JPWO2016031231A1 - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１１と、隣り合う太陽電池セル１１同士を縦方向に接続してストリング２０を形成する配線材２１と、太陽電池セル１１の裏面側に配置され、入射光の少なくとも一部を太陽電池セル１１側に反射する反射体１５と、を備える。太陽電池モジュール１０では、ストリング２０が横方向に複数配置されてストリング群３０が構成され、隣り合うストリング２０同士の間隔Ｄ20は、ストリング群３０の縦方向両端部よりも縦方向中央部で広く形成される。
Description
本開示は、太陽電池モジュールに関する。
入射光の少なくとも一部を反射する反射体を太陽電池セルの裏面側に配置した太陽電池モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。当該太陽電池モジュールでは、太陽電池セルが配置されていない部分から裏側に抜ける入射光をセル側に反射させることができ、入射光の利用効率が向上する。なお、従来の太陽電池モジュールでは、太陽電池セルのストリングが一定の間隔で複数並んで配置されることによりストリング群が構成されている。
従来の太陽電池モジュールでは、通常、隣り合うストリング同士の間隔よりも、モジュールの端部とストリング群の端部に位置する太陽電池セルとの間隔の方が広くなっている。即ち、上記反射体を備える場合、モジュールの中央部に位置する太陽電池セルの周囲における反射体の露出面積（受光面側から見たときの露出面積）が小さく、モジュールの端部近傍に位置する太陽電池セルの周囲における反射体の露出面積が大きくなる。このため、モジュールの中央部に位置する太陽電池セルは、モジュールの端部近傍に位置する太陽電池セルよりも入射光量が減少して、例えば短絡電流（Ｉｓｃ）が低下し、ホットスポットの発生確率を増加させるおそれがある。
本開示の一態様である太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルと、隣り合う太陽電池セル同士を縦方向に接続してストリングを形成する配線材と、太陽電池セルの裏面側に配置され、入射光の少なくとも一部を太陽電池セル側に反射する反射体と、を備え、ストリングが横方向に複数配置されてストリング群が構成され、隣り合うストリング同士の間隔は、ストリング群の縦方向両端部よりも縦方向中央部で広く形成される。
本開示の一態様である太陽電池モジュールによれば、各太陽電池セルに対する入射光量の差を小さくすることができ、例えばＩｓｃの均一化を図ることが可能となる。
以下、図面を参照しながら、実施形態の一例について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
本明細書では、方向を示す用語として「縦方向」、「横方向」を使用する。縦方向とは、ストリングを構成する太陽電池セルが並ぶ方向である。横方向とは、縦方向に直交する方向であって、ストリング群を構成するストリングが並ぶ方向である。また、「第１の部材上に第２の部材を設ける」といった記載は、特に限定を付さない限り、第１及び第２の部材が直接接触して設けられる場合のみを意図しない。即ち、この記載は、第１及び第２の部材の間に、その他の部材が存在する場合を含む。
以下では、太陽電池モジュールにおいて太陽光が主に入射（５０％超過〜１００％）する面を「受光面」、受光面と反対側の面を「裏面」とする。受光面、裏面の用語は、太陽電池セル等の構成要素についても使用する。
＜第１実施形態＞
以下、図１〜図３を参照しながら、第１実施形態である太陽電池モジュール１０について詳細に説明する。
以下、図１〜図３を参照しながら、第１実施形態である太陽電池モジュール１０について詳細に説明する。
図１〜図３に示すように、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１の受光面側に設けられた第１保護部材１２と、太陽電池セル１１の裏面側に設けられた第２保護部材１３とを備える。複数の太陽電池セル１１は、第１保護部材１２及び第２保護部材１３により挟持され、各保護部材の間に充填された充填材１４（図２参照）により封止されている。また、太陽電池モジュール１０は、太陽電池セル１１の裏面側に配置され、入射光の少なくとも一部を太陽電池セル１１側に反射する反射体１５を備える。
太陽電池モジュール１０は、隣り合う太陽電池セル１１同士を縦方向に接続してストリング２０を形成する配線材２１を備える。ストリング２０は、複数の太陽電池セル１１が一列に並んだものであり、横方向に複数配置されている。配線材２１は、例えば隣り合う太陽電池セル１１の間でモジュールの厚み方向に曲がり、一方の太陽電池セル１１の受光面側の電極と他方の太陽電池セル１１の裏面側の電極とに接着剤等を用いてそれぞれ取り付けられる（図２参照）。
太陽電池モジュール１０は、ストリング２０が横方向に複数配置されてなるストリング群３０を備える。本実施形態では、横方向に並んだ６列のストリング２０からストリング群３０が構成されている。ストリング群３０は、隣り合うストリング２０同士を横方向に接続する渡り配線材３１を有することが好適である。渡り配線材３１の少なくとも一部は、例えば第２保護部材１３の裏側に設けられる端子ボックス１６に引き込まれる。端子ボックス１６は、出力の安定化を図るバイパスダイオードを内蔵することが好ましい。
太陽電池セル１１は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部を備える。光電変換部は、生成したキャリアを収集する電極として、例えば光電変換部の受光面上に形成される受光面電極と、裏面上に形成される裏面電極とを有する（いずれも図示せず）。各電極には、配線材２１が接続される。但し、太陽電池セル１１の構造はこれに限定されず、例えば光電変換部の裏面上のみに電極が形成された構造であってもよい。裏面電極は受光面電極よりも大面積に形成されることが好ましく、電極面積が大きい方の面（又は電極が形成される面）が太陽電池セル１１の裏面であるといえる。
光電変換部は、例えば結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板と、半導体基板上に形成された非晶質半導体層と、非晶質半導体層上に形成された透明導電層とを有する。具体例としては、ｎ型単結晶シリコン基板の一方の面上にｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、及び透明導電層を順に形成し、他方の面上にｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、及び透明導電層を順に形成した構造が挙げられる。透明導電層は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、ＳｎやＳｂ等をドープした透明導電性酸化物から構成されることが好ましい。
第１保護部材１２、第２保護部材１３には、例えばガラス基板、樹脂基板、樹脂フィルム等を用いることができる。第１保護部材１２には、透光性を有する部材が適用され、耐火性、耐久性等の観点から、ガラス基板を用いることが好ましい。ガラス基板の厚みは、例えば２〜６ｍｍ程度である。第２保護部材１３には、透明な部材を用いてもよいし、不透明な部材を用いてもよい。第２保護部材１３には、例えば樹脂フィルムが用いられる。樹脂フィルムの厚みは、例えば５０〜３００μｍ程度である。
充填材１４は、太陽電池セル１１と各保護部材との隙間を埋めて、太陽電池セル１１を封止する役割を果たす。充填材１４は、後述のラミネート工程に適用可能な樹脂を主成分とすることが好ましい。当該樹脂としては、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等が例示できる。充填材１４は、太陽電池セル１１と第１保護部材１２との間に配置される充填材１４ａと、太陽電池セル１１と第２保護部材１３との間に配置される充填材１４ｂとを含むことが好適である。
反射体１５は、太陽電池モジュール１０の受光面側から入射する光のうち、太陽電池セル１１が配置されていない部分から裏側に抜ける光の少なくとも一部を受光面側に反射させ、入射光の利用効率を向上させる役割を果たす（図３の光α参照）。反射体１５により反射した光の一部は、例えば第１保護部材１２の界面等で再び反射して太陽電池セル１１に入射する、或いは太陽電池セル１１に直接入射する。本実施形態では、太陽電池モジュール１０を受光面側から見たときに、太陽電池セル１１が配置されていない部分には反射体１５又は渡り配線材３１が存在する。渡り配線材３１は、通常、入射光の少なくとも一部を反射し、当該反射光の一部が太陽電池セル１１に入射する。
反射体１５は、波長３８０〜２０００ｎｍの光の少なくとも一部について１０％以上の反射率を有することが好ましく、特に可視光（波長３８０〜７８０ｎｍ）、中でも波長５００〜６００ｎｍの光の反射率が高いことが好ましい。反射体１５の可視光反射率は、好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上、特に好ましくは７０％以上である。反射体１５による可視光の反射は、拡散反射、正反射のいずれであってもよく、上記反射率は全反射率を意味する。
反射体１５は、太陽電池セル１１の裏面側において、少なくとも隣接する複数の太陽電池セル１１の間（隙間Ｓ20）に対応する部分、及び太陽電池モジュール１０の端部１０ｅとストリング群３０の端部に位置する太陽電池セル１１との間（隙間Ｓ10）に対応する部分に設けられる。これにより、太陽電池モジュール１０を受光面側から見た場合に、太陽電池セル１１の周囲には反射体１５が露出する。本実施形態では、充填材１４ｂと第２保護部材１３との間に反射体１５が設けられている。なお、第２保護部材１３又は充填材１４ｂの少なくとも一方を構成する樹脂中に後述の光反射材を含有させて反射体１５としてもよい。
反射体１５は、太陽電池セル１１に覆われる部分を含む第２保護部材１３上の略全域に設けられることが好適である。反射体１５は、例えば入射光の少なくとも一部を反射する材料（以下、「光反射材」という）が樹脂被膜中に分散した層構造を有する。当該層構造を有する反射体１５は、光反射材を含有する印刷インキを第２保護部材１３上に塗布して設けることができる。また、反射体１５は、銀、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属層であってもよい。これらのうち、アルミニウムが特に好ましい。
上記光反射材としては、三酸化アンチモン、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化チタン、硫化バリウム、酸化アルミニウム等の白色顔料を用いることが好ましい。これらのうち、酸化亜鉛、酸化チタンが特に好ましい。光反射材には、太陽電池モジュール１０の意匠性を考慮して、白色顔料以外の有色顔料（例えば、黒色顔料）を用いてもよい。また、反射体１５は、受光面側から順に、例えば赤外光の透過率が高い有色顔料（例えば、ペリレンブラック等の黒色顔料）を含有する層と、上記白色顔料を含有する層とを含む積層構造であってもよい。
以下、太陽電池モジュール１０を受光面側から見たときの形状、特にストリング群３０の形状について、さらに詳説する。
図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、平面視八角形状であってもよい。太陽電池モジュール１０の形状は、特に限定されず、四角形状、五角形状、六角形状（後述の図４参照）、楕円形状等であってもよい。太陽電池モジュール１０の平面視形状は、例えば第１保護部材１２（ガラス基板）の平面視形状により決定される。いずれの形状においても、太陽電池モジュール１０の端部１０ｅとストリング群３０の端部に位置する太陽電池セル１１との間には、安全性等の観点から、所定の隙間Ｓ10を設けることが好適である。
ストリング群３０は、隣り合うストリング２０同士の間隔Ｄ20（隙間Ｓ20）が、ストリング群３０の縦方向両端部よりも縦方向中央部で広く形成される。即ち、太陽電池モジュール１０を受光面側から見たときに、各ストリング２０の隙間Ｓ20から露出する反射体１５の面積は、ストリング群３０の縦方向両端部よりも縦方向中央部で広くなっている。このように間隔Ｄ20を変化させることで、ストリング群３０の縦方向両端部に位置する太陽電池セル１１と、縦方向中央部に位置する太陽電池セル１１とで、それぞれの周囲における反射体１５の露出面積の差を小さくすることができる。これにより、例えば各太陽電池セル１１に対する入射光量の差を小さくすることができる。なお、渡り配線材３１が設けられている部分も、例えば反射体１５の露出部分と同様の光反射機能を有する。
間隔Ｄ20は、ストリング群３０の縦方向両端部から縦方向中央部に近づくにつれて広く形成されることが好適である。即ち、間隔Ｄ20は、ストリング群３０の縦方向中央部で急に拡大することなく、ストリング群３０の縦方向両端部から縦方向中央部に近づくにつれて次第に広くすることが好適である。これにより、例えば各太陽電池セル１１に対する入射光量の差をさらに小さくすることができる。
本実施形態では、ストリング群３０の横方向一方側に配置される各ストリング２０は、その長手方向中央部が当該横方向一方側に凸となるように形成されている。一方、ストリング群３０の横方向他方側に配置される各ストリング２０は、その長手方向中央部が当該横方向他方側に凸となるように形成されている。そして、ストリング群３０は、縦方向中央部が横方向両側に膨出している。ストリング群３０の横方向両端部に近いストリング２０ほど膨出の程度を大きく形成し、横方向中央部に近いストリング２０ほど膨出の程度を小さく形成してもよい。
図３に示すように、太陽電池モジュール１０の端部１０ｅとストリング群３０の端部に位置する太陽電池セル１１との間隔Ｄ10と、各間隔Ｄ20との差は小さいことが好ましい。
ストリング群３０を構成する各ストリング２０は、間隔Ｄ20が縦方向両端部よりも縦方向中央部で広くなるように、例えば配線材２１を縦方向に真っ直ぐ配置せず横方向に少しずらして隣り合う太陽電池セル１１同士を接続することにより形成される。また、隣り合う太陽電池セル１１の間で、配線材２１を横方向に屈曲させて、間隔Ｄ20を変化させてもよい。
上記構成を備えた太陽電池モジュール１０は、第１保護部材１２、第２保護部材１３、及び充填材１４ａ，１４ｂを構成する樹脂シートを用いてストリング群３０をラミネートすることにより製造できる。ストリング群３０は、複数のストリング２０を渡り配線材３１を用いて横方向に接続して形成される。各ストリング２０は、上記のように、例えば配線材２１を縦方向に真っ直ぐ配置せず横方向に少しずらして隣り合う太陽電池セル１１同士を接続することにより形成される。ラミネート装置では、ヒーター上に、第１保護部材１２、充填材１４ａを構成する樹脂シート、ストリング群３０、充填材１４ｂを構成する樹脂シート、第２保護部材１３が順に積層される。この積層体は、例えば真空状態で充填材１４ａ，１４ｂを構成する樹脂シートが軟化する温度に加熱される。その後、大気圧下でヒーター側に各構成部材を押し付けながら加熱を継続して各部材をラミネートし、太陽電池モジュール１０が得られる。
以上のように、上記構成を備えた太陽電池モジュール１０によれば、ストリング群３０を構成する各太陽電池セル１１の周囲における反射体１５の露出面積（太陽電池セル１１が存在しない部分の面積）の差を小さくすることができる。これにより、各太陽電池セル１１に対する入射光量の差を小さくして、例えばＩｓｃの均一化を図ることができ、ホットスポットの発生確率が低下する。
＜第２実施形態＞
以下、図４を参照しながら、第２実施形態である太陽電池モジュール５０について詳細に説明する。以下では、上記実施形態と同様の構成要素には同じ符号を用いて重複する説明を省略する。
以下、図４を参照しながら、第２実施形態である太陽電池モジュール５０について詳細に説明する。以下では、上記実施形態と同様の構成要素には同じ符号を用いて重複する説明を省略する。
図４に示すように、太陽電池モジュール５０では、ストリング群５２が縦方向に並ぶ複数のブロック５３，５４に分割されている点で、太陽電池モジュール１０と異なる。本実施形態では、ストリング群５２が縦方向中央部で２つに分割されており、ブロック５３，５４の各ストリング５１を構成する太陽電池セル１１は同数（例えば、４つ）である。ブロック５３，５４の縦方向両側には、渡り配線材３１をそれぞれ設けることが好適である。図４では、端子ボックスの記載を省略しているが、太陽電池モジュール５０においても、例えば一部の渡り配線材３１が端子ボックスに引き込まれる。ブロック５３，５４同士は、例えば第２保護部材１３の裏側に設けたケーブル等により電気的に接続される。
図４に示す例では、ブロック５３，５４の間で縦方向に隣接配置される渡り配線材３１同士が、粘着テープ５５を用いて固定されている。また、横方向に隣接配置される渡り配線材３１同士も、粘着テープ５５を用いて固定されている。各ブロックのストリング５１は、各ブロック間で縦方向に隣接配置される渡り配線材３１及び粘着テープ５５を介して、２列一組となるように縦方向につながっている。
ストリング群５２の場合も、隣り合うストリング５１同士の隙間Ｓ51（間隔Ｄ51）は、ストリング群５２の縦方向両端部よりも縦方向中央部で広く形成される。本実施形態では、ストリング群５２が、縦方向中央部でブロック５３，５４に分割されており、間隔Ｄ51がストリング群５２の縦方向両端部から各ブロックの境界位置（ストリング群５２の縦方向中央部）に近づくにつれて広く形成される。より詳しくは、渡り配線材３１及び粘着テープ５５を介して縦方向につながったストリング５１の上記各組の間隙が、ストリング群５２の縦方向中央部に近づくにつれて広くなっている。
太陽電池モジュール５０では、太陽電池モジュール１０と同様に、ストリング群５２を構成する各太陽電池セル１１の周囲における反射体１５の露出面積の差を小さくすることができる。また、ストリング群５２が複数のブロック５３，５４に分割されることで、各ブロックの境界位置で光の反射量が増加し、当該境界位置の近傍に配置された太陽電池セル１１に対する入射光量をさらに増やすことができる。なお、各ブロックにおいて、ストリング５１の数、長さ等が互いに異なっていてもよい。また、ブロックの数は２つに限定されず、３つ以上であってもよい。
１０，５０ 太陽電池モジュール、１０ｅ 端部、１１ 太陽電池セル、１２ 第１保護部材、１３ 第２保護部材、１４ 充填材、１５ 反射体、１６ 端子ボックス、２０，５１ ストリング、２１ 配線材、３０，５２ ストリング群、３１ 渡り配線材、５３，５４ ブロック、５５ 粘着テープ、Ｓ10，Ｓ20，Ｓ51 隙間、Ｄ10，Ｄ20，Ｄ51 間隔
Claims (4)
- 複数の太陽電池セルと、
隣り合う前記太陽電池セル同士を縦方向に接続してストリングを形成する配線材と、
前記太陽電池セルの裏面側に配置され、入射光の少なくとも一部を前記太陽電池セル側に反射する反射体と、
を備え、
前記ストリングが横方向に複数配置されてストリング群が構成され、
隣り合う前記ストリング同士の間隔は、前記ストリング群の縦方向両端部よりも縦方向中央部で広く形成される、太陽電池モジュール。 - 隣り合う前記ストリング同士の間隔は、前記ストリング群の縦方向両端部から縦方向中央部に近づくにつれて広く形成される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記ストリング群の横方向一方側に配置される前記各ストリングは、その長手方向中央部が当該横方向一方側に凸となるように形成され、
前記ストリング群の横方向他方側に配置される前記各ストリングは、その長手方向中央部が当該横方向他方側に凸となるように形成されている、請求項２に記載の太陽電池モジュール。 - 前記ストリング群は、縦方向に並ぶ複数のブロックに分割されており、
隣り合う前記ストリング同士の間隔は、前記ストリング群の縦方向両端部から前記各ブロックの境界位置に近づくにつれて広く形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
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