JP2003052185A

JP2003052185A - 電力変換器およびそれを用いる光起電力素子モジュール並びに発電装置

Info

Publication number: JP2003052185A
Application number: JP2002122603A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Toyomura; 文隆豊村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-02-21
Also published as: CN1388636A; US6791024B2; EP1263039A3; US20020179140A1; EP1263039A2

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池を含む太陽電池モジュール本体と、
その出力電力を変換する電力変換器とを一体化した太陽
電池モジュールにおいて、電力変換器の変換効率を向上
する。【解決手段】太陽電池を含む太陽電池モジュール本体
に固定する電力変換器を保護する保護容器の部材２０５
には熱伝導率の小さい材料を用い、高温となる太陽電池
モジュール本体から電力変換回路２０１に熱を伝わりに
くくし、電力変換回路２０１を固定する保護容器の部材
２０６には熱伝導率の大きい材料を用い、電力変換回路
２０で発生した熱を放熱しやすくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池および電力
変換器を有する太陽電池モジュールと、その太陽電池モ
ジュールを使用する発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題への取り組みなどから、
太陽電池（以下「光起電力素子」とも呼ぶ）で発電した
電力を電力変換器で変換し、その電力を家庭内負荷およ
び/または商用電力系統（以下「系統」と呼ぶ）に供給
する太陽光発電システムが数多く設置されている。

【０００３】さらに、ＭＩＣ(Module Integrated Conve
rter)と呼ばれる太陽電池（光起電力素子）が発電した
電力を変換する小型の電力変換器（以下「電力変換器」
と呼ぶ）を、太陽電池の受光面（以下「受光面」と呼
ぶ）と反対側の面（以下「裏面」と呼ぶ）などに取り付
けた太陽電池モジュール（光起電力素子モジュール）が
小・中規模の太陽光発電システムや非常用電源として注
目されている。

【０００４】しかしながら、このような太陽電池モジュ
ールにおいては、太陽電池モジュールの受光面の温度が
上昇し、その熱が太陽電池モジュールの裏面へ伝導し
て、通常電力変換器が取り付けられている裏面からさら
に電力変換器内部に設置されている電力変換回路まで高
温になることが問題視されている。

【０００５】つまり、太陽電池モジュールの受光面から
の熱伝導により電力変換器の温度が上昇するとともに性
能が低下して、電力変換効率が悪化し、場合によっては
電力変換器が損傷しかねない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように太陽電池
モジュール（光起電力素子モジュール）から電力変換器
に伝わる熱の遮断と電力変換器の放熱が充分でなけれ
ば、電力変換効率が悪化するとともに、電力変換器の破
損、急激な破損に至らないまでも寿命の低下が懸念され
る。この熱の問題を解決するために、特開平９-２７１
１７９号公報によると、太陽電池モジュールの裏面に隙
間を設けて電力変換器を取り付けることが開示されてい
る。

【０００７】しかしながら、太陽電池モジュールを屋根
材などの建材一体型に形成する場合、その裏面空間は非
常に狭く、電力変換器もより小さくする必要がある。し
たがって、上記開示のような隙間を設けた取り付けで
は、より大きなスペースが必要のため、太陽電池モジュ
ールを小型化する上では問題である。また、上記開示の
ような隙間を設けた構造は、力学的にみて強度が弱くな
る。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、その目的は、太陽電池
（光起電力素子）を含む太陽電池モジュール（光起電力
素子モジュール）本体と太陽電池から出力される電力を
電力変換する電力変換器とが一体化された太陽電池モジ
ュールにおいて、小型化に適しかつ電力変換器の効率と
信頼性を向上することができる太陽電池モジュール（光
起電力素子モジュール）を提供するすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る一実施形態の太陽電池モジュールは、以
下の構成を有する。すなわち、光起電力素子の出力を変
換して出力する電力変換回路と、前記電力変換回路を収
容する保護容器と、を備える電力変換器であって、前記
保護容器は、前記保護容器を前記光起電力素子を有する
光起電力素子モジュールの所定部位に固定する第１の部
位と、前記電力変換回路を固定する第２の部位と、を有
し、前記第１の部位と前記第２の部位とが異なる熱伝導
率を有する材料で作製されていることを特徴とする。

【００１０】また例えば、前記第１の部位の材料の熱伝
導率は、前記第２の部位の材料の熱伝導率より小さいこ
とを特徴とする。

【００１１】また例えば、前記第１の部位の材料は、ポ
リカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性Ｐ
ＰＯ（ＰＰＥ）、ポリエステル、ポリアリレート、不飽
和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリ
ブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリプロピレン、
ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂のいずれか１つを含むプラ
スチック材料であることを特徴とする。

【００１２】また例えば、前記第２の部位の材料は、ア
ルミニウム板、ステンレス板、亜鉛メッキ鋼板、ガルバ
リウム鋼板、チタン鋼板またはステンレス鋼板のいずれ
か１つを含むことを特徴とする。

【００１３】また例えば、前記第２の部位の材料は、熱
伝導性材料を混合した樹脂であることを特徴とする。

【００１４】また例えば、前記熱伝導性材料は、金属粉
末、金属酸化物、金属繊維、金属表面コートガラスビー
ズあるいは合成繊維のうち少なくとも一つを含むことを
特徴とする。

【００１５】また例えば、前記熱伝導性材料は、Ａｌ、
Ｃｕ、Ｎｉ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ａｇ、ステンレスのう
ち少なくとも一つを含むことを特徴とする。

【００１６】また例えば、前記熱伝導性材料は、カーボ
ンブラック、炭素繊維あるいは黒鉛のうち少なくとも一
つを含むことを特徴とする。

【００１７】また例えば、前記第１の部位の材料は、ポ
リカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性Ｐ
ＰＯ（ＰＰＥ）、ポリエステル、ポリアリレート、不飽
和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリ
ブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリプロピレン、
ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂のいずれか１つを含むプラ
スチック材料であることを特徴とする。

【００１８】また例えば、前記電力変換回路は、前記第
２の部位の面に接触して固定されていることを特徴とす
る。

【００１９】また例えば、前記電力変換回路は、前記第
２の部位から離間して固定されていることを特徴とす
る。

【００２０】また例えば、前記電力変換回路は、前記第
２の部位に固定手段を用いて固定されていることを特徴
とする。

【００２１】また例えば、前記固定手段とは、ねじを用
いる機械的固定、接着剤あるいは充填剤を用いる固定で
あることを特徴とする。

【００２２】また例えば、前記保護容器と前記電力変換
回路の間隙には、接着剤あるいは充填剤が充填されてい
ることを特徴とする。

【００２３】また例えば、前記電力変換器は、直流電力
を交流電力に変換するインバータであることを特徴とす
る。

【００２４】また例えば、前記電力変換回路は、金属芯
を有する基板に搭載されていることを特徴とする。

【００２５】また例えば、前記電力変換器は、直流電力
を電圧が異なる直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバー
タであることを特徴とする。

【００２６】また例えば、前記光起電力素子は、シリコ
ン半導体、化合物半導体、単結晶シリコン、多結晶シリ
コン、アモルファスシリコンまたは薄膜多結晶シリコン
のいずれか１つを含むことを特徴とする。

【００２７】また例えば、前記光起電力素子は、透光性
の絶縁部材によって充填されて前記光起電力素子モジュ
ールの本体に収容されていることを特徴とする。

【００２８】また例えば、前記絶縁部材は、エチレン−
酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸
メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチ
ル共重合体（ＥＥＡ）またはポリビニルブチラール樹脂
のいずれか１つを含むことを特徴とする。

【００２９】上記目的を達成するための本発明に係る一
実施形態の光起電力素子モジュールは、以下の構成を有
する。すなわち、光起電力素子を有する光起電力素子モ
ジュール本体と、前記光起電力素子の出力を変換して出
力する上記に記載の電力変換器と、を有することを特徴
とする。

【００３０】上記目的を達成するための本発明に係る一
実施形態の発電装置は、以下の構成を有する。すなわ
ち、上記に記載の前記光起電力素子モジュールを用いる
ことを特徴とする。

【００３１】また例えば、前記光起電力素子モジュール
本体は複数個あり、前記複数個の前記光起電力素子モジ
ュール本体が前記電力変換器に接続されていることを特
徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明に
係る実施形態の一例を説明する。

【００３３】なお以下の説明では、本発明に係る太陽電
池モジュールを用いて説明するが、本発明の範囲を記載
例に限定する趣旨のものではない。

【００３４】［第１の実施形態］以下、まず太陽電池モ
ジュール１０１の構成概要について説明し、次に各構成
要素を説明し、最後に太陽電池モジュール本体１１０お
よび電力変換器１０７の製造方法ならびに電力変換器１
０７の太陽電池モジュール本体１１０への取り付け方法
について説明する。

【００３５】図１は、本発明に係る第１の実施形態の太
陽電池モジュール１０１の構成例を示す模式的な断面図
である。

【００３６】図１は、光起電力素子（太陽電池）１０６
を含む太陽電池モジュール本体１１０と電力変換器１０
７とが一体化した太陽電池モジュール１０１の一例を示
している。

【００３７】太陽電池モジュール本体１１０は、耐候性
フィルム１０２、充填材１０４、光起電力素子１０６、
充填材１０５および裏面補強材１０３とから構成されて
おり、電力変換器１０７には、出力を取り出す出力リー
ド線１０８が配線されている。

【００３８】太陽電池モジュール本体１１０の太陽光の
受光面１０９には、耐候性フィルム１０２が設置され、
その内部には光起電力素子１０６が設置されている。光
起電力素子１０６の周囲には透光性を有する充填材１０
４、１０５が設置され、光起電力素子１０６を固定して
いる。

【００３９】太陽電池モジュール１０１の受光面１０９
と反対側の裏面１１１には補強用の裏面補強材１０３が
設置されている。また裏面補強材１０３上には、光起電
力素子１０６が発電した電力を変換する電力変換器１０
７が配置される。

【００４０】受光面１０９の保護材である耐候性フィル
ム１０２には、耐候性の透明フィルムが用いられ、裏面
補強材１０３には、金属屋根に使用されるような金属鋼
板などが用いられる。金属鋼板の表面は、例えば、耐候
性を高めるためにポリエステル樹脂、フッ素樹脂などを
コーティングして用いることもできる。

【００４１】上記の構造をもつ太陽電池モジュール１０
１は、例えば折曲加工により、折版形状、瓦棒形状、横
葺き形状などの屋根材、あるいは、壁材などの建材形状
に容易に成形することができるのが特徴である。

【００４２】とくに、後述説明する導電性の基板を用い
るアモルファスシリコン太陽電池は、機械的強度が高く
可曲性を有するために、アモルファスシリコン太陽電池
を用いた太陽電池モジュール１０１は、形状自由度が高
く、様々な屋根形状や壁形状に対応することができる。

【００４３】［光起電力素子］光起電力素子１０６は特
に限定されるものではないが、例えば、シリコン半導体
の単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池お
よびアモルファスシリコン太陽電池などを使用できる。

【００４４】また、化合物半導体も使用することがで
き、例えば、III-Ｖ族化合物太陽電池、II-ＶＩ化合物
太陽電池およびI-III-ＶＩ族化合物太陽電池などを使用
できる。

【００４５】とくに、アモルファスシリコン太陽電池
は、高温時にアニール効果により発電効率が回復すると
いう特性を示し、フィルムや導電性材料の基板上に薄膜
技術により形成することができるので、光起電力素子１
０６自体を軽量化することが可能である。

【００４６】従って、建材一体型の太陽電池モジュール
１０１を形成する際に、光起電力素子１０６としてアモ
ルファスシリコン太陽電池を使用することは特に好まし
い。

【００４７】［電力変換器］電力変換器１０７には、直
流電力を交流電力に変換するインバータあるいは、直流
電力を電圧が異なる直流電力に変換する（昇圧または降
圧する）ＤＣ／ＤＣコンバータ等を使用することができ
る。

【００４８】以下の説明では、図２を用い、電力変換器
１０７がインバータの場合を一例として説明する。

【００４９】図２は、電力変換器１０７の断面図であ
る。

【００５０】電力変換器１０７は、光起電力素子１０６
と接続された入力リード線２０４、電力変換用の電力変
換回路２０１、電力出力用の出力リード線１０８、およ
びそれらを保護する外装材である防水ブッシング２０
３、第一の部材２０５および第二の部材２０６より構成
される。

【００５１】防水ブッシング２０３は、出力リード線１
０８部から電力変換器１０７内部に雨水が浸入するのを
防ぐために設けられている。第一の部材２０５は、太陽
電池モジュール本体１１０の裏面補強材１０３との取り
付け部であり、高温になる裏面補強材１０３と接するた
め耐熱性にすぐれる樹脂で作製されている。第二の部材
２０６は、放熱性に優れる金属で作製されている。

【００５２】電力変換回路２０１は、光起電力素子１０
６から出力される直流電圧をインバータ回路の入力電圧
に昇圧する昇圧回路２０１ａ、直流電力を交流電力に変
換するインバータ回路２０１ｂ、並びに、電力変換の起
動/停止、光起電力素子１０６の動作点の最適化、運転
モードなどを制御する制御回路２０１ｃ、系統連系保護
回路（図示せず）、通信回路（図示せず）などから構成
される。

【００５３】昇圧回路２０１ａとしては、昇圧チョッパ
回路など公知公用の様々な回路を用いることができる。
インバータ回路２０１ｂとしては、ＩＧＢＴやＭＯＳＦ
ＥＴをスイッチング素子に使用する電圧型インバータが
好ましい。制御回路２０１ｃの制御信号により、スイ
ッチング素子のゲートを駆動することで、所望する周波
数、位相および電圧を有する交流電力を得ることができ
る。

【００５４】制御回路２０１ｃは、例えば、ＣＰＵ、Ｐ
ＷＭ波形制御回路、周波数・電圧基準発生器、電流基準
発生器、モード切換器およびスイッチング制御回路など
を備える。また、制御回路２０１ｃは、通信線などを介
して外部から操作できるようにしてもよく、制御回路２
０１ｃ自体は電力変換器１０７外に配置して、複数の電
力変換器１０７を一括制御することもできる。

【００５５】なお電力変換器１０７の外装材である第一
の部材２０５は、太陽電池モジュール本体１１０の裏面
補強材１０３と接するため、高温となる裏面補強材１０
３の熱を電力変換器１０７内部にある電力変換回路２０
１や第二の部材２０６に容易に伝えないために、熱伝導
率の小さい材質を用いる必要があるが、なかでも耐熱性
のプラスチック材料、例えばポリカーボネート、ポリア
ミド、ポリアセタール、変性ＰＰＯ（ＰＰＥ）、ポリエ
ステル、ポリアリレート、不飽和ポリエステル、フェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブチレンテレフタレー
ト、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢ
Ｓ（アクアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹
脂などが適している。

【００５６】また、第二の部材２０６は、電力変換器１
０７の動作時に昇圧回路２０１ａやインバータ回路２０
１ｂのスイッチング素子、連系リアクタなどからの発熱
を効率よく逃がすため、機械的強度が高く、放熱特性に
優れる高熱伝導率の材料、例えば、電力変換器１０７が
取り付け容易な金属が好ましく、なかでもアルミニウム
や銅その合金などが適している。

【００５７】電力変換回路２０１は、放熱性に優れるプ
リント配線板上またはその他の基板２０９上に実装され
ており、基板２０９は第二の部材２０６にねじ２０７を
用いて取り付けされる。

【００５８】したがって、電力変換回路２０１で発生し
た熱は、放熱性に優れる基板２０９を介して第二の部材
２０６に伝わり、第二の部材２０６から放熱される。

【００５９】なお、基板２０９の取り付け方法として
は、ねじ２０７以外の方法、例えば、接着剤あるいは充
填剤を用いる方法を用いても良い。

【００６０】また、電力変換回路２０１と第二の部材２
０６の間に、更に熱伝導部材を介在させて、第二の部材
２０６からの放熱を促進することも可能である。

【００６１】[裏面補強材]太陽電池モジュール本体１１
０の裏面補強材１０３の材料に特に限定はないが、機械
的強度が高く、温度変化による歪、ソリが少ないものが
良く、例えば、強化ガラスや金属板などを用いることが
できる。

【００６２】利用可能な材料の一例としては、金属、カ
ーボンファイバー、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチッ
ク）、セラミックあるいはポリカーボネート、ガラス、
テドラ/Al/テドラ等を使用することができる。

【００６３】例えば、アルミニウム板、ステンレス鋼
板、チタン板等の他に、亜鉛メッキ鋼板、ガルバリウム
鋼板などのメッキ鋼板を使用することができるが、これ
らに限られたものではない。

【００６４】また上記材料は、必要に応じて、その表面
が陽極酸化処理あるいはポリエステル樹脂、アクリル樹
脂等で樹脂コーティングし、耐久性を増して使用するこ
ともできる。なお金属屋根材一体型の太陽電池モジュー
ル１０１では、折り曲げ加工する場合もあるが、裏面補
強材１０３として金属板を使用することにより、太陽電
池モジュール１０１を一般の金属屋根材と同様に扱うこ
とができる。

【００６５】［作製方法］［太陽電池モジュールの作製］次に、太陽電池モジュー
ル本体１１０の作製方法の一例について説明する。

【００６６】使用する材料として、例えば耐候性フィル
ム１０２には、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチ
レン）を用い、裏面補強材１０３には、ポリエステル樹
脂コートされた０.４mm厚の鋼板を用い、充填材１０
４、１０５にはＥＶＡ（エチレン-酢酸ビニル共重合ポ
リマ、耐候性グレ−ド）を用いる。

【００６７】図１に示すように、まず裏面補強材１０３
を設置し、その上に充填材１０５を積層し、その上に光
起電力素子１０６を積層し、さらに充填材１０４を積層
し、その上に耐候性フィルム１０２を積層することによ
り積層体を得る。

【００６８】この積層体を、真空ラミネータを用いて、
１５０℃で充填材１０４および１０５を溶融させること
により、光起電力素子１０６を裏面補強材１０３および
耐候性フィルム１０２で樹脂封止した太陽電池モジュー
ル本体１１０を作製することができる。

【００６９】［電力変換器の作製］次に、電力変換器１
０７の作製方法の一例について図２を用いて説明する。

【００７０】まず、防水ブッシング２０３を第二の部材
２０６に取り付ける。

【００７１】予め電力変換回路２０１は基板２０９上に
実装されている。

【００７２】次に、電力変換回路２０１の出力部を出力
リード線１０８と半田付けあるいはねじ止めすることに
より電気的に接続する。

【００７３】次に入力リード線２０４を電力変換回路２
０１の入力部に半田付けすることにより電気的に接続す
る。

【００７４】次に、出力リード線１０８を防水ブッシン
グ２０３に通してから、電力変換回路２０１を所定の位
置に保持し、ねじ２０７止めにより第二の部材２０５に
取り付ける。

【００７５】次に、第一の部材２０５を接着剤（不図
示）により第二の部材２０６の開口部に据え付けること
により電力変換器１０７を作製することができる。

【００７６】［電力変換器の取付］次に、図３を用いて
電力変換器１０７を太陽電池モジュール本体１１０へ取
付ける方法について説明する。

【００７７】裏面補強材１０３は、ポリエステル樹脂コ
ートされた長方形の鋼板であり、光起電力素子１０６か
ら電力を取り出すための電極（図示せず）に合わせて、
直径１５mm程度の孔を予め開けてある。ただし、この孔
は太陽電池モジュール本体１１０の作製時に、充填材１
０５で充填されている。

【００７８】そこで、まず、端子部分の充填材１０５を
除去し、次に、光起電力素子１０６の電極（図示せず）
に、電力変換器１０７の入力リード線をはんだ付けす
る。

【００７９】次に、電力変換器１０７の第一の部材２０
５にシリコーン接着剤３０１を所定量塗布し、電力変換
器１０７を裏面補強材１０３へ接着する。

【００８０】このようにして電力変換器１０７が太陽電
池モジュール本体１１０と一体化された太陽電池モジュ
ール１０１が作製される。

【００８１】太陽電池モジュール１０１は、電力変換器
１０７が先に説明したインバータの場合には、複数枚接
続したあとに家庭内負荷に使用され、あるいは/かつ系
統に連系することができる。

【００８２】このようにして作製される太陽電池モジュ
ール１０１は、所定の日射量があると、光起電力素子１
０６が発電する直流電力を電力変換器１０７によって交
流電力に変換して、出力リード線１０８を介して出力す
ることができる。

【００８３】その際、熱伝導率の小さい第一の部材２０
５により、日射により高温となった太陽電池モジュール
本体１１０から裏面補強材１０３を介して電力変換器１
０７に伝わる熱の伝導が妨げられる。

【００８４】また、電力変換回路１０７の発生する熱
は、基板２０９を介して熱伝導率の大きい第二の部材２
０６から効果的に放熱されるために、電力変換器１０７
の変換効率および信頼性を向上させることができる。

【００８５】［第２の実施形態］次に、本発明に係る第
２の実施形態の太陽電池モジュール２１０１について説
明する。

【００８６】太陽電池モジュール２１０１の太陽電池モ
ジュール本体１１０は、第１の実施形態で説明した太陽
電池モジュール１０１の太陽電池モジュール本体１１０
と全く同じであり、電力変換器２１０７のみが異なる。

【００８７】そこで、以下の説明では、図１に相当する
太陽電池モジュール２１０１の全体構成図およびその共
通する説明は、重複するので省略し、図４に示す電力変
換回路２１０７を用いて、電力変換器１０７と異なる点
のみ説明する。

【００８８】なお図４の説明では、図２で説明した電力
変換器１０７と共通する各構成要素については、同じ符
号を付してその説明は重複するので省略するものとし、
異なる点についてのみ以下説明する。

【００８９】［電力変換器］まず、第２の実施形態の電
力変換器２１０７の特徴を説明する。

【００９０】電力変換器２１０７は、第１の実施形態の
電力変換器１０７に比べ、その内部にある電力変換回路
２０１から発生する熱の放熱性に優れる点が特徴であ
る。

【００９１】次に、電力変換器２１０７の構成について
説明する。

【００９２】電力変換器２１０７の各構成要素は、電力
変換器１０７と同じであるが、取り付け位置が異なり、
上下逆向きとなっている。

【００９３】すなわち、電力変換器２１０７では、電力
変換回路２０１は実装されている放熱性に優れるプリン
ト配線板上に配置され、プリント配線板は第二の部材２
０６と接触するように接着剤２４０２（あるいは充填
剤）を用いて設置されている。

【００９４】接着剤２４０２（あるいは充填剤）は、電
力変換回路２０１と第二の部材２０６との間に介在し
て、電力変換回路２０１を第二の部材２０６に固定する
とともに、電力変換回路２０１の発生する熱を効率的に
第二の部材２０６に伝える役目も担うものである。

【００９５】接着剤２４０２（あるいは充填剤）として
は、電力変換回路２０１を取り付ける際の作業性に適し
たものが良い。例えば、硬化時間が短く、粘度が４０〜
１０００Ｐａ・ｓで、粘性があまり高過ぎないものがよ
い。例えば、銀、アルミ、アルミ酸化物などの金属また
は金属酸化物、あるいは、熱伝導性の添加剤を含むシリ
コーン、アクリル、エポキシ、ウレタンなどの樹脂が良
い。

【００９６】図４に示す電力変換器２１０７を太陽電池
モジュール本体１１０に一体に取り付けた太陽電池モジ
ュール２１０１（図示せず）は、所定の日射量がある
と、光起電力素子１０６が発電する直流電力を電力変換
器１０７によって交流電力に変換して、出力リード線１
０８を介して出力することができる。

【００９７】その際、熱伝導率の小さい第一の部材２０
５により、日射により高熱となった太陽電池モジュール
２１０１から裏面補強材１０３を介して電力変換器２１
０７に伝わる熱の伝導が妨げられる。

【００９８】また、電力変換回路２０１の発生する熱
は、基板２０９を介して熱伝導率の大きい第二の部材２
０６から効果的に放熱されるために、電力変換器２１０
７の変換効率および信頼性を向上させることができる。

【００９９】［第３の実施形態］次に、本発明に係る第
３の実施形態の太陽電池モジュール３１０１について説
明する。

【０１００】太陽電池モジュール３１０１の太陽電池モ
ジュール本体１１０は、第１の実施形態で説明した太陽
電池モジュール１０１の太陽電池モジュール本体１１０
と全く同じであり電力変換器３１０７のみが異なる。

【０１０１】そこで、以下の説明では、図１に相当する
太陽電池モジュール３１０１の全体構成図およびその共
通する説明は、重複するので省略し、図５に示す電力変
換回路３１０７を用いて、電力変換器１０７と異なる点
のみ説明する。

【０１０２】なお図５の説明では、図２で説明した電力
変換器１０７と共通する各構成要素については、同じ符
号を付してその説明は重複するので省略するものとし、
異なる点についてのみ以下説明する。

【０１０３】［電力変換器］まず、第３の実施形態の電
力変換器３１０７の特徴を説明する。

【０１０４】電力変換器３１０７は、第１の実施形態の
電力変換器１０７に比べ、その内部にある電力変換回路
２０１から発生する熱の放熱性に優れる点が特徴であ
る。

【０１０５】次に、電力変換器３１０７の構成について
説明する。

【０１０６】電力変換器３１０７の各構成要素は、電力
変換器１０７と同じであるが、取り付け位置が異なり、
上下逆向きとなっている。

【０１０７】すなわち、電力変換器３１０７では、電力
変換回路２０１が実装されている放熱性に優れるプリン
ト配線板は、第二の部材２０６と接触するように接着剤
３４０２（および充填剤）を用いて設置されている。

【０１０８】接着剤３４０２（および充填剤）は、電力
変換回路２０１内部全体に充填されており、電力変換回
路２０１を第二の部材２０６に固定するとともに、電力
変換回路２０１の発生する熱を効率的に第二の部材２０
６に伝える役目も担うものである。

【０１０９】接着剤３４０２（および充填剤）は粘着
性、熱圧着性、接着性などの特性を有し、電力変換器３
１０７を固定できる性質を有するものであればよい。ま
た、その性状としてはゲル状、ペースト状、グリース
状、シート状、オイルコンパウンド状などを使用するこ
とができるが、これらに限るものではない。

【０１１０】また接着剤３４０２（および充填剤）とし
ては、電力変換回路２０１を取り付ける際の作業性に適
したものが良い。例えば、硬化時間が短く、粘度が４０
〜１０００Ｐａ・ｓで、粘性があまり高過ぎないものが
よい。例えば、銀、アルミ、アルミ酸化物などの金属ま
たは金属酸化物、あるいは、熱伝導性の添加剤を含むシ
リコーン、アクリル、エポキシ、ウレタンなどの樹脂が
良い。

【０１１１】図５に示す電力変換器３１０７を太陽電池
モジュール本体１１０に一体に取り付けた太陽電池モジ
ュール３１０１（図示せず）は、所定の日射量がある
と、光起電力素子１０６が発電する直流電力を電力変換
器１０７によって交流電力に変換して、出力リード線１
０８を介して出力することができる。

【０１１２】その際、熱伝導率の小さい第一の部材２０
５により、日射により高温となった太陽電池モジュール
３１０１から裏面補強材１０３を介して電力変換器３１
０７に伝わる熱の伝導が妨げられる。

【０１１３】また、電力変換回路２０１の発生する熱
は、基板２０９を介して熱伝導率の大きい第二の部材２
０６から効果的に放熱されるために、電力変換器３１０
７の変換効率および信頼性を向上させることができる。

【０１１４】［第４の実施形態］次に、本発明に係る第
４の実施形態の太陽電池モジュール４１０１について説
明する。

【０１１５】太陽電池モジュール４１０１の太陽電池モ
ジュール本体１１０は、第１の実施形態で説明した太陽
電池モジュール１０１の太陽電池モジュール本体１１０
と全く同じであり、電力変換器４１０７のみが異なる。

【０１１６】そこで、以下の説明では、図１に相当する
太陽電池モジュール４１０１の全体構成図およびその共
通する説明は、重複するので省略し、図６に示す電力変
換回路４１０７を用いて、電力変換器１０７と異なる点
のみ説明する。

【０１１７】なお図６の説明では、図２で説明した電力
変換器１０７と共通する各構成要素については、同じ符
号を付してその説明は重複するので省略するものとし、
異なる点についてのみ以下説明する。

【０１１８】［電力変換器］まず、第４の実施形態の電
力変換器４１０７の特徴を説明する。

【０１１９】電力変換器４１０７は、第１の実施形態の
電力変換器１０７に比べ、その内部にある電力変換回路
２０１から発生する熱の放熱性に優れる点が特徴であ
る。

【０１２０】すなわち、電力変換回路２０１を搭載する
基板２０９は、後述するように、その層中に金属芯７０
３を有し、さらに金属芯７０３が表面絶縁層７０４の端
部より外部に突出しており、図６に示す突出した部分に
より、第二の部材２０６に取り付けるための取り付け部
材４６０２を構成している。そのため、その取り付け部
材４６０２により第二の部材２０６に取り付けられ、電
力変換回路２０１の発生する熱を第二の部材２０１を介
して、効果的に外部に放出することができる。

【０１２１】次に、電力変換器４１０７の構成について
説明する。

【０１２２】電力変換器４１０７の各構成要素は、電力
変換器１０７と同じであるが、取り付け位置が異なり、
上下逆向きとなっている。

【０１２３】すなわち、電力変換器４１０７では、電力
変換回路２０１が実装されている放熱性に優れるプリン
ト配線板上あるいはその他の基板２０９は、第二の部材
２０６と接触するように接着剤またはねじ（図示せず）
を用いて設置されている。

【０１２４】図７に電力変換回路４７０１の詳細図を示
す。

【０１２５】電力変換回路４７０１はプリント配線板２
０９上に実装され、プリント配線板２０９の層中には、
金属芯７０３がある。金属芯７０３は表面絶縁層７０４
の端部より外部に突出し、その突出部７０５は第二の部
材２０６に取り付けるための取り付け部４６０２を構成
している。

【０１２６】図６および図７に示す電力変換器４１０７
を太陽電池モジュール本体１１０に一体に取り付けた太
陽電池モジュール４１０１（図示せず）は、所定の日射
量があると、光起電力素子１０６が発電する直流電力を
電力変換器４１０７によって交流電力に変換して、出力
リード線１０８を介して出力することができる。

【０１２７】その際、熱伝導率の小さい第一の部材２０
５により、日射により高温となった太陽電池モジュール
４１０１から裏面補強材１０３を介して電力変換器４１
０７に伝わる熱の伝導が妨げられる。

【０１２８】また、電力変換回路２０１の発生する熱
は、基板２０９を介して熱伝導率の大きい第二の部材２
０６から効果的に放熱されるために、電力変換器４１０
７の変換効率および信頼性を向上させることができる。

【０１２９】［第５の実施形態］次に、本発明に係る第
５の実施形態の太陽電池モジュール本体５１１０を複数
枚用いた太陽電池アレイ５１１１と電力変換器５１０７
を用いた発電装置５１１２について説明する。

【０１３０】太陽電池アレイ５１１１は、図１の第１の
実施形態で説明した太陽電池モジュール１０１の太陽電
池モジュール本体１１０が複数枚接続された構成となっ
ており、発電装置５１１１で使用する電力変換器５１０
７は、第１〜４の実施形態で説明した電力変換器１０
７，２１０７，３１０７、４１０７のいずれでも使用す
ることができるが、各々の入力リード線は出力リード線
と同じ面、あるいは対向する面から取り出されるものが
好ましい。

【０１３１】そこで、以下の説明では、第１〜４の実施
形態で説明したものと共通する部分の説明は、重複する
ので省略し、異なる点のみ説明する。

【０１３２】まず、第５の実施形態の太陽電池モジュー
ル５１１０の特徴を説明する。

【０１３３】図８に示すように、発電装置５１１２で
は、太陽電池モジュール本体５１１０が架台５１１３上
に複数枚接続されて太陽電池アレイ５１１１を構成して
いる。そのため、第５の実施形態の発電装置５１１２
は、より多量の電力を取り出すことができる。

【０１３４】太陽電池アレイ５１１１により集電された
直流電力は電力変換器５１０７に入力され、電力変換器
５１０７によりに変換され、必要に応じて、太陽電池ア
レイ５１１１を系統に連系することができる。

【０１３５】電力変換器５１０７が直流電力を交流電力
に変換するインバータの場合には、太陽電池モジュール
５１１０から導き出されたリード線により複数の太陽電
池モジュール本体５１１０を相互に接続して太陽電池ア
レイ５１１１を構成する。この場合、複数の太陽電池モ
ジュール本体５１１０同士を直列に接続し、その両端を
電力変換器５１０７に入力することにより同様に太陽電
池アレイ５１１１を構成することができる。

【０１３６】また電力変換器５１０７がＤＣ／ＤＣコン
バータの場合にも同様に、太陽電池アレイ５１１１を構
成することができる。この場合に、複数の本体５１１０
の電力を集電し、所望の直流電圧に変換した後、必要に
応じて、系統連系インバータなどの直交変換器により直
流出力を交流出力に変換することにより系統に連系する
ことができる。

【０１３７】なお太陽電池モジュール本体５１１０は、
電力を取り出すための端子箱（図示せず）、あるいは、
その先端に防水コネクタを備える電力を取り出すための
ケーブルを有しており、リード線により端子箱間を接続
する、あるいは、防水コネクタ同士を接続することで、
複数の太陽電池モジュール本体５１１０を相互に接続し
て、太陽電池アレイ５１１１が構成されている。

【０１３８】このようにして作製された発電装置５１１
１は、所定の日射量があると、太陽電池モジュール本体
５１１０が発電する直流電力を電力変換器５１０７によ
って交流電力に変換して、系統連系出力することができ
る。

【０１３９】その際、熱伝導率の小さい第一の部材２０
５により架台５１１２から電力変換回路２０１に伝わる
熱が妨げられ、かつ熱伝導率の大きい第二の部材２０６
により電力変換回路２０１の発生する熱が効果的に放熱
されるために、電力変換器５１０７の変換効率および信
頼性を向上させることができる。

【０１４０】［第６の実施形態］次に、本発明に係る第
６の実施形態の太陽電池モジュール６１０１について説
明する。

【０１４１】太陽電池モジュール６１０１の太陽電池モ
ジュール本体は、第１の実施形態で説明した太陽電池モ
ジュール１０１の太陽電池モジュール本体１１０と全く
同じであり、電力変換器６１０７のみが異なる。

【０１４２】そこで、以下の説明では、図１に相当する
太陽電池モジュール６１０１の全体構成図およびその共
通する説明は、重複するので省略し、図９に示す電力変
換器６１０７を用いて、電力変換器１０７と異なる点の
み説明する。

【０１４３】なお図９の説明では、図２で説明した電力
変換器１０７と共通する各構成要素については、同じ符
号を付してその説明は重複するので省略するものとし、
異なる点についてのみ以下説明する。

【０１４４】［電力変換器］まず、第６の実施形態の電
力変換器６１０７の特徴を説明する。

【０１４５】電力変換器６１０７は、第１の実施形態の
電力変換器１０７に比べ、第２の部材６２０６の熱伝導
率が優れている点が特徴である。

【０１４６】次に、電力変換器６１０７の構成について
説明する。

【０１４７】電力変換器６１０７の各構成要素は、電力
変換器１０７と同じであるが、第２の部材のみが異な
る。電力変換器６１０７では、電力変換回路２０１が実
装されている基板２０９が放熱性に優れる第２の部材６
２０６に固定接続される。

【０１４８】具体的には、第２の部材としては銅粉末を
含む変性ＰＰＯ樹脂を用いた。なお、第２の部材６２０
６の材料としては、熱伝導性材料を混合した樹脂であれ
ばよく、熱伝導性材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚ
ｎＯ、ＳｎＯ_２、Ａｇ、ステンレスなどを用いた金属微
粉末、金属酸化物、金属繊維、金属表面コートガラスビ
ーズあるいは合成繊維などが用いられる。さらには、カ
ーボンブラック、炭素繊維あるいは黒鉛なども熱伝導性
材料として用いることができる。

【０１４９】また、熱伝導性材料を混合する樹脂として
は、第１の実施形態で記述された第１の部材２０５に用
いられた様々な樹脂を用いることができる。

【０１５０】また、ここで第３の実施形態などのように
基板２０９と第２の部材６２０６の間に熱伝導性の良い
充填剤を介在させることにより熱伝導をより向上させる
ことができる。

【０１５１】図９に示す電力変換器６１０７を太陽電池
モジュール本体に一体に取り付けた太陽電池モジュール
は、所定の日射量があると、光起電力素子が発電する直
流電力を電力変換器によって交流電力に変換して、出力
リード線を介して出力することができる。その際、熱伝
導率の小さい第一の部材２０５により、日射により高熱
となった太陽電池モジュールから裏面補強材を介して電
力変換器６１０７に伝わる熱の伝導が妨げられる。

【０１５２】また、電力変換回路２０１の発生する熱
は、基板２０９を介して熱伝導率の大きい第２の部材６
２０６から効果的に放熱されるために、電力変換器６１
０７の変換効率および信頼性を向上させることができ
る。

【０１５３】また、さらに電力変換器６１０７により発
生する電磁波を熱伝導性材料を用いた第２の部材６２０
６により遮蔽することができるため、周囲の電気・電子
機器に与える影響が少ないという効果も有する。

【０１５４】以上、各実施形態で説明した電力変換器、
太陽電池モジュール（光起電力素子モジュール）および
発電装置の構造の特徴と効果を以下にまとめる。

【０１５５】すなわち、本実施形態の太陽電池モジュー
ルは、小型化を実現するために、太陽電池を含む太陽電
池モジュール本体に電力変換器を固定して薄型とすると
ともに、太陽電池モジュール本体に固定する電力変換回
路を保護する保護容器の部材に熱伝導率の小さい材料を
用いて、高温となる太陽電池モジュール本体から電力変
換回路に熱が伝わりにくい構造となっている。またさら
に、電力変換回路で発生した熱を放熱しやすくするた
め、電力変換回路を固定する保護容器の部材には熱伝導
率の良い材料を用いている。その結果、次の効果を有す
る。

【０１５６】（１）太陽光を受けて高熱となり太陽電池
モジュール本体の裏面補強材を介して電力変換器の保護
容器に収容されている電力変換回路に伝わる熱は、裏面
補強材と接する保護容器の低熱伝導部材で効果的に遮断
される。電力変換器から発生する熱は、電力変換器と接
する高熱伝導部材によって効果的に放熱される。その結
果、電力変換回路の温度上昇は低減し電力変換器の変換
効率と信頼性とが向上する。

【０１５７】（２）太陽電池モジュール本体に電力変換
器を接続する際、従来のように太陽電池モジュール本体
の裏面補強材と電力変換器との間に伝熱をしにくくする
隙間を設ける必要がないため、太陽電池モジュール全体
の機械的強度が向上し、かつ小型化することができる。

【０１５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
太陽電池（光起電力素子）を含む太陽電池モジュール
（光起電力素子モジュール）本体と、太陽電池から出力
される電力を電力変換する電力変換器とが一体化された
太陽電池モジュール（光起電力素子モジュール）におい
て、小型化に適しかつ電力変換器の効率と信頼性を向上
することができる太陽電池モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施形態の太陽電池モジュ
ールの構成例を示す断面図である。

【図２】本発明に係る第１の実施形態の電力変換器の構
成例を示す断面図である。

【図３】第１の実施形態の電力変換器の取付方法を説明
する断面図である。

【図４】本発明に係る第２の実施形態の電力変換器の構
成例を示す断面図である。

【図５】本発明に係る第３の実施形態の電力変換器の構
成例を示す断面図である。

【図６】本発明に係る第４の実施形態の電力変換器の構
成例を示す断面図である。

【図７】本発明に係る第４の実施形態の電力変換回路を
説明する詳細図である。

【図８】本発明に係る第５の実施形態の太陽電池モジュ
ールの構成例を示す断面図である。

【図９】本発明に係る第６の実施形態の太陽電池モジュ
ールの構成例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０１・・・太陽電池モジュール１０２・・・耐候性フィルム１０３・・・裏面補強材１０４・・・充填材１０５・・・充填材１０６・・・光起電力素子１０７・・・電力変換器１０８・・・出力リード線１０９・・・受光面１１０・・・太陽電池モジュール本体１１１・・・裏面２０１・・・電力変換回路２０１ａ・・昇圧回路２０１ｂ・・インバータ回路２０１ｃ・・制御回路２０３・・・防水ブッシング２０４・・・入力リード線２０５・・・第一の部材２０６・・・第二の部材２０７・・・ねじ２０９・・・基板３０１・・・シリコーン接着剤７０３・・・金属芯７０４・・・表面絶縁層７０５・・・突出部２１０１・・・太陽電池モジュール２１０７・・・電力変換器２４０２・・・接着剤３１０１・・・太陽電池モジュール３１０７・・・電力変換器３４０２・・・接着剤及び充填材４１０１・・・太陽電池モジュール４１０７・・・電力変換器４６０２・・・取り付け部５１０７・・・電力変換器５１１０・・・太陽電池モジュール本体５１１１・・・太陽電池アレイ５１１２・・・発電装置５１１３・・・架台６１０１・・・太陽電池モジュール６１０７・・・電力変換器６２０６・・・第２の部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F051 AA05 BA03 BA18 JA04 JA05 JA06 JA09 JA20 KA03 KA04 5H007 AA06 BB07 CA01 CA02 CB04 DA05 DA06 DB12 HA03 HA04 HA05 5H730 AA08 AA16 AS04 BB57 DD03 DD04 FF09 FG05 ZZ01 ZZ04 ZZ07 ZZ11 ZZ12 ZZ15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光起電力素子の出力を変換して出力する
電力変換回路と、前記電力変換回路を収容する保護容器
と、を備える電力変換器であって、前記保護容器は、前記保護容器を前記光起電力素子を有する光起電力素子
モジュールの所定部位に固定する第１の部位と、前記電力変換回路を固定する第２の部位と、を有し、前記第１の部位と前記第２の部位とが異なる熱伝導率を
有する材料で作製されていることを特徴とする電力変換
器。
【請求項２】前記第１の部位の材料の熱伝導率は、前
記第２の部位の材料の熱伝導率より小さいことを特徴と
する請求項１に記載の電力変換器。
【請求項３】前記第１の部位の材料は、ポリカーボネ
ート、ポリアミド、ポリアセタール、変性ＰＰＯ（ＰＰ
Ｅ）、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポリエス
テル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブチレンテ
レフタレート、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビ
ニル、ＡＢＳ樹脂のいずれか１つを含むプラスチック材
料であることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の電力変換器。
【請求項４】前記第２の部位の材料は、アルミニウム
板、ステンレス板、亜鉛メッキ鋼板、ガルバリウム鋼
板、チタン鋼板またはステンレス鋼板のいずれか１つを
含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
１項に記載の電力変換器。
【請求項５】前記第２の部位の材料は、熱伝導性材料
を混合した樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請
求項３のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項６】前記熱伝導性材料は、金属粉末、金属酸
化物、金属繊維、金属表面コートガラスビーズあるいは
合成繊維のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする
請求項５に記載の電力変換器。
【請求項７】前記熱伝導性材料は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ａｇ、ステンレスのうち少なく
とも一つを含むことを特徴とする請求項５に記載の電力
変換器。
【請求項８】前記熱伝導性材料は、カーボンブラッ
ク、炭素繊維あるいは黒鉛のうち少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換器。
【請求項９】前記第１の部位の材料は、ポリカーボネ
ート、ポリアミド、ポリアセタール、変性ＰＰＯ（ＰＰ
Ｅ）、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポリエス
テル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブチレンテ
レフタレート、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビ
ニル、ＡＢＳ樹脂のいずれか１つを含むプラスチック材
料であることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいず
れか１項に記載の電力変換器。
【請求項１０】前記電力変換回路は、前記第２の部位
の面に接触して固定されていることを特徴とする請求項
１乃至請求項９のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１１】前記電力変換回路は、前記第２の部位
から離間して固定されていることを特徴とする請求項１
乃至請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１２】前記電力変換回路は、前記第２の部位
に固定手段を用いて固定されていることを特徴とする請
求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換
器。
【請求項１３】前記固定手段とは、ねじを用いる機械
的固定、接着剤あるいは充填剤を用いる固定であること
を特徴とする請求項１２に記載の電力変換器。
【請求項１４】前記保護容器と前記電力変換回路の間
隙には、接着剤あるいは充填剤が充填されていることを
特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記
載の電力変換器。
【請求項１５】前記電力変換器は、直流電力を交流電
力に変換するインバータであることを特徴とする請求項
１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１６】前記電力変換回路は、金属芯を有する
基板に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至請
求項１５のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１７】前記電力変換器は、直流電力を電圧が
異なる直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータである
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか１
項に記載の電力変換器。
【請求項１８】前記光起電力素子は、シリコン半導
体、化合物半導体、単結晶シリコン、多結晶シリコン、
アモルファスシリコンまたは薄膜多結晶シリコンのいず
れか１つを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１
７のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１９】前記光起電力素子は、透光性の絶縁部
材によって充填されて前記光起電力素子モジュールの本
体に収容されていることを特徴とする請求項１乃至請求
項１８のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項２０】前記絶縁部材は、エチレン−酢酸ビニ
ル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチル共
重合体（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合
体（ＥＥＡ）またはポリビニルブチラール樹脂のいずれ
か１つを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１９
のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項２１】光起電力素子を有する光起電力素子モ
ジュール本体と、前記光起電力素子の出力を変換して出
力する請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の
電力変換器と、を有することを特徴とする光起電力素子
モジュール。
【請求項２２】請求項２１に記載の前記光起電力素子
モジュールを用いることを特徴とする発電装置。
【請求項２３】前記光起電力素子モジュール本体は複
数個あり、前記複数個の前記光起電力素子モジュール本
体が前記電力変換器に接続されていることを特徴とする
請求項２２に記載の発電装置。