太陽電池モジュール
太陽電池は英語では”solar cell”ということは以前にも書きましたが、そのとき”photovoltaic cell”という言い方もあるということを書き忘れました。日本語に訳せば光電変換セルということになりますが、略してＰＶセルと呼ばれることもあります。いずれにしてもセルは電池という意味で使われます。
ただ今回取り上げるモジュールに対してセルと言うときは少し意味が違います。この場合、セルは太陽電池素子のことを意味します。太陽電池として動作する最小単位のことです。このセルを複数接続して１つのケースに入れたものがモジュールです。
ただ時計や電卓、最近は携帯電話にも使われていますが、このような小型機器に取り付けた太陽電池はセルなのかモジュールなのか少し微妙です。また１チップを単独でパッケージに入れたものも同様です。まあこれらはセルと呼んで良いように思います。
一方電力用の場合は住宅の屋根の上には畳１枚くらいの大きさのものが並べられています。これは多数のセルでできているわけですが、多数のセルを並べて一まとまりとして取り扱えるものをまず作り、それをさらに並べたものです。このような一まとまりにしたものがモジュールです。ところが同じようなものを指す用語としてパネルとかアレイとかストリングなどといういろいろな語があってとまどうことがあります。
ここではこれらの区別をまとめておきたいと思いますが、本来きっちりと定められたものではないので、異論はあるかもしれません。
これらを示すわかりやすい特許図面があるので、それを見ながら進めます。図Ａは住宅用太陽光発電システムを示す図です（特開平11-274544号（特許3451335号）より）。ここで太陽電池モジュールは21です。このモジュールを複数並べたものを太陽電池アレイ20と呼びます。22はこの特許では架台となっています。この複数のモジュールを並べて支えるものを架台といったり、周囲を囲うフレームといったり、これもいろいろです。
図Ｂは１つの太陽電池モジュールの構造を示しています。27が個々の太陽電池セルでこれをたくさん並べて結線し、密封してあります。通常は１つのモジュールからは一対の出力コード28a、28bが出ています。
このモジュールの構造が図Ｃです。複数のセルを直列に数珠繋ぎのようにし、これを透明な樹脂層２と５で挟み、太陽光に向ける表面はガラス１を被せ、裏面は樹脂板６で覆います。この樹脂板の裏に端子ボックス８を取り付け、端のセルからの配線を出力リード７ａ、７ｂに接続します。
さて、以上のモジュールは単結晶（または多結晶）シリコンの太陽電池が想定されています。セルの接続部分の構造を別の特許の図面でもう少し詳細に示したのが図Ｄです（特開平11-312820号（特許3754208号）より）。上の（A)が側面図、下の（B)が平面図です。
ｐ型結晶基板11表面にｎ型層12があり、その上に多数の平行なフィンガー電極13Aとそれに垂直なバスバー電極13Bが設けられています。基板裏面には裏面電極14があります。バスバー電極と隣の裏面電極を金属箔の接続タブ２でつなぎ、これを図Cのように多数連ねます。この連ねたものをストリングと呼ぶことがあります。
パネルというのは大体モジュールと同じように使われると思いますが、アレイになったものをパネルと行っている場合もあり、あまりはっきりしません。
特開平11-274544号の方に記されている数値例をみると、１つのモジュールでは２６V、５Aの１３０Wを発電するようにするとありますから、１セル当たり0.6V程度とすれば45個くらいのセルを並べていることになります。さらにこのモジュールを８台直列にして電圧を200Vに上げ、それを３つ並列にしてアレイを形成しています。これで200V×15A＝３ｋWの電力が晴天時に得られるシステムになります。住宅用ではこの３ｋWというのが、標準的なようです。
薄膜太陽電池の場合はモジュールの構造が違います。薄膜型の場合は集積型として、もともと１基板内で単位セルを複数直列接続したものを作り込むことができます。フレキシブル基板で連続成膜ができれば成膜装置を巨大化しなくても、必要数のセルを集積することができます。そうなれば１モジュール１基板とすることも可能で、モジュール内の接続配線は不要になります。
太陽電池モジュールについては大体以上ですが、上記のようにいろいろな名称が登場し、場合によっては同じ言葉で違うものを意味している場合がありますので注意が必要です。この点は特許分類にも言えますが、この点については後に触れることにします。
また発電装置については太陽電池のデバイスとは離れたいろいろな技術が必要とされます。これについても後に立ち返ることにします。以上でシリコン系太陽電池についてはひとまず終わりにし、次回以降はその他の太陽電池について順に紹介していくことにします。
ただ今回取り上げるモジュールに対してセルと言うときは少し意味が違います。この場合、セルは太陽電池素子のことを意味します。太陽電池として動作する最小単位のことです。このセルを複数接続して１つのケースに入れたものがモジュールです。
ただ時計や電卓、最近は携帯電話にも使われていますが、このような小型機器に取り付けた太陽電池はセルなのかモジュールなのか少し微妙です。また１チップを単独でパッケージに入れたものも同様です。まあこれらはセルと呼んで良いように思います。
一方電力用の場合は住宅の屋根の上には畳１枚くらいの大きさのものが並べられています。これは多数のセルでできているわけですが、多数のセルを並べて一まとまりとして取り扱えるものをまず作り、それをさらに並べたものです。このような一まとまりにしたものがモジュールです。ところが同じようなものを指す用語としてパネルとかアレイとかストリングなどといういろいろな語があってとまどうことがあります。
ここではこれらの区別をまとめておきたいと思いますが、本来きっちりと定められたものではないので、異論はあるかもしれません。
これらを示すわかりやすい特許図面があるので、それを見ながら進めます。図Ａは住宅用太陽光発電システムを示す図です（特開平11-274544号（特許3451335号）より）。ここで太陽電池モジュールは21です。このモジュールを複数並べたものを太陽電池アレイ20と呼びます。22はこの特許では架台となっています。この複数のモジュールを並べて支えるものを架台といったり、周囲を囲うフレームといったり、これもいろいろです。
図Ｂは１つの太陽電池モジュールの構造を示しています。27が個々の太陽電池セルでこれをたくさん並べて結線し、密封してあります。通常は１つのモジュールからは一対の出力コード28a、28bが出ています。
このモジュールの構造が図Ｃです。複数のセルを直列に数珠繋ぎのようにし、これを透明な樹脂層２と５で挟み、太陽光に向ける表面はガラス１を被せ、裏面は樹脂板６で覆います。この樹脂板の裏に端子ボックス８を取り付け、端のセルからの配線を出力リード７ａ、７ｂに接続します。
さて、以上のモジュールは単結晶（または多結晶）シリコンの太陽電池が想定されています。セルの接続部分の構造を別の特許の図面でもう少し詳細に示したのが図Ｄです（特開平11-312820号（特許3754208号）より）。上の（A)が側面図、下の（B)が平面図です。
ｐ型結晶基板11表面にｎ型層12があり、その上に多数の平行なフィンガー電極13Aとそれに垂直なバスバー電極13Bが設けられています。基板裏面には裏面電極14があります。バスバー電極と隣の裏面電極を金属箔の接続タブ２でつなぎ、これを図Cのように多数連ねます。この連ねたものをストリングと呼ぶことがあります。
パネルというのは大体モジュールと同じように使われると思いますが、アレイになったものをパネルと行っている場合もあり、あまりはっきりしません。
特開平11-274544号の方に記されている数値例をみると、１つのモジュールでは２６V、５Aの１３０Wを発電するようにするとありますから、１セル当たり0.6V程度とすれば45個くらいのセルを並べていることになります。さらにこのモジュールを８台直列にして電圧を200Vに上げ、それを３つ並列にしてアレイを形成しています。これで200V×15A＝３ｋWの電力が晴天時に得られるシステムになります。住宅用ではこの３ｋWというのが、標準的なようです。
薄膜太陽電池の場合はモジュールの構造が違います。薄膜型の場合は集積型として、もともと１基板内で単位セルを複数直列接続したものを作り込むことができます。フレキシブル基板で連続成膜ができれば成膜装置を巨大化しなくても、必要数のセルを集積することができます。そうなれば１モジュール１基板とすることも可能で、モジュール内の接続配線は不要になります。
太陽電池モジュールについては大体以上ですが、上記のようにいろいろな名称が登場し、場合によっては同じ言葉で違うものを意味している場合がありますので注意が必要です。この点は特許分類にも言えますが、この点については後に触れることにします。
また発電装置については太陽電池のデバイスとは離れたいろいろな技術が必要とされます。これについても後に立ち返ることにします。以上でシリコン系太陽電池についてはひとまず終わりにし、次回以降はその他の太陽電池について順に紹介していくことにします。
一般的すぎるとにかく ...
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