(57)【要約】【課題】火災時にガラス板の割れを抑制できる、太陽電池モジュールの提供。【解決手段】受光面、該受光面とは反対側の背面、および端面を有し、前記受光面側から、ガラス板、太陽電池セル、および背面板をこの順で有する太陽電池モジュール本体と、該太陽電池モジュール本体を支持する支持枠とを有し、前記支持枠は、前記太陽電池モジュール本体の端部が挿入される溝部を有し、前記ガラス板は、化学強化ガラス板であって、圧縮応力のみが残留する端面を有する、太陽電池モジュール。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面、該受光面とは反対側の背面、および端面を有し、前記受光面側から、ガラス板、太陽電池セル、および背面板をこの順で有する太陽電池モジュール本体と、
該太陽電池モジュール本体を支持する支持枠とを有し、
前記支持枠は、前記太陽電池モジュール本体の端部が挿入される溝部を有し、
前記ガラス板は、化学強化ガラス板であって、圧縮応力のみが残留する端面を有する、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記ガラス板は、酸化物基準のモル百分率表示でＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜１０％含有する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
太陽電池モジュールに用いられるガラス板であって、
前記ガラス板は、化学強化ガラス板であって、圧縮応力のみが残留する端面を有する、太陽電池モジュール用のガラス板。
【請求項４】
前記ガラス板は、酸化物基準のモル百分率表示でＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜１０％含有する、請求項３に記載の太陽電池モジュール用のガラス板。
【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、および太陽電池モジュール用のガラス板に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール本体と、該太陽電池モジュール本体を支持する支持枠とを有する（例えば特許文献１参照）。太陽電池モジュール本体は、受光面、受光面とは反対側の背面、および端面を有し、受光面側から、ガラス板、太陽電池セル、および背面板をこの順で有する。太陽電池セルは、ガラス板と背面板との間に樹脂などの封止材で封止される。支持枠は、太陽電池モジュール本体の端部が挿入される溝部を有する。
【０００３】
太陽電池モジュール本体のガラス板には、一般に物理強化ガラス板が用いられるが、近年、軽量化や耐ＰＩＤ（Potential Induced Degradation）等の目的で化学強化ガラス板が用いられる場合がある。化学強化ガラス板は、化学強化により表面を強化したものである。化学強化は、イオン半径の小さなイオン（例えばＮａイオン）をイオン半径の大きなイオン（例えばＫイオン）に交換することで、表面に圧縮応力を生じさせる。その反作用で、ガラス板の内部には引張応力が生じる。
【０００４】
太陽電池モジュール本体のガラス板には、その複数枚分の大きさのガラス板を化学強化した後、製品の大きさに切断し、切断面を面取したものが用いられる場合がある。複数枚分の大きさのガラス板をまとめて化学強化することにより、生産性が向上する。化学強化後に切断が行われるため、切断面には引張応力の残留する領域が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４６８６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池モジュールは屋根などに設置され、太陽電池モジュール本体の受光面が上向きとされる。受光面は、火災時に火炎に曝される。背面には、火炎が回り込みにくい。
【０００７】
火災時に熱応力によってガラス板が割れると、封止材が火炎に曝され燃えてしまう。背面板が樹脂で形成される場合、背面板も火炎に曝され燃えてしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、火災時にガラス板の割れを抑制できる、太陽電池モジュールの提供を主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
受光面、該受光面とは反対側の背面、および端面を有し、前記受光面側から、ガラス板、太陽電池セル、および背面板をこの順で有する太陽電池モジュール本体と、
該太陽電池モジュール本体を支持する支持枠とを有し、
前記支持枠は、前記太陽電池モジュール本体の端部が挿入される溝部を有し、
前記ガラス板は、化学強化ガラス板であって、圧縮応力のみが残留する端面を有する、太陽電池モジュールが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、火災時にガラス板の割れを抑制できる、太陽電池モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による太陽電池モジュールの要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。本明細書において、数値範囲を表す「〜」はその前後の数値を含む範囲を意味する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による太陽電池モジュールの要部を示す断面図である。太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール本体１０と、太陽電池モジュール本体１０を支持する支持枠２０とを有する。太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール本体１０の受光面１０ａが上向きとなるように設置される。
【００１４】
太陽電池モジュール本体１０は、受光面１０ａ、受光面１０ａとは反対側の背面１０ｂ、および端面１０ｃを有する。太陽電池モジュール本体１０は、受光面１０ａ側から、反射防止膜１１、ガラス板１２、太陽電池セル１３、および背面板１４をこの順で有する。尚、太陽電池モジュール本体１０は、反射防止膜１１を有しないものでもよい。
【００１５】
反射防止膜１１は、ガラス板１２の受光面１２ａに形成される。ガラス板１２における光反射が低減でき、太陽光の取り込み効率が向上できる。
【００１６】
ガラス板１２は、防水性や防火性、耐久性などを有する。ガラス板１２は、太陽光に対して透光性を有する。ガラス板１２を透過した光が、太陽電池セル１３に取り込まれる。
【００１７】
ガラス板１２は、例えば１ｍｍ以下の板厚を有する。ガラス板１２の板厚が１ｍｍ以下であれば、太陽電池モジュール本体１０が薄型化できる。
【００１８】
ガラス板１２は、受光面１２ａ、受光面１２ａとは反対側の背面１２ｂ、および端面１２ｃを有する。端面１２ｃは、面取がなされたものであってよい。端面１２ｃの面取は、図１ではＣ面取であるが、Ｒ面取りでもよい。端面１２ｃは、面取後に研磨がなされたものであってよい。研磨により、面取時に生じる加工傷が除去できる。
【００１９】
ガラス板１２は、化学強化ガラス板である。化学強化ガラス板は、化学強化により表面を強化したものである。化学強化は、イオン半径の小さなイオン（例えばＮａイオン）をイオン半径の大きなイオン（例えばＫイオン）に交換することで、表面に圧縮応力を生じさせ、表面を強化する方法である。その反作用で、ガラス板の内部には引張応力が生じる。化学強化ガラス板は、表面圧縮応力ＣＳが例えば３５０〜７００ＭＰａ、表面に形成される圧縮応力層の厚さＤＯＬが１０〜５０μｍである。
【００２０】
ガラス板１２は、酸化物基準のモル百分率表示でＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜１０％含有する。以下、各成分について説明するが、％はモル％を意味する。
【００２１】
ＳｉＯ２は、ガラス微細構造の中で網目構造を形成する成分として知られており、ガラスを構成する主要成分である。ＳｉＯ２の含有量は、５６％以上であり、好ましくは６０％以上、より好ましくは６３％以上、さらに好ましくは６５％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、７５％以下であり、好ましくは７３％以下、より好ましくは７１％以下である。ＳｉＯ２の含有量が５６％以上であるとガラスとしての安定性や耐候性の点で優位である。一方、ＳｉＯ２の含有量が７５％以下であると熔解性及び成形性の点で優位である。
【００２２】
Ａｌ２Ｏ３は化学強化におけるイオン交換性能を向上させる作用があり、特に表面圧縮応力（ＣＳ）を向上する作用が大きい。ガラスの耐候性を向上する成分としても知られている。また、フロート成形時にボトム面からの錫の浸入を抑制する作用がある。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、１％以上であり、好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上である。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、２０％以下であり、好ましくは１７％以下、より好ましくは１２％以下、さらに好ましくは１０％以下、特に好ましくは７％以下である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が１％以上であると、イオン交換により、所望のＣＳが得られ、また、錫の浸入を抑制する効果が得られる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が２０％以下であると、ガラスの粘性が高い場合でも失透温度が大きくは上昇しないため、ソーダライムガラス生産ラインでの熔解、成形の点で優位である。
【００２３】
ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の含有量の合計ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３は８０％以下であることが好ましい。８０％超では高温でのガラスの粘性が増大し、溶融が困難となるおそれがあり、好ましくは７９％以下、より好ましくは７８％以下である。また、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３は７０％以上であることが好ましい。７０％未満では圧痕が付いた時のクラック耐性が低下し、より好ましくは７２％以上である。
【００２４】
Ｎａ２Ｏはイオン交換により圧縮応力を形成させる必須成分であり、圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）を深くする作用がある。またガラスの高温粘性と失透温度を下げ、ガラスの熔解性、成形性を向上させる成分である。Ｎａ２Ｏの含有量は、８％以上であり、好ましくは１２％以上、より好ましくは１３％以上である。また、Ｎａ２Ｏの含有量は、２２％以下であり、好ましくは２０％以下、より好ましくは１６％以下である。Ｎａ２Ｏの含有量が８％以上であると、イオン交換により所望の圧縮応力を形成することができる。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が２２％以下であると、充分な耐候性が得られる。
【００２５】
Ｋ２Ｏは必須ではないが、イオン交換速度を増大しＤＯＬを深くする効果があるため含有してもよい。一方、Ｋ２Ｏが多くなりすぎると十分なＣＳが得られなくなる。Ｋ２Ｏを含有する場合は１０％以下が好ましく、好ましくは８％以下、より好ましくは６％以下である。Ｋ２Ｏの含有量が１０％以下であると、充分なＣＳが得られる。
【００２６】
ＭｇＯは必須ではないが、ガラスを安定化させる成分である。ＭｇＯの含有量は、２％以上、好ましくは３％以上、より好ましくは３．６％以上である。また、ＭｇＯの含有量は、１４％以下であり、好ましくは８％以下、より好ましくは６％以下である。ＭｇＯの含有量が２％以上であると、ガラスの耐薬品性が良好になる。高温での熔解性が良好になり、失透が起こり難くなる。一方、ＭｇＯの含有量が１４％以下であると、失透の起こりにくさが維持され、充分なイオン交換速度が得られる。
【００２７】
ＺｒＯ２は必須ではないが、一般に、化学強化での表面圧縮応力を大きくする作用があることが知られている。しかし、少量のＺｒＯ２を含有してもコスト増加の割には、その効果は大きくない。したがって、コストが許す範囲で任意の割合のＺｒＯ２を含有することができる。含有する場合は、５％以下であることが好ましい。
【００２８】
ＣａＯは必須ではないが、ガラスを安定化させる成分である。ＣａＯはアルカリイオンの交換を阻害する傾向があるため、特にＤＯＬを大きくしたい場合は含有量を減らす、もしくは含まないことが好ましい。一方、耐薬品性を向上させるためには、２％以上、好ましくは４％以上、より好ましくは６％以上含有することが好ましい。ＣａＯを含有する場合の量は、１０％以下であり、好ましくは９％以下、より好ましくは８．２％以下である。ＣａＯの含有量が１０％以下であると、充分なイオン交換速度が保たれ、所望のＤＯＬが得られる。
【００２９】
ＳｒＯは必須ではないが、ガラスの高温粘性を下げ、失透温度を下げる目的で含有してもよい。ＳｒＯはイオン交換効率を低下させる作用があるため、特にＤＯＬを大きくしたい場合は含有しないことが好ましい。含有する場合のＳｒＯ量は３％以下、好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下である。
【００３０】
ＢａＯは必須ではないが、ガラスの高温粘性を下げ、失透温度を下げる目的で含有してもよい。ＢａＯはガラスの比重を重くする作用があるため、軽量化を意図する場合には含有しないことが好ましい。含有する場合のＢａＯ量は３％以下、好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下である。
【００３１】
ＴｉＯ２は天然原料中に多く存在し、黄色の着色源となることが知られている。ＴｉＯ２の含有量は０．３％以下であり、好ましくは０．２％以下、より好ましくは０．１％以下である。ＴｉＯ２の含有量が０．３％を超えるとガラスが黄色味を帯びる。
【００３２】
ガラス板１２は、その他の成分、例えば清澄剤に起因する成分を含有してもよい。清澄剤としては、塩化物、またはフッ化物などが用いられる。その他の成分の含有量の合計は５％以下であることが好ましく、より好ましくは３％以下、典型的には１％以下である。以下、上記その他成分について例示的に説明する。
【００３３】
ＺｎＯはガラスの高温での熔融性を向上するために、例えば２％まで含有してもよい。しかし、フロート法で製造する場合には、フロートバスで還元され製品欠点となるので含有しないことが好ましい。
【００３４】
Ｂ２Ｏ３は高温での熔融性またはガラス強度の向上のために、１％未満の範囲で含有してもよい。一般的には、Ｎａ２ＯまたはＫ２Ｏのアルカリ成分とＢ２Ｏ３を同時に含有すると揮散が激しくなり、煉瓦を著しく浸食するので、Ｂ２Ｏ３は実質的に含有しないことが好ましい。
【００３５】
Ｌｉ２Ｏは歪点を低くして応力緩和を起こりやすくし、その結果安定した圧縮応力を得られなくする成分であるので含有しないことが好ましく、含有する場合であってもその含有量は１％未満であることが好ましく、より好ましくは０．０５％以下、特に好ましくは０．０１％未満である。
【００３６】
太陽電池セル１３は、ガラス板１２と背面板１４との間に樹脂などの封止材１５で封止される。太陽電池セル１３は、シリコン系、化合物系、有機系などのいずれでもよい。太陽電池セル１３は１つの太陽電池モジュール本体１０に複数備えられてよく、複数の太陽電池セル１３は直列や並列に接続される。
【００３７】
背面板１４は、防水性などを有する。背面板１４は、透光性を有しても有しなくてもよい。背面板１４は、樹脂またはガラスなどで形成される。背面板１４がガラスで形成される場合、背面板１４は、ガラス板１２と同様に、化学強化ガラス板であってよい。
【００３８】
支持枠２０は、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属で形成される。支持枠２０は、四角形の枠であってよく、例えば２本の縦枠と２本の横枠を組み立てたものであってよい。支持枠２０は、矩形状の太陽電池モジュール本体１０の四辺を支持することで、太陽電池モジュール本体１０の変形を抑制する。
【００３９】
支持枠２０は、太陽電池モジュール本体１０の端部が挿入される溝部２１を有する。溝部２１は、支持枠２０の内周面に形成される。支持枠２０は、緩衝材２５を介して太陽電池モジュール本体１０を支持する。
【００４０】
緩衝材２５は、ゴムなどで形成され、衝撃をやわらげる。また、緩衝材２５は、水の通り抜けを防止する。緩衝材２５は、成形後に溝部２１に嵌合されてもよいし、溝部２１に注入された後で固化されてもよい。緩衝材２５は溝部２１の奥に配設されてよい。
【００４１】
ところで、太陽電池モジュールは屋根などに設置され、太陽電池モジュール本体１０の受光面１０ａが上向きとされる。受光面１０ａは、火災時に火炎に曝される。背面１０ｂには、火炎が回り込みにくい。
【００４２】
火災時に、ガラス板１２が加熱される。ガラス板１２の端部は、支持枠２０で覆われているため、支持枠２０で覆われていない部分よりも緩やかに高温になる。温度差によってガラス板１２の端部に引張応力が生じる。
【００４３】
本実施形態のガラス板１２は、表面全体（受光面１２ａ、背面１２ｂ、および端面１２ｃ）が化学強化されたものであり、製品サイズのものを化学強化してなる。化学強化前に切断や面取、研磨が行われ、端面１２ｃに圧縮応力の残留する領域のみが存在する。よって、端面１２ｃに引張応力の残留する領域が存在する場合よりも、端面１２ｃの強度が高く、火災時のガラス板１２の割れが抑制できる。
【００４４】
ガラス板１２の端面１２ｃは、化学強化の前に研磨されてよい。
【実施例】
【００４５】
実施例１では、太陽電池モジュールの火炎伝播試験を行った。
【００４６】
太陽電池モジュール本体のガラス板としては、板厚０．８ｍｍ、縦１４７６ｍｍ、横９７９ｍｍの矩形状の化学強化ガラス板を用いた。化学強化ガラス板は、表面全体が化学強化されたものであり、製品サイズのものを化学強化したものであった。化学強化前に切断や面取、研磨が行われ、端面に圧縮応力の残留する領域のみが存在した。表面圧縮応力は５５０ＭＰａ、圧縮応力層の厚さは２５μｍであった。
【００４７】
火炎伝播試験は、ＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）規格に準拠した。具体的には、先ず、太陽電池モジュールを支持台に取り付け、屋根への設置を模擬するため、支持台の勾配を調整した。次いで、太陽電池モジュールの外周縁のうちの下縁に対して平行にガスバーナを設置した。ガスバーナによって太陽電池モジュールの外周縁のうちの下縁を均一に加熱した後、ガラス板の割れの有無を確認した。
【００４８】
実施例１では、太陽電池モジュール本体のガラス板が、化学強化前に切断や面取、研磨が行われたものであり、端面に圧縮応力の残存する領域のみが存在するものであったため、火炎伝播試験によってガラス板が割れなかった。
【００４９】
一方、比較例１では、太陽電池モジュール本体のガラス板として、化学強化後に切断、面取、研磨がなされたものを用いた以外、実施例１と同じ条件で太陽電池モジュールの火炎伝播試験を行った。
【００５０】
比較例１では、太陽電池モジュール本体のガラス板が、端面に引張応力の残存する領域が存在するものであるため、火炎伝播試験によってガラス板が割れた。
【００５１】
以上、太陽電池モジュールの実施形態などについて説明したが、本発明は上記実施形態などに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  太陽電池モジュール本体
１０ａ  受光面
１０ｂ  背面
１０ｃ  端面
１１  反射防止膜
１２  ガラス板
１２ａ  受光面
１２ｂ  背面
１２ｃ  端面
１３  太陽電池セル
１４  背面板
１５  封止材
２０  支持枠
２１  溝部
２５  緩衝材
【図１】
2017059794.tif 000003