(57)【要約】【課題】  太陽電池モジュールに簡単な部材を追加し、漏水対策を施すことで、発電と同時に温水を製造することができるハイブリッド型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と、底板５０と、フレーム材３０とにより囲まれた空間１０１をガスケット４０により密閉化し、その空間内に水を流し太陽熱により温水１０２を製造する機能を有するハイブリッド型太陽電池モジュール１０とする。ここで、太陽電池モジュール１００は、その受光面側の透明基板１１の表面以外は高密度ポリエチレンで覆われていることにするとよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールと、底板と、フレーム材とにより囲まれた空間をガスケットにより密閉化し、前記空間内に水を流し太陽熱により温水を製造する機能を有することを特徴とするハイブリッド型太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記太陽電池モジュールは、その受光面側の透明基板の表面以外は高密度ポリエチレンで覆われていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記ガスケットは、それぞれの前記ハイブリッド型太陽電池モジュールに接続するホースガスケットを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド型太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記底板は、化学強化ガラスであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のハイブリッド型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、太陽熱・光を利用するハイブリッド型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池モジュールは、２つの封止材で太陽電池セルを挟み込んだ構造をしている（特許文献１を参照）。図１０は、従来の太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。この太陽電池モジュール７では、透光性基板１と、受光面側封止材（受光面側充填材）２と、太陽電池セル（太陽電池素子）３と、裏面側封止材（裏面側充填材）４と、裏面側基板（裏面シート）５とが、この順に積層されている。
【０００３】
この受光面側封止材２と裏面側封止材４は、一般にＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）からなる。そして、このような積層された太陽電池の部材は、熱圧着によって互いに接合され、太陽電池モジュール７として構成される。
【０００４】
太陽電池モジュールは、太陽光を受光し発電するのであるが、それと同時に太陽熱を利用することができれば、より太陽エネルギーの高効率変換を実現することができるようになり、また、実際にそのようなニーズもある。
【０００５】
ここで、太陽熱を利用するものとしては、温水の製造が考えられる。しかし、従来の太陽電池モジュールを利用し温水も同時に製造する場合は、その内部に水が浸入し、長期間、発電劣化が無いことを保証することができない。温水を取り扱うにあたり、太陽電池モジュールの水に対する封止対策及び温水室の漏水対策が必須となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１２９５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような実情に鑑み、本発明では、水の浸入が格段に少ない太陽電池モジュールに簡単な部材を追加し、温水室の漏水対策を施すことで、発電と同時に温水を製造することができるハイブリッド型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】
【０００８】
本発明のハイブリッド型太陽電池モジュールは、水の浸入が格段に少ない太陽電池モジュールと、底板と、フレーム材とにより囲まれた空間をガスケットにより密閉化し、その空間内に水を流し太陽熱により温水を製造する機能を有することを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、太陽電池モジュールは、その受光面側の透明基板の表面以外は高密度ポリエチレンで覆われていることにするとよい。また、ガスケットは、それぞれのハイブリッド型太陽電池モジュールに接続するホースガスケットを有することにするとよい。さらに、底板は、化学強化ガラスにするとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のハイブリッド型太陽電池モジュールを用いれば、水の浸入が格段に少ない太陽電池モジュールに簡単な部材の追加と漏水対策を施すことで、発電と同時に温水を製造することができるという効果を奏する。また本発明のハイブリッド型太陽電池モジュールは、水の浸入が各段に少ない太陽電池モジュールを使用しているので、水と接触する環境であっても長時間発電劣化することが無い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ハイブリッド型太陽電池モジュールの断面図である。
【図２】ハイブリッド型太陽電池モジュールを用いた発電・温水製造ハイブリッドシステムの説明図である。
【図３】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４】太陽電池セルを接続して構成されるストリングの（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。
【図５】太陽電池セルの（ａ）受光面と（ｂ）裏面の一構成例を模式的に示す平面図である。
【図６】第２の封止シートを使用した太陽電池モジュールの断面図である。
【図７】既存の封止シートと第２の封止シートを使用した太陽電池モジュールの断面図である。
【図８】本モジュールと市販モジュールのバス試験による発電性能を比較するグラフである。
【図９】太陽電池モジュールのシール構造を説明する断面図である。
【図１０】従来の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】
【００１２】
従来からある太陽電池モジュール製品を裏から眺めると、約５０リットルの空間がある。この空間を利用して太陽熱で温水製造すれば、除熱による発電効率とも相まって、太陽熱と太陽光の両方を同時に利用する太陽エネルギーの高効率変換を実現することができると考えられる。また、太陽電池モジュール製品の裏面を温水製造室として機能させる際に、本発明に係るハイブリッド型太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールとして少なくとも２０年間は、発電劣化しないことが必須であり、さらに、水漏れやメンテナンスにも考慮しなければならない。以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、ハイブリッド型太陽電池モジュールの断面図である。このハイブリッド型太陽電池モジュール１０は、外観は従来の太陽電池モジュール製品と同一であるが、太陽電池モジュール１００の裏側に温水製造の機能を付加して、発電と温水製造を同時に実施可能としたものである。
【００１４】
構成としては、太陽電池モジュール１００と、底板５０と、フレーム材３０とで囲まれた空間１０１を設け、その空間１０１（温水室）内に水を流し込み、その水を太陽熱によって温水１０２にするものである。空間１０１の内面は、水漏れを防ぐためにガスケット４０によって密閉されている。ガスケット４０は、高ガスバリア性の樹脂フィルムと高耐久性のオレフィンゴム材料を合わせた専用のポリオレフィンゴムガスケット部材とする。
【００１５】
太陽電池モジュール１００の受光面側には透明基板１１が備えられているが、この透明基板１１の表面以外の部分は、高密度ポリエチレンフィルム（図９の「２１」参照）で覆うとよい。高密度ポリエチレンは、水蒸気バリア性が高く、また、黒色で耐光性が良好である。
【００１６】
複数設置されたハイブリッド型太陽電池モジュール１０は、互いに温水１０２が循環できる構成になっている。したがって、温水１０２の移動の際、水漏れがしないようにホースガスケット４１（図２参照）を備えることとするのがよい。
【００１７】
フレーム材３０は、従来と同様、アルミフレームである。そのフレーム材３０の厚み部分の中ほどに底板５０を設けて、温水１０２を製造する空間１０１を形成する。底板５０の素材は、温水１０２によるたわみ等を考慮して、化学強化ガラスを用いるのがよい。そして、太陽熱で高温になった発電素子部の除熱により、さらに温水１０２の製造を助けることができる。なお、冬場は、温水１０２の放熱を抑えるため、断熱材として、発泡スチロールの板を太陽電池モジュール１００の裏側に貼り付けるといった対応をするのもよい。
【００１８】
底板５０やガスケット４０は、水の浸入が格段に少ない太陽電池モジュールに付加することができるので、既存の生産ラインを利用してハイブリッド型太陽電池モジュールを製造可能に設計することができる。これにより、現在の運搬方法、保管方法、取付け方法、架台設計、配線部材等、既存の太陽電池設置ビジネスにおける手法や技術を応用した効率のよいモジュールの設計が可能となる。
【００１９】
図２は、ハイブリッド型太陽電池モジュールを用いた発電・温水製造ハイブリッドシステムの説明図である。ここで想定する本システムの最適な導入先としては、大量の温水を４０℃程度に保ちながら循環して使用する施設であり、例えば、ゴルフ場のお風呂場や日帰り温泉施設などが当てはまる。
【００２０】
この設置例では、ハイブリッド型太陽電池モジュール１０同士が、ホースガスケット４１により水漏れ対策がされて接続されている。また、ハイブリッド型太陽電池モジュール１０とタンクはパイプでつながっており、温水が循環できる構造になっている。そして、温水室の温度をセンサで検出し、温度検出結果は設定温度・流量制御装置に入力される。温水が所定の温度になると図示しないバルブを開きポンプが作動して温水は貯湯タンク内に貯められる。更に温水を利用する際は、別置きのボイラーを併用することで、貯湯タンクの温度を例えば４０℃程度に保つことができるようにもなっている。なお、当然、太陽電池としても利用しているので、余剰売電なども同時に行われる。
【００２１】
太陽電池モジュールは、表面電極の腐食や、ＰＩＤ発症を抑制するものでなければならない。以下、本発明で用いられる太陽電池モジュールの構成について説明する。図３は、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。また、図４は、太陽電池セルを接続して構成されるストリングの（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。なお、図３は、結晶シリコン系の太陽電池モジュール１００の構成の一例として示されており、透明基体１１、既存の封止シート１８、第１の封止シート１６、太陽電池セル１５、裏面材３６をこの順に積層し、加熱圧着加工（ラミネート加工）して得られるものである。
【００２２】
図４に示されるように、太陽電池モジュール１００は、インターコネクタ１９により電気的に複数の結晶シリコン系の太陽電池素子（太陽電池セル）１５が接続されている。そして、これを挟持する一対の表面側透明保護部材（以後、「透明基体」という）１１と裏面側保護部材（以後、「裏面材」という）３６とを有し、これらの保護部材と複数の太陽電池素子１５との間に、第１の封止シート１６及び既存の封止シート１８とが積層充填されている。なお、第１の封止シート１６は、環状オレフィン共重合体シート１６Ａと透明オレフィンゴム材料層１６Ｂを一体化したものであり、既存の封止シート１８は、ＥＶＡ等からなるものである。
【００２３】
裏面側保護部材３６は、第１の封止シ−ト１６でも用いられる透明オレフィンゴム材料層１６Ｂをポリエチレンレテフタレート（ＰＥＴ）材１６Ｃ上に配置し一体化したものである。この裏面材３６は、第１の封止シート１６と同様の方法で製造することができる。
【００２４】
図５は、太陽電池セル１５の（ａ）受光面と（ｂ）裏面の一構成例を模式的に示す平面図である。太陽電池セル１５の受光面１５Ａの電極は、第１の封止シート１６の透明オレフィンゴム材料層１６Ｂと接し封止される。また太陽電池セル１５の裏面１５Ｂの電極は、裏面材３６の透明オレフィンゴム材料層１６Ｂと接し封止される。電極とは、太陽電池セル１５の受光面１５Ａおよび裏面１５Ｂにそれぞれ形成された集電部材であり、後述する集電線（フィンガー）、タブ付用母線、および裏面電極層などを含む。
【００２５】
図５（ａ）に示されるように、太陽電池セル１５の受光面１５Ａには、ライン状に多数形成された集電線（フィンガー）１５１と、集電線１５１から電荷を収集するとともに、インターコネクタ１９と接続されるタブ付用母線（バスバー）１５２と、が形成されている。また、図５（ｂ）に示されるように、太陽電池セル１５の裏面１５Ｂには、全面に導電層（裏面電極）１５３が形成され、その上に導電層１５３から電荷を収集するとともに、インターコネクタ１９と接続されるタブ付用母線（バスバー）１５４が形成されている。
【００２６】
集電線１５１の線幅は、例えば０．１ｍｍ程度であり、タブ付用母線１５２の線幅は、例えば２〜３ｍｍ程度であり、タブ付用母線１５４の線幅は、例えば５〜７ｍｍ程度である。集電線１５１、タブ付用母線１５２およびタブ付用母線１５４の厚みは、例えば２０〜５０μｍ程度である。太陽電池セル１５は、インターコネクタ１９により複数枚接続され図４に示すストリングＷが形成される。このストリングＷの複数列を電極材により接続し太陽電池モジュール１００の太陽電池セル１５とし供給される。
【００２７】
集電線１５１、タブ付用母線１５２、およびタブ付用母線１５４は、導電性が高い金属を含むことが好ましい。このような導電性の高い金属の例には、金、銀、銅などが含まれるが、導電性や耐腐食性が高い点などから、銀や銀化合物、銀を含有する合金などが好ましい。導電層１５３は、導電性の高い金属だけでなく、受光面１５Ａで受けた光を反射させて太陽電池素子１５の光電変換効率を向上させるという観点などから、光反射性の高い成分、例えばアルミニウムを含むことが好ましい。集電線１５１、タブ付用母線１５２、タブ付用母線１５４、および導電層１５３は、太陽電池セル１５の受光面１５Ａまたは裏面１５Ｂに、上記導電性の高い金属を含む導電材塗料を、例えばスクリーン印刷により５０μｍの塗膜厚さに塗布した後、乾燥し、必要に応じて例えば６００〜７００℃で焼き付けすることにより形成される。これらの電極は、従来の既存の封止シート（ＥＶＡ等）１８を使用すると長期間使用中に太陽電池モジュールの内部に浸入した水とＥＶＡが反応し酢酸が発生し電極を腐食させる。第１の封止シート１６を使用することによりこのような電極の腐食を防止することができる。また第１の封止シート１６の環状オレフィン共重合体シート１６Ａは、透明基体１１としてカバーガラスを使用した場合にカバーガラス内のナトリウムイオン等の金属イオンが太陽電池セル１５上に堆積することを防止しＰＩＤの発症を皆無とすることができる。
【００２８】
表面側透明保護部材（透明基体）１１は、受光面側に配置されることから、透明である必要がある。透明基体１１の例としては、透明ガラス板や透明樹脂フィルムなどが含まれる。一方、裏面側保護部材（裏面材）３６は透明である必要はなく、その材質はとくに限定されない。裏面材３６は、本実施形態では、上述のように、第１の封止シ−ト１６の透明オレフィンゴム材料層１６Ｂを例えばポリエチレンレテフタレート（ＰＥＴ）材１６Ｃ上に配置し一体化したものである。また、裏面材３６としては、耐久性や透明性の観点からガラス基板を使用することでもよい。そして、裏面材３６が透明であれば、太陽光が透過しやすくなるため、温水１０２の製造効率が高くなる。
【００２９】
図６は、第２の封止シートを使用した太陽電池モジュール２００の断面図である。第２の封止シート２６は、環状オレフィン共重合体シート１６Ａの両面を透明オレフィンゴム材料層１６Ｂで挟み一体化した封止シートである。
【００３０】
太陽電池モジュール２００は、透明基体１１、第２の封止シート２６、太陽電池セル１５、裏面材３６をこの順に積層し、加熱圧着加工（ラミネート加工）して得られる。太陽電池セル１５の受光面１５Ａの電極は、第２の封止シート２６の透明オレフィンゴム材料層１６Ｂと接し封止される。
【００３１】
上述のように第１の封止シート１６を使用することにより、封止シートからの酢酸の発生が無いため太陽電池セル１５の電極の腐食を防止することができる。また、第２の封止シート２６の環状オレフィン共重合体シート１６Ａ部分は、透明基体１１としてカバーガラスを使用した場合にカバーガラス内のナトリウムイオン等の金属イオンが太陽電池セル１５上に堆積することを防止しＰＩＤの発症を皆無とすることができる。これに加え環状オレフィン共重合体シート１６Ａは、透明オレフィンゴム材料層１６Ｂにより両側から挟み込まれた構造であり、わずかな水の浸入があっても電極まで到達することは無く、電極の腐食は全くなくなる。
【００３２】
また、図７は、既存の封止シートと第２の封止シートを使用した太陽電池モジュール３００の断面図である。この太陽電池モジュール３００は、図６に示した太陽電池モジュール２００の第２の封止シート２６と透明基体１１の間に既存の封止シート（ＥＶＡ等）１８を設けた構成である。この太陽電池モジュール３００は、第２の封止シート２６と透明基体１１との接着強度を向上させ、モジュール内部への水等の進入防止をより強固にすることができる。
【００３３】
図８は、本モジュールと市販モジュールのバス試験による発電性能を比較するグラフである。バス試験は、温水８５℃に１０週間浸漬して、発電保持率を表したものである。市販モジュールは、ＥＶＡ封止材を用いた単結晶１８０ＷＰＶパネルであり、本モジュールは、図７に示した太陽電池モジュール１００である。グラフより、市販モジュールでは、１０週間の処理により、発電性能が約１０％低下している。一方、本モジュールでは、発電保持率の低下は見られなかった。この結果から、第１の封止シート１６は、太陽電池モジュール１００の寿命を格段に向上させることができるものであるということがわかる。
【００３４】
尚、本発明に使用する太陽電池モジュールの構成部材である第１の封止シート１６及び第２の封止シート２６は、本出願人が特願２０１４−３２６１６（出願日：平成２６年２月２４日）及び特願２０１４−３４４０５（出願日：平成２６年２月２５日）として出願したものである。
【００３５】
図９は、太陽電池モジュールのシール構造を説明する断面図である。これは、これまでに述べた太陽電池モジュール１００，２００，３００をポリオレフィンゴムエッジシール材２０と、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）フィルム２１で、モジュール全体を包み込んだものである。ＨＤＰＥ樹脂の高水蒸気バリア層を加えることで、モジュールの防水性がより高くなり、長期間の使用によっても、発電劣化を防ぐことができることになる。
【００３６】
本発明では、以上のよう太陽電池モジュール１００、２００、３００を用い、その太陽電池モジュールを収納するフレームに水を流し温水を製造する温水室を設けたハイブリッド型太陽電池モジュールを構成した。これにより、比較的簡易に、太陽エネルギーの高効率変換を実現することができるようになる。また太陽電池モジュールの発電効率を長期間低下することなく維持することができ、温水も製造することができ、太陽エネルギーの利用効率を格段に向上させることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０ ハイブリッド型太陽電池モジュール
１１ 透明基体
１５ 太陽電池素子（太陽電池セル）
１５Ａ 受光面の電極
１５Ｂ 裏面の電極
１６ 第１の封止シート
１６Ａ 環状オレフィン共重合体シート
１６Ｂ 透明オレフィンゴム材料層
１６Ｃ ポリエチレンテレフタレート材
１９ インターコネクタ
２０ ポリオレフィンゴムエッジシール材
２１ 高密度ポリエチレンフィルム
２６ 第２の封止シート
３０ フレーム材
３６ 裏面材
４０ ガスケット
４１ ホースガスケット
５０ 底板
１００，２００，３００  太陽電池モジュール
１０１ 空間（温水室）
１０２ 温水
【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】
2016082730.tif 000009
【図８】
2016082730.tif 000010
【図９】
2016082730.tif 000011
【図１０】
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