰スペースがあったが、Ａタイプモジュールとは電流定格・セル面積・モジュール面積の異なるＢタイプモジュールとを直列接続した太陽電池ストリングを構成したことによって、その余剰スペースにも太陽電池モジュールを設置することができ、全体の出力が大幅に増加したことが分かる。
【００７６】
加えて、立地条件によっては電流定格の小さいＢタイプモジュールがパーシャルシェイドの状態となることもあると考えられるが、その際同一太陽電池ストリング内の一部の太陽電池モジュールに逆バイアスが流れ易くなる。しかし、各太陽電池モジュールにバイパスダイオードを配置したことにより、逆バイアスに流れることを防止することが出来た。また同様に、各太陽電池ストリングの電圧が極端に異なる状態に陥った場合、逆流が流れようとするが、各太陽電池ストリングに図１４のようにブロッキングダイオードを配置したことで、逆流を防止することが出来た。
【００７７】
このようにして構成された太陽電池アレイ２は、電流定格・セル面積・モジュール面積の異なる太陽電池モジュール同士を直列接続した太陽電池ストリングを配することが可能であり、太陽電池モジュールの設置可能エリアを有効活用し、太陽電池出力容量を大幅に増加させることができる。また、太陽電池アレイ設計において、非常に設計自由度が増し、より多くの太陽電池モジュールが設置できることで、全体の出力を大幅に増加させることが可能となった。
【００７８】
（実施例２）
本発明の太陽電池アレイ構成及びアレイの出力特性についての別の例を示す。
【００７９】
図１５は本発明の太陽電池アレイを設置する屋根を備えた一般住宅の斜視概念図であり、図１６は従来の設置方法による太陽電池アレイ３を配置した前記屋根南面の概念図、図１７は本発明による手段を用いて設置した太陽電池アレイ４を配置した前記屋根南面の概念図、図１８は図１７の太陽電池アレイ４とそれを構成する各太陽電池ストリングの出力特性を示すグラフ、図１９は、図１６及び図１７の太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの概念図を示している。
【００８０】
図１５に示す屋根南面は、縦５．５５ｍ×横８ｍ＝４４．４ｍ２の太陽電池モジュール設置可能面積を有している。
【００８１】
ここで、図１６に示す従来の設置方法による太陽電池アレイ構成を考える。
【００８２】
上記屋根南面に、働き幅４００ｍｍ×長さ２．５ｍ（定格出力６０Ｗ）の横葺型アモルファスシリコン太陽電池モジュールＤタイプを設置する場合、縦に１３段、横に３枚の合計３９枚が設置可能である。使用するインバータの入力電圧範囲が２５０〜３５０Ｖである場合、前記太陽電池モジュールの電圧を考慮すると、「Ｄタイプモジュール１３直列×３並列」で３９枚が設置でき、２３４０Ｗの定格出力が得られる。しかし、この場合、太陽電池モジュールが設置できない余剰スペース６０１が発生する。
【００８３】
次に、図１７に示すように、本発明の手段を用い、Ｄタイプモジュールだけではなく電流定格、セル面積、モジュール面積の異なるＣタイプモジュール（働き幅３２０ｍｍ×長さ２．５ｍ、定格出力５４Ｗ）を余剰スペース６０１に配置する。このように、Ｄタイプモジュール３９枚に加え、Ｃタイプモジュール３枚を追加して設置することができる。これらのＣタイプモジュールとＤタイプモジュールを接続して同一太陽電池ストリングとすることによって、「Ｄタイプモジュール１４直列×２並列」及び「（Ｄタイプモジュール１１直列＋Ｃタイプモジュール３直列）×１並列」とでき、合計４２枚の太陽電池モジュールが設置できる。なお、夫々の太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っている。その結果２５０２Ｗの定格出力を得ることが出来る。
【００８４】
さて、Ｃタイプモジュールは、Ｄタイプモジュールと同形状の横葺型モジュールであるが、Ｄタイプモジュールに対してセル面積は９０％、モジュール面積は８０％である。Ｃタイプ及びＤタイプモジュールのそれぞれの短絡電流（Ｉｓｃ）は、夫々４．５Ａ及び５Ａである。また、開放電圧（Ｖｏｃ）はいずれも２０Ｖが定格値である。これらの定格値を用い、ある日射・温度条件下での実際に設置したアレイ出力のシミュレーションを行う。
【００８５】
まず、図１６に示される従来の設置方法の太陽電池アレイ３についてシミュレーションを行う。なお、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。また、このシミュレーションではバイパスダイオード損失も含めたＩＶミスマッチ損失は発生しない。「Ｄタイプモジュール１３直列」のストリングの出力は８０７．２Ｗであり、このストリングを３並列した太陽電池アレイ３全体の出力の合計は２４２１．４Ｗである。
【００８６】
次に、図１７に示される本発明の手段を用いた設置方法の太陽電池アレイ４についてのシミュレーションを行う。なお、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。また、このシミュレーションではバイパスダイオード損失も含めたＩＶミスマッチ損失を考慮している。
【００８７】
図１８は、図１７に示す太陽電池アレイ４とそれを構成する各太陽電池ストリングの電圧（Ｖ）−電力（Ｐ）特性及び電圧（Ｖ）−電流（Ｉ）特性を示しており、横軸は電圧、縦軸は左側が電力、右側が電流である。図中の（ｂ）は「Ｄタイプモジュール１４直列」のストリングの、（ｃ）は「（Ｄタイプモジュール１１直列＋Ｃタイプモジュール３直列）」のストリングの、（ａ）は前記３つのストリングを並列接続した太陽電池アレイ４全体の（Ｖ）−（Ｐ）特性である。また、図中の（ｅ）は「Ｄタイプモジュール１４直列」のストリングの、（ｆ）は「（Ｄタイプモジュール１１直列＋Ｃタイプモジュール３直列）」のストリングの、（ｄ）は前記３つのストリングを並列接続した太陽電池アレイ４全体の（Ｖ）−（Ｐ）特性である。
【００８８】
（ａ）の最適動作電圧（Ｖｍｐ）は２０８．３２Ｖで、（ｂ）のＶｍｐ＝２０７．４６Ｖと（ｃ）のＶｍｐ＝２０９．５６Ｖの間に位置しており、太陽電池アレイ４との「電圧ずれ量」は各々０．８６Ｖ、１．２４Ｖと非常に小さく抑えられている。また、電力ピークは一点のみである。この時のＩＶミスマッチ損失は０．３２４％に抑えられており、非常に効率の良い太陽電池アレイ構成である。なお、この時の太陽電池アレイ４の出力の合計は２５８０．７Ｗである。
【００８９】
従って、Ｄタイプモジュールのみで構成した従来の太陽電池アレイ３と、電流定格・セル面積・モジュール面積の異なるＣタイプモジュールを余剰スペースに配置し、Ｄタイプモジュールと直列接続した本発明による太陽電池アレイ４を比較すると、太陽電池アレイ４は太陽電池アレイ３に比べて、１５９．３Ｗも出力が増加した。
【００９０】
すなわち、従来の方法では設置可能エリアが有りながら、太陽電池モジュールを設置できない余剰スペースがあったが、Ｄタイプモジュールとは電流定格・セル面積・セルの電気特性・モジュール面積の異なるＣタイプモジュールとを直列接続した太陽電池ストリングを構成したことによって、その余剰スペースにも太陽電池モジュールを設置することができ、全体の出力が大幅に増加したことが分かる。
【００９１】
加えて、立地条件によっては電流定格の小さいＣタイプモジュールがパーシャルシェイドの状態となることもあると考えられるが、その際同一太陽電池ストリング内の一部の太陽電池モジュールに逆バイアスが流れ易くなる。しかし、各太陽電池モジュールにバイパスダイオードを配置したことにより、逆バイアスに流れることを防止することが出来た。また同様に、各太陽電池ストリングの電圧が極端に異なる状態に陥った場合、逆流が流れようとするが、各太陽電池ストリングに図１４のようにブロッキングダイオードを配置したことで、逆流を防止することが出来た。
【００９２】
このようにして構成された太陽電池アレイ４は、電流定格・セル面積・モジュール面積の異なる太陽電池モジュール同士を直列接続した太陽電池ストリングを配することが可能であり、太陽電池モジュールの設置可能エリアを有効活用し、太陽電池出力容量を大幅に増加させることができる。また、太陽電池アレイ設計において、非常に設計自由度が増し、より多くの太陽電池モジュールが設置できることで、全体の出力を大幅に増加させることが可能となった。
【００９３】
（比較実施例３）
以下に簡素化したモデルを用いて本発明の太陽電池アレイ構成及びアレイの出力特性についての例を示す。
【００９４】
本実施例で使用する設置面は図２０に示したように、設置可能面が、横４００ｍｍ×縦３４０ｍｍのサイズのモデル屋根を使用する。また、使用モジュールは同じく図２０に示したＥタイプモジュール及びＦタイプモジュールを用いることとする。
【００９５】
図２１に示した太陽電池アレイ５は、従来の設置方法でＥタイプモジュール（外寸：横２００ｍｍ×縦５０ｍｍ、開放電圧：１Ｖ、短絡電流：１Ａ）のみで設置した配置図である。この場合、太陽電池モジュールが設置できない余剰スペース７０１が発生する。
【００９６】
次に、図２２に示すように、本発明の手段を用い、Ｅタイプモジュールだけではなく、電流定格・モジュール面積の異なるＦタイプモジュール（外寸：横２００ｍｍ×縦４０ｍｍ、開放電圧：１Ｖ、短絡電流：０．９Ａ）を余剰スペース７０１に配置し、Ｆタイプモジュール１枚とＥタイプモジュール１枚を並列接続し、それらを直列接続する。更に、Ｅタイプモジュール４枚と直列接続したストリングを構成する。加えて、Ｅタイプモジュール６枚を直列接続したストリングを構成し、これら２つのストリングを並列接続することにより太陽電池アレイ６を構成する。これにより、図２１に示す従来の方法では余剰スペース７０１が発生していたが、余剰スペースを発生させることなく太陽電池を設置することが可能である。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っている。また、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【００９７】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ５及び太陽電池アレイ６のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、太陽電池アレイ５の最大出力電力（Ｐｍａｘ）は７．４５０６Ｗ、太陽電池アレイ６のＰｍａｘは７．７５９３Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は９．４％で、従来の太陽電池アレイ５と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ６の出力電力が０．３０８７Ｗ（約４％）も増加した。また、電力ピークは一点のみであった。
【００９８】
すなわち、従来の方法では設置可能エリアが有りながら、太陽電池モジュールを設置できない余剰スペースがあったが、Ｅタイプモジュールとは電流定格・セル面積・セルの電気特性・モジュール面積の異なるＦタイプモジュールとを直並列接続した太陽電池ストリングを構成したことによって、その余剰スペースにも太陽電池モジュールを設置することができ、全体の出力を大幅に増加させることが可能となった。
【００９９】
（比較実施例４）
図２３に示すように、実施例３と同一の設置面に、本発明の手段を用い、Ｅタイプモジュールだけではなく、電流定格・モジュール面積の異なるＦタイプモジュールを余剰スペース７０１に配置し、Ｆタイプモジュール１枚とＥタイプモジュール１枚を並列接続し、それらをＥタイプモジュール５枚と直列接続したストリングを２つ構成する。これら２つのストリングを並列接続することにより太陽電池アレイ７を構成する。これにより、図２１に示す従来の方法では余剰スペース７０１が発生していたが、余剰スペースを発生させることなく太陽電池を設置することが可能である。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っている。また、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１００】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ７のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは７．７４２７Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は８．３０５％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ７の出力電力が０．２９２１Ｗ（約４％）も増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１０１】
すなわち、従来の方法では設置可能エリアが有りながら、太陽電池モジュールを設置できない余剰スペースがあったが、Ｅタイプモジュールとは電流定格・セル面積・セルの電気特性・モジュール面積の異なるＦタイプモジュールとを直並列接続した太陽電池ストリングを構成したことによって、その余剰スペースにも太陽電池モジュールを設置することができ、全体の出力を大幅に増加させることが可能となった。
【０１０２】
（実施例５）
図２４に示すように、実施例３と同一の設置面に、本発明の手段を用い、Ｅタイプモジュールだけではなく、電流定格・モジュール面積の異なるＧタイプモジュール（外寸：横２００ｍｍ×縦９０ｍｍ、開放電圧：１Ｖ、短絡電流：１．９Ａ）を余剰スペース７０１に配置し、Ｇタイプモジュール２枚とＥタイプモジュール４枚を直列接続したストリングと、Ｅタイプモジュール６枚と直列接続したストリングの２つを構成する。これら２つのストリングを並列接続することにより図２４に示すような太陽電池アレイ８を構成する。これにより、図２１に示す従来の方法では余剰スペース７０１が発生していたが、余剰スペースを発生させることなく太陽電池を設置することが可能である。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っている。また、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１０３】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ８のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは７．７４８８Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は８．２３３％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ８の出力電力が０．２９８２Ｗ（約４％）も増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１０４】
すなわち、従来の方法では設置可能エリアが有りながら、太陽電池モジュールを設置できない余剰スペースがあったが、Ｅタイプモジュールとは電流定格・セル面積・セルの電気特性・モジュール面積の異なるＧタイプモジュールとを直列接続した太陽電池アレイ８を構成したことによって、その余剰スペースにも太陽電池モジュールを設置することができ、全体の出力を大幅に増加させることが可能となった。
【０１０５】
（実施例６）
図２５に示すように、実施例３と同一の設置面に、本発明の手段を用い、Ｅタイプモジュールだけではなく、電流定格・モジュール面積の異なるＧタイプモジュールを余剰スペース７０１に配置し、Ｇタイプモジュール１枚とＥタイプモジュール５枚を直列接続したストリングを２つ構成し、これら２つのストリングをを並列接続することにより太陽電池アレイ９を構成する。これにより、図２１に示す従来の方法では余剰スペース７０１が発生していたが、余剰スペースを発生させることなく太陽電池を設置することが可能である。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っている。また、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１０６】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ９のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは７．７４２７Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は８．３０５％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ９の出力電力が０．２９２１Ｗ（約４％）も増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１０７】
すなわち、従来の方法では設置可能エリアが有りながら、太陽電池モジュールを設置できない余剰スペースがあったが、Ｅタイプモジュールとは電流定格・セル面積・セルの電気特性・モジュール面積の異なるＧタイプモジュールとを直列接続した太陽電池アレイ９を構成したことによって、その余剰スペースにも太陽電池モジュールを設置することができ、全体の出力を大幅に増加させることが可能となった。
【０１０８】
（比較実施例７）
本実施例では、太陽電池アレイの修繕方法の例を示す。本例における太陽電池モジュールは交換可能型モジュールである。
【０１０９】
図２１に示す太陽電池アレイ５のうち２枚のモジュールが故障した為、図２６に示すように、新しい太陽電池モジュールと交換する際に、単に新しいＥタイプモジュールと交換するのではなく、本発明の手段を用いて外形寸法は同じで且つより発電効率が高く、電流定格及び出力電力の大きいＨタイプモジュール（外寸：横２００ｍｍ×縦５０ｍｍ、開放電圧：１Ｖ、短絡電流：１．２Ａ）に交換修繕して配置し直し、Ｅタイプモジュール６枚を直列したストリングと、Ｈタイプモジュール２枚、Ｅタイプモジュール４枚を直列接続したストリングの２つを並列接続し、太陽電池アレイ１０を構成した。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っており、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１１０】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ１０のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは７．６０７９Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は１．１８３％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ１０の出力電力が０．１５７３Ｗ（約２％）増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１１１】
以上より、本発明による手段を用い、太陽電池モジュールが故障した場合においても、Ｅタイプモジュールと外形寸法が同じで、且つより電流定格、出力電力の大きいＨタイプモジュールに交換し、それぞれの太陽電池モジュールを直列接続して太陽電池アレイ１０を構成したことにより、以前のＥタイプモジュールのみの太陽電池アレイ５に比べ出力電力を増加させることが可能となった。また、交換可能型太陽電池モジュールを用いたことにより、上述のように容易に交換・追加配置を行い修繕が可能となるだけでなく、本発明の手段を合わせて用いることで、出力電力も大幅に増加することが可能となった。
【０１１２】
（比較実施例８）
本実施例では、太陽電池アレイの修繕方法の例を示す。本例における太陽電池モジュールは交換可能型モジュールである。
【０１１３】
図２１に示す太陽電池アレイ５のうち２枚のモジュールが故障した為、図２７に示すように、新しい太陽電池モジュールと交換する際に、単に新しいＥタイプモジュールと交換するのではなく、本発明の手段を用いて外形寸法は同じで且つより発電効率が高く、電流定格及び出力電力の大きいＨタイプモジュールに交換修繕して配置し直し、Ｅタイプモジュール５枚、Ｈタイプモジュール１枚を直列接続したストリングを二つ構成してそれらを並列接続し、太陽電池アレイ１１を構成した。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っており、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１１４】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ１１のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは７．６０１３Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は１．２６９％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ１１の出力電力が０．１５０７Ｗ（約２％）増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１１５】
以上より、本発明による手段を用い、太陽電池モジュールが故障した場合においても、Ｅタイプモジュールと外形寸法が同じで、且つより電流定格、出力電力の大きいＨタイプモジュールに交換し、それぞれの太陽電池モジュールを直列接続して太陽電池アレイ１１を構成したことにより、以前のＥタイプモジュールのみの太陽電池アレイ５に比べ出力電力を増加させることが可能となった。また、交換可能型太陽電池モジュールを用いたことにより、上述のように容易に交換・追加配置を行い修繕が可能となるだけでなく、本発明の手段を合わせて用いることで、出力電力も大幅に増加することが可能となった。
【０１１６】
（比較実施例９）
本実施例では、太陽電池アレイの修繕方法の例を示す。本例における太陽電池モジュールは交換可能型モジュールである。
【０１１７】
図２１に示す太陽電池アレイ５のうち２枚のモジュールが故障した為、図２８に示すように、新しい太陽電池モジュールと交換する際に、単に新しいＥタイプモジュールと交換するのではなく、本発明の手段を用いて外形寸法は同じで且つより発電効率が高く、電流定格及び出力電力の大きいＨタイプモジュール、及び余剰スペース７０１にサイズが適合するＦタイプモジュールに交換修繕して配置し直し、Ｅタイプモジュール６枚、Ｈタイプモジュール１枚を直列接続したストリングと、Ｈタイプモジュール１枚、Ｅタイプモジュール４枚、Ｆタイプモジュール２枚を直列接続したストリングを構成してそれらを並列接続し、太陽電池アレイ１２を構成した。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っており、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１１８】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ１２のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは８．６２５９Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は１．３２８％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ１２の出力電力が１．１７５３Ｗ（約１６％）増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１１９】
以上より、本発明による手段を用い、太陽電池モジュールが故障した場合においても、Ｅタイプモジュールと外形寸法が同じで、且つより電流定格、出力電力の大きいＨタイプモジュールに交換し、更に電流定格は小さいが余剰スペースに適合するＦタイプモジュールを追加し、それぞれの太陽電池モジュールを直並列接続して太陽電池アレイ１２を構成したことにより、以前のＥタイプモジュールのみの太陽電池アレイ５に比べ出力電力を大幅に増加させることが可能となった。また、交換可能型太陽電池モジュールを用いたことにより、上述のように容易に交換・追加配置を行い修繕が可能となるだけでなく、本発明の手段を合わせて用いることで、出力電力も大幅に増加することが可能となった。
【０１２０】
（比較実施例１０）
図２１に示す太陽電池アレイ５のうち２枚のモジュールが故障した為、図２９に示すように、新しい太陽電池モジュールと交換する際に、単に新しいＥタイプモジュールと交換するのではなく、本発明の手段を用いて外形寸法は同じで且つより発電効率が高く、電流定格及び出力電力の大きいＨタイプモジュール、及び余剰スペース７０１にサイズが適合するＦタイプモジュールに交換修繕して配置し直し、Ｅタイプモジュール５枚、Ｈタイプモジュール１枚、Ｆタイプモジュール１枚を直列接続したストリングを２つ構成してそれらを並列接続し、太陽電池アレイ１３を構成した。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っており、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１２１】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ１３のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは８．５９４５Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は１．６８８％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ１３の出力電力が１．１４３９Ｗ（約１５％）増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１２２】
以上より、本発明による手段を用い、太陽電池モジュールが故障した場合においても、Ｅタイプモジュールと外形寸法が同じで、且つより電流定格、出力電力の大きいＨタイプモジュールに交換し、更に電流定格は小さいが余剰スペースに適合するＦタイプモジュールを追加し、それぞれの太陽電池モジュールを直並列接続して太陽電池アレイ１３を構成したことにより、以前のＥタイプモジュールのみの太陽電池アレイ５に比べ出力電力を大幅に増加させることが可能となった。また、交換可能型太陽電池モジュールを用いたことにより、上述のように容易に交換・追加配置を行い修繕が可能となるだけでなく、本発明の手段を合わせて用いることで、出力電力も大幅に増加することが可能となった。
【０１２３】
（比較実施例１１）
図３０に示すように、実施例３と同一の設置面に、本発明の手段を用い、Ｅタイプモジュールだけではなく、電流定格・モジュール面積の異なるＦタイプモジュールを用い、Ｅタイプモジュール６枚を直列接続したストリングと、Ｆタイプモジュール８枚を直列接続したストリングを構成し、それら二つのストリングを並列接続して太陽電池アレイ１４を構成した。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っている。また、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１２４】
これにより、従来の方法では縦４０ｍｍの余剰スペース７０１が発生していたが、縦３０ｍｍの余剰スペース７０２に縮小することが可能となった。
【０１２５】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ１４のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは７．６２８０Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は６．９２７％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、太陽電池アレイ１４の出力電力が０．１７７４Ｗ（約２．４％）も増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１２６】
すなわち、従来の方法では設置可能エリアが有りながら、太陽電池モジュールを設置できない余剰スペースがあったが、Ｅタイプモジュールとは電流定格・セル面積・セルの電気特性・モジュール面積の異なるＦタイプモジュールとを直列接続した太陽電池アレイ１４を構成したことによって、その余剰スペースを縮小することが出来、更には全体の出力を大幅に増加させることが可能となった。
【０１２７】
（実施例１２）
図３１に示すように、実施例３と同一の設置面に、本発明の手段を用い、Ｅタイプモジュールだけではなく、電流定格・モジュール面積の異なるＦタイプモジュールを用い、Ｅタイプモジュール３枚と、Ｆタイプモジュール４枚を直列接続したストリングを２ストリング構成し、それら二つのストリングを並列接続して太陽電池アレイ１５を構成した。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っている。また、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１２８】
これにより、従来の方法では縦４０ｍｍの余剰スペース７０１が発生していたが、縦３０ｍｍの余剰スペース７０２に縮小することが可能となった。
【０１２９】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ１５のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは８．１１３８Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は１．０００％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ１５の出力電力が０．６６３２Ｗ（約９％）も増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１３０】
すなわち、従来の方法では設置可能エリアが有りながら、太陽電池モジュールを設置できない余剰スペースがあったが、Ｅタイプモジュールとは電流定格・セル面積・セルの電気特性・モジュール面積の異なるＦタイプモジュールとを直並列接続した太陽電池アレイ１５を構成したことによって、その余剰スペースを縮小することが出来、更には全体の出力を大幅に増加させることが可能となった。
【０１３１】
（比較実施例１３）
本実施例では、太陽電池アレイの修繕方法の例を示す。本例における太陽電池モジュールは交換可能型モジュールである。
【０１３２】
図２１に示す太陽電池アレイ５のうち１枚のモジュールが故障した為、図３２に示すように、新しい太陽電池モジュールと交換する際に、単に新しいＥタイプモジュールと交換するのではなく、本発明の手段を用いて外形寸法は同じで且つより発電効率が高く、電流定格及び出力電力の大きいＨタイプモジュールに交換修繕して配置し直し、Ｅタイプモジュール６枚を直列したストリングと、Ｈタイプモジュール１枚、Ｅタイプモジュール５枚を直列接続したストリングの２つを並列接続し、太陽電池アレイ１６を構成した。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っており、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１３３】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ１６のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは７．５２５７Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は０．６４８％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ１６の出力電力が０．０７５１Ｗ（約１％）増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１３４】
以上より、本発明による手段を用い、太陽電池モジュールが故障した場合においても、Ｅタイプモジュールと外形寸法が同じで、且つより電流定格、出力電力の大きいＨタイプモジュールに交換し、それぞれの太陽電池モジュールを直並列接続して太陽電池アレイ１６を構成したことにより、以前のＥタイプモジュールのみの太陽電池アレイ５に比べ出力電力を増加させることが可能となった。また、交換可能型太陽電池モジュールを用いたことにより、上述のように容易に交換・追加配置を行い修繕が可能となるだけでなく、本発明の手段を合わせて用いることで、出力電力も大幅に増加することが可能となった。
【０１３５】
（比較実施例１４）
本実施例では、太陽電池アレイの修繕方法の例を示す。本例における太陽電池モジュールは交換可能型モジュールである。
【０１３６】
図２１に示す太陽電池アレイ５のうち１枚のモジュールが故障した為、図３３に示すように、新しい太陽電池モジュールと交換する際に、単に新しいＥタイプモジュールと交換するのではなく、本発明の手段を用いて外形寸法は同じで且つより発電効率が高く、電流定格及び出力電力の大きいＨタイプモジュールに交換修繕して配置し直し、Ｅタイプモジュール６枚を直列したストリングと、Ｅタイプモジュール５枚、Ｈタイプモジュール１枚を直列接続したストリングを並列接続し、太陽電池アレイ１７を構成した。なお、各太陽電池ストリングの電圧はインバータの入力電圧範囲に入っており、各太陽電池モジュールにはバイパスダイオードが配置されている。
【０１３７】
上記の定格値を用い、実施例１と同様に、太陽電池アレイ１７のある日射・温度条件下でのアレイ出力のシミュレーションを行った結果、Ｐｍａｘは７．５２５７Ｗ、ＩＶミスマッチ損失は０．６４８％で、従来の太陽電池アレイ５（最大出力電力（Ｐｍａｘ）７．４５０６Ｗ）と比較し、本発明の手段を用いた太陽電池アレイ１７の出力電力が０．０７５１Ｗ（約１％）増加した。また、電力ピークは一点のみである。
【０１３８】
以上より、本発明による手段を用い、太陽電池モジュールが故障した場合においても、Ｅタイプモジュールと外形寸法が同じで、且つより電流定格、出力電力の大きいＨタイプモジュールに交換し、それぞれの太陽電池モジュールを直列接続して太陽電池アレイ１７を構成したことにより、以前のＥタイプモジュールのみの太陽電池アレイ５に比べ出力電力を増加させることが可能となった。また、交換可能型太陽電池モジュールを用いたことにより、上述のように容易に交換・追加配置を行い修繕が可能となるだけでなく、本発明の手段を合わせて用いることで、出力電力も大幅に増加することが可能となった。
【０１３９】
なお、これら上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではあるが、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【０１４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の太陽電池アレイ構成方法では、以下の効果を有する。
【０１４１】
少なくとも一つの太陽電池ストリングは、電流定格の異なる２種類の太陽電池モジュールからなる太陽電池アレイを用いることで、セル面積やモジュール面積の異なる太陽電池モジュールを直列接続した太陽電池ストリングを含んだ太陽電池アレイを組むことが出来、設計自由度が極めて高くなる。これにより、従来では設置可能エリアに太陽電池モジュールを設置できない場所のあることが多かったが、可能な限り無駄なく太陽電池を敷き詰めることが可能であり、設置可能エリアという限られたスペースで出来る限り太陽電池アレイの出力を大きくすることが出来る。
【０１４２】
更に、太陽電池アレイ全体の電流−電力特性の電力ピークが一つとなるアレイ構成とし、各太陽電池ストリングと太陽電池アレイの電流ずれ量を小さくしたことで、出力損失を極力抑えた非常に効率の良い出力を得ることが出来る。
【０１４３】
また、交換可能型太陽電池モジュールを用いることにより、万が一太陽電池モジュールの一部が故障した場合でも容易に交換が可能であり、且つ本発明の手段を用いることで、その太陽電池アレイに最適な太陽電池モジュールに交換配置や追加配置を行うことで修繕が可能である共に、出力電力を大幅に増加させることも可能である。当然のことながら、故障した場合だけではなく、既存の太陽電池アレイの一部の太陽電池モジュールを、本発明の手段を用いて最適な太陽電池モジュールに交換・追加配置し、出力を増加させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池アレイを設置する屋根を備えた一般住宅の斜視概念図である。
【図２】従来の太陽電池アレイを配置した屋根南面の概念図である。
【図３】本発明の太陽電池アレイを配置した屋根南面の概念図である。
【図４】図３の太陽電池アレイとそれを構成する各太陽電池ストリングの出力特性を示すグラフである。
【図５】図２及び図３の太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの概念図である。
【図６】太陽電池の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性を示すグラフである。
【図７】太陽電池の電圧（Ｖ）−電力（Ｐ）特性を示すグラフである。
【図８】本発明の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図９】図８の太陽電池アレイとそれを構成する各太陽電池ストリングの出力特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図１１】図１０の太陽電池アレイとそれを構成する各太陽電池ストリングの出力特性を示すグラフである。
【図１２】従来の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図１３】本発明の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図１４】本発明の太陽電池発電システムの構成図である。
【図１５】太陽電池アレイを設置する屋根を備えた一般住宅の斜視概念図である。
【図１６】従来の太陽電池アレイを配置した屋根南面の概念図である。
【図１７】本発明の太陽電池アレイを配置した屋根南面の概念図である。
【図１８】図１７の太陽電池アレイとそれを構成する各太陽電池ストリングの出力特性を示すグラフである。
【図１９】図１６及び図１７の太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの概念図である。
【図２０】実施例５，６，１２，比較実施例３，４，７〜１１，１３，１４で用いた設置面及び太陽電池モジュールの概念図である。
【図２１】従来の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図２２】比較実施例３の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図２３】比較実施例４の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図２４】実施例５の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図２５】実施例６の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図２６】比較実施例７の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図２７】比較実施例８の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図２８】比較実施例９の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図２９】比較実施例１０の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図３０】比較実施例１１の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図３１】実施例１２の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図３２】比較実施例１３の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【図３３】比較実施例１４の太陽電池アレイを設置した屋根配置図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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