JP2012182321A

JP2012182321A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2012182321A
Application number: JP2011044421A
Authority: JP
Inventors: Masaki Nakajima; 正樹中島
Original assignee: FUJI CERA KK
Current assignee: FUJI CERA KK
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】カバーガラスを備えた太陽電池モジュールの軽量化を図る。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、カバーガラス１１と、カバーガラス１１と対向するバックシート１２と、カバーガラス１１とバックシート１２の間に配設された太陽電池セル２，２，…と、カバーガラス１１とバックシート１２との間に充填された封止材１３と、カバーガラス１１と太陽電池セル２，２，…との間に配設された樹脂製プレート１５とを備えている。樹脂製プレート１５の剛性は、封止材１３の剛性よりも高い。
【選択図】図１

Description

本発明は、カバーガラスを備えた太陽電池モジュールに関するものである。

従来より、表面にカバーガラスが設けられた太陽電池モジュールが知られている。例えば、特許文献１に係る太陽電池モジュールは、カバーガラスと、バックシートと、カバーガラスとバックシートとの間に設けられた太陽電池素子と、カバーガラスとバックシートとの間に充填された封止材とを備えている。

特開２００５−３２７８８６号公報

太陽電池モジュールは、屋外に設置されることが多く、耐候性が求められる。そのため、太陽電池モジュールの表面には、カバーガラスを設けることが好ましい。

しかしながら、ガラス材料は脆弱で破損し易いため、カバーガラスの厚みが厚くなってしまう。カバーガラスが厚くなると、ガラス材料は樹脂等に比べて比較的重いため、太陽電池モジュールの重量が増大してしまう。太陽電池モジュールが重いと、太陽電池モジュールの取扱いが不便になると共に、太陽電池モジュールの設置構造も頑丈にしなければならないというデメリットも生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カバーガラスを備えた太陽電池モジュールの軽量化を図ることにある。

ここに開示された太陽電池モジュールは、カバーガラスと、前記カバーガラスと対向するバックシートと、前記カバーガラスと前記バックシートの間に配設された太陽電池素子と、前記カバーガラスと前記バックシートとの間に充填された封止材と、前記カバーガラスと前記太陽電池素子との間に配設された樹脂製プレートとを備え、前記樹脂製プレートの剛性は、前記封止材の剛性よりも高いものとする。

前記太陽電池モジュールによれば、カバーガラスの内側に樹脂製プレートを設けることによってカバーガラスへの応力集中が緩和されるため、カバーガラスを薄くすることができ、ひいては、太陽電池モジュールの軽量化を図ることができる。

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拡大断面図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、実施形態１に係る太陽電池モジュールの断面図を、図２は、太陽電池モジュールの拡大断面図を示す。太陽電池モジュール１は、カバーガラス１１と、該カバーガラス１１と対向するバックシート１２と、該カバーガラス１１及びバックシート１２の間に設けられた複数の太陽電池セル２，２，…と、該カバーガラス１１及びバックシート１２の間に充填された封止材１３と、カバーガラス１１と太陽電池セル２，２，…との間に設けられた樹脂製プレート１５と、バックシート１２の背面側に設けられた補強シート１６と、カバーガラス１１及び補強シート１６の周縁部に設けられた枠体４と、カバーガラス１１の表面に設けられたジャンクションボックス１４とを備えている。太陽電池モジュール１は、全体として、平板状に形成されている。

前記カバーガラス１１は、透明なガラス材料で構成されている。カバーガラス１１は、例えば、１ｍｍ以下の平板状のガラスで構成されている。

前記樹脂製プレート１５は、透明な樹脂で構成されている。樹脂製プレート１５は、カバーガラス１１と略同じ平面形状を有し且つ、略同じ面積を有している。樹脂製プレート１５は、例えば、硬質塩化ビニル、アクリル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール等で構成される。

前記バックシート１２は、水及び水蒸気等の透過を防止するシート状の部材であって、太陽電池セル２を保護するための部材である。バックシート１２は、アルミニウム薄膜と樹脂薄膜との積層シートで構成されている。尚、バックシート１２は、ＰＥＴシートとアルミニウムシートとポリエチレン系フィルムとを積層させた積層シート、又はＰＥＴシートとアルミニウムシートとフッ素樹脂フィルムとを積層させた積層シートであってもよい。

前記太陽電池セル２は、特定のセルに限定されるものではない。例えば、太陽電池セル２は、シリコンで構成されている。また、太陽電池セル２は、結晶シリコン（単結晶シリコン及び多結晶シリコンを含む）で構成されていてもよく、アモルファスシリコンで構成されていてもよい。また、太陽電池セル２は、薄膜シリコン、タンデム型シリコン、球状シリコン等で構成されていてもよく、その形状が限定されるものではない。また、太陽電池セル２として、色素増感型の太陽電池セルを採用してもよい。すなわち、太陽電池セル２は、トップシートとバックシートとの間に挟持される太陽電池セルであれば、任意の太陽電池セルを採用することができる。この太陽電池セル２が太陽電池素子を構成する。

前記補強シート１６は、バックシート１２の耐候性を向上させると共に、太陽電池モジュール１の強度を補強するためのものである。補強シート１６は、バックシート１２と略同じ面積を有している。補強シート１６は、ブチルゴムで構成された粘着テープを介してバックシート１２に接着されている。補強シート１６は、塩化ビニル系防水シート、ポリオレフィン系防水シート、アルミニウム合金やガルバリウム鋼板等の金属板、該金属板と樹脂と該金属板とのサンドイッチパネル、前記防水シートに金属板若しくはサンドイッチパネルを貼り合わせたもの、又は金属製若しくは樹脂製ハニカムボード等で構成される。例えば、太陽電池モジュール１を屋根等に取り付けるための取付部（例えば、アングルのような部材）を太陽電池モジュール１の背面側に設ける場合、補強シート１６が無い構成においては、該取付部をバックシート１２に取り付けることになる。バックシート１２は、太陽電池モジュール１の防水性及び防湿性を担う部材であるため、取付部を取り付けるための孔等を空けることはできない。また、バックシート１２に求められる機能は防水性及び防湿性であるので、バックシート１２の剛性はそれほど高くない。すなわち、バックシート１２は、太陽電池モジュール１の荷重が作用する取付部からの反力を受け止めることができるほどに高剛性ではない。これらの問題を解決するために、補強シート１６が設けられている。太陽電池モジュール１の防水性及び防湿性はバックシート１２で確保されるので、補強シート１６には、ビスやリベットを介して取付部を取り付けることができる。また、或る程度の剛性を有する（少なくとも、バックシート１２よりは高剛性の）部材で補強シート１６を構成することによって、取付部からの反力を補強シート１６で受け止めることができる。さらに、補強シート１６を設けることによって、バックシート１２が補強シート１６で覆われることになるので、太陽電池モジュール１の耐候性を向上させることができる。

前記封止材１３は、液体や気体などの物質が太陽電池セル２内に入らないように保護する部材である。この封止材１３は、カバーガラス１１とバックシート１２とを接着する機能も有する。また、封止材１３は、カバーガラス１１と樹脂製プレート１５との間にも充填されている。封止材１３は、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）で構成されている。尚、封止材１３は、メチルメタアクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリビニルブチラール樹脂（ＰＶＢ）、又はポリウレタン樹脂等で構成されてもよい。

前記ジャンクションボックス１４は、略直方体の箱状をしている。太陽電池モジュール１は、太陽電池モジュール１に対して直交する方向を向いて見たときに、太陽電池セル２，２，…が配設される電池領域Ｘと、該電池領域Ｘを囲む周縁部Ｙとを有している。ジャンクションボックス１４は、該周縁部Ｙにおけるカバーガラス１１上に設けられている。尚、ジャンクションボックス１４は、太陽電池モジュール１の背面側において、補強シート１６に設けられていてもよい。

枠体４は、カバーガラス１１及び補強シート１６の周縁部に沿って延びる部材であって、断面が略コ字状（又は、Ｕ字状）に形成されている。枠体４は、シリコン、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、又は金属板を芯材として含む樹脂で構成することができる。枠体４は、カバーガラス１１及び補強シート１６の周縁部に、ブチルゴムで構成された粘着テープを介設させた状態で、嵌め込まれる。枠体４の内部の隙間（太陽電池モジュール１の厚み方向への隙間）は、カバーガラス１１及び補強シート１６の周縁部に防湿テープを貼着した状態において、防湿テープを含む周縁部の厚み（太陽電池モジュール１の厚み方向への寸法）よりも狭く構成されている。そのため、枠体４を周縁部に嵌め込んだ状態においては、枠体４の内周面と防湿テープの表面とは密着している。尚、枠体４は、防湿テープの代わりに、接着剤等を介してカバーガラス１１及び補強シート１６の周縁部に取り付けてもよい。

ここで、前記樹脂製プレート１５は、カバーガラス１１への応力集中を緩和するためのプレートである。樹脂製プレート１５は、封止材１３の剛性よりも高い剛性を有する。樹脂製プレート１５は、その曲げ剛性が封止材１３の曲げ剛性よりも高いことが好ましい。さらに、樹脂製プレート１５は、その曲げ剛性がカバーガラス１１の曲げ剛性よりも高いことが好ましい。また、樹脂製プレート１５は、その厚みがカバーガラス１１の厚み以上である。樹脂製プレート１５とカバーガラス１１との間には封止材１３が存在する。

太陽電池モジュール１に曲げ荷重が作用すると、太陽電池モジュール１は湾曲するが、全体として円弧を描くように各部分が均一に湾曲するのではない。太陽電池セル２，２，…は曲がり難いため、隣接する太陽電池セル２，２の間の部分１７，１７，…、即ち、太陽電池セル２が存在しない部分がより屈曲し易い。極端に言えば、太陽電池モジュール１は、太陽電池セル２，２，…の部分はあまり屈曲せず、太陽電池セル２，２，…の間の部分１７，１７，…が局所的に屈曲し、全体としては、角張った状態で屈曲する。このような太陽電池セル２，２，…及びその周辺の変形は、樹脂製プレート１５が存在しない場合は、封止材１３を介してカバーガラス１１に伝わり、カバーガラス１１を同様に変形させる。その結果、カバーガラス１１には、太陽電池セル２，２，…の間の部分１７，１７，…に対応する部分に曲げ応力が集中し易くなる。それに対して、樹脂製プレート１５が存在する場合は、太陽電池セル２，２，…及びその周辺の変形は、封止材１３を介して一旦、樹脂製プレート１５に伝わる。このとき、太陽電池セル２，２，…及びその周辺の変形における曲げ応力の不均一さは、封止材１３によって多少緩和される。さらに、樹脂製プレート１５の曲げ応力は、面内方向に分散するので、このことによっても、曲げ応力の不均一さは緩和される。それに加えて、樹脂製プレート１５は、曲げ剛性が高いため、変形により破損することはない。この樹脂製プレート１５の曲げ変形は、封止材１３を介してカバーガラス１１に伝わる。このとき、曲げ応力の不均一さは、封止材１３によってさらに緩和される。こうして、カバーガラス１１における曲げ応力の不均一さは、太陽電池セル２，２，…及びその周辺の変形に比べて緩和されているので、カバーガラス１１における曲げ応力の集中が抑制される。それにより、応力集中によるカバーガラス１１の破損が防止される。そのため、カバーガラス１１を、樹脂製プレート１５を設けない場合よりも薄くすることができる。カバーガラス１１が薄くなると、太陽電池モジュール１の重量を軽くすることができる。尚、樹脂製プレート１５の分だけ重量が増加するものの、樹脂はガラスよりも比重が小さいため、カバーガラス１１が薄くなった分の軽量化の効果の方が大きい。

したがって、本実施形態によれば、カバーガラス１１の内側に樹脂製プレート１５を設けることによって、カバーガラス１１における曲げ応力の集中を緩和することができる。それにより、カバーガラス１１を薄くすることができる。その結果、太陽電池モジュール１の重量を低減することができる。

また、カバーガラス１１と樹脂製プレート１５との間に封止材１３を介在させることによって、樹脂製プレート１５に加えて、封止材１３によっても曲げ応力の不均一さを緩和することができ、カバーガラス１１における曲げ応力の集中をさらに緩和することができる。

さらに、樹脂製プレート１５を設けることによって、樹脂製プレート１５が存在しない場合と比較して、太陽電池モジュール１全体の曲げ剛性を向上させることができる。このことによっても、カバーガラス１１が曲がり難くなり、破損を防止することができる。そのため、カバーガラス１１を薄くして、太陽電池モジュール１の軽量化を図ることができる。

このとき、カバーガラス１１が外方に露出し、樹脂製プレート１５が内方に位置するため、高い耐候性を確保することができる。つまり、樹脂よりもガラスの方が耐候性が高いため、上記のような配置とすることによって、太陽電池モジュール１の耐候性を向上させることができる。また、樹脂製プレート１５に耐候性を求める必要がなく、樹脂製プレート１５の材料の選択の余地を広げることができる。

《その他の実施形態》
実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、カバーガラス１１と樹脂製プレート１５とは、積層されていてもよい。カバーガラス１１と樹脂製プレート１５とを積層することによって、カバーガラス１１を補強することができる。すなわち、カバーガラス１１に外方から衝撃力が加わったときに、カバーガラス１１の変形を抑制して、樹脂製プレート１５でも衝撃力を受け止めることができる。ただし、樹脂製プレート１５の変形の不均一さを緩和してカバーガラス１１に伝えるという観点では、カバーガラス１１と樹脂製プレート１５との間に封止材１３を介在させることが好ましい。

尚、カバーガラス１１と樹脂製プレート１５との間に介在させる部材は、封止材１３に限られるものではない。ただし、カバーガラス１１と樹脂製プレート１５との間に介在させる部材は、カバーガラス１１及び樹脂製プレート１５よりも剛性が低いことが好ましい。こうすることで、樹脂製プレート１５の変形の不均一さを緩和してカバーガラス１１に伝えることができるからである。

また、前記カバーガラス１１、バックシート１２、封止材１３、樹脂製プレート１５、補強シート１６及び枠体４は、前記実施形態に限られるものではなく、任意の材料を採用することができる。さらに、補強シート１６は、省略されてもよい。また、バックシート１２及び／又は補強シート１６は、透明な樹脂製シート又はガラスで構成されていてもよい。すなわち、太陽電池モジュール１は、光を透過するように構成されていてもよい。

さらに、カバーガラス１１の表面には、フッ素樹脂フィルム等の被膜を設けてもよい。

尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、カバーガラスを備えた太陽電池モジュールについて有用である。

１太陽電池モジュール
１１カバーガラス
１２バックシート
１３封止材
１５樹脂製プレート
２太陽電池セル（太陽電池素子）

Claims

カバーガラスと、
前記カバーガラスと対向するバックシートと、
前記カバーガラスと前記バックシートの間に配設された太陽電池素子と、
前記カバーガラスと前記バックシートとの間に充填された封止材と、
前記カバーガラスと前記太陽電池素子との間に配設された樹脂製プレートとを備え、
前記樹脂製プレートの剛性は、前記封止材の剛性よりも高い太陽電池モジュール。
請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記カバーガラスと前記樹脂製プレートとの間には、封止材が充填されている太陽電池モジュール。
請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記樹脂製プレートの厚みは、前記カバーガラスの厚み以上である太陽電池モジュール。