JP4550390B2

JP4550390B2 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP4550390B2
Application number: JP2003329504A
Authority: JP
Inventors: 和亘太田; 義也藤下; 崇志小出; 一郎袋布
Original assignee: Sekisui Jushi Corp
Current assignee: Sekisui Jushi Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2005101032A

Description

本発明は、主に樹脂からなる板状基材によって太陽電池セルが挟持された太陽電池モジュールに関するものである。

太陽電池モジュールは、太陽光を受けて発電する太陽電池セルを、ＥＶＡやシリコーン等の封止材を用いて板状基材に挟持させる構造になっている。一般のモジュールでは、セル１個体では起電力が不足するため、単独のセルから構成されることは少なく、複数の太陽電池セルが直列または直並列に接続されて構成される。すなわち、太陽電池セルには上面に表面電極、裏面に裏面電極があり、直列接続をさせたい一連のセル群中で、隣り合うセルの表面電極と裏面電極とが、インターコネクタといわれる導電材料で接続されている。これらの接続された太陽電池セルはインターコネクタとともに、封止材を用いて板状の基材に挟持されている。板状の基材には、ガラスや樹脂板、樹脂フィルム、金属等が用いられる。

ガラスや金属を基材に用いたモジュールは、重量が大きくなり、モジュールを支える架台なども頑強なものとする必要があるためコストがかかり、施工性も悪い。また、ガラスの場合は、施工時や施工後に何らかの衝撃が加わった際に、割れてモジュールの機能を果たさなくなるばかりでなく、飛散して周囲の危険となる可能性もある。金属板を用いた場合は、飛散の可能性も無いが、重量が非常に大きくなる。このようにガラスや金属を用いたモジュールは、重量や安全性に課題があり、施工できる場所も限られる場合がある。そこで、軽量で安全な樹脂製のモジュールが望まれてきた。

板状基材に樹脂材料を用いた太陽電池モジュールは、ガラスや金属に比べて軽量であり、またガラスのように割れて飛散することもないため好ましいが、セルの電極間を結ぶインターコネクタが使用している間に破断する現象が以前より発生していた。これは、基材である樹脂と金属製のインターコネクタとの熱膨張率の差が大きいために起こるものであり、昼夜の気温差や季節の気温差、製造時の熱等による基材樹脂の収縮膨張にインターコネクタが追随することができず、その収縮膨張の繰り返しでインターコネクタが疲労し、破断してしまうのである。

その解決方法として、例えばリボン状のインターコネクタのセル間に膨張収縮を緩衝する形状を設けるなどの提案がなされてきた。（例えば特許文献１）
特開２００１−３５２０８９号公報

しかしながら、例えば特許文献１に示されるようなインターコネクタに緩衝形状を設ける方法では、数回の収縮膨張に対しては対応できるものの、一日の気温変動や季節による変動など長期にわたる繰り返しの収縮膨張で、金属疲労による破断が生じ、太陽電池モジュールが機能しなくなることがあることがわかった。

そこで本発明は上記の如き問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池セルやインターコネクタを挟み込んでいる封止材層や板状基材に着目して、インターコネクタの疲労破断が発生しない太陽電池モジュールを提供せんとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成としている。すなわち複数の太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続され、前記太陽電池セルを封止している透光性樹脂封止材を介して表裏両側に配置された板状基材に挟持された太陽電池モジュールにおいて、前記表裏両側に配置された板状基材は２枚の樹脂板で挟み込まれたガラス板が、前記樹脂板とガラス板との間に挿入された接着性樹脂によって積層一体化されたものであり、前記接着性樹脂が前記太陽電池セルを封止している材料であることを特徴とするものである。

板状基材を樹脂材料だけでなく、ガラスとの複合材料とすることで樹脂基材の膨張収縮を抑えることができる。例えば２枚の樹脂板の間に薄いガラス板を挿入し、これらを接着性樹脂を用いて積層すれば、挿入したガラスにより線膨張が抑えられて軽量かつ割れにくい板状基材を得ることができる。これの板状基材を太陽電池モジュールの両面の板材に用いれば、熱による膨張収縮が少なくインターコネクタの破断も発生しない太陽電池モジュールを得ることができる。

なお本発明に係る参考例１として、複数の太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続され、透光性樹脂封止材を介して板状基材に挟持された太陽電池モジュールにおいて、透光性樹脂封止材層と板状基材とが可動可能に積層されているものがあげられる。

セルを挟持する板状基材は、ラミネート時の加熱冷却や設置後の気温変化によって膨張収縮が起きる。その膨張収縮に伴ってインターコネクタに伸縮の力がかかる。このとき、板状基材が樹脂製であると、樹脂基材の線膨張率がガラスや金属などに比べ高いので基材の膨張収縮が大きい。したがって、それに伴うインターコネクタ伸縮も大きくなり、その繰り返し等によりインターコネクタが破断してしまう。

したがって、参考例１のように、板状基材と太陽電池セルを封止している封止材とを予め接着させずに可動可能にしておくことで、板状基材の膨張収縮による変動を太陽電池セルやインターコネクタに伝えないようにし、インターコネクタの破断を防止することができる。

また前記参考例１において、透光性樹脂封止材層と板状基材層との間に、樹脂製フィルムを介在させてもよい。

係る参考例１の形態においては、板状基材と太陽電池セルを封止している封止材とを予め接着させずに可動可能にするために、それらの間にフィルムを挟み込むとよい。フィルムはラミネート時にこれらの間へ挿入しておけばよく、封止材は接着性があるためフィルムと封止材層が一体化される。フィルムと板状基材とは接着性がないため、板状基材と太陽電池セルを挟み込んだ封止材層とが各々自由に動くことができる。

また前記参考例１において、透光性樹脂封止材層と板状基材層との間には、不揮発性流動体層が設けられてもよい。

係る参考例１の形態においては、透光性樹脂封止材層と板状基材層との間に流動体の層を設けておくことにより、板状基材と太陽電池セルを含む封止材層とが独立にスムーズに動くことができる。また、流動体を層間に挿入しておくことで、独立した封止材層と板状基材との間に空気層ができるのを防ぐことができるとともに、密着性も向上する。空気層ができると、入射した太陽光がそこで反射したりして、太陽電池セルへ入射する光の効率が低下してしまったり、空気に触れていることによって封止材の劣化を促進したりしてしまう。

ここで、不揮発性流動体は、環境や人体に悪影響がないものであれば特別限定されるものではない。例えば、流動パラフィンやシリコーンオイルなどを用いることができる。板状基材と封止材層は、流動体が挿入されているため密着しているが、固定されていないため、太陽電池モジュールの外枠により、しっかりと押さえて固定しておくとよい。

また本発明に係る参考例２として、複数の太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続され、透光性樹脂封止材を介して板状基材に挟持された太陽電池モジュールにおいて、透光性樹脂封止材層は、弾性率の異なる封止材を複数積層したものであってもよい。

係る参考例２においては、封止材層の弾性率を適当に設定することによって、熱による樹脂製の板状基材の伸縮を封止材層で吸収し、太陽電池セルやインターコネクタに伝わる伸縮度合いを緩和させることができる。このとき封止材は、弾性率の異なる封止材を積層するとよい。すなわち、板状基材側に弾性率の高い封止材を配置し、太陽電池セル側に弾性率の低い封止材を配置して積層すれば、板状基材の伸縮がまず高い弾性率の封止材層で吸収され、低い弾性率の封止材層にはあまり伝わらない。低い弾性率の封止材は熱による伸縮が比較的少ないため、インターコネクタへの伸縮の影響も少なく、板状基材の伸縮も伝えない。よってインターコネクタは板状基材の伸縮等によって疲労して破断することがなくなる。

また本発明に係る参考例３として、、複数の太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続され、透光性樹脂封止材を介して板状基材に挟持された太陽電池モジュールにおいて、透光性樹脂封止材層には無機粒子が配合されていてもよい。

係る参考例３においては、封止材層に無機の微粒子を配合することにより、封止材の剛性が向上し、樹脂基材が熱により膨張収縮したときにも封止材は伸縮せず、太陽電池セルやインターコネクタに基材の伸縮を伝えないようにすることができる。無機の微粒子は特に限定されるものではないが、発電効率を低下させないように光を透過するものが好ましく、例えばガラスビーズやガラスフレーク等が使用できる。

本発明によれば、板状基材を、樹脂とガラスとの複合材にしてガラスによって樹脂板の膨張収縮を抑えてインターコネクタの破断を防止することができる。

本発明に係わる実施の形態について、図面に基づき以下に具体的に説明する。図１は一般的な太陽電池モジュールの一部の前面を示したもので、図２は太陽電池モジュールの断面の一部であり、それぞれ隣接する太陽電池セル１をインターコネクタ２で接続している様子を示した概略図である。

前記のように接続された太陽電池セルは、封止材３を介して板状基材４に挟持されている。このとき、板状基材に樹脂基材を用いることで、ガラス基材や金属基材を用いるものに比べ軽量にすることができ、衝撃などの外力にも強い太陽電池モジュールを提供することができる。

基材に用いる樹脂は、太陽電池セルの受光面側が透光性のものであれば、特に限定されるものではなく、例えばポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ＡＢＳ，フェノール樹脂、メラミン樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、天然ゴムやその誘導体から成るものでも良く、または前記樹脂の２種類以上から成るものでもよいし、２種類以上の樹脂板を貼り合わせたものでもよい。また、水酸化アルミニウムや水酸化カルシウム等の無機フィラーや難燃剤等を縫合して、不燃性、難燃性を具備させてもよい。また、発泡剤等を添加して発泡させたものでもよく、さらには可塑剤、安定剤、発泡助剤、紫外線吸収剤、顔料などが添加されているものでも良く、金属箔が貼り合わされているものでもよい。

また、充填材としては一般的に用いられているものが使用でき、例えばエチレン−ビニルアセテート（ＥＶＡ）、透明な変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン等の透光性を有するものなどが良い。

図５は、本発明の太陽電池セルを挟み込むための板状基材４の一例を表した断面の模式図である。板状基材４は、薄いガラス板４１を２枚の樹脂板４２で挟み込んだものであり、ガラス板と樹脂板との間は接着性樹脂４３が挿入され積層一体化されている。ガラスと樹脂板が積層されていることよって、樹脂の線膨張が抑えられるとともにガラスよりも軽量の板状基材を提供できるだけでなく、ガラスと樹脂板とを積層することによって強度を向上させることができる。

ガラス板や樹脂板は特に限定されるものではなく一般的なものがもちいることができる。また、接着性樹脂も太陽用電池を封止している材料であるエチレン−ビニルアセテート（ＥＶＡ）、透明な変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン等の透光性を有するものを用いることができる。樹脂板やガラス板の厚みは、特に限定されるものではないが、ガラスの厚みが大きいと重量が重くなってしまい好ましくないため、ガラス板は１ｍｍから２ｍｍ程度とし両側から挟む樹脂板も１ｍｍから３ｍｍ程度とすると良い。

上記のガラスと樹脂の複合基材は、通常の板状基材として太陽電池モジュールに使用すれば良く、例えば、図１の板状基材４として両側から封止材を介して太陽電池セルを挟み込めばよい。

図３は、本発明に係る参考例１の一形態を示した太陽電池モジュールの断面の模式図であり、透光性樹脂封止材層３と板状基材４との間にフィルム５を介在させている。

フィルム５は封止材３と接着しており、板状基材４とフィルム５は接着しないようにしてあり、図中界面Ａでそれぞれ独立に伸縮することができ、可動可能になっている。フィルムの材質や厚みは特に限定されるものではなく、封止材層と良好に密着し、太陽電池モジュールのラミネート時の熱に耐えられるものであれば一般的なものを用いることができる。

フィルムは、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系、ＰＥＴなどのポリエステル系、フッ素樹脂系、アクリル系、ポリカーボネート、塩化ビニル系などが好適に用いられる。

また、本発明に係る参考例１の他の一形態を示した図４の断面模式図に示すように、封止材と板状基材との間に、不揮発性の流動体６を挿入してもよい。このようにすることで、板状基材の伸縮がインターコネクタや封止材層へ伝わらないようにしてインターコネクタの破断を防ぐことができる。このとき、不揮発性流動体は、特に限定されるものではなく、不揮発性で人体や環境に影響がなく、経時の変質が少ないものであればよい。例えば、流動パラフィンやシリコーンオイルなどが挙げられる。このとき、流動体層に空気が入ると光がそこで反射して太陽電池セルまで到達しないため、空気が入らないように密着させる必要がある。またそのようにすることで、板状基材と封止材層がしっかり密着し、剥がれにくくなるため好ましい。このように流動体層を挿入した太陽電池モジュールは、板状基材がずれないように、空気が入らないように外枠によりしっかりとモジュールを押さえつけておくとよい。

また図６は、本発明に係る参考例２の一形態を示しており、透光性樹脂封止材層として弾性の異なる封止材を２種類重ね合わせた太陽電池モジュールの断面の模式図である。太陽電池セル１とインターコネクタ２はまず第１の封止材３１によって封止され、さらにその外部に第２の封止材３２が設けられており、板状基材によってそれらが挟持されている。第１の封止材は、比較的弾性が低く剛性が高い封止材材料であり、第２の封止材３２は、比較的弾性が高く柔軟なものが用いられているとよい。

このようにすることで、板状基材の伸縮は、まず弾性の高い封止材３２の層へ伝わり、その弾性によってある程度伸縮が吸収される。そして弾性の低い封止材３１の層へは板状基材の伸縮はあまり伝わらず、さらに弾性が低いのでセルやインターコネクタが伸縮したりして動くのを抑制することができる。

図７は、本発明に係る参考例３の一形態を示しており、太陽電池セルやインターコネクタを封止する封止材層３に無機粒子としてガラスフレーク７が配合されている太陽電池モジュールの断面をあらわした模式図である。封止材に添加するものは。ガラスフレークに限定されるものではなく、透光性を阻害しないものであればよい。他にもガラスビーズなどでもよい。このように無機粒子を封止材層に配合することによって封止材の剛性が向上し、樹脂基材が熱により膨張収縮したときにも封止材は伸縮せず、太陽電池セルやインターコネクタに基材の伸縮を伝えないようにすることができる。

一般的な太陽電池モジュールの太陽電池セルの接続を示す概略図である。一般的な太陽電池モジュールの実施の一形態の断面を示す概略図である。本発明に係る参考例１の断面を示した概略図である。本発明に係る参考例１の断面を示した概略図である。本発明の板状基材の実施の一形態を示した断面の概略図である。本発明に係る参考例２の断面を示した概略図である。本発明に係る参考例３の断面を示した概略図である。

Ａ封止材層と板状基材との界面
１太陽電池セル
１１表面電極
１２裏面電極
２インターコネクタ
３透光性樹脂封止材層
３１弾性の低い封止材層
３２弾性の高い封止材層
４板状基材
４１ガラス板
４２樹脂板
４３接着性樹脂
５フィルム
６不揮発性流動体層
７ガラスフレーク

Claims

複数の太陽電池セルの電極間がインターコネクタによって接続され、前記太陽電池セルを封止している透光性樹脂封止材を介して表裏両側に配置された板状基材に挟持された太陽電池モジュールにおいて、前記表裏両側に配置された板状基材は２枚の樹脂板で挟み込まれたガラス板が、前記樹脂板とガラス板との間に挿入された接着性樹脂によって積層一体化されたものであり、前記接着性樹脂が前記太陽電池セルを封止している材料であることを特徴とする太陽電池モジュール。