TWI565089B - 樹脂基板太陽電池模組 - Google Patents

Description

樹脂基板太陽電池模組

本發明係關於使用樹脂基板之太陽電池模組。

自然能源的導入急速加速的過程中，以太陽電池模組的輕量化為首之功能賦予越來越顯示出其重要性。

太陽電池模組的重量的約50%，是外蓋玻璃所占；太陽電池模組的輕量化技術中，外蓋玻璃的輕量化是很重要的。對於這樣的要求，替代從前的玻璃材料而使用以聚碳酸酯為首的透明樹脂基板是被期待的，作為透明填充樹脂使用在EVA(乙烯．醋酸乙烯酯共聚合物)添加耦合劑者或者是烯烴共聚合物等。

於專利文獻1，揭示著依序層積耐天候層、發電構件、聚碳酸酯基材，在發電構件與聚碳酸酯基材之間被層積熱塑性樹脂的太陽電池模組。

於專利文獻2，揭示著依序層積密封樹脂層、 太陽電池元件、密封樹脂層、背板之太陽電池模組。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2012-99613號公報

[專利文獻2]日本專利特開2012-49467號公報

於使用以聚碳酸酯為首的輕量樹脂基板的太陽電池模組，因為透明樹脂基板與矽晶圓之線熱膨脹係數差的影響，會發生模組的翹曲，或填充樹脂與透明樹脂基板或者矽晶圓發生剝離的現象。為了緩和這些不良情形，作為透明填充樹脂使用楊氏係數小的聚矽氧樹脂。藉此，可以減低透明樹脂基板與矽晶圓之線熱膨脹係數差所產生的應力集中。

然而，以聚矽氧樹脂為首的楊氏係數小的透明填充樹脂，體積熱膨脹率為1%以上，在晴天時太陽電池模組變成高溫度時，會伴隨著聚矽氧樹脂的膨脹而發生模組的翹曲或密封處的應力集中。

本發明之目的係於使用樹脂基板的太陽電池模組，防止伴隨著聚矽氧樹脂等透明填充樹脂的膨脹之模組的翹曲或密封處的應力集中。

本發明之樹脂基板太陽電池模組，特徵為包含：複數太陽電池、被配置於相鄰的太陽電池之間的支柱，以及2枚透明樹脂基板；於2枚透明樹脂基板之間，被配置複數太陽電池以及支柱，於2枚透明樹脂基板之間的空隙部，被填充透明填充樹脂，2枚透明樹脂基板的外周部，以具有與透明樹脂基板相同的反覆單位的樹脂熔接。

於樹脂基板太陽電池模組，太陽電池以結晶矽形成的為較佳。

於樹脂基板太陽電池模組，透明樹脂基板以聚碳酸酯形成的為較佳。

於樹脂基板太陽電池模組，透明填充樹脂以聚矽氧形成的為較佳。

於樹脂基板太陽電池模組，支柱以聚碳酸酯形成的為較佳。

於前述樹脂基板太陽電池模組，2枚透明樹脂基板的外周部的熔接，以藉由雷射熔接或者紅外線熱熔接來進行的為較佳。

於前述樹脂基板太陽電池模組，前述2枚透明樹脂基板的外周部，以填充了密封樹脂的框來固定為較佳。

於前述樹脂基板太陽電池模組，太陽電池， 以雙面受光型為較佳。

於前述樹脂基板太陽電池模組，在空隙部的一部分，設有樹脂流入部為較佳。

於前述樹脂基板太陽電池模組，於樹脂流入部的內壁，設有覆蓋膜為較佳。

於前述樹脂基板太陽電池模組，樹脂流入部，以具有與前述透明樹脂基板相同的反覆單位的樹脂來隔開的空間，於樹脂的一部分，設有前述透明填充樹脂可流通的開口部為較佳。

於前述樹脂基板太陽電池模組，覆蓋膜的水蒸氣透過率為100g/(m²‧day)以下為較佳。

根據本發明，可以透明填充樹脂來吸收透明樹脂基板與結晶矽晶圓之熱膨脹差導致的應力，藉由在2枚透明樹脂基板之間設支柱可以保護結晶矽晶源免受風壓或降雹的損傷。

此外，根據本發明的話，即使是在使用輕量樹脂基板的太陽電池模組使用楊氏係數小的透明填充樹脂，也可以克服透明填充樹脂的熱膨脹導致的模組織膨脹或接著部分的應力集中。

100‧‧‧樹脂基板太陽電池模組

101‧‧‧透明樹脂基板

102‧‧‧結晶矽太陽電池

103‧‧‧串(string)

104‧‧‧支柱

105、501‧‧‧熔接帶

106‧‧‧透明填充樹脂

107‧‧‧端子箱

108‧‧‧旁通二極體

109‧‧‧框

151‧‧‧導電帶(wire ribbon)

152‧‧‧間隔件

502‧‧‧開口部

圖1係顯示實施例的樹脂基板太陽電池模組之概略正面圖。

圖2係顯示實施例的樹脂基板太陽電池模組之部分剖面圖。

圖3係顯示實施例的結晶矽太陽電池的配線構造之概略側面圖。

圖4係顯示實施例的樹脂基板太陽電池模組的製造步驟之流程圖。

圖5係顯示其他實施例的樹脂基板太陽電池模組之概略正面圖。

以下，使用圖式說明相關於本發明之一實施型態的樹脂基板太陽電池模組。

圖1係使用輕量樹脂基板的太陽電池模組(樹脂基板太陽電池模組)的模式圖。圖1係本發明之一例，但並不以圖1之模式圖來限制本發明的構造。

於本圖，樹脂基板太陽電池模組100，具有於2枚透明樹脂基板101之間夾入複數結晶矽太陽電池102，與支柱104之構成。在相鄰的結晶矽太陽電池102之間配置支柱104，使透明樹脂基板101不變形。在2枚透明樹脂基板101之間且結晶矽太陽電池102及支柱104所未占用的部分亦即空隙部，被填充透明填充樹脂106(聚矽氧樹脂等)。相鄰的結晶矽太陽電池102，以導電 帶(wire ribbon)151導電連接。亦即，導電帶151，構成配線。被配置為一列的結晶矽太陽電池102，構成一個串(string)103。

2枚透明樹脂基板101的外周部，以具有與透明樹脂基板101相同的反覆單位的樹脂來熔接。被熔接的部分構成熔接帶105。於熔接帶105的外周部，設有框109。於2枚透明樹脂基板101之間，除此之外還配置有端子箱107及旁通二極體108。此處，所謂「具有相同的反覆單位的樹脂」是指具有聚合同一單體(單量體)的分子構造的高分子(聚合體)。後述之聚碳酸酯、聚矽氧樹脂即為其例。

透明樹脂基板101，作為太陽電池模組賦予防音壁的功能，所以使用聚碳酸酯等工程塑膠系透明基板為佳。聚碳酸酯，在太陽電池模組的必要條件之耐天候性、強度、耐火性等都很優異，作為透明樹脂基板101為最適當的材料。此外，聚碳酸酯也富有耐衝擊性以及耐熱性。

聚碳酸酯的厚度係考慮強度或破損特性等而決定的。例如，可考慮組合的2枚聚碳酸酯的厚度為6mm及4mm。太陽電池模組的尺寸可以實施為1000×2000mm等標準的尺寸。

聚碳酸酯會因為紫外線導致光劣化或是紅外線導致熱劣化係屬已知。特別是設置在屋外的場合，必須對樹脂基板賦予耐天候性，以使用任意的硬塗層處理品為較佳。

於1枚透明樹脂基板101之上設置具有結晶矽太陽電池102之串103。於結晶矽太陽電池102與透明樹脂基板101之間，最終要填充透明填充樹脂106，所以在設置串103時，最好是藉由任意的間隙構造(間隔件等)而空出與透明樹脂基板101之間隙。間隙，可以在0.5mm~10mm之間任意決定，但由儘量減少透明填充樹脂106的使用量的觀點來看，以形成小的間隙為較佳。於各串103的連接，考慮到導電帶151斷線的場合的影響，以設置旁通二極體108為較佳。

結晶矽太陽電池102，使用多晶或是單晶皆可。

串103，伴隨著透明樹脂基板101的線熱膨脹導致的伸展，導電帶151會被拉扯，所以導電帶151的長度最好是留有餘裕。導電帶151的長度的餘裕，由透明樹脂基板101與結晶矽太陽電池102的實際尺寸所估算出的線熱膨脹來推算，最好是採用可以充分吸收透明樹脂基板101的伸展的構造。藉由把串103固定於任意數目的透明樹脂基板101，可以賦予採光功能。

又，於本圖，配置於相鄰的結晶矽太陽電池102之間的支柱104為4根，但並不以此為限，例如1根亦可。

圖2係顯示圖1所示的樹脂基板太陽電池模組的部分剖面。

於本圖，結晶矽太陽電池102，被設置於以支 柱104及間隔件152支撐的2枚透明樹脂基板101之間。結晶矽太陽電池102、支柱104以及間隔件152以外的空隙部(空間部)被填充著透明填充樹脂106。換句話說，結晶矽太陽電池102，不直接接觸於透明樹脂基板101，在結晶矽太陽電池102與透明樹脂基板101之間，被填充著透明填充樹脂106。藉此構成，透明填充樹脂106吸收透明樹脂基板101之線熱膨脹導致的伸展，所以結晶矽太陽電池102變得不容易破損。

圖3係顯示實施例的結晶矽太陽電池的配線構造之概略側面圖。

於本圖，顯示相鄰的2枚結晶矽太陽電池102，以及導電連接這些的導電帶151。導電帶151，連接一方的結晶矽太陽電池102的表面與另一方結晶矽太陽電池102的背面。為了準備應付2枚結晶矽太陽電池102的距離改變的場合，在導電帶151之長度上預留了餘裕。藉此，即使透明樹脂基板101伸展，也不會發生導電帶151斷線。

圖4係顯示實施例的樹脂基板太陽電池模組之製造步驟之一例。圖4所示的製造步驟，並不用來限制供實施本發明之手段。又，以下所示的各構件的符號，係依據圖1。

首先，於透明樹脂基板101上設置串103(S401)。進而，於透明樹脂基板101上設置支柱104(S402)。於圖1，採取在結晶矽太陽電池102的四個角 配置圓柱狀的支柱104的構造。支柱104，以與透明樹脂基板101相同材質為佳，以聚碳酸酯最佳。支柱104的固定方法可以採用使用各種接著劑的固定等任意的方法。

接著，為了填充透明填充樹脂106，在固定了包含結晶矽太陽電池102的串103與支柱104的透明樹脂基板101之上，設置另一方之透明樹脂基板101，藉由雷射或者紅外線熔接(S403)2枚透明樹脂基板101的周圍(外周部)。在此場合，2枚透明樹脂基板101以相同材質為較佳，特別以聚碳酸酯為最佳。

以下，說明藉由雷射熔接來接著2枚透明樹脂基板101的方法。

在由聚碳酸酯所構成的2枚透明樹脂基板101的周圍，夾入吸收雷射光之用而著色的熔接帶105(聚碳酸酯熔接帶)。聚碳酸酯熔接帶為了要吸收雷射主要被著色為黑色。聚碳酸酯熔接帶的厚度藉由透明填充樹脂106的填充量來決定。雷射熔接使用市售的裝置即可，能夠以泛用的手法來進行熔接。

另一方面，也可以使用紅外線熔接。紅外線熔接的場合，配合於聚碳酸酯自身的光吸收體設定光源，所以不需要特別著色聚碳酸酯熔接帶。紅外線熔接可以用泛用的裝置來進行。

在熔接由2枚聚碳酸酯所構成的透明樹脂基板101時，預先設注入透明填充樹脂106的注入孔。

如此藉由雷射或者紅外線進行熔接的話，可 得以下的效果。

第1，熔接與透明樹脂基板101相同的材質，所以不會因熱膨脹率差導致接著不良以及應力集中。第2在熔接的場合，是瞬間接著，不會引起接著劑的滴垂。

其後，對藉由雷射或紅外線熔接2枚聚碳酸酯所構成的透明樹脂基板101之樹脂基板太陽電池模組100注入透明填充樹脂106，使其硬化(S404)。透明填充樹脂106，由聚碳酸酯與結晶矽太陽電池102之線熱膨脹率之差以及導電帶151的楊氏係數等因素，尋求楊氏係數為1MPa以下，且透光性高的樹脂材料。因此，以使用聚矽氧樹脂為較佳。硬化條件，由聚矽氧樹脂的特性來看，係在室溫下長時間靜置或者在一定溫度下加熱，但在本發明沒有特別限制。

透明填充樹脂106之硬化步驟之後，以任意的方法密封注入孔(S405)。密封，可以使用熔接帶105，藉由雷射或紅外線熱熔接來進行，但沒有特別限制。

為了確保樹脂基板太陽電池模組100的導電連接或配線部的絕緣安全性，把導電帶151連接至端子箱107。此外，為了對風壓等之安全性考量，在樹脂基板太陽電池模組的周圍設置鋁製的框109(S406)。於此框109的內側，為了提高2枚聚碳酸酯所構成的透明樹脂基板的熔接處的可信賴性，根據填充樹脂進行填縫處理。作為填充樹脂以丁基橡膠或聚矽氧橡膠等橡膠狀物質為佳。

經過以上的製造步驟，可以得到樹脂基板太陽電池模組。

圖5係顯示其他實施例的樹脂基板太陽電池模組之概略正面圖。

於本圖之說明，針對圖1所說明的構成省略其說明。

於圖5，在熔接帶105內側設熔接帶501。熔接帶501具有開口部502。在熔接帶105與熔接帶501之間的區域，以在透明填充樹脂106熱膨脹時，透明填充樹脂106可以透過開口部502流入的方式殘留著空氣層。換句話說，該區域提供膨脹的透明填充樹脂106溢流的餘裕(空間)。該區域也可以稱為「樹脂流入部」。樹脂流入部，係以與透明樹脂基板101相同的樹脂所區隔出的空間。

藉由此構成，可以防止伴隨著透明填充樹脂106的膨脹脂模組的翹曲或密封處的應力集中。該區域的容積，設定為比透明填充樹脂106的理論熱膨脹的最大量更大的值。

此外，於該區域的內壁，最好設置供抑制濕氣的侵入之用的覆蓋膜。該區域為密閉，與大氣隔離，但是構成透明樹脂基板101的聚碳酸酯樹脂會透過水蒸氣，所以在該區域，還有但大氣中的濕氣等其他的水分微量地進入之可能性。覆蓋膜，可以使用水蒸氣透過率比透明填充樹脂101更低的合成油、植物油等，特別以耐氧化性高 的合成油為佳。

又，於圖5，在熔接帶105的外周部，未設圖1所示的框109。但是，以使用鋁等所形成的框覆蓋熔接帶105的構成為佳。

如以上所述，本發明的效果，第1為防止破損，第2為防音功能，第3為採光。具體效果的詳細內容如下。

根據本發明，即使使用聚碳酸酯所構成的透明樹脂基板，也因為藉由聚矽氧樹脂所構成的透明填充樹脂來吸收與結晶矽太陽電池之線熱膨脹率差導致的應力，所以可得可信賴性高的太陽電池模組。

此外，根據本發明的話，藉由雷射乃至紅外線之熔接處理而製作模組，所以可得耐天候性、應力特性優異的太陽電池模組。

進而，根據本發明，可以提供可藉由支柱的支撐而避免聚碳酸酯所構成的透明樹脂基板之伴隨著風壓或降雹之撓曲的影響之太陽電池模組。

此外，根據本發明，因為是透明樹脂基板以聚碳酸酯構成的樹脂基板太陽電池模組，所以可得到耐燃性或耐天候性。

進而，於本發明，係以具有與該樹脂基板相同的反覆單位的樹脂成分熔接2枚透明樹脂基板的周圍的方式，採雷射熔接或者紅外線熔接，能夠以填充了密封樹脂的框進一步固定2枚透明基板以與該樹脂基板相同的反 覆單位的樹脂成分被熔接的周圍，所以可得到對風雨非常充分的耐久性。

此外，根據本發明，結晶矽太陽電池係以雙面受光型來構成，所以即使設置場所不一定朝南設置於日照條件良好的場所，也可以得到良好的發電特性。

進而，於本發明，形成樹脂流入部的隔壁(熔接帶)係以聚碳酸酯構成，所以隔壁部分也可以具有耐久性，即使使用輕量樹脂基板也可以賦予耐久性。

100‧‧‧樹脂基板太陽電池模組

101‧‧‧透明樹脂基板

102‧‧‧結晶矽太陽電池

103‧‧‧串(string)

104‧‧‧支柱

105‧‧‧熔接帶

106‧‧‧透明填充樹脂

107‧‧‧端子箱

108‧‧‧旁通二極體

109‧‧‧框

151‧‧‧導電帶(wire ribbon)

Claims (14)

1. 一種樹脂基板太陽電池模組，其特徵為包含：複數太陽電池、被配置於相鄰的前述太陽電池之間的支柱，以及2枚透明樹脂基板；於前述2枚透明樹脂基板之間，被配置前述複數太陽電池以及前述支柱，於前述2枚透明樹脂基板之間的空隙部，在殘留空氣層的狀態下被填充透明填充樹脂，前述2枚透明樹脂基板的外周部，以具有與前述透明樹脂基板相同的反覆單位的樹脂熔接；前述透明樹脂基板，係以聚碳酸酯形成的，前述透明填充樹脂的楊氏係數為1MPa以下。
2. 一種樹脂基板太陽電池模組，其特徵為包含：複數太陽電池、被配置於相鄰的前述太陽電池之間的支柱，以及2枚透明樹脂基板；於前述2枚透明樹脂基板之間，被配置前述複數太陽電池以及前述支柱，於前述2枚透明樹脂基板之間的空隙部，被填充透明填充樹脂，前述2枚透明樹脂基板的外周部，以具有與前述透明樹脂基板相同的反覆單位的樹脂熔接；前述太陽電池與前述透明樹脂基板之間，設有間隙，於此間隙，被填充前述透明填充樹脂，前述透明填充樹脂的楊氏係數為1MPa以下。
3. 如申請專利範圍第2項之樹脂基板太陽電池模組，其中前述間隙，藉由設於前述太陽電池與前述透明樹脂基板之間的間隔件形成的。
4. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之樹脂基板太陽電池模組，其中前述太陽電池係以結晶矽形成的。
5. 如申請專利範圍第2或3項之樹脂基板太陽電池模組，其中前述透明樹脂基板，係以聚碳酸酯形成的。
6. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之樹脂基板太陽電池模組，其中前述透明填充樹脂，係以聚矽氧樹脂形成的。
7. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之樹脂基板太陽電池模組，其中前述支柱，係以聚碳酸酯形成的。
8. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之樹脂基板太陽電池模組，其中前述2枚透明樹脂基板的外周部的熔接，係藉由雷射熔接或者紅外線熱熔接來進行的。
9. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之樹脂基板太陽電池模組，其中前述2枚透明樹脂基板的外周部，係以填充了密封樹脂的框來固定的。
10. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之樹脂基板太陽電池模組，其中前述太陽電池，係雙面受光型。
11. 如申請專利範圍第1至3項之任一項之樹脂基板太陽電池模組，其中於前述空隙部的一部分，設有樹脂流入部。
12. 如申請專利範圍第11項之樹脂基板太陽電池模組，其中於前述樹脂流入部的內壁，設有覆蓋膜。
13. 如申請專利範圍第11項之樹脂基板太陽電池模組，其中前述樹脂流入部，係以具有與前述透明樹脂基板相同的反覆單位的樹脂來隔開的空間，於該樹脂的一部分，設有前述透明填充樹脂可流通的開口部。
14. 如申請專利範圍第11項之樹脂基板太陽電池模組，其中前述覆蓋膜的水蒸氣透過率為100g/(m²．day)以下。