JPH06318726A - 太陽電池モジュールパネル及びその作動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光照射に伴う変換効率の低下を回復させつつ
発電を行うことにより、高効率で発電することにある。 【構成】 太陽電池モジュールパネル１０における太陽
電池モジュール２０の裏面側に太陽光４０により加熱さ
れた太陽電池モジュール２０の温度を変換効率を回復さ
せる所定の温度以上に昇温維持する断熱手段２２を配設
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池モジュールパネ
ルとその作動方法に関し、特に太陽光により加熱された
太陽電池モジュールを所定の温度以上で作動させること
ができる太陽電池モジュールパネルに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、クリーンエネルギーの利用がます
ます叫ばれるようになり、それに伴い太陽電池の利用の
促進が図られている。その一方で、太陽電池の量産化に
相まって製造コストの低減化が進みつつある。太陽電池
の利用の一つに家屋の屋根に瓦やスレートなどの代わり
に太陽電池モジュールパネルを配設したり、あるいは屋
根の上に太陽電池モジュールパネルを配設したり、更に
ビルなどの外壁に太陽電池モジュールパネルを配設する
ことが提案されている。かかる太陽電池モジュールパネ
ルは、たとえばスーパーストレートタイプを例に説明す
ると、表面カバーガラスと裏面カバーフィルムとの間に
直列及び／又は並列に接続された複数のアモルファスシ
リコン光半導体素子を樹脂で封止して構成されている。

【０００３】この太陽電池モジュールパネルは太陽光に
直接曝されるため、太陽光により加熱されてパネルの温
度がかなり上昇してしまう。半導体素子は一般に温度の
上昇とともに素子の性能が低下することが知られてお
り、アモルファスシリコン光半導体素子においても同様
であり、より具体的にはアモルファスシリコン光半導体
素子から成る太陽電池の性能は１℃の温度上昇によりそ
の変換効率が約０．２５％低下する。したがって、たと
えば２０℃の温度上昇で変換効率が約５％も低下するこ
とになり、従来より、太陽電池の温度管理すなわち太陽
電池モジュールパネルの温度を如何にして低下させ、変
換効率の低下を防ぐかが重要な課題とされていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アモルファ
スシリコン光半導体素子から成る太陽電池は、温度上昇
による性能の低下とは別に、図８に示すように、光照射
によって太陽電池の変換効率が製造時（初期値）を１と
すると時間の経過とともに低下し、２０〜３０％低下し
た後、ほぼ安定する傾向を示す。この光照射による変換
効率の低下は相当大きいことから、種々研究がなされ、
その結果、太陽電池をたとえば１００℃以上で３０分以
上、熱処理すると特性が一旦回復した後、同様に時間の
経過とともに特性が低下することや、高温状態（たとえ
ば７０℃）での光照射においては、低下率が軽減される
ことが見出された。

【０００５】しかしながら、モジュールパネル化された
太陽電池や、家屋に設置固定された太陽電池モジュール
パネルなどから太陽電池を取り出して熱処理することは
不可能である。また、たとえ太陽電池を取り出して熱処
理ができるように構成したとしても、数ヵ月で変換効率
が低下してしまうため、定期的に熱処理をする必要があ
り、コストを要するという問題があった。

【０００６】また、太陽電池モジュールパネルは所定の
取り付け構造を介して家屋の屋根の上に設置されたり、
あるいは外壁の上に取り付けるように構成されていた。
このため、パネル工法により建築される家屋などにあっ
ては、通常の外壁の上に太陽電池モジュールパネルを取
り付ける必要があり、コストが高く付くなどの問題があ
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは上
記問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ある知
見を得て本発明に至ったのである。

【０００８】本発明に係る太陽電池モジュールパネルの
要旨とするところは、少なくとも第１の電極層と光半導
体層と第２の電極層とを積層して成る光半導体素子を複
数、直列及び／又は並列に接続した光半導体素子群より
構成された太陽電池モジュールの裏面側に断熱手段を配
設して構成したことにある。

【０００９】かかる太陽電池モジュールパネルにおい
て、前記断熱手段は太陽電池モジュールの温度を所定の
温度以上に保持し得るものであることにある。

【００１０】また、かかる太陽電池モジュールパネルに
おいて、太陽電池モジュールパネルが壁用又は屋根用の
建材パネルを構成することにある。

【００１１】次に、本発明に係る他の太陽電池モジュー
ルパネルの作動方法の要旨とするところは、少なくとも
第１の電極層と光半導体層と第２の電極層とを積層して
成る光半導体素子を複数、直列及び／又は並列に接続し
た光半導体素子群より構成された太陽電池モジュールを
備えて成る太陽電池モジュールパネルの作動方法におい
て、太陽光により加熱された前記光半導体素子を所定の
温度以上で作動させるようにしたことにある。

【００１２】また、かかる太陽電池モジュールパネルの
作動方法において、前記所定の温度が該光半導体層の熱
処理温度であることにある。

【００１３】更に、かかる太陽電池モジュールパネルの
作動方法において、前記所定の温度が６０℃以上、より
好ましくは７０℃以上であることにある。

【００１４】

【作用】本発明に係る太陽電池モジュールパネル及びそ
の作動方法は、アモルファスシリコン光半導体素子から
成る太陽電池をたとえば約７０℃以上に加熱することに
よって、効率が初期値の９０％以上に回復するという知
見を得てなされたものである。すなわち、本発明に係る
太陽電池モジュールパネルは太陽電池モジュールの裏面
側に断熱手段を配設して構成される。特に、断熱手段は
太陽電池モジュールの温度が所定の温度以上、たとえば
夏場及び冬場を通して約７０℃以上に長時間にわたって
維持し得るように構成されているのが好ましい。

【００１５】したがって、太陽電池モジュールパネルが
太陽光により加熱されたとき、断熱手段によって太陽電
池モジュールパネルの裏面側からの伝熱や放射熱などに
より太陽電池モジュールパネルの温度が低下し難いよう
にされていて、迅速にその温度が上昇させられる。そし
て、太陽電池モジュールパネルが最高温度に達した後
は、断熱手段によりその最高温度を長時間にわたって維
持し得るようにされる。特に、冬場などにおいて外気温
が低い場合であっても、太陽光を直接受けることによっ
て太陽電池モジュールパネルの温度が所定の温度以上に
上昇し、且つその温度を維持し得るように、断熱手段が
構成されるのが好ましい。

【００１６】このように、太陽電池モジュールパネルは
太陽光により加熱されて上昇させられた最高温度で作動
させられるように構成されているため、温度上昇に伴い
変換効率が低下させられる。一方、太陽電池モジュール
パネルは太陽光による温度上昇により熱処理が施されて
いる状態で作動させられ、変換効率の低下から回復させ
られている。このため、温度上昇による変換効率の低下
が生ずる一方、光照射による変換効率の大幅な低下が防
止され、全体として高い変換効率を四季を通じて維持す
ることができる。

【００１７】次に、本発明に係る太陽電池モジュールパ
ネルを壁用あるいは屋根用の建材パネルとして構成する
ことにより、太陽電池モジュールパネルを外壁あるいは
屋根の一部として利用することができ、建材パネルの全
体としてのコストを低減することができる。特に、軽量
鉄骨系などのパネル工法やツーバイフォー工法の家屋な
どにあっては、外壁材と内壁材との間に断熱材が配設さ
れており、建材パネルとしての太陽電池モジュールパネ
ルを取り付けることにより、太陽電池モジュールパネル
の断熱手段を利用することができる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明に係る太陽電池モジュールパネ
ルとその作動方法の実施例を図面に基づいて詳しく説明
する。

【００１９】図１に示すように、スーパーストレート構
造の太陽電池モジュールパネル１０は概略、複数の光半
導体素子１２を直列及び／又は並列に接続した光半導体
素子１２群を、その光入射側に表面カバーガラス１４を
配設するとともにその裏面側に裏面カバーフィルム１６
を配設し、さらに透明樹脂１８により封止して構成され
た太陽電池モジュール２０と、この太陽電池モジュール
２０の裏面カバーフィルム１６側に配設された断熱手段
２２とから構成されている。断熱手段２２は太陽光によ
って加熱された太陽電池モジュールパネル１０の温度を
所定の温度以上に上昇させ、且つ長時間にわたって維持
するためのものであり、本実施例においては一般的な断
熱材２４により形成されている。なお、符号２９は機枠
であり、表面カバーガラス１４や透明樹脂１８、裏面カ
バーフィルム１６などを保持するとともに、構成された
複数の太陽電池モジュールパネル１０を連結したり、屋
根の架台などに取り付けるためのものである。

【００２０】ここで、光半導体素子１２は所定の電圧と
電流を得るために、ワイヤーボンディング法などにより
必要に応じて直列に接続されるとともに並列に接続され
ている。光半導体素子１２は多結晶あるいは非晶質によ
って構成された光半導体素子が用いられる。一例とし
て、非晶質の光半導体素子１２は図２に示すように、絶
縁基板である透光性絶縁基板３０の上に第１の電極層と
して透明電極３２と、光電変換を行う光半導体層３４
と、第２の電極層として金属電極３６がそれぞれ所定の
パターン形状に積層され、これら透明電極３２と光半導
体層３４と金属電極３６から成る単位光半導体素子３８
が直列にあるいは並列に接続されて、一つの光半導体素
子１２が構成されている。更に、これらの上には必要に
応じて絶縁保護膜が被着されている。かかる構成の光半
導体素子１２が複数接続されて、太陽電池モジュールパ
ネル１０が構成されるのである。

【００２１】なお、より具体的に非晶質から成る光半導
体素子１２はガラス基板などの透光性絶縁基板３０の上
に透明電極３２が被着され、透明電極３２は光を透過し
得るようにＩＴＯや SnO₂ あるいはそれらの積層体であ
るＩＴＯ／ SnO₂ などが用いられ、所定のパターン形状
に形成されている。パターン化された透明電極３２の上
には光半導体層３４が被着され、この光半導体層３４に
ついても透明電極３２に対応してパターン化されてい
る。光半導体層３４は主として非晶質シリコン半導体層
によって構成され、この非晶質シリコン半導体層は非晶
質シリコンa-Si，水素化非晶質シリコンa-Si:H，水素化
非晶質シリコンカーバイドa-SiC:H,非晶質シリコンナイ
トライドなどの他、シリコンと炭素、ゲルマニウム、ス
ズなどの他の元素との合金から成る非晶質シリコン系半
導体の非晶質あるいは微結晶をｐｉｎ型、ｎｉｐ型、ｎ
ｉ型、ｐｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ接合型、ホモ接合型、
ショットキーバリアー型あるいはこれらを組み合わせた
型などに構成した半導体層が用いられる。その他、光半
導体層３４は CdS系、GaAs系、 InP系などであっても良
く、なんら限定されない。更に、これらパターン化され
た光半導体層３４の上には金属電極３６が常法により被
着され、金属電極３６は透明電極３２及び光半導体層３
４に対応してパターン化されていて、それぞれ単位光半
導体素子３８を構成し、全体として一つの光半導体素子
１２を構成しているのである。

【００２２】以上の構成に係る光半導体素子１２が複数
直列・並列に接続されていて、前述の図１に示すよう
に、この光半導体素子１２群の光入射側、すなわち透明
電極３２側に表面カバーガラス１４を配設した後、透明
樹脂１８を充填して光半導体素子１２群を固着封止し、
更にその裏面側すなわち金属電極３６側の樹脂１８の表
面に裏面カバーフィルム１６を貼着して太陽電池モジュ
ール２０が構成される。透明樹脂１８としてはシリコ
ン、エチレンビニルアセテート、ポリビニルブチラート
などが用いられ、また裏面カバーフィルム１６としては
フッソ系樹脂フィルムやポリエチレンテレフタレートフ
ィルム、あるいはアルミニウムAlなどの金属箔をラミネ
ートした三層構造のフィルムなどが用いられる。

【００２３】光半導体素子１２群が表面カバーガラス１
４と裏面カバーフィルム１６との間に樹脂封止された
後、この裏面カバーフィルム１６側に断熱材２４から成
る断熱手段２２が配設されて、本発明に係る太陽電池モ
ジュールパネル１０が構成される。そして、得られた太
陽電池モジュールパネル１０は必要に応じて複数連結さ
れて使用される。ここで、断熱手段２２を構成する断熱
材２４は保温性が高く、熱伝導性が低い材質、たとえば
発泡ポリスチレン系樹脂、発泡ポリエチレンや発泡ポリ
プロピレンなどの発泡ポリオレフィン系樹脂、あるいは
共重合発泡樹脂などの発泡樹脂から成る発泡体や、木材
あるいは木材のチップや紙などを樹脂などによって固定
化した木質などによって構成されるのが好ましい。

【００２４】このように構成された太陽電池モジュール
パネル１０は必要に応じて複数連結され、取付け用の架
台に固定された後、家屋の屋根などの適切な箇所に設置
される。屋根などに設置された太陽電池モジュールパネ
ル１０は太陽光４０に直接曝されて、発電を行うと同時
にパネル１０全体が加熱される。夏期などの気温が高い
季節や時間帯はもちろん、冬期などの気温が低い季節や
時間帯においても、太陽電池モジュールパネル１０は太
陽光４０により直接加熱されて昇温させられ、太陽電池
モジュールパネル１０の裏面側からの伝熱や放射熱が断
熱手段２２によって遮断されているため、太陽電池モジ
ュールパネル１０の温度は充分に高められ、熱処理を施
すのと同等の状態に置かれる。

【００２５】その結果、太陽電池モジュールパネル１０
は適切な熱処理を受け、光照射に伴う変換効率の劣化が
回復させられ、高効率で発電が行われる。一例による
と、太陽電池モジュール２０を約７０℃に加熱すると、
太陽電池の性能は初期比の９０％にまで回復することが
確認されている。したがって、図３に示すように、年間
を通してほぼ安定した変換効率を得ることができる。な
お、太陽電池の性能が回復する温度は光半導体によって
異なり、約６０℃以上に昇温維持させることによって、
太陽電池の性能を回復させることができるものである。

【００２６】以上、本発明に係る太陽電池モジュールパ
ネルの一実施例を詳述したが、本発明はその他の態様で
も実施し得るものである。

【００２７】たとえば図４に示すように、太陽電池モジ
ュールパネル４２に配設される太陽電池モジュール２０
の温度を昇温維持する断熱手段４４は断熱材２２の内部
に空気室２６を設けて構成することも可能である。空気
室２６は空気が優れた断熱材として機能することを利用
するものであり、断熱材２２のコストを削減できるだけ
でなく、断熱性を高めることができる。

【００２８】また、図５に示すように、断熱手段５０は
断熱材５２によって形成された空気室５４内に、たとえ
ばロックウールやグラスウールなどの空気の保持性に優
れた断熱材５６を充填して構成しても良い。かかる構成
により、冬期などの気温の低いときの保温・加熱効果を
高めることができる。

【００２９】更に、太陽電池モジュールパネルの温度を
光半導体素子１２の熱処理温度たとえば６０℃以上、よ
り好ましくは７０℃以上に長時間にわたって維持し得な
い場合には、図６に示すように、断熱材２４と太陽電池
モジュール２０との間にセラミック板などの蓄熱性に優
れた蓄熱板６０を配設して断熱手段５８を構成しても良
い。このように、本発明に係る太陽電池モジュールパネ
ルはその使用条件に応じて、種々の構成を採用すること
ができる。なお、蓄熱板を配設することによって、太陽
電池モジュールパネルの強度を高めることもできる。

【００３０】以上、上述した実施例はいずれも既設の家
屋などの屋根や外壁に架台などを用いて太陽電池モジュ
ールパネルを配設するものであるが、太陽電池モジュー
ルパネルの表面は表面カバーガラスなどの透光性保護板
を用い、防水性と一定の強度を備えており、かかる太陽
電池モジュールパネルを壁用あるいは屋根用の建材パネ
ルとして使用することも可能である。建材パネルとして
太陽電池モジュールパネルを使用する場合、上述の太陽
電池モジュールパネルをそのまま表面部材として使用す
ることができ、また断熱手段は外部と室内との断熱性を
高めるために配設されている通常の断熱材としても使用
することができる。

【００３１】また、図７に示すように、１又は複数の太
陽電池モジュールパネル１０を補強部材８２によって一
体的に固定して建材パネル８４とし、かかる建材パネル
８４を補強部材８２により柱に固定するようにしても良
い。本例において、補強部材８２と内壁部材８６との間
に結露防止用のいわゆる風の道８８を設けるのが好まし
い。なお、太陽電池モジュールパネル１０の断熱手段９
０は同図に示すように、同種又は異種の複数の断熱材９
２，９４を貼り合わせて構成することも可能である。異
種の断熱材９２，９４を複数、貼り合わせることによ
り、断熱性の他に防音性などの効果を高めることができ
る。

【００３２】以上、本発明の実施例をスーパーストレー
トタイプの太陽電池モジュールパネルを例に詳述した
が、本発明はかかる構造の太陽電池モジュールパネルに
限定されるものではなく、サブストレートタイプや充填
タイプの太陽電池モジュールパネルについても適用し得
るものである。また、従来の太陽電池モジュールパネル
はシリコン単結晶のウエファーを用いて構成した光半導
体素子を使用することを前提とした構造であり、非晶質
系の光半導体素子については単結晶系の構造をそのまま
利用して構成している。ところが、非晶質系の光半導体
素子は通常、透光性絶縁基板を使用することから、この
透光性絶縁基板を前述の表面カバーガラスとして使用し
たり、あるいは透光性絶縁基板とは反対側に設けられる
カバーガラスを前述の表面カバーガラスとして使用する
ことも可能である。

【００３３】以上、本発明に係る太陽電池モジュールパ
ネルの実施例を図面に基づいて種々説明したが、本発明
は図示した実施例に限定されるものではない。特に、太
陽電池モジュールパネルを建材パネル化する場合にあっ
ては、太陽電池モジュールパネルを構成する光半導体素
子は非晶質半導体素子に限らず、結晶系の半導体素子で
あっても良いのは言うまでもない。

【００３４】その他、本発明は上述の実施例を適宜組み
合わせて実施することも可能であり、更に、本発明の実
施にあたり、耐湿性などの耐候性や耐久性などを向上さ
せるために、封止樹脂の層やカバーガラスなどの厚みを
厚くしたり、機枠の構造などを適宜設計することは可能
である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で、当
業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた
態様で実施し得るものである。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係る太陽電池モジュールパネル
は太陽電池モジュールの裏面側に断熱手段を配設するこ
とによって、太陽光によって加熱された太陽電池モジュ
ールの温度を所定の温度以上、すなわち光半導体の熱処
理温度以上、たとえば６０℃以上より好ましくは７０℃
以上に昇温して保持することとしているため、光半導体
素子の光照射による変換効率の低下を回復させつつ発電
することができ、高効率で発電できる。

【００３６】また、本発明に係る他の太陽電池モジュー
ルパネルは建材パネルとして家屋の外壁あるいは屋根に
直接使用し得るように構成しているため、太陽電池モジ
ュールパネルの取付け架台などを必要とせず、太陽電池
モジュールパネルの取付けコストを低減することができ
るとともに、デザイン的に纏まった家屋を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽電池モジュールパネルの一実
施例を示す断面説明図である。

【図２】本発明に係る太陽電池モジュールパネルに用い
られる光半導体素子の実施例を示す要部拡大断面説明図
である。

【図３】本発明に係る太陽電池モジュールパネルの変換
効率の季節による変動を示す説明図である。

【図４】本発明に係る太陽電池モジュールパネルの他の
実施例を示す断面説明図である。

【図５】本発明に係る太陽電池モジュールパネルの更に
他の実施例を示す断面説明図である。

【図６】本発明に係る太陽電池モジュールパネルの更に
他の実施例を示す断面説明図である。

【図７】本発明に係る太陽電池モジュールパネルを建材
パネル化した実施例を示す要部拡大断面説明図である。

【図８】従来の太陽電池モジュールパネルにおける光照
射による変換効率の低下を示す説明図である。

【符号の説明】

１０，４２；太陽電池モジュールパネル １２；光半導体素子 １４；表面カバーガラス １６；裏面カバーフィルム １８；透明樹脂 ２０；太陽電池モジュール ２２，４４，５０，５８，９０；断熱手段 ２４，５２，９２，９４；断熱材 ２６，５４；空気室 ４０；太陽光 ６０；蓄熱板 ８４；建材パネル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも第１の電極層と光半導体層と
   第２の電極層とを積層して成る光半導体素子を複数、直
   列及び／又は並列に接続した光半導体素子群より構成さ
   れた太陽電池モジュールの裏面側に断熱手段を配設して
   構成したことを特徴とする太陽電池モジュールパネル。
2. 【請求項２】 前記断熱手段は太陽電池モジュールの温
   度を所定の温度以上に保持し得るものであることを特徴
   とする請求項１に記載する太陽電池モジュールパネル。
3. 【請求項３】 前記請求項１又は請求項２に記載の太陽
   電池モジュールパネルが壁用又は屋根用の建材パネルを
   構成することを特徴とする太陽電池モジュールパネル。
4. 【請求項４】 少なくとも第１の電極層と光半導体層と
   第２の電極層とを積層して成る光半導体素子を複数、直
   列及び／又は並列に接続した光半導体素子群より構成さ
   れた太陽電池モジュールを備えて成る太陽電池モジュー
   ルパネルの作動方法において、太陽光により加熱された
   前記光半導体素子を所定の温度以上で作動させるように
   したことを特徴とする太陽電池モジュールパネルの作動
   方法。
5. 【請求項５】 前記所定の温度が前記光半導体層の熱処
   理温度であることを特徴とする請求項４に記載する太陽
   電池モジュールパネルの作動方法。
6. 【請求項６】 前記所定の温度が６０℃以上、より好ま
   しくは７０℃以上であることを特徴とする請求項４に記
   載する太陽電池モジュールパネルの作動方法。