JP2014197601A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】出力特性が改善された太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】隣接して配置される第１の太陽電池ストリング１２と第２の太陽電池ストリング１１との間で、第１の接続部材１２ａと第２の接続部材１１ａとを電気的に接続する渡りタブ３０とを備える太陽電池モジュールであって、渡りタブ３０は、第１の接続部材１２ａと第１の接続位置で接続され、第２の接続部材１１ａと第２の接続位置で接続され、第２の接続部材１１ａに近い側の第１の接続部材１２ａの端部から第１の接続位置までの距離を、第１の接続部材１２ａの横方向の長さを１として規格化した値Ｄが、第１の接続部材１２ａの導体部の有効断面積（横方向に垂直な面での断面積：単位ｍｍ２）をＡとしたとき、以下の式（１）で表されるＰの値の?０.２の範囲内（但し０．５以上を除く）である。Ｐ＝−０．３５３Ａ＋０．５１４（Ａは、１．４５＞Ａ≧０．０４）…（１）【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュールは、太陽電池を縦方向及び横方向に配置し、各太陽電池セルを電気的に接続することにより構成されている。特許文献１では、縦方向に配列した複数の太陽電池を電気的に接続した太陽電池ストリング同士を、横方向に配置した渡りタブで電気的に接続した太陽電池モジュールが開示されている。

特開２０１２−９６８１号公報

太陽電池ストリング同士を電気的に接続する方法として、フレキシブルプリント配線（ＦＰＣ）を用いることが検討されている。ＦＰＣを太陽電池ストリングの端部に位置する太陽電池の電極に電気的に接続し、隣り合う太陽電池ストリングのＦＰＣ間を渡りタブで電気的に接続することが考えられる。このような場合において、渡りタブをどのように接続すれば、出力特性が改善されるかについて、従来は十分に検討されていない。

本発明の目的は、出力特性が改善された太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明は、縦方向に配列された複数の太陽電池を電気的に接続した第１の太陽電池ストリング及び第２の太陽電池ストリングと、第１の太陽電池ストリングの端部に位置する太陽電池の電極と電気的に接続された第１の接続部材と、第２の太陽電池ストリングの端部に位置する太陽電池の電極と電気的に接続された第２の接続部材と、横方向に互いに隣接して配置される第１の太陽電池ストリングと第２の太陽電池ストリングとの間で、第１の接続部材と第２の接続部材とを電気的に接続する渡りタブとを備える太陽電池モジュールであって、渡りタブは、第１の接続部材と第１の接続位置で接続され、第２の接続部材と第２の接続位置で接続されており、第２の接続部材に近い側の第１の接続部材の端部から第１の接続位置までの距離を、第１の接続部材の横方向の長さを１として規格化した値Ｄが、第１の接続部材の導体部の有効断面積（横方向に垂直な面での断面積：単位ｍｍ^２）をＡとしたとき、以下の式（１）で表されるＰの値の±０.２の範囲内（但し０．５以上を除く）である。

Ｐ＝−０．３５３Ａ＋０．５１４（Ａは、１．４５＞Ａ≧０．０４）…（１）

本発明によれば、出力特性が改善された太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の一実施形態の太陽電池モジュールを示す模式的平面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池モジュールにおける太陽電池の裏面を示す模式的平面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池モジュールの端部を拡大して示す模式的平面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池モジュールにおける第１の接続部材及び第２の接続部材並びにそれらの間に配置される渡りタブを示す模式的平面図である。 参考例の太陽電池モジュールにおける第１の接続部材及び第２の接続部材並びにそれらの間に配置される渡りタブを示す模式的平面図である。 参考例の太陽電池モジュールにおける第１の接続部材及び第２の接続部材並びにそれらの間に配置される渡りタブを示す模式的平面図である。 第１の接続部材の端部から第１の接続位置までの距離Ｄを説明するための模式的平面図である。 第１の接続部材の導体部を示す模式的平面図である。 第１の接続部材が太陽電池の電極に電気的に接続された状態を示す模式的断面図である。 第１の接続部材の導体部の有効断面積が０．４９ｍｍ^２である場合の距離Ｄと抵抗損失との関係を示す図である。 第１の接続部材の導体部の有効断面積と距離Ｄとの関係を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

図１は、本発明の一実施形態の太陽電池モジュールを示す模式的平面図である。図１に示されるように、太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池２０を備えている。縦方向（ｘ方向）に配列された複数の太陽電池２０は、配線材２８によって電気的に接続されて、太陽電池ストリング１０〜１５が構成されている。なお、本発明において、「縦方向」は、太陽電池ストリング内の太陽電池が配列している方向である。また、「横方向」は、縦方向と略垂直な方向である。

図２は、本発明の一実施形態の太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。図２に示されるように、複数の太陽電池２０は、第１の保護部材２５と第２の保護部材２６の間に充填された充填材層２７中に配置されている。第１の保護部材２５は、例えば、ガラス板、樹脂板、セラミック板等により構成することができる。第２の保護部材２６は、樹脂シート、金属層や無機酸化物層などのバリア層を有する樹脂シート、ガラス板、樹脂板、セラミック板等により構成することができる。充填材層２７は、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の架橋性樹脂やポリオレフィンなどの非架橋性樹脂により構成することができる。

図２に示されるように、太陽電池２０は、受光面２０ａ及び裏面２０ｂを有する。太陽電池２０は、受光面２０ａが第１の保護部材２５側を向くように配置されており、裏面２０ｂが第２の保護部材２６側を向くように配置されている。なお、受光面とは、太陽電池の一対の主面のうち、主として受光する側の主面であり、他方の主面が裏面である。

図３は、本発明の一実施形態の太陽電池モジュールにおける太陽電池の裏面を示す模式的平面図である。図３に示されるように、太陽電池２０の裏面２０ｂには、第１の電極２１と第２の電極２２とが設けられている。第１の電極２１は、複数のフィンガー部２３ａと、バスバー部２４ａとを有している。第２の電極２２は、複数のフィンガー部２３ｂと、バスバー部２４ｂとを有している。隣り合う太陽電池２０間で、バスバー部２４ａとバスバー部２４ｂとを配線材２８で電気的に接続することにより、太陽電池ストリングが構成されている。

図１を参照して、太陽電池モジュール１をさらに詳細に説明する。６列の太陽電池ストリング１０〜１５は、順次、横方向(ｙ方向)に配置されている。各太陽電池ストリングの端部に位置する太陽電池の電極には、ＦＰＣからなる接続部材が電気的に接続されている。具体的には、太陽電池ストリング１０の縦方向（ｘ方向）の一方端に位置する太陽電池２０の電極には、接続部材１０ａが電気的に接続されており、縦方向の他方端に位置する太陽電池２０の電極には、接続部材１０ｂが電気的に接続されている。同様に、太陽電池ストリング１１〜１５においても、縦方向の一方端に位置する太陽電池２０の電極には、接続部材１１ａ〜１５ａがそれぞれ電気的に接続されており、縦方向の他方端に位置する太陽電池２０の電極には、接続部材１１ｂ〜１５ｂがそれぞれ電気的に接続されている。

横方向に互いに隣接して配置される太陽電池ストリングの接続部材間は、渡りタブにより電気的に接続されている。具体的には、接続部材１１ａと１２ａの間、接続部材１３ａと１４ａの間、接続部材１０ｂと１１ｂの間、接続部材１２ｂと１３ｂの間、接続部材１４ｂと１５ｂの間が、渡りタブ３０によって電気的に接続されている。

横方向の一方端に位置する太陽電池ストリング１０の接続部材１０ａには、出力配線４１が電気的に接続されている。それに対し、横方向の他方端に位置する太陽電池ストリング１５の接続部材１５ａには、出力配線４２が電気的に接続されている。

また、縦方向の一方端において、渡りタブ３０により接続された隣接する太陽電池ストリングの一方の接続部材には、出力配線が接続されている。具体的には、太陽電池モジュール１の横方向の一方端から３番目に位置する太陽電池ストリング１２の接続部材１２ａ及び横方向の一方端から４番目に位置する太陽電池ストリング１３の接続部材１３ａには、それぞれ出力配線４３及び４４が電気的に接続されている。出力配線４１〜４４の端部を外部端子に電気的に接続することにより、太陽電池モジュール１からの出力を取り出すことができる。なお、本実施形態において、電気的な接続は、半田などを用いて行っている。

図４は、本発明の一実施形態の太陽電池モジュールの端部を拡大して示す模式的平面図である。図４に示すように、出力配線４１〜４４と太陽電池２０の電極との間には、絶縁シート５０が設けられている。本実施形態では、出力配線４１〜４４の端部に、一点鎖線で示す絶縁被覆５１が挿入されている。これにより、一点鎖線で示す領域５２に絶縁シート５０を設ける必要がなくなる。

太陽電池ストリング１１の接続部材１１ａと、太陽電池ストリング１２の接続部材１２ａは、渡りタブ３０で接続されている。以下、太陽電池ストリング１２を第１の太陽電池ストリング、太陽電池ストリング１１を第２の太陽電池ストリング、接続部材１２ａを第１の接続部材、接続部材１１ａを第２の接続部材として、説明する。

図５は、本発明の一実施形態の太陽電池モジュールにおける第１の接続部材及び第２の接続部材並びにそれらの間に配置される渡りタブを示す模式的平面図である。図５に示すように、渡りタブ３０は、第１の接続部材１２ａの第１の接続位置３１に接続されている。また、渡りタブ３０は、第２の接続部材１１ａの第２の接続位置３２に接続されている。第１の接続位置３１は、第１の接続部材１２ａの第２の接続部材１１ａに隣接する一方の端部１２ｄと、他方の端部１２ｃとの間に位置している。第２の接続位置３２は、第２の接続部材１１ａの第１の接続部材１２ａに隣接する一方の端部１１ｃと、他方の端部１１ｄとの間に位置している。

図６に示すように、第１の接続位置３１を第１の接続部材１２ａの端部１２ｄに近づけ、第２の接続位置３２を第２の接続部材１１ａの端部１１ｃに近づける。この場合、渡りタブ３０の長さは短くなる。したがって、渡りタブ３０による抵抗損失は低減することができる。しかしながら、第１の接続位置３１は、第１の接続部材１２ａの端部１２ｃから遠ざかり、第２の接続位置３２は、第２の接続部材１１ａの端部１１ｄから遠ざかる。このため、第１の接続部材１２ａ及び第２の接続部材１１ａによる抵抗損失が増加する。

図７に示すように、第１の接続位置３１を、第１の接続部材１２ａの端部１２ｃと端部１２ｄの間の中間点にし、第２の接続位置３２を、第２の接続部材１１ａの端部１１ｃと端部１１ｄの間の中間点にする。この場合、第１の接続部材１２ａ及び第２の接続部材１１ａによる抵抗損失は低減されるが、渡りタブ３０の長さが長くなる。したがって、渡りタブ３０による抵抗損失が増加する。つまり、渡りタブ３０による抵抗損失と、第１の接続部材１２ａ及び第２の接続部材１１ａによる抵抗損失とは、相反関係にあり、これらの抵抗損失の合計を最も小さくすることができる第１の接続位置３１及び第２接続位置３２が存在する。

図８は、第１の接続部材の端部から第１の接続位置までの距離Ｄを説明するための模式的平面図である。図８に示すように、距離Ｄは、第１の接続部材１２ａの端部１２ｄから渡りタブ３０の第１の接続位置３１までの距離である。なお、第２の接続部材１１ａに対しては、第２の接続部材１１ａの端部１１ｃから距離Ｄ離れた第２の接続位置３２で、渡りタブ３０が、第２の接続部材１１ａと電気的に接続されている。

第１の接続位置３１は、渡りタブ３０と第１の接続部材１２ａとを半田付けする半田付け部３１ａの中心位置である。第２の接続位置３２についても、同様である。

本発明において、距離Ｄは、第１の接続部材１２ａの端部１２ｃから端部１２ｄまでの距離Ｌを１として規格化した値である。

図９は、第１の接続部材の導体部を示す模式的平面図である。図１０は．第１の接続部材が太陽電池の電極に電気的に接続された状態を示す模式的断面図である。図９に示す導体部６３は、図１０に示すように、フレキシブルプリント配線（ＦＰＣ）６０の導体部であり、絶縁体からなる基材６４の上に設けられている。本実施形態において、導体部６３は、銅から形成されている。図９に示すように、導体部６３の先端部には、接続部６１が形成されている。接続部６１は、図１０に示すように、太陽電池２０の裏面２０ｂの電極に、半田等の接着剤によって電気的に接続されている。このため、導体部６３の有効断面積を算出するにあたっては、導体部６３の幅から接続部６１の幅Ｗ２を除いた幅Ｗ１を用いている。本実施形態において、幅Ｗ１は１４ｍｍであり、幅Ｗ２は１ｍｍである。

図９に示すように、導体部６３には、応力緩和のため接続部６１の近傍に、複数の開口部６２が形成されている。この開口部６２は、図１０に示すように、ＦＰＣ６０を折り曲げて太陽電池２０の裏面２０ｂに接続させた際に、ＦＰＣ６０に生じる応力を緩和するためのものである。ＦＰＣ６０は、導体部６３が外側に位置するように折り曲げられており、導体部６３の他方端部には、渡りタブ３０が半田で電気的に接続されている。なお、導体部６３の有効断面積を算出するにあたって、開口部６２の面積が、幅Ｗ１内の導体部６３の面積の２５％以下であれば、開口部６２による影響は無視することができる。

図１１は、距離Ｄと抵抗損失との関係を示す図である。図１１に示す抵抗損失は、渡りタブ３０による抵抗損失と、第１の接続部材１２ａ及び第２の接続部材１１ａによる抵抗損失とを合計した抵抗損失である。図１１に示すように、抵抗損失を最小にする距離Ｐが存在する。なお、抵抗損失を算出するにあたって、導体部６３の厚みを３５μｍとし、図９に示す幅Ｗ１を１４ｍｍとしている。したがって、導体部６３の有効断面積Ａを、０．４９ｍｍ^２として、抵抗損失を算出している。

図１２は、第１の接続部材１２ａの導体部６３の有効断面積Ａと、距離Ｄとの関係を示す図である。直線Ｐは、抵抗損失を最小にする距離Ｐを示している。距離Ｐは、導体部６３の有効断面積Ａに対して、以下の式（１）の関係を有している。

Ｐ＝−０．３５３Ａ＋０．５１４（Ａは、１．４５＞Ａ≧０．０４）…（１）

直線Ｄ１は、Ｐ−０．２を示しており、直線Ｄ２は、Ｐ＋０．２（但し０．５以上を除く）を示している。また、直線Ｄ３は、Ｐ＋０．０５（但し０．５以上を除く）を示している。Ｐ＋０．２及びＰ＋０．０５において、０．５以上を除いている理由は、距離Ｄが０．５以上になると、渡りタブ３０の長さが長くなる上、第１の接続部材１２ａによる抵抗損失が最小となる０．５から遠ざかる結果となり、最適値を得ることができないからである。

本発明における距離Ｄの範囲は、直線Ｄ１と直線Ｄ２とで挟まれる範囲である。距離Ｄの範囲は、好ましくは、直線Ｄ１と直線Ｄ３とで挟まれる範囲である。この好ましい範囲において、上限値をＰ＋０．０５にしている理由は、渡りタブ３０の長さの短い方が好ましいからである。

また、導体部６３の有効断面積Ａは、一般に、０．８≧Ａ≧０．２の範囲であることが好ましい。したがって、距離Ｄは、以下の式（２）で表されるＰの値の＋０．０５〜−０．２の範囲内であることがさらに好ましい。この範囲は、図１２において、クロスハッチングで示す範囲である。

Ｐ＝−０．３５３Ａ＋０．５１４（Ａは、０．８≧Ａ≧０．２）…（２）

第１の接続部材１２ａの端部１２ｄから渡りタブ３０の第１の接続位置３１までの距離Ｄを、本発明の範囲内とすることにより、太陽電池モジュール１の抵抗損失を低減することができ、出力特性を改善することができる。また、第２の接続部材１１ａの端部１１ｃから渡りタブ３０の第２の接続位置３２までの距離も、距離Ｄと同じ範囲内にすることが好ましい。

本実施形態では、接続部材１１ａと１２ａの間に設けられる渡りタブ３０について説明したが、接続部材１３ａと１４ａの間、接続部材１０ｂと１１ｂの間、接続部材１２ｂと１３ｂの間、接続部材１４ｂと１５ｂａの間に設けられる渡りタブ３０についても、同様の接続位置で接続部材に電気的に接続されることが好ましい。

１…太陽電池モジュール
１０〜１５…太陽電池ストリング
１０ａ，１０ｂ…接続部材
１１ａ，１１ｂ…接続部材
１１ｃ，１１ｄ…端部
１２ａ，１２ｂ…接続部材
１２ｃ，１２ｄ…端部
１３ａ，１３ｂ…接続部材
１４ａ，１４ｂ…接続部材
１５ａ，１５ｂ…接続部材
２０…太陽電池
２０ａ…受光面
２０ｂ…裏面
２１…第１の電極
２２…第２の電極
２３ａ，２３ｂ…フィンガー部
２４ａ，２４ｂ…バスバー部
２５…第１の保護部材
２６…第２の保護部材
２７…充填材層
２８…配線材
３０…渡りタブ
３１…第１の接続位置
３１ａ…半田付け部
３２…第２の接続位置
４１〜４４…出力配線
５０…絶縁シート
５１…絶縁被覆
５２…領域
６０…接続部材として用いるＦＰＣ
６１…半田付け部
６２…開口部
６３…導体部
６４…基材

Claims (6)

1. 縦方向に配列された複数の太陽電池を電気的に接続した第１の太陽電池ストリング及び第２の太陽電池ストリングと、
   前記第１の太陽電池ストリングの端部に位置する太陽電池の電極と電気的に接続された第１の接続部材と、
   前記第２の太陽電池ストリングの端部に位置する太陽電池の電極と電気的に接続された第２の接続部材と、
   横方向に互いに隣接して配置される前記第１の太陽電池ストリングと前記第２の太陽電池ストリングとの間で、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材とを電気的に接続する渡りタブとを備える太陽電池モジュールであって、
   前記渡りタブは、前記第１の接続部材と第１の接続位置で接続され、前記第２の接続部材と第２の接続位置で接続されており、前記第２の接続部材に近い側の前記第１の接続部材の端部から前記第１の接続位置までの距離を、前記第１の接続部材の横方向の長さを１として規格化した値Ｄが、前記第１の接続部材の導体部の有効断面積（横方向に垂直な面での断面積：単位ｍｍ^２）をＡとしたとき、以下の式（１）で表されるＰの値の±０.２の範囲内（但し０．５以上を除く）である、太陽電池モジュール。
   Ｐ＝−０．３５３Ａ＋０．５１４（Ａは、１．４５＞Ａ≧０．０４）…（１）
2. 前記第１の接続部材の前記導体部には、開口部が形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記距離Ｄは、前記Ｐの値の＋０．０５〜−０．２の範囲内である、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記Ａが、０．８≧Ａ≧０．２である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記第１の接続部材が、絶縁体からなる基材と、前記基材上に設けられる前記導体部とから構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記第１の接続部材の前記導体部は、銅から形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。

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