(57)【要約】【課題】  枠材付き太陽電池モジュールで、バイパスダイオードが、枠材と干渉し破損するのを防ぐ。【解決手段】  少なくとも光起電力素子と、前記光起電力素子の被覆材と、バイパスダイオードと、裏面保護部材と枠材からなる枠材付き太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護部材は貫通孔もしくは凹部を有し、前記貫通孔もしくは前記凹部に前記バイパスダイオードが埋め込まれて設けられ、前記バイパスダイオードは前記枠材に挿入される領域内に設けられていることを特徴とする。【選択図】  図６
2006165172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光起電力素子と、前記光起電力素子の被覆材と、バイパスダイオードと、裏面保護部材と枠材からなる枠材付き太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護部材は貫通孔もしくは凹部を有し、前記貫通孔もしくは前記凹部に前記バイパスダイオードが埋め込まれて設けられ、前記バイパスダイオードは前記枠材に挿入される領域内に設けられていることを特徴とする枠材付き太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記貫通孔の径は前記バイパスダイオードの径よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の枠材付き太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記裏面保護部材に設けられた前記凹部はバイパスダイオード下のみに設けられていることを特徴とする請求項1に記載の枠材付き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、少なくとも光起電力素子と、前記光起電力素子の被覆材と、バイパスダイオードと、裏面保護部材と枠材からなる枠材付き太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護部材は貫通孔もしくは凹部を有し、前記貫通孔もしくは前記凹部に前記バイパスダイオードが埋め込まれて設けられ、前記バイパスダイオードは前記枠材挿入される領域内に設けられていることを特徴とする枠材付き太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、環境に対する意識の高まりが、世界的な広がりを見せている。中でもCO2の増加による温室効果で地球の温暖化が生じることが予測され、CO2を排出しないクリーンなエネルギーが求められている。太陽電池は現在のところ、クリーンなエネルギー源として、そのクリーンさと安全性と取り扱い易さから特に期待されている。
【０００３】
太陽電池には様々な形態がある。代表的なものとしては、結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、薄膜結晶太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、アモルフアスシリコン太陽電池、銅インジウムセレナイド太陽電池、化合物半導体太陽電池などがある。この中で、薄膜結晶シリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、銅インジウムセレナイド太陽電池などの薄膜系太陽電池は比較的低コストで大面積化が可能であり、また、使用原料が少ないという利点を有するために、最近では各方面で活発に研究開発が進められている。
【０００４】
これら薄膜系太陽電池は、ガラス、セラミック、ステンレス、樹脂フィルムなどの基板上に形成されるが、ステンレスあるいは樹脂フィルムを基板として用いた場合は、軽量でかつ耐衝撃性、フレキシブル性に富んだ太陽電池モジュールとすることができる。ただ、ガラス基板上に半導体光活性層を堆積して、ガラス基板側を光入射面とする場合と異なり、光入射側表面を透明な被覆材で覆い、太陽電池を保護する必要がある。また、裏面には機械的強度を補強するために裏面保護部材が用いられることがある。また、複数の光起電力素子を電気接続した時には必要に応じてバイパスダイオードが設けられ、影などの影響による負荷を経由した太陽電池への逆電圧の印加を防止している。薄膜系太陽電池は逆耐圧が小さいため、光起電力素子１つに対して１つのバイパスダイオードを並列接続するようなものが多い。
【０００５】
また、これら薄膜系太陽電池を用いた太陽電池モジュールは、真空ラミネート法でシート状の樹脂等を積層し、真空ラミネート装置で、加熱脱気して成型する。バイパスダイオードは複数存在し、光起電力素子１枚毎に並列接続することになれば、光起電力素子近傍に存在する必要があり、そのためには、バイパスダイオードもいっしょにラミネートする必要がある。電極タブ上や直下にバイパスダイオードを配置するとラミネートの際、脱気不良が起こる為、光起電力素子の外側に配置せざるを得ない。図1はバイパスダイオードを光起電力素子の外側に配置した概要図である。101は電気接続部、102は光起電力素子、103はバイパスダイオード、104はダイオード接続端子、105は負極端子、106は正極端子、107は半田接続部を示す。
【０００６】
また特許文献１に表されるように、太陽電池モジュールの使用形態として周囲を枠材で支持するタイプがある。図2は従来の、枠材を使用した太陽電池モジュールの概略図である。図において201は枠材付き太陽電池モジュール、202は受光面部、203は枠材である。
【０００７】
また図3は図2の枠材が取付けられた太陽電池モジュールの端部の断面図である。図において301は枠材付き太陽電池モジュール、302は光起電力素子、303は表面材、304は裏面保護部材、305は充填材、306は枠材である。
【０００８】
このように光起電力素子は充填材に封入され、さらに外側は表面材、裏面保護部材で被覆されて太陽電池モジュールが形成される。表面材及び裏面保護部材の端部は、枠材の溝に挿入され、この溝内で接着封止材（不図示）により封入されることにより機械的に固定され、水密性が保持されている。
【特許文献１】特開平１１−２６７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したバイパスダイオードを光起電力素子の外側に配した太陽電池モジュールに枠材を取付けると、バイパスダイオードは、裏面保護部材及び被覆材とともに、枠材の溝の中に挿入される事になる。
【００１０】
図4は太陽電池モジュールを枠材で支持した時のバイパスダイオード配置箇所の概略断面図である。図4において、401は枠材付き太陽電池モジュール、402は光起電力素子、403は被覆材、404は裏面保護部材、405は充填材、406は枠材、407はバイパスダイオードを示す。
【００１１】
この時、太陽電池モジュールが風等により振動した場合、バイパスダイオードが枠材と干渉し、破損する危険性がある事が判明した。
【００１２】
この対策として、太陽電池モジュールを風により振動しなくするため、太陽電池モジュール自体の剛性を強めることも考えられる。しかしながら、剛性を強化すると、太陽電池モジュールの重量が重くなり、コストアップする問題が発生する。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、枠材付き太陽電池モジュールで、重量を重くすることなくバイパスダイオードが、枠材と干渉し破損するのを防ぐ事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目標を達成すべく本発明では、少なくとも光起電力素子と、前記光起電力素子の被覆材と、バイパスダイオードと、裏面保護部材と枠材からなる枠材付き太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護部材は貫通孔もしくは凹部を有し、前記貫通孔もしくは前記凹部に前記バイパスダイオードが埋め込まれて設けられ、前記バイパスダイオードは前記枠材に挿入される領域内に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の枠材付き太陽電池モジュールでは、前記貫通孔の径は前記バイパスダイオードの径よりも大きいことを特徴とする。
【００１６】
また、前記裏面保護部材に設けられた前記凹部はバイパスダイオード下のみに設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本構成によれば、バイパスダイオード上面の被覆材が厚くなるため、太陽電池モジュールが振動したとしても、バイパスダイオード上の被覆材が十分なクッションの役目をはたし、局部的にバイパスダイオード直上の被覆材がしごかれる事を防止する。そのため、ダイオード直上の被覆材のやぶれがなく、バイパスダイオードが枠材と干渉して破壊しなくなる。また、前述したように太陽電池モジュールの剛性を高めるために、太陽電池モジュールの重量が重くなるような部材を設ける必要もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の枠材付き太陽電池モジュールに関する実施の形態について図を用いて説明する。
【００１９】
図5は本発明に係る枠材付き太陽電池モジュールを説明する為の概要図である。図において、501は枠材付きの太陽電池モジュール、502は太陽電池モジュール、503は枠材、504光起電力素子である。
【００２０】
図6は本発明に係る枠材付き太陽電池モジュールを説明する為の概略断面図であり、図5のＡ−Ａ断面図である。図において、601は枠材付きの太陽電池モジュール、602は光起電力素子、603は被覆材、604は裏面保護部材、605は充填材、606は枠材、607はバイパスダイオードである。
【００２１】
本実施の形態例に係る太陽電池モジュールは、少なくとも光起電力素子と、前記光起電力素子の被覆材と、バイパスダイオードと、裏面保護部材と枠材からなる枠材付き太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護部材は貫通孔もしくは凹部を有し、前記貫通孔もしくは前記凹部に前記バイパスダイオードが埋め込まれて設けられ、前記バイパスダイオードは前記枠材挿入される領域内に設けられている。尚、本実施の形態例では、裏面保護部材に貫通孔が設けてあるが、実施例に示すように、貫通孔を設けずに凹部を設けても同様な効果が得られる。
【００２２】
以下、各部について詳細な説明を行う。
【００２３】
〔光起電力素子〕
本発明に於ける光起電力素子については、特に種別に限定はない。光起電力素子に使用する太陽電池としては、例えば、アモルファス・マイクロクリスタルシリコン積層型太陽電池、結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、銅インジウムセレナイド太陽電池、化合物半導体太陽電池等が挙げられる。しかしながら薄膜系の太陽電池が可撓性を有するので好ましい。特に、可撓性を有する導電性基板上に光変換部材としての半導体活性層などを形成した太陽電池は、大面積化も容易で、曲げ応力に対する太陽電池の信頼性も高いため好ましく、アモルファス・マイクロクリスタルシリコン型3層構造を含む積層型太陽電池が特に好ましい。
【００２４】
〔被覆材〕
被覆材は、太陽電池を外部の汚れから保護や、外部からの傷付き防止など太陽電池の耐候性を向上させる目的で用いられる。被覆材は、その使用される部位により、表面材、充填材、裏面材に分けられる。表面材および充填材については、透明性、耐候性及び耐汚染性が要求される。このような要求を満たし、好適に用いられる材料としては、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ガラス等が挙げられる。これらの材料を用いて被覆する方法としては、フィルム化してラミネートする方法、コーティングによって設ける方法及び粘着剤を配し接着する方法などが挙げられる。用途により、太陽電池表面のみに設けられる場合や表面及び裏面側に設ける事ができる。
【００２５】
〔裏面保護部材〕
本発明に於ける裏面保護部材とは、前記被覆材だけでは機械的強度が不足するため太陽電池モジュールの非受光面側に裏うちするものである。形状としては板状のものが好ましく、その材質としては、カーボンファイバー、プラスチック板、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）板、セラミック、ガラスなどが挙げられ、特に好ましくは金属製の板を用いるものである。
【００２６】
金属製の板を用いると凹凸加工が容易である。例えば所望の凹凸形状を有した金型によりプレス加工することによって容易に形成できる。
【００２７】
金属の材質として、溶融アルミメッキ鋼板、溶融亜鉛メッキ鋼板、アルミ亜鉛合金メッキ鋼板、ステンレス鋼板などが挙げられるが、耐候性及び耐錆性に優れた溶融Zn-Al系合金メッキ鋼板がより好ましい。
【００２８】
〔貫通孔〕
図7は本実施の形態例に係る裏面保護部材を示した概要図である。701、702は裏面保護部材、703は貫通孔を示す。裏面保護部材は一枚板の溶融Zn55％-Al系合金メッキ鋼板を用いており、打ち抜き加工により貫通孔が設けられている。この貫通孔の位置はバイパスダイオード位置に対応するように設けられており、バイパスダイオードが貫通孔に収納される。本実施態では上記のように貫通孔を設けているが、貫通孔はバイパスダイオード直下に設ければよく、それ以外に特に限定はない。貫通孔の開け方については、特に限定はない。ドリルや打ち抜き、プレス加工等で貫通孔を設けることができる。形状については、特に限定はないが、バイパスダイオード本体を格納できる大きさの貫通孔であることが好ましい。
【００２９】
〔凹部〕
本発明に於ける裏面保護部材の凹部はバイパスダイオード直下に設ければよい。凹部の設け方については、特に限定はない。プレス加工によってダイオード部下のみに凹部を設けることができる。もしくはバイパスダイオードが直線的に配置されていた場合にはローラーフォーマー、ベンダー曲げ等で凹部を設けることができる。
【００３０】
凹部形状については、特に限定はないが、好ましくはバイパスダイオード本体以上の大きさの凹部を形成することでバイパスダイオードを凹部に格納した時、バイパスダイオード直上の枠材との被覆材の厚みが厚くなり、枠材と干渉するのを防ぐことができる。
【００３１】
〔枠材〕
前述した裏面保護部材だけで太陽電池に加わる風圧に耐えさせようとすると厚みを十分にとる必要があり、重量的にもコスト的にも好ましくない。枠材は裏面保護部材の機械的強度を補うものである。通常は太陽電池の四辺に設けられるが、長辺側または短辺側の二辺のみ設ける場合もある。枠材の材質としてはアルミが特に好適である。枠材と裏面保護部材を併用する事で、軽量化と低コスト化の両立が可能となる。
【００３２】
枠材の形状は様々であるが、被覆材と裏面保護部材を挿入できる溝を有しており、例えば断面がＥの字状やＦの字状のフレームが好ましい。
【００３３】
〔バイパスダイオード〕
太陽電池モジュールにはパーシャルシェイドを想定し、ある太陽電池セルや太陽電池モジュールが陰になることで、他の太陽電池セルや太陽電池モジュールの電流より極端に電流が低下した場合に太陽電池セルに逆バイアスがかかることを防ぐ為に、バイパスダイオードが太陽電池に設けられている。本発明のバイパスダイオードの種類としては、亜酸化銅整流器、セレン整流器、点接触ダイオード、ボンド形ダイオード、合金（アロイ）形接合ダイオード、拡散形接合ダイオード、成長形接合ダイオード等が限定なく適用可能である。また、ダイオードは、ダイオードチップを収容するダイオード本体と、ダイオード接続端子から構成される。また、真空ラミネート法で樹脂等を積層し、真空ラミネート装置で、加熱脱気して太陽電池モジュールを成型した時、ダイオード本体を薄くしないと脱気できないため、小型で薄いタイプのダイオードが好ましく用いられる。
【００３４】
以下に実施例により本発明を詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
本実施例は、ETFE、EVA及びPETからなる被覆材により被覆され、溶融Zn55％-Al系合金メッキ鋼板（ガルバリウム鋼板）からなる裏面保護部材と、バイパスダイオードと一体積層されたアモルファス・マイクロクリスタル積層型太陽電池を用いた太陽電池モジュールと、枠材から構成された枠材付き太陽電池モジュールであって、裏面保護部材に設けられた凹部上にバイパスダイオードが格納されている枠材付き太陽電池モジュールの例である。
【００３６】
図8は本実施例に係る枠材付き太陽電池モジュールの概要図である。
【００３７】
801は枠材付き太陽電池モジュール、802は光起電力素子、803は裏面保護部材、804は枠材、805は受光面側集電電極、806はダイオード接続端子を示す。
【００３８】
本実施例では太陽電池モジュールの四辺に枠材が設けられている。
【００３９】
図9は本実施例に係る太陽電池モジュールに用いられるアモルファス・マイクロクリスタルシリコン型太陽電池による太陽電池群の構成を非受光面側から示した概要図である。901は太陽電池群、902はアモルファス・マイクロクリスタル積層型太陽電池、903はバイパスダイオード、904はダイオード接続端子、905は受光面側集電電極、906は非受光面側集電電極を示す。
【００４０】
本実施例では、アモルファス・マイクロクリスタル積層型太陽電池が16枚直列接続されており、各アモルファス・マイクロクリスタル積層型太陽電池毎にショットキーバリア形ダイオードが設けられている。
【００４１】
図10は本実施例に係る裏面保護部材を示した概要図である。1001、1002は裏面保護部材、1003は凹部を示す。一枚板の溶融Zn55％-Al系合金メッキ鋼板を用いており、折り曲げ加工により溝状の凹部が設けられている。この凹部の位置はバイパスダイオード位置に対応するように設けられており、バイパスダイオードが凹部に収納される。
【００４２】
図11は本発明に係る枠材付き太陽電池モジュールを説明する為の概略断面図である。図において、1101は枠材付き太陽電池モジュール、1102は光起電力素子、1103は被覆材、1104は裏面保護部材、1105は充填材、1106は枠材、1107はバイパスダイオードである。
【００４３】
図に示すように、溝状の凹部にバイパスダイオード本体は収納され、この部分が枠材に挿入される。
【実施例２】
【００４４】
本実施例は、ETFE、EVA及びPETからなる被覆材により被覆され、溶融Zn55％-Al系合金メッキ鋼板（ガルバリウム鋼板）からなる裏面保護材と、バイパスダイオードと一体積層されたアモルファス・マイクロクリスタル積層型太陽電池を用いた太陽電池モジュールと、枠材から構成された枠材付き太陽電池モジュールであって、裏面保護材に設けられた凹部上にバイパスダイオードが格納されている枠材付き太陽電池モジュールの例である。
【００４５】
図12は本実施例に係る枠材付き太陽電池モジュールの概要図である。
【００４６】
1201は枠材付き太陽電池モジュール、1202は光起電力素子、1203は裏面保護部材、1204は裏面保護部材折り曲げ部、1205は受光面側集電電極、1206はダイオード接続端子を示す。
【００４７】
本実施例では太陽電池モジュールの長辺端部に枠材が設けられており、太陽電池モジュール短辺端部は裏面保護部材が非受光面側に折り曲げられている。
【００４８】
図13は本実施例に係る裏面部材を示した概要図である。1301、1302は裏面保護部材、1303は凹部を示す。一枚板の溶融Zn55％-Al系合金メッキ鋼板を用いており、短辺側端部は折り曲げ部が設けられている。またプレス加工により半球状の凹部が設けられている。この凹部の位置はバイパスダイオード位置に対応するように設けられており、バイパスダイオードが凹部に収納される。
【００４９】
本実施例では、半球状の凹部にバイパスダイオード本体が収納され、この部分が枠材に挿入される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】バイパスダイオードを光起電力素子の外側に配置した概要図である。
【図２】従来の枠材付き太陽電池モジュールの概要図である。
【図３】従来の枠材付き太陽電池モジュール端部の概略断面図である。
【図４】従来の枠材付き太陽電池モジュール端部のバイパスダイオード位置の概略断面図である。
【図５】本発明の実施態例に記載している太陽電池概要図である。
【図６】本発明の実施態例に記載している太陽電池モジュール端部のバイパスダイオード位置の概略断面図である。
【図７】本発明の実施態例に記載している裏面保護部材を示した概略図である。
【図８】本発明の実施例1に記載している枠材付きの太陽電池モジュールの概要図である。
【図９】本発明の実施例1に記載している太陽電池モジュールを複数枚電気接続した時の非受光面側からみた概要図である。
【図１０】本発明の実施例1に記載している裏面保護部材を示した概略図である。
【図１１】本発明の実施例1に記載している太陽電池モジュール端部のバイパスダイオード位置の概略断面図である。
【図１２】本発明の実施例2に記載している枠材付きの太陽電池モジュールの概要図である。
【図１３】本発明の実施例2に記載している裏面保護部材を示した概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
102、302、402、504、602、802、902、1102、1202  光起電力素子
303  表面材
403、603、1103  被覆材
304、404、502、604、701、702、803、1001、1002、1104、1203、1301、1302  裏面保護部材
1204  裏面保護部材折り曲げ部
305、405、605、1105  充填材
203、306、406、503、606、804、1106、1204  枠材
103、407、607、903、1207  バイパスダイオード
101  電気接続部
104、806、904、1206  ダイオード接続端子
105  負極端子
106  正極端子
107  半田接続部
201、501、801、1201  枠材付き太陽電池モジュール
301、401、601、1101  枠材付き太陽電池モジュール断面
202  受光面部
901  太陽電池群
805、905、1205  受光面側集電電極
906  非受光面側集電電極
703  貫通孔
1003、1303  凹部
【図１】
2006165172.tif 000003
【図２】
2006165172.tif 000004
【図３】
2006165172.tif 000005
【図４】
2006165172.tif 000006
【図５】
2006165172.tif 000007
【図６】
2006165172.tif 000008
【図７】
2006165172.tif 000009
【図８】
2006165172.tif 000010
【図９】
2006165172.tif 000011
【図１０】
2006165172.tif 000012
【図１１】
2006165172.tif 000013
【図１２】
2006165172.tif 000014
【図１３】
2006165172.tif 000015