JP2014154831A - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光の入射方向にかかわらず、入射方向以外の方向への反射光を抑制可能な、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】電池セルに入射する光により発電する太陽電池モジュールM1において、電池セルを有するセル組立体A1、A2、A3の表面、又は電池セルBの入射面側に配置された保護材Pの表面に、入射光をその入射方向と平行な方向へ反射させる再帰性反射面を形成する。これにより、再帰性反射面で入射光がその入射方向と平行な方向へ反射されることにより、入射方向と平行以外の方向への反射光を抑制する。
【選択図】図1

Description

本発明は、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。
従来、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法としては、例えば特開平11−298030号公報に記載されるように、反射光の抑制のために、入射面側の表面に凹凸を設けたカバーガラスを備える太陽電池が知られている。
特開平11−298030号公報 特開2012−124386号公報
しかし、このような太陽電池では、凹凸により入射光が散乱するが、反射光を十分に抑制することができなかった。
そこで、本発明は、反射光を十分に抑制可能な太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供しようとするものである。
本発明に係る太陽電池モジュールは、電池セルに入射する光により発電する太陽電池モジュールにおいて、電池セルを有するセル組立体の表面、又は電池セルの入射面側に配置された保護材の表面に、入射光をその入射方向と平行な方向へ反射させる再帰性反射面が形成されている。
本発明に係る太陽電池モジュールによれば、再帰性反射面で入射光がその入射方向と平行な方向へ反射されることにより、入射方向と平行以外の方向への反射光を十分に抑制することができる。
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、電池セルを有するセル組立体の表面、又は電池セルの入射面側に配置された保護材の表面に、入射光をその入射方向と平行な方向へ反射させる再帰性反射面が形成されている太陽電池モジュールの製造方法において、再帰性反射面を形成するための成形型の成形面に電池材料を所定層数分積層する積層工程と、電池材料を少なくとも1層分積層した後に、硬化した電池材料を成形型から離型する離型工程とを含む。
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法によれば、同一の成形型を用いて太陽電池モジュールを量産することができる。
本発明によれば、光の入射方向にかかわらず、入射方向と平行以外の方向への反射光を抑制可能な、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供することができる。
本発明の第1実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図である。 再帰性反射の原理を示す図である。 図1に示す太陽電池モジュールにおける再帰性反射を示す部分拡大斜視図である。 本発明の第2実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図である。 図4に示す太陽電池モジュールにおける再帰性反射を示す部分拡大斜視図である。 本発明の第3実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図である。 図6に示す太陽電池モジュールにおける再帰性反射を示す部分拡大斜視図である。 本発明の第4実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図である。 図8に示す太陽電池モジュールにおける再帰性反射を示す部分拡大斜視図である。 太陽電池モジュールの製造手順を示す断面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
以下では、図1から図10を参照して、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールについて説明する。本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールは、光の入射方向にかかわらず、入射方向と平行以外の方向への反射光を抑制可能な構成を有するものである。
まず、図1から図3を参照して、本発明の第1実施形態に係る太陽電池モジュールについて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る太陽電池モジュールM1を示す図である。
図1に示すように、太陽電池モジュールM1は、複数の電池ユニットUbにより構成される。太陽電池モジュールM1は、複数の電池ユニットUbをアレイ状に配列してなる。
電池ユニットUbは、3つのセル組立体A1、A2、A3により構成される。セル組立体A1、A2、A3は、a−a断面図に示すように、電池セルB、保護材P、及び一対の電極Eを有する。電池セルBは、平板状に形成され、入射面Siに入射する光により発電する。保護材Pは、平板状に形成され、電池セルBの入射面Siに密着して電池セルBを保護する。一対の電極Rは、電池セルBの入射面Siと反対側の面に取り付けられる。セル組立体Bは、例えば正方形の平板状に形成される。
電池ユニットUbは、3つのセル組立体A1、A2、A3を互いに直角に接合して構成される。電池ユニットUbは、正方形の平板状のセル組立体A1、A2、A3を互いに直角に接合してコーナーキューブ状に構成される。セル組立体A1、A2、A3は、直接的に接合されてもよく、別材料を介して接合されてもよい。
複数の電池ユニットUbは、ユニット中心Cuが同一又はほぼ同一の平面上に位置するように配列される。ユニット中心Cuとは、電池ユニットUbを構成する3つのセル組立体A1、A2、A3の3つの頂点が集中する部分である。ユニット中心Cuは、光源側に向けて配置された電池ユニットUbにおいて光源から最遠点に位置する。なお、複数の電池ユニットUbは、電池ユニットUb同士が接触して配置されてもよく、別材料を介して配置されてもよく、離間して配置されてもよい。
電池ユニットUbを構成する3つのセル組立体A1、A2、A3は、電気的に相互結合されて直列回路又は並列回路を構成する。太陽電池モジュールM1を構成する複数の電池ユニットUbも、電気的に相互結合されて直列回路又は並列回路を構成する。電池ユニットUbから取り出された電力は、充電回路等の電子機器を介して二次電池へ蓄電される。
電池ユニットUbには、電池ユニットUbへ入射する光をその入射方向と平行な方向へ反射させる再帰性反射面がセル組立体A1、A2、A3の表面、つまり反射面R1、R2、R3(図3参照)として形成される。
図2は、再帰性反射の原理を示す図である。ここでは、説明を簡単にするために、第1及び第2の反射面R1、R2を互いに直角に接合した2次元の場合を想定する。
光源からの光は、入射角θで第1の反射面R1に入り、出射角θで第1の反射面R1から出ることにより、第1の反射面R1で2θ曲がる。第1の反射面R1から出た光は、入射角(90°−θ)で第2の反射面R2に入り、出射角(90°−θ)で第2の反射面R2から出ることにより、第2の反射面R2で2・(90°−θ)曲がる。結果的に、光源からの光は、第1及び第2の反射面R1、R2で180°(=2θ+2・(90°−θ))だけ曲がり、光源の方向へ再帰(回帰)することになる。
このように、2次元の場合には、2つの反射面R1、R2を互いに直角に接合することにより、再帰性反射面を構成することができる。そして、3次元の場合には、2次元の場合の原理を拡張し、3つの反射面R1、R2、R3を互いに直角に接合することにより、再帰性反射面を構成することができる。
図3は、図1に示す太陽電池モジュールM1における再帰性反射を示す部分拡大斜視図である。
図3に示すように、光源からの光は、電池ユニットUbの第1の反射面R1に入射し、その一部が電池セルBに吸収されて残りが反射される。第1の反射面R1で反射した光は、第2の反射面R2に入射し、その一部が電池セルBに吸収されて残りが反射される。第2の反射面R2で反射した光は、第3の反射面R3に入射し、その一部が電池セルBに吸収されて残りが反射される。各反射面R1、R2、R3で電池セルBに吸収された光は、発電に利用される。
ここで、図2で説明した再帰性反射の原理により、第3の反射面R3での反射方向Drは、第1の反射面R1での入射方向Diと平行かつ逆の方向となり、光源からの光は、光源に向かって再帰的に反射される。これにより、光の入射方向にかかわらず、入射方向Diと平行以外の方向への反射光を十分に抑制することができる。
つぎに、図4及び図5を参照して、本発明の第2実施形態に係る太陽電池モジュールM2について説明する。なお、以下では、第1実施形態と重複する説明を省略する。
図4は、本発明の第2実施形態に係る太陽電池モジュールM2を示す斜視図である。
図4に示すように、太陽電池モジュールM2は、複数の電池ユニットUb、及び保護パネルPpにより構成される。太陽電池モジュールM2は、アレイ状に配列された複数の電池ユニットUbを保護パネルPpにより被覆してなる。
電池ユニットUbは、3つのセル組立体A1、A2、A3により構成される。セル組立体A1、A2、A3は、部分断面図a−aに示すように、電池セルB及び一対の電極Eを有する。電池ユニットUbは、3つのセル組立体A1、A2、A3を互いに直角に接合して構成される。
複数の電池ユニットUbは、ユニット中心Cuが同一又はほぼ同一の平面上に位置するように配列される。なお、複数の電池ユニットUbは、電池ユニットUb同士が接触して配置されてもよく、別材料を介して配置されてもよく、離間して配置されてもよい。
保護パネルPpは、平板状に形成され、好ましくは、少なくとも一面に反射防止処理が施される。保護パネルPpは、複数の電池ユニットUbを保護するように複数の電池ユニットUbの入射面Si側を被覆する。なお、保護パネルPpは、電池ユニットUbの配列面と平行に配置されてもよく、傾斜して配置されてもよい。また、保護パネルPpは、複数の電池ユニットUbと接触して配置されてもよく、接触せずに配置されてもよい。
電池ユニットUbには、電池ユニットUbへ入射する光をその入射方向と平行な方向へ反射させる再帰性反射面がセル組立体A1、A2、A3の表面、つまり反射面R1、R2、R3(図5参照)として形成される。
図5は、図4に示す太陽電池モジュールM2における再帰性反射を示す部分拡大斜視図である。
図5に示すように、光源からの光は、保護パネルPpを介して電池ユニットUbの第1の反射面R1に入射し、その一部が電池セルBに吸収されて残りが反射される。第1の反射面R1で反射した光は、第2の反射面R2に入射し、その一部が電池セルBに吸収されて残りが反射される。第2の反射面R2で反射した光は、第3の反射面R3に入射し、その一部が電池セルBに吸収されて残りが保護パネルPpの外部へ向けて反射される。各反射面R1、R2、R3で電池セルBに吸収された光は、発電に利用される。
ここで、図2で説明した再帰性反射の原理により、第3の反射面R3での反射方向Drは、第1の反射面R1での入射方向Diと平行かつ逆の方向となり、光源からの光は、光源に向かって再帰的に反射される。これにより、光の入射方向にかかわらず、入射方向と平行以外の方向への反射光を十分に抑制することができる。
第2実施形態に係る太陽電池モジュールM2は、電池ユニットUbと保護パネルPpが別部品として構成されるので、第1実施形態に係る太陽電池モジュールM1と比べて製造が容易である。また、第2実施形態に係る太陽電池モジュールM2は、保護パネルPpの表面での反射が電池ユニットUbの表面での反射と比べて弱い場合に好適である。
つぎに、図6及び図7を参照して、本発明の第3実施形態に係る太陽電池モジュールM3について説明する。なお、以下では、第1又は第2の実施形態と重複する説明を省略する。
図6は、本発明の第3実施形態に係る太陽電池モジュールM3を示す斜視図である。
図6に示すように、太陽電池モジュールM3は、複数の保護ユニットUp、及び電池パネルPbにより構成される。太陽電池モジュールM3は、アレイ状に配列した複数の保護ユニットUpにより電池パネルPbを被覆してなる。
保護ユニットUpは、3つの保護材P1、P2、P3により構成される。保護材P1、P2、P3は、正方形の平板状に形成される。
保護ユニットUpは、3つの保護材P1、P2、P3を互いに直角に接合して構成される。保護ユニットUpは、正方形の平板状の保護材P1、P2、P3を互いに直角に接合してコーナーキューブ状に構成される。保護材P1、P2、P3は、直接的に接合されてもよく、別材料を介して接合されてもよい。
複数の保護ユニットUpは、ユニット中心Cuが同一又はほぼ同一の平面上に位置するように配列される。ユニット中心Cuとは、保護ユニットUpを構成する3つの保護材P1、P2、P3の3つの頂点が集中する部分である。ユニット中心Cuは、光源側に向けて配置された保護ユニットUpにおいて光源から最遠点に位置する。なお、複数の保護ユニットUpは、保護ユニットUp同士が接触して配置されてもよく、別材料を介して配置されてもよく、離間して配置されてもよい。
電池パネルPbは、電池セルEの集合体として平板状に形成され、好ましくは、少なくとも一面に反射防止処理が施される。電池パネルPbには、一対の電極Eが取り付けられる。電池パネルPbは、電池パネルPbの入射面Si側が複数の保護ユニットUpにより被覆される。なお、電池パネルPbは、保護ユニットUpの配列面と平行に配置されてもよく、傾斜して配置されてもよい。また、電池パネルPbは、複数の保護ユニットUpと接触して配置されてもよく、接触せずに配置されてもよい。
保護ユニットUpには、保護ユニットUpへ入射する光をその入射方向と平行な方向へ反射させる再帰性反射面が保護材P1、P2、P3の表面、つまり、反射面R1、R2、R3(図7参照)として形成される。
図7は、図6に示す太陽電池モジュールM3における再帰性反射を示す部分拡大斜視図である。
図7に示すように、光源からの光は、保護ユニットUpの第1の反射面R1に入射し、その一部が保護ユニットUpを透過して残りが反射される。第1の反射面R1で反射した光は、第2の反射面R2に入射し、その一部が保護ユニットUpを透過して残りが反射される。第2の反射面R2で反射した光は、第3の反射面R3に入射し、その一部が保護ユニットUpを透過して残りが反射される。各反射面R1、R2、R3で保護ユニットUpを透過した光は、その一部が電池パネルPbに吸収されて発電に利用される。
ここで、図2で説明した再帰性反射の原理により、第3の反射面R3での反射方向Drは、第1の反射面R1での入射方向Diと平行かつ逆の方向となり、光源からの光は、光源に向かって再帰的に反射される。これにより、光の入射方向にかかわらず、入射方向と平行以外の方向への反射光を十分に抑制することができる。
第3実施形態に係る太陽電池モジュールM3は、電池パネルPbと保護ユニットUpが別部品として構成されるので、第1実施形態に係る太陽電池モジュールM1と比べて製造が容易である。また、第3実施形態に係る太陽電池モジュールM3は、電池パネルPbの表面での反射が保護ユニットUpの表面での反射と比べて弱い場合に好適である。
つぎに、図8及び図9を参照して、本発明の第4実施形態に係る太陽電池モジュールM4について説明する。なお、以下では、第1から第3実施形態と重複する説明を省略する。
図8は、本発明の第4実施形態に係る太陽電池モジュールM4を示す斜視図である。
図8に示すように、太陽電池モジュールM4は、複数の電池ユニットUb、及び複数の保護ユニットUpにより構成される。太陽電池モジュールM4は、アレイ状に配列した複数の電池ユニットUbを、アレイ状に配列した複数の保護ユニットUpにより被覆してなる。電池ユニットUbのアレイは、第2の実施形態と同様に構成され、保護ユニットUpのアレイは、第3の実施形態と同様に構成される。
電池ユニットUbのアレイは、電池ユニットUbの入射面Si側が保護ユニットUpのアレイにより被覆される。なお、電池ユニットUbのアレイは、保護ユニットUpのアレイと平行に配置されてもよく、傾斜して配置されてもよい。また、電池ユニットUbのアレイは、保護ユニットUpのアレイに接触して配置されてもよく、離間して配置されてもよい。
保護ユニットUpには、保護ユニットUpへ入射する光をその入射方向と平行な方向へ反射させる再帰性反射面がセル組立体A1、A2、A3の表面、つまり、反射面R1、R2、R3(図9参照)として形成される。電池ユニットUbには、電池ユニットUbへ入射する光をその入射方向と平行な方向へ反射させる再帰性反射面が保護材P1、P2、P3の表面、つまり、反射面R1´、R2´、R3´(図9参照)として形成される。
図9は、図8に示す太陽電池モジュールM4における再帰性反射を示す部分拡大斜視図である。
図9に示すように、光源からの光は、保護ユニットUpの第1の反射面R1に入射し、その一部が保護ユニットUpを透過して残りが反射される。第1の反射面R1で反射した光は、第2の反射面R2に入射し、その一部が保護ユニットUpを透過して残りが反射される。第2の反射面R2で反射した光は、第3の反射面R3に入射し、その一部が保護ユニットUpを透過して残りが反射される。
そして、各反射面R1、R2、R3で保護ユニットUpを透過した光は、電池ユニットUbの第1の反射面R1´に入射し、その一部が電池セルBに吸収されて残りが反射される。第1の反射面R1´で反射した光は、第2の反射面R2´に入射し、その一部が電池セルBに吸収されて残りが反射される。第2の反射面R2´で反射した光は、第3の反射面R3´に入射し、その一部が電池セルBに吸収されて残りが反射される反射面R1´、R2´、R3´で電池セルBに吸収された光は、発電に利用される。
ここで、図2で説明した再帰性反射の原理により、保護ユニットUpの第3の反射面R3での反射方向Drは、第1の反射面R1での入射方向Diと平行かつ逆の方向となり、光源からの光は、光源に向かって再帰的に反射される。同様に、電池ユニットUbの第3の反射面R3´での反射方向は、第1の反射面R1´での入射方向と平行かつ逆の方向となり、光源からの光は、光源に向かって再帰的に反射される。これにより、光の入射方向にかかわらず、入射方向と平行以外の方向への反射光を十分に抑制することができる。
第4実施形態に係る太陽電池モジュールM4は、電池ユニットUbと保護ユニットUpの両方がコーナーキューブ状に構成されるので、他の実施形態に係る太陽電池モジュールM1、M2、M3と比べて美観性が向上する。
つぎに、第1、第2又は第3の実施形態に係る太陽電池モジュールM1、M2、M4の製造方法について説明する。図10は、太陽電池モジュールM1の製造手順を示す断面図である。
図10(a)に示すように、太陽電池モジュールM1は、成形型Dを用いて製造される。成形型Dには、前述した再帰性反射面を形成するための成形面Rfが設けられる。
図10(b)に示す第1積層工程では、成形型Dの成形面Rfに電池材料Mbが所定層数分(図では4層)積層される。電池材料Mbとしては、少なくとも1層の有機系材料が積層される。電池材料Mbとしては、例えば、p型有機半導体、中性有機半導体、n型有機半導体、及びカバー材が積層される。電池材料Mbは、例えば塗布加工又はプレス加工により積層される。
図10(c)に示す離型工程では、第1積層工程の後に、硬化した電池材料Mbが成形型Dから離型される。離型工程は、第1積層工程の途中、つまり、少なくとも1層分の電池材料Mbが積層されて硬化した後に行われてもよい。離型された成形品には、電極Eが取り付けられる。
ここで、第1の実施形態に係る太陽電池モジュールM1を製造する場合には、離型された成形品に第2積層工程を施すことにより、保護材Pを伴う電池ユニットUbのアレイを形成することができる。図10(d)に示す第2積層工程では、電池材料Mbを積層した後に、積層した電池材料Mbの上に保護材料Mpが積層される。
一方、第2又は第4の実施形態に係る太陽電池モジュールM2、M4を製造する場合には、離型された成形品をもって、保護材Pを伴わない電池ユニットUbのアレイを形成することができる。
このような製造方法によれば、同一の成形型Dを用いて太陽電池モジュールM1、M2、M4を量産することができる。
以上説明したように、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールM1、M2、M3、M4によれば、再帰性反射面R1、R2、R3(R1´、R2´、R3´)で入射光がその入射方向Diと平行な方向Drへ反射されることにより、入射方向Diと平行以外の方向への反射光を十分に抑制することができる。これにより、太陽電池モジュールM1、M2、M3、M4の近隣で生じる光害を抑制することができる。
なお、前述した実施形態は、本発明に係る太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法の最良な実施形態を説明したものであり、本発明に係る太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法は、本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係る太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法は、各請求項に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で本実施形態に係る太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を変形し、または他のものに適用したものであってもよい。
例えば、前述した第1、第2及び第4実施形態では、セル組立体A1、A2、A3を正方形状に形成する場合について説明したが、セル組立体A1、A2、A3は、直角二等辺三角形、長方形、直角三角形等の他の形状に形成されてもよい。同様に、第3及び第4実施形態では、保護材P1、P2、P3を正方形状に形成する場合について説明したが、保護材P1、P2、P3は、直角二等辺三角形、長方形、直角三角形等の他の形状に形成されてもよい。
また、前述した第1から第4実施形態では、互いに直角に接合された3つの反射面S1、S2、S3により再帰性反射面を形成する場合について説明した。しかし、再帰性反射面は、例えば、入射光をその入射方向と平行な方向へ反射させるように電池セル、セル組立体、又は保護材の表面に微細な球状体を多数配列する等、他の構成により形成されてもよい。
M1、M2、M3、M4…太陽電池モジュール、Ub…電池ユニット、A1、A2、A3…セル組立体、Pb…電池パネル、B…電池セル、Up…保護ユニット、P…保護材、Pp…保護パネル、E…電極、R1、R2、R3、R1´、R2´、R3´…反射面。

Claims (4)

  1. 電池セルに入射する光により発電する太陽電池モジュールにおいて、
    前記電池セルを有するセル組立体の表面、又は前記電池セルの入射面側に配置された保護材の表面に、入射光をその入射方向と平行な方向へ反射させる再帰性反射面が形成されている、太陽電池モジュール。
  2. 前記再帰性反射面は、互いに直角に接合された3つの反射面により形成されている、請求項1に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記再帰性反射面を複数配列して形成されている、請求項2に記載の太陽電池モジュール。
  4. 電池セルを有するセル組立体の表面、又は前記電池セルの入射面側に配置された保護材の表面に、入射光をその入射方向と平行な方向へ反射させる再帰性反射面が形成されている太陽電池モジュールの製造方法において、
    前記再帰性反射面を形成するための成形型の成形面に電池材料を所定層数分積層する積層工程と、
    前記電池材料を少なくとも1層分積層した後に、硬化した前記電池材料を前記成形型から離型する離型工程と、
    を含む、太陽電池モジュールの製造方法。
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