JPWO2011132748A1 - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
バイパスダイオードの放熱性を高めて、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供する。内部に光電変換部を有する太陽電池パネル２と、該太陽電池パネルの外周部に配置され、太陽電池パネル２を保持する保持部材３と、太陽電池パネル２から離間して保持部材３に配置されている放熱板１３と、太陽電池パネル２から離間するように放熱板１３に取り付けられているとともに光電変換部と電気的に接続されるバイパスダイオード１４とを備えている。バイパスダイオード１４の放熱板１３への取付面１４ｂは、保持部材３と対向するように配置されている。
Description
本発明は太陽電池モジュールに関するものである。
太陽電池モジュールは、太陽電池素子の受光面上にゴミ等が堆積すると、太陽電池素子内の抵抗が高まって発熱することがある。太陽電池モジュールは、このような発熱を低減するために、バイパスダイオードを備える。このバイパスダイオードにより、抵抗が高くなった太陽電池素子に流れる電流を迂回させる。
しかしながら、バイパスダイオードは、高温環境下において規格温度以上になると、バイパス機能を発揮できなくなったり、有効に太陽電池素子の発熱を低減できなくなったりする可能性があった。
そこで、特開２００６−１３１４５号公報には、バイパスダイオードの発熱を太陽電池パネルに向けて放熱するために、太陽電池パネルの下部に設けられた端子ボックスの底部に放熱板を配置し、この放熱板の上にバイパスダイオードを配置することが提案されている。
しかしながら、特開２００６−１３１４５号公報に記載の太陽電池モジュールでは、端子ボックスの底部に敷設する放熱板が小さいと、バイパスダイオードの熱がこのバイパスダイオードに近接する裏面保護部材または充填材等の部材に集中する場合があった。
本発明の一の目的は、バイパスダイオードの放熱性を高めて、信頼性を向上させた太陽電池モジュールを提供することである。
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、内部に光電変換部を有する太陽電池パネルと、該太陽電池パネルの外周部に配置され、前記太陽電池パネルを保持する保持部材と、前記太陽電池パネルから離間して前記保持部材に配置されている放熱板と、前記太陽電池パネルから離間するように前記放熱板に取り付けられているとともに前記光電変換部と電気的に接続されているバイパスダイオードとを備える。そして、前記バイパスダイオードの前記放熱板への取付面は、前記保持部材と対向するように配置されている。
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールによれば、パイパスダイオードが太陽電池パネルから離間しているとともに、バイパスダイオードの熱が太陽電池パネルと離間している放熱板を介して保持部材に放熱される。そのため、上記熱が保持部材を介して効率良く外部に放熱されるため、高温環境下における信頼性を高めることができる。
以下、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールについて、添付図面を参照しつつ説明する。
≪第１実施形態≫
本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１について、図１乃至図４を用いて説明する。
本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１について、図１乃至図４を用いて説明する。
本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１は、図１および図２に示すように、太陽電池パネル２と、太陽電池パネル２の周囲を保持する保持部材３と、太陽電池パネル２の裏面に接着される端子ボックス４と、バイパスダイオード１４と、を備えている。
＜太陽電池パネル＞
太陽電池パネル２は、図３に示すように、主として光を受光する受光面２ａ（透光性基板５の一主面）と該受光面２ａの裏面に相当する非受光面２ｂ（裏面保護部材９の一主面）とを有している。そして、太陽電池パネル２は、受光面２ａ側から順に、透光性基板５と、熱硬化性樹脂よりなる一対の充填材６と、複数の太陽電池素子８とを備える。透光性基板５は、太陽電池モジュールの基板として機能し、充填材６は、複数の太陽電池素子８の周囲を保護する。複数の太陽電池素子８は、インナーリード７で電気的に接続されている。なお、本実施形態では、太陽電池素子８が光電変換部に相当する。
太陽電池パネル２は、図３に示すように、主として光を受光する受光面２ａ（透光性基板５の一主面）と該受光面２ａの裏面に相当する非受光面２ｂ（裏面保護部材９の一主面）とを有している。そして、太陽電池パネル２は、受光面２ａ側から順に、透光性基板５と、熱硬化性樹脂よりなる一対の充填材６と、複数の太陽電池素子８とを備える。透光性基板５は、太陽電池モジュールの基板として機能し、充填材６は、複数の太陽電池素子８の周囲を保護する。複数の太陽電池素子８は、インナーリード７で電気的に接続されている。なお、本実施形態では、太陽電池素子８が光電変換部に相当する。
さらに、太陽電池パネル２は、太陽電池モジュール１の裏面を保護する裏面保護部材９と、裏面保護部材９の孔９ａより導出され、太陽電池素子８で得られた出力を外部に取り出すための出力リード１０と、を備えている。なお、非受光面２ｂは、全く光を受けない形態に限らない。非受光面２ｂは、例えば、裏面保護部材９および太陽電池素子８と裏面保護部材９との間に位置する充填材６を、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）のような透光性を有するような材質で形成することにより、非受光面２ｂ側から入射される光の一部を受ける形態であってもよい。
太陽電池素子８としては、例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコン等からなる平板状の部材が用いられる。このようなシリコン基板を用いる場合は、上述したように、インナーリード７で隣接するシリコン基板同士を電気的に接続すればよい。太陽電池素子８で得られた出力は、裏面保護部材９の孔９ａ内を通る出力リード１０で出力される。
また、光電変換部に相当する太陽電池素子８には、例えばアモルファスシリコンよりなる薄膜太陽電池、ＣＩＧＳ太陽電池、ＣｄＴｅ太陽電池、結晶シリコン基板上に薄膜アモルファスシリコンを形成した太陽電池等を用いてもよい。例えば、アモルファスシリコン、ＣＩＧＳおよびＣｄＴｅよりなる太陽電池としては、透光性基板上に、アモルファスシリコン層、ＣＩＧＳ層またはＣｄＴｅ層を透明電極等と組み合わせて適宜積層したものが利用できる。なお、本実施形態では、太陽電池素子８として、多結晶シリコン基板が用いられる。
＜保持部材＞
保持部材３は、太陽電池パネル２を保持する機能を有する、保持部材３は、太陽電池パネル２の外周部に配置され、枠状である。この保持部材３は、図２に示すように、太陽電池パネル２が嵌合する嵌合部３ａと、嵌合部３ａに接続されるとともにバイパスダイオード１４が放熱板１３を介して固定される固定部３ｄとを備える。固定部３ｄは、底面３ｃと、太陽電池パネル２の内側に面する内周面３ｂとを有する。内周面３ｂは、太陽電池パネル２の端部よりも内方に位置するとともに、バイパスダイオード１４が対向するように配置される。また、この内周面３ｂは、太陽電池パネル２の主面に対して垂直である。
保持部材３は、太陽電池パネル２を保持する機能を有する、保持部材３は、太陽電池パネル２の外周部に配置され、枠状である。この保持部材３は、図２に示すように、太陽電池パネル２が嵌合する嵌合部３ａと、嵌合部３ａに接続されるとともにバイパスダイオード１４が放熱板１３を介して固定される固定部３ｄとを備える。固定部３ｄは、底面３ｃと、太陽電池パネル２の内側に面する内周面３ｂとを有する。内周面３ｂは、太陽電池パネル２の端部よりも内方に位置するとともに、バイパスダイオード１４が対向するように配置される。また、この内周面３ｂは、太陽電池パネル２の主面に対して垂直である。
このような保持部材３は、熱伝導率が高い材質で形成されてもよく、例えばアルミニウムまたは鉄で形成されてもよい。このとき、保持部材３の材質がアルミニウムであれば、押し出し成形等で製造される。一方で、保持部材３の材質が鉄であれば、鉄板をロール成形するなどして製造することができる。
なお、本実施形態において、保持部材３は、太陽電池パネル２の外周部の全周を保持する枠状体であるが、保持部材３の形状はこれに限らない。例えば、保持部材３は、太陽電池パネル２を保持できれば、少なくとも太陽電池パネル２の対向する一対の辺の部分を保持する、一対の棒状体であってもよい。
＜端子ボックス＞
端子ボックス４は、図４に示すように、上面が開口した箱状の筐体１１と、この筐体１１の開口した上面を塞ぐ蓋体１２と、この筐体１１の一側面に配置される放熱板１３と、を有している。端子ボックス４の内部には、バイパスダイオード１４とターミナル１６とが収納される。バイパスダイオード１４は、端子ボックス４内において、後述する放熱板１３の第１主面１３ａに配置されている。ターミナル１６は、出力リード１０、バイパスダイオード１４および出力ケーブル１５間を電気的に接続する。
端子ボックス４は、図４に示すように、上面が開口した箱状の筐体１１と、この筐体１１の開口した上面を塞ぐ蓋体１２と、この筐体１１の一側面に配置される放熱板１３と、を有している。端子ボックス４の内部には、バイパスダイオード１４とターミナル１６とが収納される。バイパスダイオード１４は、端子ボックス４内において、後述する放熱板１３の第１主面１３ａに配置されている。ターミナル１６は、出力リード１０、バイパスダイオード１４および出力ケーブル１５間を電気的に接続する。
筐体１１は、バイパスダイオード１４、出力ケーブル１５およびターミナル１６等を内部に収納するものである。また、筐体１１の側面には、放熱板１３とバイパスダイオード１４とを接触可能にするための第１貫通孔１１ａが設けられている。筐体１１の底面には、ターミナル１６を係止する係止突起１１ｂと、出力リード１０を筐体１１内に引き込むための第２貫通孔１１ｃと、が設けられている。
このような筐体１１は、例えば、絶縁性を有する樹脂材料で形成されている。筐体１１の材質としては、具体的には、例えば、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ樹脂）やポリフェニレンオキサイド樹脂（ＰＰＯ樹脂）、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。また、紫外線などに対する耐光性を向上するという観点から、このような樹脂材料に黒色の顔料を混ぜた材料で形成されたり、筐体１１の外周面を黒色にしたりしてもよい。
また、筐体１１は、裏面側において、太陽電池パネル２の非受光面側の所定の位置にシリコーンシーラントなどの接着材２０を用いて固定される。なお、筐体２の大きさや形状は、取り付けられる太陽電池モジュール１の大きさに応じて適宜決定すればよい。端子ボックス４を保護する観点からは、筐体１１の高さが保持部材３の底面３ｃ（固定部３ｄの底面３ｃ）よりも低くてもよい。
蓋体１２は、筐体１１の上面の開口部を閉塞するものである。このような蓋体１２は、筐体１１と同様の材料で形成することができる。また、蓋体１２は、筐体１１に対して、接着、嵌合またはネジ止め等で固定される。
放熱板１３は、筐体１１の側面に配置される板状体である。この放熱板１３は、太陽電池パネル２から離間して、保持部材３に配置されている。このような放熱板１３の材質としては、長期間にわたり雨水や湿気に暴露されることに対する耐久性を有するとともに、効率よく保持部材３に熱伝導するという観点から、耐食性および高い熱伝導率を有する金属材料であるステンレスやアルミニウムなどが用いられる。
この放熱板１３は、バイパスダイオード１４が配置されている第１主面１３ａと、保持部材３に固定されている第２主面１３ｂとを有している。なお、本実施形態では、放熱板１３の第１主面１３ａの裏面に相当するのが第２主面１３ｂである。第１主面１３ａは端子ボックス４の内方に面しており、第２主面１３ｂは、筐体１１から外方へ露出している。より具体的には、第２主面１３ｂは、端子ボックス４の外方に位置している。
また、放熱板１３の第２主面１３ｂは、少なくとも一部が保持部材３と接触して固定されていればよい。但し、第２主面１３ｂの全面が保持部材３と接触している形態であれば、放熱性を高めることができる。
また、放熱板１３の熱伝導率は、筐体１１の熱伝導率よりも大きくてもよい。これにより、保持部材３へ移動する熱量を高めることができる。
また、放熱板１３の第１主面１３ａのうちバイパスダイオード１４が取り付けられている以外の領域は、筐体１１内を密閉すべく、シリコーンシーラント等の接着材を配してもよい。これにより、端子ボックス４の防水性が向上する。
そして、本実施形態では、図２に示すように、バイパスダイオード１４が、太陽電池パネル２から離間して、放熱板１３を挟んで保持部材３に対応する位置に配置されている。換言すれば、本実施形態では、バイパスダイオード１４が、放熱板１３を介して保持部材３（保持部材３の内周面３ｂ）の直上に位置するように配置されている。より具体的には、バイパスダイオード１４は、放熱板１３に取り付けられるとともに、保持部材３（保持部材の内周面３ｂ）と対向するように配置される取付面１４ｂを有している。
ここで、伝熱の現象において、熱の流れにくさを表す熱抵抗Ｒは、Ｒ（熱抵抗）＝Ｌ（距離）÷λ（熱伝導率）÷Ａ（面積）で示される。そのため、本実施形態によれば、バイパスダイオード１４と保持部材３との間の距離を小さくして熱抵抗を低減することができるため、放熱性を高めることができる。加えて、バイパスダイオード１４が太陽電池パネル２と非接触の状態で、離間するように配置されているため、バイパスダイオードの熱が太陽電池パネル２に直に伝達されるのを低減することができる。また、バイパスダイオード１４が太陽電池パネル２と離間している本実施形態では、外部からの荷重により太陽電池パネル２に撓みが生じても、この撓みによってバイパスダイオード１４が保持部材３から剥がれる虞を低減できる。
なお、放熱板１３は、保持部材３に効率良く熱を放熱（伝導）できるように配置されていればよい。換言すれば、放熱板１３は、太陽電池パネル２とは熱的に直接接続されておらず、保持部材３と熱的に直接接続されていればよい。すなわち、放熱板１３は、保持部材３に直に接触させてもよい。一方で、接触面の微視的な凹凸によって生じやすい見かけの接触面積と実際の接触面積との差を低減するために、接着作用を有する厚みが小さい樹脂層１７を介して、放熱板１３を保持部材３に配置してもよい。また、放熱板１３は、保持部材３に接着して固定させてもよく、一方で、保持部材３に対して固定させない形態であってもよい。ここでいう固定させない形態とは、例えば、放熱板１３が保持部材３に触れているだけであって接着剤によって固定されていない形態である。なお、樹脂層１７については後述する。
また、本実施形態では、図２に示すように、放熱板１３の第２主面１３ｂが筐体１１から露出するように配置されている。このような形態であれば、端子ボックス４内に放熱板１３を配した場合であっても、放熱板１３の第２主面１３ｂを保持部材３に対して容易に接触させることができるため、端子ボックス４を設置する工程が容易になる。なお、ここでいう第２主面１３ｂが筐体１１から露出するとは、筐体１１の外周面と第２主面１３ｂとが、同一面上に配置されている形態であってもよい。また、本実施形態のように、放熱板１３の厚みは、筐体１１の厚みよりも大きくてもよい。これにより、放熱板１３の熱容量が大きくなることから、放熱板１３がバイパスダイオード１４の急激な温度上昇を緩和する緩衝材として機能する作用が高まる。さらに、このとき、第２主面１３ｂが筐体１１から突出して配置されることにより、保持部材３への取付けを容易にすることができる。またさらに、このとき、第１主面１３ａが筐体１１の内面と同一面上に配置されていることで、端子ボックス４を小型化することができる。
また、本実施形態では、放熱板１３の厚みは、保持部材３の厚みよりも大きい。このような構成により、放熱板１３の熱容量が大きくなることから、放熱板１３がバイパスダイオード１４の急激な温度上昇を緩和する緩衝材としての機能が高まる。
本実施形態では、放熱板１３だけでなく、保持部材３の熱伝導率も高くしてもよい。このとき、保持部材３および放熱板１３は熱拡散率も高くすることができる。熱拡散率とは、物体中の温度分布の時間変化速度の大小を表すものであり、熱拡散率の値が大きいほど温度変化が早い。すなわち、バイパスダイオード１４は、熱拡散率の大きい部材と接触しているほうが、短時間で冷却される。そのため、保持部材３をアルミニウム（熱拡散率：８３．６×１０−６（ｍ／ｓ２））または鉄（熱拡散率：１０〜１７．５×１０−６（ｍ／ｓ２））で構成すればよい。この場合、保持部材３の熱拡散率が裏面保護部材９を構成するようなＰＥＴ樹脂（熱拡散率：０．０９３×１０−６（ｍ／ｓ２））の熱拡散率に比べて高い。これにより、バイパスダイオード１４の熱を保持部材３中において、短時間で広範囲に移動させて放熱することができる。
バイパスダイオード１４は、隣接する出力リード１０の間に太陽電池素子８のダイオード極性に対して逆方向になるように接続される。バイパスダイオード１４の形状は、例えば、平板状や円柱形状とすることができる。また、バイパスダイオード１４は、出力リード１０との接続が行い易いようにバイパスダイオード１４の外部に接続端子１４ａが延出しているものであってもよい。このバイパスダイオード１４の定格電流などは、使用する太陽電池モジュール１の太陽電池素子８の大きさや直列数等を考慮して適宜決定すれば良い。また、本実施形態において、バイパスダイオード１４は、放熱板１３の第１主面１３ａにネジ１８で固定されている。このバイパスダイオード１４の固定方法は、これに限らず、嵌合など他の固定方法を採用することができる。
次に、バイパスダイオード１４が発熱する仕組みとバイパスダイオード１４における放熱が必要な理由とについて説明する。
例えば、太陽電池モジュール１の全ての太陽電池素子８に対して光が照射されている場合には、バイパスダイオード１４に電流は流れない。しかしながら、ある特定の太陽電池素子８に影が生じて発電が不十分になった場合には、太陽電池素子８の内部に抵抗成分が生じ、電流が流れにくくなり、ひいては熱が発生する（いわゆるホットスポットが生じる）。このとき、影が生じた太陽電池素子８の電位差が、バイパスダイオード１４の両端における電位差よりも大きくなるため、バイパスダイオード１４に電流が流れるようになる。その結果、バイパスダイオード１４は、影が生じた太陽電池素子８に流れる電流を低減させて、太陽電池素子８の発熱をする。一方で、バイパスダイオード１４は、電流が流れることによって、発熱して温度が上昇する。さらに、さらなる温度の上昇が予想される高温環境下では、バイパスダイオード１４は、電流容量が低下する等の不具合が生じやすい。よって、バイパスダイオード１４の放熱は、特に高温環境下において、より重要となる。
また、本実施形態では、バイパスダイオード１４から保持部材３までの距離Ｄ１は、バイパスダイオード１４から太陽電池パネル２までの距離Ｄ２よりも小さい。このような構成により、熱抵抗を小さくすることができる。
なお、ここでいう距離Ｄ１は、バイパスダイオード１４から保持部材３までの最短の距離をいう。本実施形態においては、例えば、図２に示すように、バイパスダイオード１４の取付面１４ｂから保持部材３の内周面３ｂまでの最短の距離である。また、ここでいう距離Ｄ２は、バイパスダイオード１４から太陽電池パネル２までの最短の距離をいう。本実施形態においては、例えば、図２に示すように、バイパスダイオード１４の下面（太陽電池パネル２に対向するよう配置されている面）から太陽電池パネル２の非受光面２ｂまでの最短の距離である。
ターミナル１６は、バイパスダイオード１４と出力リード１０と出力ケーブル１５との電気的接続を仲介するためものであり、例えば、導電性の金属板で形成される。このようなターミナル１６の材質としては、例えば銅、りん青銅、黄銅、鉄、ステンレスなどの電気抵抗の低い金属材料を用いることができる。
樹脂層１７は、放熱板１３と保持部材３との間に配置される。また、樹脂層１７は、放熱板１３と保持部材３とを接着させるための接着材としての役割、または放熱板１３と保持部材３との間の緩衝材としての役割を担う。放熱板１３と保持部材３との接着に樹脂層１７を用いる場合は、樹脂層１７には密着して熱伝導性を発揮するものを用いることができる。
接着材として樹脂層１７を用いる場合は、樹脂層１７の樹脂材料として、例えばシリコーンシーラント、ポリウレタンなどが用いられる。これらの材料であれば、太陽電池モジュール１の長期に渡る屋外使用に対して物性変化や形状変化が発生しにくい。また、樹脂層１７として、接着した後に弾性体となる接着材を用いれば、太陽電池モジュール１に荷重が負荷された場合、または熱膨張・収縮が生じた場合であっても接着を維持することができる。
さらに、樹脂層１７として、例えば、樹脂材料に熱伝導率の高い金属粒子やセラミック粒子を含有させた材料を用いれば、樹脂層１７の熱伝導率を高めることができる。これにより、保持部材３に熱を伝達しやすくなり、放熱性を高めることができる。このような金属粒子としては、例えばアルミニウム（熱伝導率：２３４Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率：３９３Ｗ／ｍ・Ｋ）、銀（熱伝導率：４２９Ｗ／ｍ・Ｋ）またはこれらの金属の合金等が用いられる。また、セラミック粒子としては、例えば窒化アルミニウム（熱伝導率：２００Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミナ（熱伝導率：３２Ｗ／ｍ・Ｋ）、ジルコニア（熱伝導率：４Ｗ／ｍ・Ｋ）、窒化ホウ素（熱伝導率：３６Ｗ／ｍ・Ｋ）等が用いられる。セラミック粒子を用いた場合には、保持部材３と樹脂層１７との良好な絶縁性を確保できる。金属粒子またはセラミック粒子の大きさは、樹脂層１７の熱伝導率の向上、樹脂の成形性および接着性という観点から、例えば、直径が０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲であってもよい。また、金属粒子またはセラミック粒子の樹脂材料に対する含有率は、樹脂層１７の熱伝導率の向上、および樹脂の成形性および接着性という観点から、樹脂材料に対して体積比で５％以上４０％以下であってもよい。なお、樹脂層１７が金属粒子およびセラミックス粒子の両方を含む場合は、金属粒子とセラミックス粒子の合計の含有率が、樹脂材料に対して体積比で５％以上４０％以下であってもよい。
また、樹脂層１７は、緩衝材として用いる場合であれば、予めシート状に加工されたものを用いても良い。例えば、硬化後に弾性を有するゴムまたは合成樹脂のバインダに、熱伝導性フィラーを混練し、シート状に加工した基体の両方の主面に接着剤層を設けたものを用いても良い。例えば、基体のバインダとしてはシリコーンゴムやアクリルゴム、ポリエチレンゴム、フッ素ゴムなどを用いることができ、熱伝導性フィラーとしては黒鉛、雲母、アルミナなどを用いることができる。また、接着剤層としては、例えばシリコーンシーラントやポリウレタンを用いることができる。このような樹脂層１７を放熱板１３と保持部材３とに対してそれぞれ密着させて配置することで放熱板１３と保持部材３との接触面積を大きくすれば、効率良くバイパスダイオード１４からの熱を保持部材３に伝達させることができる。また、このような緩衝作用を有する樹脂層１７は、比較的、弾性変形しやすいため、保持部材３や放熱板１３における熱による変形を吸収することができる。
さらに、本実施形態では、図２に示すように、筐体１１の内部に太陽電池モジュール１の長期間の使用によってカビや錆などが発生することを低減する観点から、ポッティング剤１９を筐体１１内に充填してもよい。このとき、ポッティング剤１９によって、ターミナル１６と出力リード１０とを電気的に接続する部分、ターミナル１６とバイパスダイオード１４とを電気的に接続する部分、およびターミナル１６と出力ケーブル１５とを電気的に接続する部分のそれぞれを覆うことが好ましい。このようなポッティング剤１９としては、硬化後に経時的な物性変化が少ないエポキシ樹脂などを好適に用いることができる。
以上のように、本実施形態では、パイパスダイオード１４が太陽電池パネル２から離間して配置され、バイパスダイオード１４の熱が放熱板１３を介して保持部材３に放熱される。そのため、上記熱が保持部材３を介して効率良く外部に放熱されるとともに、太陽電池パネル２の裏面保護部材９や充填材６への熱の影響を緩和することができる。その結果、本実施形態では、高温環境下における信頼性を高めることができる。
≪第２実施形態≫
本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ａについて、図５を用いて説明する。太陽電池モジュール１Ａは、バイパスダイオード１４と保持部材３との間の構成において、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なる。具体的には、第２実施形態に係る太陽電池モジュール１Ａは、バイパスダイオード１４の通電部と保持部材３との間に二重絶縁を施した構成を有する。
本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ａについて、図５を用いて説明する。太陽電池モジュール１Ａは、バイパスダイオード１４と保持部材３との間の構成において、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なる。具体的には、第２実施形態に係る太陽電池モジュール１Ａは、バイパスダイオード１４の通電部と保持部材３との間に二重絶縁を施した構成を有する。
ここでいう二重絶縁とは、基礎絶縁と付加絶縁の双方から成る絶縁のことである。なお、基礎絶縁とは感電に対する基本的な保護を与える絶縁のことであり、付加絶縁とは、基礎絶縁が破壊した場合の感電に対する保護を与えるため、基礎絶縁に追加して設けられる独立した絶縁のことである。
なお本実施形態におけるバイパスダイオード１４は、通電部をエポキシ樹脂で被覆したパッケージダイオードである。
図５に示すように、第２実施形態に係る太陽電池モジュール１Ａは、上記第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と比較して、放熱板１３の第２主面１３ｂと樹脂層１７との間に配置された絶縁層２１をさらに有している。そして、放熱板１３の第２主面１３ｂと対向するように配置される絶縁層２１の主面は、放熱板１３の第２主面１３ｂよりも大きい。そして、放熱板１３および絶縁層２１のうち筐体１１の外側に露出した部分が樹脂層１７で覆われている。
ここで絶縁層２１は、絶縁性を有するものであればよく、例えば、バインダと熱伝導性フィラーとを混練してなるシート状に加工されたものを用いることができる。ここで、バインダとしてはシリコーンゴムやアクリルゴム、ポリエチレンゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性のゴムまたは合成樹脂を用いることができ、熱伝導性フィラーとしては窒化ホウ素（ＢＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁性を有するものを混練したものを用いることができる。なお、放熱板１３と保持部材３との間の沿面距離を大きくしてトラッキングを防止する観点から、このような絶縁層２１の主面の外縁は、放熱板１３の第２主面１３ｂの外縁よりも１〜４ｍｍ程度大きくしてもよい。
このような絶縁層２１を備えることにより、放熱板１３と保持部材３との間を接着剤で直接接着した場合に生じる、放熱板１３と保持部材３との間のピンホールを通る通電を防止して、絶縁を良好に保つことができる。
さらに、本実施形態においては、樹脂層１７によって、筐体１１の外側に露出した放熱板１３および絶縁層２１を覆うことで絶縁を行っている。このような樹脂層１７としてはシリコーンシーラントなどを用いることができる。
以上で説明したように、本実施形態においては、二重絶縁のうち、１つ目の絶縁物はバイパスダイオード１４の通電部の周囲を覆うエポキシ樹脂であり、２つ目の絶縁物は絶縁層２１および樹脂層１７である。
このような構成により、端子ボックス４と保持部材３との間の二重絶縁を行うことができ、放熱性を高めつつ信頼性を高めることができる。
≪第３実施形態≫
本発明の第３の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｂについて、図６を用いて説明する。太陽電池モジュール１Ｂは、絶縁層２１と放熱板１３とが接触する形態において、第２実施形態に係る太陽電池モジュール１Ａと異なる。具体的には、第３実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｂでは、絶縁層２１が筐体１１の第１貫通孔１１ａの内側で放熱板１３と接触している。
本発明の第３の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｂについて、図６を用いて説明する。太陽電池モジュール１Ｂは、絶縁層２１と放熱板１３とが接触する形態において、第２実施形態に係る太陽電池モジュール１Ａと異なる。具体的には、第３実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｂでは、絶縁層２１が筐体１１の第１貫通孔１１ａの内側で放熱板１３と接触している。
絶縁層２１は、第２実施形態と同様に、絶縁性を有するものであればよく、例えば、弾力に富み、変形しやすく元に戻る特性を有するものを用いることができる。また、絶縁層２１としては、例えば、バインダと熱伝導性フィラーとを混練しシート状に加工されたものを用いることができる。このとき、バインダとしては、シリコーンゴムやアクリルゴム、ポリエチレンゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性のゴムまたは合成樹脂を用いることができ、熱伝導性フィラーとしては、アルミナなどの絶縁性を有するものを混練したものを用いることができる。
このように絶縁層２１が第１貫通孔１１ａの内側で放熱板１３と接触することにより、放熱板１３が端子ボックス４の外側の水分と接触しにくくなり、絶縁性を高めて二重絶縁を行うことができる。また絶縁層２１の厚みを大きくすることができることから、太陽電池モジュール１Ｂに荷重が加わったときに生じる保持部材３の撓みに追従して、端子ボックス４と保持部材３の間の熱的接触を維持することができる。
≪第４実施形態≫
本発明の第４の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｃについて、図７を用いて説明する。太陽電池モジュール１Ｃは、絶縁層２１の配置形態において、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なる。具体的には、第４実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｃでは、二重絶縁を行うために、絶縁層２１が第１貫通孔１１ａの内側で第１放熱板１３ｃと第２放熱板１３ｄとの間に挟持されている。
本発明の第４の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｃについて、図７を用いて説明する。太陽電池モジュール１Ｃは、絶縁層２１の配置形態において、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なる。具体的には、第４実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｃでは、二重絶縁を行うために、絶縁層２１が第１貫通孔１１ａの内側で第１放熱板１３ｃと第２放熱板１３ｄとの間に挟持されている。
すなわち、放熱板１３は、バイパスダイオード１４側に配置された第１放熱板１３ｃと、保持部材３側に配置された第２放熱板１３ｄとを有している。そして、絶縁層２１が、第１貫通孔１１ａ内に配置されているとともに第１放熱板１３ｃと第２放熱板１３ｄとの間に配置されている。なお、図７に示すように、絶縁層２１の厚みは、筐体１１の厚みよりも小さい。
このような第１放熱板１３ｃおよび第２放熱板１３ｄは、第１実施形態と同様に、ステンレスやアルミニウムを用いることができる。また絶縁層２１は第２実施形態と同様に、バインダと熱伝導性フィラーとを混練してなるシート状に加工されたものを用いることができる。このとき、バインダとしてはシリコーンゴムやアクリルゴム、ポリエチレンゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性のゴムまたは合成樹脂を用いることができ、熱伝導性フィラーとしてはアルミナなどの絶縁性を有するものを混練したものを用いることができる。
このように第１貫通孔１１ａの内側で第１放熱板１３ｃと第２放熱板１３ｄとの間に絶縁層２１が挟持されていることにより、絶縁層２１の劣化を低減し、二重絶縁の信頼性を高めることができる。
このように第１貫通孔１１ａの内側で第１放熱板１３ｃと第２放熱板１３ｄとの間に絶縁層２１が挟持されていることにより、絶縁層２１の劣化を低減し、二重絶縁の信頼性を高めることができる。
≪第５実施形態≫
本発明の第５の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｄについて、図８を用いて説明する。太陽電池モジュール１Ｄは、放熱板１３の構成において、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なる。具体的には、第５実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｄでは、放熱板１３として、絶縁性と高い熱伝導性を有する複合材料を用いている。
本発明の第５の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｄについて、図８を用いて説明する。太陽電池モジュール１Ｄは、放熱板１３の構成において、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なる。具体的には、第５実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｄでは、放熱板１３として、絶縁性と高い熱伝導性を有する複合材料を用いている。
このような放熱板１３は、例えば、樹脂の母材を絶縁性と高い熱伝導性とを有する強化材料で強化した複合材料である。このような放熱板１３を用いることにより、冷却性能および二重絶縁を兼ね備えることができる。
本実施形態においては、図８に示すように、放熱板１３の熱伝導率を高めるために、強化材料として第１主面１３ａから第２主面１３ｂの方向へ配列した長繊維２２を用いている。このとき、母材２３としてはシリコーン樹脂やエポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を用い、長繊維２２としては窒化ホウ素（ＢＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いることができる。なお、長繊維２２としては、筐体１１よりも高い熱伝導率を有するものを用いるとよい。
本実施形態のように、第１主面１３ａと第２主面１３ｂとの間を、高熱伝導率の長繊維２２で連続的に接続していることにより、保持部材３とバイパスダイオード１４との間の熱抵抗を低減して高い熱流束で接続することができる。そのため、長繊維２２で第１主面１３ａと第２主面１３ｂの間を接続することによって熱伝導率をより効果的に高めることができる。また、本実施形態における放熱板１３は母材および強化材料の両方が絶縁材料の複合材料であることから、保持部材３とバイパスダイオード１４との間の二重絶縁も実現することができる。放熱板１３にこのような複合材料を用いることにより、１〜１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］の熱伝導率を得ることができる。
なお、本実施形態においては、強化材料として長繊維を用いた放熱板１３を例示したが、放熱板１３の構造はこれに限らない。例えば、強化材料として短繊維を用いてもよい。この場合も、放熱板１３の樹脂の母材として、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）やエポキシ樹脂を用い、強化材料として窒化ホウ素（ＢＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のフィラーを用いることができる。このとき、母材中のフィラーの充填量は、例えば４０容量％〜６０容量％とすることができる。また、このような複合材料を用いた放熱板１３により、１〜３［Ｗ／ｍ・Ｋ］の熱伝導率を得ることができる。
≪第６実施形態≫
本発明の第６の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｅについて、図９を用いて説明する。太陽電池モジュール１Ｅは、バイパスダイオード１４と保持部材３との間の構成において、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なる。具体的には、第６実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｅでは、図９に示すように、絶縁テープ２４が放熱板１３とバイパスダイオード１４との間に配置されている。さらに、バイパスダイオード１４を固定するネジ１８の材質が樹脂であってもよい。
本発明の第６の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｅについて、図９を用いて説明する。太陽電池モジュール１Ｅは、バイパスダイオード１４と保持部材３との間の構成において、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なる。具体的には、第６実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｅでは、図９に示すように、絶縁テープ２４が放熱板１３とバイパスダイオード１４との間に配置されている。さらに、バイパスダイオード１４を固定するネジ１８の材質が樹脂であってもよい。
本実施形態においては、放熱板１３の第１主面１３ａと筐体１１の内面とは同一平面上にある。そして、図９に示すように、絶縁テープ２４は、放熱板１３の第１主面１３ａおよびその周辺に位置する筐体１１の第１貫通孔１１ａ付近の内面を覆うように配置されている。このような構成により、絶縁性が高まる。
ネジ１８の材質は、例えば、ポリカボネートやポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレンなど絶縁性と耐熱性、耐侯性とを有するものの中から適宜選択することができる。さらに熱伝導性の高い複合材料を用いても良い。
また、絶縁テープ２４は基材と粘着材とを有しており、基材としてはエポキシやポリエステル、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やポリイミドまたはガラスクロスを用い、粘着材としては熱硬化型ゴムや熱硬化型シリコーン、アクリルまたは非加熱型ゴムを用いることができる。また、絶縁テープ２４の厚さは０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍとすることができる。
本実施形態においては、このような薄い絶縁テープ２４を用いて絶縁することができることから、熱抵抗を低減してバイパスダイオード１４から放熱板１３への熱流束を維持しつつ、二重絶縁をすることができる。加えて、端子ボックス４の小型化が図れる。
≪第７実施形態≫
本発明の第７の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｆについて、説明する。太陽電池モジュール１Fは、放熱板１３の材質において、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なる。具体的には、第７実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｆでは、放熱板１３の材質が絶縁性を有する物質である。より具体的には、放熱板１３の材質が窒化アルミニウムである。放熱板１３の材質として用いられる絶縁性を有する物質としては、窒化アルミニウム以外には、炭化ケイ素などがある。
本発明の第７の実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｆについて、説明する。太陽電池モジュール１Fは、放熱板１３の材質において、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なる。具体的には、第７実施形態に係る太陽電池モジュール１Ｆでは、放熱板１３の材質が絶縁性を有する物質である。より具体的には、放熱板１３の材質が窒化アルミニウムである。放熱板１３の材質として用いられる絶縁性を有する物質としては、窒化アルミニウム以外には、炭化ケイ素などがある。
このような形態においては、放熱板１３が絶縁性と高い熱伝導率をもつことから、バイパスダイオード１４を冷却しつつ、二重絶縁を好適に実現することができる。
なお、本発明を適用できる太陽電池モジュールとしては、上述の第１実施形態から第６実施形態で説明したスーパーストレート構造のものに限られるものではなく、ガラスパッケージ構造、サブストレート構造などの種々の構造のものに適用可能である。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ：太陽電池モジュール
２：太陽電池パネル
２ａ：受光面
２ｂ：非受光面
３：保持部材
３ａ：嵌合部
３ｂ：内周面
３ｃ：底面
３ｄ：固定部
４：端子ボックス
５：透光性基板
６：充填材
７：インナーリード
８：太陽電池素子
９：裏面保護部材
９ａ：孔
１０：出力リード
１１：筐体
１１ａ：第１貫通孔
１１ｂ：係止突起
１１ｃ：第２貫通孔
１２：蓋体
１３：放熱板
１３ａ：第１主面
１３ｂ：第２主面
１３ｃ：第１放熱板
１３ｄ：第２放熱板
１４：バイパスダイオード
１４ａ：接続端子
１４ｂ：取付面
１５：出力ケーブル
１６：ターミナル
１７：樹脂層
１８：ネジ
１９：ポッティング剤
２０：接着材
２１：絶縁層
２２：長繊維
２３：母材
２４：絶縁テープ
２：太陽電池パネル
２ａ：受光面
２ｂ：非受光面
３：保持部材
３ａ：嵌合部
３ｂ：内周面
３ｃ：底面
３ｄ：固定部
４：端子ボックス
５：透光性基板
６：充填材
７：インナーリード
８：太陽電池素子
９：裏面保護部材
９ａ：孔
１０：出力リード
１１：筐体
１１ａ：第１貫通孔
１１ｂ：係止突起
１１ｃ：第２貫通孔
１２：蓋体
１３：放熱板
１３ａ：第１主面
１３ｂ：第２主面
１３ｃ：第１放熱板
１３ｄ：第２放熱板
１４：バイパスダイオード
１４ａ：接続端子
１４ｂ：取付面
１５：出力ケーブル
１６：ターミナル
１７：樹脂層
１８：ネジ
１９：ポッティング剤
２０：接着材
２１：絶縁層
２２：長繊維
２３：母材
２４：絶縁テープ
Claims (15)
- 内部に光電変換部を有する太陽電池パネルと、
該太陽電池パネルの外周部に配置され、前記太陽電池パネルを保持する保持部材と、
前記太陽電池パネルから離間して前記保持部材に配置されている放熱板と、
前記太陽電池パネルから離間するように前記放熱板に取り付けられているとともに前記光電変換部と電気的に接続されているバイパスダイオードとを備え、
前記バイパスダイオードの前記放熱板への取付面は、前記保持部材と対向するように配置されている、太陽電池モジュール。 - 前記保持部材は、前記太陽電池パネルが嵌合する嵌合部と、該嵌合部と接続されるとともに前記バイパスダイオードが固定される固定部とを有しており、
該固定部は、前記太陽電池パネルの端部よりも内方に位置するとともに前記バイパスダイオードが対向するように配置される内周面を有している、請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 前記バイパスダイオードを収納する筐体をさらに備え、
前記放熱板は、前記バイパスダイオードが配置されている第１主面と、前記保持部材に固定されている第２主面とを有しており、該第２主面が前記筐体から露出している、請求項２に記載の太陽電池モジュール。 - 前記放熱板は、前記第２主面の全面が前記保持部材の前記内周面と接触している、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
- 前記放熱板の熱伝導率は、前記筐体の熱伝導率よりも大きい、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
- 前記放熱板と前記保持部材との間に配置される樹脂層をさらに備え、
該樹脂層は、樹脂材料と、金属粒子およびセラミックス粒子の少なくともいずれか一方とを含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 前記放熱板の厚みは、前記筐体の厚みよりも大きい、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
- 前記バイパスダイオードから前記保持部材までの距離Ｄ１は、前記バイパスダイオードから前記太陽電池パネルまでの距離Ｄ２よりも小さい、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記放熱板と前記保持部材との間に配置される絶縁層をさらに備えている、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
- 前記放熱板のうち前記筐体の外側に位置する部分と前記絶縁層とを覆うように配置された樹脂層をさらに備えている、請求項９に記載の太陽電池モジュール。
- 前記筐体は、前記保持部材の前記内周面に対向する開口部を有する第１貫通孔を有しており、前記絶縁層は、前記筐体の前記第１貫通孔内で前記放熱板と接触している、請求項９に記載の太陽電池モジュール。
- 前記放熱板は、樹脂材料と、窒化ホウ素、窒化アルミニウムおよびアルミナの少なくともいずれか一方を含む熱導電性フィラーと、を含有している、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
- 前記熱導電性フィラーは、前記放熱板の前記第１主面と前記第２主面とを接続する繊維である、請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
- 前記バイパスダイオードと前記放熱板との間に配置される絶縁テープをさらに備える、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 内部に光電変換部を有する太陽電池パネルと、
該太陽電池パネルの外周部に配置され、前記太陽電池パネルを保持する保持部材と、
前記太陽電池パネルと熱的に接続されておらず、前記保持部材と熱的に接続されている放熱板と、
前記光電変換部に電気的に接続されるバイパスダイオードとを備え、
該バイパスダイオードは、前記放熱板に取り付けられて前記保持部材と対向するように配置されている取付面を有している、太陽電池モジュール。
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