JP2006100639A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 枠材付き太陽電池モジュールで、簡便な方法で太陽電池パネルを枠材に固定させる。
【解決手段】 少なくとも太陽電池パネル５０１、枠材５０２からなる太陽電池モジュールであって、枠材５０２は、太陽電池パネルを挟持する挟持部５０３ａ、５０３ｂと、太陽電池パネル非受光面側の挟持部５０３ｂに対向する対向部５０４を有し、太陽電池パネル非受光面側の挟持部５０３ｂを対向部５０４側から押圧して太陽電池パネル側に変形せしめる押圧部材５０９を有することを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、少なくとも太陽電池パネル、枠材からなる太陽電池モジュールに関する。

従来より、環境に対する意識の高まりが、世界的な広がりを見せている。中でもＣＯ₂の増加による温室効果で地球の温暖化が生じることが予測され、ＣＯ₂を排出しないクリーンなエネルギーが求められている。太陽電池は現在のところ、クリーンなエネルギー源として、そのクリーンさと安全性と取り扱い易さから特に期待されている。

太陽電池には様々な形態がある。代表的なものとしては、結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、薄膜結晶太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、銅インジウムセレナイド太陽電池、化合物半導体太陽電池などがある。

この様に、太陽電池自身の開発研究も多種多様に行われているが、太陽電池モジュールの形状、つまり、地上及び屋根上等ヘの設置にうまく適合する太陽電池モジュールの開発がなされている。

このような太陽電池モジュールの従来例としては、特許文献１に開示されている例が挙げられる。図１は従来の太陽電池モジュールを示す。図１において、１０１は太陽電池パネル、１０２は枠材、１０３はシーリング材、１０４はナット、１０５は設置架台、１０６はボルトである。

太陽電池パネル周縁部に、太陽電池パネルの機械的構造強度の補強及び、太陽電池パネルの設置架台への取付を目的として、枠材１０２を設けている。

上記の太陽電池モジュールを設置架台上に取り付けるには、枠材１０２の下辺部に穴をあけ、設置架台１０５にボルト・ナットで固定するのが通常である。

特開平７−２９７４３５号公報

上記従来例における太陽電池モジュールにおいては、枠材１０２への太陽電池パネル１０２の固定は、枠材の太陽電池パネル挟持部にシーリング材１０３を予め注入した後、太陽電池パネルを該挟持部に挿入して行われる。

しかしながら、前述の作業においては、シーリング材を用いている為、シーリング材の硬化時間が必要となり、製造（組み立て）時間が長くなる、といった問題がある。そして、シーリング材は、耐候性に優れたものを選んで使用しており、コスト的にも高い。

また、太陽電池モジュールの施工にあたっては、太陽電池モジュールが重いと、その重さに耐えうる設置構造が必要となり、トータルコストが高くなる。更に施工作業性からも、太陽電池モジュールの軽量化が求められるが、シーリング材を使用した場合、太陽電池モジュール全体に占めるシーリング材の重量もかさみ、太陽電池モジュールの軽量化を困難なものとしている。

そこで本発明は、製造（組み立て）時間が短縮可能であり、軽量でモジュールの構造強度の強い、かつ、製造コストの安い太陽電池モジュールを提供する事を目的とする。

上記の目的を達成すべく本発明では、少なくとも太陽電池パネル、枠材からなる太陽電池モジュールであって、前記枠材は、太陽電池パネルを挟持する挟持部と、太陽電池パネル非受光面側の前記挟持部に対向する対向部を有し、前記太陽電池パネル非受光面側の挟持部を前記対向部側から押圧して太陽電池パネル側に変形せしめる押圧部材を有することを特徴とする。

上記本発明の太陽電池モジュールは、
「前記押圧部材は前記太陽電池パネル非受光面側の挟持部と前記対向部との間に挿嵌されるものであること」、
「前記押圧部材が弾性体であること」、
「前記押圧部材がブロック状部材であること」、
「前記対向部に第１の貫通孔が設けられており、前記押圧部材は前記第１の貫通孔を通り前記太陽電池パネル非受光面側の挟持部を押圧するものであること」、
「前記第１の貫通孔はネジが切られていること」、
「前記太陽電池パネルの裏面にリブが設けられており、該リブは太陽電池パネル裏面との接着面、及び該接着面から延びる立ち上がり面、及び該立ち上がり面から延びる太陽電池パネル裏面と平行を成す平行面から成り、前記押圧部材は前記平行面に設けられている第２の貫通孔を通っていること」、
「前記挟持部に凹凸が設けられていること」、
「前記対向部の前記挟持部に対向する面に凹凸が設けられていること」、
「前記対向部の厚みが、前記太陽電池パネル非受光面側の挟持部の厚みより厚いこと」、
「前記枠材は前記挟持部と前記対向部を繋ぐ垂下部を有しており、前記垂下部に連接する前記対向部端部の厚みが、前記垂下部に連接する前記太陽電池パネル非受光面側の挟持部端部の厚みより厚いこと」、
をその好ましい態様として含むものである。

本発明の太陽電池モジュールの構成によれば、押圧部材により、太陽電池パネル非受光面側の挟持部を対向部側から押圧して太陽電池パネル側に変形せしめることで太陽電池パネルと枠材の固定が可能となる。この為、太陽電池パネルを枠材に固定する為に用いていたシーリング材が不要となり、シーラント材の硬化時間を必要とせず、太陽電池モジュールの製造時間を短縮することが可能となる。また、シーラント材を使用することで発生していた煩雑な作業を無くすことができ、製造工程を簡略化することが可能となる。更に、シーリング材を無くすことで、軽量化を図ることが可能となる。また、高価なシーリング材を使用しないため、低コストの実現を図ることが可能となる。
また、押圧部材が直接太陽電池パネルと接触することはなく、太陽電池パネルには枠材挟持部からの応力を受けることになる。よって太陽電池パネルは押圧部材の形状に依らず、挟持部の面で枠材に固定されることになり、より強固に固定される。

以下に本発明の太陽電池モジュールに関する実施の形態について図を用いて説明する。

図２、図３は本発明に係る太陽電池モジュールを説明する為の概略断面図である。図において、２０１は太陽電池パネル、２０２は枠材、２０３ａ、２０３ｂは挟持部、２０４は対向部、２０５は押圧部材である。図２は押圧部材を枠材に装着する前の状態を表している。図３は押圧部材を枠材に装着した後の状態を表している。

本実施の形態例に係る太陽電池モジュールは、少なくとも太陽電池パネル２０１、枠材２０２からなる太陽電池モジュールであって、枠材２０２は、太陽電池パネルを挟持する挟持部２０３ａ、２０３ｂと、太陽電池パネル非受光面側の挟持部２０３ｂに対向する対向部２０４を有し、太陽電池パネル非受光面側の挟持部２０３ｂ（以下、「非受光面側挟持部」と称す。）を対向部２０４側から押圧して太陽電池パネル側に変形せしめる押圧部材２０５を有している。

本実施の形態では、図２の太陽電池モジュールの状態から押圧部材２０５を非受光面側挟持部２０３ｂと対向部２０４の間に挿嵌し、非受光面側挟持部２０３ｂを太陽電池パネル側に変形せしめることによって、太陽電池パネルが挟持部２０３ａ、２０３ｂで固定される。
以下、各部について詳細な説明を行う。

〔太陽電池パネル〕
本発明に於ける太陽電池パネルについては、特に種別に限定はない。太陽電池素子を被覆材で覆う形で、太陽電池素子の耐侯性を向上させ、太陽電池パネルを形成している。被覆材は、その使用される部位により、表面材、充填材、裏面材に分けられる。主には２つのタイプの太陽電池パネルが挙げられる。一つは、受光面側に表面材としてガラスを用い、太陽電池素子を充填材により封止したものである。もう一つは受光面側に表面材としてフッ素樹脂フィルムを、裏面側に補強板を用い、その間に太陽電池素子を充填材により封止したものである。

｛太陽電池素子｝
本発明に於ける太陽電池素子については、特に種別に限定はない。太陽電池素子に使用する太陽電池としては、例えば、アモルファス・マイクロクリスタルシリコン積層型太陽電池、結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、銅インジウムセレナイド太陽電池、化合物半導体太陽電池等が挙げられる。しかしながら薄膜系の太陽電池が可撓性を有するので好ましい。特に、可撓性を有する導電性基板上に光変換部材としての半導体活性層などを形成した太陽電池は、大面積化も容易で、曲げ応力に対する太陽電池の信頼性も高いため好ましく、アモルファス・マイクロクリスタルシリコン型３層構造を含む積層型太陽電池が特に好ましい。

｛被覆材｝
被覆材は、太陽電池の外部の汚れからの保護や、外部からの傷付き防止など太陽電池の耐候性を向上させる目的で用いられる。表面材および充填材については、透明性、耐候性及び耐汚染性が要求される。このような要求を満たし、好適に用いられる材料としては、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ガラス等が挙げられる。これらの材料を用いて被覆する方法としては、フィルム化してラミネートする方法、コーティングによって設ける方法及び粘着剤を配し接着する方法などが挙げられる。用途により、太陽電池表面のみに設ける場合や表面及び裏面側に設ける場合がある。

｛補強板｝
本発明に於ける裏面補強板とは、前記被覆材だけでは機械的強度が不足した場合、太陽電池パネルの非受光面側に裏打ちするものである。形状としては板状のものが好ましく、その材質としては、カーボンファイバー、プラスチック板、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）板、セラミック、ガラスなどが挙げられ、特に好ましくは金属製の板を用いるものである。
金属の材質として、溶融アルミメッキ鋼板、溶融亜鉛メッキ鋼板、アルミ亜鉛合金メッキ鋼板、ステンレス鋼板などが挙げられるが、耐候性及び耐錆性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金メッキ鋼板がより好ましい。

〔枠材〕
前述した裏面補強板や、ガラスだけで太陽電池に加わる風圧に耐えさせようとすると厚みを十分にとる必要があり、重量的にもコスト的にも好ましくない。枠材は裏面補強板やガラスの機械的強度を補うものである。通常は太陽電池パネルの四辺に設けられるが、長辺側または短辺側の二辺のみ設ける場合もある。枠材の材質としてはアルミ等の軽金属が軽量であり、加工、変形が容易である点から特に好適である。枠材と裏面補強板を併用する事もあり、軽量化と低コスト化の両立が可能となる。

枠材の形状は様々であるが、太陽電池パネルを挿入する為の挟持部と非受光面側挟持部に対向する対向部、更には該非受光面側挟持部と該対向部を繋ぐ垂下部を有する、図２に例示した断面がＥの字状のフレームが挙げられる。また、挟持部や対向部に凹凸を設けることによって、太陽電池パネルや、押圧部材と枠材との接触部が滑り難くなり、太陽電池パネルをより強固に固定することが可能となり好ましい。

更に、対向部の厚みを非受光面側挟持部の厚みより厚くする、若しくは、前記垂下部に連接する対向部端部の厚みを、前記垂下部に連接する非受光面側挟持部端部の厚みより厚くする、等により非受光面側挟持部に対して対向部の機械的強度が増し、例えば押圧部材を非受光面側挟持部と対向部との間に挿嵌することにより、容易に非受光面側挟持部が太陽電池パネル側に変形し、太陽電池パネルを固定することが可能となり好ましい。

〔押圧部材〕
本実施の形態に係る押圧部材は、枠材の非受光面側挟持部と対向部の間の空間を押し広げて保持することが可能であれば特に限定は無い。
例えば、枠材の非受光面側挟持部と対向部間よりも長い辺を持つバネの様な弾性体が挙げられる。この弾性体を枠材の非受光面側挟持部と対向部との間に挿入することで、前記空間を押し広げることができる。また、弾性体の代わりにブロック部材を用いることも可能である。例えばブロック部材に傾斜面を設け、傾斜面が枠材内部を向くように押し込むことで、容易に前記空間を押し広げることが可能である。この方法を用いた場合、枠材に加工を必要としない為、ブロック材を用意するだけで、太陽電池パネルを枠材に固定することが可能となる。
また、枠材の対向部に貫通孔を設け、押圧部材としてビスやネジ等を枠材の外から該貫通孔を通してねじり込んでいき、非受光面側挟持部の少なくとも一部に押し当てることで、前記空間を押し広げる方法等が挙げられる。この方法だと所定の工具でビス、ネジを押し込んでいくことが可能な為、特に大きな力を必要としない。さらに、直接ビスやネジの先端が太陽電池パネルにネジ込まれないため、太陽電池パネルの損傷もなく、簡便に太陽電池パネルを枠材に固定することが可能となる。

以下に実施例により本発明を詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
本実施例は、受光面側にガラスを、裏面にアルミニウム箔をサンドイッチした耐湿性フッ素樹脂（「テドラー（デュポン社製）／アルミ箔／テドラー」）を用い、被覆材としてＥＶＡにより封止された結晶系太陽電池を用いた太陽電池パネルと、押圧部材としてブロック材、枠材としてアルミフレームから構成された太陽電池モジュールの例である。

図４は本実施例に係るブロック材の概要図である。図４に示す様にブロック材は、直方体から成る金属片から、隣合う２面を通る平面で切り落として傾斜面を設けた形状をしている。

図５は本実施例に係る太陽電池モジュールを説明する為の概略断面図である。図５において、５０１は太陽電池パネル、５０２は枠材としてのアルミフレーム、５０３ａ、５０３ｂは太陽電池パネル挟持部、５０４は対向部、５０５はガラス、５０６は結晶系太陽電池、５０７はＥＶＡ、５０８は耐湿性フッ素樹脂、５０９はブロック材である。

図に示す様にブロック材５０９には傾斜面５０９ａが設けられている。この傾斜面５０９ａが枠材内部を向くようにしてブロック材を押し込むことで、ブロック材を枠材の非受光面側挟持部５０３ｂと対向部５０４の間に容易に挿嵌することが可能である。これにより、枠材の非受光面側挟持部５０３ｂと対向部５０４の間の空間が押し広げられ、非受光面側挟持部５０３ｂが太陽電池パネル側に変形して、枠材に太陽電池パネルが固定される。また、本実施例では太陽電池パネル及びブロック材に当接する枠材の挟持部と対向部に、長手方向に沿って凹凸が設けられている。この凹凸によってブロック材及び太陽電池パネルが、枠材から滑って抜け落ちることなく、より強固に固定されることを可能としている。

（実施例２）
本実施例は、実施例１に記載の太陽電池パネルを用い、押圧部材としてのビスと、貫通孔を有する枠材（アルミフレーム）から構成された太陽電池モジュールの例である。

図６は本実施例に係る太陽電池モジュールの概要図である。６０１は太陽電池パネル、６０２は枠材、６０３ａ、６０３ｂは太陽電池パネル挟持部、６０４は対向部、６０５はガラス、６０６は結晶系太陽電池、６０７はＥＶＡ、６０８は耐湿性フッ素樹脂、６０９はビス（押圧部材）、６１０は枠材の対向部と垂下部（挟持部と対向部を繋ぐ部分）との連結部、６１１は枠材の非受光面側挟持部と垂下部との連結部である。

図７は本実施例に係る枠材６０２の概要図である。７０１は枠材の対向部６０４に設けられた貫通孔を示す。貫通孔の開け方については、特に限定はない。ドリルや打ち抜き、プレス加工等で貫通孔を設けることができる。予め貫通孔をねじ切っておいても良いし、枠材がアルミの場合はネジ切らずにビスやネジで直接ねじ込んでいくことも可能である。この貫通孔の位置に、特に限定は無く、太陽電池パネルと枠材とを固定できるようであれば良い。

本実施例では枠材の対向部の厚みが挟持部の厚みより厚くなっており、また、対向部と垂下部との連結部の厚みが、非受光面側挟持部と垂下部との連結部の厚みよりも厚くなっている。このため、ビス６０９を前記貫通孔を通してねじ込んでいった時、非受光面側挟持部６０３ｂが塑性変形を起し易くなり、太陽電池パネルを枠材に容易に固定することができる。

図８に本実施例の太陽電池モジュールを設置架台に取り付けた概要図を示す。図８において、８０１は設置架台である（設置架台以外は説明済）。図示のように置架台に穴を設け、本実施例のビス（押圧部材）を設置架台の穴を通して用いることで、このビス（押圧部材）を太陽電池モジュールを設置架台に取り付けるための固定具として共有することも可能である。

（実施例３）
本実施例は、ＥＴＦＥ、ＥＶＡ及びＰＥＴからなる被覆材により被覆され、溶融Ｚｎ５５％−Ａｌ系合金メッキ鋼板（ガルバリウム鋼板）からなる金属製補強板が一体積層されたアモルファス・マイクロクリスタル積層型太陽電池を用いた太陽電池モジュールと、押圧部材としてのネジと貫通孔を有する枠材から構成された太陽電池モジュールであって、前記金属製補強板上に、太陽電池パネル短手方向と平行に凸状のリブが設けられ、該リブ上に貫通孔を有している、太陽電池モジュールの例である。

図９は本実施例に係る太陽電池モジュールを説明する為の概略断面図である。９０１は太陽電池パネル、９０２は枠材としてのアルミフレーム、９０３ａ、９０３ｂは太陽電池パネル挟持部、９０４は対向部、９０５はＥＴＦＥ、９０６は太陽電池素子、９０７はＥＶＡ、９０８は金属製補強板、９０９は押圧部材としてのビス、９１０はリブを示す。

図１０は本実施例に係る太陽電池パネル９０１の裏面を示した概要図である。１００１はリブ９１０に設けられた貫通孔を示す。リブは一枚板の溶融Ｚｎ５５％−Ａｌ系合金メッキ鋼板を用いており、貫通孔を設け、折り曲げ加工により曲げられる。

図１１は本実施例に係る枠材９０２の概要図である。１１０１は対向部９０４に設けられた貫通孔を示す。本実施例では非受光面側挟持部９０３ｂに切り欠き部１１０２が設けられており、該切り欠き部と太陽電池パネルに取り付けられたリブの立ち上がり部とが嵌合するようになっている。

本実施例によると押圧部材であるビス９０９が、枠材の対向部９０４とリブ９１０にそれぞれ設けられた貫通孔を通って非受光面側挟持部９０３ｂに押し当っている。この為、太陽電池パネルは、枠材の挟時部とリブの２箇所で固定されることになり、より強固に固定することが可能となる。また、枠材の非受光面側挟持部９０３ｂは切り欠き部１１０２を有しているため、一つのビスを押し込んだ際、挟持部全体ではなく挟持部の一部のみで太陽電池パネルを押さえつけることができる。この為、ビスの押し込みの際の力が軽減でき、作業性が向上する。また、ビスの頭が皿状になっており、ビスの頭はアルミフレーム内に納まるようになっている。

（実施例４）
本実施例は、実施例１に記載の太陽電池パネルを用い、押圧部材としての弾性体、枠材としてのアルミフレームから構成された太陽電池モジュールの例である。

図１２は本実施例に係る太陽電池モジュールを説明する為の概略断面図である。図１２において、１２０１は太陽電池パネル、１２０２はアルミフレーム、１２０３ａ、１２０３ｂは太陽電池パネル挟持部、１２０４は対向部、１２０５はガラス、１２０６は太陽電池素子、１２０７はＥＶＡ、１２０８は耐湿性フッ素樹脂、１２０９は弾性体としてのバネである。

本実施例では、押圧部材としてバネを用い、このバネを枠材の非受光面側挟持部１２０３ｂと対向部１２０４の間に挿嵌することにより、非受光面側挟持部１２０３ｂと対向部１２０４の間の空間を押し広げ、非受光面側挟持部１２０３ｂが太陽電池パネル側に変形して、枠材に太陽電池パネルが固定される。また、対向部１２０４に凹部を設け、該凹部にバネの一端を収納している。この為、バネが非受光面側挟持部と対向部の間でずれることを防止している。

従来の太陽電池モジュールの概要図である。 本発明の実施形態例に記載している太陽電池モジュールの押圧部材装着前の概略断面図である。 本発明の実施形態例に記載している太陽電池モジュールの押圧部材装着後の概略断面図である。 本発明の実施例１に記載している押圧部材の概要図である。 本発明の実施例１に記載している太陽電池モジュールの概略断面図である。 本発明の実施例２に記載している太陽電池モジュールの概略断面図である。 本発明の実施例２に記載している枠材の概要図である。 本発明の実施例２に記載している太陽電池モジュールを設置架台に取り付けた概要図である。 本発明の実施例３に記載している太陽電池モジュールの概略断面図である。 本発明の実施例３に記載している太陽電池パネル裏面の概要図である。 本発明の実施例３に記載している枠材の概要図である。 本発明の実施例４に記載している太陽電池モジュールの概略断面図である。

符号の説明

１０１、２０１、５０１、６０１、９０１、１２０１ 太陽電池パネル
１０２、２０２、５０２、６０２、９０２、１２０２ 枠材
１０３ シーリング材
１０４ ナット
１０５ 設置架台
１０６ ボルト
２０３ａ、２０３ｂ、５０３ａ、５０３ｂ、６０３ａ、６０３ｂ、９０３ａ、９０３ｂ、１２０３ａ、１２０３ｂ 挟持部
２０４、５０４、６０４、９０４、１２０４ 対向部
２０５、５０９、６０９、９０９、１２０９ 押圧部材
５０５、６０５、１２０５ ガラス
５０６、６０６、９０６、１２０６ 太陽電池素子
５０７、６０７、９０７、１２０７ ＥＶＡ
５０８、６０８、１２０８ 耐湿性フッ素樹脂
６１０ 枠材の対向部と垂下部との連結部
６１１ 枠材の非受光面側挟持部と垂下部との連結部
７０１、１１０１ 貫通孔（第１の貫通孔）
８０１ 設置架台
９０５ ＥＴＦＥ
９０８ 金属製補強板
９１０ リブ
１００１ 貫通孔（第２の貫通孔）
１１０２ 切り欠き部

Claims (11)

1. 少なくとも太陽電池パネル、枠材からなる太陽電池モジュールであって、前記枠材は、太陽電池パネルを挟持する挟持部と、太陽電池パネル非受光面側の前記挟持部に対向する対向部を有し、前記太陽電池パネル非受光面側の挟持部を前記対向部側から押圧して太陽電池パネル側に変形せしめる押圧部材を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記押圧部材は前記太陽電池パネル非受光面側の挟持部と前記対向部との間に挿嵌されるもの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. 前記押圧部材が弾性体であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記押圧部材がブロック状部材であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記対向部に第１の貫通孔が設けられており、前記押圧部材は前記第１の貫通孔を通り前記太陽電池パネル非受光面側の挟持部を押圧するもの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。
6. 前記第１の貫通孔はネジが切られていることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記太陽電池パネルの裏面にリブが設けられており、該リブは太陽電池パネル裏面との接着面、及び該接着面から延びる立ち上がり面、及び該立ち上がり面から延びる太陽電池パネル裏面と平行を成す平行面から成り、前記押圧部材は前記平行面に設けられている第２の貫通孔を通っていることを特徴とする請求項５又は６に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記挟持部に凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記対向部の前記挟持部に対向する面に凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記対向部の厚みが、前記太陽電池パネル非受光面側の挟持部の厚みより厚いことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
11. 前記枠材は前記挟持部と前記対向部を繋ぐ垂下部を有しており、前記垂下部に連接する前記対向部端部の厚みが、前記垂下部に連接する前記太陽電池パネル非受光面側の挟持部端部の厚みより厚いことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

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