JP2022142573A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】平面形状の自由度が高い太陽電池モジュールを提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る太陽電池モジュール１は、端部を互いに重ね合わせるよう第１方向に一列に並んで接続される複数の太陽電池セル１３をそれぞれ有し、前記第１方向と交差する第２方向に並んで配置される複数の太陽電池ストリング１１，１２を備え、少なくとも一つの前記太陽電池ストリング１１は、他の少なくとの１つの前記太陽電池ストリング１２と前記太陽電池セル１３同士の前記第１方向の重複長さが異なる。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

多数の太陽電池セルを縦横に並べて面積が大きい太陽電池モジュールを形成する場合、それぞれ複数の太陽電池セルを第１方向に一列に並べて接続してなる複数の太陽電池セルを第２方向に並べて配置する構成が採用される（例えば特許文献１参照）。

国際公開ＷＯ２０１８／００３５６３号

一般に、太陽電池モジュールは、平面視で方形状に形成される。このため、１つの太陽電池モジュールを形成する複数の太陽電池ストリングは、全て同じものが用いられる。しかしながら、例えば自動車等の多様な物品に太陽電池モジュールを搭載する場合、物品の利用可能な部分の形状に合わせて、太陽電池モジュールの平面形状を自由に設計できることが望まれる。太陽電池モジュールの中央部の方形の領域にのみ太陽電池ストリングを配設することも可能であるが、入射する光を利用できる範囲が小さくなるため、モジュール全体としてみると面積当たりの光電変換効率が小さくなってしまう。

長さが異なる太陽電池ストリングを並べて使用すれば、太陽電池モジュールの平面形状が方形以外の形状であっても、実効領域を大きくして光電変換効率を向上することができる。しかしながら、太陽電池ストリングの長さを変えるために、太陽電池セルの数を異ならせると、他の太陽電池ストリングと直列に接続される太陽電池セルの数に差が生じるため、太陽電池ストリングの出力電圧が不均衡になる。また、太陽電池ストリングの長さを太陽電池セルの数によって調整する場合、１つの太陽電池セルの長さが最小単位となるため、太陽電池モジュールの端部に太陽電池セルを配置できない領域ができる。

このような実情に鑑みて、本発明は、平面形状の自由度が高い太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは、端部を互いに重ね合わせるよう第１方向に一列に並んで接続される複数の太陽電池セルをそれぞれ有し、前記第１方向と交差する第２方向に並んで配置される複数の太陽電池ストリングを備え、少なくとも一つの前記太陽電池ストリングは、他の少なくとの１つの前記太陽電池ストリングと前記太陽電池セル同士の前記第１方向の重複長さが異なる。

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは、全ての前記太陽電池ストリングの前記太陽電池セルの数が等しくてもよい。

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールにおいて、前記第２方向端部の前記太陽電池ストリングの前記太陽電池セル同士の前記重複長さは、前記第２方向中央部の前記太陽電池ストリングの前記太陽電池セル同士の前記重複長さよりも大きくてもよい。

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池セルの平面形状は長方形状であってもよい。

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池セルは裏面にのみ電極を有してもよい。

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールにおいて、前記重複長さが他の前記太陽電池ストリングよりも大きい前記太陽電池ストリングの前記太陽電池セルは、前記他の前記太陽電池ストリングの前記太陽電池セルよりも単位面積当たりの出力電流が大きくてもよい。

本発明に係る太陽電池モジュールは平面形状の自由度が高い。

本発明の一実施形態の太陽電池モジュールの模式平面図である。 図１の太陽電池モジュールのＡ－Ａ線模式断面図である。 図１の太陽電池モジュールのＢ－Ｂ線模式断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。

図１乃至図３に、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１を示す。図１は太陽電池モジュール１の模式平面図であり、図２は太陽電池モジュール１のＡ－Ａ線模式断面図であり、図３は太陽電池モジュール１のＢ－Ｂ線模式断面図である。

太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池ストリング（両端の第１太陽電池ストリング１１及び内側の複数の第２太陽電池ストリング１２）と、太陽電池ストリング１１，１２の表面（入射面）側に配置される表側保護部材２０と、太陽電池ストリング１１，１２の裏面側に配置される裏側保護部材３０と、表側保護部材２０及び裏側保護部材３０間の隙間に充填される封止材４０と、を備える。太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池ストリング１１，１２を接続する不図示の配線材をさらに備える。

太陽電池モジュール１は、平面視で方形とは異なる形状を有することができる。具体的には、本実施形態の太陽電池モジュール１は、平面視で方形の角部を面取りしたような八角形状である。

太陽電池ストリング１１，１２は、その端部を重ね合わせるようにして第１方向に一列に並んで接続される複数の太陽電池セル１３をそれぞれ有する。具体的には、各太陽電池セル１３の第１方向の一方側の端部は、隣接する太陽電池セル１３の第１方向の他方側の端部の裏面側に重ねられる。つまり、太陽電池ストリング１１，１２はいわゆるシングリング構造を有する。太陽電池ストリング１１，１２が有する太陽電池セル１３は、全て同一であってもよい。

複数の太陽電池ストリング１１，１２は、第１方向と交差する第２方向に並んで配置される。図では分かりやすいように太陽電池ストリング１１，１２の間隔や太陽電池モジュール１の外周部のマージンを大きく示しているが、実際の太陽電池ストリング１１，１２は、互いの間隔及び外周部のマージンを最小限として、太陽電池モジュール１の略全面に配置されることが好ましい。

それぞれの太陽電池ストリング１１，１２の内部において、全ての太陽電池セル１３が、電気的に直列に接続されること好ましい。これにより、太陽電池ストリング１１，１２の構成を簡素化することができる。

太陽電池ストリング１１，１２が有する太陽電池セル１３の数は、全て等しいことが好ましい。これにより、太陽電池ストリング１１，１２が同じ太陽電池セル１３を直列に接続したものである場合に、太陽電池ストリング１１，１２の出力電圧が一定となるので、複数の太陽電池ストリング１１，１２を電気的に接続した場合に、全ての太陽電池ストリング１１，１２の出力を無駄なく取り出すことができる。

第２方向端部の第１太陽電池ストリング１１の第１方向の長さは、太陽電池モジュール１の八角形状の平面形状に合わせるために、第２方向中央部の第２太陽電池ストリング１２の第１方向の長さよりも小さい。このために、第１太陽電池ストリング１１の太陽電池セル１３同士の第１方向の重複長さは、第２太陽電池ストリング１２の太陽電池セル１３同士の第１方向の重複長さよりも大きい。

それぞれの太陽電池ストリング１１，１２の中において、隣接し合う２つの太陽電池セル１３の第１方向の重複長さは、略一定であることが好ましい。これにより、各太陽電池セル１３の出力が略等しくなるため、複数の太陽電池セル１３を均等に利用することができる。

太陽電池ストリング１１，１２の太陽電池セル１３同士の平均重複長さ（それぞれの太陽電池ストリング１１，１２における隣接し合う２つの太陽電池セル１３の第１方向の重複長さの平均値）の最大値に最小値に対する比率の下限としては、１０５％が好ましく、１１０％がより好ましい。一方、太陽電池ストリング１１，１２の太陽電池セル１３同士の平均重複長さの最大値に最小値に対する比率の上限としては、５００％が好ましく、３００％がより好ましい。太陽電池ストリング１１，１２の太陽電池セル３同士の平均重複長さの最大値に最小値に対する比率を前記下限以上とすることによって、第１太陽電池ストリング１１の長さと第２太陽電池ストリング１２の長さとの間に明確な差をつけることができる。また、太陽電池ストリング１１，１２の太陽電池セル１３同士の平均重複長さの最大値に最小値に対する比率を前記上限以下とすることによって、各太陽電池セル１３の無効領域（隣接する太陽電池セル１３に遮光される領域）を小さくして、出力当たりの装置コストの増大を抑制できる。

具体的な太陽電池ストリング１１，１２の太陽電池セル１３同士の平均重複長さとしては、太陽電池セル１３の大きさ等にもよるが、例えば１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、太陽電池ストリング１１，１２の形成が困難とならず、かつ各太陽電池セル１３の光電変換能力を有効に利用することができる。

太陽電池ストリング１１，１２の内部において太陽電池セル１３はインターコネクタと呼ばれる導電性の接続部材によって接続される。太陽電池セル１３同士の平均重複長さに合わせてインターコネクタの長さを調整してもよいが、太陽電池ストリング１１，１２の間の太陽電池セル１３同士の平均重複長さの差が小さい場合、太陽電池セル１３の間を接続するインターコネクタを共通化してもよい。

太陽電池ストリング１１，１２を形成する際の複数の太陽電池セル１３の配置は、所望の重複長さを実現できるよう作成した治具を用いて太陽電池セル１３を位置決めしてもよく、コンピュータ制御によって任意に太陽電池セル１３を位置決めできる装置を用いて行ってもよい。

太陽電池セル１３は、特に限定されないが、裏面にのみ電極を有する裏面電極型の太陽電池であることが好ましい。太陽電池セル１３として入射面側に光を遮光する電極がない裏面電極型太陽電池を使用することによって、比較的高い光電変換効率を達成できる。また、裏面電極型太陽電池を採用することによって、太陽電池モジュール１を表面側から見たときの色が全体的に黒色となり、太陽電池モジュール１の美観を向上できる。

太陽電池セル１３は、隣接する太陽電池セル１３と電気的に接続するためにインターコネクタが接続される接続電極を有する。この接続電極は、太陽電池セル１３の裏面のうち、隣接する太陽電池セル１３の表側に配置される側に配置され得る領域よりも僅かに第１方向中央側の領域に配設されることが好ましい。これによって、太陽電池セル１３同士の平均重複長さの増大によるインターコネクタの接続性の低下を抑制することができる。

太陽電池セル１３の平面形状は長方形状であることが好ましい。太陽電池セル１３が長方形状であることによって、太陽電池セル１３の重複領域を第１方向の幅が一定で小さい帯状にすることができるので、太陽電池セル１３の有効領域（隣接する太陽電池セル１３によって表面が覆われず、実際に光が入射して光電変換に寄与する領域）の面積率を大きくできる。これにより、太陽電池ストリング１１，１２ひいては太陽電池モジュール１の出力当たりの製造コストを低減できる。

重複長さが他の太陽電池ストリング１２よりも大きい太陽電池ストリング１１の太陽電池セルは、他の太陽電池ストリングの太陽電池セルよりも単位面積当たりの出力電流が大きいことが好ましい。これによって、第１太陽電池ストリング１１と第２太陽電池ストリング１２との出力の差を小さくできるので、全ての太陽電池ストリング１１，１２の出力を無駄なく取り出すことができる。このため、全ての太陽電池ストリング１１，１２の出力をできるだけ等しく揃えることが望ましい。

このため、各太陽電池セル１３の短絡電流Ｉｓｃを測定し、太陽電池ストリング１１，１２の出力差が小さくなるよう、第１太陽電池ストリング１１に使用する太陽電池セル１３と第２太陽電池ストリング１２に使用する太陽電池セル１３とを仕分けすることが好ましい。具体的には、例えば短絡電流Ｉｓｃを形成する太陽電池ストリング１１，１２において予定される有効面積で除した値、短絡電流Ｉｓｃに予定される有効面積率を乗じた値等を指標として、太陽電池セル１３を振り分けることができる。

表側保護部材２０は、封止材４０を介して、太陽電池ストリング１１，１２、すなわち太陽電池セル１３の表面を覆うことにより、太陽電池セル１３を保護する。表側保護部材２０は、板状又はシート状の材料から形成することができ、透光性及び耐候性に優れることが好ましい。具体的には、表側保護部材２０の材質としては、例えばアクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂、ガラスなどを挙げることができる。また、表側保護部材２０の表面は、光の反射を抑制するために、凹凸状に加工されたり、反射防止コーティング層で被覆されてもよい。

裏側保護部材３０は、封止材４０を介して、太陽電池ストリング１１，１２の裏面を覆って、太陽電池セル１３を保護する。裏側保護部材３０は、表側保護部材２０同様に、板状又はシート状の材料から形成することができ、遮水性に優れることが好ましい。具体的には、裏側保護部材３０としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、オレフィン系樹脂、含フッ素樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂フィルムや、前記樹脂フィルムとアルミニウム箔等の金属箔との積層体、アクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂、ガラスなどを挙げることができる。

封止材４０は、太陽電池ストリング１１，１２、すなわち太陽電池セル１３を封止して保護するもので、特に太陽電池セル１３に水分が接触することを防止する。このため、封止材４０は、太陽電池セル１３の受光側の面と表側保護部材２０との間、太陽電池セル１３の裏側の面と裏側保護部材３０との間に介在する。

封止材４０は、太陽電池ストリング１１，１２と表側保護部材２０及び裏側保護部材３０とを接着すると共に、太陽電池ストリング１１，１２の周囲の隙間をなくすことで、太陽電池セル１３を保護する。このため、封止材４０としては、例えば、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／α－オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、又は、シリコーン樹脂等の透光性を有する熱可塑性樹脂が好適に用いられる。

以上のように、太陽電池モジュール１は、太陽電池セル１３同士の第１方向の重複長さが異なる第１太陽電池ストリング１１と第２太陽電池ストリング１２とを備えることによって、平面視で角部を落としたような平面形状を有しながら、太陽電池セル１３が配置されていない無効領域が小さくなっているので、面積当たりの光電変換効率に優れる。

また、太陽電池モジュール１は、その平面形状に合わせて太陽電池ストリング１１，１２が有する複数の太陽電池セル１３の第１方向の重複長さを変更することで、容易に設計変更することができる。つまり、太陽電池モジュール１は、その設計において平面形状の自由度が高い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。

本発明に係る太陽電池モジュールの平面形状は任意である。このため、本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルの重複長さが他の太陽電池ストリングと異なる太陽電池ストリングの数は限定されず、太陽電池セルの重複長さが異なる３種類以上の太陽電池ストリングが存在してもよい。また、第１方向中央部がくびれた平面形状を有する太陽電池モジュールを形成するために、第２方向中央部に太陽電池セルの重複長さが大きい太陽電池ストリングが配置されてもよい。

１ 太陽電池モジュール
１１，１２ 太陽電池ストリング
１３ 太陽電池セル
２０ 表側保護部材
３０ 裏側保護部材
４０ 封止材

Claims (6)

1. 端部を互いに重ね合わせるよう第１方向に一列に並んで接続される複数の太陽電池セルをそれぞれ有し、前記第１方向と交差する第２方向に並んで配置される複数の太陽電池ストリングを備え、
   少なくとも一つの前記太陽電池ストリングは、他の少なくとの１つの前記太陽電池ストリングと前記太陽電池セル同士の前記第１方向の重複長さが異なる、太陽電池モジュール。
2. 全ての前記太陽電池ストリングの前記太陽電池セルの数が等しい、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第２方向端部の前記太陽電池ストリングの前記太陽電池セル同士の前記重複長さは、前記第２方向中央部の前記太陽電池ストリングの前記太陽電池セル同士の前記重複長さよりも大きい、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記太陽電池セルの平面形状は長方形状である、請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
5. 前記太陽電池セルは裏面にのみ電極を有する、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。
6. 前記重複長さが他の前記太陽電池ストリングよりも大きい前記太陽電池ストリングの前記太陽電池セルは、前記他の前記太陽電池ストリングの前記太陽電池セルよりも単位面積当たりの出力電流が大きい、請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

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