JP4194457B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

この発明は、太陽電池モジュールに関し、より詳しくは、防湿性と安全性を高めた太陽電池モジュールの裏面側カバー材の構造に関する。
地球環境に優しくクリーンなエネルギーとして期待される太陽電池の普及に官民を挙げた取り組みが日本のみならず全世界的に熱心に行われている。普及の促進には低コストな供給に加え、経済的にバランスする長期の耐久性が要求される。また、太陽電池は、家屋の外壁、屋上、屋根などに設置されることが多くため、屋外の極めて厳しい自然環境の中で、高い技術水準の品質対応が求められている。
このような状況の中で、従来、防湿性に代表される耐久性を確保するためにアルミシートの両面を絶縁性フィルムでラミネートした積層シートが裏面カバー材として用いられてきた。
図3は、この太陽電池モジュールの一例の構成を示す図である。図3に示すように、太陽電池モジュールは、ガラス板100と、例えばアルミニウムシートをプラスチックフィルムで挟みこんだ裏面膜101との間に、複数の太陽電池セル102が例えばEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)樹脂からなる封止層103で封止された構成をなしている。隣り合う太陽電池セル102同士は、例えば銅箔からなる接続部材104にて電気的に接続されている。
しかしながら、アルミシートは防湿性、ガスバリアー性には優れた材料ではあるが、導電性材料であるため、太陽電池素子とフレームなどの外部部材間の絶縁性を確保する必要がある。
防湿性、ガスバリアー性に優れたアルミシートに置き換え可能な絶縁性が高く、且つ同等もしくは同等以上の防湿性を示すプラスチックシートが存在しないため、一つの手段として、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムなどの基材フィルム上に真空蒸着法、あるいはプラズマ化学蒸着法などを用いて酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどの無機酸化物の皮膜コートを行って水蒸気、ガスバリアー性を高めた材料が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また、同材料を複数重ね合わせて積層し、バリアー性を更に高めた材料、あるいは基材フィルムに、より水蒸気透過率が低いとされるPCTFEフィルムなどのフッ素系樹脂シートを用いた材料が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。更に、無機酸化皮膜上に、更にケイ素化合物の加水分解による重縮合物からなる組成物によるコーティング膜を設けた材料も提案されている(例えば、特許文献3参照)。
これら各特許文献に提案されているように、水蒸気透過度1g/m2・day(40℃90%RH)以下の超高防湿シートが裏面カバー材として提案されてきた。
しかしながら、これらの材料によっても後述の実験結果に明らかなように基本的にはバリアー性が十分ではなく、3層、4層と貼り合わせ積層することにより、従来のアルミシートに近いバリアー性を示すようにはなるがコストバランスの点で新たな問題が生じていた。
特開2000−114565号公報 特開平5−283727号公報 特開2001−7368号公報
この発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものにして、安価で長期の耐久性を兼ね備えた太陽電池モジュールを提供することを課題とする。
この発明は、表面ガラス部材と裏面保護部材との間に太陽電池素子が封止樹脂で封止されてなる太陽電池モジュールであって、前記裏面保護部材は、封止樹脂側に高耐湿フィルムが外気側に前記高耐湿フィルムの水蒸気透過度以上の水蒸気透過度を示す防水フィルムが配置され、両フィルム間に吸湿性部材を配置した積層シートで構成されていることを特徴とする。
前記吸湿性部材は、吸放湿性ポリマーを含有する不織布で形成したものを用いることができる。
この発明は、具体的には、従来の裏面カバー材中のアルミを用いた積層シートに置き換えて、防湿フィルム、防水フィルムとの間に吸湿部材を設けた積層シートを用いることにより、安価で長期の耐久性を兼ね備えた太陽電池モジュールを提供するこができる。
以下、この発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。図1は、この発明の太陽電池モジュールの基本構成を示す概略断面図である。
図1において、1は、太陽電池素子であり、複数枚の太陽電池素子1が電気的に直列、あるいは並列に低抵抗タブ1aにより、接続されている。2は、太陽電池素子の接着、および素子面の凹凸、素子間の間隙を埋めて平坦化を担う封止樹脂層で熱可塑性のEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)である。3は、太陽光入射側の表面保護カバーとして用いられる白色強化ガラスである。4は、この発明の基本構成となる裏面保護カバーであり、高耐湿性フィルム41、吸放湿層42、防水フィルム43で構成されている。そして、この裏面保護カバー4は、EVA2側に高耐湿フィルム41が、外気側に防水フィルム43が配置され、両フィルム41、43の間に吸放湿層42が配置される。
高耐湿フィルム41は、水蒸気透過度が10g/m2・day(40℃90%RH)以下のポリオレフィン系、およびフッ素系樹脂が用いられる。吸放湿層42は、高吸湿材のポリアクリル酸塩系ポリマーを含有する不織布である。防水フィルム43は、用いた高耐湿性41フィルムと同等、好ましくはそれ以上の水蒸気透過度を示すフィルムが用いられる。
また、各太陽電池素子1は、例えば、結晶系半導体とアモルファス系半導体とを接合したHIT(Heterojunction with Intrinsic Thin−layer)構造の太陽電池素子からなり、図2に示すように構成される。
この場合、各素子1の半導体層10は表面側から順にアモルファスシリコン(a−Si)のp層10a、i型a−Siのi層10b、n型結晶系シリコンのn層10c、i型a−Siのi層10d、n型a−Siのn型ハイドープ層10eからなり、半導体層10の表面側及び裏面側に酸化インジウム錫(ITO)膜などからなる透面導電膜の透明電極11、11’、銀(Ag)からなる櫛形の集電極12、12’が設けられる。
次に、この発明の太陽電池モジュールの耐湿性等にについて詳細に説明する。太陽電池モジュールには、屋外の厳しい環境下、即ち炎天下の高温状態、暴風雨に代表される多湿状態に耐えうる長期の耐候性が要求されることはこれまでに述べてきた。この発明の裏面保護カバー4がこの屋外環境下でどのように機能するかについて説明する。
機能の概要は、雨天多湿条件下においては、防水フィルム43を透過した水蒸気成分を吸湿層42でホールドし、従来のアルミシートに置き換えられた高耐湿性フィルム41に到達する水蒸気成分を限りなく少なくして高耐湿性フィルム41のアルミシートに比べての脆弱性を補完し、晴天時においては、入射する赤外光による発熱に加え、太陽電池素子の光起電抵抗損失による発熱により、太陽光入射側の表面保護カバー3側から吸湿層42が熱せられ、吸放湿層42にホールドされていた水分が水蒸気となって防水フィルム43から発散する。
この時、ホールドを解かれた水分は、高耐湿性フィルム41に比べ水蒸気が透過し易い防水フィルム43に助長されて太陽電池モジュールの外側に向かって放出される。この吸放湿機能、言い換えれば呼吸をする機能により、この発明の裏面保護カバー4は常に一定範囲の品質状態に保たれ、長期に渡って太陽電池素子への水蒸気の侵入を防止することになる。更には、この発明の裏面保護カバー4を構成する全ての素材が絶縁性の材料であり、太陽電池素子1と外枠の金属フレーム間の絶縁性が確保されて信頼性の高い太陽電池モジュールが提供できる。
太陽光入射側の表面保護カバー3として用いられる強化白色ガラスは重い、衝撃に強くないなどの欠点を有するが高い光透過率、高い防湿性、長期の品質安定性など比類の長所を有しており表側カバー材として好適であり、多くの太陽電池モジュールに用いられている。この強化白色ガラスからなる表面保護カバー3の上に充填、接着剤として例えば厚さ0.6mmに成形されたシート状のEVA2を重ね置く。このEVA2には長期の太陽光暴露による透明からの黄変による光透過率低下を避けるため、紫外線吸収剤が添加されている。
続いて、直並列に低抵抗タブ1aで結線された複数個の太陽電池素子1を光入射側がガラス面に向くようにして並べ置く。更にその上に封止、接着材として例えば厚さ0.6mmに成形されたシート状のEVA2を重ねる。EVA2は前段のEVAと同様材質であっても良いし、白色顔料を含有させ、白色とすることで光反射率を高め、太陽電池モジュールの光起電力を高めたものであっても良い。また、本実施例においては、前後段EVAシートの厚みを0.6mmとしたが固定するものではなく、前段のEVAにおいては光透過の点で薄いほうが有利であり、ハンドリング性、充填、接着剤としての機能確保、コストなどのバランスを考慮して多くは決定される。
続いて、EVA2の上に、後述するこの発明の裏面保護カバー4を重ね置き、真空ラミネート装置で真空引き−圧着−架橋促進のプロセスを経て太陽電池モジュールを製作した。
裏面保護カバー4の基本となる実施の形態を詳細に述べる。
高防湿フィルム41には、PETフィルムを基材にAlOx、SiOxを蒸着した高防湿性素材の両側をポリエステルに白色顔料を練り込んだ素材並びに、耐熱、耐加水分解性を高めた素材を貼り合わせたものを用いた。吸湿層42にはポリアクリル酸ナトリウム塩を主成分とするポリマーを直接紡糸し、繊維形状化させて任意の混入率で不織布に織り込んだカネボウ合繊のベルオアシスを用いた。また、防水フィルム43としてSiOxを蒸着した透明バリアフィルムに白PETを接着した素材を用い、これら3者間の接着材は0.3mmのEVAシートを用い作成した。
今回用いた防水フィルム43は前者の高防湿フィルム41に比べて20倍の水蒸気透過度を示すものではあるが超防湿シートに属するものである。
次に、上記した実施例1の構造の太陽電池モジュールと、従来例と参考例1、2の太陽電池モジュールを用意し、耐高温高湿試験を行った。その結果を表1に示す。試験は、温度85℃、湿度85%の条件下で1000時間行った。
ここで、従来例は、アルミニウムシートをプラスチックフィルムで挟みこんだ裏面保護カバーを用い、参考例1は、実施例1の高防湿フィルムを1層で構成した裏面保護カバーを用い、参考例2は、実施例1の高防湿フィルムを2層で構成した裏面保護カバーを用いた。裏面保護カバー以外の構成は、実施例1と同じ構成である。尚、評価は従来例を100として規格化している。
Figure 0004194457
表1から明らかなように、アルミニウムシートをプラスチックフィルムで挟みこんだ裏面保護カバーに比べ、この発明の実施例1は若干耐湿性が劣るが、他の参考例1,2と比べると大幅に耐湿性が改善していることが分かる。このように、この発明によれば、安価で長期の耐久性を兼ね備え、且つ安全性の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
また、EVAシートは、この発明に必須のものでなく、フィルムの接着を簡略に進める手段として採用したものである。なお、用いた高吸湿材のポリマーは自重の45−80倍、機械的圧力を加えても容易に水分を離さないなどの特徴があり、本使用目的には最適と考えられるがシリカゲル、セラミックスに代表される多孔質吸湿体も使用可能な素材である。
尚、この発明における裏面保護カバー4は上記の構成に限らず、以下の変形例のものも用いることができる。
(変形例1)
高防湿フィルム41、防水フィルム43の構成は同様であるが、中間に位置する吸放湿層42を変更した。吸湿材、例えば前記ポリマーをEVAに練り込む構成である。不織布が不要となり安価である、防湿、防水フィルムを含め透明な材料で構成でき、太陽電池モジュールの表側保護材への応用が可能、などの優れた点がある。しかし、練り込む吸湿材の量が多くなると接着性低下への注意が必要で、10%が限界混入率である。
(変形例2)
前記変形例1の弱点である接着性低下を補完するものである。防水フィルム43の太陽電池素子側面に接着性を持たせたポリマーを一筆螺旋、ストライプ、格子、ハニカムなどの形状でフィルム面内均一に印刷する。特に模様を指定するものでは無いが、印刷されない空白部分を同様に面内均一に配することでEVAとフィルムとの接着性低下を防止し、吸湿材の配置量の限界点をあげている。
この発明の太陽電池モジュールの基本構成を示す概略断面図である。 この発明に用いられる太陽電池素子を示す概略断面図である。 従来の太陽電池モジュールの基本構成を示す概略断面図である。
符号の説明
1 太陽電池素子
2 EVA(封止樹脂)
3 保護カバー(白色強化ガラス)
4 裏面保護カバー
41 高耐湿フィルム
42 吸放湿層
43 防水フィルム

Claims (2)

  1. 表面ガラス部材と裏面保護部材との間に太陽電池素子が封止樹脂で封止されてなる太陽電池モジュールであって、前記裏面保護部材は、封止樹脂側に高耐湿フィルムが外気側に前記高耐湿フィルムの水蒸気透過度以上の水蒸気透過度を示す防水フィルムが配置され、両フィルム間に吸湿性部材を配置した積層シートで構成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記吸湿性部材は、吸放湿性ポリマーを含有する不織布で形成されてい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。
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