(57)【要約】【課題】  影による全体太陽光発電システムの発電効率の低下を防ぐようにし、発電電力の低下の防止と発電面積効率を高めた太陽光利用システムを提供する。【解決手段】光透過板と、該光透過板の裏面に配列される複数の太陽電池素子とを有する太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池素子は、その直上に位置する前記光透過板の表面に影が形成されるグループと影が形成されないグループに区分され、異なるグループの太陽電池素子同士が直列接続されないようにしたことを特徴とする太陽電池モジュール。  【選択図】  図１４
2006278482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過板と、該光透過板の裏面に配列される複数の太陽電池素子とを有する太陽電池モジュールにおいて、
前記太陽電池素子は、その直上に位置する前記光透過板の表面に影が形成されるグループと影が形成されないグループに区分され、異なるグループの太陽電池素子同士が直列接続されないようにしたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記光透過板の表面に影が形成されるグループの太陽電池素子は、形成される影の時間及び／または影の面積に応じて更にグループに区分され、異なるグループの太陽電池素子同士が直列接続されないようにし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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を電気エネルギ−に変換する太陽電池素子を用いた太陽電池モジュール、特にその回路配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題、省エネルギ−への関心の高まりとともに、自然エネルギ−を利用した新エネルギ−技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギ−を利用したシステムへの関心が高く、特に、太陽光発電装置の住宅への普及が加速されてきている。
【０００３】
太陽光発電装置は、その主要な構成要素である太陽電池モジュ−ルにより太陽光エネルギ−を電力に変換して利用することにより家庭の電気負荷を低減させるものである。住宅においては、家屋の屋根上に太陽電池モジュ−ルを配設して利用されることが多いため、屋根上への太陽電池モジュ−ルの取り付け構造も種々考案されている。この太陽光発電システムに使用される太陽電池モジュ−ルは住宅屋根に代表される既設の設置面、また地上架台、陸屋根架台等に代表されるような新設された設置面に設置される。それらの設置面に設置するための太陽電池モジュ−ルは、複数の太陽電池素子を直並列に接続し、強化ガラス・封入樹脂・耐候性フィルムで挟持する構造が一般的である。
【０００４】
図１は従来の太陽光発電装置に係る太陽電池モジュ−ルの概略断面図である。
【０００５】
図１に示す太陽電池モジュ−ル１によれば、１０は太陽電池素子であり、たとえばシリコン等から成る半導体の光電変換効果を利用して電力が得られるように構成したものであって、このような太陽電池素子１０を複数個直列および並列に電気的に接続し、そして、耐候性のある素材で覆うように成し、所要の出力電圧や出力電流を得るようにしている。この太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池や、薄膜系太陽電池などにより構成する。
【０００６】
かかる太陽電池モジュ−ル１においては、太陽電池素子１０の受光面にはガラス板や合成樹脂板などの光透過板１１を配置し、その裏面である非受光面にはテフロン（登録商標）フィルムやＰＶF（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポレエチレンテレフタレ−ト）などの耐候性フィルム１２を被着し、光透過板１１と耐候性フィルム１２との間には、たとえばＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などから成る透明な合成樹脂を介在し、充填材１６と成している。そして、これら光透過板１１、太陽電池素子１０および耐候性フィルム１２の重ね構造の矩形状の本体に対し、その各辺周囲をアルミニウム金属やＳＵＳ等から成る枠体１５を挟み込むように装着し、太陽電池モジュ−ル１全体の強度を高めている。また、太陽電池モジュ−ル１の裏面には、すなわち耐候性フィルム１２の上にはＡＢＳ樹脂などの合成樹脂やアルミニウム金属などで構成したジャンクションボックス１３を接着し、太陽電池モジュ−ル１の出力電力を取り出すタ−ミナルと成している。
【０００７】
図２に前記太陽電池モジュ−ル１の太陽電池素子の電気的接続の例を示す太陽電池素子（当図ではＣ１−Ｃ６）の接続方法を示す。図２によれば前記太陽電池モジュ−ル１が直列接続された前記太陽電池素子６枚で構成される。太陽電池素子Ｃ１のプラス極は隣接する太陽電池素子Ｃ２のマイナス極と接続し、そして太陽電池素子Ｃ２のプラス極は隣接する太陽電池素子Ｃ３のマイナス極と接続する。このように太陽電池素子Ｃ１〜Ｃ６を接続する。そして太陽電池素子Ｃ１のマイナス極及び太陽電池素子Ｃ６のプラス極は前記太陽電池モジュ−ル１のジャンクションボックス１３に接続され外部に出力される。
【０００８】
前記太陽電池素子Ｃ１〜Ｃ６が発電すると電流Iが流れる。ところが、前記太陽電池モジュ−ル１上に何らかの影が部分的にかかってしまった場合には、影が落ちた前記太陽電池素子は発電せず、影が落ちていない残りの太陽電池素子より影の落ちた太陽電池素子へ逆バイアス電圧がかかる。このことにより影が落ちていない残りの太陽電池素子の発電分が影に落ちた太陽電池素子の抵抗成分によって消費され、該当太陽電池モジュ−ルの発電低下が生じてしまうとともに、影の落ちた太陽電池素子で高発熱が生じ、最終的に太陽電地モジュ−ルを破損させたり、耐候性フィルムや充填材を融かしたり、変色させたりするなどの損害を与えることになる。
【０００９】
そこで、この高発熱が生じることを軽減するように、例えば太陽電池モジュ−ルの裏面に空間部を備え、この空間部には電気絶縁油を対流可能に充填保持した構造が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【００１０】
さらに前記の問題を防ぐための他の方法としてバイパスダイオ−ドを採用する方法がある。図２にバイパスダイオ−ドの一般的な構造の例を示す。太陽電池素子Ｃ１〜Ｃ６の各々に並列接続されたバイパスダイオ−ドＤ１〜Ｄ６を備えることにより、例えば太陽電池素子Ｃ６に影がかかった場合には、バイパスダイオ−ドが無い時には、電流Iはル−トＡ−Ｃ６−Ｂにしか通れないので太陽電池素子Ｃ６に逆バイアス電圧がかかり前記太陽電池素子Ｃ１〜Ｃ５の発電電力は太陽電池素子Ｃ６で熱に変換されるが、バイパスダイオ−ドを設けることにより、電流Iは電気抵抗の高いル−トＡ−Ｃ６−Ｂより抵抗値の低いル−トＡ−Ｄ６−Ｂに流れ、太陽電池モジュ−ルの発熱を防ぐことが出来る。
【００１１】
また、図３に示すように前記太陽電池素子Ｃ１〜Ｃ６の各々に並列にバイパスダイオ−ドを設けるのではなく、太陽電池素子数枚毎例えばＣ１−Ｃ３及びＣ４−Ｃ６に並列にバイパスダイオ−ドを備えることとしても良い。
【特許文献１】特開２００２−２１７４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前述した取り付け方法においては、以下のような課題がある。
【００１３】
太陽電池モジュ−ルの裏面に空間部を備え、電気絶縁油を対流可能に充填保持させるような冷却構造によって太陽電池モジュールの発熱を抑える構造においては、構造が複雑化するだけでなく、システムの重量が増加するなどの問題が生じる。
【００１４】
また、図２に示したような太陽電池素子各々に並列にバイパスダイオ−ドを備える太陽電池モジュ−ルの構造においては部品の増加によるコストが上がり、そしてこれに加えて太陽電池素子の枚数と同じ数のバイパスダイオ−ドを備えるように太陽電池素子間に空間を設ける必要がある。
【００１５】
また、図３に示すように、例えば太陽電池素子Ｃ１−Ｃ３はグル−プされ並列にバイパスダイオ−ドを備え、そして太陽電池素子Ｃ４−Ｃ６はグル−プされ並列にバイパスダイオ−ドを備えた太陽電池モジュ−ル１とした場合には、バイパスダイオードの総数は減らす事ができるが、例えば太陽電池素子Ｃ６に影がかかった場合には太陽電池素子Ｃ４−Ｃ６グル−プの出力は太陽電池素子Ｃ１−Ｃ３グル−プの出力より小さくなってしまうので、太陽電池素子Ｃ１−Ｃ３グル−プより太陽電池素子Ｃ４−Ｃ６グル−プに逆バイアス電圧がかかることになる。また、このとき電流Iはダイオ−ドＤ２を通して流れるので太陽電池素子Ｃ４−Ｃ６グル−プの内の発電可能な太陽電池素子Ｃ４、およびＣ５の出力は外部に対し貢献しなくなる。これは、太陽電池モジュ−ルをホットスポットに対して保護するダイオ−ドＤ２の制御で太陽電池モジュ−ルの電圧は太陽電池素子Ｃ１−Ｃ３グル−プと太陽電池素子Ｃ４−Ｃ６グル−プの合計電圧のではなく、太陽電池素子Ｃ１−Ｃ３グル−プの電圧のみとなるというもので、複数太陽電池モジュ−ルで構成した全体の太陽電池システムの発電量が減るということである。
【００１６】
また、図４に示すように太陽電池モジュ−ルを屋根の傾斜面に対して階段状又は瓦重状に設置した場合、屋根の野地板の傾斜方向に対して、上側に位置する太陽電池モジュ−ルの軒先側端部が、下側に位置する太陽電池モジュ−ルの一部に重なり合うように設置されるので、上側の太陽電池モジュ−ルの軒先側端部が下側の太陽電池モジュ−ルの受光面に部分的な影を作り、出力が低下するといった状態が生じる。以下、この影の生じる特徴について図５を使って具体的な例を基に説明する。
【００１７】
図５（ａ）は寄せ棟屋根の一般的な構造を示す側面図である。図５（ａ）に示すように時間に対して太陽の光の角度が変更することにより、図５（ｃ）のように上側の太陽電池モジュ−ル１ａの軒先側端部により下側の太陽電池モジュ−ル１ｂの受光面にかかる部分的な影の投影は、図５（ｂ）に示すように時間の経過（太陽の高度方位移動）に従い図中Ａパタ−ンからＢパタ−ン、そしてＣパタ−ンのように伸び縮みする。Ａパタ−ン〜Ｃパタ−ンは影の伸びた面積が異なるものであり面積が大きいほど太陽電池モジュ−ルの出力低下が大きい。
【００１８】
この太陽光発電システムにおいて、影が落ちた部分によるホットスポット現象及び太陽電池モジュ−ルの全体出力低下を防ぐためバイパスダイオ−ドを採用した場合、バイパスダイオ−ド毎にグル−プ化された太陽電池素子の内、影がかかった太陽電池素子枚数が１枚であっても残りの太陽電池素子の発電電流は犠牲となり、直列接続された太陽電池素子及び太陽電池モジュ−ル全体の出力が低下する。
【００１９】
また、先に述べた図５（ｃ）のような上側の太陽電池モジュ−ル１ａの軒先側端部により下側の太陽電池モジュ−ル１ｂの受光面に生じる部分的な影（パタ−ンＡ〜Ｃ）による出力の低下を防ぐ方法としては、前記太陽電池モジュ−ルの棟側端部に枠体と太陽電池素子との間に空間を備えて影が落ちない位置に太陽電池素子を配置する方法がある。しかしこの場合には、太陽電池モジュ−ルに影よけの余分な面積が必要となり、サイズが大きくなり太陽電池モジュ−ルの設置面積と実際の発電面積との比率（発電面積比率）が低下するといった問題がある。
【００２０】
また、図６に示すように屋根の複数箇所に設置される雪止金具２６などのような突起によっても太陽電池モジュ−ル上に部分的な影を作ってしまう場合もある。このような場合においては棟側ではなく、太陽電池モジュ−ルの軒先側端部に雪止金具６の影が落ちることとなり、バイパスダイオ−ドを採用した場合においても前記説明したと同様に全体のモジュ−ルの出力が低下する。また、雪止金具２６により太陽電池モジュ−ルに影が落ちないように枠体と太陽電池素子との間に空間を設けることとすれば、設置面積に対する実際の発電面積は小さくなる。
【００２１】
また、同様に図７（ａ）に示すように平面上に設置する陸屋根架台の場合においても、太陽電池モジュ−ルを複数接続した太陽電池アレイ５１ａによって生じる影が隣接設置される太陽電池アレイ５１ｂに影を落すことになる。同図に示すように太陽の移動によって太陽電池アレイ５１ａによる影は一番影面積大きい影パタ−ンＡから影面積ほぼ小さいパタ−ンＢへ変わりそしてパタ−ンＢから面積の一番小さいＣパタ−ンへ変更する。よって、太陽光発電システム全体の出力低下を避けるためには、設置場所において太陽電池アレイ５１ａと５１ｂの間の距離を、図７（ｂ）に示すように影が最も大きくなるパターンＡを避けるだけの距離ＬＤ以上にする必要がある。このためデッドスペ−スを生じることとなり、設置場所の発電のために利用できる面積が低下する。
【００２２】
また、図８（ａ）に示すように水平設置される太陽電池システムの場合、隣接した太陽電池モジュ−ル１ａ、１ｂとの間に設けられた固定プレ−ト２７により図８（ｂ）のように太陽電池モジュ−ル１ｂ上に影が発生する。図８（ａ）に示すように水平設置される太陽電池システムに当たる太陽光の角度により影は一番影面積大きい影パタ−ンＡから影面積ほぼ小さいパタ−ンＢへ変わりそしてパタ−ンＢから面積の一番小さいＣパタ−ンへ時刻とともに変化する。そして、この場合においてもバイパスダイオ−ドを採用しても、バイパスダイオ−ド毎にグル−プ化された太陽電池素子の内、影がかかった太陽電池素子枚数が１枚であっても残りの太陽電池素子の発電電流は犠牲となり、直列接続された太陽電池素子及び太陽電池モジュ−ル全体の出力が低下する。そしてやはり影が落ちないように枠体と太陽電池素子との間に空間を設けることとすれば、設置面積に対する実際の発電面積は小さくなる。
【００２３】
一方、図９に南向きに設置される一般太陽電池モジュ−ルと、一日における太陽光線角度の変化を示す。同図に示すように太陽電池モジュ−ルの強度を保護するため必要な枠体１５が太陽電池素子１０ａ、１０ｃに影を落す要因となることがある。特に同図に示すように東側の太陽光線の角度は＜ａ＞、＜ｂ＞、＜ｃ＞、＜ｄ＞時に、同断面図において太陽電池モジュ−ルの最も左端に配置した太陽電池素子１０ａにおいて影が発生してしまう。同じく太陽の位置は西側に寄せた時に太陽光線の角度＜ｅ＞、＜ｆ＞、＜ｇ＞、＜ｈ＞時に、同断面図において最も右端に配置した太陽電池素子１０ｃにおいて影が発生する。このように影が発生しない太陽電池素子１０ｂ以外の太陽電池素子１０ａ及び太陽電池素子１０ｃは、一日のうちいずれかの時間帯に部分的な影が発生する。
【００２４】
図１０は前記太陽電池モジュ−ルにおいて時間に対して一定パタ−ンに従って部分的な影の変化を示す図である。前記太陽電池モジュ−ル１の最も左端に配置した太陽電池素子１０ａにおいて影はＡパタ−ンから、Ｂパタ−ンそしてＣパタ−ンに変化する。そして前記太陽電池モジュ−ル１の最も右端に配置した太陽電池素子１０ｃにおいて前記Ａ、Ｂ及びＣパタ−ンが発生した時間と異なる、影はＦパタ−ンから、Ｅパタ−ンそしてＤパタ−ンに変化する。Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ、Ｅ、Ｆパタ−ンの影の伸びた面積が異なるが、伸びた面積に関して言えばＤパタ−ンはＡパタ−ンと、Ｅパタ−ンはＢパタ−ンとそしてＦパタ−ンはＣパタ−ンと相当する。
【００２５】
図１１は前記太陽電池モジュ−ルの枠体による太陽電池モジュ−ル１において影の発生しやすい最も左端及び最も右端に配置した太陽電池素子において時間に対して一定パタ−ンに従って部分的な影の発生する時間別の変化を示したものである。図１１（ａ）は前記太陽電池モジュ−ル１に当たる太陽光線の角度の変化を示し、この太陽光線の角度は＜Ａ＞時に、太陽電池モジュ−ルの最も左端に配置した太陽電池素子１０ａにおいて発生した影の面積は、図１１（ｂ）に示したように一番伸びた状態の影パタ−ンＡになる。同図に比較のため太陽電池素子１０ａ及び影が発生しない太陽電池素子１０ｂにおいての日射状況を示す。そして図１１（ｃ）に示すように前記太陽光線の角度は＜Ａ＞時に太陽電池モジュ−ル１の太陽電池素子１０ｂ及び太陽電池モジュ−ルの最も右端に配置した太陽電池素子１０ｃにおいてほとんど影の影響を受けない状態となる。そして時間の経過に伴って太陽光線の角度は変化し、太陽電池モジュ−ルの最も左端に配置した太陽電池素子１０ａにおいて図１１（ｂ）に示すように影はパタ−ンＡからパタ−ンＢ、そしてパタ−ンＣに変化し、これに従って影の面積は次第に減少し、そして最終的にパタ−ンＣから影の影響を受けない状態までに変化する。また、図１１（ｃ）に示すように時間の経過に伴って太陽光線角度は変化しこれにより太陽電池モジュ−ルの最も右端に配置した太陽電池素子１０ｃにおいて影の変化は影が無い状態からパタ−ンＦ、そしてさらにパタ−ンＥに変化しこの過程による影はさらに伸びていく。そして最終にパタ−ンＥから一番面積の大きいパタ−ンＤに変化する。
【００２６】
影が落ちた太陽電池素子と影が落ちていない太陽電池素子の発電量は異なるため、先に述べたように影の落ちた太陽電池素子の抵抗成分によって影の落ちていないの太陽電池素子の発電分は消費される。しかしバイパスダイオ−ドを採用した場合、図３でも述べたように太陽電池モジュ−ル１にて太陽電池素子数枚毎例えばＣ１−Ｃ３及びＣ４−Ｃ６に並列にバイパスダイオ−ドを備え、すなわちバイパスダイオ−ドに関して言えば太陽電池素子Ｃ１−Ｃ３及びＣ４−Ｃ６はグル−プ化される。この時に、太陽電池素子Ｃ６に影がかかると、太陽電池素子Ｃ１−Ｃ３グル−プの出力は太陽電池素子Ｃ４−Ｃ６グル−プの出力より大きいので、太陽電池素子Ｃ１−Ｃ３グル−プより太陽電池素子Ｃ４−Ｃ６グル−プに逆バイアス電圧がかかってしまい、電流Iはダイオ−ドＤ２を通して流れるため太陽電池素子Ｃ４−Ｃ６グル−プの内に発電できる太陽電池素子Ｃ４、Ｃ５があっても、その出力は発電電力として貢献しなくなってしまう。そして太陽電池素子Ｃ６に影がかかった場合、太陽電池モジュ−ルをホットスポットから保護するダイオ−ドＤ２の制御で太陽電池モジュ−ルの電圧は太陽電池素子Ｃ１−Ｃ３グル−プと太陽電池素子Ｃ４−Ｃ６グル−プの合計電圧のではなく、太陽電池素子Ｃ１−Ｃ３グル−プの電圧のもののみとなるので複数の太陽電池モジュ−ルで構成した太陽電池システム全体において当該太陽電池モジュ−ルの貢献は無くなってしまい全体の太陽電池システムの発電量が減少する。
【００２７】
また、前述した図１１においては前記太陽電池モジュ−ル１の枠体による太陽電池モジュ−ルの端部に配置した太陽電池素子１０ａ及び１０ｃにおいて部分的な影を発生させないように前記太陽電池モジュ−ルの枠体１５と太陽電池素子１０ａ及び１０ｃとの間に空間を備えて太陽電池素子を配置する方法がある。しかしこの場合、太陽電池モジュ−ルに余分な面積が必要となりサイズが大きくなり、太陽電池モジュ−ルの設置面積に対する発電面積の比率が低下する。
【００２８】
また、図１２（ａ）に示すように、外形は屋根瓦のような屋根材一体型として曲線形状を有した太陽電池モジュ−ルの場合、先に述べたように太陽電池モジュ−ルの枠体部分１５Ａ及び１５Ｂにより、時間に対して一定パタ−ンに従って太陽電池モジュ−ルの端部に配置した太陽電池素子１０ａ、又は１０ｃにおいて影が発生する。ここで、前述したようなバイパスダイオ−ドを採用した場合、バイパスダイオ−ド毎にグル−プ化された太陽電池素子の内、影がかかった太陽電池素子枚数が１枚であっても残りの太陽電池素子の発電電流は犠牲となり、直列接続された太陽電池素子及びモジュ−ル全体出力が低下する。同じく図１２（ｂ）に示すように屋根材の主面の凹んだ部分に太陽電池パネルを埋め込こむような構造をした太陽電池モジュ−ルの場合、  太陽電池モジュ−ルの枠体としての役割を果たす屋根材の周囲部による影が発生する。前記説明あった通りバイパスダイオ−ドを採用した場合、バイパスダイオ−ド毎にグル−プ化された太陽電池素子の内、影がかかった太陽電池素子枚数が１枚であっても残りの太陽電池素子の発電電流は犠牲となり、直列接続された太陽電池素子及びモジュ−ル全体の出力が低下する。さらにまた、前記図１２（ａ）、（ｂ）の構造において影は太陽電池モジュ−ルの発電面積に落ちないように太陽電池モジュ−ルにおいて枠体と太陽電池素子との間に空間を設けた場合、太陽電池モジュ−ルに余分な空白面積が必要となるのでサイズが大きくなり、太陽電池モジュ−ルの設置面積に対する発電面積の比率が低下する。
【００２９】
また、図１３は建物の壁面２５に設置する太陽電池モジュ−ルの一つ例を示す。同図に示すように壁面用太陽電池モジュ−ルの場合、太陽電池モジュ−ルの強度を向上させる枠体１５及び厚い強化ガラス１１による時間に対して一定パタ−ンに従って部分的な影が発生する。バイパスダイオ−ドを採用した場合、バイパスダイオ−ド毎にグル−プ化された太陽電池素子の内、影がかかった太陽電池素子枚数が１枚であっても残りの太陽電池素子の発電電流は犠牲となり、直列接続された太陽電池素子及びモジュ−ル全体出力が低下する。また、枠体と太陽電池素子との間に空間を設けた場合、太陽電池モジュ−ルに余分な面積が必要となりサイズが大きくなり、太陽電池モジュ−ルの設置面積と実際の発電面積との比率が低下する。
【００３０】
したがって本発明の目的は影による全体太陽光発電システムの発電効率の低下を防ぐようにし、発電電力の低下の防止と発電面積効率を高めた太陽光利用システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、光透過板と、該光透過板の裏面に配列される複数の太陽電池素子とを有する太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池素子は、その直上に位置する前記光透過板の表面に影が形成されるグループと影が形成されないグループに区分され、異なるグループの太陽電池素子同士が直列接続されないようにしたことを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、前記光透過板の表面に影が形成されるグループの太陽電池素子が、形成される影の時間及び／または影の面積に応じて更にグループに区分され、異なるグループの太陽電池素子同士が直列接続されないようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、光透過板の表面に影が形成されるグループと影が形成されないグループに太陽電池素子をグループ分けし、それぞれの回路を直列接続されないようにしたため、異なるグループで回路が独立することとなり、部分的な影による太陽光発電システム全体の出力の低下を防ぐことできる。
【００３４】
また本発明は、光透過板の表面に影が形成されるグループの太陽電池素子が、形成される影の時間及び／または影の面積に応じて更にグループに区分され、異なるグループの太陽電池素子同士が直列接続されないようにしたことから、影の発生パターンに応じた電気的接続が可能となり、更に太陽電池モジュールの発電効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の太陽光発電装置について詳細に説明する。
【００３６】
図１４に本発明の太陽光発電装置に係る太陽電池モジュールの実施例を示す。図９（ａ）に示すように、太陽電池モジュール１は太陽電池素子のグループである第１ストリング２と第２ストリング３から成る。そして、図１４（ｂ）に示すように、前記太陽電池モジュール１を屋根４上に複数配置し太陽電池アレイとする。なお、本例では太陽電池素子を直列接続したグループをストリングと称して説明するが、太陽電池モジュールを複数直列接続したものをストリングとしてもよく、スケールが異なるだけで同様の効果を得ることができる。
【００３７】
太陽電池アレイ、もしくは太陽電池モジュール１の全体面積に対する第２ストリング３の面積割合は、設置された太陽電池モジュ−ル１上に落ちる部分的な影の大きさによって決めるのが好ましい。また、太陽電池アレイにおいて時間によって発生する部分的な影に合わせて第２のストリング３を配置する。
【００３８】
図１４（ｂ）に示す太陽電池モジュ−ルは先に図４で述べたように、棟側の一部が重なり合うように設置される構成となっており、上段の太陽電池モジュ−ルによって下段の太陽電池モジュールに落とされる部分的な影に第２のストリング３が来るように配置する。そして、同図に示している通り第１のストリング及び第２のストリングに隣接して各々第１及び第２のストリングを同じ配列で配置することにより屋根に投影される影のパタ−ンに合わせて、影になる部分とそうでない部分がそれぞれ混在せず電気的に接続することが可能となり、太陽光が遮られない第１のストリング２の発電を低下させないので、太陽電池アレイの発電電力が低下しない。
【００３９】
また、太陽電池アレイの各太陽電池モジュ−ルにおける第１のストリング２同士と第２のストリング３同士は日射状況が同等となるので複数の第２ストリング３を直列接続することとしてもホットスポットが発生しない。よって、バイパスダイオ−ドを採用しない従来太陽電池モジュ−ルにおいてもホットスポット現象を防ぐことが可能となる。
【００４０】
さらに発電量の異なる部分を分離して配置し接続したことにより、正常に発電している発電部分を犠牲にさせないようにして、太陽光発電システムの発電効率を向上できる。
【００４１】
図１５は先に図５で説明した、時間に対して太陽光の照射角度が変化することにより、影の面積が変化する様子を示したものである。上段の屋根材又は太陽電池モジュ−ルの軒先側端部による下段の屋根材又は太陽電池モジュ−ルの受光面におちる部分的な影の投影は、太陽の高度によりＡパタ−ンからＢパタ−ン、そしてＣパタ−ンに変わり、そして太陽が南中を過ぎると、今度はＣパタ−ンからＢパタ−ン、そしてＡパタ−ンに変わる。なお、特に図示しないが、太陽光発電システムの設置方位によっては、Ａパタ−ンからＢパタ−ン、そして最終にＣパタ−ンへ変わる場合や、Ｃパタ−ンからＢパタ−ン、そしてＡパタ−ンに変わるようになる場合もあるが、本例では真南に向けて設置した場合を例にとり説明する。
【００４２】
図中影パターンであるＡパタ−ン〜Ｃパタ−ンは影の伸びた面積を示している。この例では複数の太陽電池モジュ−ルの第２ストリング３を直列接続し、同じく複数の第１ストリング２を直列接続しているものとする。
【００４３】
図１５（ａ）に示している通り朝方は太陽電池モジュ−ル１の受光面におちる部分的な影の投影はＡパタ−ンであり、すなわち太陽電池モジュ−ルの第２ストリング３はほぼ全面積に影が落ちる。そのとき太陽電池モジュ−ル１の第１ストリング２には影が落ちることはない。第２ストリング３に影が落ちることによって発電電圧が低下すると、図１５（ｂ）に示すように第１ストリング２を直列接続したものと、第２ストリング３を直列接続したものとでは出力電圧が異なるため、第２ストリング３に電圧を上昇させる昇圧装置などを接続しなければ二つの系統の出力を合成することはできない。そこで、影が落ちることが判っている第２ストリング３には昇圧装置を配し、発電電力を電圧変換することによって電圧を上昇させ、第１ストリング２の発電出力と接合可能なようにしている。この際の第２ストリング３の発電電力を昇圧するようすを図１５（ｃ）に示す。
【００４４】
図１５（ｃ）に示すように、第２ストリング３から成る系統の昇圧比は、影が大きくかかるパターンＡの時が一番高くなり、影の面積が小さいパターンＣの時が最も低い。具体的には、時間の経過に従って影の投影はＡパタ−ンからＢパタ−ンに変わり、この状態では太陽電池モジュ−ルの第２ストリング３は少し発電面積が増える。すなわちパタ−ンＡの時より複数太陽電池モジュ−ルの第２ストリング３から成る系統の発電が多くなるので、昇圧比が少し落ちる。そして影の投影がＢパタ−ンからＣパタ−ンに変わると太陽電池モジュ−ルの第２ストリング３は影が落ちないので発電量は第１ストリング２と同等に成るので、第２ストリング３の昇圧比が最小となる。逆に太陽が南中を過ぎると、影はパタ−ンＣからパタ−ンＢへ、最終的にパタ−ンＡに戻ってゆき、昇圧比も基も高い値に戻る。
【００４５】
上述した太陽光システムにおいては、先にも述べたように複数の太陽電池モジュ−ルの第２ストリング３を直列接続し、同じく複数の第１ストリング２を直列接続しているのであるが、図５（ａ）に記したような同じ形状の太陽電池モジュールを複数配した太陽光発電装置においては、太陽光の移動によって発生する影は全ての太陽電池モジュールにおいて同様の位置にほぼ同じ大きさの影として現れる。これを利用し、影のかかる太陽電池素子部分を、影のかからない太陽電池素子部分とあらかじめストリング構成を分離し、さらに前記影のかかる第２ストリングと隣接する太陽電池モジュールの第２ストリングとを同系のストリング列として扱い、第１ストリング系と別個の取扱いができるようにすることで、影が落ちることが明らかな場所においても太陽電池素子を配置し、影がなく発電可能なときは電力を送電し、影になっても第１ストリング系列の発電出力を阻害することがなく、昇圧装置などをもちいれば発電した分だけでもシステムに貢献するようにした太陽光発電装置とできる。よって、同一面積の太陽光発電装置に較べ、発電量が増加し、しかもホットスポットなどによる寿命や外観の低下がなく、限られた面積内で最大の発電面積を設けることが可能となる。
【００４６】
また、図１６に本発明の他の実施例を示す。図１６は第１ストリグと第２ストリグから成る太陽電池モジュ−ルの構成バリエ−ションであり、図１６（ａ）、１６図（ｂ）は第２ストリング３を屋根上における影の発生する棟側もしくは軒側に配置する場合であり、図１６（ｃ）、図１６（ｄ）は太陽電池モジュールの西側、東側のように、太陽電池モジュールを設置する方位によって固定プレートなどによって生じる影に合わせて設置する場合の配置例である。このように第１ストリング２と第２ストリング３の配置位置を様々に変えることによって太陽の動きと、影の発生症状に合わせた対応ができ、上述した効果を得ることができるのである。
【００４７】
図１７は本発明の一実施例を示す。本例では太陽電池モジュ−ルの中央部に配置した太陽電池素子１０ｂは前記太陽電池モジュ−ルの第１ストリング６を構成し、同図に示す太陽電池の最も左端配置した太陽電池素子１０ａは第２ストリング７を構成し、そして最も右端配置した太陽電池素子１０ｃは第３ストリング８を構成する。太陽電池モジュ−ル全体の面積に対する第２ストリング７及び第３ストリング８の面積割合は、太陽電池モジュ−ルの表面に一定パタ−ンで発生する部分的な影の大きさによって決められる。そして前記第２ストリング７及び第３ストリング８をこの影の面積を覆うように配置する。
【００４８】
そして前記第１のストリング６及び第２のストリング７及び第３のストリング８に隣接して各々第１のストリング６及び第２のストリング７及び第３のストリング８を配置し、そしてこれらをそれぞれ直列接続することにより、太陽電池アレイにおいて実際の同じ影のパタ−ンに影響された太陽電池素子同志を合わせて電気的接続することにより、、太陽光が遮られないストリングの発電を低下させることがなく、システムの発電効率を向上できる。また、バイパスダイオ−ドを採用しない従来太陽電池モジュ−ルで発生するホットスポット現象を防ぐことができる。さらにバイパスダイオ−ドを採用した従来の太陽電池モジュ−ルに較べ発電量の異なる部分をさらに有利に使うように、全体の太陽光発電システムの発電効率を向上できる。
【００４９】
図１８は二つの太陽電池モジュ−ル１Ａ及び１Ｂを用いた太陽光発電装置であって、太陽電池モジュ−ル１Ａの第１ストリング６Ａ及び第２ストリング７Ａ及び第３ストリング８Ａに隣接して各々太陽電池モジュ−ル１Ｂの第１ストリング６Ｂ及び第２ストリング７Ｂ及び第３ストリング８Ｂを配置した例を示す。この例では太陽電池モジュ−ル１Ａ及び太陽電池モジュ−ル１Ｂのそれぞれの第１ストリング６は直列接続した８枚の太陽電池素子１０ｂで構成し、１ストリングとしている。そして太陽電池モジュ−ル１Ａ及び太陽電池モジュ−ル１Ｂのそれぞれの第２ストリング７は直列接続した４枚の太陽電池素子１０ａで構成されているので、本例において二つのモジュ−ルの第２ストリング７（７Ａ＋７Ｂ）を直列に８個つないで１ストリングとして構成する。同様に太陽電池モジュ−ル１Ａ及び太陽電池モジュ−ル１Ｂのそれぞれの第３ストリング８は直列接続した４枚の太陽電池素子１０ｃで構成されているので、本例において二つのモジュ−ルの第３ストリング８（８Ａ＋８Ｂ）を直列つないで１ストリングとして構成する。このように太陽電池の表面における部分的に同じ影のパタ−ンに影響された太陽電池素子同志を合わせて電気的接続することにより、正常に発電しているストリングが他の影になったストリングの影響を受けないので全体の太陽光発電システムの発電効率を向上できる。
【００５０】
図１９は本発明の他の実施例を示す。図１９（ａ）に示すように時間の経過に伴って枠体による太陽電池モジュ−ルの最も左端に配置した太陽電池素子１０ａにおいて影はパタ−ンＡからパタ−ンＢ、そしてパタ−ンＣにどんどん下がり、そして最終にパタ−ンＣから影の影響受けない状態までに変化する。図１８で説明した通りこの例では各太陽電池モジュ−ルのそれぞれの第１ストリング６は直列接続した８枚の太陽電池素子１０ｂで構成する。
【００５１】
また、各太陽電池モジュ−ルの第２ストリング７は直列接続した４枚の太陽電池素子１０ａで構成し、二つのモジュ−ルの第２ストリング７を直列つないで１ストリングとして構成する。同様に各太陽電池モジュ−ルの第３ストリング８は直列接続した４枚の太陽電池素子１０ｃで構成し、二つのモジュ−ルの第３ストリング８を直列つないで１ストリングとして構成する。
【００５２】
図１９（ｂ）に示すように日射の最初時に太陽電池モジュ−ル１の第２ストリング７はほぼ全面積に影が落ちる。この時に太陽電池モジュ−ル１の第１ストリング６及び第３ストリング８は影に落ちない。この場合は図１９（ｂ）に示すように第２ストリング７からなる系統の出力電圧は、第１ストリング６による系統及び第３ストリング８から成る系統の出力電圧よりほぼ低くなるため、第２ストリング７から成る系統に昇圧装置などを接続することにより三つ系統の出力を接合可能なようにする。そして同図に示すように、この場合第２ストリング７から成る系統の昇圧比が一番高くなる。
【００５３】
そして時間の経過に伴ってだんだん影の投影はＡパタ−ンからＢパタ−ンに変わる。この状態では太陽電池モジュ−ルの第２ストリング７は少し影に落ちる。パタ−ンＡの時より太陽電池モジュ−ルの第２ストリング７から成る系統の発電が多くなるため図１９（ｂ）に示しているようにこの系統の昇圧比が少し落ちる。そして影の投影はＢパタ−ンからＣパタ−ンに変わると太陽電池モジュ−ルの第２ストリング７は影に落ちる面積がわずかであるので第２ストリング７から成る系統の発電はさらに増加し、そしてこれに基づいて第２ストリング７から成る系統の昇圧比がより小さくなる。そして時間経過に伴って太陽電池モジュ−ルの第２ストリング７に落ちる影はパタ−ンＣから完全に影が落ちない状態に変化し、この時の発電量は一番多くなり、第２ストリング７から成る系統昇圧比が一番小さく又はゼロとなる。
【００５４】
図１９（ｃ）では、複数太陽電池モジュ−ルの第３ストリング８から成る系統は日射最初時に影の影響を受けずこの系統の昇圧比が一番小さくなり、そして時間の経過に伴って影の投影はＦパタ−ンに変わり、この時に第３ストリング８は影に落ちる面積がわずかであるので発電の低下に伴う昇圧比がより大きくなる。そしてＦパタ−ンから影の面積がより大きいＥパタ−ンに変わることによる昇圧比はどんどん増加し、最終に影のパタ−ンはＥパタ−ンより最も影の影響を受けるＤパタ−ンに変わる。この時に太陽電池モジュ−ルの第３ストリング８から成る系統の昇圧比が一番高くなる。
【００５５】
前記太陽電池モジュ−ルにおいて第１ストリング６と第２ストリング７と第３ストリング８を設けたこと及び複数のモジュ−ルの各々第１ストリング６と第２ストリング７と第３ストリング８を直列接続すること、さらに複数のモジュ−ルの第２ストリング７と第３ストリング８から成る系統を昇圧制御方法による太陽電池アレイに投影した影のパタ−ンに合わせた電気的接続が可能となり、太陽光が遮られないのでストリングの発電を低下させないことによりシステムの発電効率を向上できる。
【００５６】
図２０は他の実施例を示す。図２０（ｂ）は第２ストリング７と第３ストリング８を太陽電池モジュ−ルの左右方向に配し、通常に太陽電池モジュ−ルは南向きに配置し時朝と夕で太陽の方位が変わる事によって、時間によって異なる場所に生じる影に対応する配置方法を示し、そして図２０（ａ）は第２ストリング７と第３ストリング８を太陽電池モジュ−ルの上下方向に配し、例えば太陽電池モジュ−ルを設置した屋根面において煙突などにより時間によって異なる場所に生じる影に対応する配置方法を示す。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】一般的な太陽電池モジュ−ルの構造を示す断面図である。
【図２】一般的な太陽電池モジュ−ルにおける太陽電池素子とバイパスダイオードの構成を説明する内部配線図である。
【図３】一般的な太陽電池モジュ−ルにおける太陽電池素子とバイパスダイオードの他の構成を説明する内部配線図である。
【図４】一般的な屋根上に太陽電池モジュールを階段状に配置した例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、一般的な寄せ棟屋根太陽電池モジュールを配したときに発生する影のパタ−ンを示す側面図であり、（ｂ）はそのときの時間と影の関係、（ｃ）は影の生じる部分の一部拡大図である。
【図６】一般的な太陽光発電装置において、雪止金具による影の発生を説明する断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は陸屋根架台を用いた太陽電池アレイにより発生する影のパタ−ンを説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は太陽電池モジュールを水平設置したときに発生する影のパタ−ンを説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図９】一般的な太陽電池モジュ−ルにおいて、太陽の移動により枠体等による太陽電池素子上への影の発生状況を説明する断面図である。
【図１０】一般的な太陽電池モジュ−ルにおいて、時間の経過により枠体等による太陽電池素子上への影の発生状況を説明する平面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は一般的な太陽電池モジュ−ルにおいて時間の経過により枠体等による太陽電池素子上への影の発生により発電電力が変化する状況を説明する図であり、（ａ）は太陽電池モジュール断面図、（ｂ）および（ｃ）は各太陽電池素子の発電電力の変化を示すグラフである。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は従来の瓦材に太陽電池モジュールを埋め込んだ屋根材一体型太陽電池モジュールの構造を示す斜視図である。
【図１３】従来の壁面設置型太陽電池モジュールにおいて影が発生する様子を説明する断面図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は本発明に係る第１ストリグと第２ストリグから成る太陽電池モジュ−ル及びこれを複数屋根に配置して太陽光発電システムを示す図であり、（ａ）は太陽電池モジュール、（ｂ）は太陽光発電システムの平面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る太陽光発電システムの影と発電の関係を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は発電状況、（ｃ）は発電補助機器の昇圧比の変化を示す。
【図１６】本発明に係る第１ストリグと第２ストリグ太陽電池モジュ−ルの他の実施形態を説明する平面図である。
【図１７】本発明に係る第１ストリングと第２ストリングと第３ストリングから成る太陽電池モジュ−ルを示す平面図である。
【図１８】本発明に係る第１ストリングと第２ストリングと第３ストリングから成る太陽電池モジュ−ルを用いた太陽電池アレイの電気的接続を示す配線図である。
【図１９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る第１ストリングと第２ストリングと第３ストリングから成る太陽電池モジュ−ルを複数設置したときの影と発電量の状況を示す図であり、（ａ）は太陽電池アレイの平面図、（ｂ）および（ｃ）は各太陽電池素子の発電電力の変化を示すグラフである。
【図２０】（ａ）、（ｂ）は本発明に係る第１ストリングと第２ストリングと第３ストリングから成る太陽電池モジュ−ルの他の実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、１ａ、１ｂ：太陽電池モジュ−ル
２：第１ストリング
３：第２ストリング
４：屋根
５：屋根材
６：第１ストリング
７：第２ストリング
８：第３ストリング
２６：雪止金具
２７：固定プレート
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：太陽電池素子
１１：光透過板
１２：耐候性フィルム
１３：ジャンクションボックス
１５：枠体
１６：充填材
２５：壁面
５１ａ、５１ｂ：太陽電池アレイ
【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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