(57)【要約】【課題】長期間の屋外設置による裏面保護シートの切り込みによるリード線通過部の端部を起点としたクラックの発生を抑制すること、あるいはクラックが発生した場合でもクラックが裏面保護シート上に設けられた端子箱内の限定された領域に収めることを達成することを目的とする。【解決手段】平面状に配置された太陽電池素子と、太陽電池素子の受光面側に充填材を介して配置された表面保護シートと、太陽電池素子の背面側に充填材を介して配置された裏面保護シートとからなり、該裏面保護シートには太陽電池素子から光起電力を外部に取り出すための平板状リード線を通過させる切り込みによる平板状リード線通過部が設けられ、該平板状リード線通過部が、平板状リード線と平行な直線部と、直線部の両端に直線部から連続する１本以上の応力緩和部を有し、応力緩和部の端部の方向が直線部または対向する応力緩和部に向くことを特徴とする太陽電池モジュ−ル。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に配置された太陽電池素子と、太陽電池素子の受光面側に充填材を介して配置された表面保護シートと、太陽電池素子の背面側に充填材を介して配置された裏面保護シートとからなり、該裏面保護シートには太陽電池素子から光起電力を外部に取り出すための平板状リード線を通過させる切り込みによる平板状リード線通過部が設けられ、該平板状リード線通過部が、平板状リード線と平行な直線部と、直線部の両端に直線部から連続する１本以上の応力緩和部を有し、応力緩和部の端部の方向が直線部または対向する応力緩和部に向くことを特徴とする太陽電池モジュ−ル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面保護シートのリード線を通過させるための切り込み形状に特徴を有する太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、表面保護シート／充填材／太陽電池素子／充填材／裏面保護シートの順で積層し、加熱、加圧することで一体成型して製造される。このように製造された太陽電池モジュールにおいては、太陽電池素子の出力を取り出すためのリード線が内部に配線されており、裏面保護シートには該リード線を太陽電池モジュールの外側へ取り出すための切り込みが形成されている。
【０００３】
従来の裏面保護シートの切り込み形状としては裏面保護シートに直線状の切り込みを入れた構造が一般的であった。しかしながら、裏面保護シートの切り込み形状が直線状の場合、長期間の屋外設置により裏面保護シートが加水分解により劣化し、さらに寒暖差による太陽電池モジュールの変形や伸び等により切り込み端部へ応力が集中し、クラックが発生することがあった。
【０００４】
裏面保護シートにクラックが発生すると、クラック部分から太陽電池モジュール内に水分が侵入し、太陽電池素子やリード線等の金属部分が腐食するという問題があった。
【０００５】
裏面保護シートのリード線通過部形状として例えば４ｃｍ×７ｃｍ程度の矩形状に形成されたものがある（特許文献１参照）。しかしながら、裏面保護シートのリード線通過部を矩形状に形成すると、リード線通過部からモジュール内部へ水分が侵入するため、リード線通過部の内側に別の防湿部材を挿入する必要があり、太陽電池モジュールの組み立て作業が繁雑になるという問題があった。
【０００６】
さらに、別の裏面保護シートのリード線通過部として切り込みおよび切り込み端部に形成された丸孔からなる形状に形成されたものが知られている（特許文献２参照）。切り込み端部への応力集中を緩和しているため、クラックの発生を防止できる。しかしながら、裏面保護シートに丸孔を形成するためには、上記矩形状のリード線通過部の場合も同じであるが、打ち抜き加工が必要となり、打ち抜かれた残材の太陽電池モジュールへの混入による歩留まり低下が発生したり、打ち抜き加工機が残材の目詰まりによる加工不良を発生したりする懸念があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３３２２８４号公報
【特許文献２】特開２００１−１０２６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、長期間の屋外設置による裏面保護シートの切り込みによるリード線通過部の端部を起点としたクラックの発生を抑制すること、あるいはクラックが発生した場合でもクラックが裏面保護シート上に設けられた端子箱内の限定された領域に収めることを達成することを目的とする。このことで、防湿部材を使用することなく、裏面保護シートのリード線通過部から水分が侵入することを防止でき、また、打ち抜き加工を必要としないため、打ち抜かれた裏面保護シートの残材による製品不良発生頻度が低い太陽電池モジュール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】
【０００９】
すなわち本発明は、平面状に配置された太陽電池素子と、太陽電池素子の受光面側に充填材を介して配置された表面保護シートと、太陽電池素子の背面側に充填材を介して配置された裏面保護シートとからなり、該裏面保護シートには太陽電池素子から光起電力を外部に取り出すための平板状リード線を通過させる切り込みによる平板状リード線通過部が設けられ、該平板状リード線通過部が、平板状リード線と平行な直線部と、直線部の両端に直線部から連続する１本以上の応力緩和部を有し、応力緩和部の端部の方向が直線部または対向する応力緩和部に向くことを特徴とする太陽電池モジュ−ルである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による太陽電池モジュールにより、長期間の屋外設置による裏面保護シートの平板状リード線通過部の端部を起点としたクラックの発生を抑制することができ、クラックが発生した場合でもクラックを裏面保護シート上に設けられた端子箱内の限定された領域に収めることができる。この結果、防湿部材を使用することなく、裏面保護シートの平板状リード線通過部から水分が侵入することを防止できる太陽電池モジュールを提供することが可能となる。さらに、裏面保護シートの平板状リード線通過部形成工程で打ち抜き加工を必要としないため、打ち抜き加工で発生する裏面保護シートの残材混入による歩留まり低下を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの加熱圧着前の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明における太陽電池モジュールの平板状リード線通過部を裏面保護シート側からみた概略図である。
【図４】本発明における太陽電池モジュールの平板状リード線通過部の別の態様を裏面保護シート側からみた概略図である。
【図５】本発明における太陽電池モジュールの平板状リード線通過部の別の態様を裏面保護シート側からみた概略図である。
【図６】比較例２の太陽電池モジュールの平板状リード線通過部を裏面保護シート側から見た概略図である。
【図７】本発明における平板状リード線通過部の構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の態様を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の太陽電池モジュールの加熱圧着前の一実施形態を示す断面図であり、図２は図１を加熱圧着することにより作製した太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図であり、図３は図２の本発明の太陽電池モジュールの平板状リード線通過部を裏面保護シート側からみた概略図である。図４、図５は太陽電池モジュールの平板状リード線通過部の別の態様を裏面保護シート側からみた概略図である。図６は比較例２に係る太陽電池モジュールの平板状リード線通過部を裏面保護シート側から見た概略図である。図７は、本発明における平板状リード線通過部の構造を示す概略図である。
【００１４】
図１において、１は表面保護シート、２は太陽電池素子、３は充填材、４は平板状リード線、５は裏面保護シート、６は裏面保護シートの平板状リード線通過部、７は充填材の平板状リード線通過部、８は端子箱である。
【００１５】
表面保護シートとしては、ガラスや樹脂フィルムなどが用いられる。ガラスとしては、白板ガラス、風冷強化ガラス、化学強化ガラス、熱線反射ガラスなどがある。ガラスの厚さは２ｍｍから５ｍｍのものが広く用いられ、一般的には３ｍｍ程度のものが用いられ、軽量化を必要とされる用途には２ｍｍ程度のものを使用する。樹脂フィルムとしては、透過性や耐衝撃性の面からポリカーボネート樹脂が一般的に用いられ、厚さとしては５ｍｍ程度のものを使用する。
【００１６】
太陽電池素子としては単結晶シリコンや多結晶シリコンが一般的に使用され、その厚さは０．３ｍｍ程度であり、コストダウンのためには更に薄いものが使用されている。
【００１７】
充填材は透光性、電気絶縁性を有する材料で構成され、ＥＶＡ（エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ポリオレフィンなどが一般的に用いられる。例えば、ＥＶＡ樹脂としては、２０％から４０％の酢酸ビニルを含有するエチレン・酢酸ビニル共重合体であり、厚さとしては０．５ｍｍから１ｍｍ程度のものを一般的に使用し、真空ラミネート工程において、溶融、熱架橋することで一体化する。
【００１８】
太陽電池素子の裏面保護シート側に使用する充填材に形成する平板状リード線通過部は、平板状リード線と平行な直線状の切り込みで形成する。
【００１９】
裏面保護シートとしては、電気絶縁性や水蒸気バリア性を確保するため複数の樹脂フィルムの積層体が使用される。裏面保護シートに求められる特性を維持しながら、作業性を損なわない程度の剛性を得るためには、樹脂フィルムの積層体の一層としてポリエステルフィルムを用いることが一般的であり、別の一層としてはオレフィン系フィルムやフッ素系フィルムが充填材との接着性や耐紫外線を付与するために広く用いられる。
【００２０】
裏面保護シートに形成する平板状リード線通過部は切り込みにより形成し、該平板状リード線通過部は、平板状リード線の幅方向に対して平行な直線部と、直線部の両端に直線部から連続する１本以上の応力緩和部を有し、応力緩和部の端部の方向が直線部または対向する応力緩和部に向くことが重要である。
【００２１】
ここで切込みとは、刃物により切られた裏面保護シートの表裏貫通部分のことを言う。切り込みには面状に打ち抜かれたものを含まず、カッターやトムソン刃により線状に切られたもののみを指す。
【００２２】
平板状リード線通過部は、平板状リード線の幅方向に対して平行な直線部と、直線部の両端に直線部から連続する１本以上の応力緩和部を有することが特徴である。切り込みによる直線部端部から該直線の方向とは異なる方向に連続的に線状に設けられた切り込みによるものを応力緩和部と定義する。
【００２３】
直線部には平板状リード線を通すため、直線部の長さは平板状リード線の厚さに応じて長くすることが好ましい。すなわち、厚い平板状リード線を使用する場合には、平板状リード線の厚みにより直線部の切り込みが押し広げられる方向の応力が発生するため、応力緩和部を有するといえども長い直線部により両端部における応力を緩和することが好ましい。
【００２４】
応力緩和部は、上記直線部端部から連続的に切り込まれたものによるが、その端部の方向が直線部または対向する応力緩和部に向くことが特徴である。応力緩和部を直線部の両端に設けることにより、平板状リード線の厚みにより押し広げられた直線部の該直線部端部に発生する応力を、直線方向とは異なる方向に伸びる応力緩和部で緩和することができる。また、その端部の方向が直線部または対向する応力緩和部に向けることで、太陽電池モジュールを長期間使用することにより裏面保護シートが劣化し、応力緩和部の端部を基点として端部の向く方向にクラックが発生しても、直線部または対向する応力緩和部でクラックの進行が止まるか、両端部から発生したクラックがお互いにぶつかって進行が止まり、発生したクラックが裏面保護シート上に設けられた端子箱内の限定された領域に収まることから、裏面保護シートの平板状リード線通過部およびクラック部から水分が侵入することを軽減できる。
【００２５】
応力緩和部は連続する折れ線で形成することが好ましく、曲線で形成することがより好ましい。応力緩和部を急激な角度変化の折れ線で形成すると、太陽電池モジュールが熱膨張や外部応力により変形することで、切り込みの角度変化が大きい部分に応力が集中し、クラックが発生する原因となる。
【００２６】
図７に本発明における平板状リード線導入部の構造を説明するための概略図を示す。直線部１１の両端に連続的に応力緩和部１２、１３が切り込みにより形成される。応力緩和部１２の端部は直線部１１の方向１４に向け、応力緩和部１３は対向する応力緩和部１２の方向１５に向ける。
【００２７】
裏面保護シートの平板状リード線通過部は裏面保護シート上に設けられた端子箱の内側に収まることが好ましい。平板状リード線通過部が端子箱の外側に出ると、平板状リード線通過部から太陽電池モジュールの内側に水分が侵入し、太陽電池素子や平板状リード線等の金属部分が腐食する原因となる。
【００２８】
平板状リード線としては、一般的に半田コーティングされた銅箔が使用され、厚さは０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度で、所定の長さにカットしてから半田接続して用いる。
【００２９】
平板状リード線は隣接する太陽電池素子の、一方の受光面側の電極と他方の裏面の電極とを交互に接続する場合、幅２ｍｍ程度のものを使用する。１枚の太陽電池素子には受光面と裏面に、それぞれ２本あるいは３本の電極が形成されており、２本から３本の平板状リード線を平行に半田接続することで複数の太陽電池素子を一列に並べることにより、いわゆるストリング状に直列接続する。このストリング状に直列接続された太陽電池素子列を複数本平行に配置し、隣接するストリングの端部同士を直列接続するための平板状リード線としては幅６ｍｍ程度のものを使用する。さらに、すべてのストリングの終端部の平板状リード線は充填材の平板状リード線通過部、裏面保護シートの平板状リード線通過部を通過して、太陽電池モジュールの裏面から引き出す。太陽電池モジュールの裏面側から引き出した平板状リード線は裏面保護シートの上にシリコン材等を用いて設置した端子箱内で出力ケーブルと接続する。
【００３０】
本発明の太陽電池モジュールは裏面保護シートの平板状リード線通過部における裏面保護シートと太陽電池素子の間に防湿部材を挿入することなく太陽電池モジュール内への水分の侵入を防止できるが、裏面保護シートの平板状リード線通過部における裏面保護シートと太陽電池素子の間に防湿部材を挿入してもよい。
【実施例】
【００３１】
本発明の実施例を以下に示すが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１）
まず、評価用サンプルとして疑似太陽電池モジュールを作製するため、表面保護シート（ＡＧＣファブリテック製白板生ガラス、厚さ３．２ｍｍ×縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ）、充填材（福斯特製ＥＶＡシート、品番：Ｆ８０６、厚さ０．４５ｍｍ×縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ）／平板状リード線（常州晶合光伏材料製  厚さ０．３５ｍｍ×幅６ｍｍ×長さ１００ｍｍ）／充填材／裏面保護シート（ＩＳＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＡＣ製“ＩＣＯＳＯＬＡＲ”、品番：２４４２  厚さ０．３５ｍｍ×縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ）をこの順で積層し、裏面保護シート側の充填材には平板状リード線通過部を、裏面保護シートには平板状リード線通過部である直線部と応力緩和部をそれぞれ形成し、平板状リード線の片側の端部を裏面保護シート側の充填材の平板状リード線通過部、裏面保護シートの平板状リード線通過部の直線部を経由して疑似太陽電池モジュールの外部へ引き出した状態で、真空ラミネーターにより加熱、加圧することで一体成型した。
【００３３】
平板状リード線通過部は裏面保護シートの中央部に直線状の１００ｍｍの切り込みを刃物で作製し、応力緩和部として、直線部の両端に直径１０ｍｍの半円形状に続けて切り込むことで、図３に示すように応力緩和部の端部同士が互いに向かい合う形状に作製した。
【００３４】
次に、裏面保護シートの平板状リード線通過部を囲う位置に、シリコン材（北京天山製、品番：１５２７）により端子箱（オーナンバ製、内寸：１２０ｍｍ×５５ｍｍ、品番：ＰＶＵ−Ｂ５０）を接着し、室温で２週間硬化させた。
【００３５】
疑似太陽電池モジュールを恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＨ−２Ｋ）により８５℃、８５％ＲＨの条件で２０００時間処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。更に、疑似太陽電池モジュールを低温恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＬ−２Ｋ）により−４０℃と８５℃、８５％ＲＨの条件を１０回繰り返し処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。
【００３６】
同じ条件で作製した別の疑似太陽電池モジュールを恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＨ−２Ｋ）により８５℃、８５％ＲＨの条件で３０００時間処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。更に、疑似太陽電池モジュールを低温恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＬ−２Ｋ）により−４０℃と８５℃、８５％ＲＨの条件を１０回繰り返し処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。
【００３７】
（実施例２）
平板状リード線通過部は裏面保護シートの中央部に直線状の１００ｍｍの切り込みを刃物で作製し、応力緩和部として、図４に示すように直線部の両端に直径１０ｍｍの半円形状で左右二股に続けて切り込むことで、応力緩和部の端部同士が互いに向かい合う形状に作製したこと以外は実施例１と同様に疑似太陽電池モジュールを作製した。平板状リード線導入部の両端から左右二股に応力緩和部を切り込むことにより、平板状リード線を疑似太陽電池モジュールの外部へ引き出す作業の効率が向上した。
【００３８】
疑似太陽電池モジュールを恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＨ−２Ｋ）により８５℃、８５％ＲＨの条件で３０００時間処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。更に、疑似太陽電池モジュールを低温恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＬ−２Ｋ）により−４０℃と８５℃、８５％ＲＨの条件を１０回繰り返し処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。
【００３９】
（実施例３）
平板状リード線通過部は裏面保護シートの中央部に直線状の１００ｍｍの切り込みを刃物で作製し、応力緩和部として、直線部の両端に直径２０ｍｍの半円形状に続けて切り込むことで、応力緩和部の端部同士が互いに向かい合う形状に作製したこと以外は実施例１と同様に疑似太陽電池モジュールを作製した。平板状リード線導入部の両端に直径２０ｍｍの半円形状に応力緩和部を切り込むことにより、平板状リード線を疑似太陽電池モジュールの外部へ引き出す作業の効率が向上した。
【００４０】
疑似太陽電池モジュールを恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＨ−２Ｋ）により８５℃、８５％ＲＨの条件で３０００時間処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。更に、疑似太陽電池モジュールを低温恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＬ−２Ｋ）により−４０℃と８５℃、８５％ＲＨの条件を１０回繰り返し処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。
【００４１】
（実施例４）
平板状リード線通過部は裏面保護シートの中央部に直線状の５０ｍｍの切り込みを刃物で作製し、応力緩和部として、直線部の両端に直径１０ｍｍの３／４の円形状に続けて切り込むことで、図５に示すように応力緩和部の端部が直線部に向かう形状に作製したこと以外は実施例１と同様に疑似太陽電池モジュールを作製した。
【００４２】
疑似太陽電池モジュールを恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＨ−２Ｋ）により８５℃、８５％ＲＨの条件で３０００時間処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。更に、疑似太陽電池モジュールを低温恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＬ−２Ｋ）により−４０℃と８５℃、８５％ＲＨの条件を１０回繰り返し処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラックが発生したが、発生したクラックは直線部にぶつかってそれ以上は進行しなかった。
【００４３】
（比較例１）
平板状リード線通過部は裏面保護シートの中央部に直線状の１００ｍｍの切り込みを刃物で作製し、応力緩和部を形成しなかったこと以外は実施例１と同様に疑似太陽電池モジュールを作製した。
【００４４】
疑似太陽電池モジュールを恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＨ−２Ｋ）により８５℃、８５％ＲＨの条件で２０００時間処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。更に、疑似太陽電池モジュールを低温恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＬ−２Ｋ）により−４０℃と８５℃、８５％ＲＨの条件を１０回繰り返し処理すると、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラックが発生し、端子箱の外にまでクラックが進行した。
【００４５】
同じ条件で作製した別の疑似太陽電池モジュールを恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＨ−２Ｋ）により８５℃、８５％ＲＨの条件で３０００時間処理すると、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラックが発生し、端子箱の外にまでクラックが進行した。
【００４６】
（比較例２）
平板状リード線通過部は裏面保護シートの中央部に直線状の１００ｍｍの切り込みを刃物で作製し、応力緩和部として、リード線導入部の両端に直径１０ｍｍの４分の１円形状に続けて切り込むことで、図６に示すように応力緩和部の終端同士が互いに略平行形状に作製したこと以外は実施例１と同様に疑似太陽電池モジュールを作製した。
【００４７】
疑似太陽電池モジュールを恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＨ−２Ｋ）により８５℃、８５％ＲＨの条件で２０００時間処理したが、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラック等の異常は発生しなかった。更に、疑似太陽電池モジュールを低温恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＬ−２Ｋ）により−４０℃と８５℃、８５％ＲＨの条件を１０回繰り返し処理すると、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラックが発生し、端子箱の外にまでクラックが進行した。
【００４８】
同じ条件で作製した別の疑似太陽電池モジュールを恒温恒湿器（エスペック製、品番：ＰＨ−２Ｋ）により８５℃、８５％ＲＨの条件で３０００時間処理すると、疑似太陽電池モジュールの裏面保護シートにクラックが発生し、端子箱の外にまでクラックが進行した。
【符号の説明】
【００４９】
１  表面保護シート
２  太陽電池素子
３  充填材
４  平板状リード線
５  裏面保護シート
６  裏面保護シートのリード線通過部
７  充填材のリード線通過部
８  端子箱
１１  直線部
１２  一方の端部の応力緩和部
１３  他方の端部の応力緩和部
１４  応力緩和部の端部から直線部に向う方向
１５  応力緩和部の端部から他方の応力緩和部に向う方向
【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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