JPH0945951A

JPH0945951A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JPH0945951A
Application number: JP7196594A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Fujita; 和秀藤田
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の太陽電池モジュールでは、重量が重く取
扱いが困難で、さらに高価なうえ長期間安定した発電性
能が得られないという問題があった。【解決手段】複数の太陽電池セル２が透明樹脂３で個別
に封止され、これら個別封止太陽電池セル２ａが、受光
面を上にして基板１上に敷き並べられて固定され、この
状態で上記太陽電池セル２同士が相互に電気接続され、
下記のカバー材料４（Ａ）が上記個別封止太陽電池セル
２ａの上面に剥離可能に貼り付けられて個別封止太陽電
池セル２ａが被覆されるとともに基板１上面が覆われ、
このカバー材料４（Ａ）に覆われた基板１の周縁部に、
フレーム５が取り付けられている。（Ａ）複数の透明樹
脂フィルム６，７，８が透明接着剤もしくは透明接着フ
ィルムで貼り合わせられて積層され、裏面に剥離可能接
着剤層９が設けられたカバー材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、薄型軽量で、か
つ、長期間安定した発電性能を維持する太陽電池モジュ
ールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石油に変わる新エネルギーの開発は、単
に石油資源の枯渇対策としてだけではなく、ＣＯ₂の増
加による地球温暖化に対する環境保護対策としても重要
な意味を有している。なかでも太陽光発電は、クリーン
で地球に優しいエネルギーとして新エネルギーの第１に
あげられており、その実用化の努力が続けられている。
このような太陽光発電の出力源である太陽電池は、一枚
の太陽電池セルからの出力が比較的小さいことから、数
１０ワット程度の実用レベルの電力を得るために、複数
の太陽電池セルをパネル状に敷き詰めて相互に電気接続
して集電する、いわゆる太陽電池モジュールが採用され
ている。

【０００３】この太陽電池モジュールは、通常は屋上等
の屋外に設置されるため、光透過性だけでなく、それに
加えて、耐候性，耐水性，耐湿性，風雪に耐えうる機械
的強度，火災に対する耐火性や難燃性等の厳しい特性が
満たされる必要がある。そこで、現在の標準的な太陽電
池モジュールは、図１３に示すような構成になってい
る。すなわち、この太陽電池モジュール４０は、表面を
覆う保護カバー４１の下側に、太陽電池セル４２が敷き
詰められて相互に電気接続され、充填材４３と裏面保護
シート４４が積層されて真空成形により一体化され、端
面シールド材４５とフレーム４６とが取り付けられて構
成されている。上記保護カバー４１は、光透過性に優れ
るとともに、飛砂や降雹に耐えるだけの硬度と風圧に耐
える強度が必要であり、通常は、３〜４ｍｍの厚さの強
化ガラス（白ガラス）が採用されている。充填材４３
は、太陽電池セル４２が直接空気や水分に触れて劣化し
ないようにあらかじめ樹脂封止するものであり、通常
は、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル樹脂），アクリル樹
脂，シリコン樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。裏面
保護シート４４は、背面からの水分の侵入を防ぐととも
に、太陽電池セル４２を機械的に保護するものであり、
絶縁被覆された金属板，金属箔もしくはＰＶＦ等のプラ
スチックシートが用いられる。端面シールド材４５は、
モジュール周辺からの水分の侵入を防ぐためのものであ
り、通常は、ブチルゴム等が用いられる。フレーム４６
は、モジュールを機械的に保持するとともに、屋根等へ
設置するための架台として機能するものであり、アルミ
ダイカスト枠やＳＵＳ枠等が用いられる。そして、この
太陽電池モジュール４０は、上記保護カバー４１，充填
材４３，太陽電池セル４２，裏面保護シート４４が積層
され、その状態で真空プレス成形等の方法により一体化
され、その周縁部が端面シールド材４５で気密保護され
たのち、フレーム４６が取り付けられて構成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記太
陽電池モジュール４０では、ガラスを使用しているた
め、割れやすいうえ重量が大きく、取扱いが困難で、屋
根構造への負荷も大きいという問題がある。また、充填
材４３の防湿性が不充分で、外部から徐々に侵入した水
分が太陽電池セル４２の特性を低下させ、長期間安定し
た発電性能が得られず、信頼性に劣るという問題もあ
る。さらに、使用されるガラス等が高価格であり、結果
的に太陽電池モジュール４０自体が高価なものになると
いう問題もある。これらのような問題を抱えていること
から、太陽電池による太陽光発電の普及が妨げられてい
るのが実情である。

【０００５】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、薄型軽量で取扱い易く、かつ、長期間安定し
た発電性能を維持し、しかも安価な太陽電池モジュール
の提供をその目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明は、複数の太陽電池セルが透明樹脂で個別
に封止され、これら個別封止太陽電池セルが、受光面を
上にして基板上に敷き並べられて固定され、この状態で
上記太陽電池セル同士が相互に電気接続され、下記の被
覆シート（Ａ）が上記個別封止太陽電池セルの上面に剥
離可能に貼り付けられて個別封止太陽電池セルが被覆さ
れるとともに基板上面が覆われ、この被覆シート（Ａ）
に覆われた基板の周縁部に、枠体が取り付けられている
という構成をとる。（Ａ）複数の透明樹脂フィルムが透
明接着剤もしくは透明接着フィルムで貼り合わせられて
積層され、裏面に接着部材層が設けられた被覆シート。

【０００７】

【発明の実施の形態】すなわち、この発明者は、太陽電
池モジュールを薄型で軽量にすることを目的として一連
の研究を重ねる過程で、従来のガラスに代えて透明樹脂
フィルムを積層した被覆シートを用いることによりモジ
ュール自体が軽量化されることに着目し、基板の上面に
太陽電池セルを敷き並べてその上面を上記被覆シートで
被覆することにより薄型で軽量のモジュールが安価に得
られるのではないかと想起した。そして、さらに研究を
重ねて、上記太陽電池セルを透明樹脂で個別に封止する
とともに、上記被覆シートをこの個別封止太陽電池セル
の上面に剥離可能に貼り付けることにより、被覆シート
が経年劣化した時等に、剥がして新しい被覆シートに交
換することが容易にでき、長期間安定した発電性能が得
られるようになることを見いだし、この発明に到達し
た。

【０００８】なお、この発明において「透明」とは、分
光光度計による可視光線透過率が８０％以上である場合
を「透明」という。

【０００９】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【００１０】図１は、この発明の太陽電池モジュールの
実施形態を示す。この太陽電池モジュールは、太陽電池
セル２が透明樹脂３で個別に封止され、この個別封止太
陽電池セル２ａが基板１の上面に敷き並べられ、この状
態で上記太陽電池セル２同士が接続リード１１によって
相互に接続されている。そして、カバー材料（被覆シー
ト）４が上記個別封止太陽電池セル２ａの上面に剥離可
能に貼り付けられて、上記個別封止太陽電池セル２ａが
被覆されるとともに基板１の上面が覆われ、この状態で
基板１の周縁部にフレーム５が取り付けられている。

【００１１】太陽電池セル２としては、多結晶シリコン
太陽電池セル，単結晶シリコン太陽電池セル，アモルフ
ァスシリコン太陽電池セル等各種のものが用いられる。

【００１２】この太陽電池セル２を個別封止する透明樹
脂３としては、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリエス
テル樹脂，シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリ塩化
ビニル樹脂，ポリカーボネート樹脂，アクリル樹脂，エ
チレン−酢酸ビニル樹脂，エチレン−アクリレート共重
合体等の熱可塑性樹脂等があげられる。これらの樹脂
は、光学的に透明であることが前提になる。太陽電池セ
ル２の封止方法としては、粉末樹脂からの成形や接着剤
付フィルムによるラミネート加工等の方法があげられ
る。この個別封止により、太陽電池セル２が上記透明樹
脂３で覆われ、機械的に保護されるとともに防湿性やハ
ンドリング性が向上する。

【００１３】基板１は、上記太陽電池セル２が敷き並べ
られて接着剤，両面粘着テープ等で固定され、モジュー
ル自体の支持板として機能するものであり、例えば、樹
脂，木材，金属等からなる板材が用いられる。

【００１４】カバー材料４は、例えば、図２に示すよう
に、防湿性フィルム６，耐候性（耐紫外線性）フィルム
７，支持体フィルム８等の透明樹脂フィルムを、接着剤
１３ａおよび接着フィルム１３で貼り合わせて積層し、
裏面に剥離可能接着剤層９を設け、最上層に積層される
透明樹脂フィルム（この図では耐候性フィルム７）の表
面に耐スクラッチ処理（硬質皮膜処理）を施し、耐スク
ラッチ層１０を設けて形成される。

【００１５】上記カバー材料４に使用される防湿性フィ
ルム６としては、フッ素系フィルムもしくは薄膜ガラス
等の水分透過率が小さいフィルムを用いる。フッ素系フ
ィルムとしてはフッ化ビニリデンフィルム，フッ化エチ
レン−プロピレンフィルム，３フッ化エチレンフィル
ム，３フッ化塩化エチレンフィルムおよびこれらの共重
合またはブレンドフィルム等があげられる。薄膜ガラス
としては、膜厚５０〜１５０μｍ程度で、長尺もしくは
ロール状で供給されるものが好適に用いられる。

【００１６】上記カバー材料４に使用される耐候性フィ
ルム７は、ポリ塩化ビニル，アクリル，ポリエステル，
ポリカーボネート，ポリアミドもしくはこれらの変成フ
ィルムから形成された透明フィルムの表面に、光安定
剤（ヒンダードアミン〔ＨＡＬＳ〕），紫外線吸収剤
（ベンゾフェノン系，ベンゾトリアゾール系），紫外
線遮蔽剤（超微粒子金属酸化物〔ＴｉＯ₂，ＺｎＯ₂，
Ｆｅ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂等〕），酸化防止剤（ヒンダー
ドフェノール系，リン系，イオウ系）の添加剤の一種も
しくは数種を、その透明性を損なわない程度に塗布する
ことにより形成される。あるいは、上記各添加剤を透明
フィルムの原料に混練したのちフィルム状に成膜して形
成するようにしてもよい。

【００１７】上記カバー材料４に使用される支持体フィ
ルム８としては、ポリ塩化ビニル，アクリル，ポリエス
テル，ポリカーボネート，ポリアミドおよびこれらの変
成フィルム等があげられる。この支持体フィルム８は、
必要に応じてカバー材料４の機械的強度を向上させるた
めに用いられるが、場合によっては、使用しなくても差
し支えない。

【００１８】上記透明樹脂フィルム６，７，８は、貼り
合わせの際の接着力を高めるため、その透明性を損なわ
ない範囲で、コロナ処理，プラズマ処理，スパッタ処
理，プライマー処理，ソフトエッチング，マット加工等
の表面処理を行っても良い。

【００１９】上記カバー材料４の最上層の透明樹脂フィ
ルムに施される耐スクラッチ処理としては、ゾル−ゲ
ル法による金属酸化物皮膜（ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃等）
の有機−無機複合膜の形成，蒸着法による無機金属酸
化物皮膜（ＳｉＯ₂，ＴｉＯ ₂，ＺｒＯ₂等）の形成，
塗布法によるセラミック塗膜（ＳｉＯ₂／アクリル，
ウレタン）の形成等の各種の処理があげられる。これら
の耐スクラッチ処理を施すことにより、カバー材料４の
表面硬度を上げ、耐スクラッチ性を向上させてキズ付を
防止する。また、撥水性を向上させ、ほこり付着性や耐
汚染性を改善する。これにより、光透過率の低下を防止
するようにしている。

【００２０】上記カバー材料４に使用される剥離可能接
着剤としては、透明で、しかもその剥離接着力が１００
〜５００ｇ／２０ｍｍの範囲にあるアクリル共重合系も
しくは変成ゴム系粘着剤が用いられる。剥離接着力がこ
の範囲にある場合には、これらは必要に応じて容易に剥
離することができる。剥離接着力が１００ｇ／２０ｍｍ
未満の場合は、個別封止太陽電池セル２ａとの接着が不
充分で容易に浮きが発生し、水分の侵入や、侵入光の反
射等が生じ、充分な発電性能が得られない。反対に、５
００ｇ／２０ｍｍを超えるとカバー材料４の剥離が困難
になり、剥離の際に太陽電池セル２や接続リード１１を
損傷させるおそれがある。上記剥離可能接着剤には、そ
の透明性を損なわない範囲で、耐候性を向上させるため
に酸化防止剤，老化防止剤，紫外線吸収剤等を添加する
ことが好適である。また、接着力を安定化させるために
フェノール樹脂等を添加することが好適である。

【００２１】カバー材料４の各構成フィルム６，７，８
を貼り合わせる接着剤１３ａとしては、光学的に透明で
あれば特に限定されるものではなく、アクリル系，ゴム
系の液状あるいはフィルム状接着剤（接着フィルム１
３）が使用される。これらの接着剤もその透明性を損な
わない範囲で、耐候性を向上させるために酸化防止剤，
老化防止剤，紫外線吸収剤等を添加したり、あるいは、
接着力を安定化させるためにフェノール樹脂等を添加し
たりすることが好適である。

【００２２】上記各透明樹脂フィルムを、接着剤等を用
いて多層に積層して貼り合わせ、カバー材料４が製造さ
れるが、このカバー材料４は、最表面に耐スクラッチ処
理を施し、裏面に剥離可能接着剤層９を設ける以外は、
特に各層の順序や、作製技術に制約はなく、製造設備や
使用目的等に合わせて適宜工夫すればよい。

【００２３】フレーム５としては、ポリエチレン，ポリ
プロピレン，ポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂成形
品，ＦＲＰ一体成形品，アルミダイカスト，およびこれ
らの組み合わせ構造等があげられる。これらの表面に
は、必要に応じて表面ゲルコート等の耐候性向上処理を
施すことが好適である。フレーム５は、軽量で必要な強
度および耐候性が備わっていればよく、その材質は、上
記のものに限定されるものではない。

【００２４】上記構成において、この発明の太陽電池モ
ジュールを製造する場合には、まず、図３に示すよう
に、太陽電池セル２を透明樹脂３で個別に封止し、図４
に示すように、上記個別封止太陽電池セル２ａを基板１
の上面に、受光面を上にして敷き並べ、接着剤もしくは
両面粘着テープ等（図示せず）で固定する。ついで、こ
の状態で、図５に示すように、上記太陽電池セル２同士
を接続リード１１により直列もしくは並列に電気接続す
る。つぎに、図６に示すように、上記個別封止太陽電池
セル２ａの上面にカバー材料４を剥離可能に貼り付け、
上記個別封止太陽電池セル２ａを被覆するとともに、基
板１の上面を覆う。そののち、カバー材料４により覆わ
れた基板１の周縁部にフレーム５を取り付け、この発明
の太陽電池モジュールを得る（図１参照）。

【００２５】上記のようにして得られた太陽電池モジュ
ールを、図７に示す状態で使用を続け、図８に示すよう
に、上記カバー材料４が、偶然の事故等により損傷した
り、劣化がある程度進んだ場合には、その段階で新しい
ものに取り替えることが行われる。すなわち、まず、図
９に示すように、フレーム５を取り外し、図１０に示す
ように、劣化したカバー材料４を剥離する。このとき、
上記カバー材料４は、剥離可能な接着力で個別封止太陽
電池セル２ａの上面に貼り付けられているため、容易に
剥離され、太陽電池セル２や接続リード１１等を破損す
ることがない。ついで、図１１に示すように、新しいカ
バー材料４をローラー１２等を用いて軽く圧着させて貼
り合わせ、図１２に示すように、再びフレームを取り付
ける。このようにすることにより、太陽電池モジュール
は、初期の光透過性を回復し、当初の発電性能を維持す
ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明の太陽電池モジ
ュールは、樹脂フィルムを主体に構成されているため、
薄型軽量である。また、枠体（フレーム）に要求される
強度も軽減されるため、モジュール自体の重量も軽くな
る（従来型に比べ、厚さは１／３〜１／４，重量は１／
２〜１／３になる）。また、被覆シート（カバー材料）
が経年使用等による理由でその特性が劣化し、太陽電池
モジュールの発電性能が低下したときは、被覆シートを
容易に新しい被覆シートと交換することができる。その
結果、モジュールの発電性能を安定的に維持することが
できるようになる。さらに、この太陽電池モジュールで
は、高価な太陽電池セルは継続して使用できるうえ、被
覆シートは長尺連続生産できるため、安価であり、モジ
ュール自体のコストおよび維持管理のコストが極めて安
価なものになる。そのうえ、被覆シートが容易に交換で
きるため、その寿命はそれほど長くなくてもよく、紫外
線吸収剤，硬質皮膜処理（耐スクラッチ処理），防湿剤
等の添加剤等の選択の巾が広くなり、より安価に製造す
ることができる。

【００２７】つぎに、実施例について説明する。

【００２８】

【実施例１】太陽電池セルとして、多結晶シリコン太陽
電池セルを使用し、この太陽電池セルを透明樹脂（酸無
水物硬化エポキシ樹脂）を用いて個別封止した。一方、
つぎのようにしてカバー材料を作製した。すなわち、最
上層から、耐候性フィルム（光安定剤および紫外線遮蔽
剤を練り込んだポリ塩化ビニルフィルム），防湿性フィ
ルム（薄膜ガラス〔厚さ１００μｍ〕），支持体フィル
ム（ポリエステルフィルム〔厚さ１００μｍ〕）の順で
積層し、接着剤（紫外線遮蔽剤としてＴｉＯ₂超微粒子
を練り込んだアクリル系接着フィルム）で貼り合わせ
た。そして、最表面に耐スクラッチ処理としてＳｉＯ₂
のゾル−ゲル法処理を施し、剥離可能接着剤として剥離
接着力が２５０ｇ／２０ｍｍのアクリル系粘着剤を用い
て、裏面に剥離可能接着剤層を形成した。そして、絶縁
コートされたアルミニウム板（厚さ１ｍｍ）から形成さ
れた基板上に、上記個別封止太陽電池セルを敷き並べて
固定し、この状態で、上記個別封止太陽電池セルの上面
に、上記カバー材料を貼り付け、上記個別封止太陽電池
セルを被覆した。そののち、ＦＲＰ一体成形品のフレー
ムを取り付け、この発明の太陽電池モジュールを得た。

【００２９】

【実施例２】耐スクラッチ処理として、ＴｉＯ₂のスパ
ッタ蒸着処理を施した。それ以外は上記実施例１と同様
にして太陽電池モジュールを得た。

【００３０】

【実施例３】耐スクラッチ処理として、ＳｉＯ₂微粉末
／アクリルバインダの塗布処理を施した。それ以外は上
記実施例１と同様にして太陽電池モジュールを得た。

【００３１】

【実施例４】剥離可能接着剤として、剥離接着力が３０
０ｇ／２０ｍｍの老化防止剤入りゴム系粘着剤を用い
た。それ以外は上記実施例１と同様にして太陽電池モジ
ュールを得た。

【００３２】

【実施例５】剥離可能接着剤として、剥離接着力が４０
０ｇ／２０ｍｍの紫外線吸収剤入りアクリル系粘着剤を
用いた。それ以外は上記実施例１と同様にして太陽電池
モジュールを得た。

【００３３】

【実施例６】カバー材料の防湿性フィルムとして、フッ
化ビニリデンフィルム（厚さ１００μｍ）を用いた。そ
れ以外は上記実施例１と同様にして太陽電池モジュール
を得た。

【００３４】

【実施例７】カバー材料の耐候性フィルムとして、紫外
線吸収剤を練り込んだアクリルフィルムを用いた。それ
以外は上記実施例１と同様にして太陽電池モジュールを
得た。

【００３５】

【実施例８】カバー材料の耐候性フィルムとして、光安
定剤および酸化防止剤を塗布したポリエステルフィルム
を用いた。それ以外は上記実施例１と同様にして太陽電
池モジュールを得た。

【００３６】上記実施例１〜８の性能評価を下記の表１
に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】上記表１から明らかなように、実施例によ
れば、太陽電池モジュールとしての良好な特性を示し
た。また、モジュール自体が薄型軽量になり、カバー材
料の剥離も容易であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の太陽電池モジュールの実施形態を示
す縦断面図である。

【図２】カバー材料の構成を示す説明図である。

【図３】個別封止太陽電池セルを示す縦断面図である。

【図４】太陽電池モジュールの製造工程を示す説明図で
ある。

【図５】太陽電池モジュールの製造工程を示す説明図で
ある。

【図６】太陽電池モジュールの製造工程を示す説明図で
ある。

【図７】太陽電池モジュールの使用状態を示す説明図で
ある。

【図８】太陽電池モジュールの使用状態を示す説明図で
ある。

【図９】カバー材料の交換作業状態を示す説明図であ
る。

【図１０】カバー材料の交換作業状態を示す説明図であ
る。

【図１１】カバー材料の交換作業状態を示す説明図であ
る。

【図１２】カバー材料が交換された太陽電池モジュール
を示す説明図である。

【図１３】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１基板２太陽電池セル２ａ個別封止太陽電池セル３透明樹脂４カバー材料５フレーム６，７，８透明樹脂シート９剥離可能接着剤層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の太陽電池セルが透明樹脂で個別に
封止され、これら個別封止太陽電池セルが、受光面を上
にして基板上に敷き並べられて固定され、この状態で上
記太陽電池セル同士が相互に電気接続され、下記の被覆
シート（Ａ）が上記個別封止太陽電池セルの上面に剥離
可能に貼り付けられて個別封止太陽電池セルが被覆され
るとともに基板上面が覆われ、この被覆シート（Ａ）に
覆われた基板の周縁部に、枠体が取り付けられて構成さ
れていることを特徴とする太陽電池モジュール。（Ａ）
複数の透明樹脂フィルムが透明接着剤もしくは透明接着
フィルムで貼り合わせられて積層され、裏面に接着部材
層が設けられた被覆シート。
【請求項２】接着部材層の剥離接着力が、１００〜５
００ｇ／２０ｍｍである請求項１記載の太陽電池モジュ
ール。
【請求項３】被覆シートの最上層の透明樹脂フィルム
の表面が硬質皮膜処理されている請求項１記載の太陽電
池モジュール。
【請求項４】被覆シートが、透明樹脂フィルムとして
紫外線吸収性フィルムおよび耐湿性フィルムを使用した
ものである請求項１記載の太陽電池モジュール。