JP2003234484A

JP2003234484A - 太陽電池モジュール

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Publication number: JP2003234484A
Application number: JP2002368435A
Authority: JP
Inventors: Shingo Tachibana; 信吾橘; Hideki Yoshioka; 秀起吉岡; Sadaya Takeoka; 貞哉竹岡; Koji Tomita; 孝司富田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2003-08-22
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: JP3776082B2

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールの裏面カバー部材からの散
乱反射効果を高めて太陽光発電変換効率を向上するとと
もに耐候性、防湿性を高めた構造とする。【解決手段】相互にセル間隙を設けて平面状に配置さ
れる複数の太陽電池セル１と、該複数の太陽電池セルの
各受光面側に共通に配置される透光性材料から成る前面
カバー部材３と、前記複数の太陽電池セルの後方に共通
に配置され、前記セル間隙を介して前方から入射される
光を散乱反射させる反射性材を含む裏面カバー部材４と
を有する太陽電池モジュール１であって、前記裏面カバ
ー部材３は、白色系顔料を混入させた樹脂性材料から成
る反射性材と誘電体材料から成る耐候性材料との少なく
とも２層以上で構成され、これらの層間に無機酸化物を
付加挿入することにより、耐候性、防湿性を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、住宅用太陽光発電
システムに採用して好適な太陽電池モジュールに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来例として、例えばＪＩＳＣ８９１
８で規定されている太陽電池モジュールの構造別分類体
系によると、太陽電池モジュールはスーパーストレート
タイプ，サブストレートタイプ及び充填タイプの３種類
に分類されるが、ここでは、現在最もよく用いられてい
るスーパーストレートタイプの太陽電池モジュールにつ
いて、図８、図９及び図１０を参照して説明する。

【０００３】図８は代表的なスーパーストレートタイプ
太陽電池モジュールの構造図であり、図９は図８のＡ面
での切断面構造を示す図である。また、図１０は図９に
示す裏面カバー部材１４の部分拡大断面図である。該図
から明らかなように、インターコネクタ１５によって互
いに電気的に直列または並列に配線接続された複数の太
陽電池セル１１を有し、該太陽電池セル１１の受光面側
に透光性材料から成る前面カバー部材１３を置いてモジ
ュールの支持材とし、その下に透明な充填材料１２と裏
面カバー部材１４を用いて前記複数の太陽電池セル１１
を封入している。

【０００４】前記透光性の前面カバー部材１３としては
ガラスが適しており、特に光透過率や耐衝撃強度に優れ
ている白板強化ガラスがよく用いられている。前記透明
な充填材料１２としては紫外線による光透過率低下の少
ないＰＶＢ（Poly Vinyl Bu-tylol）や、耐湿性に優れ
たＥＶＡ（Ethylene Vinyl Acetate）などが主に使用さ
れている。また、裏面カバー部材１４には、図１０にそ
の部分拡大断面を示すように、アルミニウム（Ａl）な
どの金属フィルム４１をＰＥＴ（Polyethylenetelephth
alate）などの耐候性樹脂フィルム４２，４３でサンド
ウィッチした層構造を用い、耐候耐湿性と電気絶縁性を
持たせている。

【０００５】さらに、モジュール全体の強度を持たせる
ため、軽量金属であるアルミニウム（Ａl）押し出し型
材などから成る外枠１６，１７，１８，１９を取り付け
ている。なお、２０は該外枠１６，１７，１８，１９を
組み立てているネジである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
太陽電池モジュールは、１枚の大きな前記透光性前面カ
バー部材１３に、小さい多数の太陽電池セル１１を図８
のように配列して出力電力を大きくしているが、モジュ
ール１台当たりの発電量を大きくするため、配列される
複数の太陽電池セル１１の間隙を可能な限り狭くして多
数搭載実装するのが通例である。しかるに、図９に示す
ように、インターコネクタ１５によって互いに電気的に
特に直列に配線接続された複数の太陽電池セル１１は、
その隣接する太陽電池セル１１を電気絶縁するために、
または、直列接続するセルの裏面から次のセルの表面へ
インターコネクタ１５を配置するために、間隙を無視で
きる程度までに狭くすることが難しく、従来の太陽電池
モジュールでは通常約２ｍｍ乃至５ｍｍの間隙を必要と
していた。このセル間隙に入射する光は発電に寄与せ
ず、これに起因するモジュール搭載セル枚数当たりの太
陽電池セル発電効率の低下を避けることができなかっ
た。

【０００７】このモジュール搭載における太陽電池セル
発電効率低下を少しでも緩和させるため、本出願人は、
既に実開昭６２-１０１２４７号公報に開示しているよ
うに、裏面カバー部材１４の光入射側、すなわち、その
表面側に散乱反射性を持たせるようにして、間隙に入射
する太陽光を散乱反射させて再度前面カバー部材１３で
反射して太陽電池セル１１に到達させることを目的とし
た太陽電池モジュールも、考案してきた。しかしなが
ら、隣接する太陽電池セル１１相互の間隙が、前記した
ように僅か約２ｍｍ乃至５ｍｍ程度の間隙では、その効
果がほとんど確認されていなかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池モジュ
ールは、相互にセル間隙を設けて平面状に配置される複
数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルの各受光面
側に共通に配置される透光性材料から成る前面カバー部
材と、前記複数の太陽電池セルの後方に共通に配置され
る裏面カバー部材とを有する太陽電池モジュールであっ
て、前記裏面カバー部材は、顔料を混入させた樹脂性材
料層と誘電体材料から成る耐候性材料層との少なくとも
２層を有し、さらにこれらの層間に無機酸化物が付加挿
入されることを特徴とするものである。

【０００９】また、前記顔料を混入させた樹脂性材料層
は、セル間隙を介して前方から入射される光を散乱反射
させる反射性材からなるようにしてもよい。前記顔料
は、シリカを含む白色顔料であってもよい。前記無機酸
化物はＳｉＯｘであってもよい。前記ＳｉＯｘは、蒸着
により付加挿入されるようにしてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１は、特にスーパーストレ
ートタイプ太陽電池モジュールとして構成した本発明の
基本的原理を説明する図で、ガラスなどの透光性材料か
ら成る前面カバー部材３及びＥＶＡなどから成る透明充
填材料２を介して入射した太陽光５が、所定の間隙Ｓｍ
を設けて平面状に配置してある複数の太陽電池セル１の
受光面に到達して発電に寄与するとともに、該間隙Ｓｍ
に入射した太陽光５も、モジュール裏面カバー部材４に
含ませてある特に散乱反射性を良くする反射性材によっ
て反射され、さらに前記前面カバー部材３によって再反
射し、前記複数の太陽電池セル１の各受光面に到達し
て、該複数の太陽電池セルの各々が各受光面に入射され
る光エネルギーをより高効率で電気エネルギーに変換で
きるようにしている。

【００１１】図２は、本発明の実用性確認実験のために
用意した模擬のスーパーストレートタイプ太陽電池モジ
ュール６で、該モジュールのほぼ中央部に出力測定セル
Ｑを配置し、さらにその周囲に８枚のダミーセルＤを配
置し、各セル相互間の間隙Ｓｍをパラメーターとして出
力測定セルＱの光発電出力を測定した。例えば、出力測
定セルＱの大きさは約１００ｍｍ□の擬似角セルであ
る。

【００１２】図３は、上記実験結果によるセル間隙Ｓｍ
に対する出力測定セルＱの増加した電気出力変化率Ｑｍ
の関係データをグラフ化したものである。例えば、セル
間隙Ｓｍと電気出力変化率Ｑｍとのデータは、２ｍｍ、
４ｍｍ、８ｍｍ、１６ｍｍ、３２ｍｍのセル間隙Ｓｍに
対して、電気出力変化率Ｑｍはそれぞれ、１％、３．５
％、５．２％、７．２％、８．８％、となり、これによ
ると、セル間隙Ｓｍに対する電気出力変化率Ｑｍの特性
曲線は指数関数的である。セル間隙Ｓｍが５ｍｍ以下で
あると電気出力変化率Ｑｍ［％］の値そのものがまだ小
さく、セル間隙が３０ｍｍを越えると、電気出力変化率
Ｑｍ値の増加割合がに小さくなり、飽和傾向となる。従
って、セル間隙Ｓｍは、５ｍｍより大きく、３０ｍｍ程
度の範囲が実用的である。なお、実験は１００ｍｍ□の
太陽電池セル使用で行ったので、セル間隙を１００ｍｍ
より大きく設定することは無意味である。

【００１３】図４は、図３の特性曲線を対数グラフ化し
たものであり、これによると、セル間隙Ｓｍ［ｍｍ］と
電気出力変化率Ｑｍ［％］とに次の関係式が成立するこ
とがわかる。Ｌｎ（Ｓｍ［ｍｍ］）＝Ａ×（Ｑｍ［％］）＋Ｂここに、Ｌｎは自然対数関数、Ｓｍはセル間隙、Ｑｍは
電気出力変化率、Ａ及びＢは定数、である。定数Ａは、
各太陽電池セル裏面側に置かれた反射性部材の反射率及
び前面カバー部材との距離等で定まる定数、定数Ｂは、
太陽電池セル１枚の面積とその太陽光発電変換効率等で
定まる定数で、上記実験結果においては、Ａ＝０.３６
４、Ｂ＝０.２１５であった。なお、この場合、各太陽
電池セル裏面側に置かれた反射性部材の反射率は約７０
％であり、太陽電池セル１枚の大きさは１００ｍｍ□
で、その太陽光発電変換効率１７％の単結晶セルを使用
した。

【００１４】本発明の実施形態における太陽電池モジュ
ールの上記実験例では、反射性部材を含むモジュール裏
面カバー部材として、図１０に示す前記従来例構造のも
のと同様の、特に３層構造としたその中心材のアルミニ
ウム材４１の上面側すなわち太陽光入射側の樹脂フィル
ム４２に、シリカ（ＳiＯ₂）などの白色顔料を混入させ
て散乱反射性を持たせるか、または、図９に示すＥＶＡ
などの充填材料１２を上下２層にしてその下側すなわち
太陽電池セル１１（図２においては出力測定セルＱ及び
ダミーセルＤ）の裏面側を充填する層に前記白色顔料を
混入させて散乱反射性を持たせ（図示せず）、その散乱
反射性部材の反射率を約７０％としていたが、この反射
率を８０％、９０％と高めれば、さらに電気出力向上に
寄与することが別の実験でわかった。

【００１５】図５は、前記裏面カバー部材に含まれる散
乱反射性部材の反射率をさらに高められる構造として、
少なくとも光が入射するその表面または全体を凹凸形状
にした裏面カバー部材７である。そして、その凹凸形状
が三角波状またはピラミッド形または逆ピラミッド形状
としている。このような形状であると、前面から入射し
てきた光５のほぼ全量が進行方向矢印５ａのように多重
反射して前面に戻り、再度前面カバー部材３で反射して
太陽電池セル１に到達し、その電気出力向上に寄与する
ことができる。なお、図５には図示していないが、アル
ミニウム材４１の上部には透明な樹脂フィルム４２また
は透明なＥＶＡなどの充填材料２があるのは言うまでも
ない。また、このような凹凸形状にすると、アルミニウ
ム材４１の表面は、特に散乱反射性を良くするつや消し
表面加工を施さなくて鏡面（つや有り）のままでもよ
い。

【００１６】ところで、スーパーストレートタイプ太陽
電池モジュールの場合、その重量を軽くする必要性から
前記裏面カバー部材４は薄く膜状に形成されるのが通例
であるため、この裏面カバー部材４を図５のような凹凸
形状の裏面カバー部材７にすると、内部のアルミニウム
材４１がさらに露出しやすくなり、モジュールとしての
電気絶縁破壊事故が多発するようになることが考えられ
る。

【００１７】そこで、電気絶縁性を特に考慮して、前記
裏面カバー部材７にアルミニウム材などの導電性金属材
料を使用せず、代わりにシリカ（ＳiＯ₂）などの白色顔
料を混入させた樹脂フィルムと耐候性樹脂フィルムとの
少なくとも２層以上で前記裏面カバー部材７を構成し、
その層間に、さらに防湿機能の良い無機酸化物（例えば
ＳiＯ_X）や窒化物（例えばＳiＮ_X）などの誘電体膜を蒸
着などの方法で付加挿入してある膜を、前記裏面カバー
部材７として置き換えることも本発明実施形態の特徴と
している。これを図５で示せば、４１がシリカ（Ｓi
Ｏ₂）などの白色顔料を混入させた樹脂フィルムに置き
換わり、その裏面の耐候性樹脂フィルム４３との間に、
前記防湿機能の良い誘電体膜を蒸着などの方法で付加挿
入した構造（図示せず）の裏面カバー部材７となる。

【００１８】以上、本発明実施の形態を図１乃至図５を
参照して説明してきたが、これは実験で確認した理想的
な実施形態であり、本発明をそのまま実施しようとする
と、図２からもわかるように、各太陽電池セル相互間の
間隙Ｓｍを５ｍｍより大きく３０ｍｍ程度迄広くすれば
するほどモジュールとしての面積が大きくならざるを得
ない。しかし、実際問題として、太陽電池モジュールを
住宅用太陽光発電システムなどとして数台乃至数十台を
まとめてユニット化して設置しようとすると、多くの場
合、その設置面積に制限を受けてしまう。

【００１９】そこで、従来と同一寸法のモジュールに本
発明の実施形態を適用したのが、図６に示すモジュール
であり、太陽電池セルの大きさは約１００ｍｍ□の擬似
角セル、太陽光発電変換効率は１７％程度、を用いてい
る。この図のモジュールと図８に示す従来のモジュール
とを比較してみると、図８のモジュールでは、太陽電池
セル１１が６列×９行＝５４枚配置せられ、各セル相互
間の間隙は列間行間共約２ｍｍであり、太陽電池モジュ
ールの受光側の大きさは、約６１４ｍｍ×約９２０ｍｍ
＝約５６４８．８ｃｍ²である。また、図６の本発明実
施形態適用モジュールでは、図８のものと同じ太陽電池
セルが６列×８行＝４８枚配置しており、その相互間の
間隙は列間が従来と同様の約２ｍｍ、行間が約２０ｍ
ｍ、周辺のセルと枠との間隔を約２ｍｍとしており、太
陽電池モジュールの受光側の大きさは、約６１４ｍｍ×
約９４４ｍｍ＝約５７９６．２ｃｍ²である。なお、図
６のＡ-Ａ’部で切断した部分拡大断面図を図７に示す
が、図６のＢ-Ｂ’部で切断した部分拡大断面図は図９
の従来例図と同様である。

【００２０】ここにおいて、本発明適用モジュールの図
６は、セル枚数が６枚少なくなっている分、モジュール
としての太陽光発電電気出力絶対値は少ないけれども、
その電気出力変化率Ｑｍは約４％向上していることが確
かめられた。すなわち、本発明適用モジュール図６は、
従来モジュール図８より太陽電池セル枚数の低減を図り
つつ、相対的出力の向上を実現していることになる。な
お、この電気出力変化率Ｑｍの約４％向上は、図２の本
発明基本形に換算すると、図３の特性グラフからもわか
るように、太陽電池セル相互間の間隙Ｓｍを列間行間共
５〜６ｍｍにしたものに相当する。

【００２１】ところで、本発明適用モジュール図６のモ
ジュール出力は１２６Ｗであったが、モジュール寸法を
少し大きくすることが許されるとして、従来モジュール
と同様に５４枚の太陽電池セル搭載が可能であるとする
と、そのモジュール出力は１４１.４Ｗにもなる。しか
し、図８の従来モジュールでは、太陽電池セル５４枚搭
載であるにもかかわらず、そのモジュール出力は１３６
Ｗであった。言い換えると、本発明適用モジュール図６
の太陽電池セル１枚当たりの出力は、従来モジュール図
８の２.５２Ｗから、２.６２Ｗに向上していることにな
る。

【００２２】以上のような特性のある本発明適用モジュ
ール図６を利用して住宅用太陽光発電システムを構築す
ると、例えば本モジュール２４枚使用では、その合計出
力となるシステム出力は１２６Ｗ×２４≒３.０２ｋＷ
となり、公称出力３ｋＷシステムに十分対応できる。し
かるに、図８の従来モジュールの考え方のままで、その
太陽電池セル搭載枚数を４８枚にすると、モジュール出
力は１２１Ｗしか取り出せず、そのシステム出力は１２
１Ｗ×２４≒２.９０ｋＷで、公称出力３ｋＷシステム
には対応できなかった。（従来では、太陽電池セル５４
枚搭載モジュールとして、システム出力１３６Ｗ×２４
≒３.２６ｋＷにして、公称出力３ｋＷシステムに対応
していた。）言い換えると、本発明適用モジュールの図
６は、図８の従来モジュールよりその太陽電池セル搭載
枚数を５４枚から４８枚に、６枚も節約しているが、こ
の節約効果は極めて大きい。すなわち、現在、モジュー
ルの製造原価に対する太陽電池セルの原価（コスト）は
７割以上も占めており、該太陽電池セル６枚の節約によ
るそのコストダウン効果は、（（５４／４８）-１）×
０.７＝８.７５％にも達する。このコストダウン効果
は、住宅用太陽光発電システムの普及を図る上におい
て、極めて重要なことである。なお、太陽電池セルや半
導体集積回路などの製造に必要な高純度シリコンの精製
には、今なお特殊な技術や設備がないと精製できず、本
発明適用の太陽電池モジュールは、高純度シリコン原材
料の逼迫問題の解決にも十分に貢献することになる。な
お、本発明のを、代表的なスーパーストレートタイプ太
陽電池モジュールで説明したが、ＪＩＳＣ８９１８で
規定されている他のサブストレートタイプ及び充填タイ
プの太陽電池モジュール、または、その他のタイプのモ
ジュールにも適用できるのは言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】本発明の太陽電池モジュールによれば、
相互にセル間隙を設けて平面状に配置される複数の太陽
電池セルと、該複数の太陽電池セルの各受光面側に共通
に配置される透光性材料から成る前面カバー部材と、前
記複数の太陽電池セルの後方に共通に配置される裏面カ
バー部材とを有する太陽電池モジュールであって、前記
裏面カバー部材は、顔料を混入させた樹脂性材料層と誘
電体材料から成る耐候性材料層との少なくとも２層を有
し、さらにこれらの層間に無機酸化物が付加挿入される
ことを特徴とするものであり、太陽電池モジュールに入
射した光の散乱・反射効果を高めることができ、太陽光
発電変換効率を向上することができるとともに、防湿性
に優れたモジュール構造とすることができる。

【００２４】また、顔料を混入させた樹脂性材料層は、
セル間隙を介して前方から入射される光を散乱反射させ
る反射性材からなるようにすることにより、反射効果を
高めることができる。特に、顔料にシリカを含む白色顔
料を用いることにより、反射効果を高めることができ
る。

【００２５】また、無機酸化物にＳｉＯｘを使用するこ
とにより、特に蒸着により付加挿入することにより、防
湿性を高めることができる。

【００２６】また、前記反射性材を少なくとも光が入射
するその表面が凹凸形状であることを特徴とするもので
あり、太陽電池モジュールに入射した光の散乱・反射効
果を高めることができ、太陽光発電変換効率を向上する
ことができる。

【００２７】また、前記反射性材の凹凸形状が三角波状
またはピラミッド形もしくは逆ピラミッド形であること
を特徴とするものであり、光の全反射効果も利用して、
太陽電池モジュールに入射した光の散乱・反射効果を高
めることができ、太陽光発電変換効率を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態よりなる太陽電池モジュ
ールの基本原理を説明するための図である。

【図２】本発明の一実施の形態よりなる太陽電池モジュ
ールの原理確認用模擬太陽電池モジュールの平面図であ
る。

【図３】本発明の一実施の形態よりなる太陽電池モジュ
ールの電気出力変化率Ｑｍとセル間隙Ｓｍとの関係を示
すグラフである。

【図４】本発明の一実施の形態よりなる太陽電池モジュ
ールの電気出力変化率Ｑｍとセル間隙Ｓｍとの関係を示
す対数グラフである。

【図５】本発明の反射性部材を含む裏面カバー部材の構
成を示す拡大断面図である。

【図６】本発明の一実施例形態における太陽電池モジュ
ールの平面図である。

【図７】図６のＡ-Ａ’部で切断した部分拡大断面図で
ある。

【図８】従来例のスーパーストレートタイプ太陽電池モ
ジュールの一例を示す斜視図である。

【図９】従来例の図８のＡ面での切断面構造を示す拡大
断面図である。

【図１０】従来例のスーパーストレートタイプ太陽電池
モジュールの裏面カバー部材の詳細を示す拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

１太陽電池セル２透明充填材料３前面カバー部材（透光性）４裏面カバー部材５入射光７凹凸形状のある裏面カバー部材４１金属性フィルム、または裏面に誘電体膜付の散乱
反射機能を持った耐候性樹脂フィルム４２透明、または散乱反射機能を持った耐候性樹脂フ
ィルム４３耐候性樹脂フィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹岡貞哉大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者富田孝司大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 AA01 BA03 BA18 EA18 JA02 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相互にセル間隙を設けて平面状に配置
される複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルの
各受光面側に共通に配置される透光性材料から成る前面
カバー部材と、前記複数の太陽電池セルの後方に共通に
配置される裏面カバー部材とを有する太陽電池モジュー
ルであって、前記裏面カバー部材は、顔料を混入させた
樹脂性材料層と誘電体材料から成る耐候性材料層との少
なくとも２層を有し、さらにこれらの層間に無機酸化物
が付加挿入されることを特徴とする太陽電池モジュー
ル。
【請求項２】前記顔料を混入させた樹脂性材料層
は、セル間隙を介して前方から入射される光を散乱反射
させる反射性材からなることを特徴とする請求項１に記
載の太陽電池モジュール。
【請求項３】前記顔料は、シリカを含む白色顔料で
あることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュ
ール。
【請求項４】前記無機酸化物はＳｉＯｘであること
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】前記ＳｉＯｘは、蒸着により付加挿入
されたことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジ
ュール。