TWI398957B - Solar power generation module and the use of this solar power generation system - Google Patents
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Description
本發明乃有關將單結晶矽太陽光發電用電池，多數枚地加以排列構成之太陽光發電用模組及太陽光發電系統。
自以往以來，乃由直方體之多結晶矽矽錠切割之長方形之多結晶矽晶圓，製造太陽光發電用電池(亦稱「太陽電池」或「電池」)。使用半導體單結晶矽晶圓之太陽電池乃與使用多結晶矽或非晶質矽之太陽電池比較，能量變換效率為高，又單結晶矽晶圓亦較為便宜之故，將成為今後普及之太陽電池之主力。此時，將會使用從圓筒狀晶錠切割之圓板狀晶圓，以製造太陽電池。
例如，切割經由柴式長晶法(Czochralski法，以下稱「CZ法」)，或浮融帶長晶法(Floating zone法)，以下稱「FZ法」)所得半導體單結晶晶錠所得之單結晶晶圓為圓板狀者。令對於太陽光發電用模組(以下亦稱「太陽電池模組」或「模組」)之平面積之太陽光發電用電池之總面積所佔比例為模組填充率之時，直接平面配置維持晶圓形狀的太陽電池，即直接平面配置圓板狀之太陽電池的情形下，無法達成高模組填充率。
為提升以模組之平面積為基準之實質之能量變換效率，需提升此模組填充率。在此，做為提高模組填充率的手法，眾所周知一般為加工呈四角形狀加以排列的方法。此方法中，乃切斷圓板狀之半導體單結晶晶圓成為四角狀之故，會產生有弓形形狀之結晶損失之問題。
做為解決低模組填充率和結晶損失之2個問題點的手法，有利用從圓板狀太陽電池切割正方形電池時所產生之弓形電池，製造太陽電池模組的方法(專利文獻1)。又，可視為排列裁剪所謂擬似正方形電池之殘留之弓形電池之圖形，則已公開於網際網路(參照非專利文獻1)。
另一方面，一枚之結晶矽太陽光發電用電池乃不依其面積，動作狀態所產生之電壓為約0.5V。使用現在一般之15平方公分之四角形電池時，為產生將宜流變換為交流的普及型變壓器之輸入電壓的210V程度的電壓，需要直列連繫合計420枚之電池之太陽光發電系統。作成一邊僅以15cm之正方形電池可連繫之模組時，該面積則成為約12m2
，製作如此巨大之模組以各設置於屋頂等並不實用。因此，例如採用分為1公尺平方之正方形模組12個，將此等直列加以連繫之方法。如此，被小分割加以設置時，當欲將合計12m2
單位之太陽光發電系統，設置於屋頂時，經常會產生無法配置模組之死角空間(非配置部)。更且，1枚之模組重達15kg，難以進行屋頂上之設置作業。
電池之生產乃由10公分平方開始，經由過12.5公分平方，現在之主流為15公分平方。由於電池之大面積化，生產性增大至2.25倍，現在也開始生產20公分平方者。但是，為達太陽光發電系統之更大的普及和單結晶矽太陽電池之有效活用，期望可提升對於住宅屋頂之南面有效設置面積之模組總面積之比例(模組配置率、以下稱「配置率」)及太陽光發電系統設置工程的簡化。
〔專利文獻〕國際公開第03/073516A1簡章〔非專利文獻1〕Microsol Power(P)Ltd.,"Microsol Mono－crystalline Solar Cells,"公開時間不明，公開者之日本語名稱不明(Microsol Power(P)Ltd.)、〔平成16年8月4日檢索〕、網際網路<URL：http：//www.microsolpower.com/home.asp>
本發明之一個目的乃提供為解決上述問題之太陽光發電用模組及使用其之太陽光發電系統。即，提供無圓板狀之單結晶晶圓之損失，將過去無法有效利用之弓形電池，可高度加以活用之太陽光發電用模組及使用其之太陽光發電系統。
其他之一個目的乃提供每單位面積之動作電壓(亦稱面積電壓)高之太陽光發電用模組及使用其之太陽光發電系統。
本發明之另一目的乃提供使對於住宅屋頂之有效設置面積(強太陽光入射之南側屋頂之面積)之模組之配置率儘可能變高的太陽光發電用模組及使用此之太陽光發電系統。
本發明之上述課題乃可經由以下之(1)~(6)所記載之太陽光發電用模組及(7)~(11)所記載之太陽光發電系統達成。
(1)經由從圓板狀之單結晶太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該弓形電池間構成複數之電池行及與此正交之複數之電池列地，配置呈行列狀，電池行乃反轉鄰接之弓形電池之弦部和弧部之朝向而形成，電池列乃使鄰接之弓形電池之弦部及弧部為同向地而形成，於形成前述電池列之相互鄰接之電池間之凹狀範圍，以置入形成鄰接於前述電池列之電池列之弓形電池之弦方向端部的形式，排列該弓形電池之長方形之太陽電光發電用模組中，將面積為28~65cm2
之該弓形電池，排列14~42枚為特徵之太陽光發電用模組。
(2)經由從圓板狀之單結晶太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該2枚弓形電池，將在於該弦上加以對向形成之成對電池，平行排列呈鋸齒狀之長方形，在產生於與弦平行之兩邊之緣的間隙，具有一枚一枚加以埋設弓形電池之排列的太陽光發電用模組，將面積為28~65cm2
之該弓形電池，排列14~42枚為特徵之太陽光發電用模組。
(3)經由從圓板狀之單結晶太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該弓形電池間構成複數之電池行及與此正交之複數之電池列地，配置呈行列狀，電池行乃反轉鄰接之弓形電池之弦部和弧部之朝向而形成，電池列乃使鄰接之弓形電池之弦部及弧部為同向地而形成，於形成前述電池列之相互鄰接之電池間之凹狀範圍，以置入形成鄰接於前述電池列之電池列之弓形電池之弦方向端部的形式，排列該弓形電池之長方形之太陽電光發電用模組中，將面積為28~65cm2
之該弓形電池，排列140~440枚為特徵之太陽光發電用模組。
(4)經由從圓板狀之單結晶太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該2枚弓形電池，將在於該弦上加以對向形成之成對電池，平行排列呈鋸齒狀之長方形，在產生於與弦平行之兩邊之緣的間隙，具有一枚一枚加以埋設弓形電池之排列的太陽光發電用模組，將面積為28~65cm2
之該弓形電池，排列140~440枚為特徵之太陽光發電用模組。
(5)弓形電池之母線桿乃幾近配置呈一個直線之上之(1)~(4)之任一記載之太陽光發電用模組。
(6)將設於弓形電池之格柵在不與母線桿交叉之範圍內，從前述母線桿延長補助電極，與格柵交叉之弓形電池加以排列之(1)~(5)之任一記載之太陽光發電用模組。
(7)將如(1)~(6)之任一記載之太陽光發電用模組，至少配置於一部分的太陽光發電系統。
(8)配置經由記載於(1)及/或(2)之太陽光發電用模組、及從圓板狀之單結晶太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該弓形電池間構成複數之電池行及與此正交之複數之電池列地，配置呈行列狀，電池行乃反轉鄰接之弓形電池之弦部和弧部之朝向而形成，電池列乃使鄰接之弓形電池之弦部及弧部為同向地而形成，於形成前述電池列之相互鄰接之電池間之凹狀範圍，以置入形成鄰接於前述電池列之電池列之弓形電池之弦方向端部的形式，排列該弓形電池之長方形之太陽電光發電用模組中，將面積為28~65cm2
之該弓形電池，排列14~42枚之太陽光發電用模組，或經由從圓板狀之單結晶太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該2枚弓形電池，將在於該弦上加以對向形成之成對電池，平行排列呈鋸齒狀之長方形，在產生於與弦平行之兩邊之緣的間隙，具有一枚一枚加以埋設弓形電池之排列的太陽光發電用模組，將面積為28~65cm2之該弓形電池，排列14~42枚為特徵之太陽光發電用模組的太陽光發電系統。
(9)配置經由記載於(3)及/或(4)之太陽光發電用模組、及從圓板狀之單結晶太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該弓形電池間構成複數之電池行及與此正交之複數之電池列地，配置呈行列狀，電池行乃反轉鄰接之弓形電池之弦部和弧部之朝向而形成，電池列乃使鄰接之弓形電池之弦部及弧部為同向地而形成，於形成前述電池列之相互鄰接之電池間之凹狀範圍，以置入形成鄰接於前述電池列之電池列之弓形電池之弦方向端部的形式，排列該弓形電池之長方形之太陽電光發電用模組中，將面積為28~65cm2
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之該弓形電池，排列140~440枚為特徵之太陽光發電用模組的太陽光發電系統。
(10)電性連接固定於屋頂之一個以上之(1)~(6)之任一之模組，及太陽能變壓器為特徵之屋頂用太陽光發電系統。
(11)為系統連繫型之(10)所記載之太陽光發電系統。
根據本發明時，經由成為活用以往未能有效利用之弓形電池的模組，可減少單結晶晶圓之損失。尤其，於圓板狀之單結晶矽基板之整體，預先設置所有弓形電池所需之格柵電極和母線桿電極之後，經由切斷正方形狀電池，可有效利用過去廢棄之弓形電池於模組之作成。
更且，經由每單位面積之動作電壓(面積電壓)為高之太陽光發電用模組之利用，可以對於有效設置面積為高之比例設置太陽光發電系統，提升模組配置率。又，太陽光發電用模組可設置於複離或小面積之處，使得設置作業變得容易。又，可構築在設置於早晨傍晚之屋頂部分會產生日影之處時，於不產生日影之處，透過日照時間仍可發電之模組配置比率為高的太陽光發電系統。
又，經由成為面積電壓為高的模組，與面積電壓為低之模組比較，流有小的電流，可減少配線材料之截面積，且抑制熱產生所造成之電力損失。
與具有與弦平行之多數之格柵的弓形電池比較，排列具有與弦垂直之多數之格柵的弓形電池之高電壓模組中，可使該模組填充率提升1%以上。
以下，參照適切圖面，詳細說明本發明。
本發明之第1之面相乃關於太陽光發電用模組，此模組乃經由合併相同之弓形電池所構成。
本發明之第2之面相乃關於太陽光發電系統，此系統乃包含上述模組，加上變壓器而構成。
太陽光發電用模組乃經由成為基板之單結晶晶圓製造工程，和製造太陽光發電用電池(電池)之工程，和排列電池成為模組之工程而製造者，以下依此工程順序說明，說明模組之構成。
對於成為基板之單結晶晶圓，簡單加以說明。做為成為基板之太陽光發電用晶圓，使用矽單結晶晶圓。此矽單結晶晶圓乃切割以已記述之CZ法或FZ法所得之單結晶圓筒晶錠而得者。經由CZ法等，首先製造矽單結晶棒之時，矽單結晶棒乃例如經由添加鎵或硼，調製呈P型導電型。又，經由添加磷(P)，可製作n型導電型之FZ及CZ矽單結晶棒。
如此所得之單結晶晶錠乃切斷呈一定之阻抗率範圍之方塊，更且切薄(切片)至例如厚150~300μm程度。經由將切斷後之矽單結晶晶圓(又稱「晶圓」)，浸漬於蝕刻液，使兩面進行化學蝕劑處理。此化學蝕刻工程乃為除去在於矽單結晶晶圓之表面，以切斷工程所產生之損傷層而進行的。此損傷層之化學蝕刻所成除去乃例如可經由NaOH或KOH等之鹼性水溶液，或氟酸和硝酸和醋酸所成混酸水溶液加以進行。接著，為了表面反射所造成能量之損失之減少，或利用重覆反射，有效率將光線封閉於太陽光發電用電池之內部，使光入射之矽表面(第1主表面)進行化學蝕刻，將外面為由(111)面之多數之金字塔狀突起所成紋理構造，形成於第1主表面(紋理工程)。如此紋理構造乃將矽單結晶之(100)面，使用混合聯胺水溶液之氫氧化鈉等之蝕刻液，經由向異性蝕刻而形成。本發明所使用之弓形電池乃使用成為以上工程所製造之太陽光發電用基板的晶圓而製造。
然而，作為太陽光發電用基板製造晶圓之時，研磨工程被省略之情形為多，將切割之晶圓之損傷層，以直接化學蝕刻除去後，進行紋理蝕刻，又，可同時進行損傷層之化學蝕刻之除去和紋理工程。
使用於本發明之太陽電池乃由在內部包含pn接合或pin接合等之光電變換部所成之半導體。
對於此太陽光發電用電池之製造工程加以說明。
上述單結晶晶圓中，為p型導電型之時，於晶圓之第1主表面側，經由形成n型攙雜劑之擴散層，形成p－n接合部。從晶圓之主表面至p－n接合之深度乃通常為0.2~0.5μm。然而，n型攙雜劑之擴散層乃從p型矽單結晶晶圓之主表面，例如擴散磷(P)而形成。
為n型導電型之時，於晶圓之第1主表面側，經由形成p型攙雜劑之擴散層，形成p－n接合部。從晶圓之主表面至p－n接合之深度乃通常為0.2~0.5μm。然而，n型攙雜劑之擴散層乃從n型矽單結晶晶圓之主表面，例如擴散硼(B)或銻(Sb)而形成。
形成p－n接合部之晶圓乃更在第1主表面形成為減少光能量之損失之反射防止膜後，於第1主表面及該背面之第2主表面，設置直接接觸於晶圓之電極。第1主表面之格柵乃令反射防止膜開口或貫通後，直接接觸於晶圓，形成電極，成為圓板狀之太陽光發電用電池。做為其他之方法，於第1主表面上，將格柵和母線桿經由網版印刷加以設置後，形成反射防止膜亦可。另一方面，第2主表面側之電極乃被覆此第2主表面之略整面。於兩主表面形成必要之電極後，成為維持矽單結晶晶圓之形狀之太陽電池。反射防止膜乃由與矽折射率不同之透明材料所構成，例如使用矽氮化膜、矽氧化膜、二氧化鈦膜。
第1主表面(受光面)側之電極乃設置為提高p－n接合部之光之入射效率，例如呈細的指狀電墟，更且多數之指形電極所集中之電力之集電和為內部阻抗減低之適切間隔的粗直線狀之母線桿電極(以下亦稱「母線桿」。複數之指形電極乃相互平行設置，形成細直線狀之格柵電極(又稱「格柵」)，母線桿電極乃正交於指狀電極而配設。又，設於弓形電池之格柵乃於未與母線桿交叉之範圍內，從前述母線桿延長補助電極，與殘留格柵交叉為佳。
圖1乃顯示裁割前之太陽光發電用電池之一例的平面模式圖。設於電池之受光面之表面集電電極之具體側例，以正方形電池及弓形電池之位置的關係顯示。切割出使用於本發明弓形電池之晶圓中，如圖1所示，例如可設置4條之平行之母線桿電極及格柵電極。於母線桿電極附屬補助電極。然而本發明中，不成為如記載於前述專利文獻1之OECO(Obliquely Evaporated Contact；亦記載於日本特開2002－305313號公報)構造的格柵為佳，如後所述，將銀糊於第1主表面上，進行網版印刷，形成格柵和母線桿為佳。
另一方面，雖未圖示，第2主表面側之電極乃被覆該第2主表面之略整面。又、為了電池之空量化，使基板厚度變薄時，為防止第2主表面側之電極的少數載體之再結合、消滅，與基板為同一導電型，可形成更高濃度之背面電場層(Back Surface Field)。
裁剪前之太陽光發電用電池乃如圖1所例示，維持晶圓之形狀的圓板狀。將此向厚度方向切割，成為使用於本發明之模組的弓形電池。
圖2顯示裁切圖1所示太陽光發電用電池所得之一枚之正方形電池和4枚之弓形電池的平面模式圖。如圖2所示，從1枚之圓板狀電池，除了1枚之正方形電池，各得一對格柵和弦之配置方向不同的2種之弓形電池1及2。為使以下說明簡化，在方便上，將此等2種之弓形電池稱之為「第1弓形電池1」及「第2弓形電池2」。第1弓形電池1及第2弓形電池2乃皆具有中心角為90度之圓弧。第1弓形電池1乃具有平行於弦之格柵線及正交於弦之2條以上之母線桿。對此，第2弓形電池2乃具有正交於弦之格柵線及與弦平行之1條以上之母線桿。
於圓板狀太陽發電用電池之階段，在相當於第2弓形電池之範圍，設置母線桿電極3。該位置乃在弓形電池高度剛好之中央，與弦平行加以設置為佳。此母線桿3乃通過連結弦之中點和弧之中點的直線之中點，呈平行於弦之直線。即，第2弓形電池之母線桿電極3乃與第2弓形電池之弦平行，通過該最大寬度之中央地加以設置為佳。於從1個圓板狀電池裁剪之相同之2枚之第2弓形電池中，在同樣位置設置母線桿電極3。設於此位置時，在使用於本發明之電池排列中，母線桿幾近到達1個之直線上之故，可容易電氣性連接。
母線桿及格柵乃可經由印刷或蒸著加以形成，令銀糊等經由網版印刷加以形成為簡便之故，為佳。
規定於本發明之第2弓形電池之面積中，具有0.5~2mm之寬度的一條母線桿為佳，該寬度乃0.7~1.5mm為更佳。又，格柵之寬度乃50~250μm為佳，更佳為60~150μm。格柵乃以1.5~4mm之間隔帖以設置為佳。
兩弓形電池皆於母線桿電極附屬補助電極為佳。母線桿電極乃在與格柵不交叉之範圍，經由設置補助電極，可提升集電效率。第2弓形電池中，母線桿於不與格柵交叉之兩前端範圍，設置補助電極，與殘留母線桿交叉，連接於母線桿為佳。
然而，於第1弓形電池中，將弓形電池排列於太陽光發電用模組之時，母線桿電極設置於可疊上一個直線上之位置為佳。
於第1弓形電池中，將母線電極設置2條以上為佳，相當於本發明之弓形電池之面積中，具有0.5~2mm寬度之2條之母線桿即已充分。較佳母線桿之寬度乃與第2弓形電池相同。此2條之母線桿電極乃從弦之中點等距離地與弦垂置設置者為佳。
裁剪弓形電池時所得正方形電池，成為正方形之對角線長度，與圓板狀之太陽光發電用電池之直徑幾近一致的內接正方形，任一之弓形電池其圓弧為圓周之1/4，中心角為90度。做為擬似正方形，非切出四角向圓外突出之尺寸的形狀，令殘留的弓形電池使用於模組形成為佳之實施形態。此時，突出之四角部分無做為太陽電池部分之實體之故，所得中心電池之實際形狀乃成為缺4角之擬似正方形妖，所得弓形電池乃該中心角較90度為小，該面積亦變小。補全四角之正方形之對角線長D’僅於呈圓板狀之太陽電池之直徑D之0.98~1.02倍時，才屬於「正方形電池」及「弓形電池」之概念。下限值較1小一點即可的原因乃在於考量切割時之尺寸的減少。在此，弓形電池之圓弧之中心角為90度者。
又，D’乃D之0.99~1.01倍為佳，最佳為1.0倍。即，弓形電池之中心角為90度者為最佳。此乃因弓形電池之中心角為90度時，所得正方形電池及弓形電池可最有效率加以使用之故。
使用於本發明之弓形電池之面積乃28~65cm2
，28~40cm2
為佳，最佳為28~32cm2
。
使用於本發明之弓形電池之面積乃關連於切出此之圓板狀電池之直徑。使用於本發明之弓形電池乃將可有效率製造之具有200~300mm之直徑之圓板狀電池加以裁剪，得弓形電池為佳。更佳者乃有效率製造之具有200~212mm之直徑之圓板狀電池加以裁剪而得者。
本發明中，可將使用排列第2弓形電池之模組，於太陽光發電用模組及太陽光發電系統者，取而代之適用使用排列第1弓形電池之模組，，或倂用此等亦可。詳細之模組具體例乃示於後述之圖或表中。
此弓形電池乃與正方形電池不同，在以往未被高度加以利用。尤其第2弓形電池乃需與正方形電池用之母線桿電極，各別地在晶圓設置母線桿電極，過去未能有效加以利用。
以下，令母線桿及格柵之寬度和間隔等，在直徑212mm之晶圓之情形下，做為一例加以說明。於直徑增減之時，可為比例於此形狀者。
圖2乃顯示從形成於圓板狀之單結晶矽晶圓之整面的太陽光發電用電池，以圖1虛線所示裁剪線分割之3種之正方形電池10、第1弓形電池1及第2弓形電池2之一例。
圖2所示細實線乃顯示格柵4，4條粗實線乃與格柵4正交之母線桿3。將直徑212mm之晶圓做為1例列舉時，電池10乃一邊呈150mm之正方形砲池(面積225cm)。一對之弓形電池1乃具有皆與弦平行之格柵4及與此正交之2條之母線桿3，另一對之弓形電池2乃具有皆與弦正交之格柵4及與此正交之1條之母線桿3。
此等2種之2對之弓形電池1、2乃皆為相同，該面積乃約32cm2
。實際上於切割之時，會產生些微之切割縫。
本例中，在第2弓形電池2中，於電池之兩端範圍，將沿圓弧之內緣設置之補助電極5，連接於母線桿3。然而，在第1弓形電池1中，於電池之中央部，將沿圓弧之內緣設置之補助電極5，連接於母線桿3。
又，本例中，第2弓形電池2之母線桿3乃通過弧之最大高度的中心，平行於弦地加以設置。
然而，第1弓形電池1之2條之母線桿3乃設置於貫通正方形電池和弓形電池，形成2條之直線，於弦(一邊)之長度之1/4及3/4之位置，與弦垂直與正方形電池10之母線桿3呈一直線的位置。
圖3乃顯示裁割前之太陽光發電用電池之另一例的平面模式圖。於本圖中，在正方形電池範圍和弓形電池範圍中，母線桿之位置及該寬度與示於前述圖1之例不同。
如圖4所示，以設於正方形電池之上述2條之母線桿3為窄之間隔，設置第1弓形電池1用之母線桿3為佳，又，母線桿之寬度亦可較正方形電池為窄。又，第2弓形電池2所集電之電流乃正方形電池10所集電之電流的15%以下，減少母線桿之截面積，亦可充分進行集電。經由使母線桿電極之寬度變狹，可節省母線桿材料，經由母線桿寬度之減少，減少太陽光影子所成的電池面積，而增大有效照射面積之故，因此為佳。
於本例中，第1弓形電池1及第2弓形電池2共為在於母線桿3連接補助電極5，該位置和形狀乃與圖2所示者相同。
配置以上所得弓形電池，製造模組。說明模組之代表性製造工程的覆板方式之概要。將相互電性直列連接之複數電池，令受光側經由玻璃板及填充劑保護，背面乃經由耐濕性樹脂保護。第1之工程乃在前面保護用之玻璃及填充劑上，排列電池加以配線之工程。屋外發光用之太陽光發電用模組中，需有機械性強度或耐光性之故，做為前面保護用玻璃，較佳使用光透過率高，對衝擊強度優異之材料，具體而言乃可例示白板強度玻璃。做為填充才，可較佳使用透明樹脂，具體而言，可適切使用抗紫外線強之聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或耐濕性優異的乙烯．乙酸乙烯共聚物(EVA)。
第2之工程乃排列太陽光發電用電池之工程。在電池間不接觸之狀態下，且以提升填充率的間隔加以配置。第3之工程中，將各太陽光發電用電池，以金屬配線(接合線)電性直列連接。做為電池間之金屬配線，例示有銲錫浸焊之銅板。此銲錫浸焊鋁板之厚度乃50~300μm為佳，更佳為120~200μm，又該寬度乃1.5~2.0mm為佳。第4之工程中，於太陽光發電用電池之背面貼上保護用薄片。於背面保護薄片可較佳地使用耐腐蝕性優異之氟樹脂和防水用之鋁薄板之層積薄片。
第5之工程中，為了機械性強度之提升及安裝，於模組同緣嵌入框體。做為框體，以金屬框體為佳，可較佳例示ㄈ字剖面狀之空量鋁。
如此所得模組之厚度乃15~50mm為佳，更佳為20~40mm，更甚者為25~40mm。
本發明之太陽光發電用模組乃使該弓形電池間構成複數之電池行及與此正交之複數之電池列地，配置呈行列狀。
弓形電池之排列乃大為區分呈代表性之2個排列。即，其一乃圖5所例示之單獨電池交互排列(亦稱「第1排列」)，另一乃圖6所例示之電池對鋸齒排列(亦稱「第2排列」)。
圖5乃顯示第2弓形電池之單獨電池交互排列(第1排列)之一例。
此電池排列20乃經由210枚之第2弓形電池所構成之一例，電池行乃反轉鄰接弓形電池之弦部和弧部之朝向而形成，電池列乃使鄰接弓形電池之弦部和弧部以同樣朝向而形成，於形成前述電池列之相互鄰接之電池間之凹狀範圍，置入形成鄰接於前述電池列之電池列的弓形電池之弦方向端部的形式，經由將該弓形電池配置呈行列狀，提高模組填充率的排列。
換言之此排列乃將弓形電池排列呈格子狀，使於橫方向(電池行方向)，弦和圓各弧呈交互而排列，於縱方向(電池列方向)弦或圓弧皆以同一方向而排列，於其上，靠合鄰接之電池列，保持適當電池間之間隔，呈最緊密地填充排列。
做為上述電池間之間隔，最接近之距離乃1~3mm為佳，約2mm(1.5~2.5mm)為佳。
圖6乃顯示第2弓形電池之電池對鋸齒排列(第2排列30)之一例。
此電池排列中，同樣經由210枚之第2弓形電池所構成之一例，但令一對之相同之弓形電池呈在於該弦間相互對向之成對(電池對)，使此電池對其弦相互平行地，保持膏當電池間之間隔，呈鋸齒狀最緊密填充地，排列成長方形。於產生在與弦平行之兩邊之緣的間際，各埋入一枚弓形電池，提高模組填充率。
做為上述電池間之間隔，同樣最接近之距離乃1~3mm為佳，約2mm(1.5~2.5mm)為佳。
本發明之模組乃將第2弓形電池進行第1排列或第2排列之長方形之太陽光發電用模組，但亦概念包含四邊長度相等之正方形之模組。即，模組之四個角為90度時，可為二組邊之長度不同之模組及二組邊之長度相同的模組之任一者。
於第1排列及第2排列中，設於第2弓形電池上之母線桿乃幾近配置於1個之直線上為佳。母線桿幾近配置於1個直線上，乃指相互連接之母線桿，可擬視為在1個直線上者。在此，所謂「幾近在1個直線上」乃指於具有母線桿寬度2倍、較佳為具有1.5倍之寬度的矩形範圍內，可含入一列排列之電池之所有母線桿。或指相互連接之母線桿電極之間所成角度在於－5度~＋5度之範圍，較佳為在－3度~＋3度之範圍。
於本發明中，模組填充率F乃以下式(1)供予。F(%)＝(電池所佔面積之合計)/模組平面積)×100 (1)
模組填充率乃關連於排列於一個模組之電池枚數，以50~85%為佳。在此，模組平面積乃表示模組之外尺寸。如上所述，於之4邊，一般嵌入鋁框體。於該框體之內側，配置為電性連接串接體(將電池連結於直線上者)之配線(跳線帶)。典型之模組中，不關連於該外尺寸，受光面側中，具有寬7~15mm之鋁框體及寬10~30mm程度之跳線帶之空間，與母線桿平行之端面乃從框體內端，向5~15mm程度之內側空間，排列電池。因此，配置之電池間之最接近距離為一定時，一般而言模組之外尺寸愈大，產生於四邊之緣範圍之比率相對變小，可使模組填充率變大。
本發明之模組乃每單位面積之動作電壓(面積電壓V/S)為大者為佳。面積電壓V/S乃以下式(2)定義，算出。
V/S＝模組之動作電壓(V)/模組平面積(m2
)＝(v×f)/c (2)式中，v乃每一枚電池之動作電壓(V)，f乃模組填充率，又，c乃電池面積(m2
)。
本發明面積電壓乃85~140V/m2
為佳。
如後述表1所示，標準模組(參考例7)中，面積電壓乃約20V/m2
，本發明模組(實施例1~6)中，則成為89~129V/m2
。
然而，v之值乃0.5~0.6V。
如此所得太陽光發電用模組之動作電壓乃適切選擇使用之電池之枚數，對應使用目的，可得期望之電壓。標準狀態(Air Mass 1.5、照射強度100mW/cm2
、溫度25℃)中，一枚電池之最佳動作電壓乃最低約0.5V之故，例如1台之模組大，為得210V之變壓輸入電壓，則可排列420之電池即可。每模組之動作電壓為70V以上之模組中，連接3台以下之模組，可得此電壓之故，為一較佳之實施形態。將太陽光發電用電池之動作電壓為70V以上之太陽光發電用模組，稱為以下「高電壓模組」。
另一方面，將太陽光發電用電池排列14~42枚，動作電壓為7~21V之太陽光發電用模組，稱為以下「低電壓模組」。
<低電壓模組>本發明之低電壓模組乃將電池面積為28~65cm2
之第2弓形電池，排列14~42枚之太陽光發電用模組。將第2弓形電池排列16~36枚為佳，更佳為排列16~32枚。經由此等之排列，低電壓模組之動作電壓乃各為7~21V、8~18V、以及8~16V。
圖7乃顯示將16枚第2弓形電池呈第1排列之低電壓模組之一例。又，圖8乃顯示同樣將16枚第2弓形電池呈第2排列之模組之一例。任一之模組皆使用直徑212mm之圓板狀晶圓所得中心角90隻之弓形電池，動作電壓為8V，填充率為56.9%。又，電池變換效率為15%時，最大輸出為7.7W。
此低電壓模組乃每一模組之面積為小之故，可提升設置之自由度。可對應於小面積或複離形狀之設置場所，結果，可提升配置率。更且，低電壓模組乃輕量小型之故，可容易設置或修補。
形成令低電壓模組複數直列連結之陣列，將此陣列再直列連接，可成為具有所需之入力電壓的太陽光系統。
<高電壓模組>本發明之高電壓模組乃將電池面積為28~65cm2
之第2弓形電池，排列140~420枚之太陽光發電用模組。
高電壓模組之動作電壓乃70~210V，但相當於現有使用之直流．交流變壓器之入力電壓的約1/n(顯示n為1~3之整數)之動作電壓為佳。此時，經由直列配線n台之模組，可得所需之輸入電壓。具體而言，高電壓模組之動作電壓為210V、105V或70V為佳。
前述圖5乃顯示將210枚電池面積為32cm2
之第2弓形電池呈第1排列之高電壓模組之一例的平面模式圖。圖6乃顯示將同樣電池210枚呈第2排列之高電壓模組之一例的平面模式圖。此等排列中，電池間之最接近間隔乃約2mm(1.5~2.5mm)，周圍乃被寬度7.5m之鋁框所包圍，具有20mm之跳線帶空間。任一之模組亦都具有0.90m2
之面積，動作電壓乃105V，填充率乃74.6%。又，面積電壓乃117V/m2
。
填充第2弓形電池之模組乃較填充同樣枚數之第1弓形電池之模組，如表1所示，可呈言填充率。
圖9乃顯示將210枚第1弓形電池呈第1排列之模組之一例的平面模式圖(參考圖)。電池面積乃使用32cm2
之弓形電池，此模組之填充率乃73.2%。
又，本發明之高電壓模組乃較填充正方形電池之模組而言，可得高面積電壓，換言之，小設置面積下，亦可具有大動作電壓。圖10乃顯示將15枚之正方形電池排列54杖之標準模組之一例的平面模式圖(參考圖)。此模組乃具有1.34m2
之面積，面積電壓為20.1V/m2
。僅排列此模組，為得動作電壓210V時，必需連接8台模組，最低需10.7m2
之設置面積。圖5及圖6所示之模組乃連接2台時，可得210V，必要之設置面積僅需1.80m2
。
如此，本發明之高電壓模組乃使用過去廢棄之第2弓形電池2加以構成，較填充正方形電池之標準模組，在少的設置面積下，可得高動作電壓之故，可有效利用有限之面積之設置場所，提升配置率。
本發明之模組乃較以往之模組為小面積者，可對應更複雜之形狀。又，令本發明之低電壓模組呈格子排列，就整體而言可排列成文字狀。排列方法之例，乃列舉於日本特開2000－208805號公報圖面記載例。將具有新式樣效果之發電系統配置於屋頂時，此小型之模組為有效的。
於以下表1，整理對於低電壓模組及高電壓模組之幾個實施形態。
於表1中，弓形電池面積乃皆為32cm2
(實施例1~6、參考例1~6)、正方形電池面積乃225cm2
(參考例7)。又電池之動作電壓乃算出為0.5V。
本發明乃排列14~42枚之低電壓模組或排列140~420枚之高電壓模組，但可做為排列143~139枚之中電壓模組加以使用。又，可做為排列500枚以上之枚數的超高電壓模組使用。
太陽光發電系統乃將太陽光發電用模組為得期望之直交變換，電壓地加以連接構築，包含將發電之直流變換成交流之太陽能變壓器。又，更包含開閉太陽光發電用陣列之輸出之連接箱及儲存發電之電力的蓄電池等亦可。
本發明之太陽光發電系統乃於至少一部分，具備使用第2弓形電池之本發明之模組。僅將本發明之模組，做為全模組使用之發電系統亦可，依需要，適切倂用使用正方形電池之標準模組或使用第1弓形電池之模組，做為發電系統亦可。
又，倂用排列正方形電池以外之長方形角形電池之模組(以下亦稱「長方形電池模組」)亦可。
本發明之太陽光發電系統乃可做為小規模、中規模及大規模之太陽光發電系統加以使用。做為小規模太陽光發電系統，可列舉設於獨棟住宅之屋頂的數KW規模之太陽光發電系統。又，做為中規模太陽光發電系統，可列舉設置於屋頂面積大之大樓屋頂等(包含都市之民間辦公室大樓或區公所等之公共設施)之太陽光發電系統，通常具有10~數百KW之輸出。做為大規模之太陽光發電系統，可列舉太陽光發電所。
本發明之模組乃在於其中，使用於小規模之太陽光發電系統為佳，尤其使用於住宅屋頂之家庭用太陽光發電系統為佳，例如可較佳設置於獨棟全宅之屋頂。
又，使用於小規模之太陽光發電系統時，不連接變壓器，可將輸出之直流電流不變換成交流而使用。具體而言，可列舉設置於汽車(巴士或各種車輛)之機罩、行李箱室或車頂，充電蓄電池之形態。做為設置場所，有廣義之屋頂，包含有車頂。
圖11(a)乃配置正方形標準電池模組31之太陽光發電系統之構成例。面積電壓之低標準電池模組31中，為了太陽光發電用陣列20，需大的面積，結果，陣列20不可設置之範圍(死角空間21)經常會產生。
經由配置使用面積電壓高之本發明之模組的陣列，可減少死角空間，可提升模組配置率。如此太陽光系統乃就結果而言，可達成大輸出者為佳。
本發明之太陽光發電系統乃全部配置弓形電池模組之太陽光發電系統為佳。圖11(b)乃僅配置弓形電池模組32之太陽光發電系統之構成例。為得直流．交流變壓器之輸入電壓的期望動作電壓，可使模組呈系統連繫者。
具體而言，如圖11(b)所示，連接具有70V之輸出電壓之模組，構築陣列20，將由陣列所得電力，連接於直流．交流變壓器，構築太陽光發電系統。
圖12(a)乃顯示用以往之標準電池模組31構築陣列20之太陽光發電系統之構成例，使用最佳動作電壓17.5V之標準太陽光發電用模組，並列二個12直列之陣列之情形。如圖所示，由於附近建築物等，日照暫時產生影子40時，上部12直列乃會有模組4台分之電壓下降。結果，從以上之12直列之陣列，無法得直交變壓器之輸入電壓，發電則僅寄予下部12直列，發電量最大會減少50%。
圖12(b)乃以2台模組得最佳動作電壓210V。以本發明之高電壓模組，構築陣列20之太陽光發電系統之構成側。與上述例相同，於日照暫時產生影子40時，6台之模組則無法寄予發電。但是，殘留18台則不受影子影響，發電量之減少為最大25%。
如此，以弓形電池模組構成陣列之時，相較於以標準模組構成陣列之時，可大幅減少影子所造成影響之損失。更且，以標準模組構築陣列之時，於日照暫時產生影子之屋頂部分，通常不將模組配置，也是配置率減少的因素。本發明之模組乃即使配置於日照暫時產生影子之部分，該影響僅限定於影子產生之一部分之陣列，於過去不配置之屋頂部分，亦可配置模組。本發明之模組所構成之太陽光發電系統乃可使一天之發光量變大，較標準模組所構成之太陽光發電系統為有利的。
又，於具有日照暫時產生影子部分的屋頂，經由配置本發明之面積電壓高之模組，可使一天之發電量變大。
本發明之太陽光發電系統乃配置本發明之低電壓模組，及依需要將28~65cm2
之第1弓形電池呈第1排列或第2排列排列14~42枚之模組的太陽光發電系統亦佳。
第1弓形電池乃排列16~36枚為佳，更佳為排列16~32枚。
更且，本發明之太陽光發電系統乃配置本發明之高電壓模組，及依需要將28~65cm2
之第1弓形電池呈第1排列或第2排列排列140~440枚之模組的太陽光發電系統亦佳。此時，排列第1弓形電池之模組之動作電壓乃對於變壓器相當於入力電壓的約1/n(顯示n為1~3之整數)之動作電壓為佳。
具體而言，高電壓模組之動作電壓為210V、105V或70V為佳。
排列上述第1弓形電池之模組乃以與第2弓形電池同樣之條件加以排列為佳。例如，母線桿幾近配置於直線上為佳，電池間之間隔或設置之母線桿之寬度等乃與弓形電池同樣者為佳。
如以上所說明，本發明乃，經由使用以往未能有效利用之弓形電池的模組，尤其使用第2弓形電池，可減少單結晶晶圓之損失。又，較以往之模組，面積電壓為高之故，可達成高配置率。然而，本發明非限定於實施例，在不脫出要點之範圍下，可實施各種之形態。
又，將本發明之較佳形態，成2個以上組合之形態時為更佳。在此特別記述。
1．．．第1弓形電池
2．．．第2弓形電池
3．．．母線桿
4．．．格柵
5．．．補助電極
10．．．正方形電池
20．．．陣列
21．．．死角空間
31．．．正方形標準電池模組
32．．．弓形電池模組
40．．．日曬中一時產生的影子
〔圖1〕圖1乃顯示裁割前之太陽光發電用電池之一例的平面模式圖。
〔圖2〕圖2乃顯示裁切圖1所示太陽光發電用電池所得之一枚之正方形電池和4枚之弓形電池的平面模式圖。
〔圖3〕圖3乃顯示裁割前之太陽光發電用電池之另一例的平面模式圖。
〔圖4〕圖4乃顯示裁切圖3所示太陽光發電用電池所得之一枚之正方形電池和4枚之弓形電池的平面模式圖。
〔圖5〕圖5乃顯示第2弓形電池之單獨電池交互排列(第1排列)之一例的平面模式圖。
〔圖6〕圖6乃顯示第2弓形電池之電池對鋸齒排列(第2排列)之一例的平面模式圖。
〔圖7〕圖7乃顯示將16枚第2弓形電池呈第1排列之低電壓模組之一例的平面模式圖。
〔圖8〕圖8乃顯示將16枚第2弓形電池呈第2排列之模組之一例的平面模式圖。
〔圖9〕圖9乃顯示將210枚第1弓形電池呈第1排列之模組之一例的平面模式圖(參考圖)。
〔圖10〕圖10乃顯示將15枚之正方形電池排列54杖之標準模組之一例的平面模式圖(參考圖)。
〔圖11〕(a)顯示配置正方形標準電池模組之太陽光發電系統之構成例之平面模式圖(參考圖)。(b)顯示僅配置本發明之弓形電池模組之太陽光發電系統之構成例之平面模式圖。
〔圖12〕(a)顯示用以往標準模組構築陣列之太陽光發電系統之構成例之平面模式圖(參考圖)。(b)顯示以本發明之高電壓模組構築陣列之太陽光發電系統之構成例之平面模式圖。
Claims (17)
- 一種太陽光發電用模組，乃經由從圓板狀之單結晶矽太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之一條以上之母線桿，使該弓形電池間構成複數之電池行及與此正交之複數之電池列地，配置呈行列狀，電池行乃反轉鄰接之弓形電池之弦部和弧部之朝向而形成，電池列乃使鄰接之弓形電池之弦部及弧部為同向地而形成，於形成前述電池列之相互鄰接之電池間之凹狀範圍，以置入形成鄰接於前述電池列之電池列之弓形電池之弦方向端部的形式，排列該弓形電池之長方形之太陽光發電用模組，其特徵乃將面積為28~65cm2 之該弓形電池，排列14~42枚，將設於弓形電池之格柵在不與母線桿交叉之範圍內，從前述母線桿延長補助電極，與格柵交叉之弓形電池加以排列者。
- 一種太陽光發電用模組，乃經由從圓板狀之單結晶矽太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成， 該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之一條以上之母線桿，使該2枚弓形電池，將在於該弦上加以對向形成之成對電池，平行排列呈鋸齒狀而形成長方形，在產生於與弦平行之兩邊之緣的間隙，具有一枚一枚加以埋設弓形電池之排列的長方形的太陽光發電用模組，其特徵乃將面積為28~65cm2 之該弓形電池，排列14~42枚，將設於弓形電池之格柵在不與母線桿交叉之範圍內，從前述母線桿延長補助電極，與格柵交叉之弓形電池加以排列者。
- 一種太陽光發電用模組，乃經由從圓板狀之單結晶矽太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之一條以上之母線桿，使該弓形電池間構成複數之電池行及與此正交之複數之電池列地，配置呈行列狀，電池行乃反轉鄰接之弓形電池之弦部和弧部之朝向而形成，電池列乃使鄰接之弓形電池之弦部及弧部為同向地而形成，於形成前述電池列之相互鄰接之電池間之凹狀範圍，以置入形成鄰接於前述電池列之電池列之弓形電池之弦方 向端部的形式，排列該弓形電池之長方形之太陽光發電用模組，其特徵乃將面積為28~65cm2 之該弓形電池，排列140~440枚，將設於弓形電池之格柵在不與母線桿交叉之範圍內，從前述母線桿延長補助電極，與格柵交叉之弓形電池加以排列者。
- 一種太陽光發電用模組，乃經由從圓板狀之單結晶矽太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦正交之格柵及與此正交之一條以上之母線桿，使該2枚弓形電池，將在於該弦上加以對向形成之成對電池，平行排列呈鋸齒狀而形成長方形，在產生於與弦平行之兩邊之緣的間隙，具有一枚一枚加以埋設弓形電池之排列的長方形的太陽光發電用模組，其特徵乃將面積為28~65cm2 之該弓形電池，排列140~440枚，將設於弓形電池之格柵在不與母線桿交叉之範圍內，從前述母線桿延長補助電極，與格柵交叉之弓形電池加以排列者。
- 如申請專利範圍第1項至第4項之任一項之太陽光發電用模組，其中，弓形電池之母線桿乃幾近配置呈一個直線之上。
- 如申請專利範圍第5項之太陽光發電用模組，其中，將設於弓形電池之格柵在不與母線桿交叉之範圍內，從 前述母線桿延長補助電極，與格柵交叉之弓形電池加以排列者。
- 一種太陽光發電系統，其特徵乃將如申請專利範圍第1項至第4項之任一項之太陽光發電用模組，至少配置於一部分者。
- 一種太陽光發電系統，其特徵乃將如申請專利範圍第5項之太陽光發電用模組，至少配置於一部分者。
- 一種太陽光發電系統，其特徵乃將如申請專利範圍第1項至第4項之任一項之太陽光發電用模組，至少配置於一部分者。
- 一種太陽光發電系統，其特徵乃將如申請專利範圍第6項之太陽光發電用模組，至少配置於一部分者。
- 一種太陽光發電系統，其特徵乃配置如申請專利範圍第1項及/或第2項所記載之太陽光發電用模組，及經由從圓板狀之單結晶矽太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦平行之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該弓形電池間構成複數之電池行及與此正交之複數之電池列地，配置呈行列狀，電池行乃反轉鄰接之弓形電池之弦部和弧部之朝向而形成，電池列乃使鄰接之弓形電池之弦部及弧部為同向地而形成，於形成前述電池列之相互鄰接之電池間之凹狀範圍，以置入形成鄰接於前述電池列之電池列之弓形電池之弦方向端部的形式，排列該弓形電池之長方形之太陽光發電用模組，且將面 積為28~65cm2 之該弓形電池，排列14~42枚之太陽光發電用模組，或經由從圓板狀之單結晶矽太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦平行之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該2枚弓形電池，將在於該弦上加以對向形成之成對電池，平行排列呈鋸齒狀而形成長方形，在產生於與弦平行之兩邊之緣的間隙，具有一枚一枚加以埋設弓形電池之排列的長方形的太陽光發電用模組，且將面積為28~65cm2 之該弓形電池，排列14~42枚之太陽光發電用模組。
- 一種太陽光發電系統，其特徵乃配置如申請專利範圍第3項及/或第4項所記載之太陽光發電用模組，及經由從圓板狀之單結晶矽太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦平行之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該弓形電池間構成複數之電池行及與此正交之複數之電池列地，配置呈行列狀，電池行乃反轉鄰接之弓形電池之弦部和弧部之朝向而形成，電池列乃使鄰接之弓形電池之弦部及弧部為同向地而形成，於形成前述電池列之相互鄰接之電池間之凹狀範圍，以置入形成鄰接於前述電池列之電池列之弓形電池之弦方向端部的形式，排列該弓形電池之長方形之太陽光發電用模組，且將面積為28~65cm2 之該弓形電池，排列140~440枚之太陽 光發電用模組，或經由從圓板狀之單結晶矽太陽光發電用電池所分割之弓形電池所構成，該弓形電池乃具有中心角為90度之圓弧，該弓形電池乃具有與弦平行之格柵及與此正交之二條以上之母線桿，使該2枚弓形電池，將在於該弦上加以對向形成之成對電池，平行排列呈鋸齒狀而形成長方形，在產生於與弦平行之兩邊之緣的間隙，具有一枚一枚加以埋設弓形電池之排列的長方形的太陽光發電用模組，且將面積為28~65cm2 之該弓形電池，排列140~440枚之太陽光發電用模組。
- 一種屋頂用太陽光發電系統，其特徵乃電性連接固定於屋頂之一個以上如申請專利範圍第1項至第4項之任一項之模組，和太陽能變壓器。
- 一種屋頂用太陽光發電系統，其特徵乃電性連接固定於屋頂之一個以上如申請專利範圍第5項之模組，和太陽能變壓器。
- 一種屋頂用太陽光發電系統，其特徵乃電性連接固定於屋頂之一個以上如申請專利範圍第6項之模組，和太陽能變壓器。
- 如申請專利範圍第13項之太陽光發電系統，其中，為系統連繫型者。
- 如申請專利範圍第14或15項之任一項之太陽光發電系統，其中，為系統連繫型者。
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