專利名稱：太陽能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有電活化部的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，世界各地日益重視環(huán)境問題。其中尤以對于因CO2的排出導(dǎo)致地球變暖的危機(jī)感更為深刻。對清潔能源的需求更其迫切。在這樣的背景中，太陽電池由于其安全性和容易處理，大有希望用作清潔能源。
太陽電池在內(nèi)部具有將光變換為電的光電變換層，代表性的材料例如有單晶硅半導(dǎo)體、無定形硅系半導(dǎo)體、III-V族化合物半導(dǎo)體、II-VI族化合物半導(dǎo)體以及I-III-VI2族化合物半導(dǎo)體等。
典型的太陽電池組件例示于圖6A與6B，其中圖6A為太陽電池組601的外觀圖，圖6B是圖6A中沿線6B-6B的剖面圖。太陽電池組件601如圖6所示，大致由將接收的光變換為電的光生伏打電池602、太陽電池外圍件以及用于取出輸出的輸出電纜605構(gòu)成。太陽電池外殼則由設(shè)于光生伏打電池受光面?zhèn)仍O(shè)置的玻璃板或透光性樹脂等前蓋603、設(shè)于非受光面?zhèn)鹊牟ＡО寤驑渲蚪饘侔宓鹊暮笊w604、太陽電池組件的增強(qiáng)與固定用框體607以及用于粘合框體的粘合劑606構(gòu)成。
太陽電池組件相互之間的串聯(lián)與并聯(lián)中則采用IV線、CV電纜等施有絕緣包覆的電纜。
采用上述太陽電池組件的太陽電池組對太陽電池組件與配線部件施行了嚴(yán)格的絕緣措施-即使在雨過天晴的濕潤狀態(tài)下，太陽電池組產(chǎn)生的直流輸出，作為其漏泄電流Ir也基本上不會流入大地。因此，太陽電池組的漏泄電流比用電端漏電斷路器的設(shè)定電流小。
作為利用這種太陽電池的太陽能發(fā)電系統(tǒng)形式，有從數(shù)W到數(shù)千kW的種種規(guī)模。例如有使用蓄電池保存太陽電池的發(fā)電能量的和采用DC-AC變換器將太陽電池的輸出能量流入商用電力系統(tǒng)(以后簡稱系統(tǒng)(電源系統(tǒng)))等的多種系統(tǒng)。
圖2示明了特開2000-207662號公報(bào)中公開的典型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在此太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，將多個(gè)太陽電池組件串聯(lián)連接構(gòu)成4個(gè)太陽電池串204～207，再進(jìn)行并聯(lián)而構(gòu)成太陽電池組201。此太陽電池組201的輸出引入到具有進(jìn)行最大輸出控制的控制裝置的功率調(diào)節(jié)器202，供給負(fù)荷203。負(fù)荷203也可以是系統(tǒng)，將這種太陽電池的電功率反流入系統(tǒng)中的系統(tǒng)稱為設(shè)備連系系統(tǒng)。
以下說明這種設(shè)備連系系統(tǒng)。
圖4概示使用沒有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器的太陽電池組。圖中401為太陽電池組、402為變頻器、403為差電流檢測器、404為配電盤、405為系統(tǒng)(電源系統(tǒng))、406為負(fù)荷、407為從太陽電池組的正數(shù)端流出的電流I1，408為流入太陽電池組負(fù)極端的電流I2，409為漏電斷路器。
太陽電池組401的輸出由DC-DC變換器升壓，經(jīng)變頻器402變換為工業(yè)電頻率的交流。在單相3線情形，電功率以單相供給200V電路，進(jìn)行系統(tǒng)連系設(shè)備內(nèi)的單相3線檢測。這種方式是小型輕量與廉價(jià)，可靠性也高，因而在當(dāng)前的功率調(diào)節(jié)器中成為主流。但由于系統(tǒng)之間是非絕緣的，為了防備太陽電池外圍件中發(fā)生損傷情形，需使太陽電池外圍件中的導(dǎo)電體構(gòu)成的部分接地，周知這會有使太陽電池組施工工程變得繁雜的缺點(diǎn)。
這種無絕緣變壓器方式的太陽電池組(陣列)401可用以下方法檢測接地故障。
具體地說，太陽電池組401發(fā)生接地故障時(shí)，接地故障電流是按以下順序的回路流動(dòng)太陽電池組→大地→系統(tǒng)(電源系統(tǒng))→功率調(diào)節(jié)器→太陽電池組，于是圖4所示的電流407與電流408的平衡破壞。通過檢測此差電流就能檢測接地故障。
上述設(shè)備連系系統(tǒng)在與設(shè)備連接時(shí)是經(jīng)由用電端連接的，而其他所用的負(fù)荷也與這種用電端連接。設(shè)于用電端的漏電斷路器409與負(fù)荷406的關(guān)系如圖5所示。
漏電斷路器由零相變流器501、靈敏度變換裝置502、放大器503、線圈504、開閉機(jī)構(gòu)505、測試按鈕506與漏電顯示部507構(gòu)成。508為系統(tǒng)(電源系統(tǒng))，509為負(fù)荷。
零相變流器501根據(jù)從系統(tǒng)側(cè)發(fā)出的電流和從負(fù)荷返回的電流所檢測出的差電流，當(dāng)發(fā)生漏電時(shí)即差電流在設(shè)定電流之上時(shí)，由斷路裝置截?cái)嚯娐?。相?yīng)的漏電斷路器一般能設(shè)定相對于漏電的敏感度電流和檢測時(shí)間。
功率調(diào)節(jié)器510一般與此種負(fù)荷509并聯(lián)地連接。
這樣，既有的采用嚴(yán)格絕緣的太陽電池組件以及配線部件的太陽電池的功率調(diào)節(jié)器510，它的內(nèi)部設(shè)置的接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值與用電端設(shè)置的漏電斷路器的電流設(shè)定值，經(jīng)設(shè)定成使漏電斷路器的電流設(shè)定值比接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值大。原因在于，若是漏電斷路器的電流設(shè)定值比接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值小，則由于當(dāng)漏電斷路器的電流設(shè)定值比接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值小時(shí)，在接地故障探測裝置起動(dòng)之前漏電斷路器就已起動(dòng)，使設(shè)計(jì)接地故障檢測裝置的意義削弱。
另一方面，對于具有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器則根據(jù)變壓器的種類而有兩種。
一種是采用工業(yè)電頻率變壓器的，在將太陽電池組的直流輸出變換為高頻交流之后，用小型高頻變壓器絕緣進(jìn)行電壓變換的方式。這種方式有優(yōu)越的防雷性與隔絕噪音性，能均衡地給單相3線方式的配電線供電，但由于采用了工業(yè)電頻率變壓器重量加大而成本也高。
另一種是采用高頻變壓器的，在將太陽電池組的直流輸出變換為高頻交流電后以小型高頻變壓器絕緣，再在一旦變換為直流后變換為工業(yè)電頻率的交流電的方式。在這種方式下，由于采用了高頻變壓器可以小型輕重，但卻存在著因電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜使成本加高的缺點(diǎn)。
上述絕緣變壓器方式的太陽能發(fā)電設(shè)備由于太陽電池與大地基本絕緣，不可能采用與無絕緣變壓器方式相同的方法來檢測接地故障。為此，絕緣變壓器方式的太陽能發(fā)電設(shè)備是以圖3中的方式來檢測太陽電池組的接地故障。圖3中，301為太陽電池組，302為電阻器，303為直流電壓檢測器，304為絕緣變壓器，305為變頻器，306為配電盤，307為漏電斷路器，308為接地線，309為系絕側(cè)電路，310為負(fù)荷。
太陽電池組301的輸入端子之間串聯(lián)著2個(gè)具有相同電阻值的高電阻器302，而這兩個(gè)電阻器的連接點(diǎn)(分壓點(diǎn))則連接到直流電壓檢測器303的一端。直流電壓檢測器303的另一端則通過接地端子與大地連接。
下面說明接地故障檢測機(jī)理。直流電壓檢測器303由于是高電阻體，太陽電池組通過高電阻器302、直流電壓探測器303與大地電連。在不發(fā)生直流接地故障時(shí)，由于直流電壓檢測器303的兩端無電流流過，對地電壓為0V。但當(dāng)對地電壓發(fā)生接地故障時(shí)，漏泄電流便通入大地，由于直流電壓檢測器的兩端產(chǎn)生電壓，利用這一現(xiàn)象就可測定有無接地故障。
太陽能發(fā)電設(shè)備的最大問題之一需要降低發(fā)電費(fèi)用，特別是為了將太陽能發(fā)電設(shè)備真正地引入電力市場就必須降低費(fèi)用，必須實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的火力發(fā)電或原子能發(fā)電持平的費(fèi)用。但如日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)者的綜合資源能量調(diào)查會需給部分中間報(bào)告(平成10年6月11日)所報(bào)告的，與日本國內(nèi)的電力用費(fèi)比較，太陽能發(fā)電的能量費(fèi)用約為其2.5～6倍，為了能直正地引入太陽能發(fā)電，需要努力地使之低成本化。
為此，本發(fā)明人鑒于上述狀況將注意點(diǎn)集中于簡化在太陽電池組件成本中占大比例的耐環(huán)境性包覆。以及簡化同樣在此成本中有大比例的串并聯(lián)太陽電池間的施工部件。
一般地說，太陽電池組件的包覆材料、框體、接線盒等太陽電池外圍件與電纜和連接器等，在太陽電池以外的整個(gè)部件中所占成本比例達(dá)50％弱，占據(jù)很大的比例。因此，如果能夠降低這部分的費(fèi)用，就有可能大幅度降低太陽電池組件的成本。此外，對于太陽電池組件相互間的連接電纜若是不采用絕緣包覆材料，則不僅可以削減材料費(fèi)用而且可以省除剝露包覆材料的工序，從而有利于降低施工時(shí)的連接與焊接等費(fèi)用。
在此，本發(fā)明人設(shè)計(jì)出使用下述的太陽電池，即狹義下的太陽電池，它表示的是太陽電池的最小單位，也可稱作太陽電池元件。
具體地說，本發(fā)明不是以一般人不容易接觸的環(huán)境下的使用為前提，作為太陽電池組件的要求規(guī)格，雖然要對應(yīng)于環(huán)境的種種要求對光生伏打電池進(jìn)行保護(hù)，除電絕緣性外，對所要求的規(guī)格研究了使電活化部作部分暴露的規(guī)格，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能使前蓋與后蓋大面積地薄膜地而得以顯著地降低成本。此外，對于在太陽電池之間進(jìn)行串并聯(lián)的連接部件，同樣在其所要求規(guī)格中除絕緣性外，也有可能大幅度降低其有關(guān)費(fèi)用。
現(xiàn)有的太陽電池組件如圖6A與6B所示，除發(fā)電中最低限度所需的元件光生伏打電池外，還需要前蓋603、后蓋604與框體607等組成的外圍件中必備的多種材料。這些材料是使太陽電池組件在空外環(huán)境中免受熱應(yīng)力、光應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力的影響且為用于確保電絕緣性所必需的，它們例如是像發(fā)生站那種場所，設(shè)置于一般人不易接觸且以定期保養(yǎng)為前提的嚴(yán)格管理環(huán)境之下，因而可以說是些多余的保護(hù)材料。
但是將太陽電池的耐環(huán)境性包覆簡化以肪/或者將太陽電池間的串并聯(lián)連接部件上形成的絕緣包覆剝露而使用時(shí)，在既有的太陽電池組中則是沒有問題發(fā)生。
這就是說，將太陽電池的電極與配線部件以及太陽電池組的串并聯(lián)連接部件的至少一部分的電活化部剝露出后，由于其非絕緣性，因雨水等而成為濕潤狀態(tài)(太陽電池組的電活化部與大地的電阻因有水分而降低的狀態(tài))，形成太陽電池組電活化部-雨水-濕潤的混凝土-雨水-大地或太陽電池組電活化部-雨水-大地的電路。結(jié)果，太陽電池組電活化部便頻繁地向大地漏電，發(fā)生漏泄電流。
此外，對于電活化部剝離出的太陽電池，在濕潤狀態(tài)下流向大地的漏泄電流通常判明會超出設(shè)于受電端的漏電斷路器的電流設(shè)定值(Ir＞漏電斷路器設(shè)定電流)。
與太陽電池組連接的功率調(diào)節(jié)器顯然會由于在這種濕潤狀態(tài)下產(chǎn)生的漏泄電流，一一次地起動(dòng)接地故障檢測裝置，使系統(tǒng)與電池組脫開而使功率調(diào)節(jié)器不能順利使用。為此，需將接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值設(shè)定得比濕潤狀態(tài)的漏泄電流大。原因在于，在太陽能發(fā)電設(shè)備的接地故障斷路器復(fù)原時(shí)，需要通過因接地故障斷路的功率調(diào)節(jié)器內(nèi)的開關(guān)進(jìn)行還原，于每次產(chǎn)生誤操作時(shí)就需維修，而這會成為很麻煩的手續(xù)。
當(dāng)把接地故障裝置的電流設(shè)定值設(shè)定到漏泄電流以下時(shí)，雖也可考慮自動(dòng)復(fù)原的情形，但通常由于接地故障檢測裝置是為了防患接地故障于未然，無條件地自動(dòng)復(fù)原則是沒有出現(xiàn)危險(xiǎn)。這就是說，在通過故障檢測裝置使功率調(diào)節(jié)器停止工作后，確定是否在太陽電池某處發(fā)生接地故障而有必要進(jìn)行相應(yīng)處置然后修復(fù)。為此，由于此接地故障檢測是無條件地自動(dòng)復(fù)原便沒有存在價(jià)值。
但是在電活化部剝露出的太陽電池中，當(dāng)潤濕狀態(tài)的電流值比漏電斷路器的電流設(shè)定值大時(shí)，例如即使是將接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值設(shè)定得比漏泄電流值大，漏泄電流只是經(jīng)過功率調(diào)節(jié)器而直接流入受電端，而此時(shí)設(shè)于受電端的漏電斷路器便起動(dòng)。結(jié)果同樣要花費(fèi)勞力與時(shí)間。
此外，在上述情形下會發(fā)生更嚴(yán)重的問題。原因在于，太陽電池組發(fā)生漏泄電流的結(jié)果使用電端的漏電斷路器工作后，則不僅是太陽能發(fā)電系統(tǒng)本身，舉凡一切與此用電端相連接的負(fù)荷，它們的供電都會被切斷。
漏電斷路器的電流設(shè)定值，與接地故障檢測裝置相同，不能設(shè)定得比上述漏泄電流大。原因是漏電斷路器與接地故障探測裝置不同，不是僅僅由太陽電池組來決定電流設(shè)定值的。也即還需根據(jù)其他負(fù)荷的要求來決定電流設(shè)定值，因而對此值作任意地大的變更是危險(xiǎn)的，也是電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)所禁止的。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的主要目的在于逐個(gè)地或總體地解決具有暴露的電活化部的太陽電池組的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的上述問題。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了相對應(yīng)地解決上述問題，最好采用下述各裝置。下面說明這種具體裝置及其作用。
本發(fā)明提供的太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括具有多個(gè)由配線部件相互電連的太陽電池元件的太陽電池組、將此太陽電池組的輸出變換為交流電功率的功率調(diào)節(jié)器、設(shè)于上述太陽電池組與系統(tǒng)電源之間的絕緣變壓器、設(shè)于上述太陽電池組與系統(tǒng)電源之間的絕緣變壓器、設(shè)于上述功率調(diào)節(jié)器與上述系統(tǒng)電源之間的漏電斷路器、檢測上述太陽電池組的接地故障的接地故障檢測裝置，其中上述多個(gè)太陽電池元件的電活化部與前述配線部件的電活化部至少之一的一部分露出到外部，上述太陽電池組的電路接地而上述接地故障檢測裝置設(shè)于接地電路中，此接地故障檢測裝置判斷為接地故障時(shí)的電流設(shè)定值大于上述漏電斷路器斷路的電流設(shè)定值。
本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)最好是，在濕潤狀態(tài)下由上述太陽電池組工作時(shí)形成的前述活化部至大地的電流路徑上有漏泄電流Ir[A]流過時(shí)，使上述接地故障裝置的電流設(shè)定值比Ir大而上述漏電斷路器的電流設(shè)定值則比Ir小。
此外，本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，所述接地故障檢測裝置是以流過上述接地電路的電流為電源而工作的；太陽電池組的正極端或負(fù)極端接地；所述太陽電池組的正極端與對地電壓和負(fù)極端與對地電壓的絕對值之比大致為2∶1，電路接地；上述太陽電池的受光面一側(cè)所配置的電極和/或上述配線部件的至少一部分不收納于太陽電池外圍件中；所述太陽電池具有光電變換層、設(shè)于此光電變換后的受光面?zhèn)鹊募婋姌O、表面配線部件與包覆材料，而該集電電極或該表面配線部件的一部分上則具有不為該包覆材料包覆的露出部；此包覆材料是通過涂層形成的樹脂；將所述太陽電池串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的部件則最好是沒有絕緣部分的導(dǎo)電體。
本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的特征在于將所述太陽電池組設(shè)置于支承件上，而在此太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，上述支承件最好是混凝土臺架。
如前所述，在無絕緣變壓器方式的設(shè)備連系的功率調(diào)節(jié)器電路上連接的太陽電池組的情形中，如圖4所示，由于太陽電池組401通過系統(tǒng)(電源系統(tǒng))405和功率調(diào)節(jié)器的SW元件連接系統(tǒng)(電源系統(tǒng))405的接地線，所以在功率調(diào)節(jié)器工作時(shí)太陽電池組401的輸出耦連到地。因而，一些電壓施加在太陽電池組401和地間間。
再者，在有絕緣變壓器方式使太陽電池組與系統(tǒng)間連的功率調(diào)節(jié)器相連的情況中，如圖3所示，是通過接地障礙檢測裝置303經(jīng)一定的電阻與大地連接。再有，在美國如IEEE規(guī)格1374-1998“地面光生伏打電力系統(tǒng)安全性”或國家電碼章程690“太陽能光生伏打系統(tǒng)”中所述，由于太陽電池組的電路需要其中某處接地，太陽電池組的電活化部在與大地之間常需某種程度的電壓。
因此，在太陽電池和/或與太陽電池電連的配線部件中具有露出的電活化部的太陽電池組中，在雨中或雨后的濕潤狀態(tài)下，于大地和太陽電池組的電活化部之間形成漏電流路徑，生成漏泄電流。
如上所述，采用在太陽電池和/或?qū)⑻栯姵仉娺B的配線部件中具有電活化部的太陽電池組的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，在降雨時(shí)的濕潤望下致太陽電池組的絕緣電阻減小而產(chǎn)生漏泄電流，這對于通常的接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值為用電端漏電斷路器以下的電流設(shè)定值時(shí)，常會引起錯(cuò)誤操作。因此，濕潤狀態(tài)下太陽電池組發(fā)生的漏泄電流需設(shè)定為不使接地故障探測裝置落下的電流設(shè)定值。
本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)為了防止接地故障檢測裝置靈敏度的降低(加大電流設(shè)定值)，同時(shí)為了使漏泄電流流入用電端漏電斷路器而使之起動(dòng)工作，在太陽電池組與系統(tǒng)(電源系統(tǒng))之間設(shè)置有絕緣變壓器。具體地說，作為功率調(diào)節(jié)器采用那種應(yīng)用了高頻或工業(yè)電頻率的絕緣變型器的。這樣，例如圖9所示，由于太陽電池組901與系統(tǒng)(電源系統(tǒng))907由絕緣變壓器902絕緣，于是太陽電池組-大地-系統(tǒng)(電源系統(tǒng))-太陽電池組這樣的回路不會形成，而漏泄電流不會流入用電端的漏電斷路器905中。此外，圖9中的903為功率調(diào)節(jié)器，904為配電盤而906為負(fù)荷。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，盡管將接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值設(shè)定得比漏電斷路器的電流設(shè)定值大，即使發(fā)生了超過漏電斷路器的電流設(shè)定值的太陽電池組的漏泄電流，也能防止漏電斷路器跌落，而得以防止由于太陽電池組的漏泄電流致太陽能發(fā)電系統(tǒng)的錯(cuò)誤操作。
此外，本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最好是，使上述接地故障探測裝置以流過前述接地電路的電流為電源而工作，而使所述太陽電池組具有光電變換層、配置于此光電變換層的受光兩側(cè)的集電電極、表面配線部件以及包覆材料，同時(shí)此集電電數(shù)或該表面配線部件的一部分則具有未由所述包覆材料包覆的露出部。


圖1為例示本發(fā)明的太陽電池串的結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖2是典型的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的框圖。
圖3是采用具有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的電路圖。
圖4是采用沒有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的電路圖。
圖5是漏電斷路器的結(jié)構(gòu)與負(fù)荷的連接圖。
圖6A與6B例示太陽電池組件的結(jié)構(gòu)。
圖7是銅的電位-pH的示意圖。
圖8是說明本發(fā)明的帶臺架的太陽電池組中漏泄電流的計(jì)算式的圖示。
圖9示明太陽電池組與系統(tǒng)(電源系統(tǒng))由絕緣變壓器的絕緣。
圖10示明本發(fā)明中漏泄(接地故障)電流的流動(dòng)路徑。
圖11A與11B例示能良好地適用于本發(fā)明的太陽電池的結(jié)構(gòu)。
圖12A與12B示明采用圖11A與11B的太陽電池的帶臺架的太陽電池。
圖13示明圖1的太陽電池組的等效電路圖。
圖14是例示本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的電路圖。
圖15是實(shí)施例1中太陽能發(fā)電系統(tǒng)的電路圖。
圖16說明實(shí)施例1中太陽電池-地面間的電阻測定。
圖17是實(shí)施例2的太陽能發(fā)電系統(tǒng)電路圖。
圖18是實(shí)施例3的太陽能發(fā)電系統(tǒng)電路圖。
圖19是表明相對于太陽電池串的接地點(diǎn)流過人體的電流的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施形式，必要時(shí)再參考附圖，進(jìn)行說明。顯然，本發(fā)明并不局限于以下的說明與附圖，而是可以在本發(fā)明的原理范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃闻c組合。
圖11A與11B例示了用于構(gòu)成本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)所配備的太陽電池組的最佳太陽電池，其中圖11A是太陽電池組的平面圖，圖11B是沿圖11A中線11B-11B的剖面圖。
太陽電池1101具有在背面存在電極的金屬制基板1106上形成的光生伏打電池層1107，而在此板的受光面?zhèn)葎t設(shè)有用于收集光生伏打電池發(fā)生的電流的集電電極1105。金屬制基板1106在此采用0.15mm厚的不銹鋼片(外部尺寸為240mm×360mm)。光生伏打電池層1107采用無定形硅系的光生伏打電池，而集電電極1105則是將100μmφ的銅線用導(dǎo)電膠固定于光生伏打電池層1107上。
集電電極1105與100μm厚的銅制表面配線部件1102連接，此表面配線部件1102用于將作為太陽電池的受光面?zhèn)鹊碾姌O以及相鄰的太陽電池進(jìn)行串并聯(lián)。此外，為使表面配線部件1102與金屬制板1106可靠地絕緣，把它們設(shè)置于聚酯制的絕緣部件1104之上。
金屬制基板1106的非受光面?zhèn)赛c(diǎn)焊上100μm厚的銅制背面配線部件1103，此背面配線部件1103用于將作為太陽電池的非受光面?zhèn)鹊碾姌O與其相鄰的太陽電池進(jìn)行串并聯(lián)。
此外，為使太陽電池不受室外環(huán)境的影響，在光生伏打電池層1107的受光面?zhèn)雀餐康谋╊悩渲牧辖M成的50μm厚的包覆材料1108。但是為了提高施工性能還為了減少包覆材料，金屬制基板1106的非受光面?zhèn)纫约氨趁媾渚€部件1103則不加包覆材料。
圖12A與12B示明了將圖11A與11B所示的太陽電池1101固定于支承件(臺架)上的最佳例子，其中圖12A是帶臺架的太陽電池1201的透視圖，圖12B是沿圖12A中線12B-12B的剖面圖。
本例中，于2個(gè)串聯(lián)的太陽電池1101的周邊涂以彈性環(huán)氧樹脂系粘合劑1204，通過粘附到用作支承件(臺架)的L型混凝土1203之上而構(gòu)成帶臺架的太陽電池1201、太陽電池1101的串聯(lián)化是通過連接相鄰的太陽電池1101的表面配線部件與背面配線部件而形成。具有這種結(jié)構(gòu)的帶臺架的太陽電池1201也包含在本發(fā)明的太陽電池組中。
再如圖12B所示，用于將太陽電池1101固定于L型混凝土部件1203上的粘合劑1204由于只涂布于太陽電池1101的周邊部。因而太陽電池1101的中央部的背面電極與背面配線部件的一部分與L型混凝土部件1203的表面直接接觸。
將圖12A與12B所示的帶臺架的太陽電池1201串聯(lián)而構(gòu)成太陽電池組的例子示明于圖1。圖1中所示的太陽電池組101是將帶臺架的太陽電池1201用無絕緣包覆的銅制串聯(lián)連接部件102連接成6串聯(lián)式，具有正極端103與負(fù)極端104。這里例示的是將正極端103與接地點(diǎn)105連接。
圖13示明圖1的太陽電池組101的等價(jià)電路圖。太陽電池組101是將太陽電池1101(參看圖11A和11B)形成2串聯(lián)式帶臺架的太陽電池1201(參看圖12A和12B)再由串聯(lián)連接部件102構(gòu)成6串聯(lián)式，具有正極端103與負(fù)極端104。然后以正極端與接地點(diǎn)105連接，而負(fù)極端的對地電壓在設(shè)1片太陽電池間的電壓為V0(伏)時(shí)成為-12V0(伏)。
下面說明本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中各部件的細(xì)節(jié)。
太陽電池太陽電池組在太陽電池的電極連接或多個(gè)太陽電池的配線部件中具有電活化部，而此電活化部的至少一部分可以于太陽電池組施工后露出于外部。即令是在采用圖6A和6B所示先有類型的具有電絕緣性的太陽電池組件來形成太陽電池組時(shí)，若是將用于取出其輸出的輸出電纜605等的電活化部的一部分露出于外部。本發(fā)明也能取得很大效果。若是將圖11A和11B所示的不具有電絕緣性的太陽電池用來形成太陽電池組，則本發(fā)明將會取得更大效果。
作為太陽電池的光電變換層的材料例如在多晶半導(dǎo)體中有Si、C、Ge等IV族元素；SiGe、SiC等IV族元素合金；GaAs、InSb、GaP、GaSb、InP、InAs等III-V族化合物；ZnSe、CdTe、ZnS、CdS、CdSe、CdTe等II-VI族化合物，CuInSe2，、CuInS2、Cu(In、Ga)Se2的I-III-VI2族化合物。作為非晶質(zhì)或無定形半導(dǎo)體例如可有a-SiH、a-SiGeH、a-SiCH等。此外，作為微晶半導(dǎo)體例如有μx-SiH、μx-SiGeH、μx-SiCH等。
對于用圖6A和6B所示的既有類型的太陽電池組件來形成太陽電池組的情形，前蓋603最好采用白色或藍(lán)色板玻璃等無機(jī)玻璃材料、聚碳酸酯樹脂、丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、聚酯樹脂等形成的部件。前蓋的厚度因材料特性而異，一般最好在0.5mm以上。后蓋604除上述列舉用于前蓋的材料外，還可以采用例如對苯二甲酸乙二醇聚酯(PET)、聚氟乙烯(PVF)等合成樹脂、玻璃、金屬板等?？蝮w607采用鋁等。這種太陽電池組件的內(nèi)部電路與包含框體的外部完全保持電絕緣性，太陽電池組件內(nèi)的電路不外露，也即配線部件以外為了絕緣而全部置納于外圍件中。
另一方面，圖11A和11B所示的露出的電活化部的非絕緣型太陽電池，在本發(fā)明中能發(fā)揮最好的效果。圖11A和11B例示的是在金屬基板上形成的無定形硅系光生伏打電池，但并不局限于此，顯然具有上述各種光電變換層的光生伏打電池都是可以利用的。
非絕緣型的太陽電池的包覆材料不包覆太陽電池的整個(gè)表面，只在必要的部分留下最低限度的包覆以在室外環(huán)境下不影響發(fā)電性能。具體作法雖因所用光生伏打電子的種類而異，但至少需將相對于光生伏打電池的入射光具有光電變換特性的部分(有源區(qū))包覆，此外部分則不包覆。
作為受光面?zhèn)鹊陌膊牧侠缬谜澈蟿┱澈贤腹庑院铣蓸渲慕Y(jié)構(gòu)。作為具體的材料有氟樹脂、丙烯樹脂、聚酯、聚碳酸酯等。更具體地說有聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚氟乙烯(PVF)樹脂或四氟乙烯-乙烯共聚體(ETFE)樹脂等。從耐氣候性觀點(diǎn)看，以聚偏二氟乙烯樹脂優(yōu)越，而從兼顧耐氣候性與機(jī)械強(qiáng)度以及透明性考慮，則以四氟乙烯-乙烯共聚體樹脂優(yōu)越。此種包覆材料的厚度從成本角度出發(fā)最好在100μm以下。此外，為了降低成本，最好不用膜料而用丙烯類、氟系等透明涂料。這時(shí)以通常涂布作業(yè)中所用的涂層法進(jìn)行。
太陽電池組為了獲得所希望的輸出電壓與電流，將多個(gè)上述太陽電池串聯(lián)或并聯(lián)形成太陽電池集合體，稱此集合體為太陽電池組。為了構(gòu)成太陽電池組，可將太陽電池串聯(lián)連接形成串聯(lián)體(太陽電池串)，也可取將其并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。
接地場所接地場所若是與太陽電池組的電路相連的部分，任何地方都可以。例如在設(shè)置于室外的太陽電池組的電路中途，在將此電池組的輸出引入到功率調(diào)節(jié)器的輸入之前，于功率調(diào)節(jié)器內(nèi)部將其設(shè)于端子板上，而以此輸出與功率調(diào)節(jié)器的設(shè)備兼用，進(jìn)行接地。
串/并聯(lián)連接部件為了用太陽電池構(gòu)成太陽電池組，需要在太陽電池之間進(jìn)行串聯(lián)連接或并聯(lián)連接。用于進(jìn)行這類串聯(lián)或并聯(lián)連接的部件就是串并聯(lián)連接部件。在圖12A和12B所示的帶臺架的太陽電池1201中，太陽電池1101取2串聯(lián)式，但在此也可不用串并聯(lián)連接部件而將太陽電池的表面配線部件1102(參看圖11A和11B)與背面配線部件1103(參看圖11A和11B)直接連接。另一方面，圖1中所示的太陽電池組101中，則在帶臺架的太陽電池1201間的串聯(lián)連接中采用了串/并聯(lián)連接部件102。此外，圖1中的到正極端與負(fù)極端的配線部件也相當(dāng)于串/并聯(lián)連接部件。
這種串/并聯(lián)連接部件雖可采用一般使用的絕緣電線、絕緣電纜等，但更好是采用無絕緣包覆的裸導(dǎo)線。作為裸導(dǎo)線最好是銅線、銅股線與銅帶等。
太陽電池組的電活化部及其相對于環(huán)境的敞露太陽電池組的電活化部的至少一部分即使是在太陽電池組施工完了之后，也要露出到可為人簡單地觸及到的程度。因此，例如這不包括太陽電池組件的電氣連接部中所用的以絕緣包覆的連接器的連接電極。原因在于，連接器的電極在施工中當(dāng)以手指插入時(shí)雖可以觸及，但在施工完了后，相鄰的太陽電池組件的連接器便相互連接成完全的導(dǎo)電體(連接電極)，進(jìn)行了防水處理而不能于觸及連接電極。
濕潤狀態(tài)濕潤狀態(tài)與晴天時(shí)等干燥形狀不同，由于雨水，使太陽電池、配線部件的串并聯(lián)連接部件的電活化部濡濕，降低了電活化部與地面之間的電阻，因而濕潤狀態(tài)可說是電流從電活化部流出到地面的狀態(tài)。
太陽電池設(shè)置結(jié)構(gòu)件在本說明書中，太陽電池設(shè)置結(jié)構(gòu)件是指太陽電池與串并聯(lián)連接部件、支承件(臺架)整體化的部件。太陽電池于支承件上可用固定零件或直接粘合固定等方法固定，當(dāng)支承件為混凝土等重量大的材料時(shí)，只需置于地面便完成了支承件(臺架)的設(shè)置，詳見以后所述，支持件也可由太陽電池固定用的例如板狀的固定支承件以及用于設(shè)置此固定支承件的背面支承件兩者構(gòu)成。若是具有上述背面支承件的結(jié)構(gòu)是與固定支承件有相同重量的大型件時(shí)，則只需將固定支承件置于背面支承件之上即可。采取這樣的結(jié)構(gòu)就能形成結(jié)構(gòu)簡單且有良好施工性的太陽電池設(shè)置結(jié)構(gòu)體。
支承件支承件是指固定太陽電池的部件，一般是形成為臺架或形成有設(shè)置面的部件。
本發(fā)明由于結(jié)構(gòu)和設(shè)置作業(yè)簡易，特別宜于采用混凝土材料。當(dāng)支承件是混凝土等重量大的材料時(shí)，只需安置到地面，支承件(臺架)的配置便告完成。此外，混凝土有很高的戶外耐用性和廉價(jià)，極宜用作太陽電池臺架。
再者，為固定太陽電池，最好是將它的支承件結(jié)構(gòu)分成例如板狀的固定支承件(支承件)和安置此固定支承件的背面支承件。具體地說，例如可設(shè)置立方體形狀的背面支承件而將板狀等固體支承件豎立于此背面支承件上配置，于是可以以良好的關(guān)系任意變動(dòng)太陽電池的設(shè)置角度。
混凝土支承件的形成方法混凝土支承件是在木材或鋼材等型箱中加水按適當(dāng)?shù)谋壤旌掀胀ㄋ?、砂與礫石，均勻攪拌后，固化而成。型箱有膠合板型的、鋼制的與油漆膠合板型的。
但不限于以上所述，顯然也可以采用ALC等輕重泡沫混凝土等。
背面支承件這是配置于固定/支承件背面?zhèn)鹊牟考?，可根?jù)固定/支承件(支持件)的形狀而不需要。它可用作板狀固定/支承件的枕件，能良好地用于任意變更固定于固定/支承件上的太陽電池的傾斜角度，可采用長方件形狀。一般，由于將混凝土板等重型材料用作固定/支承件，背面支承件的壓縮強(qiáng)度要高而且最好是采用了耐用性高的材料。具體地說，例如可把混凝土、石料、磚等用作此背面支承件的材料。
太陽能發(fā)電系統(tǒng)圖14概示本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，圖中1401為太陽電池組、1402為串并聯(lián)連接部件、1403為連接箱、1404為具有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器、1405為接地故障傳感器、1406為配電盤、1407為系統(tǒng)(電源系統(tǒng))、1408為負(fù)荷、1409為接地線、1410為設(shè)于用電端的配電盤內(nèi)的漏電斷路器。
可按圖14所示布線來構(gòu)成本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。在本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，首先將太陽電池組1401所產(chǎn)生的電功率集中于連接箱1403中，由具有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器1404進(jìn)行直交流變換，通過配電盤1406傳送給負(fù)荷1408。若此時(shí)的發(fā)電量有多余的電功率，則可將其輸送給系統(tǒng)(電源系統(tǒng))1407，由電力公司收購此電功率。相反，當(dāng)發(fā)電量少而負(fù)荷1408的耗電量多時(shí)，則可由系統(tǒng)(電源系統(tǒng))1407補(bǔ)充不夠部分而從電力公司購入。
在本實(shí)施形式中，太陽電池組1401的電路的一個(gè)正極端通過接地線1409接地，而在此接地電路中設(shè)有接地故障檢測裝置(接地故障傳感器1405)。
接地故障檢測裝置與漏電斷路器的電流設(shè)定值本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽電池組在濕潤狀態(tài)工作時(shí)形成從電活化部到大地的電流路徑，在由此電活化部有電Ir[A]流入大地時(shí)，最好將接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值設(shè)定為大于Ir而將漏電斷路器的電流設(shè)定值設(shè)定得比Ir小。此點(diǎn)將參考圖8具體說明于下。
圖8中，801為太陽電池，802為太陽電池設(shè)置結(jié)構(gòu)件，803為太陽電池-地面間的電阻，804為接地線，805為大地。圖中例示的太陽電池組與具有太陽電池801的太陽電池設(shè)置構(gòu)造件串聯(lián)，并以其正極端輸出經(jīng)接地線804與大地805相通。
設(shè)此串聯(lián)連接的太陽電池801間的電壓為V[伏]、太陽電池組的太陽電池設(shè)置結(jié)構(gòu)件802的串聯(lián)數(shù)為N。太陽電池和/或配線部件在濕潤狀態(tài)下的電活化部-大地間的電組值為R[Ω]、太陽電池組于濕潤狀態(tài)下的電活化部-地面間的漏泄電流為Ir[A]，此時(shí)有Ir＝|{-N·v/R}+{-(N-1)v/R}+{-(N-2)v/R}+…+{-2v/R}+{-v/R}|＝|-v-N·(N+1)/2R|，于是在具有圖8所示的太陽電池組的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，將接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值設(shè)定成比|-V·N·(N+1)/2R|大，而將漏電斷路器的電流設(shè)定值設(shè)定成比|-V·N·(N+1)/2R|小。
功率調(diào)節(jié)器本發(fā)明所用的功率調(diào)節(jié)器采用絕緣方式的(變壓器內(nèi)置)，有以下兩種(1)工業(yè)電效率變壓器絕緣方式功率調(diào)節(jié)器即將太陽電池組的直流輸出變換為工業(yè)電頻率的交流后，以變壓器絕緣方式的功率調(diào)節(jié)器；(2)高頻變壓器絕緣方式的功率調(diào)節(jié)器即將太陽電池組的直流輸出變換為交流后，以小型高頻變壓器絕緣，然后一俟變換為直流后再變換為工業(yè)電頻率的交流方式的功率變換器。
漏泄電流即相對于大地具有電位的電活化部由于濕潤狀態(tài)致絕緣電阻降低，通過不是預(yù)定的通路而有流向大地的電流。
接地故障電流太陽電池組的輸出線或太陽電池組件的內(nèi)外電路因事故等與地面接觸，致太陽電池輸出以低電阻狀態(tài)與地面連接，這種現(xiàn)象稱為接地故障。
本發(fā)明的太陽電池組中，漏泄電流與接地故障電流在一起，如圖10所示，通過太陽電池1001-大地1003-接地線1004，形成小的回路電流，因而其不同處只表現(xiàn)為回路電流值的大小差異。
本發(fā)明中，因事故等產(chǎn)生的接地故障電流比漏泄電流小。
此外，以下說明的接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值雖比漏泄電流大但比接地故障地流小，因而太陽電池組內(nèi)因接地故障事故造成的接地故障可由接地故障檢測裝置檢測，使太陽能發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的功率調(diào)節(jié)器停止工作，讓設(shè)備與太陽電池組脫開。
接地故障檢測裝置本發(fā)明中采用的接地故障檢測裝置最好應(yīng)用直流電流傳感器，此種直流電流傳感器設(shè)于連接太陽電池組電路與大地的接地線上。
直流電流傳感器由帶鐵心的蓋與霍爾元件構(gòu)成。與通過鐵線的直通電流成比例的磁通由于鐵心而會聚，通過插入蓋中的霍爾元件因霍爾效應(yīng)而發(fā)生電壓。此電壓是直通電流的函數(shù)，因而可通過檢測電壓來測定流過的電流值。
用電端漏電斷路器它設(shè)置于用電端(配電盤)，用以監(jiān)控戶內(nèi)配線與負(fù)荷設(shè)備的接地故障，用以檢測配線與電氣設(shè)備等的漏泄電流，當(dāng)檢測出用電戶內(nèi)的接地故障事故后，切斷與用電戶內(nèi)外的連接不使其影響波及到用電戶外部的配電系統(tǒng)。
用電端漏電斷路器如圖5所示，其中501為零相變流器、502為靈敏度變換裝置、503為放大器、504為線圈、505為開閉機(jī)構(gòu)、506為試驗(yàn)按鈕、507為漏電顯示部、508為設(shè)備側(cè)電源電路、509為負(fù)荷。
零相變流器501檢測從設(shè)備方去的電流與從負(fù)荷方向的電流的差電流，當(dāng)漏電發(fā)生時(shí)，即當(dāng)差電流大于靈敏度電流時(shí)，由斷路裝置斷路，漏電斷路器雖可設(shè)定電流與起動(dòng)時(shí)間，但按照基準(zhǔn)要設(shè)定到0.1A以下。
下面根據(jù)實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但本發(fā)明則不受這類實(shí)施例的任何限制。
實(shí)施例1
作為本發(fā)明的第一實(shí)施例說明構(gòu)制圖15所示的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的例子，在此以太陽電池組的正極端接地。
圖15中，1501為太陽電池組、1502為串并聯(lián)連接部件、1503為連接箱、1504為具有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器、1505為接地故障檢測裝置、1506為配電盤、1507為系統(tǒng)(電源系統(tǒng))、1508為負(fù)荷、1509為接地線、1510為漏電斷路器。
本實(shí)施例的太陽電池組為圖15所示的4并聯(lián)式的，與具有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器1504連接，連接到系統(tǒng)(電源系統(tǒng))1507上。構(gòu)成的太陽能發(fā)電系統(tǒng)如上所述采用了為非絕緣型的太陽電池，因而與既有的太陽能發(fā)電系統(tǒng)相比可構(gòu)成廉價(jià)的系統(tǒng)。下面詳述其各個(gè)結(jié)構(gòu)。
太陽電池組將圖11A和11B所示的無定形硅系光生伏打電池用作太陽電池。每一片太陽電池在基準(zhǔn)狀態(tài)下的釋放電為2V，最佳工作電壓為1.5V。此太陽電池如圖所示，它的表面配線部件1102、背面配線部件1103以及金屬基板1106不收納于絕緣用的外圍件中，為非絕緣型的太陽電池。
首先將此種太陽電池2片如圖12A、12B所示串聯(lián)化。此時(shí)，相鄰的太陽電池1101的表面配線部件1102與背面配線部件1103由軟釬焊連接。此外，這兩片串聯(lián)的太陽電池還如圖所示以彈性環(huán)氧樹脂粘合劑1204粘合到背面支承件1203之上。此時(shí)，太陽電池1101的金屬基板1106與背面配線部件1103的一部分與混凝土制背面支承件1203接觸，混凝土與太陽電池電路不作絕緣。
再將圖12A、12B所示的帶臺架的太陽電池1201共6個(gè)如圖1所示的串聯(lián)連接，其中采用裸銅帶(厚1mm，寬12mm)作這種連接。
功率調(diào)節(jié)器本實(shí)施例中所用的功率調(diào)節(jié)器1504是高頻變壓器絕緣形式的功率調(diào)節(jié)器。
正極接地線使正極端的帶臺架的太陽電池間的銅帶接地。此接地作為D類接地工程，接地電阻為20Ω。
接地故障檢測裝置的設(shè)置作為用于檢測接地故障電源的接地故障檢測裝置1505的直流電流檢測器設(shè)于連接正極端輸出與大地的正極接地線1509之上，并將此輸出連接到功率調(diào)節(jié)器內(nèi)設(shè)的接地故障檢測裝置上。
太陽電池-地面間的電阻測定圖16用于概釋帶臺架的太陽電池的太陽電池/地面間的電阻值測定。圖16中，1601為太陽電池、1602為接地金屬棒、1603為恒壓電源、1604為數(shù)字式萬用表、1605為并聯(lián)電阻、1606為漏泄電流。
如圖16所示，使太陽電池1601的正負(fù)極短路，在此短路部分與地面(接地金屬棒1602)之間由恒壓電源1603施加電壓，為了檢測此時(shí)流出的漏泄電流1606，用數(shù)字式萬用表1604監(jiān)控并聯(lián)電阻1605兩端的電壓。各個(gè)測定配線采用2mm2的IV線。接地金屬棒1602采用接地電阻為10Ω的。
將太陽電池(外形尺寸為240mm×360mm)由粘合劑粘附固定到支承件1607上，在施加電壓時(shí)，使正負(fù)極短路，在此短路處與接地金屬棒1602之間施加電壓，施加條件為50V、100V、200V、300V。并聯(lián)電阻1605采用1Ω的。
根據(jù)此測定求得的施加電壓與漏泄電流值依歐姆定律，成為線性函數(shù)關(guān)系?？蓳?jù)此直線的斜率求出太陽電池/地面間的電阻值。為了在最嚴(yán)苛條件下進(jìn)行這種測定，對支承件、太陽電池與背面支承件充分地澆以自來水(電導(dǎo)率150μs/m)。順便指出，一般雨水的電導(dǎo)率為100μs/m，因而這是在更嚴(yán)苛的條件下即電流極易流動(dòng)的條件下測定的。
根據(jù)這種測定方法，各太陽電池設(shè)置構(gòu)造件的太陽電池/地面間的電阻值為650Ω。
漏泄電流值的計(jì)算設(shè)一個(gè)太陽電池的最佳工作電壓V＝1.5[伏]，太陽電池設(shè)置構(gòu)造件上的太陽電池串聯(lián)數(shù)N＝12，一個(gè)太陽電池設(shè)置構(gòu)造件的太陽電池-地面間的電阻值R＝650(Ω)，太陽電池-地面間的漏泄電流Ir[A]。
在太陽電池設(shè)置構(gòu)造件串聯(lián)化而以正極端接地后。
Ir＝|{-N·v/R}+{-(N-1)v/R}+{-(N-2)v/R}+…+{-2v/R}+{-v/R}|＝|-v·N·(N+1)/2R|＝|-1.5×12×13/(2×650)|＝0.18(A)由于太陽電池組為4并聯(lián)式的一可以算出總的漏泄電流為0.18×4＝0.72(A)。
接地故障檢測裝置的設(shè)定接地故障檢測裝置1505即直流電流檢測器配置于正極端-大地間的接地線內(nèi)，將接地故障檢測電流設(shè)定為0.75A(可檢測0.75A以上的接地故障電流)。
漏電斷路器將漏電斷路器1510的漏電檢測電流設(shè)定為30mA。這樣，漏電斷路器的電流設(shè)定值設(shè)定得比接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值低。
由于接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值比漏泄電流計(jì)算值大，故不會由于太陽電池組的漏泄電流導(dǎo)致誤操作，而能由接地故障檢測裝置檢測出接地故障電流。
此外，雖然漏電斷路器的電流設(shè)定值比接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值小，但由于電路內(nèi)設(shè)有絕緣變壓器，漏電斷路器1510就不地由于太陽電池組的漏泄電流而斷開電路。
還由于將接地故障檢測裝置1505設(shè)于太陽電池組的接地線1509之內(nèi)，就能簡單地檢測出太陽電池組1501的接地故障電流。此外，太陽電池組1501是通過絕緣變壓器與設(shè)備側(cè)的電路連接，故不會有接地故障電流流入系統(tǒng)(電源系統(tǒng))，能有效地避免給設(shè)備以不利影響。
正極端的接地效果在采用本實(shí)施例的使電活化部露出的太陽電池組時(shí)，從電活化部流出構(gòu)成此電活化部的金屬離子會發(fā)生加速電極、配線部件或串并聯(lián)部件的腐蝕。特別是在把銅用作串并聯(lián)連接部件時(shí)，由于電流路徑的形式，銅會由于離子化而顯著地溶出，已知這會顯著地降低連接部件的壽命。
因此，對于具有將太陽電池和/或電連太陽電池組的配線部件中露出了電活化部的太陽電池組，在降雨或雨后的濕潤狀態(tài)下，在大地與太陽電池組的電活化部之間形成漏泄電流路徑，結(jié)果使配線部件(串聯(lián)和/或并聯(lián)連接太陽電池的串并聯(lián)連接部件，在沒有絕緣包覆的導(dǎo)電體時(shí)則包括該導(dǎo)體)中流出金屬離子，而產(chǎn)生加速配線部件(或上述串并聯(lián)連接部件)的侵蝕問題。本發(fā)明通過使太陽電池組的正極端輸出作電路接地而可防止這種侵蝕。
這就是說，通過使太陽電池組的正極端輸出作電路接地，于是太陽電池組的電活化部相對于大地成為零電位或負(fù)電位，得以防止配線部件等侵蝕。例如在把銅(Cu)用作配線部件等時(shí)，銅的電位-pH圖像如圖7所示，從圖7可知，銅在整個(gè)pH區(qū)中為正電位時(shí)有銅溶出。因此，若把構(gòu)成配線部件等的銅相對于大地恒保持為零電位或負(fù)電位，就能防止銅的溶出。
如本實(shí)施例所示，通過使正極端接地，太陽電池組的電活化部全為負(fù)電位，能夠防止露出的電活化部的配線部件等受侵蝕。
實(shí)施例2作為本發(fā)明的第二實(shí)施例，說明構(gòu)制圖17所示太陽能發(fā)能發(fā)電系統(tǒng)的例子。此實(shí)施例2是以太陽電池組的正極端與負(fù)極端的對地電壓的絕對值之比大致為2∶1處的電路接地的實(shí)施例。
圖17中，1701為太陽電池組、1702為串并聯(lián)連接部件、1703為連接箱、1704為具有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器、1705為接地故障檢測裝置、1706為配電盤、1707為系統(tǒng)(電源系統(tǒng))、1708為負(fù)荷、1709為接地線、1710為漏電斷路器、本實(shí)施例中，太陽電池組如圖17所示為4并聯(lián)的，與具有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器1704連接而連接到系統(tǒng)(電源系統(tǒng))1707。完成了的太陽能發(fā)電系統(tǒng)如上所述采用了非絕緣型的太陽電池，因而與既有的太陽能發(fā)電系統(tǒng)相比可以構(gòu)制成廉價(jià)的系統(tǒng)。下面詳述系統(tǒng)的各個(gè)結(jié)構(gòu)。
太陽電池組此太陽電池組與實(shí)施例1的相同，采用圖11中所示無定形硅系光伏打電池。首先與實(shí)施例1相同，將2片這種太陽電池如圖12串聯(lián)化，然后將圖12A和12B所示的帶臺架的太陽電池1201共6個(gè)按圖1所示串聯(lián)連接。在串聯(lián)連接中采用裸銅帶(厚1mm，寬12mm)。
功率調(diào)節(jié)器本實(shí)施例所用的功率調(diào)節(jié)器1604是高頻變壓器絕緣形式的功率調(diào)節(jié)器。
接地線如圖17所示，將太陽電池串的正極端與負(fù)極端的對地電壓的絕對值之比大致為2∶1處的帶臺架的太陽電池間的銅帶接地。此接地作為D類接地工程，接地電阻為20Ω。接地位置為從正極端起，帶臺架的太陽電池的4爪與5爪之間。
接地故障檢測裝置的設(shè)置作為用于檢測接地故障電流的接地故障檢測裝置1705的直流電流檢測器，設(shè)置于連接電路-大地間的接地線1709之上，其輸出則連接到功率調(diào)節(jié)器內(nèi)設(shè)的接地故障檢測裝置上。
太陽電池-地面間的電阻測定圖16用于概釋帶臺架的太陽電池的太陽電池/地面間的電阻值測定。與實(shí)施例1進(jìn)行同樣的測定后，各太陽電池設(shè)置構(gòu)置構(gòu)造件的太陽電池/地面間的電阻值為650Ω。
漏泄電流值的計(jì)算設(shè)一個(gè)太陽電池的最佳工作電壓V＝1.5(伏)，太陽電池設(shè)置構(gòu)造件上的太陽電池串聯(lián)數(shù)N＝12，一個(gè)太陽電池設(shè)置構(gòu)造件的太陽電池-地面間的電阻值R＝650(Ω)，太陽電池-地面間的漏泄電流Ir[A]。
在太陽電池設(shè)置構(gòu)造件串聯(lián)化而以太陽電池的正極端與負(fù)極端的對地電壓的絕對值之比大致為2∶1處的電路接地后，漏泄電流Ir＝|{8·v/R}+{7·v/R}+…+{2·v/R}+{v/R}+…+{-v/R}+{-2·v/R}+…+{-4·v/R}|＝|(8+7+6+5)×v/R|＝|26·1.5/650|＝0.06(A)由于太陽電池組為4并聯(lián)式的，可以算出總的漏泄電流為0.06×4＝0.24(A)。
接地故障檢測裝置的設(shè)定接地故障檢測裝置1705即直流電流檢測器配置于接地線內(nèi)，將接地故障檢測電流設(shè)定為0.25A(可檢測0.25A以上的接地故障電流)。
漏電斷路器將漏電斷路器1710的漏電檢測電流設(shè)定為30mA。這樣，漏電斷路器的電流設(shè)定值設(shè)定得比接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值低。
由于接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值比漏泄電流計(jì)算值大，故不會由于太陽電池組的漏泄電流導(dǎo)致誤操作，而能由接地故障檢測裝置檢測出接地故障電流。
此外，雖然漏電斷路器的電流設(shè)定值比接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值小，但由于電路內(nèi)設(shè)有絕緣變壓器，漏電斷路器1710就不會由于太陽電池組的漏泄電流而斷開電路。
還由于將接地故障檢測裝置1705設(shè)于太陽電池組的接地線1709之內(nèi)，就能簡單地檢測出太陽電池組1701的接地故障電流。此外，太陽電池組1701是通過絕緣變壓器與設(shè)備側(cè)的電路連接，故不會有接地故障電流流入系統(tǒng)(電源系統(tǒng))，而能有效地避免給設(shè)備以不利影響。
2∶1的接地效果作為本發(fā)明的從要求的規(guī)格中除去電絕緣性能的形式，應(yīng)該考慮的課題是，由于太陽電池組電路與大地之間的絕緣電阻小且太陽電池組的充電電路外露，就必需確保安全性。因此，這種充電部外露型的系統(tǒng)，將設(shè)立除管理人員外其他人不得入內(nèi)的管理區(qū)作為其大前提。除此，本發(fā)明人等還進(jìn)一步探討了作為雙重安全措施的輔助方式，特別重視IEC標(biāo)準(zhǔn)60479-1“電流對人身的影響”。根據(jù)這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，在直流電流下有電流從大體流向人體的上部方向時(shí)，與以這樣2倍的電流從上部流向大地的方向的情形相比，對人體的影響大致相同。這就是說，設(shè)人體電阻為一定時(shí)，當(dāng)立于大地上的人體接觸負(fù)電位則相當(dāng)于此人接觸到這樣2倍的正電位。
本發(fā)明人等注意到上述事實(shí)，將太陽電池組的接地位置確定成可確立最大正電位的絕對值≥最大負(fù)電位的絕對值的關(guān)系，已知這樣就可提高安全性。通過采用本實(shí)施例的接地位置所產(chǎn)生的效果描述于圖19中。
使太陽電池串的電路接地的位置可以是此電池串的負(fù)極-正極端之間的任意位置。相對于大地的電路電位，根據(jù)接地點(diǎn)是與大地同電位的點(diǎn)或是由接地點(diǎn)是接近負(fù)極端還是正極端負(fù)電位或正電位會升高。因此可以說，與接地點(diǎn)的位置無關(guān)，不論是電池串的負(fù)極端或正極端，在電路中都具有最大的對地電壓的絕對值。于是只考慮人體的一部分接觸負(fù)極端與正極端時(shí)流過人體的電流。設(shè)人體的電阻一定，則流過的電流正比于所接觸的電位的大小。這樣，在接觸正極端時(shí)流過的電流如圖19中的實(shí)線所示，當(dāng)正極端接地時(shí)為零，而當(dāng)負(fù)極端接地時(shí)為最大。另一方面如前所述，接觸負(fù)電位時(shí)流過的電流等價(jià)于以其約2倍的電流值在接觸正電位時(shí)流過的情形。因此，從對人體影響的角度考慮，接觸正極端時(shí)流過的電流與接觸負(fù)極端時(shí)流過的電流比較，令后者的電流約2倍時(shí)較好。圖19中所示的虛線是使接觸負(fù)極端時(shí)流過的電流值取2倍時(shí)所標(biāo)繪的。此時(shí)流過的等價(jià)電流在負(fù)極端接地時(shí)為零，在正極端接地時(shí)最大，成為負(fù)極端接地時(shí)接觸正極端情形下的2倍的等價(jià)電流。從圖19可以看到，注意于任意的接地位置接觸到正極端或負(fù)極端時(shí)流過人體的等價(jià)電流大的一方，可以看到，與從中點(diǎn)起在正極端的范圍接地情形相比，從負(fù)極端起于中點(diǎn)的范圍接地的這一方較小。還可以看到于任意的接地位置接觸到正極端或負(fù)極端時(shí)，流過人體的等價(jià)電流大的一方成為最小時(shí)，乃是正極端與負(fù)極端的對地電壓的絕對值大致為2∶1的位置處接地時(shí)(圖19中的“2∶1的位置接地”)。
據(jù)此，如本實(shí)施例所述，通過使太陽電池組的正極端與負(fù)極端的對地電壓的絕對值之比大致為2∶1的位置的電路接地，可以獲得最高的安全性。
實(shí)施例3作為本發(fā)明的第3實(shí)施例，說明構(gòu)制圖18所示太陽能發(fā)能發(fā)電系統(tǒng)的例子。此實(shí)施例3是以太陽電池組的負(fù)極端接地的實(shí)施例。
圖18中，1801為太陽電池組、1802為串并聯(lián)連接部件、1803為連接箱、1804為具有絕緣變壓器的功率調(diào)節(jié)器、1805為接地故障檢測裝置、1086為配電盤、1807為系統(tǒng)(電源系統(tǒng))、1808為負(fù)荷、1809為接地線、1810為漏電斷路器。
本實(shí)施例中以實(shí)施例1的接地位置為負(fù)極端，其余則與實(shí)施例1的相同。下面說明與實(shí)施例1的不同各點(diǎn)。
接地線以負(fù)極端的帶臺架的太陽電池間的銅帶接地。此接地作為D類接地工程，接地電阻為20Ω。
接地故障檢測裝置的設(shè)置作為用于檢測接地故障電流的接地故障檢測裝置1505的直流電流檢測器，設(shè)置于連接電負(fù)極端輸出-大地間的正極接地線1809之上，其輸出則連接到功率調(diào)節(jié)器內(nèi)設(shè)的接地故障檢測裝置上。
太陽電池-地面間的電阻測定。
測定方法與實(shí)施例1的相同，各太陽電池設(shè)置構(gòu)造件的太陽電池/地面間的電阻值為650Ω。
漏泄電流值的計(jì)算設(shè)一個(gè)太陽電池的最佳工作電壓V＝1.5(伏)，太陽電池設(shè)置構(gòu)造件上的太陽電池串聯(lián)數(shù)N＝12，一個(gè)太陽電池設(shè)置構(gòu)造件的太陽電池-地面間的電阻值R＝650(Ω)，太陽電池-地面間的漏泄電流Ir[A]。
在太陽電池設(shè)置構(gòu)造件串聯(lián)化而以正極端接地后。
Ir＝|{N·v/R}+{(N-1)v/R}+{(N-2)v/R}+…+{2v/R}+{-v/R}|＝|v·N·(N+1)/2R|＝|1.5×12×13/(2×650)|＝0.18(A)由于太陽電池組為4并聯(lián)式的-可以算出總的漏泄電流為0.18×4＝0.72(A)。
接地故障檢測裝置的設(shè)定接地故障檢測裝置1805即直流電流檢測器配置于正極端-大地間的接地線內(nèi)，將接地故障檢測電流設(shè)定為0.75A(可檢測0.75A以上的接地故障電流)。
漏電斷路器將漏電斷路器1810的漏電檢測電流設(shè)定為30mA。這樣，漏電斷路器的電流設(shè)定值設(shè)定得比接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值低。
由于接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值比漏泄電流計(jì)算值大，故不會由于太陽電池組的漏泄電流導(dǎo)致誤操作，而能由接地故障檢測裝置檢測出接地故障電流。
此外，雖然漏電斷路器的電流設(shè)定值比接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值小，但由于電路內(nèi)設(shè)有絕緣變壓器，漏電斷路器1810就不會由于太陽電池組的漏泄電流而斷開電路。
還由于將接地故障檢測裝置1810設(shè)于太陽電池組的接地線1809之內(nèi)，就能簡單地檢測出太陽電池組1801的接地故障電流。此外，太陽電池組1801是通過絕緣變壓器與設(shè)備側(cè)的電路連接，故不會有接地故障電流流入系統(tǒng)(電源系統(tǒng))，能有效地避免給設(shè)備以不利影響。
負(fù)極端接地的效果通過使負(fù)極端接地，與實(shí)施例2中所述的相同，注意于任意的接地位置接觸正極端或負(fù)極端時(shí)流過人體電流的等價(jià)電流大的一方，則與從中點(diǎn)起在正極端的范圍接地情形相比，從負(fù)極端起于中點(diǎn)的范圍接地的這一方較小。通過使負(fù)極端接地，由于太陽電池組的電路全為正電位，可以提高安全性。
根據(jù)本發(fā)明的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，盡管將接地故障檢測裝置的電流設(shè)定值設(shè)定成大于漏電斷路器的電流設(shè)定值，即使是發(fā)生了超過漏電斷路器的電流設(shè)定值的太陽電池組的漏泄電流，也能防止跌落漏電斷路器而得以避免由于太陽電池組的漏泄電流導(dǎo)致的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的誤操作。
權(quán)利要求
1.一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括具有多個(gè)由配線部件相互電連的太陽電池元件的太陽電池組；將此太陽電池組的輸出變換為交流電功率的功率調(diào)節(jié)器；設(shè)置在上述太陽電池組與系統(tǒng)電源之間的絕緣變壓器；設(shè)于上述功率調(diào)節(jié)器與上述系統(tǒng)電源之間的漏電斷路器；檢測上述太陽電池組的接地故障的接地故障檢測裝置，其中上述多個(gè)太陽電池元件的電活化部與前述配線部件的電活化部至少之一的一部分露出到外部，上述太陽電池組的電路接地而上述接地故障檢測裝置設(shè)于接地電路中，此接地故障檢測裝置判斷為接地故障時(shí)的電流設(shè)定值大于上述漏電斷路器斷路的電流設(shè)定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中在濕潤狀態(tài)下由上述太陽電池組工作時(shí)形成的前述電活化部至大地的電流路徑上有漏泄電流Ir[A]流過時(shí)，使上述接地故障裝置的電流設(shè)定值比Ir大而上述漏電斷路器的電流設(shè)定值則比Ir小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中太陽電池組的正極端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中太陽電池組的負(fù)極端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中在此太陽電池組的正極端的對地電壓與負(fù)極端的對地電壓的絕對值之比大致為2∶1處使電路接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述太陽電池元件具有光電變換層、設(shè)于此光電變換層受光面?zhèn)鹊募婋姌O、表面配線部件與包覆材料，而此集電電極或表面配線部件的一部分則具有不為該包覆材料包覆的露出部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述包覆材料是通過涂層形成的樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述多個(gè)太陽電池元件的受光面?zhèn)人O(shè)的電極與配線配件至少其中之一的一部分未收置于太陽電池外圍件中。
9.權(quán)利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述太陽電池組設(shè)置于支承件上。
10.權(quán)利要求9所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中所述支承件是混凝土臺架。
全文摘要
太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中露出有電活化部的太陽電池組經(jīng)絕緣變壓器與電源系統(tǒng)相連，在太陽電池組與電源間設(shè)有漏電斷路器，而在太陽電池組接地的電路中設(shè)有接地故障檢測裝置。使此漏電斷路器截?cái)嗟碾娏髟O(shè)定值小于接地故障檢測裝置判斷故障時(shí)的電流設(shè)定值，可防漏泄電流致此檢測裝置屢屢起動(dòng)致不必要地讓此發(fā)電系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。而借助于上述絕緣變壓器則能防止漏泄電流致以此斷路器工作而中斷給負(fù)荷供電。這樣可簡化耐環(huán)境的與絕緣包覆，降低系統(tǒng)成本。
文檔編號H01L31/048GK1404212SQ02141440
公開日2003年3月19日 申請日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月30日
發(fā)明者牧田英久, 高林明治, 三村敏彥, 松下正明, 向井隆昭, 糸山誠紀(jì) 申請人:佳能株式會社