JP2012508966A - 太陽電池アレイ周辺アセンブリのためのフレキシブル風向偏向部材 - Google Patents

Abstract

太陽電池（ＰＶ）アレイは、相互接続された複数のＰＶモジュール（１０１）を含む。ＰＶアレイ周辺アセンブリは、ＰＶアレイの周囲に沿って配置され、アレイの水平方向の動きを制限してもよい。風に対する性能を高めるため、ＰＶアレイ周辺アセンブリは、ＰＶアレイの下を風が通過するのを防ぐフレキシブル風向偏向部材（１１５）が予め固定して取り付けられる縁部材（１１３）を含んでもよい。フレキシブル風向偏向部材は、可撓性を有する膜で形成され、ＰＶアレイから水を排水するのを可能とする水抜き穴（１１４）を有してもよい。縁部材（１１３）は、必ずしも、屋根の上面に固定して取り付けられる必要はなく、アレイが動くことを防ぐバラストを含んでもよい。本発明の実施形態は、平坦な屋根に設置されるＰＶアレイに採用できるが、平坦でない屋根表面に使用される場合に特に有用である。
【選択図】図２

Description

本発明は、概して、太陽電池に関し、これに限定するわけではないが、特に、太陽電池を設置するための方法及び装置に関する。

太陽電池は、「光電池」とも称され、太陽放射を電気エネルギーに変換するデバイスとして広く知られている。太陽電池は、複数の太陽電池が相互接続されたものを含む太陽電池モジュール（ＰＶモジュール）にパッケージ化される場合がある。太陽電池設備は、複数の相互接続されたＰＶモジュールを含むＰＶアレイを含む場合がある。ＰＶアレイは、例えば、当該アレイを囲む周辺アセンブリと共に、屋根に設置される場合がある。

本発明の実施形態は、相対的に高い風荷重に耐えることのできるＰＶアレイの周辺アセンブリを提供する。

一実施形態では、太陽電池（ＰＶ）アレイは、相互接続された複数のＰＶモジュールを含む。ＰＶアレイ周辺アセンブリは、ＰＶアレイの周囲に沿って配置され、アレイの水平方向の動きを制限してもよい。風に対する性能を高めるため、ＰＶアレイ周辺アセンブリは、ＰＶアレイの下を風が通過するのを防ぐフレキシブル風向偏向部材が予め固定して取り付けられる縁部材を含んでもよい。フレキシブル風向偏向部材は、可撓性を有する膜で形成され、ＰＶアレイから水を排水するのを可能とする水抜き穴を有してもよい。縁部材は、必ずしも、屋根の上面に固定して取り付けられる必要はなく、アレイが動いてしまうことを防ぐバラストを含んでもよい。本発明の実施形態は、平坦な屋根に設置されるＰＶアレイに採用できるが、平坦でない屋根表面に使用される場合に特に有用である。

本発明のこれら及びその他の特徴は、添付の特許請求の範囲及び添付の図面を含む本開示全体を読むことにより、当業者により良く理解される。異なる図面間で使用されている同一の参照番号は、同一の要素又は同様な要素を示している。

本発明の一実施に係るＰＶアレイを示した図である。 本発明の一実施形態に係る、図１のＰＶアレイにおける太陽電池モジュールを示した図である。 図２の太陽電池モジュール及び縁部材のもう一つの図面である。 本発明の一実施形態に係る縁部材アセンブリの分解図である。 図４の縁部材アセンブリのもう一つの図面である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル風向偏向部材を示した図である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル風向偏向部材を示したもう一つの図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池アレイの一部を示した図である。 本発明の一実施形態に係る、図８の縁部材アセンブリの、縁部材の内部に位置するバラストを示した図である。 様々な縁部材配置の太陽電池周辺アセンブリの風洞試験を行った結果を示した図である。

本開示では、装置、構成要素及び方法の例のような様々な詳細事項が記載されるが、これらは、本発明の実施形態をより良く理解するために提供されている。一つ又は複数のこれら詳細事項がなくとも本発明を実施可能であることは、当業者であれば理解できる。また、本発明の側面を曖昧にしない目的から、周知の詳細事項についての記載及び図示を省略している。

風荷重は、屋根に設置されるＰＶモジュールには、大きな問題である。特に、ＰＶモジュールの下側を通過する風は、ＰＶモジュールの上部と下部の間に差圧を生じさせる。風が非常に強い場合、生じた差圧でＰＶモジュールが持ち上げられ、ＰＶアレイから外れてしまう可能性がある。この場合、ＰＶモジュールは屋根から外れて風に吹き飛ばされてしまい、別のＰＶモジュールを破損させてしまったり、最悪の場合には、人間の身体を傷つけたり、死亡事故につながってしまう危険性もある。本発明は、ＰＶモジュールを水平面に保持するだけではなく、ＰＶモジュールが風によって持ち上げられてしまうのを防ぐフレキシブル風向偏向部材を提供する新規なＰＶアレイ周辺アセンブリを提供する。新規なＰＶアレイ周辺アセンブリは、また、排水のための備えを含み、野外での設置を容易にするために縁部に予め取り付けられていてもよい。

図１は、本発明の一実施に係るＰＶアレイ１００を示した図である。ＰＶアレイ１００は、ＰＶアレイ周辺アセンブリ１１０に囲まれ、屋根に取り付けられた複数のＰＶモジュール１０１を含んでもよい。ＰＶアレイ周辺アセンブリ１１０は、必ずしも屋根に結び付けられている又は固定されるように取り付けられていなくてもよい。例えば、ＰＶアレイ周辺アセンブリ１１０は、通常動作の設置状態で、単純に屋根に載せただけであってもよい。

ＰＶモジュール１０１の各々は、複数の相互接続された太陽電池セルを含む。ＰＶアレイ周辺アセンブリ１１０は、ＰＶモジュール１０１の横方向の動きを制限する。図１の例においては、ＰＶアレイ周辺アセンブリ１１０は、複数の縁部材１１３及び複数の縁角部ピース１１２を含む。縁部材１１３は、モジュール１０１の周囲を囲む一段高くなった障壁を提供し、モジュール１０１が水平方向に分離してしまうのを防ぐと同時に、風に対するアレイの性能を高めている。縁角部ピース１１２により、複数の縁部材１１３が接続されて、矩形の周辺アセンブリを形成している。図示された以外の形及び構成の周辺アセンブリを形成するのに、異なる形状の角部ピースを使用してもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係るＰＶアレイ１００における、縁部材１１３及びＰＶモジュール１０１を示している。縁部材１１３は、１つの材料（例えば、アルミニウム‐亜鉛被覆鋼）を４つの壁部が形成されるように折り畳んで形成されており、上部１５１、下部１５２、背面部１５３及び正面部１５４を含む。野外で設置された状態では、上部１５１は空の方向に向けられ、下部１５２は屋根上面に向けられ、背面部１５３はモジュール１０１の方向に向けられ、正面部１５４はモジュール１０１と反対方向に向けられる。一実施形態では、上部１５１は、背面部１５３の上縁から正面部１５４の上縁に向かって、例えば、下部１５２と平行な水平面に対して、約５°〜１０°の角度で傾斜している。これ以外の別の縁形状の構成を使用してもよく、下部、背面部、及び傾斜面が外側を向いている対角面部を有する三角形の形状であってもよい。

複数の水抜き穴１１４が正面部１５４に設けられ、それぞれが対応する背面部１５３の複数の水抜き穴１１４（図４参照）及びフレキシブル風向偏向部材１１５（図４参照）の複数の水抜き穴１２１と一列に並んで配置されている。水抜き穴１１４及び１２１は、アレイの角部から、水を排水するように構成されている。

フレキシブル風向偏向部材１１５は、ネオプレンのシートのような柔軟性のある膜で形成されていることから、フレキシブル風向偏向部材と称している。図２の例では、風向偏向部材１１５は、正面部１５４を超えて、屋根上部に敷設可能なように延出されており、また、下部１５２に接触し且つ背面部１５３と接触するように折り曲げられている。風向偏向部材１１５を正面部１５４を超えて延出させることにより、設置が正常に行われ、風向偏向部材１１５が正しい位置に設置されたかを仮想的に調べることが可能となる。

太陽電池モジュール１０１は、隔離碍子１１６によって支持されており、隔離碍子は太陽電池タイル１１７によって支持されている。太陽電池タイル１１７は、別の太陽電池タイル１１７と相互に連結して他の太陽電池モジュール１０１を支持し、それによって複数の太陽電池モジュール１０１が一体的に保持されている。太陽電池タイル１１７は、縁部材１１３の背面部１５３に接触するように配置される。太陽電池タイル１１７及び隔離碍子１１６は、カリフォルニア州、サンノゼに本社を置くＳｕｎｐｏｗｅｒ社の、ＰｏｗｅｒＧｕａｒｄ（登録商標）連結可能屋根瓦のような、市場で入手可能な太陽電池の屋根への取り付け部品を含んでもよい。

図３は、本発明の別の実施形態に係るＰＶアレイ１００における縁部材１１３及びＰＶモジュール１０１のもう１つの図面である。図３には、太陽電池タイル１１７及び隔離碍子１１６も描かれている。図３に示すように、フレキシブル風向偏向部材１１５は、下部１５２から、縁部材１１３の角１１９を回り込んで背面部１５３に渡って折り曲げられている。フレキシブル風向偏向部材１１５は、屋根の輪郭を覆い、縁部材１１３と屋根表面との間の隙間を埋めている。風向偏向部材１１５は、背面部１５３において、隆起（１１８参照）していてもよい。縁部材１１３が屋根上面に載っている状態では、下部１５３と風向偏向部材１１５との間を通過する風は、風向偏向部材１１５の下部１５３上に位置する部分によりブロックされる。縁部材１１３を、平坦でない屋根の上面に設置することもできる。ＰＶ周辺アセンブリは、屋根上面に固定するように取り付けずに、屋根上面に置くようにしてもよい。バラスト１３１（図８参照）を、縁部材１１３の中に設けることにより、ＰＶ周辺アセンブリを屋根上面に安定させて載置するようにしてもよい。

図４は、本発明の一実施形態に係る縁部材アセンブリ１２０の分解図である。縁部材アセンブリ１２０は、縁部材１１３及びフレキシブル風向偏向部材１１５を含んでもよい。図４の例では、フレキシブル風向偏向部材１１５は、鋲、ねじ、又はその他の固定手段によって背面部１５３に固定されるように取り付けられる。これにより、縁部材１１３及びフレキシブル風向偏向部材１１５を１つのアセンブリとして輸送することが可能になり、輸送、在庫管理及び設置が容易となる。縁部材１１３の内部にバラストやその他の部品を配置可能とするために、上部１５１は開放可能となっている。通常の動作時には、上部１５１は、折り畳まれて、正面部１５４上で閉じた状態とされる。風向偏向部材１１５は、背面部１５２上に折り畳まれ、屋根の上面に載った状態で配置される。

風向偏向部材１１５は、複数の水抜き穴１２１を含み、縁部材１１３の対応する水抜き穴１１４から水を排出することができるようになっている。図４の例では、縁部材１１３を太陽電池タイルに取り付ける発泡体のねじ（図示せず）のための穴１２３、１２２が、風向偏向部材１１５に設けられている。縁部材１１３本体の内部から、発泡体で形成された太陽電池タイルの裏板へと入る。

図５は、縁部材アセンブリ１２０のもう１つの図であり、正面部１５４及び背面部１５３に設けられた水抜き穴１１４を示す。上述したように、風向偏向部材１１５は、対応する複数の水抜き穴１２１（図４参照）を含み、ＰＶアレイから水が排水されるようになっている。

図６及び図７は、フレキシブル風向偏向部材１１５を示した別の図面であり、水抜き穴１２１、１２２及び１２３が示されている。一実施形態において、水抜き穴１２１は、四半楕円形状をしており、このような形状にすることにより、製造を容易にし、排水性も良好であって（地面に近い下側ほど断面積が広くなっていて、水が流れる部分が広くなっている）、縁部材１１３を通過する風に対して問題を起こしにくくなっている。水抜き穴１２１、及び縁部材１１３に設けられた対応する水抜き穴１１４は、本発明の利点を損なわない範囲において、別の形状であってもよい。

図８は、本発明の一実施形態に係るＰＶアレイ１００Ａの一部を示した図である。ＰＶアレイ１００Ａは、図１のＰＶアレイ１００の特定の実施形態である。図８には全体が示されていないが、実際には、複数の縁部材１１３が、複数のモジュール１０１の周囲を囲んでおり、また、ＰＶアレイ１００Ａが必ずしも長方形である必要はなく、図８に示された形態を拡張したものであってもよい。例えば、更なるモジュール１０１、縁部材１１３及び縁角部ピース１１２を、図示されたＰＶアレイ１００Ａに追加してもよい。

図８の例では、縁部材１１３は、バラスト１３１を含む。バラスト１３１は、ＰＶ周辺アセンブリを安定させるべく、コンクリートブロック／シンダーブロック敷石のような、重い部材を含んでもよい。図９には、縁部材アセンブリ１２０の縁部材１１３内に位置するバラスト１３１が示されており、縁部材アセンブリ１２０は、縁部材１１３及びフレキシブル風向偏向部材１１５を含む。

図１０には、様々な縁部材配置のＰＶ周辺アセンブリの風洞試験を行った結果が示されている。風洞試験は、実寸大の縁部材を屋根の表面に（固定するべく貼り付けることなく）置いた状態で行われた。屋根は、合板で形成されており、ＰＶモジュールを支持する太陽電池タイルと屋根の表面との間に適切な摩擦係数が得られるように、表面にニスが塗装されている。屋根の表面は、一見、完全に平坦であるように見えるが、合板に存在する欠陥等により、縁部材の下に隙間が発生する場合がある。

棒グラフ３２１及び３２２は、それぞれ、１回目及び２回目の試験結果を表し、縁部材の下に隙間が存在しない場合であって、屋根の周囲を覆うように実寸の縁部材をテープで貼り付けて風洞試験を行った結果である。１回目の試験で発生した揚力は、０．４２ｌｂであり、２回目の試験で発生した揚力は、−０．５５ｌｂであった。これら揚力の値は、縁部材と屋根表面との間に隙間が存在する場合の縁部材の性能目標となる。

棒グラフ３２３は、３回目の試験結果を表し、縁部材の下に隙間が存在する場合であって、下にフレキシブル風向偏向部材（例えば、フレキシブル風向偏向部材１１５）を有する実寸の縁部材での風洞試験を行った結果である。３回目の試験で発生した揚力は、−０．１３ｌｂであり、この値は、性能目標の範囲内の数値である。

棒グラフ３２４及び３２５は、それぞれ、４回目及び５回目の試験結果を表し、縁部材の下に隙間が存在する場合であるが、縁部材が付加的な構造を何も有さない場合、すなわち、屋根にテープで貼り付けられておらず、フレキシブル風向偏向部材を有さない実寸大の縁部材で風洞試験を行った結果である。４回目の試験で発生した揚力は、３．８７ｌｂであり、５回目の試験で発生した揚力は、５．１５ｌｂであり、性能目標を満足しない値であった。

この風洞試験の結果から、フレキシブル風向偏向部材を有する縁部材は、平坦でない表面上に設置された場合に、風に対する性能のレベルを向上させることができることを示唆している。上述の性能向上に加えて、設置及び輸送が容易となることから、ＰＶ周辺アセンブリにフレキシブル風向偏向部材を使用することは有用である。

本発明の特定の実施形態が提供されたが、これらの実施形態は例示することを目的としており、限定することを意図していないと理解されるべきである。また、この開示を読む当業者にとって、多くの付加的な実施形態が可能であることは明白である。

Claims (20)

1. 太陽電池アレイのための太陽電池周辺アセンブリであって、
   複数の太陽電池モジュールの周辺縁を囲む複数の縁部材と、
   前記縁部材の下部から前記縁部材の背面部上に向かって折り曲げられて、屋根の表面と前記縁部材との間の隙間を埋めるように前記屋根の輪郭を覆うフレキシブル風向偏向部材と
   を備え、
   前記複数の縁部材のうち、少なくとも１つの縁部材は、複数の水抜き穴を含み、
   前記フレキシブル風向偏向部材は、可撓性を有する膜、及び、前記縁部材の前記複数の水抜き穴と一列になるように並べられた複数の水抜き穴を含む太陽電池周辺アセンブリ。
2. 前記太陽電池周辺アセンブリは、屋根の上に設置され、前記フレキシブル風向偏向部材は、前記縁部材の前記下部と前記屋根の表面との間に位置する請求項１に記載の太陽電池周辺アセンブリ。
3. 前記フレキシブル風向偏向部材は、前記縁部材の前記背面部に、予め固定して取り付けられている請求項１に記載の太陽電池周辺アセンブリ。
4. 前記縁部材は、前記屋根の上にて、前記縁部材を安定させるよう構成されたバラストを含む請求項１に記載の太陽電池周辺アセンブリ。
5. 前記可撓性を有する膜は、ネオプレン材又はその他のゴム状の材料を含む請求項１に記載の太陽電池周辺アセンブリ。
6. 前記縁部材の上部は、前記縁部材の前記背面部の縁から下向きに傾斜が付けられている請求項１に記載の太陽電池周辺アセンブリ。
7. 通常動作のために設置される場合には、フレームは、前記屋根に固定して取り付けられない請求項１に記載の太陽電池周辺アセンブリ。
8. それぞれが複数の太陽電池セルを含む複数の太陽電池モジュールと、
   前記複数の太陽電池モジュールを囲む太陽電池周辺アセンブリと、
   前記太陽電池周辺アセンブリの下に設けられる可撓性を有する膜と
   を備え、
   前記可撓性を有する膜は、前記太陽電池周辺アセンブリの下を通過する風を偏向するように構成され、前記太陽電池周辺アセンブリの下から背面部の上に向かって折り曲げられて、前記複数の太陽電池モジュールの方向に向けられている太陽電池アレイ。
9. 前記可撓性を有する膜が、縁部材と屋根の表面との間の隙間を埋めるべく前記屋根の輪郭を覆うように、前記可撓性を有する膜が前記太陽電池モジュールに緩く取り付けられている請求項８に記載の太陽電池アレイ。
10. 通常動作のために設置される場合には、前記太陽電池モジュールは、屋根に固定して取り付けられない請求項８に記載の太陽電池アレイ。
11. 前記太陽電池周辺アセンブリは、屋根の上にて、前記太陽電池周辺アセンブリを安定させるよう構成されたバラストを含む請求項８に記載の太陽電池アレイ。
12. 前記可撓性を有する膜は、前記太陽電池周辺アセンブリから水を排水することを可能とする複数の水抜き穴を含む請求項８に記載の太陽電池アレイ。
13. 前記太陽電池周辺アセンブリは、前記太陽電池モジュールの周囲を囲む複数の縁部材を含む請求項８に記載の太陽電池アレイ。
14. 前記可撓性を有する膜は、前記複数の縁部材のうちの１つの縁部材に、予め固定して取り付けられている請求項１３に記載の太陽電池アレイ。
15. 前記縁部材の上部は、前記縁部材の前記背面部の縁から下向きに傾斜が付けられている請求項１３に記載の太陽電池アレイ。
16. 太陽電池モジュールのフレームとなる太陽電池周辺アセンブリであって、
    フレームの下に設けられる可撓性を有する膜を備え、
    前記可撓性を有する膜は、前記フレームの下を通過する風を偏向するように構成され、前記フレームの下から前記フレームの背面部上に向かって折り曲げられて、前記フレームに囲まれた太陽電池モジュールの方向に向けられている太陽電池周辺アセンブリ。
17. 前記可撓性を有する膜は、縁部材と屋根の表面との間の隙間を埋めるべく前記屋根の輪郭を覆うように設けられている請求項１６に記載の太陽電池周辺アセンブリ。
18. 前記可撓性を有する膜は、前記フレームに予め固定して取り付けられている請求項１６に記載の太陽電池周辺アセンブリ。
19. 前記フレームは、前記太陽電池モジュールの周囲に沿って設けられた縁部材によって、前記太陽電池モジュールを囲んでいる請求項１６に記載の太陽電池周辺アセンブリ。
20. 前記フレームは、前記太陽電池周辺アセンブリが設置される屋根に固定して取り付けられておらず、
    前記太陽電池周辺アセンブリは、前記屋根の上において、前記太陽電池周辺アセンブリを安定させるよう構成されたバラストを含む請求項１６に記載の太陽電池周辺アセンブリ。

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