(57)【要約】【課題】  設置される曲面にあわせて曲げた状態で設置することができる電力変換装置一体型太陽電池パネルを提供する。【解決手段】  太陽電池パネルと電力変換装置との間に応力緩和層を配置し、応力緩和層によって、太陽電池パネルが変形するときに発生する応力の電力変換装置へ伝達される量を低減する。【選択図】図２
2006080462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池パネルと、
電力変換装置と、
前記太陽電池パネルと前記電力変換装置との間に挟まれて配置され、前記太陽電池パネルと前記電力変換装置とに接着され、前記太陽電池パネルが変形するときに発生する応力のうちの前記電力変換装置へ伝達される量を低減させる応力緩和層と、
を有することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記応力緩和層は、第一接着層と、第二接着層と、前記第一接着層および前記第二接着層に挟まれて接着されているクッション部材とからなり、
前記第一接着層は、前記太陽電池パネルの非受光面に前記応力緩和層を接着させ、前記第二接着層は、前記電力変換装置に前記応力緩和層を接着させることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記第二接着層は、第一接着層と比較して、熱伝導率が高い材料で形成されることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記太陽電池パネルは、複数の太陽電池セルと前記複数の太陽電池セルを配置して接着する裏面補強材とを含み、前記電力変換装置は、前記裏面補強材の第１面のうちの前記複数の太陽電池セルが配置されていない領域の裏面部分に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項５】
前記電力変換装置は、前記裏面補強材の端部に配置されることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池パネルを用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球環境の関心の高まりから太陽電池パネルを用いた発電装置について盛んに研究開発が行われている。現在広く普及している太陽電池パネルを用いた発電装置の形態は、太陽電池パネルを複数枚直並列接続して太陽電池アレイを構成し、これらの電力を集電した後に電力変換装置に入力する形態が挙げられる。
【０００３】
ところで、近年、一枚の太陽電池パネルの非受光面側に、同容量の電力変換装置を取り付けた発電装置（以下、電力変換装置一体型太陽電池パネルと称す）が注目されている。この電力変換装置一体型太陽電池パネルは、従来型の太陽光発電システムと比較して次のような利点が挙げられている。
（１）電力変換装置の量産効果による発電装置全体のコスト削減が期待できる。
（２）太陽電池パネル一枚ごとに最大電力点制御を行うことができるため、より多くの電力を取り出すことができる。
（３）一枚単位でもすぐに商用周波数／標準電圧が得られるため、好きな場所に設置することができる。
【０００４】
このような電力変換装置一体型太陽電池パネルの一例として、特開平９−２７１１７９号公報が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２７１１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記説明した従来技術には以下のような課題がある。例えば、建材一体型の太陽電池パネルなどではその用途により曲面にあわせて設置したい場合がある。電力変換装置を一体的に設けた前述した太陽電池パネルの場合、該電力変換装置の外装材の材質はある程度の機械的強度をもったアルミ・ステンレスなどの金属やプラスチック材料である。このような場合、太陽電池パネル全体を設置面の曲率にあわせて曲げた状態で設置を行おうとすると、電力変換装置の外装材がその曲げに追従することができない。
【０００６】
無理に太陽電池パネルを湾曲させて設置しようとすると、太陽電池素子、太陽電池パネルの裏面補強材が屈曲する、あるいは曲げ応力により電力変換装置内部の電力変換回路が破損するなどの問題が生じる。
【０００７】
従って、太陽電池パネルを曲面にあわせて設置することができず、特に非結晶シリコンを用いた建材一体型モジュールのような太陽電池パネル自体のフレキシブル特性を十分に活かすことが出来なかった。
【０００８】
本発明は、上記説明した従来技術の問題点を解決することを出発点としてなされたものであり、その目的は、設置される曲面にあわせて曲げた状態で設置することができる電力変換装置一体型太陽電池パネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の発電装置は、以下の構成を有する。すなわち、太陽電池パネルと、電力変換装置と、前記太陽電池パネルと前記電力変換装置との間に挟まれて配置され、前記太陽電池パネルと前記電力変換装置とに接着され、前記太陽電池パネルが変形するときに発生する応力のうちの前記電力変換装置へ伝達される量を低減させる応力緩和層と、を有することを特徴とする。
【００１０】
ここで例えば、前記応力緩和層は、第一接着層と、第二接着層と、前記第一接着層および前記第二接着層に挟まれて接着されているクッション部材とからなり、前記第一接着層は、前記太陽電池パネルの非受光面に前記応力緩和層を接着させ、前記第二接着層は、前記電力変換装置に前記応力緩和層を接着させることが好ましい。
【００１１】
ここで例えば、前記第二接着層は、第一接着層と比較して、熱伝導率が高い材料で形成されることが好ましい。
【００１２】
ここで例えば、前記太陽電池パネルは、複数の太陽電池セルと前記複数の太陽電池セルを配置して接着する裏面補強材とを含み、前記電力変換装置は、前記裏面補強材の第１面のうちの前記複数の太陽電池セルが配置されていない領域の裏面部分に配置されることが好ましい。
【００１３】
ここで例えば、前記電力変換装置は、前記裏面補強材の端部に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、設置される曲面にあわせて曲げた状態で設置することができる電力変換装置一体型太陽電池パネルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
（太陽電池パネル：図１）
本実施形態で用いる太陽電池パネル１０の一例を説明する。裏面補強材として、幅５０ｃｍ、長さ１２０ｃｍの亜鉛塗装鋼鈑を用いた。図１に示すように、この裏面補強材の上に第一充填材（ＥＶＡ（エチレン―酢酸ビニル共重合ポリマー））、絶縁フィルム（ナイロン）、第二充填材（ＥＶＡ）を順に積層した。その上に、アモルファスシリコン太陽電池セル（縦２０ｃｍ、横4０ｃｍ）を積層した。さらに、太陽電池セル上に第三充填材（ＥＶＡ）、表面被覆材（フッ素樹脂フィルム）を積層し、真空に保たれた状態で１５０℃で充填材を溶融することによりラミネート処理し、太陽電池パネル１０を作製した。
【００１７】
（電力変換装置：図１）
本発明で用いる電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ、または直流電圧を任意の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができる。本実施形態ではインバータ５０（縦１０ｃｍ、横２０ｃｍ、高さ２ｃｍ）を用いた。前述したインバータ５０は、主に昇圧チョッパ、昇圧トランス、直流/交流変換回路からなる主回路部と、起動停止、太陽電池の最適動作、系統保護等を行う制御回路から構成される。
【００１８】
（応力緩和層：図１および図２）
本実施形態では、太陽電池パネル１０の非受光面に応力緩和層６０を介して電力変換装置５０を配置する。このため、設置される曲面にあわせて曲げた状態で太陽電池パネル１０が設置されても、太陽電池パネル１０が変形するときに発生する応力は応力緩和層６０によって緩和され、電力変換装置５０へ伝達される応力を低減することができる。応力緩和層６０は、その第１面で太陽電池パネル１０と接着され、この第１面と対向する第２面で電力変換装置５０と接着されている。また、応力緩和層６０は、第一接着層２０と、第二接着層４０と、第一接着層２０および第二接着層４０に挟まれて接着されているクッション部材３０とから構成されている。以下、応力緩和層６０を構成する各部材について説明する。なお、応力緩和層は図１の構成に限ることはなく、例えば、クッション部材は複数のクッション部材を積層したものであってもよい。
【００１９】
（接着性材料：図１）
太陽電池パネル１０とクッション材３０とを接着する第一の接着層２０、クッション材３０とインバータ５０とを接着する第二の接着層４０には、シリコーン系接着剤を用いることができる。接着性材料としては、この他様々な種類の接着性材料を用いることができるが、太陽電池パネル１０を湾曲させて設置させることを考慮すると、ポリサルファイド、ポリウレタン等の弾性接着剤を用いることが望ましい。
【００２０】
（クッション材：図１）
クッション材３０の材料としては、シリコーンゴム（縦１０ｃｍ、横２０ｃｍ、高さ１ｃｍ）を用いることができる。クッション材３０の材料としては、この他にエラストマーやゴム材料を使用することができる。具体的に、エラストマーとしては、シリコーン系エラストマー等の熱硬化型エラストマーやウレタン系エラストマー等の熱可塑性型エラストマーの中から適宜選択することができる。また、ゴム材料としては、天然ゴムや、ＳＢＲ，ＮＢＲ，ブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭなどの合成ゴムがあり、適時選択することが出来る。
【００２１】
（電力変換装置一体型太陽電池パネル：図１）
上記で説明した、太陽電池パネル１０と電力変換装置５０を用いて電力変換装置一体型太陽電池パネルを作製した。この時、電力変換装置５０は図１のように太陽電池パネル１０の裏面補強材の非受光面側に、第一接着性層２０、クッション材３０、第二接着性層４０、電力変換装置５０の順で接着（取り付け）することにより、電力変換装置一体型太陽電池パネルを作製した。
【００２２】
以上のように、本実施形態によれば、応力緩和層６０（第一接着性層２０、クッション材３０、第二接着性層４０）を介して電力変換装置５０を太陽電池パネル１０に取り付けるため、図２のように太陽電池パネル１０を湾曲させたまま設置することが可能となり、電力変換装置一体型太陽電池パネルの設置可能範囲を広げることができる。
【００２３】
＜第２の実施形態＞
次に本発明の第２の実施形態について説明する。太陽電池パネル、電力変換装置、応力緩和層からなる電力変換装置一体型太陽電池パネルの構成は、図１、２を用いて説明した第１の実施形態とほぼ同様であるため、同様の記載の説明は省略し、以下異なる点についてのみ説明する。本実施形態は、クッション材に、第１の実施形態で使用したものより、より放熱性の高いものを使用することによって電力変換装置の放熱性を向上させた点を特徴としている。
【００２４】
すなわち、本実施形態では、クッション材３０の太陽電池パネル１０との接着面、及びインバータ５０との接着面以外の四側面をアルミニウムによりコーティングしたシリコーンゴム（縦１０ｃｍ、横２０ｃｍ、高さ１ｃｍ）を用いる。このアルミニウムによりコーティングしたクッション材料により、インバータによって発生した熱をより効率よく放熱することができる。アルミニウムによるコーティングは周知の技術を用いて行うことができる。
【００２５】
以上のように、本実施形態によれば、上記説明したより放熱特性に優れる応力緩和層６０（第一接着性層２０、クッション材３０、第二接着性層４０）を介して電力変換装置（インバータ）５０を太陽電池パネル１０に取り付けるため、インバータ５０の放熱性を高めることができ、電力変換装置一体型太陽電池パネルの信頼性をより高めることができる。
【００２６】
＜第３の実施形態＞
次に本発明の第３の実施形態を説明する。太陽電池パネル、電力変換装置、応力緩和層からなる電力変換装置一体型太陽電池パネルの構成は、図１、２を用いて説明した第１の実施形態とほぼ同様であるため、同様の記載の説明は省略し、以下異なる点についてのみ説明する。本実施形態は、応力緩和層の第二の接着材料を、第一の接着材料と比較して、熱伝導率が高い材料を使用することによって、電力変換装置の放熱性向上、及び太陽電池パネル表面から伝わる自然太陽光の熱エネルギーに起因する電力変換装置の温度上昇を防いだ点を特徴とする。すなわち本実施形態では、以下に示す第一接着層と第二接着層を用いた。
【００２７】
（第一接着層）
太陽電池パネルとクッション材とを接着する第一の接着層には、第一の実施形態と同様にシリコーン系接着剤を用いた。
【００２８】
（第二接着層）
クッション材とインバータを接着する第二接着層としては、エポキシ樹脂に銀の充填剤を配合して熱伝導性を高めたエポキシ樹脂系接着剤を用いた。この熱伝導性接着剤としては、エラストマー系接着剤に金属粉末を混合し、熱伝導性を高めたものを使用することができ、具体的には、エラストマーとして、合成ゴム、天然ゴム、スチレン系、エステル系のエラストマーを使用することができ、熱伝導性を高めるために混合させる金属としては、銀、銅、アルミニウム等を使用することができる。
【００２９】
以上のようなクッション材を介して電力変換装置を太陽電池パネルに取り付けるとともに、クッション材に放熱性を高めたものを用い、さらに、第二の接着材料を、第一の接着材料と比較して、熱伝導率が高い材料を使用することによって、電力変換装置の放熱性を向上させるとともに、太陽電池パネル表面から伝わる自然太陽光の熱エネルギーに起因する電力変換装置の温度上昇を防ぐことができ、さらに電力変換装置一体型太陽電池パネルの信頼性を高めることができる。
【００３０】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。太陽電池パネル、電力変換装置、応力緩和層からなる電力変換装置一体型太陽電池パネルの構成は、図１、２を用いて説明した第１の実施形態と類似した構成を有するので、類似する記載の説明は省略し、以下異なる点についてのみ説明する。本実施形態では、太陽電池パネル１０の非受光面に電力変換装置５０を取り付ける際に、図３のように太陽電池パネル１０（太陽電池セル１１と裏面補強材１２から構成）内の太陽電池セル１１が配置されていない部分の裏側に配置する点を特徴とする。
【００３１】
一般的に太陽電池セルは、温度が上昇すると変換効率が低下する性質を有している。そこで、本実施形態のように太陽電池パネル１０内の太陽電池セル１１が配置されていない部分の裏面補強材１２の裏側に電力変換装置５０を配置することにより、電力変換装置５０からの熱による太陽電池セル１１の温度上昇を防ぐことができ、変換効率の低下を防ぐことができる。
【００３２】
なお、本実施形態では電力変換装置５０が太陽電池パネル１０の端部に設けられることになるので、太陽電池パネル１０の変形によるひずみが電力変換装置５０にあまりかからなくなる。その結果、太陽電池パネルをより湾曲させたまま設置することができ、または、同じ太陽電池パネルの変形度合いの場合では、クッション材の厚みを薄くすることができるので、電力変換装置一体型太陽電池パネルのコストダウンが可能となる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態では、応力緩和層（第一の接着層、クッション材、第二の接着層）を介して電力変換装置を太陽電池パネルに取り付けるため、太陽電池パネルを湾曲したまま設置することが可能となり、電力変換装置一体型太陽電池パネルの設置可能範囲を広げることができる。また、この応力緩和層の放熱性を高ることにより、インバータの放熱性を高めるにより、電力変換装置一体型太陽電池パネルの信頼性を高めることができる。
【００３４】
さらに、応力緩和層（第一の接着層、クッション材、第二の接着層）を介して電力変換装置を太陽電池パネルに取り付けるとともに、クッション材に放熱性を高めたものを用い、さらに、第二の接着材料を、第一の接着材料と比較して、熱伝導率が高い材料を使用することによって、電力変換装置の放熱性を向上させるとともに、太陽電池パネル表面から伝わる自然太陽光の熱エネルギーに起因する電力変換装置の温度上昇を防ぐことができ、より一層電力変換装置一体型太陽電池パネルの信頼性を高めることができる。さらに、太陽電池パネル内の太陽電池セルが配置されていない部分の裏側にインバータを配置することにより、インバータからの熱による太陽電池セルの温度上昇を防ぐことができ、変換効率の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態に関する発電装置を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に関する発電装置を曲げて設置する場合に発生する応力を説明する図である。
【図３】本発明の第４の実施形態に関する発電装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  太陽電池パネル
１１  太陽電池セル
１２  裏面補強材
２０  第一接着層
３０  クッション材
４０  第二接着層
５０  インバータ
【図１】
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【図２】
2006080462.tif 000004
【図３】
2006080462.tif 000005