JP2006093297A

JP2006093297A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2006093297A
Application number: JP2004275143A
Authority: JP
Inventors: Masaru Horinaka; 大堀中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】容易に反りが抑制される太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池セル１では、太陽光線が入射する受光面側に表面カバー部材６が設けられ、受光面とは反対側に裏面カバー部材２が設けられている。表面カバー部材６と裏面カバー部材２との間において、表面カバー部材６の側に緩衝材７と青色ガラス板８が配設されている。青色ガラス板８と裏面カバー部材との間には充填材３が充填され、その充填材３の中に太陽電池セル本体４が封止されている。表面カバー部材６は透光性材料として、ポリエチレンテレフタレートフィルムが適用され、裏面カバー部材２は、表面カバー部材６と同じ材質で同じ厚さを有し、しかも白色を呈する材料として、白色系ポリエチレンテレフタレートが適用される。
【選択図】図２

Description

本発明は太陽電池モジュールに関し、特に、携帯用の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では、太陽光線が入射する受光面側（表面側）に透明なカバーが配設され、受光面とは反対側（裏面側）に裏面基板が配設され、その透明カバーと裏面基板との間には透明な充填材が充填されている。太陽電池セルはその充填材の中に配設されている。太陽電池セルに接続されるリード線は充填材における所定の位置から取り出される。

この種の太陽電池モジュールでは、透明なカバーとして太陽光線に対して透過率が高く、また、機械的強度に比較的優れているガラスを採用したスーパーストレートタイプモジュールと、ガラスの代わりに樹脂フィルムを採用したサブストレートタイプモジュールが主流となっている。

近年、太陽電池モジュールとして、重量を軽くすることおよびコストを下げることに加えて、携帯できること、そして、外観を美しくするという要求からサブストレートタイプの需要が延びている。特に、携帯できるという要求に対しては、ユーザが直接手で触れるものであるがゆえに、太陽電池モジュールにはその安全性と携帯時の機械的強度が求められている。このような要求に応えた太陽電池モジュールが特許文献１に提案されている。特許文献１では、受光面側に配設される透明カバーとして、ポリエチレンテレフタレートフィルムやポリカーボネイトフィルムを用いた太陽電池モジュールが提案されている。
実開昭６３−５１４７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の太陽電池モジュールでは次のような問題点があった。

図１２に示すように、従来の太陽電池モジュール１１１の太陽電池セル１１０では、基板１０１とポリカーボネイトフィルム１０５との間に樹脂１０４が充填され、太陽電池素子１０２はその樹脂１０４によって封止されている。特に、基板１０１はアルミニウム、鋼板およびプラスティック等による重合板により構成される強固な部材からなる。

近年、キャンプやバーベキューパーティーなどの際に、屋外において太陽光を利用して電化製品を動作させるために、太陽電池モジュールを携帯できるように太陽電池モジュールの軽量化が望まれている。

そのような軽量化に対応するために、従来、基板として用いられているアルミニウムと鋼板等との重合板の代わりに、アルミニウムなどの金属薄膜をＰＥＴ（Polyethylene Telephthalate）などの耐候性樹脂フィルムで挟み込んだ部材を裏面部材として適用することが考えられている。

ところが、この場合には、太陽電池素子を封止する樹脂との関係で太陽電池モジュールが裏面側に反ってしまうという問題があった。このことについて説明する。まず、太陽電池素子を封止する樹脂としては、たとえばＥＶＡ（Ethylene Vinyl Acetate）などの耐湿性に優れた透明な樹脂が通常用いられる。

その太陽電池モジュールの製造においては、裏面部材と太陽光線が入射する透明な表面部材との間に、インタコネクタ接続された複数の太陽電池素子と樹脂とを所定の部分にあらかじめ配置させた後に、これらを裏面部材と表面部材との間に挟み込んだ状態で熱処理が施されることになる。

熱硬化する際にＥＶＡ樹脂は収縮することになるが、このとき、裏面部材をなすＰＥＴ等の素材が、従来の重合板と比べると柔軟であるために、太陽電池モジュール全体が裏面側に反ってしまうことになる。

一方、たとえばポリカーボネイトで構成される枠体に、ＥＶＡ樹脂、太陽電池素子、ＥＶＡ樹脂およびポリカーボネイトフィルム（表面部材）を積層して封止する手法も考えられる。ところが、この場合には、枠体自体に強度をもたせるために枠体の構造として立体構造が採用される。そのため、枠体の形状が複雑になってＥＶＡ樹脂のフィルムを配設するのが困難になるうえに、ＥＶＡ樹脂が熱硬化する際の収縮によって太陽電池モジュールが表面側に反ってしまうという問題が発生することになる。

また、ＥＶＡ樹脂のフィルムを配設することができても、パッケージとしての枠体の仕様ごとにポリカーボネイトフィルムとＥＶＡ樹脂のフィルムとのそれぞれの膜厚などの最適条件を設定する必要があり、製造工程が煩雑になるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、容易に反りが抑制される太陽電池モジュールを提供することである。

本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽光線を受光する太陽電池セルを有して発電を行なうための太陽電池モジュールである。その太陽電池セルは、前面カバー部材と裏面カバー部材とガラス板と充填部材と太陽電池セル本体とを備えている。前面カバー部は太陽光線が入射する側に配設され、所定の樹脂材から形成されている。裏面カバー部材は太陽光線が入射する側とは反対側に前面カバー部材と対向するように配設され、所定の樹脂材から形成されている。ガラス板は前面カバー部材と裏面カバー部材との間において、前面カバー部材の側に配設されている。充填部材は、裏面カバー部材とガラス板との間を充填する。太陽電池セル本体は、充填部材によって封止されるように充填部材中に配設されている。

この構成によれば、表面カバー部材と太陽電池セル本体との間にガラス板が配設されていることで、充填部材を熱硬化する際に、表面カバー部材の側と裏面カバー部材の側とにおいてたとえ熱収縮率に差が生じたとしてもガラス板によって太陽電池モジュールの変形が抑制されて、太陽電池の歩留まりを向上することができるとともに、太陽電池モジュールの美観が損なわれるのを防止することができる。

また、太陽電池モジュールの強度を向上するためには、前面カバー部材とガラス板との間に配設された緩衝材を備えていることが好ましく、これにより、たとえば太陽電池モジュールを携帯する場合などにおいて安全性を確保することができる。

また、太陽電池セルが反ってしまうのを効果的に抑制するには、表面カバー部材と裏面カバー部材とは同じ材料から形成されていることが好ましく、さらに、表面カバー部材６と裏面カバー部材２とを同じ厚さとすることがより好ましい。

また、入射した太陽光を裏面カバー部材おいて散乱あるいは反射させて発電に寄与させるためには、裏面カバー部材は白色顔料を含有した樹脂材料からなることが好ましい。

そして、耐湿性と機械強度を確保するために、前面カバー部材と裏面カバー部材とはポリエチレンテレフタレートから形成されていることが好ましい。

特に、前面カバー部材と裏面カバー部材とがポリエチレンテレフタレートの場合において、封止効果を高めるためには、充填部材は、ポリエチレンテレフタレートの融点よりも低い温度のもとで架橋する熱可逆性の材料からなることが好ましい。

また、太陽電池セルは、１対の太陽電池セルとして、その１対の太陽電池の一方と他方とは回動可能に接続されていることが好ましい。

特に、この場合には、１対の太陽電池セルは受光面側が互いに向い合うように折りたたむことが可能に接続されていることが好ましく、これにより、太陽電池セルの受光面側への異物等の付着による汚れを阻止して発電効率の低下を抑制することができる。

さらに、充填部材との密着性を高めるために、前面カバー部材における充填部材と接する面と、裏面カバー部材における充填部材と接する面のそれぞれに凹凸加工が施されていることが好ましい。

実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュールとして、サブストレートタイプの太陽電池モジュールについて説明する。図１に示すように、太陽電池モジュール２０では、太陽電池セル１を構成する太陽電池セル本体４として、太陽光発電変換効率が１７％程度で大きさ約１２５ｍｍ×１２５ｍｍの擬似角セルが適用されている。太陽電池セル１では、この太陽電池セル本体４は１８枚（３行×６列）配設され、各太陽電池セル本体４はインタコネクタ５によって電気的に接続されている。

図２に示すように、太陽電池セル１では、太陽光線が入射する受光面側（表側）に表面カバー部材６が設けられ、受光面とは反対側（裏側）に裏面カバー部材２が設けられている。その表面カバー部材６と裏面カバー部材２との間において、表面カバー部材６の側に緩衝材７と青色ガラス板８が配設されている。青色ガラス板８と裏面カバー部材２との間には充填材３が充填されている。その充填材３としてたとえばＥＶＡ樹脂が適用される。その充填材３の中にインタコネクタ５によって接続された太陽電池セル本体４が封止されている。

表面カバー部材６は透光性材料からなり、たとえば融点約１５０℃、厚さ約１〜３ｍｍのポリエチレンテレフタレートフィルムが適用され、透明のポリエチレンテレフタレートフィルム６ａと、ＳｉＯｘ（シリカ）層あるいはアルミニウム層がコーティングされたポリエチレンテレフタレート６ｂによって構成されていることが好ましい。ＳｉＯｘ（シリカ）層あるいはアルミニウム層は、水蒸気の透過を抑制する低水蒸気透過層としての機能を有する。コーティングされるＳｉＯｘ（シリカ）層の厚さは０．３μｍ以上であることが好ましい。

裏面カバー部材２は、表面カバー部材６と同じ材質で同じ厚さを有し、しかも白色を呈する材料として、白色系ポリエチレンテレフタレートが適用される。裏面カバー部材２も、表面カバー部材６と同様に、透明のポリエチレンテレフタレートフィルム２ａと、ＳｉＯｘ（シリカ）層あるいはアルミニウム層がコーティングされたポリエチレンテレフタレート２ｂによって構成されていることが好ましく、また、コーティングされるＳｉＯｘ（シリカ）層の厚さは０．３μｍ以上であることが好ましい。なお、充填材３としてのＥＶＡ樹脂は、そのポリエチレンテレフタレートの融点よりも低い温度にて架橋する性質を有する。

次に、上述した太陽電池モジュールの製造方法について説明する。まず、図３に示すように、ポリエチレンテレフタレートフィルムからなる裏面カバー部材２上に充填材となる厚さ約０．５〜３ｍｍ程度のＥＶＡラミネートシート３ａが載置される。次に、図４に示すように、ＥＶＡラミネートシート３ａ上に、インタコネクタ５によって互いに接続された複数の太陽電池セル本体４が載置される。次に、図５に示すように、その太陽電池セル本体４を覆うように、ＥＶＡラミネートシート３ａと同程度の厚さの充填材となるＥＶＡラミネートシート３ｂが載置される。

そのＥＶＡラミネートシート３ｂ上に、たとえばシリコンの熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有する厚さ約０．５〜２ｍｍの青色ガラス板８が載置される。次に、図６に示すように、その青色ガラス板８上に厚さ約０．５〜３ｍｍのＥＶＡラミネートシートからなる緩衝材７が載置される。次に、図７に示すように、その緩衝材７上にポリエチレンテレフタレートフィルムからなる表面カバー部材６が載置される。その後、図８に示すように、温度約１１０℃の熱処理を加えることによってＥＶＡラミネートシート３ａ，３ｂが硬化して充填材３となる。

このとき、ＥＶＡラミネートシート３ａとＥＶＡラミネートシート３ｂとの間に太陽電池セル本体４を挟み込んだ状態でＥＶＡラミネートシート３ａ，３ｂが硬化することで、太陽電池セル本体４は充填材３によって封止されることになる。以上の工程を経て、図２に示される太陽電池セル１を備えた太陽電池モジュール２０が製造される。

上述した太陽電池モジュール２０では、表面カバー部材６と太陽電池セル本体４との間に青色ガラス板８が配設されている。これにより、ＥＶＡラミネートシート３ａ，３ｂを熱硬化する際に、表面カバー部材６の側と裏面カバー部材２の側とにおいてたとえ熱収縮率に差が生じたとしても青色ガラス板８によって太陽電池モジュール２０の変形が抑制されて、太陽電池の歩留まりを向上することができるとともに、太陽電池モジュールの美観が損なわれるのを防止することができる。

また、表面カバー部材６と青色ガラス８との間に緩衝材７が配設されていることで、太陽電池モジュールの強度が向上し、太陽電池モジュールを携帯する時などにおいて安全性を確保することができる。さらに、その緩衝材７として、充填部材と同じＥＶＡ樹脂を適用することで、ＥＶＡラミネートシート３ａ，３ｂを熱硬化させる際に同時に表面カバー部材６と青色ガラス板８とを接着することができ、工程の兼用を図ることができて、コストの上昇を抑えることができる。

また、緩衝材７としてＥＶＡ樹脂を適用することで、熱硬化の際に充填部材としてのＥＶＡラミネートシート３ａ，３ｂに付加的なストレスが発生することがなくなり、太陽電池モジュール２０の信頼性を確保することができる。さらに、ガラス板８あるいは表面カバー部材６が万が一破損するようなことがあったとしても、高いＥＶＡ樹脂からなる緩衝材７によって破片が飛散するのを防止することができる。

また、上述した太陽電池モジュールでは、表面カバー部材６と裏面カバー部材２とが同じ材質からなる材料が適用されていることで、表面カバー部材６と裏面カバー部材２とで熱による収縮の程度は同レベルになって、ＥＶＡラミネートシート３ａ，３ｂを熱硬化する際に、表面側あるいは裏面側の一方の側に太陽電池セル１が反ってしまうのを抑制することができる。

しかも、そのような表面カバー部材６と裏面カバー部材２の材料としてポリエチレンテレフタレートを適用することで、防湿性を向上することができるとともに、機械的強度を確保することができて、たとえば太陽電池モジュールが不本意に破損するようなことがあっても、その際に感電を効果的に防止することができる。

さらに、表面カバー部材６と裏面カバー部材２とを同じ厚さとすることで、熱処理時の蓄熱量も表面カバー部材６と裏面カバー部材２とで同程度の蓄熱量となる。これにより、その表面カバー部材６に接触するＥＶＡラミネートシート３ｂと裏面カバー部材２に接触するＥＶＡラミネートシート３ａの収縮も同程度になり、ＥＶＡラミネートシートの収縮に伴う張力が表面側と裏面側とに均等に分散されて、太陽電池セルの反りをさらに抑制することができる。なお、表面カバー部材６と裏面カバー部材２を同じ厚さで同じ材質とするために、表面カバー部材と裏面カバー部材とは同じロットのポリエチレンテレフタレートフィルムを使用して形成されていてもよい。

また、裏面カバー部材２に、たとえばシリカを含む白色顔料を添加させてもよく、裏面カバー部材２を白色とすることで、隣り合う太陽電池セル本体４との隙間から入射した太陽光を裏面カバー部材２おいて散乱あるいは反射させて発電に寄与させることができる。

さらに、表面カバー部材６においてＥＶＡラミネートシート３ｂと接触する面の全体と、裏面カバー部材２においてＥＶＡラミネートシート３ａと接触する面の全体とにそれぞれ凹凸加工を施してもよい。これにより、ＥＶＡラミネートシート３ａ，３ｂを熱硬化させる際に、表面カバー部材６とＥＶＡラミネートシート３ｂとの密着性と裏面カバー部材２とＥＶＡラミネートシート３ａとの密着性をそれぞれ向上させることができる。

密着性が向上することで、密着不良に伴ってたとえば空洞が発生したりして太陽電池モジュールの美観が損なわれたり、発電効率が低下するのを抑制することができる。また、携帯時の機械的ストレスによる強度の低下も回避することができて、安全性も確保することができる。

また、上述した太陽電池モジュール２０では、太陽電池セル１そのものが太陽電池モジュールとなる場合を例に挙げて説明したが、太陽電池セル１をたとえば別体のポリカーボネイトの枠体に適当な接着剤を用いて装着した態様の太陽電池モジュールでもよい。枠体としては、太陽電池セル１の周辺部分を支持するような態様で裏面カバー部材を露出させてもよい。

また、太陽電池セル１の裏面カバー部材２として顔料を添加させない透光性のポリカーボネイトを使用する場合には、枠体として裏面カバー部材２を覆う態様のものが好ましい。特に、この場合には、枠体の色として反射効果の高い白色が好ましい。また、太陽電池セルと枠体とを接着する接着剤の色は透明でも白色でもいずれでもよい。

さらに、上述した太陽電池セル１を１対用意し、一方の太陽電池セルと他方の太陽電池セルとを、たとえばヒンジにより接続した折りたたみ可能な太陽電池モジュールとしてもよい。この場合には、太陽電池セルの受光面側が互いに向かい合うように折りたためることが好ましい。

実施の形態２
ここでは、枠体を備えた折りたたみ可能な太陽電池モジュールについてより具体的に説明する。図９に示すように、太陽電池モジュール２０は、１対の太陽電池セル１とその１対の太陽電池セル１のそれぞれに装着された枠体１１と、一方の枠体１１と他方の枠体１１とを回動可能に接続するヒンジ１２を備えて構成される。

その枠体１１はたとえばポリカーボネイトから形成され、図１０に示すように、太陽電池セル１の側部を支持する側部枠体１１ａと、裏面カバー部材を覆う裏面枠体１１ｂから構成される。図１０に示すように、その側部枠体１１ａはシリコン樹脂などの接着剤１３を介在させて太陽電池セル１に圧着されている。

なお、圧着に際しては、図１０または図１１に示すように、太陽電池セル１の端部を覆うように接着剤の量や圧着時の圧力が調整される。接着剤としてはシリコン樹脂の他に、ブチルゴムなどの他の接着剤を用いてもよい。

また、側部枠体１１ａに設けた凸部１１ａａを裏面枠体１１ｂに設けた凹部１１ｂｂに嵌合することによって、側部枠体１１ａと裏面枠体１１ｂとは枠体１１として一体化されている。その裏面枠体１１ｂとして白色の裏面枠体を使用する場合には、太陽電池セル１の裏面カバー部材２としては透光性樹脂を適用してもよい。

上述した太陽電池モジュール２０では、前述した効果に加えて次のような効果が得られる。すなわち、太陽電池セル１が、ポリカーボネイトの枠体１１によって支持されることで、太陽電池モジュール２０の機械的強度をさらに向上することができる。また、１対の太陽電池セル１を受光面側が互いに向い合うように折りたたむことが可能に接続されていることで、太陽電池セル１の受光面側への異物等の付着による汚れを阻止して発電効率の低下を抑制することができる。さらに、太陽電池セル１を枠体１１で支持することで太陽電池モジュールの美観も確保することができる。

なお、今回開示された実施の形態は例示であってこれに限定されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュールの平面図である。同実施の形態において、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける太陽電池モジュールの部分断面図である。同実施の形態において、図１に示す太陽電池モジュールの製造方法の一工程を示す断面図である。同実施の形態において、図３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。同実施の形態において、図４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。同実施の形態において、図５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。同実施の形態において、図６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。同実施の形態において、図７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る太陽電池モジュールの斜視図である。同実施の形態において、図９に示す断面線Ｘ−Ｘにおける太陽電池モジュールの部分断面図である。同実施の形態において、図１０に示す太陽電池モジュールの部分拡大断面図である。従来の太陽電池モジュールの部分断面図である。

符号の説明

１太陽電池セル、２裏面カバー部材、３充填材、３ａ，３ｂＥＶＡラミネートシート、４太陽電池セル本体、５インタコネクタ、６表面カバー部材、７緩衝材、８青色ガラス板、１１枠体、１１ａ側部枠体、１１ｂ裏面枠体、１２ヒンジ、１３接着剤、２０太陽電池モジュール。

Claims

太陽光線を受光する太陽電池セルを有して発電を行なうための太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池セルは、
太陽光線が入射する側に配設される所定の樹脂材から形成された前面カバー部材と、
太陽光線が入射する側とは反対側に前記前面カバー部材と対向するように配設された所定の樹脂材からなる裏面カバー部材と、
前記前面カバー部材と前記裏面カバー部材との間において、前記前面カバー部材の側に配設されたガラス板と、
前記裏面カバー部材と前記ガラス板との間を充填する充填部材と、
前記充填部材によって封止されるように前記充填部材中に配設された太陽電池セル本体と
を備えた、太陽電池モジュール。
前記前面カバー部材と前記ガラス板との間に配設された緩衝材を備えた、請求項１記載の太陽電池モジュール。
前記前面カバー部材と前記裏面カバー部材とは同じ材料から形成された、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
前記前面カバー部材と前記裏面カバー部材とは同じ厚さである、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
前記裏面カバー部材は白色顔料を含有した樹脂材料からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
所定の前記樹脂材はポリエチレンテレフタレートである、請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
前記緩衝材は前記充填部材と同じ材質である、請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
前記充填部材はポリエチレンテレフタレートの融点よりも低い温度で架橋する熱可逆性の材料からなる、請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
１対の前記太陽電池セルを備え、
１対の前記太陽電池の一方と他方とは回動可能に接続された、請求項１〜８のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
１対の前記太陽電池セルは受光面側が互いに向い合うように折りたたむことが可能に接続された、請求項９記載の太陽電池モジュール。
前記前面カバー部材における前記充填部材と接する面と、前記裏面カバー部材における前記充填部材と接する面のそれぞれに凹凸加工が施された、請求項１〜１０のいずれかに記載の太陽電池モジュール。