JP6156718B2 - 太陽電池パネル - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池パネル及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。

複数の太陽電池を相互に接続して太陽電池ストリングが形成される。複数の太陽電池ストリングは、受光面側保護部材と裏面側保護部材との間に封止材を介して配置され、太陽電池パネルが形成される。太陽電池パネルの周縁部を枠体で保持するようにして太陽電池モジュールが構成される。

特許文献１は、太陽電池パネルの外周部と枠体の溝部との間の空間をシール材で充填し、太陽電池パネルを外枠に固定する構成を開示する。特許文献１では、外枠の内側にシール材を溜める部分を備え、シール材の量を加減することで耐水性や止水性の低下を防止できると述べられている。

特開２０００−２４３９９９８号公報

太陽電池モジュールにおいて、太陽電池パネルとその周縁部を保持する導電性の保持部材との間の絶縁性を十分に確保することが必要である。

本発明に係る太陽電池パネルは、受光面側保護部材と裏面側保護部材との間に充填材を介して太陽電池が配置されて構成されるとともに、受光面側保護部材の周縁部の側面に沿って配置される導電性の保持部材が取り付けられ固定される太陽電池パネルであって、受光面側保護部材の周縁部の側面上の複数箇所に樹脂が塗布された状態で離散的に配置され、所定の厚さを有する絶縁材と、保持部材に形成された溝の内壁面と受光面側保護部材の周縁部の側面及び受光面縁部との間に形成されるが周縁部と絶縁材との間には形成されない樹脂接着剤とを備え、樹脂接着剤は、溝の内壁面と周縁部の側面及び受光面縁部との間に形成され、かつ、溝の内壁面と絶縁材との間に形成される領域を一部に含む。

上記構成によれば、太陽電池パネルの中で電気絶縁性の低い保護部材の側面と保持部材の間に絶縁材を設けるので、太陽電池パネルと保持部材との間の絶縁性を十分に確保できる。

本発明に係る太陽電池パネルを保持部材で保持する太陽電池モジュールの構成図で、（ａ）は受光面側から見た上面図、（ｂ）は、断面図である。 太陽電池パネルの他の保持の例を示す図である。 複数の太陽電池パネルを保持する例を示す図である。 複数の太陽電池パネルを保持する他の例を示す図である。

以下に図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる材質、厚さ、寸法等は説明のための例示であって、太陽電池モジュールの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、太陽電池モジュール１０の構成図、（ａ）は受光面側から見た上面図、（ｂ）は断面図である。太陽電池モジュール１０は、太陽電池パネル１２と、太陽電池パネル１２の周縁部を保持する保持部材１４と、保持部材１４と太陽電池パネル１２の周縁部の間に配置され所定の厚さを有する絶縁材１６と、太陽電池パネル１２の周縁部及び絶縁材１６と保持部材１４との間を接着する接着材１８を含んで構成される。

太陽電池パネル１２は、配線材２２，２４を用いて複数の太陽電池２０を互いに間隔を空けて接続して構成される太陽電池ストリング２６を有する。太陽電池パネル１２は、受光面側保護部材３２、受光面側封止材２８、太陽電池ストリング２６、裏面側封止材３０、裏面側保護部材３４を順次積層して構成される。

太陽電池２０は、太陽光等の光を受光することで正孔および電子の光生成キャリアを生成する光電変換部を備える。光電変換部は、例えば、結晶性シリコン（ｃ−Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料の基板を有する。光電変換部の構造は、広義のｐｎ接合である。例えば、ｎ型単結晶シリコン基板と非晶質シリコンのヘテロ接合を用いることができる。この場合、受光面側の基板上に、ｉ型非晶質シリコン層と、ボロン（Ｂ）等がドープされたｐ型非晶質シリコン層と、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）の透光性導電酸化物で構成される透明導電膜（ＴＣＯ）を積層し、基板の裏面側に、ｉ型非晶質シリコン層と、燐（Ｐ）等がドープされたｎ型非晶質シリコン層と、透明導電膜を積層する構造とすることができる。

光電変換部は、太陽光等の光を電気に変換する機能を有すれば、これ以外の構造であってもよい。例えば、ｐ型多結晶シリコン基板と、その受光面側に形成されたｎ型拡散層と、その裏面側に形成されたアルミニウム膜とを備える構造であってもよく、片面入射型太陽電池の他、両面受光型太陽電池、裏面接合型太陽電池であってもよい。

配線材２２，２４は、光電変換部上に導電ペースト等を用いて形成された接続用電極に接続用接着剤を介して接続される導電性部材である。配線材２２，２４としては、銅等の導電性材料で構成される薄板が用いられる。薄板に代えて撚り線状のものを用いることもできる。導電性材料としては、銅の他に、銀、アルミニウム、ニッケル、錫、金、あるいはこれらの合金を用いることができる。

接続用接着剤としては、アクリル系、柔軟性の高いポリウレタン系、あるいはエポキシ系等の熱硬化性樹脂接着剤を用いることができる。接続用接着剤には、導電性粒子が含まれる。導電性粒子としては、ニッケル、銀、金コート付ニッケル、錫メッキ付銅等を用いることができる。接続用接着剤として、絶縁性の樹脂接着剤を用いることもできる。この場合には、配線材２２，２４と接続用電極の互いに対向する面は、部分的に接触して電気的接続を取るようにする。

受光面側封止材２８と裏面側封止材３０は、太陽電池２０を受光面側保護部材３２と裏面側保護部材３４の間に固定するための部材である。これらの封止材２８，３０は、耐熱性、接着性、柔軟性、成形性、耐久性等を考慮して材質が選定される。

受光面側封止材２８は、入射した光を吸収したり反射することなく透過させる透明封止材が用いられる。例えば、ポリエチレン系のオレフィン樹脂やエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等が用いられる。ＥＶＡ以外には、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等を用いることもできる。

裏面側封止材３０は、好ましくは光を吸収することなく、光を透過または反射・散乱する封止材が用いられる。例えば、光を透過する充填材としては、ポリエチレン系のオレフィン樹脂やエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等が用いられる。光を反射・散乱する充填材としては、ポリエチレン系のオレフィン樹脂やエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等に酸化チタンなどの白色顔料が加えられたものが用いられる。ＥＶＡ以外には、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等を用いることもできる。

受光面側保護部材３２は、外部から光を取り入れることができる透明な板体、フィルムである。受光面側保護部材３２としては、ガラス板、樹脂板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。なお、本明細書では、受光面側保護部材３２の受光面と直交する厚さ方向に平行な面を側面として、説明を行う。

裏面側保護部材３４は、太陽電池モジュール１０の仕様によって透明または不透明で反射性のある材料が用いられる。裏面側保護部材３４としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートや、複数種類のプラスチックシートを積層した複合シート等を用いることができる。

保持部材１４は、接着材１８を介して太陽電池パネル１２の周縁部を保持する枠体である。保持部材１４は、太陽電池パネル１２の周縁部を嵌め込んで保持するための溝を有する。保持部材１４は、溝を有する長尺のフレーム材を矩形の枠体の各辺の長さに切断し、角部を突き合わせて形成される。フレーム材は、要求される強度を満たすためにアルミニウム合金等の金属材料が用いられる。フレーム材は、溝を有する所定の断面形状となるように成形型を用いて引抜成形等によって成形され、表面に耐水性等の耐候性処理を行い、形成される。

絶縁材１６は、受光面側保護部材３２と保持部材１４との間の絶縁性を高めるために少なくとも受光面側保護部材３２の側面に配置される電気絶縁性を有する部材である。絶縁材１６の材料としては、アクリル系の樹脂を用いることができる。アクリル系の樹脂以外でもエポキシ系樹脂、スチレン系樹脂等の電気的絶縁性を有する樹脂を用いることができる。

絶縁材１６は、所定の厚さを有する。所定の厚さは、受光面側保護部材３２と保持部材１４との間の絶縁性の仕様で定めることができる。厚さの一例を挙げると、約１〜３ｍｍ程度である。絶縁材１６を所定の厚さに管理することで、太陽電池パネル１２の周縁部の端部と保持部材１４の溝の内壁面との間の間隔を一定にすることができる。

絶縁材１６は、例えば、図１（ａ）に示すように、適当な半径を有する円形ドーム状の樹脂部材を絶縁材１６とすることができる。円形ドーム状以外に、円筒状、角柱状、多角柱状、楕円柱状の絶縁材１６としてもよい。また、適当な速乾性を有する樹脂を用いて、受光面側保護部材３２を含む太陽電池パネル１２の周縁部に所定の厚さとなるように一または複数回塗布することで絶縁材１６を形成してもよい。

絶縁材１６は、太陽電池パネル１２の矩形状の周縁部に沿って、互いに間隔を空けて複数個所に離散的に配置される。図１（ａ）の例では、太陽電池パネル１２の周縁部に沿って受光面側保護部材３２の側面に１２カ所に絶縁材１６が配置される。離散的な配置位置としては、保持部材１４が取付対象物に取り付けられる取付箇所またはその近傍箇所が好ましい。なお、絶縁材１６を太陽電池パネル１２の周縁部の全面に連続的に配置するものとしてもよい。さらに、絶縁材１６は、受光面側保護部材３２の受光面にも設けてもよい。

接着材１８は、絶縁材１６を介して太陽電池パネル１２の周縁部と保持部材１４との間を固定する樹脂接着材である。接着材１８としては、シリコーン樹脂を用いることができる。シリコーン樹脂以外の接着性のある樹脂を用いることができる。

従来、シール材となる接着剤１８等の厚さが所定の厚さとなるように管理していなかったため、太陽電池パネル１２と保持部材１４との間の間隔が太陽電池パネル１２の周縁部の全周に渡ってばらついていた。しかし、本発明に係る実施形態では、絶縁材１６を所定の厚さとすることで、太陽電池パネル１２と保持部材１４との間隔を太陽電池パネル１２の全周に渡って同じ幅とすることが可能になる。

また、一般に受光面側保護部材３２として、外部から光を取り入れることができるという観点に加え、太陽電池パネル１２と外界との絶縁性の確保の観点、及び太陽電池パネル１２の強度を確保する部材としての観点からガラスを用いる場合が多い。さらに、太陽電池パネル１２の強度を確保する部材としての観点から、要求される強度を確保しつつ、太陽電池パネル１２の軽量化を図るため、受光面側保護部材３２として強化ガラスが多く用いられている。しかしながら、強化ガラスは、非強化のガラスに比べて導電率が高く、保持部材１４が受光面側保護部材３２と接触または近接した場合、太陽電池パネル１２と外界との絶縁性を低下させる原因となっていることが分かった。

本発明に係る実施形態では、所定厚さの絶縁材１６を少なくとも受光面側保護部材３２の側面と保持部材１４との間に配置することで、受光面側保護部材３２の導電率が高くなった場合であっても太陽電池パネル１２と保持部材１４との間の絶縁性を確保できる。また、太陽電池パネル１２と保持部材１４との間の間隔を太陽電池パネル１２の周縁部の全周に渡って一定とできる。この結果、太陽電池パネル１２と保持部材１４との間の絶縁性を太陽電池パネル１２の全周に渡って同じように高めることができ、太陽電池パネル１２に、外界との間の絶縁性を持たせることが可能になる。

なお、裏面接合型太陽電池を用いた場合にあっては、他の太陽電池に比べ、特に受光面側保護部材３２との絶縁性が低下することが分かった。このため、裏面接合型太陽電池を用いた場合にあっては、受光面側保護部材３２と保持部材１４との間の絶縁性を高くする必要が生じ、本発明を実施することが好ましい。

上記では、絶縁材１６を塗布により形成する例を説明したが、これに限られない。例えば、絶縁材１６を予め作成し、両面テープ等で接着する構成としてもよい。

また、保持部材１４を太陽電池パネル１２の周縁部の全周を保持する矩形枠体として説明した。しかしながら、保持部材１４は、太陽電池モジュール１０が取り付けられる取付対象物の一部を構成するように設けられたものであってもよく、一方、固定される部材でもあるので、太陽電池モジュール１０あるいは太陽電池パネル１２の取付方式によって、絶縁材１６の配置も異なってくる。

例えば、太陽電池モジュール１０が家屋の屋根に取り付けられる場合には、図１の保持部材１４を用いることができ、その場合には、家屋の屋根に設けられる取付部材に保持部材１４が固定される。

図２は、太陽電池パネル１２が車両のルーフ部に取り付けられる太陽電池モジュール５０を示す図である。この場合には、車両の車体５２そのものを保持部材として利用することもできる。図２では、車体５２に太陽電池パネル１２を嵌め込むための溝を設け、溝において、太陽電池パネル１２の少なくとも受光面側保護部材３２の側面と、車体５２との間に所定の厚さの絶縁材１６が配置される。そして、接着材１８によって、絶縁材１６を介して太陽電池パネル１２の周縁部が車体５２の溝に固定される。

図３は、４つの太陽電池パネル１２を２行２列に配置した太陽電池モジュール６０を示す図である。図３（ａ）は受光面側から見た上面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

ここでは、４つの太陽電池パネル１２を２行２列に配置するために、十字形に配置された保持レール６２が用いられる。保持レール６２の両側に配置される太陽電池パネル１２の周縁部と、保持レール６２との間に、所定厚さの絶縁材６４が配置される。保持レール６２は、裏面側に取付部材６３が取付られ、この取付部材６３によって太陽電池パネル１２の裏面側が支持される。太陽電池パネル１２の周縁部は、絶縁材６４を介して、図示されていない接着材によって、保持レール６２および取付部材６３と一体化され固定される。

図４は、図３における保持レール６２を省略した太陽電池モジュール７０を示す図である。図４（ａ）は受光面側から見た上面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

ここでは、４つの太陽電池パネル１２を２行２列に配置し、隣接する太陽電池パネル１２の周縁部の間に所定厚さの絶縁材７２が配置される。絶縁材７２は、太陽電池パネル１２が隣接して配置されたときに、絶縁材７２同士が接触しないように、より具体的には対向する太陽電池パネル１２にそれぞれ設けられた絶縁材７２が交互に位置するように受光面側保護部材３２の側面に配置される。太陽電池パネル１２の周縁部は、絶縁材７２を介して、図示されていない接着材によって、取付部材７４と一体化され固定される。

このように、所定厚さの絶縁材を太陽電池パネル１２の少なくとも受光面側保護部材３２の側面に配置することで、太陽電池パネル１２と他の要素との間で一定の間隔を確保でき、太陽電池パネル１２と他の要素との間の絶縁性を確保できる。なお、太陽電池パネル１２として運搬する際に当たっては、緩衝材の役割を果たし、受光面側保護部材３２の端部が欠けたり、ひび割れが入ったり、破損をより良く防止することができる。

１０，５０，６０，７０ 太陽電池モジュール、１２ 太陽電池パネル、１４ 保持部材、１６，６４，７２ 絶縁材、１８ 接着材、２０ 太陽電池、２２，２４ 配線材、２６ 太陽電池ストリング、２８ 受光面側封止材，３０ 裏面側封止材、３２ 受光面側保護部材、３４ 裏面側保護部材、５２ 車体、６２ 保持レール、６３，７４ 取付部材。

Claims (2)

1. 受光面側保護部材と裏面側保護部材との間に充填材を介して太陽電池が配置されて構成されるとともに、前記受光面側保護部材の周縁部の側面に沿って配置される導電性の保持部材が取り付けられ固定される太陽電池パネルであって、
   前記受光面側保護部材の周縁部の側面上の複数箇所に樹脂が塗布された状態で離散的に配置され、所定の厚さを有する絶縁材と、
   前記保持部材に形成された溝の内壁面と前記受光面側保護部材の周縁部の側面及び受光面縁部との間に形成されるが前記周縁部と前記絶縁材との間には形成されない樹脂接着剤とを備え、
   前記樹脂接着剤は、前記溝の内壁面と前記周縁部の側面及び受光面縁部との間に形成され、かつ、前記溝の内壁面と前記絶縁材との間に形成される領域を一部に含む、太陽電池パネル。
2. 前記太陽電池は、裏面接合型太陽電池である、請求項１に記載の太陽電池パネル。

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