JP2017034014A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度を高めた太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュール１は、片面で光を受けて発電する両面ガラス構造の太陽電池モジュールであって、両面ガラス構造として、同一の製造ラインで製造されかつ当該製造ラインにおいて低反射処理により所定のパターンが付された強化ガラスである、２枚のパターン付ガラス１４、１５を有し、２枚のパターン付ガラス１４，１５に挟まれた状態の太陽電池セル１１を、ＥＶＡ樹脂１２，１３を用いて封止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、両面ガラス構造の太陽電池モジュールに関する。

太陽光発電は、石油等の化石燃料に依存しない無限エネルギーであり、石油等の化石燃料と違い発電時にＣＯ₂を排出しないクリーンなエネルギーとして注目されている。このような太陽光発電において用いられる太陽電池は、太陽電池セルを平面上に複数枚並べて電気的に接続し、それをガラスおよび高分子樹脂を用いて封入する構成をとっている。ガラスは、高い耐候性と長い寿命（耐久性）を有するため、太陽電池セルを外部環境の劣化要素（高温，高湿，酸素，腐食性ガス，砂塵，積雪，強風等）から保護する役割を持つ。このような特性からもわかるとおり、ガラスは、太陽電池モジュールを形成する重要な材料、すなわち、カバーガラスとして用いられている。

また、光透過率の高いガラスの性質は、太陽光エネルギーを有効に取り入れるために有用であり、従来から、太陽電池には、一般的な板ガラス（青板，普通板）ではなく、より太陽光透過率の高い白板と呼ばれるガラス、さらには、高い透過率および機械的強度を兼ね備えた強化ガラス等が採用されている。

また、その他のガラスの役割として、たとえば、防眩機能がある。日本では太陽電池の使用の多くが住宅であることから、ガラスによる反射公害が問題になる。そこで、従来から、表面にエンボス加工を施したガラスが太陽電池モジュールのカバーガラスとして使用されている。このエンボス加工されたガラスには、太陽光の鏡面反射を抑える防眩効果があるため、反射公害への懸念が少ない。

下記非特許文献１および２には、厚さ２．５ｍｍの倍強度ガラスを太陽電池セルの両面に採用したフレームレスの太陽電池モジュールが記載されている。具体的には、表面ガラスは高透過処理および低反射処理を施した倍強度ガラス（厚さ２．５ｍｍ）であるパターン付ガラスであり、裏面ガラスは表面にパターンがない倍強度ガラス（厚さ２．５ｍｍ）である。厚さ２．５ｍｍの両面ガラス構造は、耐雪圧５４００Ｐａの負荷耐性を有する等、高い強度で太陽電池モジュールの変形，ゆがみ等を抑え、太陽電池セルを保護している。

ＴＳＭ−ＰＤＧ５ データシートhttp://www.trinasolar.com/HtmlData/downloads/jp/products/TSM-PDG5_jp.pdf Trina solar ホームページ 製品情報http://www.trinasolar.com/jp/product/PDG5.html

しかしながら、従来技術においては、物理特性や表面構造の異なる２枚の倍強度ガラスを両面に配置して太陽電池モジュールを構成しているため、その太陽電池モジュールの表面と裏面にかかる応力が均一化できず、機械的強度についてはさらなる改善の余地が残る。すなわち、機械的荷重や衝撃を受けた場合、また、温度が急激に変化した場合には、対称性が取れていない弱い部分から変形もしくは残留応力が生じやすくなり、それが太陽電池モジュールの故障や破損（太陽電池セルのマイクロクラック等を含む）の原因となる可能性ある、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、両面ガラス構造の太陽電池モジュールにおいて、より機械的強度を高めた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、片面で光を受けて発電する両面ガラス構造の太陽電池モジュールであって、両面ガラス構造として、同一の製造ラインで製造されかつ当該製造ラインにおいて低反射処理により所定のパターンが付された強化ガラスである、２枚のパターン付ガラスを有し、２枚のパターン付ガラスに挟まれた状態の太陽電池セルを、封止材を用いて封止する、ことを特徴とする。

つぎの発明にかかる太陽電池モジュールは、片面で光を受けて発電する両面ガラス構造の太陽電池モジュールであって、両面ガラス構造として、同一の製造ラインで製造されかつ当該製造ラインにおいて低反射処理により所定のパターンが付された倍強度ガラスである、２枚のパターン付ガラスを有し、２枚のパターン付ガラスに挟まれた状態の太陽電池セルを、封止材を用いて封止する、ことを特徴とする。

本願に開示された太陽電池モジュールは、従来の太陽電池モジュールよりも機械的強度が高い、という効果を奏する。

図１は、本実施例の太陽電池モジュールの概略正面図である。 図２は、本実施例の太陽電池モジュールの構造の一例を示す断面図である。 図３は、ガラス表面の微細な凸凹構造の一例を示す模式図である。 図４は、ガラスの製造ラインの一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施例の太陽電池モジュールの概略正面図である。本実施例の太陽電池モジュール１は、片面（表面：受光面側）で光を受けて発電する両面ガラス構造の太陽電池モジュールであり、図１に示すように、複数の太陽電池セル１１がアレイ状に配置され、互いに導電線によって電気的に接続されている。また、両面ガラス構造を採用することにより、金属性のフレームを取り付けないフレームレス構造が可能となり、軽量で薄型の太陽電池モジュール１を構成することが可能となる。この太陽電池モジュール１は、太陽光が受光面側に入射するように設置される。

図２は、本実施例の太陽電池モジュールの構造の一例を示す断面図である。本実施例の太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル１１と、封止材としてのＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）樹脂１２，１３と、後述するパターン付ガラス１４，１５とを有する。本実施例の太陽電池モジュール１は、太陽電池セル１１を保護するため、パターン付ガラス１５が裏面側に設けられ、パターン付ガラス１４が太陽電池セル１１の受光面側（表面）に設けられている。具体的には、ＥＶＡ樹脂１２を太陽電池セル１１の受光面側に、ＥＶＡ樹脂１３を太陽電池セル１１の裏面側にそれぞれ配置し、さらに、これらをパターン付ガラス１４（受光面）とパターン付ガラス１５（裏面）の間に挟んだ状態で配置し、たとえば、加熱による封止材の分子結合で太陽電池セル１１を封止する。その結果、パターン付ガラス１４とパターン付ガラス１５は、対向するように一定の距離をもって平行に配置される。なお、本実施例では、封止材の一例として、ＥＶＡ樹脂１２，１３を用いることとしたが、これに限らず、オレフィン系樹脂を用いることとしてもよい。

また、本実施例の太陽電池モジュール１は、パターン付ガラス１４，１５として、たとえば、厚さ２ｍｍの強化ガラスまたは倍強度ガラスを、太陽電池セル１１を保護するための表面ガラスおよび裏面ガラスとして採用する。具体的には、本実施例において採用するパターン付ガラス１４，１５は、同一の製造ライン（製造工程同一）で製造され、この製造ラインにおいて低反射処理が施された厚さ２ｍｍの強化ガラスまたは倍強度ガラスである。本実施例では、低反射処理として、たとえば、エンボス加工されたロールで成型する（ローラーで押し出す）ことによりガラスの表面に凸凹を付加する処理を施す。図３は、ガラス表面の微細な凸凹構造の一例を示す模式図であり、ガラス表面の一部を拡大したものである。また、本実施例のパターン付ガラス１４，１５は、上記低反射処理に加え、さらに、高透過処理として、たとえば、不純物として混入する鉄の含有量を低く抑える処理を施すこととしてもよい。この場合、高透過処理も上記製造ラインで行われることになる。これらの処理を行うことにより、より多くの太陽光を太陽電池セル１１まで到達させることが可能となる。

なお、本実施例では、一例として、太陽電池モジュール１の両面が強化ガラスまたは倍強度ガラスの場合について記載したが、これに限らず、両面のガラスが同一の製造ラインで製造されたガラスであればよく、たとえば、青板ガラス，白板ガラス，型板ガラスなど他の板ガラスを排除するものではない。また、本実施例では、強化ガラスまたは倍強度ガラスの厚さを２ｍｍで統一したが、この厚さは一例であり、両面のガラスが同一の厚さであれば、要求される強度に応じて、たとえば、２ｍｍ以下のものであってもよい。

図４は、上記製造工程の一例として、フロートガラスの製造ラインを示す図である。フロートガラスは、溶解槽，冷却槽，メタルバス，徐冷炉，強制空冷ゾーン，切断等の製造ラインにより製造される。具体的には、たとえば、溶解槽で約１６００℃まで加熱し溶解されたガラスを、冷却槽で温度調整し（約１０００℃）、溶融錫の敷かれたメタルバスに流し込む。ガラスは溶融錫の上に浮かびながら下流に送られ、板状に成型される（約６００℃）。その後、成型されたガラスの内部に歪みが残らないように徐冷炉で徐々に均一に冷却し（４００℃）、強制空冷ゾーンでガラス表面に常温の風を吹きつけて急速に冷却し、ガラスの温度が１００℃以下に下がった後に切断する（フロート製法と呼ばれる）。なお、ここでは、一例として、フロート製法に対応した製造ラインについて記載したが、ガラスの製造ラインは、たとえば、溶解したガラスを２本の水冷ロールの間に通して製板するロールアウト製法や、板ガラスを軟化温度近くの６５０〜７００℃まで加熱し、その後、ガラス両面に空気を一様に吹き付ける急冷法を調整することで、用途に応じた強度のガラスを製造する製法等、様々な製法に対応した製造ラインが存在する。本実施例は、上記強化ガラスまたは倍強度ガラスを製造可能な、同一製造ラインで製造されたパターン付ガラス１４，１５を、太陽電池モジュール１の受光面（表面）および裏面のガラスとして使用する場合の一例を示したものである。

以上のように、本実施例のパターン付ガラス１４，１５を採用した太陽電池モジュール１は、同一の製造ラインで製造された強化ガラスまたは倍強度ガラスであり物理的特性が同一であるため（表面構造，曲げ破壊強度、熱膨張率が同じ）、機械的荷重または衝撃を受けた場合や熱膨張時においても、太陽電池モジュール１の受光面側と裏面側にかかる応力を均一化することができ、結果として太陽電池モジュール１の機械的強度の向上が図れる。これにより、高い強度で太陽電池モジュール１の変形，ゆがみ等を抑えることができ、ひいては、太陽電池セル１１を保護することが可能となる。

また、同じ厚みおよび同じ表面構造を持つパターン付ガラス１４，１５を用いて、太陽電池セル１１を封止することによって、太陽電池セル１１を断面構造の中心に位置させることが可能になるため、たとえば、太陽電池モジュール１が変形するような場合であっても、太陽電池セル１１の変形が比較的少なくて済み、太陽電池セル１１のマイクロクラックの発生確率を減らすことが可能である。

また、高透過処理および低反射処理が施された本実施例のパターン付ガラス１４，１５を採用した太陽電池モジュール１は、表面側に加えて裏面側からの太陽光反射も低減できるため、たとえば、屋根上やカーポート等に太陽電池モジュール１を設置した場合であっても、防眩効果により、反射公害の懸念をより少なくすることが可能である。

また、パターン付ガラス１４，１５を同一の製造ラインで製造することによって、取り扱うガラス部材が１種類となり、かつ、ガラス工場の製造工程管理やモジュール工場の部材在庫管理等を一元化することができるため、製造管理コストの低減が可能となる。

また、同一の製造ラインで製造されたパターン付ガラス１４，１５を採用することにより、厚さを先行技術文献に記載のガラス（厚さ２．５ｍｍ）よりも薄い２ｍｍとして軽量化したにもかかわらず、同等以上の機械的強度（フレーム付きモジュールの機械的強度：耐雪圧１００００Ｐａ）を実現することが可能である。また、軽量化に伴い、架台の簡易化や高所での作業効率向上などの効果も得られる。

１ 太陽電池モジュール
１１ 太陽電池セル
１２，１３ ＥＶＡ樹脂
１４，１５ パターン付ガラス

Claims (4)

1. 片面で光を受けて発電する両面ガラス構造の太陽電池モジュールにおいて、
   前記両面ガラス構造として、同一の製造ラインで製造されかつ当該製造ラインにおいて低反射処理により所定のパターンが付された強化ガラスである、２枚のパターン付ガラスを有し、
   前記２枚のパターン付ガラスに挟まれた状態の太陽電池セルを、封止材を用いて封止する、
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 片面で光を受けて発電する両面ガラス構造の太陽電池モジュールにおいて、
   前記両面ガラス構造として、同一の製造ラインで製造されかつ当該製造ラインにおいて低反射処理により所定のパターンが付された倍強度ガラスである、２枚のパターン付ガラスを有し、
   前記２枚のパターン付ガラスに挟まれた状態の太陽電池セルを、封止材を用いて封止する、
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
3. 前記製造ラインにおいて、さらに、不純物として混入する鉄の含有量を低く抑える高透過処理を行う、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記２枚のパターン付ガラスは、２ｍｍ以下かつ同一の厚みを有する、
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の太陽電池モジュール。
   

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