WO2019093327A1

WO2019093327A1 - 太陽電池モジュール、及び移動体

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Publication number: WO2019093327A1
Application number: PCT/JP2018/041185
Authority: WO
Inventors: 元彦杉山; 直樹栗副; 剛士植田; 善光生駒
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2020-05-13

Abstract

太陽電池モジュール１０が、太陽電池セル１に対して受光側に設けられ、透光性を有する受光側封止層、受光側封止層よりも受光側に設けられ、透光性を有する樹脂材料で構成される表側基材２、太陽電池セル１に対して受光側とは反対側の裏側に設けられる裏側封止層、裏側封止層よりも裏側に設けられ、表側基材２よりも線膨張係数が低い材料で構成される裏側基材３、及び、裏側基材３の裏側の裏面における周辺部の少なくとも一部に接触するか又は部材を介して対向する表面７ａを含み、裏側基材３の裏側に設けられる補強材７を備えるようにする。このようにして、太陽電池セル１及び配線材４の両方の損傷を抑制し易くする。

Description

太陽電池モジュール、及び移動体

　本開示は、太陽電池モジュール、及びそれを備える移動体に関する。

　太陽電池モジュールの軽量化等のために、表側基材として、ガラス基材でなく樹脂基材を用いることがある。例えば、特許文献１には、太陽電池モジュールの表側基材を、樹脂材料であるポリエチレンテレフタレートやポリカーボネートで構成すると、太陽電池モジュールを、耐久性、耐候性、及び透明性に優れるものにできることが記載されている。

特開２０１１－２３８６３９号公報

　しかし、樹脂製の表面基材を含む太陽電池モジュールに関して、トレードオフの関係となる次の課題が存在する。すなわち、裏側基材の線膨張係数を、表側樹脂基材の線膨張係数よりも小さくすると、成形時や成形後の使用時に生じる温度差に起因する太陽電池セル封止層の伸縮に伴う太陽電池セルの移動量が小さくなって、隣り合う２つの太陽電池セルを電気的に接続する配線材を損傷しにくくできる。しかし、裏側基材の線膨張係数を、表側樹脂基材の線膨張係数よりも小さくすると、表側及び裏側基材の線膨張係数差に起因して太陽電池モジュールに上記温度差に基づく反りが生じて、太陽電池セルが損傷し易くなることが知られている。

　他方、裏側基材の線膨張係数を大きくして、表側樹脂基材の線膨張係数に近づけると、上記温度差に基づく太陽電池モジュールの反りを小さくできて、太陽電池セルの損傷を抑制できる。しかし、裏側基材の線膨張係数を大きくして、表側樹脂基材の線膨張係数に近づけると、上記温度差に基づく太陽電池セル封止層の伸縮に伴う太陽電池セルの移動量が大きくなって、配線材が損傷し易くなる。

　そこで、本開示の目的は、太陽電池セル及び配線材の両方の損傷を抑制できる太陽電池モジュール、及びそれを備える移動体を提供することにある。

　上記課題を解決するため、本開示に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルと、太陽電池セルに対して光が主に入射する受光側に設けられ、透光性を有する受光側封止層と、受光側封止層よりも受光側に設けられ、透光性を有する樹脂材料で構成される表側基材と、太陽電池セルに対して受光側とは反対側の裏側に設けられる裏側封止層と、裏側封止層よりも裏側に設けられ、表側基材よりも線膨張係数が低い材料で構成される裏側基材と、裏側基材の裏側の裏面における周辺部の少なくとも一部に接触するか又は部材を介して対向する表面を含み、裏側基材の裏側に設けられる補強材と、を備える。なお、受光側封止層と裏側封止層は、１つの一体の層で構成されてもよく、２以上の異なる層で構成されてもよい。

　本開示に係る太陽電池モジュールによれば、太陽電池セル及び配線材の両方の損傷を抑制できる。

本開示の一実施形態に係る太陽電池モジュールを受光側（表側）から見たときの斜視図である。（ａ）は、図１のＡ-Ａ線断面図の一部を示す模式断面図であり、太陽電池モジュールのＹ方向中央部におけるＸ方向及びＺ方向を含むＸＺ断面のＸ方向片側端部を表す模式断面図である。また、（ｂ）は、図１のＡ-Ａ線模式断面図である。上記太陽電池モジュールを裏側から見たときの平面図である。線膨張係数が異なる表側及び裏側基材を含む３層からなる積層構造に大きな温度差に起因して生じる形状変化のコンピュータシミュレーション結果を表す図である。お椀型の湾曲形状を表す図である。シミュレーションによって確認された高温から低温に低下した際の上記３層からなる積層構造の変化を誇張して表した模式断面図である。他の実施形態の太陽電池モジュールの模式断面図である。変形例の太陽電池モジュールにおける図２（ａ）に対応する断面図である。（ａ）は、他の変形例の太陽電池モジュールにおける図２（ａ）に対応する断面図であり、（ｂ）は、その太陽電池モジュールを裏側から見たときの平面図である。更なる変形例の太陽電池モジュールにおける図２（ａ）に対応する断面図である。

　以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の説明では、太陽電池モジュール１０,１１０,２１０,３１０において、太陽光が主に入射（５０％超過～１００％）する側を受光側（表側）とし、表側とは反対側を裏側とする。また、以下の説明では、樹脂材料は、主成分（最も重量％が大きい材料）が樹脂で構成される材料のことであり、樹脂以外の成分を含んでもよい。また、以下の説明及び図面の記載において、Ｘ方向は、以下で説明するストリング６０の延在方向であり、Ｙ方向は、複数のストリング６０の並び方向であり、Ｚ方向は、太陽電池モジュール１０,１１０,２１０,３１０,４１０の厚さ方向である。

　図１は、本開示の一実施形態に係る太陽電池モジュール１０を受光側（表側）から見たときの斜視図である。また、図２（ａ）は、図１のＡ-Ａ線断面図の一部を示す模式断面図であり、太陽電池モジュール１０のＹ方向中央部におけるＸ方向及びＺ方向を含むＸＺ断面のＸ方向片側端部を表す模式断面図である。また、図２（ｂ）は、図１のＡ-Ａ線模式断面図である。なお、図２（ｂ）は、太陽電池モジュール１０に対する補強材７の配置位置を分かり易く説明するために作製された断面図である。図２（ｂ）では、その説明に対する関係が薄い補強材７以外の構成を一体に図示し、フレーム８の図示を省略し、ハッチングも省略する。

　図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、受光側に凸の湾曲形状であって、Ｘ方向に湾曲しＹ方向にも湾曲する。より詳しく述べると、太陽電池モジュール１０は、１軸湾曲形状以外の湾曲形状に含まれる２軸湾曲形状を有する。ここで、１軸湾曲形状とは、１軸を含む平面における湾曲構造の切断面において、湾曲構造の厚さ方向の一方側にある表面と、湾曲構造の厚さ方向の他方側にある裏面とが、一対の平行線となって表れる湾曲形状のことをいう（以下でも同じ定義）。例えば、円筒は、１軸湾曲形状であり、この場合、円筒の中心軸が１軸となる。太陽電池モジュール１０は、平面視において略矩形の形状を有する。太陽電池モジュール１０は、Ｘ方向の一方側かつ裏側に端子ボックス７０を備える。また、図２（ａ）に示すように、太陽電池モジュール１０は、光電変換部としての複数の太陽電池セル１、樹脂材料で構成される表側基材２、裏側基材３、配線材４、樹脂材料で構成される樹脂封止層５、接着剤として機能し、樹脂材料で構成される樹脂接着剤層６、補強材７、樹脂接着剤層９、及びフレーム（枠）８を備える。

　太陽電池セル１は、例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコン等で構成される結晶系半導体からなる。太陽電池セル１は、例えば、ｎ型領域とｐ型領域を有し、ｎ型領域とｐ型領域の界面部分には、キャリア分離用の電界を生成するための接合部が設けられる。太陽電池セル１の上面は、例えば、略正方形の形状を有するが、これに限らない。太陽電池セル１として、公知の如何なる構造のものを用いてもよく、如何なる形状のものを用いてもよい。

　表側基材２は、太陽電池セル１よりも受光側に設けられる。表側基材２は、透光性の樹脂材料で構成される基材であり、好ましくは透明樹脂材料で構成される。図２（ａ）に示すＸＺ断面において、表側基材２の表面及び裏面２ａ,２ｂの夫々は、受光側に凸の円弧となっている。ＸＺ断面において、表側基材２の表面及び裏面２ａ,２ｂの夫々は、Ｘ方向一端から他端まで略同一の曲率を有してもよく、表側基材２の表面及び裏面２ａ,２ｂの夫々は、Ｘ方向中央部から端部に行くにしたがって曲率半径が徐々に大きくなるような湾曲形状を有してもよい。

　図示はしないが、表側基材２の表面及び裏面２ａ,２ｂの夫々は、Ｙ方向及びＺ方向を含むＹＺ断面においても、受光側に凸の円弧となっている。また、ＹＺ方向断面において、表側基材２の表面及び裏面２ａ,２ｂの夫々は、Ｙ方向一端から他端まで略同一の曲率を有してもよく、表側基材２の表面及び裏面２ａ,２ｂの夫々は、Ｙ方向中央部から端部に行くにしたがって曲率半径が徐々に大きくなるような湾曲形状を有してもよい。

　表側基材２は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）から選択される少なくとも１種を含んでもよい。ポリカーボネートは、耐衝撃性および透光性に優れる。よって、表側基材２は、特に、ポリカーボネートを主成分とする樹脂基材であって、例えば、ポリカーボネートの含有率が９０重量％以上、又は９５重量％～１００重量％の基材であると好ましい。また、表側基材２は、全光線透過率が高いことが好ましく、表側基材２の全光線透過率は、ＪＩＳＫ７３６１－１（１９９７）に規定されている測定で、例えば８０％～１００％、又は８５％～９５％であると好ましい。

　裏側基材３は、太陽電池セル１に対して受光側とは反対側の裏側に設けられる。裏側基材３は、線膨張係数が表側基材２よりも小さい材料で構成される。図２（ａ）に示すＸＺ断面において、裏側基材３の表面及び裏面３ａ,３ｂの夫々は、受光側に凸の円弧となっている。ＸＺ断面において、裏側基材３の表面及び裏面３ａ,３ｂの夫々は、Ｘ方向一端から他端まで略同一の曲率を有してもよく、裏側基材３の表面及び裏面３ａ,３ｂの夫々は、Ｘ方向中央部から端部に行くにしたがって曲率半径が徐々に大きくなるような湾曲形状を有してもよい。

　図示はしないが、裏側基材３の表面及び裏面３ａ,３ｂの夫々は、Ｙ方向及びＺ方向を含むＹＺ断面においても、受光側に凸の円弧となっている。また、ＹＺ断面において、裏側基材３の表面及び裏面３ａ,３ｂの夫々は、Ｙ方向一端から他端まで略同一の曲率を有してもよく、裏側基材３の表面及び裏面３ａ,３ｂの夫々は、Ｙ方向中央部から端部に行くにしたがって曲率半径が徐々に大きくなるような湾曲形状を有してもよい。

　裏側基材３は、例えば、透光性の樹脂材料からなる基材で構成されてもよく、裏側からの受光を想定しない場合、不透明な樹脂基材で構成されてもよい。裏側基材３の全光線透過率は、特に限定されず、０％であってもよい。裏側基材３は、例えば環状ポリオレフィン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）から選択される少なくとも１種を含んでもよい。又は、裏側基材３は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で構成されていてもよく、特に、耐衝撃性および軽量性が要求される用途では、ＦＲＰを用いると好ましい。好適なＦＲＰとしては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、アラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ）などを採用できる。また、ＦＲＰを構成する樹脂成分としては、ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を例示できる。又は、裏側基材３は、ガラスや、アルミニウム等の金属で構成されてもよい。

　裏側基材３の厚みは、特に限定されないが、５μｍ以上であると好ましい。裏側基材３をＦＲＰで構成する場合、裏側基材３は、例えば繊維１本分の厚さ以上の厚みを有する。裏側基材３をＦＲＰで構成する場合、太陽電池セル１の保護、軽量性等を考慮すると、裏側基材３は、薄い方が好ましく、裏側基材３は、０．１ｍｍ～１０ｍｍの厚さを有すると好ましく、０．２ｍｍ～５ｍｍの厚さを有するとより好ましい。

　裏側基材３がこのような薄さである場合、太陽電池モジュール１０の軽量化及び薄肉化（コンパクト化）を実現できる。また、裏側基材３がこのような薄さである場合、後述するラミネート成形時に裏側基材３の元材がダイアフラムに追従し易くなる。したがって、ラミネート成形時において、太陽電池モジュール１０におけるフレーム８以外の部分からなる本体部１５の元材である積層構造の気密性を向上でき、ラミネート成形時に積層構造内の空気を外部に排出し易くなる。よって、太陽電池モジュール１０内に気泡が生じることを大きく抑制又は防止できる。更には、時間が経過するにしたがって、酢酸が太陽電池モジュール１０内に生じ易くなる。これに対し、裏側基材３がこのような薄さである場合、太陽電池モジュール１０内に生成した酢酸が、裏側基材３を通過して外部に飛散し易くなる。その結果、時間が経過しても、太陽電池モジュール１０の内部環境を良好な状態に維持し易くなり、時間が経過しても太陽電池モジュール１０発電特性を良好なものに維持し易くなる。

　図１及び図２（ａ）を参照して、配線材４は、Ｘ方向に隣り合う２つの太陽電池セル１における一方の太陽電池セル１の表側の電極と、他方の太陽電池セル１の裏側の電極とを電気的に接続する。配線材４は、各電極に接着剤等で取り付けられる。配線材４は、例えば、薄板状の銅箔と、銅箔の外面にメッキされた半田とで好適に構成されるが、それ以外の如何なる導体で構成されてもよい。なお、図１及び図２（ａ）に示す例では、Ｘ方向に隣り合う２つの太陽電池セル１が、３つの配線材４で電気的に接続されているが、Ｘ方向に隣り合う２つの太陽電池セルは、１以上の如何なる数の配線材で電気的に接続されてもよい。

　再度、図２（ａ）を参照して、樹脂封止層５は、表側基材２と裏側基材３との間に太陽電池セル１及び配線材４を封止するように配置される。図２（ａ）に示す例では、受光側封止層と、裏側封止層が、１つの一体の樹脂封止層５で構成される。樹脂封止層５は、例えば、ポリオレフィン、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、アイオノマー、エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等で構成されると十分な耐候性を確保し易くて好ましい。しかし、樹脂封止層５は、これら以外の樹脂材料で構成されてもよい。樹脂封止層５は、透光性に優れる材質で構成され、透明の充填材で構成されると好ましい。樹脂封止層５は、全光線透過率が高いと好ましく、樹脂封止層５の全光線透過率は、ＪＩＳＫ７３６１－１（１９９７）に規定されている測定で、例えば、８０％～１００％や８５％～９５％であると好ましい。

　なお、図２（ａ）に示す例では、受光側封止層と、裏側封止層を、１つの同一の樹脂封止層５で構成した。しかし、受光側封止層と、裏側封止層を、互いに異なる樹脂層で構成してもよく、受光側封止層を、表側基材と太陽電池セルとの間に配置し、裏側封止層を、太陽電池セルと裏側基材との間に配置してもよい。そして、受光側封止層と、裏側封止層を貼り合わせてもよい。この場合、受光側封止層を、上述の樹脂封止層５と同じ材料で構成すると好ましい。また、裏側封止層を、ポリオレフィン、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、アイオノマー、エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等で構成すると、十分な耐候性を確保できて好ましい。しかし、裏側封止層は、それら以外の樹脂で構成されてもよい。裏側封止層は、如何なる全光線透過率を有してもよい。太陽電池モジュールが裏側からの受光を想定しない場合、裏側封止層は、白色顔料、黒色顔料等の色材を含有していてもよく、全光線透過率が０％であってもよい。太陽電池モジュールが裏側からの受光を想定しない場合、受光側封止層を、透明の充填材で構成し、裏側封止層を、光を効率的に反射する白色の充填材で構成すると、光の利用効率を向上させることができて好ましい。

　樹脂接着剤層６は、樹脂封止層５と補強材７との間に配置され、樹脂封止層５と補強材７を接着する役割を果たす。樹脂接着剤層６は、例えば、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の接着性の熱硬化性の樹脂材料で構成でき、例えば、硬化剤を加えたエポキシ樹脂に固形成分を混合することでペースト状とした樹脂等で構成されると好ましい。しかし、樹脂接着剤層６は、樹脂封止層５と補強材７との間に配置され、樹脂封止層５と補強材７を接着可能な樹脂材料であれば如何なる樹脂材料で構成されてもよい。

　補強材７は、太陽電池モジュール１０の裏側に配置され、裏側基材３の裏面３ｂにおける周辺部の少なくとも一部にＺ方向に対向する表面７ａを含む。補強材７は、樹脂材料や金属材料で構成される。補強材７は、太陽電池モジュール１０を補強する役割で設けられるので、所定の剛性を有すれば、如何なる材料で構成されてもよい。補強材７は、その構成材料の剛性が低い場合、Ｚ方向厚さが厚くなり、構成材料の剛性が高い場合、Ｚ方向厚さが薄くなる。補強材７は、弾性率が小さい樹脂材料で構成されるとＺ方向厚さが厚くなり、弾性率が高い金属材料で構成されるとＺ方向厚さが薄くなる。補強材７を金属材料で構成する場合、金属材料として鉄やアルミニウムを用いることが好ましく、補強材７を樹脂材料で構成する場合、樹脂材料としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を用いることが好ましい。

　図２（ａ）,（ｂ）に示すように、補強材７は、太陽電池モジュール１０の中央部側から周辺部側に行くにしたがって厚さが徐々に増大する厚み増大部７ｂを有する。図３は、太陽電池モジュール１０を裏側から見たときの平面図である。図２（ｂ）及び図３に示すように、補強材７は、環状であって、太陽電池モジュール１０の裏面８０においてフレーム８を除いた周辺部を覆うように配置され、該周辺部に沿う枠形状を有してもよい。なお、図３に示すように、フレーム８は、角部に接合部９０を有してもよい。また、図２（ｂ）に示す例とは異なり、厚み増大部が中央部から周辺部側に行くにしたがって厚さが徐々に増大するように設けられて、補強材が太陽電池モジュールの裏面においてフレームを除いた裏側部分の全面を覆うように配置されてもよい。そして、表側基材の厚さ方向から見たとき、補強材が、複数の太陽電池セルの全てに重なるように配置されてもよい。図２（ａ）に示すように、補強材７は、複数の太陽電池セル１よりも周囲に配置される外側部７ｃを含み、外側部７ｃは、上記厚さ方向から見たとき複数の太陽電池セル１に重ならない。また、補強材７には、裏側に段部７ｄが設けられる。補強材７は、段部７ｄよりも周囲側に平面で構成される平坦面７ｅを有し、平坦面７ｅは、段部７ｄの表側基材２側の端部につながる。

　フレーム８は、太陽電池モジュール１０においてフレーム８以外の部分で構成される本体部１５の縁部に取り付けられ、その縁部を取り囲む。フレーム８は、後で詳述するラミネート加工で本体部１５が一体化された後、本体部１５に接着剤等の取付手段で取り付けられる。図２（ａ）に示すＸＺ断面図のＸ方向端部において、フレーム８は、Ｌ字状の形状を有し、Ｚ方向に延在して本体部１５側面を覆う側方被覆部８ａと、Ｘ方向に突出する位置決め部８ｂを有する。位置決め部８ｂは、補強材７の平坦面７ｅにＺ方向に対向する平坦面８ｃを含む。

　フレーム８の材質としては、例えば、ポリカーボネート、塩化ビニル、ポリエステル、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性材料や、フェノール樹脂やポリウレタンなどの熱硬化性材料や、ニトリルゴムなどのゴム材料を用いることができる。又は、フレーム８の材質としては、アルミニウムや鋼材等の金属材料を用いることもできる。

　樹脂接着剤層９は、フレーム８を本体部１５に取り付ける取付手段が接着剤である場合に補強材７の平坦面７ｅとフレーム８の平坦面８ｃとの間に形成される樹脂接着剤層である。樹脂接着剤層９は、例えば、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の接着性の熱硬化性の樹脂材料で構成でき、例えば、硬化剤を加えたエポキシ樹脂に固形成分を混合することでペースト状とした樹脂等で構成されると好ましい。しかし、樹脂接着剤層９は、フレーム８と補強材７との間に配置され、フレーム８と補強材７を接着可能な樹脂材料であれば如何なる樹脂材料で構成されてもよい。なお、補強材とフレームが金属材料で構成される場合には、取付手段は、溶接部であってもよく、太陽電池モジュールの裏側で補強材とフレームを溶接により接合してもよい。

　表側基材２、樹脂封止層５、太陽電池セル１及び配線材４、樹脂接着剤層６、裏側基材３、及び補強材７は、例えば、次に説明する真空ラミネート加工で貼り合わされ、一体化される。真空ラミネート加工は、例えば高真空下で１００～１６０℃程度の温度で実行される。真空ラミネート加工を行う際には、先ず、表側基材２の元材である湾曲形状の表側基材元材、裏側基材３の元材である湾曲形状の裏側基材元材、及び補強材７の元材である補強材元材を用意する。これらの表側基材元材、裏側基材元材、及び補強材元材は、例えば、射出成形によって形成される。

　次に、例えば、裏側基材元材、樹脂封止層５における太陽電池セル１に対する裏側部分を構成する裏側シート材、太陽電池セル１及び配線材４、樹脂封止層５における太陽電池セル１に対する表側部分を構成する表側シート材、樹脂接着剤層６の接着剤元材、表側基材元材、及び補強材元材を、この順に積層した積層構造を、真空ラミネート装置の一対のシリコンゴム（ダイアフラム）間に配置する。その後、例えば、真空引きにより、積層構造内の空気を外側に排気しながら、圧縮空気により一方又は両方のシリコンゴムを膨らませて、積層構造をその厚さ方向に加圧する。また、この真空引き及び加圧に加えて、真空ラミネート装置のヒータで積層構造を例えば１００～１６０℃程度の温度で加熱する。

　このようにして、裏側シート材、表側シート材、及び接着剤元材を溶融させ、表側シートと裏側シート材を、太陽電池セル１及び配線材４を封止するように融着する。また、裏側シート材と裏側基材元材を接着し、裏側基材元材と接着剤元材を接着し、接着剤元材と補強材元材を接着し、表側シート材と表側基材元材を接着する。これらの融着等によって、上記積層構造が、製品に対応する形状で一体化される。なお、真空ラミネート加工で、一対のシリコンゴムを、圧縮空気で膨らませて積層構造を厚さ方向に加圧する場合について説明した。しかし、真空ラミネート加工では、一対のラバープレートを、油圧等を用いた圧力で一対のラバープレートの距離が小さくなるように移動させて、一対のラバープレート間に配置された積層構造を圧縮してもよい。

　再度、図１を参照して、複数の太陽電池セル１は、太陽電池モジュール１０内にマトリクス状に配置される。Ｘ方向に沿って同一の直線上に配置された２以上の太陽電池セル１は、配線材４によって直列に接続される。当該２以上の太陽電池セル１と、その２以上の太陽電池セル１を直列に接続する配線材４とは、ストリング６０を構成する。

　図１に示す例では、Ｙ方向に隣り合う２つのストリング６０においてＸ方向片側の端にある太陽電池セル１同士が中継配線３０で直列に接続され、全ての太陽電池セル１が直列に接続される。その結果、Ｘ方向の最も端子ボックス７０側かつ紙面における最も右側に配設される太陽電池セル１ａが最も高電位側に配設され、Ｘ方向の最も端子ボックス７０側かつ紙面における最も左側に配設される太陽電池セル１ｂが最も低電位側に配設される。なお、本実施形態と異なり、Ｘ方向の最も端子ボックス側かつ紙面における最も右側に配設される太陽電池セルが、最も低電位側に配設され、Ｘ方向の最も端子ボックス側かつ紙面における最も左側に配設される太陽電池セルが、最も高電位側に配設されてもよい。

　太陽電池モジュール１０は、Ｘ方向の端子ボックス７０側に、端子ボックス７０の端子に電気的に接続するための４つの出力配線３０ａ,３０ｂ,３０ｃ,３０ｄを備える。各出力配線３０ａ,３０ｂ,３０ｃ,３０ｄの外周面は、絶縁性フィルム等の絶縁部材によって被覆されている。４つの出力配線３０ａ,３０ｂ,３０ｃ,３０ｄのうちの２つの出力配線３０ｂ,３０ｃは、隣り合う２つのストリング６０を直列に接続する機能も有する。出力配線３０ａは、Ｙ方向で最も右側に配設されて最も高電位側にあるストリング６０の高電位側に電気的に接続される。また、出力配線３０ｂは、Ｙ方向で右から２列目に配設されて２番目に高電位のストリング６０の最も低電位側の太陽電池セル１と、Ｙ方向で右から３列目に配設されて３番目に高電位のストリング６０の最も高電位側の太陽電池セル１とを電気的に接続する。また、出力配線３０ｃは、Ｙ方向で右から４列目に配設されて４番目に高電位のストリング６０の最も低電位側の太陽電池セル１と、Ｙ方向で右から５列目に配設されて５番目に高電位のストリング６０の最も高電位側の太陽電池セル１とを電気的に接続する。また、出力配線３０ｄは、Ｙ方向で右から６列目に配設されて最も低い電位のストリング６０の最も低電位側に電気的に接続される。

　裏側基材３、樹脂接着剤層６、及び補強材７は、その３つの部位３,６,７を貫通する複数の貫通孔（図示せず）を有する。各出力配線３０ａ,３０ｂ,３０ｃ,３０ｄは、その貫通孔のいずれかを通過した後、端子ボックス７０の所定の端子に電気的に接続される。詳述しないが、端子ボックス７０内の端子間には、逆流防止用のバイパスダイオードが設けられる。落ち葉等の遮光物が特定の太陽電池セル１を覆うと、その太陽電池セル１の発電量が低下して発熱する虞がある。バイパスダイオードを設けることで発電量が低下した太陽電池セル１を含んで直列に接続された２つのストリング６０が、バイパスダイオードによって略短絡される。その結果、当該２つのストリング６０に電流が略流れなくなり、発熱による太陽電池セル１の損傷が抑制される。太陽電池モジュール１０からの電力は、端子ボックス７０の端子に電気的に接続された２つの電力供給配線（図示せず）によって外部に取り出される。なお、図１に示す例では、太陽電池モジュール１０が、６列に配置されたストリング６０を有するが、太陽電池モジュールは、６列以外の複数列に配置されたストリングを有してもよい。

　次に、ラミネート成形時の大きな温度差で積層構造に生じる反りについて説明する。太陽電池モジュール１０の本体部１５の元材となる積層構造は、ラミネート成形時における最も温度が高い状態である応力が殆ど生じない状態（無応力状態）から、温度が低下すると、各層の線膨張率差に起因して、縮み易い部位と縮みにくい部位が生じ、その結果、反りが生じることがある。図４は、線膨張係数が異なる表側及び裏側基材を含む３層からなる積層構造に大きな温度差に起因して生じる形状変化のコンピュータシミュレーション結果を表す図である。なお、シミュレーションは、図５に示す１軸湾曲形状でもなく２軸湾曲形状でもない湾曲形状であるお椀型の湾曲形状を有する積層構造と、平板状の積層構造に対して行った。

　シミュレーションは、ポリカーボネート１ｍｍ、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）１.２ｍｍ、及び炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）２ｍｍがこの順に表側から裏側に積層された構造を有し、５０００ｍｍの曲率半径を有する積層構造８０について実行された。また、シミュレーションは、積層構造８０がお椀形状である場合においては、積層構造８０に補強材を接合しないサンプルと、積層構造８０の裏側の周囲部に環状の補強材を接合したサンプルで実行された。また、シミュレーションは、積層構造８０に対して温度を１２０℃から２０℃に低下させる条件で行った。このようにして、シミュレーションで、ラミネート成形時に高温状態となった積層構造が冷まされて温度低下する際の積層構造の変形をシミュレートした。また、積層構造８０においてで、ポリカーボネートは、線膨張係数が７０ｐｐｍのものを使用し、ＣＦＲＰは、線膨張係数が７ｐｐｍのものを使用した。図４（ａ）は、お椀型の積層構造８０に対するシミュレート結果であり、図４（ｂ）は、平板状の積層構造８０に対するシミュレート結果である。なお、図４において、Ｐ１は、お椀型の湾曲形状を有する積層構造８０の中心を示し、Ｐ２は、平板状の湾曲形状を有する積層構造８０の中心を示す。

　図４（ａ）に示すように、積層構造８０（補強材なし）のサンプルでは、１２０℃から２０℃まで低下した状態で、積層構造８０の半断面図の周辺領域Ｒ１の拡大断面図に示すように、周辺部（縁部）がα１からα２に示す状態に曲率半径が大きくなる方向に反り返った。また、図４（ｂ）に示すように、平板状の積層構造８０のサンプルでは、１２０℃から２０℃まで低下した状態で、積層構造８０がβ１で示す平板形状からβ２に示す裏側に凸の湾曲形状に変形した。これに対し、図４（ａ）に示すように、積層構造８０（補強材あり）のサンプルでは、積層構造８０の半断面図の周辺領域Ｒ２の拡大断面図に示すように、反りが確認されなかった。したがって、補強材を裏側の周囲へ接合すると、積層構造の反りを効果的に抑制又は防止できる。

　図６は、シミュレーションによって確認された高温から低温に低下した際の上記３つの層（ポリカーボネート（線膨張係数７０ｐｐｍ）１ｍｍ、エチレン酢酸ビニル共重合体１.２ｍｍ、及び炭素繊維強化プラスチック（線膨張係数７ｐｐｍ）２ｍｍ）からなる積層構造の変化を誇張して表した模式断面図である。より詳しくは、図６（ａ）は、平板形状の積層構造の変形を表す模式断面図である。また、図６（ｂ）は、上に凸の１軸湾曲形状の積層構造の変形を表す模式断面図である。また、図６（ｃ）は、１軸湾曲形状以外の上に凸の湾曲形状に含まれる２軸湾曲形状の積層構造の変形を表す模式断面図である。

　シミュレーションによれば、図６（ａ）,（ｂ）に示すように、平板形状の積層構造は、下に凸の湾曲形状に変形し、１軸湾曲形状の積層構造は、全体が、曲率が小さくなるように変形する。これに対し、図６（ｃ）に示すように、２軸湾曲形状の積層構造は、周辺部（縁部）が反り返るように変形する。また、図４（ａ）に示す積層構造８０（補強材なし）のシミュレーション結果のように、１軸及び２軸湾曲形状に含まれない上に凸の湾曲形状の積層構造も、２軸湾曲形状と同じように、周辺部（縁部）が反り返るように変形する。

　また、シミュレーションは、各積層体において、炭素繊維強化プラスチックの裏面の環状の周辺部に補強材を接合した積層体についても実行された。その結果によれば、補強材を接合すると、各積層体の変形を抑制できた。特に、温度降下時に周辺部に反り返りが見られた２軸湾曲形状の積層構造では、図４（ａ）の積層構造８０（補強材あり）のサンプルのシミュレーション結果と同様に、変形を顕著に抑制できることが確認された。したがって、上に凸の湾曲形状であって１軸湾曲形状でない湾曲形状の場合、裏側の周囲部に補強材を接合すると、積層構造の変形を顕著に抑制できる。

　以上、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１と、太陽電池セル１に対して光が主に入射する受光側に設けられ、透光性を有する受光側封止層（樹脂封止層５の表側の一部）を備える。また、太陽電池モジュール１０は、受光側封止層よりも受光側に設けられ、透光性を有する樹脂材料で構成される表側基材２と、太陽電池セル１に対して受光側とは反対側の裏側に設けられる裏側封止層（樹脂封止層５の他の一部）を備える。また、太陽電池モジュール１０は、裏側封止層よりも裏側に設けられ、表側基材２よりも線膨張係数が低い材料で構成される裏側基材３を備える。また、太陽電池モジュール１０は、裏側基材３の裏側の裏面３ｂにおける周辺部の少なくとも一部に部材（樹脂接着剤層６）を介して対向する表面７ａを含み、裏側基材３の裏側に設けられる補強材７を備える。

　したがって、裏側基材３の線膨張係数が、表側基材２の線膨張係数より小さいので、成形時や成形後の使用時に生じる温度差に基づく太陽電池セル１の移動量を小さくでき、隣り合う２つの太陽電池セル１を電気的に接続する配線材４の損傷を抑制できる。

　更には、裏側基材３の裏側の裏面３ｂにおける周辺部の少なくとも一部にＺ方向に対向する対向部を含む補強材７を、裏側基材３の裏側に設けるので、成形時や成形後の使用時に生じる温度差に基づく太陽電池モジュール１０の周辺部の反りも抑制でき、当該反りに起因する太陽電池セル１の損傷も抑制できる。

　よって、互いにトレードオフの関係にある太陽電池セルの移動量に起因する配線材４の損傷と太陽電池モジュール１０の反りに起因する太陽電池セル１の損傷を両方とも抑制でき、太陽電池モジュールを、耐久性、耐候性に優れるものとできる。

　また、補強材７は、中央部側から周辺部側に行くにしたがって厚さが徐々に増大する厚み増大部７ｂを含んでもよい。

　例えば、太陽電池モジュール１０が上に凸の２軸湾曲形状を有している場合、温度変化で、周辺部が最も反るが、中央部も反り、反りが周辺部に行くにしたがって大きくなる。上記構成によれば、反りがおこる程度に応じて、補強材７の厚さを厚くできる。したがって、補強材７を全体として薄く構成でき、軽量化と反り抑制を両立できる。

　また、上記実施形態のように、厚み増大部７ｂが中央部側から周辺部側に設けられている場合には、厚み増大部７ｂで複数の太陽電池セル１の裏側をより広範囲に亘ってサポートでき、１以上の太陽電池セル１に係るせん断応力を抑制できる。詳しくは、図７、すなわち、他の実施形態の太陽電池モジュール１１０の模式断面図に示すように、太陽電池モジュール１１０の厚さ方向から見たとき、補強材１０７を太陽電池モジュール１１０に重ならない周辺部位置のみに設けたとする。この場合、太陽電池モジュール１１０が外部から矢印Ｂに示す外力（衝撃）を受けると、太陽電池モジュール１１０において補強材１０７に厚さ方向に重なる第１部分１１０ａは、剛性が大きくて変形が抑制される。しかし、太陽電池モジュール１１０において補強材１０７に厚さ方向に重ならない第２部分１１０ｂは、外力によって紙面における下側へ変形しようとする。その結果、太陽電池モジュール１１０において補強材１０７に厚さ方向に重ならない太陽電池セル１０１に矢印Ｃで示す大きなせん断応力が作用し、太陽電池セル１が損傷し易くなる。したがって、図７に示す他の実施形態の場合には、補強材１０７で周辺部の反りを抑制できるが、太陽電池モジュール１１０が外部から衝撃を受けると、太陽電池セル１が損傷し易い。これに対し、図２に示す実施形態の場合、厚み増大部７ｂで複数の太陽電池セル１の少なくとも一部の裏側をサポートできる。よって、１以上の太陽電池セル１に作用するせん断応力を抑制でき、１以上の太陽電池セル１の損傷を抑制できる。更には、補強材７が、中央部側から周辺部側に行くにしたがって厚さが徐々に増大する厚み増大部７ｂを含む。したがって、厚み増大部７ｂでは、太陽電池モジュール１０内に生成するせん断応力が小さくなるにしたがって補強材７の厚みも小さくなる。よって、補強材７の材料費を低減しながら効率的に太陽電池セルの損傷を抑制できる。

　また、太陽電池モジュール１０は、受光側に凸の湾曲形状を有してもよい。また、その湾曲形状は、１軸を含む平面における切断面に一対の平行線が表れる１軸湾曲形状でなく、該１軸湾曲形状以外の湾曲形状であってもよい。

　太陽電池モジュールが平面又は１軸湾曲形状を有する場合だと、太陽電池モジュールの厚さを厚くすると反りが小さくなるが、反りは０になりにくい。これに対し、太陽電池モジュール１０が２軸湾曲形状を含む１軸湾曲形状以外の湾曲形状を有する場合、太陽電池モジュールの厚さが一定以上になると、周辺部（縁部）の内部に周辺部を突っ張らせる内力が生じ、周辺部の反りが生じなくなる。本実施形態によれば、太陽電池モジュール１０が、温度差で周辺部（縁部）が反り返る２軸湾曲形状を有する。したがって、周辺部（縁部）に配置される部分を有する補強材７で周辺部（縁部）に反りが生じないように補強できると共に、補強材７で周辺部（縁部）の内部に周辺部を突っ張らせる内力を生成することもできる。よって、これらの相乗効果で周辺部（縁部）の反りを効果的かつ顕著に抑制できる。

　また、表側基材２の厚さ方向から見たとき、補強材７の少なくとも一部が、複数の太陽電池セル１の少なくとも一部に重なってもよい。また、補強材７は、複数の太陽電池セル１よりも周囲に配置される外側部７ｃを含んでもよい。

　上記構成によれば、補強材７において複数の太陽電池セル１の少なくとも一部に重なる部分で、１以上太陽電池セル１に作用するせん断応力を抑制でき、１以上の太陽電池セル１の損傷を抑制できる。また、太陽電池モジュール１０が２軸湾曲面を有する場合、複数の太陽電池セル１よりも周囲に配置される外側部７ｃで温度変化に起因する太陽電池セル１の反りを効果的に抑制できる。

　また、太陽電池モジュール１０が、裏側に段部７ｄが設けられ、段部７ｄよりも周辺側に平面で構成される平坦面７ｅを有してもよい。

　上記構成によれば、段部７ｄよりも周辺側に平坦面７ｅを備える。したがって、フレーム８に平坦面７ｅの裏側に配置される部分を設け易くなり、太陽電池モジュール１０の本体部１５に対するフレーム８の組み付け性を向上できる。

　また、太陽電池モジュール１０を裏側から見たとき、補強材７は、環状であって、太陽電池モジュール１０の裏面８０の周辺部に沿う枠形状を有してもよい。

　上記構成によれば、太陽電池モジュール１０が１軸湾曲形状以外の湾曲形状である場合、材料費を低減しながら、太陽電池モジュール１０の反りを効果的に抑制できる。

　本開示は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。以下にそれらの改良や変更の幾つかについて説明する。なお、説明は省略するが、以下の図８，図９，図１０に示す変形例の太陽電池モジュール２１０,３１０,４１０も、図２に示す太陽電池モジュール１０と同様、２軸湾曲形状を有する太陽電池モジュールである。また、図８，図９，図１０に示す変形例の太陽電池モジュール２１０,３１０,４１０では、上記実施形態と同一の構成には、同一の参照番号を付して説明を省略する。また、図８において、参照番号２０６は、樹脂接着剤層であり、図９（ａ）において、参照番号３０９は、樹脂接着剤層である。また、図１０において、参照番号４０６,４０９は、互いに異なる樹脂接着剤層であり、参照番号４０８は、フレームである。これらの構成の説明は省略する。

　上記実施形態では、フレーム８を位置決めする平坦面７ｅを補強材７の裏側に設ける場合について説明した。しかし、図８、すなわち、変形例の太陽電池モジュール２１０における図２（ａ）に対応する断面図に示すように、フレーム２０８を位置決めする平坦面２０３ａを、裏側基材２０３の周辺部に設けてもよい。そして、平坦面２０３ａを、樹脂接着剤層２０９で平坦面２０３ａにＺ方向に対向するフレーム２０８の平坦面２０８ａに取り付けてもよい。また、平坦面２０３ａより中央側に設けられる段部２０７ａが、補強材２０７の周辺側の側面（端面）に含まれてもよい。裏側基材が、シート状基材であったり、剛性が低い場合には、上記実施形態のように、補強材７に平坦面７ｅを設けた方が好ましい。しかし、裏側基材２０３の剛性が高い場合は、図８に示す変形例のように、裏側基材２０３に平坦面２０３ａを設けた方がよく、この場合、材料コストの低減及びコンパクト化を実現できて好ましい。なお、太陽電池モジュールは、上記実施形態や図８に示す変形例とは異なり、周辺部の裏側にフレームを位置決めする平坦面を有さなくてもよい。

　また、補強材７が、太陽電池モジュール１０の中央部側から周辺部側に行くにしたがって厚さが徐々に増大する厚み増大部７ｂを有する場合について説明した。また、補強材７が、樹脂接着剤層６を用いて裏側基材３に取り付けられる場合について説明した。しかし、図９（ａ）、すなわち、他の変形例の太陽電池モジュール３１０における図２（ａ）に対応する断面図に示すように、補強材３０７は、中央部側から周辺部側に行くにしたがって厚さが徐々に増大する厚み増大部を有さなくてもよい。そして、図９（ｂ）、すなわち、太陽電池モジュール３１０を裏側から見たときの平面図に示すように、補強材３０７は、環状であって、太陽電池モジュール３１０の裏面３８０の周辺部に沿う枠形状を有してもよい。また、図９（ａ）に示すように、裏側基材３０３と補強材３０７がラミネート時に接着可能な材料で構成される場合には、樹脂接着剤層を介さずに、補強材３０７を裏側基材３０３の裏側に裏側基材３０３に接触するように配置してもよい。なお、この場合でも、図９（ｂ）に示すように、フレーム３０８は、角部に接合部３９０を有してもよい。本構成によれば、２軸湾曲形状の太陽電池モジュール３１０において温度差に起因する反りが生じ易い周辺部の反りを効果的に抑制でき、樹脂接着剤層の材料費を０にでき、補強材３０７の材料費の低減やコンパクト化も実現できる。

　また、図１０、すなわち、更なる変形例の太陽電池モジュール４１０における図２（ａ）に対応する断面図に示すように、補強材４０７は、環状であって、太陽電池モジュール４１０の裏面４８０の周辺部に沿う枠形状を有してもよい。また、補強材４０７の側面４１１,４１２が、裏側基材４０３側に行くにしたがって補強材４０７の外側に移動する末広がりな面でもよい。

　本構成によれば、補強材４０７の側面４１１,４１２が末広がりな面となっているので、ラミネート成形時に、真空ラミネート装置のシリコンゴム（ダイアフラム）を、その側面４１１,４１２に追従させ易くなる。よって、積層構造に均一に力を伝えることができ、積層構造を美しく成形できる。

　また、太陽電池モジュール１０が、フレーム８を備える場合について説明したが、太陽電池モジュールは、フレームを備えなくてもよい。また、太陽電池モジュール１０が、２軸湾曲形状である場合について説明した。しかし、太陽電池モジュールは、平板形状であってもよく、１軸湾曲形状であってもよく、１軸湾曲形状でもなく２軸湾曲形状でもない湾曲形状であってもよい。なお、上で説明した全ての実施形態及び全ての変形例において、裏側基材、樹脂接着剤層、及び補強材（又は、裏側基材、及び補強材）を、同じ材料（例えば、樹脂材料や金属材料）で構成することで一体として１つの裏側基材とすると、製造工数を少なくできて、製造コストを低減できる。また、その場合、統合した後の裏側基材において、統合前の（一体化前）の補強材に対応する肉厚の部分が、太陽電池モジュールの厚さ方向から見たとき、複数の太陽電池セルの少なくとも一部に重なっていると、太陽電池セルに作用するせん断応力を低減できて、太陽電池セルの損傷を抑制できて好ましい。

　また、本開示の太陽電池モジュールは、移動体に搭載されなくてもよいが、移動体に搭載されると好ましい。すなわち、本実施形態の移動体は、上述の本実施形態の太陽電池モジュールを具備する移動体である。当該移動体としては、例えば、自動車等の車両、電車、又は船舶等などが挙げられる。本実施形態の太陽電池モジュールは、自動車に搭載される場合、ボンネットや屋根などの自動車本体の上面部分に設置されることが好ましい。いずれの移動体も、本実施形態の太陽電池モジュールにより発電して得た電流がファン、モーターなどの電気機器に供給され、当該電気機器の駆動・制御に使用される。

　１　太陽電池セル、　２　表側基材、　３,２０３,３０３,４０３　裏側基材　、　３ｂ　裏側基材の裏面、　５　樹脂封止層、　７,１０７,２０７,３０７,４０７　補強材、　７ａ　補強材の表面、　７ｂ　厚み増大部、　７ｃ　外側部、　７ｄ,２０７ａ　段部、　７ｅ,２０３ａ　平坦面、　１０　太陽電池モジュール、　４１１,４１２　補強材の側面（末広がりな面）。

Claims

　複数の太陽電池セルと、
　前記太陽電池セルに対して光が主に入射する受光側に設けられ、透光性を有する受光側封止層と、
　前記受光側封止層よりも前記受光側に設けられ、透光性を有する樹脂材料で構成される表側基材と、
　前記太陽電池セルに対して前記受光側とは反対側の裏側に設けられる裏側封止層と、
　前記裏側封止層よりも前記裏側に設けられ、前記表側基材よりも線膨張係数が低い材料で構成される裏側基材と、
　前記裏側基材の前記裏側の裏面における周辺部の少なくとも一部に接触するか又は部材を介して対向する表面を含み、前記裏側基材の前記裏側に設けられる補強材と、
を備える太陽電池モジュール。
　前記補強材は、中央部側から周辺部側に行くにしたがって厚さが徐々に増大する厚み増大部を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
　前記受光側に凸の湾曲形状を有し、
　前記湾曲形状は、１軸を含む平面における切断面に一対の平行線が表れる１軸湾曲形状でなく、該１軸湾曲形状以外の湾曲形状である、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
　前記表側基材の厚さ方向から見たとき、前記補強材の少なくとも一部が、前記複数の太陽電池セルの少なくとも一部に重なり、
　前記補強材は、前記複数の太陽電池セルよりも周囲に配置される外側部を含む、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
　前記裏側に段部が設けられ、前記段部よりも周辺側に平面で構成される平坦面を有する、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
　前記裏側から見たとき、前記補強材が、前記裏面の周辺部に沿う枠形状を有する、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
　前記補強材の側面が、前記裏側基材側に行くにしたがって前記補強材の外側に移動する末広がりな面である、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
　請求項１乃至７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールを具備する移動体。