JPH0685306A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
に優れた屋根一体型太陽電池モジュールを提供する。 【構成】 金属屋根101上に太陽電池バネル201〜
204が固定された屋根一体型太陽電池モジュールにお
いて、金属屋根と太陽電池パネルが両面テープ301で
固定されている。
Description
ュールに関する。
球の温暖化が生じることが予測され、CO2を排出しな
いクリーンなエネルギーの要求がますます高まってい
る。
射性廃棄物の問題が解決されておらずより安全性の高い
クリーンなエネルギーが望まれている。
の中でも特に太陽電池は、そのクリーンさと安全性と取
り扱い易さから期待が大きい。
多結晶シリコン太陽電池モジュールは、衝撃に弱いた
め、厚いガラス板、および接着剤兼充填剤であるEVA
(エチレン−酢酸ビニル共重合ポリマー)を使用して表
面を保護し、さらにアルミニウム剤などのフレームで保
持している。
太陽電池モジュールも結晶シリコン太陽電池モジュール
同様に厚いガラス板で表面を保護されている。
平方メートルの面積あたり13〜15kgの重量にな
り、屋根に設置する場合には、重量が重いために取扱が
容易ではなく、そればかりではなく、重装な架台を屋根
に設置した上に太陽電池モジュールを設置する必要があ
った。このため、設置時間、設置費用、及び架台コスト
がかかっていた。
ルの中でも、耐候性、耐衝撃性、可とう性に優れている
ことから、基板材にステンレス等の金属基板が用いられ
る。金属基板を用いた太陽電池モジュールは衝撃に強
く、単位面積当たりの重量及び発電電力当たりの重量が
極めて軽いという利点を有しているが、従来は結晶系モ
ジュール同様にアルミフレームで端面を保持し、架台に
設置する方法が取られており、金属基板のモジュ−ルの
本来の軽量さが活かされていなかった。
価で、かつ、信頼性の高い屋根一体型太陽電池モジュー
ルの開発が強く要望されていた。
で、設置が簡単で、安価で、長期信頼性に優れた屋根一
体型太陽電池モジュールを提供することにある。
解決し、上述の目的を達成するものであり、本発明は、
金属屋根上に太陽電池パネルが固定された屋根一体型太
陽電池モジュ−ルにおいて、金属屋根と太陽電池パネル
が両面テ−プで固定されていることを特徴とする屋根一
体型太陽電池モジュールにより達成することができる。
着材とから成ることが好ましく、また、前記両面テープ
の引っ張り強度及び破断伸び率がそれぞれ5kg/cm
2以上及び200%以上であり、両面テープの厚みが
0.5mm以上である方が好ましい。さらに、前記両面
テープの高分子樹脂基体が独立気泡を有するアクリルフ
ォームであることがさらに好ましい。
はステンレス基板上に形成された非晶質シリコン半導体
であることが好ましい。
陽電池パネルが両面テープで固定されているため、従
来、厚いガラス板を有する結晶系太陽電池モジュールや
多結晶系太陽電池モジュール、ガラスを基板とした非晶
質シリコン太陽電池モジュールなどに必要であった、太
陽電池モジュールを設置するための架台が不必要となる
ため、屋根上の太陽電池パネルの重量が架台の分だけ軽
くなり、また、架台を設置するという煩雑な作業をなく
すことができる。
中に占める架台のコストの割合は大きく、場合によって
は、太陽電池パネルのコストよりも架台のコストの方が
高くなってしまうこともあったが、金属屋根と太陽電池
パネルの接合に両面テーブを用いることにより、大幅に
太陽電池モジュールのコストを下げることが可能とな
る。
分子基体を用いることにより、温度変化によって太陽電
池パネルと金属屋根との間に生じる応力を吸収すること
ができ、さらに外部からの衝撃に対してクッションの役
目を果たすことが可能となる。
気泡を有するアクリルフォームであることにより、弾力
性が増し、耐候性にも優れ、さらに、気泡が連通してい
ないため雨等の水分が両面テープの内部へ侵入せず両面
テープ自体の耐久性を増すことができる。
ステンレス基板上に形成された非晶質シリコン半導体を
用いることにより、ガラス板の代わりにフッソ樹脂フィ
ルムのような表面被覆材を採用することが可能となり、
その結果、太陽電池パネルの重量を大幅に軽減できるた
め、両面テープをさらに低減することができ、さらに安
価な屋根一体型太陽電池モジュールを提供することが可
能となる。
を図を参照しながら詳細に説明する。
陽電池パネルを固定した例である。図1(a)は斜視
図、図1(b)は図1(a)の上面図、図1(c)は図
1(a)のA−A’断面図である。
01)〜(204)は太陽電池パネル、(301)は太
陽電池パネルを金属屋根に固定するための両面テープで
ある。(401)は端子取り出し用ジャンクションボッ
クス、(501)は接続用コード、(502)は隣接す
る太陽電池パネルを接続するコネクターである。(60
1)は金属屋根の支持板である。図lにおいて太陽電池
パネルを金属屋根に両面テープで固定する方法は、太陽
電池パネルにあらかじめ両面テープを貼ったあと、各太
陽電池パネルを金属屋根上にローラー等の治具により圧
力を加え行うことができる。また、金属屋根上に先に両
面テープを貼ったあとで太陽電池パネルを貼ることもで
きる。
テープ(301)は、高分子樹脂基体とアクリル系粘着
材からなることが好ましく、両面テープの基体にはポリ
エステルやアクリル、ゴムなどの高分子樹脂基体や布、
紙などがあるが、弾力性、耐久性などを考慮すると高分
子樹脂基体が好ましい。
アクリル系、シリコン系、ポリビニルエーテル系、エポ
キシ系などに分類することができるが、粘着力、対候
性、コスト、長期信頼性を考慮するとアクリル系及びシ
リコン系、ポリビニルエーテル系、エポキシ系粘着材が
好ましく、さらに好ましくはアクリル系及びシリコン系
粘着材である。
接着(強接着)粘着材があるが、太陽電池パネルを屋外
で固定するという目的のためには永久接着用粘着材が好
ましい。
っ張り強度および破断伸び率はそれぞれ5kg/cm2
以上および200%以上であることが好ましい。太陽電
池パネルを金属屋根に固定する場合、金属屋根の熱収縮
率と太陽電池パネルの熱収縮率が異なるため両面テープ
自体がそのひずみを吸収する必要がある。両面テープの
引っ張り強度および破断伸び率が5kg/cm2未満お
よび200%未満だと、金属屋根と太陽電池パネルの熱
伸縮率の違いによるひずみを両面テープが吸収しきれな
くなり、その結果屋外使用による経時により粘着力が弱
まってきて最後には金属屋根と太陽電池パネルがはがれ
てしまう。ここで、引っ張り強度および破断伸び率と
は、ダンベルカッター(JIS3号)にて長さ方向に打
ち抜き、剥離紙をはがして500mm/分にて両面テー
プを引っ張った際の破断時強度及び伸びより求める。
度および破断伸び率と屋外暴露1年後のT型剥離力の保
特率(%)との関係を示した。引っ張り強度が5kg/
cm 2未満、及び破断伸び率が200%未満だと接着力
が低下しているのがわかる。
みは0.5mm以上であることが好ましい。太陽電池パ
ネルおよび金属屋根は平面であるが、局部的には波うっ
ていたり若干厚みが異なっていたりするため、両面テー
プの厚みが0.5mm未満だと部分的に両面テープがつ
かなかったり圧力が均一に伝わらなかったりする。
高分子樹脂基体が独立気泡を有するアクリルフォームで
あることが特に好ましい。アクリルフォームはポリエス
テルやポリプロピレンなどのほかの高分子樹脂基体に比
較して弾力性に冨み、対候性にも優れている。また、独
立気泡を有することにより、水分や湿度が両面テープの
内部に侵入してくることを防ぐことができるため、耐湿
性、長期信頼性に優れた屋根一体型太陽電池モジュール
を達成することができる。
接着する前に、あらかじめ、太陽電池パネル及び金属屋
根表面に前処理を施してもよい。例えば、埃、汚れ、水
分等の除去にIPA(イソプロピルアルコール)やアセ
トンなどの有機溶媒を用いることができる。また、被接
着体の表面エネルギーを増加させ、接着性を上げるため
に弱酸などで表面を荒らす方法や、コロナ放電処理方
法、研磨などで機械的に表面を荒らす方法、シラン系や
アクリル系等のプライマー(下地処理液)を塗布する方
法など必要に応じて選択することができる。
ステンレス基板上に形成された非晶質シリコン半導体で
あることが好ましい。ステンレス基板上に形成された非
晶質シリコン半導体は0.1mm程度の厚みまで薄くす
ることができ、さらに表面被覆材としてガラスを使う必
要がなく、フッソ樹脂フィルムのような表面被覆材を使
用できるため、太陽電池パネル自体の重量はガラスを用
いた太陽電池パネルに比較して1/2〜l/4と大幅に
減少することが可能となる。このような軽量な太陽電池
パネルを用いることにより金属屋根と太陽電池パネルを
接合する両面テープの効果をさらに増すことができ、軽
量で、安価で、長期信頼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。
属は耐候性を有する金属であればとくに限定はなく、例
えば亜鉛鉄板やガルバリウム鋼板などのようなメッキ鋼
板やそれらの上にさらにフッソ樹脂や塩化ビニルなどの
耐候性物質を有した鋼板やチタン、ステンレス鋼板など
がある。また、本発明の金属屋根の工法の種類としては
特に限定はないが、例えば、折版、瓦棒、横葺、波板、
立てはぜ(スタンディングシーム)などがある。
電池パネルは金属屋根に両面テープで固定されるため、
できるだけ軽量が好ましい。このため、本発明に使用す
る太陽電池パネルには機械的強度に優れている導電性基
体上に、光電変換部材として、非晶質シリコン半導体層
を形成した太陽電池素子を用いるのが好ましく、光入射
側の表面層は耐候性のある透光性材料で覆われている。
例えば、フッソ樹脂フィルム/EVA(エチレン−酢酸
ビニル共重合体)の二層構造のもの(光入射側はフッソ
樹脂フィルム)、シリコーン樹脂、フッソ樹脂等が挙げ
られる。
ネルの裏面材には、特に限定はないが、表面エネルギー
(dyne/cm)が大きい材料が好ましい。具体的に
は、両面テープが接着する面の表面エネルギーが30d
yne/cm以上が好ましい。被接着面の表面エネルギ
ーが30dyne/cm未満だと一般に接着しにくくな
る。
ールに使用する太陽電池パネルは、少なくとも一つ以上
の光起電力素子から成り、一例として図5(b)の概略
断面図に示した構成になっている。図5(b)において
(513)は導電性基体、(514)は裏面反射層、
(515)は光電変換部材としての半導体層、(51
6)は透明導電層、(517)は集電電極である。(5
14)の裏面反射層は(513)の導電性基体で兼ねる
こともできる。
ンレス、アルミニウム、銅、チタン、カーボンシート、
亜鉛メッキ鋼板、導電層が形成してあるポリイミド、ポ
リエステル、ポリエチレンナフタライド、エポキシなど
の樹脂フィルムやセラミックス等が挙げられる。
晶質シリコン半導体、結晶シリコン、銅インジウムセレ
ナイドなどの化合物半導体が適当である。非晶質シリコ
ン半導体の場合は、シランガスなどのプラズマCVDに
より形成する。また、多結晶シリコン半導体の場合は、
溶融シリコンのシート化あるいは非晶質シリコン半導体
の熱処理により形成する。
ーム蒸着やスパッタリング、電析(電解液の電気分解に
よる析出)などの方法で形成する。半導体層の構成とし
ては、pin接合、pn接合、ショットキー型接合が用
いられる。該半導体層は少なくとも裏面電極層(51
4)と透明導電層(516)にサンドイッチされた構造
になっている。該裏面電極層(514)には、金属層あ
るいは金属酸化物、あるいは金属層と金属酸化物層の複
合層が用いられる。金属層の材質としては、Ti,A
l,Ag,Niなどが用いられ、金属酸化物層としてZ
nO,TiO2,SnO2などが採用される。上記金属層
および金属酸化物層の形成方法としては抵抗加熱蒸着、
電子ビーム蒸着、スパッタリング法、スプレー法、CV
D法、不純物拡散法などがある。さらに、透明導電層の
上の光起電力によって発生した電流を効率よく集電する
ための、格子(グリッド)上の集電電極(517)の材
料としては、Ti,Cr,Mo,W,Al,Ag,N
i,Cu,Sn及び銀ペーストなどの導電性ペーストが
用いられる。グリッド電極の形成方法にはマスクパター
ンをもちいたスパッタリング、抵抗加熱、CVDなどの
蒸着方法、あるいは全面に金属層を蒸着した後にエッチ
ングしてパタ−ニングする方法、光CVDにより直接グ
リッド電極パターンを形成する方法、グリッド電極のネ
ガパターンのマスクを形成したあとにメッキにより形成
する方法、導電性ぺ−ストを印刷して形成する方法など
がある。導電性ペーストは、通常、微粉末状の金、銀、
銅、ニッケル、カーボンなどをバインダーポリマーと分
散させたものが使用される。上記バインダーポリマーと
しては、ポリエステル、エポキシ、アクリル、アルキ
ド、ポリビニルアセテート、ゴム、ウレタン、フェノー
ルなどの樹脂がある。
て輪送するためのバスバーの材料としてはスズ、あるい
はハンダコーティングした銅、ニッケルなどを用いる。
バスパーのグリッド電極ヘの接続は、導電性接着剤ある
いはハンダでおこなう。
パネル間の電気接続方法に特に限定はなく、使用する太
陽電池モジュールの電圧、電流、電力によって任意にき
めることができる。
01)、(201)と(203)、(203)と(20
4)を直列接続した例である。ここで(401)はジャ
ンクションボックス、(501)はリード線、(50
2)は防水コネクターである。太陽電池パネルの接続方
法はジャンクションボックスなどを用いなくてもよい。
また、太陽電池パネルを金属屋根の空間を利用して接続
コードで接続することもできる。
明はこれらの実施例に眼定されるものではない。
属屋根上に太陽電池パネルを両面テープで固定した例で
ある。
ュールの図である。
あり、太陽電池パネルにはステンレス基板上に作成され
た非晶質シリコン半導体を用いて、両者を完全独立気泡
を有するアクリルフォームにアクリル系永久接着剤が入
った両面テープで接合した例である。
属屋根であり、屋根材は0.4mm厚のガルバリウム鋼
板(55%アルミ−亜鉛合金鉄板)を用いた。また(2
80)は断熱材であり、(281)は母屋、(282)
はアスファルトルーフィングである。また、(220)
はステンレス基板上に作成された非晶質シリコン半導体
素子、(210)は非晶質シリコン半導体素子を樹脂封
止した太陽電池パネル、(230)は完全独立気泡を有
するアクリルフォームにアクリル系永久接着剤がついた
両面テープ、(250)は端子取り出し用ジャンクショ
ンボックス、(260)はリード線、(270)は防水
型コネクターである。
にはフッソ樹脂フィルムを用い、裏面には、フッソ樹脂
フィルムの間にアルミニウム箔がサンドイッチされたよ
うなラミネートフィルムを用いた。なお、裏面のフッソ
樹脂フィルム及び表面のフッソ樹脂フィルムの入射光側
と反対の面には接着性を高めるためにコロナ放電処理が
施されている。
樹脂フィルムと非晶質シリコン半導体素子の間、およ
び、裏面のラミネートフィルムと非晶質シリコン半導体
素子の間にはEVA(エチレンー酢酸ビニル共重合体)
が接着層として充填してあり、これらは真空ラミネート
方法により作成した。
た。
パッタ法によって裏面反射層であるAl/ZnOを形成
したあと、プラズマCVD法によりn型a−Si層、i
型a−Si層、p型微結晶Si層の半導体層を形成し、
次に透明電極層としてのIn 2O3を、O2雰囲気下でI
nを抵抗加熱法で蒸着することによって形成した。さら
に集電電極として銀ペーストをスクリーン印刷してアモ
ルファスシリコン光起電力素子を作成した。
ける方法は、以下の様にして行った。
独立気泡を有するアクリルフォームにアクリル系粘着材
がついた両面テープ(住友3M社製両面テープ=「Y−
4950」)を10kg/cm2の圧力をローラーで加
えて接着させたあと、瓦棒タイプの金属屋根(240)
上に、上記太陽電池パネルを10kg/cm2の圧力を
ローラーでくわえることにより接着した。
mm、引っ張り強度(kg/cm2)及び破断伸び率
(%)がそれぞれ12(kg/cm2)、600(%)
である。
ターで接続した。太陽電池パネルが接着された金属屋根
を設置角度22゜で南面に設置し、屋外暴露試験を行っ
た。
ような金属屋根に0.8mmのガルバリウム鋼板を用い
た瓦棒タイプの折版屋根を用いた。
陽電池パネルに貼りつけた両面テープの位置を示した。
両面テープは太陽電池パネルの裏面材の両端部にのみ貼
りつけた。
にして作成した。 次に、本実施例の太陽電池パネル
(310)の端子取り出しは太陽電池パネルの裏面から
行い、隣接する素子と、フラットケーブル(360)を
用いて接続したあと、シリコン樹脂(370)で取り出
し部を封止した。
施例1と同じ両面テープを図3のように10kg/cm
2の圧力をローラーでかけて貼りつけた。
た。まず母屋(350)上にタイトフレーム(341)
を溶接したあと屋根材(344)を各タイトフレーム間
に設置した。次に、隣接する屋根材(344)を部分吊
り子で固定し、キャップ(342)をかぶせた。
ように上記太陽電池パネルを貼りつけることにより太陽
電池モジュールを作製した。
と同様にして屋外暴露試験にかけた。
1,2の太陽電池モジュールの屋外暴露試験結果を示し
た。太陽電池パネルと金属屋根との接着力はT型剥離力
で調べた。
池モジュールは屋外暴露試験による接着力の低下がほと
んどない良好な太陽電池モジュールであった。
と金属屋根を貼りつける両面テープの形状を工夫するこ
とにより太陽電池パネルと金属屋根の間を流れる雨が一
定方向にのみ流れるようにした。図8に本実施例の屋根
一体型太陽電池モジュールの構造を示した。
テープをあらかじめ貼りつけた時の両面テープの貼りつ
け形状を表した図であり、図8(b)はその太陽電池パ
ネルを太陽電池パネルのAの位置がより高い位置になる
ような方向で金属屋根に取りつけた。
ール、(812)は雨が一定方向にのみ流れるような形
状に貼られた両面テープ、(813)は金属屋根であ
る。
た場合でも太陽電池パネルに貼られた両面テープの内側
の側面が雨に直接さらされることがないため、水分によ
る接着力の低下がおさえられ、その結果、少ない両面テ
ープ量でも長期信頼性に優れた屋根一体型太陽電池モジ
ュールを提供することができた。また太陽電池パネル裏
面と金属屋根表面との間に雨水が滞留しない為、温度に
よる太陽電池の性能劣化が減少できた。
根と太陽電池パネルが両面テープで固定されているた
め、太陽電池パネルを設置するための架台が不必要とな
り、屋根上の太腸電池パネルの重量が架台の分だけ軽く
なり、また、架台を設置するという煩雑な作業をなくす
ことができた。
台が不必要となるため、大幅に太陽電池モジュールのコ
ストを下げることが可能となった。
着材を用いたため、屋外での長期信頼性を確保すること
ができた。
分子基体を用いることにより、温度変化によって太陽電
池パネルと金属屋根との間に生じる応力を吸収すること
ができ、さらに外部からの衝撃に対してクッションの役
目を果たすことが可能となった。
気泡を有するアクリルフォームであることにより、弾力
性が増し、耐候性にも優れ、さらに、気泡が連通してい
ないため雨等の水分が両面テープの内部へ侵入せず、両
面テープ自体の耐久性を増すことができた。
ステンレス基板上に形成された非晶質シリコン半導体を
用いることにより、太陽電池パネルの重量を大幅に軽減
できるため、両面テープの量をさらに低滅することがで
き、さらに安価な屋根一体型太陽電池モジュールを提供
することが可能となった。
である。
る。
示した図である。
した図である。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 金属屋根上に太陽電池パネルが固定され
た屋根一体型太陽電池モジュールにおいて、金属屋根と
太陽電池パネルが両面テープで固定されていることを特
徴とする屋根一体型太陽電池モジュール。 - 【請求項2】 前記両面テープが高分子樹脂基体と粘着
材とから成る請求項1記載の屋根一体型太陽電池モジュ
ール。 - 【請求項3】 前記両面テープの引っ張り強度及び破断
伸び率がそれぞれ5kg/cm2以上及び200%以上
である請求項1記載の屋根一体型太陽電池モジュール。 - 【請求項4】 前記両面テープの厚みが0.5mm以上
であることを特徴とする請求項1記載の屋根一体型太陽
電池モジュール。 - 【請求項5】 前記両面テ−プの高分子樹脂基体が独立
気泡を有するアクリルフォームである請求項2に記載の
屋根一体型太陽電池モジュール。 - 【請求項6】 前記太陽電池パネルの太陽電池素子がス
テンレス基板上に形成された非晶質シリコン半導体であ
る請求項1乃至5のいずれか1項に記載の屋根一体型太
陽電池モジュール。
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