(57)【要約】【課題】手作業をなくし、製造工程数を減らし、製造コストの安い太陽電池モジュールを提供する。また、屋根などに敷設する際の施工が容易で、施工後の外観に優れた太陽電池モジュールを提供する。さらに、日射方向により機能の低下することのない太陽電池モジュールの配列構造を提供する。【解決手段】本発明は、透過性の基板上に、受光面側樹脂と、太陽電池セルと、裏面側樹脂と、耐侯性フィルムと、をこの順に積層し、ラミネート加工により一体化したスーパーストレート構造の太陽電池モジュール、または基板上に、基板側樹脂と、太陽電池セルと、受光面側樹脂と、透過性の耐侯性フィルムと、をこの順に積層し、ラミネート加工により一体化したサブストレート構造の太陽電池モジュールにおいて、出力の取出しを平板ケーブルにより行なうことを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過性の基板上に、受光面側樹脂と、太陽電池セルと、裏面側樹脂と、耐侯性フィルムと、をこの順に積層し、ラミネート加工により一体化したスーパーストレート構造の太陽電池モジュール、または基板上に、基板側樹脂と、太陽電池セルと、受光面側樹脂と、透過性の耐侯性フィルムと、をこの順に積層し、ラミネート加工により一体化したサブストレート構造の太陽電池モジュールにおいて、出力の取出しを平板ケーブルにより行なうことを特徴とする薄型太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記平板ケーブルが、高耐熱性かつ高耐電圧性の素材により被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の薄型太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記平板ケーブルが、コネクタを有することを特徴とする請求項１または２に記載の薄型太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記太陽電池セルのマトリックス回路が、ダイオードを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄型太陽電池モジュール。
【請求項５】
スレート瓦と同一または近似した形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄型太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記耐侯性フィルムの片面に、または両面に、または内部に挟み込んだ状態で、金属板を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄型太陽電池モジュール。
【請求項７】
受光面に樹脂が噴霧されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の薄型太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記基板、受光面側樹脂、裏面側樹脂、基板側樹脂および耐侯性フィルムの少なくとも一つが、穴を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の薄型太陽電池モジュール。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の太陽電池モジュールの太陽電池セルが、屋根の軒線と平行になるように直列に配列されていることを特徴とする薄型太陽電池モジュールの配列構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュールに関し、特に、製造コストの安い薄型太陽電池モジュールの構造およびその配列構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電システムを構成する太陽電池モジュールは、屋外で曝露されて使用するため、その構造において高い耐候性を必要とする。それゆえ、太陽電池セルはその発電機能を活かし、かつ長期的にその特性を維持するために、透過性樹脂にて充填し、受光面側樹脂を積層加工した後に、周辺部を耐候性樹脂にて封止する。また、太陽電池セルに配線された出力部分は、各部材を貫通させて非受光面から取り出し、耐候性樹脂にて端子ボックスとカバー材を密に接着することで、貫通部分からの侵食を防いでいる。そして、端子ボックス内においても、太陽電池出力部とシステム用ケーブルなどを結線した後、耐候性絶縁樹脂で結線部を充填することにより、全体的な耐環境性を高めている。
【０００３】
このような基本構造のため、手作業に依存する工程が多く、現状では完全自動化が困難である。また、工程数が増えることにより、太陽電池モジュールの製造コストが高騰する。さらに、既存のケーブルを利用してそのまま一体化成形を行なうと、厚さの違いから、隙間の気泡が抜けきらずにラミネートが不完全となったり、キュア工程で高温にさらされることで、被覆部分の機能が損なわれ易い。
【０００４】
太陽電池モジュールの施工に際しては、受光面が滑らかなため、太陽光の散乱光が歩行者や近隣住民に光害をもたらすだけでなく、施工作業において滑りやすい。また、住宅用発電システムとして使用する場合、端子ボックスの存在は太陽電池モジュールの厚さを増加させるために、その施工において厚さの薄い一般の屋根材と区別した独自の方法を必要とする。さらに、住宅用発電システムとして施工する場合、住宅の屋根に穴を開け、架台を固定した後に設置する施工方法と、他の屋根材を葺き上げる前に専用固定具を使用する場合があり、一般の屋根材と異なる施工方法をとるのが主流となっている。また、施工後の屋根の外観が周囲と調和しないうえに、屋根材に穴を開けることでユーザに不安を与える。さらに、屋根材は、その目的から重ね合わせて利用することが多く、その重なり部分が日射方向により時として陰になり、太陽電池の機能を損ねる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、第１に、手作業をなくし、製造工程数を減らすことにより、製造コストの安い太陽電池モジュールを提供することにある。本発明の課題は、第２に、屋根などに敷設する際の施工が容易で、施工後の外観に優れた太陽電池モジュールを提供することにある。本発明の課題は、第３に、日射方向により機能の低下することのない太陽電池モジュールの配列構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透過性の基板上に、受光面側樹脂と、太陽電池セルと、裏面側樹脂と、耐侯性フィルムと、をこの順に積層し、ラミネート加工により一体化したスーパーストレート構造の太陽電池モジュール、または基板上に、基板側樹脂と、太陽電池セルと、受光面側樹脂と、透過性の耐侯性フィルムと、をこの順に積層し、ラミネート加工により一体化したサブストレート構造の太陽電池モジュールにおいて、出力の取出しを平板ケーブルにより行なうことを特徴とする。
【０００７】
平板ケーブルは、高耐熱性かつ高耐電圧性の素材により被覆され、コネクタを有するものが好ましい。また、太陽電池セルのマトリックス回路は、ダイオードを有するものが好ましく、薄型太陽電池モジュールは、スレート瓦と同一または近似した形状を有するものが好ましい。さらに、耐侯性フィルムの片面に、または両面に、または内部に挟み込んだ状態で、金属板を有するものが好ましく、受光面には樹脂が噴霧されているものが好ましい。一方、基板、受光面側樹脂、裏面側樹脂、基板側樹脂および耐侯性フィルムの少なくとも一つは、穴を有するものが好ましい。
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールの配列構造は、太陽電池セルが、屋根の軒線と平行になるように直列に配列されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、スーパーストレート構造またはサブストレート構造の太陽電池モジュールにおいて、出力の取出しを平板ケーブルにより行なうことを特徴とする。平板ケーブルを使用することにより、セルを配線するときに同時にケーブルも配線することができる。よって、その過程ででき上がった太陽電池セルマトリックスにおいても、全体的な厚さに際立った差異がなくなり、材料をセッティングした後にそのままラミネート工程へ投入しても、気泡の原因になる凹凸箇所がなくなることから外観に問題のない成形が可能となる。このとき、この平板ケーブルは太陽電池セルマトリックスを挟み込んだ樹脂層の間から、あるいは各層を貫通して外部に取出すようにしているため、出力取出し口として利用できる。この構造により端子ボックスを必要としなくなり、太陽電池モジュールのコスト削減にも効果がある。
【００１０】
スーパーストレート構造の太陽電池モジュールは、透過性の基板上に、受光面側樹脂と、太陽電池セルと、裏面側樹脂と、耐侯性フィルムと、をこの順に積層し、ラミネート加工により一体化したものをいい、また、サブストレート構造の太陽電池モジュールは、基板上に、基板側樹脂と、太陽電池セルと、受光面側樹脂と、透過性の耐侯性フィルムと、をこの順に積層し、ラミネート加工により一体化したものをいい、必要に応じて他の層が積層されたものも含まれる。
【００１１】
平板ケーブルは、太陽電池の電流に対して充分な容量をもつ導体からなり成り、その導体は平板状の箔線あるいは細線を編み込んで平板状にした構造をもつものが好ましい。太陽電池を配線した後に、この平板ケーブルを出力取り出し部として配線することで、太陽電池セルマトリックスが基板上にほとんど厚さを持たずにセッティングされることが可能となる。ここでいうセッティングとは、積層によりラミネート工程の準備を行なうことをいう。
【００１２】
平板ケーブルは、高耐熱性かつ高耐電圧性の素材により被覆されているものが好ましい。平板ケーブルの被覆素材に、高耐熱性かつ高耐電圧性素材を使用することにより、太陽電池モジュールの一体化成形時に高温にさらされることに起因する被覆素材の変形や断裂を防止し、外部へ取出した後も高耐電圧機能を保持した出力ケーブルとすることができる。耐熱性かつ絶縁性の高い素材としては、たとえばポリエチレンテレフタラートなどがある。被覆には、単層被覆のものから多重層被覆のものまで用途によって幅広く利用することができる。
【００１３】
平板ケーブルは、コネクタを有するものが好ましい。太陽電池モジュールの一体化成形時に、コネクタを有する平板ケーブルを使用することにより、一体化成形後に外部へ取出した出力取出し線がそのまま出力端子として利用できる。コネクタの素材としては、太陽電池モジュールの耐環境性機能を維持することが可能となる点で、耐候性、耐熱性、防水性および絶縁性を保持したものが好ましい。また、コネクタの厚さを限りなく薄くすることで、配線時にコネクタをモジュール背面と屋根材の隙間に配置することが可能となる。
【００１４】
太陽電池セルのマトリックス回路は、ダイオードを有するものが好ましい。従来なら端子ボックス内部に組み込んでいたバイパス用ダイオードとしての機能を、チップ状の小さなダイオードを太陽電池セルマトリックスの配線内に組み込むことで保持させることができる。このような構造により端子ボックスの接着作業および出力端子とケーブルなどの結線作業が不要となる。したがって、基板、基板側樹脂、太陽電池セルマトリックス、フィルム側樹脂、カバーフィルムの順に位置を合わせてセッティングするだけでラミネート工程への投入が可能となり、続くキュア工程へも人手を介さず投入でき、自動製造ラインの中で製品化できるようになる。
【００１５】
ダイオードは、チップ状の小さいものを利用すれば、一体化成形がより容易となり、また、ダイオードを巾の広い金属配線（バスバー）上に設けることで、自身の放熱効果も高めることができる。さらに、ダイオードの固定部分にストレスリリーフ構造をとることで、熱応力に対する柔軟性も備えることができる。このとき、バイパスダイオードの位置をスレート瓦の合わせマークの位置に設計することで、ガラスに合わせマークを書き込んだり、切り口を付けたりする必要が無くなる。
【００１６】
薄型太陽電池モジュールは、スレート瓦と同一または近似した形状を有するものが好ましい。太陽電池モジュールの外形を、既存のスレート瓦と同一あるいは近似したものとすることにより、結線を除く本体の施工面において、スレート瓦と互換性をもたせ、同一方法にて葺きあげることが可能となる。このため、作業者の負担を軽減できると共に、作業時間の短縮にもつながる効果がある。また、互換性を持たせることで、葺きあがり後においても他の屋根材と同調し、周囲と調和した外観を提供することができる。さらに、太陽電池モジュールの厚さを限りなくストレート瓦などの屋根材に近づけることで、施工後の屋根の外観を周囲と同調させることが可能となる。
【００１７】
薄型太陽電池モジュールの製造に使用する耐侯性フィルムは、その片面に、または両面に、または内部に挟み込んだ状態で、金属板を有するものが好ましい。太陽電池モジュールの受光面の逆側において、金属板をバックカバー素材に封入したり、複数のバックカバーで挟み込んだり、または金属板をバックカバーの片面に接着させたり、または金属板をバックカバーの両面に接着させたりすることで、太陽電池モジュールの防火機能と放熱機能を高めることができる。
【００１８】
薄型太陽電池モジュールの受光面は、樹脂が噴霧されているものが好ましい。太陽電池モジュールの受光面に、樹脂を噴霧することにより、太陽電池モジュール表面に防眩効果および施工作業時における滑り止めの効果を持たせることができる。また、薄型太陽電池モジュールの製造に使用する基板、受光面側樹脂、裏面側樹脂、基板側樹脂および耐侯性フィルムの少なくとも一つは、組立ての便宜により、ビス（または釘）を挿入するための穴を有するものが好ましい。
【００１９】
本発明の薄型太陽電池モジュールの配列構造は、前述した太陽電池モジュールの太陽電池セルが、屋根の軒線と平行になるように直列に配列されていることを特徴とする。屋根材は、軒線に対して垂直方向にある程度の重なりをもたせている。よって、太陽光の入射角度によっては、このわずかな重なり部分が影響して、太陽電池モジュールに影をつくる可能性がある。太陽電池モジュール内のセルが軒線と平行になるように直列に組むことで、屋根材の重なり部分の影の影響による太陽電池モジュールの出力低下を最小限に抑えることができる。
【００２０】
【実施例】
実施例１
太陽電池セルからの出力取り出し部として、薄型のコネクタを先端に有する平板ケーブルを太陽電池セルに取り付けた。すなわち、太陽電池セルの受光面を上にして、ホットプレート上に置き、ハンダが溶融する温度に加熱した後、図５に示すとおり、ハンダディップされた出力取出し用のインターコネクタ５を、太陽電池セルの表電極上に配線した。つぎに、それらの極性（プラス／マイナス）を対応させて、各太陽電池セルのストリングを直線的に配線した。その両端から各極性を合わせて、薄型コネクタ７を有する平板ケーブル６を配線した。このとき、配線に関与する部分のケーブルの被覆は、予め取り除いておいた。また、バイパスダイオード８を、それが帯熱した場合に熱を逃す目的で、金属線である平板ケーブル６上に配線し、その他端をもう一方の極性に配線したケーブルにつないだ。このように平板ケーブル６を取り付けることにより、太陽電池セルマトリックス４は、平面の状態で出力を取り出すことが可能となり、かつ、配線することが可能となるだけでなく、一体化成形も容易にし、製造ラインの自動化を実現できることがわかった。
【００２１】
得られた太陽電池セルマトリックス４を用いて、薄型太陽電池モジュールを製造した。図１では、基板１（受光面ガラス）側を上にして描いているが、生産ラインでは基板１側を下にして製造するため、製造方法に準じて説明する。
【００２２】
厚さ３．２ｍｍの白板強化ガラスを基板１とし、基板１の上に、受光面側樹脂および裏面側樹脂として、接着膜層、太陽電池セル封止材および緩衝材であるＥＶＡ層（エチレン酢酸ビニル共重合体層）２を使用し、太陽電池セルマトリックス４を挟み込む形で介在させた。ここでＥＶＡ層２の厚さは、硬い基板１と接する側は、より緩衝効果を持たせるために０．６ｍｍとし、柔軟な耐候性フィルム３側は０．４ｍｍとした。最後に、これらの上に、裏面封止カバーとして、耐電圧機能を有する耐候性フィルム３を積載した。耐候性フィルム３の材質は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に、耐候性および防火性を高めるために金属層を封入させたものを用いた。
【００２３】
このようにして材料セッティングされた太陽電池モジュールを、公知の封止加工技術である真空ラミネート法により一体化加工を行ない、ＥＶＡの架橋反応に至る前の融解溶着温度にて接着を終了させ、その後、ＥＶＡの架橋温度にて一定時間保持させることで一体化工程を完了した。また、この架橋工程において、積層されるＥＶＡ層２や耐候性フィルム３のサイズを基板１の端面より数ｍｍ程度小さくすることにより、基板１がはみ出している端面近傍の積層断面箇所を同時に樹脂封止することを可能とし、太陽電池モジュール周辺の耐候性を高まった。
【００２４】
また、一体化工程が完了した後に、基板１の受光面側に樹脂（艶消し用）を噴霧することで、防眩効果および施工作業時の滑り止めの効果を高まった。なお、ガラスの厚さやＥＶＡ層の厚さ、形状および材質などは限定されるものではなく、太陽電池セルマトリックスの配線方法においても、太陽電池セルが屋根の軒線と平行になるように直列に配列しない場合は任意である。さらに、製造過程において、太陽電池モジュールをストレート瓦と同一の形状とすることで、屋根材との同時施工が可能となった。また、太陽電池セルマトリックス４を除く積層部材には、ビス（または釘）止めのために予め穴を開けておいたため、ビス（あるいは釘）９にて防水機能付き緩衝材１０を介して施工を行なうことができた。ビス穴の数については、強度さえ維持できれば任意である。
【００２５】
実施例２
図２に示すように、裏面封止用の耐候性フィルムとして不燃性建築用材料１１を使用した以外は実施例１と同様にして太陽電池モジュールを製造した。モジュールの材質に、屋根材として使用されているものや壁材として使用されているものを使用することで、防火機能が高められた。
【００２６】
実施例３
図３に示すように、厚さ１ｍｍの金属板１２を裏面基板とし、その上に接着膜層かつモジュール端面シーリング材としてシリコ−ン樹脂１３を積層した。その上に絶縁耐電圧性の耐候性フィルム３としてＰＥＴフィルムを積層し、基板側樹脂および受光面側樹脂として、接着膜層、太陽電池セル封止材かつ緩衝材であるＥＶＡ層２を積層し、出力の取出し用に平板ケーブル６を取り付けた太陽電池セルマトリックス４を挟み込む形で介在させた。最後にこれらの上に表面受光カバーとして高透過性耐侯性フィルム１４を積層した。材質はＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン）あるいはＰＥＴを基本とし、耐候性を高めるためにＳｉＯｘを蒸着させたＰＥＴ層を含む、複数のＦＥＰ層あるいはＰＥＴ層により構成されたものを用いた。ここでＥＶＡ層２の厚さは、表面の柔らかい受光面側は、より緩衝効果を持たせるために０．６ｍｍとし、裏面側は全体的なモジュール厚を薄くするために０．４ｍｍとした。
【００２７】
このようにして材料セッティングされた太陽電池モジュールを公知の封止加工技術である真空ラミネート法により一体化加工を行ない、ＥＶＡの架橋反応に至る前の融解溶着温度にて接着を終了させ、ＥＶＡの架橋温度にて一定時間保持させることで一体化工程を完了した。また、この架橋工程において、積層されるＥＶＡ層２、耐候性フィルム３および高透過性耐侯性フィルム１４のサイズを、金属板１２の端面より数ｍｍ程度小さくすることにより、金属板１２がはみ出している端面近傍の積層断面箇所をシリコーン樹脂１３などの端面封止材により同時に樹脂封止することが可能となり、太陽電池モジュール周辺の耐候性が高められた。
【００２８】
なお、金属板の厚さおよびＥＶＡ層の厚さ、その他の部材の形状および材質などは限定されるものではなく、太陽電池セルマトリックスの配線方法においても、太陽電池セルが屋根の軒線と平行になるように直列に配列しない場合は任意である。さらに、製造過程において、太陽電池モジュールをストレート瓦と同一の形状とすることで、屋根材との同時施工が可能となった。また、積層した部材にビス穴を設けていたため、ビス９にて施工を行なうことができた。ビス穴の数については、強度さえ維持できれば任意である。
【００２９】
実施例４
図４に示すように、表面受光カバーとしてガラス板を使用し、一体化工程が完了した後に、ガラス板の受光面側に樹脂（艶消し用）を噴霧した点以外は実施例３と同様にして太陽電池モジュールを製造した。この太陽電池モジュールは、防眩効果および施工作業時の滑り止め効果に優れていた。また、モジュールをスレート瓦と同一の形状とすることにより、屋根材との同時施工が可能であった。
【００３０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３１】
【発明の効果】
手作業をなくし、製造工程数を減らすことにより、製造コストの安い太陽電池モジュールを提供することができる。また、屋根などに敷設する際の施工が容易で、施工後の外観に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。さらに、日射方向により機能の低下することのない太陽電池モジュールの配列構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの構造を表す斜視図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの構造を表す斜視図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールの構造を表す斜視図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュールの構造を表す斜視図である。
【図５】本発明の太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルマトリックスの構造を表す斜視図である。
【符号の説明】
１　基板、２　ＥＶＡ層、３　耐候性フィルム、４　太陽電池セルマトリックス、５　インターコネクタ、６　平板ケーブル、７　薄型コネクタ、８　バイパスダイオード、９　ビス、１０　緩衝材、１１　不燃性建築用材料、１２　金属板、１３　シリコーン樹脂、１４　高透過性耐候性フィルム。
【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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