基礎
講
座

再生可能エネルギーを活用したeco発電
太陽光発電システムの技術動向（1）太陽電池セルの高効率化

１．太陽光発電システムの概要

２．太陽電池モジュールの技術動向

太陽光発電システムは、電力会社太陽の光エネルギーを電気エネル向上させるには、太陽電池セルに用の商用系統との連系運転を行う系統ギーへ変換するパネルは、「太陽電いられるシリコン基板の品質向上の連系型システムの構築によって急速池モジュール」と呼ばれ、システム他に、太陽電池セルの印刷電極を含に普及してきました。系統連系型シの発電性能に係わる重要な構成部品

めた電流経路での電気抵抗の低減がステムは、太陽の光で発電した電力です。

挙げられます。

太陽電池モジュールの発電効率をａ）太陽電池セルにおける電気抵抗を瞬時に商用負荷で消費できるた

太陽電池モジュールは、現在、多め、蓄電池が不要な効率的なシステ結晶や単結晶といった結晶シリコンの低減ムです。

系太陽電池セルを用いるタイプが主

太陽電池セルの電気抵抗を低減す

近年、地球温暖化問題の緊急性お流であり、太陽電池セルを複数枚電る技術開発として、バス電極本数のよび重要性が世界各国において認識気的に接続し、カバーガラス、封止増加があります（図−２参照）。これ

され、世界規模でCO2排出量削減に材、バックシート、フレームで保護までのバス電極は２本が主流でした

向けて様々な取り組みが実施されてする構造となっています。

が、これを３本に増やすことで太陽電池セル内の電気抵抗を減らすこといます。特に太陽光発電システムに結晶シリコン系以外に、アモルフ関しては、2004年にドイツで改正さァスシリコン、化合物などを主材料れた電力固定価格買い取り制度が急とした薄膜太陽電池の普及も進み始

３本バス電極よりもさらなる改善速な普及を促進したことから、欧州めたところですが、本稿では主に結を図るため、４本バス電極セルを用

各国および日本においても本制度が晶シリコン太陽電池の最近の技術動いた製品もあります（図−３参照）。

導入され、世界的に太陽光発電シス向について紹介します。

ができます。

この際、２本バス電極と同じ電極テムの普及が更に加速しています。

図−１

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Kensetsu Denki Gijyutsu

太陽光発電システム構成図（例）Vol.172 2011. 1

図−２ 太陽電池モジュールとセル（多結晶シリコン）セミナー

スの撓みに起因する、太陽電池セルへのダメージやガラスの割れ等の不具合を防止することができます。特に垂直積雪量１m以上の多雪地域への設置時は、製品構造面での強化に加え、架台についても積雪量を考慮し架台高さや傾斜角度の配慮も必要
図−３となります（図−４参照）。

単結晶太陽電池セル

３．パワーコンディショナの技術動向

幅で本数を増やすと太陽電池セル表における運搬性や安全性、限定され面の電極面積が増え、受光面積が小た屋根面積に対しての配置の自由度さくなり出力低下につながるため、が重視され、モジュールの高効率化

ンディショナより細いバス電極幅で電極数を増やへの要望は強いものの、大型化によ太陽光発電システムを電力系統にす必要があります。バス電極数が多る大出力化への要求は多くありませ接続し、発電電力を有効活用する系

いほど細いバス電極が必要となり、ん。一方で、平坦な地上設置や工場統連系システムが世界各国で普及し配線部材を接続する際に高度な製造屋上等、モジュールの扱いが比較的ています。このシステムにはパワー技術が要求されます。

容易で、十分な設置面積がある場合コンディショナ（太陽電池で発電しｂ）シリコン基板の品質向上には、それらの制限が少ないため、た直流の電力を交流に変換して電力

単結晶太陽電池セルの場合、多結モジュールを大型化することによ系統へ送り出す機器）が使用されま晶太陽電池セルより結晶品質が高くり、少ない枚数でシステムを構成出す。

効率向上につながります。多結晶シ来ます。
（2）パワーコンディショナの仕組み

リコン太陽電池セルを使用した、同一サイズの太陽電池モジュールと比（1）太陽光発電システムとパワーコ（3）塩害地域,積雪地域への設置対と働き太陽電池は日射により発電します

べモジュール１枚あたりの出力は約応力拡大５％向上します。単結晶シリコン太太陽電池は屋外へ設置されるたが、エネルギーを外部に取り出さな陽電池セルを採用すると、発電効率

め、モジュールには積雪や風圧荷重

いと太陽光エネルギーが熱になるだ

は向上しますが、同時に電流値も上といった様々な外力が加わります。

けで活用できません。また発電電力昇するため、セル内の電気抵抗が増モジュールの大型化に伴い、一枚あは日射量に従い刻々と変化します。

加し、エネルギーロスも大きくなりたりに加わる外力の総荷重も大きくパワーコンディショナには、この電ます。前述した多本数バス電極を使なるため、セルやフレーム強度を向力を効率よく取り出し有効活用する

用することで、電子の移動距離を減上させる必要があります。

機能が要求されます。パワーコンデ
ィショナの基本機能をまとめると以らしてセル内電気抵抗を低減するこ

多本バス電極化によるセル内部応とにより、単結晶シリコン太陽電池力低減と共に、モジュール裏面中央下となります。

セルの出力が高くなります。に補強バーを導入することで、ガラ①太陽電池で発電する電力を無駄な（2）太陽電池モジュールの大出力化
太陽光発電の普及が高まると共に、３〜４kWが中心の住宅用中小規模システムに加え、工場屋上や遊休地等を用いた数十kW〜数MWの大容量システムの導入が進んでいます。一般住宅によく見られる傾斜屋
根への施工の場合、傾斜面での作業

図−４

太陽電池モジュール設置イメージ

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図−５

パワーコンディショナの主回路構成例

して扱われます。

く取り出す。
②取り出した電力を効率よく交流電太陽光のエネルギー密度は１kW/2します。
現在までのところ、海外では主回m と小さいため、システムサイズ

路素子としてシリコン半導体を使用③電力を系統に送り出す（系統連系）

を決める要因として、設置可能面積し最大効率98％を実現した製品も販④系統の異常を検出して発電を停止およびシステムコストがあります。

売されています。またSiCデバイスする（系統連係保護）

住宅用としては、システムのサイズを使用して98.5％の効率を実現した

パワーコンディショナの主回路構は数kW程度までが多く、受電する研究成果も報告されています。

成例を図−５に示します。太陽電池

電気方式に対応して国内では単相

近年SiCデバイスは実用化レベルの電力はコンバータ部に入力され、AC200Vがほとんどなのに対し、公となってきており、パワーコンディ太陽電池の電力を効率よく取り出す

共・産業用では多くの電力を扱うこ

ショナの容量・連系する系統にもよと同時にインバータに必要な電圧にとから一般に三相の高圧で受電してりますが、近いうちに99％程度まで変換します。コンバータの出力はイいるケースが多くなるため、パワーは効率が改善していくと考えられま

ンバータ部に接続され直流を交流にコンディショナの接続される系統はす。

変換します。系統連系インバータで３相AC200が多く、システム容量ははインバータの出力電流が所望の波10kW以上がほとんどです。

力に変換する（インバータ）

４．今後の展望形となるように電流制御します。さいずれの用途においても、パワー今後も太陽電池モジュールの大出らに、インバータの出力はパルス状

コンディショナは太陽電池で発電し力化、高効率化開発、SiCに代表さの波形をしているため、コイルおよた電力を効率よく系統に送り出すとれる先端デバイスの適用によるパワびコンデンサで構成される出力フィいう点で共通しており、高い電力変ーコンディショナの高効率化など太ルタで滑らかな正弦波に変換しま換効率が求められます。

陽エネルギーの有効活用を支える技

す。出力フィルタと系統との間には、必要に応じて系統とインバータ術が加速してゆき、地球温暖化対策（4）パワーコンディショナの性能を接続する連系開閉器を装備していパワーコンディショナの電力変換ます。また制御回路により各部をコは直流電力を交流電力に変換する割ントロールします。

合を示すため、理想的な変換回路が構成できれば変換におけるロスはな（3）パワーコンディショナの種類くなり効率は100％となります。しパワーコンディショナは電力を発かし実際は、主回路の電力変換ロス電・供給する機器という点で他の家に加えこれらを駆動する制御回路、電製品と比べ大きく異なっており、電源回路、電気配線、通信・表示等

電気関連法規においては発電設備との電力が必要となるため効率は低下

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Vol.172 2011. 1の切り札になることが期待されています。