JPH07211932A

JPH07211932A - 太陽電池モジュール及びそれを用いたパッシブソーラーシステム

Info

Publication number: JPH07211932A
Application number: JP6294190A
Authority: JP
Inventors: Seiki Itoyama; 誠紀糸山; Yuji Inoue; 裕二井上; Masahiro Mori; 昌宏森; Fumitaka Toyomura; 文隆豊村; Takashi Otsuka; 崇志大塚; Kimitoshi Fukae; 公俊深江
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1995-08-11
Anticipated expiration: 2015-01-24
Also published as: JP3001785B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、設置が容易な太陽電池モジュール
に関し、特に空気等の熱媒体によって太陽熱エネルギー
を温風変換して利用するパッシブソーラーシステムに使
用される太陽電池モジュールに関する。【構成】太陽電池が前記太陽電池の非受光面側に充填
材により被覆されている太陽電池モジュールにおいて裏
面補強材、充填材、前記太陽電池より大きい裏面絶縁材
をこの順に有し、前記裏面絶縁材が前記太陽電池モジュ
ールを固定するための貫通部に開口部を有する太陽電池
モジュール及びそれを用いたパッシブソーラーシステム
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、設置が容易な太陽電池
モジュールに関し、特に空気等の熱媒体によって太陽熱
エネルギーを温風変換して利用するパッシブソーラーシ
ステムに使用される太陽電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題に対する意識の高まり
が、世界的に広がりを見せている。中でも、ＣＯ₂の排
出に伴う地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻で、安
全でクリーンなエネルギーへの希求はますます強まって
きている。光電変換素子を用いた太陽電池は現在のとこ
ろ、その安全性と扱いやすさから、クリーンなエネルギ
ー源としての期待のもてるものの一つだということがで
きる。

【０００３】太陽電池には様々な形態がある。代表的な
ものとしては、（１）結晶シリコン太陽電池（２）多結晶シリコン太陽電池（３）アモルファスシリコン系太陽電池（４）銅インジウムセレナイド太陽電池（５）化合物半導体太陽電池等がある。この中で、薄膜結晶シリコン太陽電池、化合
物半導体太陽電池及び非単結晶であるアモルファスシリ
コン系太陽電池は、比較的低コストで大面積化が可能な
ため、最近では各方面で活発に研究開発が進められてい
る。

【０００４】一方、クリーンなエネルギーを利用する方
法として、屋根面そのものを太陽熱の集熱に利用し、そ
の熱を床暖房や給湯等に利用するパッシブソーラーシス
テムが特公平３−４８２９９号公報に開示されている。
図８は空気加熱式パッシブソーラーシステムの一例であ
る。図８において、８０１は外気取り入れ口、８０２は
屋根集熱面金属板、８０３は屋根下地材、８０４は通風
層、８０５は断熱材、８０６はファン、８０７は送風ダ
クトである。

【０００５】まず軒先の外気取り入れ口８０１から入っ
た新鮮な空気は、屋根面にふりそそぐ太陽熱エネルギー
を、屋根集熱面金属板８０２を通して受けて、暖まりな
がら屋根の棟側へ、自然にゆっくりと上昇していく。そ
して、この暖められた空気はファン８０６により床下へ
送られ、部屋全体を暖めるのに使用される。また、上記
通風層８０４および送風ダクト８０７は断熱材８０５に
より囲まれており、熱気が逃げないようになっている。

【０００６】しかし、上記のような空気加熱式パッシブ
ソーラーシステムは太陽熱利用という面ではクリーンエ
ネルギーを使用しているが、送風用のファン、集熱時や
非集熱時のコントロール等は系統電源を使用しなければ
ならず、完全なクリーンエネルギーの使用ではなかっ
た。そこで上記システムのファン用の電源等として、ク
リーンなエネルギー源の一つである太陽電池を利用する
方法を考えた。

【０００７】しかし、このような太陽電池を屋根板とは
別の場所に太陽電池を設置すると大面積が必要となる。
また同様に、屋根面積が小さい場合は太陽電池だけを別
の場所に設置しなければならないという問題点があり、
その場合に太陽電池設置用の架台が別途必要であるとい
う問題を考慮し、本出願人は集熱面金属板を、通風層へ
の放熱性に優れた図９に示す樹脂密封型太陽電池モジュ
ールとした。

【０００８】図９は、本願出願人の比較のための太陽電
池モジュールを直接屋根材等に釘打ちして固定した図を
示している。図９（ａ）は上斜視図で、図９（ｂ）は図
９（ａ）のＸ−Ｙ断面図である。９０１は太陽電池、９
０２は表面被覆材、９０３は裏面絶縁材、９０４は集熱
面である裏面補強材、９０５は充填材、９０６はスペー
サーを兼ねた屋根材である芯木、９０７は釘である。図
のように屋根上に太陽電池モジュールを設置するとき
に、従来の建築方法を大幅に変更することなく、非発電
域に釘やスティープル等で打ち付けて簡単に固定するこ
とが出来る。

【０００９】しかしながら、上記本願出願人の比較例で
は、２０年間という長期間では必ずしも太陽電池モジュ
ールが初期の特性を維持していないという問題点を有し
ていた。

【００１０】一方、太陽電池は一般的に環境温度が高く
なると変換効率が低下することが知られている。太陽電
池を屋根上に設置した場合、高温にさらされて変換効率
が低下するため、太陽電池を冷却して変換効率低下を抑
制しなければならないという問題点を有していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、貫通部を設
けて固定した太陽電池モジュールの長期信頼性を向上さ
せ、空気加熱式パッシブソーラーシステムにおいて、よ
り総合的なクリーンエネルギーの使用を可能とし、また
架台を別に必要とせずに太陽電池の使用が出来て、さら
に熱による太陽電池の変換効率低下を抑制することがで
きるパッシブソーラーシステム用太陽電池モジュールを
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために、鋭意研究開発を重ねた結果、次のよう
な太陽電池モジュールが最良であることを見い出した。
すなわち太陽電池が前記太陽電池の非受光面側に充填材
により被覆されている太陽電池モジュールにおいて裏面
補強材、充填材、前記太陽電池より大きい裏面絶縁材を
この順に有し、前記裏面絶縁材が前記太陽電池モジュー
ルを固定するための貫通部に開口部を有する太陽電池モ
ジュール及びそれを用いたパッシブソーラーシステムと
することである。

【００１３】

【作用】本発明の太陽電池モジュールによれば、以下の
作用が期待できる。（１）貫通部のラミ材の劣化が抑えられるため、太陽電
池モジュールの長期信頼性が向上する。（２）太陽電池発電で作動するファンで、温変換した空
気を循環することができ、より大きなクリーンエネルギ
ー使用が可能となる。（３）上記のファン等の駆動電力以上に太陽電池が発電
した場合、電力変換器を介して他の電力用途に使用でき
る。（４）架台を別に必要とせずに太陽電池の使用ができ
る。（５）熱による太陽電池の変換効率低下を抑制すること
ができる。

【００１４】以下、本発明を図面に沿って詳細に説明す
る。

【００１５】本出願人は、図９に示す太陽電池モジュー
ルを直接屋根材等に釘打ちして固定したものを、光照射
＋降雨サイクルの実験が行した後、外観及び断面を調べ
た結果、裏面絶縁材９０３に釘９０７を中心にしてひび
割れ状の模様の発生や、裏面絶縁材９０３と充填材９０
５との界面に剥がれが生じていることを発見した。すな
わち、屋外設置で使用していると、釘打ち付け部のラミ
ネート材料は釘によりストレスを受けた状態で屋外暴露
することになり、その中でも裏面絶縁材は、外部環境と
釘による応力等のストレスや、釘による充填材９０５と
裏面絶縁材９０３に生じるストレスのためにひび割れや
膜剥がれを起こし、容易に外部の水が浸入していること
がわかった。これは、図１に示した本発明の如く屋根板
１０７を集熱面金属と兼用している場合において、特に
通風層１０５を通じて太陽電池モジュール自体が高温か
つ高湿度にさらされるために、太陽電池の変換効率が低
くなったり、絶縁耐圧が低くなるという問題が発生した
と思われる。この問題は釘打ち固定以外にも、例えば貫
通穴を設けてボルト、ナット固定した場合にも同様に発
生した。

【００１６】そこで、釘９０７が裏面絶縁材９０３を貫
通する貫通部を徐々に開口させた開口部との関係を調べ
るべく、図１０に示す実験を行った。

【００１７】図１０は、図１で示された太陽電池１０１
端部と裏面絶縁材１０９端部間との距離（以下、太陽電
池からの距離とする）と、太陽電池モジュールの絶縁リ
ークの関係を示したものである。試験は各ポイントごと
にサンプルを３個用意し、結果はその平均値である。

【００１８】試験サンプルは、屋根板１０７、充填材１
１０、裏面絶縁材１０９、充填材１１０、太陽電池１０
１、充填材１１０、表面被覆材１０９の順に積層し、不
図示の真空ラミネータにより１５０℃、３０分で充填材
であるＥＶＡを溶融させることによりラミネートした。
屋根板１０７は亜鉛塗装鋼板（大同鋼板社製、商品名：
タイマカラーＧＬ）を用いた。充填材１１０はＥＶＡ
（エチレン−酢酸ビニル共重合ポリマー耐候性グレー
ド）、裏面絶縁材１０９はナイロン（デュポン製、商品
名：ダーテック）、表面被覆材１０８はフッ素樹脂フィ
ルム（エチレンテトラフルオロエチレン、旭硝子社製、
商品名：アフレックス）を使用した。図１に示す構造の
通風層を持った太陽電池モジュールを形成して試験を行
った。

【００１９】太陽電池１０１端部と裏面絶縁材１０９端
部間の距離は、プラスは太陽電池１０１よりも裏面絶縁
材１０９が大きくなる方向であり、マイナスは太陽電池
１０１よりも裏面絶縁材１０９が小さくなる方向であ
る。太陽電池１０１の４辺について同条件で積層した。

【００２０】絶縁リーク試験は８５℃、８５％ＲＨの環
境に５００時間放置して、取りだした直後２分以内に、
太陽電池モジュールに２２００Ｖの電圧を１分間与えた
ときの最大リーク電流を測定した。端子は太陽電池モジ
ュールのプラスとマイナスをショートさせた部分と、太
陽電池モジュールの屋根板（亜鉛塗装鋼板）の塗料を剥
した部分との間で接続した。そして、電圧印可を反対に
した状態でも測定し、最大リーク電流の大きい方を図１
０に記した。

【００２１】図１０の結果より、太陽電池１０１からの
距離がマイナスになれば、急にリーク電流が増加してい
る。すなわち、太陽電池１０１と屋根板１０７の間には
裏面絶縁材１０９がないと太陽電池モジュールの耐絶縁
性が不十分であることがわかる。逆に、プラス１ｍｍ以
上であれば十分に耐絶縁性が確保されていると考える。

【００２２】図１１は、太陽電池モジュール中の裏面絶
縁材の端部が、太陽電池モジュールを固定するために打
ち付けられた釘、ビス、あるいはスティープル等１１１
の端部ともっとも近い所からどれだけ離れているかを示
す距離（以下開口部距離と呼びその部分を開口部と呼ぶ
ことにする）と、耐候性試験前後の太陽電池モジュール
変換効率の低下割合の関係を示したものである。試験サ
ンプルは上述と同様にして開口部距離が異なるものをそ
れぞれ３個用意して試験を行った。なお、図１１は図１
０の結果から開口部を設けたとしても太陽電池からの距
離がプラス１ｍｍ以上に形成した。

【００２３】耐候性試験はサンシャインウェザーメータ
ーで行った。サンシャインウェザーメーターの条件とし
て、ブラックパネル上で４０〜５０℃の温度、湿度は６
５％、キセノンランプの出力は１．５ｋＷ、波長域は３
００〜８００ｎｍ、照射強度は１４２５Ｗ／ｍ²、明暗
サイクルは５０／５０で行った。試験は１０００時間後
で行った。

【００２４】耐候性試験前後の太陽電池モジュールの変
換効率の低下割合は、（耐候性試験後の平均変換効率）
／（初期平均変換効率）で計算し、全く低下がない１を
基準として示した。

【００２５】図１１の結果より、開口部距離が５ｍｍ以
上であれば、大きな変化はないことが分かる。５ｍｍ以
下では釘１１１が近いために、耐候性試験後には釘打ち
固定部のストレスにより裏面絶縁材にひびや亀裂が発生
して外部の水が浸入しやすくなり、太陽電池モジュール
の変換効率が低下したものと考えられる。

【００２６】上述の試験から太陽電池からの距離及び開
口部距離には一定の関係があることがわかった。

【００２７】

【実施態様例】以下本発明の実施態様例を図面に沿って
説明する。

【００２８】図１（ａ）に本発明の太陽電池モジュール
をパッシブソーラーとして使用した概略構成図、図１
（ｂ）に図１（ａ）のＸ−Ｙ概略断面図、図１（ｃ）に
本発明の太陽電池モジュールの構造断面図、および図１
（ｄ）に太陽電池モジュールを折り曲げた図を示す。図
１において、１０１は光電変換素子である太陽電池、１
０２はスペーサー、１０３は芯木、１０４は屋根下地
材、１０５は通風層、１０６はキャップ、１０７は屋根
板、１０８は凹凸処理された表面被覆材、１０９は裏面
絶縁材、１１０は充填材、１１１は釘、１１２は釘等を
通す裏面絶縁材の開口部、１１３は太陽電池の電力接続
用コードである。

【００２９】太陽電池モジュールは、図１（ｃ）のよう
に、太陽電池を挟むように樹脂で全面を積層し、ラミネ
ート加工する。その後、図１（ｄ）のように両端部が垂
上状になるように折り曲げ加工する。次に、スペーサー
１０２と芯木１０３でできた段差の上に、折り曲げ加工
済の太陽電池モジュールと一体となった屋根板１０７を
乗せて固定することによって、屋根下地材１０４と屋根
板１０７との間に通風層１０５を形成する。さらに芯木
１０３の頭部とその両側にある屋根板１０７の折り曲げ
垂上部を挟む様にキャップ１０６を被せる。最後に太陽
電池モジュールの垂上状に折り曲げられた部分とキャッ
プをビスや釘あるいはスティープル等１１１で芯木１０
３に固定する。

【００３０】太陽電池１１１からの電力を接続コード１
１３を介して不示図の負荷に接続する。

【００３１】太陽電池１１１本発明の光電変換素子である太陽電池は、特に限定はな
いが、好ましくは、可とう性を有する太陽電池である。
例えば導電性基体上に、光変換部材としての半導体光活
性層が形成されたものがある。その一例としての概略構
成断面図を図２に示すが、この図において２０１は導電
性基体、２０２は一度で半導体光活性層に吸収されなか
った光を反射させる反射層、２０３は半導体光活性層、
２０４は半導体光活性層の集電効率を上げるための透明
導電層、２０５は集電電極である。

【００３２】導電性基体２０１は光起電力素子の基体に
なると同時に、下部電極の役割を果たしてもよい。材料
としては、シリコン、タンタル、モリブデン、タングス
テン、ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、カーボ
ンシート、鉛メッキ鋼板、導電層が形成してある樹脂フ
ィルムやセラミックス等があり、導電性基体側から光を
入射させる場合は透光性を有する材料を用いる。

【００３３】上記導電性基体２０１上には反射層２０２
として、金属層、あるいは金属酸化物層、あるいは金属
層と金属酸化物層の積層体を形成しても良い。金属層に
は、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ
やそれらの合金等が用いられ、金属酸化物層には、例え
ば、ＺｎＯ，ＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂やＩｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ
₂（ＩＴＯ）等が用いられる。上記金属層及び金属層及
び金属酸化物層の形成方法としては、抵抗加熱上着法、
電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等がある。

【００３４】半導体光活性層２０３は光電変換を行う部
分で、具体的な材料としては、ｐｎ接合型単結晶シリコ
ン、ｐｎ接合型多結晶シリコン、ｐｉｎ接合型アモルフ
ァスシリコン系、あるいはＣｕＩｎＳｅ₂，ＣｕＩｎ
Ｓ₂，ＧａＡｓ，ＣｄＳ／Ｃｕ₂Ｓ，ＣｄＳ／ＣｄＴｅ，
ＣｄＳ／ＩｎＰ，ＣｄＴｅ／Ｃｕ₂Ｔｅをはじめとする
化合物半導体やそれらを複数積層したもの等が挙げられ
る。上記半導体光活性層の形成方法としては、多結晶シ
リコン系の場合は溶融シリコンのシート化か非晶質シリ
コンの熱処理、非単結晶であるアモルファスシリコン系
の場合はＳｉＨ₄，ＳｉＦ₄等のシランガス等を原料とす
るプラズマＣＶＤ法、化合物半導体の場合はイオンプレ
ーティング法、イオンビームデポジション法、真空蒸着
法、スパッタ法、電積法等がある。

【００３５】透明導電層２０４は太陽電池の上部電極の
役目を果たしている。用いる材料としては、例えば、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂（ＩＴＯ），Ｚｎ
Ｏ，ＴｉＯ₂，Ｃｄ₂ＳｎＯ₄、高濃度不純物ドープした
結晶性半導体層、あるいは半導体光活性層２０３が吸収
する光を透過させる金属等がある。形成方法としては抵
抗加熱蒸着法、スパッタ法、スプレー法、ＣＶＤ法、不
純物拡散法等がある。

【００３６】透明導電層２０４の上には電流を効率よく
集電するために、格子状の集電電極２０５（グリット）
を設けてもよい。集電電極２０５の具体的な材料として
は、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｓｎやそれらの合金、あるいは銀ペースト、
カーボンペーストをはじめとする導電性ペースト等が挙
げられる。集電電極２０５の形成方法としては、マスク
パターンを用いたスパッタリング、抵抗加熱法、ＣＶＤ
法や、全面に金属膜を蒸着した後で不必要な部分をエッ
チングで取り除きパターニングする方法、光ＣＶＤによ
り直接グリッド電極パターンを形成する方法、グリッド
電極パターンのネガパターンのマスクを形成した後にメ
ッキする方法、導電性ペーストを印刷する方法や金属ワ
イヤーを導電性ペーストで固定する方法等がある。

【００３７】導電性ペーストは、通常微粉末状の銀、
金、銅、ニッケルやそれらの合金及びカーボン等をバイ
ンダーポリマーに分散させたものが用いられる。バイン
ダーポリマーとしては、例えば、ポリエステル、エポキ
シ、アクリル、アルキド、ポリビニルアセテート、ゴ
ム、ウレタン、フェノール等の樹脂が挙げられる。

【００３８】上記に太陽電池の作製方法の例を明記した
が、本発明での太陽電池は使用する環境温度が高くなる
ため、結晶系シリコン太陽電池では熱の影響で変換効率
の低下が起き易い。一般的にアモルファスシリコン系太
陽電池は結晶系シリコン太陽電池に比べて、高温下での
熱による変換効率への影響は少ないことが知られてい
る。

【００３９】また、結晶系シリコン太陽電池に比べてア
モルファスシリコン太陽電池は薄いため、本発明におい
て屋根板として用いる上での熱伝達効率を比較すると、
アモルファスシリコン太陽電池の方が優れている。

【００４０】一方、ステンレス基板上に形成されたアモ
ルファスシリコン系太陽電池は、０．１ｍｍ程度の厚み
まで薄くすることができるため、太陽電池を充填するた
めの充填材の量を少なくすることができる。その結果、
太陽電池モジュールと一体になった屋根板の厚みを減ら
すことができ、より熱伝達効率を向上することができ
る。すなわち、本発明で使用する太陽電池は、ステンレ
ス基板上に形成されているので可曲性があり、屋根板に
必要以上の剛性を要求しないため、屋根板の厚みを減ら
すことができ、より熱伝達効率を向上させることができ
るので、ステンレス基板上に形成されたアモルファスシ
リコン系太陽電池が最も好ましいことがわかる。

【００４１】また、屋根板は両端を垂上状に折り曲げ
て、その部分にキャップをすることにより雨仕舞いをす
る事ができるため、形状としては両端が垂上状に折り曲
げてあることが好ましい。

【００４２】屋根下地材１０４屋根ぶき材仕上げを行うための下地として用いられ、要
求される品質は、施工時の人間の歩行に対して局部的荷
重に耐えられること、耐水性、耐熱性であり、材料とし
ては一般的に木材、モルタル、セメントが用いられる。

【００４３】キャップ１１１屋根板１０７を芯木１０３上に固定するためと、雨仕舞
いをするために用いられ、材料としては塗装亜鉛鋼板の
ような絶縁処理した金属等が挙げられる。

【００４４】スペーサー１０２屋根下地材１０４上に固定してあり、屋根板１０７を乗
せることにより、パッシブソーラーシステムの通風層を
確保するために用いられる。材料としては木材が好適に
使用される。

【００４５】芯木１０３スペーサー１０２上に固定してあり、屋根板１０７は釘
１１１やスティープル、あるいはボルト等で芯木に固定
される。材料としては木材が好適に使用される。次
に、本発明の太陽電池モジュールを構成しているラミネ
ート材料について説明する。

【００４６】表面被覆材１０８表面被覆材１０８は透光性、耐光性を有し、汚れが付着
しにくいことが要求される。材料としてガラスを使用し
た場合、太陽電池モジュールである屋根板１０７の厚み
が大きくなり、熱伝達効率が低下するのと、外部からの
衝撃により割れるという問題が考えられるために、有機
樹脂である耐光性透明フィルムが好適に用いられる。ま
た、表面に凹凸処理を施すことにより、入射される光の
表面反射を抑え太陽電池への光利用効率の向上が図れ
る。材料としては、ポリエチレンテトラフルオロエチレ
ン（ＥＴＦＥ）、ポリ３フッ化エチレン、ポリフッ化ビ
ニル等のフッ素樹脂フィルムがある。充填材１１０との
接着面には、充填材１１０が接着しやすいようにコロナ
放電処理してもよい。

【００４７】また、表面被覆材に用いるフッ素樹脂の耐
熱性を向上させるために酸化防止剤を添加させてもよ
い。

【００４８】充填材１１０充填材１１０に要求される特性としては、耐光性、熱可
塑性、熱接着性、光透過性が挙げられる。材料として
は、ＥＶＡ（酢酸ビニル−エチレン共重合体）、ブチラ
ール樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリ
イミド樹脂やアクリル樹脂等の透明な樹脂を使用するこ
とができる。上記充填材１１０に架橋剤を添加すること
により架橋することも可能である。また、光劣化を抑制
するために、紫外線吸収剤が含有されていることが望ま
しい。

【００４９】裏面絶縁材本発明の裏面絶縁材１１２は、太陽電池１０１と外部の
間、または太陽電池１０１と裏面補強材である屋根板１
０７のとの間の電気的絶縁を保つために使用している。

【００５０】本発明の如く、屋根板１０７を集熱面金属
と兼用している場合においては、通風層１０５を通じて
太陽電池モジュール自体が高温かつ多湿にさらされるた
め、通常の太陽電池モジュールと比較してさらなる電気
的絶縁性が要求される。

【００５１】したがって、充填材１１０だけでも絶縁性
はあるが、従来問題とならないような厚さのばらつき
や、膜厚の薄い部分あるいはピンホール部分において、
太陽電池１０１と外部、あるいは太陽電池１０１と裏面
補強材１０７とのショートが発生する恐れがある。裏面
絶縁材１１２はそれを防止するために使用している。

【００５２】また、裏面絶縁材１１２が太陽電池１０１
の直下だけに存在する構成において、太陽電池１０１の
端部の充填材１１０に脱気不良、あるいは極端に充填材
１１０の厚さが小さい部分があった場合、その部分での
絶縁耐圧は極端に小さくなってしまうため、裏面絶縁材
１１２は太陽電池モジュール全面に積層してあるほうが
より好ましい。

【００５３】しかし、裏面絶縁材１１２を太陽電池モジ
ュール全面に積層してしまうと、太陽電池モジュールを
スペーサー１０２や芯木１０３に固定するための貫通穴
を設けた場合、貫通部での裏面絶縁材は穴を開ける際に
生じるストレスやビスや釘あるいはスティープル等１１
１のストレスが残っているために、長期間屋外設置した
場合には裏面絶縁材１１２にひび割れや充填材との界面
の剥がれが生じやすい。その結果、その部分を介して水
分等の侵入したシートにより、太陽電池モジュールの変
換効率の低下を招いていた。

【００５４】したがって、裏面絶縁材１１２は太陽電池
モジュールを固定するためのビスや釘あるいはスティー
プルが貫通する部分に開口部を有することが必要であ
る。

【００５５】材料としては、太陽電池と充分な電気絶縁
性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ、熱膨張、熱収
縮に耐えられる柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。好
適に用いられる材料としては、ナイロン、ポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリエ
ステル、ポリアリレート、ポリアシド等がある。

【００５６】裏面補強材１０７裏面補強材１０７は本発明のパッシブソーラーシステム
において集熱板を兼ねた屋根板１０７として使用され
る。要求される品質は、耐熱性、耐候性、剛性がある
が、太陽電池を被覆する充填材１１０が接着する必要が
あるので接着性も必要である。材料としては、例えば、
塗装亜鉛鋼板のような絶縁処理した金属等が挙げられ
る。また、太陽光の集熱板として用いられる以上、表面
色は重要であり、より太陽光の集熱効率の高い色、例え
ば黒、紺、茶等が好ましい。

【００５７】また、両端を垂上状に折り曲げて、その部
分にキャップをすることにより雨仕舞いをすることがで
きるため、形状としては両端が垂上状に折り曲げてある
のが好ましい。

【００５８】太陽電池モジュールの折り曲げ方法折り曲げ方法について、とくに限定はないが、表面被覆
材１０８がフッ素樹脂フィルムのような耐候性フィルム
である場合は、表面に傷がつきやすい。そのため、太陽
電池モジュールを折り曲げる「折り曲げ機」の型は、屋
根板の表面である表面被覆材１０８に傷がつきにくい材
質のものを使用することが好ましい。ウレタン樹脂のよ
うな軟質性型の上に太陽電池モジュールの耐候性フィル
ム面を置き、裏面の建材である屋根板１０７に刃をあて
て力を加えることにより折り曲げることができる。

【００５９】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。

【００６０】（実施例１）まず、非単結晶であるアモル
ファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系光電変換素子である太陽
電池を製作した。この作製手順を図２を用いて説明す
る。

【００６１】洗浄したステンレス基板２０１上に、スパ
ッタ法で裏面反射層２０２としてＡｌ層（膜厚５０００
Å）とＺｎＯ層（膜厚５０００Å）を順次形成する。次
いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄とＰＨ₃とＨ₂
の混合ガスからｎ型導電性を有するａ−Ｓｉ層を、Ｓｉ
Ｈ₄とＨ₂の混合ガスからｉ型導電性を有するａ−Ｓｉ層
を、ＳｉＨ₄とＢＦ₃とＨ₂の混合ガスからｐ型導電性を
有する微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）層を順に繰り返し
形成し、ｎ層膜厚１５０Å／ｉ層膜厚４０００Å／ｐ層
膜厚１００Å／ｎ層膜厚１００Å／ｉ層膜厚８００Å／
ｐ層膜厚１００Åの層構成のタンデム型ａ−Ｓｉ系光電
変換半導体層２０３を形成した。次に、透明導電層２０
４として、Ｉｎ₂Ｏ₃薄膜（膜厚７００Å）を、Ｏ₂雰囲
気下でＩｎを抵抗加熱法で蒸着する事によって形成し
た。

【００６２】この上に、集電電極２０５を、銀ペースト
をスクリーン印刷機によりパターン印刷し、乾燥を行う
ことにより形成した。

【００６３】次に、上記で作製した太陽電池に被覆を施
し、本発明の屋根板（裏面補強材）と一体となった太陽
電池モジュールとする過程を図３を用いて説明する。

【００６４】図３（ａ）は上視図で、図３（ｂ）は図３
（ａ）のα−β断面図である。図３（ａ）及び図３
（ｂ）において、３０１は太陽電池、３０２は表面被覆
材、３０３は裏面絶縁材、３０４は屋根板、３０５は充
填材、３０６は折り曲げである。

【００６５】図３（ｂ）のように裏面絶縁材３０３は、
４辺のサイズを太陽電池のサイズより大きくした。作製
手順として屋根板３０４、充填材３０５、絶縁フィルム
３０３、充填材３０５、上記方法により作製した太陽電
池３０１、充填材３０５、表面被覆剤３０２の順に積層
し、１５０℃、３０分でＥＶＡを真空溶融させることに
よりラミネートした。積層時、裏面絶縁材は４辺が太陽
電池よりも１０ｍｍずつ大きくなるようにして位置合わ
せした。屋根板は０．３ｍｍ厚の亜鉛塗装鋼板（大同鋼
板社製、商品名：タイマカラーＧＬ）の表面色が黒のも
のを用いた。充填材は４６０μｍ厚のＥＶＡ（エチレン
−酢酸ビニル共重合ポリマー）、裏面絶縁材は５０μｍ
厚のナイロン（デュポン製、商品名：ダーテック）、表
面被覆材は５０μｍ厚のフッ素樹脂フィルム（エチレン
テトラフルオロエチレン、旭硝子社製、商品名：アフレ
ックス）を使用した。

【００６６】図４、図５は、上記方法にて作製した太陽
電池モジュールを折り曲げ加工した状態を表す図であ
る。

【００６７】まず、図４のように太陽電池モジュールの
端部において入射光側へ１２０゜折り曲げを行い、次に
図４の太陽電池モジュールを、さらに図５のように発電
領域以外の領域において入射光側へ９０゜折り曲げた。
すなわち、垂上状に折り曲げた。なお、上記折り曲げで
１２０゜折り曲げは太陽電池モジュールの端から２０ｍ
ｍのところで行う。９０゜折り曲げは、図５において、
その垂上折り曲げ部の立ち上がり高さ（ａ）が、立ち上
がり部から太陽電池の端までの長さ（ｂ）より短いこと
が望ましい。

【００６８】すなわち、ａ＜ｂであり、これは立ち上がり部の高さが大きいと、その部
分による影が太陽電池の発電に影響を及ぼすからであ
る。また、垂上状折り曲げは、裏面絶縁材よりも外側で
折り曲げた。

【００６９】次に、屋根下地材上に折り曲げ加工した太
陽電池モジュールを設置する方法を図６を用いて説明す
る。６０１はスペーサー、６０２は芯木、６０３は太陽
電池モジュール、６０４はキャップ、６０５は屋根下地
材、６０６は通風層、６０７は釘である。

【００７０】まず屋根下地材上６０５にスペーサー６０
１を固定し、その上に芯木６０２を固定する。これらの
固定は釘等を使用する。次に、スペーサー６０１と芯木
６０２の段差部分に上記で作製した折り曲げ加工した太
陽電池モジュールをのせる。この時に、太陽電池モジュ
ールの垂上折り曲げ部の立ち上がり高さ（ａ）と芯木の
高さ（ｃ）とが同じ高さになるように折り曲げ加工をし
ておく。そして、芯木の頭部とその両側の太陽電池モジ
ュールの垂上部とを挟むようにキャップを被せる。キャ
ップは、あらかじめ図６のように太陽電池モジュールの
端部折り曲げ部にかかるように折り曲げ加工を施してお
く。

【００７１】そして、最後に太陽電池モジュールの垂上
部とキャップ６０４を釘６０７で芯木６０２に固定す
る。このように太陽電池モジュールの垂上部で裏面絶縁
材は釘打ち固定部に達していない釘打ちしている。

【００７２】以上のようにして、太陽電池からの距離が
プラス（＋）１０ｍｍ、開口部距離８０ｍｍの太陽電池
モジュールとした。なお、ここでの開口部は、釘３０７
の端部と裏面絶縁材３０３との端部の最も近いＡであ
る。

【００７３】（実施例２）裏面絶縁材を貫通部の中心か
ら半径１０ｍｍの円状に切り抜いたものを全面に積層し
て太陽電池モジュールを作製し、かつ太陽電池モジュー
ルの折り曲げ加工を施さない以外は実施例１と同様にし
て作製した。

【００７４】図７（ａ）は本実施例の上斜視図、図７
（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｙ断面図、図７（ｃ）は上視図で
ある。図において７０１は太陽電池、７０２は裏面絶縁
材、７０３は屋根板、７０４は表面被覆材、７０５は裏
面絶縁材切り抜き部、７０６は充填材、７０７は芯木
（スペーサー）、７０８は屋根下地材、７０９は釘であ
る。太陽電池７０１のラミネート処理は、実施例１で作
製した太陽電池と同様にして形成させた。

【００７５】図のように、裏面絶縁材切り抜き部７０５
の中心で、芯木７０７に釘７０９を打ち付けることによ
り、太陽電池モジュールを固定した。なお、本実施例の
太陽電池からの距離は＋８０ｍｍ、開口部距離は１０ｍ
ｍである。

【００７６】（実施例３）裏面絶縁材のサイズを４辺と
も太陽電池より１ｍｍ大きくして、積層時に裏面絶縁材
が太陽電池より１ｍｍずつ大きくなるようにし、図３
（ａ）のように積層して太陽電池モジュールを作製した
以外は、実施例１と同様にして作製した。なお、本実施
例の太陽電池からの距離は＋１ｍｍ、開口部距離は８９
ｍｍである。

【００７７】（実施例４）裏面絶縁材を貫通部の中心か
ら半径３ｍｍの円状に切り抜いたものを全面に積層して
太陽電池モジュールを作製した以外は、実施例２と同様
にして作製した。なお、本実施例の太陽電池からの距離
は＋８７ｍｍ、開口部距離を３ｍｍとした。

【００７８】（比較例１）実施例１において、ラミネー
ト材を積層する時に、裏面絶縁材を太陽電池モジュール
全面に積層して作製した以外は、全く同様にして太陽電
池モジュールを作製した。なお、本比較例では、太陽電
池からの距離は＋１１０ｍｍ、開口部距離は０ｍｍであ
る。

【００７９】（比較例２）実施例１において、ラミネー
ト材を積層する時に、裏面絶縁材を太陽電池（光起電力
素子）よりも、４辺ともに５ｍｍ小さくして積層して作
製した以外は、全く同様にして太陽電池モジュールを作
製した。なお、本比較例の太陽電池からの距離は−５ｍ
ｍ、開口部距離が９５ｍｍである。

【００８０】（評価）上記方法にて作製した各実施例及
び比較例の太陽電池モジュールを以下の項目について評
価を行った。（１）初期絶縁リーク試験（２）初期変換効率（３）光照射＋降雨サイクル（サンシャインウェザーメ
ーター）後の変換効率（４）光照射＋降雨サイクル後の変換効率の初期変換効
率に対する低下率（５）光照射＋降雨サイクル（サンシャインウェザーメ
ーター）後の外観絶縁リーク試験は８５℃、８５％ＲＨの環境に５００時
間放置し取り出した直後２分以内に、太陽電池モジュー
ルに２２００Ｖの電圧を１分間与えたときの最大リーク
電流を測定した。端子は太陽電池モジュールのプラスと
マイナスをショートさせた部分と、太陽電池モジュール
の屋根板（亜鉛塗装鋼板）の塗料を剥した部分との間で
接続した。そして、電圧印加を反対にした状態でも測定
し、最大リーク電流の大きい方を表示した。

【００８１】サンシャインウェザーメーターの条件は、
温度はブラックパネル上で４０〜５０℃、湿度は６５
％、キセノンランプの出力は１．５ｋＷ、波長域は３０
０〜８００ｎｍ、照射強度は１４２５Ｗ／ｍ²、明暗サ
イクルは５０／５０で行った。試験は７００時間後で行
った。

【００８２】（結果及び考察）（１）及び（４）、
（５）の結果を表１に示した。

【００８３】表１によれば、比較例１の太陽電池モジュ
ールは、試験後に外観が大きく変化している。このひび
割れ状の模様は裏面絶縁材であるナイロンで発生してお
り、このひび割れ部を伝わって水分が侵入し、太陽電池
の変換効率に悪影響を及ぼしたものと考えられる。一
方、比較例２の太陽電池モジュールは、特に絶縁リーク
電流がかなり大きく、耐絶縁は不十分である。

【００８４】また、実施例３の太陽電池モジュールは絶
縁リーク電流がやや大きいが、これは裏面絶縁材のサイ
ズと太陽電池のサイズとが比較的近いためと考えられ
る。実施例４の太陽電池モジュールは、試験後の変換効
率には悪影響は出ていないが、外観では釘の周りにひび
が発生している。これは裏面絶縁材が太陽電池モジュー
ル貫通部に接近しているためと考えられる。

【００８５】

【表１】

【００８６】

【発明の効果】本発明の太陽電池モジュールによれば、
以下の効果を得られる。（１）貫通部のラミ材の劣化が抑えられるため、太陽電
池モジュールの長期信頼性が向上する。（２）太陽電池発電で作動するファンで、温変換した空
気を循環することができ、より大きなクリーンエネルギ
ー使用が可能となる。（３）上記のファンの電力以上に太陽電池が発電した場
合、他の電力用途に使用できる。（４）架台を別に必要とせずに太陽電池の使用ができ
る。（５）太陽光により加熱された太陽電池の熱が、通風層
で熱変換され、太陽電池は冷却されるので、太陽電池の
変換効率低下を抑制することができる。（６）太陽電池を被覆している樹脂は柔軟性があるの
で、屋根板の全面を樹脂で被覆することで、雨音を軽減
できる。（７）太陽電池を被覆している樹脂は柔軟性があるの
で、屋根板の全面を樹脂で被覆し、キャップで密封をよ
り気密にすることで雨仕舞いを向上することができる。

【図面の詳細な説明】

【図１】（ａ）は本発明の太陽電池モジュールをパッシ
ブソーラーシステムとして使用した概略構成図であり、
（ｂ）は（ａ）の太陽電池モジュールのＸ−Ｙ概略断面
図であり、（ｃ）は本発明の太陽電池モジュールの構造
断面図であり、（ｄ）は本発明のパッシブソーラーシス
テムに使用される屋根材としての太陽電池モジュールを
折り曲げた図である。

【図２】本発明の太陽電池モジュールに好適に用いられ
る太陽電池の概略断面図である。

【図３】（ａ）は本発明の太陽電池モジュールの一例を
示した平面図であり、（ｂ）は（ａ）の太陽電池モジュ
ールのα−β概略断面図である。

【図４】本発明の太陽電池モジュール加工の一工程を示
した断面図である。

【図５】本発明の好適な太陽電池モジュールの略断面図
である。

【図６】本発明の太陽電池モジュールを用いたパッシブ
ソーラーの一例を示す略断面図である。

【図７】（ａ）は本発明の太陽電池モジュール及びそれ
を用いたパッシブソーラーの一例を示す略図であり、
（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｙ断面図であり、（ｃ）は（ａ）
の上視図である。

【図８】空気加熱式パッシブソーラーシステムの一例で
ある。

【図９】（ａ）は本願出願人が比較の為に用いた太陽電
池モジュールの一例を示す概略構成図であり、（ｂ）は
（ａ）のＸ−Ｙ断面図であり。

【図１０】本願発明の実験に用いた絶縁リークと太陽電
池からの距離を表したグラフである。

【図１１】本願発明の実験に用いた耐候性試験後の平均
変換効率／初期平均変換効率と開口部距離を表したグラ
フである。

【符号の説明】

１０１光電変換素子である太陽電池、１０２、６０１スペーサー、１０３、６０２芯木、１０４、６０５、７０８屋根下地材、１０５、６０６通風層、１０６、６０４キャップ、１０７、３０４、７０３屋根板、１０８凹凸処理された表面被覆材、１０９、３０３、７０２裏面絶縁材、１１０、３０５、７０６充填材、１１１、６０７、７０９釘、１１２釘等を通す裏面絶縁材の開口部、１１３太陽電池の電力接続用コード、２０１導電性基体、２０２反射層、２０３半導体光活性層、２０４透明導電層、２０５集電電極、３０１、７０１太陽電池、３０２、７０４表面被覆材、３０６折り曲げ、７０７芯木（スペーサー）、６０３太陽電池モジュール、７０５裏面絶縁材切り抜き部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２４Ｊ 2/04 (72)発明者豊村文隆東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者大塚崇志東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者深江公俊東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池が前記太陽電池の非受光面側に
充填材により被覆されている太陽電池モジュールにおい
て裏面補強材、充填材、前記太陽電池より大きい裏面絶
縁材をこの順に有し、前記裏面絶縁材が前記太陽電池モ
ジュールを固定するための貫通部に開口部を有すること
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】前記太陽電池モジュールは表面被覆材で
光入射側全面が被覆されていることを特徴とする請求項
１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】前記裏面補強材が金属製鋼板であること
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】前記表面被覆材が耐候性透明フィルムで
ある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。
【請求項５】前記太陽電池が可とう性であることを特
徴とする請求項１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】前記太陽電池が、ステンレス基板上に形
成された非単結晶半導体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。
【請求項７】前記裏面補強材は両端が垂上状に折れ曲
がっていることを特徴とする請求項１項に記載の太陽電
池モジュール。
【請求項８】前記表面被覆材がポリエチレンテトラフ
ルオロエチレン、ポリ３フッ化エチレン、ポリフッ化ビ
ニルの少なくとも一つであることを特徴とする請求項２
記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】前記非単結晶半導体がアモルファスシリ
コン系太陽電池であることを特徴とする請求項６記載の
太陽電池モジュール。
【請求項１０】前記太陽電池モジュールの固定部材が
釘、ボルト、スティープルの少なくとも一つであること
を特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】前記裏面絶縁材がナイロン、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエステ
ル、ポリアリレート、ポリアミドの少なくとも一つであ
ることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュー
ル。
【請求項１２】前記充填材がＥＶＡ、ブチラール樹
脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド
樹脂、アクリル樹脂の少なくとも一つであることを特徴
とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】前記開口部の開口部距離が５ｍｍ以上
であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュ
ール。
【請求項１４】前記開口部の太陽電池からの距離が１
ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の太陽電
池モジュール。
【請求項１５】前記金属製鋼板が亜鉛塗装鋼板である
ことを特徴とする請求項３記載の太陽電池モジュール。
【請求項１６】屋根下地材とその上部に設置された屋
根板との間に通風層があり、該屋根板で吸収した太陽熱
を該通風層で温風変換するパッシブソーラーシステムで
あって、太陽電池が充填材により被覆され、前記太陽電
池の非受光面側に、裏面補強材である充填材、前記太陽
電池より大きい裏面絶縁材をこの順に有し太陽電池モジ
ュールの前記裏面絶縁材が該太陽電池モジュールを屋根
上に固定するための貫通部に開口部を有することを特徴
とするパッシブソーラーシステム。
【請求項１７】前記太陽電池モジュールは表面被覆材
で光入射側全面が被覆されていることを特徴とする請求
項１６記載のパッシブソーラーシステム。
【請求項１８】前記屋根板が金属製鋼板であることを
特徴とする請求項１６に記載のパッシブソーラーシステ
ム。
【請求項１９】前記表面被覆材が耐候性透明フィルム
であることを特徴とする請求項１７に記載のパッシブソ
ーラーシステム。
【請求項２０】前記太陽電池が可とう性であることを
特徴とする請求項１６に記載のパッシブソーラーシステ
ム。
【請求項２１】前記太陽電池が、ステンレス基板上に
形成された非単結晶半導体であることを特徴とする請求
項１６に記載のパッシブソーラーシステム。
【請求項２２】前記屋根板は両端が垂上状に折れ曲が
っていることを特徴とする請求項１６に記載のパッシブ
ソーラーシステム。
【請求項２３】前記表面被覆材がポリエチレンテトラ
フルオロエチレン、ポリ３フッ化エチレン、ポリフッ化
ビニルの少なくとも一つであることを特徴とする請求項
１７記載のパッシブソーラーシステム。
【請求項２４】前記非単結晶半導体がアモルファスシ
リコン系太陽電池であることを特徴とする請求項１６記
載のパッシブソーラーシステム。
【請求項２５】前記太陽電池モジュールの固定部材が
釘、ボルト、スティープルの少なくとも一つであること
を特徴とする請求項１６記載のパッシブソーラーシステ
ム。
【請求項２６】前記裏面絶縁材がナイロン、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエステ
ル、ポリアリレート、ポリアミドの少なくとも一つであ
ることを特徴とする請求項１６記載のパッシブソーラー
システム。
【請求項２７】前記充填材がＥＶＡ、ブチラール樹
脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド
樹脂、アクリル樹脂の少なくとも一つであることを特徴
とする請求項１６記載のパッシブソーラーシステム。
【請求項２８】前記開口部の開口部距離が５ｍｍ以上
であることを特徴とする請求項１６記載のパッシブソー
ラーシステム。
【請求項２９】前記開口部の太陽電池からの距離が１
ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１６記載のパッ
シブソーラーシステム。
【請求項３０】前記金属製鋼板が、亜鉛塗装鋼板であ
ることを特徴とする請求項１８記載のパッシブソーラー
システム。