JP4772011B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

この発明は、太陽電池モジュールに関し、特に、枠状に形成されたフレームを備えた太陽電池モジュールに関する。

従来、枠状に形成されたフレームを備えた太陽電池モジュールが知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。

上記特許文献１の太陽電池モジュールでは、１つのパネルの周縁部を支持するための枠状のフレームに、フレームを横断するように延びるリブが設けられている。上記特許文献１では、このリブによりパネルの裏面から支持することによって、パネルが変形するのを抑制している。

また、上記特許文献２においては、外枠のみにより１つのパネルの周縁部が保持される構成が開示されている。

特許第３６７４２３４号公報 特開平１１−１３５８１１号公報

しかしながら、上記特許文献２のように、外枠のみにより１つのパネルの周縁部を保持する構成では、太陽電池モジュールがパネルとともに大型化した場合に、パネルに上下方向に負荷がかかることによりパネルが変形しやすくなり、その結果、パネルが破損してしまう場合があるという問題点がある。

また、上記特許文献１のように、１つのパネルの裏面からリブにより支持する構成では、パネルの上方からの負荷によりパネルが変形するのを抑制することができる一方、太陽電池モジュールがパネルとともに大型化した場合に、風圧などの下側からパネルに加わる負荷に対してはパネルが変形するのを抑制することが困難であると考えられる。この場合にも、パネルが変形することにより破損してしまう場合があるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、太陽電池モジュールが大型化した場合にも、パネルが変形して破損してしまうのを抑制することが可能な太陽電池モジュールを提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

この発明の一の局面による太陽電池モジュールは、基板および発電層をそれぞれ含み、互いに隣接するように配置される第１パネルおよび第２パネルと、第１パネルおよび第２パネルの互いに隣接する領域以外の領域の外周部を支持するための枠状に形成された第１フレームと、第１パネルおよび第２パネルの互いに隣接する領域に配置され、第１パネルおよび第２パネルの互いに隣接する領域の外周部を支持するための第２フレームとを備える。

この一の局面による太陽電池モジュールでは、上記のように、第１パネルおよび第２パネルの互いに隣接する領域以外の領域の外周部を支持するための枠状に形成された第１フレームと、第１パネルおよび第２パネルの互いに隣接する領域に配置され、第１パネルおよび第２パネルの互いに隣接する領域の外周部を支持するための第２フレームとを設けることによって、第１フレームおよび第２フレームにより第１パネルおよび第２パネルを支持することができる。この場合、１枚のパネルにより太陽電池モジュールが構成されている場合と異なり、第１パネルおよび第２パネル自体を大型化することなく、パネルに対する上下方向の負荷に対して十分な強度を有する適正な大きさの第１パネルおよび第２パネルにより、大型化した太陽電池モジュールを構成することができる。このように、適正な大きさの第１パネルおよび第２パネルを第１フレームおよび第２フレームにより支持することによって、第１パネルおよび第２パネルが変形するのを抑制することができる。したがって、本発明では、太陽電池モジュールが大型化した場合にも、パネル（第１パネルおよび第２パネル）が変形して破損するのを抑制することができる。

上記構成において、好ましくは、第２フレームは、第１パネルおよび第２パネルの互いに隣接する領域の外周部の上面および下面を支持するように構成されている。

上記構成において、好ましくは、第２フレームは、絶縁性部材からなる。

上記構成において、好ましくは、第１パネルと第２パネルとは、第２フレーム内を貫通するように設けられた導線を介して電気的に接続されている。

上記構成において、好ましくは、第２フレームは、第１フレームを横断するように配置されるとともに、第１パネルおよび第２パネルの互いに隣接する領域の外周部の実質的に全域を支持するように構成され、かつ、第２フレームの両端部分が第１フレームに固定されている。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態による太陽電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。図２は、本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを示す平面図である。図３〜図６は、図２に示した太陽電池モジュールの構造を詳細に説明するための図である。まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による太陽電池モジュール２０の構造を説明する。

図１および図２に示すように、太陽電池モジュール２０は、外側フレーム１と内側フレーム２と、互いに隣接して配置される２枚の太陽電池パネル３および４とを備えている。

外側フレーム１は、Ａｌなどの金属からなり、平面的に見て、短手辺１ａおよび長手辺１ｂを有する長方形状に形成されている。また、外側フレーム１は、太陽電池パネル３および４の外周部を外側から支持するための支持部１ｃと、脚部１ｄとを一体的に含んでいる。

図３および図４に示すように、支持部１ｃは、内側に向かって開口を有するとともに、コの字形状の断面形状を有するように形成されている。また、支持部１ｃは、コの字形状部分により太陽電池パネル３および太陽電池パネル４の互いに隣接する領域３ａおよび４ａ以外の領域３ｂ（図１参照）および４ｂの外周部を上下から挟むように支持している。また、支持部１ｃの開口部の幅（上面と下面との間の間隔）は太陽電池パネル３および４の厚みよりも大きく、支持部１ｃと太陽電池パネル３および４との間にはゴムなどの弾性材料からなるシール材５（図４参照）が充填されている。

また、図１に示すように、脚部１ｄの内側の側面１ｅには、互いに対向する長手辺１ｂの中央部に対応する位置にそれぞれ４つのネジ穴１ｆが設けられている。

また、内側フレーム２は、絶縁性の樹脂により形成されており、外側フレーム１を短手方向（Ａ方向）に横断するように配置されている。この内側フレーム２は、太陽電池パネル３および４の外周部を内側から支持するための支持部２ａと、脚部２ｂとを一体的に含んでいる。

支持部２ａは、Ｂ方向の両側に向かって開口を有するとともに、Ｈ形形状の断面形状を有するように形成されており、そのＨ形形状部分により、太陽電池パネル３および４の互いに隣接する領域３ａおよび４ａの外周部の実質的に全域を上下から挟むように支持している。また、図５に示すように、外側フレーム１の場合と同様に、内側フレーム２の支持部２ａの開口部の幅は太陽電池パネル３および４の厚みよりも大きく、支持部２ａと太陽電池パネル３および４との間にはゴムなどの弾性材料からなるシール材６が充填されている。

また、脚部２ｂのＡ方向の両端部には、それぞれ、４つのネジ挿入穴２ｃが設けられている。図４および図６に示すように、この内側フレーム２のネジ挿入穴２ｃと外側フレーム１のネジ穴１ｆとがネジ７により締結されることにより、内側フレーム２の両端部が外側フレーム１に固定されている。また、図５に示すように、脚部２ｂのＡ方向の中央部には、脚部２ｂの一方の側面２ｄから他方の側面２ｅに貫通する穴２ｆが設けられている。また、一方の側面２ｄおよび他方の側面２ｅには、穴２ｆの開口部近傍を覆うように絶縁性の樹脂からなるカバー２ｇがシリコーンにより取り付けられている。

また、図１に示すように、太陽電池パネル３および４は、薄膜系の太陽電池パネルであり、Ａ方向に延びる溝３ｃおよび４ｃにより分離された発電機能を有する複数のセル３ｄおよび４ｄがＢ方向に直列に接続された構造を有する。また、図５に示すように、太陽電池パネル３および４は、基板８と、表面電極層９と、発電層１０と、裏面電極層１１と、封止樹脂１２と、バックシート１３とが積層された構造を有する。

基板８は、透光性を有するガラスからなる。また、基板８の上面上には、表面電極層９が形成されている。この表面電極層８は、導電性および透光性を有する酸化錫（ＳｎＯ_２）などのＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ：透明酸化物導電体）からなる。

また、表面電極層９の上面上に、発電層１０が形成されている。この発電層１０は、ｐｉｎ型の非晶質（アモルファス）シリコン系半導体からなる光電変換層と、ｐｉｎ型の微結晶シリコン系半導体からなる光電変換層とからなる。

また、発電層１０の上面上には、裏面電極層１１が形成されている。また、裏面電極層１１の上面上には、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）からなる封止樹脂１２が形成されている。また、封止樹脂１２の上面上には、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）からなるバックシート１３が形成されている。また、図５に示すように、本実施形態では、太陽電池パネル３および太陽電池パネル４の内側フレーム２側のセル３ｄおよび４ｄの裏面電極層１１上には、それぞれ、銅箔リードからなる集電極１４および１５が設けられている。集電極１４の端部１４ａおよび集電極１５の端部１５ａは、封止樹脂１２およびバックシート１３に設けられた切り込みを介してバックシート１３上に露出している。また、バックシート１３上に露出した集電極１４の端部１４ａおよび集電極１５の端部１５ａは、内側フレーム２の穴２ｆを介して通された接続リード線１６により電気的に接続されている。上記カバー２ｇは、露出している接続リード線１６を保護する機能を有する。

次に、本実施形態による太陽電池モジュール２０の製造プロセスを説明する。

まず、図５に示すように、基板８、表面電極層９、発電層１０、裏面電極層１１、封止樹脂１２、バックシート１３を含む太陽電池パネル３および４を形成する。すなわち、ガラスからなる基板８上に表面電極層９、発電層１０および裏面電極層１１を積層し、レーザによるパターニングを行うことによって、複数のセル（セル３ｄおよび４ｄ）が直列に接続された太陽電池パネルを形成する。この後、太陽電池パネルの端に位置するセルの裏面電極層１１上に集電極１４および１５としての銅箔リードを超音波半田により取り付ける。

この後、この太陽電池パネル上（裏面電極層１１上および集電極（集電極１４および集電極１５）上）にＥＶＡシートおよびＰＥＴシートを積層し、ラミネータ（圧着装置）により約１５０℃で真空加熱することにより圧着を行う。この際、ＥＶＡシートおよびＰＥＴシートの集電極（集電極１４および１５）に対応する部分に切り込みを入れ、封止樹脂１２およびバックシート１３の切り込み部分から集電極１４および１５の端部を引き出した状態で圧着を行う。これにより、集電極１４の端部１４ａが引き出された太陽電池パネル３と、集電極１５の端部１５ａが引き出された太陽電池パネル４とが形成される。

そして、上記のように形成された２枚の太陽電池パネル３および４を外側フレーム１の支持部１ｃおよび内側フレーム２の支持部２ａに、それぞれ、ゴムなどの弾性体からなるシール材５および６とともに組み込むとともに、ネジ７を外側フレーム１のネジ穴１ｆを介して内側フレーム２のネジ挿入穴２ｃに締め付ける。その後、太陽電池パネル３の表面上に引き出された集電極１４の端部１４ａと、太陽電池パネル４の表面上に引き出された集電極１５の端部１５ａとを内側フレーム２の穴２ｆを介して通された接続リード線１６により接続する。そして、接続リード線１６の内側フレーム２の表面に露出した部分を覆うように、端子カバー２ｇをシリコーンによって取り付ける。このようにして、本実施形態による太陽電池モジュール２０が製造される。

本実施形態では、上記のように、太陽電池パネル３および太陽電池パネル４の互いに隣接する領域３ａおよび４ａ以外の領域３ｂおよび４ｂの外周部を支持するための枠状に形成された外側フレーム１と、太陽電池パネル３および太陽電池パネル４の互いに隣接する領域に配置され、太陽電池パネル３および太陽電池パネル４の互いに隣接する領域３ａおよび４ｂの外周部を支持するための内側フレーム２とを設けることによって、外側フレーム１および内側フレーム２により太陽電池パネル３および太陽電池パネル４を支持することができる。この場合、１枚のパネルにより太陽電池モジュールが構成されている場合と異なり、太陽電池パネル３および太陽電池パネル４自体を大型化することなく、太陽電池パネルに対する上下方向の負荷に対して十分な強度を有する適正な大きさの太陽電池パネル３および太陽電池パネル４により、大型化した太陽電池モジュールを構成することができる。このように、適正な大きさの太陽電池パネル３および太陽電池パネル４を外側フレーム１および内側フレーム２により支持することによって、太陽電池パネル３および太陽電池パネル４が変形するのを抑制することができる。したがって、本発明では、太陽電池モジュールが大型化した場合にも、太陽電池パネル（太陽電池パネル３および太陽電池パネル４）が変形するのを抑制することができる。これにより、外側フレーム１の強度を強化することなく、太陽電池パネル３および４の変形を抑制することができる。また、太陽電池パネル自体の強度を強化することなく太陽電池パネルが変形するのを抑制することができるので、たとえば、ガラスからなる基板８の厚みを小さくしても太陽電池パネルが変形するのを抑制することができる。基板８の厚みを小さくすることにより、基板８を透過して発電層１０に入射する光の透過量を増加させることができるので、太陽電池モジュール２０の出力を増加させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、内側フレーム２の支持部２ａにより、太陽電池パネル３および太陽電池パネル４の互いに隣接する領域３ａおよび４ａの外周部の上面および下面を支持することによって、下面からのみ太陽電池パネルを支持する場合と異なり、太陽電池パネル３および４をより強固に支持することができる。また、太陽電池パネル３および４の外周部の上面および下面を支持することによって、発電機能の無い外周部分を支持することができるので、発電機能を有する部分を遮光することなく、太陽電池パネル３および４を下面のみならず上面からも支持することができる。これにより、遮光された部分の温度が上昇することに起因して出力が低下する現象である、いわゆるホットスポットが発生するのを抑制しながら、太陽電池パネル３および４を上面からも支持することができる。

また、本実施形態では、上記のように、内側フレーム２を絶縁性の樹脂により構成することによって、内側フレームを導電性部材により構成した場合と異なり、内側フレーム２と太陽電池パネル３および４の発電機能を有する部分とを隔てる必要がない。したがって、太陽電池パネルの発電機能を有する部分を内側フレーム２側に限界まで広げることができるので、発電領域を広げることができる。

また、本実施形態では、上記のように、太陽電池パネル３と太陽電池パネル４とを、内側フレーム２内を貫通するように設けられた接続リード線１６を介して電気的に接続することによって、接続リード線１６が破損するのを抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、長方形状の外側フレーム１と直線形状の内側フレーム２により、２枚の太陽電池パネル３および４を支持する例を示したが、本発明はこれに限らず、長方形状の外側フレームと十字形状の内側フレームにより、４枚の太陽電池パネルを支持してもよい。また、長方形状の外側フレームと、直線形状の２つの内側フレームにより、３枚の太陽電池パネルを支持してもよい。

また、上記実施形態では、薄膜系の太陽電池パネルを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、結晶系の太陽電池パネルや化合物系の太陽電池パネルなどの他の太陽電池パネルを用いてもよい。

また、上記実施形態では、内側フレーム２と太陽電池パネル３および４との間にシール材６を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、シール材を設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、封止樹脂としてＥＶＡを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコーン、ウレタン、アクリルまたはエポキシなどを用いてもよい。

また、上記実施形態では、バックシートとしてＰＥＴを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ＰＶＦ、ＰＥＮなどのプラスチックフィルム、金属箔との積層品、ＳｉＯ_ｘなどの蒸着フィルムなどのフィルム、または、ＳＵＳ、ガルバリウムなどの金属を用いてもよい。

また、上記実施形態では、外側フレームをＡｌにより形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、鉄、ＳＵＳなどの他の金属または樹脂により形成してもよい。

本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを示す平面図である。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを示す側面図である。 図２の１００−１００線に沿った断面図である。 図２の２００−２００線に沿った断面図である。 図３の３００−３００線に沿った断面図である。

符号の説明

１ 外側フレーム（第１フレーム）
２ 内側フレーム（第２フレーム）
３ 太陽電池パネル（第１パネル）
４ 太陽電池パネル（第２パネル）
８ 基板
１０ 発電層
１６ 接続リード線（導線）
２０ 太陽電池モジュール

Claims (3)

1. 基板および発電層をそれぞれ含み、互いに隣接するように配置される第１パネルおよび第２パネルと、
   金属からなり、前記第１パネルおよび前記第２パネルの互いに隣接する領域以外の領域の外周部を支持するための枠状に形成された第１フレームと、
   絶縁性部材からなり、前記第１パネルおよび前記第２パネルの互いに隣接する領域に配置され、前記第１パネルおよび前記第２パネルの互いに隣接する領域の外周部を支持するための第２フレームとを備え、
   前記第１パネルと前記第２パネルとは、前記第２フレーム内を貫通するように設けられた導線を介して電気的に接続されている、太陽電池モジュール。
2. 前記第２フレームは、前記第１パネルおよび前記第２パネルの互いに隣接する領域の外周部の上面および下面を支持するように構成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第２フレームは、前記第１フレームを横断するように配置されるとともに、前記第１パネルおよび前記第２パネルの互いに隣接する領域の外周部の実質的に全域を支持するように構成され、かつ、前記第２フレームの両端部分が前記第１フレームに固定されている、請求項１〜２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

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