JP2015068033A - 太陽電池モジュールの支持体および太陽電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造と施工によって折板屋根に係る負荷を低減して変形を抑制しつつ、種々の形状の折板屋根に適用することができる太陽電池モジュールの支持体および太陽電池装置を提供すること。【解決手段】 平坦な頂面を有する長尺の山部と、該山部の隣に位置する長尺の谷部とが繰り返し設けられた折板屋根において、前記山部の上に配置する太陽電池モジュールの支持体であって、前記太陽電池モジュールが載置される第１面と、該第１面に対して反対側に位置して前記山部の前記頂面の幅よりも広い第２面とを有し、前記山部の前記頂面に配置される支持部材と、前記折板屋根に固定される固定部材と、前記支持部材と前記固定部材とをつなぐ連結部材と、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールの支持体および太陽電池装置に関する。

近年の環境保護の機運の高まりに伴い、環境負荷の少ない太陽光発電が注目されている。そして、太陽光発電の普及拡大のために、屋根に設置される太陽電池装置が注目されている。このような太陽電池装置は、屋根に葺かれた屋根材の特徴に適した構造であることが求められる。

例えば、屋根の一種として折板屋根がある。折板屋根とは金属板を山部と谷部に交互に折り曲げて形成した金属屋根材を葺いた屋根のことである。太陽電池装置を折板屋根に設置するために、一般に折板屋根のハゼ部を挟持して固定する構造の金具が用いられる。なお、折板屋根は、ハゼ部を有する形状に限られるものではなく、ハゼ部を持たない重ね式折板屋根と呼ばれるものなどがある。

折板屋根は、１ｍｍ前後の板厚の金属屋根材で葺かれていることから、太陽電池装置に積雪による正圧荷重、または地震による横揺れの荷重などが加わった場合、折板屋根のハゼ部に応力が集中して変形を生じるおそれがある。

そこで、折板屋根の変形を抑止することができる太陽電池装置が求められている。

例えば、太陽電池装置から折板屋根に加わる応力を分散させることで、屋根材の変形を抑制する技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。

特開２００９−５２２７８号公報

しかしながら、上記特許文献の太陽電池装置は、折板屋根の山部の側端に外側へ突出するように設けられた被嵌合部を有する屋根材にしか用いることができない。このため、例えば重ね式折板屋根のようなハゼ部を有しない折板屋根には適用することができない。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは簡易な構造と施工とによって、折板屋根に加わる負荷を低減して折板屋根の変形を抑制しつつ、種々の形状の折板屋根に適用することができる、太陽電池モジュールの支持体および太陽電池装置を提供することである。

本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの支持体は、平坦な頂面を有する長尺の山部と、該山部の隣に位置する長尺の谷部とが繰り返し設けられた折板屋根において、前記山部の上に配置する太陽電池モジュールの支持体であって、前記太陽電池モジュールが載置される第１面と、該第１面に対して反対側に位置して前記山部の前記頂面の幅よりも広い第２面とを有し、前記山部の前記頂面に配置される支持部材と、前記折板屋根に固定される固定部材と、前記支持部材と前記固定部材とをつなぐ連結部材と、を備えている。

また、本発明の一形態に係る太陽電池装置は、上記太陽電池モジュールの支持体と、該支持体の上に配置された太陽電池モジュールとを備えている。

上記構成の太陽電池モジュールの支持体および太陽電池装置によれば、支持部材の第２面が折板屋根の頂面に当接して載置されることによって、折板屋根の頂面と当接している広い範囲に応力が分散されるため、折板屋根の変形を低減することができる。

さらに、連結部材が支持部材および固定部材の双方に連結されているので、折板屋根の形状に応じて支持体の形態を適宜調整することが可能である。これにより、支持部材が頂面に当接するようにしつつ、固定部材を折板屋根の山部に沿って固定することができて、折板屋根の頂面の幅、山部の斜面の角度等によらず支持体を堅固に固定することができる。

ひいては、支持体からの折板屋根に加わる応力を分散して、折板屋根の変形を抑制することができるとともに、施工性のよい太陽電池モジュールの支持体および太陽電池装置を提供することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る太陽電池装置を折板屋根に設置した様子を示す斜視図である。 図２は本発明の一実施形態に係る太陽電池装置を構成する太陽電池モジュールを示す図であり、図２（ａ）は太陽電池モジュールを受光面側から見た平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線で切断した断面を示す断面図である。 図３は本発明の一実施形態に係る太陽電池装置の図面であり、（ａ）は図１のＢ−Ｂ’線から見た側面図であり、（ｂ）は図３（ａ）をＣ−Ｃ’線から見た断面図である。 図４は本発明の他の実施形態に係る太陽電池装置を示す図面であり、（ａ）は図３（ａ）に相当する側面図であり、（ｂ）は図３（ｂ）に相当する断面図である。 図５は本発明の他の実施形態に係る太陽電池装置を示す図面であり、（ａ）は図３（ａ）に相当する側面図であり、（ｂ）は図３（ｂ）に相当する断面図である。

以下、本発明に係る太陽電池装置の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は適宜変更し得る。

＜＜第１実施形態＞＞
＜太陽電池装置＞
図１に示すように、太陽電池装置１は、例えば傾斜した折板屋根２上に固定される。折板屋根は山部２ａと谷部２ｂを交互に折り曲げて形成した金属屋根材を葺いた屋根である。

なお、以下において、山部２ａの頂上の平坦な部分を頂面２ａ１と呼び、頂面２ａ１につながる傾斜している面を斜面２ａ２と呼ぶものとする。

太陽電池装置１は、折板屋根２上に固定された支持体２１と、支持体２１の上に配置された太陽電池モジュール１０とを備えるものである。

また以下では、折板屋根２の傾斜方向をｙ軸方向、折板屋根２に対する法線方向をｚ軸
方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向と直交する方向をｘ軸方向という。また、折板屋根２の傾斜の高い側を＋ｙ軸方向、折板屋根２の傾斜の低い側を−ｙ軸方向といい、屋根２から太陽電池装置１へ向かう方向を＋ｚ軸方向または上といい、その逆の方向を−ｚ軸方向または下という。

＜太陽電池モジュール＞
図１，図２を用いて、太陽電池装置１の構成要素である太陽電池モジュール１０について説明する。図１に示すように、複数の太陽電池モジュール１０は、ｘ軸方向に沿って配列されているとともに、ｙ軸方向にも沿って配列されている。そして、図２に示すように、各太陽電池モジュール１０は、太陽電池パネル１１と、この太陽電池パネル１１の外縁部を補強するフレーム１２とを有している。

図２（ｂ）に示すように、太陽電池パネル１１は、主として光を受光する第１主面（受光面）１１ａ（透光性基板１３の一主面）と、この第１主面１１ａの裏面に相当する第２主面（非受光面）１１ｂ（裏面保護部材１７の一主面）とを有している。そして、太陽電池パネル１１は、第１主面１１ａ側から順に、太陽電池モジュール１０の基板を兼ねる透光性基板１３と、熱硬化性樹脂よりなる一対の封止材１４と、封止材１４に周囲を保護されインナーリード１５とによって、電気的に接続された複数の太陽電池素子１６とを備えている。

さらに、太陽電池パネル１１は、太陽電池モジュール１０の裏面を保護する裏面保護部材１７と、太陽電池素子１６で得られた出力を外部に取り出すための端子ボックス１８とを備えている。

なお、太陽電池パネル１１の第２主面１１ｂは、例えば、裏面保護部材１７、および太陽電池素子１６と裏面保護部材１７との間に位置する封止材１４のそれぞれを、透光性を有するような材質で構成することによって、第２主面１１ｂ側から入射される光の一部を受ける形態であってもよい。

太陽電池素子１６は、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等からなる平板状の基板が用いられる。このようなシリコン基板を用いる場合は、上述したように、インナーリード１５で隣接するシリコン基板同士を電気的に接続すればよい。

また、太陽電池素子１６の種類は特に制限されない。例えば、太陽電池素子１６として、アモルファスシリコンよりなる薄膜太陽電池、ＣＩＧＳ太陽電池、ＣｄＴｅ太陽電池、または、結晶シリコン基板上に薄膜アモルファスを形成した太陽電池素子１６等を用いてもよい。例えば、アモルファスシリコン、ＣＩＧＳまたはＣｄＴｅからなる太陽電池素子１６としては、透光性基板１３上において、アモルファスシリコン層、ＣＩＧＳ層またはＣｄＴｅ層を透明電極等と組み合わせて適宜積層するようにしたものが利用できる。

また、端子ボックス１８は、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ樹脂）またはポリフェニレンオキサイド樹脂（ＰＰＯ樹脂）の箱体と、該箱体内に配置されるターミナル板と、箱体の外部へ電力を導出する出力ケーブルとを備えている。

フレーム１２は、太陽電池パネル１１を保持する機能を有する。フレーム１２は、後述する太陽電池装置１の設置の際に、太陽電池パネル１１を嵌合させる嵌合部１２ａと、太陽光を受光する側に位置するフレーム上面１２ｂと、フレーム上面１２ｂの裏面側に位置するフレーム下面１２ｃと、フレーム上面１２ｂおよびフレーム下面１２ｃを接続するフレーム側面１２ｄとを備えている。このようなフレーム１２は、アルミニウムを押し出し成形すること等によって製造することができる。

＜支持体＞
次に、図１，図３を用いて、太陽電池モジュール１０を折板屋根２へ固定する支持体２１について詳述する。図１，図３に示すように、支持体２１は折板屋根２の山部２ａの頂面２ａ１に載置された支持部材２２と支持部材２２の第２面２２ｂに連結された連結部材２３と、連結部材２３と連結された固定部材２４とを備える。

＜支持部材＞
支持部材２２は、折板屋根２の山部２ａの頂面２ａ１上に載置される頂面２ａ１よりも幅の広い長尺の部材である。支持部材２２は、その長手方向を山部２ａの長手方向（ｙ軸方向）に沿って頂面２ａ１上に載置して用いられ、例えば略板状の断面のものを用いることができる。

太陽電池モジュール１０が載置される＋ｚ方向の面を第１面２２ａと呼び、第１面２２ａに対して反対側に位置する面を第２面２２ｂと呼ぶものとする。第１面２２ａは、太陽電池モジュール１０を支持し、第２面２２ｂは、折板屋根２の頂面２ａ１と接する。なお、第２面２２ｂと頂面２ａ１との間には、折板屋根２に傷を付けないようにするためのゴムシートなどの緩衝材３０を挟んでも良い。

支持部材２２の短手方向（ｘ軸方向）の両端部は、折板屋根２の頂面２ａ１よりも外側に張り出す張り出し部２２ｈを有している。

さらに支持部材２２は、第１面２２ａの短手方向の略中央から＋ｚ方向へ突出したねじ部２５ａを有する。このようなねじ部２５ａは、例えば支持部材２２の第２面２２ｂの側から皿孔２２ｉを設け、第２面２２ｂ側から皿孔２２ｉに皿ボルト２５を挿通することで配置することができる。皿ボルト２５にナット２７で第１保持部材２６を締結して、太陽電池モジュール１０のフレーム１２を第１面２２ａと第１保持部材２６の間で挟持することで、太陽電池モジュール１０を支持部材２２上に固定することができる。

このような支持部材２２は、アルミニウム合金、鉄鋼またはステンレスなどを用いて形成することができる。

＜連結部材＞
連結部材２３は、支持部材２２の短手方向の両側に設けられた、支持部材２２と固定部材２４を連結する部材である。連結部材２３は、支持部材２２と固定部材２４を連結し、固定部材２４を山部２ａの斜面２ａ２に面で当接させる長さを有すればよく、例えば板状または棒状の部材を用いることができる。

連結部材２３は、支持部材２２と連結される第１端部２３ａと、第１端部２３ａの反対側に位置し固定部材２４と連結される第２端部２３ｂとを有し、第１端部２３ａを有する第１部品２３ｃと、第２端部２３ｂを有する第２部品２３ｄとからなる。

第１部品２３ｃはＶ字型の断面を有し、第２部品２３ｄを折板屋根２の斜面２ａ２に向かうように連結することができる。そして第１部品２３ｃは、第１端部２３ａにおいて支持部材２２の張出し部にボルト・ナットなどによって締結される。

第２部品２３ｄは、本実施形態では蝶番である。第２部品２３ｄは、第２端部２３ｂにおいて固定部材２４とネジなどによって連結されるとともに、蝶番であることを利用して固定部材２４の主面を折板屋根２の斜面２ａ２に沿った角度に調整することができる。

また第１部品２３ｃは、第２部品２３ｄとの接続部においてネジを挿通するための長孔２３ｇを有している。これにより、連結部材２３の長さを調整して、固定部材２４の主面を折板屋根２の斜面２ａ２に当接させることができる。

このような連結部材２３は、アルミニウム合金、鉄鋼またはステンレスなどを用いて形成することができる。

＜固定部材＞
固定部材２４は、連結部材２３によって回動可能な状態で、連結部材２３と連結され、折板屋根２の山部２ａの斜面２ａ２に当接して固定される板状の部材である。

固定部材２４は、斜面２ａ２と相対する主面を、漏水抑止のための接着材２４ｄを介して斜面２ａ２へと当接され、木ねじ２８などによって折板屋根２に固定される。固定部材２４の主面が、折板屋根２の斜面２ａ２と当接していることによって折板屋根２に負荷される応力が分散される。

このような固定部材２４は、アルミニウム合金、鉄鋼またはステンレスなどを用いて形成することができる。

＜効果＞
支持部材２２の第２面２２ｂが、折板屋根２の頂面２ａ１上に載置され当接していることによって、太陽電池装置１から折板屋根２に加わる正圧荷重を第２面２２ｂと頂面２ａ１の接触している広い面積で分散させることができる。これにより、太陽電池装置１が、積雪量の多い地域の折板屋根２に設置された場合であっても、応力を分散させて、太陽電池装置１から負荷された荷重による折板屋根２の変形を低減することができる。

また、支持部材２２と固定部材２４との間には、これらと連結する連結部材２３が設けられていて、固定部材２４が支持部材２２に対して回動可能に第２連結部材に連結されていることから、連結部材２３が固定部材２４の斜面２ａ２までの距離および角度の調整をできる。

これにより、折板屋根２の頂面２ａ１の幅や斜面２ａ２の角度が種々に異なる場合であっても、容易に支持部材２２が頂面２ａ１に当接するように施工することができる。

＜＜第２実施形態＞＞
次に、第２実施形態に係る太陽電池装置１について、図４を用いて説明する。

図４に示すように、第２実施形態に係る太陽電池装置１は、連結部材２３の構造において、第１実施形態の太陽電池装置と相違する。

本実施形態において連結部材２３の第１部品２３ｃは、第２部品２３ｄと接続するための長孔２３ｇを有する蝶番である。また、第２部品２３ｄはＶ字型の断面を有し、固定部材２４と連結される。

これにより、連結部材２３の第１端部２３ａは、支持部材２２と回動可能に連結される。また連結部材２３の第２部品２３ｄは、長孔２３ｇを用いて長さの調整をすることができる。この回動と長さ調整の機能とを用いることで、固定部材２４の主面を折板屋根２の斜面２ａ２に当接させることができる。

このように、連結部材２３の第１部品２３ｃと第２部品２３ｄの機能を入れ替えても、
同様な効果を得ることができる。

＜＜第３実施形態＞＞
次に、第３実施形態に係る太陽電池装置について、図５を用いて説明する。

図５に示すように、第３実施形態に係る太陽電池装置１は、支持部材２２の構造、および支持部材２２と連結部材２３と固定部材との間を連結する構造において、第１実施形態および第２実施形態の太陽電池装置１と相違する。

本実施形態において支持部材２２は、略角パイプ状の断面のレール状の部材である。図５（ｂ）に示すように、第１面２２ａは下側に向かって凹んだ溝部２２ｅを有し、第２面２２ｂは第１面２２ａに向かって凹んだ凹部２２ｆを有する。

より詳細には、溝部２２ｅは、支持部材２２上に支持部材２２と直交するように載置された第２保持部材３１を固定する六角ボルト２９を係止するものであって、第２保持部材３１を位置合わせできる。溝部２２ｅの開口の幅は、六角ボルト２９のねじ部の直径と略同一であり、奥側の幅は六角ボルト２９の頭部の二面幅と略同一である。このような溝部２２ｅを有することによって、六角ボルト２９をその回転を係止しつつ、支持部材２２の長手方向に沿って位置合わせし、第２保持部材３１を自由な位置で固定することができる。

折板屋根２は、頂面２ａ１にはぜ部２ａ３を有する場合がある。そのような折板屋根２に太陽電池装置１を取り付ける場合であっても、支持部材２２が凹部２２ｆを有することによって、はぜ部２ａ３との干渉を避けて第２面２２ｂと頂面２ａ１に当接させて、太陽電池装置１が折板屋根２に負荷する応力を分散させることができる。

さらに支持部材２２は、第１面２２ａと第２面２２ｂとの間に位置する側部２２ｃに、Ｃ字状の断面の第１係合部２２ｇを有する。そして連結部材２３は、第１端部２３ａに第１係合部２２ｇと係合することができる円状の断面の第２係合部２３ｅを有する。

同様に連結部材２３は、第２端部２３ｂに断面が円状の第３係合部２３ｆを有する。そして固定部材２４は、第３側辺部２４ｂに第３係合部２３ｆと係合することができる断面がＣ字状の第４係合部２４ｃを有する。

支持体２１は、このような第１係合部２２ｇと第２係合部２３ｅと第３係合部２３ｆと第４係合部２４ｃとを有することによって、支持部材２２と連結部材２３の間は回動可能に連結され、連結部材２３と固定部材２４の間も回動可能に連結される。

連結部材２３と固定部材２４の位置と角度を、折板屋根２の山部２ａの頂面２ａ１の幅や斜面２ａ２の角度に合わせて、ボルト・ナットを緩めたり締めたりすることなく、調整できることからより簡便に施工することができる。

また、第１係合部２２ｇ、第２係合部２３ｅ、第３係合部２３ｅおよび第４係合部２４ｃは、いずれもアルミニウム合金の押し出し成型によって、支持部材２２、連結部材２３および固定部材２４のそれぞれと一体に成型することができる。これにより、部材点数を削減して構造を簡素化できるとともに、生産性を高めることができる。

なお、第１係合部２２ｇの断面を円状とし、第２係合部２３ｅの断面をＣ字状とし、第３係合部２３ｆの断面を円状とし、第４係合部２４ｃの断面をＣ字状としても、上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。

さらに、第１係合部２２ｇと第２係合部２３ｅの断面形状の組み合わせは、Ｃ字状と円状に限られるものではなく、例えば、一部が開口した四角形状と六角形状との組み合わせなど、凸形状と凹形状との組み合わせを適宜選択可能である。なお、第３係合部２３ｆと第４係合部２４ｃとに関する組み合わせも同様である。

以上、本発明に係る実施形態を例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、支持部材２２は、折板屋根２の単一の山部２ａの上に配置されるものに限られるものではなく、折板屋根２の複数の山部２ａに跨る幅を有してもよい。また、長孔２３ｇを支持部材に設けて、連結部材２３の位置を調整する構造としてもよい。このように本発明の目的を逸脱しない限り任意のものに適宜変更実施が可能であることはいうまでもない。

１：太陽電池装置
２：折板屋根
２ａ：山部
２ａ１：頂面
２ａ２：斜面
２ａ３：ハゼ部
２ｂ：谷部
１０：太陽電池モジュール
１１：太陽電池パネル
１１ａ：受光面
１１ｂ：非受光面
１２：フレーム
１２ａ：嵌合部
１２ｂ：フレーム上面
１２ｃ：フレーム下面
１２ｄ：フレーム側面
１３：透光性基板
１４：封止材
１５：インナーリード
１６：太陽電池素子
１７：裏面保護部材
１８：端子ボックス
２１：支持体
２２：支持部材
２２ａ：第１面
２２ｂ：第２面
２２ｃ：側部
２２ｅ：溝部
２２ｆ：凹部
２２ｇ：第１係合部
２２ｈ：張り出し部
２２ｉ：皿孔
２３：連結部材
２３ａ：第１端部
２３ｂ：第２端部
２３ｃ：第１部品
２３ｄ：第２部品
２３ｅ：第２係合部
２３ｆ：第３係合部
２３ｇ：第１長孔
２４：固定部材
２４ｃ：第４係合部
２４ｄ：接着材
２５：皿ボルト
２５ａ：ねじ部
２６：第１保持部材
２７：ナット
２８：木ねじ
２９：六角ボルト
３０：緩衝材
３１：第２保持部材

Claims (11)

1. 平坦な頂面を有する長尺の山部と、該山部の隣に位置する長尺の谷部とが繰り返し設けられた折板屋根において、前記山部の上に配置する太陽電池モジュールの支持体であって、
   前記太陽電池モジュールが載置される第１面と、該第１面に対して反対側に位置して前記山部の前記頂面の幅よりも広い第２面とを有し、前記山部の前記頂面に配置される支持部材と、
   前記折板屋根に固定される固定部材と、
   前記支持部材と前記固定部材とをつなぐ連結部材と、
   を備えている太陽電池モジュールの支持体。
2. 前記連結部材は、前記第１支持部材の前記第１面と前記第２面との間に位置する側部および前記第２面の少なくとも１箇所の部位に連結されている請求項１に記載の太陽電池モジュールの支持体。
3. 前記連結部材は、第１端部と、該第１端部の反対側に位置する第２端部とを有し、前記第１端部は前記支持部材に対して回動可能に連結されており、前記第２端部は前記固定部材に連結されている請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの支持体。
4. 前記支持部材は、前記第１面の側に前記太陽電池モジュールの位置合わせが可能な溝部を有するレール状である請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池モジュールの支持体。
5. 前記連結部材は、前記支持部材の対向する２つの側部または前記第２面の対向する２つの所定部位のそれぞれに設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池モジュールの支持体。
6. 前記支持部材の前記側部または前記第２面には凹形状または凸形状の第１係合部が設けられ、前記連結部材の前記第１端部には凸形状または凹形状の第２係合部が設けられており、前記第１係合部と前記第２係合部とが連結されている請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池モジュールの支持体。
7. 前記第１係合部は断面がＣ字状または円形状であり、前記第２係合部は断面が円形状またはＣ字状である請求項６に記載の太陽電池モジュールの支持体。
8. 前記連結部材の前記第２端部には凸形状または凹形状の第３係合部が設けられ、前記固定部材には凹形状または凸形状の第４係合部が設けられて、前記第３係合部と前記第４係合部とが連結されている請求項１乃至６のいずれかに記載の太陽電池モジュールの支持体。
9. 前記第３係合部は断面が円形状またはＣ字状であり、前記第２係合部は断面がＣ字状または円形状である請求項８に記載の太陽電池モジュールの支持体。
10. 前記支持部材の前記第２面の側に前記第１面に向かって凹んだ凹部を有している請求項１乃至９のいずれかに記載の太陽電池モジュールの支持体。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の太陽電池モジュールの支持体と、該支持体の上に配置された太陽電池モジュールとを備えている太陽電池装置。

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