JP2010205757A - Solar battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射板を備えた集光型の太陽電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to a concentrating solar cell module provided with a reflector.
従来、このような分野の技術として、特開2001−119054号公報がある。この公報に記載された太陽電池モジュールは、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)からなる透明部材(封止部)内で離間して配置された複数枚の両面光入射型の太陽電池セルを備えている。封止部には、表面側に位置するガラス製の透明板が設けられ、裏面側に位置するアルミニウム又はステンレス製の基板(反射板)が設けられている。モジュールの透明板から入射した太陽光は、太陽電池セルの表面側に直接光として入射される。さらに、隣り合う太陽電池セル間を通り抜けて基板に達した太陽光は、太陽電池セルの表面側に間接光として入射される。このような構成の太陽電池モジュールは、隣り合う太陽電池セル間に入射した光を有効に利用でき、発電効率の向上を図ることができる。 Conventionally, there is JP-A-2001-119054 as a technology in such a field. The solar cell module described in this publication includes a plurality of double-sided light incident type solar cells that are spaced apart from each other in a transparent member (sealing portion) made of an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA). I have. The sealing portion is provided with a glass transparent plate located on the front surface side, and an aluminum or stainless steel substrate (reflecting plate) located on the back surface side. Sunlight incident from the transparent plate of the module is directly incident on the surface side of the solar battery cell. Furthermore, the sunlight which passed between adjacent photovoltaic cells and reached | attained the board | substrate is incident as indirect light on the surface side of a photovoltaic cell. The solar cell module having such a configuration can effectively use light incident between adjacent solar cells, and can improve power generation efficiency.
前述した従来の太陽電池モジュールにおける透明部材(封止部)と透明板と基板(反射板)とは、様々な材質や厚さのものを利用することが可能である。しかしながら、製造時の温度変化のみならず、使用環境下での温度変化によっても反りが発生し難い太陽電池モジュールを製作するにあたって、各部材の材料選択や厚み選択を行う上で、必要以上に剛性の高い材質を利用したり、必要以上に厚みを厚くしたりすると、反りは起こり難くなるが、太陽電池モジュールのコストアップや重量増加に繋がってしまうといった問題点があった。 Various materials and thicknesses can be used for the transparent member (sealing portion), the transparent plate, and the substrate (reflecting plate) in the above-described conventional solar cell module. However, when manufacturing solar cell modules that are less likely to warp not only due to temperature changes during manufacturing but also due to temperature changes in the environment of use, it is more rigid than necessary when selecting the material and thickness of each component. If a material with a high thickness is used or if the thickness is increased more than necessary, warpage is unlikely to occur, but there is a problem that the cost and weight of the solar cell module are increased.
本発明は、適切な材料選択や厚み選択を可能にして、反りの発生が起き難くい太陽電池モジュールを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a solar cell module that allows appropriate material selection and thickness selection and is unlikely to cause warpage.
本発明は、太陽電池セルが封入される封止部と、この封止部に固着されて、太陽光を入射させる透明板と、透明板に対向して配置されて封止部に固着されると共に、太陽光を太陽電池セルに向けて反射させる反射板とを備えた太陽電池モジュールであって、
下記の(1)式を満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
但し、
透明板におけるE1…ヤング率、I1…断面二次モーメント、α1…線膨脹係数
封止部におけるE2…ヤング率、I2…断面二次モーメント、α2…線膨脹係数
反射板におけるE3…ヤング率、I3…断面二次モーメント、α3…線膨脹係数
The present invention provides a sealing portion in which solar cells are enclosed, a transparent plate that is fixed to the sealing portion and allows sunlight to enter, and is disposed to face the transparent plate and is fixed to the sealing portion. A solar cell module comprising a reflector for reflecting sunlight toward the solar cell,
The solar cell module characterized by satisfying the following formula (1).
However,
E 1 in the transparent plate: Young's modulus, I 1 ... secondary moment of section, α 1 ... E 2 in the linear expansion coefficient sealing portion ... Young's modulus, I 2 ... secondary moment of section, α 2 ... in the linear expansion coefficient reflector E 3 ... Young's modulus, I 3 ... Sectional moment of inertia, α 3 ... Linear expansion coefficient
この発明にあっては、熱による反りが起きにくい太陽電池モジュールを製作するにあたって、封止部、透明板、反射板の材料選択や厚み選択を行う上で、必要以上に剛性の高い材質を利用することがなく、必要以上に厚みを厚くする必要がないので、太陽電池モジュールのコストアップや重量増加を抑制することができる。 In this invention, when manufacturing a solar cell module that is unlikely to be warped by heat, a material having rigidity higher than necessary is used in selecting a material and thickness of a sealing portion, a transparent plate, and a reflector. Therefore, since it is not necessary to increase the thickness more than necessary, the cost increase and weight increase of the solar cell module can be suppressed.
また、反射板の厚みは均一であると好適である。
このような構成を採用すると、外気の温度変動によって、反射板の一部が急激に高温になったり、低温になったりすることがなく、太陽電池モジュールの割れ、特に太陽電池セルの割れを抑制することができる。
Further, it is preferable that the thickness of the reflector is uniform.
By adopting such a configuration, the solar cell module cracks, especially the solar cell cracks, can be suppressed without causing a part of the reflector plate to suddenly become hot or cold due to temperature fluctuations in the outside air. can do.
本発明によれば、適切な材料選択や厚み選択を可能にして、太陽電池モジュールの反りの発生を起き難くできる。 According to the present invention, it is possible to select an appropriate material and thickness, and to prevent the solar cell module from warping.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る太陽電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a solar cell module according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、集光型太陽電池モジュール1は、自動車のルーフや家屋の屋根などに設置され、効率の良い太陽光発電を可能にしている。この太陽電池モジュール1は、太陽光の入射を可能にした略均一な厚みの透明板2を有する。この透明板2は、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂などがあり、これらのうち強度、耐熱性、長期信頼性、コストの観点からソーダガラスが好ましい。
As shown in FIG. 1, the concentrating
この透明板2に固着された封止部3内には、マトリックス状に配列された太陽電池セル4が封入され、この封止部3に利用される封止材としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)が好ましい。
太陽電池セル4は、太陽光を両面で捕らえるタイプと片面で捕らえるタイプとがあり、この実施形態では、両面受光型の太陽電池セルが利用されている。セルの種類は、単結晶Siセル、多結晶Siセル、薄膜Siセル、III−V族セル、化合物系セル、有機セルなどがある。
The
封止部3の表面側に配置された透明板2に対面するように、封止部3の裏面側には、断面山形の反射板5が固着されている。略均一な厚みの反射板5は、凹凸形状をなし、プレスによる形状付形性、長期信頼性、コストの観点から、金属板、プラスチック板又はガラス板であっても、これら材質を基材にして、表面に銀又はアルミが反射膜として蒸着されたものであってもよい。
A
反射板5を利用することで、隣り合う太陽電池セル4間を通り抜けて反射板5に達した太陽光を、反射板5の反射面5aで反射された後、太陽電池セル4の裏面側に入射させることができる。これによって、太陽電池セル4の表面側に入射した太陽光と太陽電池セル4の裏面側に入射した太陽光とによって、太陽電池セル4で高出力の電気を発生させることができる。
By using the
前述した太陽電池モジュール1における透明板2と封止部3と反射板5とは、様々な材質や厚さのものを利用することができる。しかしながら、図2を参照して、製造時の温度変化のみならず、使用環境下での温度変化によっても反りが発生し難い太陽電池モジュール1を製作するにあたって、透明板2、封止部3及び反射板5の材料選択や厚み選択を行う上で、下記の式(1)に基づいて、太陽電池モジュール1の設計や検討を行う。
但し、
透明板2におけるE1…ヤング率、I1…断面二次モーメント、α1…線膨脹係数
封止部3におけるE2…ヤング率、I2…断面二次モーメント、α2…線膨脹係数
反射板5におけるE3…ヤング率、I3…断面二次モーメント、α3…線膨脹係数
但し、
太陽電池モジュール1の最も厚い位置におけるa…透明板2の厚み、b…封止部3の厚み、c…反射板5の厚み
Various materials and thicknesses can be used for the
However,
E 1 in the
However,
A at the thickest position of the
式(1)は、太陽電池モジュール1全体の伸縮力(分母)に対する反射板5の伸縮力(分子)の比で示されている。この伸縮力というのは、反りの中立軸に対する各部材2,3,5の剛性(E×I)に線膨脹係数(α)を掛けた値である。
Formula (1) is shown by the ratio of the stretching force (numerator) of the
また、式(1)の分母は、透明板2と封止部3の界面と、封止部3と反射板5の界面とで滑りがあると仮定した上で、各部材2,3,5がどの程度の力をもって伸縮しようとしているかを表している。
Further, the denominator of the formula (1) assumes that there is slippage between the interface between the
式(1)を満たさない場合、ΔZ/L>0.01(太陽電池モジュール1の反り前の全長L、反り量ΔZ、反り率ΔZ/L)となり、太陽電池セル4の割れや集光効率低下を引き起こす。これは、反射板5の伸縮力が、太陽電池モジュール1全体に比べて小さいために、透明板2や封止部3の伸縮の抵抗となり、太陽電池モジュール1に大きな反りを発生させてしまう。
When the formula (1) is not satisfied, ΔZ / L> 0.01 (the total length L before the warp of the
これに対して、式(1)を満たす場合、ΔZ/L≦0.01となり、透明板2や封止部3の伸縮力と反射板5の伸縮力とのバランスが良くなり、反りが発生し難い。
On the other hand, when the expression (1) is satisfied, ΔZ / L ≦ 0.01 is satisfied, and the balance between the expansion / contraction force of the
前述した式を利用することで、透明板2と封止部3と反射板5の材料や厚みを、設計段階や検討段階で評価し易いので、過剰な試作を必要としない。特にこの式は、材料が豊富な反射板5の厚みの検討を容易にする。
By using the above-described formula, it is easy to evaluate the material and thickness of the
反射板5の材料や厚みを最適にすると、太陽電池モジュール1全体に対する反射板5の伸縮力を大きくすることができる。その結果として、太陽電池モジュール1の反り率を大幅に低減させることができ、製造時の成形精度を向上させることができる。
When the material and thickness of the reflecting
太陽電池モジュール1の反りを抑えることで、太陽電池セル4の割れを防ぐことができ、製造時の不良発生率も低減させることができる。
By suppressing the warpage of the
太陽電池モジュール1の反りを抑えることで、反射板5で反射した光を精度良く太陽電池セル4に入射させることができ、光学設計時通りの集光効率を長期に渡って維持させることができる。
By suppressing the warpage of the
封止部2、透明板3、反射板5の材料選択や厚み選択を行う上で、必要以上に剛性の高い材質を利用することがなく、必要以上に厚みを厚くする必要がないので、太陽電池モジュール1のコストアップや重量増加を抑制することができる。この重量増加の抑制効果によって、軽量化をも可能にし、自動車のルーフや家屋の屋根などの補強を最小限に抑えることができ、施工時の作業性もアップする。
In selecting the material and thickness of the sealing
反射板5の薄型最適化を可能にするので、反射板5の熱容量を小さくすることに伴って、太陽電池モジュール1全体の温度上乗を抑えることができる。例えば、太陽電池モジュール1の温度が20℃のときの発熱量を100とした場合、夏場などで、太陽電池モジュール1の温度が70℃にまで上昇すると、発熱量は10〜20%低下するので、反射板5の熱容量を小さくすることは重要である。
Since the thin plate of the
また、反射板5の厚みは均一である。このような構成を採用すると、外気の温度変動によって、反射板5の一部が急激に高温になったり、低温になったりすることがなく、太陽電池モジュール1の割れ、特に太陽電池セル4の割れを抑制することができる。
Moreover, the thickness of the reflecting
次に、式(1)の根拠について説明する。
太陽電池モジュール1に適するような材質や厚みを選択して、上記の式に、下記の表の(1)〜(10)における数値を代入して、下記の表の(1)〜(10)に示されるようなSの値をそれぞれ求めた。更に、建築や自動車業界などで一般的に利用されている構造解析ソフトを利用し、下記の表の(1)〜(10)における数値を代入して、下記の表の(1)〜(10)に示されるようなΔZ/Lの値をそれぞれ求めた。そして、各結果は、図3に示すように、グラフ上で点(1)〜(10)としてプロットされている。
A material and thickness suitable for the
この計算結果から、グラフ作成ソフトによって、図3のグラフ上に曲線Pを描くことができる。 From this calculation result, the curve P can be drawn on the graph of FIG. 3 by the graph creation software.
そして、ΔZ/L≦0.01のときに、透明板2や封止部3の伸縮力と反射板5の伸縮力とのバランスが良くなって、反りが発生し難いことが経験上分かっているので、グラフ上から、ΔZ/L=0.01のときのSの値[K](0.460)が得られ、これに基づいて、S>0.46を導き出した。
When ΔZ / L ≦ 0.01, it has been found from experience that the balance between the stretching force of the
下記の表において、A、C、D、E及び実施例は、式(1)を満足する材質や厚みが選択された例であり、Bは、式(1)を満足しない材質や厚みが選択された例であり、製造時に温度145℃から20℃の温度変化を与えて、これらを実際に試作した後、ΔZ/Lを実測して検証した。 In the table below, A, C, D, E, and Examples are examples in which materials and thicknesses that satisfy Equation (1) are selected, and B is selected as materials and thicknesses that do not satisfy Equation (1). In this example, a change in temperature from 145 ° C. to 20 ° C. was given at the time of manufacture, and after actually making them, ΔZ / L was measured and verified.
図3から分かるように、式(1)を満足しない実験値Bは、ΔZ/L>0.01になり、式(1)を満足する実験値A、C、D、E及び実施例は、ΔZ/L≦0.01になることが実験結果から確かめられた。 As can be seen from FIG. 3, the experimental value B that does not satisfy the equation (1) is ΔZ / L> 0.01, and the experimental values A, C, D, and E that satisfy the equation (1) are as follows: It was confirmed from the experimental results that ΔZ / L ≦ 0.01.
従って、ΔZ/LとSとの間に深い関係があることが判明し、式(1)に基づくと、反りの少ない太陽電池モジュールの予測が可能であると言える。 Therefore, it turns out that there is a deep relationship between ΔZ / L and S, and based on the formula (1), it can be said that a solar cell module with less warpage can be predicted.
従って、例えば、利用する材料が特定されているときに、反りの少ない太陽電池モジュールを製作するにあたり、軽量化や高剛性などを考慮しながら、厚みを容易に検討することができる。 Therefore, for example, when a material to be used is specified, when manufacturing a solar cell module with less warpage, the thickness can be easily examined while considering weight reduction and high rigidity.
本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。本発明は、反射板5からの入光を可能にした太陽電池モジュールであっても適用可能である。また、封止部3の前面及び背面に透光可能な反射板を配置した太陽電池モジュールであってもよい。反射板5は、凹凸形状の断面山形又は波形、平板形状であってもよい。また、本発明は、反射板5の凹凸の大小に拘わらず適用可能である。
It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiment described above. The present invention is applicable even to a solar cell module that allows light from the reflecting
1…太陽電池モジュール、2…透明板、3…封止部、4…太陽電池セル、5…反射板。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
下記の(1)式を満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
但し、
透明板におけるE1…ヤング率、I1…断面二次モーメント、α1…線膨脹係数
封止部におけるE2…ヤング率、I2…断面二次モーメント、α2…線膨脹係数
反射板におけるE3…ヤング率、I3…断面二次モーメント、α3…線膨脹係数 A sealing part in which solar cells are sealed, a transparent plate fixed to the sealing part and allowing sunlight to enter, and disposed to face the transparent plate and fixed to the sealing part, A solar cell module comprising a reflector for reflecting sunlight toward the solar cell,
The solar cell module characterized by satisfying the following formula (1).
However,
E 1 in the transparent plate: Young's modulus, I 1 ... secondary moment of section, α 1 ... E 2 in the linear expansion coefficient sealing portion ... Young's modulus, I 2 ... secondary moment of section, α 2 ... in the linear expansion coefficient reflector E 3 ... Young's modulus, I 3 ... Sectional moment of inertia, α 3 ... Linear expansion coefficient
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2009
- 2009-02-27 JP JP2009046344A patent/JP2010205757A/en active Pending
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