JP2011134859A

JP2011134859A - 太陽電池

Info

Publication number: JP2011134859A
Application number: JP2009292482A
Authority: JP
Inventors: Motofumi Mihara; 基文三原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】簡易な構造で高い信頼性を持つ、大面積の太陽電池モジュールおよびその設置構造を提供すること。
【解決手段】複数の太陽電池素子を配置した太陽電池であって、前記太陽電池素子間に連通孔が設けられていること、あるいは、複数の太陽電池素子を配置して保護材で挟持した太陽電池モジュールをシート状部材に複数整列配置し、前記シート状部材の表裏を連通する連通孔が前記太陽電池モジュール間に設けられていること。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池に関するものである。

大型の太陽光発電所の建設に伴って、従来よりも大面積の太陽電池モジュールの需要が高まっており、大面積で大量供給に適した太陽電池として、薄膜シリコン太陽電池やＣＩＧＳ系薄膜太陽電池などが注目を集めている。

これらの太陽電池は少ない材料で大量生産することができる。

このような太陽電池モジュールの構造の一例としては、プラスチック基板上に形成したａ−Ｓｉ太陽電池やＣＩＧＳ太陽電池の周囲をＥＶＡなどの充填材で充填し、受光面（表面）側と非受光面（裏面）側とをＥＴＦＥのフィルムで保護したフレキシブルな太陽電池モジュールがあげられる。

このような太陽電池モジュールを設置することを目的として、太陽電池モジュールをフレキシブルなシートに取り付ける構造が開示されている（例えば特許文献１）。

特開２００６−３３９６８４号公報

しかしながら、フレキシブルな太陽電池モジュールは懸架であると中央部が撓み積雪が溜まりやすいため、積雪荷重が大きくなるとともに、中央部で水が溜まり表面に汚れが付着して発電効率が低下しやすいという問題があった。

また、特許文献１に記載の太陽電池モジュールの固定構造は、大面積化するほど強風時に風をはらんで強い風圧力を受けて破損しやすいという問題があった。

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、簡易な構造で風圧力に対して高い信頼性を持つ、大面積の太陽電池モジュールを提供することである。

本発明の太陽電池は、複数の太陽電池素子を配置した太陽電池であって、前記太陽電池素子間に連通孔が設けられている。

さらに、前記太陽電池素子は直列接続されて複数の太陽電池モジュールを構成しており、前記連通孔は前記太陽電池モジュール間に形成されることを特徴とする。

さらに、前記太陽電池はアレイであることを特徴とする。

また、複数の太陽電池素子を配置して保護材で挟持した太陽電池モジュールをシート状部材に複数整列配置し、前記シート状部材の表裏を連通する連通孔が前記太陽電池モジュール間に設けられている。

さらに、前記太陽電池の中心線に沿って前記連通孔を配置したことを特徴とする。

さらに、前記太陽電池の中心線あるいは中心点に対して対称に前記連通孔を配置したことを特徴とする。

さらに、前記連通孔の輪郭は円弧状または直線を含む円弧状であることを特徴とする。

さらに、前記各連通孔を千鳥状に配置したことを特徴とする。

本発明の太陽電池によれば、複数の太陽電池素子を配置した太陽電池であって、該太陽電池の表裏を連通する連通孔が前記太陽電池素子間に設けられていること、また、複数の太陽電池素子を配置して保護材で挟持した太陽電池モジュールをシート状部材に複数整列配置し、前記シート状部材の表裏を連通する連通孔が前記太陽電池モジュール間に設けられていることにより、フレキシブルな太陽電池モジュールは懸架であるため、中央部が撓みやすいが、積雪などにより中央部に水が溜まることを抑制することができる。

その結果、中央部に溜まった水に汚れが付着して発電効率が低下することを低減できる。

また、強風時に太陽電池モジュールの軒部や棟部で生じる剥離流や、受光面（表面）側と非受光面（裏面）側の空気の流速の違いより生じる、太陽電池モジュールの受光面（表面）側と非受光面（裏面）側との圧力の差を、連通孔で通風させることにより風圧力を緩和して低減することができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池を示すものであり、（ａ）は受光面側から見た平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す。本発明の他の実施形態に係る太陽電池を示す平面図である。本発明の太陽電池の設置状態を示す斜視図である。本発明の太陽電池に対する空気の流れの様子を示す模式図であり、（ａ）は太陽電池に対する風向が水平で風下開放の場合のモデル図であり、（ｂ）は太陽電池に対する風向が水平で風上開放の場合の模式図であり、（ｃ）は太陽電池に対する風向が吹き降ろしで風下開放の場合の模式図である。本発明の太陽電池に対する水の流れの様子を示す模式図である。本発明の他の実施形態に係る太陽電池を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る太陽電池１について、添付図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態に係る太陽電池１は図１（ａ）および（ｂ）に示すように、複数の太陽電池素子を配置した太陽電池であって、前記太陽電池素子間に連通孔が設けられているものである。

太陽電池１の積層構成は、図１（ｂ）に示すように、プラスチック基板上に形成された太陽電池素子２を受光面側充填材３ａと非受光面側充填材３ｂとで封止し、さらにそれぞれを受光面側保護フィルム４と非受光面側保護フィルム５とで保護したものであり、太陽電池１の受光面側と非受光面側とを連通する連通孔７を有する。

さらに、本実施形態に係る前記太陽電池は直列接続されて複数の太陽電池モジュールを構成しており、前記連通孔は前記太陽電池モジュール間に形成されることが好ましい。

さらに、本実施形態に係る前記太陽電池はアレイであることが好ましい。

これにより、フレキシブルな太陽電池モジュールは懸架であると中央部が撓み積雪が溜まりやすいため、積雪荷重が大きくなるとともに、中央部で水が溜まり表面に汚れが付着して発電効率が低下することを低減できる。

また、充填材３に透湿した水分およびこの水分により生じた酢酸などから、太陽電池素子２やインナーリード６を保護することができる。

太陽電池素子２は光電変換機能を有するものであり、例えば可撓性のプラスチック基板上にプラズマＣＶＤで形成された薄膜のａ−Ｓｉ太陽電池などがあり、プラスチック基板には、アラミドやポリイミド、ポリアミドイミドなどを用いることができ、ａ−Ｓｉ太陽電池以外にＣＩＧＳ系薄膜太陽電池などに適用可能である。

そして各太陽電池素子２間をインナーリード６で電気的に接続して充填材３にて封入する。

インナーリード６には、例えば、半田で被覆した銅箔を用いることができる。

充填材３は、太陽電池素子２を封止する機能を有し、例えば、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）やＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を主成分とし、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を所定の寸法に切断して用いる。

この充填材３には架橋剤が含有され、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３には上述の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。

このように充填材３で封入された太陽電池素子２は、受光面側と非受光面側が、受光面側保護フィルム４と裏面側保護フィルム５で保護される。

受光面側保護フィルム４は、太陽電池素子２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、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン（Ｃ_２Ｆ_４）とエチレン（Ｃ_２Ｈ_４）の共重合体）やＦＥＰ（テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体）などの光透過性と防湿性を有するものを用いるのが好適である。

非受光面側保護フィルム５は、充填材３や太陽電池素子２を保護する機能を有し、この裏面保護フィルム５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）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン（Ｃ_２Ｆ_４）とエチレン（Ｃ_２Ｈ_４）の共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体）或いはこれらを積層したものを用いることができる。

次に、本発明の他の一実施形態に係る太陽電池１について図２を参照しつつ説明する。

太陽電池１は、複数の太陽電池素子を配置して保護材で挟持した太陽電池モジュールをシート状部材に複数整列配置し、前記シート状部材の表裏を連通する連通孔が前記太陽電池モジュール間に設けられているものである。

本実施形態では、複数の太陽電池モジュール１０を、連通孔７を設けたシート状部材１１に縫製や接着で一体化する点で前述の実施形態と相違する。

またシート状部材１１は、繊維基布を熱可塑性樹脂で被覆加工した強度と耐候性に優れたものを用いるとよい。

例えば、繊維基布としてはガラス繊維やポリエステル繊維を用いればよく、熱可塑性樹脂としては塩化ビニル系樹脂、オレフィン系樹脂、弗素系樹脂を用いるとよい。

さらに本実施形態の太陽電池は、前記太陽電池の中心線に沿って前記連通孔を配置したことが好ましく、これにより、最も風圧力のかかる部位の通風を促すことができる。

さらに、本実施形態の太陽電池は前記太陽電池の中心線あるいは中心点に対して対称に前記連通孔を配置したことが好ましく、これにより、風圧力を均等に分散した通風を促すことができる。

例えば、図１（ａ）は太陽電池１に１０ｃｍ^２の連通孔７を太陽電池１の中心線１２に沿って、且つ、太陽電池１の中心線１２あるいは中心点１３に対して対称に設けた連通孔７である。

さらに、本実施形態の太陽電池は、前記連通孔の各連通孔の輪郭は円弧状または直線を含む円弧状であることが好ましく、応力集中による亀裂の発生と進展を低減できる。

連通孔７は空気の流通および排水が可能な形状であればよく、より好ましくは周囲を縫製や接着剤の塗布などにより補強する。

一箇所に大きすぎる連通孔７を設けると、積雪荷重や風圧力による破壊が生じやすくなるので、太陽電池１のサイズに合せて、１箇所あたり１〜１０ｃｍ^２の連通孔７を複数箇所設けるとよい。

さらに、本実施形態の太陽電池は、前記各連通孔を千鳥状に配置したことが好ましく、これにより、例えば図６のように亀裂が連通孔７間を繋がりづらくして断裂するのを低減することができる。

風圧力を低減する仕組みについて図３および図４を参照しつつ説明する。

図３は太陽電池１を架台８に設置した斜視図であり、図４は太陽電池の周囲の空気の流れを側面から見た様子を示す模式図である。

なお以下の説明では、太陽電池１に加わる力のうち、引き上げる方向を負方向、押す方向を正方向と呼ぶものとする。

太陽電池１に加わる風力は、風速の時間的・空間的な変動により一定ではない。そこで、図４ではいくつかの局面を取り出して説明する。

例えば図４（ａ）に示すように、太陽電池１が水平方向の風に対して風下開放に設置されている状況では、太陽電池１の軒先部分で空気の流れに剥離流が生じ、そのすぐ後ろ側で強い負圧が生じる。

また太陽電池１の受光面側で空気の流速が高く、非受光面側で空気の流速が低いことからベルヌーイの定理により、太陽電池１の受光面側では空気の圧力が低くなり、非受光面側で空気の圧力が高くなる。このように剥離流と、受光面側と非受光面側との流速の差から、太陽電池１に負方向の風圧力が生じる。

太陽電池１に連通孔７を設けたことにより、連通孔７を通して空気を流通させることにより、太陽電池１の受光面側と非受光面側の空気圧力の差を小さくして、負方向の風圧力を低減することができる。

また図４（ｂ）に示すように、太陽電池１が水平方向の風に対して風上開放に設置されている状況では、太陽電池１の非受光面側に風をはらんで負方向の風圧力が生じ、さらに太陽電池１の棟部分で剥離流が生じ、太陽電池１の受光面側に強い負圧が生じる。

このような状況でも同様に、連通孔７を通して空気を流通させることで、受光面側と非受光面側の圧力差を低減し、風圧力を抑制することができる。

また図４（ｃ）に示すように、太陽電池１に対して吹き降ろしの風が加わっており、かつ風下開放に設置された状況では、太陽電池１に対して正方向の風圧力が生じる。

このような状況でも、連通孔７が設けられていることにより、太陽電池１の風圧力を受ける面積を減らすとともに、受光面側に加わる風圧力を非受光面側へ逃がすことで風圧力を低減することができる。

また、図５のように、連通孔７はシート状部材１１の防汚の機能を有し、塵などを含む雨水１４を蒸発前に、連通孔７から塵とともに排水することができることから、太陽電池１を懸架して設置しても汚れの付着を防止することができる。

さらに汚れが付着した場合であっても、降雨中に連通孔７を通して雨水１４が流出するため、汚れを洗浄して受光面側保護フィルム４の光透過率を回復して、発電効率を高い状態で維持することができる。

さらに、風圧力を低減させることで、太陽電池１に加わる風の影響を低減して、破損の可能性を抑制し、信頼性を高めることができる。

なお、本発明は実施形態に示したもの以外に種々に変更して用いることができる。例えば太陽電池１はフレキシブルなものであれば良く、充填材３の表面を透光性のガラス不織布で補強したうえで、その外側を受光面側保護フィルムと裏面側保護フィルムで保護したものであってもよい。

１：太陽電池
２：太陽電池素子
３：充填材
３ａ：受光面（表面）側充填材
３ｂ：非受光面（裏側）側充填材
４：受光面（表面）側保護フィルム
５：非受光面（裏面）側保護フィルム
６：インナーリード
７：連通孔
８：架台
９：空気の流れ
１０：太陽電池モジュール
１１：シート状部材
１２：中心線
１３：中心点
１４：雨水

Claims

複数の太陽電池素子を配置した太陽電池であって、
前記太陽電池素子間に連通孔が設けられている太陽電池。
前記太陽電池素子は直列接続されて複数の太陽電池モジュールを構成しており、前記連通孔は前記太陽電池モジュール間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記太陽電池はアレイであることを特徴とする１または２に記載の太陽電池。
複数の太陽電池素子を配置して保護材で挟持した太陽電池モジュールをシート状部材に複数整列配置し、
前記シート状部材の表裏を連通する連通孔が前記太陽電池モジュール間に設けられている太陽電池。
前記太陽電池の中心線に沿って前記連通孔を配置した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。
前記太陽電池の中心線あるいは中心点に対して対称に前記連通孔を配置した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。
前記連通孔の輪郭は円弧状または直線を含む円弧状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池。
前記各連通孔を千鳥状に配置したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池。