特開 2023-120639 太陽電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023120639

(43)【公開日】2023-08-30

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/044 20140101AFI20230823BHJP

   H01L 31/0352 20060101ALI20230823BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 520

H01L31/04 340

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022023596

(22)【出願日】2022-02-18

(71)【出願人】

【識別番号】510311621

【氏名又は名称】株式会社エクソル

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】川勝 一司

【テーマコード（参考）】

5F151

5F251

【Ｆターム（参考）】

5F151EA02

5F151EA06

5F151JA27

5F251EA02

5F251EA06

5F251JA27

(57)【要約】

【課題】セルサイズが大型化しても、住宅等の屋根に設置することができる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、サブモジュール２ａ、２ｂが直列接続されており、例えばサブモジュール２ａは、セルストリング３ａ、３ｂが直列接続されている。そして、例えばセルストリング３ａは、カットセル５が複数直列接続されており、カットセル５は、太陽電池セルをカットして長方形状に形成したものである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

サブモジュールが複数直列接続されている太陽電池モジュールであって、
前記サブモジュールは、セルストリングが複数直列接続されており、
前記セルストリングは、カットセルが複数直列接続されており、
前記カットセルは、太陽電池セルをカットして長方形状に形成したものである、
ことを特徴とする太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記セルストリングは、バイパスダイオードが並列接続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】

前記バイパスダイオードは端子ボックスに収容されて、前記サブモジュールを構成し、
一対の前記サブモジュールは、一方の前記サブモジュールの前記端子ボックスと他方の前記サブモジュールの前記端子ボックスと、が隣接するように位置づけられている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。

【請求項4】

前記太陽電池モジュールからの電力の引き出し線は、長手方向又は短手方向の一方の端部から引き出されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項5】

住宅の屋根に設置されることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項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、住宅屋根等の狭小な場所に設置される太陽電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

太陽電池モジュールは、例えば住宅の屋根等に設置され太陽光発電システムを構成する（例えば特許文献１を参照）。

【0003】

特許文献１に記載の太陽電池モジュールは、住宅の南側の傾斜屋根の設置面上に固定架台を介して３行４列のマトリックス状に並べて配置され電気的に接続して設置されている。そして、太陽光発電システムの発電電力は、電力出力線を介して接続箱に供給され、接続箱において電圧を調整してからパワーコンディショナへ供給され、そのパワーコンディショナにおいて直流から交流に変換し、その後配電盤に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１５３２６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

住宅の屋根等の狭小な場所では、設置できる太陽電池モジュールの数が限られるため、直列接続したセルを並列接続することで、パワーコンディショナ等が動作できる程度の電圧や電流を生成している。

【0006】

近年では、太陽光発電の需要の増加に伴い、メガソーラー等に利用し易いことから太陽電池セルのサイズ（面積）が大型化する傾向にある。セルサイズが大型化すると太陽電池セルの出力電圧は変わらないが出力電流は増加する。

【0007】

セルサイズが大型化してもパワーコンディショナを動作させる電圧を生成するために必要な太陽電池モジュールの数は従来と変わらない。一方でセルサイズが大型化しているため、複数の太陽電池セルから構成される太陽電池モジュールも大型化し、狭小な屋根等では、従来と同じ数の太陽電池モジュールが設置できなくなり、パワーコンディショナを動作させる電圧を生成することができない場合が生じてしまう。さらに、太陽電池セルの出力電流が増加すると、太陽電池モジュール内の配線を太くする必要が生じ、パワーコンディショナも大電流に対応させる必要がある。

【0008】

このように、セルサイズが大型化すると住宅等の屋根に設置する太陽電池モジュールにとっては使い勝手がよくない場合があった。

【0009】

そこで、本発明は、上記のような問題点に鑑み、セルサイズが大型化しても、住宅等の屋根に設置することができる太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するためになされた発明は、サブモジュールが複数直列接続されている太陽電池モジュールであって、前記サブモジュールは、セルストリングが複数直列接続されており、前記セルストリングは、カットセルが複数直列接続されており、前記カットセルは、太陽電池セルをカットして長方形状に形成したものである、ことを特徴とする太陽電池モジュールである。

【発明の効果】

【0011】

以上説明したように本発明は、カットセルを使用するため、面積を削減しつつ出力電流を削減することができる。また、各カットセルは直列接続されるため、パワーコンディショナが必要とする電圧とすることが容易となる。したがって、狭小な屋根に設置すること可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態にかかる太陽電池モジュールの設置例である。

【図2】図１に示された太陽電池モジュールの概略構成図である。

【図3】図１に示された太陽電池モジュールの端子ボックスの配置状態を示した図である。

【図4】図２の変形例である。

【図5】図１の変形例である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる太陽電池モジュールの設置例である。図２は、図１に示された太陽電池モジュールの概略構成図である。

【0014】

太陽電池モジュール１は、図１に示したように、住宅等の屋根Ｒに設置される。なお、屋根Ｒの形状は図１に示した三角形状に限らず、矩形状等他の形状であってもよい。

【0015】

図１の例では、屋根Ｒには、３つの太陽電池モジュール１が設置されている。勿論、３つに限らず、屋根Ｒの表面積や発電量等に応じて適宜増減してもよい。

【0016】

太陽電池モジュール１は、図２に示したように、複数のサブモジュール２ａ、２ｂを備えている。サブモジュール２ａとサブモジュール２ｂとは互いに直列接続されている。図２に示した形態では、２つのサブモジュールが直列接続されていたが、３以上であってもよい。

【0017】

また、図２において、Ｘ方向を太陽電池モジュール１の短手方向、Ｙ方向を太陽電池モジュール１の長手方向と呼ぶ。即ち、太陽電池モジュール１は、全体として長方形状に形成される。

【0018】

サブモジュール２ａは、複数のセルストリング３ａ、３ｂと、バイパスダイオード４ａ、４ｂと、を備えている。

【0019】

セルストリング３ａとセルストリング３ｂとは直列接続されている。図２に示した形態では、２つのセルストリングが直列接続されているが、３以上であってもよい。

【0020】

セルストリング３ａは、複数のカットセル５が直列接続されている。セルストリング３ｂは、複数のカットセル５が直列接続されている。図２の例では、セルストリング３ａは、カットセル５－１～５－１８まで１８個が直列接続されている。セルストリング３ｂは、カットセル５－１９～５－３６まで１８個が直列接続されている。なお、セルストリングにおける直列数は、太陽電池モジュール１の仕様等により適宜変更してもよい。

【0021】

カットセル５は、太陽電池セルを半分にカットしたセルである（ハーフセルともいう）。カットセル５は、正方形状に形成される太陽電池セルをカットするため、長方形状に形成される。なお、カットセルは、半分にカットするに限らず、３等分や４等分にカットしてもよい。

【0022】

バイパスダイオード４ａは、セルストリング３ａと並列接続されている。即ち、カットセル５－１とバイパスダイオード４ａのカソードが接続され、カットセル５－１８とバイパスダイオード４ａのアノードが接続されている。

【0023】

バイパスダイオード４ｂは、セルストリング３ｂと並列接続されている。即ち、カットセル５－１９とバイパスダイオード４ｂのカソードが接続され、カットセル５－３６とバイパスダイオード４ｂのアノードが接続されている。また、バイパスダイオード４ａ、４ｂは、互いに直列接続されている。

【0024】

バイパスダイオード４ａ、４ｂは、公知のように、発電できない太陽電池セルをバイパスして保護するためのものである。

【0025】

例えば太陽電池モジュール１の上に樹木や建物の影がかかったりすると、それによって太陽光を遮られた太陽電池セル（カットセル５）は発電することができなくなる。発電できないカットセル５は抵抗となるため、そこに電流が流れると発熱して温度上昇し、カットセル５の破壊に至ってしまう（ホットスポット現象）。このような発電できないカットセル５が存在するとき、バイパスダイオード４ａ、４ｂは、その発電できないカットセル５をバイパスして、他の正常なカットセル５で発電された電流を流す。そのため、発電できないカットセル５での温度上昇を回避することができる。

【0026】

本実施形態では、バイパスダイオード４ａ、４ｂは、セルストリングと並列に接続されるため、発電できないカットセル５を含むセルストリングをバイパスすることができる。

【0027】

また、バイパスダイオード４ａは、端子ボックス６ａに収容されている。バイパスダイオード４ｂは、端子ボックス６ｂに収容されている。

【0028】

サブモジュール２ｂは、複数のセルストリング３ｃ、３ｄと、バイパスダイオード４ｃ、４ｄと、を備えている。

【0029】

セルストリング３ｃとセルストリング３ｄとは直列接続されている。セルストリング３ｃは、複数のカットセル５が直列接続されている。セルストリング３ｄは、複数のカットセル５が直列接続されている。図２の例では、セルストリング３ｃは、カットセル５－３７～５－５４まで１８個が直列接続されている。セルストリング３ｄは、カットセル５－５５～５－７２まで１８個が直列接続されている。

【0030】

バイパスダイオード４ｃは、セルストリング３ｃと並列接続されている。即ち、カットセル５－３７とバイパスダイオード４ｃのカソードが接続され、カットセル５－５４とバイパスダイオード４ｃのアノードが接続されている。

【0031】

バイパスダイオード４ｄは、セルストリング３ｄと並列接続されている。即ち、カットセル５－５５とバイパスダイオード４ｄのカソードが接続され、カットセル５－７２とバイパスダイオード４ｄのアノードが接続されている。

【0032】

また、バイパスダイオード４ｃは、端子ボックス６ｃに収容されている。バイパスダイオード４ｄは、端子ボックス６ｄに収容されている。

【0033】

バイパスダイオード４ａのアノード側は、引き出し線７ａと接続されている。バイパスダイオード４ｄのカソード側は、引き出し線７ｂと接続されている。引き出し線７ａは、太陽電池モジュール１の＋極として機能し、引き出し線７ｂは、太陽電池モジュール１の－極として機能する。引き出し線７ａ、７ｂは、図２に示したように、太陽電池モジュール１の短手方向の一端から引き出される。

【0034】

端子ボックス６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄおよび引き出し線７ａ、７ｂの配置について図を参照して説明する。図３は、太陽電池モジュール１の要部拡大図である。図３に示したように、端子ボックス６ａと端子ボックス６ｄとは隣接するように配置され、端子ボックス６ｂと端子ボックス６ｃとは隣接するように配置されている。また、引き出し線７ａ、７ｂも太陽電池モジュール１の短手方向の一端から引き出されることが明らかである。

【0035】

図２等に示された太陽電池モジュール１は、カットセル５を直列接続しているため、太陽電池モジュール１から出力される電流値がカットしないセルの約半分になる。一方、セルストリング内だけでなく、１つの太陽電池モジュール１内で全てのセルが直列接続されるため、太陽電池モジュール１から出力される電圧は直列接続された分の値となる。そのため、電流を削減しつつ、パワーコンディショナを動作させるだけの電圧を生成することが可能となる。

【0036】

本実施形態によれば、太陽電池モジュール１は、サブモジュール２ａ、２ｂが直列接続されており、例えばサブモジュール２ａは、セルストリング３ａ、３ｂが直列接続されている。そして、例えばセルストリング３ａは、カットセル５が複数直列接続されており、カットセル５は、太陽電池セルをカットして長方形状に形成したものである。

【0037】

太陽電池モジュール１が上記のように構成されることにより、カットセル５を使用するため、面積を削減しつつ電流を削減することができる。また、各カットセル５は直列接続されるため、パワーコンディショナが必要とする電圧とすることが容易となる。したがって、狭小な屋根に設置すること可能となる。

【0038】

また、例えばセルストリング３ａは、バイパスダイオード４ａが並列接続されている。このようにすることにより、発電できない太陽電池セルをバイパスして、ホットスポット現象を回避することができる。また、セルストリング毎にバイパスダイオードが接続されているので、バイパスダイオードの数を最小限に留め、バイパスダイオードの増加によるコスト増加を抑えることができる。

【0039】

また、例えば、バイパスダイオード４ｂは端子ボックス６ｂに収容され、バイパスダイオード４ｃは端子ボックス６ｃに収容されている。そして、一対のサブモジュール２ａ、２ｂは、一方のサブモジュール２ａの端子ボックス６ｂと他方のサブモジュール２ｂの端子ボックス６ｃと、が隣接するように位置づけられている。このようにすることにより、例えば、端子ボックス６ｂと６ｃとが互いに接近することとなり、サブモジュール２ａとサブモジュール２ｂとを直列接続するバスバー等の配線も短くすることが可能となる。

【0040】

また、太陽電池モジュール１からの電力の引き出し線は、当該太陽電池モジュール１のＸ方向（短手方向）の一方の端部から引き出されている。このようにすることにより、電力引き出し線を片方に寄せることができるので、配線工事が容易となる。

【0041】

また、太陽電池モジュール１は、住宅の屋根Ｒに設置されているので、住宅のような設置範囲が限られる場所において、パワーコンディショナを動作させるだけの電圧を生成しつつ、電流を抑えることが可能となる。

【0042】

ここで、上述した実施形態の変形例を説明する。図４は、図２の変形例である。図４は、セルストリングが奇数の場合である。図４に示した太陽電池モジュール１’は、サブモジュール２ａ’、２ｂ’を備えている。

【0043】

サブモジュール２ａ’は、セルストリング３ａ、３ｂと、バイパスダイオード４ａ、４ｂと、を備えている。サブモジュール２ｂ’は、セルストリング３ｃ、３ｄと、バイパスダイオード４ｃ、４ｄと、を備えている。セルストリング３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、バイパスダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、は上述した実施形態と同様であるので説明は省略する。

【0044】

太陽電池モジュール１’は、セルストリング３ｅを備えている。このセルストリング３ｅは、サブモジュール２ａ’とサブモジュール２ｂ’に亘って構成されている。セルストリング３ｅは、サブモジュール２ａ’側にカットセル５－３７～５－４５までの９個のカットセル５が直列接続され、サブモジュール２ｂ’側にカットセル５－４６～５－５４までの９個のカットセル５が直列接続されている。セルストリング３ｅは、セルストリング３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと直列接続されている。

【0045】

また、太陽電池モジュール１’は、バイパスダイオード４ｅを備えている。バイパスダイオード４ｅはセルストリング３ｅと並列接続されている。バイパスダイオード４ｅは、端子ボックス６ｅに収容されている。なお、バイパスダイオード４ｅは、サブモジュール２ａ’側に含めてもよいし、サブモジュール２ｂ’側に含めてもよい。

【0046】

図４に示したように、サブモジュール２に含まれる複数のセルストリング３のうち、１つは、全てがサブモジュール２に含まれず、複数のサブモジュール２に分割されていてもよい。このような構成とすることで、サブモジュール２に含めるカットセル５の数を柔軟にすることができる。

【0047】

最後に図１の変形例を図５に示す。図５は、屋根Ｒへの設置の変形例である。以下の説明では、太陽電池モジュール１で説明するが、図４に示した太陽電池モジュール１’でも適用可能なことは勿論である。図５（ａ）～（ｄ）は、いずれも屋根Ｒを上方からみた図である。図５（ａ）は、宝形（宝形造）の屋根Ｒに設置した例である。図５（ａ）では、４つの三角形状の面のうち３つの面にそれぞれ２つの太陽電池モジュール１が設置されているが、１つや２つの面でもよいし、全ての面に設置してもよい。

【0048】

図５（ｂ）は、寄棟（寄棟造）の屋根Ｒに設置した例である。図５（ｂ）では、三角形状の１つ面に３つの太陽電池モジュール１が設置し、台形状の１つの面に従来の太陽電池モジュール１０を６つ設置したものである。即ち、本発明にかかる太陽電池モジュールは、従来の太陽電池モジュールと混在させてもよい。図５（ｂ）の場合は、面積の狭い三角形状の部分に本発明に係る太陽電池モジュール１を設置してパワーコンディショナが必要とする電圧を生成することができる。

【0049】

図５（ｃ）、（ｄ）は、図５（ｂ）の変形例である。図５（ｃ）は、三角形状の２つ面にそれぞれ２つの太陽電池モジュール１が設置し、台形状の１つの面に従来の太陽電池モジュール１０を４つ設置したものである。図５（ｄ）は、三角形状の２つ面にそれぞれ２つの太陽電池モジュール１が設置し、台形状の１つの面に従来の太陽電池モジュール１０を３つ設置したものである。

【0050】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の太陽電池モジュールの構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

【符号の説明】

【0051】

１、１’ 太陽電池モジュール
２ａ、２ｂ、２ａ’、２ｂ’ サブモジュール
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ セルストリング
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ バイパスダイオード
５ カットセル
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ 端子ボックス
７ａ、７ｂ 引き出し線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】