特許 5740172 太陽電池ストリング、太陽光発電システムおよび太陽電池モジュールの電気的接続方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5740172

(24)【登録日】2015年5月1日

(45)【発行日】2015年6月24日

(54)【発明の名称】太陽電池ストリング、太陽光発電システムおよび太陽電池モジュールの電気的接続方法

(51)【国際特許分類】

   H02S 40/36 20140101AFI20150604BHJP

【ＦＩ】

   H02S40/36

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-31798(P2011-31798)

(22)【出願日】2011年2月17日

(65)【公開番号】特開2012-174702(P2012-174702A)

(43)【公開日】2012年9月10日

【審査請求日】2014年1月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】000221096

【氏名又は名称】東芝システムテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 博幸

(72)【発明者】

【氏名】篠原 裕文

(72)【発明者】

【氏名】丹野 勉

【審査官】 森江 健蔵

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０９２８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３４７９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｓ ４０／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれが正極ケーブルと負極ケーブルとを有して線状に並ぶ複数の太陽電池モジュールを含み、かつ前記正極ケーブルおよび前記負極ケーブルの合計長さが、前記太陽電池モジュールが並ぶ方向における幅の２倍よりも長い太陽電池ストリングにおいて、
互いに先隣の位置にある前記太陽電池モジュールの前記正極ケーブルと前記負極ケーブルとを電気的に接続して前記太陽電池モジュールを電気的に直列接続して前記太陽電池ストリングの正極端および負極端を前記太陽電池ストリングのいずれかの列端部に集める直列回路と、を備えることを特徴とする太陽電池ストリング。

【請求項2】

前記直列回路の正極端となる前記正極ケーブルおよび前記直列回路の負極端となる前記負極ケーブルは、線状に並ぶ複数の前記太陽電池モジュールのいずれかの列端部に位置することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池ストリング。

【請求項3】

前記正極ケーブルおよび前記負極ケーブルの合計長さは、前記太陽電池モジュールが並ぶ方向における前記太陽電池モジュールの幅の２倍よりも長いことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池ストリング。

【請求項4】

複数の前記太陽電池モジュールは、水平線に略沿うように直線状に並ぶ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ストリング。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池ストリングを備えることを特徴とする太陽光発電システム。

【請求項6】

それぞれが正極ケーブルと負極ケーブルとを有する複数の太陽電池モジュールを含み、かつ前記正極ケーブルおよび前記負極ケーブルの合計長さが、前記太陽電池モジュールが並ぶ方向における幅の２倍よりも長い太陽電池ストリングを構成する太陽電池モジュールの電気的接続方法において、
前記複数の太陽電池モジュールを線状に並べ、
互いに先隣の位置にある前記太陽電池モジュールの前記正極ケーブルと前記負極ケーブルとを電気的に接続して前記太陽電池モジュールを電気的に直列接続して前記太陽電池ストリングの正極端および負極端を前記太陽電池ストリングのいずれかの列端部に集めることを特徴とする太陽電池モジュールの電気的接続方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明に係る実施形態は、太陽電池ストリングおよび太陽光発電システムおよび太陽電池モジュールの電気的接続方法に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽光発電システムは、光を受けて直流電力を発電する太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールが発生する直流電力を交流電力に変換して送電網へ送るパワーコンディショナと、を備える。

【0003】

近年、所謂メガソーラーシステムと呼ばれ、１ＭＷを越える発電能力を有する太陽光発電システムの開発が進んでいる。メガソーラーシステムは、数十Ｗの発電能力を有する太陽電池モジュールを数千枚以上備える太陽光発電システムである。メガソーラーシステムのような太陽光発電システムは、所望の発電能力を得るために複数の太陽電池モジュールを備える。太陽光発電システムは、出力電圧を高めるために複数の太陽電池モジュールを電気的に直列接続し、さらに出力電流を高めるために直列接続した太陽電池モジュールを電気的に並列接続する。ここで、電気的に直列接続する複数の太陽電池モジュールを太陽電池ストリングと呼び、電気的に並列接続する複数の太陽電池ストリングを太陽電池アレイと呼ぶ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−２２９１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図３は、従来の太陽光発電システムを示す概略図である。

【0006】

図３に示すように、従来の太陽光発電システム１０１は、電気的に直列接続する複数の（例えば８つの）太陽電池モジュール１０２を有する太陽電池ストリング１０３と、太陽電池ストリング１０３が発生する直流電力を交流電力に変換して送電網１０５へ送るパワーコンディショナ１０６と、太陽電池ストリング１０３とパワーコンディショナ１０６とを電気的に接続する接続箱１０７と、を備える。なお、従来の太陽光発電システム１０１は、電気的に並列接続する複数の太陽電池ストリング１０３を備える。

【0007】

太陽電池モジュール１０２は、非受光面側に位置する端子箱１１１と、端子箱１１１から延びる正極ケーブル１１２および負極ケーブル１１３と、を備える。

【0008】

太陽電池ストリング１０３は、直線状に並ぶ太陽電池モジュール１０２と、隣り合う太陽電池モジュール１０２の正極ケーブル１１２と負極ケーブル１１３とを順次に電気的に直列接続する直列回路１１５と、を備える。そして、太陽電池ストリング１０３の正極端（すなわち、直列回路１１５の正極端）となる正極ケーブル１１６は太陽電池ストリング１０３の一方の端部に位置する太陽電池モジュール１０２ａの正極ケーブル１１２であり、他方、太陽電池ストリング１０３の負極端（すなわち、直列回路１１５の負極端）となる負極ケーブル１１７は太陽電池ストリング１０３の他方の端部に位置する太陽電池モジュール１０２ｂの負極ケーブル１１３である。

【0009】

ここで、太陽電池ストリング１０３を接続箱１０７に接続する電力線１２１に着目する。電力線１２１は、太陽電池ストリング１０３の正極ケーブル１１６および負極ケーブル１１７を接続箱１０７に導く。

【0010】

ところで、正極ケーブル１１６および負極ケーブル１１７が太陽電池ストリング１０３の両端に分かれて位置するため、正極側電力線１２１ａまたは負極側電力線１２１ｂは、互いに束なる合流箇所１２１ｃへ至るまでに少なくとも太陽電池ストリング１０３の機械的な長さＬに相当するケーブル長を必要とする。

【0011】

このように正極側電力線１２１ａまたは負極側電力線１２１ｂを束ねるために要する余分なケーブル長は、電力の損失を招く。特に、メガソーラーシステムは、太陽電池ストリングを大量に有することから、この余分なケーブル長も極めて長くなり、大きな電力損失のみならず費用の増加をも招く。

【0012】

図４は、太陽電池ストリングの正極ケーブルと負極ケーブルとを近づける対策を示す概略図である。

【0013】

図４に示すように、太陽電池ストリング１０３Ａは、偶数列、例えば２行に並ぶ複数の（例えば２行×４列の）太陽電池モジュール１０２と、途中で折り返す直列回路１１５Ａと、を備える。

【0014】

太陽電池ストリング１０３Ａは、太陽電池モジュール１０２を折り返すように配置することで正極ケーブル１１６Ａおよび負極ケーブル１１７Ａを太陽電池ストリング１０３Ａの一方の端部に集めることができる。この場合、電力線１２１は、合流箇所１２１ｃへ至るまでに太陽電池ストリング１０３Ａの機械的な長さＬ’に相当するケーブル長を必要としない。

【0015】

ところが、太陽電池ストリング１０３Ａは、太陽電池モジュール１０２の配置に制約（偶数列配置）を生じる。この太陽電池モジュール１０２の配置の制約は、例えば、日の出、日の入りにおいて太陽電池ストリング１０３Ａの下半行１２５が影のまま上半行１２６のみ日射強度が上昇して直列回路１１５Ａ内の出力の不均一を生じるなどの問題がある。このような直列回路１１５Ａ内の出力の不均一は、太陽電池モジュール１０２や、太陽電池モジュール１０２を構成する太陽電池セルの負荷となる。

【0016】

そこで、本発明は、太陽電池モジュールの配置の自由度を損なうことなく、正極側と負極側とを束ねるために余分なケーブル長を要しない太陽電池ストリング、太陽光発電システムおよび太陽電池モジュールの電気的接続方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る太陽電池ストリングは、それぞれが正極ケーブルと負極ケーブルとを有して線状に並ぶ複数の太陽電池モジュールを含み、かつ前記正極ケーブルおよび前記負極ケーブルの合計長さが、前記太陽電池モジュールが並ぶ方向における幅の２倍よりも長い太陽電池ストリングにおいて、互いに先隣の位置にある前記太陽電池モジュールの前記正極ケーブルと前記負極ケーブルとを電気的に接続して前記太陽電池モジュールを電気的に直列接続して前記太陽電池ストリングの正極端および負極端を前記太陽電池ストリングのいずれかの列端部に集める直列回路と、を備えることを特徴とする。

【0018】

また、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムは、前記太陽電池ストリングを備えることを特徴とする。

【0019】

さらに、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの電気的接続方法は、それぞれが正極ケーブルと負極ケーブルとを有する複数の太陽電池モジュールを含み、かつ前記正極ケーブルおよび前記負極ケーブルの合計長さが、前記太陽電池モジュールが並ぶ方向における幅の２倍よりも長い太陽電池ストリングを構成する太陽電池モジュールの電気的接続方法において、前記複数の太陽電池モジュールを線状に並べ、互いに先隣の位置にある前記太陽電池モジュールの前記正極ケーブルと前記負極ケーブルとを電気的に接続して前記太陽電池モジュールを電気的に直列接続して前記太陽電池ストリングの正極端および負極端を前記太陽電池ストリングのいずれかの列端部に集めることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図。

【図2】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの概略的な構成を示した背面図。

【図3】従来の太陽光発電システムを示す概略図。

【図4】太陽電池ストリングの正極ケーブルと負極ケーブルとを近づける対策を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明に係る太陽電池ストリング、太陽光発電システムおよび太陽電池モジュールの電気的接続方法の実施形態について図１から図２を参照して説明する。

【0022】

図１は、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図である。

【0023】

図１に示すように、本実施形態に係る太陽光発電システム１は、電気的に直列接続する複数の太陽電池モジュール２を有する太陽電池ストリング３と、太陽電池ストリング３を電力系統５０に連系するパワーコンディショナ６と、太陽電池ストリング３とパワーコンディショナ６とを電気的に接続する接続箱７と、パワーコンディショナ６の出力を電力系統５０に連系する連系用変圧器８と、を備える。太陽光発電システム１は、複数のパワーコンディショナ６を備え、それぞれのパワーコンディショナ６に複数の太陽電池ストリング３を電気的に並列接続して所要の発電能力を得る。

【0024】

それぞれの太陽電池モジュール２は、数十Ｗの発電能力を有し、長方形状の受光面で光を受けて発電する。それぞれの太陽電池モジュール２は、非受光面側に位置する端子箱１１と、端子箱１１から延びる正極ケーブル１２および負極ケーブル１３、を備える。

【0025】

太陽電池ストリング３は、線状に並ぶ複数の（例えば、８つの）太陽電池モジュール２と、互いに先隣の（隣り合う１つ先の、あるいは１つ飛ばした先の）位置にある太陽電池モジュール２の正極ケーブル１２と負極ケーブル１３とを電気的に接続して太陽電池モジュール２を電気的に直列接続する直列回路１５と、を備える。複数の太陽電池モジュール２は、水平線ｈに略沿うように直線状に並ぶ。

【0026】

太陽電池ストリング３の正極端（すなわち、直列回路１５の正極端）となる正極ケーブル１６および太陽電池ストリング３の負極端（すなわち、直列回路１５の負極端）となる負極ケーブル１７は、線状に並ぶ複数の太陽電池モジュール２のいずれかの列端部（ここでは、図１中左側の列端部）に位置する。

【0027】

パワーコンディショナ６は、太陽電池ストリング３が出力する直流電力を所定周波数（例えば、商用電源周波数）の交流電力に変換するインバータ（図示省略）を備え、交流系統に接続する負荷設備（図示省略）に電力供給したり、電力系統５０に並列接続して電力供給したりする。また、パワーコンディショナ６は、日射強度や太陽電池モジュール２の表面温度によって太陽電池ストリング３の出力が変動するために、最大出力点を追従するように太陽電池ストリング３の動作点を変化して太陽電池ストリング３の最大電力を取り出す最大電力追従制御（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）を行う。

【0028】

ここで、太陽電池ストリング３を接続箱７に接続する電力線２１に着目する。電力線２１は、太陽電池ストリング３の正極ケーブル１６および負極ケーブル１７を接続箱７に導く。

【0029】

太陽電池ストリング３の正極端である正極ケーブル１６および負極端である負極ケーブル１７は、太陽電池ストリング３のいずれかの列端部（より詳しくは、列端に位置する太陽電池モジュール２ａと、その隣に位置する太陽電池モジュール２ｂ）に集まる。したがって、電力線２１は、正極側電力線２１ａおよび負極側電力線２１ｂが互いに束なる合流箇所２１ｃへ至るまでに太陽電池ストリング３の機械的な長さＬに相当する余分なケーブル長をほぼ必要としない。

【0030】

図２は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの概略的な構成を示した背面図である。

【0031】

図２に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール２は、長辺Ｌ１、短辺Ｌ２の長方形状の板状体であり、例えば、長辺Ｌ１＝約１２３５ｍｍ、短辺Ｌ２＝約６４１ｍｍの板状体である。

【0032】

なお、本実施形態に係る太陽電池ストリング３は、太陽電池モジュール２を短辺Ｌ２の方向へ直線状に並べたものであるが、太陽電池モジュール２を長辺Ｌ１の方向へ直線状に並べてもよい。

【0033】

端子箱１１は、短辺Ｌ２の中央を貫く線上に位置する。端子箱１１の外径寸法は、太陽電池モジュール２に対して十分に小さく、太陽電池モジュール２の長辺Ｌ１の方向へ約６８ｍｍ、太陽電池モジュール２の短辺Ｌ２の方向へ約６４ｍｍの箱体である。

【0034】

正極ケーブル１２および負極ケーブル１３は、それぞれの太陽電池モジュール２を直列回路１５に接続するため、太陽電池モジュール２が線状に並んだ状態で先隣の位置にある太陽電池モジュール２の正極ケーブル１２または負極ケーブル１３に接続可能な長さを有する。

【0035】

具体的には、正極ケーブル１２および負極ケーブル１３の合計長さは、太陽電池モジュール２が並ぶ方向における太陽電池モジュール２の幅の２倍よりも長く、例えば、正極ケーブル長さｌｐ＝約１０００ｍｍ、負極ケーブル長さｌｎ＝約１０００ｍｍであり、（正極ケーブル長さｌｐ＋負極ケーブル長さｌｎ）＞（２×短辺Ｌ２）の関係にある。この場合、線状に並ぶ太陽電池モジュール２間の間隔は、正極ケーブル長さｌｐおよび負極ケーブル長さｌｎに対して無視し得る程度に狭く、例えば、３０ｍｍから５０ｍｍ程度の距離に設定する。

【0036】

また、正極ケーブル１２および負極ケーブル１３は、それぞれの自由端に正極コネクタ２２および負極コネクタ２３を備える。正極コネクタ２２および負極コネクタ２３は、相互に電気的に接続することが可能である。

【0037】

なお、正極ケーブル１２および負極ケーブル１３は、いずれか一方を長く、他方を短くしても良い。また、正極ケーブル１２および負極ケーブル１３は、いずれか一方のみを端子箱１１から延ばし、他方を端子箱１１内に納めてコネクタのみ端子箱１１外に露出するものでも良い。

【0038】

それぞれが正極ケーブル１２と負極ケーブル１３とを有する複数の太陽電池モジュール２を線状に並べ、互いに先隣の位置にある太陽電池モジュール２の正極ケーブル１２と負極ケーブル１３とを電気的に接続して太陽電池モジュール２を電気的に直列接続する太陽電池モジュール２の電気的接続方法によって、太陽電池ストリング３を構成できる。

【0039】

本実施形態に係る太陽光発電システム１、太陽電池ストリング３および太陽電池モジュール２の電気的接続方法は、太陽電池モジュール２を線状に並べ、互いに先隣の位置にある太陽電池モジュール２の正極ケーブル１２と負極ケーブル１３とを電気的に接続することによって、太陽電池ストリング３のいずれかの列端部に太陽電池ストリング３の正極端および負極端を集めることができる。

【0040】

また、本実施形態に係る太陽光発電システム１、太陽電池ストリング３および太陽電池モジュール２の電気的接続方法は、太陽電池ストリング３のいずれかの列端部に太陽電池ストリング３の正極端および負極端を集めることによって、従来の太陽光発電システム１０１のように、電力線２１の余分なケーブル長を必要としない。

【0041】

さらに、本実施形態に係る太陽光発電システム１、太陽電池ストリング３および太陽電池モジュール２の電気的接続方法は、電力線２１の余分なケーブル長をほぼ必要としないため、特にメガソーラーシステムのように大量の太陽電池ストリング３を備える太陽光発電システム１において、余分なケーブル長に起因する電力の損失を排除し、太陽光発電システム１および太陽電池ストリング３の高効率化に寄与する。

【0042】

さらにまた、太陽光発電システム１、太陽電池ストリング３および太陽電池モジュール２の電気的接続方法は、余分なケーブル長に起因する費用を削減し、太陽光発電システム１および太陽電池ストリング３の低コスト化にも寄与する。

【0043】

さらに、本実施形態に係る太陽光発電システム１、太陽電池ストリング３および太陽電池モジュール２の電気的接続方法は、太陽電池ストリング３のいずれかの列端部に太陽電池ストリング３の正極端および負極端を集めるとともに太陽電池モジュール２を線状に並べることが可能であり、太陽電池ストリング１０３Ａのように太陽電池モジュール２を複数行に折り返し配置することを要しない。このことは、太陽電池モジュール２の配置の制約を排除し、局地的な日射強度に応じて太陽電池モジュール２を直線状、曲線状、円形、蛇行など様々に並べる自由度を高めるとともに、一般的に太陽電池ストリング３全体に均一な日射強度を得やすいよう太陽電池モジュール２を水平に並べることを容易にする。

【0044】

したがって、本実施形態に係る太陽光発電システム１、太陽電池ストリング３および太陽電池モジュール２の電気的接続方法によれば、太陽電池モジュール２の配置の自由度を損なうことなく、太陽電池ストリング３の正極側と負極側とを束ねるために余分なケーブル長を要しない。

【0045】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0046】

１ 太陽光発電システム
２、２ａ、２ｂ 太陽電池モジュール
３ 太陽電池ストリング
６ パワーコンディショナ
７ 接続箱
８ 連系用変圧器
１１ 端子箱
１２ 正極ケーブル
１３ 負極ケーブル
１５ 直列回路
１６ 正極ケーブル
１７ 負極ケーブル
２１ 電力線
２１ａ 正極側電力線
２１ｂ 負極側電力線
２１ｃ 合流箇所
２２ 正極コネクタ
２３ 負極コネクタ
５０ 電力系統
１０１ 太陽光発電システム
１０２、１０２ａ、１０２ｂ 太陽電池モジュール
１０３、１０３Ａ 太陽電池ストリング
１０５ 送電網
１０６ パワーコンディショナ
１０７ 接続箱
１１１ 端子箱
１１２ 正極ケーブル
１１３ 負極ケーブル
１１５、１１５Ａ 直列回路
１１６、１１６Ａ 正極ケーブル
１１７、１１７Ａ 負極ケーブル
１２１ 電力線
１２１ａ 正極側電力線
１２１ｂ 負極側電力線
１２１ｃ 合流箇所
１２５ 下半行
１２６ 上半行

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】