JP2004259928A

JP2004259928A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2004259928A
Application number: JP2003048896A
Authority: JP
Inventors: Miwako Shimizu; 美和子清水; Hirotaka Nakahara; 宏尊中原; Ichiro Araki; 一郎荒木; Toshio Joge; 利男上下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】本発明の目的は、機械的強度及び耐候性の確保により、発電性能を長期間に亙って維持することができる両面受光型太陽電池モジュールを提供することにある。
【解決手段】本発明は、両面受光型太陽電池セルの両面が光透過性の接着剤を介して光透過性の封止用ガラス板によって密封され、フレームに固定して構成される両面受光型太陽電池モジュールにおいて、前記封止用ガラス板の各々の外表面が光透過性の保護板によって覆われていることを特徴と両面受光型太陽電池モジュールにある。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−７６４１５号公報
【特許文献２】特開２００２−３３５０１号公報
特許文献１には、両面受光型太陽電池モジュールを垂直設置し、かつ構造物一体化することにより低コスト化が図れ、さらに年間総発電電力量が設置方位に依らないことから太陽電池モジュールの設置制限が緩和されることが示されている。この垂直設置方式はビル屋上の他、地上平地に設置するフェンスに組み込む構造物一体型太陽電池への応用が期待される。
【０００３】
また、両面受光型太陽電池モジュールの構造については、特許文献２にて知られるように、複数の両面受光型太陽電池セルをセル接続電線によって接続するとともに、モジュール封止接着用合成樹脂を用いて、太陽電池セルの表側及び裏側を各々１枚の封止板で覆った構造である。封止板の材質は、ガラスあるいは光透過性及び電気絶縁性を有する合成樹脂であり、又、表側及び裏側に設けられる封止板には上記二者いずれの組み合わせが示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池を用いた発電システムは自然エネルギーを利用し、二酸化炭素ガス排出のないクリーンエネルギーの旗手として導入が進められている。一層の普及を促進するためには、高効率な発電や設置費用の低減の他、長期間にわたる発電といった、設置コスト回収性が重要である。特に、燃料を不要とし太陽光により半永久的に発電する太陽電池の特長を活かすには、太陽電池モジュールの機械的強度や耐候性を確保することにより、発電性能を長期間維持することが重要となる。
【０００５】
特許文献２に記載された太陽電池モジュールのセル封止板の材料には、ガラス以外の光透過性及び電気絶縁性を有する材料として、一般にポリカーボネイト、アクリル、ポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂が考えられる。しかし、アクリルは軟化点が８０℃と低く、ＪＩＳＣ８９１７，８９１８で規定される耐候性試験に耐えられない。また、ポリテトラフルオロエチレンはモジュール封止接着用合成樹脂との接着性に欠ける。このことから太陽電池モジュールのセル封止用平板の材質は、ガラス以外ではポリカーボネイトが好ましい。
【０００６】
しかしながら、モジュールの表面にポリカーボネイトを用いた場合、ガラスより耐衝撃性には優るものの、紫外線による黄色変化防止のための表面特殊コーティング処理を要すること、ガラスの約８倍の線膨張率を有することによる接着面剥がれが懸念されること等の欠点が十分に予想される。太陽電池モジュールは屋外で使用されるので、セル封止用平板には水滴の浸透を防ぐ機能が必要とされる。ポリカーボネイトは水蒸気透過性の面ではガラスに劣る。一方で水蒸気を通さず耐候性に優れているガラスの中で、白板熱処理ガラスは表面に圧縮応力層を設けることで機械的強度を確保しているが、ポリカーボネートに比べて衝撃荷重に対する強度が劣る。
【０００７】
本発明の目的は、機械的強度及び耐候性の確保により、発電性能を長期間維持する両面受光型太陽電池モジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、両面受光型太陽電池セルの両面が光透過性の接着剤を介して光透過性の封止用ガラス板によって密封され、フレームに固定して構成される両面受光型太陽電池モジュールにおいて、前記封止用ガラス板の各々の外表面が光透過性の保護板によって覆われていることを特徴とし、特に衝撃強度に優れた樹脂製保護板を設けたことにある。耐候性を有する封止用ガラス板の外側に衝撃強度に優れた保護板を設け機械的強度を得ることによって、機械的強度及び耐候性を確保し、発電性能が長期間に亙って維持可能することができる。
【０００９】
前記両面受光型太陽電池セルが密封された前記封止用ガラス板はその端面全周が防滴用テープに覆われ、前記保護板は前記封止用ガラス板の外表面側に設けられ前記封止用ガラス板と共に前記フレームに着脱可能に固定されていることが好ましい。
【００１０】
又、前記両面受光型太陽電池セルが密封された前記封止用ガラス板はその端面全周が防滴用テープに覆われて前記フレームに固定され、前記保護板は前記封止用ガラス板の外表面側に保護材固定枠を介して前記フレームに着脱可能に固定されていることが好ましい。
【００１１】
このように、本発明は、前記太陽電池モジュールの保護板を交換可能に構成することにある。更に、セルを内封する封止用ガラス板はフレームに固定され、保護板はフレーム前面にとりつけられ、前記保護板の交換は前記封止用ガラス板をフレームから取り外すことなく行うことができる。これらの対策によって光透過性を低下させ発電電力量の低下をもたらす飛石などによるキズや紫外線による黄色変化が生じた保護板を交換することで、発電性能をより長期間維持することができる。
【００１２】
前記太陽電池モジュールの封止用ガラス板と保護板の間の空隙が外気に通じる通水孔及び通気孔の少なくとも一方が前記フレームに設けられていることが好ましい。封止用ガラス板と保護板との間の空隙に侵入した水滴は外部へ通水され、水蒸気による内面くもりを低減することによって、前述と同様に光透過性が確保され、発電性能をより長期間維持することができる。更に、本発明においては、地上設置における飛来物による太陽電池セルの破損が避けられ、長期に亙る使用が可能である。
【００１３】
尚、本発明は単結晶半導体、多結晶半導体、アモルファスなど各種の両面受光型太陽電池セルを備える太陽電池モジュールに適用できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例である両面受光型太陽電池モジュールの立面図（ａ）、Ａ−Ａ’ 断面図（ｂ）及び下面図（ｃ）である。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、両面受光型太陽電池セル１は縦及び横に複数列並べられ、各両面受光型太陽電池セル１はリード線２で接続されている。この接続された両面受光型太陽電池セル群は表側及び裏側に各々１枚の封止用ガラス板３を備え、光透過性を有する合成樹脂接着剤４の充填によって両面受光型太陽電池セル群の全体に空隙がなく封止接着されている。また、封止用ガラス板３の外周部の全周には２枚の封止用ガラス板３にまたがるように防滴用テープ５が設けられ密封されている。封止用ガラス板３と防滴用テープ５により、両面受光型太陽電池は十分な耐候性が得られる。
【００１５】
リード線２は外部に電気を伝達するために、封止用ガラス板の外部に設けられた端子ボックス６に接続され、該端子ボックス６は負荷に電気を伝達するための接続用ケーブル７を有している。
【００１６】
光透過性を有し衝撃強度に優れた合成樹脂製の保護板８が表面と裏面に設けられた封止用ガラス板３は、上部フレーム９、下部フレーム１０、構造物取付け側サイドフレーム１１、交換作業用サイドフレーム１２を溶接あるいはネジ止めによって構成されるフレーム群に取り付けられる。
【００１７】
保護板８は、可視光線を透過し、飛来物による衝撃を受けたときに割れ、飛散しにくい部材が用いられ、ポリカーボネート、アクリル、ポリテトラフルオロエチレンなどの光透過性合成樹脂からなるものである。フレームは、衝撃や風圧に対し頑強であり、耐候性が高く、軽量であるアルミニウム合金、ステンレス鋼などが好ましい。
【００１８】
以上の実施例において、耐候性を有する封止用ガラス板３の外側に合成樹脂製の高い機械的強度を有する保護板８を設けることによって、太陽電池モジュールは高い機械的強度及び耐候性を確保し、高い発電性能を長期間維持することができる。
【００１９】
なお、飛石などは多方向から衝突することが予想されることから、保護板８は、封止用ガラス板３の両面に設けることが好ましい。しかし、太陽電池モジュールの設置場所の状況によっては、飛石などの衝突が予想される片側の面のみに保護材８を設けてもよい。
【００２０】
又、図１（ｃ）に示すように保護板８と、封止用ガラス板３との空隙が外気に通じるように下部フレーム１０に上下に貫通した複数の通水孔１３を設けるのが好ましい。太陽電池モジュールは屋外に設置するため、水滴が保護板８といずれかのフレームとの隙間より封止用ガラス板３と保護板８の間の空隙に侵入する可能性があり、水蒸気による内面くもりによって光透過が妨げられ、発電性能が低下する。そこで下部フレーム１０に通水孔１３を設けて、空隙に侵入した水滴を外部へ通水することにより、内面くもりが低減し、発電性能を維持することができる。
【００２１】
更に、保護板８が飛石によるキズ、紫外線による黄色変化を起因とする発電電力量の低下を防止するため、保護板８を着脱可能にし、交換できるように構成するのが好ましい。構造物取付け側サイドフレーム１１には、上部フレーム９と下部フレーム１０が溶接あるいはネジ止めにより組み立てられる。保護板８が両面に設けられた封止用ガラス板３を上記フレームのコの字型の開いている側より挿入し、交換作業用サイドフレーム１２と上部フレーム９及び下部フレーム１０をネジで固定して太陽電池モジュールとする。いずれのフレームも断面がコの字型の形状を有し、保護材８と封止用ガラス板３によって覆われた両面受光型太陽電池セル１はその周辺の全周がコの字型の形状の溝内に挿入され固定される。
【００２２】
太陽電池モジュールの保護板８を交換するには、交換作業用サイドフレーム１２と上部フレーム９及び下部フレーム１０を固定しているネジをはずし、交換作業用サイドフレーム１２をはずす。封止用ガラス板３と保護板８をフレームから取り外し、保護板８を新しいものと交換した後、再度、フレームに封止用ガラス板３と共に組込み、交換作業用サイドフレーム１２と上部フレーム９及び下部フレーム１０をネジで固定する。
【００２３】
これにより、太陽電池モジュールの機械的強度及び耐候性を長期に亙って確保でき、保護板８のキズや着色に起因する発電電力量の低下を防ぐことにより、長期間にわたる発電性能を維持することができる。
【００２４】
（実施例２）
図２は、本発明の太陽電池モジュールの別の例を示す立面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図２に示すように、封止用ガラス板３には、上部フレーム９、下部フレーム１０、サイドフレーム２３が設けられている。本実施例においても、両面受光型太陽電池セル群は表側及び裏側に各々１枚の封止用ガラス板３を備え、光透過性を有する合成樹脂接着剤の充填によって全体が空隙がなく封止接着されている。
【００２５】
封止用ガラス板３から外部に電気を伝達させるためにリード線２と接続された端子ボックス６と、端子ボックス６から負荷に接続するための接続用ケーブル７は封止用ガラス板３の外周部に設置され、フレーム群に格納されている。
【００２６】
保護板８はフレーム群に対して、保護板固定枠１５により押圧され、フレーム群と対応する部分に設けられたネジ穴２５を通してネジ２４を用いて固定される。即ち、封止用ガラス板３と保護板８とは別々にフレームに固定されている。保護板８が飛石によるキズ、紫外線による黄色変化が生じた場合に、発電電力量の低下を防止するため保護板８を交換する必要がある。
【００２７】
保護板８を交換するには、保護板固定枠１５とフレームを固定しているネジ２４をはずし、保護板固定枠１５と保護板８をフレームから取り外す。新しい保護板８を保護板固定枠１５を用いて、フレームに固定することで、封止用ガラス板３をフレームに固定したまま、保護板８の交換が容易にできる。これにより、機械的強度及び耐候性を確保でき、保護板のキズや紫外線による黄色変化に起因する発電電力量の低下を防ぐことにより、太陽電池モジュールは長期間にわたる発電性能が維持可能となる。
【００２８】
下部フレーム１０が封止用ガラス板３を保持する位置と保護材８を保持する位置の間に上下に貫通する通水孔１３を設けることがより好ましい。封止用ガラス板３と保護材８の間の空隙に侵入した水滴を外部に通水することで、内面くもりを低減し、発電性能を維持することができる。
【００２９】
さらに、上部フレーム９の下辺に上部フレーム９が封止用ガラス板３を保持する位置と保護材８を保持する位置の間に上下に貫通する通気孔１４を設けてもよい。水滴により内面にくもりが生じた場合であっても、両面受光型太陽電池セル１が発電する際に生じる熱により結露水は暖められ水蒸気となり、空隙２０内を上昇し、通気孔１４から水蒸気が上部フレーム９内を通じ両端から外気へ放出されることで、内面くもりを低減し、発電性能を維持することができる。なお、水滴の侵入による対策として、封止用ガラス板３と保護板８の間に空隙にシリカゲル等の脱水剤を配してもよい。
【００３０】
（実施例３）
図３は、本発明の太陽電池モジュールをポール型構造物に適用した太陽電池システムの例を示す図である。地面あるいは構造物に固定されたポール１６に図１に示す両面受光太陽電池モジュール２１の取付側サイドフレーム１１の取付用アーム２２をポール側取付アーム１７にボルトで固定する。接続ケーブル７は、太陽電池モジュール２１で発電した電気の利用目的に応じた負荷へ接続する。図３では両面受光型太陽電池モジュール２１は１枚であるが、目的に応じて１本のポール１６に取り付ける両面受光型太陽電池モジュール２１の枚数が設置される。
【００３１】
（実施例４）
図４は、本発明の太陽電池モジュール２１をフェンスに適用した太陽電池システムの例を示す図である。地面に構築した基礎１９上に固定された２本のＨ形鋼からなる垂直支柱１８のＨ形の溝に図２に示す太陽電池モジュール２１を上から挿入し、ボルトで垂直支柱１８に固定する。上部フレーム９の片端もしくは両端から出された接続ケーブル７は、太陽電池モジュール２１で発電した電気の利用目的に応じた負荷へ接続する。この太陽電池モジュール２１をフェンス一体型構造として複数設置すれば、大容量の太陽電池システムを設置することが可能となる。垂直支柱１８は４本であるが、目的に応じてその本数と、太陽電池モジュール２１の上への段数が設定される。
【００３２】
飛石や飛来物などの衝突によるキズや紫外線による着色により光透過性が低下した場合には、太陽電池モジュール２１を垂直支柱に設置した状態で、保護板８を交換することが可能である。特に、高さ方向に数段設置されたシステムにおいて、太陽電池モジュール２１を垂直支柱から取り外すことなく、保護板８を交換することが可能であることから、交換にかかる工数が大幅に低減でき、発電にかかるコストが低減できる。
【００３３】
尚、実施例としては、前述の保護材は耐衝撃性の観点から透明合成樹脂であるが、太陽電池モジュールの応用形態によっては、この保護板もガラスであってよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、垂直設置された耐候性に優れている太陽電池モジュールにおいて、機械的強度及び耐候性の確保により、発電性能を長期間維持する両面受光型太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの立面図、断面図及び下面図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの立面図及び断面図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールをポール型構造物に適用した太陽電池システムの例を示す図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュールをフェンスに適用した太陽電池システムの例を示す図である。
【符号の説明】
１…両面受光型太陽電池セル、２…リード線、３…封止用ガラス板、４…接着剤、５…防滴用テープ、６…端子ボックス、７…接続用ケーブル、８…保護板、９…上部フレーム、１０…下部フレーム、１１…取付け側サイドフレーム、１２…交換作業用サイドフレーム、１３…通水孔、１４…通気孔、１５…保護材固定枠、１６…ポール、１７…ポール側取付用アーム、１８…垂直支柱、１９…基礎、２０…空隙、２１…太陽電池モジュール、２２…取付用アーム、２３…サイドフレーム、２４…ネジ、２５…ネジ穴。

Claims

両面受光型太陽電池セルの両面が光透過性の接着剤を介して光透過性の封止用ガラス板によって密封され、フレームに固定して構成される両面受光型太陽電池モジュールにおいて、前記封止用ガラス板の各々の外表面が光透過性の保護板によって覆われていることを特徴とする両面受光型太陽電池モジュール。
請求項１において、前記両面受光型太陽電池セルが密封された前記封止用ガラス板はその端面全周が防滴用テープに覆われ、前記保護板は前記封止用ガラス板の外表面側に設けられ前記封止用ガラス板と共に前記フレームに着脱可能に固定されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１において、前記両面受光型太陽電池セルが密封された前記封止用ガラス板はその端面全周が防滴用テープに覆われて前記フレームに固定され、前記保護板は前記封止用ガラス板の外表面側に保護材固定枠を介して前記フレームに着脱可能に固定されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記太陽電池モジュールの封止用ガラス板と保護板の間の空隙が外気に通じる通水孔及び通気孔の少なくとも一方が前記フレームに設けられていることを特徴とする太陽電池モジュール。