JP3602721B2

JP3602721B2 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP3602721B2
Application number: JP16523198A
Authority: JP
Inventors: 邦和佐藤; 修米田
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: JPH11354819A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光を電力に変換する太陽電池モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽電池発電システムはクリーンエネルギーとして益々注目されている。そして、大陽発電システムを広く普及させるために、その太陽電池モジュールの変換効率のさらなる向上が求められている。
【０００３】
一般に、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールの変換効率は、太陽電池セルの温度によって左右され、太陽電池セルの温度が高いほど変換効率は低下する。そこで、太陽電池セルの温度上昇を抑制し変換効率の向上を図る方法が、特開平５−１５２５９６号、特開平９−６４３９６号、特開平９−１８６３５３号等に提案されている。例えば、特開平５−１５２５９６号の太陽電池モジュールでは、太陽電池セルの裏面を金属箔に直接接触させたものや、太陽電池セルの裏面に樹脂フィルムを介して金属箔が配設されたものが提案されている。そして、前者の太陽電池モジュールでは、太陽電池セルで発生した熱を直接金属箔に伝導させて放熱効果を向上させている。また、後者の太陽電池モジュールでは、太陽電池セルで発生した熱を樹脂フィルムを介して金属箔に伝導させて放熱効果を向上させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の太陽電池モジュールにおいて、複数の太陽電池セルは金属箔に直接接続されており、さらにその絶縁が可能と記載されているが、実際には不可能である。なぜなら、隣同士の太陽電池セルが互いにインターコネクタで接続されていることから、全ての太陽電池セルの表面と裏面が短絡された状態となるからである。また、後者の太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの熱は樹脂フイルムを介して金属箔に伝導されることから、効率のよい熱伝導が該樹脂フィルムによって制限される。従って、放熱効果を上げて太陽電池モジュールの変換効率をさらに向上させる上で問題であった。特に、集光方式の太陽電池モジュールでは、温度上昇が著しく高くなるため、十分な放熱効果が得られないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、電気的絶縁性を保持しつつ、太陽電池セルに発生する熱の放熱効果を向上させることができる太陽電池モジュールを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、太陽電池セルが絶縁部材を介して導電性放熱板の上に配設してなる太陽電池モジュールにおいて、前記絶縁部材に貫通穴を形成し、その貫通穴内に塗布した電気的に絶縁性を有し、かつ前記絶縁部材より熱伝導率の高い熱伝導性接着剤を用いて前記太陽電池セルと前記導電性放熱板とを接着したことを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記絶縁部材は、エチレン酢酸ビニルよりなる絶縁シートであることを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記絶縁部材は、電気配線用基板であることを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記絶縁部材は熱伝導性接着剤で接着させた導電性放熱板と太陽電池セルによって挟持固定されたことを要旨とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記貫通穴の前記太陽電池セルに面した側の開口面積が導電性放熱板に面した側の開口面積よりも大きく形成されていることを要旨とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記導電性放熱板は、アルミニウムの金属プレートからなることを要旨とする。
【００１１】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、太陽電池セルに発生した熱は、熱伝導性接着剤を介して導電性放熱板に伝導される。しかも、熱伝導性接着剤は電気的に絶縁性を有している。その結果、絶縁性を保持しつつ、導電性放熱板への放熱効果を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、エチレン酢酸ビニルよりなる絶縁シートは耐湿性に優れている。その結果、請求項１の太陽電池モジュールの効果に加えて耐湿性に優れている。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、絶縁部材が不要となるとともに、電気的配線構造がより簡単となる。その結果、製造組立作業において、作業効率が向上する。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、絶縁部材は、熱伝導性接着剤で接着された導電性放熱板と太陽電池セルによって挟持固定されることから、絶縁部材と導電性放熱板とを固定する必要がなくなり、コスト低減を図ることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、貫通穴の太陽電池セルに面した側の開口面積が導電性放熱板に面した側の開口面積よりも大きく形成されているため、余分な熱伝導性接着剤が逃げるスペースができる。その結果、そのスペースに余分な熱伝導性接着剤が逃げ込むことから、熱伝導性接着剤の塗布精度を厳密に行うことなく、太陽電池セルの実装をその厚み方向において高精度にすることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、アルミニウムからなる金属プレートは熱伝性に優れていることから、該金属プレートに効率よく伝達された熱は、高効率で放熱または他に伝達させることができる。その結果、さらに放熱効果を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した集光方式の太陽電池モジュールの一実施形態を図１〜図２に従って説明する。
【００１８】
図１は太陽電池モジュール１の断面図である。図１に示すように、太陽電池モジュール１の最下部には、例えば熱伝導率の高いアルミニウムよりなる導電性放熱板としての金属プレート２が設けられている。該金属プレート２の形状は板であり、その上面には平面が形成されている。また、該金属プレート２の一端は図示しない放熱機能を備えたヒートシンク、水、冷媒を循環させる管またはヒートパイプなどに連結される。
【００１９】
前記金属プレート２の上面には絶縁部材としての絶縁シート３が密着するように載置されている。該絶縁シート３は電気的に絶縁性を有し、耐湿性に優れた材質、例えばＥＶＡ樹脂（エチレン酢酸ビニル）からなっている。また、該絶縁シート３の面内には矩形をした複数の貫通穴４が等間隔に絶縁シート３の全面にわたって形成されている。
【００２０】
前記絶縁シート３の上面にはそれぞれ貫通穴４を塞ぐように複数の太陽電池セル５が配置されている。各太陽電池セル５はそれぞれの貫通穴４内に塗布された熱伝導性接着剤６を介して前記金属プレート２に接着されている。
【００２１】
各太陽電池セル５は、互いに銅箔等の導電性線材よりなる左右一対のインターコネクタ７によって接続されている。詳述すると、インターコネクタ７の一端は一方の太陽電池セル５の上面に接続され、インターコネクタ７の他端は他方の太陽電池セル５の下面に接続されている。即ち、各太陽電池セル５は直列に接続されるようになっている。
【００２２】
太陽電池セル５と金属プレート２を接着固定する熱伝導性接着剤６は、電気的に絶縁性を有し、かつ絶縁シート３より熱伝導率の高い接着剤であって、本実施形態ではシリカフィラーを充填したシリコン接着剤を使用している。
次に、上記のように構成した太陽電池モジュール１の特徴について以下に説明する。
【００２３】
（１）本実施形態によれば、絶縁シート３に貫通穴４を形成し、その貫通穴４に熱伝導性接着剤６を塗布し、その熱伝導性接着剤６によって太陽電池セル５と金属プレート２を接着した。そして、熱伝導性接着剤６は、電気的に絶縁性を有し、かつ絶縁シート３より熱伝導率の高いシリコン接着剤を使用した。
【００２４】
従って、太陽電池セル５に発生した熱は、熱伝導率の高い熱伝導性接着剤６を介して金属プレート２に効率よく伝導される。しかも、金属プレート２と太陽電池セル５は、絶縁シート３および熱伝導性接着剤６によって電気的に絶縁されている。その結果、本実施形態の太陽電池モジュール１では絶縁性を保持しつつ、金属プレート２への放熱効果を向上させることができる。
【００２５】
しかも、金属プレート２をアルミニウムによって形成したため、金属プレート２に効率よく伝達された熱は、高効率で導電性放熱板およびヒートシンク等に伝達させることができ、さらに放熱効果を向上させることができる。
【００２６】
（２）本実施形態によれば、絶縁シート３は耐湿性に優れたエチレン酢酸ビニルを使用した。その結果、太陽電池モジュール１は耐久性に優れたものとなる。
（３）本実施例によれば、絶縁シート３は金属プレート２に載置される。そして、絶縁シート３に形成した貫通穴４に熱伝導性接着剤６を塗布し、金属プレート２と太陽電池セル５とを熱伝導性接着剤６によって接着した。従って、絶縁シート３は金属プレート２と太陽電池セル５とで挟持固定されることになる。その結果、絶縁シート３は金属プレート２に対して接着剤等の何らかの固定手段によって固定する必要がなくなり、コスト低減を図ることができる。
【００２７】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 太陽電池セルの裏面側に別途、冷却構造を設けてやってもよい。例えば、放熱板を冷却水で冷却する構造が挙げられる。この構造によれば、より一層太陽電池セルに発生する熱の放熱効果を向上できる。又、冷却構造は冷却水によるものに限らず、例えばヒートパイプを用いるもの等、他の構造であってもよい。
【００２８】
尚、前記実施形態では述べていないが、図１の太陽電池セル５（及びインターコネクタ７）の上方には、例えばレンズを介してガラスが設けられ、太陽光にはこのガラスとレンズを透過してから太陽電池セル５に到達することになる。太陽電池セル５に発生した熱は、表側であるこのガラス及びレンズと、裏側の放熱板及び冷却水の両方へと伝達されるが、後者への方が熱伝導率が大きい。
【００２９】
○ 太陽電池の形態は、フラットガラス式や集光式等に限定されず、放熱を必要とする全ての形態に適用可能である。
○ 太陽電池セルの裏面側に位置する熱伝導性接着剤や絶縁部材に、透明なタイプを用いても良い。この構造にすれば、それらを透過した太陽光が放熱板で反射され、再度太陽電池セルに受光されるので、発電効率をより向上させることができる。これは、太陽電池セルを太陽光が透過するようなタイプの場合に特に有効である。
【００３０】
○ 前記実施形態では、絶縁部材として絶縁シート３を用いて実施したが、図３に示すように電気配線用基板１１に代えてもよい。図３に示すように、ガラスエポキシ基板からなる電気配線用基板１１の下面にはアルミニウムからなる金属プレート２が設けられている。電気配線用基板１１には複数の矩形状の貫通穴１２が等間隔に形成されている。電気配線用基板１１の上面にはそれぞれ貫通穴１２を塞ぐように太陽電池セル５が配設されている。各太陽電池セル５は各貫通穴１２内に塗布された熱伝導性接着剤６を介して前記金属プレート２に接着されている。熱伝導性接着剤６は電気配線用基板１１よりも熱伝導率の高い接着剤であり、かつ電気的に絶縁性を有する接着剤である。太陽電池セル５の裏面電極は電気配線用基板１１の上面に形成されたプリント配線１３に電気的に接続されている。そして、一端が太陽電池セル５の表面に接続したインターコネクタ７の他端は前記配線１３に形成したランド１４に電気的に接続されている。
【００３１】
このように構成することにより、前記実施形態の特徴（１），（３）に加えて電気配線用基板１１を配設したことから、絶縁シート３が不要となるとともに、太陽電池モジュール１の電気的配線構造がより簡単となり、製造組立作業において、作業効率が向上する。又、ガラスエポキシ基板は前記実施例のエチレン酢酸ビニル同様の優れた耐久性が得られる。なお、電気配線用基板１１はフレキシブル基板やセラミック基板等で実施してもよい。勿論、この場合でも、熱伝導性接着剤はこれらの電気配線用基板より熱伝導率が高い接着剤が使用される。
【００３２】
○ 上記実施形態で説明した貫通穴４に代えて、図４に示すように絶縁シート３の太陽電池セル５に面した側の開口面積が貫通穴１５内（の金属プレート２上）に面した側の開口面積よりも大きくされた貫通穴１５を形成して実施してもよい。この場合、前記実施形態の特徴（１），（２），（３）に加えて、以下の特徴を有する。
【００３３】
金属プレート２に絶縁シート３を載置した後、熱伝導性接着剤を絶縁シート３の金属プレート２に塗布して、その上に太陽電池セル５が載置される。このとき、熱伝導性接着剤６は貫通穴１５の太陽電池セル５に面している側の幅が、金属プレート２に面している側の幅よりも広く形成されているため、逃げスペース１６があり、太陽電池セル５の底面に沿って広がることができる。従って、貫通穴４の場合には、熱伝導性接着剤６の塗布量が過多の際、太陽電池セル５が熱伝導性接着剤６によって浮き上がることを避け、且つ確実に接着するためには、熱伝導性接着剤６の塗布量を正確にコントロールする必要があったが、貫通穴１５の場合には、熱伝導性接着剤６の塗布量が多少過多であっても、過多な分を逃げスペース１６に逃がすことができるので、熱伝導性接着剤６の塗布精度を厳密に行うことなく、太陽電池セル５の実装をその厚み方向において高精度にすることができる。
【００３４】
○ 貫通穴１５の側断面は、図４のような階段状に限定されず、テーパ状や曲面状等、その上方開口面積が下方開口面積よりも大きければ他の形状であってもよい。
【００３５】
○ インターコネクタ７は、左右一対に限定されない。
○ 貫通穴４，１２，１５は、必ずしも一つの太陽電池セル５に一つである必要はなく、一つの太陽電池セル５に二つ以上設けてもよい。
【００３６】
○ 貫通穴４，１２，１５を設ける位置は、太陽電池セル５の底面に対して必ずしも太陽電池セル５の中央である必要はなく、太陽電池セル５の底面内の他の箇所に設けてもよい。
【００３７】
○ 絶縁シート３および電気配線用基板１１に形成された貫通穴４，１２，１５の形状を矩形に代えて、円、楕円およびその他の多角形にしてもよい。また、この貫通穴４，１２，１５は絶縁シート３の任意の位置に配置してよい。
【００３８】
このようにした場合にも、前記実施形態に記載の特徴（１），（２），（３）と同様の特徴を得ることができる。
○ 金属プレート２の材質はアルミニウムに限らず、銅または鉄など熱伝導率の高い金属であれば、他の材質でもよい。
【００３９】
○ 絶縁シート３はＥＶＡ樹脂に限らず、ＰＶＢ樹脂（ポリビニルプチラール）など電気的に絶縁性を有するものであれば、他の材質でもよい。
○ 上記実施形態では、絶縁シート３や電気配線用基板１１を金属プレート２の上面に載置し、絶縁シート３や電気配線用基板１１を金属プレート２と太陽電池セル５とで挟持固定したが、両面接着テープ等によって絶縁シート３や電気配線用基板１１と金属プレート２とを固定してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、絶縁性を保持しつつ、導電性放熱板への放熱効果を向上させることができる効果を有する。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の太陽電池モジュールの効果に加えて耐湿性に優れた効果を有する。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の太陽電池モジュールの効果に加えて製造における組立作業の効率が向上する。
【００４２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の太陽電池モジュールの効果に加えてコスト軽減を図ることができる効果を有する。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の太陽電池モジュールの効果に加えて、熱伝導性接着剤の塗布精度を厳密に行うことなく、太陽電池セルの実装をその厚み方向において高精度にすることができる。
【００４３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載の太陽電池モジュールの効果に加えてさらに放熱効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における太陽電池モジュールの断面図。
【図２】本実施形態における太陽電池モジュールの斜視図。
【図３】別例における太陽電池モジュールの斜視図。
【図４】別例における太陽電池モジュールの断面図。
【符号の説明】
１…太陽電池モジュール、２…導電性放熱板としての金属プレート、３…絶縁部材としての絶縁シート、４，１２，１５…貫通穴、５…太陽電池セル、６…高い熱伝導性接着材、１１…絶縁部材としての配線用基板。

Claims

太陽電池セルが絶縁部材を介して導電性放熱板の上に配設してなる太陽電池モジュールにおいて、
前記絶縁部材に貫通穴を形成し、その貫通穴内に塗布した電気的に絶縁性を有し、かつ前記絶縁部材より熱伝導率の高い熱伝導性接着剤を用いて前記太陽電池セルと前記導電性放熱板とを接着した太陽電池モジュール。
請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記絶縁部材は、エチレン酢酸ビニルよりなる絶縁シートである太陽電池モジュール。
請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記絶縁部材は、電気配線用基板である太陽電池モジュール。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記絶縁部材は熱伝導性接着剤で接着させた導電性放熱板と太陽電池セルによって挟持固定された太陽電池モジュール。
請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記貫通穴の前記太陽電池セルに面した側の開口面積が導電性放熱板に面した側の開口面積よりも大きく形成されている太陽電池モジュール。
請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記導電性放熱板は、アルミニウムの金属プレートからなる太陽電池モジュール。