混合型太阳电池模块的制作方法

本发明涉及一种同时实现利用太阳光的发电与利用太阳热的温水供给的混合型太阳电池模块。

背景技术：

太阳光发电作为利用自然能源的有效的发电系统而得以广泛渗透。但是，为了实施太阳光发电，需要较大的受光面，因此正研究为了进一步有效利用所述较大的面积，而对太阳光发电设置附加价值。作为此种附加价值之一，提出有对太阳光发电系统附加温水供给系统(参照专利文献1及专利文献2)。

图6是专利文献1所示的现有的太阳能系统的安装剖视图。此处，专利文献1所记载的太阳能系统是自排列于屋顶r等之上的太阳光面板100中选择一部分面板，仅在其下侧设置具有集热管120或隔热材130的太阳能温水面板110，产生可将太阳能温水面板110布置在最佳位置的效果。但是，由于太阳光面板100与太阳能温水面板110是分别地制造，故而无法直接使用已有的太阳光面板100的框架150。即，由于需另外设置太阳能温水面板110的底座160，故而面板的设置作业繁杂。

图7是专利文献2所示的一体形成的太阳光热电温水面板的组装图。在专利文献2所记载的太阳光热发电温水面板中，由于将太阳光面板100与集热管120及隔热材130设为一体的构造，故而产生可在现有的框架设置具有两种功能的面板的效果。

但是，对集热管120要求较高的耐水压性能或长期的耐久性，但专利文献2中对此几乎未进行研究，另外，若未对蓄热性或面板整体的强度等进行充分研究，则难以贯穿全年供给充分的温水。

进而，现有的混合型面板是在太阳电池的面板的背侧部分将热吸收片材与铜管加以组合，通过“热传导”而制造温水的结构。现有的方法为了抑制自经铜管加温的温水的散热，而成为利用隔热材包入铜管、太阳电池模块的构造。然而，存在通过隔热材的保温效果，混合型模块的温度因太阳光变热而达到100℃附近的情况。另外，即便通水，制品温度也高于通常的面板，导致发电性能降低与制品寿命降低。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2013-2709号公报

[专利文献2]日本专利特开2000-241030号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

鉴于此种实际情况，本发明的目的在于提供一种太阳热光混合型模块，其使太阳光面板与供液体通过的树脂制管道一体地结合，轻量且低价，进而，耐受长期的使用，另外，可贯穿全年高效率地供给温水。

[解决问题的技术手段]

用以达成上述目的的第1发明的太阳热光混合型模块具有以下特征。

其是在太阳电池模块的正面侧与背面侧设置有玻璃的太阳电池模块，并且

具备温水制造部与发电部，

在上述发电部的发电元件的至少一面侧配置有烯烃系橡胶密封材(a)，

在上述发电元件的相反面侧配置有调配有碳黑的烯烃系橡胶片材(b)，

成为上述温水制造部的水路的树脂管为交联聚乙烯或聚丁烯，

利用上述烯烃系橡胶片材(b)夹入上述树脂管，进而

在上述树脂管的侧部、及上述树脂管与树脂管的间隙配置有上述烯烃橡胶片材(b)。

第1发明的混合型太阳电池模块在其发电部的发电元件的正面侧配置有烯烃系橡胶密封材(a)，在发电元件的相反面侧配置有烯烃系橡胶片材(b)。在烯烃系橡胶片材(b)中调配有碳黑。通过此种构成，而将太阳光的热能有效地传递至树脂管内的水等，一面进行发电一面以高效率制造温水。以下，对其作用进行说明。

在双面玻璃构造的太阳电池模块中，太阳光的波长为380nm～2500nm，太阳光透过玻璃。本发明的太阳热光混合型模块内的烯烃系橡胶片材(b)含有碳黑。所述烯烃系橡胶的辐射率为95％以上，高效率地吸收穿透至模块内的电磁波并进行发热。所述发热体(橡胶)通过再次放射而以大致100％放射电磁波。放射波长大于所吸收的波长的电磁波。波长大于2500nm的电磁波被封入太阳电池模块的玻璃内，而自近红外线长波长化为远红外线(3μm至5μm)。而且，被玻璃面反射而被封入。由此，双面玻璃构造内部的橡胶构件、树脂管、树脂管内的水高效率地吸收电磁波，通过辐射而使包入至调配有碳黑的烯烃系橡胶片材(热吸收体)的树脂管内的水等引起良好的热移动。

在本发明中，烯烃系橡胶片材(b)也配置于树脂管的间隙。因此，利用烯烃系橡胶片材(b)内的碳黑的所述功能，而通过利用辐射的热传递机构使水分子也发热，由此实现高效率。

另外，第1发明的太阳热光混合型模块在正面侧(主受光侧)与背面侧配置有玻璃。由此，具有封入透射至太阳电池模块内的太阳光(电磁波)的效果，有助于高效率地制造温水。

进而，第1发明的太阳热光混合型模块使用聚乙烯管作为树脂管，具有使远红外光透过的性质，可在树脂管内对于水等液体一面耐受水压一面有效地传递太阳光的能量，从而有效利用太阳光的能量。

通过以上的第1发明的太阳热光混合型模块的构成，实现了本发明的混合型太阳电池模块的95％综合太阳能转换效率。

另外，在第1发明中，使用交联聚乙烯管作为树脂管。由于在制造本发明的太阳热光混合型模块时进行加压压制，因此也存在将树脂管压扁为扁平状的情况，但在利用连接构件将太阳电池模块彼此连接时，若对自太阳热光混合型模块露出的树脂管的部分进行加热，则可使树脂管恢复原本的形状而顺利地进行连接。在本发明的太阳热光混合型模块的使用过程中，完全不存在自连接部漏水等问题。另外，常有在成形后管内部成为负压而管塌陷的情况，但交联聚乙烯管、聚丁烯管由于是与烯烃橡胶化学键结，故而不存在管的闭塞。

第2发明的太阳热光混合型模块在第1发明中具有以下特征。

上述烯烃系橡胶密封材(a)的厚度为250μm以上且500μm以下。

在第2发明中，在太阳热光混合型模块的发电元件的正面侧，在太阳电池面板与橡胶原材料层之间配置有烯烃系橡胶密封材(a)。其厚度为250μm以上且500μm以下。若厚度未达250μm，则有太阳电池模块内的发电元件(太阳电池单元)破裂之虞。若厚度超过500μm，则有透明度变差而太阳光的透过量减少，太阳电池模块的发电性能降低及温水制造的效率降低之虞。

第3发明的太阳热光混合型模块在第1发明中具有以下特征。

上述烯烃橡胶片材(b)是使用乙炔黑、科琴黑、纳米碳管中的单独一种、或掺合2种，相对于烯烃橡胶片材100重量份而添加20重量份至100重量份。

若使用第3发明的混合型太阳电池模块，则太阳电池模块内所使用的烯烃系橡胶片材(b)为乙炔黑、科琴黑、纳米碳管中的单独一种或掺合2种而成者。因此，具有高热传导性，另外，具有将近红外光转换为远红外光的功能，因此可大幅度提升太阳光的能量利用效率。

第4发明的太阳热光混合型模块在第1发明中具有以下特征。

上述玻璃的厚度为0.8mm以上且4.0mm以下。

在第4发明中，太阳热光混合型模块所使用的正面侧与背面侧的玻璃的厚度为0.8mm以上且4.0mm以下。优选为2.0mm以上且3.2mm以下。若厚度未达0.8mm，则有在制造太阳电池模块时玻璃破裂之虞。若厚度超过4.0mm，则有太阳热光混合型模块的重量过大之虞。

第5发明的太阳热光混合型模块在第1发明中具有以下特征。

上述双面玻璃构造的太阳电池模块的厚度为10mm以上且40mm以下。

在第5发明中，本发明的太阳热光混合型模块的厚度设为10mm以上且40mm以下。若厚度未达10mm，则有无法充分发挥出本发明的太阳热光混合型太阳电池的温水制造的功能之虞。若厚度超过40mm，则有重量过大而设置作业性显著降低之虞。

第6发明的太阳热光混合型模块在第1发明中具有以下特征。

上述树脂管的长度为20m以上且100m以下。

在第6发明中，将太阳电池模块内的树脂管的长度设为20m以上且100m以下，优选为30m以上且60m以下。若树脂管的长度超过100m，则卷绕步骤的作业性降低，另外，与其对应的太阳电池面板会变得过大，因此实际上不会制作如此大的太阳电池面板。另一方面，若树脂管的长度低于20m，则集热性能降低，有无法获得目标温水之虞，进而，模块的重量变重，设置作业性显著降低，因此欠佳。

用以达成上述目的的第7发明的太阳热光混合型模块的制造方法具有以下特征。

通过将第1发明至第6发明所记载的太阳热光混合型模块的发电部、烯烃系橡胶片材(b)及温水制造部同时层叠，同时在真空加热下进行加压成形而进行制造。

根据第7发明，将太阳热光混合型模块的包含烯烃系密封材(a)的发电部的构件与烯烃橡胶片材(b)、温水制造部的构件同时层叠(积层)，投入至层压装置中，在真空加热下进行加压压制，由此可制造本发明的太阳热光混合型模块。根据本发明的制造方法，可利用作为太阳电池的制造装置的层压装置而制造太阳热光混合型模块，从而可大幅度提升其制造效率。

附图说明

图1是本发明的太阳热光混合型模块的立体图。

图2是本发明的太阳热光混合型模块的剖视图。

图3是本发明的太阳热光混合型模块的树脂制管道的配置的说明图。

图4是本发明的太阳热光混合型模块的连接方法的说明图。

图5是本发明的太阳热光混合型模块的太阳电池单元的配设状态的说明图。

图6是现有的太阳能系统的安装剖视图。

图7是现有的一体形成的太阳光热电温水面板的组装图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式，一面参照随附附图一面进行说明。再者，在以下的说明中，下文将本发明的太阳热光混合型模块简称为“太阳电池模块”。

图1是本发明的太阳电池模块的立体图，图2是本发明的太阳电池模块剖视图。另外，图3是本发明的太阳电池模块的与包含直线mn的太阳电池模块10平行的平面的平面图，且是本发明的太阳电池模块的树脂制管道的配置的说明图。所述太阳电池模块10具备：太阳光面板20(发电部)，其具备作为发电元件的太阳电池单元21；及温水制造部，其在所述太阳光面板20的背侧包含树脂制管道31；所述太阳电池模块10是利用橡胶原材料50将这些太阳光面板20与温水制造部接着而一体地结合而成者。而且，所述太阳电池模块10的目的在于：使水或防冻液等液体流入所述树脂制管道31，利用太阳光面板20所吸取的太阳热，使流入至树脂制管道内部30的液体的温度上升。作为液体的种类，若换为硅酮管或氟管，则也考虑油等，通常在水的情形时是供给温水，因此不仅可利用于浴池设施之类的大量需要温水的设施，也可利用于一般家庭。在使用防冻液的情形时是利用热交换机，使上水道系统的水成为温水。在未满足所希望的温度的情形时，可通过利用锅炉再次加热的系统，而快速且经济地制造温水。另外，由于本发明的太阳电池模块所受到的受热是迅速地传递至树脂制管道31，因此也表现出抑制作为发电部分的太阳电池单元21的温度上升，而提升混合型太阳电池的发电效率的效果。

所述混合型太阳电池模块10成为如下构成：在受光面侧具备太阳电池面板20的正面玻璃22，在背面侧具备背面玻璃51，且树脂制管道31是利用橡胶原材料层50进行内包。作为橡胶原材料层50，使用烯烃系橡胶片材(b)。可使烯烃系橡胶片材(b)含有具有接着功能的原材料，在下述层压加工中利用所受到的热而将树脂制管道31与橡胶原材料50一体地接着。再者，就构造而言，树脂制管道31的顶点部分是与太阳电池面板20(发电部分)的背片材24及背面玻璃51接触。由于树脂制管道31与烯烃系橡胶片材(b)接触，因此使来自太阳电池面板20侧的太阳热高效率地传递至树脂制管道31内的水等。所述烯烃系橡胶片材(b)发挥热吸收材的作用。如此，通过设为利用正面玻璃22与背面玻璃51进行内包的构成，可提高蓄热效果，进而提高太阳热光混合型模块10整体的强度。再者，太阳光面板20的正面玻璃22与太阳电池单元21及背片材24的接着及密封是使用密封材23(23a、23b)。使用烯烃系密封材(a)作为所述密封材23(23a、23b)。另外，也可使用申请人在2014年2月25日以日本专利特愿2014-34405提出申请的烯烃系密封材作为所述密封材。

以前，作为此种吸收太阳热的集热管，一直使用铜制的集热管。但是，在与太阳光面板20一体化的情形时，必须耐受长期的使用，且在铜制的情形时散热较快，因此尤其在需要温水的冬季无法充分蓄热，难以实现供给温水的效果。因此，在本发明中，采用具有耐蚀性优异且不易散热的特征的树脂制管道31。作为树脂制管道31的原材料，适宜为聚乙烯与聚丁烯。

再者，作为树脂制管道31的耐水压性能，在25℃下需为0.2mpa以上。其原因在于：若不具有此种程度的耐水压性能，则有混合型太阳电池模块10向面外方向鼓出，而破坏混合型太阳电池模块10之虞。

另外，如图3所示，树脂制管道31是相对于1片太阳热光混合型模块10而配设为螺旋状。1片太阳热光混合型模块10所使用的上述树脂制管道的长度是设为20m以上且100m以下。在图3中，将1根树脂制管道31配设为螺旋状，也可为将2根或3根并排配设为螺旋状的构成。进而，也可如图2般使树脂制管道接触而配置。通过以此种形态配设树脂制管道31，而可增加太阳热向树脂制管道31的吸热量，从而可高效率地制造温水。另外，在图3中，在本发明的太阳电池模块的面内设置有水等的流入口32与流出口33。对于它们而言，也可通过在太阳电池模块的树脂制管道31的流入口与流出口附近积层不与橡胶材(b)接着的铝片材，在成形后去除所述铝片材，而与交联橡胶材共同呈大致直角地导出树脂制管道31，设为流入口32与流出口33。

图4表示实际设置本发明的混合型太阳电池模块的状态。以设置4片太阳电池模块10(1)、10(2)、10(3)、10(4)的情形进行说明。可将流入口32与流出口33如上述般呈大致直角地导出至背面玻璃51侧。由此，可如图4般无间隙地铺设本发明的太阳电池模块。利用连接用管道34将太阳电池模块10(1)的流入口32(1)与太阳电池模块10(2)的流出口33(2)连接。以下，同样地利用连接用管道34将太阳电池模块10(2)与太阳电池模块10(3)、太阳电池模块10(3)与太阳电池模块10(4)连接。连接用管道34在各太阳电池模块的流入口32与流出口33处包含连接部35。以上，如图4所示，各太阳电池模块的流入口32与流出口33相连接。因此，连接部的配管是配置于太阳电池模块的底部。变得可利用现有的公知技术进行连接作业，设置作业也容易。另外，可无间隙地设置太阳电池模块，从而可实现省空间化。

另外，在本发明中，通过将交联聚乙烯管用作太阳电池模块内所使用的树脂管，而表现出以下的效果。即，由于在制造本发明的太阳热光混合型模块时进行加压压制，故而会将树脂管压扁为扁平状，但在利用连接构件将太阳电池模块彼此连接时，若对自太阳热光混合型模块露出的树脂管的部分进行加热，则树脂管会恢复原本的形状而可顺利地进行连接。在本发明的太阳热光混合型模块的使用过程中，完全不存在自连接部漏水等问题。

以下，对本发明的太阳电池模块的制造方法进行简单说明。

本发明的太阳电池模块10可利用层压装置在真空环境下进行加压压制而制造。将太阳电池面板20(发电部)的构成构件(正面玻璃22、密封材23a、太阳电池单元21、密封材23b、背片材24)、烯烃系橡胶片材(热吸收材)50、树脂制管道31、烯烃系橡胶片材(热吸收材)50、及背面玻璃51进行积层配置，并通过层压装置的抽真空步骤及加压步骤而制造。因此，在加压步骤中，若树脂制管道31的占有面积变少，则有被压扁之虞。因此，树脂制管道31需有特定的面积(长度)。

[实施例]

[实施例1]

使用日清纺精密机器(nisshinbomechatronicsinc.)股份有限公司制造的pvl-1537，在真空时间(10分钟)、压制温度160℃、压制时间25分钟的成型条件下，以原材料(1)至原材料(8)的顺序进行层叠，以通常的本技术领域人员所进行的太阳电池模块的生产顺序进行成型。再者，为了减少压扁，树脂管是使用高度19mm的铝模具进行压制。电极是自正面玻璃与背面玻璃之间取出，电极部是利用原材料(4)将其夹入而同时成型。如以上般成型太阳电池模块后，与欧南芭(onamba)公司制造的接线盒进行焊接。安装铝框架，而获得实施例1的太阳电池模块。以下为原材料(1)至原材料(8)的说明。

(1)正面玻璃：强化玻璃(2.5t)

(2)烯烃橡胶密封材(透明烯烃密封材)：菱江化学销售厚度300μm(相当于图2的密封材23a的构件)

(3)晶澳太阳能(jasolar)公司制造的将单晶单元连接而成的电池串36串

(4)白烯烃橡胶密封材：菱江化学销售厚度350μm/背片材(琳得科公司(linteccorporation)制造)利普莱(liprea)(相当于图2的密封材23b与背片材24的构件)

(5)烯烃系橡胶片材(热吸收材)

调配三井化学公司制造的epdm(ethylene-propylene-diene-terpolymerrubber，乙烯-丙烯-二烯-三元共聚橡胶)(100重量份)、乙炔黑(50重量份)、石蜡油p380(10重量份)、dcp(3.5重量份)而成者

(相当于图2的橡胶原材料50的构件)

(6)树脂制管道：井上(inoac)公司制造的7a交联聚乙烯树脂管

树脂管的长度是使用7a管合计46m。

(7)烯烃系橡胶片材(热吸收材)：与原材料(5)相同

(8)背面玻璃：强化玻璃(2.5t)

[实施例2]

将实施例1的原材料(4)的厚度设为300μm，将原材料(5)与原材料(7)的热吸收材所包含的碳黑设为乙炔黑(35重量份)与科琴黑(15重量份)，将原材料(6)的树脂管的使用长度设为50m，除此以外，均与实施例1同样地进行，而获得实施例2的太阳电池模块。

[比较例1]

将实施例1的原材料(2)设为eva(ethylenevinylacetatecopolymer，乙烯乙酸乙烯酯共聚物)(450μm)，将原材料(4)的密封材部分设为eva(600μm)，将原材料(5)与原材料(7)的热吸收材所包含的碳黑设为旭#60(60重量份)，将原材料(6)的树脂管的使用长度设为10m，除此以外，均与实施例1同样地进行，而获得比较例1的太阳电池模块。

[比较例2]

将实施例1的原材料(2)设为eva(450μm)，将原材料(4)的密封材部分设为eva(600μm)，原材料(5)与原材料(7)是将热吸收材所包含的碳黑设为50重量份的德罗西路(durosil)(德固萨(degussa)公司制造)超级(ultra)360，将原材料(6)的树脂管的使用长度设为40m，除此以外，均与实施例1同样地进行，而获得比较例2的太阳电池模块。

[单元破裂]

对于实施例1、实施例2、比较例1及比较例2所制作的太阳电池模块所存在的破裂，根据以下的指标进行评价。将其评价结果示于表1。

<评价分>

评价分3分：无单元破裂。

评价分2分：对于3片单元确认到1处单元破裂。

评价分1分：确认到无数的单元破裂。

[集热性能]

通过以下方式对实施例1、实施例2、比较例1及比较例2所制作的太阳电池模块的集热性能进行评价。以水量200l/hr，在日照量为600(w/m²)以上且天气为晴的状况下进行评价。日照量是利用英弘精机制造的iv测试仪进行测定。另外，太阳电池模块内的水的温度上升是测定原水温度与温水的温度差，准确地测定1分钟存储的水量，求出集热量而换算为(w/m²)。根据以下的式子，算出太阳电池模块的集热效率(％)。将其评价结果示于表1。

集热效率(％)＝[{热量(w/m²)}/{日照量(w/m²)}]×100

[符号的说明]

10：混合型太阳电池模块

20：太阳光面板

21：太阳电池单元

22：正面玻璃

23(23a、23b)：密封材

24：背片材

30：管道内部

31：树脂制管道

32：流入口

33：流出口

34：连接用管道

35：连接部

50：橡胶原材料

51：背面玻璃

[表1]