JP5812883B2

JP5812883B2 - 太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽電池アレイ

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Publication number: JP5812883B2
Application number: JP2012013407A
Authority: JP
Inventors: 山下　満雄; 満雄山下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2032-01-25
Also published as: JP2013153078A

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽電池アレイに関する。

近年の環境保護の気運の高まりに伴い、環境負荷の少ないエネルギー源が注目されており、様々な環境の場所に太陽電池モジュールが設置されている。このような太陽電池モジュールは、例えば、砂塵のような異物が受光面に堆積すると、太陽電池モジュールの受光面積が減少し、その結果、太陽電池モジュールの発電効率が低下する場合がある（例えば、非特許文献１参照）。

オマーンにおける砂塵の影響による太陽電池モジュールの出力変化平成２１年電気学会電力・エネルギー大会論文

非特許文献１には、太陽電池モジュールの設置角度を大きくしても、太陽電池モジュールの受光面に堆積した砂塵が除去されにくく、発電効率を維持できないことが示されている。太陽電池モジュールの受光面に砂塵が付着する原因の一つとして、静電気によるクーロン力が考えられる。砂塵が静電気を帯びるメカニズムは諸説ある。例えば、上空に吹き上げられた砂塵がマイナスイオンに帯電した空気中を通過することでマイナスに帯電する説がある。また、例えば、砂粒同士が衝突したときに、小さい方の砂粒が強く加熱され静電気を帯電する説等がある。

本発明の目的の一つは、静電気による吸着力を低減して、砂塵等の堆積物を受光面から効率良く除去できる太陽電池モジュールを提供することである。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、受光面を有する太陽電池パネルと、前記受光面上に設けられた透光性導電層と、前記太陽電池パネルの周囲に設けられた、導電部を有する固定部材と、前記透光性導電層に電気的に接続された、交流電圧を印加する電圧印加手段とを備えている。そして、本実施形態において、前記透光性導電層は、前記固定部材の前記導電部に電気的に接続されている。

本実施形態に係る太陽電池モジュールによれば、太陽電池パネルの受光面上に設けられた透光性導電層が固定部材の導電部に電気的に接続されているため、受光面に生じた静電気が固定部材に移動しやすくなる。これにより、太陽電池パネルの受光面と砂塵等の堆積物との間に生じ得るクーロン力が低減される。その結果、太陽電池パネルの受光面に砂塵等が堆積しにくくなることで当該受光面から堆積物が除去され、発電効率が維持され得る。

本発明の第１参考例に係る太陽電池モジュールを示す図面であり、図１（ａ）は太陽電池モジュールを受光面側から見た平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＢ部の拡大図である。図１に示す太陽電池モジュールの太陽電池パネルの構造を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る太陽電池アレイを示すものであり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ’断面を示す断面図である。本発明の第２参考例に係る太陽電池モジュールを示す図面であり、図４（ａ）は太陽電池モジュールを受光面側から見た平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’断面を示す断面図である。本発明の第３参考例に係る太陽電池モジュールを示す図面であり、図１（ｃ）に相当する位置を示す断面図である。本発明の第４参考例に係る太陽電池モジュールを示す図面であり、図１（ｃ）に相当する位置を示す断面図である。本発明の第５参考例に係る太陽電池モジュールを示す図面であり、図１（ｃ）に相当する位置を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを示す模式図である。本発明の第６参考例に係る太陽電池モジュールを示す図面であり、図１（ｃ）に相当する位置を示す断面図である。本発明の第７参考例に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。本発明の他の実施形態に係る太陽電池アレイを示す模式図である。

以下、本発明の太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイの実施形態および参考例につ
いて、図面を参照しつつ説明する。

＜第１参考例＞
太陽電池モジュール１ａは、図１に示すように、太陽電池パネル２を備えている。太陽電池パネル２は、図２に示すように、受光面２ａ側から順に、基体３と、充填材４と、複数の太陽電池セル５と、充填材４と、裏面保護フィルム６とを備える。さらに、太陽電池パネル２の非受光面２ｂに端子ボックス７が設けられている。さらに、太陽電池パネル２は、複数の太陽電池セル５を電気的に接続するインナーリード８を備えている。なお、以下の説明において、太陽電池パネルの受光面および非受光面は、太陽電池モジュールまたは太陽電池アレイの受光面および非受光面を指す場合がある。

基体３は、太陽電池パネル２において、光が入射する受光面側に配置されている。本参考例において、基体３は、透光性基板３ａおよび透光性導電層３ｂを有している。

透光性基板３ａは、光を透過しつつ充填材４および太陽電池セル５等を保護する機能を有する。そのため、透光性基板３ａには、高い透明性と高い強度が求められる。このような透光性基板３ａには、例えば、強化ガラスを用いることができる。また、透光性基板３ａには、例えば、青板ガラス等のガラス材料、ポリカーボネート樹脂もしくはアクリル樹脂等の樹脂材料、またはポリエステル樹脂もしくはフッ素樹脂等の高分子フィルムを用いてもよい。

透光性導電層３ｂは、透光性基板３ａの受光面側（太陽電池パネル２の受光面）に形成される。透光性導電層３ｂは、例えば、ＳｎＯ_２（酸化スズ）またはＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を主成分とする材料を用いることができる。これらの材料であれば、比較的低温で形成できるため、透光性基板３ａに対する熱の影響を低減できる。また、透光性導電層３ｂには、例えば、Ｉｎ_２Ｏ_３（酸化インジウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）またはＡＴＯ（アンチモンをドープした酸化スズ）等を用いることができる。透光性導電層３ｂの表面抵抗は、５００Ω／ｃｍ^２以下であるとよい。これにより、透光性導電層３ｂが後述する固定部材９の導電部と導通しやすくなる。このような透光性導電層３ｂの厚みは、２０ｎｍ〜１２０ｎｍであればよい。これにより、抵抗が低減されつつ透明性が確保しやすい。
また、透光性導電層３ｂの厚みは、４０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。このような透光性導電層３ｂは、例えば、上記材料の原料液を透光性基板３ａ上に塗布した後、乾燥させることで形成できる。また、塗布方法は、例えば、スプレー法、スピンコート法、刷毛塗り法、スクリーン印刷法またはディップコート法等を用いることができる。

充填材４は、太陽電池セル５を封止する機能を有している。そのため、充填材４は、太陽電池セル５の受光面および非受光面をそれぞれ覆うように配置される。すなわち、充填材４は、太陽電池セル５を挟み込むように封止している。このような充填材４には、例えば、架橋剤を添加したエチレンビニルアセトレート（ＥＶＡ）等の熱硬化性樹脂を用いることができる。

太陽電池セル５は、入射された光を電気に変換する機能を有している。このような太陽電池セル５は、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等を含む平板状のシリコン基板を有している。また、太陽電池セル５は、シリコン基板の受光面および非受光面にそれぞれ出力を取り出す電極（図示なし）が設けられている。このような電極には、例えば、銀またはアルミニウムが用いられる。

裏面保護フィルム６は、太陽電池パネル２の裏面を保護する機能を有している。このような裏面保護フィルム６には、例えば、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、あるいは、これらを２種以上積層した樹脂を用いることができる。

端子ボックス７は、出力を外部に取り出す機能を有している。端子ボックス７は、太陽電池パネル２の非受光面２ａ側の裏面保護フィルム６の表面に接着されている。この端子ボックス７内には、太陽電池セル５と電気的に接続された一対の端子と、該端子にそれぞれ電気的に接続されたケーブルとが配置されている。このケーブルは、太陽電池セル５で発電された電気を外部に導出するものである。また、端子には、電流の逆流を防止するバイパスダイオードが接続されていてもよい。

インナーリード８は、隣り合う太陽電池セル５同士を電気的に接続する機能を有している。インナーリード８は、隣り合う太陽電池セル５において、一方の太陽電池セル５の受光面の電極と、他方の太陽電池セル５の非受光面の電極とを電気的に接続している。これにより、複数の太陽電池セル５が直列に接続されるようになり、高い電圧を得ることができる。このようなインナーリード８には、例えば、半田が被覆された銅箔等を用いることができる。

また、太陽電池モジュール１ａは、太陽電池パネル２の周囲に固定部材９が設けられている。固定部材９は、太陽電池パネル２の外周を固定する機能を有する。そして、固定部材９は、少なくとも一部に導電部を有している。このような固定部材９は、例えば、押出金型等でアルミニウムをレール状に加工し、表面をアルマイト処理して形成される。また、固定部材９は、太陽電池パネル２と係合する係合部９ａを有する。さらに、係合部９ａは、太陽電池パネル２の受光面２ａ、すなわち、透光性導電層３ｂと相対する部分のアルマイト処理で形成された酸化膜が除去されている。この酸化膜が除去された部位は、固定部材９の導電部が露出している部分に相当する。そして、固定部材９の導電部は、透光性導電層３ｂと電気的に接続される。

このように、太陽電池モジュール１ａでは、透光性導電層３ｂが固定部材９の導電部に電気的に接続されているため、太陽電池パネル２の受光面２ａに生じた静電気が固定部材９の導電部に移動しやすくなる。これにより、太陽電池パネル２の受光面２ａと砂塵等の堆積物との間に生じ得るクーロン力が低減される。その結果、太陽電池パネル２の受光面
２ａに砂塵等が堆積しにくくなることで受光面２ａから堆積物が除去されやすくなる。よって、発電効率が維持され得る。

なお、固定部材９は、図１に示すような枠状体に限られるものではなく、太陽電池パネル２の周囲を部分的に固定する部材であってもよい。すなわち、固定部材９は、フレームレス型の太陽電池モジュールにも用いることができる。また、固定部材９は、透光性導電層３ｂと電気的に接続される導電部が部分的に設けられていればよい。そのため、例えば、固定部材９は、導電部に相当する導電性を有する金属部材と、絶縁性を有する樹脂部材とを組み合わせて形成されたものであってもよい。

次に、太陽電池モジュール１ａを用いてなる太陽電池アレイ１２について説明する。太陽電池アレイ１２は、図３に示すように、複数の太陽電池モジュール１ａと、架台１１を有している。

架台１１は、太陽電池モジュール１ａにおける太陽電池パネル２の受光面２ａの裏面（非受光面）側から太陽電池モジュール１ａを支持する機能を有している。太陽電池アレイ１２では、複数の太陽電池モジュール１ａが所定の角度で傾斜するように架台１１に固定されている。このような架台１１には、例えば、溶融亜鉛メッキした鋼材またはアルミニウム合金等が用いられる。

そして、太陽電池アレイ１２は、架台１１を介して太陽電池モジュール１ａがアースされている。このとき、架台１１は、太陽電池モジュール１ａの透光性導電層３ｂと電気的に接続されている。このような構成は、例えば、固定部材９および架台１１を導電性の材料で形成するとともに、固定部材９が架台１１に電気的に接触するように太陽電池モジュール１ａを配置すればよい。そして、架台１１を地面等に設置すれば、太陽電池アレイ１２を容易にアースすることができる。これにより、太陽電池パネル２の受光面２ａで発生した静電気をより効率良く除去できる。

＜第２参考例＞
本発明の第２参考例に係る太陽電池モジュール１ｂは、図４に示すように、透光性導電層３ｂと固定部材９の導電部とを電気的に接続する導電性部材１０が設けられている点で第１参考例と相違する。

導電性部材１０は、その一端が固定部材９の導電部にネジ等で電気的に接続した状態で固定されている。また、導電性部材１０は、その他端が透光性導電層３ｂに接触している。これにより、太陽電池パネル２の受光面２ａ（透光性導電層３ｂの受光面）で生じた静電気が導電性部材１０を介して固定部材９に移動しやすくなる。その結果、太陽電池パネル２の受光面２ａに砂塵等が堆積しにくくなることで受光面２ａから堆積物が除去されやすくなる。

このように、本参考例では、導電性部材１０を設けるという簡易な構成で堆積物を除去できる。また、図４に示すように、導電性部材１０は複数設けられてもよい。これにより、太陽電池パネル２の所望の部位における透光性導電層３ｂと固定部材９とを電気的に接続しやすくなる。その結果、太陽電池パネル２の所望の部位で発生する静電気を効率良く低減できる。それゆえ、太陽電池モジュール１ｂの太陽電池パネル２の広範囲にわたって、より堆積物が除去されやすくなる。

導電性部材１０には、例えば、銅合金、アルミニウム合金、ステンレスまたは炭素繊維等を用いることができる。

＜第３参考例＞
次に、本発明の第３参考例に係る太陽電池モジュール１ｃについて説明する。太陽電池モジュール１ｃは、図５に示すように、透光性導電層３ｂの上に撥水性材料よりなる撥水層３ｃを設けた点で上述の参考例と相違する。

撥水層３は、太陽電池パネル２の受光面２ａに堆積する雨水等を受光面２ａから除去する機能を有する。これにより、雨水等に含まれる砂塵の堆積を低減できる。その結果、受光面の遮光によって生じ得る受光面積の低下を小さくし、発電効率の低下をより小さくできる。

本参考例において、撥水層３ｃは、撥水層３ｃに対する水滴の接触角が７０°以上のものを指す。撥水層３ｃには、例えば、フッ素樹脂またはシリコン樹脂等、撥水性および透明性を有する樹脂材料を用いることができる。また、このような撥水層３ｃは、例えば、透光性導電層３ｂ上に原料液をスプレーするスプレー法等を用いて形成できる。

また、上記したフッ素樹脂およびシリコン樹脂は、摩擦帯電列によれば、マイナスに帯電しやすい側に位置する。静電気の発生の仕組みは、摩擦帯電または流動帯電等がある。そのため、例えば、上述の撥水層３ｃ上を空気が流動することによって、撥水層３ｃがマイナスに帯電しやすくなる。しかし、透光性導電層３ｂと積層することで、透光性導電層３ｂを介して撥水層３ｃの帯電で生じた電荷を低減できる。このとき、導電性部材１０を撥水層３ｃと接触するように配置すれば、より電荷を低減しやくなる。

また、透光性導電層３ｂと導電性部材１０とを電気的に接続しやすくするために、撥水層３ｃを部分的に形成しない領域を設け、導電性部材１０が当該領域上に位置する透光性導電層３ｂに当接できるようにするとよい。

＜第４参考例＞
次に、本発明の第４参考例に係る太陽電池モジュール１ｄについて説明する。太陽電池モジュール１ｄは、図６に示すように、撥水層３ｃに代えて親水性材料よりなる親水層３ｄを設けた点で第３参考例と相違する。

降雨が若干多い地域では、太陽電池モジュール１ｄ上の水分で降砂が凝集し、乾燥後に斑状の汚れとなり、発電効率を落とす場合がある。このとき、本実施形態のような親水層３ｄを設ければ、親水層３ｄ上に付着した水分が広がりやすくなり、降砂が凝集しにくくなる。それゆえ、上述したような斑状の汚れが発生しにくくなる。また、濡れ広がった水分は、親水層３ｄと砂塵との間に潜り込み、透光性基板３ａに付着した砂塵を洗い流すこともできる。その結果、受光面積の低下による太陽電池モジュールの発電効率の低下が小さくなる。

降雨が若干多い地域では、太陽電池モジュール１ｄ上の水分で降砂が凝集し、乾燥後に斑状の汚れとなり、発電効率を落とす場合がある。このとき、本参考例のような親水層３ｄを設ければ、親水層３ｄ上に付着した水分が広がりやすくなり、降砂が凝集しにくくなる。それゆえ、上述したような斑状の汚れが発生しにくくなる。また、濡れ広がった水分は、親水層３ｄと砂塵との間に潜り込み、透光性基板３ａに付着した砂塵を洗い流すこともできる。その結果、受光面積の低下による太陽電池モジュールの発電効率の低下が小さくなる。

＜第５参考例＞
次に、本発明の第５参考例に係る太陽電池モジュール１ｅについて説明する。太陽電池モジュール１ｅは、図７に示すように、太陽電池パネル２の端部に位置する透光性導電層３ｂと固定部材９との間に、導電性部材に相当する緩衝材１３を設けた点で上述の実施形態と相違する。すなわち、本参考例では、緩衝材１３が第２参考例で示した導電性部材１０の役割を兼ねている。これにより、本参考例では、透光性導電層３ｂと固定部材９とが緩衝材１３を介して電気的に接続されている。そのため、太陽電池モジュール１ｅでは、固定部材９の係合部９ａのアルマイト処理で形成された酸化膜の一部を除去した領域を形成し、固定部材９の導電部に相当する当該領域と透光性導電層３ｂとを緩衝材１３を介して電気的に接続している。

本参考例では、緩衝材１３を用いることで、砂塵が引っ掛かるような突出部（例えば、第２参考例のような導電性部材１０）が配されないため、砂塵の堆積をより低減できる。このような緩衝材１３には、例えば、アルミニウム粉を混練したブチルゴムが用いられる。また、緩衝材１３は、ゴムなどの樹脂部と、該樹脂部をアルミニウム箔などの金属部で被覆した構成であってもよい。これにより、高温の環境で使用した場合であっても固定部材９からの緩衝材１３のはみ出しを低減できる。

＜本発明の一実施形態＞
次に、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール１ｆについて説明する。太陽電池モジュール１ｆは、図８に示すように、太陽電モジュール１ｆの透光性導電層３ｂに電気的に接続された、電圧印加手段に相当する供給部１４を有している点で上述の実施形態と相違する。

本実施形態では、透光性導電層３ｂに電圧を印加することによって、透光性導電層３ｂに電界を発生させることができる。これにより、透光性導電層３ｂと帯電した砂塵との間で反発力を生じさせることができる。これにより、砂塵等が太陽電池モジュール１ｆから除去しやすくなる。

供給部１４は、交流電圧を印加している。これにより、透光性導電層３ｂに発生する電界の方向を変化させることができるため、砂塵等がプラスおよびマイナスのいずれに帯電している場合であっても、砂塵等に対する反発力を発生させることができる。

＜第６参考例＞
次に、本発明の第６参考例に係る太陽電池モジュール１ｇについて説明する。太陽電池モジュール１ｇは、図９に示すように、透光性導電層３ｂに電気的に接続されたアース部材１５を有している点で上述の参考例と相違する。なお、太陽電池モジュール１ｇにおいて、アース部材１５は、導電性部材１０を介して電気的に接続されている。

本参考例では、アース部材１５を有しているため、太陽電池モジュール１ｇの太陽電池パネル２の受光面２ａで生じた静電気を容易に除去できる。このアース部材１５は、例えば、導線部１５ａおよびアース部１５ｂを備えている。導線部１５ａには、例えば、銅等が用いられる。また、アース部１５ｂは、地面等に接地される部位であり、例えば、ステンレス棒等で構成される。

なお、本参考例は、１つの太陽電池モジュール１ｇに対して１つのアース部材１５を設けているが、複数の太陽電池モジュールに対して１つのアース部材を設けるような構成であってもよい。また、このようなアース部材１５は、架台に設けてもよい。

＜第７参考例＞
次に、本発明の第７参考例に係る太陽電池モジュール１ｈについて説明する。太陽電池モジュール１ｈは、図１０に示すように、透光性基板３ａが、透光性導電層３ｂ側から第１透光性基板３ａ１、第２透光性基板３ｂ２の順で積層された構造を有している点で上
述した実施形態および参考例と相違する。

また、本参考例において、第１透光性基板３ａ１は、固定部材９に対して着脱可能に取り付けられている。これにより、太陽電池モジュール１ｈを長期間使用した場合、透光性導電層３ｂ等が砂塵による擦過によって摩耗した場合、第１透光性基板３ａ１を交換することができる。これにより、透光性基板３ａの透光性を容易に回復できる。また、砂塵等が大量に堆積した場合、第１透光性基板３ａ１を取り外して、堆積した砂塵等を除去することもできる。

以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。例えば、本発明の他の実施形態は、上述した実施形態および参考例の如何なる組合せであってもよい。また、本発明を適用できる太陽電池モジュールとしては、上述の実施形態で説明したスーパーストレート構造のものに限られるものではなく、ガラスパッケージ構造またはサブストレート構造などの種々の構造のものに適用可能である。また、太陽電池セル５には、例えば、薄膜太陽電池、カルコパイライト系太陽電池（例えば、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２）、ＣＩＳＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）_２およびＣＩＳ（ＣｕＩｎＳ_２）などを含む）、ＣｄＴｅ太陽電池または結晶シリコン基板上に薄膜アモルファスを形成した太陽電池等を用いてもよい。

また、太陽電池アレイは、図１１に示すように、太陽電池モジュール１の傾斜角度が調整可能な架台１６に設置してもよい。このような形態では、複数の太陽電池アレイがある場合、太陽電池アレイの系統ごとの出力を検出し、偏りがある場合に砂塵等の堆積があるものと判断して、太陽電池モジュール１の角度を調整し、太陽電池パネル２の受光面２ａが地面を向くように調整することができるものである。これにより、砂塵等がより除去されやすい。

１、１ａ〜１ｈ：太陽電池モジュール
２：太陽電池パネル
２ａ：受光面
２ｂ：非受光面
３：基体
３ａ：透光性基板
３ａ１：第１透光性基板
３ａ２：第２透光性基板
３ｂ：透光性導電層
３ｃ：撥水層
３ｄ：親水層
４：充填材
５：太陽電池セル
６：裏面保護フィルム
７：端子ボックス
８：インナーリード
９：固定部材
９ａ：係合部
１０：導電性部材
１１、１６：架台
１２：太陽電池アレイ
１３：緩衝材
１４：供給部
１５：アース部材

Claims

受光面を有する太陽電池パネルと、
前記受光面上に設けられた透光性導電層と、
前記太陽電池パネルの周囲に設けられた、導電部を有する固定部材と、
前記透光性導電層に電気的に接続された、交流電圧を印加する電圧印加手段とを備えており、
前記透光性導電層は、前記固定部材の前記導電部に電気的に接続されている、太陽電池モジュール。
前記透光性導電層および前記固定部材の前記導電部を互いに電気的に接続する導電性部材をさらに備えた、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記透光性導電層上に撥水層をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
前記透光性導電層上に親水層をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
前記導電性部材は、前記太陽電池パネルと前記固定部材との間に位置する緩衝材を兼ねている、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
前記緩衝材は、樹脂部と該樹脂部を被覆する金属部とからなる、請求項５に記載の太陽電池モジュール。
前記透光性導電層に電気的に接続されたアース部材をさらに備えた、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池パネルは、前記透光性導電層側から第１透光性基板および第２透光性基板が積層された透光性基板を有しており、
前記第１透光性基板は、前記固定部材に対して着脱可能に取り付けられている、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の複数の太陽電池モジュールと、
前記太陽電池パネルの前記受光面の裏面側から前記太陽電池モジュールを支持する架台と
を備えた太陽電池アレイであって、
前記太陽電池モジュールは、前記架台を介してアースされている、太陽電池アレイ。