JP2016122688A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールにおいて、住宅火災等が発生した際の漏電を防止可能な構造を備えたもの、高温ラミネート加工時における不具合を視認可能なもの、等を提供することである。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、保護ガラス１１と、発電層１４Ａ（太陽電池セル１４）と、合成樹脂層１２Ａ，１５Ａと、背面保護層１６Ａとを積層して構成され、太陽電池セル１４の受光側表面を覆うように感熱層１３Ａ（フィルム状部材１３）が設けられ、感熱層１３Ａは、通常稼動状態では太陽光を透過可能な透明状態であり、通常稼動状態よりも高温の所定温度を越えた場合に太陽光を遮断可能な不透明状態に変化する可逆的な色相変化機能を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は太陽電池モジュールに関し、特に太陽光を強制的に遮断して発電を停止する機能を備えたものに関する。

従来から、太陽光エネルギーを利用して電力を生成する太陽光発電システムが広く一般に普及している。この太陽光発電システムは、例えば、複数の太陽電池モジュールを屋根の設置面等に固定用架台を介して２次元アレイ状に設置し、各太陽電池モジュールの発電を集電し、電力変換装置によって発電電圧を商用電源電圧に変換して屋内配電系統等に給電するように構成されている。

一般的な太陽電池モジュールは、発電を行う複数の太陽電池セルを含むモジュール本体と、このモジュール本体の周囲に設けられたフレーム枠と、モジュール本体の背面に取付けられたジャンクションボックスと、このジャンクションボックスから延びる発電電力を外部に取出す為の出力取出し用配線等を備えている。

また、上記のジャンクションボックスは、太陽電池モジュールの発電が停止した際に、他の太陽電池モジュールが起因となって逆方向に電圧が印加されても、太陽電池セルの破壊や損傷から保護するものである。例えば、特許文献１のジャンクションボックスに記載があるように、出力取出し用配線と電気的に接続する為の１対の接続端子と、この１対の接続端子間に設置された複数のバイパスダイオード等を備えている。

特開２０１４−２１０９５５号公報

ところで、従来の太陽電池モジュールは、特許文献１のようなジャンクションボックスによって電気的に保護されているが、住宅火災の延焼等によってジャンクションボックスが損傷を受けて絶縁機能を失った場合でも、太陽電池モジュールは、太陽電池セルに太陽光が入射すると発電を継続する為に、絶縁不良による漏電、この漏電による消防活動者の感電等の危険性が生じるという問題がある。

また、太陽電池モジュールを製造する際に、一般的に、高温ラミネート加工が行われるが、この高温ラミネート加工を行うラミネータ装置に不具合があると、太陽電池モジュールに加えられる熱分布が不均一となり、太陽電池モジュールの内部を封止する合成樹脂材の軟化や硬化状態が不均一となって接着不良が発生し、太陽電池モジュールの耐久性が悪化するという問題がある。

本発明の目的は、太陽電池モジュールにおいて、住宅火災等が発生した際の漏電を防止可能な構造を備えたもの、高温ラミネート加工時による不具合を視認可能なもの、等を提供することである。

請求項１の太陽電池モジュールは、保護ガラスと、太陽電池セルと、合成樹脂層と、背面保護層とを積層して構成される太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池セルの受光側表面を覆うように感熱層が設けられ、前記感熱層は、通常稼動状態では太陽光を透過可能な透明状態であり、通常稼動状態よりも高温の所定温度を越えた場合に太陽光を遮断可能な不透明状態に変化する可逆的な色相変化機能を有することを特徴としている。

請求項２の太陽電池モジュールは、請求項１の発明において、前記所定温度は、前記太陽電池モジュールを製造する際に、前記合成樹脂層を形成する高温ラミネート加工時の温度又はその近傍温度に設定されることを特徴としている。

請求項３の太陽電池モジュールは、請求項１又は２の発明において、前記感熱層は、フィルム状部材から構成され、前記保護ガラスと前記太陽電池セルとの間に配置されることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、太陽電池モジュールは、太陽電池セルの受光側表面を覆うように感熱層が設けられ、感熱層は、通常稼動状態では太陽光を透過可能な透明状態であり、通常稼動状態よりも高温の所定温度を越えた場合に太陽光を遮断可能な不透明状態に変化する可逆的な色相変化機能を有するので、住宅火災の発生時等において、太陽電池モジュールの温度が通常稼動状態よりも高温の所定温度を越えた場合には、感熱層が透明状態から不透明状態に変化する。

従って、不透明状態に変化した感熱層によって太陽光が遮断され、太陽光が太陽電池セルに入射しなくなって太陽電池セルの発電が強制的に停止されるので、住宅火災の発生時等においては、絶縁不良による漏電、この漏電による消防活動者の感電等の発生を確実に防止することができ、太陽電池モジュールの安全性が向上する。

請求項２の発明によれば、所定温度は、太陽電池モジュールを製造する際に、合成樹脂層を形成する高温ラミネート加工時の温度又はその近傍温度に設定されるので、高温ラミネート加工直後に感熱層の色相変化を視認することで、高温ラミネート加工時に太陽電池モジュールに加えられた熱分布が均一であるか否かを確認することができ、これによってラミネータ装置の不具合を判定することができる。その後、不透明状態の感熱層は温度の低下と共に透明状態に戻るので、ラミネータ装置が正常であって熱分布が均一である場合には、太陽電池モジュールを通常出荷することができる。

一方、高温ラミネート加工時の熱分布が不均一で感熱層に色むらが発生している場合には、合成樹脂層を形成する合成樹脂材の軟化や硬化状態が不均一である可能性があるので、保護ガラスと背面保護層との間に接着不良が生じてしまい、太陽電池モジュールの耐久性が悪化してしまう虞がある。このため、高温ラミネート加工直後に感熱層の色相変化を視認することで、不具合のある太陽電池モジュールの出荷を未然に防止することができる。

請求項３の発明によれば、感熱層は、フィルム状部材から構成され、保護ガラスと太陽電池セルとの間に配置されるので、保護ガラスと太陽電池セルとを貼り合わせる前に、フィルム状部材を保護ガラスと太陽電池セルとの間に配置することで、太陽電池モジュールの製造と同時に感熱層を簡単に形成することができる。

本発明の実施例に係る太陽電池モジュールの平面図である。 太陽電池モジュールの裏面図である。 太陽電池モジュールの部分断面図である。 太陽電池モジュールの部分分解断面図である。 太陽電池モジュールの等価回路図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

先ず、本発明の太陽電池モジュール１の全体構成について簡単に説明する。
図１，図２に示すように、太陽電池モジュール１は、発電を行う長方形状のモジュール本体２と、このモジュール本体２の四辺全周を取り囲んで保護する金属製のフレーム枠３と、モジュール本体２の裏面側に取付けられたジャンクションボックス４と、このジャンクションボックス４から延びる出力取出し用配線５ａ，５ｂ等から構成されている。

この太陽電池モジュール１は、例えば、（１．３ｍ〜２．０ｍ）×１．０ｍ程度のサイズに構成されている。尚、太陽電池モジュール１の形状は、長方形状に限らず、正方形状や台形状のものであってもよく、要求に応じて適宜変更可能である。

次に、モジュール本体２について説明する。
図３に示すように、モジュール本体２は、保護ガラス１１と、合成樹脂層１２Ａと、後述する感熱層１３Ａと、複数の太陽電池セル１４を含む発電層１４Ａと、合成樹脂層１５Ａと、背面保護シート１６からなる背面保護層１６Ａ等を積層して構成されている。

即ち、モジュール本体２は、感熱層１３Ａと発電層１４Ａ（複数の太陽電池セル１４）の太陽光の入射方向の面側を保護ガラス１１で覆い、複数の太陽電池セル１４の裏面側を背面保護層１６Ａ（背面保護シート１６）で保護し、保護ガラス１１と背面保護シート１６との間を透明状態な合成樹脂層１２Ａ，１５Ａによって埋めて構成されている。

尚、発電層１４Ａは、例えば、ウェハ状のシリコン結晶から製造された複数枚の平板状の太陽電池セル１４を平面状に並べ、各太陽電池セル１４をリボン状の導体で電気的に結線（インターコネクト）して構成されている。

次に、ジャンクションボックス４について説明する。
図２，図５に示すように、ジャンクションボックス４は、モジュール本体２を電気的に保護する為のものであり、出力取出し用配線５ａ，５ｂと電気的に接続される１対の接続端子１７ａ，１７ｂと、この１対の接続端子１７ａ，１７ｂ間に設置されたバイパス機能と逆電流防止機能を有する複数（例えば３つ）のバイパスダイオード１８等を備えている。

このモジュール本体２で発電された電力は、ジャンクションボックス４から延びる出力取出し用配線５ａ，５ｂを介して外部に出力可能である。この出力取出し用配線５ａ，５ｂは、正極線５ａと負極線５ｂを有し、これら正極線５ａと負極線５ｂは、例えば、長さ０．８ｍ〜１．５ｍ程度で且つ直径１０ｍｍ程度のサイズのケーブルである。

次に、太陽電池モジュール１の等価回路について説明する。
図５に示すように、太陽電池モジュール１は、１対の接続端子１７ａ，１７ｂ間において、例えばモジュール本体２の内部の４８枚の太陽電池セル１４を直列的に接続し、１６枚の太陽電池セル１４毎にジャンクションボックス４に内蔵された１つのバイパスダイオード１８を並列的に接続することで回路構成されている。１対の接続端子１７ａ，１７ｂは、電力変換装置（図示略）に接続され、モジュール本体２の直流電力を交流電力に変換して取り出される。

尚、上述した太陽電池モジュール１の全体構造において、後述する感熱層１３Ａ以外のものは、公知の太陽電池モジュール１と基本的に同様のものであるので、これ以上の詳細な説明は省略する。

次に、本発明に関連する感熱層１３Ａについて説明する。
図３，図４に示すように、本発明の太陽電池モジュール１は、太陽電池セル１４（発電層１４Ａ）の受光側表面を覆うように感熱層１３Ａが設けられている。感熱層１３Ａは、フィルム状部材１３（例えば感熱紙等）から構成され、太陽電池セル１４の表面と対面するように保護ガラス１１と太陽電池セル１４との間に配置されている。尚、フィルム状部材１３は、太陽電池セル１４の表面と密着状に配置されても良いし、薄い合成樹脂層を介して太陽電池セル１４の表面と対面するように配置されても良い。

感熱層１３Ａは、通常稼動状態では太陽光を透過可能な透明状態であり、通常稼動状態よりも高温の所定温度を越えた場合に太陽光を遮断可能な不透明状態に変化する可逆的な色相変化機能を有する。所定温度は、太陽電池モジュール１を製造する際に、合成樹脂層１２Ａ，１５Ａを形成する高温ラミネート加工時の温度（例えば１７０℃）又はその近傍温度に設定されている。尚、不透明状態における感熱層１３Ａの色相は、太陽光を遮断する色であれば、特に限定する必要はなく、適宜変更可能である。

即ち、感熱層１３Ａは、太陽電池モジュール１の内部温度が上昇して所定温度（例えば１７０℃）を越えた場合に反応し、その色相が透明状態から不透明状態に変化することで太陽光を遮断して、太陽電池セル１４の発電を強制的に停止させる。また、感熱層１３Ａの色相変化を介して、太陽電池モジュール１の内部温度の上昇を視認することができる。太陽電池モジュール１の内部温度が低下して所定温度を下回ると、感熱層１３Ａは不透明状態から元の透明状態に変化する。

感熱層１３Ａを構成するフィルム状部材１３の材料は、上述したような可逆的な色相変化機能を有するものであれば、特に限定する必要はない。例えば、フィルム状部材１３は、色相変化を可逆的に起こす熱変色物質を含むものであり、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンやポリアミド等の熱可塑性樹脂フィルムの全面に熱変色物質を塗布したり、熱可塑性樹脂に熱変色物質を混合してフィルム状とすることで形成される。

熱変色物質としては、顕色剤と発色剤とを組み合わせたもの、コレステリック液晶を応用したもの、金属錯塩の結晶を応用したもの等の一般的なものが使用されるが、熱変色物質に対して特別な制限をする必要はなく、太陽電池モジュール１の内部温度が所定温度以上になると、感熱層１３Ａが色相変化を起こして太陽光を遮断するものなら、適宜変更可能である。

次に、太陽電池モジュール１の製造方法について説明する。
図４に示すように、太陽電池モジュール１を製造する場合、先ずは、上方から下方に向かって、保護ガラス１１、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂シート１２、フィルム状部材１３、太陽電池セル１４、ＥＶＡ樹脂シート１５、背面保護シート１６を積層する。

次に、ラミネータ装置２０によって、例えば１７０℃程度で加熱加圧することにより、ＥＶＡ樹脂シート１２，１５を軟化溶融させてフィルム状部材１３と複数の太陽電池セル１４を合成樹脂層１２Ａ，１５Ａの中に埋設状態に封止することで太陽電池モジュール１を製造する。尚、ラミネータ装置２０による加熱温度は、ＥＶＡ樹脂シート１２，１５の融解温度に応じて適宜変更可能である。

次に、本発明の太陽電池モジュール１の作用及び効果について説明する。
太陽電池モジュール１は、太陽電池セル１４の受光側表面を覆うように感熱層１３Ａが設けられ、感熱層１３Ａは、通常稼動状態では太陽光を透過可能な透明状態であり、通常稼動状態よりも高温の所定温度を越えた場合に太陽光を遮断可能な不透明状態に変化する可逆的な色相変化機能を有するので、住宅火災の発生時等において、太陽電池モジュール１の温度が通常稼動状態よりも高温の所定温度を越えた場合には、感熱層１３Ａが透明状態から不透明状態に変化する。

従って、不透明状態に変化した感熱層１３Ａによって太陽光が遮断され、太陽光が太陽電池セル１４に入射しなくなって太陽電池セル１４の発電が強制的に停止されるので、住宅火災の発生時等においては、絶縁不良による漏電、この漏電による消防活動者の感電等の発生を確実に防止することができ、太陽電池モジュール１の安全性が向上する。

また、所定温度は、太陽電池モジュール１を製造する際に、合成樹脂層１２Ａ，１５Ａを形成する高温ラミネート加工時の温度以上の温度に設定されるので、高温ラミネート加工直後に感熱層１３Ａの色相変化を視認することで、高温ラミネート加工時に太陽電池モジュール１に加えられた熱分布が均一であるか否かを確認することができ、これによってラミネータ装置２０の不具合を判定することができる。その後、不透明状態の感熱層１３Ａは温度の低下と共に透明状態に戻るので、ラミネータ装置２０が正常であって熱分布が均一である場合には、太陽電池モジュール１を通常出荷することができる。

一方、高温ラミネート加工時の熱分布が不均一で感熱層１３Ａに色むらが発生している場合には、合成樹脂層１２Ａ，１５Ａを形成する合成樹脂材（ＥＶＡ樹脂シート１２，１５）の軟化や硬化状態が不均一である可能性があるので、保護ガラス１１と背面保護シート１６との間に接着不良が生じてしまい、太陽電池モジュール１の耐久性が悪化してしまう虞がある。このため、高温ラミネート加工直後に感熱層１３Ａの色相変化を視認することで、不具合のある太陽電池モジュール１の出荷を未然に防止することができる。

さらに、感熱層１３Ａは、フィルム状部材１３から構成され、保護ガラス１１と太陽電池セル１４（発電層１４Ａ）との間に配置されるので、保護ガラス１１と太陽電池セル１４とを貼り合わせる前に、フィルム状部材１３を保護ガラス１１と太陽電池セル１４との間に配置することで、太陽電池モジュール１の製造と同時に感熱層１３Ａを簡単に形成することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した形態について説明する。
［１］前記実施例の感熱層１３Ａは、フィルム状部材１３から構成され、保護ガラス１１と太陽電池セル１４との間に配置されているが、特にこの構造に限定する必要はなく、通常稼動状態よりも高温の所定温度を越えた場合に太陽光を遮断可能な感熱層であれば、その形成方法及び配置位置は、適宜変更可能である。例えば、保護ガラス１１の表面又は裏面の全面に亙って熱変色性物質を塗布することで感熱層を構成しても良い。

［２］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ 太陽電池モジュール
１１ 保護ガラス
１２Ａ 合成樹脂層
１３ フィルム状部材
１３Ａ 感熱層
１４ 太陽電池セル
１４Ａ 発電層
１５Ａ 合成樹脂層
１６Ａ 背面保護層

Claims (3)

1. 保護ガラスと、太陽電池セルと、合成樹脂層と、背面保護層とを積層して構成される太陽電池モジュールにおいて、
   前記太陽電池セルの受光側表面を覆うように感熱層が設けられ、
   前記感熱層は、通常稼動状態では太陽光を透過可能な透明状態であり、通常稼動状態よりも高温の所定温度を越えた場合に太陽光を遮断可能な不透明状態に変化する可逆的な色相変化機能を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記所定温度は、前記太陽電池モジュールを製造する際に、前記合成樹脂層を形成する高温ラミネート加工時の温度又はその近傍温度に設定される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。
3. 前記感熱層は、フィルム状部材から構成され、前記保護ガラスと前記太陽電池セルとの間に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。