JPWO2019065606A1 - 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において、表側保護部材２の受光側の表面２ａの少なくとも一部と表側保護部材の前記裏側の裏面２ｂの少なくとも一部が、Ｘ方向（ストリング５０の延在方向）及びＺ方向（太陽電池セル２の厚さ方向）を含むＸＺ断面において、受光側に凸の曲線になるようにする。ＸＺ断面において、表面２ａの曲面部における最大の曲率半径が、裏面２ｂの曲面部における最大の曲率半径よりも小さくなるようにする。
Description
本開示は、太陽電池モジュールに関する。
従来、太陽電池モジュールとしては、特許文献１に記載されているように、表側及び裏側保護部材が３次元的に湾曲した形状を有しているものがある。
太陽電池モジュールの軽量化のために、表側保護部材として、ガラス基材でなく樹脂基材を用いることがある。また、裏側保護部材として、剛性が高い硬い材質を採用する等した結果、表側保護部材の熱膨張係数が、裏側保護部材の熱膨張係数よりも高くなることもある。このような場合、樹脂材は熱膨張係数がガラスよりも大きいため、成形時の温度差や成形後の使用時の温度差に基づいて、表側保護部材が裏側保護部材よりも大きく伸縮する。よって、更に、太陽電池モジュールが湾曲していると、成形時の温度差や成形後の使用時の温度差に起因して生じる曲げ荷重が大きくなって、太陽電池モジュールの反りが大きくなり、太陽電池セルが損傷する虞がある。
そこで、本開示の目的は、表側保護部材が湾曲している仕様でも、軽量化をし易くて、太陽電池セルの損傷も抑制できる太陽電池モジュールを提供することにある。
上記課題を解決するため、本開示に係る太陽電池モジュールは、複数のストリングであって、各ストリングが、第１方向に延在すると共に、第１方向に並ぶ複数の太陽電池セル及び第１方向に隣り合う各２つの太陽電池セルを電気的に接続する配線材を含み、並び方向である第２方向に間隔をおいて配置される複数のストリングと、複数の太陽電池セルに対して光が主に入射する受光側に設けられると共に、透光性の樹脂材料で構成される表側保護部材と、複数の太陽電池セルに対して受光側とは反対側の裏側に設けられる裏側保護部材と、表側保護部材と裏側保護部材との間に配置される充填材と、を備え、表側保護部材の熱膨張係数は、裏側保護部材の熱膨張係数よりも大きく、表側保護部材の受光側の表面の少なくとも一部と、表側保護部材の裏側の裏面の少なくとも一部とは、第１方向及び太陽電池セルの厚さ方向を含む第１方向断面において受光側に凸の曲線となっており、第１方向断面において、表面の曲面部における最大の曲率半径は、裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さい。なお、本明細書では、上記樹脂材料を、最も重量％が大きい主成分が樹脂である材料として定義する。よって、樹脂材料は、樹脂以外の材料を含む場合もある。
本開示に係る太陽電池モジュールによれば、表側保護部材が湾曲している仕様でも、軽量化をし易くて、太陽電池セルの損傷も抑制できる。
以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。
また、以下の説明では、太陽電池モジュール１０において、太陽光が主に入射（５０％超過〜１００％）する側を受光側（表側）とし、表側とは反対側を裏側とする。また、以下の説明及び図面の記載において、Ｘ方向は、第１方向であり、以下で説明するストリング５０の延在方向である。また、Ｙ方向は、第２方向であり、複数のストリング５０の並び方向である。また、Ｚ方向は、太陽電池セル１の厚さ方向である。また、ＸＺ断面は、第１方向断面であり、Ｘ方向とＺ方向を含む断面であり、ＹＺ断面は、第２方向断面であり、Ｙ方向とＺ方向を含む断面である。また、以下の説明及び図面では、外力が全く付与されていない状態の太陽電池モジュール１０について記載を行い、外力で変形していない状態の太陽電池モジュール１０について記載を行う。
（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１０を受光側（表側）から見たときの斜視図である。また、図２は、図１のＡ-Ａ線断面図の一部を示す模式断面図であり、太陽電池モジュール１０におけるＸ方向及びＺ方向を含むＸＺ断面の一部を表す模式断面図である。
図１は、本開示の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１０を受光側（表側）から見たときの斜視図である。また、図２は、図１のＡ-Ａ線断面図の一部を示す模式断面図であり、太陽電池モジュール１０におけるＸ方向及びＺ方向を含むＸＺ断面の一部を表す模式断面図である。
図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、受光側に凸の湾曲形状であって、ＸＹ方向の夫々で中央部の厚さが端部より厚い板形状を有し、平面視において略矩形の形状を有する。太陽電池モジュール１０は、Ｘ方向の一方側かつ裏側に端子ボックス６０を備える。また、図２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１、表側保護部材２、裏側保護部材３、配線材４、及び充填材５を備える。
太陽電池セル１は、例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコン等で構成される結晶系半導体からなる。太陽電池セル１は、例えば、ｎ型領域とｐ型領域を有し、ｎ型領域とｐ型領域の界面部分には、キャリア分離用の電界を生成するための接合部が設けられる。太陽電池セル１の上面は、例えば、略正方形の形状を有するが、これに限らない。太陽電池セル１として、公知の如何なる構造のものを用いてもよく、如何なる形状のものを用いてもよい。
表側保護部材２は、太陽電池セル１よりも受光側に設けられる。表側保護部材２は、透光性の樹脂材料で構成される基材であり、好ましくは透明樹脂材料で構成される。図２に示すＸＺ断面において、表側保護部材２の表面及び裏面２ａ,２ｂの夫々は、受光側に凸の円弧となっている。ＸＺ断面において、表側保護部材２の表面及び裏面２ａ,２ｂの夫々は、Ｘ方向一端から他端まで略同一の曲率を有し、表面２ａの曲率半径は、裏面２ｂの曲率半径よりも小さくなっている。Ｙ方向及びＺ方向を含んで表面２ａを垂直に二等分する平面は、Ｙ方向及びＺ方向を含んで裏面２ｂを垂直に二等分する平面と一致する。その結果、表側保護部材２の厚さ（表面２ａと裏面２ｂのＺ方向距離）は、Ｘ方向の中央部で最も大きく、Ｘ方向の両端で最も小さい。
また、図示はしないが、Ｙ方向及びＺ方向を含むＹＺ断面においても、表側保護部材２の表面及び裏面２ａ,２ｂの夫々は、受光側に凸の円弧となっている。また、ＹＺ方向断面において、表側保護部材２の表面及び裏面２ａ,２ｂの夫々は、Ｙ方向一端から他端まで略同一の曲率を有し、表面２ａの曲率半径は、裏面２ｂの曲率半径よりも小さくなっている。また、Ｘ方向及びＺ方向を含んで表面２ａを垂直に二等分する平面は、Ｘ方向及びＺ方向を含んで裏面２ｂを垂直に二等分する平面と一致する。その結果、表側保護部材２の厚さは、Ｙ方向の中央部で最も大きく、Ｙ方向の両端で最も小さい。
表側保護部材２は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）から選択される少なくとも１種を含んでもよい。ポリカーボネートは、耐衝撃性および透光性に優れる。よって、表側保護部材２は、特に、ポリカーボネートを主成分とする樹脂基材であって、例えば、ポリカーボネートの含有率が９０重量％以上、又は９５重量％〜１００重量％の基材であると好ましい。また、表側保護部材２は、全光線透過率が高いことが好ましく、表側保護部材２の全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１（１９９７）に規定されている測定で、例えば８０％〜１００％、又は８５％〜９５％であると好ましい。
裏側保護部材３は、太陽電池セル１に対して受光側とは反対側の裏側に設けられる。裏側保護部材３は、剛性が高くて硬い材料で構成されると好ましく、熱膨張が表側保護部材２よりも小さい材料で構成される。図２に示すＸＺ断面において、裏側保護部材３の表面及び裏面３ａ,３ｂの夫々は、受光側に凸の円弧となっている。ＸＺ断面において、裏側保護部材３の表面及び裏面３ａ,３ｂの夫々は、Ｘ方向一端から他端まで略同一の曲率を有する。ＸＺ断面において、表面３ａの曲率半径は、表側保護部材２の裏面２ｂの曲率半径よりも大きく、裏面３ｂの曲率半径よりも小さい。Ｙ方向及びＺ方向を含んで表面３ａを垂直に二等分する平面は、Ｙ方向及びＺ方向を含んで裏面３ｂを垂直に二等分する平面と一致する。その結果、裏側保護部材３の厚さ（表面３ａと裏面３ｂのＺ方向距離）は、Ｘ方向の中央部で最も大きく、Ｘ方向の両端で最も小さい。
また、図示はしないが、Ｙ方向及びＺ方向を含むＹＺ断面においても、裏側保護部材３の表面及び裏面３ａ,３ｂの夫々は、受光側に凸の円弧となっている。また、ＹＺ断面において、裏側保護部材３の表面及び裏面３ａ,３ｂの夫々は、Ｙ方向一端から他端まで略同一の曲率を有する。ＹＺ断面において、表面３ａの曲率半径は、表側保護部材２の裏面２ｂの曲率半径よりも大きく、裏面２ｂの曲率半径よりも小さい。また、Ｙ方向及びＺ方向を含んで表面３ａを垂直に二等分する平面は、Ｙ方向及びＺ方向を含んで裏面３ｂを垂直に二等分する平面と一致する。その結果、裏側保護部材３の厚さは、Ｙ方向の中央部で最も大きくなっており、Ｙ方向の両端で最も小さくなっている。
裏側保護部材３は、例えば、透光性の樹脂材料からなる基材で構成されてもよく、裏側からの受光を想定しない場合、不透明な樹脂基材で構成されてもよい。裏側保護部材３の全光線透過率は、特に限定されず、０％であってもよい。裏側保護部材３は、例えば環状ポリオレフィン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）から選択される少なくとも１種を含んでもよい。又は、裏側保護部材３は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で構成されていてもよく、特に、耐衝撃性および軽量性が要求される用途では、ＦＲＰを用いると好ましい。好適なＦＲＰとしては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、アラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ）などを採用できる。また、ＦＲＰを構成する樹脂成分としては、ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を例示できる。又は、裏側保護部材３は、ガラスや、アルミニウム等の金属で構成されてもよい。
図１及び図２を参照して、配線材４は、Ｘ方向に隣り合う２つの太陽電池セル１における一方の太陽電池セル１の表側の電極と、他方の太陽電池セル１の裏側の電極とを電気的に接続する。配線材４は、各電極に接着剤等で取り付けられる。配線材４は、例えば、薄板状の銅箔と、銅箔の外面にメッキされた半田とで好適に構成されるが、それ以外の如何なる導体で構成されてもよい。なお、図１及び図２に示す例では、Ｘ方向に隣り合う２つの太陽電池セル１が、３つの配線材４で電気的に接続されているが、Ｘ方向に隣り合う２つの太陽電池セルは、１以上の如何なる数の配線材で電気的に接続されてもよい。
再度、図２を参照して、充填材５は、表側保護部材２と裏側保護部材３との間に配置される。充填材５は、表側充填材５ａと、裏側充填材５ｂとを含み、表側充填材５ａが表側保護部材２と太陽電池セル１との間に配置されるのに対し、裏側充填材５ｂは太陽電池セル１と裏側保護部材３との間に配置される。
表側充填材５ａは、例えば、ポリオレフィン、脂環式ポリオレフィン、エチレンアクリル酸エステル共重合体、ポリビニルブチラール、アイオノマー、エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等で構成されると十分な耐候性を確保し易くて好ましい。しかし、表側充填材５ａは、これら以外の樹脂材料で構成されてもよい。表側充填材５ａは、透光性に優れる材質で構成され、透明の充填材で構成されると好ましい。表側充填材５ａは、全光線透過率が高いと好ましく、表側充填材５ａの全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１（１９９７）に規定されている測定で、例えば、８０％〜１００％や８５％〜９５％であると好ましい。
他方、裏側充填材５ｂは、ポリオレフィン、脂環式ポリオレフィン、エチレンアクリル酸エステル共重合体、ポリビニルブチラール、アイオノマー、エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等で構成されると、十分な耐候性を確保できて好ましい。しかし、裏側充填材５ｂは、それら以外の樹脂で構成されてもよい。裏側充填材５ｂは、如何なる全光線透過率を有してもよい。太陽電池モジュール１０が裏側からの受光を想定しない場合、裏側充填材５ｂは、白色顔料、黒色顔料等の色材を含有していてもよく、全光線透過率が０％であってもよい。太陽電池モジュール１０が裏側からの受光を想定しない場合、表側充填材５ａを、透明の充填材で構成し、裏側充填材５ｂを、光を効率的に反射する白色の充填材で構成すると、光の利用効率を向上させることができて好ましい。
表側充填材５ａ、及び裏側充填材５ｂは、例えば、１００〜１６０℃程度の温度で実行されるラミネート加工で貼り合わされて積層され、太陽電池モジュール１０は、ラミネート加工を用いて形成される。より詳しくは、例えば、先ず、製品の湾曲形状に対応する湾曲形状の表側及び裏側保護部材２,３を用意し、製品の湾曲形状に対応するか類似する湾曲形状の表側及び裏側充填材５ａ,５ｂの構成材を用意する。これらの表側及び裏側保護部材２,３や表側及び裏側充填材５ａ,５ｂの構成材は、例えば、射出成形によって形成される。そして、その後、ラミネート装置（図示せず）のヒータ上方に、表側保護部材２、表側充填材５ａの構成材、太陽電池セル１および配線材４、裏側充填材５ｂの構成材、及び裏側保護部材３をこの順に下から上に重ねる。このようにして、ヒータ上方に積層構造を載置する。そして、その後、ヒータ上方の積層構造を、ヒータで１００〜１６０℃程度の温度で加熱しながら加圧して、表側及び裏側充填材５ａ,５ｂの構成材のみを溶融する。このようにして、表側保護部材２と表側充填材５ａの構成材を接着し、表側充填材５ａの構成材と裏側充填材５ｂの構成材を融着し、裏側充填材５ｂの構成材と裏側保護部材３を接着する。太陽電池モジュール１０は、このようにして積層構造を一体化して形成される。
又は、より一般的な方法として、ラミネート前に曲面形状とするのは、表側及び裏側保護部材２,３のみとしてもよい。そして、表側保護部材２と裏側保護部材３の間に配置される充填材、すなわち、表側及び裏側充填材５ａ,５ｂは、ラミネート時に溶融させることで、対応する曲面形状に形作ってもよい。詳しくは、先ず、製品の湾曲形状に対応する湾曲形状の表側及び裏側保護部材２,３を用意すると共に、表側及び裏側充填材５ａ,５ｂを構成するシート材を用意する。そして、その後、ラミネート装置（図示せず）のヒータ上方に、表側保護部材２、表側充填材５ａを構成するシート材、太陽電池セル１および配線材４、裏側充填材５ｂを構成するシート材、及び裏側保護部材３をこの順に下から上に積層する。このようにして、ヒータ上方に積層構造を載置する。その後、ヒータ上方の積層構造を、ヒータで１００〜１６０℃程度の温度で加熱しながら加圧して、表側及び裏側充填材５ａ,５ｂを構成する各シート材を溶融させて製品に対応する湾曲形状に変形させる。この各シート材の溶融及び変形で、表側保護部材２と表側充填材５ａを接着し、表側充填材５ａと裏側充填材５ｂを融着し、裏側充填材５ｂと裏側保護部材３を接着する。太陽電池モジュール１０は、このように形成されてもよい。
なお、ヒータ上方に、湾曲した裏側保護部材３、湾曲した裏側充填材５ｂの構成材、太陽電池セル１および配線材４、湾曲した表側充填材５ａの構成材、及び湾曲した表側保護部材２をこの順に積層してヒータ上方に積層構造を載置してもよい。そして、その後、その積層構造をヒータで加熱しながら加圧することで、積層構造を一体化して太陽電池モジュール１０を形成してもよい。又は、ヒータ上方に、湾曲した裏側保護部材３、裏側充填材５ｂを構成するシート材、太陽電池セル１および配線材４、表側充填材５ａを構成するシート材、及び湾曲した表側保護部材２をこの順に積層してヒータ上方に積層構造を載置してもよい。そして、その後、その積層構造をヒータで加熱しながら加圧することで、表側及び裏側充填材５ａ,５ｂを構成する各シート材を溶融させて湾曲形状に変形させ、積層構造を一体化して太陽電池モジュール１０を形成してもよい。なお、図２に示す例では、充填材５を、表側充填材５ａと裏側充填材５ｂで構成したが、充填材は、３以上の異なる層を含んでもよく、１つのみの層で構成してもよい。
再度、図１を参照して、複数の太陽電池セル１は、太陽電池モジュール１０内にマトリクス状に配置される。Ｘ方向に沿って同一の直線上に配置された２以上の太陽電池セル１は、配線材４によって直列に接続される。当該２以上の太陽電池セル１と、その２以上の太陽電池セル１を直列に接続する配線材４とは、ストリング５０を構成する。
図１に示す例では、Ｙ方向に隣り合う２つのストリング５０においてＸ方向片側の端にある太陽電池セル１同士が中継配線３０で直列に接続され、全ての太陽電池セル１が直列に接続される。その結果、Ｘ方向の最も端子ボックス６０側かつ紙面における最も右側に配設される太陽電池セル１ａが最も高電位側に配設され、Ｘ方向の最も端子ボックス６０側かつ紙面における最も左側に配設される太陽電池セル１ｂが最も低電位側に配設される。なお、本実施形態と異なり、Ｘ方向の最も端子ボックス側かつ紙面における最も右側に配設される太陽電池セルが、最も低電位側に配設され、Ｘ方向の最も端子ボックス側かつ紙面における最も左側に配設される太陽電池セルが、最も高電位側に配設されてもよい。
太陽電池モジュール１０は、Ｘ方向の端子ボックス６０側に、端子ボックス６０の端子に電気的に接続するための４つの出力配線３０ａ,３０ｂ,３０ｃ,３０ｄを備える。各出力配線３０ａ,３０ｂ,３０ｃ,３０ｄの外周面は、絶縁性フィルム等の絶縁部材によって被覆されている。４つの出力配線３０ａ,３０ｂ,３０ｃ,３０ｄのうちの２つの出力配線３０ｂ,３０ｃは、隣り合う２つのストリング５０を直列に接続する機能も有する。出力配線３０ａは、Ｙ方向で最も右側に配設されて最も高電位側にあるストリング５０の高電位側に電気的に接続される。また、出力配線３０ｂは、Ｙ方向で右から２列目に配設されて２番目に高電位のストリング５０の最も低電位側の太陽電池セル１と、Ｙ方向で右から３列目に配設されて３番目に高電位のストリング５０の最も高電位側の太陽電池セル１とを電気的に接続する。また、出力配線３０ｃは、Ｙ方向で右から４列目に配設されて４番目に高電位のストリング５０の最も低電位側の太陽電池セル１と、Ｙ方向で右から５列目に配設されて５番目に高電位のストリング５０の最も高電位側の太陽電池セル１とを電気的に接続する。また、出力配線３０ｄは、Ｙ方向で右から６列目に配設されて最も低い電位のストリング５０の最も低電位側に電気的に接続される。
裏側保護部材３は、複数の貫通孔（図示せず）を有する。各出力配線３０ａ,３０ｂ,３０ｃ,３０ｄは、該貫通孔のいずれかを通過した後、端子ボックス６０の所定の端子に電気的に接続される。詳述しないが、端子ボックス６０内の端子間には、逆流防止用のバイパスダイオードが設けられる。落ち葉等の遮光物が特定の太陽電池セル１を覆うと、その太陽電池セル１の発電量が低下して発熱する虞がある。バイパスダイオードを設けることで発電量が低下した太陽電池セル１を含んで直列に接続された２つのストリング５０が、バイパスダイオードによって短絡される。その結果、当該２つのストリング５０に電流が略流れなくなり、発熱による太陽電池セル１の損傷が抑制される。太陽電池モジュール１０からの電力は、端子ボックス６０の端子に電気的に接続された２つの電力供給配線（図示せず）によって外部に取り出される。なお、図１に示す例では、太陽電池モジュール１０が、６列に配置されたストリング５０を有しているが、太陽電池モジュールは、６列以外の複数列に配置されたストリングを有してもよい。
以上、太陽電池モジュール１０は、複数のストリング５０を備える。また、各ストリング５０は、Ｘ方向に延在すると共に、Ｘ方向に並ぶ複数の太陽電池セル１及びＸ方向に隣り合う各２つの太陽電池セル１を電気的に接続する配線材４を含む。また、複数のストリング５０は、並び方向であるＹ方向に間隔をおいて配置され。また、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１に対して光が主に入射する受光側に設けられると共に、透光性の樹脂材料で構成される表側保護部材２と、複数の太陽電池セル１に対して受光側とは反対側の裏側に設けられる裏側保護部材３を備える。また、太陽電池モジュール１０は、表側保護部材２と裏側保護部材３との間に配置される充填材５を備える。また、表側保護部材２の熱膨張係数は、裏側保護部材３の熱膨張係数よりも大きい。また、表側保護部材２の受光側の表面２ａの少なくとも一部と、表側保護部材２の裏側の裏面２ｂの少なくとも一部とは、Ｘ方向及びＺ方向を含むＸＺ断面において受光側に凸の曲線となっている。また、ＸＺ断面において、表面２ａの曲面部における最大の曲率半径は、裏面２ｂの曲面部における最大の曲率半径よりも小さい。
上記構成によれば、表側保護部材２が樹脂材料で構成されるので、太陽電池モジュール１０を軽量化し易い。また、ＸＺ断面において、表側保護部材２の受光側周方向長さが裏側周方向長さよりも大きくなるので、受光側のＸ方向の伸縮を許容し易くなり、ストリング配置箇所の曲率半径も大きくできる。したがって、表側保護部材２と裏側保護部材３の熱膨張差に起因する受光側のＸ方向の伸縮に基づく応力を表側保護部材２で緩和でき、上記Ｘ方向の伸縮に起因する太陽電池セル１の曲げ荷重や反りも緩和できる。更には、ＸＺ断面において、表側保護部材２の受光側周方向長さが裏側周方向長さよりも大きいので、上記Ｘ方向の伸縮に配線材４の変形も抑制でき、配線材４からの力に起因する太陽電池セル１の曲げ荷重や反りも低減できる。その結果、表側保護部材２が受光側に凸の形状を有し、表側保護部材２が裏側保護部材３よりも大きい熱膨張係数を有しても、太陽電池セル１の損傷を抑制できる。
また、裏側保護部材３における受光側の表面３ａの少なくとも一部は、ＸＺ断面において受光側に凸の曲線となっていてもよい。また、ＸＺ方向断面において、表側保護部材２の裏面２ｂの曲面部における最大の曲率半径は、裏側保護部材３の表面３ａの曲面部における最大の曲率半径よりも小さくてもよい。
上記構成によれば、ＸＺ方向断面において、充填材５の受光側周方向長さが裏側周方向長さよりも大きくなる。よって、表側保護部材２と裏側保護部材３の熱膨張差に起因する受光側のＸ方向の伸縮に基づく応力を充填材５で緩和し易くなる。よって、太陽電池セル１の損傷を更に効果的に抑制できる。
また、表側保護部材２の受光側の表面２ａの少なくとも一部と、表側保護部材２の裏側の裏面２ｂの少なくとも一部とは、Ｙ方向とＺ方向を含むＹＺ断面において受光側に凸の曲線となっていてもよい。また、ＹＺ断面において、表側保護部材２の表面２ａの曲面部における最大の曲率半径は、表側保護部材２の裏面２ｂの曲面部における最大の曲率半径よりも小さくてもよい。
上記構成によれば、表側保護部材２と裏側保護部材３の熱膨張差に起因する受光側のＹ方向の伸縮に基づく太陽電池セル１の曲げ荷重や反りも低減できる。よって、太陽電池セル１の損傷を更に効果的に抑制できる。
また、裏側保護部材３における受光側の表面３ａの少なくとも一部は、ＹＺ断面において受光側に凸の曲線であってもよい。また、ＹＺ断面において、表側保護部材２の裏面２ｂの曲面部における最大の曲率半径は、裏側保護部材３の表面３ａの曲面部における最大の曲率半径よりも小さくてもよい。
上記構成によれば、ＹＺ断面において、充填材５の受光側周方向長さが裏側周方向長さよりも大きくなる。よって、表側保護部材２と裏側保護部材３の熱膨張差に起因する受光側のＹ方向の伸縮に基づく応力を充填材５で緩和し易くなる。よって、太陽電池セル１の損傷を更に効果的に抑制できる。
また、裏側保護部材が、樹脂材料で構成されてもよい。
上記構成によれば、太陽電池モジュール１０の更なる軽量化を実現でき、ラミネート成形時に生じる充填材５の変形により柔軟に対応可能になる。
また、裏側保護部材３における裏側の裏面３ｂの少なくとも一部は、ＸＺ断面において受光側に凸の曲線であってもよい。また、ＸＺ断面において、裏側保護部材３の表面３ａの曲面部における最大の曲率半径は、裏側保護部材３の裏面３ｂの曲面部における最大の曲率半径よりも小さくてもよい。
上記構成によれば、ＸＺ断面において、裏側保護部材３の受光側周方向長さが裏側周方向長さよりも大きいので、裏側保護部材３で受光側のＸ方向の伸縮を許容し易くなる。したがって、表側保護部材２と裏側保護部材３の熱膨張差に起因する受光側のＸ方向の伸縮に基づく応力を裏側保護部材３でも緩和でき、上記Ｘ方向の伸縮に起因する太陽電池セル１の曲げ荷重や反りを更に緩和できる。よって、太陽電池セル１の損傷を更に効果的に抑制できる。
なお、第１実施形態では、ＸＺ断面において、表側保護部材２の表面２ａ及び裏面２ｂが、Ｘ方向の一端から他端まで一様な曲率を有する場合について説明した。そして、ＸＺ断面において、表側保護部材２の表面２ａの曲率半径が、表側保護部材２の裏面２ｂの曲率半径よりも小さい場合について説明した。
しかし、ＸＺ断面において、表側保護部材の表面及び裏面の少なくとも一方は、一様でない曲率を有してもよく、曲率がＸ方向の中央部から端部に行くにしたがって徐々に小さくなるように変動してもよく、又は徐々に大きくなるように変動してもよい。又は、ＸＺ断面において、表側保護部材の表面及び裏面の少なくとも一方は、Ｘ方向の一部領域で直線形状を有してもよい。要は、ＸＺ断面において、表側保護部材の表面の曲面部における最大の曲率半径が、表側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さければよい。
また、ＹＺ断面において、表側保護部材２の表面２ａ及び裏面２ｂが、Ｙ方向の一端から他端まで一様な曲率を有する場合について説明した。また、ＹＺ断面において、表側保護部材２の表面２ａの曲率半径が、表側保護部材２の裏面２ｂの曲率半径よりも小さい場合について説明した。
しかし、ＹＺ断面において、表側保護部材の表面及び裏面の少なくとも一方は、一様でない曲率を有してもよく、曲率がＹ方向の中央部から端部に行くにしたがって徐々に小さくなるように変動してもよく、又は徐々に大きくなるように変動してもよい。また、ＹＺ断面において、表側保護部材の表面の曲面部における最大の曲率半径が、表側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも大きくてもよい。また、ＹＺ断面において、表側保護部材の表面及び裏面の少なくとも一方は、Ｙ方向の全領域で直線形状を有してもよい。ただし、ＹＺ断面において、表側保護部材の表面及び裏面が、Ｙ方向の少なくとも一部で受光側に凸の曲線形状を有する場合、表側保護部材の表面の曲面部における最大の曲率半径が、表側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さいと好ましい。
また、ＸＺ断面において、裏側保護部材３の表面３ａ及び裏面３ｂが、Ｘ方向の一端から他端まで一様な曲率を有する場合について説明した。そして、ＸＺ断面において、裏側保護部材３の表面３ａの曲率半径が、表側保護部材２の裏面２ｂの曲率半径よりも大きく、裏側保護部材３の裏面３ｂの曲率半径よりも小さい場合について説明した。
しかし、ＸＺ断面において、裏側保護部材の表面及び裏面の少なくとも一方は、一様でない曲率を有してもよく、曲率がＸ方向の中央部から端部に行くにしたがって徐々に小さくなるように変動してもよく、又は徐々に大きくなるように変動してもよい。また、ＸＺ断面において、裏側保護部材の表面の曲面部における最大の曲率半径が、表側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さくてもよく、裏側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも大きくてもよい。また、ＸＺ断面において、裏側保護部材の表面及び裏面の少なくとも一方は、Ｘ方向の一部又は全ての領域で直線形状を有してもよい。ただし、ＸＺ断面において、裏側保護部材の表面がＹ方向の少なくとも一部で受光側に凸の曲線形状を有する場合、裏側保護部材の表面の曲面部における最大の曲率半径が、表側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも大きいと好ましい。また、ＸＺ断面において、裏側保護部材の表面及び裏面がＹ方向の少なくとも一部で受光側に凸の曲線形状を有する場合、裏側保護部材の表面の曲面部における最大の曲率半径が、裏側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さいと好ましい。
また、ＹＺ断面において、裏側保護部材３の表面３ａ及び裏面３ｂが、Ｙ方向の一端から他端まで一様な曲率を有する場合について説明した。そして、ＹＺ断面において、裏側保護部材３の表面３ａの曲率半径が、表側保護部材２の裏面２ｂの曲率半径よりも大きく、裏側保護部材３の裏面３ｂの曲率半径よりも小さい場合について説明した。
しかし、ＹＺ断面において、裏側保護部材の表面及び裏面の少なくとも一方は、一様でない曲率を有してもよく、曲率がＹ方向の中央部から端部に行くにしたがって徐々に小さくなるように変動してもよく、又は徐々に大きくなるように変動してもよい。また、ＹＺ断面において、裏側保護部材の表面の曲面部における最大の曲率半径が、表側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さくてもよく、裏側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも大きくてもよい。また、ＸＺ断面において、裏側保護部材の表面及び裏面の少なくとも一方は、Ｘ方向の一部又は全ての領域で直線形状を有してもよい。ただし、ＹＺ断面において、裏側保護部材の表面及び表側保護部材の裏面がＹ方向の少なくとも一部で受光側に凸の曲線形状を有する場合、裏側保護部材の表面の曲面部における最大の曲率半径が、表側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも大きいと好ましい。また、ＹＺ断面において、裏側保護部材の表面及び裏面がＹ方向の少なくとも一部で受光側に凸の曲線形状を有する場合、裏側保護部材の表面の曲面部における最大の曲率半径が、裏側保護部材の裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さいと好ましい。
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の太陽電池モジュール１１０における図２に対応する模式断面図である。なお、第２実施形態及びその変形例では、第１実施形態と同一の構成については、第１実施形態と同一の参照番号を付して説明を省略する。また、第２実施形態では、第１実施形態と同一の作用効果及び変形例についても説明を省略する。
図３は、第２実施形態の太陽電池モジュール１１０における図２に対応する模式断面図である。なお、第２実施形態及びその変形例では、第１実施形態と同一の構成については、第１実施形態と同一の参照番号を付して説明を省略する。また、第２実施形態では、第１実施形態と同一の作用効果及び変形例についても説明を省略する。
太陽電池モジュール１１０では、裏側保護部材が、第３方向の熱膨張係数がその第３方向に直交する第４方向の熱膨張係数よりも大きいシート状部材１０３を含み、シート状部材１０３は、第４方向がＸ方向に略一致するように配置される。
シート状部材１０３としては、例えば、炭素繊維の延在方向を同じ方向に揃えたＵＤ（UniDerection）タイプの炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）のシートを好適に使用できる。本構成によれば、裏側保護部材がシート状部材１０３で構成されるので、軽量化を顕著なものにできる。また、ストリングの延在方向が、シート状部材１０３における熱膨張が小さい方向に一致するので、表側保護部材と裏側保護部材のＸ方向の熱膨張差が大きくなる。したがって、表側保護部材の表面及び裏面の曲面部の曲率を変えることによる太陽電池セル１の損傷の抑制効果を大きくできる。
なお、第２実施形態では、シート状部材１０３が、熱膨張係数が小さい第４方向がＸ方向に略一致するように配置されたが、シート状部材は、熱膨張係数が大きい第３方向がＸ方向に略一致するように配置されてもよい。このようにして、表側保護部材と裏側保護部材のＸ方向の熱膨張差を小さくして、表側と裏側の熱膨張差に起因する応力が太陽電池セルに作用しにくくなるようにしてもよい。また、シート状部材は、第３方向がＸ方向に０°より大きくて９０°より小さい角度で交差するように配置されてもよい。
また、図４、すなわち、第２実施形態の変形例の太陽電池モジュール２１０における図２に対応する模式断面図に示すように、太陽電池モジュール２１０は、充填材２０５の裏面２０６が平面上に位置してもよい。そして、シート状部材２０３も、表面２０３ａと裏面２０３ｂが平面上に位置してもよい。
また、図５、すなわち、第２実施形態の更なる変形例の太陽電池モジュール３１０における図２に対応する模式断面図に示すように、裏側保護部材が、充填材５の裏側に積層するように配置された２つのシート状部材３０３,３１３を備えてもよい。より詳しくは、裏側保護部材は、第３方向の熱膨張係数がその第３方向に直交する第４方向の熱膨張係数よりも大きいシート状部材３０３を含んでもよく、シート状部材３０３は、第４方向がＸ方向に略一致するように配置されてもよい。また、裏側保護部材は、第５方向の熱膨張係数が第５方向に直交する第６方向の熱膨張係数よりも大きい裏側シート状部材３１３を含んでもよい。また、裏側シート状部材３１３は、熱膨張係数が小さい第６方向がＹ方向に略一致するようにシート状部材３０３の裏側に配置されてもよい。
この構成でも、シート状部材１０３及び裏側シート状部材３１３として、ＵＤタイプの炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）のシートを好適に使用できる。本構成によれば、シート状部材１０３及び裏側シート状部材３１３によって、Ｘ方向及びＹ方向の両方向で表側と裏側の熱膨張差が大きくなる。よって、表側保護部材の表面及び裏面の曲面部の曲率を変えることによる太陽電池セル１の損傷の抑制効果を大きくできる。更には、裏側シート状部材３１３の配置によって、シート状部材１０３の熱膨張の方向性を相殺できる。その結果、太陽電池モジュール３１０の配置の自由度を大きくできる。なお、裏側シート状部材は、第１方向がシート状部材の一方向に対して０°より大きくて９０°より小さい角度で交差するように配置されてもよい。
なお、本開示は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、端子ボックス６０が、太陽電池モジュール１０のＸ方向の一方側に設けられる場合について説明したが、端子ボックスは、Ｘ方向の両側に設けられてもよい。また、Ｚ方向から見たとき、端子ボックス６０の少なくとも一部が、太陽電池セル１に重なる箇所に設けられたが、Ｚ方向から見たとき、端子ボックスが、全ての太陽電池セルに重ならない箇所に設けられてもよい。また、太陽電池モジュール１０が、平面視において、矩形状である場合について説明した。しかし、太陽電池モジュールは、平面視において、正方形の形状を有してもよく、五角形等、四角形以外の多角形の形状を有してもよい。また、太陽電池モジュール１０が、枠（フレーム）を備えない場合について説明したが、太陽電池モジュールは、枠（フレーム）を備えてもよい。なお、太陽電池モジュールの仕様（湾曲形状（ただし、湾曲形状でない部材を含んでもよい））によって、Ｘ方向とＹ方向は、必ずしも直交しなくてもよく、Ｘ方向とＺ方向も、必ずしも直交しなくてもよく、Ｙ方向とＺ方向も、必ずしも直交しなくてもよい。また、Ｙ方向は、複数のストリングの並び方向であるが、太陽電池モジュール内の各３次元位置でＸ方向及びＺ方向の両方に直交する方向と定義されてもよい。この場合、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、互いに直交する。
１,１１０,２１０,３１０ 太陽電池セル、 ２ 表側保護部材、 ２ａ 表側保護部材の表面、 ２ｂ 表側保護部材の裏面、 ３ 裏側保護部材、 ３ａ 裏側保護部材の表面、 ３ｂ 裏側保護部材の裏面、 ４ 配線材、 ５ 充填材、 ５０ ストリング、 １０３,２０３,３０３ シート状部材、 ３１３ 裏側シート状部材、 Ｘ方向 第１方向、 Ｙ方向 第２方向、 Ｚ方向 太陽電池セルの厚さ方向。
Claims (8)
- 複数のストリングであって、各ストリングが、第１方向に延在すると共に、前記第１方向に並ぶ複数の太陽電池セル及び前記第１方向に隣り合う各２つの前記太陽電池セルを電気的に接続する配線材を含み、並び方向である第２方向に間隔をおいて配置される前記複数のストリングと、
前記複数の太陽電池セルに対して光が主に入射する受光側に設けられると共に、透光性の樹脂材料で構成される表側保護部材と、
前記複数の太陽電池セルに対して前記受光側とは反対側の裏側に設けられる裏側保護部材と、
前記表側保護部材と前記裏側保護部材との間に配置される充填材と、を備え、
前記表側保護部材の熱膨張係数は、前記裏側保護部材の熱膨張係数よりも大きく、
前記表側保護部材の前記受光側の表面の少なくとも一部と、前記表側保護部材の前記裏側の裏面の少なくとも一部とは、前記第１方向及び前記太陽電池セルの厚さ方向を含む第１方向断面において上記受光側に凸の曲線となっており、
前記第１方向断面において、前記表面の曲面部における最大の曲率半径は、前記裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さい、太陽電池モジュール。 - 前記裏側保護部材における前記受光側の表面の少なくとも一部は、前記第１方向断面において上記受光側に凸の曲線となっており、
前記第１方向断面において、前記表側保護部材の前記裏面の前記曲面部における最大の曲率半径は、前記裏側保護部材の前記表面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さい、請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 前記表側保護部材の前記受光側の表面の少なくとも一部と、前記表側保護部材の前記裏側の裏面の少なくとも一部とは、前記第２方向と前記厚さ方向を含む第２方向断面において上記受光側に凸の曲線となっており、
前記第２方向断面において、前記表側保護部材の前記表面の曲面部における最大の曲率半径は、前記表側保護部材の前記裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さい、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。 - 前記裏側保護部材における前記受光側の表面の少なくとも一部は、前記第２方向断面において上記受光側に凸の曲線であり、
前記第２方向断面において、前記表側保護部材の前記裏面の前記曲面部における最大の曲率半径は、前記裏側保護部材の前記表面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さい、請求項３に記載の太陽電池モジュール。 - 前記裏側保護部材が、樹脂材料で構成される、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
- 前記裏側保護部材における前記裏側の裏面の少なくとも一部は、前記第１方向断面において上記受光側に凸の曲線であり、
前記第１方向断面において、前記裏側保護部材の前記表面の前記曲面部における最大の曲率半径は、前記裏側保護部材の前記裏面の曲面部における最大の曲率半径よりも小さい、請求項２に記載の太陽電池モジュール。 - 前記裏側保護部材は、第３方向の熱膨張係数が前記第３方向に直交する第４方向の熱膨張係数よりも大きいシート状部材を含み、
前記シート状部材は、前記第４方向が前記第１方向に略一致するように配置される、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。 - 前記裏側保護部材は、第５方向の熱膨張係数が前記第５方向に直交する第６方向の熱膨張係数よりも大きい裏側シート状部材を含み、
前記裏側シート状部材は、前記第６方向が前記第２方向に略一致するように前記シート状部材の前記裏側に配置される、請求項７に記載の太陽電池モジュール。
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