(57)【要約】【課題】発電時間の経過に伴って発電効率が低下することを抑制することができる太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽光発電システムは、負電源１０４と、太陽電池モジュール１０１を少なくとも一つ有する発電装置１０２と、発電装置１０２の出力電圧の正極側を入力する正極側入力端子及び発電装置１０２の出力電圧の負極側を入力する負極側入力端子を有する電力変換装置１０３とを備え、少なくとも発電装置１０２が発電を行っているときには、負電源１０４から出力される負電圧が前記正極側入力端子に印加される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負電源と、
太陽電池モジュールを少なくとも一つ有する発電装置と、
前記発電装置の出力電圧の正極側を入力する正極側入力端子及び前記発電装置の出力電圧の負極側を入力する負極側入力端子を有する電力変換装置とを備え、
少なくとも前記発電装置が発電を行っているときには、前記負電源から出力される負電圧が前記正極側入力端子に印加されることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
前記発電装置が前記太陽電池モジュールを複数備え、
前記発電装置の出力電圧が前記太陽電池モジュールの出力電圧の少なくとも二つを直列加算した太陽電池モジュールストリング電圧であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
前記太陽電池モジュールが、Ｎ型シリコン基板の受光面とは反対側の裏面にＰ型集電層とＮ型集電層の双方を設けている裏面電極型太陽電池セルを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記太陽電池モジュールが、前記太陽電池モジュールの縁部を覆う導電性のモジュール枠を有することを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記モジュール枠が接地されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電システム。
【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を少なくとも一つ有する発電装置と、前記発電装置の出力電圧を入力する電力変換装置とを備える太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池の発電効率向上のために、受光面である表面側に電極を設けず、受光面とは反対側の裏面にＰ型集電層（電極）とＮ型集電層（電極）の双方を設けて電極によるシャドーロスを無くした裏面電極型太陽電池が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２８２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、裏面電極型太陽電池を備える太陽電池モジュール（以下、裏面電極型太陽電池モジュールともいう）に太陽光を照射して発電を行うと、発電時間の経過に伴って発電効率が低下することが起こる場合がある。本発明者らはこの現象を分析した結果、従来から使用されている受光面側にも電極が設けられた太陽電池を備える太陽電池モジュールではこの現象が起こりにくいこと、裏面電極型太陽電池モジュール内の発電部の電位とモジュール枠など裏面電極型太陽電池モジュールの発電に寄与しない部分の電位との間の電位差が大きいほど発電効率が低下しやすいこと、及び、降雨などによって裏面電極型太陽電池モジュールの受光面に水の膜ができている状態において発電効率が低下しやすいことを突き止めた。
【０００５】
上記の分析結果から本発明者らは、以下に示すメカニズムで裏面電極型太陽電池モジュールの発電効率の低下が起こると推定した。ここで、裏面電極型太陽電池モジュールの概略断面の一例を図４に示し、本発明者らが推定したメカニズムを図４の部分拡大図である図５を用いて説明する。
【０００６】
図４に示す裏面電極型太陽電池モジュールは、Ｎ型シリコン基板１と、Ｎ型シリコン基板１の受光面である表面側に設けられるパッシベーション膜２と、Ｎ型シリコン基板１の受光面とは反対側の裏面に設けられるＰ型集電層３及びＮ型集電層４を有する裏面電極型太陽電池セル５を複数備え、更に、隣接している２つの裏面電極型太陽電池セル５同士の隣接するＰ型集電層３とＮ型集電層４とを接続するための接続部材６も備える。なお、Ｎ型シリコン基板１内には、Ｐ型集電層３に接するようにＰ＋層１Ａが形成され、Ｎ型集電層４に接するようにＮ＋層１Ｂが形成される。図４に示す裏面電極型太陽電池モジュールでは、裏面電極型太陽電池セル５及び接続部材６が、エチレンビニルアセテート樹脂などの封止材７によって封止され、封止材７の表面側にガラス等の透光性基板８が設けられ、封止材７の裏面側に裏面保護シート９が設けられ、封止材７、透光性基板８、及び裏面保護シート９の側面と、透光性基板８の表面側周縁及び裏面保護シート９の裏面側周縁とを覆うゴム等の端面封止材１０が設けられ、端面封止材１０の外側にアルミ等の導電性のモジュール枠１１が設けられている。
【０００７】
（i）裏面電極型太陽電池モジュール内の発電部（Ｎ型シリコン基板１）と裏面電極型太陽電池モジュールの発電に寄与しない部分（モジュール枠１１）との電位差によって図５に示す電界が封止材７にかかると、封止材７に含まれる自由電子１２がパッシベーション膜２の受光面側に集められる。
（ii）Ｎ型シリコン基板１に含まれる正孔には、パッシベーション膜２の受光面側に集められた封止材７に含まれる自由電子１２と対を成すようにパッシベーション膜２側に引き寄せようとする力がかかる。
（iii）Ｎ型シリコン基板１内に光が照射されると、光励起により電子１３と正孔１４の対が発生する。これらはｐｎ接合部の電界によって、電子１３はＮ型集電層４に、正孔１４はＰ型集電層３に到達することで発電電力として外部に取り出すことが可能となるが、上記（ii）で説明した力により正孔１４がパッシベーション膜２に向かう確率が増えてしまう。図５に示すように太陽電池の基板がＮ型シリコン基板である場合は正孔１４が少数キャリアとなるため、光励起によって発生した正孔１４がＰ型集電層３に到達する割合が低下してしまうと、外部に取り出せる発電電力、すなわち発電効率が低下する。
【０００８】
上記の推定メカニズムを踏まえると、発電時間の経過に伴って起こり得る裏面電極型太陽電池モジュールの発電効率の低下を防止する方策として、図５に示す電界が封止材７にかからないようにすることで、パッシベーション膜上に電子が蓄積しないようにすることが考えられる。しかしながら、裏面電極型太陽電池モジュール内の発電部と、裏面電極型太陽電池モジュールの発電に寄与しない部分との電位差は、太陽光発電システム全体の構成によって決まるため、裏面電極型太陽電池モジュール自体では解決が困難であるといった課題があった。
【０００９】
本発明は、上記の状況に鑑み、発電時間の経過に伴って発電効率が低下することを抑制することができる太陽光発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明に係る太陽光発電システムは、負電源と、太陽電池モジュールを少なくとも一つ有する発電装置と、前記発電装置の出力電圧の正極側を入力する正極側入力端子及び前記発電装置の出力電圧の負極側を入力する負極側入力端子を有する電力変換装置とを備え、少なくとも前記発電装置が発電を行っているときには、前記負電源から出力される負電圧が前記正極側入力端子に印加される構成とする。
【００１１】
また、前記発電装置が前記太陽電池モジュールを複数備え、前記発電装置の出力電圧が前記太陽電池モジュールの出力電圧の少なくとも二つを直列加算した太陽電池モジュールストリング電圧であってもよい。
【００１２】
また、前記太陽電池モジュールが、Ｎ型シリコン基板の受光面とは反対側の裏面にＰ型集電層とＮ型集電層の双方を設けている裏面電極型太陽電池セルを有するようにしてもよい。
【００１３】
また、前記太陽電池モジュールが、前記太陽電池モジュールの縁部を覆う導電性のモジュール枠を有するようにしてもよい。
【００１４】
また、前記モジュール枠を接地するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、少なくとも前記発電装置が発電を行っているときには、前記発電装置の出力電圧の正極側電位を前記負電源から出力される負電圧の電位に固定することができるので、前記太陽電池モジュール内の発電部が接地電位よりも電位の高い状態になることを防止することができ、発電時間の経過に伴って発電効率が低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第一の実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を示す図である。
【図２】第二の実施形態に係る発電装置を示す図である。
【図３】第三の実施形態に係る発電装置を示す図である。
【図４】裏面電極型太陽電池モジュールの概略断面の一例を示す図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【００１８】
図１に示す通り、第一の実施形態に係る太陽光発電システムは、負電源１０４と、抵抗Ｒ１と、太陽電池モジュール１０１を四つ有する発電装置１０２と、発電装置１０２の出力電圧の正極側を入力する正極側入力端子及び発電装置１０２の出力電圧の負極側を入力する負極側入力端子を有する電力変換装置１０３とを備え、少なくとも発電装置１０２が発電を行っているときには、負電源１０４から出力される負電圧（接地電位よりも低電位の電圧）が電力変換装置１０３の正極側入力端子に印加される構成である。負電源１０４の正極側出力端子は抵抗Ｒ１を介して接地されており、負電源１０４の負極側出力端子から負電圧が出力される。
【００１９】
負電源１０４及び抵抗Ｒ１は、図１において電力変換装置１０３の外部に図示されているが、太陽光発電システムを設置する際の手間が増さないように電力変換装置１０３の内部に設けることが好ましい。負電源１０４の駆動源は、例えば、負電源１０４が小電流出力の電源であるため電池にしてもよく、発電装置１０２の出力電圧の一部を利用してもよい。なお、負電源１０４は常時動作している必要はなく、少なくとも発電装置１０２が発電を行っているときに動作していればよい。
【００２０】
太陽電池モジュール１０１−太陽電池モジュール１０１間、太陽電池モジュール１０１−電力変換装置１０３間、太陽電池モジュール１０１及び電力変換装置１０３−負電源１０４間の各接続は例えばケーブル等を用いて行われる。
【００２１】
発電装置１０２内の四つの太陽電池モジュール１０１は直列接続されており、四つの太陽電池モジュール１０１の出力電圧を直列加算した太陽電池モジュールストリング電圧が発電装置１０２の出力電圧となる。
【００２２】
太陽電池モジュール１０１は、例えば図４に示す裏面電極型太陽電池モジュールを用い、安全のためモジュール枠１１を接地する。なお、裏面電極型太陽電池モジュールの構造としては、図４に示す構造に限らず、例えば、Ｎ型シリコン基板１の裏面にパッシベーション膜を設けたりしてもよい。また、裏面電極型太陽電池モジュールでは、Ｎ型シリコン基板の代わりにＰ型シリコン基板を用いることもできる。
【００２３】
また、太陽電池モジュール１０１は、例示した裏面電極型太陽電池モジュールに限らず、太陽電池モジュール内の発電部の電位が発電に寄与しない部分の電位に対して高いと発電時間の経過に伴って発電効率が低下するおそれがあるタイプの太陽電池モジュールであればよい。
【００２４】
電力変換装置１０３は、直流電圧である正極側入力端子―負極側入力端子間電圧をＤＣ／ＡＣ変換して出力する電力変換装置であってもよく、直流電圧である正極側入力端子―負極側入力端子間電圧をＤＣ／ＤＣ変換して出力する電力変換装置であってもよい。また、電力変換装置１０３は、最大出力動作点追尾（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）機能を有し、正極側入力端子―負極側入力端子間に供給される電力が最大となるようにＭＰＰＴ制御を行い、各太陽電池モジュール１０１の動作電圧及び動作電流を決定する構成であることが好ましい。
【００２５】
少なくとも発電装置１０２が発電を行っているときには、発電装置１０２の出力電圧の正極側電位が接地電位より低くなるので、太陽電池モジュール１０１内の発電部が発電中に電位の高い状態になることを防止することができ、発電時間の経過に伴って発電効率が低下することを抑制することができる。
【００２６】
一方、発電装置１０２が発電を行っているときに電力変換装置１０３の負極側入力端子に地絡が起こった場合、発電装置１０２の出力電圧の正極側電位が、四つの太陽電池モジュール１０１の出力電圧を直列加算した太陽電池モジュールストリング電圧の分だけ接地電位より高くなり、正極側から負電源１０４側に地絡電流が流れる。しかしながら、正極側から負電源１０４を経由して接地される経路上に負電源１０４に対して直列に抵抗Ｒ１が設けられているので、抵抗Ｒ１によって地絡電流を制限することができる。この抵抗Ｒ１による地絡電流の制限は、負電源１０４の破損防止と人が負極側に触れた場合における感電に対する保護とに寄与する。
【００２７】
なお、図１に示した発電装置１０２の構成に代えて、第二の実施形態として図２に示すように太陽電池モジュール１０１を複数直列接続した太陽電池モジュールストリングを複数並列接続した構成にしてもよい。また、図１に示した発電装置１０２の構成に代えて、第三の実施形態として図３に示すように太陽電池モジュール１０１を一つのみ有する構成にしてもよい。
【００２８】
ただし、発電装置１０２が太陽電池モジュール１０１を複数直列接続した太陽電池モジュールストリングを有する構成では、モジュール枠１１の電位を接地電位にした場合に、図１や図２の紙面上側に位置する太陽電池モジュール１０１内の発電部が紙面下側に位置する太陽電池モジュール１０１内の発電部よりもより電位の高い状態になるため、発電時間の経過に伴って発電効率が低下することを負電源１０４等の設置によって抑制しない場合、発電効率が大きく低下する可能性がある。したがって、発電装置１０２が太陽電池モジュール１０１を複数直列接続した太陽電池モジュールストリングを有する構成（第一の実施形態、第二の実施形態）の方が、発電装置１０２が太陽電池モジュール１０１を複数直列接続した太陽電池モジュールストリングを有さない構成（第三の実施形態）よりも効果が顕著に現れる。
【符号の説明】
【００２９】
１  Ｎ型シリコン基板
１Ａ  Ｐ＋層
１Ｂ  Ｎ＋層
２  パッシベーション膜
３  Ｐ型集電層
４  Ｎ型集電層
５  裏面電極型太陽電池セル
６  接続部材
７  封止材
８  透光性基板
９  裏面保護シート
１０  端面封止材
１１  モジュール枠
１２  自由電子
１３  光励起により発生した電子
１４  光励起により発生した正孔
１０１  太陽電池モジュール
１０２  発電装置
１０３  電力変換装置
１０４  負電源
Ｒ１  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015056118.tif 000006
【図５】
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