JP2013149769A - 太陽電池モジュールの固定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性を有する太陽電池モジュールの端部を挟持して固定する、固定部端部の応力集中を抑制し、太陽電池モジュールに磨耗あるいは破損や塑性変形が生じさせず、長期間に亘り安定した固定ができる構造を提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１の受光面側と非受光面側から一対の固定部材１０２，１０３で挟持し一対の固定部材１０２，１０３と太陽電池モジュール１の受光面側と非受光面側のそれぞれの間に弾性を有する部材１０７，１０８を配置し、弾性を有する部材１０７，１０８は、一対の固定部材１０２，１０３の端部よりも長い距離で太陽電池モジュール１の受光面と非受光面のそれぞれに接するように構成して、さらに弾性を有する部材１０７，１０８が、一対の固定部材１０２，１０３で挟持されていない位置から、太陽電池モジュール１の受光面または非受光面のそれぞれに接したまま徐々に厚みを薄くする傾斜を有するような構造とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールの設置に関する。

近年、環境に配慮する動きが広がっており、これに伴って太陽電池の普及が進んでいる。太陽電池を使用するためには、太陽電池セルを有する太陽電池モジュールを固定部材に取り付ける必要がある。

例えば、特許文献１には、太陽電池モジュールとフレームを、ネジとブチルゴムなどの弾力性を有する有機材料で固定される構造が開示されている（特許文献１の段落0049、図10）。

また、特許文献２には、太陽電池モジュール全面を補強板に両面テープで固定した、補強板付き太陽電池モジュールを、建築物等に固定するため、防水性弾性体の押さえ部材を貼り付けたフレームの溝に、差し込んで固定する構成が記載されている。

特許文献３には、太陽電池セルを樹脂層又はフレキシブルシートで保護し、この樹脂層又はフレキシブルシートに補強部材を取り付け、さらに補強部材と樹脂層又はフレキシブルシートに貫通孔を設けることが開示されている。

そして、可撓性絶縁基板上に電極および光電変換層を形成した薄膜太陽電池モジュールを固定する従来構造として、図６に薄膜太陽電池モジュールの固定主要部を示し、薄膜太陽電池モジュールの受光面側から全体構成を図７（ａ）に、側面図を図７（ｂ）に示す。

図６と図７における、太陽電池モジュール１は、可撓性絶縁基板上に電極および光電変換層を形成した発電領域の薄膜太陽電池６を、可撓性の絶縁保護材により封止して製造している。太陽電池モジュール１は、固定部材である上フレーム２と下フレーム３で挟み、太陽電池モジュール１の非受光面側に、接着材５をつけて下フレーム３と接着している。接着材５として、反応硬化型接着剤や両面テープなどを用いている。そして、太陽電池モジュール１の非発電領域の一部である端部を、固定部材である上フレーム２と下フレーム３の間に挟み込み、太陽電池モジュール１の受光面上側から、隣り合う太陽電池モジュール１の間の上下のフレームを固定ネジ４で、図示していない屋根または壁などの支持材に固定する構成となっている。このように、上フレーム２と下フレーム３で太陽電池モジュール１の端部を挟む従来の固定構造２０は、二枚のハット型フレームで構成され、太陽電池モジュールとフレームの接する部分が多くなることにより、挟んで固定する面積が多くなるため、太陽電池モジュールがフレームから抜けることを防止できる構造になっている。

また、図８には、薄膜太陽電池を、封止材または保護フィルム付の封止材でラミネートし、固定するためのフレームを取り付けた太陽電池モジュール１の別の従来構造を示す。薄膜太陽電池は、可撓性基板に電極及び光電変換層を積層したもので、太陽電池モジュールも可撓性を有している。太陽電池モジュール１の端部の非受光面側に接着材５ａを貼り、下フレーム３と接着した。そして、受光面側から上フレーム２ａを太陽電池モジュール端部に設置し、上フレーム２ａの上から固定ネジ４ａで太陽電池モジュール１と下フレーム３を固定し、太陽電池モジュール１端部を、固定ネジ４により固定する構成からなる、従来の別の固定構造２１となっており、一枚のハット型フレームで構成されている。更に、上フレーム２ａと下フレーム３は、図示していない屋根または壁などの支持材に固定される。

図６と図８において、薄膜太陽電池６からなる発電領域は、例えばＦで示す領域であり、発電領域が形成されない太陽電池モジュールの端部をフレームに挿入して挟み込んでいる。

特開２００１−７３７５号公報 特開２００４−２９７１０４号公報 特開２００２−１４１５４２号公報

従来のように、薄膜太陽電池モジュールを固定する場合、太陽電池モジュールの端部を挟み込んで固定するようにすると、可撓性を有する太陽電池モジュールを容易にかつフレームから抜けることを防止して、固定することができ、さらに、太陽電池モジュールの端部を両面テープでフレームに接着することで、より強固に固定が可能となるが、固定フレーム端部での応力集中が起こり、可撓性を有する太陽電池モジュールに塑性変形を起こしたり、太陽電池モジュールに風圧などの外的要因が繰り返し加わることで、太陽電池モジュールの固定フレーム端部位置で繰り返し応力を受け、磨耗あるいは破損をする可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可撓性を有する太陽電池モジュールの固定部近傍で、応力集中が発生せずに、太陽電池モジュールの変形や破損が生じないようにして、複雑な構造を採らずに、容易に固定することのできる構成を提供することにある。

本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置は、可撓性を有する太陽電池モジュールを設置位置に固定する固定部材を設置し、固定部材は、太陽電池モジュールの下部（非受光面側）に位置するベース固定部材（ベースフレーム）と、太陽電池モジュールの上部（受光面側）に位置する押さえ板（押さえフレーム）とで構成する一対により、太陽電池モジュールの少なくとも対向する２辺の少なくとも一部を挟んで固定し、押さえ板と太陽電池モジュールの受光面（表面）の間に弾性を有する部材である第一弾性部材（上部サポート部材）を配置し、ベース固定部材と太陽電池モジュールの非受光面（裏面）の間には弾性を有する部材である第二弾性部材（下部サポート部材）を配置し、第一弾性部材は、押さえ板による挟持部の端部（押さえ板の端部）より長い距離を、第一弾性部材が太陽電池モジュールの受光面に接している構造とし、第二弾性部材は、ベース固定部材による挟持部の端部（ベース固定部材の端部）より長い距離を、第二弾性部材が太陽電池モジュールの非受光面に接している構造とし、第一弾性部材および第二弾性部材は、押さえ板とベース固定部材で構成する一対の固定部材で挟持されている部分ではない、太陽電池モジュールの固定部材で挟持されていない部分で、太陽電池モジュールの表面または裏面に接したまま、断面形状が傾斜することで徐々に厚みが薄くなる構成とする（請求項１の発明）。

このような構造とすることにより、押さえ板とベース固定部材で構成する一対の固定部材で挟持されている部分の端部での、太陽電池モジュールに対する応力集中が無くなり、太陽電池モジュールへ加わる応力が緩和される。

そして、太陽電池モジュールの受光面側に接して配置する第一弾性部材は、太陽電池モジュールの発電領域（太陽電池セルが封止樹脂で封止されている部分）よりも外側の、発電領域外（太陽電池セルである薄膜太陽電池６が存在しない位置）にのみ配置する（請求項２の発明）。

これにより、発電領域を第一弾性部材で覆うことがないので、発電領域全体で太陽光を受けることができる。
さらに、太陽電池モジュールの非受光面側に接して配置する第二弾性部材は、太陽電池モジュールの受光面側に接して配置する第一弾性部材よりも長い距離を太陽電池モジュールの非受光面側に接するような部材として構成することもできる（請求項３の発明）。

すなわち、第一弾性部材の挟持部（押さえ板端部）より、はみ出した部分の距離よりも、第二弾性部材の挟持部（ベース固定部材端部）よりも、はみ出した部分の距離が長くなっている。第二弾性部材が太陽電池モジュールと接しているのは、裏面（非受光面）であるので、配置位置に発電領域を考慮する必要がない。そして、第一弾性部材と、第二弾性部材の発電領域方向の端部を互い違いにすることで、太陽電池モジュールに対する応力をより低く抑えることが可能となる。

本発明によれば、太陽電池モジュールを固定するフレーム近傍での応力集中を緩和でき、太陽電池モジュールの確実な取り付け固定を実施しつつ、太陽電池モジュールに磨耗あるいは破損や塑性変形が生じさせず、長期間に亘り安定した固定を実施できる。

第１の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部構造断面図である。 第２の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部構造断面図である。 第３の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部構造断面図である。 第４の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部構造断面図である。 本願発明と従来構造による太陽電池モジュールでの応力状態比較。 従来の太陽電池モジュール固定部構造断面図である。 従来の太陽電池モジュール固定状態を示す全体構成図である。 別の従来の太陽電池モジュール固定部構造断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図１は、第１の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部の構造に掛かる断面図である。

太陽電池モジュール１は、可撓性絶縁基板上に電極および光電変換層を形成した薄膜太陽電池６（太陽電池セル）を、可撓性の絶縁保護材により封止して製造した。薄膜太陽電池６は、発電領域となり、図１の場合、例えばＦで示す範囲となる。

図１の実施例においては、従来の図６に示した、上フレーム２と下フレーム３で太陽電池モジュール１の端部を挟む二枚のハット型フレームで構成する従来の固定構造２０に類似した、押さえフレーム１０２とベースフレーム１０３を有している。

そして、太陽電池モジュール１の受光面側端部と押さえフレーム１０２の間には、太陽電池モジュール１の端部から発電領域方向に太陽電池モジュール１の受光面に接し、押さえフレーム１０２端部から太陽電池モジュール１の受光面に接している発電領域近傍に傾斜する構成とした上部サポート部材１０７を配置する。

さらに、太陽電池モジュール１の非受光面側端部とベースフレーム１０３の間には、太陽電池モジュール１の端部から発電領域を有する方向に太陽電池モジュール１の非受光面に接し、その接する領域は、上部サポート部材１０７と同等であり、ベースフレーム１０３端部から太陽電池モジュール１の非受光面に接する発電領域を有する方向の端部に傾斜する構成とした下部サポート部材１０８を配置する。

そして、太陽電池モジュール１の固定部は、ベースフレーム１０３に、下部サポート部材１０８、太陽電池モジュール１、上部サポート部材１０７、押さえフレーム１０２の順で積層し、固定ネジ１０４で、上部サポート部材１０７とベースフレーム１０３による挟み込み固定がなされる。本実施例においては、固定ネジ１０４によって、上部サポート部材１０７とベースフレーム１０３の挟持力を発生さるように構成しているが、上部サポート部材１０７とベースフレーム１０３の挟持力を得られる手段であれば、特に限定されるものではなく、例えば、万力機構を用いることも可能である。

また、このような、固定部第１構造２００で、上部サポート部材１０７と下部サポート部材１０８は、同一部材であっても、異種の部材であってもよいが、低弾性材料を用いる。低弾性材料としては、例えば、ゴム類やプラスチック類がある。そして、サポート部材（１０７，１０８）は、発電領域方向に向けて徐々に厚みが薄くなっていることが特徴である。また、サポート部材（１０７、１０８）は、例えば数ｍｍ〜１ｃｍ程度の充分な厚みをもって、発電層面に干渉しない範囲まで伸びていることが好ましい。

図１の固定部第１構造２００のように、従来の固定構造２０に類似した二枚のハット型フレームで構成しても良いが、従来の別の固定構造２１に類似した一枚のハット型フレームで構成しても良い。図２には、図１の押さえフレーム１０２であるハット型構造を、フラットな押さえフレーム１０２ａにした、第２の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部の構造に掛かる断面図を示す。図２の固定部第２構造２００ａは、図１の固定部第１構造２００との相違点が、押さえフレーム１０２ａとしたことのみであり、その他の構成部品には、同一の符号を付し、説明を省略する。

このように、本願発明においては、押さえフレーム１０２，１０２ａの形状は、押さえられる機能を備えていれば、特に限定されるものではない。
さらに、ベースフレーム１０３も、本実施形態においては、ハット型形状を有しているが、特許文献１の図１２に記載の固定部材の構造であっても良く、太陽電池モジュール１を上部サポート部材１０７と下部サポート部材１０８を介して、挟み込んで固定できれば、その構造は、特に限定されない。

次に、別の実施形態として、第３の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部の構造に掛かる断面図を、図３に示す。

図３での固定部第３構造３００における、図１との相違点は、図１の下部サポート部材１０８の構造を変更し、新たに第２下部サポート部材１０９として点にある。
第２下部サポート部材１０９は、上部サポート部材１０７に比べ、太陽電池モジュール１の端部から発電領域方向に対する長さが長く、発電領域である発電薄膜太陽電池６形成範囲の位置まで及んでいるが、非受光面側であるため、発電には影響がない。

また、図３の実施形態の変形例として、図４に第４の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部の構造に掛かる断面図を示す。
図４での固定部第４構造３０1における、図３との変更点は、図３の第２下部サポート部材１０９の形状を変更して、第３下部サポート部材１０９ａとした点である。

図３の固定部第３構造３００における第２下部サポート部材１０９は、太陽電池モジュール１の端部から、ベースフレーム１０３の端部より先まで、同じ厚みを有し、徐々に厚みが薄く傾斜角度が、上部サポート部材１０７と同等になるように構成しているが、特にその形状には限定されることは無く、図４の第３下部サポート部材１０９ａのように、ベースフレーム１０３の端部から、傾斜をつけても良い。この場合も、上部サポート部材１０７よりも第３下部サポート部材１０９ａが、長い距離まで太陽電池モジュール１の非受光面側に接するように構成することでは、図３の固定部第３構造３００と同様である。

そして、固定部第３構造３００及び固定部第４構造３０１で、上部サポート部材１０７と第２下部サポート部材１０９，第３下部サポート部材１０９ａとは、固定部第１構造２００や固定部第２構造２００ａと同様に、同一部材であっても、異種の部材であってもよいが、低弾性材料を用いる。低弾性材料としては、例えば、ゴム類やプラスチック類がある。そして、サポート部材（１０７，１０９，１０９ａ）は、発電領域方向に向けて徐々に厚みが薄くなっていることが特徴である。また、サポート部材（１０７、１０８）は、例えば数ｍｍ〜１ｃｍ程度の充分な厚みをもって、発電層面に干渉しない範囲まで伸びていることが好ましい。

また、図３や図４の固定においても、押さえフレーム１０２は、図２の例のような押さえフレーム１０２ａとすることも可能である。

次に、従来技術と本発明により固定された太陽電池モジュール１が受ける応力状態を、図５に示し、本発明の作用効果を説明する。

従来技術としては、図６で説明した従来の固定構造２０を比較対象とし、本発明としては、図１の固定部第１構造２００と、図３の固定部第３構造３００で、その太陽電池モジュール１が受ける応力状態を調べた。

図５において、横軸は、太陽電池モジュール１の端部から、太陽電池モジュール１の中央Ｄまでの距離を表し、縦軸は、太陽電池モジュール１が受ける応力の強さを示す。
図５より、従来の構造（固定構造２０）においては、上フレーム２と下フレーム３の端部で、応力が急激に発生し（最大値Ａ点）、距離２０ｍｍほどで一定の応力（実施例では最大値Ａ点に対して約６０％）まで減衰している。すなわち、上フレーム２と下フレーム３の端部で過度な応力集中を起こしている。

これに対して、固定部第１構造２００を用いた場合には、太陽電池モジュール１の端部から、押さえフレーム１０２とベースフレーム１０３の端部に達するまでも、太陽電池モジュール１に掛かる応力が増加し、上部サポート部材１０７と下部サポート部材１０８の厚みが徐々に薄くなって、太陽電池モジュール１の受光面あるいは、非受光面（裏面）と接している端部まで応力が増加し（最大値Ｂ点）、その後減衰して一定の応力（実施例では従来の固定構造２０で安定した応力値とほぼ同等値）で安定する。従来構造の場合と比較すると、固定部第１構造２００を用いた実施例では、最大となる応力値（Ｂ点）が、太陽電池モジュール１の中央方向で応力安定する値に対して、半分以下（Ａ点と比較したＢ点）まで緩和されており、応力集中を抑制する効果が高く得られていることが分かった。

更に、固定部第３構造３００を用いた場合には、第２下部サポート部材１０９が太陽電池モジュール１の非受光面（裏面）と接している端部まで応力が増加しているが、その最大となる応力値（Ｃ点）は、固定部第１構造２００を用いた場合の最大応力値（Ｂ点）に比べて、更に半分以下（Ｂ点と比較したＣ点）まで減少している。このように、固定部第３構造３００を採用すれば、より応力集中の抑制効果を高めることができる。

ここで、太陽電池モジュール１の端部において、薄膜太陽電池６が設けられていない、発電領域外の部分を長く取ると、その太陽電池モジュール１の発電領域外端部の受光面側と非受光面側に接して配置する上部サポート部材１０７と下部サポート部材１０８（第２下部サポート部材１０９，第３下部サポート部材１０９ａ）は、押さえフレーム１０２とベースフレーム１０３の端部から太陽電池モジュール１の発電領域に向けて、傾斜角度を小さくして、徐々に厚みを減少させることで、押さえフレーム１０２とベースフレーム１０３の端部の剛性を除去に緩和する方向に変化させて、応力集中を抑える効果が高くできるが、太陽電池モジュール１の設置面積に対する、発電領域の割合が低下して、好ましくないので、太陽電池モジュール１の端部の薄膜太陽電池６が設けられていない領域は大きく取らずに、受光面側は、短い距離の上部サポート部材１０７傾斜に留め、固定部第３構造３００や固定部第４構造３０１のように、非受光面側の第２下部サポート部材１０９，第３下部サポート部材１０９ａを長くとって、応力集中を緩和する構造が、より好ましい。

１ 太陽電池モジュール
２ 上フレーム
３ 下フレーム
４，１０４ 固定ネジ
５ 接着材
６ 薄膜太陽電池
１０２ 押さえフレーム
１０３ ベースフレーム
１０７ 上部サポート部材
１０８ 下部サポート部材
１０９ 第２下部サポート部材
１０９ａ 第３下部サポート部材
２００ 固定部第１構造
２００ａ 固定部第２構造
３００ 固定部第３構造
３０1 固定部第４構造
Ｆ 発電領域

Claims (4)

1. 可撓性を有する太陽電池モジュールと、
   それを挟持する固定部材を有し、前記固定部材が支持材に固定される固定装置において、
   前記太陽電池モジュールの少なくとも対向する２辺の少なくとも一部を、前記太陽電池モジュールの受光面側と非受光面側から一対の固定部材で挟持し、
   前記一対の固定部材と前記太陽電池モジュールの受光面側と非受光面側のそれぞれの間に弾性を有する部材を配置し、
   前記弾性を有する部材は、前記一対の固定部材の端部よりも長い距離で前記太陽電池モジュールの受光面と非受光面のそれぞれに接するように構成し、
   さらに、前記弾性を有する部材は、前記一対の固定部材で挟持されていない位置から、前記太陽電池モジュールの受光面または非受光面のそれぞれに接したまま徐々に厚みを薄くする傾斜を有するように構成されていることを特徴とする太陽電池モジュールの固定装置。
   
2. 前記太陽電池モジュールの受光面側に接して配置する前記弾性を有する部材が、前記太陽電池モジュールの発電領域より外側に配置されている、
   請求項１に記載の太陽電池モジュールの固定装置。
   
3. 前記太陽電池モジュールの非受光面側に接して配置する前記弾性を有する部材が、前記太陽電池モジュールの受光面側に接して配置する前記弾性を有する部材よりも長い距離を前記太陽電池モジュールの非受光面側に接する部材で構成した、
   請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの固定装置。
   
4. 前記弾性を有する部材が、低弾性材料である、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モジュールの固定装置。