JP2005159179A - 太陽電池モジュール及びその設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数が増加することなく、屋根上での配設作業が容易で、作業工数が少なく施工作業が簡単で、しかも輸送しやすく強度にも優れた太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】 角部を有する太陽電池パネルの各端部にそれぞれ取り付けまたは取り外しのできる枠体を装着してなる太陽電池モジュールであって、前記複数の枠体の隣接する枠体を前記太陽電池パネルの角部付近で互いに係止すべく、一方の枠体の端部に前記角部に沿った折り曲げ部を形成し、この折り曲げ部上に突起部を設けるとともに、他方の枠体上の前記突起部と対向する位置に前記突起部を受けるための凹部または貫通穴を設け、前記隣接する枠体を前記太陽電池パネルの角部付近で互いに嵌合させたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池パネルの周縁部に補助的な枠を装着した太陽電池モジュール及びその設置方法に関するものである。

太陽光発電装置は、その主要な構成要素である太陽電池素子により太陽光エネルギーを電力に変換して利用することで、家庭の電気負荷を低減させるものである。住宅においては、家屋の屋根上に太陽電池モジュールを配設して利用されることが多いため、屋根上への太陽電池モジュールの取付け構造も種々提案されている。

図１２は従来技術における太陽電池モジュールを屋根上に設置する一例を示す斜視図、図１３（ａ）は従来技術における太陽電池モジュールを上面から見た平面図であり、図１３（ｂ）は側面から見た一部断面図である。

図１２に示すような構造は、従来から広く採用されていた取付け方法のひとつである。すなわち、屋根上に固定した縦架台（縦ラック）１００の上に横架台（横ラック）１０１を設置し、横架台１０１に枠付きの太陽電池モジュール１０２をボルト等で取り付けた構造を成すものである。なお、実際の施工においては縦架台または横架台のいずれか一方のみを用いた工法もある。

従来技術における太陽電池モジュールの構造について図１３をもとに詳細に説明する。太陽電池モジュール１０２は、受光面にガラスや樹脂等の透光性基板１４が設けられ、この透光性基板１４の上に樹脂等からなる受光面側封止材と太陽電池素子１５と樹脂等からなる裏面側充填材封止材と裏面材とを重ねるように順次配設し、減圧下にて加熱加圧して一体化することによって形成されている。

太陽電池素子１５としては、例えばシリコン系半導体やガリウムヒ素等から成る化合物半導体などの単結晶、多結晶や非晶質の材料が用いられ、互いに直列及び／または並列に電気的に接続されて、外部に出力が取り出される。また、この太陽電池モジュールはガラスや樹脂等の透光性基板１４だけでは自重や加重等の外力によるたわみや曲がりに対して十分な強度が得られない。そこで太陽電池モジュールの外周には透光性基板１４や太陽電池素子１５の保護や強度向上のために短辺枠１、長辺枠９が取り付けられている。短辺枠１と長辺枠９の組付けは直接固定ビスやリベットで結合されるものや、連結プレートのような補助部材を介して固定されたり、ガラスや樹脂等の透光性基板１４に接着することで行われる。また、一体成型された枠に透光性基板１４をはめ込む構造のものもある。一般に前記短辺枠１もしくは長辺枠９は太陽電池モジュールの強度向上の目的以外にも太陽電池モジュール１０２自身の設置用固定部の役割もあり、その下部には架台に固定ビスやボルトで固定するための貫通穴や固定ビス穴２１が設けられており、縦架台や横架台に強固に固定される。

また、枠を付けることにより太陽電池モジュールの重量が増加し、住宅用太陽光発電システムなどのように十数〜数十枚の太陽電池モジュールが敷設されるようになるとその総重量は無視できない程になる。そこで太陽電池モジュールの枠を板状素材（例えばその厚みは０．３〜０．８ｍｍのもの）を屈曲させた構造として、強度を保ちながら軽量化を図り、家屋の屋根への負担を軽減させる太陽電池モジュール構造も用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平９−２８３７８３号公報

しかしながら、前述のような枠を有する太陽電池モジュールにおいては、全般に自重が重いだけでなく、強度向上と架台への取り付けを兼ねた下方への張り出し部分１ａによって厚みが増加しており、輸送などの際にその梱包体積は透光性基板部分のみの時に較べて数倍になってしまい、輸送にかかる費用（主に体積増加による）の上昇や、作業者による積み降ろしなどがしにくいなどの運搬性の悪さがあった。

一方、枠無しモジュールとして架台で直接太陽電池モジュールを支持するようにすると、透光性基板部分が支持されない部分が自重で垂れ下がったり、太陽電池モジュールに強風が吹き付けたり作業者が乗るといった外加重が加わった際に透光性基板がたわんでガラスや太陽電池素子が破損するといった事態になる。

以上のことに鑑みて、本発明は、部品点数が増加することなく、太陽電池モジュールの配設作業が容易で、作業工数が少なく施工作業が簡単で、しかも輸送しやすく強度にも優れた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、太陽電池モジュールの配設作業が容易で、作業工数が少なく施工作業が簡単で、しかも輸送しやすく強度にも優れた太陽電池モジュールを架台上に設置する太陽電池モジュールの設置方法を提供することを目的とする。

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、角部を有する太陽電池パネルの各端部にそれぞれ取り付けまたは取り外しのできる枠体を装着してなる太陽電池モジュールであって、前記複数の枠体の隣接する枠体を前記太陽電池パネルの角部付近で互いに係止すべく、一方の枠体の端部に前記角部に沿った折り曲げ部を形成し、この折り曲げ部上に突起部を設けるとともに、他方の枠体上の前記突起部と対向する位置に前記突起部を受けるための凹部または貫通穴を設け、前記隣接する枠体を前記太陽電池パネルの角部付近で互いに嵌合させたことを特徴とする。

また、本発明の太陽電池モジュール製造方法は、順次下記（１）〜（４）の各工程を経たことを特徴とする。

（１）複数本の架台を平行に設置する。

（２）請求項１に記載の係止手段を用いて角部を有する太陽電池パネルの各端部に枠体を装着し、請求項１に記載の太陽電池モジュールを完成する。

（３）前記複数本の架台のうち、隣り合う架台の上に上記請求項１に記載の太陽電池モジュールを仮置きする。

（４）固定カバーを固定ビスで締結することにより上記請求項１に記載の太陽電池モジュールを上記架台の上に固定する。

本発明の太陽電池モジュールによれば、角部を有する太陽電池パネルの各端部にそれぞれ取り付けまたは取り外しのできる枠体を装着してなる太陽電池モジュールであって、前記複数の枠体の隣接する枠体を前記太陽電池パネルの角部付近で互いに係止すべく、一方の枠体の端部に前記角部に沿った折り曲げ部を形成し、この折り曲げ部上に突起部を設けるとともに、他方の枠体上の前記突起部と対向する位置に前記突起部を受けるための凹部または貫通穴を設け、前記隣接する枠体を前記太陽電池パネルの角部付近で互いに嵌合させたことで、太陽電池パネルと枠体を分離した状態で輸送、搬送が行え、部品点数が増加することなく配設作業が容易で、作業工数が少なく施工作業が簡単で、しかも輸送しやすく強度にも優れた太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽光発電装置を提供することができる。

また、太陽電池モジュールの太陽電池パネルと枠体が着脱可能としたので、太陽電池パネルと最小限の緩衝材もしくは空隙により梱包もしくは格納することができ、輸送スペースの縮小や突起物保護の緩衝材等が最小限に抑えられ、廃棄物等の排出削減にも貢献する。また、枠体がない分、軽量となるので作業者の運搬時の負担や屋根上のような危険な場所での持ち運びの危険度を軽減させる。一方、枠材においても同型の枠体を束ねて輸送できるので、梱包やコンテナへの格納においても積みやすく、軽量であるので輸送や工事現場での運搬も危険度が小さい。

また、太陽電池モジュールの架台への固定が、枠体が架台に挟持固定されることによって行われるようにしたので、枠体をカーボン樹脂などのようにきわめて軽量な材質としても、必要な建築強度を確保できる。

以下に、本発明に係る太陽電池モジュールの実施形態の一例を模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの構造の一例を模式的に示す平面図、図２は本発明に係る太陽電池モジュールの枠の組み付け方法を模式的に示す一部拡大斜視図、図３は本発明に係る太陽電池モジュールの枠の組み付け状態を模式的に示す断面図、図４の（ａ）は本発明に係る太陽電池モジュールの枠の組み付け方法を模式的に示す斜視図、図４の（ｂ）は（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュール枠の断面図である。

図１に示すように、太陽電池モジュール１３は主にシリコン等から成る太陽電池素子１５を所定の枚数を直列および並列に接続して成り、任意の出力電圧，出力電流を得るようにしている。これらの太陽電池素子１５の受光面にはガラス板や合成樹脂板などの光透過板１７を配置し、特に図示しないが、他方の非受光面（裏面）には光透過性のあるテドラフィルム（ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル））などの耐候性フィルムを被着する。このような合成樹脂材を用いる代わりに、ガラス板を用いるものもある。そして、光透過板１７と耐候性フィルムとの間には、たとえばＥＶＡ（エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂）などから成る透明な合成樹脂を介在し、充填材と成している。また、非受光面（裏面）側の耐候性フィルムの外側には、ＡＢＳ樹脂やアルミニウム金属などから成るジャンクションボックスを接着して出力電力を取り出すようにターミナルとし、以上をもって太陽電池パネル１６としている。

一方、太陽電池パネル１６は単体状態ではガラス等の光透過板１７が自重を支える構造であるため、光透過板１７が大型化するほど自重を支えきれずに大きくたわむ。そこで、太陽電池パネル１６の周囲四方を挟み込む枠体１９（短辺枠１、および長辺枠９）を設け、枠体１９でもって太陽電池パネル１６を支持し、全体の強度を向上させている。この枠体１９は、たとえば鉄やアルミニウム、ＳＵＳ等の金属やＦＲＰやポリカーボネイト等の樹脂でできており、短辺枠１と長辺枠９は係止手段（以下、嵌合部と呼び、図１においては嵌合部２となっている）により結合されている。なお、枠体１９は太陽電池モジュール１３を補強するための簡易枠であり、それ単体のみでは台風等の強風や太陽電池モジュールへの過剰な加重に耐えられる強度は有さないが、その反面、樹脂系の材料を用いたり、肉厚を薄くして軽量化することができる。

以下、図２を基に短辺枠１と長辺枠９の係止する部分について詳細に説明する。短辺枠１には長辺枠９と嵌合するための嵌合片２ａ、２ｂ、２ｃがあり、長辺枠９の嵌合片２ｅ（長辺枠９の端部に設けた短辺枠１と対向する方向になる折り曲げ部）を嵌合片２ｂ、２ｃが外側、嵌合片２ａが内側から挟み込むようにして嵌合する。短辺枠１の嵌合片２ａには凹部２ｆが設けられており、長辺枠９に挿入されていくと嵌合片２ｅの内側に設けられた凸部２ｄにはまり込んでストッパーの役割を果たすようになり、短辺枠１と長辺枠９は強固に結合され、通常状態で外れることはない。

図３に前述した短辺枠１と長辺枠９が嵌合し固定された状態の断面図を示す。短辺枠１の嵌合片２ａの凹部２ｆに長辺枠９の嵌合片２ｅの凸部２ｄが嵌まりこんでおり、短辺枠１と長辺枠９は強固に結合される。

図４の（ａ）と（ｂ）に示すように太陽電池モジュール１３は輸送時において、太陽電池パネル１６と短辺枠１および長辺枠９と分割されている。よって、太陽電池パネル１６の輸送においては他の太陽電池パネルと最小限の緩衝材もしくは空隙により梱包もしくは格納することができ、輸送スペースの縮小や突起物保護の緩衝材等が最小限に抑えられ、廃棄物等の排出削減にも貢献する。また、枠体がない分、軽量となるので作業者の運搬時の負担や屋根上のような危険な場所での持ち運びの危険度を軽減させる。

一方、枠材である短辺枠１や長辺枠９においても同型の長辺部材を束ねて輸送できるので、梱包やコンテナへの格納においても積みやすく、軽量であるので輸送や屋根上での運搬も危険度が小さい。

以下に、本発明の太陽電池モジュールを屋根上に設置する方法を施工手順に従って説明する。

図５は本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上に設置するために屋根上に横架台を固定する模式図、図６は本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上の横架台上に設置する様子を示す模式図、図７は本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上の横架台上に設置した時の様子を模式的に説明する平面図、図８は本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上の横架台上に設置し、さらに固定カバーを固定した時の様子を模式的に説明する平面図、図９は本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上へ設置した様子を模式的に説明する断面図である。

図５に示すように、家屋等の屋根上に配されたスレート瓦等の屋根材７に屋根固定金具５を固定する。次に、屋根固定金具５に横架台４（４ａ、４ｂ、４ｃ）を屋根上に水平に一定間隔で挿入する。ここで、屋根固定金具５、横架台４は、耐候性を有する表面処理を施したアルミニウム合金や鋼材などの金属、樹脂等で構成される。その後、太陽電池パネル１６に短辺枠１および長辺枠９を取付け、前記短辺枠１と長辺枠９を結合させ太陽電池パネルに挟持固定させたものを太陽電池モジュール１３とし、太陽電池モジュール１３を図６に示すように、横架台４ａの棟側と横架台４ｂの軒側で支持させる。同様にして図７、図８のように太陽電池モジュールを次々と積載し、最後に固定カバー１０を固定ビス等で締め付けることにより太陽電池モジュール１３ａ〜１３ｄが横架台４上に強固に固定される。また、横架台４ａ、４ｂ間のように太陽電池パネル１６を支えるものが無い部分においても枠体１９（短辺枠１、長辺枠９）が太陽電池パネル１６を支持するので太陽電池パネルの中央部のたわみ（自重による落ち込み）が生じない。

この時の取付け状態の詳細を図９に示す。屋根固定金具５は、固定部材２２を取付固定ビス２０でシール材６を介し、屋根材７を貫通して野地板８や垂木に固定される。シール材６は、屋根材７の貫通部からの雨水などの浸入を防止する効果や、横架台４から屋根材にかかる荷重を緩衝する効果を有するものが好適であり、ブチルゴム製や発泡ゴム製のものを用いる。また、取付固定ビス２０には雨水の浸入を防止するため、その首部に封止部材であるパッキン１８を装着する。横架台４の上部には固定カバー１０が設けられており、横架台４と固定カバー１０により作り出された開口部に太陽電池モジュール１３が挿入されるようになっており、固定ビス３を締め付けることにより横架台４と固定カバー１０により長辺枠９が挟持され、太陽電池モジュール１３を固定することができる。この挟持固定においては光透過板であるガラス等を直接押圧すると締め付け時、または太陽電池モジュールへ外力が加わったときに割れなどの破損が生じるので、枠体（短辺枠１や長辺枠９）は強く押圧されても太陽電池パネルには適度な圧力がかかるように枠の材質、厚み、強度（形）を選定する。また、枠体（短辺枠１や長辺枠９）を組み付けたときに太陽電池パネルとの間にガタツキがあると振動の発生などによる太陽電池パネルへのストレス、騒音の発生等の問題を生じさせるので、枠の内側に太陽電池パネルを支持するクッションやパッキン、押え部（突起や補助部品など）を設けてガタツキをなくすようにし、枠体の精度を緩くできるようにすると製造が容易となり好適である。

なお、本例では枠体１９（短辺枠１、長辺枠９）を横架台４と固定カバー１０により挟持固定するものとしたので、枠体１９をカーボン樹脂などのようにきわめて軽量な材質としても、枠体が固定ビス穴等を有さず風等の外力を枠体全体に分散して受ける構造なので建築強度を確保できる。また、枠体１９を鉄やアルミニウムの十分強度を有するものにして、横架台４に直接ボルト・ナットで取り付けられるようにしても輸送時の梱包容量を小さくできるとともに運搬時の安全性も向上させる。

図１０は本発明に係る他の太陽電池モジュール枠の組み付け方法を模式的に示す一部拡大斜視図である。

図１０の実施例によれば、短辺枠１の凹部２ｆと長辺枠９の凸部２ｄを複数設けて短辺枠１と長辺枠９の結合力を向上させたり、凹凸がガイドとなって組み付け精度が向上するといった効果がある。

以上、矩形及び正方形の太陽電池パネルの実施例について述べたが、太陽電池パネルが三角形、平行四辺形などの多角形でも矩形及び正方形の太陽電池パネルの場合と同様に本発明を実施できる。

また、屋根上に限らず、太陽電池モジュールを任意の場所の架台上に設置するときも上記屋根上に設置する場合と同様に本発明を実施できる。

なお、本発明の実施形態では、傾斜屋根の棟−軒方向へ複数の横架台を配設し、横架台のそれぞれの上に、平板状の太陽電池モジュールを載置して、横架台とこの横架台を覆う固定カバーとで形成される開口部に、太陽電池モジュールの枠の一部を収容・挟持固定した太陽光発電装置について述べているが、この限りではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の方法・構成を採用することができる。

本発明に係る太陽電池モジュールの構造の一例を模式的に示す平面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの枠の組み付け方法を模式的に示す一部拡大斜視図である。 本発明に係る太陽電池モジュール枠の組み付け状態を模式的に示す断面図である。 （ａ）は本発明に係る太陽電池モジュール枠の組み付け方法を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュール枠の断面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上に設置するために屋根上に横架台を固定する模式図である。 本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上の横架台上に設置する様子を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上の横架台上に設置した時の様子を模式的に説明する平面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上の横架台上に設置し、さらに固定カバーを固定した時の様子を模式的に説明する平面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上へ設置した様子を模式的に説明する断面図である。 本発明に係る他の太陽電池モジュール枠の組み付け方法を模式的に示す一部拡大斜視図である。 従来技術における太陽電池モジュールを屋根上に設置する一例を示す斜視図である。 図１３（ａ）は従来技術における太陽電池モジュールを上面から見た平面図であり、図１３（ｂ）は側面から見た一部断面図である。

符号の説明

１：短辺枠
２：嵌合部
２ａ、２ｂ、２ｃ２ｅ：嵌合片
２ｆ：凹部
２ｄ：凸部
３：固定ビス
４、４ａ、４ｂ、４ｃ：横架台
５：屋根固定金具
６：シール材
７：屋根材
８：野地板
９：長辺枠
１０：固定カバー
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、３０：太陽電池モジュール
１４：透過性基板
１５：太陽電池素子
１６、３６：太陽電池パネル
１７：光透過板
１８：パッキン
１９：枠体
２０：取付固定ビス
２１：固定ビス穴
２２：固定部材
１００：縦架台
１０１：横架台
１０２：枠付き太陽電池モジュール

Claims (2)

1. 角部を有する太陽電池パネルの各端部にそれぞれ取り付けまたは取り外しのできる枠体を装着してなる太陽電池モジュールであって、前記複数の枠体の隣接する枠体を前記太陽電池パネルの角部付近で互いに係止すべく、一方の枠体の端部に前記角部に沿った折り曲げ部を形成し、この折り曲げ部上に突起部を設けるとともに、他方の枠体上の前記突起部と対向する位置に前記突起部を受けるための凹部または貫通穴を設け、前記隣接する枠体を前記太陽電池パネルの角部付近で互いに嵌合させたことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 順次下記（１）〜（４）の各工程を経たことを特徴とする太陽電池モジュールの設置方法。
   （１）複数本の架台を平行に設置する。
   （２）請求項１に記載の係止手段を用いて角部を有する太陽電池パネルの各端部に枠体を装着し、請求項１に記載の太陽電池モジュールを完成する。
   （３）前記複数本の架台のうち、隣り合う架台の上に上記請求項１に記載の太陽電池モジュールを仮置きする。
   （４）固定カバーを固定ビスで締結することにより上記請求項１に記載の太陽電池モジュールを上記架台の上に固定する。

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