JP2011040430A

JP2011040430A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2011040430A
Application number: JP2009183468A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Inoue; 慎太郎井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: JP5212307B2

Abstract

【課題】気泡の溜まりの発生を抑制しつつ、モジュール全体の集光効率を高めることができる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、間隔を置いて配置された複数の両面受光型の太陽電池セル３、モジュールの受光面１ａ側に配置された透明な前面板２、太陽電池セル３の背面側に設けられた背面反射板５、モジュールの壁部に設けられた壁面反射板６を備える。壁面反射板６と連結する領域における背面反射板５は、受光面１ａと直交する方向から時計回りに０°＜θ＜９０°を満たす角度θを受光面１ａと直交する方向との間に成している。
【選択図】図１

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。

従来、反射板を備えた集光型の太陽電池モジュールとして、特開２０００−２７７７８３号公報に記載されるように、太陽電池セルの背面に配置された背面反射板と、モジュール壁面に配置された壁面反射板とを有するものが知られている。この太陽電池モジュールは、背面反射板と壁面反射板とで太陽光を反射させることにより、太陽電池セルにおける集光効率を高めることができる。

特開２０００−２７７７８３号公報

しかしながら、上述した太陽電池モジュールでは、背面反射板が壁面反射板に対して垂直に配置されているため、モジュール製造時に樹脂封止材を流し込んだ際、背面反射板及び壁面反射板により形成された角部に気泡が溜まり易く、完全に抜き難い。この気泡の残存によって、モジュール全体における集光効率の低下を招く問題点があった。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、気泡溜まりの発生を抑制しつつ、モジュール全体の集光効率を高めることができる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池セルを有する太陽電池モジュールにおいて、モジュールの受光面側に配置された透明な前面板と、太陽電池セルの背面側に設けられた背面反射板と、背面反射板と連結され、モジュールの壁部に設けられた壁面反射板とを備え、壁面反射板と連結する領域における背面反射板は、受光面と直交する方向から時計回りに０°＜θ＜９０°を満たす角度θを受光面と直交する方向との間に成していることを特徴とする。

本発明に係る太陽電池モジュールでは、壁面反射板と連結する領域における背面反射板が、モジュールの受光面と直交する方向から時計回りに０°＜θ＜９０°を満たす角度θを受光面と直交する方向との間に成しているため、樹脂封止材を流し込んだ際に、背面反射板と壁面反射板により形成された角部に溜まりやすい気泡を、背面反射板の傾斜に沿って外部に排出することが可能となる。その結果、モジュール製造時に気泡溜まりの発生を抑え、気泡の残存によるモジュール全体の集光効率の低下を防止することができる。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、壁面反射板は、太陽電池セル間を透過し背面反射板によって反射された入射光を反射することが好適である。このようにすれば、太陽電池セル間を透過し背面反射板により反射されてきた入射光が壁面反射板に反射されるので、入射光をモジュール内部に閉じ込めることが可能となる。従って、モジュール全体の集光効率を高めることができる。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、壁面反射板は、光を乱反射することが好適である。このようにすれば、壁面反射板から前面板への反射光を低減することができ、前面板における全反射をし易くすることができる。これによって、モジュール全体の集光効率を向上することが可能となる。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前面板の縁部には、背面反射板または壁面反射板によって反射された入射光を反射する前面反射板が設けられていることが好適である。このようにすれば、背面反射板または壁面反射板により反射されてきた入射光が、前面反射板によって太陽電池セル側に反射されるので、モジュール全体の集光効率の向上を図り易くなる。

本発明によれば、気泡の溜まりの発生を抑制しつつ、モジュール全体の集光効率を高めることができる。

第１実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。背面反射板の構造を示す拡大断面図である。壁面反射板での反射を示す説明図である。第２実施形態に係る太陽電池モジュールの部分断面図である。第３実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。第４実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。太陽電池モジュールの第１実施例を示す部分断面図である。背面反射板及び壁面反射板の構造を示す拡大断面図である。太陽電池モジュールの第２実施例を示す部分断面図である。壁面反射板の構造を示す拡大断面図である。太陽電池モジュールの第３実施例を示す部分断面図である。封止材層で反射した場合を示す説明図である。太陽電池モジュールの第４実施例を示す部分断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。太陽電池モジュール１は、集光型の太陽電池モジュールであって、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、モジュールの受光面１ａ側に配置された前面板２と、複数の太陽電池セル３を封止する封止材層４と、太陽電池セル３の背面側に配設された背面反射板５と、モジュールの壁部に配設された壁面反射板６とを備えている。

前面板２は、太陽光の入射を可能にした透明な板材であり、例えばソーダガラス、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挙げられる。前面板２の強度、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。

太陽電池セル３は、所定間隔を置いて配列された状態で封止材層４の内部に封止されている。これらの太陽電池セル３は、インターコネクタ（図示せず）を介して直列または並列に電気的に接続されている。太陽電池セル３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、本実施形態では、両面受光型の太陽電池セルが利用されている。セルとしては、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、有機セルなどが挙げられる。

封止材層４に利用される封止材としては、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などが挙げられる。耐熱性及び長期信頼性の観点からＥＶＡがより好ましい。

また、モジュール端部のシール性を向上するため、補助的にサイドシール材を用いても良い。サイドシール材としてはシリコーン樹脂、ブチルゴムなどが挙げられるが、長期信頼性の観点からブチルゴムが好ましい。

背面反射板５は、封止材層４の表面側に配置された前面板２に対面するように、封止材層４の裏面側（受光面１ａの反対側）に配置されている。この背面反射板５は、断面山形に形成され、隣り合う太陽電池セル３間を通り抜けて背面反射板５に達した太陽光を、太陽電池セル３の裏面側に反射させる。このように太陽電池セル３の表面側に入射した太陽光と太陽電池セル３の裏面側に入射した太陽光とによって、太陽電池セル３で高出力の電気を発生させることができる。

図２は、背面反射板の構造を示す拡大断面図である。背面反射板５は、封止材層４に隣接する反射層５１、外側に配置された金属基板５３と、反射層５１と金属基板５３との間に配置された水蒸気／ガスバリア層５２とを備えている。反射層５１は、アルミ膜または銀膜からなる反射膜を有する。銀膜は反射率が高いため、より好ましい。また、反射膜を保護する観点から、透光性のある保護膜を少なくとも一層積層させてもよく、更には各層を貼り合わせための接着層が構成されても良い。

金属基板５３としては、鉄、銅、ステンレス、アルミなどが挙げられるが、長期信頼性、コスト及び放熱性の観点からアルミが好ましい。なお、この場合には、金属基板５３に代えてプラスチック基材を用いてもよい。プラスチック基材としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系樹脂などが挙げられる。耐熱性、長期信頼性及びコストの観点からはＰＥＴが好ましい。また、水蒸気／ガスバリア層５２としては、シリカ層などの無機酸化物系材料が好適である。

背面反射板５の構造は、上述のものに限定されない。反射層５１を有するものであれば良いが、プラスチック基材と反射層とからなり、あるいはプラスチック基材と水蒸気／ガスバリア層と反射層とからなり、金属基板と反射層とからなるのが好ましい。そして、モジュール製造時の封止材の融解性、使用環境温度起因の効率低下の防止の観点から、金属基板と反射層とからなるのがより好ましい。

壁面反射板６は、周囲から前面板２及び封止材層４を取り囲むように、前面板２及び封止材層４の外壁面に設けられている。この壁面反射板６は、受光面１ａと直交して配置されている。そして、背面反射板５は、壁面反射板６に対し所定の角度をもって背面反射板５と連結されている。これらの壁面反射板６と背面反射板５とは、例えば一枚の反射板を所定の形状に折り曲げることによって形成されている。壁面反射板６の構造は、背面反射板５と同様のため、重複する説明を省略する。

背面反射板５と壁面反射板６との連結領域において、背面反射板５は、受光面１ａと直交する方向から時計回りに０°＜θ＜９０°を満たす角度θを受光面１ａと直交する方向との間に成している。すなわち、図１に示すように、受光面１ａと直交する方向に沿った破線Ｌ１と、壁面反射板６と連結する領域における背面反射板５に沿った破線Ｌ２との成す角度θが０°＜θ＜９０°なる関係式を満たす。

このように構成された太陽電池モジュール１にあっては、壁面反射板６と連結する領域における背面反射板５が、モジュールの受光面１ａと直交する方向から時計回りに０°＜θ＜９０°を満たす角度θを受光面１ａと直交する方向との間に成しているため、封止材層４を形成するための樹脂封止材を流し込んだ際、背面反射板５と壁面反射板６により形成された角部１ｂに溜まりやすい気泡を、背面反射板５の傾斜に沿って外部に排出することが可能となる。その結果、モジュール製造時に気泡溜まりの発生を確実に抑え、気泡の残存によるモジュール全体の集光効率の低下を防止することができる。

また、受光面１ａと直交する方向と背面反射板５との成す角度θが０°＜θ＜９０°なる関係式を満たすので、背面反射板５と壁面反射板６とが緩やかな角度で連結されている。従って、例えば一枚の反射板を折り曲げることにより背面反射板５及び壁面反射板６を形成する場合、反射板の折り曲げ部での応力集中を防止することができ、使用環境下での熱収縮起因のヒビ、割れの発生を抑制する効果をもたらす。

更に、図３に示すように、壁面反射板６が太陽電池セル３の間を透過し背面反射板５によって反射された入射光を反射させるので、入射光をモジュール内部に閉じ込めることが可能となる。従って、モジュール全体の集光効率を高めることができる。また、壁面反射板６を設置することにより、壁面反射板６を設置しない場合と比べて、モジュールフレーム（図示せず）との伝熱面積が広くなる。その結果、フレームによる放熱が加速され、モジュールの温度を下げることができ、温度上昇による効率の低下を抑制し、太陽電池モジュールの出力を向上することが可能となる。

なお、背面反射板に傾斜をもたせる（角度を付ける）技術として、従来では、太陽電池セルの間隔において、入射光を太陽電池セルの背面側に凹凸形状に折り曲げられた背面反射板を配置し、凹凸状の背面反射板を利用して太陽電池セル間を透過した入射光を太陽電池セルの裏面に反射させるものが知られている。この従来技術と背景技術に挙げられた特開２０００−２７７７８３号公報とを組み合わせることによって、本実施形態に係る太陽電池モジュール１と同様に集光効率の向上を図ることができると考えられる。

しかしながら、上述の背面反射板に傾斜をもたせる技術が、太陽電池セル間を透過した光を全て太陽電池セルの背面に反射させるように工夫されたものであり、本実施形態に係る太陽電池モジュール１のように、背面反射板５により反射された光を更に壁面反射板６によって反射させるものではない。従って、上述の組み合わせをしても、本実施形態に係る太陽電池モジュール１のように集光効率の向上を図るものではなく、本実施形態に係る太陽電池モジュールのような効果を奏しない。

（第２実施形態）
図４は第２実施形態に係る太陽電池モジュールの部分断面図である。第２実施形態に係る太陽電池モジュール７と第１実施形態との相違点は、壁面反射板８が乱反射構造を有することである。この場合、壁面反射板８から前面板２への反射光を低減することができ、前面板２における全反射をし易くすることができる。これによって、モジュール全体の集光効率の向上を一層図り易くなる。

なお、乱反射構造としては、例えば表面に予め乱反射用凹凸を付与した乱反射層が用いられる。本実施形態に係る太陽電池モジュール７のその他の構成は、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。

（第３実施形態）
図５は第３実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。第３実施形態に係る太陽電池モジュール９と第１実施形態との相違点は、壁面反射板１０が受光面１ａと直交しておらず、受光面１ａと直交する方向に対して所定の角度εをもって配置されることである。

具体的には、壁面反射板１０が、前面板２から封止材層４に向かって漸次広がっている。壁面反射板１０に沿った破線Ｌ３と、受光面１ａと直交する方向に沿った破線Ｌ１との成す角度εがε＞０°なる関係式を満たす。なお、太陽電池モジュール９のその他の構成は、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。

このような構成により、太陽電池モジュール９は、第１実施形態の太陽電池モジュール１と同様な効果が得られるほか、壁面反射板１１が受光面１ａと直交する方向に対して所定の角度εをもって配置されるので、背面反射板５により反射されてきた光をモジュール内部に反射することができ、入射光を太陽電池モジュール１内部に閉じ込める効果を一層に高めることが可能となり、モジュール全体の集光効率を更に向上することができる。

（第４実施形態）
図６は第４実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。第４実施形態に係る太陽電池モジュール１１と第１実施形態との相違点は、前面板２の縁部に前面反射板１２が配置されることである。具体的には、前面反射板１２は、壁面反射板６の上端に連結されて、入射光を遮るような悪影響が生じないように、壁面反射板６の上端からモジュールの内側に向けて所定の長さだけ延びている。この前面反射板１２は、背面反射板５または壁面反射板６によって反射された入射光をモジュール内部に反射する。なお、太陽電池モジュール１１のその他の構成は、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。

このような構成により、太陽電池モジュール１１は、第１実施形態の太陽電池モジュール１と同様な効果が得られるほか、前面板２の縁部に前面反射板１２を配置するので、背面反射板５または壁面反射板６により反射されてきた入射光が、前面反射板１２によって太陽電池セル３側に反射されるので、入射光を太陽電池モジュール１内部に閉じ込める効果を一層に高めることが可能となり、モジュール全体の集光効率を更に向上することができる。

また、太陽電池モジュールでは、モジュール全体の反りやモジュールフレームの高さに起因して、前面板２側に水が溜まり易い問題があるが、前面板２の縁部に前面反射板１２を配置することによって、前面板２側からの水の進入を大幅に抑制することができ、太陽電池モジュールの長期信頼性を向上することができる。

更に、背面反射板５と壁面反射板６との角度を９０°から０°へと小さくしていった場合、角度が９０°の場合と比べて、光が背面反射板５と壁面反射板６とを経由し前面板２へと進んだ場合の前面板２への光の入射角が小さくなってしまう。光の入射角が小さくなると前面板２で全反射せず、大気へ光が通り抜けていってしまう。従って、大気への光の通り抜けが発生しやすい前面板２の縁部の領域に前面反射板１２を設置することで、光の通り抜けをより確実に抑制することができる。また、前面板２の縁部は、中央部に比して大気から前面板２へ入射する光量への影響（太陽電池セル３への光の入光量についての影響）が少ないというメリットも有する。

以下、図７〜図１３に示す実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（第１実施例）
図７は、太陽電池モジュールの第１実施例を示す部分断面図である。本実施例は第１実施形態に係る太陽電池モジュール１に対応するものである。本実施例では、前面板２として旭硝子（株）製Crystal Clear（厚さ４ｍｍ）を使用し、封止材層４として三井化学ファブロ（株）製ソーラーエバ（登録商標）ＳＣ５０Ｂを使用した。そして、受光面１ａと直交する方向と、背面反射板５との成す角度θを３０°とした。また、背面反射板５と壁面反射板６とからなる角部１ｂから封止材層４の上面までの距離Ａ１を１．３ｍｍとし、角部１ｂから受光面１ａまでの距離Ａ２を５．３ｍｍとした。

図８は、背面反射板及び壁面反射板の構造を示す拡大断面図である。本実施例では、金属基板５３としてアルミＡ１０５０（厚さ０．２ｍｍ）を使用した。また、反射層５１としては、接着層５１１（厚さ２０μｍ）、ＰＥＴ層５１２（３０μｍ）、Ａｇ蒸着層５１３（２μｍ）、及びアクリル層５１４（２０μｍ）を積層してなるものを使用した。

（第２実施例）
図９は、太陽電池モジュールの第２実施例を示す部分断面図である。本実施例は第２実施形態に係る太陽電池モジュール７に対応するものである。本実施例では、前面板２として旭硝子（株）製Crystal Clear（厚さ４ｍｍ）を使用し、封止材層４として三井化学ファブロ（株）製ソーラーエバ（登録商標）ＳＣ５０Ｂを使用した。そして、受光面１ａと直交する方向と、背面反射板５との成す角度θを３０°とした。また、背面反射板５と壁面反射板６とからなる角部１ｂから封止材層４の上面までの距離Ａ１を１．３ｍｍとし、角部１ｂから受光面１ａまでの距離Ａ２を５．３ｍｍとした。

図１０は、壁面反射板の構造を示す拡大断面図である。本実施例では、金属基板５３としてアルミＡ１０５０（厚さ０．２ｍｍ）を使用した。また、反射層５１としては、接着層５１１（厚さ２０μｍ）、ＰＥＴ層５１２（３０μｍ）、Ａｇ蒸着層５１３（２μｍ）、及びアクリル層５１４（２０μｍ）を積層してなるものを使用した。乱反射層は、反射層のＰＥＴ層に予め乱反射用凹凸を付与し、その後Ａｇ層を蒸着することで形成された。従って、通常の反射層と乱反射層とは一体化され、境界面での水蒸気や酸素の進入などはない。なお、背面反射板５は第１実施例に係る背面反射板と同様の構造を有するため、重複説明を省略する。

（第３実施例）
図１１は、太陽電池モジュールの第３実施例を示す部分断面図である。本実施例は第３実施形態に係る太陽電池モジュール９に対応するものである。本実施例では、前面板２として旭硝子（株）製Crystal Clear（厚さ４ｍｍ）を使用し、封止材層４として三井化学ファブロ（株）製ソーラーエバ（登録商標）ＳＣ５０Ｂを使用した。そして、受光面１ａと直交する方向と、背面反射板５との成す角度θを３０°とした。また、受光面１ａと直交する方向と、壁面反射板１０との成す角度εを１５°とした。また、背面反射板５と壁面反射板１０とからなる角部１ｂから封止材層４の上面までの距離Ａ１を１．３ｍｍとし、角部１ｂから受光面１ａまでの距離Ａ２を５．３ｍｍとした。なお、背面反射板５及び壁面反射板１０は第１実施例と同様の構造を有するため、重複説明を省略する。

図１２（ａ）に示すように、受光面１ａと直交する方向と、壁面反射板１０との成す角度をε＝１５°とし、受光面１ａと直交する方向と、背面反射板５により反射された反射光との成す角度をαとし、封止材層４から前面板２に光が入射したときの屈折角をβとすると、スネルの法則より、式（１）、（２）が得られる。式（１）、（２）において、Ｎ_１は前面板２の屈折率であり、Ｎ_２は封止材層４の屈折率である。

そして、前面板２のガラス面で全反射する条件は式（２）≧１より、式（３）が得られる。

Ｎ_２＝１．４８７の場合、式（４）が得られる。

以上の結果より、壁面反射板６に対して２７．２５°（α+ε＝１２．２５°+１５°）より低い入射角度の場合、前面板２で透光して、その分がロスしてしまう。この場合、壁面反射板６が背面反射板５と直交して配置される場合と比べて、入射光を閉じ込める効果が大幅に向上したことが確認された。また、図１２（ｂ）中の角度６０°の領域は前面板へ向かわない入射領域である。なお、ここでは、封止材層４で反射した場合を挙げて説明したが、前面板２で反射した場合についても同様の効果が得られる。

（第４実施例）
図１３は、太陽電池モジュールの第４実施例を示す部分断面図である。本実施例は第４実施形態に係る太陽電池モジュール１１に対応するものである。本実施例では、前面板２として旭硝子（株）製Crystal Clear（厚さ４ｍｍ）を使用し、封止材層４として三井化学ファブロ（株）製ソーラーエバ（登録商標）ＳＣ５０Ｂを使用した。そして、受光面１ａと直交する方向と、背面反射板５との成す角度θを３０°とした。

背面反射板５と壁面反射板６とからなる角部１ｂから封止材層４の上面までの距離Ａ１を１．３ｍｍとし、角部１ｂから受光面１ａまでの距離Ａ２を５．３ｍｍとした。また、前面板２の縁部に配置された前面反射板１２は、壁面反射板６の上端に連結されて、壁面反射板６の上端からモジュールの内側に向けて１５ｍｍ（図１３のＡ３参照）延びている。なお、背面反射板５、壁面反射板６及び前面反射板１２は第１実施例に係る背面反射板と同様の構造を有するため、重複説明を省略する。

本発明に係る太陽電池モジュールは、上記の実施形態及び実施例に記載したものに限定されるものではない。本発明に太陽電池モジュールは、各請求項に記載した要旨を変更しないように実施形態に係る太陽電池モジュールを変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。例えば、上記の実施形態及び実施例において、太陽電池セルが両面受光型の場合を挙げて説明したが、片面受光型の太陽電池セルにも適用される。

１，７，９，１１…太陽電池モジュール、１ａ…受光面、１ｂ…角部、２…前面板、３…太陽電池セル、４…封止材層、５…背面反射板、６，８，１０…壁面反射板、

Claims

太陽電池セルを有する太陽電池モジュールにおいて、
モジュールの受光面側に配置された透明な前面板と、
前記太陽電池セルの背面側に設けられた背面反射板と、
前記背面反射板と連結され、モジュールの壁部に設けられた壁面反射板とを備え、
前記壁面反射板と連結する領域における前記背面反射板は、前記受光面と直交する方向から時計回りに０°＜θ＜９０°を満たす角度θを前記受光面と直交する方向との間に成していることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記壁面反射板は、前記太陽電池セル間を透過し前記背面反射板によって反射された入射光を反射す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。
前記壁面反射板は、光を乱反射することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
前記前面板の縁部には、前記背面反射板または前記壁面反射板によって反射された入射光を反射する前面反射板が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。