JP2011526427A - 排水フレームを備えた太陽光発電モジュール - Google Patents

Abstract

ＰＶモジュールは、ＰＶデバイス及びフレームを備える。ＰＶデバイスは、前面において複数のＰＶセルを保持するＰＶ積層体を有する。ＰＶ積層体の端縁に隣接する第１の行を含む複数の行に、ＰＶセルが配列されている。第１の行の複数の太陽電池セルの互いに隣接する太陽電池セルのそれぞれが、列間隔で互いに離間している。フレームは、ＰＶ積層体に取り付けられ、梁部及び互いに離間して設けられ梁部と接続されており当該梁部から延出する複数の指部を持つ第１フレーム部材を有する。ＰＶ積層体は、複数の指部のうちの１つが、列間隔の１つと一列に並ぶように梁部と複数の指部との間に嵌め込まれる。ＰＶモジュールは、間隔を空けて設けられた複数の指部の間に、排水機構を備える。また、上記のようなフレーム部材によって影が形成されてしまう影響を最小限に抑えることができるため、ＰＶモジュールのＧＣＲを向上させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、屋根に設置されるソーラータイルに関する。本発明は、特に、排水構造を備えた太陽光発電モジュール及びその製造方法に関する。

［連邦政府後援の研究又は開発に関する記述］
本発明は、米国エネルギー省より付託された契約番号ＤＥ‐ＦＣ３６‐０７ＧＯ１７０４３の下、連邦政府の支援を受けてなされた発明であり、政府は本発明に関して所与の権利を有するものである。

［優先権情報］
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ａ）に基づき、２００８年６月２７日出願の米国仮特許出願６１／０７６４８６号明細書、発明の名称"Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍｏｄｕｌｅ ｗｉｔｈ Ｒｅｍｏｖａｂｌｅ Ｗｉｎｄ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ"、代理人整理番号Ｓ０１３３ ＵＳＰ／Ｓ８１２．１０３．１０１の優先権を主張するものであり、前記仮出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

［関連出願］
本出願は、米国特許出願１２／４９２６４０号明細書、発明の名称"Ｂａｌｌａｓｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ Ａｒｒａｙｓ"、代理人整理番号Ｓ０１３１ ＵＳ／Ｓ８１２．１０１．１０２、米国特許出願１２／４９２６８０号明細書、発明の名称"Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍｏｄｕｌｅ Ｋｉｔ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｆｏｒ Ｎｏｎ‐Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ａｒｒａｙ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ"、代理人整理番号Ｓ０１３２ ＵＳ／Ｓ８１２．１０２．１０２、米国特許出願１２／４９２８０２号明細書、発明の名称"Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ Ａｒｒａｙｓ"、代理人整理番号Ｓ０１３４ ＵＳ／Ｓ８１２．１０４．１０２、及び米国特許出願１２／４９２８３８号明細書、発明の名称"Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍｏｄｕｌｅ ｗｉｔｈ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｆｒａｍｅ"、代理人整理番号Ｓ０１３５ ＵＳ／Ｓ８１２．１０５．１０２に関連し、これら全ての出願は同日付で出願され、これら出願明細書が教示するところは参照により本明細書に組み込まれる。

太陽エネルギーは長きにわたって、重要な代替エネルギー源として注目されてきた。太陽エネルギー集積技術の開発及び改良に多大な努力と投資が注がれてきた。特に関心を集めているのは、相対的に膨大な量の太陽エネルギーを収集でき、電力需要を補完する又は満足することのできる産業又は商業分野での適用である。

太陽光発電技術は、通常、大規模な太陽光エネルギーの収集に適した方法であると考えられており、太陽光エネルギーは、主要な及び／又は第２の（又は補完的な）エネルギー源として利用可能である。一般的に、太陽光発電システム（又は光起電システム）は、シリコン又は他の材料（例えば、ＧａＡｓのような第ＩＩＩ−Ｖ族のセル）により形成されたソーラーパネルを使用して、太陽光を電力へと変換する。具体的には、太陽光発電システムは、１以上の適切な電気部品（例えば、スイッチ、インバータ、配電盤等）と相互接続された複数の太陽光発電（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ：ＰＶ）モジュール（又はソーラータイル）を含む。従来のＰＶモジュールは、電気的に相互接続され且つ封入された結晶半導体又はアモルファス半導体デバイスのアセンブリ（集合体）である太陽光発電（ＰＶ）積層体又は太陽電池パネルにより構成される。ＰＶ積層体は、１以上の電気伝導体を担持し、太陽光により生成された電流が積層体を流れるようになっている。

厳密なＰＶ積層体の構造は別として、ほとんどの太陽光発電アプリケーションでは、複数のＰＶモジュールから成るアレイを、太陽光が十分降り注ぐ場所に設置する必要がある。特に、商業用又は産業用のアプリケーションでは、十分な量の電力を発電するために相対的に多数のＰＶモジュールを設けることが望ましく、商業ビルの屋上などは、ＰＶモジュールを設置するのに適した場所である。参考までに述べると、多くの商業ビルは、広くて平らな屋上を備えているため、必然的にＰＶモジュールアレイを設置する場所となる場合が多く、既存の空間を有効利用することができる。屋上に設置することは十分実現可能なのであるが、一方で、環境的制約が存在する。例えば、ＰＶ積層体は、通常平坦又は平面的であり、単に、平らな屋上面に置いただけでは、日中を通して最大量の太陽光を収集できるようにＰＶ積層体を最適に位置させる／向けることはできないと考えられる。むしろ、屋上面に対して、僅かな角度でＰＶ積層体を傾けて設置する（すなわち、北半球では南の空に向くように、南半球では北の空に向くように設置する）のが望ましい。また、このようにＰＶ積層体を屋上面に対して傾斜させて設置した場合には、突風などが原因でＰＶモジュールが移動してしまう可能性も考えなければならない。

上述のような問題に対応し、ＰＶ積層体を設置面に対して保持するため、商業設備用のＰＶモジュールは、堅牢な骨組部を必要とする（例えば、貫通方式の取り付けでは、屋上を貫通するボルトによって骨組部及び／又は補助連結部を屋上に取り付け、また非貫通方式の取り付けでは、補助部品によってＰＶモジュール同士が互い連結される）。典型的なＰＶモジュールは、ＰＶ積層体の外周全体を支持する、押し出し成形によって形成されたアルミニウムのフレームを備えている。このアルミフレームの縁が張り出して、ＰＶ積層体の上面を捕捉している。このようなアセンブリの構成が広く採用されてはいるが、長期的な使用では性能に対して望ましくない効果をもたらす場合がある。

例えば、浮遊粉塵、泥、及びその他堆積物となり得るものが、ＰＶ積層体上に常に堆積する。そして、雨や水蒸気により、このような堆積物がさらに蓄積されていくこととなる。固設された風向偏向部材の設計では、ＰＶモジュールアレイの設置及び配線の接続が難しくなり、また、モジュールの梱包及び輸送コストもかさんでしまう。水は、ＰＶ積層体に沿って集められ、特にＰＶモジュールの最も低い点に集まる。例えば、南側に傾けて設置されたＰＶモジュールの場合、（泥・粉塵を含む）水が（重力により）南側のフレーム部に向かって移動し、フレーム縁部に溜まる。そして、水分が次第に蒸発し、泥及び粉塵がそこに残る。このように汚れが付着してしまうと、ＰＶセルの近くに影を作ってしまい、ＰＶモジュールの性能を著しく落としてしまうことになる。

このような問題に対処するため、アルミフレームの１つ以上の角を機械的に切断することによって幾つかの導水部を形成することにより、ＰＶモジュールから液体を排出する領域を設けることが提案されている。このような装置は、例えば、京都に本社を置く京セラ株式会社のソーラーエネルギーグループから販売されている。このように排水構造を形成することは可能であるが、機械的切断による形成は、製造コストが非常に高い。また、フレームの縁部によって影が生じてしまうという他の問題についても未解決である。

上記のように、排水構造を取り入れた低コストのＰＶモジュール構成が求められている。

本開示の原理に係る幾つかの態様は、ＰＶモジュールは、太陽光発電（ＰＶ）デバイス及びフレームを含む。ＰＶデバイスは、外周及び正面を持ち正面に複数の太陽電池セルを保持するＰＶ積層体を備える。複数のＰＶセルは、ＰＶ積層体の第１外周端縁に直に隣接する第１の行を含む複数の行に配列されている。第１の行の互いに隣接するＰＶセルのそれぞれが、列間隔で互いに離間して配置されている。フレームは、ＰＶ積層体に取り付けられて、ＰＶ積層体を保持し、また、梁部及び互いに離間して設けられ梁部と接続されて梁部から延出する複数の指部を含む第１フレーム部材を有する。最終的な取り付け時には、ＰＶ積層体の第１外周端縁が、梁部と複数の指部との間に嵌装する。フレーム部材の複数の指部のうちの１つが、第１の行の列間隔の１つと並ぶように取り付けられる。このように構成されたＰＶモジュールは、排水構造を有し、特に、第１フレーム部材が他のフレーム部材よりも下に位置するように傾斜が付けられた配置においては、水が、これら指部の間から排水される。また、このような列間隔に対する指部の配列関係は、第１フレーム部材によって影が形成される効果を最小限にできるため、ＰＶモジュールの地面被覆割合を向上させることができる。ある実施形態においては、第１フレーム部材は、全体が射出成形部品のように、プラスチックによって形成されている。また、他の実施形態においては、複数の指部が、第１フレーム部材に沿って等間隔で設けられており、それぞれが対応する第１の行の列間隔と並ぶように配置されている。また、他の実施形態では、複数の指部が、列間隔の形状に対応するテーパー形状を有する。

本開示の原理に係る他の態様は、ＰＶモジュールの形成方法に関する。外周及び正面を持つＰＶ積層体を有するＰＶデバイスを提供する工程を備える。ＰＶ積層体は、正面に複数の太陽電池セルを保持し、複数のセルは、ＰＶ積層体の第１外周端に直に隣接する第１の行を含む複数の行に配列されている。フレームは、少なくともその一部に、プラスチック成形されたフレーム部材を有する。プラスチック成形されたフレーム部材は、梁部と、互いに離間して設けられ梁部と接続されており梁部から延出する複数の指部とを有する。外周端を梁部と複数の指部との間に挿嵌することにより、ＰＶ積層体をフレームに取り付ける。このような製造方法によれば、排水構造を備えるＰＶモジュールを、機械的切断のような更なる工程を行う必要がなく大量生産ベースで低コストで製造することができる。ある実施形態では、フレーム部材は、射出成形によって形成される。他の実施形態では、フレーム全体が、プラスチック射出成形により形成される。

本開示の原理に係る太陽光発電モジュールアセンブリの一部を示す斜視図である。 図１Ａの太陽光発電モジュールの分解図である。 図１Ａの太陽光発電モジュールの太陽光発電積層体部分の拡大上面図である。 図１の太陽光発電モジュールのフレーム部材部分の斜視図である。 図３Ａのフレーム部材の線３Ｂ−３Ｂに沿った断面図である。 図３Ａのフレーム部材の線３Ｃ−３Ｃに沿った断面図である。 図３Ａのフレーム部材の上面図である。 図１Ａの太陽光発電モジュールの一部分の拡大斜視図である。 図４Ａの太陽光発電モジュールの線４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。 図４Ａの太陽光発電モジュールの線４Ｃ−４Ｃに沿った断面図である。 図１Ａの太陽光発電モジュールの上面図である。 図１Ａの太陽光発電モジュールが設置面に設置された状態を示す側面図である。

本開示の原理による太陽光発電（ＰＶ）モジュールアセンブリ２０の一実施形態が、図１Ａ及び図１Ｂに示されている。多くの場合、ＰＶモジュール２０は、ＰＶデバイス２２（総称の参照番号）及びフレーム２４を含む。様々な部品については、以下に詳述する。通常、ＰＶデバイス２２は、フレーム２４で囲まれるＰＶ積層体２６を含む。フレーム２４は、ＰＶ積層体２６の表面から自然に液体が排水され、且つフレームによりＰＶ積層体２６が影になってしまうのを最小限にした排水構造を備えるため、ＰＶモジュール２０が地面を被覆する割合（ｇｏｕｎｄ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｒａｔｉｏ：ＧＣＲ）パラメータを改善できる。

ＰＶデバイス２２については、図１Ａ及び図１Ｂに関連する又は関連しない様々な形態を想定することができる。例えば、ＰＶ積層体２６を含むＰＶデバイス２２は、現在知られているあらゆる形態、又は太陽光発電デバイスとして使用するのに適した将来開発される形態を有していてもよい。通常、ＰＶ積層体２６は、複数の太陽電池（ＰＶ）セル３０のアレイからなる。ガラスの積層体を複数のＰＶセル３０を覆うように設けることにより、太陽電池を外部環境から保護してもよい。幾つかの実施形態では、ＰＶセル３０は、バックコンタクト型の太陽電池セルを含んでもよく、カリフォルニア州サンノゼに本社を置くＳｕｎＰｏｗｅｒ社製のバックコンタクト型太陽電池を含む。参考にまで述べると、バックコンタクト型の太陽電池では、外部電気回路につながる配線は、太陽電池の背面側（すなわち、設置された時に太陽から遠い方に位置する面）に接続されるため、太陽光を収集する面積を増やすことができる。バックコンタクト型の太陽電池については、米国特許第５０５３０８３号及び第４９２７７７０号明細書にも開示されており、これらの内容は全て参照により本願に組み込まれる。他の種類のＰＶセルもまた、本開示の利点を損なうことなく、利用可能である。例えば、太陽電池セル３０は、シリコン薄膜、非シリコンデバイス（例えば、ＧａＡｓを含む第ＩＩＩ−Ｖ族のセル、）等の薄膜技術を取り入れることができる。図示はしていないが、幾つかの実施形態では、ＰＶデバイス２２はＰＶ積層体２６に加えて、１以上の構成要素、例えば、配線又はその他の電子部品を含んでもよい。

細かな構成は別とし、ＰＶ積層体２６は、正面３２及び外周３４（図１Ｂにおける総称の参照番号）を画定していると表現することができる。ＰＶデバイス２２に追加される構成要素（がある場合）は、通常、ＰＶ積層体２６の裏面に、又は、ＰＶ積層体２６の裏面に沿って配置される。尚、この裏面は図１Ａ及び図１Ｂでは隠れていて見えない。

ＰＶセル３０は、太陽の光を受光するために、正面３２に保持される。図１Ｂに示す例のＰＶセル３０のアレイ形態では、複数の行４０及び複数の列４２が設けられる。これらの行と列を特定する目的から、ＰＶセル３０のアレイは、ＰＶ積層体２６の第１外周端縁５０ａに直に隣接する又は最も近接する第１の行４０ａと、第２外周端縁５０ｂに直に隣接する又は最も近接する第２の行４０ｂとを含むと表現することができる。同様に、第１外周側縁５２ａに直に隣接する又は最も近接する第１の列４２ａと、第２外周側縁５２ｂに直に隣接する又は最も近接する第２の列４２ｂとを含む。図１Ｂでは、ＰＶ積層体２６及びアレイ状のＰＶセル３０が矩形状に構成されているが、他の形状も同様に使用可能である。（例えば、ＰＶ積層体２６の形状が正方形であり、端縁５０ａ、５０ｂが、側縁５２ａ、５２ｂよりも長い構成であってもよい）また、行４０及び列４２と結び付けられているＰＶセル３０の数は、図１Ａ及び図１Ｂに示されている例よりも少なくてもよいし、多くてもよい。

複数のＰＶセル３０は、それぞれ同じサイズ及び形状を有し、ＰＶ積層体に沿って均一に分布するように配置されている。その結果、ＰＶセル３０同士の間に、同一形状の均一に分布した複数の間隔が形成される。図２は、ＰＶ積層体２６の一部分をより詳細に描いたものであり、ＰＶセル３０の第１の行４０ａ及びそれに直に隣接する行４０ｃが示されている。第１の行４０ａのＰＶセル３０と、これに隣接するＰＶセルとは、列間隔６０だけ離れて位置している。例えば、第１の行４０ａは、列間隔６０ａで互いに離間して配置されている第１のＰＶセル３０ａ及び第２のＰＶセル３０ｂを含む。第１の行４０ａにおいて、第２のＰＶセル３０ｂと、第２のＰＶセル３０ｂに直接隣接する第３のＰＶセル３０ｃとの間には、同じサイズ及び形状を持つ列間隔６０ｂが設けられる。同様に、複数の列間隔６０が、残りの行４０の隣接するＰＶセル間、例えば図２に示すように、次に隣接する行４０ｃに位置する複数のＰＶセル３０間にも設けられる。さらに、行間隔６２が、ＰＶセル３０と、隣の行４０の隣接するＰＶセルとの間に設けられる。第１の行４０ａの第１のＰＶセル３０ａと、この第１のＰＶセル３０ａと直接隣接する行４０ｃにおいて直接隣接する第４のＰＶセル３０ｄとの間に設けられる第１の行間隔６２ａが、図２に示されている。行間隔６２は全て同じサイズ同じ形状であってもよく、また、列間隔６０と同じであってもよい。

列間隔６０及び行間隔６２は、均一に分布し、且つ幾つかの実施形態では同じ形状であって、その形状は、個々のＰＶセル３０の形状に応じて生成される。例えば、図２に示す例では、前方端部断片７０ａ、対向する前方側部断片７２ａ、７４ａ、対向する側部断片７６ａ、７８ａ、後方端部断片８０ａ及び対向する後方側部断面８２ａ、８４ａにより、第１のＰＶセル３０ａの外周形状が規定されている。第２のＰＶセル３０ｂも同じ形状の外周を持ち、上述した形態と同様に、図２に示す上記断片と同じ番号であってｂの添え字が付された参照番号の断片により規定されている。したがって、第１の列間隔６０ａは、第１のＰＶセル３０ａの前方側部断片７４ａと第２のＰＶセル３０ｂの前方側部断片７２ｂとの間、側部断片７８ａと側部断片７６ｂとの間、後方側部断片８４ａと後方側部断片８２ｂとの間の距離として規定される。ＰＶセル３０の八角形の形状を考えた場合は、第１の列間隔６０ａは、前方部分９０、中間部分９２及び後方部分９４を含む又はこれら部分によって規定される。図２に示す形態では、前方部分９０の幅が、前方端部断片７０ａ、７０ｂから中間部分９２に向かってテーパー状に小さくなっており、反対に、後方部分９４の幅は、中間部分９２から後方端部断片８０ａ、８０ｂに向かって大きくなっているが、これは一例に過ぎない。以下に記載するように、フレーム２４（図１Ａ参照）の特徴は、列間隔６０の形状と関係している。参考までに述べると、ＰＶセル３０は、典型的には八角形であるように描かれているが、本発明の開示の原理に応じて様々な形状を採用可能であり（例えば、正方形、長方形、円形、非対称な形状等）、セルの形状により形成される列間隔６０及び行間隔６２の形状は異なる。

上述したＰＶ積層体２６を念頭に置き、図１Ａ及び図１Ｂに戻ると、フレーム２４は、多くの場合、ＰＶ積層体２６の外周３４を囲むように構成される骨組部１００を含む。ある構造では、フレーム２４は、さらに骨組部１００から延びる１つ以上のアーム１０２を含み、以下に説明するように、ＰＶ積層体２６を設置表面に対して所望の方向に配置可能に構成されている。骨組部１００は、少なくとも、以下に説明するような１つ以上の排水構造を組み込んだ第１フレーム部材１０４を含む。図１Ｂでは、骨組部１００が４つのフレーム部材１０４−１１０を含むように描かれているが、他の様々な態様が可能である。

図３Ａは、第１フレーム部材１０４を詳細に描いたものであり、第１フレーム部材は、本体１２０、梁部１２２、肩部１２４及び間隔を空けて設けられた複数の指部１２６を含む。梁部１２２は、本体１２０から延出し、肩部１２４は、本体１２０と反対側の方向に梁部１２２から突出する。複数の指部１２６は、肩部１２４から梁部１２２と対向するように延出し、複数の間隙又は排水構造１２８を確立している。ここで、複数の指部１２６は、最終的に組み立てた時に、影ができてしまう問題を最小限にするような形状及び位置に配置される。

本体１２０は、フレーム部材１０４に構造的剛性を付与するのに適した様々な形態又は形状を持ち、ある実施形態では、図３Ｂ及び図３Ｃに示すような断面形状がＩ型梁に近い形をしている。どのような形状を持つにせよ、本体１２０は、通常、下面１３０及び外側面１３２を有する又は形成する。

梁部１２２は、外側面１３２に対して内側に、且つ下面と１３０と反対側の位置に突出している。例えば、ある態様では、梁部１２２は、外側面１３２の平面に対して概ね垂直に設けられている。梁部１２２は、以下に説明するように、ＰＶ積層体２６の一部分を受容するための支持表面１４０を形成又は確立している。

肩部１２４は、梁部１２２から上方に突出し、外側面１３２と略同一平面上に位置する。したがって、肩部１２４は、梁部１２２の支持表面１４０に対して略垂直である。このような配置において、肩部１２４は、駐止表面１５０を有する又は形成する。ある実施形態では、肩部１２４の高さ（すなわち、支持表面１４０から突出する部分の長さ）は、ＰＶ積層体２６（図１Ｂ参照）の厚みに応じて選択される。図３Ｃに最も良く示されているが、肩部１２４は、梁部の支持表面１４０と対向する上面１５２で終端し、上面１５２が間隙１２８（図３Ａ参照）に沿って露出される。したがって、駐止表面１５０の高さは、支持表面１４０と上面１５２との間の距離によって規定され、ある実施形態では、ＰＶ積層体２６の公称厚よりも僅かに小さく設定される。このような構成によれば、以下に記載するように、駐止表面１５０によって、梁部１２２に対してＰＶ積層体２６を所望に配置し保持することが可能であると同時に、ＰＶ積層体２６から液体を排出するのを明らかに妨げる構造とはなっていない。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、各指部１２６は、梁部の支持表面１４０と反対側に位置する肩部１２４から延出し、外側面１３２に対して内側に突出している。各指部１２６は、梁部支持表面１４０と共にＰＶ積層体２６（図１Ａ参照）の端部を受容するための捕捉領域１６２（図３Ｂ参照）を形成する保持表面１６０（図３Ｂ参照）を規定している。参考までに述べると、指部１２６は、肩部１２４の上面１５２から又はそれを超えて延びる延出部として形成され、上面１５２は図３Ｂに概ね示されているが、図３Ｃにより明確に図示されている。第１フレーム部材１０４が同質の一体的な部品として設けられる実施形態においては、肩部１２４の上面１５２が実質的に覆われ、複数の指部１２６に沿って存在しない。

図３Ｄに最も良く示されているように、ある態様では、複数の指部１２６は、それぞれ同一のテーパー形状を有する。例えば、複数の指部１２６はそれぞれ、ベース端１６４と遊離端１６６を有する。ベース端１６４は、肩部１２４に付着しており（又は肩部によって形成されている）、遊離端１６６は、肩部１２４と反対側に形成されている。指部１２６はそれぞれテーパー形状を有し、ベース端１６４から遊離端１６６へと伸びている。

指部が、テーパー状の三角形状を有するとして図３Ｄには示されているが、これは指部１２６の構成の一例に過ぎない。様々な形状とすることができ、対称な形であってもよいし、非対称な形であってもよい。また、複数の指部１２６がそれぞれ同一の構成を持つ場合が示されたが、別の態様では、１つ又は複数の指部１２６が、異なる形状及び／又はサイズを有してもよい。同様に、図３Ｄでは、第１フレーム部材１０４が、７つの指部１２６を有する例が示されたが、これより多い数又は少ない数の指部が設けられていてもよい。

図３Ｄに示すように、複数の指部１２６は、均等な間隔で肩部１２４に沿って設けられ、間隙１２８は等しい寸法又は長さを持つ。間隙１２８の寸法は、以下に説明するように、ＰＶセル３０（図２を参照）の配置に応じて選択される。

図４Ａは、第１フレーム部材１０４とＰＶ積層体２６との接合面を含む、最終的に組み立てられたＰＶモジュール２０の一部を示している。ＰＶ積層体２６の第１外周端縁５０ａは、第１フレーム部材１０４に載置され、指部１２６はそれぞれ、ＰＶセル３０の第１の行４０ａによって規定される列間隔６０に対応して配置される。例えば、第１指部１２６ａは、第１列間隔６０ａと並ぶように配置され、第２指部１２６ｂは、第２列間隔６０ｂと並ぶように配置され、以下、その他の指部についても同様に配置される。また、指部１２６のテーパー形状は、対応する列間隔６０の前方部分９０と関連付けられたテーパー形状に対応している。すなわち、指部１２６の略三角形状は、列間隔６０の前方部分９０の略三角形状と対応している。このような配置及び形状を選択することにより、複数の指部１２６により、ＰＶセル３０の第１の行４０ａ部分に影が形成されてしまうとしても、その影の影響を最小限に抑えることができる。

例えば、第１フレーム部材１０４が南を向くように（北半球に設置する場合。南半球に設置する場合は、北を向くように）ＰＶモジュール２０が設置面に取り付けられる場合は、太陽が沈むにつれ、より小さい角度で太陽光がＰＶモジュール２０に入射する。すなわち、日没に近づくにつれ、太陽光は、ＰＶ積層体２６の正面３２に対して平行となる関係に近づいていく。このように夕方の時間帯では、指部１２６は、正面３２対して一部、影を形成する場合がある。しかしながら、複数の指部１２６は、第１の行４０ａの列間隔６０と並べて配置され、また列間隔に応じた形状に形成されているため、指部によって形成された影が、直接ＰＶセル３０の第１の行４０ａに落ちることはなく、影の大部分が列間隔６０内に落ちるので、ＰＶセル３０が受光する太陽光量を最大限利用できる。従来のＰＶモジュールの構成と比較して、本開示のフレーム２４は、ＰＶモジュール２０が提供する地面を被覆する割合であるＧＣＲを最大限利用することができる。

ＧＣＲを最大限利用できることに加えて、第１フレーム部材１０４は、ＰＶ積層体２６の正面３２から液体を排水させるのを容易にする。１つ以上設けられた間隙１２８を通じて、正面３２から何にも邪魔されること無く、（泥や粉塵が混入した）液体を流すことができ、特に、第１フレーム部材１０４が骨組部１００のその他の部分よりも低い位置に配置される態様の場合には、重力によって間隙１２８から自然に水が排出される。図４Ｂは、複数の間隙１２８のうちの１つを横断するＰＶモジュール２０の部分断面図である。図に示すように、肩部１２４の上面１５２は、ＰＶ積層体２６の正面３２から僅かに下に又はずらした位置に設けられている。したがって、肩部１２４は、正面３２から液体が排出されるのを妨げることがない。ＰＶ積層体２６を支持する及び／又は配列させるためには、肩部の高さは、ＰＶ積層体２６の厚みの少なくとも５０％に設定される。これに替えて、肩部１２４を正面３２よりも僅かに上に配列させる又は延出させることもできる。図４Ｃは、ＰＶ積層体２６が、第１フレーム部材１０４に取り付けられている様子を、複数の指部１２６のうちの１つと共に示している。図に示すように、第１外周端縁５０ａは、梁部１２２の支持表面１４０と指部１２６の保持表面１６０との間の捕捉領域１６２に位置し、肩部１２４の駐止表面１５０は、第１外周端縁５０ａが所望の空間位置に保持している。（図示していない）接着剤を使用して、ＰＶ積層体２６と第１フレーム部材１０４とを完全に接合してもよい。

図５は、最終的な取り付け状態において、１つの指部１２６が、第１の行４０ａの列間隔６０それぞれに対応して設けられている様子を示している。第１フレーム部材１０４は、それぞれ対向するフレーム部材１０８、１１０に取り付けられた互いに反対側に位置する第１端部１７０及び第２端部１７２によって規定されていると言い換えることができる。例えば、第１端部１７０は第３側方フレーム部材１０８に取り付けられ、第２端部１７２は第４フレーム部材１１０に取り付けられている。そして、指部１２６は、第１末端指部１２６Ａ、第２末端指部１２６Ｂ及び複数の中間指部１２６Ｃを含むと言い換えることができる。第１末端指部１２６Ａは、第１端部１７０に最も近接する位置に配置され、第２末端指部１２６Ｂは、第２端部１７２に最も近接する位置に配置されている。複数の中間指部１２Ｃは、第１末端指部１２６Aと第２末端指部１２６Ｂとの間に、それぞれ等間隔で配置され（配置は、第１の行４０ａに等間隔に配置されたＰＶセル３０によって規定される）、複数の間隙１２８を確立している。このように、複数の間隙１２８により、迅速な液体の排水機構が形成される。また、複数の指部１２６が集合的にＰＶ積層体２６の第１外周端縁５０ａを保持する又は取着状態とするのに十分な表面積を提供すると同時に、指部によって影ができたとしても、ＰＶセル３０に落ちる影の影響が最小限となるように構成されている。ある実施形態では、指部１２６の数は、第１の行４０ａに位置するＰＶセル３０の数と対応しており、特に、第１の行４０ａにおいてｎ個のセル３０を持つＰＶ積層体２６の場合には、第１フレーム部材１０４は、ｎ−１個の指部１２６を有する。これらに替えて、他の形態を採用してもよい。

上述したように、ある実施形態では、ＰＶモジュール２０は、骨組部１００の他の部材よりも空間的に下に第１フレーム部材１０４を位置させることにより、ＰＶ積層体２６の正面３２から液体を自然に排水させることができる。例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示す一実施形態の場合、フレーム２４は、例えば（商業施設又は住宅の）屋上や地面など、実施的に平坦な設置面（例えば、勾配比が最大でも２：１２）に対して、ＰＶ積層体２６が傾斜又は勾配を有して配置されるよう構成されており、第１フレーム部材１０４は、骨組部１００の最下辺となる。複数のアーム１０２は、骨組部１００をある方向に向ける機能を果たし、それにより積層体２６は傾斜又は勾配を付けた方向に保持される。

平坦で水平な面Ｓと関連付けてＰＶモジュール２０を簡略的に示した図６を参照して、傾斜させた配置をさらに説明する。図６では隠れた部分となり図には示されていないが、ＰＶ積層体２６のおよその位置が、ＰＶ積層体２６の面Ｐ_ＰＶとして示されており、また、面Ｐ_ＰＶは、正面３２によって確立されている。図６に示す配置では、フレーム２４は、平坦面Ｓに対して勾配角又は傾斜角θでＰＶ積層体２６を支持する。傾斜角θは、ＰＶ積層体の面Ｐ_ＰＶと、平坦面Ｓの面との間に形成される内角として定義され得る。ある実施形態では、複数のアーム１０２（図６では、そのうちの２つが示されている）は、ＰＶモジュール２０が支持される支持面を規定しており、支持面は、平らな面Ｓに対して、（ＰＶ積層体の面Ｐ_ＰＶと支持面の平面との間の角である）傾斜角θでＰＶモジュールを支持する。ある構造では、フレーム２４は、ＰＶ積層体２６を傾斜角θで支持するように構成されている。（傾斜角θの範囲は、１°から３０°ある実施形態では、３°から７°であり、他の実施形態では５°である。）参考までに述べると、傾斜させて設置する太陽光集光設備の場合、ＰＶ積層体２６は、（北半球で設置する場合）南向き又は南方向に傾斜するように配置することが好ましい。このような典型的な設置の向きを考慮すると、第１フレーム部材１０４（総称の参照番号）を、前方フレーム部材又は南フレーム部材と呼ぶこともでき、第２フレーム部材１０６（総称の参照番号）を後方フレーム部材又は北フレーム部材と呼ぶこともできる。他の実施形態では、フレーム２４は、平坦面Ｓに対して概して平行にＰＶ積層体２６を保持するよう構成してもよい。また、傾斜させる配置を、アーム１０２以外の他の１以上の要素によって実現してもよい。本開示による他の構造では、１以上のアーム１０２を変更してもよいし、省略してもよい。

図１Ａ及び１Ｂに示すように、骨組部１００は、所望の傾斜角θ（図６を参照のこと）で取り付けられ、ＰＶ積層体２６の外周３４の周囲を囲むのに適した様々な形状を取り得る。ある実施形態では、フレーム部材１０４−１１０は、個別に形成された後、組み立てられて、ＰＶ積層体２６に取り付けられて、最終的には一体的な構造となる。これに代えて、別の製造方法及び／又は構成要素を利用してもよく、図１Ａ及び図１Ｂに示した骨組部１００に限定されるものではない。

ある実施形態では、上述の第１フレーム部材１０４の構造を、第１フレーム部材１０４をプラスチック成形することにより形成する。射出プラスチック成形のようなプラスチック成形によって形成されるフレーム部材１０４では、金属押し出し成形のような、二次元の断面積について一定の制限を受けない。したがって、従来の押し出し成形アルミフレームと比較して、第１フレーム部材１０４は、より頑丈な設計を採用することができる（例えば、上述のようにＩ型梁の設計）。また、第１フレーム部材１０４をプラスチック成形された部品として形成することにより、複数の指部１２６を形成するために二次的な工程を行う必要がない。すなわち、複数の指部１２６／間隙１２８のような構造を形成するために機械的切断加工が必要な従来の押し出し成形アルミフレームとは異なり、本開示の態様によれば、第１フレーム部材１０４は、梁部１２２、肩部１２４及ぶ複数の指部１２６が一体形成されたプラスチック成形部品であるので、第１フレーム部材１０４を、更なる工程／支出なしに大量生産ベースで短時間に製造することができる。また、ある実施形態では、フレーム部材１０４−１１０のそれぞれは、射出成形によって形成されたプラスチック部品である。また、他の実施形態では、フレーム２４全体を、ポリフェニレンオキサイド重合体／ポリスチレンのブレンド（ＰＰＯ／ＰＳ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）射出成形により成形したプラスチックで構成してもよい。本発明の原理に係る構造では、プラスチック又はポリマーの構成については特に限定されない。

上記の実施形態では、排水構造が第１フレーム部材１０４の一部として設けられている例を示したが、他の選択肢として、同様な排水型の構造を１以上の残りのフレーム部材１０６−１１０に設けてもよい。例えば、上述したように行間隔６２と並ぶように間隔を空けて設けられた同一の大きさ及び形状を有する複数の指部が、第１列４２ａに沿って第３フレーム部材１０８に備えられていてもよい。同様に、上述のような間隔を空けて設けられた複数の指部が形成された、又はこれら指部を有するフレーム部材１０４−１１０を含めて、他の選択的な構造を設けてもよい。

本開示が、好ましい実施形態を参照して説明されたが、本開示範囲及び精神から逸脱することなく、形及び詳細事項についてあらゆる変更が可能であることは、当業者にとって明らかである。

Claims (20)

1. 外周及び正面を持ち前記正面に複数の太陽電池セルを保持する太陽光発電積層体を有し、前記複数の太陽電池セルは、前記太陽光発電積層体の第１外周端縁に直に隣接する第１の行を含む複数の行に配列されており、前記第１の行の前記複数の太陽電池セルの互いに隣接する前記太陽電池セルのそれぞれが、列間隔で互いに離間して配置されている太陽光発電デバイスと、
   梁部、及び、互いに離間して設けられ、前記梁部と接続されており、前記梁部から延出する複数の指部を含む第１フレーム部材を有し、前記太陽光発電積層体に取り付けられ前記太陽光発電積層体を保持するフレームと
   を備え、
   最終的な取り付け時には、前記第１外周端縁が、前記梁部と前記複数の指部との間に嵌装され、前記複数の指部のうちの１つが、前記第１の行の前記列間隔の１つと並べられる太陽光発電モジュール。
2. 前記複数の指部のうちの少なくとも２つがそれぞれ、前記第１の行の前記列間隔のうちの２つと並べられる請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
3. 前記複数の指部の全てが、前記第１の行の対応する前記列間隔と並ぶ請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
4. 前記複数の指部はそれぞれ、前記梁部と接続されたベース端及び前記ベース端に対向する遊離端を含み、前記複数の指部はそれぞれ、前記ベース端から前記遊離端に向かって幅が細くなるテーパー形状を有する請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
5. 前記第１の行は、第２の太陽電池セルに隣接する第１の太陽電池セルを含み、
   前記第１の太陽電池セル及び前記第２の太陽電池セルにより、対応する前記列間隔の形状の前方部分が規定され、
   前記前方部分は、前記第１外周端縁に直に隣接し、
   前記複数の指部のうち少なくとも１つの形状は、前記前方部分の形状に対応している請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
6. 前記フレームはさらに、前記太陽光発電積層体の互いに対向する外周側縁にそれぞれ取り付けられる第２フレーム部材及び第３フレーム部材を有し、
   前記第１フレーム部材は、前記第２フレーム部材に取り付けられる第１端部と、前記第１端部に対向し前記第３フレーム部材に取り付けられる第２端部とを含み、
   前記複数の指部は、前記第１端部と前記第２端部との間にそれぞれ等間隔で設けられる請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
7. 前記太陽電池セルの前記第１の行は、ｎ個の太陽電池セルを含み、前記複数の指部は、ｎ−１個の指部を含む請求項６に記載の太陽光発電モジュール。
8. 前記第１フレーム部材は、前記複数の指部と前記梁部とを相互接続する肩部をさらに含む請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
9. 前記肩部は、前記複数の指部の隣接する２つ指部の間に規定される間隙に沿って延在している請求項８に記載の太陽光発電モジュール。
10. 前記肩部は、少なくとも前記間隙に沿った範囲において、前記太陽光発電積層体の厚みの少なくとも半分である高さを持つ請求項９に記載の太陽光発電モジュール。
11. 前記肩部は、少なくとも前記間隙に沿った範囲において、前記太陽光発電積層体の厚みとほぼ等しい高さを持つ請求項１０に記載の太陽光発電モジュール。
12. 前記複数の指部は、前記第１フレーム部材の第１端部に隣接する第１末端指部と、前記第１端部と反対側の前記第１フレーム部材の第２端部に隣接する第２末端指部と、前記第１末端指部と前記第２末端指部との間に設けられた複数の中間指部とを含み、
    前記第１及び第２末端指部と前記複数の中間指部とが、複数の間隙を形成し、
    前記肩部が、前記複数の間隙のそれぞれに沿った範囲において、均一な高さで前記梁部から延出している請求項９に記載の太陽光発電モジュール。
13. 前記第１フレーム部材は、全体がプラスチックにより形成されている請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
14. 前記フレームは、全体がプラスチックにより形成されている請求項１３に記載の太陽光発電モジュール。
15. 前記複数の太陽電池セルは、前記太陽光発電積層体の第１外周側縁に直に隣接し前記第１外周端縁と垂直な方向に形成される第１の列を含む複数の列にさらに配置され、
    前記第１の列の前記太陽電池セルの互いに隣接する前記太陽電池セルのそれぞれが、行間隔で互いに離間して配置されており、
    前記フレームは、梁部、及び、互いに離間して設けられ、前記梁部と接続されており、前記梁部から延出する複数の指部を含む第２のフレーム部材をさらに有し、
    最終的な取り付け時には、前記第１外周側縁が、前記第２のフレーム部材の前記梁部と前記複数の指部との間に嵌装され、前記第２のフレーム部材の前記複数の指部のそれぞれが、前記第１の列の対応する前記行間隔と並べられる請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
16. 太陽光発電モジュールを形成する方法であって、
    外周及び正面を持ち、前記正面に複数の太陽電池セルを保持する太陽光発電積層体を有し、前記複数の太陽電池セルは、前記太陽光発電積層体の第１外周端縁に直に隣接する第１の行を含む複数の行に配列されている太陽光発電デバイスを提供する工程と、
    梁部、及び、互いに離間して設けられ前記梁部と接続されており前記梁部から延出する複数の指部を有するように第１フレーム部材をプラスチックから成形する工程と、
    前記第１外周端縁を前記梁部と前記複数の指部との間に挿嵌する工程を有する、前記太陽光発電積層体を前記フレームに取り付ける工程と
    を備える方法。
17. 前記第１の行の前記複数の太陽電池セルの互いに隣接する太陽電池セルのそれぞれが、列間隔で互いに離間して配置され、
    前記太陽光発電積層体を前記フレームに取り付ける工程は、前記複数の指部のうちの１つを、前記第１の行の前記列間隔のうちの１つと並べる工程を有する請求項１６に記載の方法。
18. 前記第１フレーム部材を成形する工程は、前記第１フレーム部材を射出成形する工程を有する請求項１６に記載の方法。
19. 前記第１フレーム部材を成形する工程は、前記第１フレーム部材の第１端部に隣接する第１末端指部、前記第１端部と反対側の前記第１フレーム部材の第２端部に隣接する第２末端指部、及び前記第１末端指部と前記第２末端指部との間に設けられた複数の中間指部とを含み、前記複数の中間指部が、前記第１末端指部と前記第２末端指部との間に等間隔で配置されるように前記第１フレーム部材を形成する工程を有する請求項１６に記載の方法。
20. 前記太陽光発電積層体を前記フレームに取り付ける工程は、前記列間隔のそれぞれと、前記複数の指部の対応する指部とを並べる工程を有する請求項１６に記載の方法。

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