JP6434895B2

JP6434895B2 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP6434895B2
Application number: JP2015234020A
Authority: JP
Inventors: 和峰木村; 昭一岩本; 博隆稲葉
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: JP2017103308A

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュールは、表面板と、背面板と、表面板と背面板に挟まれ複数の発電素子が封止された封止層とで構成されている。太陽電池モジュールを製造する場合には、背面板、背面側封止膜、複数の発電素子、受光面側封止膜、表面板を積層した積層体を、下側から加熱すると共に上側から加圧して一体化することにより製造されている。

すなわち、太陽電池モジュールは、製造時に１２０℃〜１５０℃程度まで加熱され、その後冷却される。この加熱冷却工程において、表面板、背面板と、封止材、発電素子の線膨張係数の違いにより、表面板、背面板に対して平行な方向に発電素子が相対的に移動するおそれがあった。

特開２００９−１１１１２２号公報

ところで、特許文献１には、透明基板（表面板）に複数の突出部を所定間隔をあけて設け、突出部の間に発電素子（特許文献１では「太陽電池素子」）を配置することで、太陽電池モジュール内における発電素子の位置決めを容易にすることが提案されている。

このように、表面板に設けられた複数の突出部の間に発電素子を配置することによって、太陽電池モジュール製造時に表面板、背面板に対して平行な方向に発電素子が相対的に移動することが防止又は抑制されることが考えられる。

しかし、この太陽電池モジュールを製造する場合には、表面板の突出部の間に発電素子を配置し、その上に背面板を積層した状態で、下部（表面板側）から加熱し、上部（背面板側）から加圧することになる。車載（車両のルーフ）用太陽電池モジュールは、表面板側に凸に湾曲した形状であるため、積層体は下に凸に湾曲した形状となり、最も凹んだ部分に上部からの加圧力が作用しにくいという不都合がある。

このような不都合を回避するために、上記特許文献１に記載された太陽電池モジュールの製造時に背面板を下側（表面板を上側）にして積層することが考えられるが、発電素子の上に積層される表面板に突出部が形成されているため、突出部間に発電素子を配置することが困難になる。

すなわち、上記特許文献１に記載された太陽電池モジュールは製造工程における組付け性の観点で改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、受光面側に凸に湾曲した表面板を備える太陽電池モジュールにおいて、製造時に発電素子が表面板及び背面板に対して相対的に移動することを防止又は抑制すると共に、製造時の組付け性を良好にした太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、複数の発電素子と、前記発電素子が封止された封止層と、前記封止層における前記発電素子の受光面側に接合され、光透過性を有し前記封止層と反対側に凸に湾曲した表面板と、前記封止層の前記表面板側と反対側に接合された背面板と、前記背面板から前記封止層側に突出形成され、前記表面板と前記背面板との積層方向から視て前記発電素子の側面において少なくとも前記背面板における中央側の前記側面を支持する突出部と、を備える。

太陽電池モジュールは、製造時に複数の発電素子が配置された封止層を表面板と背面板の間に介在させた状態で加熱することによって表面板、背面板、封止層が一体化される。この際、表面板、背面板と発電素子の線膨張率が異なるため、表面板、背面板に対して発電素子が相対的に変位し、複数の発電素子間の位置関係がずれるおそれがあった。

本発明の太陽電池モジュールでは、背面板から封止層側に突出する突出部を設け、少なくとも背面板における中央側の発電素子の側面を支持しているため、製造（加熱）時に背面板の延在方向（背面板と平行な方向）への膨張変形に発電素子が追随して変位することになる。すなわち、表面板、背面板に対する発電素子の相対的変位を防止又は抑制できる。

この結果、表面板、背面板上において、複数の発電素子間の位置関係がずれることが防止又は抑制される。

また、本発明の太陽電池モジュールは、製造時に背面板上で、突出部に側面が支持されるように発電素子を配置し、その上に表面板を積層させた状態で、積層体に下部から加熱すると共に上部から加圧する。したがって、突出部に支持させるように発電素子を背面板上に配置することが容易である。また、表面板が上に凸に湾曲している状態で上部から加圧されるため、湾曲された積層体を均一に加圧することができ、良好に一体化することができる。

請求項１記載の発明の太陽電池モジュールは、上記構成としたので、製造時に発電素子が表面板及び背面板に対して相対的に変位することが防止又は抑制されると共に、製造時の組付け性に優れる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの図２におけるＡ−Ａ線断面図に対応する断面図である。本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの一部省略平面図である。本発明の他の実施形態に係る太陽電池モジュールの図１に相当する断面図である。本発明の他の実施形態に係る太陽電池モジュールの図１に相当する断面図である。本発明の他の実施形態に係る太陽電池モジュールの図２に相当する平面図である。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールについて図１及び図２を参照して説明する。なお、各図において、矢印Ｚ方向は太陽電池モジュールの積層方向を示し、矢印Ｘ方向は太陽電池モジュールの積層方向に直交する平面内におけるインターコネクタの接続（配設）方向を示し、矢印Ｙ方向は太陽電池モジュールの積層方向に直交する平面内においてインターコネクタの接続方向と直交する方向を示す。

（構成）
図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、光透過性を有する表面板１２と、表面板１２の背面側に配置され複数の発電素子（太陽電池セル）１４が封止された封止層１６と、封止層１６を背面側から支持する背面板１８とを備えている。

なお、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０は、車両搭載用のものであり、車両のルーフ形状に対応して上（矢印Ｚ方向）に凸に湾曲しているものだが、以下の断面図では説明の便宜のため平板状に示している。

表面板１２は、ポリカーボネート（ＰＣ）からなる矩形状の板材として形成されている。なお、表面板１２は、透明で対候性に優れている樹脂材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等によって板状に形成されても良い。ポリカーボネートからなる樹脂板（ＰＣ板）は、耐候性に優れると共に軽量であるため、車両に搭載される太陽電池モジュール１０の表面板１２として好適である。

封止層１６は、複数（本実施形態では６個）の発電素子１４Ａ〜１４Ｆと、発電素子１４Ａ〜１４Ｆを封止する封止材２０とから構成されている。複数の発電素子１４Ａ〜１４Ｆは、図２に示すように、積層方向（Ｚ方向）から視て背面板１８上でＸ方向、Ｙ方向に一定の間隔をおいて規則的に配置され、封止材２０によって封止されている。

発電素子１４は、シリコン系セル等の周知の発電素子である。封止材２０は、透明で弾性や接着性を有する樹脂材料によってフィルム状に形成されており、例えば、エチレン酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）やポリオレフィン等のセル封止材として周知の樹脂により構成されている。

また、図２に示すように、Ｘ方向で隣接する２つの発電素子１４、例えば発電素子１４Ａ、１４Ｂが、インターコネクタ２２で電気的に接続されている。なお、本実施形態に係るインターコネクタ２２は、図１に示すように、一方の発電素子１４Ｂの受光面（表面）２４と他方の発電素子１４Ａの背面（裏面）２６とを接続する表裏接続タイプである。

このように、Ｘ方向に一列に配置された発電素子１４Ａ〜１４Ｃ、発電素子１４Ｄ〜１４Ｆはそれぞれインターコネクタ２２で電気的に接続され、各列のＸ方向一端側の発電素子１４Ｃ、１４Ｄが表裏接続タイプのインターコネクタ２３で電気的に接続されている。すなわち、インターコネクタ２２、２３によって封止層１６に配列された複数の発電素子１４Ａ〜１４Ｆが直列に接続されている。また、各列のＸ方向他端側の発電素子１４Ａ、１４Ｆは、コネクタ２５を介して図示しない太陽電池モジュール１０の外部と電気的に接続されている。

背面板１８は、太陽電池モジュール１０のバックリングを防止するために、表面板１２の線膨張係数と略等しい樹脂材料、本実施形態ではポリカーボネート（ＰＣ）からなる矩形状の板材として形成されている。

さらに、図１に示すように、背面板１８には、封止層側表面から積層方向上側（表面板１２側）に突出した略円柱状の突出部２８が設けられている。突出部２８は、背面板１８に対してシリコンポッティングによって形成されたものである。突出部２８の配置については、発電素子１４Ｂの周囲に配置されている３個の突出部２８（２８Ａ〜２８Ｃ）を例として説明する。

図２に示すように、発電素子１４Ｂは、積層方向から視て略正方形に形成された板状体であり、受光面２４と背面２６をつなぐ側面２９が形成されている。側面２９は、積層方向から視てその四隅の角がＲ形状（４分円の円弧形状）に形成されたＲ部３０Ａ〜３０Ｄを含む。

発電素子１４ＢのＹ方向内側（背面板１８のＹ方向中央側）に位置するＲ部３０Ａ、３０Ｂには、それぞれ突出部２８Ａ、２８Ｂが当接するように形成されており、Ｙ方向外側（背面板１８のＹ方向端部側）に位置するＲ部３０Ｃ、３０Ｄのうち、Ｘ方向内側（背面板１８のＸ方向中央側）に位置する発電素子１４Ｃ側のＲ部３０Ｃには、突出部２８Ｃが当接するように形成されている。なお、発電素子１４ＢのＲ部３０Ｄには突起部が配置されていない。また、発電素子１４Ｂの場合には、背面板１８のＸ方向中央からＲ部３０Ｃ、３０Ｄまでの距離が等しいため、Ｒ部３０Ｄに当接するように突出部２８Ｃを設け、Ｒ部３０Ｃに突出部を設けない構成でも良い。

また、図２に示すように、突出部２８Ａは、発電素子１４Ａと発電素子１４Ｂを接続するインターコネクタ２２のＹ方向側方に形成されており、突出部２８Ｂ、２８Ｃは、発電素子１４Ｂと発電素子１４Ｃを接続するインターコネクタ２２のＹ方向側方に形成されている。

ここでは、発電素子１４Ｂの周囲に形成された突出部２８Ａ〜２８Ｃについて説明したが、他の発電素子１４についても、同様に、三つのＲ部にそれぞれ突出部２８が当接するように形成されている。なお、図２において、他の発電素子１４については、煩雑さを回避するために、Ｒ部や後述する直線部に参照符号を付すことを省略している。

(作用)
このように構成された太陽電池モジュール１０の作用について説明する。

本実施形態の太陽電池モジュール１０は、製造時に複数の発電素子１４Ａ〜１４Ｆがインターコネクタ２２、２３で直列接続された状態で封止材２０で封止された封止層１６を表面板１２と背面板１８で挟んだ状態で真空加熱することによって一体化させる。この際、ポリカーボネートから形成された表面板１２、背面板１８と、シリコンから形成された発電素子１４は線膨張係数が異なる（表面板１２、背面板１８の方が線膨張係数が大きい）ため、表面板１２、背面板１８に対して発電素子１４が相対的に位置ずれするおそれがある。

ところが、例えば発電素子１４Ｂは、Ｙ方向内側に位置するＲ部３０Ａ、３０Ｂが突出部２８Ａ、２８Ｂと当接され、Ｙ方向外側に位置するＲ部３０Ｃが突出部２８Ｃに当接されている。すなわち、発電素子１４ＢのＹ方向の前後端が突出部２８Ａ〜２８Ｃで挟持されているため、特に発電素子１４Ｂの側面２９のうち、背面板１８のＹ方向内側の側面２９（Ｒ部３０Ａ、３０Ｂ）が突出部２８Ａ、２８Ｂに当接されているため、製造時に背面板１８の熱膨張に追随して発電素子１４ＢがＹ方向に変位することになる。また、同様にＸ方向の前後端が突出部２８Ａ〜２８Ｃで挟持されているため、特に発電素子１４Ｂの側面２９のうち、背面板１８のＸ方向内側に位置する側面２９（Ｒ部３０Ｂ、３０Ｃ）が突出部２８Ｂ、２８Ｃに当接されているため、製造時に背面板１８の熱膨張に追随して発電素子１４ＢがＸ方向に変位することになる。したがって、背面板１８と発電素子１４の線膨張率が異なっても、太陽電池モジュール１０の製造（加熱）時に背面板１８に対して発電素子１４がＸ、Ｙ方向に相対的に位置ずれすることが防止又は抑制される。また、表面板１２は背面板１８と同じポリカーボネートから形成され同一の線膨張率を有しているため、同様に発電素子１４が表面板１２に対して相対的に位置ずれすることが防止又は抑制される。

このように、太陽電池モジュール１０は、製造時に表面板１２、背面板１８に対して発電素子１４がＸ方向に相対的にずれることを防止又は抑制している。したがって、隣接する複数の発電素子１４の位置関係のずれを防止又は抑制することができる。この結果、隣接する２つの発電素子１４をＸ方向又はＹに接続するインターコネクタ２２、２３が発電素子１４の位置ずれによって変形し、インターコネクタ２２、２３に荷重が作用することも防止又は抑制できる。

また、本実施形態の突出部２８、例えば突出部２８Ａ〜２８Ｃは、発電素子１４Ｂの四隅のうちの３ヵ所のＲ部３０Ａ〜３０Ｃに当接するように形成されているため、積層方向から視てインターコネクタ２２の側方（Ｙ方向側方）に配置することができる。したがって、表裏接続タイプのインターコネクタ２２と突出部２８Ａ〜２８Ｃが干渉することが防止される。

すなわち、表裏接続タイプのインターコネクタ２２が使用されている太陽電池モジュール１０において、インターコネクタ２２と突出部２８が干渉することが防止されると共に、製造時の表面板１２、背面板１８の熱膨張に追随して発電素子１４をインターコネクタ２２の接続方向に変位させることができる。すなわち、製造時にインターコネクタ２２が変形してインターコネクタ２２に荷重が作用することを防止又は抑制できる。

一方、太陽電池モジュール１０は、突出部２８を背面板１８に設けているため、製造時に背面板１８の上で突出部２８の間に封止材２０を介在させてインターコネクタ２２、２３で接続された発電素子１４Ａ〜１４Ｆを配置し、その上部に表面板１２を積層させる。この積層体を下部（背面板１８側）から加熱し、上部（表面板１２側）から加圧して一体化する。この際、太陽電池モジュールは、上（積層方向で表面板１２側）に凸に湾曲しているため、加圧力が湾曲した積層体全体に均等に作用し、良好に一体化される。

このように太陽電池モジュール１０は、突出部２８を背面板１８に設けたため、製造時に下側に配置される背面板１８の上で突出部２８の間に発電素子１４Ａ〜１４Ｆを容易に配置することができる。また、積層体が上に凸に湾曲されているため、上部から積層体に作用する加圧力が均等に作用し、積層体が良好に一体化される。すなわち、太陽電池モジュール１０の製造工程における組付け性が向上する。

ところで、本実施形態では、図２に示すように、例えば、突出部２８Ａ〜２８Ｃは、発電素子１４ＢのＲ部３０Ａ〜３０Ｃに当接するように形成したが、発電素子１４Ｂの側面２９における直線部３２に当接するように形成しても良い。例えば、Ｒ部３０ＡとＲ部３０Ｂを結ぶ直線部３２Ａ、Ｒ部３０ＢとＲ部３０Ｃとを結ぶ直線部３２Ｂに当接するように形成しても良い。ただし、インターコネクタ２２との干渉を防止するために、インターコネクタ２２のＹ方向側方に形成されることが必要である。

また、本実施形態では、突出部２８を発電素子１４ＢのＲ部３０Ａ〜３０Ｃに当接するように形成したが、インターコネクタ２２のＹ方向側方で製造時に発電素子１４の位置ずれを抑制するものであれば、発電素子１４から離間した位置に形成しても良い。

換言すれば、突出部２８は、太陽電池モジュール１０の製造時に発電素子１４の位置ずれを抑制するために、製造時に発電素子１４の側面２９（Ｒ部３０Ａ〜３０Ｄ、直線部３２）を支持する位置で、インターコネクタ２２のＹ方向側方に形成されれば良い。ここで、背面板１８における「発電素子１４の側面２９を支持する」位置とは、発電素子１４の側面２９に当接する位置だけでなく、側面２９から離間した位置でも製造時に側面２９が当接することによって発電素子１４の位置ずれを抑制する位置を含むものである。

（その他の実施形態）
なお、本実施形態では太陽電池モジュール１０では、背面板１８に表面板１２側に突出する突出部２８をシリコンポッティングで形成したが、図３に示すように、突出部２８を背面板１８と一体成形しても良い。

さらに、本実施形態では、インターコネクタ２２が、一方の発電素子１４Ｂの受光面（表面）２４と他方の発電素子１４Ａの背面（裏面）２６とを接続する表裏接続タイプであったが、図４、図５に示すように、一方の発電素子１４Ｂの背面（裏面）２６と他方の発電素子１４Ａの背面（裏面）２６とを接続するバックコンタクトタイプでも良い。この場合にも、本実施形態と同様の作用効果を奏すると共に、発電素子１４の受光面をインターコネクタ２２で塞ぐことがないため、発電効率が一層向上する。

１０太陽電池モジュール
１２表面板
１４、１４Ａ〜１４Ｆ発電素子
１６封止層
１８背面板
２２インターコネクタ
２４受光面
２６背面
２８、２８Ａ〜２８Ｃ突出部
２９側面

Claims

複数の発電素子と、
前記発電素子が封止された封止層と、
前記封止層における前記発電素子の受光面側に接合され、光透過性を有し前記封止層と反対側に凸に湾曲した表面板と、
前記封止層の前記表面板側と反対側に接合された背面板と、
前記背面板から前記封止層側に突出形成され、前記表面板と前記背面板との積層方向から視て前記発電素子の側面において少なくとも前記背面板における中央側の前記側面を支持する突出部と、
を備える太陽電池モジュール。