JP2004235378A

JP2004235378A - 太陽電池モジュール及びそれを用いた太陽電池アレイ

Info

Publication number: JP2004235378A
Application number: JP2003021237A
Authority: JP
Inventors: Georgiadis Georgios; ジョージアディス・ジョージオス
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP4313582B2

Abstract

【課題】必要最小限の枠構造で太陽電池モジュールの裏面側の放熱を良好に実現し、全体の軽量化を図ることが可能な、優れた太陽電池モジュール及び太陽電池アレイを提供すること。
【解決手段】複数の角部を周縁に有した発電本体に、前記角部を支持し且つ前記発電本体の裏面側の空気流れを制御する固定手段を設けてなり、前記固定手段は、前記角部を覆うＬ字状支持部と、該Ｌ字状支持部の一方端及び他方端のそれぞれから前記発電本体の裏面中央部へ延出した２つの仕切部とを備え、互いに隣合う固定手段における一方のＬ字状支持部の一方端から延出した仕切部と、他方のＬ字状支持部の他方端から延出した仕切部との間が、通気路に形成されているとともに前記発電本体の周縁部から裏面中央部へ向かって次第に狭くなっていることを特徴とする太陽電池モジュールとする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュール及びそれを用いた太陽電池アレイに関するものであり、特に、太陽電池モジュールを好適に冷却できる上に全体の軽量化を図ることが可能な、太陽電池モジュール及びそれを用いた太陽電池アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題への関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術のひとつとして、太陽電池により太陽エネルギーを電力に変換して利用する太陽光発電装置が注目され、その実用化が加速されてきている。
【０００３】
従来、住宅用に用いられる太陽光発電装置は架台や家屋の屋根等に太陽電池モジュールが複数枚配されて太陽電池アレイとなったものが多く、例えば図５に示すように、屋根上に太陽電池アレイ１８を設置し、この太陽電池アレイ１８で発電された電力を送電ケーブル１７で接続箱１６，電力変換手段であるパワーコンディショナ１５に入力している。パワーコンディショナ１５では太陽電池アレイ１８で発電された直流電力を交流電力に変換し、家屋の交流負荷へ供給したり、商用電力系統に逆潮流させて売電を行なう。
【０００４】
また図６に示すように、太陽電池アレイ１８は太陽電池モジュールが複数組み合わされて（太陽電池モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・）構成されており、架台や屋根上に固定された縦桟１９上に太陽電池モジュール２０をボルト等で締結固定されて成る。
【０００５】
また図７に示すように、太陽光によって例えば太陽電池モジュール２０ａが熱せられると、その背面へ放熱された熱は、太陽電池モジュール２０ａの裏面の空気温度を上昇させ、熱くなった空気２６は、より上方に位置する太陽電池モジュール２０ｂ側に向かって移動を始める。一方、自然風２５は縦桟１９の隙間から太陽電池モジュール２０と屋根２４の間隙に入り、屋根２４に添って上方（棟側）に流れていく。このとき、自然風２５と太陽電池モジュール２０の裏面の熱せられた空気２６との間で熱交換、もしくは巻き込みが行なわれることで太陽電池モジュール２０が冷却される。
【０００６】
太陽電池モジュール２０と屋根２４との間は縦桟１９の高さ分の隙間しかないため、熱せられた空気２６は例えば太陽電池モジュール２０ａ，２０ｂの枠体２２，２２部分でよどみ、一旦、枠体２２，２２の下方へ潜り込んで乗り越えた後に、太陽電池モジュール２０ｂの裏面を伝ってさらに上方へ向かって移動することになる。このとき、枠体２２，２２を乗り越える部分で自然風２５と流路を取り合うこととなり、双方の風の流れを停滞させ、結果として風の流速を損なって太陽電池モジュール２０の冷却効果を低下させ、温度の上昇により太陽電池モジュール２０の発電効率が下がるといった問題が生じてしまう。
【０００７】
そこで、上述のような問題を解決する技術として、太陽電池モジュール２０の枠体に通気孔２１を設けて、前記太陽電池モジュール２０の背面への空気取り入れを改善する技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００８】
また、太陽電池モジュール裏面に放熱フィンを設け、放熱面積を増やすとともに太陽電池モジュールの機械強度も向上させ、しかも効率的な放熱ができる対流を生じさせる技術も提案されている（特許文献２を参照）。
【０００９】
〔特許文献１〕
特開平６−１８１３３３号公報
〔特許文献２〕
特開平１１−３６５４０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の技術では太陽電池モジュールに大きな孔を開けると強度が低下する。また、太陽電池モジュールの裏面側に十分なスペースがない場合には、放熱フィンが占有する体積によって空気の通過量が減少してしまい、十分な放熱が行なえなくなり、太陽電池の発電効率が低下する。さらに、太陽電池モジュール自体の重量増により、太陽電池モジュールの輸送時に、太陽電池モジュールの保護を過剰にしなければならない。
【００１１】
そこで本発明は、必要最小限の枠構造で太陽電池モジュールの裏面側の放熱を良好に実現し、全体の軽量化を図ることが可能な、優れた太陽電池モジュール及び太陽電池アレイを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、複数の角部を周縁に有した発電本体に、前記角部を支持し且つ前記発電本体の裏面側の空気流れを制御する固定手段を設けてなる太陽電池モジュールであって、前記固定手段は、前記角部を覆うＬ字状支持部と、該Ｌ字状支持部の一方端及び他方端のそれぞれから前記発電本体の裏面中央部へ延出した２つの仕切部とを備え、互いに隣合う固定手段における一方のＬ字状支持部の一方端から延出した仕切部と、他方のＬ字状支持部の他方端から延出した仕切部との間が、通気路に形成されているとともに前記発電本体の周縁部から裏面中央部へ向かって次第に狭くなっていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の太陽電池アレイは、前記太陽電池モジュールの複数を組み合わせるとともに、互いに隣接する一方の太陽電池モジュールの発電本体の裏面に形成された通気路と、他方の太陽電池モジュールの発電本体の裏面に形成された通気路とが連通するようになしたことを特徴とする。
【００１４】
以上の構成により、太陽電池モジュールの裏面に十分なスペースがない場合にも通気量が減少して、十分な放熱が行なえないといった問題を解消でき、太陽電池モジュール及び太陽電池アレイの軽量化を図ることができる。
【００１５】
自体の重量増がなく、部品点数の少ない問題の生じない太陽電池アレイ、または太陽光発電装置とできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、太陽電池モジュールの複数を屋根上に配設してなり、互いに隣接する一方の太陽電池モジュールの発電本体裏面に形成された通気路と、他方の太陽電池モジュールの発電本体裏面に形成された通気路とが連通するようになした太陽電池アレイの場合を例にとり、本発明に係る実施形態を模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に本発明の枠構造の一部を示す固定手段Ｋの構造を説明するための斜視図を、図２に固定手段Ｋで太陽電池モジュールを固定する様子を説明する上面（受光面側）から見た平面図を示す。
【００１８】
図１に示すように、固定手段Ｋは、樹脂もしくは、鉄やアルミニウム等の金属から成り、太陽電池モジュールにおいて、複数の角部を周縁に有した発電本体に、これら角部の一つを支持し且つ前記発電本体の裏面側の空気流れを制御するものである。発電本体の角部を覆うＬ字状支持部をなす本体７と、この本体７の左右（一方端及び他方端）にあり、太陽電池モジュールの発電本体の裏面中央部へ延出した仕切部である平面波形状をなす第１突設片１と、これと同様な波形状をなす第２突設片２とで構成される。本体７には固定手段Ｋを縦桟や横桟、屋根等に取付けるための取付部７ａがあり、取付部７ａに開けられた取付孔５に釘やネジを通して取付ける。また、本体７には太陽電池モジュールの発電本体を固定するための固定孔９が開けられており、固定孔９にネジやリベットを用いて固定する。
【００１９】
一般に太陽電池モジュールは、太陽電池素子をガラスや樹脂などの透光性の基材とテドラフィルムのようなバックシートで挟み込んだ発電本体と、この発電本体を囲う枠体で構成されており、この枠体を縦桟または横桟にネジやリベット、固定金具等で取付けられるが、前記発電本体が自重でたわむのを枠体で支える関係上、枠体が小型化しにくい。
【００２０】
そこで、本発明では太陽電池モジュールを固定孔９の箇所で締結固定する以外に、第１突設片１の上面である支持部１ａ、及び第２突設片２の上面である支持部２ａで太陽電池モジュールの裏面を支えるようにしている。この場合、固定手段Ｋが十分な大きさであれば、従来の太陽電池モジュールの枠体を簡略化し全体の軽量化が可能になる。また、太陽電池モジュール裏面側への通気量をより多くするように、本体７に通気孔４を設けても良い。
【００２１】
このようにして、太陽電池モジュールの裏面側において、互いに隣合う固定手段の一方のＬ字状支持部一方端から延出した仕切部と、他方のＬ字状支持部他方端から延出した仕切部との間が、通気路に形成され、発電本体の周縁部から裏面中央部へ向かって次第に狭くなるように構成できるので、通気が好適に行なわれ、太陽電池モジュールを効果的に冷却することができる。
【００２２】
次に、太陽電池モジュールの取付方法について説明する。図２（ａ）に示すように、屋根に設置した縦桟１９上に、直接、固定手段Ｋ（Ｋ１〜Ｋ４）を順次ネジ等で取付ける。次に、図２（ｂ）に示すように、取付けられた固定手段Ｋ（Ｋ１〜Ｋ４）で囲まれた中に、太陽電池モジュール２０を挿入し、固定手段Ｋの固定孔９を使用して太陽電池モジュール２０をネジやリベットで固定することにより、縦桟上に太陽電池モジュールが設置される。なお、本例では縦桟上に直接固定手段Ｋを取付けることとして横桟を不要としたが、縦桟の代わりに横桟としてもよい。また、固定手段Ｋの取付部７ａを無くして取付孔５を本体７側に設け、桟の側面に取付けるようにしてもよい。
【００２３】
このように構成することにより、縦桟１９上に設置された複数の固定手段Ｋ１の第１突設片とＫ３の第２突設片、Ｋ３の第１突設片とＫ４の第２突設片、Ｋ４の第１突設片とＫ２の第２突設片、Ｋ２の第１突設片とＫ１の第２突設片がそれぞれ発電本体の裏面中央部へ向かって次第に狭まった構造を作り出し、いわゆる「連続の方程式」の作用により、太陽電池モジュール２０の裏面側における空気流れを加速して冷却効果を向上させることができる。
【００２４】
また、図２（ｃ）に示すように、固定手段Ｋは太陽電池モジュール２０の４隅を固定する配置となっており、互いに隣合う固定手段Ｋ、Ｋ同士の間には開口部１２が形成され、通気路が形成されることになる。このような構成により、太陽電池モジュール２０の裏面には円形や楕円形状の孔を設けたり、小さな孔を数多く設ける多孔式を採用したり、ルーバー構造などを採用して、空気を流通させる通気孔を構造材に設けたものよりも、空気の流入・流出が容易となり、優れた冷却効果が期待できる。
【００２５】
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ひとつの固定手段が複数の太陽電池モジュールを固定する固定手段Ｋ５として太陽電池モジュール２０を固定するようにしてもよい。固定手段Ｋ５は２枚の隣接する太陽電池モジュール２０を支持することができるだけでなく、縦桟１９への取付面の面積を広くとれるので安定性が増す。また、取付用のボルト等も径のサイズを大きくして使用本数を減らすことができるので作業工数の削減となる。
【００２６】
また、太陽電池モジュールを枠なし構造とし、図４（ａ）の固定手段Ｋ６のように枠体８を設け、設置と同時に太陽電池モジュールが枠を有した状態となるようにすれば、太陽電池モジュールの簡略化及び軽量化を成しながら強度を維持することができ、しかも優れた冷却構造を有したものにすることができる。さらには、図４（ｂ）に示すように、固定手段Ｋ７の第１突設片１及び第２突設片２の上下に太陽電池モジュールを嵌め込めるように空間を設けることにより、固定手段が一種類で太陽電池モジュールの４端に対応することができるようになり、部材の種類を削減し、嵌め込み位置の間違いを無くせる。
【００２７】
以上詳述したように、流速を上昇させることにより最も温度上昇の激しい太陽電池モジュール中央を冷却し、その熱を各部へ拡散することによって、太陽電池モジュール全体の発電効率を向上させ、しかも連結された他の太陽電池モジュールへの初期流速も向上させることができる。また、太陽電池モジュールを屋根面に密着させても風の流路を確保できるので、太陽電池アレイのよりいっそうの薄型化・軽量化を図ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の太陽電池モジュールによれば、固定手段は、角部を覆うＬ字状支持部と、該Ｌ字状支持部の一方端及び他方端のそれぞれから発電本体の裏面中央部へ延出した２つの仕切部とを備え、互いに隣合う固定手段における一方のＬ字状支持部の一方端から延出した仕切部と、他方のＬ字状支持部の他方端から延出した仕切部との間が、通気路に形成されているとともに、発電本体の周縁部から裏面中央部へ向かって次第に狭くなっている。また、本発明の太陽電池アレイは、太陽電池モジュールの複数を組み合わせるとともに、互いに隣接する一方の太陽電池モジュールの発電本体の裏面に形成された通気路と、他方の太陽電池モジュールの発電本体の裏面に形成された通気路とが連通するようになしたので、太陽電池モジュールの裏面中央部に風が良好に流通することができ、空気を加速させて風速を上昇させることで、裏面中央部の熱の放散がより促進され、太陽電池モジュールの温度を低下させることができ、発電効率が向上した優れた太陽電池モジュール及び太陽電池アレイを提供できる。
【００２９】
また、従来の通気構造を備えた太陽電池モジュールに比べて、空気の流入・流出が容易となり、冷却効果の優れた太陽電池モジュールを提供できる。
【００３０】
また、隣接する太陽電池モジュール用の固定手段と一体とすれば、桟への取付面の面積を広く取れるので固定手段の安定性が増し、しかも取付用のボルト等も径のサイズを大きくして、これら部材の使用本数を減らすことができ作業工数を削減できる。
【００３１】
また、固定手段の太陽電池モジュールの裏面中央部に向かって延びる仕切部が、太陽電池モジュールの発電本体を支持するようにしたので、強度低下を補うサブフレームとしての効果が得られ、太陽電池モジュールの枠強度を高める必要がなく、重量増を極力抑えることができ、軽量化も図れる。
【００３２】
また、固定手段が太陽電池モジュールの枠部とした場合、太陽電池モジュール自体を枠なし構造とし、その構造の簡略化・軽量化が図れ、強度を維持し、しかも優れた冷却構造を備えた太陽電池モジュール及び太陽電池アレイを提供できる。
【００３３】
また、固定手段が一種類で太陽電池モジュールの４つの角部に対応することができ、部材の種類を削減し、嵌め込み位置の間違いを無くすことができる。
【００３４】
さらに、同じ太陽電池モジュールを固定する、隣り合う２個の固定手段の仕切部間が、隣り合う別の太陽電池モジュールを固定する固定手段の仕切部間の開口部とが連結されていることとすることにより、隣接する太陽電池モジュールへ入る空気の速度を速めて隣接する太陽電池モジュールの冷却にも貢献する優れた太陽電池アレイを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの固定手段を模式的に説明する斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本発明に係る固定手段で太陽電池モジュールを固定する方法を模式的に説明する上面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明に係る固定手段を複数組合せて太陽電池アレイを構成する方法を模式的に説明する上面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明に係る固定手段の他の実施例を模式的に説明する斜視図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールを屋根上に配した太陽光発電装置を模式的に説明する斜視図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールを桟上に配した様子を模式的に説明する斜視図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールを桟上に配したときの風の流れを模式的に説明する側面図である。
【符号の説明】
１：第１突設片（仕切部）
１ａ：支持部
２：第２突設片（仕切部）
２ａ：支持部
３：枠体
４：通気孔
５：取付孔
６ａ〜６ｅ：太陽電池モジュール位置
７：本体（Ｌ字状支持部）
７ａ：取付部
８：枠体
９：固定孔
Ｋ、Ｋ１〜Ｋ７：固定手段

Claims

複数の角部を周縁に有した発電本体に、前記角部を支持し且つ前記発電本体の裏面側の空気流れを制御する固定手段を設けてなる太陽電池モジュールであって、前記固定手段は、前記角部を覆うＬ字状支持部と、該Ｌ字状支持部の一方端及び他方端のそれぞれから前記発電本体の裏面中央部へ延出した２つの仕切部とを備え、互いに隣合う固定手段における一方のＬ字状支持部の一方端から延出した仕切部と、他方のＬ字状支持部の他方端から延出した仕切部との間が、通気路に形成されているとともに前記発電本体の周縁部から裏面中央部へ向かって次第に狭くなっていることを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１に記載の太陽電池モジュールの複数を組み合わせるとともに、互いに隣接する一方の太陽電池モジュールの発電本体の裏面に形成された通気路と、他方の太陽電池モジュールの発電本体の裏面に形成された通気路とが連通するようになしたことを特徴とする太陽電池アレイ。