(57)【要約】【課題】太陽電池パネルのセルの一部が日陰などで光起電力発生効率が低下すると、他のセルとの間に逆方向電圧が発生し太陽電池パネル全体の起電力を低下させる原因になっていた。既成のセルではセル列毎にパイパスダイオード取り付けて逆方向電圧を防止していた。【解決手段】本願発明は各セルの隙間に収納でき厚みがバスバー最大高さより低いバイパスダイオードを各セルの隙間に収納し、既存のバスバー配線に結線できるようにしたことで容易に取り付けられ経済的なバイパスダイオードを取り付けた太陽電池パネルを提供するものである。【選択図】図２
2011040695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池素子と
上記１つの太陽電池素子と他の太陽電池素子とを接続するための間隙を持った接続部と、
前記太陽電池素子の上部電極と下部電極とを前記接続部を介して接続するバスバーと、
前記接続部において前記バスバーと電気的に接続されたバイパスダイオードとを備え、
前記バイパスダイオードのプラス電極は前記太陽電池素子の上部電極に接続された前記バスバーと接続され、前記バイパスダイオードのマイナス電極は前記バスバーが前記太陽電池素子の上部電極に接続された前記太陽電池素子の下部電極と接続されていることを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項２】
複数の前記バスバーで前記太陽電池素子を接続する場合でも１つの前記バイパスダイオードを１本の前記バスバーに接続することで逆方向電圧の発生を防止するようにしたことを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
【請求項３】
前記バイパスダイオードは前記太陽電池素子に前記バスバーを接続した厚みより薄く作られていることを特徴とする請求項１、２記載の太陽電池パネル。
【請求項４】
前記バイパスダイオードは前記１つの太陽電池素子と他の太陽電池素子との間隙に設置されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は太陽電池のバイパスダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年ＣＯ２の増加による温室効果で地球の温暖化が生じることが予測され、クリーンなエネルギーとして太陽電池の需要が急速に広まっている。
通常太陽電池を用いた発電の場合、一枚の太陽電池セル（太陽電池素子）のみでは出力が低い為、複数の太陽電池セルを直列に結線して電圧を上げる必要がある。
このように複数の太陽電池セル（以下セルという）を直列に結線したものを複数列作成し、それらを更に並列に結線して電流を増やすようにして製作されたものが太陽電池パネルである。【０００３】  しかし複数のセルを使用していると建物の影やセルの部分的不具合等によって、複数のセルを直列に結線したセル列の中の一枚のセルが発電しなくなった場合、正常に発電している他のセルからの発生電圧が逆方向電圧となり、セルの耐圧を越える値になった場合にはセルが破壊されてしまうことがある。また、一枚のセルが発電しなくなったことで、直列に結線されたセル列全体の発電を阻害してしまう。
そこでこのような逆方向電圧の発生および発電の阻害を防止する為、直列に結線されたセル列に対して逆方向電圧が発生しないように並列にダイオードを結線している。このような方式のダイオードはバイパスダイオードと呼ばれている。一般的には複数のセルを直列に結線したセル列に対して１箇所使用する。そして其々の直列に結線されたセル列が逆方向電圧を発生しないように設定され、それらを更に並列に結線して電流を増やすようにして太陽電池パネルが製作されている。【０００４】  しかし各セル毎にバイパスダイオードを取り付けるとセル一枚ごとの逆方向電圧を防止することが出来る。従って一枚のセルのみが陰などによる不具合が生じたとしても、直列に結線されたセル列全体の発電を阻害することが無く、一枚のセルのみの逆方向電圧を防止することで他のセルの発電を生かすことができる。
このような従来例は図７に示される特開２０００−１９６１２８に示されている。【０００５】  図７について説明する。太陽電池セル９０はバスバー９２によって各セル９０が直列になるように結線されている。ＸＸ´断面図に図示されているように、バスバー９２はセル９０の上面に結線されセル９０によって発電されたプラス側の電気を集電しセル９０１の表面からセル９０２の裏面に結線され直列に結ばれている。
このような直列結線を順次繰り返すことによって、電圧を高め所定の電力が得られるよう構成されている。セル９０の裏面にはバイパスダイオード９１がマイナス側に結線されておりバイパスダイオード９１は隣のセル９０のマイナス側にバイパスされるよう結線されている。
例えばセル９０２に日陰になるなどの何らかの不具合が生じて発電できなくなり、電圧が発生しなかったとする。するとバイパスダイオード９１２はセル９０１の電圧を、セル９０２を通過させずに直接セル９０３に通電するよう構成されたものである。【０００６】  このことによりセル９０３はセル９０２に逆方向電圧を発生させることなくバイパス回路９３２を経由してバスバー９２１と直列に結線された回路を形成するものである。以上のような構成で各セル９０が保護されセル列９９全体の発電が阻害されないようになっている。
またこのような直列に結線されたセル列９９は表層面にガラスなどの表面材９５が置かれ、セル列９９の直上を表面封止９６で密封され、セル列９９の下面を裏面封止材９７で密封し、更に最下面にプラスチックボードなどの裏面材が貼着されることにより屋外で風雨にさらされてもセル列９９が損傷せず長期間に渡っても劣化しないように構成されている。
このような方法はセル９０毎にバイパスダイオード９１を取り付けたことにより大変効率の良い太陽電池パネルとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９６１２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  従来の方法であれば太陽電池セル９０に対して専用の電極パターンが必要であり、本発明に係るような既存のセル２０に使用することが出来ない。従来方式は専用のセル９０に取り付け式のバイパスダイオード９１であり汎用性がない。
次にバイパスダイオード９１を取り付けた為に幅広になったバスバー９２の取り付け部分がセル９０の上面部分にあるために、セル９０の受光部を狭くしてしまう。仮に受光部分を広くする為にセル９０の外側にバスバー９２を取り付けたとしても、太陽電池パネル全体の大きさが大きくなってしまう。
また、受光部の片方寄りにバスバー９２を取り付けている為、電極パターンの集電効率が悪く、中央部にバスバー２５を取り付ける既成の構造のものより集電効率が劣る。【０００９】  従来のバイパスダイオード９１は各セル９０の裏面に取り付けられている為、バイパスダイオード９１が裏面方向に突出し表面封止材９６と裏面封止材９７によってラミネートして気泡や皺を除く行程を経た後、表面材９５と裏面材９８を貼着して太陽電池パネルとして完成させる際に、バイパスダイオード９１の突出部に圧力が集中してセル９０を破損してしまうことがあった。【００１０】  セル２０．９０は一般に２００ミクロン程度の厚みしかなく、軽微な片荷重で破損してしまう。一部でも破損した太陽電池パネルは廃棄することになり大幅な損失が発生する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】複数の太陽電池素子と上記１つの太陽電池素子と他の太陽電池素子とを接続するための間隙を持った接続部と、前記太陽電池素子の上部電極と下部電極とを前記接続部を介して接続するバスバーと、前記接続部において前記バスバーと電気的に接続されたバイパスダイオードとを備え、前記バイパスダイオードのプラス電極は前記太陽電池素子の上部電極に接続された前記バスバーと接続され、前記バイパスダイオードのマイナス電極は前記バスバーが前記太陽電池素子の上部電極に接続された前記太陽電池素子の下部電極と接続されていることを特徴とする太陽電池パネルを提供するものである。【００１２】  複数の前記バスバーで前記太陽電池素子を接続する場合でも１つの前記バイパスダイオードを１本の前記バスバーに接続することで逆方向電圧の発生を防止するようにし、  前記バイパスダイオードは前記太陽電池素子に前記バスバーを接続した厚みより薄く作られており、  前記バイパスダイオードは前記１つの太陽電池素子と他の太陽電池素子との間隙に設置されていることを特徴とする太陽電池パネルを提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】  上記のような提案のバイパスダイオード３０が、各太陽電池セル（太陽電池素子）２０の直列接続方向の間隙に入るように作成され、バスバー２５の斜面上部２５１とセル２０の裏面の電極２０２と接続するように設定されたので、セル２０の受光部を減少させることなく、バイパスダイオード３０の為に太陽電池パネル全体のスペースを大きくする必要もなくなった。
また、現状の量産されている既存のセル２０の電極パターンに直接接続することが出来るようにバイパスダイオード３０が作られているので従来のセル９０のような専用セルを新たに作る必要がない。【００１４】  太陽電池各セル２０の直列接続方向の間隙Ｅにバイパスダイオード３０が埋設するように配置できるのでセル列１９には突出した箇所がなく、ラミネート加工時にセル２０を破損することがなくなり、生産効率をあげることが出来る。【００１５】  セル２０は高温になると発電効率が低下するという特性がある。
バイパスダイオード３０が作動している際は発熱するが、各セル２０の間隙に埋設することによりバイパスダイオード３０の発熱が直接セル２０に伝わることがなく、セル２０の発電効率を悪化させることがなくなった。【００１６】  各セル２０はエッジ処理をしていないので、セル２０のエッジ部分がバスバー２５や隣のセル２０に接触すると電流が流れてしまう可能性がある。そこで樹脂等でコーティングしたバイパスダイオード３０を各セル２０の間隙Ｅに埋設することにより、樹脂でコーティングされたバイパスダイオード３０が各セルの直列接続方向の間隙Ｅに介在することにより短絡事故を防ぐことが出来る。【００１７】  バイパスダイオード３０の最大厚さＨはセル２０とバスバー２５を加えた最大厚さＦよりも低いか同等に作られているので、突出部がなく、ラミネート加工後にガラスやプラスチック板等で挟みつけても荷重が片寄らずセル２０を破損することがない。
また、太陽電池パネルは現状と同じ厚みで製作することが出来る。
バイパスダイオード３０の本体幅Ｇは各セル２０の間隙Ｅよりも狭いので、受光部に影響を与えず各セル２０同士の接触も防止できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例である太陽電池セルの直列接続とバイパスダイオードを取り付けた図である。
【図２】本発明の実施例のバイパスダイオードの図である。
【図３】バイパスダイオードを取り付けていない既成のバスバーの状体である。
【図４】バイパスダイオードを取り付けていない既成の太陽電池セルの直列接続の状体である。
【図５】バイパスダイオードを取り付けた従来例の図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  本発明の上記「発明の効果」に記述したような効力を得る為には、本発明に係るバイパスダイオード３０は各セル（太陽電池素子）２０の間隙Ｅ間に設置するように構成するのが最も効果的である。
【実施例】
【００２０】  太陽電池パネルに用いられているセル（太陽電池素子）２０の構造を図３、図４を用いて説明する。セル２０の上面部は太陽光を受け電力を発生する。このようにして発生した光起電力はセル２０の表面に格子状にプリントされた電極パターン２０５のセルのプラス電極２０１に集電される。同様にセル２０の裏側にはセルのマイナス電極２０２がプリントされている。【００２１】  光起電力はセルのプラス電極２０１に結線されたバスバー２５を通じて次の直列に結線されたセルのマイナス電極２０２に通電される。図３のようにバスバー２５はバスバーの傾斜部２５０を経てセルのプラス電極２０１から隣のセルの裏側のセルのマイナス電極２０２に直列に結線される。【００２２】  図３、図４は誇張して図示しているが、既成のバスバー２５の厚みは２００ミクロン、セル２０の厚みも２００ミクロン、プリントされたセルのプラスマイナスの電極２０１．２０２と半田層等の厚みが２０ミクロン程度の厚みである。
従ってバスバー最大高さＦは６００から７００ミクロン程度の厚みである。このバスバー最大高さＦがセル列２１の中で一番突出した部分である。【００２３】  各セル２０の間隙Ｅは一般的には２ミリメートル程度開けられている。このような直列に結線されたセル列２１によって電圧が上昇し、更にセル列２１をいくつも並列にすることによって全体の電流が上昇する。【００２４】  以上のように結線して並べられたセル２０は表面封止材９６と裏面封止材９７によってラミネート加工される。このことによってバスバー２５やセル２０が空気に触れて劣化しないように密封される。このように密封されたセル２０の表面には光を通す表面材９５が貼着され、裏面には加圧や曲げによってセル２０が破損しないように裏面材９８が貼着され太陽電池パネルが製作される。【００２５】  しかし１枚のセル２０が日陰になって光起電力が発生しなかった場合に、逆方向電圧が発生し、直列に結線されたセル列２１全体の発電が阻害されてしまう。従ってセル列２１毎等の適度な位置にダイオードを取り付けて逆方向電圧によって他のセル列２１の発電が阻害されないようにしなくてはならない。
しかしダイオードは電力が上昇すると形状が大きくなり、プラスチックケース等に収納して太陽電池パネルの裏側などに取り付けねばならず、全体の厚みを増加させていた。また、ダイオードが作動しているときは熱を発生する。セル２０は高温になると光起電力の発電効率が低下するので出来るだけセル２０から離れた位置に設置するのが好ましい。【００２６】  そこで従来例で記述したように各セル２０．９０毎にバイパスダイオード３０．９１を取り付けることによって効率のよい太陽電池パネルを製造することが出来る。【００２７】  次に図２を用いて本発明に係るバイパスダイオード２０について説明する。ダイオード本体３０１はセル２０の間隙Ｆの間に収まるようにダイオード本体幅Ｉは２ミリメートル以下で長方形状に作られる。またダイオード本体３０１を長方形状にすることによってダイオードの通電部を大きくし処理能力を高める効果がある。【００２８】  ダイオード本体３０１の上部にはプラス金属箔電極３０２が通電するべく結線され、同様にダイオード本体３０１下部にはマイナス金属箔電極３０３が通電するべく結線されている。
プラス電極３０２はねじられるように変形してバスバー傾斜上部２５１に通電するように結線される。マイナス金属箔電極３０３はバイパスダイオード３０全体を保持するようにセルのマイナス電極２０２に接続される。【００２９】  以上のようにして接続されたバイパスダイオード３０は接続後にセル列２１と共に封止材９６．９７によってラミネート加工され、太陽電池パネルとして完成した際には、図２の（３）の様な側面状態になり、バスバー２５の最大高さＦ及び間隙Ｅの中に納まるような大きさで作成される。【００３０】  上記のようにバイパスダイオード３０のダイオード高さＨがバスバーの最大高さＦを超えないようにするとともに、ダイオード本体幅Ｉがセル２０の間隙Ｅより小さいのでラミネート加工が容易になるとともに、既存のセル２０に容易に接続することが出来る相乗効果を生み出すものである。【００３１】  バイパスダイオード３０のプラス金属箔電極３０２はバスバー傾斜部２５０に沿うようにねじられてバスバー斜面上部の位置に接続される。次にマイナス金属箔電極３０３はＬ字形状をしており図１の（４）のように、セルのマイナス電極２０２に横方向から接続する構成になっている。【００３２】  このような形状のマイナス金属箔電極３０３によってバイパスダイオード３０の接続作業がやりやすく容易にセルのマイナス電極２０２に半田によって接続される。また、バスバー斜面上部２５１にプラス金属箔電極３０２が半田によって接続されるように構成されている。【００３３】  マイナス金属箔電極３０３もプラス金属箔電極３０２と同じ長方形の形状でも接続できるが、半田作業時にバスバー２５に接触した状体になってしまうと、短絡するのでバイパスダイオード３０の働きができなくなってしまう。
また、プラス金属箔電極３０２とマイナス金属箔電極３０３は半田で接続されるのが一般的であるが、なるべく半田部の距離をとることによって熱影響を集中させないようにするものである。【００３４】  以上のようにして図１の（２）のようにバイパスデイオード３０が各セル２０の間隙Ｅに収納された状態で太陽電池パネルが作成される。バイパスダイオード３０が作動して発熱した場合でも、隙間があるので熱がセル２０に直に伝導しないので光起電力発生効率を低下させることがない。【００３５】  また、従来例のようにセル列２１に取り付けた処理能力の大きなバイパスダイオードではなく本発明に係るバイパスダイオード３０は小型であり発熱量が小さい。また、図５に図示された従来例のようにセル９０の裏面に直接貼り付けたものではないので発熱によってセル２０の光起電力発生効率を低下させることが少ない。【００３６】  更にバイパスダイオード３０はプラス金属箔電極３０２とマイナス金属箔電極３０３の半田部（接続部）以外の部分を電気を通さない樹脂材等でコーティングすることによって劣化を防ぐとともに熱量の伝導性を低く抑えることができる。【００３７】  一般にセル２０はエッジ処理をしないカッティング状態で使用されている。従ってカッティング部に通電するものが触れるとそちらに電流が流れてしまう。バイパスダイオード３０が樹脂コーティングされてプラス金属箔電極３０２とマイナス金属箔電極３０３以外は通電しないのであれば、エッジ処理されていないセル２０がバイパスダイオード３０と接触しても通電することがない。
バイパスダイオード３０が樹脂コーティングされていればセル２０同士の間隙に介在することにより接触を防止し均等な間隔を保つ緩衝材とすることもできる。【００３８】  次にバイパスダイオード３０の働きを図２の（３）で説明する。バイパスダイオード３０が作動していないときは、右となりのセル２０からの通電は、まずバスバー２５ａからセルのマイナス電極２０２ａを経てセル２０ａに通電される。
次にセル２０ａの光起電力とともに電流はセルのプラス電極２０１ａに集電されバスバー２５ａからバスバー２５ｂを経て左となりのセル２０ｂに直列に配線される。【００３９】  しかしセル２０ａに何らかのトラブルが生じた場合、バスバー２５ａから伝えられた電流はセルのマイナス電極２０２ａを経てバイパスダイオード３０のマイナス金属箔電極３０３ａに伝わる。マイナス金属箔電極３０３ａに伝えられた電流はダイオード本体３０１ａを経由してプラス金属箔電極３０２ａを経てバスバー斜面上部２５１ａからバスバー２５ｂに伝えられ、次のセル２０ｂに直結される。【００４０】  このことによって光起電力発生効率の劣ったセル２０ａをバイパスして電流を流すことができ太陽電池パネル全体の光起電力の低下を最小限に食い止めることができる。また、更にセル２０ａが通電しないときにバスバー２５ｂから発生する逆方向電圧の発生もバイパスダイオード３０によって食い止めることができる。【００４１】  このようなバイパスダイオード３０の使用される数は、実施例の図１の（２）のように２本のバスバー２５に対しセル２０毎に２箇所のバイパスダイオード３０を取り付けても良い。バスバー２５を複数取り付けたのはセル２０表面の集電効率を高くする為に構成されたものである。【００４２】  バスバー２５が複数あってもバイパスダイオード３０は必ずしもバスバー２５の数だけ設置する必要はなく、一本のバスバー２５に取り付ければ上述したバイパス回路機能を形成できる。但し電力に応じた処理能力のあるバイパスダイオード３０を使用する必要がある。【００４３】  上記のような提案のバイパスダイオード３０により、各太陽電池セル２０の直列接続方向の間隙に入るように作成され、バスバー２５の斜面上部２５１とセル２０の裏面の電極２０２と接続するように設定されたので、セル２０の受光部を減少させることなく、バイパスダイオード３０の為に太陽電池パネル全体のスペースを大きくする必要もなくなった。【００４４】  また、現状の量産されている既存のセル２０の電極パターンに直接接続することが出来るようにバイパスダイオード３０が作られているので従来のセル９０のような専用セルを新たに作る必要がない。また、従来品より薄い太陽電池パネルを作成することができる。
また、できるだけセル２０の中央部にバスバー２５を設置するほうが集電効率がよく効率的である。【００４５】  太陽電池各セル２０の直列接続方向の間隙Ｅにバイパスダイオード３０が埋設するように配置できるのでセル列１９には突出した箇所がなく、ラミネート加工時に圧縮力等でセル２０を破損することがなくなり、生産効率をあげることが出来る。幅２ミリメートル厚み６００から７００ミクロン以下であればほとんどの現行品に採用することができる。【００４６】  セル２０は高温になると発電効率が低下するという特性がある。
バイパスダイオード３０が作動している際は発熱するが、各セル２０の間隙に埋設することによりバイパスダイオード３０の発熱が直接セル２０に伝わることがなく、セル２０の発電効率を悪化させることがなくなった。【００４７】  各セル２０はエッジ処理をしていないので、セル２０のエッジ部分がバスバー２５や隣のセル２０に接触すると電流が流れてしまう可能性がある。そこで樹脂等でコーティングしたバイパスダイオード３０を各セル２０の間隙Ｅに埋設することにより、樹脂でコーティングされたバイパスダイオード３０が各セルの直列接続方向の間隙Ｅに介在することにより短絡事故を防ぐことが出来る。【００４８】  バイパスダイオード３０の最大厚さＨはセル２０とバスバー２５を加えた最大厚さＦよりも低いか同等に作られているので、突出部がなく、ラミネート加工後にガラスやプラスチック板等で挟みつけても荷重が片寄らずセル２０を破損することがない。
また、太陽電池パネルは現状と同じ厚みで製作することが出来る。
バイパスダイオード３０の本体幅Ｇは各セル２０の間隙Ｅよりも狭いので、受光部に影響を与えず各セル２０同士の接触も防止できるものである。【００４９】  プラス金属箔電極３０２とマイナス金属箔電極３０３を半田によって取り付けるだけなので実装方法が簡単である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】  本発明のバイパスダイオード３０は太陽電池セルだけでなく、バッテリーや蓄電池などの逆方向電圧の発生を防止するのに応用することができる。
【符号の説明】
【００５１】２０      セル（太陽電池素子）
２０ａ    セル
２０ｂ    セル
２０１    セルのプラス電極
２０１ａ  セルのプラス電極
２０２    セルのマイナス電極
２０２ａ  セルのマイナス電極
２０５    電極パターン
２１      セル列
２５      バスバー
２５０    バスバー傾斜部
２５１    バスバー斜面上部
２５１ａ  バスバー斜面上部
２５ａ    バスバー
２５ｂ    バスバー
３０      バイパスダイオード
３０１    ダイオード本体
３０１ａ  ダイオード本体
３０２    プラス金属箔電極
３０２ａ  プラス金属箔電極
３０３    マイナス金属箔電極
３０３ａ  マイナス金属箔電極
Ｅ        間隙
Ｆ        バスバーの最大高さ
Ｈ        ダイオード高さ
Ｉ        ダイオード本体幅
９０      セル（従来例の太陽電池セル）
９０１    セル（従来例）
９０２    セル（従来例）
９０３    セル（従来例）
９１      バイパスダイオード（従来例）
９１１    バイパスダイオード（従来例）
９１２    バイパスダイオード（従来例）
９１３    バイパスダイオード（従来例）
９２      バスバー（従来例）
９２１    バスバー（従来例）
９２２    バスバー（従来例）
９２３    バスバー（従来例）
９３      バイパス回路
９３１    バイパス回路
９３２    バイパス回路
９３３    バイパス回路
９５      表面材
９６      表面封止材
９７      裏面封止材
９８      裏面材
９９      セル列（従来例）
【図１】
2011040695.tif 000003
【図２】
2011040695.tif 000004
【図３】
2011040695.tif 000005
【図４】
2011040695.tif 000006
【図５】
2011040695.tif 000007