JP2005175197A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械的強度の向上させることができると共に、軽量化を図ることができ、且つ、生産性に優れた太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 光電変換を行う光起電力素子２０を被覆材で封止した太陽電池パネル２４の裏面に当接させて複数の補強部材２２を設け、各補強部材２２の相対向する端部に、少なくとも、太陽電池パネル２４の長手方向または幅方向に沿うと共に、構造物の設置部に臨んで延出された垂下部２２ａを形成し、補強部材２２の垂下部２２ａと直交する太陽電池パネル２４の相対向する端部にフレーム２３を取り付けている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、太陽電池パネルの裏面に補強部材を備えている太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

太陽エネルギーは無尽蔵且つクリーンなエネルギーであるため、化石燃料の枯渇、環境問題の深刻化に伴い、注目度が年々増してきている。現在、太陽エネルギーを利用して発電する太陽光発電システムは、一般住宅の屋根、高層ビルの壁面など多様な場所に施設されている。

図１７は市場に広く流通している従来の太陽電池モジュールの一例を示す平面図であり、図１８は図１７のＡ−Ａ’線矢視断面図である。これらの図において、１０は光起電力素子、１１は被覆材、１２は補強部材、１３はフレームである。図示するように、従来の太陽電池モジュールは、複数の光起電力素子１０と、各光起電力素子１０を封止する被覆材１１と、施工時や施工後に受ける外部からの衝撃により光起電力素子１０が破損しないように機械的強度を与える補強部材１２と、太陽電池モジュールの端部をカバーすると共に、架台などへ固定する際に固定具としての役割も果たすフレーム１３とから構成されており、被覆材１１で封止した光起電力素子群の裏面に板状の補強部材１２を配して補強し、これらの積層体をフレーム１３に支持固定していた。

太陽電池モジュールのサイズは多様であるが、発電所や公共施設の屋根等、設置エリアが比較的広い場合には、一枚当たりの発電量の大きい大面積の太陽電池モジュールを用いることが多い。その理由として、同一出力では太陽電池モジュール同士を電気接続する作業や太陽電池モジュールを架台に固定する作業が少なくてすむことや、太陽電池モジュールのワット当たりのコストが安いこと等が挙げられる。

一方、面積の大きな太陽電池モジュールは、強風時や積雪時に加わる力が小さな面積の太陽電池モジュールよりも大きいため、このような外部応力に耐え得るように各メーカーの太陽電池モジュールには機械的強度を向上させる種々の工夫がなされている。例えば、特開平８−４９３７７号公報（特許文献１）には、太陽電池モジュールの裏面に断面がＬ字型のアングルを設けることで、太陽電池モジュールの機械的強度を向上させる技術が開示されている。また、特開平６−３１０７４８号公報（特許文献２）には、強化ガラスを用いることで太陽電池モジュールの機械的強度を向上させるという技術が開示されている。これらの技術以外にも、ガラス、金属板といった補強部材の板厚を厚くするといった対策が考えられる。

特開平８−４９３７７号公報 特開平６−３１０７４８号公報

しかし、太陽電池モジュールの裏面に設ける補強部材の板厚を厚くしたり、特許文献１のように、断面がＬ字型のアングルを設けるといった技術で太陽電池モジュールの強度向上を図ると、太陽電池モジュール自体の重量が増すため、運搬作業時及び設置作業時に作業者への負担が増し、その作業効率が低下するという問題が生じる。また、補強部材の板厚等の増大により太陽電池モジュール自体の重量が増大すると、太陽電池モジュールを設置する屋根や壁等の構造体にかかる負荷も大きくなるという問題がある。

また、特許文献２のように、強化ガラス等の機械的強度の高い材料を補強部材として用いれば、太陽電池モジュールの重量が増大するのを防止できるが、強化ガラスは特殊用途で使用される材料であって余り市場に流通していないため高価であり、太陽電池モジュールの製造コストが増大する要因となり好ましくない。

さらに、太陽電池モジュールの補強部材が一枚のガラス板や金属板で構成される場合には、太陽電池モジュールに加わる外部応力は、前記補強部材の端辺側中央部に集中的に作用する。したがって、補強部材の材質及び厚みは端辺側中央部を基準に選定しなくてはならないが、一方で端辺側中央部以外の領域に過剰な機械的強度を与えることになり、非常に無駄であると言える。

本発明は、上記の課題に鑑みて創案されたものであり、その目的は、機械的強度の向上させることができると共に、軽量化を図ることができ、且つ、生産性に優れた太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明に係る太陽電池モジュールは、光電変換を行う光起電力素子を被覆材で封止した太陽電池パネルの裏面に当接させて複数の補強部材を設け、各補強部材の相対向する端部に、少なくとも、上記太陽電池パネルの長手方向または幅方向に沿うと共に、構造物の設置部に臨んで延出された垂下部を形成し、該補強部材の垂下部と直交する太陽電池パネルの相対向する端部にフレームを取り付けたことを特徴とする。
前記太陽電池モジュールにおいて、前記補強部材の垂下部が折り曲げ加工により形成されていることが好ましい。
また、相隣接する二つの補強部材において、一方の補強部材の垂下部が他方の補強部材の垂下部と接していることが好ましい。
前記太陽電池パネルが、単一の光起電力素子または複数の光起電力素子を電気接続してなる光起電力素子群を有していることが好ましい。
前記フレームが、太陽電池モジュールの長辺側端部または短辺側端部にのみ取り付けられていることが好ましい。
また、前記フレームが、前記太陽電池パネルの嵌合部を有することが好ましい。
さらに、前記嵌合部の一部に、前記補強部材の垂下部を収容する切り欠き部が設けられていることが好ましい。
そして、前記太陽電池パネルが、少なくとも１個のバイパスダイオードを有しており、該バイパスダイオードが前記フレームの嵌合部に収められていることが好ましい。
またさらに、前記太陽電池パネルと補強部材とが、接着剤又は両面テープにより接着固定されていることが好ましい。
加えて、前記太陽電池パネルの受光面及び／又は非受光面が、被覆材により封止されていることが好ましい。

一方、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、光電変換を行う光起電力素子を被覆材で封止した太陽電池パネルの裏面に垂下部を有する複数の補強部材を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、
少なくとも、太陽電池パネルを形成する工程と、垂下部を有する複数の補強部材を並べて太陽電池パネルの設置面を形成する工程と、該設置面に太陽電池パネルを設置する工程と、を有することを特徴とする。
前記太陽電池モジュールの製造方法において、前記太陽電池パネルを形成する工程が、単一の光起電力素子又は複数の光起電力素子を電気接続してなる光起電力素子群を被覆材で封止する工程を含むことが好ましい。
また、前記設置面に太陽電池パネルを設置する工程の後に、太陽電池モジュールの端部にフレームを嵌合する工程を有することが好ましい。
さらに、前記太陽電池モジュールの端部にフレームを嵌合する工程において、太陽電池モジュールの長辺側端部または短辺側端部にのみフレームを設けることが好ましい。

本発明によれば、太陽電池パネルの裏面に当接させて複数の補強部材を設け、各補強部材の相対向する端部に、上記太陽電池パネルの長手方向または幅方向に沿うと共に、構造物の設置部に臨んで延出された垂下部を形成しているので、太陽電池パネルの裏面には多数の垂下部が配置されることとなり、平板状の補強部材を用いた太陽電池モジュールと比較して、機械的強度が高まる。また、垂下部を形成することによる補強部材の機械的強度の向上に伴い、補強部材の板厚を薄くすることが可能となるため、太陽電池モジュールの軽量化を図ることができる。さらに、補強部材の垂下部と直交する太陽電池パネルの相対向する端部に端部にフレームを取り付けているので、太陽電池モジュールの機械的強度が大幅に高まる。

すなわち、機械的強度の向上させることができると共に、軽量化を図ることができ、且つ、生産性に優れた太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することができるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を受光面側から見た状態を示す平面図であり、図２は本実施形態の太陽電池モジュールを非受光面側から見た状態を示す背面図である。また図３は、図１のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。これらの図において、２０は光起電力素子、２１は被覆材、２２は補強部材、２２ａは垂下部、２２ｂは設置面、２２ｃは折り返し部、２３はフレーム、２４は太陽電池パネル、２５は接着剤、２６は接続箱、２７は出力ケーブルである。

図示するように、本発明の太陽電池モジュールは、光電変換を行う光起電力素子２０を被覆材で封止した太陽電池パネル２４の裏面に当接させて複数の補強部材２２を設け、各補強部材２２の相対向する端部に、上記太陽電池パネル２４の長手方向または幅方向に沿うと共に、屋根や壁面等の構造物の設置部に臨んで延出された垂下部２２ａを形成し、該補強部材２２の垂下部２２ａと直交する太陽電池パネル２４の相対向する端部にフレーム２３を取り付けている。本実施形態では、補強部材２２の垂下部２２ａは太陽電池パネル２４の幅方向に沿うように形成され、太陽電池パネル２４の長辺側端部にフレーム２３が設けられており、補強部材２２の垂下部２２ａがフレーム２３と直交するように補強部材２２がフレーム２３に嵌合されている。

上記垂下部２２ａを有する複数の補強部材２２は、隣接する補強部材同士の垂下部２２ａが接するように構造物の設置部並べられ、これらの補強部材２２の上面に太陽電池パネル２４の設置面２２ｂが形成されている。

前記設置面２２ｂには太陽電池パネル２４が両面テープ又は接着剤２５にて接着固定されている。上記太陽電池パネル２４は、複数の光起電力素子２０を電気的に接続して形成される光起電力素子群、及び該光起電力素子群を封止する被覆材２１で構成されている。

なお、太陽電池モジュールの非受光面には、発電した電力を外部に取り出すための接続箱２６及び出力ケーブル２７が設けられている。

以下に、本実施形態の太陽電池モジュールの各構成要素について詳細に説明する。

〔光起電力素子〕
本発明における光起電力素子２０の例としては、単結晶シリコン系光起電力素子、多結晶シリコン系光起電力素子、微結晶シリコン系光起電力素子、非晶質シリコン系光起電力素子、及び多結晶化合物系光起電力素子などが挙げられる。これらの中でも好適に用いられる代表的な光起電力素子は、受光面側より、少なくとも透明電極層、光電変換層、裏面反射層、及び裏面電極層を有しており、発生した電気を取り出すための電極が一部に設けられている。以下に、透明電極層、光電変換層、裏面反射層、及び裏面電極層について詳しく説明する。

透明電極層は、光を透過する光入射側の電極であると共に、その膜厚を最適化することによって反射防止膜としての役割も果たす。透明電極層は、光電変換層の吸収可能な波長領域において高い透過率を有すること、電気抵抗が低いことが必要とされ、その材料としては、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｃｄ₂ＳｎＯ₄、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、Ｎａ_xＷＯ₃等の導電性酸化物、あるいはこれらを混合したものが好適に用いられる。透明電極層の形成方法としては、微量の酸素を含有するスパッタ用ガスによりスパッタ形成する方法が好適に用いられる。

光電変換層は光を電気に変える機能を有する。この光電変換層の材料としては、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ等のＶ族元素、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等のＩＶ族元素合金、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物、ＣｕＩｎＳｅ等のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物が挙げられるが、これに限られるものではない。光電変換層は、少なくとも一組のｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ヘテロ接合あるいはショットキー障壁を形成する。また、光電変換層の好適な形成方法としては、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法等の各種化学気相成長法が挙げられる。

裏面反射層は、光電変換層で吸収しきれなかった光を再度光電変換層に反射させる光反射層としての機能を有する。この裏面反射層の材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ等の金属又はステンレス等の合金が挙げられるが、これらの中でもＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の反射率の高い金属が特に好ましい。

裏面電極層は、光電変換層の非受光面側で発生した電荷を集電する集電電極としての機能を有する。この裏面電極層の材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ等の金属が挙げられるが、これに限られるものではない。裏面電極層を形成する方法としては、化学気相成長法、スパッタ法等が好適に用いられる。また、裏面電極層としては、外部から加えられた力によって各層が破損しないように支持する支持基板としての機能を有する導電性基板が好適に用いられる。導電性基板の具体的な材料としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｂ等の金属、又はこれらの合金の薄膜およびその複合体が挙げられるが、これに限られるものではない。

〔光起電力素子群〕
光起電力素子群とは、複数の光起電力素子を電気的に接続することで形成される光起電力素子の直列接続体又は並列接続体を意味する。

〔太陽電池パネル〕
本発明において太陽電池パネルとは、単一の光起電力素子または前記光起電力素子群が耐環境性を有する被覆材により封止されてなる発電体を意味する。

〔被覆材〕
被覆材は、光起電力素子の受光面側に配される表面部材、非受光面側に配される裏面部材、及び表面部材と裏面部材の間に配される封止材で構成されている。

表面部材としては、ガラスやフッ化物重合体フィルム等が好適に用いられるが、これらに限定されるものではない。フッ化物重合体としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン系共重合体（ＥＣＴＦＥ）、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）−テトラフルオロエチレン系共重合体（ＰＦＡ）、ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン系共重合体、あるいはこれらのうち２種以上を混合したものなどがある。このうちＥＴＦＥは、耐候性及び機械的強度の両立と透明性の観点より太陽電池モジュールの表面部材としての適正に優れていることから、好んで用いられる。また、ＥＴＦＥは放電処理によってフィルム表面に反応物を生成しやすいことも、選択される理由の一つである。

裏面部材は、光起電力素子を保護し、湿度の侵入を防ぎ、外部との電気的絶縁を保つために用いられる。この裏面部材の材料としては、充分な電気絶縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、熱膨張、熱収縮に耐えられる材料が好ましい。好適に用いられるものとしては、ポリフッ化ビニルフィルム、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ガラス板などが挙げられる。

封止材は、光起電力素子を封止し、素子を温度変化、湿度、衝撃などの過酷な外部環境から守り、かつ表面部材あるいは裏面部材と素子との接着を確保するために用いられる。この封止材の材料としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、エチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）樹脂、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合体（ＥＭＡＡ）樹脂、アイオノマー樹脂、ポリビニルブチラール樹脂などが挙げられるが、これらの中でもＥＶＡ樹脂は耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性など太陽電池用途としてバランスのとれた物性を有しているので、好適に用いられる。

〔補強部材〕
補強部材２２は、施工時や施工後に加わる外部応力によって光起電力素子が破損しないように、太陽電池パネル２４に機械的強度を与える役割を果たしている。本発明における補強部材２２には、少なくとも太陽電池パネル２４を設置するための設置面２２ｂと、該設置面２２ｂに対して垂直方向に設けられた垂下部２２ａが存在する。ここで垂下部２２ａは、外部応力により生じる設置面２２ｂの撓みを抑制する働きをする。また、この撓みを抑制する働きを更に高めるために、上記垂下部２２ａの先端側には折り返し部２２ｃが形成されていることが望ましい。

補強部材２２に好適な材料として、亜鉛メッキ鋼板、フッ素樹脂や塩化ビニルなどの耐候性物質を有する鋼板、ステンレス鋼板等が挙げられる。なお、金属板は曲げ加工により容易に垂下部２２ａを形成することができるため特に好ましいが、これらに限定されるものではない。

また、上記垂下部２２ａは少なくとも補強部材２２の長辺側端部または短辺側端部に設けられており、相隣接する二つの補強部材２２、２２において、一方の補強部材２２の垂下部２２ａが他方の補強部材２２の垂下部２２ａと接している。これは、太陽電池モジュールに外部応力が作用すると、補強部材２２に設けられた垂下部２２ａは変形しようとするが、相隣接する二つの補強部材２２の垂下部同士が接触していれば、垂下部２２ａの変形が他の垂下部２２ａによって抑制されるため、外部応力に対する太陽電池モジュールの耐屈曲性が向上するからである。

ここで、多数の垂下部を有する一枚の補強部材の設置面に太陽電池パネル２４を設けることでも、本発明と同様に太陽電池モジュールの機械的向上を図ることができる。しかし、補強部材１枚当たりのサイズが大きくなるため、大掛かりな加工装置が必要となり、且つ、生産性も劣る。また、多数の垂下部を有する一枚の補強部材を用いれば、太陽電池パネル２４と補強部材の界面から水分が浸入し、垂下部に水分が溜まり易い。これは、垂下部をＶ字型に折り曲げて形成するため、垂下部の底が閉じられた状態となっているからである。その結果、侵入した水分は逃げ場がなく長時間滞在するため、補強部材から錆が発生する原因や被覆材の加水分解を促進する原因となりやすい。本発明では、複数の補強部材を、間隔を開けて配置することで、太陽電池パネル２４と補強部材２２の界面に浸入した水分を短期間で外部に放出することもできるメリットがある。

また、平板状の補強部材にＬ字型のアングルを取り付ける方法でも、太陽電池モジュールの裏面に垂下部を形成することができるため、本発明と同様に機械的強度を向上させることができる。しかし、上記アングルには垂下部以外に補強部材との接着面を形成する必要がある。本発明では、補強部材２２そのものが垂下部２２ａを形成するので、前述した接着面は不要であり、同様な機械的強度を維持しつつ、その分軽くなる。

〔フレーム〕
太陽電池モジュールの端部にフレーム２３が設けられていれば、新たな固定具を用意しなくても、太陽電池モジュールを架台又は他の支持体に直接ビス止めなどで固定できるため好ましい。フレーム２３としては、太陽電池パネル２４の嵌合するための凹部（嵌合部）を有する、例えば、コ字形状のアルミニウムフレームなどを用いることができる。

上記フレーム２３は、太陽電池モジュールの長辺側端部または短辺側端部にのみ設けられていればよく、いずれかの端部に設けることにより更なる太陽電池モジュールの軽量化を図ることができる。さらに、上記垂下部２２ａがフレーム２３と直交するように、補強部材２２がフレーム２３に嵌合されていれば、補強部材同士の結合をより強固なものにするため好ましい。

また、フレーム２２に太陽電池パネル２４及び上記補強部材２２の設置面２２ｂを収容する嵌合部を設けることにより、太陽電池パネル２４及び補強部材２２を支持することができる。さらに、このフレーム２３の嵌合部に補強部材２２の垂下部２２ａを嵌合するための切り欠き部を設けることにより、フレーム２３と補強部材２２との連結を容易に行うことができる。

このフレーム２３の嵌合部内に太陽電池パネル２４に設けられたバイパスダイオードを収めることにより、外部応力による破損、日射による劣化を防止することができる。

〔接着剤／両面テープ〕
接着剤や両面テープは、太陽電池パネル２４を補強部材２２の設置面２２ｂに接着固定する際に使用され、耐候性、耐水性に優れていることが要求される。具体的な材料として、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤、アクリル系両面テープ、ブチル系両面テープ等が挙げられる。

本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法は、光電変換を行う光起電力素子２０を被覆材で封止した太陽電池パネル２４の裏面に垂下部を有する複数の補強部材２２を有する太陽電池モジュールの製造方法であり、少なくとも、太陽電池パネル２４を形成する工程と、垂下部２２ａを有する複数の補強部材２２を並べて太陽電池パネル２４の設置面２２ｂを形成する工程と、該設置面２２ｂに太陽電池パネル２４を設置する工程と、を有している。

上記太陽電池モジュールの製造方法において、上記太陽電池パネル２４を形成する工程が、単一の光起電力素子２０又は複数の光起電力素子２０を電気接続してなる光起電力素子群を被覆材で封止する工程を含むことが好ましい。また、上記設置面２２ｂに太陽電池パネル２４を設置する工程の後に、太陽電池モジュールの端部にフレーム２３を嵌合する工程を有することが好ましい。さらに、上記太陽電池モジュールの端部にフレーム２３を嵌合する工程において、太陽電池モジュールの長辺側端部または短辺側端部にのみフレーム２３を設ければよい。

このように本実施形態によれば、補強部材２２の板厚を増大させることなく太陽電池モジュールの機械的強度を向上させることができ、且つ、軽量化も図ることができる。また、従来の補強部材は一枚の平板などで構成されているため、太陽電池モジュールが外部応力を受けた際、補強部材には局部的な応力集中が生じていたが、複数の補強部材２２を用いて１つの太陽電池モジュールを構成することで応力集中が緩和される。さらに、垂下部を複数有する一枚の補強部材を用いた太陽電池モジュールよりも生産性に優れているものである。

なお、本発明は、大面積の太陽電池モジュールのみでなく、小面積の太陽電池モジュールにも有効である。

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

図４は本実施例の太陽電池モジュールを受光面側から見た状態を示す平面図であり、図５は本実施例の太陽電池モジュールを非受光面側から見た状態を示す平面図である。また、図６は図４のＣ−Ｃ’線矢視断面図、図７は図４のＤ−Ｄ’線矢視断面図である。さらに図８は、本実施例の太陽電池モジュールの電気結線を示す説明図である。これらの図において、３０は光起電力素子、３１は太陽電池パネル、３２は補強部材、３２ａは垂下部、３２ｂは設置面、３２ｃは折り返し部、３３はフレーム、３４は充填材、３５は接着剤、３６ａはバイパスダイオード、３７は被覆材である。

図示するように、本実施例の太陽電池モジュールは、光電変換を行う光起電力素子３０を被覆材で封止した太陽電池パネル３１の裏面に当接させて複数の補強部材３２を設け、各補強部材３２の相対向する端部に、上記太陽電池パネル２４の幅方向に沿うと共に、屋根や壁面等の構造物の設置部に臨んで延出された垂下部３２ａを形成し、該補強部材３２の垂下部３２ａと直交する太陽電池パネル２４の長手方向に沿った相対向する端部に端部にフレーム３３を取り付けている。

図９は、本実施例の太陽電池モジュールに採用する補強部材を示す斜視図である。図示するように、本実施例の太陽電池モジュールは、垂下部３２ａ、設置面３２ｂ、折り返し部３２ｃを有する補強部材３２を８枚有する。この補強部材３２は、ガルバリウム鋼板を用いて作成されており、ローラーフォーマーにより成形された垂下部２２ａが補強部材３２の長辺側端部の２辺に存在する。８枚の補強部材３２は、それぞれの垂下部３２ａが相隣接する補強部材３２の垂下部３２ａと接するように並べられており、各補強部材３２の設置面３２ｂが太陽電池パネル３１を配するための設置面３２ｂを形成している。上記設置面３２ｂには、太陽電池パネル３１がシリコーンシーラント等の接着剤３５により接着固定されている。

図１０は本実施例における太陽電池パネルを受光面側から見た状態を示す平面図であり、図１１は非受光面側から見た状態を示す背面図及び要部拡大図である。これらの図において、３０は光起電力素子、３６はバイパス結線部、３６ａはバイパスダイオード、３６ｂはダイオード端子、３６ｃは半田、３７は被覆材、３８は取り出し電極、３８ａは取り出し電極の露出部、３００及び３０１は光起電力素子、３００ｇ及び３０１ｇは電極である。

本実施例における太陽電池パネルは、アモルファスシリコン系の光起電力素子３０が１６枚直列接続されてなる光起電力素子群を構成している。ここで光起電力素子間のギャップは、長手方向に対しては２ｍｍ、該長手方向と垂直な幅方向に対しては３ｍｍに設定されている。

太陽電池パネルの一部に影がかかると、太陽光が当たらずに未発電状態となった光起電力素子に、該未発電状態の光起電力素子と直列に電気接続されている発電状態の光起電力素子から負荷を通じて逆バイアス電圧が印加され、光起電力素子が破損する可能性が高いため、各光起電力素子にはバイパスダイオード３６ａが太陽電池パネルの端部側に設けられている。図１１（ｂ）に示すように、上記バイパスダイオード３６ａは、ダイオード端子３６ｂを介して、一方の光起電力素子３００の非受光面に設けられた電極３００ｇ及び相隣接する光起電力素子３０１の非受光面に設けられた電極３０１ｇに半田３６ｃにて電気的に接続されている。

また図１２は、図１０のＥ−Ｅ’線矢視断面図である。図１２において、３０は光起電力素子、３０ｆ及び３０ｇは電極、３１は光起電力素子、３７は被覆材、３７ａは表面部材、３７ｂは封止材、３７ｃは裏面部材である。

図示するように、上記光起電力素子群を構成する各光起電力素子３０は被覆材３７により保護されており、上記光起電力素子群の受光面側には表面部材３７ａとしてＥＴＦＥフィルムが配され、非受光面側には裏面部材３７ｃとしてＰＥＴフィルムが配されており、これらのフィルムと光起電力素子３０とが封止材３７ｂとしてのＥＶＡにより接着されている。

図１１（ａ）に示すように、上記光起電力素子群には、発電した電気を取り出すための取り出し電極３８が設けられており、前期取り出し電極の一部３８ａが太陽電池パネルの非受光面において被覆材３７より露出している。

次に、図１３は本実施例における光起電力素子を受光面側から見た状態を示す平面図であり、図１４は非受光面側から見た状態を示す背面図である。また図１５は、図１３のＦ−Ｆ’線矢視断面図である。これらの図において、３０ａは樹脂層、３０ｂは透明電極層、３０ｃは光電変換層、３０ｄは裏面反射層、３０ｅは裏面電極層、３０ｆは正極電極、３０ｇは負極電極である。

図示するように、光起電力素子３０は、受光面側より、少なくとも樹脂層３０ａ、透明電極層３０ｂ、光電変換層３０ｃ、裏面反射層３０ｄ、裏面電極層３０ｅという構成になっており、樹脂層３０ａはアクリルウレタン系の樹脂、透明電極層３０ｂはＩＴＯ、光電変換層３０ｃはＰ−Ｉ−Ｎ型の非晶質シリコン、裏面反射層３０ｄはＺｎＯ及びＡｌ、裏面電極層３０ｅはステンレスによりそれぞれ構成されている。また、透明電極層３０ｂの受光面には銀メッキ銅箔からなる正極電極３０ｆが、裏面電極層３０ｅの非受光面には銅箔からなる負極電極３０ｇが設けられている。

また図１６は、本実施形態の太陽電池モジュールの組み立て構造を示す斜視図である。図１６において、３１は太陽電池パネル、３２は補強部材、３２ａは垂下部、３３はフレーム、３３ａは嵌合部、３３ｂは切り欠き部である。
図示するように、太陽電池モジュールの長辺側端部には、アルミ合金からなるフレーム３３が設けられている。このフレーム３３には、補強部材３２を内部に嵌合するための嵌合部３３ａが設けられており、さらに該嵌合部３３ａの一部に切り欠き部３３ｂが設けられている。上記嵌合部３３ａには、補強部材３２の設置面３２ｂ及び太陽電池パネル３１が嵌合され、上記切り欠き部３３ｂには補強部材３２の垂下部３２ａが嵌合されて固定される。フレーム３３の嵌合部３３ａには、補強部材３２が抜け落ちるのを防止するため、シリコーンシーラント等の不図示の接着剤が充填されている。

また、前記バイパスダイオード３６ａに外部応力が作用して破損するのを防止するため、前記バイパスダイオード３６ｂはフレームの嵌合部３３ａ内に収められる。

さらに、補強部材３２の一部に直径１５ｍｍの不図示の貫通穴が２ヶ所で設けられており、これら穴の位置と、太陽電池パネル３１より露出している上記取り出し電極３８ａの位置とを一致させて接着固定している。これらの貫通穴は、図５に示したように、変性ＰＰＥからなる接続箱３９ａによってカバーされている。そして、上記取り出し電極３８ａには、出力ケーブル３９ｂが半田付けされており、接続箱３９ａを介して出力ケーブル３９ｂが突出している。また、接続箱３９ａの内部は、シリコーンシーラント等の接着剤により充填されている。

次に、本実施例の太陽電池モジュールの製造方法を説明する。
本実施例の太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池パネルを形成する工程と、垂下部を有する補強部材を並べて設置面を形成する工程と、該設置面に太陽電池パネルを設置する工程と、太陽電池モジュールの端部にフレームを設ける工程と、出力ケーブル及び接続箱を取り付ける工程とを有しており、以下に各工程について詳細に説明する。
太陽電池パネルを形成する工程は、複数の光起電力素子を直列接続して光起電力素子群を形成する作業と、各光起電力素子にバイパスダイオードを設ける作業と、上記光起電力素子群に取り出し電極を設ける作業と、上記光起電力素子群を被覆材にて封止する作業とを含んでいる。

光起電力素子群を形成するために、最初に間隔を２ｍｍ空けて８枚の光起電力素子を直列に配置し、相隣接する一方の光起電力素子の受光面に設けられた電極を他方の非受光面に設けられた電極に半田により電気的に順次接続して光起電力素子の直列接続体を形成する。次に、間隔を３ｍｍ空けて上記直列接続体を２列に並べ、一方の直列接続体の端部の正極電極及び他方の直列接続体の端部の負極電極を一本の銅箔に電気的に接続することで光起電力素子群を形成する。ここで、前記銅箔の幅は５．５ｍｍ、厚みは０．２ｍｍである。

バイパスダイオードを設ける作業は、最初に、ショットキバリア型ダイオードにＬ字型の銅箔からなるダイオード端子を半田付けして端子付きダイオードを形成する作業を行なう。次に、上記端子付きダイオードを各光起電力素子の角部に配置する。その際、端子付きダイオードが光起電力素子群の長辺側端部に位置するようにする。最後に、各端子付きダイオードにおいて、一方のダイオード端子を光起電力素子の非受光面に設けられた電極に、他方のダイオード端子を上記素子に隣接する光起電力素子の非受光面に設けられた電極にそれぞれ電気接続する。ここで、隣接する光起電力素子がない場合は、他方のダイオード端子を光起電力素子の受光面側に設けられた電極の延在部に電気的に接続する。
光起電力素子群に取り出し電極を設ける作業は、上記光起電力素子群の正極電極及び負極電極に銅箔を電気的に接続し、上記銅箔を光起電力素子群の非受光面側に引き回すことで行なわれる。

光起電力素子群を被覆材にて封止する作業は、二重真空方式のラミネート装置を用いて行なわれる。被覆材の構成は、ＰＥＴフィルム（厚み：５０μｍ）、該ＰＥＴフィルム上にＥＶＡフィルム（厚み：４００μｍ）、該ＥＶＡフィルム上に光起電力素子群（受光面が上向き）、該光起電力素子群の受光面にＥＶＡフィルム（厚み：４００μｍ）、該ＥＶＡシート上にＥＴＦＥフィルム（厚み：２５μｍ）である。
被覆材及び光起電力素子で構成される積層体を、１５０℃の加熱オ−ブンに投入し、４０分間真空加熱することで、各被覆材と光起電力素子群とを一体化する。その後、該積層体を加熱オーブンから取り出し、常温で冷却すれば封止完了である。

ここで、取り出し電極の非受光面側に存在するＰＥＴフィルム及びＥＶＡフィルムにはそれぞれ直径２０ｍｍの貫通穴が形成され、ラミネートする際に取り出し電極と位置合わせをされているため、ラミネート後も前記取り出し電極は露出した状態となっている。
次に、ローラーフォーマーにより垂下部が形成された補強部材を８枚、それぞれの垂下部が隣接する補強部材の垂下部と接するように並べることで、太陽電池パネルの設置面を形成する。その際、各補強部材の位置がズレないようにテープで仮固定する。ここで、上記８枚の補強部材のうち、１枚の補強部材には直径１５ｍｍの貫通穴が２ヶ所設けられている。

補強部材の設置面に太陽電池パネルを接着固定する際、シリコーンシーラント等の接着剤を用いる。最初に、設置面にシリコーンシーラントを長手方向に４列塗布する。次に、設置面に太陽電池パネルを配置し、接着剤が広がるようにしっかりと押さえ付ける。その際、太陽電池パネルに設けられた取り出し電極の露出部と補強部材に設けられた貫通穴が同位置となっていることを確認する。

太陽電池パネルと補強部材の設置面との界面に存在するシリコーンシーラントが硬化した後、太陽電池モジュールの長辺側端部にフレームを設ける作業を行なう。最初に、各補強部材の非受光面側の短辺側端部にシリコーンシーラントを塗布する。次に、太陽電池パネル及び補強部材をフレームの嵌合部に、補強部材の垂下部を嵌合部の切り欠きにそれぞれ嵌合させる。

最後に、出力ケーブル及び接続箱を取り付ける作業を行なう。上記接続箱は枠体と蓋体で構成されており、枠体には出力ケーブルを取り出すための貫通穴が設けられている。まず、枠体を補強部材の非受光面に両面テープで固定する。次に、該枠体の貫通穴に出力ケーブルを挿入し、上記出力ケーブルと取り出し電極とを電気的に接続する。その後、上記枠体にシリコーン樹脂を充填して、蓋体を取り付ければ完成となる。

本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を受光面側から見た状態を示す平面図である。 本実施形態の太陽電池モジュールを非受光面側から見た状態を示す背面図である。 図１のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。 本実施例の太陽電池モジュールを受光面側から見た状態を示す平面図である。 本実施例の太陽電池モジュールを非受光面側から見た状態を示す背面図である。 図４のＣ−Ｃ’線矢視断面図である。 図４のＤ−Ｄ’線矢視断面図である。 本実施例の太陽電池モジュールの電気結線を示す説明図である。 本実施例の太陽電池モジュールに採用する補強部材を示す斜視図である。 本実施例における太陽電池パネルを受光面側から見た状態を示す平面図である。 本実施例における太陽電池パネルを非受光面側から見た状態を示す背面図及び要部拡大図である。 図１０のＥ−Ｅ’線矢視断面図である。 本実施例における光起電力素子を受光面側から見た状態を示す平面図である。 本実施例における光起電力素子を非受光面側から見た状態を示す背面図である。 図１３のＦ−Ｆ’線矢視断面図である。 本実施形態の太陽電池モジュールの組み立て構造を示す斜視図である。 従来の太陽電池モジュールの一例を示す平面図である。 図１７のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

符号の説明

２０ 光起電力素子
２１ 被覆材
２２ 補強部材
２２ａ 垂下部
２２ｂ 設置面
２２ｃ 折り返し部
２３ フレーム
２４ 太陽電池パネル
２５ 接着剤
２６ 端子箱
２７ 出力ケーブル
３０ 光起電力素子
３０ａ 樹脂層
３０ｂ 透明電極層
３０ｃ 光電変換層
３０ｄ 裏面反射層
３０ｅ 裏面電極層
３０ｆ 電極
３０ｇ 電極
３１ 太陽電池パネル
３２ 補強部材
３２ａ 垂下部
３２ｂ 設置面
３２ｃ 折り返し部
３３ フレーム
３３ａ 嵌合部
３３ｂ 切り欠き部
３４ 充填材
３５ 接着剤
３６ バイパス結線部
３６ａ バイパスダイオード
３６ｂ ダイオード端子
３６ｃ 半田
３７ 被覆材
３８ 取り出し電極
３８ａ 取り出し電極の露出部
３９ａ 端子箱
３９ｂ 出力ケーブル

Claims (14)

1. 光電変換を行う光起電力素子を被覆材で封止した太陽電池パネルの裏面に当接させて複数の補強部材を設け、各補強部材の相対向する端部に、少なくとも、上記太陽電池パネルの長手方向または幅方向に沿うと共に、構造物の設置部に臨んで延出された垂下部を形成し、該補強部材の垂下部と直交する太陽電池パネルの相対向する端部にフレームを取り付けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記補強部材の垂下部が折り曲げ加工により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 相隣接する二つの補強部材において、一方の補強部材の垂下部が他方の補強部材の垂下部と接していることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記太陽電池パネルが、単一の光起電力素子または複数の光起電力素子を電気接続してなる光起電力素子群を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
5. 前記フレームが、太陽電池モジュールの長辺側端部または短辺側端部にのみ取り付けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 前記フレームが、前記太陽電池パネルの嵌合部を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
7. 前記嵌合部の一部に、前記補強部材の垂下部を収容する切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記太陽電池パネルが、少なくとも１個のバイパスダイオードを有しており、該バイパスダイオードが前記フレームの嵌合部に収められていることを特徴とする請求項６または７に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記太陽電池パネルと補強部材とが、接着剤又は両面テープにより接着固定されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
10. 前記太陽電池パネルの受光面及び／又は非受光面が、被覆材により封止されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
11. 光電変換を行う光起電力素子を被覆材で封止した太陽電池パネルの裏面に垂下部を有する複数の補強部材を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、
    少なくとも、太陽電池パネルを形成する工程と、垂下部を有する複数の補強部材を並べて太陽電池パネルの設置面を形成する工程と、該設置面に太陽電池パネルを設置する工程と、を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
12. 前記太陽電池パネルを形成する工程が、単一の光起電力素子又は複数の光起電力素子を電気接続してなる光起電力素子群を被覆材で封止する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
13. 前記設置面に太陽電池パネルを設置する工程の後に、太陽電池モジュールの端部にフレームを嵌合する工程を有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
14. 前記太陽電池モジュールの端部にフレームを嵌合する工程において、太陽電池モジュールの長辺側端部または短辺側端部にのみフレームを設けることを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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