JP7597689B2 - 太陽電池モジュールおよび太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽光発電システムに関する。

近年の太陽電池モジュールでは、分割セルを用いたものが主流となってきている（例えば、特許文献１）。ここでの分割セルとは、標準サイズのセル（太陽電池用ウェハ１枚分のセル、フルセルともいう）を分割した小型のセルを指し、例えば、フルセルを半分に分割したハーフセルが挙げられる。ハーフセルでは、セル１枚当たりの電流の電流値を、フルセルに対して半減させることができ、それだけ、太陽電池モジュールの電力損失を減少させることができる。

複数のフルセルを直列接続して形成される太陽電池モジュールにおいて電流が１０Ａであるとすると、ハーフセルを用いた太陽電池モジュールにおいて同様の電流を得るには、複数のハーフセルを直列接続したストリングを２並列に接続する必要がある。すなわち、１つのストリングに５Ａの電流が生じるため、２つのストリングを並列に接続することで１０Ａの電流が得られる。

太陽電池モジュールの一般的な使用形態は、屋根などの上に複数のモジュールを並べて互いに接続し、太陽光発電システムを構成することである。ここで、寄棟屋根などに太陽光発電システムを設置する場合、矩形モジュールと、多角形状（例えば、五角形状）のコーナーモジュールとが組み合わされる（例えば、特許文献２）。

特開２０２０－９８９３１号公報 特許第２０１７－１１２１７５号公報

太陽電池発電システムにおいて、矩形モジュールとコーナーモジュールとを接続する場合、各モジュールの出力特性を揃える必要がある。セルを階段状に配置するコーナーモジュールでは、出力特性を揃えるためにセル数を調整し、セルを配置しない領域が広くなると、モジュール面積に対するセルの充填率が低く見え、美観を損ねるといった問題がある。

特許文献２には、コーナーモジュールの空いたところ（セルを配置しない領域）にダミーセルを配置し、美観の低下を抑制したコーナーモジュールが開示されている。しかしながら、発電に寄与しないダミーセルを設けることはコスト面において不利となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コーナーモジュールにおいてダミーセルを用いずに、モジュール面積に対するセルの充填率を高くすることができる太陽電池モジュールおよび太陽光発電システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様であ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に接続されて複数のセル群が構成され、該複数のセル群がそれぞれ中間電極配線によって接続されて複数のストリングが構成され、該複数のストリングが並列に接続され、前記太陽電池セルは分割セルであり、前記セル群の列におけるセル数は全て異なっており、隣り合う前記セル群の列におけるセル数の差は一定ではないことを特徴としている。

上記の構成によれば、コーナーモジュールにおいて、モジュール面積に対するセルの充填率を高くすることができ、太陽電池モジュールの美観を向上させることができる。

また、上記太陽電池モジュールでは、隣り合う前記セル列のセル数の差は、フルセル１枚分以内である構成とすることができる。

上記の構成によれば、セルが設置されない領域において、フルセル１枚分を超えるような大きなスペースが生じることを防止でき、太陽電池モジュールの美観をより向上させることができる。

また、上記太陽電池モジュールでは、隣り合う前記セル列のセル数の差の違いは、フルセル１枚分より小さい構成とすることができる。

上記の構成によれば、セル群の各列において生じるセルが設置されない領域を均等なスペースに近付けることができ、太陽電池モジュールの美観をより向上させることができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の第２の態様である太陽電池モジュールは、階段状に形成された複数のセル列を有しているとともに、複数の太陽電池セルがそれぞれ直列に接続されて複数のセル群が構成され、該複数のセル群がそれぞれ中間電極配線によって接続されて複数のストリングが構成され、該複数のストリングが並列に接続され、前記太陽電池セルは分割セルであり、前記セル列の少なくとも１つでは途中でストリングの切り替えが行われており、ストリングの切り替えが行われている前記セル列では、当該セル列の途中においてストリングの端部に接続される端部電極配線が配置されていることを特徴としている。

また、上記太陽電池モジュールは、前記各ストリングにおけるセル数が同じである構成とすることができる。

上記の構成によれば、各ストリングにおける電圧を同じにすることができ、異なるストリング間での逆流の発生を回避することができ、電力損失を効果的に防止することができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の第３の態様である太陽光発電システムは、コーナーモジュールと矩形モジュールとを組み合わせてなる太陽光発電システムであって、前記コーナーモジュールは上記記載の太陽電池モジュールであることを特徴としている。

また、上記太陽光発電システムでは、前記コーナーモジュールと前記矩形モジュールとは、同一種類の分割セルを用いている構成とすることができる。

上記の構成によれば、コーナーモジュールと前記矩形モジュールとで同一種類の分割セルを用いることで、太陽光発電システム全体での美観を向上させることができる。

本発明の太陽電池モジュールおよび太陽光発電システムは、コーナーモジュールにおいて、モジュール面積に対するセルの充填率を高くすることができ、美観を向上させることができるといった効果を奏する。

実施の形態１の太陽電池モジュールの例を概略的に示す平面図である。 実施の形態１の太陽電池モジュールの変形例を概略的に示す平面図である。 実施の形態２の太陽電池モジュールの例を概略的に示す平面図である。 実施の形態３の太陽光発電システムにおけるコーナーモジュールと矩形モジュールとの配置例を示す平面図である。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールＭ１の例を概略的に示す平面図である。太陽電池モジュールＭ１は、直角の角部および直角以外の角度の角部を有する多角形状（本例では五角形状）のコーナーモジュールであり、階段状に形成された複数のセル列を有して構成されている。尚、図１に示す太陽電池モジュールＭ１においては、極性が反転するように構成されていてもよい。

太陽電池モジュールＭ１は、互いに並列に接続された２つのストリング、すなわち第１ストリングＳ（１）および第２ストリングＳ（２）を備えている。第１ストリングＳ（１）は、複数のセル群ＣＧ（１，１）～ＣＧ（１，ｎ１）（ｎ１は２以上の整数）を備えている。第２ストリングＳ（２）は、複数のセル群ＣＧ（２，１）～ＣＧ（２，ｎ２）（ｎ２は２以上の整数）を備えている。図１に示す太陽電池モジュールＭ１では、ｎ１＝２、ｎ２＝４である。尚、図１の構成では、それぞれのセル群ＣＧは互いに異なるセル列を構成しており、セル群ＣＧとセル列とが１対１に対応している。

第１ストリングＳ（１）および第２ストリングＳ（２）における各セル群は、それぞれ中間電極配線Ｌａ（バスバー）によって接続されている。第１ストリングＳ（１）および第２ストリングＳ（２）のそれぞれにおいて、太陽電池セルＣは直列に接続されている。尚、中間電極配線Ｌａとは、同一ストリングに含まれるセル群ＣＧの端部同士を接続する電極配線である。

より具体的には、第１ストリングＳ（１）および第２ストリングＳ（２）において、太陽電池セルＣは、所定の列設方向Ｘに列設されている。第１ストリングＳ（１）および第２ストリングＳ（２）は、直交方向Ｙに並設されている。第１ストリングＳ（１）および第２ストリングＳ（２）のそれぞれにおいては、セル群ＣＧ（１，１）～ＣＧ（１，ｎ１），ＣＧ（２，１）～ＣＧ（２，ｎ２）が直交方向Ｙに並設されている。セル群ＣＧ（１，１）～ＣＧ（１，ｎ１），ＣＧ（２，１）～ＣＧ（２，ｎ２）の少なくとも一方側に接続される端部電極配線Ｌｂ（バスバー）は、列設方向Ｘにおける少なくとも一方側の端部に設けられている。図１に示す例ではセル群ＣＧ（１，１）～ＣＧ（１，ｎ１），ＣＧ（２，１）～ＣＧ（２，ｎ２）の両側に接続される端部電極配線Ｌｂが列設方向Ｘにおける片側（Ｘ１）の端部に設けられている。尚、端部電極配線Ｌｂとは、各ストリングの端部に接続される電極配線である。

図１に示す例では、セル群ＣＧ（１，１）の端部電極配線Ｌｂとセル群ＣＧ（２，ｎ２）の端部電極配線Ｌｂとが陰極の接続用電極配線（図示せず）に接続される。セル群ＣＧ（１，ｎ１）とセル群ＣＧ（２，１）との端部電極配線Ｌｂが陽極の接続用電極配線（図示せず）に接続される。これにより、太陽電池モジュールＭ１における第１ストリングＳ（１）および第２ストリングＳ（２）が並列接続となる。

本実施の形態では、太陽電池モジュールＭ１における太陽電池セルＣは、１６０ｍｍ角程度の大きさの太陽電池セル（フルセル）基板を２分割したものを例示している。すなわち、分割後の太陽電池セルＣは、全体として１６０ｍｍ×８０ｍｍ角程度の大きさに形成されたハーフセルとなっている。尚、各太陽電池セルＣの具体的構成や、セル群ＣＧ（１，１）～ＣＧ（１，ｎ１），ＣＧ（２，１）～ＣＧ（２，ｎ２）内での太陽電池セルＣの接続構成について公知であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

太陽電池モジュールＭ１では、一方の第１ストリングＳ（１）における太陽電池セルＣのセル数と、他方の第２ストリングＳ（２）における太陽電池セルＣのセル数とが等しくされている。図１に示す例では第１ストリングＳ（１）および第２ストリングＳ（２）のそれぞれのセル数は、何れも２２枚である。このように、第１ストリングＳ（１）および第２ストリングＳ（２）において、太陽電池セルＣのセル数を等しくすることで、一方のストリングＳ（１）と他方のストリングＳ（２）とで電圧を同じにすることができる。これにより、一方のストリングＳ（１）と他方のストリングＳ（２）との間での逆流の発生を回避することができ、電力損失を効果的に防止することができる。

また、太陽電池モジュールＭ１は６列のセル列を有しているが、それぞれのセル列においてセル数は全て異なっており、かつ、直交方向Ｙに沿ってセル数が単調に変化するように階段状に配置されている。具体的には、セル群ＣＧ（１，１）におけるセル数は１２枚、セル群ＣＧ（１，ｎ１）は１０枚、セル群ＣＧ（２，１）は８枚、セル群ＣＧ（２，２）は６枚、セル群ＣＧ（２，３）は５枚、セル群ＣＧ（２，ｎ２）は３枚となっている。尚、本実施の形態1では、太陽電池モジュールＭ１においてセル群ＣＧとセル列とが１対１に対応しているため、各セル群ＣＧのセル数を各セル列のセル数の意味でも用いている。

また、太陽電池モジュールＭ１において、隣り合うセル列のセル数の差は一定ではない。具体的には、セル群ＣＧ（２，２）とセル群ＣＧ（２，３）とのセル数の差は１枚であるが、それ以外の隣り合うセル列のセル数の差は２枚である。

太陽電池セルＣが階段状に配置されるコーナーモジュールでは、多角形のモジュール面に対してセルを効率よく敷き詰め、美観の低下を抑制することが求められる。さらに、コーナーモジュールにおいて複数のストリングが並列に接続される場合には、各ストリングにおける電圧を揃える（すなわち、各ストリングにおけるセル数を揃える）必要がある。隣り合うセル列のセル数の差は一定にせず、変化させることにより、多角形のモジュール面の形状に応じてセルを効率よく敷き詰めることができる。

本実施の形態１に係る太陽電池モジュールＭ１では、隣り合うセル列のセル数の差は一定ではなく、全てのセル列においてセル数が異なる（セル数が同じ数となるセル列が生じない）ように配置することで、モジュール面積に対するセルの充填率を高くすることができ、美観を向上させることができる。また、全てのセル列においてセル数が異なるため、多角形モジュールの斜辺とセル列端部のセルＣとの距離を小さくすることができ、モジュール面積に対するセルの充填率が高くなり、モジュールの出力を高めることができる。

より好適条件として、太陽電池モジュールＭ１では、隣り合うセル列のセル数の差は、最大でフルセル１枚分（ハーフセル２枚）以内とされている。また、隣り合うセル列のセル数の差の違いは、フルセル１枚分より小さくされる。図１の例では、隣り合う列のセル数の差は、多い箇所でハーフセル２枚、少ない箇所（セル群ＣＧ（２，２）とセル群ＣＧ（２，３）との間）でハーフセル１枚であるため、セル数の差の違いはハーフセル１枚となっている。さらに、セル数の差の異なる箇所は、セル列の並び方向（直交方向Ｙ）において端部側ではなく内側とされている。図１の例では、隣り合う列のセル数の差の異なる箇所はセル群ＣＧ（２，２）とセル群ＣＧ（２，３）との間とされている。これにより、隣り合うセル列のセル数の差が一定でない場合でも、セル数の差の違いが目立ちにくくなり、モジュール面積に対するセルの充填率を高くすることができ、美観を向上させることができる。

また、太陽電池モジュールＭ１において、セル数が最も少ないセル列におけるセル数は、隣り合うセル列のセル数の差の最大枚数よりも大きいことが好ましい。図１の例では、セル数が最も少ないセル列はセル群ＣＧ（２，ｎ２）である、そのセル数は３枚である。一方で、隣り合うセル列のセル数の差は最大で２枚である。このようなセル配置により、太陽電池モジュールＭ１では、セル充填率が高く見える。

図２は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールＭ１の変形例を概略的に示す平面図である。図２の例では、図１の例に対して、第２ストリングＳ（２）の極性が反転するように太陽電池セルＣが配置されている。また、図２に示す例では、セル群ＣＧ（１，１）の端部電極配線Ｌｂとセル群ＣＧ（２，１）の端部電極配線Ｌｂとが陰極の接続用電極配線（図示せず）に接続される。セル群ＣＧ（１，ｎ１）の端部電極配線Ｌｂとセル群ＣＧ（２，ｎ２）の端部電極配線Ｌｂとが陽極の接続用電極配線（図示せず）に接続される。尚、図１の例に対して、第１ストリングＳ（１）の極性が反転するように太陽電池セルＣが配置されていてもよい。

〔実施の形態２〕
実施の形態１では、太陽電池セルＣとしてハーフセルを用いた太陽電池モジュールＭ１を例示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものでなく、太陽電池セルＣとして他の分割セルを使用することもできる。本実施の形態２では、太陽電池セルＣとして１／３セルを用いた太陽電池モジュールＭ２を例示する。図３は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールＭ２の例を概略的に示す平面図である。

太陽電池モジュールＭ２は、互いに並列に接続された３つのストリング、すなわち第１ストリングＳ（１）、第２ストリングＳ（２）および第３ストリングＳ（３）を備えている。第１ストリングＳ（１）は、複数のセル群ＣＧ（１，１）～ＣＧ（１，ｎ１）（ｎ１は２以上の整数）を備えている。第２ストリングＳ（２）は、複数のセル群ＣＧ（２，１）～ＣＧ（２，ｎ２）（ｎ２は２以上の整数）を備えている。第３ストリングＳ（３）は、複数のセル群ＣＧ（３，１）～ＣＧ（３，ｎ３）（ｎ３は２以上の整数）を備えている。図１に示す太陽電池モジュールＭ２では、ｎ１＝２、ｎ２＝２、ｎ３＝３である。

セル群ＣＧ（１，１）～ＣＧ（１，ｎ１），ＣＧ（２，１）～ＣＧ（２，ｎ２），ＣＧ（３，１）～ＣＧ（３，ｎ３）は、それぞれ中間電極配線Ｌａ（バスバー）によって接続されている。これらのセル群において、太陽電池セルＣは直列に接続されている。

図３に示す例では、セル群ＣＧ（１，ｎ１）の端部電極配線Ｌｂ、セル群ＣＧ（２，ｎ２）の端部電極配線Ｌｂおよびセル群ＣＧ（３，ｎ３）の端部電極配線Ｌｂが陰極の接続用電極配線（図示せず）に接続される。セル群ＣＧ（１，１）、セル群ＣＧ（２，１）およびセル群ＣＧ（３，１）の端部電極配線Ｌｂが陽極の接続用電極配線（図示せず）に接続される。これにより、太陽電池モジュールＭ２における第１ストリングＳ（１）、第２ストリングＳ（２）および第３ストリングＳ（３）が並列接続となる。図３に示す例では第１ストリングＳ（１）、第２ストリングＳ（２）および第３ストリングＳ（３）のそれぞれのセル数は、何れも２４枚である。また、図３の例に対し、第１ストリングＳ（１）、第２ストリングＳ（２）および第３ストリングＳ（３）の何れかにおいて、極性が反転するように太陽電池セルＣが配置されていてもよい。

このように、太陽電池セルＣとしてフルセルを１／ｍ（ｍは２以上の自然数）に分割した分割セルを用いる場合、ｍ個のストリングを並列接続した太陽電池モジュールにおいて、フルセルを１直列に接続して形成される太陽電池モジュールと同じ電流を得ることができる。

コーナーモジュールでは、太陽電池セルＣが階段状に配置されるため、１つのセル群が１つのセル列に対応する構成では、各ストリングのセル数を揃えることは容易ではない。モジュールにおけるセル充填率を高くしようとする場合には尚更である。これに対し、図３の太陽電池モジュールＭ２では、１つのセル列に複数のセル群が含まれることを許容し、セル列の途中でストリングを切り替える構成を採用している。具体的には、図３における右から２列目のセル列では、第１ストリングＳ（１）に属するセル群ＣＧ（１，ｎ１）と第２ストリングＳ（２）に属するセル群ＣＧ（２，１）とが含まれ、第１ストリングＳ（１）から第２ストリングＳ（２）への切り替えが行われている。尚、図３の例では、途中でストリングの切り替えが行われているセル列は１列のみであるが、途中でストリングの切り替えが行われているセル列が２列以上あってもよい。

また、セル列の途中でストリングの切り替えを行う場合、このセル列におけるストリングの切り替え箇所では、セル列の途中において、１セル分の面積を用いて端部電極配線Ｌｂの配置を行っており、これによって各ストリングのセル数を揃えることが容易となっている。また、途中でストリングの切り替えが行われており、途中で端部電極配線Ｌｂが配置されているセル列では、端部電極配線Ｌｂの配置領域も見かけ上のセル数として数えるものとする。すなわち、図３における右から２列目のセル列では、実際に配置されている太陽電池セルＣの数は１５個であるが、このセル列におけるセル数は１６個として数えられる。

〔実施の形態３〕
本実施の形態３では、コーナーモジュールと矩形モジュールとの組み合わせにて構成される太陽光発電システムの例について説明する。

図４は、太陽光発電システムにおけるコーナーモジュールであ太陽電池モジュールＭ１と矩形モジュールである太陽電池モジュールＭ３との配置例を示す平面図である。尚、本実施の形態３に係る太陽光発電システムにおいて使用されるコーナーモジュールおよび矩形モジュールのそれぞれの枚数や配置レイアウトは特に限定されるものではない。但し、太陽光発電システムに使用される各モジュールは互いに直列に接続されるものであり、各モジュールにおけるシステム電流が同じ電流（例えば１０Ａ）に揃えられる必要がある。

図４に示される太陽電池モジュールＭ３は、太陽電池セルＣとしてハーフセルを用いているものであり、複数のハーフセルを直列接続してなるストリングを２並列に接続してもちいている。尚、太陽電池モジュールＭ３内でのストリングや電極配線の配置レイアウトに関しては、詳細な説明は省略する。

太陽光発電システムにおいて、矩形モジュールでハーフセルを用いる場合、コーナーモジュールにおいてもハーフセルを用いれば、太陽光発電システムにおける美観を向上させることができ好ましい。尚、この点についてはハーフセルに限定されるものではなく、矩形モジュールとコーナーモジュールとで使用する太陽電池セルの種類を同じにすることが好ましい。例えば、矩形モジュールとコーナーモジュールとで、使用する太陽電池セルがどちらも１／３セルである構成であってもよい。

但し、本発明はこれに限定されるものではなく、矩形モジュールとコーナーモジュールとで使用する太陽電池セルが異なっていてもよい。例えば、コーナーモジュールがハーフセルを用いるものであって、矩形モジュールがフルセルを用いるものであってもよい。尚、この場合でもコーナーモジュールと矩形モジュールとで電流は揃える必要があるため、コーナーモジュールではハーフセルの２並列とし、矩形モジュールではフルセルの１直列とする必要がある。

今回開示した実施形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

Ｃ 太陽電池セル
ＣＧ セル群
Ｌａ 中間電極配線
Ｌｂ 端部電極配線
Ｍ１～Ｍ３ 太陽電池モジュール
Ｓ ストリング

Claims (7)

1. 階段状に形成された複数のセル列を有しているとともに、複数の太陽電池セルがそれぞれ直列に接続されて複数のセル群が構成され、該複数のセル群がそれぞれ中間電極配線によって接続されて複数のストリングが構成され、該複数のストリングが並列に接続され、
   前記太陽電池セルは分割セルであり、
   前記セル列におけるセル数は全て異なっており、
   隣り合う前記セル列におけるセル数の差は一定ではないことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
   隣り合う前記セル列のセル数の差は、フルセル１枚分以内であることを特徴とする太陽電池モジュール。
3. 請求項１または２に記載の太陽電池モジュールであって、
   隣り合う前記セル列のセル数の差の違いは、フルセル１枚分より小さいことを特徴とする太陽電池モジュール。
4. 階段状に形成された複数のセル列を有しているとともに、複数の太陽電池セルがそれぞれ直列に接続されて複数のセル群が構成され、該複数のセル群がそれぞれ中間電極配線によって接続されて複数のストリングが構成され、該複数のストリングが並列に接続され、
   前記太陽電池セルは分割セルであり、
   前記セル列の少なくとも１つでは途中でストリングの切り替えが行われており、ストリングの切り替えが行われている前記セル列では、当該セル列の途中においてストリングの端部に接続される端部電極配線が配置されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記各ストリングにおけるセル数が同じであることを特徴とする太陽電池モジュール。
6. コーナーモジュールと矩形モジュールとを組み合わせてなる太陽光発電システムであって、
   前記コーナーモジュールは請求項１から５の何れか１項に記載の太陽電池モジュールであることを特徴とする太陽光発電システム。
7. 請求項６に記載の太陽光発電システムであって、
   前記コーナーモジュールと前記矩形モジュールとは、同一種類の分割セルを用いていることを特徴とする太陽光発電システム。

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