JP2009076693A

JP2009076693A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2009076693A
Application number: JP2007244469A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kato; 進二加藤
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】屋外建築物に取り付けられた太陽電池モジュールの温度上昇を低減し、発電電力量が多く、耐久性が高く、施工建築物の省エネルギー化が図れると共に、意匠性に優れた太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】太陽電池モジュール１００は、フィルム材で太陽電池セル１０３及び太陽電池サブモジュール１０４を内包したフィルムモジュール１０２と、フィルムモジュール１０２の一方の主面上に配設された表面保護材１０１と、フィルムモジュール１０２の他方の主面上に配設された背面保護材１０５とを有する。背面保護材１０５は、支持材１０５ｂと、この支持材１０５ｂ上に形成され、フィルムモジュール１０２に入射する赤外光を反射し得る遮熱材料を含み、茶褐色、青色、緑色のような濃彩色や黒色を有する遮熱層１０５ａとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、特に、発電電力量向上、高耐久性化、施工建築物の省エネルギー化に寄与する太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュール及びこれを用いた太陽光発電システムは、太陽光を直接電気エネルギーに変換できることから、環境負荷の少ない、環境にやさしいエネルギー源として、近年脚光を浴びており、今後市場導入が加速されることが予想されている。

この太陽電池モジュールは、例えば、太陽電池セルを一対のフィルム材で封止してなるフィルムモジュールを備え、このフィルムモジュールの両面にそれぞれ保護材を配設してなる構成を有する。これらの保護材、フィルム材には、例えば、ガラス、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）、フッ素樹脂、金属などが用いられる。

太陽電池モジュールは、住宅などの屋外建築物の屋根や壁に取り付けられて使用されるため、太陽光を吸収して温度が上昇し、発電出力の低下、フィルム材料の劣化促進、建築物の室内温度の上昇などを招く。特に、建築物の室内温度の上昇などにより、空調消費エネルギーが増大するという問題もある。この問題に対して、例えば、特許文献１には、赤外線を反射する層を有する太陽電池モジュールが開示されている。
特開平１１−２１４７３６号公報

一方で、屋外建築物の屋根などは、汚れを目立たなくするために、意匠性を考慮した濃彩色や黒色の太陽電池モジュールが望まれているが、濃彩色や黒色は太陽光を吸収し易い色であり、著しい温度上昇を伴うため、発電出力低下、フィルム材料の劣化、建築物の室内温度上昇に伴う空調消費エネルギーの増大の問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、屋外建築物に取り付けられた太陽電池モジュールの温度上昇を低減し、発電電力量が多く、耐久性が高く、施工建築物の省エネルギー化が図れると共に、意匠性に優れた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の太陽電池モジュールは、フィルム材に少なくとも一つの太陽電池セルを内包してなるフィルムモジュールと、前記フィルムモジュールの両方の面に配置された一対の保護材と、前記一対の保護材間に配置され、濃彩色又は黒色を有し、前記フィルムモジュールに入射する赤外光を反射し得る遮熱材料を含む遮熱層と、を具備することを特徴とする。

この構成によれば、発電に寄与しない赤外線を遮熱層により反射し、太陽電池モジュールの温度上昇、施工建築物の温度上昇を低減でき、実発電電力の向上とモジュールの長期耐久性の向上、施工建物の空調消費エネルギーを低減することができる。また、遮熱層が茶褐色、青色、緑色のような濃彩色や黒色を有するので、意匠性に優れた太陽電池モジュールを実現することができる。

本発明の太陽電池モジュールにおいては、前記一方の保護材が金属で構成されていることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいては、前記フィルムモジュールが一対のフィルム材で構成されており、前記一対のフィルム材の一方のフィルム材が前記遮熱層を兼ねることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいては、前記遮熱層は、前記太陽電池セルの受光領域以外の領域に設けられていることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいては、前記遮熱材料は、金属錯体系材料、ぺリレンブラック顔料、アニリン系材料、ジアリルメタン系材料、トリアリルメタン系材料、ビニロン系材料、ローダミン系材料、アクリジン系材料、サフラニン系材料、オキサジン系材料、キノリン系材料、チアゾール系材料、アゾ系材料、アゾメチン系材料、ポリメチン系材料、アゾポリメチン系材料、アントラキノン系材料、キノフタロン系材料、及びフタロシアニン系材料からなる群より選ばれたものであることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セルが非晶質シリコン又は微結晶シリコンで構成されていることが好ましい。

本発明によれば、フィルム材に太陽電池セルを内包してなるフィルムモジュールと、前記フィルムモジュールの両方の面に配置された一対の保護材と、前記一対の保護材間に配置され、濃彩色又は黒色を有し、前記フィルムモジュールに入射する赤外光を反射し得る遮熱材料を含む遮熱層と、を具備するので、屋外建築物に取り付けられた太陽電池モジュールの温度上昇を低減し、発電電力量が多く、耐久性が高く、施工建築物の省エネルギー化が図れると共に、意匠性に優れた太陽電池モジュールを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、背面保護材側に遮熱層を配設した場合について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。図１に示す太陽電池モジュール１００は、フィルム材で太陽電池セル１０３及び／又は太陽電池サブモジュール１０４を内包したフィルムモジュール１０２と、フィルムモジュール１０２の一方の主面上に配設された表面保護材１０１と、フィルムモジュール１０２の他方の主面上に配設された背面保護材１０５と、背面保護材１０５の外側に取り付けられた端子ボックス１０６と、端子ボックス１０６にその一端が接続され、その他端にコネクタ１０８を有する電力ケーブル１０７とから主に構成されている。

背面保護材１０５は、支持材１０５ｂと、この支持材１０５ｂ上に形成され、フィルムモジュール１０２に入射する赤外光を反射し得る遮熱材料を含む遮熱層１０５ａとを含む。この遮熱層１０５ａは、表面保護材１０１と背面保護材１０５との間、すなわち、背面保護材１０５の内側に配置されており、茶褐色、青色、緑色のような濃彩色や黒色を有する。

表面保護材１０１の材料としては、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリ３フッ化エチレン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂、ガラスなどを用いることができる。この表面保護材１０１は、フィルム、シート、板状体などで構成することができる。なお、この表面保護材１０１は、後述するフィルムモジュール１０２に対して接着などにより配設するので、フィルムモジュール接着面にはコロナ放電処理などの表面処理を施して接着強度を向上させるようにしても良い。

フィルムモジュール１０２におけるフィルム材の材料としては、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、ブチラール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂などの透明な樹脂を使用することができる。また、フィルム材を構成する材料に架橋剤を添加して架橋処理を行って架橋させても良い。また、フィルム材を構成する材料に紫外線吸収剤、安定剤を加えて光劣化を抑制するようにしても良い。

太陽電池セル１０３や太陽電池サブモジュール１０４の受光側に配設されるフィルム材については、予め太陽電池セル１０３や太陽電池サブモジュール１０４にラミネートされたフィルム、シート、板状体を用いても良い。また、太陽電池セル１０３や太陽電池サブモジュール１０４の非受光側に配設されるフィルム材については、予め背面保護材１０５にラミネートされたフィルム、シート、板状体を用いても良い。また、非受光側に配設されるフィルム材については、必ずしも透明である必要はなく、着色しても良い。

太陽電池セル１０３としては特に限定はなく、非晶質シリコン又は微結晶シリコンで構成されていることが好ましい。例えば、単結晶材料の半導体ＰＮ接合、非単結晶材料のＰＩＮ接合、あるいはショットキー接合などの半導体接合などで構成されたものを用いることができる。半導体材料としては、シリコン系、化合物系が用いられる。この中で、長波長感度が低く、柔軟性を有する非晶質シリコンが望ましい。

太陽電池サブモジュール１０４は複数の発電領域を直列接続してなるものであり、太陽電池セル１０３同様の材料が用いられる。好ましくは、ガラス基板、ステンレス基板、フィルム基板などの支持基板上に非晶質シリコン半導体や化合物半導体で構成することが好ましい。

背面保護材１０５を構成する材料としては、鋼材、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）などの金属や、繊維強化樹脂、フッ素樹脂のようなプラスチックなどを挙げることができる。背面保護材１０５は、フィルム、シート、板状体、積層板などで構成することができる。なお、背面保護材１０５が主として導電性材料で構成されている場合は、背面保護材１０５の表面を絶縁性材料で被覆することが好ましい。

遮熱層１０５ａを構成する材料としては、赤外線を反射し易い材料であれば良く、例えば、金属錯体系材料、ぺリレンブラック顔料、アニリン系材料、ジアリルメタン系材料、トリアリルメタン系材料、ビニロン系材料、ローダミン系材料、アクリジン系材料、サフラニン系材料、オキサジン系材料、キノリン系材料、チアゾール系材料、アゾ系材料、アゾメチン系材料、ポリメチン系材料、アゾポリメチン系材料、アントラキノン系材料、キノフタロン系材料、フタロシアニン系材料などの顔料、染料などが挙げられる。遮熱層１０５ａは、塗膜、フィルム、塗膜とフィルムの積層体などで構成されていることが好ましい。

支持材１０５ｂを構成する材料としては、鋼材、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）などの金属や、繊維強化樹脂、フッ素樹脂のようなプラスチックなどを挙げることができる。背面保護材１０５は、フィルム、シート、板状体、積層板などで構成することができる。本実施の形態においては、遮熱層１０５ａと支持材１０５ｂとで背面保護材１０５を構成する場合について説明しているが、遮熱層１０５ａが支持材１０５ｂを兼ねて遮熱層１０５ａ自身を背面保護材１０５としても良い。

端子ボックス１０６を構成する材料としては、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリアリレートなどのプラスチックを挙げることができる。この端子ボックス１０６には、太陽電池セル１０３で発生した直流電力を取り出すための電力ケーブル１０７が取り付けられており、電力ケーブル１０７の端子ボックス１０６と反対側には接続用のコネクタ１０８が取り付けられている。このコネクタ１０８により、他のデバイスやプリント配線板などに適宜接続することが可能となる。なお、端子ボックス１０６は、シリコーン樹脂などの弾性接着剤で背面保護材１０５に接着されていることが望ましい。

このように、本実施の形態に係る太陽電池モジュールによれば、発電に寄与しない赤外線を遮熱層により反射し、太陽電池モジュールの温度上昇、施工建築物の温度上昇を低減でき、実発電電力の向上とモジュールの長期耐久性の向上、施工建物の空調消費エネルギーを低減することができる。また、遮熱層が茶褐色、青色、緑色のような濃彩色や黒色を有するので、意匠性に優れた太陽電池モジュールを実現することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、フィルム材を遮熱層とした場合について説明する。図２は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。図２に示す太陽電池モジュール２００は、フィルム材２０２ａ，２０２ｂで太陽電池セル２０３及び／又は太陽電池サブモジュール２０４を内包したフィルムモジュール２０２と、フィルムモジュール２０２の一方の主面上に配設された表面保護材２０１と、フィルムモジュール２０２の他方の主面上に配設された背面保護材２０５と、背面保護材２０５の外側に取り付けられた端子ボックス２０６と、端子ボックス２０６にその一端が接続され、その他端にコネクタ２０８を有する電力ケーブル２０７とから主に構成されている。なお、各部材の材料などについては実施の形態１と同じである。

本実施の形態においては、一対のフィルム材２０２ａ，２０２ｂの少なくとも一方、がフィルムモジュール２０２に入射する赤外光を反射し得る遮熱材料を含む遮熱層を兼ねている。この遮熱層は、茶褐色、青色、緑色のような濃彩色や黒色を有する。一対のフィルム材２０２ａ，２０２ｂのうち受光面側のフィルム材については、遮熱機能を持たせてもよいが、濃彩色や黒色などの着色を施さない。一方、一対のフィルム材２０２ａ，２０２ｂのうち非受光面側のフィルム材については、濃彩色や黒色などの着色を施すことを前提に、遮熱機能を持たせても持たせなくても良い。

（実施の形態３）
本実施の形態においては、表面保護材側に遮熱層を配設した場合について説明する。図３は、本発明の実施の形態３に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。図３に示す太陽電池モジュール３００は、太陽電池セル３０３及び／又は太陽電池サブモジュール３０４を内包したフィルムモジュール３０２と、フィルムモジュール３０２の一方の主面上に配設された表面保護材３０１と、フィルムモジュール３０２の他方の主面上に配設された背面保護材３０５と、背面保護材３０５の外側に取り付けられた端子ボックス３０６と、端子ボックス３０６にその一端が接続され、その他端にコネクタ３０８を有する電力ケーブル３０７とから主に構成されている。なお、各部材の材料などについては実施の形態１と同じである。

表面保護材３０１は、支持材３０１ｂと、この支持材３０１ｂ上に形成され、フィルムモジュール３０２に入射する赤外光を反射し得る遮熱材料を含む遮熱層３０１ａとを含む。この遮熱層３０１ａは、表面保護材３０１と背面保護材３０５との間、すなわち、表面保護材３０１の内側に配置されており、茶褐色、青色、緑色のような濃彩色や黒色を有する。なお、遮熱層３０１ａは、太陽電池セル３０３又は太陽電池サブモジュール３０４の受光領域以外の領域に設けられる。

本発明は上記実施の形態１〜３に限定されず種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態１〜３は適宜組み合わせて実施することが可能である。また、上記実施の形態１〜３で説明した部材の大きさ、材質については特に制限はない。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

本発明は、例えば建物の屋根に設置される太陽電池モジュールに適用可能である。

本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール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を示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。

符号の説明

１００，２００，３００…太陽電池モジュール、１０１，２０１，３０１…表面保護材、１０２，２０２，３０２…フィルムモジュール、１０３，２０３，３０３…太陽電池セル、１０４，２０４，３０４…太陽電池サブモジュール、１０５，２０５，３０５…背面保護材、１０５ａ，３０１ａ…遮熱層、１０５ｂ，３０１ｂ…支持材、１０６，２０６，３０６…端子ボックス、１０７，２０７，３０７…電力ケーブル、１０８，２０８，３０８…コネクタ、２０２ａ，２０２ｂ…フィルム材。

Claims

フィルム材に少なくとも一つの太陽電池セルを内包してなるフィルムモジュールと、前記フィルムモジュールの両方の面に配置された一対の保護材と、前記一対の保護材間に配置され、濃彩色又は黒色を有し、前記フィルムモジュールに入射する赤外光を反射し得る遮熱材料を含む遮熱層と、を具備することを特徴とする太陽電池モジュール。
前記一方の保護材が金属で構成され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。
前記フィルムモジュールが一対のフィルム材で構成されており、前記一対のフィルム材の一方のフィルム材が前記遮熱層を兼ねることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽電池モジュール。
前記遮熱層は、前記太陽電池セルの受光領域以外の領域に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
前記遮熱材料は、金属錯体系材料、ぺリレンブラック顔料、アニリン系材料、ジアリルメタン系材料、トリアリルメタン系材料、ビニロン系材料、ローダミン系材料、アクリジン系材料、サフラニン系材料、オキサジン系材料、キノリン系材料、チアゾール系材料、アゾ系材料、アゾメチン系材料、ポリメチン系材料、アゾポリメチン系材料、アントラキノン系材料、キノフタロン系材料、及びフタロシアニン系材料からなる群より選ばれたものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
太陽電池セルが非晶質シリコン又は微結晶シリコンで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。