JP2013187478A - 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】可撓性を有する太陽電池モジュール１ａと、それを挟持する固定部材５０を有して、固定部材５０が支持材に固定される固定装置において、少なくとも対向する２辺の端部に凸部１０ａを設けた太陽電池モジュールと、この凸部１０ａの少なくとも一部を、太陽電池モジュール１ａの受光面側と非受光面側から一対の固定部材で挟持する挟持部３３，３４と、この挟持部３３、３４の太陽電池モジュール端部側に設けた引っ掛かり部とを有する。
【選択図】図３

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固定部材である上フレーム２と下フレーム３で挟むようにすると、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など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。

しかし、太陽電池は、屋外に数十年の長に間、紫外線や、雨、風の影響を受け続けることになるため、挟み込み部の緩みや、両面テープなどの接着層の劣化により、固定箇所から太陽電池モジュールが外れてしまう可能性がある。このように、この構造には、耐久性に課題がある。

また、接着材を使用する場合には、施工時に接着面の洗浄が必要であり、この洗浄状態が、接着の耐久性にも大きく影響することになるので、作業内容管理や作業時間が必要になる。

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を、容易にかつ耐久性の高い固定構造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（１ａ、１ｂ）と、それを挟持する固定部材（上部サポート部材３４、上部サポート部材３９、下部サポート部材３３、山形上部材４１、山形下部材４０）を有し、この固定部材が支持材（ベースフレーム３０、上フレーム３１、３８）に固定される固定装置において、少なくとも対向する２辺の端部に凸部（１０ａ、１０ｂ）を設けた太陽電池モジュール（１ａ、１ｂ）と、この凸部の少なくとも一部を、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（上部サポート部材３４、下部サポート部材３３、山形上部材４１、山形下部材４０）で挟持する挟持部と、この挟持部の太陽電池モジュール端部側に設けた引っ掛かり部（空間３５、山形下部材４０または山形上部材４１の傾斜部の空間）とを有するように構成する（請求項１の発明）。

そして、太陽電池モジュールの凸部（１０ａ、１０ｂ）が、ラミネートにより太陽電池モジュールと一体化されていることが良い（請求項２の発明）。
また、挟持部（下部サポート部材３３、上部サポート部材３４、上部サポート部材３９）が、太陽電池モジュールの平坦部と接する平面部を有し、太陽電池モジュールの凸部（１０ａ、１０ｂ）を配置する空間（３５）を有する構成とする（請求項３の発明）。

さらに、凸部（１０ａ、１０ｂ）を配置する空間（３５）が、挟持部（上部サポート部材３９）に設けた溝とする（請求項４の発明）。

あるいは、挟持部である一対の固定部材（山形上部材４１、山形下部材４０）が、少なくとも断面が三角部を有し、この三角部の頂点部を太陽電池モジュール（１ａ、１ｂ）の表面に接するように配置し、かつ、この三角部の頂点部が、太陽電池モジュールの受光面側と非受光面側で互いに位置を交互にずらして配置して、太陽電池モジュールを山形上部材４１と山形下部材４０で上下から挟み込むことで、太陽電池モジュールが蛇行した状態で固定されるようにすることもできる（請求項５の発明）。

そして、太陽電池モジュールの受光面側と非受光面側で互いに位置を交互にずらして配置した三角部の傾斜部の空間に、太陽電池モジュールの凸部（１０ａ、１０ｂ）を配置して固定する（請求項６の発明）。

本発明によれば、太陽電池モジュールの端部を挟み込んで固定する太陽電池モジュールの固定装置として、太陽電池モジュール端部に、太陽電池モジュールの厚さよりも厚い凸部を、太陽電池モジュールラミネート時に一体形成して設け、太陽電池モジュールの凸部を、太陽電池モジュールの固定装置の挟み込み部奥の空間部に位置させて、太陽電池モジュールの凸部を除く端部平坦部を挟み込んで固定するようにしたので、複雑な構造としなくとも、太陽電池モジュールを設置する現場での施工が容易であり、特に洗浄などの追加作業も必要としないで、長期間信頼性のある設置構造を提供できる。

本発明に適用する太陽電池モジュール構造例を示す斜視図である。 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を示す図である。 第１の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部構造の全体構成図である 第１の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部構造図の変形例である 第１の実施形態に係る太陽電池モジュール固定の手順説明図である。 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と固定手順説明図ある。 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、本発明に適用する太陽電池モジュール構造例を示す斜視図であり、（ａ）と（ｂ）は、２つの別の例である。

図１（ａ）の太陽電池モジュール１ａは、発電領域の薄膜太陽電池６と、その両側の端部に、それぞれ凸部１０が設けられている。太陽電池モジュール１ａは、一般的に、裏面保護材、裏面封止材、薄膜太陽電池（セル）６、表面封止材、表面保護層を、この順で積層し、真空加熱ラミネートによって封止して、モジュール化することが行われる。図１（ａ）の太陽電池モジュール１ａでは、ラミネート処理前に、裏面保護材、裏面封止材を積層した上の両端部に、凸部１０ａとして円柱状樹脂製部材載せ、凸部１０ａの内側に薄膜太陽電池（セル）６を配置し、次いで表面封止材、表面保護層を凸部１０を覆うように配置して、全体をラミネート処理した例である。図１（ａ）では、凸部１０ａが、太陽電池モジュール１ａの裏面側（非受光面側）に突出したように形成された例である。

図１（ｂ）では、凸部１０ｂが、太陽電池モジュール１ｂの表面側（受光面側）に突出しており、さらに、凸部１０ｂが太陽電池モジュール１ｂの端部より内側に位置する構成となっている。太陽電池モジュール１ｂも、図１（ａ）の太陽電池モジュール１ａと同様に積層してラミネートするが、凸部１０ａ、１０ｂが、受光面側か、あるいは非受光面側かのいずれに配置されるかは、ラミネート台の形状などで決まるようにすればよい。

また、凸部１０ａ、１０ｂは、円柱状を例としたが、円筒や三角形、四角形など、様々な形状とすることができ、その形状は限定されない。
次に、図１（ａ）の太陽電池モジュール１ａを用いた固定方法の例として、太陽電池モジュール固定部構造の第１の実施形態を、図２（ａ）〜（ｃ）により説明する。
（第１の実施形態）
図２（ａ）は、第１の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部構造の断面を示す図であり、ベースフレーム３０と、ベースフレーム３０の両側のみに配置される上フレーム３１からなり、ベースフレーム３０と上フレーム３１は、可動式連結部材３２で接続されている。

ベースフレーム３０の中央部は、図示しない設置台に接し、設置ネジ３７などを用いて固定する部分であり、ベースフレーム３０の両端に向けて傾斜を有し、両端は中央部に平行な平坦部を有している。そして、ベースフレーム３０の両端平坦部の上には、下部サポート部材３３が配置され、上フレーム３１の下面には、上部サポート部材３４が配置されている。さらに、下部サポート部材３３上には、太陽電池モジュール１ａ端部の平坦部を介して、上部サポート部材３４が配置されてようになっている。

このように構成した第１の実施形態の太陽電池モジュール固定部５０は、上部サポート部材３４と下部サポート部材３３を太陽電池モジュール１ａを介して重ねた時に、下部サポート部材３３の端部平坦と、上フレーム３１とで囲む箇所に空間３５を設けるように構成する。その空間３５には、太陽電池モジュール１ａ端部の凸部１０ａを収めるように、太陽電池モジュール１ａを配置し、上フレーム３１とベースフレーム３０とを介して、上部サポート部材３４と下部サポート部材３３で太陽電池モジュール１ａの平坦部を挟んで固定するように構成する。そして、挟み込みを強固に固定するため、固定ネジ３６にて、上部サポート部材３４と下部サポート部材３３を貫通させ、上フレーム３１とベースフレーム３０をネジ固定する。図２(ａ)の場合には、ベースフレーム３０の両端平坦部にネジ孔を設け、上フレーム３１にネジ貫通孔を設けておけば、固定ネジ３６を上フレーム３１側から挿入し、固定ネジ３６を締め込むことで、固定ができる。

また、本発明においては、太陽電池モジュール１ａに対して、固定ネジ３６を貫通させる必要は無く、例えば図２（ｂ）に記載の固定部構造全体構成図のように、固定ネジ３６を、太陽電池モジュール１ａ四隅近傍の外側に配置することができる。このためには、上フレーム３１の長辺方向の強度が必要となるので、図２（ａ）〜（ｂ）の例では、上フレーム３１は、その端部を直角に折り曲げた補強部を有している。勿論、上フレーム３１は、全体の厚みを厚くしたり、剛性の高い材料を用いたり、折り曲げ方向を逆にしたり、様々な補強形態があるが、本発明においては、太陽電池モジュール１ａの凸部１０ａが外れてしまうような、撓みによる隙間ができない程度の強度を有していれば良い。また、太陽電池モジュール１ａ本体周囲に、ハトメのような貫通孔部を複数設けて、太陽電池モジュール１ａ本体に固定ネジ３６を通すようにしても良い。

また、太陽電池モジュール固定部５０は、太陽電池モジュール１ａの挟み込み固定をする辺全体を挟持するようにしても良いし、部分的に間隔を空けて挟持ようにしても良い。例えば、図２（ｃ）に記載の固定部構造図変形例のようにすれば良く、太陽電池モジュール固定部５０ａを、太陽電池モジュール１ａの挟み込み固定をする辺に、部分的（図では１辺を４箇所）に配置するように構成することもできる。この場合、下部サポート部材３３ａと上部サポート部材３４ａの幅を広げ、太陽電池モジュール１ａに貫通孔を開ける必要が無く、太陽電池モジュール１ａの凸部１０ａより奥側で、固定ネジ３６で固定するようにすることもできる。

太陽電池モジュール固定部５０を用いた太陽電池モジュール１ａの固定手順を、図３により説明する。図３（ａ）は、太陽電池モジュール１ａの固定前の太陽電池モジュール固定部５０の状態であり、図３（ｂ）は、太陽電池モジュール１ａを太陽電池モジュール固定部５０に挿入し、固定をするようにした状態を示す。図示しない設置部に固定されている太陽電池モジュール固定部５０は、図３（ａ）のように、上フレーム３１が上部サポート部材３４と共に、可動式連結部材３２を軸にして手で押し上げるだけで開口するようにしている。ここで、上部サポート部材３４と下部サポート部材３３は、それぞれ上フレーム３１や下部サポート部材３３に必ずしも固定されている必要はないが、特に上部サポート部材３４は、作業性の観点から、可動する上フレーム３１に接着やネジにより固定されていることが望ましい。

そして、太陽電池モジュール１ａを設置作業する時には、ベースフレーム３０と開口している上フレーム３１の間に、太陽電池モジュール１ａ挿入側から見て、上部サポート部材３４と下部サポート部材３３の奥に位置する空間３５に、太陽電池モジュール１ａの凸部１０ａが位置する場所まで太陽電池モジュール１ａの端部を挿入し、可動式連結部材３２を軸にして、上部サポート部材３４と共に上フレーム３１を閉じて、上部サポート部材３４と下部サポート部材３３によって太陽電池モジュール１ａの平坦部を挟み込む。その後、上フレーム３１が再び開口しないように、固定ネジ３６により、上フレーム３１とベースフレーム３０とを固定することで、固定作業は完了する。
（第２の実施形態）
次に、別の実施形態として、図４に第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を示す。

第１の実施形態との相違点は、図１による太陽電池モジュール１ｂを固定する例である点と、上フレーム３８の形状が異なり、可動式連結部材３２による連結部と反対側の端部の折り曲げ方向が図２（ａ）〜(ｃ)に記載の上フレーム３１とは逆で、上フレーム３８がコの字形状をしている点と、上部サポート部材３９の形状が異なる点である。

太陽電池モジュール１ｂは、その凸部１０ｂが、太陽電池モジュール１ｂの表面側（受光面側）に突出した構造となっているので、この凸部１０ｂが収まるように、上部サポート部材３９に溝３９ａが設けられている。ベースフレーム３０に対する固定ネジ３６の位置は、溝３９ａの存在により多少の相違があるが、このように構成された太陽電池モジュール固定部５１において、その他の構成は、第１の実施形態と同様であり、同様の効果を有する。
（第３の実施形態）
次に、別の実施形態として、図５に第３の実施形態に係る太陽電池モジュール固定部構造を示す。図５（ａ）は、太陽電池モジュール固定部５２の断面図であり、図５（ｂ）と図５（ｃ）には、太陽電池モジュール１ａの固定手順を示す。

第１の実施形態との相違点は、図２（ａ）〜(ｃ)と図３の下部サポート部材３３と上部サポート部材３４を、ノコギリ状の山形下部材４０と山形上部材４１に置き換えた点である。

山形下部材４０と山形上部材４１は、ベースフレーム３０や上フレーム３１に接触させる平坦部と、その平坦部の一端部から直角に近い角度で延びる第２の平坦部と、この２面を結ぶ傾斜面とからなる形状を少なくとも１つ有し、この形状は、直角三角形であっても良い。図５の例では、山形下部材４０と山形上部材４１がそれぞれ３つの三角形が並んだようになっているが、その数は特に限定するものではなく、１つであっても複数であっても良い。

そして、三角形の配置方向は、そのベースフレーム３０と開口している上フレーム３１の間に、太陽電池モジュール１ａ挿入側から見て、挿入側が傾斜している面で、奥側に垂直の面となるように配置しており、これにより、太陽電池モジュール１ａが引き抜かれる方向の力に対して、噛み込むようになっている。

さらに、山形下部材４０と山形上部材４１とは、太陽電池モジュール１ａと接する頂点部が、互いに上下で交互にずれるように構成することで、可撓性を有する太陽電池モジュール１ａが、山形下部材４０と山形上部材４１の間を蛇行するようになり、太陽電池モジュール１ａの凸部１０ａが引っ掛かるスペースも得られる。

第３の実施形態による設置手順は、図示しない設置部に固定されている太陽電池モジュール固定部５１は、上フレーム３１が上部サポート部材４１と共に、可動式連結部材３２を軸にして手で押し上げるだけで開口するようにしている（図５（ａ））。そして、太陽電池モジュール１ａを設置作業する時には、ベースフレーム３０と開口している上フレーム３１の間に、太陽電池モジュール１ａ挿入し、可動式連結部材３２を軸にして、山形上部材４１と共に上フレーム３１を閉じて、山形上部材４１と山形下部材４０によって太陽電池モジュール１ａの平坦部が蛇行するまで押し込んで挟み込む。この時、固定ネジ３６を締め込んで、上フレーム３１が再び開口しないように固定するのと同時に、太陽電池モジュール１ａの平坦部が蛇行するような押し込み状態となるようにしても良い。以上で固定作業は完了する。

第３の実施形態の構成では、屋外の環境で、長時間、押さえ部品の劣化に影響されずに、太陽電池モジュール１ａの固定を確実に行うことができる。

１、１ａ、１ｂ 太陽電池モジュール
１０ａ、１０ｂ 凸部
３０ ベースフレーム
３１ 上フレーム
３２ 可動式連結部材
３３ 下部サポート部材
３４ 上部サポート部材
３５ 空間
３６ 固定ネジ
３７ 設置ネジ
３８ 上フレーム
３９ 上部サポート部材
３９ａ 溝
４０ 山形下部材
４１ 山形上部材
５０、５１、５２ 太陽電池モジュール固定部

Claims (6)

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、
   少なくとも対向する２辺の端部に凸部を設けた太陽電池モジュールと、
   前記凸部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する挟持部と、
   前記挟持部の前記太陽電池モジュール端部側に設けた引っ掛かり部と、
   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前記凸部が、ラミネートにより前記太陽電池モジュールと一体化されている
   請求項１に記載の太陽電池モジュールの固定装置。
3. 前記挟持部が、前記太陽電池モジュールの平坦部と接する平面部を有し、
   前記太陽電池モジュールの前記凸部を配置する空間を有する構成である
   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. 前記凸部を配置する前記空間が、前記挟持部に設けた溝である
   請求項３に記載の太陽電池モジュールの固定装置。
5. 前記挟持部である前記一対の固定部材が、少なくとも断面が三角部を有し、
   前記三角部の頂点部を前記太陽電池モジュールの表面に接するように配置し、
   かつ、前記三角部の頂点部が、前記太陽電池モジュールの受光面側と非受光面側で互いに位置を交互にずらして配置した、
   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。
6. 前記太陽電池モジュールの受光面側と非受光面側で互いに位置を交互にずらして配置した前記三角部の傾斜部の空間に、前記太陽電池モジュールの前記凸部を配置する構成とした、
   請求項５に記載の太陽電池モジュールの固定装置。