JP2020009809A

JP2020009809A - 太陽光発電パネル及びその製造方法

Info

Publication number: JP2020009809A
Application number: JP2018126864A
Authority: JP
Inventors: アルボガハッサン; Albogha Hassan
Original assignee: Energy Soken LLC
Current assignee: Energy Soken LLC
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2020-01-16

Abstract

【課題】簡単な構成により、薄型且つ軽量で、しかも可撓性を備えた太陽光発電パネル及びその製造方法を提供する。【解決手段】縦横にそれぞれ並んで配置された複数個の太陽光発電セル１１ａから成る太陽光発電モジュール１１と、太陽光発電モジュールの上面及び下面に、それぞれ順次に積層された第一のガラス繊維層１２，１３、接着層１４，１５及び第二のガラス繊維層１６，１７を備えるように、太陽光発電パネル１０を構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光発電パネルに関し、特に全体として可撓性を備えた太陽光発電パネル及びその製造方法するものである。

従来、太陽光発電パネルは、太陽光を受けて発電を行なう太陽光発電モジュールと、この太陽光発電モジュールの上面に対して、ＥＶＡ樹脂によりガラス板を接着し、また太陽光発電モジュールの下面に対して、同様にＥＶＡ樹脂によりバックシートを接着すると共に、上面にはアルミフレームを載置し、また下面には前記太陽光発電モジュールへの電気的接続を行なうためのジャンクションボックスを装着することにより構成されている。

太陽光発電モジュールは、例えば５インチサイズあるいは４インチサイズ等の規格化された大きさの太陽光発電セルを、縦横にそれぞれ複数個並べることにより構成されており、全体をＥＶＡ樹脂を介してガラス板及びバックシートで挟持し、さらに上面にアルミフレームを取り付けることにより、一つの太陽光発電パネルを構成するようにしている。

このような構成の太陽光発電パネルは、太陽光発電モジュール自体は、薄型に且つ軽量に構成されているものの、特に上面にアルミフレームを取り付けていることから、比較的厚く且つ重くなってしまうと共に、ガラス板を備えているので、脆弱性の観点から取扱に注意が必要である。

このため、製造後の運搬の際には、例えば運搬用コンテナ等における運搬可能な個数が限定されてしまうと共に、保管の際には、占有スペースが大きくなってしまう。また、太陽光発電パネルの製造の際には、所定数の太陽光発電セルから成る太陽光発電モジュールを使用して、太陽光発電パネルを製造しているため、その大きさは太陽光発電モジュールの大きさで決まってしまい、種々の大きさの太陽光発電パネルを製造することは、実質的に困難である。

従って、完成した太陽光発電パネルを設置する際には、太陽光発電パネル自体の大きさや重量を考慮すると、設置場所が限定されてしまう。
さらに、太陽光発電パネルは、アルミフレームにより高い剛性が付与されていることもあって、可撓性を備えていないので、変形させることは不可能である。

このため、湾曲した箇所あるいは異形の表面に、太陽光発電パネルを設置することは困難である。

また、それ自体が可撓性を備える太陽光発電セルを使用して、フレキシブルフィルムで太陽光発電セルを挟持することにより構成された、可撓性を備えた太陽光発電パネルも知られている。
このような可撓性を備えた太陽光発電パネルは、発電効率が低く、また変形を受けることによって、太陽光発電セルに応力負荷が加わってしまうことから、寿命が短くなってしまうという問題があった。

これに対して、特許文献１には、変形可能な太陽光発電パネルが開示されている。
この太陽光発電パネルは、太陽光電池モジュールが、ガラス繊維入りの光入射面側パネルと背面側パネルに、弾性層を介して接着層により接着されている。

これにより、熱膨張差により薄膜太陽電池モジュールの性能劣化をきたすことなく、熱可塑性樹脂を使用した射出成形法により薄膜太陽電池モジュールを埋設可能で、曲面状に製造してもモジュールに内蔵されるセルの個数及びサイズと直列接続数の選択性が広く、セル同士の直列接続配線数をも削減できる製造製に優れた、太陽電池パネル及びその製造方法が提供される。

特開２００６−２１０６１３号公報

しかしながら、特許文献１による太陽光発電パネルにおいては、太陽電池モジュールを挟持する樹脂パネルの線膨張率を制御することにより、熱膨張差による太陽電池モジュールの性能劣化を抑制すると共に、樹脂パネル自体を曲面状に製造することを可能にしたものであり、完成した太陽光発電パネル全体に可撓性を付与するものではない。

本発明は、以上の点に鑑み、簡単な構成により、薄型且つ軽量で、しかも可撓性を備えた太陽光発電パネル及びその製造方法を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明の第一の構成によれば、縦横にそれぞれ並んで配置された複数個の太陽光発電セルから成る太陽光発電モジュールと、太陽光発電モジュールの上面及び下面に、それぞれ順次に積層された第一のガラス繊維層、接着層及び第二のガラス繊維層を備えることを特徴とする、太陽光発電パネルにより、達成される。

上記構成によれば、太陽光発電モジュールが、その上面及び下面にそれぞれ順次に積層された第一のガラス繊維層，接着層及び第二のガラス繊維層により挟持され、補強されることになる。

従って、太陽光発電モジュールの上面及び下面にそれぞれ積層された第一のガラス繊維層，接着層及び第二のガラス繊維層により剛性が付与されることから、従来の太陽光発電パネルのように剛性を高めるためのアルミフレームが不要であるので、全体として、大幅に薄型に且つ軽量に構成され得ると共に、太陽光発電モジュールがガラス繊維層により包囲されていることから、ガラス繊維層が曲げ応力を逃がすことになり、全体として靱性を備えることになり、取扱が容易になる。

その際、太陽光発電モジュール自体は、市販の太陽光発電モジュールをそのまま使用することが可能であり、アルミフレームが不要であることから、従来のアルミフレームを使用した太陽光発電パネルと比較して、大幅にコストダウンすることが可能である。

また、第一のガラス繊維層，接着層及び第二のガラス繊維層が可撓性を備えているので、各太陽光発電セルの間の領域では、これらの第一のガラス繊維層，接着層及び第二のガラス繊維層が変形し得ることになり、太陽光発電モジュール全体として、可撓性を備えることになる。

さらに、太陽光発電モジュールを構成する太陽光発電セルのうち、一部を切り離すことにより、より小型の太陽光発電モジュールとして、その上面及び下面に、それぞれ順次に積層された第一のガラス繊維層，接着層及び第二のガラス繊維層を備えることにより、より小型の太陽光発電パネルを構成することが可能であり、種々の大きさの太陽光発電パネルを簡便に且つ低コストで提供することが可能である。

本発明による太陽光発電パネルは、好ましくは、接着層が、第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層に含侵されていることを特徴とする。
この構成によれば、接着層が含侵されることにより、第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層が互いに接着層により一体化されるので、第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層によって、太陽光発電モジュールの剛性がさらに高められることになる。

本発明による太陽光発電パネルは、好ましくは、接着層が、さらに第一のガラス繊維層を越えて太陽光発電モジュールの上面及び下面に達して接触していることを特徴とする。
この構成によれば、接着層により、第一のガラス繊維層が太陽光発電モジュールの上面及び下面に接着されることになり、第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層が太陽光発電モジュールに対して一体化されるので、太陽光発電モジュールの剛性がさらに高められることになる。

上記目的は、本発明の第二の構成によれば、縦横にそれぞれ並んで配置された複数個の太陽光発電セルから成る太陽光発電モジュールの上面及び下面に、順次に第一のガラス繊維層，接着層及び第二のガラス繊維層を積層させる第一の段階と、接着層を、第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層にそれぞれ含侵させる第二の段階と、を含んでいることを特徴とする、太陽光発電パネルの製造方法により、達成される。

上記構成によれば、太陽光発電モジュールが、その上面及び下面にそれぞれ積層された第一のガラス繊維層，接着層及び第二のガラス繊維層により挟持され、補強されると共に、接着層が第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層に含侵されることによって、太陽光発電モジュール全体が、含侵により一体化された第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層によって挟持され、補強されることになる。

従って、太陽光発電セルの上面及び下面にそれぞれ積層され一体化された第一のガラス繊維層，接着層及び第二のガラス繊維層により剛性が付与されることになり、従来の太陽光発電モジュールのように剛性を高めるためのアルミフレームが不要であるので、全体として、大幅に薄型に且つ軽量に構成され得ることになる。

本発明による太陽光発電パネルの製造方法は、好ましくは、第二の段階において、前記接着層を前記第一のガラス繊維層を越えて前記太陽光発電モジュールの上面及び下面に達するように含侵させることを特徴とする。

この構成によれば、接着層により、第一のガラス繊維層が太陽光発電モジュールの上面及び下面に接着されることになり、第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層が太陽光発電モジュールに対して確実に一体化されるので、太陽光発電モジュールの剛性がさらに高められることになる。

本発明による太陽光発電パネルの製造方法は、好ましくは、第二の段階において、前記接着層の前記第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層への含侵が、真空中で加圧することにより行なわれることを特徴とする。

この構成によれば、第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層の内部に含まれる空気が真空により抜けることになり、加圧によって、接着剤の含侵の際に、第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層の空洞内に効果的に押し込まれるので、第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層への接着剤の含侵が確実に行なわれることになる。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、薄型且つ軽量で、しかも可撓性を備えた、極めて優れた太陽光発電パネル及びその製造方法を提供することができる。

本発明による太陽光発電パネルの一実施形態の全体構成を示す概略平面図である。太陽光発電パネルの要部を示すさらに拡大した部分断面図である。太陽光発電パネルにおける太陽光発電セルを示す拡大平面図である。太陽光発電パネルを示す部分拡大断面図である。太陽光発電パネルの製造方法を順次に示す工程図である。太陽光発電パネルの製造方法で使用される太陽光発電モジュールの構成例を示す概略平面図である。太陽光発電パネルの可撓性による変形状態を示す概略斜視図である。太陽光発電パネルの円柱状壁面への取付状態を示す概略断面図である。

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明による太陽光発電パネルの一実施形態の構成を示した図であり、図２は、太陽光発電パネルの要部を拡大した部分断面図であり、図３は、太陽光発電パネルにおける太陽光発電セルの拡大平面図であり、図４は、太陽光発電パネルの部分拡大断面図である。

図１に示す太陽光発電パネル１０は、図２に示すように、太陽光発電モジュール１１と、第一のガラス繊維層１２，１３と、接着層１４，１５と、第二のガラス繊維層１６，１７と、から構成されている。

太陽光発電モジュール１１は、それ自体公知の構成であって、複数個の太陽光発電セル１１ａから構成されており、図示の場合、縦に１２個、横に６個並んで配置されている。
個々の太陽光発電セル１１ａは、図３に示すように、規格化されており、例えば縦６インチ（１５２．４ｍｍ）、横６インチ（１５２．４ｍｍ）の大きさを有しており、例えば縦１２個，横６個並んだ状態で太陽光発電モジュールとして市販されている。
そして、太陽光発電モジュール１１は、各太陽光発電セル１１ａ間に必要な配線（図示せず）が設けられている。

第一のガラス繊維層１２，１３及び第二のガラス繊維層１６，１７は、市販されているシート状のガラス繊維層であって、図２及び図４に示すように、太陽光発電モジュール１１の上面及び下面に対して、それぞれ接着層１４，１５を挟んで積層される。

ここで、第一のガラス繊維層１２，１３及び第二のガラス繊維層１６，１７は、その大きさが太陽光発電モジュール１１より大きく選定されており、太陽光発電モジュール１１の周縁からはみ出すようになっている。

接着層１４，１５は、公知の構成の例えばエポキシ樹脂等の接着剤から構成されており、第一のガラス繊維層１２，１３の表面に接着剤を塗布することにより、第一のガラス繊維層１２，１３の表面に積層される。

そして、太陽光発電モジュール１１の上面及び下面に、それぞれ第一のガラス繊維層１２，１３、接着層１４，１５及び第二のガラス繊維層１６，１７が積層された状態で、全体が真空雰囲気中に配置されることにより、接着層１４，１５を構成する接着剤が、第一のガラス繊維層１２，１３及び第二のガラス繊維層１６，１７の空洞内に含侵され、さらに第一のガラス繊維層１２，１３を通り抜けて太陽光発電モジュール１１の上面及び下面に達して接触せしめられる。

これにより、第一のガラス繊維層１２，１３及び第二のガラス繊維層１６，１７が互いに一体化されて、高い剛性を備えると共に、第一のガラス繊維層１２，１３が太陽光発電モジュール１１の上面及び下面に対して接着されることになる。

本発明による太陽光発電パネル１０は、以上のように構成されており、図５を参照して、以下のように製造される。

図５（ａ）〜（ｅ）は、太陽光発電パネルの製造方法を示した図であり、図６（ａ）〜（ｃ）は、太陽光発電セルの複数の配置パターンを示した図であり、図７は、種々の形状に変形可能な太陽光発電セルを示した図であり、図８は、例として円柱状の壁面に設置可能な太陽光発電パネルを示した図である。

まず図５（ａ）において、太陽光発電モジュール１１が用意される。
ここで、太陽光発電モジュール１１は、その太陽光発電セル１１ａの個数が任意に選択され得る。
即ち、太陽光発電モジュール１１は、それ自体、図６（ａ）に示すように、太陽光発電セル１１ａが縦１２個、横６個並んだ状態で市販されているが、個々の太陽光発電セル１１ａが任意に切り離されても、個々の太陽光発電セル１１ａが機能するように構成されている。

従って、太陽光発電モジュール１１としては、例えば図６（ｂ）に示すように、太陽光発電セル１１ａが縦１２個，横２個並んだもの、図６（ｃ）に示すように、太陽光発電セル１１ａが縦６個，横４個並んだもの等が使用され得る。

続いて、図５（ｂ）において、太陽光発電モジュール１１の上面及び下面に、それぞれ第一のガラス繊維層１２，１３が積層される。
次に、図５（ｃ）において、太陽光発電モジュール１１の上面及び下面に、それぞれ第一のガラス繊維層１２，１３の上から、接着層１４，１５が積層される。
その後、図５（ｄ）において、太陽光発電モジュール１１の上面及び下面に、それぞれ第一のガラス繊維層１２，１３及び接着層１４，１５の上から、第二のガラス繊維層１６，１７が積層される。
このとき、接着層１４，１５は、まだ硬化していない状態である。

この状態から、太陽光発電モジュール１１、第一のガラス繊維層１２，１３、接着層１４，１５及び第二のガラス繊維層１６，１７の全体が、真空雰囲気中に配置され、上下から加圧される。このとき、加熱が行なわれてもよい。

これにより、接着層１４，１５を構成する硬化前の接着剤は、真空雰囲気によって空洞内の空気が排除された第一のガラス繊維層１２，１３及び第二のガラス繊維層１６，１７の空洞内に含侵し、さらに第一のガラス繊維層１２，１３を通り抜けて太陽光発電モジュール１１の上面及び下面に達して接触する。

従って、接着層１４，１５を構成する接着剤の第一のガラス繊維層１２，１３及び第二のガラス繊維層１６，１７への含侵によって、第一のガラス繊維層１２，１３と第二のガラス繊維層１６，１７がそれぞれ互いに一体化され、高い剛性が得られることになる。

さらに、接着層１４，１５を構成する接着剤が第一のガラス繊維層１２，１３を通り抜けて太陽光発電モジュール１１の上面及び下面に達して接触することにより、第一のガラス繊維層１２，１３がそれぞれ太陽光発電モジュール１１の上面及び下面に接着されるので、第一のガラス繊維層１２，１３が太陽光発電モジュール１１と一体化される。

本発明による太陽光発電パネル１０によれば、太陽光発電モジュール１１が第一のガラス繊維層１２，１３及び第二のガラス繊維層１６，１７により包囲されることによって、高い剛性が付与され、従来のガラス板及びアルミフレームを使用した太陽光発電パネルと同様の剛性が得られると共に、ガラス板やアルミフレームが省略されていることから、大幅に軽量化され、また全体が薄型に構成され得る。

例えば、太陽光発電セル１１ａを縦１２個，横６個並べて配置した太陽光発電モジュール１１を使用した場合、従来のガラス板及びアルミフレームを使用した太陽光発電パネルでは、重量が約１８．５ｋｇ程度であるのに対して、本発明による太陽光発電パネル１０では、約５．１ｋｇ程度と大幅に軽減される。

また、運搬に関しても、同様の太陽光発電モジュールを備えた太陽光発電パネル（発電電力２５０Ｗ）を４０００枚使用して１ＭＷの太陽光発電設備を建設する際に、従来型の太陽光発電パネルの総重量は、７４ｔとなり、４０フィートコンテナが５台必要であるが、本発明による太陽光発電パネルの総重量は、２．４ｔとなり、４０フィートコンテナが２台で済むため、輸送費も大幅に軽減され得る。

さらに、太陽光発電モジュール１１を包囲するガラス繊維層１２，１３，１６及び１７に関して、シート状のガラス繊維自体が変形可能であり、引っ張り応力に対して伸びることから、曲げ応力を逃がすことにより、靱性をも備えることになり、太陽光発電パネル１０が全体としてより強度を備える。

そして、太陽光発電パネル１０は、太陽光発電モジュール１１の各太陽光発電セル１１ａの間の領域では、ガラス繊維層１２，１３，１６及び１７が接着層１４，１５と共に変形可能となり、太陽光発電パネル１０全体が可撓性を備える。

これにより、太陽光発電パネル１０は、例えば図７に示すように、複雑な種々の形状に湾曲させることが可能であり、例えば図８に示すように、直径Ｄが９００ｍｍ程度の円柱状の壁面１８に対して、割れを生ずることなく、取り付けることも可能となる。

さらには、太陽光発電パネル１０は、その可撓性に基づき、自動車の複雑な曲面を備えた屋根等の表面や、住宅等の複雑な形状で小面積の屋根等の、従来は設置が不可能であった種々の複雑な曲面形状を備えた場所への設置が可能となる。

本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。
例えば、上述した実施形態においては、接着層１４，１５を構成する接着剤として、エポキシ樹脂を使用しているが、これに限らず、他の接着剤も使用され得ることは明らかである。

また、上述した実施形態においては、ガラス繊維層１２，１３，１６及び１７のうち、太陽光発電モジュール１１の下面、即ち太陽光を受光しない側に備えられるガラス繊維層１３，１７は、着色したガラス繊維を使用することも可能である。
この場合、着色したガラス繊維層１３，１７が外部から視認されることにより、装飾性あるいはデザイン性が向上することになる。

１０太陽光発電パネル
１１太陽光発電モジュール
１１ａ太陽光発電セル
１２，１３第一のガラス繊維層
１４，１５接着層
１６，１７第二のガラス繊維層
１８円柱状の壁面

Claims

縦横にそれぞれ並んで配置された複数個の太陽光発電セルから成る太陽光発電モジュールと、前記太陽光発電モジュールの上面及び下面に、それぞれ順次に積層された第一のガラス繊維層、接着層及び第二のガラス繊維層を備えることを特徴とする、太陽光発電パネル。
前記接着層が、前記第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層に含侵されていることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電パネル。
前記接着層が、さらに第一のガラス繊維層を越えて前記太陽光発電モジュールの上面及び下面に達して接触していることを特徴とする、請求項２に記載の太陽光発電パネル。
縦横にそれぞれ並んで配置された複数個の太陽光発電セルから成る太陽光発電モジュールの上面及び下面に、順次に第一のガラス繊維層，接着層及び第二のガラス繊維層を積層させる第一の段階と、
前記接着層を、第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層にそれぞれ含侵させる第二の段階と、
を含んでいることを特徴とする、太陽光発電パネルの製造方法。
前記第二の段階において、前記接着層を前記第一のガラス繊維層を越えて前記太陽光発電モジュールの上面及び下面に達するように含侵させることを特徴とする、請求項４に記載の太陽光発電パネルの製造方法。
前記第二の段階において、前記接着層の前記第一のガラス繊維層及び第二のガラス繊維層への含侵が、真空中で加圧することにより行なわれることを特徴とする、請求項４または５に記載の太陽光発電パネルの製造方法。