JP2012089577A

JP2012089577A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2012089577A
Application number: JP2010232794A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Ishigaki; 辰也石垣
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-05-10

Abstract

【課題】入射した光の利用効率の向上を図ることのできる太陽電池モジュールを得ること。
【解決手段】平面視において略長方形で一方の長辺側の両端に面取り部を有する複数枚の太陽電池セル１を備えた太陽電池モジュール３０であって、太陽電池セルが、面取り部１ａを有する一方の長辺側を第一の方向側に向けて短辺方向に沿って並べられた第１のセル列３１と、面取り部を有する一方の長辺側を第一の方向の逆方向側に向けて短辺方向に沿って並べられた第２のセル列３２と、を備え、第１のセル列と第２のセル列とが太陽電池セルの長辺方向に沿って交互に並べて配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール、特に複数枚の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールに関する。

従来、複数枚の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールが用いられている（例えば、特許文献１，２を参照）。単結晶シリコンの太陽電池セルの厚みは現在０．１６ｍｍ〜０．３ｍｍ程度となっており、物理的衝撃によって破損しやすくなっている。

そこで、太陽電池セルへの物理的衝撃を緩衝させるため、太陽電池セルの上下に封止材を充填した積層構造が採用される場合がある。例えば、太陽電池セルの受光面側には０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ厚の受光面側封止材、裏面側には０．４ｍｍ〜１．０ｍｍ厚の裏面側封止材が用いられる。

受光面側封止材の上面は透光性基板、例えばガラスなどで覆われる。裏面側封止材の下部には絶縁性を保つためにバックシートが設けられる。

また、太陽電池セル同士の隙間は、例えば１ｍｍ〜６ｍｍ程度とされている。太陽電池セルの受光面以外に照射された光は、バックシートで反射し、さらに透光性基板で再反射することで、太陽電池セルに照射される。したがって、複数枚の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールでは、太陽電池セルの間に入射した光も発電に寄与することとなる。

特開２００７−１２３８４８号公報特開２００１−９４１２７号公報

太陽電池モジュールでは、光の利用効率の向上への要望が高まっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、入射した光の利用効率の向上を図ることのできる太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、平面視において略長方形で一方の長辺側の両端に面取り部を有する複数枚の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールであって、太陽電池セルが、面取り部を有する一方の長辺側を第一の方向側に向けて短辺方向に沿って並べられた第１のセル列と、面取り部を有する一方の長辺側を第一の方向の逆方向側に向けて短辺方向に沿って並べられた第２のセル列と、を備え、第１のセル列と第２のセル列とが太陽電池セルの長辺方向に沿って交互に並べて配置されることを特徴とする。

本発明によれば、太陽電池セルの配置によって、入射した光の利用効率の向上を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。図２は、太陽電池モジュールの断面図である。図３は、略正方形形状を呈する単結晶太陽電池セルを例示する平面図である。図４は、太陽電池モジュールの断面図であって、ハーフカット太陽電池セル同士の間に入射した入射光の利用について説明するための図である。図５は、比較例として、ハーフカット太陽電池セル同士の間隔を広げた例を示す太陽電池モジュールの断面図である。図６は、図５に示す太陽電池モジュールの断面図であって、ハーフカット太陽電池セル同士の間に入射した入射光の利用について説明するための図である。図７は、ハーフカット太陽電池セル同士の間隔とＩｓｃ（短絡電流）の絶対値との関係を示す図である。図８は、ハーフカット太陽電池セル同士の間隔とＩｓｃ（短絡電流）の変化量との関係を示す図である。図９は、比較例にかかる太陽電池モジュールの平面図である。図１０は、机上計算で求めた結果を示す図である。図１１は、机上計算に使用した仮想円を示す図である。図１２は、光を遮へいする遮へいマスク（黒のつや消し塗装を施した２ｍｍ厚のアルミ板）でハーフカット太陽電池セルの周囲を隠し、バックシートの見える面積を変えて得た机上計算値や実測値を示す図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。図２は、太陽電池モジュールの断面図である。まず、太陽電池モジュール３０の平面構成について説明する。太陽電池モジュール３０は、複数枚のハーフカット太陽電池セル１を、セルタブ銅線２および銅線横タブ（ストリング接続用）３で連結させて構成される。

ハーフカット太陽電池セル１は、厚み０．１６ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンを用いて構成される。ハーフカット太陽電池セル１は、平面視において縦横比が約２：１の略長方形形状を呈する。例えば、縦寸法が６０ｍｍ〜７８ｍｍとされ、横寸法が１２０ｍｍ〜１５６ｍｍとされる。

ハーフカット太陽電池セル１は、平面視において対向する２つの長辺のうち、一方の長辺側において両端に面取り部１ａが設けられる。ハーフカット太陽電池セル１は、略正方形形状を呈する単結晶太陽電池セルを半分に切断して得られることが好ましい。例えば、
１２０ｍｍ〜１５６ｍｍ角程度の単結晶シリコン太陽電池を半分にレーザカットすることで、ハーフカット太陽電池セル１が得られる。

図３は、略正方形形状を呈する単結晶太陽電池セルを例示する平面図である。図３に示すように、単結晶太陽電池セル４は、四隅に面取り部４ａが設けられている。この単結晶太陽電池セル４を半分に切断することで、面取り部４ａがハーフカット太陽電池セル１における面取り部１ａとなる。

ハーフカット太陽電池セル１内部には、ＰＮ接合が形成され、その受光面と裏面には電極が設けられる。また、ハーフカット太陽電池セル１の受光面には、反射防止膜が設けられ、より多くの光が太陽電池セル１に入射するように構成される。

図１に示すように、太陽電池モジュール３０は、ハーフカット太陽電池セル１が並べられた複数の列から構成される。なお、本実施の形態では太陽電池セル１の列を２列に並べた構成の太陽電池モジュール３０を例示するが、これに限られず、３列以上の列で構成されてもよい。

ハーフカット太陽電池セル１が並べられた列は、第１のセル列３１と第２のセル列３２とで構成される。第１のセル列３１では、ハーフカット太陽電池セル１が、面取り部１ａが設けられた一方の長辺を第１の方向（矢印Ｘで示す方向）側に向けて、短辺方向に沿って並べられる。

第２のセル列３２では、ハーフカット太陽電池セル１が、面取り部１ａが設けられた一方の長辺を第１の方向の逆方向（矢印Ｙで示す方向）側に向けて、短辺方向に沿って並べられる。そして、第１のセル列３１と第２のセル列３２とが、ハーフカット太陽電池セル１の長辺方向に沿って交互に並べて配置される。

次に、太陽電池モジュール３０の断面構成について説明する。太陽電池モジュール３０は、図２に示すように、光の入射側から透光性基板５、受光面側封止材６、ハーフカット太陽電池セル１、裏面側封止材７、バックシート８を備えて構成される。また、ハーフカット太陽電池セル１同士を連結するセルタブ銅線２も設けられる。

透光性基板５には、太陽電池モジュール３０に入射した光の多くがハーフカット太陽電池セル１に到達できるように透光性の部材が用いられる。透光性基板５には、例えば、ガラス材やポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材が用いられる。

ガラス材としては、白板ガラス、強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられ、一般的には厚さ３ｍｍ〜４ｍｍ程度の白板強化ガラスが多く使用されている。一方、ポリカーボネート樹脂については、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用されている。

受光面側封止材６には、透光性、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性を有する素材が用いられる。受光面側封止材６には、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材を用いるのが好ましい。受光面側封止材６には、厚さが０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のシート状形態のもの、例えば上述した熱可塑性の合成樹脂シートが用いられる。

ハーフカット太陽電池セル１については、太陽電池モジュール３０の平面構成の説明ですでに述べたので、詳細な説明は省略する。

セルタブ銅線２には、例えば厚み０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度の半田めっきを施した銅線が用いられる。セルタブ銅線２は、半田付けによってハーフカット太陽電池セル１に接合され、各ハーフカット太陽電池セル１の裏面側電極と受光面側電極とを繋ぐ働きをしている。

裏面側封止材７には、透光性、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性を有する素材が用いられる。裏面側封止材７には、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材を用いるのが好ましい。裏面側封止材７には、厚さが０．４ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のシート状形態のもの、例えば上述した熱可塑性の合成樹脂シートが用いられる。

受光面側封止材６と裏面側封止材７は、気圧０．５ａｔｍ〜１．０ａｔｍ程度の減圧下におけるラミネート工程で熱架橋させ、透光性基板５、ハーフカット太陽電池セル１、バックシート８と融着することで一体化される。

バックシート８には、透湿性、耐候性、耐加水分解性、絶縁性に優れた素材が用いられる。バックシート８には、例えばフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチエンフタレート（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

次に、太陽電池モジュール３０の製造方法について説明する。

まず、矩形状の透光性基板５を一番下に配置して、その上にエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ樹脂）を含む矩形状の受光面側封止材６を配置する。

次に、受光面側封止材６の上に、第１のセル列３１および第２のセル列３２を交互に並べて、ハーフカット太陽電池セル１を配置する。なお、この時点でハーフカット太陽電池セル１は、セルタブ銅線２や銅線横タブ（ストリング接続用）３により電気的に接続されていることが好ましい。また、ハーフカット太陽電池セル１の受光面側が透光性基板５側に向いて配置されるように、第１のセル列３１および第２のセル列３２を並べる。

次に、ハーフカット太陽電池セル１の上に、ＥＶＡ樹脂から成る矩形状の裏面側封止材７を配置する。そして、裏面側封止材７の上にバックシート８を配置する。

以上の工程により、透光性基板５、受光面側封止材６、ハーフカット太陽電池セル１、セルタブ銅線２、銅線横タブ（ストリング接続用）３、裏面側封止材７、バックシート８の積層体が得られる。

上記の積層体をラミネータにより真空状態にし、１００℃〜２００℃の温度で１５分から１時間程度加熱しながら、０．５ａｔｍ〜１．０ａｔｍ程度で加圧する。これにより、受光面側封止材６、裏面側封止材７が軟化し架橋融着するため、透光性基板５、ハーフカット太陽電池セル１、バックシート８が融着されて一体化する。

上記融着工程を経た積層体の外周各辺にフレーム枠（アルミニウムやＳＵＳなどの金属材、合成樹脂材などで作製されている）を嵌め込み、各コーナーを固定することで太陽電池モジュール３０が完成する。

本実施の形態にかかる太陽電池モジュール３０は、複数枚のハーフカット太陽電池セル１を、第１のセル列３１と第２のセル列３２とを交互に並べるように配置することで、ハーフカット太陽電池セル１同士の間に入射した光の利用効率の向上を図っている。以下に、光を効率良く取り込める理由について記載する。

図４は、太陽電池モジュール３０の断面図であって、ハーフカット太陽電池セル１同士の間に入射した入射光の利用について説明するための図である。図５は、比較例として、ハーフカット太陽電池セル１同士の間隔を広げた例を示す太陽電池モジュールの断面図である。図６は、図５に示す太陽電池モジュールの断面図であって、ハーフカット太陽電池セル１同士の間に入射した入射光の利用について説明するための図である。

ハーフカット太陽電池セル１の間に入射した入射光９は、バックシート８で反射されて反射光１０となる。反射光１０は、透光性基板５などで再度反射することで、ハーフカット太陽電池セル１に入射して、太陽電池モジュール３０，５０の発電に寄与する。

図５，６に示すように、ハーフカット太陽電池セル１の間隔が広いほどバックシート８に到達する入射光９の量が多くなり、それに伴って反射光１０の量も多くなる。しかしながら、ハーフカット太陽電池セル１の間隔が広くなることで、反射光１０がハーフカット太陽電池セル１に到達するまでの距離（光路）も長くなる。反射光１０は、太陽電池セル１に到達するまでの距離に反比例してその光量が減衰する。

図７は、ハーフカット太陽電池セル１同士の間隔とＩｓｃ（短絡電流）の絶対値との関係を示す図である。図８は、ハーフカット太陽電池セル１同士の間隔とＩｓｃ（短絡電流）の変化量との関係を示す図である。ここで、Ｉｓｃの変化量とは、ハーフカット太陽電池セル１同士の間隔を２ｍｍ広げた場合のＩｓｃの絶対値の変化量として定義する。例えば、図８における「２→４」のＩｓｃの変化量は、ハーフカット太陽電池セル１同士の間隔を２ｍｍとした場合のＩｓｃの絶対値（４．１３２）から、ハーフカット太陽電池セル１同士の間隔を４ｍｍに広げた場合のＩｓｃの絶対値（４．２１５）の増加した割合を示している。

図７に示すように、ハーフカット太陽電池セル１同士の間隔が広くなれば、Ｉｓｃ（短絡電流）の絶対値は大きくなる。これは、上述したように、ハーフカット太陽電池セル１同士の間隔が広くなることで反射光１０の量が多くなるためと考えられる。

一方、図８に示すように、ハーフカット太陽電池セル１同士の間隔が広くなることでＩｓｃの変化量は小さくなる。これは、反射光１０が、太陽電池セル１に到達するまでの距離に反比例して光量が減衰しているためと考えられる。

次に、バックシート８が見えている面積が同じでも発電効率が異なることを机上計算で示す。図９は、比較例にかかる太陽電池モジュールの平面図である。なお、以下の説明は、１５６ｍｍ×７８ｍｍのハーフカット太陽電池セル１を用いて行う。

比較例にかかる太陽電池モジュール６０では、すべてのハーフカット太陽電池セル１が同じ方向を向けて並べられている。平面的にバックシート８が見えている面積は、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール３０も、比較例に係る太陽電池モジュール６０も同じ面積になる。しかしながら、単位面積あたりのバックシート８に照射された光が均一な円で透光性基板５（ガラス）で再反射すると、同じ半径距離でもハーフカット太陽電池セル１に届く反射光１０の量が異なるため、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール３０と、比較例に係る太陽電池モジュール６０とでは、発電効率が異なる。

図１０は、机上計算で求めた結果を示す図である。図１１は、机上計算に使用した仮想円を示す図である。この机上計算は、バックシート８の面積で１ｍｍ^２に区切り、このすべてのマス内に同量の光が照射されたと仮定した場合の結果を示す。ある１マスに光が照射され、その光が半径１ｍｍの円を描いて透光性基板５（ガラス）から再反射されると仮定した場合、机上計算ではそのマスから上下左右に１マス移動することとした。なお、斜めへ１マスの移動は上下左右への２マス分の移動に相当する。これを半径１０ｍｍの円まで考慮した。

図１０に示す「机上計算値」は、バックシート８に入射した光が、透光性基板５（ガラス）で再反射されて、ハーフカット太陽電池セル１で何マス分に当たったかを示した数値である。なお、図１０に示す領域Ａ内で、バックシート８に入射した光に対する数値を示している。また、「方向差異」とは、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール３０と、比較例にかかる太陽電池モジュール６０との机上計算値の差異を示した数値である。

透光性基板５で再反射された光がハーフカット太陽電池セル１に当たるマス数が多いほど、ハーフカット太陽電池セル１の出力が大きくなると考えられる。したがって、比較例にかかる太陽電池モジュール６０に比べて、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール３０は、光の利用効率の向上を図ることができる。

次に、机上計算値の数値が大きいほどハーフカット太陽電池セル１の出力が大きくなると考えられる理由を次の測定結果で示す。

図１２は、光を遮へいする遮へいマスク２０（黒のつや消し塗装を施した２ｍｍ厚のアルミ板）でハーフカット太陽電池セル１の周囲を隠し、バックシート８の見える面積を変えて得た机上計算値や実測値を示す図である。

遮へいマスク２０は、枠の外寸法が２００ｍｍ×２００ｍｍのものを用いた。また、遮へいマスク２０は、枠の内寸法が、横寸法１５８ｍｍ〜１７６ｍｍ、縦寸法８０ｍｍ〜９８ｍｍの２ｍｍ間隔で異なるものを用いた。

図１２の「１ｍｍ」とは遮へいマスク２０をハーフカット太陽電池セル１の中心合わせで置いたときにハーフカット太陽電池セル１と遮へいマスク２０との間隔が１ｍｍとなる遮へいマスク２０（内寸法１５８ｍｍ×８０ｍｍ）を使用したことを示す。「１ｍｍ」〜「１０ｍｍ」までも同様である。

「中心合わせ」は遮へいマスク２０の中心とハーフカット太陽電池セル１の中心を合わせて配置したとき、「左下合わせ」はハーフカット太陽電池セル１の左下（面取りしていない部分）と遮へいマスク２０内寸法の左下角を合わせたときである。

図１２の「実測ＵＰ分」は、実際に測定した「中心合わせ」での短絡電流Ｉｓｃから、実際に測定した「左下合わせ」でのＩｓｃの増加率を示している。

短絡電流Ｉｓｃはハーフカット太陽電池セル１に照射され、発電に寄与する光量をあらわしているため、これをパラメータとした。またＩｓｃとＰｍａｘ（出力値特性）は比例関係にある。

「机上計算値」は、図１０に示す場合と同様の手法で算出した値である。「設置差異」は「中心合わせ」と「左下合わせ」との机上計算値の差異を示す値である。

図１２に示すように、「設置差異」とＩｓｃの「実測ＵＰ分」とが比例関係にあること、すなわち、「机上計算値」が大きい値であるほど、短絡電流Ｉｓｃが大きくなることが分かる。また、「机上計算値」が大きい値であるほど、短絡電流Ｉｓｃが大きくなることで、出力Ｐｍａｘも大きくなる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールに有用である。

１ハーフカット太陽電池セル
１ａ面取り部
２セルタブ銅線
４単結晶太陽電池セル
４ａ面取り部
５透光性基板
６受光面側封止材
７裏面側封止材
８バックシート
９入射光
１０反射光
２０遮へいマスク
３０太陽電池モジュール
３１第１のセル列
３２第２のセル列
５０太陽電池モジュール
６０太陽電池モジュール
Ａ領域
Ｘ矢印
Ｙ矢印

Claims

平面視において略長方形で一方の長辺側の両端に面取り部を有する複数枚の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池セルが、前記面取り部を有する一方の長辺側を第一の方向側に向けて短辺方向に沿って並べられた第１のセル列と、
前記面取り部を有する一方の長辺側を前記第一の方向の逆方向側に向けて短辺方向に沿って並べられた第２のセル列と、を備え、
前記第１のセル列と前記第２のセル列とが前記太陽電池セルの長辺方向に沿って交互に並べて配置されることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記太陽電池セルは、平面視において四隅に面取り部を有する略正方形の単結晶太陽電池セルを半分に切断して構成され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。