(57)【要約】【課題】金属板、樹脂シート、タイルなどの支持体に太陽電池モジュールを取り付けてなる太陽電池モジュール積層体に関し、コスト削減と接着強度とが両立できる構造の太陽電池モジュール積層体を提供する。【解決手段】太陽電池モジュール積層体に要求される最小の接着強度と、太陽電池モジュールと接着材層の接着強度の比から、必要な最小の接着面積を算出し、接着材の使用量を最小限に抑える構造とする。この構造により、接着材の使用量に応じてコストは削減される。従って、太陽電池モジュール積層体のコスト削減と、充分な接着強度とが両立できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体にフレキシブルタイプの太陽電池モジュールが取り付けられた太陽電池モジュール積層体において、
前記太陽電池モジュールは、弾性率が１００ｋＰａ以上１００ＭＰａ以下の接着材層により前記支持体に支持され、
その接着面積が、下式で決まる接着面積Ａａであることを特徴とする太陽電池モジュール積層体。
Ａａ＝Ａｍ×Ｓｄ／Ｓｍ
ここで、
Ａａは、前記接着材層に必要な最小の接着面積、
Ａｍは、前記太陽電池モジュールの面積、
Ｓｄは、前記支持体と前記太陽電池モジュールの積層体に要求される、せん断接着強さの値、
Ｓｍは、前記接着材層と太陽電池モジュールとのせん断接着強さの値である。
【請求項２】
接着材層が、太陽電池モジュールの外縁部の全長の、少なくとも２分の１の長さに、連続的または断続的に配置され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積層体。
【請求項３】
接着材層が感圧型粘着剤からなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール積層体。
【請求項４】
接着材層が反応硬化型接着剤からなることを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載の太陽電池モジュール積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板、樹脂シート、タイルなどの支持体に太陽電池モジュールを取り付けてなる太陽電池モジュール積層体に関し、支持体と太陽電池モジュールが接着材層を介して積層されることを特徴とする太陽電池モジュール積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールを屋外に設置して電力を得るには、建築物、架台などの構造物に固定する必要がある。そのためには太陽電池モジュールを構造物の一部である金属板、樹脂シート、タイルなどの支持体に取り付ける方法がある。
【０００３】
具体的な取り付け方法の一つには支持体と太陽電池モジュールとを、接着材層により積層する構成が有る。例えば、下記の特許文献１では、太陽電池パネルと、その背面側に設けられた少なくとも断熱材と平板状の板材が、接着材層を介して一体化された積層体が開示されている。また、特許文献２には、金属屋根と太陽電池パネルとを、両面テープにより接着した構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１９２０２号公報
【特許文献２】特開平６−８５３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先行技術文献に記載されている、支持体と太陽電池モジュールの全面積を接着する太陽電池モジュール積層体には、次の問題があった。
まず、接着に用いる接着材層の使用量に応じたコストは太陽電池モジュール積層体のコストに上乗せされるのであり、接着材層を太陽電池モジュールの反受光面の全面に使用すると、支持体と太陽電池モジュールとの接着強度が充分である反面、太陽電池モジュール積層体のコストが高くなるという難点があった。
【０００６】
一方、接着に用いる接着材層の使用量を少なくする場合には、太陽電池モジュール積層体のコストが下がるという効果がある反面、支持体と太陽電池モジュールとの接着強度が充分でないおそれがあった。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、太陽電池モジュール積層体のコスト削減と、支持体と太陽電池モジュールとの充分な接着強度とが両立できる構造の太陽電池モジュール積層体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、この目的の達成のために、金属板、樹脂シート、タイルなどの支持体と太陽電池モジュールが接着材層によって支持される太陽電池モジュール積層体において、接着強度と接着面積が比例することから、太陽電池モジュール積層体に要求されるせん断接着強さと、太陽電池モジュールの全面積を接着したと仮定した場合の引っ張りせん断接着強さの強度比から必要な接着面積を算出する。その結果、太陽電池モジュール積層体を得るために最小限必要な量の接着材層を配置する構造となる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、接着材層の量に応じてコストは下がり、太陽電池モジュール積層体のコスト削減と、支持体と太陽電池モジュールとの間の充分な接着強度とが両立できる構造の太陽電池モジュール積層体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明により得られる太陽電池モジュール積層体の断面図である。
【図２】図１のBから見たＡ−Ａ’断面平面図（接着材層が帯状の集合体の場合）である。
【図３】図１のBから見たＡ−Ａ’断面平面図（接着材層が円形の集合体の場合）である。
【図４】従来技術により得られる太陽電池モジュール積層体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施によって得られる太陽電池モジュール積層体の構造を示す断面図である。ここで、太陽電池モジュール１と支持体２は接着材層３により支持されて、太陽電池モジュール積層体を構成している。太陽電池モジュール１には太陽電池素子４が内包されている。
【００１２】
ここで、接着材層３は太陽電池モジュール１と支持体２との間の一部を占めるものである。太陽電池モジュール１と支持体２との間のうち接着材層３が占めていない部分は空隙であるが、その空隙の一部または全部に接着材層以外の材料、たとえば乾燥剤、熱伝導剤、が充填されていてもよい。
【００１３】
太陽電池モジュール１と支持体２を支持する接着材層３の形状は自由であり、代表例としては帯状および円形が挙げられる。
これらのうち、接着材層が帯状の集合体の場合の平面断面図を図２に示す。また、接着材層が円形の集合体の場合の平面断面図を図３に示す。
【００１４】
接着材層が、太陽電池モジュールの外縁部の全長の、少なくとも２分の１の長さの部分に、連続的または断続的に配置されていると、太陽電池モジュール１が支持体２から剥離することを防止する効果が特に高い。
太陽電池モジュール１の接着面側の素材にはポリエチレン、エチレン‐酢酸ビニル共重合体、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂などの高分子材料、または金属が使用できる。
【００１５】
支持体２は、金属板、樹脂シート、タイルなどが使用できる。これらはその主たる素材以外の素材で表面が被服されているものであってもよい。
太陽電池モジュール１および支持体２の両方がフレキシブルである場合は、本発明で得られる太陽電池モジュール積層体もまたフレキシブルとなるので、建造物外壁の曲面部に設置したり、巻き取って運搬したりするなど、太陽電池モジュール積層体の使用形態が拡大するという利点がある。
【００１６】
太陽電池モジュール１、支持体２ともに、接着材層３との接着力を高めるためにその表面にコロナ放電、プラズマなどによる表面処理を施したり、プライマーの塗布をしたりすることができる。
【００１７】
接着材層３は、太陽電池モジュール１と支持体２との熱膨張率の違いに由来する寸法変化差やフレキシブルな太陽電池モジュール積層体を変形させる際に生じる歪などを吸収して接着界面の破壊を回避するために、その弾性率が１００ＭＰａ以下であり、かつ、接着強度を維持して太陽電池モジュール積層体の不要な変形を回避するために、その弾性率が１００ｋＰａ以上のものが好ましい。接着材層３には反応硬化型接着剤および感圧型粘着シートが使用できる。反応硬化型接着剤の素材としてはシリコーン系接着剤、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤などが使用できるが、好ましくはシリコーン系接着剤を使用する。シリコーン系接着剤には湿気硬化型、熱硬化型、光硬化型、２液混合硬化型のものが使用できる。感圧型粘着シートの素材としては、ブチルゴム系、発泡アクリル系などのものが使用でき、強度を高めるなどの目的でフィルムや網などを内包するものであってもよい。
【００１８】
次に、本発明の要点を具体的に説明する。
太陽電池モジュール１と支持体２との間に配置される、接着材層３の接着面積は次に示す数式（１）により求める。
Ａａ＝Ａｍ×Ｓｄ／Ｓｍ・・・（１）
ここで、Ａａは接着材層３に必要な最小の接着面積、Ａｍは太陽電池モジュール１の面積、Ｓｄは太陽電池モジュール積層体に要求される、太陽電池モジュール１と支持体２との最小のせん断強度の値、Ｓｍは太陽電池モジュール１の全面で接着材層３を用いて接着すると仮定した場合の、太陽電池モジュール１と支持体２との全体でなすせん断接着強度の値である。
【００１９】
数式１によって求められる接着面積Ａａで接着材層３にて接着して得られる太陽電池モジュール積層体の太陽電池モジュール１と支持体２との引張せん断接着強さは、要求される引張せん断接着強さＳｄとなる。また、この接着面積の場合、接着材層の量が最小であり、太陽電池モジュール積層体のコスト削減効果が高い。
【００２０】
太陽電池モジュール積層体のコスト削減の必要性が低い場合には、接着材層３の接着面積を数式１で求められる前記Ａａより大きくしてもよい。前記Ａａより大きい接着面積で接着材層３を使用する場合は、前記Ｓｄよりも高い引張せん断接着強さの太陽電池モジュール積層体を得ることができる。
【００２１】
以上が、本発明が提供する太陽電池モジュール積層体の構造であり、この構造とすることによって、コスト削減と、充分な接着強度とが両立できる構造の太陽電池モジュール積層体を得ることができる。
【実施例】
【００２２】
次に実施例と比較例をあげて本発明をさらに説明する。実施例１と比較例の結果を表１に、実施例２と比較例の結果を表２に、実施例３の結果を表３に示す。
（実施例１）
太陽電池モジュールには厚さ０．８５ｍｍのフレキシブルタイプのものを使用した。接着面側の素材はエチレン‐四フッ化エチレン共重合体で、接着面側の表面はプラズマ処理されている。支持体には厚さ０．５８ｍｍのポリフッ化ビニリデン‐三フッ化塩化ビニル共重合体製シートを使用した。接着材には厚さ０．４ｍｍ、幅１２．５ｍｍのテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを使用した。
【００２３】
実施例１における太陽電池モジュールの寸法は長さ５００ｍｍ、幅２５０ｍｍであり、したがって、数式（１）で使用する太陽電池モジュールの面積Ａｍは１２５０００ｍｍ2であった。
【００２４】
実施例１における太陽電池モジュール積層体に要求されるせん断接着強さＳｄは、設置環境などに基づいて設定された値であり、３．０N／ｃｍ2であった。
実施例１における前記テープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートのせん断接着強さＳｍは、太陽電池モジュールと支持体とを接着面積１ｃｍ2で前記テープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを用いて接着し、せん断接着強さ試験を実施して求め、その結果は２４．０N／ｃｍ2であった。また、前記テープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの単価は１ｃｍ2あたり０．４円であった。
【００２５】
数式（１）により、必要な接着面積Ａａは１５６２５ｍｍ2と求められた。そこで、長さ５００ｍｍの前記テープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを３本用いて接着面積を１８７５０ｍｍ2とし、太陽電池モジュールと支持体とを図２に示す形態で接着して太陽電池モジュール積層体を得た。
【００２６】
使用したテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの価格は、その単価と接着面積とから７５円と求められた。また、得られた太陽電池モジュール積層体のせん断接着強さを測定した結果は３．５N／ｃｍ2であり、要求値である３．０N／ｃｍ2を上回った。
（比較例１）
実施例１の各条件に対し、テープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの使用量を変更した。長さ５００ｍｍのテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを２本用いて接着面積を１２５００ｍｍ2とし、図２と同様の形態で接着した太陽電池モジュール積層体を得た。
【００２７】
使用したテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの価格は、その単価と接着面積とから５０円と求められ、実施例１の７５円を下回った。しかしながら、得られた太陽電池モジュール積層体のせん断接着強さを測定した結果は２．３N／ｃｍ2であり、要求値である３．０N／ｃｍ2を下回ったため、使用に耐えないことがわかった。
（比較例２）
実施例１の各条件に対し、テープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの使用量を変更した。長さ５００ｍｍのテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを２０本用い、接着面積を１２５０００ｍｍ2として太陽電池モジュールの全面で接着し、太陽電池モジュール積層体を得た。
【００２８】
得られた太陽電池モジュール積層体のせん断接着強さを測定した結果は２３．１N／ｃｍ2であり、要求値である３．０N／ｃｍ2を上回った。しかしながら、使用したテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの価格は、その単価と接着面積とから５００円と求められ、実施例１の７５円を上回った。
表１は、実施例１のせん断接着強度と使用した接着材層の価格である。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
（実施例２）
太陽電池モジュールおよび支持体は実施例１と同じものを使用した。接着材層には湿気硬化型シリコーン系接着剤を使用し、塗布厚さは０．５ｍｍとした。
【００３１】
実施例２における太陽電池モジュール積層体に要求されるせん断接着強さＳｄは、設置環境などに基づいて設定した値であり、２．０N／ｃｍ2であった。
実施例２における前記湿気硬化型シリコーン系接着剤のせん断接着強さＳｍは、太陽電池モジュールと支持体とを接着面積１ｃｍ2で湿気硬化型シリコーン系接着剤を用いて接着し、せん断接着強さ試験を実施して求め、その結果は２２．４N／ｃｍ2であった。また、湿気硬化型シリコーン系接着剤を厚さ０．５ｍｍで塗布する場合の単価は１ｃｍ2あたり０.４５円であった。
【００３２】
数式（１）により、必要な接着面積Ａａは１１１６１ｍｍ2と求められた。そこで接着面積を１２０００ｍｍ2とし、太陽電池モジュールと支持体とを図３に示す形態で接着して太陽電池モジュール積層体を得た。
【００３３】
使用した湿気硬化型シリコーン系接着剤の価格は、その単価と接着面積とから５４円と求められた。また、得られた太陽電池モジュール積層体のせん断接着強さを測定した結果は２．１N／ｃｍ2であり、要求値である２．０N／ｃｍ2を上回った。
（比較例３）
実施例２の各条件に対し、湿気硬化型シリコーン系接着剤の使用量を変更し、接着面積を１００００ｃｍ2として図３と同様の形態で接着した太陽電池モジュール積層体を得た。
【００３４】
使用した湿気硬化型シリコーン系接着剤の価格は、その単価と接着面積とから４５円と求められ、実施例２の５４円を下回った。しかしながら、得られた太陽電池モジュール積層体のせん断接着強さを測定した結果は１．７N／ｃｍ2であり、要求値である２．０N／ｃｍ2を下回ったため、使用に耐えないことがわかった。
（比較例４）
実施例２の各条件に対し、湿気硬化型シリコーン系接着剤の使用量を変更し、接着面積を１２５０００ｍｍ2として太陽電池モジュールの全面で接着し、太陽電池モジュール積層体を得た。
【００３５】
得られた太陽電池モジュール積層体のせん断接着強さを測定した結果は２１．７N／ｃｍ2であり、要求値である２．０N／ｃｍ2を上回った。しかしながら、使用した湿気硬化型シリコーン系接着剤の価格は、その単価と接着面積とから５６３円と求められ、実施例２の５４円を上回った。
表２は、実施例２のせん断接着強度と使用した接着材層の価格である。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
（実施例３）
フレキシブルタイプの太陽電池モジュールの寸法が、長さ５００ｍｍ、幅２５０ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍ、面積Ａｍは１２５０００ｍｍ2のものを使用した。接着面側の素材はエチレン‐四フッ化エチレン共重合体で、接着面側の表面はプラズマ処理されている。支持体には厚さ０．５８ｍｍのポリフッ化ビニリデン‐三フッ化塩化ビニル共重合体製シートを使用した。接着材には厚さ０．４ｍｍ、幅１２．５ｍｍのテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを使用した。
【００３８】
実施例３における太陽電池モジュール積層体に要求されるせん断接着強さＳｄは、設置環境などに基づいて設定された値であり、３．０N／ｃｍ2であった。
実施例３における前記テープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの引張せん断接着強さＳｍは、太陽電池モジュールと支持体とを接着面積１ｃｍ2で前記テープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを用いて接着し、せん断接着強さ試験を実施して求め、その結果は２４．０N／ｃｍ2であった。
【００３９】
数式（１）により、必要な最小の接着面積Ａａは１５６２５ｍｍ2と求められた。そこで、テープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを用いて接着面積を１８７５０ｍｍ2とした。
【００４０】
ここで、接着面積は全て１８７５０ｍｍ2とし、接着材層３の太陽電池モジュールの外縁部に配置する長さを変えて、支持体と太陽電池モジュールを接着した。太陽電池モジュールの外縁部全長に対し、接着材層３を配置した外縁部の長さの割合を３０、５０，８０，１００％とした４種類の太陽電池モジュール積層体を製作した。接着された外縁部の長さの割合が１００％のものは、全外縁部に接着材層３を配置したことを示す。この４つの積層体を用いて、ウェザオメーターで耐候性試験を実施した。放射照度７８W／ｍ2、温度６３℃、１２０分毎に１８分間の水噴霧の条件下で５００時間の試験を実施した後の積層体の接着状態を目視観察した。その結果を表３に示す。
【００４１】
太陽電池モジュールの外縁部全長の５０％以上に接着材層を配置した場合、モジュールの剥離は無かった。しかし、太陽電池モジュールの外縁部全長の３０％しか接着しなかった積層体では、接着材層に１ｃｍの太陽電池モジュールと支持体の剥離が観察された。この結果は、太陽電池モジュールの外縁部全長の２分の１の長さの部分に接着材層３を配置することが、太陽電池モジュールと支持体との剥離を防止する効果があることを示している。
表３は、実施例３の外縁部接着部位の長さと耐候性試験結果である。
【００４２】
【表３】
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【００４３】
（実施例４）
フレキシブルタイプの太陽電池モジュールの寸法が、長さ５００ｍｍ、幅２５０ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍ、面積Ａｍは１２５０００ｍｍ2のものを使用した。接着面側の素材はエチレン‐四フッ化エチレン共重合体で、接着面側の表面はプラズマ処理されている。支持体には厚さ０．５８ｍｍのポリフッ化ビニリデン‐三フッ化塩化ビニル共重合体製シートを使用した。接着材層には厚さ０．４ｍｍ、幅１２．５ｍｍのテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを使用した。
【００４４】
実施例４における太陽電池モジュール積層体に要求されるせん断接着強さＳｄは、設置環境などに基づいて設定された値であり、３．０N／ｃｍ2であった。
実施例４におけるテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートのせん断接着強さＳｍは、太陽電池モジュールと支持体とを接着面積１ｃｍ2でテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを用いて接着し、せん断接着強さ試験を実施して求め、その結果は２４．０N／ｃｍ2であった。
【００４５】
実施例４におけるテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの弾性率は５００ｋＰａであった。
数式（１）により、必要な接着面積Ａａは１５６２５ｍｍ2と求められた。長さ５００ｍｍのテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを用いて接着面積を１８７５０ｍｍ2とし、太陽電池モジュールと前記支持体とを接着して太陽電池モジュール積層体を得た。
【００４６】
太陽電池モジュール積層体の支持体部分を建造物に固定して太陽電池モジュール積層体を垂直に設置した。１年後に観察したところ、太陽電池モジュール積層体の接着部に異状はなかった。
（比較例５）
フレキシブルタイプ太陽電池モジュールと支持体には実施例４と同一のものを用いた。接着材には実施例４とは弾性率が異なる、厚さ０．４ｍｍ、幅１２．５ｍｍのテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを使用した。
【００４７】
比較例５におけるテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの弾性率は８０ｋＰａであった。
比較例５における太陽電池モジュール積層体に要求されるせん断接着強さＳｄは、実施例４と同じ３．０N／ｃｍ2であった。
【００４８】
比較例５におけるテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートのせん断接着強さＳｍは、太陽電池モジュールと支持体とを接着面積１ｃｍ2でテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを用いて接着し、引張せん断接着強さ試験を実施して求め、その結果は実施例４と同等の２４．５N／ｃｍ2であった。
【００４９】
接着面積を実施例４と同じ１８７５０ｍｍ2とし、太陽電池モジュールと支持体とを接着して太陽電池モジュール積層体を得た。
太陽電池モジュール積層体の支持体部分を建造物に固定して太陽電池モジュール積層体を垂直に設置した。１年後に観察したところ、太陽電池モジュールの支持体への接着位置が、初期よりも下方向へ約１ｃｍずれていた。
（比較例６）
フレキシブルタイプ太陽電池モジュールと支持体には実施例４と同一のものを用いた。接着資材には、実施例４と比較例５とは弾性率が異なる厚さ０．４ｍｍ、幅１２．５ｍｍのテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを使用した。
【００５０】
比較例６におけるテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの弾性率は１１０MＰａであった。
比較例６における太陽電池モジュール積層体に要求される引張せん断接着強さＳｄは、実施例４と同じ、３．０N／ｃｍ2であった。
【００５１】
比較例６におけるテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートの引張せん断接着強さＳｍは、太陽電池モジュールと支持体とを接着面積１ｃｍ2でテープ状発泡アクリル系感圧型粘着シートを用いて接着し、引張せん断接着強さ試験を実施して求め、その結果は実施例４と同等の２４．７N／ｃｍ2であった。
【００５２】
接着面積を実施例４と同じ１８７５０ｍｍ2とし、太陽電池モジュールと支持体とを接着して太陽電池モジュール積層体を得た。
太陽電池モジュール積層体の前記支持体部分を建造物に固定して太陽電池モジュール積層体を垂直に設置した。１年後に観察したところ、太陽電池モジュールと支持体の間に剥離が観察された。
【符号の説明】
【００５３】
１  太陽電池モジュール
２  支持体
３  接着材層
４  太陽電池素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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