(57)【要約】【課題】充填材、太陽電池素子及び裏面保護材を有する構造体をカバーガラスから確実に剥離できる太陽電池モジュールのリサイクル方法を得ること。【解決手段】カバーガラスと裏面保護材との間に充填材を充填して太陽電池素子を封止した太陽電池パネルと、太陽電池パネルの周縁部に装着されたフレームとを備えた太陽電池モジュールのリサイクル方法であって、フレームを太陽電池パネルから取り外す分解工程（Ｓ１０１）と、裏面保護材と充填材と太陽電池素子との構造体からカバーガラスを分離する分離工程（加熱軟化工程（Ｓ１０２）、第１剥離工程（Ｓ１０３）及び第２剥離工程（Ｓ１０４））と、構造体から分離したカバーガラスを回収する回収工程（Ｓ１０５）とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カバーガラスと裏面保護材との間に充填材を充填して太陽電池素子を封止した太陽電池パネルと、該太陽電池パネルの周縁部に装着されたフレームとを備えた太陽電池モジュールのリサイクル方法であって、
前記フレームを前記太陽電池パネルから取り外す分解工程と、
前記裏面保護材と前記充填材と前記太陽電池素子とを含む構造体から前記カバーガラスを分離する分離工程と、
前記構造体から分離した前記カバーガラスを回収する回収工程とを有することを特徴とする太陽電池モジュールのリサイクル方法。
【請求項２】
前記分離工程は、
前記太陽電池モジュールから分離した前記太陽電池パネルにアニール処理を施す加熱軟化工程と、
前記アニール処理を施した太陽電池パネルの前記構造体の一端部を前記カバーガラスから剥離させる第１剥離工程と、
前記構造体の前記カバーガラスから剥離させた部分を上方から引っ張りつつ、前記構造体と前記カバーガラスとの境界に前記加熱した剥離補助部材を押し入れて、前記構造体と前記カバーガラスとを分離する第２剥離工程とを有す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のリサイクル方法。
【請求項３】
前記アニール処理は、２００℃から３００℃で６０分から９０分加熱後に、室温まで徐冷する処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールのリサイクル方法。
【請求項４】
前記第２剥離工程においては、前記カバーガラスを減圧装置に吸引して前記太陽電池パネルを固定した状態で、前記構造体と前記カバーガラスとを分離することを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュールのリサイクル方法。
【請求項５】
前記剥離補助部材は、通電によって発熱する電熱線であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールのリサイクル方法。
【請求項６】
前記第２剥離工程においては、前記カバーガラスと分離した前記構造体をロールに巻き取ることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールのリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池素子を保護するガラス板に裏面保護材が接着された太陽電池モジュールにおいて、ガラス板から裏面保護材を分離させてガラス板をリサイクルに活用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する関心や政策面等から、公共施設、事業用地、一般家庭などあらゆる場所で太陽電池の設置が進められている。太陽電池は、太陽光というクリーンエネルギーを利用するため、環境に対する負荷の低減に効果的である。例えば、日本国においては、２０１２年７月に施行された「電気事業者による再生可能エネルギー電気の調達に関する特別措置法」（いわゆる、再生可能エネルギー法）により、全量買取制度が実施され、太陽電池モジュールで発電した電力を２０年間電力会社が買い取ることになったことによって、太陽光発電システムの爆発的な普及につながった。
【０００３】
具体的には、日本国においては、全量買取制度の施行により、２０１２年度の業務用の設備認定だけで１３ＧＷ（２５０Ｗモジュールに換算すると５２００万枚）になった。２０１２年度に設置されたこれらの太陽電池モジュールの一部は、再生可能エネルギー法の施行から２０年後に買取制度が終了すると一斉に撤去されることが予想される。
【０００４】
太陽電池モジュールには、光電変換を実現する太陽電池素子や、太陽電池素子を保護するガラス板（カバーガラス）、各部材を接着する充填材、通電用の銀回路線など様々な材料が用いられている。このため、撤去した太陽電池モジュールに含まれる資源を、できるだけ再利用することが重要である。したがって、低コストかつ効率的な太陽電池モジュールのリサイクル方法を確立することが求められている。
【０００５】
この点において、特許文献１では、太陽電池素子の回収方法に重点を置いて太陽電池モジュールを解体・リサイクルする技術が開示されている。また、特許文献２では、廃ガラスのリサイクル方法として、ガラス板に裏面保護材が接着された太陽電池モジュールにおいて、ガラス板から裏面保護材を分離する技術などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１８００６３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７３０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
太陽電池モジュールは、ガラス板の裏面にＥＶＡ（ethylene-vinyl  acetate，エチレン酢酸ビニル共重合体）やＰＶＢ（poly  vinyl  butyral，ポリビニルブチラール）等の充填材を介して裏面保護材が接着されている。太陽電池モジュールの外枠を解体しても、このままではカバーガラスのリサイクルは容易ではないため、上記特許文献１の技術をカバーガラスのリサイクルに活用・応用することはできない。また、上記特許文献２の方法では、カバーガラスと充填材とを分別せずに粉砕しているため、リサイクルガラスの製造工程において分別のための費用及び工数が必要となる。したがって、リサイクルコストが高くなり、再生材の利用というリサイクル循環機能に支障をきたすと考えられる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、充填材、太陽電池素子及び裏面保護材を有する構造体をカバーガラスから確実に剥離できる太陽電池モジュールのリサイクル方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、カバーガラスと裏面保護材との間に充填材を充填して太陽電池素子を封止した太陽電池パネルと、太陽電池パネルの周縁部に装着されたフレームとを備えた太陽電池モジュールのリサイクル方法であって、フレームを太陽電池パネルから取り外す分解工程と、裏面保護材と充填材と太陽電池素子とを含む構造体からカバーガラスを分離する分離工程と、構造体から分離したカバーガラスを回収する回収工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、充填材、太陽電池素子及び裏面保護材を有する構造体をカバーガラスから確実に剥離できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明にかかる太陽電池モジュールのリサイクル方法がリサイクル対象とする太陽電池モジュールの構造例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態にかかる太陽電池モジュールのリサイクル方法の処理工程を示す図である。
【図３】図３は、恒温槽内に設置されたステージの上に太陽電池パネルを載置した状態を示す図である。
【図４】図４は、減圧装置への太陽電池パネルの設置の仕方を示す図である。
【図５】図５は、太陽電池パネルを減圧装置の上に載置した状態を示す図である。
【図６】図６は、太陽電池パネルのエッジ部分を引張装置のチャックに機械的にチャックした状態を示す図である。
【図７】図７は、第２剥離工程の別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールのリサイクル方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態．
図１は、本発明にかかる太陽電池モジュールのリサイクル方法がリサイクル対象とする太陽電池モジュールの構造例を示す図である。太陽電池モジュール１は、カバーガラス３と複数の太陽電池素子４とが、裏面保護材１０及び充填材７によって一体的に接着された構造の積層体（太陽電池パネル）４０を有する。太陽電池素子４の各々は、受光によって発電する単位セルであり、単結晶シリコンや多結晶シリコンを用いて形成されている。太陽電池パネル４０の端面は、アルミ製のフレーム２で覆われている。すなわち、フレーム２は、太陽電池パネル４０の周縁部に装着されている。フレーム２と太陽電池パネル４０との間は、シール材１１でシーリングされている。シール材１１には、ブチルゴム等が用いられる。
【００１４】
太陽電池素子４の上の電極に取り付けられた電極線６は、充填材７によってカバーガラス３と太陽電池素子４の上の電極とに挟まれ、端子ボックス９内に引き込まれる。端子ボックス９内に引き込まれた電極線６は、出力ケーブル８に接続されている。
【００１５】
カバーガラス３は、透光性を備え、太陽電池素子４を外部からの衝撃などから保護している。太陽電池素子４の各々は、インターコネクタ５によって直列接続されて、いわゆるセルストリングを構成している。
【００１６】
裏面保護材１０は、外部からの湿気の侵入を防止するシートである。裏面保護材１０は、例えばフッ素系樹脂、ＰＥＴ（polyethylene  terephthalate）、アルミ箔などを貼り合わせたフィルムで構成されている。裏面保護材１０は、湿気を通さず破断に強い特性を有する。電極線６は、帯状の導線であり、銅や銀などの良導電性金属で形成されている。
【００１７】
充填材７は、カバーガラス３、太陽電池素子４及び裏面保護材１０を一体的に接着して積層させている。充填材７は、緩衝材としての役目と封止材としての役目を果たす。充填材７は、例えばＥＶＡが用いられる。
【００１８】
このように、太陽電池パネル４０は、充填材７、太陽電池素子４及び裏面保護材１０で構成される構造体５０とカバーガラス３とを含んでいる。
【００１９】
上記に説明した太陽電池モジュールは、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールのリサイクル方法に適用可能な太陽電池モジュールの一例であり、カバーガラス３と構造体５０とを組み合わせている太陽電池パネル４０を有する太陽電池モジュールであれば、本発明を適用可能である。したがって、例えば、アモルファスシリコンや化合物薄膜等を用いた太陽電池素子４を有する構造にも適用できる。
【００２０】
次に、太陽電池モジュールの製造方法の概要を説明する。充填材７として用いるＥＶＡやシリコン樹脂やフッ素樹脂は、室温では固形化されたゲル状となっている。構造体５０とカバーガラス３とのラミネートは、以下のようにして行う。
【００２１】
構造体５０とカバーガラス３とを減圧下で１００〜２００℃に加熱し、加熱により充填材７を流動化させる。減圧下にあることにより、充填材７は脱泡され、気泡が無い状態となる。続く冷却工程において、充填材７が硬化することで、構造体５０とカバーガラス３とが接着合成（ラミネート）される。
【００２２】
充填材７の中には、シランカップリング剤が含有されている。シランカップリング剤は、無機物であるカバーガラス３と有機物である充填材７とを接着する機能を持つ。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールのリサイクル方法の処理工程について説明する。図２は、実施の形態にかかる太陽電池モジュールのリサイクル方法の処理工程を示す図である。図２に示すように、実施の形態にかかる太陽電池モジュールのリサイクル方法は、分解工程（Ｓ１０１）、分離工程（加熱軟化工程（Ｓ１０２）、第１剥離工程（Ｓ１０３）及び第２剥離工程（Ｓ１０４））及び回収工程（Ｓ１０５）を有する。分解工程は、前工程であり、加熱軟化工程、第１剥離工程、第２剥離工程及び回収工程が本工程である。
【００２４】
まず、分解工程について説明する。分解工程では、耐用年数が経過したり設備償却が済むなどして不要となった太陽電池モジュール１の太陽電池パネル４０からフレーム２、端子ボックス９及び出力ケーブル８を取り外すとともに、太陽電池パネル４０に残留しているシール材１１を除去する。このようにして、カバーガラス３、太陽電池素子４、充填材７及び裏面保護材１０を含む太陽電池パネル４０を太陽電池モジュール１から分離する。フレーム２、出力ケーブル８及び端子ボックス９は、資源として再利用される。
【００２５】
次に、加熱軟化工程について説明する。分解工程で分離された太陽電池パネル４０を加熱し、充填材７を軟化させる。すなわち、充填材７と裏面保護材１０との境界に形成されている接着層を軟化させる。図３は、恒温槽内に設置されたステージの上に太陽電池パネルを載置した状態を示す図である。加熱軟化工程では、恒温槽３０内に設置されたステージ２５の上に太陽電池パネル４０を載置する。この状態において、ヒータ２０を作動させるとともに、温風ヒータ３１で恒温槽３０内に温風を送り込み、太陽電池パネル４０を２００〜３００℃の温度で６０〜９０分程度加熱する。こうすることで、構造体５０とカバーガラス３とをラミネートしたものである太陽電池パネル４０が加熱され、カバーガラス３と充填材７とを接着しているシランカップリングが分解され、接着力が低下する。なお、太陽電池パネル４０をステージ２５に載置する際には、カバーガラス３を下にして、構造体５０を上にすることで、ヒータ２０の熱がカバーガラス３を通じて構造体５０に伝わるようになるため、カバーガラス３と構造体５０との温度差が生じにくくなり、太陽電池パネル４０全体を均一に加熱しやすくなる。
【００２６】
予め設定した温度及び時間での加熱が終了した後、太陽電池パネル４０を室温まで徐冷することによって、カバーガラス３と充填材７との接着力が低下した状態で充填材７を硬化させる。このようにして、加熱軟化工程において太陽電池パネル４０にはアニール処理が施される。
【００２７】
なお、加熱軟化工程において太陽電池パネル４０に超音波を加えることにより、より効果的にシランカップリングを分解することができる。
【００２８】
次に、第１剥離工程について説明する。第１剥離工程を行うにあたって、太陽電池パネル４０を減圧装置の上に載置する。図４は、減圧装置への太陽電池パネルの設置の仕方を示す図である。図５は、太陽電池パネルを減圧装置の上に載置した状態を示す図である。太陽電池パネル４０を減圧装置１２に載置する際は、真空引きを行う空気穴１３が設けられている面にカバーガラス３を配置する。減圧装置は、太陽電池パネル４０を構成するカバーガラス３を真空引きによって吸着することで、太陽電池パネル４０をしっかり固定する。
【００２９】
減圧装置１２に固定された太陽電池パネル４０は、充填材７を分解に適した柔らかさとするために、内部温度が８０℃程度となるように加熱する。ＥＶＡで構成された充填材７は、温度が低下すると硬くなり、温度が上昇すると柔らかくなる性質を持つ。常温の状態では、全体が硬く取り扱いが難しい。一方、温度を上げ過ぎると柔らかくなりすぎて充填材７が部分的に伸びて破断する。分解に適した温度は８０℃程度である。
【００３０】
その後、太陽電池パネル４０の短辺側のエッジ部分、すなわち太陽電池パネル４０の短辺側の端部を引張装置１５が機械的にチャッキングできる程度、カバーガラス３から剥離させ、構造体５０に掴み代を形成する。この際には、例えば、作業者が加熱された薄板状の部材を手作業でカバーガラス３と構造体５０との境界に押し入れるなどの方法が取られる。なお、カバーガラス３と構造体５０との境界に薄板状の部材を作業は機械が行っても良い。また、裏面保護材１０を真空吸着して引っ張り荷重を加えることによって、太陽電池パネル４０の一端部の構造体５０をカバーガラス３から剥離させても良い。すでに加熱軟化の状態にある構造体５０のカバーガラス３との境界面の接着層は、シランカップリングの分解により、分離しやすい状態になっているため、カバーガラス３と構造体５０とは容易に分離できる。
【００３１】
次に、第２剥離工程について説明する。図６は、太陽電池パネルのエッジ部分を引張装置のチャックに機械的にチャックした状態を示す図である。図６に示すように、太陽電池パネル４０のエッジ部分（第１剥離工程で形成した掴み代５１）を引張装置１５のチャック１７に機械的にチャックする。そして、チャック１７を矢印Ａ方向引き上げながら、水平送り機構１８により引張装置１５を矢印Ｂ方向に平行に移動させることにより、構造体５０のカバーガラス３から剥離させた部分を上方に引っ張って、構造体５０とカバーガラス３とを徐々に剥がしていく。例えば、構造体５０とカバーガラス３との剥離点に、常にカバーガラス３と垂直な方向に引っ張り荷重が加わるように、水平送り機構１８で引張装置１５を移動させる。
【００３２】
さらに、工程時間を短縮し、カバーガラス３と構造体５０との境界にある接着層を効率良くかつきれいに剥離させるために、加熱されたブレード１６を水平送り機構１９で矢印Ｃ方向に平行に移動させてカバーガラス３と構造体５０との境界にある接着層に押し当て、引張装置１５で引く力とブレード１６で押す力との双方で接着層を剥離させる。すなわち、第２剥離工程では、ブレード１６を剥離補助部材として用いる。引張装置１５で引く力とブレード１６で押す力とは、引張装置１５で引く力の方が大きい方が好ましく、引張装置１５で引く力とブレード１６で押す力との比率を６：４程度とすると、効率良く剥離できる。
【００３３】
第２剥離工程が完了すると、構造体５０とカバーガラス３とが分離される。構造体５０から分離したカバーガラス３は、回収工程において回収され、リサイクルされる。
【００３４】
太陽電池モジュール１は、従来はそのまま粉砕して廃却されていたが、本実施の形態によればカバーガラス３の再生が可能となる。さらに、特許文献１に開示されるように、液体での膨潤による剥離方法やカバーガラスの粉砕などのリサイクル方法があるが、工程の短縮化やリサイクル装置の投資費用を考慮した場合、本実施の形態は、工程が簡略であり（加熱（シランカップリング分解）・徐冷（硬化）・加熱（軟化））、カバーガラス３と構造体５０との境界面の接着層を確実に剥離できることで、ガラスのマテリアルリサイクルを効率的に行うことができる。
【００３５】
このように、実施の形態にかかる太陽電池モジュールのリサイクル方法は、カバーガラス及び太陽電池素子を積層するとともに、充填材により裏面保護材を接着してなる太陽電池モジュールのリサイクル方法であって、前工程として、太陽電池モジュールの分解工程（フレーム、端子ボックス、電気配線の除去）を備える。また、本工程として、カバーガラス及び太陽電池素子と接着された裏面保護材を加熱して軟化させる加熱軟化工程（アニール処理）と、加熱軟化工程後の太陽電池パネルの短辺側のエッジ部を一部剥離させる第１剥離工程と、加熱された剥離補助部材をカバーガラスと充填材との境界面にあてがって、裏面保護材上側に引っ張りながら剥離補助部材を移動させて、充填材、太陽電池素子及び裏面保護材を含む構造体をカバーガラスから剥離させる第２剥離工程を有する。これらの工程により、廃材となる構造体からカバーガラスを分離して、リサイクルすることが可能となる。したがって、太陽電池モジュールのライフサイクル全体での環境負荷を低減できる。
【００３６】
上記の実施の形態では、第２剥離工程において、ブレード１６を剥離補助部材として用いる例を挙げたが、ブレード１６の代わりに電熱線（例えばニクロム線）を剥離補助部材として用いて、構造体５０とカバーガラス３とを剥離させることも可能である。
【００３７】
また、上記の実施の形態では、水平送り機構１８を有する構造を例としたが、ロール等の筒状の部材に構造体５０を巻き取るようにして実施することも可能である。図７は、第２剥離工程の別の一例を示す図である。第１剥離工程で形成した掴み代５１の部分をロール６０に固定した上で、ロール６０を矢印Ｄ方向に回転させつつ矢印Ｅ方向に送ることにより、カバーガラス３から剥離させた構造体５０をロール６０に巻き取る構造となっている。このような方式でも、構造体５０のカバーガラス３から剥離させた部分を上方に引っ張って、構造体５０を剥離させることが可能である。
【００３８】
本実施の形態によれば、カバーガラスから充填材を確実に除去できるため、リサイクルガラスの製造工程においてこれらを分別する作業が不要となり、リサイクルコストを低減することができる。また、透明度などの品質要求が低い太陽電池用カバーガラス以外の用途であれば、分離したカバーガラスをそのまま再使用（リユース）することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールのリサイクル方法は、カバーガラスに用いられたガラスのマテリアルリサイクルを効率的に行える点で有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１  太陽電池モジュール、２  フレーム、３  カバーガラス、４  太陽電池素子、５  インターコネクタ、６  電極線、７  充填材、８  出力ケーブル、９  端子ボックス、１２  減圧装置、１３  空気穴、１５  引張装置、１６  ブレード、１７  チャック、１８，１９  水平送り機構、２０  ヒータ、２５  ステージ、３０  恒温槽、３１  温風ヒータ、４０  太陽電池パネル、５０  構造体、５１  掴み代、６０  ロール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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