(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、ブレーカ１０５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、前記正極側入力端子がブレーカ１０５を介して接地されており、ブレーカ１０５が遮断状態であるときに前記正極側入力端子と接地との接続が遮断される。【選択図】図１
2015056588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーカと、
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、
前記正極側入力端子が前記ブレーカを介して接地されており、前記ブレーカが遮断状態であるときに前記正極側入力端子と接地との接続が遮断されることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
前記負極側入力端子が地絡した場合に発生する地絡電流を検出する地絡電流検出器と、
前記地絡電流検出器によって検出される地絡電流が第１の閾値を超えると、前記ブレーカを遮断状態にする制御部とを備え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】
前記制御部は、前記地絡電流検出器によって検出される地絡電流が第１の閾値よりも小さい第２の閾値を超えると、前記電力変換装置の動作を停止させることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記ブレーカの状態を常時監視し、前記ブレーカが遮断状態のときに前記電力変換装置の動作を停止させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の太陽光発電システム
【請求項５】
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１〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
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１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
【請求項７】
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６に記載の太陽光発電システム。
【請求項８】
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７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、ブレーカと、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、前記正極側入力端子が前記ブレーカを介して接地されており、前記ブレーカが遮断状態であるときに前記正極側入力端子と接地との接続が遮断される構成とする。
【００１１】
また、前記負極側入力端子が地絡した場合に発生する地絡電流を検出する地絡電流検出器と、前記地絡電流検出器によって検出される地絡電流が第１の閾値を超えると、前記ブレーカを遮断状態にする制御部とを備えるようにしてもよい。
【００１２】
また、前記制御部は、前記地絡電流検出器によって検出される地絡電流が第１の閾値よりも小さい第２の閾値を超えると、前記電力変換装置の動作を停止させるようにしてもよい。
【００１３】
また、前記制御部は、前記ブレーカの状態を常時監視し、前記ブレーカが遮断状態のときに前記電力変換装置の動作を停止させるようにしてもよい。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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】
【００１８】
本発明によると、前記発電装置の出力電圧の正極側電位を接地電位にすることできるので、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。また、前記正極側入力端子と接地との接続を遮断することができるブレーカが設けられているので、前記負極側入力端子に地絡が起こった場合に前記ブレーカを遮断状態にすることによって地絡電流を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】
【００２０】
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。
【００２１】
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、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、直流地絡検出器１０４とを備え、ブレーカ１０５が遮断状態であるときに電力変換装置１０３の正極側入力端子と接地との接続が遮断される構成である。
【００２２】
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間の各接続は例えばケーブル等を用いて行われる。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。電力変換装置１０３は、直流地絡検出器１０４から地絡検出信号および遮断検出信号の少なくとも一方が供給されている場合、電力変換動作を停止する。
【００２７】
直流地絡検出器１０４は、上述したブレーカ１０５に加えて、地絡電流検出用電流検出器（例えばホール素子を利用した電流検出器）１０６と、制御回路等が実装されている直流地絡検出器回路基板１０７と、トリップコイル１０８と、交流電源１１１の出力電圧であるＡＣ２００［Ｖ］の電圧からトリップコイル駆動電圧を生成するトリップコイル駆動回路１０９と、リレー１１０とを備えている。
【００２８】
直流地絡検出器１０４は、図１に示すように電力変換装置１０３の外部に設けても構わないが、サイズが小さく電力変換装置１０３の内部に容易に組み込むことができるため、電力変換装置１０３の内部に組み込むことが好ましい。なお、本実施形態では、地絡電流検出用電流検出器１０６が請求項に記載されている「地絡電流検出器」に相当し、直流地絡検出器回路基板１０７、トリップコイル１０８、トリップコイル駆動回路１０９、及びリレー１１０が請求項に記載されている「制御部」に相当する。
【００２９】
ブレーカ１０５が遮断状態でない場合、電力変換装置１０３の正極側入力端子が接地され、発電装置１０２の出力電圧の正極側電位が接地電位になるので、太陽電池モジュール１０１内の発電部が発電中に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。
【００３０】
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、ブレーカ１０５が閉じた状態のままであれば、接地線を通して発電装置１０２の正極から負極に地絡電流が流れる。
【００３１】
そこで、第一の実施形態に係る太陽光発電システムでは、地絡電流検出用電流検出器１０６が地絡電流を検出し、地絡電流検出用電流検出器１０６によって検出される地絡電流が第１の閾値（例えば５［Ａ］）を超えると、直流地絡検出器回路基板１０７に実装されている制御回路は、トリップコイル１０８を通電状態にしてブレーカ１０５をトリップ（遮断状態）させる。これにより、第１の閾値を超える地絡電流を遮断することができる。一方、直流地絡検出器回路基板１０７に実装されている制御回路は、地絡電流検出用電流検出器１０６によって検出される地絡電流が第１の閾値以下であれば、トリップコイル１０８を非通電状態にする。ここで、トリップコイル１０８が通電状態であるとは、トリップコイル駆動回路１０９から出力されるトリップコイル駆動電圧がトリップコイル１０８に印加される状態であることを意味し、トリップコイル１０８が非通電状態であるとは、トリップコイル駆動回路１０９から出力されるトリップコイル駆動電圧がトリップコイル１０８に印加されない状態であることを意味する。
【００３２】
また、直流地絡検出器回路基板１０７に実装されている制御回路は、地絡電流検出用電流検出器１０６によって検出される地絡電流が第１の閾値より小さい第２の閾値（例えば１［Ａ］）を超えると、電力変換装置１０３に地絡検出信号を出力して、電力変換装置１０３の電力変換動作を停止させる。
【００３３】
リレー１１０は、トリップコイル１０８が通電状態になると、トリップ（開状態）する。また、ブレーカ１０５は手動で遮断状態にすることができるが、ブレーカ１０５が手動で遮断状態になった場合、連動してリレー１１０は開状態になる。したがって、ブレーカ１０５が遮断状態であればリレー１１０は開状態になり、ブレーカ１０５が非遮断状態であればリレー１１０は閉状態になる。直流地絡検出器回路基板１０７に実装されている制御回路は、リレー１１０の状態を常時監視することで、ブレーカ１０５の状態を間接的に常時監視している。そして、直流地絡検出器回路基板１０７に実装されている制御回路は、ブレーカ１０５が遮断状態であるときに、電力変換装置１０３に遮断検出信号を出力して、電力変換装置１０３の電力変換動作を停止させる。これにより、電力変換装置１０３の正極側入力端子が接地されていない状態で、システムが運用されることを防止することができる。
【００３４】
また、上述した地絡検出信号を用いて地絡を検出したことを報知する報知手段（例えば、ランプやブザーなど）や上述した遮断検出信号を用いてブレーカ１０５が遮断状態になっていることを報知する報知手段（例えば、ランプやブザーなど）を設けてもよい。このような報知手段を設けることにより、システムの正極接地に異常が発生していることをシステム管理者が容易に把握できる。
【００３５】
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。
【００３６】
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ブレーカ１０５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】
【００３７】
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  直流地絡検出器
１０５  ブレーカ
１０６  地絡電流検出用電流検出器
１０７  直流地絡検出器回路基板
１０８  トリップコイル
１０９  トリップコイル駆動回路
１１０  リレー
１１１  交流電源
【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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