JP5367090B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、平板状を成し受光面側に受光面電極を有し裏面側に裏面電極を有する太陽電池セルが縦横に複数並べられ、隣接する太陽電池セルの受光面電極と裏面電極とがリード線により順次接続される太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

太陽光発電は、太陽光を直接電力に変換するものであり、環境に優しく無尽蔵に供給されるので新しいエネルギー源として近年注目されている。太陽電池セル１枚当りの出力は小さいため、一般には、複数毎の太陽電池セルを直列に接続して実用的な電気出力を取り出せるようにしている。

太陽電池モジュールを構成する積層体は、受光面側から、ガラス等の透明材でなる透光性基板と、透明樹脂でなる受光面側封止材（第１の樹脂層）と、碁盤目状に配列された複数の太陽電池セル及びこれら複数の太陽電池セルを直列に接続するリード線が配線された太陽電池アレイと、透明樹脂でなる裏面側封止材（第２の樹脂層）と、耐候性に優れたバックシートとが、この順にて積層されて構成されている。

多結晶シリコンでなる太陽電池セルの厚さは、０．１６ｍｍ〜０．３ｍｍ程度である。また、隣接する太陽電池セルと太陽電池セルの隙間は２ｍｍ〜４ｍｍである。配列された太陽電池セルの列と列との隙間は２ｍｍ〜４ｍｍとされている。

複数の太陽電池セルを電気的に接続するリード線として、半田めっきされた平角銅線が用いられる。太陽電池モジュールの性能向上のためには、このリード線の抵抗値を下げ、抵抗ロスを削減する必要がある。そのため例えばリード線の断面積を増やす検討がなされている。

しかしながら、リード線の断面積を増やすためにリード線の幅を増加させると、太陽電池モジュールの外形寸法が大きくなってしまい、透光性基板、封止材、バックシート等のコストアップを招くとともに、太陽電池モジュールの発電効率の低下にもつながる。一方、リード線の厚さを増加させると、絶縁層である封止材の厚さが薄くなり、絶縁性能の低下を招く。絶縁層の厚さを所定量確保するために、封止材やバックシートの厚さを増加させる対策を施すと、コストアップを招くことになる。

従来、一列に並ぶ２つの太陽電池セル群（セル列）どうしを接続するリード線は、太陽電池アレイの周囲の非発電領域に突出して配線されている。この非発電領域は発電に寄与しないので、この部分の面積を減らせば、太陽電池モジュールの発電効率の向上を図ることができる。

一方、上記構造の太陽電池モジュールにおいては、一般に太陽電池アレイに接続され、太陽電池アレイから電力を外部に取出すための正負一対の取出し配線を有している。このような太陽電池モジュールでは、太陽電池モジュールの背面に一個の端子ボックスが配置され、正負一対の取出し配線のそれぞれは、太陽電池アレイの端部の接続された位置から端子ボックスに引き出しやすい位置まで、太陽電池アレイの外周（非発電領域）に沿って引き回される。

このような太陽電池モジュールにおいて、従来、太陽電池アレイから端子ボックスへと延びる取出し配線を太陽電池セルの裏面に重ねて設ける提案がされている。これにより、取出し配線が、太陽電池アレイの周囲の非発電領域に引き回されることがなくなり、非発電領域の面積を減少させて発電効率の向上を図ることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３００４４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に提案されている太陽電池モジュールにおいて、取出し配線が太陽電池アレイの外周に沿って引き回されていた領域は、非発電領域の極一部であるとともに、この非発電領域には、隣り合う太陽電池セル群（セル列）どうしを電気的に接続するリード線が依然配線されており、このセル列間をつなぐリード線により太陽電池セル周囲の非発電領域は実質的には面積を減らすことが出来ない。そのため、実質的な発電効率の向上が望めないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池アレイの外周部に広がる非発電領域を小さくすることができ、これにより外形寸法を減少させることができ、発電効率の向上を図ることができる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、平板状を成す太陽電池セルが縦横に複数並べられ、隣接する太陽電池セルがリード線により順次接続される太陽電池モジュールにおいて、複数の太陽電池セルが第１の方向に配列されて成る第１のセル列と、第１のセル列を構成し第１の方向に隣接する太陽電池セル同士において、一方の太陽電池セルの受光面側の受光面電極と他方の太陽電池セルの裏面側の裏面電極とを接続するリード線である第１のセル間リード線と、複数の太陽電池セルが第１のセル列に並列に配列されて成る第２のセル列と、第２のセル列を構成し第１の方向に隣接する太陽電池セル同士において、一方の太陽電池セルの受光面側の受光面電極と他方の太陽電池セルの裏面側の裏面電極とを接続するリード線である第２のセル間リード線と、第１の方向と直交する方向に延び、第１のセル間リード線と第２のセル間リード線とを受光面側および裏面側の間にて電気的に接続するリード線である列間リード線とを備え、列間リード線が、第１のセル列の太陽電池セル及び第２のセル列の太陽電池セルの少なくともいずれか一方の太陽電池セルと裏面側で重なることを特徴とする。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、平板状を成す太陽電池セルを縦横に複数並べ、隣接する太陽電池セルをリード線により順次接続する太陽電池モジュールの製造方法において、複数の太陽電池セルを第１の方向に配列して第１のセル列を形成し、複数の太陽電池セルを第１のセル列に並列に配列して第２のセル列を形成し、第１のセル列を構成し第１の方向に隣接する太陽電池セル同士において、一方の太陽電池セルの受光面側の受光面電極と他方の太陽電池セルの裏面側の裏面電極とを、第１のセル間リード線で接続し、第２のセル列を構成し第１の方向に隣接する太陽電池セル同士において、一方の太陽電池セルの受光面側の受光面電極と他方の太陽電池セルの裏面側の裏面電極とを、第２のセル間リード線で接続し、第１の方向と直交する方向に延びる列間リード線で、第１のセル間リード線と第２のセル間リード線とを受光面側および裏面側の間にて接続することを含み、第１のセル列の太陽電池セル及び第２のセル列の太陽電池セルの少なくともいずれか一方の太陽電池セルと列間リード線とを裏面側で重ねることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールによれば、従来セル列の外周部に配線されていた列間リード線を太陽電池セルと裏面側で重なるように配置したので、太陽電池アレイの外周部に広がる非発電領域を小さくすることができるので、太陽電池モジュールの外形寸法を減少させることができるとともに、太陽電池モジュールの発電効率の向上を図ることができる。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、第１のセル列及び第２のセル列の少なくともいずれか一方の太陽電池セルと裏面側で重なる列間リード線にて、第１のセル間リード線と第２のセル間リード線とを接続するので、太陽電池アレイの外周部に広がる非発電領域を小さくすることができ、外形寸法が小さく発電効率の高い太陽電池モジュールを製造することができる。

図１は、この発明に係る実施の形態１の太陽電池モジュールの要部を裏面側から見た斜視図である。 図２は、図１の太陽電池モジュールの要部の分解斜視図である。 図３は、図２の太陽電池アレイを拡大して裏面側から見た拡大裏面図である。 図４は、比較のため示す従来の太陽電池モジュールの要部を裏面側から見た斜視図である。 図５は、図４の太陽電池アレイを拡大して裏面側から見た拡大裏面図である。 図６は、この発明に係る実施の形態２の太陽電池モジュールの太陽電池アレイを拡大して裏面側から見た拡大裏面図である。 図７は、この発明に係る実施の形態３の太陽電池モジュールの太陽電池アレイを拡大して裏面側から見た拡大裏面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１の太陽電池モジュールの要部（積層体）を裏面側から見た斜視図である。図２は、図１の太陽電池モジュールの要部の分解斜視図である。図３は、図２の太陽電池アレイを拡大して裏面側から見た拡大裏面図である。

図１乃至３において、太陽電池モジュール５０の要部を構成する積層体は、受光面側から、ガラス等の透明材でなる透光性基板１と、透明樹脂でなる受光面側封止材（第１の樹脂層）２と、碁盤目状に並べられた複数の太陽電池セル３及びこれら複数の太陽電池セル３を直列に接続するリード線８，９が配線された太陽電池アレイ７と、透明樹脂でなる裏面側封止材（第２の樹脂層）５と、耐候性に優れたバックシート６とが、この順にて積層されて構成されている。なお、受光面側封止材２と裏面側封止材５は、熱処理により一体となり、太陽電池アレイ７を樹脂封止して樹脂封止層を形成する。このような構成の積層体の外周縁部が全周にわたって図示しないフレーム枠で覆われて太陽電池モジュール５０が作製される。

太陽電池セル３は、厚み０．１６ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなり、碁盤目状に整列している。太陽電池セル３内部にはＰＮ接合が形成され、その受光面と裏面には電極が設けられ、さらに受光面には反射防止膜を設けて構成されている。太陽電池セル３の大きさは、多結晶シリコン太陽電池において１辺の長さが１５０ｍｍ〜１５６ｍｍ程度である。太陽電池セル３は、受光面側に受光面電極（プラス）を有し裏面側に裏面電極（マイナス）を有している。

太陽電池アレイ７は、複数の太陽電池セル３が第１の方向（Ｘ方向）に配列されてなるセル列１０が、第１の方向と直交する方向（Ｙ方向）に複数列平行に配設されている。なお、ここでは第１の方向に並ぶ複数のセル列１０のうち、隣接する所定の２つのセル列を、第１のセル列１０Ａと第２のセル列１０Ｂとして説明するが、その他のセル列１０も同様の構成をなしている。

複数の太陽電池セル３を接続するリード線は、個々の太陽電池セル３間を直列に接続する複数のセル間リード線８と、セル間リード線８により接続されたセル列（太陽電池セル群）１０どうしを直列に接続する複数の列間リード線９とを含んで構成されている。なお、ここでは第１のセル列１０Ａを形成する複数の太陽電池セル３を接続するセル間リード線８を特に第１のセル間リード線８Ａとする。また、第２のセル列１０Ｂを形成する複数の太陽電池セル３を接続するセル間リード線８を特に第２のセル間リード線８Ｂとするが、その他のセル間リード線８も同様の構成をなしている。

第１のセル間リード線８Ａ、第２のセル間リード線８Ｂおよび列間リード線９は、厚み０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度の半田めっきを施した平角銅線からなる。第１のセル間リード線８Ａおよび第２のセル間リード線８Ｂは、半田付けにより太陽電池セル３に接合され、各太陽電池セル３の裏面電極（マイナス）と受光面電極（プラス）とを電気的に接続する。セル間リード線８Ａ、８Ｂは、碁盤目状に並ぶ太陽電池セル３の裏面側電極と受光面側電極とを太陽電池モジュール５０の長手方向に順次接続する。隣り合うセル列１０においては接続の方向が逆になっている。そして、セル列１０の端部においては、列間リード線９が、隣り合うセル列１０の列端の太陽電池セル３どうしを折り返すように接続する。このようにして碁盤目状に並ぶ太陽電池セル３の全体が直列に接続されている。なお、本実施の形態のセル間リード線８は、連続する１本の線であるが、太陽電池セル３の受光面側と裏面側とで２本に分割され連結されたものでもよい。

さらに詳細に説明する。上記のように、第１のセル列１０Ａを形成する複数の太陽電池セル３は、複数の第１のセル間リード線８Ａにより直列に接続されている。複数の第１のセル間リード線８Ａは、１列に並ぶ複数の太陽電池セル３の隣接する太陽電池セル３間にそれぞれ設けられている。個々の第１のセル間リード線８Ａは、その列が所定の極性を持つように太陽電池セル３の受光面電極（プラス）と裏面電極（マイナス）とを接続する。すなわち、図２において、所定の太陽電池セル３の裏面電極と右に隣接する太陽電池セル３の受光面電極とを接続する。

一方、第２のセル列１０Ｂを形成する複数の太陽電池セル３は、複数の第２のセル間リード線８Ｂにより直列に接続されている。複数の第２のセル間リード線８Ｂは、１列に並ぶ複数の太陽電池セル３の隣接する太陽電池セル３間にそれぞれ設けられている。個々の第２のセル間リード線８Ｂは、その列が第１のセル列１０Ａと逆の極性を持つように太陽電池セル３の受光面電極と裏面電極とを接続する。すなわち、図２において、所定の太陽電池セル３の裏面電極と左に隣接する太陽電池セル３の受光面電極とを接続する。

このように接続された第１のセル列１０Ａと第２のセル列１０Ｂとが、図２の右端にて列間リード線９により接続されている。つまり、第１のセル列１０Ａの右端の太陽電池セル３の裏面電極と第２のセル列１０Ｂの右端の太陽電池セル３の受光面電極とが、列間リード線９により接続されている。このようにして、全ての太陽電池セル３が直列に接続されている。そして、本実施の形態の特長として、列間リード線９は、第１のセル列１０Ａと第２のセル列１０Ｂのそれぞれ図２の右端の太陽電池セル３に重なるようにして配設されている。

他の部材の材料等について説明する。透光性基板１には、ガラス材或いはポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材が用いられる。さらにガラス材としては、白板ガラス、強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられ、一般的には厚さ３ｍｍ〜４ｍｍ程度の白板強化ガラスが多く使用されている。一方、ポリカーボネート樹脂については、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用されている。

受光面側封止材２には、透光性、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性を有する素材が用いられ、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材が好適である。厚さとしては０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。

裏面側封止材５には、受光面側封止材２と同じく、透光性、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性を有する素材が用いられ、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材が好適である。厚さとしては０．４ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。

受光面側封止材２と裏面側封止材５とは、気圧０．５ａｔｍ〜１．０ａｔｍ程度の減圧下におけるラミネート工程で熱架橋させ、透光性基板１、太陽電池アレイ７、バックシート６と融着することで一体化させる。

バックシート６は、透湿性、耐候性、耐加水分解性、絶縁性に優れた素材が用いられ、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ート（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

図４は、比較のため示す従来の太陽電池モジュールの要部を裏面側から見た斜視図である。図５は、図４の太陽電池アレイを拡大して裏面側から見た拡大裏面図である。従来の列間リード線４９は、第１のセル間リード線８Ａおよび第２のセル間リード線８Ｂを、各セル列１０の端部の太陽電池セル３から突出した位置（非発電領域）で接続していた。そのため、セル間リード線８Ａ，８Ｂ及び列間リード線４９が、太陽電池セル３から突出する分だけ本実施の形態のものより太陽電池モジュールの外径寸法が大きくなっていた。

本実施の形態の太陽電池モジュール５０によれば、列間リード線９を、太陽電池セル３と重なる位置にて、太陽電池セル３の裏面側から受光面側に渡るように配置している。これにより列間リード線９が占有する面積を無くし、モジュール外形寸法の縮小化を図ることで、部材コストの削減とモジュール発電効率の向上を図ることができる。

さらに太陽電池セル３と列間リード線９とを接続する第１のセル間リード線８Ａおよび第２のセル間リード線８Ｂも短縮することができ、抵抗ロスの削減によるモジュール発電量の向上を図ることができる。

実施の形態２．
図６は、この発明に係る実施の形態２の太陽電池モジュールの太陽電池アレイを拡大して裏面側から見た拡大裏面図である。本実施の形態の列間リード線１９は、実施の形態１の列間リード線９と比較して、第２のセル列１０Ｂの太陽電池セル３の受光面側に延びて太陽電池セル３と重なる受光面側重合部１９ａの幅が小さくされている。一方、列間リード線１９のうち、第１のセル列１０Ａの太陽電池セル３の裏面側に延びて太陽電池セル３と重なる裏面側重合部１９ｂの幅が大きくされている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

このように、列間リード線１９において、太陽電池セル３の裏面に位置する部分の幅を大きくすることにより、モジュール外形寸法の増加を誘発せずにリード線の抵抗値を減らし抵抗ロス削減による太陽電池モジュールの発電量および発電効率の向上を図ることができる。

一方、列間リード線１９において、太陽電池セル３の表面に位置する部分の幅を小さくすることにより、太陽電池セル３の受光面積の減少によるモジュール発電量の低下を抑制することができる。

実施の形態３．
図７は、この発明に係る実施の形態３の太陽電池モジュールの太陽電池アレイを拡大して裏面側から見た拡大裏面図である。本実施の形態においては、第２のセル列１０Ｂは、列間リード線９が配設される側の端が、第１のセル列１０Ａの端よりもモジュール中央側に引き込まれた位置となるように、第１の方向にずれている。そして、列間リード線９は、第１のセル列１０Ａの端部において、太陽電池セル３の裏面側にて太陽電池セル３と重なるようにして配設されているが、第２のセル列１０Ｂの端部において、太陽電池セル３と重なっていない。すなわち、本実施の形態の列間リード線９は、太陽電池セル３の裏面側においては、太陽電池セル３と重なり、太陽電池セル３の受光面側においては、太陽電池セル３と重ならない。その他の構成は実施の形態１と同様である。なお、図７は太陽電池アレイの一部のみ示すので確認できないが、複数のセル列１０は、図に現れてない部分も含めて全体的に端部が出入りするように第１の方向に交互にずれて並んでいる。

このように、本実施の形態の太陽電池モジュールによれば、列間リード線９のうち、いずれか一方のセル列１０の太陽電池セル３の裏面側に延びる部分が太陽電池セル３に重なるとともに、他方のセル列１０の太陽電池セル３には重ならないように、第１の方向にずれて並んでいるので、モジュール外形寸法の縮小化に関しては実施の形態１のものよりも劣るが、太陽電池セル３の受光面積を維持したまま、太陽電池モジュールの外形寸法を減少させることができ、太陽電池モジュール発電効率の向上を図ることができる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、建物の屋根などに設置される太陽電池モジュールに有用であり、特に、受光面電極と裏面電極を有する太陽電池セルが縦横に複数並べられ、隣接する太陽電池セルの受光面電極と裏面電極とがリード線により順次接続される太陽電池モジュールに適している。

１ 透光性基板
２ 受光面側封止材
３ 太陽電池セル
５ 裏面側封止材
６ バックシート
７ 太陽電池アレイ
８ セル間リード線
８Ａ 第１のセル間リード線
８Ｂ 第２のセル間リード線
９，１９ 列間リード線
１９ａ 受光面側重合部
１９ｂ 裏面側重合部
１０ セル列
１０Ａ 第１のセル列
１０Ｂ 第２のセル列
５０ 太陽電池モジュール

Claims (4)

1. 平板状を成す太陽電池セルが縦横に複数並べられ、隣接する太陽電池セルがリード線により順次接続される太陽電池モジュールにおいて、
   複数の太陽電池セルが第１の方向に配列されて成る第１のセル列と、
   前記第１のセル列を構成し前記第１の方向に隣接する太陽電池セル同士において、一方の太陽電池セルの受光面側の受光面電極と他方の太陽電池セルの裏面側の裏面電極とを接続する前記リード線である第１のセル間リード線と、
   複数の太陽電池セルが前記第１のセル列に並列に配列されて成る第２のセル列と、
   前記第２のセル列を構成し前記第１の方向に隣接する太陽電池セル同士において、一方の太陽電池セルの受光面側の受光面電極と他方の太陽電池セルの裏面側の裏面電極とを接続する前記リード線である第２のセル間リード線と、
   前記第１の方向と直交する方向に延び、前記第１のセル間リード線と前記第２のセル間リード線とを受光面側および裏面側の間にて電気的に接続する前記リード線である列間リード線とを備え、
   前記列間リード線が、前記第１のセル列の太陽電池セル及び前記第２のセル列の太陽電池セルの少なくともいずれか一方の太陽電池セルと裏面側で重なる
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記列間リード線のうち、太陽電池セルの受光面側に延びる受光面側重合部は、太陽電池セルの裏面側に延びる裏面側重合部より幅が狭い
   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. 前記第１のセル列と前記第２のセル列は、前記列間リード線のうち、いずれか一方のセル列の太陽電池セルの裏面側に延びる部分が太陽電池セルに重なり、他方のセル列の太陽電池セルには重ならないように、前記第１の方向にずれて並んでいる
   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。
4. 平板状を成す太陽電池セルを縦横に複数並べ、隣接する太陽電池セルをリード線により順次接続する太陽電池モジュールの製造方法において、
   複数の太陽電池セルを第１の方向に配列して第１のセル列を形成し、
   複数の太陽電池セルを前記第１のセル列に並列に配列して第２のセル列を形成し、
   前記第１のセル列を構成し前記第１の方向に隣接する太陽電池セル同士において、一方の太陽電池セルの受光面側の受光面電極と他方の太陽電池セルの裏面側の裏面電極とを、第１のセル間リード線で接続し、
   前記第２のセル列を構成し前記第１の方向に隣接する太陽電池セル同士において、一方の太陽電池セルの受光面側の受光面電極と他方の太陽電池セルの裏面側の裏面電極とを、第２のセル間リード線で接続し、
   前記第１の方向と直交する方向に延びる列間リード線で、前記第１のセル間リード線と前記第２のセル間リード線とを受光面側および裏面側の間にて接続することを含み、
   前記第１のセル列の太陽電池セル及び前記第２のセル列の太陽電池セルの少なくともいずれか一方の太陽電池セルと前記列間リード線とを裏面側で重ねる
   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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