(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直列接続されたストリング（３４，３６，３８，４０，４２，４４）を備える回路装置であって、各ストリング（３４，３６，３８，４０，４２，４４）が複数の直列接続された太陽電池（１０〜３２）からなり、太陽電池の各ストリングに対して１つのバイパス・ダイオード（５０，５２，５４，５６，５８，６０）がそれぞれ並列に接続されることにより、これらバイパス・ダイオード（５０，５２，５４，５６，５８，６０）が互いに直列に接続されてなる回路装置において、
自身がバイパスを形成するダイオード（６４，６６，６８，７０，７２，７４）が、回路装置における所定の数の連続した前記バイパス・ダイオード（５０，５２，５４，５６，５８，６０）の各グループに並列に接続され、回路装置が複数の前記バイパス形成ダイオード（６４，６６，６８，７０，７２，７４）を含み、前記バイパス形成ダイオード（６４，６６，６８，７０，７２，７４）の１つによって前記バイパス・ダイオード（５０，５２，５４，５６，５８，６０）がバイパスされている直列接続された前記ストリング（３４，３６，３８，４０，４２，４４）が、非活動状態にある場合に、まだ活動状態にあるストリング（３４，３６，３８，４０，４２，４４）の電流が前記バイパス形成ダイオード（６４，６６，６８，７０，７２，７４）を流れて、そこで消費電力が生じることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
前記所定の数が３であることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記バイパス・ダイオード（５０〜６０）及びこれに対して並列に接続されるとともに太陽電池よりなる２つ又はそれ以上のストリング（３４〜４４）のための前記バイパス形成ダイオード（６４〜７０）は、プリント回路板（８０）の一方の側に配置され、該プリント回路板の他方の側には、外部配線のための接続点（８１，８４，８８，９２，９６，９８，１０２，１０６）と前記バイパス・ダイオード（５０〜６０）及びこれに対して並列に接続された前記バイパス形成ダイオード（６４〜７０）との接続のための接続貫通孔とを有するプリント導体（８２，８６，９０，９４，１００，１０４，１０８）が、該プリント回路板（８０）の表面に設けられてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路装置。
【請求項４】
前記バイパス・ダイオード（５０〜６０）及びこれに並列接続された前記バイパス形成ダイオード（６４〜７０）は、ショットキー・ダイオードよりなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の回路装置。
【請求項５】
前記バイパス・ダイオード（５０〜６０）及びこれに並列接続された前記バイパス形成ダイオード（６４〜７０）とを備えたプリント回路板（８０）が、プラスチック製ハウジング（７８）内に配置されてなることを特徴とする請求項３に記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに直列に接続された複数の太陽電池（ソーラーセル）からなるストリング（string）を有し、該ストリングの各々に対してバイパス・ダイオード（bypass
diode）が並列に接続されるとともに該ストリングが互いに直列に接続されてなる構成の、太陽電池を備えた電力発生のための回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ソーラーエネルギーを電気的エネルギーに変換するための光電池システムはモジュールの態様で配置された複数の太陽電池（ソーラーセル）を有し、その上に直列に接続された太陽電池のストリング(string)が配置され、各ストリングはバイパス・ダイオードによってジャンパー（jumper) される構成である。又、これらのストリングも互いに直列に接続される。複数の太陽電池からなるストリングを備えたモジュールは、一般に板状の構造をなし、薄いフイルム状の太陽電池が帯状に互いに隣接した態様で配置される。このモジュールを設置した状態では実際上、該モジュールの全てのストリング上に均一の太陽光の照射が行われることは少なく、これらストリングの一部が隣接する物体の陰になって電力発生に寄与し得ないことも起こり得る。
【０００３】
このため、不導通方向(non-conducting direction)に分極(polarized)され日陰(in shade)になった太陽電池の作動を避けるために、ストリングが日陰になったときに導通状態に移行させるバイパス・ダイオードが用いられる。これらバイパス・ダイオードは作動に際して導通方向に内部抵抗を有するので、その内部で電流による熱損失が生じ、これによって光電池システムの効率が減少させられる。このバイパス・ダイオードを介して流れる電流が、許容限界温度を超えてダイオードの温度を上昇させることは許されない。従って、この熱を対流ないしは放射によって消散させる処置が必要であり、例えば、バイパス・ダイオードを冷却体上に設置するなどの対策が講じられる。
【０００４】
ストリングには外部配線との接続部が設けられる。このストリングへの配線及びストリングからの配線において、その一端は接続ボックスに接続され、該接続ボックス内においてこれら複数のストリングが相互に接続される。
【０００５】
多数のストリングないしは太陽電池が直列に接続されると、個々のストリングが日陰状態(shading)
のとき、これらストリングのバイパス・ダイオードを介して比較的大きな電流が流れる。日陰になったストリングの数は導通するバイパス・ダイオードの数に対応する。従って、複数のストリングが日陰になると、光電池システムのエネルギー収量はバイパス・ダイオードによって減少する問題がある。
【０００６】
太陽電池を用いたソーラー発電機がドイツ出願ＤＥ８８１５９６３Ｕ１に開示されている。ここにおいて、各太陽電池モジュールは、シャント・ダイオードに並列に接続され、該ダイオードがＬＥＤ（発光ダイオード）に接続された構成で、これにより、視覚手段によって欠損した太陽電池モジュールを迅速に検出するようになっている。
【０００７】
本発明の目的は、互いに直列に接続された太陽電池からなるストリングと各ストリングのためのバイパス・ダイオードを備えた回路装置を改良し、一連のストリングにおいて２つ又はそれ以上のストリングが日陰になり不導通状態のときにバイパス・ダイオードの電流に起因して生じる不導通状態のストリングの数に比例した電力損失の増大を実質的に減少させることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するために、本発明は、ストリングに対して並列に接続されるとともに互いに直列に接続された２つ又はそれ以上のバイパス・ダイオードが、それ自身がバイパスを形成する更なるダイオードに並列に接続された構成を提案するものである。この構成の本発明の回路装置においては、各ストリングのバイパス・ダイオードが並列の更なるダイオードによってジャンパーされる直列接続の複数のストリングが、日陰状態(shading)によって不導通方向(non−conducting direction)に分極(polarization)されると、該並列の更なるダイオードを介して電流が流れる。その結果、電力損失は１つのダイオードにのみ生じる。１つの並列の更なるダイオードによりジャンパーされた各２つのバイパス・ダイオードにおいては、全てのストリングが不導通方向に分極されるとともに偶数よりなる場合において、存在するバイパス・ダイオードの単に半分の更なるダイオードが電流を導く。
【０００９】
これにより、本発明の回路構成においては、電力損失を大幅に減少させることができる。ダイオードにおける電力損失は、更に、より多くのバイパス・ダイオードをジャンパーする他のダイオードにより一層減少させることができる。
【００１０】
本発明の好ましい具体例において、バイパス・ダイオード及びそれに対して並列をなし２つ又はそれ以上のストリングのための更なるダイオードはプリント回路板の上面又は裏面の一方の側に配置され、他方の側にはプリント導体が配置される。このプリント導体は外部配線のための接続点及びバイパス・ダイオードとの接続のための接続貫通孔とを有する。ここにおいて、バイパス・ダイオード及び更なるダイオードのための接触面としての金属面がプリント回路板の表面に設けられる。この構成において、熱伝達はバイパス・ダイオード及び更なるダイオードから金属面へと行われる。多数の不導通のストリングがある場合でも、プリント回路板上に配置されたダイオードの内の僅かな数のダイオードのみが電流を担持するので、金属面を備えたプリント回路板はこの発生熱を十分に消散させることができる。従って、バイパス・ダイオード及び更なるダイオードを備えたプリント回路板は小型化でき、その占めるスペースを極めて小さくすることができる。又、多数のストリングのためのバイパス・ダイオード及び更なるダイオードを備えたプリント回路板は接続ボックス内に配置するのが望ましい。
【００１１】
バイパス・ダイオード及びこれと並列をなす更なるダイオードとしてショットキー・ダイオードが望ましい。ショットキー・ダイオードは導通方向において低い内部抵抗を有するので、電圧低下及び熱損失の度合いが低い。
【００１２】
本発明の更なる詳細、利点、特徴は、上述の記載及び特許請求の範囲の記載のみならず、以下に図面を参照して説明する本発明の実施形態からも理解できるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の電力発生のための回路装置の実施形態を説明する。当該電力発生のための回路装置は、多数の太陽電池（ソーラーセル）を有し、図においては、その内、参照番号１０，１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０及び３２を付した太陽電池のみが示されている。これら太陽電池１０〜３２は、図１において破線で囲んで示すストリング(string)３４，３６，３８，４０，４２及び４４内に配置されている。ストリング３４は互いに直列に接続された太陽電池１０，１２を有し、これらは図示しない更に他の太陽電池に直列に接続されている。ストリング３６は互いに直列に接続された太陽電池１４，１６を有し、これらは図示しない更に他の太陽電池に直列に接続されている。太陽電池１８，２０；２２，２４；２６，２８及び３０，３２はそれぞれストリング３８，４０，４２及び４４内に配置されるとともに図示しない更に他の太陽電池と直列に接続されている。各ストリング３４〜４４は、例えば２０個の太陽電池を有し、標準的な照射条件の下で、温度２５℃において３アンペア（Ａ）で約１０ボルト（Ｖ）の電圧を発生させる。
【００１４】
ストリング３４〜４４も相互に直列に接続される。従って、図１に示す回路構成においては、上述の条件下で、プラスの接続点４８のところで３Ａ，６０Ｖの電圧を呈する。接続点４６，４８、太陽電池１０〜３２及び図示されていない更なる太陽電池は、ここにおいて詳細を略してあるが、板状構造のソーラーモジュールの一部を構成する。これら太陽電池１０〜３２及び図示されていない更なる太陽電池は、ソーラーモジュールの平坦なプレート上に帯状に配置されている。これらの太陽電池１０〜３２及び図示されていない更なる太陽電池を備えた図１に示すソーラーモジュールは、例えば同様の構成の他の１つ又は複数のソーラーモジュールと直列に接続することができる。この図１に示すソーラーモジュールないしはこれを複数備えたモジュール構成を、エネルギーの供給を受ける機器のために供するか、あるいはインバータを介して交流電源ネットワークに接続する構成となっている。
【００１５】
各ストリング３４，３６，３８，４０，４２及び４４の太陽電池にはバイパス・ダイオード５０，５２，５４，５６，５８及び６０が並列に接続されている。これらバイパス・ダイオード５０〜６０は、図１において一点鎖線で囲って示した接続ボックス６２内に位置する。この接続ボックス６２はソーラーモジュールから分離した状態で取り付けられている。
【００１６】
図１に示す回路装置において、各々３つのバイパス・ダイオードが、１つの並列接続されたダイオードによってジャンパー接続されている。すなわち、バイパス・ダイオード５０，５２，５４は更なるダイオード６４に対して並列接続されている。更なるダイオード６６はバイパス・ダイオード５２，５４，５６に対して並列接続されている。ダイオード６８はバイパス・ダイオード５４，５６，５８に対して並列接続されている。又、ダイオード７０はバイパス・ダイオード５６，５８，６０に対して並列接続されている。そして、これらダイオード６４，６６，６８，７０も又、バイパス・ダイオードであるが、これらは１つのストリングに対してでなく３つのストリングに対して並列接続されている。これらのダイオード６４，６６，６８，７０をバイパス・ダイオード５０〜６０とより明確に区別するために、これを単に「ダイオード」又は「更なるダイオード」と称する。
【００１７】
バイパス・ダイオード５０〜６０は、太陽電池が活動状態(active)、すなわち、太陽光が照射された状態のとき、並列に接続されたストリング３４〜４４に関して不導通方向に分極(polarized
)され、不導通状態である。外部配線のための接続点４８は、例えば、プラスの電位を有し、接続点４６はマイナスの電位を有する。もし、ストリング３４〜４４の内の１つが例えば、日陰になってもはや活動状態でなくなると、不導通状態になり、ソーラーモジュールの電圧／電流に寄与しなくなる。まだ活動状態にあるアクティブな他のストリングは依然として電流を発生し、これが非活動状態のストリングのバイパス・ダイオードを介して流れる。その結果、導通方向に働くバイパス・ダイオードの内部抵抗のところで、電圧低下が生じ、これがソーラーモジュールのエネルギー収量を減少させる。更に、電流を運ぶバイパス・ダイオードの熱損失が結果として生じるが、これはバイパス・ダイオードにおける許容可能な温度を確実に越えないようにするために放散されねばならない。バイパス・ダイオード５０〜６０及び更なるダイオード６４〜７０はショットキー・ダイオードであるから、その内部抵抗は導通モードで低く、従って、熱損失を最小限に抑制することができる。
【００１８】
図１に示す回路装置において１つのストリングが活動状態とされていない場合、他のストリングによって、そして例えば更なるソーラーモジュールによって発生した電流が単に１つのバイパス・ダイオードを介して流れる。もし、図示の回路装置における２つのストリングが活動状態となっていない場合、２つのバイパス・ダイオードが電流を流す。又、もし図１に示す当該装置の３つのストリングが、例えば日陰になって活動化されていない場合には、バイパス・ダイオード５０〜６０又は更なるダイオード６４〜７０の唯１つ、又は２あるいは３つのバイパス・ダイオードが、一連のストリングの内で非活動のストリングの位置に応じて、活動的になる。しかし、１つのソーラーモジュール内において互いに隣接しない３つ又はそれ以上のストリングが日陰になって活動化されない可能性は低いので、図１に示す回路装置において通常、３つ又はそれ以上のストリングが日陰になる場合でも、最大２つのダイオードが電流を流す。
【００１９】
図１に示す回路装置は、更に、複数のストリングが日陰になっている場合において電流を流すダイオードの数を減少させる可能性を示している。この可能性を発揮するために、ダイオード７２，７４又は７６が図１において破線で示すように設けられ、２つずつ直列に接続されたストリング３４，３６；３８，４０又は４２，４４に対してそれぞれ並列に接続される。このように図１において破線で示した回路構成によって、隣接する２つのストリングが日陰になった場合に、１つのダイオードのみが電流を導くように作用する。又、対応する適宜のストリング及びそれらのバイパス・ダイオードに対して並列構成のダイオード７２，７４，７６によって、複数のストリングが日陰になる場合に、更なるダイオード６４，６６，６８，７０なしでも電流を導くダイオードの数を減少させる効果がある。従って、ダイオード６４〜７０があるために、日陰になったストリングの数が多く、又、その位置も連続しているような状態にあっても、電流を導くダイオードの数を大幅に減少させることができる。
【００２０】
更に、可能なことはストリング３４〜４４ないしは、それらのバイパス・ダイオードを他のダイオードに並列に接続し、それによって、日陰になったストリングの数の如何に拘らず、常に１つのダイオードのみに電流を導くようにすることである。この構成においては、２つ又は３つのストリングを並列接続するのでなく、４つ及び５つのストリングを並列接続するようにジャンパー接続するダイオードが設けられねばならない。、この構成は、接続ボックスの配置が容易であるというスペース上の理由と、よりコストダウンが出来るという経済的理由により、望ましいものである。
【００２１】
図２は、プラスチック製ハウジング７８内に配置されたプリント回路板８０を備えた接続ボックス６２の回路構成を示す。プリント回路板８０は図２において平坦な側が示されている。ストリング３４は、回路板８０の一側部に設けられた幅広のプリント導体８２と共働する外部配線のための接続点８１に、詳細な図示を省略した配線を介してマイナス端子のところで接続されている。該回路板８０の同じ側部において、幅広のプリント導体８６の外部配線のための接続点８４が設けられ、ストリング３４のプラス端子を接続させるとともにストリング３６のマイナス端子を接続させている。又、該回路板８０の同じ側部に設けられた幅広のプリント導体９０の外部配線のための接続点８８はストリング３６のプラス端子及びストリング３８のマイナス端子にそれぞれ接続されている。ストリング３８のプラス端子は幅広のプリント導体９４の第１の接続点９２に配線を介して接続されている。このプリント導体９４はプリント回路板８０の全幅にわたって延出している。他方、プリント導体８２，８６，９０はプリント回路板８０の同じ側にあって、その全幅の約中間位置にまで延出している。プリント導体９４はプリント回路板８０について接続点８１〜９２とは反対側の側部に第２の接続点９６を有する。ストリング４０のマイナス端子が配線を介して、この第２の接続点９６に接続されている。ストリング４０のプラス端子は幅広のプリント導体１００の接続点９８に接続されている。このプリント導体１００は、プリント導体９０，９４に対して該プリント回路板８０の中央位置において電気的絶縁の距離を保って互いに隣接している。ストリング４２のマイナス端子も配線を介して接続点９８に接続されている。ストリング４２のプラス端子は、幅広のプリント導体１０４の接続点１０２に配線を介して接続されている。そして、この接続点１０２にはストリング４４のマイナス端子も接続され、該ストリング４４のプラス端子は幅広のプリント導体１０８の接続点１０６に接続されている。
【００２２】
バイパス・ダイオード５０〜６０は、プリント導体８２，８６，９０，９４，１００，１０４，１０８とは反対側のプリント回路板８０の面（裏側）に配置されている。バイパス・ダイオード５０は、プリント回路板８０に設けた接続貫通孔を介してプリント導体８２にその一端が接続されるとともに他端はプリント導体８６に接続されている。バイパス・ダイオード５２は上記と同様にして、その一端及び他端がプリント導体８６，９０にそれぞれ接続されている。又、バイパス・ダイオード５４はプリント回路板に設けた接続貫通孔を介してプリント導体９０，９４にそれぞれ接続されている。バイパス・ダイオード５６は接続貫通孔を介してプリント導体９４，１００にそれぞれ接続され、バイパス・ダイオード５８はこれと同様にプリント導体１００，１０４にそれぞれ接続されている。更に、バイパス・ダイオード６０はプリント回路板８０に設けた接続貫通孔を介してプリント導体１０４，１０８にそれぞれ接続されている。
【００２３】
ダイオード６４はアノード（陽極）がプリント導体８２に、又、カソード（陰極）がプリント導体９４に接続されている。ダイオード６６はアノードがプリント導体８６に、又、カソードがプリント導体１００に接続されている。ダイオード６８はアノードがプリント導体９０に、又、カソードがプリント導体１０４に接続されている。ダイオード７０はアノードがプリント導体９４に、又、カソードがプリント導体１０８に接続されている。
【００２４】
バイパス・ダイオード５０〜６０及びダイオード６４〜７０はショットキー・ダイオードで構成され、各々はプリント回路板８０の表面に設けた接触面をなす金属層の面に接しているが、具体的図示を省略してある。この金属層は、それぞれのダイオードを流れる電流による発生熱の大部分を吸収するとともに対流及び放射によって熱を大気中に消散させる。電流を導くダイオードの数は、例え全てのストリング３４〜４４が日陰になった場合でも、３つに制限されるので、発生熱はプリント回路板８０及び接続ボックス６２が小型の構成であっても十分に消散させることができる。又、このために、接続ボックス６２はプラスチック材料で形成し得、これに各ストリングへ配線を導く案内路を設けることができる。ストリング３４〜４４を備えたソーラーモジュールは通常、建物の外側に配置される。接続ボックス６２は建物の内側に配置するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  複数の太陽電池を備えた電力発生のための本発明の回路装置の概要を示す回路構成図である。
【図２】  ストリング内で直列に配置された太陽電池をバイパス・ダイオード及びこれに並列に配置されたダイオードを接続するプリント回路板を備えた接続ボックスの内部構成を示す回路構成図である。
【符号の説明】
10，12，14，16，18，20，22，24，26，28，30，32  太陽電池
34，36，38，40，42，44  ストリング
50，52，54，56，58，60  バイパス・ダイオード
62  接続ボックス
64，66，68，70  更なるダイオード
78  プラスチック製ハウジング
80  プリント回路板
【図１】
0004540175.tif 000002
【図２】
0004540175.tif 000003