JP5033594B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池によって発生された電力を外部機器に送る出力ケーブルを備える太陽電池モジュールに関する。
一般的に、太陽電池モジュールでは、受光面側保護材と裏面側保護材との間において、太陽電池が封止材によって封止される。受光面側保護材は、ガラス板などにより構成される。裏面側保護材は、Polyethylene Terephthalate(PET)フィルムなどにより構成される。
太陽電池には、太陽電池によって発生された電力を取出すための配線材が接続される。配線材は、封止材中を通って、裏面側保護材に形成された開口から外部に引き出される。配線材のうち開口から外部に引き出された部分は、開口を覆うように取付けられた端子ボックスに格納される。配線材は、端子ボックス内において、太陽電池によって発生された電力を外部機器に送るための出力ケーブルに電気的に接続される(例えば、特許文献1参照)。
特開平3−116978号公報 特開2007−165773号公報
ここで、出力ケーブルを外部機器に取付ける場合、出力ケーブルは、外力によって引っ張られるおそれがある。従って、出力ケーブルが端子ボックスから抜け落ちないように、出力ケーブルを端子ボックス内壁に固定具を用いて固定しておく必要がある。
また、太陽電池モジュールの使用環境では、裏面側保護材に形成された開口から水分が浸入するおそれがある。従って、端子ボックス内に外気が流入しないように、密封材により端子ボックスの内部を密封しておく必要がある。
このように、太陽電池によって発生された電力を太陽電池モジュールの外部に取出す構造は、多数の部品を用いて構成される。そのため、太陽電池モジュールの製造工程において、煩雑な組付け作業が必要であった。
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、太陽電池によって発生された電力を取出す構造を簡略化した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の第1の特徴は、太陽電池モジュールに係り、受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有し、受光面における受光により電力を発生させる太陽電池と、太陽電池の受光面側を覆う透光性部材と、太陽電池の裏面側を覆う筐体と、筐体中に埋設される導電性の出力ケーブルとを備え、筐体は、樹脂によって一体的に形成されており、出力ケーブルの一端は、太陽電池に電気的に接続され、出力ケーブルの他端は、筐体の外側に露出しており、出力ケーブルには、出力ケーブルを筐体内に係止する係止部が設けられることを要旨とする。
このように、出力ケーブルは、直接筐体内に埋め込まれるため、端子ボックスなどを取付ける必要がない。従って、太陽電池モジュールの製造工程において、煩雑な組付け作業を行う必要がない。また、出力ケーブルには、出力ケーブルを筐体内に係止する係止部が設けられるため、出力ケーブルが直接筐体内に埋め込まれる場合であっても、出力ケーブルを強固に固定することができる。
本発明の第2の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、出力ケーブルの一部分の外径は、一部分に連なる他部分の外径よりも大きく形成されており、係止部は、一部分であることを要旨とする。
本発明の第3の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、出力ケーブルには、固定具が取付けられており、固定具は、出力ケーブルの外周から張り出しており、係止部は、固定具であることを要旨とする。
本発明の第4の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、出力ケーブルは、出力ケーブルの他端に取付けられた接続端子を有しており、接続端子は、筐体中に埋設される第1部分と、筐体の外側に露出する第2部分とを含み、係止部は、第1部分であることを要旨とする。
本発明の第5の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、出力ケーブルは、折り曲げられた曲折部を有し、係止部は、曲折部であることを要旨とする。
本発明によれば、太陽電池によって発生される電力を取出す構造を簡略化した太陽電池モジュールを提供することができる。
次に、図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
1.第1実施形態
(太陽電池モジュールの概略構成)
本発明の第1実施形態に係る太陽電池モジュール100の概略構成について、図1乃至図3を参照しながら説明する。図1は、太陽電池モジュール100の構成を示す上面図である。図2は、図1のA−A切断面における断面図である。図3は、図2のB−B切断面における断面図である。
図1乃至図3に示すように、太陽電池モジュール100は、透光性部材10、太陽電池20、筐体30、出力ケーブル40、端子台50及び配線材60を備える。
透光性部材10は、太陽電池モジュール100の受光面側を保護する。透光性部材10としては、ガラス、透光性プラスチック等の透光性部材を用いることができる。本実施形態において、透光性部材10は、太陽電池20の単一基板であり、透光性部材10の背面上には、透光性導電膜(TCO:Transparent Conductive Oxide)が形成されている。
太陽電池20は、図2に示すように、透光性部材10の背面上に形成される。具体的に、太陽電池20は、透光性導電膜、半導体層及び裏面電極を、周知のレーザパターニング法によってパターニングしながら順次積層することにより形成される。なお、太陽電池20は、電気的に直列接続された複数の太陽電池素子から構成される集積型太陽電池である。
半導体層としては、例えば、非晶質シリコン半導体層と、微結晶シリコン半導体層との積層体或いは単体を用いることができる。非晶質シリコン半導体層と微結晶シリコン半導体層とは、それぞれpin半導体結合を有する。
また、太陽電池20は、受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有する。太陽電池20の受光面は、透光性部材10によって覆われている。太陽電池20は、透光性部材10を通過した太陽光を受光面において受光することにより電力を発生する。
筐体30は、太陽電池20の裏面から透光性部材10の側面に跨って形成される。筐体30は、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラニン樹脂、熱硬化性ポリイミド、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、ユリア樹脂、オレフィン樹脂などを用いることにより一体的に形成することができる。なお、後述するように、筐体30は、透光性部材10及び太陽電池20がセットされた金型に上記樹脂を流し込むことにより形成される。そのため、太陽電池20は、他の部材を介することなく、筐体30内に封止されている。
筐体30は、図1及び図2に示すように、脚部35を有する。脚部35は、太陽電池モジュール100を設置場所に固定するためのボルトが取付けられる孔35aを有する。また、筐体30の背面には、図2に示すように、太陽電池モジュール100の強度の向上を目的として、複数のリブ部材36が取付けられる。複数のリブ部材36は、太陽電池モジュール100の全長に渡って並べられる。
出力ケーブル40は、太陽電池20によって発生された電力を外部機器に送るためのケーブルである。出力ケーブル40は、金属製の芯線と芯線を覆う絶縁皮膜とから構成される。図2に示すように、出力ケーブル40は、筐体30中に埋設される。出力ケーブル40の一端は、端子台50に半田付けされる。出力ケーブル40の他端は、筐体30の外側に露出する。出力ケーブル40の他端には、外部機器と接続される接続端子が取付けられる。
ここで、出力ケーブル40には、図2に示すように、固定具45(係止部)が取付けられる。固定具45は、出力ケーブル40の外周から張り出している。
端子台50は、出力ケーブル40と配線材60とを電気的に接続するための導電材である。端子台50は、筐体30中に埋設される。
配線材60は、太陽電池20によって発生された電力を太陽電池から取出すための導電材である。配線材60としては、薄板状、線状或いは縒り線状に成形された銅等を用いることができる。図2及び図3に示すように、配線材60の一端は、太陽電池20の両端部に半田付けされる。配線材60の他端は、端子台50に半田付けされる。これにより、太陽電池20によって発生された電力が、出力ケーブル40を介して太陽電池モジュールの外部に取出される。配線材60は、筐体30中に埋設される。なお、配線材60の外周には、絶縁処理が施されることが好ましい。
また、本実施形態では、上述のとおり、配線材60及び端子台50を介して、太陽電池20によって発生された電力が出力ケーブル40に送られているが、出力ケーブル40が直接的に太陽電池20の端部に半田付けされていてもよい。
(固定具の構成)
次に、図4を参照しながら、固定具45の構成について説明する。図4(a)は、図3の部分拡大図である。図4(b)は、固定具45の取り付け状態を示す斜視図である。
図4(a)に示すように、出力ケーブル40には、固定具45が取付けられる。固定具45は、第1面45aと、第1面45aの反対側に設けられた第2面45bとを有する。固定具45は、筐体30を構成する樹脂中に埋設される。固定具45(具体的には、第1面45a及び第2面45b)は、出力ケーブル40の外周から張り出している。従って、図4(a)に示すように、固定具45は、筐体30を構成する樹脂に食い込むように配置される。
固定具45は、平板形状の金属部材である。図4(b)に示すように、固定具45には、第1面45aから第2面45bまで貫通する貫通孔が形成される。貫通孔に出力ケーブル40を挿通した状態で固定具45を両脇からかしめることにより、固定具45は、出力ケーブル40に強固に取付けられる。従って、第1面45a及び第2面45bは、出力ケーブル40が延びる方向αに略直交する。
なお、固定具45は、金属部材に限らず、筐体30を構成する樹脂と同種の樹脂などによっても形成することができる。
(太陽電池モジュールの製造方法)
まず、透光性部材10上にCVD法或いはスパッタ法等の製膜方法によって透光性導電膜を形成する。次に、CVD法により、透光性導電膜上に半導体層を形成する。具体的には、透光性導電膜上にp-i-n型の非晶質シリコン半導体を順次積層した後、p-i-n型の微結晶シリコン半導体を順次積層する。次に、スパッタ法等により、半導体層上に裏面電極を形成する。なお、この場合、周知のレーザパターニング法によって、電気的に直列に接続された複数の太陽電池素子に分割することができる。
次に、一対の配線材60の一端を、太陽電池20の両端に半田付けするとともに、他端を端子台50に半田付けする。
次に、金属製の芯線と芯線を覆う絶縁皮膜とから構成される出力ケーブル40を2本準備する。出力ケーブル40の所定位置に、固定具45を固定する。次に、出力ケーブル40の一端を端子台50に半田付けする。これにより、出力ケーブル40と太陽電池20とを電気的に接続する。以上により太陽電池サブモジュールが作製される。
次に、太陽電池サブモジュールを、所定の金型にセットする。続いて、金型に熱可塑性の樹脂を流し込み、150℃に加熱しながら、約50MPaで30分間加圧する。その後、金型を冷却し、太陽電池モジュール100を取出す。
(作用及び効果)
本実施形態に係る太陽電池モジュール100は、太陽電池20と、透光性部材10と、筐体30と、筐体中に埋設される導電性の出力ケーブル40とを備える。出力ケーブル40の一端は、太陽電池20に電気的に接続され、出力ケーブル40の他端は、筐体30の外側に露出する。
このように、太陽電池20によって発生された電力は、出力ケーブル40によって太陽電池モジュール100の外部に取出される。出力ケーブル40は、直接筐体30内に埋め込まれるため、端子ボックスなどを取付ける必要がない。従って、太陽電池モジュール100の製造工程において、煩雑な組付け作業を行う必要がない。
また、出力ケーブル40には、出力ケーブル40を筐体30内に係止する固定具45(係止部)が設けられる。固定具45は、出力ケーブル40の外周から張り出している。
このように、固定具45は、筐体30を構成する樹脂に食い込むように配置される。従って、出力ケーブル40が外力によって引っ張られたとしても、出力ケーブル40は、固定具45によって筐体30に係止される。具体的に、固定具45は、第1面45aにおいて筐体30を構成する樹脂に係止される。これにより、出力ケーブル40が直接筐体30内に埋め込まれる場合であっても、出力ケーブル40を強固に固定することができる。
2.第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態と上記第1実施形態との相違点は、係止部の構成である。
本実施形態において、太陽電池モジュールの概略構成は上記第1実施形態と同様であるため、以下、上記第1実施形態との相違点について主に説明する。
(係止部の構成)
図5を参照しながら、係止部の構成について説明する。図5は、本実施形態に係る係止部である球状部分75の構成を示す図である。
図5に示すように、出力ケーブル40の一部分の外径は、一部分に連なる他部分の外径よりも大きく形成される。具体的に、出力ケーブル40は、球状部分75を有しており、球状部分75の外径は、球状部分75以外の直線部分の外径よりも大きい。球状部分75は、筐体30を構成する樹脂中に埋設される。従って、図5に示すように、球状部分75は、筐体30を構成する樹脂に食い込むように配置される。
このような球状部分75は、出力ケーブル40の絶縁皮膜の一部分を球状にすることにより形成することができる。なお、球状部分75における芯線の形状に制限はない。
(作用及び効果)
本実施形態に係る出力ケーブル40には、出力ケーブル40を筐体30内に係止する球状部分75(係止部)が設けられる。球状部分75の外径は、球状部分75に連なる直線部分の外径よりも大きく形成されている。
このように、球状部分75は、筐体30を構成する樹脂に食い込むように配置される。従って、出力ケーブル40が外力によって引っ張られたとしても、出力ケーブル40は、球状部分75によって筐体30に係止される。これにより、出力ケーブル40が直接筐体30内に埋め込まれる場合であっても、出力ケーブル40を強固に固定することができる。
3.第2実施形態の変形例
次に、上記第2実施形態の変形例について説明する。本変形例と上記第2実施形態との相違点は、係止部の構成である。
本変形例においても、太陽電池モジュールの概略構成は上記第1実施形態と同様であるため、以下、上記第2実施形態との相違点について主に説明する。
(係止部の構成)
図6を参照しながら、係止部の構成について説明する。図6は、本実施形態に係る係止部である直線部分85の構成を示す図である。
図6に示すように、出力ケーブル40の一部分の外径は、一部分に連なる他部分の外径よりも大きく形成される。具体的に、出力ケーブル40は、狭小部分86を有しており、直線部分85の外径は、直線部分85に連なる狭小部分86の外径よりも大きい。従って、直線部分85は係止面85aを有する。係止面85aは、直線部分85と狭小部分86とにつながる外周面である。直線部分85及び狭小部分86は、筐体30を構成する樹脂中に埋設される。従って、図6に示すように、直線部分85は、筐体30を構成する樹脂に食い込むように配置される。
このような直線部分85に連なる狭小部分86は、出力ケーブル40の絶縁皮膜の一部分を細くすることにより形成することができる。なお、狭小部分86における芯線の形状に制限はない。
このような構成においても、出力ケーブル40の一部分の外径は、一部分に連なる他部分の外径よりも大きく形成されるため、上記第2実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
4.第3実施形態
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態と上記第1実施形態との相違点は、係止部の構成である。
本実施形態において、太陽電池モジュールの概略構成は上記第1実施形態と同様であるため、以下、上記第1実施形態との相違点について主に説明する。
(係止部の構成)
図7を参照しながら、係止部の構成について説明する。図7は、本実施形態に係る係止部である接続端子95の構成を示す図である。
図7に示すように、出力ケーブル40の一端には、接続端子95が設けられる。接続端子95は、他の出力ケーブル41に設けられた接続端子96と接続される。接続端子95は、筐体30中に埋設される第1部分95aと、筐体30の外側に露出する第2部分95bとを含む。
第1部分95aの外径は、第2部分95bの外径よりも大きく形成される。従って、図7に示すように、第1部分95aは、筐体30を構成する樹脂に食い込むように配置される。
(作用及び効果)
本実施形態に係る出力ケーブル40には、出力ケーブル40を筐体30内に係止する第1部分95a(係止部)が設けられる。筐体30に埋設された第1部分95aの外径は、筐体30の外側に露出する第2部分95bの外径よりも大きく形成されている。
このように、第1部分95aは、筐体30を構成する樹脂に食い込むように配置される。従って、出力ケーブル40に接続される出力ケーブル41が外力によって引っ張られたとしても、出力ケーブル40は、第1部分95aによって筐体30に係止される。これにより、出力ケーブル40が直接筐体30内に埋め込まれる場合であっても、出力ケーブル40を強固に固定することができる。
5.第4実施形態
次に、本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態と上記第1実施形態との相違点は、係止部の構成である。
本実施形態において、太陽電池モジュールの概略構成は上記第1実施形態と同様であるため、以下、上記第1実施形態との相違点について主に説明する。
(係止部の構成)
図8を参照しながら、係止部の構成について説明する。図8は、本実施形態に係る係止部である曲折部100の構成を示す図である。
図8に示すように、出力ケーブル40には、筐体30内において折り曲げられた曲折部100が2つ設けられる。
(作用及び効果)
本実施形態に係る出力ケーブル40には、筐体30内において折り曲げられた曲折部100が2つ設けられる。従って、出力ケーブル40が外力によって引っ張られたとしても、出力ケーブル40は、曲折部100によって筐体30に係止される。これにより、出力ケーブル40が直接筐体30内に埋め込まれる場合であっても、出力ケーブル40を強固に固定することができる。
(その他の実施形態)
本発明は、上述した本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものではない。
例えば、上記実施形態では、太陽電池20として集積型太陽電池を例に挙げて説明したが、太陽電池20は、複数の太陽電池素子を行列状に配列した構成を有していてもよい。この場合、透光性保護材と裏面側保護材との間において、複数の太陽電池素子を封止材中に封止すればよい。
また、太陽電池素子は、単結晶Siからなるもの等、従来周知の太陽電池素子を用いることができる。
また、上記第1実施形態では、平板状の固定具45を用いたが、固定具45の形状に制限はない。出力ケーブル40から張り出していれば本発明の効果を得ることができる。
また、上記第2実施形態及びその変形例では、出力ケーブル40の一部分の外径が、一部分に連なる他部分の外径よりも大きく形成されていればよく、係止部の形状に制限はない。
また、上記第3実施形態では、係止部として円錐形の接続端子95を用いたが、接続端子95の形状に制限はない。
また、上記第4実施形態では、曲折部100を2つ設けたが、曲折部100は1つであってもよい。
本発明の第1実施形態に係る太陽電池モジュール100の構成を示す上面図である。 図1のA−A切断面における断面図である。 図2のB−B切断面における断面図である。 図3の部分拡大図である。 本発明の第2実施形態に係る係止部である球状部分75の構成を示す図である。 本発明の第2実施形態の変形例に係る係止部である直線部分85の構成を示す図である。 本発明の第3実施形態に係る係止部である接続端子95の構成を示す図である。 本発明の第4実施形態に係る係止部である曲折部100の構成を示す図である。
符号の説明
10…透光性部材
20…太陽電池
30…筐体
35a…孔
35…脚部
36…リブ部材
40…出力ケーブル
41…他の出力ケーブル
45…固定具
45a…第1面
45b…第2面
50…端子台
60…配線材
75…球状部分
85…直線部分
85a…係止面
86…狭小部分
95…接続端子
95a…第1部分
95b…第2部分
96…接続端子
100…曲折部

Claims (4)

  1. 受光面と、前記受光面の反対側に設けられる裏面とを有し、前記受光面における受光により電力を発生させる太陽電池と、
    前記太陽電池の前記受光面側を覆う透光性部材と、
    前記太陽電池の前記裏面側を覆う筐体と、
    前記筐体中に埋設される導電性の出力ケーブルと
    を備え、
    前記筐体は、樹脂によって一体的に形成されており、
    前記出力ケーブルの一端は、前記太陽電池に電気的に接続され、
    前記出力ケーブルの他端は、前記筐体の外側に露出しており、
    前記出力ケーブルには、前記出力ケーブルと一体的に形成され、前記出力ケーブルを前記筐体内に係止する係止部が設けられ、
    前記出力ケーブルは、前記出力ケーブルの一部分と、前記一部分よりも前記出力ケーブルの他端側において前記一部分と連なる他部分とを有し、
    前記一部分の外径は、前記他部分の外径よりも大きく形成されており、
    前記係止部は、前記一部分であることを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記太陽電池と一端が接続された配線材と、前記配線材の他端と接続された端子台とをさらに備え、
    前記端子台は、前記筐体中に埋設され、
    前記出力ケーブルの一端は、前記端子台を介して前記太陽電池と電気的に接続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。
  3. 前記出力ケーブルは、金属性の芯線と、前記芯線を覆う絶縁皮膜とで構成され、
    前記一部分は、前記他部分よりも前記絶縁皮膜を厚く形成することで構成されている請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記出力ケーブルは、金属性の芯線と、前記芯線を覆う絶縁皮膜とで構成され、
    前記他部分は、前記一部分よりも前記絶縁皮膜を薄く形成することで構成されている請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。
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