(57)【要約】  【課題】  太陽電池モジュールからの出力を交流にし、それらの接続を電磁結合により接続する方法では、コイル等を具備した出力用、入力用の電磁結合器が必要となり、太陽電池モジュール自体が重く大型になってしまい、さらにそのコストも大きく上昇してしまうという問題があった。  【解決手段】  太陽電池素子とこの太陽電池素子からの直流出力電力を交流出力電力に変換するための直流交流変換装置とＧＰＳ信号を受信する受信部を具備した太陽電池モジュールであって、前記ＧＰＳ信号により前記交流出力電力の電圧及び電流の位相を制御するようにしたことを特徴とする太陽電池モジュール。  【選択図】  図２
2005116835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子とこの太陽電池素子からの直流出力電力を交流出力電力に変換するための直流交流変換装置とＧＰＳ信号を受信する受信部を具備した太陽電池モジュールであって、前記ＧＰＳ信号により前記交流出力電力の電圧及び電流の位相を制御するようにしたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
太陽電池素子とこの太陽電池素子からの直流出力電力を交流出力電力に変換するための直流交流変換装置とＧＰＳ信号を受信する受信部を具備した複数の太陽電池モジュールを有する太陽光発電システムであって、前記ＧＰＳ信号によりこれら複数の太陽電池モジュールの交流出力電力の電圧及び電流の位相を統一したことを特徴とする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及び太陽光発電システムに関するものであり、特に発電した電力を交流出力するための装置を備えた太陽電池モジュールとこれを用いた太陽光発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子は、たとえば単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製されるために物理的衝撃に弱く、また、野外に太陽電池を取り付けた場合、雨などからこれを保護する必要がある。さらに太陽電池素子１枚では発生する電気出力の電力が小さいことから、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力の電力が取り出せるようにする必要がある。そこで、複数の太陽電池素子を接続して、太陽電池モジュールを作成することが、通常行われている。
【０００３】
このような太陽電池モジュールを一般住宅や公共の建物に数ｋｗから数十ｋｗ設置する場合は、通常その屋根部分に架台を設置し、この架台に所定枚数の太陽電池モジュールを取り付けている。
【０００４】
この太陽電池モジュールからの電気出力は直流出力であるので、照明などの一般家電機器に用いるためにはその出力を５０ヘルツまたは６０ヘルツの交流に変換する必要がある。このため複数の太陽電池モジュールの直流出力を集積し、この集積された直流出力を屋内に設けられた直流交流変換装置（以下インバータという）で交流に変換している。
【０００５】
このような方法では、太陽電池モジュールからインバータまで直流で送電するため、その配線が長くなると電力のロスが大きくなるという問題があった。
【０００６】
さらに太陽電池モジュールの取り付け現場ごとに太陽電池モジュールの取り付け個数が異なるためにその発電量が異なり、取り付け現場ごとにその発電量に応じた容量を持つインバータを用意する必要があった。また太陽電池モジュールを増設する場合にもこれに応じてインバータを交換する必要があった。またインバータの施工は太陽電池モジュールの取り付け現場で行わねばならず、現場での施工作業が複雑になるという問題もあった。
【０００７】
これらの問題の対策として太陽電池モジュール毎にインバータを具備し、各太陽電池モジュールからの電気出力を交流にし、これらを電磁結合により接続することが考案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−２７５６４４号公報
【特許文献２】特開２０００−７７７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
太陽電池モジュールからの電気出力を交流にし、それらを接続して太陽光発電システムを構成する場合においては各太陽電池モジュールからの交流の同期を取り、その交流の位相を統一する必要がある。
【０００９】
上述のようにその各々を電磁結合により接続する方法では、コイル等を具備した出力用、入力用の電磁結合器が必要となり、太陽電池モジュール自体が重く大型になってしまい、さらにそのコストも大きく上昇してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明の目的はこのような問題に鑑み、小型、軽量でさらに安価な方法で交流出力の同期を取ることができる交流出力の太陽電池モジュールとそれを応用した太陽光発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子とこの太陽電池素子からの直流出力電力を交流出力電力に変換するための直流交流変換装置とＧＰＳ信号を受信する受信部を具備した太陽電池モジュールであって、前記ＧＰＳ信号により前記交流出力電力の電圧及び電流の位相を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の太陽光発電システムは、太陽電池素子とこの太陽電池素子からの直流出力電力を交流出力電力に変換するための直流交流変換装置とＧＰＳ信号を受信する受信部を具備した複数の太陽電池モジュールを有する太陽光発電システムであって、前記ＧＰＳ信号によりこれら複数の太陽電池モジュールの交流出力電力の電圧及び電流の位相を統一したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、太陽電池素子と前記太陽電池素子からの直流出力電力を交流出力電力に変換するための直流交流変換装置とＧＰＳ信号を受信する受信部を具備した太陽電池モジュールであって、前記ＧＰＳ信号により前記交流出力電力の電圧及び電流の位相を制御するようにしたことにより、この太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システム全体の交流の同期を簡単に取ることが可能となる。
【００１４】
さらに各太陽電池モジュール間の接続にコイル等を具備した出力用、入力用の電磁結合器などを使用することがないため、太陽電池モジュールの小型軽量化を図ることができ、さらにそのコストも下げることが可能である。
【００１５】
これにより太陽電池モジュールの小型化が図れるため、太陽電池モジュールひいては太陽光発電システムの発電効率が図れる。また太陽電池モジュールの軽量化が図れるため、設置のための架台も軽量化でき、設置する建物への重量的負担も軽減することができる。
【００１６】
また、交流出力であることより、送電に起因する電力のロスも小さくすることができる。
【００１７】
さらに、太陽電池モジュール毎にて交流に変換された電力を余剰電力の売電や不足電力の買電のため、直接に商用電力系統に接続する場合、太陽光発電システム全体の交流電力は、交流／交流サイクロコンバータに集線され、商用電力系統への連系を行うことが可能となり従来のインバータと異なり、容量に対する制約が軽減されることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る太陽電池モジュールのパネル部の構造を示す概略断面図である。
【００２０】
同図において、１は透光性基板、２は受光面側充填材、３は太陽電池素子、４は裏面側充填材、５は背面材、６は接続タブ、７は出力配線、８は端子箱である。
【００２１】
透光性基板１は、ガラス材やポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材が用いられる。このガラス材としては、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが多く使用される。一方、ポリカーボネート樹脂については、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。
【００２２】
受光面側充填材２および裏面側充填材４としては、透光性、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、たとえば酢酸ビニル含有量が２０〜３０％であるエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする合成樹脂材により構成する。そして、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。これらは減圧下でのラミネート工程において、熱架橋融着して他の部材と一体化する。
【００２３】
太陽電池素子３は、厚み０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなる。太陽電池素子１３の内部にはＰＮ接合が形成され、その受光面と裏面には電極が設けられ、さらに受光面には反射防止膜を設けて構成される。大きさは、たとえば多結晶シリコン太陽電池において、およそ１５０ｍｍ角程度である。
【００２４】
接続タブ６は、たとえば直列接続する場合には隣接する太陽電池素子１３同士の受光面側の電極と裏面側の電極とを交互に電気的に接続するものである。通常、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを、所定の長さに切断し、太陽電池素子３の電極にハンダ付けして用いる。
【００２５】
出力配線７は、太陽電池素子１３により発生した電気出力を太陽電池モジュールの外部に導出するもので、通常、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを、所定の長さに切断し、接続タブ１６などにハンダ付けにより接続されている。
【００２６】
背面材５は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。
【００２７】
上記構成のパネル部は、上述のような透光性部材１、受光面側充填材２、接続タブ６や出力配線７が接続された太陽電池素子３、裏面側充填材４、背面部材５の積層体を接着一体化することによって作製する。
【００２８】
すなわち、各部材の積層体をラミネータと呼ばれる減圧状態で加熱しながら加圧する装置にセットした後、太陽電池モジュールの内部の空気を除去するために５０〜１５０Ｐａ程度に減圧し、１００〜２００℃の温度で１５分〜１時間加熱しながら加圧する。これによって、受光面側充填材２、裏面側充填材４が軟化し架橋融着するため、各部材を接着し一体化し、太陽電池モジュールのパネル部を作製することができる。
【００２９】
次にこのパネル部の非受光面側に接着剤により端子箱８を取り付ける。
【００３０】
端子箱８は太陽電池素子３からの電気出力を外部回路に接続するために設けられ、変性ＰＰＥ樹脂などで紫外線などに対する耐光性を考慮して通常黒色に造られる。また端子箱８は、通常本体部と蓋部に分かれており、蓋部は本体部に嵌め込みやネジ止めにより固定されている。本発明に係る端子箱８の大きさは一辺が５から１０ｃｍ程度、厚みが１〜５ｃｍ程度のものである。
【００３１】
図２は本発明に係る端子箱の内部の構造の一例を示した図である。
【００３２】
図２において７は上述と同様に太陽電池素子からの出力配線、１２は直流交流変換装置、１３はＧＰＳ信号受信部、１４は制御用ＩＣ、１５は交流出力端子、１６は出力ケーブル、１７は圧着端子部を示す。
【００３３】
直流交流変換装置１２は太陽電池素子からの直流の電気出力を所定の周波数の交流電力に変換するものであり、出力配線７が接続されている。ＧＰＳ信号受信部１３は人工衛星からのＧＰＳ信号を受信するものである。太陽電池モジュールは通常建物の屋根部分に設置される為、ＧＰＳ信号の受信条件としては最適である。制御用ＩＣ１４はＧＰＳ信号受信部１３からのＧＰＳ信号の時刻信号または同期信号を取り込み、取り込んだ時刻信号または同期信号を基に直流交流変換装置１２から出力される交流出力電力の電圧及び電流の正弦波形のスタート（位相）を制御する。すなわちＧＰＳ信号の時刻信号または同期信号を基準として直流交流変換処理における交流出力電力の電圧及び電流の正弦波のゼロクロス点を合わせることを太陽光発電システムの全ての太陽電池モジュールについて行うことにより、太陽光発電システムの全ての太陽電池モジュールから出力される交流電力の電圧及び電流の正弦波を自動的に同期させることが可能となる。この同期は０．１〜０．５秒毎に行うことが可能であり、きめ細かい制御が可能となる。交流出力端子１５は直流交流変換装置１２に設けられるものであり、この部分に太陽電池モジュール同士や太陽電池モジュール外部の配線に接続するための出力ケーブルの圧着端子部１７をネジ止めする。
【００３４】
次にこの一体化した太陽電池パネルの４辺にモジュール枠（図示せず）を取り付ける。このモジュール枠は太陽電池モジュールに必要な強度やコストを考慮してアルミニウムや樹脂などで造られることが多い。特にアルミニウムで造った場合、このモジュール枠をＧＰＳ信号の受信用のアンテナに兼用できるため最適である。アルミニウムで造る場合には、アルミニウムを押し出し成形して造られ、その表面にアルマイト処理やクリヤ塗装が施されることが多い。このようなモジュール枠を太陽電池パネル部の各辺に取り付けた後、モジュール枠の各コーナー部をネジ止めして太陽電池モジュールが完成する。
【００３５】
また、太陽光発電システムを一般の商用電力と接続し、太陽電池モジュールの余剰電力の売電や不足電力の買電を行う場合は、太陽光発電システム全体の交流電力は、系統連係保護装置などを付設したパワーコンディショナーに集線され、このパワーコンディショナーには太陽電池モジュールからの交流電力を商用電力に合わせる為の交流サイクロコンバータを備えることで、系統電力への連系を行うことが可能となる。
【００３６】
また短時間で家内で使用する電気機器が変わり、そのインピーダンスが変化した場合でも、交流サイクロコンバータのインピーダンスはほぼ一定で有るため、太陽電池モジュールから出力される交流の電圧と電流の位相がずれることはない。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池などでも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールのパネル部の構造を示すものである。
【図２】本発明に係る端子箱の内部の構造の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・透光性基板
２・・・受光面側充填材
３・・・太陽電池素子
４・・・裏面側充填材
５・・・背面部材
６・・・接続タブ
７・・・出力配線
８・・・端子箱
１２・・・直流交流変換装置
１３・・・ＧＰＳ信号受信部
１４・・・制御用ＩＣ
１５・・・交流出力端子
１６・・・出力ケーブル
１７・・・圧着端子部
【図１】
2005116835.tif 000003
【図２】
2005116835.tif 000004