JP2006093225A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでかつ製造を容易にするとともに、太陽電池素子を円滑に放熱して発電量を向上させることができる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】表面保護カバー11と裏面フィルム14との間に充填材12、太陽電池素子10、充填材12および金属製部材13をそれぞれ層状に介装してなる太陽電池モジュールAを前提とし、太陽電池素子と金属製部材との間に充填材を介装するとともに、太陽電池素子と裏面フィルムとの間に少なくとも金属製部材を介装する。そして、金属製部材の端部を、フレームレスモジュール1の端部において１８０゜折り返すように屈曲された第１屈曲部13aと、この第１屈曲部13aから裏面フィルムの下面に沿ってフレーム部15bの上面に接触しながら内方に延びたのちにそのフレーム部の内面に接触しながら下方に延びるように屈曲された第２屈曲部13bとによって、フレーム15に接触させている。
【選択図】図３

Description

本発明は、屋根などに設置される太陽電池モジュールに関するものである。

一般に、太陽電池モジュールとしては、表面保護カバーと裏面材との間に太陽電池素子、充填材および金属製部材が層状に介装されてなり、これらを周囲から覆う枠体によって保持されている。

ところで、多くの太陽電池素子は、高温時よりも低温時に高い電圧となる。その場合、発電状態の太陽電池モジュールの太陽電池素子の温度は、外気温よりも数十度高いため、電圧降下を生じて発電量を下げる一因となっている。

そこで、太陽電池素子の裏面に保護シートを介して発泡アルミニウム体を取り付け、太陽電池素子で生じた熱を迅速に発泡アルミニウム体により吸収して発電量を向上させるようにしたものが従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２８９１０４号公報

ところが、上記従来のものでは、発泡アルミニウム体は体積が大きく嵩張る上、発泡アルミニウム体と太陽電池素子とが別部材であるため、太陽電池モジュールの製造過程において段階的な組立工程が必要となり、工数が増して太陽電池モジュールの製造を簡単に行うことができない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コンパクトでかつ製造を容易にするとともに、太陽電池素子を円滑に放熱して発電量を向上させることができる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、本発明では、表面保護カバーと裏面材との間に太陽電池素子、充填材および金属製部材がそれぞれ層状に介装されてなる太陽電池モジュールを前提とする。そして、上記太陽電池素子と金属製部材の間に充填材を介装するとともに、上記太陽電池素子と裏面材との間に少なくとも金属製部材を介装し、上記金属製部材を、上記表面保護カバー、裏面材、太陽電池素子、充填材および金属製部材の周囲を覆う金属製枠体の少なくとも一部に接触させている。

この特定事項により、金属製部材が金属製枠体の少なくとも一部に接触しているので、この金属製部材が層状となるために薄く、その熱容量が小さくても、発電時に高温となる太陽電池素子の熱量が、充填材を介して金属製部材からボリュームのある金属製枠体に伝熱されて円滑に放熱されることになり、太陽電池素子の温度上昇を抑えて効率よく発電量を向上させることが可能となる。しかも、体積が大きく嵩張る発泡アルミニウム体を用いなくとも太陽電池素子の温度上昇が効率よく抑えられることにより、太陽電池モジュールを嵩張らせずにコンパクトなものにすることが可能となる。その上、太陽電池素子とは別部材となる発泡アルミニウム体を廃止して、太陽電池モジュールの製造過程において段階的な組立工程を不要とし、工数の減少に伴い太陽電池モジュールの製造を簡単に行うことが可能となる。

特に、裏面材を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。

つまり、裏面材として裏面フィルムを適用し、金属製部材を、上記裏面フィルムと一体化している。

この特定事項により、製造工程において金属製部材と裏面フィルムとを別々にセッティングする必要がなく、一緒の行程でセッティングされるため、太陽電池モジュールの製造工程の短縮化を図ることが可能となる。

特に、充填材を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。

つまり、充填材として、太陽電池素子と金属製部材との間において電気的絶縁を保つ材質を適用している。

この特定事項により、太陽電池素子と金属製部材とが充填材により電気的に絶縁され、太陽電池素子と金属製部材との電気的接触による漏電を防ぐことが可能となる。

また、太陽電池素子と金属製部材の間に絶縁物質を介在させている場合には、太陽電池素子と金属製部材とが絶縁物質によって確実に電気的絶縁され、太陽電池素子と金属製部材との電気的接触による漏電をより確実に防ぐことが可能となる。

ここで、金属製部材および絶縁物質を裏面フィルムと一体化している場合には、製造工程において金属製部材、絶縁物質および裏面フィルムの３つの部材を別々にセッティングする必要がなく、一度の行程でセッティングにされるため、太陽電池モジュールの製造工程の短縮をより一層図ることが可能となる。

特に、金属製部材を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。

つまり、金属製枠体との接触面積を増加させる折り曲げ部を金属製部材に設けている。

この特定事項により、折り曲げ部によって金属製部材と金属製枠体との接触面積が増加し、発電時に高温となる太陽電池素子の熱量が、効率良く金属製部材から金属製枠体に伝熱されてより円滑に放熱され、太陽電池素子の温度上昇を効果的に抑えてより効率よく発電量を向上させることが可能となる。

ここで、折り曲げ部の金属製枠体と接触している部位の形状を金属製枠体の接触部分と同一にしている場合には、金属製部材と金属製枠体との接触面積がさらに増加し、太陽電池素子の熱量が、より効率良く金属製部材から金属製枠体に伝熱されて一層円滑に放熱され、太陽電池素子の温度上昇を効果的に抑えてより効率よく発電量を向上させることが可能となる。

更に、金属製枠体を設置する架台にも金属製部材を接触させている場合には、太陽電池素子の熱量が、さらに効率良く金属製部材から外部に伝熱されてより円滑に放熱され、太陽電池素子の温度上昇をより一層効果的に抑えてさらに効率よく発電量を向上させることが可能となる。

以上、要するに、発電時の太陽電池素子の熱量を、金属製部材を介して金属製枠体に伝熱して放熱することで、太陽電池素子の温度上昇を抑えて効率よく発電量を向上させることができる上、太陽電池モジュールを嵩張らせずにコンパクトなものにすることができるとともに、太陽電池モジュールの製造過程における段階的な組立工程を不要にして太陽電池モジュールの製造を簡単に行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例１に係わる太陽電池モジュールのフレームレスモジュールを表面側（太陽光側）から見た斜視図、図２は同フレームレスモジュールを裏面側（設置面側）から見た斜視図を示している。

図１において、１はフレームレスモジュールであって、このフレームレスモジュール１は、縦方向（図１では上下方向）に２列、横方向（図１では左右方向）に７列並べた太陽電池素子１０を備えている。また、図２に示すように、フレームレスモジュール１の裏面には、各太陽電池素子１０により発電された電力を取り出すための端子ボックス３が取り付けられ、この端子ボックス３から延びるケーブル３１，３１を介して電力が電気機器（図示せず）に供給されるようになっている。

そして、図３に示すように、フレームレスモジュール１は、太陽光を受光する表面側（図３では上側）から順に、表面保護カバー１１、充填材１２（絶縁物質）、太陽電池素子１０、充填材１２（絶縁物質）、金属製部材１３、裏面フィルム１４（裏面材）を備え、これらが層状に積層されてなる。このとき、フレームレスモジュール１は、表面保護カバー１１を基盤とし、順番に充填材１２、電気的配線を施した太陽電池素子１０、充填材１２、金属製部材１３、裏面フィルム１４を順に重ねてセッティングし、ラミネート処理、架橋処理を行って製造される。

また、フレームレスモジュール１の周囲（端部）は、金属製枠体としてのフレーム１５によって保護されており、このフレーム１５と、フレームレスモジュール１（表面保護カバー１１、充填材１２、太陽電池素子１０、充填材１２、金属製部材１３および裏面フィルム１４）とによって、太陽電池モジュールＡが構成されている。

表面保護カバー１１は、ガラスやプラスチックなどの材質により形成されている。充填材１２は、エチレンビニルアセテートなどの電気的絶縁を保つ樹脂により形成されている。太陽電池素子１０は、シリコン系半導体やガリウム砒素などの化合物系半導体などに形成されている。金属性部材１３は、熱伝導率や熱容量の観点からアルミニウムにより形成されている。裏面フィルム１４は、耐候性に優れたＰＥＴフィルムなどにより形成されている。また、フレーム１５も熱伝導率や熱容量の観点からアルミニウムにより形成されている。このフレーム１５は、フレームレスモジュール１の周囲を挟み込む断面略コ字状の挟み込み部１５ａと、この挟み込み部１５ａの下面に一体的に設けられた断面矩形枠状のフレーム部１５ｂとを備えている。そして、金属製部材１３の端部は、フレームレスモジュール１の端部（裏面フィルム１４の端部）において１８０゜折り返すように屈曲された第１屈曲部１３ａ（折り返し部）と、この第１屈曲部１３ａから裏面フィルム１４の下面に沿ってフレーム部１５ｂの上面に接触しながら内方に延びたのちにそのフレーム部１５ｂの内面（図３では左側面）に沿って接触しながら下方に延びるように屈曲された第２屈曲部１３ｂ（折り曲げ部）とによって、フレーム１５に対し接触させている。この場合、金属製部材１３のフレーム１５と接触している部位の形状は、フレーム１５の接触部分と同一形状となっている。

更に、金属製部材１３は、上層および下層の充填材１２，１２によって上下から挟まれて一体成形されているとともに、裏面フィルム１４とも一体成形されている。そして、金属製部材１３の厚さは、厚ければ厚いほど太陽電池素子１０からの発熱を効率よく吸収し放熱、伝熱できるが、生産工程を考えた場合、金属製部材１３と裏面フィルム１４とは一体成型し同時にセッティングすることが望まれるため、裏面フィルム１４と一体成型しやすい３０μｍ〜２００μｍ程度に設定されている。

したがって、上記実施例１では、金属製部材１３がフレーム１５に接触しているので、この金属製部材１３が３０μｍ〜２００μｍ程度と薄く、その熱容量が小さくても、発電時に高温となる太陽電池素子１０の熱量が、充填材１２を介して金属製部材１３からボリュームのあるフレーム１５に伝熱されて円滑に放熱されることになり、太陽電池素子１０の温度上昇を抑えて効率よく発電量を向上させることができる。しかも、体積が大きく嵩張る発泡アルミニウム体を用いなくとも太陽電池素子１０の温度上昇が効率よく抑えられることにより、太陽電池モジュールＡを嵩張らせずにコンパクトなものにすることができる。その上、太陽電池素子１０とは別部材となる発泡アルミニウム体を廃止して、フレームレスモジュール１の製造過程において段階的な組立工程を不要とし、工数の減少に伴いフレームレスモジュール１の製造を簡単に行うことができる。更に、金属製部材１３は、上層および下層の充填材１２，１２によって上下から挟まれて一体成形されているとともに、裏面フィルム１４とも一体成形されているので、製造工程において金属製部材１３、充填材１２および裏面フィルム１４の３つの部材を別々にセッティングする必要がなく、一度の行程でセッティングにされるため、フレーレスモジュール１の製造工程の短縮化を図ることができる。

また、充填材１２がエチレンビニルアセテートなどの電気的絶縁を保つ樹脂により形成されているので、太陽電池素子１０と金属製部材１３とが充填材１２により電気的に絶縁され、太陽電池素子１０と金属製部材１３との電気的接触による漏電を防ぐことができる。

そして、金属製部材１３の端部には、フレームレスモジュール１の端部（裏面フィルム１４の端部）において１８０゜折り返すように屈曲された第１屈曲部１３ａと、この第１屈曲部１３ａから裏面フィルム１４の下面に沿ってフレーム部１５ｂの上面に接触しながら内方に延びたのちにそのフレーム部１５ｂの内面に沿って接触しながら下方に延びるように屈曲された第２屈曲部１３ｂとが設けられているので、第１および第２屈曲部１３ａ，１３ｂによって金属製部材１３とフレーム１５との接触面積が増加し、発電時に高温となる太陽電池素子１０の熱量が、効率良く金属製部材１３からフレーム１５に伝熱されてより円滑に放熱され、太陽電池素子１０の温度上昇を効果的に抑えてより効率よく発電量を向上させることができる。しかも、金属製部材１３端部のフレーム１５と接触している部位の形状が、フレーム１５の接触部分と同一形状となっているので、金属製部材１３とフレーム１５との接触面積がさらに増加し、太陽電池素子１０の熱量が、より効率良く金属製部材１３からフレーム１５に伝熱されて一層円滑に放熱され、太陽電池素子１０の温度上昇を効果的に抑えてより効率よく発電量を向上させる上で非常に有利なものとなる。

次に、本発明の実施例２を図４に基づいて説明する。

この実施例では、金属製部材の構成を変更している。なお、金属製部材を除くその他の構成は、上記実施例１の場合と同じであり、同一の部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

すなわち、本例では、図４に示すように、金属製部材４１は、フレーム１５のフレーム部１５ｂの内面（図４では左側面）に対応する位置から下方に屈曲する屈曲部４１ａ（折り曲げ部）を有し、この屈曲部４１ａによって金属製部材４１の端部をフレーム部１５ｂの内面に接触させながら下方に延ばしている。この場合、金属製部材４１の端部は、屈曲部４１ａによって、裏面フィルム１４に形成された切り込み１４ａを介して下方に導出されている。

これにより、発電時に高温となる太陽電池素子１０の熱量が、充填材１２を介して金属製部材４１からフレーム１５のフレーム部１５ｂに伝熱されて円滑に放熱されることになり、太陽電池素子１０の温度上昇を抑えて効率よく発電量を向上させることができる。

しかも、屈曲部４１ａは、裏面フィルム１４に形成された切り込み１４ａを介して下方に導出されてフレーム部１５ｂの内面に接触しているので、フレーム１５のフレーム部１５ｂの内面に対応する位置から金属製部材４１の屈曲部４１ａを下方に屈曲させるだけで済み、金属製部材４１に屈曲部４１ａを設ける加工を簡単に行うことができる。

次に、本発明の実施例３を図５に基づいて説明する。

この実施例では、フレームレスモジュールに絶縁物質からなるシートを追加している。なお、シートを除くその他の構成は、上記実施例１の場合と同じであり、同一の部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

すなわち、本例では、図５に示すように、太陽電池素子１０と金属製部材１３との間には絶縁物である充填材１２が設けられているが、太陽電池素子１０の突起などにより、太陽電池素子１０と金属製部材１３とが電気的に接触する場合があり、これを防ぐために絶縁物質からなるシート４２を太陽電池素子１０と金属製部材１３との間、つまり金属製部材１３の太陽電池素子１０側に配置している。シート４２の材質としては、熱伝導性の高い熱可塑性樹脂の高密度ポリエチレンやナノ構造制御型エポキシ樹脂や熱伝導ゲルなどが適用されている。この場合、上層および下層の充填材１２，１２によって上下から挟まれて一体成形された太陽電池素子１０と、金属製部材１３と、絶縁物質からなるシート４２とが一体成形されている。

これにより、発電時に高温となる太陽電池素子１０の熱量が、充填材１２およびシート４２を介して金属製部材１３からフレーム１５のフレーム部１５ｂに伝熱されて円滑に放熱されることになり、太陽電池素子１０の温度上昇を抑えて効率よく発電量を向上させることができる。

しかも、金属製部材１３の太陽電池素子１０側に絶縁物質からなるシート４２が配置されているので、太陽電池素子１０の突起などによって太陽電池素子１０と金属製部材１３とが電気的に接触することが確実に防止され、太陽電池素子１０と金属製部材１３との電気的接触による漏電を確実に防止することができる。

更に、上層および下層の充填材１２，１２によって上下から挟まれて一体成形された太陽電池素子１０と、絶縁物質からなるシート４２と、金属製部材１３および裏面フィルム１４とが一体成形されているので、製造工程において充填材１２、太陽電池素子１０、シート４２、金属製部材１３および裏面フィルム１４の５つの部材を別々にセッティングする必要がなく、一度の行程でセッティングにされるため、フレーレスモジュール１の製造工程の短縮化を大幅に図ることができる。

次に、本発明の実施例４を図６に基づいて説明する。

この実施例では、金属製部材の端部およびフレームの形状を変更している。なお、金属製部材の端部およびフレームを除くその他の構成は、上記実施例１の場合と同じであり、同一の部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

すなわち、本例では、図６に示すように、フレーム５は、フレームレスモジュール１の周囲を挟み込む断面略コ字状の挟み込み部５ａと、この挟み込み部５ａの下面に一体的に設けられた断面矩形枠状のフレーム部５ｂとを備えている。また、フレーム部５ｂの内面（図６では左側面）は、凹凸形状に形成されている。

そして、金属製部材４３の端部は、フレームレスモジュール１の端部（裏面フィルム１４の端部）において１８０゜折り返すように屈曲された第１屈曲部４３ａ（折り返し部）と、この第１屈曲部４３ａから裏面フィルム１４の下面に沿ってフレーム部５ｂの上面に接触しながら内方に延びたのちにそのフレーム部５ｂの内面（凹凸部分）に沿って接触しながら下方に延びるように屈曲された第２屈曲部４３ｂ（折り曲げ部）とによって、フレーム５に対し接触している。この場合、金属製部材４３のフレーム５と接触している端部の形状は、フレーム５の接触部分と同一形状となっている。

これにより、金属製部材４３の端部は、フレーム５の接触部分、つまりフレーム部５ｂの内面（図６では左側面）の凹凸形状に沿って同一形状となっているので、フレーム５に対する金属製部材４３の接触面積が増加することになる。このため、発電時に高温となる太陽電池素子１０の熱量が、充填材１２およびシート４２を介して金属製部材４１からフレーム１５のフレーム部１５ｂに効率よく伝熱されてより円滑に放熱されることになり、太陽電池素子１０の温度上昇を抑えて効果的に発電量を向上させることができる。

次に、本発明の実施例５を図７に基づいて説明する。

この実施例では、金属製部材の端部の接触部位を変更している。なお、金属製部材の端部の接触部位を除くその他の構成は、上記実施例１の場合と同じであり、同一の部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

すなわち、本例では、図７に示すように、太陽電池モジュールＡは、その周囲のフレーム１５が架台６によって屋根に取り付けられるようになっている。具体的には、架台６に太陽電池モジュールＡのフレーム１５を乗せ、アンカーボルト６１にカバー６２をはめて、ナット６３により固定している。架台６の材質としては、アルミニウムなどが適用されている。

そして、金属製部材４４の端部は、フレームレスモジュール１の端部（裏面フィルム１４の端部）において１８０゜折り返すように屈曲された第１屈曲部４４ａ（折り返し部）と、この第１屈曲部４４ａから裏面フィルム１４の下面に沿ってフレーム部１５ｂの上面に接触しながら内方に延びたのちにそのフレーム部１５ｂの内面に沿って接触しながら下方に延びるように屈曲された第２屈曲部４４ｂ（折り曲げ部）とによって、フレーム４４に対し接触しているとともに、架台６の底部内面に対し接触するように延長された延長部４４ｃによって、架台６に対し接触している。この場合、金属製部材４４のフレーム５および架台６と接触している端部の形状は、フレーム５および架台６の接触部分と同一形状となっている。また、太陽電池モジュールＡを屋根面に設置した場合、架台６は太陽電池モジュールＡを支持する部材であるため、おおよそ屋根と同じ長さを持つ長い部材であることが多く、その表面積も非常に大きなものとなる。

これにより、金属製部材４３の端部は、第１および第２屈曲部４４ａ，４４ｂによってフレーム５に、延長部４４ｃによって非常に表面積の大きな架台６にそれぞれ接触しているので、金属製部材４３の接触面積が大幅に増加することになる。このため、発電時に高温となる太陽電池素子１０の熱量が、充填材１２およびシート４２を介して金属製部材４１からフレーム１５のフレーム部１５ｂおよび架台６に効率よく伝熱されてより円滑に放熱されることになり、太陽電池素子１０の温度上昇を抑えてより効果的に発電量を向上させることができる。

また、金属製部材４３が外部からの火種に対しての燃え抜けを妨げるため、耐火性能に優れた太陽電池モジュールＡを構成することができる。

なお、上記実施例５では、金属製部材４３端部の延長部４４ｃを架台６に接触させたが、この延長部が接触しない架台の表面をフィン形状に構成してもよく、その場合には、太陽電池素子の熱量をさらに効率よく放熱させることができる。

本発明の実施例１に係わる太陽電池モジュールのフレームレスモジュールを表面側から見た斜視図である。 同太陽電池モジュールのフレームレスモジュールを裏面側から見た斜視図である。 同じく太陽電池モジュールのフレーム付近の断面図である。 本発明の実施例２に係わる太陽電池モジュールのフレーム付近の断面図である。 本発明の実施例３に係わる太陽電池モジュールのフレーム付近の断面図である。 本発明の実施例４に係わる太陽電池モジュールのフレーム付近の断面図である。 本発明の実施例５に係わる太陽電池モジュールのフレーム付近の断面図である。

符号の説明

１０ 太陽電池素子
１１ 表面保護カバー
１２ 充填材
１３ 金属製部材
１３ａ 第１屈曲部（折り曲げ部）
１３ｂ 第２屈曲部（折り曲げ部）
１４ 裏面フィルム（裏面材）
１５ フレーム（金属製枠体）
４１ 金属製部材
４１ａ 屈曲部（折り曲げ部）
４２ シート（絶縁物質）
４３ 金属製部材
４３ａ 第１屈曲部（折り曲げ部）
４３ｂ 第２屈曲部（折り曲げ部）
４４ 金属製部材
４４ａ 第１屈曲部（折り曲げ部）
４４ｂ 第２屈曲部（折り曲げ部）
５ フレーム（金属製枠体）
６ 架台
Ａ 太陽電池モジュール

Claims (8)

1. 表面保護カバーと裏面材との間に太陽電池素子、充填材および金属製部材がそれぞれ層状に介装されてなる太陽電池モジュールであって、
   上記太陽電池素子と金属製部材の間には充填材が設けられているとともに、
   上記太陽電池素子と裏面材との間には少なくとも金属製部材が設けられており、
   上記金属製部材は、上記表面保護カバー、裏面材、太陽電池素子、充填材および金属製部材の周囲を覆う金属製枠体の少なくとも一部に接触していることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 上記請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   裏面材としては、裏面フィルムが適用されており、
   金属製部材は、上記裏面フィルムと一体化されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
3. 上記請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   充填材としては、太陽電池素子と金属製部材との間において電気的絶縁を保つ材質が適用されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
4. 上記請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   太陽電池素子と金属製部材の間には、絶縁物質が介在していることを特徴とする太陽電池モジュール。
5. 上記請求項４記載の太陽電池モジュールにおいて、
   金属製部材および絶縁物質は、裏面フィルムと一体化されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
6. 上記請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   金属製部材は、金属製枠体との接触面積を増加させる折り曲げ部を有していることを特徴とする太陽電池モジュール。
7. 上記請求項６記載の太陽電池モジュールにおいて、
   折り曲げ部は、金属製枠体と接触している部位の形状が金属製枠体の接触部分と同一であることを特徴とする太陽電池モジュール。
8. 上記請求項１記載の太陽電池モジュールにおいて、
   金属製部材は、金属製枠体を設置する架台にも接触していることを特徴とする太陽電池モジュール。
   

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