JP5731844B2

JP5731844B2 - 建材一体型太陽電池及びそのバックシート

Info

Publication number: JP5731844B2
Application number: JP2011025589A
Authority: JP
Inventors: 原　丈人; 丈人原; 高橋　和彦; 和彦高橋; 矢野　宏和; 矢野　　宏和; 祐吾太田
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-02-09
Also published as: JP2012164901A

Description

本発明は、建材一体型太陽電池及びそのバックシートに関し、特に、太陽電池モジュール側の第１端面が光反射性を有する反射性塗膜により構成され、第１端面の裏側に位置する第２端面が熱放射性を有する放射性塗膜により構成された両面塗装鋼板をバックシートとして用いることで、部品コストの増大を回避しつつ、発電効率を向上できるようにするための新規な改良に関するものである。

従来用いられていたこの種の建材一体型太陽電池及びそのバックシートとしては、例えば下記の非特許文献１等に示されている構成を挙げることができる。すなわち、従来の建材一体型太陽電池では、太陽電池モジュールの反受光面に屋根用鋼板により構成されたバックシートが固定されている。一般的に、このような建材一体型太陽電池１に用いられる屋根用鋼板としては、屋根の他の部分と色調を合わせるため、以下の表に示すような暗色系塗料（Ｌ＊＝３５以下）により全面が塗装された鋼板が好んで使用されている。

「太陽光発電フィールドテスト事業に関するガイドライン・基礎編未来をになう太陽光発電」（発行日：２００８年３月１９日、発行：独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、第６頁）

上記のような従来の建材一体型太陽電池１では、暗色系塗料により全面が塗装された鋼板がバックシートとして使用されているので、バックシートの日照反射率（ＪＩＳＫ５６０２）が１０％以下と低い。このため、バックシートでの反射光を発電に利用できず、発電効率が低下している。
また、上記のような塗装が施された鋼板では赤外線放射率も０．６〜０．８程度と低いので、例えば夏季等の日射しが強い場合に、太陽光の輻射熱によるバックシートの温度上昇が放熱による温度低下を大きく上回る可能性が高い。このため、バックシートの温度上昇に伴い、太陽電池モジュールの温度も上昇し、発電効率が低下してしまう。太陽電池モジュール及びバックシートの冷却を考慮して、バックシートに放熱フィンを取付けることも考えられるが、部品コストの増大につながる。

本発明に係る建材一体型太陽電池のバックシートは、太陽電池モジュールの反受光面に固定されるとともに、家屋の屋根を形成するように建材一体型太陽電池の他のバックシートと係合される建材一体型太陽電池のバックシートであって、太陽電池モジュール側の第１端面が光反射性を有する反射性塗膜により構成され、第１端面の裏側に位置する第２端面が熱放射性を有する放射性塗膜により構成された両面塗装鋼板からなる。

また、本発明に係る建材一体型太陽電池は、太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの反受光面に固定されるバックシートとを備え、バックシートは、太陽電池モジュール側の第１端面が光反射性を有する反射性塗膜により構成され、第１端面の裏側に位置する第２端面が熱放射性を有する放射性塗膜により構成された両面塗装鋼板からなるとともに、他のバックシートと係合される。

また、本発明に係る建材一体型太陽電池は、太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの反受光面に固定されるバックシートとを備え、バックシートは、太陽電池モジュール側の第１端面が光反射性を有する反射性塗膜により構成され、第１端面の裏側に位置する第２端面が熱放射性を有する放射性塗膜により構成された両面塗装鋼板からなる。

本発明の建材一体型太陽電池及びそのバックシートによれば、太陽電池モジュール側の第１端面が光反射性を有する反射性塗膜により構成され、第１端面の裏側に位置する第２端面が熱放射性を有する放射性塗膜により構成された両面塗装鋼板をバックシートとして用いるので、バックシートでの反射光を発電に利用できるとともに、追加部品を使用せずにバックシート及び太陽電池モジュールの温度上昇を防止できる。これにより、部品コストの増大を回避しつつ、発電効率を向上できる。

本発明の実施の形態１による建材一体型太陽電池の外観を示す図である。図１の建材一体型太陽電池の変形例の外観を示す図である。図１及び図２の太陽電池モジュール及びバックシートを拡大して示す側面図である。図３のバックシート表面の日射反射率と太陽電池モジュールの表面温度との関係を示すグラフである。図３のバックシート裏面の赤外線放射率と太陽電池モジュールの表面温度との関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による建材一体型太陽電池１の外観を示す図であり、図１の（ａ）は建材一体型太陽電池１の上面を示し、図１の（ｂ）は建材一体型太陽電池１の側面を示している。図１に示すように、建材一体型太陽電池１は、太陽電池モジュール２と、バックシート３とを有している。太陽電池モジュール２は、受光面２ａからの光を受けて発電を行う。なお、図面では太陽電池モジュール２に網掛けを施しているが、実際の色調を示している訳ではなく、理解を容易にするためのものである。

バックシート３は、太陽電池モジュール２の反受光面２ｂに固定された硬質の部材であり、全体として家屋の屋根を構成する建材となるものである。バックシート３の上下両端部には幅方向１ａに沿って延在された係合部４が形成されており、この係合部４が他のバックシート３の係合部４と係合されることで、横葺屋根を形成するように複数の建材一体型太陽電池１が連結される。

次に、図２は、図１の建材一体型太陽電池１の変形例の外観を示す図であり、図２の（ａ）は平面を示しており、図２の（ｂ）は側面を示している。図１の建材一体型太陽電池１は横葺屋根を形成するものであるが、図２に示すように、バックシート３の係合部４を奥行方向１ｂに沿って延在させ、係合部４を他のバックシート３の係合部４とかしめにより係合することで縦葺屋根を形成することもできる。

次に、図３は、図１及び図２の太陽電池モジュール２及びバックシート３を拡大して示す側面図である。太陽電池モジュール２は、光が入射する側（前面）からカバー部材２０、第１封止材２１、太陽電池セル２２、及び第２封止材２３が順に積層されたものである。カバー部材２０は、太陽電池モジュール２の受光面２ａを構成する外装材であり、例えば光透過性及び耐候性に優れる樹脂製フィルム又はガラス板等により構成されている。第１及び第２封止材２１，２３は、結晶性シリコン等からなる太陽電池セル２２を埋め込んで安定化させるためのものであり、熱流動性及び熱接着性に優れた熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂塑性物により構成されている。これらカバー部材２０、第１封止材２１、太陽電池セル２２、及び第２封止材２３は、例えば真空ラミネート法等により一体化されている。カバー部材２０の厚みは１．１ｍｍ程度であり、第１及び第２封止材２１，２３の厚みは０．９ｍｍ程度である。

バックシート３は、太陽電池モジュール２の反受光面２ｂ、すなわち第２封止材２３の後面に固定されている。バックシート３は、ステンレス鋼板３０を基材とするものであり、表面及び裏面が異なる機能を有する塗膜により構成されている。すなわち、バックシート３は、太陽電池モジュール２側の第１端面３ａ（表面）が光反射性を有する反射性塗膜３１により構成され、この第１端面３ａの裏側に位置する第２端面３ｂ（裏面）が熱放射性を有する放射性塗膜３２により構成された両面塗装鋼板である。バックシート３の厚みは、０．２７ｍｍ程度である。

次に、バックシート３が両面塗装鋼板により構成されていることの作用について説明する。太陽電池モジュール２に入射する光は、カバー部材２０及び第１封止材２１を通過して太陽電池セル２２に到達する一方で、太陽電池セル２２間の隙間及び第２封止材２３を通過してバックシート３の第１端面３ａに到達する。このとき、第１端面３ａが反射性塗膜３１により構成されているので、第１端面３ａに到達した光を第１端面３ａで反射させることができ、この反射光を太陽電池セル２２での発電に利用できる。一方で、バックシート３は入射光の輻射熱を吸収するが、熱放射性を有する放射性塗膜３２により第２端面３ｂが構成されているので、輻射熱は太陽電池モジュール２とは逆側の第２端面３ｂから放熱される。これにより、放熱フィン等の追加部品を使用せずに、バックシート３が吸収した輻射熱による太陽電池モジュール２の温度上昇を小さくでき、太陽電池モジュール２の温度上昇に伴う発電効率の低下を回避できる。

次に、反射性塗膜３１についてより詳細に説明する。本出願人は、２５０ｍｍ×３００ｍｍの大きさの太陽電池モジュールに対して６個の１００Ｗのハロゲンランプを光源として用いて、バックシート表面の日射反射率（ＪＩＳＫ５６０２）と太陽電池モジュール表面の温度の関係を調べた。

図４は、図３のバックシート表面の日射反射率と太陽電池モジュールの表面温度との関係を示すグラフである。図に示すように、バックシート表面の日射反射率を高くするにつれて、太陽電池モジュールの表面温度が低くなることが分った。具体的に説明すると、日射反射率が５％のときは表面温度が３９℃であったが、日射反射率を２５％以上にすると表面温度を約３４℃以下に抑えることができた。

ここで、結晶系シリコン太陽電池の発電効率は、温度による影響が大きく、温度が１℃上昇すると発電効率が０．４〜０．５％低下するといわれている。すなわち、日射反射率を２５％以上とすると、日射反射率が５％である場合に比べて表面温度を約５℃以上低くすることができるので、発電効率を２〜２．５％以上改善できることになる。この改善率は、結晶系シリコン太陽電池の発電効率の１割強以上に相当するため、十分なものである。従って、反射性塗膜３１としては、２５％以上の日照反射率を有する塗膜を用いることが好ましい。

また、日射反射率を８０％以上にすると、表面温度を約３０℃以下に抑えることができた。すなわち、日射反射率を８０％以上とすると、日射反射率が５％である場合に比べて表面温度を約１０℃以上低くすることができるので、発電効率を４〜５％以上改善できることになる。この改善率は、結晶系シリコン太陽電池の発電効率の２割強以上に相当するため、かなり有用なものである。従って、反射性塗膜３１として、８０％以上の日照反射率を有する塗膜を用いることがさらに好ましい。

８０％以上の日照反射率を有する塗膜としては、種々の塗膜が利用できるが、本出願人が特開２００７−４７６０１号公報、及び特開２００１−２４３８１９号公報、及び特開２００７−１０８２４２号公報にて開示する塗膜を用いることができる。すなわち、（１）(メタ)アクリル系重合体：２〜５０質量部，(メタ)アクリル酸イソボルニル：３０〜９７質量％を含む(メタ)アクリル系単量体：９８〜５０質量部の(メタ)アクリル系混合物に熱ラジカル重合開始剤：０.１〜５質量部，架橋剤：０.１〜２０質量部，分子量５００以上の可塑剤：１〜２０質量部，酸化チタン顔料：４０〜１２０質量部が配合され、粘度：１〜１００Ｐａ・ｓに調整された熱重合型アクリル塗料から成膜され、ＪＩＳＺ８７２２による色調測定での全反射率が９４％以上、正反射光を除去した拡散反射率が９１％以上である塗膜、及び（２）防錆顔料を含有するとともに、白色顔料のＴｉＯ_２粉末が添加された下塗り塗膜と、ＴｉＯ_２粉末を含有するポリエステル系樹脂を主成分とし、塗膜比重Ｎが１.７５＜Ｎ＜２.３、ＪＩＳＺ８７２２による色調測定でのＬ値を９０超、６０度鏡面光沢法による光沢を８０超にした上塗り塗膜とからなる塗膜を用いることができる。このような塗膜を用いれば、より多くの反射光を太陽電池セル２２での発電に利用でき、発電効率をより確実に向上させることができる。

２５％以上かつ８０％未満の日照反射率を有する塗膜としては、本出願人が特開２００２−３３１６１１号公報にて開示する塗膜、すなわち、Ｖ、Ｓｒ、Ｙのうちの一種類以上とＭｎを含む複合金属酸化物の粉末を遮熱性顔料として含有する塗膜を挙げることができる。このような塗膜を用いれば、バックシート３の第１端面３ａを例えば黒色、濃茶色、及び濃青色等の濃色とすることができ、屋根の他の部分と色調を容易に合わせることができる。

次に、放射性塗膜３２についてより詳細に説明する。本出願人は、２５０ｍｍ×３００ｍｍの大きさの太陽電池モジュールに対して６個の１００Ｗのハロゲンランプを光源として用いて、バックシート裏面の赤外線放射率と太陽電池モジュールの表面温度との関係を調べた。

図５は、図３のバックシート裏面の赤外線放射率と太陽電池モジュールの表面温度との関係を示すグラフである。図に示すように、バックシート裏面の赤外線放射率を高くするにつれて、太陽電池モジュールの表面温度が低くなることが分った。具体的に説明すると、赤外線放射率が０．０５％のときは表面温度が４８℃であったが、赤外線放射率を０．８５％以上にすると表面温度を約４３℃以下に抑えることができた。

上述したように、結晶系シリコン太陽電池の発電効率は、温度が１℃上昇するにつれて０．４〜０．５％低下するといわれている。すなわち、赤外線放射率を０．８５％以上にすると、赤外線放射率が０．０５％のときに比べて表面温度を約５℃以上低くすることができるので、発電効率を２〜２．５％以上改善できる。この改善率は、結晶系シリコン太陽電池の発電効率の１割強以上に相当するため、十分なものである。従って、放射性塗膜３２としては、０．８５以上の赤外線放射率を有する塗膜を用いることが好ましい。

０．８５以上の赤外線放射率を有する放射性塗膜３２としては、種々の塗膜が利用できるが、本出願人が特開２００４−２７６４８３号公報にて開示する塗膜、すなわち、表面張力、硬化速度等が異なる２種以上の樹脂を混合した縮み塗料からなり、適切な条件下の塗布・焼付けによって所定の表面粗さをもつ樹脂塗膜に成膜された塗膜を用いることができる。塗料樹脂系に特段の制約が加わるものではないが、ポリエステル樹脂，アクリル樹脂等が使用される。焼付け条件は、１８０〜２５０℃，３０〜１２０秒の範囲で選定される。縮み塗料の塗布量は、赤外線放射率を０．８５以上にするため膜厚１２μｍ以上の樹脂塗膜が形成されるように決定される。薄すぎる樹脂塗膜では、基材・金属板表面での反射による影響を受けて赤外線放射率が低くなりやすい。

このような建材一体型太陽電池１及びそのバックシート３では、太陽電池モジュール２側の第１端面３ａが光反射性を有する反射性塗膜３１により構成され、第１端面３ａの裏側に位置する第２端面３ｂが熱放射性を有する放射性塗膜３２により構成された両面塗装鋼板をバックシート３として用いるので、バックシート３での反射光を発電に利用できるとともに、追加部品を使用せずにバックシート３及び太陽電池モジュール２の温度上昇を防止できる。これにより、部品コストの増大を回避しつつ、発電効率を向上できる。

また、反射性塗膜３１が２５％以上の日照反射率を有するので、バックシート３の第１端面３ａでの反射光を多くでき、より確実に発電効率を向上できる。

さらに、放射性塗膜３２が０．８５以上の赤外線放射率を有するので、バックシート３の第２端面３ｂからの放熱を多くでき、バックシート３及び太陽電池モジュール２の温度上昇を回避できる。これにより、太陽電池モジュール２の温度上昇に伴う発電効率の低下をより確実に回避でき、発電効率を向上できる。

１建材一体型太陽電池
２太陽電池モジュール
２ｂ反受光面
３バックシート
３ａ第１端面
３ｂ第２端面
３１反射性塗膜
３２放射性塗膜

Claims

太陽電池モジュール（２）の反受光面（２ｂ）に固定されるとともに、家屋の屋根を形成するように建材一体型太陽電池の他のバックシートと係合される建材一体型太陽電池のバックシートであって、前記太陽電池モジュール（２）側の第１端面（３ａ）が光反射性を有する反射性塗膜（３１）により構成され、前記第１端面（３ａ）の裏側に位置する第２端面（３ｂ）が熱放射性を有する放射性塗膜（３２）により構成された両面塗装鋼板からなることを特徴とする建材一体型太陽電池のバックシート。
前記反射性塗膜（３１）は、２５％以上の日照反射率を有することを特徴とする請求項１記載の建材一体型太陽電池のバックシート。
前記放射性塗膜（３２）は、０．８５以上の赤外線放射率を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の建材一体型太陽電池のバックシート。
太陽電池モジュール（２）と、
前記太陽電池モジュール（２）の反受光面（２ｂ）に固定されるバックシート（３）と
を備え、
前記バックシート（３）は、前記太陽電池モジュール（２）側の第１端面（３ａ）が光反射性を有する反射性塗膜（３１）により構成され、前記第１端面（３ａ）の裏側に位置する第２端面（３ｂ）が熱放射性を有する放射性塗膜（３２）により構成された両面塗装鋼板からなるとともに、他のバックシートと係合されることを特徴とする建材一体型太陽電池。
前記反射性塗膜（３１）は、２５％以上の日照反射率を有することを特徴とする請求項４記載の建材一体型太陽電池。
前記放射性塗膜（３２）は、０．８５以上の赤外線放射率を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の建材一体型太陽電池。