JP3205234U

JP3205234U - モバイル太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP3205234U
Application number: JP2016002114U
Authority: JP
Inventors: 康夫山元
Original assignee: 康夫山元
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: CN206369191U

Abstract

【課題】信頼性が高く、発電効率が優れる結晶系シリコン発電素子を適用した、軽量かつ携行可能なモバイル太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】結晶系シリコンセル２０を直列に繋ぎ合わせ、そのセル１枚分の面積の部分の受光面側にジャンクションＢＯＸを有し、直列に繋がるタブ線が受光面側の外側に折り曲げてある。本モジュールの構成材料部材が受光面側から、透明フッ素系樹脂シート３０、ＥＶＡ封止材３１、ＣＯＣ樹脂シート上の積層透明オレフィンゴム、発電素子のストリング、白色オレフィンゴム、バックシート、黒色オレフィンゴムシート、アルミシート４０、白色オレフィンゴム、バックシートからなる積層体であって、当該太陽電池モジュール厚みが４．０ｍｍ以下、縦と横の長さの総和が４０ｃｍ以上１６０ｃｍ以下であり、アルミシートの厚みは、０．８ｍｍ以上１．６ｍｍ以下である。また、モジュール重量は、９ｋｇ／ｍ２以下である。アルミシートの平面サイズが保護材の内側に包まれている。【選択図】図１

Description

本考案は、携帯可能な太陽電池モジュールに関する。詳しくは、本考案は、携行可能な軽量で、長期間の使用において、発電低下し難い結晶系太陽電池モジュールに関する。

太陽電池の発電素子には、大きく分けて結晶系と薄膜系がある。結晶系は、発電素子としての信頼性が高く、発電変換効率も２０％超えているため、電力電源用のデバイスとして広く普及している。一方、薄膜系は、変換効率が低いが、ステンレスなどの基板に蒸着することが可能であるため、発電素子に大きな変形が加わっても破損することがなく、軽量で、携行できる太陽電池モジュールとして利用されている。

薄膜系としては、ＣＩＳ＋ＣＩＧＳを金属基板に蒸着し、これを発電素子として繋ぎ合わせ、樹脂シートで封止した太陽電池モジュールが製品化されている。しかしながら、薄膜素子は、湿気に弱く、その寿命は結晶系に較べ、低いものとなっている。また、高水蒸気バリア性をパッケージング素材に適用する必要があるため、太陽電池製品として高価なものとなっており、普及の妨げになっている。

太陽光発電システムは、水力や火力発電に較べ、発電コストは高いが、インフラの整っていない場所、例えば、農業、漁場の現場、酪農やへき地など、電線を引き込まなければならない場所での電気の使用の場合は、太陽電池による発電は極めて安価である。

結晶系の太陽電池モジュールを携行して使用し、上述の場所で容易に使用するためには、二つの課題を解決する必要がある。一つは、重量の問題であり、化学強化ガラス適用による博肉化、あるいは、フッ素系樹脂シートを用いて、カバーガラスを適用しない太陽電池モジュールが製品化されている。しかしながら、携行使用の場合、博肉ガラスは、割れる可能性があり、割れれば製品としての価値がなくなるので適さない。また、樹脂シートでは、容易に折り曲がるため、変形により、結晶系シリコンセルが割れる、クラックが入るといった問題があった。

ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／０７９３１５

移動などで割れ易いも、発電効率が高く、発電素子としての信頼性が高い結晶系シリコンセルを用い、軽量で、携行による振動や突起物によるつきダメージの可能性の使用条件下で、塩害やアンモニアガス、水蒸気などの厳しい環境下においても長期間に亘って発電保持率の高い、モバイル太陽電池モジュールを提供する。

また、携行可能であるとともに、裏側が平であり、突起物がないので、建物の壁や物置の屋根、牛舎や養豚場などのあらゆる場所に容易に設置可能である。

上記目的を達成するためのモバイル太陽電池モジュールは、以下の特徴を有している。
結晶系シリコンセルを直列に繋ぎ合わせ、そのセル１枚分の面積の部分の受光面側にジャンクションＢＯＸを有する。受光面側から、透明フッ素系樹脂シート、ＥＶＡ、ＣＯＣ樹脂シート、オレフィンゴム、発電素子、オレフィンゴム、バックシート、オレフィンゴムシート、アルミシート、オレフィンゴム、バックシートからなる積層体であって、当該太陽電池モジュール厚みが４．０ｍｍ以下、縦と横の長さの総和が４０ｃｍ以上１６０ｃｍ以下であり、アルミシートの厚みは、０．８ｍｍ以上１．６ｍｍ以下である。また、モジュール重量は、９ｋｇ／ｍ^２以下である。

第一発明適用のアルミシートは、純度９９．０％未満の合金である。また、その積層するアルミシートのサイズは、係る太陽電池モジュールの大きさよりも縦、横の長さで、それぞれ、０．１ｍｍから５．０ｍｍ小さいことが必須である。

モバイル太陽電池モジュールの断面図である。モバイル太陽電池モジュールの平面図である。

以下、本発明のモバイル太陽電池モジュールの構造と製造方法について説明する。

まず本発明のモバイル太陽電池モジュールは、通常の太陽電池モジュールメーカの成型ラインで生産できる。その断面構造は、図１に示す。その平面図を図２に示す。
▲１▼フッ素系透明シート▲２▼ＥＶＡ封止材、▲３▼ＣＯＣ樹脂シート、▲４▼透明オレフィンゴム封止材、▲５▼結晶系シリコンセルのストリング、▲６▼白色オレフィンゴム、▲７▼バックシート、▲８▼黒色オレフィンゴムシート、▲９▼アルミシート、▲１０▼白色オレフィンゴム、▲１１▼バックシートをレイアップし、太陽電池モジュール成型用ラミネータで成型して得る。

図１は、モバイル太陽電池モジュールの断面図であり、また、図２は、モバイル太陽電池モジュールの平面図である。このハイブリッド太陽電池モジュール１０は、結晶系太陽電池セル２０を柔らかいゴム封止素材で包み込むことによって、移動による振動で、割れを防ぐことができる。また、高純度のアルミ素材は、高分子材料との接着力が弱いが、純度９９％以下の合金は、オレフィンゴムと充分な接着力が得られる。また、アルミシートの界面は、外界からの蒸気の侵入で結露し易いため、高耐水性のオレフィン素材で挟み込む構造のため、長期間に亘り接着力の低下がなく、環境劣化因子からの保護機能を維持できる。

従来、このようなフッ素樹脂シートを用いた太陽電池モジュールは製品化されている。しかし、既存のＥＶＡ樹脂封止材が適用されていたため、セルが割れ、移動中にその割れが広がり、ついには発電性能が大幅に低下することが頻繁にあり、長寿命な製品ではなかった。
本モバイル太陽電池モジュールは、ラミネート装置の１５５℃、真空５分、プレス時間１０分のような条件で生産することができる。

以下の方法と順番でレイアップし、透明フッ素シートを熱板側にした。
レイアップの順番は、▲１▼フッ素系透明シートとして、旭硝子社製アフレックス１００μｍを横：５５ｍｍと縦：６５ｍｍにカットした。▲２▼ブリヂストン社製ＥＶＡ封止材を５５ｍｍと６５ｍｍにカットした。▲３▼菱江化学社製ＣＯＣ樹脂シートコート透明オレフィンゴム封止材２３０ｕｍを５５ｍｍと６５ｍｍにカットした。▲４▼単結晶シリコンセル：変換効率１９％を予め通常のはんだ方法で１１枚直列にストリングしたものを積層した。次に▲５▼菱江化学社製のＤｕＰｏｎｔのＴＰＴバックシート上に白オレフィンゴム２３０ｕｍ積層したシートを５５ｍｍと６５ｍｍにカットした。▲６▼：菱江化学社製オレフィンゴムシート５００ｕｍを５５ｍｍと６５ｍｍにカットした。アルミシート（材質、Ａ５０５２）は、縦：５０ｍｍ、横６０ｍｍにカットし、他の保護材に較べ、それぞれ５ｍｍ短いサイズで準備した。このサイズ設計により、アルミ素材が保護材の中にくるまれる構造が確立し、実使用環境下での環境劣化因子（水分・塩分・アンモニア）に侵されにくくなる。また、撥水性のオレフィンゴム素材に保護されることによって、アルミ素材の躯体として、長期信頼性を確保できる。次に▲７▼本アルミシートの上に▲６▼：菱江化学社製：ＤｕＰｏｎｔのＴＰＴバックシート上に白色オレフィンゴム２３０ｕｍ積層したシートをレイアップすることで、アルミ素材が▲６▼素材シートでサンドイッチされることにより、モバイル太陽電池として必要な、反りのない平面の製品となる。シリコンセル１枚分の空きスペースにオーナンバ製ジャンクションボックスを受光面に取り付ける。このジャンクションボックスとの接続において、タブリボンは、通常加工法とは異なり、裏面側に取り出し口を設けないで、モジュールの外側方向に配線し、発電素子の上部に位置する封止材を挟んで、外側に折り曲げた状態でラミネート加工する。外部に出ている電極とジャンクションＢＯＸ内端子をはんだで接続する。システムとしての発電容量は、モバイル太陽電池モジュールのケーブルを直列に繋ぐことによって任意に拡張できる。
本モバイル太陽電池モジュールを８５℃・８５％ＲＨ・−１０００Ｖ・１０００時間のダンプヒート（ＤＨ）試験とＰＩＤ試験を同時に行った結果、試験前：４５．２Ｗが試験後：４５．０Ｗであり、発電保持率１００％となった四隅の角の高さの総和は、１ｍｍであった。外観変化はなかった。重量は、２．５ｋｇであり、重量は８ｋｇ／ｍ^２であった。落下試験：５０ｃｍの高さから地面に平行に落下させた後、エレクトロルミエッセンス（ＥＬ）画像試験より、クラック、割れは発生しなかった。

比較例１

上記構造において、オレフィンゴムの部分をすべてＥＶＡ封止材とし、アルミシートは、ＥＶＡ封止材とバックシートを適用せず、裏面はアルミ生地がむき出しの太陽電池モジュールを作製した。また、ＣＯＣ樹脂シートを使用しなかった。
ＤＨとＰＩＤ同時試験において、試験後７Ｗとなり、発電保持率は１６％であった。落下試験では、ＥＬ画像より、セルクラックが５か所存在した。四隅の角の高さの総和は、３２ｍｍとなり、大きな反りが生じた。

太陽電池発電の電力として充分であり、また、環境劣化し難い躯体構造を持ち、かつ、携行可能であるので、電気自動車の電源補助として、また、漁場などの自動餌フィード機の電源として活用できる。

１０モバイル太陽電池モジュール
２０結晶系太陽電池シリコンセル
３０透明フッ素系シート
３１封止材（ＥＶＡ）
３２ＣＯＣ樹脂シート上コートのオレフィンゴム封止材（透明）
３３オレフィンゴムシート
３４バックシートコート上のオレフィンゴム封止材（透明）
４０アルミシート
５０ケーブルつきジャンクションボックス

Claims

結晶系シリコンセルを直列に繋ぎ合わせ、そのセル１枚分の面積の部分の受光面側にジャンクションＢＯＸを有し、直列に繋がるタブ線が受光面側の外側に折り曲げてある。本モジュールの構成材料部材が受光面側から、透明フッ素系樹脂シート、ＥＶＡ封止材、ＣＯＣ樹脂シート上の積層透明オレフィンゴム、発電素子のストリング、白色オレフィンゴム、バックシート、黒色オレフィンゴムシート、アルミシート、白色オレフィンゴム、バックシートからなる積層体であって、当該太陽電池モジュール厚みが４．０ｍｍ以下、縦と横の長さの総和が４０ｃｍ以上１６０ｃｍ以下であり、アルミシートの厚みは、０．８ｍｍ以上１．６ｍｍ以下である。また、モジュール重量は、９ｋｇ／ｍ^２以下である。保護材の内側に包まれており、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の大きさで、縦と横のサイズが小さいアルミシートを内包するモバイル太陽電池モジュール。
太陽電池モジュールの四隅の先端部の平面からの高さの総和が３ｍｍ以下である請求項１のモバイル太陽電池モジュール