JP4266854B2

JP4266854B2 - リサイクル対応型太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP4266854B2
Application number: JP2004061616A
Authority: JP
Inventors: 志穂美中谷
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: JP2005252043A

Description

この発明は、太陽電池モジュールに関し、特に、太陽電池のリサイクル使用に好適なリサイクル対応型太陽電池モジュールに関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵のエネルギー源である太陽からの光を直接電気変換できることから新しいエネルギー源として期待されている。

斯かる太陽電池を家庭或いはビル等の電源として用いるにあたっては、太陽電池１枚当たりの出力が精々数Ｗ程度と小さいことから、通常複数の太陽電池セルを電気的に直列、並びに並列に接続することで、出力を数１００Ｗにまで高めた太陽電池モジュールとして使用されている。

図７は、斯かる従来の太陽電池モジュールの一部分を示す構造断面図であり、複数の太陽電池セル１００が互いに銅箔等の導電材よりなるタブ１０２により電気的に接続され、ガラス、透光性プラスチックのような透光性を有する表面部材１３０と、アルミニウム（Ａｌ）箔を間に挟んだ弗化ビニールフィルムからなるサンドイッチ型裏面部材１２０との間に、耐候性、耐湿性に優れたＥＶＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ、エチレン酢酸ビニル）等の透光性を有する封止材１４０により封止されている。

上記の太陽電池モジュールに使用される太陽電池セル１００としては、例えば、ｐ型の導電性を有する単結晶シリコン１１１の表面には約５μｍ程度の深さにまでｎ層１１２が、ｎ型不純物を熱拡散させることにより形成されており、このｎ層１１２上に櫛型状の集電極１１３が形成されている。また、基板１１１の裏面には前記集電極１１３と対をなす裏面電極１１４とが形成されたものが用いられている。

図７に示すような従来の太陽電池モジュールにおいては、リサイクルを意識せずに製造されているために、そこから太陽電池セルを回収することは困難であった。

そこで、太陽電池セルの周囲を封止剤で封止する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルと封止材との間に、太陽電池セルとは接着しない非接着シートを介在させて、リサイクルを容易にする方法が提案されている（例えば、特開２００３−１４２７２０号公報）。

上記した太陽電池セルと封止材との間に、太陽電池セルとは接着しない非接着シートを介在させた場合には、モジュールを廃棄する際には、太陽電池セルの外周の非接着シートを切断することにより、容易に太陽電池セル回収することができる。
特開２００３−１４２７２０号公報

しかしながら、上記した回収方法においては、太陽電池セル自体は回収することができるが、１個の太陽電池セル毎に分離されるため、太陽電池セル同士を接続するタブも切断されてしまうことになる。このため、これら太陽電池セルを再利用しようとすると、前のタブの残りを取り除いた後、タブを再び接続する必要があり、この作業が煩わしいという難点がある。

この発明は、上記した従来の難点を解決するためになされたものにして、太陽電池モジュール用に適した単位でのリサイクルが可能なリサイクル型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。太陽電池モジュール内の一単位、即ちタブで接続された複数の太陽電池セルを一単位として、タブを切断することなく回収、取り替えが可能な太陽電池モジュールを提供するものである。

この発明は、光入射側から透光性基板、封止材、太陽電池セルには接着せず且つ前記透光性基板より大きさが小さい非接着シート、タブによって接続された複数の太陽電池セル、裏面材の順で積層され、前記複数の太陽電池セルからなる単位ユニットの周囲が封止材で封止されると共に、前記非接着シートは、複数の単位ユニットを覆う大きさを有するとともに、単位ユニットを囲むように複数の穴が設けられ、単位ユニット毎に区画するように構成できる。

また、前記単位ユニットは、ストリング単位或いはバイパスダイオードの接続単位で構成することができる。

上記した構成によれば、裏面部材を剥がすことで、単位ユニット毎に太陽電池セルを回収することができ、タブで接続された複数の太陽電池セルを一単位として、タブを切断することなく回収、取り替えができる。

また、単位ユニットを覆う非接着シートを用いるため、単位ユニット間で封止材と裏面材の接着が可能となり、単位ユニット間の位置ずれが生じることもなく、外観及び特性不良が起きない良好な太陽電池モジュールを提供することができる。

また、裏面側に封止材を用いないことで、材料費削減により低コストな太陽電池モジュールが提供できる。

更に、前記単位ユニットとして、バイパスダイオードの接続単位で構成すると、交換の単位もこのユニット単位とすれば、不良セルの生じたユニット毎交換できるので、再利用の際等は非常に作業性が向上する。

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、この発明の実施形態にかかる太陽電池モジュールの概略を示す分解斜視図、図２は、この発明の実施形態の太陽電池モジュールの平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図、図４は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。

この発明の太陽電池モジュールは、図１及び図２に示すように、複数の太陽電池セル１…を備えている。この太陽電池セル１は、従来例で示すような単結晶シリコンや多結晶シリコンなどで構成される結晶系電池セルや単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコン層を挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した構造、いわゆるＨＩＴ構造の太陽電池セルなどで構成されている。この複数の太陽電池セル１の各々は互いに隣接する他の太陽電池セル１と扁平形状の銅箔などで構成されたタブ１２を介して直列に接続されている。即ち、タブ１２の一方端側が所定の太陽電池セル１の上面側の集電極に接続されるとともに、他方端側がその所定の太陽電池セル１に隣接する別の太陽電池素子１の下面側の集電極に接続される。

この実施形態においては、１２個の太陽電池セル１…を１単位ユニットとし、この実施形態ではストリングを１単位ユニットとしている。１つのストリングス１０は、１２個の太陽電池セル１…がタブ１２を用いて直列に接続されている。そして、８つのストリングス１０が並列に接続されている。この太陽電池モジュール１１は、太陽電池セル１が１２直列×８列で構成されている。尚、直列数が増減、即ち、ストリング１０における太陽電池セル１の数が増減しても同様にこの発明は適用できる。また、ストリング１０の接続方法は、直列でも並列であっても良い。

この太陽電池モジュールは、太陽光線に入射側から透光性基板としての表面ガラス２、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）からなる封止材３、非接着シート５、タブ１２によって接続された複数の太陽電池セル１…で構成さているストリングス１０、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）／アルミニウム（Ａｌ）箔／ＰＥＴの３層構造からなる裏面材４の順で積層し、一体化されている。非接着シート５は、表面ガラス２と裏面材４よりは少し小さく形成されている。図１の裏面材４上に点線で記載しているように、積層したときに非接着シート５の端部は表面ガラス２及び裏面材４より内側に位置し、太陽電池モジュールの周囲は表面ガラス２と裏面材４と封止材３が直接接着される。

太陽電池モジュールの周囲にはアルミニウムなどからなるフレーム６が取り付けられる。

この太陽電池モジュールは、表面ガラス２の上にＥＶＡシートからなる封止材３を載せた後、非接着シート５を介して複数のストリングス１０を載せる。そして、その上にＰＥＴ／アルミニウム箔／ＰＥＴの３層構造を有する裏面材４を載せる。その後、加熱しながら加圧することによって、表面ガラス２、封止材３、非接着シート５、タブ１２により接続した複数の太陽電池セル１からなるストリングス１０および裏面材４を一体化させる。

上記した非接着シート５の全体の大きさは、全てのストリング１０…を覆う大きさより若干大きく、表面ガラス２、封止材３、裏面材４より若干小さく構成されている。そして、ストリングス１０よりはみ出した部分が切り代となる。

図５に示すように、非接着シート５は、この実施形態においては、ＰＴＦＥ（４弗化エチレン）からなり、各ストリング１０より若干大きくストリング１０を囲むように複数の穴５１…が設けられている。この複数の穴５１…により、非接着シート５の各ストリング１０間は分離され、ストリング１０毎に区画されている。

上記したように、太陽電池モジュールを一体化すると、図３及び図４に示すように、非接着シート５が無い表面ガラス２の周囲と裏面部材４とが封止材３により接着され、密封されると共に、穴５１間に封止材３が入り込み、ストリングス１０間でも表面ガラス２と裏面材４とが封止材３により固定される。各ストリング１０は、穴５１に入り込んだ封止材により表面ガラス２と裏面材４との間で固定される。この結果、隣接するストリング１０とストリング１０間は、表面ガラス２と太陽電池セル１間に介在する封止材３により裏面材４と接着しているため、ストリング１０の位置ずれは生じない。

また、図３及び図４に示すように、太陽電池セル１、タブ１２を含むストリングス１０の表裏は、非接着シート５と裏面材４とで挟まれた状態で固定されている。

リサイクルの際などで、ストリング１０を取り出す場合には、表面ガラス２側より、ストリング１０より若干大きく囲むように構成された穴５１…とストリング１０との間を確認し、裏面部材４側からこの位置を切り代として切開することにより、ストリング１０単位で取り出すことができる。

ストリング１０単位での取り出しは、隣接する太陽電池セル１同士のタブ１２を切断すること無く行える。このため、検査などを行い、ストリング１０が再利用可能な場合には、太陽電池セル１間を接続するタブ１２がそのまま利用できるので、ストリング１０間の接続だけで太陽電池モジュールを構成することができ、再利用のための作業性が向上する。

また、太陽電池セル１と裏面材４との剥離を容易にするには、図６に示したように、裏面部材４側に切り込み線７を入れるとよい。

上記した実施形態においては、１枚の非接着シート５にストリング１０を囲むように、穴５１をもうけ、各ストリング１０を分離しているが、各ストリング１０毎に若干大きな非接着シートを用意するように構成してよい。例えば、上記実施形態のように、１２直列×８列のように、８個のストリング１０で構成されている場合に、８個のストリング１０より若干大きな非接着シートを用意し、この非接着シートをストリング１０と封止材との間に介在させるように構成してもよい。このように、非接着シートの大きさをストリング１０より大きくすることにより、ストリング単位での太陽電池セルの取り出しが可能となる。この場合、電力不良などが生じたストリングを取り出すことで、他の太陽電池セルと交換することも可能となる。

また、上記したストリングは、１２直列を１つのストリングとしてこれを単位ユニットとしているが、単位ユニットはこれに限られず、例えば、バイパスダイオードを介在させる単位を１つの単位ユニットとしてもよい。この実施形態の場合は、１２直列×２列を１つの単位ユニットとすればよく、この単位の大きさの非接着シートを用意すればよい。バイパスダイオードとは、そもそも影あるいは不良等の影響により太陽電池セル１の発電量が低下したときに、この発電量が低下した太陽電池セル１を含むユニット毎バイパスして、他のユニットだけで発電を行うものである。従って、交換の単位もこのユニット単位とすれば、不良セルの生じたユニットの確認作業が容易となり、また交換もユニット単位で行うことができるので、再利用の際等は非常に作業性が向上する。

上記した構造によれば、非接着シート５と裏面材４との間で挟まれた太陽電池セル１は、封止材３で表裏面が覆われることはない。このため、リサイクル時には、容易に太陽電池セル１を含むストリング１０が回収できる。ただし、封止材により完全に被覆された従来の構造に比べると耐候性がやや落ちる虞がある。そこで、太陽電池セル１の表裏面に被覆膜を形成したものを用いることが好ましい。被覆膜としては、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＮなどの材料をスパッタ法、ディップ法、蒸着法などにより形成すればよい。

また、非接着シート５の材料としては、ＰＴＦＥ（４弗化エチレン）を用いたが、ＰＴＦＥ以外にも、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）、ＰＣＴＦＥ（３弗化塩化エチレン）なども使用でき、太陽光を透過する透過性に優れていることが好ましい。

また、上記した実施形態においては、裏面材４としては、ＰＥＴ／アルミニウム（Ａｌ）箔／ＰＥＴの３層構造の積層フィルムを用いたが、積層構造に限らず単層構造のものでもよい。材料としては、ＰＥＴ、ＰＶＦ（ポリ弗化ビニル）、ＰＶＤＦ（ポリ弗化ビニリデン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロポロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＶＣ、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、ＰＶＤＣ、ＣＴＦＥ（クロロトリフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（３弗化塩化エチレン）などを使用することができる。また、これらから選択した複数材料による複合シートでもよい。例えば，ＰＥＴ／ＰＶＦの複合シートを用いてもよい。更に、これらフィルムに無機酸化物（アルミニウム酸化物、珪素酸化物）、窒化物（ＳｉＮ）、弗化物（ＨｇＦ、ＣａＦ）等を蒸着させたシートを用いてもよい。また、フィルム間に金属箔を挟む構造としては、上記したＡｌ箔以外に、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）などの金属箔を用いてもよい。

この発明の実施形態にかかる太陽電池モジュールの概略を示す分解斜視図である。この発明の実施形態の太陽電池モジュールの平面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。図２のＢ−Ｂ線断面図である。この発明に用いる非接着シートの一例を示す平面図である。この発明に用いる非接着シートの他の例を示す平面図である。従来の太陽電池モジュールの一部分を示す構造断面図である。

符号の説明

１太陽電池セル
２表面ガラス
３封止材（ＥＶＡ）
４裏面材
５非接着シート
６フレーム
１０ストリングス
１２タブ
５１穴

Claims

光入射側から透光性基板、封止材、太陽電池セルには接着せず且つ前記透光性基板より大きさが小さい非接着シート、タブによって接続された複数の太陽電池セル、裏面材の順で積層され、前記複数の太陽電池セルからなる単位ユニットの周囲が封止材で封止されると共に、前記非接着シートは、複数の単位ユニットを覆う大きさを有するとともに、単位ユニットを囲むように複数の穴が設けられ、単位ユニット毎に区画されていることを特徴とするリサイクル対応型太陽電池モジュール。
前記単位ユニットがストリング単位であることを特徴とする請求項１に記載のリサイクル対応型太陽電池モジュール。
前記単位ユニットがバイパスダイオードの接続単位であることを特徴とする請求項１に記載のリサイクル対応型太陽電池モジュール。