JP2013157477A - 太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの製造方法および補助部材 - Google Patents

Abstract

【課題】枠体の強度低下を伴わずに排水機能を発揮することができ、水の蒸発後に太陽電池モジュールの光入射側の表面に残る汚れに起因する発電効率の低下の虞がない太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法、並びに、新設、既設の別なく太陽電池モジュールに枠体の強度低下を招かず排水機能を付与することができる補助部材を提供する。
【解決手段】枠体２の溝３内に太陽電池パネル４の周縁部が封止部材５を介して嵌合された太陽電池モジュールにおいて、太陽電池パネル４の表面６を伝わってくる水を表面６の外に導出する水導出面７を備えた補助部材８を、太陽電池パネル４と枠体２との間の段差部分９に配設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの製造方法および太陽電池モジュールに配設される補助部材に関する。

太陽電池モジュールは、一般に、図５に示すように、下から順に、裏面封止材１２、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）シート１３、太陽電池セル１１、ＥＶＡシート１３、ガラス１０を積層した太陽電池パネル４の周縁部が、アルミニウム製の枠体２の溝３内に嵌合された構造となっている。太陽電池セル１１の防水は、その両面のＥＶＡシート１３と、太陽電池パネル４と枠体２の溝３との間に介されたブチルゴム等の接着剤、またはＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン−ターポリマ）、シリコン樹脂などの封止部材５とで図られている。

このような太陽電池モジュールは、通常、建物の屋根上に設置した架台上に取り付けられる。その際、発電効率を高めるため、太陽電池モジュールは角度を持たせて設置される。

太陽電池パネル４と枠体２の溝３との間に封止部材５を介した太陽電池モジュール１００では太陽電池パネル４と枠体２と間に段差部分９が形成されることから、このような太陽電池パネル４を屋根上に設置した場合、図６に示すように、この段差部分９に雨水や結露水などの水１１０が溜まる場合がある。この溜まった水１１０に空気中の塵や埃が取り込まれ、その後水１１０が蒸発すると、塵や埃が汚れとして太陽電池パネル４の表面６に残留する。このようにして太陽電池パネル４の表面に残留した塵や埃は、その後の降雨程度では洗い流されないため、降雨や結露の度に太陽電池パネル４の表面６上に塵や埃が堆積していくことになる。このようにして塵や埃が太陽電池パネル４の表面６上に堆積していくと、太陽電池セル１１に到達する太陽光が、堆積した塵や埃によって次第に遮られることになり、太陽電池モジュール１００の発電効率が低下するといった懸念があった。また、段差部分９に水が溜まると、太陽電池パネル４の絶縁状態を劣化させたり、腐食を促進させたりする虞もあった。

このような課題を解決するためには、段差部分９に溜まる水１１０を太陽電池パネル４の表面６から速やかに排出すればよい。そこで、従来、太陽電池パネルの周縁部に封止部材を介して嵌合される枠体に、排水溝としての切り欠きを設けた太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１４９２１９号公報

しかしながら、上記従来の技術では、太陽電池モジュールの枠体に切り欠きを設けるため、枠体の強度が低下する懸念があった。また上記従来の技術において、排水という目的からは、太陽電池モジュールの下側の辺（枠体の四辺のうち、設置時に地面側になる辺）の枠のみに切り欠きを設ければ充分である。しかし、下側の辺の枠のみにこのような加工をすれば、下側の辺の枠は他の三辺の枠と形状が異なることになるので、形状の異なる複数種類の枠を用意する必要が生じる。この点に関しては、四辺の枠に同じ切り欠きをそれぞれ設ければ解消するが、そうすると、下側以外の他の辺の枠に本来設ける必要のない切り欠きを設けることになり、やはり枠体２の強度が低下する懸念が生じる。さらに、上記従来の技術では、既に設置された太陽電池モジュールに、排水の機能を追加することができないという課題もあった。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために創案されたものであり、枠体の強度低下を伴わずに排水機能を発揮することができ、水の蒸発後に太陽電池モジュールの光入射側の表面に残る汚れに起因する発電効率の低下の虞がない太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法、並びに、新設、既設の別なく太陽電池モジュールに枠体の強度低下を招かず排水機能を付与することができる補助部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る太陽電池モジュールは、枠体の溝内に太陽電池パネルの周縁部が封止部材を介して嵌合された太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池パネルの表面を伝わってくる水を該表面の外に導出する水導出面を備えた補助部材が、前記太陽電池パネルと前記枠体との間の段差部分に配設されたことを特徴とする。

この特定事項により、太陽電池モジュールに、枠体の強度を低下させることなく、排水機能を付与することができる。また、別途用意した補助部材を太陽電池パネルと枠体との間の段差部分に配設するだけの構成であるため、枠体の設計変更の必要性がない。したがって、枠体に要するコストを削減することができ、延いては太陽電池モジュールの低コスト化を図ることができる。そのうえ、太陽電池パネルの表面を伝わってくる水は補助部材だけで該表面の外に導出されるため、封止部材に排水の機能をもたせる必要がなく、排水するための形状や材質を備えた特別な封止部材を用いなくてもよい。

また、前記太陽電池モジュールは、前記水導出面が傾斜面であってもよい。

この場合、水導出面が一平面で形成されるため、補助部材の構造が簡素となり、補助部材の設計、製造が容易となって、太陽電池モジュールの低コスト化を図ることができる。

また、前記太陽電池モジュールは、補助部材が太陽電池パネルと封止部材との間に挿入されることにより、前記段差部分に配設されたものであってもよい。

この場合、補助部材を段差部分に取り付ける手段が挿入であるため、補助部材の配設、取替えを容易に行うことができる。

また、前記太陽電池モジュールは、補助部材が太陽電池パネルと枠体との間に挿入されることにより、段差部分に配設されたものであってもよい。

この場合、補助部材を段差部分に取り付ける手段が挿入であるため、補助部材の配設、取替えを容易に行うことができる。

また、前記太陽電池モジュールは、太陽電池パネルの表面に接着されることにより、段差部分に配設されたものであってもよい。

この場合、補助部材を段差部分に取り付ける手段が接着であるため、補助部材の配設を容易に行うことができる。

また、前記太陽電池モジュールは、補助部材がセラミック、ステンレス、アルミニウム及び合成樹脂のうちのいずれか一つの材料から製作されたものであってもよい。
補助部材がセラミック製の場合、セラミックが高い耐候性を有するため、雨水による腐食が生じにくい。補助部材がステンレス製の場合、ステンレスが防錆性を有するため、雨水による腐食が生じにくい。補助部材がアルミニウム製の場合、枠体の多くがアルミニウム製であるため、補助部材と枠体とに異種の金属を用いた場合に起こる異種金属間の電位差に起因する電解腐食の発生を防ぐことができる。補助部材が合成樹脂製の場合、合成樹脂が耐水性を有しかつ安価であるため、雨水による腐食の虞がないことに加え、補助部材延いては太陽電池モジュールを安価に製造することができる。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池パネルの周縁部に封止部材を取り付ける工程と、前記封止部材を取り付けた前記太陽電池パネルの周縁部に枠体を嵌合させる工程と、上で説明した各種の補助部材を前記太陽電池パネルと前記枠体との間の段差部分に配設する工程と、を備えることを特徴とする。

この特定事項により、前記太陽電池モジュールに、枠体の強度を低下させることなく、排水機能を付与することができる。また、封止部材を取り付けた太陽電池パネルに枠体を嵌合させた後に、補助部材を配設するため、太陽電池モジュールの製造の際のみならず太陽電池モジュールの設置の際にも、補助部材を配設することができる。さらに、既に設置された太陽電池モジュールにも補助部材を配設することができ、既設の太陽電池モジュールであっても排水機能を付与することができる。

本発明に係る太陽電池モジュールの補助部材は、枠体の溝内に太陽電池パネルの周縁部が封止部材を介して嵌合された太陽電池モジュールの前記太陽電池パネルと前記枠体との間の段差部分に配設される補助部材であって、前記太陽電池パネルの表面を伝わってくる水を該表面の外に導出する水導出面を備えたことを特徴とする。

この特定事項により、太陽電池モジュールに、枠体の強度を低下させることなく、また、新設、既設の別なく排水機能を付与することができる。

また、前記補助部材は、セラミック、ステンレス、アルミニウム及び合成樹脂のうちのいずれか一つの材料から製作されたものであってもよい。補助部材がセラミック製の場合、セラミックが高い耐候性を有するため、雨水による腐食が生じにくい。補助部材がステンレス製の場合、ステンレスが防錆性を有するため、雨水による腐食が生じにくい。補助部材がアルミニウム製の場合、枠体の多くがアルミニウム製であるため、補助部材と枠体とに異種の金属を用いた場合に起こる異種金属間の電位差に起因する電解腐食の発生を防ぐことができる。補助部材が合成樹脂製の場合、合成樹脂が耐水性を有しかつ安価であるため、雨水による腐食の虞がないことに加え、補助部材延いては太陽電池モジュールを安価に製造することができる。

本発明によれば、枠体の強度低下を伴わずに排水機能を発揮することができ、水の蒸発後に太陽電池モジュールの光入射側の表面に残る汚れに起因する発電効率の低下の虞がない太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法、並びに、新設、既設の別なく太陽電池モジュールに枠体の強度低下を招かず排水機能を付与することができる補助部材を提供することができる。

本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態における段差部分を示す部分拡大断面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態における段差部分を示す部分拡大断面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールのさらに他の実施形態における段差部分を示す部分拡大断面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールのさらに他の実施形態における段差部分を示す部分拡大断面図である。 一般的な太陽電池モジュールの一例を示す分解斜視図である。 太陽電池モジュールの段差部分に雨水等が溜まった状態の一例を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う段差部分の部分拡大断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図１を参照して説明する。

図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態における段差部分を示す部分拡大断面図である。なお、本発明に係る太陽電池モジュールは、前記背景技術の項で説明した図５に示す太陽電池モジュール１００と補助部材８の有無だけが相違するものであるから、本実施形態においても図５を用いて説明する。

太陽電池モジュール１００は、図５に示すように、枠体２の溝３内に太陽電池パネル４の周縁部が封止部材５を介して嵌合されたものにおいて、図１に示すように、太陽電池パネル４の表面６を伝わってくる水を表面６の外に導出する水導出面７を備えた補助部材８が、太陽電池パネル４と枠体２との間の段差部分９に配設されたものである。

枠体２は、図１に示すように、側面部材２１と、側面部材２１の一側縁から直角方向に延設された上面部材２２と、上面部材２２との間に太陽電池パネル４の厚さよりわずかに大きな一定の間隔を保ち、側面部材２１から上面部材２２と同一の方向に延設された背面部材２３と、を備えている。これら側面部材２１と上面部材２２と背面部材２３とで、側面部材２１を底面とし上面部材２２と背面部材２３とを側面とした溝３が構成されている。上面部材２２の先端面２４は、溝３側の側面２５と鋭角をなして溝３側から外側に向けて傾斜された傾斜面とされている。このようになる溝３に、後述する封止部材５を介して太陽電池パネル４の周縁部が嵌合されている。なお、枠体２の形状は図示例のものに限らず、嵌合部である溝３を有していればよく、さらに、中空部、ビス穴、突起部などが設けられていてもよい。

太陽電池パネル４は、図５に示すように、下から順に、太陽電池セル１１を保護する裏面封止材１２、太陽電池セル１１を封止するＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）シート１３、太陽光を電力に変換する太陽電池セル１１、太陽電池セル１１を封止するＥＶＡシート１３、太陽電池セル１１を保護するガラス１０を積層し構成される。太陽電池セル１１は、例えば、単結晶シリコン太陽電池や多結晶シリコン太陽電池とされるが、特定の太陽電池に限定されるものではなく、ガリウムヒ素、インジウムリン、銅インジウムセレン、銅インジウムガリウムセレン、カドミウムテルル等の化合物半導体太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、有機薄膜型太陽電池や有機色素増感型太陽電池などであってもよい。また、太陽電池セル１１は、タンデム型やトリプル型のように複数の太陽電池を積層した構造であってもよい。さらに、太陽電池パネル４は、上記したような構成に限定されるものではなく、前述の枠体２が適用できるものであればよい。

封止部材５は、例えば、エラストマー等の弾性材からなり、機械的衝撃から太陽電池パネル４を保護する機械的緩衝材として、また枠体２から太陽電池パネル４への熱伝導を抑制する熱的緩衝材として、さらには太陽電池パネル４と枠体２との熱膨張率の相違に起因する熱応力を低減する緩衝材として機能する。なお、封止部材５は、予め太陽電池パネル４の周縁部に嵌合する形状に成形しておき、太陽電池パネル４の周縁部に嵌合により取り付けても、あるいは、可撓性を有する帯状のものとして太陽電池パネル４の周縁部に巻き付けることにより取り付けてもよい。

補助部材８は、太陽電池モジュール１００における太陽電池パネル４と枠体２との間の段差部分９に配設される部材であって、太陽電池パネル４の表面６を伝わってくる水を表面６の外に導出する水導出面７を備えたものである。具体的には、補助部材８は、図１に示すように、導出部８１ａと脚部８２ａとを備えたものである。導出部８１ａは、水導出面７としての傾斜面７１ａと、枠体２の上面部材２２の先端面２４に当接される下面８４ａと、傾斜面７１ａと鋭角をなしガラス１０の表面（太陽電池パネル４の表面６）に添接される添接面８３ａの３つの面で構成されている。脚部８２ａは、導出部８１ａの下面８４ａから添接面８３ａと面一に連設されている。傾斜面７１ａと添接面８３ａとのなす角度は、先端面２４の延長線とガラス１０とのなす角度より小さな角度とされている。これにより、太陽電池パネル４の表面６（ガラス１０の表面）を伝わってくる水が外へ容易に導出される。このようになる補助部材８は、その脚部８２ａが太陽電池パネル４のガラス１０と封止部材５との間に挿入されることにより、太陽電池モジュール１００の下側の辺における段差部分９に配設されている。ここで、補助部材８は、太陽電池セル１１の発電を阻害しないよう、先端縁７２ａが、太陽電池セル１１の上方にまで及ばないように配設されている。

以上説明した太陽電池モジュール１００にあっては、太陽電池パネル４の表面６を上方（図１において右斜め上）から伝わってくる水は、段差部分９において補助部材８の先端縁７２ａから傾斜面７１ａ上へ伝わり、その後傾斜面７１ａ上から枠体２の上面部材２２の先端面２４上へ伝わり、表面６の外へ導出される。

ところで、補助部材８の形態は上記した例に限るものではない。以下、複数の変形例について、図２から図４を参照して説明する。図２から図４は、いずれも段差部分９を示す部分拡大断面図である。

まず、図２に示す例では、補助部材８は、傾斜面７１ｂと下面８４ｂとの境界、つまり傾斜面７１ｂの下端縁８５ｂが、枠体２の上面部材２２の先端縁２４ａと接するような形態とされている。なお、その余の構成は、図１に示したものと同様であるので、図１に示した例と同一の構成要素には図１と同一の番号（但し、アルファベット表記部分は変更）を付してその説明を省略する。

次に、図３に示す例では、補助部材８は、図１に示した太陽電池パネル４のガラス１０と封止部材５との間に挿入される脚部８２ａに替えて、太陽電池パネル４のガラス１０と枠体２との間隙に強制的に嵌入される脚部８２ｃを備えた形態とされている。このとき、脚部８２ｃと枠体２の上面部材２２との間、または脚部８２ｃとガラス１０との間に、封止部材５が入り込んでもよい。

図４に示す例では、補助部材８は、上記した各例における脚部８２ａ，８２ｂ，８２ｃを設けない形態とされている。すなわち、水導出面７としての傾斜面７１ｄと、添接面８３ｄと、下面８４ｄの３つ面で主要部が構成され、段差部分９への取り付けは、添接面８３に接着層を設けてガラス１０面に接着することで行われる。

図１から図３に示した例においても、段差部分９への取り付けに際し、添接面８３ａ、８３ｂ、８３ｃに接着層を設けてもよい。

以上説明した補助部材８は、セラミック、ステンレス、アルミニウム及び合成樹脂のうちのいずれか一つの材料から製作される。補助部材８がセラミック製の場合、セラミックが高い耐候性を有するため、雨水による腐食が生じにくく、ステンレス製の場合、ステンレスが防錆性を有するため、雨水による腐食が生じにくい。また、補助部材８がアルミニウム製の場合、枠体２の多くがアルミニウム製であるため、補助部材８と枠体２とに異種の金属を用いた場合に起こる異種金属間の電位差に起因する電解腐食の発生を防ぐことができる。さらに、補助部材が合成樹脂製の場合、合成樹脂が耐水性を有しかつ安価であるため、雨水による腐食の虞がないことに加え、補助部材延いては太陽電池モジュールを安価に製造することができる。合成樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（登録商標名：テフロン）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が挙げられる。

次に、以上説明した太陽電池モジュール１００の製造方法について説明すると、太陽電池パネル４の周縁部に封止部材５を取り付ける工程と、封止部材５を取り付けた太陽電池パネル４の周縁部に枠体２を嵌合させる工程と、上述した補助部材８を太陽電池パネル４と枠体２との間の段差部分９に配設する工程と、を備えている。ここで、補助部材８を段差部分９に配設する工程は、具体的には、図１及び図２に示した形態の補助部材８の場合、脚部８２ａ，８２ｂを、ガラス１０と封止部材５との境目に強制的に挿入することで行われる。また、図３に示した形態の補助部材８の場合、前述したように、太陽電池パネル４のガラス１０と枠体２との間隙に脚部８２ｃを強制的に嵌入することで行われる。さらに、図４に示した形態の補助部材８の場合、ガラス１０に添接面８３ｄを接着することで行われる。

このような製造方法によれば、太陽電池モジュール１００に、枠体２の強度を低下させることなく、排水機能を付与することができる。また、封止部材５を取り付けた太陽電池パネル４に枠体２を嵌合させた後に、補助部材８を配設するため、太陽電池モジュール１００の製造の際のみならず太陽電池モジュール１００の設置の際にも、補助部材８を配設することができる。さらに、既に設置された太陽電池モジュール１００にも補助部材８を配設することができ、既設の太陽電池モジュールであっても排水機能を付与することができる。

本発明は、住宅用に限られず、産業用の太陽電池モジュールにおいても適用できる。

２ 枠体
３ 溝
４ 太陽電池パネル
５ 封止部材
６ 表面
７ 水導出面
８ 補助部材
９ 段差部分
１００ 太陽電池モジュール

Claims (10)

1. 枠体の溝内に太陽電池パネルの周縁部が封止部材を介して嵌合された太陽電池モジュールにおいて、
   前記太陽電池パネルの表面を伝わってくる水を該表面の外に導出する水導出面を備えた補助部材が、前記太陽電池パネルと前記枠体との間の段差部分に配設されたこと
   を特徴とする太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記水導出面は、傾斜面であること
   を特徴とする太陽電池モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記補助部材は、前記太陽電池パネルと前記封止部材との間に挿入されることにより、前記段差部分に配設されたこと
   を特徴とする太陽電池モジュール。
4. 請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記補助部材は、前記太陽電池パネルと前記枠体との間に挿入されることにより、前記段差部分に配設されたこと
   を特徴とする太陽電池モジュール。
5. 請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記補助部材は、前記太陽電池パネルの表面に接着されることにより、前記段差部分に配設されたこと
   を特徴とする太陽電池モジュール。
6. 請求項１から５までのいずれか一つに記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記補助部材は、セラミック、ステンレス、アルミニウム及び合成樹脂のうちのいずれか一つの材料から製作されたものであること
   を特徴とする太陽電池モジュール。
7. 太陽電池モジュールの製造方法であって、
   太陽電池パネルの周縁部に封止部材を取り付ける工程と、
   前記封止部材を取り付けた前記太陽電池パネルの周縁部に枠体を嵌合させる工程と、
   請求項１から６までのいずれか一つの補助部材を前記太陽電池パネルと前記枠体との間の段差部分に配設する工程と、
   を備えた太陽電池モジュールの製造方法。
8. 枠体の溝内に太陽電池パネルの周縁部が封止部材を介して嵌合された太陽電池モジュールの前記太陽電池パネルと前記枠体との間の段差部分に配設される補助部材であって、
   前記太陽電池パネルの表面を伝わってくる水を該表面の外に導出する水導出面を備えたこと
   を特徴とする補助部材。
9. 請求項８に記載の補助部材において、
   前記水導出面は、傾斜面であること
   を特徴とする補助部材。
10. 請求項８又は９に記載の補助部材において、
    前記補助部材は、セラミック、ステンレス、アルミニウム及び合成樹脂のうちのいずれか一つの材料から製作されたものであること
    を特徴とする補助部材。

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