JP2000077697A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】保守性に優れた太陽光発電装置を提供する。 【解決手段】電気的に直列に接続された複数のソーラー
セル５２と、該複数のソーラーセルのそれぞれに並列に
接続されたバイパスダイオード６０及び発光ダイオード
６１、とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光エネルギー
を電気エネルギーに変換することにより発電を行う太陽
光発電装置に関し、特にソーラーセルが故障した場合に
出力が停止されるのを防止し、また故障したソーラーセ
ルの発見を容易にする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽光発電システムとして、平板
式発電システムと集光追尾式発電システムとが知られて
いる。平板式発電システムは、例えば家屋の屋根に平面
的に配列された太陽電池パネルから電力を取り出すよう
に構成されている。この平板式発電システムでは、ソー
ラーセルは固定的に配置されているので、太陽の方位及
び仰角によっては太陽光の多くがロスされ、実質の有効
発電時間が短いという欠点がある。

【０００３】一方、集光追尾式発電システムは、上下左
右に回動可能なフレーム上に集光レンズを備えたソーラ
ーセルが複数個配置された発電ユニットを備えている。
そして、太陽位置センサからの信号に従ってフレームが
駆動されることにより、発電ユニットが常に太陽に対向
するように制御される。この集光追尾式発電システムで
は、ソーラーセルに対して太陽光の入射角が常にゼロ又
はその近傍の値になるように制御されるので、太陽光が
存在する限りは発電が行われる。このため、実質の有効
発電時間が長くなるという利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような太陽光発
電システムで使用されるソーラーセルは、単体ではその
出力が小さいため、所要の電圧及び電流が得られるよう
に、複数のソーラーセルが接続されている。実際の太陽
光発電システムは、例えば直列接続された複数のソーラ
ーセルをモジュール化して発電モジュールを構成し、こ
の発電モジュールを、所要の電圧及び電流が得られるよ
うに複数個直列接続することによって構築されている。

【０００５】ところで、上記のように構成された太陽光
発電システムで使用されているソーラーセルの何れかに
オープンモードの故障が発生すると、全てのソーラーセ
ルが直列に接続されているために、太陽光発電システム
の出力はゼロになる。しかし、複数のソーラーセルが同
時に故障する確率は非常に低いので、たとえ出力が低す
るとしても残りの正常なソーラーセルで発電を継続して
欲しいという要請がある。

【０００６】また、何れかのソーラーセルに故障が発生
した場合、故障したソーラーセルを目視で確認すること
はできないので、従来は、以下のような手順で故障修理
が行われている。即ち、保守者は、先ず例えばテスター
を用いて各発電モジュールの出力を個々に測定すること
により故障した発電モジュールを特定する。

【０００７】次いで、特定された発電モジュール内の故
障したソーラーセルを知るために、テスターを用いて各
ソーラーセルの出力を測定したり、ソーラーセル自体を
順次交換するという作業を行っている。従って、故障修
理のための器具を太陽光発電システムが設定されている
場所まで運ばなければならず、また、ソーラーセルを特
定して交換する作業に多大の時間を必要とするので保守
性に劣るという問題がある。

【０００８】本発明は、上述した要請に応えると共に、
上記の問題を解決するためになされたものであり、その
目的は、ソーラーセルが故障しても出力を継続すること
ができ、しかも簡単に修理を行うことのできる保守性に
優れた太陽光発電装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様に係
る太陽光発電装置は、上記目的を達成するために、電気
的に直列に接続された複数のソーラーセルと、該複数の
ソーラーセルのそれぞれに並列に接続された発光ダイオ
ード、とを備えている。この構成によれば、発光ダイオ
ードにバイパスダイオードとしての機能をも併せ持たせ
ているので、何れかのソーラーセルにオープンモードの
故障が発生してもこの太陽光発電装置の出力がゼロにな
ることはなく、また故障したソーラーセルを目視で確認
できる。この太陽光発電装置においては、前記複数のソ
ーラーセルのそれぞれに並列に接続される発光ダイオー
ドと該ソーラーセルとを半導体プロセスによって一体に
形成することができる。この構成によれば、部品数を減
らすことができるので、信頼性の向上及びコストの低下
を図ることができる。

【００１０】また、この第１の態様に係る太陽光発電装
置は、前記複数のソーラーセルのそれぞれに並列にバイ
パスダイオードを更に接続して構成することができる。
この構成によれば、発光ダイオードの他にバイパスダイ
オードを設けたので、発光ダイオードとして例えば市販
されているような安価なものを使用することができる。
この太陽光発電装置においても、前記複数のソーラーセ
ルのそれぞれに並列に接続される前記発光ダイオード及
びバイパスダイオードの少なくとも１つと該ソーラーセ
ルとを半導体プロセスによって一体に形成することがで
き、この場合も上記と同様の効果を奏する。

【００１１】また、本発明の第２の態様に係る太陽光発
電装置は、上記と同様の目的で、電気的に直列に接続さ
れた複数の発電モジュールであって、各発電モジュール
は電気的に直列に接続された複数のソーラーセルを備え
たものと、該複数の発電モジュールのそれぞれに並列に
接続された発光ダイオード、とを備えている。この構成
によれば、上記第１の態様に係る太陽光発電装置に比べ
て、使用される発光ダイオードの数を減らすことができ
るので、信頼性の向上及びコストの低下を図ることがで
きる。

【００１２】この第２の態様に係る太陽光発電装置は、
前記複数の発電モジュールのそれぞれに並列にバイパス
ダイオードを更に接続して構成することができる。この
構成によれば、上記第１の態様に係る太陽光発電装置と
同様に、安価な発光ダイオードを使用できるという利点
がある。

【００１３】また、この第２の態様に係る太陽光発電装
置の前記複数の発電モジュールのそれぞれは、該発電モ
ジュールに備えられた複数のソーラーセルのそれぞれに
太陽光を導く集光機構を備え、太陽位置を検出する太陽
位置センサと、該太陽位置センサからの信号に基づいて
前記複数の発電モジュールが太陽光に対向するように太
陽を追尾する追尾機構、とを備えて構成できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、本
発明が適用された集光追尾式発電システムを例に挙げ
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明が適用された集光追尾式発
電システムの全体の外観を、一部を切り欠いて示す斜視
図である。この集光追尾式発電システムは、支柱１１に
支持されたフレーム１２に５×３個の発電モジュール１
０が固着されて構成されている。以下では、１５個の発
電モジュールを発電ユニット１６と総称する。

【００１６】支柱１１の下端部には、フレーム１２全体
を方位方向に回動させるための水平駆動機構１３が設け
られている。また、支柱１１の上端部には、フレーム１
２全体を仰角方向に回動させるための垂直駆動機構１４
が設けられている。本発明の追尾機構は、これら水平駆
動機構及び垂直駆動機構により構成されている。

【００１７】各発電モジュール１０は、詳細は後述する
が、レンズで集光された光が照射されることによって直
流電力を発生する複数のソーラーセルを有し、各ソーラ
ーセルで発生された直流電力は積算されて外部に出力さ
れる。この集光追尾式発電システムでは、各発電モジュ
ール１０は電気的にシリアルに接続されている。これに
より、各発電モジュール１０からの直流電力は積算さ
れ、本集光追尾式発電システムの発生電力として図示し
ない外部端子から外部に出力される。

【００１８】また、フレーム１２の所定部位（図１中の
上方）には、太陽位置を検出するための太陽位置センサ
１５が設けられている。この太陽位置センサ１５から得
られた太陽の方向を表す信号（以下、「太陽位置センサ
信号」という）は、図示しない制御部に供給される。こ
の制御部は、発電ユニット１６の受光面が常に太陽に垂
直に対向するように、太陽位置センサ１５からの太陽位
置センサ信号に基づいて水平駆動機構１３及び垂直駆動
機構１４を作動させる。これにより、この集光追尾式発
電システムでは、常に太陽を追尾しながら発電が行われ
ることになる。

【００１９】次に、発電モジュール１０の詳細を、図２
及び図３を参照しながら説明する。この実施の形態で
は、１つの発電モジュール１０には、４×３個のソーラ
ーセルが使用されるものとする。なお、発電モジュール
１０で使用されるソーラーセルの数は、上記に限定され
ず任意に決定することができる。

【００２０】発電モジュール１０は、図２の分解斜視図
に示すように、レンズ２０、レンズフレーム２１、ベー
スパネル２２及びヒートシンクパネル２３から構成され
ている。

【００２１】レンズ２０は、機能的に４×３個の領域に
分割された、例えばアクリル樹脂製の板状部材で構成さ
れており、１２個の各領域にはフレネルレンズ３０が形
成されている。本発明の集光機構は、このフレネルレン
ズ３０と後述する二次集光レンズ５３とから構成されて
いる。

【００２２】１２個のフレネルレンズ３０は、ベースパ
ネル２２に設けられる１２個のセルアセンブリ４０（詳
細は後述する）にそれぞれ対応するように形成されてい
る。フレネルレンズ３０が大気中に暴露されている場合
は、その光透過率の経年劣化が考えられる。このような
問題を回避するために、レンズ２０の上面に、例えば紫
外線カットガラスを設けるのが好ましい。

【００２３】レンズフレーム２１は、上下面が開口され
た箱状に形成され、その上面の枠でレンズ２０を固定的
に支持する。また、このレンズフレーム２１は、ベース
パネル２２と相俟って、各フレネルレンズ３０の焦点距
離に対応する距離を確保するためのスペーサとして機能
する。

【００２４】ベースパネル２２は、上面が開口された箱
状に形成され、その上面の枠で上記レンズフレーム２１
を固定的に支持する。このベースパネル２２の中の底面
には、図３に示すように、４×３個のセルアセンブリ４
０が配置されている。これら１２個のセルアセンブリ４
０は、各セルアセンブリ４０が有する電極リードを介し
て電気的に直列に接続されている。この直列接続は、隣
接するセルアセンブリ４０の異電極リード同士をバスバ
ー４１で接続することにより実現されている。

【００２５】また、直列に接続された１２個のセルアセ
ンブリ４０の一端側のセルアセンブリ４０の正電極リー
ドはベースパネル２２の一方の側面に設けられた第１出
力端子２４に、他端側のセルアセンブリ４０の負電極リ
ードはベースパネル２２の他方の側面に設けられた第２
出力端子２５にそれぞれ接続されている。そして、これ
ら第１出力端子２４及び第２出力端子２５から電力が取
り出されるようになっている。

【００２６】ヒートシンクパネル２３は、その上面にベ
ースパネル２２を放熱用接着剤で接着することにより該
ベースパネル２２を支持する。このヒートシンクパネル
２３には複数の放熱フィンが設けられており、ベースパ
ネル２２に配置された各セルアセンブリ４０で発生され
る熱を放散するために使用される。

【００２７】次に、上記セルアセンブリ４０の構成を、
図４に示した側面図を参照しながら説明する。

【００２８】セルアセンブリ４０は、熱を拡散するため
のヒートスプレッダ５０上に、電極パターンが形成され
た例えばセラミックの基板５１が接着され、その上にソ
ーラーセル５２が固着され、更にこのソーラーセル５２
の上面に二次集光レンズ（ＳＯＥ）５３が接着されるこ
とにより構成されている。また、基板５１の一端側から
はソーラーセル５２の正電極に接続された正電極リード
５４が、他端側からはソーラーセル５２の負電極に接続
された負電極リード５５がそれぞれ設けられている。

【００２９】更に、正電極リード５４と負電極リード５
５との間には、バイパスダイオード６０及び発光ダイオ
ード６１が並列に接続されている。発光ダイオード６１
の発光状態は、例えばレンズ２０を透して視認できる位
置、又はベースパネル２２の底面とヒートシンクパネル
２３と接合面に穿たれた穴（図示しない）から視認でき
る位置に配置されている。

【００３０】フレネルレンズ３０によって集光された光
は、二次集光レンズ５３の上面に導かれる。二次集光レ
ンズ５３は、フレネルレンズ３０の光軸ずれを吸収する
ために設けられている。即ち、フレネルレンズ３０から
の光が二次集光レンズ５３の上面の中心からずれた位置
に入射されても、二次集光レンズ５３の内部壁面で全反
射されることにより全入射光がソーラーセル５２に導か
れる。これにより、ソーラーセル５２で光エネルギーが
電気エネルギーに変換され、正電極リード５４及び負電
極リード５５から電力として出力される。

【００３１】次に、上記のように構成される太陽光発電
装置の電気的な構成を説明する。図５は、本発明の第１
の実施の形態に係る太陽光発電装置で使用される発電モ
ジュール１０の電気的な構成を示す回路図である。この
発電モジュール１０は、１２個のソーラーセル５２が直
列に接続されることにより構成されている。この発電モ
ジュール１０の出力は、第１出力端子２４及び第２出力
端子２５から取り出される。各ソーラーセル５２には、
バイパスダイオード６０及び発光ダイオード６１がそれ
ぞれ並列に接続されている。

【００３２】バイパスダイオード６０は、ソーラーセル
５２が正常に動作している場合は逆バイアスになる。こ
れにより、このバイパスダイオード６０に電流は流れな
い。同様に、発光ダイオード６１も、ソーラーセル５２
が正常に動作している場合は逆バイアスになる。これに
より、この発光ダイオード６１にも電流は流れないので
発光ダイオード６１は点灯しない。保守者は、発光ダイ
オード６１が消灯されていることを確認することによ
り、ソーラーセル５２が正常であることを認識できる。

【００３３】一方、ソーラーセル５２にオープンモード
の故障が発生すると、バイパスダイオード６０は順バイ
アスになる。これにより、このバイパスダイオード６０
に電流が流れる。従って、ソーラーセル５２にオープン
モードの故障が発生しても発電モジュール１０からの出
力が低下するだけでゼロになることはない。同様に、ソ
ーラーセル５２にオープンモードの故障が発生すると、
発光ダイオード６１も順バイアスになる。これにより、
この発光ダイオード６１に電流が流れるので発光ダイオ
ード６１は点灯する。従って、保守者は、発光ダイオー
ド６１が点灯されていることを確認することにより、ソ
ーラーセル５２が故障していることを認識できるので、
故障したソーラーセル５２が含まれるセルアセンブリ４
０を交換することにより修理作業を短時間で行うことが
できる。

【００３４】なお、上記バイパスダイオード６０及び発
光ダイオード６１の双方又は一方は、半導体プロセスに
より上記ソーラーセル５２と同一のセル上に構成するこ
とができる。この場合、セルアセンブリ４０を構成する
部品数が減るので、信頼性を向上させることができると
共に、部品コスト及び作業コストを低下させることがで
きる。また、上記バイパスダイオード６０及び発光ダイ
オード６１とソーラーセル５２とをハイブリッド化した
モジュールとして構成することもできる。この場合も上
記と同様の効果を奏する。

【００３５】また、発電モジュール１０の回路全体を流
れる電流より大きい定格電流を有する発光ダイオード６
１を用いれば、上記バイパスダイオード６０を省略する
ことができる。

【００３６】次に、本発明の第２の実施の形態に係る太
陽光発電装置を、図６に示した回路図を参照しながら説
明する。

【００３７】この太陽光発電装置の発電ユニット１６
は、複数の発電モジュール１０が直列に接続されること
により構成されている。この発電ユニット１６の出力
は、第１外部端子１７及び第２外部端子１８から取り出
され、負荷に供給されるようになっている。各発電モジ
ュール１０には、バイパスダイオード７０及び発光ダイ
オード７１がそれぞれ並列に接続されている。

【００３８】バイパスダイオード７０は、発電モジュー
ル１０が正常に動作している場合、つまり発電モジュー
ル１０に含まれる１２個のソーラーセル５２の何れにも
オープンモードの故障がない場合は逆バイアスになる。
これにより、このバイパスダイオード７０に電流は流れ
ない。同様に、発光ダイオード７１も、発電モジュール
１０が正常に動作している場合は逆バイアスになる。こ
れにより、この発光ダイオード７１にも電流は流れない
ので、発光ダイオード７１は点灯しない。保守者は、発
光ダイオード７１が消灯されていることを確認すること
により、発電モジュール１０が正常であることを認識で
きる。

【００３９】一方、発電モジュール１０にオープンモー
ドの故障が発生した場合、つまり発電モジュール１０内
の何れかのソーラーセルセルがオープンモードの故障を
した場合又は各セルアセンブリ４０の電極リードとこれ
らを接続するバスバー４１との間に断線が発生した場合
は、バイパスダイオード７０は順バイアスになる。これ
により、このバイパスダイオード７０に電流が流れる。
同様に、発光ダイオード７１も発電モジュール１０が正
常に動作している場合は順バイアスになる。これによ
り、この発光ダイオード７１に電流が流れるので、発電
モジュール１０にオープンモードの故障が発生した場合
は発光ダイオード７１が点灯する。従って、保守者は、
発光ダイオード６１が点灯されていることを確認するこ
とにより発電モジュール１０が故障していることを認識
できるので、故障している発電モジュール１０を交換す
ることにより修理作業を短時間で行うことができる。

【００４０】なお、発電ユニット１６の回路全体を流れ
る電流より大きい定格電流を有する発光ダイオード７１
を用いれば、上記バイパスダイオード６０は省略するこ
とができる。

【００４１】この第２の実施の形態の太陽光発電装置で
は、各発電モジュール１０内の各ソーラーセル５２には
バイパスダイオード及び発光ダイオードは設けられず、
各発電モジュール１０にバイパスダイオード及び発光ダ
イオードが設けられるだけである。従って、太陽光発電
装置全体としての部品数を減らすことができるという利
点がある。

【００４２】なお、上述した第１及び第２の実施の形態
では、本発明を集光追尾式発電システムに適用した場合
について説明したが、平板式発電システムにも適用でき
ることは勿論である。この場合、平板式発電システムで
使用される全ソーラーセルの各々に並列にバイパスダイ
オード及び発光ダイオードを設けるように構成してもよ
いし、複数のソーラーセルが搭載された太陽電池パネル
を１モジュールとして各モジュール毎にバイパスダイオ
ード及び発光ダイオードを設けるように構成してもよ
い。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
各ソーラーセルにバイパスダイオードを設けたので何れ
かのソーラーセルが故障しても出力を継続することがで
き、しかも故障したソーラーセル又は発電モジュールを
視認できるので簡単に修理を行うことのできる保守性に
優れた太陽光発電装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される集光追尾式発電システムの
全体の外観を、一部を切り欠いて示す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る発電モジュールを分
解して示す斜視図である。

【図３】図２に示したベースパネルを分解して詳細に示
す斜視図である。

【図４】図３に示したセルアセンブリの概略構成を示す
側面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装
置に含まれる発電モジュールの電気的な構成を示す回路
図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る太陽光発電装
置の電気的な構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１０ 発電モジュール １１ 支柱 １２ フレーム １３ 水平駆動機構 １４ 垂直駆動機構 １５ 太陽位置センサ １６ 発電ユニット １７ 第１外部端子 １８ 第２外部端子 ２０ レンズ ２１ レンズフレーム ２２ ベースパネル ２３ ヒートシンクパネル ２４ 第１出力端子 ２５ 第２出力端子 ３０ フレネルレンズ ４０ セルアセンブリ ４１ バスバー ５０ ヒートスプレッダ ５１ 基板 ５２ ソーラーセル ５３ 二次集光レンズ ５４ 正電極リード ５５ 負電極リード ６０、７０ バイパスダイオード ６１、７１ 発光ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 直史 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 永井 勇三 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 JA02 JA09 JA10 JA13 JA20 KA02 KA07 KA08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気的に直列に接続された複数のソーラー
   セルと、 該複数のソーラーセルのそれぞれに並列に接続された発
   光ダイオード、とを備えた太陽光発電装置。
2. 【請求項２】前記複数のソーラーセルのそれぞれに並列
   に接続される発光ダイオードと該ソーラーセルとは半導
   体プロセスによって一体に形成されている請求項１に記
   載の太陽光発電装置。
3. 【請求項３】前記複数のソーラーセルのそれぞれに並列
   にバイパスダイオードを更に接続した請求項１に記載の
   太陽光発電装置。
4. 【請求項４】前記複数のソーラーセルのそれぞれに並列
   に接続される前記発光ダイオード及びバイパスダイオー
   ドの少なくとも１つと該ソーラーセルとは半導体プロセ
   スによって一体に形成されている請求項３に記載の太陽
   光発電装置。
5. 【請求項５】電気的に直列に接続された複数の発電モジ
   ュールであって、各発電モジュールは電気的に直列に接
   続された複数のソーラーセルを備えたものと、 該複数の発電モジュールのそれぞれに並列に接続された
   発光ダイオード、とを備えた太陽光発電装置。
6. 【請求項６】前記複数の発電モジュールのそれぞれに並
   列にバイパスダイオードを更に接続した請求項５に記載
   の太陽光発電装置。
7. 【請求項７】前記複数の発電モジュールのそれぞれは、
   該発電モジュールに備えられた複数のソーラーセルのそ
   れぞれに太陽光を導く集光機構を備え、更に、 太陽位置を検出する太陽位置センサと、 該太陽位置センサからの信号に基づいて前記複数の発電
   モジュールが太陽光に対向するように太陽を追尾する追
   尾機構、とを備えた請求項５又は請求項６に記載の太陽
   光発電装置。