JP2015015397A - 太陽電池モジュール - Google Patents

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、・・・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、裏面保護材は内部空間が充填空間７ａとして形成された樹脂材料から成る中空成形体７と充填空間に充填された発泡性樹脂８とを有する。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を図り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すると共に、裏面保護材を中空成形体に発泡性樹脂が充填された樹脂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。

特開２００５−３２７８８６号公報 特開２００９−１７０４６０号公報

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。

近年、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。つまり、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と言う問題があった。

そこで、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。

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、前記裏面保護材は内部空間が充填空間として形成された樹脂材料から成る中空成形体と前記充填空間に充填された発泡性樹脂とを有するものである。

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、前記裏面保護材は内部空間が充填空間として形成された樹脂材料から成る中空成形体（表皮材）と前記充填空間に充填された発泡性樹脂とを有することを特徴とする。

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を図り良好な機能性を確保することができる。結果として車両等への低燃費化を達成できる。

請求項２に記載した発明にあっては、前記中空成形体である表皮材がポリプロピレンによって形成されている。

従って、表面保護材と封止材と裏面保護材を高温下で圧着して太陽電池モジュールを成形する際に裏面保護材の膨れの発生を防止することができる。

請求項３に記載した発明にあっては、前記中空成形体にフィラーが含有されている。

従って、中空成形体の線膨張係数を発電素子の線膨張係数に近付けることが可能になり、中空成形体に発生する応力を緩和することができる。

請求項４に記載した発明にあっては、前記発泡性樹脂としてフェノール系樹脂を用いている。

従って、表面保護材と封止材と裏面保護材を高温下で圧着して太陽電池モジュールを成形する際の十分な耐熱性を確保することができ、太陽電池モジュールの良好な成形状態を確保することができる。

本発明太陽電池モジュールの実施の形態を示す概略断面図である。 太陽電池モジュールに反りが発生した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。

以下に、本発明太陽電池モジュールを実施するため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（車両）の屋根に搭載され、当該電気自動車の電源（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は樹脂材料によって形成された表皮材である中空成形体７と中空成形体７の内部空間に充填された発泡性樹脂８とを有している。

中空成形体７は厚みの薄い箱状に形成され、内部空間が発泡性樹脂８を充填する充填空間７ａとして形成されている。中空成形体７は熱可塑性樹脂から成り、例えば、ブロー成形によって形成されている。

中空成形体７の材料としては、ポリオレフィン系樹脂であるポリプロピレンやポリエチレン、ポリエチレンとポリプロピレンの共重合体、アクリロニトリルとスチレンの共重合体等が用いられる。ポリオレフィン系樹脂にＳＢＳ（スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体）、ＳＥＢＳ（スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体）又はこれらの混合物を配合することにより耐衝撃性を向上することができる。

特に、中空成形体７をポリプロピレンによって形成することにより、表面保護材２と封止材３と裏面保護材４を高温、例えば、１３０°〜１４０°の温度下で圧着して太陽電池モジュール１を成形する際に裏面保護材４の膨れの発生を防止することができる。また、ポリプロピレンは安価な材料であり、中空成形体７をポリプロピレンによって形成することにより太陽電池モジュール１の製造コストの低減を図ることもできる。

また、中空成形体７にはガラス繊維（フィラー）を含有させることが望ましい。中空成形体７にフィラーを含有させることにより、中空成形体７の線膨張係数を発電素子５の線膨張係数に近付けることが可能になり、中空成形体７に発生する応力を緩和することができる。

尚、中空成形体７におけるフィラーの含有率は任意であるが、裏面保護材４の樹脂の良好な流れ性及び裏面保護材４の剛性の向上を図ることを考慮すると３０％程度が望ましい値である。

このように中空成形体７にフィラーを含有させることにより、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。

また、中空成形体７は、例えば、ポリアミド、ポリエチレンテレフタート、ポリブチレンテレフタート、ポリスチレン、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンオキサイド等の剛性が高くブロー成形可能な熱可塑性樹脂によって形成されてもよい。

発泡性樹脂８の材料としては、例えば、不活性気体の混入（気体混入法）や発泡剤分解法、溶剤気散法、化学反応等により発泡するポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリウレタン、ナイロン、フェノール、ユリア等が用いられている。

また、発泡性樹脂８はフェノール系樹脂であるフェノール−ホルムアルデヒド、ベークライト、石炭酸によって形成されてもよい。フェノール系樹脂は三次元の網目構造を有し電気的特性及び機械的特性が良好であり、耐熱性及び難燃性に優れている。

従って、発泡性樹脂８をフェノール系樹脂によって形成することにより、表面保護材２と封止材３と裏面保護材４を高温下で圧着して太陽電池モジュール１を成形する際の十分な耐熱性を確保することができ、太陽電池モジュール１の良好な成形状態を確保することができる。

また、フェノール系樹脂の断熱効果は他の系の樹脂に比し高いため、フェノール系樹脂によって形成された発泡性樹脂８を、例えば、電気自動車の電源として車体に取り付けた場合には、特に車内の温度上昇を抑制することが可能である。

尚、樹脂中空成形体内に発泡性樹脂が充填された裏面保護材は、上記製法に限らず、例えば、二枚の溶融樹脂シートを分割金型間に配置し、これらの溶融樹脂シートの間に発泡性樹脂からなる発泡板を配置し、これらの溶融樹脂シート及び発泡板を分割金型で挟み込むことにより成形してもよい。

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２及び図３参照）。

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や太陽電池モジュール１の各部の剛性の程度により生じる。図３に示す反りＨは、図２に示すように、測定台１００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１００と太陽電池モジュール１との距離の最大値である。図３に示す曲げ剛性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。

反りの測定は、図３に示すように、裏面保護材として厚みや長さ（長手方向における寸法）の異なるＴＰＴシート、ガラス、アルミニウム及び本発明に係る裏面保護材４（中空成形体７＋発泡性樹脂８）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。

また、反りの測定においては、裏面保護材４の中空成形体７の材料としてガラスフィラー３０％を含有したポリプロピレンを用い、発泡性樹脂の材料としてフェノール樹脂発泡体を用いた。

反りの測定結果に基づいて反りに対する長さ（反り／長さ）の値を算出した。反りに対する長さが小さい程、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、電気自動車の屋根に搭載し、当該電気自動車の電源（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。

図３に示すように、本発明に係る裏面保護材４は反りに対する長さの値が０．０１３と小さい値になり良好な結果が得られたが、ＴＰＴシート及びアルミニウムは反りに対する長さの値が本発明に係る裏面保護材４の反りよりも大きく良好な結果が得られなかった。また、ガラスは軽量化を確保することが困難である。

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とを備え、裏面保護材４は内部空間が充填空間７ａとして形成された樹脂材料から成る中空成形体７と充填空間７ａに充填された発泡性樹脂８とを有している。

従って、表面保護材２と裏面保護材４がともに樹脂材料によって形成され、特に、裏面保護材４の発泡性樹脂８により太陽電池モジュール１の剛性が高くなり、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。

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、５…発電素子、７…中空成形体、７ａ…充填空間、８…発泡性樹脂

Claims (4)

1. 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、
   前記裏面保護材は内部空間が充填空間として形成された樹脂材料から成る中空成形体と前記充填空間に充填された発泡性樹脂とを有する
   太陽電池モジュール。
2. 前記中空成形体がポリプロピレンによって形成された
   請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記中空成形体にフィラーが含有された
   請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記発泡性樹脂としてフェノール系樹脂を用いた
   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。

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