(57)【要約】【課題】簡便な機構でありながら温度上昇を十分に抑制でき、高い発電効率を維持できる太陽電池モジュールを提供すること。【解決手段】本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の発電素子が封止材によって封止された積層構造からなるモジュール本体と、モジュール本体の裏面側に配置された含水材料とを備え、上記含水材料は密封されている。含水材料としては、水を含んだ無機質材料、高分子吸水ポリマー及びスポンジ状体が挙げられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電素子が封止材によって封止された積層構造を有するモジュール本体と、
前記モジュール本体の裏面側に配置された含水材料と、
を備え、
前記含水材料は密封されている太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記含水材料は、水を含んだ板状の無機質材料である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
無機質材料は、ケイ酸カルシウム水和物であるトバモライト、ゾノトライト、βウォラストナイト及びＣＳＨゲル、並びに、粘土鉱物、ソイルセメント、ケイ酸アルミニウム及びガラスから選ばれる少なくとも一種を主成分とする、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記無機質材料は、細孔半径２０ｎｍ以下の細孔容積を３０体積％以上有する、請求項２又は３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記無機質材料は、熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、請求項２〜４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記含水材料は、水を含んだ高分子吸水ポリマーである、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記含水材料は、水を含んだスポンジ状体である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記含水材料は、含水率が２０体積％以上である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な温暖化現象により環境に対する意識が高まり、炭酸ガス等の温暖化ガスを発生しない新しいエネルギーシステムが関心を集めている。太陽電池発電や風力発電等の環境に優しい再生可能なエネルギーは、炭酸ガス等の温暖化を誘発するといわれているガスを排出しないため、クリーンなエネルギーとして研究開発が盛んに行われている。中でも、太陽電池や太陽熱発電は、安全性や扱いやすさに優れることから、注目を浴びている。
【０００３】
太陽電池、特に結晶系の太陽電池は、モジュールの温度上昇に伴って発電効率が低下することが知られている。例えば、下記特許文献１は、温度上昇を抑制するとともに強度を向上させるために保護層の表面に金属部材を配置した光電変換モジュールを開示する。下記特許文献２は、複数の導水溝が張り巡らされた金属板を通じて多孔質セラミックスに水を供給して放熱する発電モジュールを開示する。下記特許文献３は、毛細管現象により蒸発式冷却体に水を供給する貯水部がモジュール本体の下端部分に取り付けられ、気化した蒸気を通気路側に排出するように蒸発式冷却体が通気路側に面して配置されている太陽電池モジュールを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５６５８１号公報
【特許文献２】特許第３８３６８７１号公報
【特許文献３】特許第３６５５０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のモジュールは、温度上昇の抑制効果が不十分であり、特許文献２，３のモジュールは液体の気化を利用したものであるため、液体を補給するための複雑な機構が必要であるという点において改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、簡便な機構でありながら温度上昇を十分に抑制でき、高い発電効率を維持できる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】
【０００７】
本発明は、複数の発電素子が封止材によって封止された積層構造からなるモジュール本体と、モジュール本体の裏面側に配置された含水材料とを備え、上記含水材料は密封されている太陽電池モジュールを提供する。
【０００８】
上記太陽電池モジュールによれば、含水材料（例えば、水を含んだ無機質材料、高分子吸水ポリマー又はスポンジ状体）をモジュール本体の裏面側に配置したことで、温度上昇を十分に抑制でき、高い発電効率を維持できる。また、含水材料は密封された状態にあるため、水が気化して失われるのを十分に抑制できる。このため、外部から太陽電池モジュール内に定期的に水を供給する必要がなく、簡便な機構を実現できる。これに対し、水の気化を利用して温度上昇を抑制する手法を採用した場合には気化によって失われる水を補給するための手段が必要となり、機構が複雑化する。
【０００９】
上記含水材料としては、水を含んだ板状の無機質材料が挙げられる。無機質材料の具体例としては、ケイ酸カルシウム水和物であるトバモライト、ゾノトライト、ＣＳＨゲル及びβウォラストナイト、並びに、粘土鉱物、ソイルセメント、ケイ酸アルミニウム及びガラスから選ばれる少なくとも一種を主成分とするものが挙げられる。無機材は腐敗しないので長持ちするという利点がある。
【００１０】
上記無機質材料は、細孔半径２０ｎｍ以下の細孔容積を３０体積％以上有することが好ましい。水の蒸発凝縮と細孔半径を示す関係式（ケルビン式）によると、相対湿度９５％ＲＨのときは細孔半径２０ｎｍ以下の細孔内の水は蒸発しない。なお、相対湿度９０ＲＨのときは細孔半径１０ｎｍ以下の細孔内の水は蒸発しない。相対湿度６０ＲＨのときは細孔半径２ｎｍ以下の細孔内の水は蒸発しない。無機質材料として吸収した水が蒸発しにくいものを使用することで、モジュールの密封構造に不具合が生じても性能低下を抑制できる。
【００１１】
上記無機質材料は、熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。無機質材料として熱伝導率が比較的高いものを採用することで、モジュール本体（発電部）の熱を逃がす効率が高くなり、より一層確実に高い発電効率を維持できる。
【００１２】
含水材料は、水を含んだ高分子吸水ポリマーであってもよく、水を含んだスポンジ状体であってもよい。
【００１３】
含水材料の含水率は、十分に大きい熱容量を確保する観点から、２０体積％以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡便な機構でありながら温度上昇を十分に抑制でき、高い発電効率を維持できる太陽電池モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
【００１７】
図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を模式的に示す断面図である。同図に示す太陽電池モジュール１０は、表面をなす透明基板１と裏面をなすバックシート２との間に、直列に接続された複数の発電素子３が封止材４によって封止された積層構造からなるモジュール本体５と、モジュール本体５の裏面側に配置された含水材料７とを備える。含水材料７はパック７ａ（例えば、アルミフィルムや樹脂フィルムによる真空パック）によって密封されていて、水が蒸発しないようになっている。太陽電池モジュール１０において太陽光Ｌは、透明基板１側から入射して発電素子３に到達する。
【００１８】
透明基板１は、発電素子３等を保護するためのものであり、太陽光を透過する光透過性基板として機能する。透明基板１は、耐候性、撥水性、耐汚染性、機械強度をはじめとして、太陽電池モジュール１０の屋外暴露における長期信頼性を確保できるための性能を具備することが好ましく、また太陽光を有効に活用するために、光学ロスの小さい、透明性の高い部材であることが好ましい。なお、太陽電池モジュールの態様によっては透明基板１を具備しないものもある。
【００１９】
透明基板１の材料としては、ガラス基板；ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、環状オレフィン（共）重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等からなる樹脂フィルム等が好ましく、これらの中でも、耐候性、耐衝撃性、コストのバランスの観点からガラス基板がより好ましい。
【００２０】
透明基板１としてガラス基板を用いる場合には、波長３５０〜１４００ｎｍの光の全光線透過率が８０％以上であることが好ましく、より好ましくは９０％以上である。かかるガラス基板としては赤外部の吸収の少ない白板ガラスを使用するのが一般的であるが、青板ガラスであっても厚さが３ｍｍ以下であれば太陽電池モジュールの出力特性への影響は通常少ない。また、ガラス基板の機械的強度を高めるために熱処理により強化ガラスを得ることができるが、熱処理無しのフロート板ガラスを用いてもよい。
【００２１】
透明基板１として樹脂フィルムを用いる場合には、透明性、強度、コスト等の観点から、その材質はポリエステル樹脂が好ましく、とりわけポリエチレンテレフタレート樹脂がより好ましい。また、耐侯性が特に良好なフッ素樹脂も好適である。具体的には、四フッ化エチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂（ＣＴＦＥ）が挙げられる。耐候性の観点からはポリフッ化ビニリデン樹脂が好ましいが、耐候性及び機械的強度の両立をする観点からは四フッ化エチレン−エチレン共重合体が好ましい。
【００２２】
バックシート２としては、特に限定はないが、太陽電池モジュールの最表層に位置するため、上述の透明基板１と同様に、耐候性、機械強度等の諸特性を有することが好ましい。したがって、透明基板１と同様の材質でバックシートを構成してもよい。すなわち、透明基板１において用いることができる上述の各種材料を、バックシートにおいても用いることができる。特に、ポリエステル樹脂、及びガラス基板を好ましく用いることができ、中でも、耐候性、コストの観点から、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）がより好ましい。
【００２３】
バックシート２は、太陽光の通過を前提としないため、透明基板１で求められる透明性（透光性）は必ずしも要求されない。そこで、図示はしないが、太陽電池モジュール１０の機械的強度を増す目的や、温度変化による歪や反りを防止する目的で、補強板を張り付けてもよい。例えば鋼板、プラスチック板、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）板等を好ましく使用することができる。
【００２４】
バックシート２は、２層以上からなる多層構造を有していてもよい。多層構造としては、例えば中央層の両面に、中央層に対して対称の配置となるように同一成分の層が１又は２以上積層された構造等が挙げられる。そのような構造を有するものとしては、例えばＰＥＴ／アルミナ蒸着ＰＥＴ／ＰＥＴ、ＰＶＦ（商品名：テドラー）／ＰＥＴ／ＰＶＦ、ＰＥＴ／ＡＬ箔／ＰＥＴ等が挙げられる。
【００２５】
発電素子３は、半導体の光起電力効果を利用して発電できるものであれば特に限定されず、例えばシリコン（単結晶系、多結晶系、非結晶（アモルファス）系）、化合物半導体（３−５族、２−６族、その他）等を用いることができ、中でも、発電性能とコストとのバランスの観点から、多結晶シリコンが好ましい。なお、結晶系の発電素子は、他の種類のものと比較して温度上昇によって発電効率が低下しやすいことが知られている。このため、発電素子３が結晶系である場合に本実施形態は特に有用である。
【００２６】
封止材４は、発電素子３を封止可能な部材であればよく、その種類は特に限定されず、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の樹脂を含む樹脂封止シート等が挙げられる。このような樹脂封止シートを熱溶融させることで封止対象である発電素子３等に密着し、封止することができる。かかる封止材を用いることで発電素子のクリープを防止できるとともに、透明基板１やバックシート２に対して優れた接着性を発揮することができる。
【００２７】
含水材料７としては、例えば、水を含んだ無機質材料、高分子吸水ポリマー及びスポンジ状体が挙げられる。
【００２８】
無機質材料の具体例としては、ケイ酸カルシウム水和物であるトバモライト、ゾノトライト及びβウォラストナイト、並びに、粘土鉱物、ＣＳＨゲル、ソイルセメント、ケイ酸アルミニウム及びガラスから選ばれる少なくとも一種を主成分とする板状のものが挙げられる。これらのなかでも、保水性、軽さ、生産性及び保形性の観点から、トバモライト及びゾノトライトが好適である。これらの材料は一種を単独で使用してもよく、二種以上を併用してもよい。なお、これらの材料は市場から調達することができ、例えば、さらら（商品名、旭化成建材株式会社製）、エコカラット（商品名、株式会社ＬＩＸＩＬ製）、ジオポリマー（一般名）、ケイカル板（一般名）などを購入して使用することができる。あるいは、上記材料からなる粉末をバインダーで固めて作製してもよい。なお、さらら（商品名）はケイ酸カルシウム水和物（トバモライト）を主成分とする板状の内装建材である。
【００２９】
板状の上記無機質材料は、保水性の観点から、細孔半径２０ｎｍ以下の細孔容積を３０体積％以上有することが好ましく、細孔半径１０ｎｍ以下の細孔容積を２０体積％以上有することがより好ましく、細孔半径２ｎｍ以下の細孔容積を１５体積％以上有することが更に好ましい。なおここで、細孔半径は水銀ポロシメータにより計測される細孔径（直径）の１／２とし、細孔容積は水銀ポロシメータにより計測される細孔容積である。また、板状の無機質材料の細孔半径の下限値は、水銀ポロシメータの測定限界である１．５ｎｍ程度であり、細孔容積の上限値は７０体積％程度である。
【００３０】
含水状態にある上記無機質材料の熱伝導率は、好ましくは０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、より好ましくは０．２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、更に好ましくは０．５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。含水状態にある無機質材料として熱伝導率が比較的高いものを採用することで、モジュール本体５の熱を逃がす効率が高くなり、より一層確実に高い発電効率を維持できる。
【００３１】
含水材料７は、水を含んだ高分子吸水ポリマーであってもよく、水を含んだスポンジ状体であってもよい。
【００３２】
含水材料７の含水率は、十分に大きい熱容量を確保する観点から、好ましくは２０体積％以上であり、より好ましくは３０〜８０体積％であり、更に好ましくは４０〜７０体積％である。
【００３３】
太陽電池モジュール１０の各部材の厚さは特に限定されないが、透明基板１の厚さは耐候性、耐衝撃性の観点から３ｍｍ以上が好ましい。バックシート２の厚さは、絶縁性の観点から７５μｍ以上が好ましい。発電素子３の厚さは、発電性能とコストのバランスの観点から１４０μｍ〜２５０μｍが好ましい。封止材４の全体の厚さは、クッション性及び封止性の観点から２５０μｍ以上が好ましい。含水材料７の厚さは熱容量によって決定すればよいが、５〜３０ｍｍが好ましい。
【００３４】
太陽電池モジュール１０は、例えば透明基板１／封止材４／発電素子３／封止材４／バックシート２の順に重ね、真空ラミネート装置を用いて１５０℃、１５分間の条件で真空ラミネートしてモジュール本体５を作製する。他方、含水材料７をパック７ａに収容した状態で真空ラミネートをする。モジュール本体５と含水材料７のパックを接着させることによって太陽電池モジュール１０が完成する。この接着にはシリコーン系やエポキシ系の接着剤などを使用することができ、この接着剤には固形分として上記無機質材料を配合してもよい。この接着剤は高熱伝導率（熱伝導率：０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）であればなおよい。
【００３５】
上記実施形態によれば、含水材料７をモジュール本体５の裏面側に配置したことで、温度上昇を十分に抑制でき、高い発電効率を維持できる。また、含水材料７はパック７ａによって密封された状態にあるため、水が気化して失われるのを十分に抑制できる。このため、外部から太陽電池モジュール１０に定期的に水を供給する必要がなく、簡便な機構を実現できる。
【００３６】
以上、発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、モジュール本体５と含水材料７のパックを貼り合わせる態様を例示したが、図２に示すようにモジュール本体５の裏面に含水材料が直接的に接している態様としてもよい。
【００３７】
図２に示す太陽電池モジュール２０は、含水材料８が上記無機質材料を含むモルタルセメントの固化物からなる。型枠８ａにモルタルセメントを流し込み、その後にモジュール本体５を型枠８ａ上に配置し、モルタルセメントを固化させることによって太陽電池モジュール２０が完成する。
【符号の説明】
【００３８】
１…透明基板、２…バックシート、３…発電素子、４…封止材、５…モジュール本体、７，８…含水材料、７ａ…パック、８ａ…型枠、１０，２０…太陽電池モジュール、Ｌ…太陽光。
【図１】
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【図２】
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