JP2007266041A

JP2007266041A - フレームレス太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2007266041A
Application number: JP2006085110A
Authority: JP
Inventors: Yuji Morita; 裕司森田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP4948865B2

Abstract

【課題】フレームレス太陽電池モジュールは衝撃に弱く、設置時や設置後に端部にものが当たると透光性基板が割れることがあった。
【解決手段】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材とが順次重なるように配設して成るフレームレス太陽電池モジュールであって、前記透光性基板の非受光面側外周部に面取り部を有するとともに、少なくとも前記裏面材、受光面側充填材または裏面側充填材のいずれか１つで前記透光性基板の外周部を覆うようにしたことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、フレームレス太陽電池モジュールに関するものであり、特に透光性基板の外周端部を保護することにより耐衝撃性を向上させた太陽電池モジュールに関するものである。

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たものを、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共重合体（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製することが通常行われている。

太陽電池モジュールは、その外周部にモジュール枠を具備したタイプのものとモジュール枠を具備しないフレームレスタイプのものがある。フレームレス太陽電池モジュールは、モジュール枠を具備したタイプのものに比べて、モジュール枠を具備しない分、小型軽量で取り扱いやすくかつ安価であるという特徴がある。

図７は、このフレームレス太陽電池モジュールを野外に設置する場合の一例を示したものである。図７において符号１は基礎、２は架台、３はフレームレス型の太陽電池モジュール、４は留め金具を示す。

これにおいて、例えばビルや一般住宅の陸屋根または直接地面に設けたコンクリートの基礎１の上に鉄製のフレームなどで架台２を組み立て、太陽電池モジュール３を架台２上に配置し、さらにこの太陽電池モジュール３の外周部の各辺の一部を留め金具４で留めて、太陽電池モジュール３を架台２に固定している。

このような太陽電池モジュール３の設置方法の場合、透光性基板の外周端部が露出しているため施工時に当てて割れたり、台風時の飛散物により割れることになる。

このため本出願人からフレームレス太陽電池モジュールの外周部に簡易的なフレーム部材を取り付け、太陽電池モジュールの外周端部を保護することが提案されている。（特許文献１参照）
特開２００４−２２７６１号公報

しかしながら、上記のようにフレームレス太陽電池モジュールに簡易的なフレーム部材を取り付けることでは、フレーム部材を取り付ける工数やそのコストがかかり、フレームレス太陽電池モジュールの価格が上がってしまうという問題があった。

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、簡単安価の方法で太陽電池モジュールの外周端部を保護し、信頼性の高いフレームレス太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明のフレームレス太陽電池モジュールは、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材とが順次重なるように配設して成るフレームレス太陽電池モジュールであって、前記透光性基板の非受光面側外周部に面取り部を有するとともに、少なくとも前記裏面材、受光面側充填材または裏面側充填材のいずれか１つで前記透光性基板の外周部を覆うようにしたことを特徴とする。

また、本発明の他のフレームレス太陽電池モジュールは、前記面取り部はＣ面からなり、前記透光性基板の主面と側面に垂直な断面における前記面取り部の長さが前記透光性基板の厚みと略同一でありかつ、前記面取り部と前記透光性基板の非受光面側主面とのなす角度が１２０度以上、１５０度以下であることを特徴とする。

また、本発明の他のフレームレス太陽電池モジュールは、前記面取り部はＲ面からなり、前記透光性基板の主面と側面に垂直な断面における前記Ｒ面の半径ｒが、１ｍｍ以上、基板の厚み以下であるようにしたことを特徴とする。

本発明のフレームレス太陽電池モジュールによれば、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材とが順次重なるように配設して成るフレームレス太陽電池モジュールであって、前記透光性基板の非受光面側外周部に面取り部を有するとともに、少なくとも前記裏面材、受光面側充填材または裏面側充填材のいずれか１つで前記透光性基板の外周部を覆うようにしたことにより、透光性基板の外周端部が露出することがなくなるため、太陽電池モジュール端面部の保護ができ、太陽電池モジュールを施工時に当てて割ったり、台風時の飛散物により割れることがなくなる。

また、本発明の他のフレームレス太陽電池モジュールによれば、前記面取り部はＣ面からなり、前記透光性基板の主面と側面に垂直な断面における前記面取り部の長さが前記透光性基板の厚みと略同一でありかつ、前記面取り部と前記透光性基板の非受光面側主面とのなす角度が１２０度以上、１５０度以下であるようにしたことより、充填材、裏面材が透光性基板の形状に沿って覆いやすくなるため、上記の太陽電池モジュール端面部の保護の効果を確実なものとすることができる。

さらに、本発明の他のフレームレス太陽電池モジュールによれば、前記面取り部はＲ面からなり、前記透光性基板の主面と側面に垂直な断面における前記Ｒ面の半径ｒが、１ｍｍ以上、基板の厚み以下であるようにしたことより、充填材、裏面材が透光性基板の形状に沿って覆いやすくなるため、上記の太陽電池モジュール端面部の保護の効果を確実なものとすることができる。

以下、本発明の太陽電池モジュールを添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係るフレームレス太陽電池モジュールの構造の一例を示す断面図である。

同図において、１０は透光性基板、１１は受光面側充填材、１２は太陽電池素子、１３は裏面側充填材、１４は裏面材、１５は接続タブである。尚、図の下部側が太陽電池モジュールの受光面側であり、図の上側が太陽電池モジュールの裏面側となる。

透光性基板１０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。

受光面側充填材１１および裏面側充填材１３は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、エチレン−酢酸ビニル共重合体を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充填材１１においては、着色させると太陽電池素子１２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、裏面側充填材１３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１２は上述のように多結晶シリコンなどで作製されたものであり、
その内部にはＰＮ接合が形成され、その表面には電極が形成されている。

また接続タブ１５は、通常厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度、幅１〜８ｍｍ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て用いている。この接続タブ１５は、ハンダ付けにより太陽電池素子１２の電極に取り付けられて、隣接する太陽電池素子を電気的に接続している。

裏面材１４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。

本発明に係る受光面側充填材１１、裏面側充填材１３、裏面材１４は透光性基板１０より略透光性基板１０の厚み分だけその面積を大きくしておく。

本発明に係るフレームレス太陽電池モジュールの製造方法は次の通りである。

まず上述の透光性基板１０、受光面側充填材１１、接続タブ１５を接続した太陽電池素子１２、裏面側充填材１３、裏面材１４を重畳する。この時透光性基板１０の上述の面取り部を設けるが、面取り部の例として例えば、Ｃ面処理またはＲ面処理を施した部分が、非受光面側（外側）になるようにする。その後この重畳したものを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。

これにおいて、本発明の透光性基板１０は、その透光性基板１０の非受光面側となる角部の少なくとも１辺にＣ面処理またはＲ面処理を施したことを特徴とする。

図２（ａ）は、Ｃ面処理を施した透光性基板１０の受光面側からみた斜視図を示し、図２（ｂ）は、Ｃ面処理を施した透光性基板１０の部分拡大断面図を示す。図２（ａ）（ｂ）において、１７はＣ面処理を施した部分、１８はＣ面処理部分の大きさ（長さ）、１９は透光性基板１０の厚み、ａはＣ面処理部分と透光性基板の非受光面側平面とのなす角度を示す。

Ｃ面処理は、図２（ａ）に示すように透光性基板１０の非受光面側となる少なくとも角部の辺のほぼ全域に亘って、ラミネート前に予め施される。

またこのＣ面処理部の長さ１８は、本発明者らが繰り返し行ったテストでは、その長さが前記透光性基板の厚み１９と略同一でありかつ、Ｃ面処理部分と透光性基板の非受光面側平面のなす角度ａが１２０度以上、１５０度以下であることが望ましい。

Ｃ面処理部の長さ１８が前記透光性基板の厚み１９と略同一というのは、透光性基板の厚みに対して、−１０％から＋１０％の範囲に入っていることを言う。すなわち、発明者らが繰り返し行ったテストの結果では、Ｃ面処理部の長さが透光性基板の厚みに対し−１０％から＋１０％の範囲にあるならば、上記の効果を問題なく奏することができる。例えば厚さ３ｍｍのガラスを透光性基板として用いた場合では、Ｃ面処理部の長さは２．７〜３．３ｍｍであれば良い。

Ｃ面処理部１７の長さ１８を透光性基板の厚み１９を越して大きくしたり、Ｃ面処理部と透光性基板の非受光面側平面のなす角度ａを１５０度を越して大きくすると、その形状に沿って透光性基板の外周端部を保護できるという効果を大きくすることはできるが、Ｃ面処理部１７の強度が低下してしまうという問題がある。

逆にＣ面処理部１７の長さ１８を透光性基板の厚み１９より小さくしたり、Ｃ面処理部と透光性基板の非受光面側平面のなす角度ａを１２０度未満にすると、強度の低下は起こらないが、透光性基板の外周端部形状に沿って保護できるという効果が小さくなる。

図３（ａ）は、Ｒ面処理を施した透光性基板１０の斜視図を示し、図３（ｂ）は、Ｒ面処理を施した透光性基板１０の要部拡大断面図を示す。図３（ａ）（ｂ）において、２０はＲ面処理を施した部分、ｒはＲ面処理部分の大きさ（Ｒ面部の半径）、１９は透光性基板１０の厚みを示す。

Ｒ面処理は、図３（ａ）に示すように透光性基板１０の非受光面側となる角部の辺のほぼ全域に亘ってラミネート前に予め施される。

またこのＲ面処理部２０は、本発明者らが繰り返し行ったテストでは、その半径ｒが、１ｍｍ以上、基板の厚み以下にすることが望ましい。

すなわちＲ面処理部２０の半径ｒを基板の厚みを超えて大きくすると、その形状に沿って透光性基板の外周端部を保護できるという効果を大きくすることはできるが、Ｒ面処理部分２０の強度が低下してしまうという問題がある。

逆にＲ面処理部２０の半径ｒを１ｍｍ未満に小さくすると、強度の低下は起こらないが、透光性基板の外周端部形状に沿って保護できるという効果が小さくなる。

図４は、Ｃ面処理またはＲ面処理を施した透光性基板１０を用いた本発明に係る太陽電池モジュールの端部の状態を示す要部拡大断面図である。

図４に示すように前記透光性基板１０の外周辺に、Ｃ面処理またはＲ面処理を施すことにより、充填材、裏面材が透光性基板の外周端部の形状に沿って覆いやすくなり、前記裏面材と充填材の少なくともどちらか一方で前記透光性基板の外周辺を覆ったことにより、透光性基板の外周端部が露出することがなくなるため、太陽電池モジュール端面部をモジュール枠などを用いることなく簡単、安価に保護することが可能となる。

この様なＣ面処理１７またはＲ面処理２０は、例えば透光性基板１０が上記のようにガラスであればダイヤモンドホイールで研削、研磨することで可能であり、また樹脂である場合には機械加工などで切削することで作製可能である。

また上記のように前記Ｃ面処理またはＲ面処理を施すと共に前記裏面材と充填材の少なくともどちらか一方で前記透光性基板の外周辺の少なくとも１辺を覆う部分は、太陽電池モジュールの外周辺の全部でも良いし、また完成後に設置される状態を考え、その外側に当たる部分のみでも良い。

図５は、予め透光性基板１０の大きさより前記充填材１１、１３のみ、その大きさを大きくしラミネートした、本発明に係る太陽電池モジュールの端部の様子を示す断面図である。

すなわち太陽電池モジュールの耐候性能を向上させるため等で、裏面材１４の厚みを厚くして、その屈曲性が悪くなった場合や裏面材にステンレス板やアルミニウム板などの金属板等の屈曲性の悪い裏面材を使用した場合でも、充填材１１、１３のみその大きさを大きくしたことにより、太陽電池モジュールの端面部の保護が可能となる。

図６は、本発明に係るフレームレス太陽電池モジュールの外周端部に、高粘度樹脂材を塗布した状態を示す断面図である。図６において、２３は高粘度樹脂材を示す。

図６に示すように、透光性基板１０の外周辺に、Ｃ面処理またはＲ面処理を施すと共に裏面材１４と充填材１１、１３の少なくともどちらか一方で透光性基板の外周辺を覆い、さらにこの部分にシリコーン樹脂のような高粘度樹脂材を塗布することで、太陽電池モジュール端面部の保護の効果をより向上することができ、さらに湿度についても通し難くなるという効果を得ることが可能となる。

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シリコンや多結晶シリコンだけでなく、薄膜の太陽電池素子でも応用可能である。また本発明に係るフレームレス太陽電池モジュールの形状も、正方形や矩形に限定されるものでなく、例えば台形や三角形などの形状のフレームレス太陽電池モジュールでも応用可能である。

本発明に係るフレームレス太陽電池モジュールの構造の断面図である。（ａ）本発明に係るＣ面処理を施した透光性基板の斜視図である。（ｂ）本発明に係るＣ面処理を施した透光性基板の断面図である。（ａ）本発明に係るＲ面処理を施した透光性基板の斜視図である。（ｂ）本発明に係るＲ面処理を施した透光性基板の要部拡大断面図である。Ｃ面処理またはＲ面処理を施した透光性基板を用いた本発明に係る太陽電池モジュールの端部の状態を示す要部拡大断面図である。透光性基板の大きさより充填材のみ、その大きさを大きくした本発明に係る太陽電池モジュールの端部の様子を示す要部拡大断面図である。本発明に係るフレームレス太陽電池モジュールの外周端部に、高粘度樹脂材が塗布した状態を示す断面図である。フレームレス太陽電池モジュールを野外に設置する場合の一例を示す概略図である。

符号の説明

１：基礎
２：架台
３：フレームレス型の太陽電池モジュール
４：留め金具
１０：透光性基板
１１：受光面側充填材
１２：太陽電池素子
１３：裏面側充填材
１４：裏面材
１５：接続タブ
１７：Ｃ面処理を施した部分
１８：Ｃ面処理部分の大きさ（長さ）
１９：透光性基板の厚み
２０：Ｒ面処理を施した部分
２３：高粘度樹脂材
ａ：Ｃ面処理部分と透光性基板の非受光面側平面のなす角度
ｒ：ｒはＲ面処理部分の大きさ（Ｒ面部の半径）

Claims

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材とが順次重なるように配設して成るフレームレス太陽電池モジュールであって、前記透光性基板の非受光面側外周部に面取り部を有するとともに、少なくとも前記裏面材、受光面側充填材または裏面側充填材のいずれか１つで前記透光性基板の外周部を覆うようにしたことを特徴とするフレームレス太陽電池モジュール。
前記面取り部はＣ面からなり、前記透光性基板の主面と側面に垂直な断面における前記面取り部の長さが前記透光性基板の厚みと略同一でありかつ、前記面取り部と前記透光性基板の非受光面側主面とのなす角度が１２０度以上、１５０度以下であることを特徴とする請求項１に記載のフレームレス太陽電池モジュール。
前記面取り部はＲ面からなり、前記透光性基板の主面と側面に垂直な断面における前記Ｒ面の半径ｒが、１ｍｍ以上、基板の厚み以下であるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のフレームレス太陽電池モジュール。