太陽光発電モジュール、太陽光発電パネル、および太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板
【課題】 太陽光発電において、静電圧による絶縁破壊を防止することができる、太陽光発電モジュール等を提供する。
【解決手段】 支持体１１と、支持体上で発電素子を保持するフレキシブルプリント配線板１０とを備え、フレキシブルプリント配線板が、絶縁をとるための絶縁基材層１ｂ、および、絶縁基材層に固着されて発電素子を直列に接続する金属層からなる導電層パターン１ａ、を有し、少なくとも導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と絶縁基材層との段差を埋めるように被覆する絶縁破壊防止膜３を備えることを特徴とする。
【解決手段】 支持体１１と、支持体上で発電素子を保持するフレキシブルプリント配線板１０とを備え、フレキシブルプリント配線板が、絶縁をとるための絶縁基材層１ｂ、および、絶縁基材層に固着されて発電素子を直列に接続する金属層からなる導電層パターン１ａ、を有し、少なくとも導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と絶縁基材層との段差を埋めるように被覆する絶縁破壊防止膜３を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電モジュール、太陽光発電パネル、および太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板、に関し、より具体的には、発電素子を直列接続することで高電圧が印加される配線パターンの耐絶縁破壊性能を高めた太陽光発電モジュール、太陽光発電パネル、および太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電は再生可能なエネルギとして多くの国で普及が図られている。本格的な普及が開始されたばかりのため、これまでにない重大な問題が現れる。たとえば、耐絶縁破壊の問題がある。これに正面から対処する方策が示された例はほとんどないが、これに類似した技術分野には、いくつか参考になる提案がなされている。たとえば、太陽電池や配線等の絶縁が破壊され、漏電または地絡が生じる場合があり、その地絡箇所を検知する太陽光発電システムなどが提案されている（特許文献１）。また、絶縁破壊そして漏電の原因となる過酷な気象条件に耐えるための太陽光発電モジュール用保護シートなどの提案がなされている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９９４４３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３５３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の漏電等の絶縁破壊の主因は、過酷な気象条件などであり、太陽電池モジュールにおける、太陽光発電の結果、生じた高電圧ではない。太陽光発電の中には、たとえば集光型太陽光発電では、発電効率の高い化合物半導体からなる発電素子に、レンズで集光された太陽光を入射することで大きな発電能力を実現している。このような集光型太陽光発電では、多数の発電素子を直列に接続するため、太陽光発電モジュール内の特定の箇所、または太陽光発電パネルの内の特定の箇所において、電位が数百ボルトから数千ボルトに到達する。通常、発電素子の間は帯状の銅箔パターンなどで導電接続されているが、この銅箔パターンに上記の数百ボルトから数千ボルトの電位が印加される。太陽光発電パネルは筐体に形成されるが、銅箔パターンはポリイミド樹脂などの絶縁基材上に支持されており、筐体からこの絶縁基材によって絶縁されている。絶縁基材は、その厚みが数十μｍ程度であり、厚みが薄いために、高い静電圧によって、とくに銅箔パターンの端縁では絶縁破壊が生じやすい。
【０００５】
巨大な太陽光発電設備が多くの場所で建設されようとしている今、太陽光発電装置内における電圧は、太陽光発電の形式によらず、設備が巨大化する分、高くなると考えられる。このため、静電圧による絶縁破壊は、上述の集光型太陽光発電モジュール等に限られず、対処すべき重要課題である。また、上記の数百ボルトから数千ボルトの電位が生じる設備では、実際に、絶縁破壊が生じている。
【０００６】
本発明は、集光型太陽光発電を含む太陽光発電において、静電圧による絶縁破壊を防止することができる、太陽光発電モジュール、太陽光発電パネル、および太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板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】
本発明の太陽光発電モジュールは、発電素子を備える。この太陽光発電モジュールは、支持体と、支持体上で発電素子を保持するフレキシブルプリント配線板とを備え、フレキシブルプリント配線板が、絶縁をとるための絶縁基材層、および、絶縁基材層に固着されて発電素子を直列に接続する金属層からなる導電層パターン、を有し、少なくとも導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と絶縁基材層との段差を埋めるように被覆する絶縁破壊防止膜を備えることを特徴とする。
【０００８】
絶縁破壊を生じる放電は、電極に導通する導電層パターンの端縁、とくに下層の絶縁基材層との段差における角部先端付近で発生する傾向が強い。上記のように導電層パターンは発電素子を直列接続するので、直列段数が大きくなると、最終段近くの所定の位置において非常に高い電位になる部分が生じる。導電層パターンは、たとえば数十μｍ程度の厚みの絶縁基材層に固着されているので、絶縁基材層が間に介在するといっても支持体との距離は小さい。この結果、高電位の導電層パターンの端縁付近と支持体との間で放電が発生し、絶縁破壊してしまう。たとえば通常の乾燥空気の直流的な絶縁破壊電圧は３ＭＶ・ｍ−１（３ｋＶ／ｍｍ）である。２０μｍの厚みの絶縁基材層が介在したとして、乾燥空気の絶縁破壊電圧は３００Ｖ／２０μｍ（１５ｋＶ／ｍｍ）程度と換算されるので、多数の発電素子が直列接続された最終段近くの導電層パターンの部分では、絶縁破壊の可能性は相当高いといえる。一気に絶縁破壊に進まなくても、部分放電が続いたあと何かのきっかけで絶縁破壊に至る場合も多い。
直列接続された発電素子を載置する導電層パターン全体のどこか一箇所でも絶縁破壊が生じると、電圧が立ち上がらなくなり、発電装置として機能しなくなる。
なお、支持体は、フレキシブルプリント配線板を配置するために平面状の底板を有するものであれば、どのような形態であってもよく、たとえば平板、上面があいた偏平な直方体、などであってよい。材料も何であってもよい。支持体とフレキシブルプリント配線板との間に保護シートなどが介在していてもよい。
【０００９】
上記のように、導電層パターンの端縁における下層の絶縁基材層との段差を埋めるように絶縁破壊防止膜を配置することで、空気やガス成分等の耐絶縁破壊性能が低い空気が排除されて、耐絶縁破壊性能を向上させることができる。絶縁破壊防止膜の機能は、（Ｅ１）空気の代わりに絶縁破壊電圧の高い物を配置すること、（Ｅ２）導電層パターンの端縁における局所的な急勾配の電位分布を広い範囲にわたる緩い勾配の電位勾配に変えること、などに基づく。
直列接続された発電素子によって後段ほど高電位になるが、絶縁破壊防止膜は、所定の電位以上になる領域に限って、上記の形態で配置してもよいし、電位に関係なく全領域に配置してもよい。
絶縁破壊防止膜は、上記の（Ｅ１）の場合、さらに、直流電圧または静電圧だけでなく、雷などのサージ電圧に対しても、絶縁破壊を防止するのに貢献することができる。
【００１０】
絶縁破壊防止膜を、絶縁材料、および抵抗体、のうちのいずれかで形成するのがよい。
絶縁材料は、上述のように絶縁破壊電圧が高い。例を挙げると、たとえば絶縁性能が高いことで知られるポリエチレンテレフタレートでは、絶縁破壊電圧は３００ｋＶ／ｍｍ、体積抵抗率は５×１０１８Ωｃｍである。このような絶縁材料は、主として上記の（Ｅ１）の働きにより、耐絶縁破壊性能を向上させることができる。（Ｅ１）の働きのうちには、部分放電を生じにくい作用も重要な要素として含まれる。絶縁材料は、樹脂でも、ガラス繊維でも、マイカ材料でも何でもよい。樹脂は、導電層パターンの端の段差を埋めるように配置するのに、取り扱いが容易であるので、好ましい。
また、抵抗体では、たとえば体積抵抗率が１ｋΩｃｍ〜数十ＭΩｃｍの抵抗体を、導電層パターンの端縁から絶縁基材層にかけてその段差を埋めるように配置することで、局所的な高勾配の電位分布を、広い範囲にわたる緩和した勾配の電位分布に変えることができる。すなわち上記の（Ｅ２）の働きを主に作動させるものである。これによって、段差部の上部に位置する導電層パターンの角部に集中していた電気力線の分布を、角部の周辺部に分散させ、かつ電位勾配も緩くすることができる。これによって、耐絶縁破壊性能を向上することができる。抵抗体の材料は、適当な抵抗値を有するもので、導電層パターンの端の段差を埋めるように配置する上で取り扱いが容易な材料であれば何でもよい。たとえば、導電フィラー入り樹脂などを用いることができる。
【００１１】
絶縁破壊防止膜を、導電層パターンの端縁および絶縁基材層の端部さらに支持体の面にまで、各段差を埋めるように幅をとる形態とすることができる。
上記のように広幅の絶縁破壊防止膜とすることで、導電層パターン／絶縁基材層の段差、および絶縁基材層／支持体の段差、の両方の段差を埋めることができる。このため、絶縁材料は上記（Ｅ１）の働き、抵抗体は（Ｅ２）の働きを、より確実に発揮することができる。この結果、耐絶縁破壊性能をより高くすることができる。
なお、上記の段差は、たとえば導電層パターンの端面と絶縁基材層の端面とがほとんど揃っている場合、（導電層パターン＋絶縁基材層）の端面と、支持体との段差が埋められるように、絶縁破壊防止膜を配置することで、上記の働き（Ｅ１）または（Ｅ２）を得ることができる。
【００１２】
導電層パターンは、絶縁基材層上において、帯状の連続部と、その連続部間の断続部とが交互に配置されており、発電素子は、該断続部に位置して、対をなす一方の電極を、断続部に面する一方側の連続部に導電接続し、他方の電極を、該断続部に面する他方側の連続部に導電接続するようにできる。
これによって、発電素子は導電層パターンによって直列接続され、後段に位置する導電層パターンの箇所ほど高電位となる。上記の絶縁破壊防止膜は、所定の電位以上の領域、または電位に関係なく全領域において、導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と絶縁基材層との段差を埋めるように被覆することができる。
なお、断続部は、連続部の端縁方向に直交するような矩形領域とは限らない。たとえば、一方の連続部の端縁から断続部を挟んで位置する相手側の連続部へと細く延びて、相手側はそれに応じて後退してＬ字状に凹み、その延びた連続部とＬ字状に凹んだ連続部との間のような形態（平面形状）であってもよい。また、そのような形態の断続部に逆流防止のダイオードが配置されていてもよい。ダイオードは、正常に発電している操業時には、両方の連続部を電気的に断続している。
また、断続部には、発電素子を設置するための設置部（台座、電極部など）が形成されていてもよい。設置部は、発電素子の一方の電極に導通されて一方側の連続部に導電接続する台座と、他方の電極に導通されて他方側の連続部に導電接続する電極部と、で構成される。これによって、膨大な数の発電素子の設置が非常に簡単になり、自動化なども可能になる。
【００１３】
絶縁破壊防止膜は、導電層パターンの連続部および断続部にわたって、少なくとも当該導電層パターンの端縁に沿って連続して配置することができる。
発電素子付近に絶縁破壊防止膜を配置する場合、導電層パターンが途切れている断続部が存在するが、その断続部も含めて絶縁破壊防止膜を連続して配置する。これによって、絶縁破壊防止膜の配置の作業を能率よく行うことができ、かつ耐絶縁破壊性能を確実に高めることができる。
【００１４】
絶縁破壊防止膜は、発電素子が配置される領域を除いて、導電層パターンの全幅を覆い、かつ該導電層パターンの両端縁における段差を埋めるように配置されているようにできる。
これによって、フレキシブルプリント配線板の製造における積層工程において、導電層パターンの端縁にのみ限定して絶縁破壊防止膜を配置するのは、比較的多くの工数を要する。これに対して、導電層パターンの両端縁も含めて全幅にわたって絶縁破壊防止膜を配置するのは、比較的簡単に実施できる。また、絶縁破壊防止という見地からも、全幅にわたって配置するほうが好ましい。とくに絶縁破壊防止膜を抵抗体で構成する場合に好ましい。
【００１５】
本発明の太陽光パネルは、上記のいずれかの太陽光発電モジュールが面状に配置されていることを特徴とする。
これによって、耐絶縁破壊性能に優れた太陽光パネルを得ることができるので、太陽光発電モジュールを多段に接続して、使用や蓄電が容易な電位の高い電力を得ることができる。
【００１６】
本発明の太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板は、絶縁基材層と、絶縁基材層に固着され、帯状の金属層からなる連続部と、該連続部の間の断続部とが交互に設けられた導電層パターンと、断続部に位置し、対をなす電極を備える発電素子とを備え、その発電素子は、対をなす電極の一方を、断続部に面する一方側の連続部と導電接続し、他方を、該断続部に面する他方側の連続部と導電接続していることを特徴とする。
これによって、多段に直列接続された発電素子を含むフレキシブルプリント配線板を得ることができる。絶縁破壊防止膜は、フレキシブルプリント配線板という形態において配置されず、支持体を含む太陽光モジュールが完成する段階において配置される場合がある。すなわち太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板として製造されたあと、支持体を含む太陽光モジュールが完成する段階において、はじめて絶縁破壊防止膜が形成される場合がある。上記本発明の太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板は、そのような場合も含めた形態を示すものである。
【００１７】
太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板において、少なくとも導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と前記絶縁基材層との段差を埋めるように被覆する絶縁破壊防止膜を備えることができる。
これによって、支持体と関係なく、太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線それ自体において、絶縁破壊防止膜が配置されたものとして、支持体への取り付け時または取り付け後に、絶縁破壊防止膜の配置工程を省略することができる。
【００１８】
太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板において、絶縁破壊防止膜は、発電素子が配置される領域を除いて、導電層パターンの全幅を覆い、かつ該導電層パターンの両端縁における段差を埋めるように配置することができる。
これによって、フレキシブルプリント配線板の製造における積層工程において、導電層パターンの端縁にのみ限定して絶縁破壊防止膜を配置するのは、比較的多くの工数を要する。これに対して、導電層パターンの両端縁も含めて全幅にわたって絶縁破壊防止膜を配置するのは、比較的簡単に実施できる。また、絶縁破壊防止という見地からも、全幅にわたって配置するほうが好ましい。とくに絶縁破壊防止膜を抵抗体で構成する場合に好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の太陽光発電モジュール等によれば、集光型太陽光発電を含む太陽光発電において、静電圧による絶縁破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における太陽光発電モジュールを示す図である。
【図２】図１のフレキシブルプリント配線板の部分拡大図である。
【図３】太陽光発電モジュール５０もしくはフレキシブルプリント配線板１０の部分平面図である。
【図４】（ａ）は図３のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う断面図、（ｂ）は導電層の端縁の拡大図、である。
【図５】実施の形態１における変形例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＶＢ−ＶＢ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における太陽光発電モジュールもしくはフレキシブルプリント配線板を示す平面図である。
【図７】（ａ）は図６のＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線に沿う断面図、（ｂ）は従来のものの断面図、である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における太陽光発電モジュール５０を示す図である。この太陽光発電モジュールは、集光型である。この太陽光発電モジュール５０では、支持体である収容箱１１の底面１１ｂにフレキシブルプリント配線板１０が、折り返し部１箇所で折り返しながら並行に、またはＵ字状に、配置されている。発電素子５は、フレキシブルプリント配線板１０ごとに直列接続され、このあと説明するように最終的に高い電圧を出力する。図１のモジュールでは、比較的少ない数の発電素子が直列接続されているが、より多数の発電素子が直列接続され、高電位の導電層部分が生じる傾向にある。
収容箱１１の側壁の上面にはフランジ部１１ｆが形成されて、蓋状の集光板１３がそのフランジ部１１ｆ当接して固定される。集光板１３には、フレキシブルプリント配線板１０に固定された発電素子５に位置を合わせたフレネルレンズ１３ｆが形成されている。発電素子５ごとに１つのフレネルレンズ１３ｆが設けられている。集光板１３はガラス板を基材として、その裏面（内側）にシリコーン樹脂膜を形成したものを用いるのがよい。フレネルレンズ１３ｆは、このシリコーン樹脂膜に形成される。収容箱１１の側壁を貫通して外部へと太陽光発電モジュール５０の出力を取り出すためのコネクタ１４が設けられている。
【００２２】
本実施の形態では、図２に示すように、フレキシブルプリント配線板１０が、発電部Ｇを除いて、絶縁破壊防止膜３で被覆されている。本実施の形態では、絶縁破壊防止膜３は絶縁膜で構成されている。このため本実施の形態に限定して、絶縁破壊防止膜としての絶縁膜３に、符合３を用いる。発電部Ｇでは、絶縁膜３には開口部３ｈが設けられ、光を遮断しないようにする。絶縁膜３の端は、絶縁基材層１ｂの上面にとどまっている。
図３は、太陽光発電モジュール５０もしくはフレキシブルプリント配線板１０の部分平面図である。図３に示す平面図では、導電層パターン１ａは、絶縁膜３の下に位置するが、識別が容易であり間違えることがないので、すべて実線で示している。この点、斜視図である図２と相違する。図２では、直線が多く、識別を容易にするために下層に位置する導電層パターン１ａに対して、破線を用いて区別を容易にした。また図４（ａ）は図３中のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う断面図である。
支持体の底面１１ｂに接して絶縁基材層１ｂが固定され、その絶縁基材層１ｂ上に導電層パターン１ａが固着されている。そして、少なくとも導電層パターン１ａの端縁を覆い、かつ導電層パターン１ａと絶縁基材層１ｂとの段差を埋めるように、絶縁膜３が配置されている。絶縁膜３によって被覆されていない領域は、上述のように、開口部３ｈであり、発電部Ｇまたは導電層パターン１ａの断続部Ｄの一部に対応している。開口部３ｈには、発電素子の設置部５ａ，５ｂが設けられ、この設置部の台座（電極部でもある）５ｂに底面電極を導通させながら図示しない発電素子が搭載される。対をなす電極のもう一方は電極部５ａに導電接続される。この断絶部Ｄを挟んで、一方の導電層と、他方の導電層とは電気的に隔てられているが、逆流防止のためのダイオード６が橋渡しのように設けられている。
【００２３】
＜本実施の形態のポイント＞
図４（ｂ）の拡大図に示すように、導電層パターン１ａの端縁と絶縁基材層１ｂとの段差に面する導電層の角部Ｋは、突状であり、電界集中が生じやすい。絶縁破壊を生じる放電は、高電位の導電層パターン１ａの端縁、とくに絶縁基材層１ｂとの段差部に位置する角部Ｋ先端において発生する傾向が強い。絶縁破壊の形態には、一気に絶縁破壊が生じる場合、小規模の放電を持続させながら絶縁材料の劣化の末に完全に絶縁破壊する場合などがある。導電層パターン１ａは発電素子を直列接続するので、直列段数が多くなると、非常に高い電位になる導電層パターン１ａの部分が生じる。直列段の最終段に近い部分では、数百ボルトから数千ボルトに達する箇所も生じる。導電層パターン１ａは、たとえば１０μｍ〜３０μｍ程度の厚みの絶縁基材層１ｂに固着されているので、絶縁基材層１ｂが間に介在するといっても支持体の底面１１ａとの距離は小さい。この結果、高電位の導電層パターンの端縁角部Ｋと支持体１１ａとの間で放電が発生し、絶縁破壊してしまう。
乾燥空気の直流的な絶縁破壊電圧は３ＭＶ・ｍ−１（３ｋＶ／ｍｍ）である。２０μｍの厚みの絶縁基材層１ｂが介在したとして、乾燥空気の絶縁破壊電圧は３００Ｖ／２０μｍ（１５ｋＶ／ｍｍ）程度と換算される。発電素子を直列接続する導電層パターン１ａの所定の部分では、上記のような段数が大きい直列接続の最終段近くでは、何も対策をとらずに放置すれば絶縁破壊の可能性は低くはない。むしろ高いといえる。一気に絶縁破壊に進まなくても、部分放電が続いたあと何かのきっかけで絶縁破壊に至る場合も多い。
直列接続された発電素子を載置する導電層パターン全体のどこか一箇所でも絶縁破壊が生じると、電圧が立ち上がらなくなり、発電装置として機能しなくなる。
なお、支持体は、フレキシブルプリント配線板を配置するために平面状の底板を有するものであれば、どのような形態であってもよく、たとえば平板、上面があいた偏平な直方体、などであってよい。材料も何であってもよい。支持体とフレキシブルプリント配線板との間に保護シートなどが介在していてもよい。放熱性を確保する上では、アルミニウムなどの金属で形成されるのがよい。
【００２４】
本実施の形態では、導電層パターン１ａの端縁と絶縁基材層１ｂとの段差を埋めるように絶縁膜３を配置することで、空気やガス成分等の耐絶縁破壊性能が低い気体が排除されて、耐絶縁破壊性能を向上させることができる。絶縁膜３の機能は、（Ｅ１）空気の代わりに絶縁破壊電圧の高い物を配置すること、に基づく。
直列接続された発電素子によって後段ほど高電位になるが、絶縁膜３は、所定の電位以上になる領域に限って、上記の形態で配置してもよいし、電位に関係なく全領域に配置してもよい。
なお、雷などの外部からのサージ電圧が印加された場合、上記の絶縁膜３は、無体策の場合に比べて、絶縁破壊防止に貢献することは言うまでもない。
【００２５】
上述のように、絶縁基材層１ｂの厚みは、たとえば１０μｍ〜３０μｍの範囲にある。絶縁基材層の材料には、絶縁性樹脂であれば何を用いてもよいが、ポリイミド、ポリアミドイミドなどのポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂を用いるのがよい。
また、導電層パターン１ａの厚みは、たとえば２μｍ〜２５μｍの範囲にある。導電層パターン１ａは、無電解めっき、電解めっき等を駆使して形成されており、無電解めっきやスパッタリングによるシード膜としてクロム膜、銅膜が０．０５μｍ〜０．２μｍ積層され、そのあと電解めっきによってたとえば銅層が形成されている。
【００２６】
導電層パターン１ａと絶縁基材層１ｂとの段差を埋める絶縁膜３の材料としては、とくに限定せず、樹脂製の絶縁テープなどを用いることができる。また絶縁性樹脂層を既存の方法を用いて形成してもよい。絶縁テープまたは絶縁性樹脂層の樹脂としては、たとえば汎用性の絶縁性樹脂でよい。汎用性の樹脂のうち、たとえば絶縁破壊電圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上のものは多数、というよりはほとんどであり、このような絶縁破壊電圧が高い樹脂を用いるのがよい。これらの体積抵抗率は１０１１Ω・ｃｍ以上であり、太陽光発電の型式に応じて１０１３Ω・ｃｍ以上のものなどを用いるのがよい。
また、とくに絶縁破壊電圧が高い、ポリイミドカプトン（絶縁破壊電圧２８０ｋＶ／ｍｍ）、ポリエチレンテレフタレート（絶縁破壊電圧３００ｋＶ／ｍｍ）、ポリサルフォン（絶縁破壊電圧３００ｋＶ／ｍｍ）、ポリエーテル（絶縁破壊電圧１００ｋＶ／ｍｍ）、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体（絶縁破壊電圧２８０ｋＶ／ｍｍ）などを用いてもよい。絶縁破壊電圧、体積抵抗率等は、ＪＩＳ規格等に基づいて測定することができる。
絶縁膜３の厚みとしては、市販の絶縁テープの種類により、どのような厚みでもよい。たとえば１０μｍ以上とするのがよい。より好ましくは導電層パターン１ａの厚みより厚いほうが好ましく、２０μｍ以上とすることもできる。
【００２７】
本実施の形態におけるフレキシブルプリント配線板１０は、絶縁層３を当該フレキシブルプリント配線板１０に含む形態である。このため、フレキシブルプリント配線板１０の製造中に、絶縁膜３を、図３および図４に示す形態で配置することができる。これにより、支持体もしくは収容箱１１にフレキシブルプリント配線板を取り付けるとき、または取り付けた後、絶縁膜３を配置することは不要であり、太陽光発電モジュール作製工程を複雑にしないですむ。
【００２８】
（変形例）
図５は、実施の形態１の変形例を示す太陽光発電モジュール５０もしくはフレキシブルプリント配線板１０を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＶＢ−ＶＢ線に沿う断面図である。この変形例も、本発明の太陽光発電モジュール５０もしくはフレキシブルプリント配線板１０を例示するものである。この変形例では、絶縁膜３は、導電層パターン１ａと絶縁基材層１ｂとの段差を埋めて、導電層パターン１ａの幅中央を被覆していない。絶縁膜３の材料および厚みについては、実施の形態１での説明がそのまま当てはまる。
【００２９】
＜本変形例のポイント＞
放電は、導電性パターン１ａの端縁に集中して生じやすい。このため、図５（ａ），（ｂ）に示す形態で絶縁膜を配置することで、絶縁破壊を実施の形態１の図３の場合と、同じレベルで防止することができる。この結果、耐絶縁破壊性能を確保した上で、たとえば絶縁テープを広幅から狭幅に変更することができ、たとえば絶縁テープのコストの低減を得ることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における太陽光発電モジュール５０もしくはフレキシブルプリント配線板１０を示す図である。また、図７（ａ）は、図６におけるＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線に沿う断面図である。そして図７（ｂ）は、絶縁破壊防止膜がない場合の従来のものの対応する断面図である。
本実施の形態では、フレキシブルプリント配線板１０は、帯状のフレキシブルプリント配線板本体の全幅を含み、支持体１１の底面１１ｂにまで至るように、絶縁破壊防止膜３が覆っている。この絶縁破壊防止膜３は、高抵抗体もしくは抵抗体で形成される。本実施の形態では、絶縁破壊防止膜３を抵抗体とするので、抵抗体３にも同じ符合３を用いる。抵抗体３を構成する材料の体積抵抗は１ｋΩ・ｃｍ以上、より好ましくは１００ｋΩ・ｃｍ以上とする。抵抗値の上限は、たとえば絶縁体と呼ばれるレベルでなければよいとする。たとえば１００ＭΩ・ｃｍ（１０８Ｖ・ｃｍ）以下とするのがよい。
【００３１】
＜本実施の形態のポイント＞
導電層パターン１ａに生成される高電位Ｖｏと、接地電位Ｅｏとが、図７（ｂ）に示すように近接すると、その局所的な空間に大きな電位勾配すなわち大きな電界が分布する。この結果、放電が生じやすく絶縁破壊を生じやすくなる。これに対して、抵抗体３を、導電層パターン１ａの全幅を含めて支持体の底面１１ｂに至るまで被覆すると、図７（ａ）に示すように、導電層パターン１ａに生成する高電位Ｖｏが抵抗体３に沿って、接地電位Ｅｏまで徐々に低下する。図７（ａ）では、Ｖｏ→Ｖｏ／２→Ｖｏ／４、のように電位がＥｏに近づく状況を示している。この結果、この空間では、比較的緩い勾配の電位となり、電界もそれに応じて限定的となり、放電が生じにくくなる。
本実施の形態では、抵抗体３の機能は、主として（Ｅ２）導電層パターンの端縁における局所的な急勾配の電位分布を広い範囲にわたる緩い勾配の電位勾配に変えること、に基づく。また抵抗体が空気に比べて絶縁破壊電圧が高い材料である場合、副次的に、（Ｅ１）空気の代わりに絶縁破壊電圧の高い物を配置すること、の作用も得ることができる。
【００３２】
抵抗体３の材料は、体積抵抗が上述の範囲にあり、取り扱いが容易であれば、どのようなものであってもよい。たとえば樹脂の中に導電性フィラーを均一分布させたものであってもよい。導電性フィラーとしては、カーボンブラック、ポリアニリン、金属被覆した各種の粒子、金属粒子などを用いることができる。樹脂に配合する割合を調整することで、所望の体積抵抗率を得ることができる。フレキシブルプリント配線板本体への樹脂の塗布は、既存の方法で容易に行うことができる。また、導電性フィラー含有樹脂で所望の体積抵抗率の範囲にある材料でテープを作製して、そのテープを用いてもよい。
【００３３】
上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の太陽光発電モジュール等によれば、集光型太陽光発電を含む太陽光発電において、導電層パターンと絶縁基材層との段差を埋めるように絶縁膜を、また、また導電層パターンの端縁から支持体の底面にかけて抵抗体を配置することで、静電圧による絶縁破壊を防止することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１ａ 導電層パターン、１ｂ 絶縁基材層、３ 絶縁破壊防止膜（絶縁膜、高抵抗膜）、３ｈ 開口部、５ 発電素子、５ａ，５ｂ 発電素子の設置部、６ ダイオード、１０ フレキシブルプリント配線板、１１ 支持体（収容箱）、１１ｂ 底面、１１ｆ フランジ部、１３ 集光板、１３ｆ フレネルレンズ、１４ コネクタ、５０ 太陽光発電モジュール、Ｄ 導電層の断続部、Ｇ 発電部、Ｋ 導電層の端縁角部、Ｖｏ 導電層の電位、Ｅｏ 接地電位。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電モジュール、太陽光発電パネル、および太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板、に関し、より具体的には、発電素子を直列接続することで高電圧が印加される配線パターンの耐絶縁破壊性能を高めた太陽光発電モジュール、太陽光発電パネル、および太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電は再生可能なエネルギとして多くの国で普及が図られている。本格的な普及が開始されたばかりのため、これまでにない重大な問題が現れる。たとえば、耐絶縁破壊の問題がある。これに正面から対処する方策が示された例はほとんどないが、これに類似した技術分野には、いくつか参考になる提案がなされている。たとえば、太陽電池や配線等の絶縁が破壊され、漏電または地絡が生じる場合があり、その地絡箇所を検知する太陽光発電システムなどが提案されている（特許文献１）。また、絶縁破壊そして漏電の原因となる過酷な気象条件に耐えるための太陽光発電モジュール用保護シートなどの提案がなされている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９９４４３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３５３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の漏電等の絶縁破壊の主因は、過酷な気象条件などであり、太陽電池モジュールにおける、太陽光発電の結果、生じた高電圧ではない。太陽光発電の中には、たとえば集光型太陽光発電では、発電効率の高い化合物半導体からなる発電素子に、レンズで集光された太陽光を入射することで大きな発電能力を実現している。このような集光型太陽光発電では、多数の発電素子を直列に接続するため、太陽光発電モジュール内の特定の箇所、または太陽光発電パネルの内の特定の箇所において、電位が数百ボルトから数千ボルトに到達する。通常、発電素子の間は帯状の銅箔パターンなどで導電接続されているが、この銅箔パターンに上記の数百ボルトから数千ボルトの電位が印加される。太陽光発電パネルは筐体に形成されるが、銅箔パターンはポリイミド樹脂などの絶縁基材上に支持されており、筐体からこの絶縁基材によって絶縁されている。絶縁基材は、その厚みが数十μｍ程度であり、厚みが薄いために、高い静電圧によって、とくに銅箔パターンの端縁では絶縁破壊が生じやすい。
【０００５】
巨大な太陽光発電設備が多くの場所で建設されようとしている今、太陽光発電装置内における電圧は、太陽光発電の形式によらず、設備が巨大化する分、高くなると考えられる。このため、静電圧による絶縁破壊は、上述の集光型太陽光発電モジュール等に限られず、対処すべき重要課題である。また、上記の数百ボルトから数千ボルトの電位が生じる設備では、実際に、絶縁破壊が生じている。
【０００６】
本発明は、集光型太陽光発電を含む太陽光発電において、静電圧による絶縁破壊を防止することができる、太陽光発電モジュール、太陽光発電パネル、および太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板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】
本発明の太陽光発電モジュールは、発電素子を備える。この太陽光発電モジュールは、支持体と、支持体上で発電素子を保持するフレキシブルプリント配線板とを備え、フレキシブルプリント配線板が、絶縁をとるための絶縁基材層、および、絶縁基材層に固着されて発電素子を直列に接続する金属層からなる導電層パターン、を有し、少なくとも導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と絶縁基材層との段差を埋めるように被覆する絶縁破壊防止膜を備えることを特徴とする。
【０００８】
絶縁破壊を生じる放電は、電極に導通する導電層パターンの端縁、とくに下層の絶縁基材層との段差における角部先端付近で発生する傾向が強い。上記のように導電層パターンは発電素子を直列接続するので、直列段数が大きくなると、最終段近くの所定の位置において非常に高い電位になる部分が生じる。導電層パターンは、たとえば数十μｍ程度の厚みの絶縁基材層に固着されているので、絶縁基材層が間に介在するといっても支持体との距離は小さい。この結果、高電位の導電層パターンの端縁付近と支持体との間で放電が発生し、絶縁破壊してしまう。たとえば通常の乾燥空気の直流的な絶縁破壊電圧は３ＭＶ・ｍ−１（３ｋＶ／ｍｍ）である。２０μｍの厚みの絶縁基材層が介在したとして、乾燥空気の絶縁破壊電圧は３００Ｖ／２０μｍ（１５ｋＶ／ｍｍ）程度と換算されるので、多数の発電素子が直列接続された最終段近くの導電層パターンの部分では、絶縁破壊の可能性は相当高いといえる。一気に絶縁破壊に進まなくても、部分放電が続いたあと何かのきっかけで絶縁破壊に至る場合も多い。
直列接続された発電素子を載置する導電層パターン全体のどこか一箇所でも絶縁破壊が生じると、電圧が立ち上がらなくなり、発電装置として機能しなくなる。
なお、支持体は、フレキシブルプリント配線板を配置するために平面状の底板を有するものであれば、どのような形態であってもよく、たとえば平板、上面があいた偏平な直方体、などであってよい。材料も何であってもよい。支持体とフレキシブルプリント配線板との間に保護シートなどが介在していてもよい。
【０００９】
上記のように、導電層パターンの端縁における下層の絶縁基材層との段差を埋めるように絶縁破壊防止膜を配置することで、空気やガス成分等の耐絶縁破壊性能が低い空気が排除されて、耐絶縁破壊性能を向上させることができる。絶縁破壊防止膜の機能は、（Ｅ１）空気の代わりに絶縁破壊電圧の高い物を配置すること、（Ｅ２）導電層パターンの端縁における局所的な急勾配の電位分布を広い範囲にわたる緩い勾配の電位勾配に変えること、などに基づく。
直列接続された発電素子によって後段ほど高電位になるが、絶縁破壊防止膜は、所定の電位以上になる領域に限って、上記の形態で配置してもよいし、電位に関係なく全領域に配置してもよい。
絶縁破壊防止膜は、上記の（Ｅ１）の場合、さらに、直流電圧または静電圧だけでなく、雷などのサージ電圧に対しても、絶縁破壊を防止するのに貢献することができる。
【００１０】
絶縁破壊防止膜を、絶縁材料、および抵抗体、のうちのいずれかで形成するのがよい。
絶縁材料は、上述のように絶縁破壊電圧が高い。例を挙げると、たとえば絶縁性能が高いことで知られるポリエチレンテレフタレートでは、絶縁破壊電圧は３００ｋＶ／ｍｍ、体積抵抗率は５×１０１８Ωｃｍである。このような絶縁材料は、主として上記の（Ｅ１）の働きにより、耐絶縁破壊性能を向上させることができる。（Ｅ１）の働きのうちには、部分放電を生じにくい作用も重要な要素として含まれる。絶縁材料は、樹脂でも、ガラス繊維でも、マイカ材料でも何でもよい。樹脂は、導電層パターンの端の段差を埋めるように配置するのに、取り扱いが容易であるので、好ましい。
また、抵抗体では、たとえば体積抵抗率が１ｋΩｃｍ〜数十ＭΩｃｍの抵抗体を、導電層パターンの端縁から絶縁基材層にかけてその段差を埋めるように配置することで、局所的な高勾配の電位分布を、広い範囲にわたる緩和した勾配の電位分布に変えることができる。すなわち上記の（Ｅ２）の働きを主に作動させるものである。これによって、段差部の上部に位置する導電層パターンの角部に集中していた電気力線の分布を、角部の周辺部に分散させ、かつ電位勾配も緩くすることができる。これによって、耐絶縁破壊性能を向上することができる。抵抗体の材料は、適当な抵抗値を有するもので、導電層パターンの端の段差を埋めるように配置する上で取り扱いが容易な材料であれば何でもよい。たとえば、導電フィラー入り樹脂などを用いることができる。
【００１１】
絶縁破壊防止膜を、導電層パターンの端縁および絶縁基材層の端部さらに支持体の面にまで、各段差を埋めるように幅をとる形態とすることができる。
上記のように広幅の絶縁破壊防止膜とすることで、導電層パターン／絶縁基材層の段差、および絶縁基材層／支持体の段差、の両方の段差を埋めることができる。このため、絶縁材料は上記（Ｅ１）の働き、抵抗体は（Ｅ２）の働きを、より確実に発揮することができる。この結果、耐絶縁破壊性能をより高くすることができる。
なお、上記の段差は、たとえば導電層パターンの端面と絶縁基材層の端面とがほとんど揃っている場合、（導電層パターン＋絶縁基材層）の端面と、支持体との段差が埋められるように、絶縁破壊防止膜を配置することで、上記の働き（Ｅ１）または（Ｅ２）を得ることができる。
【００１２】
導電層パターンは、絶縁基材層上において、帯状の連続部と、その連続部間の断続部とが交互に配置されており、発電素子は、該断続部に位置して、対をなす一方の電極を、断続部に面する一方側の連続部に導電接続し、他方の電極を、該断続部に面する他方側の連続部に導電接続するようにできる。
これによって、発電素子は導電層パターンによって直列接続され、後段に位置する導電層パターンの箇所ほど高電位となる。上記の絶縁破壊防止膜は、所定の電位以上の領域、または電位に関係なく全領域において、導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と絶縁基材層との段差を埋めるように被覆することができる。
なお、断続部は、連続部の端縁方向に直交するような矩形領域とは限らない。たとえば、一方の連続部の端縁から断続部を挟んで位置する相手側の連続部へと細く延びて、相手側はそれに応じて後退してＬ字状に凹み、その延びた連続部とＬ字状に凹んだ連続部との間のような形態（平面形状）であってもよい。また、そのような形態の断続部に逆流防止のダイオードが配置されていてもよい。ダイオードは、正常に発電している操業時には、両方の連続部を電気的に断続している。
また、断続部には、発電素子を設置するための設置部（台座、電極部など）が形成されていてもよい。設置部は、発電素子の一方の電極に導通されて一方側の連続部に導電接続する台座と、他方の電極に導通されて他方側の連続部に導電接続する電極部と、で構成される。これによって、膨大な数の発電素子の設置が非常に簡単になり、自動化なども可能になる。
【００１３】
絶縁破壊防止膜は、導電層パターンの連続部および断続部にわたって、少なくとも当該導電層パターンの端縁に沿って連続して配置することができる。
発電素子付近に絶縁破壊防止膜を配置する場合、導電層パターンが途切れている断続部が存在するが、その断続部も含めて絶縁破壊防止膜を連続して配置する。これによって、絶縁破壊防止膜の配置の作業を能率よく行うことができ、かつ耐絶縁破壊性能を確実に高めることができる。
【００１４】
絶縁破壊防止膜は、発電素子が配置される領域を除いて、導電層パターンの全幅を覆い、かつ該導電層パターンの両端縁における段差を埋めるように配置されているようにできる。
これによって、フレキシブルプリント配線板の製造における積層工程において、導電層パターンの端縁にのみ限定して絶縁破壊防止膜を配置するのは、比較的多くの工数を要する。これに対して、導電層パターンの両端縁も含めて全幅にわたって絶縁破壊防止膜を配置するのは、比較的簡単に実施できる。また、絶縁破壊防止という見地からも、全幅にわたって配置するほうが好ましい。とくに絶縁破壊防止膜を抵抗体で構成する場合に好ましい。
【００１５】
本発明の太陽光パネルは、上記のいずれかの太陽光発電モジュールが面状に配置されていることを特徴とする。
これによって、耐絶縁破壊性能に優れた太陽光パネルを得ることができるので、太陽光発電モジュールを多段に接続して、使用や蓄電が容易な電位の高い電力を得ることができる。
【００１６】
本発明の太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板は、絶縁基材層と、絶縁基材層に固着され、帯状の金属層からなる連続部と、該連続部の間の断続部とが交互に設けられた導電層パターンと、断続部に位置し、対をなす電極を備える発電素子とを備え、その発電素子は、対をなす電極の一方を、断続部に面する一方側の連続部と導電接続し、他方を、該断続部に面する他方側の連続部と導電接続していることを特徴とする。
これによって、多段に直列接続された発電素子を含むフレキシブルプリント配線板を得ることができる。絶縁破壊防止膜は、フレキシブルプリント配線板という形態において配置されず、支持体を含む太陽光モジュールが完成する段階において配置される場合がある。すなわち太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板として製造されたあと、支持体を含む太陽光モジュールが完成する段階において、はじめて絶縁破壊防止膜が形成される場合がある。上記本発明の太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板は、そのような場合も含めた形態を示すものである。
【００１７】
太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板において、少なくとも導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と前記絶縁基材層との段差を埋めるように被覆する絶縁破壊防止膜を備えることができる。
これによって、支持体と関係なく、太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線それ自体において、絶縁破壊防止膜が配置されたものとして、支持体への取り付け時または取り付け後に、絶縁破壊防止膜の配置工程を省略することができる。
【００１８】
太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板において、絶縁破壊防止膜は、発電素子が配置される領域を除いて、導電層パターンの全幅を覆い、かつ該導電層パターンの両端縁における段差を埋めるように配置することができる。
これによって、フレキシブルプリント配線板の製造における積層工程において、導電層パターンの端縁にのみ限定して絶縁破壊防止膜を配置するのは、比較的多くの工数を要する。これに対して、導電層パターンの両端縁も含めて全幅にわたって絶縁破壊防止膜を配置するのは、比較的簡単に実施できる。また、絶縁破壊防止という見地からも、全幅にわたって配置するほうが好ましい。とくに絶縁破壊防止膜を抵抗体で構成する場合に好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の太陽光発電モジュール等によれば、集光型太陽光発電を含む太陽光発電において、静電圧による絶縁破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における太陽光発電モジュールを示す図である。
【図２】図１のフレキシブルプリント配線板の部分拡大図である。
【図３】太陽光発電モジュール５０もしくはフレキシブルプリント配線板１０の部分平面図である。
【図４】（ａ）は図３のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う断面図、（ｂ）は導電層の端縁の拡大図、である。
【図５】実施の形態１における変形例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＶＢ−ＶＢ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における太陽光発電モジュールもしくはフレキシブルプリント配線板を示す平面図である。
【図７】（ａ）は図６のＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線に沿う断面図、（ｂ）は従来のものの断面図、である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における太陽光発電モジュール５０を示す図である。この太陽光発電モジュールは、集光型である。この太陽光発電モジュール５０では、支持体である収容箱１１の底面１１ｂにフレキシブルプリント配線板１０が、折り返し部１箇所で折り返しながら並行に、またはＵ字状に、配置されている。発電素子５は、フレキシブルプリント配線板１０ごとに直列接続され、このあと説明するように最終的に高い電圧を出力する。図１のモジュールでは、比較的少ない数の発電素子が直列接続されているが、より多数の発電素子が直列接続され、高電位の導電層部分が生じる傾向にある。
収容箱１１の側壁の上面にはフランジ部１１ｆが形成されて、蓋状の集光板１３がそのフランジ部１１ｆ当接して固定される。集光板１３には、フレキシブルプリント配線板１０に固定された発電素子５に位置を合わせたフレネルレンズ１３ｆが形成されている。発電素子５ごとに１つのフレネルレンズ１３ｆが設けられている。集光板１３はガラス板を基材として、その裏面（内側）にシリコーン樹脂膜を形成したものを用いるのがよい。フレネルレンズ１３ｆは、このシリコーン樹脂膜に形成される。収容箱１１の側壁を貫通して外部へと太陽光発電モジュール５０の出力を取り出すためのコネクタ１４が設けられている。
【００２２】
本実施の形態では、図２に示すように、フレキシブルプリント配線板１０が、発電部Ｇを除いて、絶縁破壊防止膜３で被覆されている。本実施の形態では、絶縁破壊防止膜３は絶縁膜で構成されている。このため本実施の形態に限定して、絶縁破壊防止膜としての絶縁膜３に、符合３を用いる。発電部Ｇでは、絶縁膜３には開口部３ｈが設けられ、光を遮断しないようにする。絶縁膜３の端は、絶縁基材層１ｂの上面にとどまっている。
図３は、太陽光発電モジュール５０もしくはフレキシブルプリント配線板１０の部分平面図である。図３に示す平面図では、導電層パターン１ａは、絶縁膜３の下に位置するが、識別が容易であり間違えることがないので、すべて実線で示している。この点、斜視図である図２と相違する。図２では、直線が多く、識別を容易にするために下層に位置する導電層パターン１ａに対して、破線を用いて区別を容易にした。また図４（ａ）は図３中のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う断面図である。
支持体の底面１１ｂに接して絶縁基材層１ｂが固定され、その絶縁基材層１ｂ上に導電層パターン１ａが固着されている。そして、少なくとも導電層パターン１ａの端縁を覆い、かつ導電層パターン１ａと絶縁基材層１ｂとの段差を埋めるように、絶縁膜３が配置されている。絶縁膜３によって被覆されていない領域は、上述のように、開口部３ｈであり、発電部Ｇまたは導電層パターン１ａの断続部Ｄの一部に対応している。開口部３ｈには、発電素子の設置部５ａ，５ｂが設けられ、この設置部の台座（電極部でもある）５ｂに底面電極を導通させながら図示しない発電素子が搭載される。対をなす電極のもう一方は電極部５ａに導電接続される。この断絶部Ｄを挟んで、一方の導電層と、他方の導電層とは電気的に隔てられているが、逆流防止のためのダイオード６が橋渡しのように設けられている。
【００２３】
＜本実施の形態のポイント＞
図４（ｂ）の拡大図に示すように、導電層パターン１ａの端縁と絶縁基材層１ｂとの段差に面する導電層の角部Ｋは、突状であり、電界集中が生じやすい。絶縁破壊を生じる放電は、高電位の導電層パターン１ａの端縁、とくに絶縁基材層１ｂとの段差部に位置する角部Ｋ先端において発生する傾向が強い。絶縁破壊の形態には、一気に絶縁破壊が生じる場合、小規模の放電を持続させながら絶縁材料の劣化の末に完全に絶縁破壊する場合などがある。導電層パターン１ａは発電素子を直列接続するので、直列段数が多くなると、非常に高い電位になる導電層パターン１ａの部分が生じる。直列段の最終段に近い部分では、数百ボルトから数千ボルトに達する箇所も生じる。導電層パターン１ａは、たとえば１０μｍ〜３０μｍ程度の厚みの絶縁基材層１ｂに固着されているので、絶縁基材層１ｂが間に介在するといっても支持体の底面１１ａとの距離は小さい。この結果、高電位の導電層パターンの端縁角部Ｋと支持体１１ａとの間で放電が発生し、絶縁破壊してしまう。
乾燥空気の直流的な絶縁破壊電圧は３ＭＶ・ｍ−１（３ｋＶ／ｍｍ）である。２０μｍの厚みの絶縁基材層１ｂが介在したとして、乾燥空気の絶縁破壊電圧は３００Ｖ／２０μｍ（１５ｋＶ／ｍｍ）程度と換算される。発電素子を直列接続する導電層パターン１ａの所定の部分では、上記のような段数が大きい直列接続の最終段近くでは、何も対策をとらずに放置すれば絶縁破壊の可能性は低くはない。むしろ高いといえる。一気に絶縁破壊に進まなくても、部分放電が続いたあと何かのきっかけで絶縁破壊に至る場合も多い。
直列接続された発電素子を載置する導電層パターン全体のどこか一箇所でも絶縁破壊が生じると、電圧が立ち上がらなくなり、発電装置として機能しなくなる。
なお、支持体は、フレキシブルプリント配線板を配置するために平面状の底板を有するものであれば、どのような形態であってもよく、たとえば平板、上面があいた偏平な直方体、などであってよい。材料も何であってもよい。支持体とフレキシブルプリント配線板との間に保護シートなどが介在していてもよい。放熱性を確保する上では、アルミニウムなどの金属で形成されるのがよい。
【００２４】
本実施の形態では、導電層パターン１ａの端縁と絶縁基材層１ｂとの段差を埋めるように絶縁膜３を配置することで、空気やガス成分等の耐絶縁破壊性能が低い気体が排除されて、耐絶縁破壊性能を向上させることができる。絶縁膜３の機能は、（Ｅ１）空気の代わりに絶縁破壊電圧の高い物を配置すること、に基づく。
直列接続された発電素子によって後段ほど高電位になるが、絶縁膜３は、所定の電位以上になる領域に限って、上記の形態で配置してもよいし、電位に関係なく全領域に配置してもよい。
なお、雷などの外部からのサージ電圧が印加された場合、上記の絶縁膜３は、無体策の場合に比べて、絶縁破壊防止に貢献することは言うまでもない。
【００２５】
上述のように、絶縁基材層１ｂの厚みは、たとえば１０μｍ〜３０μｍの範囲にある。絶縁基材層の材料には、絶縁性樹脂であれば何を用いてもよいが、ポリイミド、ポリアミドイミドなどのポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂を用いるのがよい。
また、導電層パターン１ａの厚みは、たとえば２μｍ〜２５μｍの範囲にある。導電層パターン１ａは、無電解めっき、電解めっき等を駆使して形成されており、無電解めっきやスパッタリングによるシード膜としてクロム膜、銅膜が０．０５μｍ〜０．２μｍ積層され、そのあと電解めっきによってたとえば銅層が形成されている。
【００２６】
導電層パターン１ａと絶縁基材層１ｂとの段差を埋める絶縁膜３の材料としては、とくに限定せず、樹脂製の絶縁テープなどを用いることができる。また絶縁性樹脂層を既存の方法を用いて形成してもよい。絶縁テープまたは絶縁性樹脂層の樹脂としては、たとえば汎用性の絶縁性樹脂でよい。汎用性の樹脂のうち、たとえば絶縁破壊電圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上のものは多数、というよりはほとんどであり、このような絶縁破壊電圧が高い樹脂を用いるのがよい。これらの体積抵抗率は１０１１Ω・ｃｍ以上であり、太陽光発電の型式に応じて１０１３Ω・ｃｍ以上のものなどを用いるのがよい。
また、とくに絶縁破壊電圧が高い、ポリイミドカプトン（絶縁破壊電圧２８０ｋＶ／ｍｍ）、ポリエチレンテレフタレート（絶縁破壊電圧３００ｋＶ／ｍｍ）、ポリサルフォン（絶縁破壊電圧３００ｋＶ／ｍｍ）、ポリエーテル（絶縁破壊電圧１００ｋＶ／ｍｍ）、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合体（絶縁破壊電圧２８０ｋＶ／ｍｍ）などを用いてもよい。絶縁破壊電圧、体積抵抗率等は、ＪＩＳ規格等に基づいて測定することができる。
絶縁膜３の厚みとしては、市販の絶縁テープの種類により、どのような厚みでもよい。たとえば１０μｍ以上とするのがよい。より好ましくは導電層パターン１ａの厚みより厚いほうが好ましく、２０μｍ以上とすることもできる。
【００２７】
本実施の形態におけるフレキシブルプリント配線板１０は、絶縁層３を当該フレキシブルプリント配線板１０に含む形態である。このため、フレキシブルプリント配線板１０の製造中に、絶縁膜３を、図３および図４に示す形態で配置することができる。これにより、支持体もしくは収容箱１１にフレキシブルプリント配線板を取り付けるとき、または取り付けた後、絶縁膜３を配置することは不要であり、太陽光発電モジュール作製工程を複雑にしないですむ。
【００２８】
（変形例）
図５は、実施の形態１の変形例を示す太陽光発電モジュール５０もしくはフレキシブルプリント配線板１０を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＶＢ−ＶＢ線に沿う断面図である。この変形例も、本発明の太陽光発電モジュール５０もしくはフレキシブルプリント配線板１０を例示するものである。この変形例では、絶縁膜３は、導電層パターン１ａと絶縁基材層１ｂとの段差を埋めて、導電層パターン１ａの幅中央を被覆していない。絶縁膜３の材料および厚みについては、実施の形態１での説明がそのまま当てはまる。
【００２９】
＜本変形例のポイント＞
放電は、導電性パターン１ａの端縁に集中して生じやすい。このため、図５（ａ），（ｂ）に示す形態で絶縁膜を配置することで、絶縁破壊を実施の形態１の図３の場合と、同じレベルで防止することができる。この結果、耐絶縁破壊性能を確保した上で、たとえば絶縁テープを広幅から狭幅に変更することができ、たとえば絶縁テープのコストの低減を得ることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における太陽光発電モジュール５０もしくはフレキシブルプリント配線板１０を示す図である。また、図７（ａ）は、図６におけるＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線に沿う断面図である。そして図７（ｂ）は、絶縁破壊防止膜がない場合の従来のものの対応する断面図である。
本実施の形態では、フレキシブルプリント配線板１０は、帯状のフレキシブルプリント配線板本体の全幅を含み、支持体１１の底面１１ｂにまで至るように、絶縁破壊防止膜３が覆っている。この絶縁破壊防止膜３は、高抵抗体もしくは抵抗体で形成される。本実施の形態では、絶縁破壊防止膜３を抵抗体とするので、抵抗体３にも同じ符合３を用いる。抵抗体３を構成する材料の体積抵抗は１ｋΩ・ｃｍ以上、より好ましくは１００ｋΩ・ｃｍ以上とする。抵抗値の上限は、たとえば絶縁体と呼ばれるレベルでなければよいとする。たとえば１００ＭΩ・ｃｍ（１０８Ｖ・ｃｍ）以下とするのがよい。
【００３１】
＜本実施の形態のポイント＞
導電層パターン１ａに生成される高電位Ｖｏと、接地電位Ｅｏとが、図７（ｂ）に示すように近接すると、その局所的な空間に大きな電位勾配すなわち大きな電界が分布する。この結果、放電が生じやすく絶縁破壊を生じやすくなる。これに対して、抵抗体３を、導電層パターン１ａの全幅を含めて支持体の底面１１ｂに至るまで被覆すると、図７（ａ）に示すように、導電層パターン１ａに生成する高電位Ｖｏが抵抗体３に沿って、接地電位Ｅｏまで徐々に低下する。図７（ａ）では、Ｖｏ→Ｖｏ／２→Ｖｏ／４、のように電位がＥｏに近づく状況を示している。この結果、この空間では、比較的緩い勾配の電位となり、電界もそれに応じて限定的となり、放電が生じにくくなる。
本実施の形態では、抵抗体３の機能は、主として（Ｅ２）導電層パターンの端縁における局所的な急勾配の電位分布を広い範囲にわたる緩い勾配の電位勾配に変えること、に基づく。また抵抗体が空気に比べて絶縁破壊電圧が高い材料である場合、副次的に、（Ｅ１）空気の代わりに絶縁破壊電圧の高い物を配置すること、の作用も得ることができる。
【００３２】
抵抗体３の材料は、体積抵抗が上述の範囲にあり、取り扱いが容易であれば、どのようなものであってもよい。たとえば樹脂の中に導電性フィラーを均一分布させたものであってもよい。導電性フィラーとしては、カーボンブラック、ポリアニリン、金属被覆した各種の粒子、金属粒子などを用いることができる。樹脂に配合する割合を調整することで、所望の体積抵抗率を得ることができる。フレキシブルプリント配線板本体への樹脂の塗布は、既存の方法で容易に行うことができる。また、導電性フィラー含有樹脂で所望の体積抵抗率の範囲にある材料でテープを作製して、そのテープを用いてもよい。
【００３３】
上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の太陽光発電モジュール等によれば、集光型太陽光発電を含む太陽光発電において、導電層パターンと絶縁基材層との段差を埋めるように絶縁膜を、また、また導電層パターンの端縁から支持体の底面にかけて抵抗体を配置することで、静電圧による絶縁破壊を防止することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１ａ 導電層パターン、１ｂ 絶縁基材層、３ 絶縁破壊防止膜（絶縁膜、高抵抗膜）、３ｈ 開口部、５ 発電素子、５ａ，５ｂ 発電素子の設置部、６ ダイオード、１０ フレキシブルプリント配線板、１１ 支持体（収容箱）、１１ｂ 底面、１１ｆ フランジ部、１３ 集光板、１３ｆ フレネルレンズ、１４ コネクタ、５０ 太陽光発電モジュール、Ｄ 導電層の断続部、Ｇ 発電部、Ｋ 導電層の端縁角部、Ｖｏ 導電層の電位、Ｅｏ 接地電位。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電素子を備える太陽光発電モジュールであって、
支持体と、
前記支持体上で前記発電素子を保持するフレキシブルプリント配線板とを備え、
前記フレキシブルプリント配線板が、絶縁をとるための絶縁基材層、および、前記絶縁基材層に固着されて前記発電素子を直列に接続する金属層からなる導電層パターン、を有し、
少なくとも前記導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と前記絶縁基材層との段差を埋めるように被覆する絶縁破壊防止膜を備えることを特徴とする、太陽光発電モジュール。
【請求項２】
前記絶縁破壊防止膜が、絶縁材料、および抵抗体、のうちのいずれかで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項３】
前記絶縁破壊防止膜が、前記導電層パターンの端縁および前記絶縁基材層の端部さらに前記支持体の面にまで、各段差を埋めるように幅をとっていることを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項４】
前記導電層パターンは、前記絶縁基材層上において、帯状の連続部と、その連続部間の断続部とが交互に配置されており、前記発電素子は、該断続部に位置して、対をなす一方の電極を、前記断続部に面する一方側の連続部に導電接続し、他方の電極を、該断続部に面する他方側の連続部に導電接続していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項５】
前記絶縁破壊防止膜は、前記導電層パターンの連続部および断続部にわたって、少なくとも当該導電層パターンの端縁に沿って連続的に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項６】
前記絶縁破壊防止膜は、前記発電素子が配置される領域を除いて、前記導電層パターンの全幅を覆い、かつ該導電層パターンの両端縁における前記段差を埋めるように配置されていることを特徴とする、請求項４または５に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュールが面状に配置されていることを特徴とする、太陽光発電パネル。
【請求項８】
絶縁基材層と、
前記絶縁基材層に固着され、帯状の金属層からなる連続部と、該連続部の間の断続部とが交互に設けられた導電層パターンと、
前記断続部に位置し、対をなす電極を備える発電素子とを備え、
前記発電素子は、前記対をなす電極の一方を、前記断続部に面する一方側の連続部と導電接続し、他方を、該断続部に面する他方側の連続部と導電接続していることを特徴とする、太陽光発電モジュール用フレキシブル配線板。
【請求項９】
少なくとも前記導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と前記絶縁基材層との段差を埋めるように被覆する絶縁破壊防止膜を備えることを特徴とする、請求項８に記載の太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板。
【請求項１０】
前記絶縁破壊防止膜は、前記発電素子が配置される領域を除いて、前記導電層パターンの全幅を覆い、かつ該導電層パターンの両端縁における前記段差を埋めるように配置されていることを特徴とする、請求項８または９に記載の太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板。
【請求項１】
発電素子を備える太陽光発電モジュールであって、
支持体と、
前記支持体上で前記発電素子を保持するフレキシブルプリント配線板とを備え、
前記フレキシブルプリント配線板が、絶縁をとるための絶縁基材層、および、前記絶縁基材層に固着されて前記発電素子を直列に接続する金属層からなる導電層パターン、を有し、
少なくとも前記導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と前記絶縁基材層との段差を埋めるように被覆する絶縁破壊防止膜を備えることを特徴とする、太陽光発電モジュール。
【請求項２】
前記絶縁破壊防止膜が、絶縁材料、および抵抗体、のうちのいずれかで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項３】
前記絶縁破壊防止膜が、前記導電層パターンの端縁および前記絶縁基材層の端部さらに前記支持体の面にまで、各段差を埋めるように幅をとっていることを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項４】
前記導電層パターンは、前記絶縁基材層上において、帯状の連続部と、その連続部間の断続部とが交互に配置されており、前記発電素子は、該断続部に位置して、対をなす一方の電極を、前記断続部に面する一方側の連続部に導電接続し、他方の電極を、該断続部に面する他方側の連続部に導電接続していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項５】
前記絶縁破壊防止膜は、前記導電層パターンの連続部および断続部にわたって、少なくとも当該導電層パターンの端縁に沿って連続的に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項６】
前記絶縁破壊防止膜は、前記発電素子が配置される領域を除いて、前記導電層パターンの全幅を覆い、かつ該導電層パターンの両端縁における前記段差を埋めるように配置されていることを特徴とする、請求項４または５に記載の太陽光発電モジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュールが面状に配置されていることを特徴とする、太陽光発電パネル。
【請求項８】
絶縁基材層と、
前記絶縁基材層に固着され、帯状の金属層からなる連続部と、該連続部の間の断続部とが交互に設けられた導電層パターンと、
前記断続部に位置し、対をなす電極を備える発電素子とを備え、
前記発電素子は、前記対をなす電極の一方を、前記断続部に面する一方側の連続部と導電接続し、他方を、該断続部に面する他方側の連続部と導電接続していることを特徴とする、太陽光発電モジュール用フレキシブル配線板。
【請求項９】
少なくとも前記導電層パターンの端縁に沿って、当該端縁と前記絶縁基材層との段差を埋めるように被覆する絶縁破壊防止膜を備えることを特徴とする、請求項８に記載の太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板。
【請求項１０】
前記絶縁破壊防止膜は、前記発電素子が配置される領域を除いて、前記導電層パターンの全幅を覆い、かつ該導電層パターンの両端縁における前記段差を埋めるように配置されていることを特徴とする、請求項８または９に記載の太陽光発電モジュール用フレキシブルプリント配線板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０５７８６（Ｐ２０１３−１０５７８６Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６７１８（Ｐ２０１１−２４６７１８）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]