(57)【要約】【課題】本発明の目的は、低コスト太陽電池モジュール設置構造体を提供することにある。【解決手段】本発明は太陽電池モジュールと太陽電池モジュール架台とバイパスダイオードを有し、前記太陽電池モジュールと前記バイパスダイオードは、太陽電池モジュールと別体で太陽電池モジュール架台に設けられ、バイパスダイオードと太陽電池モジュールは、少なくとも設置後も一部金属体が露出した配線部材で直並列接続されて太陽電池モジュールアレイを構成してなる太陽電池モジュール設置構造体であり、前記バイパスダイオードは非絶縁型ダイオードであることを特徴とする太陽電池モジュール設置構造体。【選択図】      図１
2004311883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールと太陽電池モジュール架台とバイパスダイオードを有し、前記太陽電池モジュールと前記バイパスダイオードは、太陽電池モジュールと別体で太陽電池モジュール架台に設けられ、バイパスダイオードと太陽電池モジュールは、少なくとも設置後も一部金属体が露出した配線部材で直並列接続されて太陽電池モジュールアレイを構成してなる太陽電池モジュール設置構造体であり、前記バイパスダイオードは非絶縁型ダイオードであることを特徴とする太陽電池モジュール設置構造体。
【請求項２】
前記太陽電池モジュール架台が、傾斜コンクリートブロックと支持コンクリートブロックから構成されてなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール設置構造体。
【請求項３】
前記バイパスダイオードは、太陽電池モジュール架台に固定するための台座部と端子部を有し、前記台座部はカソード、端子部はアノードであることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項記載の太陽電池モジュール設置構造体。
【請求項４】
前記バイパスダイオードの台座部を太陽電池モジュール架台に絶縁接着材を介して固定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の太陽電池モジュール設置構造体。
【請求項５】
前記バイパスダイオードの台座部を第３電極に絶縁接着材を介して固定し、前記第３電極は、絶縁接着材を介して太陽電池モジュール設置構造体に固定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール設置構造体。
【請求項６】
前記非絶縁バイパスダイオードの表面に水分が存在している状態で、太陽電池モジュールが発電状態になった時、非絶縁バイパスダイオードの台座部、太陽電池モジュール架台のバイパスダイオードの設置面、バイパスダイオード端子部の電位の大小関係が、太陽電池モジュール架台のバイパスダイオードの設置面≧バイパスダイオードの台座部＞バイパスダイオードの端子部の関係にあるように設置されてなる請求項１項記載の太陽電池モジュール設置構造体。
【請求項７】
前記太陽電池モジュールアレイの電路の一部が接地されてなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の太陽電池モジュール接地構造体。
【請求項８】
前記太陽電池モジュールアレイの正極端が接地されていることを特徴とする請求項７記載の太陽電池モジュール設置構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュール設置構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題に対する意織の高まりが、世界的な広がりを見せている。中でも、ＣＯ２排出に伴う地球の温暖化現象に対する危倶感は深刻で、クリーンエネルギーヘの希求はますます強まってきている。このような環境の中で、太陽電池はその安全性と扱いやすさから、クリーンエネルギー源として大きく期待されている。太陽電池は光を電気に変換する光電変換層を内部に有し、代表的な材料としては、単結晶シリコン半導体、多結晶シリコン半導体、非晶質シリコン系半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物半導体、等が挙げられる。
【０００３】
これらの太陽電池を利用した太陽光発電システムの形態として、架台に太陽電池モジュールを固定した太陽電池モジュール架台を複数列並べた地上設置型太陽電池モジュール架台を用いた大規模発電システムがある。
【０００４】
従来、上記太陽光発電システムを構築する場合、アルミフレーム等の枠体で補強された太陽電池モジュールを鋼材等によって組まれた架台に機械的に固定し、それらを複数列並べ、所望の電力を得るために直並列し、システムを組むことが一般的であった。
【０００５】
図２（ａ）、（ｂ）に一般的な枠付太陽電池モジュール、図３に一般的な架台の例を示す。
【０００６】
図２（ａ）、（ｂ）に示されたような一般的な太陽電池モジュールは、フロントカバー２０２として、白板ガラス、青板ガラス等の無機ガラス部材、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂等からなる部材が好適に用いられる。フロントカバーの厚みは、素材の特性によって異なるが、概ね０．５ｍｍ以上が好ましい。バックカバー２０４としては、上記のフロントカバー用の材料として挙げたものの他、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等の合成樹脂や、ガラス、金属板等を挙げることができる。枠体２０５にはアルミニウムなどが用いられる。
封止材２０３は、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等が好適に用いられる。
【０００７】
また、従来の一般的な枠付太陽電池モジュールの裏面には、端子箱２０６があり、その内部にはバイパスダイオード２０７が内蔵されている。
【０００８】
太陽電池モジュール内の光起電力素子が木の葉や雲等、光を遮る障害物によって影になると、その部分の光起電力素子は発電せず、その光起電力素子には、直列接続されている回路の全電圧が逆電圧となって印加される。そのような場合、光起電力素子が故障するおそれがある。これを防ぐために光起電力素子、もしくは太陽電池モジュールに流れる電流をバイパスするのがバイパスダイオードである。
【０００９】
通常バイパスダイオードは、光起電力素子の逆耐圧電圧の大きさによって、１〜数直列に１個、光起電力素子又は、前記光起電力素子の数直列の直列体に並列接続されている。接続の仕方は、光起電力素子又は前記数直列の直列体の負極にバイパスダイオードのアノードを、光起電力素子又は前記数直列の直列体の正極にカソードを接続する。挿入される場所は、太陽電池モジュール裏面の端子箱内で前述のように接続されることが多く、一般的に太陽電池モジュールにパイパスダイオードを内蔵させて出荷されている。
【００１０】
図３は、一般的な鋼材を用いた地上設置型太陽電池モジュール架台であり、太陽電池モジュールを所定の角度に固定するための部材である。太陽電池モジュールは架台上に固定金具などによって固定することができる。３０１は太陽電池モジュール、３０２はモジュール取り付けアングルフレーム、３０３はアーム、３０４はベース材、３０５はアンカーボルト、３０６は基礎、３０７は横材、３０８は金具である。
【００１１】
このタイプの太陽電池モジュール設置構造体の特徴は、光起電力素子をアルミフレームなどの枠体に組み込むことによって構造上の強度を保たせ、表面をガラス、裏面を樹脂などによって光起電力素子を樹脂封止することで十分な電気絶縁性、耐候性を確保するとともに、基礎にアンカーを打ち込むことによって、架台自体の耐風圧強度を増した構造としている点にあり、現在最も一般的なものとして、広く普及している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
太陽光発電システムの最も大きな課題のひとつは、発電コストの低減である。特に、太陽光発電システムが電力市場へ本格導入されるためには、コスト低減は必須であり、従来の火力発電、または原子力発電並のコストを実現する必要がある。しかし、経済産業省の総合資源エネルギー調査会需給部会中間報告（平成１０年６月１１日）にて報告されているように、日本国内の電力料金と比較して太陽光発電システムのエネルギーコストは、２．５〜６倍であり、本格導入のためには、抜本的な低コスト化が必要である。
【００１３】
そこで、本発明者はこのような状況に鑑み、以下の点に注目した。
【００１４】
▲１▼太陽電池モジュールの簡略化
一般的に太陽電池モジュールの被覆材、枠体、ジャンクションボックスなどの外囲体とケーブル、コネクター、バイパスダイオードなど光起電力素子以外の部材の全体に占めるコストの割合は５０％弱もあり、大きな割合を占める。よって、これに係るコストを削減することができれば、太陽電池モジュールのコストを大幅に下げることができる。
【００１５】
そこで、本発明者は、以下のような太陽電池モジュールを使用することにした。
【００１６】
すなわち、従来の太陽電池モジュールに付設していた端子箱、およびそれにともなうケーブル、コネクター、バイパスダイオード及び枠体を取り除いた太陽電池モジュールである。
【００１７】
また、フロントカバー、バックカバーの材料としてガラスを用いずに、樹脂のみを用いて光起電力素子の受光面、非受光面を耐候性被覆することにした。
【００１８】
さらに、一般人が容易に出入りできない環境下での使用を前提とするかわりに、太陽電池モジュールの要求仕様として、環境ストレスに対する光起電力素子の保護はするが、電気的な絶縁性能を要求仕様から外し、部分的に活電部が露出する仕様を検討した。その結果、大幅なコスト低減が期待できるという知見を得た。
【００１９】
▲２▼架台の低コスト化
従来のような鋼材を用いた組架台ではなく、図４に示すような、空洞コンクリートブロックを用いた太陽電池モジュール架台を用いることを着想した。図４（ａ）は、空洞コンクリートブロック、図４（ｂ）は、それらを並べて太陽電池モジュール架台を形成した図である。４０１は所望の傾斜角４０３で太陽電池モジュールを固定する傾斜コンクリートブロック、４０２は傾斜コンクリートブロックを所望の傾斜角４０３に支持する支持コンクリートブロック、４０４は太陽電池モジュール設置面である。
【００２０】
このような架台にすれば、安価なコンクリートブロックを並べるだけなので、低コストで太陽電池モジュール架台を構築することができる。
【００２１】
本架台の形成手順は、通常設置面に糸を張ったり、墨だししたりして、その線上に支持コンクリートブロック４０２を並べていき、次に、端の傾斜コンクリートブロックを所望の角度で設置し、それに沿って傾斜コンクリートブロック４０１をならべていく手順を踏む。
【００２２】
▲３▼バイパスダイオードの共通化
大規模発電所用太陽光発電システムを構築する場合は、多くの太陽電池モジュールを使用することになるが、バイパスダイオードが各太陽電池モジュールに一個もしくは、数個接続されているよりも、複数の太陽電池モジュールを並列接続して、それに対してバイパスダイオードを並列接続する方が、使用するバイパスダイオードの個数を減らすことができるので、コストを下げることができる。
【００２３】
例えば図５（ａ）に示すように、従来であれば太陽電池モジュール毎にバイパスダイオードを設けていたのであるが、図５（ｂ）のように太陽電池モジュール群を並列接続し、バイパスダイオードを接続してアレイを構築すれば、バイパスダイオード数を減らすことができる。
【００２４】
▲４▼使用するバイパスダイオードの低コスト化    −非絶縁型ダイオードの使用−
また、上記バイパスダイオードは、バイパスダイオードをある面に固定するための台座がダイオードの回路と絶縁されている絶縁型ダイオードと、台座がダイオードの回路を兼ねている非絶縁型ダイオードがあるが、非絶縁型ダイオードが絶縁型ダイオードよりも低コストであることから、非絶縁型ダイオードを使用する方が太陽電池モジュール設置構造体を低コスト化することが可能であるという知見を得た。
【００２５】
しかしながら、上記の太陽電池モジュール設置構造体を構築しようとするとき、以下のような問題点があることがわかった。
【００２６】
たとえば、図１９に示すような電極を兼ねている台座１９０３と端子１９０１を備えた非絶縁型ダイオードを屋外に設置するときには、台座１９０３を面１９０５に絶縁接着材１９０４で接着固定し、面と台座を絶縁した形で取り付ける。しかし、降雨や霜等で水膜などがダイオード表面に付着したりすることによって水分１９０６がダイオード周りに残留し、その後晴天によって太陽電池モジュールが発電状態になると、図に示すように、台座と面間や台座と端子間に電流が流れる経路１９０７ができ、電流がリークする恐れがある。この場合、非絶縁型ダイオードの端子や台座においては、腐食が促進される。これは、電極部から電流が流れ出すことによる電気化学的な腐食作用である。
【００２７】
例えば、図１８（ａ）に非絶縁型バイパスダイオードを使用して太陽電池モジュールアレイを構成した場合の一例を示す。太陽電池モジュール及びバイパスダイオードは、太陽電池モジュール架台であるコンクリートブロックに絶縁しつつ接着固定している。また、ダイオードの極性は、端子がカソード、台座がアノードのものを使用した。ところがこのバイパスダイオードの端子で腐食が顕著に発生することが判明した。
【００２８】
これは、コンクリートブロックには吸湿性があるため、降雨などにより水分が供給されると、コンクリートブロックと地面の電位はほぼ同電位、すなわち０Ｖとなる。その結果、接地点から太陽電池モジュールアレイ正極端側の直列数をｍ、接地点から太陽電池モジュールアレイ負極端側の直列数をｎとすると、各々のバイパスダイオードの端子および台座の電位は、ダイオード表面に残留する水分により、図１８（ｂ）のようになってしまうためである。この状態を更に詳しく説明すると、
接地点から太陽電池モジュールアレイ正極端側の各部位の電位は、
傾斜コンクリートブロックの設置面（地面）、コンクリートブロック：０Ｖ
バイパスダイオードの端子  Ｖｐｍ×ｍ  Ｖ
バイパスダイオードの台座  Ｖｐｍ×（ｍ−１）  Ｖ
接地点から太陽電池モジュールアレイ負極端側の各部位の電位は、
傾斜コンクリートブロックの設置面（地面）、コンクリートブロック：０Ｖ
バイパスダイオードの端子  −Ｖｐｍ×（ｎ−１）  Ｖ
バイパスダイオードの台座  −Ｖｐｍ×ｎ  Ｖ
すなわち、上記から判るように、太陽電池モジュールアレイ内のどのバイパスダイオードに関しても、端子は台座よりも電位が高いので、常に端子の腐食が促進されることになるのである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような問題点に対応するために以下のような手段を用いることが好適であることを見出した。以下にその具体的手段とその作用を説明する。すなわち、本発明の太陽電池モジュール設置構造体は、
太陽電池モジュールと太陽電池モジュール架台とバイパスダイオードを有し、前記太陽電池モジュールと前記バイパスダイオードは、太陽電池モジュールと別体で太陽電池モジュール架台に設けられ、バイパスダイオードと太陽電池モジュールは、少なくとも設置後も一部金属体が露出した配線部材で直並列接続されて太陽電池モジュールアレイを構成してなる太陽電池モジュール設置構造体であり、前記バイパスダイオードは非絶縁型ダイオードであることを特徴としているものである。
【００３０】
本発明の太陽電池モジュール設置構造体は、さらなる特徴として、
「前記太陽電池モジュール架台が、傾斜コンクリートブロックと支持コンクリートブロックから構成されていること」、
「前記バイパスダイオードは、太陽電池モジュール架台に固定するための台座部と端子部を有し、前記台座部はカソード、端子部はアノードであること」、
「前記バイパスダイオードの台座部を太陽電池モジュール架台に絶縁接着材を介して固定したこと」、
「前記バイパスダイオードの台座部を第３電極に絶縁接着材を介して固定し、前記第３電極は、絶縁接着材を介して太陽電池モジュール設置構造体に固定したこと」、
「前記非絶縁バイパスダイオードの表面に水分が存在している状態で、太陽電池モジュールが発電状態になった時、非絶縁バイパスダイオードの台座部、太陽電池モジュール架台のバイパスダイオードの設置面、バイパスダイオード端子部の電位の大小関係が、太陽電池モジュール架台のバイパスダイオードの設置面≧バイパスダイオードの台座部＞バイパスダイオードの端子部の関係にあるように設置されていること」、
「前記太陽電池モジュールアレイの電路の一部が接地されていること」、
「前記太陽電池モジュールアレイの正極端が接地されていること」、
を含む。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の太陽電池モジュール設置構造体を説明するための実施の形態を、図１を用いて説明する。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図である。
【００３２】
１０１は太陽電池モジュール、１０２は並列接続用電線、１０３は傾斜コンクリートブロック、１０４は支持コンクリートブロック、１０５は非絶縁型バイパスダイオード、１０６は絶縁接着材、１０７はケーブルである。支持コンクリートブロック１０４により、所望の角度１１０に傾斜して設置された傾斜コンクリートブロック１０３に太陽電池モジュール１０１が固定され、太陽電池モジュール同士が並列接続用電線１０２によって並列に接続され、非絶縁型バイパスダイオード１０５が太陽電池モジュールに並列に接続されている。非絶縁型バイパスダイオード１０５には、端子１０８と台座１０９があり、支持コンクリートブロック１０４に絶縁接着材１０６で台座を固定する。
【００３３】
以下、太陽電池モジュール設置構造体を構成する構成要素を詳細に述べる。
【００３４】
（太陽電池モジュール）
太陽電池モジュールの光起電力素子の光活性層材料としては、多結晶半導体では、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ等のＩＶ族元素、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等のＩＶ族元素合金、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＳ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物が挙げられる。また、非晶質半導体としては、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ等を挙げることができる。
【００３５】
図７に本発明に好適に用いられる太陽電池モジュールの一例を示す。図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は、Ａ−Ａ断面図である。
【００３６】
本実施形態の太陽電池モジュールは光起電力素子７０１を２直列したものを樹脂封止したものである。
【００３７】
光起電力素子７０１は、裏面電極でもある金属製基板７０２に形成された半導体光活性層７０３を有し、半導体光活性層７０３にて発生した電流を収集するための集電電極７０４が受光面側に配されている。金属製基板は７０２としては、ここでは０．１５ｍｍ厚のステンレス鋼を用い、半導体光活性層７０３としては、アモルファスシリコン／微結晶シリコン／微結晶シリコンのトリプル構造を、さらに集電電極７０４としては６０μｍφの銅線を、導電性ペーストを用いて半導体光活性層７０３上に固定している。
【００３８】
また、集電電極６０４は１００μｍ厚の銅製の正極タブ７０５に接続される。また、正極タブ７０５と、金属製基板７０２との絶縁を確実にするために、ポリエステル製の絶縁部材７０７が配されている。
【００３９】
更に集電電極７０４の上から、耐候性を持たせるために、アクリルシリコン系の耐候性塗料７０８を形成している。
【００４０】
光起電力素子を２直列にし、両端の受光面側の両端正極タブ７０２、裏面側の両端負極タブ７０６、計４箇所に、φ０．８ｍｍの裸銅単線７０９を鉛フリーはんだで半田付けした。
【００４１】
その後、受光面側にＥＴＦＥ（７１０）／ＥＶＡ（７１１）フィルムを、裏面側にＥＶＡ（７１１）／ＰＥＴ（７１２）／ＥＶＡ（７１０）フィルムを積層し、真空ラミネーターで樹脂封止した。
【００４２】
最後に、φ１．６ｍｍの裸銅単線７１３を略コの字形状に加工して、正極タブ７０２、負極タブ７０３に接続されている裸銅線７０９にリングスリーブ７１４で圧着して、電気的に接続している。
【００４３】
本発明で用いられる太陽電池モジュールは、従来の太陽電池モジュールと異なり、バイパスダイオードを太陽電池モジュールに内蔵していない。
【００４４】
また、上述のように正負極の端子は裸銅線を用いており、非絶縁である。
【００４５】
（台座を固定する面）
非絶縁バイパスダイオードの台座を、絶縁接着材を介して固定する面は、太陽電池モジュール用架台であるコンクリートブロックや、以下記述の第三電極等が好適である。
【００４６】
（第三電極）
本発明における第三電極とは、大地に対してある電位をもった部材で、材料は銅、ＳＵＳ等の金属が好ましい。第三電極は通常、太陽電池モジュールアレイのある一点と電気接続することによって、その太陽電池モジュールアレイの接続した一点と同電位にすることができる。
【００４７】
（太陽電池モジュール架台）
本発明における太陽電池モジュール架台とは、太陽電池モジュールを設置する構造物全般を指し、従来例に挙げた地上設置型太陽電池モジュール架台の他、屋根面や建築物の壁なども包含する。しかしながら、本発明に特に好ましいのは、空洞コンクリートブロック等重量物を使用した太陽電池モジュール架台である。図４に示すように、太陽電池モジュールを所定の角度に固定するための傾斜コンクリートブロックと、該傾斜コンクリートブロックを所定の角度に支持するための支持コンクリートブロックからなるため、構造が単純であり、太陽電池モジュールは傾斜ブロック上に固定金具やあるいは直接接着固定するなどして容易に固定することができる。しかも重量物であるので、地面に置くだけで架台の配置は完了する。
【００４８】
前記太陽電池モジュール架台を配置していく手順は、まず、支持コンクリートブロックを設置面に複数個配置し、その後傾斜ブロックを配置していくという手順を踏む。
【００４９】
（非絶縁型バイパスダイオード）
バイパスダイオードは、太陽電池モジュール、もしくは太陽電池モジュール内の光起電力素子の一部が日影になった場合、影になった太陽電池モジュールもしくは光起電力素子の光起電力が小さくなる。この場合、この太陽電池モジュール、もしくは光起電力素子に他の直列接続されている太陽電池モジュール、もしくは光起電力素子より出力されている電圧の総和が逆バイアスとなって、この日影になった太陽電池モジュール、もしくは光起電力素子に印加され、光起電力素子が破壊されてしまう可能性がある。
【００５０】
この日影による弊害を防止するために、各々の太陽電池モジュールもしくは光起電力素子に並列に接続するのが、バイパスダイオードである。
【００５１】
本発明においては、非絶縁型バイパスダイオードを用いる。非絶縁型のバイパスダイオードは、電極と放熱部（台座）が共通になっているダイオードであり、本発明では、バイパスダイオードの固定に用いられる台座が電極を兼ねているダイオードをいう。図８に非絶縁型ダイオードの一例を示す。８０１が端子、８０２が台座、８０３が本体部、８０４が圧着端子付きケーブルを固定するときに使用する穴である。
【００５２】
このパイパスダイオードには端子８０１と台座８０２があり、両方とも電極である。また台座８０２が放熱部を兼ねており、非絶縁である。
【００５３】
また、極性は２種類あり、端子（カソード）から台座（アノード）方向に整流するタイプと、台座（アノード）から端子（カソード）方向へ整流するタイプがある。
【００５４】
なお、バイパスダイオードの選定の方法は、バイパスダイオードに接続する太陽電池モジュールの並列数から、バイパスダイオードに流れ得る電流を見積もり、その電流以上の定格電流を有するダイオードを選定すればよい。
【００５５】
（絶縁接着材）
本接着材は、バイパスダイオードの台座と、面を絶縁状態で接着するために使用する絶縁接着材で、建築用のシリコーン接着材等が好適に使用できる。
【００５６】
（太陽電池モジュールアレイ）
所望の出力電圧及び電流を得るために、上記太陽電池モジュールを直列及び又は並列接続した太陽電池モジュール集合体を太陽電池モジュールアレイという。通常は、太陽電池モジュールアレイを構成するために一旦太陽電池モジュール同士を直列接続して直列体（太陽電池モジュールストリング）を形成し、それを並列接続する構成をとるが、本発明ではバイパスダイオードの削減のために太陽電池モジュールを並列接続し、これを直列接続することによって太陽電池モジュールアレイを構成した。
【００５７】
【実施例】
（実施例１）
本実施例は、空洞コンクリートブロックを太陽電池モジュール架台として用い、太陽電池モジュール設置構造体を構築した例である。以下に詳細を詳しく述べる。
【００５８】
本実施例における太陽光発電装置の仕様は以下の通りである。
【００５９】
＜仕様＞
▲１▼所用太陽電池容量（太陽電池アレイ出力）  Ｐｍ  １０ｋＷ相当
▲２▼太陽電池モジュール      ２１Ｗ／モジュール  図１０
寸法  幅３６０．６ｍｍ×長さ５０３．６ｍｍ
▲３▼設置面  コンクリート舗装
▲４▼パワーコンディショナ  １０ｋＷインバータ
▲５▼架台  空洞コンクリートブロック  寸法３９０ｍｍ×１９０ｍｍ×１００ｍｍ
傾斜角  １６°  設置方位  真南
▲６▼バイパスダイオード  定格１００Ａ
非絶縁型  台座：カソード、端子：アノード  図１１
以下に、上記仕様にあう太陽電池モジュール設置構造体について、詳しく説明する。
【００６０】
図１０に、本実施例で使用する太陽電池モジュールを示す。図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は、Ａ−Ａ断面図である。
【００６１】
本実施例における太陽電池モジュールは光起電力素子１００１を２直列したものを樹脂封止したものを使用している。
【００６２】
光起電力素子１００１は、裏面電極でもある金属製基板１００２に形成された半導体光活性層１００３を有し、半導体光活性層１００３にて発生した電流を収集するための集電電極１００４が受光面側に配されている。金属製基板は１００２としては、ここでは０．１５ｍｍ厚のステンレス鋼を用い、半導体光活性層１００３としては、アモルファスシリコン／微結晶シリコン／微結晶シリコンのトリプル構造を、さらに集電電極１００４としては６０μｍφの銅線を、導電性ペーストを用いて半導体光活性層１００３上に固定している。
【００６３】
また、集電電極１００４は１００μｍ厚の銅製の正極タブ１００５に接続される。また、正極タブ１００５と、金属製基板１００２との絶縁を確実にするために、ポリエステル製の絶縁部材１００７が配されている。
【００６４】
更に集電電極１００４の上から、耐候性を持たせるために、アクリルシリコン系の耐候性塗料１００８を形成している。
【００６５】
光起電力素子を２直列にし、両端の受光面側の両端正極タブ１００５、裏面側の両端負極タブ１００６、計４箇所に、φ０．８ｍｍの裸銅単線１００９を鉛フリーはんだで半田付けした。
【００６６】
その後、受光面側にＥＴＦＥ（１０１０）／ＥＶＡ（１０１１）フィルムを、裏面側にＥＶＡ／ＰＥＴ（１０１２）／ＥＶＡフィルムを積層し、真空ラミネーターで樹脂封止した。
【００６７】
最後に、φ１．６ｍｍの裸銅単線１０１３を略コの字形状に加工して、正極タブ１００２、負極タブ１００３に接続されている裸銅線１００９にリングスリーブ１０１４で圧着して、電気的に接続している。
【００６８】
本発明の太陽電池の寸法は、幅３３６０．６ｍｍ×長さ５５０３．６ｍｍである。また、本太陽電池モジュールの公称最大出力動作電流は９．２１Ａ、公称最大出力動作電圧は２．２８Ｖ、出力は２１Ｗである。
【００６９】
図１２は、本実施例の太陽電池モジュール設置構造体の上面図（ａ）及び、側面図（ｂ）である。
【００７０】
本太陽電池モジュール１２０１は、傾斜コンクリートブロック１２０３に絶縁接着材で、接着固定する。そして、端子をリングスリーブ１２１０によって電気接続することによって、東西方向に設置された太陽電池モジュールを直列接続している。同様に、１モジュール毎に南北方向に並列接続用電線１２０２を接続していくことによって、南北方向に設置された太陽電池モジュールを並列接続し、南北方向に設置された太陽電池モジュールと非絶縁型バイパスダイオード１２０５を並列接続する。
【００７１】
バイパスダイオード１２０５は、支持コンクリートブロック１２０４に台座１２０９を、絶縁接着材１２０６によって固定する。
【００７２】
本実施例で用いる非絶縁型バイパスダイオードは、図１１に示すように端子１１０１、本体部１１０２、台座１１０３に分かれており、端子、台座が電極である。台座は放熱作用を兼ねており、ケーブル固定のために、端子にはＭ８用の穴１１０４、台座には、Ｍ６用の穴１１０５が開いている。
【００７３】
整流の向きは端子から台座であり、端子がアノード、台座がカソードである。
【００７４】
以下に、本実施例における太陽光発電装置の構成について説明する。
【００７５】
本実施例で使用するパワーコンディショナは、容量１０ｋＷのパワーコンディショナである。本パワーコンディショナの定格直流電圧３００Ｖのものを使用する。パワーコンディショナのＤＣ入力電圧が３００Ｖなので、太陽電池モジュールの直列数を１４０枚とする。出力電圧は、１４０×２．２８＝３１９．２Ｖとなり、出力の合計を１０ｋＷにするために、１４０直列したものを４並列する。このときの電流値は、９．２１×４＝３６．８Ａになり、太陽電池モジュールアレイの出力は、１１．７６ｋＷとなる。
【００７６】
本実施例で使用するパワーコンディショナは、上記太陽電池モジュールアレイに１台接続して使用する。
【００７７】
以下に、本実施例における太陽電池モジュール設置構造体の施工手順について説明する。
【００７８】
（ブロックの配置）
まず、支持コンクリートブロックを東西方向に１８２個ならべた。そして最端の傾斜コンクリートブロック１個を支持コンクリートブロックに立てかけ、勾配計を使用して、傾斜角が１６°になるよう微調整した。その後、傾斜ブロックを３７１個、及び次列の支持コンクリートブロック１８２個を東西方向に並べた。このとき最端の傾斜角１６°の傾斜コンクリートブロックにならうようにして並べていき、傾斜ブロックと次列の支持ブロックが図１２に示すように、接触するようにして並べていった。同様にして残り３列分も並べた。
【００７９】
（太陽電池モジュールの貼り付け）
次に設置済みの傾斜コンクリートブロック上に太陽電池モジュールを弾性接着材によって貼り付けた。接着材は、太陽電池モジュールの裏面全体に塗布するのではなく、裏面の周辺部に適当量を盛って押圧し、傾斜コンクリートブロックに貼り付けた。
【００８０】
（太陽電池モジュール同士の直並列接続作業）
太陽電池モジュール同士の直並列接続作業を、図１２を用いて説明する。
【００８１】
図に示すように、光起電力素子の正極タブ、負極タブにはんだで接続されている銅単線φ１．６ｍｍ同士を直列方向（東西）方向に、リングスリーブ１２１０を専用圧着工具でかしめていくことによって、東西方向に設置された太陽電池モジュール同士の直列作業が完了する。リングスリーブはＪＩＳ  Ｃ  ２８０６  銅線用裸圧着スリーブＥ−小を使用した。
【００８２】
（バイパスダイオードの接続、固定）
図１２に示すように、非絶縁タイプダイオードを最も北側の支持コンクリートブロックに絶縁シリコーン接着材で固定し、端子、台座それぞれの穴にボルトナットを用いて、２ｍｍ２のケーブルを圧着端子で固定した。端子に接続されたケーブルは太陽電池モジュールの負極に、台座に接続されたケーブルは、太陽電池太陽電池モジュールの正極にリングスリーブで接続した。
【００８３】
また図１３に、台座を支持コンクリートブロックに接着した形を示す。図に示すように、接着材の塗布範囲を台座よりも広めにとり、台座の周囲がかるく盛り上がるように接着した。このような構造をとることによって、台座からのリーク電流を更に抑制することができる。
【００８４】
（接地）
本実施例では、太陽電池アレイの負極端をＤ種接地した。
【００８５】
（効果）
上記の構造をとった場合、日射が１（ｋｗ／ｍ２）の時の、非絶縁バイパスダイオードの表面に水分が存在している状態における各々のダイオード１４０２の端子１４０５、台座１４０６の電位を図１４（ａ）に示す。コンクリートブロックには吸湿性があるため、コンクリートブロックと地面の電位はほぼ同電位となり、０Ｖである。その結果、負極端からの直列数をｍとすると、１〜１４０直列目までの各々のバイパスダイオードの端子および台座の電位は、図１４（ｂ）のように表すことができ、
2004311883.tif 000003
太陽電池モジュールアレイのどのバイパスダイオードに関しても、端子は台座よりも電位が低いので、端子を防食することができる。
【００８６】
これは、腐食すると思われるところに電流を流し込むと防食電位を維持することができるからである。それぞれの金属には防食電位というものがあり、例えば、露出金属として銅（Ｃｕ）を使用した場合の銅の電極電位（対標準水素電極）−ＰＨダイアグラムを図９に示す。図９からわかるように、銅はＰＨ７以下及びＰＨ１４以上の領域において、正電位がかかった場合、銅が溶出し、腐食する。すなわち、銅を隣接する部分の電位に対して、常にゼロ又は負電位に保っておけば、全ＰＨ領域において、銅の溶出を防止することができる。負電位に保つということは、すなわち、腐食すると思われるところに電流が流れ込むような状態をつくることである。
【００８７】
本実施例では、バイパスダイオードの端子の電位は、隣接するバイパスダイオードの台座の電位よりも常に負の状態であるので、電流が流れ込む方向なので、端子を防食することができる。
【００８８】
（実施例２）
本実施例では、接地点を太陽電池モジュールアレイの負極端から正極端に変更した以外の仕様は、すべて実施例１と同様である。
【００８９】
（効果）
上記の構造をとった場合、日射が１（ｋｗ／ｍ２）の時の、非絶縁バイパスダイオードの表面に水分が存在している状態における各々のダイオード１５０２の端子１５０５、台座１５０６の電位を図１５（ａ）に示す。コンクリートブロックには吸湿性があるため、コンクリートブロックと地面の電位はほぼ同電位となり、０Ｖである。正極端からの直列数をｎとすると、１〜１４０直列目までの各々のバイパスダイオードの端子および台座の電位は、図１４（ｂ）のように表すことができ、
2004311883.tif 000004
と表すことができる。
【００９０】
この場合においても、太陽電池モジュールアレイの、どのバイパスダイオードに関しても、端子は台座よりも電位が低く、電流が流れ込む方向なので、端子を防食することができる。
【００９１】
更に本実施例の場合は、台座もコンクリートブロックの電位以下であり電流が流れ込む方向なので、台座も防食することができる。
【００９２】
（実施例３）
本実施例は、バイパスダイオードを第三電極上に配置した例である。接地点を太陽電池モジュールアレイの中点電位部分にし、さらに、太陽電池モジュールアレイの正極端と第三電極を接続し、接地点から太陽電池モジュールアレイ正極端側のバイパスダイオードの台座を第三電極に接着材によって絶縁しつつ固定した例である。なお、第三電極は大地とも絶縁されている。その他部分に関しては、実施例１と同様である。
【００９３】
図１６（ａ）に本実施例の太陽電池モジュールアレイの概念図、図１６（ｂ）に上面図、図１６（ｃ）に側面図を示す。１６０１は太陽電池モジュール、１６０２は並列接続用電線、１６０３は傾斜コンクリートブロック、１６０４は支持コンクリートブロック、１６０５は非絶縁型バイパスダイオード、１６０６は接着材、１６０７はケーブル、１６０８は端子、１６０９は台座、１６１０は第三電極である。
【００９４】
図に示すように、第三電極１６１０としてＳＵＳ３０４（断面５０ｍｍ×２ｍｍ）を支持ブロック１６０４上に接着材１６０６を用いて絶縁しつつ固定する。さらに、その電極上にダイオードの台座１６０９を接着材１６０６によって、絶縁しつつ固定した。第三電極とストリング正極端は、ケーブルによって電気的に接続した。
【００９５】
（効果）
図１７は、接地点を太陽電池モジュールアレイの中点電位部分にし、さらに、太陽電池モジュールアレイの正極端と第三電極を接続し、接地点から太陽電池モジュールアレイ正極端側のバイパスダイオードの台座を第三電極に接着材によって絶縁しつつ固定した場合、日射が１（ｋｗ／ｍ２）の時の、非絶縁バイパスダイオードの表面に水分が存在している状態における各々のダイオード１７０２の端子１７０５、台座１７０６の電位を図１７（ａ）に示す。コンクリートブロックには吸湿性があるため、コンクリートブロックと地面の電位はほぼ同電位となり、０Ｖである。中点から太陽電池モジュールアレイ正極端側への直列数をｍ、中点から太陽電池モジュールアレイ負極端への直列数をｎとすると、各々のバイパスダイオードの端子および台座の電位は、図１７（ｂ）のように表すことができ、
傾斜コンクリートブロックの設置面、コンクリートブロック：０Ｖ
第三電極：  １５９．６Ｖ
接地点から太陽電池モジュールアレイ正極端側に関して
バイパスダイオード台座：１５９．６−２．２８×（７０−ｍ）  Ｖ
バイパスダイオード端子：１５９．６−２．２８×（７１−ｍ）  Ｖ
接地点から太陽電池モジュールアレイ負極端側に関して
バイパスダイオード台座：  −２．２８×（ｎ−１）  Ｖ
バイパスダイオード端子：  −２．２８×ｎ  Ｖ
となる。
【００９６】
本実施例において、接地点である中点電位部から太陽電池モジュールアレイ負極側に関しては、台座の電位は、台座を固定しているコンクリートブロックの電位よりも低いので、ブロックから台座へ電流が流れる方向であり、台座を防食することができる。さらに、端子に関しては、端子の電位は台座の電位よりも低いので、端子を防食することができる。
【００９７】
接地点である太陽電池モジュールアレイの中点から、アレイ正極側に関しては、台座の電位は、台座を固定している第三電極のそれよりも低いので、第三電極から台座へ電流が流れる方向であり、台座を防食することができる。更に端子に関しては、端子の電位は台座の電位よりも低いので、端子を防食することができる。
【００９８】
このように第三電極を設置することによって、太陽電池モジュールアレイの接地点に無関係に、ダイオードの台座を台座の設置する面に対して、負電位に保ち、結果として防食することができる。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、
▲１▼太陽電池モジュール架台に市販のコンクリートブロックを使用しているので、従来の組み架台よりも、コストが安い。
▲２▼バイパスダイオードなしの太陽電池モジュールを用いて太陽電池アレイを構成し、バイパスダイオードを数並列に一個太陽電池モジュールアレイに並列接続することによって、太陽電池アレイに使用するバイパスダイオードのコストを低減することができる。
▲３▼バイパスダイオードを非絶縁型ダイオードにすることによって、絶縁型ダイオードを用いるよりも、低コスト化を実現することができる。
▲４▼金属の腐食は、その金属から電流が流れ出すことによって起こる。即ち、電流が流れ込むようにすれば、腐食を防止することが可能になる。太陽電池モジュールが発電状態にあるとき、バイパスダイオードの台座が固定されている面、バイパスダイオードの台座、バイパスダイオードの端子の、それぞれの電位の大小関係が、面≧バイパスダイオードの台座＞バイパスダイオードの端子のようにすれば、図６に示すように、台座に関しては、面から電流が流れ込み、端子に電流が流れ出す。端子と台座の電位差は一定であるのに対し、面とバイパスダイオードの電位差は、接地点からのストリングの直列数が大きくなるに従っておおきくなり、ほぼ端子と台座の電位差よりも大きい。よって、面から流れ込む電流のほうが、端子へ流れ込む電流値よりもおおきいので、台座には電流が流れ込み、腐食を防止することができる。
【０１００】
端子に関しては、台座から電流が流れ込むので、同様に端子を防食することが可能になる。
▲５▼バイパスダイオードの台座がカソード、端子がアノードにすれば、台座が太陽電池モジュールの正極に接続され、端子が太陽電池モジュールの負極に接続されることになるので、端子の電位を台座の電位よりも必ず低くすることができるので、上記▲４▼のバイパスダイオードの台座＞バイパスダイオードの端子の電位関係を保つことができ、特別なことを施さなくても、端子を簡単に防食することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の太陽電池モジュール設置構造体
【図２】従来の枠付太陽電池モジュール
【図３】従来の太陽電池付き架台
【図４】コンクリートブロック架台
【図５】バイパスダイオードの接続方法
【図６】防食効果説明図
【図７】太陽電池モジュール例
【図８】非絶縁型ダイオード例
【図９】銅の電極電位（対標準水素電極）−ＰＨダイアグラム
【図１０】実施例１で使用する太陽電池モジュール
【図１１】実施例１で使用する非絶縁型バイパスダイオード
【図１２】実施例１の太陽電池モジュール設置構造体
【図１３】実施例１の非絶縁型バイパスダイオード固定図
【図１４】実施例１の非絶縁型バイパスダイオードの端子、台座、ブロックの電位関係を表す図
【図１５】実施例２の非絶縁型バイパスダイオードの端子、台座、ブロックの電位関係を表す図
【図１６】実施例３の太陽電池モジュール接地構造体
【図１７】実施例３の非絶縁型バイパスダイオードの端子、台座、ブロックの電位関係を表す図
【図１８】台座がアノードで端子がカソードの非絶縁型ダイオードを使用した太陽電池モジュールアレイの端子、台座、ブロックの電位関係を表す図
【図１９】非絶縁型ダイオードを屋外に設置したときの電流のリーク経路を説明する図
【符号の説明】
１０１、１６０１  太陽電池モジュール
１０２、１６０２  並列接続用電線
１０３、１６０３  傾斜コンクリートブロック
１０４、１６０４  支持コンクリートブロック
１０５、１６０５  非絶縁型バイパスダイオード
１０６、１６０６  接着材
１０７、１６０７  ケーブル
１０８、１６０８  非絶縁型ダイオード端子
１０９、１６０９  非絶縁型ダイオード台座
２０１  光起電力素子
２０２  フロントカバー
２０３  封止材
２０４  バックカバー
２０５  枠体
２０６  端子箱
２０７  バイパスダイオード
３０１  太陽電池モジュール
３０２  モジュール取り付けアングルフレーム
３０３  アーム
３０４  ベース材
３０５  アンカーボルト
３０６  基礎
３０７  横材
３０８  金具
４０１  傾斜コンクリートブロック
４０２  支持コンクリートブロック
４０３  傾斜角
４０４  太陽電池モジュール設置面
５０１  太陽電池モジュール
５０２  バイパスダイオード
５０３  ブロッキングダイオード
７０１  光起電力素子
７０２  金属製基板
７０３  半導体光活性層
７０４  集電電極
７０５  正極タブ
７０６  負極タブ
７０７  絶縁部材
７０８  耐候性塗料
７０９  裸銅単線
７０１  ＥＴＦＥ
７１１  ＥＶＡ
７１２  ＰＥＴ
７１３  コの字形状裸銅単線
７１４  リングスリーブ
８０１  ダイオード端子
８０２  ダイオード台座
８０３  ダイオード本体部
８０４  穴
１０００１  光起電力素子
１００２  金属性基板
１００３  半導体光活性層
１００４  集電電極
１００５  正極タブ
１００６  負極タブ
１００７  絶縁部材
１００８  耐候性塗料
１００９  裸銅単線
１０１０  ＥＴＦＥ
１０１１  ＥＶＡ
１０１２  ＰＥＴ
１０１３  コの字状裸銅単線
１０１４  リングスリーブ
１１０１本体部
１１０２  端子
１１０３  台座
１１０４  穴
１１０５  穴
１２０１  太陽電池モジュール
１２０２  並列接続用電線
１２０３  傾斜コンクリートブロック
１２０４  支持コンクリートブロック
１２０５  非絶縁型バイパスダイオード
１２０６、１９０４  接着材
１２０７  ケーブル
１２０８、１９０１  端子
１９０２  ダイオード本体
１２０９、１９０３  台座
１２１０  圧着端子
１３０１  端子
１３０２  本体部
１３０３  台座
１３０４  接着材
１４０１、１５０１、１７０１、１８０１  太陽電池モジュール
１４０２、１５０２、１７０２、１８０２  非絶縁型バイパスダイオード
１４０３、１５０３、１６１１、１７０３、１８０３  コンクリートブロック
１４０４、１５０４、１６１２、１７０４、１８０４  接地線
１４０５、１５０５、１７０５、１８０５  端子
１４０６、１５０６、１７０６、１８０６  台座
１６１０  第三電極
１９０５  バイパスダイオードの設置面
１９０６  水分
１９０７  電流リーク経路
【図１】
2004311883.tif 000005
【図２】
2004311883.tif 000006
【図３】
2004311883.tif 000007
【図４】
2004311883.tif 000008
【図５】
2004311883.tif 000009
【図６】
2004311883.tif 000010
【図７】
2004311883.tif 000011
【図８】
2004311883.tif 000012
【図９】
2004311883.tif 000013
【図１０】
2004311883.tif 000014
【図１１】
2004311883.tif 000015
【図１２】
2004311883.tif 000016
【図１３】
2004311883.tif 000017
【図１４】
2004311883.tif 000018
【図１５】
2004311883.tif 000019
【図１６】
2004311883.tif 000020
【図１７】
2004311883.tif 000021
【図１８】
2004311883.tif 000022
【図１９】
2004311883.tif 000023