CN101707909B - 太阳能电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明中的太阳能电池模块(1)包括：受光面保护部件(11)、在受光面保护部件(11)的背面侧配置的背面保护部件(14)、在受光面保护部件(11)和背面保护部件(14)之间密封的多个太阳能电池单元。背面保护部件(14)的平面形状比受光面保护部件(11)大。此外，背面保护部件(14)对于来自外部的负荷的位移量小于受光面保护部件(11)的位移量，或具有比受光面保护部件(11)更大的耐冲击强度。
Description
技术领域
本发明涉及包括受光面保护部件和背面保护部件的太阳能电池，模块。
背景技术
太阳能电池能够将来自作为清洁且取之不尽的能量源的太阳的光直接转换为电，因此作为新的能量源被寄予期待。作为这样的太阳能电池，以非晶质硅类半导体、微晶硅类半导体或CuInSe等的薄膜半导体材料为主体的薄膜太阳能电池的开发正在进行。
作为薄膜太阳能电池的一例，对使用非晶质硅类薄膜太阳能电池的现有的太阳能电池模块的结构参照图1进行说明(例如，参照日本特开平11-135811号公报)
太阳能电池模块100包括：受光面保护部件101，太阳能电池层102，EVA、PVB等的树脂材料103，背面保护部件104。受光面保护部件101由玻璃板、通过热CVD法在玻璃板上形成的SnO2(透明导电膜)层构成。太阳能电池层102是在SnO2层上形成的所谓集成型太阳能电池。太阳能电池层102由具有以非晶质硅类半导体为主体的pin结构的半导体层和在半导体层上形成的背面电极构成。这样的太阳能电池层102在受光面保护部件101和背面保护部件104之间，通过树脂材料103密封。背面保护部件104由玻璃板、金属板、树脂薄膜等构成。
在此，构成受光面保护部件101的玻璃板，具有脆且易碎裂的性质，因此有必要提高玻璃板的强度。为了提高玻璃板的强度，能够考虑到的方法包括缩小玻璃板的面积、或增大玻璃板的厚度等。但是，如果缩小玻璃板的面积，则将妨碍太阳能电池模块100的高输出化。而且，如果增大玻璃板的厚度，则太阳能电池模块100的总重量增加。
此外，公开了在玻璃板上形成SnO2层之后，通过对玻璃板实施强化加工提高玻璃板的强度而不增大玻璃板的厚度的技术(参照日本专利第2615147号公报)。
发明内容
在现有技术中，考虑到通过提高把持太阳能电池模块100的框体105的强度使得受光面保护部件101的位移减小、防止太阳能电池模块100破损的方法。但是，示出了太阳能电池模块100中、由框体105把持的部分中有特点的破损。
在图2中，示意地表示了对由框体105把持的太阳能电池模块100施加外力F时把持部分的情况。如图2所示，受光面保护部件101和背面保护部件104，因为是能够耐受规定的位移的设计，因此即使发生位移x也不会被破坏。但是，如果结合若干因素而超过粘接材料106的缓冲效果所能达到的容许范围时，受光面保护部件101和背面保护部件104因为与框体105的端部105a、105b接触，受光面保护部件101和背面保护部件104破损。此外，同样地，受光面保护部件101的端部101a、背面保护部件104的端部104a也会与框体105的内壁接触而破损。
此外，例如也有根据使用者的需求在制造阶段在不安装框架的状态下出厂的情况(图3)。对于这样的无框架模块，即使严密捆包，太阳能电池模块100的角部分，特别是位于上表面侧的受光面保护部件101的角部分(图3，W1、W2)，在搬运时破损的可能性非常高。
在此，本发明以提供能够抑制破损发生的太阳能电池模块为目的。
为了达到上述目的，本发明的一个特征主旨在于，包括：透光性的受光面保护部件，具有受光面和设置在受光面的相反侧的背面；背面保护部件，配置在受光面保护部件的背面侧；和多个太阳能电池单元，密封在受光面保护部件和背面保护部件之间，背面保护部件的平面形状比受光面保护部件大，对于来自外部的负荷的位移量比受光面保护部件的位移量小。
此外，本发明的一个特征主旨在于，包括：透光性的受光面保护部件，具有受光面和设置在受光面的相反侧的背面；背面保护部件，配置在受光面保护部件的背面侧；和多个太阳能电池单元，密封在受光面保护部件和背面保护部件之间，背面保护部件的平面形状比受光面保护部件大，且具有比受光面保护部件大的耐冲击强度。
本发明的一个特征中，背面保护部件也可以是玻璃。
本发明的一个特征中，也可以在与受光面保护部件的受光面大致平行的投影面上，背面保护部件中不与受光面保护部件重叠的部分由框体把持。
本发明的一个特征中，受光面保护部件比框体的内径尺寸小也可以。
本发明的一个特征中，受光面保护部件的受光面和与受光面相连的端面之间的角部被树脂材料覆盖也可以。
附图说明
图1是现有的太阳能电池模块的剖视图。
图2是现有的太阳能电池模块的利用框体的把持部的放大图。
图3是现有的无框架结构的太阳能电池模块的剖视图。
图4是本发明的实施方式的太阳能电池模块的剖视图。
图5是本发明的实施方式的无框架结构的太阳能电池模块的剖视图。
图6是本发明的实施方式的太阳能电池模块的从入射侧观察的外观俯视图。
图7是本发明的实施方式的太阳能电池模块的剖视图。
图8是本发明的实施方式的太阳能电池模块的从入射侧观察的外观俯视图。
图9是本发明的实施方式的太阳能电池模块的剖视图。
图10是本发明的实施方式的太阳能电池模块的剖视图。
具体实施方式
以下，使用附图，对本发明的实施方式进行说明。在附图的记载中，对相同或类似的部分，标记相同或类似的符号。但应该留意，附图是示意的，各尺寸的比例等与现实物体不同。由此，具体的尺寸等应该参照以下的说明进行判断。此外，附图相互间的尺寸的关系和比例不同的部分也被包括在其中，这是不言而喻的。
(第一实施方式)
作为本发明的实施方式对所示的太阳能电池模块使用图4至图7进行说明。
如图4所示，太阳能电池模块1中，受光面保护部件11上形成有太阳能电池层12。受光面保护部件11具有受光面和设置在受光面的相反侧的背面。
受光面保护部件11的受光面由玻璃板(例如，青板玻璃)形成。受光面保护部件11的背面，由在玻璃板上通过热CVD法形成的SnO2(氧化锡)层所形成。SnO2层起到透明电极的功能。
太阳能电池层12形成于受光面保护部件11的背面(SnO2层)上。太阳能电池层12由在SnO2层上形成的半导体层和在半导体层上形成的背面电极构成。半导体层具有例如以非晶质硅类半导体、微晶硅类半导体等为主体的1个以上的半导体pin结。半导体层是通过溅射法或CVD法等形成的。本实施方式的半导体层是通过将具有以非晶质硅类半导体为主体的半导体pin结的第一半导体层、具有以微晶硅类半导体为主体的半导体pin结的第二半导体层按顺序层积而形成的。形成半导体层时的等离子体CVD法的成膜条件的一例在表1中表示。
[表1]
CVD条件表
| 层 | 基板温度(℃) | 气体流量(sccm) | 反应压力(Pa) | RF能量(W) | 膜厚(nm) |
| P层 | 180 | SiH4：300CH4：300H2：2000B2H6：3 | 106 | 10 | 10 |
| I层 | 200 | SiH4：300H2：2000 | 106 | 20 | 300 |
| N层 | 180 | SiH4：300H2：2000PH3：5 | 133 | 20 | 20 |
| P层 | 180 | SiH4：10H2：2000B2H6：3 | 106 | 10 | 10 |
| I层 | 200 | SiH4：100H2：2000 | 133 | 20 | 2000 |
| N层 | 200 | SiH4：10H2：2000PH3：5 | 133 | 20 | 20 |
此外，太阳能电池层12中的背面电极，由在半导体层上(在本实施方式中是第二半导体层上)层积的ITO层、ZnO层等的透光性导电层以及Al、Ag等的具有光反射性的金属层构成。
太阳能电池层12用公知的激光图形法分割成多个太阳电池单元。多个太阳能电池单元相互间电串联连接，由此形成所谓的集成型太阳能电池结构。
在此，对本实施方式的太阳能电池模块1的制造方法的一例进行说明。首先，在受光面保护部件11上形成上述太阳能电池层12。接着，通过将比受光面保护部件11的尺寸大的背面保护部件14、EVA等的填充材料13、太阳能电池层12以及受光面保护部件11按顺序层积而形成层积体。其后，通过层压装置将层积体一体化。在此处理之后，安装端子盒(图中未表示)，以取出电输出。最后，以通过硅等的粘接材料16把持背面保护部件14的方式安装框体15。在此情况下，在受光面保护部件11和框体15之间填充密封材料17。
在此，本实施方式的背面保护部件14，比受光面保护部件11的尺寸大。而且，背面保护部件14对于来自外部的负荷的位移量比受光面保护部件11的位移量小。而且，背面保护部件14，具有比受光面保护部件11大的耐冲击强度。例如，作为背面保护部件14，能够使用每1边的长度比受光面保护部件11大20mm程度的透光性的青板(钠钙)强化玻璃。如图4所示，背面保护部件14的端部由框体15把持。关于背面保护部件14和受光面保护部件11的结构在后面叙述。
作为填充材料13，能够将EVA、PVB、丁基橡胶、乙烯丙烯酸乙酯共聚树脂等的乙烯类树脂、有机硅、聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂、环氧树脂等的树脂材料以单体使用或组合使用。
能够使用铝框架等作为框体15，但不仅限定于此。
此外，作为粘接材料16，能够将有机硅、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氨酯树脂、纤维素醋酸酯、酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸类树脂、丁基橡胶等的树脂材料以单体使用或组合使用。而且，粘接剂16是一般的橡胶、烯烃类的热可塑性弹性体也可以，只要是不会引起太阳能电池模块1从框体15脱落或施加负荷时损坏的材料即可。
而且，作为密封材料17，能够将有机硅、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氨酯树脂、纤维素醋酸酯、酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸类树脂、丁基橡胶等的树脂材料以单体使用或组合使用。
图5表示太阳能电池模块1安装框体15前的状态。背面保护部件14的平面形状比受光面保护部件11的平面形状大。因此，在与受光面保护部件11的受光面大致平行的投影面上，背面保护部件14的外周，位于受光面保护部件11的外周的外侧。即，位移量比构成受光面保护部件11的玻璃板小、且耐冲击强度大的背面保护部件14形成太阳能电池模块1的外周。
而且，图6是从受光面保护部件11的受光面侧观察本实施方式的太阳能电池模块1的俯视图。如图6所示，受光面保护部件11不进入框体15的内侧，与框体15不接触。因此，受光面保护部件11的端部，不被框体15覆盖。
(负荷试验)
按照IEC 61215 10.16中规定的太阳能电池的机械负荷实验对具有图4所示结构的太阳能电池模块1、和如图1所示的结构的太阳能电池模块100的强度进行测定。具体地，对约1m见方的太阳能电池模块(试验对象有5个)，施加2400Pa的负荷。结果，对于现有结构的太阳能电池模块100，可以确认5个试验对象全部破损。相对于此，具有图4所示结构的太阳能电池模块1，5个实验对象均未观察到破损情况。
得到这样的结果是由于下面的原因。即，本实施方式中，作为背面保护部件14，使用了比作为受光面保护部件11使用的玻璃板大一圈、且对于负荷的位移量小的强化玻璃。而且，在本实施方式中，仅背面保护部件14被框体15把持。结果，能够减小整个太阳能电池模块1对于负荷的位移量，因此能够抑制太阳能电池模块1的破损。
(作用·效果)
本实施方式的太阳能电池模块1中，背面保护部件14的平面形状比受光面保护部件11的平面形状大。
因此，通过使框体15把持背面保护部件14的端部，能够支承太阳能电池模块1。因此，太阳能电池模块1弯曲时，由于受光面保护部件11的端部和框体15接触发生的受光面保护部件11的破损能够被抑制。
而且，太阳能电池模块1在不安装于框体15中的状态下进行搬运时，由于受光面保护部件11的端部受到冲击引起的破损能够被抑制。
而且，与使框体15把持受光面保护部件11和背面保护部件14的情况相比，能够使用平面形状小的受光面保护部件11。因此，能够减低太阳能电池模块1的制造成本。一般地，形成有透明电极(SnO2层)的玻璃板是昂贵的，因此减小受光面保护部件11的平面形状是特别有效果的。
而且，本实施方式的太阳能电池模块1，背面保护部件14对于来自外部的负荷的位移量，比受光面保护部件11小。即，能够将受光面保护部件11对于来自外部的负荷的位移量，抑制为背面保护部件14对于来自外部的负荷的位移量。因此，能够减小受光面保护部件11的厚度，因此能够减低太阳能电池模块1的制造成本。而且，在使框体15把持背面保护部件14的端部时，由于背面保护部件14的端部和框体15接触而发生的背面保护部件14的破损能够被抑制。
而且，本实施方式的太阳能电池模块1，其背面保护部件14的耐冲击强度比受光面保护部件11大。因此，在太阳能电池模块1不安装于框体15中的状态下进行搬运时，由于背面保护部件14的端部受到冲击引起的破损能够被抑制。而且，即使背面保护部件14的强度相对较大，框体15的强度相对较小，背面保护部件14和框体15的复合体的强度也能被维持。因此，能够减小框体15的强度，即，将框体15形成为简易的结构，因此能够降低太阳能电池模块1的制造成本。
而且，本实施方式中，背面保护部件14是具有透光性的玻璃部件。因此，作为多个太阳能电池单元(太阳能电池层12)，能够使用所谓的两面受光型的太阳能电池单元。
而且，本实施方式中，受光面保护部件11的平面形状，比框体15的内径尺寸小。因此，受光面保护部件上形成的太阳能电池层12的端部不进入框体15的内侧。因此，能够利用太阳能电池层12的大致整个面进行发电。因此，与太阳能电池12的端部进入框体15的内侧的情况相比，太阳能电池层12的利用效率能够得到提高。
(第二实施方式)
接着，参照附图对本发明的第二实施方式进行说明。
图7所示的太阳能电池模块2，作为背面保护部件14具备1边长度比受光面保护部件11长的青板(钠钙)强化玻璃。太阳能电池模块2在背面保护部件14上将EVA等的填充材料13和形成有太阳能电池层12的受光面保护部件11按顺序层积，通过层压装置一体化。并且，框体15通过粘接材料16把持背面保护部件14的端部。太阳能电池模块2中，受光面保护部件11和框体15之间填充有密封材料17。密封材料17覆盖受光面保护部件11的端部。
在此，受光面保护部件11的端部，至少包含受光面保护部件11的受光面侧的主面11a的端部、与主面11a相连的端面11b、主面11a和端面11b之间的角部11c。
图8表示从受光面保护部件11的主面11a侧观察太阳能电池模块2的俯视图。如图8所示，受光面保护部件11的端部11c，在框体15的内侧，被密封材料17覆盖。因此，受光面保护部件11，从主面11a的外周朝向受光面保护部件11的中央部分规定宽度的内侧区域S被密封材料17覆盖。但是，在此情况下，密封材料17，优选从受光面侧观察不与太阳能电池层12重叠。
作为填充材料13、粘接材料16、密封材料17，能够使用前面所述树脂材料。粘接材料16和密封材料17使用同一材料也可以。
在此，例如，将EVA等透气性高的材料用作填充材料13的情况下，作为密封材料17，优选上述树脂材料中相对来说透气性低的丁基橡胶。通过使EVA不露出于外部环境，能够提高防止水分等的侵入的效果。
(作用·效果)
本实施方式的太阳能电池模块2中，受光面保护部件11的角部11c被密封材料17覆盖。即，容易受到损伤的受光面保护部件11的角部11c被树脂材料保护。因此，能够进一步抑制由于向受光面保护部件11的角部11c施加冲击引起的角部11c的破损。
(第二实施方式的变形例)
接着，参照附图对第二实施方式的变形例进行说明。
图9所示的太阳能电池模块3中，受光面保护部件11的端面11b和填充材料13的端面13b被密封材料17保护。而且，用于将背面保护部件14粘接于框体15的粘接材料16，覆盖受光面保护部件14的端部11c。即，太阳能电池模块3中，受光面保护部件11的角部11c被粘接剂16覆盖。与图7、图8所示的太阳能电池模块2同样地，优选覆盖区域S(参照图8)的粘接材料16不与太阳能电池层12重叠。
作为填充材料13、粘接材料16、密封材料17，能够使用前面所述的树脂材料。粘接材料16和密封材料17使用同一材料也可以。
(作用·效果)
本实施方式的太阳能电池模块3中，受光面保护部件11的角部11c被粘接剂16覆盖。即，容易受到损伤的受光面保护部件11的角部11c被树脂材料保护。因此，能够进一步抑制由于向受光面保护部件11的角部11c施加冲击引起的角部11c的破损。
(第3实施方式)
图10所示的太阳能电池模块4中，特征是框体15具有保护受光面保护部件11的端部的保护部15a。但是，框体15被形成为把持背面保护部件14的结构，保护部15a实质上没有把持受光面保护部件11。受光面保护部件11和框体15之间，填充有密封材料17。密封材料17覆盖受光面保护部件11的角部11c。
在此，框体15的保护部15a，优选从受光面保护部件11的受光面侧观察不与太阳能电池层12重叠。
作为填充材料13、粘接材料16、密封材料17，能够使用前面所述的树脂材料。粘接材料16和密封材料17使用同一材料也可以。
(作用·效果)
本实施方式的太阳能电池模块4中，受光面保护部件11的角部11c，被设置于框体15的保护部15a保护。而且，角部11c被密封材料17覆盖。如此，受光面保护部件11的角部11c，被保护部15a和密封材料17保护，因此，能够进一步抑制由于施加冲击引起的角部11c的破损。
(第3实施方式的变形例)
图10所示的太阳能电池模块4中，基于图7所示的太阳能电池模块2的结构进行了说明，也能够形成为参照图9所示的太阳能电池模块3的结构。具体地，也可以用密封材料17保护受光面保护部件11的端面11b和填充材料13的端面13b。而且，用于对把持背面保护部件14的框体15进行固定的粘接材料16埋设于框体15的保护部15a和受光面保护部件14的外缘部之间也可以。
(其他的实施方式)
以上说明的实施方式中，使用青板玻璃作为受光面保护部件11，使用青板强化玻璃作为背面保护部件14，但本发明中，并不限定于此结构。
例如，本发明中，只要是比受光面保护部件11强度高的材料，就能够应用为背面保护部件14。对强度的评价，例如能够通过IEC 6121510.17中规定的降雹试验求得的冲击强度进行。例如，使用青板玻璃作为受光面保护部件11的情况下，背面保护部件也能够使用SUS板等的金属板、纤维强化塑料等。
而且，本发明中，作为背面保护部件14只要是对于负荷的位移量比受光面保护部件11小的材料，就能够在本实施方式中不受限定地使用。例如，能够将SUS板等的金属板、纤维强化塑料等作为背面保护部件14使用。而且，通过增加加强筋(rib)等方法具有能抑制位移量的结构的塑料等也能够作为背面保护部件14应用。
而且，本发明，不仅限于使用薄膜太阳能电池的太阳能电池模块，还能够应用于由多种太阳能电池所构成的太阳能电池模块，如使用了单晶硅晶片的太阳能电池、使用了多晶硅晶片的太阳能电池等。
此外，日本专利申请第2007-112266号(2007年4月20日申请)和日本专利申请第2007-228151号(2007年9月3日申请)的全部内容，以参照的方式，组合在本申请说明书中。
产业上的可利用性
如以上这样，利用本发明，能够提供能抑制破损发生的太阳能电池模块，因此在太阳光发电领域中有用。
Claims (5)
1.一种太阳能电池模块，其特征在于，包括：
透光性的受光面保护部件，具有受光面和设置在所述受光面的相反侧的背面；
背面保护部件，配置在所述受光面保护部件的所述背面侧；和
多个太阳能电池单元，密封在所述受光面保护部件和所述背面保护部件之间，
所述背面保护部件的平面形状比所述受光面保护部件大，对于来自外部的负荷的位移量比所述受光面保护部件的位移量小，
在与所述受光面保护部件的所述受光面大致平行的投影面上，所述背面保护部件中不与所述受光面保护部件重叠的部分由框体把持。
2.一种太阳能电池模块，其特征在于，包括：
透光性的受光面保护部件，具有受光面和设置在所述受光面的相反侧的背面；
背面保护部件，配置在所述受光面保护部件的所述背面侧；和
多个太阳能电池单元，密封在所述受光面保护部件和所述背面保护部件之间，
所述背面保护部件的平面形状比所述受光面保护部件大，且具有比所述受光面保护部件大的耐冲击强度，
在与所述受光面保护部件的所述受光面大致平行的投影面上，所述背面保护部件中不与所述受光面保护部件重叠的部分由框体把持。
3.如权利要求1或2中所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述背面保护部件是玻璃。
4.如权利要求1或2中所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述受光面保护部件，比所述框体的内径尺寸小。
5.如权利要求4中所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述受光面保护部件的所述受光面和与所述受光面相连的端面之间的角部被树脂材料覆盖。
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