(57)【要約】【課題】  鋼板を裏面材とするフィルム基板薄膜太陽電池において、雷サージ電流によるダメージを低減させる機能を備えた太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】  絶縁保護膜、フィルム基板薄膜太陽電池セル、及び表面保護膜を鋼板上に貼り付けてなる太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルの周辺に出力端子と同電位のフィルム電極を配置し、そのフィルム電極と銅板間のインピーダンスを太陽電池セルと鋼板間とのインピーダンスよりも低く保つことで、雷サージ電流をバイパスさせて太陽電池セルを保護する。【選択図】  図１
2006114784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルと、
該太陽電池セルを支持し、該太陽電池セルから絶縁されている金属支持部材と、
前記太陽電池セルの少なくともいずれかの出力端子と前記金属支持部材とに接続されるキャパシターと
を備えてなる太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記キャパシターの静電容量は、前記太陽電池セルが前記金属支持部材に対して有する静電容量成分に応じて定められて、前記出力端子の少なくともいずれかに接続された電力系統から前記太陽電池セルに流れ込む雷サージ電流が、該太陽電池セルの雷サージ電流に対する許容上限値を下回るようにされている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記キャパシターは、前記金属支持部材のいずれかの面に設けられ、前記金属支持部材を第１の電極として用い、前記金属支持部材の当該面に対向するように設けられた金属電極を第２の電極として有し、該第１の電極と該第２の電極との間の空間または絶縁部材を誘電層とするものである、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記金属支持部材は平板部分を有し、
該平板部分は、前記太陽電池セルの受光面の反対側の面を支持し、
前記金属電極は、該平板部分の前記太陽電池セル側と反対側の面に対向するように設けられ、
前記金属電極と前記金属支持部材とが対向する面積は、前記太陽電池セルの面積以上にされ、
前記金属電極と前記金属支持部材の対向する部分における前記金属電極と前記金属支持部材の距離は、前記出力端子の少なくともいずれかに接続された電力系統から前記太陽電池セルの流れ込む雷サージ電流が、前記太陽電池セルの雷サージ電流に対する許容上限値を下回るようにされている、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記金属電極は、第１の金属電極と、第１の金属電極の面積とほぼ同一の面積にされた第２の金属電極とからなり、
該第１の金属電極と該第２の金属電極とは、互いに絶縁され、それぞれ、前記出力端子のうちの正極と負極とに接続されている、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記金属電極は、銅箔、銅板、アルミニウム箔、アルミニウム板の少なくともいずれかを含む、請求項３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、雷サージ保護機能に関し、特に、鋼板を裏面材とするフィルム基板薄膜太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックフィルムまたは金属フィルム上に薄膜半導体形成技術により光電変換層を形成した太陽電池セルは、フィルム基板薄膜太陽電池と総称されている。この太陽電池セルは、フレキシブルに富み、量産性に優れていることから、太陽電池の主流になることが期待されている。また、住宅用太陽電池の分野では、屋根材と一体化した太陽電池モジュールの研究が進められてきた。この用途においても、フィルム基板薄膜太陽電池は適している。中でも鋼板の屋根材にフィルム基板薄膜太陽電池を貼り付けた太陽電池モジュールが開発されており、軽量で美観にも優れた屋根材一体型太陽電池モジュールとして普及が期待されている。
【０００３】
太陽電池を設置する場合の電気的な接続方式としては、複数の太陽電池モジュールを直列または並列に接続し、パワーコンディショナーを介して、一般の電力系統に接続する系統連係方式が一般的である。しかし、この方式においては、近傍に落雷が発生した場合、電力系統から逆流した雷サージ電流によって、太陽電池モジュールが引火する可能性がある。このため、太陽電池モジュールに対しては、雷サージ電流に耐えることが義務づけられている。実際に、鋼板と一体化されたフィルム基板薄膜太陽電池モジュールに対して、太陽電池モジュールの安全規格に基づくインパルス電圧引火試験（対雷サージ試験）を実施したところ、太陽電池セルがダメージを受けて特性劣化を起こすことが判明した。
【０００４】
これには、太陽電池モジュールの外部に避雷器を設け、太陽電池モジュール自体に加わる雷サージ電流を減少させる方法が有効である。しかし、雷サージ電流が飛来するルートをあらかじめ予想することは困難であり、安全規格においても、太陽電池モジュール自体にある程度の耐雷サージ性能を持たせることが要請されている。
【０００５】
また、特許文献１には、このようなダメージを防止する方法が提案されている。その開示には、「金属からなる基板上に光変換部材としての半導体層を少なくとも一層有する光起電力素子と、金属からなる裏面材とを有する太陽電池モジュールが、該裏面材に複数の開口部を持つことによって、光起電力素子と裏面材との間のキャパシタンスが小さくなり交流インピーダンスが大きくなることによって、光起電力素子へのダメージを減少させるものである。その結果、太陽電池モジュールの特性、特には低照度における起電圧特性の劣化を抑えることができることを見いだした。」とある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池セルがダメージを受けて特性劣化を起こす原因としては、この太陽電池モジュールでは、鋼板、絶縁保護層を介してフィルム基板薄膜太陽電池セルが貼り付けられているため、太陽電池モジュールがキャパシターとして働いてしまい、インパルス電圧の交流成分が光電変換層を通ってアースに流れて、その半導体層がダメージを受けるためであると考えられる。また、特許文献１のように、屋根部材としての鋼板に多数の開口部を設けることは、機械的強度や対候性を低下させるため、避けなければならない。上記問題点に鑑み、本発明は、鋼板屋根材と一体化したフィルム基板薄膜太陽電池モジュールの雷サージ電流によるダメージを最小限に抑え、特性低下を防止する太陽電池モジュールを提供することを課題とする。
【特許文献１】特開２００１−８５７０８号公報
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある側面においては、太陽電池セルと、該太陽電池セルを支持し、該太陽電池セルから絶縁されている金属支持部材と、前記太陽電池セルの少なくともいずれかの出力端子と前記金属支持部材とに接続されるキャパシターとを備えてなる太陽電池モジュールが提供される。
【０００８】
本発明においては、前記キャパシターの静電容量は、前記太陽電池セルが前記金属支持部材に対して有する静電容量成分に応じて定められて、前記出力端子の少なくともいずれかに接続された電力系統から前記太陽電池セルに流れ込む雷サージ電流が、該太陽電池セルの雷サージ電流に対する許容上限値を下回るようにされている、太陽電池モジュールが提供される。
【０００９】
本発明においては、前記キャパシターは、前記金属支持部材のいずれかの面に設けられ、前記金属支持部材を第１の電極として用い、前記金属支持部材の当該面に対向するように設けられた金属電極を第２の電極として有し、該第１の電極と該第２の電極との間の空間または絶縁部材を誘電層とするものである、太陽電池モジュールが提供される。
【００１０】
本発明においては、前記金属支持部材は平板部分を有し、該平板部分は、前記太陽電池セルの受光面の反対側の面を支持し、前記金属電極は、該平板部分の前記太陽電池セル側と反対側の面に対向するように設けられ、前記金属電極と前記金属支持部材とが対向する面積は、前記太陽電池セルの面積以上にされ、前記金属電極と前記金属支持部材の対向する部分における前記金属電極と前記金属支持部材の距離は、前記出力端子の少なくともいずれかに接続された電力系統から前記太陽電池セルの流れ込む雷サージ電流が、前記太陽電池セルの雷サージ電流に対する許容上限値を下回るようにされている、太陽電池モジュールが提供される。
【００１１】
本発明においては、前記金属電極は、第１の金属電極と、第１の金属電極の面積とほぼ同一の面積にされた第２の金属電極とからなり、該第１の金属電極と第２の金属電極とは、互いに絶縁され、それぞれ、前記出力端子のうちの正極と負極とに接続されている、太陽電池モジュールが提供される。
【００１２】
さらに、本発明において前記金属電極は、銅箔、銅板、アルミニウム箔、アルミニウム板の少なくともいずれかを含む、太陽電池モジュールが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、例えば、絶縁保護膜、フィルム基板薄膜太陽電池セル及び表面保護膜を鋼板上に貼り付けてなる屋根材一体型太陽電池モジュールにおいて、出力端子にキャパシターを付加することにより、雷サージ電流によるダメージを低減させることができる。これにより、雷サージ電流による特性低下を防止する機能を持った屋根材一体型太陽電池モジュールを提供することができる。また、本発明において金属支持部材を電極とし、その金属支持部材に対向する電極を設けてその間に誘電層を設けると、簡単な構造によりキャパシターを実現することができる。また、本発明において金属支持部材に平板部分を有し、この平板部分により太陽電池セルを支持し、平板の反対側に太陽電池セル以上の面積のキャパシターを、その金属支持部材を用いて作製すれば、太陽電池セルのための大きな面積をキャパシターのために用いることができて、金属支持部材の平板部分の面積を有効に活用することができ、鋼板等の裏面側を利用することができる。これにより、本発明では新たな設置スペースを必要とせず、また太陽電池モジュールの外観を損なうことがない屋根材一体型太陽電池モジュールが提供される。さらに、本発明においては、屋根材一体型太陽電池モジュールの機械的強度や対候性が低下することはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、従来の鋼板屋根材一体型太陽電池モジュール１００の一例の外観を示す。太陽電池モジュールは、鋼板屋根材２上にフィルム基板太陽電池セル１を貼り付けている。図２は図１に示した鋼板屋根材一体型太陽電池モジュール１００のＡ−Ａ’断面図であり、図３は同モジュールのＢ−Ｂ’断面図である。鋼板屋根材一体型太陽電池モジュール１００は、図２に示されているように、鋼板屋根材２上面にＥＶＡ（ethylene vinyl acetate）５(０．８ｍｍ)、フィルム基板太陽電池セル１、ＥＶＡ４、ＥＴＦＥ（ethylene tetrafluoro ethylene）３をこの順に重ね、ＥＶＡ架橋プロセスを用いて貼り付けたものである。鋼板屋根材２とフィルム基板太陽電池セル１は、厚さ０．８ｍｍの絶縁膜を介して対向しており、コンデンサーを構成している。鋼板屋根材一体型太陽電池モジュール１００を屋根に設置した場合には、鋼板屋根材２は大地に接地されるため、鋼板屋根材一体型太陽電池モジュール１００の出力端子から流入した雷サージ電流はこのコンデンサーを通して流れる。
【００１５】
この鋼板屋根材一体型太陽電池モジュール１００にキャパシターを付加するために、図４に示す構造を用いた。すなわち、太陽電池モジュールは、鋼板の裏面側にＥＴＦＥ１０（２５μ）、銅箔１１、１２、及び光透過率と耐久性に優れたテドラフィルム１３をこの順に重ねて接着した。ただし、銅箔１１、１２は半分ずつに分かれており、両方を合わせてセルの面積とほぼ同一の面積となるようにされている。また、銅箔１１、１２と鋼板２はＥＴＦＥ１０によって、互いに絶縁されており、接着剤の厚みを含めて約０．２ｍｍの距離を保っている。銅箔の一方は＋側引出し線８を用いて＋側出力端子６に、他方は−側引出し線９を用いて−側出力端子７に接続した。図５は、雷サージ電流の交流成分からみた等価回路を示す。フィルム基板太陽電池セル１と鋼板屋根材２とにより形成されるキャパシター２４による静電容量をＣとすると、銅箔１１、１２のそれぞれにより形成されるキャパシター２５，２６は、キャパシター２４と比較して面積が１／２で、電極間の距離が１／４となるので、静電容量が２Ｃである。したがって、銅箔１１，１２の両方と鋼板とによる静電容量は４Ｃとなる。
【００１６】
このように、鋼板の下面に銅箔によりキャパシターを付加した鋼板屋根材一体型太陽電池モジュール２００においては、鋼板屋根材２とフィルム基板太陽電池セル１の静電容量と、鋼板屋根材２と銅箔１１，１２のキャパシターとの比が１対４となり、太陽電池出力端子２２からフィルム基板太陽電池セル１の部分に流れ込む雷サージ電流源２１は１／５に減少する。また、太陽電池出力端子２２と大地アース２３間に誘起される電圧も１／５に低下し、例えば、元々の電圧が２０００Ｖであれば４００Ｖに低下する。
【００１７】
本実施の形態のように、鋼板屋根材２と銅箔１１，１２との間をＥＴＦＥ３で絶縁したことにより直流耐電圧性能を下げることなく、雷サージ電流を減少させ、フィルム基板太陽電池セル１のダメージを低減させることができた。鋼板屋根材２と銅箔１１，１２との間を、接着剤を調整して、厚みをさらに小さくすることで低減効果を増すことができる。また、銅箔の代わりに、アルミ箔、銅板、アルミ板等を使うことができる。
【００１８】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形、変更及び組み合わせが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールの配置図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールの外形図である。
【図３】図２で示された太陽電池モジュールのＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図２で示された太陽電池モジュールのＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールの等価回路図である
【符号の説明】
【００２０】
１      フィルム基板太陽電池セル
２      鋼板屋根材
３      ＥＴＦＥ
４      ＥＶＡ
５      ＥＶＡ
６      ＋側出力端子
７      −側出力端子
８      ＋側引出し線
９      −側引出し線
１０    ＥＴＦＥ
１１    銅箔１
１２    銅箔２
１３    テドラフィルム
２１    雷サージ電流源
２２    太陽電池出力端子
２３    大地アース
２４    太陽電池セルによるキャパシタンス
２５    銅箔１による付加キャパシタンス
２６    銅箔２による付加キャパシタンス
【図１】
2006114784.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006114784.tif 000005
【図４】
2006114784.tif 000006
【図５】
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