JP2012514864A - 太陽電池モデュール封止ガラス複合体、その製造方法及びその使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の太陽電池を含む太陽電池モデュールに関し、該複数の太陽電池が、封止ガラス複合体中の、フロント及びリアペインの間に配置され固定され、前記太陽電池が少なくともひとつのペインの内側にはんだにより固定されている。

Description

本発明は、ガラスペイン上の単又は多結晶性（c−Si)太陽電池モデュールの電気的及び機械的アセンブリ及びその封止ガラス複合体への組み込み及びc-Siモデュールを内部に含む封止ガラスペインをラミネートすることなく製造する方法に関する。集積c-Siモデュールを含むこのタイプの封止ガラスペインを費用効果的に製造され、また建造物表面に容易に組み込むことができ又屋根用アレイ又は自由設置要素として容易に使用することができる。

太陽電池モデュール、光電池モデュール又は太陽光発電装置は、太陽からの光を直接電気に変換する。最も重要なコンポーネントとして、複数の太陽電池を含むということである。

太陽電池モデュールは光発電プラントで、個々又は連結してグループで、個人の消費者、又は宇宙船の電力供給として使用される。太陽電池モデュールは、結合された電気負荷（例えば開放電圧及び短絡電流）で特徴付けられる。同じく個々の太陽電池の特性及び該モデュール内での該太陽電池の電気的接続に依存する。

太陽発電システムに求められる要求を満たすためには、太陽電池は複数の異なる材料の手段により共に組み合わされて太陽電池モデュールを形成する。この複合体は以下の目的を満たすものである。
・透明で耐放射線及び耐天候性カバー。
・丈夫な電気的接合。
・壊れ易い太陽電池を機械的影響から保護する。
・太陽電池及び電気的結合を湿気から保護する。
・太陽電池の適切な冷却。
・導電性層コンポーネントを不意のコンタクトから保護する。
・取り扱い及び固定手段。

太陽電池モデュールは、異なる設計で、異なるタイプの太陽電池を用いて構成される。以下、該構造は、世界的に最も広く使用されているモデュールタイプに基づいて説明する。
・ガラスペイン（通常いわゆる強化安全ガラス）でその表面が太陽に向けられる。
・プラスチック材料の透明層（エチレンビニルアセテート(EVA)又はシリコーンラバー）で、前記太陽電池が埋め込まれている。
・単又は多結晶性太陽電池であり、はんだ付けストリングにより結合されている。
・耐候性プラスチック複合フィルム（例えばポリビニルフロリド（Tedler)及びポリエステル）を用いるリアサイドラミネート。
・サプレッサダイオード又はバイパスダイオード及び端子を含む接続箱。
・前記ガラスペインを輸送、取り扱い及び組み立ての際の保護、及び該複合体を固定及び確実に設置するための、アルミニウム形状材フレーム。

DE202008003967U1には、封止ガラス複合体内に設けられる太陽電池のアセンブリが記載されている。該アセンブリは、２つのペインの間に設けられ、これらのペインは、封止キャビティを形成するために全周囲封止ストリップを用いてシールされている。

太陽電池は、該封止ガラス複合体内に感圧接着剤を用いて安定配置されている。しかしながらこの構成では、該複合体内部及び複合体アセンブリ自体に対し望ましくない該接着剤からのアウトガスがあるという欠点を有する。

一般的に、薄膜太陽電池（例えば該特許に記載される太陽電池など）は、単一電池として設計されている。というのは、適切な直列/並列の結合がすでに前記薄膜レイアウト内に作られているからである。２又はそれ以上の薄膜電池がひとつの封止ガラス複合体に組み込まれる際には、該透明性が非常に重要となる。例えば、該封止ガラス複合体がまた窓として使用され得るためには、前記薄膜電池を例えば中心領域に設けることはできない。

EP00499075B1には、太陽電池ストリングが提案されている。空間的に離された太陽電池が直列でコンタクト要素を介して接続されており、従って、該電池間で相対的に移動可能である。

EP01018166B1に記載のひとつとの通常の実施態様において、太陽電池は直列又は並列にコンタクトし及び接合され、埋包材料（例えば通常EVA（エチレンビニルアセテート））の両方の側に設けられる。

上で説明した従来技術において、複合体アセンブリ及び適切な支持ペイン上にラミネートの方法により該太陽電池を配置することに欠点があり、本発明はかかる欠点を解決することを課題とする。

該課題解決を達成するために、本発明は請求項１に記載の構成による。

本発明の本質的特徴は、前記太陽電池が、封止ガラス部材の前記内部に設けられ、前記封止ガラス部材が封止ガラスモデュールを含み、前記封止ガラスモデュールが、少なくともひとつのフロントペイン及び少なくともひとつのリアペインを含み、前記リアペインが前記フロントペインから離されており、内部空間が好ましくは不活性ガスで充填され、前記太陽電池が前記フロント及びリアペインの少なくともひとつの内側上にはんだ手段で配置される、ことを特徴とする。

本発明は単又は多結晶モデュール、例えばc-Si電池を用いる。有利に、c-Si電池は寸法として、例えば157x157mm〜約120x120mmであり、これは前記ガラス上の意図されるはんだ付け支持点に依存して望ましく配置され得る。従って、特定の領域での透明性が達成され得る。又は例えば20%の光透過性が達成され得る。さらに、直列又は並列結合がまた自由に選択可能であり、所定の応用に合わせて最適化され得る。このために本発明により太陽電池モデュールはまた、良好な光学的透過性を有する窓として使用され得る。

もちろんコンタクトは非常に容易に直接可能であり、前記ガラスの内側上に熱的に安全に配置することができる。これは前記第一及び第二の封止物に沿ってその外側へ、前記中空形状材を通じて行うことができる。この配置においては、いかなるダイオード又は抵抗もまた容易に組み込むことが可能である。

これは本発明の本質的な利点を表す。前記封止ガラスモデュール内の内部空間に前記太陽電池を配置する構成により、非常に改良された配置を提供する。というのは、前記太陽電池は前記リアペイン上に、容易になんら特別な工夫を必要とせずに配置することができるからである。必要なことは、位置の上の安全性又は位置の固定だけであり、これは例えば前記太陽電池の下側に一滴の接着剤を適用することで可能となる。これにより前記リアペインの内側と接着結合を生じることとなる。

本発明において、単又は多結晶太陽電池が使用され、はんだ付け可能である良好な導電性を有するストリングにより配置される。かかるストリングは、ひとつの電池の下側とひとつの電池の上側とを直列に結合してひとつのモデュールの結合を形成する。直列か並列結合かは、従来技術に基づき選択可能であり、これらの結合数もまた同様に従来技術に基づき選択可能となる。通常２つのストリングが従来の数である。

本発明の他の実施態様において、電池を結合するストリングは、前記太陽電池の位置を確保するために前記リアペインの内側へはんだ付けされる。これにより、特に簡単な配置が可能となる。従って、位置を確保するだけのために太陽電池を固定するこのタイプの封止ガラスモデュールの単純なアセンブリにおいて簡単な配置が可能となる。

従って、ラミネートすることは必要なく、太陽電池は単純にいわゆる「白雪姫の棺」内に設けられ、位置的に確保される。

本発明において、前記内部空間はキャビティの形状を有し不活性ガスで満たされる。この点は従来技術とは異なる。というのは、従来技術では電気的な理由から、太陽電池表面は完全にプラスチック層で覆われており、該層は光学的に透明であり、即ち透明又は透過性に設計され及び前記太陽電池に配置される、からである。

本発明においてはこれは必要ない。従って費用的に節約可能となる。従来技術では、いわゆるEVAコート（エチレンビニルアセテート）が使用される。本発明においてはこれは全く必要ない。従ってこのタイプの光電池モデュールの製造コストは非常に節約される。

前記太陽電池をカバーするプラスチックを省けるということは、前記封止ガラスモデュールの内部空間において反射の恐れがありそれにより効率が下がるという恐れがある。これを避けるために、反射防止コーティングが前記フロントペインの上に適用される。前記フロントペインの表面のエンボス構造を使用することも可能となる。

本発明のさらなる特徴は、封止ガラスモデュール内に配置される太陽電池が必要とすることであり。すなわち、封止ガラスモデュールが全ての側でシールされ、上で説明した不活性ガス又は空気で満たされるか又は真空である、ということである。この目的で、全周囲の中空形状材が周囲に設けられ、一方で前記フロントペインとリアペインの内側を第一の接着剤で固定する。これにより、前記フロントペイン及びリアペインの間の空間内で全周囲をシールするようにこのスペーサ形状材を保持し支持するシール手段の切羽端となる。

本発明の第一の実施態様においては、太陽電池は接着促進接着剤のみを用いて前記リアペインの内側に位置される。

第二の実施態様においては、前記太陽電池は前記前記ストリングの領域内で、前記リアペイン表面に設けられる関連する導電性層とはんだ付けされる。本発明はまた、２つの上で説明した位置の確保の方法の組み合わせも提供する。

特に有利には、これらの導電性層がさらに周辺に追加され、前記内外での電気コンタクトを外部へ導くようにすることである。

第三の実施態様においては、下部の前記太陽電池のストリングが省かれ、前記リアペイン上に設けられる前記導電性層との電気的導電性結合が、代わりにはんだ付けによりなされる。この方法では、電気的コンタクト及び前記太陽電池の前記封止ガラスモデュールの空間内での位置確保の両方で利用される。このことは、製造の際に及び特に製造を単純化するという点できる有利である。

前記光電池モデュールの製造のための好ましい方法は、次のプロセスステップを含む。
１．ストリングの電気結合を伴う標準市販の太陽電池であって、該太陽電池モデュールが電気的に導電性となり機能的となる太陽電池を製造するステップ。
２．係る製造される十分に機能する太陽電池モデュールを、例えば前記フロントペインを移動して開口される封止ガラス複合体に挿入する。
３．前記リアペインに設けられる太陽電池を適切な位置確保接着剤を用いて前記リアペインに位置確保し、前記出入りリードが、前記リアペインの内側の上にはんだ付け可能なはんだ付け導電性層の手段として設けられる。
４．周辺を完全に囲む中空フロフィルを前記リアペインの内側に固定するための少なくともひとつの接着剤を用いて固定する。
５．前記中空形状材上の接着剤と前記フグロントペインの内側とコンタクトさせて前記調製される中空形状材を前記フロントペインに固定する。
６．前記フロントペイン及びリアペインの間の前記封止ガラス複合体の前記中空形状材をシールするためのシール剤を切羽端全周囲に適用する。
７．前記封止ガラスモデュールの内部空間を空気又は不活性ガスで充填するか、真空にする。

第二の方法の変法は、前記太陽電池が接着促進接着剤を用いて前記リアペインの内側上の位置に固定されるステップ以外は全てのステップを上で挙げたように実行する。

その代わりに、前記太陽電池の電気的結合として使用されるストリングが、前記リアペインの内側上に、はんだ付け可能な関与する導電性層上にはんだ付けされるか、又は摩擦溶接結合される。

本発明による第三の方法変法は、前記太陽電池の下のストリングをはんだ付けする代わりに、下のストリングを除去して、前記太陽電池が電気的導電性として直接前記リアペインの内側上に設けられる前記導電性層にはんだ付けされる。

本発明の主題は、個々の請求項の主題のみで定義されるものではない。個々の請求項及び他の請求項との組み合わせも含む。ここに開示される全ての詳細な説明及び構成（要約に含まれるものも）、特に図面に示される３次元実施態様は、本発明の本質的であるとして、個々に又は組み合わせて請求されており、かかる範囲において従来技術からは新規である。

本発明は、いくつかの実施方法を示す図面を参照して、以下より詳細に説明される。本発明は図面及びその説明から明らかとなる。

図１は、１つのストリング手段で電気的に結合され、いくつかの個々の電池を含む２つの太陽電池の透視図を示す。 図２は、封止ガラスモデュールの第一の変法の断面図であり、図１による太陽電池の感圧接着剤手段により位置固定確保されている。 図３は、図２のひとつの変法を示す。 図４は、図２及び図３のひとつの変法を示す。 図５は、図４の矢印Ｖの方向からの封止ガラスモデュールの上面図であり、追加の詳細が記載されている。

図１は一般的に、２つの相互に結合する太陽電池１、２を含む太陽電池モデュールを示す。これらはお互いが電気的に導電性にストリング１８を介して結合される（具体的には示されていない）。それぞれの電池１、２は複数の電気的に結合した個々の電池３を含む。これらの太陽電池を電気的に結合する種々の方法は本発明の内容では詳しくは論じない。

重要な点は次の点である。太陽電池１、２は封止ガラスモデュール４内に位置的に確保されて置かれるという点である。前記太陽電池１、２が本発明の上記の第一の方法変法に従い、ガラスでできたリアペイン１１上に設けられ、該リアペイン１１の表面上に、感圧接着剤（具体的には図示されていない）で位置固定される。ストリング１８は、この構成でお互いを結合し、電気的に導電性とし、切羽端で中空形状材１２の下から外へ出ている。コンタクト１５、１６は従って、電気的にコンタクトし得る。

前記太陽電池１、２を前記リアペイン１１の内側上の位置に固定した後、中空形状材１２が前記リアペイン１１の内側に挿入され、適切な接着剤１３を用いて接着される。

その後フロントペイン７が置かれ、同様に中空形状材１２と適切な接着剤１３を用いて結合される。前記接着剤１３は、熱的に可塑性であり、前記２つのペイン７、１１について相対的にある程度の動きを許容するようにされている。

シーリング剤１４がその後、全周囲に前に伸ばすように適用される。これは前記中空形状材１２を前記ペイン７、１１とシールするように結合し、従って強固な、いわゆるエアータイトシールを形成する。それにより、前記封止ガラスモデュール４の内部空間９は外気からシールされることで遮断される。従って水蒸気は前記内部空間９には存在しない。特に適切な乾燥剤が前記中空形状材内に設けられ、適切な空気換気チャンネルを通じて前記封止ガラスモデュールの内部空間９へ通じる。

反射防止コーティングとして設計されるコーティング８が、前記フロントペイン７の内側上に設けられ得る。

前記フロントペイン７を前記接着剤１３上に置き、シーリング剤１４を用いてシーリングし、内部空間９に存在する大気を不活性ガスと交換することは同時に実施することができる。しかし通常、空気は内部空間９に残存し得るので前記内部空間は真空にされ得る。

太陽５から矢印６の方向へ封止ガラスモデュール４のフロントペイン７上への適切な照射が従って、適切な太陽エネルギーフラックスを内部空間９にもたらされ、前記フロントペイン７の外側での外部コーティング１０が外部への反射を防止する。

この結果、透明マトリックス透過性フロントペイン７を通して内部空間９の中の太陽電池１、２への優れた照射が得られる。従って高効率の操作が可能となる。土で汚染されたり水蒸気が形成される恐れはない。経年劣化は、太陽電池が乾燥空気又は不活性ガスに包まれていることから最小である。

これにより太陽電池の長期間の使用と高効率の使用を可能とする。

これはまた、いわゆる「白雪姫の棺」内でそのまま配置されており、拡散カバー層により覆われていない。このカバーは光強度を著しく損なう。従ってこの完全なアレイは非常に高い効率で操作されることとなる。
図３で示される変更実施態様は、ストリング１８が、太陽電池１の下を走り、前記リアペイン１１の表面上に位置確保されている。これにより導電性層１９は前記リアペイン１１上に適用される。そこでは好ましくははんだ付けされるように設計される。この種類の導電性層は、例えば導電性銀ペースト又は他の適切な導電性層を含むことができる。この領域でストリング１８ははんだ付けされる。ここではしかし、電気的コンタクトは形成されず位置を確保するためだけである。

外側領域においてのみ、導電性層１９は電気的コンタクト領域２２を形成するように連続し、その後中空形状材を通じて又はその下を通って経路付けされる。この方法で、コンタクト１５、１６と外側への特に好ましい経路が前記中空パススルーの必要なく存在する。

中央領域で設けられる導電性層は従って、熱固定２０のみ表し、電気的コンタクト上に置かれることは重要でない。

図４による実施態様で、太陽電池１の下側に配置されているストリング１８は除去され、はんだ付けされたコンタクト２１を介して電気的に導電性層１９に電気的導電性の方法で直接結合され、それらは結合されている。

従って、熱的に確保する結合はもはや存在せず、はんだ付けされた結合２１が同時に前記太陽電池の位置を確保するために作用し、また太陽電池の個々の電池がお互いに電気的に結合するために作用する。

ここでまた、コンタクト領域２２は、前記中空形状材１２の下に外側へと経路付けされている。

図５は、図３のアレイの矢印Ｖの方向から見た上面図である。ここでそれぞれのストリングは外部でそれと関連するコンタクト領域２２を持ち、ストリングは中心領域で内部空間内に伸び、位置的に確保され、電気的に前記導電性層１９を介して結合され、そこに存在するはんだ付けされた結合２１はリアペイン１１の上にある。

1 太陽電池
2 太陽電池
3 単一電池
4 封止ガラスモデュール
5 太陽
6 矢印方向
7 フロントペイン
8 コーティング（内部）
9 内部空間
10 コーティング(外部）
11 リアペイン
12 中空形状材
13 接着剤
14 シーリング剤
15 コンタクト
16 コンタクト
17 乾燥剤
18 ストリング
19 導電性層（はんだ付け可能）
20 熱安全
21 はんだ付け結合
22 コンタクト領域

Claims (17)

1. 太陽電池モデュールであり：
   複数の太陽電池を含み、前記太陽電池は封止ガラス複合体のフロントペイン及びリアペイン間に設けられて確保され、前記太陽電池が前記ペインの少なくともひとつの内部上の位置にはんだ付け手段で固定されている、太陽電池モデュール。
2. 太陽電池モデュールであり：
   複数の太陽電池を含み、前記太陽電池は封止ガラス複合体のフロントペイン及びリアペイン間に設けられて確保され、前記太陽電池が、一滴の接着剤の手段により単純に位置確保される手段により、前記リアペインの内側に確保される、太陽電池モデュール。
3. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の太陽電池モデュールであり、
   前記太陽電池が、単又は多結晶太陽電池を含み、はんだ付けされ得る及び良好な電気導電性であるストリングであって、ひとつの電池の下側とひとつの電池の上側を直列で結合してモデュールの前記結合を形成する、ストリングと共に準備される、太陽電池モデュール。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の太陽電池モデュールであり、前記電池を結合するストリングが、前記太陽電池の位置を確保するために前記ペインの内側にはんだ付けされる、太陽電池モデュール。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の太陽電池モデュールであり、反射防止層が前記フロントペイン上に設けられ、前記太陽電池の表面から前記フロントペインを通じて前記外部への望ましくない反射を抑制する、太陽電池モデュール。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の太陽電池モデュールであり、反射防止コーティングが、前記フロントペインの表面に適用され、前記反射防止コーティングが前記フロントペインの表面上のエンボス形状により生成される、太陽電池モデュール。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の太陽電池モデュールであり、前記封止ガラスモデュールが全側をシールされ、かつ不活性ガス又は空気で充填されるか、又は真空である、太陽電池モデュール。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の太陽電池モデュールであり、全周囲中空形状材が周囲を囲むように設けられ、一方で前記フロント及びリアペインの内側を第一の接着剤を用いて固定され、さらに全周囲中空形状材はシーリング手段の切羽端まで継続し、前記シーリング手段が、前記中空形状材を前記フロント及び前記リアペインの間の空間の全周囲回りをシールするように、保持及び支持する、全周囲中空形状材。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の太陽電池モデュールであり、前記位置確保のために作用する前記はんだ結合がさらに、導電性層として周囲に提供され、前記電気的コンタクトの出入りを前記外部に誘導する、太陽電池モデュール。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の太陽電池モデュールであり、前記太陽電池の下側上の前記ストリングが除かれ、その代わりに、前記リアペインの内側上に設けられる前記導電性層に電気的に導電性結合がはんだ付けされた結合が形成される、太陽電池モデュール。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の太陽電池モデュールであり、前記太陽電池の下側のストリングが、前記ペインの表面上に位置確保の方法で位置を固定され、前記導電性層が前記ペインのひとつの上に適用される、太陽電池モデュール。
12. 請求項１１に記載の太陽電池モデュールであり、前記導電性層が導電性銀ペーストを含む、太陽電池モデュール。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の太陽電池モデュールであり、前記外部領域のみにおいて前記導電性層が連続して電気的コンタクト領域を形成し、さらに前記中空形状材の外側を通じて又は下側を通じて経路付けされる、太陽電池モデュール。
14. 封止ガラス複合体を含む太陽電池モデュールの製造方法であり、以下のステップを含む：
    １．ストリングの電気結合を伴う標準市販の太陽電池であって、該太陽電池モデュールが電気的に導電性となり機能的となる太陽電池を製造するステップ；
    ２．係る製造される十分に機能する太陽電池モデュールを、例えば前記フロントペインをうごかして、開口される封止ガラス複合体に挿入するステップ；
    ３．前記リアペインに設けられる太陽電池を適切な位置確保接着剤を用いて前記リアペインに位置確保し、前記出入りリードが、前記リアペインの内側の上にはんだ付け可能なはんだ付け導電性層の手段として設けられるステップ；
    ４．周辺を完全に囲む中空形状材を前記リアペインの内側に固定するための少なくともひとつの接着剤を用いて固定するステップ；
    ５．前記中空形状材上の接着剤と前記フロントペインの内側とコンタクトさせて前記調製される中空形状材を前記フロントペインに固定するステップ；
    ６．前記フロントペイン及びリアペインの間の前記封止ガラス複合体の前記中空形状材をシールするためのシール剤を切羽端全周囲に適用するステップ；及び
    ７．前記封止ガラスモデュールの内部空間を空気又は不活性ガスで充填するか、真空にするステップ。
15. 請求項１４に記載の方法であり、前記第３のステップに代えて、前記ペインのひとつの上に設けられる前記太陽電池が前記ペイン上に適切な接着促進接着剤を用いて確保される、方法。
16. 請求項１４又は１５のいずれか一項に記載の方法であり、前記太陽電池の電気的結合に作用する前記ストリングが、前記ペインのひとつの内側上の、関連するはんだ可能な導電性層上にはんだ手段又は摩擦溶接結合により位置固定される、方法。
17. 請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の方法であり、前記下に設けられる前記ストリングが除かれ、前記太陽電池が電気的導電性に、前記ペインのひとつの内側上に設けられる前記導電性層に、直接はんだ付けされる、方法。
    

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