JP2005158801A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 様々な施工部位に対応できる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 受光面カバー２、接着樹脂３、複数の太陽電池セル１と裏面側カバー４の順番に積層しモジュール積層体とする工程と、各基材のモジュール積層体を可とう性、ガス不透過性及び耐熱性とを有する袋に封入する工程と、モジュール積層体を封入した袋の内部を真空にし、外部を加圧しながら接着樹脂が硬化する温度で加熱する工程とを含むことによって、受光面カバー２及び裏面側カバー４に継ぎ目が存在せず、屈曲している部分１００ａを有する太陽電池モジュール１００とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関し、特に屈曲している部分を有する太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

住宅用等の太陽光発電システムでは、例えば受光面カバー及び裏面側カバーで充填材と太陽電池セルとを封入しサンドイッチ構造としたいわゆる、スーパーストレート構造の平面タイプの太陽電池モジュールが提供されている（例えば、特許文献１）。

近年、太陽電池の急速な普及に伴い、その設置方法や施工部位が種々検討、革新されており、太陽電池モジュールが住宅向けの瓦一体型や窓やビル壁面に設置される建材一体型、自動車ルーフ用等にも用いられるようになってきた。
特開２００１−２８４６２５号公報

しかし、現在提供されている太陽電池モジュールは、その形状が平面的である平面タイプに限定されており、例えばスーパーストレート構造の平面タイプの太陽電池モジュールを瓦一体型、建材一体型、自動車ルーフ用、船舶用等の用途に適用した場合、太陽電池モジュールと取り付け部位とが十分に適合しない状況にあった。その結果、取り付け部位に空間が生じたり、無駄なスペースが生じたりすることに加え、外観上の美観も損なわれるといった問題が生じていた。

そこで、本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、様々な施工部位に対応できる太陽電池モジュール及びそ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、受光面カバー、接着樹脂、複数の太陽電池セル及び裏面側カバーを含む基材が積層されて一体化してなる太陽電池モジュールであって、受光面カバー及び裏面側カバーに継ぎ目が存在せず、かつ、太陽電池モジュールが屈曲している部分を有することによって特徴づけられている。

これによって、各種の曲面を有するような部位への太陽電池モジュールの施工を、無駄なスペースを生じさせず、また美観も損なうことなく好適に行うことができる。

また、上記構成において、ドーム型形状に屈曲している太陽電池モジュールとすることもできる。

また、上記構成において、受光面カバーは、ガラス、透光性樹脂板、透光性フィルムのいずれかによって構成され、裏面側カバーは、ガラス、樹脂板、フィルムのいずれかによって構成することができる。

この場合、受光面カバー及び裏面側カバーとしては一般的に太陽電池モジュールに使用されている材料を使用することができ、ガラスとして各種強化ガラス、樹脂板としてポリカーボネイド、フィルムとしてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フッ素樹脂系のフィルムを例示することができる。なお、受光面カバーを構成する各基材は透光性を有しており、受光面カバー及び裏面側カバーを構成する各基材は耐候性を有していることは言うまでもない。

また、本発明の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルが、受光面カバーの受光面に対して傾斜して配置することができる。

これによって、太陽電池モジュール内の太陽電池セルを任意の向きに設定することができるので、設置場所の状況に応じて日射角度に合わせた施工を行うことができる。太陽電池モジュールの発電効率を最大限に引き出すためには、太陽電池セルの向きを統一して個々の太陽電池セルより発生する電流成分にばらつきを生じさせないようにする必要があるが、これによって各太陽電池セルを好適な向きに配置することができる。

この場合、各太陽電池セルは、各太陽電池セルを保持するための保持台が各太陽電池セルの受光面の反対面側に配置されているようにすることができる。

このように太陽電池セルの支持台を配置することによって、より精密に屈曲形状に合わせて太陽電池セルの配列方向を制御することが可能となる。また、この保持台は、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリカーボネイドなどの透光性樹脂、無機顔料等により着色された樹脂、金属等の材料によることができる。

また、上記構成の太陽電池モジュールにおいて、その表面部分に出力を取り出すための端子ボックス又はバイパスダイオードボックスを取り付けることができる。この場合、これらのボックスの取り付けは、太陽電池モジュールの側端面又は裏面側カバーの表面に行うことが好ましい。

これによって、ボックスの設置スペースを節約し、外観の美しさも確保することができる。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池モジュールを構成する各基材である受光面カバー、接着樹脂、複数の太陽電池セル、裏面側カバーを、この順番に積層しモジュール積層体とする工程と、各基材のモジュール積層体を可とう性、ガス不透過性及び耐熱性とを有する袋に封入する工程と、モジュール積層体を封入した袋の内部を真空にし、外部を加圧しながら接着樹脂が硬化する温度で加熱する工程とを含むことによって特徴づけられる。

これによって、モジュール積層体全体に均等に応力をかけることができ、屈曲した部分を有する太陽電池モジュールを製造することができることを見出した。つまり、従来法であるラミネート方式による製造方法では、モジュール積層体の屈曲部分に応力が集中して太陽電池モジュールに割れが発生するが、本発明の方法では、積層体の屈曲部分においても割れが発生するのを回避することができる。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、上記モジュール積層体とする工程において、複数の太陽電池セルを受光面カバーの受光面に対して傾斜して配置することによって、各太陽電池セルが受光面カバーの受光面に対して傾斜して配置された太陽電池モジュールを製造することができる。

この場合、各太陽電池セルと裏面側カバーとの間に各太陽電池セルを保持するための保持台を更に配置することによって、太陽電池セルを保持するための保持台が片側に配置された太陽電池モジュールを製造することができる。

本発明の太陽電池モジュールによれば、建築分野、自動車、船舶等様々な分野における曲面を有する施工部位にフィットし、外観の美しさなど意匠性も確保した太陽電池モジュールの施工を行うことができる。

また、太陽電池セルの向きを日射角度に合わせて統一させることができるので、発電効率を最大限に引き出すことができる。

また、太陽電池モジュールの側端面又は裏面側カバーの表面等の外部から見えにくい場所に端子ボックス又はバイパスダイオードボックスの取り付けを行うことができるので、設置スペースを節約し、外観の美しさも確保することができる。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、屈曲している部分を有する太陽電池モジュールを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は実施の形態に係る太陽電池モジュールの断面図を示している。

図１に示す太陽電池モジュール１００では、大きさ５０ｘ５０ｍｍの結晶系シリコン太陽電池セル１が、２０ｍｍ程度の間隔Ｌで５枚直列接続されている。そして、接続されている太陽電池セル１は接着樹脂３によって封入されており、接着樹脂３を挟んで受光面カバー２、裏面側カバー４が配置されている。太陽電池モジュール１００は、両端部分１００ａが、裏面側カバー４を内周とした曲面いわゆるＲ形状を有し、屈曲している。また、受光面カバー２及び裏面側カバー４のいずれにも継ぎ目がない。

ここでは、接着樹脂３としてエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を、受光面カバー２として厚さ５ｍｍの透光性の強化ガラスを、裏面側カバー４としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を基材とした耐候性フィルムを用いている。

なお、受光面カバー２は、強化ガラスの他に透光性フィルム、ポリカーボネイド等の透光性樹脂板を使用することができる。また、裏面側カバー４に耐候性フィルムの他に強化ガラス、耐候性樹脂板を使用することができる。

図２は、ドーム型形状の太陽電池モジュールの斜視図を示している。

図２に示す太陽電池モジュール２００においても、各基材の配置の順番は太陽電池モジュール１００同様、接続されている太陽電池セル１は接着樹脂６によって封入されており、接着樹脂６を挟んで受光面カバー５、裏面側カバー７が配置されている。なお、図２では、各太陽電池セル１を接続するインターコネクター８も図示している。

太陽電池モジュール２００では、平面状の裏面側カバー４を土台にしていわゆるドーム型形状の受光面カバー５が覆い被さった形態をしている。太陽電池モジュール２００においても、太陽電池モジュール１００同様、接着樹脂６としてＥＶＡを、受光面側カバー２として厚さ５ｍｍの透光性の強化ガラスを、裏面側カバー７としてＰＥＴを基材とした耐候性フィルムを用いている。

図３は、太陽電池セルを傾斜させて配置した太陽電池モジュールを示している。

図３に示す太陽電池モジュール３００においては、接着樹脂３の肉厚Ｔがあまり厚くならないように、太陽電池セル９は、大きさ１０ｘ１０ｍｍ程度のものを使用している。ここで、１０ｘ１０ｍｍ程度の太陽電池セル９は、例えば５０ｘ５０ｍｍ程度の太陽電池セルを分割加工して作製する。また、受光面カバー２及び裏面側カバー１０に厚さ５ｍｍの強化ガラスを使用し、接着樹脂にはＥＶＡを使用する。

このように、太陽電池セル９を傾斜させて配置することによって、日射角度に合わせた施工を行うことが容易になり、太陽電池モジュールの発電効率を最大限に引き出すことができる。

図４の太陽電池モジュール４００は、図３に示す太陽電池モジュール３００において各太陽電池セル９直下に支持台１１を配置した場合の例を示している。

支持台１１は、各太陽電池セル１の方向を制御するためのものである。このように各太陽電池セル９に支持台１１を配置することによって、より精密に屈曲形状に合わせて太陽電池セル９の配列方向を制御することが可能となる。

次に、屈曲構造をもつ太陽電池モジュールへの端子ボックス又はバイパスダイオードボックスを取り付ける場合について説明する。そのボックスの取り付けは、太陽電池モジュール中の配線（インターコネクター）を引き回すことで、太陽電池モジュールの外周部の任意の位置に行い、端子ボックス又はバイパスダイオードボックス一体型の太陽電池モジュールとする。この場合、これらボックスを複数個取り付けてもよい。

図５は、端子ボックス又はバイパスダイオードボックスが側面に取り付けられた屈曲構造をもつ太陽電池モジュールの断面図を示している。

図５の太陽電池モジュール５００では受光面カバー２及び裏面側カバー３に、５ｍｍ厚の強化ガラスを使用し、そのモジュール肉厚ｔを１０ｍｍ以上としている。端子ボックス又はバイパスダイオードボックス１２を端面５００ａに取り付けるための最適な肉厚ｔの調整は、ＥＶＡの厚みを調整することによって行う。そして、端子ボックス又はバイパスダイオードボックス１２の取り付けは、インターコネクター８を側端面５００ａまで引き回し、シリコーン系接着樹脂１３によって側端面５００ａに端子ボックス又はバイパスダイオードボックス１２を接着させて行う。なお、ここでは耐熱性の高いシリコーン系接着樹脂１３を使用しているが、他の接着剤を用いて行うこともできる。

図６は、端子ボックス又はバイパスダイオードボックス１２が裏面側カバー１０に取り付けられた屈曲構造をもつ太陽電池モジュールの断面図を示している。

図６の太陽電池モジュール６００では、強化ガラスである裏面側カバー１０にあらかじめ穴１０ａを開けておき、そこから配線（インターコネクター８）を取り出し、端子ボックス又はバイパスダイオードボックス１２を裏面側カバー１０に取り付けている。

なお、ここで端子ボックス又はバイパスダイオードボックスの代わりに端子ボックスとバイパスダイオードボックスとを一体化したバイパスダイオード内蔵型端子ボックスを取り付けてもよい。

次に、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法について説明する。

本実施の形態に係る太陽電池モジュールは各基材を接着加工することによって製造し、この接着加工はオートクレーブ装置を用いて行う。

まず、接着加工に用いるオートクレーブ装置について説明する。

図７は、太陽電池モジュールの接着加工を行うオートクレーブ装置の概略構成を示している。

図７に示すオートクレーブ装置７０は、接着加工をする太陽電池モジュールの各基材を格納する圧力容器２０内を真空及び加圧並びに加熱し、それらを制御する機能を有している。接着加工前の太陽電池モジュールを構成する基材を真空袋２１に入れ、真空袋２１を圧力容器２０内に装着することによって太陽電池モジュールの接着加工を行う。

真空袋２１は、可とう性、ガス不透過性及び十分な耐熱性を有することが要求される。真空袋２１としては、例えばシリコンゴム等の耐熱性樹脂を使用する。

真空袋２１は、脱気管２２、リーク弁２３を介して真空ポンプ２４と接続されている。これによって、真空袋２１は内部を真空にすることができる。また、真空度は真空計２５によってチェックすることができ、真空制御装置（図示しない）によって制御する。

圧力容器２０は一部が上下に開いて真空袋２１を出し入れするようになっている。その圧力容器２０の上下の部分は、６箇所ある固定ボルト２０ａ（図では一箇所のみ表示）によって固定されている。

また、圧力容器２０内は、圧力容器２０下部に配する高圧配管２６を介して圧力制御装置付きの窒素ガスボンベ２７と接続されており、これによって圧力容器２０内を加圧制御することができる。圧力は２０ｋｇ/ｃｍ²までの範囲で制御することができる。高圧配管２６には、ガス放出弁２９が設置されている。また、圧力容器２０内の圧力は、圧力計２８でチェックする。なお、窒素ガスボンベ２７は、空気ボンベやアルゴンガスボンベであってもよい。

圧力容器２０内は、圧力容器２０内部に配置されたヒーター３０で加熱することができる。真空袋２１の近傍に温度を計測するための熱電対３１が配置され、熱電対３１は圧力容器２０に設けたポート２０ｂを通して温度コントローラ３２と接続されている。温度コントローラ３２は、更にヒーター３０の電源の制御装置（図示しない）と接続されており、これによって真空袋２１の近傍の温度を表示し、制御するようにしている。加熱制御される温度範囲は、室温〜１７０℃であり、昇温速度もプログラムによって設定することができる。

なお、圧力容器２０は、のぞき窓２０ｃを有しており、作業者が内部の様子を確認できるようになっている。また、真空袋２１を置くためのサセプター３３が圧力容器２０内に装着されていている。

次に、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの接着加工の手順について、図８に示す太陽電池モジュールを製造する場合を例に説明する。

図８に示す太陽電池モジュール８００は、受光面カバー１５及び裏面側カバ１６ーは、厚さ５ｍｍ、大きさ１０００ｘ１０００ｍｍの強化ガラスであり、このガラスは、曲率半径Ｒ１３００ｍｍで端部８００ａが屈曲している。接着樹脂１７はＥＶＡであり、太陽電池セルは大きさ５０ｘ５０ｍｍであり、８枚直列接続されている。

まず、接着加工前の太陽電池モジュール８００の各基材である受光面カバー１５、接着樹脂１７、太陽電池セル１４、裏面側カバー１６を、この順番で積み重ねて積層体とする。このとき、この積層体の外周部を、脱気する際に空気の流れ道を作るために、綿等の繊維物で取り巻いてもよい。

そして、上記の積層体を真空袋２１内に入れ、その真空袋２１をオートクレーブ装置７０のサセプター３３の上に置く。このとき、積層体の受光面カバー１５がサセプター３３側になるように置く方が、積層体が安定するので好ましい。

次に、真空袋２１の入り口２１ａを脱気管２２と連結して真空袋２１を封止する。圧力容器２０に具備されている固定ボルト２０ａを閉めて、オートクレーブ装置７０の運転を開始し、積層体を接着加工する。

接着加工では、まず、真空袋２１内の真空度を１００Ｐａ以下に制御にしながら圧力容器２０内を室温から１２０℃まで、１２時間かけて昇温する。これによって、積層体のＥＶＡが仮溶着される。なお、このときの昇温時間は、仮溶着に不具合が生じるなどの問題が起こらなければ、１２時間より短くてもよい。また、圧力容器２０内は大気圧であるが、数気圧程度まで加圧された状態であってもよい。

次に、圧力容器２０内を室温付近の温度まで１２時間程度かけて徐冷した後、ＥＶＡを最終段階まで硬化（架橋）させる本圧着を開始する。この本圧着では、真空袋２１内の真空度を１ｋＰａ以下に制御し、圧力容器２０内は、窒素ガスを導入して圧力を２０ｋｇ/ｃｍ²に制御する。そのような圧力制御の下、圧力容器２０内（正確には熱電対３１で測温する真空袋２１近傍の温度）を１７０℃まで加熱し、１７０℃で最長１．５時間程度その温度で保持する。なお、室温から１７０℃までの昇温も、１２時間程度かけて行う。また、仮圧着から本圧着に移行する際に、圧力容器２０内を一度室温付近の温度まで戻しているが、本圧着に不具合が生じるなどの問題が起こらなければ、そのまま１２０℃から１７０℃に昇温して本圧着に移行してもよい。

本圧着が完了後、ヒーター３０の電源（図示しない）を切り、圧力容器２０内を最高１２時間程度かけて自然冷却し、室温に近い温度にする。室温に近い温度になった時にガス放出弁２９を用いて圧力容器２０内の窒素ガスを徐々に抜き、圧力容器２０内の圧力を大気圧に戻す。また同時に、真空袋２１内はリーク弁１６を用いて徐々に大気圧に戻す。

圧力容器２０の固定ボルト２０ａを外して、圧力容器２０の上部を開けて真空袋２１をそのまま取り出す。そして、接着加工され各基材が一体化された屈曲構造をもつ太陽電池モジュールを真空袋２１から取り出す。

上記の方法によって、太陽電池モジュール中に封入される太陽電池セルの向き制御如何を問わず、屈曲の形状も問わず、様々な形態の屈曲構造をもつ太陽電池モジュールを作製することが可能である。

また、本接着加工は、上記のオートクレーブに限定されず、太陽電池モジュールの各基材を収めた真空袋の内部を真空にでき、その真空袋の外部を加圧し、加熱することができる装置であれば行うことができる。

本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の実施の形態に係るドーム型形状の太陽電池モジュールの斜視図である。 本発明の実施の形態に係る太陽電池セルが傾斜して配置されている太陽電池モジュールの断面図である。 図３において、支持台が配置されている場合の太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の実施の形態に係る端子ボックス又はダイオードボックスが側端面に配置されている太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の実施の形態に係る端子ボックス又はダイオードボックスが裏面に配置されている太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の太陽電池モジュールの製造に使用するオートクレーブ装置の概略構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの斜視図である。

符号の説明

１、９、１４ 太陽電池セル
２、５、１５ 受光面カバー
３、６、１７ 接着樹脂
４、７、１０、１６ 裏面側カバー
８ インターコネクター
１１ 支持台
１２ 端子ボックス又はバイパスダイオードボックス
１３ シリコーン樹脂
１００、２００、３００、４００、５００、６００、８００ 太陽電池モジュール
２０ 圧力容器
２０a 固定ボルト
２０ｂ ポート
２０ｃ のぞき窓
２１ 真空袋
２２ 脱気管
２３ リーク弁
２４ 真空ポンプ
２５ 真空計
２６ 高圧配管
２７ 窒素ガスボンベ
２８ 圧力計
２９ ガス放出弁
３０ ヒーター
３１ 熱電対
３２ 温度コントローラ
３３ サセプター
７０ オートクレーブ装置

Claims (10)

1. 受光面カバー、接着樹脂、複数の太陽電池セル及び裏面側カバーを含む基材が積層されて一体化してなる太陽電池モジュールであって、
   前記受光面カバー及び前記裏面側カバーに継ぎ目が存在せず、かつ、前記太陽電池モジュールが屈曲している部分を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記太陽電池モジュールがドーム型形状に屈曲してい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。
3. 前記受光面カバーがガラス、透光性樹脂板、透光性フィルムのいずれかによって構成され、
   前記裏面側カバーがガラス、樹脂板、フィルムのいずれかによって構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記太陽電池セルが、前記受光面カバーの受光面に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
5. 前記太陽電池セルを保持するための保持台が各太陽電池セルの受光面の反対面側に配置されている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。
6. 出力を取り出すための端子ボックス又はバイパスダイオードボックスが前記太陽電池モジュールの表面に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
7. 前記端子ボックス又はバイパスダイオードボックスが取り付けられている位置が、前記太陽電池モジュールの側端面又は前記裏面側カバーの表面であることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
8. 太陽電池モジュールを構成する各基材を接着することにより太陽電池モジュールを製造する方法であって、
   受光面カバー、接着樹脂、複数の太陽電池セル、裏面側カバーの順番に積層しモジュール積層体とする工程と、
   前記モジュール積層体を可とう性、ガス不透過性及び耐熱性とを有する袋に封入する工程と、
   前記モジュール積層体を封入した袋の内部を真空にし、外部を加圧しながら前記接着樹脂が硬化する温度で加熱する工程とを含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
9. 前記モジュール積層体とする工程において、
   前記太陽電池セルは、前記受光面カバーの受光面に対して傾斜して配置することを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
10. 前記モジュール積層体とする工程において、
    前記太陽電池セルと裏面側カバーとの間に各太陽電池セルを保持するための保持台を更に配置することを特徴とする請求項９に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
    

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