JP2011514004A - ソーラモジュール - Google Patents
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Abstract
シートと、第１および第２の導体線間に電気的に直列接続され、かつシートの第１の側に配置された複数の太陽電池であって、第１および第２の導体線が各々シートの長さに沿って延びる太陽電池と、第１の導体線と電気接続している第１の導体リードおよび第２の導体線と電気接続している第２の導体リードと、第１の導体リードがシートの第２の側に延びる際に通るシートのスルーホール、および第２の導体リードがシートの第２の側に延びる際に通る別のスルーホールと、を備えるソーラモジュール。
Description
本発明はソーラモジュールに関する。
ソーラモジュールは通常、直列接続された複数の太陽電池を含んでいるが、それは、各電池が、モジュールからの出力電圧として必要とされるよりも小さい制限電圧のみを生成するからである。出力電圧は最初と最後の太陽電池の間で生成され、また、バスバーとも称される、例えば金属リボンの形態の導体線によって通常は引き出される。導体線は、ガラス板などのシートの一方の側に配置され、電流は、電気負荷が接続可能な、接合ボックスとも称される１つまたは２つの接続ボックスに導体線からガイドされる必要がある。
刊行物「Ｓｈｅｌｌ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｘ Ｅｃｌｉｐｓｅ ８０−Ｃ Ｐｒｏｄｕｋｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ」、Ｖｌ／ＰｏｗｅｒＭａｘＥｃｌｉｐｓｅ／８０−Ｃ−Ｇｒｉｄ−Ｐｏｗｅｒ／Ｄ／１１／０５ ＳＡＰ Ｒｅｆ．：４００８２９は、一連の二セレン化銅インジウムタイプの薄膜太陽電池を含む従来のソーラモジュールを開示している。知られているモジュールの太陽電池は矩形のガラス板に配置され、導体線はガラス板の長辺と平行になっており、また太陽電池は導体線間に直列に配置される。このモジュールにおいて、２つの直列接続が配置されるため、合計２対の導体線が存在することになる。フロントガラスは太陽電池構造にラミネートされ、導体線は、モジュールからモジュールの短辺の回路基板を介して共通コネクタボックスに側方に導出される。回路基板は、導体線が交差される必要があり、かつラミネートの厚さ以内では可能でない、２つの直列接続の並列接続を提供する。他方、回路基板は、モジュールのアクティブエリアとして使用可能ではない空間を占める。知られているモジュールは基板タイプや基板設計であるため、太陽電池が製造時に配置される基板は、最終モジュールの受光側と反対側である。
モジュールごとに１つの直列接続がある設計においても、モジュールの電気的性能および長期安定性を損なう恐れがあるため、例えばいわゆる縁部コネクタなどのラミネート構造から側方にリードをガイドすることは理想的ではない。
米国特許第５，５７８，５０２号はスーパーストレート（Ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）タイプのソーラモジュールを開示している。電池は直列に接続されており、このうちの最初と最後の電池は各々バスバーに取り付ける。スーパーストレート設計において、基板はソーラモジュールの受光側を形成する。バックカバーが提供され、接合ボックスはバックカバーのホールに配置され、このバックカバーを介して両バスバーからのホールリードが延びることができ、このリードは接合ボックスのコンタクトに接続可能である。
他のスーパーストレート設計のソーラモジュールが欧州特許出願公開第１０４１６４７号明細書および欧州特許出願公開第１２２０３２９号明細書に開示されている。
Ｊ．Ｐａｌｍ、Ｖ．ＰｒｏｂｓｔおよびＦ．Ｈ．Ｋａｒｇ、「Ｓｅｃｏｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ＣＩＳ ｓｏｌａｒ ｍｏｄｕｌｅｓ」Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ，ｖｏｌ．７７，ｐ．７５７−７６５，２００４
導体線にコネクタボックスを接続する際、複数の技術的要件が満たされ、かつ考慮される必要がある。このような要件の１つは、例えば標準ＩＥＣ６１６４６に記されているように、乾燥および湿式条件下のモジュールとこのフレームまたは周囲との導電部分の十分な絶縁である。この要件を満たす際の問題はモジュールの縁部における湿気の侵入であり、このことは導電率の増大、電流の漏洩およびスパークを潜在的にもたらす恐れがある。別の要件は十分に高い最大逆電流であり、これによってモジュールは、太陽電池のダイオード特性に関して順方向のダメージなく動作可能である。これは、例えば標準ＤＩＮ ＥＮ５０３８０およびＩＥＣ６１７３０の主題である。最大逆電流が最高となるのは、導体線がシートの裏側につなげられる場合である。他方、厚い導体線はより困難かつ高価なカプセル化をもたらし、幅の広い導体線はモジュールのアクティブ光起電面積の縮小をもたらすため、導体線の断面積を最小に保つことが望ましい。基板タイプのモジュールに関するこれらの要件を満たすことは特に興味深いものである。スーパーストレートタイプモジュールにおいて、太陽電池を配置した後に裏側に電気接続を配置する際には、一般的により高い柔軟性がある。
本発明の目的は、特に基板タイプの改良型ソーラモジュールを提供することである。
本発明によると、
シートを形成するか、シートの一部である基板と、
第１および第２の導体線間に電気的に直列接続され、かつシートの第１の側に配置された複数の太陽電池であって、第１および第２の導体線が各々シートの長さに沿って延びる太陽電池と、
第１の導体線と電気接続している第１の導体リード、および第２の導体線と電気接続している第２の導体リードと、
第１の導体リードがシートの第２の側に延びる際に通るシートのスルーホール、および第２の導体リードがシートの第２の側に延びる際に通るシートの別のスルーホールと、を備えるソーラモジュールが提供されている。
シートを形成するか、シートの一部である基板と、
第１および第２の導体線間に電気的に直列接続され、かつシートの第１の側に配置された複数の太陽電池であって、第１および第２の導体線が各々シートの長さに沿って延びる太陽電池と、
第１の導体線と電気接続している第１の導体リード、および第２の導体線と電気接続している第２の導体リードと、
第１の導体リードがシートの第２の側に延びる際に通るシートのスルーホール、および第２の導体リードがシートの第２の側に延びる際に通るシートの別のスルーホールと、を備えるソーラモジュールが提供されている。
シートは以下接続シートとも称される。
シートに延びている第１および第２の導体線は相互に間隔をあけられている。第１と第２の導体線間の間隔は、これらの長さに沿って両者間で測定可能な最小間隔である。本発明によって、十分な絶縁および最大逆電流などの他の技術的要件に関して妥協する必要なく、モジュールのアクティブ光起電面積を最大化することができる。
一実施形態において、第１および第２の導体線は相互にある間隔をあけられており、ソーラモジュールはさらに、
第１の導体線と電気接続している第１のコネクタおよび第２の導体線と電気接続している第２のコネクタとを具備する接続ボックスを備えており、
第１および第２のコネクタのうちの少なくとも一方が、シートを介して延びるそれぞれの導体リードによってそれぞれの導体線と電気接続しており、この導体リードは、間隔の少なくとも２５％の距離をシートの第２の側に沿って延びる。
第１の導体線と電気接続している第１のコネクタおよび第２の導体線と電気接続している第２のコネクタとを具備する接続ボックスを備えており、
第１および第２のコネクタのうちの少なくとも一方が、シートを介して延びるそれぞれの導体リードによってそれぞれの導体線と電気接続しており、この導体リードは、間隔の少なくとも２５％の距離をシートの第２の側に沿って延びる。
本実施形態の一態様において、本発明は、導体線と単一の接続ボックス間の改良された相互接続を提供する。一般的には受光側と反対のソーラモジュールの裏側である接続シートの第２の側に沿って一方の導体リード（または両方の導体リード）をガイドすることによって、モジュールのアクティブエリアは最大化され、一方で従来の単一接続ボックスが提供される。
具体的な実施形態の分類において、導体リードの少なくとも１つとそれぞれの導体線間のコンタクトポイントは、端部から測ってそれぞれの導体線の長さの２０％から５０％の距離に配置される。導体線の端部から離してコンタクトポイントを配置することによって、導体線に沿って移動する電流の平均長さは短縮されるため、導体線の抵抗損は最小化される。これによって、カプセル化および／またはアクティブ表面に対して有利に、厚さおよび／または幅を削減するなどの、導体線の断面積を削減することが可能になる。特に、第１の導体線と第１の導体リード間、および第２の導体線と第２の導体リード間のコンタクトポイントは、端部から測ってそれぞれの導体線の長さの２０％から５０％の距離に配置可能である。
したがって、本発明の本態様は実際に、
シートと、
第１および第２の導体線間に電気的に直列接続され、かつシートの第１の側に配置されている複数の太陽電池であって、第１および第２の導体線が各々接続シートの長さにそって延び、かつ相互に最小間隔あけられている太陽電池と、
電気負荷を第１および第２の導体線に接続するための、第１の導体線と電気接続している第１のコネクタおよび第２の導体線と電気接続している第２のコネクタを具備する接続ボックスとを備えており、
第１および第２のコネクタの少なくとも一方が導体リードによってそれぞれの導体線と電気接続しており、導体リードとそれぞれの導体線間のコンタクトポイントが、端部から測ってそれぞれの導体線の長さの２０％から５０％の距離に配置される任意のソーラモジュールにおいても達成される。
シートと、
第１および第２の導体線間に電気的に直列接続され、かつシートの第１の側に配置されている複数の太陽電池であって、第１および第２の導体線が各々接続シートの長さにそって延び、かつ相互に最小間隔あけられている太陽電池と、
電気負荷を第１および第２の導体線に接続するための、第１の導体線と電気接続している第１のコネクタおよび第２の導体線と電気接続している第２のコネクタを具備する接続ボックスとを備えており、
第１および第２のコネクタの少なくとも一方が導体リードによってそれぞれの導体線と電気接続しており、導体リードとそれぞれの導体線間のコンタクトポイントが、端部から測ってそれぞれの導体線の長さの２０％から５０％の距離に配置される任意のソーラモジュールにおいても達成される。
シートと、
第１および第２の導体線間に電気的に直列接続され、かつシートの第１の側に配置された複数の太陽電池であって、第１および第２の導体線が各々シートの長さに沿って延びる太陽電池と、
第１および第２の導体線の一方と電気接続しているコネクタを具備する接続ボックスとを備え、
コネクタが導体リードによってそれぞれの導体線と電気接続しており、導体リードとそれぞれの導体線間のコンタクトポイントが、端部から測ってそれぞれの導体線の長さの２０％から５０％の距離に配置されるソーラモジュール。
第１および第２の導体線間に電気的に直列接続され、かつシートの第１の側に配置された複数の太陽電池であって、第１および第２の導体線が各々シートの長さに沿って延びる太陽電池と、
第１および第２の導体線の一方と電気接続しているコネクタを具備する接続ボックスとを備え、
コネクタが導体リードによってそれぞれの導体線と電気接続しており、導体リードとそれぞれの導体線間のコンタクトポイントが、端部から測ってそれぞれの導体線の長さの２０％から５０％の距離に配置されるソーラモジュール。
接続ボックスは、接続ラインが配置されている第１の側と反対のシートの第２の側に適切に配置され、第２の側は通常、受光側と反対のソーラモジュールの裏側である。
第１および第２の導体線の一方と電気接続しているコネクタを具備する接続ボックスは、電気負荷をそれぞれの導体線に接続するように作用する。特に、第１および第２のコンタクトは、電気負荷を第１および第２の導体線に接続するように作用する。複数のソーラモジュールがしばしば、これらのコンタクトによって直列接続されてモジュールアレイを形成し、この場合の負荷とはモジュールアレイの負荷である。
一実施形態では、単一の接続ボックスが提供される。単一の接続ボックスではなく、２つの接続ボックスも、本発明から逸脱することなく用いられることが可能である。次いで、２つの接続ボックスは適切には、電気負荷を第１および第２の導体線に接続するための、第１の導体線と電気接続している第１のコネクタを具備する第１の接続ボックスと、第２の導体線と電気接続している第２のコネクタを具備する第２の接続ボックスである。電気負荷は、両方の接続ボックスの両方のコンタクトに接続可能である。
一実施形態では、接続ボックスは２つのコネクタ、つまり第１の導体線と電気接続している第１のコネクタと、第２の導体線と電気接続している第２のコネクタとを有する。電気負荷は第１および第２の導体線に接続可能である。さらに本実施形態において、コネクタの各々は導体リードによってそれぞれの導体線と電気接続しており、導体リードとそれぞれの導体線間のコンタクトポイントは、端部から測ってそれぞれの導体線の長さの２０％から５０％の距離に配置される。
一実施形態において、第１および第２の導体線は、例えば矩形モジュールの長辺に沿って略平行である。さらに少なくとも１つの接続ボックスが、第１および第２の導体線間の仮想中間線に沿った略一定の位置に適切に配置される。
また、第１および第２の導体リードは、第１および第２の導体線と交差する仮想垂直線上に実質的にある位置で接続シートを介して延びることが可能であり、接続ボックスは、仮想垂直線に沿って実質的に配置されている。この場合、単一の接続ボックスの裏側に沿った導体リードの長さは最小化可能である。
一実施形態では、接続ボックスは、第１および第２の導体線の少なくとも一方の端部付近に配置可能である。
一実施形態では、導体リードのうちの少なくとも１つと導体線のうちの少なくとも１つが一体的に形成される、つまり相互接続されるのではなく集積されることによって、両者は同一リードの一部を形成することができる。例えば金属リボンの形態の導体線は十分な長さを備えるのが可能なため、接続ボックスへの導体リードのように、接続シートを介して延びる。このことは、特に接続シートのスルーホールのエリアにおいて導体線を導体リードと相互接続させる必要性を緩和する。
一実施形態では、１つまたは両方のコネクタが接続ボックスの端子である。
別の実施形態では、１つまたは両方のコネクタが、接続ボックスから延びる接続リードを備える。接続リードおよびそれぞれの導体リードは一体的に形成可能である、つまり同一リードの一部を形成可能である。
具体的な実施形態は以下のとおりである。
接続シートと、
第１および第２の導体線間に電気的に直列接続され、かつ接続シートの第１の側に配置された複数の太陽電池であって、第１および第２の導体線が各々接続シートの長さに沿って延び、かつ相互に最小間隔あけられている太陽電池と、
電気負荷を第１および第２の導体線に接続するための、第１の導体線と電気接続している第１のコネクタおよび第２の導体線と電気接続している第２のコネクタを具備する接続ボックスとを備えており、
第１および第２のコネクタの少なくとも一方が、接続シートを介して延びる導体リードによってそれぞれの導体線と電気接続しており、かつ最小間隔の少なくとも２５％の距離を接続シートの第２の側に沿っているソーラモジュール。
第１および第２の導体線間に電気的に直列接続され、かつ接続シートの第１の側に配置された複数の太陽電池であって、第１および第２の導体線が各々接続シートの長さに沿って延び、かつ相互に最小間隔あけられている太陽電池と、
電気負荷を第１および第２の導体線に接続するための、第１の導体線と電気接続している第１のコネクタおよび第２の導体線と電気接続している第２のコネクタを具備する接続ボックスとを備えており、
第１および第２のコネクタの少なくとも一方が、接続シートを介して延びる導体リードによってそれぞれの導体線と電気接続しており、かつ最小間隔の少なくとも２５％の距離を接続シートの第２の側に沿っているソーラモジュール。
接続シートは、ソーラモジュールのカプセル化の一部を形成可能である。
次に本発明の要素は図面を参照してさらに説明される。
同一または類似のオブジェクトを示すために、同様の参照番号が異なる図面で使用されている。
本発明にしたがったソーラモジュール１の実施形態を概略的に示す図１を参照する。
断面図に示されているソーラモジュール１は基板タイプであり、このことは、太陽電池７、８が、ポリビニルブチラール箔またはエチレンビニルアセテート箔などのラミネーション箔１０、およびフロントガラスなどのフロントカバー１１によってカプセル化される前に配置される基板を接続シート５が形成することを意味している。接続シート５は特に、フロートガラスなどのガラス基板であってもよい。例えば太陽電池の配置時に基板に対して所望される機械的安定性を提供するために、シートは、０．５ｍｍ以上、例えば１から６ｍｍなどの０．５ｍｍから２０ｍｍの厚さを有することができ、特に、例えばフロートガラスのシートは１から４ｍｍの厚さであってもよい。フロントカバー１１はモジュールの受光側を形成する。
簡潔にするために、この概略的実施形態においては、２つの太陽電池７、８のみが直列接続で示されている。直列接続された太陽電池の数は通常２から５００個、適切には５０から２００個、例えば約１００個であってもよい。
本発明は、従来の結晶シリコン太陽電池および薄膜太陽電池、シリコンベース薄膜、黄銅鉱化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物および類似体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物および類似体、有機物質という非網羅的リストに基づいた太陽電池、および色素増感太陽電池を含むすべてのタイプの太陽電池に適用可能である。薄膜太陽電池、特に黄銅鉱ベース太陽電池が好ましい。
黄銅鉱化合物の用語は、本明細書では、二セレン化銅インジウム（「ＣＩＳ」）型のｐ型半導体を含む、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２群半導体またはＩＩ−ＩＶ−Ｖ２群半導体から形成される材料をカバーする属に関する用語として用いられる。ＣＩＧＳまたはＣＩＧＳＳと表記される特殊な場合もある。これは少なくとも以下の種をカバーしている：ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｓｅ２、ＣｕＩｎｘＧａ（１−ｘ）ＳｅｙＳ（２−ｙ）、ＣｕＩｎｘＧａｚＡｌ（１−ｘ−ｚ）ＳｅｙＳ（２−ｙ）およびこれらの組み合わせ、ここで０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｚ≦１、および０≦ｙ≦２である。黄銅鉱化合物はさらに、低濃度の、微量のまたは一定のドーピング濃度の１つ以上のさらなる元素または化合物、特に、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムおよび／もしくはフランジウムなどのアルカリ、またはアルカリ化合物を含んでもよい。このようなさらなる構成要素の濃度は通常５ｗｔ％以下、適切には３ｗｔ％以下である。
ＩＩ−ＶＩ族化合物の用語は、周期表のＩＩ族元素のいくつかおよび周期表のＶＩ族元素のいくつかが存在する化合物をカバーする、属に関する用語として本明細書では用いられている。特に、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｘＳｅ１−ｘ、ＺｎＳｘ（ＯＨ）１−ｘ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅが例として挙げられる。例えばドーピング元素および微量元素などの他の元素がこのような化合物に存在することもある。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物の用語は、周期表のＩＩＩ族元素のいくつかおよび周期表のＶ族元素のいくつかが存在する化合物をカバーする、属に関する用語として本明細書では用いられている。特に、ＧａＡｓ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ、ＧａＰ、ＩｎｘＧａ１−ｘＰ、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｚＰ１−ｘ（ここで０≦ｘ≦１である）が例として挙げられる。例えばドーピング元素および微量元素などの他の元素が存在することもある。
吸収層の用語は、複数の層、特に複数の薄膜層をカバーすることを意図しており、さらに、吸収層に加えてバック電極層とフロント電極層間に配置される層もある。一例として、黄銅鉱吸収層の場合、ウィンドウ層またはバッファ層が存在することもある。例えば酸化亜鉛を含むフロント電極との界面においてなど、例えばＣｄＳなどの１層のＩＩ−ＶＩ族化合物が一例である。
図１の実施形態は、黄銅鉱型吸収層を有する太陽電池７、８によって説明される。
バックコンタクトは、基板５に堆積されている金属層１４を備える。層１４は、好ましい実施形態では、通常高伝導性金属を含むか、高伝導性金属からなる。銅、アルミニウム、モリブデン、タングステンおよび銀が特に重要であるとされる。しばしば、約０．２から２ミクロンの厚さにスパッタリングすることによって堆積されたモリブデン層が適用される。
バック電極１４の上に、約０．２から２ミクロンの厚さを有し、かつ例えばｐ型の（ＣＩＳ型層とも称される）黄銅鉱型半導体層１６が配置される。
ＣＩＳ型層１６は、当該技術分野で使用可能な任意の方法で形成可能である。好ましい方法は、ＣＩＳ型層の金属構成要素を含み、場合によっては気相成長法、次いで急速熱処理によってＳｅ層を堆積する１連の層のスパッタリング堆積を含む。好ましいプロセスは、参照により組み込まれるＪ．Ｐａｌｍ、Ｖ．ＰｒｏｂｓｔおよびＦ．Ｈ．Ｋａｒｇ、「Ｓｅｃｏｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ＣＩＳ ｓｏｌａｒ ｍｏｄｕｌｅｓ」Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ，ｖｏｌ．７７，ｐ．７５７−７６５，２００４に説明されている。
基板５とバック電極層１４の間に、拡散バリア層（図示せず）が配置可能であり、これは、ガラス基板からＣＩＳ層１６へのアルカリ金属の拡散を抑制するように作用する。このような層が配置されると、太陽電池が配置される前に、基板の一部を明確に形成する。さらに、ＣＩＳ型層は適切には、参照により含まれている米国特許第５，６２６，６８８号明細書に開示されているように、限定量のＮａを含有する。
ＣＩＳ層の上に、ＣｄＳまたはＣｄフリー材料などのバッファ層および／またはウィンドウ層が堆積可能である。
太陽電池はさらにフロント電極層２０を備える。層２０は特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、適切にはＺｎＯなどの透明導電酸化物（ＴＣＯ）であってもよい。ＴＣＯ層は、例えば、スパッタリングによって堆積可能である。層は、吸収層がｐ型の場合、ｎ型などの吸収層の半導体型とは反対にドーピングされる。スパッタリングは、例えばＺｎＯ：ＡｌターゲットからのＤＣスパッタリングによって、または金属ターゲットからの反応性スパッタリングによって実行可能である。層は、例えば、１０−３オーム・ｃｍの約２．０倍より良好、適切には１０−３オーム・ｃｍの１．０倍より良好な比較的低い抵抗率を提供するように適切にドーピングされる。層２０の厚さは適切には０．５から２ミクロンである。
バック電極層１４、吸収層１６およびフロント電極層２０は、直列接続されている個別の太陽電池７、８が形成されるようにパターニングされる。特に、太陽電池７のフロント電極層２０は太陽電池８のバック電極層１４と電気接続している。直列の最後の太陽電池８のフロント電極層２０は、太陽電池８に隣接する領域２６においてバック電極層１４と電気接続している。直列の最初の電池である太陽電池７のバック電極層はまた、最初の電池に隣接する領域２７に延びる。適切にはバック電極層１４は、モジュール１の縁部に沿って縁部領域２８がないままである。領域２６および２７において、かつこれらと電気的に接触して、導体線３１および３２が配置され、これらは以下第１および第２の導体線とそれぞれ称される。導体線は、例えば銅、アルミニウム、モリブデンなどの金属リボンであってもよく、場合によっては、例えばニッケル、パラジウム、スズまたは銀によって被覆されてもよい。本例における第１および第２の導体線は平行であるため線形でもあり、間隔Ｌを有している。
接続シート５の裏側に接続ボックス３６が配置される。接続ボックス３６は、以下第１および第２のコネクタとそれぞれ称される２つのコネクタ４１および４２を備える。電気負荷（図示せず）がコネクタ４１、４２に接続可能である。
第１のコネクタ４１は、導体リード４６によって第１の導体線３１と電気接続している。導体リード４６は接続シート５のホール４８を介して延び、接続シート５の第２の側５０に沿って連続している。
本実施形態において、第２のコネクタ４２は、ホール５２を介して接続シート５を通って延びる第２の導体リード５１によって、同様かつ対称的に第２の導体線３２に接続される。本実施形態では、ホール４８とコネクタ４１間の距離は間隔Ｌの少なくとも２５％であるため、ホール４８および５２間の距離もまた間隔Ｌの少なくとも２５％である。
本発明の態様によると、第１のコネクタ４１は、導体リード４６によって第１の導体線３１と電気接続しており、導体リード４６とそれぞれの導体線３１間のホール４８におけるコンタクトポイントは、端部から測って、つまりそれぞれの導体線に沿ったそれぞれの導体線３１の長さの２０％から５０％の距離に配置可能である。適切には、第２の導体リード５１とそれぞれの導体線３２間のホール５２におけるコンタクトポイントもまた、端部から測って第２の導体線３２の長さの２０％から５０％の距離に配置される。このような実施形態が図３ｄから図３ｈ、図４、図５ａに示されており、これらの図面を参照してさらなる詳細が説明される。
太陽電池、導体線、接続ボックスなどのコンポーネントが接続シートおよび／または基板の特定の側に配置されているという明細書および請求項の表現は、このようなコンポーネントが直接特定の側にあることを必ずしも意味していない点が明確になる。しかしながら、コンポーネントがこの側に直接配置されることは可能である。
接続ボックス３６は、図２から図５に示されているように種々の配置で提供可能である。
図２において、モジュール１の実施形態は接続シート５から見て（つまり図１の下から）概略的に示されている。図１は、線Ｉ−Ｉに沿った断面を表している。明確にするために、バスバー間の太陽電池ではなくバスバー３１、３２のみが示されている。この向きでは、ホール４８、５２とコネクタ４１、４２間のモジュールの裏側に沿った導体リード４６、５１の複数の箇所は受光側のいずれの表面もカバーしないことが明らかになる。そのため、本実施形態では、導体線３１、３２と接続ボックス３６間の相互接続によってアクティブ表面が占められることはない。
示されているように導体線３１、３２間に、つまり、第１および第２の導体線３１、３２間の仮想中心線５５に沿ったある位置に対称的に接合ボックスを配置することがしばしば好ましい。
中心線５５に垂直に測定された接続ボックスの幅は通常最小間隔Ｌの２５％未満である。一般的な最小間隔は、例えば１０から１００ｃｍの範囲であり、特に４０から８０ｃｍである。
図２に示されている実施形態では、第１および第２の導体リードが接続シートを介して延びる際に通るホール４８、５２は、第１および第２の導体線３１、３２および仮想線５５と交差する仮想垂直線６０上にある。本実施形態では、さらに導体リード４６、５１が線６０に沿って延び、接続ボックス３６も線６０に沿って配置される。
接続ボックスは、ここでは導体線３１、３２の端部６１に示されており、この端部は矩形モジュール１の短辺付近にあるが、縁部からさらに離れて、またはモジュールの中心にも配置されることがある。
適切には導体リードのスルーホールとモジュールの縁部間の距離は、十分な絶縁が達成されるように選択される。モジュールの最大電圧がここでは影響を与える。例えば、図１の縁部領域２８が薄膜を欠いており、また１．１０−１２（オーム・ｃｍ）−１の抵抗率を有するポリビニルブチラールラミネーション箔１０と共に絶縁ゾーンを形成する場合に、良好な絶縁は達成される。縁部領域は、例えば５から５０ｍｍの幅、適切には１０から２０ｍｍ、例えば１５ｍｍであってもよい。最大１０００Ｖ、またはこれ以上の最大システム電圧が達成可能である。
導体リード４６、５１の各々は、それぞれ導体線３１または３２の一体的延長部であってもよい。導体リードは、接続ボックスにおける端子６６、６７の形態でコネクタに延びることができる。コネクタはまた、７１、７２として図示されている、接続ボックス３６から延びる接続リードのように延びることが可能である。
接続リード７１、７３およびそれぞれの導体リード４６および／または５１は一体的に形成可能である。
導体リードが導体線の一体的延長部ではない場合、例えばはんだ付けや溶接などの知られている手段、またはばねコンタクトなどの機械的手段によって導体線に電気接続可能である。電気接続は特に、ホールおよび／または周辺エリアに提供可能である。ホール４８、５２は、ブチルやエポキシドなどの湿気の侵入に対して適切に密閉される。電気接続は導体リードの一部を形成するという点が明確になる。
接続ボックスは、例えば接続シート５の裏側に糊づけ可能である。接続ボックスにおいて、１つ以上のバイパスダイオードなどの他の電気または電子コンポーネントが配置可能である。接続ボックスは、例えば負荷を設置および／または接続するための開放可能な蓋を有することができる。接続ボックスは密閉可能であるが、外部コネクタおよび／または導体リード（いわゆるワンピース接合キャップ）を有している。
概略的かつ例証的に本発明の種々の実施形態を示す図３を参照する。図３ａから図３ｃは、スルーホール４８および５２がモジュールの端部６１に提供される実施形態に関し、図３ｄから図３ｈは、スルーホールがモジュールの中心部７５に提供される実施形態に関する。
図３ａは、図２の実施形態のさらなる簡略化バージョンである。他の図においては、それぞれの修正を説明するための関連部分のみが参照番号で示されることになり、示されている他のすべての部分は、図２および図３ａと同一または類似である。
図３ｂにおいて、接続リード７１、７２ではなく接続ボックス３６の端子６６、６７が提供される。
図３ｃにおいて、接続ボックス３６は中心線５５から離れて配置される。導体線４６は間隔Ｌの２５％より長い、実際は間隔Ｌの４０％、特には５０％より長い。導体線５１は間隔Ｌより短いこともある。
図３ｄにおいて、スルーホール４８および５２はモジュールの中心部７５、実質的には各導体線３１、３２の中心に提供される。導体リード４６、５１は、スルーホールのコンタクトポイントからモジュールの端部６１の接続ボックス３６に斜行する（ｓｋｅｗｅｄ）。モジュールの長さまたは幅に対する端部は、この長さまたは幅の最初または最後の２０％以内のエリアであってもよい。斜行するリードは最短接続を提供するが、導体リードもまた他の経路に沿って配置可能である点が明らかになる。
図３ｅは、導体線３１、３２が、バスバーのちょうど中心にない場合には、接続シート５の中心部７５のホール４８、５２を介して接触するという変形例を示している。モジュールの長さまたは幅に対する中心部は、長さまたは幅の中心２０％以内のエリアであってもよい。接続ボックス３６はまた端部外にあり、導体リード４６、５１は斜行する。
図３ｆの実施形態は図３ａおよび図３ｄの特徴を組み合わせている。スルーホールおよびコンタクトポイント４８、５２ならびに接続ボックス３６はすべて中心部７５に提供される。導体リードは、平行な導体線３１、３２に垂直である。
図３ｇの実施形態は、接続ボックス３６が中心部７５に、かつ導体線のうちの１つの近くに配置される点で図３ｆの実施形態と異なる。事実、コネクタ４２は、接合ボックス３６によってカバーされているスルーホール５２の極めて近くに配置される。
図３ｈにおいて、接続ボックス３６は中心に配置され、ホール４８、５２は、導体線３１、３２の中心からわずかに離れるが、導体線３１、３２の端部７８、７９から測って長さＫの２０から５０％以内の長手方向のいずれかの側に配置される。ホール４６、５１の一方が、端部７８または７９から離れた長さＫの２０％未満の端部に配置されることも可能である。
図４は、図２の詳細である図３ｆの実施形態を示している。スルーホール４８および５２は中心、つまり導体線３１、３２の略中心に配置される、つまり第１および第２の導体リードとそれぞれの導体線間のコンタクトポイントは両方とも、端部から測ってそれぞれの導体線の長さの２０％から５０％の距離に配置される。接続ボックスはここではモジュールの中心部７５に示されているが、中心からさらに離れて配置されてもよい。図１はさらに線Ｉ−Ｉに沿った断面図でもある。
単一の接続ボックスではなく、２つの接続ボックスも本発明から逸脱することなく用いられることが可能である。本発明は依然として、モジュールのアクティブエリアを犠牲にすることなく接続ボックスの場所を選択できるという柔軟性を付与する。本発明のさらなる実施形態を概略的かつ例証的に示す図５ａが参照され、ここでは２つの接続ボックス３６ａ、３６ｂが適用されている。図１から図４と同じ参照番号が、同一または類似の部分に言及するために使用されている。本実施形態の各接続ボックス３６ａ、３６ｂはそれぞれスルーホール４８、５２の上方に配置される。スルーホールは両方とも、例えばバスバーの中心などの中心エリア７５に提供される。
一実施形態では、バイパスダイオードは、モジュールを部分的にシェーディングする場合に電流を取り除くように、コンタクト４１、４２間に配置可能である。多数の直列接続された太陽電池からなるモジュールにおける１つまたは複数の個別太陽電池のシェーディングは、シェーディング済み電池（複数可）の逆バイアスにつながることもある。図４の実施形態では、バイパスダイオードは接続ボックス３６ａ、ｂの一方に配置されてもよい。接合ボックス間の接続配線８０はモジュールの裏側に沿っている。特に好都合な実施形態では、接続配線は、モジュールの機械的安定性を増大させるように作用するフレーム要素によってカバーされている。図５に概略的に示されている実施形態において、フレームは、モジュールの四辺周辺のフレームと、配線８０に沿った接続バーとから形成可能である。接続バーは、配線８０をカバーするように中空であってもよく、かつ／または例えばモジュールの側面に凹部を有することもある。
図５ｂのさらなる実施形態において、２つのスルーホールおよび接続ボックス３６ａ、ｂは、バスバー３１、３２の端部において端部６１に配置される。場合によっては、図５ａのようなバイパスダイオードおよび配線８０が接続ボックス間に提供されてもよい。
図６は、バスバー３１、３２ならびに導体リード９１、９２を具備するモジュールの従来のレイアウトを概略的に示している。これらの導体リードは、特に基板設計の太陽電池の側面で、シートの受光側に延びるバスバーと略同一の形状を有する。コネクタ６６、６７は共通スルーホール９４を介して導体リード９１、９２に接続される。９１、９２の下のエリアはアクティブエリアとして使用可能ではない。
種々の構成のモジュールにおける抵抗損の算出が、厚さ０．２ｍｍおよび幅２ｍｍのアルミニウムバスバーを具備する１６５ｃｍ×６５ｃｍサイズの矩形モジュールに対して実行された。図６に示されている従来のレイアウトについて、０．８３％の抵抗損が判定され、ここでコネクタリード９１、９２はバスバーと同一の幅および厚さを有していた。
図５ｂのレイアウトについて、抵抗損は０．５３％であった。シートを介して別個に導体リードをガイドすることによって、リード９１、９２に沿った抵抗損が蓄積される。このことは、図３ａから図３ｃのような単一の接合ボックスが用いられる場合にもあてはまるが、それは、裏側がより厚い導体リードが使用可能であるからである。
図５ａの配置について、０．１４％の抵抗損が算出された。導体線の中心のコンタクトポイントおよびスルーホールによるこの場合は、電流はバスバーの長さの半分に亘って流されるにすぎない。本発明のこの利点は、従来の抵抗損より大きくなることなく、例えば図６の従来の配置に必要とされるよりも小さくバスバーをサイズ設定することによっても利用可能である点が明らかになる。
本発明はまた、複数の直列接続された太陽電池を備えるモジュールに適用可能である。この場合、少なくとも第３および第４の、場合によってはさらなる対の導体線が接続シートの第１の側に存在し、一連の太陽電池の接続は各対の間にある。各対の導体線はそれぞれの最小間隔を有する。各導体線は、接続シートを通って延びる導体リードの第２の側で接続ボックスに接続可能である。具体的な実施形態では、導体線のうちの少なくとも１つが、導体線のそれぞれの最小間隔の少なくとも２５％の距離にわたって第２の側に沿って延びる。特に、距離は、（幅が長さ以下の矩形モジュールについて）モジュールの幅の少なくとも２５％であってもよい。本発明にしたがったこのような設計では、異なる並列接続が接続ボックスに提供される場合にはさらなる利点が達成可能であるため、別個の回路基板は必要ではない。
接続シートのスルーホールは、接触を容易にするために導体線（バスバー）の下に適切に提供され、バスバー外の実質的なエリアが導体リードに占められることはない。しかしながら、導体リードが導体線からある距離にある接続シートを介して導かれることが明確であり、この場合導体線は限定されたアクティブエリアを占める可能性がある。スルーホールは導体線から５ｃｍ以内、および／または導体線間の間隔から５％以内に適切に配置される。
本発明は、いわゆる基板設計を使用した実施例によって説明されてきたが、製造中に太陽電池が配置される基板は接続シートを形成し、またはシートの一部である。本発明は、基板設計との組み合わせにおいて具体的な利点を有するが、それは、スーパーストレート設計においては、モジュールのアクティブエリアを実質的に犠牲にすることなくバスバー間に配線および接続を配置することが一般的により容易であるからである。
Claims (14)
- シートを形成するか、シートの一部である基板と、
第１および第２の導体線間に電気的に直列接続され、かつシートの第１の側に配置された複数の太陽電池であって、第１および第２の導体線が各々シートの長さに沿って延びる太陽電池と、
第１の導体線と電気接続している第１の導体リードおよび第２の導体線と電気接続している第２の導体リードと、
第１の導体リードがシートの第２の側に延びる際に通るシートのスルーホール、および第２の導体リードがシートの第２の側に延びる際に通るシートの別のスルーホールと、を備える、ソーラモジュール。 - 第１および第２の導体線が相互にある間隔をあけられており、さらに、第１の導体線と電気接続している第１のコネクタおよび第２の導体線と電気接続している第２のコネクタを具備する接続ボックスを備えるソーラモジュールであって、
第１および第２のコネクタの少なくとも一方が、シートを介して延びるそれぞれの導体リードによってそれぞれの導体線と電気接続しており、導体リードが、間隔の少なくとも２５％の距離をシートの第２の側に沿って延びる、請求項１に記載のソーラモジュール。 - 第１および第２の導体線が略平行である、請求項１または２に記載のソーラモジュール。
- 第１および第２の導体線が略平行であり、第１および第２の導体リードが、第１および第２の導体線と交差する仮想垂直線上に実質的にある位置で接続シートを介して延びる、請求項１から３のいずれか一項に記載のソーラモジュール。
- 導体リードの少なくとも１つおよび導体線の少なくとも１つが一体的に形成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のソーラモジュール。
- 第１および第２の導体リードの少なくとも一方とそれぞれの導体線間のコンタクトポイントが、端部から測ってそれぞれの導体線の長さの２０％から５０％の距離に配置され、特に、第１の導体線と第１の導体リード間、および第２の導体線と第２の導体リード間のコンタクトポイントが、端部から測ってそれぞれの導体線の長さの２０％から５０％の距離に配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載のソーラモジュール。
- 導体線のうちの１つと電気接続しているコネクタを具備する接続ボックスをさらに備える、請求項６に記載のソーラモジュール。
- ２つの接続ボックスが提供される、請求項７に記載のソーラモジュール。
- ２つの接続ボックスが、第１の導体線と電気接続している第１のコネクタを具備する第１の接続ボックスと、第２の導体線と電気接続している第２のコネクタを具備する第２の接続ボックスである、請求項８に記載のソーラモジュール。
- バイパスダイオードがコネクタリード間に電気的に提供され、具体的には、２つの接続ボックスが接続ボックス間に延びる配線によって存在し、さらに具体的には、バイパスダイオードが接続ボックスの一方に配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載のソーラモジュール。
- スルーホールの少なくとも１つが、第１および第２の導体線の一方から５ｃｍ以内、かつ／または導体線間の間隔の５％以内に配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のソーラモジュール。
- 接続シートのスルーホールが導体線の下に提供される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のソーラモジュール。
- スルーホール間の距離が導体線間の間隔の少なくとも２５％である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のソーラモジュール。
- カプセル化を備え、接続シートがカプセル化の一部を形成する、請求項１から１３のいずれか一項に記載のソーラモジュール。
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