JPWO2014050087A1 - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

太陽電池モジュール（１０）は、太陽電池パネル（１１）とフレーム構造体（１２）で構成される。フレーム構造体（１２）は、太陽電池パネル（１１）の周縁部に配置され、中空部を有する断面形状の複数のフレーム材（２２），（２３）と、中空部に設けられたコーナ部材（２５）と、中空部に設けられ、コーナ部材（２５）を保持する保持部と、フレーム材（２２），（２３）を加圧し、形成した複数のカシメ部と、を備える。

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

太陽電池モジュールは、複数の太陽電池を複数の配線材を用いて互いに直列接続し、受光面側と裏面側をそれぞれ封止材で挟み、その外側の受光面側と裏面側にそれぞれ保護部材を配置し、端部を複数のフレーム材を用いて枠状に固定して構成される。

このような太陽電池モジュールでは、フレーム構造体は、各フレーム材のコーナ部に、コーナーピースという固定部材を取り付け部に圧入することにより、フレーム材同士を接合して固定する方法が採られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−９５８１９号公報

特許文献１にかかる太陽電池モジュールでは、フレーム材にコーナーピースを圧入してフレーム材間を固定する方法であるため、精度良く所定の位置にフレーム材を配置する必要があった。また、フレーム材間の接続不良を修正できるようにした場合、コーナーピースがフレーム材から抜けるなど十分な強度を持ったフレーム構造体とすることができない場合があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされた太陽電池モジュールと、その製造方法を提供することである。

本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池パネルと、太陽電池パネルの周縁部に配置され、中空部を有する断面形状の複数のフレーム材と、中空部に設けられたコーナ部材と、中空部に設けられ、コーナ部材を保持する保持部と、フレーム材を加圧し、形成した複数のカシメ部と、を備える。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、中空部を有する断面形状の複数のフレーム材を用意し、Ｌ字型のコーナ部材を２つのフレーム材の中空部にそれぞれ挿入して配置し、コーナ部材と重なる２つのフレーム材の内側壁部を同時に加圧して、２つのフレーム材のそれぞれにカシメ部を形成し、２つのフレーム材を一体化して角部を形成し、複数のフレーム材により太陽電池パネルの枠体を形成する。

上記構成によれば、フレーム材の断面形状の中空部に配置されるコーナ部材を用い、フレーム材とコーナ部材とを加圧して固定するので、高い精度を必要とされることなくフレーム材とコーナ部材を配置でき、複数のフレーム材を互いにしっかりと固定して、太陽電池パネルの周縁部を支持できる。

本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図、（ｃ）は太陽電池パネルの断面図である。 本発明の実施の形態における太陽電池モジュールのフレーム構造体の構成図である。 本発明の実施の形態における太陽電池モジュールのフレーム構造体の組付けで、一方のフレーム材の一方端にコーナ部材の一方端を挿入する手順を示す図である。 図３に引き続き、コーナ部材の他方端を他方のフレーム材の他方端に挿入する手順を示す図である。 図４に引き続き、２つのフレーム材が互いに突き合わせられた状態で、カシメ治具を用いて、２つのフレーム材とコーナ部材を固定する手順を示す図である。 本発明の実施の形態における太陽電池モジュールのフレーム構造体のカシメ部を示す図である。 他のカシメ部の例を示す図である。 別のカシメ部の例を示す図である。 フレーム材の保持部とコーナ部材と重なるようにカシメを行った例を示す図である。

以下に図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下では、全ての図面において一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、太陽電池モジュール１０の構成図である。図１（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図である。太陽電池モジュール１０は、太陽電池パネル１１と、太陽電池パネル１１の周縁部を支持する枠体であるフレーム構造体１２を含んで構成される。図１（ｃ）は太陽電池パネル１１の断面の拡大図である。

太陽電池パネル１１は、複数の太陽電池１３が配線材１４，１５で互いに接続された太陽電池ストリング１６を有する。太陽電池パネル１１は、受光面側保護部材１９、受光面側封止材１７、太陽電池ストリング１６、裏面側封止材１８、裏面側保護部材２０を順次積層して構成される。

太陽電池１３は、太陽光等の光を受光することで正孔および電子の光生成キャリアを生成する光電変換部を備える。光電変換部は、例えば、結晶性シリコン（ｃ−Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料の基板を有する。光電変換部の構造は、広義のｐｎ接合である。例えば、ｎ型単結晶シリコン基板と非晶質シリコンのヘテロ接合を用いることができる。この場合、受光面側の基板上に、ｉ型非晶質シリコン層と、ボロン（Ｂ）等がドープされたｐ型非晶質シリコン層と、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）の透光性導電酸化物で構成される透明導電膜（ＴＣＯ）を積層し、基板の裏面側に、ｉ型非晶質シリコン層と、燐（Ｐ）等がドープされたｎ型非晶質シリコン層と、透明導電膜を積層する構造とできる。

光電変換部は、太陽光等の光を電気に変換する機能を有すれば、これ以外の構造であってもよい。例えば、ｐ型多結晶シリコン基板と、その受光面側に形成されたｎ型拡散層と、その裏面側に形成されたアルミニウム膜とを備える構造であってもよい。

配線材１４，１５は、光電変換部上に導電ペースト等を用いて形成された接続用電極に接着剤を介して接続される導電性部材である。配線材１４，１５としては、銅等の導電性材料で構成される薄板が用いられる。薄板に代えて撚り線状のものを用いることもできる。導電性材料としては、銅の他に、銀、アルミニウム、ニッケル、錫、金、あるいはこれらの合金を用いることができる。

接着剤としては、アクリル系、柔軟性の高いポリウレタン系、あるいはエポキシ系等の熱硬化性樹脂接着剤を用いることができる。接着剤には、導電性粒子が含まれる。導電性粒子としては、ニッケル、銀、金コート付ニッケル、錫メッキ付銅等を用いることができる。接着剤として、絶縁性の樹脂接着剤を用いることもできる。この場合には、配線材１４，１５と接続用電極の互いに対向する面は、部分的に接触して電気的接続を取るようにする。

受光面側封止材１７と裏面側封止材１８は、太陽電池１３を受光面側保護部材１９と裏面側保護部材２０の間に固定するための部材である。これらの封止材１７，１８は、耐熱性、接着性、柔軟性、成形性、耐久性等を考慮して材質が選定される。封止材１７，１８は、それぞれ、できるだけ高い透明性を有し、入射した光を吸収したり反射することなく透過させる封止材が用いられる。例えば、ポリエチレン系のオレフィン樹脂やエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等が用いられる。ＥＶＡ以外には、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等を用いることもできる。

受光面側保護部材１９は、外部から光を取り入れることができる透明な板体、フィルムである。受光面側保護部材１９としては、ガラス板、樹脂板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。

裏面側保護部材２０は、太陽電池モジュール１０の仕様によって透明または光を反射する材料が用いられる。透明材料を用いる場合、裏面側保護部材２０としては、ガラス板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートや、複数種類のプラスチックシートを積層した複合シート等を用いることができる。また、光を反射する材料を用いる場合、裏面側保護部材２０としては、白色に着色したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートや、複数種類のプラスチックシートを積層した複合シートの他、プラスチックシートと金属箔を積層した構造とすることができる。

太陽電池モジュールのフレーム構造体１２は、複数のフレーム材を組み合わせて、太陽電池モジュール１０の外形を枠状に保持するものである。以下では、特に断らない限り、太陽電池モジュールのフレーム構造体１２を単にフレーム構造体１２と述べる。太陽電池モジュールの平面形状が矩形の場合は、一方向に延在するフレーム材２２を２つ、一方向と直交する方向に延在するフレーム材２３を２つ、合計４つのフレーム材を矩形の枠状とし、フレーム構造体１２とする。フレーム材２２，２３の上部には凹部２１が設けられ、ここに太陽電池パネル１１の周縁部が嵌め込まれ、接着材等で固定されて支持される。

図２は、フレーム構造体１２の一部の斜視図として、矩形の枠状に組付けられたフレーム構造体１２の４つの角部のうちの１つの角部を抜き出して示した図である。他の３つの角部も座標軸の方向が変わるのみで、同様な構造を有する。したがって、この1つの角部を用い、フレーム構造体１２のフレーム材２２，２３の接続構造を説明する。

フレーム構造体１２は、２つのフレーム材２２，２３を突き合わせ部２４で突き合わせて角部が形成される。より具体的にはＬ字状のコーナ部材２５の一方の足部をフレーム材２２の中空部５０、他方の脚部をフレーム２３の中空部５０の中空部に挿入して配置し、フレーム材２２，２３のコーナ部材２５上を加圧し、変形させ、カシメ部３０とカシメ部３１を形成して固定する。なお、以下で部材の一部を加圧し、変形させ、２以上の部材を固定することを「カシメ」とし、このカシメを行う際に加圧し、変形した加圧痕を「カシメ部」として説明を行う。カシメ部３０は、４か所の窪み３２，３３，３４，３５で構成され、カシメ部３１も４か所の窪み３６，３７，３８，３９で構成される。

なお、カシメ部３０，３１は、太陽電池モジュールにフレーム構造体１２を取り付けたときに太陽電池モジュールの受光面からは見えない部分となるため、フレーム材２２，２３の内側壁部５６に形成される。フレーム材２２，２３の内側壁部５６，５７とは、太陽電池パネル１１の周縁部に沿った壁面である。

フレーム材２２，２３は、中空部５０を有する断面形状となるように、成形型を用いて引抜成形等によってアルミニウム合金等の金属材料を成形し、表面に耐水性等の耐候性処理を行った長尺材が用いられる。フレーム構造体１２の矩形形状の大きさに合わせ、且つフレーム材２２とフレーム材２３を用いてフレーム構造体１２を構成したときに、フレーム材２２とフレーム材２３の端面同士が接触するように、長尺材を斜めに切断してフレーム材２２とフレーム材２３を形成する。

突き合わせ部２４は、フレーム材２２の長手方向とフレーム材２３の長手方向とが直交するように組み合わせられた箇所である。突き合わせ部２４では、フレーム材２２の一方端がその長手方向に対し所定の角度で斜め切断され、フレーム材２３の一方端がその長手方向に対し、９０度から所定の角度を差し引いた角度で斜め切断される。所定の角度を４５度とすれば、フレーム材２２の一方端も、フレーム材２３の他方端も、ともに長手方向に対し４５度の角度で斜めに切断される。

フレーム材２２，２３は、本体部４０と、本体部４０とともに凹部２１を形成する固定部２６と、を有する。本体部４０は、剛性を有しながら軽量化を図るために、断面形状において中空部５０を有する。なお、フレーム材２２，２３には、固定の際に用いられる鍔部２７を設けることができる。

保持部５１は、本体部４０の内壁に設けられ、フレーム材２２，２３の長手方向に延びる凸部である。保持部５１は、挿入部４つのリブ５２，５３，５４，５５で構成され、これら４つのリブ５２，５３，５４，５５に囲まれた挿入部２８を形成する。この挿入部２８の大きさよりコーナ部材２５の断面形状を一回り小さくすることにより、コーナ部材２５をフレーム材２２，２３の挿入部２８に挿入し易くするとともに、カシメにより容易にコーナ部材２５とフレーム材２２，２３を固定することができる。挿入部２８の大きさは、コーナ部材２５の大きさで規定されるが、コーナ部材２５の軽量化を図ることで、小さくなる。なお、保持部５１によりフレーム材２２，２３の矩形の枠形状の剛性を向上させることができ、フレーム材２２，２３自体の軽量化に伴う剛性の低下を抑制することができる。

コーナ部材２５は、２つのフレーム材２２，２３の中空部５０に挿入されて配置される部材である。コーナ部材２５は、突き合わせ部２４において２つのフレーム材２２，２３の長手方向が互いに直角をなすのに対応し、Ｌ字形状を有する。かかるコーナ部材２５は、アルミニウム合金等の金属材料を押出成形等でＬ字形状に成形された長尺材を所定の厚さに切断したものを用いることができる。なお、コーナ部材２５の断面積は、挿入部２８の中空部５０の断面積よりやや小さく設定することができる。これにより、バリなどによる２つのフレーム材２２，２３の接続不良をより良く防止することができる。バリとは、切断、圧入等の工程で加工物の辺などに付着した余分な材料のことである。また、コーナ部材２５の断面積は、中空部５０の断面積の７５％以下、好ましくは５０％以下に設定される。

かかるフレーム構造体１２の組付け手順を図３から図５を用いて詳細に説明する。

最初に、フレーム材２２を準備する。フレーム材２２の一方端は突き合わせ部２４で、４５度に斜め切断されている。次に、コーナ部材２５を準備する。

図３に示すように、コーナ部材２５は、互いに直交する方向に延びる一方側脚部６０と他方側脚部６１を有するＬ字形状部材である。一方側脚部６０においてＬ字形の内側となる面には複数の爪６２が設けられ、同様に、他方側脚部６１においてＬ字形の内側となる面には複数の爪６３が設けられる。これらの爪６２，６３を設けることで、カシメ部３０，３１を形成するときに爪６２，６３があることで、フレーム材２２，２３を容易に変形させることが可能となり、カシメによりしっかり固定しやすくなる。

コーナ部材２５が準備されると、図３に示されるように、フレーム材２２の一方端の中空部５０にコーナ部材２５の一方側脚部６０を挿入する。コーナ部材２５の一方側脚部６０がフレーム材２２の中空部５０の４つのリブ５２，５３，５４，５５によって挿入部２８に配置されるようして、白抜き矢印の方向（フレーム材２２の延在方向）に挿入される。

次に、図４に示すように、フレーム材２２の中空部５０に一方側脚部６０が挿入されたコーナ部材２５の他方側脚部６１をフレーム材２３に挿入する。コーナ部材２５の他方側脚部６１がフレーム材２３の他方端の中空部５０の４つのリブ５２，５３，５４，５５によって挿入部２８に配置されるようにして、フレーム材２３を白抜き矢印の方向（他方側脚部６１の延在方向）に移動させる。

フレーム材２２，２３の中空部５０へコーナ部材２５の挿入は、フレーム材２２とフレーム材２３が接触するまで行われる。これによって、フレーム材２３はコーナ部材２５の他方側脚部６１に沿ってフレーム材２２の突き合わせ部２４の位置まで移動し、そこでフレーム材２３の突き合わせ部２４と突き合わせが行われる。

このようにして、コーナ部材２５は、２つのフレーム材２２，２３の中空部５０に挿入されて配置される。この状態で、図５に示すように、カシメ治具７０を用いて、フレーム材２２，２３を加圧してカシメが行われる。カシメ治具７０は平面形状が凸部形状を有し所定の厚さを有する工具で、フレーム材２２，２３に対向する４つの角部に、厚さ方向の上方と下方にそれぞれ１箇所ずつ、合計８箇所にそれぞれ凸部が設けられる。この８つの凸部がフレーム材２２，２３の内側壁部５６，５７にほぼ同時に当るようにカシメ治具７０の位置決めを行い、フレーム材２２，２３の外側壁部を固定側として、カシメ治具７０を白抜き矢印の方向（太陽電池パネルの中心側から角部に向かう方向）に所定の圧力で加圧し、カシメを行う。これによって、一度の工程でカシメ部３０，３１が形成される。

図６は、フレーム材２２におけるカシメ部３０の４か所の窪み３２，３３，３４，３５の詳細を示す図である。図６（ａ）はフレーム材２２の内側壁部５６の方から見た正面図、（ｂ）は窪み３２，３３が形成された箇所における断面図である。窪み３２，３３，３４，３５は、リブ５４，５５と重ならず、コーナ部材２５の一方側脚部６０と重なるフレーム材２２の内側壁部５６に形成される。窪み３２，３３，３４，３５の位置をこのように設定することで、窪み３２，３３，３４，３５の形成によるフレーム材２２の変形を、ほぼリブ５４とリブ５５の間の領域の範囲に止めることができ、太陽電池モジュール１０の外観が損なわれることを抑制することができる。また、太陽電池パネルの中心側から角部に向かう方向に加圧し、カシメを行うため、形成される窪み３２，３３，３４，３５は、フレーム材２２の加圧された面に対して斜めの側壁を有する窪みを形成することができる。これにより、コーナ部材２５を抜けにくくすることができる。

上記では、カシメ部３０を４箇所の窪みで構成するものとしたが、フレーム構造体１２の仕様によっては、カシメ部３０を構成する窪みの数を増減してもよい。図７は、カシメ部３０を、縦１列に並んだ２か所の窪み３２，３３で構成する例を示す図で、図８は、カシメ部３０を、コーナ部材２５に対して斜めに配置された２つの窪み３２，３４で構成する例を示す図である。

上記では、カシメ部３０をリブ５４，５５と重ならない位置としたが、カシメ強度を優先する場合には、凸部の縦方向の配置間隔を広げ、カシメ部３０をリブ５４，５５と重なる位置とすることが好ましい。

図９は、フレーム材２２におけるカシメ部３０の窪み７２，７３，７４，７５の位置を、リブ５４，５５とコーナ部材２５が重なる位置に設定した例を示す図である。図９（ａ）はフレーム材２２の内側壁部５６の方から見た正面図、（ｂ）は窪み７２，７３が形成された箇所における断面図である。

図９（ｂ）に示すように、リブ５４とリブ５５がコーナ部材２５を挟み込むように変形する。このため、リブ５４とコーナ部材２５、またリブ５５とコーナ部材２５に重なる部分を加圧し、窪み７２，７３，７４，７５を形成することで、リブ５４，５５に重ならず、コーナ部材２５の一方側脚部６０のみと重なるようにしてカシメを行った場合に比べ、より強固にフレーム材２２とコーナ部材２５を固定することができる。なお、リブ５４，５５にのみ重なるフレーム材２２の内側壁部５６を加圧してカシメ部を形成した場合、フレーム材２２の変形が大きくなり、フレーム２２に皺が現れ易くなる。このため、太陽電池モジュール１０の外観の点から少なくとも一部はコーナ部材２５と重なるフレーム材２２の内側壁部５６を加圧してカシメ部を形成することが好ましい。

なお、上記実施例でのフレーム材の断面形状、コーナ部材の形状、カシメ部の窪みの個数等は説明のための例示であって、太陽電池モジュールのフレーム構造体の仕様に応じ、適宜変更が可能である。

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に利用できる。

１０ 太陽電池モジュール、１１ 太陽電池パネル、１２ フレーム構造体、１３ 太陽電池、１４，１５ 配線材、１６ 太陽電池ストリング、１７，１８ 封止材、１９，２０ 保護部材、２１ 凹部、２２，２３ フレーム材、２４ 突き合せ部、２５ コーナ部材、２６ 固定部、２７ 鍔部、２８ 挿入部、３０，３１ カシメ部、３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９，７２，７３，７４，７５ 窪み、５０ 中空部、５１ 保持部、５２，５３，５４，５５ リブ、５６，５７ 内側壁部、６０ 一方側脚部、６１ 他方側脚部、６２，６３ 爪、７０ カシメ治具。

Claims (6)

1. 太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの周縁部に配置され、中空部を有する断面形状の複数のフレーム材と、
   前記中空部に設けられたコーナ部材と、
   前記中空部に設けられ、前記コーナ部材を保持する保持部と、
   前記フレーム材を加圧し、形成した複数のカシメ部と、
   を備える、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において、
   前記複数のカシメ部は、前記フレーム材の内壁側部に設けられた、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において、
   前記複数のカシメ部は、前記コーナ部材と重なる前記フレーム材の内壁側部に窪みが設けられた、太陽電池モジュール。
4. 請求項２に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記複数のカシメ部は、前記フレーム材の前記保持部と前記コーナ部材とに重なる前記フレーム材の内壁側部に有する、太陽電池モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記コーナ部材は、前記保持部に囲まれた挿入部に比べ小さい、太陽電池モジュール。
6. 中空部を有する断面形状の複数のフレーム材を用意し、Ｌ字型のコーナ部材を２つの前記フレーム材の前記中空部にそれぞれ挿入して配置し、
   前記コーナ部材と重なる２つの前記フレーム材の内側壁部を同時に加圧して、２つの前記フレーム材のそれぞれにカシメ部を形成し、
   ２つの前記フレーム材を一体化して角部を形成し、複数の前記フレーム材により太陽電池パネルの枠体を形成する、太陽電池モジュールの製造方法。

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