(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池パネルを搭載した複数の矩形板状部材と、隣接する前記矩形板状部材の結合部及び前記太陽電池パネルの接続部の保護を行なう継目カバー部材と、前記継目カバー部材を押さえる複数の継目カバー押え部材とを有し、
前記太陽電池パネルを構成する、電気的に並列接続された太陽電池素子の最大単位の長手方向を、前記継目カバー部材の長手方向と実質的に垂直な方向になるように配列し、該最大単位を電気的に直列接続したことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記太陽電池パネルが、少なくともその表面保護材と裏面保護材と太陽電池素子とを接着剤を用いて真空ラミネート加工して構成された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】
前記太陽電池パネルを、接合部材及び／又は接着剤によって、直接前記矩形板状部材に固定した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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は太陽電池モジュールに係り、特に家屋の屋根等の建築物あるいは構造物に取り付ける太陽電池モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、深刻なエネルギー問題が叫ばれるなか、太陽エネルギーは、石油、石炭等の化石エネルギーのように枯渇せず、また大気汚染、炭酸ガス発生等環境を破壊しない、いわゆるクリーンエネルギーの一つとして注目を集めている。
【０００３】
なかでも太陽電池発電は、将来、火力、原子力、ヂーゼル発電といった在来の方式に代わる代替エネルギーとして期待されている。
【０００４】
この太陽電池の材質としては様々なものがあるが、シリコンを用いたものが多数市販されており、これらは大別して単結晶シリコン、多結晶シリコンを用いた結晶系シリコン太陽電池と、非晶質（アモルファス）シリコン太陽電池に分けられる。
【０００５】
結晶系シリコン太陽電池は、光（太陽）エネルギーを電気エネルギーに変換する性能を表わす変換効率が、非晶質シリコン太陽電池に比して高いが、反面、素子自体が応力に弱く割れ易いため、強固な封止構造やフレームを必要とする。また、現状では、単位電力量当りのコストが高いという特徴がある。
【０００６】
一方非晶質シリコン太陽電池は、現在のところ変換効率が結晶系シリコン太陽電池より低いが、光吸収性が高く、比較的厚さの薄い膜の堆積によって太陽電池を形成可能であることや、アモルファスの性質を生かし、基板としてガラスやステンレススチールや、さらにポリイミド系シート等様々な材料が選択できること、さらに大面積化が容易であること等の特徴がある。更に製造コストも結晶系に比して比較的低くできる可能性があると言われており、将来、一般家庭のレベルから大規模な発電所レベルまで広範囲に渡る普及が予想されている。
【０００７】
現在市販されている太陽電池モジュールは、電卓等の部品として用いられるものを除くと、大別してその外形が１０ｃｍ角程度の比較的小型のものと３０ｃｍ以上の大型のものとに分けられる。
【０００８】
小型のものは屋外、屋内用のものがあるが、大型のものは主として屋外での使用が目的であり、地上あるいは建築物の屋根上や、壁面に設置して使用されることが多い。特に建築物の屋根上に設置される場合、現在まで多くの場合、屋根上に一旦金属製の架台を組み、その架台上に太陽電池モジュールを設置して使用するのが通例であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した屋根上に太陽電池を設置するための架台は、安全上十分な強度をもった構造が必要とされ、さらに建築物に関する法律上の規定を満足することが要求されるため、架台本体の価格や設置工費が大きくなるという問題がある。
【００１０】
また、現状では、架台として金属製の骨組みを組み合わせた構造体を屋根上に設置して用いるものが多いが、これらは景観を考えたデザインのものは少なく、地域の景観を乱す原因になるという問題がある。また複数個の太陽電池モジュールを屋根上に設置する場合、個々の出力ケーブルのモジュール外部での配線の接続方法が、システムとして考えられていない場合が多く、そのため出力ケーブルの接続が煩雑となり、これによっても景観を損ねるという問題がある。
【００１１】
これらの問題を解決する方法のひとつとして、屋根材に直接太陽電池を取り付ける方法が考えられている。この方法は、架台が不要になる点で有効ではあるが、出力ケーブル及び出力接続部材を、雨水や湿気その他の外的環境から保護するための保護カバーを必要とするものが多い。しかしながら、屋根との視覚的な違和感のないように考えてデザインされた保護カバーは少なく、やはり景観を損ねてしまうという問題がある。
【００１２】
さらに、この保護カバーが太陽電池モジュールの受光面よりも突出していると、保護カバーの作り出す陰によって、新たな問題が発生することがある。
【００１３】
図７は従来の屋根上に設置された太陽電池の一例を示す平面図である。図において、５０１は並列接続された太陽電池素子の最大単位（以下、並列太陽電池素子と言う）であり、本従来例では１３枚の並列太陽電池素子５０１を直列に接続して太陽電池パネル２１とし、この太陽電池パネル１を８枚、更に直列に接続して、１つの太陽電池モジュールとしている。
【００１４】
図において、２３はこれらの太陽電池パネル２１の接続部を保護する継目カバー部材（保護カバー）であり、３０はこの継目カバー部材２３により入射光が遮られて生じた陰である。図に示されるように本例では、並列太陽電池素子５０１は、その長手方向を継目カバー部材２３の長手方向と平行な方向に配列して、電気的に直列に接続されて構成されている。ところが、この配列方法では、図に示されるように並列太陽電池素子５０１の内、５枚の全体が陰に入ってしまい、その部分の並列太陽電池素子５０１からの出力は、ほとんど期待出来ない。その結果、入射光量の低下による出力電流の減少のみならず、出力電圧が減少する。このため例えば、太陽電池の出力を、直接、蓄電池に充電しようとするような場合、出力電圧が蓄電池の充電電圧を越えない為、太陽電池モジュール全体の出力は０でないにもかかわらず、充電されないという問題が生じる。
【００１５】
図８は、このような太陽電池モジュールによって蓄電池に充電する場合の概略構成を示す図であるが、仮に１枚の太陽電池パネル２１の出力が２５Ｗ、１６Ｖであるとすると、８枚で１６×８＝１２８Ｖとなり、これは１２０Ｖ用の蓄電池を充電するには十分な電圧となる。ところが、前述の図７に示したように、１３枚の並列太陽電池素子５０１の内の５枚が出力０Ｖとなると、１枚の太陽電池パネル１の出力は、１６×（１３−５）／１３＝約９．８５Ｖに低下してしまう。これが８枚の太陽電池パネル２１に対して発生したとすると、本来１２８Ｖの電圧が期待されるところに、約９．８５×８＝７８．８Ｖしか出力されず、１２０Ｖ用の蓄電池の充電は不可能となってしまう。
そこで、本発明は、並列太陽電池素子５０１の１枚分の面積全体が覆われることはないようにして、出力電圧の減少を抑えることを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池パネルを搭載した複数の矩形板状部材と、隣接する前記矩形板状部材の結合部及び前記太陽電池の接続部の保護を行なう継目カバー部材と、前記継目カバー部材を押さえる複数の継目カバー押え部材とを有し、前記太陽電池パネルを構成する、電気的に並列接続された太陽電池素子の最大単位の長手方向を、前記継目カバー部材の長手方向と実質的に垂直な方向になるように配列し、該最大単位を電気的に直列接続したことを特徴とする。
【００１７】
また、前記太陽電池パネルが、少なくともその表面保護材と裏面保護材と太陽電池素子とを接着剤を用いて真空ラミネート加工して構成されたことを特徴とする。また、前記太陽電池パネルを、接合部材及び／又は接着剤によって、直接前記矩形板状部材に固定したことを特徴とする。
【００１８】
【作用】
本発明の太陽電池モジュールは、その太陽電池を構成する電気的に並列接続された太陽電池素子の最大単位（並列太陽電池素子）の長手方向を、継目カバー部材の長手方向とは、実質的に垂直になる方向に配列して形成されているため、継目カバー部材による陰が生じても、並列太陽電池素子単位の１枚全体を覆い隠すことは少なくなる。
【００１９】
また、接続部が継目カバー部材の内部に格納されるため、デザイン上も美しくまとまる。また太陽電池パネルを真空ラミネート加工により一体的に形成することにより、ハトメ等の接合部材や接着剤を用いて矩形板状部材への固定が容易にできる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の太陽電池モジュールの実施例についてを図面を参照して詳しく説明する。
（実施例１）
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下に述べた太陽電池の製法、構造、外形、工程、手順、及び屋根材の材質、構造、外形、工程、手順に限られるものではない。
【００２１】
図１は本実施例の太陽電池モジュールの部分的な斜視図であり、図において、５０１は電気的に並列接続された太陽電池素子の最大単位（並列太陽電池素子）である。また２１はこれらの並列太陽電池素子５０１を直列に接続して構成した太陽電池パネルであり、また２２は太陽電池パネル２１を載置するための矩形板状部材であり、２３は各太陽電池パネル２１の接続部を保護するための継目カバー部材である。また２４は継目カバー押え部材、２５は接合部材としてのハトメ、２６は出力ケーブル、２７はコネクター等の出力接続部材である。
【００２２】
また図２は、本実施例の太陽電池モジュールの全体を示す平面図であり、図２に示すように本実施例の太陽電池モジュールは、電気的に並列接続された最大単位である並列太陽電池素子５０１を、その長手方向を継目カバー部材２３の長手方向とは実質的に垂直な向きに１３枚配列し、この１３枚を電気的に直列に接続して１枚の太陽電池パネル２１を構成し、更に８枚の太陽電池パネル２１を電気的に直列に接続して構成されている。
【００２３】
本実施例では、図２に示されるように、継目カバー部材２３による陰３０が生じても、並列太陽電池素子５０１の１枚分の面積全体が覆われることはない。そのため、それぞれの並列太陽電池素子５０１の出力電流は減少しても、出力電圧が減少することはなく、全体として期待どおりの出力電圧を得ることができる。
【００２４】
本実施例に用いる太陽電池としては、非晶質太陽電池素子を用い、ステンレススチール基板上に非晶質シリコン薄膜をＲＦグロー放電法を用いて、基板側からｎ，ｉ，ｐ，ｎ，ｉ，ｐの順に堆積し、透明電極を蒸着した後、小部分に分離し、櫛形電極を付け、各小部分を電気的に並列接続し、縦約１００ｍｍ、横約３００ｍｍの並列太陽電池素子５０１とした。次にこれを、縦方向に１３枚、約１ｍｍの間隔で隣接するように配列させ、銅製テープを用いて電気的に直列接続したものを一組として太陽電池パネル２１とし、これを８組作製した。
【００２５】
また、本実施例では、最終的に８枚の太陽電池パネル２１を電気的に直列接続することを考慮し、太陽電池を屋根材に接合した時点で、太陽電池パネル２１の下側左端の素子の形成されていない部分に陰極、下側右端の同様の部分に陽極の出力端子を設置できるように、前記の銅製テープを用いて太陽電池パネル２１の裏面に配線を施した。またその際、ステンレススチール製基板と銅製テープの絶縁の為、ポリエステルテープを用いた。
【００２６】
また上記の太陽電池パネル２１の表面及び裏面保護材として、予め表面をプラズマ処理された厚さ１００μｍ、縦１５００ｍｍ、横３２０ｍｍのシート状のテドラーフィルムを、また接着剤としてシート状のＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）を用いて、約１００℃で真空ラミネート加工し、一枚の太陽電池パネル２１とした。
【００２７】
そして太陽電池パネル２１の余白部分（素子の形成されていない部分）の左右端部に出力端子を設けて、出力ケーブル２６として断面積１．２５ｍｍ２  、長さ１ｍの銅製のケーブルをプラス、マイナスの各出力端子に半田付けし、シリコンゴムを用いて半田付け部分を絶縁防水した。出力ケーブル２６のもう一方の端には出力接続部材２７としてプラス側には雄型、マイナス側には雌型の１００Ｖ，１５Ａの２Ｐの防水コネクタを取り付けた。こうして作製した太陽電池パネル２１の一枚分の最大出力は約２５Ｗであった。
【００２８】
次に屋根材として以下のものを用意した。まず矩形板状部材２２は一方の表面をガルバリウム処理された鋼板製で、厚さ０．３５ｍｍ、長さ３０００ｍｍ、幅約３５０ｍｍのものである。これを図４のように、向かい合う２辺の端から約１５ｍｍ折り曲げ、短手方向の断面が「コ」の字になるようにしたものを８個用いた。
【００２９】
継目カバー部材２３は、矩形板状部材２２と同じ材質で厚さ０．３５ｍｍ、長さ３０００ｍｍ、幅９０ｍｍの板状鋼板を図３（ｂ）のように、短手方向の断面幅が約３０ｍｍの「コ」の字となるように折り曲げ、さらに長手方向の辺を端から約５ｍｍ内側へ折り曲げたものを９個用いた。但しこれらの部材の長手方向の端部は、図３（ａ）に示すように蓋状に形成されている。
【００３０】
継目カバー押え部材２４は、矩形板状部材２２及び継目カバー部材２３と同じ材質で厚さ０．３５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、幅８５ｍｍの板状鋼板を、図５のように短手方向の断面が「コ」の字になるように両端から各々３０ｍｍ折り曲げ、さらに外側へ１５ｍｍ折り曲げ、さらに内側へ約５ｍｍ折り曲げたものを３６個用いた。
【００３１】
以下に太陽電池パネル２１と矩形板状部材２２の接合手順を示す。
【００３２】
用意した矩形板状部材２２の表面には、各々予め作製しておいた太陽電池パネル２１を１枚ずつ、但し前述の並列接続された縦約１０ｃｍ、横約３０ｃｍの並列太陽電池素子５０１の長手方向（横方向）が、矩形板状部材２２の長手方向に実質的に垂直になるように配置し、矩形板状部材２２の折り曲げられた部分のうち太陽電池２１の出力ケーブル２６にあたる部分には、図４に示すように、各々出力ケーブル２６が通るだけの切り欠き６０１を設け、出力ケーブル２６を外側に出した。
【００３３】
次に裏面保護材のテドラーの表面に、市販のシリコン系接着剤を塗布して太陽電池パネル２１を矩形板状部材２２の表面に接着した後、さらにラミネートされた太陽電池パネル２１の太陽電池素子以外の部分の四隅に、直径約１０ｍｍのハトメ２５を用いて、矩形板状部材２２と太陽電池パネル２１を接合した。
【００３４】
これらの屋根材及び太陽電池を、屋根を模した縦３ｍ、横１５ｍの傾斜した木製の板上に、矩形板状部材２２の長手方向が屋根の上下方向に一致し、折り曲げた部分が上方を向き、隣接する矩形板状部材２２と各々２５ｍｍの間隔をもつように配置して固定した。その後それらの間隔部分の長手方向に約１０００ｍｍに一個の割合で継目カバー押え部材２４を配置し、固定した。
【００３５】
太陽電池の出力接続部材２７として雄型及び雌型防水コネクタは、隣接する矩形板状部材２２の間隔部分に配置し、直列接続のために雄型と隣の雌型、雌型と隣の雄型をはめ込んだ。
【００３６】
最後にこれらの継目カバー押え部材２４には、前述の継目カバー部材２３が上方からはめ込まれ、屋根材の継目が形成され、本発明の太陽電池モジュールが完成した。図６は、この継目部分の構成を示す断面図である。
【００３７】
なお、本実施例の部材の上述した長さ、厚さ等の数値は、特にこれらに限られるものではない。
（実験例１）
実施例１で作製した本発明の太陽電池素子の配列を有する太陽電池モジュールを用いて、本発明の並列太陽電池素子５０１の配列の有効性を確認する実験を行なった。本実験例に用いた太陽電池素子は、実施例１と同様にステンレススチール基板上に非晶質シリコン薄膜をＲＦグロー放電法を用いて基板側からｎ，ｉ，ｐ，ｎ，ｉ，ｐの順に堆積し、透明電極を蒸着した後、小部分に分離し、櫛形電極を付け、それぞれの小部分を電気的に並列接続して、縦約１００ｍｍ、横３００ｍｍの並列太陽電池素子５０１としたものを用いた。
【００３８】
本実験例においては、前記の並列太陽電池素子の単位５０１を、図２に示すように、その長手方向が継目カバー部材２３の長手方向に、実質的に垂直になるようにして配列し、合計１３枚を電気的に直列接続し、これを一組として８組用意した。
【００３９】
以下、上記の太陽電池素子の真空ラミネートの材料、手順と、出力端子、出力ケーブル及び防水コネクタの材質、取り付けは実施例１と同様とした。各々の太陽電池パネル２１の出力は約２５Ｗだった。
【００４０】
本実験は、太陽の高度が一年を通じて最も低く、従って物体の作る影がもっとも長い１２月に行なった。まず実施例１の屋根を模した木製板及び太陽電池モジュールを水平面に対して３０度傾斜し、かつ太陽電池が真南を向いた状態で、周囲に障害物のない平地に設置した。そして実施例１で直列接続した太陽電池の出力を、図８に示すような逆流防止手段を備えた１２０Ｖ用蓄電池システムに接続して、充電される電圧及び電流を常時測定記録した。同時に、今回用いた個々の太陽電池パネル２１を構成する縦約１０ｃｍ、横約３０ｃｍの並列太陽電池素子５０１が、継目カバー部材２３の作る影によって、どの程度覆われるかを目視で観察した。
【００４１】
その結果、前述のいずれの並列太陽電池素子５０１も継目カバー部材２３の作る影によって１枚分の面積が完全に覆われることは観測されず、また、太陽電池の出力が急激に著しく減少することも観測されず、当初の目的が達せられた。
（比較例１）
実験例１に対する比較例として、並列太陽電池素子５０１の配列が本発明の配列とは異なる太陽電池モジュールを試作し、実験例１と同様の実験を行なった。この実験では、個々の太陽電池パネル２１の電気的に並列接続された太陽電池素子の最大単位５０１の長手方向を、継目カバー部材２３の長手方向に平行な方向に一致させて配置した。
【００４２】
本比較例に用いた並列太陽電池素子５０１は、実験例１で用いたものと同じものを用い、図７に示すように、その長手方向が継目カバー部材２３の長手方向に平行になるように５枚並べ、その側方に同様に４枚、さらにその側方に同様に４枚、各々の間隔が約１ｍｍとなるように、合計１３枚配列し、これら１３枚を電気的に直列接続して太陽電池パネル２１とし、これを一組として８組用意した。
【００４３】
以下、上記の太陽電池素子の真空ラミネートの材料、手順と、出力端子、出力ケーブル及び防水コネクタの材質、取り付けは実験例１と同様とした。各々の太陽電池パネル２１の出力は約２５Ｗだった。また屋根材も実験例１と同様のものを同数用いた。
【００４４】
これらの屋根材及び太陽電池を、実験例１と同様の屋根を模した木製板上に、実験例１と同様の方法で固定し、太陽電池パネル８枚を直列接続し、最後に継目カバー２３をはめ込んで太陽電池モジュールを完成させた。
【００４５】
次に、この太陽電池モジュールを用いて、実験例１と同様に、１２月に、屋根を模した木製板及び太陽電池モジュールを、水平面に対して３０度傾斜し、かつ太陽電池が真南を向いた状態で、周囲に障害物のない平地に設置した。
【００４６】
そして本比較例で作製した太陽電池モジュールの出力を、実験例１と同じ、図８に示す逆流防止手段を備えた１２０Ｖ用蓄電池システムに接続し、充電される電圧及び電流を常時測定記録した。また同時に、個々の並列太陽電池素子の単位５０１の受光面にできる継目カバー２３による影のかかり方を目視で観察した。
【００４７】
その結果、太陽南中時前後の約２時間を除いて、継目カバー２３の影は、各々の矩形板状部材２２上の太陽電池パネル２１の１枚につき、少なくとも１枚以上の前記の並列太陽電池素子の単位５０１を完全に覆っており、それに対応して、蓄電池に充電される電力が低下し、さらに充電が行われない場合も観測された。
【００４８】
これは前記の並列太陽電池素子の単位５０１が、１枚あるいは複数枚完全に継目カバー部材２３の作った影に覆われたことにより、出力電流のみならず出力電圧が著しく低下し、蓄電池システムの充電電圧を満足することが困難となったことを示すものである。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池モジュールを設置する架台が不要となるため、架台費用が不要となるのみでなく、屋根上への設置作業が簡略化し、作業者の安全性も向上する。
【００５０】
さらに架台が不要になることと合わせて、出力ケーブル及び出力接続部材が屋根材の継目カバー部材の内側に収納されることによって、デザイン的に美しくまとまり、地域の景観に及ぼす悪影響も除去することができる。
【００５１】
また出力ケーブル及び出力接続部材が屋根材の継目カバー部材の内側に収納されることは、雨水や積雪等の外的環境からの出力ケーブル及び出力接続部材の長期的な保護が可能であり、漏電や感電、断線の防止に役立つ。
【００５２】
また各々の太陽電池において、電気的に並列接続された太陽電池素子の最大単位（並列太陽電池素子）の長手方向を、屋根材の継目カバー部材の長手方向に実質的に垂直な方向に配置することによって、屋根材の継目カバー部材が作り出す影が、個々の並列太陽電池素子の少なくとも一枚の受光面を完全に覆い、結果として太陽電池モジュールの出力が著しく減少することを防ぐことができる。
【００５３】
さらに前記の太陽電池において、少なくとも表面保護材と裏面保護材と非晶質シリコン太陽電池素子とを接着剤を用いて真空ラミネート加工したことにより、例えば裏面保護材の表面に接着剤を塗布したり、太陽電池素子以外の余白部分にハトメ等を用いることができ、前記矩形板状部材に接合することが容易になるという効果が得られる。
【００５４】
加えて、この真空ラミネート加工により、外的環境に対する耐久性を十分満足し、かつ強固なフレームを必要としない為、太陽電池の生産工程を減少させ、結果として生産性の向上、生産コストの低下が可能となる効果が得られる。
本発明によれば、電気的に並列接続された太陽電池素子の最大単位の長手方向を、前記継目カバー部材の長手方向と実質的に垂直な方向になるように配列することで、並列太陽電池素子５０１の１枚分の面積全体が覆われることはないようにして、出力電圧の減少を抑えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の屋根材と太陽電池の設置状態を示した概略斜視図である。
【図２】本発明の実施例の太陽電池モジュールの概略平面図である。
【図３】実施例で用いた屋根材のうち、継目カバー部材の外形及び長手方向に垂直な面の断面を示した概略斜視図である。
【図４】実施例で用いた屋根材のうち、矩形板状部材の外形を示した概略斜視図である。
【図５】実施例で用いた屋根材のうち、継目カバー押え部材の外形を示した概略斜視図である。
【図６】実施例で用いた各屋根材、及び各太陽電池の接続箇所の構造を示す概略断面図である。
【図７】従来例の配列による太陽電池モジュールを示す概略平面図である。
【図８】太陽電池モジュールを用いた蓄電池充電システムの一例を説明するための図である。
【符号の説明】
２１  太陽電池パネル
２２  矩形板状部材
２３  継目カバー部材
２４  継目カバー押え部材
２５  接合部材（ハトメ）
２６  出力ケーブル
２７  出力接続部材（コネクタ）
２８  屋根または構造部
３０  継目カバー部材による陰
５０１  電気的に並列接続された最大単位の太陽電池素子（並列太陽電池素子）
６０１  出力ケーブルを通す切り欠き
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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