JP2015046440A

JP2015046440A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2015046440A
Application number: JP2013175923A
Authority: JP
Inventors: 山本　英明; Hideaki Yamamoto; 英明山本; 誉博望月; Takahiro Mochizuki; 陽介大橋; Yosuke Ohashi
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】リード線の安定した保護状態を確保する。【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６及びリード線７を封止した封止材３と、封止材を挟んで表面保護材の反対側に配置された裏面保護材４とを備え、表面保護材と封止材と裏面保護材が順に積層され、裏面保護材の線膨張係数が表面保護材の線膨張係数より小さくされ、封止材が発電素子を挟んで表面保護材側の第１の部分３ａと裏面保護材側の第２の部分３ｂとによって構成され、第１の部分の貯蔵弾性率が第２の部分の貯蔵弾性率より低くされた。【選択図】図１

Description

本発明は、表面保護材と封止材と裏面保護材が順に積層され裏面保護材の線膨張係数が表面保護材の線膨張係数より小さくされた太陽電池モジュールについての技術分野に関する。

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封止材に封止された発電素子とリード線が保護されている。

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。

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、リード線の損傷や破断による断線と言った不具合を生じるおそれがある。

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、リード線の安定した保護状態を確保することを目的とする。

第１に、本発明に係る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、発電素子及びリード線を封止した封止材と、前記封止材を挟んで前記表面保護材の反対側に配置された裏面保護材とを備え、前記表面保護材と前記封止材と前記裏面保護材が順に積層され、前記裏面保護材の線膨張係数が前記表面保護材の線膨張係数より小さくされ、前記封止材が前記発電素子を挟んで前記表面保護材側の第１の部分と前記裏面保護材側の第２の部分とによって構成され、前記第１の部分の貯蔵弾性率が前記第２の部分の貯蔵弾性率より低くされたものである。

これにより、第１の部分によって表面保護材の応力緩和が図られると共に第２の部分によって裏面保護材の一定の剛性が確保される。

第２に、上記した本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、前記表面保護材の前記封止材側の面にプライマー塗装が行われることが望ましい。

これにより、表面保護材と封止材の高い接合性が確保される。

本発明太陽電池モジュールは、第１の部分によって表面保護材の応力緩和が図られると共に第２の部分によって裏面保護材の一定の剛性が確保されるため、リード線の安定した保護状態を確保することができる。

図２及び図３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。封止材に用いられる材料の貯蔵弾性率を示すグラフ図と図表である。太陽電池モジュールについて行った試験結果を示す図表である。

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。

表面保護材２の封止材３側の面にはプライマー５が塗装されている。プライマー５は封止材３に対する高い接着性を有する材料によって形成され、表面保護材２の封止材３側の面にプライマー５を塗装することにより、表面保護材２と封止材３の高い接合性を確保して表面保護材２と封止材３の剥離を防止することができる。

封止材３は、例えば、ポリオレフィン系の材料によって形成されている。

封止材３によって発電素子６、６、・・・及び発電素子６、６、・・・同士を接続するリード線７、７、・・・が封止されている。発電素子６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６、６、・・・は表面保護材２と封止材３の積層方向における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７、７、・・・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６、６、６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６の数は任意である。

封止材３は発電素子６、６、・・・を挟んで表面保護材２側の第１の部分３ａと裏面保護材４側の第２の部分３ｂとによって構成されている。第１の部分３ａと第２の部分３ｂは何れも、例えば、ポリオレフィン系の材料によって形成されており、第１の部分３ａの貯蔵弾性率が第２の部分３ｂの貯蔵弾性率より低くされている。

第１の部分３ａの貯蔵弾性率（単位Ｐａ）は、−４０°Ｃにおいて、例えば、（０．５〜２．０）×１０⁸にされ、８５°Ｃにおいて、例えば、（７．５〜２５）×１０⁵にされている。また、第２の部分３ｂの貯蔵弾性率は、−４０°Ｃにおいて、例えば、（０．５〜１．５）×１０⁹にされ、８５°Ｃにおいて、例えば、（１．０〜２．０）×１０⁷にされている。

裏面保護材４は、例えば、ハニカム構造体８を有する形状に形成されている。ハニカム構造体８は、一般に、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のハニカム構造体８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構造体であってもよい。

裏面保護材４がハニカム構造体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がハニカム構造体８を有することにより、裏面保護材４に内部空間が形成されるため、封止材３に対する断熱効果もある。

ハニカム構造体８を有する構成として、例えば、封止材３と裏面保護材４の積層方向におけるハニカム構造体８の両面に、表皮層９、９が接合されている構成が用いられる。表皮層９は樹脂材料、例えば、ポリカーボネートやポリプロピレンによって形成され、フィラーが含有されていてもよい。表皮層９にフィラーが含有されることにより、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。

また、ハニカム構造体８を有する構成として、例えば、ハニカム構造体８の全体が表皮に覆われた構成が用いられてもよい。

裏面保護材４の線膨張係数は表面保護材２の線膨張係数より小さくされている。特に、裏面保護材４は表皮層９、９の線膨張係数が表面保護材２の線膨張係数より小さくされている。

以下に、第１の部分３ａ及び第２の部分３ｂに用いられる材料の貯蔵弾性率について、従来より太陽電池モジュールの封止材として用いられているエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ：ethylene vinyl acetate）の貯蔵弾性率とともに説明する（図２参照）。

図２の上段のグラフ図は、第１の部分３ａ及び第２の部分３ｂに用いられる材料とＥＶＡの各温度における貯蔵弾性率を示すものであり、図１の下段の図表は、第１の部分３ａ及び第２の部分３ｂに用いられる材料とＥＶＡの各温度における貯蔵弾性率及び線膨張係数の具体的な数値を示すものである。

第１の部分３ａの材料としては、例えば、ポリオレフィン系の材料Ａ又はＢが用いられ、第２の部分３ｂの材料としては、例えば、ポリオレフィン系の材料Ｃが用いられている。−４０°Ｃから８０°Ｃの各温度において、材料Ａ、Ｂと材料Ｃの貯蔵弾性率を比較すると、材料Ａ、Ｂの貯蔵弾性率は材料Ｃの貯蔵弾性率より低くされている。また、材料Ａ、Ｂと材料Ｃの線膨張係数を比較すると、材料Ａ、Ｂの線膨張係数は材料Ｃの線膨張係数より小さくされている。

次に、太陽電池モジュール１と封止材としてＥＶＡが用いられた太陽電池モジュール（比較例）について行った試験結果に関して説明する（図３参照）。

本試験結果は、本発明の太陽電池モジュール１と封止材としてＥＶＡが用いられた比較例とについて温度サイクル試験とサーマルショック試験を行い、剥離の有無と断線の有無を検討した結果である。また、高温高湿試験における剥離の有無と断線の有無についても検討した。

温度サイクル試験は、試験槽において８５°Ｃと−４０°Ｃの温度変化を一定時間毎に交互に繰り返し２００サイクル行った試験である。サーマルショック試験は、試験槽において１１０°Ｃと−４０°Ｃの温度変化を一定時間毎に交互に繰り返し２００サイクル行った試験であり、高温条件（１１０°Ｃ）と低温条件（−４０°Ｃ）の切替が温度サイクル試験より急激に行われる試験である。高温高湿試験は、温度８５°Ｃで湿度８０％の条件下に１０００時間保存する試験である。

比較例は、封止材としてＥＶＡが用いられ、プライマーの塗装が行われていないこと以外は太陽電池モジュール１の構造と同じ構造である。

比較例については、温度サイクル試験及びサーマルショック試験において表面保護材と封止材の間の剥離及びリード線の断線が発生し、高温高湿試験において白化及び剥離が発生し、実用上支障を来す結果が得られた。

一方、太陽電池モジュール１については、温度サイクル試験、サーマルショック試験及び高温高湿試験において剥離も断線も発生せず、良好な結果が得られた。

以上に記載した通り、太陽電池モジュール１にあっては、裏面保護材４の線膨張係数が表面保護材２の線膨張係数より小さくされ、封止材３が発電素子６、６、・・・を挟んで表面保護材２側の第１の部分３ａと裏面保護材４側の第２の部分３ｂとによって構成され、第１の部分３ａの貯蔵弾性率が第２の部分３ｂの貯蔵弾性率より低くされている。

従って、第１の部分３ａによって表面保護材２の応力緩和が図られると共に第２の部分３ｂによって裏面保護材４の一定の剛性が確保されるため、リード線５、５、・・・の安定した保護状態を確保することができる。

１…太陽電池モジュール、２…表面保護材、３…封止材、３ａ…第１の部分、３ｂ…第２の部分、４…裏面保護材、５…プライマー、６…発電素子、７…リード線

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、
発電素子及びリード線を封止した封止材と、
前記封止材を挟んで前記表面保護材の反対側に配置された裏面保護材とを備え、
前記表面保護材と前記封止材と前記裏面保護材が順に積層され、
前記裏面保護材の線膨張係数が前記表面保護材の線膨張係数より小さくされ、
前記封止材が前記発電素子を挟んで前記表面保護材側の第１の部分と前記裏面保護材側の第２の部分とによって構成され、
前記第１の部分の貯蔵弾性率が前記第２の部分の貯蔵弾性率より低くされた
太陽電池モジュール。
前記表面保護材の前記封止材側の面にプライマー塗装が行われた
請求項１に記載の太陽電池モジュール。