JP2010199366A - 太陽電池モジュールおよび太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で耐荷重および放熱性に優れた太陽電池モジュールおよび太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】受光面と、該受光面の裏面側に位置する非受光面と、を有し、互いに間隔を空けて配列された複数の太陽電池素子３を備えた太陽電池パネル１と、非受光面の一部と接触して各太陽電池素子３を支持する第１の主面２ａと、該第１の主面２ａの裏面側に位置する第２の主面２ｂと、第１の主面２ａ上に配置され、内周面が太陽電池パネル１の外周面と接触する枠部２ｃと、を有する支持部材２と、を備え、支持部材２は、前記第１の主面２ａから第２の主面２ｂに向かって連通する複数の第１の貫通孔２ｅを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は太陽電池モジュールおよびその太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムに関する。

近年、環境保護の観点から、太陽光発電システムの市場が拡大している。これに伴い、太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムは、例えば、ダム、湖、貯水池等の水面上、あるいは温度変化が過酷な積雪地帯や砂漠地帯等の様々な場所に設置が検討されている。このような太陽光発電システムは、上述した過酷な環境下でも長期的な信頼性を有するものが望まれており、特に、高温環境下における信頼性の向上が求められている。また、太陽電池モジュールは、過度な温度上昇によって高温になると発電効率が低下することが知られている。

上述のような温度上昇による発電効率の低下を低減すべく、放熱性の高い太陽電池モジュールが開発されている。このような太陽電池モジュールとしては、多数の太陽電池素子からなるモジュール本体を固定する枠体の側面に通風孔を形成し、モジュール設置面とモジュール本体との間に外部から空気を送りこみ、モジュール本体の温度を下げるものがあった。（例えば、特許文献１参照）。

特開平０６−１８１３３３号公報

しかしながら、上記した従来の太陽電池モジュールでは、モジュール本体を固定する枠体に複数の通風孔を形成しているため、枠体の強度が低下していた。それゆえ、このような太陽電池モジュールは、モジュール本体に過度な荷重が加わると、枠体が破損する可能性があった。

本発明は、上述した課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、耐荷重性と放熱性に優れた太陽電池モジュール及び太陽光発電システムを提供することになる。

本発明の太陽電池モジュールは、受光面と、該受光面の裏面側に位置する非受光面と、を有し、互いに間隔を空けて配列された複数の太陽電池素子を備えた太陽電池パネルと、前記非受光面の一部と接触して前記各太陽電池素子を支持する第１の主面と、該第１の主面の裏面側に位置する第２の主面と、前記第１の主面上に配置され、内周面が前記太陽電池パネルの外周面と接触する枠部と、を有する支持部材と、を備え、前記支持部材は、前記第１の主面から第２の主面に向かって連通する複数の第１の貫通孔を有することを特徴とする。

本発明の太陽光発電システムは、本発明の太陽電池モジュールと、該太陽電池モジュールの前記支持部材の前記第２の主面側に設けられた架台と、を備えたことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュール及び太陽光発電システムによれば、各太陽電池素子を非受光面側から支持部材で支え、太陽電池パネルの外周面を支持部材の枠部で保護しているため、耐荷重性を向上させることができる。加えて、本発明の太陽電池モジュール及び太陽光発電システムによれば、支持部材の第１の主面から第２の主面に向かって連通する貫通孔を有しているため、太陽電池パネルの温度上昇を効率良く低減し、発電効率の低下を小さくすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールに用いる太陽電池パネルを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面における断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールを示すものであり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュールを示すものであり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は支持部材と太陽電池パネルを組み合わせた後の太陽電池モジュールをＢ−Ｂ’断面から見た様子を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る太陽電池モジュールを示すものであり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る太陽電池モジュールを示すものであり、図４（ｂ）のＣ−Ｃ’断面から見た様子を示す説明図である。 本発明の一実施の形態に係る太陽光発電システムを示す斜視図である。

以下、本発明の太陽電池モジュールおよび太陽光発電システムについて、図面を参照しつつ説明する。
（太陽電池モジュール）
≪第１の実施形態≫
本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールＸ１は、太陽電池パネル１と、該太陽電池パネル１を非受光面側から支持する支持部材２と、を備えている。

太陽電池パネル１は、図１に示すように、複数の太陽電池素子３が配線材４で電気的に接続された状態で配列されたものが配線導体５で接続された集合体を有している。そして、この集合体は、透光性基板６と、太陽電池素子３の裏面を保護する保護材７との間に配され、さらに、充填材８で封入されている。加えて、太陽電池パネル１は、保護材７の太陽電池素子３と対向する面の裏面側に端子ボックス９が配置されている。また、太陽電池パネルの構造としては、例えば、スーパーストレート構造、ガラスパッケージ構造、サブストレート構造等が利用可能である。なお、本実施の形態は、スーパーストレート構造の一例である。

また、太陽電池パネル１は、太陽光が入射される側を受光面とし、該受光面の裏面に位置する部位を非受光面とする。本実施形態において、受光面１ａは、同図中、透光性基板６の上面に相当し、非受光面１ｂは保護材７の下面に相当する。なお、受光面および非受光面は、実施の形態によって異なる。そのため、例えば、透光性基板６を有さない太陽電池パネルにおいて、受光面は太陽電池素子３の上面に相当する。一方で、保護材７を有さない太陽電池パネルにおいて、非受光面は太陽電池素子３の下面に相当する。

太陽電池素子３は、光電変換の機能を有するものであり、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等の薄膜、ＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ等の材料で形成される。太陽電池素子３は、例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコンで形成する場合、１５ｃｍ角程度の大きさにしたシリコン基板の表面及び裏面に電極が形成されている。そして、このシリコン基板は、略一直線上に配列されており、隣接する一方のシリコン基板の表面の電極と、他方のシリコン基板の裏面の電極と、が配線材４を用いて電気的に接続されている。

配線材４は、上述したように、隣接する太陽電池素子３同士を電気的に接続するものであり、例えば、銅箔等の導体で形成されている。この配線材４には、予め、表面に半田を被覆しておいてもよい。このような形態によれば、シリコン基板の電極上に配線材４を配置した後、熱を与えることによって容易に半田付けすることができる。

透光性基板６は、太陽電池素子３へ光を入射させることができる部材であれば特に限定されないが、例えば、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどのガラスやポリカーボネート樹脂などからなる光透過率の高い基板を用いればよい。厚みとしては、例えば厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラス、厚さ５ｍｍ程度の合成樹脂基板（ポリカーボネート樹脂などからなる）を用いることが好ましい。

保護材７は、充填材８や太陽電池素子３を保護する機能を有する。保護材７には、例えば、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、或いはこれらを積層したものを用いることができる。

充填材８は、太陽電池素子３を封止する機能を有する。充填材８には、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を主成分とし、Ｔダイと押出し機により厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。そして、このシート状に成型したものを所定の寸法に切断して用いる。この充填材８には架橋剤が含有されている。この架橋剤はＥＶＡなどの分子間を結合させる役割を有するものであり、例えば、７０〜１８０℃の温度で分解してラジカルを発生する有機過酸化物を用いることができる。有機過酸化物としては、例えば、２、５−ジメチル−２、５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンやｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシピバレートなどが挙げられ、ＥＶＡ１００質量部に対し１質量部程度の割合で含有させることが好ましい。充填材８は、上述のＥＶＡ以外に、熱硬化性樹脂もしくは、熱可塑性樹脂に架橋剤を含有して熱硬化の特性を持たせた樹脂であれば好適に利用可能であり、例えばアクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂やＥＥＡ（エチレン−アクリル酸エチル共重合体）などを利用可能である。

支持部材２は、太陽電池パネル１を下面側から支持する機能を有する。支持部材２は、図２に示すように、非受光面１ｂの一部と接触して各太陽電池素子３を支持する第１の主面２ａと、該第１の主面２ａの裏面側に位置する第２の主面２ｂと、を有する基板２’と、第１の主面１ａ上に配置され、内周面が太陽電池パネル１の外周面と接触する枠部２ｃと、を有している。すなわち、支持部材２は、基板２’と枠部２ｃで囲まれた凹部２ｄが形成されている。そして、この凹部２ｄ内には、太陽電池パネル１が配置される。この凹部２ｄは、太陽電池パネル１が嵌め込まれる程度の大きさに形成されていればよい。このように、本実施の形態では、支持部材２が第１の主面１ａにより各太陽電池素子３、若しくは各太陽電池素子３の周辺をそれぞれ支持する構造となっているため、従来のような枠体のみで固定されてなる構造に比べて、太陽電池パネル１の上面側から作用する荷重に対する耐久性を向上させることができる。なお、支持部材２は、第１の主面１ａが各太陽電池素子３の直下の部位だけでなく、隣り合う太陽電池素子間の隙間の直下の部位にも配されるような構造であれば、太陽電池パネル１の耐荷重性をより向上させるという観点から好適である。また、支持部材２は、基板２’と枠部２ｃとが別体でもよいが、製法が簡易になるという観点から一体的に形成されるほうが好適である。

また、図２（ｂ）に示すように、太陽電池パネル１の厚み方向において、太陽電池パネル１の上面（透光性基板６の上面）が枠部２ｃの上面よりも高い位置になるようにすれば、太陽電池パネル１の上面に水やゴミ等が滞留しにくい。それゆえ、このような形態によれば、太陽電池パネル１の受光面における汚れ等の付着を低減することができるため、発電効率の低下を低減することができる。このような形態は、例えば、太陽電池パネル１の厚みを凹部２ｄの深さよりも大きくすれば容易に実現できる。

そして、本実施の形態において、支持部材２は、図２（ａ）に示すように、太陽電池素子３の直下に、第１の主面２ａから第２の主面２ｂに向かって連通する複数の第１の貫通孔２ｅを有している。この第１の貫通孔２ｅには、太陽電池モジュールＸ１の外部からの空気等が移動することでき、太陽電池パネル１を当該空気で冷却することができる。その結果、本実施の形態によれば、太陽電池パネル１の温度上昇を効率良く低減し、発電効率の低下を小さくすることができる。

第１の貫通孔２ｅの形状は、特に限定されるものでなく、例えば、図２（ａ）示すような四角柱等の多角形状、円柱状等が挙げられる。また、本実施の形態では、第１の貫通孔２ｅが第１の主面２ａ側または第２の主面２ｂ側に向かって広がるテーパー形状であってもよい。また、第１の貫通孔２ｅの大きさは、支持部材２の強度を過度に小さくしない程度であれば、太陽電池素子１個あたりの直下の位置に１つでなく、複数設けてもよい。この第１の貫通孔２ｅの大きさは、例えば、太陽電池素子１個あたりの直下の位置に１つ設ける場合、太陽電池素子の大きさが１５ｃｍ角であれば、１３ｃｍ角〜１５ｃｍ角とすするとよい。

支持部材２の材質としては、例えば、アルミニウム等の金属、ＡＢＳや塩化ビニル等の樹脂、またはガラス繊維や芳香族ポリアミド系繊維をエポキシのような樹脂に含浸させた繊維強化プラスチックが挙げられる。特に、繊維強化プラスチックは、強度および耐食性に優れているため好適である。また、繊維強化プラスチックにおいて、ガラス繊維を含んで成るものであれば、透光性基板６をガラスとした場合、支持部材２と透光性基板６の熱膨張率の差を小さくできるため、太陽電池パネル１と凹部２ｄとの間に生じる隙間を低減することができる。このような支持部材２は、例えば、繊維強化プラスチックであれば、型に強化繊維を配置した上で樹脂を注液して硬化する注型や、さらに負圧を加える真空注型などにより製造することができる。

また、太陽電池モジュールＸは、図２（ｂ）に示すように、太陽電池パネル１と支持部材２とを固定部材１０で固定してもよい。このような固定部材１０を用いれば、太陽電池パネル１を支持部材２に強く固定することができる。この固定部材１０の材質としては、例えば、ABSや塩化ビニル等の樹脂、またはアルミニウム等の金属が挙げられる。また、固定部材１０を用いない形態としては、例えば、太陽電池パネル１と支持部材２とをシリコーン樹脂等の接着剤で接着してもよい。
≪第２の実施形態≫
本実施の形態に係る太陽電池モジュールＸ２は、図３に示すように、隣り合う第１の貫通孔２ｅ同士が連通する第２の貫通孔２ｆを有している点で太陽電池モジュールＸと相違する。本実施の形態によれば、互いに独立して設けられていた第１の貫通孔２ｅ同士を第２の貫通孔２ｆで連通することにより、一方の第１の貫通孔２ｅに入ってきた空気を第２の貫通孔２ｆを介して他方の第１の貫通孔２ｅに流すことができるため、太陽電池パネル１の冷却効率を高めることができる。

また、本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、第２の貫通孔２ｆを第１の主面２ａに開口するように形成すれば、空気が第２の貫通孔２ｆを通る際に、直接、太陽電池パネル１を冷却することができるため、冷却効率をより高めることができる。この第２の貫通孔２ｆは、隣接する第１の貫通孔２ｅを分離する壁部２ｇの第１の主面２ａを削る等の方法によって形成できる。また、第２の貫通孔２ｆが第１の主面２ａに開口する形態では、図３（ｂ）に示すように、太陽電池モジュールＸ２が傾斜するように配置した場合、空気の流路が傾斜に沿う構造となるため、空気の流れを示す矢印Ａのように、煙突効果により流速が増し、冷却効率をさらに高めることができる。
≪第３の実施形態≫
本実施の形態に係る太陽電池モジュールＸ３は、図４に示すように、支持部材２の枠部の太陽電池パネル１と接する内周面から外周面に向かって連通する第３の貫通孔２ｈを有している点で太陽電池モジュールＸ２と相違する。この第３の貫通孔２ｈは、第１の貫通孔２ｅと連通している。第３の貫通孔２ｈは、太陽電池モジュールＸ３の外部にある空気が第１の貫通孔２ｅに流れるのを許容する流路となる。そのため、本実施の形態によれば、第１の貫通孔２ｅとは異なる部位での外部と連通する貫通孔（第３の貫通孔２ｈ）が設けられているため、より多くの空気を太陽電池パネル１の冷却に寄与せしめることが可能である。

また、本実施の形態において、図５に示すように、太陽電池モジュールＸ３が傾斜するように配置した場合、外部から第３の貫通孔２ｈを介して流入してきた空気の流路が傾斜に沿う構造となるため、空気の流れを示す矢印Ｂのように、煙突効果により流速が増し、冷却効率をさらに高めることができる。
（太陽光発電システム）
次に、本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムＹについて図６を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、水面上に設置するフロート式の太陽光発電システムＹについて説明する。太陽光発電システムＹは、図６に示すように、水面上で十分に安定する台船１１と、該台船１１上に配された架台１２と、該架台上に配置された本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールＸ１と、を備えている。架台１２は、支持部材２の第２の主面２ｂ側に配置されている。また、本実施の形態では、台船１１の上面に対して太陽電池モジュールＸ１の上面が傾斜するように配置されている。

台船１１および架台１２は、耐食性の観点から支持部材２と同様に樹脂や繊維強化プラスチックで構成すると良い。

そして、本実施の形態によれば、本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールを備えているため、各太陽電池素子３を非受光面１ｂ側から支持部材２で支え、太陽電池パネル１の外周面を支持部材２の枠部２ｃで保護しているため、耐荷重性を向上させることができる。加えて、本実施の形態によれば、支持部材２の第１の主面２ａから第２の主面２ｂに向かって連通する第１の貫通孔２ｅを有しているため、太陽電池パネル１の温度上昇を効率良く低減し、発電効率の低下を小さくすることができる。

Ｘ１〜Ｘ３：太陽電池モジュール
Ｙ：太陽光発電システム
１：太陽電池パネル
１ａ：第１の主面
１ｂ：第２の主面
２：支持部材
２’：基板
２ａ：第１の主面
２ｂ：第２の主面
２ｃ：枠部
２ｄ：凹部
２ｅ：第１の貫通孔
２ｆ：第２の貫通孔
２ｇ：壁部
２ｇ：第３の貫通孔
３：太陽電池素子
４：配線材
５：配線導体
６：透光性基板
７：保護材
８：充填材
９：端子ボックス
１０：固定部材
１１：台船
１２：架台

Claims (7)

1. 受光面と、該受光面の裏面側に位置する非受光面と、を有し、互いに間隔を空けて配列された複数の太陽電池素子を備えた太陽電池パネルと、
   前記非受光面の一部と接触して前記各太陽電池素子を支持する第１の主面と、該第１の主面の裏面側に位置する第２の主面と、前記第１の主面上に配置され、内周面が前記太陽電池パネルの外周面と接触する枠部と、を有する支持部材と、を備え、
   前記支持部材は、前記第１の主面から第２の主面に向かって連通する複数の第１の貫通孔を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記第１の貫通孔は、前記太陽電池素子の直下に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記支持部材は、隣り合う前記第１の貫通孔同士が連通する第２の貫通孔を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記第２の貫通孔の一部は、前記第１の主面に開口していることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記枠部は、内周面から外周面に向かって連通する第３の貫通孔を有し、該第３の貫通孔は、前記第１の貫通孔と連通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 前記支持部材は、前記第１の主面および前記第２の主面を有する基板をさらに備え、前記基板は、前記枠部と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池モジュールと、
   該太陽電池モジュールの前記支持部材の前記第２の主面側に設けられた架台と、を備えた太陽電池システム。