JP2007234658A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池モジュールを実際に住宅の屋根やビルの屋上などの屋外に取り付けた場合、太陽光によりその温度は上昇する。太陽電池モジュールの温度が上がると太陽電池素子の特性上その出力電圧が低下し、発電効率は悪化する。
【解決手段】 太陽電池モジュールの冷却のために、第二の透光性基板１１と裏面材１５の間に充填材１２、１４により封止した太陽電池素子１３を配置した太陽電池モジュールにおいて、前記第二の透光性基板１１上に第一の透光性基板１７を間隙を設けて配置すると共に前記間隙に冷却液を流すことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

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、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ため複数の太陽電池素子を接続し、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５は従来の太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。図５において、６は太陽電池パネル部、７はモジュール枠を示す。

従来の太陽電池モジュールにおいては、上述のような太陽電池パネル部の外周部にモジュール枠７をはめ込み、さらにモジュール枠７の端部をビスなどで固定していた。

図６は、この従来の太陽電池モジュールの太陽電池パネル部の断面構造の一例を示す図である。図６において、１は透光性基板、２は受光面側充填材、３は太陽電池素子、４は裏面側充填材、５は裏面材である。

図６に示すように、従来の太陽電池モジュールでは透光性基板１と裏面材５の間に充填材２、４で挟持した太陽電池素子３を配置し、これらを減圧下で加熱加圧し、充填材を溶融し、これらを一体化して太陽電池パネル部を作製している。

このような太陽電池モジュールを実際に住宅の屋根やビルの屋上などの屋外に取り付けた場合、太陽光によりその温度は上昇する。太陽電池モジュールの温度が上がると太陽電池素子の特性上その出力電圧が低下し、発電効率は悪化する。

特に真夏の昼間では太陽電池モジュールの温度は８０℃近傍にもなり、その場合の電気出力は常温時に比べ２０％以上低下する。

このため本出願人により、内部に水などの流体を充填したタンクの外面に太陽電池モジュールを実装し、タンク内部の流体により太陽電池モジュールを冷却することが提案されている。（特許文献１参照）
特開２００５−２１７１８１号公報

しかしながら、上記の内部に水などの流体を充填したタンクの外面に太陽電池モジュールを実装し、タンク内部の流体により太陽電池モジュールを冷却する方法においては、設置する発電システムの太陽電池モジュールの枚数に応じてタンクを用意する必要があるため、コストが上昇し、さらに発電システムの重量が大幅に重くなり、架台の強度や一般住宅の屋根に設置する場合では住宅の強度などで制約が出る場合が考えられる。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は単純、安価な太陽電池モジュールの冷却構造を提案することにより、夏季でも発電効率の良い太陽電池モジュールを提供することである。

上記問題に鑑み本発明の太陽電池モジュールは、第一の透光性基板と第二の透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとを順に重ねて積層体とし、該積層体の縁部に枠体を嵌合してなる太陽電池モジュールであって、前記第一の透光性基板と第二の透光性基板との間に間隙を設けるとともに、前記間隙に冷却材を配してな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、前記冷却材が前記第一の透光性基板と第二の透光性基板とに接してい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、前記第二の透光性基板の前記間隙側に位置する主面の少なくとも一部に凹凸を付し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、前記第二の透光性基板の前記太陽電池素子側に位置する主面の少なくとも一部に凹凸を付したことを特徴とする。

さらに、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記枠体は、該枠体の内部に前記冷却材を収容する中空部と、該中空部に接続され且つ該中空部へ冷却材を供給するための供給口と、前記中空部に接続され且つ該中空部から冷却材を排出するための排出口と、を有し、前記枠体の前記中空部と前記積層体の前記間隙との間で前記冷却材の出入がなされ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、タンクなどを必要とせずに単純安価な方法で効率的に太陽電池素子を冷却することができ、夏季においても発電効率の低下を抑えることができる。

また、冷却材の表面張力により少量の冷却材で太陽電池モジュール面の全面に冷却材をいきわたらせることができ、上記の太陽電池素子の冷却の効果を確実なものにすることができる。

また、前記第二の透光性基板の前記間隙側に位置する主面の少なくとも一部に凹凸を付したことにより、第二の透光性基板と水との接触面積が増え、熱交換が起こりやすくなり、上記の太陽電池素子の冷却の効果をより確実なものにすることができる。

また、前記第二の透光性基板の前記太陽電池素子側に位置する主面の少なくとも一部に凹凸を付したことにより、第二の透光性基板と充填材との接触面積が増え、熱交換が起こりやすくなり、上記の太陽電池素子の冷却の効果をより確実なものにすることができる。

また、前記第二の透光性基板と受光面側充填材との密着性を高めることができる。

さらに、前記枠体は、該枠体の内部に前記冷却材を収容する中空部と、該中空部に接続され且つ該中空部へ冷却材を供給するための供給口と、前記中空部に接続され且つ該中空部から冷却材を排出するための排出口と、を有し、前記枠体の前記中空部と前記積層体の前記間隙との間で前記冷却材の出入がなされることにより、本発明にかかる太陽電池モジュールを小型化することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図を用い説明する。

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を示す図である。

図１において、１１は第二の透光性基板、１２は受光面側充填材、１３は太陽電池素子、１４は裏面側充填材、１５は裏面材、１７は第一の透光性基板、１８はスペーサーを示す。

第二の透光性基板１１と第一の透光性基板１７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。ガラス基板ついては、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、好適には厚さ１ｍｍ〜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。

さらに本発明に係る前記第二の透光性基板の片主面又は両主面に、エンボス加工のような高さ０．１〜２ｍｍ程度の凹凸構造を設けることにより、第二の透光性基板と冷却材（例えば、水、エチレングリコール、フッ素系不活性液体など）や充填材との接触面積が増え、熱交換が起こりやすくなるため望ましい。

太陽電池素子１３は、例えば厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンで作られている。太陽電池素子１３の内部にはボロンなどのＰ型不純物を多く含んだP層とリンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層が接しているＰN接合（不図示）が形成されている。また太陽電池素子１３の表面および裏面には電極が銀ペーストなどをスクリーンプリントすることなどにより形成され、又電極の表面はその保護と太陽電池素子同士の接続を行いやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダコートされることがある。

受光面側充填材１２及び裏面側充填材１４は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下ＥＶＡと略す）やポリビニルブチラール（以下ＰＶＢと略す）から成り、Ｔダイと押し出し機により厚さ０．２〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化する。

ＥＶＡやＰＶＢは、酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させることがあるが、本発明に係る太陽電池モジュールにおける受光面側充填材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ため透明とする。

また、裏面側充填材１４に用いるＥＶＡやＰＶＢは透明でも構わないし、太陽電池モジュールの設置される周囲の設置環境に合わせ酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させても構わない。

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。

スペーサー１８は、第二の透光性基板１１と第一の透光性基板１７の間に間隙を設けるものである。図２は第一の透光性基板１７とスペーサー１８の状態を示す斜視図である。スペーサー１８は、第一の透光性基板１７の外周部と中央部に配置し、さらに給水口１９と排水口２０の部分にはスペーサー１８は除くようにしておく。このようなスペーサー１８は、接着性と密着性の優れた上述のＥＶＡやＰＶＢのシートを所定の形状に切り出すことで好適に応用できる。

次に太陽電池パネル部の作製方法について述べる。

太陽電池パネル部を作製するにあたっては、第一の透光性基板１７上にスペーサー１８を置き、さらに第二の透光性基板１１を置いて、その上に受光面側充填材１６を置き、さらにその上に太陽電池素子１３を置き、その上に裏面側充填材１４、裏面材１５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、減圧下にて加圧しながら１００〜２００℃で例えば１５分〜１時間加熱することにより、これらが一体化し太陽電池パネル部が出来上がる。

さらにこの太陽電池パネル部の外周部にモジュール枠をはめ込む。

本発明においては、上記の太陽電池パネル部への例えば冷却材である水の導入及び排出は、このモジュール枠を介して行うのが、太陽電池モジュールの小型化につながるため望ましい。

図３は本発明に係るモジュール枠に太陽電池パネル部をはめ込んだ状態の断面を示すものであり、図４はその端部の拡大図である。図３及び図４において、２１は太陽電池パネル部、２２ａは給水側モジュール枠、２２ｂは排水側モジュール枠、２５は太陽電池パネル部の第二の透光性基板１７と間隙を除いた他の部分、２６は太陽電池パネル部の間隙、２７は給水口、２８は排水口を示す。

これにおいて、図３に示すようにモジュール枠２２ａには、太陽電池パネル部２１をはめ込むために断面がコの字状の嵌合部があり、また少なくともこの断面がコの字状嵌合部の部分は中空に作製されると共に、モジュール枠２２ａのコの字状嵌合部の反対面側には給水口２７が設けられている。さらにモジュール枠２２ａの太陽電池パネル部２１の端部が当接する部分には、水を太陽電池パネル部へ給水するための開口部が設けられている。

同じようにモジュール枠２２ｂにも、太陽電池パネル部をはめ込むためのコの字状の嵌合部があり、また少なくともこのコの字状嵌合部の部分は中空に作製されると共に、モジュール枠２２ｂのコの字状嵌合部の反対面側には排水口２８が設けられている。さらにモジュール枠２２ｂの太陽電池パネル部２１の端部が当接する部分には、水を太陽電池パネル部外へ排水するための開口部が設けられている。このようなモジュール枠２２ａ、２２ｂはステンレスやアルミニウムなどの金属を溶接加工することにより作製できる。

このようにすることにより、図４に示すように第二の透光性基板等２５と第一の透光性基板１７と間隙２６にはモジュール枠２２ａを通じ給水され、この水は太陽電池パネル部の間隙２６を通って、反対側のモジュール枠２２ｂの排水溝２８から排水される。

このように前記第二の透光性基板上に第一の透光性基板を間隙を設けて配置すると共に前記間隙に水を流すことにより、タンクなどを必要とせずに単純安価な方法で効率的に太陽電池素子を冷却することができ、夏季においても発電効率の低下を抑えることができる。

さらにこの間隙２６の寸法が１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とすることにより、水の表面張力により少量の水で太陽電池モジュール面の全面に水をいきわたらせることができ、上記の太陽電池素子の冷却の効果を確実なものにすることができる。すなわち間隙２６の寸法が１ｍｍ未満では、水の表面張力により少量の水で太陽電池モジュール面の全面に水をいきわたらせることができるが、間隙２６を流れる水の量が少なく十分に太陽電池モジュールを冷却することができず、また１０ミリを超えると水の表面張力の働きが小さくなり、少量の水で太陽電池モジュール面の全面に水をいきわたらせることができなくなるため好ましくない。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に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非受光面に放熱板を備えた太陽電池モジュールであれば適用される。

本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネル部の構造を示す図である。 図２は第二の透光性基板とスペーサーの状態を示す斜視図である。 本発明に係るモジュール枠に太陽電池パネル部をはめ込んだ状態の断面を示すものである。 本発明に係るモジュール枠に太陽電池パネル部をはめ込んだ状態の端部断面の拡大図である。 従来の太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。 従来の太陽電池モジュールの太陽電池パネル部の断面構造の一例を示す図である。

符号の説明

１；透光性基板
２；受光面側充填材
３；太陽電池素子
４；裏面側充填材
５；裏面材
６；太陽電池パネル部
７；モジュール枠
１１；第二の透光性基板
１２；受光面側充填材
１３；太陽電池素子
１４；裏面側充填材
１５；裏面材
１７；第一の透光性基板
１８；スペーサー
２１；太陽電池パネル部
２２ａ；給水側モジュール枠
２２ｂ；排水側モジュール枠
２５；太陽電池パネル部の第一の透光性基板と間隙を除いた他の部分
２６；太陽電池パネル部の間隙
２７；給水口
２８；排水口

Claims (5)

1. 第一の透光性基板と第二の透光性基板と受光面側充填材と太陽電池素子と裏面側充填材と裏面シートとを順に重ねて積層体とし、該積層体の縁部に枠体を嵌合してなる太陽電池モジュールであって、
   前記第一の透光性基板と第二の透光性基板との間に間隙を設けるとともに、前記間隙に冷却材を配してなることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記冷却材が前記第一の透光性基板と第二の透光性基板とに接していることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第二の透光性基板の前記間隙側に位置する主面の少なくとも一部に凹凸を付したことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュール。
4. 前記第二の透光性基板の前記太陽電池素子側に位置する主面の少なくとも一部に凹凸を付したことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュール。
5. 前記枠体は、該枠体の内部に前記冷却材を収容する中空部と、該中空部に接続され且つ該中空部へ冷却材を供給するための供給口と、前記中空部に接続され且つ該中空部から冷却材を排出するための排出口と、を有し、
   前記枠体の前記中空部と前記積層体の前記間隙との間で前記冷却材の出入がなされることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の太陽電池モジュール。

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