(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールに放熱性を充分に持たせることができ、かつ、軽量で安価な放熱手段を有する太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】透光性カバー板；非受光面と該透光性カバー板の裏面に対向する受光面とを有する太陽電池セル；及び、該太陽電池セルの非受光面に対向する裏面を有する放熱板；を有する太陽電池モジュールにおいて、該放熱板として、黒鉛を含む材料からなり、かつ、放熱フィンとしての凹凸加工が施されたものを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性カバー板；
非受光面と該透光性カバー板の裏面に対向する受光面とを有する太陽電池セル；及び、
該太陽電池セルの非受光面に対向する裏面を有する放熱板；
を有する太陽電池モジュールにおいて、該放熱板が黒鉛を含む材料からなり、かつ、放熱フィンとしての凹凸加工が施されたものであることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
該黒鉛を含む材料が、黒鉛粉末と樹脂成分とを含むものである請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
該放熱板の表面に凹凸加工が施されている請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
該放熱板の裏面に、絶縁性の裏面材が被着されている請求項１〜３いずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
該透光性カバー板が透光性基板であり、該透光性基板の裏面と該放熱板の裏面との間に、該太陽電池セルが充填材で封止されて挟持されている請求項１〜４いずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
該透光性カバー板が、該太陽電池セルの受光面に太陽光を集光する集光レンズである請求項１〜４いずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
該太陽電池セルが充填材で封止されている請求項６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し、特に温度上昇を抑える放熱板を設けた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン結晶太陽電池セルは、温度が高くなると発電効率が落ちる。特に影響を受けるのは電圧（開放電圧（Ｖｏｃ）で代表しうる）であり、多結晶セルの場合約−０．４％／℃の率で低下する。結果として最大出力（Ｐｍ）も約−０．５％／℃となる。真夏では、セル温度は７０〜８０℃近くまで上昇すると言われており、ＪＩＳに規定される基準状態の２５℃の出力を１００％とすれば、７０℃では７８％と、見逃せない出力低下が起こる。このため、日射量も大きく、かつ、日照時間の長い夏の総発電量は、日照時間の短い冬場とあまり変わらず、一年のうちでもっとも総発電量の多いのは、春と秋となる。また、たとえば多数のセルが直列に接続されたモジュールの上に枯れ葉などが舞い落ち、１枚のセルのみを覆った場合、そのモジュールの電力がすべてそのセルに集中し、そのセルは発熱することになる。このような現象をホットスポットというが、熱でモジュールを破損させうる。そこでも放熱は有効な手段である。
放熱手段の従来例としては、太陽電池モジュール裏面にフィンを設けるもの、太陽電池セルを水などの熱媒で冷却し同時にその熱で温水を利用するハイブリッドモジュール、放熱板を設けるもの、モジュール裏面に熱媒としての流体を満たすもの、水冷、空冷、放熱シート、ヒートパイプ等により冷却するものなどがある（例えば、特許文献１〜８参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３６５４０号公報
【特許文献２】特開平１０−６２０１７号公報
【特許文献３】特開２００５−１２３４５２号公報
【特許文献４】特開平１１−３５４８１９号公報
【特許文献５】特開２００５−１８３５２号公報
【特許文献６】特開２００２−１７０９７４号公報
【特許文献７】特開２００５−１３６２３６号公報
【特許文献８】特開平９−１８６３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来の放熱手段ではモジュールがコストアップしてしまうため、実際の太陽電池モジュールでは、放熱に関する対策は特に取られていないのが現状である。本発明では、太陽電池モジュールに放熱性を充分に持たせることができ、かつ、軽量で安価な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、下記（１）〜（７）に記載の太陽電池モジュールに関する。
（１）透光性カバー板；、
非受光面と該透光性カバー板の裏面に対向する受光面とを有する太陽電池セル；及び、
該太陽電池セルの非受光面に対向する裏面を有する放熱板；
を有する太陽電池モジュールにおいて、
該放熱板が黒鉛を含む材料からなり、かつ、放熱フィンとしての凹凸加工が施されたものであることを特徴とする太陽電池モジュール。
【０００６】
（２）該黒鉛を含む材料が、黒鉛粉末と樹脂成分とを含むものである（１）に記載の太陽電池モジュール。
【０００７】
（３）該放熱板の表面に凹凸加工が施されている（１）又は（２）に記載の太陽電池モジュール。
【０００８】
（４）該放熱板の裏面に、絶縁性の裏面材が被着されている（１）〜（３）いずれかに記載の太陽電池モジュール。
【０００９】
（５）該透光性カバー板が透光性基板であり、該透光性基板の裏面と該放熱板の裏面との間に、該太陽電池セルが充填材で封止されて挟持されている（１）〜（４）いずれかに記載の太陽電池モジュール。
【００１０】
（６）該透光性カバー板が、該太陽電池セルの受光面に太陽光を集光する集光レンズである請求項（１）〜（４）いずれかに記載の太陽電池モジュール。
【００１１】
（７）該太陽電池セルが充填材で封止されている（６）に記載の太陽電池モジュール。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の放熱フィンとしての凹凸加工を施してある黒鉛を含む材料の放熱板を太陽電池モジュールに適用し、太陽電池セル温度上昇による発電効率の低下を緩和する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の太陽電池モジュールは、
透光性カバー板；
非受光面と該透光性カバー板の裏面に対向する受光面とを有する太陽電池セル；及び、
該太陽電池セルの非受光面に対向する裏面を有する放熱板；
を有する太陽電池モジュールにおいて、
該放熱板が黒鉛を含む材料からなり、かつ、放熱フィンとしての凹凸加工が施されたものであることを特徴とする。
【００１４】
放熱板は、黒鉛の粉末と樹脂との混合物を原料として作製することが、凹凸形成によるフィン構造をプレス成型等により容易に得ることができ、軽量で放熱特性の優れた放熱材を得られる点で好ましい。黒鉛粉末としては、例えば、中国、マダガスカル、ウクライナ、ブラジルなど産出の鱗片天然黒鉛、スリランカ産鱗状天然黒鉛、朝鮮、中国、韓国、メキシコなど産出の土状天然黒鉛のような天然黒鉛を粉末状にしたもの、人工的に製造した人造黒鉛を粉末状にしたもの、膨張黒鉛及び膨張黒鉛をシート化し粉砕した粉末などが挙げられる。特に、低コスト化の観点からは天然黒鉛粉末を、熱伝導率向上の観点からは膨張黒鉛粉末を用いることが好ましい。これらの黒鉛粉末の形状は、球形、塊状、鱗片、樹枝状等、特に制限はないが、平均粒径が５〜５００μｍであることが好ましく、１０〜３００μｍであることがより好ましい。平均粒径が５μｍ未満であると、黒鉛を含む材料の成形性が悪くなる傾向があり、５００μｍを超えると、緻密な成形体を作製することが難しくなる傾向がある。
【００１５】
黒鉛の粉末と混合する樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を用いることができる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン、結晶性ポリブタジエンポリスチレン、ポリブタジエン、スチレンブタジエン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ、ＡＳ、ＡＢＳ、アイオノマー、ＡＡＳ、ＡＣＳ）、ポリメチルメタクリレート（アクリル）、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンポリテトラフルオロエチレン共重合体、ポリアセタール（ポリオキシメチレン）、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート（Ｕポリマー）、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、その他液晶ポリエステル等が挙げられる。
【００１６】
また、熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、アミノ樹脂（ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂）、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ケイ素樹脂等が挙げられる。
【００１７】
樹脂としては、取り扱い性及び耐候性に優れることから、熱硬化性樹脂、特に、フェノール樹脂、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
【００１８】
黒鉛粉末と樹脂との混合割合は、黒鉛粉末と樹脂との合計量１００重量部あたり、黒鉛粉末を３０〜９５重量部とすることが好ましく、４０〜９０重量部とすることがより好ましい。
【００１９】
放熱板の製造法に特に制限はないが、例えば、黒鉛粉末と樹脂の混合物等の黒鉛を含む材料をニーダー、ライカイ機、ヘンシェルミキサー、プラネタリーミキサー、ロール機等で攪拌、混合、混練、圧延などし、得られた混合物を、例えば、射出成形、押出成形、プレス成形等の公知のプラスチック成形方法で、黒鉛を含む材料、例えば黒鉛粉末及び樹脂成分からなる放熱板であって、その所望の部位に凹凸が形成された形状の放熱板に成形し、作製することができる。
【００２０】
また、凹凸構造は、放熱フィンの役割をするが、この構造は、フィン形状として公知の構造をとることができる。フィンとなる凸部の形状としては、直線フィン、曲線フィン又は屈曲フィン（フィンの長尺方向に直角方向の断面は、正方形、長方形、三角形、台形、その他の曲面）、環状フィン（半径方向の断面は、長方形、三角形、台形、その他の曲面）、突起フィン（円柱、円錐、多角錐、その他）などが挙げられる。
【００２１】
放熱板の厚み及び凹凸のサイズには特に制限はないが、通常、凸部の基底部を含む平板部の厚みが０．５〜１０ｍｍであることが好ましく、１〜５ｍｍであることがより好ましい。
【００２２】
透光性カバー板としては、平板状の透光性基板を用いてもよいし、太陽電池セルの受光面に太陽光を集光させる集光レンズを用いてもよい。これら透光性カバー板の材質としては、透明ガラスや、透明アクリル樹脂、透明ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂等が挙げられる。透光性基板の厚みは、一般に１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜５ｍｍであるが、特に限定するものではない。
【００２３】
太陽電池セルとしては、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、アモルファスシリコン基板等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。太陽電池セルのサイズには特に限定はなく、厚みは通常１６０〜３５０μｍのものが用いられる。
１つの太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セルは１枚のみでもよいが、通常、電気的に接続された２枚以上の太陽電池セルが平面状に配列して用いられる。
【００２４】
太陽電池セルは、耐熱性及び絶縁性を有する充填材で封止することが好ましい。少なくとも太陽電池セルの受光面側には、透光性を有する充填材を用いる。太陽電池セルの非受光面側に用いる充填材は、必要に応じて着色されているなど、透光性を持たないものであってもよい。充填材の具体例としては、例えば、エチレン−ビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）が一般に用いられるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
透光性カバー板が透光性基板である場合、通常、充填材で封止された太陽電池セルは、受光面を透光性基板の裏面に対向させ、受光面を放熱板の裏面に対向させた配置で、透光性基板の裏面と放熱板の裏面との間で挟持される。透光性カバー板が集光レンズである場合には、通常、充填材で封止された太陽電池セルは非受光面を放熱板の裏面に対向させた配置で放熱板裏面に貼着され、集光レンズはその裏面を太陽電池セルの受光面に対向させた状態で、太陽光が受光面に集光する位置に配置される。
【００２６】
以下に、本発明の一態様を、図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一態様の太陽電池モジュールの構成を示す部分分解図であり、図２は、図１の構成で作製された太陽電池モジュールの部分断面図である。本態様では、透光性基板１として、厚さ３ｍｍのカバーガラス（強化ガラス）を用いた。太陽電池セル３は、受光面３１を透光性基板１の裏面と対向させ、非受光面３２を黒鉛材料からなる放熱板６の裏面と対向させて配置されている。放熱板６は、その表面に多数の凹凸が形成されている。太陽電池セル３は、多数枚（図１には１枚の太陽電池セルのみ図示。）が平面状に配置されており、太陽電池セル３の上下面（負極、正極）に接続された複数のタブ線４によって、直列に接続されている。太陽電池セル３の受光面３１上には受光面側充填材２１が、非受光面３２上には非受光面側充填材２２が配置されている。本態様では、各充填材にシート状のＥＶＡを用いた。放熱板６の裏面、即ち、太陽電池セル３の非受光面３２に対向する面には、裏面材５が配置されている。裏面材５は、太陽電池モジュール内部への水分の侵入等を防止するために必要に応じて用いられるものであり、絶縁性のシート又は板状物が用いられ、その材質に特に制限はない。例えば、デュポン製のテドラーフィルム（ポリフッ化ビニリデン、ＰＶＦ）とＰＥＴのラミネートフィルムなど、単層、又は２層以上の合成樹脂シート、合成樹脂シート板等を用いることができる。裏面材５の放熱板６裏面への貼着には、例えば接着剤が用いられ、また、接着剤として上記の充填材を用い、太陽電池モジュールの製造時に貼着してもよい。
本発明の太陽電池モジュールの製造方法には特に制限はないが、上記の態様の構成で各部材を積層し、減圧下に加熱加圧することにより、図２に示す態様の太陽電池モジュールを低コストで生産性よく製造することができる。製造時の加熱加圧によって受光面側充填材２１と非受光面側充填材２２は互いに融着、一体の充填材２となって太陽電池セル３を封止している。充填材２で封止された太陽電池セル３は、透光性基板１の裏面側と、放熱板６の裏面材５が貼着された裏面との間に、挟持されている。
【００２７】
本発明においては、放熱板の材質として熱伝導度、放射率のよい黒鉛材料を用い、さらに冷却用の放熱フィン（リブ）としての凹凸を形成したため、優れた放熱効果が発揮され、発電効率が十分に向上する程度に太陽電池セルの温度を下げることができる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例及びその比較例によって本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２９】
［実施例１］
黒鉛粉末（日立化成工業（株）製膨張黒鉛シート（ＨＧＲ−２０７）を粉砕したもの、平均粒径：２００μｍ）３０重量部及び樹脂（レゾール系フェノール樹脂、日立化成工業（株）製）７０重量部を、加圧ニーダーによって混合し、温度：１７０℃、圧力１０ＭＰａで１０分間加熱加圧してプレス成形し、片面に複数の凹凸を有する２００ｍｍ×２００ｍｍの放熱板を作製した。ここで放熱板表面の凹凸は、断面形状が図５のようなストライプ状のもので、図中の記号Ｗ、ｗ、Ｄ、ｄがそれぞれ、１ｍｍ、１ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍのものである。
太陽電池モジュールは以下の手順で作製された。透光性基板としての２００ｍｍ×２００ｍｍ×３ｍｍ（厚み）の太陽電池用カバーガラス上に、受光面側充填材としてＥＶＡシート（厚み：０．６ｍｍ）を敷き、その上にモジュール外部に電気を取り出せるように接続した１枚の太陽電池セル（多結晶シリコン、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×０．２５ｍｍ）を載せ、さらにその上に非受光面側充填材としてのＥＶＡシート（厚み：０．４ｍｍ）、裏面材としてのテドラーフィルム（厚み：３８μｍ）、接着剤としてのＥＶＡシート（厚み：０．４ｍｍ）及び上記の黒鉛を含む材料からなり外面に凹凸を有する放熱板をこの順序で敷き、真空ラミネータを用いモジュール封止した。封止条件は、温度１５０℃、真空１０分、加圧１５分（圧力：９８ｋＰａ）とした。得られた太陽電池モジュールに関し、屋外で裏面温度、開放電圧（Voc）を評価したところ、それぞれ図３、図４のようになった。また、最高温度差、最高開放電圧差は表１に載せる。
【００３０】
［比較例１］
前記実施例１で、黒鉛を含む材料からなり表面に凹凸のある放熱板の代わりにＰＥＴシート（厚み：８５μｍ）を敷いた以外は同様にして、封止された太陽電池モジュールを作成した。得られた太陽電池モジュールを、前記実施例１と同様に評価した。
【００３１】
【表１】
2009032852.tif 000003
表１中、「温度」は、実施例及び比較例で最も差がでるときのそれぞれの温度を、「Voc］は、実施例及び比較例で最も差がでるときのそれぞれの開放電圧（Voc）を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一態様である太陽電池モジュールの部分構造図（分解図）。
【図２】図２に示す太陽電池モジュールの部分断面図。
【図３】実施例１と比較例１の太陽電池モジュール屋外評価結果を示すグラフ（裏面温度）。
【図４】実施例１と比較例１の太陽電池モジュール屋外評価結果を示すグラフ（開放電圧）。
【図５】実施例１で使用した放熱板の凹凸断面形状。
【符号の説明】
【００３３】
１    透光性基板
２    充填材
２１  受光面側充填材
２２  非受光面側充填材
３    太陽電池セル
３１  受光面
３２  非受光面
４    タブ線
５    裏面材
６    放熱板（黒鉛を含む材料からなり表面に凹凸を有するの放熱板。）
【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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