JP2005101380A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの端子ボックスを太陽電池パネル部の裏面材に接着剤により取り付ける方法では、太陽電池パネル部作製後の別工程で取り付けることとなるため工数が増し、さらに接着材も必要になり太陽電池モジュールのコストアップとなる。
【解決手段】透光性基板１１と、貫通部２０を有する裏面１５シートとの間に、受光面側充填材１２と裏面側充填材１４で挟持した複数の太陽電池素子１３を配設して、これら双方の充填材により太陽電池素子１３を封止し、さらにこれらの太陽電池素子１３が発電した電力を外部に出力する端子ボックス１８を貫通部２０に挿入して前記封止材に固着する。
【選択図】 図１

Description

本発明は太陽電池モジュールに関し、特に太陽電池モジュール非受光面側に配置される端子ボックスの取り付け作業の効率、ならびにその信頼性を向上させた太陽電池モジュールに関するものである。さらにかかる本発明の太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。

太陽電池素子は単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また、野外に太陽電池を取り付けた場合に、雨などからこれを保護する必要がある。

また、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。このため複数の太陽電池素子を接続して透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする封止材で封入して太陽電池モジュールを作成することが通常行われている。

図９は従来の太陽電池モジュールの太陽電池パネル部分の構造の一例を示す概略断面図である。

同図において、１は透光性基板、２は受光面側封止材、３は太陽電池素子、４は裏面側封止材、５は裏面材、６は接続用配線、７は出力配線、８は端子ボックスである。

また、この端子ボックス８は太陽電池素子３が発電した電力を外部に出力する端子を内部に設けた箱である。

そして、上記構成の太陽電池モジュールの製造方法の一例はつぎの通りである、
透光性基板１、受光面側封止材２、出力配線７を付けた接続用配線６を接続した太陽電池素子３、裏面側封止材４、裏面材５を、この順に積層し、さらにラミネーターと呼ばれ装置にセットし、減圧下で加熱しながら押圧し、一体化して太陽電池パネル部を作製する。

その後、この太陽電池パネルの非受光面側（裏面側）の裏面材５上の出力配線７の導出されている部分に、端子ボックス８をシリコーン樹脂などの接着剤で取り付ける（特許文献１）。
特開平９−５５５２０号公報の従来の技術の欄

上述のように端子ボックス８を太陽電池パネル部の裏面材５に接着剤により取り付ける方法では、当然、太陽電池パネル部作製後の別工程で取り付けるので、工数数が増し、さらに接着材も必要になり、太陽電池モジュールの製造コストが大きくなるという課題があった。

しかも、接着材を塗布した端子ボックス８を太陽電池パネル部の裏面材５に押しつける圧力が弱すぎると、接着材が端子ボックス８の接着面に十分広がらなかったり、反対に圧力が強すぎると接着材の厚みが薄くなり、どちらの場合も端子ボックス８と太陽電池パネル部の裏面材５の接着力が不十分となり、その結果、太陽電池モジュールの長期的な信頼性が低下していた。

本発明は叙上の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は端子ボックスを太陽電池パネル部への取り付るに際し、作業性の良い簡便でかつ信頼性の高い取り付けでもって製造コストを低減した高品質かつ高信頼性の太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の他の目的は、かかる本発明の太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。

本発明の太陽電池モジュールは、透光性基板と、貫通部を有する裏面シートとの間に、受光面側充填材と裏面側充填材で挟持した複数の太陽電池素子を配設して、これら双方の充填材により太陽電池素子を封止し、さらにこれらの太陽電池素子が発電した電力を外部に出力する端子ボックスを前記貫通部に挿入して前記封止材に固着したことを特徴とする。

本発明の他の太陽電池モジュールは、前記端子ボックスの封止材と固着する面を、その固着面積が増大するように非平面状に成したことを特徴とする。

本発明のさらに他の太陽電池モジュールは、前記非平面状は凹凸形状であることを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記非平面状は突起状であることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、順次下記（１）〜（６）の各工程を経た後、減圧下にて加熱加圧して一体化したことを特徴とする。

（１） 透光性基板の上に受光面側充填材を配する。

（２） 上記受光面側充填材の上に複数の太陽電池素子を配列してなる太陽電池素子群を複数配する。

（３） 上記太陽電池素子群を配線により電気的に接続する。

（４） 上記太陽電池素子群の上に裏面側充填材を配する。

（５） 上記裏面側充填材の上に、貫通部を有する裏面シートを配する。

（６） 上記太陽電池素子群が発電した電力を外部に出力する端子ボックスを、裏面シートの貫通部に挿入する。

本発明の太陽電池モジュールおよびその製造方法によれば、上記構成のように、貫通部を有する裏面シートを用いて、端子ボックスをこの貫通部に挿入し、そして、封止材に固着したことで、非常に簡便な方法でラミネート時に太陽電池パネル部の作成と同時に端子ボックスの取り付けができ、従来のごとき、別工程で端子ボックスを接着材で取り付けていたものに較べ、工数が減少し、さらに接着材も不要になり、これにより、太陽電池モジュールの製造コストがダウンし、その結果、低コストな太陽電池モジュールが提供できる。

また、本発明の太陽電池モジュールおよびその製造方法によれば、前記端子ボックスの封止材と固着する面を、その固着面積が増大するように非平面状に成したことで、たとえば、凹凸形状もしくは突起状にしたことで、強固に接合でき、長期にわたって高い信頼性の太陽電池モジュールが得られる。

また、本発明の太陽電池モジュールおよびその製造方法によれば、端子ボックスを貫通部に挿入することで、ラミネート時に端子ボックスの取り付けを行うことで、常に一定の圧力で端子ボックスを太陽電池パネル部に押しつけることができ、これにより、圧力が弱すぎや強すぎのために端子ボックスと太陽電池パネル部との接着力の低下がなく、あるいはその接着力が不十分となることがなく、その結果、太陽電池モジュールの長期的な信頼性を向上させることができる。

また、本発明の太陽電池モジュールは、前記端子ボックスは、ケーブル線の差し込み口を有しかつ、前記端子ボックスが前記太陽電池パネル部に接着された後に前記ケーブル線を前記端子ボックス内部に接続可能な構造にするとよい。

すなわち、ラミネート時に端子ボックス内部に接続されたケーブル線を具備していると、ラミネート時の押圧でケーブル線の下にある太陽電池素子が割れやカケが発生することがあったが、これに対し、本発明に係る太陽電池モジュールによれば、端子ボックスがケーブル線の差し込み口を有し、端子ボックスが太陽電池パネル部に接着された後に、ケーブル線を端子ボックス内部に接続可能な構造にしたことにより、ラミネート時ケーブル線の下にある太陽電池素子が割れやカケが発生することが無くなった。

以下、本発明の実施形態を添付図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネル部の構造の一例を示す図である。

同図において、１１は透光性基板、１２は前記受光面側充填材である受光面側封止材、１３は太陽電池素子、１４は前記裏面充填材である裏面側封止材、１５は前記裏面シートである裏面材、１６は接続用配線、１７は出力配線である。

１８はこれらの太陽電池素子１３が発電した電力を外部に出力する端子ボックスである。

以下、各部材を述べる。

透光性基板１１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。

ガラス板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。

他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側封止材１２および裏面側封止材１４は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、エチレン−酢酸ビニル共重合体をＥＶＡと略す）から成り、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下で加熱加圧を行うことで、融着して他の部材と一体化する。

ＥＶＡは、酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させてもよい。本発明に係る受光面側封止材１２においては、着色させると太陽電池素子１３に入射する光量が減少し、発電効率が低下する傾向にあり、望ましくは透明材にするとよい。

また、裏面側封止材１４に用いるＥＶＡは透明材により構成するとよいが、その他、太陽電池モジュールの周囲の設置環境に合わせて酸化チタンや顔料等を含有させ、これにより、白色等に着色させてもよい。

太陽電池素子１３は、厚み０．３〜０．４ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなる。

このようなシリコン基板の内部にはＰＮ接合が形成されるとともに、その受光面と裏面には電極が設けられ、さらに受光面には反射防止膜を設けて構成される。かかる太陽電池素子１３の大きさは、多結晶シリコン太陽電池によれば、約１００〜１５０ｍｍ角程度のものが多い。

通常、これら太陽電池素子１３を複数個銅箔等の接続用配線１６により直列または並列に接続して用いる。

接続用配線１６は太陽電池素子同士を電気的に接続するもので、通常、厚さ０．１ミリ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを、所定の長さに切断し、太陽電池素子１３の電極上にハンダ付けして用いる。

出力配線１７は太陽電池素子１３により発電された電気出力を端子ボックス１８に伝えるものであり、通常、厚さ０．１ミリ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを、所定の長さに切断し、その一端は接続用配線１６等にハンダ付けされ、他端は端子ボックス内のターミナルにハンダ付けされている。

裏面材１５は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

本発明に係る裏面材１５では、その端子ボックスが取り付けられる部分に前記貫通部である開口部を予め設けておく。

図２は本発明に係る裏面材１５の形状を示す。

同図において、２０は裏面材１５に設けられる開口部を示す。この開口部２０の寸法は取り付けられる端子ボックスの裏面材１５とが接する部分の寸法と同じか、もしくはラミネート時などの位置ずれを考慮して各辺とも１〜１０ｍｍ程度小さくしてもよい。なお、この開口部２０は矩形状に限らず、多角形上や円形状でもよい。

このように裏面材１５の端子ボックス１８を取り付ける位置に開口部２０を設けることにより、端子ボックス１８の底面部が直接、裏面側封止材１４と接する。これにより、ラミネート時の加熱と押圧により受光面側封止材１２および裏面側封止材１４が溶融し、透光性基板１１、太陽電池素子１３、裏面材１５などを融着、一体化すると同時に、端子ボックスをも融着し、その結果、太陽電池パネル部に強固に付けられる。

端子ボックス１８は太陽電池素子１３からの電気出力を外部回路に接続するために設けられ、変性ＰＰＥ樹脂などで紫外線などに対する耐光性を考慮して、通常、黒色に造られる。

また、端子ボックス１８は、通常、本体部と蓋部に分かれており、蓋部は本体部に嵌め込みやネジ止めにより固定されている。

本発明に係る端子ボックス１８の大きさは一辺が５〜１０ｃｍ程度、厚みが０．５〜３ｃｍ程度のものである。特にその厚みが約４ｃｍを超えると、ラミネート時に端子ボックス１８が障害物となり、これにより、ラミネーターの押圧体が太陽電池パネル部の端子ボックス周囲まで回り込まずに端子ボックス周囲に加圧不十分な部分が発生し好ましくない。

図３は本発明に係る太陽電池モジュールの端子ボックス近傍のラミネート後の状態を示した断面図である。なお、同図において図１および図２と同一箇所には同一符号を付す。

受光面側封止材１２および裏面側封止材１４は、ラミネート時の加熱と加圧によって溶融し、太陽電池素子１３を封止すると共に、裏面材１５の開口部２０より端子ボックス１８の底部を太陽電池パネル部に固着させ、一体化する。

このように裏面材１５に開口部２０を設け、この開口部２０で太陽電池素子を封止するための封止材を用いて端子ボックス１８を太陽電池パネルに接着するようにしたことで、非常に簡便な方法でラミネート時に太陽電池パネル部の作成と同時に端子ボックスの取り付けができる。

また、端子ボックスの封止材と固着する面については、平面状もしくは非平面状のいずれでもよいが、その固着面積が増大するように非平面状に成すのが望ましい。

非平面状について、さらに図４、図５および図６により述べる。

図４は非平面状が凹凸形状である一例である。また、図５および図６は非平面状が突起状である一例である。

図４は凹凸面を直線状に配列した場合である。このような直線状配列以外に、曲線状に配列したり、あるいは間断的に凹凸部分を配列してもよい。

図４によれば、２６は端子ボックスの蓋部、２７は本体部、２８は底部を示す。

この例においては、端子ボックスの底面部２８に多数の溝を設け凹凸構造にしたことを特徴としている。このような凹凸構造にすることにより、ラミネート後に端子ボックスの底部２８と裏面側封止材の接する面積が多くなり、端子ボックスの太陽電池パネルへの接着強度を強くすることができる。

図５は突起状が円柱状である場合であり、その他、断面が楕円、台形、三角、矩形、多角形である柱状体であってもよい。

図６は突起状が円錐状である場合である。

つぎに端子ボックス１８の構造を述べる。

図７と図８は本発明に係る端子ボックスの内部の状態を示したものである。

図７はラミネート前の状態を示すものであり、２４はケーブル線挿入用の開口部、３０は端子ボックスの底部、３１は端子ボックス本体部、３２は出力配線、３３はターミナル、３４はバイパスダイオード、３５は裏面側封止材に設けられた切り込み、３６はターミナルに設けられたネジ穴を示す。

ターミナル３３は出力配線３２と外部回路につながるケーブル線とを電気的に接続するものであり、厚さ０．５から１．０ｍｍ程度の銅板でつくられ、その全面にハンダコートがなされる。

バイパスダイオード３４は太陽電池モジュール内の太陽電池素子の一部が影になったときに、その太陽電池素子に逆バイアス電圧がかかり、太陽電池素子の温度が上がり破壊されるのを防ぐために設けられる。

これにおいて、出力配線３２は裏面側封止材に予め設けられた切り込み３５からピンセットなどを用いて外側に引き出され、さらに端子ボックス内部のターミナル３３にハンダ付けされる。この状態で端子ボックスに蓋をして所定の位置に置かれラミネートされる。

図８はラミネート後の状態を示すものであり、外部回路につながるケーブル線３７が接続された状態を示すものである。

同図において、３７はケーブル線、３８は圧着端子を示す。

これにおいて、上述のように端子ボックスにケーブル線３７が接続されていない状態でラミネートされた後、蓋部をはずし、ケーブル線３７の導線部の端部に付けられた圧着端子３８を端子ボックス本体部の設けられたケーブル線挿入用の開口部２４を通し、ターミナル３３に設けられたネジ穴３６と圧着端子の穴部を合わせてネジ止めする。その後、再度、蓋をする。

ラミネート時に端子ボックス内部に接続されたケーブル線を具備していると、ラミネート時の押圧でケーブル線の下にある太陽電池素子が割れやカケが発生することがあるが、このように本発明に係る太陽電池モジュールの端子ボックスは、ケーブル線の差し込み口を有し、端子ボックスが太陽電池パネル部に接着された後にケーブル線を端子ボックス内部に接続可能な構造にしたことにより、ラミネート後にケーブル線３７を端子ボックスに取り付けることが可能になり、ラミネート時ケーブル線の下にある太陽電池素子が割れやカケが発生することが無くなった。

つぎに太陽電池モジュールの製造方法を述べる。

順次下記（１）〜（６）の各工程を経た後、減圧下にて加熱加圧して一体化する。

工程（１）：
透光性基板の上に受光面側充填材を配する。

すなわち、透光性部材１１上に、受光面側充填材１２を配する。

工程（２）：
上記受光面側充填材の上に複数の太陽電池素子を配列してなる太陽電池素子群を複数配する。

すなわち、受光面側充填材１２（受光面側封止材）の上に複数の太陽電池素子１３を一列に配列してなる太陽電池素子群をさらに複数並べる。

工程（３）：
上記太陽電池素子群を配線により電気的に接続する。

すなわち、上記太陽電池素子群を、たとえば接続用配線１６などの配線により電気的に接続し、さらに太陽電池素子群の周辺部にも配線する。

工程（４）：
上記太陽電池素子群の上に裏面側充填材１４を配する。

すなわち、太陽電池素子群の上に白色化もしくは着色化したＥＶＡ樹脂から成る矩形状の裏面側充填材１４を配する。

（５）工程：上記裏面側封止材（裏面側充填材１４）の上に裏面保護材１５を配する。

工程（５）：
上記裏面側充填材１４の上に、貫通部（開口部２０）を有する裏面シートを配する。

工程（６）：
上記太陽電池素子群が発電した電力を外部に出力する端子ボックスを、裏面シート（裏面材１５）の開口部２０に挿入する。

以上のごとく、太陽電池モジュールを製造するにあたっては、透光性部材１１上に、受光面側充填材１２、接続用配線１６や出力配線１７を接続した太陽電池素子１３、裏面側充填材１４、所定の開口部を設けた背面部材１５、端子ボックス１８を順次積層する。

このような状態にして、ラミネーターにセットし、減圧下で押圧ながら１００〜２００℃でたとえば１５分〜１時間加熱しこれらを一体化する。その後、上述のようにケーブル線３７を取り付ける。

つぎにこの一体化した太陽電池パネルの４辺にモジュール枠（図示せず）を取り付ける。このモジュール枠は太陽電池モジュールに必要な強度やコストを考慮してアルミニウムや樹脂などで造られることが多い。

アルミニウムで造る場合には、アルミニウムを押し出し成形して造られ、その表面にアルマイト処理やクリヤ塗装が施されることが多い。

このようなモジュール枠を太陽電池パネル部の各辺に取り付けた後、モジュール枠の各コーナー部をネジ止めして太陽電池モジュールが完成する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。

たとえば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池などでも適用可能である。

本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネル部分の構造の一例を示す概略断面図である。 本発明に係る裏面材の形状を示す平面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの端子ボックス近傍のラミネート後の状態を示す要部概略断面図である。 本発明に係る端子ボックスの外観を示す斜視図である。 本発明に係る端子ボックスの外観を示す斜視図である。 本発明に係る端子ボックスの外観を示す斜視図である。 ラミネート前の本発明に係る端子ボックスの内部の状態を示す正面図である。 ラミネート後の本発明に係る端子ボックスの内部の状態を示す正面図である。 従来の太陽電池モジュールの太陽電池パネル部分の構造の一例を示す概略断面図である。

符号の説明

１１・・・透光性基板
１２・・・受光面側封止材
１３・・・太陽電池素子
１４・・・裏面側封止材
１５・・・裏面材
１６・・・接続用配線
２０・・・開口部
１８・・・端子ボックス

Claims (5)

1. 透光性基板と、貫通部を有する裏面シートとの間に、受光面側充填材と裏面側充填材で挟持した複数の太陽電池素子を配設して、これら双方の充填材により太陽電池素子を封止し、さらにこれらの太陽電池素子が発電した電力を外部に出力する端子ボックスを前記貫通部に挿入して前記封止材に固着したことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記端子ボックスの封止材と固着する面を、その固着面積が増大するように非平面状に成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。
3. 前記非平面状は凹凸形状であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記非平面状は突起状であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
5. 順次下記（１）〜（６）の各工程を経た後、減圧下にて加熱加圧して一体化したことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
   （１） 透光性基板の上に受光面側充填材を配する。
   （２） 上記受光面側充填材の上に複数の太陽電池素子を配列してなる太陽電池素子群を複数配する。
   （３） 上記太陽電池素子群を配線により電気的に接続する。
   （４） 上記太陽電池素子群の上に裏面側充填材を配する。
   （５） 上記裏面側充填材の上に、貫通部を有する裏面シートを配する。
   （６） 上記太陽電池素子群が発電した電力を外部に出力する端子ボックスを、裏面シートの貫通部に挿入する。

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