JP5380950B2 - 太陽電池パネル、太陽電池パネルの保持構造、並びに太陽電池パネルの形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光を利用して電力を得るような太陽電池モジュールを樹脂シートに貼り付ける太陽電池パネルに係わり、特に太陽電池モジュールがフレキシブルである場合の太陽電池パネル、太陽電池パネルの保持構造、並びに太陽電池パネルの形成方法に関する。
近年、環境問題に対する意識の高まりが世界的な広がりを見せている。このような中でも、二酸化炭素排出に伴う地球の温暖化現象に対する危機感は深刻であり、クリーンエネルギーへの期待はますます高まってきている。太陽電池は、その安全性と取扱いの容易さから、そのようなクリーンエネルギー源として、現在のところ期待が持たれているものの１つである。
従来から、太陽光を利用して電力を発生させる太陽電池モジュール、特にフレキシブルな太陽電池モジュールは、各種テントの表面に貼り付けて携帯用電源として用いられたり、ドームの天井にその可曲性を利用して貼り付けられ、発電に利用されたりしている。
しかしながら、従来の太陽電池モジュールでは、反光入射面側シート自体を建築材として用いることは考えられていなかった。
一方、従来の太陽電池パネルとしては、図８に示すようなものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。この太陽電池パネル１００は、積層構造となっており、太陽電池セル１０１と樹脂基板１０２とからなる太陽電池モジュール１０３が充填樹脂層１０４中に埋め込まれ、該充填樹脂層１０４の反受光面側に裏面補強板１０５が接着剤１０６により接着されている。また、充填樹脂層１０４の受光面側には、耐候性シートであるＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体）層１０７が封止されている。図８に示す太陽電池モジュール１０３の反受光面側の裏面補強板１０５にステンレス基板ならびに亜鉛メッキ鋼板などの金属板を使用した場合、当該裏面補強板１０５の重量は、１平米当たり１０ｋｇを超過してしまうことになる。すなわち、フィルムベースの太陽電池モジュールに、不要な応力を生じさせ、信頼性を低下させる要因となった。軽量かつ柔軟で、しかも適度の剛性と強度とを有し、モジュールとの接着接合が可能な保護シートは存在していなかった。また、従来の太陽電池パネル１００においては、充填樹脂層は樹脂、裏面補強板は金属であり、両者の熱膨張係数は相違している。けれども、この充填樹脂層と金属板との接合性は良好であり、特段の問題は無いが、更に一層熱応力が緩和されるような、充填樹脂層と裏面補強板との組合せを実現することが望まれる。
従来は、太陽電池パネルを金属板に貼り付けて固定していたので、屋根に設置するには重量が重くなってしまうことが最大の問題であった。
なお、特許文献２に記載された太陽電池モジュールは、表面側及び裏面側が共にフッ素樹脂シートで封止されているので、背面保護膜を屋根材として用いることは想定されていない。また、導電性補強層が別に積層されているので、フッ素樹脂シートを補強材として用いることも想定されていない。さらに、特許文献２には、補強材のガルバリウム鋼板と樹脂層とを積層した状態で、ラミネートすることにより一体化して太陽電池モジュールを形成する方法が記載されている。しかし、上記したように、補強板と充填樹脂との熱膨張係数の値が、熱応力をより緩和するものであるほど、一体化ラミネートには好適であり、この点については上記特許文献２には記載が無い。
特開２００４−２１４２３０号公報
特開２００４−２０７５８４号公報
従来は、太陽電池パネルを金属板に貼り付けて固定していたので、屋根に設置するには重量が重くなってしまうことが最大の問題であった。
なお、特許文献２に記載された太陽電池モジュールは、表面側及び裏面側が共にフッ素樹脂シートで封止されているので、背面保護膜を屋根材として用いることは想定されていない。また、導電性補強層が別に積層されているので、フッ素樹脂シートを補強材として用いることも想定されていない。さらに、特許文献２には、補強材のガルバリウム鋼板と樹脂層とを積層した状態で、ラミネートすることにより一体化して太陽電池モジュールを形成する方法が記載されている。しかし、上記したように、補強板と充填樹脂との熱膨張係数の値が、熱応力をより緩和するものであるほど、一体化ラミネートには好適であり、この点については上記特許文献２には記載が無い。
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、軽量で、かつ十分な強度及び耐久性を持って既存の建築物の屋根上などに設置することが可能であり、太陽電池から電力を容易に取出し、熱膨張係数の差による歪みの発生を防止し、樹脂シート（裏面補強板）自体を建築材としても利用することが可能な太陽電池パネル、太陽電池パネルの保持構造、並びに太陽電池パネルの形成方法を提供することにある。
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明の太陽電池パネルは、太陽光の反光入射面側に位置するガラス繊維を含有し柔軟性を有しプライマーが塗布された樹脂シートと、前記プライマーを介してこの樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層と、このポリエチレン樹脂層の中に埋設された、フレキシブルであって基板がポリイミド樹脂からなる太陽電池モジュールと、前記ポリエチレン樹脂層の上に位置する耐候性シートと、が積層された太陽電池パネルであって、前記太陽電池モジュールは、前記ポリイミド樹脂基板の反光入射面側に裏面電極層を有し、この裏面電極層より、太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が、前記ポリエチレン樹脂層及び前記樹脂シートを貫通して、前記樹脂シートの反光入射面側に導き出されており、
前記樹脂シートは、前記ポリエチレン樹脂層の反光入射面側に熱融着されており、かつ、ガラス織布が充填されたフッ素樹脂シートであり、
前記樹脂シートの熱膨張係数が、前記ポリイミド樹脂よりも大きく、前記ポリエチレン樹脂層よりも小さいことを特徴とする。
前記樹脂シートは、前記ポリエチレン樹脂層の反光入射面側に熱融着されており、かつ、ガラス織布が充填されたフッ素樹脂シートであり、
前記樹脂シートの熱膨張係数が、前記ポリイミド樹脂よりも大きく、前記ポリエチレン樹脂層よりも小さいことを特徴とする。
さらに、本発明は、次のように構成されていることが好ましい。
（１）前記樹脂シートの反光入射面側には、端子ボックスが固定され、前記樹脂シートの反光入射面側に導き出された前記配線は、前記端子ボックス内で、一端がコネクタに接続されたケーブルの他端に連結され、前記端子ボックス内を絶縁性樹脂で封止している。
（２）前記裏面電極層より、前記太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が引き回されて、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートを貫通して、前記耐候性シートの光入射面側に導き出されている。
（１）前記樹脂シートの反光入射面側には、端子ボックスが固定され、前記樹脂シートの反光入射面側に導き出された前記配線は、前記端子ボックス内で、一端がコネクタに接続されたケーブルの他端に連結され、前記端子ボックス内を絶縁性樹脂で封止している。
（２）前記裏面電極層より、前記太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が引き回されて、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートを貫通して、前記耐候性シートの光入射面側に導き出されている。
また、本発明は、次のように構成されていることが好ましい。
（１）前記樹脂シートは、建築物の屋根材の上に取付けられている。
（２）前記樹脂シートは、建築物の屋根材の一部を構成して取付けられている。
（１）前記樹脂シートは、建築物の屋根材の上に取付けられている。
（２）前記樹脂シートは、建築物の屋根材の一部を構成して取付けられている。
そして、本発明は、請求項１に記載の太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの周縁部を着脱自在に、または着脱不可に保持する保持手段と、前記太陽電池パネルの平面方向に引っ張り力が加わるように前記保持手段を引っ張り固定する固定枠と、を備えている。
本発明は、次のように構成されていることが好ましい。
（１）前記太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側には、複数の貫通孔が設けられ、これら貫通孔に線状部材を通して左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに縛ることにより取付けられている。
（２）前記太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側は、張力が加えられた状態で、あるいは張力が加えられない状態で、左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられている。
（３）前記太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側には、長手方向に間隔を置いて複数のバネ部材がそれぞれ設けられ、これらバネ部材の一端はアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられ、前記バネ部材の他端はクランプ部材を介して前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの側部に取付けられている。
（４）前記アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームは、その長手方向前後端部が前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの長手方向前後端部から突出する長さに形成され、前記アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームの長手方向前後端部には、連結部材がバネ部材を介してそれぞれ取付けられている。
本発明は、次のように構成されていることが好ましい。
（１）前記太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側には、複数の貫通孔が設けられ、これら貫通孔に線状部材を通して左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに縛ることにより取付けられている。
（２）前記太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側は、張力が加えられた状態で、あるいは張力が加えられない状態で、左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられている。
（３）前記太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側には、長手方向に間隔を置いて複数のバネ部材がそれぞれ設けられ、これらバネ部材の一端はアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられ、前記バネ部材の他端はクランプ部材を介して前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの側部に取付けられている。
（４）前記アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームは、その長手方向前後端部が前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの長手方向前後端部から突出する長さに形成され、前記アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームの長手方向前後端部には、連結部材がバネ部材を介してそれぞれ取付けられている。
また、本発明の太陽電池パネルの形成方法は、
太陽光の反光入射面側に位置しフッ素樹脂シートにガラス繊維を含有し柔軟性を有する樹脂シートと、
プライマーを介してこの樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層と、
このポリエチレン樹脂層の中に埋設された、フレキシブルであって基板がポリイミド樹脂からなる太陽電池モジュールと、
前記ポリエチレン樹脂層の上に位置する耐候性シートと、
が積層され、前記樹脂シートの熱膨張係数が、前記ポリイミド樹脂よりも大きく、前記ポリエチレン樹脂層よりも小さい太陽電池パネルの形成方法において、
前記樹脂シートにプライマーを塗布するステップと、
前記樹脂シートと、前記プライマーを介して前記樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層と、前記ポリエチレン樹脂層の中に埋設された、フレキシブルであって基板がポリイミド樹脂からなる太陽電池モジュールと、前記ポリエチレン樹脂層の上に位置する耐候性シートとを位置決めして積層するステップと、
前記太陽電池モジュールは、前記ポリイミド樹脂基板の反光入射面側に裏面電極層を有し、この裏面電極層より、太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が、前記ポリエチレン樹脂層及び前記樹脂シートを貫通して、前記樹脂シートの反光入射面側に導き出すステップと、
この状態で、加圧熱接着ラミネートにより一体化して太陽電池パネルを形成ステップと、
を含む。
太陽光の反光入射面側に位置しフッ素樹脂シートにガラス繊維を含有し柔軟性を有する樹脂シートと、
プライマーを介してこの樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層と、
このポリエチレン樹脂層の中に埋設された、フレキシブルであって基板がポリイミド樹脂からなる太陽電池モジュールと、
前記ポリエチレン樹脂層の上に位置する耐候性シートと、
が積層され、前記樹脂シートの熱膨張係数が、前記ポリイミド樹脂よりも大きく、前記ポリエチレン樹脂層よりも小さい太陽電池パネルの形成方法において、
前記樹脂シートにプライマーを塗布するステップと、
前記樹脂シートと、前記プライマーを介して前記樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層と、前記ポリエチレン樹脂層の中に埋設された、フレキシブルであって基板がポリイミド樹脂からなる太陽電池モジュールと、前記ポリエチレン樹脂層の上に位置する耐候性シートとを位置決めして積層するステップと、
前記太陽電池モジュールは、前記ポリイミド樹脂基板の反光入射面側に裏面電極層を有し、この裏面電極層より、太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が、前記ポリエチレン樹脂層及び前記樹脂シートを貫通して、前記樹脂シートの反光入射面側に導き出すステップと、
この状態で、加圧熱接着ラミネートにより一体化して太陽電池パネルを形成ステップと、
を含む。
上述の如く、本発明においては、太陽光の反光入射面側に位置するガラス繊維を含有し柔軟性を有する（すなわち、伸びは少なくて曲がる）樹脂シートと、この樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層と、このポリエチレン樹脂層の中に埋設された、フレキシブルであって基板がポリイミド樹脂からなる太陽電池モジュールと、前記ポリエチレン樹脂層の上に位置する耐候性シートと、が積層された太陽電池パネルであって、前記太陽電池モジュールは、前記ポリイミド樹脂基板の反光入射面側に裏面電極層を有し、この裏面電極層より、太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が、前記ポリエチレン樹脂層及び前記樹脂シートを貫通して、前記樹脂シートの反光入射面側に導き出されているので、従来の最大の問題である、太陽電池パネルの重量の軽量化を実現することができ、かつ十分な強度及び耐久性を持って一般的な工法により既存の建築物の屋根上などに設置できるとともに、建築物の屋根材の一部として利用することができる。しかも、本発明の太陽電池パネルにおいては、樹脂シートと、この樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層との熱膨張係数との関係が、樹脂シートの熱膨張係数が、ポリイミド基板よりも大きく、ポリエチレン樹脂層よりは小さく選定されているため、太陽電池パネルにかかる熱応力が、十分に緩和される。
また、本発明において、前記樹脂シートは、前記ポリエチレン樹脂層の反光入射面側に熱融着されているので、接着強度を高め、密着性の向上を図ることができる。
さらに、本発明において、前記樹脂シートは、ガラス織布が充填されたフッ素樹脂シートであるので、十分な強度を有する裏面補強材として使用することができる。
また、本発明において、前記樹脂シートは、前記ポリエチレン樹脂層の反光入射面側に熱融着されているので、接着強度を高め、密着性の向上を図ることができる。
さらに、本発明において、前記樹脂シートは、ガラス織布が充填されたフッ素樹脂シートであるので、十分な強度を有する裏面補強材として使用することができる。
また、本発明において、前記樹脂シートの反光入射面側には、端子ボックスが固定され、前記樹脂シートの反光入射面側に導き出された前記配線は、前記端子ボックス内で、一端がコネクタに接続されたケーブルの他端に連結され、前記端子ボックス内を絶縁性樹脂で封止しているので、そのまま太陽電池パネルとして電力を供給することができる。
そして、本発明において、前記裏面電極層より、前記太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が引き回されて、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートを貫通して、前記耐候性シートの光入射面側に導き出されていれば、様々な設置箇所の状況にも対応することができる。
そして、本発明において、前記裏面電極層より、前記太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が引き回されて、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートを貫通して、前記耐候性シートの光入射面側に導き出されていれば、様々な設置箇所の状況にも対応することができる。
さらに、本発明においては、請求項１に記載の太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの周縁部を着脱自在、または着脱不可に保持する保持手段と、前記太陽電池パネルの平面方向に引っ張り力が加わるように前記保持手段を引っ張り固定する固定枠と、を備えているので、太陽電池モジュールに不要な応力や歪みを生じさせることがなくなり、太陽電池モジュールの信頼性が向上する。しかも、張力を掛けつつ、または張力を掛けないで固定することにより、太陽電池パネルの保持性が安定し、雨風等によって太陽電池パネルの変形やシワなどが発生することを防止できる。着脱不可に保持する場合には、リベット止め（ビス止め）で固定すれば良い。
本発明において、太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側には、複数の貫通孔が設けられ、これら貫通孔に線状部材を通して左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに縛ることにより取付けられているので、フレームへの取付作業を簡単に行うことができる。
また、本発明において、太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側は、張力が加えられた状態で、あるいは張力が加えられない状態で、左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられている。具体的には、太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側には、長手方向に間隔を置いて複数のバネ部材がそれぞれ設けられ、これらバネ部材の一端はアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられ、前記バネ部材の他端はクランプ部材を介して前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの側部に取付けられ、あるいは、前記アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームは、その長手方向前後端部が前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの長手方向前後端部から突出する長さに形成され、前記アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームの長手方向前後端部には、連結部材がバネ部材を介してそれぞれ取付けられている。したがって、本発明の太陽電池パネルにおいては、シワなどを生じることなく、平坦な受光面を得ることができ、太陽電池セルからの電力を効率良く取出すことができる。
本発明において、太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側には、複数の貫通孔が設けられ、これら貫通孔に線状部材を通して左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに縛ることにより取付けられているので、フレームへの取付作業を簡単に行うことができる。
また、本発明において、太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側は、張力が加えられた状態で、あるいは張力が加えられない状態で、左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられている。具体的には、太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側には、長手方向に間隔を置いて複数のバネ部材がそれぞれ設けられ、これらバネ部材の一端はアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられ、前記バネ部材の他端はクランプ部材を介して前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの側部に取付けられ、あるいは、前記アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームは、その長手方向前後端部が前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの長手方向前後端部から突出する長さに形成され、前記アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームの長手方向前後端部には、連結部材がバネ部材を介してそれぞれ取付けられている。したがって、本発明の太陽電池パネルにおいては、シワなどを生じることなく、平坦な受光面を得ることができ、太陽電池セルからの電力を効率良く取出すことができる。
そして、本発明は、太陽光の反光入射面側に位置するガラス繊維を含有し柔軟性を有する樹脂シートと、この樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層と、このポリエチレン樹脂層の中に埋設された、フレキシブルであって基板がポリイミド樹脂からなる太陽電池モジュールと、前記ポリエチレン樹脂層の上に位置する耐候性シートとを位置決めして積層し、この状態で、加圧熱接着ラミネートにより一体化して太陽電池パネルを形成しているので、材質に起因する熱応力緩和の問題を、より一層問題なく、解決することができる。
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る樹脂シート付き太陽電池パネルの断面図、図２は図１における太陽電池モジュールの構造を模式的に示す断面図、図３は本実施形態の太陽電池パネルの端子ボックス部付近を示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の太陽電池パネル１は、太陽光の反受光面側（反光入射面側）に位置する樹脂シート２と、この樹脂シート２の上に位置するポリエチレン樹脂層３と、このポリエチレン樹脂層３の中に埋設されるフレキシブルな太陽電池モジュール４と、ポリエチレン樹脂層３の上に位置するフレキシブルなＥＴＦＥ層（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体層、耐候性シート）５とが、この順序で積層されている。
図１に示すように、本実施形態の太陽電池パネル１は、太陽光の反受光面側（反光入射面側）に位置する樹脂シート２と、この樹脂シート２の上に位置するポリエチレン樹脂層３と、このポリエチレン樹脂層３の中に埋設されるフレキシブルな太陽電池モジュール４と、ポリエチレン樹脂層３の上に位置するフレキシブルなＥＴＦＥ層（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体層、耐候性シート）５とが、この順序で積層されている。
樹脂シート２は、裏面側補強シートとして使用されるものであり、軽量性、防水性、耐久性、柔軟性等に優れた特性を有することが要求されている。このため、樹脂シート２は、ガラス繊維を含有しており、該ガラス繊維が交差して配置されるような状態であるガラス織布が充填されたフッ素樹脂シートで構成されている。また、樹脂シート２の材料の重量は、１平米当たり１００ｇ以上２０００ｇ以下、好ましくは１平米当たり２００ｇ以上１０００ｇ以下であるとよい。そして、樹脂シート２の硬さとして、フレキシブルな太陽電池モジュール４の特性を活かすためにも、直径１００ｍｍ以下の円筒状に曲げることが可能であって、曲げても表面にシワが発生しないものが望ましい。
また、樹脂シート２の厚さは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度、好ましくは、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度が適当である。この厚さの範囲は、樹脂シート２の曲げ易さ、重量に根拠を持つものである。この厚さよりも薄すぎれば風にあおられて変形するおそれが生じ、この厚さよりも厚すぎれば重量が増して設置箇所が限定されてしまうおそれが生じる。
また、樹脂シート２の厚さは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度、好ましくは、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度が適当である。この厚さの範囲は、樹脂シート２の曲げ易さ、重量に根拠を持つものである。この厚さよりも薄すぎれば風にあおられて変形するおそれが生じ、この厚さよりも厚すぎれば重量が増して設置箇所が限定されてしまうおそれが生じる。
樹脂シート２は、プライマー（接着助剤）６によりポリエチレン樹脂層３の反受光面側に接着されている。このプライマー６は、ポリエチレン樹脂との分子間の結合を促進させるような性質を有するものが適当である。ポリエチレン樹脂自体には自己接着性があり、プライマー６は、ポリエチレン樹脂層３と樹脂シート２との密着性（接着性）を向上させるために用いられている。プライマー６は、熱融着後は、ポリエチレン樹脂層と樹脂シート２との間に残存する。
樹脂シート２を太陽電池モジュール４とラミネートする場合には、受光面側（光入射面側）のＥＴＦＥ層５から反受光面側の樹脂シート２まで構成部材をすべて積層した状態で、１回のラミネート加工で行われている。なお、樹脂シート２とポリエチレン樹脂層３とを接着する手段として、ヒートシールによるラミネート以外に、両面テープや熱硬化性接着剤を用いてもよい。
樹脂シート２を太陽電池モジュール４とラミネートする場合には、受光面側（光入射面側）のＥＴＦＥ層５から反受光面側の樹脂シート２まで構成部材をすべて積層した状態で、１回のラミネート加工で行われている。なお、樹脂シート２とポリエチレン樹脂層３とを接着する手段として、ヒートシールによるラミネート以外に、両面テープや熱硬化性接着剤を用いてもよい。
太陽電池モジュール４は、太陽電池セル７と、ポリイミド樹脂からなる基板８とで構成されている。しかも、太陽電池モジュール４は、図２に示すように、ポリイミド樹脂基板８の反受光面側に裏面電極層９を有し、この裏面電極層９から、太陽電池セル７からの電力を取り出すための配線たるリード線１０が、ポリエチレン樹脂層３及び樹脂シート２の貫通孔２ａを貫通して、樹脂シート２の反受光面側に導き出されている。
太陽電池セル７は、図２に示すように、軽量で曲げ性に富んでおり、受光面側から順に透明電極層１１、ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ発電層１２、表面電極層１５、ポリイミド樹脂基板８及び裏面電極層９が積層されて構成されている。なお、図２において、１３ａは集電ホール、１３ｂは直列接続ホール、１４はレーザーパターニング溝である。
太陽電池セル７は、図２に示すように、軽量で曲げ性に富んでおり、受光面側から順に透明電極層１１、ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ発電層１２、表面電極層１５、ポリイミド樹脂基板８及び裏面電極層９が積層されて構成されている。なお、図２において、１３ａは集電ホール、１３ｂは直列接続ホール、１４はレーザーパターニング溝である。
ＥＴＦＥ層５は、太陽電池の発電に寄与する波長領域の吸収がなく、具体的には、光波長４００ｎｍから８００ｎｍの範囲の全光線透過率が９０％以上である樹脂シートから構成されている。また、ＥＴＦＥ層５は、耐候性と可撓性を有しており、厚さは２５μｍ程度である。
なお、ポリエチレン樹脂層３は、２枚のシートで構成されており、太陽電池モジュール４は、これら２枚のシート間に挟まれて、埋め込まれている。
なお、ポリエチレン樹脂層３は、２枚のシートで構成されており、太陽電池モジュール４は、これら２枚のシート間に挟まれて、埋め込まれている。
一方、樹脂シート２の反受光面側に導き出されたリード線１０は、図３に示すように、端子ボックス１６に導かれている。この端子ボックス１６は、シリコーン接着剤１７により、太陽電池モジュール４の両側部に位置し、貫通孔２ａと対応する箇所の樹脂シート２の反受光面側に固着されている。また、端子ボックス１６の内部には、絶縁性樹脂であるシリコーン絶縁部材１８が封止されている。そして、樹脂シート２の反受光面側に導き出されたリード線１０の先端部は、端子ボックス１６内で、一端がコネクタ１９に接続されたケーブル２０の他端に連結され、太陽電池モジュール４にて発生した電力が端子ボックス１６から図外の装置へ供給可能となっている。
本実施例の太陽電池パネル１においては、太陽電池モジュール４として、幅が約４００ｍｍ、長さが適宜の長さに切断されたものを使用した。太陽電池セル７の基板８には、ポリイミド樹脂基板を使用した。そして、太陽光の受光面側に位置するＥＴＦＥ層５の厚さは、約２５μｍである。また、太陽電池モジュール４は、厚さ０．４ｍｍのポリエチレン樹脂層３の中に埋設されている。ポリエチレン樹脂層の熱膨張係数は、１１〜１３（１／℃×１０−５）である。
このポリエチレン樹脂層３の下側において、本発明の実施例では、樹脂シート２として、厚みが０．５８ｍｍであり、１平米当たりの重量が９５０ｇであるものを用いた。樹脂シート２の熱膨張係数はポリエチレン樹脂層のそれよりも小さく、ポリイミド基板の熱膨張係数よりは大きい。ポリイミド基板の熱膨張係数は１．６（１／℃×１０−５）である。この樹脂シート２の特性は、厚さ０．５８ｍｍ、幅３ｃｍの時、引っ張り強度１６．１ｋｇｆ／ｍｍ２で破断する。伸度（％）はガラス繊維が編んである方向を長手方向に用い、１２%である。これらの値は、可撓性を有するフレキシブル太陽電池モジュール４の補強シートとして好適なものである。
樹脂シート２とポリエチレン樹脂層３とは、プライマー６により接着され、別途の接着剤は必要としない。本実施例で用いたプライマー６は、有機溶剤にシランカップリング剤を含むものである。このようなプライマー６を樹脂シート２に、約１μｍ〜２μｍの厚さに塗布した状態で、１５５℃の温度において２０分程度のラミネートを行うこととした。
このようにして、完成した樹脂シート付きの太陽電池パネル１が得られる。そして、樹脂シート２に貫通孔２ａを設け、太陽電池セル７の出力端からリード線１０を引出し、樹脂シート２の裏面側に固着した端子ボックス１６内のケーブル２０にリード線１０を連結すれば、当該端子ボックス１６から電力の供給が可能となる。
このポリエチレン樹脂層３の下側において、本発明の実施例では、樹脂シート２として、厚みが０．５８ｍｍであり、１平米当たりの重量が９５０ｇであるものを用いた。樹脂シート２の熱膨張係数はポリエチレン樹脂層のそれよりも小さく、ポリイミド基板の熱膨張係数よりは大きい。ポリイミド基板の熱膨張係数は１．６（１／℃×１０−５）である。この樹脂シート２の特性は、厚さ０．５８ｍｍ、幅３ｃｍの時、引っ張り強度１６．１ｋｇｆ／ｍｍ２で破断する。伸度（％）はガラス繊維が編んである方向を長手方向に用い、１２%である。これらの値は、可撓性を有するフレキシブル太陽電池モジュール４の補強シートとして好適なものである。
樹脂シート２とポリエチレン樹脂層３とは、プライマー６により接着され、別途の接着剤は必要としない。本実施例で用いたプライマー６は、有機溶剤にシランカップリング剤を含むものである。このようなプライマー６を樹脂シート２に、約１μｍ〜２μｍの厚さに塗布した状態で、１５５℃の温度において２０分程度のラミネートを行うこととした。
このようにして、完成した樹脂シート付きの太陽電池パネル１が得られる。そして、樹脂シート２に貫通孔２ａを設け、太陽電池セル７の出力端からリード線１０を引出し、樹脂シート２の裏面側に固着した端子ボックス１６内のケーブル２０にリード線１０を連結すれば、当該端子ボックス１６から電力の供給が可能となる。
このような樹脂シート付きの太陽電池パネル１は、図４〜図７に示すようなアルミニウムフレームまたは軽量強化プラスチックフレーム２１に取付けられ、樹脂シート２が建築物の屋根材の上に設置されたり、あるいは、樹脂シート２がそれ自体で建築物の屋根材の一部を構成して設置されたりしている。
図４に示す実施例では、太陽電池パネル１の太陽電池モジュール４を除いた左右両側部の樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５が折り曲げられ、固定ネジ２２を用いて左右両側のフレーム側面に設けられた面材押え板２３に締付け固定されるようになっている。押え板２３は、太陽電池パネル１の長手方向に沿って延在しており、固定ネジ２２は、少なくとも押え板２３の前後端部及び中間部において締付けられている。
なお、樹脂シート２等の長手方向の弛みを防ぐため、フレーム２１の長手方向には適宜の間隔で横材（図示せず）が架設されている。また、樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５をフレーム２１に取付ける際には、当該横材部分を若干凸状に反らせて、樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５に対して下から張力が掛かるように設定することも可能である。
図４に示す実施例では、太陽電池パネル１の太陽電池モジュール４を除いた左右両側部の樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５が折り曲げられ、固定ネジ２２を用いて左右両側のフレーム側面に設けられた面材押え板２３に締付け固定されるようになっている。押え板２３は、太陽電池パネル１の長手方向に沿って延在しており、固定ネジ２２は、少なくとも押え板２３の前後端部及び中間部において締付けられている。
なお、樹脂シート２等の長手方向の弛みを防ぐため、フレーム２１の長手方向には適宜の間隔で横材（図示せず）が架設されている。また、樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５をフレーム２１に取付ける際には、当該横材部分を若干凸状に反らせて、樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５に対して下から張力が掛かるように設定することも可能である。
また、図５に示す実施例では、太陽電池パネル１における樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の左右両側に複数の貫通孔２４が設けられ、これら貫通孔２４にヒモ（線状部材）２５を通して左右一対のアルミニウムフレームまたは軽量強化プラスチックフレーム２１に縛ることにより取付けられている。貫通孔２４は、樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の長手方向に所定の間隔を置いて穿設されている。
さらに、図６及び図７に示す実施例では、太陽電池パネル１における樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の左右両側が、張力を加えられた状態で、または張力が加えられない状態で、左右一対のアルミニウムフレームまたは軽量強化プラスチックフレーム２１に取付けられている。張力を加える場合には、樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の幅方向（左右方向）の弛みを防ぐことが可能な大きさに設定されている。
図６に示す実施例の樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の左右両側には、長手方向に間隔を置いて複数のバネ部材２６がそれぞれ設けられている。そして、バネ部材２６の一端はフレーム２１に取付けられ、バネ部材２６の他端はクランプ部材２７を介して樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の側部に取付けられている。これらバネ部材２６は、太陽電池パネル１の幅方向（左右方向）に延在し、太陽電池パネル１の幅方向外側に引っ張るように構成されている。
図６に示す実施例の樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の左右両側には、長手方向に間隔を置いて複数のバネ部材２６がそれぞれ設けられている。そして、バネ部材２６の一端はフレーム２１に取付けられ、バネ部材２６の他端はクランプ部材２７を介して樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の側部に取付けられている。これらバネ部材２６は、太陽電池パネル１の幅方向（左右方向）に延在し、太陽電池パネル１の幅方向外側に引っ張るように構成されている。
また、図７に示す実施例における左右一対のアルミニウムフレームまたは軽量強化プラスチックフレーム２１は、その長手方向の前後端部２１ａ，２１ｂが太陽電池パネル１の樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の前後端部から突出する長さに形成されている。そして、フレーム２１の長手方向の前後端部２１ａ，２１ｂには、連結部材２８がバネ部材２９を介してそれぞれ連結されている。また、樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の左右両側は、前後端部及び中間部に設けた３本の固定ネジ２２によってフレーム２１にそれぞれ締付け固定されている。これら連結部材２８及びバネ部材２９は、太陽電池パネル１の幅方向（左右方向）に延在し、太陽電池パネル１の幅方向外側に引っ張るように構成されている。
このように構成された本発明の実施形態の太陽電池パネル１は、太陽光の反受光面側に位置するガラス繊維含有の樹脂シート２と、樹脂シート２上のポリエチレン樹脂層３と、ポリエチレン樹脂層３の中に埋設されたフレキシブルな太陽電池モジュール４と、ポリエチレン樹脂層３上のＥＴＦＥ層５とが積層されており、太陽電池モジュール４は、ポリイミド樹脂基板８の反受光面側に裏面電極層９を有し、この裏面電極層９より、太陽電池セル７からの電力を取り出すためのリード線１０が、ポリエチレン樹脂層３及び樹脂シート２を貫通して、樹脂シート２の反受光面側に導き出されているので、リード線１０を樹脂シート２の裏面側に固着した端子ボックス１６内のケーブル２０に連結すれば、当該端子ボックス１６から電力を簡単に取出すことができる。しかも、軽量で、十分な強度及び耐久性を持って既存の建築物の屋根上に迅速かつ容易に設置できるとともに、建築物の屋根材の一部としても利用することができる。一方、本実施形態の太陽電池パネル１においては、樹脂シート２とポリエチレン樹脂層３との熱膨張係数が、樹脂シートのほうが小さく設定されているため、シート（裏面補強板に相当）が金属板の場合よりも、より一層、シートとポリエチレン樹脂層との熱応力の緩和の問題が無くなる。
また、本実施形態の太陽電池パネル１は、固定ネジ２２、ヒモ２５等を用いることにより、アルミニウムフレーム２１などに簡単に取付けることが可能であるため、建築物の屋根などへの設置作業が容易となり、作業性の向上を図ることができる。さらに、本実施形態の太陽電池パネル１は、バネ部材２６及びクランプ部材２７や連結部材２８及びバネ部材２９を使用することにより、樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の左右両側が張力を加えた状態でもフレーム２１に取付けることができるため、シワなどの発生を防ぐことができる。
また、本実施形態の太陽電池パネル１は、固定ネジ２２、ヒモ２５等を用いることにより、アルミニウムフレーム２１などに簡単に取付けることが可能であるため、建築物の屋根などへの設置作業が容易となり、作業性の向上を図ることができる。さらに、本実施形態の太陽電池パネル１は、バネ部材２６及びクランプ部材２７や連結部材２８及びバネ部材２９を使用することにより、樹脂シート２、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５の左右両側が張力を加えた状態でもフレーム２１に取付けることができるため、シワなどの発生を防ぐことができる。
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
上記の実施例においては、太陽電池パネルがフレームに着脱自在に固定される場合を主に述べたが、太陽電池パネルをリベット止め（ビス止め）によりフレームに着脱不可なように固定することも可能である。
また、樹脂シート２をフレーム２１に着脱自在に取付ける形態の場合の手段としては、ボタンファスナーにより樹脂シート２の周囲部分の固定、溝付きフレームに樹脂シート２を挿入して樹脂シート２の周囲部分の固定、ネジ止め式の押え板による樹脂シート２の周囲部分の固定、といった手段を用いてもよい。
また、図３の鎖線で示すように、設置箇所の状況に対応させて、裏面電極層９より、太陽電池セル７からの電力を取り出すためのリード線１０を引き回して、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５を貫通して、ＥＴＦＥ層５の受光面側（光入射面側）に導き出してもよい。
上記の実施例においては、太陽電池パネルがフレームに着脱自在に固定される場合を主に述べたが、太陽電池パネルをリベット止め（ビス止め）によりフレームに着脱不可なように固定することも可能である。
また、樹脂シート２をフレーム２１に着脱自在に取付ける形態の場合の手段としては、ボタンファスナーにより樹脂シート２の周囲部分の固定、溝付きフレームに樹脂シート２を挿入して樹脂シート２の周囲部分の固定、ネジ止め式の押え板による樹脂シート２の周囲部分の固定、といった手段を用いてもよい。
また、図３の鎖線で示すように、設置箇所の状況に対応させて、裏面電極層９より、太陽電池セル７からの電力を取り出すためのリード線１０を引き回して、ポリエチレン樹脂層３及びＥＴＦＥ層５を貫通して、ＥＴＦＥ層５の受光面側（光入射面側）に導き出してもよい。
１ 太陽電池パネル
２ 樹脂シート
２ａ 貫通孔
３ ポリエチレン樹脂層
４ 太陽電池モジュール
５ ＥＴＦＥ層（耐候性シート）
６ プライマー
７ 太陽電池セル
８ 基板
９ 裏面電極層
１０ リード線(配線)
１６ 端子ボックス
１７ 接着剤
１８ 絶縁部材（絶縁性樹脂）
１９ コネクタ
２０ ケーブル
２１ アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレーム
２２ 固定ネジ
２３ 押え板
２４ 貫通孔
２５ ヒモ（線状部材）
２６ バネ部材
２７ クランプ部材
２８ 連結部材
２９ バネ部材
２ 樹脂シート
２ａ 貫通孔
３ ポリエチレン樹脂層
４ 太陽電池モジュール
５ ＥＴＦＥ層（耐候性シート）
６ プライマー
７ 太陽電池セル
８ 基板
９ 裏面電極層
１０ リード線(配線)
１６ 端子ボックス
１７ 接着剤
１８ 絶縁部材（絶縁性樹脂）
１９ コネクタ
２０ ケーブル
２１ アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレーム
２２ 固定ネジ
２３ 押え板
２４ 貫通孔
２５ ヒモ（線状部材）
２６ バネ部材
２７ クランプ部材
２８ 連結部材
２９ バネ部材
Claims (13)
- 太陽光の反光入射面側に位置するガラス繊維を含有し柔軟性を有しプライマーが塗布された樹脂シートと、
前記プライマーを介してこの樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層と、
このポリエチレン樹脂層の中に埋設された、フレキシブルであって基板がポリイミド樹脂からなる太陽電池モジュールと、
前記ポリエチレン樹脂層の上に位置する耐候性シートと、
が積層された太陽電池パネルであって、
前記太陽電池モジュールは、前記ポリイミド樹脂基板の反光入射面側に裏面電極層を有し、この裏面電極層より、太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が、前記ポリエチレン樹脂層及び前記樹脂シートを貫通して、前記樹脂シートの反光入射面側に導き出されており、
前記樹脂シートは、前記ポリエチレン樹脂層の反光入射面側に熱融着されており、かつ、
ガラス織布が充填されたフッ素樹脂シートであり、
前記樹脂シートの熱膨張係数が、前記ポリイミド樹脂よりも大きく、前記ポリエチレン樹脂層よりも小さいことを特徴とする太陽電池パネル。 - 前記樹脂シートの反光入射面側には、端子ボックスが固定され、前記樹脂シートの反光入射面側に導き出された前記配線は、前記端子ボックス内で、一端がコネクタに接続されたケーブルの他端に連結され、前記端子ボックス内を絶縁性樹脂で封止していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル。
- 前記裏面電極層より、前記太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が引き回されて、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートを貫通して、前記耐候性シートの光入射面側に導き出されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル。
- 前記樹脂シートは、建築物の屋根材の上に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル。
- 前記樹脂シートは、建築物の屋根材の一部を構成して取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル。
- 請求項１に記載の太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルの周縁部を着脱自在に保持する保持手段と、
前記太陽電池パネルの平面方向に引っ張り力が加わるように前記保持手段を引っ張り固定する固定枠と、
を備えたことを特徴とする太陽電池パネルの保持構造。 - 請求項１に記載の太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルの周縁部を保持する保持手段と、
前記太陽電池パネルの平面方向に引っ張り力が加わるように前記保持手段を引っ張り固定する固定枠と、
を備えたことを特徴とする太陽電池パネルの保持構造。 - 前記太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側には、複数の貫通孔が設けられ、これら貫通孔に線状部材を通して左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに縛ることにより取付けられていることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池パネルの保持構造。
- 前記太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側は、張力が加えられた状態で、左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられていることを特徴とする請求項６または７記載の太陽電池パネルの保持構造。
- 前記太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側は、左右一対のアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の太陽電池パネルの保持構造。
- 前記太陽電池パネルを構成する前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの左右両側には、長手方向に間隔を置いて複数のバネ部材がそれぞれ設けられ、これらバネ部材の一端はアルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームに取付けられ、前記バネ部材の他端はクランプ部材を介して前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの側部に取付けられていることを特徴とする請求項９または１０に記載の太陽電池パネルの保持構造。
- 前記アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームは、その長手方向前後端部が前記樹脂シート、前記ポリエチレン樹脂層及び前記耐候性シートの長手方向前後端部から突出する長さに形成され、前記アルミニウムフレームまたは強化プラスチックフレームの長手方向前後端部には、連結部材がバネ部材を介してそれぞれ取付けられていることを特徴とする請求項９または１０に記載の太陽電池パネルの保持構造。
- 太陽光の反光入射面側に位置しフッ素樹脂シートにガラス繊維を含有し柔軟性を有する樹脂シートと、
プライマーを介してこの樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層と、
このポリエチレン樹脂層の中に埋設された、フレキシブルであって基板がポリイミド樹脂からなる太陽電池モジュールと、
前記ポリエチレン樹脂層の上に位置する耐候性シートと、
が積層され、前記樹脂シートの熱膨張係数が、前記ポリイミド樹脂よりも大きく、前記ポリエチレン樹脂層よりも小さい太陽電池パネルの形成方法において、
前記樹脂シートにプライマーを塗布するステップと、
前記樹脂シートと、前記プライマーを介して前記樹脂シートの上に位置するポリエチレン樹脂層と、前記ポリエチレン樹脂層の中に埋設された、フレキシブルであって基板がポリイミド樹脂からなる太陽電池モジュールと、前記ポリエチレン樹脂層の上に位置する耐候性シートとを位置決めして積層するステップと、
前記太陽電池モジュールは、前記ポリイミド樹脂基板の反光入射面側に裏面電極層を有し、この裏面電極層より、太陽電池セルからの電力を取り出すための配線が、前記ポリエチレン樹脂層及び前記樹脂シートを貫通して、前記樹脂シートの反光入射面側に導き出すステップと、
この状態で、加圧熱接着ラミネートにより一体化して太陽電池パネルを形成するステップと、
を含む太陽電池パネルの形成方法。
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