JP2012089691A - 支持部材および太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱変形の影響を軽減し、モジュールとの接着部の信頼性を向上する支持部材を得ること。
【解決手段】太陽電池モジュール１００の裏面に接着される長尺状のバックレール１０であって、間隔を隔てて設けられた太陽電池モジュール１００との接着面１２と、接着面１２の各々から立ち上がる立ち上がり面１４と、立ち上がり面１４の間に架け渡された連結面１３とを備えた本体部１１を有し、接着面１２には、間欠的に配される複数の切り欠き２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールを裏面にて支持する支持部材および太陽光発電装置に関する。

太陽電池モジュールを裏面から支持することに関する技術として、例えば、特許文献１に記載された発明がある。特許文献１に開示される発明は、太陽電池モジュールのたわみが最小となるようにモジュールの長手方向の４９〜６６％の位置の裏面で架台に固定することで、軽量・高強度で耐候性、放熱性が良い支持構造を提案している。この支持構造では、ＡＢＳ樹脂からなる架台固定用の長方形の支持体に、ポリウレタン系の接着剤でモジュールを取り付けている。また、モジュールの外周は耐候性合成樹脂で封止されている。

特開昭６３−１４３８７９号公報

太陽電池モジュールの裏面側にレール状の支持部材（バックレール、バックバー）を装着して太陽電池モジュールを支持する構造では、昼夜や年間での温度差が大きいと、太陽電池モジュールの表面側に配置される基材としてのガラスや裏面側の部材とバックレールとの材料の熱膨脹率の違いから接着部に応力が発生する。特に、夏場の直射光に晒されて太陽電池モジュールの温度が上昇すると（一例として８５℃以上）、モジュール等が変形する。その結果、バックレールを装着するために用いた接着剤に繰り返し応力が掛かり、樹脂の劣化が促進されるといった問題が発生し、接着部が破損するなど信頼性が著しく低下する原因となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱変形の影響を軽減し、モジュールとの接着部の信頼性を向上する支持部材を得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、本発明は、太陽電池モジュールの裏面に接着される長尺状の支持部材であって、間隔を隔てて設けられた太陽電池モジュールとの接着面と、該接着面の各々から立ち上がる立ち上がり面と、立ち上がり面の間に架け渡された連結面とを備えた本体部を有し、接着面には、間欠的に配される複数の切り欠きが形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、バックレール自体が変形して応力を吸収するため、バックレールの接着部に掛かる応力が軽減され、バックレールを装着するための接着剤の熱応力による劣化を抑制し、信頼性の高い支持部材を提供できるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる支持部材の実施の形態としてのバックレールを装着した太陽電池モジュールを模式的に示す図である。 図２は、加熱によって変形したバックレールの長手方向の位置と変形量との関係を示す図である。 図３は、バックレールの製造手順を示す工程図である。 図４は、バックレールを用いた太陽電池モジュールを平面に設置する太陽光発電装置の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる支持部材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．
図１は、本発明にかかる支持部材の実施の形態としてのバックレールを装着した太陽電池モジュールを模式的に示す図である。図１では、太陽電池モジュール１００の受光面は下を向いている。バックレール１０は、耐候性を有する樹脂性接着剤４によって太陽電池モジュール１００の裏面（受光面の反対側の面）に接着されている。なお、図１では、封止材７や裏面保護部材８、バックレール１０の一部を不図示として太陽電池モジュール１００の内部の構成を可視化している。バックレール１０は、間隔を隔てて二つ設けられた太陽電池モジュール１００との接着面１２と、接着面１２の各々から立ち上がる立ち上がり面１４と、二つの立ち上がり面１４の間に架け渡された連結面１３とを備えた断面ハット形の本体部１１を有している。本体部１１は、太陽電池モジュール１００の基材５よりも熱伝導係数の高い金属で形成されている。接着面１２は立ち上がり面１４まで達する複数の切り欠き２によって分断されており、分断された接着面１２の各々は連結面１３を介して繋がっている。なお、図示は省略するが、連結面１３には架台への取り付けのために用いる構造（ネジ穴や共締め用の穴など）が形成されている。

太陽電池モジュール１００の基材５としては、主にガラスが用いられる。太陽電池モジュール１００は、基材５としてのガラスが表面に配置され、太陽光がガラス側から入射する構造が一般的である。このガラスの裏面側には薄板や薄膜などの半導体材料からなる太陽電池セル６が配設されており、太陽電池セル６の上は封止材７を介して裏面保護部材８によって覆われて封止されている。裏面保護部材８としては、水分が透過しにくくなるように積層された樹脂（ＰＥＴ／アルミ箔／ＰＥＴやＰＥＴ／ＳｉＯＮ蒸着ＰＥＴなど）で形成されたバックシートや、ガラス材料などが用いられる。太陽電池モジュール１００の外周には、金属製のフレーム５０が装着されており、モジュールの側面を封止している。

バックレール１０の材料としては、アルミニウムやその合金、亜鉛めっき鋼板、ステンレスなどの金属が適している。また、樹脂性接着剤４の材料としては、太陽電池モジュール１００のガラスや裏面保護部材８とバックレール１０との熱膨脹係数の差による応力を緩和できるホットメルトタイプの湿気硬化樹脂が望ましい。但し、樹脂性接着剤４は、特定の材質に限定されることはない。

バックレール１０が接着された太陽電池モジュール１００が太陽光によって加熱されて定常状態になった場合、相対的に熱膨脹係数が大きいバックレール１０の方が太陽電池モジュール１００よりも大きく伸びた状態となる。このため、太陽電池モジュール１００の表面側に位置する基材５としてのガラス側に圧縮応力が作用することになる。図２は、加熱によって変形したバックレールの長手方向の位置と変形量との関係を示す図である。接着面１２に作用する応力は一様であるため、変形した場合の曲率は一定となる。図２（Ａ）は、本実施の形態に係るバックレール１０の長手方向の位置と変形量との関係を示す。バックレール１０の接着面１２を含む一部を分断する（太陽電池モジュール１００との接着面１２側の剛性が低くなるように切り欠き２を設ける）ことでバックレール１０全体の変形を抑制することが可能となる。これにより、樹脂性接着剤４に作用する応力を小さくできる。本実施の形態ではバックレール１０の二つの接着面１２に２ヶ所ずつ切り欠き２を設けているが、切り欠き２の数はこれに限定されることはない。また、切り欠き２の形状も図示した形状に限定されるわけではない。一方、図２（Ｂ）は、何ら工夫を施していないバックレールの長手方向の位置と変形量との関係を示す。切り欠きを備えないバックレールが接着された太陽電池モジュールは、バックレールの熱膨張に伴って長手方向の中央近傍が大きく変形するため、樹脂性接着剤に作用する応力が大きくなってしまう。

なお、図２（Ａ）に示したように、切り欠き２の先端部分に丸穴加工を施すなどして切り欠き２に尖った部分が存在しないようにすることで、バックレール１０が変形する際に応力集中が発生することを防止できる。これにより、繰り返し応力によって切り欠き２が進展し、バックレール１０が破断することを防止できる。この場合、丸穴の径を切り欠き２の幅よりも大きくすることで、応力集中係数を小さくして亀裂進展防止効果を高めることができる。また、丸穴の径を切り欠き２の幅と同じか若干大きくすることで、加工の容易性を高めることができる。

バックレール１０の本体部１１には、複数の冷却フィン３が設置されている。バックレール１０に冷却フィン３を設けることで、バックレール１０の表面積を拡大して放熱量を増大させ、樹脂性接着剤４の温度上昇を抑制する。これにより、樹脂性接着剤４の変質が防止されるため、接着部の信頼性を向上できる。また、太陽電池モジュール１００全体の温度上昇を抑制して変形量を抑え、樹脂性接着剤４に作用する熱応力を低減できる。特に、裏面保護部材８に硬質なガラス材料などを用いた場合には、バックレール１０との熱膨脹係数の差が大きいため温度上昇による樹脂性接着剤４の接着力低下や劣化が顕著となるが、本実施の形態に係る支持部材によれば、接着力低下を防止して信頼性を向上させることができる。すなわち、放熱フィン３でバックレール１０が冷却されるため、太陽電池モジュール１００の温度上昇が抑制され、樹脂性接着剤４に作用する応力が軽減される。

図３は、バックレール１０の製造手順を示す工程図である。まず、バックレール１０の材料として、亜鉛めっき鋼板などの素板（成形用に適宜の大きさに切断した金属板）１を用意する（図３（ａ））。そして、応力緩和用の切り欠き２となる部分を素板１から除去する（図３（ｂ））。その後、切り欠き２を形成した素板１をプレス加工して、山折り／谷折りを施す。これにより、接着面１２、接着面１２とは段違いで略平行な連結面１３、及びこれらを接続する立ち上がり面１４を備えたバックレール１０の本体部１１となる断面ハット形の構造体が形成される（図３（ｃ））。その後、この断面ハット形の本体部１１の両側に冷却フィン３を所定個数溶着する（図３（ｄ））。以上の工程により、バックレール１０が製造される。

本体部１１を断面ハット形とすることにより、冷却フィン３の２辺を本体部１１で支持することが可能となり、冷却フィン３の取付強度を高めることができる。また、本体部１１の両側に冷却フィン３を溶着できるため、表面積の拡大幅を増やし、放熱性を高めることができる。以上の工程により、図１に示した太陽電池モジュール１００に装着されるバックレール１０が製造される。素板１をプレス加工してバックレール１０の本体部１１を形成することにより、バックレール１０の製造コストの低減を図れる。

冷却フィン３は、バックレール１０の本体部１１と同種の金属材料を用いて一体化されることが望ましいが、バックレール１０の本体部１１とは異種の金属材料を用いてバックレール１０に接合されても良い。異種の金属材料を用いる場合には、冷却フィン３の方が本体部１１よりも卑となる（イオン化傾向が高くなる）ように材料を選定することで、冷却フィン３を犠牲陽極として作用させバックレール１０の耐久性を向上させることができる。冷却フィン３の材料としては、熱伝導性の点ではアルミニウムやこれを主成分とする合金を用いることが好ましい。冷却フィン３とバックレール１０の本体部１１とを同種の金属材料とする場合には、冷却フィン３と本体部１１とを一体成形することも可能である。なお、バックレール１０が本体部１１のみで十分な放熱性を備えるのであれば、冷却フィン３を必ずしも設けなくても良い。

バックレール１０を太陽電池モジュール１００に接着する場合は、樹脂性接着剤４（例えば、ホットメルトタイプ湿気硬化樹脂）をバックレール１０の接着面に塗布し、直ちに裏面保護部材８の所定の位置に押し付けることで接着できる。

図４は、バックレール１０を用いた太陽電池モジュール１００を平面に設置する太陽光発電装置の一例を示す図である。地面などの平面に施工した基礎ブロック３０上に組み上げた架台フレーム４０を用意し、架台フレーム４０に対して太陽電池モジュール１００の裏面に接着したバックレール１０の連結面１３を、例えばボルト及びナットを用いて固定する。架台２００を並べ、架台フレーム４０を延長することで、太陽電池モジュール１００を縦横に配列できる。太陽電池モジュール１００の裏面の空間を空気が流れるように十分広く確保することで、太陽電池モジュール１００の温度が上昇することを、バックレール１０に設けた冷却フィン３の働きによって抑制できる。また、基礎ブロック３０は鉄筋入りセメントで、架台フレーム４０はアルミ合金で作成できる。なお、図４では理解を容易とするためにバックレール１０を太陽電池モジュール１００の幅よりも長く示しているが、バックレール１０が太陽電池モジュール１００の幅よりも短くても良い。

このように、本実施の形態に掛かるバックレール１０は、太陽電池モジュール１００への接着に用いた樹脂性接着剤４の熱応力による劣化を抑制するため、バックレール１０を接着した太陽電池モジュール１００の長期使用が可能となる。また、このような支持部材で太陽電池モジュールを支持することにより長期信頼性に優れた太陽光発電装置を実現できる。

上記の実施の形態では、バックレール１０の本体部の断面がハット形である場合を例としたが、これに限定されることはなく、バックレール１０の本体部の断面はＺ形、Ｃ形などであってもよい。このような断面形状とすることにより、バックレール１０の剛性の向上と軽量化とを両立できる。

以上のように、本発明にかかる支持部材は、太陽電池モジュールとの接着面における応力を低減できる点で有用であり、特に、昼夜や年間での温度差が大きい場所において太陽電池モジュールを支持するのに適している。またこのような支持部材を使用するので信頼性の高い太陽光発電装置となる。

１ 素板
２ 切り欠き
３ 冷却フィン
４ 樹脂性接着剤
５ 基材
６ 太陽電池セル
７ 封止材
８ 裏面保護部材
１０ バックレール
１１ 本体部
１２ 接着面
１３ 連結面
１４ 立ち上がり面
３０ 基礎ブロック
４０ 架台フレーム
５０ フレーム
１００ 太陽電池モジュール
２００ 架台

Claims (7)

1. 太陽電池モジュールの裏面に接着される長尺状の支持部材であって、
   間隔を隔てて設けられた前記太陽電池モジュールとの接着面と、該接着面の各々から立ち上がる立ち上がり面と、前記立ち上がり面の間に架け渡された連結面とを備えた本体部を有し、
   前記接着面には、間欠的に配される複数の切り欠きが形成されていることを特徴とする支持部材。
2. 前記切り欠きは、前記立ち上がり面まで到達していることを特徴とする請求項１記載の支持部材。
3. 前記本体部は、前記太陽電池モジュールの基材よりも熱膨張係数の大きい材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の支持部材。
4. 前記切り欠きの先端部が丸め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項記載の支持部材。
5. 前記太陽電池モジュールから受熱した熱を放熱する複数のフィンが前記本体部に間欠的に設置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の支持部材。
6. 前記連結面が、太陽電池モジュールを支持する架台に接合されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の支持部材。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の支持部材に太陽電池モジュールが支持されたことを特徴とする太陽光発電装置。

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