特開 2023-136180 太陽電池モジュール、太陽光発電装置、及び太陽電池モジュールの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023136180

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール、太陽光発電装置、及び太陽電池モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/054 20140101AFI20230922BHJP

   H01L 31/05 20140101ALI20230922BHJP

   C03C 19/00 20060101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 620

H01L31/04 570

C03C19/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022041659

(22)【出願日】2022-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】田飼 伸匡

【テーマコード（参考）】

4G059

5F151

5F251

【Ｆターム（参考）】

4G059AA01

4G059AB03

4G059AC01

4G059AC09

5F151BA03

5F151BA16

5F151BA17

5F151EA19

5F151JA03

5F151JA30

5F251BA03

5F251BA16

5F251BA17

5F251EA19

5F251JA03

5F251JA30

(57)【要約】

【課題】複数の太陽電池セルが、断面形状が真円状、楕円状、長円状のいずれかである配線材によって接続されている太陽電池モジュールにて、受光面に対して太陽光が低角度で入射した場合の発電効率を向上させる太陽電池モジュール、太陽光発電装置、及び、太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルの受光面に接するように配置され、前記複数の太陽電池セルの各々において集電を行う、断面形状が真円状、楕円状、長円状のいずれかである配線材と、前記複数の太陽電池セルの前記受光面側に設けられ前記配線材を覆う透明な保護材と、を有し、前記保護材における拡散透過率の平均値が正透過率の平均値よりも大きい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の太陽電池セルと、
前記複数の太陽電池セルの受光面に接するように配置され、前記複数の太陽電池セルの各々において集電を行う、断面形状が真円状、楕円状、長円状のいずれかである配線材と、
前記複数の太陽電池セルの前記受光面側に設けられ前記配線材を覆う透明な保護材と、を有し、
前記保護材における拡散透過率の平均値が正透過率の平均値よりも大きい、太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記保護材における３００－１５００ｎｍの波長における拡散透過率の平均値が３００－１５００ｎｍの波長における正透過率の平均値よりも大きい、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

請求項１または２に記載の太陽電池モジュールであって、設置面上に配置された１台以上の太陽電池モジュールを備え、
前記太陽電池モジュールは、該太陽電池モジュールの受光面が太陽の正中方向の方角とは逆の方角を向いて配置されている、太陽光発電装置。

【請求項4】

請求項１または２に記載の太陽電池モジュールであって、設置面上に配置された１台以上の太陽電池モジュールを備え、
前記設置面が建物の垂直または略垂直の壁面である、太陽光発電装置。

【請求項5】

請求項１または２に記載の太陽電池モジュールを製造する方法であって、
前記保護材の材料である硬質材料に対して研磨材を投射して、光入射側の面に凹凸を形成するブラスト加工工程を有する、太陽電池モジュールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池モジュール、太陽光発電装置、及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、断面形状が矩形状である配線材の代わりに、複数の太陽電池セルの各々が、断面形状が真円状、楕円状、長円状のいずれかである複数の配線材によって集電されるマルチワイヤ構造の太陽電池モジュールが提案されている（非特許文献１）。また、この太陽電池モジュールでは、断面形状が真円状であることにより、断面形状が矩形状である場合と比べて、配線材における太陽電池セルに接する面積が小さくすることができるため、太陽電池セルの受光面積が大きくなり、有利である（非特許文献１の図３参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Ｓｔｅｆａｎ Ｂｒａｕｎ他４名「Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｂｕｓｂａｒ ｄｅｓｉｇｎ： ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ」Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｃｅｄｉａ ４３（２０１３）８６－９２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この太陽電池モジュールのマルチワイヤ構造のメリットは、受光面に対して垂直に光が入射する際に主に発生し、ソーラーシミュレータによる測定や、太陽電池モジュールを南面に設置した場合において主に得ることができる。このメリットは、受光面に対して垂直に光が入射した場合、配線材の断面が円状であることにより、配線材で反射された光が低角度になって太陽電池セルに入射する、又は、太陽電池セルに入射しない成分も低角度であるためガラス面で再反射されやすいという原理に基づく。

【0005】

一方、このような太陽電池モジュールを南面以外の方位に向けた設置や壁面設置すると、受光面に対して垂直に近い角度で光が入射しにくいため、このような角度からの光による発電の機会はほとんど無く、受光面に対して低角度で入射する光で主に発電することになる。この場合、受光面に対して低角度で入射した光が、配線材に入射すると受光面に対して高角度で反射されるため、反射された光は太陽電池セルに再入射しにくく、ガラス面に入射したときに再反射せずに外に放出されやすい。このように、受光面に対して太陽光が低角度で入射した場合、前述のようにメリットとして働くことが想定されていた配線材の断面が円状であることは、むしろデメリットとして働くこととなる。

【0006】

本発明は、複数の太陽電池セルが、断面形状が真円状、楕円状、長円状のいずれかである配線材によって接続されている太陽電池モジュールにて、受光面に対して太陽光が低角度で入射した場合の発電効率を向上させる太陽電池モジュール、太陽光発電装置、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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルの受光面に接するように配置され、前記複数の太陽電池セルの各々において集電を行う、断面形状が真円状、楕円状、長円状のいずれかである配線材と、前記複数の太陽電池セルの前記受光面側に設けられ前記配線材を覆う透明な保護材と、を有し、前記保護材における拡散透過率の平均値が正透過率の平均値よりも大きい。

【0008】

かかる構成によれば、保護材における拡散透過率の平均値が正透過率の平均値よりも大きいため、太陽光が低角度で入射した場合に、太陽電池セルにおいて直達光では配線材の影にかかる部分に、保護材で発生した拡散光を到達させられるため、太陽電池セルの受光量を増加させられる。この保護材で発生した拡散光によって、受光面に対して太陽光が低角度で入射した場合の発電効率を向上させられる。

【0009】

また、前記太陽電池モジュールでは、前記保護材における３００－１５００ｎｍの波長における拡散透過率の平均値が３００－１５００ｎｍの波長における正透過率の平均値よりも大きくてもよい。

【0010】

かかる構成によれば、太陽電池セルの発電に寄与する波長範囲において、受光面に対して太陽光が低角度で入射した場合の発電効率を向上させられる。

【0011】

本発明の太陽光発電装置は、前記太陽電池モジュールであって、設置面上に配置された１台以上の太陽電池モジュールを備え、前記太陽電池モジュールは、該太陽電池モジュールの受光面が太陽の正中方向の方角とは逆の方角を向いて配置されている。

【0012】

かかる構成によれば、太陽電池モジュールを例えば北半球で北向きに設置する場合、直達光が低角度で入射することが多くなる。この場合の発電効率の向上について有効に対策できる。

【0013】

また、前記太陽光発電装置は、前記太陽電池モジュールであって、設置面上に配置された１台以上の太陽電池モジュールを備え、前記設置面が建物の垂直または略垂直の壁面である。

【0014】

かかる構成によれば、太陽電池モジュールを建物の垂直または略垂直の壁面に設置する場合、直達光が低角度で入射することが多くなる。この場合の発電効率の向上について有効に対策できる。

【0015】

本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、前記太陽電池モジュールを製造する方法であって、前記保護材の材料である硬質材料に対して研磨材を投射して、光入射側の面に凹凸を形成するブラスト加工工程を有する。

【0016】

かかる構成によれば、受光面に対して太陽光が低角度で入射した場合の発電効率を向上させられる太陽電池モジュールを、一般的なブラスト加工により形成できる。

【発明の効果】

【0017】

以上より、本発明によれば、複数の太陽電池セルが、断面形状が真円状、楕円状、長円状のいずれかである配線材によって接続されている太陽電池モジュールにて、受光面に対して太陽光が低角度で入射した場合の発電効率を向上させる太陽電池モジュール、太陽光発電装置、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。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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】図２は、図１の太陽電池モジュールの模式的な拡大断面図である。

【図3】図３は、前記太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置の設置状態における模式的な側面図である。

【図4】図４は、変形例に係る前記太陽光発電装置の設置状態における模式的な側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態について、図１～図３を参照しつつ説明する。

【0020】

太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル２と、複数の太陽電池セル２の受光面２０に接するように配置され、複数の太陽電池セル２の各々において集電を行う、横断面形状が真円状である配線材３と、複数の太陽電池セル２の受光面２０側に設けられ配線材３を覆う透明な保護材４と、を有する。本実施形態の太陽電池モジュール１は、太陽電池セル２と保護材４の間に設けられた封止材５を備える。また、太陽電池モジュール１は、板状である。なお、配線材３の形状は、真円状以外に、楕円状、長円状のいずれかであってもよい。

【0021】

本実施形態では、保護材４において、太陽光が当たる表面４０には微細な凹凸が形成されており、この凹凸によって入射光が屈折する。このため、保護材４における拡散透過率の平均値は、正透過率の平均値よりも大きい。そのため、太陽電池モジュール１に対して太陽光が低角度で入射した場合に、太陽電池セル２において直達光では配線材３の影にかかる部分に、保護材４で発生した拡散光を回り込むようにして到達させられるため、太陽電池セル２の受光量を増加させられる。この保護材４で発生した拡散光によって、受光面２０に対して太陽光が低角度で入射した場合の発電効率を向上させられる。この太陽電池モジュール１による効果は、直達光において、受光面２０に対して低角度で入射する光が優位になる場合に特に有効である。具体的には、北半球において、太陽電池モジュール１を北面に向けて設置した場合や、太陽電池モジュール１を北面以外（例えば、南面）に向けて設置した場合における朝や夕方の時間帯等において、特に有効である。

【0022】

太陽電池セル２の発電には、３００－１５００ｎｍという波長範囲の光が寄与する。これに対応して、本実施形態では、保護材４における一点での太陽電池セル２の発電に寄与する波長範囲（３００－１５００ｎｍ）の複数の波長における拡散透過率の平均値は、この波長範囲（３００－１５００ｎｍ）の複数の波長における正透過率の平均値よりも大きい。そのため、太陽電池２セルの発電に寄与する波長範囲（３００－１５００ｎｍ）において、受光面２０に対して太陽光が低角度で入射した場合の発電効率を向上させられる。

【0023】

保護材４は、例えば、透明な硬質材料により構成される。また、保護材４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４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４は、太陽電池セル２の表面（受光面）２０のみに設けられている（図２参照）。この場合、太陽電池セル２の裏面２１には、樹脂シート６が設けられている。

【0024】

なお、保護材４は、太陽電池セル２の受光面２０（表面２０）及び裏面２１の両方に設けられていてもよい。この場合、太陽電池セル２の受光面２０側に設けられた保護材４においてのみ、保護材４における拡散透過率の平均値が、正透過率の平均値よりも大きければよい。

【0025】

太陽電池セル２は、例えば、長方形の板状である（図１参照）。以下、本実施形態では、太陽電池セル２の短辺の延びる方向を縦方向、太陽電池セル２の長辺の延びる方向を横方向として説明する。また、太陽電池セル２は、結晶系太陽電池である。図示した太陽電池モジュール１には、縦３列横６行の計１８の太陽電池セル２が配置されている。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２の大きさ及び形状は同じである。

【0026】

配線材３は、各太陽電池セル２の集電を行う部材である。また、配線材３によってバスバー電極から集電が行われる。本実施形態では、配線材３は、太陽電池セル２の受光面２０上に接して配置されるとともに、封止材５に埋め込まれている。さらに、配線材３は、受光面２０上では、フィンガー電極（図示なし）に交差するように設けられている。また、配線材３は、太陽電池セル２にのみ設けられていてもよいし、複数の太陽電池セル２のうち隣り合う太陽電池セル２を接続してもよい。さらに、配線材３は、複数の太陽電池セル２にまたがって設けられていてもよい。なお、配線材３が、各太陽電池セル２にのみ設けられる場合、各太陽電池セル２の配線材３は、インターコネクタ（接続材）により接続される。

【0027】

本実施形態では、配線材３は、縦方向に延び、且つ、縦方向に隣り合う太陽電池セル２を接続している。本実施形態では、各太陽電池セル２に対して、９本の配線材３が配置されている。なお、各太陽電池セル２に対する配線材３の本数は９本以外であってもよく、その本数は限定されない。

【0028】

なお、配線材３の断面形状が楕円状や長円状である場合、配線材３は、配線材３が太陽電池セル２を覆う面積を小さくするために、断面視における配線材３の長手方向が上下方向に沿うように配置されていることが好ましい。

【0029】

一列の太陽電池セル２に設けられた配線材３の縦方向における端部は、それぞれ、横方向に延びる集電部材７に接続されている。集電部材７は、複数の太陽電池セル２にて、複数の配線材３が集電した電流を集電する部材であり、例えば、横方向に延びている。配線材３は、銅、アルミニウムといった金属により構成される。配線材３の断面の直径は、０．２～０．５ｍｍである。

【0030】

本実施形態では、図３に示すように、複数の太陽電池モジュール１から太陽光発電装置１０が構成される。太陽光発電装置１０は、設置面Ｓ上に配置された１台以上の太陽電池モジュール１を備える。

【0031】

太陽光発電装置１０は、例えば、３つの太陽電池モジュール１を備える。なお、太陽光発電装置１０に備えられる太陽電池モジュール１の数は、２つ乃至４つ以上の複数であってもよい。

【0032】

また、太陽光発電装置１０は、例えば、受光面１００（主面）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ている。この場合、太陽電池モジュール１の設置面Ｓは、建物の屋根の表面であり、傾斜面（水平面に対して４５°以内で傾斜した面、通常、２０°～３０°傾斜した面）又は水平面である。

【0033】

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、保護材４の材料である硬質材料に対して研磨材を投射して、光入射側の面（表面４０）に凹凸を形成するブラスト加工工程を有する。ブラスト加工を行うことにより、形成された凹凸が光を屈折するため、上述のように太陽電池モジュール１の保護材４における拡散透過率の平均値が正透過率の平均値よりも大きくなる。この太陽電池モジュール１の製造方法では、受光面に対して太陽光が低角度で入射した場合の発電効率を向上させられる太陽電池モジュール１を、一般的なブラスト加工により形成できる。

【0034】

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及び硬質材料の両方を動かしながら行われる。

【0035】

保護材４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）による表面４０の粗化であってもよい。なお、保護材４における拡散透過率の平均値を正透過率の平均値よりも大きくするために、凹凸による屈折の他、複数素材の組み合わせにより屈折率を変化させるものであってもよい。このため、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。

【0036】

本発明の太陽電池モジュール、太陽光発電装置、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。

【0037】

太陽電池モジュール１は、該太陽電池モジュール１の受光面１００が太陽の正中方向の方角とは逆の方角を向いて配置されていてもよい。具体的に、太陽電池モジュール１は、例えば、南基準左手系の方位角表示で、北半球で、９０度～２７０度（西～北～東）の方向を向いて設置されることが考えられる。太陽電池モジュール１を例えば北半球で北向きに設置する場合、直達光が低角度で入射することが多くなるが、保護材４における拡散透過率の平均値が正透過率の平均値よりも大きくした太陽電池モジュール１を備えることで、この場合の太陽光発電装置１０における発電効率の向上について有効に対策できる。

【0038】

例えば、太陽電池モジュール１の設置面Ｓは、民家等の建物の屋根の表面であったが、図４に示すように、建物の垂直または略垂直の壁面であってもよい。具体的に、建物の垂直または略垂直の壁面は、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）である。例えば、北半球においては、夏場の正午付近の太陽高度が６０°～７０°であるため、このように、太陽電池モジュール１を設置した場合の直達光は垂直面に対して２０°～３０°の低角度で入射することになる。そのため、太陽電池モジュール１を建物の垂直または略垂直の壁面に設置する場合、直達光が低角度で入射することが多くなるが、保護材４における拡散透過率の平均値が正透過率の平均値よりも大きくした太陽電池セル２を有する太陽電池モジュール１を用いることで、この場合の発電効率の向上について有効に対策できる。

【0039】

太陽電池モジュール１には、縦方向及び横方向の少なくとも一方向に、複数の太陽電池セル２が並んだ状態で配置されていればよい。記実施形態の太陽電池モジュール１では、配線材３は、縦方向に延び、且つ、縦方向に隣り合う太陽電池セル２を接続していたが、配線材３は、縦方向以外の方向に延びていてもよい。例えば、横方向に延びる配線材３が、横方向に隣り合う太陽電池セル２を接続する構成であってもよい。

【0040】

なお、太陽電池セル２を短冊状（細長形状）とすることもできる。この場合、複数の太陽電池セル２がシングリング接続されて、太陽電池ストリングを構成してもよい。シングリング接続とは、細長形状の太陽電池セル２を、屋根板を葺くようにして、各太陽電池セル２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。この場合、太陽電池セル２同士を、太陽電池セル２間をまたぐ配線材３やインターコネクタで接続する必要が無い。複数の太陽電池セル２がシングリング接続された太陽電池ストリングでは、単体の太陽電池セル２が小さく、配線材３の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を備えた太陽電池モジュール１において、配線材３による出力低下の対策を有効にできる。

【0041】

また、保護材４につき、表面加工によるものではなく、保護材４の構成物質ではない他の物質を混合することによって、拡散透過率を向上させてもよい。混合する物質は、例えば、表面で光を反射する微粒子や屈折率を変化させる物質である。

【符号の説明】

【0042】

１…太陽電池モジュール、２…太陽電池セル、３…配線材、４…保護材、５…封止材、５…保護材、６…樹脂シート、７…集電部材、１０…太陽光発電装置、２０…受光面（表面）、２１…裏面、４０…表面、１００…受光面、Ｓ…設置面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】