JP2011096718A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】耐衝撃性に優れた太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】受光素子１の背面側に光を反射させる反射材２ａを設けた太陽電池モジュール１０ａにおいて、受光素子１は表面側及び背面側から受光し、反射材２ａは凹部及び凸部を有し、凸部が受光素子１の背面側に向けて突出し、その先端が応力を緩和させる平坦部Ａである、太陽電池モジュール１０ａ。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐衝撃性に優れた太陽電池モジュールに関する。

従来より、太陽電池に用いられる光発電素子は高価であるため、太陽電池を広く一般に普及させるためにはコストを低減させることが求められている。例えば、特許文献１には高価な光発電素子の使用量を少なくするため、光発電素子をまばらに配置し、光発電素子に入射しなかった太陽光を光反射板により光発電素子に導くことで、光を有効に利用しながら低コスト化を図った集光型太陽光発電装置が開示されている。

特開２００１−２１０８４７号公報

しかし、上述した集光型太陽光発電装置にあっては、反射板の凸部先端が尖っているため先端部分に応力が集中してしまい耐衝撃性には優れないことになる。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、耐衝撃性に優れた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、受光素子の背面側に光を反射させる反射材を設けた太陽電池モジュールにおいて、受光素子は表面側及び背面側から受光し、反射材は凹部及び凸部を有し、凸部が受光素子の背面側に向けて突出し、その先端が応力を緩和させる平坦部である、太陽電池モジュールであることを特徴とする。

上記太陽電池モジュールにおいては、反射材の凸部が受光素子の背面側に向けて突出し、その先端が応力を緩和させる平坦部であることによって、反射材の凸部先端への応力集中が緩和され耐衝撃性が向上する。

また、凸部先端が平坦部であることによって、受光素子と反射材の凸部先端を所定の距離に保ちつつ、反射材全体を受光素子により近づけることができ、モジュールの集光効率を向上させることができる。

さらに、凸部先端が平坦部であることによって、受光素子と反射材全体を所定の距離に保ちながら受光素子と反射材の凸部先端の距離をより大きくすることもできる。これにより、モジュールの集光効率を維持しつつ、受光素子と反射材の凸部先端の接触をより防止することもできる。

このように受光素子と凸部先端の接触をより防止することができ、反射材の凸部先端に絶縁シール材を貼り付けるなどのさらなる接触防止対策も不要となるため、太陽電池モジュールの部材構成点数や製造プロセス及び製造コストを増大させない。

また、上記太陽電池モジュールにおいては、受光素子の幅に対する上記平坦部の長さの割合が０．１〜０．８であることが好ましい。

反射材の凸部先端の平坦部の長さの割合が受光素子の幅に対して０．１〜０．８であれば、低角入射光の再帰反射損失を抑えることができ、集光効率が向上する。

さらに、上記太陽電池モジュールにおいて、受光素子の幅に対する上記平坦部の長さの割合が０．１〜０．３であることがより好ましい。

反射材の凸部先端の平坦部の長さの割合が受光素子の幅に対して０．１〜０．３であれば、低角入射光の再帰反射損失をより効果的に抑えることができ、集光効率がさらに向上する。

本発明によれば、耐衝撃性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュール１０ａの構成を示す断面図である。 従来の太陽電池モジュール１０ｂの構成を示す断面図である。 図２における反射材２ｂの凸部先端Ｂの周辺を拡大した断面図である。 距離Ｃが大きい太陽電池モジュール１０ｃの断面図である。 距離Ｃと集光効率との相関を示すグラフである。 平坦部の長さＬと受光素子１の幅Ｗの関係を示す断面図である。 平坦部長さ割合Ｒ（＝Ｌ／Ｗ）とモジュールの集光効率の相関を示すグラフである。 平坦部の長さが短い反射材と低角入射光の反射軌道を示す図である。 平坦部の長さが短い反射材と低角入射光の反射軌道を示す図である。 平坦部の長さが長い反射材と低角入射光の反射軌道を示す図である。 平坦部の長さが長い反射材と低角入射光の反射軌道を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、反射材の成型工程を示す図である。 太陽電池モジュール１０ａの寸法を示す構成図及び反射材２ａの一部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１は本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュール１０ａの構成を示す断面図である。太陽電池モジュール１０ａは、受光素子１、反射材２ａ及び透明ガラス基板３を有しており、透明ガラス基板３と反射材２ａの間には受光素子１が配置されている。

受光素子１は、透明ガラス基板３が配置された表面側と反射材２ａが配置された背面側の双方で受光できる両面入射型の太陽電池セルであり、単結晶シリコンや多結晶シリコン又はアモルファスシリコン等を用いて形成されている。図１には受光素子１のみを表記しているが、太陽電池モジュール１０ａ内には、この受光素子と同様のサイズ及び厚みの複数の素子が規則的に配置され電気的に接続されている。

反射材２ａは、受光素子１の表面側に直接入射しない低角入射光等を受光素子１の背面側に反射させるための反射面を備えている。反射材２ａは凹部及び凸部を有し、凸部の先端が平坦部Ａとなっている。ここで平坦部とは、凸部先端への応力集中を緩和する程度の一定の長さ（例えば２〜３ｍｍ程度）の平坦な部分を意味する。このように反射材２ａは凸部先端が平坦部Ａとなっていることにより、凸部先端への応力集中が緩和され、耐衝撃性が向上する。

また、凸部先端が平坦部Ａであることによって、受光素子１と凸部先端を所定の距離（例えば従来の太陽電池モジュールの場合の０．５ｍｍ程度）に保ちつつ、反射材２ａ全体を受光素子１により近づけることができることから、モジュールの集光効率を向上させることができる。

さらに、受光素子１と反射材２ａ全体を所定の距離（例えば従来の太陽電池モジュールの場合と同じ程度）に保ちながら、凸部先端が平坦部Ａであることによって受光素子１と凸部先端の距離をより大きくすることもできる。このことによりモジュールの集光効率を維持しつつ、受光素子と凸部先端の接触をより防止することもできる。

反射材２ａの素材は、入射する太陽光線等の光を反射させることができる素材であればよく、例えば金属基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層、フィルム層、コーティング層などが積層し、各層の間に接着層が設けられた構成を有する素材が好ましい。

透明ガラス基板３は、太陽光線等の光が太陽電池モジュールに入射する際に透過する部材であり、一定の厚さ（例えば厚さ３〜４ｍｍ程度）を備えた平坦な板材である。

光透過性層４は、透明ガラス基板３と反射材２ａの間を封止し、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）からなることが好ましい。光透過性層４は、透明ガラス基板３と反射材２ａの間を封止することによって受光素子１の位置を安定化及び固定化させるとともに、反射材２ａの凸部先端の平坦部Ａと受光素子１の距離を一定に保たせる機能も果たしている。

以上の構成を有する太陽電池モジュール１０ａは、反射材２ａの凸部先端が平坦部Ａであるために応力集中が緩和され、耐衝撃性に優れる。

図２は従来の太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。太陽電池モジュール１０ｂは受光素子１及び透明ガラス基板３を有している点では上記太陽電池モジュール１０ａと同様であるが、反射材２ｂの凸部先端Ｂが尖った形状である点で太陽電池モジュール１０ａと相違している。反射材２ｂは凸部先端Ｂが平坦部でないため、凸部先端Ｂに応力が集中し耐衝撃性が低い。

図３は上記の太陽電池モジュール１０ｂにおける反射材２ｂの凸部先端Ｂの周辺を拡大した断面図である。反射材２ｂの凸部先端と受光素子１との距離Ｃはおよそ０．５ｍｍ程度である。なお、受光素子１と透明ガラス基板３の間にはインターコネクタ５が設けられている。

図４は従来の太陽電池モジュールであって、受光素子１と反射材２ｂの凸部先端との距離Ｃが大きい太陽電池モジュール１０ｃの断面図である。太陽電池モジュール１０ｃは、受光素子１と反射材２ｂの凸部先端との距離Ｃが大きいので、衝撃が加わっても受光素子１と反射材２ｂの凸部先端が接触しにくい構造を有している。

しかし、図５のグラフのとおり、距離Ｃが大きくなるほど集光効率は低くなる傾向にある。よって、距離Ｃを大きくすることは太陽電池モジュールの集光効率の観点から好ましくない。

図６は本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュール１０ａにおける平坦部の長さＬと受光素子１の幅Ｗの関係を示す断面図である。平坦部の長さＬは、反射材２ａの反射面が低角入射光等の光を受光素子１に効率的に反射させるために受光素子１の幅Ｗよりも短いことが好ましい。

図７は受光素子１の幅Ｗに対する平坦部の長さＬの割合Ｒ（＝Ｌ／Ｗ）とモジュールの集光効率の相関を示すグラフである。Ｒが０．１〜０．８の範囲では、平坦部がない場合（Ｒ＝０）の集光効率に対して８５％程度を維持することができる。また、Ｒが０．１〜０．３の範囲ではＲ＝０の場合に比べて集光効率の減少はわずかでしかなく、高い集光効率を維持することができる。

図８及び図９は、凸部先端における平坦部の長さが短い反射材と低角入射光の反射軌道を示す図である。図８のとおり平坦部の長さＬ１は短いので、反射材の反射面の傾斜角度θが小さくなり、透明ガラス基板に対して低い角度から入射する光を受光素子の背面側へ反射させることができる。また図９のように、透明ガラス基板に対して斜めから入射する光も受光素子の背面側へ反射させることができる。

図１０及び図１１は、凸部先端における平坦部の長さが長い反射材と低角入射光の反射軌道を示す図である。図１０のとおり平坦部の長さＬ２は長いので、反射材の反射面の傾斜角度θが大きくなり、透明ガラス基板に対して低い角度から入射する光を受光素子の背面側へ反射させにくくなる。また図１１のように、透明ガラス基板に対して斜めから入射する光も受光素子の背面側へ反射させにくくなる。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、反射材の凹凸部の成型工程を示す図である。図１２（ａ）はプレス加工による反射材の成型工程を示し、ロール３１にまかれた反射材素材３０は、ロール３１から引き出されプレス機３３に導入されるときに切断手段３２で切断される。プレス機３３において反射材素材３０がプレスされ、凹凸部が形成されることによって成型品２０となる。

図１２（ｂ）はギアロール加工による反射材の成型工程であり、ロール３１にまかれた反射材素材３０はロール３１から引き出されながらギア３４で凹凸部が形成される。その後、切断手段３２で切断され成型品２０となる。また、図１２（ｃ）はベンダー加工による反射材の成型工程を示す図であり、切断済み材料３０’はプレスブレーキ３５で凹凸部が形成され成型品２０となる。

図１３は本発明の実施例である太陽電池モジュール１０ａの寸法を示す構成図及び反射材２ａの一部の断面図である。太陽電池モジュール１０ａの寸法は、受光素子（セル）の幅Ｗが１５ｍｍ、モジュールピッチ幅Ｐが３０ｍｍ、受光素子１と反射材２ａの距離Ｃが１．０ｍｍ、透明ガラス基板３と受光素子１の距離Ｄが１．２ｍｍ、反射材２ａの凹部の高さＥが４．０ｍｍ、反射材２ａの反射面の傾斜角θが２８．０°、平坦部Ａの長さＬが２．５ｍｍである。

反射材２ａは金属基板２１を２つのＰＥＴ樹脂層２２が挟み、背面側にはフッ素コーティング層２５を有する。一方、表面側にはＡｇフィルム層２３、ＥＶＡフィルム層２４が積層されている。上記各層間には接着層２６が積層されている。

以上のように、本実施形態によれば耐衝撃性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。

１・・・受光素子、２・・・反射材、３・・・透明ガラス基板、４・・・光透過性層、１０・・・太陽電池モジュール

Claims (3)

1. 受光素子の背面側に光を反射させる反射材を設けた太陽電池モジュールにおいて、
   前記受光素子は表面側及び背面側から受光し、
   前記反射材は凹部及び凸部を有し、
   前記凸部が前記受光素子の背面側に向けて突出し、その先端が応力を緩和させる平坦部である、太陽電池モジュール。
2. 前記受光素子の幅に対する前記平坦部の長さの割合が０．１〜０．８である、請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記受光素子の幅に対する前記平坦部の長さの割合が０．１〜０．３である、請求項１記載の太陽電池モジュール。

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