JP2004297104A - 太陽電池モジュールの設置方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池モジュールの対向する2辺のみを可撓性の補強板に接着固定した後、この補強板を反らせながらこの2辺を既に位置が固定されているフレームの溝に差し込む。
【選択図】 図6
Description
太陽電池素子11は不透明であるが、太陽電池素子11同志の間(間隔部分)
および太陽電池素子11と配線12、13の間などは透明であり、太陽光は透過するので、このような太陽電池モジュール1を倉庫や駐車場など高照度を必要としない建物の屋根又は窓に用い、透過光を利用することがある。
また、従来は、太陽電池モジュールの出力電力を取り出す外部リードの接続方法においては、太陽電池モジュールの端部で主配線端部の接着材フィルムおよび保護フィルムを剥離し、主配線端部と外部リード端部とを、例えば、はんだ付けなどにより接続していた。
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、屋根や窓などに太陽電池モジュールを容易に取付け可能な設置方法を提供することにある。
前記接着部位2辺のうちの少なくとも1辺を支持する防水性弾性体付フレームの一部を切り欠き雨水などが滞留しないようにすると良い。
凹レンズは他の部材に形成される場合もある。図2は凹レンズが補強板に形成されている太陽電池モジュールの断面図である。この例では、第2の保護フィルム15bは透明なプラスチックからなる補強板である。凹レンズはプラスチック板に形成されており、上記と同じ作用により影は生じない。
太陽光が透過後発散光になればよく、これらのレンズは他の形状であっても良い。図3は他の形状のレンズの例を示す斜視図であり、(a)は複数のシリンドリカルレンズの場合、(b)は多数の円形の微小レンズの場合である。
細いシリンドリカルレンズLtまたは微小レンズLsが太陽電池素子間の透明部分を覆っている。レンズ1個の面積が小さいとモジュールの厚さ方向の凹凸は小さくモジュールの強度の低下は小さい。
また、レンズの曲面は太陽電池モジュールの両面に形成されていても作用にはなんら変わりはない。
以下太陽電池モジュールの構成を図1に基づいて説明する。
保護フィルム
太陽電池モジュールの表面の保護フィルム15a、15bとしては、四フッ化エチレン−エチレン共重合体(以下ETFEと記す)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体( 以下FEPと記す)等のフッ素系樹脂フィルムが用いられる。これらのフィルムの片面もしくは、両面に封止樹脂との接着性向上、表面側の雨水による洗浄効果の観点から親水化のための表面処理が行われる。これら親水化表面処理の方法としては、コロナ放電処理、プラズマ放電処理、アルカリ処理、紫外線照射処理等が行われる。
接着材フィルム14としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(以下EVAと記す)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロビレン−ビニリデンフロライド共重合体、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリイソブチレン等を用いることができる。この内特に、高耐候性、低コストの点ではEVAが良好である。また耐候性、作業性の観点からはテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロビレン−ビニリデンフロライド共重合体(以下THVと記す)が良好である。THVを除く、これらの接着材には、紫外線吸収剤、酸化防止剤、架橋剤、カップリング剤が配合されていることが必要である。
接着においては、カップリング剤の選定が重要である。受光面側の接着材フィルムには、次のカップリング剤を用いることができる。
2)ビニルトリエトキシシラン
3)ビニルトリメトキシシラン
4)γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
5)β−(3、4−エポキシエポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン
6)メトキシシラン
シランカップリング剤は、通常EVAをフィルム化後、塗布または、含侵により表面に付着さられる。この選定で注意することは、太陽電池素子と直接接するため、イオン化しやすい、クロル等のハロゲン、アミノ基、メルカプト基を含有するものは、a-Si、金属電極に影響を与えるため使用しない方が良い。
太陽電池においては、特に透明導電膜であるITOの屈折率1.70より小さく、
THVの屈折率1.36より大きい屈折率の接着性向上剤が、セル表面での反射を少なくする手段として有望である。
接着性向上剤としては、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミ系カップリング剤が知られている。
また、THVは、架橋せずに140 ℃以上の熱融着のみで、太陽電池素子との実用上十分な接着力を有する。また必要により、THVは、電子線架橋して用いることにより耐熱性が向上する。
図4は太陽電池素子を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるXX断面図である。フレキシブルなプラスチック製の基板1aとして、ポリパラフェニレンテレフタルアミド(アラミドフィルム、光透過率35%)厚さ50μm 、幅500mm 、長さ200 m のフィルムに直径1.5 φの孔h1を抜き加
工により開けた。次いで、プラスチック基板1aの両面に銀その上のZnO よりなる第1電極層1bおよび第2電極層1cを連続的に蒸着した。貫通孔h2を開孔後、さらにa-Siの光電変換層1d、第3電極層1e(透明導電膜ITO) 、第4電極層(ニッケル)1fを形成した。
次いで、レーザー加工により、分離線1iによる個別の太陽電池素子の形成および分離線1jによる第3電極1c、第4電極1fの個別化を行い、同時に太陽電池セルの直列接続を形成した。
フレキシブルなプラスチック基板としては、芳香族ポリアミド(アラミド)、
ポリイミド、ポリアミドイミドが好適である。これらの材料としては、これらのうち特に熱膨張係数が 2×10-5以下が好ましく、より好ましくは、3 ×10-6以下がである。200 ℃以上の高温でのフィルムとしての熱収縮率が小さい材料が良く、好ましくは0.2%以下、より好ましくは0.12%以下である。これ以上の熱膨張係数、加熱収縮率になると、フレキシブル基板上に構成された金属電極との接着性が悪くなる。
a-Si太陽電池の形成法の代表例として、シランガスなどのプラズマCVD により構成する。a-Si太陽電池の構造としては、本出願人により先に出願された特開平6-342924号公報に記載のフィルム上で直列接続を形成した太陽電池が特に好ましく、また電極構成も信頼性上の重要な因子である。好ましい層構成としては、受光面側から順に、受光面の透明集電電極である第3電極としてはITO、a-Si層、反射膜である第1電極としては銀/ZnO (銀が基板側)、フレキシブルプラスチック基板として芳香族ポリアミド、第2電極(銀/ZnO )および第4電極(Ni)の複合電極が特に優れている。本発明の光拡散面からの拡散光をさらに反射させるためには、最背面( 受光面の反対側の最も外側の面)の第4電極は、光反射率の高いことが好ましく、蒸着し易い材料としては、Ni、Al、Ag、Cr等が挙げられる。
第2の保護フィルム15aとしては透明で透湿率が小さいが好ましい。具体例としては、一フッ素化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂、三フッ化塩化エチレン樹脂、、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロビレン−ビニリデンフロライド共重合体、アクリル樹脂、3フッ化塩化エチレン樹脂コートアクリル樹脂、ポリエステル樹脂で構成したもの、四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン−六フッ弗化プロピレン共重合体が挙げられるが、巻き取り性等伸びが必要な場合は、四フッ化エチレン−エチレン共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体が好ましい。
上記の各部材を積層接着して一体化するためにラミネート装置(後述)により加熱加圧することにより、部材間は脱気され、強固に一体化され、高信頼性が達成される。
太陽電池モジュールには、機械的強度を増加させるため、補強板が積層されてもよい。補強板は上記の第2の保護フィルムに換えて接着材フィルムにより接着されるか、または第2の保護フィルムに接着される。
補強板用の材料としては、ポリエステル板、アクリル板、ポリカーボネート板、ガラス板等透明板材料、FEP、THV、ETFE、ポリエチレン、塩化ビニル等の透明フィルム材が用いられる。さらにこれらの材料中にガラス繊維等の無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維、TiO2、SiO2等の粒径0.1〜50μm の無機粒子、または四フッ化エチレン、アクリル、ナイロン等の粒径0.1〜5 μm のプラスチック粒子が分散されていても良い。
主配線13として幅3mm 〜25mm、厚さ、0.01〜0.25mmのハンダメッキ銅箔、錫メッキ銅箔が用いられる。主配線が厚くなりすぎると巻き取り性が低下する。さらに加圧された時、切断時のバリ、または、エッジで絶縁層を損傷する恐れが出てくる。また厚さが0.02mm以下になると配線強度が低下し切断し易くなる。また半田メッキ、錫メッキが行われないと、補助配線材料との接続抵抗の増加をもたらす。補助配線12として、幅 2〜15mmの導電性粘着剤付きアルミ箔または、Ni箔等の金属箔を用いることができる、さらにこれら金属箔の強度向上の目的でポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム等のプラスチックフィルムの裏打ちタイプを用いることができる。
太陽電池モジュールの製造方法
上記の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
保護フィルム15aおよび15bと接着材フィルム14を予めそれぞれ積層化したフィルムF1およびF2を準備しておく。ロールR1より捲き出されたフィルムF1の接着材フィルム上に太陽電池素子1は10mm間隔に配置され、補助配線12およびロールR3から送り出される主配線13が所定位置に配置される。そして、ロールR2より捲き出されたフィルムF2が被せられる。そして、ラミネーター部L1で加圧加熱されてラミネートされ太陽電池モジュールとされた後、ロールR4に巻き取られる。
凹レンズの形成は、上記のラミネートの際に行う。ラミネーターL1の表面に凹レンズの逆型(凸)の型P1(太陽電池モジュールの両面を曲面とする場合は型P2)を取り付けておき、加圧することにより接着材フィルム14にレンズの形状を付与することができる。凹部の深さはモジュールの厚さの1/10〜1/2 が良い。浅過ぎると凹レンズ効果が小さくなり、深すぎるとモジュール強度が低下する。真空ラミネート装置でのEVAの硬化条件は、通常150 ℃、15分である。EVAの架橋時間は、配合された架橋剤である過酸化物の種類により、異なり架橋温度としては、100 ℃から150 ℃の間である。
次に、他の補強材を用いた場合の太陽電池モジュールの設置方法について説明する。
図6は本発明に係る太陽電池モジュールの設置方法を示す要部破断斜視図である。構成は従来の設置方法と殆ど変わらないので、異なる点のみを説明する。先ず、太陽電池モジュール1の対向する2辺をアクリル等の透明プラスチックからなる同じ面寸法の補強板3の2辺に両面粘着テープ2により固定する。次いで、この2辺に平行に補強板を反らせ、既に建築物等の所定位置に固定してある防水性弾性体である押さえ部材5の貼付されたフレーム4aの溝に差し込む。太陽電池モジュール補強板の2辺にしか固定されていないので、補強板は反らせやすく溝への差し込み作業は容易にできる。その後、他の2辺を押さえ部材5を貼り付けたアルミフレーム4bを固定用ネジ等で固定した。
上記で使用できる粘着接着材としては、アクリル系の両面粘着テープが知られている。これらの両面粘着テープは、例えば住友スリーエム(株)製の商品名VHBアクリルフォーム構造用接合テープ、および日東電工(株)製の両面テープ(HJ−0240)等が知られている。これらのテープのうち特に本発明に用いられるテープとしては、厚さ0.6mm 以下のものが良い。厚さが厚くなると貼付け部と貼付けなしの部分の境界の防水性が悪くなる問題がある。
太陽電池モジュールへの外部リードの接続方法
次に、太陽電池モジュールへの外部リードの接続方法について説明する。
)は平面図であり、(b)は(a)におけるXX断面図である。
絶縁被覆材料として、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン−ビニリデンフロライド、FEP、塩化ビニルまたはポリエチレン等からなる被覆62で2芯線61が被覆されたフラットケ−ブル6を用いた。芯線は厚さ0.01mm〜0.2mm の半田メッキ薄銅板である。
このフラットケーブル6を太陽電池モジュール1の主配線13の端部に直角に添わせ、直交する部分に接続金具7を貫通させ、両端を曲げまたは潰してフラットケーブル6および太陽電池モジュール1の表面にかしめた。
接続金具はホチキス針、ハトメ鋲または爪を有するハトメ鋲等を用いることができる。
上記のかしめは、接続部材に対応する専用工具を用いることができるので、極めて簡便であり、またフラットケーブルなので厚さは余りなく被覆作業は容易であり、太陽電池モジュールの設置現場での実施は容易となった。
実施例1
太陽電池モジュールおよび太陽電池素子の構成は、すでに説明した図1および図2に同じであり、太陽電池モジュールの製造装置もすでに説明した図3と同じ装置である。またり太陽電池モジュールの設置方法もすでに説明した図7に同じである。従って、実施例に係る部分を除いて説明は省略する。
次いでレーザー加工により分離線をいれ太陽電池セルの分離と直列接続を完成した。そして、次いで太陽電池層側にEVAをロールラミネートし、切断後の素子の変形を防止した。切断寸法は、40cm×60cmとした。
接着材フィルムとして、EVAフィルム(スプリングボーン社製、エチレン−酢酸ビニル共重合体、品番#15295P)を用いた。厚さは第1の保護フィルム側は0.26mm、第2の保護フィルム側は0.46mmとした。この接着材フィルムは、酢酸ビニル含有率が約10% のEVAに酸化防止剤として、トリス(モノ−ノニルフェニル)ホスファイト、紫外線吸収剤として、2−ハイドロキシ−4−n−オクチルベンゾフェノン、シランカップリング剤として、メトキシシランを配合した後、押し出し機によりフィルム成形されたものである。
主配線として幅10mm、厚さ0.15mmのハンダメッキ銅箔、補助配線として、導電性粘着剤付きアルミ箔(ポリエステルフィルム裏打ちタイプ)幅10mmを用いた。 太陽電池素子の間隔は10mmとし、4素子毎に素子間を150 mmと広げ、その中央で切断し個別モジュールとし、この端部を外部リードの接続領域とした。 レンズの形成は、太陽電池モジュールのラミネ−トの際にレンズ形状の逆型の表面形状の加圧板(図5符号P1、P2)を用いることにより行った。凹部の深さはモジュール厚さの1/5 程度とした。ラミネート装置でのEVAの硬化条件は、150 ℃、15分とした。
実施例2
実施例1における、補強板を透過率85%、厚さ2mmのポリカーボネート板に換え、その外側表面をサンドブラスト処理し散乱機能を持たせた。
比較例1
真空ラミネータの押し板として、表面を研磨したアルミ板を用い、補強板としてガラスを用いた以外は、実施例1と同様のモジュールを作製した。
上記の、実施例1、2および比較例1の太陽電池モジュールの透過光の広がりを以下の方法により評価した。図10は太陽電池モジュールの透過光の評価装置を示す断面図である。
表1
太陽電池素子中央
素子間中央(%)
実施例1 : 91
実施例2 : 97
実施例3 : 30
表1より、比較例1では照度比は30%であるのに対し、実施例1、実施例2共に照度比は90%以上であり、レンズにより、太陽電池素子間の細い透明部からの光は発散しており、縞模様はなく一様な明るさが得られたことが判る。
実施例3
本発明では、補強板として、寸法が760mm ×1700mm、厚さが2mm で光透過率90%の表面の平坦なアクリル板を用いた。太陽電池モジュールの対向する両片をアクリル板の両片に厚さ0.2 mm、幅25mmの両面粘着テープの(住友スリーエム (株) 製、VHBアクリルフォーム構造用接合テープ(品番Y−4914))で固定した。そして、この固定辺に平行に反らせながら、この両辺をすでに構造物に固定してあるアルミニウムフレームの溝に差し込み、固定した。次いで、他の両辺をアルミニウムフレームまたはアルミニウム板で固定した。アルミニウムフレームおよびアルミニウム板と太陽電池モジュールの間には防水性弾性体を貼り付け雨水などの浸水を防止した。ただし雨水などが滞留しないように水切りとして、4辺の内の最も下側となる辺(粘着テープで固定した内の1辺)では、アルミフレームの一部を切除した(図6参照)。そのため、雨水は滞留せず、雨水の蒸発に伴って残る塵埃の付着などはなくなった。
実施例4
太陽電池モジュールへの外部リードの接続は、すでに図7に示す接続方法により行った。絶縁材料として、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン−ビニリデンフロライドを用いた2芯のフラットケーブルを用い、接続金具として爪を有するハトメ鋲を用い、住友電気第123号(昭和58年9月)P82に記載の専用工具を用いた。図9は本発明に係る外部リードの接続方法で用いた接続部材と専用工具の一部を示す断面図である。専用工具のラム7rとダイ7dにより加圧されて、先端部7tは外側にめくれ、鍔とめくれた部分がフラットケーブルと太陽電池モジュールとを押さえ固定する。接続金具はフラットケーブルの芯線と主配線とを押し広げて貫通するので電気的接続も強固である。
1a 基板
1b 第1電極層
1c 第2電極層
1d 光電変換層
1e 第3電極層
1f 第4電極層
1i 分離線
1j 分離線
h1 貫通孔
h2 貫通孔
11 太陽電池素子
12 補助配線
13 主配線
14 接着材フィルム
15a 第1の保護フィルム
15b 第2の保護フィルム
15c 補強板
L レンズ
LL 太陽光
Lt 細いシリンドリカルレンズ
Ls 微小レンズ
P1 加圧板
P2 加圧板
S 照度計
S1 照度計の位置
S2 照度計の位置
D 暗箱
2 両面粘着テープ
3 補強板
4 フレーム
4a フレーム
4b フレーム
5 押さえ部材
6 フラットケーブル
61 芯線
62 被覆
7 接続金具
7t 接続金具の先端部
7r ラム
7d ダイ
8 被覆部材
Claims (2)
- 太陽電池の受光面側より、耐候性の第1の保護フィルム、第1の接着材フィルム、およびフレキシブルな基板状とその上に形成された太陽電池セルからなり、所定の間隔で配列された複数個の太陽電池素子と、これらの太陽電池素子を接続する主配線とを第1の接着材フィルムと挟む第2の接着材フィルム、および第2の保護フィルムからなる太陽電池モジュールがフレームの溝に防水性弾性体により押しつけられてフレームに固定される太陽電池モジュールの設置方法において、前記太陽電池モジュールの少なくとも対向する2辺のみを可撓性の補強板に接着固定した後、この補強板を反らせながらこの2辺を既に位置が固定されている前記フレームの溝に差し込むことを特徴とする太陽電池モジュールの設置方法。
- 前記接着部位2辺のうちの少なくとも1辺を支持する防水性弾性体付フレームの一部を切り欠き雨水などが滞留しないようにす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の設置方法。
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