成果報告書詳細
管理番号20150000000614
タイトル平成24年度ー平成25年度成果報告書 太陽エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム次世代高性能技術の開発 次世代長寿命太陽電池モジュールの研究開発 (H24-H25) 
公開日2016/5/20
報告書年度2012 - 2013
委託先名日清紡ホールディングス株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約 平成24年7月1日よりスタートしたフィードインタリフ(FIT)制度により、太陽電池発電所の建設が本格化している。一方、EUの太陽電池発電所では、システム発電量が僅か数年で大幅に発電劣化するPID(Potential Induced Degradation)現象が報告されている。このPID現象に対する回避策の一つとしてトランスインバーターの利用があるが、変換効率が数%劣ることや、高額であることから、根本的な解決策が求められている。
そこで本事業では、大規模太陽電池発電所のような高電圧でかつトランスレスインバーター接続の環境下において、PID現象が起き難いモジュールの部材、及びそれを用いた次世代長寿命太陽電池モジュールの実現を目的とし、少なくとも20年間はPID問題が発生しないケーシング技術を研究開発する。併せて、PID発生の予見精度の高いPID加速試験条件を検討し、その条件下で、本モジュールの性能を検証する。そのため、PID発生メカニズム解明の検討も実施する。
2.成果
1)次世代長寿命太陽電池モジュール構造部材に関する研究開発
(a)透明オレフィンゴム封止材料の研究開発
光線透過度92%、シート硬度56、150℃10分以上の条件で温水浸漬試験後の接着試験で母材壊の結果が得られた。また、耐光性試験(キセノン)、DH試験での変色は無かった。
2)モジュール構成部材加工技術に関する研究開発
(a)透明オレフィンゴムのシート化加工およびCOC樹脂シートへのラミ加工技術の研究開発
カレンダー成型により、COC樹脂フィルム75μmに透明オレフィンゴムシートを150、250、350μm±5%厚の均一なシートが得られた。また、その加工法も開発した。
3)次世代長寿命太陽モジュールのモジュール設計に関する研究開発
(a)モジュール基本設計開発
48セルのガラス/ガラスタイプのモジュール(196W)およびスーパーストレートタイプ(200W)のモジュールを試作し、PID試験(85℃・85%RH・1000h/?1000V)を実施した結果、それぞれ、発電劣化ゼロであり、目標を達成した。
(b)PID発生メイアニズムおよび予見精度の高いラボ評価試験方法の検討
PID発電劣化モジュールから、エレクトロルミネッセンス(EL)画像で非発光セルをPIDセルとし発光セルを非PIDセルとして、半導体的評価及び破壊分析としてSCM、SEM観察を行った結果、PIDとは、太陽電池セルの内、Naイオンが15%面積以上表面に堆積すると短絡し、半導体的性質が失われる現象であることが分かった。また、発電劣化は、EVA封止材の表面電極やインターコネクタの腐食による溶解や剥離によるものであることが分かった。
 20年稼働のモジュールで採取したモジュールエッジ部の酢酸量は、DH試験で、2500h経過後に得られることが分かった。よって、発電所における20年間に相当する、予見精度の高いラボ加速試験条件とは、DH試験(85℃、85%RH、2500時間)で、?1000Vを加える条件とした。
英文要約Construction of solar power generation stations is gaining momentum due to the FIT Program that started on July 1st, 2012. On the other hand, stations in the EU have reported PID that significantly lowers output in only a few years. One way to evade the PID to use transformer-based inverters, but they cause a drop in efficiency and are expensive. This is a project for module materials more resistant to PID even in high system voltage environments such as large scale facilities. The R&D of casing technology that lasts more than 20 years without the occurrence of PID will be used to realize next generation long-lasting PV modules. We also investigate the mechanism behind PID, acceleration test conditions for high accuracy PID prediction, and use of those conditions for verifying the performance of these modules. In designing olefinic rubber as an encapsulant, the optimal amount of fine grained silica, organic peroxide crosslinking agent and silane coupling agent added to olefinic rubber was investigated. Transparent olefinic rubber with crosslinking density of 8.4×1019 links/cc, and 88% transparency (2mm sheet of olefinic rubber) was achieved. It was bonded to a 1mm sheet of COC resin, and processed at 150°C for 5, 10 and 15 minutes. A warm water immersion test was performed, as well as an adhesion test that resulted in the destruction of base material that was processed for 10 minutes or more. Using the above material as a base and combining it with a UV protection agent, phenol inhibitor, and phosphorus inhibitor, the establishment of a formula with more than 20 years of light resistance is being reviewed. An investigation of the use of a rubber calendar to laminate it with PET release sheets resulted in olefinic rubber with a 4.6×103 Pa?s melt viscosity. It was possible to produce a uniform sheet, but sheet making is not possible at lower viscosities. Using the laminated sheet, we developed a process for layering the transparent olefinic rubber sheet on top of the COC resin sheet during the layup process by peeling off the double sided release sheet. We investigated the following module structures in response to penetration of moisture and salts to silicon cell surroundings and release of sodium ions from glass, considered the cause of the PID; Transparent olefinic material, highly resistant to moisture and salt penetration, to encapsulate silicon cells; COC resin sheet for isolation, to prevent dispersion of sodium ions from soda-lime glass to the cell surface; chemically tempered glass, which releases very few sodium ions. To verify the proposed structure, a PID test was performed on a 48 cell module was prototype, passing conditions set by the Fraunhofer Institute. Polycrystalline modules that developed symptoms of PID in the field were destructively analyzed. Affected cells had significantly smaller fingers than unaffected by PID, and particles were found dispersed over the cell surface. A correlation was found between output drops of aged modules and amount of acetic acid from EVA encapsulant degradation. We hypothesized that bonds of fingers and tab ribbons to cells are broken by the acid, and increased area is related to output degradation. Using the amount of acetic aced from EVA encapsulant degradation as an index, we are considering laboratory accelerated ageing test conditions that correspond to 20 years in the field.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る