JP2006278705A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 雨水がすべて外部に流れきり、受光面上に雨水が溜まることが無く、受光面に汚れが発生することのない信頼性の高い太陽電池モジュールである。
【解決手段】 透光性基板１０と裏面材１４の間に太陽電池素子１２を配置した太陽電池モジュールにおいて、前記透光性基板１０の受光面側角部の少なくとも１辺にＣ面処理１７またはＲ面処理２０を施した。
【選択図】 図４

Description

本発明は、フレームレス型の太陽電池モジュールに関するものであり、特に雨水の排水性を良くすることにより長期信頼性を向上させた太陽電池モジュールに関するものである。

太陽電池素子は単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また野外に太陽電池を取り付けた場合に、雨などからこれを保護する必要がある。また、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。このため複数の太陽電池素子を接続して透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材で封入して太陽電池モジュールを作製することが通常行われている。

太陽電池モジュールは、その外周部にモジュール枠を具備したタイプのものとモジュール枠を具備しないフレームレスタイプのものがある。フレームレス太陽電池モジュールは、モジュール枠を具備したタイプのものに比べて、モジュール枠を具備しない分小型軽量かつ安価であるという特徴がある。

図５は、このフレームレス太陽電池モジュールを野外に設置する場合の一例を示したものである。図５において符号１は基礎、２は架台、３はフレームレス型の太陽電池モジュール、４は留め金具を示す。

これにおいて、例えばビルや一般住宅の陸屋根または直接地面に設けたコンクリートの基礎１の上に鉄製のフレームなどで架台２を組み立て、太陽電池モジュール３を架台２上に配置し、さらにこの太陽電池モジュール３の外周部の各辺の一部を留め金具４で留めて、太陽電池モジュール３を架台２に固定している。

このような太陽電池モジュール３の設置方法の場合、通常発電量をより大きくするため、水平面に対して太陽電池モジュール３を傾斜させて設置している。

図６はこのように傾斜させてフレームレス太陽電池モジュールを設置した場合の降雨後のその断面図を示す。図６において符号２は架台、３はフレームレス型の太陽電池モジュールを示し、さらに５は雨水を示す。

これにおいて降雨中、雨水は傾斜の下方向に雨水は流れていくが、降雨後では図６に示すように太陽電池モジュール３上の雨水５はその表面張力のため、太陽電池モジュールの下方向で排水されずに溜まり易くなる。この太陽電池モジュール３上に溜まった雨水５は、その後蒸発すると共にそこに含まれていたほこりなどが太陽電池モジュールの受光面上に残ることとなる。

このようなことを長期間に亘り繰り返すと、太陽電池モジュール３上の傾斜の底部には汚れが堆積し、太陽光を通しにくくなり、太陽電池モジュール３の電気出力が低下してしまう。

このためモジュール枠を具備した太陽電池モジュールにおいては、そのモジュール枠の上面部（受光面部）に切欠部を設け、太陽電池パネル面上からの水はけを良くすることが提案されている。（特許文献１、特許文献２参照）
特開２００２−９４１００号公報 実開平６−１７２５７号公報

上記のようにモジュール枠を具備した太陽電池モジュールでは、そのモジュール枠の上面部（受光面部）に切欠部を設けることが可能であるが、フレームレス型の太陽電池モジュールではそのような方法を取ることはできない。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は降雨中及び降雨後に雨水がスムーズに流れ、よって長期間に使用によってもその受光面に汚れが発生しにくい、信頼性の高いフレームレス型の太陽電池モジュールを提供することにある。

上記の太陽電池モジュール受光面上に雨水による汚れを発生しにくくするためには、降雨時における雨水の排水性だけではなく、降雨直後に太陽電池モジュール上に雨水が残ることなく全て排水することが重要となる。

このため本発明では、透光性基板と裏面材の間に、複数の太陽電池素子を配置した太陽電池モジュールにおいて、
前記透光性基板の受光面側外周辺の少なくとも１辺に、Ｃ面処理またはＲ面処理を施したことを特徴とする。

また、前記透光性基板の受光面側角部の少なくとも１辺に施されるＣ面処理またはＲ面処理が、前記透光性基板の厚み部分全体に施されている。

また、前記透光性基板の受光面側の表面に水の表面張力を低下させるための表面改質処理を施したことを特徴とする。

前記表面改質処理は、透光性基板の受光面側で前記Ｃ面処理またはＲ面処理した辺に隣接する領域に施したことを特徴とする。

表面改質処理は、前記透光性基板の受光面側表面に光触媒材料を塗布してなることを特徴とする。

透光性基板と裏面材の間に太陽電池素子を配置したフレームレス太陽電池モジュールにおいて、前記透光性基板の受光面側角部の少なくとも１辺にＣ面処理またはＲ面処理を施したことにより、水の表面張力が強く働くことなく、降雨後に太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流れ、太陽電池モジュール上に雨水が溜まりにくくなり、よって長期間の使用によっても太陽電池モジュールの受光面に汚れが発生しにくくなる。

前記透光性基板の受光面側角部の少なくとも１辺に施されるＣ面処理の大きさを透光性基板の厚みと略同じとしたことにより、水の表面張力が強く働くことなく、降雨後に太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流れ、雨水が溜まりにくくなるという効果を確実なものにできるとともに、Ｃ面処理を施した部分の強度を低下させることが無い。

前記透光性基板の受光面側角部の少なくとも１辺に施されるＲ面処理の大きさを透光性基板の厚みと略同じとしたことにより、水の表面張力が強く働くことなく、降雨後に太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流れ、雨水が溜まりにくくなるという効果を確実なものにできるとともに、Ｒ面処理を施した部分の強度を低下させることが無い。

前記Ｃ面処理またはＲ面処理を施した透光性基板の受光面側角部近傍の透光性基板の受光面側表面に水の表面張力を低下させるための表面改質を行ったことにより、水の表面張力が強く働くことなく、降雨後に太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流れ、雨水が溜まりにくくなるという効果を確実なものにできる。

さらに前記透光性基板の受光面側表面に水の表面張力を低下させるための表面改質を光触媒の塗布としたことにより簡単安価に、水の表面張力が強く働くことなく、降雨後に太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流れ、雨水が溜まりにくくなるという効果を得ることが可能となる。

以下、本発明の太陽電池モジュールを添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係るフレームレス型の太陽電池モジュールの構造の一例を示す図である。

同図において、１０は透光性基板、１１は受光面側封止材、１２は太陽電池素子、１３は裏面側封止材、１４は裏面材、１５は接続タブである。尚、図の下部側が太陽電池モジュールの受光面側であり、図の上側が太陽電池モジュールの裏面側となる。

透光性基板１０としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。ガラス板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側封止材１１および裏面側封止材１３は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、エチレン−酢酸ビニル共重合体をＥＶＡと略す）から成り、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下で加熱加圧を行うことで、融着して他の部材と一体化する。

ＥＶＡは、酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させてもよい。本発明に係る受光面側封止材１１においては、着色させると太陽電池素子１２に入射する光量が減少し、発電効率が低下する傾向にあり、望ましくは透明材にするとよい。

また、裏面側封止材１３に用いるＥＶＡは透明材により構成するとよいが、その他、太陽電池モジュールの周囲の設置環境に合わせて酸化チタンや顔料等を含有させ、これにより白色等に着色させてもよい。

太陽電池素子１２は上述のように多結晶シリコンなどで作製されたものである。また接続タブ１５も上述のように通常厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度、幅２〜８ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを所定の長さに切断して用いている。このような接続タブ１５はハンダ付けにより太陽電池素子１２のバスバー電極に取り付けられており、隣接する太陽電池素子１２を電気的に接続している。

裏面材１４は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は次の通りである。

まず以上の透光性基板１０、受光面側封止材１１、接続タブ１５を接続した太陽電池素子１２、裏面側封止材１３、裏面材１４を重畳する。この時透光性基板１０の上述のＣ面処理またはＲ面処理を施した部分が、受光面側（外側）になるようにする。その後この重畳したものをラミネーターと呼ばれる装置にセットし、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧下で１００から２００℃程度の温度で１５〜６０分間程度に加熱しながら加圧することにより一体化する。

本発明の透光性基板１０は、その透光性基板１０の受光面側となる角部の少なくとも１辺にＣ面処理またはＲ面処理を施したことを特徴とする。

図２（ａ）は、Ｃ面処理を施した透光性基板１０の受光面側からみた斜視図を示し、図２（ｂ）は、Ｃ面処理を施した透光性基板１０の部分拡大断面図を示す。図２（ａ）（ｂ）において、１７はＣ面処理を施した部分、１８はＣ面処理部分の大きさ（長さ）、２０は透光性基板１０の厚みを示す。

Ｃ面処理は、図２（ａ）に示すように透光性基板１０の受光面側となる少なくとも角部の辺のほぼ全域に亘って施される。またこのＣ面処理部分の大きさ１８は、透光性基板１０の厚み１９とほぼ同じにすることが望ましい。

すなわちＣ面処理部分１７の大きさ１８を大きくすると、太陽電池モジュールの受光面に降雨した後に、太陽電池モジュールの受光面上の雨水がすべて外部に流れ、太陽電池モジュール上に雨水が溜まりにくくなるという効果を大きくすることはできるが、Ｃ面処理部分１７の強度が低下してしまうという問題がある。逆にＣ面処理部分１７の大きさ１８を小さくすると強度の低下は起こらないが、太陽電池モジュール上に雨水が溜まりにくくなるという効果が小さくなり、緩い角度でこのフレームレス太陽電池モジュールを取り付けたときに、降雨後太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流れきらないという問題がある。このため発明者らの繰り返し行ったテストによると、このＣ面処理部分１７の大きさ１８は、透光性基板１０の厚み１９の＋２５％〜−２５％の範囲にすることが望ましい。このようにすることによりＣ面処理部分１７の強度の低下も起こらず、また緩い角度でこのフレームレス太陽電池モジュールを取り付けたときでも、太陽電池モジュール上に雨水が溜まりにくくなるという効果が小さくなることがなく、降雨後太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流しきることができる。

また図３（ａ）は、Ｒ面処理を施した透光性基板１０の斜視図を示し、図３（ｂ）は、Ｒ面処理を施した透光性基板１０の断面図を示す。図３（ａ）（ｂ）において、２０はＲ面処理を施した部分、２１はＲ面処理部分の大きさ（Ｒ面部の半径）、１９は透光性基板１０の厚みを示す。

Ｒ面処理は、図３（ａ）に示すように透光性基板１０の受光面側となる角部の辺のほぼ全域に亘って施される。またこのＲ面処理部分２０の大きさ２１は、透光性基板１０の厚み１９とほぼ同じにすることが望ましい。

すなわちＲ面処理部分２０の大きさ２１を大きくすると降雨後に太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流れ、太陽電池モジュール上に雨水が溜まりにくくなるという効果を大きくすることはできるが、Ｒ面処理部分２０の強度が低下してしまうという問題がある。逆にＲ面処理部分２０の大きさ２１を小さくすると強度の低下は起こらないが、太陽電池モジュール上に雨水が溜まりにくくなるという効果が小さくなり、緩い角度でこの太陽電池モジュールを取り付けたときに、降雨後太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流れきらないという問題がある。このため発明者らの繰り返し行ったテストによると、このＲ面処理部分２０の大きさ２１は、透光性基板１０の厚み１９の＋２５％〜−２５％にすることが望ましい。これによりＲ面処理部分２０の強度の低下も起こらず、また緩い角度で、この太陽電池モジュールを取り付けたときでも、太陽電池モジュール上に雨水が溜まりにくくなるという効果が小さくなることがなく、降雨後太陽電池モジュール上の雨水をすべて外部に流しきることができる。

この様なＣ面処理１７またはＲ面処理２０は、例えば透光性基板１０が上記のようにガラスであればダイヤモンドホイールで研削することで可能であり、また樹脂である場合には機械加工などで切削することで作製可能である。

上述の構造のフレームレス型の太陽電池モジュールを一般住宅やビルなどの屋根部分に設置する場合は、傾斜の下方向に前記透光性基板１０のＣ面処理を施した部分１７またはＲ面処理を施した部分２０に対応する辺が位置するように配置する。このようにすることにより、降雨後に水の表面張力が強く働くことがなく、フレームレス型の太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流れ、その受光面上に雨水が溜まりにくくなり、よって長期間に使用によっても太陽電池モジュールの受光面に汚れが発生しにくくなる。

透光性基板のＣ面処理を施した部分１７またはＲ面処理を施した部分２０に対応する辺は、太陽電池モジュールの設置時に傾斜の下方向に位置する１辺で良いが、これでは設置時の方向性の自由度を向上させるため、透光性基板１０の他の辺についてもＣ面処理またはＲ面処理を施しても構わない。

さらに本発明に係るフレームレスの太陽電池モジュールは、上述のＣ面処理した部分１７またはＲ面処理を施した部分２０に対応する透光性基板１０の受光面側の辺の近傍には、前記透光性基板１０の受光面側表面に水の表面張力を低下させるための、スムーズに雨水が排除できるように表面改質を行っている。

図４は、上記の表面改質を行ったフレームレス型の太陽電池モジュールの斜視図を示す。図４において２５は透光性基板のＣ面処理またはＲ面処理を施した部分、２６は透光性基板１０の受光面側表面の表面改質を行った部分を示す。この表面改質を行った部分２６は、透光性基板１０の受光面側表面全面でも構わないが、工数やコストの問題のため、図４に示すようにＣ面処理またはＲ面処理を施した透光性基板の受光面側角部近傍にすることが望ましい。

この水の表面張力を低下させるための表面改質した部分２６は、例えば酸化チタンや酸化ストロンチウムなど光触媒の溶液を塗布することやステアリン酸ナトリウムやアミテル・ピロテル等の界面活性剤を塗布することやヘリウムプラズマやコロナ放電プラズマ等のプラズマ処理を行うことなどで行うことができる。

特に光触媒の溶液を塗布することは、頑強な汚れとなる工場や自動車の排ガスなどの油分を含んだ有機系の汚れを分解する作用があり、かつ長期間に亘り表面張力小さくする効果を持続できること、また塗布した面の光吸収が小さいこと、工数が少なくコストが低いなどの面で実用上特に有効である。

このようにＣ面処理またはＲ面処理を施した部分２５を有する透光性基板１０の受光面側角部近傍領域に水の表面張力を低下させるための表面改質を行ったことにより、水の表面張力が働くことなく、降雨後に太陽電池モジュール上の雨水がすべて外部に流れ、雨水が溜まりにくくなるという効果を確実なものにできる。特に太陽電池モジュールを傾斜角度が１〜５度程度の緩い傾斜角度で設置された場合でも太陽電池パネル上の雨水を最後まで排水することが確実にできるようになる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子は単結晶シリコンや多結晶シリコンだけでなく、薄膜の太陽電池素子でも応用可能である。また本発明に係るフレームレス太陽電池モジュールの形状も、正方形や矩形に限定されるものでなく、例えば台形や三角形などの形状のフレームレス太陽電池モジュールでも応用可能である。

本発明に係るフレームレス太陽電池モジュールの構造の断面図である。 （ａ）は、本発明に係るＣ面処理を施した透光性基板の斜視図であり、（ｂ）は、Ｃ面処理を施した透光性基板の断面図である。 （ａ）は、本発明に係るＲ面処理を施した透光性基板の斜視図であり、（ｂ）は、Ｒ面処理を施した透光性基板の断面図である。 本発明に係る表面改質を行った太陽電池モジュールの斜視図を示す。 フレームレス太陽電池モジュールを野外に設置する場合の一例を示す概略図である。 フレームレス太陽電池モジュールの降雨後の状態を示す断面図である。

符号の説明

１：基礎
２：架台
３：フレームレス型の太陽電池モジュール
４：留め金具
５：雨水
１０：透光性基板
１１：受光面側封止材
１２：太陽電池素子
１３：裏面側封止材
１４：裏面材
１７：Ｃ面処理を施した部分
１８：Ｃ面処理部分の大きさ（長さ）
１９：透光性基板の厚み
２０：Ｒ面処理を施した部分
２１：Ｒ面処理部分の大きさ
２５：Ｃ面処理またはＲ面処理を施した部分
２６：表面改質を行った部分

Claims (5)

1. 透光性基板と裏面材の間に、複数の太陽電池素子を配置した太陽電池モジュールにおいて、
   前記透光性基板の受光面側外周辺の少なくとも１辺に、Ｃ面処理またはＲ面処理を施したことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記透光性基板の受光面側角部の少なくとも１辺に施されるＣ面処理またはＲ面処理が、前記透光性基板の厚み部分全体に施されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記透光性基板の受光面側の表面に水の表面張力を低下させるための表面改質処理を施したことを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
4. 前記表面改質処理は、透光性基板の受光面側で前記Ｃ面処理またはＲ面処理した辺に隣接する領域に施したことを特徴とする太陽電池モジュール。
5. 表面改質処理は、前記透光性基板の受光面側表面に光触媒材料を塗布してなることを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

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