(57)【要約】【課題】信頼性を高めた太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池１４と、第１方向に延びて複数の太陽電池１４間を接続する接続部材１６と、複数の太陽電池１４の受光面１０ａ側に設けられる受光面保護部材１０と、複数の太陽電池１４の裏面２０ｂ側に設けられる裏面保護部材２０と、受光面保護部材１０と裏面保護部材２０の間に設けられ、複数の太陽電池１４を封止する封止部材１２と、を備える。裏面保護部材２０は、少なくとも一部にしわが設けられるシート状部材により構成され、シート状部材は、第１方向に交差する第２方向に延びるしわが形成される皺部２２と、しわが伸ばされた状態となる平坦部２４とを有する。【選択図】図１
2015103706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池と、
第１方向に延びて前記複数の太陽電池間を接続する接続部材と、
前記複数の太陽電池の受光面側に設けられる受光面保護部材と、
前記複数の太陽電池の裏面側に設けられる裏面保護部材と、
前記受光面保護部材と前記裏面保護部材の間に設けられ、前記複数の太陽電池を封止する封止部材と、
を備え、
前記裏面保護部材は、少なくとも一部にしわが設けられるシート状部材により構成され、
前記シート状部材は、前記第１方向に交差する第２方向に延びるしわが形成される皺部と、しわが伸ばされた状態となる平坦部とを有する太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記皺部および前記平坦部は、前記第１方向に交互に配置される請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記シート状部材は、前記皺部のしわを伸ばした場合の前記第２方向の長さをＬｓ、前記皺部にしわを形成した状態の前記第２方向の長さをＬｍ、当該シート状部材の線膨張係数をα、温度変化量Δｔの絶対値を６５℃とした場合に、基準温度である２５℃において、式（ａ）の関係を満たすように前記皺部が設けられる請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【数１】
2015103706.tif 000005
【請求項４】
前記シート状部材は、前記温度変化量Δｔの絶対値を９５℃とした場合に、基準温度である２５℃において、式（ａ）の関係を満たすように前記皺部が設けられる請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記皺部は、当該皺部のしわの深さが前記シート状部材の厚さ以上であり、かつ、他の皺部のしわの深さの３倍以下となるように設けられる請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記シート状部材は、前記封止部材よりもヤング率が高い部材である請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記複数の太陽電池と前記シート状部材との間に、非架橋樹脂が設けられる請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記封止部材は、非架橋樹脂により構成される請求項６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
接続部材により接続された複数の太陽電池と、所定方向に延びる突起部が平面上に複数設けられる型を準備し、
前記型の突起部の上に、シート状の裏面保護部材と、封止部材と、を順に配置し、
前記接続部材が延びる方向が前記所定方向に交差する向きとなるように、前記複数の太陽電池を、前記型の上に配置された封止部材の上に配置し、
前記型の上に配置された複数の太陽電池の上に、封止部材と、受光面保護部材と、を順に配置し、
前記型を介して、前記裏面保護部材と前記受光面保護部材の間を加熱圧着する太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を封止した太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池パネル内において、接続部材により接続される複数の太陽電池は、ガラス、バックシートの間に封止樹脂により封止されている。太陽電池パネルの外周には、フレームが取り付けられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５５２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池パネルを構成する接続部材や、ガラス、バックシートなどは、熱膨張率が異なる。このため、設置環境により太陽電池モジュールの温度が変化すると、部材間の熱膨張率差によって応力が加わり、太陽電池パネルが損傷するおそれがある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、信頼性を高めた太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、第１方向に延びて複数の太陽電池間を接続する接続部材と、複数の太陽電池の受光面側に設けられる受光面保護部材と、複数の太陽電池の裏面側に設けられる裏面保護部材と、受光面保護部材と裏面保護部材の間に設けられ、複数の太陽電池を封止する封止部材と、を備える。裏面保護部材は、少なくとも一部にしわが設けられるシート状部材により構成され、シート状部材は、第１方向に交差する第２方向に延びるしわが形成される皺部と、しわが伸ばされた状態となる平坦部とを有する。
【０００７】
本発明の別の態様は、太陽電池モジュールの製造方法である。この方法は、接続部材により接続された複数の太陽電池と、所定方向に延びる突起部が平面上に複数設けられる型を準備し、型の突起部の上に、シート状の裏面保護部材と、封止部材と、を順に配置し、接続部材が延びる方向が所定方向に交差する向きとなるように、複数の太陽電池を、型の上に配置された封止部材の上に配置し、型の上に配置された複数の太陽電池の上に、封止部材と、受光面保護部材と、を順に配置し、型を介して、裏面保護部材と受光面保護部材の間を加熱圧着する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性を高めた太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態における太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。
【図２】太陽電池モジュールの裏面を示す平面図である。
【図３】（ａ）−（ｃ）は、裏面保護部材の機能を模式的に示す断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、皺部を形成する前と後の裏面保護部材を示す断面図である。
【図５】太陽電池モジュールの製造工程を模式的に示す図である。
【図６】変形例１における太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。
【図７】変形例２における太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。
【図８】変形例３における太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施形態における太陽電池モジュールは、接続部材により接続された複数の太陽電池を備える。複数の太陽電池は、受光面保護部材と裏面保護部材との間に設けられた封止部材によって封止される。裏面保護部材は、シート状部材であり、その一部にしわが設けられる。このしわは、接続部材が延びる方向に交差する方向に延びて設けられる。太陽電池モジュールは、設置環境に応じて温度が変化すると、部材間の熱膨張率差によって応力が加わって破損するおそれがある。本実施形態においては、裏面保護部材にしわが設けられるため、温度変化によって裏面保護部材が伸縮する場合であっても、しわを伸び縮みさせて応力を緩和することができる。
【００１１】
図１は、本実施形態における太陽電池モジュール１００を示す断面図である。太陽電池モジュール１００は、受光面保護部材１０と、封止部材１２と、複数の太陽電池１４と、接続部材１６と、裏面保護部材２０を備える。
【００１２】
受光面保護部材１０は、太陽電池モジュール１００の受光面１０ａ側に配置されており、太陽電池モジュール１００の表面を保護する。受光面保護部材１０として、透光性および遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等が使用される。本実施形態では、受光面保護部材１０としてガラスを用いる。
【００１３】
封止部材１２は、受光面保護部材１０と裏面保護部材２０の間に設けられ、これらの間に設けられる複数の太陽電池１４を封止する。封止部材１２として、例えば、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）や、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ポリイミド等のシート形状を有する樹脂フィルムが使用される。なお、封止部材１２は、裏面保護部材２０と比べてヤング率が低く、柔軟性の高い材料であることが望ましく、例えば、非架橋樹脂で構成されることが望ましい。
【００１４】
太陽電池１４は、受光面と裏面とを有し、主に受光面に入射する光によって発電する光起電力素子である。太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池１４を備え、複数の太陽電池１４の間は、接続部材１６により電気的に接続される。接続部材１６は、銅箔やアルミ箔などの配線材であり、複数の太陽電池１４が並置される第１方向（ｘ方向）に延びて設けられる。
【００１５】
裏面保護部材２０は、太陽電池モジュール１００において裏面２０ｂ側に配置されるシート状部材であり、太陽電池モジュール１００の背面を保護する。裏面保護部材２０としては、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等のポリオレフィンを材料とした樹脂フィルムが使用される。なお、裏面保護部材２０は、封止部材１２よりもヤング率が高い材料であることが望ましく、例えば、架橋処理が施された樹脂材料で構成されることが望ましい。
【００１６】
裏面保護部材２０は、シート状部材にしわを寄せて形成される皺部２２と、シート状部材のしわを伸ばして形成される平坦部２４を有する。皺部２２および平坦部２４は、複数設けられており、ｘ方向に皺部２２と平坦部２４とが交互に配置される。このとき、複数の皺部２２のｘ方向の間隔、いいかえれば、複数の平坦部２４それぞれのｘ方向の幅は、ほぼ同じ幅となるように設けられることが望ましい。等間隔で皺部２２を設けることにより、皺部２２による応力緩和の効果を太陽電池モジュール１００の全体で均一にし、場所によって応力の大きさが異なることを防ぐことができる。
【００１７】
皺部２２は、しわの頂部２２ａが受光面１０ａ側に突起するように設けられ、ｘ方向の断面がＶ字状の山型形状を有する。皺部２２の深さＤ０は、裏面保護部材２０の厚さＴよりも大きく設けられる。なお、皺部２２の深さＤ０は、厚さＴの２倍以上とすることが望ましい。このとき、皺部２２の深さＤ０は、それぞれほぼ同じ深さとすることが望ましく、少なくとも、最も深い皺部２２の深さが、最も浅い皺部２２の深さの３倍以下となるようにすることが望ましい。複数の皺部２２の深さを揃えることにより、皺部２２による応力緩和の効果を太陽電池モジュール１００の全体で均一にし、局所的に応力が高まることを防ぐことができる。
【００１８】
図２は、太陽電池モジュール１００の裏面２０ｂを示す平面図である。裏面保護部材２０の皺部２２は、第１方向（ｘ方向）に交差する第２方向（ｙ方向）に延びて設けられており、しわの頂部２２ａがｙ方向に連なるように設けられる。したがって、裏面保護部材２０は、しわが延びるｙ方向と比べて、しわの方向に交差するｘ方向に相対的に高い伸縮性を有することとなる。
【００１９】
図３（ａ）−（ｃ）は、裏面保護部材２０の機能を模式的に示す図である。図３（ａ）は、基準温度における裏面保護部材２０を示し、図３（ｂ）は、基準温度よりも高い温度における裏面保護部材２０を示す。図３（ｃ）は、基準温度より低い温度における裏面保護部材２０を示す。ここで、基準温度とは、太陽電池モジュール１００を利用する代表的な温度のことをいい、例えば、その値は２５℃である。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、裏面保護部材２０は、基準温度において、ｘ方向に幅Ｗ０、厚さ方向（ｚ方向）に深さＤ０の皺部２２を有する。基準温度から温度が上がると、裏面保護部材２０は熱膨張により伸長し、特に平坦部２４がｘ方向に伸びることとなる。このとき、裏面保護部材２０は、図３（ｂ）に示すように、皺部２２の幅Ｗ０がＷ１となって狭くなるとともに、皺部２２の深さＤ０がＤ１となって深くなる。これにより、平坦部２４の熱膨張による伸びを皺部２２で吸収する。
【００２１】
一方、基準温度から温度が下がると、裏面保護部材２０は収縮し、特に平坦部２４がｘ方向に縮まることとなる。このとき、裏面保護部材２０は、図３（ｃ）に示すように、皺部２２の幅Ｗ０がＷ２となって広がるとともに、皺部２２の深さＤ０がＤ２となって浅くなる。これにより、平坦部２４の熱収縮による縮みを皺部２２で吸収する。このように、裏面保護部材２０は、温度変化によって伸び縮みする場合であっても、ｘ方向の長さの変化を皺部２２に吸収させることができる。これにより、温度変化による裏面保護部材２０の実質的な伸縮量を小さくすることができ、裏面保護部材２０の伸縮によってかかる応力を緩和することができる。
【００２２】
図４（ａ）、（ｂ）は、皺部２２を形成する前のシート状部材３０と皺部２２を形成した後の裏面保護部材２０を示す断面図である。図４（ａ）は、しわを寄せる前のシート状部材３０を示す断面図であり、図４（ｂ）は、しわを寄せて皺部２２を形成した裏面保護部材２０を示す断面図である。しわを寄せる前のシート状部材３０は、太陽電池モジュール１００のｘ方向の長さであるモジュール長ＬｍよりもΔＬだけ長いシート長Ｌｓ（＝Ｌｍ＋ΔＬ）を有する。図４（ａ）に示すシート長Ｌｓのシート状部材３０の途中にしわを寄せることにより、図４（ｂ）に示すモジュール長Ｌｍに対応する裏面保護部材２０となる。
【００２３】
このとき、シート長Ｌｓとモジュール長Ｌｍの長さの差ΔＬは、太陽電池モジュール１００を使用する環境における温度変化量Δｔと、裏面保護部材２０の線膨張係数αの値を用いて、式（１）の関係を満たすことが望ましい。
【００２４】
【数１】
2015103706.tif 000003
【００２５】
ここで、右辺の（Ｌｍ−ΔＬ）は、モジュール長Ｌｍから複数の皺部２２のシート状部材に沿った長さΔＬを引くことで得られる複数の平坦部２４の長さの総和に対応する。この平坦部２４の長さの総和に温度変化量Δｔと、線膨張係数αを掛け合わせることにより、熱によって平坦部２４が伸長または収縮する量が得られる。したがって、上記式（１）の関係を満たすように、皺部２２の長さの総和ΔＬを、温度変化により平坦部２４が伸長または収縮する長さよりも大きくすることで、裏面保護部材２０の伸縮量を皺部２２によって吸収することができる。
【００２６】
なお、上記式（１）において、ΔＬの代わりにシート長Ｌｓを用いることで、式（２）のように書き換えることもできる。
【００２７】
【数２】
2015103706.tif 000004
【００２８】
ここで、シート長ＬｓおよびモジュールＬｍの長さは、基準温度における裏面保護部材２０の長さと太陽電池モジュール１００の長さであり、その基準温度は、上述したように２５℃である。このとき、温度変化量Δｔ＝±６５℃で上記式（２）の関係を満たすことが望ましい。より好ましくは、温度変化量Δｔ＝±９５℃で上記式（２）の関係を満たすとよい。
【００２９】
つづいて、図５を参照しながら、太陽電池モジュール１００の製造方法を示す。
図５は、太陽電池モジュール１００の製造工程を模式的に示す図であり、複数の太陽電池１４を上部型３２と下部型３４により挟み込んでラミネートする工程を示す。本実施形態では、ラミネートに用いる下部型３４として、載置面３６に突起部３８が複数設けられた下部型３４を用いる。突起部３８は、三角柱の形状をしており、三角柱の一つの側面が載置面３６に接地され、その他の二つの側面で規定される辺がｙ方向に延びるように設けられる。複数の突起部３８は、ｘ方向に離れて等間隔に配置される。このような突起部３８が複数設けられた下部型３４を用いることで、シート状部材３０から複数の皺部２２が等間隔に設けられた裏面保護部材２０を形成することができる。
【００３０】
まず、複数の突起部３８が設けられる下部型３４を用意し、下部型３４の載置面３６および突起部３８の上にシート状部材３０を配置し、その上に第２封止部材１２ｂを配置する。次に、第２封止部材１２ｂの上に、接続部材１６により接続された複数の太陽電池１４を配置する。このときに、接続部材１６が延びる方向（ｘ方向）と突起部３８が延びる方向（ｙ方向）とが、交差することとなるように複数の太陽電池１４を配置する。その後、複数の太陽電池１４の上に、第１封止部材１２ａと、受光面保護部材１０を配置する。この状態で、受光面保護部材１０と裏面保護部材２０の間を上部型３２と下部型３４により加熱圧着することにより、第１封止部材１２ａと第２封止部材１２ｂが融着して封止部材１２となる。このとき、少なくともシート状部材３０側を加熱して圧着することが好ましい。シート状部材３０に皺部２２と平坦部２４が形成されることにより、シート状部材３０が裏面保護部材２０となり、太陽電池モジュール１００ができあがる。なお、図５の上下は一例であり、図５の積層順と同様で上下を反転させた構成としてもよい。
【００３１】
つづいて、本実施の形態における太陽電池モジュール１００が奏する効果について示す。太陽電池モジュール１００は、裏面保護部材２０に複数の皺部２２が設けられているため、温度変化によって裏面保護部材２０が伸縮する場合であっても、その伸縮を皺部２２により吸収することができる。特に、受光面保護部材１０としてガラスを用いる場合、ガラスと比べて樹脂材料の線膨張係数が大きいことから、受光面保護部材１０と裏面保護部材２０の伸縮量の差によって太陽電池モジュール１００が反り返る方向に応力がかかり、太陽電池モジュール１００が損傷するおそれがある。本実施形態では、線膨張係数の大きい裏面保護部材２０に皺部２２を設けているため、受光面保護部材１０と裏面保護部材２０との間の伸縮量の差を小さくすることができる。これにより、温度変化に伴う応力の発生を緩和し、太陽電池モジュール１００の信頼性を高めることができる。
【００３２】
太陽電池モジュール１００においては、裏面保護部材２０の皺部２２が、太陽電池１４の間を接続する接続部材１６の延びる方向と交差する方向に延びて設けられる。このため、温度変化によって裏面保護部材２０が伸縮する場合において、接続部材１６が延びる方向に沿った方向の伸縮をより大きく緩和することができる。これにより、接続部材１６が延びる方向に応力がかかって、接続部材１６が太陽電池１４から剥がれてしまうことを防ぐことができる。これにより、太陽電池モジュール１００の信頼性を高めることができる。
【００３３】
太陽電池モジュール１００においては、裏面保護部材２０として架橋処理が施された樹脂材料を用いるとともに、封止部材１２として非架橋樹脂材料を用いている。これにより、封止部材１２は、裏面保護部材２０よりもヤング率が低く、柔軟性の高い材料となっている。このような材料を選択することにより、温度変化によって裏面保護部材２０が伸縮する場合であっても、裏面保護部材２０の伸縮に追従するように封止部材１２が変形しやすくなる。このため、裏面保護部材２０の伸縮に伴って発生する応力を封止部材１２により緩和することができ、太陽電池モジュール１００の信頼性をより高めることができる。
【００３４】
太陽電池モジュール１００においては、裏面保護部材２０が伸縮することによる応力を低減させることができるため、従来と比べて受光面保護部材１０の厚さを薄くすることができる。これにより、必要となる部材量を低減させてコストを削減するとともに、太陽電池モジュール１００の薄型化を実現できる。また、受光面保護部材１０の厚さを薄くすることにより、太陽電池１４に入射する光の減衰を抑えて発電効率を高めることができる。
【００３５】
以上、本発明について実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３６】
図６は、変形例１における太陽電池モジュール１００の構造を示す断面図である。上述の実施形態においては、皺部２２が略三角柱の形状となる裏面保護部材２０を用いたが、変形例１においては、皺部２２が半円筒の形状となる裏面保護部材２０を用いる。図示するように、丸みを帯びた皺部２２とした場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、このような裏面保護部材２０を形成するには、図５に示した下部型３４の代わりに、半円筒形状の突起部が複数設けられた下部型を用いればよい。
【００３７】
図７は、変形例２における太陽電池モジュール１００の構造を示す断面図である。上述の実施形態においては、皺部２２が略三角柱の形状となる裏面保護部材２０を用いたが、変形例２においては、皺部２２のｘ方向の断面が台形となる裏面保護部材２０を用いる。変形例２においても、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、このような裏面保護部材２０を形成するには、図５に示した下部型３４の代わりに、底面が台形である角柱形状の突起部が複数設けられた下部型を用いればよい。
【００３８】
図８は、変形例３における太陽電池モジュール１００の構造を示す断面図である。変形例３においては、上述の実施形態における封止部材１２の代わりに、受光面側封止部材５２と、裏面側封止部材５４とを用いる点で上述の実施形態と相違する。裏面側封止部材５４は、上述の封止部材１２と同様、非架橋樹脂で構成されるが、受光面側封止部材５２は、上述の封止部材１２とは異なり、架橋処理が施された樹脂で構成される。なお、受光面側封止部材５２および裏面側封止部材５４は、ともに、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）や、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ポリイミド等の樹脂フィルムとすればよい。
【００３９】
変形例３においては、受光面側封止部材５２として架橋樹脂を用いため、封止部材１２全体を非架橋樹脂とする場合と比べて耐熱性を高めることができる。一方、裏面側封止部材５４として非架橋樹脂を用いることにより、裏面保護部材２０と太陽電池１４の間に設けられる封止部材の柔軟性を高めることができる。したがって、温度変化によって裏面保護部材２０が伸縮する場合に、裏面保護部材２０が裏面側封止部材５４に対して動きやすくなることから、伸縮に伴う応力を緩和しやすくすることができる。これにより、太陽電池モジュール１００の信頼性を高めることができる。
【００４０】
上述の実施形態では、図２に示されるように、皺部２２がｙ方向に直線的に延びる場合を示した。さらなる変形例においては、ｙ方向に延びる皺部２２が蛇行するように形成されることとしてもよい。また、図２では、皺部２２が太陽電池モジュール１００の辺から辺まで連続して延びる場合を示しているが、さらなる変形例においては、皺部２２がｙ方向の途中で途切れるように皺部２２を形成することとしてもよい。また、皺部２２は、必ずしも太陽電池モジュール１００の辺に並行して延びる必要はなく、太陽電池モジュール１００の辺に交差する方向に延びることとしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…受光面保護部材、１０ａ…受光面、１２…封止部材、１４…太陽電池、１６…接続部材、２０…裏面保護部材、２０ｂ…裏面、２２…皺部、２４…平坦部、３０…シート状部材、３２…上部型、３４…下部型、３６…載置面、３８…突起部、１００…太陽電池モジュール。
【図１】
2015103706.tif 000006
【図２】
2015103706.tif 000007
【図３】
2015103706.tif 000008
【図４】
2015103706.tif 000009
【図５】
2015103706.tif 000010
【図６】
2015103706.tif 000011
【図７】
2015103706.tif 000012
【図８】
2015103706.tif 000013