JP2010147129A - Photovoltaic cogeneration module - Google Patents

Photovoltaic cogeneration module Download PDF

Info

Publication number
JP2010147129A
JP2010147129A JP2008320635A JP2008320635A JP2010147129A JP 2010147129 A JP2010147129 A JP 2010147129A JP 2008320635 A JP2008320635 A JP 2008320635A JP 2008320635 A JP2008320635 A JP 2008320635A JP 2010147129 A JP2010147129 A JP 2010147129A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flat
heat
module
solar
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008320635A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5640250B2 (en
Inventor
Kenji Umetsu
健児 梅津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GF GIKEN KK
Original Assignee
GF GIKEN KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GF GIKEN KK filed Critical GF GIKEN KK
Priority to JP2008320635A priority Critical patent/JP5640250B2/en
Publication of JP2010147129A publication Critical patent/JP2010147129A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5640250B2 publication Critical patent/JP5640250B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10Photovoltaic [PV]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20Solar thermal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/60Thermal-PV hybrids

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photovoltaic cogeneration module that can obtain heat simultaneously with power and solves such a problem that, at present, the solar cell's conversion efficiency for converting photovoltaic energy into power is around 12%, therefore, a required light-receiving area becomes large and the price of output power becomes high, consequently, it is difficult for solar cells to achieve practical effects compared with commercial power. <P>SOLUTION: The photovoltaic cogeneration module is configured to find out a suitable structure, suitable materials, and a suitable production method in order to combine a flat plate power generation cell, a module support substrate, and cooling piping with high strength and high productivity so as to allow them to have a heat-transfer relationship while reducing heat distortion. The photovoltaic cogeneration module is formed by combining the suitable structure, the suitable materials, and the suitable production method. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

現在日本国内はもとより海外でも太陽光発電装置及び太陽熱温水器(太陽光集熱装置)が注目されてきており、石油資源の消費削減、地球温暖化防止、石油資源関連部材の価格高騰の抑制、その他の地球環境的要請乃至は社会的ニーズに合った装置システムとして伸張が期待されている。しかしながらその市場規模は何れも日本国内の家庭用としても年間10万台の販売規模に満たない。一方ガス・石油給湯装置が400万台規模であり家庭用エアコンが700万台規模であるものと比べ極めてニッチェであり、市場規模は未だ小さい。 At present, solar power generators and solar water heaters (solar heat collectors) are attracting attention not only in Japan but also overseas, reducing consumption of petroleum resources, preventing global warming, suppressing the rise in prices of petroleum resource-related components, Expansion is expected as a device system that meets other global environmental requirements and social needs. However, the scale of the market is less than 100,000 units sold every year for home use in Japan. On the other hand, there are 4 million units of gas / oil hot water supply units and 7 million units of home air conditioners.

単独機能の太陽光発電装置又は太陽熱温水器自体の市場規模が伸びない理由はその装置への投資価格に対し出力効果が不十分であるためである。即ち初期投資を回収する期間(PBT)が7年以上と長期、即ち家庭用太陽光発電装置では投資の回収に30年もかかったり、逆に太陽熱温水器の耐用年数が10年以下であるなどの問題点が存在するからである。
エネルギー効率の点では、太陽光発電装置に照射される太陽光エネルギーが電力へ変換される変換効率(ECR)は実用化されている装置で12〜14%程度であり、残りのエネルギー量88〜86%は利用できていない。これがエネルギー供給装置として大面積の装置を必要とし、発電された電力コストが商用電力で得られるコストである23円/KWhの2倍近く即ち40円/KWh程度の高価格になってしまい、前述した初期投資の回収期間は40年程度に長期化し、普及が進まない主な原因となっている。このため発電セル自体の変換効率(ECR)の向上のための新しい技術開発が期待されている。
例えば家庭用の3KWの太陽光発電装置では通常30平方メーターの受光面積が必要であり、そのため設置スペース上の制約が大きいばかりでなく、実際の据付工事が極めて大変な作業を伴う事も価格アップ要因であり、且つ普及拡大を妨げている要因である。
その結果、商用の系統電力が日本国内で現在23円/KW程度であるのに対し太陽電池単独の場合の出力電力価格はその寿命を20〜25年と想定すると30〜40円/KWh程度となってしまい、このためにその普及が進んでいない。
The reason why the market scale of the single-function solar power generation device or the solar water heater itself does not increase is that the output effect is insufficient for the investment price of the device. That is, the period for collecting the initial investment (PBT) is as long as 7 years or longer, that is, it takes 30 years to recover the investment in a solar power generation device for home use, or conversely, the service life of the solar water heater is 10 years or less. This is because there are problems.
In terms of energy efficiency, the conversion efficiency (ECR) in which solar energy irradiated to the photovoltaic power generation device is converted into electric power is about 12 to 14% in a device in practical use, and the remaining energy amount 88 to 86% are not available. This requires a large-area device as an energy supply device, and the generated power cost is nearly twice as high as 23 yen / KWh, which is the cost obtained with commercial power, that is, about 40 yen / KWh. The initial investment payback period has been extended to about 40 years, which is the main reason why it has not spread. For this reason, new technology development for improving the conversion efficiency (ECR) of the power generation cell itself is expected.
For example, a 3KW solar power generation system for home use usually requires a light receiving area of 30 square meters, which not only imposes great restrictions on installation space, but also increases the price of actual installation work that is extremely difficult. It is a factor and a factor that hinders the spread.
As a result, while the commercial grid power is currently around 23 yen / KW in Japan, the output power price in the case of a solar cell alone is about 30-40 yen / KWh, assuming a lifetime of 20-25 years. For this reason, its spread has not progressed.

従って、これらの課題解消を目指して、太陽光発電装置についても最近の研究開発は目覚しいものがある。シリコン結晶のセルを用いたものでも多結晶化、シリコン結晶の薄板化、結晶事体の発電特性向上や結晶表面の受光特性改善などの研究が進展している。
またシリコンアモルファスをガラス面乃至はプラスチックフィルム面に形成したもの乃至はそれをシリコン結晶と積層させてECRを向上させたものも出現している。このアモルファスを建材用窓ガラス上に形成してビルなどの窓材として用いて窓が発電するようにしたものも実用化されている。また銅やインヂュームなどシリコンと異なった材質をセル材料としてガラス基板に極薄で蒸着させたものもシリコン基盤セルの代替として資源不足を回避するものも有望である。セルの電極基板としてアルミニウム薄板を用いた方式の太陽電池も商品化されてきている。これは1mm程度の直径の小さな球状のシリコンを多数のすり鉢状の壺を形成したアルミニウムの基板の該すり鉢状の穴の中に埋め込んだ構造で、該すり鉢状の穴の表面が球状シリコンに集光させる光反射機能を有し、また電極の機能を有している。このアルミニウム基板電極型発電セルはその基板が伝熱性の良好なアルミニウム製であることが本発明の対象である太陽光コジェネレイション装置の高性能化に極めて有効な構造となっている。
即ち発電セルの基板としてシリコンそのもの、ガラス板、樹脂板、アルミ板など多くの種類のものがある。
Therefore, recent research and development on solar power generators has been remarkable with the aim of solving these problems. Research is also progressing on the use of silicon crystal cells, such as polycrystallization, thinning of silicon crystals, improvement of power generation characteristics of crystal bodies and improvement of light reception characteristics of crystal surfaces.
In addition, a silicon amorphous material formed on a glass surface or a plastic film surface or a material obtained by laminating the silicon amorphous material with a silicon crystal has been improved. A material in which this amorphous is formed on a window glass for building materials and used as a window material for a building or the like so that the window generates electricity has been put into practical use. In addition, a material that is made of a material different from silicon such as copper or indium and deposited on a glass substrate as a cell material is also promising as an alternative to a silicon-based cell to avoid resource shortage. Solar cells using a thin aluminum plate as the cell electrode substrate have also been commercialized. This is a structure in which small spherical silicon with a diameter of about 1 mm is embedded in the mortar-shaped holes of an aluminum substrate in which a large number of mortar-shaped ridges are formed, and the surface of the mortar-shaped holes gathers in spherical silicon. It has the function of reflecting light and has the function of an electrode. This aluminum substrate electrode type power generation cell has a structure that is extremely effective for improving the performance of the solar cogeneration apparatus, which is the subject of the present invention, that the substrate is made of aluminum having good heat conductivity.
In other words, there are many types of substrates for power generation cells such as silicon itself, glass plates, resin plates, and aluminum plates.

本発明はこれらの発電セルを用いてさらに太陽光エネルギーを有効に利用するための太陽光モジュールの構造に関するものであり、民生用、特に家庭用、業務用、さらには工業用に使われるものとして、太陽光を受けて発電と温熱供給とを同時に行う太陽光エネルギー複合利用モジュール(以下太陽光コジェネレイションモジュールまたは太陽光コジェネモジュールと呼ぶ)に関するものである。
数十年前から、同じ受光体で電力と温熱を得ることができる太陽光コジェネレイションモジュールの研究及び開発が検討されてきている。即ち発電セルの背面にヒートシンクとしての金属板を設置し、その金属板と一体化された配管や媒体通路に水や冷媒を通じて発電セルで生じた温熱を収集するものである。この方式によれば太陽光発電装置と太陽熱温水器を別々に設置したものに比べて全体の受光面積が小型化でき、コストダウンと同時に設置スペースの削減という二つの基本効果が達成でき、また装置の設置工事も簡略化できる。さらに発電セルを強制的に冷却する事により発電セルの温度を低下させることができ、発電セルの発電効果が向上されるという利点が生じる。また家庭や店舗で用いた場合に電力と給湯用温熱や暖房用温熱が同時に得られるという利点がある。
本発明が扱う技術分野が目指す太陽光コジェネレイションモジュールの出力の価格はその初期価格を温熱出力で50〜60%を負担でき、出力電力の負担は初期価格の40〜50%の負担に軽減される。 その結果、出力電力は市販の商用電力より低い価格即ち20円/KWh程度の価格を実現できるという大いなる効果がある。
The present invention relates to a structure of a solar module for effectively using solar energy using these power generation cells, and is used for consumer use, particularly for home use, business use, and industrial use. The present invention relates to a solar energy composite usage module (hereinafter referred to as a solar cogeneration module or a solar cogeneration module) that receives sunlight and simultaneously generates power and supplies heat.
Since several decades, research and development of solar cogeneration modules that can obtain electric power and heat with the same photoreceptor have been studied. That is, a metal plate as a heat sink is installed on the back surface of the power generation cell, and the heat generated in the power generation cell is collected through water and refrigerant in a pipe and a medium passage integrated with the metal plate. According to this method, the overall light receiving area can be reduced compared to the solar power generator and solar water heater installed separately, and the two basic effects of cost reduction and installation space reduction can be achieved. The installation work can be simplified. Furthermore, by forcibly cooling the power generation cell, the temperature of the power generation cell can be lowered, and the power generation effect of the power generation cell is improved. In addition, when used in homes and stores, there is an advantage that electric power, hot water heating temperature and heating temperature can be obtained at the same time.
The output price of the solar cogeneration module aimed by the technical field handled by the present invention can bear 50-60% of the initial price as thermal output, and the burden of output power is reduced to 40-50% of the initial price. The As a result, there is a great effect that the output power can be realized at a lower price than commercially available commercial power, that is, a price of about 20 yen / KWh.

従って、このコジェネレイションモジュール装置については旧来から多くの企業、大学、研究機関などで研究取り組みが見られる。しかしながら未だ商品として実現していない。
その理由は
1、複雑な材料からなる高機能複合体になるため実用上の長期信頼性の確保が難しい。
即ち、発電セルの材料はシリコン、ガラスなど熱膨張係数が極めて小さくかつ伝熱性 能が悪い材料からなるが、一方その背面に配置されるヒートシンクや冷却配管に使わ れる材料は伝熱性能が高い金属材料で、線膨張係数が極めて大きい。この結果モジュ ールの性能・効率を高めるための密着構造と、広範囲の温度変化によって生じる大き な熱歪に対応した信頼性重視のための分離構造の双方の要求を解決する実用的で安価 に実現できる構造及び材料技術が確立されていない。
2、太陽電池と異なり、コジェネレイションモジュールでは集熱機能を持たせるために、 セルとヒートシンクの周囲は出来る限り断熱性能の高い材料構造を用いる事になり、 太陽光の照射量の変化、さらにはその出力となる温熱を利用する場合と利用しない場 合とでその構造部材が晒される温度環境は大きく変化し、その温度範囲は日本国内の 様な温暖化地域でもマイナス20〜プラス120℃と極めて広い温度範囲になるため 前記1、の課題は極めて厳しいものとなる。
3、一方、温熱を利用するための冷却媒体(一般には水、不凍液)を広い範囲に渡って設 置される装置システム全体に循環させる構造であり、結露による錆、接合箇所からの 媒体漏洩、など多くの信頼性リスク項目が多く、媒体の循環ポンプ寿命の問題もある 。太陽電池システムに比べてその実用的な寿命年限が短くなる要因となり、時には半 減する危険性がある。
4、最大の課題は前述した発電セル層とヒートシンク及び冷却を行う冷却媒体回路体との 接合が長期的な使用により剥がれてしまうというリスクである。積雪加重、大風の風 圧や振動、水分や湿分、温度変化、日照といった過酷な運転環境における複合構造物 としての長期寿命を確保するための構造と材料及び製造方法が確立できていないこと である。
5、これら課題を解消するため、高機能材料使用のコストが増し、さらに構造が複雑にな ってそのコストが高くなり勝ちであり、コジェネレイションの出力向上効果を相殺し てしまい、単純な太陽電池と同等な経済効果しか得られないということもある。
以上の様な課題がある。
Therefore, research efforts on this cogeneration module device have been seen in many companies, universities, research institutions, etc. from the past. However, it has not yet been realized as a product.
The reason for this is that it is difficult to ensure practical long-term reliability because it is a highly functional composite made of a complex material.
In other words, the material of the power generation cell is made of a material such as silicon or glass that has a very low coefficient of thermal expansion and poor heat transfer performance. The material has a very large linear expansion coefficient. As a result, it is practical and inexpensive to solve the demands of both the close contact structure for improving the performance and efficiency of the module and the separation structure for emphasizing reliability to cope with large thermal strain caused by a wide range of temperature changes. Feasible structure and material technology has not been established.
2. Unlike solar cells, the cogeneration module uses a material structure with high thermal insulation as much as possible around the cell and heat sink to provide the heat collection function, The temperature environment to which the structural members are exposed varies depending on whether or not the thermal energy that is the output is used, and the temperature range is extremely low, minus 20 to plus 120 ° C even in warming regions such as Japan. Due to the wide temperature range, the first problem is extremely severe.
3. On the other hand, it is a structure that circulates a cooling medium (generally water, antifreeze liquid) for using heat throughout the entire equipment system installed over a wide range, and rust due to condensation, medium leakage from the joint, There are many reliability risk items such as, and there is also a problem of the circulation pump life of the medium. Compared to solar cell systems, the practical lifetime is shortened, and there is a risk of being reduced by half.
4. The biggest problem is the risk that the power generation cell layer, the heat sink, and the cooling medium circuit body for cooling will be peeled off due to long-term use. The structure, materials, and manufacturing method to ensure long-term life as a composite structure in harsh operating environments such as snow load, wind pressure and vibration of wind, moisture, moisture, temperature change, and sunshine are not established. It is.
5. In order to solve these problems, the cost of using highly functional materials increases, the structure becomes complicated and the cost tends to increase, and the output improvement effect of cogeneration is offset. In some cases, only the same economic effect as the battery can be obtained.
There are problems as described above.

本発明の技術は上記の基本的な課題を解消するためのキー要素であり、システムの基幹部品としての太陽光コジェネレイションモジュールの機構、構造、材料、製造方法を確立させるためのものである。
その技術分野は
発電セルの材料特性にマッチし、モジュール全体を支えるに十分な強度と温熱を伝える伝熱特性と発電セルを乗せるための平坦面を持ち尚且つ商品化できるコストを実現できるモジュールの構造体の基盤としてのモジュール基板と、発電セルで生じた温熱をこのモジュール基板を通して取り出すための長期的な信頼性の高い且つ商品化可能なコストを実現できる冷却構造体(本発明ではこれを冷却媒体回路体と表現していると)、更にセル及びモジュール基板及び冷却媒体回路体を接合するための生産性が高く商品化可能な信頼性とコストを実現できる製造方法などに関するものである。
本発明が実現しようとしているコジェネレイションモジュールの目標を以下の様に定めて技術開発を進めてきた。
1、光照射エネルギーを電力と温熱に変換する上での高い変換効率の達成
電力:10〜13%以上(太陽電池と同等乃至はより優れた発電特性)
温熱:40%以上(太陽熱温水器と同等な効率)
トータルエネルギー:50%程度(最高効率の達成)
以上の変換効率の達成を目標としている。
2、コスト目標:太陽電池モジュールに対しコストアップ25%以下のコスト達成
3、太陽電池と同等の運転寿命:20年以上(修理、メンテナンスを含め)の達成
4、以上により太陽光コジェネレイションモジュールの出力電力価格として前述した様に商用系統電力価格を下回る、即ち20円/KWhを目標として検討する。
The technology of the present invention is a key element for solving the above-mentioned basic problems, and is for establishing the mechanism, structure, material, and manufacturing method of a solar cogeneration module as a key component of the system.
The technical field of the module matches the material characteristics of the power generation cell, has sufficient strength to support the entire module, heat transfer characteristics that transfer heat, and has a flat surface on which the power generation cell can be placed. A module substrate as the base of the structure and a cooling structure that can realize a long-term reliable and commercializable cost for taking out the heat generated in the power generation cell through the module substrate (in the present invention, this is a cooling structure) Further, the present invention relates to a manufacturing method capable of realizing high productivity and commercialization reliability and cost for joining a cell, a module substrate, and a cooling medium circuit body.
Technological development has been promoted with the following goals set for the cogeneration module to be realized by the present invention.
1. Achievement of high conversion efficiency in converting light irradiation energy into electric power and heat Electric power: 10-13% or more (equivalent to or better than solar cell power generation characteristics)
Heat: 40% or more (equivalent to solar water heater)
Total energy: around 50% (achieving maximum efficiency)
The goal is to achieve the above conversion efficiency.
2. Cost target: Achieve a cost increase of 25% or less compared to the solar cell module 3. Achieve the same operating life as the solar cell: 20 years or more (including repair and maintenance) 4. With the above, the solar cogeneration module As described above, the output power price is considered to be lower than the commercial grid power price, that is, 20 yen / KWh.

即ち、本発明の太陽光コジェネレイションモジュールに関わる基幹技術は前述した太陽光発電セルそのもの乃至はその材用、構造、特性をうまく利用して上記の課題を克服し高性能で低コスト且つ信頼性の高い太陽光コジェネレイションモジュールとして仕上げ、市場に広く普及するための経済的な基本特性を確保するための技術分野に関するものである。 That is, the basic technology related to the solar cogeneration module of the present invention overcomes the above-mentioned problems by making good use of the above-described photovoltaic power generation cell itself or its material, structure, and characteristics to achieve high performance, low cost and reliability. It is related to the technical field to secure economical basic characteristics for finishing as a high solar cogeneration module and widely spreading in the market.

従来太陽光コジェネレイションモジュールとその応用システムについての研究、開発、特許出願が極めて大量に実施されてきている。しかしながら前述した様な充分なる高性能化、実用的なコスト実現、長期の使用に耐える信頼性について完成されたレベルの技術情報が見られない。この三つの側面の技術完成度の追求について散発的な技術情報が見られるので、背景技術としてここで紹介する。
こうした背景の中で、太陽光発電装置から同時に熱を得るための太陽光コジェネレイション装置の技術は多くの研究や開発がされて来ている。
その中で特許文献1は集熱パネルと熱コレクタの組み合わせを基本として一次冷媒による冷却方法などについての技術が提示されている。しかしながら発電セルはEVA樹脂と透明ガラス基板を通して放熱してしまい温熱の獲得熱量は大幅に少なくなる。また冷媒通路は上部集熱板と下部集熱板を接着乃至は溶接して形成しているから冷媒のリークのリスクは大きい。屋根上に設置後に多数のパネルの一箇所でもリークが発生すればその発見と修理の困難度からみて商品価値は台無しになる危険があり、採用できない。 アルミ製の上部集熱板の発電セルへの熱歪の緩和についての工夫も無く、長期使用中にヒートサイクルの繰り返しによる発電セルの破損、不具合発生のリスクは大きい。上部集熱板と下部集熱板はアルミのブロック構造であるためその重量は増加してコストの上昇及びその重量増の点で据付工事性の問題がある。以上の点でこの様な構造では商品化は大きな困難を含んでいる。
特許文献2はコジェネレイションモジュールの基本構造を提示しているが、セル上面からガラスを通じての放熱ロスが決定的に性能低下をきたす事、モジュール全体の平面強度を確保するための基盤となる部品が無く白色ガラスと集熱器では積雪や 台風などによる風圧振動などの負荷に対し全体の強度が不足する、集熱板は細切れ形状であり、フィルムとの接着を行うEVAフィルムなどの接合強度の信頼性は著しく劣化し、数年の使用で剥離することが考えられる。また各EVA接合は別工程で熱溶着されており、一回の加熱操作で全体を接合する方式に比べ生産性の低下、品質の低下が心配である。
Conventionally, a large amount of research, development, and patent applications on solar cogeneration modules and their application systems have been carried out. However, there is no technical information at a completed level regarding sufficient performance as described above, practical cost realization, and long-term reliability. There are sporadic technical information on the pursuit of technical perfection in these three aspects, so we will introduce it here as background technology.
Against this background, many researches and developments have been made on the technology of the solar cogeneration device for simultaneously obtaining heat from the solar power generation device.
Among them, Patent Document 1 proposes a technique regarding a cooling method using a primary refrigerant based on a combination of a heat collecting panel and a heat collector. However, the power generation cell dissipates heat through the EVA resin and the transparent glass substrate, so that the amount of heat gained is greatly reduced. Further, since the refrigerant passage is formed by bonding or welding the upper heat collecting plate and the lower heat collecting plate, the risk of refrigerant leakage is great. If a leak occurs even at one of many panels after installation on the roof, there is a risk that the product value will be ruined due to the difficulty of discovery and repair, and it cannot be adopted. There is no ingenuity on mitigating thermal strain on the power generation cell of the upper heat collecting plate made of aluminum, and there is a great risk of damage to the power generation cell and failure due to repeated heat cycles during long-term use. Since the upper heat collecting plate and the lower heat collecting plate have an aluminum block structure, the weight of the upper heat collecting plate and the lower heat collecting plate increases, and there is a problem of installation workability in terms of cost increase and weight increase. In view of the above, commercialization is very difficult with such a structure.
Patent Document 2 presents the basic structure of a cogeneration module, but the heat loss through the glass from the top surface of the cell decisively degrades the performance, and the components that serve as the basis for ensuring the planar strength of the entire module are Without white glass and heat collector, the overall strength is insufficient with respect to loads such as wind pressure vibration due to snow and typhoons, etc., the heat collecting plate is cut into pieces, and the reliability of joint strength such as EVA film that adheres to the film The property deteriorates remarkably and can be peeled off after several years of use. In addition, each EVA bonding is thermally welded in a separate process, and there is a concern about a decrease in productivity and quality compared to a method in which the whole is bonded by a single heating operation.

特許文献3は平面状金属板が支持体即ち全体の基盤となり強度及び形状の精度を維持している点では優れている。しかしながら平面状金属板に波状金属板を溶接して通水路を形成し且つそれをヘッダー管に連結している構造は多くの溶接点があり、その製造信頼性はモジュールの冷却媒体のリーク発生のリスクとなっている。製造時の各種変動要因、台風に代表される長期間の外力や雨、湿気、大気汚染などを原因とした錆の発生などに対して心配が多い。屋根上などの補修の難しい設置条件及び極めて広い面積の多数枚のモジュールを設置し20〜30年もの長期間の作動を保証する機器である点を考え、さらにはこの溶接による平面金属板の変形、表面への凸凹の発生などによるセルへダメージないしは破損などのリスクもあり、採用できる構造とは言えない。 Patent Document 3 is excellent in that the planar metal plate serves as a support, that is, the entire base and maintains strength and shape accuracy. However, the structure in which the corrugated metal plate is welded to the flat metal plate to form a water passage and is connected to the header pipe has many welding points, and its manufacturing reliability is due to the occurrence of leakage of the cooling medium of the module. It is a risk. There are many worries about various factors during production, long-term external force such as typhoon, and rust caused by rain, moisture and air pollution. Considering the installation conditions that are difficult to repair on the roof, etc. and the fact that it is a device that guarantees long-term operation for 20 to 30 years by installing a large number of modules of a very large area, and further deformation of the flat metal plate by this welding There is also a risk of damage or breakage of the cell due to the occurrence of unevenness on the surface, and it cannot be said that the structure can be adopted.

とは言え、全体を真空ラミネート装置により一体で接合加工を行う方式は採用検討する価値がある。
特許文献4は太陽光発電セルの背面にアルミ板によるバックシートを設けこのバックシートに集熱管を押える集熱板を接着している。この集熱板をピンにより機械的に押さえ込んで接着させている。この接着は小さな金属片からなる集熱板はそれが小さい故にモジュールが台風などで風圧を受けて振動すると容易に端面部から接着剥がれが生じる。これを防ぐ意味で金属ピンにより機械的にバックシートと固定する方法はある程度の強度と信頼性向上に寄与するが、完全に剥がれを防止することは難しいと考えられる。且つ集熱管は多数本がヘッダー管にロー付け接続されておりこの部分からの冷却媒体の漏洩のリスクは大きく不安定な構造と言える。また、前述したピンによる接着接合は製造工程上も多くの手間と接合時間が必要となり生産性の悪化は製造コストの上昇を招くと考えられる。
Nonetheless, it is worth considering adopting a method in which the whole is integrally bonded by a vacuum laminator.
In Patent Document 4, a back sheet made of an aluminum plate is provided on the back surface of the photovoltaic power generation cell, and a heat collecting plate for pressing the heat collecting tube is bonded to the back sheet. The heat collecting plate is mechanically pressed by a pin and bonded. Since the heat collecting plate made of small metal pieces is small, the adhesion easily peels off from the end face when the module vibrates due to wind pressure due to a typhoon or the like. In order to prevent this, the method of mechanically fixing the back sheet with a metal pin contributes to a certain degree of strength and reliability improvement, but it is considered difficult to completely prevent peeling. In addition, a large number of heat collection tubes are connected to the header tube by brazing, and the risk of leakage of the cooling medium from this portion is large and can be said to be an unstable structure. In addition, the above-described adhesive bonding with pins requires a lot of labor and bonding time in the manufacturing process, and it is considered that the deterioration of productivity leads to an increase in manufacturing cost.

以上、詳細を説明してきたが、従来の技術では商品化を達成するには多くの課題が残されている事がわかる。それは本発明の対象の太陽光モジュールでは大きな面積のモジュール多数枚数から成るためこれを屋根の上等に設置する上での設置容易性と修理容易性が重要であり、且つ又20年以上の運転保証を要請される設備装置として多くの備えるべき特性が必要であるからである。さらに商品としての生産性と高い信頼性を持ち且つ実用的な価格で販売できるコストを達成するために多くの工夫が必要で、その為に必要な構造と材料及び製造方式に関する多くの技術が確立されなければならない。 Although the details have been described above, it can be seen that many problems remain to be achieved in the conventional technology. This is because the solar module which is the subject of the present invention is composed of a large number of modules having a large area, so that it is important to be easy to install and repair on a roof or the like, and to operate for more than 20 years. This is because many characteristics that should be provided are necessary as equipment for which guarantee is required. Furthermore, a lot of ingenuity is necessary to achieve the cost of being able to sell products at a practical price with high productivity and high reliability as a product, and many technologies related to the structure, materials and manufacturing methods necessary for that purpose have been established. It must be.

特開平10−62017号広報Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-62017 特開2003−234491号報JP 2003-234491 A 特開2002−39631号公報JP 2002-39631 A 特開2005−214430号広報Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2005-214430

以上の内容を検討課題としてまとめるとその重要な項目は以下のように整理される。即ち太陽光コジェネレイションモジュールを家庭用や店舗用など、限られたスペースに設置する商品価値の高い商品として実用化する為の構造と材料に関して以下の様な特性が要求される。
(1)構造強度
発電セルと冷却機構は安定して強固に保持されており、積雪、地震、台風、装置全 体の変形歪などのストレスに耐える構造、接合、材料が必要である。このため冷却 機構自体が高い強度を有するか、これとは別に高い強度の基板状の構造物が必要と 考えられる。この強度部材は強度のみでなく、錆などに強い材料で、軽量で、且つ 低コストで製造できることが必要である。
(2)平坦度
この強度部材乃至は基板の上面は破断し易い発電セルを支持するために精度の高い 平面であることが必要である。
(3)熱歪
この強度部材乃至は基板は発電セル材料と熱的に密着した関係に接合されるから、 温度変化によって生じる熱歪みにより生じる応力歪にも対応できることも重要とな る。即ち、シリコン結晶やガラスは温度変化に対し線膨張係数が極めて小さな材料 である(2.7〜3.5/百万/℃)のに対しアルミニウムではその十倍以上の熱 歪みによる変形が生じるため、その歪の差を緩和して、尚熱的な接合が維持されね ばならない。
(4)伝熱性能
発電セルにおいて生じる温熱を取り出す場合には発電セルと冷却機構とをできる限 り密着させる事が必要で、全ての部分に於いて、前述した様に温度変化による相対 歪を吸収できる構造と材料であることが求められる。 銅、アルミニウム、鉄、ガ ラス、樹脂の順に熱伝導に優れ、一方樹脂、アルミニウム、銅、鉄、ガラス、シリ コン基板の順に温度膨張係数が高い。これらの特性を活かして温熱を効率よく取り 出し且つ相互の熱歪みを吸収する構造と材料の利用が求められる。
Summarizing the above contents as a study topic, the important items are organized as follows. That is, the following characteristics are required for the structure and material for putting the solar cogeneration module into a commercial product with a high commercial value installed in a limited space such as a home or a store.
(1) Structural strength Power generation cells and cooling mechanisms are stably and firmly held, and structures, joints, and materials that can withstand stresses such as snowfall, earthquakes, typhoons, and deformation distortion of the entire system are required. For this reason, it is considered that the cooling mechanism itself has a high strength, or a high-strength substrate-like structure is necessary. This strength member is not only strong, but must be made of a material resistant to rust, light weight, and low cost.
(2) Flatness The upper surface of the strength member or the substrate needs to be a highly accurate plane in order to support the power generating cell that is easily broken.
(3) Thermal strain Since this strength member or substrate is bonded in a thermal contact with the power generation cell material, it is also important to be able to cope with stress strain caused by thermal strain caused by temperature change. That is, silicon crystal and glass are materials that have a very small linear expansion coefficient with respect to temperature changes (2.7 to 3.5 / million / ° C.), whereas in aluminum, deformation due to thermal strain more than ten times occurs. Therefore, the difference in strain must be relaxed and still thermal bonding must be maintained.
(4) Heat transfer performance When taking out the heat generated in the power generation cell, it is necessary to bring the power generation cell and the cooling mechanism in close contact as much as possible. It must be a structure and material that can be absorbed. Copper, aluminum, iron, glass, and resin are excellent in heat conduction in that order, while resin, aluminum, copper, iron, glass, and silicon substrate have high thermal expansion coefficients in that order. Utilizing these characteristics, it is necessary to use structures and materials that efficiently extract heat and absorb mutual thermal strain.

(5)冷却媒体漏れと冷却回路長期信頼性
冷却用の媒体は水、不凍液が使われるが、この媒体を発電セルの運転寿命と同等の 20年以上の期間にわたり漏れの発生が無く安定して運転させるため、簡略化され た構造の冷却機構とそれを構成する冷却媒体回路の構造が必要である。基本的には 溶接や接合の無い構造で、長期使用に耐える金属材料が望ましい。二枚板の溶接構 造などはどんなに精度の高い溶接を行っても完全に漏れを防止することが最重要と いう視点から見て採用できない。冷却配管の錆びの問題を解決する方法として冷却 回路を樹脂製にする方法も有力であるが、樹脂は線膨張係数がアルミより更に大き く(20〜90/百万/℃)熱伝導率が極めて小さい(0.3W/m℃)という問 題がある。
(6)発電セル〜冷却配管の接合信頼性
冷却配管をモジュールの基板に接合する方法はロー付け、接着など多くの方策があ るが、配管を基板に単純に接合する方法は基板内の伝熱特性、冷却管周囲の伝熱特 性、接合の剥がれ、基板の変形、等という視点で適した方法が見出せない。この部 分の接合には以下に記す様に、ホットメルト接合のための下面のカバー材としての 機能と基板から冷却配管に効果的に伝熱させる機能を果たし且つ軽量で低コストで あるアルミニウム製の薄板でカバーするなどの方法が適している。その形状もまた 以下に詳しく述べる様なニーズを満たすものが望まれる。
モジュールの基板を間にサンドイッチ状態に挟んで発電セルと冷却配管及びそのカ バー材を伝熱可能な状態で、且つ夫々の材料の熱歪み量の差により剥がれたり材料 破損させることが無く、且つ生産性に優れた、且つ製造コストに優位な接合方法に よる接合が必要である。
(5) Cooling medium leakage and long-term reliability of the cooling circuit Water and antifreeze are used as the cooling medium, but this medium is stable and free of leakage over a period of 20 years, which is equivalent to the operating life of the power generation cell. In order to operate, a cooling mechanism with a simplified structure and a structure of a cooling medium circuit constituting the cooling mechanism are required. Basically, it is desirable to use a metal material that can withstand long-term use without welding or joining. The welded structure of two plates cannot be adopted from the viewpoint that it is most important to prevent leakage, no matter how accurate the welding is. As a method for solving the problem of rusting of the cooling pipe, a method of making the cooling circuit made of resin is also effective. There is a problem of extremely small (0.3 W / m ° C).
(6) Reliability of joining the power generation cell to the cooling pipe There are many ways to join the cooling pipe to the module board, such as brazing and bonding. However, the simple way to join the pipe to the board is the transmission within the board. No suitable method can be found from the viewpoints of thermal characteristics, heat transfer characteristics around the cooling pipe, peeling of the joint, deformation of the substrate, etc. As described below, this part is made of aluminum, which serves as a cover material for the bottom surface for hot-melt bonding and effectively transfers heat from the substrate to the cooling pipe, and is lightweight and low-cost. A method such as covering with a thin plate is suitable. The shape should also satisfy the needs as detailed below.
The module substrate is sandwiched between the power generation cell, the cooling pipe, and its cover material in a state where heat can be transferred, and there is no peeling or material damage due to the difference in the amount of thermal strain between the materials. Bonding by a bonding method with excellent productivity and superior manufacturing cost is required.

(7)耐熱、耐候性
モジュールの運転環境は温度範囲:−20℃〜50℃、湿度範囲:10〜100%、
風速:40m/秒を想定している。この環境条件で作動したときのモジュール最 高温度は冷却媒体機能が停止したときには125℃程度となる。こんなに高温度に なるのは温熱収集装置として上面と下面及び外周の断熱を強化するためである。
−20℃に近い低温度環境での凍結についても十分な担保策が取られている必要 がある。
(8)生産性
問題となるのは発電セルと冷却媒体回路体の接合に関するところである。前述した 信頼性を担保するために複雑な製造方法を採用する事はコストアップになるため避 けなければならない。モジュールは一軒で多数枚数を使用するから、その製造の生 産性は通常の単一機器のそれより格段に洗練化させることが必要である。
(7) Heat resistance and weather resistance The operating environment of the module is a temperature range: -20 ° C to 50 ° C, a humidity range: 10 to 100%,
Wind speed: 40 m / sec is assumed. The maximum module temperature when operating under these environmental conditions is about 125 ° C when the cooling medium function stops. The reason for this high temperature is to reinforce the heat insulation of the upper and lower surfaces and the outer periphery as a thermal collector.
Sufficient security measures must be taken for freezing in a low temperature environment close to -20 ° C.
(8) Productivity The problem is related to the joining of the power generation cell and the cooling medium circuit body. Adopting a complicated manufacturing method to ensure the reliability mentioned above increases the cost and must be avoided. Since a module uses a large number of modules, the productivity of its production needs to be refined much more than that of a normal single device.

(9)コスト、材料費
以上の機能要求を満たす構造と材料と製造方法の開発は高度な技術を必要とする と同時に実用化を難しくしている。さらにそれらの機能を満足するものはその材料 、構造共に高機能なものとなるため、そのコストが高騰し、民生用の装置として実 用化が難しくなる。
(10)製造設備投資
コジェネレイションモジュールは複合機能を実現するための複雑な構造になり勝 ちであり、その製造工程も通常は幾つもの工程が必要で、そのための製造設備投資 は大きくなり、製造コストの高騰及び初期設備投資の増大は事業参画の障壁となる 。
以上、(1)〜(10)を満たしたモジュールの開発の成功実現を目指して本発明の各種技術は研究、検討されてきた技術である。
(9) Costs and material costs Development of structures, materials and manufacturing methods that meet the above functional requirements requires advanced technology and makes it difficult to put into practical use. Furthermore, since those that satisfy these functions are highly functional in terms of their materials and structure, their costs increase, making it difficult to put them into practical use as consumer devices.
(10) Manufacturing equipment investment Cogeneration modules tend to have a complex structure for realizing multiple functions, and the manufacturing process usually requires several processes, and the manufacturing equipment investment for that is large. Higher costs and increased initial capital investment are barriers to business participation.
As described above, various techniques of the present invention have been researched and studied with the aim of realizing successful development of modules satisfying (1) to (10).

以上の課題を全て解決できるモジュール構造、材料、製造方法は今まで明確になっていない。これらを要約すると太陽光コジェネレイションモジュールとしての目標課題は以下の3項目が重要であり、本出願の技術もこれを目標としたモジュールの実現を目指したものである。
(A)出力エネルギー目標として電力は太陽電池単独と同等、温熱も太陽熱温水器単独に 対し同等マイナス数%以上の性能レベルを達成する。
(B)運転寿命として20年、サービスメンテナンスを前提として30年を達成する。
(C)モジュールコストとして単一機能の太陽電池をベースに20〜30%コストアッ
プ以下を目標とする。
以上の目標課題の設定値は、これを実現する事により出力エネルギー価格半減という最大の目標を達成できると試算されるからである。
The module structure, material, and manufacturing method that can solve all the above problems have not been clarified so far. Summarizing these, the following three items are important as the target issues for the solar cogeneration module, and the technology of the present application is also aimed at realizing a module aiming at this.
(A) As an output energy target, electric power is equivalent to that of a solar cell alone, and thermal performance is equivalent to that of a solar water heater alone.
(B) Achieve 20 years of operating life and 30 years assuming service maintenance.
(C) 20-30% cost increase as a module cost based on single function solar cell
The target is below.
This is because the set values of the above target tasks are estimated to be able to achieve the maximum target of halving the output energy price by realizing this.

本発明が対象としているモジュールの構造方式は発電セルを金属製のモジュール基板(ヒートシンク平板)上に直接乃至は間接に密着させた状態で設置し、発電セルで発生する温熱を周囲に放熱させずにそのヒートシンク平板に伝熱させて集熱させる方とすることにより太陽光エネルギーの回収率を高め、太陽電池が12%前後の回収率であるのに対し、50%前後の高い回収率を得る事ができる。
従って家庭用コジェネレイション装置の場合、単独の太陽光発電セル方式(約30平方メートル)に比べて全受光面積は10〜15平方メートル程度に小型化しても実用的な効果を満たすことができる。一方、従来の太陽熱温水器の受光面積が4〜6平方メートルであるのに較べ大面積であるが、電力出力があることさらには得られる温熱量が充分で温水給湯ばかりでなく暖房にも利用可能となるなど、その出力エネルギーの利用価値が高いことが優位である。
The module structural method targeted by the present invention is that the power generation cell is installed directly or indirectly on a metal module substrate (heat sink flat plate), and the heat generated in the power generation cell is not dissipated to the surroundings. The solar energy recovery rate is increased by transferring heat to the heat sink plate to obtain a high recovery rate of around 50%, while the solar cell has a recovery rate of around 12%. I can do things.
Therefore, in the case of a home cogeneration apparatus, a practical effect can be satisfied even if the total light receiving area is reduced to about 10 to 15 square meters as compared with a single photovoltaic cell system (about 30 square meters). On the other hand, the light receiving area of the conventional solar water heater is larger than that of 4 to 6 square meters, but it has a power output, and the amount of heat obtained is sufficient, so it can be used not only for hot water supply but also for heating. It is advantageous that the utility value of the output energy is high.

請求項1は前述した多くの課題項目を解決するための基本的な技術構想を提示している。その技術構想の基本は、金属製のモジュール基板を中心に七層に固めた太陽電池コアの構造により極めて強固な平板構造を得ることができ、かつ全平面面積に渡って一様に接合した構造は接合部の剥がれに対し極めて高い信頼性を確保できると共に高い伝熱性能を確保できることである。同時に高い製造生産性と製造設備の簡略化を達成し製品コストの低減を達成できる多くの技術アイデアを提示している。
この太陽光コジェネモジュールは家屋の屋根上などに設置するもので、全体を平板状に構成し、固定用アングルなどで屋根上等に固定して設置する。
しかしてこのモジュールの中核をなす太陽電池を構成する発電セル組み立ては個々の発電セルを電気リードで連結して構成したものをさす。発電セルはシリコン結晶の薄板であるバルクシリコンと呼ばれるものやガラス板に銅、インジューム、セレン、ガリュームなどの金属成分を蒸着して電池層を形成したCISGと呼称されるものや、薄膜の樹脂の表面に塗装膜状に形成したアモルファスシリコン乃至は色素増感型と呼ばれるもの、更には前述した極く小さな球状のシリコン球をアルミ基盤にマウントした球状シリコンタイプと呼ばれるものなど多くの種類のものがある。ここに発電セル組み立てとはそれらのセルを多数並べてそれらを電気的に連結して全体として太陽電池機能を保持させた全体が薄板状のものを意味している。
Claim 1 presents a basic technical concept for solving the above-mentioned many problem items. The basis of the technology concept is a structure in which a very strong flat plate structure can be obtained by the structure of the solar cell core solidified in seven layers around a metal module substrate, and the structure is uniformly bonded over the entire plane area. Is to ensure extremely high reliability against peeling of the joint and high heat transfer performance. At the same time, it has presented many technical ideas that can achieve high manufacturing productivity, simplified manufacturing equipment, and reduced product cost.
This solar cogeneration module is installed on the roof of a house, etc., and is configured as a flat plate as a whole, and fixed on the roof or the like with a fixing angle or the like.
However, the assembly of power generation cells that constitute the solar cell that forms the core of this module refers to a configuration in which individual power generation cells are connected by electric leads. The power generation cell is called a bulk silicon, which is a thin plate of silicon crystal, a so-called CISG in which a metal layer such as copper, indium, selenium or gallium is deposited on a glass plate to form a battery layer, or a thin resin Many types of materials such as amorphous silicon or dye-sensitized type formed in the form of a paint film on the surface of the material, and the so-called spherical silicon type in which the above-mentioned extremely small spherical silicon sphere is mounted on an aluminum substrate There is. Here, the assembly of the power generation cells means a thin plate-like structure in which a large number of these cells are arranged and electrically connected to maintain the solar cell function as a whole.

セル上面カバーとはこの発電セル組み立てを保持し外界から保護するための蓋いであり、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)などの接合用樹脂により発電セル組み立ての上面に貼り付けて湿気、環境空気中のガスなどから保護するとともに発電セル組み立てを構造上保持する。太陽光に対し透明で化学的に安定し、フィルムの様にフレキしブルな材料が使用されるが、時にはガラス板を用いる事もあるが通常は化学的に安定したフッ素系の樹脂フィルムを用いる事が多い。このセル上面カバーは発電セル組み立ての上面に積層される熱応答性の接合用樹脂と事前に接合されたもの、乃至は一体化されたもの乃至は表面に耐湿度性耐候性を持たせる表面加工を施した、乃至は耐湿度性耐候性を持たせた熱応答性の接合用樹脂を用いる事によりその使用を省略することは勿論可能である。その場合には太陽電池コアは六層になる。 The cell upper surface cover is a lid for holding the power cell assembly and protecting it from the outside. It is attached to the upper surface of the power cell assembly with a bonding resin such as ethylene vinyl acetate copolymer resin (EVA), so that moisture and environmental air can be used. In addition to protecting it from the gas inside, the power generation cell assembly is structurally maintained. Transparent and chemically stable to sunlight, and flexible and flexible materials like films are used, but glass plates are sometimes used, but usually chemically stable fluorine-based resin films are used. There are many things. This cell upper surface cover is pre-bonded with or integrated with heat-responsive bonding resin laminated on the upper surface of the power generation cell assembly, or surface treatment that provides moisture resistance and weather resistance to the surface. Of course, it is possible to omit the use by using a heat-responsive bonding resin that has been subjected to or has been provided with moisture resistance and weather resistance. In that case, the solar cell core has six layers.

金属製のモジュール基板は平板状の金属板で発電セル組み立てと冷却媒体回路体の間に配置し、両者を上面と下面に担持して太陽電池コアを構成させる強度上の基盤となるものである。発電セルが割れ易いバルクシリコンである場合は勿論、その接合される部材の面の平坦度や歪み、変形の無い事が重要であり、モジュール基板として金属平板を独立して用いる理由の一つである。
その材質は鉄板、アルミ板、SUS板およびその表面塗装やメッキ加工したもの、樹脂コートしたものなどが使用される。その肉厚は強度、重量、コストなどを勘案して0.5mm〜1.2mm程度が選定される。その表面処理は受光した光の吸収特性向上、電気絶縁性、錆などの長期信頼性を勘案して最適な処理方法を選択する。
The metal module substrate is a flat metal plate that is placed between the power generation cell assembly and the cooling medium circuit body, and is supported on the upper and lower surfaces to form a solar cell core. . Of course, it is important that the power generation cell is bulk silicon that is easy to break, and that the flatness, distortion, and deformation of the surfaces of the members to be joined are important. is there.
As the material, an iron plate, an aluminum plate, a SUS plate, a surface coated or plated one thereof, a resin coated one, or the like is used. The thickness is selected from about 0.5 mm to 1.2 mm in consideration of strength, weight, cost, and the like. For the surface treatment, an optimum treatment method is selected in consideration of long-term reliability such as improvement in absorption characteristics of received light, electrical insulation, and rust.

モジュール基板は主にコスト低減と伝熱性能及び発電セルとの熱歪み特性評価の3点を考慮してその材料を選定される。このモジュール基板と冷却媒体回路を一体のものとせずに別部品として構成させる本発明提案の理由の一つに発電セルの種類に最適なモジュール基板材料を自由に選択できることがある。またモジュール基板を冷却媒体回路と分離して用いる理由の二つ目はその上面を完全に平坦にすることが容易であるため発電セルをマウントした時のセルへの変形や歪みを最小化できることである。 The material of the module substrate is selected mainly considering three points of cost reduction, heat transfer performance, and thermal strain characteristic evaluation with the power generation cell. One of the reasons for the proposal of the present invention in which the module substrate and the cooling medium circuit are configured as separate parts without being integrated is that a module substrate material optimum for the type of power generation cell can be freely selected. The second reason for using the module substrate separately from the cooling medium circuit is that it is easy to make the top surface completely flat, so that deformation and distortion to the cell when the power generation cell is mounted can be minimized. is there.

冷却媒体回路体は全体が平板状で冷却媒体である水や不凍液(プロピレングリコール水液)を内部に流通させる冷却媒体回路を内包し、発電セルや金属性のモジュール基板から熱を奪って集熱させる事を目的としたもので、各種の構造方式のものがある。例えば樹脂製で、上面が平坦で媒体流路を内部に形成してそこに冷却媒体を流す構造方式のものや、二枚のSUS板からなり上面の平面板に冷却媒体回路をプレス成形した下面の板を溶接して冷却媒体回路を形成したもの、さらには多数の管路を内部に形成したアルミ押し出し平板を用いたものや、請求項2に提示するアルミ薄板と配管を用いたものなどがある。いづれも上面が平面でかつ熱伝導性が良い構造材料が選定される。最も重要な評価基準は、冷却媒体の漏れ不良とモジュール基板との間の剥がれ不良を軽減して20年以上の使用でも充分な信頼性を有することが最重要であるが、製造コスト及び高い生産性を保持することもまた重要である。 The cooling medium circuit body is entirely flat and contains a cooling medium circuit that circulates water and antifreeze liquid (propylene glycol aqueous solution), which is the cooling medium, and collects heat from the power generation cell and metallic module substrate. There are various structural methods. For example, it is made of resin, has a flat upper surface and a medium flow path is formed inside, and a cooling medium flows therethrough, or a lower surface formed by pressing a cooling medium circuit on an upper flat plate made of two SUS plates The one formed by welding the plates of the cooling medium circuit, the one using the aluminum extruded flat plate having a number of pipes formed therein, the one using the aluminum thin plate and the pipe shown in claim 2, etc. is there. In any case, a structural material having a flat upper surface and good thermal conductivity is selected. The most important evaluation criterion is to reduce the leakage failure of the cooling medium and the peeling failure between the module substrates and to have sufficient reliability even after use for more than 20 years, but the manufacturing cost and high production It is also important to preserve sex.

以上説明したセル上面カバーと発電セル組み立てと金属製のモジュール基板と冷却媒体回路体を何れも平板状で同等の面積のものを積層させて相互に接合し一体化する構造方式が本発明の技術の基盤となる発想である。
以上の四つの平板状の部材の間に三層の接合用樹脂フィルムをサンドイッチした七層の平面構造として一緒に接合し強度のある一体化された本体を構成させることができる。ここではそれを太陽電池コアと呼称する。太陽電池コアは前述した様にほぼ同じ面積形状の七層の部材からなる平板状のものである。
The above-described structure system in which the cell upper surface cover, the power generation cell assembly, the metal module substrate, and the cooling medium circuit body described above are laminated in a flat shape and are joined to each other and integrated. It is an idea that becomes the foundation of
A strong integrated body can be constructed by joining together as a seven-layer planar structure in which three layers of bonding resin films are sandwiched between the above four flat plate-like members. Here, it is called a solar cell core. As described above, the solar cell core is a flat plate made of seven layers of members having substantially the same area.

上面カバーと発電セルの間を接合し発電セルを保持するため透明で150℃程度で軟化した後に架橋して固まり接合機能を発揮する熱応答性の接合樹脂としてエチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、エチレンメチルメタクリレート共重合樹脂(EMMA)などのフィルムを用いる。この接合樹脂と発電セル組み立ての下面に配置される同様な特性の熱応答性の接合樹脂により発電セルを密封し、かつ固定し保持する。 Ethylene-vinyl acetate copolymer resin (EVA) is a heat-responsive bonding resin that is transparent and softens at about 150 ° C to cross-link and harden to exhibit the bonding function. A film such as ethylene methyl methacrylate copolymer resin (EMMA) is used. The power generation cell is sealed, fixed, and held by the bonding resin and the heat-responsive bonding resin having similar characteristics arranged on the lower surface of the power generation cell assembly.

発電セル組み立ての下面の接合樹脂は前述したEVAの様な透明性は必要ではないが、金属製のモジュール基板との間の電気絶縁性が必要であるため、絶縁樹脂フィルムをサンドイッチ状に積層したEVAフィルムを用いたり、絶縁樹脂フィルムを用いる代わりに金属平板の表面に絶縁樹脂をコーティングしたモジュール基板を用いても良い。
モジュール基板と冷却媒体回路体との接合にも熱応答性の接合用樹脂を用いる。前述した透明のEVAを用いても良いし、必ずしも透明では無い熱応答性の樹脂フィルムを用いても良い。
The bonding resin on the lower surface of the power generation cell assembly is not required to be transparent as in the case of the EVA described above, but since it requires electrical insulation with the metal module substrate, an insulating resin film is laminated in a sandwich shape. Instead of using an EVA film or an insulating resin film, a module substrate in which an insulating resin is coated on the surface of a metal flat plate may be used.
A heat-responsive bonding resin is also used for bonding the module substrate and the cooling medium circuit body. The above-described transparent EVA may be used, or a heat-responsive resin film that is not necessarily transparent may be used.

以上述べて来た三層の熱応答性の接合用樹脂はフィルム状のものを前述した四層の部材の間にサンドイッチ状に配置して七層に積層させる。これをラミネーション処理槽内に設置し、150℃程度に数十分間加熱して真空環境にすることにより熱応答性の接合用樹脂は溶解して層の間に行渡り充満し、架橋して固まり四層の部材を接合する。接合樹脂EVAは架橋して固まった後も硬いゴムの様な柔軟性を保持するからセル上面カバー、発電セル、モジュール基板、冷却媒体回路間を相互に固定する事無くしかしながらしっかりと密着させて接合する。従って以上の四つの部材間の熱歪みを吸収緩和させて変形、反りセルの破断、接合剥がれなどの不具合を防止する。 The three-layer heat-responsive bonding resin described above is laminated in seven layers by placing it in a sandwich between the four-layer members described above. This is installed in a lamination treatment tank and heated to about 150 ° C. for several tens of minutes to create a vacuum environment, so that the heat-responsive bonding resin dissolves and fills between the layers and crosslinks. Join the four-layer members. Since the bonding resin EVA retains flexibility like a hard rubber even after it has been cross-linked and hardened, the cell upper surface cover, the power generation cell, the module substrate, and the cooling medium circuit are firmly bonded to each other without being fixed to each other. To do. Accordingly, the thermal strain between the above four members is absorbed and relaxed to prevent problems such as deformation, breakage of the warped cell, and peeling of the joint.

接合用樹脂は前述した様に固着後もそれ自体が柔軟性を有して四つの部材間の歪みや応力の緩衝材としての役割を果たすために充分な肉厚が、さらには発電セルで生じた太陽熱を全平面面積を通して効率よく冷却媒体回路内の冷却媒体に伝熱可能であるためには伝熱を阻害しない様に薄い肉厚が必要であるから実際は最適な厚さ寸法を選定する事が重要である。EVAの場合は実用上0.2〜0.8mm程度の肉厚寸法が選定される。
本発明の接合作業は単独のラミネーション作業及び必要によっては架橋のための保温作業のみに乃至はその双方を行なうことにより実現が可能であることが特徴である。従来は冷却媒体回路体とモジュール基板の接合は螺子占め、溶接、ロー付け、化学的接着などにより行い、発電セル組み立てとモジュール基板の接合はEVAによるホットメルト接合を行なうことが通例である。
As described above, the bonding resin is flexible even after being fixed, and a sufficient thickness is generated in the power generation cell to play a role as a buffer between strain and stress between the four members. In order to efficiently transfer the solar heat to the cooling medium in the cooling medium circuit through the entire plane area, a thin wall thickness is required so as not to hinder the heat transfer. is important. In the case of EVA, a wall thickness of about 0.2 to 0.8 mm is practically selected.
The joining work of the present invention is characterized in that it can be realized by performing only a laminating work and, if necessary, a heat retaining work for crosslinking or both. Conventionally, the cooling medium circuit body and the module substrate are usually joined by screw occupancy, welding, brazing, chemical bonding, or the like, and the power generation cell assembly and the module substrate are usually joined by EVA hot melt joining.

重要な事は以上の三層の接合が一つの加工工程により完成させる事ができることである。通常の接合や結合の加工の場合行なわれる接着、溶接、ロー付け、螺子締めなど、多種類の加工による部材の変形や作業ミス、長期使用による作業部不良化などが回避できるのみでなく高い生産性と製造コストの低減とともに、製造用の設備投資も最小化が可能であるという商品化、事業化する上で極めて重要な利点を有するものである。
しかして、全体で七層の構造物としての太陽電池コアを最も平易な方法により製作することができるわけである。
七層の太陽電池コアはその構造上、製造上の特徴から次の様な特長を有する。
1、七層という多層で一体の立体構造のためその強度が高い。
2、全接合面が密着するため伝熱特性に優れる。
3、一層枚に接合用樹脂層が介在するので相互の熱歪みを緩和する機能があり、特にモジ ュール基板という層の存在は熱歪み緩衝に最適な金属材料を選択使用を可能にする。
4、全面積を接合しているから真空効果により剥がれに対し、信頼性が高い。
5、生産性が高く、製造設備投資が少なくて済む。
6、中間層の部材は完全に外界と隔離できるから、錆、劣化などを防止する事ができる。
7、溶接や螺子占めなど其の他多くの接合加工が無く、製造不良のリスクも小さく、製品 の長期使用の信頼性を高める事が容易である。
8、熱処理接合による組み立てであり、接合対象となる部材の構造、材料、形状などを自 由に選択可能であり、最適な組み合わせが可能である。
9、以上の結果コスト的に優位である。
という、商品化する上での極めて優位な成果を得ることができる。
The important thing is that the above three-layer joining can be completed by one processing step. In addition to avoiding deformation of parts and work mistakes due to various types of processing such as bonding, welding, brazing, screw tightening, etc., which are performed in the case of normal joining and joining processing, high production is also avoided. This has extremely important advantages in commercialization and commercialization, in which the capital investment for manufacturing can be minimized, as well as the reduction of the manufacturing cost and the manufacturing cost.
Thus, the solar cell core as a seven-layer structure as a whole can be manufactured by the simplest method.
The seven-layer solar cell core has the following features due to its manufacturing characteristics.
The strength is high because of the three-dimensional structure of 1 and 7 layers.
2. Excellent heat transfer characteristics because all joint surfaces are in close contact.
3. Since the bonding resin layer is interposed in one layer, it has a function of relieving mutual thermal strain, and in particular, the presence of a layer called a module substrate makes it possible to select and use a metal material optimal for buffering thermal strain.
4. Since the entire area is bonded, it is highly reliable against peeling due to the vacuum effect.
5. Productivity is high and manufacturing equipment investment is small.
6. Since the members of the intermediate layer can be completely isolated from the outside world, rust, deterioration, etc. can be prevented.
7. There are no other joining processes such as welding and screw occupation, the risk of manufacturing defects is small, and it is easy to improve the reliability of long-term use of products.
8. Assembling by heat treatment joining, the structure, material, shape, etc. of the members to be joined can be freely selected, and the optimum combination is possible.
9. As a result, the cost is superior.
It is possible to obtain extremely superior results in commercialization.

しかして厳しい運転環境条件下での30年以上の運転寿命が期待される設備機器としての長期信頼性を保証することができるわけである。
さらに、接合して完成された太陽電池コアの外周部を耐候性塗料を塗布して密封することによりその信頼性をより高める事が可能である。
Therefore, it is possible to guarantee long-term reliability as equipment that is expected to have an operating life of 30 years or more under severe operating environment conditions.
Furthermore, it is possible to further improve the reliability by sealing the outer peripheral portion of the solar cell core completed by joining with a weather-resistant paint.

請求項2 一本配管
請求項2では冷却媒体回路体として、前記温熱を出力するために一本の金属製の冷却配管を曲げ成形し金属製の冷却配管カバーの上面に形成した凹部に埋め込んで上面が大略平坦になる様に双方を組み合わせた冷却媒体回路体を提示している。ここで一本の冷却配管とは一つの太陽光コジェネモジュールに使われる冷却媒体用の流路として金属製の配管である銅管やアルミ管やSUS管を用いることを大前提としている。
冷却媒体回路体として例えば樹脂製で内部に冷却媒体の回路を持った平板状の構造体や、二枚のステンレス板を溶接してその間に冷却媒体を流す方式のもの、上面が平板状のアルミ母体の中を冷却媒体回路を構成させたものなど多くの方式が提案されてきた。しかしながら本発明技術の目指すものは、屋根上に多数枚設置されるモジュールの設置性と長期信頼性を両立させることを考えたもので、軽量で設置し易く、且つ30年にも渡って長期間使用しても絶対に冷却媒体が漏れることが無いことが絶対必要条件である。従って長時間使用で劣化の心配のある樹脂と金属板を溶接接合して冷却媒体回路を構成したものなど製造ミスや長期使用による劣化が完全に排除できないものは適さないと考えている。一箇所でも屋根上で漏れが生じれば全体のシステムは作動不良となり、修理サービスの間は使用者に多大の迷惑をかける恐れがあるからである。唯一その目的に合う冷却媒体の方式は連続する一本の金属製の冷却管を用いて構成させるべきであるというのが本発明者の結論であり基本技術のベースになっている。
(2) One pipe In claim 2, as the cooling medium circuit body, in order to output the heat, one metal cooling pipe is bent and embedded in a recess formed on the upper surface of the metal cooling pipe cover. A cooling medium circuit body in which both surfaces are combined so that the upper surface is substantially flat is presented. Here, one cooling pipe is based on the premise that a copper pipe, an aluminum pipe or a SUS pipe, which is a metal pipe, is used as a flow path for a cooling medium used in one solar cogeneration module.
As a cooling medium circuit body, for example, a plate-like structure made of resin and having a cooling medium circuit inside, a type in which two stainless steel plates are welded and a cooling medium flows between them, and an aluminum plate with a flat top surface Many methods have been proposed, such as a cooling medium circuit configured in the matrix. However, the aim of the present invention is to achieve both long-term reliability and long-term reliability of modules installed on the roof, and it is lightweight and easy to install. It is absolutely necessary that the cooling medium never leaks even if it is used. Therefore, it is considered unsuitable for products that cannot completely eliminate deterioration due to manufacturing errors or long-term use, such as those in which a cooling medium circuit is formed by welding a resin and a metal plate that are likely to deteriorate after long-term use. This is because if a leak occurs even at one location, the entire system will malfunction and there is a risk of inconvenience to the user during repair service. The inventor's conclusion and the basis of the basic technology is that the cooling medium system that meets the purpose should be constructed using a single continuous metal cooling pipe.

勿論、請求項2では2本の銅製の冷却配管を途中で連結して用いる事などは可能である。
それは基本的にこの基本技術の考え方に含まれるからである。この連続する冷却配管を平板状のモジュール基板に熱的にかつ構造的に接合させるため、請求項2は薄板のアルミニウム板である冷却配管カバーでこの配管の下面をカバーして上面のモジュール基板に接合させる方式を提示している。この冷却配管カバーは生産性、製品重量、接合の信頼性、コストなどの視点からみて0.4mm〜1.2mmの肉厚の薄板を用い、接合面を全体に渡って平坦面にするため、アルミ薄板を成形して凹部を持たせたところに冷却配管を埋め込んで、両社の上面が平坦になる様に組み合わせる構造により上記の要請は達成される。
この構造方式の冷却媒体回路体を請求項1に提示した太陽電池コアに採用する事により本発明の目的である実用性のある太陽光コジェネレイションモジュールの基本構想が完成するものである。
Of course, in claim 2, it is possible to connect and use two copper cooling pipes in the middle.
This is because it is basically included in the concept of this basic technology. In order to thermally and structurally join these continuous cooling pipes to the flat module board, the cooling pipe cover, which is a thin aluminum plate, covers the lower surface of the pipe to cover the upper module board. Presents a method of joining. This cooling pipe cover uses a thin plate with a thickness of 0.4 mm to 1.2 mm from the viewpoint of productivity, product weight, joining reliability, cost, etc., and makes the joining surface flat throughout, The above requirement is achieved by a structure in which a cooling pipe is embedded in a place where a concave portion is formed by forming an aluminum thin plate so that the upper surfaces of both companies are flat.
By adopting this structural cooling medium circuit body in the solar cell core presented in claim 1, the basic concept of a practical solar cogeneration module which is the object of the present invention is completed.

請求項3は請求項2に示した冷却配管と冷却配管カバーとを熱的に且つ構造的に接合させるための技術を提示している。当然ながらこの部分の接合も前述した七層の接合と同時に行なうことが有効である。従ってやはり熱応答性の接合用樹脂としてEVAフィルムなどを冷却配管と冷却配管カバーとの隙間に挟み込んでおいて同時に接合する。この方法により高い生産性の確保、高い全体の接合信頼性、冷却配管の熱歪みの吸収緩和、低コストなどを達成する事が可能である。 Claim 3 presents a technique for thermally and structurally joining the cooling pipe and the cooling pipe cover shown in claim 2. Of course, it is effective to carry out the joining of this portion simultaneously with the joining of the seven layers described above. Therefore, an EVA film or the like is also sandwiched in the gap between the cooling pipe and the cooling pipe cover as a heat-responsive bonding resin, and is bonded simultaneously. By this method, it is possible to achieve high productivity, high overall joining reliability, absorption relaxation of thermal strain in the cooling pipe, low cost, and the like.

請求項4は太陽光コジェネレイションモジュールの全体構成を提示している。
モジュール上面カバーは平板状の太陽光コジェネレイションモジュールの上面をカバーし、雨、風、外界からモジュールをカバーして保守するための光透過性の平板状のものである。その下の太陽電池コアとの間の空気層はモジュールからの放熱ロスを極力少なくするために設けられる空間で、通常密封状態に近い30mm程度の厚さの空気空間を設ける事が多い。これ以上厚い空気層を設けても放熱ロスの軽減効果は少なく、モジュールの大きさが増し、コストは増加するし、枠体による太陽光の陰が発電セルの発電と温熱発生効率を低減させてしまう。従ってこの上部断熱層となる空気層空間の外周部には枠体の内側にモジュール上面カバーとモジュール基板とを連結して固定させる機能を兼ねた光を反射させる反射板を設置するのは有効である。その傾斜角度は発電セル面に対し45度〜75度の間で設計構成させることが実用的である。
Claim 4 presents the overall configuration of the solar cogeneration module.
The module upper surface cover covers the upper surface of the flat solar cogeneration module, and is a light transmissive flat plate for covering and maintaining the module from rain, wind, and the outside. The air layer between the solar cell core underneath is a space provided in order to minimize the heat dissipation loss from the module, and an air space having a thickness of about 30 mm, which is usually close to a sealed state, is often provided. Even if a thicker air layer is provided, the effect of reducing heat dissipation loss is small, the size of the module increases, the cost increases, and the shade of sunlight by the frame reduces the power generation and heat generation efficiency of the power generation cell. End up. Therefore, it is effective to install a reflector that reflects the light that also functions to connect and fix the module top cover and the module substrate inside the frame on the outer periphery of the air space that becomes the upper heat insulating layer. is there. It is practical to design the inclination angle between 45 degrees and 75 degrees with respect to the power generation cell surface.

下部断熱層も放熱ロスを低減させるとともに、下面のカバー材として重要な機能を有する。通常は20〜30mmの厚さの発泡樹脂断熱材を用いる。ウレタン発泡板の下面にポリエティレンカバーシートを張ったものなどが適している。
枠体は上面カバー、太陽電池コア、下部断熱層の外周を被い保持する。樹脂製、アルミ製、SUS製のものなどが優れている。そのポイントはモジュール全体を支持、保持する強度と、降雪により上面カバー上に積雪する雪が融け落ちる事を邪魔しないように上面カバーからの出っ張り寸法を少なくする事が重要であり、少なくともモジュールの下端面では上面カバーからの出っ張りを無くす様な構造設計が求められている。
請求項4に示す簡単な全体構造はシステムの性能確保、運転信頼性確保、コスト低減の上で極めて重要な実用化技術である。
The lower heat insulating layer also reduces heat loss and has an important function as a cover material for the lower surface. Usually, a foamed resin heat insulating material having a thickness of 20 to 30 mm is used. A urethane foam sheet with a polyethylene cover sheet on the lower surface is suitable.
The frame covers and holds the outer periphery of the top cover, solar cell core, and lower heat insulating layer. Resin, aluminum, SUS, etc. are excellent. It is important to support and hold the entire module and to reduce the protruding size from the top cover so as not to disturb the snow that accumulates on the top cover due to snowfall. Therefore, a structural design that eliminates the protrusion from the top cover is required.
The simple overall structure shown in claim 4 is a practical technology that is extremely important in ensuring system performance, ensuring operational reliability, and reducing costs.

請求項5、6はモジュール基板の材質選定に関する基本技術である。
発電セルの主要部材とは以下の様に定義される。平板のバルクシリコン結晶セルをリード線で回路連結した場合はシリコン結晶が主要部材である。ガラス基板に金属化合物を蒸着させたものは発電セルは金属化合物であるが主要部材はガラス基板となる。樹脂板に発電セル材料を塗装したものでは樹脂板が主要部材である。また、アルミ基盤に無数の球状のシリコン結晶を配置した球状セル方式ではアルミ板が主要部材となる。主要部材とはモジュール基板に対して接合される基盤となる部材を意味している。
Claims 5 and 6 are basic techniques relating to material selection of the module substrate.
The main members of the power generation cell are defined as follows. When a flat bulk silicon crystal cell is connected in a circuit with a lead wire, a silicon crystal is a main member. In the case where a metal compound is deposited on a glass substrate, the power generation cell is a metal compound, but the main member is a glass substrate. A resin plate is a main member of a resin plate coated with a power generation cell material. In the spherical cell system in which an infinite number of spherical silicon crystals are arranged on an aluminum substrate, an aluminum plate is a main member. The main member means a member to be a base bonded to the module substrate.

請求項5、6に示されている技術は主にこの主要部材とモジュール基板を接合した時の熱歪みの相対差をなるべく小さな材質同士を組み合わせると同時に伝熱特性を損なわず、コスト上で優位な材料を選択をする上での技術である。
即ち、発電セルがガラス、シリコン系の場合(線膨張係数が2〜5×10の六乗)は線膨張係数ECが小さいので最もECが小さくて実用的な金属材料である鉄板、鋼板、ステンレス鉄板(EC=12〜18×10の六乗)を用いる。線膨張係数が近い材料を用いて発電セルに生じる歪み応力を軽減させて、亀裂や断線やそりが生じる事を防止する事が出来る。その意味で発電セルの基板がアルミニウム(EC=24×10の六乗)や樹脂(EC=20〜90×10の六乗)の場合には最もECが大きく実用的な金属材料であるアルミニウムを用いる事が推奨される。
The techniques shown in claims 5 and 6 are advantageous in terms of cost, mainly by combining the materials with the smallest possible thermal strain when the main member and the module substrate are joined together, and at the same time without impairing the heat transfer characteristics. This is a technique for selecting a suitable material.
That is, when the power generation cell is made of glass or silicon (the linear expansion coefficient is the second power of 2 to 5 × 10), the linear expansion coefficient EC is small, so that the smallest EC is a practical metal material such as an iron plate, steel plate, and stainless steel. An iron plate (EC = 12-18 × 10 6) is used. By using a material having a similar linear expansion coefficient, the strain stress generated in the power generation cell can be reduced, and the occurrence of cracks, disconnections, and warpage can be prevented. In that sense, when the substrate of the power generation cell is aluminum (EC = 24 × 10 6) or resin (EC = 20 to 90 × 10 6), the metal with the largest EC is practical metal material. It is recommended to use it.

バルクシリコンを用いた発電セルの場合モジュール基板は肉厚が0.5t〜1.0tの
鉄板を用いる。この肉厚は積雪などに耐えるための耐圧強度とモジュールの全重量軽減、コスト低減などを勘案して決定する。鉄板であればその熱伝導性、熱歪み、平坦度、強度、加工性の各評価項目について及第点を得る事ができるし、何よりも材料価格の安いことが最大の利点である。実際にはモジュール基板に鉄板を用いる場合は長い年月の使用を想定して錆の発生が懸念されるし、発電セルとの絶縁を確実にするために塗装を施したり、樹脂皮膜を施したり、メッキを施してそれを防止する事が望ましい。同様に請求項6に示した様にアルミニウムを用いた場合も伝記絶縁を考慮してその表面に樹脂皮膜を施したりアルマイト処理したり塗装したものを用いる事が望ましい。
In the case of a power generation cell using bulk silicon, an iron plate having a thickness of 0.5 t to 1.0 t is used for the module substrate. This thickness is determined in consideration of the pressure resistance to withstand snow, etc., reducing the total weight of the module, and reducing costs. In the case of an iron plate, it is possible to obtain points for each evaluation item of thermal conductivity, thermal strain, flatness, strength, and workability, and the most important advantage is that the material price is low. In fact, when using an iron plate for the module substrate, there is a concern about the occurrence of rust on the assumption that it will be used for a long period of time, and painting or resin coating is applied to ensure insulation from the power generation cell. It is desirable to prevent this by plating. Similarly, when aluminum is used as shown in claim 6, it is desirable to use a resin film coated or anodized or painted on the surface in consideration of the biographical insulation.

請求項7に示した様に、モジュール基板に鉄板などの錆び易い金属材料を用いた場合、基板の全体をサンドイッチしたEVAなどの接合樹脂フィルムの中に埋没させて外界空気と接触させない事により錆による劣化を生じない様に工夫する事ができる。この場合鉄板製のモジュール基板の平面形状寸法はその上面と下面の接合用樹脂によって完全に覆われる様に小型にする。この技術により最も安価で特性に優れた鉄板をモジュール基板として用いてその最大の課題としての錆による劣化を防止できるわけである。
しかしながら、鉄板やステンレス鋼板をモジュール基板として利用する場合にはその材料としての熱伝導の悪さを考慮した設計が必要である。アルミ平板(肉厚2mm)の場合には100mm程度の広いピッチ間隔で冷却配管をアルミ平板の背面に熱的に接合すれば伝熱は良好であるが、鉄板(肉厚2mm)の場合には狭いピッチ間隔として設置するなど冷却配管本数を増やす必要がある。できればモジュール基板の下面の全面を冷却媒体で直接冷却させる事が望ましい。これは冷却媒体のモジュール基板への接触面積をどのようにして増加させるかという課題である。モジュール基板下面の全面を冷却媒体を接触させて流す事は構造上、従ってコスト上で問題がある。そこで提案者はどの程度の面積を冷却させれば良いのかをシュミレイションし且つ試験評価をおこなって冷却配管のピッチを最適化する必要がある。
As shown in claim 7, when a rust-resistant metal material such as an iron plate is used for the module substrate, the entire substrate is buried in a sandwiched resin film such as EVA sandwiched so that it does not come into contact with outside air. It can be devised so as not to cause deterioration due to. In this case, the planar shape dimensions of the module board made of iron plate are made small so that the upper and lower surfaces are completely covered with the bonding resin. With this technology, it is possible to prevent deterioration due to rust, which is the biggest problem, using the cheapest iron plate having excellent characteristics as a module substrate.
However, when an iron plate or a stainless steel plate is used as a module substrate, it is necessary to design in consideration of the poor heat conduction as the material. In the case of an aluminum plate (thickness 2 mm), heat transfer is good if the cooling pipe is thermally joined to the back of the aluminum plate with a wide pitch interval of about 100 mm, but in the case of an iron plate (thickness 2 mm). It is necessary to increase the number of cooling pipes, such as by installing them at narrow pitch intervals. If possible, it is desirable to directly cool the entire lower surface of the module substrate with a cooling medium. This is a problem of how to increase the contact area of the cooling medium to the module substrate. Flowing the entire surface of the lower surface of the module substrate in contact with the cooling medium is problematic in terms of structure and cost. Therefore, the proposer needs to simulate how much area should be cooled and perform test evaluation to optimize the pitch of the cooling pipe.

発電セル温度と冷却媒体の間に生じる温度差は冷却媒体が流れない即ち直接冷却しない部分を非冷却領域とした場合のその非冷却領域の短距離幅寸法L(曲げ成形してジグザグ配設した冷却管の場合、隣接冷却管ピッチ寸法から管直径寸法を差し引いた寸法になる)の2乗に比例し、ヒートシンク平板肉厚に逆比例する。実際に採用される肉厚1mmの鉄板の場合は、例えば太陽光が1KW/1平方メーターの照度(日中の太陽光を直角に受ける時)でありその40%に相当する熱量を冷却媒体で吸収しようとした場合、前記の短距離寸法Lが40mmのときは上記温度差は5℃程度生じることとなるから、最大でも短距離寸法は50mm以下に設定しないとその温度差はシステム全体の性能の低下をおこして致命的となるからである。この最短距離寸法Lを小さくするために冷却管直径を大きくとると、材料コストが増加し、且つ管内の冷却媒体の流速が低下してしまい、媒体側冷却効果が低下するし、冷却媒体の封入所要量が増加しすぎてしまい、システム全体封入量増加の問題、水の場合は凍結防止が難しくなる問題などが顕在化するから避けねばならない。 The temperature difference generated between the power generation cell temperature and the cooling medium is the short distance width dimension L of the non-cooling area when the portion where the cooling medium does not flow, i.e., the portion where the cooling medium does not directly cool is set as the non-cooling area. In the case of a cooling pipe, it is proportional to the square of the adjacent cooling pipe pitch dimension minus the pipe diameter dimension) and inversely proportional to the heat sink plate thickness. In the case of an iron plate having a thickness of 1 mm that is actually adopted, for example, sunlight has an illuminance of 1 KW / 1 square meter (when sunlight is received at a right angle during the day), and the amount of heat corresponding to 40% of that is used as a cooling medium. If the short distance dimension L is 40 mm when absorbing, the temperature difference will be about 5 ° C. Therefore, unless the maximum short distance dimension is set to 50 mm or less, the temperature difference is the performance of the entire system. This is because it will be fatal. If the diameter of the cooling pipe is increased in order to reduce the shortest distance dimension L, the material cost increases, the flow rate of the cooling medium in the pipe decreases, the cooling effect on the medium side decreases, and the cooling medium is enclosed. Since the required amount increases too much, the problem of an increase in the amount of the entire system enclosed, and in the case of water, it becomes difficult to prevent freezing, etc. must be avoided.

材料コスト低減の意味で、冷却媒体の流れる回路を幅広にするために樹脂で形成するのは有力な手段であり、この場合は鉄板やステンレス鋼板の下面に樹脂成型した冷却媒体回路を接着する。樹脂は一般に線膨張係数が大きいから鉄板やステンレス鋼板の温度変化により接着部に歪寸法差が集中して剥がれたり破損したりするという心配があるし、太陽電池コア全体が温度変化で変形してしまうことに注意が必要である。これを防ぐには樹脂にグラスウールファイバーやカーボンファイバーを混ぜ込んで、線膨張係数を小さくしたり、樹脂の冷却媒体回路の形状に熱歪を吸収させる構造にする方法などが有効である。 In order to reduce the material cost, it is an effective means to form the circuit through which the cooling medium flows with resin in order to widen the circuit. In this case, the resin-molded cooling medium circuit is bonded to the lower surface of the iron plate or stainless steel plate. Resins generally have a large coefficient of linear expansion, so there is a concern that the strain size difference will concentrate on the bonded part due to temperature changes of iron plates and stainless steel plates, and the entire solar cell core will be deformed by temperature changes. It is necessary to pay attention to it. In order to prevent this, it is effective to mix glass wool fiber or carbon fiber into the resin to reduce the linear expansion coefficient, or to make the structure of the resin cooling medium circuit to absorb thermal strain.

請求項8に提示した技術は、モジュール基板の下面に接合面が一致して合わさる様に平坦に形成した冷却配管を接着したりロー付けしたりする方式に関するものである。冷却配管の端面を平坦に加工する技術は既に提案されている。この場合冷却配管に形成した平坦面が前述した冷却配管カバーにこの冷却配管を組み込んだ時に冷却配管カバーの平坦面と丁度面一二なり、冷却配管と冷却配管カバーが合わさって接合用の平坦面を構成させることが有効である。これによりモジュール基板と全面的に合わされた面で接合が可能であり、且つ又冷却配管に成形した平坦面が直接的な伝熱面として機能するとともに、冷却配管カバーへ伝わった熱を半円面を通して受け取る事が可能となり、理想的な伝熱特性が得られる。 The technique presented in claim 8 relates to a method of bonding or brazing a cooling pipe formed flat so that the joint surface coincides with the lower surface of the module substrate. A technique for processing the end face of the cooling pipe to be flat has already been proposed. In this case, the flat surface formed on the cooling pipe is just flush with the flat surface of the cooling pipe cover when the cooling pipe is incorporated into the cooling pipe cover described above, and the cooling pipe and the cooling pipe cover are joined together to form a flat surface for joining. It is effective to configure. As a result, it is possible to join the entire surface with the module substrate, and the flat surface formed on the cooling pipe functions as a direct heat transfer surface, and the heat transferred to the cooling pipe cover is semicircular. It is possible to receive through, and ideal heat transfer characteristics are obtained.

請求項10は冷却配管の平坦面の形状にかんするものである。一例として、断面を蒲鉾断面状にして平坦面を確保し、且つ全体を蛇行状に形成したものをモジュール基板に接着やロー付けする方法がある。この接合面積の確保、即ち周方向の長さが全外周長さに対してどの程度の割合に設定する事が望ましいかというデータ情報が重要である。接合面の面積確保は接合の確実度アップと同時に伝熱面積確保の点で極めて重要であるからである。 周方向における接合面の全外周に対する割合を考えたとき、50%とすれば配管は完全につぶれた状態で冷却媒体は流れない。38.9%では配管は完全な半円形状となる。冷却媒体の流路面積を重視した場合はこの数値は30%以上を選定すべきであるし、モジュール基板との接合面積を確保するという発想では約38.9%程度の半円形状が望ましい。さらにモジュール基板内の熱伝導を考慮するとこの平坦面幅を大きく設定する事が有効であるが42%以上では配管材料が高くなりすぎる。以上の考察を全て考慮すると30%以上で42%以下が望ましい。40%以上では極めて扁平な管路となり、モジュール基板への接合面積は大きくなり性能上優位であるが、材料費のコスト面では限界である。実際は30〜42%の範囲の割合を平坦面とするのが実用的である。 The tenth aspect relates to the shape of the flat surface of the cooling pipe. As an example, there is a method of securing or flattening a flat surface by making the cross section into a cross-sectional shape and bonding or brazing the whole to a meandering shape. It is important to provide data information on how to secure the bonding area, that is, what ratio should be set in the circumferential direction with respect to the total outer circumferential length. This is because securing the area of the joining surface is extremely important in terms of securing the heat transfer area as well as increasing the certainty of joining. Considering the ratio of the joint surface in the circumferential direction to the entire outer periphery, if 50%, the piping is completely crushed and the cooling medium does not flow. At 38.9%, the pipe is completely semicircular. If the flow path area of the cooling medium is regarded as important, this value should be selected to be 30% or more, and a semicircular shape of about 38.9% is desirable in the idea of securing a bonding area with the module substrate. Furthermore, considering the heat conduction in the module substrate, it is effective to set the flat surface width large, but if it is 42% or more, the piping material becomes too high. Considering all the above considerations, it is desirable that the ratio is 30% or more and 42% or less. If it is 40% or more, the pipe line becomes extremely flat and the area of the joint to the module substrate becomes large, which is advantageous in terms of performance. However, the material cost is limited. Actually, it is practical to set the ratio in the range of 30 to 42% as a flat surface.

冷却配管として水に対する防錆に強い樹脂やステンレス鋼管、内面を防錆用に樹脂をライニングした鉄管やステンレス鋼管やアルミ管を選定することも有効である。モジュール基板が鉄板であれば、その線膨張係数は12.1(×1/百万/℃)となり、アルミ24.0(同)に較べ、ガラス3.5〜10.0(同)やシリコン結晶体のそれ2.7(同)に近い値となり、熱ひずみによるストレスはかなり緩和される。その場合冷却配管も同等な線膨張係数の材料を選定する事が望ましい。以上の様に冷却配管や冷却媒体回路や冷却媒体回路カバーなどを接着剤などでモジュール基板に接着する場合、その後の剥がれ、変形を防止する意味で機械的にも固定する事が望ましい。従ってモジュール基板で発電セルがその上面に接合された場合に発電セルの無い部分、即ちモジュール基板の外周部において機械的にモジュール基板と冷却配管などを固定する事は実用的である。機械的な固定とは固定バンドを用いてネジ留めする方法などが考えられる。     It is also effective to select a resin or stainless steel pipe that is resistant to rust against water as the cooling pipe, and an iron pipe, stainless steel pipe, or aluminum pipe lined with resin for rust prevention on the inner surface. If the module substrate is an iron plate, the coefficient of linear expansion is 12.1 (× 1 / million / ° C.), and glass 3.5 to 10.0 (same) or silicon compared to aluminum 24.0 (same). The value is close to 2.7 (same) as that of the crystal, and the stress due to thermal strain is relieved considerably. In that case, it is desirable to select a material having the same linear expansion coefficient for the cooling pipe. As described above, when the cooling pipe, the cooling medium circuit, the cooling medium circuit cover, and the like are bonded to the module substrate with an adhesive or the like, it is desirable to fix them mechanically in order to prevent subsequent peeling and deformation. Therefore, when the power generation cell is bonded to the upper surface of the module substrate, it is practical to mechanically fix the module substrate and the cooling pipe or the like at the portion where the power generation cell is not present, that is, the outer periphery of the module substrate. Mechanical fixing may be a method of screwing using a fixing band.

請求項9はモジュール基板の金属材料と冷却配管の材料の組み合わせに関する技術を提示した。この組み合わせの理由は熱歪みを軽減させるために線膨張係数の近い材料同士を用いる事とコストを低減させる事である。 アルミニウム管と樹脂管の冷却管を用いる理由はコスト低減である。アルミ管は冷却媒体により腐食されることを防止するためその内面をポリエティレン樹脂などでライニングコートする。
請求項2に関して前述した様に冷却配管カバーを極力大面積なものを用い樹脂接合面の密封状態を確保する事が接合剥がれを防ぐ意味で重要である。しかしながら請求項11でカバー薄板を一枚では無くて2〜9枚に分割したのは、温度変化による熱歪みを吸収するための工夫である。特に冷却配管の長手方向には熱歪み吸収の仕掛けが不可欠でありそちらの方向は冷却配管カバーは二つ以上に分団せざるを得ない。この分断ラインは切断ラインであるが、一部連結部を残した大部分が切込みされて実質的に分断されたものとか、応力歪みを吸収するための山形ビードをライン状に形成したものでも良い。
Claim 9 presents a technique relating to the combination of the metal material of the module substrate and the material of the cooling pipe. The reason for this combination is to use materials with similar linear expansion coefficients in order to reduce thermal distortion and to reduce the cost. The reason for using a cooling tube of an aluminum tube and a resin tube is cost reduction. In order to prevent the aluminum tube from being corroded by the cooling medium, the inner surface thereof is lined with polyethylene resin or the like.
As described above with respect to the second aspect, it is important to use a cooling pipe cover having a large area as much as possible to ensure a sealed state of the resin joint surface in order to prevent joint peeling. However, the reason why the cover thin plate is divided into 2 to 9 sheets instead of one sheet is a device for absorbing thermal strain due to temperature change. In particular, a device for absorbing thermal strain is indispensable in the longitudinal direction of the cooling pipe, and in that direction, the cooling pipe cover must be divided into two or more. This parting line is a parting line, but it may be partly cut by cutting most of the part other than the connecting part, or may be formed by forming an angled bead for absorbing stress strain in a line shape. .

分断部分は塗装乃至はテープ貼り付けなどにより空気及び湿度の接合用樹脂との遮断を行なうことが接合の信頼性を保つ上で重要であるし、加熱接合を行なう前にテープにより
分断部分のシールを行っておけば、接合用樹脂が溶けてはみ出てくるのを防止することも
可能である。加熱接合時には冷却配管カバーのアルミ板は大きく膨張し、接合完了後に平温まで冷却した時には前記の分断面には隙間のラインができる。通常0.5mm程度の隙間のラインとなる。従って実際の運転の再に高温度に晒された時にはその隙間が熱歪みを吸収するための伸び代に対する余裕となる。
It is important to maintain the reliability of the part to be cut off from the bonding resin of air and humidity by painting or tape sticking, and the part to be cut is sealed with tape before heat bonding. If this is done, it is possible to prevent the bonding resin from melting and protruding. At the time of heat joining, the aluminum plate of the cooling pipe cover expands greatly, and when the joint plate is cooled to a normal temperature after the joining is completed, a gap line is formed on the aforementioned sectional surface. Usually, it is a line with a gap of about 0.5 mm. Therefore, when exposed to a high temperature during the actual operation, the gap provides a margin for the expansion allowance for absorbing thermal strain.

さて、冷却管に水を通す場合夏季の高温度環境では水ポンプが故障した時に発電セル、モジュール基板、冷却管などの温度が120℃以上に上昇する事がある。この場合樹脂や接着剤の耐熱性が厳しい状況となる。一方厳寒期の深夜など輻射冷却もあってセルから放熱し、モジュール基板も冷却配管も0℃以下に下がる。このときには冷却管内の水の凍結による冷却配管カバー、モジュール基板、発電セルなどの破損、接着接合部の剥がれなどの不良の発生が心配される。その対策は何れも冷却配管周りの構造が重要となる。 酷暑期の温度上昇時には冷却配管内の水は蒸発して温度上昇を抑える効果を発揮する。この発生した蒸気を自然対流により冷却管内を上昇し、排気される方式を採用するには冷却管の内部に気体溜まりの空間の無い事が重要である。冷却管の全ての部分が例えば蛇行状でのぼり傾斜で構成されていれば発生した水蒸気は最上部まで上昇し、排蒸気機構を通して外部に排気される。 When water is passed through the cooling pipe, the temperature of the power generation cell, the module substrate, the cooling pipe, etc. may rise to 120 ° C. or higher when the water pump breaks down in the summer high temperature environment. In this case, the heat resistance of the resin or adhesive is severe. On the other hand, there is radiation cooling such as midnight in the severe cold season, and heat is radiated from the cell, and both the module substrate and the cooling pipe are lowered to 0 ° C. or lower. At this time, there is a concern that the cooling pipe cover, the module substrate, the power generation cell, etc. may be damaged due to the freezing of water in the cooling pipe, and the defect such as peeling of the adhesive joint portion may occur. In order to prevent this, the structure around the cooling pipe is important. When the temperature rises during the heat wave, the water in the cooling pipe evaporates and exhibits the effect of suppressing the temperature rise. In order to adopt a system in which the generated steam is raised in the cooling pipe by natural convection and exhausted, it is important that there is no space for gas accumulation inside the cooling pipe. For example, if all the parts of the cooling pipe are formed in a meandering climbing slope, the generated water vapor rises to the top and is exhausted to the outside through the exhaust steam mechanism.

この結果冷却配管内は常に水に満たされているので100度プラス若干の温度上昇以下に保つ事が可能となる。一方厳寒期にはモジュールの外部の下方に設けられた凍結防止駒組み込みの蛇口によってモジュール内の水の凍結を防止する。該蛇口はモジュールの冷却管内と連通されており、外気温度が降下し該蛇口の駒部分が1〜2℃以下になると駒は開き蛇口から排水が行われる。この排水量はわずかであるがモジュールの冷却管内の水を循環させることになり凍結を防止することができる。勿論駒の温度が上昇すれば蛇口は閉じられるから排水される水量はモジュールの断熱のし具合によっては僅かですます事ができる。この場合にも冷却管内に水溜まり箇所が無く全ての内包された水が少しずつ流下することができることが重要である。
このため、冷却媒体は冷却配管の最下部分から導入されて最上部から排出される方式をとり、冷却管の構成は下から上に向けて常に水平か登り勾配になっている事が必要である。
As a result, the inside of the cooling pipe is always filled with water, so that it can be kept below 100 degrees plus a slight temperature rise. On the other hand, in the severe cold season, water in the module is prevented from freezing by a faucet built in the antifreeze piece provided below the outside of the module. The faucet communicates with the inside of the cooling pipe of the module. When the outside air temperature drops and the piece portion of the faucet becomes 1 to 2 ° C. or less, the piece is opened and drained from the faucet. Although the amount of this drainage is small, the water in the cooling pipe of the module is circulated and freezing can be prevented. Of course, if the temperature of the piece rises, the faucet will be closed, so the amount of water drained can be slightly reduced depending on the insulation of the module. In this case as well, it is important that there is no pool of water in the cooling pipe and that all the contained water can flow down little by little.
For this reason, the cooling medium is introduced from the lowermost part of the cooling pipe and discharged from the uppermost part, and the structure of the cooling pipe must always be horizontal or ascending from the bottom to the top. is there.

以上に述べた異常温度上昇は請求項4の説明で前述した様に太陽電池コアの上面と下面に断熱層を設けたことが直接の原因である。そこでこの断熱層の何れかに冷却通風路を設けておき、その下端部は必要最小限の通風孔を設け、最上部に温度検知型の開閉扉を設置する方式は有効である。その扉はモジュール基板の最上部の端部に設け、冷却通風路は
上部断熱層である空気層を用いる方法が有効な方法である。温度検知型の開閉扉は90℃前後で開となり、75℃程度の温度で閉となる様にバイメタルサーモに連動したバネ機構によって自動開閉させる方法が適切である。接合用樹脂などの耐熱仕様限界温度は100℃以上であり、コジェネレイションモジュールの正常運展時の出力温熱温度は最大60℃程度に設定すると想定し、上記の開閉温度の仕様が決定される。
The abnormal temperature rise described above is directly caused by the provision of the heat insulating layers on the upper surface and the lower surface of the solar cell core as described in the description of claim 4. Therefore, it is effective to provide a cooling ventilation path in any one of the heat insulation layers, provide a minimum necessary ventilation hole at the lower end thereof, and install a temperature detection type opening / closing door at the top. An effective method is to provide the door at the uppermost end of the module board and use an air layer as the upper heat insulating layer for the cooling air passage. A temperature detection type open / close door is automatically opened and closed by a spring mechanism linked to a bimetal thermo so that it opens at around 90 ° C. and closes at a temperature of about 75 ° C. The above open / close temperature specification is determined on the assumption that the heat resistant specification limit temperature of the bonding resin or the like is 100 ° C. or higher and the output thermal temperature during normal operation of the cogeneration module is set to about 60 ° C. at the maximum.

本発明により次のような効果が得られるものと考えられる。
1、太陽光を利用して電力と温熱を同時に同一のセルから獲得する機能(コジェネレイ ション)を持った太陽光コジェネレイションモジュールを実用化するための基本方式、 構造に関する基本技術を提示し、製品化を可能にした。
2、太陽光コジェネレイションモジュールの設計、製造に必要な構造、材料其の他の基本
的な技術を明確化した。
3、本発明に提示した技術により高性能で実用的な、高い信頼性で長寿命、生産性の高い コスト対応力のある太陽光コジェネレイションモジュールの実現ができる。
4、このモジュールを組み込んだ分散型エネルギー利用システムを実現する見通しを立て ることが可能であり、このシステム実現のための検討を進める事ができる。
5、このシステムを実現して普及させ、エネルギー価格に優れた、CO2発生の少ない地 球環境保護に貢献させる事が可能になると期待される。
The following effects are considered to be obtained by the present invention.
1. Present the basic method and basic technology for the construction of a solar cogeneration module that has the function (cogeneration) to simultaneously acquire power and heat from the same cell using sunlight. Made possible.
2. Clarified the structure, materials and other basic technologies required for the design and manufacture of solar cogeneration modules.
3. The technology presented in the present invention can realize a high-performance and practical solar cogeneration module with high reliability, long life, high productivity and cost response capability.
4. It is possible to make a prospect of realizing a distributed energy utilization system incorporating this module, and studies for realizing this system can be advanced.
5. It is expected that this system can be realized and spread, contributing to the protection of the global environment with excellent energy prices and low CO2 emissions.

以下、本発明の実施形態を、図1〜図4に基づいて説明する。
図1は太陽光コジェネレイションモジュールの従来事例の構造断面図とその一部分(X部分)の拡大図を示す。発電セル組み立て9、モジュール基板8、冷却媒体回路形成板22などから成る太陽電池コアはモジュール基板8を通して枠体20に留め金23により固定されている。モジュール基板8は肉厚0.8mmの一枚の平坦なステンレス鋼板製で、肉厚0.5mmのステンレス鋼板を図の様に成型した冷却媒体回路形成板22と図中L2で示された部分でシーム溶接されて接合されている。 ここではモジュール基板8と冷却媒体回路形成板22は幅L1で示された冷却媒体流路11を形成しており、全体としてその回路は蛇行状にモジュール基板8のほぼ全面積に渡って冷却媒体を行渡らせる様に形成されている。その回路はピッチ(L1+L2)の間隔の並行部分と両端のUターン部分で蛇行状に連続する様に構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a structural sectional view of a conventional example of a solar cogeneration module and an enlarged view of a part (X portion) thereof. A solar cell core including the power generation cell assembly 9, the module substrate 8, the cooling medium circuit forming plate 22, and the like is fixed to the frame body 20 through the module substrate 8 with a clasp 23. The module substrate 8 is made of one flat stainless steel plate having a thickness of 0.8 mm, a cooling medium circuit forming plate 22 formed by molding a stainless steel plate having a thickness of 0.5 mm as shown in the figure, and a portion indicated by L2 in the figure. Seam welded and joined. Here, the module substrate 8 and the cooling medium circuit forming plate 22 form the cooling medium flow path 11 indicated by the width L1, and the circuit as a whole is meandering in the cooling medium over almost the entire area of the module substrate 8. It is formed so that The circuit is configured to be continuous in a meandering manner at a parallel portion having a pitch (L1 + L2) interval and U-turn portions at both ends.

冷却媒体は水乃至は不凍液であるプロピレングリコール溶液であり冷却媒体流路11を流れ、主に発電セル4の表面で発生した温熱を受け取って発電セル4を冷却する。L1の部分では冷却水は直接モジュール基板8を通して発電セル4を冷却するが、L2の部分は発電セル4の発熱量はモジュール基板8の内部を伝わってL1の部分まで流れそこで冷却媒体によって冷却される。したがってL2の部分ではL2は40mmに設定されており、この結果L2部分の発電セル4における発熱量は大きな温度差無く冷却媒体に伝えられている。モジュール基板8と冷却媒体回路形成板22は溶接により組み立てられ、材料がステンレス鋼板であり、極めて高い構造強度を有しているし、発電セル4の発熱量の伝熱性能は極めて良好であると推定される。     The cooling medium is water or a propylene glycol solution that is an antifreeze liquid, and flows through the cooling medium flow path 11 to receive the heat generated mainly on the surface of the power generation cell 4 to cool the power generation cell 4. In the portion L1, the cooling water directly cools the power generation cell 4 through the module substrate 8. In the portion L2, the heat generation amount of the power generation cell 4 flows through the inside of the module substrate 8 to the portion L1, where it is cooled by the cooling medium. The Therefore, L2 is set to 40 mm in the portion L2, and as a result, the heat generation amount in the power generation cell 4 in the portion L2 is transmitted to the cooling medium without a large temperature difference. The module substrate 8 and the cooling medium circuit forming plate 22 are assembled by welding, and the material is a stainless steel plate, has a very high structural strength, and the heat transfer performance of the heat generation amount of the power generation cell 4 is extremely good. Presumed.

しかしながら、図1に示した従来例では大きな問題を抱えている。その一は冷却媒体の漏れに対する長期信頼度である。冷却媒体流路はステンレス板の溶接で形成されているから溶接不良乃至は長期使用による溶接剥がれにより漏れのリスクは少なくない。多数のモジュールから成る実機のシステムは極めて大量の溶接作業から成り立っているから溶接自体が極めて少ない不良率でもシステムとしては充分大きな問題となり得るわけで、システムの一箇所でも漏れ不良が発生すれば大きな問題となる。この意味で溶接箇所を無い冷却媒体回路の方式こそが求められる所以である。その二はモジュール基板の平坦度不良から来る発電セル組み立てとの接合の剥がれや発電セル4の割れや発電セル組み立ての断線が生じるリスクである。モジュール基板の溶接はモジュール基板に大小の歪みを生成するし、上面の平坦面には溶接による凹凸が生じ易い。また設置工事や実使用状態で風圧や振動外力によりモジュール基板8と冷却媒体回路形成板には反り変形が生じ易い。この結果発電セル4の剥離や割れや断線が生じる危険を無くす事が難しい。モジュール基板が基板としての強度と平坦度を保つにはそれが独立した基板である方式が求められる。     However, the conventional example shown in FIG. 1 has a big problem. One is long-term reliability against coolant leakage. Since the cooling medium flow path is formed by welding of stainless steel plates, there is a considerable risk of leakage due to poor welding or peeling of the weld due to long-term use. Since the actual system consisting of a large number of modules consists of a very large amount of welding work, even if the welding rate itself is very small, it can be a big problem for the system. It becomes a problem. In this sense, the cooling medium circuit system having no welded portion is the reason that is required. Second, there is a risk that peeling of the joint with the power generation cell assembly, cracking of the power generation cell 4 and disconnection of the power generation cell assembly may occur due to poor flatness of the module substrate. Module substrate welding generates large and small distortions in the module substrate, and unevenness due to welding tends to occur on the flat surface of the upper surface. In addition, the module substrate 8 and the cooling medium circuit forming plate are likely to be warped and deformed due to wind pressure or vibration external force during installation work or actual use. As a result, it is difficult to eliminate the risk that the power generation cell 4 is peeled off, cracked or disconnected. In order for the module substrate to maintain the strength and flatness as a substrate, a system in which it is an independent substrate is required.

その三として問題になるのは、生産性と生産設備投資の面である。図1の事例は基本的にステンレス板の溶接工程と発電セル組み立て9とのラミネーションによる樹脂接合工程の二つの工程により製造される。これは全く別工程であり、大面積と大重量のモジュール用にこの二つの別々の工程ラインと設備を設けることは製造者に大きな負担を強いるし生産されたモジュールのコスト増に繋がる。一つのシステム装置には多数のモジュールを使用するためその製造コストの増加は避けなければ商品の普及にネックとなり事業の伸張に支障をきたす。
他の事例として樹脂製の構造の冷却媒体回路をモジュール平板に接着する方式も考案されている。この場合は樹脂製で冷却媒体回路自体を完成させた状態でモジュール平板に接着させるため製造性、品質面では優位な方式であるが、厳しい運転環境の中で樹脂製の構造体は長期間の信頼性は期待できない。材料劣化による亀裂による冷却媒体の漏れ、変形によるモジュール基板との剥がれなどを回避することは難しい。多数本の冷却配管をヘッダー管から分流させる冷却媒体回路も提案されているが、これも多数の配管の接合・溶接箇所がその製品の信頼性を損ねる。
The third problem is in terms of productivity and production equipment investment. The example shown in FIG. 1 is basically manufactured by two steps of a stainless steel plate welding step and a resin bonding step by lamination of the power generation cell assembly 9. This is a completely separate process, and providing these two separate process lines and equipment for large area and heavy modules imposes a heavy burden on the manufacturer and increases the cost of the module produced. Since one system device uses a large number of modules, an increase in manufacturing cost must be avoided unless it becomes a bottleneck in the spread of products and hinders business expansion.
As another example, a method of adhering a cooling medium circuit having a resin structure to a module flat plate has been devised. In this case, since it is made of resin and the cooling medium circuit itself is bonded to the module flat plate, it is a superior method in terms of manufacturability and quality, but the resin structure is a long-term operating environment in harsh operating environments. Reliability cannot be expected. It is difficult to avoid leakage of the cooling medium due to cracks due to material deterioration, peeling from the module substrate due to deformation, and the like. A cooling medium circuit that diverts a large number of cooling pipes from the header pipe has also been proposed, but this also impairs the reliability of the product due to the joining and welding points of the numerous pipes.

図2は本発明の実施例の太陽電池コアの一部分の断面図である。最上面は透明なフッ素樹脂フィルムのセル上面カバー3で被うことにより接合用樹脂A6の接合機能を長期間にわたり保持させ、バルクシリコンの発電セル組み立て9を保護している。発電セル組み立て9とモジュール基板8はEVA接合用樹脂A及びB及びCにより柔らかく且つしっかりと隅々まで行渡って隙間無く接合されている。この下面の冷却配管10は冷却配管カバー13に成形された冷却配管埋込部14に埋め込まれて冷却配管カバー13の上面とともに上部平坦面17を構成している。この上部平坦面はEVA接合用樹脂C12によりモジュール基板8の下面に接合されている。冷却配管10はその外周で直径9.52mmの半円形断面形状であり、冷却配管カバー13は冷却配管埋込部14がその内面が冷却配管の直径プラス0.8mmの寸法の直径の半円形断面形状に成形されている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the solar cell core according to the embodiment of the present invention. The uppermost surface is covered with a cell upper surface cover 3 made of a transparent fluororesin film, thereby maintaining the bonding function of the bonding resin A6 for a long period of time and protecting the bulk silicon power generation cell assembly 9. The power generation cell assembly 9 and the module substrate 8 are softly and firmly joined to the corners by the EVA joining resins A, B, and C, and are joined without gaps. The cooling pipe 10 on the lower surface is embedded in a cooling pipe embedding portion 14 formed on the cooling pipe cover 13 and constitutes an upper flat surface 17 together with the upper surface of the cooling pipe cover 13. The upper flat surface is bonded to the lower surface of the module substrate 8 by an EVA bonding resin C12. The cooling pipe 10 has a semicircular cross-sectional shape with a diameter of 9.52 mm on the outer periphery, and the cooling pipe cover 13 has a semicircular cross-section with the cooling pipe embedded portion 14 having a diameter of the cooling pipe plus a diameter of 0.8 mm. It is molded into a shape.

以上に述べた四つの平面状の部材の接合及び冷却配管10と冷却配管カバー13の接合はホットメルト樹脂と呼ばれるEVAをそれらの部在間に設置し真空状態で150℃に加熱するラミネーション工程により接合される。夫々の接合用樹脂はAが透明で0.2mmのEVAシート、Bが黒色の塗料を混ぜた0.6mmのEVAシート、Cが有色で0.6mmのEVAシート、DがCと同じEVAシートを夫々用いている。発電セル組み立て9は36枚のバルクシリコン製の発電セル4を並べて発電セルリード線5で連結して電気回路を形成してモジュールの面積の大きさに構成したものである。モジュール基板8は0.8mmの肉厚の亜鉛メッキと電気絶縁を目的とした塗装をした平板の鉄板である。冷却配管10は素管が直径9.52mm肉厚0.5mmでD型の断面形状で図3に示される蛇行状に成形された銅管を用いている。 The four planar members described above and the cooling pipe 10 and the cooling pipe cover 13 are joined by a lamination process in which EVA called hot-melt resin is installed between these parts and heated to 150 ° C. in a vacuum state. Be joined. Each bonding resin is a transparent EVA 0.2mm EVA sheet, B is a 0.6mm EVA sheet mixed with black paint, C is a colored 0.6mm EVA sheet, and D is the same EVA sheet as C Are used respectively. In the power generation cell assembly 9, 36 bulk silicon power generation cells 4 are arranged and connected by a power generation cell lead wire 5 to form an electric circuit so as to have a module area size. The module substrate 8 is a flat iron plate having a thickness of 0.8 mm and coated for the purpose of electrical insulation. As the cooling pipe 10, a copper pipe having a diameter of 9.52 mm and a thickness of 0.5 mm and having a D-shaped cross-sectional shape and formed in a meandering shape shown in FIG. 3 is used.

冷却配管カバー13は厚さ0.5mmのアルミニウム平板に冷却配管埋込部14を成形したもので、上面が平坦であり、図3に示した様に分断ライン16により9枚の部分に分断されたものをアルミ箔テープで繋いでモジュールの面積形状にまとめたものである。アルミ箔テープは0.05mm厚さで常温で貼り付けられるが、150℃のラミネーション接合温度に耐える接着層と高温度用の樹脂膜との複合膜テープを用いている。図2で示した様にラミネーション加工の際は冷却配管カバー13の下面の凹部にアルミブロックスペーサー15を嵌め込んだ状態で敷いて装置のベッドに置き、セル上面カバー3との間で面圧をかけて融けた接合用樹脂を接合面全体に渡って隙間無く行渡らせて接合して一体化する。図中に記載していないが、モジュール基板8の下面には2個の薄板鉄板の引っ掛け爪を溶接してあり、冷却配管カバー13を貫通させて折り曲げて機械的に固定してある。 The cooling pipe cover 13 is formed by forming a cooling pipe embedded portion 14 on an aluminum flat plate having a thickness of 0.5 mm, and has a flat upper surface and is divided into nine portions by a dividing line 16 as shown in FIG. These are connected to each other with an aluminum foil tape to form a module area shape. The aluminum foil tape has a thickness of 0.05 mm and is affixed at room temperature, but a composite film tape of an adhesive layer that can withstand a lamination bonding temperature of 150 ° C. and a resin film for high temperature is used. As shown in FIG. 2, in the lamination process, the aluminum block spacer 15 is placed in the recess on the lower surface of the cooling pipe cover 13 and placed on the bed of the apparatus, and the surface pressure is applied to the cell upper surface cover 3. The joining resin melted over the entire surface is spread over the entire joining surface and joined together. Although not shown in the figure, the hooking claws of the two thin steel plates are welded to the lower surface of the module substrate 8, and the cooling pipe cover 13 is penetrated and bent to be mechanically fixed.

図3は冷却配管カバーの形状を示している。アルミ製の冷却配管カバーには冷却配管埋込部14がその内面が冷却配管の直径プラス0.8mmの寸法の直径の半円形断面形状に蛇行の溝がプレス成形さている。蛇行状の並行の冷却配管のピッチは70mmに設定されている。配管とそのカバーはY方向矢視拡大図でわかるように全体として上面の平坦面17を面一に構成する様に組み合わされ、双方の間には接合用樹脂のEVAシートが嵌め込まれ、ラミネーション加工後には図2、4で分かるように隙間を充満している。図4は太陽光コジェネレイションモジュールの部分断面図で図1の太陽電池コアが組み込まれた状態を示している。モジュール上面カバー1は厚さ3.2mmの強化ガラス板、上部断熱層2は30mmの厚さの空気層、下部断熱層21は最低厚さ20mmの発泡ウレタンである。図示しないが、ガラスのモジュール上面カバー1の強度を高めるために上部断熱層内にフッ素系ゴム製の細い柱状の支柱が2本組み込まれている。 FIG. 3 shows the shape of the cooling pipe cover. In the aluminum cooling pipe cover, the cooling pipe embedded portion 14 is press-molded with a serpentine groove whose inner surface has a semicircular sectional shape with a diameter of the cooling pipe plus a diameter of 0.8 mm. The pitch of the meandering parallel cooling pipes is set to 70 mm. As can be seen from the enlarged view of the arrow in the Y direction, the piping and its cover are combined so that the flat surface 17 on the upper surface is flush with the entire surface, and an EVA sheet of bonding resin is fitted between the two, lamination processing Later, as shown in FIGS. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the solar cogeneration module and shows a state in which the solar cell core of FIG. 1 is incorporated. The module upper surface cover 1 is a tempered glass plate having a thickness of 3.2 mm, the upper heat insulating layer 2 is an air layer having a thickness of 30 mm, and the lower heat insulating layer 21 is a foamed urethane having a minimum thickness of 20 mm. Although not shown in the drawing, in order to increase the strength of the glass module upper surface cover 1, two thin columnar pillars made of fluorine rubber are incorporated in the upper heat insulating layer.

以上の方式、構造、材料の技術により以下の様な優れた特性、効果を発揮する。
1、冷却用媒体が一本の配管内を流れる構成であれば、複合型流路に比較しロー付け不良 、溶接不良、局部的な錆などにより媒体が漏れると言う最も重要視される不良の発生の 危険が極めて少ない。従って、本発明の前提としてこの一本の配管を使って平坦な発電 セルから熱収集する特殊な構造体を作り上げた。これは高品質高信頼性で製作しやすく 低コストであり、従って実用性に優れた構造体を提供できる。
2、太陽電池コアは全体として一体化された七層の積層体であり、夫々の部材は薄く且つ 強度的には平均的な材質から構成されているが、全体の構造強度が極めて強く、積雪、 暴風、据付の取り扱いなどのリスクに強い構造を実現できる。
3、溶接加工などを施していないため、完全な平坦度と平面度を保つことが可能な金属製 のモジュール基板をこのコアの中心に配置し、その上下に接合用樹脂の緩衝層を挟んで 発電セル組み立てと冷却媒体回路体を接合したから接合加工によるセル及び媒体回路体 への悪影響が無く安定した接合が得られるから適正な接合構造を実現し易い。
The following excellent characteristics and effects are exhibited by the above-mentioned methods, structures, and material technologies.
1. If the cooling medium flows through one pipe, the most important defect is that the medium leaks due to poor brazing, poor welding, local rust, etc. The risk of occurrence is extremely low. Therefore, as a premise of the present invention, a special structure that collects heat from a flat power generation cell was created using this single pipe. This is a high-quality, high-reliability, easy-to-manufacture, low-cost product, and therefore can provide a structure that is highly practical.
2. The solar cell core is a seven-layer laminate that is integrated as a whole, and each member is made of an average material that is thin and strong. It is possible to realize a structure that is resistant to risks such as windstorms and installation.
3. Since it is not welded, a metal module board that can maintain perfect flatness and flatness is placed in the center of this core, and a buffer layer of bonding resin is sandwiched above and below it. Since the power generation cell assembly and the cooling medium circuit body are joined, there is no adverse effect on the cell and the medium circuit body due to the joining process, and a stable joining can be obtained, so that an appropriate joining structure is easily realized.

4、以上2、3の効果及び全体を真空中で全体面を一体に接合する構造であるから接合強 度は極めて高く、七層の太陽電池コアの周囲をカバー、さらに塗装などを行なって外界 からの影響を排除すれば接合部の剥がれが防止できる。
5、七層の構造は三層の接合用樹脂EVAで接合されているから、相互の熱歪みを段階的 に緩和させる事が容易であり、使用温度範囲を広げる事が可能である。
6、発電セルで発生する温熱はモジュールの全面積を通して冷却配管中の冷却媒体に伝熱 されるため電熱特性に優れる。
7、モジュール基板は鉄板製、冷却配管は一本の配管、冷却配管カバーは薄肉のアルミ板 、
接合用樹脂は太陽電池の生産に大量に使用されているホットメルト樹脂、製造はラミ ネーションの一発接合、これらの基本方式は安い製品コストの実現に極めて有効。
8、特有の製造設備の主なものは真空ラミネーション装置のみであり、設備投資の最小化 とともに生産性の向上を達成できる。
4. The effect of 2 and 3 above and the entire surface are joined together in a vacuum, so the joint strength is extremely high, covering the periphery of the seven-layer solar cell core, and painting, etc. If the influence from is removed, peeling of the joint can be prevented.
Since the five- and seven-layer structures are joined by the three-layer joining resin EVA, it is easy to relieve the mutual thermal distortion step by step, and the operating temperature range can be expanded.
6. The heat generated in the power generation cell is transferred through the entire area of the module to the cooling medium in the cooling pipe, so it has excellent electrothermal characteristics.
7. Module board is made of iron plate, cooling pipe is one pipe, cooling pipe cover is thin aluminum plate,
Bonding resin is a hot-melt resin that is used in large quantities in the production of solar cells, and manufacturing is a one-time lamination. These basic methods are extremely effective in realizing low product costs.
8. The only major manufacturing equipment is the vacuum lamination equipment, which can minimize the capital investment and improve productivity.

以上の効果により、高い性能で20年を超える長寿命信頼性のある太陽光コジェネレイションモジュールを実用性あるコストで生産することができるものである。   With the above effects, it is possible to produce a solar cogeneration module with high performance and long life reliability exceeding 20 years at a practical cost.

太陽光コジェネレイションモジュールの従来例の断面図Cross-sectional view of a conventional solar cogeneration module 本発明の太陽電池コアの部分断面図とラミネーション用スペーサーPartial sectional view of solar cell core of the present invention and lamination spacer 本発明の冷却媒体回路体Cooling medium circuit body of the present invention 本発明の太陽光コジェネレイションモジュールの部分断面図Partial sectional view of the solar cogeneration module of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 モジュール上面カバー
2 上部断熱層
3 セル上面カバー
4 発電セル
5 発電セルリード線
6 接合用樹脂A
7 接合用樹脂B
8 モジュール基板
9 発電セル組立て
10 冷却配管
11 冷却媒体流路
12 接合用樹脂C
13 冷却配管カバー
14 冷却配管埋込部
15 アルミブロックスペーサー
16 分断ライン
17 上部平坦面
18 接合用樹脂C
21 下部断熱層
22 冷却媒体回路形成板
23 留め金具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Module upper surface cover 2 Upper heat insulation layer 3 Cell upper surface cover 4 Power generation cell 5 Power generation cell lead wire 6 Resin A for joining
7 Resin B for bonding
8 Module board 9 Power generation cell assembly 10 Cooling piping 11 Cooling medium flow path 12 Resin C for bonding
13 Cooling piping cover 14 Cooling piping embedded portion 15 Aluminum block spacer 16 Dividing line 17 Upper flat surface 18 Bonding resin C
21 Lower heat insulating layer 22 Cooling medium circuit forming plate 23 Fastener

Claims (11)

上面に太陽光を受けて電力と温熱を出力する平板状の太陽光コジェネレイションモジュールに於いて、
夫々近似の面積形状の、太陽光透過性のある樹脂乃至はガラス製で平板状乃至はフィルム状のセル上面カバー、太陽光透過性の平板状乃至はフィルム状の熱応答性の接合用樹脂A、前記電力を出力する平板状の発電セル組み立て、平板状乃至はフィルム状の熱応答性の接合用樹脂B、平板状の金属製のモジュール基板、平板状乃至はフィルム状の熱応答性の接合用樹脂C、及び前記温熱を出力する冷却媒体が連通する流路を内包する平板状の冷却媒体回路体とを多層に積み重ね、全体を真空装置の中で加熱し、且つ前記セル上面カバーの上面と前記冷却媒体回路体の下面から圧縮圧力を加えることにより夫々の熱応答性の接合用樹脂により接合させて全体を一体化した太陽電池コアを内部に組み込んだことを特徴とする太陽光コジェネレイションモジュール。
In a flat-plate solar cogeneration module that receives sunlight and outputs electric power and heat on the top surface,
Solar-permeable resin or glass, flat plate or film cell top cover, solar transparent plate or film heat-responsive bonding resin A each having an approximate area shape. Assembling a flat power generation cell for outputting the electric power, a flat or film-like heat-responsive bonding resin B, a flat metal module substrate, a flat or film-like heat-responsive bonding The resin C and the flat cooling medium circuit body containing the flow path through which the cooling medium that outputs the heat communicates are stacked in multiple layers, the whole is heated in a vacuum apparatus, and the upper surface of the cell upper surface cover And a solar cell core that is integrated with each other by applying a compressive pressure from the lower surface of the cooling medium circuit body with each heat-responsive bonding resin. Down module.
上面に太陽光を受けて電力と温熱を出力する平板状の太陽光コジェネレイションモジュールに於いて、
夫々近似の面積形状の、太陽光透過性のある樹脂乃至はガラス製で平板状乃至はフィルム状のセル上面カバー、太陽光透過性の平板状乃至はフィルム状の熱応答性の接合用樹脂A、前記電力を出力する平板状の発電セル組み立て、平板状乃至はフィルム状の熱応答性の接合用樹脂B、平板状の金属製のモジュール基板、平板状乃至はフィルム状の熱応答性の接合用樹脂C、及び前記温熱を出力するために一本の金属製の冷却配管を曲げ成形し金属製の冷却配管カバーの上面に形成した凹部に埋め込んで上面が大略平坦な上部平坦面を形成する様に双方を組み合わせた冷却媒体回路体とを多層に積み重ね、全体を真空装置の中で加熱し、且つ前記セル上面カバーの上面と前記冷却媒体回路体の前記金属製の冷却配管カバーの下面から圧力を加えて夫々三層の前記熱応答性の接合用樹脂により接合させて全体を一体化した太陽電池コアを内部に組み込んだことを特徴とする太陽光コジェネレイションモジュール。
In a flat-plate solar cogeneration module that receives sunlight and outputs electric power and heat on the top surface,
Solar-permeable resin or glass, flat plate or film cell top cover, solar transparent plate or film heat-responsive bonding resin A each having an approximate area shape. Assembling a flat power generation cell for outputting the electric power, a flat or film-like heat-responsive bonding resin B, a flat metal module substrate, a flat or film-like heat-responsive bonding In order to output the resin C and the above-mentioned heat, one metal cooling pipe is bent and embedded in a recess formed on the upper surface of the metal cooling pipe cover to form an upper flat surface whose upper surface is substantially flat. In this way, the cooling medium circuit bodies, which are a combination of both, are stacked in multiple layers, the whole is heated in a vacuum apparatus, and the upper surface of the cell upper surface cover and the lower surface of the metal cooling pipe cover of the cooling medium circuit body Apply pressure Sunlight cogeneration Ray Deployment module, wherein incorporating the solar cell core obtained by integrating the whole is bonded by the thermal response of the adhesive resin each three layers therein.
上面に太陽光を受けて電力と温熱を出力する平板状の太陽光コジェネレイションモジュールに於いて、
夫々近似の面積形状の、太陽光透過性のある樹脂乃至はガラス製で平板状乃至はフィルム状のセル上面カバー、太陽光透過性の平板状乃至はフィルム状の熱応答性の接合用樹脂A、前記電力を出力する平板状の発電セル組み立て、平板状乃至はフィルム状の熱応答性の接合用樹脂B、平板状の金属製のモジュール基板、平板状乃至はフィルム状の熱応答性の接合用樹脂C、及び前記温熱を出力するために一本の金属製の冷却配管を曲げ成形し金属製の冷却配管カバーの上面に形成した凹部に熱応答性の接合用樹脂Dを介在させた状態で埋め込んで上面が大略平坦な上部平坦面を形成する様に双方を組み合わせた冷却媒体回路体とを多層に積み重ね、全体を真空装置の中で加熱し、且つ前記セル上面カバーの上面と前記冷却媒体回路体の下面から圧縮圧力を加えることにより三層の及び前記冷却配管の凹部に配置した熱応答性の接合用樹脂により接合させて全体を一体化した太陽電池コアを内部に組み込んだことを特徴とする太陽光コジェネレイションモジュール。
In a flat-plate solar cogeneration module that receives sunlight and outputs electric power and heat on the top surface,
Solar-permeable resin or glass, flat plate or film cell top cover, solar transparent plate or film heat-responsive bonding resin A each having an approximate area shape. Assembling a flat power generation cell for outputting the electric power, a flat or film-like heat-responsive bonding resin B, a flat metal module substrate, a flat or film-like heat-responsive bonding Resin C and a state in which a heat-responsive bonding resin D is interposed in a recess formed on the upper surface of a metal cooling pipe cover by bending a single metal cooling pipe to output the heat. The cooling medium circuit body, which is a combination of the two, is stacked in multiple layers so as to form an upper flat surface having a substantially flat upper surface, and the whole is heated in a vacuum apparatus, and the upper surface of the cell upper surface cover and the cooling Underside of the media circuit body A solar cogeneration system that incorporates a solar cell core that is integrated with a heat-responsive bonding resin disposed in three layers and in a recess of the cooling pipe by applying compression pressure. The rate module.
太陽光透過性のあるガラス平板乃至は樹脂平板をモジュール上面カバーとし、その下に空気層からなる上部断熱層、その下に平板状の太陽電池コア、さらにその下に下部断熱層を順次重ね、枠体によりそれらの平板外周囲を被い全体を平板状に構成させた太陽光コジェネレイションモジュールに於いて、
前記太陽電池コアとして、請求項1、2、3の何れか一項に記載した太陽電池コアを用いたことを特徴とする太陽光コジェネレイションモジュール。
A glass flat plate or resin flat plate with sunlight permeability is used as a module upper surface cover, an upper heat insulating layer made of an air layer below it, a flat plate solar cell core underneath, and a lower heat insulating layer successively stacked thereunder, In a solar cogeneration module in which the outer periphery of the flat plate is covered by a frame and the entire plate is formed into a flat plate shape.
A solar cogeneration module using the solar cell core according to any one of claims 1, 2, and 3 as the solar cell core.
前記発電セル組み立ての主要部材がシリコン製乃至はその基板がガラス板製で、前記金属製のモジュール基板として平板状の鉄板乃至は表面処理した平板状の鉄板を用いたことを特徴とする請求項1、2、3、4の何れか一項に記載の太陽光コジェネレイションモジュール。 The main member of the power generation cell assembly is made of silicon or its substrate is made of a glass plate, and a flat iron plate or a surface-treated flat iron plate is used as the metal module substrate. The solar cogeneration module according to any one of 1, 2, 3, and 4. 前記発電セル組み立ての基板がアルミニウム製乃至はアルミニウム合金製乃至は樹脂製で、前記金属製のモジュール基板として平板状のアルミニウム板乃至は表面処理又は塗装したアルミニウム平板を用いたことを特徴とする請求項1、2、3、4の何れか一項に記載の太陽光コジェネレイションモジュール。 The power generation cell assembly substrate is made of aluminum, aluminum alloy, or resin, and a flat aluminum plate or a surface-treated or painted aluminum flat plate is used as the metal module substrate. Item 5. The solar cogeneration module according to any one of Items 1, 2, 3, and 4. 前記金属製のモジュール基板が外気により錆たり劣化しない様に、該金属製のモジュール基板を前記熱応答性の接合用樹脂B及びCによりその上面、下面及び端面の全体を覆ったことを特徴とした請求項1、2、3、4、5、6の何れか一項に記載の太陽光コジェネレイションモジュール。 The metal module substrate is covered with the heat-responsive bonding resins B and C so that the entire upper surface, lower surface, and end surface of the metal module substrate are covered so that the metal module substrate is not rusted or deteriorated by outside air. The solar cogeneration module according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, and 6. 前記金属製の冷却配管の側面に平坦面を形成し、該平坦面を前記金属製の冷却配管カバーの成形後の上面とで上部平坦面を形成する様に組み合わせた前記冷却媒体回路体を用いたことを特徴とする請求項2、3に記載の太陽光コジェネレイションモジュール。 The cooling medium circuit body is used in which a flat surface is formed on a side surface of the metal cooling pipe, and the flat surface is combined with an upper surface after forming the metal cooling pipe cover to form an upper flat surface. The solar cogeneration module according to claim 2, wherein the solar cogeneration module is provided. 前記モジュール基板に鉄板乃至はメッキ鉄板を及び前記冷却配管として銅管を、乃至は前記モジュール基板にアルミニウム板を及び前記冷却配管として樹脂管乃至は内面を樹脂をコートされたアルミニウム管を用いたことを特徴とする請求項2、3、8の何れか一項に記載の太陽光コジェネレイションモジュール。 An iron plate or a plated iron plate is used for the module substrate and a copper pipe is used as the cooling pipe, or an aluminum plate is used for the module board and a resin pipe or an aluminum pipe whose inner surface is coated with resin is used as the cooling pipe. The solar cogeneration module according to any one of claims 2, 3, and 8. 前記金属製の冷却配管として断面形状が平坦面を持った半円形状で、前記平坦面は全外表面積の30%以上で42%以下の面積を占める断面形状寸法の配管を用いたことを特徴とする請求項2、3、4、8、9の何れか一項に記載の太陽光コジェネレイションモジュール。 The metal cooling pipe is a semicircular shape having a flat cross section, and the flat surface is a pipe having a cross sectional shape occupying an area of 30% to 42% of the total outer surface area. The solar cogeneration module according to any one of claims 2, 3, 4, 8, and 9. アルミニウム薄板製の前記冷却配管カバーに生じる熱歪を吸収乃至は緩和するために平面上横方向乃至は及び縦方向に少なくとも一本の連続する分断ライン設け、乃至は熱歪を吸収する上で該分断ラインと同等効果のある断続する切込みライン乃至は切り起しビードラインを成形し、該ラインにより全体を複数枚数に分断させるとともにアルミ箔接着テープなどの保護テープを該ラインをまたがって貼り付けるなどより前記熱応答性の接合用樹脂Cが漏れ出ない様に工夫した前記冷却配管カバーを用いたことを特徴とした請求項3、4、5、6、8、9、10の何れか一項に記載の太陽光コジェネレイションモジュール。
In order to absorb or alleviate thermal strain generated in the cooling pipe cover made of an aluminum thin plate, at least one continuous dividing line is provided in the horizontal or vertical direction on the plane, or the thermal strain is absorbed. Forming intermittent cutting lines or bead lines that have the same effect as the dividing line, dividing the whole into a plurality of sheets, and attaching a protective tape such as an aluminum foil adhesive tape across the line, etc. The cooling pipe cover devised so as to prevent the thermal-responsive bonding resin C from leaking out, wherein any one of claims 3, 4, 5, 6, 8, 9, and 10 is used. Solar cogeneration module described in 1.
JP2008320635A 2008-12-17 2008-12-17 Solar cogeneration module Expired - Fee Related JP5640250B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008320635A JP5640250B2 (en) 2008-12-17 2008-12-17 Solar cogeneration module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008320635A JP5640250B2 (en) 2008-12-17 2008-12-17 Solar cogeneration module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010147129A true JP2010147129A (en) 2010-07-01
JP5640250B2 JP5640250B2 (en) 2014-12-17

Family

ID=42567265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008320635A Expired - Fee Related JP5640250B2 (en) 2008-12-17 2008-12-17 Solar cogeneration module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5640250B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012186400A (en) * 2011-03-08 2012-09-27 Kenji Umetsu Photovoltaic cogeneration module
JP2012242007A (en) * 2011-05-20 2012-12-10 Kenji Umetsu Solar cogeneration module

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022251127A1 (en) * 2021-05-24 2022-12-01 Enertopia Corporation Solar energy collector system

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6298247U (en) * 1985-12-10 1987-06-23
JPH0814669A (en) * 1994-06-24 1996-01-19 Ig Tech Res Inc Solar panel
JPH0936405A (en) * 1995-07-19 1997-02-07 Canon Inc Solar cell module and production thereof
JPH0996451A (en) * 1995-09-29 1997-04-08 Showa Alum Corp Heat collecting device for solar battery
JPH11193963A (en) * 1997-11-06 1999-07-21 Sekisui Chem Co Ltd Manufacture of photothermal hybrid panel and manufacturing jig
JPH11325610A (en) * 1998-05-12 1999-11-26 Mitsubishi Electric Corp Solar energy utilizing device
JPH11337187A (en) * 1998-03-27 1999-12-10 Sekisui Chem Co Ltd Jig for manufacture of light heat hybrid panel, and manufacture of light heat hybrid panel using jig
JP2001152631A (en) * 1999-09-13 2001-06-05 Sekisui Chem Co Ltd Solar heat hybrid panel and building provided therewith
JP2002111026A (en) * 2000-09-29 2002-04-12 Sharp Corp Thin-film solar battery module
JP2004176982A (en) * 2002-11-26 2004-06-24 Sekisui Chem Co Ltd Solar battery-incorporated heat collecting hybrid module
JP2009016475A (en) * 2007-07-03 2009-01-22 Kenji Umetsu Solar light cogeneration device

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6298247U (en) * 1985-12-10 1987-06-23
JPH0814669A (en) * 1994-06-24 1996-01-19 Ig Tech Res Inc Solar panel
JPH0936405A (en) * 1995-07-19 1997-02-07 Canon Inc Solar cell module and production thereof
JPH0996451A (en) * 1995-09-29 1997-04-08 Showa Alum Corp Heat collecting device for solar battery
JPH11193963A (en) * 1997-11-06 1999-07-21 Sekisui Chem Co Ltd Manufacture of photothermal hybrid panel and manufacturing jig
JPH11337187A (en) * 1998-03-27 1999-12-10 Sekisui Chem Co Ltd Jig for manufacture of light heat hybrid panel, and manufacture of light heat hybrid panel using jig
JPH11325610A (en) * 1998-05-12 1999-11-26 Mitsubishi Electric Corp Solar energy utilizing device
JP2001152631A (en) * 1999-09-13 2001-06-05 Sekisui Chem Co Ltd Solar heat hybrid panel and building provided therewith
JP2002111026A (en) * 2000-09-29 2002-04-12 Sharp Corp Thin-film solar battery module
JP2004176982A (en) * 2002-11-26 2004-06-24 Sekisui Chem Co Ltd Solar battery-incorporated heat collecting hybrid module
JP2009016475A (en) * 2007-07-03 2009-01-22 Kenji Umetsu Solar light cogeneration device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012186400A (en) * 2011-03-08 2012-09-27 Kenji Umetsu Photovoltaic cogeneration module
JP2012242007A (en) * 2011-05-20 2012-12-10 Kenji Umetsu Solar cogeneration module

Also Published As

Publication number Publication date
JP5640250B2 (en) 2014-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5589201B2 (en) Solar cogeneration module with heat sink
JP2009016475A (en) Solar light cogeneration device
CN105552152A (en) Photovoltaic component, photovoltaic and photo-thermal integrated component and manufacturing methods thereof
WO2011014120A2 (en) Multiple functional roof and wall system
AU2007239127B2 (en) An energy conversion system
US20110114155A1 (en) Solar energy use
CN102183099A (en) Photovoltaic and photothermal complementary flat plate solar component
JP5640250B2 (en) Solar cogeneration module
US20110203638A1 (en) Concentrating linear photovoltaic receiver and method for manufacturing same
JP2012047405A (en) Sunlight cogeneration module
JP2012186400A (en) Photovoltaic cogeneration module
JP2006064203A (en) Solar battery module
CN111397223A (en) Flat plate type photovoltaic hot water assembly and production process method thereof
JP2003234491A (en) Heat collecting apparatus built-in type solar battery module and its manufacturing method
CN203839391U (en) Solar photovoltaic and photo-thermal composite assembly
CN203840255U (en) Split type balcony wall-mounted solar photovoltaic and photo-thermal integration system
CN108457406B (en) Building integrated photovoltaic photo-thermal combined supply assembly based on indoor appearance design
JP2012242007A (en) Solar cogeneration module
JP4881996B2 (en) Solar power collection unit
CN205385034U (en) Heat dissipation crystal silicon photovoltaic solar energy component
JP2001152631A (en) Solar heat hybrid panel and building provided therewith
CN208298849U (en) A kind of heat reclamation type solar panel of roof distributed generation system
JP2012177541A (en) Solar light cogeneration system
JP2013115224A (en) Electric power generation heat exchange hybrid panel
GB2471844A (en) Composite solar collector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111214

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120308

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130514

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130708

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140218

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140417

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140916

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141006

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5640250

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees