JP2004327592A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】薄膜太陽電池10の受光面,裏面側に保護層15,19を積層して封止し、さらに裏面側に鋼板製補強板20を裏打ちして端子ボックス23を設け、これに連通して補強板の開口穴20aおよび裏面側保護層の開口穴26を通して薄膜太陽電池の+極,−極電極と端子ボックスとの間に内部配線を施した太陽電池モジュールにおいて、薄膜太陽電池の裏面側電極10aに銅箔を台形状に折り曲げ形成したリード端子27を設置し、該リード端子の頂部端面を補強板の開口穴に臨ませて配置し、この位置でリード端子の頂部端面に出力リード線28を半田付けして端子ボックスの端子台23aに接続する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の屋根等に取り付けて太陽光発電を行う太陽電池モジュールに関し、詳しくはその内部配線構造に係わる。
【0002】
【従来の技術】
太陽電池として、フレシキブルなプラスチックシートを基板として、この基板上にアモルファスシリコン(a−Si)の薄膜半導体層からなる光電変換素子,透明電極,接続電極をパターンニングしたフィルム基板形の薄膜太陽電池が公知である(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
次に、前記フィルム基板形薄膜太陽電池の構造を図9で説明する。図において、1はプラスチック基板、2はアモルファスシリコンの光電変換層、3は透明電極、4は光電変換層2の裏面電極、5はプラスチック基板1の背面に形成した接続電極(薄膜太陽電池の裏面側電極)、6はプラスチック基板1を貫通して透明電極3と接続電極5との間を導通する集電ホール(スルーホール)、7は接続電極5と裏面電極4との間を導通する接続ホールであり、プラスチック基板1の光入射側に形成した透明電極3,光電変換層2,および裏面電極4にはセル分割溝8をレーザースクライブして複数の単位セルに分離し、さらにプラスチック基板1の裏側に形成した接続電極5には前記の単位セルと半ピッチずらして分割溝9をレーザースクライブし、これで複数単位セルを直列接続した薄膜太陽電池10を構成している。
【0004】
上記のフィルム基板形薄膜太陽電池は軽量であり、またロール・ツー・ロール(roll−to−roll) プロセスが適用できて量産性にも優れていることから各種用途への適用が進められており、特に電力用分野では、屋外環境での使用にも十分耐えるように薄膜太陽電池に封止保護層および補強板などの外装を施した太陽電池モジュールが既に実用化されており、その具体例として薄膜太陽電池の受光面および裏面をシート状の保護層で封止し、さらに金属補強板を裏打ちした上で該補強板の裏面側に端子ボックスを設け、この端子ボックスに連通して金属補強板および裏面側保護層に開口した出力リード線引出し用の穴を通して薄膜太陽電池の+極,−極電極と端子ボックスとの間に出力リード線を配線して太陽電池の出力を外部に取り出すようにした太陽電池モジュールが知られている(例えば、特許文献2参照。)
次に、前記の特許文献2に開示されている太陽電池モジュールの組立構造を図6〜図8に示す。薄膜太陽電池10は、その受光面側がフィルム状の接着層(EVA:エチレン−酢酸ビニル共重合体)11、防湿層(ETFE)12,強化層(ガラス繊維で補強したEVA)13,耐候性の表面保護層(ETFE)14からなる受光面側保護層15で封止され、また裏面側(非受光面)は接着層(EVA)16,絶縁層(ETFEやボリイミド)17,接着層18からなる裏面側保護層19で封止され、さらに最裏面に亜鉛鋼板などで作られた補強板20を裏打ちして剛性を持たせている。なお、上記の太陽電池モジュールを製作する工程では、薄膜太陽電池に保護層,補強板を積層した状態で、真空ラミネータにより加熱,加圧して各層間を熱溶着して一体化するようにしている。
【0005】
また、太陽電池の発電出力を取り出すために、あらかじめ薄膜太陽電池10の左右両側に振り分けて非発電領域に内部リード線(平箔銅線)21を布設した上で、導電性粘着テープ,平箔銅線など渡り線22を介して薄膜太陽電池10の裏面に形成した+極,−極の接続電極5(図9参照)に接続しておき、この内部リード線21と前記補強板20の背面に設置した端子ボックス23との間に図8で詳記するように出力リード線24を配線し、端子ボックス23に接続した出力ケーブル25を介して太陽電池の発電出力を外部に取り出すようにしている。
【0006】
すなわち、図8において、端子ボックス23に連ねて補強板20および裏面側保護層19には出力リード線24を引き出す穴26を開けておき、この穴26に外部から挿入した出力リード線24の先端を内部リード線(平箔銅線)21に半田付けしている。なお、23aは端子ボックス23の端子台、23bは端子ねじ、23cは端子ボックスの蓋で、端子ボックス23の端子台23aに出力リード線23を接続した後にボックス内方に封止樹脂を充填し、外部から雨水がモジュール内部に浸透するのを防ぐようにしている。
【0007】
また、前記した出力リード線の引出し構造に関して、補強板の開口穴周縁と出力リード線とが電気的に接触して漏電するのを防ぐように、補強板に開口した穴の内周面を封止材(EVA)で被覆するようにした太陽電池モジュールの構成も知られている(例えば、特許文献3参照。)。
【0008】
【特許文献1】
特開2000−223727号公報(図6)
【特許文献2】
特開2002−111032号公報(図5、図6、図7)
【特許文献3】
特開2001−44462号公報(図1、図2)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来構造の太陽電池モジュールは、製作面で次記のような問題点がある。すなわち、
(1) 図6〜図8に示した従来構成(特許文献2)で、太陽電池出力を取り出すためにモジュールの裏面側に開口した穴26は、薄膜太陽電池に封止保護材,裏面補強板(端子ボックス23の設置位置に合わせてあらかじめ丸穴あるいは角穴を開口しておく)を積層し、真空ラミネータを使用してラミネート処理した後に、補強板20の開口穴から裏面側保護層19を切込んで穴26の底部に内部リード線21を露出させるようにしているが、この穴の切込みは導電箔の内部リード線を切断しないように細心の注意を払う必要もあって自動化による作業が困難である。
【0010】
(2) また、特許文献3に開示されているように、あらかじめ裏面側の補強板と封止接着層に穴を開口しておいてから薄膜太陽電池に積層して一体にラミネートする方法では、ラミネート処理の加圧,加熱条件(加圧力、加熱温度,加熱時間)によって接着層(EVA)の溶け具合が変化するために、実際の作業では穴を塞がずに溶融,流動したEVAで補強板の開口内周面を被覆させることが中々難しく、EVAの溶融,流動が過剰になると前もって開口しておいた穴を塞いでしまい、その後に行う出力リード線の配線に支障を来すおそれもある。
【0011】
(3) さらに、前記した製作上の問題点をクリアできたとしても、次の工程で穴の開口部に外部から挿入した出力リード線を半田付けツールを使って穴内底部に露出している内部リード線に半田接合すると、ツールからの加熱の影響を受けて穴に面した接着層(EVA)が再び溶け出し、最悪の場合には内部リード線と金属製の補強板とが直接接触して電気的に短絡した状態になるおそれがある。また、特許文献3の構成では半田付け時の加熱により補強板の開口穴を被覆しているEVAが溶融して穴に挿入した出力リード線が補強板と接触して電気的に短絡するおそれもある。
【0012】
(4) なお、図6〜図8の構造において、薄膜太陽電池の非発電領域に敷設した内部リード線21を省略し、出力リード線24を薄膜太陽電池10の裏面側電極面(図9における接続電極9)に直接半田付けするようにして発電領域の面積効率を改善することも考えられるが、発明者等が行った実験では、薄膜太陽電池自身がフィルム状で強度が極めて低いために、出力リード線の半田付け部が僅かな外力で簡単に剥離してしまって実用的な信頼性が確保できない。
【0013】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、薄膜太陽電池の出力を取り出す内部配線構造に関して、配線作業が簡便で、かつ電気的,機械的に高い信頼性が得られるように改良した太陽電池モジュールを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、薄膜太陽電池の受光面および裏面を保護層で封止し、さらに裏面側保護層に金属製の補強板を裏打ちした上で該補強板の裏面に端子ボックスを設け、該端子ボックスに連通して前記補強板および裏面側保護層に開口した穴を通して薄膜太陽電池の+極,−極電極と端子ボックスとの間に出力取出し用の内部配線を施した太陽電池モジュールにおいて、
前記穴に位置を合わせて薄膜太陽電池の裏面側電極面に台形状のリード端子を設置し、該リード端子の頂部端面を補強板の開口穴に臨ませて配置し、前記頂部端面と端子ボックスの端子台との間にリード線を接続する(請求項1)ものとし、その実施には台形状リード端子と端子ボックスの端子台との間に配線したリード線を端子の頂部端面に半田付けして接続する(請求項2)。さらに前記のリード端子は、半田・錫メッキを施したバー状の銅箔,もしくは銅箔に導電性粘着剤を塗布した銅箔粘着テープを台形状に折り曲げて形成し上で、その台形頂部の端面を出力リード線の接合部としてその外形サイズを補強板の開口穴より小さく設定する(請求項3)。
【0015】
上記の構成により、モジュールのラミネート処理後に行う出力リード線の配線作業では、裏面側の補強板に開口した穴とは非接触で該穴の開口端面に突き出している台形状リード端子の頂部端面に出力リード線の一端を電気的に接合(半田付け)すればよく、しかも台形状に折り曲げ成形したリード端子はその形状を保って自立するので、従来のように出力リード線の先端を補強板,保護層に開口した小径な穴に挿入して太陽電池の電極と接合する配線方式と比べて、半田付けツールのハンドリングが楽に行えて配線の自動化が容易となる。また、リード端子と出力リード線とを半田接合する際に、半田付けツールを穴の中に挿入する必要がないのでツールから保護層に加わる熱の影響が小さく、これにより従来のように穴に面した接着層(EVA)の溶け出しに起因する電気的な絶縁の欠陥を効果的に回避できる。
【0016】
しかも、薄膜太陽電池に保護層,補強板を積層して一体化するラミネート工程での加圧,加熱処理に伴い接着層が溶け出して穴を塞いだとしても、台形リード端子の半田接合面が補強板の開口穴端面に突き出して露呈しているので、その後に行う出力リード線の配線作業には何ら支障を来すことはない。
【0017】
また、本発明によれば、前記構成における台形状リード端子および該リード端子を通すために保護層に開口した穴は、次記のような態様で実施できる。
【0018】
(1) 前記リード端子の台形高さを、該端子の頂部端面と補強板の開口穴端面とが略同じ高さに並ぶように設定し(請求項4)、真空ラミネータがリード端子と干渉しないようにする。
【0019】
(4) 前記リード端子の頂部端面の原形をアーチ状に形成して、薄膜太陽電池に保護層,補強板を積層したラミネート処理前の仮組立状態で、前記のアーチ状端面が補強板の穴開口端面から突き出すようにしておき(請求項5)、真空ラミネータで処理する際にリード端子の頂部端面をラミネータ側(ラミネータの基台あるいはカバーの内面に敷設した剥離シート)へ密着状態に押し当ててラミネート処理により溶融した保護層の接着剤がリード端子の頂部端面に付着するのを防ぐようにする。
【0020】
(5) リード端子と薄膜太陽電池の電極面との間を確実に導電接合するために、台形状リード端子の両端脚部を薄膜太陽電池の裏面側電極面に重ね合わせた上で、前記脚部を導電性粘着テープ/金属テープ/絶縁テープからなる積層テープを介して電極面に導電的に固定する(請求項6)。
【0021】
(6) 裏面側保護層に開口する穴開け作業を簡易化するために、保護層にスリット状の切込穴を開口しておき、該切込穴を貫通して台形状リード端子の頂部を補強板の開口穴の端面に突き出すようにする(請求項7)。
【0022】
(7) リード端子と金属製の補強板との接触を防止して電気的な絶縁性の信頼性向上と併せて、太陽電池モジュールの難燃,不燃性を高めるために、台形状リード端子と補強板および裏面側保護層に開口した穴との間の隙間に不燃性のガラス不織布を充填する(請求項8)。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1〜図5に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図6〜図8に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
【0024】
〔実施例1〕
まず、本発明の実施例による太陽電池モジュールの内部配線構造およびその分解図を図1,図2に示す。すなわち、図示実施例の太陽電池モジュールは図6,図7で述べた従来構造と基本的に同様であるが、従来構造における平箔の内部リード線21に代えて、図示実施例では薄膜太陽電池10の裏面側電極10a(図9における接続電極5の+極,−極に対応)に台形状に成形したリード端子27を設置し、該リード端子27の頂部端面(図の下端面)を後記のようにモジュールに裏打ちした補強板20に開けた穴20aの開口端面に引き出した上で、このリード端子27の頂部端面に半田付けした出力リード線28を介して端子ボックス23の端子台23aに接続するようにしている。
【0025】
すなわち、モジュールに裏打ちした補強板20(厚さ0.8mmの鋼板)には、出力リード配線位置に合わせてリード引出用の穴(直径10mmφ)20aを開口し、さらにこの開口穴20aに位置を合わせて裏面側保護層19にはスリット状の穴26を切込み形成しておく。
【0026】
一方、前記した台形のリード端子27は、半田・錫メッキを施したバー状の銅箔(幅5mm,厚さ0.1mm)、もしくは前記銅箔に導電性粘着剤を塗布した銅箔粘着テープを図3(a) のように逆U字状に折り曲げ形成したもので、その台形頂部の端面27aを出力リード線28の半田付け面として前記した補強板20の開口穴20aよりも小サイズに設定し、左右両端の脚部27bを薄膜太陽電池10の裏面側電極10aに重ねて設置した上で、図4(a),(b) で示すように導電性粘着テープ29a/金属テープ(アルミ箔)29b/絶縁テープ29cからなる3層の積層テープ(幅8mm)29を貼り付けて電極面に固定する。また、リード端子27の台形高さHは、図1に示すモジュール組立状態で頂部端面27aが補強板20の開口穴端面と略同レベルに並んで開口穴20aの中央に臨むように設定しておく。
【0027】
上記構成のモジュール組立は次のような手順で行う。すなわち、薄膜太陽電池10には、あらかじめその裏面側電極10aの+極,−極位置に台形のリード端子27を設置しておく。続くモジュール組立工程では、受光面側保護層15の上に前記リード端子27付き薄膜太陽電池10、前記スリット状穴26を形成した裏面側保護層19を順に積み重ねた後、補強板20を組み立てる。この過程でリード端子27の端面を、裏面側保護層19のスリット状穴を貫通させ、補強板20の開口穴端面に引き出し、仮組立体とする。
【0028】
次に、この仮組立体に剥離シートを重ねて真空ラミネータにセットし、ラミネータの内部を脱気して上下からモジュール組立体を加圧しつつ所定の加熱処理条件(加熱温度150℃,加熱時間20分)で一体にラミネートする。このラミネート工程では、前記リード端子27の頂部端面27aが補強板20の開口穴20aから外方にはみ出してないので、脱気,加圧の際にリード端子と干渉することはない。
【0029】
なお、この場合に、図3(b) で示すようにリード端子27の頂部端面27aをあらかじめアーチ状に形成しておき、モジュールの仮組立状態でアーチ状の頂部端面27aが補強板20の開口穴20aから若干突き出すようにしておけば、このモジュール仮組立体を真空ラミネータにセットして加圧力を加えた際に、前記のアーチ状端面が押し潰されるよう変形してモジュールの下に敷いた剥離シートに密着するようになる。これにより、ラミネート処理の加熱で裏面側保護層19の接着層(EVA)18(図2参照)が溶け出しても、リード端子27の端面にEVAが付着するのを防止して半田接合面を確保できる。また、リード端子27の頂部端面27aに、あらかじめフッ素樹脂の粘着テープを貼り付けて半田接合面を保護するようにしてもよい。
【0030】
次に、ラミネート処理済みモジュールに対して、補強板20の開口穴20aに端子ボックス23のケースを取付けた上で、自動半田付け装置(パルスヒート式)により補強板20の穴開口端面に露呈しているリード端子27の頂部端面27aに出力リード線28を半田付けする(図1に半田接合部30を示す)。なお、出力リード線28は、自動半田付け装置によるハンドリング性,および半田接合強度を考慮して厚さ0.035〜0.2mm,幅3mmの半田・錫メッキ処理した銅箔が適している。
【0031】
そして、出力リード線28の一端をリード端子27に半田接合した後、リード線の他端を端子ボックス23の端子台23aに接続(半田接合あるいはねじ締結)し、さらに端子ボックス23のケース内にシリコーン樹脂を充填してリード端子27と出力リード線28との半田接合部30,および補強板20の開口穴20aを封止して水分浸入防止を兼ねた絶縁処理を施し、最後に端子ボックス23にカバーを被せて太陽電池モジュールの組立が完了する。
【0032】
〔実施例2〕
次に、先記実施例1の応用実施例として本発明の請求項8に対応する実施例を図5で説明する。すなわち、木造家屋の屋根に葺設する太陽電池モジュールの製品には火災延焼防止のために難燃構造が要求され、この観点から太陽電池モジュールには鋼板製の補強板27を裏打ちしてモジュールの難燃性を高めるようにしている。しかしながら、太陽電池出力を取り出すために補強板20に穴20aを開口して端子ボックス23を取り付けた構造では、穴20aの開口部分が火災延焼の弱点となる。
【0033】
そこで、この実施例では、モジュールの仮組立状態で補強板20の開口穴20aとこの穴内に突き出しているリード端子27との間の隙間に不燃性のガラス不織布31を充填している。
【0034】
この構成によれば、ガラス不織布31が補強板20の開口部を通しての火災延焼を防止するほか、電気的にもリード端子27と補強板20の穴開口部との接触を防ぐ絶縁材としての役目を果して太陽電池モジュールの信頼性が向上する。
【0035】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、薄膜太陽電池の受光面および裏面を保護層で封止し、さらに裏面側保護層に金属製の補強板を裏打ちした上で該補強板の裏面に端子ボックスを設け、該端子ボックスに連通して前記補強板および裏面側保護層に開口した穴を通して薄膜太陽電池の+極,−極電極と端子ボックスとの間に内部配線を施した太陽電池モジュールにおいて、前記穴に位置を合わせて薄膜太陽電池の裏面側電極面に台形状のリード端子を設置し、該リード端子の頂部端面を補強板の開口穴に臨ませて配置し、前記頂部端面と端子ボックスの端子台との間に出力リード線を配線したことにより、
モジュールのラミネート処理後に行う出力リード線の配線作業を、金属製補強板の開口穴にリード線を挿入して、その穴内底部で半田付けを行うようにした従来の内部配線構造と比べて大幅に改善できて配線の自動化が容易となる。また、リード端子と出力リード線とを半田接合する際に、半田付けツールを穴の中に挿入する必要がないのでツールから保護層に加わる熱の影響が小さく、これにより従来のように穴に面した接着層(EVA)の溶け出しに起因する電気的な絶縁の欠陥を効果的に回避できる。しかも、薄膜太陽電池に保護層,補強板を積層して一体化するラミネート工程での加圧,加熱処理に伴い接着層が溶け出して穴を塞いだとしても、台形リード端子の半田接合面が補強板の開口穴端面に突き出して露呈しているので、その後に行う出力リード線の配線作業には何ら支障を来すことはないなど、リード配線作業に対する利便性と併せて、電気的,機械的にも信頼性の高い太陽電池モジュールを提供できる。
【0036】
また、補強板の開口穴とリード端子との間に不燃性のガラス不織布を充填した請求項8の構成によれば、太陽電池モジュールを木造家屋の屋根などに葺設して使用する場合の火災延焼防止と併せて、電気的な絶縁性確保にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1による太陽電池モジュールの内部配線構造を表す断面図
【図2】図1における薄膜太陽電池モジュールの分解図
【図3】図1における台形状リード端子の構造図で、(a),(b) はそれぞれ異なる実施例の外形斜視図
【図4】図1における薄膜太陽電池の裏面側電極に設置した台形状リード端子の取付構造図で、(a) はその裏面図、(b) はリード端子を固定する積層テープの断面図
【図5】本発明の実施例2による太陽電池モジュールの内部配線構造を表す断面図
【図6】従来例の太陽電池モジュールの平面図
【図7】図6における矢視X−X断面図
【図8】図7における端子ボックス部分の拡大断面図
【図9】薄膜太陽電池の構造説明図
【符号の説明】
10 薄膜太陽電池
15 受光面側保護層
19 裏面側保護層
20 補強板
20a 開口穴
23 端子ボックス
23a 端子台
26 穴
27 台形状リード端子
27a 頂部端面
27b 脚部
28 出力リード線
29 積層テープ
29a 導電粘着テープ
29b 金属テープ
29c 絶縁テープ
30 半田接合部
31 ガラス不織布
Claims (8)
- 薄膜太陽電池の受光面および裏面を保護層で封止し、さらに裏面側保護層に金属製の補強板を裏打ちした上で該補強板の裏面に端子ボックスを設け、該端子ボックスに連通して前記補強板および裏面側保護層に開口した穴を通して薄膜太陽電池の+極,−極電極と端子ボックスとの間に内部配線を施した太陽電池モジュールにおいて、
前記穴に位置を合わせて薄膜太陽電池の裏面側電極面に台形状のリード端子を設置し、該リード端子の頂部端面を補強板の開口穴に臨ませて配置し、前記頂部端面と端子ボックスの端子台との間に出力リード線を配線したことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 台形状リード端子と端子ボックスの端子台との間に配線した出力リード線を、リード端子の頂部端面に半田接合した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。
- リード端子が半田・錫メッキを施したバー状の銅箔もしくは銅箔に導電性粘着剤を塗布した銅箔粘着テープを台形状に折り曲げ形成してなり、その台形頂部の端面を出力リード線の接合部としてその外形サイズを補強板の開口穴より小さく設定したことを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。
- リード端子の台形高さを、該端子の頂部端面が補強板の開口穴端面と略一致するように設定したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- リード端子の頂部端面の原形をアーチ状に形成し、薄膜太陽電池に保護層,補強板を積層したラミネート処理前の仮組立状態で、前記アーチ状の端面が補強板の開口穴端面から突き出すようにし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。
- 台形状リード端子の両端脚部を薄膜太陽電池の裏面側電極面に重ね合わせ、前記脚部を導電性粘着テープ/金属テープ/絶縁テープからなる積層テープを介して電極面に導電的に固定したことを特徴とする請求項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。
- 裏面側保護層にスリット状の切込穴を開口し、該切込穴を貫通して台形状リード端子の頂部を補強板の開口穴端面に臨ませるようにしたことを特徴とする請求項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。
- 台形状リード端子と補強板および裏面側保護層に開口した穴との間の隙間に不燃性のガラス不織布を充填したことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
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