(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に配置された複数の光電変換素子と、
光電変換素子の受光面側に配置された透光板と、
光電変換素子の背面側に配置されたバックカバー部材と、
透光板とバックカバー部材との間に充填された充填材と、
光電出力を外部に取り出すためのリード線とを備える太陽電池モジュールにおいて、
バックカバー部材には、リード線が通過するための開口部が形成され、
該開口部を覆うためのマット部材がバックカバー部材の内側に配置され、バックカバー部材およびマット部材は、同一の金属箔を含む材料で構成され、バックカバー部材とマット部材とは直接接触しており、リード線は、前記開口部と異なる位置でマット部材を貫通していることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
リード線は、前記開口部と異なる位置でマット部材を迂回してい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】
マット部材の両面および端面は、電気絶縁材料で被覆されていることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
リード線がマット部材を貫通する貫通孔は、スリット形状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５】
前記開口部は、スリット形状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６】
前記スリット形状は、スリットおよびスリット両端に形成された丸孔から成ることを特徴とする請求項４または５記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
リード線は、電気絶縁材料で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８】
前記開口部の外側には、リード線と外部ケーブルとを接続するための出力端子箱が設置され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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防火性能を備えた太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
平成９年１２月に地球温暖化防止京都会議（ＣＰ３）  の議定書が採択され、地球温暖化防止策として１９９０年におけるＣＯ２  等の排出量を基準として２００８年〜２０１２年の間に地球規模で５％削減することが目標とされた。
【０００３】
我が国の住宅等で消費される民生エネルギーは近年着実に拡大しているため、住宅用太陽光発電システムがクリーンエネルギー源として期待され、需要も伸びている。この需要拡大に対応して、太陽光発電システムを住宅の屋根等に設置する場合の個人向け補助制度が１９９４年にシステムモニター事業（１９９７年に住宅用太陽光発電導入基盤整備事業に改変）としてスタートして、個人住宅向け需要が着実に拡大している。また、閣議決定された新エネルギー導入大綱に基づいて、太陽光発電システムをより普及させるにはユーザの経済的メリットを増加させる必要があり、モジュール本体だけでなく、架台や周辺設備、工事費用等を含むシステム全体の低コスト化を図ることが重要になる。
【０００４】
太陽電池モジュールを屋根葺材として兼用する建材一体化タイプは、施工の合理化、低コスト化の点で有望視されているが、建築基準法によって一定の制約がある。建築基準法第２２条、第２５条、第６３条は「住宅の屋根を不燃材で造り又は葺かなければならない。」と規定されているため、建材一体型太陽電池モジュールも同様な性能が要求される。
【０００５】
従来の住宅用太陽電池モジュールは、１）不燃材である屋根材の上に架台を設置して、この架台に太陽電池モジュールを搭載する工法、２）架台を省く場合は、金属屋根材で葺いて太陽電池モジュールを搭載する工法、を採用していたため、施工費用の低減が困難であった。
【０００６】
一方、平成１０年６月改正、平成１２年施行の改正建築基準法では、「屋根の構造は通常の火災を想定した火の粉による建築物の火災の発生を防止するために屋根に必要とされる性能に関して建築物の構造、用途の区分に応じて政令で定める技術基準に定めるもので、建設大臣が定めた構造方法を用いるもの又は建設大臣の認定を受けたものとしなければならない。」と規定された。
【０００７】
屋根の屋外側には、隣棟火災や市街地火災からの火災、輻射熱及び飛び火に対する安全性が要求される。この法改正によって、国際標準化機構ＩＳＯで検討されている「屋根の外部火災加熱試験方法（案）」に準じた試験を行ない、更に設置地域等を限定することによって、不燃材料で屋根を葺くのと同等以上の防火性能を有することを立証し、防災評定委員会にて評定を受け、建設大臣の認定を受ければ、建材一体型太陽電池モジュールの市場供給が可能になる。
【０００８】
試験の合格判定基準は、住宅屋根野地板に直接取り付けた建材一体型太陽電池モジュールの上に火種を置いて燃え尽きた後、野地板を燃焼により貫通させないことが条件である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の住宅用太陽電池モジュールは、モジュール充填材として可燃物であるＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を使用しているため、試験時に野地板まで燃え抜けてしまう。この対策として、太陽電池モジュールの裏面バックカバーとして鋼板入りフィルムを採用することによって燃え抜けを防止している。
【００１０】
しかしながら、火種を出力端子箱の直上に置いて試験を行なうと、出力端子箱へ導入されるリード線を通すためにバックカバーに形成された穴からＥＶＡがガス化して吹き出し、着火して野地板まで燃え抜けてしまう。
【００１１】
本発明の目的は、防火試験の合格条件を満足し、防火性能を備えた太陽電池モジュールを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平面状に配置された複数の光電変換素子と、
光電変換素子の受光面側に配置された透光板と、
光電変換素子の背面側に配置されたバックカバー部材と、
透光板とバックカバー部材との間に充填された充填材と、
光電出力を外部に取り出すためのリード線とを備える太陽電池モジュールにおいて、
バックカバー部材には、リード線が通過するための開口部が形成され、
該開口部を覆うためのマット部材がバックカバー部材の内側に配置され、バックカバー部材およびマット部材は、同一の金属箔を含む材料で構成され、バックカバー部材とマット部材とは直接接触しており、リード線は、前記開口部と異なる位置でマット部材を貫通していることを特徴とする太陽電池モジュールである。
【００１３】
本発明に従えば、開口部を覆うようにマット部材をバックカバー部材の内側に配置することによって、充填材はマット部材およびバックカバー部材の両方によって封入される。したがって防火試験の際に火種を開口部近傍の屋外側に置いた場合、温度上昇によって充填材がガス化したとしても、開口部はマット部材で覆われているため、充填材ガスが開口部から吹き出すことを阻止でき、野地板までの燃え抜けを防止できる。バックカバー部材およびマット部材は、同一の金属箔を含む材料で構成されるので、バックカバー部材およびマット部材の熱膨張係数が一致するため、太陽電池モジュールの製造工程、たとえば真空ラミネート等の封止一体化加工工程において熱応力がかかった場合でも、エアの巻き込みによる気泡発生を防止でき、歩留まりを改善できる。また、防火試験の際に火種によって熱応力がかかった場合でも、バックカバー部材およびマット部材の熱変形が一致するため、耐熱強度を向上できる。バックカバー部材とマット部材とは直接接触しているので、バックカバー開口部およびマット開口部の直下は、互いにそれぞれが相対しており、可燃性有機材料が存在しないので、そのガス化による噴出の懸念もない。リード線は、前記開口部と異なる位置でマット部材を貫通しているので、リード線がマット部材を貫通することによって、マット部材を機械的に位置決めできる。そのため防火試験の際に充填材のガス圧力によってバックカバー部材およびマット部材が膨らんだ場合でも、マット部材の位置ずれを防止できる。また、リード線がマット部材を貫通する貫通孔の位置が開口部位置と異なることによって、充填材の封止が確実になる。
【００１４】
また、マット部材とバックカバー部材との間に充填材が存在しないようにマット部材をバックカバー部材に密着させることが好ましく、これによって封入強度を向上できる。
【００１５】
なお、本発明が適用可能な太陽電池モジュールとして、ａ）透光板、充填材、太陽電池セル、バックカバー部材で構成されたスーパーストレート構造の結晶系太陽電池モジュール、ｂ）透光性絶縁基板の上に透明導電膜電極、光電変換層、裏面電極膜層が積層されたユニットセル、充填材、バックカバー部材で構成されたスーパーストレート構造の集積型薄膜太陽電池モジュール、等が例示できる。
【００２２】
また本発明は、リード線は、前記開口部と異なる位置でマット部材を迂回していることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、リード線がマット部材を迂回することによって、リード線がマット部材の端面を押え込むように機能する。そのため防火試験の際に充填材のガス圧力によってバックカバー部材およびマット部材が膨らんだ場合でも、マット部材の位置ずれを防止できる。また、リード線がマット部材を貫通する貫通孔の位置が開口部位置と異なることによって、充填材の封止が確実になる。
【００２４】
さらに、マット部材が一様な気密性を保持できるため、太陽電池モジュールの製造工程、たとえば真空ラミネート等の封止一体化加工工程においてエアの巻き込みによる気泡発生を防止でき、歩留まりを改善できる。
【００２５】
また本発明は、マット部材の両面および端面は、電気絶縁材料で被覆されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、マット部材と光電変換素子、リード線およびその他の導電性部材との間の電気的短絡を確実に防止できる。
【００２７】
また本発明は、リード線がマット部材を貫通する貫通孔は、スリット形状であることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、貫通孔の開口面積を小さくできるため、防火試験の際に万一充填材ガスが貫通孔から流出した場合でも、ガス噴出量を抑制できる。
【００２９】
また本発明は、前記開口部は、スリット形状であることを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、開口部の開口面積を小さくできるため、防火試験の際に万一充填材ガスが開口部から流出した場合でも、ガス噴出量を抑制できる。
【００３１】
また本発明は、前記スリット形状は、スリットおよびスリット両端に形成された丸孔から成ることを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、スリット両端に丸孔を形成することによって、スリット両端での応力集中を緩和できる。そのため防火試験の際に充填材のガス圧力によってバックカバー部材およびマット部材が膨らんで万一破れた場合でも、連続した亀裂がスリット両端の丸孔で止まるため、被害を最小限に留めることができる。
【００３３】
また本発明は、リード線は、電気絶縁材料で被覆されていることを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、リード線と光電変換素子、マット部材、バックカバー部材およびその他の導電性部材との間の電気的短絡を確実に防止できる。
【００３５】
また本発明は、前記開口部の外側に、リード線と外部ケーブルとを接続するための出力端子箱が設置されることを特徴とする。
【００３６】
本発明に従えば、開口部の外部空間を出力端子箱によって封入できるため、防火試験の際に充填材ガスが開口部から流出した場合でも、ガス噴出量を抑制できる。また、外部ケーブルの結線作業が容易になるため、施工費用の低減化が図られる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態の構成を示す断面図であり、図２はその分解斜視図である。太陽電池モジュールは、平面状に配置された複数の太陽電池セル１と、太陽電池セル１の受光面側に配置された白板強化ガラス３と、太陽電池セル１の裏面側に配置されたバックカバー１０と、白板強化ガラス３とバックカバー１０との間に充填された受光面側充填材４および裏面側充填材５と、太陽電池セル１が出力する光電出力を外部に取り出すためのリード線６などで構成される。
【００３８】
太陽電池セル１は、図１に示すように、隣接するセル同士の受光面側電極と裏面側電極とがインタコネクタ２によって交互に接続され、ストリング状に直列的に配置される。また図２に示すように、複数のストリングが並列的に接続され、モジュール全体の光電出力はリード線６によって外部に伝送される。インタコネクタ２は、ハンダディップ銅リボン線（電気用荒引銅線）等で形成される。
【００３９】
太陽電池セル１は白板強化ガラス３とバックカバー１０とで挟まれ、白板強化ガラス３と太陽電池セル１との間には受光面側充填材４が装填され、太陽電池セル１とバックカバー１０と間には裏面側充填材５が装填される。受光面側充填材４および裏面側充填材５は透光性、電気絶縁性を有する素材で構成され、たとえばＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）が使用でき、両者は真空ラミネート工程において熱架橋融着して一体化する。
【００４０】
こうした積層構造によって太陽電池セル１を封止して、気密性、防水性、電気絶縁性等を確保している。また、白板強化ガラス３およびバックカバー１０の周囲は補強用のフレーム（不図示）で囲われている。
【００４１】
バックカバー１０は、耐熱性、可撓性、電気絶縁性を有する素材で構成され、たとえば厚さ５０μｍの亜鉛メッキ鋼板の表裏を厚さ５０μｍの合成樹脂フィルム（ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート）でコートしたサンドイッチ構造のものが使用できる。
【００４２】
バックカバー１０にはリード線取り出し用のバックカバー開口部１１が形成され、リード線６はバックカバー開口部１１を通過して外部に導出される。バックカバー開口部１１の外側には、出力端子箱開口部１２を持つ出力端子箱１３が設置され、出力端子箱１３の内部でリード線６と出力端子ケーブル１４とが結線処理される。
【００４３】
マット７はバックカバー開口部１１を覆うように、バックカバー１０の内側に密着配置され、モジュール内部の気密性を確保している。このとき、バックカバー１０とマット７の間には充填接着剤（たとえばＥＶＡ）は一切介在しておらず、両者は直接接触している。したがって、バックカバー開口部１１から可燃性の充填接着剤が火炎による加熱等によってガス化し噴出することがない。マット７は耐熱性、可撓性、電気絶縁性を有する素材で構成され、バックカバー１０と同一の素材が好ましく、たとえば上述のＰＥＴ−亜鉛メッキ鋼板−ＰＥＴのサンドイッチ構造のものが使用できる。マット７およびバックカバー１０は同一の金属箔を含む材料で構成することによって両者の熱膨張係数が一致するため、熱応力が印加される製造工程や防火試験の際にしわや破れが生じない。
【００４４】
マット７には、図１に示すように、リード線取り出し用のマット開口部８がバックカバー開口部１１と異なる位置に形成され、リード線６はモジュール内部からマット開口部８を通過し、マット７とバックカバー１０との間に挟み込まれ、さらにバックカバー開口部１１を通過して外部に導出される。
【００４５】
図３はマット７の形状を示す平面図である。マット７の端面は金属箔の切断面が露出するため、マット端面絶縁処理テープ９で被覆している。テープ９の材質は電気絶縁耐圧性がＤＣ５ｋＶ以上のものが好ましく、たとえばカプトンテープ等が使用でき、さらにＵＬ規格等の難燃規格に合格している材料が好ましい。マット開口部８の端面も同様な電気絶縁処理テープで被覆される。
【００４６】
こうした電気絶縁処理をマット７に施すことによって、マット７と他の導電性部材、たとえば太陽電池セル１、インタコネクタ２、リード線６等との間の電気的短絡を確実に防止できる。
【００４７】
またリード線６も同様に電気絶縁材料で被覆することによって、リード線６と他の部材、たとえば太陽電池セル１、インタコネクタ２、マット７、バックカバー１０との間の電気的短絡を確実に防止できる。
【００４８】
マット開口部８は、開口面積をできるだけ小さくするためスリット形状を成している。特にスリットの両端には丸孔状のスリットストッパー４１を形成することによって両端での応力集中を緩和しているため、亀裂が生じた場合に亀裂が拡大するのを防止できる。また、リード線６がマット７を貫通することによって、マット７を機械的に位置決めできる。
【００４９】
一方、バックカバー１０のバックカバー開口部１１も同様に、開口面積をできるだけ小さくするためスリット形状を成し、さらにスリット両端には丸孔状のスリットストッパーを形成することが好ましい。
【００５０】
以上のように構成された太陽電池モジュールを野地板の上に搭載して防火試験（飛び火試験）を実施したところ、野地板への燃え抜けが無く、良好な防火性能が得られ、建材一体型太陽電池モジュールとして実用化できる結果が得られた。
【００５１】
特に火種をバックカバー開口部１１近傍の屋外側に置いた場合、温度上昇によって充填材４，５がガス化したとしても、バックカバー開口部１１の内側はマット７で覆われているため、充填材ガスがバックカバー開口部１１から吹き出すことが無い。またマット開口部８の外側もバックカバー１０によって覆われているため、充填材ガスがマット開口部８から漏れることが無い。
【００５２】
また、バックカバー開口部１１およびマット開口部８はスリット形状であるため、防火試験の際に充填材ガスがスリットから万一流出した場合でも、ガス噴出量を格段に抑制できる。さらに、各開口部の位置でバックカバー１０やマット７に亀裂が生じた場合でも、スリット両端に丸孔状のスリットストッパーを形成しているため、亀裂が連続して拡大するのを防止できる。
【００５３】
また、バックカバー開口部１１の外側に出力端子箱１３を設置することによって、バックカバー開口部１１の封止性が向上し、防火試験の際に充填材ガスがバックカバー開口部１１から万一流出した場合でも、ガス噴出量を格段に抑制できる。
【００５４】
図４は本発明の第２実施形態の構成を示す断面図であり、図５はその分解斜視図である。本実施形態の全体構成は、図１のものと同様であるが、マット７にマット開口部８を形成せずに、リード線６がマット７の端面を迂回している点が相違する。
【００５５】
太陽電池モジュールは、平面状に配置された複数の太陽電池セル１と、太陽電池セル１の受光面側に配置された白板強化ガラス３と、太陽電池セル１の裏面側に配置されたバックカバー１０と、白板強化ガラス３とバックカバー１０との間に充填された受光面側充填材４および裏面側充填材５と、太陽電池セル１が出力する光電出力を外部に取り出すためのリード線６などで構成される。
【００５６】
太陽電池セル１は、図４に示すように、隣接するセル同士の受光面側電極と裏面側電極とがインタコネクタ２によって交互に接続され、ストリング状に直列的に配置される。また図５に示すように、複数のストリングが並列的に接続され、モジュール全体の光電出力はリード線６によって外部に伝送される。インタコネクタ２は、ハンダディップ銅リボン線（電気用荒引銅線）等で形成される。
【００５７】
太陽電池セル１は白板強化ガラス３とバックカバー１０とで挟まれ、白板強化ガラス３と太陽電池セル１との間には受光面側充填材４が装填され、太陽電池セル１とバックカバー１０と間には裏面側充填材５が装填される。受光面側充填材４および裏面側充填材５は透光性、電気絶縁性を有する素材で構成され、たとえばＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）が使用でき、両者は真空ラミネート工程において熱架橋融着して一体化する。
【００５８】
こうした積層構造によって太陽電池セル１を封止して、気密性、防水性、電気絶縁性等を確保している。また、白板強化ガラス３およびバックカバー１０の周囲は補強用のフレーム（不図示）で囲われている。
【００５９】
バックカバー１０は、耐熱性、可撓性、電気絶縁性を有する素材で構成され、たとえば厚さ５０μｍの亜鉛メッキ鋼板の表裏を厚さ５０μｍの合成樹脂フィルム（ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート）でコートしたサンドイッチ構造のものが使用できる。
【００６０】
バックカバー１０にはリード線取り出し用のバックカバー開口部１１が形成され、リード線６はバックカバー開口部１１を通過して外部に導出される。バックカバー開口部１１の外側には、出力端子箱開口部１２を持つ出力端子箱１３が設置され、出力端子箱１３の内部でリード線６と出力端子ケーブル１４とが結線処理される。
【００６１】
バックカバー開口部１１は、開口面積をできるだけ小さくするためスリット形状を成し、さらにスリット両端には丸孔状のスリットストッパーを形成することが好ましい。
【００６２】
マット７はバックカバー開口部１１を覆うように、バックカバー１０の内側に密着配置され、モジュール内部の気密性を確保している。マット７は耐熱性、可撓性、電気絶縁性を有する素材で構成され、バックカバー１０と同一の素材が好ましく、たとえば上述のＰＥＴ−亜鉛メッキ鋼板−ＰＥＴのサンドイッチ構造のものが使用できる。マット７およびバックカバー１０は同一の金属箔を含む材料で構成することによって両者の熱膨張係数が一致するため、熱応力が印加される製造工程や防火試験の際にしわや破れが生じない。
【００６３】
リード線６は、モジュール内部からマット７の端面を迂回して、マット７とバックカバー１０との間に挟み込まれ、さらにバックカバー開口部１１を通過して外部に導出される。
【００６４】
こうしたリード線６の配置によって、リード線６がマット７の端面を押え込むように機能するため、防火試験の際に充填材ガスの圧力によってバックカバー１０やマット７が膨らんだ場合でも、マット７の位置ずれを防止できる。さらに、マット７が一様な気密性を保持できるため、真空ラミネート等の封止一体化加工工程においてエア巻き込みによる気泡発生を防止でき、歩留まりを改善できる。
【００６５】
マット７の端面は金属箔の切断面が露出するため、カプトンテープ等のマット端面絶縁処理テープ９で被覆している。こうした電気絶縁処理をマット７に施すことによって、マット７と他の導電性部材、たとえば太陽電池セル１、インタコネクタ２、リード線６等との間の電気的短絡を確実に防止できる。
【００６６】
以上のように構成された太陽電池モジュールを野地板の上に搭載して防火試験（飛び火試験）を実施したところ、野地板への燃え抜けが無く、良好な防火性能が得られ、建材一体型太陽電池モジュールとして実用化できる結果が得られた。
【００６７】
特に火種をバックカバー開口部１１近傍の屋外側に置いた場合、温度上昇によって充填材４，５がガス化したとしても、バックカバー開口部１１の内側はマット７で覆われているため、充填材ガスがバックカバー開口部１１から吹き出すことが無い。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、開口部を覆うようにマット部材をバックカバー部材の内側に配置することによって、充填材はマット部材およびバックカバー部材の両方によって封入される。したがって防火試験の際に火種を開口部近傍の屋外側に置いた場合、温度上昇によって充填材がガス化したとしても、開口部はマット部材で覆われているため、充填材ガスが開口部から吹き出すことを阻止でき、野地板までの燃え抜けを防止できる。
【００６９】
また、バックカバー部材およびマット部材は同一の金属箔を含む材料で構成することによって、両者の熱膨張係数が一致するため、製造工程におけるエア巻き込みを防止でき、さらに耐熱強度を向上できる。リード線は、前記開口部と異なる位置でマット部材を貫通しているので、リード線がマット部材を貫通することによって、マット部材を機械的に位置決めできる。そのため防火試験の際に充填材のガス圧力によってバックカバー部材およびマット部材が膨らんだ場合でも、マット部材の位置ずれを防止できる。
【００７０】
また、リード線がマット部材を貫通したり、あるいは迂回するように構成することによって、マット部材を機械的に位置決めでき、マット部材の位置ずれを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の構成を示す分解斜視図である。
【図３】マット７の形状を示す平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１  太陽電池セル
２  インタコネクタ
３  白板強化ガラス
４  受光面側充填材
５  裏面側充填材
６  リード線
７  マット
８  マット開口部
９  マット端面絶縁処理テープ
１０  バックカバー
１１  バックカバー開口部
１２  出力端子箱開口部
１３  出力端子箱
１４  出力端子ケーブル
【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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