JP5363799B2

JP5363799B2 - 外部刺激により接着硬化するプリプレグシートを備えた太陽光発電モジュール、及びその設置方法

Info

Publication number: JP5363799B2
Application number: JP2008331101A
Authority: JP
Inventors: 隆弘吉竹
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2010153646A

Description

本発明は、軽量で設置が容易な太陽光発電モジュール及び、その設置方法に関する。

環境負荷が少なく地球温暖化防止に有望な太陽光発電の開発が進み、薄膜で安価に多量生産できる多結晶シリコンやＣＩＳ、ＣＩＧＳ、及び色素増感系のシリコンを使わない太陽電池が実用化されてきた。特に、基材にプラスチックフィルムや紙を用いた軽量でフレキシブルな太陽光発電モジュールも複数のメーカーで製造されており、今まで重さの面で設置が難しかった軽量スレートやトタン屋根にも工夫すれば設置可能となってきた（以下、特許文献１を参照のこと）。しかしながら、太陽光発電モジュール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２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光発電モジュールは、曲面にも設置が可能であるけれども、簡単で耐久性のある接着施工は未だ利用できる状況ではない。

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樹脂を含浸しゲル化させた後、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プリプレグ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や橋脚の耐震補強、屋上防水及び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樹脂をシーリング材として用いる特許として、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（以下、特許文献４を参照のこと）、及び光硬化性組成物（以下、特許文献５を参照のこと）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、セ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り、本発明のような太陽光発電モジュール自体の設置に使用される技術は未だ開発されていない。

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

本発明が解決しようとする課題は、太陽光発電モジュールの軽量化と設置方法の簡易化を計り、今まで設置が困難であった場所にも太陽光発電モジュールを簡易に設置可能にすることである。

本発明は、太陽光発電セルを予めラジカル硬化型プリプレグシートに貼り付けるか又は埋め込み、金属枠や架台を用いることなく設置面に置いて太陽光や熱等の外部刺激を付与することで接着硬化が可能とすることで、その場に設置することができる太陽光発電モジュールである。また、本発明は、フレキシブルな太陽光発電セルの場合には、被着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、軽量で硬化後に湿気や汚れ、紫外線や物理的な応力から太陽電池セルを保護する太陽光発電モジュール、及びその設置方法である。

具体的には、本発明は、以下のとおりである。
［１］外部刺激により反応し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シートの片面に貼り付けられた又は該プリプレグシート内にその一部又は全部が埋め込まれた太陽電池セルを含む太陽光発電モジュールであって、該ラジカル硬化型樹脂が該外部刺激により反応し硬化することにより、該プリプレグシートが、該太陽光発電モジュールと反対側の面で、該太陽光発電モジュールの設置面に接着することを特徴とする、太陽光発電モジュール。

［２］光開始剤が前記ラジカル硬化型樹脂に配合され、そして該ラジカル硬化型樹脂が、光により反応し硬化する、前記［１］に記載の太陽光発電モジュール。

［３］加熱反応開始剤が前記ラジカル硬化型樹脂に配合され、そして該ラジカル硬化型樹脂が、熱を加えることにより反応し硬化する、前記［１］又は［２］に記載の太陽光発電モジュール。

［４］前記プリプレグシートの、該太陽光発電モジュールと反対側の面に、剥離紙又は剥離フィルムが貼り付けられている、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の太陽光発電モジュール。

［５］前記太陽光発電モジュールの光受容面に、光吸収性を制御しうる保護フィルムが貼り付けられている、前記［１］〜［４］のいずれかに記載の太陽光発電モジュール。

［６］外部刺激により反応し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シートの片面に貼り付けられた又は該プリプレグシート内にその一部又は全部が埋め込まれた太陽電池セルを含む太陽光発電モジュールを、設置面に貼り付け、該外部刺激により該ラジカル硬化型樹脂を反応し硬化させるにより、該プリプレグシートを、該太陽光発電モジュールと反対側の面で、該太陽光発電モジュールの設置面に接着せしめることを特徴とする、太陽光発電モジュールの設置方法。

［７］前記設置面にプライマーを塗布した後に、前記太陽光発電モジュールを前記設置面に貼り付ける、前記［６］に記載の太陽光発電モジュールの設置方法。

［８］前記［４］に記載の剥離紙又は剥離フィルムを剥がした後に、太陽光発電モジュールを、設置面に貼り付け、該外部刺激により該ラジカル硬化型樹脂を反応し硬化させるにより、該プリプレグシートを、該太陽光発電モジュールと反対側の面で、該太陽光発電モジュールの設置面に接着せしめる、前記［６］又は［７］に記載の太陽光発電モジュールの設置方法。

［９］前記［４］に記載の剥離紙又は剥離フィルムを剥がさずに設置面に仮置きし、該設置面の形状を写した状態で外部刺激によりラジカル硬化型樹脂を反応し硬化させた後、結合手段を用いて、前記太陽光発電モジュールを前記設置面に固定する、前記［４］に記載の太陽光発電モジュールの設置方法。

本発明に係る太陽光発電モジュールは、フィルムや紙を基材にした軽量太陽光発電セルを用いたモジュールの場合、１平方メートルあたり２ｋｇ程度の質量であり、設置のための架台も不要になる。従来技術では１０ｋｇ以上の質量であったため、重さの都合で設置できなかった軽量スレートやトタンの屋根にも太陽光発電モジュールが設置可能になる。また、本発明に係る太陽光発電モジュールは、硬化前には柔軟であるため曲面や凹凸のある面にも追従して設置が可能であり、今まで設置の対象になっていなかった場所に設置が可能になる。本発明に係る太陽光発電モジュールは、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および、平坦な空き地等にも設置が可能である。

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、架台なしで屋根に載せ接着固定が容易にできるほか、任意の角度のコンクリートや金属、ガラス及び木の板の面、その他の壁面に接着固定できる。ガラス基板であっても、タイル状の複数の太陽電池セルで一枚のモジュールに組み立てた場合、凹凸面や曲面にもある程度追従することができる。

太陽光発電モジュールに組み合わせる外部刺激により硬化するプリプレグシートは、モジュー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。光開始剤を用いた旭化成ジオテック販売のビニルエステルプリプレグシート（商品名：ＡＦＲ）の例では、厚さ１ｍｍのシートで平方メートルあたり質量１．３ｋｇであるため、１０ｍｍを超えるような厚みでは太陽光発電モジュールは軽量にならない。また、厚くなると太陽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シートの厚みは１０ｍｍ以下が好ましい。尚、本プリプレグ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。

プリプレグシートに用いるラジカル硬化型樹脂は、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、太陽光発電モジュール（太陽電池セル）を樹脂中に埋め込む場合は、太陽電池セルを紫外線から守るため、太陽電池セ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、モジュール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。

光硬化を行わせる開始剤は、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のいずれも使用できるが、目に障害を引き起こさない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の使用がより好ましい。

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が含まれる。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、太陽電池セ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で硬化させる開始剤、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。

表面保護フィルムは、ラジカル硬化反応を阻害する酸素の透過を防止するとともに、光硬化のときの硬化時間を調節するために光透過性を落とす目的で使用する他、透明なフィルムでレンズやプリズム状の模様が入っており、太陽光を効率よく太陽電池セルに集める効果を有するものも含む。また、表面保護フィルムは樹脂硬化後に取り除くことも可能であり、フィルムに模様を入れた場合は、取り除いた後も樹脂表面にその模様を転写することができる。

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。又、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もしくは積層状で取り扱うことができる。
剥離紙又は剥離フィルムを剥がさずに設置面に仮置きし、該設置面の形状を写した状態で外部刺激によりラジカル硬化型樹脂を反応し硬化させた後、用いる結合手段としては、接着剤、ビス及びフックなどがある。

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することがある。太陽電池セルを埋め込む場合は、光透過性を考慮し、セルの裏と表に使う樹脂のフィラーを代えてもよい。例えば裏側は水酸化アルミニウムであり、表側は微粉シリカ等であることができる。

フィルムタイプ太陽電池セルを使う場合はプリプレグシートにガラスマット又はクロス、化学繊維の不織布又はクロス等の補強材を使用すると、モジュールの耐久性が向上する。発電効率を高めるために、表面側は補強材を使わない構造でもかまわない。

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。

太陽光発電モジュールの製造例
ＱＦＳＯＬＡＲ製、型番２５１０ＤＳのガラス基板タイプ太陽電池セル（縦８．５＊横２４．６＊厚み１．１５ｍｍ）をビニルエステル系樹脂に光開始剤を配合し、ガラスマットで補強したプリプレグシートである旭化成ジオテック製、製品名ＡＦＲシート、型番ＡＭ６（厚さ１．５ｍｍ）の２枚の間に挟み、表面保護フィルムとして厚さ３８μｍのＰＥＴフィルムを、剥離フィルムとしてシリコンコーティングされている厚さ３８μｍのＰＥＴフィルムを裏面に使用し、縦４０＊横４０＊厚み３．５ｍｍの太陽光発電モジュールを組み立てた。

尚、旭化成ジオテック製のＡＦＲプリプレグシートの硬化後の物性は、厚さ２ｍｍ、幅１５ｍｍの硬化後のプリプレグシート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ることができる。
厚さ２ｍｍの硬化後のプリプレグシートの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ることができる。

太陽光発電モジュールの設置例
モルタル歩道板（圧縮強度３２ＭＰａ以上）の垂直面に、旭化成ジオテック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、製造例に示した縦４０＊横４０＊厚み３．５ｍｍの太陽光発電モジュールを貼付け、直射日光にて固化、接着させた。
太陽光モジュールは１０分で硬化、接着した。
蛍光灯下でのモジュールの出力は次のとおりであった。
１．太陽電池セルのみ：２．１Ｖ２１．５μＡ
２．硬化前モジュール：１．７Ｖ２０．６μＡ
３．貼付け硬化、表面保護フィルム除去後：２．４Ｖ２２．２μＡ
４．ＪＩＳＡ６９０９による接着試験結果：３．５ＭＰａ（モルタル破壊）

本発明に係る太陽光発電モジュールは、軽量であり、その場で硬化・接着が可能であるので、屋根への設置以外にも、今まで太陽光発電設備の設置の対象になっていなかった場所にも、設置することができる。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設置可能である。

太陽電池セルをプリプレグシートに全面埋め込んだときの図である。太陽電池セルをプリプレグシートに片面埋め込んだときの図である。太陽電池セルの片面にプリプレグシートを貼り付けたときの図である。

符号の説明

１太陽電池セル
２プリプレグシート
３表面保護フィルム
４剥離紙または剥離フィルム

Claims

外部刺激により反応し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シート内にその全部が埋め込まれた太陽電池セルを含む太陽光発電モジュールであって、該ラジカル硬化型樹脂が該外部刺激により反応し硬化することにより、該プリプレグシートが、該太陽光発電モジュールの光受容面とは反対側の面で、該太陽光発電モジュールの設置面に接着することを特徴とする、太陽光発電モジュール。
光開始剤が前記ラジカル硬化型樹脂に配合され、そして該ラジカル硬化型樹脂が、光により反応し硬化する、請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
加熱反応開始剤が前記ラジカル硬化型樹脂に配合され、そして該ラジカル硬化型樹脂が、熱を加えることにより反応し硬化する、請求項１又は２に記載の太陽光発電モジュール。
前記プリプレグシートの、該太陽光発電モジュールの光受容面とは反対側の面に、剥離紙又は剥離フィルムが貼り付けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
前記太陽光発電モジュールの光受容面に、光吸収性を制御しうる保護フィルムが貼り付けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
外部刺激により反応し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シート内にその全部が埋め込まれた太陽電池セルを含む太陽光発電モジュールを、設置面に貼り付け、該外部刺激により該ラジカル硬化型樹脂を反応し硬化させるにより、該プリプレグシートを、該太陽光発電モジュールの光受容面とは反対側の面で、該太陽光発電モジュールの設置面に接着せしめることを特徴とする、太陽光発電モジュールの設置方法。
前記設置面にプライマーを塗布した後に、前記太陽光発電モジュールを前記設置面に貼り付ける、請求項６に記載の太陽光発電モジュールの設置方法。
外部刺激により反応し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シート内にその全部が埋め込まれた太陽電池セルを含む太陽光発電モジュールであって、該プリプレグシートの、該太陽光発電モジュールの光受容面とは反対側の面に、剥離紙又は剥離フィルムが貼り付けられているものを、該剥離紙又は剥離フィルムを剥がした後に、設置面に貼り付け、該外部刺激により該ラジカル硬化型樹脂を反応し硬化させることにより、該プリプレグシートを、該太陽光発電モジュールの光受容面とは反対側の面で、該太陽光発電モジュールの設置面に接着せしめる、請求項６又は７に記載の太陽光発電モジュールの設置方法。