JP2005285969A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 フロートの上に太陽電池パネルを配置した水上設置用太陽電池モジュールでは、その太陽電池パネル以上の大きさのフロートを必要とするため高価なものとなるとともに水による冷却効果が十分得られず気温の上昇する夏期には太陽電池素子の特性から発電効率が低下してしまうという問題があった。
【解決手段】 裏面シートと裏面側充填材と太陽電池素子と受光面側充填材と透光性基板とを重ねるように順次配設して成る太陽電池パネルにモジュール枠を装着した太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールを水上に浮かすべく、前記モジュール枠に気体を密封した気体密封手段を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は河川、池、湖、海洋または使用していない遊泳用プールなどの水上に敷設して太陽光発電を行うための小規模から大規模まで適用可能な太陽電池モジュールに関する。

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とも重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填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。

この太陽電池モジュールを用いて太陽光発電を行うためには、日当たりの良くかつ広い面積の土地を必要とする。このため、一般的な例としては、住宅の屋根やビルの屋上、側壁などに設置されている。

しかし、このような屋根等への設置だけでは利用範囲が限定的であり、また、屋根等へ太陽電池モジュールを設置する場合は、まず太陽電池モジュールを設置するための耐候性のある頑強な架台を組み上げる必要があり、そのためのコストがかかり高価なものとなってしまうという問題があった。

このため、発泡樹脂などから成る船底状のフロート（浮き船）の上に太陽電池パネルを配置し一体構造とし、これを湖や海洋など浮かべ太陽光発電を行う水上設置用太陽電池モジュールが考案されている。（特許文献１参照）
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のようなものがある。
特開平８−１６７７２９号公報

しかしながら、上述のように発泡樹脂などから成る船底状のフロートの上に太陽電池パネルを配置した水上設置用太陽電池モジュールでは、その太陽電池パネル以上の大きさのフロートを必要とするため高価のものとなるとともに、水による冷却効果が十分得られず気温の上昇する夏期には太陽電池素子の特性から発電効率が低下してしまうという問題があった。

さらに、フロートを発泡樹脂や合成樹脂などで作製した場合、いわゆる環境ホルモンが水中に溶出して、環境に優しいはずの太陽光発電が逆に環境汚染を引き起こす可能性もある。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は安価でかつ水による冷却効果が十分得られ、夏期でも発電効率が低下することのない水上設置用太陽電池モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、裏面シートと裏面側充填材と太陽電池素子と受光面側充填材と透光性基板とを重ねるように順次配設して成る太陽電池パネルにモジュール枠を装着した太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールを水上に浮かすべく、前記モジュール枠に気体を密封した気体密封手段を設けたことを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記気体密封手段が気体を密封したチューブを前記モジュール枠内に挿入することによるものであることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールによれば、この太陽電池モジュールを湖沼や海洋に設置したときにチューブの浮力により水面上に浮かぶことができる。

また、この太陽電池パネルの裏面が湖沼や海洋の水により冷却されることになり、１年間を通じて太陽電池モジュールの発電効率を高く維持することが可能となる。

また、太陽電池モジュールを直接水上に設置するため、フロート等を必要とせず、設置費用のコストダウンが図れる。

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一例の外観を示す図である。

図１において、１は太陽電池パネル、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはモジュール枠を示す。さらに、モジュール枠２ａ、２ｃは、その内部に気体密封手段となっている気体を充填したチューブを具備しているものであり、モジュール枠２ｂ、２ｄはコの字状のモジュール枠を示す。

太陽電池パネル１はその内部に直列または並列に接続された複数の太陽電池素子を具備しているものである。

図２は本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネル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は受光面側封止材、１３は太陽電池素子、１４は裏面側封止材、１５は裏面シート、１６は接続配線である。

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透明な基板が用いられる。

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−酢酸ビニルとも重合体（以下、エチレン−酢酸ビニルとも重合体を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、上述のように厚み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。

接続配線１６は、厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度、幅２〜８ｍｍ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たものである。

裏面シート１５は水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。

まず、以上の透光性基板１１、受光面側封止材１２、接続配線１６を接続した太陽電池素子１３、裏面側封止材１４、裏面シート１５を重畳し、ラミネーターと呼ばれる装置にセットし、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧下で１００から２００℃程度の温度で１５〜６０分間程度に加熱しながら加圧することにより一体化することにより太陽電池パネルを作製する。

次に、上記のように作製した太陽電池パネル１の外周部にモジュール枠２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを嵌め込み固定する。

本発明に係る太陽電池モジュールに使用するモジュール枠２ａ、２ｃは、その内部に気体を充填したチューブを具備しているものである。

図３は、本発明に係るその内部に気体を充填したチューブを具備したモジュール枠２ａ、２ｃの一例を示したものである。

図３において、１８は太陽電池パネルを嵌め入れるための溝部分、１９はチューブを挿入するための空間部、２０は気体を充填したチューブ、２１はチューブ挿入口を塞ぐための蓋、２２はネジ穴、２３は貫通穴を示す。

太陽電池パネルを嵌め入れるための溝部分１８は、上述の太陽電池パネルの厚み程度のコの字状の溝が形成されている。太陽電池パネルの端部から水が入り込んで、太陽電池モジュールの出力や信頼性を低下させることがないように、この部分に予め防水性の接着性充填材を塗布しておき、その後この部分に太陽電池パネルを挿嵌する。

チューブを挿入するための空間部１９は、太陽電池パネルを嵌め入れるための溝部分１８に隣接して設けられる。また、その両端部には蓋２１を固定するためのネジ穴２２が設けられている。

このような溝部分１８や空間部１９を備えたモジュール枠２ａ、２ｃは、アルミニウムの押し出し加工やポリプロピレンなどの合成樹脂の射出成形で作製される。

チューブ２０は筒状のもので、空気などの気体を１〜３気圧程度の圧力で封入してある。その材質はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンやポリプロピレンなどの合成樹脂や合成ゴムなどである。また、１０年以上に及ぶ太陽電池モジュールの使用期間を考慮して、自転車のタイヤ内部のチュ−ブのように気体を入れるための口を付設しておいても良い。

チューブ２０の大きさは、太陽電池モジュールの大きさや形状、材質、チューブを備えるモジュール枠の数などにより好適に決定すればよい。例えば、出力約１５０Ｗで大きさ約１２０×１００（ｃｍ）の矩形の太陽電池パネルで、図１のように長辺側の２辺にチューブを具備するものでは、そのチューブの直径は１５〜２０ｃｍ程度のものである。さらにこの水上設置モジュールを設置するのが海洋である場合、海水の比重の影響でもっと小さくすることも可能である。

さらに、比較的小さい池などの面積が限られている水面に設置する場合では、細長い断面形状のチューブを用いることで、チューブを挿入するための空間部１９の幅部分を小さくすることができ、水面を有効に利用することも可能である。

このようなチューブ２０をモジュール枠の空間部１９に挿入しさらに、その後蓋をしてネジ止めして、チューブが出ることがないように蓋を固定する。

図４はコの字状のモジュール枠２ｂ、２ｄの一例を示す図である。モジュール枠２ｂ、２ｄは、上述の太陽電池パネルの厚み程度のコの字状の溝２５が形成されている。太陽電池パネルの端部から水が入り込んで、太陽電池モジュールの出力や信頼性を低下させることがないように、この部分に予め防水性の接着性充填材を塗布しておき、その後この部分に太陽電池パネルを挿嵌する。

このように、太陽電池パネルの外周部の少なくとも２つの辺に気体を充填したチューブを具備したモジュール枠を配置することにより、この太陽電池モジュール湖沼や海洋に浮かべたときにチューブの浮力により水面上に浮かぶことができる。

さらに、浮力を得るためのチューブを太陽電池パネルの外周部に配置したことにより、この太陽電池パネルの裏面が湖沼や海洋の水により冷却されることになり、１年間を通じて太陽電池モジュールの発電効率を高く維持することが可能となる。

また、本発明の別の実施例では、モジュール枠の両端の空間部の周囲に溝を形成し、ここにオーリングを嵌め込み、その後蓋をネジ止めすることにより密閉しても良い。

また、本発明に係る水上設置用太陽電池モジュールの形状は、上記のような矩形状もしくは正方形状に限るものではなく、図５に示したような三角形またはその他の形状のものでも可能である。

図５において、２６は太陽電池パネル、２７ａ、２７ｂは上述のような内部に気体を充填したチューブを具備したモジュール枠、２８は断面形状がコの字状のモジュール枠を示す。

さらに、複数の太陽電池モジュールを連結して使用する場合、上述の太陽電池モジュールモジュール枠上面にネジ穴などを設け、金具などを用いて連結すれば良い。

しかし、それでは各々の太陽電池モジュールに気体を密閉したモジュール枠が必要となりコストが上がることが考えられるため、気体を密閉したモジュール枠を具備した太陽電池モジュールとコの字型のモジュール枠のみの太陽電池モジュールを交互に並べ接続することにより、そのコストを下げることも可能である。

図６、図７は気体を密閉したモジュール枠を具備する太陽電池モジュールとコの字型のモジュール枠のみの太陽電池モジュールを交互に並べ、接続したものの一例を示すものである。

図６は気体を密閉したチューブを内蔵したモジュール枠を具備する太陽電池モジュールの配置を示すものであり、図７はその接続状態を示す断面図である。

図６、図７において、３０ａ、３０ｂは気体を密閉したチューブを内蔵したモジュール枠を具備する太陽電池モジュール、３１はその断面形状がコの字型のモジュール枠のみの太陽電池モジュール、３２は太陽電池モジュール３０ａ、３０ｂの気体を密閉したチューブを内蔵したモジュール枠の外周部に延出した接続取り付け部、３３は接続取り付け用のネジを示す。

図６に示すようにコの字型のモジュール枠のみの太陽電池モジュール３１の両側に気体を密閉したチューブを内蔵したモジュール枠を具備する太陽電池モジュール３０ａ、３０ｂを配置する。この気体を密閉したチューブを内蔵したモジュール枠には、モジュール枠の外周部に延出した接続取り付け部３２があり、これによりコの字型のモジュール枠のみの太陽電池モジュール３１と互いに接続する。

このように接続し、その接続部を図７に示すように、ネジ３３により固定する。

この場合モジュール枠に内蔵される気体を密閉したチューブの大きさは約２倍程度にする必要があるが、個々のモジュールに気体を密閉したチューブを内蔵したモジュール枠を具備する必要が無く、コストダウンが図れる。

また、外周部に延出した接続取り付け部３２があるモジュール枠は、上述のようにアルミニウムの押し出し加工やポリプロピレンなどの合成樹脂の射出成形で一体で作製されるのが好適である。

作製された太陽電池パネル部の裏面に、外部回路接続用のケーブルを具備した端子ボックス（不図示）を接着材などで取り付ける。本発明に係る太陽電池モジュールに使用する端子ボックスは、所定の配線を行った後、その内部に海水等が入り込むのを防ぐため、防水性の充填材などで充填する。

図８は本発明に係る太陽電池モジュールの別の実施例の外観を示す図である。

図８において、４０は太陽電池パネル、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは断面形状がコの字状のモジュール枠、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは気体密封手段となる浮子を示す。

図８による水上設置用太陽電池モジュールでは、太陽電池パネル４０の外周部全てに断面形状がコの字状のモジュール枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが嵌め込まれ、固定されている。

さらにこの太陽電池パネル４０のコーナー部でモジュール枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの外側に浮子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄがモジュール枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄにネジ止めなどにより固定されている。

このようなモジュール枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４２ａ及び浮子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄはアルミニウムの押し出し加工ネジ止めなどによる組み立てやポリプロピレンなどの合成樹脂の射出成形で作製される。

浮子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄはその内部が中空になっており、またその上面などが開口できるように作成されている。又その内部には浮子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの内部の中空部の形状に合わせた形状で、その内部には空気などの気体が充填された中空体が浮子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの開口部から入れられ、配置されている。中空体の材質はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンやポリプロピレンなどの合成樹脂や合成ゴムなどである。また１０年以上に及ぶ太陽電池モジュールの使用期間を考慮して、自転車などのタイヤ内部のチュ−ブのように気体を入れるための口を付設しておいても良い。

図９は、本発明に係る太陽電池モジュールの別の実施例の外観を示す図である。

図９において、符号４０、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは図８と同様に４０は太陽電池パネル、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは断面形状がコの字状のモジュール枠を示しさらに、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは浮子を示す。

図９による水上設置用太陽電池モジュールでは、太陽電池パネル４０の外周部全てに断面形状がコの字状のモジュール枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが嵌め込まれ、固定されている。

さらにこの太陽電池パネル４０のモジュール枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの外側のその各モジュール枠の中央部付近に浮子４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄがモジュール枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄにネジ止めなどにより固定されている。

このようなモジュール枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４２ａ及び浮子４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄはアルミニウムの押し出し加工ネジ止めなどによる組み立てやポリプロピレンなどの合成樹脂の射出成形で作製される。

浮子４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄはその内部が中空になっており、またその上面などが開口できるように作成されている。又その内部には浮子４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄの内部の中空部の形状に合わせた形状で、その内部には空気などの気体が充填された中空体が浮子４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄの開口部から入れられ、配置されている。この中空体の材質はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンやポリプロピレンなどの合成樹脂や合成ゴムなどである。また１０年以上に及ぶ太陽電池モジュールの使用期間を考慮して、自転車などのタイヤ内部のチュ−ブのように気体を入れるための口を付設しておいても良い。

このように太陽電池モジュールのモジュール枠のコーナー部や中央部付近に浮子を設けることにより、この太陽電池モジュールを水上に設置することが可能となり、太陽電池パネルの裏面が水により冷却されることになり、１年間を通じて太陽電池モジュールの発電効率を高く維持することが可能となる。

また、浮子をモジュール枠の外部に付けることによりモジュール枠の構造を簡単なものにすることができるとともに例えば建物の屋根に設置するために作成された太陽電池モジュールでも端子ボックスに防水加工を施し、この浮子を付けることにより水上設置型に変更することも可能となる。

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。例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一例の外観を示す図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネルの構造の一例を示す図である。 本発明に係るその内部に気体を充填したチューブを具備したモジュール枠の一例を示したものである。 コの字状のモジュール枠の一例を示す図である。 本発明に係る三角形状の水上設置用太陽電池モジュールの一例の外観を示す図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの接続時の配置の一例を示すものである。 本発明に係る太陽電池モジュールの接続状態の一例を示す断面図である。 本発明に係る別の水上設置用太陽電池モジュールの一例の外観を示す図である。 本発明に係る別の水上設置用太陽電池モジュールの一例の外観を示す図である。

符号の説明

１、２６、４０；太陽電池パネル
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ；モジュール枠
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；裏面シート
１６；接続配線
１８、２５；太陽電池パネルを嵌め入れるための溝部分
１９；チューブを挿入するための空間部
２０；気体を充填したチューブ
２１；チューブ挿入口を塞ぐための蓋
２２；ネジ穴
２３；貫通穴
２７ａ、２７ｂ；内部に気体を充填したチューブを具備したモジュール枠
２８；断面形状がコの字状のモジュール枠
３０ａ、３０ｂ；気体を密閉したチューブを内蔵したモジュール枠を具備する太陽電池モジュール
３１；断面形状がコの字型のモジュール枠のみの太陽電池モジュール
３２；モジュール枠の外周部に延出した接続取り付け部
３３；接続取り付け用のネジ
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ；断面形状がコの字状のモジュール枠
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ；浮子

Claims (2)

1. 裏面シートと裏面側充填材と太陽電池素子と受光面側充填材と透光性基板とを重ねるように順次配設して成る太陽電池パネルにモジュール枠を装着した太陽電池モジュールであって、この太陽電池モジュールを水上に浮かすべく、前記モジュール枠に気体を密封した気体密封手段を設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記気体密封手段が気体を密封したチューブを前記モジュール枠内に挿入することによるもの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。

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