JP3733236B2 - 太陽電池モジュール、それを用いた太陽電池アレイ及び太陽光発電装置、並びに太陽電池モジュールの製造方法及び取り付け方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池モジュール、その製造方法、およびそれを用いた太陽光発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスモジュールなどのように周囲にアルミフレームなどの補強材を有する太陽電池モジュールを構造物あるいは専用架台に固定する場合には、ボルトなどの取り付け部材を用いて固定する。また、裏面補強材として可撓性の金属鋼板を使用した太陽電池モジュールなどの場合には、特開平７−２１１９３２号公報に記載のように釘・ボルト・ステープルなどを用いて固定するか、あるいは、特開平８−１７７１８７号公報に記載のように吊り子などの固定部材を用いる方法がある。
【０００３】
また、裏面補強材として可撓性の金属鋼板を使用した太陽電池モジュールを接地する場合には特開平９−１９９７８号公報に記載のように太陽電池モジュールの支持部材と金属鋼板を接触させる方法や太陽電池モジュールに開けられた貫通穴を使用して、ボルト・ナットなどによりアース線の電気的接続を行う方法などが取られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の特開平７−２１１９３２号公報に記載のような取り付け方法において、特に取り付け部がむき出しの場合には、ラミネーション材料と補強材の界面あるいはボルトと補強材の界面に水分、塩分などが侵入した結果、ラミネーション材料と補強材との間が剥離する、あるいは錆が生じるなどの問題があった。
【０００５】
また、上記のように太陽電池モジュールの接地を行う場合も同様に水分・塩分などが侵入し、導通不良を生じるなどの問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題を解決し、信頼性の高い取り付けあるいはアース接続を行うことができる太陽電池モジュールあるいは、それを複数枚接続した太陽電池アレイ、太陽光発電装置さらにはその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、上記のような問題を解決する手段は、補強材上に、太陽電池素子及びラミネーション材料を積層して成る太陽電池モジュールにおいて、積層方向から見て前記太陽電池素子と重畳しない部分の前記補強材にラミネーション材料により充填された穴部を有することを特徴とする太陽電池モジュールである。
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールにおいては、前記穴部に充填されたラミネーション材料中に、穴部より小さい貫通穴を有することが好ましい。
【０００９】
また、前記ラミネーション材料が、前記補強材と太陽電池素子との間に設けられた裏面樹脂と、前記太陽電池素子上に設けられた透明樹脂とからなることが好ましい。
【００１９】
更に、本発明は前記太陽電池モジュールを複数枚接続することにより構成されることを特徴とする太陽電池アレイである。
【００２０】
更に、本発明は前記太陽電池アレイが太陽電池アレイの出力を制御するインバータあるいは接続箱に接続されていることを特徴とする太陽光発電装置である。
【００２１】
本発明太陽光発電装置においては、太陽電池アレイがインバータを介して、系統に連系されていることが好ましい。
【００２２】
更に、本発明は上記太陽電池モジュールを製造する方法において、太陽電池素子及びラミネーション材料を積層する前に前記補強材に穴部を開けておき、ラミネーション工程により前記ラミネーション材料を穴部に充填することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法である。
【００２３】
また、本発明は上記太陽電池モジュールを製造する方法において、太陽電池素子及びラミネーション材料を積層する前に前記補強材に穴部を開けておき、ラミネーション工程により前記ラミネーション材料を穴部に充填した後、前記穴部に充填されたラミネーション材料中に穴部より小さい貫通穴を貫通することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法である。
【００２４】
更に、本発明は前記太陽電池モジュールの取り付け方法において、前記穴部に取り付け部材を貫挿することあるいは前記貫通穴に取り付け部材を挿入することにより支持部材に取り付けることを特徴とする太陽電池モジュールの取り付け方法である。
【００２５】
本発明の取り付け方法においては、前記取り付け部材と太陽電池モジュールの間にスペーサーを介することが好ましく、前記スペーサーの大きさが前記穴部より大きいことが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、太陽電池モジュール１０１は、裏面の補強材１０２上に絶縁フィルム１０３、裏面樹脂１０４、太陽電池素子１０５、繊維状無機化合物１１１、透明樹脂１０６、透明フィルム１０７などを有する構成のものである。
【００２９】
そして、太陽電池モジュール１０１の縁であって、太陽電池素子１０５と重畳しない部分には、裏面樹脂１０４、透明樹脂１０６などのラミネーション材料１０９により充填された、裏面補強材１０２上に開けられた穴部１０８を有するものである。
【００３０】
また、図１（ｂ）に示すように、穴部１０８中のラミネーション材料１０９に穴開けポンチなどを用いて、穴部１０８より小さい貫通穴１１２を開けておくこくことが好ましい。
【００３１】
また、太陽電池素子１０５と穴部１０８の距離が短い場合には、絶縁性能を向上するために、絶縁フィルム１０３、繊維状無機化合物１１１には貫通穴１１２と重畳する部分にあらかじめ穴開けを行っておくか、あるいは絶縁フィルム１０３、繊維状無機化合物１１１が貫通穴１１２に重畳しないように他のラミネーション材料より小さいサイズにカットしておくなどして、貫通穴１１２と絶縁フィルム１０３・繊維状無機化合物１１１が重畳しないことが好ましい。
【００３２】
また、太陽電池モジュール１０１は、あらかじめ所定の位置に穴部１０８を開けている裏面補強材１０２上に、絶縁フィルム１０３、裏面樹脂１０４、太陽電池素子１０５、繊維状無機化合物１１１、透明樹脂１０６、透明フィルム１０７を順次積層し、加圧脱泡しながら裏面樹脂１０４、透明樹脂１０６を溶融することにより、太陽電池素子１０５を裏面補強材１０２と透明フィルム１０７でサンドイッチすることにより製造することができる。
【００３３】
図２は本発明の太陽電池モジュールの取り付け状態の一例を示す図である。
【００３４】
さらに、太陽電池モジュール２０１を任意の形状に折り曲げ加工し、取り付け部材２０２などにより構造物上に取り付ける。
【００３５】
そこで取り付け部材２０２と太陽電池モジュール２０１の間にはスペーサー２０４を有することが好ましく、スペーサー２０４の大きさは穴部２０３より大きいことが好ましい。
【００３６】
また、別の穴部２０６を接地部２０５として、接地部材２０７を用いて電気的に接続することができる。
【００３７】
次に本発明で使用する太陽電池モジュール、補強材１０２、及び透明樹脂１０６・透明フィルム１０７・絶縁フィルム１０３・裏面樹脂１０４・繊維状無機化合物１１１などのラミネーション材料、取り付け部材２０２、スペーサー２０４、接地部材２０７について詳しく説明する。
【００３８】
（太陽電池モジュール）
本発明で用いる太陽電池モジュールに特に限定はないが、太陽電池素子１０５としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池などのシリコン半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池、ＩＩ−ＶＩ族化合物太陽電池、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物太陽電池などの化合物半導体が使用できる。
【００３９】
本発明に使用される太陽電池モジュールは、好ましくは、アモルファスシリコン太陽電池を使用した太陽電池モジュールであり、太陽電池モジュールの透明フィルム１０７に耐候性フィルムを用い、かつ、裏面の補強材１０２に金属屋根に使用されるような金属鋼板を用いたものである。例えば、折版形状、瓦棒形状、横葺き形状に成形加工することができる。
【００４０】
そして、成型加工された太陽電池モジュールは、屋根などの構造物上または架台の上に、後に説明する取り付け部材２０２を用いて取り付けることができる。
【００４１】
アモルファスシリコン太陽電池は、フィルム基板や導電性基板上に薄膜で形成することができるため、太陽電池自体を軽量にすることが可能である。特に、導電性基板を基板に用いたアモルファスシリコン太陽電池は、構造的な強度が強く、しかも、可曲性を有するため、形状自由度が高く、いろいろな屋根形状や壁形状に対応することができる。
【００４２】
また、ガラスを表面に使用した太陽電池モジュールでは、補強材としてアルミフレームを用い、モジュール自体を屋根などの構造物の上に設置する際に、太陽電池モジュールと構造物の間に、架台などの支持部材を用いる。
【００４３】
（補強材１０２）
本発明の太陽電池モジュールの補強材に特に限定はないが、機械的強度を増し、温度変化による歪、ソリを防止するために強化ガラスやフレーム、裏面補強材などが用いられる。
【００４４】
材質としては、フレームや裏面補強材共に例えばアルミニウム、ステンレス等の他に亜鉛メッキ鋼板、ガルバリウム鋼板などのメッキ鋼板、チタン、ステンレス鋼板、カーボンファイバー、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、セラミックあるいはポリカーボネート等を使用できるがこれらに限られたものではない。
【００４５】
また、裏面補強材としてはガラス、テドラ／Ａｌ／テドラも使用することができる。
【００４６】
上記のものは必要に応じて、その表面が陽極酸化処理あるいはポリエステル樹脂、アクリル樹脂等で樹脂コーティングしてあることが好ましい。
【００４７】
金属屋根材（金属製板）一体型太陽電池モジュールでは、ラミネーション材料１０９といっしょにこの金属製板、すなわち補強板１０２を折り曲げ加工することにより太陽電池モジュールを一般の金属屋根材と同様に扱うことができる。
【００４８】
（透明樹脂１０６）
透明樹脂は、太陽電池素子１０５の凹凸を被覆し、素子を温度変化、湿度、衝撃などの過酷な外部環境から守りかつ透明フィルムと素子との接着を確保するために必要である。
【００４９】
従って、耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性が要求される。これらの要求を満たす樹脂としてはエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ブチラール樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。なかでも、ＥＶＡは太陽電池用途としてバランスのとれた物性を有しており、好んで用いられる。
【００５０】
また、ＥＶＡはそのままでは熱変形温度が低いために容易に高温使用下で変形やクリープを呈するので、架橋して耐熱性を高めておくことが望ましい。
【００５１】
ＥＶＡの場合は有機過酸化物で架橋するのが一般的である。有機過酸化物による架橋は有機過酸化物から発生する遊離ラジカルが樹脂中の水素やハロゲン原子を引き抜いてＣ−Ｃ結合を形成することによって行われる。
【００５２】
有機過酸化物の活性化方法には、熱分解、レドックス分解およびイオン分解が知られている。一般には熱分解法が好んで行われている。なお、有機過酸化物の添加量は透明樹脂１００重量部に対して０．５乃至５重量部である。有機過酸化物を透明樹脂に併用し、加圧加熱しながら架橋および熱圧着を行うことが可能である。
【００５３】
加熱温度ならびに時間は各々の有機過酸化物の熱分解温度特性で決定することができる。一般には熱分解が９０％より好ましくは９５％以上進行する温度と時間をもって加熱加圧を終了する。これによる充填材のゲル分率が７０％以上が好ましい。ここで、ゲル分率とは以下の式で求められる。
ゲル分率＝（未溶解分の重量／試料の元の重量）×１００（％）
すなわち、透明樹脂をキシレン等の溶媒で抽出した場合、架橋してゲル化した部分は溶出せず架橋していないゾル部分のみ溶出する。ゲル分率１００％とは、完全に架橋が完了したことを示す。抽出後残った試料を取り出したキシレンを蒸発させることにより未溶解のゲル分のみを得ることができる。ゲル分率が７０％未満である場合、耐熱性や耐クリープ性に劣るため、夏などの高温下での使用の際に問題が生じる。
【００５４】
架橋反応を効率良く行うためには、架橋助剤と呼ばれるトリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）を用いることが望ましい。一般には充填材樹脂１００重量部に対して１乃至５重量部の添加量である。その際の、ＥＶＡ中の酢酸ビニル含有量が２０％乃至３０％であることが望ましい。酢酸ビニルの含有量が２０％以下であり架橋度が同じＥＶＡである場合、その架橋密度は高くなる為、非常に固い充填材となリフレキシブルな加工性に劣る。また３０％以上であると、柔らかくなりすぎて、凹部でのしわなどが起こりやすくなる。
【００５５】
本発明に用いられる透明樹脂は耐候性において優れたものであるが、更なる耐候性の改良のため紫外線吸収剤を併用することもできる。紫外線吸収剤としては、公知の化合物が用いられるが、太陽電池モジュールの使用環境を考慮して低揮発性の紫外線吸収剤を用いることが好ましい。
【００５６】
紫外線吸収剤の他に光安定化剤も同時に添加すれば、光に対してより安定な充填材となる。耐候性を付与する方法としてはヒンダードアミン系光安定化剤を使用できることが知られている。ヒンダードアミン系光安定化剤は紫外線吸収剤のようには紫外線を吸収しないが、紫外線吸収剤を併用することによって著しい相乗効果を示す。添加量は透明樹脂１００重量部に対して０．１〜０．３重量部程度が一般的である。もちろんヒンダードアミン系以外にも光安定化剤として機能するものはあるが、着色している場合が多く太陽電池モジュールの透明樹脂には望ましくない。
【００５７】
さらに、より厳しい環境下で太陽電池モジュールの使用が想定される場合には透明樹脂と太陽電池素子１０５あるいは透明フィルム１０７との密着力を向上することが好ましい。シランカップリング剤や有機チタネート化合物を透明樹脂に添加することで前記密着力を改善することが可能である。添加量は、透明樹脂１００重量部に対して０．１乃至３重量部が好ましく、０．２５乃至１重量部がより好ましい。
【００５８】
さらに、含浸している表面側の繊維状無機化合物１１１と透明樹脂の密着力を向上させるためにもシランカップリング剤や有機チタネート化合物を透明樹脂中に添加することは効果がある。
【００５９】
一方、太陽電池素子１０５に到達する光量の減少をなるべく抑えるために、表面側のラミネーション材料は透明でなくてはならず、具体的には光透過率が４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光波長領域において８０％以上であることが望ましく、９０％以上であることがより望ましい。また、大気からの光の入射を容易にするために、摂氏２５度における屈折率が１．１から２．０であることが好ましく、１．１から１．６であることがより好ましい。
【００６０】
（透明フイルム１０７）
透明フイルムは太陽電池モジュールの最表層に位置するため耐候性、耐汚染性、機械強度をはじめとして、太陽電池モジュールの屋外暴露における長期信頼性を確保するための性能が必要である。
【００６１】
本発明に用いられる透明フィルムとしてはフッ素樹脂、アクリル樹脂などがある。なかでもフッ素樹脂は耐候性、耐汚染性に優れているため好んで用いられる。具体的にはポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂あるは四フッ化エチレン−エチレン共重合体などがある。耐候性の観点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強度の両立と透明性では四フッ化エチレン−エチレン共重合体が優れている。
【００６２】
前記透明樹脂１０６との接着性の改良のために、コロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、ＵＶ照射、電子線照射、火炎処理等の表面処理を表面フィルムに行うことが望ましい。具体的には、太陽電池素子１０５側の、ぬれ指数が３４ｄｙｎｅ乃至４５ｄｙｎｅであることが好ましい。ぬれ指数が３４ｄｙｎｅ以下であると、透明フイルムと透明樹脂１０６との接着力が十分ではないため、透明樹脂１０６と透明フィルムの剥離がおこる。また、透明フィルムとして、四フッ化エチレン−エチレン共重合体樹脂フィルムを用いる場合、ぬれ指数４５ｄｙｎｅ以上にすることは難しい。
【００６３】
さらに、透明フィルムは、延伸処理されたフィルムはクラックを生じる。太陽電池モジュールの端部を折り曲げ加工する際には、折り曲げ部分でフィルムが切れるため、その部分での被覆材の剥離および水分の侵入を促し信頼性の低下をきたす。このことより、延伸処理されていないフィルムのほうが望ましい。具体的には、ＡＳＴＭＤ−８８２試験法における、引っ張り破断伸びが縦方向、横方向ともに２００％乃至８００％であることが好ましい。
【００６４】
（絶縁フィルム１０３）
絶縁フィルムは、太陽電池素子１０５の導電性金属基板と外部との電気的絶縁を保つために必要である。
【００６５】
材料としては、導電性金属基板と充分な電気絶縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられるフィルムとしては、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートが挙げられる。
【００６６】
（裏面樹脂１０４）
裏面樹脂は太陽電池素子１０５と裏面の絶縁フィルム１０３との接着を図るためのものである。
【００６７】
材料としては、太陽電池素子１０５の導電性基板と充分な接着性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられる材料としては、ＥＶＡ、エチレン−アクリル酸メチル共重合（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ポリエチレン、ポリビニルブチラール等のホットメルト材、両面テープ、柔軟性を有するエポキシ接着剤が挙げられる。また、補強材１０２および絶縁フィルム１０３との接着力を向上するためにこれらの裏面樹脂表面に粘着付与樹脂を塗布してもよい。
【００６８】
裏面樹脂が、表面の接着性樹脂として使用されている透明樹脂１０６と同じ材料であることも多い。さらには、工程の簡略化の為、絶縁フィルム１０３の両側に、上記の裏面樹脂層をあらかじめ一体積層した材料を用いてもよい。
【００６９】
また、熱変形温度が低いために容易に高温使用下で変形やクリープを呈するので、透明樹脂１０６と同様に有機過酸化物等で架橋して耐熱性を高めておくことが望ましい。
【００７０】
（繊維状無機化合物１１１）
表面の透明樹脂１０６中に含浸されている繊維状無機化合物について以下に述べる。まず、透明樹脂１０６中に繊維状無機化合物を含浸させる理由としては、以下のようなことがあげられる。
【００７１】
太陽電池モジュール、特に住宅の屋根、壁に設置されるモジュールには難燃性が求められている。ところが、高分子樹脂の量が多いと非常に燃えやすい表面側のラミネーション材料１０９となり、またその量が少ないと外部からの衝撃から内部の太陽電池素子１０５を保護することができなくなる。そこで、少ない樹脂で太陽電池素子１０５を外部環境から十分に保護するために、表面側のラミネーション材料１０９として繊維状無機化合物を含浸した透明樹脂１０６を使用する。
【００７２】
繊維状無機化合物としては、具体的にはガラス繊維不織布、ガラス繊維織布、ガラスフィラー等があげられる。特に、ガラス繊維不織布を用いることが好ましい。ガラス繊維織布は、コストが高く、含浸もされにくい。ガラスフィラーを用いることは、耐スクラッチ性があまり向上しない為、より少量の透明樹脂で太陽電池素子を被覆することが難しい。また、長期使用に関して、十分な密着力を確保するために透明樹脂に使用したものと同様に、シランカップリング剤や有機チタネート化合物で繊維状無機化合物を処理しておくことが望ましい。
【００７３】
（取り付け部材２０２）
本発明の太陽電池モジュールを構造材、架台などに取り付けるための部材に特に限定はなく、ねじ・ボルト・ナット・釘・ステープル・タッピンねじ・ちょうボルト・ちょうナットなどが使用できる。
【００７４】
特に、ボルト・ナット・釘・タッピンねじ・ちょうボルト・ちょうナットなどを使用する場合はその頭部の大きさが穴部１０８の大きさより大きく、補強材１０２を押圧することができることが好ましい。
【００７５】
その材質としては、鋼、黄銅、ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、ポリカーボネート、硬質塩化ビニル、ダクタイル鋳鉄、ダイキャスト、亜鉛合金、モネル、ハステロイ、カーペンター、などから選択することができる。
【００７６】
また、防錆性、耐候性などを考えるとこれらの部材には適当な表面処理が行なわれていることが好ましい。表面処理の種類としては、銅、ニッケル、クロム、黒色クロム、黒色ニッケル、錫合金、銅合金、金、金合金、銀、ユニクロ、クロメート、亜鉛、カドミウム、無電解ニッケル、工業用硬質クロム、錫などのメッキから選択することができる。
【００７７】
（スペーサー２０４）
本発明の太陽電池モジュールを上記取り付け部材２０２を使用して取り付けを行う場合にはスペーサーを使用することがより好ましい。
【００７８】
スペーサーを使用することにより、ラミネーション材料１０９の傷つき、破れなどを防止することができるとともに、取り付け部のゆるみを防止することができる。
【００７９】
本発明で使用できるスペーサーとしては特に限定はないが、平座金・歯付き座金・ばね座金などのねじ部材、ゴムなどの弾性部材あるいは木材などを使用することができ、また、太陽電池モジュールの支持部材をスペーサーとして利用することができる。
【００８０】
またスペーサーの大きさが穴部１０８より大きく、補強材１０２を押圧することができることが好ましい。
【００８１】
（接地部材２０７）
本発明の太陽電池モジュールの穴部を使用して、接地を行うための部材に特に限定はないが、ねじ・ボルト・ナット・タッピンねじ・ちょうボルト・ちょうナットなどが使用できる。
【００８２】
それらにより、アース線、導通性の支持部材などを太陽電池モジュールの補強材１０２と電気的接続を行う。
【００８３】
特に、補強材１０２が導通性であり、そのアースととる場合には、接地部材と補強材の間に歯付き座金などを介して電気的に接続することが好ましい。
【００８４】
さらには歯付き座金と補強材１０２接触面の合成電気化学電位が０．６Ｖ以下であることが好ましい。
【００８５】
その材質としては、鋼、黄銅、ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、ポリカーボネート、硬質塩化ビニル、ダクタイル鋳鉄、ダイキャスト、亜鉛合金、モネル、ハステロイ、カーベンター、などから選択することができる。
【００８６】
また、防錆性、耐候性などを考えるとこれらの部材には適当な表面処理が行なわれていることが好ましい。表面処理の種類としては、銅、ニッケル、クロム、黒色クロム、黒色ニッケル、錫合金、銅合金、金、金合金、銀、ユニクロ、クロメート、亜鉛、カドミウム、無電解ニッケル、工業用硬質クロム、錫などのメッキから選択することができる。
【００８７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳述するが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８８】
（実施例１）
図３に示すように、裏面補強材３０４、裏面樹脂３０５、絶縁フィルム３０９、裏面樹脂３０５、太陽電池素子３０６、透明樹脂３０７、繊維状無機化合物３０８、透明樹脂３０７、透明フィルム３０２の順に積層し、真空ラミネーターを用いて、１５０℃で裏面樹脂３０５および透明樹脂３０７を溶融させることにより、太陽電池素子３０６を裏面補強材３０４及び透明フィルム３１１で樹脂封止した太陽電池モジュール３０１を作成した。
【００８９】
ここで、裏面補強材３０４はポリエステル樹脂コートされた鋼板（０．４ｍｍ厚）、裏面樹脂３０５、透明樹脂３０７はＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合ポリマー耐候性グレード）、透明フィルム３０２はＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）、太陽電池素子３０６はアモルファスシリコン太陽電池を使用した。
【００９０】
また、裏面補強材３０４には、あらかじめタレットパンチによりφ５．５の穴部３０３が開けられ、バリとりを行った。穴開けは電工ドリル・穴開けポンチなどを用いて行っても良いが、いずれの場合も穴部３０３のバリとりを行うことが好ましい。
【００９１】
このように作成した太陽電池モジュールでは、溶融した透明樹脂３０７および裏面樹脂３０５が穴部３０３に流れ込み、流れ込んだ樹脂は穴部３０３の端面に接着し、水分、塩分の裏面補強材３０４への接触、あるいは裏面補強材３０４と裏面樹脂３０５の界面への侵入を防ぐことができる。
【００９２】
そして、上記太陽電池モジュール３０１を瓦棒屋根状に折り曲げ加工を行い、支持部材３１２上に取り付けた。この時取り付け部材３１０としてはＭ４のクロムめっきを施されたタッピンねじを用いた。
【００９３】
（実施例２）
図４に示すように、表面に補強材４０２としてのガラス、裏面に透明フィルム４０３としてのアルミニウム箔をサンドイッチした耐湿性フッ素樹脂（「テドラー（デュポン社製）／アルミ箔／テドラー」）を用い、透明樹脂及び裏面樹脂４０４としてのＥＶＡにより単結晶太陽電池素子を封止した太陽電池モジュール４０１を作成した。
【００９４】
ここで、補強材４０２と透明フィルム４０３の所定の場所にあらかじめφ５．５の穴部４０７、４０８を開けておく。
【００９５】
そして、固定部材４０５としてＭ４のクロムめっきを施されたタッピンねじを用いて支持部材４０６に取り付けた。
【００９６】
（実施例３）
図５に示すように、スペーサー５０４として、穴部５０２より大きい木材を介在させて、穴部５０２に固定部材５０３としての釘を打ちこんだ以外は実施例１と同様にして、太陽電池モジュール５０１を支持部材５０５に固定した。
【００９７】
（実施例４）
実施例１と同様にして作成した太陽電池モジュールを用いて、図６に示すように支持部材上に固定した。
【００９８】
即ち、太陽電池モジュール６０１の穴部６０２中に、より小さいφ４の貫通穴６０３を開け、その後瓦棒屋根状に折り曲げ加工を行うことにより太陽電池モジュール６０１とし、スペーサー６０４，６０５としてばね座金（６０４）・平座金（６０５）を介在させて、貫通穴６０３に固定部材６０６としての六角ボルトを挿入することにより、太陽電池モジュール６０１を支持部材６０７に固定した。
【００９９】
（実施例５）
図７に示すように、スペーサーとしての機能を有する支持部材７０４を介して、貫通穴７０３に固定部材７０５としての六角ボルトを貫挿し、固定部材７０６としての六角ナットにより締め付けた以外は実施例３と同様にして太陽電池モジュール７０１を支持部材７０４に固定した。
【０１００】
（実施例６）
図８に示すように、貫通穴部８０３に裏面補強材８０７側より、スペーサー８０４としての歯付き座金を通した固定部材８０６としての十字穴付きなべこねじを挿入した以外は実施例３と同様にして、導電性の支持部材８０８に固定し、裏面補強材８０７と支持部材８０８のアース導通を取った。
【０１０１】
（比較例１）
裏面補強材にあらかじめ穴を開けずに作成した太陽電池モジュールを使用した以外は実施例１と同様にして太陽電池モジュールを支持部材に固定した。
【０１０２】
（比較例２）
裏面補強材にあらかじめ穴を開けずに作成した太陽電池モジュールを使用した以外は実施例３と同様にして太陽電池モジュールを支持部材に固定した。
【０１０３】
（比較例３）
裏面補強材にあらかじめ穴を開けずに作成した太陽電池モジュールに電工ドリルによりφ４の穴開けを行った以外は実施例４と同様にして太陽電池モジュールを支持部材に固定した。
【０１０４】
（比較例４）
裏面補強材にあらかじめ穴を開けずに作成した太陽電池モジュールに電工ドリルによりφ４の穴開けを行った以外は実施例５と同様にして太陽電池モジュールを支持部材に固定した。
【０１０５】
（比較例５）
裏面補強材にあらかじめ穴を開けずに作成した太陽電池モジュールにφ４の穴開けを行った以外は実施例６と同様にして太陽電池モジュールを支持部材に固定し、裏面補強材と支持部のアース導通を取った。
【０１０６】
（評価）
実施例１〜５および比較例１〜４の太陽電池モジュールを以下の項目について取り付け部の評価を行った。
【０１０７】
（１）初期外観
（２）ＪＡＳＯＭ６０９塩水噴霧試験４５サイクル
（３）塩水噴霧試験後外観
また、実施例６および比較例５の太陽電池モジュールを以下の項目についてアース端子部の評価を行った。
【０１０８】
（１）初期外観
（２）初期アース導通試験
（３）ＪＡＳＯＭ６０９塩水噴霧試験４５サイクル
（４）塩水噴霧試験後外観
（５）塩水噴霧試験後アース導通試験
塩水噴霧試験は塩水噴霧（３５℃９８％ＲＨ）２時間→乾燥（６０℃３０％ＲＨ）４時間→湿潤（５０℃９５％ＲＨ）２時間のサイクルで行った。また、アース導通試験は裏面補強材の塗装を一部削り、その部分と導電性支持部材の間に１１Ａを流し、温度が安定した時点で２点間の電圧降下の測定を行い、抵抗値を算出した。塩水噴霧試験後の試験は取出し後２時間以上おいてから測定を行った。
【０１０９】
（結果および考察）
それぞれの試験結果を表に示す。
【０１１０】
【表１】
【０１１１】
【表２】
【０１１２】
表１のように、比較例１〜４の太陽電池モジュールは外観が著しく変化している。穴開け時に発生するラミネーション材料と裏面補強材界面の剥離・ラミネーション材料の破れなどにより、穴部周辺のラミネーション材料と裏面補強材の界面から塩分が侵入し、その間にたまっている。さらに、その塩分により裏面補強材の腐食が生じ、赤錆が発生している。
【０１１３】
一方、各実施例においては、ラミネーション材料が穴部端面を接着被覆しているため、裏面補強材とラミネーション材料界面への水分、塩分の侵入を防ぐことができたため、外観の変化はほとんど観られなかった。
【０１１４】
また、表２によれば、比較例５の太陽電池モジュールでは、やはり穴部端面より塩分が侵入し、外観が著しく変化しており、赤錆の発生により裏面補強材とねじの導通性が劣っている。
【０１１５】
一方、実施例６による方法では、穴部端面の金属鋼板が露出していないので、塩分の侵入が妨げられ、赤錆の発生も無く、アース導通性の劣化は観られなかった。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の太陽電池モジュールあるいは設置方法により、以下の効果が得られた。
【０１１７】
（１）補強材とラミネーション材料間への水分・塩分が侵入しないため、外観変化を防止できた。
【０１１８】
（２）補強材とラミネーション材料間への水分・塩分が侵入しないため、取り付け穴部の錆が発生せず、太陽電池モジュールの取り付け強度の低下を防止することができた。
【０１１９】
（３）補強材とラミネーション材料間への水分・塩分が侵入しないため、太陽電池モジュールの絶縁性能の低下を防止することができた。
【０１２０】
（４）補強材と取り付け部材を非接触にすることができ、それぞれの合成電気化学電位が大きい組み合わせでも腐食を防ぐことができ、材料の選択の幅が広がった。
【０１２１】
（５）補強材とラミネーション材料間への水分・塩分が侵入しないため、取り付け穴部の錆が発生せず、太陽電池モジュールの接地部の導通不良を防止することができ、アース接続の信頼性が向上した。
【０１２２】
（６）補強材とラミネーション材料間への水分・塩分が侵入しないため、太陽光発電システムの寿命が延び、発電コストをさげることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの取り付け状態の一例を示す図である。
【図３】実施例１の太陽電池モジュールの概略図である。
【図４】実施例２の太陽電池モジュールの概略図である。
【図５】実施例３の太陽電池モジュールの概略図である。
【図６】実施例４の太陽電池モジュールの概略図である。
【図７】実施例５の太陽電池モジュールの概略図である。
【図８】実施例６の太陽電池モジュールの概略図である。
【符号の説明】
１０１ 太陽電池モジュール
１０２ 補強材
１０３ 絶縁フィルム
１０４ 裏面樹脂
１０５ 太陽電池素子
１０６ 透明樹脂
１０７ 透明フィルム
１０８ 穴部
１０９ ラミネーション材料
１１１ 繊維状無機化合物
１１２ 貫通穴
２０１ 太陽電池モジュール
２０２ 取り付け部材
２０３ 穴部
２０４ スペーサー
２０５ 接地部
２０６ 穴部
２０７ 接地部材
３０１ 太陽電池モジュール
３０２ 透明フィルム
３０３ 穴
３０４ 裏面補強材
３０５ 裏面樹脂
３０６ 太陽電池素子
３０７ 透明樹脂
３０８ 繊維状無機化合物
３０９ 絶縁フィルム
３１０ 取り付け部材
３１２ 支持部材
４０１ 太陽電池モジュール
４０２ 補強材
４０３ 透明フィルム
４０４ 透明樹脂及び裏面樹脂
４０５ 固定部材
４０６ 支持部材
４０７ 穴部
４０８ 穴部
５０１ 太陽電池モジュール
５０２ 穴部
５０３ 固定部材
５０４ スペーサー
５０５ 支持部材
６０１ 太陽電池モジュール
６０２ 穴部
６０３ 貫通穴
６０４ スペーサー
６０５ スペーサー
６０６ 固定部材
６０７ 支持部材
７０１ 太陽電池モジュール
７０２ 穴部
７０３ 貫通穴
７０４ 支持部材
７０５ 固定部材
７０６ 固定部材
８０１ 太陽電池モジュール
８０２ 穴部
８０３ 貫通穴
８０４ スペーサー
８０６ 固定部材
８０７ 裏面補強材
８０８ 支持部材
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池モジュール、その製造方法、およびそれを用いた太陽光発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスモジュールなどのように周囲にアルミフレームなどの補強材を有する太陽電池モジュールを構造物あるいは専用架台に固定する場合には、ボルトなどの取り付け部材を用いて固定する。また、裏面補強材として可撓性の金属鋼板を使用した太陽電池モジュールなどの場合には、特開平７−２１１９３２号公報に記載のように釘・ボルト・ステープルなどを用いて固定するか、あるいは、特開平８−１７７１８７号公報に記載のように吊り子などの固定部材を用いる方法がある。
【０００３】
また、裏面補強材として可撓性の金属鋼板を使用した太陽電池モジュールを接地する場合には特開平９−１９９７８号公報に記載のように太陽電池モジュールの支持部材と金属鋼板を接触させる方法や太陽電池モジュールに開けられた貫通穴を使用して、ボルト・ナットなどによりアース線の電気的接続を行う方法などが取られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の特開平７−２１１９３２号公報に記載のような取り付け方法において、特に取り付け部がむき出しの場合には、ラミネーション材料と補強材の界面あるいはボルトと補強材の界面に水分、塩分などが侵入した結果、ラミネーション材料と補強材との間が剥離する、あるいは錆が生じるなどの問題があった。
【０００５】
また、上記のように太陽電池モジュールの接地を行う場合も同様に水分・塩分などが侵入し、導通不良を生じるなどの問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題を解決し、信頼性の高い取り付けあるいはアース接続を行うことができる太陽電池モジュールあるいは、それを複数枚接続した太陽電池アレイ、太陽光発電装置さらにはその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、上記のような問題を解決する手段は、補強材上に、太陽電池素子及びラミネーション材料を積層して成る太陽電池モジュールにおいて、積層方向から見て前記太陽電池素子と重畳しない部分の前記補強材にラミネーション材料により充填された穴部を有することを特徴とする太陽電池モジュールである。
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールにおいては、前記穴部に充填されたラミネーション材料中に、穴部より小さい貫通穴を有することが好ましい。
【０００９】
また、前記ラミネーション材料が、前記補強材と太陽電池素子との間に設けられた裏面樹脂と、前記太陽電池素子上に設けられた透明樹脂とからなることが好ましい。
【００１９】
更に、本発明は前記太陽電池モジュールを複数枚接続することにより構成されることを特徴とする太陽電池アレイである。
【００２０】
更に、本発明は前記太陽電池アレイが太陽電池アレイの出力を制御するインバータあるいは接続箱に接続されていることを特徴とする太陽光発電装置である。
【００２１】
本発明太陽光発電装置においては、太陽電池アレイがインバータを介して、系統に連系されていることが好ましい。
【００２２】
更に、本発明は上記太陽電池モジュールを製造する方法において、太陽電池素子及びラミネーション材料を積層する前に前記補強材に穴部を開けておき、ラミネーション工程により前記ラミネーション材料を穴部に充填することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法である。
【００２３】
また、本発明は上記太陽電池モジュールを製造する方法において、太陽電池素子及びラミネーション材料を積層する前に前記補強材に穴部を開けておき、ラミネーション工程により前記ラミネーション材料を穴部に充填した後、前記穴部に充填されたラミネーション材料中に穴部より小さい貫通穴を貫通することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法である。
【００２４】
更に、本発明は前記太陽電池モジュールの取り付け方法において、前記穴部に取り付け部材を貫挿することあるいは前記貫通穴に取り付け部材を挿入することにより支持部材に取り付けることを特徴とする太陽電池モジュールの取り付け方法である。
【００２５】
本発明の取り付け方法においては、前記取り付け部材と太陽電池モジュールの間にスペーサーを介することが好ましく、前記スペーサーの大きさが前記穴部より大きいことが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、太陽電池モジュール１０１は、裏面の補強材１０２上に絶縁フィルム１０３、裏面樹脂１０４、太陽電池素子１０５、繊維状無機化合物１１１、透明樹脂１０６、透明フィルム１０７などを有する構成のものである。
【００２９】
そして、太陽電池モジュール１０１の縁であって、太陽電池素子１０５と重畳しない部分には、裏面樹脂１０４、透明樹脂１０６などのラミネーション材料１０９により充填された、裏面補強材１０２上に開けられた穴部１０８を有するものである。
【００３０】
また、図１（ｂ）に示すように、穴部１０８中のラミネーション材料１０９に穴開けポンチなどを用いて、穴部１０８より小さい貫通穴１１２を開けておくこくことが好ましい。
【００３１】
また、太陽電池素子１０５と穴部１０８の距離が短い場合には、絶縁性能を向上するために、絶縁フィルム１０３、繊維状無機化合物１１１には貫通穴１１２と重畳する部分にあらかじめ穴開けを行っておくか、あるいは絶縁フィルム１０３、繊維状無機化合物１１１が貫通穴１１２に重畳しないように他のラミネーション材料より小さいサイズにカットしておくなどして、貫通穴１１２と絶縁フィルム１０３・繊維状無機化合物１１１が重畳しないことが好ましい。
【００３２】
また、太陽電池モジュール１０１は、あらかじめ所定の位置に穴部１０８を開けている裏面補強材１０２上に、絶縁フィルム１０３、裏面樹脂１０４、太陽電池素子１０５、繊維状無機化合物１１１、透明樹脂１０６、透明フィルム１０７を順次積層し、加圧脱泡しながら裏面樹脂１０４、透明樹脂１０６を溶融することにより、太陽電池素子１０５を裏面補強材１０２と透明フィルム１０７でサンドイッチすることにより製造することができる。
【００３３】
図２は本発明の太陽電池モジュールの取り付け状態の一例を示す図である。
【００３４】
さらに、太陽電池モジュール２０１を任意の形状に折り曲げ加工し、取り付け部材２０２などにより構造物上に取り付ける。
【００３５】
そこで取り付け部材２０２と太陽電池モジュール２０１の間にはスペーサー２０４を有することが好ましく、スペーサー２０４の大きさは穴部２０３より大きいことが好ましい。
【００３６】
また、別の穴部２０６を接地部２０５として、接地部材２０７を用いて電気的に接続することができる。
【００３７】
次に本発明で使用する太陽電池モジュール、補強材１０２、及び透明樹脂１０６・透明フィルム１０７・絶縁フィルム１０３・裏面樹脂１０４・繊維状無機化合物１１１などのラミネーション材料、取り付け部材２０２、スペーサー２０４、接地部材２０７について詳しく説明する。
【００３８】
（太陽電池モジュール）
本発明で用いる太陽電池モジュールに特に限定はないが、太陽電池素子１０５としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池などのシリコン半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池、ＩＩ−ＶＩ族化合物太陽電池、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物太陽電池などの化合物半導体が使用できる。
【００３９】
本発明に使用される太陽電池モジュールは、好ましくは、アモルファスシリコン太陽電池を使用した太陽電池モジュールであり、太陽電池モジュールの透明フィルム１０７に耐候性フィルムを用い、かつ、裏面の補強材１０２に金属屋根に使用されるような金属鋼板を用いたものである。例えば、折版形状、瓦棒形状、横葺き形状に成形加工することができる。
【００４０】
そして、成型加工された太陽電池モジュールは、屋根などの構造物上または架台の上に、後に説明する取り付け部材２０２を用いて取り付けることができる。
【００４１】
アモルファスシリコン太陽電池は、フィルム基板や導電性基板上に薄膜で形成することができるため、太陽電池自体を軽量にすることが可能である。特に、導電性基板を基板に用いたアモルファスシリコン太陽電池は、構造的な強度が強く、しかも、可曲性を有するため、形状自由度が高く、いろいろな屋根形状や壁形状に対応することができる。
【００４２】
また、ガラスを表面に使用した太陽電池モジュールでは、補強材としてアルミフレームを用い、モジュール自体を屋根などの構造物の上に設置する際に、太陽電池モジュールと構造物の間に、架台などの支持部材を用いる。
【００４３】
（補強材１０２）
本発明の太陽電池モジュールの補強材に特に限定はないが、機械的強度を増し、温度変化による歪、ソリを防止するために強化ガラスやフレーム、裏面補強材などが用いられる。
【００４４】
材質としては、フレームや裏面補強材共に例えばアルミニウム、ステンレス等の他に亜鉛メッキ鋼板、ガルバリウム鋼板などのメッキ鋼板、チタン、ステンレス鋼板、カーボンファイバー、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、セラミックあるいはポリカーボネート等を使用できるがこれらに限られたものではない。
【００４５】
また、裏面補強材としてはガラス、テドラ／Ａｌ／テドラも使用することができる。
【００４６】
上記のものは必要に応じて、その表面が陽極酸化処理あるいはポリエステル樹脂、アクリル樹脂等で樹脂コーティングしてあることが好ましい。
【００４７】
金属屋根材（金属製板）一体型太陽電池モジュールでは、ラミネーション材料１０９といっしょにこの金属製板、すなわち補強板１０２を折り曲げ加工することにより太陽電池モジュールを一般の金属屋根材と同様に扱うことができる。
【００４８】
（透明樹脂１０６）
透明樹脂は、太陽電池素子１０５の凹凸を被覆し、素子を温度変化、湿度、衝撃などの過酷な外部環境から守りかつ透明フィルムと素子との接着を確保するために必要である。
【００４９】
従って、耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性が要求される。これらの要求を満たす樹脂としてはエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ブチラール樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。なかでも、ＥＶＡは太陽電池用途としてバランスのとれた物性を有しており、好んで用いられる。
【００５０】
また、ＥＶＡはそのままでは熱変形温度が低いために容易に高温使用下で変形やクリープを呈するので、架橋して耐熱性を高めておくことが望ましい。
【００５１】
ＥＶＡの場合は有機過酸化物で架橋するのが一般的である。有機過酸化物による架橋は有機過酸化物から発生する遊離ラジカルが樹脂中の水素やハロゲン原子を引き抜いてＣ−Ｃ結合を形成することによって行われる。
【００５２】
有機過酸化物の活性化方法には、熱分解、レドックス分解およびイオン分解が知られている。一般には熱分解法が好んで行われている。なお、有機過酸化物の添加量は透明樹脂１００重量部に対して０．５乃至５重量部である。有機過酸化物を透明樹脂に併用し、加圧加熱しながら架橋および熱圧着を行うことが可能である。
【００５３】
加熱温度ならびに時間は各々の有機過酸化物の熱分解温度特性で決定することができる。一般には熱分解が９０％より好ましくは９５％以上進行する温度と時間をもって加熱加圧を終了する。これによる充填材のゲル分率が７０％以上が好ましい。ここで、ゲル分率とは以下の式で求められる。
ゲル分率＝（未溶解分の重量／試料の元の重量）×１００（％）
すなわち、透明樹脂をキシレン等の溶媒で抽出した場合、架橋してゲル化した部分は溶出せず架橋していないゾル部分のみ溶出する。ゲル分率１００％とは、完全に架橋が完了したことを示す。抽出後残った試料を取り出したキシレンを蒸発させることにより未溶解のゲル分のみを得ることができる。ゲル分率が７０％未満である場合、耐熱性や耐クリープ性に劣るため、夏などの高温下での使用の際に問題が生じる。
【００５４】
架橋反応を効率良く行うためには、架橋助剤と呼ばれるトリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）を用いることが望ましい。一般には充填材樹脂１００重量部に対して１乃至５重量部の添加量である。その際の、ＥＶＡ中の酢酸ビニル含有量が２０％乃至３０％であることが望ましい。酢酸ビニルの含有量が２０％以下であり架橋度が同じＥＶＡである場合、その架橋密度は高くなる為、非常に固い充填材となリフレキシブルな加工性に劣る。また３０％以上であると、柔らかくなりすぎて、凹部でのしわなどが起こりやすくなる。
【００５５】
本発明に用いられる透明樹脂は耐候性において優れたものであるが、更なる耐候性の改良のため紫外線吸収剤を併用することもできる。紫外線吸収剤としては、公知の化合物が用いられるが、太陽電池モジュールの使用環境を考慮して低揮発性の紫外線吸収剤を用いることが好ましい。
【００５６】
紫外線吸収剤の他に光安定化剤も同時に添加すれば、光に対してより安定な充填材となる。耐候性を付与する方法としてはヒンダードアミン系光安定化剤を使用できることが知られている。ヒンダードアミン系光安定化剤は紫外線吸収剤のようには紫外線を吸収しないが、紫外線吸収剤を併用することによって著しい相乗効果を示す。添加量は透明樹脂１００重量部に対して０．１〜０．３重量部程度が一般的である。もちろんヒンダードアミン系以外にも光安定化剤として機能するものはあるが、着色している場合が多く太陽電池モジュールの透明樹脂には望ましくない。
【００５７】
さらに、より厳しい環境下で太陽電池モジュールの使用が想定される場合には透明樹脂と太陽電池素子１０５あるいは透明フィルム１０７との密着力を向上することが好ましい。シランカップリング剤や有機チタネート化合物を透明樹脂に添加することで前記密着力を改善することが可能である。添加量は、透明樹脂１００重量部に対して０．１乃至３重量部が好ましく、０．２５乃至１重量部がより好ましい。
【００５８】
さらに、含浸している表面側の繊維状無機化合物１１１と透明樹脂の密着力を向上させるためにもシランカップリング剤や有機チタネート化合物を透明樹脂中に添加することは効果がある。
【００５９】
一方、太陽電池素子１０５に到達する光量の減少をなるべく抑えるために、表面側のラミネーション材料は透明でなくてはならず、具体的には光透過率が４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光波長領域において８０％以上であることが望ましく、９０％以上であることがより望ましい。また、大気からの光の入射を容易にするために、摂氏２５度における屈折率が１．１から２．０であることが好ましく、１．１から１．６であることがより好ましい。
【００６０】
（透明フイルム１０７）
透明フイルムは太陽電池モジュールの最表層に位置するため耐候性、耐汚染性、機械強度をはじめとして、太陽電池モジュールの屋外暴露における長期信頼性を確保するための性能が必要である。
【００６１】
本発明に用いられる透明フィルムとしてはフッ素樹脂、アクリル樹脂などがある。なかでもフッ素樹脂は耐候性、耐汚染性に優れているため好んで用いられる。具体的にはポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂あるは四フッ化エチレン−エチレン共重合体などがある。耐候性の観点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れているが、耐候性および機械的強度の両立と透明性では四フッ化エチレン−エチレン共重合体が優れている。
【００６２】
前記透明樹脂１０６との接着性の改良のために、コロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、ＵＶ照射、電子線照射、火炎処理等の表面処理を表面フィルムに行うことが望ましい。具体的には、太陽電池素子１０５側の、ぬれ指数が３４ｄｙｎｅ乃至４５ｄｙｎｅであることが好ましい。ぬれ指数が３４ｄｙｎｅ以下であると、透明フイルムと透明樹脂１０６との接着力が十分ではないため、透明樹脂１０６と透明フィルムの剥離がおこる。また、透明フィルムとして、四フッ化エチレン−エチレン共重合体樹脂フィルムを用いる場合、ぬれ指数４５ｄｙｎｅ以上にすることは難しい。
【００６３】
さらに、透明フィルムは、延伸処理されたフィルムはクラックを生じる。太陽電池モジュールの端部を折り曲げ加工する際には、折り曲げ部分でフィルムが切れるため、その部分での被覆材の剥離および水分の侵入を促し信頼性の低下をきたす。このことより、延伸処理されていないフィルムのほうが望ましい。具体的には、ＡＳＴＭＤ−８８２試験法における、引っ張り破断伸びが縦方向、横方向ともに２００％乃至８００％であることが好ましい。
【００６４】
（絶縁フィルム１０３）
絶縁フィルムは、太陽電池素子１０５の導電性金属基板と外部との電気的絶縁を保つために必要である。
【００６５】
材料としては、導電性金属基板と充分な電気絶縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられるフィルムとしては、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートが挙げられる。
【００６６】
（裏面樹脂１０４）
裏面樹脂は太陽電池素子１０５と裏面の絶縁フィルム１０３との接着を図るためのものである。
【００６７】
材料としては、太陽電池素子１０５の導電性基板と充分な接着性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられる材料としては、ＥＶＡ、エチレン−アクリル酸メチル共重合（ＥＭＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ポリエチレン、ポリビニルブチラール等のホットメルト材、両面テープ、柔軟性を有するエポキシ接着剤が挙げられる。また、補強材１０２および絶縁フィルム１０３との接着力を向上するためにこれらの裏面樹脂表面に粘着付与樹脂を塗布してもよい。
【００６８】
裏面樹脂が、表面の接着性樹脂として使用されている透明樹脂１０６と同じ材料であることも多い。さらには、工程の簡略化の為、絶縁フィルム１０３の両側に、上記の裏面樹脂層をあらかじめ一体積層した材料を用いてもよい。
【００６９】
また、熱変形温度が低いために容易に高温使用下で変形やクリープを呈するので、透明樹脂１０６と同様に有機過酸化物等で架橋して耐熱性を高めておくことが望ましい。
【００７０】
（繊維状無機化合物１１１）
表面の透明樹脂１０６中に含浸されている繊維状無機化合物について以下に述べる。まず、透明樹脂１０６中に繊維状無機化合物を含浸させる理由としては、以下のようなことがあげられる。
【００７１】
太陽電池モジュール、特に住宅の屋根、壁に設置されるモジュールには難燃性が求められている。ところが、高分子樹脂の量が多いと非常に燃えやすい表面側のラミネーション材料１０９となり、またその量が少ないと外部からの衝撃から内部の太陽電池素子１０５を保護することができなくなる。そこで、少ない樹脂で太陽電池素子１０５を外部環境から十分に保護するために、表面側のラミネーション材料１０９として繊維状無機化合物を含浸した透明樹脂１０６を使用する。
【００７２】
繊維状無機化合物としては、具体的にはガラス繊維不織布、ガラス繊維織布、ガラスフィラー等があげられる。特に、ガラス繊維不織布を用いることが好ましい。ガラス繊維織布は、コストが高く、含浸もされにくい。ガラスフィラーを用いることは、耐スクラッチ性があまり向上しない為、より少量の透明樹脂で太陽電池素子を被覆することが難しい。また、長期使用に関して、十分な密着力を確保するために透明樹脂に使用したものと同様に、シランカップリング剤や有機チタネート化合物で繊維状無機化合物を処理しておくことが望ましい。
【００７３】
（取り付け部材２０２）
本発明の太陽電池モジュールを構造材、架台などに取り付けるための部材に特に限定はなく、ねじ・ボルト・ナット・釘・ステープル・タッピンねじ・ちょうボルト・ちょうナットなどが使用できる。
【００７４】
特に、ボルト・ナット・釘・タッピンねじ・ちょうボルト・ちょうナットなどを使用する場合はその頭部の大きさが穴部１０８の大きさより大きく、補強材１０２を押圧することができることが好ましい。
【００７５】
その材質としては、鋼、黄銅、ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、ポリカーボネート、硬質塩化ビニル、ダクタイル鋳鉄、ダイキャスト、亜鉛合金、モネル、ハステロイ、カーペンター、などから選択することができる。
【００７６】
また、防錆性、耐候性などを考えるとこれらの部材には適当な表面処理が行なわれていることが好ましい。表面処理の種類としては、銅、ニッケル、クロム、黒色クロム、黒色ニッケル、錫合金、銅合金、金、金合金、銀、ユニクロ、クロメート、亜鉛、カドミウム、無電解ニッケル、工業用硬質クロム、錫などのメッキから選択することができる。
【００７７】
（スペーサー２０４）
本発明の太陽電池モジュールを上記取り付け部材２０２を使用して取り付けを行う場合にはスペーサーを使用することがより好ましい。
【００７８】
スペーサーを使用することにより、ラミネーション材料１０９の傷つき、破れなどを防止することができるとともに、取り付け部のゆるみを防止することができる。
【００７９】
本発明で使用できるスペーサーとしては特に限定はないが、平座金・歯付き座金・ばね座金などのねじ部材、ゴムなどの弾性部材あるいは木材などを使用することができ、また、太陽電池モジュールの支持部材をスペーサーとして利用することができる。
【００８０】
またスペーサーの大きさが穴部１０８より大きく、補強材１０２を押圧することができることが好ましい。
【００８１】
（接地部材２０７）
本発明の太陽電池モジュールの穴部を使用して、接地を行うための部材に特に限定はないが、ねじ・ボルト・ナット・タッピンねじ・ちょうボルト・ちょうナットなどが使用できる。
【００８２】
それらにより、アース線、導通性の支持部材などを太陽電池モジュールの補強材１０２と電気的接続を行う。
【００８３】
特に、補強材１０２が導通性であり、そのアースととる場合には、接地部材と補強材の間に歯付き座金などを介して電気的に接続することが好ましい。
【００８４】
さらには歯付き座金と補強材１０２接触面の合成電気化学電位が０．６Ｖ以下であることが好ましい。
【００８５】
その材質としては、鋼、黄銅、ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、ポリカーボネート、硬質塩化ビニル、ダクタイル鋳鉄、ダイキャスト、亜鉛合金、モネル、ハステロイ、カーベンター、などから選択することができる。
【００８６】
また、防錆性、耐候性などを考えるとこれらの部材には適当な表面処理が行なわれていることが好ましい。表面処理の種類としては、銅、ニッケル、クロム、黒色クロム、黒色ニッケル、錫合金、銅合金、金、金合金、銀、ユニクロ、クロメート、亜鉛、カドミウム、無電解ニッケル、工業用硬質クロム、錫などのメッキから選択することができる。
【００８７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳述するが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８８】
（実施例１）
図３に示すように、裏面補強材３０４、裏面樹脂３０５、絶縁フィルム３０９、裏面樹脂３０５、太陽電池素子３０６、透明樹脂３０７、繊維状無機化合物３０８、透明樹脂３０７、透明フィルム３０２の順に積層し、真空ラミネーターを用いて、１５０℃で裏面樹脂３０５および透明樹脂３０７を溶融させることにより、太陽電池素子３０６を裏面補強材３０４及び透明フィルム３１１で樹脂封止した太陽電池モジュール３０１を作成した。
【００８９】
ここで、裏面補強材３０４はポリエステル樹脂コートされた鋼板（０．４ｍｍ厚）、裏面樹脂３０５、透明樹脂３０７はＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合ポリマー耐候性グレード）、透明フィルム３０２はＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）、太陽電池素子３０６はアモルファスシリコン太陽電池を使用した。
【００９０】
また、裏面補強材３０４には、あらかじめタレットパンチによりφ５．５の穴部３０３が開けられ、バリとりを行った。穴開けは電工ドリル・穴開けポンチなどを用いて行っても良いが、いずれの場合も穴部３０３のバリとりを行うことが好ましい。
【００９１】
このように作成した太陽電池モジュールでは、溶融した透明樹脂３０７および裏面樹脂３０５が穴部３０３に流れ込み、流れ込んだ樹脂は穴部３０３の端面に接着し、水分、塩分の裏面補強材３０４への接触、あるいは裏面補強材３０４と裏面樹脂３０５の界面への侵入を防ぐことができる。
【００９２】
そして、上記太陽電池モジュール３０１を瓦棒屋根状に折り曲げ加工を行い、支持部材３１２上に取り付けた。この時取り付け部材３１０としてはＭ４のクロムめっきを施されたタッピンねじを用いた。
【００９３】
（実施例２）
図４に示すように、表面に補強材４０２としてのガラス、裏面に透明フィルム４０３としてのアルミニウム箔をサンドイッチした耐湿性フッ素樹脂（「テドラー（デュポン社製）／アルミ箔／テドラー」）を用い、透明樹脂及び裏面樹脂４０４としてのＥＶＡにより単結晶太陽電池素子を封止した太陽電池モジュール４０１を作成した。
【００９４】
ここで、補強材４０２と透明フィルム４０３の所定の場所にあらかじめφ５．５の穴部４０７、４０８を開けておく。
【００９５】
そして、固定部材４０５としてＭ４のクロムめっきを施されたタッピンねじを用いて支持部材４０６に取り付けた。
【００９６】
（実施例３）
図５に示すように、スペーサー５０４として、穴部５０２より大きい木材を介在させて、穴部５０２に固定部材５０３としての釘を打ちこんだ以外は実施例１と同様にして、太陽電池モジュール５０１を支持部材５０５に固定した。
【００９７】
（実施例４）
実施例１と同様にして作成した太陽電池モジュールを用いて、図６に示すように支持部材上に固定した。
【００９８】
即ち、太陽電池モジュール６０１の穴部６０２中に、より小さいφ４の貫通穴６０３を開け、その後瓦棒屋根状に折り曲げ加工を行うことにより太陽電池モジュール６０１とし、スペーサー６０４，６０５としてばね座金（６０４）・平座金（６０５）を介在させて、貫通穴６０３に固定部材６０６としての六角ボルトを挿入することにより、太陽電池モジュール６０１を支持部材６０７に固定した。
【００９９】
（実施例５）
図７に示すように、スペーサーとしての機能を有する支持部材７０４を介して、貫通穴７０３に固定部材７０５としての六角ボルトを貫挿し、固定部材７０６としての六角ナットにより締め付けた以外は実施例３と同様にして太陽電池モジュール７０１を支持部材７０４に固定した。
【０１００】
（実施例６）
図８に示すように、貫通穴部８０３に裏面補強材８０７側より、スペーサー８０４としての歯付き座金を通した固定部材８０６としての十字穴付きなべこねじを挿入した以外は実施例３と同様にして、導電性の支持部材８０８に固定し、裏面補強材８０７と支持部材８０８のアース導通を取った。
【０１０１】
（比較例１）
裏面補強材にあらかじめ穴を開けずに作成した太陽電池モジュールを使用した以外は実施例１と同様にして太陽電池モジュールを支持部材に固定した。
【０１０２】
（比較例２）
裏面補強材にあらかじめ穴を開けずに作成した太陽電池モジュールを使用した以外は実施例３と同様にして太陽電池モジュールを支持部材に固定した。
【０１０３】
（比較例３）
裏面補強材にあらかじめ穴を開けずに作成した太陽電池モジュールに電工ドリルによりφ４の穴開けを行った以外は実施例４と同様にして太陽電池モジュールを支持部材に固定した。
【０１０４】
（比較例４）
裏面補強材にあらかじめ穴を開けずに作成した太陽電池モジュールに電工ドリルによりφ４の穴開けを行った以外は実施例５と同様にして太陽電池モジュールを支持部材に固定した。
【０１０５】
（比較例５）
裏面補強材にあらかじめ穴を開けずに作成した太陽電池モジュールにφ４の穴開けを行った以外は実施例６と同様にして太陽電池モジュールを支持部材に固定し、裏面補強材と支持部のアース導通を取った。
【０１０６】
（評価）
実施例１〜５および比較例１〜４の太陽電池モジュールを以下の項目について取り付け部の評価を行った。
【０１０７】
（１）初期外観
（２）ＪＡＳＯＭ６０９塩水噴霧試験４５サイクル
（３）塩水噴霧試験後外観
また、実施例６および比較例５の太陽電池モジュールを以下の項目についてアース端子部の評価を行った。
【０１０８】
（１）初期外観
（２）初期アース導通試験
（３）ＪＡＳＯＭ６０９塩水噴霧試験４５サイクル
（４）塩水噴霧試験後外観
（５）塩水噴霧試験後アース導通試験
塩水噴霧試験は塩水噴霧（３５℃９８％ＲＨ）２時間→乾燥（６０℃３０％ＲＨ）４時間→湿潤（５０℃９５％ＲＨ）２時間のサイクルで行った。また、アース導通試験は裏面補強材の塗装を一部削り、その部分と導電性支持部材の間に１１Ａを流し、温度が安定した時点で２点間の電圧降下の測定を行い、抵抗値を算出した。塩水噴霧試験後の試験は取出し後２時間以上おいてから測定を行った。
【０１０９】
（結果および考察）
それぞれの試験結果を表に示す。
【０１１０】
【表１】
【表２】
表１のように、比較例１〜４の太陽電池モジュールは外観が著しく変化している。穴開け時に発生するラミネーション材料と裏面補強材界面の剥離・ラミネーション材料の破れなどにより、穴部周辺のラミネーション材料と裏面補強材の界面から塩分が侵入し、その間にたまっている。さらに、その塩分により裏面補強材の腐食が生じ、赤錆が発生している。
【０１１３】
一方、各実施例においては、ラミネーション材料が穴部端面を接着被覆しているため、裏面補強材とラミネーション材料界面への水分、塩分の侵入を防ぐことができたため、外観の変化はほとんど観られなかった。
【０１１４】
また、表２によれば、比較例５の太陽電池モジュールでは、やはり穴部端面より塩分が侵入し、外観が著しく変化しており、赤錆の発生により裏面補強材とねじの導通性が劣っている。
【０１１５】
一方、実施例６による方法では、穴部端面の金属鋼板が露出していないので、塩分の侵入が妨げられ、赤錆の発生も無く、アース導通性の劣化は観られなかった。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の太陽電池モジュールあるいは設置方法により、以下の効果が得られた。
【０１１７】
（１）補強材とラミネーション材料間への水分・塩分が侵入しないため、外観変化を防止できた。
【０１１８】
（２）補強材とラミネーション材料間への水分・塩分が侵入しないため、取り付け穴部の錆が発生せず、太陽電池モジュールの取り付け強度の低下を防止することができた。
【０１１９】
（３）補強材とラミネーション材料間への水分・塩分が侵入しないため、太陽電池モジュールの絶縁性能の低下を防止することができた。
【０１２０】
（４）補強材と取り付け部材を非接触にすることができ、それぞれの合成電気化学電位が大きい組み合わせでも腐食を防ぐことができ、材料の選択の幅が広がった。
【０１２１】
（５）補強材とラミネーション材料間への水分・塩分が侵入しないため、取り付け穴部の錆が発生せず、太陽電池モジュールの接地部の導通不良を防止することができ、アース接続の信頼性が向上した。
【０１２２】
（６）補強材とラミネーション材料間への水分・塩分が侵入しないため、太陽光発電システムの寿命が延び、発電コストをさげることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの取り付け状態の一例を示す図である。
【図３】実施例１の太陽電池モジュールの概略図である。
【図４】実施例２の太陽電池モジュールの概略図である。
【図５】実施例３の太陽電池モジュールの概略図である。
【図６】実施例４の太陽電池モジュールの概略図である。
【図７】実施例５の太陽電池モジュールの概略図である。
【図８】実施例６の太陽電池モジュールの概略図である。
【符号の説明】
１０１ 太陽電池モジュール
１０２ 補強材
１０３ 絶縁フィルム
１０４ 裏面樹脂
１０５ 太陽電池素子
１０６ 透明樹脂
１０７ 透明フィルム
１０８ 穴部
１０９ ラミネーション材料
１１１ 繊維状無機化合物
１１２ 貫通穴
２０１ 太陽電池モジュール
２０２ 取り付け部材
２０３ 穴部
２０４ スペーサー
２０５ 接地部
２０６ 穴部
２０７ 接地部材
３０１ 太陽電池モジュール
３０２ 透明フィルム
３０３ 穴
３０４ 裏面補強材
３０５ 裏面樹脂
３０６ 太陽電池素子
３０７ 透明樹脂
３０８ 繊維状無機化合物
３０９ 絶縁フィルム
３１０ 取り付け部材
３１２ 支持部材
４０１ 太陽電池モジュール
４０２ 補強材
４０３ 透明フィルム
４０４ 透明樹脂及び裏面樹脂
４０５ 固定部材
４０６ 支持部材
４０７ 穴部
４０８ 穴部
５０１ 太陽電池モジュール
５０２ 穴部
５０３ 固定部材
５０４ スペーサー
５０５ 支持部材
６０１ 太陽電池モジュール
６０２ 穴部
６０３ 貫通穴
６０４ スペーサー
６０５ スペーサー
６０６ 固定部材
６０７ 支持部材
７０１ 太陽電池モジュール
７０２ 穴部
７０３ 貫通穴
７０４ 支持部材
７０５ 固定部材
７０６ 固定部材
８０１ 太陽電池モジュール
８０２ 穴部
８０３ 貫通穴
８０４ スペーサー
８０６ 固定部材
８０７ 裏面補強材
８０８ 支持部材
Claims (12)
- 補強材上に、太陽電池素子及びラミネーション材料を積層して成る太陽電池モジュールにおいて、積層方向から見て前記太陽電池素子と重畳しない部分の前記補強材にラミネーション材料により充填された穴部を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
- 前記穴部に充填されたラミネーション材料中に、穴部より小さい貫通穴を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記ラミネーション材料が、前記補強材と太陽電池素子との間に設けられた裏面樹脂と、前記太陽電池素子上に設けられた透明樹脂とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
- 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールを複数枚接続することにより構成されることを特徴とする太陽電池アレイ。
- 請求項４に記載の太陽電池アレイが該太陽電池アレイの出力を制御するインバータあるいは接続箱に接続されていることを特徴とする太陽光発電装置。
- 太陽電池アレイが前記インバータを介して、系統に連系されていることを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電装置。
- 請求項１に記載の太陽電池モジュールを製造する方法において、太陽電池素子及びラミネーション材料を積層する前に前記補強材に穴部を開けておき、ラミネーション工程により前記ラミネーション材料を穴部に充填することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
- 請求項２に記載の太陽電池モジュールを製造する方法において、太陽電池素子及びラミネーション材料を積層する前に前記補強材に穴部を開けておき、ラミネーション工程により前記ラミネーション材料を穴部に充填した後、前記穴部に充填されたラミネーション材料中に穴部より小さい貫通穴を貫通することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
- 請求項１に記載の太陽電池モジュールの取り付け方法において、前記穴部に取り付け部材を貫挿することにより支持部材に取り付けることを特徴とする太陽電池モジュールの取り付け方法。
- 請求項２に記載の太陽電池モジュールの取り付け方法において、前記貫通穴に取り付け部材を挿入することにより支持部材に取り付けることを特徴とする太陽電池モジュールの取り付け方法。
- 前記取り付け部材と太陽電池モジュールの間にスペーサーを介することを特徴とする請求項９または１０に記載の太陽電池モジュールの取り付け方法。
- 前記スペーサーの大きさが前記穴部より大きいことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池モジュールの取り付け方法。
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