JP2018113401A

JP2018113401A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法

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Publication number: JP2018113401A
Application number: JP2017004251A
Authority: JP
Inventors: 博隆稲葉; Hirotaka Inaba
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-01-13
Also published as: EP3349256A1; US20180204966A1; JP6484260B2; EP3349256B1; US10658535B2

Abstract

【課題】各部材を位置決めすることが可能な太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュールは、透明性を有する板状の第一カバー１１１と、第一カバー１１１に対向配置された第二カバー１１２と、第一カバー１１１および第二カバー１１２の間に配置された少なくとも１つの太陽電池セル１１３と、第一カバー１１１および第二カバー１１２の間を埋めて互いを接合し、太陽電池セル１１３を封止する封止材１１４と、太陽電池セル１１３に電気的に接続されて第一カバー１１１と第二カバー１１２との間で封止材１１４に取り囲まれる導電体としての端子２２１を備え、第一カバー１１１は、端子２２１を位置決めする位置決め部としてのボス１２１ａを有する。ボス１２１ａを有する第一カバー１１１に端子２２１が接触する。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、より特定的には、車両に搭載される太陽電池モジュールに関するものである。

特開２００５−１９１４７９号公報（特許文献１）には、複数の太陽電池セルが封止材に封止されるとともにその両面に保護部材が設けられる構造が開示されている。太陽電池セルは裏面にＰ型電極とＮ型電極とを有した単結晶シリコン型太陽電池セルであり、隣接する太陽電池セルのＰ型電極とＮ型電極とをインターコネクタを介して直列接続されている。太陽電池セルの一辺の側縁に沿ってＰ型電極とインターコネクタとを接続する接続点が複数点設けられるとともにその辺に相対向する辺の側縁に沿ってＮ型電極とインターコネクタとを接続する接続点が複数設けられている。複数の太陽電池セルはＰ型電極接続点とＮ型電極接続点とが隣接するように配置されるとともに隣接する太陽電池セルの複数のＰ型電極接続点とＮ型電極接続点とが一枚の平板状のインターコネクタで接続される。

特開２００５−１９１４７９号公報

一般的に、太陽電池モジュールは、保護部材上に封止材、太陽電池セル、封止材、そして保護部材を順次積層し、ラミネート装置で加熱加圧処理することで封止材を硬化させ、各部材を密着させるラミネート加工が施されて形成される。

ラミネート加工時に表面板と背面板の熱伸縮により各部材の位置がずれたりインターコネクタが破損する場合がある。特に軽量化のために表面板にポリカーボネートなどの樹脂を使用した場合に破損が顕著に現れる。

そこで、この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、太陽電池モジュール内の導電体を確実に位置決めすることができる太陽電池モジュールを提供することを目的とするものである。

本発明に従った太陽電池モジュールは、少なくとも一部分が透明性を有する板状の第一カバーと、第一カバーに対向配置された第二カバーと、第一カバーおよび第二カバーの間に配置された少なくとも１つの太陽電池セルと、第一カバーおよび第二カバーの間を埋めて互いを接合し、太陽電池セルを封止する封止材と、太陽電池セルに電気的に接続されて第一カバーと第二カバーとの間で封止材に取り囲まれる導電体とを備え、第一カバーおよび第二カバーの少なくとも一方は、導電体を位置決めする位置決め部を有する。位置決め部を有する第一カバーおよび第二カバーの少なくとも一方に導電体が接触する。

このように構成された太陽電池モジュールでは、第一カバーおよび第二カバーの少なくとも一方は導電体を位置決めする位置決め部を有するため、導電体を確実に位置決めすることができる。さらに位置決め部を有する第一カバーおよび第二カバーに導電体が接触するため、位置決め部を有する第一カバーおよび第二カバーと導電体との間に封止材が介在しない。その結果、導電体の位置が安定して導電体を確実に位置決めすることができる。

好ましくは、複数の太陽電池セルが導電体により一列に接続された太陽電池ストリングを構成し、位置決め部は太陽電池ストリングの両端部に接続された導電体を位置決めする。この場合、太陽電池ストリングの外側端部の位置が位置決めされ、第一カバーおよび第二カバーの収縮、膨張に起因する太陽電池の位置ずれを確実に防止することができる。

好ましくは、第一カバーは外部から第一カバー内部を遮蔽する有色部を備え、位置決め部は有色部と第二カバーとの間に配置される。この場合、位置決め部が外部から視認できないため、太陽電池モジュールの外観を美しく保つことができる。

好ましくは、位置決め部は有色部に一体で設けられる。この場合、位置決め部の製造が容易である。

好ましくは、位置決め部の先端は熱カシメされて導電体は位置決めされている。この場合、熱カシメにより導電体を位置決めするため、確実に位置決め部材を位置決めすることができる。

本発明に従った太陽電池モジュールの製造方法は、位置決め部を有する第一カバーおよび第二カバーの少なくとも一方に接触するように導電体を載置して位置決め部で導電体を位置決めする工程と、位置決め部の先端を熱カシメして位置決め部で位置決めされている導電体を位置決め部で固定する工程と、位置決め部で固定された導電体を取り囲むように封止材を第一カバーと第二カバーとの間に配置する工程とを備える。

このような工程を備えた太陽電池モジュールの製造方法では、熱カシメの工程において導電体と、第一カバーおよび第二カバーとの間に封止材が配置されていないため、導電体を確実に位置決めすることができる。

上記の構成によれば、位置決め部を用いて導電体を確実に位置決めすることができる。

本発明の実施形態１に係る車両の外観を示す斜視図である。本発明の実施形態１に係る車両が備える太陽電池モジュールの外観を示す平面図であって、図１の矢印ＩＩ方向から見た図である。図２中の太陽電池モジュールにおいて第一カバーを外して内部構造を拡大して示す平面図である。図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。実施形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。実施形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。実施形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。実施形態２の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。

以下、本発明の各実施形態に係る太陽電池モジュール、その実装構造およびこれを含む車両について図を参照して説明する。以下の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

（実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る車両の外観を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態１に係る車両が備える太陽電池モジュールの外観を示す平面図であって、図１の矢印ＩＩ方向から見た図である。図３は、図２中の太陽電池モジュールにおいて第一カバーを外して内部構造を拡大して示す平面図である。なお、簡略化のため、太陽電池モジュールの一部の太陽電池セルのみを記載している。図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。

図１〜４に示すように、本発明の実施形態１に係る車両１００は、自動車であり、ルーフを構成する太陽電池モジュール１１０と、車体の一部であるルーフサイドメンバ１２０とを備える。なお、車両は、自動車に限られず、たとえば電車であってもよい。

太陽電池モジュール１１０は、表面板としての板状の第一カバー１１１と、第一カバー１１１に対向配置された背面板としての第二カバー１１２と、第一カバー１１１および第二カバー１１２の間に配置された太陽電池セル１１３と、第一カバー１１１および第二カバー１１２の間を埋めて互いを接合し、太陽電池セル１１３を封止する封止材１１４とを備える。

第一カバー１１１は、平面視にて略矩形状の外形を有している。第一カバー１１１は、本実施形態においては平板であるが、湾曲していてもよい。本実施形態においては、第一カバー１１１は、ポリカーボネート製の板である。ただし、第一カバー１１１は、これに限られず、アクリルなどの他の樹脂製の板であってもよい。第一カバー１１１は、ポリカーボネートを射出成型や押出成形することにより形成されている。

第一カバー１１１のうち、太陽電池セル１１３と対向する部分は透明である。透明部分を太陽光が透過して、太陽光が太陽電池セル１１３に照射される。第一カバー１１１のうち、太陽電池セル１１３と対向しない部分は、有色部１２１を設けることで不透明としてもよい。不透明とすることで、第一カバー１１１内部が遮蔽され、太陽電池セル１１３の周囲の配線や接着剤を隠すことができる。有色部１２１は可視光線を遮光する。有色部１２１は、透明でなければよく、赤、黄、緑、青、紫、のように有彩色だけでなく、白、灰色または黒などの無彩色であってもよい。

第二カバー１１２は、平面視にて略矩形状の外形を有する。第二カバー１１２は、本実施形態においては平板状であるが、第一カバー１１１が湾曲している場合には、第一カバー１１１と略同様の曲率で湾曲している。

本実施形態においては、第二カバー１１２は、ポリカーボネート製の板である。ただし、第二カバー１１２は、これに限られず、アクリルなどの他の樹脂製の板、ＣＦＲＰ(carbon-fiber-reinforced plastic)製の板またはアルミなどの金属製の板であってもよいし、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂製のシートであってもよい。

第二カバー１１２は、ポリカーボネートを射出成型することにより形成されている。
また、第二カバー１１２は、透明であっても不透明であってもよい。

太陽電池セル１１３は、マトリックス状に互いに間隔を置いて複数配置されている。複数の太陽電池セル１１３は、互いに電気的に接続されている。具体的には、一列に配置された複数の太陽電池セル１１３が互いに直列に接続されて、太陽電池ストリングを構成している。複数の太陽電池ストリングは、互いに直列に接続されている。

封止材１１４は、第一カバー１１１と第二カバー１１２とに挟まれた領域に位置する。封止材１１４は、第一カバー１１１、第二カバー１１２および太陽電池セル１１３に接触している。

本実施形態においては、封止材１１４は、ＥＶＡ(Ethylene-Vinyl Acetate)で構成されている。ただし、封止材１１４を構成する材料は、ＥＶＡに限られず、ＰＶＢ(Poly Vinyl Butyral)、シリコーン樹脂またはアイオノマー樹脂などでもよい。

複数の太陽電池セル１１３間には、インターコネクタ２１１，２１２，２１３が設けられている。インターコネクタ２１１，２１２，２１３は、一対の脚部２１１ａ，２１２ａ，２１３ａと、一対の脚部２１１ａ，２１２ａ，２１３ａの間に設けられた可撓部２１１ｂ，２１２ｂ，２１３ｂとを有する。

一対の脚部２１１ａ，２１２ａ，２１３ａは可撓部２１１ｂ，２１２ｂ，２１３ｂに接続されている。

一方の脚部２１１ａは端子２２１またはタブ線２２０に接続されている。他方の脚部２１１ａは太陽電池セル１１３に接続されている。一方の脚部２１２ａおよび他方の脚部２１２ａは太陽電池セル１１３に接続されている。一方の脚部２１３ａは太陽電池セル１１３に接続されている。他方の脚部２１３ａは端子２３１またはタブ線２３０に接続されている。

一対の端子２２１には貫通孔２２１ａが設けられている。一対の端子２３１には貫通孔２３１ａが設けられている。

第二カバー１１２上には、一対の端子２２１と、一対の端子２２１に接続されるタブ線２２０とが配置されている。一対の端子２２１およびタブ線２２０は、溶接により脚部２１１ａと接続されている。

第二カバー１１２上には、一対の端子２３１と、一対の端子２３１に接続されるタブ線２３０とが配置されている。一対の端子２３１およびタブ線２３０は、溶接により脚部２１３ａと接続されている。

可撓部２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂは、変形しやすい形状である。一対の脚部２１１ａ間の距離が変化すると可撓部２１１ｂが変形する。一対の脚部２１２ａ間の距離が変化すると可撓部２１２ｂが変形する。一対の脚部２１３ａ間の距離が変化すると可撓部２１３ｂが変形する。

図３の二点鎖線１９０は、有色部と透明部との境界線を示す。二点鎖線１９０の内側に太陽電池セル１１３が位置している。太陽電池セル１１３は、第一カバー１１１の透明部の下に位置する。タブ線２２０，２３０は第一カバー１１１の有色部の下に位置する。

図４で示すように、第一カバー１１１と第二カバー１１２との間に封止材１１４、太陽電池セル１１３、第一カバー１１１および第一カバー１１１の一部分を構成する有色部１２１が設けられている。

有色部１２１は、第一カバー１１１の第二カバー側の面に周囲を囲む枠状に二色成形にて一体的に成形されている。有色部１２１には、ボス１２１ａが設けられている。一方のボス１２１ａが貫通孔２２１ａに挿入される。他方のボス１２１ａが貫通孔２３１ａに挿入される。ボス１２１ａは第二カバー１１２と接触している。有色部１２１は、第一カバー１１１の周囲に限らず、太陽電池セル１１３と対向しない部分であれば設けることができる。

この実施形態では、ボス１２１ａは第一カバー１１１の一部分を構成する有色部１２１に設けられるが、ボス１２１ａが第二カバー１１２に設けられてもよい。また、ボス１２１ａは第一カバー１１１および第二カバー１１２とは別体で設けられてもよい。

実施形態１に従った太陽電池モジュール１１０は、少なくとも一部分が透明性を有する板状の第一カバー１１１と、第一カバー１１１に対向配置された第二カバー１１２と、第一カバー１１１および第二カバー１１２の間に配置された少なくとも１つの太陽電池セル１１３と、第一カバー１１１および第二カバー１１２の間を埋めて互いを接合し、太陽電池セル１１３を封止する封止材１１４と、太陽電池セル１１３に電気的に接続されて第一カバー１１１と第二カバー１１２との間で封止材１１４に取り囲まれる導電体としての端子２２１，２３１とを備え、第一カバー１１１は、端子２２１，２３１を位置決めする位置決め部としてのボス１２１ａを有する。

太陽電池セル１１３は、複数の太陽電池セル１１３がインターコネクタ２１２によって互いに一列に接続された太陽電池ストリングを構成し、ボス１２１ａは太陽電池ストリングの両端部にインターコネクタ２１１，２１３を介して接続された端子２２１，２３１を位置決めする。なお、ボス１２１ａは、導電体としてのタブ線２２０，２３０またはインターコネクタ２１１，２１３を位置決めしてもよい。

第一カバー１１１は外部から第一カバー内部を遮蔽する有色部１２１を備え、ボス１２１ａは有色部１２１の内側に配置される。また、ボス１２１ａは有色部１２１に一体で設けられている。

ボス１２１ａの先端部１２１ｂは熱カシメされて拡径している。そのため端子２２１の貫通孔２２１ａよりも先端部１２１ｂの径が大きいため、端子２２１はボス１２１ａから外れない。ボス１２１ａにより端子２２１が固定されている。

端子２２１が第一カバー１１１の一部分である有色部１２１に直接接触している。なお、図４では示していないが、図３の端子２３１の下にも封止材１１４が存在せず、端子２３１は有色部１２１と直接接触している。

図５から７は、実施形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。図５で示すように、端子２２１の貫通孔２２１ａをボス１２１ａに挿入する。この時、端子２２１の下に封止材１１４を配置しない。封止材１１４は、太陽電池セル１１３の下に配置される。

図６で示すように、治具５００を用いてボス１２１ａの先端を熱カシメして先端部１２１ｂを拡径する。加熱された治具５００の凹部５０１は球形状であり、その形状に従ってボス１２１ａを構成する樹脂が溶融する。先端部１２１ｂの外表面は球形状となる。このとき先端部１２１ｂに端子２２１が押圧されて端子２２１が有色部１２１に接触する。熱カシメ時に端子２２１の下に封止材が存在しないため、端子２２１の位置のばらつきが少なくなる。さらに有色部１２１と端子２２１との間に封止材１１４が存在しないためカシメの信頼性が高まる。

図７で示すようにボス１２１ａ上に封止材１１４および第二カバー１１２を載置する。そして、第一カバー１１１および第二カバー１１２を温度約１４０℃まで加熱する。封止材１１４が溶融して封止材１１４が各部品の隙間に充填される。加熱工程では各部品が熱膨張により移動しようとするが、端子２２１の貫通孔２２１ａにボス１２１ａが挿入されているため、太陽電池モジュールを構成する部品が位置決めされて移動が抑制される。その後、室温まで降温して封止材を固化することで、図３で示す太陽電池モジュールが完成する。

以上のように構成された太陽電池モジュール１１０では、第一カバー１１１および第二カバー１１２の膨張および収縮に応じてインターコネクタ２１１，２１２，２１３が移動するようにボス１２１ａが設けられている。また、脚部２１１ａ，２１３ａと溶接により接続された一対の端子２２１，２３１が貫通孔２２１ａ，２３１ａと嵌合するので、第一カバー１１１および第二カバー１１２の膨張、収縮に応じて太陽電池セル１１３が中央に移動することがない。その結果、ボス１２１ａを用いてインターコネクタ２１１，２１２，２１３および端子２２１，２３１、太陽電池セル１１３を確実に位置決めすることができる。

さらに、製造工程において、第一カバー１１１上に端子２２１，２３１を配置する。この時、ボス１２１ａに貫通孔２２１ａ，２３１ａを嵌合させる。この状態で第二カバー１１２を配置することができるため、製造工程において、端子２２１，２３１を確実に位置決めすることができる。さらに、第一カバー１１１に対して端子２２１，２３１の位置がずれないので、製造効率を向上させることができる。また、端子２２１，２３１と有色部１２１との間に封止材１１４が存在しないため、端子２２１，２３１の位置のばらつきが少なくなる。その結果、カシメの信頼性が高まる。

（実施形態２）
図８は、実施形態２の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。図８で示すように、実施形態２に従った太陽電池モジュールの製造方法では、ボス１２１ａの長さが実施形態１に従ったボス１２１ａの長さよりも長い。そのため図８で示す工程において貫通孔２２１ａにボス１２１ａを嵌め合わせやすくなる。さらに端子２２１の外れを防止できる。また、延長したボス１２１ａをその後熱カシメすることにより、ボス１２１ａを封止材１１４の厚み内に収めることができる。そのため、太陽電池モジュール全体の厚みが増すことがなく、質量の増加を防止できる。

以上、実施形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、たとえば、車両に搭載される太陽電池モジュールの分野において用いることができる。

１００車両、１１０太陽電池モジュール、１１１第一カバー、１１１ｃ，１１１ｄ，１１２ｃ，１１２ｄ矢印、１１１ｆ嵌合部、１１２第二カバー、１１３太陽電池セル、１１４封止材、１２０ルーフサイドメンバ、１２１有色部、１２１ａボス、１９０二点鎖線、２１１，２１２，２１３，１２１１インターコネクタ、２１１ａ，２１２ａ，２１３ａ脚部、２１１ｂ，２１２ｂ，２１３ｂ撓み部、２１３ｄ，２２１ａ，２３１ａ，２３１ｃ貫通孔、２２０，２３０タブ線、２２１，２３１端子、２３１ｅ凹部、２３１ｆ凸部。

Claims

少なくとも一部分が透明性を有する板状の第一カバーと、
前記第一カバーに対向配置された第二カバーと、
前記第一カバーおよび前記第二カバーの間に配置された少なくとも１つの太陽電池セルと、
前記第一カバーおよび前記第二カバーの間を埋めて互いを接合し、前記太陽電池セルを封止する封止材と、
前記太陽電池セルに電気的に接続されて前記第一カバーと前記第二カバーとの間で前記封止材に取り囲まれる導電体とを備え、
前記第一カバーおよび前記第二カバーの少なくとも一方は、前記導電体を位置決めする位置決め部を有し、
前記位置決め部を有する前記第一カバーおよび前記第二カバーの少なくとも一方に前記導電体が接触する、太陽電池モジュール。
複数の前記太陽電池セルが前記導電体により一列に接続された太陽電池ストリングを構成し、
前記位置決め部は前記太陽電池ストリングの両端部に接続された前記導電体を位置決めする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記第一カバーは外部から第一カバー内部を遮蔽する有色部を備え、
前記位置決め部は前記有色部と前記第二カバーとの間に配置される、請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
前記位置決め部は前記有色部に一体で設けられる、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
前記位置決め部の先端は熱カシメされて前記導電体は位置決めされている、請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
請求項５に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記位置決め部を有する前記第一カバーおよび前記第二カバーの少なくとも一方に接触するように前記導電体を載置して前記位置決め部で前記導電体を位置決めする工程と、
前記位置決め部の先端を熱カシメして前記位置決め部で位置決めされている前記導電体を前記位置決め部で固定する工程と、
前記位置決め部で固定された前記導電体を取り囲むように前記封止材を前記第一カバーと前記第二カバーとの間に配置する工程とを備えた、太陽電池モジュールの製造方法。