太陽光パネルモジュールの主要材料：完全解説
引言
ほとんどの太陽光発電モジュールは、いくつかの主要材料から構成されています。一般的な太陽電池モジュールは、前面材料、太陽電池、封止材、背面材料、フレーム、およびいくつかの補助部品で構成されています。各層にはそれぞれ役割があり、それらが一体となってモジュールの性能と寿命を決定します。一つずつ見ていきましょう。
前面材料
その役割とガラスが選ばれる理由
PVモジュールの前面材料は、太陽電池が利用可能な波長範囲で高い透過率を持ち、屈折率が低いことが求められます。これにより、太陽光が可能な限り効率的に吸収されます。透過と反射に加えて、前面材料は水を通さず、耐衝撃性に優れ、長期間の紫外線暴露下でも安定し、熱抵抗が低いことが必要です。これにより、水や水蒸気が金属接点や相互接続部を腐食し、モジュールの寿命を縮めるのを防ぎます。
モジュールは屋外に設置され、風、砂、雨、雪などの厳しい気象条件にさらされることが多いため、前面材料には内部のセルを外部の衝撃から保護するための一定の剛性も必要です。
前面材料には、アクリル、ポリマー、ガラスなどいくつかの選択肢があります。最も一般的な選択は、強化低鉄ガラスです。これは低コストで、強度があり、安定しており、高い透明性、防水性、気密性を備え、優れた自己洗浄性能を発揮します。
太陽電池
発電の心臓部
太陽電池はPVモジュールの最も重要な部品の一つであり、モジュール全体の出力を直接決定します。これは太陽光から電気を生成する半導体ウェハであり、特定の照明条件が満たされると、セルは電圧を出力し、回路に接続されると電流を生成します。
多くのセルオプションがあります。プロセス技術別にはTOPCon、BC、HJTなどがあります。サイズ仕様別には182、183、210などがあります。同じ技術とサイズ内でも、セルは効率によってさらにグレード分けされます。
封止材
すべてをまとめる接着層
封止材は、太陽電池とモジュールの前面および背面との間の接着を提供します。高温や強い紫外線暴露下でも安定している必要があります。また、光学的に透明で、低熱抵抗と高電気抵抗を持つ必要があります。
EVA（エチレン酢酸ビニル）が最も一般的に使用される封止材です。これは薄いフィルムとして供給され、セルと前面・背面の間に配置され、サンドイッチ構造を形成します。このサンドイッチは、140〜150°Cに加熱され、一定の圧力下で一定時間保持され、EVAが重合してモジュールを接着します。下の画像では、セルの上の半透明フィルムがEVAです。
バックシート
保護背面
PVバックシートはモジュールの背面です。その主な要件は低熱抵抗と、水や水蒸気を遮断する能力です。単一ガラスモジュールは通常、ポリマーフィルムをバックシートとして使用しますが、両面ガラスモジュールは代わりにガラスを使用します。透明なガラス背面は地面からの反射光を吸収し、出力を増加させることができるためです。
PVリボン（錫メッキ銅リボン）
電流の収集と運搬方法
PVリボンは錫メッキ銅リボンで、主にインターコネクトリボンとバスリボンに分けられます。インターコネクトリボンはモジュール内のセルを接続し、ストリンガー機によってセル表面の導電性バスバーに直接はんだ付けされ、各セルからの電流を導通・収集します。バスリボンはモジュール内のセルストリングを接続し、インターコネクトリボンにはんだ付けされ、セルが生成した電流をジャンクションボックスに集めます。
PVリボンのベースは銅金属で、その上に薄いスズの層がコーティングされています。銅ベースは高い導電性と低抵抗を提供し、モジュールの内部抵抗を低減して電力損失を削減します。銅は融点が高く、単体でははんだ付け性が悪いため、スズコーティングが必要です。銅ベースにスズをコーティングすることで、リボンに良好な溶接性が与えられ、インターコネクトリボンがセル表面のバスバーにしっかりと結合し、良好な電流の流れを確保します。
ジャンクションボックス
外部回路への架け橋
ジャンクションボックスはPVモジュールの電流を伝送します。内部のバスリボンに接続し、モジュールを外部回路に接続します。良好な電気性能が必要であり、その設計と寸法は、電気的、機械的、耐熱性、耐腐食性、耐候性などの動作環境の要求を満たし、ユーザーや環境に害を及ぼさないものでなければなりません。一般的なPVモジュールのジャンクションボックスはMC4クイックコネクタを使用しています。
フレーム
強度、密閉性、取り付けの容易さ
フレームにはいくつかの目的があります。第一に、ガラスエッジを保護し、外力によるモジュールの割れを防ぎます。第二に、エッジシーラントと組み合わせて、モジュールの密閉性能を強化します。第三に、モジュールの全体的な機械的強度を大幅に向上させます。第四に、モジュールの取り付けと輸送を容易にし、モジュールを取り付け構造に接続するキャリアとして機能するため、適切な固定により最適な耐荷重性が得られ、単一の架台から統合アレイまで拡張でき、発電所システム全体の機械的能力を向上させます。
シーラント
湿気の侵入を防ぐ
シーラントは、ジャンクションボックスをPVバックシートに接着し、それらの間の隙間を防水してモジュールの耐候性を向上させるために使用されます。また、モジュールをフレームに接着し、両者間の接続を強化し、水蒸気がモジュール内に侵入するのを防ぎます。
Ooitechの見解
Ooitechは考えます：太陽光モジュールの性能と寿命は、前面ガラスからシーラントに至るまで、層状材料が一つのシステムとしてどれだけうまく連携するかに依存します。
