特許 7495260 太陽電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-27

(45)【発行日】2024-06-04

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H02S 40/20 20140101AFI20240528BHJP

   H02S 50/00 20140101ALI20240528BHJP

【ＦＩ】

H02S40/20

H02S50/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020065115

(22)【出願日】2020-03-31

(65)【公開番号】P2021164313

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-01-27

(73)【特許権者】

【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】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】中村 淳一

(72)【発明者】

【氏名】口山 崇

(72)【発明者】

【氏名】小泉 玄介

(72)【発明者】

【氏名】中野 邦裕

【審査官】丸橋 凌

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２７８７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０８９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３９６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９３２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１７９７００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１２２６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３１６５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１７４９６１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｓ １０／００－９９／００

Ｈ０１Ｌ ３１／０４－３１／０７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池セルと、
透光性を有し、前記太陽電池セルの受光面側を覆う板状の第１保護部材と、
透光性を有し、前記第１保護部材の受光面側を隙間を空けて覆う板状の第２保護部材と、
遮光性を有する遮光材料を保持し、前記遮光材料を前記第１保護部材と前記第２保護部材の隙間に放出する遮光材料放出機構と、
を備え、
前記遮光材料放出機構は、前記遮光材料を収容する保持容器と、衝撃を受けたときに前記保持容器を破壊する破壊部材と、を有する、太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記遮光材料放出機構は、互いに異なる方向の衝撃によって前記保持容器を破壊する複数の前記破壊部材を有し、
前記保持容器は、平面視で前記第１保護部材及び前記第２保護部材を囲むよう配設され
る、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記第１保護部材と前記第２保護部材の隙間は真空である、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。

【請求項4】

前記遮光材料は、遮光性を発現する微粒子を含む、請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

【請求項5】

前記遮光材料は、前記微粒子が分散される液体をさらに含むインクである、請求項４に記載の太陽電池モジュール。

【請求項6】

前記遮光材料は、液晶である、請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

【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に関する。

【背景技術】

【0002】

再利用可能なエネルギー源として、太陽電池セルを封止した太陽電池モジュールの利用が広がっている。太陽電池モジュールは、電力を必要としているか否かにかかわらず、太陽電池セルに光が入射すると出力端に電圧が生じる。太陽電池モジュールを設置した設備に事故等があった場合には、安全のために太陽電池モジュールからの出力を停止することが望ましい。

【0003】

特許文献１には、太陽光パネル（太陽電池モジュール）の表面に遮光剤を散布して、太陽電池モジュールの出力を抑制する遮光装置が記載されている。特許文献１に記載の遮光装置は、遮光剤を収納する遮光剤収納部と、遮光剤収納部と放射管を介して接続された放射ノズルと、遮光剤収納部の遮光剤に対して圧力を加える加圧手段と、放射管に設けられる開閉弁の開閉を制御する制御部と、を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－９３２８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の遮光装置は、遮光剤により太陽電池モジュールの表面を覆うために、チクソトロピー性を有する遮光剤を使用している。しかしながら、いかにチクソトロピー性を有するとしても収納時には高粘度である遮光剤を散布するために、かなりの圧力が必要となる。また、太陽電池モジュールの表面を確実に覆うためには、散布する遮光剤の量を多くする必要がある。このため、特許文献１に記載の遮光装置では、装置が大きくなり、太陽電池モジュールの有効面積を制限するおそれがある。例えば自動車等の移動体に太陽電池モジュールを搭載する場合、特許文献１に記載されるような遮光装置を設けることは難しい。そこで、本発明は、光電変換に資する有効面積が大きく、非常時に出力を抑制できる太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは、太陽電池セルと、透光性を有し、前記太陽電池セルの受光面側を覆う板状の第１保護部材と、透光性を有し、前記第１保護部材の受光面側を隙間を空けて覆う板状の第２保護部材と、遮光性を有する遮光材料を保持し、前記遮光材料を前記第１保護部材と前記第２保護部材の隙間に放出する遮光材料放出機構と、を備える。

【0007】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールにおいて、前記遮光材料放出機構は、前記遮光材料を収容する保持容器と、衝撃を受けたときに前記保持容器を破壊する破壊部材と、を有してもよい。

【0008】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールにおいて、前記遮光材料放出機構は、互いに異なる方向の衝撃によって前記保持容器を破壊する複数の前記破壊部材を有し、前記保持容器は、平面視で前記第１保護部材及び前記第２保護部材を囲むよう配設されてもよい。

【0009】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールにおいて、前記第１保護部材と前記第２保護部材の隙間は真空であってもよい。

【0010】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールにおいて、前記遮光材料は、遮光性を発現する微粒子を含んでもよい。

【0011】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールにおいて、前記遮光材料は、前記微粒子が分散される液体をさらに含むインクであってもよい。

【0012】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールにおいて、前記遮光材料は、液晶であってもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは、光電変換に資する有効面積が大きく、非常時に出力を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールの端部の断面図である。

【図2】図１の太陽電池モジュールの平面図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュールの端部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。さらに、以下の説明において、先に説明した実施形態と同様の構成要素には、同じ符号を付して重複する説明を省略することがある。

【0016】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール１の端部の断面図である。図２は、図１の太陽電池モジュール１の平面図である。

【0017】

太陽電池モジュール１は、平面的に配列される複数の太陽電池セル１０と、透光性を有し、複数の太陽電池セル１０の受光面側（表面側）を覆う板状の第１保護部材２０と、透光性を有し、第１保護部材２０の受光面側を隙間Ｓを空けて覆う板状の第２保護部材３０と、遮光性を有する遮光材料Ｍを保持し、遮光材料Ｍを第１保護部材２０と第２保護部材３０の隙間Ｓに放出する遮光材料放出機構４０と、複数の太陽電池セル１０の裏面側（受光面と反対側）を覆う第３保護部材５０と、第１保護部材２０と第３保護部材５０との間の太陽電池セル１０の周囲の空間に充填される封止材６０と、を備える。なお、「透光性」とは、全光透過率（ＪＩＳ Ｋ７３６１－１）が９０％以上、好ましくは９５％以上であることを意味する。また、「遮光性」とは、遮光材料放出機構４０に保持されているときの条件で厚み１ｍｍの層を形成した場合の全光透過率が１０％以下、好ましく５％以下であることを意味する。また、「遮光性」は、光を吸収することによって発現されてもよく、光を反射（正反射であっても乱反射であってもよい）することによって発現されてもよい。

【0018】

複数の太陽電池セル１０は、一定数の太陽電池セル１０を一列に並べて接続した複数の太陽電池ストリングを構成してもよい。これにより、太陽電池セル１０を平面的に配列することが容易となる。太陽電池ストリングは、太陽電池セル１０の接続方向の一方側の端部を隣接する太陽電池セル１０の他方側の裏面に重ねて配置するいわゆるシングリング構造を有するものであってもよい。複数の太陽電池セル１０は、図示しないが、隣接する太陽電池セル１０間を接続するインターコネクタ、太陽電池ストリング間を接続する接続配線等で接続され、最終的に１つの太陽電池モジュール１に一対の電気的出力端を形成する。この一対の出力端は、出力配線として第３保護部材５０の裏面側又は側方に延出してもよい。

【0019】

第１保護部材２０は、複数の太陽電池セル１０を相対位置を変えずに保持できる強度を有するために十分な厚みを有することが好ましい。第１保護部材２０は、例えばガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂などの透明板から形成される。第１保護部材２０は、平板に限られず、太陽電池モジュール１の所望の表面形状に合わせて湾曲していてもよい。

【0020】

第２保護部材３０は、第２保護部材３０との間に一定の厚みを有する隙間Ｓを形成するために、第２保護部材３０と同様の形状を有し、十分な厚みを有する材料から形成される。また、第２保護部材３０の表面は、凹凸状に加工されていてもよく、反射防止コーティング層で被覆されていてもよい。このような第２保護部材３０を用いることによって、第２保護部材３０が入射する光を反射させにくいので、より多くの光を太陽電池セル１０に導き、太陽電池モジュール１の光電変換効率を向上することができる。

【0021】

第１保護部材２０と第２保護部材３０との間の隙間Ｓは、後述する遮光材料放出機構４０が保持する遮光材料Ｍによって埋めることができるよう、十分に小さい厚みを有することが好ましい。特に、遮光材料Ｍが第１保護部材２０及び第２保護部材３０に対して濡れ性が大きい液体である場合、隙間Ｓの厚みは、毛細管現象によって遮光材料Ｍを隙間Ｓの内部に導入できるよう選択され得る。また、遮光材料Ｍの導入を促進するために、真空であってよい。この場合、隙間Ｓは、その外周が少なくとも部分的に遮光材料放出機構４０によって封止された密閉空間とされる。なお、「真空」とは、高真空に限られず、大気圧より圧力が小さい状態を含む。

【0022】

遮光材料放出機構４０は、遮光材料Ｍを収容する保持容器４１と、衝撃を受けたときに保持容器４１を破壊する複数の破壊部材４２と、太陽電池モジュール１の他の構成要素の積層体の外周部、並びに保持容器４１及び破壊部材４２を取り囲むよう配設される枠体４３と、を有する構成とすることができる。

【0023】

遮光材料放出機構４０が放出する遮光材料Ｍとしては、第１保護部材２０と第２保護部材３０との隙間Ｓの外周の１箇所から隙間Ｓの全体に行き渡らせることができるよう、流動性に優れる流体状の材料が用いられる。具体例として、遮光材料Ｍは、例えば遮光性を発現する微粒子とこの微粒子が分散される液体とを含むインクとすることができる。この場合、分散媒となる液体は、第１保護部材２０の表面及び第２保護部材３０の裏面に対する濡れ性が大きいことが好ましい。また、遮光材料Ｍは、保持容器４１内に圧縮状態に保持される気体と、この気体中で一定時間浮遊可能であり、遮光性を発現する微粒子とを含んでもよい。遮光性を発現する微粒子は、例えば光を吸収する有色顔料、光を反射又は散乱させる白色顔料等とすることができる。また、遮光材料Ｍは、流動性及び遮光性を併せ持つ液晶であってもよい。

【0024】

保持容器４１は、十分な量の遮光材料Ｍを保持しつつ、太陽電池セル１０を配置する有効面積を大きくするために、第１保護部材２０及び第２保護部材３０の外縁に沿って延びる管状に形成されることが好ましく、第１保護部材２０及び第２保護部材３０を取り囲む環状、通常は方形環状に形成されることがより好ましい。

【0025】

保持容器４１は、破壊部材４２の構成にもよるが、例えばガラス管、シリコンチューブ等から形成することができる。本実施形態では、破壊部材４２は、後述するように保持容器４１を内側から破壊するよう構成されているので、破壊部材４２に衝撃を伝達するために、弾性変形可能なチューブから形成されている。また、本実施形態の保持容器４１は、第１保護部材２０と第２保護部材３０との隙間Ｓの外周部を封止している。

【0026】

破壊部材４２は、太陽電池モジュール１が衝撃を受けた場合に保持容器４１に対して圧接されることにより、保持容器４１を破壊する。このような作用を得るために、保持容器４１の少なくとも破壊部材４２により破壊される部分と破壊部材４２との一方は外力が直接的に作用して移動するよう配設され、他方は直接的に外力が作用せず慣性力により運動状態を維持しようとするよう配設される。

【0027】

破壊部材４２は、互いに異なる方向の衝撃によって保持容器４１を破壊できるよう、保持容器４１の四辺にそれぞれ配設されることが好ましい。本実施形態の破壊部材４２は、保持容器４１の中に配設され、保持容器４１の隙間Ｓの外周を封止する平面視内側部分の内面に対向する鋭利な突起４２１と、保持容器４１の隙間Ｓを封止する部分に対向する逸見面し外側部分の内面に固定され、突起４２１を保持する固定部４２２と、を有する。

【0028】

本実施形態の枠体４３は、保持容器４１の平面視外側の外面に配置される外周部４３１と、第２保護部材３０の外縁部の表面側に延びる表面フランジ部４３２と、第３保護部材５０の外縁部の裏面側に延びる裏面フランジ部４３３と、を有する。外周部４３１は保持容器４１に固定されてもよいが、表面フランジ部４３２及び裏面フランジ部４３３は、第２保護部材３０及び第３保護部材５０に対して摺動可能に設けられる。このため、枠体４３は太陽電池モジュール１の遮光材料放出機構４０以外の構成要素（太陽電池セル１０、第１保護部材２０、第２保護部材３０、第３保護部材５０及び封止材６０の積層体）に対して面方向に移動可能である。

【0029】

本実施形態において、外力は枠体４３に作用し、保持容器４１の枠体４３に当接する部分及びこの部分に固定される破壊部材４２は、枠体４３と一体に移動する。一方、保持容器４１の第１保護部材２０と第２保護部材３０との隙間Ｓを封止する部分は、保持容器４１を介して外力が作用する太陽電池モジュール１の遮光材料放出機構４０以外の構成要素の積層体と一体に移動する。太陽電池モジュール１の遮光材料放出機構４０以外の構成要素は、比較的大きい質量を有するため、慣性力によって運動状態を維持しようとする（静止状態ではその場に留まろうとする）。このため、保持容器４１の隙間Ｓ側の部分と枠体１３側の部分との相対位置が変化し、枠体４３を保持容器４１に向かって加速させるよう力が作用する部分では、保持容器４１が圧縮され、破壊部材４２が保持容器４１の隙間Ｓ側の内壁に向かって相対移動する。枠体１３に大きな加速度を与えるような衝撃が作用した場合、破壊部材４２の先端部が保持容器４１の隙間Ｓ側の内壁に突き刺さり、保持容器４１のこの部分を破壊する。すると、保持容器４１の内部空間と、第１保護部材２０と第２保護部材３０との隙間Ｓが連通し、保持容器４１に収容された遮光材料Ｍが隙間Ｓに流入する。こうして遮光材料Ｍが隙間Ｓの中に拡散することによって、光が隙間Ｓを透過できなくなるため、太陽電池モジュール１の出力が停止される。なお、遮光材料Ｍが放出される衝撃の強さについては、保持容器４１の強度（保持容器４１の径方向の圧縮に対する弾性率および内壁の破壊部材４２の圧接に対する破壊強度）と、平常時の保持容器４１の隙間Ｓ側の内壁面と破壊部材４２の先端との距離等によって調節することができる。

【0030】

第３保護部材５０は、太陽電池セル１０の裏面側を保護する層である。第３保護部材５０の材質としては、特に限定されるものではないが、水等の浸入を防止する（遮水性の高い）材質が好ましい。具体的には、第３保護部材５０は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリル樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、オレフィン系樹脂、含フッ素樹脂、含シリコーン樹脂等の樹脂等から形成することができる。また、第３保護部材５０は、樹脂の層と、例えばアルミニウム箔等の金属の層との積層体としてもよい。このような構成により、第３保護部材５０のバリア性を向上することができる。

【0031】

第３保護部材５０は、例えば金属層、光拡散材含有層（白色層）等を有し、表面側から入射する光を反射するよう、構成されてもよい。これにより、太陽電池セル１０を透過又は太陽電池セル１０の隙間を通過した光を反射して太陽電池セル１０に戻すことによって光電変換効率を向上することができる。また、第３保護部材５０の表側面から見た際の色（光の反射特性）は、個々の太陽電池セル１０を識別しにくくして太陽電池モジュール１の美観の低下を防止するために、太陽電池セル１０の表側面の色と近似していてもよい。

【0032】

封止材６０は、太陽電池セル１０の周囲の空間を埋めることによって、水分等が浸入して太陽電池セル１０に接触することを防止する。これにより太陽電池セル１０が劣化することが抑制される。封止材６０は、透明性を有し、太陽電池セル１０及び第１保護部材２０に対する密着性を有する材料から形成される。封止材６０は、太陽電池セル１０と第１保護部材２０との間、及び太陽電池セル１０と第３保護部材５０との間にそれぞれシート状の材料を挟み込み、熱プレスにより太陽電池セル１０と第１保護部材２０との隙間を封止することができるよう、熱可塑性を有する材料から形成されることが好ましい。具体的には、封止材６０は、例えばエチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／α－オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等から形成することができる。

【0033】

以上のように、太陽電池モジュール１は、事故等によって衝撃（枠体４３に作用する加速度）を受けたときに、遮光材料放出機構４０が第１保護部材２０と第２保護部材３０との隙間Ｓの中に遮光材料を放出して、表面側から入射する光を遮断して太陽電池セル１０に到達することを防止できる。このため、太陽電池モジュール１は、非常時に出力を抑制できるので、意図しない電気が流れて二次災害が生じることを防止できる。また、遮光材料放出機構４０は、比較的小型であり、かつ太陽電池セル１０を配置し難い太陽電池モジュール１の外縁部に配設されるため、光電変換に資する有効面積が大きい。

【0034】

＜第２施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュール１Ａの端部の断面図である。太陽電池モジュール１Ａは、複数の太陽電池セル１０と、第１保護部材２０と、第２保護部材３０と、遮光材料Ｍを保持し、遮光材料Ｍを第１保護部材２０と第２保護部材３０の隙間Ｓに放出する遮光材料放出機構４０Ａと、第３保護部材５０と、封止材６０と、を備える。

【0035】

遮光材料放出機構４０Ａは、遮光材料Ｍを収容する保持容器４１Ａと、衝撃を受けたときに保持容器４１Ａを破壊する複数の破壊部材４２Ａと、第１保護部材２０及び第２保護部材３０の外側に、第１保護部材２０と第２保護部材３０の隙間Ｓに連通し、保持容器４１Ａ及び破壊部材４２Ａを収容する密閉空間を形成する収容部材４４と、太陽電池モジュール１の他の構成要素の積層体の外周部並びに保持容器４１Ａ、破壊部材４２Ａ及び収容部材４４を取り囲むよう配設される枠体４３と、を有する。

【0036】

本実施形態の保持容器４１Ａは、例えばガラス管等の可撓性を有しない材料から形成されることが好ましい。

【0037】

本実施形態の破壊部材４２Ａは、第１保護部材２０及び第２保護部材３０と保持容器４１Ａとの間に、間隔を空けて配設される。破壊部材４２Ａは、第１保護部材２０及び第２保護部材３０との間隔を定めるスペーサを兼ねてもよい。

【0038】

収容部材４４は、可撓性を有する材料から形成され、第１保護部材２０及び第２保護部材３０に気密に接続される。

【0039】

遮光材料放出機構４０Ａにおいて、枠体４３Ａに面方向の衝撃が加わった場合、枠体４３Ａは収容部材４４を介して保持容器４１Ａを破壊部材４２Ａに押圧し得る。このため、一定以上の衝撃が加わると保持容器４１Ａの破壊部材４２Ａに押圧される部分が破壊されるので、遮光材料Ｍが収容部材４４及び隙間Ｓに放出されることにより太陽電池モジュール１Ａの出力が停止される。

【0040】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、破壊部材は、保持容器の外側の壁を貫通して配設され、衝撃を受けたきに内側の壁を破壊するよう構成されてもよい。

【0041】

また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、遮光材料放出機構は、外部から信号が入力されたときに保持容器が破壊されるよう構成されてもよい。具体的には、発熱抵抗体に電流を流すことにより、保持容器の一部又は保持容器から第１保護部材と第２保護部材の隙間に突出する先端が閉じた管部を溶断する構成等が考えられる。

【0042】

また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、遮光材料放出機構は、第３保護部材の裏面に配設、又は太陽電池モジュールの他の構成要素と分離して配設される保持容器と、保持容器から第１保護部材と第２保護部材の隙間に遮光材料を導くよう設けられ、途中に遮断弁が設けられる配管と、例えば加速度センサ、温度センサ等によって異常を検知したときに遮断弁を開放する制御部と、を備える構成とすることもできる。

【0043】

また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、保持容器は、独立した密閉容器でなくてもよく、他の構成要素、例えば第１保護部材及び第２保護部材の端部並びに第１保護部材と第２保護部材との隙間を封止する部材等によって封止されるものであってもよい。

【符号の説明】

【0044】

１，１Ａ 太陽電池モジュール
１０ 太陽電池セル
２０ 第１保護部材
３０ 第２保護部材
４０，４０Ａ 遮光材料放出機構
４１，４１Ａ 保持容器
４２，４２Ａ 破壊部材
４３ 枠体
４４ 収容部材
５０ 第３保護部材
６０ 封止材
Ｍ 遮光材料
Ｓ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】