JP5133931B2

JP5133931B2 - プリプレグｆｒｐシートを用いた太陽電池の設置方法

Info

Publication number: JP5133931B2
Application number: JP2009093205A
Authority: JP
Inventors: 隆弘吉竹
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2029-04-07
Also published as: JP2010245343A

Description

本発明は、プリプレグＦＲＰシートを用いた太陽電池モジュールの設置方法に関する。

太陽電池モジュール（以下、太陽電池パネルともいう。）を屋根や地上に施工するためには金属製のフレームと架台で固定する方法が一般的であり（以下、特許文献１を参照のこと）、モジュールそのものを設置面に直接接着固定する方法は少ない。また、フレキシブルな太陽電池モジュールは、曲面にも設置が可能（以下、特許文献２、非特許文献１を参照のこと）であるが、簡単で耐久性のある接着施工ができる状況には無い。

一方、ラジカル硬化型樹脂に光硬化開始剤又は加熱反応開始剤を添加し、ガラスマットやビニロンクロス等の補強材を芯材として該樹脂を含浸してゲル化させた後に柔軟性のある状態で出荷し、施工現場で被着材に貼り付けた後に外部刺激を与え接着硬化を行わせる透明なプリプレグＦＲＰシートが実用化されており、トンネル内面のコンクリート剥落防止、橋脚の耐震補強、ビル屋上防水、下水道の内面ライニング補修などに使用されている（以下、特許文献３、非特許文献２を参照のこと）。

色素増感型太陽電池に光重合開始剤を配合したラジカル硬化樹脂を封止材として用いる技術として、以下の特許文献４には、光硬化性組成物、その色素増感性太陽電池用シーリング材としての使用、色素増感型太陽電池及びその製造方法が、また、以下の特許文献５には、光硬化性組成物が開示されているが、これらは太陽電池セルを製造するとき、モジュール（パネル）の基板内に太陽電池組成物を閉じ込めるために使用されるものである。

一方、透明なＦＲＰを用いた支持体により太陽電池素子を挟むことや埋め込む方法（以下、特許文献６、非特許文献３を参照のこと）も開示されているが、モジュール製造段階でＦＲＰを硬化させる技術であり、本発明のようなモジュール（パネル）の設置にプリプレグＦＲＰシートを使用する技術は今まで知られていない。

特開２００１−１４０４２６号公報特開２００６−３３２４７１号公報特許第３８６８０５９号公報特開２００７−１０６８２２号公報特開２００６−７０１５１号公報特開２００８−３１１４８６号公報

特許庁資料室標準技術集化学色素増感型太陽電池フレキシブル・セル旭化成ジオテック株式会社ＡＦＲシートカタログ特許庁資料室技術分野別特許マップ化学４太陽電池１．３．２太陽電池モジュール（パネル）の構造（４）樹脂埋め込み構造

本発明が解決しようとする課題は、太陽電池モジュール(パネル)の設置の際に架台、アンカー等の穴あけ作業を不要化することにより、今まで設置が困難であった場所（設置面）にも太陽電池モジュール（パネル）を設置できるようにすることである。

本発明は、太陽電池モジュール（パネル）を設置面に置き、該太陽電池モジュール（パネル）をラジカル硬化型のプリプレグＦＲＰシートで覆い、光や熱の外部刺激を与えて該プリプレグＦＲＰシートを硬化、接着させることにより、架台を用いることなく該太陽電池モジュール（パネル）を該設置面に固定することを特徴とする太陽電池モジュール（パネル)の設置方法に関する。また、フレキシブルな太陽電池モジュール（パネル）の場合には、被着面（設置面）の曲面や凹凸面にも追従して接着硬化することができるため、本発明により、フレキシブルな太陽電池モジュール（パネル）の表面を該プリプレグＦＲＰシートで覆うことにより、該プリプレグＦＲＰシートの硬化後に、湿気や汚れ、紫外線や物理的な応力から該太陽電池モジュール（パネル）を保護することができる。

具体的には、本発明は、次のとおりである。
［１］太陽電池モジュール（パネル）の表面の上から、外部刺激により反応硬化するゲル化状態のラジカル硬化型樹脂を含み、かつ、４００〜８００ｎｍの波長領域の光を少なくとも５０％以上透過する透明度を有するプリプレグＦＲＰシートを、該表面の全体に覆い被せて設置面に貼り付けることにより、該太陽電池モジュール（パネル）を該設置面に固定することを特徴とする、太陽電池モジュール（パネル)の設置方法。

［２］太陽電池モジュール（パネル）の表面の外周部の上に、外部刺激により反応硬化するゲル化状態のラジカル硬化型樹脂を含むプリプレグＦＲＰシートを覆い被せて、設置面に貼り付けることにより、該太陽電池モジュール（パネル）を該設置面に固定することを特徴とする、太陽電池モジュール（パネル)の設置方法。

［３］太陽電池モジュール（パネル）の外周のフレーム部の上に、外部刺激により反応硬化するゲル化状態のラジカル硬化型樹脂を含むプリプレグＦＲＰシートを覆い被せて、設置面に貼り付けることにより、該太陽電池モジュール（パネル）を該設置面に固定することを特徴とする、太陽電池モジュール（パネル)の設置方法。

［４］前記プリプレグＦＲＰシートの接着面にプライマーを塗布した後に、該プリプレグＦＲＰシートを貼り付ける、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の太陽電池モジュール（パネル）の設置方法。

［５］プリプレグＦＲＰシートの接着面裏面に予め貼り付けられた剥離紙又は剥離フィルムを剥がさずに該プリプレグＦＲＰシートを設置面に仮置きし、該設置面の形状を写した状態で外部刺激を与えて該プリプレグＦＲＰシートを硬化させた後、結合手段を用いて該硬化後ＦＲＰを設置面に固定する、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の太陽電池モジュール（パネル）の設置方法。

［６］前記プリプレグＦＲＰシートが硬化した後のＦＲＰの紫外線劣化を防ぐために該硬化後ＦＲＰの上からトップコートを塗布する、前記［１］〜［５］のいずれかに記載の太陽電池モジュール（パネル）の設置方法。

［７］太陽電池モジュール（パネル）と設置面との間に、防水又は緩衝のための保護シートを挟む、前記［１］〜［６］のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール（パネル）の設置方法。

［８］休耕田や埋立地を含む軟弱な地面にシートを貼り、それを設置面とし、該設置面に太陽電池モジュール（パネル）を固定する、前記［１］〜［７］のいずれかに記載の太陽電池モジュール（パネル）の設置方法。

本発明によれば、設置のための架台は不要になるためフィルムや紙を基材にした太陽光発電セルを用いたモジュールの設置の場合は１平方メートル当たり２ｋｇ程度の質量とすることができる。従来の産業用太陽電池の設置技術では架台を含む質量が１平方メートル当たり３０ｋｇ程度であるために重さの都合で設置が困難であった軽量スレートやトタンの屋根にも太陽電池モジュール（パネル）を設置することが可能となる。また、本発明によれば、プリプレグＦＲＰシートは、設置の際（硬化前）は柔軟であるため曲面や凹凸のある面にも追従して、フレキシブルな太陽電池モジュール（パネル）を設置することができるため、今まで設置の対象になっていなかった場所、例えば、電柱や石垣、ダムや道路のコンクリートのり面、採石場のベンチカット残壁面、平坦な空き地等への設置も可能になる。本発明によれば、ガラス材料を使うことが躊躇される公共設備等に太陽電池モジュール（パネル）を設置することも可能になる。
本発明によれば、ガラス基材を使用した太陽電池セルを用いたモジュールの場合に、強風や雹などに対する外部応力に耐える強度の一部を、硬化したＦＲＰシートに負担させることができるため、ガラス基材を薄くして該太陽電池モジュールを軽量化することにもつながる。

太陽電池モジュール（パネル）の表面の全体に透明プリプレグFRPシートを覆い被せて該太陽電池モジュール（パネル）を設置面に接着固定する設置方法の図である。太陽電池モジュール（パネル）の外周表面部の上をプリプレグFRPシートで覆うことにより、該太陽電池モジュール（パネル）を設置面に接着固定する設置方法の図である。太陽電池モジュール（パネル）の外周フレーム部の上をプリプレグFRPシートで覆うことにより、該太陽電池モジュール（パネル）を設置面へ接着固定する設置方法の図である。

太陽電池モジュール（パネル）の表面の全体を覆うためのプリプレグＦＲＰシートは、外部刺激により硬化するものであればいずれでもよいが、太陽電池の発電効率を落とさないようにするためにできるだけ透明性の高いものの使用することが望ましい。一方、太陽電池モジュール（パネル）の外周又は外周フレーム上を覆うために使用するプリプレグＦＲＰシートは透明以外のものでもよい。

使用するプリプレグＦＲＰシートは、設置後の太陽電池モジュール（パネル）の軽量化を達成すること、貼り付け後速やかに硬化反応を進行させる観点から、厚みの厚いものは適切ではない。光硬化開始剤を用いた旭化成ジオテック社により販売されるビニルエステルプリプレグＦＲＰシート（商品名：ＡＦＲシート）の例では、厚さ１ｍｍのシートで平方メートル当たり質量１．３ｋｇであるため、１０ｍｍを超えるような厚みでは軽量にならない。また、厚くなると光の深部到達量が少なくなり、熱硬化の場合には伝熱が遅くなる。したがって、使用するプリプレグＦＲＰシートの厚みは１０ｍｍ以下が好ましい。尚、本プリプレグＦＲＰシートを屋根材として又は補強材として使用する場合は、必要とする強度特性を得る必要があり、厚みは１０ｍｍを超えて使用されることもある。

プリプレグＦＲＰシートに用いるラジカル硬化樹脂は、ラジカル硬化性のものであればいずれでもよく、例えば、ビス系ビニルエステル、ノボラック系ビニルエステル、オルソフタル酸系不飽和ポリエステル、イソフタル酸系不飽和ポリエステル、ビスフェノール系不飽和ポリエステル、ウレタンアクリレートなどの樹脂が用いられる。また、これらの樹脂は、必要により、スチレンモノマーやメタクリルエステルなどの反応性単量体、重合禁止剤等の各種添加剤を含んでもよい。また、太陽電池モジュール（セル）の表面の全体を覆う場合は、プリプレグＦＲＰシートは、太陽電池モジュール（パネル）を紫外線から保護するため、太陽電池モジュール（パネル）の発電に寄与しない短波長の紫外線を吸収する樹脂を用いることがより好ましい。尚、プリプレグＦＲＰシート表面にトップコート又は保護フィルムを貼る場合は、特に紫外線の吸収のない樹脂でもかまわない。

硬化を行わせるための外部刺激は特に制限されないが、可視光、紫外線、電子線、熱、電気、圧力、空気遮断等が考えられる。
光硬化を開始させる開始剤は、ラジカル重合型開始剤やカチオン重合型開始剤など、現在知られている光重合開始剤はどれでも使用することができるが、目や皮膚に障害を引き起こす遠紫外線や電子線を使用しない太陽光、メタルハライドランプ、ＵＶ−ＬＥＤ、ブラックライト蛍光灯、キセノンなどのＵＶ−Ａ領域の近紫外線又は可視光で硬化する開始剤を使用することが好ましい。
加熱反応開始剤は特に限定されないが、有機過酸化物が好ましく使用され、開始剤と促進剤、重合禁止剤との組み合わせにより、常温硬化が可能なものも含まれる。常温硬化の場合は、使用直前まで低温で貯蔵・流通し、貼り付ける雰囲気温度又は被着材の表面温度で硬化反応する前記組み合わせが望ましい。また、外気温では反応せず、太陽電池モジュール（パネル）にダメージを与えない温度の温風又は蒸気の吹き付けにより硬化させる開始剤、促進剤及び重合禁止剤を用いれば、貯蔵・流通の際、低温に保持する必要がなくなる。

剥離紙又は剥離フィルムは、粘着性のある樹脂に対しても剥離性がよい材質、例えばポリオレフィン系フィルムや樹脂面側にシリコンの離型剤を塗布した紙やフィルムを使用することができる。また、表面保護フィルムの表側に剥離性を持たせることにより剥離フィルムの代用として用いることができ、貯蔵・流通時に該太陽電池モジュールをロール状又は積層状で取り扱うこともできる。
ラジカル硬化型樹脂には、耐火性その他物性向上のためフィラーを添加してもよい。

プリプレグＦＲＰシートにガラスマット、不織布及び、化学繊維クロス等の補強材を使用したものを使うと、モジュール（パネル）の機械的強度が向上する。
プライマーは、被着材との接着性向上や貼付け作業の効率化の目的で使用される。プライマーの種類は問わないが、ウレタン、エポキシ、ビニルエステル、不飽和ポリエステル等の材質のものが知られている。

コンクリートブロック表面に、旭化成ジオテック（株）から販売されているプライマーＡ０００を塗布し、縦６０ｍｍ、横９０ｍｍ及び厚み３ｍｍで表面にエポキシコーティングされた小型の太陽電池モジュールをコンクリートブロック平面の上に置き、ビニルエステル樹脂に光硬化剤を添加した貼付けプライマーを太陽電池モジュールの上に塗布後、縦１２０ｍｍ、横１５０ｍｍ及び厚み１ｍｍの旭化成ジオテック（株）から販売されているビニルエステル系プリプレグＦＲＰシートＡＦＲシートＡＭ４で太陽電池モジュールの全面を覆ってコンクリートブロックに貼付け、直射日光で２０分間硬化させた。硬化後の太陽電池モジュールは容易に剥がすことができなかった。

硬化後のＡＦＲシートＡＭ４を分光光度計にて直射光の透過率を測定した結果、４００ｎｍで６０％、５５０ｎｍで８６％及び、８００ｎｍで９０％の透過率を得た。
旭化成ジオテック株式会社から販売されている、ビニルエステル系プリプレグＦＲＰシート（厚さ１ｍｍのＡＦＲシートＡＭ４）に、直射光を２０分照射して硬化後、ＪＩＳＡ６９１６による衝撃試験（１ｋｇの鋼球使用、落下高さ５０ｃｍ）を行った結果、ＦＲＰシートに異常は発生しなかった。
モルタル歩道板（圧縮強度３２ＭＰａ以上）の表面に、旭化成ジオテック株式会社製のビニルエステル系ベースプライマーＡ−０００及びビニルエステル系貼り付けプライマーＡ−１２０を塗布し、縦４０×横４０×厚み１ｍｍのプリプレグＦＲＰシート（ＡＦＲシートＡＭ４）を貼付け、直射日光を２０分照射にて接着させた。その後ＪＩＳＡ６９０９による接着試験結果を行い、３．５ＭＰａ（モルタル破壊）の接着強度の結果を得た。
厚さ２ｍｍ、幅１５ｍｍの硬化後のＡＦＲシートＡＭ４の曲げ強度測定を行い、平均強度２００Ｎ／平方ミリメートルの結果を得た。
厚さ２ｍｍの硬化後のＡＦＲシートＡＭ４のＪＩＳ引張強度試験を行い、最大応力平均８４Ｎ／平方ミリメートル、初期弾性率４８００Ｎ／平方ミリメートルの結果を得た。

本発明によれば、屋根への設置以外にも、今まで太陽電池モジュール（パネル）の設置の対象になっていなかった場所、例えば、電柱や石垣、落石防止等の道路コンクリートのり面、ダムのコンクリート面、採石場のベンチカット残壁面、平坦な空き地等にも太陽電池モジュール（パネル）の設置が可能になる。

１太陽電池モジュール（パネル）
２設置面
３プリプレグＦＲＰシート
４フレーム

Claims

太陽電池モジュール（パネル）を設置面に置き、該太陽電池モジュール（パネル）の表面の上から、外部刺激により反応硬化するゲル化状態のラジカル硬化型樹脂を含み、かつ、４００〜８００ｎｍの波長領域の光を少なくとも５０％以上透過する透明度を有するプリプレグＦＲＰシートを、該表面の全体に覆い被せて設置面に貼り付け、外部刺激を与えて該プリプレグＦＲＰシートを硬化させるとともに該設置面に接着させることにより、該太陽電池モジュール（パネル）を該設置面に固定することを特徴とする、太陽電池モジュール（パネル)の設置方法。
太陽電池モジュール（パネル）を設置面に置き、該太陽電池モジュール（パネル）の表面の外周部の上に、外部刺激により反応硬化するゲル化状態のラジカル硬化型樹脂を含むプリプレグＦＲＰシートを覆い被せて、設置面に貼り付け、外部刺激を与えて該プリプレグＦＲＰシートを硬化させるとともに該設置面に接着させることにより、該太陽電池モジュール（パネル）を該設置面に固定することを特徴とする、太陽電池モジュール（パネル)の設置方法。
その外周にフレーム部を備えた太陽電池モジュール（パネル）を設置面に置き、該太陽電池モジュール（パネル）の外周のフレーム部の上に、外部刺激により反応硬化するゲル化状態のラジカル硬化型樹脂を含むプリプレグＦＲＰシートを覆い被せて、設置面に貼り付け、外部刺激を与えて該プリプレグＦＲＰシートを硬化させるとともに該設置面に接着させることにより、該太陽電池モジュール（パネル）を該設置面に固定することを特徴とする、太陽電池モジュール（パネル)の設置方法。
前記プリプレグＦＲＰシートの接着面にプライマーを塗布した後に、該プリプレグＦＲＰシートを貼り付ける、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール（パネル）の設置方法。
前記プリプレグＦＲＰシートが硬化した後のＦＲＰの紫外線劣化を防ぐために該硬化後ＦＲＰの上からトップコートを塗布する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール（パネル）の設置方法。
太陽電池モジュール（パネル）と設置面との間に、防水又は緩衝のための保護シートを挟む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール（パネル）の設置方法。
休耕田や埋立地を含む軟弱な地面の上にシートを被せ、該シートを設置面とし、該設置面に太陽電池モジュール（パネル）を固定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール（パネル）の設置方法。