JP2014173361A - 太陽電池モジュールの取付構造及び建造物 - Google Patents

Abstract

【課題】建造物への太陽電池モジュールの着脱を容易化する技術を提供する。
【解決手段】本発明のある態様の太陽電池モジュールの取付構造は、太陽電池モジュール２００に設けられる第１接続端子２０６と、建造物の内部に埋め込まれる配線１０４と、建造物に設けられて配線１０４により直列に接続され、建造物の外部に位置する複数の第１接続端子２０６がそれぞれ着脱自在に且つ電気的に接続される複数の第２接続端子１０６とを備える。第１接続端子２０６と第２接続端子１０６との接続により複数の太陽電池モジュール２００が建造物に固定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池モジュールの取付構造及び建造物に関する。

近年、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールの開発が精力的に行われている。このような太陽電池モジュールの取付構造としては、配線ボックスに兼用される架台が建造物の壁又は屋根上に配置されて支持金物で固定され、複数の太陽電池モジュールが架台に対してボルトで固定される構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３０３６３９号公報

太陽電池モジュールの設置や修理、交換等の作業の容易化の観点から、複数の太陽電池モジュールは簡単に着脱できることが望ましい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、建造物への太陽電池モジュールの着脱を容易化する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、太陽電池モジュールの取付構造である。この太陽電池モジュールの取付構造は、太陽電池モジュールに設けられる第１接続端子と、建造物の内部に埋め込まれる配線と、建造物に設けられて配線により直列に接続され、建造物の外部に位置する複数の第１接続端子がそれぞれ着脱自在に且つ電気的に接続される複数の第２接続端子と、を備える。そして、第１接続端子と第２接続端子との接続により複数の太陽電池モジュールが建造物に固定される。

本発明の他の態様は、建造物である。この建造物は、上述した態様の太陽電池モジュールの取付構造と、当該取付構造を介して取り付けられる複数の太陽電池モジュールと、を備える。

本発明によれば、建造物への太陽電池モジュールの着脱を容易化する技術を提供することができる。

実施の形態に係る太陽電池モジュールの取付構造を備える建造物の概略構造を示す正面図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、太陽電池モジュールの概略構造を示す断面図である。 建造物の壁面の概略構造を示す断面図である。 太陽電池モジュールの取付構造の概略構造を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図１は、実施の形態に係る太陽電池モジュールの取付構造を備える建造物の概略構造を示す正面図である。図１では、建造物１００の壁面１０２に複数の太陽電池モジュール２００が取り付けられた状態を示す。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、太陽電池モジュールの概略構造を示す断面図である。図２（Ａ）では、太陽電池モジュールの光入射面に対して平行な断面を示し、図２（Ｂ）は、太陽電池モジュールの光入射面に対して直交する断面を示す。図３は、建造物の壁面の概略構造を示す断面図である。図３では、壁面に対して平行な断面を示す。図４は、太陽電池モジュールの取付構造の概略構造を示す断面図である。図２〜図４ではモジュール配線２０４及び配線１０４を模式的に示す。

図１に示すように、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの取付構造は、太陽電池モジュール２００を建造物１００に取り付けるための構造である。本実施の形態では、建造物１００は例えば戸建て住宅であり、複数の太陽電池モジュール２００は、建造物１００の壁面１０２に取り付けられる。まず、太陽電池モジュール２００と、太陽電池モジュール２００の取付対象である建造物１００の壁面１０２とについて詳細に説明する。

（太陽電池モジュール）
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、太陽電池モジュール２００は、セル（光電変換セル）２０２と、モジュール配線２０４と、第１接続端子２０６と、支持用凹部２０８とを備える。太陽電池モジュール２００は、例えば、光入射面２０１を構成する透明ガラス基板、充填接着剤、セル２０２及びモジュール配線２０４、充填接着剤、裏面保護カバー材を重ねて一体化した後、周縁端部を封止材で封止して得られる。

セル２０２は、従来公知の構造を有する光起電力装置であり、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板等の結晶質系シリコン基板を用いた光起電力装置である。例えばセル２０２は、単結晶シリコン基板に電極がヘテロ接合されてなるHeterostructure with Intrinsic Thin-layer型のセルや、ガラス基板上に複数の単結晶セルを接合してなる太陽電池セル等であってもよい。また、セル２０２は、裏面電極型の光起電力装置であることがより好ましい。なお、セル２０２は、透光性部材上に、透明電極、光電変換層、裏面電極が順次積層されて構成される薄膜系太陽電池セルであってもよい。この場合、光電変換層には、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、複数のシリコン薄膜の積層構造、化合物系材料などを用いることができる。透明電極にはＺｎＯやＳｎＯ_２など、裏面電極にはＡｇなどを用いることができる。本実施の形態では、複数のセル２０２、より具体的には６つのセル２０２が横２行、縦３列のマトリクス状に配列され、直列及び並列に接続される。なお、セル２０２の設置数及び配置は特に限定されない。

モジュール配線２０４は、複数のセル２０２を電気的に接続する。第１接続端子２０６は、太陽電池モジュール２００の光入射面２０１と対向する面、すなわち裏面保護カバー材側に配置される。第１接続端子２０６は、凹状端子（メス端子）である。セル２０２に接続されるモジュール配線２０４（２本のリード線）の端部は、裏面保護カバー材を貫通し、第１接続端子２０６に接続される。セル２０２に発生する電力は、モジュール配線２０４を介して第１接続端子２０６から外部に取り出される。支持用凹部２０８は、第１接続端子２０６と同様、光入射面２０１と対向する面、すなわち裏面保護カバー材側に配置される。

（建造物）
図３に示すように、太陽電池モジュール２００の取付対象である、建造物１００の壁面１０２は、配線１０４と、複数の第２接続端子１０６と、支持用凸部１０８と、収容用凹部１１０とを備える。配線１０４は、建造物１００の壁面１０２の内部に埋め込まれる。複数の第２接続端子１０６はそれぞれ、壁面１０２上の各太陽電池モジュール２００の設置位置に配置される。複数の第２接続端子１０６は、壁面１０２に固定され、配線１０４により互いに電気的に接続される。第２接続端子１０６は、凸状端子（オス端子）である。配線１０４及び第２接続端子１０６は、太陽電池モジュール２００を直列接続するための回路を構成する。

太陽電池モジュール２００の設置数及び配置は特に限定されないが、本実施の形態では、壁面１０２に４８個の第２接続端子１０６が設けられる。第２接続端子１０６は、横６行、縦８列のマトリクス状に配列される。全ての第２接続端子１０６は、配線１０４により互いに直接に接続される。また、上段２行の１６個の第２接続端子１０６が第１端子群１０６Ａを構成し、中段２行の１６個の第２接続端子１０６が第２端子群１０６Ｂを構成し、下段２行の１６個の第２接続端子１０６が第３端子群１０６Ｃを構成する。

配線１０４には、第１端子群１０６Ａに対応するバイパスダイオード１０５Ａ、第２端子群１０６Ｂに対応するバイパスダイオード１０５Ｂ、及び第３端子群１０６Ｃに対応するバイパスダイオード１０５Ｃが設けられる。第１端子群１０６Ａ〜第３端子群１０６Ｃにおいて、各端子群内の第２接続端子１０６は互いに直列に接続される。また、各端子群はバイパスダイオード１０５Ａ〜１０５Ｃを介して互いに並列に接続される。

このような配線構造において、例えば第３端子群１０６Ｃ内のいずれかの第２接続端子１０６に接続された太陽電池モジュール２００が故障し、配線１０４と４８個の第２接続端子１０６及び太陽電池モジュール２００とで構成される直列回路が当該太陽電池モジュール２００の位置で断線した場合、第１端子群１０６Ａ及び第２端子群１０６Ｂの第２接続端子１０６に接続された太陽電池モジュール２００から電力を取り出すことができる。

壁面１０２には、各太陽電池モジュール２００の設置位置に支持用凸部１０８が配置される。また、壁面１０２には、各太陽電池モジュール２００の設置位置に収容用凹部１１０が設けられる。収容用凹部１１０は、太陽電池モジュール２００が嵌め込まれる凹部である。本実施の形態では、太陽電池モジュール２００は光入射面２０１と直交する方向から見て矩形状であり、収容用凹部１１０は正面視で矩形状である。複数の第２接続端子１０６及び複数の支持用凸部１０８は、それぞれ１つずつが各収容用凹部１１０の底面に設けられる。収容用凹部１１０内で、第２接続端子１０６と支持用凸部１０８は、矩形の対角線上の位置に配置される。第２接続端子１０６及び支持用凸部１０８の突出高さは、収容用凹部１１０の深さよりも小さい。

第２接続端子１０６は、第１接続端子２０６が接続されていない状態で導通し、直列接続の上流側の第２接続端子１０６と下流側の第２接続端子１０６とを電気的に接続するように切り替わる構成であってもよい。これにより、一部の太陽電池モジュール２００を取り外した場合であっても、他の太陽電池モジュール２００、特に取り外した太陽電池モジュール２００に対応する第２接続端子１０６が属する端子群内の他の第２接続端子１０６に接続される太陽電池モジュール２００に発生する電力を、取り出すことができる。

（太陽電池モジュールの取付構造）
続いて、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの取付構造について詳細に説明する。図４に示すように、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの取付構造は、太陽電池モジュール２００に設けられる第１接続端子２０６と、建造物１００の壁面１０２の内部に埋め込まれる配線１０４と、建造物１００の壁面１０２に設けられて配線１０４により直列に接続される複数の第２接続端子１０６と、を備える。複数の第２接続端子１０６には、壁面１０２の外部に位置する複数の第１接続端子２０６が、それぞれ着脱自在に且つ電気的に接続される。複数の太陽電池モジュール２００は、第１接続端子２０６と第２接続端子１０６との接続により、建造物１００の壁面１０２に固定される。

したがって、太陽電池モジュール２００の壁面１０２への取り付けと同時に、第２接続端子１０６と第１接続端子２０６とが電気的に接続される。すなわち、太陽電池モジュール２００の壁面１０２への固定と、配線１０４への電気的接続とを同時に行うことができる。

第１接続端子２０６が第２接続端子１０６に電気的に接続された状態で、複数の太陽電池モジュール２００は、配線１０４により直列に接続される。複数の太陽電池モジュール２００で発生する電力は、第１接続端子２０６、第２接続端子１０６及び配線１０４を介して太陽電池モジュール２００の外部に取り出される。複数の太陽電池モジュール２００が直列に接続されることで、所望の電圧を確保することができる。

第１接続端子２０６と第２接続端子１０６とは、太陽電池モジュール２００の光入射面２０１の延在方向と交わる方向にて接続される。本実施の形態では、第１接続端子２０６と第２接続端子１０６とは、光入射面２０１と略直交する方向にて接続される。すなわち、第１接続端子２０６と第２接続端子１０６とは、光入射面２０１の面方向と交わる方向にて接近し、両者が接続される。したがって、太陽電池モジュール２００の光入射面２０１とは反対側の面を壁面１０２に対向させて、壁面１０２に向けて太陽電池モジュール２００を押し付けることで、壁面１０２に太陽電池モジュール２００を取り付けることができる。

また、本実施の形態では、凸状端子である第２接続端子１０６が凹状端子である第１接続端子２０６に嵌合することで、両者が電気的に接続される。このように、凸状端子と凹状端子とが嵌合することで、壁面１０２上で太陽電池モジュール２００をより安定的に支持することができる。

さらに、太陽電池モジュール２００は、収容用凹部１１０内に嵌め込まれて、第１接続端子２０６と第２接続端子１０６とが接続される。これにより、壁面１０２上で太陽電池モジュール２００をより安定的に支持することができる。また、従来の取付構造で用いられていた架台が不要となるため、太陽電池モジュール２００の設置コストを削減することができる。

さらに、第１接続端子２０６と第２接続端子１０６とが接続された状態で、壁面１０２に設けられた支持用凸部１０８が太陽電池モジュール２００の支持用凹部２０８に嵌合する。これにより、壁面１０２上で太陽電池モジュール２００をより安定的に支持することができる。また、太陽電池モジュール２００を簡単に位置決めすることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの取付構造は、太陽電池モジュール２００に設けられる第１接続端子２０６と、建造物１００の内部に埋め込まれる配線１０４と、建造物１００に設けられて配線１０４により直列に接続され、複数の第１接続端子２０６がそれぞれ着脱自在に且つ電気的に接続される複数の第２接続端子１０６とを備える。そして、第１接続端子２０６と第２接続端子１０６との接続により複数の太陽電池モジュール２００が建造物１００に固定される。

すなわち、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの取付構造では、建造物１００に直接、配線１０４と複数の第２接続端子１０６とが設置され、太陽電池モジュール２００側の第１接続端子２０６を第２接続端子１０６に接続することで、複数の太陽電池モジュール２００を建造物１００へ取り付けることができる。また、第１接続端子２０６と第２接続端子１０６との接続を解除することで、複数の太陽電池モジュール２００を建造物１００から個別に取り外すことができる。さらに言い換えれば、第１接続端子２０６と第２接続端子１０６の接続により、建造物１００への太陽電池モジュール２００の設置と配線とが完了する。

したがって、複数の太陽電池モジュール２００を個別に且つ容易に着脱することができる。よって、太陽電池モジュール２００の設置や修理、交換等の作業を容易に行うことができる。

また、配線１０４は建造物１００の内部に埋め込まれるため、太陽電池モジュール２００の設置時に太陽電池モジュール２００が接触する等して配線１０４が損傷することを防ぐことができる。また、建造物１００の外観を優れたデザインとすることができる。

また、本実施の形態では、第１接続端子２０６が太陽電池モジュール２００の光入射面２０１と対向する面に配置される。そして、第１接続端子２０６と第２接続端子１０６とは、太陽電池モジュール２００の光入射面２０１の延在方向と交わる方向で嵌め合わされる。そのため、太陽電池モジュール２００を建造物１００に向けて押し付けるだけで、太陽電池モジュール２００の建造物１００への取り付けと電気的接続とを同時に行うことができる。よって、太陽電池モジュール２００の着脱と電気的接続とを簡単に行うことができる。また、第１接続端子２０６が光入射面２０１と対向する面に配置されるため、第１接続端子２０６が側面に設けられる場合と比べて、太陽電池モジュール２００の設置に要する面積を小さくすることができる。

また、本実施の形態に係る建造物１００は、上述した太陽電池モジュールの取付構造と、この取付構造を介して取り付けられる複数の太陽電池モジュール２００とを備える。上述した太陽電池モジュールの取付構造は、太陽電池モジュール２００を容易に着脱できるため、このような取付構造を建造物１００に設けることで、発電設備のメンテナンスが容易な建造物を提供することができる。

以上、本発明を上述した実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

上述した実施の形態では、太陽電池モジュール２００の取付対象は、建造物１００の壁面１０２であるが、太陽電池モジュール２００の取付対象は特に限定されず、建造物１００の屋根等であってもよい。また、建造物１００は、戸建て住宅に限定されず、例えば、ビル、橋梁、門、塀、プラント等であってもよい。さらには、太陽電池モジュール２００の取付対象は、建造物に組み上げられる前の建造用資材であってもよい。

建造物１００に埋め込まれる配線１０４は、太陽電池モジュール２００に発生する電力の取り出しに適する配置であればよく、図３に示す配線１０４の配置に限定されない。また、配線１０４の切替スイッチ等が建造物１００の外部に設けられてもよい。モジュール配線２０４についても、図２（Ａ）に示す配置に限定されない。太陽電池モジュール２００に設けられる第２接続端子１０６の数は１つに限定されず、１つの太陽電池モジュール２００に複数の第２接続端子１０６が設けられてもよい。この場合、例えば支持用凹部２０８及び支持用凸部１０８が接続端子として機能してもよい。

上述した実施の形態では、第１接続端子２０６が凹状端子、第２接続端子１０６が凸状端子であるが、第１接続端子２０６が凸状端子、第２接続端子１０６が凹状端子であってもよい。また、上述した実施の形態では、支持用凸部１０８が壁面１０２に、支持用凹部２０８が太陽電池モジュール２００に設けられているが、支持用凸部１０８が太陽電池モジュール２００に、支持用凹部２０８が壁面１０２に設けられてもよい。また、太陽電池モジュール２００が取り外された収容用凹部１１０に、光電変換機能は有さないが導通可能なダミーモジュールを取り付けてもよい。この場合には、取り外した太陽電池モジュール２００に対応する第２接続端子１０６を保護することができ、また建造物１００の外観デザインを安価に維持することができる。

なお、以下の組合せによる太陽電池モジュールの取付構造についても本発明の範囲に含まれうる。

（項目１）
太陽電池モジュールに設けられる第１接続端子と、
建造物の内部に埋め込まれる配線と、
前記建造物に設けられて前記配線により直列に接続され、前記建造物の外部に位置する複数の前記第１接続端子がそれぞれ着脱自在に且つ電気的に接続される複数の第２接続端子と、を備え、
前記第１接続端子と前記第２接続端子との接続により複数の太陽電池モジュールが前記建造物に固定されることを特徴とする太陽電池モジュールの取付構造。
（項目２）
前記第１接続端子は、太陽電池モジュールの光入射面と対向する面に配置され、
前記第１接続端子と前記第２接続端子とは、太陽電池モジュールの光入射面の延在方向と交わる方向にて接続される項目１に記載の太陽電池モジュールの取付構造。
（項目３）
前記第１接続端子及び前記第２接続端子は、一方が凸状端子であり他方が凹状端子である項目１又は２に記載の太陽電池モジュールの取付構造。
（項目４）
前記建造物に設けられ、太陽電池モジュールが嵌め込まれる収容用凹部をさらに備える項目１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの取付構造。
（項目５）
前記建造物及び太陽電池モジュールの一方に設けられる支持用凸部と、他方に設けられる支持用凹部とをさらに備え、
前記第１接続端子と前記第２接続端子とが接続された状態で、前記支持用凸部が前記支持用凹部に嵌合する項目１乃至４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの取付構造。
（項目６）
前記第２接続端子は、前記建造物の壁面に配置される項目１乃至５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの取付構造。
（項目７）
項目１乃至６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの取付構造と、
前記取付構造を介して取り付けられる複数の太陽電池モジュールと、
を備えることを特徴とする建造物。

１００ 建造物、 １０２ 壁面、 １０４ 配線、 １０６ 第２接続端子、 １０８ 支持用凸部、 １１０ 収容用凹部、 ２００ 太陽電池モジュール、 ２０１ 光入射面、 ２０６ 第１接続端子、 ２０８ 支持用凹部。

Claims (7)

1. 太陽電池モジュールに設けられる第１接続端子と、
   建造物の内部に埋め込まれる配線と、
   前記建造物に設けられて前記配線により直列に接続され、前記建造物の外部に位置する複数の前記第１接続端子がそれぞれ着脱自在に且つ電気的に接続される複数の第２接続端子と、を備え、
   前記第１接続端子と前記第２接続端子との接続により複数の太陽電池モジュールが前記建造物に固定されることを特徴とする太陽電池モジュールの取付構造。
2. 前記第１接続端子は、太陽電池モジュールの光入射面と対向する面に配置され、
   前記第１接続端子と前記第２接続端子とは、太陽電池モジュールの光入射面の延在方向と交わる方向にて接続される請求項１に記載の太陽電池モジュールの取付構造。
3. 前記第１接続端子及び前記第２接続端子は、一方が凸状端子であり他方が凹状端子である請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールの取付構造。
4. 前記建造物に設けられ、太陽電池モジュールが嵌め込まれる収容用凹部をさらに備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの取付構造。
5. 前記建造物及び太陽電池モジュールの一方に設けられる支持用凸部と、他方に設けられる支持用凹部とをさらに備え、
   前記第１接続端子と前記第２接続端子とが接続された状態で、前記支持用凸部が前記支持用凹部に嵌合する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの取付構造。
6. 前記第２接続端子は、前記建造物の壁面に配置される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの取付構造。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの取付構造と、
   前記取付構造を介して取り付けられる複数の太陽電池モジュールと、
   を備えることを特徴とする建造物。

Images