(57)【要約】【課題】  簡易な構造でホットスポットが生じた場合の温度を低減するとともに、温度分布を平準化した太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】  本発明の太陽電池モジュールは、透光性基板と、複数の太陽電池素子をインナーリードにより直線状に接続してなる太陽電池ストリング、および平行に配列した複数の該太陽電池ストリングを電気的に直列接続するように設けられる横配線から構成される、充填材で封止された太陽電池マトリクスと、裏面保護材とを積層してなり、該太陽電池マトリクスの裏面側に配置され、該太陽電池ストリングに対して電気的に並列接続されるバイパス素子から構成される太陽電池モジュールにおいて、該バイパス素子が、平面透視において太陽電池素子間に形成される領域に重なるように配置されることを特徴とする。【選択図】図１
2010034353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板と、複数の太陽電池素子をインナーリードにより直線状に接続してなる太陽電池ストリング、および平行に配列した複数の該太陽電池ストリングを電気的に直列接続するように設けられる横配線から構成される、充填材で封止された太陽電池マトリクスと、裏面保護材とを積層してなり、
該太陽電池マトリクスの裏面側に配置され、該太陽電池ストリングに対して電気的に並列接続されるバイパス素子から構成される太陽電池モジュールにおいて、
該バイパス素子が、平面透視において太陽電池素子間に形成される領域に重なるように配置されることを特徴とする、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記バイパス素子が、さらに平面透視において前記インナーリードに重ならないように配置され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３】
前記バイパス素子が、前記端子ボックスに内蔵され、前記端子ボックスが、前記裏面保護材の裏面側に取付けられる、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から、太陽電池モジュールの市場が拡大している。それに伴い、太陽電池モジュールは、日本や欧州などに限られず、赤道付近の気温や日射強度の高い地域、あるいは、温度の上がりやすいボートや倉庫などの高温の環境下に設置される場合が増加している。このように、高温環境下に耐え得る太陽電池モジュールが求められている。
【０００３】
ところで、太陽電池モジュールは、使用環境によっては、落葉、ゴミなどが太陽電池モジュール上に堆積し、太陽電池素子に影を発生させる場合がある。このような場合、太陽電池素子は、発電量が低下するとともに、抵抗が大きくなり異常発熱する、いわゆるホットスポット現象を生じる。ホットスポットにより発熱した太陽電池素子（ホットスポットセル）は、自身が高温で破損したり、ホットスポットセルの周囲の充填材が発泡して白濁したり、ホットスポットセルに重なる裏面保護材に膨らみが生じて、太陽電池モジュールが破損するという問題を引き起こす。
【０００４】
このような破損を防止するために、太陽電池ストリングに流れる電流を迂回させる目的でバイパス素子が設けられている。しかし、バイパス素子も電流が流れることによって発熱し、場合によっては端子ボックスおよび端子ボックスを充填するポッティング材の熱変形、バイパス素子と太陽電池素子との接続部の剥離、バイパス素子の損傷など悪影響を与える。バイパス素子の過熱を低減することを目的として、特許文献１には、放熱中継端子を端子ボックス内に備えることが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２４７７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１は、バイパス素子自身の過熱を抑制するものであって、ホットスポット現象により生じる太陽電池素子にかかる過熱を抑制するものではない。そこで、本発明の目的は、簡易な構造で、ホットスポット現象に伴い生じる温度上昇を抑制するとともに温度分布を平準化し、信頼性を向上した太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、ホットスポットが生じた場合、ホットスポットセルに発熱が生じると共に、バイパス素子も発熱が生じることを見出し、これらの位置関係を特定することにより、太陽電池モジュールの破損を抑制できることを見出して本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明は、透光性基板と、複数の太陽電池素子をインナーリードにより直線状に接続してなる太陽電池ストリング、および平行に配列した複数の該太陽電池ストリングを電気的に直列接続するように設けられる横配線から構成される、充填材で封止された太陽電池マトリクスと、裏面保護材とを積層してなり、該太陽電池マトリクスの裏面側に配置され、該太陽電池ストリングに対して電気的に並列接続されるバイパス素子から構成される太陽電池モジュールにおいて、該バイパス素子が、平面透視において太陽電池素子間に形成される領域に重なるように配置されることを特徴とする。
【０００８】
ある実施態様においては、前記バイパス素子が、さらに平面透視において前記インナーリードに重ならないように配置されることを特徴とする。
【０００９】
ある実施態様においては、前記バイパス素子が、前記端子ボックスに内蔵され、前記端子ボックスが、前記裏面保護材の裏面側に取付けられる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の太陽電池モジュールによれば、熱源であるホットスポットセルとバイパス素子とを、分散して配置することによって、ホットスポットセルおよびバイパス素子による過熱を抑制するとともに、充填材の発泡をなくし発電効率の低下を抑制することができる。また、これらの過熱を抑制することで、太陽電池素子同士を接続するインナーリードが剥離するのを抑制することができ、太陽電池モジュールの信頼性を向上することができる。
【００１１】
さらに前記バイパス素子が、平面透視において太陽電池素子間を接続するインナーリードと重ならないように配置することが好ましい。インナーリードは銅などの金属からなり、太陽電池素子の基板であるシリコンに比べて熱膨張率が大きい。このためインナーリードに高い熱が加わると、インナーリードの接続部により高い熱応力が加わり剥離の原因となりやすい。バイパス素子を、太陽電池素子間を接続するインナーリードと重ならないように配置することにより、インナーリードの接続部の剥離を抑制して太陽電池モジュールの信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の太陽電池モジュールを、添付図面を参照しながら説明する。
【００１３】
本発明の太陽電池モジュールの一実施形態を、図１〜図３に示す。図１（ａ）は、本発明の太陽電池モジュールの一例を非受光面側から見た平面図である。図１（ａ）に示される点線部は、太陽電池モジュールを平面透視した場合の内部構造を示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）の太陽電池モジュールに示すＡ−Ａ’線における概略断面図である。図２は、太陽電池モジュールの電気的接続の一例を示すモデル図である。そして図３は、太陽電池モジュールの積層構造を示す斜視図である。
【００１４】
本実施形態の太陽電池モジュール１は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、透光性基板２、太陽電池マトリクス３、充填材４、裏面保護材５、バイパス素子６、端子ボックス７、およびフレーム８から構成されている。太陽電池マトリクス３は、充填材４により封止され、この太陽電池マトリクス３を含む充填材４は、透光性基板２と裏面保護材５との間で挟持され、保護されている。さらにこれらの積層体の周囲は、フレーム８により保護されている。また、裏面保護材５の裏面側には、バイパス素子６を備える端子ボックス７が取付けられている。なお、本明細書においては、受光面側を表面側、非受光面側を裏面側という場合がある。
【００１５】
透光性基板２は、太陽電池素子３１１に光を入射させることができる材料であればよい。例えば、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のガラス、ポリカーボネート樹脂などからなる光透過率の高い基板などが用いられる。透光性基板２の厚みは、例えば、３ｍｍ〜５ｍｍである。具体的には、厚みが３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラス、厚みが５ｍｍ程度の合成樹脂基板（ポリカーボネート樹脂などからなる）が用いられる。
【００１６】
太陽電池マトリクス３は、直線状の太陽電池ストリング３１および横配線３２から構成されている。太陽電池ストリング３１は、複数の太陽電池素子３１１をインナーリード３１２により直線状に接続したものである。
【００１７】
太陽電池素子３１１としては、単結晶シリコンや多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池素子、アモルファスシリコン太陽電池素子、Ｓｉ薄膜太陽電池素子、ＣＩＳ系太陽電池素子、ＣＩＧＳ系太陽電池素子又は色素増感太陽電池素子などが用いられる。例えば、太陽電池素子３１１を、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて製造する場合、このシリコン基板の内部には、ボロンなどのＰ型不純物を多く含んだＰ層と、リンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層とが接合して成るＰN接合が形成される。また、シリコン基板の表面又は裏面には、銀ペースト等からなる電極が、スクリーンプリント法などにより形成されている。なお、この電極の表面には、電極の保護およびインナーリード３１２を取り付け易くする観点から、そのほぼ全面にわたりハンダがコーティングされていることが好ましい。
【００１８】
インナーリード３１２は、例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの銅箔などの配線材の表面全面をメッキやディピングにより２０〜７０μｍ程度ハンダコートしたものが用いられる。
【００１９】
横配線３２は、例えば、図２に示すように、平行に配列した複数の太陽電池ストリングを電気的に直列接続する目的で設けられる。横配線３２としては、インナーリード３１２と同様の素材が用いられる。
【００２０】
充填材４は、太陽電池マトリクス３を封止する役割を有する。充填材４は、例えば、熱硬化性樹脂や、架橋剤を加えて熱硬化特性を持たせた熱可塑性樹脂を、Ｔダイと押出し機によりシート状に成形し切断することによって得られる。熱硬化性樹脂としては、例えばアクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などが利用可能である。また、熱可塑性樹脂としては、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）などの熱可塑性樹脂を主成分とし、それらに架橋剤を含有させたものが好適に用いられる。架橋剤は、熱可塑性樹脂の分子間を結合させる役割を有するものであり、例えば、７０〜１８０℃の温度で分解してラジカルを発生する有機過酸化物が用いられる。有機過酸化物としては、例えば、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシピバレートなどが挙げられる。架橋剤は、例えば、ＥＶＡ１００質量部に対し１質量部程度の割合で含有させることが好ましい。また充填材がＥＶＡの場合、１５０℃の温度を超えると発泡して、小さな泡により白濁する。
【００２１】
裏面保護材５は、充填材４を保護する役割を有するものであり、例えば、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、或いは、これらの２種以上を積層した樹脂が好適に用いられる。
【００２２】
バイパス素子６としては、例えば、シリコンダイオード、ショットキーダイオードなどが用いられる。バイパス素子６は、ホットスポットが生じた場合に電流の迂回路としての目的で設けられる。したがって、複数の太陽電池ストリング群に対して電気的に並列接続されている。例えば、図２では、２つの太陽電池ストリング群に対して、１つのバイパス素子６が並列接続されている。バイパス素子６は、高い光電変換効率の観点から、一般に太陽電池マトリクス３の裏面側に配置される。太陽電池マトリクス３の裏面側の充填材４中に存在していてもよいし、あるいは裏面保護材の裏面側に配置されていてもよい。一般には、図１に示すように、端子ボックス７内に内蔵され、裏面保護材５の裏面側に配置されている。
【００２３】
本発明においては、上記バイパス素子６が、平面透視において太陽電池素子間に形成される領域に重なるように配置される。このような構造とすることによって、ホットスポット時に、熱源となるホットスポットセルとバイパス素子６とが分散して配置されることとなり、ホットスポットセルおよびバイパス素子６の過熱が抑制されるとともに、太陽電池モジュール１の温度分布を平準化することができる。さらに、過熱が抑制されることにより、充填材４の白濁の抑制、発電効率の低下抑制、およびインナーリード３１２の剥離抑制にも寄与し、太陽電池モジュール１の信頼性を向上することができる。
【００２４】
バイパス素子６の配置は、上述のように、平面透視において太陽電池素子間に形成される領域に重なっていればよく、例えば、バイパス素子６が太陽電池素子間に形成される領域に包含されていてもよいし、あるいはバイパス素子６の一部が太陽電池素子間に形成される領域に重なっていてもよい。ホットスポットセルとバイパス素子６とから生じる過熱をより抑制する観点から、平面透視において、バイパス素子６の５０％以上、好ましくは９０％以上が太陽電池素子間に形成される領域に重なっていることが好ましい。
【００２５】
上記バイパス素子６は、さらに平面透視においてインナーリード３１２に重ならないように配置されることが好ましい。インナーリードは銅などの金属からなり、太陽電池素子の基板であるシリコンに比べて熱膨張率が大きい。そのため、インナーリード３１２に高い熱が加わると、インナーリードの接続部に、より高い熱応力が加わり剥離の原因となる。バイパス素子６が、平面透視においてインナーリード３１２に重ならないように配置されることによって、インナーリードの剥離を抑制し、太陽電池モジュールの信頼性を向上することができる。
【００２６】
端子ボックス７の材質として、ポリフェニレンエーテル樹脂等が用いられる。端子ボックス７は、太陽電池モジュールのコンパクト化などの観点から、一般に太陽電池マトリクス３の裏面側に設けられる。また、太陽電池モジュールの外周部は、架台への挟持固定やフレームの取り付けに用いられることなどから、これらの部位に端子ボックスを設けることは好ましくない。端子ボックス７内は、水の浸入を抑制する観点からシリコーン樹脂などで充填される。
【００２７】
フレーム８は、太陽電池モジュールを補強する為に、外周部に設けられる。アルマイト処理を施したアルミニウムの表面にアクリル塗装をしたものが一般的に用いられる。
【００２８】
本発明の太陽電池モジュールは、例えば、図３に示すような方法で製造される。まず、太陽電池ストリングを平行に配列した後、横配線を適宜接続して太陽電池マトリクス３を形成する。次いで、透光性基板２、第１充填材４、太陽電池マトリクス３、第２充填材４、および裏面保護材５の順で積層する。この際、太陽電池マトリクス３からの出力を裏面保護材５に設けられた出力リード取り出し口５１より導出する。最後に出力を、バイパス素子が内蔵された端子ボックス７に接続し、バイパス素子６が平面透視において太陽電池素子３１１間に形成される領域に重なるように、端子ボックス７を裏面保護材５に取付ける。このようにして、本発明の太陽電池モジュールが製造される。
【００２９】
（シミュレーション）
本発明の効果を確認するために、シミュレーションを以下のようにして行った。まず、本シミュレーションに使用した太陽電池モジュール１は、図４（ａ）に示すように、受光面側から順に透光性基板２（ガラス：ｔ＝３．２ｍｍ）、充填材４（ＥＶＡ：ｔ＝１．６ｍｍ）、裏面保護材６（ＰＥＴ：ｔ＝０．２ｍｍ）を積層したもので、充填材４中に太陽電池素子３１１（ｔ＝０．２ｍｍ）を内包したものである。また、太陽電池モジュール１（１００１ｍｍ×５３３ｍｍ）は、太陽電池素子３１１（１５６ｍｍ×７８ｍｍ×０．２ｍｍ）を６行×６列で配置したものであり、太陽電池素子３１１間は５ｍｍである。裏面保護材５の裏面側に配置された端子ボックス７（１２０ｍｍ×７５ｍｍ×１．８ｍｍ）は、エポキシ樹脂製の平板に近似し、その中央にバイパス素子６（１３．５ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍ）が内蔵されている。
【００３０】
モデルは、図４（ｂ）に示すように、バイパス素子６を、ホットスポットセル３１１ａ間に形成された領域の下部に配置したものである。このようなモデルを用いてある地域に設置した太陽電池モジュール１の温度を参照して以下の条件下にてシミュレーションを行った。
【００３１】
受光面側温度：４６．７℃
側面側温度：４６．７℃
非受光面側温度：８６．７℃
ホットスポットセル３１１ａからの発熱量：１４［Ｗ］
バイパス素子６からの発熱量：０．０６８［Ｗ］
太陽電池に照射する日射強度：１０２４Ｗ／ｍ２
【００３２】
また、図５に示すように、バイパス素子６を、ホットスポットセル３１１ａの下部に配置したモデルを用いたこと以外は、上記と同様の条件下にて、シミュレーションを行った。結果を表１および図６に示す。
【００３３】
【表１】
2010034353.tif 000003
【００３４】
表１および図６の結果から、バイパス素子６を、ホットスポットセル３１１ａ間に形成された領域の下部に配置したモデル（実施例）は、バイパス素子６を、ホットスポットセル３１１ａの下部に配置したモデル（比較例）に比べて、太陽電池素子においては２．８℃、充填材においては１３．３℃の温度低下が認められた。さらに、ホットスポットセル３１１ａの温度分布において１５０℃を超える領域は、実施例では５％以下であるのに対して、比較例では２０％以上あった。
【００３５】
以上のことから、平面透視においてバイパス素子と太陽電池素子間に形成される領域とを重ねて配置することにより、熱源を分散することができ、過熱を防止するとともに、温度分布を平準化することができる。これにより充填材の発泡による白濁や発電効率の低下を抑制することができる。また、周囲との温度差が大きくなるのを抑制することによって、ホットスポットセル自身が逆バイアスにより周囲で発電された電流が集中して過熱が促進されるのを防止し、ホットスポットセルの破損を防止することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの実施態様を示す図面であり、図１（ａ）は非受光面側から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの電気的接続を示すモデル図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールの積層構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュールの実施態様を示す図面であり、図４(ａ)は側部断面図であり、図４（ｂ）は斜視図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールの実施態様を示す図面である。
【図６】太陽電池モジュールのシミュレーション結果を示す図面である。図６(ａ)は本発明の太陽電池モジュールであり、図６（ｂ）は従来の太陽電池モジュールである。
【符号の説明】
【００３８】
１：太陽電池モジュール
２：透光性基板
３：太陽電池マトリクス
４：充填材
５：裏面保護材
６：バイパス素子
７：端子ボックス
８：フレーム
３１：太陽電池ストリング
３２：横配線
３１１：太陽電池素子
３１１ａ：ホットスポットセル
３１２：インナーリード
５１：出力リード取り出し口
【図１】
2010034353.tif 000004
【図２】
2010034353.tif 000005
【図３】
2010034353.tif 000006
【図４】
2010034353.tif 000007
【図５】
2010034353.tif 000008
【図６】
2010034353.tif 000009