JP2001339091A - 薄膜太陽電池モジュールとその応力監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池モジュールへの機械的応力の発生状
況を常時監視し、発電出力低下・停電事故等を未然に防
止するために早期に警報を得ることが可能な薄膜太陽電
池モジュールとその応力監視方法を提供する。 【解決手段】 フィルム基板上の単セル４０のパターニ
ング部分４１の所定の複数箇所に抵抗線歪ゲージ５０ａ
〜５０ｄを薄膜形成し、この抵抗線歪ゲージを、太陽電
池モジュール受光面側側方端部に配設した防水型出力端
子４３に、検出リード線４４を介して電気的に接続し、
抵抗線歪ゲージ，検出リード線および防水型出力端子
は、受光面側の保護層によって保護するようにモジュー
ルを構成し、抵抗線歪ゲージのホイートストーンブリッ
ジ回路による出力を検出することにより、モジュールの
所定部位の応力をオンラインにより検出し、所定の応力
値を検出した際にアラームを出力することとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、薄膜太陽電池モ
ジュールとその応力監視方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、環境保護の立場から、クリーンな
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。同一基板上に形成され
た複数の太陽電池素子が、直列接続されてなる太陽電池
（光電変換装置）の代表例は、薄膜太陽電池である。

【０００３】薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コスト
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建
物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般
住宅用にも需要が広がってきている。

【０００４】従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いて
いたが、軽量化、施工性、量産性において優れたプラス
チックフィルムないしは絶縁被覆した金属基板を用いた
フレキシブルタイプの薄膜太陽電池の研究開発がすすめ
られている。このフレキシブル性を生かし、ロールツー
ロール方式やステッピングロール方式の製造方法により
大量生産が可能となった。

【０００５】上記の薄膜太陽電池は、電気絶縁性フィル
ム基板上に第１電極（以下、下電極ともいう）、薄膜半
導体層からなる光電変換層および第２電極（以下、透明
電極ともいう）が積層されてなる光電変換素子（または
セル）が複数形成されている。ある光電変換素子の第１
電極と隣接する光電変換素子の第２電極を電気的に接続
することを繰り返すことにより、最初の光電変換素子の
第１電極と最後の光電変換素子の第２電極とに必要な電
圧を出力させることができる。例えば、インバータによ
り交流化し商用電力源として交流１００Ｖを得るために
は、薄膜太陽電池の出力電圧は１００Ｖ以上が望まし
く、実際には数１０個以上の素子が直列接続される。

【０００６】このような光電変換素子とその直列接続
は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングお
よびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太
陽電池の構成および製造方法の一例は、例えば特開平１
０−２３３５１７号公報や特願平１１−１９３０６号に
記載されている。

【０００７】図７は、上記特開平１０−２３３５１７号
公報に記載された薄膜太陽電池の一例を示し、（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）における線ＡＢＣＤおよびＢＱ
Ｃに沿っての断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＥ
Ｅ断面図を示す。

【０００８】電気絶縁性でフレキシブルな樹脂からなる
長尺のフィルム基板上に、順次、第１電極層、光電変換
層、第２電極層が積層され、フィルム基板の反対側（裏
面）には第３電極層、第４電極層が積層され、裏面電極
が形成されている。光電変換層は例えばアモルファスシ
リコンのpin接合である。フィルム基板用材料として
は、ポリイミドのフィルム、例えば厚さ５０μｍのフィ
ルムが用いられている。

【０００９】フィルムの材質としては、他に、ポリエチ
レンナフタレート（PEN）、ポリエーテルサルフォン（P
ES）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、またはア
ラミド系のフィルムなどを用いることができる。

【００１０】次に、製造工程の概要につき以下に説明す
る。

【００１１】先ず、フィルム基板にパンチを用いて、接
続孔ｈ１を開け、基板の片側（表側とする）に第１電極
層として、スパッタにより銀を、例えば１００ｎｍの厚
さに成膜し、これと反対の面（裏側とする）には、第３
電極層として、同じく銀電極を成膜する。接続孔ｈ１の
内壁で第１電極層と第３電極層とは重なり、導通する。

【００１２】電極層としては、銀（Ag）以外に、Al，C
u，Ti等の金属をスパッタまたは電子ビーム蒸着等によ
り成膜しても良く、金属酸化膜と金属の多層膜を電極層
としても良い。成膜後、表側では、第１電極層を所定の
形状にレーザ加工して、下電極ｌ１〜ｌ６をパターニン
グする。下電極ｌ１〜ｌ６の隣接部は一本の分離線ｇ２
を、二列の直列接続の光電変換素子間および周縁導電部
ｆとの分離のためには二本の分離線ｇ２を形成し、下電
極ｌ１〜ｌ６は分離線により囲まれるようにする。再度
パンチを用いて、集電孔ｈ２を開けた後、表側に、光電
変換層ｐとしてa-Si層をプラズマＣＶＤにより成膜す
る。マスクを用いて幅Ｗ２の成膜とし、レーザ加工によ
り二列素子の間だけに第１電極層と同じ分離線を形成す
る。なお、前記幅Ｗ２は、接続孔ｈ１にまたがってもよ
い。

【００１３】さらに第２電極層として表側に透明電極層
（ＩＴＯ層）を成膜する。但し、二つの素子列の間とこ
れに平行な基板の両側端部にはマスクを掛け接続孔ｈ１
には成膜しないようにし、素子部のみに成膜する。透明
電極層としては、ITO（インシ゛ウムスス゛オキサイト゛）以外に、SnO
2、ZnOなどの酸化物導電層を用いることができる。

【００１４】次いで裏面全面に第４電極層として金属膜
などの低抵抗導電膜からなる層を成膜する。第４電極の
成膜により、集電孔ｈ２の内壁で第２電極と第４電極と
が重なり、導通する。表側では、レーザ加工により下電
極と同じパターンの分離線を入れ、個別の第２電極ｕ１
〜ｕ６を形成し、裏側では第３電極と第４電極とを同時
にレーザ加工し、接続電極ｅ１２〜ｅ５６、および電力
取り出し電極ｏ１，ｏ２を個別化し、基板の周縁部では
表側の分離線ｇ３と重なるように分離線ｇ２を形成し、
隣接電極間には一本の分離線を形成する。

【００１５】全ての薄膜太陽電池素子を一括して囲う周
縁、および二列の直列接続太陽電池素子の隣接する境界
には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ３がある。分離線
ｇ３の中にはどの層も無い。裏側では、全ての電極を一
括して囲う周縁、および二列の直列接続電極の隣接する
境界には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ２がある。分
離線ｇ２の中にはどの層も無い。

【００１６】こうして、電力取り出し電極ｏ１−集電孔
ｈ２−上電極ｕ１、光電変換層、下電極ｌ１−接続孔ｈ
１−接続電極ｅ１２−上電極ｕ２、光電変換層、下電極
ｌ２−接続電極ｅ２３−・・・−上電極ｕ６、光電変換
層、下電極ｌ６−接続孔ｈ１−電力取出し電極ｏ２の順
の光電変換素子の直列接続が完成する。

【００１７】なお、第３電極層と第４電極層は電気的に
は同一の電位であるので、以下の説明においては説明の
便宜上、併せて一層の接続電極層として扱うこともあ
る。

【００１８】図８は、構造の理解の容易化のために、薄
膜太陽電池の構成を簡略化して斜視図で示したものであ
る。図８において、基板６１の表面に形成した単位光電
変換素子６２および基板６１の裏面に形成した接続電極
層６３は、それぞれ複数の単位ユニットに完全に分離さ
れ、それぞれの分離位置をずらして形成されている。こ
のため、素子６２のアモルファス半導体部分である光電
変換層６５で発生した電流は、まず透明電極層６６に集
められ、次に該透明電極層領域に形成された集電孔６７
（ｈ２）を介して背面の接続電極層６３に通じ、さらに
該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側に形成
された直列接続用の接続孔６８（ｈ１）を介して上記素
子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びている
下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われてい
る。

【００１９】上記薄膜太陽電池の簡略化した製造工程を
図９（a）から（g）に示す。プラスチックフィルム７１
を基板として（工程（a））、これに接続孔７８を形成
し（工程（b））、基板の両面に第１電極層（下電極）
７４および第３電極層（接続電極の一部）７３を形成
（工程（c））した後、接続孔７８と所定の距離離れた
位置に集電孔７７を形成する（工程（d））。工程（c）
と工程（d）との間に、第１電極層（下電極）７４を所
定の形状にレーザ加工して、下電極をパターニングする
工程があるが、ここではこの工程の図を省略している。

【００２０】次に、第１電極層７４の上に、光電変換層
となる半導体層７５および第２電極層である透明電極層
７６を順次形成するとともに（工程（e）および工程
（f））、第３電極層７３の上に第４電極層（接続電極
層）７９を形成する（工程（g））。この後、レーザビ
ームを用いて、基板７１の両側の薄膜を分離加工して図
８に示すような直列接続構造を形成する。

【００２１】なお、図９においては、集電孔ｈ２内にお
ける透明電極層７６と第４電極層７９との接続をそれぞ
れの層を重ねて２層で図示しているが、前記図７におい
ては、電気的に一層として扱い、１層で図示している。

【００２２】上記の薄膜太陽電池モジュールとしては、
フィルム基板上に形成された太陽電池を、電気絶縁性の
保護材により封止するために、太陽電池の受光面側およ
び非受光面側の双方に保護層を設けたものが知られてい
る。本件出願人は、軽量およびフレキシブル性を維持し
つつ，モジュール強度も維持し、設置が容易でかつコス
ト低減を図ることを目的とした太陽電池モジュールとそ
の設置方法の開発を行い、特願平１１−１７２６２４号
および特願平１１−２８６９２３号により提案してい
る。下記図１０ないし１６にその一例を示す。

【００２３】図１０は、特願平１１−１７２６２４号に
記載された太陽電池モジュールの上面図、図１１は図１
０のＡ−Ａに沿った断面図である。図１０，１１に示す
ように、電気絶縁性を有するフィルム基板上に形成され
た太陽電池１００を、電気絶縁性の保護材により封止す
るために、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方
に保護層１００Ａおよび１００Ｂを設けた太陽電池モジ
ュール１２０において、太陽電池１００の側方に前記保
護層を延長して非発電領域を形成し、この非発電領域
に、太陽電池モジュール設置用の取付け穴１１７を設け
る。

【００２４】図１０，１１においては、太陽電池１００
の受光面側（光入射側）の上面にはＥＶＡ（エチレンビ
ニルアセテート）で構成された第１の保護層１０１、そ
の上面にＥＴＦＥ（エチレン・トリフロロエチレン）で
構成された第２の保護層１０２、その上面にはガラス不
織布にＥＶＡを充填した第３の保護層１０３、さらにそ
の上面にはＥＴＦＥで構成された第４の保護層１０４、
一方、太陽電池１００の非受光面側（光入射側と反対側
の下面）には、ＥＶＡで構成された第５の保護層１０
５、その下面にはＥＴＦＥで構成された第６の保護層１
０６、その下面にはＥＶＡで構成された第７の保護層１
０７、さらにはその下面にはステンレス、またはアルミ
ニューム、もしくは鉄板の金属板で構成された第８の保
護層１０８で一体的に挟持、接合している。

【００２５】ここで第１の保護層１０１、第５の保護層
１０５は太陽電池１００を封止し、機械的ストレスや熱
的ストレスが太陽電池１００に加わるのを緩和、抑制す
るものであり、第２の保護層１０２は防水、防湿の役
目、第３の保護層１０３は外部からの機械的衝撃や応力
の緩和の役目、第４の保護層１０４は表面に塵埃などの
汚損、光遮蔽物質の付着を抑制するものである。また第
６の保護層１０６は防水、防湿の役目に加えて太陽電池
１００と第８の保護層１０８との電気的絶縁の役目をな
すものであり、第７の保護層１０７は接着、及び機械的
熱的ストレスの緩和の役目、第８の保護層１０８は機械
強度体としての役目をそれぞれ成すものである。

【００２６】一方、太陽電池１００の両側方には、メッ
キ銅箔線などの帯状の電力リード線１０９が太陽電池１
００と略同一平面上に配置され、導電性粘着テープ、若
しくは銅箔線をハンダ付けして用いる接続線１１０で電
気的に太陽電池１００と電力リード線１０９が接続され
ている。電力リード線１０９の端部に位置する第８の保
護層１０８の表面には端子箱１１１が接着、または図示
しないネジなどで固定され第５の保護層１０５から第８
の保護層１０８を貫通して開けられた穴１１２を通って
引出し線１１３が電力リード線１０９とハンダ付けなど
により電気、機械的に接続、固定されている。引出し線
１１３の他端部は、端子箱１１１に取付けられたケーブ
ル１１４の導体部１１５にネジ１１６、若しくは図示し
ないハンダ付けにより電気的機械的に接続固定されてい
る。なお、穴１１２は引出し線１１３の太さに比較して
充分大きな穴径であり、第８の保護層１０８と引出し線
１１３の電気的絶縁は保たれており、必要に応じて引出
し線１１３は被覆電線、若しくは絶縁チューブを被せ
る、穴１１２に絶縁樹脂を充填するなどの方法をとる。

【００２７】他方、第１の保護層１０１から第８の保護
層１０８は太陽電池１００の側方に延長して非発電領域
を形成し、この非発電領域に電力リード線１０９を避け
てその外側に第４の保護層１０４から第８の保護層１０
８を貫通して取付け穴１１７が設けられており、全体と
して四角形平板の太陽電池モジュール１２０を構成して
いる。

【００２８】ところで、上記保護層１００Ａおよび１０
０Ｂは、次の図１２および図１３に示すように、防水，
絶縁などの安全性や強度ならびに設置条件その他のニー
ズに応じて、保護層の一部を適宜省略できる。

【００２９】図１２は、前述の特願平１１−２８６９２
３号に記載された太陽電池モジュールの上面図、図１３
は図１２のＡ−Ａに沿った断面図である。

【００３０】図１２、１３において、太陽電池１には太
陽光入射側（受光面側）に接着層２、その上面に耐候性
樹脂層３、光入射側と反対側（非受光面側）に接着層
４、その下側に補強層５からなる保護層が積層され一体
化されている。また接着層２、４、耐候性樹脂層３、補
強層５は太陽電池１の両側方に延長されて非発電領域を
形成し、この非発電領域には太陽電池１から電力を導く
電力リード線６が置かれ、太陽電池１の図示しないプラ
ス極、マイナス極にそれぞれ渡り線７で接続され、さら
にその外側には太陽電池モジュール２０を図示しない固
定部材に取付ける為の固定穴８が耐候性樹脂層３から補
強層５までの保護層を貫通して開けられている。

【００３１】ここで接着層２、４にはＥＶＡが用いら
れ、耐候性樹脂層５にはＥＴＦＥ単体層若しくはガラス
不織布にＥＶＡを充填したものを重ねた多層体が用いら
れ、補強層５にはステンレス、アルミニューム、鉄板な
どの金属平板、またはガラス織布にＥＶＡを充填したも
のが用いられる。

【００３２】さらに異なる太陽電池モジュールのタイプ
として、雨水の流れ落ち具合を良くすることと、モジュ
ールの総合的な光電変換効率の向上を目的として、太陽
電池モジュール断面形状を、受光面側が凸となるように
あらかじめ弓状に湾曲させたもの、あるいは当初は平板
状の太陽電池モジュールを設置する際に受光面側が凸と
なるように弓状に湾曲させることが提案されている。図
１４は、前述の特願平１１−２８６９２３号に記載され
た湾曲タイプのモジュールの一例を示す。

【００３３】図１４において、太陽電池モジュール８０
はその断面形状が弓状に受光面側に向って湾曲してい
る。寸法Ｌｗ内において、太陽電池モジュール８０の上
面８１、下面８２は、前記交点８５を結ぶ幾何学的直
線、または平面から受光面側に向って高くなっており、
例えば、Ｌｗが９１０ｍｍの場合、この直線から下面
（または上面）までの最大高さＨｍを略１００ｍｍ程度
とすることにより、雨水の流れ落ち具合がよく、また外
観上も好適である。さらに、弓状に受光面側に向って湾
曲しているので、受光面に対する太陽光の入射角度が法
線方向となる割合が増大し、モジュールの総合的な光電
変換効率が向上する。

【００３４】前記湾曲タイプのモジュールの、前記特願
平１１−２８６９２３号に記載された設置例を図１５に
示す。図１５において、太陽電池モジュール８０は、そ
の光入射側の上面８１が、光入射方向に向かって弓状に
湾曲して凸形状をなしており、隣接する取付けレール３
４に跨り、押え具３６を介してロックピン３７で取付け
レール３４に固定される。野地板３１にルーフィング材
３２が敷かれ、その上に取付けレール３４が、所定寸法
の間隔で、屋根の傾斜面の流れ方向に複数個、平行に配
置されて、木ネジ３３で固定される。取付けレール３４
は、その断面形状が略Ｙ字状で取付け上面が斜め上方を
向いており、全体としてはその断面形状が略Ｉ字状に形
成されている。

【００３５】図１６は、屋根に施工した太陽電池アレイ
の部分断面斜視図を示す。太陽電池モジュール８０が多
数取付けレール３４に設置され、太陽電池アレイ１５０
を構成している。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記太陽電
池モジュールにおいても、下記のような問題がある。ま
ず、前述のように平板状の太陽電池モジュールを設置す
る際に、受光面側が凸となるように弓状に湾曲させる場
合には、湾曲させることにより、引張り・圧縮・曲げ等
の応力が太陽電池モジュールに発生し、初期応力として
残る。

【００３７】上記弓状湾曲に伴う初期応力以外に、太陽
電池モジュールが経時的に受ける温度変化・ヒートサイ
クルや台風・突風による振動や衝撃、氷やその他落下物
による衝撃などにより、引張り・圧縮・曲げの歪み応力
が加わり、構成材料接着間のハクリ損傷事故や光電変換
部等の蒸着膜の損傷や薄膜状電力リードの断線などの発
生をもたらし、発電出力低下・停電事故等が発生するこ
とが考えられる。

【００３８】この場合、突発的な事故や急激な温度変化
や残雪に伴う局部的な温度勾配による応力の急激な増大
のみならず、長期的なヒートサイクル等によって経時的
に応力が増大する場合も問題となる。

【００３９】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、本発明の課題は、太陽電池モ
ジュールへの機械的応力の発生状況を常時監視し、発電
出力低下・停電事故等を未然に防止するために早期に警
報を得ることが可能な薄膜太陽電池モジュールとその応
力監視方法を提供することにある。

【００４０】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、この発明は、フィルム基板上に形成され、かつパタ
ーニングされて電気的に分離された複数個の薄膜太陽電
池（ユニットセル）を電気的に直列に接続し、前記複数
個の薄膜太陽電池を挟んでその受光面側に接着層と耐候
性樹脂層とからなる保護層を、非受光面側に接着層と補
強層とからなる保護層を設けた太陽電池モジュールにお
いて、前記パターニング部分の所定の複数箇所に抵抗線
歪ゲージを薄膜形成してなるものとする（請求項１の発
明）。

【００４１】太陽電池モジュールの製造過程において、
複数個のユニットセル（単セル）を一括して電気的に分
離する基板のパターニング部分に、蒸着によって抵抗線
歪ゲージを薄膜形成しておくことにより、必要に応じ
て、太陽電池モジュールへの異常な機械的応力の発生状
況を監視できる。この場合、上記のような基板蒸着タイ
プの抵抗線歪ゲージは、抵抗値が固有となるので、ホイ
ートストーンブリッジ回路により応力を検出する場合
に、市販の標準抵抗は使用せず、蒸着によって形成した
４本の抵抗線歪ゲージを、前記ブリッジ回路として検出
するようにするのが好ましい。

【００４２】請求項１の発明は、初期応力が発生する弓
状湾曲タイプの太陽電池モジュールに適用した場合に
は、さらに好適である。即ち、前記請求項１に記載の太
陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池の側方に前記
保護層を延長して非発電領域を形成し、この非発電領域
に、太陽電池モジュール設置用の固定穴を設けた太陽電
池モジュールであって、太陽電池モジュール設置傾斜面
の傾斜方向と直角方向の太陽電池モジュール断面形状
が、受光面側が凸となるように予めあるいは設置の際に
弓状に湾曲させてなるものとする（請求項２の発明）。

【００４３】また、請求項３の発明のように、予め製作
した太陽電池モジュールに、抵抗線歪ゲージを接着し、
必要に応じて保護層を追加することによっても、前記課
題は達成できる。即ち、フィルム基板上に形成された太
陽電池を挟んでその受光面側に接着層と耐候性樹脂層と
からなる保護層を，非受光面側に接着層と補強層とから
なる保護層を設け、前記太陽電池の側方に前記保護層を
延長して非発電領域を形成し、この非発電領域に、太陽
電池モジュール設置用の固定穴を設け、さらに太陽電池
モジュール設置傾斜面の傾斜方向と直角方向の太陽電池
モジュール断面形状が、受光面側が凸となるように弓状
に湾曲させてなる太陽電池モジュールにおいて、前記受
光面側の保護層の所定の複数箇所に、抵抗線歪ゲージを
接着してなるものとする。

【００４４】この場合には、市販のプラスチック適合型
の抵抗線歪ゲージ（箔ゲージ）が使用可能で、また、ホ
イートストーンブリッジ回路により応力を検出する場合
に、市販の標準抵抗も使用できる。

【００４５】さらに、測定の容易性と良好な電気的絶縁
性を確保する観点から、請求項４の発明が好適である。
即ち、請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モ
ジュールにおいて、前記抵抗線歪ゲージは、太陽電池モ
ジュール受光面側側方端部に配設した防水型出力端子
に、検出リード線を介して電気的に接続され、前記抵抗
線歪ゲージ，検出リード線および防水型出力端子は、受
光面側の保護層によって保護されてなるものとする。

【００４６】また、太陽電池モジュールの応力監視方法
としては、請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電
池モジュールの応力監視方法であって、抵抗線歪ゲージ
のホイートストーンブリッジ回路による出力を検出する
ことにより、モジュールの所定部位の応力をオンライン
により検出し、所定の応力値を検出した際にアラームを
出力することとする（請求項５の発明）。

【００４７】上記方法により、太陽電池モジュールへの
機械的応力の発生状況を常時監視し、発電出力低下・停
電事故等を未然に防止するために早期に警報を得ること
が可能となる。

【００４８】

【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下に述べる。

【００４９】図１は、図１６で示した太陽電池アレイを
構成する太陽電池モジュールを対象に、抵抗線歪ゲージ
の取付け位置の一例を示す。弓状湾曲タイプの太陽電池
モジュールにおいては、従来の経験から、図１に示す位
置が好適である。図１において８０Ｇで示すモジュール
は、抵抗線歪ゲージ接着タイプの太陽電池モジュールで
あって、この場合、Ｇ１ないしＧ５で示す５ヶ所にゲー
ジを貼付するのが好ましい。また、図１において８０Ｊ
で示すモジュールは、抵抗線歪ゲージ蒸着タイプの太陽
電池モジュールであって、この場合、Ｊ１ないしＪ４で
示す４ヶ所に、基板蒸着の抵抗線歪ゲージを設けること
が好ましい。詳細は後述する。

【００５０】８０Ｇで示す太陽電池モジュールにおいて
は、初期歪みと運転中の外力による歪みが加算されて最
も損傷が発生し易い２箇所Ｇ１およびＧ２と、モジュー
ル中央の１箇所Ｇ５と、短辺端部に近い２箇所Ｇ３およ
びＧ４とにゲージを設ける。Ｇ５のゲージは、90°交差
の２軸ゲージを、その他は１軸ゲージを用いる。Ｊ１な
いしＪ４で示すゲージは、後述するようにモジュール短
辺と平行に設ける。

【００５１】図２は、市販のプラスチック適合型の抵抗
線歪ゲージ（箔ゲージ）を貼付した太陽電池モジュール
の概念的平面図を、図３は図２におけるＰ−Ｐ断面図を
示す。

【００５２】図２および図３に示す太陽電池モジュール
１２０は、前述の図１０および図１１により示したもの
と類似の構成を有し、ユニットセルを複数個直列接続し
た太陽電池単セル４０を４個構成したものである。各単
セルの間は、ユニットセル間と同様にパターニングさ
れ、パターニング部４１がやや巾広に形成されている。
図２および図３において、図１０および図１１と同一の
機能部材には、同一の記号を付して説明を省略する。

【００５３】図２および図３における歪ゲージＧ１ない
しＧ５の平面上の位置は、前記図１と同様であり、かな
らずしもパターニング部４１の上である必要はない。モ
ジュール中央の歪ゲージＧ５は、Ｇ５ａ，Ｇ５ｂとし、
２軸に設ける。図３に示すように、抵抗線歪ゲージは、
例えば、保護層１０２の上に貼付され、太陽電池モジュ
ール受光面側側方端部に配設した防水型出力端子４３
に、検出リード線４４を介して電気的に接続され、前記
抵抗線歪ゲージ，検出リード線および防水型出力端子
は、ＥＶＡによって保護される。

【００５４】歪みゲージは、厚さ数μｍ，幅数十μｍの
Ni+Cr合金箔からなる電気抵抗素子で、構造体に接着す
ることにより、測定対象物と一体となって伸び縮みして
抵抗変化を示す。これにより、後述するホイートストー
ンブリッジ回路により歪および応力が測定可能である。
上記金属抵抗は、温度変化に追随して変化する。その変
化分は、モジュール温度を同時に測定して補償する必要
がある。そのため、図２に示すように、モジュール温度
センサとしての箔熱電対４５を配設し、その出力リード
の取り出しは、歪みセンサーと同様とする。

【００５５】次に、抵抗線歪ゲージ蒸着タイプの太陽電
池モジュールについて説明する。図４は、歪ゲージを蒸
着により設けた太陽電池モジュールの概念的平面図を示
す。図４において、図２と同一機能部材には同一の記号
を付して説明を省略する。

【００５６】図４においては、パターニング部４１の部
分に４個の歪ゲージ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが
形成され、図２と同様に、太陽電池モジュール受光面側
側方端部に配設した防水型出力端子４３に、検出リード
線４４を介して電気的に接続され、前記抵抗線歪ゲー
ジ，検出リード線および防水型出力端子は、ＥＶＡによ
って保護される。歪みゲ-ジは、厚さ数μｍ，幅０．３
〜０．５ｍｍ、長さは略単セルと同一巾で、例えばNi合
金蒸着薄膜とする。

【００５７】次に、ホイートストーンブリッジ回路によ
る測定および応力監視方法について述べる。

【００５８】図５は、応力監視のための回路構成を示
す。周知のホイートストーンブリッジ回路は、４つの抵
抗要素４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄがブリッジを構
成し、ブリッジ電源端子５１と出力端子５２を有してい
る。

【００５９】４つの抵抗要素には、前述のように２つの
標準抵抗と２つの市販の歪ゲージを使用する場合と、４
つとも蒸着の歪ゲージを使用する場合とがある。図５に
おいて、温度センサ５３は前者の場合のみ使用し、定電
流供給装置５６は、後者の場合のみ使用する。モジュー
ルに作用する応力により、一つの抵抗要素の抵抗値に変
化があると、増幅した出力が、歪測定器５７に入力され
る。

【００６０】歪測定器５７は、アナログ出力端子４９か
ら、応力に相応する歪量を出力する。これにより、後述
するように、時々刻々変化する歪を監視して、モジュー
ルの不足の事態を予知できる。また、歪測定器５７に
は、コンパレータ５８が接続されており、各監視項目別
スキン値としての基準電圧値４８を超えた場合にアラー
ムａ接点５９が動作して、アラームを発するように構成
される。

【００６１】図６は、前記アナログ出力端子４９から出
力される太陽電池モジュールにおける歪量の変化を模式
的に示す図であって、説明の便宜上時間軸(横軸)は、実
際のスケールとは異なる。たとえば、出力歪量に相当す
る電圧と前記基準電圧値を比較し、警報レベルを変え
る。例えば、図６において、ＨＨは、太陽電池モジュー
ルの伸びによる破損レベルを示し、Ｈは伸びの警報レベ
ルを、ＬＬは縮みによる破損レベル、Ｌは縮みによる警
報レベルを示す。

【００６２】上記により、太陽電池モジュールへの機械
的応力の発生状況を常時監視し、モジュール異常を予見
することによって、所望の警報を発することができる。

【００６３】

【発明の効果】この発明によれば前述のように、フィル
ム基板上に形成され、かつパターニングされて電気的に
分離された複数個の薄膜太陽電池（ユニットセル）を電
気的に直列に接続し、前記複数個の薄膜太陽電池を挟ん
でその受光面側に接着層と耐候性樹脂層とからなる保護
層を、非受光面側に接着層と補強層とからなる保護層を
設けた太陽電池モジュールにおいて、前記パターニング
部分の所定の複数箇所に抵抗線歪ゲージを薄膜形成して
なるものとし、また、前記抵抗線歪ゲージは、太陽電池
モジュール受光面側側方端部に配設した防水型出力端子
に、検出リード線を介して電気的に接続され、前記抵抗
線歪ゲージ，検出リード線および防水型出力端子は、受
光面側の保護層によって保護されてなるものとし、抵抗
線歪ゲージのホイートストーンブリッジ回路による出力
を検出することにより、モジュールの所定部位の応力を
オンラインにより検出し、所定の応力値を検出した際に
アラームを出力することとしたので、太陽電池モジュー
ルへの機械的応力の発生状況を常時監視し、発電出力低
下・停電事故等を未然に防止するために早期に警報を得
ることが可能な薄膜太陽電池モジュールとその応力監視
方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に関わる抵抗線歪ゲージの取付け位置
の一例を示す図

【図２】市販の抵抗線歪ゲージを貼付した太陽電池モジ
ュールの概念的平面図

【図３】図２におけるＰ−Ｐ断面図

【図４】歪ゲージを蒸着により設けたこの発明に関わる
太陽電池モジュールの概念的平面図

【図５】応力監視のための回路構成を示す図

【図６】歪量の変化を模式的に示す図

【図７】従来の薄膜太陽電池の構成の一例を示す図

【図８】従来の薄膜太陽電池の斜視図

【図９】従来の薄膜太陽電池の製造工程を示す図

【図１０】従来の太陽電池モジュールの上面図

【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図

【図１２】従来の異なる太陽電池モジュールの上面図

【図１３】図１２のＡ−Ａ断面図

【図１４】従来の異なる太陽電池モジュールの断面図

【図１５】従来の太陽電池モジュールの設置方法を示す
断面図

【図１６】従来の太陽電池アレイの部分斜視断面図

【符号の説明】

４０：太陽電池単セル、４１：パターニング部、４３：
防水型出力端子、４４：検出リード線、４５，５３：温
度センサ、４７ａ〜４７ｄ：抵抗要素、４８：基準電圧
値、４９：アナログ出力端子、５０ａ〜５０ｄ，Ｊ１〜
Ｊ４：蒸着形成による抵抗線歪ゲージ、５１：ブリッジ
電源端子、５２：出力端子、５６：定電流供給装置、５
７：歪測定器、５８：コンパレータ、５９：アラームａ
接点、Ｇ１〜Ｇ５，Ｇ５ａ，Ｇ５ｂ：市販の抵抗線歪ゲ
ージ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィルム基板上に形成され、かつパター
   ニングされて電気的に分離された複数個の薄膜太陽電池
   （ユニットセル）を電気的に直列に接続し、前記複数個
   の薄膜太陽電池を挟んでその受光面側に接着層と耐候性
   樹脂層とからなる保護層を、非受光面側に接着層と補強
   層とからなる保護層を設けた太陽電池モジュールにおい
   て、前記パターニング部分の所定の複数箇所に抵抗線歪
   ゲージを薄膜形成してなることを特徴とする太陽電池モ
   ジュール。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の太陽電池モジュールに
   おいて、前記太陽電池の側方に前記保護層を延長して非
   発電領域を形成し、この非発電領域に、太陽電池モジュ
   ール設置用の固定穴を設けた太陽電池モジュールであっ
   て、太陽電池モジュール設置傾斜面の傾斜方向と直角方
   向の太陽電池モジュール断面形状が、受光面側が凸とな
   るように予めあるいは設置の際に弓状に湾曲させてなる
   ものとしたことを特徴とする太陽電池モジュール。
3. 【請求項３】 フィルム基板上に形成された太陽電池を
   挟んでその受光面側に接着層と耐候性樹脂層とからなる
   保護層を，非受光面側に接着層と補強層とからなる保護
   層を設け、前記太陽電池の側方に前記保護層を延長して
   非発電領域を形成し、この非発電領域に、太陽電池モジ
   ュール設置用の固定穴を設け、さらに太陽電池モジュー
   ル設置傾斜面の傾斜方向と直角方向の太陽電池モジュー
   ル断面形状が、受光面側が凸となるように弓状に湾曲さ
   せてなる太陽電池モジュールにおいて、前記受光面側の
   保護層の所定の複数箇所に、抵抗線歪ゲージを接着して
   なることを特徴とする太陽電池モジュール。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の太
   陽電池モジュールにおいて、前記抵抗線歪ゲージは、太
   陽電池モジュール受光面側側方端部に配設した防水型出
   力端子に、検出リード線を介して電気的に接続され、前
   記抵抗線歪ゲージ，検出リード線および防水型出力端子
   は、受光面側の保護層によって保護されてなることを特
   徴とする太陽電池モジュール。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の太
   陽電池モジュールの応力監視方法であって、抵抗線歪ゲ
   ージのホイートストーンブリッジ回路による出力を検出
   することにより、モジュールの所定部位の応力をオンラ
   インにより検出し、所定の応力値を検出した際にアラー
   ムを出力することを特徴とする太陽電池モジュールの応
   力監視方法。