JP2011023600A - 太陽電池ユニット、及び、施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱線による太陽電池の温度上昇を抑えた太陽電池ユニット等を提供する。
【解決手段】熱線の波長より短い波長領域の光に対して、前記熱線より光電感度が高い太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光面側を覆う表面保護部材と、前記太陽電池セルを被覆するとともに前記表面保護部材と前記太陽電池セルとを接着する接着剤と、前記表面保護部材の前記太陽電池セルとは反対側に接着され前記熱線の透過率が前記熱線の波長より短い波長の光より低い熱線低透過フィルムと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池ユニット、及び、施工方法に関する。

太陽電池ユニットの一例として、基板上に複数の太陽電池セルが配置され、基板の下側にアルミニウム箔をフッ素系樹脂層で挟んでなるフィルムが設けられた太陽光発電用屋根材が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような太陽光発電用屋根材は、アルミニウム箔による防水、遮熱、耐火の各機能と、フッ素樹脂による耐熱性とを有している。

特開平８−１３５１２０号公報

太陽電池は、温度が上昇すると発電効率が低下するので、温度上昇を抑えることが望ましい。しかしながら、上記太陽光発電用屋根材は、太陽電池セルの下に設けられた基材の下側にアルミ箔が設けられているので、太陽光に含まれる熱線は太陽電池セルに入射した後、アルミ箔にて反射され、反射光が太陽電池セルを通って外部に放散される。すなわち、アルミ箔がない場合には単に通過するだけであった熱線が、アルミ箔が設けられたことにより、反射の前後にて２度太陽電池セルを通過することになる。このため、アルミ箔が設けられた上記太陽光発電用屋根材は、アルミ箔が設けられていない太陽光発電用屋根材より太陽電池セルの温度が上昇しやすく、発電効率が低下する虞があるという課題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱線による太陽電池の温度上昇を抑えた太陽電池ユニット、及び、施工方法を提供することにある。

かかる目的を達成するために本発明の太陽電池ユニットは、熱線の波長より短い波長領域の光に対して、前記熱線より光電感度が高い太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光面側を覆う表面保護部材と、前記太陽電池セルを被覆するとともに前記表面保護部材と前記太陽電池セルとを接着する接着剤と、前記表面保護部材の前記太陽電池セルとは反対側に接着され前記熱線の透過率が前記熱線の波長より短い波長の光の透過率より低い熱線低透過フィルムと、を有することを特徴とする太陽電池ユニットである。

このような太陽電池ユニットによれば、太陽電池セルの受光面側に設けられた表面保護部材の、太陽電池セルとは反対側に接着された熱線低透過フィルムは、熱線に対する透過率が熱線の波長より短い波長の光の透過率より低いので、太陽電池セル及び表面保護部材等に到達する熱線を低減することが可能である。このため、太陽電池セルの外側にある表面保護部材より外側にて熱線の進入を抑えるので、熱線による太陽電池セル及び表面保護部材等の温度上昇を抑えることが可能であり、太陽電池セルの温度上昇による光電変換効率の低下を抑えることが可能である。

また、熱線低透過フィルムが透過し難いのは熱線であり、太陽電池セルの光電感度が高い、熱線の波長より短い波長領域の光は熱線低透過フィルムを透過して太陽電池セルに到達する。このため、太陽電池セル等の温度上昇を抑えることにより光電変換効率の低下を抑えつつ、熱線低透過フィルムを透過した、熱線の波長より短い波長領域の光により効率良く発電することが可能である。また、熱線低透過フィルムが接着された太陽電池ユニットは熱線が透過しにくいので、当該太陽電池ユニットが備えられた部位、例えば、屋根や外壁などの温度上昇も低減することが可能であり、ヒートアイランド対策及び省エネルギーに寄与することが可能である。

かかる太陽電池ユニットであって、前記熱線低透過フィルムは、金属無機酸化物及び金属の微粒子を含有するフッ素系樹脂であることが望ましい。
このような太陽電池ユニットによれば、表面保護部材より外側にてフッ素系樹脂に含まれた金属無機酸化物及び金属の微粒子が熱線を反射するので、太陽電池セル及び表面保護部材の温度上昇及び光電変換効率の低下を抑えることが可能である。また、太陽電池ユニットは、屋外に設置されて日光に直接晒されることはもちろん、雨や風にも晒されるので、熱線低透過フィルムが耐候性に優れたフッ素系樹脂にて形成されていることにより、耐侯性に優れた太陽電池ユニットを提供することが可能である。

かかる太陽電池ユニットであって、前記表面保護部材は、フッ素系樹脂であり、前記熱線低透過フィルム及び前記表面保護部材は、表面処理が施されて接着されていることが望ましい。
このような太陽電池ユニットによれば、表面保護部材も耐候性のフッ素系樹脂にて形成されているので、より優れた耐候性を有する太陽電池ユニットを提供することが可能である。また、フッ素系樹脂は、難接着材料なので、単に接着しただけでは高い接着力が得られないが、表面処理が施されたフッ素系樹脂の表面保護部材と熱線低透過フィルムとが接着されているので、表面保護部材と熱線低透過フィルムとをより確実に接着することが可能である。

また、上記太陽電池ユニットを、建物の外装部に備える工程を有することを特徴とする施工方法である。

このような施工方法によれば、熱線低透過フィルムが接着された太陽電池ユニットが建物の外装部に備えられるので、熱線による温度上昇を抑えて効率良く発電することが可能な太陽電池ユニットを容易に備えることが可能である。また、太陽電池ユニットが有する熱線低透過フィルムにより建物の外装部の温度上昇をも抑えることが可能な建物を容易に施工することが可能である。

本発明によれば、熱線による太陽電池の温度上昇を抑えた太陽電池ユニット、及び、施工方法を提供することが可能となる。

本発明に係る太陽電池ユニットの構成を示す断面の模式図である。 太陽電池ユニットに備えられた熱線低透過フィルムの作用を説明するための断面の模式図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る太陽電池ユニットの構成を示す断面の模式図である。
図１に示すように、太陽電池ユニット１０は、太陽電池セル１２を備えた太陽電池モジュール１１と、太陽電池モジュール１１の受光面側に接着された熱線低透過部材としての熱線低透過フィルム２０と、を備えている。

太陽電池モジュール１１は、可撓性を有する太陽電池セル１２と、太陽電池セル１２の受光面１２ａ側を覆い可撓性を有する表面保護部材としての表面保護シート１４と、太陽電池セル１２の反受光面側を覆い可撓性を有する裏面保護部材としての裏面保護シート１６と、柔軟性を有し、表面保護シート１４と裏面保護シート１６との間にて太陽電池セル１２を被覆するとともに、表面保護シート１４、裏面保護シート１６、及び、太陽電池セル１２を接着する接着材としてのエチレン−酢酸ビニル重合体（ＥＶＡ）樹脂１８と、を有している。

太陽電池セル１２は、薄い板状をなす光電変換素子であり、例えばシリコーン等にて形成されて可撓性を有している。本太陽電池ユニット１０は、複数の太陽電池セル１２が平面状に接合されて一体に形成されている。また、太陽電池セル１２は、アモルファスシリコンを利用した太陽電池セルであり、近赤外線より長い波長領域の光に対し感度が低く、近赤外線より短い波長の領域の光に対する感度が高い特性を有している。

表面保護シート１４と裏面保護シート１６は、いずれもフッ素樹脂、たとえば、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）にて形成され、厚さが２０〜１００μｍのシートである。フッ素系樹脂であるエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）は、光透過性を有するとともに耐候性に優れる一方で、難接着性を有する。このため、表面保護シート１４と裏面保護シート１６の太陽電池セル１２側の接着面１４ａ、１６ａ及び表面保護シート１４の熱線低透過フィルム２０側の接着面１４ｂとには、表面処理としてコロナ放電処理が施されている。このコロナ放電処理により、接着面１４ａ、１４ｂ、１６ａのフッ素原子が飛ばされて炭素骨格が構築され接着性が高められている。コロナ放電処理された接着面１４ａ、１４ｂ、１６ａは、トルエン等の溶剤を用いて脱脂処理されている。

エチレン−酢酸ビニル重合体（ＥＶＡ）樹脂１８は、高い光透過性を有するとともに柔軟性があり、弾性及び接着性にも優れている。このため、エチレン−酢酸ビニル重合体（ＥＶＡ）樹脂１８は、太陽電池セル１２を保護するように被覆した状態にて、表面保護シート１４と裏面保護シート１６との間に介在されて、表面保護シート１４、裏面保護シート１６、及び、太陽電池セル１２を接着している。

熱線低透過フィルム２０は、基材となるフッ素系樹脂であるエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）に、Ｓｎ（スズ）、Ｉｎ（インジウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃｒ（クロム）等の金属無機酸化物微粒子２１や、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ａｇ（銀）などの微粒子２１が分散された金属コロイドが混合されてシート状に形成されている。これらの金属無機酸化物微粒子２１及び金属の微粒子２１は、近赤外線及び赤外線などの熱線を反射する性質を有している。

熱線低透過フィルム２０に混合されている金属無機酸化物微粒子２１及び金属の微粒子２１の粒径は０．０００１〜２０μｍであり、より好ましくは、０．１ｎｍから１０μｍが望ましい。また、基材となるフッ素系樹脂に対する金属無機酸化物微粒子２１及び金属の微粒子２１の含有量は、０．００５〜１００ｗｔ％が望ましい。熱線低透過フィルム２０は、金属無機酸化物２１及び金属コロイドが混合された状態であっても、高い光透過性を有している。

本実施形態の太陽電池ユニット１０の製造方法は、平面状に接合された複数の太陽電池セル１２を被覆するエチレン−酢酸ビニル重合体（ＥＶＡ）樹脂１８にて表面保護シート１４と裏面保護シート１６が接着されたシート状の太陽電池モジュール１１の表面保護シート１４の接着面１４ｂとなる外面と熱線低透過フィルム２０の表面保護シート１４側の接着面２０ａとにコロナ放電処理及び脱脂処理を施す。このコロナ放電処理及び脱脂処理は、太陽電池モジュール１１の製造時に熱線低透過フィルム２０を接着する場合には、表面保護シート１４と裏面保護シート１６の太陽電池セル１２側の接着面１４ａ、１６ａにコロナ放電及び脱脂処理を施す際に、同時に行っても良い。

次に、コロナ放電処理及び脱脂処理を施した表面保護シート１４の接着面１４ｂと熱線低透過フィルム２０の接着面２０ａとにアクリル変成シリコーン系弾性接着剤２２を塗布する。そして、アクリル変成シリコーン系弾性接着剤２２を塗布した後に、たとえば約１１分オープンタイムを取り表面保護シート１４と熱線低透過フィルム２０とを接着する。このとき、ローラーにより圧着すると、表面保護シート１４と熱線低透過フィルム２０との接着力を高められ、接着信頼性が向上する。

本実施形態の太陽電池ユニット１０の施工方法は、熱線低透過フィルム２０が備えられた太陽電池ユニット１０を建物の屋根や外壁材等の外装部に取付部材にて取り付けることにより完了する。このため、太陽電池ユニット１０を建物の屋根や外壁材等の外装部に取り付けるだけで、熱線による温度上昇を抑えて効率良く発電することが可能な太陽電池ユニット１０を備えることが可能である。このとき本実施形態のように、太陽電池ユニット１０が柔軟性を有している場合には、太陽電池ユニット１０及び太陽電池ユニット１０が取り付けられる対象となる屋根や外壁材等の外装部に取付部材として予め面ファスナーを備えておき、面ファスナーにより太陽電池ユニットを建物等に取り付ける。このように、面ファスナーにより取り付ける場合には、屋根や外壁材等の外装部の表面が凸凹していてもその不陸に沿わせて太陽電池ユニット１０を容易に取り付けることが可能であるとともに、容易に交換することも可能である。また、表面保護シート１４と裏面保護シート１６がガラス等の可撓性が低い部材にて形成された太陽電池ユニット１０を取り付ける場合には、建物の屋根や外壁材等の外装部に平坦な設置場所を予め施工しておき、この設置場所に取付部材としてのボルト等にて太陽電池ユニット１０を固定する。

また、他の施工方法として、現場にて電池モジュール１１に熱線低透過フィルム２０を備えることも可能である。この場合には、まず、熱線低透過フィルム２０が設けられていない太陽電池モジュール１１を建物の屋根や外壁材等の外装部に取付部材にて取り付ける。その後、取り付けられた太陽電池モジュール１１の表面保護シート１４の接着面１４ｂである表面と熱線低透過フィルム２０の接着面２０ａとに表面処理を施す。表面処理が施された表面保護シート１４の接着面１４ｂにアクリル変成シリコーン系弾性接着剤２２を塗布した後に約１１分オープンタイムを取り熱線低透過フィルム２０を接着することにより、熱線低透過フィルム２０を備えた太陽電池ユニット１０を建物等に備えることが可能である。

本実施形態の太陽電池ユニット１０によれば、太陽電池セル１２の受光面１２ａ側に設けられた表面保護シート１４の、太陽電池セル１２とは反対側に接着された熱線低透過フィルム２０は、熱線に対する透過率が熱線の波長より短い波長の光の透過率より低いので、太陽電池セル１２及び表面保護シート１４等に到達する熱線を低減することが可能である。このため、太陽電池モジュール１１より外側にて熱線の進入を抑えるので、熱線による太陽電池セル１２及び表面保護シート１４等の温度上昇を抑えることが可能であり、温度上昇による光電変換効率の低下を抑えることが可能である。

また、熱線低透過フィルム２０が透過し難いのは熱線なので、太陽電池モジュール１１の外側に熱線低透過フィルム２０が設けられていても、太陽電池セル１２の光電感度が高い、熱線の波長より短い波長領域の光は透過して太陽電池セル１２に到達する。このため、太陽電池セル１２等の温度上昇を抑えることにより光電変換効率の低下を抑えつつ効率良く発電することが可能である。

また、熱線低透過フィルム２０により熱線が透過し難いので、太陽電池ユニット１０が備えられた部位、例えば、屋根や外壁などの温度上昇も低減することが可能であり、ヒートアイランド対策及び省エネルギーに寄与することが可能である。

図２は、太陽電池ユニットに備えられた熱線低透過フィルムの作用を説明するための断面の模式図である。

図２に示すように、太陽電池モジュール１１の外側に熱線低透過フィルム２０を備えることにより表面保護シート１４よりも外側に、熱線を反射する金属無機酸化物微粒子２１及び金属の微粒子２１を配置したので、金属無機酸化物微粒子２１及び金属の微粒子２１が熱線を反射して、太陽電池モジュール１１への熱線の進入を抑え、太陽電池セル１２及び表面保護シート１４の温度上昇及び太陽電池セル１２の光電変換効率の低下を抑えることが可能である。

このとき、熱線を反射する金属無機酸化物微粒子２１及び金属の微粒子２１は、表面保護シート１４より外側の熱線低透過フィルム２０に設けられており、表面保護シート１４内や表面保護シート１４の太陽電池セル１２側には設けられていない。このため、金属無機酸化物微粒子２１及び金属の微粒子２１に当たらずに熱線低透過フィルム２０透過した僅かな熱線が表面保護シート１４内や表面保護シート１４の太陽電池セル１２側にて再び反射したり、表面保護シート１４内にて反射を繰り返す虞はないので、透過してしまった僅かな熱線により表面保護シート１４の温度が上昇することを防止することが可能である。

また、太陽電池ユニット１０は、屋外に設置されて日光に直接晒されることはもちろん、雨や風にも晒されるので、熱線低透過フィルム２０が耐候性に優れたフッ素系樹脂にて形成されていることにより、耐侯性に優れた太陽電池ユニット１０を提供することが可能である。

また、表面保護シート１４も耐候性のフッ素系樹脂にて形成されているので耐候性に、より優れた太陽電池ユニット１０を提供することが可能である。ところで、フッ素系樹脂は、難接着材料なので、単に接着しただけでは高い接着力が得られないが、表面処理が施されたフッ素系樹脂の表面保護シート１４及び熱線低透過フィルム２０が接着されているので、表面保護シート１４と熱線低透過フィルム２０とをより確実に接着することが可能である。

また、熱線低透過フィルム２０が接着された太陽電池ユニット１０が建物の外装部に備えられるので、熱線による温度上昇を抑えて効率良く発電することが可能な太陽電池ユニット１０を建物等に容易に備えることが可能である。また、太陽電池ユニット１０が有する熱線低透過フィルム２０により屋根や外壁材等の外装部の温度上昇が抑えられる建物を容易に施工することが可能である。

上記実施形態においては、表面保護部材及び裏面保護部材をフッ素系樹脂にて形成し可撓性を有する表面保護シート１４及び裏面保護シート１６を備えた可撓性を有する太陽電池モジュール１１を用いた太陽電池ユニット１０について説明したが、表面保護シート及び、あるいは裏面保護シートがガラスにて形成された太陽電池モジュールの受光面側に熱線低透過フィルム２０が接着された構成でも構わない。

また、太陽電池モジュール１１と熱線低透過フィルム２０とを接着する際に、表面保護シート１４、裏面保護シート１６及び熱線低透過フィルム２０の接着面１４ａ、１４ｂ、１６ａ、２０ａに表面処理としてコロナ放電処理及び脱脂処理を施した例について説明したが、接着性を向上させるために接着面に施す表面処理はこれに限るものではない。例えば、樹脂に対する表面処理方法としては（１）接着面の表面清浄化を目的として行う表面清浄化処理として（ａ）洗剤（界面活性剤）、（ｂ）薬液（酸、アルカリ、ふっ酸、溶剤等）、（ｃ）レーザー処理、（ｄ）ＵＶ／オゾン処理、（ｅ）プラズマ処理、（ｆ）スパッタリング処理や、（２）投錨効果を持たせるための表面目粗し（凸凹の形成）を目的として行う、（ａ）バフがけや研磨紙、ブラスト等による研磨、（ｂ）スパッタリングによるエッチング、（３）塗装や接着に寄与する表面官能基の形成等の表面活性化を目的として行う（ａ）コロナ処理、（ｂ）例えば酸素を用いて表面に酸素原子を導入するガス処理、（ｃ）表面を酸化させるための火炎処理、（ｄ）化学薬品処理、（ｅ）レーザー処理、（ｆ）ＵＶ／オゾン処理、（ｇ）プラズマ処理、（ｈ）スパッタリング処理、等が挙げられる。また、表面保護シート及び裏面保護シートとしてガラスを用いた場合の表面方法としては、上記処理の他に、ガラス専用の研磨粉による研磨、シランカップリング剤を塗布するシランカップリング処理、表面のアルカリを低減するためにガスによる中性化処理としての硫酸ガスを用いたアルファー処理やフロンガスを用いたフロン処理、等が挙げられる。

また、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

１０ 太陽電池ユニット
１１ 太陽電池モジュール
１２ 太陽電池セル
１２ａ 受光面
１４ 表面保護シート
１４ａ 接着面
１４ｂ 接着面
１６ 裏面保護シート
１６ａ 接着面
１８ エチレン−酢酸ビニル重合体（ＥＶＡ）樹脂
２０ 熱線低透過フィルム
２０ａ 接着面
２１ 金属無機酸化物微粒子、金属の微粒子
２２ アクリル変成シリコーン系弾性接着剤

Claims (4)

1. 熱線の波長より短い波長領域の光に対して、前記熱線より光電感度が高い太陽電池セルと、
   前記太陽電池セルの受光面側を覆う表面保護部材と、
   前記太陽電池セルを被覆するとともに前記表面保護部材と前記太陽電池セルとを接着する接着剤と、
   前記表面保護部材の前記太陽電池セルとは反対側に接着され前記熱線の透過率が前記熱線の波長より短い波長の光の透過率より低い熱線低透過フィルムと、
   を有することを特徴とする太陽電池ユニット。
2. 請求項１に記載の太陽電池ユニットであって、
   前記熱線低透過フィルムは、金属無機酸化物及び金属の微粒子を含有するフッ素系樹脂であることを特徴とする太陽電池ユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の太陽電池ユニットであって、
   前記表面保護部材は、フッ素系樹脂であり、
   前記熱線低透過フィルム及び前記表面保護部材は、表面処理が施されて接着されていることを特徴とする太陽電池ユニット。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽電池ユニットを、建物の外装部に備える工程を有することを特徴とする施工方法。
   

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