JP2005072115A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】 樹脂製の板状基材に太陽電池セルが狭持されている太陽電池モジュールにおいて、基材の熱膨張収縮によりインターコネクタが疲労破断しない太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】 隣接する太陽電池セル間を繋ぐインターコネクタとして、少なくとも一部がスパイラル状に巻かれたリボン状の平板を用いたり、スパイラル状に巻かれているリボン状の平板を上下から圧潰した形状のものを用いたり、複数の導線が三次元的に撚られた平撚り線を用いたり、２本のインターコネクタの中央部をブリッジさせたものを用いることによって、基材の熱膨張収縮によって断線することのない太陽電池モジュールを提供することができる。
【選択図】図３
【解決手段】 隣接する太陽電池セル間を繋ぐインターコネクタとして、少なくとも一部がスパイラル状に巻かれたリボン状の平板を用いたり、スパイラル状に巻かれているリボン状の平板を上下から圧潰した形状のものを用いたり、複数の導線が三次元的に撚られた平撚り線を用いたり、２本のインターコネクタの中央部をブリッジさせたものを用いることによって、基材の熱膨張収縮によって断線することのない太陽電池モジュールを提供することができる。
【選択図】図３
Description
本発明は、主に樹脂からなる板状基材によって太陽電池セルが挟持された太陽電池モジュールに関するものである。
太陽電池モジュールは、太陽光を受けて発電する太陽電池セルを、ＥＶＡやシリコーン等の封止材を用いて板状基材に挟持させる構造になっている。一般のモジュールでは、セル１個体では起電力が不足するため、単独のセルから構成されることは少なく、複数の太陽電池セルが直列または直並列に接続されて構成される。すなわち、太陽電池セルには上面に表面電極、裏面に裏面電極があり、直列接続をさせたい一連のセル群中で、隣り合うセルの表面電極と裏面電極とが、インターコネクタといわれる導電材料で接続されている。これらの接続された太陽電池セルはインターコネクタとともに、封止材を用いて板状の基材に挟持されている。板状の基材には、ガラスや樹脂板、樹脂フィルム、金属等が用いられる。
ガラスや金属を基材に用いたモジュールは、重量が大きくなり、モジュールを支える架台なども頑強なものとする必要があるためコストがかかり、施工性も悪い。また、ガラスの場合は、施工時や施工後に何らかの衝撃が加わった際に、割れてモジュールの機能を果たさなくなるばかりでなく、飛散して周囲の危険となる可能性もある。金属板を用いた場合は、飛散の可能性も無いが、重量が非常に大きくなる。このようにガラスや金属を用いたモジュールは、重量や安全性に課題があり、施工できる場所も限られる場合がある。そこで、軽量で安全な樹脂製のモジュールが望まれてきた。
板状基材に樹脂材料を用いた太陽電池モジュールは、ガラスや金属に比べて軽量であり、またガラスのように割れて飛散することもないため好ましいが、セルの電極間を結ぶインターコネクタが使用している間に破断する現象が以前より発生していた。これは、基材である樹脂と金属製のインターコネクタとの熱膨張率の差が大きいために起こるものであり、昼夜の気温差や季節の気温差、製造時の熱等による基材樹脂の収縮膨張にインターコネクタが追随することができず、その収縮膨張の繰り返しでインターコネクタが疲労し、破断してしまうのである。
その解決方法として、例えばリボン状のインターコネクターのセル間に膨張収縮を緩衝する形状を設けるなどの提案がなされてきた。（例えば特許文献１）
特開２００１−３５２０８９号公報
しかしながら、従来提案されてきたインターコネクタに緩衝形状を設ける方法では、数回の収縮膨張に対しては対応できるものの、一日の気温変動や季節による変動など長期にわたる繰り返しの収縮膨張で、金属疲労による破断が生じ、太陽電池モジュールが機能しなくなることがあることがわかった。
例えば特許文献１で提案されているようなインターコネクタは、平板状のリボンの一部を単純に曲げて伸びしろをとることによって緩衝部分を作っているが、このような形状ではセルを挟持している板状基材の膨張の際に、その折り曲げ部分やセルとインターコネクタとの接続部分に応力が集中してしまい、その結果破断してしまうことがわかった。
そこで本発明は上記の如き問題点に鑑みてなされたものであり、樹脂製の板状基材に太陽電池セルが狭持されている太陽電池モジュールであって、その樹脂基材の熱膨張収縮によってもインターコネクタが長期間疲労破断太陽電池モジュールを提供せんとするものである。
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成としている。すなわち複数の太陽電池セルが板状基材に挟持され、隣接する太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続された太陽電池モジュールにおいて、インターコネクタは、リボン状の平板からなり、少なくともその一部がスパイラル状に巻かれていることを特徴とするものである。
セルを挟持する樹脂製の板状基材は、ラミネート時の加熱冷却や設置後の気温変化によって膨張収縮が起きる。その膨張収縮に伴い、リボンにも同様に膨張収縮が発生する。このとき、セル間を繋ぐインターコネクタが、平板状のリボンからなり、その全体または一部がスパイラル状に巻かれていることによって、その応力を吸収することができる。すなわち、インターコネクタがスパイラル状になっているので、基材の伸び縮みに追随するようにリボンが無理なく伸縮することができる。また、インターコネクタが単なる線材でなくリボン状の平板をスパイラル状に巻いたものであり、平面部で太陽電池セルの電極に接続することができるので接続が容易であり電極と確実に接着させることができる。また線材をスパイラル状に巻く方法に比べ、厚みも小さくすることができる。
また、インターコネクタはスパイラル状に巻かれるとともに上下から圧潰された形状であることを特徴とするものである。
インターコネクタは平板状のものがスパイラル状に巻かれるとともに、そのスパイラル状に巻かれた部分を上下から押しつぶして、平板状にしてあってもよい。
スパイラル状に巻かれたリボン状のインターコネクタは、圧潰されることによって伸縮性は若干低下するものの、基材の熱膨張収縮に対する追随性は十分に保たれる。逆に圧潰されて平板状にすることで、厚みを小さくすることができるので、太陽電池セルをラミネートする際に扱いやすく、気泡が入りにくいなどの利点があり、好ましい。
また、複数の太陽電池セルが板状基材に挟持され、隣接する太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続された太陽電池モジュールにおいて、インターコネクタは、複数の導線が三次元的に撚られた平撚り線であることを特徴とするものである。
セルを挟持する樹脂製の板状基材の膨張収縮による応力をインターコネクタにより吸収し、インターコネクタの断線を防ぐ方法として、インターコネクタを平撚り線としてもよい。平撚り線は、複数の細い導線を３次元的に撚って、一本の導線を形成したものであって、撚り線自身に若干の伸縮性があるため、この平撚り線をインターコネクタとして用いれば、基材の膨張収縮に追随して伸縮するため、インターコネクタの断線を防ぐことができる。
このとき平撚り線は、複数の細い導線を撚って一本の撚り線としたものを、さらに複数本集めて撚って平撚り線としたものが伸縮性に富み、強度も強く、インターコネクタとして好適である。
また、インターコネクタは平撚り線が上下から圧潰された形状であることを特徴とするものである。
スパイラル状に巻かれたリボンを圧潰したインターコネクタと同様に、上下から圧潰されることによって伸縮性は若干低下するものの、基材の熱膨張収縮に対する追随性は十分に保たれる。逆に圧潰されて平板状にすることで、厚みを小さくすることができるので、太陽電池セルをラミネートする際に扱いやすく、気泡が入りにくいなどの利点があり、好ましい。
また、複数の太陽電池セルが板状基材に挟持され、隣接する太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続された太陽電池モジュールにおいて、隣接する太陽電池セルは表面電極と裏面電極とが２箇所以上で接続されているとともに、それぞれを接続するインターコネクタはブリッジされて電気的に導通していることを特徴とするものである。
一般的に隣接する太陽電池セルの表面電極と裏面電極とを結ぶインターコネクタは、複数設けられており、それぞれが独立している。それぞれのインターコネクタは薄く細いため、比較的断線がし易いと考えられる。また、一方が切れると、もう一方への負荷が大きくなり、発電効率の低下にも結びつく。このそれぞれ独立したインターコネクタを、中央部分でブリッジさせて導通させるとよい。より具体的には、端部がそれぞれ電極との接点になり、中央のブリッジ部分が幅広になっているＨ型のインターコネクタを用いるとよい。中央部をブリッジさせることによって、インターコネクタが歪みにくくなったり動きにくくなったりするため、ラミネート時の不意なたわみや歪みを防止できたり、熱膨張収縮に対しても安定的である。また万が一、一方が断線した場合でも、もう一方の端部が接続されているとともに中央部でブリッジされているため、均等に電気を導通でき、効率低下を抑えることができる。
また、インターコネクタはメッシュ状であることを特徴とするものである。
また、前記のＨ型のインターコネクタは、メッシュ状の板材でできているとよい。メッシュ状板材は、通常の板材にくらべ、高い伸縮性を備えているため、熱膨張収縮に追随することができ、さらに効果的にインターコネクタの断線を防ぐことができる。
インターコネクタは、全体がメッシュ状の材料からなっていても良いし、その一部のみメッシュ状となっていても良い。
本発明によれば、複数の太陽電池セルが板状基材に挟持され、隣接する太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続された太陽電池モジュールにおいて、インターコネクタとしてリボン状の平板からなり、少なくともその一部がスパイラル状に巻かれているものをもちいることによって、基材の伸び縮みに追随するようにインターコネクタが無理なく伸縮することができ、基材の熱膨張収縮によって断線することのない太陽電池モジュールを提供することができる。
また、インターコネクタは前記のようにリボン状の平板からなり、少なくともその一部がスパイラル状に巻かれているものを上下から圧潰したものとすれば、厚みも小さく、太陽電池セルをラミネートする際に扱いやすく、気泡が入りにくい。
また、インターコネクタは、複数の導線が三次元的に撚られた平撚り線であってもよく、伸縮性があるため基材の膨張収縮に追随して伸縮し、インターコネクタの断線を好適に防ぐことができる
また、隣接する太陽電池セルは表面電極と裏面電極とが２箇所以上で接続されているとともに、それぞれを接続するインターコネクタはブリッジされて電気的に導通しているようにすれば、インターコネクタが歪みにくくなったり動きにくくなったりするため、ラミネート時の不意なたわみや歪みを防止できたり、熱膨張収縮に対しても安定的となる。また万が一、一方が断線した場合でも、もう一方の端部が接続されているとともに中央部でブリッジされているため、均等に電気を導通でき、効率低下を抑えることができる。
本発明に係わる実施の形態について、図面に基づき以下に具体的に説明する。図１は一般的な太陽電池モジュールの一部の前面を示したもので、図２は太陽電池モジュールの断面の一部であり、それぞれ隣接する太陽電池セル１をインターコネクタ２で接続している様子を示した概略図である。
隣接する太陽電池セルは、表面電極１１と裏面電極１２とがインターコネクタ２で結ばれている。インターコネクタは太陽電池セルの表面に２本ずつ取り付けられている。
前記のように接続された太陽電池セルは、封止材３を介して板状基材４に挟持されている。このとき、板状基材に樹脂基材を用いることで、ガラス基材や金属基材を用いるものに比べ軽量にすることができ、衝撃などの外力にも強い太陽電池モジュールを提供することができる。
基材に用いる樹脂は、太陽電池セルの受光面側が透光性のものであれば、特に限定されるものではなく、例えばポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ＡＢＳ，フェノール樹脂、メラミン樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、天然ゴムやその誘導体から成るものでも良く、または前記樹脂の２種類以上から成るものでもよいし、２種類以上の樹脂板を貼り合わせたものでもよい。また、水酸化アルミニウムや水酸化カルシウム等の無機フィラーや難燃剤等を縫合して、不燃性、難燃性を具備させてもよい。また、発泡剤等を添加して発泡させたものでもよく、さらには可塑剤、安定剤、発泡助剤、紫外線吸収剤、顔料などが添加されているものでも良く、金属箔が貼り合わされているものでもよい。
また、封止材としては一般的に用いられているものが使用でき、例えばエチレン−ビニルアセテート（ＥＶＡ）,透明な変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン等の透光性を有するものなどが良い。
図３〜７には、本発明のインターコネクタを用いて太陽電池セルの電極間を接続した模式図を示す。図３ａは、リボン状の平板の一部をスパイラル状に巻いたインターコネクタを用いたものを前面からみた概略図である。また図３ｂには断面の概略図を示す。図に示すように、インターコネクタ２１は、セル間の部分がスパイラル状に巻かれており、電極との接続部分は平板になっている。
図４は、リボン状の平板全体をスパイラル状に巻くとともに上下から圧潰して平板状にしてあり、すなわち、リボン状の平板が規則的に折り重ねられてインターコネクタ２２を形成している。図４ａは前面から見た図であり図４ｂは、断面の図である。
図５ａは、平撚り線を上下より圧潰して薄い板状にしたものをインターコネクタ２３として用いた模式図を示している。また、図５ｂには、平撚り線の構造を示した概略図を示しており、細い導線５１が複数束ねられて一本の比較的太い導線５２とされ、さらにその比較的太い導線５２が複数撚られることによって、撚り線５が形成されている。
また、図６は、２本のインターコネクタが、中央部分でブリッジされたＨ型のインターコネクタ２４を用いた太陽電池モジュールを前面から見た概略図である。インターコネクタ２４は、メッシュ状の材料でできており、伸縮性を具備してより断線が発生しにくくなっている。
これらのインターコネクタの材質は、特に限定されるものではなく、インターコネクタとして一般に用いられている材質のものを用いることができる。
１ 太陽電池セル
１１ 表面電極
１２ 裏面電極
２ インターコネクタ
２１ インターコネクタ
２２ インターコネクタ
２３ インターコネクタ
２４ インターコネクタ
３ 封止材
４ 板状基材
５ 撚り線
５１ 細い撚り線
５２ 細い撚り線を撚った比較的太い撚り線
１１ 表面電極
１２ 裏面電極
２ インターコネクタ
２１ インターコネクタ
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３ 封止材
４ 板状基材
５ 撚り線
５１ 細い撚り線
５２ 細い撚り線を撚った比較的太い撚り線
Claims (6)
- 複数の太陽電池セルが板状基材に挟持され、隣接する太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続された太陽電池モジュールにおいて、インターコネクタは、リボン状の平板からなり、少なくともその一部がスパイラル状に巻かれていることを特徴とする太陽電池モジュール。
- インターコネクタはスパイラル状に巻かれるとともに上下から圧潰された形状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。
- 複数の太陽電池セルが板状基材に挟持され、隣接する太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続された太陽電池モジュールにおいて、インターコネクタは、複数の導線が三次元的に撚られた平撚り線であることを特徴とする太陽電池モジュール。
- インターコネクタは平撚り線が上下から圧潰された形状であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
- 複数の太陽電池セルが板状基材に挟持され、隣接する太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続された太陽電池モジュールにおいて、隣接する太陽電池セルは表面電極と裏面電極とが２箇所以上で接続されているとともに、それぞれを接続するインターコネクタはブリッジされて電気的に導通していることを特徴とする太陽電池モジュール。
- インターコネクタはメッシュ状であることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
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