(57)【要約】  【課題】  フィルムラミネート型の太陽電池モジュールにおいて、機械的負荷強度に優れ、かつ温度上昇を抑制することで光電変換効率を向上させたものを提供すること。  【解決手段】  光電変換モジュールとしての太陽電池モジュールは、内部に板状の太陽電池素子１が埋め込まれている透光性基板と、透光性基板の受光面側と反対側の主面に積層された保護層４と、保護層４の表面に太陽電池素子１と重なるように設置された金属部材５とを具備している。【選択図】  図１
2006156581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に板状の光電変換素子が埋め込まれている透光性基板と、該透光性基板の受光面側と反対側の主面に積層された保護層と、該保護層の表面に前記光電変換素子と重なるように設置された金属部材とを具備していることを特徴とする光電変換モジュール。
【請求項２】
前記光電変換素子は、多数個の結晶半導体粒子を用いたものであることを特徴とする請求項１記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記金属部材は、放熱部材に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池等の光電変換装置をモジュール化して成る光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池等に用いられる光電変換装置は、環境に対する負荷が少ないエネルギー源として利用が増えている。さらに、光電変換装置に要請される課題として、光電変換効率等の性能面の向上、製造コスト低減等が挙げられ、これらの改善に向けた絶え間ない開発努力が続けられている。また、光電変換モジュールとして、耐候性はもちろん機械的な強度も要請されている。
【０００３】
従来の太陽電池モジュールとしての光電変換モジュールの構成を図２に示す。強化白板ガラスから成るガラス板２の片方の主面に、光電変換素子としてシリコン多結晶基板型の太陽電池素子１をＥＶＡ樹脂中に埋め込んで成る透光性基板３を設け、透光性基板３のガラス板２と反対側の主面に樹脂製の保護層４を設けて熱硬化させ、周囲にアルミニウム製の枠を取り付けた太陽電池モジュールである。この太陽電池モジュールには、130ｋｍ／時の風圧にも耐え得るように、2400Ｐａの荷重に耐え得る機械的負荷強度が要求される。フィルムラミネート型の太陽電池モジュールでは、このような機械的負荷には耐えられないため、価格、重量の点で課題はあるものの利用されている大半の太陽電池モジュールは強化ガラスを用いたものとなっている。
【特許文献１】実開1990−129745号公報
【特許文献２】実用新案登録第3039163号公報
【特許文献３】特開1999−37570号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の光電変換モジュールにおいては、そのほとんどが強化ガラスを受光面側に配した構造となっているが、重量が重く、高価格であるという点で問題がある。
【０００５】
また、太陽光を受光した光電変換モジュールは温度が上昇し、このため光電変換効率が大きく低下するという問題があった。この低下率は数十％に及んでおり、クリーンエネルギーが望ましい効率で発電し得ないという問題があった。
【０００６】
例えば、図２の太陽電池モジュールにおいては、太陽光はガラス板２側より入射し、発電するための15〜20％以外の光エネルギーは一部が熱となるため、太陽電池素子１の温度は上昇する。従来の構造では熱はガラス板２または裏面側の樹脂製の保護層４からの熱放散しかなく、しかもガラスおよび樹脂は熱伝導が金属に比べて極めて悪いので、よく晴れた日では太陽電池モジュールの基板温度が80℃近くまで上昇してしまう。市場の大半を占めるシリコン太陽電池においては、基板の作動温度が１℃上昇するごとに光電変換効率は0.5％低下するといわれている。測定温度25℃との温度差が55℃あるため、変換効率は27.5％低下する。その結果、太陽電池の光電変換効率15％が実質10.9％程度しか得られないことになってしまう。
【０００７】
したがって、本発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、低価格で高強度の光電変換モジュールを得ることである。また、熱を効率的に伝導させて放散し、光電変換素子の温度上昇を防ぐことによって、本来の光電変換装置の能力を十分に発揮させ、高光電変換効率の光電変換モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光電変換モジュールは、内部に板状の光電変換素子が埋め込まれている透光性基板と、該透光性基板の受光面側と反対側の主面に積層された保護層と、該保護層の表面に前記光電変換素子と重なるように設置された金属部材とを具備していることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光電変換モジュールにおいて好ましくは、前記光電変換素子は、多数個の結晶半導体粒子を用いたものであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の光電変換モジュールにおいて好ましくは、前記金属部材は、放熱部材に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光電変換モジュールによれば、内部に板状の光電変換素子が埋め込まれている透光性基板と、透光性基板の受光面側と反対側の主面に積層された保護層と、保護層の表面に光電変換素子と重なるように設置された金属部材とを具備していることにより、例えばフィルムラミネート型の光電変換モジュールとして構成した場合に、金属部材によって強度が向上し保持される。また、熱伝導性の良好な金属部材によって光電変換素子の温度上昇を抑制することができ、光電変換素子の作動温度が高くなることに起因する光電変換効率の低下を防ぎ、発電能力ロスを減少させることによって、高光電変換効率の光電変換モジュールを提供することができる。
【００１２】
本発明の光電変換モジュールにおいて好ましくは、光電変換素子は、多数個の結晶半導体粒子を用いたものであることにより、結晶半導体粒子を設置するための基板が金属基板であることから、熱伝導性が良くかつ外力による曲げ応力に対し強いものとなる。従って、金属部材による熱伝達性が良好であり、かつ金属部材による補強効果に併せて光電変換素子自体による補強効果が働くため、外力による曲げ応力に対しても高強度のものとなり、電気的特性および機械的特性が劣化することがない。
【００１３】
また、本発明の光電変換モジュールにおいて好ましくは、金属部材は、放熱部材に接続されていることにより、光電変換素子で受光し光電変換しきれずに熱エネルギーとなった太陽エネルギーを放熱部材に伝熱して外部に効率的に放散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の光電変換モジュールについて図面に基づいて以下に詳細に説明する。
【００１５】
本発明の光電変換モジュールとしての太陽電池モジュールの構成を図１に示す。図１の太陽電池モジュールは、基本的構成は図２のものと同様であるが、保護層４の表面に光電変換素子である太陽電池素子１と重なるように設置された金属部材５を有する。また、従来のガラス板ではなく樹脂製の保護層６が受光側に設けられている。このように、本発明の太陽電池モジュールは、フィルムラミネート型であり、太陽電池素子１のすぐ裏側に金属部材５を貼り付けている。これにより、太陽電池モジュールの機械的負荷強度を維持し、太陽電池素子で発生する熱を金属部材５によって外部に熱伝導し、有効に放散させることができる。
【００１６】
受光面側の保護層６として、耐候性のあるフッ素系樹脂フィルムを用い、その下にＥＶＡ樹脂などの熱硬化型樹脂、太陽電池素子１を複数接続した太陽電池素子アレイ、ＥＶＡ樹脂などの熱硬化型樹脂、受光面側と反対側の樹脂製の保護層４を重ねて、真空に引きながら加熱して一体となった板状の太陽電池モジュールを作製する。この太陽電池モジュールの周囲にアルミニウム製の枠を設けただけでは好適な機械的負荷強度を得るには不十分である。そこで、本発明においては、引き抜き法で作製された断面形状がＴ型、Ｌ型またはコ字型の長板状の金属部材５を太陽電池モジュールの長さ分に切断し、互いに接続されて成る太陽電池素子アレイの各列の裏面側に、太陽電池素子の少なくとも一部に重なるようにシリコーン樹脂等で接着する。そして、金属部材５の端部を周囲の枠に嵌め込むか組み付ける構造とし、金属部材５を補強部材として付加する。
【００１７】
金属部材５は、上記のように断面形状がＴ型、Ｌ型またはコ字型の長板状のものが好ましい。金属部材５が単なる平板状のものである場合、外力によって大きく撓み易く、強度的に弱い。また、金属部材５は、その裏面全面に放熱フィンの付いた金属板とすると重量が増えるため好ましくない。この金属部材５の材質はアルミニウム、鉄、銅またはこれらの金属を一部含有する合金が適している。
【００１８】
本発明において、光電変換素子は、多数個の結晶半導体粒子を用いたものであることが好ましい。すなわち、従来のシリコン製の板状の太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールは、厚みが薄く若干の撓みがあっても容易に割れず、しなうことができる。しかしながら、撓みとその開放が長期間繰り返されると、クラックが入って最後には割れてしまい、断線する可能性もある。これに対して、アルミニウム製の導電性基板上にシリコン製の結晶半導体粒子を多数個配設したボール型の太陽電池は、結晶半導体粒子を設置するための導電性基板が金属基板であることから、熱伝導性が良くかつ外力による曲げ応力に対し強いものとなる。従って、金属部材５による熱伝達性が良好であり、かつ金属部材５による補強効果に併せて光電変換素子自体による補強効果が働くため、外力による曲げ応力に対しても高強度のものとなり、電気的特性および機械的特性が向上する。
【００１９】
本発明の金属部材５は、太陽光を受光したとき発生する熱を外部に有効に伝熱させ放散させる役割も担っている。金属部材５は、太陽電池素子１と反対側の主面の一部にフィンを設けることもでき、その場合太陽電池素子１から受け取った熱をフィンで放散するとともに、太陽電池モジュール周囲の枠に伝熱する効果もある。熱をさらに有効に放散させるためには、金属部材５を太陽電池モジュールよりも外部に延出させ、金属部材５を流水に浸して冷却したり、あるいは金属部材５の延出した端部を土壌に埋めることにより地中に放熱することも効果的である。
【００２０】
本発明においては、太陽電池モジュール周囲の枠に伝熱管（ヒートパイプ）を接続し、金属部材５で伝導された熱をさらに有効に外部に放散させることもできる。また、ヒートパイプを太陽電池モジュールの面に敷き詰めると高価となってしまうので、太陽電池モジュールの枠の部分からのみ熱を取り出す構成が良い。また、ヒートパイプの熱を放出する他端部を水冷したり、風通しのよい場所に空冷フィンを取り付けて放熱することもできる。とりわけ、年間を通じて地下の温度が上らないことを利用して、ヒートパイプの熱を放出する他端部を地中に埋め込んで放散する構成が好ましい。また、ヒートパイプの熱を放出する他端部を地中を長く伸びている水道管に接続し、金属製の水道管の熱伝導で地中に熱放散することも有効である。特に、温水用の水道管に適用すればエネルギーの節約にもつながる。
【００２１】
金属部材５は、保護層４の裏面に太陽電池素子１と重なるように設置される。金属部材５は太陽電池素子１の中央に設置された方が好ましいが、金属部材５の少なくとも一部が光電変換素子と重なればよい。また、太陽電池素子１に対して金属部材５が複数本設置されていても良く、その場合熱放散性が向上する。例えば、太陽電池素子１の中央のみならず、左右端にも金属部材５が設置されれば、放散熱が分散できるので効率的に伝熱させることができる。さらに、金属部材５の３本で太陽電池素子１を保持することにより、太陽電池素子１の耐曲げ性を向上させることができる。なお、金属部材５は、平面視でその幅が太陽電池素子１とほぼ同じであってよいが、補強効果および良好な放熱性の点では金属部材５の幅が太陽電池素子１よりも若干広い方がよい。
【００２２】
上述したように、本発明の太陽電池モジュールは、機械的負荷強度が向上するとともに、コスト的に主要な部品である太陽電池素子の光電変換効率を改善することで、エネルギー供給能力を向上させることができる。
【実施例】
【００２３】
本発明の光電変換モジュールとしての太陽電池モジュールの実施例を以下に説明する。
【００２４】
図１に示すように、受光面側の樹脂製のコートフィルム（保護層６）と、受光面と反対側の主面の樹脂製の保護層４との間に、太陽電池素子１をＥＶＡ樹脂（透光性基板３）で挟み込んだラミネート型の太陽電池モジュールを作製した。これに、引き抜き法で作製したアルミニウム製の断面形状Ｔ型の長板状の金属部材５を太陽電池モジュールの長さ分に切断し、シリコーン樹脂で太陽電池モジュールの保護層４の表面に接着した。金属部材５の幅は50ｍｍ程度、長さは1000ｍｍ程度であり、太陽電池素子１よりも平面視で若干小さく、かつ金属部材５の中心部が太陽電池素子１の中心部に重なるように取り付けた。
【００２５】
このような本発明のフィルムラミネート型の太陽電池モジュールでは、従来ガラス板によって得られていた強度よりも劣るという課題があったが、本発明の金属部材５の補強効果により太陽電池モジュール全体の強度が大きく向上した。また、多結晶シリコンを用いた板状の太陽電池素子は、撓みによって太陽電池モジュールの基板が割れたり、クラックが入るなどの危険性が残るが、本発明のボール型の太陽電池素子は0.5ｍｍ程度の厚さのアルミニウム製の導電性基板上に形成しているため、撓みに強く、信頼性が優れていることが確認された。
【００２６】
太陽電池素子１で発生する熱は、保護層４，６表面からの放散に加え、金属部材５による熱伝導で枠に伝わり、また金属部材５に設けられたフィンの放熱効果で熱放散が促進された。この結果、太陽電池モジュールの温度は、風速１ｍ／ｓの状態で、従来の太陽電池モジュールの温度よりも18℃以上低下していることが確認された。このことにより、光電変換効率は12％を維持できることがわかった。
【００２７】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施しても何ら差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の太陽電池モジュールについて実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の太陽電池モジュールの例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・太陽電池素子
３・・・透光性基板
４・・・保護層
５・・・金属部材
６・・・保護層
【図１】
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【図２】
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