(57)【要約】【課題】所定の剛性を確保すると共に軽量化を図りつつ、表面板の表面に凹凸が形成されることを抑制して、見栄えを向上させ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１０は、樹脂製の表面板１２と金属製の第１背面板１８、第２背面板２０の各厚さｔ、各線膨張係数α、各ヤング率Ｅが所定の式（１０）を満たすように材料を選択している。これにより、表面板１２、第１背面板１８、第２背面板２０の線膨張係数の差に基づいて太陽電池モジュールが製造工程で撓んだ場合に、表面板１２の表面側が凸となるように撓む。この結果、表面板１２の表面に引張力が作用して、製造工程において形成された緩やかな凹凸が緩和される。したがって、表面板１２の表面に写された風景像が歪むことが抑制され、見栄えが向上する。また、背面層を金属製の第１背面板１８と第２背面板２０の組み合わせとしたため、所定の剛性を有すると共に軽量化できる。【選択図】図１
2017174901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルと、
前記太陽電池セルが封止された封止層と、
前記封止層における前記太陽電池セルの受光面側に接合され、光透過性を有する樹脂製の表面板と、
前記封止層の前記表面板側と反対側に接合された金属製の第１背面板と、
前記第１背面板の前記封止層側と反対側に接合された金属製の第２背面板と、
を備え、下記式（１）を満たす太陽電池モジュール。
【数１】
2017174901.tif 000017
ここで、
ｔ１：表面板の厚さ（ｍｍ）
ｔ２：第１背面板の厚さ（ｍｍ）
ｔ３：第２背面板の厚さ（ｍｍ）
Ｅ１：表面板のヤング率（Ｐａ）
Ｅ２：第１背面板のヤング率（Ｐａ）
Ｅ３：第２背面板のヤング率（Ｐａ）
α１：表面板の線膨張係数（１／Ｋ）
α２：第１背面板の線膨張係数（１／Ｋ）
α３：第２背面板の線膨張係数（１／Ｋ）
【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】
太陽電池モジュールは、表面板と、背面板と、表面板と背面板に挟まれ複数の太陽電池セルが封止された封止層とで構成されている。
【０００３】
太陽電池モジュールの背面板（基板）に金属板を用いると重量が嵩む。一方、太陽電池モジュールの背面板（基板）に樹脂板を用いると曲げ剛性が低く、太陽電池モジュールが撓みやすくため、屋外設置時に補強材等で曲げ剛性を補う必要があった。そこで、金属板と樹脂板とからなる複合板を背面板として用いることで、背面板に金属板を単独で用いたものよりも軽量で、樹脂板を単独で用いたものよりも曲げ剛性を高かめた太陽電池モジュールが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、太陽電池モジュールを製造する場合には、背面板、背面側封止膜、複数の太陽電池セル、受光面側封止膜、表面板を積層した積層体を、下側から加熱すると共に上側から加圧して一体化することにより製造されている。すなわち、太陽電池モジュールは、製造時に１２０℃〜１５０℃程度まで加熱され、その後冷却されることになる。
【０００６】
この加熱冷却工程において、表面板と背面板の線膨張係数の違いにより、表面板が背面板側に凸となるように撓むと、表面板の表面が縮み、表面に緩やかな凹凸が形成されるおそれがあった。表面板の表面に凹凸が形成されると、表面板で反射される風景像が歪み、太陽電池モジュールの見栄えが低下する。この点において、太陽電池モジュールは改善の余地があった。
【０００７】
本発明は上記事実を考慮し、所定の剛性を確保すると共に軽量化を図りつつ、見栄えを向上させた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】
請求項１記載の発明は、複数の太陽電池セルと、前記太陽電池セルが封止された封止層と、前記封止層における前記太陽電池セルの受光面側に接合され、光透過性を有する樹脂製の表面板と、前記封止層の前記表面板側と反対側に接合された金属製の第１背面板と、前記第１背面板の前記封止層側と反対側に接合された金属製の第２背面板と、を備え、下記式（１）を満たす太陽電池モジュール。
【数１】
2017174901.tif 000003
ここで、
ｔ１：表面板の厚さ（ｍｍ）
ｔ２：第１背面板の厚さ（ｍｍ）
ｔ３：第２背面板の厚さ（ｍｍ）
Ｅ１：表面板のヤング率（Ｐａ）
Ｅ２：第１背面板のヤング率（Ｐａ）
Ｅ３：第２背面板のヤング率（Ｐａ）
α１：表面板の線膨張係数（１／Ｋ）
α２：第１背面板の線膨張係数（１／Ｋ）
α３：第２背面板の線膨張係数（１／Ｋ）
【０００９】
この太陽電池モジュールは、製造時に複数の太陽電池セルが配置された封止層を表面板と第１背面板、第２背面板の間に介在させた状態で加熱冷却することによって表面板、封止層、第１背面板、第２背面板が一体化される。この際、表面板と第１背面板、第２背面板の線膨張率が異なるため、太陽電池モジュール（表面板）が撓む。ここで、表面板、第１背面板、第２背面板は式（１）の関係を満たすため、表面板の表面側（封止層側と反対側）が凸となるように撓む。すなわち、表面板の表面に引張力が作用する。この結果、樹脂製の表面板の表面に製造工程で形成された緩やかな凹凸が緩和される。したがって、太陽電池モジュールの表面板の表面に映り込む風景像が歪むことが抑制される。すなわち、太陽電池モジュールの見栄えが良好になる。
【００１０】
また、背面層を金属製の第１背面板と金属製の第２背面板の組み合わせとしたため、所定の剛性を確保するのに、同等の剛性を有する樹脂製の背面層と比較して板厚を薄くでき、軽量化することができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明の太陽電池モジュールは、上記構成としたので、太陽電池モジュールは、所定の剛性を確保しつつ軽量化が図れると共に、見栄えが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの変形前後の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールについて図１及び図２を参照して説明する。なお、各図において、矢印Ｙ方向は太陽電池モジュールの積層方向を示し、矢印Ｘ方向は太陽電池モジュールの積層方向に直交する幅方向を示す。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、光透過性を有する表面層となる表面板１２と、表面板１２の背面側に配置され複数の太陽電池セル１４が封止された封止層１６と、封止層１６を背面側から支持する背面層を構成する第１背面板１８と第２背面板２０とを備えている。
【００１５】
なお、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０は、車両搭載用のものである。
【００１６】
表面板１２は、ポリカーボネート（ＰＣ）からなる矩形状の板材として形成されている。なお、表面板１２は、透明で対候性に優れている樹脂材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等によって板状に形成されていても良い。ポリカーボネートからなる樹脂板（ＰＣ板）は、耐候性に優れると共に軽量であるため、車両に搭載される太陽電池モジュール１０の表面板１２として好適である。
【００１７】
封止層１６は、複数（本実施形態では３個）の太陽電池セル１４と、太陽電池セル１４を封止する封止材２２とから構成されている。
【００１８】
太陽電池セル１４は、シリコン系セル等の周知の太陽電池セルである。封止材２２は、透明で弾性や接着性を有する樹脂材料によってフィルム状に形成されており、例えば、エチレン酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）やポリオレフィン等のセル封止材として周知の樹脂により構成されている。
【００１９】
第１背面板１８は、後述する式（１０）を満たすような矩形状の金属板であれば良いが、本実施形態では、例えば、矩形状の鉄板が考えられる。
【００２０】
第２背面板２０は、後述する式（１０）を満たすような矩形状の金属板であれば良いが、本実施形態では、例えば、矩形状のアルミ板が考えられる。
【００２１】
(作用)
このように構成された太陽電池モジュール１０の作用について説明する。
【００２２】
先ず、後述する式（１０）の導出方法について説明し、次に、式（１０）を満たすように表面板１２、第１背面板１８、第２背面板２０を選択した場合に達成される作用について説明する。
【００２３】
太陽電池モジュール１０は、表面板１２、封止層１６、第１背面板１８、第２背面板２０等を積層した状態で加熱・加圧されることによって、一体化される。この際、表面板１２、第１背面板１８、第２背面板２０の線膨張係数の差によって表面板１２が撓み変形する。
【００２４】
この撓み変形前後を示す模式図を図２に示す。図２において、二点鎖線の引出線で示す１０（矩形部分）は撓み変形前の太陽電池モジュール１０であり、実線の引出線で示す１０は撓み変形後（製造工程において加熱後の冷却によってΔＴ℃低下後）の太陽電池モジュール１０である。
【００２５】
図２において、Ｘ軸は、太陽電池モジュール１０の幅方向であり、Ｙ軸は太陽電池モジュール１０の積層方向である。また、ρは、原点から撓み変形後の太陽電池モジュール１０の曲率中心までの曲率半径である。図２の場合であれば、ρはＹ軸の負方向に伸びているため、負となる。また、ａは、原点から表面板１２の表面までの距離であり、εは、原点から曲率中心に向かう距離を意味する。なお、原点は、太陽電池モジュール１０の幅方向長さＬ０と、太陽電池モジュール１０の撓み変形後の原点を通る円弧の長さＬ１が等しくなるように設定されている。
【００２６】
なお、ここでは、太陽電池モジュール１０を表面板１２、第１背面板１８、第２背面板２０のみでモデル化している。これは、太陽電池セル１４が製造工程でほとんど変形しないためであり、封止材２２は変形するものの剛性が低く、他の部材の変形に追従するためである。
【００２７】
ここで、表面板１２、第１背面板１８、第２背面板２０の厚さｔ、ヤング率Ｅ、線膨張係数αは、それぞれ表１に示す通りである。
【００２８】
【表１】
2017174901.tif 000004
原点から距離εの位置で太陽電池モジュールに生じる曲げ応力σは、熱応力とフックの法則による弾性力によって式（２）のようになる。
【００２９】
【数２】
2017174901.tif 000005
太陽電池モジュール１０のＹ軸に沿った断面において、原点から距離εの位置に作用する曲げ応力をσとすると、当該微小部分に作用する力は、σ×ｂ×ｄεとなる。ここで、ｂは図２において断面の紙面奥向きの幅である。当該断面には外力が作用していないため、断面全体に作用する力の総和は式（３）に示すように０となる。
【００３０】
また、同様に、Ｙ軸に沿った断面において、原点から距離εの位置に作用する曲げ応力をσとすると、当該微小部分に作用するモーメントは、σ×ε×ｂ×ｄεとなる。当該断面には外力が作用していないため、断面全体に作用するモーメントの総和は式（３）に示すように０となる。
【００３１】
【数３】
2017174901.tif 000006
これを太陽電池モジュール１０のモデルの厚さ方向の全範囲で行なう。具体的には、式（４）のようになる。
【００３２】
【数４】
2017174901.tif 000007
この連立方程式をａとρに関して解くと、式（５）、式（６）に示すように、ａとρは分数となる。
【００３３】
【数５】
2017174901.tif 000008
【数６】
2017174901.tif 000009
式（５）、式（６）における分母Ａ、分子Ｂ、分子Ｃは、それぞれ下記式（７）〜式（９）のようになる。
【００３４】
【数７】
2017174901.tif 000010
【数８】
2017174901.tif 000011
【数９】
2017174901.tif 000012
ところで、曲率半径ρが負であれば、太陽電池モジュール１０（表面板１２）は、上に凸に撓むことになる。ここで、曲率半径ρの分子Ｃは、全てのパラメータが正であるため、その和も正となる。したがって、曲率半径ρの分母Ａが負であれば、曲率半径ρが常に負となる。
【００３５】
すなわち、ρの分母Ａを表す式（７）から係数６を除いた式の値が負となれば、太陽電池モジュール１０（表面板１２）は、上に凸に撓むことになる。
【００３６】
【数１０】
2017174901.tif 000013
式（１０）の関係を満たすように表面板１２、第１背面板１８、第２背面板２０の材料が選択されることにより、製造工程において太陽電池モジュール１０が加熱冷却されると、太陽電池モジュール１０は上に凸に撓む。すなわち、表面板１２の表面に引張力が作用し、製造工程で表面板１２の表面に形成された緩やかな凹凸が緩和される。すなわち、表面板１２に映り込む風景像が歪みが抑制され、太陽電池モジュールの見栄えが良くなる。
【００３７】
なお、本実施形態のように、金属製の第１背面板１８と金属製の第２背面板２０とを組み合わせて背面層が構成されていることにより、所定の剛性を確保するのに、同等の剛性を有する樹脂板よりも板厚を薄くできると共に、軽量化することができる。
【００３８】
また、背面層を２枚の金属製の第１背面板１８と第２背面板２０で構成されているため、第１背面板１８と第２背面板２０との間に作用する力等によって、一枚の金属板で背面層を構成している場合と比較してより相対的に薄い板厚で所定の撓み力を発生させることができる。
さらに、第１背面板１８と第２背面板２０の板厚を変更することで、表面板１２の表面に引張力を作用させたまま、太陽電池モジュール１０（背面層）の剛性を自由に設計できる。したがって、例えば、太陽電池モジュール１０の周辺のボデー部材に合わせて適切な剛性をもつ太陽電池モジュール１０（背面層）を容易に設計可能である。
【００３９】
（計算結果）
実際に用いる太陽電池モジュールのデータを挿入して、計算を行なった。表面板１２はＰＣ、封止材２２にはＥＶＡ、第１背面板１８として鉄、第２背面板２０はアルミから形成されている。それぞれの部材の厚さ、線膨張係数等は、表２〜表４に示す通りである。なお、表面板１２、第１背面板１８、第２背面板２０は同一の矩形の板体であり、その幅方向長さ（Ｘ軸方向長さ）が７５０ｍｍである。また、温度変化ΔＴは、−１３０℃とした。
【００４０】
また、試験例１〜６は、表面板１２の厚さが０．８ｍｍのもの、試験例７〜１２は表面板１２の厚さが０．５ｍｍである以外の数値は試験例１〜６と同一である。
【００４１】
【表２】
2017174901.tif 000014
【表３】
2017174901.tif 000015
【表４】
2017174901.tif 000016
ここで、試験例１、７は、第１背面板１８が存在せず、背面層がアルミからなる第２背面板２０のみで形成されているもの、試験例６、１２は第２背面板２０が存在せず、背面層が鉄からなる第１背面板１８のみから形成されているものである。
【００４２】
表２〜表４に記載されている数値を式１０に挿入して計算した結果、計算結果が正になったものを、表３、表４の判別式の欄に「＋」で記載し、計算結果が負になったものを判別式の欄に「−」で記載している。
【００４３】
なお、撓み量とは、各パラメータを入力して求めたａとρの値に基づいて算出した、図２における太陽電池モジュール１０の右端のＹ軸方向の変形量である（Ｙ軸上向きを正としている）。
【００４４】
表３及び表４に示すように、鉄からなる第１背面板１８のみで背面層を構成した場合（試験例６、１２）、あるいはアルミからなる第２背面板２０で背面層を構成した場合（試験例１、７）は、判別式（１０）、すなわち曲率半径ρが正となり、太陽電池モジュール１０（表面板１２）が下に凸に撓み変形し、撓み量が正となることがわかる。
【００４５】
一方、鉄からなる第１背面板１８とアルミからなる第２背面板２０とを組み合わせて背面層を構成した場合（試験例２〜４、８〜１１）は、試験例５を除いて、判別式（１０）、すなわち曲率半径ρが負となり、太陽電池モジュール１０（表面板１２）が上に凸に撓み変形し、撓み量が負となることがわかる。
【００４６】
換言すれば、鉄からなる第1背面板１８とアルミからなる第２背面板２０とを組み合わせて背面層を構成した場合でも、試験例５のように式（１０）を満たさない場合には、太陽電池モジュール１０（表面板１２）が下に凸に撓み変形し、撓み量が正となることがわかる。
【００４７】
なお、本実施形態及び計算では、表面板１２がＰＣ、第１背面板１８が鉄、第２背面板２０がアルミで製造されたものとして記載しているが、これに限定されるものではない。すなわち、表面板１２は樹脂製、第１背面板１８、第２背面板２０は金属製であり、そのパラメータが式（１０）の関係を満たせば、他は特に限定するものではない。
【符号の説明】
【００４８】
１０  太陽電池モジュール
１２  表面板
１４  太陽電池セル
１６  封止層
１８  第１背面板
２０  第２背面板
【図１】
2017174901.tif 000018
【図２】
2017174901.tif 000019