JP2014127556A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】落雪等の堆積物の滑落による危険を排除しつつも、雪による圧力によっては破損しにくい太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、太陽電池セル２を並べた板状の太陽電池パネル３と、前記太陽電池パネル３の下辺を挟み込む下フレーム４１と、前記太陽電池パネル３の上辺を挟み込む上フレーム４０とを有する。そして、太陽電池パネル３への積雪９に対して滑落方向と逆の抗力を与える上側障害部材４０ａを上フレーム４０に備える。
【選択図】図１

Description

本実施形態は、屋根、屋根瓦やスレート材等の屋根部材、又は大地に設置する太陽電池モジュールに関する。

近年、地球温暖化、化石燃料の枯渇が問題となっており、地球環境とエネルギーに対する関心が急速に高まっている。このような状況の下、環境負荷の少ないエネルギー源として太陽光が注目されており、太陽光を電力に変換することのできる太陽電池モジュールを建物の屋根に設置する一般家庭が増えている。

一般的に、太陽電池モジュールは、図６に示すように、太陽電池セル２を直列及び並列に二次元アレイ状に並べた板状の太陽電池パネル３を四方を囲むフレームに嵌め込んで成る。フレームは、太陽電池パネル３の外形に内形を合わせた枠体であり、太陽電池パネル３の上辺を空側から挟み込む上フレーム４０と、太陽電池パネル３の下辺を大地側から挟み込む下フレーム４１と、左右のフレーム（不図示）よりなる。

下フレーム４１と上フレーム４０は、枠内側に向く面から平行に突き出した２枚の鍔と、２枚の鍔で囲まれる壁領域とからなるコの字状の挟持部を有している。コの字状の部分に太陽電池パネル３を挿入し、ボルト等で留めることで、太陽電池パネル３はフレームに嵌め込まれる。

このような太陽電池モジュール１は、積雪地域においても使用され、屋根に表面を揃えて縦横に二次元アレイ状に並べられる。当然、この太陽電池モジュール１の表面には、雪が積もる場合があるが、太陽電池モジュール１の表面は、太陽電池セル２の保護のためにガラスでコーティングされており、瓦等の屋根材よりも積もった雪が滑りやすくなっている。そのため、太陽電池モジュール１上を積雪９が滑り落ち、下を歩いている歩行者、下を走っている自動車、或いは下方の建物設備に傷害や損傷を与える危険性が指摘されていた。

そこで、従来は、太陽電池モジュール１の表面に、落雪自体を抑制したり、落雪スピードを抑制するための障害部材を形成していた（特許文献１、特許文献２参照。）。図７は、雪の滑落を抑制する障害部材４１ａを設けた従来の太陽電池モジュール１を示す斜視図である。図７に示すように、従来は、落雪方向において、より下方に存在する下フレーム４１の表面に突起でなる障害部材４１ａを設けていた。一般的には、障害部材４１ａを下フレーム４１にボルト等により固定したり、下フレーム４１と障害部材４１ａとをダイキャスティング法等により一体成形していた。

特開２００３−１８４２４５号公報 特開平０８−１３７２５号公報

図７に示すように、従来の下フレーム４１に障害部材４１ａを設ける方式では、この障害部材４１ａによって雪が勢いよく落ちることは抑制でき、下を歩いている歩行者等に対して大きな傷害や損傷を与えるおそれを低減させることは可能であった。

しかしながら、この下フレーム４１に障害部材４１ａを設ける方式では、次のような理由により太陽電池モジュール１を破壊してしまうことがあった。

すなわち、太陽電池モジュール１に積もる雪は、障害部材４１ａに対して落雪方向に圧力を与える。障害部材４１ａと下フレーム４１とは固定関係にあるため、この障害部材４１ａが受ける圧力は下フレーム４１に伝わる。そうすると、下フレーム４１は、下に凸となるように湾曲変形するおそれがある。この場合、下フレーム４１の挟持部は、太陽電池パネル３から開く方向に歪み、太陽電池パネル３と下フレーム４１との間に隙間ができてしまう。

この歪みは、最悪の場合、太陽電池パネル３の下フレーム４１からの脱落を招き、太陽電池モジュール１を破壊してしまいかねない。また、太陽電池モジュール１は、この開いた隙間からの雪解け水の侵入を許し、この点においても太陽電池モジュール１を破壊する可能性がある。

尚、太陽電池モジュール１に積もる堆積物には、積雪９以外にも火山灰等があり、これらも積雪９と同様に滑落による危険性が指摘されている。

このように、従来は、落雪等の堆積物の滑落による危険を排除しつつも、堆積物による圧力によっては破損しにくい太陽電池モジュールを実現できていなかった。本実施形態は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、堆積物の滑落危険排除と破損防止とを両立させた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本実施形態の太陽電池モジュールは、光起電力効果により光を受けて発電する太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの下辺を挟み込む下フレームと、前記太陽電池パネルの上辺を挟み込む上フレームと、前記上フレームに設けられ、前記太陽電池パネルの堆積物に対して滑落方向と逆の抗力を与える上側障害部材と、を備えること、を特徴とする。

前記上フレームは、前記太陽電池パネルを挟み込むコの字状部を少なくとも一部に有し、前記太陽電池パネルを挟み込むと、前記太陽電池パネルの端面と前記コの字状部の内部奥壁との間に空間部が形成されるようにしてもよい。

第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの全体構成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を上下方向に沿って切断した断面図である。 太陽電池モジュールの上側障害部材を示す拡大側面図である。 第２の実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。 第３の実施形態に係る太陽電池モジュールの斜視図である。 従来の太陽電池モジュールを示す斜視図である。 雪の滑落を抑制する障害部材を設けた従来の太陽電池モジュールを示す斜視図である。

以下、太陽電池モジュールの各実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。太陽電池モジュールにおいて、上辺、上フレームとは空側に位置する辺、フレームに相当し、下辺、下フレームとは大地側に位置する辺、フレームに相当する。屋根に設置する場合、又は屋根に代えて設置する場合には、棟側が上側或いは空側に対応し、軒側が下側或いは大地側に対応する。更に、表面とは太陽に晒す側を指し、裏面とは其の反対を指す。

（第１の実施形態）
（構成）
図１は、第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１の全体構成を示す斜視図である。図１に示すように、この太陽電池モジュール１は、太陽電池セル２を直列及び並列に二次元アレイ状に並べた板状の太陽電池パネル３の四方を囲むフレームに嵌め込んで成る。この太陽電池モジュール１は、面の高さを揃えて幾段にも連ねて複数配置される。

太陽電池セル２は、多結晶シリコン等の半導体ウェハの表裏面に電極を付設し、それをサブストレートに搭載して成り、光起電力効果により光エネルギーを電力に変換する発電体である。太陽電池パネル３は、所望の電圧と電流を得られるように、太陽電池セル２を複数枚直並列に電気的に接続して並べた板であり、周囲の環境に耐えるために、太陽電池セル２をＥＶＡ等の充填剤で封止し、更にガラス板等の支持板で覆っている。

フレームは、太陽電池パネル３の外形に内形を合わせた枠体であり、太陽電池パネル３の強度向上のため、及び設置の際の太陽電池パネル３の支持体として、太陽電池パネル３が嵌め込まれる。太陽電池パネル３は、一般的には矩形であり、フレームは、太陽電池パネル３の上辺を上段側から挟み込む上フレーム４０と、太陽電池パネル３の下辺を下段側から挟み込む下フレーム４１と、左右のフレーム（不図示）よりなる。

各フレームは、耐食性に優れたアルミニウム等の素材を押出型を用いてダイキャスティング等によって継ぎ目なく一体成形されている。但し、継ぎ目に雨水の流下制御等の特定の目的を持たせる場合には、これに限られない。

上フレーム４０と下フレーム４１とは、太陽電池パネル３の辺長と同一かそれより長い長辺を有し、長辺を太陽電池パネル３の辺に沿わせて挟み込む。上フレーム４０と下フレーム４１の厚みは、太陽電池パネル３よりも厚く、底面を設置面として太陽電池パネル３が地上や屋根に接触しないように空中で保持している。

図２は、第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１を上下方向に沿って切断した断面図である。図２に示すように、この上フレーム４０と下フレーム４１は、中空の四角柱部分を基本構成とする。四角柱部分を基本構成とすることにより、太陽電池モジュール１の強度の向上が図られる。そして、この四角柱部分に対して、両フレーム４０、４１には挟持部５と足部６が長辺に沿って一体成形され、上フレーム４０については更に上側障害部材４０ａが長辺に沿って一体成形されている。

挟持部５は、太陽電池パネル３の一辺を挟み込むことにより、太陽電池パネル３の位置及び姿勢を保持する。この挟持部５は、両フレーム４０、４１の表側に偏って設けられる。これは、太陽電池パネル３を地上や屋根に接触させないためである。

この挟持部５は、四角柱部分の枠内側の面から平行に突き出した２枚の鍔５ａと、２枚の鍔５ａで囲まれる壁領域５ｂとからなり、コの字形状を有する。枠内側の面は、フレームの枠内領域に向いた面であり、換言すると、上フレーム４０の下フレーム４１と対向する面、下フレーム４１の上フレーム４０と対向する面である。

挟持部５を形成する２枚の鍔５ａの間隔は、太陽電池パネル３の辺縁の厚みと同じか、太陽電池パネル３が２枚の鍔５ａの間に挿入可能であるが、挿入後にがたつきが無い程度に空いている。

鍔５ａの突出長は、両フレーム４０、４１において、一定程度の風雪その他による荷重によっても太陽電池パネル３が脱落しない程度に長い。但し、上フレーム４０の鍔５ａの突出長に関しては、コの字状部に挟み込まれる太陽電池パネル３の辺縁の幅よりも長く延ばされている。

すなわち、太陽電池パネル３を上フレーム４０に嵌め込むと、太陽電池パネル３のコの字状部に挿入された端面とコの字状部の背に相当する内部奥壁との間に、空間部７が形成される。この空間部７は、上フレーム４０が太陽電池パネル３側に押し込まれるように歪んでしまった際に、上フレーム４０と太陽電池パネル３とを衝突させないバッファ空間となる。

足部６は、地上や屋根に対する設置面である。この足部６は、両フレーム４０、４１の裏側に偏って設けられる。具体的には、足部６は、四角柱部分の枠内側の面から突き出したプレートである。プレートは、両フレーム４０、４１の底面と同一の高さに延設されている。プレートに表裏を貫くようにボルトを通すことにより、太陽電池モジュール１は、地上や屋根に固定される。

上側障害部材４０ａは、上フレーム４０の表面に突設された凸部であり、積雪９の滑落方向と直交する断面を有し、太陽電池モジュール１への積雪９に対して落雪方向と逆の抗力を与える。凸部の形状や高さ、すなわち、積雪９の滑落方向と直交する上側障害部材４０ａの断面積は、特に限定する必要はないが、最低限、太陽電池パネル３の表面を滑落する積雪９に抵抗を与えて落雪スピードを鈍化させる程度であればよい。また、その断面積を大きくして、積雪９の滑落を防止させるようにしたり、滑落する積雪９を押し止めるように設定することもできる。

この上側障害部材４０ａは、上フレーム４０の表面に対して直立させる必要はなく、例えば、上フレーム４０の表面に対して下方向又は上方向に傾斜させてもよく、滑落と抗する方向に角を向けたくさび形であっても、更には上フレーム４０の長辺に沿って延びる円柱、三角形や五角形等の多角形柱であってもよい。また、上側障害部材４０ａを二重、三重の壁としてもよい。

また、この上側障害部材４０ａは、例えば、上フレーム４０の長辺に沿って連続する障壁、上フレーム４０の長辺に沿って断続的に配設された複数の障壁又はピン状部材の何れでもよい。換言すると、櫛状に形成されていてもよい。図３は、上側障害部材４０ａの拡大側面図である。更には、図３に示すように、上側障害部材４０ａに多数の貫通孔４０ｂを形成するようにしてもよい。上側障害部材４０ａを櫛状に形成し、又は多数の貫通孔４０ｂを形成した場合、その歯抜け部分や貫通孔４０ｂが雪解け水の流通経路となる。

（作用効果）
この太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル３を太陽側に向けるように傾斜させつつ、家屋や商業施設や工場等の施設の屋上、或いは地上の傾斜面等に設置される。太陽電池モジュール１は、縦横隙間無く連ねるように複数設置される。設置地域には、降雪地域も含まれ、傾斜設置された太陽電池パネル３には積雪９も発生する。

太陽電池パネル３に雪が過大に堆積すると、その雪は、環境の変化や自重増大によって落雪となり得る。このとき、本実施形態の太陽電池モジュール１は、次の理由により、落雪時に下にいた人等に怪我を与える危険性を低減させ、また同時に太陽電池モジュール１の積雪９による破壊を防止することができる。

すなわち、上段の太陽電池モジュール１に堆積していた雪は、下段の太陽電池モジュール１が有する上側障害部材４０ａによって、落雪方向とは逆に抗力を与えられ、落雪スピードが鈍化する。また、上段に積もっていた雪に対しては下段の太陽電池モジュール１が有する上側障害部材４０ａによって落下が抑制される。そのため、太陽電池モジュール１に堆積した雪がスピードに乗って下にいた人等に落ちてしまう危険性を低減することができる。

また、この上側障害部材４０ａは上フレーム４０に設けられている。上フレーム４０は、雪から上側障害部材４０ａが受ける圧力によって歪んでしまう虞があるが、下フレーム４１の場合と異なり、例え上フレーム４０が積雪９による圧力により歪んでしまっても、その歪み方向は、フレームの枠内側へ向かうこととなる。この場合、挟持部５のコの字状部分は、下フレーム４１と異なり、太陽電池パネル３から開く方向ではなく、太陽電池パネル３に食い込むこととなる。

従って、太陽電池パネル３が上フレーム４０から脱落する危険性を低減できる。また、太陽電池パネル３と上フレーム４０との間に隙間ができてしまい、太陽電池モジュール１が浸水してしまうおそれも低減できる。

更に、この太陽電池モジュール１では、太陽電池パネル３の端面とコの字状部の内部奥壁との間に空間部７を形成している。そのため、太陽電池パネル３にコの字状部が食い込むこととなっても、この空間部７が太陽電池パネル３とコの字状部との衝突を回避するバッファ空間となり、太陽電池パネル３のコの字状部による破壊のおそれを低減できる。

また、この太陽電池モジュール１において、上側障害部材４０ａを櫛状に形成し、又は多数の貫通孔４０ｂを形成した場合、その歯抜け部分や貫通孔４０ｂから雪解け水が流れ落ちる。すなわち、雪解け水が上側障害部材４０ａに堰き止められる心配はない。そのため、積雪９の他に雪解け水が加わって、過大な荷重が上側障害部材４０ａに働くことを低減し、太陽電池モジュール１の破壊や浸水を更に低減することができる。

（第２の実施形態）
（構成）
図４は、第２の実施形態に係る太陽電池モジュール１の断面図である。この太陽電池モジュール１は、第１の実施形態に下側障害部材８を追加している。下側障害部材８は、基礎フレーム８ａの表面に突設された凸部である。基礎フレーム８ａは、下フレーム４１と同じ高さで同じ長さの長辺を有する中空の四角柱形状のフレームである。この基礎フレーム８ａは、下フレーム４１の下段に下フレーム４１と隣接させて地上や屋上や屋根に設置される。言い換えると、下側障害部材８は、下フレーム４１と隣接させて、下フレーム４１とは別に下段側に設けられる。

この下側障害部材８は、上側障害部材４０ａと同じ機能を有し、積雪９の滑落方向と直交する断面を有し、太陽電池への積雪９に対して落雪方向と逆の音波を与える。すなわち、下側障害部材８が有する凸部の形状や高さは、特に限定する必要はないが、最低限、太陽電池パネル３の表面を滑落する積雪９に抵抗を与えて落雪スピードを鈍化させる程度であればよく、また、その断面積を大きくして、積雪９の滑落を防止させるようにしたり、滑落する積雪９を押し止めるように設定することもできる。更に、櫛状に形成したり、多数の貫通孔４０ｂを設けることもできる。

（作用効果）
この下側障害部材８は、最下段の太陽電池モジュール１に隣接させて設けられる。第１の実施形態では、積雪９が最下段の太陽電池モジュール１を滑る際の歯止めが存在しない。最下段の太陽電池モジュール１を滑ることによる滑落スピードの上昇は、太陽電池モジュール１の長さからすれば、下にいる人に対する危険性を高めるものではないが、この下側障害部材８が設けられることにより危険性の更なる低下を達成することができる。

また、この下側障害部材８は、下フレーム４１との構造上の接合関係がない。そのため、下側障害部材８が滑落する雪から圧力を受けても、下フレーム４１が歪んでしまうおそれはない。従って、太陽電池パネル３が下フレーム４１から脱落する危険性を低減できる。また、太陽電池パネル３と下フレーム４１との間に隙間ができてしまい、太陽電池モジュール１が浸水してしまうおそれも低減できる。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る太陽電池モジュール１の斜視図である。この太陽電池モジュール１では、下側障害部材８を下フレーム４１の表面に位置させるものの、この下側障害部材８と下フレーム４１との構造上の接合関係はなく、下側障害部材８は、上フレーム４０から吊られている。

すなわち、図５に示すように、上フレーム４０には、下フレーム４１の表面まで延びる連結部材４０ｃの一端が締結され、下側障害部材８は、この連結部材４０ｃの他端に締結されることにより、連結部材４０ｃで上フレーム４０から吊られている。連結部材４０ｃは、ヒモ、鎖、又はロッドの何れでもよい。

下側障害部材８を連結部材４０ｃを用いて上フレーム４０から吊り、下側障害部材８を下フレーム４１の表面に位置させるようにすることによっても、滑落する積雪９に対する抵抗を発生させることができるとともに、下フレーム４１の歪み防止を達成することができる。また、上フレーム４０には、下側障害部材８が積雪９から受ける圧力が連結部材４０ｃを介して伝わり、歪みが発生する可能性があるが、第１の実施形態と同様に、その歪みは太陽電池パネル３に上フレーム４０を食い込ませる結果となり、太陽電池パネル３を脱落させてしまったり、太陽電池モジュール１に浸水を発生させてしまうことはない。

（その他の実施の形態）
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第１乃至第３の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、本発明に係る複数の実施形態では、積雪９を例に説明したが、太陽電池モジュール１に積もる堆積物には、積雪９以外にも火山灰等も挙げられる。例示した複数の実施形態は、これら堆積物に対しても積雪９と同様に滑落による危険性を低減できる。すなわち、本発明は、積雪９以外にも火山灰等の太陽電子モジュール１に積もる可能性のある堆積物に広く効果を発揮する。

１ 太陽電池モジュール
２ 太陽電池セル
３ 太陽電池パネル
４０ 上フレーム
４０ａ 上側障害部材
４０ｂ 貫通孔
４０ｃ 連結部材
４１ 下フレーム
４１ａ 障害部材
５ 挟持部
５ａ 鍔
５ｂ 壁領域
６ 足部
７ 空間部
８ 下側障害部材
８ａ 基礎フレーム
９ 積雪

Claims (9)

1. 光起電力効果により光を受けて発電する太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの下辺を挟み込む下フレームと、
   前記太陽電池パネルの上辺を挟み込む上フレームと、
   前記上フレームに設けられ、前記太陽電池パネルの堆積物に対して滑落方向と逆の抗力を与える上側障害部材と、
   を備えること、
   を特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記上フレームは、
   前記太陽電池パネルを挟み込むコの字状部を少なくとも一部に有し、
   前記太陽電池パネルを挟み込むと、前記太陽電池パネルの端面と前記コの字状部の内部奥壁との間に空間部が形成されること、
   を特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記下フレームと隣接させて、前記下フレームとは別に其の下段に設けられ、前記太陽電池セルへの堆積物に対して滑落方向と逆の抗力を与える下側障害部材を更に備えること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
4. 前記下フレームの表面に当接し、前記太陽電池パネルの堆積物に対して滑落方向と逆の抗力を与える下側障害部材を更に備えること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
5. 前記下側障害部材は、前記上フレームから延びた連結部材により支持されること、
   を特徴とする請求項４記載の太陽電池モジュール。
6. 前記上側障害部材は、
   多数形成された貫通孔を有すること、
   を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の太陽電池モジュール。
7. 前記上側障害部材は、
   前記上フレームに沿って櫛形状を有すること、
   を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の太陽電池モジュール。
8. 前記上側障害部材は、
   前記上フレームの表面に形成された凸部であること、
   を特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の太陽電池モジュール。
9. 前記上側障害部材は、
   前記上フレームと押出型で一体成形されていること、
   を特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の太陽電池モジュール。

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