JP5196886B2

JP5196886B2 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JP5196886B2
Application number: JP2007169817A
Authority: JP
Inventors: 好一柳田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: JP2009010146A

Description

本発明は太陽電池モジュールに関する。

従来の太陽電池モジュールは、受光面と、非受光面と、太陽電池モジュールの情報が印刷されたシートとを有する。このような太陽電池モジュールの情報が印刷されたシートは、太陽電池モジュールの受光面または非受光面に貼り付けられていた。
特開２００５−５７００８号公報

しかしながら、上記従来の構成において、太陽電池モジュールの受光面にシートが貼り付けられている場合、太陽電池モジュールが長期に亘り屋外で使用されると、雨や強風による飛来物などにより情報表示が劣化するという問題がある。

また、太陽電池モジュールの非受光面にシートが貼り付けられている場合、検査時に情報表示を確認するために、太陽電池モジュールを裏返す必要がある。このように、太陽電池モジュールを裏返すと、太陽電池モジュールの受光面が傷つけられる可能性がある。

本発明は上記従来の問題に鑑みて案出されたものであり、太陽電池モジュールの受光面側から太陽電池モジュールの情報を長期間安定して読み取ることができる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽光が入射する第１の面と、前記第１の面の裏側に配置された第２の面とを有し、前記第１の面と前記第２の面との間に設けられた複数の太
陽電池素子を含む太陽電池パネルと、前記複数の太陽電池素子と電気的に接続されたターミナルを有し、前記太陽電池パネルの前記第２の面側に配置されたボックスと、前記ターミナルと電気的に接続されており、前記ボックス内に配置されたバイパスダイオードと、前記ボックス内に配置されたＲＦＩＤタグとを有する太陽電池モジュールであって、前記ボックスは、前記バイパスダイオードが配置された第１の領域と、前記複数の太陽電池素子および前記ターミナルと電気的に接続されたリードが配置された第２の領域とからなる底部を有し、前記ＲＦＩＤタグは、前記ボックス内に充填されたエポキシ樹脂により前記第２の領域に配置されているとともに、前記エポキシ樹脂の厚み方向の途中に配置されている。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池パネルの第２の面側に設けられたボックス内に配置されたＲＦＩＤタグを有することにより、太陽電池モジュールの情報を長期間にわたり、容易に読み取ることができる。

すなわち、ボックス内部にＲＦＩＤタグ７を有することにより、情報が印字されたシートが表面に貼り付けられている場合と比べ、太陽電池モジュールの設置後にも情報が劣化しにくい。また、ＲＦＩＤタグが太陽電池パネル内に配置される場合と比べて、製造時にＲＦＩＤタグにかかる負荷を低減することができ、情報を長期に渡り安定して保持できる太陽電池モジュールとすることができる。

本発明の太陽電池モジュール１は、太陽光が入射する第１の面２ａと、第１の面２ａの裏側に配置された第２の面２ｂとを有する太陽電池パネル２を備える。太陽電池パネル２は、第１の面２ａと第２の面２ｂとの間に複数の太陽電池素子３と、複数の太陽電池素子３と電気的に接続されたリード４と有する。太陽電池パネル２の第２の面２ｂ側には、リード４と電気的に接続されたターミナル５を有するボックス６が配置されている。ボックス６内には、ＲＦＩＤタグ７が配置されている。

図１は、本実施形態の太陽電池モジュール１を第１の面２ａ側からみた平面図であり、図２は、図１に示す太陽電池モジュールを第２の面２ｂ側からみた図である。図３は、図２に示す太陽電池モジュール１のＡ−Ａ’線における一部断面図である。

図１〜３に示した構成において、太陽電池モジュール１は、太陽光が入射される第１の面２ａ（図３における上面）と、第１の面２ａの裏側に配置された第２の面２ｂ（図３における下面）とを有する太陽電池パネル２を備える。太陽電池パネル２の第２の面２ｂには、太陽電池モジュール１の識別情報が記憶されたＲＦＩＤタグ７を内部に有するボックス６が配置されている。

＜太陽電池パネル２＞
本実施の形態の太陽電池パネル２は、太陽光が入射する第１の面２ａ（受光面）と、第１の面２ａの裏側の第２の面２ｂ（非受光面）とを有する。

図３において、太陽電池パネル２は、第１の面２ａを含む透光性基板８と、第２の面２ｂを含み、所定の位置にスリット９０が設けられた裏面シート９とを有する。ここで、透光性基板８の「透光性」とは、太陽光の少なくとも一部が透過できることをいう。このような透光性基板８としては、例えば、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。また、裏面シート９としては、例えば、水分を透過しにくいアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが挙げられる。

また、図３において、太陽電池パネル２は、インナーリード１０で電気的に接続された複数の太陽電池素子３と、複数の太陽電池素子３を覆う封止材１１とを内部に有する。複数の太陽電池素子３の封止材１１は、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などから成る。

複数の太陽電池素子３は、例えば、単結晶、多結晶、化合物、薄膜、非晶質などの半導体材料からなる。

複数の太陽電池素子３が多結晶からなる場合の１つの太陽電池素子３の構造の一例について説明する。１つの太陽電池素子３は、シリコン基板内にｎ型シリコン層及びｐ型シリコン層を有する。このようなｐ−ｎ接合部において太陽光が吸収されることによって電力が発生し、太陽電池素子３の両面に配置された電極から、太陽電池素子３の外部へ電力が出力される。

そして、複数の太陽電池素子３により発生された電力は、複数の太陽電池素子３に電気的に接続された第１のリード４ａと第２のリード４ｂとにより外部へ取り出される。すなわち、図３において、第１のリード４ａの一端４ａｔは、複数の太陽電池素子３のうち、その端に位置する第１の太陽電池素子の電極と電気的に接続されており、第１のリード４ａの他端４ａｏは、太陽電池パネル２の裏面シート９外にスリット９０を通って引き出されている。また、第２のリード４ｂの一端４ｂｔは、複数の太陽電池素子３のうち、その端に位置する第２の太陽電池素子の電極と電気的に接続されており、第２のリード４ｂの他端４ｂｏは、太陽電池パネル２の裏面シート９のスリット９０から太陽電池パネル２外に引き出されている。ここで、本実施の形態において、第１のリード４ａはプラスの出力リード４ａ、第２のリード４ｂはマイナスの出力リード４ｂとして機能する。

図３において、第１、第２のリード４ａ，４ｂの他端４ａｏ，４ｂｏは、太陽電池パネル２の第２の面２ｂに設けられたボックス6内の第１、第２のターミナル５ａ，５ｂにそれぞれ電気的に接続されている。このような第１、第２のリード４ａ，４ｂは、リボン状の銅箔をハンダコートしたものなどからなる。

図１〜３において、太陽電池パネル２の外周には、枠１１が取り付けられている。

＜ボックス６＞
図４〜６を用いてボックス６について説明する。図４、図５に示すボックスは、蓋を除く平面図、図６はボックスの断面図である。

図４〜６において、ボックス６は凹部６１を有する本体６２と蓋６０とから成り、接着剤などにより太陽電池パネル２の第２の面２ｂに接着されている。接着剤としてシリコン接着剤が用いられる場合、接着力や耐熱性が向上する。このようなボックス６は、樹脂や金属などからなる。樹脂では、ポリカーボネートや変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ樹脂）などが使用可能である。ボックス６は、特にポリカーボネートから成る場合、機械強度や耐熱性が向上する。またボックス６を黒色とすることにより、内部を紫外線などから保護することができる。

図４〜６に示すボックス６は、太陽電池パネル２の第１、第２のリード４ａ、４ｂが挿入される開口６９を有する。太陽電池素子３と接続された第１のリード４ａと第２のリード４ｂとは、ボックス６の開口６９からボックス６の内部に引き入れられ、それぞれ第１のターミナル５ａ、第２のターミナル５ｂにハンダ付けされている。ここで、本実施の形態において、第１のターミナル５ａはプラスの出力端子５ａ、第２のターミナル５ｂはマイナスの出力端子５ｂとして機能する。

また、ボックス６は、ボックス６内部に挿入され、第１、第２のターミナル５ａ、５ｂにそれぞれ電気的に接続された第１のケーブル６５ａと第２のケーブル６５ｂとを有している。このような第１、第２のケーブル６５ａ、６５ｂは、複数の太陽電池素子３により発生された電力を第１、第２のリード４ａ、４ｂ、第１、第２のターミナル５ａ、５ｂを介してボックス６の外部に導出し、外部回路と接続する機能を有する。

ボックス6内には、ターミナルと接続されたバイパスダイオード６３が配置されている。バイパスダイオード６３は、太陽電池モジュール１内の複数の太陽電池素子３の一部が影になったときに、その太陽電池素子３に逆バイアス電圧がかかり、太陽電池素子３の温度が上がり破壊されるのを防ぐ機能を有する。図４において、複数のバイパスダイオード６３は、第１（第２）のターミナル５ａ、５ｂを介して、第１（第２）のリード４ａ、４ｂと接続されている。

図５に示すようにボックス６の底部は、バイパスダイオード６３が配置された第１の領域６６と第１、第２のリード４ａ、４ｂが挿入された開口６９を含む第２の領域６７とからなる。

ボックス６の内部には、第１、第２のリード４ａ、４ｂの導出部（第１、第２のリードの他端）４ａｏ、４ｂｏを覆う樹脂６４が配置されている。このような樹脂６４として、例えばエポキシ樹脂を用いられる場合、経時的な物性変化が少ない。

図６において、樹脂６４は、ボックス内部を充填している。第１、第２のリード４ａ、４ｂ、第１、第２のターミナル５ａ、５ｂ、ダイオード６３などを樹脂６４により覆うことで、ダイオード６３の熱を吸収し、ボックス６内に発生するカビや錆などを低減できる。

また、図６において、樹脂６４は、樹脂６４を構成する主成分よりも熱伝導率が高い粒子６８が含有されている。これにより、ダイオード６３により発生された熱をボックス６外へ放出しやすく、ボックス６内に配置されたＲＦＩＤタグ７にかかる熱を低減できる。例えば、樹脂６４がエポキシ樹脂（熱伝導率、０．１９Ｗ／ｍ・Ｋ）である場合、粒子６８としてポリエチレン樹脂（熱伝導率、０．４１Ｗ／ｍ・Ｋ））、アルミナ（熱伝導率、２１Ｗ／ｍ・Ｋ）やジルコニア（熱伝導率、２．５Ｗ／ｍ・Ｋ）などが含有される。アルミナやジルコニアが用いられる場合、特に、安定で経時的な物性変化が少なく、電気的信頼性も優れる。

＜ＲＦＩＤタグ７＞
ＲＦＩＤ（Radio Frequency ID）タグ７は、情報を記憶する小型のICチップと、金属製のアンテナとからなり、太陽電池モジュール１を識別する識別情報を記憶している。また、ＲＦＩＤタグ７は、太陽電池パネル２の第２の面２ｂに配置されたボックス６内に配置されている。ここで、識別情報を「記憶」しているとは、ＲＦＩＤタグ７が識別情報を保持していることをいう。

ＲＦＩＤタグ３から発信される太陽電池モジュール１のデータは、図８（ａ）（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１の第１の面２ａ側からリーダー１００により読み取られる。ＲＦＩＤタグ３とリーダー４との間は無線通信が行われる。リーダー１００により読み取られたデータは、太陽電池モジュールの情報が管理されている端末へ送信される。このような端末は、受信した太陽電池モジュール１の識別情報を確認することにより、太陽電池モジュール１の属性データ（型式，使用開始年月，抵抗値、点検日など）について管理を行う機能を有する。

本実施の形態のＲＦＩＤタグ７は、太陽電池モジュール１の認識番号（ＩＤ）、製造年月日、製造番号、製造方法、定格、仕向け先、型式、工程検査結果などの情報を有している。このようなＲＦＩＤタグ７は、例えば２．４５ＧＨｚの高周波アナログ回路を有するＲＡＭ型タグで、表面はシリコン樹脂により覆われている。

また、本実施の形態におけるＲＦＩＤタグ７は、太陽電池モジュール１固有の出力特性カーブが書き込まれている。図７に示すように、太陽電池モジュール１は、太陽電池素子３の出力特性に起因して太陽電池モジュール１固有の出力特性カーブを有する。太陽電池モジュール１の初期状態の出力特性カーブをＲＦＩＤタグ７に記憶させ、太陽電池モジュール１を屋外に設置後、１〜５年後の出力特性カーブを再度測定し、これを初期の出力特性カーブと比較することにより太陽電池モジュール１の異常の有無の確認が初期のデータ検索などに時間をかけることなく迅速、正確に行えることとなる。さらに、設置後１〜５年後の出力特性カーブをＲＦＩＤタグ７に追加して書き込み、例えば６〜１０年後における出力特性カーブと比較することより、出力特性カーブの長期的な変化を調査、把握することも簡単、迅速に行なうことが可能となる。

また、工程検査における太陽電池モジュール１の検査結果、例えば、絶縁試験の結果の絶縁抵抗値の情報も個々の太陽電池モジュールに保持させることが可能となる。

このように、端子ボックス６の内部に識別情報が記憶されたＲＦＩＤタグ７を有することにより、屋根１０２などの上に配置された複数の太陽電池モジュール１のうち個々の太陽電池モジュール１の属性データを、第１の面（受光面）２ａ側から、長期間に渡り容易に識別することが可能となる。したがって、施工や点検の時間を短縮することができ、作業性が向上する。

仮に、太陽電池パネル１の第１の面２ａ側に識別表示が直接印字されている場合、長期間に渡り太陽電池モジュール１が屋外で使用されることにより、印字または印刷した表示がぼやけて識別しにくくなると考えられる。しかしながら、本実施の形態においては、太陽電池モジュール１の情報を有する情報保持体（ＲＦＩＤタグ）７の表面がホコリ、泥などで汚れても長期間に渡り読み取り可能である。

また、ＲＦＩＤタグ７が太陽電池パネル２の内部に配置される場合と比べて、ＲＦＩＤタグ７にかかる負荷を低減することができる。すなわち、ＲＦＩＤタグ７が太陽電池パネル２内に配置される場合、太陽電池パネル２製造時に、封止材（受光面２ａ側封止材、裏面２ｂ側封止材）と裏面シート９とを加熱加圧する負荷がＲＦＩＤタグ７にかかる。しかしながら、本実施形態においては、ＲＦＩＤタグ７にかかる負荷を低減し、不具合を低減することができる。

図５において、ボックス６は、バイパスオード６３が配置された第１の領域６６と第１、第２のリード４ａ、４ｂが配置された第２の領域６７とからなる底部を有する。ＲＦＩＤタグ７は、ボックス６の底部の第２の領域６７に配置されている。このように、ＲＦＩＤタグ７の配置をボックス６内においてバイパスダイオード６３から離れた位置とすることにより、バイパスダイオード６３より発生された熱の影響がＲＦＩＤタグ７に生じにくい。

ＲＦＩＤタグ７に記憶された太陽電池モジュール１のデータを書き換える場合は、ライタ１０１によりＲＦＩＤタグ７のデータを書き換え、新たなデータを蓄積することができる。例えば、屋根１０１に太陽電池モジュール１を設置後、点検を行った場合、その点検時に得た情報をライタ１０１によりＲＦＩＤタグ７に書き込むことで新たなデータとして蓄積できる。

このようなＲＦＩＤタグ７を個々の太陽電池モジュール１に設けることで、太陽電池モジュールの点検を短時間で確実に行うことができる。

≪太陽電池モジュールの製造方法≫
次に、太陽電池モジュールの製造方法について図９を用いて説明する。

本実施の形態の太陽電池モジュールは、以下の工程により製造される。

１．太陽電池パネルの識別情報が記憶されたＲＦＩＤタグ７を準備する。

２．複数の太陽電池素子３と、複数の太陽電池素子３と電気的に接続された複数のリード４と、複数のリード４と電気的に接続された複数のターミナル５を内部に有する端子ボックス６とを備えた太陽電池モジュール１を準備する。

３．端子ボックス６内に樹脂６４を注入する。（図９ｂ）
４．認識番号が記録されたＲＦＩＤタグ７を樹脂６４内に挿入し、樹脂６４を硬化する（図９ｃ）
＜太陽電池パネル＞
まず、太陽電池パネル２の製造方法について説明する。

透光性基板８上に受光面２ａ側封止材を置き、その上にインナーリード１０や第１、第２のリード４ａ，４ｂが接続された太陽電池素子３を置く。さらにその上に裏面２ｂ側封止材、裏面シート９を順次積層する。

その後、第１、第２のリード４ａ，４ｂを、裏面シート９のスリット９０からピンセットなどを使用して外部（裏面シート９の外部）に引き出す。そして、ラミネート装置により減圧下で第１、第２のリード４ａ，４ｂが引き出された太陽電池パネル２に加熱加圧を行うことで、受光面２ａ側封止材、裏面２ｂ側封止材、裏面シート９を融着、一体化し、太陽電池パネル２とする。

次に、太陽電池パネル２の第２の面２ｂの第１、第２のリード４ａ，４ｂが引き出された領域に、シリコン系などの接着材等を用いてボックス６を取り付ける。その後、ボックス６内に、銅などの良導電性の金属からなる第１、第２のターミナル５ａ，５ｂをネジ止めや嵌め込みなどにより取り付ける。そして、第１、第２のターミナル５ａ，５ｂに、第１、第２のリード４ａ，４ｂをハンダ付けする。（図９ａにおいて、第１、第２のリード４ａ，４ｂはボックス６の開口６９からボックス内部に引き出されている。）
また、ダイオード６３を、第１、第２のターミナル５ａ，５ｂにハンダ付けやネジ止めにより接続する。

＜樹脂をボックスに入れる工程＞
ボックス６内に樹脂６４を入れる工程について説明する。

ボックス６の内部に、未硬化の樹脂６４を第１、第２のリード４ａ，４ｂの導出部（他端）４ａｏ，４ｂｏを覆うように入れる。図９ｄにおいて、樹脂６４は、蓋６９を閉めたときにその内部に気体領域Ａができるように、ボックス本体６２の凹部６１内を完全に充填せずに、ボックス６内に部分的に設けられている。具体的には、樹脂６４は、ボックス本体６２の凹部６１内の５０％程度から９０％程度入れるようにする。これによりダイオード６３が発熱した場合にも、樹脂６４が膨張してダイオード６３やボックス本体６２や蓋６９が破損しにくい。

樹脂６４を構成する主成分よりも熱伝導率が高い粒子６８を樹脂６４に含有させる場合、ボックス６内に樹脂６４を入れた後、樹脂６４が硬化する前に、粒子６８を添加する。添加される粒子６８は、直径１〜５ｍｍ程度の略球形状で、樹脂６４に対して体積比５〜３０％程度の割合で添加される。粒子６８としてアルミナやジルコニアを用いる場合、密度が高いため、流動性の高い時に入れると沈下し底に溜まる可能性があるため、樹脂が半硬化状態の時に添加するとよい。

＜樹脂内にＲＦＩＤタグを入れ、樹脂を硬化させる工程＞
ボックス内に樹脂を注入したのち、樹脂６４が硬化する前に、樹脂６４内にＲＦＩＤタグ７を入れ、樹脂６４が硬化する前に、ボックス６に蓋６９を取り付ける。このとき、ＲＦＩＤタグ７は、太陽電池パネル２を識別する識別情報を有しており、その情報をもって太陽電池モジュール１設置後、個々の太陽電池モジュール１を識別することができる。また、樹脂６４が硬化する前にＲＦＩＤタグ７は樹脂６４内に入れられるため、樹脂６４が硬化した後、ＲＦＩＤタグ７は樹脂により覆われる。このため、仮に外部からＲＦＩＤタグ７に衝撃が加わる場合でも、ＲＦＩＤタグ７に生じる不具合を低減することができる。

ここで、樹脂内にＲＦＩＤタグ７を入れる前に、太陽電池モジュール１の識別情報とともに型式、定格、製造方法などの情報をＲＦＩＤタグ７に記憶させる場合、太陽電池モジュール１の製造途中における工程条件や使用部材等の間違いを低減できる。

そして、ボックスの蓋を閉めた後、太陽電池パネル２の外周にアルミニウムや樹脂からなる枠１１を取り付ける。太陽電池パネル２の絶縁抵抗を測定する場合、第１、第２のターミナル５ａ，５ｂと枠１１との間に５００〜３５００ボルトの一定の電圧を印加し、抵抗を測定する。そして、測定により得た抵抗値をＲＦＩＤタグ７にライター１０１により書き込む。

また、枠１１を取り付けた後、太陽電池パネル２の耐電圧を測定する場合、第１、第２のターミナルと枠１１との間に３５００ボルト以上の電圧を印加し、その際の電流値を測定する。そして、測定により得た値をＲＦＩＤタグ７にライター１０１により書き込む。

このようにボックス６の樹脂６４内にＲＦＩＤタグ７を保持させることにより、太陽電池モジュール１製造時の最終段階での絶縁抵抗や耐電圧などの出力特性、工程検査結果に関する情報をＲＦＩＤタグ７に記憶させることができる。

また、図８（ｂ）、図９（ｄ）において、RFIDタグ７は、樹脂６４の厚み方向の途中に配置されている。RFIDタグ７が樹脂６４に挿入された後、樹脂６４中を底部の方向へ進み、ボックス６の底に到達するよりも前に樹脂６４が硬化することにより、RFIDタグ６４はボックスの途中に保持される。これにより、太陽電池パネル２からのボックスの方向に伝わる熱によりRFIDタグ７に不具合が生じることを低減できる。

本発明の一実施形態の太陽電池モジュールの第１の面側の外観を示す平面図である。図１に示した太陽電池モジュールの第２の面側の外観を示す平面図である。図１に示した太陽電池モジュールのＡ−Ａ’線における一部断面図である。ボックスの内部を示す図である。ボックスの底部領域について説明する図である。図４に示すボックスのＢ−Ｂ’線における一部断面図である。太陽電池モジュールの出力特性カーブの一例を示す図である。（ａ）（ｂ）設置後の太陽電池モジュールを点検する際の概念図である。（ａ）〜（ｄ）端子ボックス内にＲＦＩＤタグ７を配置する工程を示す図である。

符号の説明

１：太陽電池モジュール
２：太陽電池パネル
３：太陽電池素子
４：リード
５：ターミナル
６：ボックス
７：ＲＦＩＤタグ

Claims

太陽光が入射する第１の面と、前記第１の面の裏側に配置された第２の面とを有し、前記第１の面と前記第２の面との間に設けられた複数の太陽電池素子を含む太陽電池パネルと、前記複数の太陽電池素子と電気的に接続されたターミナルを有し、前記太陽電池パネルの前記第２の面側に配置されたボックスと、前記ターミナルと電気的に接続されており、前記ボックス内に配置されたバイパスダイオードと、前記ボックス内に配置されたＲＦＩＤタグとを有する太陽電池モジュールであって、
前記ボックスは、前記バイパスダイオードが配置された第１の領域と、前記複数の太陽電池素子および前記ターミナルと電気的に接続されたリードが配置された第２の領域とからなる底部を有し、
前記ＲＦＩＤタグは、前記ボックス内に充填されたエポキシ樹脂により前記第２の領域に配置されているとともに、前記エポキシ樹脂の厚み方向の途中に配置されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記ＲＦＩＤタグは、前記太陽電池パネルを識別する識別情報を有す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。
前記ＲＦＩＤタグは、前記太陽電池パネルの抵抗値の情報を有することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
前記エポキシ樹脂内に、前記エポキシ樹脂の主成分より熱伝導率が高い粒子を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
前記粒子はアルミナまたはジルコニアであることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。