JP5287487B2 - ラミネート治具および太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールの製造時に用いるラミネート治具および太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開２００４−０３１７３９号公報がある。この公報に記載された太陽電池モジュールのラミネート装置は、ヒーター盤上に真空吸着部を設け、ヒーター盤上に載置された太陽電池モジュールの透明性基板の周縁部を、真空吸着部によって吸着した状態でラミネート加工を行っている。これにより、ヒーターの加熱による透明性基板の反りが防止されて透明性基板の温度上昇を均一化されることができ、太陽電池セルを封止する部材の皺を防止することができる。

特開２００４−０３１７３９号公報

しかしながら、前述した従来のラミネート装置では、ラミネート工程により加熱された太陽電池モジュールを常温まで降温させる際に、各部材の熱膨張率に応じた熱収縮が発生し、各部材のヤング率や熱膨張率の違い、形状等によって太陽電池モジュール全体が大きく反って変形しまうといった問題があった。

本発明は、製造時における太陽電池モジュールの変形を防止するラミネート治具および太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数の太陽電池セルが封止された封止部と基板とを重ねてなる太陽電池モジュールを保持するラミネート治具であって、
基板の周縁部に接続され、製造時において熱膨張する基板の周縁部に対して、基板の面方向における外側に向けて引張荷重を付与して基板を弾性変形させる張力付与手段と、
基板の周縁部に接続され、製造時において熱収縮する基板の周縁部の移動を制限して基板を塑性変形させるロック手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明にあっては、前面基板の熱膨張時には、張力付与手段による引張荷重によって基板を弾性変形させることにより、基板の反りを防止できると共に、基板を加熱するヒータープレートと基板との密着性が向上し、太陽電池モジュール全体の温度が均一化する。これにより接合部分での剥離に対する耐久性を向上させることができる。また、基板の熱収縮時には、ロック手段による周縁部の移動制限によって基板を塑性変形させることにより、熱膨張した状態から常温まで降温させたときの基板全体としての収縮量が少なくなる。これにより、太陽電池モジュールの完成後において、基板と封止部との収縮量の差によって生じる反りを防止できる。

また、基板には、太陽電池セル間の間隙と対向する部位に他の部位よりも剛性が低い低剛性部が形成され、
ロック手段による周縁部の移動の制限により、低剛性部を塑性変形させることが好適である。
この場合には、低剛性部の塑性変形の影響を封止部が受けたとしても、低剛性部は太陽電池セルの間隙に位置するので、太陽電池セルの破損等を防止することができる。

さらに、低剛性部を、基板を他よりも薄肉とすることによって形成することが好適である。
この場合には、非常に容易に低剛性部を形成することができる。

あるいは、低剛性部を、弾性部材で構成することが好適である。
この場合には、より確実に低剛性部を形成することができる。

また、ロック手段を、
基板の周縁部に取り付けられた内枠の上面に形成された係止溝と、
内枠の周囲に配置された外枠に取り付けられた弾性片に設けられ、内枠の上面に押し当てられると共に、基板が熱膨張して内枠が移動するときに、上面で係止溝を通り、基板が熱収縮して内枠が移動するときに、係止溝に係止される爪部と、より構成することが好適である。
この場合には、基板が熱膨張するときに、爪部と係止溝とが係止しないため基板の熱膨張が制限されず、基板が熱収縮するときに、爪部が係止溝に係止されるので、基板の熱収縮を制限することができる。

さらに、係止溝は、外枠側に位置して上面に略垂直な被係止面と、上面に対して傾斜する傾斜面とよりＶ字状に構成され、
爪部は、外枠側の外面が被係止面と略平行な係止面を有していることが好適である。
この場合には、爪部の係止面と、係止溝の被係止面とが係合するので、確実に爪部と係止溝とを係止させることができる。また、係止溝が傾斜面を有しているので、基板の熱膨張時に、係止溝に爪部が嵌り込んだ状態から、爪部が傾斜面を摺動して容易に上面に乗り上げることができる。

また、ロック部材を、外枠に対してビスによって取り付け、ロック部材におけるビスの取り付け穴を長穴とすることが好適である。
この場合には、ロック部材の取り付け位置を変更することにより、外枠に対する爪部の位置が変更され、基板の収縮量の制御が可能となる。

さらに、張力付与手段を、
外枠の内側から外側へ貫通すると共に、一端側が内枠に連結され、他端側にバネ受けを有するシャフトと、
外枠とバネ受けとの間に配置された圧縮バネと、より構成することが好適である。
この場合には、圧縮バネによってシャフトが外枠の外周側に向けて付勢されるので、基板に対して面方向における外側に向けて引張荷重を付与することができる。

また、内枠は、基板の各辺に沿って直線状に延在する複数の内枠部からなり、
基板は、周縁部に沿って辺の全長に渡って延びるガイド部を有し、
内枠部は、ガイド部に沿って摺動自在な嵌合部を有することが好適である。
これにより、基板の辺の端部から内枠部をスライドさせることによって着脱可能で容易に嵌合させることができ、太陽電池モジュールの製造効率を向上させることができる。

さらに、基板のガイド部は、基板の周縁部の表裏面に形成されたガイド溝であり、
内枠部の嵌合部は、突起である、ことが好適である。
この場合には、簡素な構成で、内枠部と基板とを摺動自在に嵌合させることができる。

また、複数の太陽電池セルが封止された封止部と、基板と、を重ねてなる太陽電池モジュールの製造方法において、
基板の周縁部に対して面方向における外側に向けて引張荷重を付与した状態で昇温を行い、基板を弾性変形させる工程と、
基板の降温時に、基板の周縁部の移動を制限して基板を塑性変形させる工程と、を有することを特徴とする。

これにより、基板の熱膨張時には、基板に対して引張荷重が付与されることにより基板の反りを防止することができる。また、基板の熱収縮時には、基板の周縁部の移動を制限することにより、基板全体としての収縮量が少なくなる。これにより、太陽電池モジュールの完成後において、基板と封止部との収縮量の差によって生じる反りを防止できる。

本発明によれば、太陽電池モジュールの変形を防止することが可能となる。

本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を示す分解斜視図である。 ラミネート装置の構造を示す断面図である。 前面基板およびラミネート治具の上面図である。 内枠部と前面基板との嵌合方法を示す斜視図である。 ラミネート治具を示す断面図である。 外枠と内枠の連結構造を示す分解斜視図である。 外枠と内枠の連結状態を示す斜視図である。 ラミネート治具の変化を示す断面図である。 圧縮バネのバネ変位量と引張力との関係を示すグラフである。 前面基板に設けられた低剛性部位の変形例を示す図である。 本発明を適用した集光型太陽電池モジュールを示す側面図である。 内枠部と前面基板との嵌合形状の変形例を示す断面図である。 ラミネート治具の変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法及びラミネート治具の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、自動車にも適用可能な太陽電池モジュール１は、太陽光が直接入射する屋外などに設置され、効率の良い太陽光発電を可能にしている。太陽電池モジュール１は、太陽光の入射を可能にした前面基板５、内部に太陽電池セル集合体４を封止する封止部３、背面基板２からなる。

前面基板５は、ポリカーボネートが用いられ、ガラスを用いる場合と比べて軽量化を図ることができる。封止部３に利用される封止材としては、エチレン・ビニル・アセチレート樹脂（ＥＶＡ樹脂）が用いられる。太陽電池セル集合体４は、複数の太陽電池セル４Ａがマトリックス状に配列され、各太陽電池セル４Ａ同士がストリングス４Ｂによって電気的に接続されている。背面基板２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ樹脂）が用いられる。

次に、太陽電池モジュール１を製造する工程について説明する。

図２に示すように、太陽電池モジュール１は、前面基板５の上に、封止材３Ｂ、太陽電池セル集合体４、封止材３Ａ、背面基板２の順で重ねてなる。これをラミネート機内に入れてラミネート加工を行うことによって、各部材を固着させる。

図３に示すようにラミネート機１０は、内部がダイヤフラム１１によって上下に区切られ、ダイヤフラム１１より上側が上チャンバー室１２、下側が下チャンバー室１３となっている。下チャンバー室１３内には、太陽電池モジュール１を加熱するためのヒーター１４が備えられている。

上チャンバー室１２には、切替弁１６とバルブ１７とを介して真空ポンプ１５が接続され、下チャンバー室１３には、切替弁１８とバルブ１９とを介して真空ポンプ１５接続されている。大気と連通する切替弁１６、１８や、配管の連通をＯＮ／ＯＦＦするバルブ１７、１９を制御して、上チャンバー室１２と下チャンバー室１３内の気圧を変化させることにより、ダイヤフラム１１を太陽電池モジュール１に押し付けて加圧することができる。

ラミネート加工時には、前面基板５の周囲にラミネート治具３０を取り付け、ラミネート治具３０と共に太陽電池モジュール１をヒータープレート１４ａ上に載置する。このとき、前面基板５がヒータープレート１４ａに当接する向きに太陽電池モジュール１を載置する。その後、下チャンバー室１３内の空気を抜いて真空雰囲気下で太陽電池モジュール１を１５０℃程度に昇温させることにより、封止材３Ａ、３Ｂが溶けて太陽電池セル集合体４を封止する封止部３が形成されると共に、封止部３と、背面基板２および前面基板５が固着する。

次に、図４〜図８を用いて、ラミネート治具３０の詳細について説明する。

特に図４に示すように、ラミネート治具３０は、前面基板５を囲む四角枠形状となっており、前面基板５の周縁部と接続される。ラミネート治具３０は、四角枠形状の外枠３１と、前面基板５の各辺の周縁部に嵌合する内枠部４０Ａによって構成された内枠４０と、前面基板５を弾性変形させるための張力付与機構５０と、前面基板５を塑性変形させるためのロック機構６０とを備える。

ここで、前面基板５には、封止部３と重ねたときに太陽電池セル４Ａ間の間隙と対向する部位に、溝５ａが形成されている。この溝５ａは、図１に示すように前面基板５の表裏面に形成され、溝断面が半円形状となっている。また、前面基板５の周縁部には、前面基板５の表裏面に溝断面が半円形状のガイド溝５ｂが形成されている。このガイド溝５ｂは、前面基板５の辺の全長に渡って延びている。

内枠部４０Ａは、前面基板５と嵌合する辺に沿って形成された嵌合部４１を有している（図６参照）。嵌合部４１には、内側に向かって突出する断面半球状の突起４１ａが設けられている。内枠部４０Ａと前面基板５の嵌合時には、突起４１ａが前面基板５のガイド溝５ｂに落とし込まれる。

特に図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、内枠部４０Ａは、前面基板５のガイド溝５ｂの端部に、内枠部４０Ａの嵌合部４１を嵌合させてガイド溝５ｂに沿ってスライドさせることにより、内枠部４０Ａと前面基板５とを着脱自在に嵌合させることができる。また内枠部４０Ａと前面基板５との着脱が容易であるため、太陽電池モジュール１の生産効率を向上させることができる。

ここで、前面基板５とラミネート治具３０とを連結する方法として、たとえば、前面基板５に穴を開けてピンやボルト止め等で固定した場合には、前面基板５の穴に応力が集中するため、軟質なポリカーボネートで形成された前面基板５では穴が変形して荷重負荷を前面基板５の全面に加えられないといった不具合が生じる。また、前面基板５の周縁部全体をクランプ等で挟み込んで固定した場合には、挟持力を周縁部全体に均等に発生させなければ前面基板５に変形が生じる。

さらに、カギ爪のように単純に引っ掛けて前面基板５とラミネート治具３０とを連結する方法もあるが、軟質なポリカーボネート製の前面基板５に曲げ応力を発生させることは変形につながるため、好ましくない。特に、ラミネート加工は１５０℃程度の高温下で行われるため、ポリカーボネート製の前面基板５は、ヤング率や降伏応力が大幅に低下して、より変形しやすい状態となっている。そこで、本実施形態のように、前面基板５と内枠部４０Ａとを前面基板５の辺の全長に渡ってスライド嵌合させることにより、前面基板５の変形を防止しながら確実に前面基板５とラミネート治具３０とを連結することができる。

次に、張力付与機構５０を用いて前面基板５を弾性変形させる構成について説明する。

この張力付与機構５０は、ラミネート加工による太陽電池モジュール１の加熱時に、前面基板５に引張荷重を付与して弾性変形させることにより、太陽電池モジュール１の反りを防止するものである。

図４に示すように、張力付与機構５０は、外枠３１において、太陽電池セル４Ａの各縦列、および各横列の両端部に対応する位置にそれぞれ取り付けられている。図６に示すように、張力付与機構５０は、外枠３１に設けられた貫通穴３２に摺動可能に差し込まれたシャフト５２と、シャフト５２において外枠３１の外側の端部に螺合するナット５４と、ナット５４と外枠３１との間に配置されたリテーナー５３と、リテーナー５３と外枠３１との間に配置された圧縮バネ５１とより構成される。シャフト５２は、Ｔ字状に形成され（図７参照）、貫通穴３２に通されるシャフト部５２ａと、内枠部４０Ａに嵌合する嵌合部５２ｂとより構成される。

ここで、内枠部４０Ａには、図６に示すように、前面基板５の面に対して直交する方向の溝深さを有する嵌合溝４２が設けられている。嵌合溝４２には、溝の内外をつなぐ切り欠き４３が張力付与機構５０と対向する位置に形成されている。

内枠部４０Ａと張力付与機構５０とは、シャフト５２の嵌合部５２ｂを、内枠部４０Ａの嵌合溝４２に嵌合させることによって連結される。その際、嵌合溝４２の切り欠き４３に、シャフト５２のシャフト部５２ａを落とし込む。これにより、シャフト５２が、シャフト部５２ａ方向に摺動しても、シャフト５２と内枠部４０Ａとの連結状態が維持される。

圧縮バネ５１は、シャフト５２を外枠３１の外側方向に向けて付勢する。シャフト５２と内枠部４０Ａとが連結していることにより、圧縮バネ５１の弾性力は、前面基板５に対して面方向における外側への引張荷重として付与される。

前面基板５に付与する引張荷重の大きさは、ナット５４によって調節可能である。たとえば、ナット５４を締め付ける方向に回転させると（ナット５４を嵌合部５２ｂ側に移動させると）、圧縮バネ５１は圧縮され、その反力がシャフト５２に伝達されて、前面基板５の引張荷重が増加する。ナット５４を逆の方向に回転させると、前面基板５の引張荷重は軽減される。

前面基板５に付与される引張荷重やひずみ量は、圧縮バネ５１のバネ定数で決定され、ラミネート加工時に発生する前面基板５や外枠３１、シャフト５２等との熱膨張差等より最適な圧縮バネ５１を選択する。また、圧縮バネ５１の選択、およびナット５４によるコイルバネの圧縮量の調整は、ラミネート加工の加熱工程において、前面基板５が弾性変形する範囲内で選択、調整する。

次に、前面基板５を塑性変形させるロック機構６０の構成について説明する。

ロック機構６０は、ラミネート加工における加熱後に太陽電池モジュール１を常温まで降温させる時に、前面基板５の熱収縮を制限して溝５ａを塑性変形させることにより、太陽電池モジュール１の反りを防止するものである。

ロック機構６０は、図６に示すように、内枠部４０Ａに形成された係止溝４４と、係止溝４４に係合する爪部６２を有する板バネ６３とより構成される。板バネ６３は、外枠３１の各辺の所定箇所に配置され、板バネ６３において爪部６２が形成された一端は、内枠部４０Ａに向かって延び、他端は外枠３１にビス６１によって固定され、ビス６１が通される穴は長穴となっている。係止溝４４は、板バネ６３の爪部６２と対向する内枠部４０Ａの上面４５に形成されている。板バネ６３は、爪部６２を上面４５に押し当てている。

係止溝４４は、断面がＶ字状に形成され、外枠３１側の面が、上面４５に対して略垂直な被係止面４４ａとなり、他方側の面が上面４５に対して傾斜する傾斜面４４ｂとなっている。また爪部６２は、外枠３１側の外面が、被係止面４４ａと略平行な係止面６２ａとなっている。

次に、ラミネート治具３０を装着してラミネート加工を行った場合における前面基板５の熱膨張、熱収縮について説明する。

なお、特に図９（ａ）に示すように、上面４５において、係止溝４４よりも外枠３１側に位置する領域を外側上面４５ａとし、係止溝４４よりも前面基板５側に位置する領域を内側上面４５ｂとして、以下説明する。

図９（ａ）に示すように、常温状態において、前面基板５にラミネート治具３０を装着すると、圧縮バネ５１の弾性力により前面基板５に対して面方向における外側に向けて引張荷重が付与される。このとき、板バネ６３の爪部６２が、外側上面４５ａに位置する状態とする。

ラミネート治具３０を装着した状態で、太陽電池モジュール１をラミネート機１０のヒーター１４上に載置し、ラミネート加工の加熱工程を行うと、前面基板５が熱膨張する。この膨張により内枠部４０Ａが外枠３１側に移動するため、図９（ｂ）に示すように、爪部６２が外側上面４５ａから係止溝４４に落ち込み、さらに傾斜面４４ｂを摺動して内側上面４５ｂに乗り上げた状態となる。このように、熱膨張時に内枠部４０Ａが移動する方向においては、爪部６２と係止溝４４とが係止せず、前面基板５の熱膨張は妨げられない。

また、前面基板５の熱膨張時には、シャフト５２が外枠３１の外側に向かって押し出されるため、圧縮バネ５１の長さが伸び、前面基板５に付与された引張荷重が小さくなる。

このように、ラミネート加工による前面基板５の加熱時に、前面基板５に対して面方向における外側に向けて引張荷重を付与することにより、前面基板５が弾性変形の範囲内で引っ張られた状態となり、封止部３との熱膨張係数差等による前面基板５の反りを防止することができる。また、前面基板５の反りが防止されて平坦な状態となるため、ラミネート機１０のヒータープレート１４ａ上に前面基板５を密着させた状態を維持することができ、太陽電池モジュール１を均一に昇温することができる。

ラミネート加工が終了し、太陽電池モジュール１を高温状態から常温状態にまで降温させるときに、前面基板５が圧縮バネ５１を押し縮めながら熱収縮を始める。これにより、図９（ｃ）に示すように、爪部６２が内側上面４５ｂから移動して係止溝４４に嵌まり込み、爪部６２の係止面６２ａと係止溝４４の被係止面４４ａとが当接し、内枠部４０Ａの移動が制限される。これにより、前面基板５全体としての熱収縮が制限される。

前面基板５全体としての熱収縮が制限された状態において、熱収縮をしようとする力は前面基板５の溝５ａの部分に集中する。溝５ａが形成された部位は、前面基板５の他の部位よりも薄肉であり剛性が低い低剛性部５ｄとなっている（図１参照）。よって、低剛性部５ｄが、溝５ａの溝幅を広がる方向に塑性変形する。このように、熱収縮時に、低剛性部５ｄを塑性変形させることにより、前面基板５全体としての熱収縮量を少なくすることができる。

これにより、封止部３と、前面基板５全体との熱収縮量が同じとなり、太陽電池モジュールの完成後において、前面基板５と封止部３との収縮量の差によって生じる反りを防止できる。

なお、封止部３において、前面基板５の低剛性部５ｄと対向する部位にストリングス４Ｂが存在する場合があるが、ストリングス４Ｂとして、メッシュ状の銅線を用いたり、太陽電池セル４Ａ間を蛇行させて配線することにより、低剛性部５ｄに生じる塑性変形を封止部３が受けて太陽電池セル４Ａ間の長さが変化しても、電気的な接続が遮断されることがない。

なお、外枠３１に対する板バネ６３の取り付け位置を変更することにより、前面基板５が熱収縮を始めてから、爪部６２と係止溝４４によって熱収縮が制限されるまでの間の収縮量を調節することができる。

次に、前面基板５を弾性変形させる圧縮バネ５１の具体的なバネ定数等について説明する。

本実施形態において、特に図４に示すように、太陽電池セル４Ａは、縦列に１０個、横列に１０個の計１００個がマトリックス状に配置されているものとする。また、張力付与機構５０が、太陽電池セル４Ａの各縦列、および各横列の両端部にそれぞれ配置されているものとする（外枠３１の各辺に１０個ずつ配置されている）。さらに、板バネ６３は、外枠３１の１つの辺に対して３個ずつ設けられているものとする。また、前面基板５において、溝５ａによって囲まれた領域、または溝５ａとガイド溝５ｂとによって囲まれた領域を１セル領域５ｃとし、１セル領域５ｃの１辺の長さを１００ｍｍとする。さらに、隣り合う１セル領域５ｃ間の低剛性部５ｄの断面積を２ｍｍ×１００ｍｍ＝２００ｍｍ^２とする。

まず、１セル領域５ｃの１つの列について、弾性変形の範囲内で耐えられる最大荷重を求める。１セル領域５ｃ間の低剛性部５ｄの断面積を２００ｍｍ^２、前面基板５の降伏応力を２０ＭＰａとすると、最大荷重は、
２０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ^２）×２００ｍｍ^２＝４０００Ｎ
となる。

次に、１セル領域５ｃの１つの列について、ラミネート加工における加熱時の膨張量を求める。前面基板５の線膨張係数を約７０×１０^−６／℃、１列分の１セル領域５ｃの長さを１００ｍｍ×１０個＝１０００ｍｍ、ラミネート加工を１５０℃で行う場合に常温（２０℃とする）からの温度上昇幅を１３０℃とすると、膨張量は、
７０×１０^−６／℃×１０００ｍｍ×１３０℃＝９．１ｍｍ
となる。

次に、弾性変形の範囲内で前面基板５に加えられる最大荷重と、ラミネート加工における加熱時の膨張量とを用いて、圧縮バネ５１のバネ定数を求める。前面基板５の膨張量は９．１ｍｍであるが、１列の１セル領域５ｃの両端にそれぞれ張力付与機構５０が配置されているため、１つの張力付与機構５０が受け持つ膨張量は、９．１ｍｍの半分の約４．５ｍｍとなる。圧縮バネ５１のバネ定数は、
４０００Ｎ／４．５ｍｍ＝８８９Ｎ／ｍｍ
となる。

よって、圧縮バネ５１として、バネ定数が８８９Ｎ／ｍｍ以下のものを用いることにより、ラミネート加工における加熱時に、前面基板５に対して弾性変形の範囲内で引張荷重を付与することができる。なお、この計算では、前面基板５の膨張量だけを用いて簡易的にバネ定数を求めたが、ラミネート治具３０の外枠３１や、シャフト５２等の熱膨張量も考慮することが好ましい。

次に、圧縮バネ５１の具体的な設計例について説明する。

まず、Ａ仕様として２２２Ｎ／ｍｍの圧縮バネを用いてラミネート工程を行った場合について説明する。図１０に示すように、Ａ仕様のバネを用いて前面基板５に対して、弾性変形の範囲内で耐えられる最大荷重の４０００Ｎを付与する場合には、バネを１８ｍｍ圧縮する必要がある。そのため、常温状態において、ナット５４を調節して圧縮バネを１８ｍｍ圧縮し、前面基板５に４０００Ｎの引張荷重を付与する。

この状態で、太陽電池モジュール１とラミネート治具３０とをラミネート機１０内に投入し、１５０℃まで昇温させると、１つの張力付与機構５０で受け持つ前面基板５の膨張量は４．５ｍｍであるため、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、圧縮されていた圧縮バネが４．５ｍｍ戻されることとなる。これにより、圧縮バネの変位量が１３．５ｍｍとなり、図１０に示すように、前面基板５に付与される引張荷重が３０００Ｎとなる。

また、Ａ仕様の圧縮バネでは、常温状態で付与する引張荷重を４０００Ｎとしたが、これは前面基板５の弾性変形内で付与できる最大荷重であり、これ以下の引張荷重であっても、前面基板５の昇温時の反りを防止することができる。

たとえば、図１０に示すように、Ｂ仕様として５６Ｎ／ｍｍの圧縮バネを用いることができる。この場合には、常温状態において、ナット５４を調節して圧縮バネを１８ｍｍ圧縮し、前面基板５に１０００Ｎの引張荷重を付与する。

太陽電池モジュール１とラミネート治具３０とをラミネート機１０内で１５０℃まで昇温させると、圧縮されていた圧縮バネが４．５ｍｍ戻り、圧縮バネの変位量が１３．５ｍｍになるため、前面基板５に付与される引張荷重が７５０Ｎとなる。
以上のように、バネ定数が８８９Ｎ／ｍｍ以下のＡ仕様（バネ定数２２２Ｎ／ｍｍ）またはＢ仕様（バネ定数５６Ｎ／ｍｍ）の圧縮バネを用いた場合には、前面基板５の熱膨張時に弾性変形の範囲内で引張荷重を付与することができる。

次に、前面基板５を塑性変形させる際に、熱収縮による荷重を受ける板バネ６３について説明する。

まず、前面基板５の低剛性部５ｄを塑性変形させるために必要な荷重を求める。前面基板５の材料であるポリカーボネートの降伏応力は、常温では７０ＭＰａ、高温域では２０ＭＰａとなるが、ここでは降伏応力を７０ＭＰａとする。

前面基板５から外枠３１の１つの辺に対して加わる荷重を考えると、１セル領域５ｃが１０個並んでいるため、低剛性部５ｄの断面積は２ｍｍ×１００ｍｍ×１０個＝２０００ｍｍ^２となり、加わる荷重は、
７０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ^２）×２０００ｍｍ^２＝１４００００Ｎ
となる。この１４００００Ｎを、外枠３１の１辺に備えられた３つの板バネ６３によって受けることとなる。

ここで、１つの板バネ６３の断面積を３ｍｍ×６０ｍｍ＝１８０ｍｍ^２とすると、３つの板バネ６３の断面積の合計は１８０ｍｍ^２×３＝５４０ｍｍ^２となる。

１４００００Ｎを３つの板バネ６３の断面積の合計５４０ｍｍ^２で受けるため、板バネ６３の断面の単位面積当たりの荷重は、
１４００００Ｎ／５４０ｍｍ^２＝２５９ＭＰａ
となる。板バネ６３の材料として、鉄系金属を用いる場合には、応力的にはこの荷重に十分耐えることができる。

ここで、板バネ６３の材料として鉄系金属を用いる場合には、ヤング率は２０６ＧＰａであり、２５９ＭＰａの荷重が加わったときのひずみは、
２５９ＭＰａ／２０６ＧＰａ＝０．１２６％
となる。

たとえば、板バネ６３の長さを５０ｍｍとしたとき、前面基板５を塑性変形させた際の変形（伸び）量は、
５０ｍｍ×０．１２６％＝０．０６３ｍｍ
となる。板バネ６３の変形量が極僅かであるため、板バネ６３を用いて前面基板５の熱収縮を十分に制限することができる。

次に、低剛性部５ｄを形成するために前面基板５に設けた溝５ａの変形例について、図１１を用いて説明する。なお図１１において、各前面基板７０、７１、７２、７３の図中の上面側に太陽電池セル等を載置するものとし、図中の下面側が、太陽光が入射する入射面となっている。

図１１（ａ）に示すように、前面基板７０の太陽光の入射面側に、Ｖ字状の溝７０ａを設けたり、図１１（ｂ）に示すように、前面基板７１の太陽電池セルが載置される側の面に、Ｖ字状の溝７１ａを設けてもよい。また、図１１（ｃ）に示すように、前面基板７２の表裏面にＶ字状の溝７２ａを設けてもよい。さらに、図１１（ｄ）に示すように、１つの太陽電池セルに対応する複数の基板部材７３Ａをマトリックス状に配置し、これらを弾性体７３Ｂによって接続して前面基板７３を形成してもよい。この場合には、弾性体７３Ｂが低剛性部となる。

また、本実施形態において、前面にポリカーボネート製の前面基板５が配置された太陽電池モジュール１について説明したが、これ以外にも、たとえば、図１２に示すように、ガラス製の前面基板１０１と、ポリカーボネート製の背面基板１０３との間に太陽電池セル１０４が封止された封止部１０２を配置した集光型の太陽電池モジュール１００においても、本発明を適用できる。

この場合には、背面基板１０３において、太陽電池セル１０４の間隙と対向する位置に、他よりも厚みが薄い低剛性部１０３ａを形成する。ここで背面基板１０３の背面側には、銀蒸着によって反射板１０５が形成され、反射板１０５の太陽電池セル１０４と対向する面が反射面１０６となっている。また、背面基板１０３は、前面基板１０１側から入射した光を反射面１０６で反射させて太陽電池セル１０４に集光させる凹凸が形成され、周縁部にはラミネート治具３０の内枠部４０Ａと連結するためのガイド溝１０３ｂが形成されている。

このような太陽電池モジュール１００にラミネート治具３０を装着してラミネート工程を行うことにより、昇温時には背面基板１０３が弾性変形して背面基板１０３の反りが防止され、降温時には、低剛性部１０３ａが塑性変形することにより背面基板１０３の熱収縮が制限されて前面基板１０１や封止部１０２と、背面基板１０３との収縮量が同一となり、太陽電池モジュール１００の反りや前面基板１０１の破損を防止することができる。

また、前面基板の周縁部とラミネート治具の内枠部との嵌合形状を、図１３（ａ）に示すように、内枠部８１に断面球状の嵌合溝８１ａを形成し、前面基板８０の端部に断面球状の嵌合突起８０ａを形成して、前面基板８０と内枠部８１とをスライドさせることにより両者を嵌合させてもよい。さらに、図１３（ｂ）に示すように、前面基板８２に断面球状の嵌合溝８２ａを形成し、内枠部８３に断面球状の嵌合突起８３ａを形成して、両者を嵌合させる構成でもよい。

さらに、本実施形態では、張力付与機構５０およびロック機構６０によって前面基板５に引張荷重を加えたり、熱収縮を制限したが、これ以外にも、図１４に示すように、オリフィス付のワンウェイバルブ２０６を使用したラミネート治具２００を用いることもできる。

このラミネート治具２００は、内枠２２０の外周に配置されると共に、内部にシリンダ室２０４が形成された外枠２０１と、シリンダ室２０４内に配置されたピストン２０２と、一端がピストン２０２に固着され、他端が内枠２２０の内枠部２２０Ａに連結されたシャフト２０５とを備える。

ピストン２０２の外周面にはＯリング２０３が取り付けられ、シリンダ室２０４を外側シリンダ室２０４ａと内側シリンダ室２０４ｂとに分割する。ピストン２０２とシリンダ室２０４の内壁との間に圧縮バネ２０６が配置され、圧縮バネ２０６がピストン２０２を外枠２０１の外側に向けて付勢している。圧縮バネ２０６がピストン２０２を付勢することにより、前面基板５に対して面方向における外側に向けて引張荷重が付与される。

外側シリンダ室２０４ａと内側シリンダ室２０４ｂとは流路２０７によって接続され、流路２０７にはワンウェイバルブ２１０が設けられている。シリンダ室２０４、流路２０７およびワンウェイバルブ２１０内には、作動流体が充填されている。作動流体としては、たとえば、空気や油などを用いることができる。

ワンウェイバルブ２１０は、内側シリンダ室２０４ｂから外側シリンダ室２０４ａに向かう作動流体の流れを制限し、外側シリンダ室２０４ａから内側シリンダ室２０４ｂへの作動流体の流れを許可するものである。なお、ワンウェイバルブ２１０内の開口部２１２を開閉する弁２１１には、オリフィス機構が設けられており、外側シリンダ室２０４ａから内側シリンダ室２０４ｂへと流れる作動流体に抵抗を付与する。

以上の構成とすることにより、ラミネート治具２００を前面基板５に装着すると、圧縮バネ２０６によって、前面基板５に対して面方向における外側に向けた引張荷重を付与することができる。

また、ラミネート加工における前面基板５の熱膨張時には、前面基板５の膨張によりピストン２０２が外側シリンダ室２０４ａの容積を小さくする方向へ移動するため、作動流体が外側シリンダ室２０４ａから流路２０７を通って内側シリンダ室２０４ｂへ流れる。このとき、ワンウェイバルブ２１０の弁２１１に設けられたオリフィス機構により、作動流体の流れに抵抗が付与され、ピストン２０２の移動に抵抗が加わり、前面基板５の熱膨張のスピードを緩やかにすることができる。

また、前面基板５の降温時には、前面基板５の熱収縮によりピストン２０２が前面基板５側へ移動しようとするが、ワンウェイバルブ２１０によって作動流体の流れが制限されるため、ピストン２０２の移動が制限され、前面基板５の熱収縮を制限することができる。

このようにワンウェイバルブ２１０を用いたラミネート治具２００においても、前面基板５の熱膨張時には、前面基板５に引張荷重を付与することにより前面基板５の反りを防止することができる。また、前面基板５の熱収縮時には、ワンウェイバルブ２１０によって作動流体の流れを制限することによって前面基板５の熱収縮が制限され、前面基板５と封止部との収縮量の差によって生じる反りを防止できる。

さらに他の例として、図１４のラミネート治具２００において、作動流体に加わる圧力をソレノイドバルブによってデューティ制御することもできる。この場合には、前面基板５の熱膨張や熱収縮を、よりきめ細かく制御することができる。また、エアーコンプレッサーを使用し、制御圧をピストンに作用させる方法でもよい。

１…太陽電池モジュール、２…背面基板、３…封止部、４…太陽電池セル集合体、４Ａ…太陽電池セル、４Ｂ…ストリングス、５…前面基板、５ａ…溝、５ｂ…ガイド溝、５ｄ…低剛性部、３０…ラミネート治具、３１…外枠、４０…内枠、４０Ａ…内枠部、４１…嵌合部、４１ａ…突起、４４…係止溝、４４ａ…被係止面、４４ｂ…傾斜面、５０…張力付与機構（張力付与手段）、５１…圧縮バネ、５２…シャフト、５３…リテーナー（バネ受け）、５４…ナット、６０…ロック機構（ロック手段）、６１…ビス、６２…爪部、６２ａ…係止面、６３…板バネ。

Claims (11)

1. 複数の太陽電池セルが封止された封止部と基板とを重ねてなる太陽電池モジュールを保持するラミネート治具であって、
   前記基板の周縁部に接続され、製造時において熱膨張する前記基板の前記周縁部に対して、前記基板の面方向における外側に向けて引張荷重を付与して前記基板を弾性変形させる張力付与手段と、
   前記基板の周縁部に接続され、製造時において熱収縮する前記基板の前記周縁部の移動を制限して前記基板を塑性変形させるロック手段と、を備えたことを特徴とするラミネート治具。
2. 前記基板には、前記太陽電池セル間の間隙と対向する部位に他の部位よりも剛性が低い低剛性部が形成され、
   前記ロック手段による前記周縁部の移動の制限により、前記低剛性部が塑性変形することを特徴とする請求項１に記載のラミネート治具。
3. 前記低剛性部は、前記基板を他よりも薄肉とすることによって形成されていることを特徴とする請求項２に記載のラミネート治具。
4. 前記低剛性部は、弾性部材によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載のラミネート治具。
5. 前記ロック手段は、
   前記基板の前記周縁部に取り付けられた内枠の上面に形成された係止溝と、
   前記内枠の周囲に配置された外枠に取り付けられた弾性片に設けられ、前記内枠の上面に押し当てられると共に、前記基板が熱膨張して前記内枠が移動するときに、前記上面で前記係止溝を通り、前記基板が熱収縮して前記内枠が移動するときに、前記係止溝に係止される爪部と、より構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のラミネート治具。
6. 前記係止溝は、前記外枠側に位置して前記上面に略垂直な被係止面と、前記上面に対して傾斜する傾斜面とよりＶ字状に構成され、
   前記爪部は、前記外枠側の外面が前記被係止面と略平行な係止面を有している、ことを特徴とする請求項５に記載のラミネート治具。
7. 前記ロック部材は、前記外枠に対してビスによって取り付けられ、前記ロック部材における前記ビスの取り付け穴が長穴となっている、ことを特徴とする請求項５または６に記載のラミネート治具。
8. 前記張力付与手段は、
   前記外枠の内側から外側へ貫通すると共に、一端側が前記内枠に連結され、他端側にバネ受けを有するシャフトと、
   前記外枠とバネ受けとの間に配置された圧縮バネと、より構成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載のラミネート治具。
9. 前記内枠は、前記基板の各辺に沿って直線状に延在する複数の内枠部からなり、
   前記基板は、前記周縁部に沿って前記辺の全長に渡って延びるガイド部を有し、
   前記内枠部は、前記ガイド部に沿って摺動自在な嵌合部を有する、ことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載のラミネート治具。
10. 前記基板の前記ガイド部は、前記基板の前記周縁部の表裏面に形成されたガイド溝であり、
    前記内枠部の前記嵌合部は、突起である、ことを特徴とする請求項９に記載のラミネート治具。
11. 複数の太陽電池セルが封止された封止部と、基板と、を重ねてなる太陽電池モジュールの製造方法において、
    前記基板の周縁部に対して面方向における外側に向けて引張荷重を付与した状態で昇温を行い、前記基板を弾性変形させる工程と、
    前記基板の降温時に、前記基板の周縁部の移動を制限して前記基板を塑性変形させる工程と、を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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