JP2011517073A - 光起電性ソーラーモジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、光起電性ソーラーモジュール、その製造方法、およびそのようなソーラーモジュールを用いた電気エネルギーの生成装置に関する。該光起電性ソーラーモジュールは、ポリウレタンの全体的または部分的周辺フレームを有する光起電性ソーラーモジュールであって、該フレームが、少なくとも５０％の破断点伸度、少なくとも３０Ｎ／ｍｍ^２の弾性率、およびα＝８０×１０^−６／Ｋまでの熱膨張率（弾性率および熱膨張率はそれぞれモジュールの縁に平行に測定する）を有することを特徴とする。

Description

本発明は、光起電性ソーラーモジュール、その製造方法、およびそのようなソーラーモジュールを用いた電気エネルギーの生成装置に関する。

ソーラーモジュールは、日光から直接電気を発生させるための構造要素である。コスト効率良くソーラー電気を発生させるための重要な因子は、使用する太陽電池の効率ならびにソーラーモジュールの製造コストおよび耐久性である。

ソーラーモジュールは、通常、ガラス複合物、相互接続した太陽電池、封入物質および裏面構造からなる。ソーラーモジュールの個々の層は、以下の機能を果たす。

フロントガラスは、機械的影響および天候の影響からの保護に役立つ。３００〜１１５０ｎｍの光学スペクトル範囲の吸収損失をできる限り低く維持し、それにより電力の発生に通常使用されるシリコン太陽電池の効率損失をできる限り低く維持するために、該ガラスは優れた透明度を有していなければならない。強化低鉄ホワイトガラス（厚み３または４ｍｍ）（上記スペクトル範囲におけるその透過度は９０〜９２％である。）が、通常使用される。

封入物質（主にＥＶＡ（エチレン／酢酸ビニル）シートが使用される）は、モジュールアセンブリを接着接合するために役立つ。積層工程において、ＥＶＡは約１５０℃で溶融し、はんだ付けされている太陽電池の空間に流れ込み、熱架橋される。反射損失をもたらす気泡の形成を、真空下の積層により回避する。

モジュールの裏面は、太陽電池および封入物質を湿気および酸素から保護する。さらに、裏面は、ソーラーモジュールの組立て中の引っ掻きなどに対する機械的保護として、および電気的遮蔽として役立つ。他のガラスのシートまたは複合シートを裏面構造として使用し得る。主に、変性ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）−ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）−ＰＶＦまたはＰＶＦ−アルミニウム−ＰＶＦが用いられる。

特に、ソーラーモジュール構造中において用いられる封入物質は、湿度および酸素に対して良好な遮断性を有していなければならない。湿度および酸素は、太陽電池自体を攻撃しないが、金属腐食が接触し、ＥＶＡ封入物質の化学分解が生じる。モジュール中の全ての太陽電池は、通常、電気的に連続して接続されているため、破壊された太陽電池の接触は、モジュール全体の故障につながる。ＥＶＡの分解は、光吸収による対応する性能減少および視覚的劣化に関係するモジュールの黄色化に現れ得る。今日、全モジュールの約８０％は、上述した複合シートの１つで裏面上にカプセル封入され、ソーラーモジュールの約１５％の表面および裏面にガラスが使用される。この場合、高透明性であるがゆっくりと（数時間で）硬化する注型性樹脂が、ＥＶＡの代わりに封入物質として使用される。

比較的高い投資コストにも関わらず競争できるソーラー電気の発電コストを達成するために、ソーラーモジュールは、長い供給寿命を達成しなければならない。それ故に、今日のソーラーモジュールは、２０〜３０年の供給寿命に設計されている。天候に対する高い安定性に加えて、モジュールの耐温度性に対する高い要求がある。運転中、その温度は、充分な日照のもとにおける８０℃から氷点未満の温度まで周期的に変化し得る。したがって、ソーラーモジュールは、広範囲な安定性試験（ＩＥＣ６１２１５およびＩＥＣ６１７３０ による標準試験）に付される。該試験には、耐候試験（ＵＶ放射、湿気加熱、温度変化）が含まれ、また雹衝撃試験、並びに電気絶縁性能の試験が含まれる。

比較的高い割合である光起電性モジュールに対する全コストの３０％は、モジュールの組み立てにかかる。モジュール製造におけるこの高い割合は、高い原料コスト（封入材料、フレーム、裏面多層シート用を含む）および長い加工時間、すなわち、低生産性を原因とする。上記のモジュール複合物の個々の層は、なお手動で組立ておよび配向されている。さらに、ＥＶＡホットメルト接着剤の比較的ゆっくりとした溶融と、真空下、約１５０℃でのモジュール複合物の積層が、モジュール１つあたり約２０〜３０分のサイクル時間につながる。

さらに、比較的厚いフロントガラスシート故に、通常のソーラーモジュールは高重量であり、安定で高価な保持構造を必要とする。また、今日のソーラーモジュールでは放熱の問題が不充分にしか解決されていない。充分な日射のもと、モジュールは８０℃にまで熱くなり、これは温度に関連する太陽電池効率の劣化につながり、そのため、最終的にソーラー電気はより高価になる。

先行技術において、ソーラーモジュールはアルミニウムフレームを主に使用する。アルミニウムは軽い金属であるが、その重量は十分に総重量に寄与する。より大きなモジュールにとっては、これは高価な支持体と取付け構造を必要とする欠点である。

水および酸素の侵入を防止するため、前記アルミニウムフレームは、ソーラーモジュールに対する内側の面にさらなるシールを有している。さらに、アルミニウムフレームが長方形の外形から製造されるため、その形態が大きく制限されるという別の欠点がある。

ソーラーモジュールの重量を低減し、さらなるシーリング材を回避し、またデザインの自由度を増やすために、ＵＳ４，８３０，０３８およびＵＳ５，００８，０６２は、対応するソーラーモジュールを囲むプラスチックフレームの提供を記載する。該フレームは、ＲＩＭ（反応射出成形）法により得られる。

用いられるポリマー材は、好ましくは、弾性ポリウレタンである。該ポリウレタンは、好ましくは、２００〜１０，０００ｐｓｉ（約１．４〜６９．０Ｎ／ｍｍ^２に相当）の範囲の弾性率を有する。

フレームを強化するための様々な可能性は、これらの２つの特許明細書に記載されている。つまり、例えば、ポリマー材、鋼鉄またはアルミニウム製の強化部材は、後者が形成される際にフレームと一体化され得る。また、フィラーはフレーム材に含まれ得る。これらは、例えば、鉱物珪灰石などの板状フィラーまたは、ガラス繊維などの針状／繊維状フィラーであってよい。

同様に、ＤＥ３７３７１８３Ａ１は、ソーラーモジュールのプラスチックフレームの製造方法を記載する。用いられる材料のショア硬さは、好ましくは、フレームの十分な剛性および太陽発電機の弾性適応を確保するために調節される。

ＤＥ１０２００５０３２７１６Ａ１は、フレームが恒久的に弾性柔軟硬度を有する柔軟なソーラーモジュールを記載する。プラスチック材料の剛性を低く調整し、フィラーを実質的に除くことが必要であり、それによりフレーム自身は柔軟なままである。

ポリウレタンとガラスの異なる熱膨張率により、また、ポリウレタン系の大幅な収縮により、層間剥離およびソーラーモジュールの内部領域への水分の侵入が過去に何度も起こり、それらは、最終的にモジュールの破壊を生じた。

屋根構造に導入されるソーラーモジュールは、ドイツの建築基準法によるＤＩＮ４１０２−７の要件を満たさなければならない。特に、飛び火および放射熱に対する耐性を証明しなければならない。

米国特許第４，８３０，０３８号明細書 米国特許第５，００８，０６２号明細書 独国特許出願公開第３７３７１８３号明細書 独国特許出願公開第１０２００５０３２７１６号明細書

したがって、本発明の目的は、先行技術の欠点を回避したソーラーモジュールを提供することである。特に、ソーラーモジュールは、層間剥離および／または水分の侵入を未然に防ぐ十分な長期安定性を有しているべきである。さらなる目的は、問題なく取り扱い得る方法でソーラーモジュールを設計することである。このため、十分な剛性を有していなければならないが、低い衝撃応力ですぐに破壊されないように（例えば、建築現場に取り付けられた際エッジチッピングから）、破断点伸度が低すぎてはならない。さらに、本発明の目的は、十分な難燃性を有するソーラーモジュールを設計することである。

第１の実施態様において、本発明の目的は、ポリウレタンの全体的または部分的周辺フレームを有する光起電性ソーラーモジュールであって、該フレームが、
少なくとも５０％の破断点伸度；
少なくとも３０Ｎ／ｍｍ^２の弾性率；および
α＝８０×１０^−６／Ｋまでの熱膨張率；
（弾性率および熱膨張率はそれぞれモジュールの縁に平行に測定する）
を有することを特徴とするソーラーモジュールにより達成される。

異方性フィラーを部分的または全体に使用する場合、弾性率および熱膨張率の上記測定値は繊維方向で測定した。フレーム型がすでに液体ポリウレタンで満たされている場合、異方性フィラー（例えば繊維）は、流動方向にしたがって自身をモジュールの縁に平行に適応させるであろう。繊維方向に対して（および縁に対して）直角で、熱膨張率は大きく、弾性率は低いが、本発明にそれは関係しない。

驚くべきことに、そのようなフレームを有する光起電性ソーラーモジュールが、これらの３つのマクロ的性質（破断点伸度、弾性率、熱膨張率）の組み合わせにより所望の特性を兼ね備えることがわかった。

十分に高い弾性率に起因して、そのようなフレームは十分に高い安定性または剛性を有する。したがって、フレームは、好ましくは少なくとも４０Ｎ／ｍｍ^２、より好ましくは少なくとも６０Ｎ／ｍｍ^２、とりわけ好ましくは少なくとも７０Ｎ／ｍｍ^２の、それぞれモジュールの縁に平行に測定した弾性率を有する。

十分に高い剛性により、フレーム、そして本発明のソーラーモジュールは、本質的に非柔軟性となる（特に、ＤＥ１０２００５０３２７１６Ａ１に記載されるような転動可能なものではない）。この事実により、取り扱いが容易であり、長期間の経過後でさえも緩むことがない（例えば、非垂直表面と離して適用した場合）。

しかしながら、弾性率のみでは、本発明のポリウレタンを含んでなるフレームを十分に記載するのに十分ではない。したがって、例えば、多くのポリウレタン材料は、少なくとも３０Ｎ／ｍｍ^２の弾性率（モジュールの縁に平行に測定）を有するが、それらは脆すぎる（すなわち非弾性）ため、本発明に不適当である。すなわち、この場合、ソーラーモジュール上で生じる衝撃応力は、妨げられることなくフレーム内部の実際のソーラーモジュールに伝わり、非常に容易に損傷（破壊、亀裂等）を引き起こし得る。

本発明の別の重要な態様は、縁保護である。低い破断点伸度を有する脆い材料は、破壊または分裂する。したがって、高い破断点伸度を有する弾性材が、建築現場の過酷な条件における組み立てに、より適している。このため、本発明のフレームは、できる限り高い破断点伸度により特徴付けられるべきである。少なくとも８０％の破断点伸度が好ましく、少なくとも１００％の破断点伸度がより好ましい。

これら２つのマクロ的性質によっても、本発明のソーラーモジュールまたはそのフレームを十分に記載できない。さらに、フレームの熱膨張率が特定の最大値を超えない、またはフレームの熱膨張率が、太陽電池を覆うために用いられる材料（通常、１つ以上のガラス板）の熱膨張率とほんのわずかに異なることが重要である；後者は好ましくは非常に低いため、フレームの熱膨張率に対する最大上限が生じる。したがって、最大α＝５０×１０^−６／Ｋまでの、モジュールの縁に平行に測定した熱膨張率の値を有していることが特に好ましい。

異方性繊維状強化材が用いられる場合、繊維方向においてのみ熱膨張率は低下する。周辺フレームにおいては、低い熱膨張率は、繊維の配向性に起因してガラス縁部に平行に見出される。その横方向において、熱膨張率は、約１５０×１０^−６／Ｋの非強化材の熱膨張率である。

その特定の特性、特にポリウレタン含有フレームの弾性に起因して、ソーラーモジュールはフレームとそれに包含されるソーラーモジュールとの間にさらなるシールを必要としない（極端な気候条件に対するさらなるシールは当然供給されるが）。接着性を改善するため、接着プライマーをガラスまたは背面構造あるいは背面シートに塗布し得る。

本発明のソーラーモジュールは、層間剥離および水分の侵入に対して十分な耐性を示す。これは、本発明の特定のマクロ的性質に合うフレーム材の組み合わせにより確保される。

ソーラーモジュールのフレームは、通常、外部に対してソーラーモジュールを密閉するためだけでなく、その安定性を高めるのに役立つ。むしろ、それぞれの基材（例えば家の屋根または壁）へのソーラーモジュールの取付けは、フレームを介して達成される。したがって、ソーラーモジュールは、例えば、それぞれの基材への取付けを生じうる固定手段、凹部および／または穴部を含み得る。さらに、フレームは、電気的接続要素を含み得る。この場合、後付の接続箱は省略し得る。

さらに、ソーラーモジュールのフレームは、少なくとも８００ｋｇ／ｍ^３、特に少なくとも１０００ｋｇ／ｍ^３の密度を有することが好ましい。好ましいものとして言及されるこのような密度は、フレームが、好ましくは発泡材でなく、好ましくは気体含有物を含まない固形材、またはもし含むなら非常に少量の気体含有物を含む固形材であるという事実を表す。これは、フレームの安定性に対してだけでなく、その気密性に対しても有利である。

さらに、ソーラーモジュールのフレームが、等方性および／または異方性フィラー、異方性および、特に針状および／または繊維状フィラーを含有することが特に好ましい。

本発明の意味において、「フィラー」は、有機および／または無機化合物を意味し、好ましくは、ａ）ハロゲン化され、リンまたは窒素を含有する有機化合物、および
ｂ）無機リン化合物、無機金属水酸化物および無機ホウ素化合物
以外の有機および／または無機化合物を意味する。

本発明の意味において、ａ）およびｂ）に挙げられた化合物の群は、好ましくは難燃剤に含まれる。異方性フィラーの有利な点は、その配向性にあり、特に、それにより生じる低い熱膨張性および収縮値である。本発明の意味において、良好な特性は、以下の場合に達成される：
１）繊維が、応力の方向に対して平行に配向する場合（例えば縁に平行に）
２）繊維が、長さ／直径の大きな比率を有する場合（繊維の方向における強化材は、より異方性であり、より良好である）
３）サイズが、繊維−基材接触を恒久的に確保する場合。

フレームに含まれるフィラーの量は、ポリウレタンの量に基づいて、好ましくは１０〜３０重量％の範囲内であり、より好ましくは１５〜２５重量％の範囲内である。これらの範囲内で、上記で重要であると判断されたマクロ的性質は、特に好ましい値をとる。

充填されるポリウレタンにおける高い強化剤含量は、例えば、繊維スプレー法、または、Ｒ−ＲＩＭ法に加えていわゆるＳ−ＲＩＭ法（Ｓ＝構造的）により調製し得る、繊維噴霧においては、繊維−ポリウレタン混合物をモールドの所望の面に対して噴霧する。その後、モールドを密閉し、ＰＵＲ系を終わりまで反応させる。Ｓ−ＲＩＭ法においては、予備形成された（連続的な）繊維構造を（フレームの）モールドに挿入し、その後、ＰＵＲ反応性混合物を、まだ開放されている、またはすでに密閉されたモールドへ射出する。この方法でも、高い弾性率と低い熱膨張率を達成し得る。

さらに、高い繊維含量を有するフレームの調製は、ＲＴＭ（レジントランスファーモールディング）法（モールドに挿入された繊維構造を真空により再度浸漬する）により可能である。

低いフィラー含量では、本発明のフレームのマクロ的性質に、現状では今のところ達しないというリスクがある。

好ましくは、フィラーは、合成または天然、特に鉱物フィラーである。より好ましくは、フィラーは以下の群から選択される：マイカ、板状および／または繊維状珪灰石、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維またはそれらの混合物。これらのフィラーの中でも、安価であり、容易に入手し得ることから繊維状珪灰石が好ましい。

好ましくは、フィラーはさらにコーティング、特にアミノシラン系コーティングを有する。この場合、フィラーとポリマー基材の間の相互作用が促進される。これにより、コーティングがポリウレタン基材に対して繊維を恒久的につなぎ合わせるため、より良好な性能特性をもたらす。

好ましくは、本発明のソーラーモジュールは、少なくとも１つの難燃剤を含んでなる。本発明の意味における「難燃剤」は、特に有機化合物（特に、ハロゲン化されたリン含有混合物、例えばトリクレジルホスフェート、トリス（２−クロロエチル）ホスフェート、トリス（クロロプロピル）ホスフェートおよびトリス（２，３−ジブロモプロピル）ホスフェートなど、および窒素含有有機化合物）ならびに無機リン化合物（例えば、赤リン、ポリリン酸アンモニウム）、無機金属水和物（例えば、アルミニウムトリヒドロキシド、水酸化アルミニウム水和物、ポリリン酸アンモニウム、ポリメタリン酸ナトリウムまたはリン酸アミン、例えばリン酸メラミン）ならびに無機ホウ素化合物（例えば、ホウ酸、ホウ砂）を意味する。

本発明の範囲において使用し得る市販の難燃剤の例には、例えば以下のものが含まれる：Ｄｉｓｆｌａｍｏｌｌ（登録商標）ＤＰＫ（ジフェニルクレジルホスフェート）、Ｌｅｖａｇａｒｄ（登録商標）ＤＭＰＰ（ジメチルプロパンホスホネート）、Ｌｅｖａｇａｒｄ（登録商標）ＰＰ（トリス（２−クロロイソプロピル）ホスフェート）、メラミン、Ｅｘｏｌｉｔ（登録商標）ＡＰ４２２（式（ＮＨ_４ＰＯ_３）_ｎ〔式中ｎ＝２０〜１０００、特に２００〜１０００〕で示される、自由流動粉末状難水溶性ポリリン酸アンモニウム）、Ａｐｙｒａｌ（登録商標）（Ａｌ（ＯＨ）_３）。

メラミンが、難燃剤として特に好ましい。

好ましくは、ソーラーモジュールのフレームは、フィラーと難燃剤の両者を含んでなる。これら２つの成分の存在は、十分な力学的特性（破断点伸度、弾性率および熱膨張率、上記参照）をもたらし、同時に、ソーラーモジュールは、例えば屋根モジュールとしての使用に要求される十分な難燃特性を示す。

フィラーと難燃剤の割合として、以下の２つの選択肢が特に好ましいことがわかっている：
ａ）ソーラーモジュールのフレームが、１０〜１５重量％の量のフィラーと１０〜１５重量％の量の難燃剤を含んでなる；
ｂ）ソーラーモジュールのフレームが、１０〜２０重量％の量のフィラーと５〜７重量％の量の難燃剤を含んでなる。

選択肢ｂ）におけるわずかに高い割合のフィラーは、ソーラーモジュール周辺のフレームの難燃性特性を犠牲にして、選択肢ａ）に比べてわずかに良好な力学的特性をもたらす。したがって、特に選択肢ｂ）においては、フレームが難燃性外部層を含んでなることがより好ましい。難燃性外部層またはその化学的前駆体を、好ましくはソーラーモジュールのフレームに塗布し、または、ソーラーモジュールがその後製造されるモールドに投入する（後者の方法は、いわゆるインモールドコーティング法といわれる）。

難燃性外部層は、好ましくは０．０１〜０．０６ｍｍの範囲の厚さを有している。０．０３〜０．０６ｍｍの範囲の厚みがより好ましい。この範囲より低いと、難燃性外部層の難燃特性が十分でない。より厚い層厚は、より高い製造コストを伴う。

第２の実施態様において、本発明の目的は、フレームを有する本発明のソーラーモジュールの製造方法であって、前記フレームがＲＩＭ、Ｒ−ＲＩＭ、Ｓ−ＲＩＭ、ＲＴＭ、スプレー法または鋳造により形成されることを特徴とする方法により達成される。

用いられる製造方法によっては、上述したマクロ的性質はフレーム上で必ずしも一定ではなくなる（例えば、他と比べて一部分でより高い密度が生じる）。本発明において、明細書中で議論される上限および下限は、それぞれフレーム全体における平均において超えてはいけない、または下回ってはいけない値であると理解される。

繊維状フィラーを用いる場合には、Ｒ−ＲＩＭ法によるフレームの製造過程で、マクロ的性質がフレーム上で一定ではないことがわかった。これは、方法の種類によって、組成物をモールドに流し込んだ場合に繊維の特定の優先方向が生じ、また、マクロ的性質がポリマー基材中の繊維状フィラーの配向性に依存するためである。

ポリウレタンからのソーラーモジュールフレームの製造においては、ポリイソシアネートが用いられる。用いられるポリイソシアネートは、脂肪族（脂環式）または芳香族ポリイソシアネートである。好ましくは、トルイレンジイソシアネート、２８〜５０重量％のＮＣＯ含量を有するジフェニルメタン系のジ−および／またはポリイソシネートである。これらには、室温で液体である、必要に応じて変性された４，４’−ジイソシアナトジフェニルメタンと２，４’−ジイソシアナトジフェニルメタン、場合により、低濃度の２，２’−ジイソシアナトジフェニルメタンとの混合物が含まれる。室温で液体であり、上述の異性体に加え、それらの高級同族体を含むジフェニルメタン系のポリイソシアネート混合物も非常に好適であり、これはアニリン／ホルムアルデヒド縮合物のホスゲン化によるそれ自体既知の方法において入手し得る。ウレタン基またはカルボイミド基および／またはアロファネート基またはビューレット基を有するこれらのジ−、およびポリイソシアネートの変性生成物も適している。１０〜４８重量％のＮＣＯ含量を有するＮＣＯプレポリマーも適している。これらは、上述したポリイソシアネート、６〜１１２のヒドロキシル価を有するポリエーテルポリオール、１１３〜１１００のヒドロキシル価を有するポリオキシアルキレンジオール、または６４５〜１８５０のヒドロキシル価を有するアルキレンジオール、またはそれらの混合物から調製される。

ポリウレタンを形成するために、ＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアネート）に基づく芳香族イソシアネート成分を好ましくは使用し、より好ましくはＮＣＯプレポリマーを用いる。

さらに、ポリウレタンからのソーラーモジュールフレームの製造においては、ポリオール調製物を用いる。少なくとも１つのポリヒドロキシ化合物に加えて、これらは鎖延長剤、触媒、フィラー助剤および添加剤も含有する。

ポリヒドロキシ化合物は、好ましくはポリヒドロキシポリエーテルであり、それらは、触媒の存在下、多官能性出発化合物へのアルキレンオキシドの重付加によるそれ自体既知の方法により調製し得る。好ましくは、該ポリヒドロキシポリエーテルは、平均２〜８個の活性水素を有する出発化合物、および１つ以上のアルキレンオキシドから調製される。好ましい出発化合物は、１分子あたり２〜８個のヒドロキシ基を有する分子であり、例えば、水、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、トリエタノールアミン、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールおよびサッカロースである。出発物質は、単独で、または混合して使用し得る。ポリオールは１つ以上のアルキレンオキシドから調製される。好適に用いられるアルキレンオキシドは、オキシラン、メチルオキシランおよびエチルオキシランである。これらは、単独で、または混合して使用し得る。混合して使用する場合、アルキレンオキシドをランダムおよび／またはブロックで反応させることができる。また、高分子量重付加物または重縮合物あるいは重合物が微細に分散され、溶解され、またはグラフト化された形態で存在するこれらの高分子量ポリヒドロキシポリエーテルも適当である。そのような変性ポリヒドロキシ化合物は、例えば、重付加反応（例えばポリイソシアネートとアミノ官能性化合物との反応）または（例えば、ホル無アルデヒドとフェノールおよび／またはアミンの間での）重縮合反応を、（例えばＤＥ−ＡＳ１１６８０７５で記載されるような）ヒドロキシ基を有する化合物中においてインサイチューで行う場合に得られる。例えば、（例えばＵＳ−ＰＳ３，３８３，３５１に従って）ポリエーテルの存在下、スチレンとアクリロニトリルの重合によって得られるようなビニルポリマーによって変性されるポリヒドロキシ化合物も、本発明による方法のポリヒドロキシポリオール成分として適当である。代表的な前記ポリオール成分は、例えば、Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆ−Ｈａｎｄｂｕｃｈ、第VII巻「ポリウレタン」、第三版、Ｃａｒｌ Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、ミュンヘン／ウィーン、１９９３年、第５６〜６７頁または第８８〜９０頁に記載されている。好ましくは、６〜１１２の、好ましくは２１〜５６のヒドロキシル価を有し、１．８〜８の、好ましくは１．８〜６の官能価を有する１つ以上のポリヒドロキシポリエーテルを、ポリヒドロキシポリオール成分として使用する。

本発明のポリオール調製物における適当な鎖延長剤は、平均ヒドロキシル価またはアミン価が２４５〜１８５０であり、官能価が１．８〜８、好ましくは１．８〜４である鎖延長剤である。例として、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、トリエタノールアミン、グリセロール、トリメチロールプロパンおよび短鎖アルコキシル生成物を挙げ得る。より好ましくは、エチレングリコールおよび１，４−ブタンジオールを用いる。

ゆっくりと進行するイソシアネートおよびヒドロキシ基間の反応は、１つ以上の触媒を添加することにより促進し得る。適当な触媒には、特にそれ自体既知の種類の第三級アミン、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ−ココモルホリン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン、Ｎ−メチル−Ｎ’−ジメチルアミノエチルピペラジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，３−ブタンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾール−β−フェニルエチルアミン、１，２−ジメチルイミダゾール、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテルまたは２−メチルイミダゾールが含まれる。また、有機金属触媒、例えば有機ビスマス触媒、例えばネオデカン酸ビスマス（III）、または有機スズ触媒、例えばカルボン酸のスズ（II）塩、例えば酢酸スズ（II）、オクタン酸スズ（II）、エチルヘキサン酸スズ（II）およびラウリン酸スズ（II）、およびカルボン酸のジアルキルスズ塩、例えばジ酢酸ジブチルスズ、ジラウリン酸ジブチルスズ、マレイン酸ジブチルスズまたはジ酢酸ジオクチルスズを単独で、または第三級アミンと組み合わせて用いてもよい。該触媒は、単独で、または組み合わせて用いてもよい。さらなる触媒の代表例および触媒作用の形態の詳細は、Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆ−Ｈａｎｄｂｕｃｈ、第VII巻「ポリウレタン」、第三版、Ｃａｒｌ Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、ミュンヘン／ウィーン、１９９３年、第１０４〜１１０頁に記載されている。

必要に応じて含まれるフィラーは、無機または有機フィラーのいずれであってもよい。無機フィラーの例としては以下のものを挙げ得る：板状および／または繊維状珪灰石、ケイ酸塩鉱物、例えば板状ケイ酸塩（例えばマイカ）、金属酸化物、例えば酸化鉄、焼成金属酸化物、例えばアエロジル、金属塩、例えばバライト、無機顔料、例えば硫化カドミウム、硫化亜鉛、ならびにガラス、ガラス繊維、ガラス微小球、中空ガラス球など。有機フィラーの例としては以下のものを挙げ得る：有機繊維（例えば炭素繊維および／またはアラミド繊維）、結晶性パラフィンまたは脂肪、ポリスチレン、塩化ポリビニル、尿素−ホルムアルデヒド組成物および／または（例えば、ヒドラジンおよびトルイレンジイソシアネートからの）ポリヒドロアゾジカルボンアミドに基づく粉末など。有機物由来の中空微小球またはコルクも使用し得る。有機または無機フィラーは、単独で、または混合物として使用し得る。

本発明のポリオール調製物に、必要に応じて含み得る助剤および添加剤には、例えば、発泡剤、安定化剤、着色剤、難燃剤、可塑剤および／または一価アルコールが含まれる。

物理的発泡剤および水の両者を発泡剤として使用し得る。物理的発泡剤には、例えば１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン、ｎ−ペンタンおよび／またはｉ−ヘキサンが含まれる。好ましくは、水を使用する。発泡剤は、単独で、または組み合わせて使用し得る。

安定化剤として、特に界面活性剤、すなわち出発物質の均質化をサポートするのに役立ち、必要に応じてプラスチック剤の気泡構造を調整するのに適する化合物が用いられる。これらは、例えば、乳化剤、例えばヒマシ油スルフェートまたは脂肪酸のナトリウム塩および脂肪酸とアミンとの塩、泡安定剤、例えば、シロキサン−オキシアルキレン混合ポリマー、気泡調整剤、例えばパラフィンなどを挙げ得る。主に、水溶性のオルガノポリシロキサンを安定化剤として使用する。これらは、エチレンオキシドとプロピレンオキシドのポリエーテル鎖がポリジメチルシロキサン基に結合している。

ポリウレタンの着色用の着色剤として、それ自体既知の染料および／または着色顔料、有機系および／または無機系の、例えば酸化鉄および／または酸化クロム顔料、ならびにフタロシアニン−および／またはモノアゾ系顔料を使用し得る。

本発明の意味において、「難燃剤」は、特に、有機化合物（特に、ハロゲン化されたリン含有混合物、例えばトリクレジルホスフェート、トリス（２−クロロエチル）ホスフェート、トリス（クロロプロピル）ホスフェートおよびトリス（２，３−ジブロモプロピル）ホスフェートなど、および窒素含有有機化合物）ならびに無機リン化合物（例えば、赤リン、ポリリン酸アンモニウム）、無機金属水和物（例えば、アルミニウムトリヒドロキシド、水酸化アルミニウム水和物、ポリリン酸アンモニウム、ポリメタリン酸ナトリウムまたはリン酸アミン、例えばリン酸メラミン）ならびに無機ホウ素化合物（例えば、ホウ酸、ホウ砂）を意味する。

本発明の範囲において使用し得る市販の難燃剤の例には、例えば以下のものが含まれる：Ｄｉｓｆｌａｍｏｌｌ（登録商標）ＤＰＫ（ジフェニルクレジルホスフェート）、Ｌｅｖａｇａｒｄ（登録商標）ＤＭＰＰ（ジメチルプロパンホスホネート）、Ｌｅｖａｇａｒｄ（登録商標）ＰＰ（トリス（２−クロロイソプロピル）ホスフェート）、メラミン、Ｅｘｏｌｉｔ（登録商標）ＡＰ４２２（式（ＮＨ_４ＰＯ_３）_ｎ〔式中ｎ＝２０〜１０００、特に２００〜１０００〕で示される、自由流動粉末状難水溶性ポリリン酸アンモニウム）、Ａｐｙｒａｌ（登録商標）（Ａｌ（ＯＨ）_３）。

メラミンが、難燃剤として特に好ましい。

可塑剤として、例えば、多価の、好ましくは二価のカルボン酸と一価アルコールとのエステルを挙げ得る。そのようなエステルの酸成分は、例えばコハク酸、イソフタル酸、トリメリット酸、無水フタル酸、テトラヒドロフタル酸および／またはヘキサヒドロフタル酸無水物、エンドメチレンテトラヒドロフタル酸無水物、グルタル酸無水物、無水マレイン酸、フマル酸、および／または二量体および／または三量体脂肪酸から、必要に応じてモノマー脂肪酸との混合物中で、誘導し得る。そのようなエステルのアルコール成分は、例えば１〜２０個の炭素原子を有する分枝状および／または非分枝状脂肪族アルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、およびペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、オクチルアルコール（例えば２−エチルヘキサノール）、ノニルアルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコールおよびステアリルアルコールの多種の異性体、および／または天然由来の脂肪およびワックス状アルコール、または天然由来のカルボン酸の水素化によって得られる脂肪およびワックス状アルコールから誘導し得る。脂環式および／または芳香族ヒドロキシル化合物、例えばシクロヘキサノールおよびその同族体、フェノール、クレゾール、チモール、カルバクロール、ベンジルアルコールおよび／またはフェニルエタノールもアルコール成分として適当である。さらに、上述のアルコールとリン酸とのエステルも可塑剤として適当である。必要に応じてハロゲン化アルコールのリン酸エステル、例えばリン酸トリクロロエチルを用いてもよい。後者の場合には、難燃効果を可塑化効果とともに得ることができる。当然ながら、上述のアルコールとカルボン酸との混合エステルを使用することもできる。可塑剤は、いわゆるポリマー可塑剤、例えばアジピン酸、セバシン酸および／またはフタル酸のポリエステルであってもよい。さらに、フェノールのアルキルスルホン酸エステル、例えばパラフィンスルホン酸フェニルを可塑剤として用いてもよい。

含まれ得る他の助剤および／または添加剤は、一価アルコール、例えばブタノール、２−エチルヘキサノール、オクタノール、ドデカノールまたはシクロヘキサノールなどであり、それらを所望の連鎖停止をもたらすために含み得る。通常の助剤および添加剤のさらなる情報は、関連文献、例えばＫｕｎｓｔｓｔｏｆｆ−Ｈａｎｄｂｕｃｈ、第VII巻「ポリウレタン」、第三版、Ｃａｒｌ Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、ミュンヘン／ウィーン、１９９３年、第１０４頁以下に見出し得る。

難燃性外部層を、ソーラーモジュールのフレームに後で塗布することができる。しかしながら、実際のソーラーモジュールがその後調製されるモールドに投入してもよい。モールドへ（ラッカー）層を投入し、モールドを密閉し、実際のプラスチック材を射出することは、いわゆるインモールドコーティング法と称される。そのようなインモールドコーティングラッカーの可能な組成物は、例えば、ＤＥ３８２１９０８およびＵＳ５，５６７，７６３に開示されている。

第３の実施態様において、本発明の目的は、フレームの上記物理的特性を有する、本発明の光起電性ソーラーモジュールを含んでなる電力発生装置により達成される。

以下の実施例は、異なる組成物のフレーム材の調製およびそれらの間における比較を示す。

〈本発明による実施例〉
Ｒ−ＲＩＭ法により、Ｂａｙｆｌｅｘ（登録商標）板状成形品を、実験用ピストン充填機で調製した。
２０重量％（最終的なポリウレタンエラストマーに基づく）のＴｒｅｍｉｎ９３９．９５５タイプの繊維状珪灰石強化部材〔Ｑｕａｒｚｗｅｒｋｅ（フレッヘン、ドイツ）により供給される〕を含むＢａｙｆｌｅｘ（登録商標）系Ｂａｙｆｌｅｘ（登録商標）ＶＰ．ＰＵ ５１ＢＤ１１／Ｄｅｓｍｏｄｕｒ（登録商標）ＶＰ．ＰＵ １８ＩＦ１８を用いた。

プレートは寸法２００×３００×３ｍｍ^３であった。このプレートから、各試験規格に従って、標準試料を打ち抜いた。以下の材料特性を測定した。

密度：１．２５ｇ／ｃｍ^３ ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ８４５
引張弾性率（繊維の方向における^＊）：６４Ｎ／ｍｍ^２ ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３７
引張弾性率（繊維の方向と直角^＊＊）：４４Ｎ／ｍｍ^２ ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３７
破断点伸度（繊維の方向における^＊）：３２０％ ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３７
破断点伸度（繊維の方向と直角^＊＊）：３５０％ ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３７
収縮（繊維の方向における^＊）：０．４％（ＩＳＯ ２９４−４類似法により測定）
収縮（繊維の方向と直角^＊＊）：１．０％（ＩＳＯ ２９４−４類似法により測定）
熱膨張率（繊維の方向における^＊）：４０×１０^−６／Ｋ ＤＩＮ ５３７５２
熱膨張率（繊維の方向と直角^＊＊）：１６０×１０^−６／Ｋ ＤＩＮ ５３７５２
＊ モジュールの縁に平行
＊＊モジュールの縁に垂直

〈比較例〉
ａ）固体無充填エラストマー
ＢＭＳ ＡＧ製のＢａｙｆｌｅｘ（登録商標）ＶＰ．ＰＵ ８１ＢＤ０３／Ｄｅｓｍｏｄｕｒ（登録商標）０８３３

密度：１．１３ｇ／ｃｍ^３ ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ８４５
引張弾性率：２１Ｎ／ｍｍ^２ ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３７
破断点伸度：２００％ ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３７
収縮：１．７％（ＩＳＯ ２９４−４類似法により測定）
熱膨張率：１９０×１０^−６／Ｋ ＤＩＮ ５３７５２

ポリウレタンが、特に、高すぎる熱膨張率を有するため、比較例ａ）は本発明のフレーム材として適当でない。

ｂ）Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ製の微小中空ハードＲＩＭ材Ｂａｙｄｕｒ（登録商標）１１０〔フィラー／強化材なしで処理された、Ｂａｙｄｕｒ（登録商標）ＶＰ．ＰＵ １４９８ Ｄｅｓｍｏｄｕｒ（登録商標）ＶＰ．ＰＵ ２６Ｉｋ０１〕

密度：１．１０ｇ／ｃｍ^３ ＤＩＮ ５３４７９
引張弾性率：１７００Ｎ／ｍｍ^２ ＤＩＮ ５３４５５
破断点伸度：１４％ ＤＩＮ ５３４５５
収縮：０．５〜０．８％（ＩＳＯ ２９４−４類似法により測定）
熱膨張率：９０×１０^−６／Ｋ ＤＩＮ ５３７５２

ポリウレタンが、特に、低すぎる破断点伸度を有するため、比較例ｂ）は本発明のフレーム材として適当でない。

以下の実施例は、異なる組成物のフレーム材の調製および異なる燃焼試験におけるそれらの性能を示す。

Ｂａｙｆｌｅｘ（登録商標）板状成形品を、Ｒ−ＲＩＭ法により調製した。さらに、同材によるポリウレタンフレームを、ガラス積層の周りに射出成形した。該ガラス積層は、背面に結合するシート複合材を含むソーラーガラスシートであり、これは、本物の光起電性素子に似ているため、本物のソーラーモジュールのシミュレーションに役立つ。成形板およびソーラーモジュールモデルにより、力学的試験および燃焼試験を行った。試験結果を表１にまとめる。

Ｂａｙｆｌｅｘ（登録商標）系Ｂａｙｆｌｅｘ（登録商標）ＶＰ．ＰＵ ５１ＢＤ１１／Ｄｅｓｍｏｄｕｒ（登録商標）ＶＰ．ＰＵ １８ＩＦ１８を本発明として使用し、異なる強化材および難燃剤の割合を有するＢａｙｆｌｅｘ（登録商標）系Ｂａｙｆｌｅｘ（登録商標）ＶＰ．ＰＵ ８１ＢＤ０３／Ｄｅｓｍｏｄｕｒ（登録商標）ＶＰ．ＰＵ ０８３３を比較例として使用した。強化材として、Ｔｒｅｍｉｎ９３９．９５５タイプの繊維状珪灰石強化部材〔Ｑｕａｒｚｗｅｒｋｅ社（フレッヘン、ドイツ）製〕を用いた。一方では、難燃剤として、ＢＡＳＦ ＡＧ製の微細結晶性粉末メラミン（２，４，６−トリアミノ−１，３，５−トリアジン）を用いた。他方では、同時に難燃性機能も有するインモールドコーティングラッカーを用いた。製品ｂｏｍｉｘ ＰＵＲ−ＩＭＣ ＶＰ ５７８０００６を、ｂｏｍｉｘ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ社（テルクテ、ドイツ）製の硬化剤２７／７７と同時に用いた。

表中に記載した量（成形品の重量に基づく重量％）の強化材および難燃剤により、２００×３００×４ｍｍ^３の寸法を有する成形板を製造した。

インモールドコートを塗布する際、ｂｏｍｉｘ Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ社（テルクテ、ドイツ）製の離型剤ｂｏｍｉｘ ＬＣ７／Ａ９８０７−７を、開放されているモールドに先に噴霧した。その後、ラッカーの層（１００部のｂｏｍｉｘ ＰＵＲ−ＩＭＣ ＶＰ ５７８０００６および２５部の硬化剤２７／７７からなる）を、スプレーガンＦＳＰ−ＦＰ−ＨＴＥ１，５（Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｄｒｕｃｋｌｕｆｔ ＧｍｂＨ社、ロイトリンゲン、ドイツ）を用いて、開放されているモールドの壁面に均一に噴霧した。３０秒の放出時間の後、モールドを閉じ、反応性ポリウレタン混合物を高圧ピストン充填機により射出した。ｂｏｍｉｘ ＧｍｂＨ社による安全データシートによると、使用したインモールドコートは、無機顔料を含み、エステルに溶解したポリウレタン樹脂であり、適用ラッカーは以下の化合物等を含んでなる：約４７重量％の酢酸ブチル、約１０重量％のリン酸トリエチル、約６重量％の２，５−ペンタンジオンおよび約５重量％の酢酸メトキシプロピル。

成形板上およびソーラーモジュールフレーム上にも、０．０３ｍｍのラッカー層厚が実現した。

成形板から、各試験規格に従って、標準試料を打ち抜いた。いずれも繊維方向における引張弾性率および破断点伸度の測定は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３７に従って行った。

成形板から得られた帯状の試料における燃焼試験は、標準ＵＬ９４に類似した方法により行った。ＵＬ９４は、それらの燃焼挙動に関して特徴付けられ得る材料を用いた、一般的な予備試験である。試料に炎を１０秒間あてた後、炎を離し、その後の後燃焼時間を測定した。それぞれ炎を２回あてた。１０秒未満の後燃焼時間とすることを目的とする。

ソーラーモジュールを製造した際、類似方法を用いた。ソーラーモジュールは、６ｍｍの層厚を有する１３００×８００ｍｍ^２の横寸法を有していた。周辺ポリウレタンフレームは、平均１２ｍｍの厚さであった。

このように製造されたソーラーモジュールモデルにおいて、ＤＩＮ４１０２−７の類似法により燃焼試験を行った。すなわち、２つのソーラーモジュールモデルを、金属製の作業台に並べて、４５°の角度でネジにより固定し、基準に従って発火混合物を、水平および垂直のフレーム領域に設置した。難燃性を、ＤＩＮ ＥＮ １３５０１−５の類似法により発火混合物から出発する垂直および水平の火炎伝播に関して分類した。水平および垂直方向における可能な限り低い火炎伝播を目的とする。

Claims (19)

1. ポリウレタンの全体的または部分的周辺フレームを有する光起電性ソーラーモジュールであって、該フレームが、
   少なくとも５０％の破断点伸度；
   少なくとも３０Ｎ／ｍｍ^２の弾性率；および
   α＝８０×１０^−６／Ｋまでの熱膨張率；
   （弾性率および熱膨張率はそれぞれモジュールの縁に平行に測定する）
   を有することを特徴とするソーラーモジュール。
2. 前記フレームが、少なくとも８０％の、特に、少なくとも１００％の破断点伸度を有することを特徴とする、請求項１に記載のソーラーモジュール。
3. 前記フレームが、少なくとも４０Ｎ／ｍｍ^２、特に少なくとも６０Ｎ／ｍｍ^２、とりわけ少なくとも７０Ｎ／ｍｍ^２の、それぞれモジュールの縁に平行に測定された弾性率を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のソーラーモジュール。
4. 前記フレームが、α＝５０×１０^−６／Ｋまでの、それぞれモジュールの縁に平行に測定した熱膨張率を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のソーラーモジュール。
5. 前記フレームが、少なくとも８００ｋｇ／ｍ^３、特に少なくとも１０００ｋｇ／ｍ^３の密度を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のソーラーモジュール。
6. 前記フレームが、等方性および／または異方性フィラーを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のソーラーモジュール。
7. 前記フレームが、ポリウレタンエラストマーの重量に基づいて、１０〜３０重量％、特に１５〜２５重量％の割合のフィラーを含有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のソーラーモジュール。
8. 前記フレームが、合成または天然フィラー、特に鉱物フィラーを含むことを特徴とする、請求項６または７に記載のソーラーモジュール。
9. 前記フィラーが、マイカ、板状および／または繊維状珪灰石、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維またはそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載のソーラーモジュール。
10. 前記フィラーが、コーティング、特にアミノシラン系コーティングを有することを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載のソーラーモジュール。
11. 前記フレームが、少なくとも１つの難燃剤を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のソーラーモジュール。
12. 前記フレームが、１０〜１５重量％の量のフィラーと、１０〜１５重量％の量の難燃剤とを含むことを特徴とする、請求項６〜１０および１１のいずれかに記載のソーラーモジュール。
13. 前記フレームが、１５〜２０重量％の量のフィラーと、５〜７重量％の量の難燃剤とを含むことを特徴とする、請求項６〜１０および１１のいずれかに記載のソーラーモジュール。
14. 前記フレームが、難燃性の外部層を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のソーラーモジュール。
15. 前記難燃性外部層が、０．０１〜０．０６ｍｍの範囲の厚みを有することを特徴とする、請求項１４に記載のソーラーモジュール。
16. 前記フレームが、ＲＩＭ、Ｒ−ＲＩＭ、Ｓ−ＲＩＭ、ＲＴＭ、スプレー法または鋳造により形成されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載のソーラーモジュールの製造方法。
17. ポリウレタンを形成するために芳香族イソシアネート成分を用いることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記難燃性外部層を、ソーラーモジュールのフレームに塗布し、またはソーラーモジュールを製造するためのモールドに投入することを特徴とする、請求項１６または１７に記載の方法。
19. 請求項１〜１５のいずれかに記載の光起電性ソーラーモジュールを含んでなる電気エネルギーを発生させるための装置。