(57)【要約】      （修正有）【課題】日陰となった太陽電池セルの異常発熱を抑制可能な太陽電池モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池モジュールの製造方法である。この製造方法では、太陽電池セルの枚数が、下記の式（１）；2018098879.tif 000008（但し、ＶＯＣは太陽電池モジュールの開放電圧、ＶＢＤは１枚の太陽電池セルの逆方向降伏電圧、ｎは太陽電池セルの枚数をそれぞれ表す。）を満たすように複数の太陽電池セルを直列接続する。【選択図】図４
2018098879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記太陽電池セルの枚数が、下記の式（１）；
【数１】
2018098879.tif 000007
（但し、ＶＯＣは前記太陽電池モジュールの開放電圧、ＶＢＤは１枚の前記太陽電池セルの逆方向降伏電圧、ｎは前記太陽電池セルの枚数をそれぞれ表す。）
を満たすように複数の前記太陽電池セルを直列接続する、太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池モジュールにおいてＭＰＰＴ（Maximum  Power  Point  Tracking）制御を実行する太陽光発電システムが知られている（例えば、特許文献１）。このような太陽光発電システムでは、太陽電池モジュールの電流−電圧特性を取得し、取得した電流−電圧特性における最大電力点を追従するように当該太陽電池モジュールの電流及び電圧を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８０２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池モジュールでは、一部の太陽電池セルが日陰となった場合、当該太陽電池セルが電気回路における負荷となって電力を消費する。その結果、当該太陽電池セルが異常発熱するおそれがある。そこで、太陽電池セルに対してバイパスダイオードを並列接続することで、一部の太陽電池セルが日陰となった場合であっても、バイパスダイオードを経由して電流を流し、当該太陽電池セルの異常発熱を抑制することが行われている。
【０００５】
しかしながら、このような太陽電池モジュールにおいてバイパスダイオードがオープン故障すると、日陰となった太陽電池セルの異常発熱を抑制することができなくなる。また、元々バイパスダイオードが接続されていない太陽電池モジュールにおいても、日陰となった太陽電池セルの異常発熱を抑制することができない。従って、日陰となった太陽電池セルの異常発熱をより確実に抑制可能な太陽電池モジュールが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る太陽電池モジュールの製造方法は、複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池セルの枚数が、下記の式（１）；
【数１】
2018098879.tif 000003
（但し、ＶＯＣは太陽電池モジュールの開放電圧、ＶＢＤは１枚の太陽電池セルの逆方向降伏電圧、ｎは太陽電池セルの枚数をそれぞれ表す。）を満たすように複数の太陽電池セルを直列接続する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、日陰となった太陽電池セルの異常発熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る製造方法で製造される太陽電池モジュールを備える太陽光発電システムを示すブロック図である。
【図２】図１の太陽電池モジュールを示す平面図である。
【図３】従来の太陽電池セルが異常発熱する条件を説明するためのグラフである。
【図４】図１の太陽電池モジュールの電流−電圧特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
図１は、一実施形態に係る製造方法で製造される太陽電池モジュール１を備える太陽光発電システム１００を示すブロック図である。図２は、図１の太陽電池モジュール１を示す平面図である。図１及び図２に示すように、太陽光発電システム１００は、太陽光を受光して発電し、その電力を蓄電するシステムである。太陽光発電システム１００は、太陽電池モジュール１、電圧計２、電流計３、ＤＣ−ＤＣコンバータ４、蓄電池５、及び制御部６を備える。
【００１１】
太陽電池モジュール１は、太陽光発電を行うための装置である。太陽電池モジュール１は、太陽光を受光して発電する。太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル１０、バイパスダイオード１２、及び出力端子１３，１４を有する。
【００１２】
太陽電池セル１０は、太陽光発電を行うための素子である。太陽電池セル１０は、受光面に太陽光を受光すると、受光した太陽光のエネルギーを電力に変換して出力する。太陽電池セル１０としては、特定の構成に限定されず、公知の太陽電池セルが採用される。
【００１３】
各太陽電池セル１０は、直列接続されている（電気的に互いに直列に接続されている。）。これらの太陽電池セル１０は、複数の太陽電池セル直列群（クラスタ）１１を形成している。各太陽電池セル直列群１１は、直列接続されている。本実施形態において、これらの太陽電池セル１０は、３つの太陽電池セル直列群１１を形成している。具体的には、太陽電池セル１０の枚数は全部で３６枚であり、各太陽電池セル直列群１１を形成している太陽電池セル１０の枚数はそれぞれ１２枚である。なお、太陽電池モジュール１が有する太陽電池セル１０の枚数は、太陽電池モジュール１の製造時に設定される。太陽電池セル１０の枚数が満たすべき条件については後述する。
【００１４】
バイパスダイオード１２は、整流作用を有する素子である。バイパスダイオード１２は、太陽電池セル直列群１１に対して１つ設けられている。バイパスダイオード１２は、太陽電池セル直列群１１における高電位の電力出力端及び低電位の電力出力端を接続するように設けられている。すなわち、バイパスダイオード１２は、太陽電池セル直列群１１と並列接続されている（電気的に互いに並列に接続されている。）。
【００１５】
バイパスダイオード１２は、太陽電池セル直列群１１における低電位の電力出力端から高電位の電力出力端に向かう方向が順方向となるように設けられている。バイパスダイオード１２では、順方向に所定以上の電圧が印加されると、太陽電池セル直列群１１における低電位の電力出力端から高電位の電力出力端に向かって電流が流れる。
【００１６】
出力端子１３は、太陽電池モジュール１における低電位の電力出力端に設けられた端子である。出力端子１３は、例えば外部機器の低電位の電力入力端子に電気的に接続される。出力端子１４は、太陽電池モジュール１における高電位の電力出力端に設けられた端子である。出力端子１４は、例えば外部機器の高電位の電力入力端子に電気的に接続される。
【００１７】
電圧計２は、電気回路中の電圧（電位差）を計測する計測器である。電圧計２は、太陽電池モジュール１の出力端子１３，１４の間に電気的に接続されており、太陽電池モジュール１により出力される電圧を計測する。電圧計２は、計測した電圧を制御部６に出力する。電流計３は、電気回路中の電流を計測する計測器である。電流計３は、太陽電池モジュール１の出力端子１４に対して電気的に接続されており、太陽電池モジュール１から出力される電流を計測する。電流計３は、計測した電流を制御部６に出力する。
【００１８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、電力を変換する機器である。ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、太陽電池モジュール１と蓄電池５との間に電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、後述するように制御部６により決定される目標電圧となるよう、太陽電池モジュール１により出力される電力を制御する。より具体的には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、太陽電池モジュール１により出力される電圧及び電流を変換し、蓄電池５に出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ４としては、特定の構成に限定されず、公知のＤＣ−ＤＣコンバータが採用される。
【００１９】
蓄電池５は、太陽電池モジュール１により電力が入力されることで充電可能なバッテリである。蓄電池５は、繰り返し充放電可能なバッテリであれば特定のバッテリに限定されない。
【００２０】
制御部６は、演算装置であり、例えばマイコン又はＩＣによって構成される。制御部６は、太陽光発電システム１００においてＭＰＰＴ制御を実行するように、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の動作を制御する。ＭＰＰＴ制御とは、太陽電池モジュール１により出力される電圧を変化させ、電圧の変化前後における電力を比較して、より電力が大きくなる電圧を採用する制御方法である。具体的には、制御部６は、電圧計２により計測された電圧、及び、電流計３により計測された電流に基づいて、太陽電池モジュール１により発電された電力を算出する。そして、制御部６は、算出した電力に基づいて、太陽電池モジュール１により発電される電力を最大化するような目標電圧を決定し、その目標電圧に対応する制御値をＤＣ−ＤＣコンバータ４に出力する。制御値の一例は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４のデューティ（Duty）比である。
【００２１】
続いて、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の製造方法について説明する。太陽電池モジュール１の製造方法においては、まず、複数の太陽電池セル１０を用意する。
【００２２】
次に、太陽電池セル１０の枚数が下記の式（１）を満たすように、複数の太陽電池セル１０を直列接続する。
【数２】
2018098879.tif 000004
ここで、ＶＯＣは太陽電池モジュール１の開放電圧を表し、ＶＢＤは１枚の太陽電池セル１０の逆方向降伏電圧の正値を表し、ｎは太陽電池セル１０の枚数を表している。以上により、太陽電池モジュール１が製造される。
【００２３】
なお、開放電圧ＶＯＣは、使用光量Ｉｒｒに依存する。上記の式（１）に用いる開放電圧ＶＯＣは、例えば、太陽電池モジュール１が使用光量（使用環境下における光量）上限の太陽光を受光した場合における太陽電池モジュール１の開放電圧（出力端子１３，１４の間の開放電圧）としてもよい。より具体的な一例として、使用光量の上限値の具体的な範囲は、例えば３００Ｗ／ｍ２〜１０００Ｗ／ｍ２である。また、太陽電池モジュール１の開放電圧ＶＯＣは、温度Ｔに依存する。例えば、太陽電池モジュール１の開放電圧ＶＯＣは、太陽電池セル１０が低温になるに連れて上昇する温度依存性を有している。上記の式（１）に用いる開放電圧ＶＯＣは、使用環境下における太陽電池セル１０の下限温度での太陽電池モジュール１の開放電圧としてもよい。下限温度の具体的な温度範囲は−３０℃〜９０℃である。
【００２４】
また、太陽電池セル１０の逆方向降伏電圧ＶＢＤは、太陽電池セル１０の電流−電圧特性に基づいて規定される。逆方向降伏電圧ＶＢＤは、温度Ｔに依存する。なお、太陽電池セル１０の逆方向降伏電圧ＶＢＤは、太陽電池セル１０が低温になるに連れて低下する温度依存性を有している。太陽電池セル１０の逆方向降伏電圧ＶＢＤは、使用環境下における太陽電池セル１０の下限温度での太陽電池モジュール１の逆方向降伏電圧としてもよい。下限温度の具体的な温度範囲は−３０℃〜９０℃である。太陽電池セル１０の逆方向降伏電圧ＶＢＤの詳細な規定方法については後述する。
【００２５】
続いて、太陽光発電システム１００の太陽電池モジュール１において、日陰となった太陽電池セル１０の異常発熱を抑制することができることについて説明する。
【００２６】
まず、従来の太陽光発電システムにおいて、日陰となった太陽電池セルが異常発熱する理由について説明する。図３は、従来の太陽電池セルが異常発熱する条件を説明するためのグラフである。図３において、横軸は太陽電池モジュールにより出力される電圧を表し、縦軸は太陽電池モジュールにより出力される電流を表す。図３の第１象限（Ｖ＞０、Ｉ＞０）では、太陽電池モジュールは電池として機能する（順バイアス）。図３の第２象限（Ｖ＜０、Ｉ＞０）では、太陽電池モジュールは負荷として機能する（逆バイアス）。
【００２７】
図３のグラフＸは、１枚の太陽電池セルにおいて、当該太陽電池セルが日陰となった場合（当該太陽電池セルの受光面の一部分又は全面が日陰となった場合）の電流−電圧特性を示している。グラフＸは、１枚の太陽電池セルの開放電圧ＶＣＥＬＬで横軸と交わる。グラフＸは、電圧が低下するに連れて電流が上昇するものの、太陽電池セルが日陰となっているため低い電流値で飽和する（図中Ａ１）。
【００２８】
グラフＸに示すように、当該太陽電池セルに印加される逆方向の電圧が所定値まで低下（逆方向の電圧の絶対値が所定値まで増大）したときに、電流が急激且つ直線的に増大する（図中Ａ２）。太陽電池セルの逆方向降伏電圧ＶＢＤは、グラフＸのＡ２部分を直線で近似した線（図中Ａ３）が横軸と交わる点における電圧と定義される。
【００２９】
図３のグラフＹは、ｎ枚の太陽電池セルを有する太陽電池モジュールにおいて、１枚の太陽電池セルが日陰となった場合の電流−電圧特性を示している。太陽電池モジュールは、グラフＹのうち第１象限の領域で動作が制御される。グラフＹは、ｎ枚の太陽電池セルを有する太陽電池モジュールの開放電圧ＶＯＣで横軸と交わる。グラフＹは、電圧が低下するに連れて電流が上昇するものの、１枚の太陽電池セルが日陰となっているため当該太陽電池セルを流れることができる電流が上限とされ、その結果、低い電流値で飽和する（図中Ａ４）。
【００３０】
グラフＹに示すように、日陰となった太陽電池セルに印加される逆方向の電圧が、ｎ−１枚の太陽電池セルの開放電圧に相当する電圧から逆方向降伏電圧ＶＢＤを差し引いた電圧まで低下（逆方向の電圧の絶対値が所定値まで増大）したときに、電流が急激且つ直線的に増大する（図中Ａ５）。つまり、図中のグラフＹの第１象限において、Ａ５部分に相当する電圧範囲では発熱することになる。この電圧範囲は以下のとおりである。
【数３】
2018098879.tif 000005
【００３１】
太陽電池モジュールがバイパスダイオードを有している場合、バイパスダイオードが機能することで上記の式（２）における電圧範囲で太陽電池モジュールが動作することを回避することができる。しかし、バイパスダイオードがオープン故障したときには、上記の式（２）における電圧範囲で動作することを回避することができなくなる。
【００３２】
つまり、太陽電池モジュールにおいて、以下の条件が満たされた場合に、太陽電池セルが異常発熱する。すなわち、太陽電池モジュールがバイパスダイオードを有している場合において、バイパスダイオードがオープン故障し、且つ、当該バイパスダイオードが並列接続されている太陽電池セル直列群のうちの少なくとも１枚の太陽電池セルが日陰となったときに、上記の式（２）を満たす電圧Ｖを太陽電池モジュールが出力することで、太陽電池セルが異常発熱する。或いは、太陽電池モジュールがバイパスダイオードを有していない場合において、少なくとも１枚の太陽電池セルが日陰となったときに、上記の式（２）を満たす電圧Ｖを太陽電池モジュールが出力することで、太陽電池セルが異常発熱する。
【００３３】
なお、太陽光発電システムのＭＰＰＴ制御において、図３に示すように最大電力点Ｍが第１象限におけるグラフＹのＡ５部分に存在すると、日陰となった太陽電池セルが異常発熱する状態が継続する場合がある。この場合、太陽電池セルの異常発熱の問題がより顕著となる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る太陽光発電システム１００において、日陰となった太陽電池セル１０の異常発熱が抑制される理由について説明する。図４は、図１の太陽電池モジュール１の電流−電圧特性を示すグラフである。図４において、グラフＸについては図３と同様である。
【００３５】
図４のグラフＺは、ｎ枚の太陽電池セル１０を有する太陽電池モジュール１において、１枚の太陽電池セル１０が日陰となった場合の電流−電圧特性を示している。太陽電池モジュール１は、グラフＺのうち第１象限の領域で動作が制御される。グラフＺは、グラフＸのＡ３部分よりも横軸正方向の領域において、図３のグラフＹを横軸負方向に平行移動したものに相当する。具体的には、グラフＺのＡ６部分がグラフＹのＡ４部分に対応し、グラフＺのＡ７部分がグラフＹのＡ５部分に対応する。
【００３６】
日陰が生じた太陽電池セル１０の異常発熱を抑制するためには、日陰が生じた太陽電池セル１０が逆方向降伏状態で導通することを回避できればよい。太陽電池モジュール１は、電流−電圧特性の第１象限の領域で動作するため、電流−電圧特性の第１象限において太陽電池セル１０が逆方向降伏状態とならなければよい。つまり、上記の式（２）の右辺が０以下となる条件（下記の式（３））とすることで、電流−電圧特性の第１象限に太陽電池セル１０が異常発熱する電圧範囲が現れないことになる。
【数４】
2018098879.tif 000006
【００３７】
上記の式（３）を展開することで、上記の式（１）となる。このため、上記の式（１）を満たすｎが採用されている限り、太陽電池モジュール１の制御される電圧範囲において、日陰が生じた太陽電池セル１０が逆方向降伏状態で導通するモードが発生しなくなることから、当該太陽電池セル１０において異常発熱が発生することが抑制される。
【００３８】
なお、上記の説明においては、１枚の太陽電池セル１０が日陰となった場合を例示しているが、例えばｍ枚（ｍは２以上）の太陽電池セル１０が日陰となった場合、上記の式（３）の−ＶＢＤに係数ｍが係ることとなる。このとき、上記の式（３）の左辺の値は一層減少する。従って、上記の説明のように１枚の太陽電池セル１０が日陰となった場合において上記の式（３）を満たしていれば、ｍ枚の太陽電池セル１０が日陰となった場合においても上記の式（３）が満たされることとなる。
【００３９】
図４のグラフＷは、日陰となった太陽電池セル１０を除くｎ−１枚の太陽電池セル１０のみによって太陽電池モジュール１が構成されていると仮定した場合の電流−電圧特性を参考で示している。開放電圧ＶＯＣの係数（ｎ−１）／ｎは、日陰が生じた１枚の太陽電池セル１０が電池ではなく負荷として機能していることで、全ての太陽電池セル１０が電池として機能している状態と比較して、太陽電池モジュールにより出力される電圧が（ｎ−１）／ｎ倍に減少することを示している。
【００４０】
以上、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の製造方法では、太陽電池セル１０の枚数が上記の式（１）を満たしているため、太陽電池モジュール１の電流−電圧特性において、太陽電池セル１０が異常発熱する条件が満たされない。このため、例えばバイパスダイオード１２がオープン故障した場合において、一部の太陽電池セル１０が日陰となったときであっても、当該太陽電池セル１０の異常発熱を抑制することができる。
【００４１】
本発明は、上述した実施形態に限られない。本発明は、上述した実施形態に対して当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。
【００４２】
例えば、太陽電池モジュール１は、バイパスダイオード１２を有していなくてもよい。この場合でも、太陽電池セル１０の枚数が上記の式（１）を満たしていれば、太陽電池モジュール１の電流−電圧特性において、太陽電池セル１０が異常発熱する条件が満たされない。よって、日陰となった太陽電池セル１０の異常発熱を抑制することができる。
【００４３】
また、制御部６は、ＭＰＰＴ制御を実行しなくてもよい。例えば、制御部６は、太陽電池モジュール１から出力される電圧を広範囲にわたってスキャンして電力の最大値を探索するスキャニング制御を実行してもよい。この場合でも、太陽光発電システム１００において本実施形態の作用効果が奏される。
【符号の説明】
【００４４】
１…太陽電池モジュール、４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、５…蓄電池、６…制御部、１０…太陽電池セル、１１…太陽電池セル直列群、１２…バイパスダイオード、１００…太陽光発電システム。
【図１】
2018098879.tif 000009
【図２】
2018098879.tif 000010
【図３】
2018098879.tif 000011
【図４】
2018098879.tif 000012