JP7788314B2 - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。

従来、住宅等の屋根に複数配置される太陽電池モジュールが提案されている（特許文献１）。各太陽電池モジュールは、ガラス基板と、ガラス基板に設けられた複数の太陽電池セルと、外周縁に設けられた枠部と、を備える。

この太陽電池モジュールにおいて、隣接する他の太陽電池モジュール等によって、一部の太陽電池セルに太陽光が遮られるものが発生する。そうなると、太陽光が遮られた太陽電池セルが太陽電池モジュール内で抵抗となり、太陽光が遮られていない太陽電池セルも含め、太陽電池モジュール全体で発電効率が低下するおそれがある。これに対して、この太陽電池モジュールでは、太陽光が遮られる可能性のある太陽電池セルが、他の太陽電池セルよりも広幅とした構成とされている。

特開２０００－３４９３２６号公報

しかしこのような構成では、太陽電池モジュールに含まれる太陽電池セルの種類が増えるため、太陽電池モジュールの製造コストが増大してしまうおそれがあった。

本発明は、隣接する他の太陽電池モジュール等が太陽光の遮蔽物となった場合でも、発電量低下を緩和できる太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池セルと、前記太陽電池セルの光入射側に重ねられた、透光性を有する保護材と、を備えた太陽電池モジュールであって、前記太陽電池モジュールに対し、太陽光の入射角度によって前記太陽電池セルに影がかかる位置に遮蔽物が存在する条件で、前記遮蔽物から遠ざかる方向を第１方向とし、前記第１方向に対して平面視において反時計回りに９０度回転させた方向を第２方向とした場合、前記保護材の少なくとも前記遮蔽物寄りの一部領域につき、前記第１方向上に光源及び当該光源の光線を受ける受光器が配置されるように測定装置を配置して測定した、第１の６０度鏡面光沢度と、前記第２方向上に光源及び当該光源の光線を受ける受光器が配置されるように測定装置を配置して測定した、第２の６０度鏡面光沢度と、を比較すると、前記第１の６０度鏡面光沢度の方が前記第２の６０度鏡面光沢度よりも小さい。

かかる構成によれば、第２の６０度鏡面光沢度に対して第１の６０度鏡面光沢度が小さい分、保護材において第２方向よりも第１方向の拡散透過率が大きい。よって、遮蔽物の側から差す太陽光線により保護材で発生した拡散光を、直達光の届かない太陽電池セルに到達させられるため、遮蔽物によって直達日射量の正透過成分が遮蔽されてしまう領域の受光量を増加させられる。この受光量の増加した分だけ、遮蔽物による発電量低下を緩和できる。

また、前記太陽電池モジュールでは、前記第１方向での、前記保護材の拡散透過率が３０％以上であってもよい。

また、前記太陽電池モジュールでは、前記第１の６０度鏡面光沢度は、前記第２の６０度鏡面光沢度を基準として１０％以上小さくてもよい。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池セルと、前記太陽電池セルの光入射側に重ねられた、透明な硬質材料からなる保護材と、を備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、前記保護材が、前記硬質材料に対して斜め方向に研磨材を投射して光入射側の面に凹凸を形成するブラスト加工により形成され、前記太陽電池モジュールに対し、太陽光の入射角度によって前記太陽電池セルに影がかかる位置に遮蔽物が存在する条件で、前記遮蔽物から遠ざかる方向を第１方向とし、前記第１方向に対して平面視において反時計回りに９０度回転させた方向を第２方向とした場合、前記保護材の少なくとも前記遮蔽物寄りの一部領域につき、前記第１方向上に光源及び当該光源の光線を受ける受光器が配置されるように測定装置を配置して測定した、第１の６０度鏡面光沢度と、前記第２方向上に光源及び当該光源の光線を受ける受光器が配置されるように測定装置を配置して測定した、第２の６０度鏡面光沢度と、を比較すると、前記第１の６０度鏡面光沢度の方が前記第２の６０度鏡面光沢度よりも小さくなっている。

かかる構成によれば、隣接する他の太陽電池モジュール等が、太陽電池モジュールに入射する太陽光の遮蔽物となった場合でも、発電量低下を緩和できる太陽電池モジュールを、ブラスト加工という公知の加工方法により簡単に製造することができる。

前記太陽電池モジュールの製造方法では、前記ブラスト加工における前記斜め方向は、加工を行う面の上方から前記第１方向に向かう方向、又は、上方から前記第一方向に対して平面視において反時計回りに１８０°回転させた第３方向に向かう方向であってもよい。

以上より、本発明によれば、隣接する他の太陽電池モジュール等が太陽光の遮蔽物となった場合でも、発電量低下を緩和できる太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的な平面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ位置における模式的な断面図である。 図３は、前記太陽電池モジュールにおける各方向を説明するための模式的な図であり、（Ａ）は第１方向及び第２方向を説明するための模式的な平面図であり、（Ｂ）は第１方向を説明するための模式的な側面図である。 図４は、前記太陽電池モジュールの保護材の構成を説明するための模式的な断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１～図４を参照しつつ説明する。

太陽電池モジュール１は、図１及び図２に示すように、太陽電池セル２０と、太陽電池セル２０の光入射側に重ねられた、透光性を有する保護材３と、を備える。また、太陽電池モジュール１は、図２に示すように、太陽電池セル２０と保護材３の間に設けられた封止材４を備える。さらに、太陽電池モジュール１は、保護材３の外縁に配置される枠部５を備える。この太陽電池モジュール１は、板状であり、例えば、主面（受光面）側を上方（太陽側）に向けた状態で、民家等の建物の屋根に設置される。この太陽電池モジュール１に対して、太陽光の入射角度によって太陽電池セル２０に影がかかる位置に遮蔽物Ｓが存在する。本実施形態では、屋根に複数の太陽電池モジュール１が設置される。この場合において遮蔽物Ｓは、例えば、対象の太陽電池モジュール１と上側で隣り合う別の太陽電池モジュール１が有する下側の枠部５が該当することがある。

ここで、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１に対し、太陽光の入射角度によって太陽電池セル２０に影がかかる位置に遮蔽物Ｓ（本実施形態では、上側で隣り合う別の太陽電池モジュール１の枠部５）が存在する条件で、遮蔽物Ｓから遠ざかる方向を第１方向とし、第１方向に対して平面視において反時計回りに９０度回転させた方向を第２方向とする。このとき、遮蔽物Ｓによる影は、第１方向の向きに延びる。また、図２に示すように、保護材３の少なくとも遮蔽物Ｓ寄り（遮蔽物Ｓに近接した位置）の一部領域３１（図示左端部）につき、第１方向上に光源７０及び当該光源７０の光線を受ける受光器７１が配置されるように測定装置７を配置して測定した、第１の６０度鏡面光沢度と、第２方向上に光源７０及び当該光源７０の光線を受ける受光器７１が配置されるように測定装置７を配置して測定した、第２の６０度鏡面光沢度と、を比較すると、第１の６０度鏡面光沢度の方が第２の６０度鏡面光沢度よりも小さい。なお、光源７０と受光器７１との位置関係は、図示の位置関係と逆であってもよい。

なお、「保護材３の少なくとも遮蔽物Ｓ寄りの一部領域３１」は、例えば、太陽電池セル２０のうち直達光の届かない太陽電池セル２０ａの上方に位置する領域であり、遮蔽物Ｓによって直達日射量の正透過成分が遮蔽されてしまう領域である。即ち、「保護材３の少なくとも遮蔽物Ｓ寄りの一部領域３１」は、太陽電池モジュール１の設置時に、遮蔽物Ｓによって太陽電池セル２０に直達光が届かなくなる可能性のある領域である。ただし、この領域は時刻や季節によって変化するため、「保護材３の少なくとも遮蔽物Ｓ寄りの一部領域３１」の範囲は適宜設定できる。

６０度鏡面光沢度と拡散透過率とは、逆関係にある。このため、本実施形態の太陽電池モジュール１によれば、第２の６０度鏡面光沢度に対して第１の６０度鏡面光沢度が小さい分、保護材３において第２方向よりも第１方向の拡散透過率が大きい。また、図４に示すように、遮蔽物Ｓの側（図示左側）から差す太陽光線により保護材３で発生した拡散光Ｌは、入射点の後方に進む拡散光Ｌ１と、入射点の前方に進む拡散光Ｌ２と、の両方を含む。よって、この拡散光Ｌ１を、太陽電池セル２０のうち直達光の届かない太陽電池セル２０ａに到達させられるため、遮蔽物Ｓによって直達日射量の正透過成分が遮蔽されてしまう領域３１の受光量を増加させられる。このように、遮蔽物Ｓによって直達日射量の正透過成分が遮蔽されてしまう領域３１（保護材３のうち図４におけるドットで塗られた領域）の受光量を増加させられることから、直達光の届かない太陽電池セル２０ａにおける受光量が増加した分だけ、直達光の届く太陽電池セル２０を含む複数の太陽電池セル２０で遮蔽物Ｓによる発電量低下を緩和できる。なお、この太陽電池モジュール１では、保護材３全体の光沢度を下げるのではなく、直達光の届かない領域に対応した保護材３の一部（遮蔽物Ｓ寄りの一部領域３１）のみ光沢度を下げているため、太陽電池モジュール１の外観が不自然になりにくく従来に近いものとなっている。

この太陽電池モジュール１では、第１方向での、保護材３の拡散透過率が３０％以上である。このように、第１の６０度鏡面光沢度は、第２の６０度鏡面光沢度を基準として１０％以上（本実施形態では、２５％程度）小さい。

また、この太陽電池モジュール１では、第１方向上の遮蔽物Ｓ側の領域３１に光源７０を配置して測定した、第３の６０度鏡面光沢度（図２に示したように、光源７０及び受光器７１を配置した際の第１の６０度鏡面光沢度と同じ）は、第１方向上の遮蔽物Ｓとは反対側（図３Ａ及び図３Ｂにおける右側）の領域３２に光源７０を配置して測定した、第４の６０度鏡面光沢度よりも小さい。この構成によれば、第１方向では、第４の６０度鏡面光沢度に対する第３の６０度鏡面光沢度の分、拡散透過率が大きい。よって、遮蔽物Ｓの側（図４における左側）から差す太陽光線のうち、保護材３で発生した拡散光を、直達光の届かない太陽電池セル２０ａにより多く到達させられるため、遮蔽物Ｓによって直達日射量の正透過成分が遮蔽されてしまう領域３１の受光量を増加させられる。

さらに、太陽電池セル２０は短冊状（細長形状）とされており、複数の太陽電池セル２０がシングリング接続されて、太陽電池ストリング２を構成している。シングリング接続とは、細長形状の太陽電池セル２０を、屋根板を葺くようにして、各太陽電池セル２０における長辺が重なるように順次配置していくことによる接続である。本実施形態の太陽電池モジュール１では、太陽電池セル２０は、直列接続されている。また、シングリング接続の接続方向は、第１方向と一致している。このように複数の太陽電池セル２０がシングリング接続された太陽電池ストリング２では、単体の太陽電池セル２０が小さく、影の影響による出力低下が生じやすいので、このような太陽電池ストリング２を備えた太陽電池モジュール１において、遮蔽物Ｓによる出力低下の対策を有効にできる。

本実施形態の太陽電池モジュール１では、各太陽電池セル２０の大きさ（シングリング接続された太陽電池ストリング２では、各太陽電池セル２０の幅寸法）は同じである。各太陽電池セル２０は、例えば、長方形の板状である。本実施形態では、従来のように遮蔽物Ｓによる影の対策のために、広幅の太陽電池セルを用意する必要がない。

また、この太陽電池モジュール１では、遮蔽物Ｓにより太陽光が遮蔽され得る部位の全体で、第１の６０度鏡面光沢度の方が前記第２の６０度鏡面光沢度よりも小さくなっている。なお、例えば、太陽電池モジュール１の設置位置の想定により、太陽電池モジュール１に対する日差しの方向が定まっている場合、即ち、シングリング接続の接続方向の一方側に、遮蔽物Ｓによる太陽光の遮蔽が生じると定まっている場合、シングリング接続に係る太陽電池ストリング２の接続方向における一端部（図１における左右方向における一端部）で、第１の６０度鏡面光沢度の方が第２の６０度鏡面光沢度よりも小さくなっていればよい。

さらに、太陽電池モジュール１に対する日差しの方向が定まっていない場合、即ち、シングリング接続の接続方向の一方側に遮蔽物Ｓによる太陽光の遮蔽が生じると定まっていない場合、シングリング接続に係る太陽電池ストリング２の、接続方向両端部（図１における左右方向における両端部）で、第１の６０度鏡面光沢度の方が前記第２の６０度鏡面光沢度よりも小さくすることも考えられる。この構成によれば、シングリング接続の接続方向のどちら側に遮蔽物Ｓによる太陽光の遮蔽が生じても、遮蔽物Ｓによる発電量低下を緩和できる。このため、太陽電池モジュール１に設置位置の自由度が高い。なお、遮蔽物Ｓにより太陽光が遮蔽され得る部位に関係なく、太陽電池モジュール１の全体で、第１の６０度鏡面光沢度の方が第２の６０度鏡面光沢度よりも小さくなっていてもよい。

保護材３は、例えば、透明な硬質材料により構成される。また、保護材３は、板状の部材であり、具体的には、ガラス板である。また、保護材３の厚みは、例えば、２ｍｍ以上８ｍｍ以下である。本実施形態の太陽電池モジュール１では、保護材３は、太陽電池セル２０の表面２００のみに設けられている（図２参照）。この場合、太陽電池セル２０の裏面２０１には、樹脂シート６が設けられている。

なお、保護材３は、太陽電池セル２０の表面２００及び裏面２０１の両方に設けられていてもよい。この場合、太陽電池セル２０の表面２００に設けられた保護材３においてのみ、第１の６０度鏡面光沢度と、第２方向上に光源７０及び当該光源７０の光線を受ける受光器７１が配置されるように測定装置７を配置して測定した、第２の６０度鏡面光沢度と、を比較すると、第１の６０度鏡面光沢度の方が前記第２の６０度鏡面光沢度よりも小さくすればよい。

以下、太陽電池モジュール１の製造方法について説明する。この製造方法は、太陽電池セル２０と、太陽電池セル２０の光入射側に重ねられた、透明な硬質材料からなる保護材３と、を備えた太陽電池モジュール１の製造方法である。保護材３が、硬質材料（例えば、ガラス板）に対して斜め方向に研磨材を投射して光入射側の面に凹凸を形成するブラスト加工により形成される。ブラスト加工における前記斜め方向は、加工を行う面の上方から第１方向に向かう方向、又は、上方から第一方向に対して平面視において反時計回りに１８０°回転させた第３方向に向かう方向である（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）。ブラスト加工は、例えば、サンドブラストである。本実施形態の製造方法では、サンドブラストは、研磨材を吹き付けるノズルＮ及び硬質材料の両方を動かしながら行われる。また、ブラスト加工は、例えば、マスクを用いて部分的に行われる。

この製造方法では、ブラスト加工により、上述のように太陽電池モジュール１の保護材３の光沢度が部分的に小さくなる。具体的に、太陽電池モジュール１に対し、太陽光の入射角度によって太陽電池セル２０に影がかかる位置に遮蔽物Ｓが存在する条件で、保護材３の少なくとも遮蔽物Ｓ寄りの一部領域３１につき、第１方向上に光源７０及び当該光源７０の光線を受ける受光器７１が配置されるように測定装置７を配置して測定した、第１の６０度鏡面光沢度と、第２方向上に光源７０及び当該光源７０の光線を受ける受光器７１が配置されるように測定装置７を配置して測定した、第２の６０度鏡面光沢度と、を比較すると、第１の６０度鏡面光沢度の方が第２の６０度鏡面光沢度よりも小さくなっている。

本実施形態の太陽電池モジュール１の製造方法では、隣接する他の太陽電池モジュール１等が、太陽電池モジュール１に入射する太陽光の遮蔽物Ｓとなった場合でも、発電量低下を緩和できる太陽電池モジュール１を、ブラスト加工という公知の加工方法により簡単に製造することができる。

なお、保護材３の加工は、ブラスト加工以外に、硬質材料に対するエッチング加工（例えば、マスクを用いて部分的に行うエッチング加工）、硬質材料に対する薄膜形成、硬質材料に対する偏光フィルムの貼付等により行ってもよい。また、太陽電池モジュール１の全体で、第１の６０度鏡面光沢度の方が第２の６０度鏡面光沢度よりも小さくする場合、保護材３の全面に対してブラスト加工やエッチング加工等を行ってもよい。保護材３の全面に対してブラスト加工やエッチング加工を行う場合、部分的に加工を行うためのマスキング等の工程を省略することができるため、簡便な加工が可能である。

以上の太陽電池モジュール１の製造方法のように、ガラス板をサンドブラスト加工することで形成した保護材３を備えるサンプルを準備したところ、第１の６０度鏡面光沢度が４．６となり、第２の６０度鏡面光沢度が６．８となった。このサンプルでは、保護材３（ガラス板）の厚みは３．２ｍｍである。このサンプルに対して、島津製作所製分光光度計Ｓｏｌｉｄｓｐａｃｅ－３７００を用いて、拡散透過率測定を行った。具体的に、積分球の長方形型の開口部のうち上部約１／３を黒色紙で遮蔽し、その上にサンプルを重ねて測定を行った。ここで、黒色紙で遮蔽されていない下部２／３が、本実施形態の太陽電池モジュール１における遮蔽物Ｓによって直達日射量の正透過成分が遮蔽されてしまう領域を想定した領域である。

この結果、第１方向を上向きとした測定における拡散透過率は４３．９０％となり、第２方向を上向きとした測定にける拡散透過率は３８．９２％となり、第１方向を上向きとした場合が、第２方向を上向きとした場合よりも、拡散透過率が大きくなることがわかった。このように、本実施形態の太陽電池モジュール１では、遮蔽物Ｓによって直達日射量の正透過成分が遮蔽されてしまう領域３１の受光量を大きくすることができ、遮蔽物による発電量低下が緩和できることがわかった。

なお、本発明の太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態の太陽電池モジュール１は、例えば、主面（受光面）側を上方に向けた状態で設置されていたが、例えば、民家の外壁等の垂直面またはそれに近い面（例えば、垂直面に対して１５°以内で傾斜した面）に対して取り付けられてもよい。この場合、太陽電池モジュール１は、垂直面等に対して取り付けるための取付部（ブラケット等）を備えることもできる。例えば、取付部は、枠部５に設けられる。

上記実施形態の太陽電池ストリング２では、太陽電池セル２０が、短冊状とされており、複数の太陽電池セル２０がシングリング接続されていたが、太陽電池セル２０の形状は正方形板状等の短冊状以外の形状を有してもよい。また、複数の太陽電池セル２０はシングリング接続されておらず、配線材によって接続されていてもよい。

また、太陽電池モジュール１は枠部５を備えていたが、枠部５を備えていなくてもよい。

１…太陽電池モジュール、２…太陽電池ストリング、３…保護材、４…封止材、５…枠部、６…樹脂シート、７…測定装置、２０、２０ａ…太陽電池セル、３１、３２…領域、７０…光源、７１…受光器、２００…表面、２０１…裏面、Ｓ…遮蔽物、Ｌ、Ｌ１、Ｌ２…拡散光、Ｎ…ブラストノズル

Claims (5)

1. 太陽電池セルと、前記太陽電池セルの光入射側に重ねられた、透光性を有する保護材と、を備えた太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池モジュールに対し、太陽光の入射角度によって前記太陽電池セルに影がかかる位置に遮蔽物が存在する条件で、前記遮蔽物から遠ざかる方向を第１方向とし、前記第１方向に対して平面視において反時計回りに９０度回転させた方向を第２方向とした場合、
   前記保護材の少なくとも前記遮蔽物寄りの一部領域につき、前記第１方向上に光源及び当該光源の光線を受ける受光器が配置されるように測定装置を配置して測定した、第１の６０度鏡面光沢度と、前記第２方向上に光源及び当該光源の光線を受ける受光器が配置されるように測定装置を配置して測定した、第２の６０度鏡面光沢度と、を比較すると、前記第１の６０度鏡面光沢度の方が前記第２の６０度鏡面光沢度よりも小さい、太陽電池モジュール。
2. 前記第１方向での、前記保護材の拡散透過率が３０％以上である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第１の６０度鏡面光沢度は、前記第２の６０度鏡面光沢度を基準として１０％以上小さい、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 太陽電池セルと、前記太陽電池セルの光入射側に重ねられた、透明な硬質材料からなる保護材と、を備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記保護材が、前記硬質材料に対して斜め方向に研磨材を投射して光入射側の面に凹凸を形成するブラスト加工により形成され、
   前記太陽電池モジュールに対し、太陽光の入射角度によって前記太陽電池セルに影がかかる位置に遮蔽物が存在する条件で、前記遮蔽物から遠ざかる方向を第１方向とし、前記第１方向に対して平面視において反時計回りに９０度回転させた方向を第２方向とした場合、
   前記保護材の少なくとも前記遮蔽物寄りの一部領域につき、前記第１方向上に光源及び当該光源の光線を受ける受光器が配置されるように測定装置を配置して測定した、第１の６０度鏡面光沢度と、前記第２方向上に光源及び当該光源の光線を受ける受光器が配置されるように測定装置を配置して測定した、第２の６０度鏡面光沢度と、を比較すると、前記第１の６０度鏡面光沢度の方が前記第２の６０度鏡面光沢度よりも小さくなっている、太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記ブラスト加工における前記斜め方向は、加工を行う面の上方から前記第１方向に向かう方向、又は、上方から前記第一方向に対して平面視において反時計回りに１８０°回転させた第３方向に向かう方向である、請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。