JP4439749B2 - 光電池素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光電池セルが２枚のプラスチック製プレート間に封入されている光電池素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透明なプレート間のプラスチック中に埋め込まれた光電池セルを有する光電池素子は公知である。この種の素子は、例えばバス停車場の屋根及び照明などに使用される。
【０００３】
ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第４４４３３１７号明細書は、複数の光電池セルが２枚のポリメチルメタクリレートプレートの間の弾性プラスチック材料中に埋め込まれている光電池素子を記載している。このように光電池セルは水の侵入及び機械的影響、例えば衝撃に対しして保護されている。
【０００４】
ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第３８０１９８９号明細書は、光電池−ソーラ発電装置が２枚のガラス板間の空気室中で前記のガラス板の一方に弾性プラスチックを用いて取り付けられている絶縁ガラス−ファサード部材を記載している。引き続きソーラ発電装置は溶融接着剤を流し込まれるか又はシートで覆われる。
【０００５】
メチルメタクリレートプラスチック用の接着剤は公知である。ポリメチルメタクリレートの部品をニトロエタン又はニトロメタンで接着することは、ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−ＯＳ）第２７３７２７０号明細書から公知である。ＵＶ線又は自然光を用いて硬化させることができるポリメチルメタクリレートもしくはメチルメタクリレートをベースとする重合接着剤は、例えば欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第４３６２０５号明細書又は欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第５４８７４８号明細書に記載されている。低級アルキルホルメートをポリメチルメタクリレートをベースとする接着剤又は接着塗料中に使用することは欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第６６３４１９号明細書から公知である。溶剤接着剤を粘稠性重合接着剤と組み合わせて用いるポリメチルメタクリレート部品用の有利な接着技術は欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第６７５１８４６号明細書に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第３８０１９８９号明細書又はドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第４４４３３１７号明細書中に記載されたような光電池素子は、光電池セルをプレート間に埋込材を用いて固定することにより光電池セルを良好に保護している。しかしながらこの固定法は高価である。さらに、特に長い影響期間の場合、埋込材は埋め込まれたセルと化学的に相互作用し、セルを破壊するという危険がある。さらに、取り囲むプレートの衝撃負荷が埋込媒体を介して光電池セルに伝達され、光電池セルが損傷することがある。もう一つの問題は中空室中での水の凝縮であり、この凝縮がプレートを曇らせ、光電池の出力を低下させるばかりか、セルを破壊することにもなる。
【０００７】
従って、簡単に製造可能でかつ化学的又は機械的な影響に対してセルを有効に保護する改善された光電池素子を提供することであった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、２枚の平坦な又は湾曲したプレート（１）及び（２）を有し、前記プレートは取り囲む封止材により２〜２０ｍｍの範囲内の間隔で結合されており、かつ中空室（４）を形成し、前記中空室（４）中に複数の光電池セル（５）が封入されており、前記セルはそれぞれ２枚のプレートの一方（２）とだけ接着結合部材（６）を用いて固定されており、その際、少なくとも前記プレート（２）は透明である光電池素子において、２枚のプレートが水蒸気透過性プラスチックからなり、光電池セルを固定している接着結合部材は個々の光電池セルの面積の３０％以下を覆うことを特徴とする光電池素子により解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は単なる模式図であり寸法上正しい図ではない。これらの図は単に本発明をよりよく説明するためのものであり、本発明を限定するものではないものと解釈される。
【００１０】
図１は、全部で１２個の光電池セルを有する本発明による光電池素子の正面から見た図を示し、その際、接着結合部材（６）は簡素化のために光電池素子において左上にだけ記入されている。遮断層（３ａ）及び接着層（３ｂ）は上に載せられた透明なプレート（２）を通して見ることができる。プレート（１）はその背後にある。条導体（７）及び（７′）は単に模式的に図示しただけである。
【００１１】
図２は本発明による光電池素子を側面から見た図もしくは断面図を示す。この視点から、相応する接着結合部材（６）を備えた５つの上下に並んだ光電池（５）を見ることができる。条導体（７）及び（７′）は図示されていない。スペーサブロック（８）はプレート（１）とだけ強固に結合している。
【００１２】
光電池素子は２枚の平坦な又は湾曲したプレート（１）及び（２）からなり、これらの２枚のプレートは取り囲む封止材（３）により２〜２０ｍｍ、有利に４〜１０ｍｍの範囲内の間隔で結合されており、中空室（４）を形成する。
【００１３】
本発明の本質は、プレート（１）及び（２）が水蒸気透過性プラスチックからなることである。このことは、長時間の後でも光電池素子の中空室（４）中には凝縮水が生じないかもしくはほとんど生じないかもしくは存在する凝縮水を再び排出することができるという利点を有する。
【００１４】
水蒸気透過性プラスチックとは少なくとも０．５％の吸水性を有するプラスチックであると解釈される。このようなプラスチックは、例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン又はポリ塩化ビニルである。約２％の比較的高い吸水率を有すると同時に透明性が高く機械的特性も良好であるため、キャスティング又は押し出された材料からなるポリメチルメタクリレート−プラスチックが有利である。比較的高い吸水率の利点を有するために、同様にポリカーボネートも有利である。
【００１５】
プレート（１）及び（２）は異なるプラスチックからなることができるが、有利に同じプラスチックを使用するのが有利である。
【００１６】
プレート（１）は光に向かわない背面プレートを表し、プレート（２）は光を光電池セルに透過させる課題を有している。
【００１７】
従って、プレート（２）は十分に透明であるべきで、この透明とはＤＩＮ６７５０７による光透過率が少なくとも６０％、有利に少なくとも７０％、特に有利に少なくとも８５％の場合である。
【００１８】
プレート（２）についての有利な厚さは４〜２０ｍｍ、有利に４〜１２ｍｍの範囲内である。
【００１９】
光電池素子の片側だけが透明に構成されている場合、プレート（１）は透明性の低い、例えば半透明又は着色されたプラスチック材料からなることができる。プレート（１）はその厚さ又はその寸法に基づき透明性の低いプラスチック成形体、例えばウェブ多重プレート（Stegmehrfachplatte）からなることもできる。
【００２０】
プレート（１）として、例えばポリメチルメタクリレート又はポリカーボネートからなるウェブプレートを使用することができる。光電池素子は断熱性屋根材又はファサード材に使用することができる。
【００２１】
同様に、プレート（１）としてポリメチルメタクリレートからなる防音壁であることができ、その上の全体又は一部にプレート（２）が設置される。
【００２２】
プレート（１）及び（２）のためのポリメチルメタクリレートの使用は、特に良好な成形性の利点を有するため、平坦な光電池素子の他に湾曲した形状、例えば屋根材のための半円筒形を容易に実現できる。この成形は一般に平坦な部材を有利に熱可塑性状態で曲げること（熱塑性変形）により後から行うことができ、一般に他の前記の熱可塑性プラスチックの場合にも可能である。
【００２３】
光電池セルの固定
中空室（４）中に複数の光電池セル（５）が封入されており、このセルはそれぞれ接着結合部材（６）を用いてプレート（２）にだけ固定されており、この接着結合部材（６）は個々の光電池セルの面積の多くても３０％、有利に多くても２０％、特に有利に多くても１０％を覆っている。
【００２４】
接着結合部材の片側はセルの固定のために用いられ、その際、プレートへの衝撃は接着結合部材を介して伝わるだけで、全体の面を介して伝わらず、このことは衝撃による損傷の危険を回避する。衝撃の危険をさらに減少させるため、弾性の接着結合部材、例えば軟質アクリレート接着剤からなる両面接着テープを使用するのが有利である。１０×１０ｃｍの面積のセルは、例えば０．５×５ｃｍの面積の１又は２本のテープを用いて２つのプレートの一方に固定することができる。
【００２５】
比較的高い割合で、例えば１０〜１００質量％でエチルアクリレート又はブチルアクリレートを有し、場合により可塑剤成分を有する弾性アクリレートをベースとするアクリレート接着テープが特に適している。
【００２６】
片側の接着結合部材（６）を用いた固定は、さらに、接着結合部材がセルの光吸収側に設置される場合に限り、わずかな面積だけを覆い、セルの光吸収をわずかに減少させるだけにするという利点を提供する。これは例えばセルを屋根材中に設置する際に下側から観察できるという場合である。この場合に接着テープは観察者とは反対の屋根側に取り付けることが求められ、このほうが視覚的に有利である、それというのも特に実際に全ての接着結合部材は時間の経過において一定の黄変を示すためである。この場合に、接着剤によるセルの光吸収の減少をできる限り少なく保つために有利に光透過性接着結合部材が選択される。
【００２７】
光電池セル
通常の光電池セル（５）は、厚さ０．５〜２ｍｍで、辺の長さが約１０〜１５ｃｍの範囲内のたいてい四辺形の面を有する。可能な出力は１．３〜２ワットの範囲内である。
【００２８】
一般に、このセルは例えば１０×６セル用の四辺形又は正方形のフィールド中に相互に１〜３ｃｍの間隔で配置される。光電池素子の総面積に関する光電池セルの面積割合は２０〜８０％、有利に４０〜６０％の範囲内にある。
【００２９】
この場合、個々のセルは、「線」で図示した条導体（７）を用いて電気的なユニットにまとめられている。導線の引出もしくは生じた電流の取り出しのために、少なくとも一の導線（７′）が光電池素子から外側に引き出さなければならない（直列接続の場合にはそれぞれ１つの導線もしくはケーブルが有利に最初の素子及び最後の素子から外側へ引き出される）。
【００３０】
寸法
光電池セルを封入するプレート（１）と（２）とは、１．５〜６ｍｍ、有利に２〜４ｍｍの間隔を有し、この間隔は例えばスペーサにより保障することができる。このプレート間の光電池セルは取り囲む封止材により封入されていることが重要である。この封止材は素子内へ湿分が侵入するのを防止する。
【００３１】
取り囲む封止材
この光電池素子は取り囲む封止材（３）で取り囲まれており、その際、導線が電流（７）の取り出しのために有利に封止材を通して外側に引き出されている。取り囲む封止材（３）は素子を防水に封止するという課題を有する。取り囲む封止材は複数の層、特に２層からなることができ、その際、まず内側の層が光電池セル間の遮断層（３ａ）として用いられ、それにより後に応力亀裂腐食を生じさせることがある溶剤蒸気もしくはモノマー蒸気を、中空室（４）中に封入することなしに外側層又は接着層（３ｂ）として重合接着剤を使用することができる。
【００３２】
取り囲む封止材はポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、ＥＰＤＭ又はポリシリコーンゴムからなることができる。
【００３３】
光電池素子の製造
プレート（２）上に光電池素子が上記の接着結合部材を用いて固定される。平坦な光電池素子の場合には、取り囲む封止材は、例えば４本のポリメチルメタクリレートからなる方形の棒材（例えば１０×１０ｍｍの断面、長さは必要に応じて）を光電池素子を取り囲むように組み立てて方形の枠組みにし、かつ適当な溶剤、例えば塩化メチレンを用いてプレオート（２）と接触面を部分的に溶解させて相互に接着させることにより設置することができる。例えば、取り囲む枠組上にプレート（１）を載せる前に、１〜４時間で溶剤を十分に蒸発させるのが重要である。
【００３４】
封入される中空室が大きい場合には、有利にさらに取り囲む封止材に加えてさらに、プレート（１）又はプレート（２）とだけ接着される中間間隔で同じ高さのスペーサ（８）を設けることができ、それにより素子中で応力に対する全体の耐久性が維持される。例えばポリメチルメタクリレートからなるブロックを使用しないこともできる。
【００３５】
プレート（１）及び（２）は遮断層の外側に接着層、有利に粘稠性のポリメチルメタクリレート重合接着剤を用いて、取り囲むビードにより強固に封止することができる。接着層を完全に重合させた後、光電池素子は機械的に安定である。この場合プレート（２）と強固に結合している遮断層は、プレート（１）上に気密に載せられているため、接着剤の重合の間又はその後で重合接着剤から出るメチルメタクリレート蒸気が中空室に達することを十分に防止する。
【００３６】
材料応力を防止するために、光電池素子をなお２〜５時間７０℃で熱処理することができる。
【００３７】
ポリメタクリレートからなる枠組みの上側に、プレート（１）を載せる前に、少量の溶剤を付けることでポリメチルメタクリレートの表面を溶解し、少量の溶剤はすぐに蒸発し、次いでプレート（１）を約１〜５分の短い待機時間の後に載せることにより封止効果をなお高めることができる。それにより、プレート（１）は少なくとも容易に枠組みと接着し、それにより封止効果もしくは遮断効果が改善されることになる。
【００３８】
上記したポリメチルメタクリレートからなる枠組みの他に、取り囲む封止材は弾性材料から製造することもでき、その際、有利にさらにスペーサ、例えばプレート（２）と同じプラスチック材料からなるブロックを使用する。このスペーサはプレート（２）又はプレート（１）と溶剤接着剤で固定されていることができる。この場合、スペーサよりも若干高い取り囲む弾性封止材を作成し、プレート（１）をスペーサ上に載せた後に、取り囲む封止材を押圧し、それにより光電池セルを封入する気密な中空室が形成される。
【００３９】
取り囲む封止材用の弾性材料として、ポリウレタン接着剤、ポリシリコーン接着剤又はポリマーを有する溶剤接着剤を使用することができる。後者の溶剤接着剤は、例えば溶剤（例えばジクロロメタン、ニトロメタン、ギ酸メチル、ギ酸エチル、塩化メチル）中のポリメチルメタクリレート、溶剤（テトラヒドロフラン）中のポリカーボネート、溶剤中のポリ塩化ビニル又はポリスチレンであることができる。ポリカーボネートからなるプレートには、特にポリウレタンベースの接着剤が適している。ポリメチルメタクリレートからなるプレートには、軟質のアクリレート接着剤、例えば酢酸エチルエステル中に溶かしたポリエチルアクリレートが特に適している。
【００４０】
引き続きプレート（１）及び（２）を市販の重合接着剤で強固に結合させる。ポリメチルメタクリレート用の適当な重合接着剤は、例えば欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第５４８７４０号明細書に記載されている。一般にこの種の接着剤はモノマー（メチルメタクリレート）中に溶かしたポリマー（ポリメチルメタクリレート）約３０質量％並びに１種又は場合により複数の重合開始剤を含有する。
【００４１】
【実施例】
有利な１実施態様において、条導体（７）により接続されている複数の光電池セル（５）、例えば１０×１０セルからなるフィールドを約１ｃｍの間隔で、例えば０．５×５ｃｍのそれぞれ２本の弾性アクリレート両面接着テープからなる透明接着テープ（６）を用いて、１５０×１５０ｃｍの面積及び１ｃｍの厚さを有するポリメチルメタクリレートプレート（２）上に固定した。電気的なセル複合材の電流引出ケーブル（７′）は横方向から引き出される（第１のセルから外側への配線は見やすくするために図示されていない）。１×１ｃｍ及び１ｍｍの厚さのポリメチルメタクリレートからなる複数のスペーサブロック（８）を、塩化メチレンでプレート（２）に対する境界面を溶かすことにより接着する。
【００４２】
光電池セル複合材の周囲に軟質アクリレート接着剤（酢酸エチルエステル中に溶解したポリエチルアクリレート）からなる遮断層（３ａ）を設置する。
【００４３】
溶剤を蒸発させた後、遮断層（３ａ）を設置した約２４時間後に、ポリメチルメタクリレートからなる第２のプレート（１）を載せ、ポリメチルメタクリレート重合接着剤（接着層３ｂ）で縁部を封止する。この場合、遮断層（３ａ）は重合接着剤から出るモノマー蒸気が光電池セルに達するのを防止する。
【００４４】
引き続き、この素子を３６０日８５％の相対湿度及び８０℃で貯蔵した。この場合、内部での水の凝縮も確認されず、光電池セル又は接続線の損傷も観察されなかった。この素子はこの期間の後でも完全に機能した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電池素子を正面から見た図
【図２】本発明の光電池素子の断面図
【符号の説明】
１ プラスチック製プレート（背面プレート）、 ２ プラスチック製プレート（前面プレート）、 ３ 遮断層（３ａ）と接着層（３ｂ）とからなる取り囲む封止材、 ４ 中空室、 ５ 光電池セル、 ６ 光電池セル固定用接着結合部材、 ７ 条導体、 ７′ 光電池セルから電流を取り出すための導線、 ８スペーサブロック

Claims (8)

1. 平坦な又は湾曲した２枚のプレート（１）及び（２）を有し、前記のプレートは取り囲む封止材（３）により２〜２０ｍｍの範囲内の間隔で結合されていて、かつ中空室（４）を形成し、前記中空室（４）内に複数の光電池セル（５）が封入されており、前記セルはそれぞれ２枚のプレートの一方（２）に接着結合部材（６）を用いて固定されており、その際、少なくとも前記のプレート（２）が透明である光電池素子において、２枚のプレートが水蒸気透過性プラスチックからなり、光電池セルを固定する接着結合部材は個々の光電池セルの面積の３０％以下を覆うことを特徴とする光電池素子。
2. プレート（１，２）がポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン又はポリ塩化ビニルからなる、請求項１記載の光電池素子。
3. 取り囲む封止材（３）がポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル又はポリシリコーンゴムからなる、請求項１記載の光電池素子。
4. 取り囲む封止材（３）が遮断層（３ａ）及び接着層（３ｂ）から構成される、請求項３記載の光電池素子。
5. 遮断層（３ａ）がポリメチルメタクリレート部材から構成された枠組みであり、接着層（３ｂ）はポリメチルメタクリレート重合接着剤からなる、請求項３記載の光電池素子。
6. プレート（１）及び（２）はポリカーボネートプラスチックからなり、取り囲む封止材（３）はポリウレタンプラスチックからなる、請求項１記載の光電池素子。
7. プレート（１）が防音壁プレートである、請求項１記載の光電池素子。
8. プレート（１）がウェブプレートである、請求項１記載の光電池素子。

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