(57)【要約】【課題】耐トラッキング性能を確保できるとともに２つのストリングに対して直列接続と並列接続とを切り替える作業のバラツキを低減できる太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルがそれぞれ直列接続された２つのストリングと、２つの出力端子と、前記２つの出力端子に対して前記２つのストリングを接続する接続構造とを有する端子ボックスとを備え、前記接続構造は、本体及び変換器を有し、前記本体に対する前記変換器の取り付けられる向きに応じて前記２つのストリングを直列接続した状態と並列接続した状態とを変更可能である。【選択図】図２−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルがそれぞれ直列接続された２つのストリングと、
２つの出力端子と、前記２つの出力端子に対して前記２つのストリングを接続する接続構造とを有する端子ボックスと、
を備え、
前記接続構造は、本体及び変換器を有し、前記本体に対する前記変換器の取り付けられる向きに応じて前記２つのストリングを直列接続した状態と並列接続した状態とを変更可能である
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記２つのストリングは、前記太陽電池モジュールの長手方向に垂直な中心線を間にして、互いに対向するように配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記複数の太陽電池セルのそれぞれは、前記ストリングに沿った方向で分割された２つのハーフセルを有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記接続構造は、
前記変換器に配された複数の接続部と、
前記２つのストリングに接続されており、前記本体に配された複数の被接続部と、
をさらに有し、
前記複数の被接続部の間の接続状態は、前記本体に対する前記変換器の取り付けられる向きに応じて変更可能である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記複数の被接続部は、
前記端子ボックスの第１の出力端子と第１のストリングの一端とに接続された第１の被接続部と、
前記端子ボックスの第２の出力端子と第２のストリングの一端とに接続された第２の被接続部と、
前記第１のストリングの他端に接続された第３の被接続部と、
前記第２のストリングの他端に接続された第４の被接続部と、
を有し、
前記複数の接続部は、前記本体に対して前記変換器が第１の向きで取り付けられた際に、前記第１の被接続部と前記第４の被接続部とを接続するとともに前記第２の被接続部と前記第３の被接続部とを接続し、前記本体に対して前記変換器が第２の向きで取り付けられた際に、前記第２の被接続部と前記第４の被接続部とを接続する
ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
主にＳｉを原料とするウエハを用いた結晶系の太陽電池モジュールは、発電素子である太陽電池セルを直列接続した構造が一般的で、それをさらに複数枚直列又は並列に接続することで太陽電池システムを構成している。
【０００３】
特許文献１には、太陽電池モジュールにおいて、２つの太陽電池ストリングの一端及び他端にそれぞれ接続された４つの端子の間に２つの第１ネジ穴と１つの第２ネジ穴とを設け、２つの第１ネジ穴にそれぞれネジを挿入することで２つの太陽電池ストリングを並列接続し、１つの第２ネジ穴にネジを挿入することで２つの太陽電池ストリングを直列接続することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、ネジの挿入位置を変更するだけで出力電圧を変更することが可能であるので、接続される負荷の定格変圧への対応が容易に行えるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４４１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された太陽電池モジュールでは、ネジの外径寸法によって端子間隔が制約される。すなわち、ネジの頭の径が予め想定されたものより大きいネジが用いられた場合にトラッキングが発生しやすいなど、耐トラッキング性能が不十分になる傾向にある。また、２つの太陽電池ストリングに対して直列接続と並列接続とを切り替えるために設置現場等でネジの締付作業を実施する際に、締付トルクの管理やネジの紛失等による作業バラツキが生じやすいので、長期的な信頼性が低下する傾向にある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐トラッキング性能を確保できるとともに２つのストリングに対して直列接続と並列接続とを切り替える作業のバラツキを低減できる太陽電池モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルがそれぞれ直列接続された２つのストリングと、２つの出力端子と、前記２つの出力端子に対して前記２つのストリングを接続する接続構造とを有する端子ボックスとを備え、前記接続構造は、本体及び変換器を有し、前記本体に対する前記変換器の取り付けられる向きに応じて前記２つのストリングを直列接続した状態と並列接続した状態とを変更可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、端子間距離や端子自体の寸法を変えることなく簡単な作業で２つのセルストリングに対して直列接続と並列接続とを切り替える作業を行うことができるので、耐トラッキング性能を確保できるとともに２つのストリングに対して直列接続と並列接続とを切り替える作業のバラツキを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの構成を示す図である。
【図２−１】図２−１は、実施の形態１における端子ボックスの構成を示す図である。
【図２−２】図２−２は、実施の形態１における端子ボックスの構成を示す図である。
【図２−３】図２−３は、実施の形態１における端子ボックスの構成を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの構成を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２による効果を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態３にかかる太陽電池モジュールの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１にかかる太陽電池モジュール１００について図１を用いて説明する。図１は、太陽電池モジュール１００におけるセルアレイ等の構成を示す図である。
【００１２】
太陽等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電システムにおいて、主に屋根等に図１に示すような太陽電池モジュール１００が複数枚並べて設置される。以下では、１つの太陽電池モジュール１００について例示的に説明する。
【００１３】
太陽電池モジュール１００は、第１のセルストリング２０ａ、第２のセルストリング２０ｂ、及び端子ボックス１０を備える。
【００１４】
第１のセルストリング２０ａでは、複数の太陽電池セル２１ａ−１〜２２ａ−ｋが電気的に直列接続されている。各太陽電池セル２１ａ−１〜２２ａ−ｋは、例えば、Ｓｉを主成分とする材料で形成されている。複数の太陽電池セル２１ａ−１〜２１ａ−ｋと複数の太陽電池セル２２ａ−１〜２２ａ−ｋとは、それぞれ、太陽電池モジュール１００の例えば長手方向に沿って配列されている。複数の太陽電池セル２１ａ−１〜２１ａ−ｋと複数の太陽電池セル２２ａ−１〜２２ａ−ｋとは、互いに、太陽電池モジュール１００の例えば短手方向に沿って配列されている。太陽電池セル２１ａ−１の太陽電池セル２１ａ−２に接続されていない側の端子は、第１のセルストリング２０ａの一端（＋極側の終端部）２０ａ１として、端子ボックス１０に接続されている。太陽電池セル２２ａ−ｋの太陽電池セル２２ａ−（ｋ−１）に接続されていない側の端子は、第１のセルストリング２０ａの他端（−極側の終端部）２０ａ２として、端子ボックス１０に接続されている。
【００１５】
第２のセルストリング２０ｂでは、複数の太陽電池セル２１ｂ−１〜２２ｂ−ｋが電気的に直列接続されている。各太陽電池セル２１ｂ−１〜２２ｂ−ｋは、例えば、Ｓｉを主成分とする材料で形成されている。複数の太陽電池セル２１ｂ−１〜２１ｂ−ｋと複数の太陽電池セル２２ｂ−１〜２２ｂ−ｋとは、それぞれ、太陽電池モジュール１００の例えば長手方向に沿って配列されている。複数の太陽電池セル２１ｂ−１〜２１ｂ−ｋと複数の太陽電池セル２２ｂ−１〜２２ｂ−ｋとは、互いに、太陽電池モジュール１００の例えば短手方向に沿って配列されている。太陽電池セル２１ｂ−１の太陽電池セル２１ｂ−２に接続されていない側の端子は、第２のセルストリング２０ｂの一端（−極側の終端部）２０ｂ１として、端子ボックス１０に接続されている。太陽電池セル２２ｂ−ｋの太陽電池セル２２ｂ−（ｋ−１）に接続されていない側の端子は、第２のセルストリング２０ｂの他端（＋極側の終端部）２０ｂ２として、端子ボックス１０に接続されている。
【００１６】
端子ボックス１０は、２つの出力端子ＯＴ１、ＯＴ２及び接続構造ＣＳを有する。接続構造ＣＳは、２つの出力端子ＯＴ１、ＯＴ２に対して第１のセルストリング２０ａ及び第２のセルストリング２０ｂを電気的に接続する。２つの出力端子ＯＴ１、ＯＴ２は、第１のセルストリング２０ａ及び第２のセルストリング２０ｂで発電された電力を取り出すための２つのコネクタＣＮ１、ＣＮ２へケーブルを介して接続されている。なお、２つのコネクタＣＮ１、ＣＮ２は、さらにインバータ（図示せず）を介して例えば商用の交流負荷等に接続される。
【００１７】
次に、端子ボックス１０の詳細構成について図２−１〜図２−３を用いて説明する。図２−１（ａ）、（ｂ）は、端子ボックス１０の構成を示す平面図である。図２−２（ｃ）は、後述の直並列変換器４の構成を示す背面図である。図２−２（ｄ）、（ｅ）は、端子ボックス１０の構成を示す断面図である。図２−３（ｆ）、（ｇ）は、端子ボックス１０における接続状態を示す平面図である。
【００１８】
端子ボックス１０における接続構造ＣＳは、図２−１（ａ）に示すように、本体３及び直並列変換器４を有する。接続構造ＣＳでは、図２-１（ａ）、（ｂ）、及び図２−３（ｅ）、（ｆ）に示すように、本体３に対する直並列変換器４の取り付けられる向きに応じて第１のセルストリング２０ａ及び第２のセルストリング２０ｂを直列接続した状態と並列接続した状態とを変更可能である。
【００１９】
具体的には、接続構造ＣＳは、図２−１（ａ）、図２−２（ｃ）に示すように、複数の接続部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂ、導電パターン４７ａ、４７ｂ、複数の被接続部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、及び導電パターン３４、３５、３６、３７を有する。
【００２０】
被接続部３１ａ及び被接続部３１ｂは、端子ボックス１０の本体３内に配置され、それぞれ例えば円筒状の電極である（図２−１（ａ）、図２−２（ｅ）参照）。被接続部３１ａ及び被接続部３１ｂは、それぞれ、導電パターン３４及び導電パターン３６を介して、太陽電池モジュール１００内に配接される第１のセルストリング２０ａの＋極側の終端部２０ａ１及び−極側の終端部２０ａ２に電気的に接続されている。
【００２１】
同様に、被接続部３２ａ及び被接続部３２ｂは、端子ボックス１０の本体３内に配置され、それぞれ例えば円筒状の電極である（図２−１（ａ）、図２−２（ｅ）参照）。被接続部３２ａ及び被接続部３２ｂは、それぞれ、導電パターン３７及び導電パターン３５を介して、太陽電池モジュール１００内に配接される第２のセルストリング２０ｂの＋極側の終端部２０ｂ２及び−極側の終端部２０ｂ１に電気的に接続されている。
【００２２】
被接続部３１ｂを中心とした同心円上に被接続部３１ａ、被接続部３２ａ、及び被接続部３２ｂが配置され、かつ被接続部３１ｂ及び被接続部３２ｂを結ぶ直線に対して９０度をなす直線上に被接続部３２ａと被接続部３１ａが配置されている。さらに、被接続部３１ａには、導電パターン３４、出力端子ＯＴ１、及びケーブルを介して太陽電池モジュール１００で発電された電力を取り出すための＋極側のコネクタＣＮ１が接続されている。被接続部３２ｂには、導電パターン３５、出力端子ＯＴ２、及びケーブルを介して太陽電池モジュール１００で発電された電力を取り出すための−極側のコネクタＣＮ２が接続されている。
【００２３】
また、端子ボックス１０の本体３に対して取付け・取り外しが可能な直列並列変換器４では、外郭４１が例えば難燃性プラスチック等の絶縁材で形成され、外郭４１の内側に例えば４つの接続部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂが、上記の４つの被接続部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂと対応するように配置されている。４つの接続部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂは、例えば、上記の４つの被接続部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂと嵌合されるように構成された棒状の電極である（図２−２（ｄ）、（ｅ）参照）。また、接続部４５ａ及び接続部４６ａは、導電パターン４７ａで電気的に接続されている。接続部４５ｂ及び接続部４６ｂは、導電パターン４７ｂで電気的に接続されている。
【００２４】
ここで、図２−２（ｄ）、（ｅ）に示すように、例えば直並列変換器４を引き上げ回転させて本体３に差し込みなおすことにより、第１のセルストリング２０ａ及び第２のセルストリング２０ｂを直列接続した状態（図２−１（ｂ）、図２−３（ｇ）に示す状態）と並列接続した状態（図２−１（ａ）、図２−３（ｆ）に示す状態）とを変更可能である。すなわち、複数の被接続部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂの間の接続状態は、本体３に対する直並列変換器４の取り付けられる向きに応じて変更可能である。
【００２５】
具体的には、複数の接続部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂは、本体３に対して直並列変換器４が第１の向き（図２−１（ａ）に示す向き）で取り付けられた際に、被接続部３１ａと被接続部３２ａとを接続するとともに被接続部３２ｂと被接続部３１ｂとを接続する（図２−３（ｆ）参照）。すなわち、接続部４５ａが被接続部３１ａに嵌合するとともに接続部４６ａが被接続部３２ａに嵌合すると、被接続部３１ａと被接続部３２ａとが導電パターン４７ａを介して電気的に接続される。同様に、接続部４５ｂが被接続部３１ｂに嵌合するとともに接続部４６ｂが被接続部３２ｂに嵌合すると、被接続部３１ｂと被接続部３２ｂとが導電パターン４７ｂを介して電気的に接続される。
【００２６】
また、複数の接続部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂは、本体３に対して直並列変換器４が第２の向き（図２−１（ｂ）に示す向き）で取り付けられた際に、被接続部３１ｂと被接続部３２ａとを接続する（図２−３（ｇ）参照）。すなわち、接続部４５ｂが被接続部３１ｂに嵌合するとともに接続部４６ｂが被接続部３２ａに嵌合すると、被接続部３１ｂと被接続部３２ａとが導電パターン４７ｂを介して電気的に接続される。このとき、被接続部３１ａは接続部が接続されていない。また、接続部４６ａは、被接続部に接続されていない（図２−２（ｄ）、（ｅ）参照）。
【００２７】
以上のように、実施の形態１では、太陽電池モジュールにおいて、複数の直列接続されたセルストリング２０ａ、２０ｂを２つ設けるとともに、本体に対して取り付ける向きにより２つのセルストリング２０ａ、２０ｂの終端部２０ａ１、２０ａ２、２０ｂ１、２０ｂ２の接続状態を直列もしくは並列に選択可能な直並列変換器４を備えた端子ボックス１０を設けている。このように、端子間距離や端子自体の寸法を変えることなく簡単な作業で２つのセルストリングに対して直列接続と並列接続とを切り替える作業を行うことができるので、耐トラッキング性能を確保できるとともに２つのセルストリングに対して直列接続と並列接続とを切り替える作業のバラツキを低減できる。
【００２８】
したがって、太陽電池モジュールの直並列枚数構成をシステムに合わせて簡単な作業で変更することができるため、施工時の配線作業の時間を短縮できるとともに、ケーブルでの抵抗損失を低減しシステム出力を向上させることが容易である。
【００２９】
例えば、定格出力２００Ｗ、定格電圧２５Ｖの太陽電池モジュール２０枚で４ｋＷのシステムを構築する場合、直列接続した際の電圧は５００Ｖとなる。一方、汎用のインバータの入力許容電圧は通常４００Ｖ未満であり、システム構築するためには例えば１０枚ずつのモジュールを並列接続する必要がある。本実施の形態にかかる太陽電池モジュールであれば、単に各モジュールの端子ボックス内でモジュール内セルストリングを並列接続に切り替えることにより、モジュール電圧が１／２（電流２倍）となるため、モジュールの接続可能枚数を２倍に増やすことができ、モジュールを例えば２０枚直列接続した際の電圧を２５０Ｖとすることができ、モジュールを並列接続することなくインバータに接続できるため、配線が容易になるだけでなく、並列接続のための追加部材が不要となるため、システムコストを低減することができる。
【００３０】
また、実施の形態１では、複数の被接続部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂの間の接続状態が、本体３に対する直並列変換器４の取り付けられる向きに応じて変更可能である。これにより、本体３に対する直並列変換器４の取り付けられる向きに応じて２つのセルストリングを直列接続した状態と並列接続した状態とを変更可能であるような接続構造を容易に実現できる。
【００３１】
また、実施の形態１では、複数の接続部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂは、本体３に対して直並列変換器４が第１の向き（図２−１（ａ）に示す向き）で取り付けられた際に、被接続部３１ａと被接続部３２ａとを接続するとともに被接続部３２ｂと被接続部３１ｂとを接続する（図２−３（ｆ）参照）。また、複数の接続部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂは、本体３に対して直並列変換器４が第２の向き（図２−１（ｂ）に示す向き）で取り付けられた際に、被接続部３１ｂと被接続部３２ａとを接続する（図２−３（ｇ）参照）。これにより、本体３に対する直並列変換器４の取り付けられる向きに応じて、複数の被接続部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂの間の接続状態を変更することができる。
【００３２】
なお、図示しないが、各太陽電池セルの受光面が表面カバー材で覆われ、各太陽電池セルの裏面が裏面カバー材で覆われ、太陽電池セル、表面カバー材、及び裏面カバー材を含む平板状の太陽電池パネルが構成されていてもよい。このとき、太陽電池パネルの周縁部が太陽電池パネルの表面側と裏面側とから金属製の枠部材により挟持されていてもよい。
【００３３】
また、実施の形態１では、接続部が棒状の電極で被接続部が円筒状の電極である場合を例示しているが、接続部が円筒状の電極で被接続部が棒状の電極であっても良い。
【００３４】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる太陽電池モジュール２００について図３を用いて説明する。図３は、太陽電池モジュール２００の構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００３５】
太陽電池モジュール２００では、第１のセルストリング２２０ａと第２のセルストリング２２０ｂとが、互いにそれぞれの終端部が太陽電池モジュール２００の中央部付近にくるように対向する位置関係で配置され、かつ端子ボックス１０内の導電パターンと接続されるように配線されている。すなわち、第１のセルストリング２２０ａと第２のセルストリング２２０ｂとは、太陽電池モジュール２００の長手方向に垂直な中心線ＣＬを間にして、互いに対向するように配置されている。
【００３６】
このように、２つのセルストリング２２０ａ、２２０ｂが互いに対向するように配置することにより、バイパスするセルストリングを低減でき、主に積雪による部分影による発電電力の低下を抑制できる。この効果は、第１のセルストリング２２０ａ及び第２のセルストリング２２０ｂを直列接続させた場合でも並列接続させた場合でも同様に維持できる。
【００３７】
例えば、積雪等で太陽電池モジュールの右側付近に部分影がかかった場合、実施の形態１では、太陽電池モジュール内の全ての太陽電池セルがバイパスされてしまう（図４（ｂ）参照）が、実施の形態２では、左半分にある太陽電池セルがバイパスされずに発電電力を出力できる（図４（ｅ）、（ｈ）参照）。
【００３８】
あるいは、例えば、積雪等で太陽電池モジュールの左下部付近に部分影がかかった場合、実施の形態１では、太陽電池モジュール内の下部の全ての太陽電池セルがバイパスされてしまう（図４（ｃ）参照）が、実施の形態２では、右下部にある太陽電池セルがバイパスされずに発電電力を出力できる（図４（ｆ）、（ｉ）参照）。
【００３９】
実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる太陽電池モジュール３００について図５を用いて説明する。図５は、太陽電池モジュール３００の構成を示す図である。以下では、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【００４０】
太陽電池モジュール３００では、第１のセルストリング３２０ａと第２のセルストリング３２０ｂとのそれぞれにおいて、各太陽電池セルが、ストリングに沿った方向で分割された２つのハーフセルを有する。例えば、第１のセルストリング３２０ａの太陽電池セル３２１ａ−１は、第１のセルストリング３２０ａに沿った方向で分割された２つのハーフセル３２１ａ−１１、３２１ａ−１２を有する。各ハーフセル３２１ａ−１１、３２１ａ−１２は、例えば、その面積が元の太陽電池セル２２１ａ−１（図３参照）の半分になるように分割されている。
【００４１】
このように、太陽電池セルが元の面積の半分になるように分割されているので、例えば設置面積が狭く、設置できるモジュールの枚数が少なくなってしまうことで、インバータの入力電圧に達しない場合でも、同一面積の分割しないセルを用いたモジュールと比べて、出力電圧を２倍にすることができる。これにより、インバータの入力電圧を満たすようにシステムを構成することが容易である。
【００４２】
例えば、定格出力２００Ｗ、定格電圧２５Ｖの太陽電池モジュール５枚で１ｋＷのシステムを構築する場合、２つのハーフセルに分割したものであれば、直列接続した際の電圧は２５０Ｖとなり、インバータの定格入力電圧に近い条件で接続することができる。また、２つのハーフセルに分割しない場合に対して電流が半分となるため、配線部材による抵抗ロスを低減できるため、システム出力を高く維持できる効果もある。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、太陽光による発電に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
３  本体
４  直並列変換器
１０  端子ボックス
２０ａ、２２０ａ、３２０ａ  第１のセルストリング
２０ｂ、２２０ｂ、３２０ｂ  第２のセルストリング
２１ａ−１〜２２ｂ−ｋ、２２１ａ−１、３２１ａ−１  太陽電池セル
３１ａ〜３２ｂ  被接続部
４５ａ〜４６ｂ  接続部
１００、２００、３００  太陽電池モジュール
３２１ａ−１１、３２１ａ−１２  ハーフセル
ＣＳ  接続構造
ＯＴ１、ＯＴ２  出力端子
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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