成果報告書詳細
管理番号20160000000139
タイトル平成22年度ー平成26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/太陽光発電システムの据付工程簡便化に関する研究開発
公開日2016/12/10
報告書年度2010 - 2014
委託先名デュポン株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約件名:太陽光発電システムの据付工程簡便化に関する研究開発
 
ここ数年での下落が著しいモジュール価格に対して、太陽光発電システムに施工費用が占める割合は未だに高止まりしている。本研究ではそこに風穴を開けるべく、施工を簡便化する据付施工システムを開発した。目標達成にあたり1)据付工程簡便化を可能とする据付部品の開発、2)据付工程簡便化に寄与する太陽電池モジュールの設計改良(軽量化、フレームレス化等)の2つのサブテーマで開発を進めた。据付部品開発では施工簡便化を可能とする樹脂・金属ハイブリッドの据付部品を開発した。樹脂部材の複雑形状を比較的容易に成型できる性質を利用し、本来は細かい金属のプレスパーツを作製するのに対し、樹脂部材で機能を複合化することにより据付部品の数を削減した。特に屋根上での小さい部品の取り扱いが問題視されていたため、ボルトナットがない構造を目指した。第1世代開発品ではモジュール構造やフレーム構造を総合的に設計し、ハゼ構造を有する金属屋根向けの据付システムを開発した。モジュールフレームにはジッパーガスケットとエンジニアリングプラスチックからなる2辺フレームを、モジュールを屋根に取り付ける部分には樹脂・金属ハイブリッドのブラケットを開発した。これにより、部品点数の最大62%削減、施工時間の2ー3割削減が示唆された。第2世代開発品では、従来型モジュール・フレーム構造に適用できる部品を考案し、従来は7つの部品からなる据付部品を1つの部品に統合し、片手でワンタッチ設置が可能な部品を開発した。これにより、施工時間削減率約35%を達成した。この簡易据付部品によって\0.45~\0.58/kWhのコスト削減効果が見込まれる。また、これまで専ら金属であった据付部品などの構造部材へ樹脂を使うことのへの懸念の声に応えるべく、選定したエンジニアリングプラスチックの長期耐久性に関しても検証を行った。湿熱、紫外線、塩水に注目して、加速劣化試験、劣化メカニズム検証、市場回収品分析の3つの角度から20年以上の長期耐久性を考察した。太陽電池モジュールの設計改良では、高弾性率のアイオノマー封止材により、モジュールの耐荷重性・耐衝撃性を高める技術を開発した。モジュールの高強度化によりガラスを薄肉化が可能となり、従来のバックシートタイプから約20ー25%、ガラスガラス構造のモジュールから50%以上軽量化を達成した。また、アイオノマー封止材の低吸湿性や高体積抵抗率、酢酸発生がないことを利用し、フレームレス・シールレスなどのより厳しい環境下でも十分な耐久性を達成した。各種加速劣化試験や劣化メカニズム解明を通して、EVA封止材のモジュールと比べあらゆる耐久性で優位であることを示し、20年以上の長期耐久性を考察した。本技術を基にサブテーマ1で開発した施工簡便化据付部材向けに、必要な耐荷重性・耐久性等を満たすフレームレスモジュールを開発した。トータルシステムとしても屋外曝露試験を行い、システムの長期信頼性やその他の優位性に関して有用な知見を得た。これらの知見はこれからの市場展開の際に顧客への安心感や信頼感を醸成するのに役立つと考えられる。以上のように本研究では、機能性材料の立場から、太陽光発電システムのうち約1/3を占めると言われる施工関連コストを削減する技術を開発しその効果を実証した。本研究の成果はNEDOが掲げる2030年目標の\14/kWhへ貢献すると考えられる。
英文要約Title: New Technology Development for Reducing Photovoltaic Module Installation Cost (FY2010-FY2014) Final Report

While photovoltaic modules have been in a severe price competition in recent years, the installation work still dominates the large portion of photovoltaic system cost. This project aims to provide out-of-the-box solutions to reduce the installation cost by two approaches: 1) functional fixation parts design with reduced parts numbers and 2) module design optimization to reduce the burden of installation works by such as light weight or frame-less offering. In the development of fixation parts, plastic-metal hybrid fixation parts that enable faster module installation has been developed. Large numbers of metal parts with different functionalities are integrated into several hybrid fixation parts, utilizing the design flexibility enabled by the injection molding. In the 1st generation design, not only the fixation parts but module and frame structures are optimized for faster installation. The zipper-like gasket and engineering plastic are used for frame and modules are frame-less. With the developed system, 62% of parts are reduced at maximum and 20~30% of installation time has been eliminated. In the 2nd generation design, we focused on the substitution of the conventional metal brackets between a frame and a roof rib and integrate all the functionality into one integrated metal-plastic hybrid fixation parts. The 2nd generation fixation parts has potential to reduce 35% of installation time or more and reduce total cost of PV system by \0.45~\0.58/kWh. In response to the voices of customers concerning the plastic parts used mechanical structures for more than 20 years outdoor use, long time durability of engineering plastics against high temperature, humidity, UV and salt water spray, which are the main environmental stresses, has been studied. In the module development, we proved the concept of 20~50% weight reduced modules with ionomer encapsulant. Utilizing the technology, customized module design for the 1st generation fixation parts has been provided. These light weight and stiffer module structures attribute to higher modulus of ionomer encapsulants. Regarding the long term durability, all the benefits of ionomer, namely, low moisture permeability, high volume resistivity and free of acetic acid generation in degradation, enable edge-seal-less (frame-less) module structure with even higher durability than framed EVA modules and expected to be durable enough for more than 20 years outdoor use. Thus, we proposed the new PV installation system that enables to reduce the cost of total PV system and confirmed its performance and long term reliability. We strongly believe the technology provides the novel design concept to photovoltaic system and drive the cost reduction of installation system to achieve the \14/kWh cost target set by NEDO for 2030.
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