JP2013110301A

JP2013110301A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2013110301A
Application number: JP2011254973A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yamamoto; 英明山本; Takahiro Mochizuki; 誉博望月; Yosuke Ohashi; 陽介大橋
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-06-06

Abstract

【課題】軽量化を確保した上で剛性の向上を図り良好な機能性を確保する。
【解決手段】透光性を有する樹脂材料によって形成された表面保護材２と、発電素子５、５、５を封止し表面保護材が一方の面に接合された封止材３と、封止材に表面保護材の反対側から接合された裏面保護材４とを設け、裏面保護材の曲げ剛性を５００００ＭＰａ・ｍｍ^３以上にした。
これにより、太陽電池モジュール１の反りの発生が抑制されると共にリード線６、６、・・・の破損を防止することができ、軽量化を確保した上で剛性の向上が図られ良好な機能性を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池モジュールに関する。詳しくは、表面保護材を樹脂材料によって形成し裏面保護材を所定の物性値を有する材料によって形成し軽量化を確保した上で剛性の向上を図り良好な機能性を確保する技術分野に関する。

太陽光を受けて太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子（太陽電池）を有する太陽電池モジュールがある。

このような太陽電池モジュールは、一般に、リード線によって接続された複数の発電素子が封止材によって封止され、封止材がその厚み方向における両側から表面保護材と裏面保護材によって覆われて保護されている。

従来の太陽電池モジュールには、表面保護材が剛性の高いガラスによって形成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。このような太陽電池モジュールにあっては、表面保護材をガラスによって形成することにより耐久性の向上を図ることができるが、耐衝撃性が低いため厚みを厚く形成する必要がある。

しかしながら、ガラスは比重が大きい上に表面保護材の厚みを厚くすると、太陽電池モジュールの重量が大きくなってしまい、太陽電池モジュールの用途の拡大等により、重量の大きいガラスによって形成された表面保護材を有する太陽電池モジュールにおいて重量の大きさが問題になる場合が生じた。

例えば、太陽電池モジュールを電気自動車の電源（動力源）や一般家庭用の電源として用いることが提案されており、この場合には太陽電池モジュールの軽量化を図る必要があり、ガラスによって形成された表面保護材を有する太陽電池モジュールを用いることが困難である場合が生じた。特に、太陽電池モジュールを電気自動車の電源として用いた場合には、太陽電池モジュールの重量が大きいために低燃費化が阻害されると共に車体への負荷が大きくなってしまう。

そこで、近年、表面保護材をガラスに代えて樹脂材料、例えば、ポリカーボネートやアクリル等の透光性を有する樹脂材料によって形成し、高い透明性や耐衝撃性を確保した上で太陽電池モジュールの軽量化を図るようにした太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された太陽電池モジュールにあっては、軽量化を図るために表面保護材と裏面保護材がともに樹脂材料によって形成されている。

特開２００５−３２７８８６号公報特開２００９−１７０４６０号公報

ところが、特許文献２に記載された太陽電池モジュールにあっては、軽量化を図ることができるが、表面保護材と裏面保護材がともに樹脂材料によって形成されており、表面保護材としてガラス等を用いた場合に比し剛性が低く線膨張係数が大きくなってしまう。

従って、表面保護材と封止材と裏面保護材を高温で圧着して冷却し太陽電池モジュールを製造したときに反りが発生し易く、また、発電素子であるセルの割れ（クラック）やリード線の破損と言った不具合を生じる可能性もあり、機能性の低下を来たすおそれがある。

そこで、本発明太陽電池モジュールは、上記した問題点を克服し、軽量化を確保した上で剛性の向上を図り良好な機能性を確保することを課題とする。

太陽電池モジュールは、上記した課題を解決するために、透光性を有する樹脂材料によって形成された表面保護材と、発電素子を封止し前記表面保護材が一方の面に接合された封止材と、前記封止材に前記表面保護材の反対側から接合された裏面保護材とを備え、前記裏面保護材は曲げ剛性が５００００ＭＰａ・ｍｍ^３以上にされたものである。

従って、太陽電池モジュールにあっては、軽量化されると共に剛性の向上により反りの発生が抑制される。

本発明太陽電池モジュールは、透光性を有する樹脂材料によって形成された表面保護材と、発電素子を封止し前記表面保護材が一方の面に接合された封止材と、前記封止材に前記表面保護材の反対側から接合された裏面保護材とを備え、前記裏面保護材は曲げ剛性が５００００ＭＰａ・ｍｍ^３以上にされたことを特徴とする。

従って、反りの発生が抑制され、軽量化を確保した上で剛性の向上が図られ良好な機能性を確保することができる。

請求項２に記載した発明にあっては、前記裏面保護材をハニカム構造を有する形状に形成している。

従って、裏面保護材の剛性が高くなり太陽電池モジュールの反りの発生を抑制することができる。

請求項３に記載した発明にあっては、前記裏面保護材をフィラーが含有された樹脂材料によって形成している。

請求項４に記載した発明にあっては、前記裏面保護材に前記封止材の反対側へ突出された補強用突部が設けられている。

以下に、本発明太陽電池モジュールを実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。

太陽電池モジュール１は、例えば、電気自動車の電源（動力源）や一般家庭用の電源として用いられる。

太陽電池モジュール１は表面保護材２と封止材３と裏面保護材４を有し、表面保護材２と封止材３と裏面保護材４が順に積層された状態で圧着されることにより構成されている（図１参照）。

表面保護材２は透光性を有する板状の樹脂材料、例えば、ポリカーボネートやアクリル等によって形成されている。尚、表面保護材２としては、耐候性、耐衝撃性、透光性等に優れた樹脂材料であればポリカーボネートやアクリル以外の他の樹脂材料を用いることが可能である。

封止材３は上面が表面保護材２の下面に接合され、例えば、耐候性及び耐湿性に優れたエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ：ethylene vinyl acetate）等の透光性を有する材料によって形成されている。

封止材３には発電素子５、５、・・・が封止されている。発電素子５は、例えば、シリコン、ガリウム−砒素、銅−インジウム−セレン等によって形成されている。発電素子５、５、・・・は上下両面の一方と他方がそれぞれ正極と負極に形成され、リード線６、６、・・・によって正極と負極がそれぞれ接続されている。尚、図１には、三つの発電素子５、５、５が配置された例を示しているが、封止材３に封止されて配置される発電素子５の数は任意である。

裏面保護材４は樹脂材料によって形成され上面が封止材３の下面に接合されている。裏面保護材４は曲げ剛性が５００００ＭＰａ・ｍｍ^３以上にされている。ここで言う曲げ剛性とは、曲げ弾性率に厚みの三乗を乗じて算出される値である。

裏面保護材４としては、例えば、ＢＭＣ（Bulk Molding Compound）やハニカム構造を有するポリプロピレンシートが用いられている。

ＢＭＣは不飽和ポリエステル樹脂と炭酸カルシウム等の充填材とガラス繊維（フィラー）等を混合しバルク状に形成した材料であり、耐熱性及び電気的特性に優れ、繊維強化プラスチックの代表的な材料である。

裏面保護材４として、例えば、ＢＭＣのようにフィラーが含有された樹脂材料を用いることにより、裏面保護材４の剛性が高くなり太陽電池モジュール１の反りの発生を抑制することができる。

ハニカム構造は、一般には、正六角形が規則的に配列された構造であるが、裏面保護材４は、正六角形に限られず三角形や四角形等の正多角形及び辺の長さの異なる多角形が配列されたハニカム構造であってもよい。

また、裏面保護材４は、内部空間を有する箱状のケース部７とケース部７の内部に構成されたハニカム構造８を有する構成（図２参照）であってもよく、また、上下に位置する板状のベース部９、９とベース部９、９の間に構成されたハニカム構造８を有する構成（図３参照）であってもよい。

裏面保護材４がハニカム構造８を有する形状に形成されることにより、軽量性が確保されると共に裏面保護材４の剛性が高くなり太陽電池モジュール１の反りの発生を抑制することができる。また、裏面保護材４に内部空間が形成されているため、封止材３に対する断熱効果もある。

また、裏面保護材４は封止材３の反対側へ突出された補強用突部４ａ、４ａ、・・・を有する構造に形成されていてもよい（図４参照）。裏面保護材４が補強用突部４ａ、４ａ、・・・を有する構造に形成されることにより、裏面保護材４の剛性が高くなり太陽電池モジュール１の反りの発生を抑制することができる。尚、補強用突部４ａ、４ａ、・・・は反りの発生を効果的に抑制するために、反りが発生し易い方向である太陽電池モジュール１の長手方向に延びる形状に形成されることが望ましい。

以下に、裏面保護材４の材料を変更したときの太陽電池モジュール１に発生する反りの大きさの測定結果について説明する（図５及び図６参照）。

太陽電池モジュール１に発生する反りは、表面保護材２と封止材３と裏面保護材４が圧着されて太陽電池モジュール１が形成された後に冷却されたときに表面保護材２と裏面保護材４の線膨張係数の相違により生じる。図５及び図６に示す反りＨは、測定台上に冷却後の太陽電池モジュール１を載置したときの測定台と太陽電池モジュール１における反りが発生した部分との距離の最大値である。

測定結果についての評価判定としては、反りに対する長さ（反り／長さ）の絶対値が０．０１５以下を良好な評価とした。反りに対する長さが０．０１５以下であれば太陽電池モジュール１が実使用に耐え得るものとなり、太陽電池モジュール１を、例えば、電気自動車の電源（動力源）や一般家庭用の電源として使用することが可能である。

反りの測定は、図６に示すように、裏面保護材４として厚みや長さ（長手方向における寸法）の異なるＢＭＣ、ハニカム構造を有するポリプロピレンシート（ポリプロピレンハニカムコアシート）、ＴＰＴシート、ガラス及びアルミニウムを用いて行った。

ＴＰＴシートはＰＥＴ（ポリエステル）層を挟んだ両側にＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）層を積層したシートである。

図６において「反り」がマイナスの値は、中央が上方へ膨らむ状態で反りが発生した場合の値を示している。

図６に示すように、ＢＭＣ及びポリプロピレンシートは曲げ剛性が５００００ＭＰａ・ｍｍ^３以上と高く反りに対する長さの絶対値が０．０１５以下であり良好な結果が得られたが、ＴＰＴシートは曲げ剛性が低く反りに対する長さの絶対値が０．０１５を越え、良好な結果が得られなかった。また、ガラスとアルミニウムは比較例として測定を行ったものであり、ガラスは軽量化を確保することが困難であり、アルミニウムは反りに対する長さが０．０１５を越えると言う結果が得られた。

尚、太陽電池モジュール１の軽量化を確保する観点において、裏面保護材４の比重は１．０ｇ／ｃｍ^３以下であることが望ましく、また、０．３ｇ／ｃｍ^３以下であることがより望ましい。

また、反りの発生を抑制する観点において、裏面保護材４の線膨張係数は表面保護材２の線膨張係数と同等か近い値であることが望ましく、具体的には、１００×１０−６／°Ｃ以下であることが望ましく、また、７０×１０−６／°Ｃ以下であることがより望ましい。

以上に記載した通り、太陽電池モジュール１にあっては、透光性を有する樹脂材料によって形成された表面保護材２と、発電素子５、５、・・・を封止し表面保護材２が接合された封止材３と、封止材３に接合された裏面保護材４とを設け、裏面保護材４は曲げ剛性が５００００ＭＰａ・ｍｍ^３以上にされている。

従って、反りの発生が抑制されると共にリード線６、６、・・・の破損を防止することができ、軽量化を確保した上で剛性の向上が図られ良好な機能性を確保することができる。

上記した発明を実施するための最良の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

図２乃至図６と共に本発明太陽電池モジュールの実施の形態を示すものであり、本図は、概略断面図である。ハニカム構造を有する裏面保護材の一例を示す概略断面図である。ハニカム構造を有する裏面保護材の別の例を示す概略断面図である。裏面保護材に補強用突部が設けられた太陽電池モジュールの例を示す概略拡大断面図である。裏面保護材の材料を変更したときの太陽電池モジュールに発生する反りの大きさの測定において、反りが発生している状態を示す概念図である。裏面保護材の材料を変更したときの太陽電池モジュールに発生する反りの大きさの測定結果についての図表である。

１…太陽電池モジュール、２…表面保護材、３…封止材、４…裏面保護材、４ａ…補強用突部、５…発電素子、８…ハニカム構造

Claims

透光性を有する樹脂材料によって形成された表面保護材と、
発電素子を封止し前記表面保護材が一方の面に接合された封止材と、
前記封止材に前記表面保護材の反対側から接合された裏面保護材とを備え、
前記裏面保護材は曲げ剛性が５００００ＭＰａ・ｍｍ^３以上にされた
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記裏面保護材をハニカム構造を有する形状に形成した
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。
前記裏面保護材をフィラーが含有された樹脂材料によって形成した
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
前記裏面保護材に前記封止材の反対側へ突出された補強用突部が設けられた
ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の太陽電池モジュール。