JP2011114035A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度を大きくすることができる太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】太陽電池モジュール５０によれば、太陽電池パネル４０の裏面を横断するように延び、両端部を第１フレーム１１及び第２フレーム１２のコ字型支持部１９内に固定され、太陽電池パネル４０が裏面側に撓んだときに太陽電池パネル４０を支持する補強フレーム１５を有しており、第１フレーム１１及び第２フレーム１２の長手方向中心位置と異なる位置のコ字型支持部１９の裏面側壁に、補強フレーム１５の両端部をコ字型支持部１９に挿入するための第１の切り欠き２１及び第２の切り欠き２２が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、住宅やビルなどの建物に設置される太陽電池モジュール及びその製造方法に関するものである。

従来、太陽電池モジュールとして、受光面側に透明基板（ガラス）を配置し、この透明基板の裏面側に直列に接続された複数の太陽電池セルを並べて配置し、これら複数の太陽電池セルを封止樹脂にて封止して太陽電池パネルを構成し、さらにこの太陽電池パネルの周縁部にフレームを取り付けた構造の太陽電池モジュールが知られている。この太陽電池モジュールでは、透明基板とフレームによって所定の強度が確保される。

太陽電池モジュールは、一般に住宅やビルなどの建物に設置されて風雨にさらされる。そして、表面に堆積した積雪などにより、鉛直下方に押し下げるように働く力が作用することがある。太陽電池モジュールは、表面を受光面とする大面積の平板状を成すので、この鉛直下方に押し下げるように働く力を受けて下方に湾曲するようにたわむ。そのため、モジュールが下方に湾曲して破損することがないように、従来、モジュールの裏面に補強フレームを配置することが提案されている。このような構造とすることにより、モジュールが下方に湾曲した際、補強フレームに押し止められて所定量以上にたわむことがなく破損を防止することができる（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００８／１３９６１０号明細書

一般に補強フレームは、太陽電池モジュールの裏面中央部を横断するようにして配置され、両端部を対向する２本の長辺フレームに固定される。そして、従来、長辺フレームの補強フレームの固定位置には、補強フレームを挿入するための切り欠きが設けられていた。つまり、２本の長辺フレームの長手方向中央部に切り欠きが設けられていた。

一方、上記積雪などによる鉛直下方に押し下げる力は太陽電池モジュールの中央部に最も大きく作用する。そのため、太陽電池モジュールの押し下げる力が一番大きく作用する位置に切り欠きが存在することとなり、切り欠き以外の部分で所定の強度を確保しなければならず、コスト増の原因となるので改善が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コスト増を伴わずに強度を大きくすることができる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを複数並べて成る太陽電池パネルと、太陽電池パネルの対向する２辺の外縁部に沿ってそれぞれ延び、外縁部を保護するパネル保持部、及びパネル保持部の裏面側に設けられ、パネル保持部を支持する断面コ字型のコ字型支持部を有する第１フレーム及び第２フレームと、太陽電池パネルの裏面を横断するように延び、両端部を第１フレーム及び第２フレームのコ字型支持部内に固定され、太陽電池パネルが裏面側に撓んだときに太陽電池パネルを支持する補強フレームとを備え、第１フレーム及び第２フレームの長手方向中心位置と異なる位置のコ字型支持部の裏面側壁に、補強フレームの両端部をコ字型支持部に挿入するための切り欠きが形成されていることを特徴とする。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、複数の太陽電池セルを複数並べて成る太陽電池パネルと、太陽電池パネルの対向する２辺の外縁部に沿ってそれぞれ延び、外縁部を保護するパネル保持部、及びパネル保持部の裏面側に設けられ、パネル保持部を支持する断面コ字型のコ字型支持部を有する第１フレーム及び第２フレームと、太陽電池パネルの裏面を横断するように延び、両端部を第１フレーム及び第２フレームのコ字型支持部内に固定され、太陽電池パネルが裏面側に撓んだときに太陽電池パネルを支持する補強フレームとを備えた太陽電池モジュールの製造方法において、第１フレーム及び第２フレームの長手方向中心位置と異なる位置のコ字型支持部の裏面側壁に切り欠きを形成しておき、補強フレームの両端部をコ字型支持部に挿入し、その後、補強フレームを回転或いはスライドさせて固定位置に移動させることを特徴とする。

本発明によれば、太陽電池パネルが裏面側に撓んだときに太陽電池パネルを補強フレームで支持することができるとともに、第１フレーム及び第２フレームの長手方向中心位置と異なる位置に切り欠きを形成することで、太陽電池モジュールの強度を大きくすることができる。また、補強フレームは、両端部をコ字型支持部に挿入した状態で固定位置に移動するので太陽電池パネルに接触することがなく、太陽電池パネルを傷つけることがないという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態１の裏面側から見た斜視図である。 図２は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態１の組み立ての初期工程の様子を示す斜視図である。 図３は、太陽電池パネルの要部の分解斜視図である。 図４は、第２フレームの断面を示す図１のＤ−Ｄ線に沿う矢視断面図である。 図５は、太陽電池パネルの外縁部にフレームを取り付けた中間組立体に裏面側から補強フレームを挿入する様子を示す斜視図である。 図６は、挿入した補強フレームを回転させて固定位置に移動させる様子を示す斜視図である。 図７は、挿入した補強フレームを回転させて固定位置に移動させる様子を示す図６の一点鎖線にて囲まれた部分の拡大図である。 図８は、回転させて固定位置に移動させた補強フレームをねじ止めする様子を示す斜視図である。 図９は、補強フレームの形状の詳細を示す斜視図である。 図１０は、第１フレーム及び第２フレーム間に補強フレームが架け渡された状態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。 図１１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態２の裏面側から見た斜視図である。 図１２は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態３の裏面側から見た斜視図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態１の裏面側から見た斜視図である。図２は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態１の組み立ての初期工程の様子を示す斜視図である。図３は、太陽電池パネルの要部の分解斜視図である。なお、図２は太陽電池モジュールを表（受光面）側から見た様子を示している。一方、図１及び図３は太陽電池モジュールを裏側から見た様子を示している。

図１及び図２において、太陽電池モジュール５０は、概略矩形平板状の太陽電池パネル４０と、太陽電池パネル４０の外縁部を全周にわたって囲繞して太陽電池パネル４０を取り付け架台などから支持する矩形枠状のフレーム１０とを有している。フレーム１０は、対向する２つの長辺を覆う第１フレーム１１及び第２フレーム１２と、対向する２つの短辺を覆う第３フレーム１３及び第４フレーム１４と、太陽電池パネル４０の裏面側で第１フレーム１１及び第２フレーム１２間に架け渡された補強フレーム１５を含んで構成されている。

補強フレーム１５は、太陽電池パネル４０の裏面側にて、太陽電池パネル４０の中心Ｐを通り第３フレーム１３及び第４フレーム１４と平行に延びて太陽電池パネル４０を横断するようにして両端部を第１フレーム１１及び第２フレーム１２に固定されている。補強フレーム１５の第１フレーム１１及び第２フレーム１２の固定位置を図１中Ａ、Ｂにて示す。表面に堆積した積雪などによる鉛直下方に押し下げる力が、図１に白矢印にて示すように作用した際、太陽電池パネル４０は下方（図１の上側）に湾曲するようにたわむが、補強フレームに押し止められて所定量以上にたわむことがなく破損を防止することができる。

そして、本実施の形態の特長として、第１フレーム１１及び第２フレーム１２には、長手方向の中心から異なる方向にそれぞれ同じ距離だけ離れて、補強フレーム１５を挿入するための第１、第２の切り欠き２１、２２が形成されている。なお、太陽電池パネル４０の裏面には、端子ボックス１６ａとこの端子ボックス１６ａから延びるケーブル１６ｂが設けられている。

図３に示されるように、太陽電池パネル４０の要部を構成する積層体は、受光面側から、ガラス等の透明材でなる透光性基板１と、透明樹脂でなる受光面側封止材（第１の樹脂層）２と、碁盤目状に並べられた複数の太陽電池セル３及びこれら複数の太陽電池セル３を直列に接続するリード線４が配線された太陽電池アレイ５と、透明樹脂でなる裏面側封止材（第２の樹脂層）６と、耐候性に優れたバックシート７とが、この順にて積層されて構成されている。なお、受光面側封止材１２と裏面側封止材１５は、熱処理により一体となり、太陽電池アレイ６を樹脂封止して樹脂封止層を形成する。このような構成の積層体の外周縁部が全周にわたって図示しないフレーム１０（図１、２）で覆われて太陽電池モジュール５０が作製される。

図４は、第２フレーム１２の断面を示す図１のＤ−Ｄ線に沿う矢視断面図である。なお、図４は、第２フレーム１２の断面を示すが、第１フレーム１１においても同様な形状を成している。第１フレーム１１及び第２フレーム１２は、図４に示すように、太陽電池モジュールの受光面側（図４中下側）に設けられた断面コ字型のパネル保持部１８と、太陽電池モジュールの裏面側（図４中上側）に設けられた断面コ字型のコ字型支持部１９とから構成されている。

パネル保持部１８は、太陽電池パネル４０の外縁部を全周に渡って囲み、外縁部を保持するとともに外縁部を保護する。一方、コ字型支持部１９はパネル保持部１８の裏面側にフレームの全長に渡って形成されて、パネル保持部１８を補強するとともに、太陽電池パネル４０を建造物の屋根等に設けられた図示しない取り付け架台から支持する。このコ字型支持部１９は、３つの壁、すなわち、対向して設けられたパネル側壁１９ａ及び裏面側壁１９ｃと、両者の間に設けられた中央壁１９ｂとから構成される。なお、コ字型支持部１９のパネル側壁１９ａは、パネル保持部１８の裏面側壁と表裏一体となっていると考えてよい。そして、図示しない補強フレーム１５は、両端部をこのコ字型支持部１９に収納されて固定されている（図１０）。

補強フレーム１５の取り付け手順に沿ってさらに詳細な構造を説明する。図５は、太陽電池パネルの外縁部にフレームを取り付けた中間組立体に裏面側から補強フレームを挿入する様子を示す斜視図である。図６は、挿入した補強フレームを回転させて固定位置に移動させる様子を示す斜視図である。図７は、挿入した補強フレームを回転させて固定位置に移動させる様子を示す図６の一点鎖線にて囲まれた部分の拡大図である。図８は、回転させて固定位置に移動させた補強フレームをねじ止めする様子を示す斜視図である。

第１の切り欠き２１及び第２の切り欠き２２は、第１フレーム１１及び第２フレーム１２が対向して配置された際、長手方向の異なる位置となるように設けられている。詳細には、第１の切り欠き２１及び第２の切り欠き２２は、第１フレーム１１及び第２フレーム１２の太陽電池パネル４０の中心Ｐに対して点対称の位置に設けられている。このように第１の切り欠き２１及び第２の切り欠き２２を、中心Ｐに対して点対称の位置に設けることで、第１フレーム１１及び第２フレーム１２を同形状として部品種類数の削減を図っている。

図５に示されるように、補強フレーム１５は、最終的な固定位置（固定位置Ａ、Ｂを結ぶ直線）に対して斜めにされた状態で、第１の切り欠き２１及び第２の切り欠き２２から、第１フレーム１１及び第２フレーム１２間に落とし込まれる。このようにして第１フレーム１１及び第２フレーム１２間に挿入された補強フレーム１５は、その後、図６に矢印にて示されるように、所定の方向に回転されて最終的な固定位置Ａ、Ｂに位置決めされる。そして、図７，８に示されるように、固定ねじ２５により第１フレーム１１及び第２フレーム１２に締結される。

図７に示されるように、第２の切り欠き２２は、第２フレーム１２のコ字型支持部１９の裏面側壁１９ｃに形成されている。そして、第２の切り欠き２２の大きさは、第２の切り欠き２２から補強フレーム１５が落とし込まれた際、補強フレーム１５の端部がコ字型支持部１９のパネル側壁１９ａの上に乗るような大きさにされている。第１の切り欠き２１も第１フレーム１１に同様にして形成されている。補強フレーム１５が回転或いはスライドして固定位置に移動するとき、補強フレーム１５の端部は、この落とし込まれた位置から、固定位置Ａ、Ｂに至るまで、コ字型支持部１９のパネル側壁１９ａと裏面側壁１９ｃに挟まれて移動する。このような構造とすることで、補強フレーム１５がバックシート７に接触することをなくし、バックシート７が傷つくことを防止している。

図９は、補強フレーム１５の形状の詳細を示す斜視図である。図９に示されるように、補強フレーム１５は、長尺平板状の縦片１５ａと縦片１５ａの両側部で長手方向に延びる長尺平板状の横片１５ｂ、１５ｃを含む断面Ｉ字型を成している。縦片１５ａの両端部には、固定ねじ２５がねじ係合する雌ねじ穴１５ｄが螺刻されている（図７、図８）。

図１０は、第１フレーム１１及び第２フレーム１２間に補強フレーム１５が架け渡された状態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図１０に示すように、補強フレーム１５が太陽電池パネル４０面に沿って回転或いはスライドしたときに、補強フレーム１５の横片１５ｂ、１５ｃと干渉して移動が阻止されることがないように、横片１５ｂ、１５ｃと対向する位置の第１フレーム１１及び第２フレーム１２のコ字型支持部１９の中央壁１９ｂに逃げ溝１９ｄが形成されている。

第１フレーム１１及び第２フレーム１２の固定位置Ａ、Ｂにおいては、コ字型支持部１９の中央壁１９ａに、太陽電池パネル４０の中心方向に向かって小板片形状のストッパ２７、２８が立設されている。ストッパ２７、２８は、回転する補強フレーム１５の端部に当接して、補強フレーム１５を固定位置Ａ、Ｂに押し止める。すなわち、ストッパ２７、２８は、固定位置Ａ、Ｂに固定された補強フレーム１５の第１の切り欠き２１及び第２の切り欠き２２と反対側の面に当接するように設けられている。

以上のように、本実施の形態の太陽電池モジュール５０によれば、太陽電池パネル４０の裏面を横断するように延び、両端部を第１フレーム２１及び第２フレーム１２のコ字型支持部１９内に固定され、太陽電池パネル４０が裏面側に撓んだときに太陽電池パネル４０を支持する補強フレーム１５を有しており、第１フレーム１１及び第２フレーム１２の長手方向中心位置と異なる位置のコ字型支持部１９の裏面側壁に、補強フレーム１５の両端部をコ字型支持部１９に挿入するための第１の切り欠き２１及び第２の切り欠き２２が形成されている。そのため、太陽電池パネル４０が裏面側に撓んだときに太陽電池パネル４０を補強フレーム１５で支持することができるとともに、第１フレーム１１及び第２フレーム１２の長手方向中心位置と異なる位置に第１の切り欠き２１及び第２の切り欠き２２を形成することで、太陽電池モジュール５０の剛性を向上させるとともに、太陽電池パネル４０に接触させることなく補強フレーム１５を固定位置に移動させることができ、太陽電池パネル４０を傷つけることがない。

なお、本実施の形態においては、補強フレーム１５は第１フレーム１１及び第２フレーム１２間に架け渡されているが、補強フレーム１５は第３フレーム１３及び第４フレーム１４間に架け渡されてもよい。この場合、第１の切り欠き２１、及び第２の切り欠き２２は、第３フレーム１３及び第４フレーム１４に形成される。

また、本実施の形態の第１フレーム１１及び第２フレーム１２においては、補強フレーム１５が回転或いはスライドしたときに、補強フレーム１５の横片１５ｂ、１５ｃと干渉しないように、補強フレーム１５の横片１５ｂ、１５ｃと対向する位置のコ字型支持部１９の中央壁１９ｂに逃げ溝１９ｄが形成されているが、逃げ溝１９ｄの幅を横片１５ｂ、１５ｃの厚さより若干大きな大きさとすることにより、補強フレーム１５が太陽電池パネル４０面に沿って回転或いはスライドしたときに、この補強フレーム１５の動きをガイドするガイド溝として活用してもよい。

実施の形態２．
図１１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態２の裏面側から見た斜視図である。本実施の形態の太陽電池モジュール５１においては、第１フレーム１１及び第２フレーム１２の長手方向の中心から同じ方向に異なる距離離れた位置に、補強フレーム１５を挿入するための切り欠き２１Ｂ、２２Ｂが形成されている。そして、第１の切り欠き２１Ｂ及び第２の切り欠き２２は、第１フレーム１１及び第２フレーム１２の長手方向の異なる位置に設けられている。すなわち、第１の切り欠き２１Ｂ及び第２の切り欠き２２Ｂは、第１フレーム１１及び第２フレーム１２の太陽電池パネル４０の中心Ｐに対して点対称の位置ではない位置に設けられている。

補強フレーム１５は、最終的な固定位置Ａ、Ｂに対して斜めにされた状態で、第１の切り欠き２１Ｂ及び第２の切り欠き２２Ｂから、第１フレーム１１及び第２フレーム１２間に落とし込まれて挿入される。その後、所定の方向にスライド及び回転されて最終的な固定位置Ａ、Ｂに位置決めされる。図示しないストッパは、固定位置Ａ、Ｂに固定された補強フレーム１５の第１の切り欠き２１Ｂ及び第２の切り欠き２２Ｂと反対側の面、すなわち、同じ側の面に当接するように設けられている。

本実施の形態の太陽電池モジュール５１によれば、第１フレーム１１と第２フレーム１２とが同形状となるという効果が得られないが、その他、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１２は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態３の裏面側から見た斜視図である。本実施の形態の太陽電池モジュール５２においては、太陽電池パネル４０の中心Ｐを挟んで所定距離離れて第１の補強フレーム１５Ｂと第２の補強フレーム１５Ｃとが設けられている。第１の補強フレーム１５Ｂと第２の補強フレーム１５Ｃを挿入するための切り欠き２１Ｃ、２２Ｃが第１の補強フレーム１５Ｂの固定位置に設けられている。

第２の補強フレーム１５Ｃは、切り欠き２１Ｃ、２２Ｃから挿入され、自らの固定位置までスライドされ、図示しない固定ねじにて締結される。第１の補強フレーム１５Ｂは、切り欠き２１Ｃ、２２Ｃから挿入され、そのままその位置に図示しない固定ねじにて締結される。

本実施の形態の太陽電池モジュール５２によれば、２本の補強フレームが設けられた場合に、概略実施の形態２と同様な効果を得ることができる。

本発明にかかる太陽電池モジュールは、住宅やビルなどの建物に設置される太陽電池モジュールに有用であり、特に、積雪が多い地方や激しい風雨が発生する地方に設置される太陽電池モジュールに適している。

１ 透光性基板
２ 受光面側封止材
３ 太陽電池セル
４ リード線
５ 太陽電池アレイ
６ 裏面側封止材
７ バックシート
１０ フレーム
１１ 第１フレーム
１２ 第２フレーム
１３ 第３フレーム
１４ 第４フレーム
１５、１５Ｂ，１５Ｃ 補強フレーム
１５ａ 縦片
１５ｂ，１５ｃ 横片
１５ｄ 雌ねじ穴
１６ａ 端子ボックス
１６ｂ ケーブル
１８ パネル保持部
１９ コ字型支持部
１９ａ パネル側壁
１９ｂ 中央壁
１９ｃ 裏面側壁
１９ｄ 逃げ溝
２１，２１Ｂ，２１Ｃ 第１の切り欠き
２２，２２Ｂ，２２Ｃ 第２の切り欠き
２５ 固定ねじ
２７，２８ ストッパ
４０ 太陽電池パネル
５０ 太陽電池モジュール
Ａ，Ｂ 固定位置
Ｐ 太陽電池パネルの中心

Claims (8)

1. 複数の太陽電池セルを複数並べて成る太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの対向する２辺の外縁部に沿ってそれぞれ延び、前記外縁部を保護するパネル保持部、及び前記パネル保持部の裏面側に設けられ、前記パネル保持部を支持する断面コ字型のコ字型支持部を有する第１フレーム及び第２フレームと、
   前記太陽電池パネルの裏面を横断するように延び、両端部を前記第１フレーム及び前記第２フレームの前記コ字型支持部内に固定され、前記太陽電池パネルが裏面側に撓んだときに前記太陽電池パネルを支持する補強フレームとを備え、
   前記第１フレーム及び前記第２フレームの長手方向中心位置と異なる位置の前記コ字型支持部の裏面側壁に、前記補強フレームの両端部を前記コ字型支持部に挿入するための切り欠きが形成されている
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記切り欠きは、前記第１フレーム及び前記第２フレームの前記コ字型支持部の裏面側壁に形成され、前記切り欠きの大きさは、当該切り欠きから前記補強フレームを挿入したときに、前記補強フレームの端部が前記コ字型支持部のパネル側壁に乗るような大きさである
   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. 前記切り欠きは、対向して配置された前記第１フレーム及び前記第２フレームの長手方向の異なる位置に設けられている
   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. 前記補強フレームは、前記太陽電池パネルの裏面の中心部を横断するように延び、
   前記切り欠きは、前記第１フレーム及び前記第２フレームの前記太陽電池パネルの中心に対して点対称の位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記第１フレーム及び前記第２フレームの前記コ字型支持部の前記補強フレームの固定位置に、前記補強フレームの端部に当接して、前記補強フレームの移動を押し止めるストッパが設けられている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記補強フレームは、縦片と前記縦片の両側部で長手方向に延びる横片を含む断面Ｉ字型を成し、
   前記第１フレーム及び前記第２フレームの前記コ字型支持部の中央壁に、前記補強フレームが太陽電池パネル面に沿って回転したときに前記横片と緩衝しないように逃げ溝が形成されている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記補強フレームは、縦片と前記縦片の両側部で長手方向に延びる横片を含む断面Ｉ字型を成し、
   前記第１フレーム及び前記第２フレームの前記コ字型支持部の中央壁に、前記補強フレームが太陽電池パネル面に沿って回転したときに端部が前記第１フレーム及び前記第２フレームに沿って移動するように、ガイド溝が形成されている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
8. 複数の太陽電池セルを複数並べて成る太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの対向する２辺の外縁部に沿ってそれぞれ延び、前記外縁部を保護するパネル保持部、及び前記パネル保持部の裏面側に設けられ、前記パネル保持部を支持する断面コ字型のコ字型支持部を有する第１フレーム及び第２フレームと、
   前記太陽電池パネルの裏面を横断するように延び、両端部を前記第１フレーム及び前記第２フレームの前記コ字型支持部内に固定され、前記太陽電池パネルが裏面側に撓んだときに前記太陽電池パネルを支持する補強フレームとを備えた太陽電池モジュールの製造方法において、
   前記第１フレーム及び前記第２フレームの長手方向中心位置と異なる位置の前記コ字型支持部の裏面側壁に切り欠きを形成しておき、
   前記補強フレームの両端部を前記コ字型支持部に挿入し、
   その後、前記補強フレームを回転或いはスライドさせて固定位置に移動させる
   ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

Images