JP2005216964A

JP2005216964A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2005216964A
Application number: JP2004018873A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yada; 伸二矢田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】この建物の屋根に設置した太陽電池モジュールに積雪があると、太陽電池モジュールに光が届かず、発電ができなくなるという問題があるため、単純かつ安価な機構の融雪機能を備えた太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】太陽電池パネルの外周部に枠体を取り付けてなる太陽電池モジュールであって、前記枠体の内部にヒーターを設けたことにより、このヒーターを商用電力に接続することで枠体上の積雪を融かすことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は太陽電池モジュールに関するものであり、特に融雪機能を備えた太陽電池モジュールに関するものである。

太陽電池素子は、たとえば単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製する。そのために太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また、野外に太陽電池素子を取り付けた場合、雨などからこれを保護する必要がある。

さらに、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいことから、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。そこで、複数の太陽電池素子を接続して、太陽電池素子を透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材で封入し太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルの周囲に枠体を固定して、太陽電池モジュールを作成することが通常行われている。

このような枠体は、アルミニウムなどの金属材で作製し、太陽電池モジュールとして必要な機械的強度や耐候性能を確保し、また、太陽電池モジュールを野外に設置する場合の架台と太陽電池パネルとの間を接続し、固定するためにも用いる。

このような太陽電池モジュールは、例えば、一般住宅等の建物の屋根に数枚から数十枚並べて使用する場合が多い。この建物の屋根に設置した太陽電池モジュールに冬季に積雪があると、太陽電池モジュールに光が届かず、発電ができなくなるという問題がある。

また、積雪による太陽電池モジュールの変形や破損を防ぐため、太陽電池モジュールや太陽電池モジュールを設置している架台の機械的強度を大きくする必要があり、そのコストが上昇してしまうという問題もある。

このため、太陽電池モジュールにバイアス電圧を印可し、太陽電池素子を発熱させ、これにより太陽電池モジュール上の雪を融かすことが考案されている。（例えば、特許文献１を参照）
特開平１０−２７１８６０号公報

しかしながら、上述の太陽電池モジュール内の太陽電池素子に外部電力によりバイアス電圧を印可し、太陽電池素子を発熱させ、これにより太陽電池モジュール上の雪を融かす
方法では、商用電力である交流電圧を直流電圧に変換する必要があるため、その装置が複雑で高価になってしまうという問題があった。

また、この方法では、太陽電池パネルの透光性基板や充填材は熱が伝わりにくく、非効率的であるという問題があった。

さらに、太陽電池素子を発熱により融かされた雪が水になり、太陽電池モジュールの表面上を流れ、太陽電池パネルと枠体の間隙に入り、この間隙で凍結、膨張することにより、枠体や太陽電池パネルを変形、破損させてしまうことがある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は単純かつ安価な機構の融雪機能を備えた太陽電池モジュールを提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、太陽電池パネルと枠体の間隙に入りこんだ水の凍結を防止することにより、太陽電池モジュールの変形、破損を防ぐことである。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池パネルの外周部に枠体を取り付けてなる太陽電池モジュールであって、前記枠体の内部にヒーターを設けたことを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記ヒーターの形状は細長い形状であることを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記枠体の内部に前記ヒーターを保持するための細長い形状の保持部を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記ヒーターを前記太陽電池パネルのいずれか一つの辺にのみ配置させたことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池パネルの外周部に枠体を取り付けてなる太陽電池モジュールであって、前記枠体の内部にヒーターを設けたことにより、このヒーターを適切な電圧に制御した商用電力に接続することで枠体上の積雪を融かすことができる。

このヒーターに接続される電圧は、交流でも問題ないため商用電力の交流を直流に変換する必要が無く、装置が単純かつ安価なものにすることができる。

またヒーターを枠体の内部に設けたため、ヒーターを雨や雪、風、日光などから保護することができ、その耐久性能が向上する。

また、枠体は、アルミニウムやステンレスなどの金属で作製されるため、熱伝導が良く効率的である。

また、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記ヒーターの形状は細長い形状であるようにしたことにより、太陽電池モジュール上に堆積された積雪を素早く溶かすことができる。

また、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記枠体の内部に前記ヒーターを保持するための細長い形状の保持部を備えたことにより、細長い形状のヒーターを信頼性よく保持することができ、太陽電池モジュールの信頼性を高めることができる。

さらに、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記ヒーターを前記太陽電池パネルのいずれか一つの辺にのみ配置させたことで、太陽電池モジュールを一般住宅等の傾斜のある屋根に取り付けた場合、太陽電池モジュールの傾斜の下側に位置する枠体のみが、このヒーターを備えた枠体にすることにより、太陽電池パネルと枠体の間隙に入りこんだ水の凍結を防止することにより、太陽電池モジュールの変形、破損を防ぐことができるとともに、屋根の傾斜の下側（軒先側）の積雪を融かすことにより滑雪を促すことができ、さらに消費電力を減らすことができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネルの構造を示す概略断面図である。

同図において、１は透光性部材、２は受光面側充填材、３は太陽電池素子、４は裏面側充填材、５は背面部材、６は接続タブを示す。

透光性基板１としては、ガラス材やポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材からなる基板が用いられる。

ガラス板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられる。一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。

他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側封止材２および裏面側封止材４は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、このエチレン−酢酸ビニル共重合体をＥＶＡと略記する）から成り、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。

これらは受光面側封止材２および裏面側封止材４は、ラミネート装置により減圧下で加熱加圧を行うことで、融着して他の部材と一体化する。

ＥＶＡについては、酸化チタンや顔料等を含有させ、白色等に着色させてもよい。しかし、本発明に係る受光面側封止材２においては、着色化させることで、太陽電池素子３に入射する光量が減少し、発電効率が低下する傾向にあることで、その点で、透明化するのが望ましい。

また、裏面側封止材４に用いるＥＶＡは透明化もしくは着色化のいずれでもよい。着色化させる場合、太陽電池モジュールの周囲の設置環境に合わせて、酸化チタンや顔料等を含有させ、白色等に着色させる。

太陽電池素子３については、上述のように厚み０．３〜０．４ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなる。

このようなシリコン基板の内部にはＰＮ接合が形成されると共に、その受光面と裏面には電極が設けられ、さらに受光面には反射防止膜を設ける。

かかる太陽電池素子３の大きさは、多結晶シリコン太陽電池であれば、１辺の寸法が約１００〜１５０ｍｍ程度であるものが多い。

接続タブ６は、たとえば、直列接続する場合には隣接する太陽電池素子３同士の受光面側の電極と裏面側の電極とを交互に電気的に接続する。通常、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを、所定の長さに切断し、太陽電池素子３の電極にハンダ付けして用いる。

背面部材５については、水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

太陽電池モジュールを製造するにあたっては、透光性部材１上に受光面側充填材２を置く。この受光面側充填材２上に接続タブ６で接続した太陽電池素子３を置き、さらにその上に裏面側充填材４、背面部材５を順次積層する。このような状態にして、ラミネーターにセットし、減圧下で押圧ながら１００〜２００℃で例えば１５分〜１時間加熱しこれらを一体化し、太陽電池パネルが作製される。

図２は本発明に係る太陽電池モジュールの受光面側の外観の一例を示す平面図、図３は本発明に係る太陽電池モジュールの枠体内にヒーターを設置した状態を模式的に示した図である。

図２において、１０は太陽電池パネル、１１は枠体、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは枠体１１の内部に配置されたヒーターを示す。

図３において、１２はヒーター、３０はヒーター１２を枠体に固定するための留め金である。

図２に示すように、太陽電池モジュール１０の４つの枠体のそれぞれ略中央にヒーターを１つずつ設置されている。

これらのヒーター１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、例えばニッケル合金抵抗線などの発熱体をシリコンゴムなどの絶縁材で直径１〜３ｍｍ程度に成形されたものである。

図３に示すように、一例として、枠体１１の側壁にヒーター１２が４つの留め金によって固定されている。

また例えば、ヒーターのＯＮ・ＯＦＦスイッチを太陽電池モジュールが設置された建物の中に設け（不図示）、雪が太陽電池モジュール上に積もると、ヒーターのスイッチが押され、このヒーター１２から発熱された熱が金属製の枠体を伝わり、太陽電池モジュール全体の温度を高め、雪を溶かすことができる。

図４は本発明に係る太陽電池モジュールのヒーターの形状が細長い形状である例を示す図、図５は本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、その角部分の一例を示す斜視図であり、太陽電池パネルと枠体の状態を示す。

図４において、本発明に係る枠体１１の内部には細長い形状のヒーター１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄがヒーターを保持する保持部に配置されている。

図５において、１５は枠体、１６は他辺に付けられる枠体、１７は太陽電池パネル、１８ａ、１８ｂはビス穴、１９は枠貫通孔、２０はビス(又はネジ)、２１は細長い形状の保持部、２２はヒーター線導出用の開口部である。

枠体１５および他辺に付けられる枠体１６は、太陽電池モジュールに必要な強度などを考慮してアルミニウムやステンレスなどの金属材により成す。例えばアルミニウム金属材の押し出し成形で造る。そして、枠貫通孔１９やヒーター線導出用の開口部２１は機械加工で作製する。さらに、枠体１５および他辺に付けられる枠体１６の表面に対し、耐候性能向上のためアルマイト処理やクリヤ塗装などが施すのが望ましい。

また、太陽電池パネル１７は、上述のような構造のものであって、枠体１５および枠体１６に設けられたコの字状の嵌合部に嵌めこまれる。

枠体１５および枠体１６については、太陽電池パネル１７を所定の位置に嵌めこんだ後その端部において互いに当接させ、この部分をビス２０により固定させる。このビス止めは、枠体１５に設けた枠貫通孔１９と、枠体１６に設けたビス穴１８ａ、１８ｂを合わせ、そしてビス２０で止める。

さらに、本発明に係る枠体１５では、細長い形状の保持部２１が設けられている。細長い形状の保持部２１は枠体の長手方向に枠体を貫通するように設けられる。

この細長い形状の保持部２１の大きさは、その直径が使用する細長い形状のより１〜３ｍｍ程度大きめに作製する。

このような細長い形状の保持部２１は機械加工で作製することも可能であるが、枠体１５を上述のようにアルミニウムの押し出し成形で作製することが、その押し出し成型時の型により細長い形状の保持部２１のような枠体の端部から端部まで貫通した穴が簡単に作製可能であるため望ましい。

この細長い形状の保持部２１に上述の細長い形状のヒーターを挿入する。さらに、ヒーターのリード線をヒーター線導出用の開口部２２から枠体１５の外部に出し、外部の商用電力などに接続する。

このような細長い形状の保持部２１は枠体１５の太陽電池パネルにできるだけ近い位置に作製する方が細長い形状のヒーターからの熱が枠体での熱の放散が少なくなり、太陽電池パネルに多く伝わるため効率的である。

またさらにビス穴１８ａ、１８ｂのある枠体では、ビス穴１８ａ、１８ｂは枠体の端部から端部まで作製されているが、しかしビス穴として使用される部分は端部のビス２０がねじ込まれる部分の１０〜３０ｍｍ程度であるため、このビス２０がねじ込まれる以外の部分に細長い形状のヒーターを挿入することも可能である。この場合はビス穴１８ａ、１８ｂのビス２０がねじ込まれる以外の部分に機械加工により切欠部を２カ所設け、この部分から細長い形状のヒーターを挿入することで可能である。

上記の例のように太陽電池モジュールの枠体の内部にヒーターを備えたことにより、降雪時にヒーターを適切な電圧に制御した商用電力に接続することで枠体上の積雪を融かすことができる。

ヒーターの熱出力量や印可する電圧等は、太陽電池モジュールの大きさや設置場所における冬季の気温などを考慮して最適に決定すればよい。

さらに枠体は、アルミニウムやステンレスなどの金属で作製されるため、熱伝導が良いため、太陽電池パネル上の融雪も効率的にできる。

上記のヒーターは、太陽電池モジュールの外周部各辺の枠体について具備することが可能である。

また、ヒーターの形状を細長い形状にし、この細長い形状のヒーターを太陽電池モジュールの外周部に沿って配置することにより、太陽電池モジュール全体を短時間に暖めることができ、太陽電池モジュール上の体積した雪を素早く溶かすことができる。

さらに、上記ヒーターを保持するための細長い形状の保持部を太陽電池モジュールの外周部の枠体に設ければ、ヒーターの長期間使用でも、太陽電池モジュールの信頼性を高めることができる。

また、このヒーターを備えた枠体が、前記太陽電池パネルのいずれか一つの辺にのみ具備し、他の辺には従来の枠体を付けた太陽電池モジュールを作製することも可能である。

このようにヒーターを備えた枠体が、前記太陽電池パネルのいずれか一つの辺にのみ具備し、他の辺には従来の枠体を付けた太陽電池モジュールを一般住宅等の傾斜のある屋根に取り付けた場合、太陽電池モジュールの傾斜の下側（軒先側）に位置する枠体が、このヒーターを備えた枠体に成るように太陽電池モジュールを配置することにより、太陽電池パネルと枠体の間隙に入りこんだ水の凍結を防止することにより、太陽電池モジュールの変形、破損を防ぐことができるとともに、屋根の傾斜の下側（軒先側）の積雪を融かすことにより滑雪を促すことができ、少ない電力で効果的な融雪、除雪が可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加えることができる。たとえば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池素子などを用いた太陽電池モジュールでも適用される。

さらに、正方形や矩形の太陽電池モジュールのみでなく、台形状や三角形状の太陽電池モジュールにおいても、枠体が有る太陽電池モジュールなら応用可能である。

本発明に係る太陽電池パネルの構造を示すものである。本発明に係る太陽電池モジュールの受光面側の外観の一例を示す図である。本発明に係る太陽電池モジュールの枠体内にヒーターを設置した一例を示す図である。本発明に係る太陽電池モジュールのヒーターの形状が細長い形状である例を示す図である。本発明に係る太陽電池モジュールの角部分の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１；透光性部材
２；受光面側充填材
３；太陽電池素子
４；裏面側充填材
５；背面部材
６；接続タブ
１０、１７；太陽電池パネル
１１、１５、１６；枠体
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ；細長い形状の
１８ａ、１８ｂ；ビス穴
１９；枠貫通孔
２０；ビス
２１；細長い形状の保持部
２２；ヒーター線導出用の開口部
３０；留め金

Claims

太陽電池パネルの外周部に枠体を取り付けてなる太陽電池モジュールであって、前記枠体の内部にヒーターを設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記ヒーターの形状は細長い形状であ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。
前記枠体の内部に前記ヒーターを保持するための細長い形状の保持部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
前記ヒーターを前記太陽電池パネルのいずれか一つの辺にのみ配置させたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。