JP2006278538A - Solar battery array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電部の周縁部にフレームを取り付けた太陽電池モジュール、特にそのフレームのねじり強度を高めるフレーム構造に関する。 The present invention relates to a solar cell module in which a frame is attached to a peripheral portion of a power generation unit, and more particularly to a frame structure that increases torsional strength of the frame.
近年、環境保護や省エネルギー化のために、住宅やビルの屋上などに太陽電池装置を設置するようになった。太陽電池装置は、出力電圧と出力電流を必要な値まで高めるために、あるいは長期にわたって太陽電池セルを保護するために、通常、パッケージングして太陽電池モジュールを形成している。 In recent years, solar cell devices have been installed on the rooftops of houses and buildings in order to protect the environment and save energy. Solar cell devices are usually packaged to form a solar cell module in order to increase output voltage and output current to required values, or to protect solar cells over a long period of time.
このような太陽電池モジュール1は、図5に示すように、透光性パネル3の裏面側に複数の太陽電池セル4を直列および並列に接続してEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)などの透光性接着剤5で接着し、さらにPET樹脂などからなる裏面保護材6で上記透光性接着剤5を覆って発電部2を形成し、その周縁部にアルミ材などからなるフレーム7を取り付けて構成される。
As shown in FIG. 5, such a
このような太陽電池モジュール1では、透光性パネル3だけでなくフレーム7によっても強度が確保されるため、太陽電池モジュール1を大型化した際にも透光性パネル3を厚くする必要がなく、重量増加を抑えることができ、取り扱いが容易になるとともに、透光性パネル3の厚みを薄くすることにより透過する光量を多くして発電効率を向上させることができるという利点がある。
In such a
近年、環境問題が取りざたされる中で太陽電池の需要は益々増してきているが、更なる普及のためには低コスト化が重要なポイントとなっている。低コスト化の方法のひとつとして、太陽電池モジュールの大型化が考えられる。すなわち、太陽電池モジュールを大型化することにより、単位発電量あたりのモジュール製造工数を減らすことが出来る。 In recent years, the demand for solar cells has increased more and more while environmental issues have been addressed, but cost reduction is an important point for further dissemination. One way to reduce costs is to increase the size of solar cell modules. That is, by increasing the size of the solar cell module, the number of module manufacturing steps per unit power generation can be reduced.
太陽電池モジュールの大型化を実行する際に、発生する大きな問題のひとつとして強度の問題がある。太陽電池モジュールの表面積が増えたことにより、屋外に設置した場合は例えば受風面積や積雪面積が増えることにより、太陽電池モジュールに負荷される荷重が上昇するため、太陽電池モジュールを大型化するためには強度を上げることが必要となる。 There is a problem of strength as one of the major problems that occur when increasing the size of a solar cell module. In order to increase the size of the solar cell module because the load applied to the solar cell module increases when the surface area of the solar cell module increases, for example, the wind receiving area or the snow cover area increases when installed outdoors. It is necessary to increase the strength.
ここで、太陽電池モジュールの強度を考えると、強度は主に透光性パネル3とフレーム7により確保される。この中で透光性パネル3の強度を大きくするためには板厚を大きくする、または透光性パネル3の材質を変更することが考えられるが、いずれの場合も使用材料の増加やコストアップの要因となる。よって、太陽電池モジュールの強度を大きくするためのもうひとつの手段としてフレーム7の強度を大きくすることが挙げられる。
Here, considering the strength of the solar cell module, the strength is mainly secured by the
フレーム7の強度を向上するために、フレーム7と発電部2の嵌合部の外れを防止する目的で、フレーム7の発電部2の裏面側にこの発電部の内側に張り出した張り出し部を設け、この張り出し部と前記発電部との間に弾性体を介装する技術が提案されている。(例えば、特許文献1参照)
しかし、この場合、別途弾性体の部材を取り付けるために、弾性体部分の使用材料の増加、およびコストアップが避けられないという問題がある。 However, in this case, since an elastic member is separately attached, there is a problem that an increase in the material used for the elastic portion and an increase in cost cannot be avoided.
ここで、解決しようとする課題を明確にするために、図6に示される矩形の太陽電池モジュールにおいて発電部2の四辺がフレーム7により保護され、そのフレーム同士がネジや接着剤で固定された構造において外力を受けた場合の破壊挙動を説明する。
Here, in order to clarify the problem to be solved, in the rectangular solar cell module shown in FIG. 6, the four sides of the
図6(a)は外力負荷前の太陽電池モジュールの様子を示した図であり、図6(b)に外力負荷後の太陽電池モジュールの様子を示した図である。また、外力は図6(c)に示すように太陽電池モジュール面に対して法線方向で上方に向かってかかる負圧方向風圧荷重とする。負圧方向風圧荷重は、例えば強風時に屋根上に設置された太陽電池モジュールに負荷される。 FIG. 6A is a diagram showing a state of the solar cell module before an external force load, and FIG. 6B is a diagram showing a state of the solar cell module after an external force load. Further, as shown in FIG. 6C, the external force is a negative pressure direction wind pressure load applied upward in the normal direction with respect to the solar cell module surface. The negative pressure direction wind pressure load is applied to, for example, a solar cell module installed on the roof during a strong wind.
上記の太陽電池モジュール構造および外的条件において、太陽電池モジュールが破壊に至る過程を下記に示す。 A process in which the solar cell module is destroyed in the above solar cell module structure and external conditions will be described below.
(1)外力がかかり、発電部2が上向きにたわむ。
(1) An external force is applied and the
(2)発電部2がたわむことによりフレーム7は荷重を支えきれなくなり、フレーム7が捩れ変形を開始する。図6(b)に示されるように、太陽電池モジュールの角部に近い位置のフレーム(端部)7dは角部で他のフレーム(端部)7dと締結されていることからフレーム(端部)7dの変形量は中央部のフレーム(中央部)7eの変形量に比べて小さい。このようにフレーム7の端部と中央部での変形量の違いによって捩れ変形が発生する。
(2) When the
(3)フレーム(中央部)7eの回転方向の捩れ変形量が大きくなり、発電部2との嵌合部分が外れ、発電部2が下方に脱落する。
(3) The amount of torsional deformation in the rotational direction of the frame (center portion) 7e increases, the fitting portion with the
また、ここでフレーム7の外れが発生した時点の断面図を図7に示す。図7(a)はフレームの端部における断面図であり、図7(b)はフレームの中央部における断面図である。図7(a)に示されるように、フレーム(端部)7dは発電部2より抜けて落ちていないにもかかわらず、図7(b)に示されるように、フレーム(中央部)7eは発電部2より抜けて落ちている。
In addition, FIG. 7 shows a cross-sectional view when the
このように、太陽電池モジュールの破壊の過程を観察した結果、フレーム(中央部)7eが捩れ変形を起こし、発電部2との嵌合が外れてしまうことを確認した。
Thus, as a result of observing the process of destruction of the solar cell module, it was confirmed that the frame (center part) 7e was torsionally deformed and the fitting with the
よって、フレーム部材の厚みを厚くしたり、断面積を大きくすることによってフレームの変形を抑えることができると思われるが、単純に厚みを厚くしたり、断面積を大きくするとフレームの重量が増加して、太陽電池モジュールを固定している構造物、例えば住宅の屋根などに負担がかかってしまう。また、使用材料が増加してしまうため有限な資源の浪費につながり、太陽電池が環境商品であることを考慮すると好ましくない。また、使用材料の増加によりコストアップを招く。 Therefore, it seems that the deformation of the frame can be suppressed by increasing the thickness of the frame member or increasing the cross-sectional area, but if the thickness is simply increased or the cross-sectional area is increased, the weight of the frame increases. Thus, a load is applied to a structure that fixes the solar cell module, for example, a roof of a house. Moreover, since the material used increases, it leads to waste of a finite resource, and it is not preferable considering that the solar cell is an environmental product. In addition, the cost increases due to an increase in materials used.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、使用材料をできるだけ増加させずに太陽電池モジュールの破壊モードに対応した方向のフレーム剛性を増加させ、太陽電池モジュールの耐荷重性能を向上させることを可能とし、かつ量産性の高い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and increases the frame rigidity in the direction corresponding to the failure mode of the solar cell module without increasing the material used as much as possible, thereby improving the load bearing performance of the solar cell module. An object of the present invention is to provide a solar cell module capable of achieving the above and having high mass productivity.
上記の課題を解決するために、本発明の太陽電池モジュールは、発電部と、該発電部の周縁部に取り付けられるフレームと、を備えた太陽電池モジュールにおいて、前記フレームは、発電部の下部領域の内側に張り出した張り出し部を有し、該張り出し部に曲線部が配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a solar cell module of the present invention includes a power generation unit and a frame attached to a peripheral portion of the power generation unit, wherein the frame is a lower region of the power generation unit. It has the overhang | projection part which protruded inside, and the curve part is arrange | positioned at this overhang | projection part, It is characterized by the above-mentioned.
本発明によれば、発電部の周縁部に取り付けられるフレームは従来よりも小さな断面積で捩れ応力に対する剛性を高めることが出来る。これにより、使用材料を少なくすることが可能であり、更にコストダウン効果を得ることが出来る。 According to the present invention, the frame attached to the peripheral edge of the power generation unit can increase the rigidity against torsional stress with a smaller cross-sectional area than the conventional one. As a result, it is possible to reduce the amount of material used and to obtain a cost reduction effect.
以下、本発明に係わる太陽電池モジュールの構造を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the structure of the solar cell module according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1(a)は本実施形態に係わるフレームの形状、及びその特性値を示したものであり、図1(b)は前記フレームを枠体として用いた太陽電池モジュールの断面図であり、また図4は比較のために従来のフレームの形状、及びその特性値を示したものである。図1に示すように1は太陽電池モジュール、2は発電部、3は透光性パネル、4は太陽電池セル、5は透光性接着剤、6は裏面保護材、7はフレームで、7aは嵌合部、7bはインターフェース、7cは発電部の内側に張り出した張り出し部、8はジャンクションボックスである。 FIG. 1A shows the shape of a frame and its characteristic values according to this embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a solar cell module using the frame as a frame. FIG. 4 shows a conventional frame shape and its characteristic value for comparison. As shown in FIG. 1, 1 is a solar cell module, 2 is a power generation unit, 3 is a translucent panel, 4 is a solar cell, 5 is a translucent adhesive, 6 is a back surface protective material, 7 is a frame, 7a Is a fitting part, 7b is an interface, 7c is a protruding part protruding inside the power generation part, and 8 is a junction box.
太陽電池モジュール1は、受光面にガラスや樹脂等の透光性パネル3が設けられ、この透光性パネル3に多数の太陽電池セル4がEVA樹脂(Ethylene−Vinyl Acetate)等からなる透光性接着剤5によってラミネートされ、その裏面である非受光面にはテフロン(登録商標)フィルムやPVF(ポリフッ化ビニル)、PET(ポレエチレンテレフタレート)などの裏面保護材6が貼着されたものであり、太陽電池セル4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た後、太陽電池モジュール6の裏面、すなわち裏面保護材6の上に接着されたABS樹脂などの合成樹脂やアルミニウム金属などで構成したジャンクションボックス8を通して、太陽電池モジュール1の出力電力を送電ケーブル(不図示)により外部に出力が取り出されるものである。
The
そして、前述した透光性パネル3から裏面保護材6までが積層された発電部2の周縁部にはアルミ材などからなる枠体であるフレーム7が取り付けられている。このフレーム7は端面から太陽電池モジュール1へ衝撃が加わった際の衝撃を緩和したり、ゴミなどが侵入することを防止したりするとともに、建物などへの取り付けの際の取付部材や太陽電池モジュールの強度確保のために取り付けられる。また、このようなフレームは、例えば、押し出し成形やロール成形によって作製される。最後に、発電部2の周縁部に取り付けられたフレーム同士をねじや溶接、接着等で締結することにより、フレーム7が発電部2にしっかりと固定される。このとき、太陽電池モジュールの形状は特に限定されないが、一般的には正方形や長方形等の矩形形状に形成される。
A
本実施形態のフレームの形状の特徴について図1(a)を用いて説明を行なう。フレーム7は、発電部2を嵌合する断面コ字状の嵌合部7aと、太陽電池モジュールを構造物に固定するためのインターフェース7bと、フレーム7の強度を向上させるための張り出し部7cとからなる。本発明においては、フレーム7の外形形状の一部分に曲線部分を有することを特徴としており、図1(a)においては張り出し部7cを曲線形状に施している。
The feature of the shape of the frame of the present embodiment will be described with reference to FIG. The
この理由としては、先にも図6の説明で述べたように従来のフレームの破壊過程をみるに、フレームの端部は回転しないがフレームの中央部は回転し嵌合部分が外れることに着目すると、太陽電池モジュールの枠部分の脱落を防止するにはフレームの捩れに対する剛性向上が必要となることに着目した。そして、このような捩れに対する剛性は断面二次極モーメントで表され、これを大きくすることにより捩れ変形を抑制することができる。よって、捩れに対するフレームの変形挙動を考慮して、フレーム7の断面形状の一部に曲線形状を形成した。
The reason for this is that, as previously described in the explanation of FIG. 6, in the conventional process of breaking the frame, attention is paid to the fact that the end of the frame does not rotate but the central part of the frame rotates and the fitting part comes off. Then, attention was paid to the need to improve the rigidity against torsion of the frame in order to prevent the frame portion of the solar cell module from falling off. And the rigidity with respect to such a torsion is represented by a cross-sectional secondary pole moment, and torsional deformation can be suppressed by enlarging this rigidity. Therefore, a curved shape is formed in a part of the cross-sectional shape of the
これは、同一断面積で考えたときに最も断面二次極モーメントが大きくなる断面形状は円筒形状であり、図2に示すように同一断面積の角パイプと丸パイプの断面二次極モーメントを比較した結果においても明らかである。以下に、そのような同一外接半径とし、パイプの肉厚もほぼ同じになるようにした角状フレームと丸状フレームの比較について説明する。 This is because the cross-sectional shape where the cross-sectional secondary pole moment becomes the largest when considered with the same cross-sectional area is a cylindrical shape, and the cross-sectional secondary pole moments of the square pipe and round pipe of the same cross-sectional area as shown in FIG. It is clear from the comparison result. Hereinafter, a comparison between a square frame and a round frame that have the same circumscribed radius and have substantially the same wall thickness will be described.
図2(a)に角状フレームの断面図およびその特性値を、図2(b)に丸状フレームの断面図およびその特性値を示す。角状フレームと丸状フレームの断面二次極モーメントを比較すると、角状フレームでは断面二次極モーメントが190.2cm4であるのに対して、丸状フレームでは301.1cm4と断面二次極モーメントが1.5倍の値となる。また、外接円半径が大きい方が断面二次極モーメントは大きくなるため、可能な限り外接円半径を大きくすることが望まれるが、太陽電池モジュールの枠体に用いられるフレームは太陽電池モジュールを構造物に固定するためのインターフェースであり、またフレームを大きくすることで屋根の上に占めるフレームの割合が大きくなると、設置面積に対するフレームの占有比率が増加し、それは太陽光発電システムの大型化、もしくは限られた設置場所に配置できる太陽電池素子の数が減ることになり、発電電力量に影響を与えることを考慮すると、外接円半径は制限されべきである。さらに、構造物への接続を考慮すると、フレームが完全に円筒形状で継ぎ手などない場合、屋根などの外部構造物への設置には専用の固定装置を要するなどの施工上の制限が生じ不便である。そこで、フレームのインターフェースとしての機能を保った上で、一部に曲線形状を導入することが好適な選択といえる。そこで太陽電池モジュールの枠体であるフレームの中央の脱落が、太陽電池モジュールの発電部に対して下方外側に向けた力(捩れ変形)によるものであることに着目し、図1(b)のような太陽電池モジュールの内側に向けて張り出し部を設け、前記張り出し部を曲線部とすることで、枠体であるフレームの脱落方向への捩れ変形に対する抵抗力を特に強化するものである。 FIG. 2A shows a cross-sectional view of the square frame and its characteristic values, and FIG. 2B shows a cross-sectional view of the round frame and its characteristic values. Comparing the cross-section secondary pole moments of the square frame and the round frame, the cross-section secondary pole moment of the square frame is 190.2 cm 4 , while that of the round frame is 301.1 cm 4 and the cross-section secondary pole moment. The polar moment is 1.5 times the value. In addition, the larger the circumscribed circle radius, the greater the cross-sectional secondary pole moment. Therefore, it is desirable to increase the circumscribed circle radius as much as possible, but the frame used for the frame of the solar cell module is structured by the solar cell module. It is an interface for fixing to objects, and when the ratio of the frame to the roof increases by increasing the frame, the occupation ratio of the frame to the installation area increases, which is the enlargement of the photovoltaic power generation system, or The circumscribed circle radius should be limited in consideration of the fact that the number of solar cell elements that can be placed in a limited installation location is reduced and the amount of generated power is affected. Furthermore, considering the connection to the structure, if the frame is completely cylindrical and has no joints, installation on an external structure such as a roof may require a special fixing device, which may be inconvenient. is there. Therefore, it can be said that it is a preferable choice to maintain a function as an interface of the frame and introduce a curved shape in part. Therefore, paying attention to the fact that the dropout at the center of the frame, which is the frame of the solar cell module, is due to the downward outward force (torsional deformation) with respect to the power generation part of the solar cell module, FIG. By providing an overhanging portion toward the inside of such a solar cell module and making the overhanging portion a curved portion, the resistance force against torsional deformation in the dropping direction of the frame as the frame body is particularly enhanced.
ここで、発明の効果を明らかとするために図1(a)に示す本発明のフレームの形状と、図4に示す従来のフレームの形状の特性値の比較を行なう。なお、この比較では条件をできるだけ揃えるために尺度を変更し、ほぼ同一断面積としている。従来のフレームの形状では、断面二次極モーメントが5.44cm4であるのに対し、本発明のフレームの形状では、断面二次極モーメントが8.15cm4と大きく、本発明によれば、明らかに断面二次極モーメントを向上することができる。その結果、捩れ変形に対する強度を向上することができ、これにより図1(b)におけるフレーム7から発電部2が外れるといった問題を防止することができる。また、使用材料をできるだけ増加させずに太陽電池モジュールの破壊モードに対応した方向のフレーム剛性を増加させ、太陽電池モジュールの耐荷重性能を向上させることができ、かつ量産性の高い太陽電池モジュール全体への外力に対する剛性を向上することができる。
Here, in order to clarify the effect of the invention, the characteristic values of the shape of the frame of the present invention shown in FIG. 1A and the shape of the conventional frame shown in FIG. 4 are compared. In this comparison, the scale is changed to make the conditions as uniform as possible, and the cross-sectional areas are almost the same. In the conventional frame shape, the cross-sectional secondary pole moment is 5.44 cm 4 , whereas in the frame shape of the present invention, the cross-sectional secondary pole moment is as large as 8.15 cm 4 , Apparently, the cross-sectional secondary pole moment can be improved. As a result, the strength against torsional deformation can be improved, thereby preventing the problem that the
また、例えば、応用として従来の使用形態からの変更を少なくするために発電部2との嵌合部7aを変更せず、また板厚についても変更せずに、図3に示すように、張り出し部7cの一部に曲線を盛り込んで、従来のフレームとの断面二次極モーメントの違いを確認すると、張り出し部7cの形状の一部を変更するのみであっても、若干ではあるが断面二次極モーメントが上昇していることが確認できる。よって、太陽電池モジュールの破壊モードが発電部2とフレーム7との嵌合のはずれであることを認識し、予め断面形状に曲線を盛り込むことで強度が上がることを考慮に入れて設計することにより、より少ない断面積で大きな断面二次極モーメントの強度向上を得ることができ、捩れ変形に対する剛性を増すことが出来る。
Further, for example, as shown in FIG. 3, without changing the fitting portion 7a with the
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ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において種々変更を加え得る。 The embodiment of the present invention is not limited to the above example, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、フレームの断面形状を完全な円筒形状として接続部分としての継ぎ手を適宜取り付けることによっても、本発明の効果を好適に得ることが可能である。 For example, the effect of the present invention can be suitably obtained also by appropriately attaching a joint as a connection portion with the cross-sectional shape of the frame being a complete cylindrical shape.
1:太陽電池モジュール
2:発電部
3:透光性パネル
4:太陽電池セル
5:透光性接着材
6:裏面保護材
7:フレーム
7a:嵌合部
7b:インターフェース
7c:張り出し部
7d:フレーム(端部)
7e:フレーム(中央部)
8:ジャンクションボックス
1: Solar cell module 2: Power generation unit 3: Translucent panel 4: Solar cell 5: Translucent adhesive 6: Back surface protective material 7: Frame 7a: Fitting unit 7b: Interface 7c: Overhang unit 7d: Frame (edge)
7e: Frame (center part)
8: Junction box
Claims (1)
前記フレームは、発電部の下部領域の内側に張り出した張り出し部を有し、該張り出し部に曲線部が配置されていることを特徴とする太陽電池モジュール。 In a solar cell module comprising a power generation unit and a frame attached to a peripheral portion of the power generation unit,
The solar cell module, wherein the frame has a projecting portion projecting inside a lower region of the power generation unit, and a curved portion is disposed on the projecting portion.
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