JP2005159172A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップや工数の増加を伴わない簡便な方法でモジュール枠の当接部の先端にずれの発生しないモジュール枠を提供し、太陽電池モジュールの品質や信頼性、作業安全性の向上を図る。
【解決手段】長尺状枠体３６、３７の双方の先端部の傾斜面が当接するように両長尺状枠体３６、３７を配し、大径の貫通孔３８および傾斜面を通して小径のビス穴４２に対しネジを取付けたモジュール構造であって、長尺状枠体３６と長尺状枠体３７の双方の先端部の最先端同士を略合致するように、ネジの外面に対し、貫通孔３８の内周面と、ビス穴４２の内周面との双方を揃える。
【選択図】 図２

Description

本発明は太陽電池モジュールに関し、特に太陽電池モジュールのモジュール枠の構造に関するものである。

太陽電池素子は、たとえば単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製するが、そのため、太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また、野外に太陽電池を取り付けた場合、雨などに対し保護する必要がある。

さらに太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるように、これら複数の太陽電池素子を電気的に接続し、太陽電池モジュールと成している。

この太陽電池モジュールは正方形もしくは矩形状を成すが、通常、透光性基板と裏面シートとの間に充填材で挟持された複数の太陽電池素子を、ラミネーターと呼ばれる装置で一体化し、これにより、太陽電池パネルを作製し、そして、この太陽電池パネルの外周の各辺をモジュール枠に嵌めこんだ構造である。

このモジュール枠は、太陽電池モジュールとして必要な機械的強度や耐候性能の確保に必要な他、太陽電池モジュールを野外に設置する場合の架台と太陽電池モジュールとを固定することに用いている。

図３は従来の太陽電池モジュールにおいて、その角部分の斜視図であり、太陽電池パネルとモジュール枠の状態を示す。

同図において、１はモジュール枠（長尺状枠体）、２は他辺に付けられるモジュール枠（長尺状枠体）、３は太陽電池パネル、４はビス穴、５は貫通孔、６はビス(又はネジ）である。

モジュール枠１および他辺に付けられるモジュール枠２は、通常、太陽電池モジュールに必要な強度などを考慮してアルミニウム金属材で作成する。そして、太陽電池パネル３は、透光性基板と裏面シート、充填材で挟持された複数の太陽電池素子を一体化したものであって、モジュール枠１およびモジュール枠２に設けられたコの字状の勘合部に嵌めこまれる。

モジュール枠１およびモジュール枠２については、太陽電池パネル３の角部において、その外周部に対して角度約４５度程度で互いに当接し、この部分をビス６により固定している。

このビス止めは、モジュール枠２に設けた貫通孔５と、モジュール枠１に設けたビス穴４を合わせ、そして、ビス６で止めている。

この貫通孔５によれば、モジュール枠の寸法精度や嵌め合わせ時の誤差などを考慮して、ビス穴４の直径に比べて、その直径を大きくしている。

そして、設計上は貫通孔５とビス穴４の両中心が合致することで、モジュール枠１とモジュール枠２の双方間にてズレがなく、ほぼ完全に当接した状態になる。

しかしながら、実際には貫通孔５とビス穴４の双方間にて直径に差があり、これにより、ビスを締め込むことで、図４に示すごとく、その当接部の先端がずれるという問題点があった。

以下、この問題点を図４により説明する。

同図はモジュール枠の角部において、モジュール枠の先端部分がずれた状態を示す。

１１は太陽電池パネル、１２と１３は互いに当接するモジュール枠（長尺状枠体）、１４はビスを示す。

この図から明らかな通り、ビス１４を締め込むことで、モジュール枠１２は太陽電池パネル１１の方向に押され、これにより、モジュール枠１２に設けた貫通孔と、モジュール枠１３に設けたビス穴との寸法の差に起因して、その当接部分にズレが生じ、その結果、モジュール枠１３の先端部が突出するという課題があった。

そして、このようにモジュール枠の先端部にズレが発生すると、この部分から雨水などが入り、さらにこの雨水などが太陽電池パネルに侵入し、これにより、太陽電池パネル内部でショートや腐食といった問題が発生していた。

また、モジュール枠の先端部にズレが発生すると、その出来上がった太陽電池モジュールの寸法が、基準値から外れ、狂いが生じ、製造の歩留まりが低下する原因になっていた。さらにこのように先端部のずれが発生した太陽電池モジュールを、製造工程中や、その設置時において扱うときに、その作業者が誤って手などを傷つけるという危険もあった。

かかる課題を解消するために、図５に示すようなモジュール枠が提案されている（特許文献１参照）。

同図はこのモジュール枠の先端部のズレ発生の対策として考案されたものであり、１６は太陽電池パネル、１７と１８は互いに当接するモジュール枠（長尺状枠体）、１９はモジュール枠１７に設けた突出部、２０はモジュール枠１８に設けた控え部、２１はネジ（又はビス）を示す。

上記構成のモジュール枠によれば、その当接部の端部において、太陽電池パネルの外周部と垂直な方向で互いに当接するよう、その当接する角度を途中で変えた突出部１９と控え部２０を設け、これらが互いに当接するように構成したことで、ネジ２１を締め込んでも上述のようなズレが発生しないというものである。
特開２０００−５８８９８号公報

しかしながら、上述のごとく、モジュール枠の当接部の端部において、太陽電池パネルの外周部と垂直な方向で互いに当接するよう突出部１９と控え部２０を設け、その当接部の角度を途中で変えるという技術によれば、その太陽電池モジュールを一般住宅の屋根などに設置した場合、雨水が流れる方向と突出部１９と控え部２０が互いに当接する方向が同じになった場合、この部分から雨水などが太陽電池モジュール内部に入るという課題がある。

これに対し、太陽電池モジュールを屋根などに設置する際に、その方向を考慮する必要あり、さらにこのモジュール枠の当接部分に防水用のパッキンを備えるなどの防水機能を具備させなければならず、これにより、太陽電池モジュールの汎用性を妨げたり、あるいは製造コストを大きくするという課題があった。

したがって、本発明の目的は、雨水などが入らない高品質かつ高信頼性の太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の他の目的は、製造コストを小さくした低コストの太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の太陽電池モジュールは、矩形状または正方形状の太陽電池パネルの各辺部にそって、それぞれ長尺状枠体を配置し、この太陽電池パネルの角部にて略直交するように、かつ双方の先端部の傾斜面が当接するように両長尺状枠体を配し、さらに一方の長尺状枠体に設けた大径の貫通孔および上記傾斜面を通して他方の長尺状枠体に設けた小径のビス穴に対しネジを取付けたモジュール構造において、前記一方の長尺状枠体と他方の長尺状枠体の双方の先端部の最先端同士を略合致すべく、ネジの外面に対し、前記貫通孔の内周面と、ビス穴の内周面との双方を揃えたことを特徴とする。

本発明の他の太陽電池モジュールは、前記貫通孔の横断面が円もしくは楕円であり、前記ビス穴の横断面が円であることを特徴とする。

また、本発明の太陽電池モジュールは、前記ビス穴の径が１〜５ｍｍであり、さらに前記貫通孔の径をビス穴の径に比べて、０．１ｍｍ〜２ｍｍ大きくしたことを特徴とする。

また、本発明の太陽電池モジュールは、前記ネジを複数本用いて、各ネジに対応して、それぞれに前記貫通孔およびビス穴を形成したことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールによれば、上記構成のごとく、一方の長尺状枠体と他方の長尺状枠体の双方の先端部の最先端同士を略合致すべく、ネジの外面に対し、貫通孔の内周面と、ビス穴の内周面との双方を揃えたことで、一方の長尺状枠体に設けた貫通孔の内周面に、その一方の長尺状枠体の動きが規制され、モジュール枠全体の動きが制限され、これにより、ネジ（固定用ビス）を締め込んだ場合に、その貫通孔の内周面と、ビス穴の内周面との双方が揃うことで、モジュール枠の端部のズレが生じなくなる。

さらに詳しくは、本発明によれば、貫通孔の径をビス穴の径より大きくしたことで、モジュール枠の作製時の寸法誤差や嵌め合わせ時の誤差が発生した場合でも、迅速にモジュール枠の太陽電池パネルへの嵌め込み作業ができる。

さらに本発明によれば、上記のようなモジュール枠を用いて太陽電池モジュールを作製するに当り、モジュール枠の当接部先端のズレの発生が無くなり、この部分から雨水などが入り込むことがなくなり、太陽電池モジュールの信頼性の向上が図れる。

また、モジュール枠の当接部のズレの発生が無くなることで、その出来上がった太陽電池モジュールの寸法が基準値より狂うことがなくなり、製造歩留まりが向上する。

さらにこのような当接部のズレの発生がなくなることで、太陽電池モジュールの製造工程中や、その設置時において、これら取扱うときに、その作業者が誤って手などを傷つけるという危険も無くなる。また、太陽電池モジュールを屋根などの設置するときにその方向を考慮する必要もなくなり、設計上の自由度が高くなる。

また、本発明の太陽電池モジュールによれば、大径の貫通孔と小径のビス穴とを組合せるに際し、貫通孔の横断面が円もしくは楕円であり、前記ビス穴の横断面が円であることで、本発明の目的が優位に達成される。

さらに本発明によれば、上述のごとく、ビス穴の径が１〜５ｍｍであり、さらに貫通孔の径をビス穴の径に比べて、０．１ｍｍ〜２ｍｍ大きくしたことが、本発明の目的を達成するために好適である。

さらにまた、本発明によれば、前記ネジを複数本用いて、各ネジに対応して、それぞれに貫通孔およびビス穴を形成したことで、これらネジを締め込んだ場合に、モジュール枠の端部のズレが生じなくなり、一本のネジを使用した場合に比べて、その作用効果が顕著になる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図を用いて説明する。

図１は本発明に係る太陽電池パネルの構造を示すものである。

この太陽電池パネルは矩形状または正方形状であって、同図において、２５は透光性基板、２６は受光面側充填材、２７は太陽電池素子、２８は裏面側充填材、２９は背面部材、３０は出力配線、３１は接続タブである。

透光性基板２５としては、ガラス材やポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材からなる基板が用いられる。

ガラス板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられる。一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。

他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側封止材２６および裏面側封止材２８は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、このエチレン−酢酸ビニル共重合体をＥＶＡと略記する）から成り、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。

これら封止材２６、２８はラミネート装置により減圧下で加熱加圧を行うことで、融着して他の部材と一体化する。

ＥＶＡについては、酸化チタンや顔料等を含有させ、白色等に着色させてもよい。しかし、本発明に係る受光面側封止材２６においては、着色化させることで、太陽電池素子２７に入射する光量が減少し、発電効率が低下する傾向にあることで、その点で、透明化するのが望ましい。

また、裏面側封止材２８に用いるＥＶＡは透明化もしくは着色化のいずれでもよい。着色化させる場合、太陽電池モジュールの周囲の設置環境に合わせて、酸化チタンや顔料等を含有させ、白色等に着色させる。

太陽電池素子２７については、上述のように厚み０．３〜０．４ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなる。

このようなシリコン基板の内部にはＰＮ接合が形成されると共に、その受光面と裏面には電極が設けられ、さらに受光面には反射防止膜を設ける。

かかる太陽電池素子２７の大きさは、多結晶シリコン太陽電池であれば、１辺の寸法が約１００〜１５０ｍｍである。

接続タブ３１は、太陽電池素子２７同士を電気的に接続するもので、通常、厚さ０．１ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを所定の長さに切断し、太陽電池素子２７の電極上にハンダ付けして用いる。

出力配線３０は太陽電池素子２７により発電された電気出力を太陽電池モジュール裏面に設けられる端子ボックス(図示せず)に伝えるものである。

たとえば、厚さ０．１ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを、所望の長さに切断し、その一端は太陽電池パネル内部の配線にハンダ付けされ、他端は端子ボックス内のターミナルにハンダ付けされる。

裏面材２９については、水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

太陽電池パネルを作製するに当っては、透光性部材２５上に受光面側充填材２６を置く。そして、この受光面側充填材２６上に接続タブ３１や出力配線３０を接続した太陽電池素子２７を置き、さらにその上に裏面側充填材２８、背面材２９を順次積層する。

このような積層状態にして、ラミネーターにセットし、減圧下で押圧ながら１００〜２００℃で、たとえば１５分〜１時間加熱し、これらを一体化し作製する。

つぎに上記構成の太陽電池パネルを用いた太陽電池モジュールにおいて、そのモジュール枠を説明する。

図２は、本発明に係る太陽電池モジュールの角部のモジュール枠当接部に係る要部を示す。

同図において、３５は上述の太陽電池パネル、３６、３７は互いに当接する長尺状枠体である。

これら長尺状枠体３６、３７は、アルミニウムやＳＵＳなどの金属材や、合成樹脂材などにより成す。たとえば、長尺状枠体３６、３７をアルミニウム金属材の押し出し成形で造る。そして、貫通孔３８やビス穴４２等は機械加工で作製する。さらに長尺状枠体３６、３７などのモジュール枠の表面に対し、耐候性能向上のためアルマイト処理やクリヤ塗装などが施す。

３８は長尺状枠体３６に設けられる貫通孔であり、この横断面が円もしくは楕円である。３９はこの貫通孔３８の中心線である。４０は長尺状枠体３６に設けられる貫通孔３８の内周面における外側の端部、４２は長尺状枠体３７に設けられるビス穴、４３はビス穴４２の中心線、４４は長尺状枠体３７に設けられるビス穴４２の内周面における外側の端部、４６は長尺状枠体３７の先端部を示す。

このビス穴４２には、ネジ加工して用いればよい。また、ビス穴４２に対し、ネジ加工などを施さず、ビスでビス穴４２の表面をねじ切りながら用いてもよい。

貫通孔３８は、ネジ加工などされておらず、モジュール枠の寸法精度や嵌め合わせ時の誤差などを考慮して、長尺状枠体３７に設けられるビス穴４２よりその直径を大きくする。

そして、矩形状または正方形状の太陽電池パネル３５の各辺部にそって、それぞれ長尺状枠体３６、３７を配置するに当り、この太陽電池パネル３５の角部にて略直交するように配する。

さらに本発明によれば、長尺状枠体３６、３７の双方の先端部の傾斜面が当接するように両長尺状枠体３６、３７を配し、そして、大径の貫通孔３８および上記傾斜面を通して小径のビス穴４２に対しネジを取付けたモジュール構造であって、長尺状枠体３６と長尺状枠体３７の双方の先端部の最先端同士を略合致するように、ネジの外面に対し、貫通孔３８の内周面と、ビス穴４２の内周面との双方を揃えている。

このように本発明に係る上記構成の長尺状枠体３６、３７によれば、貫通孔３８の外側の端部４０とビス穴４２の外側の端部４４とが同一線上に合った場合に、前記当接するモジュール枠の先端部４６が合致するよう作製する。

たとえば、一般住宅の屋根用に設置されるような大きさ１３００×１０００（ｍｍ）、出力１６０Ｗ程度の太陽電池モジュールにおいて、貫通孔３８の直径を４．０ｍｍ、ビス穴４２の直径を３．０ｍｍとした場合に、貫通孔３８の中心線３９をビス穴４２の中心線４３より、両者の半径の差である０．５ｍｍだけ太陽電池モジュールの内側（図２では左側）へずらしたときに、モジュール枠の先端部４６が合致するよう作製する。

このような構成のモジュール枠に対し、ビスなどで締め込んだときに長尺状枠体３６は斜め下方向へ動こうとするが、長尺状枠体３６に設けられる貫通孔３８の外側の端部４０とビスが当たったところで、その動きは制限される。よって、モジュール枠の先端部４６を合致させることができる。

本発明者が繰り返し行なった実験によれば、たとえば一般住宅の屋根用に設置されるような大きさ１３００×１０００（ｍｍ）、出力１６０Ｗ程度の太陽電池モジュールにおいて、ビス穴４２の径が１〜５ｍｍであり、さらに貫通孔３８の径をビス穴４２の径に比べて、０．１ｍｍ〜２ｍｍ大きくするのが望ましいことを確認した。

たとえば、直径１ｍｍ未満のビスを使用した場合には、ビスの本数を可能な限り増やしても、その当接部において耐久性のある十分な取り付け強度を得るという点で不十分である。一方、直径が５ｍｍを超えるビスを使用した場合には、モジュール枠の当接部において、ビス穴４２や貫通穴３８に占める部分が大きくなりすぎ、これによって接合部の機械的強度が極端に低下するという不具合が発生することがある。

さらに貫通孔３８の径とビス穴４２の径の差が０．１ｍｍ未満であると、モジュール枠の寸法精度や太陽電池モジュール作製時に発生する寸法誤差などに起因して、貫通孔３８の径とビス穴４２を合致させることが難しくなり、合致させるのに時間を要し好ましくない。また、貫通孔３８の径がビス穴４２の径に比べて、２ｍｍを超える場合には、ビスの頭部がモジュール枠３８に接する部分が小さくなりすぎ、これにより、接合部の機械的強度が極端に低下する場合がある。

なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良等は、なんら差し支えない。

たとえば、上記によれば、モジュール枠固定用のビス（又はネジ）については、一つの角部に対し、一本を用いた場合を示しているが、これに代えて、２本以上、たとえば３本、４本、５本のビスを使用してもよく、このように複数のビスを用いることで、各ネジに対応して、それぞれに貫通孔およびビス穴を形成することで、これらネジを締め込んだ場合に、モジュール枠の端部のズレが生じなくなり、その結果、一本のネジを使用した場合に比べて、その作用効果がいっそう顕著になる。

また、太陽電池素子については、単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、これに代えて薄膜系太陽電池などでもよい。

本発明に係る太陽電池パネルの構造を示す概略断面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールのモジュール枠における角部の当接部を示す要部拡大図である。 本発明の太陽電池モジュールにおいて、その角部分の斜視図である。 モジュール枠の角部において、モジュール枠の先端部分がずれた状態を示す要部拡大図である。 モジュール枠の先端部のずれ発生の対策として考案された従来の技術を示す要部拡大図である。

符号の説明

２５・・・透光性基板
２６・・・受光面側充填材
２７・・・太陽電池素子
２８・・・裏面側充填材
２９・・・背面部材
３０・・・出力配線
３１・・・接続タブ
３５・・・太陽電池パネル
３６、３７・・・長尺状枠体
３８・・・貫通孔
３９・・・貫通孔の中心線
４０・・・長尺状枠体に設けられる貫通孔の内周面における外側の端部
４２・・・ビス穴
４３・・・ビス穴の中心線
４４・・・長尺状枠体に設けられるビス穴の内周面における外側の端部
４６・・・長尺状枠体の先端部

Claims (4)

1. 矩形状または正方形状の太陽電池パネルの各辺部にそって、それぞれ長尺状枠体を配置し、この太陽電池パネルの角部にて略直交するように、かつ双方の先端部の傾斜面が当接するように両長尺状枠体を配し、さらに一方の長尺状枠体に設けた大径の貫通孔および上記傾斜面を通して他方の長尺状枠体に設けた小径のビス穴に対しネジを取付けた太陽電池モジュールであって、前記一方の長尺状枠体と他方の長尺状枠体の双方の先端部の最先端同士を略合致すべく、ネジの外面に対し、前記貫通孔の内周面と、ビス穴の内周面との双方を揃えたことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記貫通孔の横断面が円もしくは楕円であり、前記ビス穴の横断面が円であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記ビス穴の径が１〜５ｍｍであり、さらに前記貫通孔の径をビス穴の径に比べて、０．１ｍｍ〜２ｍｍ大きくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記ネジを複数本用いて、各ネジに対応して、それぞれに前記貫通孔およびビス穴を形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

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