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DEVICE AND METHOD FOR RECOVERING PERFORMANCE DETERIORATION OF SOLAR BATTERY commons

Patent code P170014582
File No. GI-H29-14
Posted date Sep 13, 2017
Application number P2017-164885
Publication number P2019-047547A
Date of filing Aug 29, 2017
Date of publication of application Mar 22, 2019
Inventor
  • (In Japanese)吉田 弘樹
  • (In Japanese)野々村 修一
  • (In Japanese)大橋 史隆
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岐阜大学
Title DEVICE AND METHOD FOR RECOVERING PERFORMANCE DETERIORATION OF SOLAR BATTERY commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for recovering output of a module of which the output is reduced by a PID phenomenon, the method being capable of performing processing in a state where an existing solar battery module is grounded.
SOLUTION: The present invention relates to a recovery device for a deteriorated solar battery configured to recover deterioration of power generation efficiency. The recovery device comprises a power source which applies an inverse voltage of which the peak voltage is set within a range from -3 to -20 V, to a clearance gap between electrodes of a solar battery cell. The recovery device is characterized in increasing the voltage in a continuous or stepwise manner until reaching the peak voltage, decreasing or stopping the application voltage after reaching the peak voltage, and repeating the increase/decrease of the voltage thereafter.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

太陽光発電システムは、設置後十年前後でようやく設置コストの回収ができると言われており、長期間の安定した出力が求められている。しかし太陽光発電で先行するヨーロッパ等では、PID現象とよばれる太陽電池モジュールシステムの性能劣化が発生するという問題が報告されている。PID現象とは、太陽電池モジュール内部回路で電荷の分極が生じ、セル内部での電子の移動が妨げられることで出力の著しい低下が起こる現象である。

PID現象は、高電圧化した太陽光発電設備において、接地されたフレームと太陽電池モジュール内部回路との間に大きな電位差が発生するようになり、これに湿度、温度等の外部要因が作用し、或いはモジュールに用いられるガラス基板などからのアルカリ金属イオンが拡散して、モジュールの内部回路とフレーム間に漏れ電流が生じることが原因といわれている。

ここで本明細書における用語について以下のように定義する。太陽電池の基本単位で太陽電池素子そのものを太陽電池セルといい、このセルを必要枚数配列して、屋外で利用できるように樹脂や強化ガラスなどで保護し、パッケージ化したものを太陽電池パネルという。また太陽電池パネルを複数枚並べて接続したものを太陽電池モジュールという。太陽電池セル単位でみると、該セルの一部分に前記の劣化現象が発生し、それが太陽電池パネル一枚の性能劣化へとつながり、さらに太陽電池モジュールを構成する直列に接続された太陽電池パネルのうち、一枚でもこのような性能劣化を起こすと、システム全体の発電効率の低下を招いてしまう。

このようなPID現象を抑制する方法として種々の提案がなされている。例えば、所定レベル以上の高い絶縁性を有する太陽電池用封止膜を利用するもの(特許文献1)、環状オレフィン系樹脂のフィルムと、エチレン・α-オレフィンゴム共重合体(A)とエチレン・アクリル酸共重合体(B)を所定の配合比でブレンドした組成物に有機過酸化物課教材を含む材料でモジュールを封止するもの(特許文献2)、エチレン・極性モノマー共重合体と、シランカップリング剤と、ヒンダードアミン系光安定剤を含む封止用樹脂を提供するもの(特許文献3)などがある。これらの技術は、封止膜により結晶シリコン等のセルを保護しようとするものである。

また、太陽光発電システムに使用する電力変換装置に絶縁トランスを追加し、かつ負極に接地することによりPIDの発生を防止する方法(特許文献4)や、太陽電池モジュールとパワーコンディショナの間に出力低下予防回復装置と発電回路との切り替え手段を設けて、太陽電池モジュール内部に正電圧を印加する電源と前記モジュールを接地する接地手段を備えた装置(特許文献5)などの提案もある。これらの技術はPID現象を効果的に抑制するものではあるが、既に設置済みの太陽電池モジュールに適用することは困難である。

一方、既設の太陽電池モジュールの劣化を回復する手段として、例えば40℃で1000Vの電圧を100時間かけることでPIDを起こさせたのち、逆の電圧を同温度、同時間かけることでPIDが回復したという結果(非特許文献1)や、600Vの逆電圧あるいは250℃で2.5時間の処理により回復するという報告(非特許文献2)がある。これらの方法によれば回復可能であるかも知れないが、太陽電池モジュールを再利用する場合のように、一旦設備を分解するなどして回収することが必要となる。

なお、一定期間使用された太陽電池パネルについて出力を回復するための補修装置として、直流通電により太陽電池パネルに発生した発熱箇所を赤外線カメラで撮影・解析し、レーザーを照射して加熱する方法(特許文献6)があるが、熱疲労によるはんだクラックにより出力低下した太陽電池パネルの回復手段に関するものであり、同じ手法がPIDの回復に適用できるか否かは不明である。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、太陽光発電システム設置後のPID(potential-induced degradation)現象などによる出力低下を回復する装置およびそれを用いた回復方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
太陽電池セルの電極間に対して、最高電圧が-3~-20Vの範囲で設定された逆電圧を印加する電源を有し、最高電圧に到達するまで連続的又は段階的に電圧を上げるとともに、最高電圧に到達した後は、印加電圧を下げる又は停止し、以後前記電圧の上昇・降下(又は停止)を繰り返すことを特徴とする、発電効率の劣化を回復する劣化太陽電池の回復装置。

【請求項2】
 
劣化太陽電池の効率を回復する方法であって、
(1)太陽電池モジュールを構成する太陽電池パネル間の接続を解放し、各パネルに並列に接続されているダイオードに対する電気的回路を遮断するステップ、
(2)請求項1に記載の回復装置を、前記太陽電池パネルのプラス電極にマイナスの電位を、マイナス電極にプラスの電位を接続するステップ、
(3)前記太陽電池セルに対して最大印加電圧(-3~-20Vの範囲に設定)になるまで連続的或いは段階的に電圧を上げつつ通電し、逆方向の電圧を印加するステップ、
(4)前記最大印加電圧に達した後は、速やかに通電を停止するか又は電圧を降下させるステップ、
(5)前記(3)及び(4)を複数回繰り返すステップ、を含むことを特徴とする劣化太陽電池の回復方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017164885thum.jpg
State of application right Published
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