CN102132417A - 太阳能电池模块 - Google Patents
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Abstract
在太阳能电池模块(100)中，配线件(11)具有形成于太阳能电池(10)间的第一弯曲部(11A)和第二弯曲部(11B)。与中立面(N)的间隔大的第二弯曲部(11B)具有比第一弯曲部(11A)大的曲率半径。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括利用配线件相互连接的多个太阳能电池的太阳能电池模块。
背景技术
由于太阳能电池能够将清洁且无限供应的太阳光能量直接转换成电能，因此，作为新能源被寄予期望。
一般情况下，每一片太阳能电池的输出为数W左右。因此，在使用太阳能电池作为家庭、大厦等的电源使用的情况下，使用通过连接多个太阳能电池来提高输出的太阳能电池模块。
多个太阳能电池沿着排列方向排列。多个太阳能电池利用配线件相互电连接。具体而言，配线件在一个太阳能电池的受光面上和与一个太阳能电池相邻的另一太阳能电池的背面上沿着排列方向配置。因此，配线件在一个太阳能电池的受光面上和另一太阳能电池的背面上之间被弯曲两次，于是形成两个弯曲部。
但是，在太阳能电池模块的制造工艺中存在以下问题，在太阳能电池的端部与配线件接触的情况下，应力集中于太阳能电池的端部，这样就会在太阳能电池的端部产生裂纹、缺损。
因此，一种在一个太阳能电池和另一太阳能电池之间，将配线件弯曲三次以上的方法(参照专利文献1)被提出。根据该方法，通过扩展配线件，能够抑制应力集中于太阳能电池的端部的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-191125号公报
发明内容
此处，一般情况下，太阳能电池模块具有平板形状，并且沿着屋顶等的表面配置。因此，有时太阳能电池模块会受到风的影响而整体挠曲(弯曲)。具体来讲，在风朝着太阳能电池模块吹时，太阳能电池模块的中央部向下方凹陷。在风沿着太阳能电池模块刮过(穿过)时，太阳能电池模块的中央部向上方膨胀。
这样，太阳能电池模块整体向上下挠曲，因此多个太阳能电池彼此的间隔反复变化，所以配线件反复伸缩。其结果是，配线件的弯曲部有可能受到损伤。
本发明鉴于上述情况而产生的，其目的在于，提供一种抑制配线件的弯曲部的损伤的太阳能电池模块。
具有本发明的特征的太阳能电池模块的要点在于，其为一种具备密封在受光面(光接收面)侧保护件与背面侧保护件之间、且由配线件电连接的第一太阳能电池和第二太阳能电池的太阳能电池模块，第一太阳能电池和第二太阳能电池各自具有：与受光面侧保护件相对的受光面；和设置在受光面的相反侧、与背面侧保护件相对的背面，配线件按照从第一太阳能电池的受光面上跨至第二太阳能电池的所述上的方式配置，配线件具有形成在第一太阳能电池与第二太阳能电池之间的两个弯曲部，在两个弯曲部中，与中立面的间隔大的一个弯曲部的曲率半径比另一个弯曲部的曲率半径大。
中立面是不会产生对应于受光面侧保护件和背面侧保护件的挠曲的拉伸应力和压缩应力的面。
根据具有本发明的特征的太阳能电池模块，配线件在远离中立面的位置被平缓地弯曲。即，在配线件中，在受光面侧保护件和背面侧保护件向上下挠曲的情况下容易承受大的应力的部分被平缓地弯曲。因此，在另一个弯曲部中，能够抑制配线件受到损伤的情况。
具有本发明特征的太阳能电池模块的要点在于，其具备密封在玻璃基板与背面膜之间、且由配线件电连接的第一太阳能电池和第二太阳能电池，第一太阳能电池和第二太阳能电池各自具有与玻璃基板相对的受光面；和设置在受光面的相反侧、与背面膜相对的背面，配线件按照从第一太阳能电池的受光面上跨至第二太阳能电池的背面上的方式配置，配线件具有形成在第一太阳能电池与第二太阳能电池之间的两个弯曲部，在两个弯曲部中，与玻璃基板的间隔大的一个弯曲部的曲率半径比另一个弯曲部的曲率半径大。
具有本发明的特征的太阳能电池模块的要点在于，通过利用树脂粘接剂粘接上述配线件，上述第一太阳能电池与上述第二太阳能电池连接。根据本发明，能够提供一种能提高转换效率的太阳能电池模块。
附图说明
图1是本发明的实施方式的太阳能电池模块100的侧面图。
图2是本发明的实施方式的太阳能电池10的平面图。
图3是本发明的实施方式的太阳能电池串1的平面图。
图4是图3的A-A线的截面图。
图5是用于说明本发明的实施方式的太阳能电池模块100的制造方法的附图。
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图中，在相同或类似的部分标注相同或类似的符号。但是，应该注意的一点是，附图仅是示意图，各个尺寸的比例等与实际尺寸不同。因此，具体的尺寸等应参照以下的说明来判断。另外，当然，在附图相互之间也包括相互的尺寸关系、比例不同的部分。
(太阳能电池模块的结构)
参照附图，对本发明的实施方式的太阳能电池模块的结构进行说明。图1是实施方式的太阳能电池模块100的侧面图。图2是实施方式的太阳能电池10的平面图。
如图1所示，太阳能电池模块100包括：太阳能电池串1、受光面侧保护件2、背面侧保护件3和密封件4。
太阳能电池串1在受光面侧保护件2和背面侧保护件3之间被密封件4所密封。太阳能电池串1包括沿着排列方向H排列的多个太阳能电池10。多个太阳能电池10通过多个配线件11相互电连接。
如图1所示，太阳能电池10具有接受光的受光面10A、和设置在受光面10A的相反侧的背面10B。受光面10A和背面10B各自是太阳能电池10的主面。受光面10A与受光面侧保护件2相对。背面10B与背面侧保护件3相对。
配线件11与太阳能电池10的主面电连接。能够使用形成为薄板状的铜等的导电件等作为配线件11。这种导电件的表面也可以利用普通的无铅(Pb free)钎焊(例如SnAg3.0Cu0.5)等软导电体电镀。
如图2所示，太阳能电池10包括：光电转换部20、多根细线电极30和两根连接用电极40。
光电转换部20通过接受光而生成光生成载流子。光生成载流子是指光被光电转换部20吸收而生成的空穴和电子。光电转换部20在内部具有pn型结或者pin结等半导体结。光电转换部20能够使用单结晶Si、多结晶Si等结晶类半导体材料、GaAs、InP等化合物半导体材料等一般的半导体材料等形成。
多根细线电极30是从光电转换部20收集光生成载流子的集电极(收集电极)。各个细线电极30在受光面10A上沿着与排列方向H大致正交的正交方向T形成。各个细线电极30例如采用印刷法等，使用树脂型导电膏、烧结型导电膏(陶瓷膏)形成。各个细线电极30的尺寸及根数能够考虑光电转换部20的尺寸、物性等而设定为适当的根数。例如，在光电转换部20的尺寸大约为100mm见方的情况下，能够形成大约50根细线电极30。图中虽然并未表示，但是也可以在背面10B上形成多根细线电极30。也可以按照覆盖大致整个背面10B的方式形成集电极。本发明并不对在背面10B上所形成的集电极的形状进行限制。
2根连接用电极40是用来连接配线件11的电极。各个连接用电极40在受光面10A上沿着排列方向H形成。各个连接用电极40例如采用印刷法等，使用树脂型导电膏、烧结型导电膏(陶瓷膏)形成。各个连接用电极40的尺寸及根数能够考虑光电转换部20的大小和物性等而设定为适当的根数。图中虽然并未表示，但是，也能够在背面10B上形成2根连接用电极40。
如图1所示，受光面侧保护件2配置在各个太阳能电池10的受光面10A侧。受光面侧保护件2保护太阳能电池模块100的正面(表面)。受光面侧保护件2能够使用具有1～数mm厚度的透光性强化玻璃、透光性塑料等。
背面侧保护件3配置在各个太阳能电池10的背面10B侧。背面保护件3保护太阳能电池模块100的背面。背面侧保护件3能够使用具有数μm～数mm厚度的PET(Polyethylene Terephthalate：聚对苯二甲酸乙二醇酯)等树脂膜、具有以树脂膜夹着铝箔的三明治构造的层叠膜等。
密封件4在受光面侧保护件2与背面侧保护件3之间密封太阳能电池串1。作为密封件4，能够使用EVA、EEA、PVB、硅、氨酯(urethane)、丙烯、环氧树脂等透光性树脂。受光面侧保护件2与背面侧保护件3的间隔是数百μm～数mm。
另外，能够在这种太阳能电池模块100的外周安装铝框(图中未示)。
如图1所示，在太阳能电池模块100的内部存在一个作为假想面的中立面N，在太阳能电池模块100向上下挠曲的情况下，拉伸应力及压缩应力也不作用在该面上。与受光面侧保护件2及背面侧保护件3的挠曲对应的拉伸应力及压缩应力不会作用在位于中立面N附近的部件上。在受光面侧保护件2及背面侧保护件3向上下挠曲的情况下，离中立面N越远，作用在各个部件上的拉伸应力或者压缩应力就越大。
在作为与太阳能电池模块100垂直的方向的垂直方向S上，中立面N距离受光面侧保护件2表面的位置y由以下公式(1)求出。
(公式1)
在公式(1)中，Ei是从受光面侧保护件2起第i个部件的弹性系数。ti是第i个部件在垂直方向S上的厚度。yi是从受光面侧保护件2表面至第i个部件的垂直方向S中央的间隔。
在本实施方式中，中立面N存在于受光面侧保护件2的内部即太阳能电池串1的受光面侧。中立面N的位置根据构成太阳能电池模块100的部件的物理特性等而改变。
(太阳能电池串的结构)
下面，参照附图，对本实施方式的太阳能电池串的结构进行说明。
图3是实施方式的太阳能电池串1的平面图。图4是图3的A-A线的截面图。
如图3所示，一个太阳能电池10和与一个太阳能电池10相邻的另一太阳能电池10被两根配线件11连接。具体来讲，如图4所示，各个配线件11的一个端部与在一个太阳能电池10的受光面10A上所形成的连接用电极40连接。各个配线件11的另一个端部与在另一太阳能电池10的背面10B上所形成的连接用电极40连接。
用于连接的粘接剂除了钎焊之外，还有树脂粘接剂。树脂粘接剂最好在无铅钎焊的熔点(约200℃)以下的温度下硬化。作为树脂粘接剂，例如除了丙烯树脂、柔软性高的聚氨酯树脂类等热硬化树脂粘接剂外，也可以使用在环氧树脂、丙烯树脂或者氨酯树脂中混合硬化剂的双液反应型粘接剂等。树脂粘接剂也可以包含多个导电性粒子。作为导电性粒子，可以使用镍、镀金镍等。在使用不包含导电性粒子的树脂粘接剂的情况下，为了电连接一个太阳能电池10和另一太阳能电池10，最好使配线件11直接接触连接用电极40。如图4所示，粘接剂构成粘接层60。
配线件11具有在一个太阳能电池10和另一太阳能电池10之间形成的两个弯曲部。具体来讲，如图4所示，配线件11在太阳能电池10之间，具有在一个太阳能电池10侧所形成的第一弯曲部11A、和在另一太阳能电池10侧所形成的第二弯曲部11B。配线件11在第一弯曲部11A，从一个太阳能电池10的受光面10A侧朝着背面侧保护件3弯曲。另外，配线件11在第二弯曲部11B，从另一太阳能电池10的背面10B侧朝着受光面侧保护件2弯曲。
在本实施方式中，在垂直方向S上，第一弯曲部11A与第二弯曲部11B相比位于受光面侧保护件2的更近处。因此，中立面N和第二弯曲部11B的间隔比中立面N和第一弯曲部11A的间隔大(参照图1)。
第二弯曲部11B中的曲率半径r11B比第一弯曲部11A中的曲率半径r11A大。即，与第一弯曲部11A相比，配线件11在第二弯曲部11B被平缓地弯曲。
曲率半径r由弯曲部的内接圆的半径求出。
(太阳能电池模块的制造方法)
下面，参照附图，对实施方式的太阳能电池模块的制造方法进行说明。
如图5所示，使用模具50，弯曲加工直线状的配线件。具体来讲，用在上模51中形成的曲率半径为r11B的凸部和在下模52中形成的曲率半径为r11A的凸部夹住配线件。于是就形成具有第一弯曲部11A和第二弯曲部11B的配线件11。
接着排列多个太阳能电池10。用配线件11电连接所排列的多个太阳能电池10。具体来讲，在一个太阳能电池10的受光面10A上所形成的连接用电极40上连接配线件11的一个端部，在另一太阳能电池10的背面10B上所形成的连接用电极40上连接配线件11的另一个端部。由此形成太阳能电池串1。
下面，依次层叠受光面侧保护件2、密封件4、太阳能电池串1、密封件4和背面侧保护件3。接着加热密封件4，使密封件4硬化。根据以上方法，制作太阳能电池模块100。
(作用及效果)
在本实施方式的太阳能电池模块100中，配线件11具有在太阳能电池10之间形成的第一弯曲部11A和第二弯曲部11B。与中立面N的间隔大的第二弯曲部11B具有比第一弯曲部11A大的曲率半径。
于是，配线件11在远离中立面N的位置被平缓地弯曲。即，在配线件11中，在受光面侧保护件2和背面侧保护件3向上下挠曲的情况下容易承受较大应力的部分被平缓地弯曲。因此，能够在第二弯曲部11B抑制配线件11受到损伤的情况。
配线件11在靠近中立面N的位置急剧弯曲。因此，能够缩小在一个太阳能电池10和另一太阳能电池10之间所形成的空间。其结果是，不仅能够增大太阳能电池模块100中的太阳能电池10的填充率，并且能够提高太阳能电池模块100的转换效率。第一弯曲部11A靠近中立面N，因此，与第二弯曲部11B相比，拉伸应力或压缩应力难以发生作用。
在本实施方式的太阳能电池模块100中，用树脂粘接剂粘接配线件11，于是一个太阳能电池10和另一太阳能电池10得以连接。配线件11在第一弯曲部11A急剧弯曲。因此，从第一弯曲部11A至第二弯曲部11B，配线件11存在于一个太阳能电池10的侧面附近。因此，在使用钎焊粘接配线件11的情况下，有时在第一弯曲部11A附近发生钎焊残留。其结果是，在区域R中，有可能发生通过钎焊残留的泄漏。在使用树脂粘接剂粘接配线件11的情况下，不会发生钎焊残留。因此，即使一个太阳能电池10和另一太阳能电池10的距离x在2mm以下，也不会发生泄漏。利用树脂粘接剂进行粘接，不仅能够制造成品率高的太阳能电池模块100，并且能够使距离x为2mm以下使太阳能电池的有效面积比为86％以上，因此，能够制造高输出功率的太阳能电池模块100。
(其他实施方式)
本发明如上述实施方式所述，但是，不应将构成该公开内容的一部分的论述及附图理解为对本发明的限制。根据该公开内容，从业者将会获得各种各样的替代实施方式、实施例及应用技术。
例如，在上述实施方式中，各个细线电极30沿着正交方向T形成为直线状，但是并非局限于此。各个细线电极30也可以形成浪线状(波线状)等。
在上述实施方式中，太阳能电池10包括连接用电极40，但是，太阳能电池10也可以不包括连接用电极40。在此情况下，配线件11直接配置在受光面10A上及背面10B上。
所以，本发明显然包括此处并未记载的各种实施方式等。因此，根据上述说明可知，本发明的技术范畴仅由来自上述说明的适当的权利要求的范围中的发明特定事项来决定。
实施例
下面，对本发明的太阳能电池模块的实施例进行具体的说明，但是，本发明并非局限于下述实施例所述的内容。在不更改其主旨的范围内，能够适当地进行更改而实施。
(实施例)
使用图5所示的模具，在直线状的配线件的中央部形成两个弯曲部。其中一个弯曲部的曲率半径为200μm，另一个弯曲部的曲率半径为500μm。准备18根这样的配线件。
下面，准备10片大约100mm见方、厚度200μm的太阳能电池。在太阳能电池的受光面上形成线宽为80μm的50根细线电极和线宽为1.5mm的2根连接用电极。
接着，将配线件的一个端部与在一个太阳能电池的受光面上所形成的连接用电极连接，并且与在另一太阳能电池的背面所形成的连接用电极连接。此时，将曲率半径小的弯曲部配置在一个太阳能电池的受光面侧，将曲率半径大的弯曲部配置在另一太阳能电池的背面侧。重复此操作，形成太阳能电池串。在太阳能电池串中，太阳能电池彼此的间隔是1mm。因此，实施例的太阳能电池串的全长是1009mm。
下面，在玻璃基板上层叠EVA、太阳能电池串、EVA、PET膜。接着，加热EVA使其硬化。玻璃基板的尺寸是1029mm×120mm。因此，实施例的太阳能电池模块的有效面积比(太阳能电池面积/玻璃面积)是82.6％。
在实施例的太阳能电池模块中，在玻璃基板内部存在中立面。
(比较例1)
在比较例1中，使配线件的两个弯曲部各自的曲率半径均为200μm。其他的工艺按照与上述实施例同样的方式来进行。在比较例1中，太阳能电池彼此的间隔是0.8mm。因此，比较例1的太阳能电池串的全长是1007mm。
使玻璃基板的尺寸为1027mm×120mm，因此，比较例1的太阳能电池模块的有效面积比是82.7％。
在比较例1的太阳能电池模块中，也在玻璃基板内部存在中立面。
(比较例2)
在比较例2中，使配线件的两个弯曲部各自的曲率半径均为300μm。其他的工艺按照与上述实施例同样的方式来进行。在比较例2中，太阳能电池彼此的间隔是1.0mm。因此，比较例2的太阳能电池串的全长是1009mm。
使玻璃基板的尺寸为1029mm×120mm，因此，比较例2的太阳能电池模块的有效面积比是82.6％。
在比较例2的太阳能电池模块中，也在玻璃基板内部存在中立面。
(比较例3)
在比较例3中，使配线件的两个弯曲部各自的曲率半径均为500μm。其他的工艺按照与上述实施例同样的方式来进行。在比较例3中，太阳能电池彼此的间隔是2.0mm。因此，比较例3的太阳能电池串的全长是1018mm。
使玻璃基板的尺寸为1038mm×120mm，因此，比较例3的太阳能电池模块的有效面积比是81.9％。
在比较例3的太阳能电池模块中，也在玻璃基板内部存在中立面。
(挠曲性试验)
对实施例和比较例1～3的太阳能电池模块进行了挠曲性试验。具体来讲，使太阳能电池模块的两个端部固定，使太阳能电池模块中央部分向上下各变形10cm。将向上下各一次的变形作为一个循环，重复变形1000循环。
表1表示太阳能电池模块的输出比(试验前输出/试验后输出)、有效面积比、受光面侧的弯曲部的曲率半径r11A、和背面侧的弯曲部的曲率半径r11B。
表1
如表1所示，确认在比较例1及比较例2中输出下降。于是，从比较例1和比较例2中引出配线件进行观察。确认在比较例1中，在18根中的7根配线件发生断线。确认在比较例2中，在18根中的2根配线件发生断线。其原因在于，曲率半径r11B小，即在配线件中的远离中立面的部分被急剧弯曲，在背面侧的弯曲部发生金属疲劳。
另一方面，确认在实施例和比较例3中输出未下降。即，在挠曲性试验前后能够保持输出。其原因在于，曲率半径r11B大，即在配线件中的远离中立面的部分被平缓地弯曲，在背面侧的弯曲部未发生金属疲劳。
在比较例3中有效面积比低，其原因在于，均增大了曲率半径r11A及曲率半径r11B。另一方面，在实施例中有效面积比高，其原因在于，缩小了靠近中立面的弯曲部的曲率半径r11A。
由以上可知，通过使曲率半径r11B大于曲率半径r11A，能够同时实现扩大有效面积比和抑制配线件的损伤。
另外，日本国专利申请第2008-214520号(2008年8月22日申请)的全部内容通过参照被写入本说明书中。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的太阳能电池模块能够提供一种能提高转换效率的太阳能电池模块，因此，在太阳能电池模块的制造中是有用的。
符号说明
1…太阳能电池串
2…受光面侧保护件
3…背面侧保护件
4…密封件
10…太阳能电池
10A…受光面
10B…背面
11…配线件
11A…第一弯曲部
11B…第二弯曲部
20…光电转换部
30…细线电极
40…连接用电极
50…模具
51…上模
52…下模
60…粘接层
100…太阳能电池模块
Claims (3)
1.一种太阳能电池模块，其具备密封在受光面侧保护件与背面侧保护件之间、且由配线件电连接的第一太阳能电池和第二太阳能电池，该太阳能电池模块的特征在于：
所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池各自具有：与所述受光面侧保护件相对的受光面；和设置在所述受光面的相反侧、与所述背面侧保护件相对的背面，
所述配线件按照从所述第一太阳能电池的所述受光面上跨至所述第二太阳能电池的所述背面上的方式配置，
所述配线件具有形成在所述第一太阳能电池与所述第二太阳能电池之间的两个弯曲部，
在所述两个弯曲部中，与中立面的间隔大的一个弯曲部的曲率半径比另一个弯曲部的曲率半径大。
2.一种太阳能电池模块，其具备密封在玻璃基板与背面膜之间、且由配线件电连接的第一太阳能电池和第二太阳能电池，该太阳能电池模块的特征在于：
所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池各自具有：与所述玻璃基板相对的受光面；和设置在所述受光面的相反侧、与所述背面膜相对的背面，
所述配线件按照从所述第一太阳能电池的所述受光面上跨至所述第二太阳能电池的所述背面上的方式配置，
所述配线件具有形成在所述第一太阳能电池与所述第二太阳能电池之间的两个弯曲部，
在所述两个弯曲部中，与所述玻璃基板的间隔大的一个弯曲部的曲率半径比另一个弯曲部的曲率半径大。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池模块，其特征在于：
通过利用树脂粘接剂粘接所述配线件，所述第一太阳能电池与所述第二太阳能电池连接。
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