JP2012204534A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、裏面保護部材にガラス板を用いた場合にも、改善された歩留りで出力配線と端子ボックスの端子部との間を半田付けすることができる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】 透光性表面保護部材１２と裏面ガラス１３との間に、複数の太陽電池１１が封止材１４により封止され、裏面ガラス１３に設けた開口部１３ａを介して取り出される出力配線２０を有し、この出力配線２０を裏面ガラス１３上で端子部４０ｂに接続した太陽電池モジュールであって、出力配線２０と裏面ガラス１３との間に封止材１４より熱伝導率の小さい断熱材３０を配されている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものである。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。

一般に、太陽電池１枚当たりの出力は数Ｗ程度である。このため、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池を接続することにより出力を高めた太陽電池モジュールが用いられる。太陽電池モジュールは、複数の太陽電池がその表裏面の電極に電気的に接続された配線部材により直列又は並列に接続された構造を有している。

上記した太陽電池モジュールは、複数の太陽電池を配線部材で接続したものを、透光性部材からなる表面保護部材と裏面保護部材との間に配設し、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする樹脂で封止することで、耐候性や耐衝撃性を高め、屋外で実用的な電気出力を取り出すことができるように構成されている。

また、耐候性の向上や裏面側からの光の入射を図るために、裏面保護部材に可撓性板ガラスを用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）

上記した太陽電池モジュールは、裏面側に太陽電池の出力を取り出すための端子ボックスが設けられている場合が多い。裏面側に端子ボックスを設けた太陽電池モジュールにおいては、太陽電池の出力を裏面側に取り出すために、裏面保護部材に開口部を設け、この開口部から出力用の配線を取り出している。端子ボックスには、外部に電力を出力する出力ケーブルと接続される端子部が設けられている。この端子部に太陽電池モジュール内から取り出された出力配線が半田付けにより接続される。

特開２００１−２４４４８６号公報

このような太陽電池ジュールを製造するにあたっては、良好な歩留りで製造できる方法が望まれている。

この発明は、裏面保護部材にガラス板を用いた場合にも、改善された歩留りで出力配線と端子ボックスの端子部との間を半田付けすることができる太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。

この発明は、透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数の太陽電池が封止材により封止され、前記裏面保護部材に設けた開口部を介して取り出される配線を有し、この配線を前記裏面保護部材上で端子部に接続した太陽電池モジュールであって、前記配線と裏面保護部材との間に前記封止材より熱伝導率の小さい断熱材が配されている。

また、この発明は、透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数の太陽電池が封止材により封止され、太陽電池の出力を取り出すための出力配線を前記裏面保護部材に設けた開口部を介して取り出し、この出力配線を前記裏面保護部材上に設けた端子ボックス内の端子部と接続する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記出力配線と裏面保護部材との間に前記封止材より熱伝導率の小さい断熱材を配し、前記出力配線と端子ボックス内の端子部とを半田で接続する。

この発明は、透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数の太陽電池が封止材により封止され、前記裏面保護部材に設けた開口部を介して取り出される配線を有し、この配線を前記裏面保護部材上で端子部に接続する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記配線と裏面保護部材との間に前記封止材より熱伝導率の小さい断熱材を配し、前記配線を前記端子部に接続する。

この発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの概略断面図である。 この発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を示す模式的断面図である。 この発明の実施形態の太陽電池モジュールの出力配線部分を示す平面図である。 この発明の実施形態のラミネート前の出力配線の取り出し部分を示す部分断面図である。 太陽電池モジュールを製造する製造装置の概略構成図である。

この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

図１に示されるように、太陽電池モジュール１０は、太陽電池１１、表面保護部材１２、裏面保護部材としての裏面ガラス１３及び封止部材１４を備える。太陽電池モジュール１０は、表面保護部材１２と裏面ガラス１３との間に、複数の太陽電池１１を封止することにより構成される。

複数の太陽電池１１は配線部材１６によって互いに電気的に接続される。太陽電池１１と配線部材１６との接続は、半田または樹脂接着剤を用いて接続される。

一の方向に配列され、配線材１６により電気的に接続された複数の太陽電池１１…は、１単位ユニットであるストリングを構成している。これらストリング間は接続用配線、いわゆる渡り配線により接続されている。渡り配線の一部は、外部に電気を出力するための出力配線２０と接続される。

太陽電池１１は、例えば、厚みが０．１５ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどで構成される結晶系半導体からなり、１辺が１２５ｍｍの略正方形状を有するが、これに限るものではなく、他の太陽電池を用いても良い。

この太陽電池１１は、例えば、ｎ型領域とｐ型領域を有し、ｎ型領域とｐ型領域との界面部分でキャリア分離用の電界を形成するための接合部が形成されている。

配線部材１６は、太陽電池１１の電極と、この太陽電池１１に隣接する他の太陽電池１１の電極とに接続される。これにより、隣接する太陽電池１１、１１間は電気的に接続される。例えば、配線部材１６は、薄板状の銅箔と、銅箔の表面にメッキされた半田とを含む。

配線部材１６と太陽電池１１とを半田で接続させる場合には、配線部材１６の表面にメッキされた半田を溶融させて、太陽電池１１の電極と接続させる。なお、太陽電池１１と配線部材１６との接続は、半田を用いた接続以外に、樹脂接着剤を用いて接続することも可能である。樹脂接着剤としては、異方導電性を有する樹脂接着剤が好適に用いられる。

上記した配線部材１６は、太陽電池モジュール外部に出力を取り出す出力配線２０と直接または渡り配線２１を介して接続される

表面保護部材１２は、太陽電池１１の受光面側に配置されており、太陽電池モジュール１０の表面を保護する。この実施形態においては、表面保護部材１２は、透光性を有する強化ガラスで、その板厚は３．０ｍｍ〜３．２ｍｍ程度である。尚、表面保護部材１２は、強化ガラスに限らず、透光性プラスチック等を用いることができる。

裏面ガラス１３は、太陽電池１１の裏面側に配置されており、太陽電池モジュール１０の背面を保護する。この実施形態においては、裏面ガラス１３は、板厚１．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下のガラス板が用いられ、耐候性を有するように構成している。裏面ガラス１３は、透光性であっても良いし、非透光性であっても良い。裏面ガラス１３の表面には、端子ボックス４０が取り付けられる。

封止部材１４は、表面保護部材１２と裏面ガラス１３との間で太陽電池１１を封止する。表面保護部材１２と太陽電池１１との間に配される封止部材１４は透光性を有する。封止部材１４としては、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリオレフィン、環状ポリエチレン、アイオノマー、ポリアクリル酸系ポリマー又はこれらを複数種類重合させたコポリマーの中から選択される。この実施形態では、ＥＶＡ樹脂を用いている。

出力配線２０と裏面ガラス１３との間に封止材１４より熱伝導率の小さいシート状の断熱材３０が配される。ＥＶＡをはじめ、多くの樹脂の熱伝導率は、約０．１Ｗ／ｍ・Ｋ〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋである。断熱材３０は、ＥＶＡ樹脂の熱伝導率より小さく、太陽電池１１に悪影響を及ぼさないものであればよく、例えば、グラスウール、ポリスチレン、ウレタンなどの材料を用いることができる。また、熱伝導率が小さい程、断熱材３０の厚みを薄くすることができるので、ラミネート時に断熱材３０がある箇所に圧力が集中することが防止できる。この結果、ラミネート時の裏面ガラス１３の割れなどの発生も抑制できる。

なお、以上のような構成を有する太陽電池モジュール１０の外周には、Ａｌ（アルミニウム）フレーム（図示しない）を取り付けることができる。

図２及び図３に示されるように、配線部材１６は、太陽電池モジュール外部に出力を取り出す出力配線２０と直接または渡り配線２１を介して接続される。出力配線２０は、太陽電池１１からの電気出力を外部に取出すもので、端子ボックス４０内の端子と接続される。出力配線２０は、通常、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、幅６ｍｍの銅箔にその全面を半田コートしたものを所定の長さに切断し、配線部材１６または渡り配線２１に半田付けされている。また、出力配線２０の表面は、絶縁性フィルム等の絶縁部材によって被覆されている。

裏面ガラス１３には、出力配線２０を取り出すために、開口部１３ａが設けられている。また、裏面側の封止部材１４を構成するシート部材も後述するように、出力配線２０を取り出すスリット１４ｈが設けられている。

裏面ガラス１３の開口部１３ａを覆うように、シリコーン樹脂などの接着剤５０で端子ボックス４０が取り付けられる。開口部１３ａから取り出された出力配線２０が端子ボックス４０内の端子部４０ｂと接続され、外部の出力ケーブル（図示しない）と接続される。

出力配線２０の太陽電池モジュールからの取り出しについて、図３ないし図４を参照して説明する。

図３に示されるように、本実施形態では６個のストリングを渡り配線２１を用いて直列に接続している。一番左端のストリングの渡り配線２１と接続された出力配線２０が裏面ガラス１３の開口部１３ａから引き出される。左から２番目と３番目のストリングが渡り配線２１で接続され、渡り配線２１と接続された出力配線２０が裏面ガラス１３の開口部１３ａから引き出される。

また、一番右端のストリングの渡り配線２１と接続された出力配線２０が、裏面ガラス１３のスリット１３ａから引き出される。そして、右から２番目と３番目のストリングが渡り配線２１で接続され、渡り配線２１と接続された出力線２０が裏面ガラス１３の開口部１３ａから引き出される。

このようにして、６個のストリングから４本の出力配線２０…として裏面ガラス１３の開口部１３ａから引き出され、そして、端子ボックス４０の所定の端子部４０ｂに、半田付けを行って接続し太陽電池モジュールが構成されている。

出力配線２０と裏面ガラス１３との間に封止材１４より熱伝導率の小さい断熱材３０が配されている。このため、半田付け時に、出力配線２０が加熱されて太陽電池モジュール内部に熱が伝わっても断熱材３０により裏面ガラス１３に熱が伝わるのを抑制でき、内部側と外側との間の温度差が緩和され、熱歪みによる裏面ガラス１３の亀裂等の発生が防止できる。

開口部１３ａから導出される出力配線２０は、この実施形態においては、４本ある。このため、端子ボックス４０の端子部４０ｂには、４つの端子板（図示せず）が設けられ、それぞれ該当する出力端子２０…が半田によって接続される。端子ボックス４０の端子間には逆流防止ダイオードが接続されている。

図４に示されるように、太陽電池モジュール１０を製造するにあたっては、下側から表面保護部材１２、表面側のＥＶＡシート１４ａ（封止部材）、配線部材１６により接続された複数の太陽電池１１…、ＥＶＡシート１４ｂ（封止部材）、出力配線２０と裏面ガラス２３との間に配されるシート状の断熱材３０、裏面ガラス１３をこの順序で積み重ねる。出力配線２０は、ＥＶＡシート１４ｂのスリット１４ｈを通り、裏面ガラス１３の開口部１３ａから引き出されている。このように配置された部材をラミネート装置でラミネートする。断熱材３０は、裏面ガラス１３との接着性を確保するため、片面もしくは両面にＥＶＡを積層させている。

図２に示されるように、ラミネート後は、裏面ガラス１３の開口部１３ａを閉塞するように、端子ボックス４０の底部４０ａがシリコーン樹脂５０などにより接着される。そして、端子ボックス４０内の端子部４０ｂの所定の端子板に、出力配線２０が半田付けされる。そして、図示はしないが端子ボックス４０のケース上蓋を底部４０ａに取り付けて太陽電池モジュール１０が構成される。

次に、上記太陽電池モジュール１０の製造方法について、図２及び図５を参照して説明する。図５に示されるように、太陽電池モジュール１０を製造する製造装置は、下側ハウジング２００とこの下側ハウジングに気密に結合される上側ハウジング２０２とを備える。下側ハウジング２００の上部開口部には、略面一の状態でヒータプレート２０１が配置される。この上側ハウジング２０２には、下側ハウジング２００の開口部に対向する側にゴム製のダイアフラム２０３が設けられている。下側ハウジング２００と上側ハウジング２０２の周縁部には、両者を結合した時の気密状態を保持するためのパッキン２０４が全周に渡って取り付けられている。更に、下側ハウジング２００には、図示はしないが真空ポンプが接続されている。

そして、太陽電池モジュール１０を製造するにあたっては、まず、製造装置のヒータプレート２０１上に、下側から表面保護部材１２、表面側のＥＶＡシート１４ａ（封止部材）、配線部材１６により接続された複数の太陽電池１１…、ＥＶＡシート１４ｂ（封止部材）、出力配線２０と裏面ガラス２３との間に配されるシート状の断熱材３０、裏面ガラス１３をこの順序で積み重ねる。裏面ガラス１３の開口部１３ａには、出力配線２０が挿入され、出力配線２０が所定の位置に位置決めされて、仮保持されている。

上記のようにヒータプレート２０１上に各構成部品を積み合わせた後、下側ハウジング２００と上側ハウジング２０２とを結合させる。その後、下側ハウジング２００を図示しない真空ポンプにより排気する。この時ヒータプレート２０１を約１３０℃〜２００℃に加熱する。この状態で、ダイアフラム２０３がヒータプレート２０１上に載置された太陽電池モジュール１０側に押し付けられる。そして、ＥＶＡシート１４ａ、１４ｂがゲル状化し、所定のＥＶＡ層（封止層）１４を構成する。これにより、太陽電池１１…が表面側の表面保護部材１２と裏面側の裏面ガラス１３との間に挟まれた状態でＥＶＡ層（封止層）１４内に封止される。また、出力配線２０と裏面ガラス１３との間に封止材１４より熱伝導率の小さいシート状の断熱材３０が配される。

その後、端子ボックス４０の底部４０ａに設けた開口部４０ｈに裏面ガラス１３の開口部１３ａから引き出された出力配線２０を挿入し、そして裏面ガラス１３の開口部１３ａを閉塞するようにして、端子ボックス４０の底部４０ａが裏面ガラス１３にシリコーン樹脂からなる接着剤５０により取り付けられる。

しかる後、図２に示されるように、端子ボックス４０内の端子部４０ｂの所定の端子板にそれぞれ出力配線２０を半田ごて６０を用いて接続する。

この接続作業の際、半田ごて６０からの熱が出力用配線２０を伝わり、裏面ガラス１３から太陽電池モジュール１０内部まで伝わる。熱は出力配線２０と裏面ガラス１３との間に配された断熱材３０により、裏面ガラス１３の内部側の面１３ｂに伝わるのが抑制される。半田付けは、半田ごて６０の温度を２５０℃程度加熱して行う

ところで、冷却せずに端子部と出力配線とを半田ごてを用いて接続すると、半田ごて６０からの熱が出力配線を伝わり、裏面ガラス１３から太陽電池モジュール内部まで伝わる。この結果、裏面ガラス１３の外側表面１３ｆと太陽電池モジュール内部側との間に大きな温度差が発生する。裏面ガラス１３として、可撓性ガラスなど薄いガラス部材を用いた場合、半田付け時の外側表面と内部側との温度差により発生する熱歪みにより、ガラスに亀裂が発生する等の問題があった。

これに対し、この発明では出力配線２０と裏面ガラス１３との間に配された断熱材３０により、半田付け時に、出力配線２０伝わる熱は裏面ガラス１３の内部側の面１３ｂに伝わるのが抑制される。この結果、裏面ガラス１３の内部側の面１３ｂと外側表面１３ｆとの間の温度差が緩和され、熱歪みによる裏面ガラス１３の亀裂等の発生を防止することができる。

そして、半田付けの作業が終了した後、端子ボックス４０のケース上蓋（図示しない）を底部４０ａに取り付けて太陽電池モジュール１０が構成される。

尚、この実施形態では、裏面保護部材として、薄板ガラスを用いたが、これに限らず、透光性プラスチック等を用いることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、この発明に係る太陽電池は、両面受光型の太陽電池でも良いし、片面受光型の太陽電池であっても良い。また、裏面接合型の太陽電池であっても良い。さらに、この発明は、結晶系太陽電池モジュールに限らず、薄膜系の太陽電池モジュールにも適用することができる。また、この発明における出力配線は、少なくとも正負の取出し用の配線を含むものであれば良い。このように、この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 太陽電池モジュール
１１ 太陽電池
１２ 表面保護部材
１３ 裏面ガラス
１４ 封止材
１６ 配線材
２０ 出力配線
３０ 断熱材
４０ 端子ボックス
４０ｂ 端子部
６０ 半田ごて

Claims (4)

1. 透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数の太陽電池が封止材により封止され、前記裏面保護部材に設けた開口部を介して取り出される配線を有し、この配線を前記裏面保護部材上で端子部に接続した太陽電池モジュールであって、前記配線と裏面保護部材との間に前記封止材より熱伝導率の小さい断熱材が配されている、太陽電池モジュール。
2. 前記裏面保護部材は、薄板ガラスである、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数の太陽電池が封止材により封止され、前記裏面保護部材に設けた開口部を介して取り出される配線を有し、この配線を前記裏面保護部材上で端子部に接続する太陽電池モジュールの製造方法であって、前記配線と裏面保護部材との間に前記封止材より熱伝導率の小さい断熱材を配し、前記配線を前記端子部に接続する、太陽電池モジュールの製造方法。
4. 前記裏面部材は、薄板ガラスである、請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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