JP2018133556A - Solar cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池モジュールに関し、特に、表裏において保護基板の熱膨張率が異なる太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a solar cell module, and more particularly to a solar cell module in which the thermal expansion coefficient of a protective substrate is different between the front and back sides.
太陽電池モジュールは、基本的な構成として、第1保護基板と、第1樹脂層(封止材)と、光電変換部と、第2樹脂層(封止材)と、第2保護基板と、をこの順に備えた構成になっている。つまり、光電変換部の表裏面を、第1保護基板及び第1の樹脂層と、第2樹脂層及び第2保護基板とで覆うことで、光電変換部の保護を図っている。このような構成において、光電変換部においては、複数の太陽電池セルがマトリックス状に配列され、隣接する太陽電池セル同士はタブ配線によって電気的に接続される(例えば、特許文献1参照)。 The solar cell module has, as a basic configuration, a first protective substrate, a first resin layer (encapsulant), a photoelectric conversion unit, a second resin layer (encapsulant), a second protective substrate, In this order. That is, the photoelectric conversion unit is protected by covering the front and back surfaces of the photoelectric conversion unit with the first protective substrate and the first resin layer, and the second resin layer and the second protective substrate. In such a configuration, in the photoelectric conversion unit, a plurality of solar cells are arranged in a matrix, and adjacent solar cells are electrically connected by tab wiring (see, for example, Patent Document 1).
近年、太陽電池モジュールを軽量化するために、ガラス基板の代わりに樹脂基板を使用することが提案されている。そして、表裏の保護基板において、それぞれの役割に応じた最適な材料が選択されることから、表裏の保護基板の材料が異なるようになってきた。 In recent years, in order to reduce the weight of a solar cell module, it has been proposed to use a resin substrate instead of a glass substrate. And since the optimal material according to each role is selected in the front and back protection board, the material of the front and back protection board has come to differ.
太陽電池モジュールは、上述のごとく、第1、第2保護基板のいずれかを樹脂とすることにより、ガラス基板を用いたものよりも大幅な軽量化を図ることができる。しかしながら、樹脂基板はガラス基板に比べて温度上昇により大きく膨張し、その膨張に起因するタブ配線外れによる信頼性低下が課題となる。 As described above, the solar cell module can be made much lighter than that using a glass substrate by using any one of the first and second protective substrates as a resin. However, the resin substrate expands greatly as the temperature rises as compared with the glass substrate, and a problem is a decrease in reliability due to tab wiring disconnection due to the expansion.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、表裏において熱膨張率が異なる保護基板を用いた場合であっても、タブ配線外れなどの問題を防止し得る太陽電池モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. And the objective of this invention is providing the solar cell module which can prevent problems, such as tab wiring disconnection, even if it is a case where the protection board from which a thermal expansion coefficient differs in front and back is used.
本発明の第1の態様に係る太陽電池モジュールは、受光面側から順に、第1保護基板と、一対の封止材層と、前記一対の封止材層の間に位置する、太陽電池セル及びタブ配線を有する光電変換部と、第2保護基板とを有する。そして、第1保護基板は樹脂からなり、第1保護基板及び第2保護基板それぞれの熱膨張率が異なる。また、第1保護基板及び第2保護基板のうち熱膨張率が小さい保護基板側に位置する封止材層の厚みd1と、熱膨張率が大きい保護基板側に位置する封止材層の厚みd2との関係が0<d1<d2である。 The solar cell module which concerns on the 1st aspect of this invention is a photovoltaic cell located between a 1st protective substrate, a pair of sealing material layer, and a pair of said sealing material layer in order from the light-receiving surface side. And a photoelectric conversion part having a tab wiring, and a second protective substrate. The first protective substrate is made of resin, and the first protective substrate and the second protective substrate have different coefficients of thermal expansion. Further, the thickness d 1 of the sealing material layer among thermal expansion coefficient of the first protective substrate and the second protective substrate is positioned in a small protective substrate side, the sealing material layer located large protective substrate coefficient of thermal expansion the relationship between the thickness d 2 is 0 <d 1 <d 2.
本発明の第2の態様に係る太陽電池モジュールは、第1保護基板と、一対の封止材層と、前記一対の封止材層の間に位置する、太陽電池セル及びタブ配線を有する光電変換部と、第2保護基板とを有する。そして、第1保護基板及び第2保護基板それぞれの熱膨張率が異なる。第1保護基板及び第2保護基板のうち熱膨張率が小さい方の保護基板側に位置する封止材層の厚みd1と、熱膨張率が大きい方の保護基板側に位置する封止材層の厚みd2との関係が0<d1<d2である。 A solar cell module according to a second aspect of the present invention includes a photovoltaic cell having a first protective substrate, a pair of encapsulant layers, and a solar cell and a tab wiring located between the pair of encapsulant layers. A conversion unit and a second protective substrate are included. The first protective substrate and the second protective substrate have different coefficients of thermal expansion. Of the first protective substrate and the second protective substrate, the thickness d 1 of the sealing material layer located on the side of the protective substrate having the smaller thermal expansion coefficient, and the sealing material located on the side of the protective substrate having the larger thermal expansion coefficient The relationship with the layer thickness d 2 is 0 <d 1 <d 2 .
本発明によれば、表裏において熱膨張率が異なる保護基板を用いた場合であっても、タブ配線外れなどの問題を防止し得る太陽電池モジュールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is a case where the protective substrate from which a thermal expansion coefficient differs in front and back is used, it can provide the solar cell module which can prevent problems, such as tab wiring disconnection.
<太陽電池モジュール>
以下、図面を参照して本実施形態に係る太陽電池モジュールについて説明する。図1は、図1は太陽電池モジュール100の上面図である。図1に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール100は、平面視状態では、長方形状のものであり、x軸、y軸、z軸からなる直角座標系が規定される。x軸、y軸は、太陽電池モジュール100の平面内において互いに直交する。z軸は、x軸およびy軸に垂直であり、太陽電池モジュール100の厚み方向に延びる。また、x軸、y軸、z軸のそれぞれの正の方向は、図1における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。太陽電池モジュール100を形成する2つの主表面であって、かつx−y平面に平行な2つの主表面のうち、z軸の正方向側に配置される主平面が「受光面」であり、z軸の負方向側に配置される主平面が「裏面」である。なお、「受光面」とは光が主に入射する面を意味し、「裏面」とは受光面と反対側の面を意味することもある。また、z軸の正方向側を「受光面側」とよび、z軸の負方向側を「裏面側」とよぶこともある。
<Solar cell module>
Hereinafter, the solar cell module according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view of the
上記の記載における「上」とは、z軸の正方向側であってもよく、z軸の負方向側であってもよい。さらに、「略」は、誤差の範囲で異なっていること、つまり実質的に同一であることを示す。 “Upper” in the above description may be on the positive side of the z axis or on the negative side of the z axis. Furthermore, “substantially” indicates that they are different within the error range, that is, substantially the same.
太陽電池モジュール100は、複数の太陽電池セル10、複数のタブ配線12、複数の接続配線14を含む。
The
複数の太陽電池セル10のそれぞれは、入射する光を吸収して光起電力を発生する。
太陽電池セル10は、例えば、結晶系シリコン、ガリウム砒素(GaAs)またはインジウム燐(InP)等の半導体材料によって形成される。太陽電池セル10の構造は、特に限定されないが、ここでは、一例として、結晶シリコンとアモルファスシリコンとが積層されているとする。
Each of the plurality of
The
図1では省略しているが、各太陽電池セル10の受光面および裏面には、互いに平行にx軸方向に延びる複数のフィンガー電極と、複数のフィンガー電極に直交するようにy軸方向に延びる複数、例えば2本のバスバー電極とが備えられる。バスバー電極は、複数のフィンガー電極のそれぞれを接続する。
Although omitted in FIG. 1, a plurality of finger electrodes extending in the x-axis direction parallel to each other and extending in the y-axis direction so as to be orthogonal to the plurality of finger electrodes are provided on the light receiving surface and the back surface of each
複数の太陽電池セル10は、x−y平面上にマトリクス状に配列される。ここでは、x軸方向(長方形状における短手方向)に4つの太陽電池セル10が並べられており、y軸方向(長方形状における長手方向)に5つの太陽電池セル10が並べられている。
なお、x軸方向に並べられる太陽電池セル10の数と、y軸方向に並べられる太陽電池セル10の数は、これらに限定されない。y軸方向に並んで配置される5つの太陽電池セル10は、タブ配線12によって直列に接続され、1つの太陽電池ストリング16が形成される。さらに、前述のごとく、x軸方向に4つの太陽電池セル10が並べられるので、y軸方向に延びた太陽電池ストリング16がx軸方向に4つ平行に並べられる。また、太陽電池ストリング16は、複数の太陽電池セル10だけを示してもよいし、複数の太陽電池セル10と複数のタブ配線12との組合せを示してもよい。
The plurality of
In addition, the number of the
太陽電池ストリング16を形成するために、タブ配線12は、隣接した太陽電池セル10のうちの一方の受光面側のバスバー電極と、他方の裏面側のバスバー電極とを電気的に接続する。すなわち、隣接した太陽電池セル10は互いにタブ配線12で電気的に接続されている。タブ配線12は、細長い金属箔であり、例えば、銅箔にハンダや銀等をコーティングしたものが用いられる。タブ配線12とバスバー電極との接続には樹脂が使用される。この樹脂は導電性、非導電性いずれでもよいが、タブ配線12とバスバー電極が電気的、および機械的に接続される必要がある。つまり、後者の場合はタブ配線12とバスバー電極とが直接接続されることで電気的に接続される。また、タブ配線12とバスバー電極との接続は、樹脂ではなくハンダを用いてもよい。
In order to form the
さらに、太陽電池ストリング16のy軸の正方向側と負方向側において、複数の接続配線14がx軸方向に延びており、接続配線14は、隣接した2つの太陽電池ストリング16を電気的に接続する。以上の構成において、太陽電池セル10、太陽電池ストリング16のそれぞれが「光電変換部」であってもよく、複数の太陽電池ストリング16と接続配線14との組合せが「光電変換部」であってもよい。
Further, a plurality of
本実施形態の太陽電池モジュールは、第1保護基板と、一対の封止材層と、前記一対の封止材層の間に位置する、太陽電池セル及びタブ配線を有する光電変換部と、第2保護基板とを有する。そして、第1保護基板及び第2保護基板それぞれの熱膨張率が異なる。また、第1保護基板及び前記第2保護基板のうち熱膨張率が小さい保護基板側に位置する封止材層の厚みd1と、熱膨張率が大きい保護基板側に位置する封止材層の厚みd2との関係が0<d1<d2である。 The solar cell module of the present embodiment includes a first protective substrate, a pair of sealing material layers, a photoelectric conversion unit having a solar battery cell and a tab wiring, which is positioned between the pair of sealing material layers, 2 protective substrates. The first protective substrate and the second protective substrate have different coefficients of thermal expansion. Further, the thickness d 1 of the sealing material layer where the first protective substrate and among thermal expansion coefficient of the second protective substrate is positioned in a small protective substrate side, a sealing material layer located thermal expansion coefficient is large protective substrate side The relationship with the thickness d 2 of the above is 0 <d 1 <d 2 .
図2は、図1のA−A線に沿った断面図であり、図3は、図1のB−B線に沿った断面図である。太陽電池モジュール100は、太陽電池セル10、タブ配線12、接続配線14、太陽電池ストリング16、第2保護基板20、封止材層24、封止材層26、及び第1保護基板28を含む。すなわち、太陽電池セル10及びタブ配線12を有する光電変換部は、一対の封止材層24、26の間に位置し、その上下に第1保護基板28と、第2保護基板20とが配されている。また、図2、図3の下側(第2保護基板20側)が裏面側に相当し、上側(第1保護基板28側)が受光面側に相当する。
2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. The
図2、図3に示す構成において、第1保護基板28及び第2保護基板20はそれぞれ熱膨張率が異なる。ここでは、第1保護基板28はポリカーボネートからなり、第2保護基板20はガラスエポキシ樹脂からなるとする。この場合、第1保護基板28の方が第2保護基板20よりも熱膨張率が大きい。そして、熱膨張率が小さい第2保護基板20側に位置する封止材層24の厚みがd1であり、熱膨張率が大きい第1保護基板28側に位置する封止材層26の厚みがd2であり、d1<d2となるように封止材層24、26が設けられている。このように第1保護基板28及び第2保護基板20それぞれの熱膨張率の相違に基づき各封止材層の厚みを上記のように設定することで、タブ配線の外れや破断を防止することができる。これは、第1保護基板28及び第2保護基板20がそれぞれ熱膨張したとき、それらの側に位置する、柔軟な材料からなる封止材層24、26が各保護基板の熱膨張に追従できるからである。具体的には、熱膨張率がより大きい第1保護基板28側には、第2保護基板20側に位置する封止材層24の厚みd1よりも大きい厚みd2の封止材層26が位置している。そして、第2保護基板20よりも熱膨張が大きい第1保護基板28側には、より厚みが大きい封止材層26が位置している。そのため、第1保護基板28の熱膨張をより大きく吸収することができ、第1保護基板28及び第2保護基板20の熱膨張の差を相殺することができる。従って、第1保護基板28及び第2保護基板20の熱膨張の差に起因する光電変換部のタブ配線12への負荷が軽減され、タブ配線12の外れや破断を防止することができる。
以下に各層について順次説明する。なお、以下においては、第1保護基板を受光面側の保護基板、第2保護基板をその反対側(裏面側)の保護基板として説明する。
2 and 3, the first
Each layer will be described in turn below. In the following description, the first protective substrate will be described as a protective substrate on the light receiving surface side, and the second protective substrate will be described as a protective substrate on the opposite side (back side).
[第1保護基板]
第1保護基板28は、太陽電池モジュール100の受光面側に配置されており、太陽電池モジュール100の表面を保護する。第1保護基板28には、例えば、透光性を有するポリカーボネート樹脂(透明、または半透明)が使用される。
第1保護基板28の厚みは、太陽電池モジュール100の表面を保護する役割を果たす限り特に限定されないが、0.1〜10mmとすることが好ましく、0.5〜5mmとすることがより好ましい。このような範囲とすることによって、太陽電池モジュール100を適切に保護し、光を太陽電池セル10に効率よく到達させることができる。
また、第1保護基板28は、例えば、厚さ1mmの矩形板状に形成されるが、これに限定されない。ポリカーボネート樹脂は、熱可塑性プラスチックの一種であり、その引張弾性率は2.3〜2.5GPaである。
ここで、引張弾性率Eは、同軸方向のひずみσと応力εの比例定数であり、次のように示される。
E=σ/ε
また、引張弾性率は、ヤング率ともよばれる。
なお、第1保護基板28の熱膨張率は特に限定はないが、本実施形態の太陽電池モジュールは、第1保護基板28と第2保護基板20とで熱膨張率が異なるものを対象としている。
[First protective substrate]
The first
Although the thickness of the 1st
The first
Here, the tensile modulus E is a proportional constant of the strain σ and the stress ε in the coaxial direction, and is expressed as follows.
E = σ / ε
The tensile elastic modulus is also called Young's modulus.
The thermal expansion coefficient of the first
[封止材層]
一対の封止材層24、26は、太陽電池セル10及びタブ配線を含む光電変換部を封止する。封止材層24は、第2保護基板20のz軸の正方向側(上側)に配置されており、封止材層26は、第1保護基板28のz軸の負方向側(下側)に配置されている。
[Encapsulant layer]
The pair of sealing
封止材層26としては、例えば、引張弾性率が0.001MPa〜1MPaであり、損失係数が0.1〜0.52であるゲルが使用される。このようなゲルは、例えば、シリコンゲル、アクリルゲル、ウレタンゲル等である。シリコンゲルについて、引張弾性率は0.022MPaである。損失係数は、貯蔵剪断弾性率(G’)と損失剪断弾性率(G”)の比G”/G’であり、tanδで示される。損失係数は、材料が変形する際に材料がどのくらいエネルギーを吸収するかを示しており、tanδの値が大きいほどエネルギーを吸収する。この損失係数は、動的粘弾性測定装置によって測定される。封止材層26は、透光性を有するとともに、第1保護基板28におけるx−y平面において僅かながら小さな寸法の面を有する長方形状のシート材によって形成される。なお、封止材層26は、液状であってもよい。
As the sealing
封止材層24として、例えば、EVA、PVB(ポリビニルブチラール)、ポリイミド等の樹脂フィルムのような熱可塑性樹脂が使用される。なお、熱硬化性樹脂が使用されてもよい。ここでは、特にEVAが使用されるとする。EVAについて、引張弾性率は0.01〜0.25GPaであり、損失係数は0.05である。封止材層24は、透光性を有するとともに、第1保護基板28におけるx−y平面と略同一寸法の面を有する矩形状のシート材によって形成される。
As the sealing
以上、封止材層24、26はそれぞれ分けて説明したが、それぞれ同じものを使用してもよい。
As described above, the sealing
以上の一対の封止材層24、26は、上記の通り、第1保護基板28の方が第2保護基板20よりも熱膨張率が大きい場合、次のように厚みが設定される。すなわち、熱膨張率が小さい第2保護基板20側に位置する封止材層24の厚みをd1、熱膨張率が大きい第1保護基板28側に位置する封止材層26の厚みをd2としたとき、d1<d2となるように設定される。また、この場合、d2/d1≦1.2となるように設定することが好ましい。
As described above, when the first
太陽電池ストリング16は、前述のごとく、y軸方向(長方形状の長手方向)に並んだ複数の太陽電池セル10が、タブ配線12によって接続されることによって形成される。
また、太陽電池ストリング16のy軸の正方向側端と負方向側端に、接続配線14が接続される。このような接続配線14、太陽電池ストリング16は、封止材層26のz軸の負方向側に配置される。また、複数の太陽電池セル10のそれぞれは、受光面および裏面を有する平板状に形成される。このような構成に対して、図2、3の上方から荷重が加わった場合には、第1保護基板28、封止材層24、26で緩衝し、太陽電池モジュール100の損傷を抑制している。
As described above, the
The
[第2保護基板]
第2保護基板20は、封止材層24のz軸の負方向側に配置される。第2保護基板20は、太陽電池モジュール100の裏面側を保護する。第2保護基板20は、GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)、CFRP(Caron Fiber Reinforced Plastics)及びセルロースナノファイバーを含む繊維強化樹脂からなることが好ましい。GFRPとしては、例えば、ガラスエポキシ樹脂(強度向上繊維体混入樹脂の一例)が使用される。ガラスエポキシ樹脂の引張弾性率は20〜25GPaであるので、第1保護基板28の引張弾性率は、第2保護基板20の引張弾性率よりも大きくされる。
[Second protective substrate]
The second
また、第2保護基板20には、第1保護基板28と同様にポリカーボネート樹脂が使用されてもよい。その場合、第2保護基板20は、第1保護基板28よりもz軸方向に厚くなるように形成される。つまり、その場合、第2保護基板20は、第1保護基板28に比べて強度(剛性)の高いものが使用されるが、本実施形態においては、第2保護基板20は第1保護基板28よりも強度(剛性)が低くてもよい。また、このような材料で構成される第2保護基板20は、第1保護基板28に比べて熱膨張率の小さなものとなっている。
Further, a polycarbonate resin may be used for the second
第2保護基板20の厚みは、特に限定されないが、0.01mm以上10mm以下であることが好ましく、0.05mm以上5.0mm以下であることがより好ましく、0.07mm以上1.0mm以下であることがさらに好ましい。特に、繊維強化樹脂の場合は、繊維1本の直径が厚みの下限値であることが好ましい。第2保護基板20の厚みをこのような範囲とすることによって、第2保護基板20のたわみを抑制し、太陽電池モジュール100をより軽量化することができる。
The thickness of the second
本実施形態の太陽電池モジュールは、軽量化のため第1保護基板及び第2保護基板の少なくとも一方が樹脂からなることが好ましい。 In the solar cell module of the present embodiment, it is preferable that at least one of the first protective substrate and the second protective substrate is made of resin for weight reduction.
本実施形態の太陽電池モジュールにおいて、第1保護基板及び前記第2保護基板のうち、厚みがd1の封止材層側に位置する保護基板の前記タブ配線と対向する領域に、タブ配線の長手方向に延在する溝が形成されていることが好ましい。上記の通り、本実施形態の太陽電池モジュールにおいては、第1保護基板28及び第2保護基板20のうち熱膨張率が小さい保護基板側に位置する封止材層の厚みを薄く形成している。そのため、太陽電池セル10には応力が集中することが推察される。そこで、封止材層の厚みを薄くした保護基板側のタブ配線と対向する領域に、タブ配線の長手方向に延在する溝を形成することで太陽電池セルに集中する応力を緩和することができる。
In the solar cell module of the present embodiment, tab wiring is provided in a region facing the tab wiring of the protective substrate located on the sealing material layer side having a thickness of d 1 out of the first protective substrate and the second protective substrate. It is preferable that a groove extending in the longitudinal direction is formed. As described above, in the solar cell module of the present embodiment, the thickness of the sealing material layer located on the side of the protective substrate having a small thermal expansion coefficient among the first
上記のような溝を形成した形態を図4に示す。図4は、タブ配線12の対向する領域に溝30を形成している点で図3とは異なる。すなわち、既述の通り、封止材層24は封止材層26よりも厚みを薄く形成しており、封止材層24側に位置する第2保護基板20に溝30を形成している。
FIG. 4 shows a form in which the above grooves are formed. FIG. 4 is different from FIG. 3 in that the
さらに、第1保護基板及び第2保護基板のうち、厚みがd2の封止材層側に位置する保護基板のタブ配線と対向する領域に、タブ配線の長手方向に延在する溝が形成されていることが好ましい。そのような形態を図5に示す。図5においては、厚みがd2の封止材層26側に位置する第1保護基板28のタブ配線12と対向する領域に、タブ配線12の長手方向に延在する溝32が形成されている。このように第1保護基板28及び第2保護基板20の双方に溝を形成することで、太陽電池セル10に集中する応力をさらに緩和することができる。
Moreover, among the first protective substrate and the second protective substrate, in a region where the thickness is the wiring member facing the protection substrate positioned sealing material layer side of d 2, a groove extending in the longitudinal direction of the wiring member formed It is preferable that Such a configuration is shown in FIG. In Figure 5, in a region where the thickness is opposed to the
第1保護基板28及び第2保護基板20の少なくとも一方に形成された溝30、32の断面形状が台形又は半楕円形であることが好ましい。図4及び図5における溝30、32の断面形状は矩形状のものである。これに対して、図6(A)に示すような台形、又は図6(B)に示すような半楕円形とすると、封止材層の材料である封止材の流動性を高めて気泡の発生を抑制することができる。
The cross-sectional shape of the
前記溝のエッジ部分が円弧状、すなわち丸みを帯びた形状に形成されていることが好ましい。エッジ部分は、例えば、図6(A)、(B)において丸囲みをした部分である。この部分が円弧状に形成されることで、溝の断面形状を台形又は半楕円形とするのと同様に、封止材層の材料である封止材の流動性を高めて気泡の発生を抑制することができる。 It is preferable that the edge portion of the groove is formed in an arc shape, that is, a rounded shape. The edge portion is, for example, a circled portion in FIGS. 6 (A) and 6 (B). By forming this part in an arc shape, it is possible to increase the fluidity of the sealing material, which is the material of the sealing material layer, and to generate bubbles as well as to make the cross-sectional shape of the groove trapezoidal or semi-elliptical. Can be suppressed.
また、タブ配線12の長手方向と直交する方向における溝の幅が、タブ配線12の幅より大きいことが好ましい。このようにすることで、封止材層の封止材が広範に行き渡りやすくなり、空気が残存するのを抑制することができる。あるいは、タブ配線12と溝30、32との位置について、製造誤差によるバラツキの許容範囲を広くすることができる。具体的には、溝30、32の延在方向と直交する方向の幅をW1、タブ配線12の幅をW2とするとき、1≦W1/W2≦5とすることが好ましい。
The width of the groove in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the
上記のような溝30、32は、第1保護基板28又は第2保護基板20において、タブ配線12の対向領域全体に形成することができるが、太陽電池セル10が存在しない領域に対向する領域おいて溝30、32は形成されないことが好ましい。そのような形態を図7に示す。図7は、第2保護基板20の上面図であり、タブ配線12に対向する領域に溝30が形成されているが、太陽電池セル10と隣接する太陽電池セル10の間の領域、すなわち太陽電池セル10が存在しない領域に対向する領域34において溝30は形成されていない。このような構成とすることにより、隣接する太陽電池セル10の間において気泡の発生を抑えることができる。
The
一方、上記のような溝30、32は、第1保護基板28又は第2保護基板20の成形時において同時に成形することが好ましい。このようにすることで、第1又は第2保護基板を作製後に別工程にて溝を形成する必要がなく製造効率向上に資する。
On the other hand, the
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態の太陽電池モジュールは、第1保護基板及び第2保護基板のうち、受光面側とは反対側の保護基板(以下、「裏面側保護基板」と呼ぶ)が樹脂からなる。そして、(1)裏面側保護基板の外側面であって、タブ配線の長手方向に柱状補強リブが延在する、及び/又は、(2)裏面側保護基板の外側面の外周に沿って枠状補強リブが延在する。 Next, a second embodiment will be described. In the solar cell module of the second embodiment, the protective substrate on the side opposite to the light receiving surface side (hereinafter referred to as “back side protective substrate”) of the first protective substrate and the second protective substrate is made of resin. And (1) an outer surface of the back surface side protective substrate, in which columnar reinforcing ribs extend in the longitudinal direction of the tab wiring, and / or (2) a frame along the outer periphery of the outer surface of the back surface side protective substrate. The reinforcing ribs extend.
第2の実施形態は、第1の実施形態の太陽電池モジュール100における受光面側とは反対側の第2保護基板20(裏面側保護基板)の機械強度を高めた形態である。つまり、第2の実施形態では、第2保護基板20に特徴があるため、第2保護基板20を中心に説明する。そして、第2保護基板20以外の構成(光電変化部や第1保護基板など)は特段触れないが第1の実施形態と同様であり、第1の実施形態で説明した内容がそのまま妥当する。
In the second embodiment, the mechanical strength of the second protective substrate 20 (back surface side protective substrate) on the side opposite to the light receiving surface side in the
図8は、第2の実施形態の一例を示す図である。第2の実施形態の太陽電池モジュールは、図8(B)に示すように、第2保護基板40、光電変換部がその間に配された一対の封止材層42、及び第1保護基板44を含む。図8(A)に示すように、第2保護基板40は、枠状補強リブ40Aと、柱状補強リブ40Bとが形成されている。ここで、図8(A)は太陽電池モジュールの全体を示すため、本来なら図1に示すように長方形状で描くべきであるが、便宜上、正方形状で描いている。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the second embodiment. As shown in FIG. 8B, the solar cell module of the second embodiment includes a second
図8に示すように、第2保護基板40の外側面の外周に沿って枠状補強リブ40Aが延在しており、第2保護基板40の外側面であって、タブ配線の長手方向に柱状補強リブ40Bが延在する。特に、柱状補強リブ40Bは第2保護基板40の梁として機能し、熱による第2保護基板40の変形を防止することができる。しかも、柱状補強リブ40Bは一対の封止材層42内に位置するタブ配線の長手方向に延在するため、柱状補強リブ40Bによりタブ配線の破断が防止される。枠状補強リブ40Aと、柱状補強リブBとが相まって、第2保護基板40の変形を防止することができる。
As shown in FIG. 8, a frame-shaped reinforcing
例えば、第1保護基板44の下面外周部と、一対の封止材層42、及び第2保護基板40の上面外周部を接着剤、または樹脂の溶着により固定する。そして、太陽光線により温度上昇した場合、第1保護基板44自体が大きく伸びることとなる。しかし、第1保護基板44よりも剛性が強く、しかも熱膨張係数の小さな第2保護基板40が第1保護基板44に固定されていることで、第1保護基板44の熱膨張、及びそれによる上方への湾曲変形が抑制されることとなる。その結果、複数の太陽電池セルを接続したタブ配線が断線することも抑制され、動作に対する信頼性の高い太陽電池モジュールとなる。
For example, the lower surface outer peripheral portion of the first
すなわち、第2の実施形態の太陽電池モジュールは、単に機械的強度が強くなるだけでなく、温度上昇によって第1保護基板44、一対の封止材層42(太陽電池ストリング(太陽電池セル、タブ配線、接続配線などを含む)が大きく延びる。それによって光電変換部を構成する複数の太陽電池セルを接続したタブ配線が断線するのを抑制し、その結果として太陽電池モジュールの動作に対する信頼性を高めることができる。
That is, the solar cell module of the second embodiment not only has a high mechanical strength but also the first
柱状補強リブ40Bは、図8に示すように、第2保護基板40の中心線上に延在することが好ましい。第2保護基板40の機械強度を均等にすることができるからである。
As shown in FIG. 8, the
また、図8(B)に示すように、柱状補強リブ40Bの厚みh2が、枠状補強リブの厚みh1より小さいことが好ましい。このように構成すると、第2保護基板40の外側には空間が確保され、軽量化できるだけでなく、各種機器への取り付け自由度も向上する。
Further, as shown in FIG. 8B, the thickness h2 of the
また、柱状補強リブ40Bの長手方向を法線方向とする断面の形状が半楕円形であることが好ましい。図10は、そのような構成を示し、柱状補強リブ40Cの断面の形状が半楕円形となっている。このような構成にすると、断面二次モーメントを高めることができる。
Moreover, it is preferable that the cross-sectional shape which makes the longitudinal direction of the
さらに、柱状補強リブ40Bの長手方向の中央部分が、両端部分よりも厚みが大きいことが好ましい。図8における柱状補強リブ40Bは、図11に示すように、その長手方向の中央部分も両端部分も同じ厚みである。これに対して、図12に示す第2の柱状補強リブ40Dは、長手方向の中央部分が、両端部分よりも厚みが大きい。この柱状補強リブ40Dにより、第2保護基板40の長手方向の膨張を抑制する作用を、中心部分が強く、外方向に徐々に緩やかとすることができる。
Furthermore, it is preferable that the central portion of the
また、図9に示すように、第2保護基板40に設けた枠状補強リブ40Aの外周部分に、他の機器に取り付けるための凹部(機器取り付け用凹部)46を有することが好ましい。このように、機器取り付け用凹部46を設けているので、各種取り付け部への取り付けも容易となる。つまり、住宅の屋根に取り付けようの突起(図示せず)を設ければ、その突起を機器取り付け用凹部46に嵌合させるのみで、容易にしかも定位置に取り付けが行うことができる。
特に、機器取り付け用凹部は、枠状補強リブ40Aの外周部分であって、柱状補強リブ40Bの長手方向延長線上の部分に設けることが好ましい。このように機器取り付け用凹部を設け、太陽電池モジュールを他の機器に取り付けた場合、取り付け機器の剛性が補強メンバーとして加わることとなる。その結果、第1保護基板44及び第2保護基板40が長手方向に伸びようとするのを効果的に抑制することができるようになる。
Moreover, as shown in FIG. 9, it is preferable to have the recessed part (equipment recessed part 46) for attaching to another apparatus in the outer peripheral part of the frame-shaped
In particular, the device mounting recess is preferably provided on the outer peripheral portion of the frame-shaped reinforcing
本実施形態の太陽電池モジュールにおいては、枠状補強リブ40A及び柱状補強リブ40Bと、第2保護基板(裏面側保護基板)40とが一体成形されていることが好ましい。それらを一体成形することにより、軽量化でき、製造時に寸法安定性を高めることができるし、枠状補強リブ40A及び柱状補強リブ40Bと、第2保護基板40とが剥離することがない。
In the solar cell module of the present embodiment, it is preferable that the frame-shaped reinforcing
以上は、第2保護基板40に、柱状補強リブ40B及び枠状補強リブ40Aの双方とも
に形成されている形態を示したが、柱状補強リブ40B及び枠状補強リブ40Aはいずれ
か一方のみが形成されていてもよい。また、柱状補強リブ40Bは1本のみならず、2本
以上を形成してもよい。柱状補強リブ40Bを2本形成する場合、それぞれの柱状補強リ
ブ40Bを等間隔に配置することが好ましい。
The above shows the form in which both the
図13は、(A)〜(D)は、第2の実施形態における他の形態を示す。図13(A)〜(D)のいずれも、図8(B)に対応する断面図である。そして、いずれの形態も、第1保護基板44の長手方向の中央部分が上方、その両側が下方となる湾曲形状とした形態である。図13(A)においては、第1保護基板44の湾曲に従い、第2保護基板40も同様に湾曲形状としたものである。そして、この形態でも、第2保護基板40に枠状補強リブ40Aを設けている。
FIG. 13: (A)-(D) shows the other form in 2nd Embodiment. 13A to 13D are cross-sectional views corresponding to FIG. 8B. In either case, the first
図13(B)は、長手方向の中央部分を、両端部分よりも厚みを大きくした柱状補強リブ40Bを設けた点において図13(A)とは異なる。そして、柱状補強リブ40Bにより、第2保護基板40の長手方向の膨張を抑制する作用が中心部分を強くし、両端に向かうに従い徐々にその作用を緩和している。なお、本形態においては、柱状補強リブ40Bの中央部分は、枠状補強リブ40Aの底面を含む平面から突出しないことが好ましい。つまり、図13(B)において、d>0とすることが好ましい。
FIG. 13B is different from FIG. 13A in that a
図13(C)は、柱状補強リブ40Bを、長手方向において湾曲させることなく形成した点において図13(B)とは異なる。
FIG. 13C is different from FIG. 13B in that the
図13(D)は、枠状補強リブ40Aの下面と、柱状補強リブ40Bの下面とが一致するように形成した点において図13(B)とは異なる。
FIG. 13D is different from FIG. 13B in that the lower surface of the frame-shaped reinforcing
以上の図13(A)〜(D)に示す形態は、太陽電池モジュールの表面が湾曲した形態である。このような形態であっても、第2保護基板40に枠状補強リブAと柱状補強リブBを形成することができ、第1保護基板44が変形しても第2保護基板40の存在により、光電変換部のタブ配線の破断を防止することができる。
The form shown in FIGS. 13A to 13D is a form in which the surface of the solar cell module is curved. Even in such a form, the frame-shaped reinforcing rib A and the columnar reinforcing rib B can be formed on the second
一方、第2保護基板40の外側面を凹凸形状とすることによっても変形を抑制することができる。図14(A)は第2保護基板40の外側面を平坦状にした形態であり、(B)は凹凸形状とした形態である。図14(B)の形態によると、凹凸形状とすることにより剛性が向上し、しかも軽量化を維持した状態で変形の抑制が可能である。
On the other hand, the deformation can also be suppressed by making the outer surface of the second
さらに、第2保護基板40の縁部の形状のバリエーションを図15に示す。図15(A)は、図8などで示した第2保護基板40の縁部の形状と同じである。図15(B)は、第2保護基板40の端部を、一対の封止材層42の厚みの半分程度に相当する高さだけ突出させている。図15(C)は、第2保護基板40の端部を、一対の封止材層42及び第1保護基板44の厚みに相当する高さ分突出させ、一対の封止材層42及び第1保護基板44の端面を保護している。図15(D)は、第2保護基板40の端部を、一対の封止材層42の厚みの半分程度に相当する高さだけ突出させ、その突出部のエッジ部を円弧状に加工している。この形態によると、第2保護基板40の端部の突出部は図15(B)の突出部よりも表面積が大きく、一対の封止材層42との接着力が向上する。図15(E)は、第2保護基板40の端部を一対の封止材層42の厚みと同じにしている。この形態では、第2保護基板40の端部の突出部と第1保護基板44との当接部分を接着部とすることができる。図15(F)は、図15(D)の形態において、第2保護基板40の下面を傾斜面としている。この形態では、太陽電池モジュールを取り付ける場所が傾斜面である場合に有効である。
Furthermore, the variation of the shape of the edge part of the 2nd
本実施形態の太陽電池モジュールは、さらに端子ボックス(図示せず)を備え、端子ボックスと、第1保護基板44及び第2保護基板40の一方とが一体成形されることが好ましい。一般に、太陽電池モジュールは、光電変換部から出力される電流は、端子板などが備えられた端子ボックスを介して、外部への出力ケーブルに導かれる。本実施形態においては、この端子ボックスを第1保護基板44及び第2保護基板40の一方と一体成形することにより、第1保護基板又は第2保護基板への端子ボックスの取り付けを別工程で行うことがないため、製造効率を向上させることができる。
The solar cell module of the present embodiment further includes a terminal box (not shown), and it is preferable that the terminal box and one of the first
以下、実施例により本実施形態を更に詳しく説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail with reference to examples, but the present embodiment is not limited thereto.
[実施例1]
ムラタソフトウェア(株)製、Femtet(登録商標)を用い、図2に示す層構成の太陽電池モジュールに対して145℃から25℃に温度変化させた場合の応力の静解析を行った。各層の詳細を以下に示す。
・第1保護基板;厚み:1mmのポリカーボネート、熱膨張率:70(×10−6K−1
)
・第2保護基板;厚み:1.5mmの炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、熱膨張率:7(×10−6K−1)
・封止材層(第1保護基板側);厚み(d2):0.6mmのエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)
・封止材層(第2保護基板側);厚み(d1):0.2mmのエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)
[Example 1]
The static analysis of the stress at the time of changing temperature from 145 degreeC to 25 degreeC was performed with respect to the solar cell module of the layer structure shown in FIG. Details of each layer are shown below.
First protective substrate; thickness: 1 mm polycarbonate, coefficient of thermal expansion: 70 (× 10 −6 K −1
)
Second protective substrate; thickness: 1.5 mm carbon fiber reinforced plastic (CFRP), coefficient of thermal expansion: 7 (× 10 −6 K −1 )
Sealing material layer (first protective substrate side); thickness (d 2 ): 0.6 mm ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA)
Sealing material layer (second protective substrate side); thickness (d 1 ): 0.2 mm ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA)
(評価)
上記の温度変化前後における内部の太陽電池セルの移動量を解析したところ、−20.7μmであった。
(Evaluation)
It was -20.7 micrometer when the movement amount of the internal photovoltaic cell before and behind said temperature change was analyzed.
[比較例1]
封止材層(第1保護基板側)と封止材層(第2保護基板側)の厚みを同一(各0.6mm)としたこと以外は実施例1と同様にして太陽電池モジュールの解析を行った。その結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
Analysis of the solar cell module in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the sealing material layer (first protective substrate side) and that of the sealing material layer (second protective substrate side) were the same (each 0.6 mm). Went. The results are shown in Table 1.
[比較例2]
封止材層(第1保護基板側)の厚み(d2)を0.2mmとし、封止材層(第2保護基板側)の厚み(d1)を(0.6mm)としたこと以外は実施例1と同様にして太陽電池モジュールの解析を行った。その結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The thickness (d 2 ) of the sealing material layer (first protective substrate side) is 0.2 mm, and the thickness (d 1 ) of the sealing material layer (second protective substrate side) is (0.6 mm). Analyzed the solar cell module in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
表1より、実施例1においては、最もセル間の移動量が小さかったことが分かる。つまり、熱膨張率が小さい第2保護基板側の封止材層の厚みを、熱膨張率が大きい第1保護基板側の封止材層よりも薄くすることにより、セルの移動が抑えられることが示された。その結果、タブ配線の外れや破断も抑えられると推察される。これに対して、比較例1〜2は、セルの移動量が大きく、タブ配線は大きな負荷を受け、外れや破断の原因になると考えられる。 From Table 1, it can be seen that in Example 1, the amount of movement between cells was the smallest. That is, the movement of the cells can be suppressed by making the thickness of the sealing material layer on the second protective substrate side having a small coefficient of thermal expansion thinner than the sealing material layer on the side of the first protective substrate having a large coefficient of thermal expansion. It has been shown. As a result, it is presumed that tab wiring disconnection and breakage can be suppressed. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, the amount of cell movement is large, and the tab wiring receives a large load, which is considered to cause disconnection and breakage.
[実施例2]
以下の構成の太陽電池モジュールに対して25℃から−40℃に温度変化させた場合の熱応力の解析を実施例1と同様にして行った。
封止材層(第1保護基板側)の厚み(d2):0.6mm
封止材層(第2保護基板側)の厚み(d1):0.3mm
その他、第2保護基板のタブ配線の対向領域に凹部(幅:2mm、深さ:0.2mm)を形成した構成としたこと以外は実施例1と同様である。
そして、タブ配線近傍の応力の静解析を行った。
[Example 2]
The analysis of the thermal stress when the temperature was changed from 25 ° C. to −40 ° C. was performed in the same manner as in Example 1 for the solar cell module having the following configuration.
Sealing material layer (first protective substrate side) thickness (d 2 ): 0.6 mm
Sealing material layer (second protective substrate side) thickness (d 1 ): 0.3 mm
In addition, the second embodiment is the same as the first embodiment except that a concave portion (width: 2 mm, depth: 0.2 mm) is formed in a region facing the tab wiring of the second protective substrate.
And the static analysis of the stress of tab wiring vicinity was performed.
[比較例3]
第2保護基板に凹部を形成しなかったこと以外は実施例2と同様の構成の太陽電池モジュールに対して同様の解析を行った。
[Comparative Example 3]
The same analysis was performed on the solar cell module having the same configuration as in Example 2 except that the concave portion was not formed on the second protective substrate.
実施例2と比較例3について、太陽電池セルにかかるタブ配線近傍の最小主応力の解析値はそれぞれ、約−660MPa、約−1100MPaであった。すなわち、第2保護基板に凹部を形成した実施例2は、当該凹部を形成しなかった比較例3よりも最小主応力が約40%低減した。なお、正の解析値は引張応力を、負の解析値は圧縮応力を表している。これより、第2保護基板の所定の位置に凹部を形成するとタブ配線近傍の応力が大幅に低減することが分かる。 For Example 2 and Comparative Example 3, the analysis values of the minimum principal stress in the vicinity of the tab wiring on the solar battery cell were about -660 MPa and about -1100 MPa, respectively. That is, in Example 2 in which the concave portion was formed on the second protective substrate, the minimum principal stress was reduced by about 40% compared to Comparative Example 3 in which the concave portion was not formed. The positive analysis value represents tensile stress, and the negative analysis value represents compression stress. From this, it can be understood that the stress in the vicinity of the tab wiring is greatly reduced when the concave portion is formed at a predetermined position of the second protective substrate.
[実施例3]
以下の構成の太陽電池モジュールに対して25℃から−40℃に温度変化させた場合の熱応力の解析を実施例1と同様にして行った。
封止材層(第1保護基板側)の厚み(d2):0.6mm
封止材層(第2保護基板側)の厚み(d1):0.3mm
その他、第2保護基板のタブ配線の対向領域に凹部(幅:2mm、深さ:0.2mm)を形成した。また、第1保護基板と封止材層(第1保護基板側)との間に、シリコンゲルからなるゲル材層(厚み:1mm、引張弾性率:0.022MPa、熱膨張率:860(×10−6K−1))を形成した。それらの構成以外は実施例1と同様である。
そして、タブ配線近傍の応力の静解析を行った
[Example 3]
The analysis of the thermal stress when the temperature was changed from 25 ° C. to −40 ° C. was performed in the same manner as in Example 1 for the solar cell module having the following configuration.
Sealing material layer (first protective substrate side) thickness (d 2 ): 0.6 mm
Sealing material layer (second protective substrate side) thickness (d 1 ): 0.3 mm
In addition, a concave portion (width: 2 mm, depth: 0.2 mm) was formed in the opposing region of the tab wiring of the second protective substrate. Further, a gel material layer (thickness: 1 mm, tensile elastic modulus: 0.022 MPa, thermal expansion coefficient: 860 (×) between the first protective substrate and the sealing material layer (first protective substrate side). 10 −6 K −1 )) was formed. Except for these configurations, the second embodiment is the same as the first embodiment.
And static analysis of the stress near the tab wiring was performed.
[比較例4]
第2保護基板に凹部を形成しなかったこと以外は実施例3と同様の構成の太陽電池モジュールに対して同様の解析を行った。
[Comparative Example 4]
The same analysis was performed on the solar cell module having the same configuration as in Example 3 except that the concave portion was not formed on the second protective substrate.
実施例3及び比較例4について、太陽電池セルにかかるタブ配線近傍の最大主応力の解析値はそれぞれ、約50MPa、約300MPaであった。すなわち、第2保護基板に凹部を形成した実施例3は、当該凹部を形成しなかった比較例4よりも最大主応力が約80%低減した。これより、第2保護基板の所定の位置に凹部を形成するとタブ配線近傍の応力が大幅に低減することが分かる。 For Example 3 and Comparative Example 4, the analysis values of the maximum principal stress in the vicinity of the tab wiring on the solar battery cell were about 50 MPa and about 300 MPa, respectively. That is, in Example 3 in which the concave portion was formed in the second protective substrate, the maximum principal stress was reduced by about 80% compared to Comparative Example 4 in which the concave portion was not formed. From this, it can be understood that the stress in the vicinity of the tab wiring is greatly reduced when the concave portion is formed at a predetermined position of the second protective substrate.
10 太陽電池セル(光電変換部)
12 タブ配線
14 接続配線
16 太陽電池ストリング(光電変換部)
20 40 第2保護基板
24 26 42 封止材層
28 44 第1保護基板
30 32 溝
46 凹部
100 太陽電池モジュール
10 Solar cell (photoelectric conversion part)
12
20 40 Second
Claims (20)
前記第1保護基板は樹脂からなり、
前記第1保護基板及び前記第2保護基板それぞれの熱膨張率が異なり、
前記第1保護基板及び前記第2保護基板のうち熱膨張率が小さい方の保護基板側に位置する封止材層の厚みd1 と、熱膨張率が大きい方の保護基板側に位置する封止材層の厚みd2 との関係が0<d1 <d2 である太陽電池モジュール。 In order from the light-receiving surface side, a first protective substrate, a pair of sealing material layers, a photoelectric conversion unit having a solar battery cell and a tab wiring, located between the pair of sealing material layers, and a second protective substrate And
The first protective substrate is made of resin,
The first protective substrate and the second protective substrate have different coefficients of thermal expansion,
Of the first protective substrate and the second protective substrate, the thickness d 1 of the sealing material layer located on the protective substrate side having the smaller thermal expansion coefficient, and the sealing located on the protective substrate side having the larger thermal expansion coefficient. solar cell module relationship between the thickness d 2 of the sealant layer is 0 <d 1 <d 2.
前記第1保護基板及び前記第2保護基板それぞれの熱膨張率が異なり、
前記第1保護基板及び前記第2保護基板のうち熱膨張率が小さい方の保護基板側に位置する封止材層の厚みd1 と、熱膨張率が大きい方の保護基板側に位置する封止材層の厚みd2 との関係が0<d1 <d2 である太陽電池モジュール。 A first protective substrate, a pair of sealing material layers, a photoelectric conversion part having a solar battery cell and a tab wiring located between the pair of sealing material layers, and a second protective substrate,
The first protective substrate and the second protective substrate have different coefficients of thermal expansion,
Of the first protective substrate and the second protective substrate, the thickness d 1 of the sealing material layer located on the protective substrate side having the smaller thermal expansion coefficient, and the sealing located on the protective substrate side having the larger thermal expansion coefficient. solar cell module relationship between the thickness d 2 of the sealant layer is 0 <d 1 <d 2.
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