JP2014045162A - 金属支持体を有する太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モジュール10は、一緒に積層されたいくつかの層を含む。第一外側保護層15は第一サイド16および第二サイド17を有する。第二外側保護層25は、同じく第一サイド26および第二サイド27を有する。第一外側保護層および第二外側保護層の間に配置されるのは、封止層20および太陽電池モジュールアレイ22であり、第一封止層で封止される。太陽電池モジュールアレイは、第一および第二封止層(図示せず)の間に挟まれていても良い。金属支持体30は、適当な反復されるエンボス型をした金属を含み、第二外側保護層の第二サイド27に、通常は一つ以上の接着剤を介して、接着される。エンボス型の頂上は、点状の部分を形成し、先端は第二第二外側保護層の第二サイドに接着している。
【選択図】図1
Description
太陽電池は持続可能なエネルギー源を提供することから、その用途は急速に拡大しつつある。太陽電池は、典型的には、使用される光吸収性材料に基づいて2つのタイプ、すなわちバルクまたはウェハーベースの太陽電池および薄膜太陽電池に分類することができる。
本明細書中で提供されている太陽電池モジュールは、上記太陽電池モジュールは、2400Paの応力に耐性を示し、上記第一および第二外側保護層は、その材料の許容応力を超えない最大主応力を示す。
a.第一サイドと第二サイドを有する第一外側保護層と、
b.ポリマー組成物を含む封止層と、ここで、第一ポリマー組成物は、30℃で1分の荷重時間においてASTM D5026−06によって定められるヤング率が約600MPa以下である、
c.第一外側保護層に面した入射光面を有する一または複数の太陽電池を含む太陽電池アセンブリと、ここで太陽電池アセンブリは第一外側保護層の第二サイドまたは第二外側保護層の第一サイドいずれかに配置された薄膜セルを含む、
d.第一サイドと第二サイドを有する第二外側保護層と、ここで第二外側保護層の第一サイドは太陽電池アセンブリに面している、
e.第一サイドと第二サイドを有する金属支持体と、当該金属支持体の第一サイドは、太陽電池モジュールの積層体の第二外側保護層の第二サイドに接している。
「太陽電池」という用語は、光を電気エネルギーに変換するあらゆる物をいう。適当な太陽電池は、特に限定されないが、ウェハーベース太陽電池(例えば、c−Si、mc−Si、HIT、およびこれらの混合)、ガリウム砒素(GaAs)、キャストモノc−Si、有機半導体、多接合タンデム太陽電池およびこれらの組み合わせ、および薄膜太陽電池(例えば、a−Si、μc−Si、CdTe、CIS、CIGS、銅亜鉛スズ硫化物(CZTS)、光吸収色素、有機半導体およびこれらの混合物からなる群から選ばれる材料を含む太陽電池)を含む。
太陽電池アセンブリは、一つまたは複数の太陽電池を含んでもよい。複数の太陽電池は、電気的に接続されるか、または平面に並べて配置される。さらに、太陽電池アセンブリは、ウエハーベース太陽電池では導電性ペーストが、薄膜太陽電池では導電性コーティングが、または全てのタイプの太陽電池では電気配線が含まれていても良い。
太陽電池モジュールは、太陽に対する面、または光入射面、および太陽に対面しない面を有してよい。このような構造では、光源と太陽電池アセンブリの表、太陽に面した側、の間にある層は光が太陽電池に届くほどの十分な透過性をもたなくてはならない。他の裏側、太陽電池アセンブリの太陽に対面しない側、にあるラミネート層は透明である必要はない。
あるいは、太陽電池層は両面受光型であってもよい。両面受光型太陽電池層を含む太陽電池モジュールにおいては、モジュール内に含まれる全てのラミネートされた層は、太陽電池アセンブリを除いて、光または反射光が太陽電池に到達できるように充分な透明度を有していなくてはならない。
本発明の太陽電池モジュールは図1、2および3で図示される。本発明の太陽電池モジュール10は、一緒に積層されたいくつかの層を含む。第一外側保護層15は第一サイド16および第二サイド17を有する。第二外側保護層25は、同じく第一サイド26および第二サイド27を有する。第一外側保護層および第二外側保護層の間に配置されるのは、封止層20および太陽電池モジュールアレイ22であり、第一封止層で封止される。太陽電池モジュールアレイは、第一および第二封止層(図示せず)の間に挟まれていても良い。
金属支持体30は、適当な反復されるエンボス型をした金属を含み、第二外側保護層の第二サイド27に、通常は一つ以上の接着剤を介して、接着される。図1で示すように、エンボス型の頂上は、点状の部分を形成し、先端は第二第二外側保護層の第二サイドに接着している。同様に、底の部分34が存在する。金属支持体は、モジュールの第二外側保護層と約同じサイズとなりうる。一般的に、積層された太陽電池モジュールの第二外側保護層の表面積の少なくとも60%であるべきである。
図2は、上述し図1と同じ番号で示すとおり、第一サイドおよび第二サイドを有する第一および第二外側保護層、一つ以上の封止層、太陽電池モジュールアレイをもつ本発明の太陽電池モジュール40を表す。第二外側保護層の第二サイドに接するのはエンボス型の金属支持体である。底点34に接するのは金属プレート35の第一サイド36である。金属プレートは、第二サイド37も有する。
図3は、図2の太陽電池モジュールを別の角度から見た図で、金属支持体への金属プレートの設置を示す。金属プレートは金属支持体のどこの部分に接していても良い(例えば、中心部、サイド部分等)
金属支持体を第二外側保護層の第二サイドに接着したり、金属プレートを金属支持体に接着するためには、様々なタイプの材料が用いられうる。任意の好都合な接着方法が用いられても良い一方で、スポット溶接、半田付けおよび接着剤の使用が考えられる。任意の適当な接着剤も用いられ、限定されないが、エポキシおよびシアノアクリレートのような熱硬化性樹脂、シリコーンのような弾性樹脂、アクリルのような熱可塑性樹脂、および両面テープを含む。全ての接着箇所で同じ方法もしくは材料を用いる必要はない。一を超える接着方法が同時に使用されうる。
金属支持体は好都合な金属、好ましくは、スチール、ステンレススチール、アルミニウム、銅、およびこれらの合金からなる群から選ばれる一以上の金属である。同様に、金属プレートもいかなる好都合な金属から作られていて良く、好ましくは、スチール、ステンレススチール、アルミニウム、銅、およびこれらの合金からなる群から選ばれる一以上の金属から作られる。金属支持体および金属プレートが同じ金属から作られる必要はない。
金属支持体の一つが、JP4763417B2に記載されている。金属支持体の高さは、約6mmから80mmの間または10mmと60mmの間、あるいは15と25mmの間である。
概して、本発明で用いられるガラスシートは、フロートガラス、ロールドガラスまたはキャストガラスである。各タイプのガラスは任意でテンパリング、熱処理、化学処理またはこれらの組み合わせで、強化されてもよい。低イオンガラスも太陽電池モジュールの太陽光が当たる面に、本例でいうと第一外側保護層に、用いることもできる。
ある一態様では、第一外側保護層および第二外側保護層を合わせた厚みは3.2mm以下である。
金属支持体を有する太陽電池モジュールは任意の好適な方法で取り付けられる。一般的には、太陽電池モジュールは、モジュールの一箇所以上で一つ以上のブラケットを使って取り付けられる。取付け方法に限定はないが、金属支持体の裏面(金属プレートを含む)に接着させるブラケットまたはブラケット系、モジュールの一以上のエッジに接着させるブラケットまたはブラケット系、およびモジュールの反対側のエッジに接着させるブラケットまたはブラケット系を含む。
それゆえ、太陽電池モジュールは、限定されないが、モジュールのエッジおよび第二外側保護層の第二サイドを含め任意のモジュール表面を含む取り付け箇所があると考えられる。
耐荷重性をもつ金属支持体を有する太陽電池モジュールが所望されるゆえ、一つまたは両方の外側保護層がクラックが入り、壊れたり、その他欠損しない。クラックや破損が外側保護層に発生すると、封止材が環境に晒されて、火事や高熱源があると、発火しうる。金属支持体を有する太陽電池に2400Pa以上の荷重がかかると、最大主応力は第一外側保護層に現れ(荷重は第一外側保護層の第一サイドかかると想定して)、しかし、第二外側保護層は含まれる許容応力を超えない。それゆえ、太陽電池モジュールはクラック、破損、その他欠損が起きない。本発明は、より大きな太陽電池モジュールの生産および使用を可能にするものである。この応力測定は、以下に示す通りカタログ値(例えば、日本板硝子によって供給されるものとして)と比較することができる。
太陽電池パネルは次の通りに準備された。第一および第二外側保護層は日本東京都の日本板硝子株式会社から購入可能な焼きなましガラスであった(サイズ1158×979mm×0.7mm、)。第一および第二封止層(SentryGlas(登録商標)イオノマーに基づくPV5400 太陽電池封止シート、DuPont Co.,Wilmington,DE)の両方が用いられた。日本兵庫県のフジプレアム株式会社から供給された6×7太陽電池アレイも用いられた。
これらの層は、フジプレアム株式会社によって積層され、そこでは150℃で10分間14.5hPaの真空が維持された。そして、プレス工程の後、150℃で10分間、50kPaとした。金属支持体が(トラスコアパネル(日本神奈川県の城山産業株式会社によって準備されたSUS304、トラス高さ=12.5mm、ピラミッドベース脚長50mm))、第二外側保護ガラス層に、エポキシ接着剤(EP−008、日本東京都のセメダイン株式会社)を用いて接着された。
太陽電池モジュールは準備され、耐負荷応力を見るために試験を行った。試験方法は、IEC61215で述べられたものと似た手順を用いた。モジュールは下方の表1に挙げられた材料を用いて準備された。PV8700は、DEデラウエアのDuPontから入手可能なイオノマー樹脂シート封止材である。実施例では、太陽電池アレイは用いなかった。両方のモジュールはボックス型チャンネル(SUS304、1.2mm厚)を用いてモジュールの対抗面に接着された。
実施例2は、第二外側保護層に接着した金属支持体(トラスコアパネル)を有していた。実施例3では、図3に示すように、第二外側保護層に接着し金属支持体(トラスコアパネル)を有しており、しかし金属支持体(トラスコアパネル)は金属パネル(SUS660×380×0.3mm)も有していた。
準備:
次の手順によって、三つの太陽電池モジュールサンプルが準備された。三つ全て構造は”ガラス/封止材中間層/ガラス”であり、ガラスはフロートガラス(0.7mm厚、500mm×500mm、日本東京都の日本板硝子株式会社から入手可能)、封止材中間層は、例えばDE WilmingtonのDuPontCo.から入手可能な、PV5300イオノマーシートまたは、例えばUSA DE WilmingtonのDuPontCo.、日本東京都の三井化学ファブロ株式会社および日本東京都のブリジストン株式会社から入手可能な、エチレン酢酸ビニル(EVA)であった。
実施例4−6のラミネートガラスの二つの対向面は二つのI型梁で支えられた。サンドバックがラミネートガラスの上に置かれある程度の圧がかけられた。その圧をサンドバックを加えて増加させ、1500Paとした。上記荷重テストの間、ラミネートガラスの破損を引き起こす集中応力と比較するため、歪みゲージで裏側のガラスに発生した最大主応力を測定した。
Claims (24)
- a.第一サイドと第二サイドを有する第一外側保護層と、
b.第一ポリマー組成物を含む封止層と、ここで、第一ポリマー組成物は、30℃で1分の荷重時間においてASTM D5026−06によって定められるヤング率が約600MPa以下である、
c.第一外側保護層に面した入射光面を有する一または複数の太陽電池を含む太陽電池アセンブリと、
d.第一サイドと第二サイドを有する第二外側保護層と、ここで第二外側保護層の第一サイドは太陽電池アセンブリに面している、
e.第一サイドと第二サイドを有する金属支持体と、当該金属支持体の第一サイドは、太陽電池モジュールの積層体の第二外側保護層の第二サイドに接している、
を順に含む層を含む太陽電池モジュール。 - 上記第一外側保護層および第二外側保護層は、ガラス材料;ポリカーボネート、アクリル、ポリアクリル酸、環状ポリオレフィン、スチレン、ポリアミド、ポリエステルおよびフッ素樹脂からなる群から選ばれる一以上のポリマーを含むポリマーシート;およびポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ノルボルネン、ポリスチレン、アクリル酸スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、ポリスルホン、ナイロン、ポリウレタン、アクリル、セルロースアセテート、セロファン、ポリビニルクロライド、ポリプロピレン、α-オレフィン有するポリエチレン共重合体およびフッ素樹脂からなる群から選ばれる一以上のポリマーを含むポリマーフィルム;からなる群から選ばれる一以上の材料を含む請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記ガラス材料は、フロートガラス、ロールド・ガラス、鋳造ガラスからなる群から選ばれる一以上の材料であり、当該フロートガラス、当該ロールド・ガラス、当該鋳造ガラスは任意で焼戻し、熱処理、化学処理またはこれらの組み合わせによって強化される、請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記第一外側保護層がガラス材料を含む請求項2の太陽電池モジュール。
- 上記太陽電池アセンブリおよび上記第二外側保護層の間に配置された第二封止層を一層をさらに含み、当該第二封止層は30℃で1分の荷重時間においてASTM D5026−06によって定められるヤング率が約600MPa以下である第二ポリマー組成物を含む、請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記第一封止層は、酸コポリマー体、イオノマー、ポリエチレンビニルアセタート、ポリビニルアセタート、ポリウレタン、ポリビニルクロライド、ポリエチレン、ポリオレフィンブロック共重合体エラストマ、α‐オレインおよびα,β‐エチレン性不飽和カルボン酸エステルの共重合体、シリコーンエラストマー、エポキシ樹脂およびポリマー材料の2以上の組み合わせからなる群から選ばれる一以上のポリマー材料を含む請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記第一封止層および第二封止層は、それぞれ、酸コポリマー体、イオノマー、ポリエチレンビニルアセタート、ポリビニルアセタール、ポリウレタン、ポリビニルクロライド、ポリエチレン、ポリオレフィンブロック共重合体エラストマー、α‐オレインおよびα,β‐エチレン性不飽和カルボン酸エステルの共重合体、シリコーンエラストマー、エポキシ樹脂およびポリマー材料の2以上の組み合わせからなる群から選ばれる一以上のポリマー材料を含む請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記金属支持体は、スチール、ステンレススチール、アルミニウム、銅およびこれらの合金からなる群から選ばれる一以上の金属を含む請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記金属支持体は、熱硬化性樹脂、弾性樹脂、熱可塑性樹脂、両面接着テープおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる接着剤によって、上記第二外側保護層の第二サイドに接着している請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記金属支持体の長さおよび幅寸法は、太陽電池モジュールの長さおよび幅寸法と実質的に同じであり、深さ寸法は約6mmおよび約80mmの間である請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記金属支持体は、トラスコアパネルを含んでいる請求項10の太陽電池モジュール。
- 上記太陽電池モジュールは、一以上のブラケットを当該モジュールの上に一点以上で取り付けられた請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記太陽電池モジュールは、2400Paの応力に耐性を示し、上記第一および第二外側保護層は、その材料の許容応力を超えない最大主応力を示す請求項12の太陽電池モジュール。
- IEC61730に記載された試験である火炎拡大試験をパスする請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記モジュールは、スポット溶接、半田付けまたは熱硬化性樹脂、弾性樹脂、熱可塑性樹脂、両面接着テープおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる接着剤によって、金属支持体に接着する金属プレートを含む請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記金属支持体の表面積は、積層太陽電池モジュールの第二外側保護層と約同等である請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記金属支持体の表面積が、上記積層太陽電池モジュールの第二外側保護層の少なくとも60%である請求項1の太陽電池モジュール。
- 上記金属プレートの表面積が上記金属支持体の表面積の約15%から25%である請求項15の太陽電池モジュール。
- 上記モジュールは、一以上のブラケットを当該モジュールの上に一点以上で取り付けられた請求項15の太陽電池モジュール。
- 上記太陽電池モジュールは、2400Paの応力に耐性を示し、上記第一および第二外側保護層は、その材料の許容応力を超えない最大主応力を示す請求項19の太陽電池モジュール。
- IEC61730に記載された試験である火炎拡大試験をパスする請求項15の太陽電池モジュール。
- 上記太陽電池は、単結晶シリコン(c−Si)、多結晶シリコン(mc−Si)、アモルファスシリコン(a−Si)、微結晶シリコン(μc−Si)、カドミウムテルライド(CdTe)、銅インジウムセレナイド(CIS)、銅インジウムガリウムセレナイド(CIGS)、ヘテロ接合型真性半導体薄層(HIT)、銅亜鉛スズ硫化物(CZTS)、光吸収色素、ガリウム砒素(GaAs)、キャストモノc−Si、有機半導体、多接合タンデム太陽電池およびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項15の太陽電池モジュール。
- 上記第一および第二外側保護層を合わせた厚みは3.2mm未満である請求項1の太陽電池モジュール。
- a.第一サイドと第二サイドを有する第一外側保護層と、
b.ポリマー組成物を含む封止層と、ここで、第一ポリマー組成物は、30℃で1分の荷重時間においてASTM D5026−06によって定められるヤング率が約600MPa以下である、
c.第一外側保護層に面した入射光面を有する一または複数の太陽電池を含む太陽電池アセンブリと、ここで太陽電池アセンブリは第一外側保護層の第二サイドまたは第二外側保護層の第一サイドいずれかに配置された薄膜セルを含む、
d.第一サイドと第二サイドを有する第二外側保護層と、ここで第二外側保護層の第一サイドは太陽電池アセンブリに面している、
e.第一サイドと第二サイドを有する金属支持体と、当該金属支持体の第一サイドは、太陽電池モジュールの積層体の第二外側保護層の第二サイドに接している、
を、任意の操作順に含む層を含む太陽電池モジュール。
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