JP6671029B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。

一般に、太陽電池セルの１枚当たりの出力は数ワット程度である。そのため、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池セルを電気的に接続することによって出力を増大させた太陽電池モジュールが用いられる。一般の太陽電池モジュールは、導電性を有する配線材を用いて複数の太陽電池セルを電気的に直列に接続し、ガラスや樹脂充填材等を用いて太陽電池セルを衝撃から保護するように構成されている。

このような太陽電池モジュールにおいては、複数の太陽電池セルが互いに短絡しないように、隣接する太陽電池セル同士は一定以上の間隔を空けて配置されている。また、太陽電池モジュール周辺を保護する金属製のフレームとの短絡を防ぐために、最外周の太陽電池セルとフレームとの間にも、一定の間隔が必要とされる。そのような位置に入射する太陽光を有効利用し、太陽電池モジュールの出力をさらに増大させることを目的として、太陽電池セルの隙間に光反射部材を配置することが開示されている。

国際公開番号ＷＯ９９／５６３１７号公報

本発明は、太陽電池モジュールに入射する光の利用効率をさらに高め、出力を向上させることを目的としたものである。

複数の太陽電池セルを配列して電気的に接続した第１及び第２の太陽電池セルストリングと、第１及び第２の太陽電池セルストリングの間に配置された光拡散シートと、を備えた太陽電池モジュールを提供する。第１及び第２の太陽電池セルストリングは、太陽電池セルの配列方向に沿って平行に隣接して配置されており、光拡散シートは、光拡散シートの両側縁部が第１及び第２の太陽電池セルストリングの辺縁部の受光面側に重なるように配置されている。

本発明によれば、出力が向上した太陽電池モジュールを提供することができる。

第１の実施形態における太陽電池モジュールの部分上面図である。 図１中のA−A線における断面図である。 第２の実施形態における太陽電池モジュールの部分上面図である。 第３の実施形態における太陽電池モジュールの部分上面図である。 図４中の向かい合う太陽電池セルの部分拡大図である。 図４中の向かい合う太陽電池セルの部分拡大図である。 第１の変形例における太陽電池モジュールの部分拡大図である。 第２の変形例における太陽電池セルの上面図である。 太陽電池モジュールの第１の実施形態における光拡散シートの配置を示す図である。 太陽電池モジュールの第２の変形例における光拡散シートの配置を示す図である。 太陽電池モジュールの第３の変形例における断面図である。

本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであって、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［第１の実施形態］
（太陽電池モジュールの構成）
第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の概略構成について、図１〜図２を参照しながら説明する。ここに示す太陽電池モジュール１００の構成は、以降に記載する複数の変形例において共通である。

図１は、太陽電池モジュール１００の部分上面図である。図２は、図１中に示したA−A線における断面図である。

図１によれば、太陽電池モジュール１００は、配線材３０を用いて電気的に接続された複数の太陽電池セル２０からなる太陽電池セルストリングと、複数の太陽電池セルストリングの間に配置された光拡散シート１０とを備える。さらに太陽電池モジュール１００はその周囲にアルミニウム等の金属からなるフレーム９０を備える。

ここで、太陽電池セルストリングは、複数の太陽電池セル２０の配列方向に沿って平行に隣接して複数本が配置される。図１では、３本の太陽電池セルストリングが配置されている。すなわち、光拡散シート１０は、隣接する２本の太陽電池セルストリングの間に、太陽電池セルストリングと平行になるように配置されている。

図２によれば、光拡散シート１０の両側縁部は、太陽電池セル２０の辺縁部に重複しており、２本の太陽電池セルストリングにまたがるように配置されている。太陽電池セルストリング及び光拡散シート１０は、樹脂シートからなる封止材６０ａ、６０ｂによって表裏両面から保護されており、表面側保護部材７０、裏面側保護部材８０を更に備えている。なお、図２において矢印Sは、太陽電池モジュール１００を屋外に設置した際に、太陽光が主に入射する方向を示している。

光拡散シート１０は、基材と、基材の表面側に設けられた金属薄膜と、基材の裏面側に設けられた接着剤とを有する。光拡散シート１０の基材は樹脂シートであって、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ナイロン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル等からなる群から選択されてよく、ＰＥＴであるのが最も好ましい。光拡散シートの少なくとも一面は、たとえば金属等が蒸着された金属薄膜であって、光拡散能を備えている。

光拡散能を有する面では、光拡散シート１０上に垂直上側方向から入射した光が、垂直上側方向とは異なる方向に反射する。光拡散シート１０によって反射した光は、封止材６
０ａと表面側保護部材７０との間、又は表面側保護部材７０と大気との間において再反射され、太陽電池セル２０に再入射する。光拡散能を有する面の断面形状は、入射光の一部を太陽電池セルに再入射させることができる形状である限り限定されない。図２に示す通り、光拡散シート１０の長手方向に沿って複数の突起が設けられているのが最も好ましい。複数の突起の数および形状は特に限定されないが、複数の連続した矩形又は複数の連続した半円形であるのが好ましく、複数の連続した三角形であるのが最も好ましい。最も好ましい形態では、光拡散シート１０上に入射した太陽光の約８０％を太陽電池セルに再入射させることができる。

封止材６０ａ及び６０ｂの材料は、ポリオレフィン類、ポリエチレン類、ポリフェニレン類及びそれらの共重合体などの、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂からなる群より選択するのが好ましい。封止材６０ａ及び６０ｂは加熱圧着によって硬化させるが、このとき、封止材６０ａ及び６０ｂの材料は同一でも異なっていてもよく、その組み合わせは特に限定しない。一例として、封止材６０ａ及び６０ｂの両方にエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いてよい。

硬化後の封止材６０ａをさらに保護する表面側保護部材７０としては、ガラス板、アクリル樹脂板など、透光性が高くかつ硬い材料を用いるのが望ましい。本実施形態では強化ガラス板を用いている。硬化後の封止材６０ｂをさらに保護する裏面側保護部材８０としては、ガラスなどの硬くて耐侯性の高い材料、又は柔軟性、熱耐性及び耐水性が高い樹脂シートや、複数の材料を積層してなる耐侯性の高い複合樹脂シートを用いるのが好ましい。

本明細書中においては、封止材６０ａにポリオレフィン系樹脂、封止材６０ｂにエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用い、光拡散シート１０の基材にＰＥＴシートを用いた例について説明する。ＰＥＴの熱収縮率は、ポリオレフィン系樹脂及びＥＶＡの熱収縮率と比べて高い。これによって、封止材６０ａ及び６０ｂを加熱圧着して硬化させる工程において、加熱によって流動性を呈した封止材６０ａ又は６０ｂに圧迫されて光拡散シート１０が屈曲変形されるのを抑制し、光拡散シート１０に入射した太陽光を効率よく反射できる形状を維持することができる。このとき、各材料の熱収縮率は、一般に用いられる方法であれば、どのような方法で測定してもよい。

（光拡散シートの配置形態）
図１によれば、太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池セル２０を、配線材３０を用いて電気的に接続してなる太陽電池セルストリングを複数本備えており、太陽電池セルストリングの間には、太陽電池セル２０の辺縁部に重複するように光拡散シート１０が配置されている。光拡散シート１０は、光拡散シート１０上に入射して拡散された太陽光が、封止材６０ａと表面側保護部材７０との界面、または表面側保護部材７０と空気との界面によって反射され、太陽電池セルに再入射するように設計されている。

太陽電池セル２０の辺縁部には、製造の都合上、太陽光が入射しても光電変換キャリアを効率よく発生させることができない発電無効領域が存在する。そのため、発電無効領域にも光拡散シート１０を配置し、発電無効領域上に入射する太陽光を光拡散シート１０によって反射させ、太陽電池セル２０の発電可能領域に再入射させるのが好ましい。一般に、この発電無効領域の幅は、太陽電池セル２０の外周部から中心部に向かって約３．０ｍｍを超えない範囲である。

光拡散シート１０は、封止材６０ａ及び６０ｂによって太陽電池セルを挟み込むより前に、予め太陽電池セルストリングに取り付けておく必要がある。光拡散シート１０を太陽電池セルストリングに取り付ける方法としては、光拡散シート１０の基材の、金属等が蒸
着された面の裏側の面に接着剤を適用し、太陽電池セルストリングに取り付ける方法が取られる。このとき、室温硬化型の接着剤を用いて取り付けてもよく、太陽電池モジュールの封止材に用いるような樹脂、例えばＥＶＡやポリエチレン等を接着剤として用いて、加熱硬化させて取り付けてもよい。

光拡散シート１０の長さは特に限定されないが、光拡散シート１０に入射した光を十分に利用できるように十分な長さを有するのが好ましく、太陽電池セルストリングとほぼ同じ長さを有するのが最も好ましい。

なお、太陽電池モジュール１００には複数の太陽電池セルストリングが含まれるが、隣接する太陽電池セルストリングの間のみならず、最端部にある太陽電池セルストリングにも光拡散シート１１を取り付けてよい。このとき、光拡散シート１１の両辺縁部のうち、片側だけが太陽電池セルストリングに接着された状態であってよい。この場合、隣接した太陽電池セルストリングの間に跨るように光拡散シートを配置した場合と比較して、約半分の効果が期待できる。

［第２の実施形態］
太陽電池モジュール１０１の概略構成は、第１の実施形態で示した太陽電池モジュール１００とほぼ同様であるため、ここでは第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

（光拡散シートの配置形態）
本実施形態では、図３に示すように、適当な長さに分割した光拡散シート１２を、隣接した太陽電池セルストリングの間に、太陽電池セルの配列方向と同じ方向に複数並べて配置している。複数の光拡散シート１２の長さの合計は特に限定されないが、入射する太陽光を有効に利用するのに十分な長さであるのが好ましく、太陽電池セルストリングとほぼ同じ長さを有するのが最も好ましい。それぞれの光拡散シート１２の長さは均一でも不均一でもよく、分割位置も限定されない。

太陽電池モジュール１０１の最端部にある太陽電池セルストリングについても、適当な長さに分割した光拡散シート１３を配置してよい。このとき、光拡散シート１３は、第１の実施形態と同じように、両辺縁部のうち片側だけが太陽電池セルストリングに重ねて接着されている。

光拡散シートは一般に薄いシート状または箔であり、長いリボン状の形状でかつ軽量であるため、太陽電池モジュール製造に用いる際の貼り付けの位置合わせには高い技術が要求される。そこで、本実施形態のように、光拡散シートを分割して用いることによって、光拡散シートを配置する際の位置精度を高めることができる。

［第３の実施形態］
太陽電池モジュール１０２の概略構成は、第１の実施形態で示した太陽電池モジュール１００とほぼ同様であるため、ここでは第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

（光拡散シートの配置形態）
図４は第３の実施形態における太陽電池モジュール１０２の上面図であり、図５Ａ及び図５Ｂは第３の実施形態における光拡散シートの配置を詳細に説明するための拡大図である。

本実施形態では、図４に示すように、別々の太陽電池セルストリングに含まれ、かつ隣接する２枚の太陽電池セル２０において、光拡散シートを挟んで向かい合う辺上にある頂点が露出するように、光拡散シート１４を配置する。図５Ａに示すように、直線状又は円
弧状の面取り部を有する略八角形の太陽電池セル２０には、光拡散シート１４に近い頂点ＰＡと、光拡散シート１４から遠い頂点ＰＢが存在する。本実施形態では、頂点ＰＡは光拡散シート１４に覆われていても露出していてもよく、頂点ＰＢは光拡散シート１４から露出している。面取り部が極めて小さい略四角形の太陽電池セル２１を用いる場合には、図５Ｂに示したように頂点ＰＣを露出させる。

このようにして光拡散シート１４から露出させた太陽電池セル２０の各頂点は、太陽電池モジュール１０２を封止する際に、太陽電池セルストリングの配置位置を決める目印とすることができる。そのため、太陽電池セルストリングの配置位置の精度が高まり、信頼性が高く外観が良好な太陽電池モジュール１０２を提供することができる。

なお、太陽電池モジュール１０２の最端部にある太陽電池セルストリングについても、適当な長さに分割した光拡散シート１５を配置してよい。

次に、ここまでに述べた実施形態で説明した概略構成と組み合わせて実施可能な、変形例である太陽電池モジュール２０１、２０２、２０３を説明する。

［第１の変形例］
第１の変形例である太陽電池モジュール２０１について、図６に基づき説明する。

（光拡散シートの形状）
本変形例では、図６から判るように、光拡散シート１０に代わって、両側縁部が凹凸形状になっている光拡散シート１６を用いる。

太陽電池セルストリングの配置位置を決めるに当たっては、隣接する太陽電池セルストリング同士の間隔を完全に等しくするのは困難である。これは一般的に、太陽電池セル２０の大きさ、及び太陽電池セルストリングの配置位置にそれぞれ製造ばらつきがあるためである。

そこで、光拡散シート１６の両側縁部を凹凸形状にすることによって次のような効果が期待できる。すなわち、光拡散シート１６を用いると、矩形形状の光拡散シートと同じ面積であっても短手方向の幅が大きくなる。すると、太陽電池セルストリングの間隔が広くなった場合にも、凸部の先端で太陽電池セルと接着することができるため、光拡散シート１６を２枚の太陽電池セルに確実に接着させることができる。

凹凸形状は、鋸歯状、波型、矩形等の形状であって、特に制限されない。凹凸形状の幅も特に制限されないが、封止材６０ａ又は６０ｂが、光拡散シート１６の凹部から滲出しないことが望ましい。つまり、光拡散シート１６のうち最も幅が狭い部分において太陽電池セルストリングの間隔以上の幅を有するのが望ましい。

図６には、光拡散シート１６を、第３の実施形態と同じ様に配置した例を図示しているが、光拡散シート１６の配置はこれに限定されない。前述の通り、第１及び第２の実施形態についても、使用する光拡散シートの両側縁部に凹凸形状を適用してよい。

なお、太陽電池モジュール２０１の最端部にある太陽電池セルストリングについても、適当な長さに分割した光拡散シート１７を配置してよい。

［第２の変形例］
（光拡散シートの短手方向の長さ）
次に、第２の変形例である太陽電池モジュール２０２について、図７〜８に基づき説明
する。

図７は、典型的な太陽電池セル２０の上面図である。太陽電池セル２０はその表面に、銀などの導電性粒子をバインダー樹脂に分散させた導電性ペースト等によって形成されたグリッド電極５０を備える。グリッド電極５０は、太陽電池セル２０が発生させた光電変換キャリアを収集するためのフィンガー部５１、フィンガー部を介して収集した電力を更に集め、かつ複数の太陽電池セル２０を電気的に接続する配線材を配置するためのバスバー部５２からなる。

図８Ａ及び図８Ｂは、太陽電池モジュールにおけるフィンガー部５１と光拡散シート１０との位置関係を示す上面図及び部分断面図である。太陽電池モジュール１０１〜１０２においては、図８Ａに示すように、フィンガー部５１と光拡散シート１０とは重複していない。一方、本変形例による太陽電池モジュール２０２においては、図８Ｂに示すように、フィンガー部５１に一部重なるように光拡散シート１８が配置されている。グリッド電極５０の表面は平滑ではなく、銀などの導電性粒子等に由来する凹凸を有する。これによって、光拡散シート１８と太陽電池セル２０との接着に際してアンカー効果が生じ、接着強度が上昇する。そのため、太陽電池モジュール使用中における光拡散シート１８の剥離を抑制することができる。

［第３の変形例］
次に、第３の変形例である太陽電池モジュール２０３について、図９に基づき説明する。図９は、複数の太陽電池セル２０を電気的に接続するための配線材として、光拡散能を有する配線材３１を用いた例を示す。図９において矢印Ｓは、太陽電池モジュール２０３を屋外に設置した際に、太陽光が主に入射する面を示している。光拡散能を有する配線材３１を用いることによって、配線材３１の上に入射した光も太陽電池セルへと再入射させることができ、太陽電池モジュール２０３の出力を更に増大させることができる。

配線材３１を用いる代わりに、まず光拡散能を備えていない配線材３０によって太陽電池セル２０同士を電気的に接続し、配線材３０の上に光拡散能を備えるテープやシートを配置して、配線材３１と類似の断面構造を形成してもよい。

以上、光拡散シートの配置等に関する第１〜第３の実施形態、及び第１〜第３の変形例について説明した。前述の通り、第１〜第３の実施形態のうちいずれか一形態について、第１〜第３の変形例を任意に組み合わせてよい。組み合わせの数も限定されず、単独で組み合わせてもよいし、複数を組み合わせてもよい。

全ての実施形態及び太陽電池モジュールの変形例において、太陽電池セル（２０、２１）に配線材（３０、３１）を接続する方法は限定されない。具体的には、銅の芯線をはんだコートした構造の銅製配線材を用いて、はんだづけして接続してもよい。このほか、はんだコートした銅製配線材、又ははんだコートのない銅製配線材等を準備し、樹脂接着剤を用いて配線材を太陽電池セルに接続してもよい。また、グリッド電極５０は銀以外の金属によって形成されてもよく、具体的には、電解メッキ等を用いて銅を主成分とするグリッド電極５０を形成してもよい。

更に、本明細書においては、表面にグリッド電極５０を備えている太陽電池セル２０を用いた例について説明したが、太陽電池セルの種類は特に限定されず、裏面接合型の太陽電池セルを用いてもよい。裏面接合型の太陽電池セルを用いた場合でも、太陽電池モジュール作成時には太陽電池セル同士の隙間を空けて配置する必要がある上に、太陽電池セル周辺部には発電無効領域が存在する。本実施形態と同様に光拡散シート１０〜１８を配置することは、太陽光を有効利用する上で効果が高い。

本発明は、出力が向上した太陽電池モジュールの提供に利用することができる。

１００，１０１，１０２，２０１，２０２，２０３：太陽電池モジュール、１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８：光拡散シート、２０，２１：太陽電池セル、３０，３１：配線材、５０：グリッド電極、５１：フィンガー部、５２：バスバー部、６０ａ，６０ｂ：封止材、７０：表面側保護部材、８０：裏面側保護部材、９０：フレーム

Claims (8)

1. 複数の太陽電池セルを配列して電気的に接続した第１及び第２の太陽電池セルストリングと、
   前記第１及び第２の太陽電池セルストリングの間に配置された光拡散シートと、
   を備えた太陽電池モジュールであって、
   前記第１及び第２の太陽電池セルストリングは、前記太陽電池セルの配列方向に沿って平行に隣接して配置され、
   前記光拡散シートは、樹脂層と前記樹脂層の表面側に設けられた金属層とを備え、前記光拡散シートの両側縁部に位置する樹脂層が前記第１及び第２の太陽電池セルストリングの辺縁部の受光面および互いに対向している側面にそれぞれ跨って取り付けられている、太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記光拡散シートが、前記配列方向で複数に分割されている太陽電池モジュール。
3. 請求項２に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１の太陽電池セルストリングは第１の太陽電池セルを含み、
   前記第２の太陽電池セルストリングは、前記第１の太陽電池セルと隣接する第２の太陽電池セルを含み、
   前記第１及び第２の太陽電池セルのうち、互いに向かい合う辺上に位置する頂点が前記光拡散シートから露出している太陽電池モジュール。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記光拡散シートの両側縁部が凹凸形状である太陽電池モジュール。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記光拡散シートが、前記太陽電池セルの受光面に設けられた集電極に重なっている太陽電池モジュール。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１の太陽電池セルストリングが太陽電池モジュールの最端部に配置され、
   前記第１の太陽電池セルストリングのうち前記第２の太陽電池セルストリングと反対側の辺縁部に光拡散シートが配置されている太陽電池モジュール。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記複数の太陽電池セルを封止する封止材を更に備え、
   前記光拡散シートの熱収縮率が、前記封止材の熱収縮率よりも大きい太陽電池モジュール。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールであって、前記樹脂層の裏面側に接着剤が適用されている、太陽電池モジュール。

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