JP2004235189A

JP2004235189A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2004235189A
Application number: JP2003018416A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yokoyama; 康弘横山
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】電気絶縁信頼性及び作業性に優れた電力リード引き出し構造を備え、かつ耐火性を有し安価な太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池の正極および負極の電力リード部材１１６を、裏面保護部材を貫通させて、電気絶縁性材料製の中空構造体１２８からなる端子箱内に導入し、端子箱内に別途導入した外部の接続ケーブルの端子に電気的に接続してなる太陽電池モジュールにおいて、裏面保護部材は、少なくとも、電力リード部材を貫通させる貫通孔１１７を備えた導電性材料からなる導電性補強層１１１を有してなり、かつ、中空構造体は、貫通孔に対向してその中心を位置合わせした、電力リード部材貫通用のリード穴１１８ａを備え、さらに、例えばリード穴の一端部に設けた中空円筒状のボス１１８と貫通孔１１７とを嵌合させる嵌合構造により、前記位置合わせを行なう。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池モジュール、特に、太陽電池で発生した電力を外部に取り出す電力リード引き出し装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池としては、結晶系，非結晶系の双方が使用されるが、非晶質太陽電池を用いた薄膜太陽電池は、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。
【０００３】
近年では、プラスチックフィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発がすすめられており、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プロール方式等の製造方法により大量生産が可能となっている。
【０００４】
上記薄膜太陽電池モジュールとして、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。
【０００５】
図２および図３は、本願出願人により提案された特許文献１に記載された太陽電池モジュールの構造の一例を示し、その電力リード引き出し装置構造の詳細を、図４および図５に示す。
【０００６】
図２，３に示す太陽電池モジュールにおいては、太陽電池１の太陽光入射側である受光面側に、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを使用した接着層２、並びにＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン）などを使用した防湿層３、ＥＶＡにガラス繊維を充填して機械的強度を高めた強化層４、その上にＥＴＦＥなどを使用した汚損物質付着防止の表面保護層５からなる耐候性保護層としての受光面側保護層６が積層され、太陽電池１を保護している。
【０００７】
また太陽光入射側と反対側である非受光面側には、接着層７、防水と電気絶縁を兼ねたＥＴＦＥやポリイミドを使用した絶縁層８、補強層１１との接合の役目をなすＥＶＡなどを使用した接着層９が積層されて非受光面側保護層１０が形成され、その上に積層された金属製平板などを使用した補強層１１が接着されており、上記各層は加圧熱融着ラミネートで一体化されている。なお、各層のラミネートは、一般に、図３における紙面上部の表面保護層５から順に下方に向かって行われるが、太陽電池１と接着層２は、あらかじめ一体化されている。また、ニーズに応じて、一部の層を省略することがある。
【０００８】
さらに、受光面側保護層６、非受光面側保護層１０、補強層１１は太陽電池１の側方の非発電領域まで延長され、非発電領域には略四角形状の太陽電池１の両側辺に沿って平行的に平箔銅線の電力リード線１２が配置され、導電性粘着テープ若しくはハンダ付け平箔銅線の渡り線１３で太陽電池１の図示しないプラス極、またはマイナス極にそれぞれ接続されている。
【０００９】
また、電力リード線１２の端部近傍には、発電した電力を外部に引出す中継をなす電力端子箱１４が補強層１１に接着、またはネジ止めで固定されており、電力リード線１２とケーブル１５が接続線１６で電気的に接続されて全体として四角形で平板状の太陽電池モジュール５０を形成している。
【００１０】
ここで、電力リードの取出し構造について、以下に詳述する。図４は電力端子箱１４の断面図で図３とは上下反対に示している。また図５は電力端子箱１４のフタ２７を外した上面図である。
【００１１】
図４，５において、電力リード線１２のほぼ直上から補強層１１、接着層９、絶縁層８、接着層７を貫通して穴１７が開けられ、電力リード線１２の表面が露出し、また穴１７の上に電力端子箱１４の穴１８がほぼ同軸上に並ぶように、補強層１１に当接してベース台２８が配置され、補強層１１に接着固定、または図示しないネジで締結固定されている。
【００１２】
上記穴１７には、例えば銅線を使用した接続線１６が挿入され、端部が電力リード線１２とハンダ接合されている。接続線１６はベース台２８の穴１８を通ってベース台２８の端子台１９に導かれ、その端部は端子台１９のネジ２０で逆流防止ダイオード２１のリード線２２と共に締結固定される。また逆流防止ダイオード２１の他方のリード線２３は端子台２４に導かれ、ケーブル１５の導体芯線２５とともにネジ２６で締結固定されている。なお、逆流防止ダイオード２１は太陽電池１のプラス極側、若しくはマイナス極側のいずれか一方に挿入すれば、その役目を果たすことができるため、不要な場合は外して接続線１６を直接、端子台２４につなぎ込まれる。
【００１３】
また、穴１７、穴１８には水分侵入による絶縁不良を無くすため、防水・絶縁性の樹脂が充填され、同様に端子台１９、２４ネジ２０、２６も防水性樹脂で覆われており、蓋２７がベース台２８に被せられ、接着もしくは図示しないネジで締結固定されて電力端子箱１４を形成している。
【００１４】
ところで、太陽電池モジュールを住宅の屋根に搭載する場合、防火に対する法規制に合致することが建築物として認可される上で必要な要件の１つである。例えば、木造建築物の場合、飛び火による延焼を防ぐため、屋根は不燃材で葺くこととされている。このため、従来構造の太陽電池を搭載するとき、屋根材としての太陽電池の耐火性を高めるために裏面保護部材に金属板、例えば鋼板を用いたものが用いられ、表面保護部材としては、ガラス板を用いたものが用いられている。太陽電池モジュールに可とう性をもたせるためには、ガラス板を用いずに、難燃性の前記ＥＴＦＥを用いる場合もある。裏面保護部材としては、アルミニウム箔を耐候性フィルムでサンドイッチ構造とした耐候・耐湿フィルム、無塗装の亜鉛メッキ鋼板のような薄い鋼板、屈曲性や硬さなどの観点からポリエステル樹脂やアクリル樹脂がコーディングされた鋼板等が用いられる。
【００１５】
上記のように、ニーズに応じて、種々の太陽電池モジュールのタイプがある。図６は、太陽電池モジュールの諸構造を概括的に示す模式的断面図で、主要部材のみを示している。図６（ａ）は、ガラス板を用いた一般的な構造の太陽電池モジュールに相当し、２２１は太陽電池、２２２は表面保護部材（ガラス板）、２２３は裏面保護部材としての背面材（アルミ箔ラミネートポリフッ化ビニール、２２４は接着性樹脂封止材（ＥＶＡ）を示す。
【００１６】
図６（ｂ）は、所謂スーパーストレート構造に相当し、ガラス基板に直接太陽電池を形成したもので、２３１はガラス基板太陽電池、２３３は背面材（アルミ箔ラミネートポリフッ化ビニール）、２３４は接着性樹脂封止材（ＥＶＡ）を示す。また、図６（ｃ）は、所謂サブストレート構造であって、ＳＵＳ基板またはプラスチック基板に太陽電池を形成し、表面保護部材としてプラスチックの保護膜を用いたもので、２４１は太陽電池、２４２は表面保護膜（ＥＴＦＥまたはＦＥＰ）、２４３は背面構造支持体（表面処理ＡＬ−亜鉛鋼板）、２４４は接着性樹脂封止材（ＥＶＡ）を示す。
【００１７】
さらに、図６（ｄ）は、フレキシブルモジュールであって、表面保護部材および裏面保護部材としてプラスチックフィルムの保護膜を用いたもので、２５１は太陽電池、２５２は表面保護膜（ＥＴＦＥまたはＦＥＰ）、２５３は裏面保護膜（ＥＴＦＥ，ＦＥＰ，ＰＶＦ等）、２５４は接着性樹脂封止材（ＥＶＡ）を示す。さらにまた、図６（ｅ）は、図６（ｄ）の表面保護部材および裏面保護部材において、強化層としてガラス不織布２６５を追加したものを示す。
【００１８】
上記以外にも、種々の太陽電池モジュール構造があり、ニーズに適した構造が採用される。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−１１１０３２号公報（第２−３頁、図２−８）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記図４および図５に示すような電力リード引き出し構造を備えた従来の太陽電池モジュールにおいては、以下のような問題点がある。
【００２１】
図４において、接続線１６が挿入される円形若しくは四角形の穴１７は補強層１１にも形成されるが、補強層１１として、モジュールの耐火性向上のために、鋼板のような導電性材料を用いた場合、補強層１１に穴を加工すると、導電材料が露出するため、その中を通る接続線１６の位置精度によっては、導電材料と接触して絶縁不良が発生する可能性がある。
【００２２】
この絶縁不良を回避する方法としては、穴１７の導電材料露出部の絶縁処理や、充分な絶縁被覆を有する接続線１６を使うなどの方法が考えられるが、いずれも部品コストおよび作業コストが増大する問題がある。
【００２３】
また、接続線１６の端部を電力リード線１２とハンダ接合する工程に関しても、電力リード線１２の所定の位置に、接続線１６を精度よく位置合わせすることが困難であり、電気的な接続は、人手によるハンダ付け作業となるので、生産性が低く、量産には不向きであるという問題もある。
【００２４】
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、電気絶縁信頼性及び作業性に優れた電力リード引き出し構造を備え、かつ耐火性を有し安価な太陽電池モジュールを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を接着性樹脂により封止してなり、前記太陽電池の正極および負極の電力リード部材を、前記裏面保護部材を貫通させて、電気絶縁性材料製の中空構造体からなる端子箱内に導入し、前記端子箱内に別途導入した外部の接続ケーブルの端子に電気的に接続してなる太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護部材は、少なくとも、前記電力リード部材を貫通させる貫通孔を備えた導電性材料からなる導電性補強層を有してなり、かつ、前記端子箱の中空構造体は、前記貫通孔に対向してその中心を位置合わせした、前記電力リード部材貫通用のリード穴を備え、さらに、前記端子箱の中空構造体と導電性補強層とは、一方に設けたボスと他方に設けた溝もしくは孔との嵌合構造により前記位置合わせをする構成とする（請求項１の発明）。
【００２６】
上記構成により、電力リード部材と導電性補強層との間の電気絶縁性が容易かつ精度よく確保でき、量産に好適な作業性に優れた電力リードの引き出し構造が実現できる。
【００２７】
また、前記発明の実施態様としては、下記請求項２ないし７の発明が好ましい。即ち、請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記端子箱を、前記太陽電池の正極および負極の各々に対応して個別に設けたものとする（請求項２の発明）。この構成によれば、太陽電池の内部リード線の引き回し距離が短くなり、その分、電力損失が低減でき、また、作業性も向上する。
【００２８】
さらに、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記嵌合構造は、前記裏面保護部材の貫通孔と、前記中空構造体のリード穴の一端部において、前記貫通孔側に突出させた中空円筒状のボスとから構成する（請求項３の発明）。この構成によれば、貫通孔およびリード穴部が嵌合構造を兼ねるので、構成がシンプルとなり、かつ絶縁距離の保持精度が向上する。
【００２９】
また、嵌合構造は、上記のような兼用構造とはせずに、独立的に構成することもでき、例えば、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記嵌合構造は、前記導電性補強層の貫通孔以外の場所に設けた円筒状の溝と、前記中空構造体の導電性補強層側に、前記円筒状の溝に対応して設けた円筒状のボスとから構成する（請求項４の発明）。さらに、独立的構成としては、中空構造体の外周部をボスとし、このボスに対応する形状の溝を導電性補強層に、例えばプレスにより形成することにより構成することもできる。
【００３０】
また、全体的な作業性向上の観点から、下記請求項５の発明が好ましい。即ち、前記請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記電力リード部材は、その一端を予め前記端子箱内に導入した前記接続ケーブルの端子に電気的に接続固定し、その他端を予め前記リード穴近傍に配設し、さらに、前記端子箱は、少なくとも前記リード穴と対向する蓋部材を有し、この蓋部材を開として前記電力リード部材の他端を押圧することにより、前記リード穴を貫通して前記太陽電池の正極または負極の電極部に接続可能に構成する。
【００３１】
さらに、耐火性向上の観点から、下記請求項６ないし７の発明が好ましい。即ち、前記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記中空構造体の内部とリード穴および貫通孔内に、耐熱性樹脂を充填してなるものとする（請求項６の発明）。さらに、前記請求項１ないし６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記少なくとも導電性補強層を有する裏面保護部材は、鋼板からなるものとする（請求項７の発明）。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施例について以下に述べる。
【００３３】
図１は、この発明に関わる太陽電池モジュールの実施例の模式的構成図を示し、電力リード取り出し部を拡大して示す。図１（ａ）は、非受光面側からみた太陽電池モジュールの部分拡大平面図、図１（ｂ）はその側断面図である。
【００３４】
図１において、太陽電池１０１の非受光面側には電極部１１２が太陽電池１０１と電気的に接続された状態で取付けられており、電極部１１２の非受光面側は、電極取出し部１６０を除いて、図示しない絶縁層により絶縁されている。また、太陽電池１０１の非受光面側には、絶縁性封止層１０８（例えば、ＥＶＡまたは難燃化したＥＶＡ）と導電性補強層１１１（例えば、ガルバリウム鋼板，川崎鋼板製レジノカラーＧ）が一体化され非受光面側積層体１１０として配置され、この非受光面側積層体１１０には、内径Ｄ１の貫通孔１１７が予め開けられている。
【００３５】
電極部１１２が取付けられた太陽電池１０１と非受光面側積層体１１０を、電極取出し部１６０と貫通孔１１７との位置が合うように位置合わせした状態で積層し、さらに、太陽電池１０１の受光面側に透光性封止層１０６（例えば、ＥＶＡを介してＥＴＦＥ）を積層した状態で、加圧熱接着ラミネートにより一体化し太陽電池モジュール１５０を形成する。
【００３６】
接続ケーブル１１５には、端子１２４が電気的に接続された状態で取付けられ、貫通穴を通して、電気絶縁性材料、例えば、難燃性のザイロン（旭化成（株）の商品名商品型番５４０Ｚ）からなる中空構造体１２８内部に導入され、固定ネジ１２６により端子１２４が中空構造体１２８に固定されている。中空構造体１２８には内径Ｄ２のリード穴１１８ａが開けられており、非受光面側積層体１１０の貫通孔１１７と中空構造体１２８のリード穴１１８ａに中心が合うように位置合わせされた状態で、中空構造体１２８は導電性補強層１１１に接着固定されている。なお、リード穴１１８ａの一端部には、前記貫通孔側に突出させた中空円筒状のボス１１８が設けてあり、この中空円筒状のボス１１８と前記貫通孔１１７とを嵌合させることにより、上記位置合わせができるように構成している。
【００３７】
端子１２４には、予め電力リード部材１１６が電気的に固定されており、この電力リード部材１１６をリード穴１１８と貫通孔１１７とを通して電極部１１２に接続することにより、太陽電池モジュール１５０の電力を接続ケーブル１１５に取り出すことができる。
【００３８】
また、電力リード部材１１６は、前述のように、その一端を予め端子箱内に導入した接続ケーブルの端子１２４に電気的に接続固定し、その他端を予め前記リード穴１１８ａ部に配設し、かつほぼＺ形状に折り曲げ加工した弾性と導電性とを有するものとし、さらに、前記端子箱は、蓋部材１２７を有し、この蓋部材１２７を開として電力リード部材１１６の他端を押圧することにより、リード穴１１８ａを貫通して太陽電池の正極または負極の電極部１１２に接続可能に構成している。なお、電力リード部材１１６の形状は、この発明の技術思想に適合するものであればよく、上記実施例に限定されない。
【００３９】
さらに、中空構造体１２８の内部および貫通孔１１７とリード穴１１８ａの内部等には、図示ない充填剤（例えば、難燃性樹脂である信越化学製ＫＥ２００）を充填した後、蓋部材１２７を取付けて中空構造体１２８内を絶縁保護する。
【００４０】
本実施例では、貫通孔１１７の内径Ｄ１を１０ｍｍとして非受光面側積層体１１０の加工を行い、リード穴１１８ａおよび中空円筒状のボス１１８の内径Ｄ３を８ｍｍとし、中空円筒状のボス１１８の外径Ｄ２を９．５ｍｍとした。また、導電性補強層１１１としての鋼板の厚さを０．４５ｍｍとし、中空円筒状のボス１１８と貫通孔１１７との嵌合長さを０．４ｍｍとした。これにより、必要絶縁距離が容易に確保でき、作業性が向上することが確認できた。
【００４１】
なお、嵌合構造は、上記のように中空円筒状のボス１１８を設けずに、例えば、図１（ｂ）のＫ部に請求項４のように、独立的に構成することもできる。即ち、導電性補強層１１１の前記Ｋ部に図示しない円筒状の溝を設け、中空構造体１２８の導電性補強層側に、前記円筒状の溝に対応して円筒状のボスを設けることにより、嵌合構造を構成することもできる。さらにまた、前述のように、中空構造体１２８の外周部を実質的なボスとし、導電性補強層に、前記実質的なボスに対応する凹部をプレスにより形成して、嵌合構造を構成することもできる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明によれば前述のように、表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を接着性樹脂により封止してなり、前記太陽電池の正極および負極の電力リード部材を、前記裏面保護部材を貫通させて、電気絶縁性材料製の中空構造体からなる端子箱内に導入し、前記端子箱内に別途導入した外部の接続ケーブルの端子に電気的に接続してなる太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護部材は、少なくとも、前記電力リード部材を貫通させる貫通孔を備えた導電性材料からなる導電性補強層を有してなり、かつ、前記端子箱の中空構造体は、前記貫通孔に対向してその中心を位置合わせした、前記電力リード部材貫通用のリード穴を備え、さらに、前記端子箱の中空構造体と導電性補強層とは、一方に設けたボスと他方に設けた溝もしくは孔との嵌合構造により前記位置合わせをする構成としたので、
電気絶縁信頼性及び作業性に優れた電力リード引き出し構造を備え、安価な太陽電池モジュールを提供することができる。また、前述のように、各種材料を不燃性もしくは難燃性とすることにより、耐火性に優れたモジュールが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に関わる太陽電池モジュールの模式的部分拡大図
【図２】従来の太陽電池モジュールの一例の上面図
【図３】図２のＡ−Ａ側断面図
【図４】従来の電力端子箱の側断面図
【図５】図４の電力端子箱の上面図
【図６】従来の太陽電池モジュールの諸構造を概括的に示す模式的断面図
【符号の説明】
１０１：太陽電池、１０６：透光性樹脂層、１０８：絶縁性樹脂層、１１０：非受光面側積層体、１１１：導電性補強層、１１２：電極部、１１５：接続ケーブル、１１６：電力リード部材、１１７：貫通孔、１１８：中空円筒状のボス、１１８ａ：リード穴、１２４：端子、１２６：固定ネジ、１２７：蓋部材、１２８：中空構造体、１５０：太陽電池モジュール、１６０：電極取出し部。

Claims

表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を接着性樹脂により封止してなり、前記太陽電池の正極および負極の電力リード部材を、前記裏面保護部材を貫通させて、電気絶縁性材料製の中空構造体からなる端子箱内に導入し、前記端子箱内に別途導入した外部の接続ケーブルの端子に電気的に接続してなる太陽電池モジュールにおいて、
前記裏面保護部材は、少なくとも、前記電力リード部材を貫通させる貫通孔を備えた導電性材料からなる導電性補強層を有してなり、かつ、前記端子箱の中空構造体は、前記貫通孔に対向してその中心を位置合わせした、前記電力リード部材貫通用のリード穴を備え、さらに、前記端子箱の中空構造体と導電性補強層とは、一方に設けたボスと他方に設けた溝もしくは孔との嵌合構造により前記位置合わせをする構成としたことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記端子箱を、前記太陽電池の正極および負極の各々に対応して個別に設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１または２に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記嵌合構造は、前記裏面保護部材の貫通孔と、前記中空構造体のリード穴の一端部において、前記貫通孔側に突出させた中空円筒状のボスとから構成したことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１または２に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記嵌合構造は、前記導電性補強層の貫通孔以外の場所に設けた円筒状の溝と、前記中空構造体の導電性補強層側に、前記円筒状の溝に対応して設けた円筒状のボスとから構成したことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記電力リード部材は、その一端を予め前記端子箱内に導入した前記接続ケーブルの端子に電気的に接続固定し、その他端を予め前記リード穴近傍に配設し、さらに、前記端子箱は、少なくとも前記リード穴と対向する蓋部材を有し、この蓋部材を開として前記電力リード部材の他端を押圧することにより、前記リード穴を貫通して前記太陽電池の正極または負極の電極部に接続可能に構成することを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記中空構造体の内部とリード穴および貫通孔内に、耐熱性樹脂を充填してなることを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記少なくとも導電性補強層を有する裏面保護部材は、鋼板からなることを特徴とする太陽電池モジュール。