JP2015122414A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの設置コストを抑えつつ、より確実、容易に太陽電池モジュールを接地させることのできるアース金具を備える太陽光発電装置を得ること。【解決手段】太陽電池パネルの外縁部を金属製のフレームで縁取りしてなり、縦横に配列された複数の太陽電池モジュールと、ベース部、前記ベース部から立ち上がる柱部及び前記柱部の上端に設けられた頭部を有し、前記ベース部が固定具に固定され、隣合う２枚の前記太陽電池モジュールの間に配置され、前記隣合う２枚の太陽電池モジュールの夫々のフレームを前記ベース部と頭部との間に挟み込んで固定する固定金具と、前記夫々のフレームと前記頭部との間に挟持される夫々の挟持部、前記夫々の挟持部が前記夫々のフレームと前記頭部との間に挟持されたとき前記夫々のフレームを押圧する夫々の突起部、及び、前記夫々の挟持部、突起部同士を接続する接続部、を有するアース金具と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、接地作業が容易なアース金具を備える太陽光発電装置に関する。

太陽電池モジュールを建物の屋根又は地上に設置する場合、その重量、設置する場所の風圧、地震荷重などに耐えうる強度で太陽電池モジュールを固定する必要がある。太陽電池モジュールを建物の屋根に設置する場合には、通常、太陽電池モジュールを固定するための固定金具を予め屋根に固定し、その固定金具上に太陽電池モジュールを固定する。

また、太陽電池モジュールを地上に設置する場合には、通常、地上にコンクリート基礎を造り、その上に鋼材を組み合わせた架台を組み上げ、その架台に太陽電池モジュールを固定する。また、落雷時のような高付加電圧から守るため、太陽電池モジュールを接地させる必要がある。

従来、太陽電池モジュールの端部が嵌合される嵌合部と、この嵌合部の下方において長手方向に沿って形成された空洞部と、空洞部の底板部に形成された溝部とからなるフレーム部材に取り付けられた太陽電池モジュールの接地構造であって、接地板体および固定板体がそれぞれ、フレーム部材の空洞部の底板部を互いに挟むように、空洞部の外側および内側に装着されるとともに、固定ボルトが、底板部外側の接地板体を貫通し、底板部の溝部を通って、底板部内側の固定板体が有するネジ穴にねじ込まれ、且つ締めつけられることにより、接地板体がフレーム部材の空洞部の底板部に取付け固定されるようになっている太陽電池モジュールの接地構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された太陽電池モジュールの接地構造では、屋根上に固定された固定金具や、地上に組み上げられた架台と、それぞれの太陽電池モジュールとを、アース線で接続して接地している。アース線は、太陽電池モジュールや固定金具に対してネジ止め（ボルト）によって固定されている。

特開２０００−１００４９０号公報

しかしながら、アース線を用いた接地では、太陽電池モジュールごとにアース線をネジ止めして接続する作業が、太陽電池モジュールの固定作業とは別に発生するため、設置コストの増大や、アース線のネジ止め固定忘れが発生しやすいという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池モジュールの設置コストを抑えつつ、より確実、容易に太陽電池モジュールを接地させることのできるアース金具を備える太陽光発電装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽光発電装置は、太陽電池パネルの外縁部を金属製のフレームで縁取りしてなり、縦横に配列された複数の太陽電池モジュールと、ベース部、前記ベース部から立ち上がる柱部及び前記柱部の上端に設けられた頭部を有し、前記ベース部が固定具に固定され、隣合う２枚の前記太陽電池モジュールの間に配置され、前記隣合う２枚の太陽電池モジュールの夫々のフレームを前記ベース部と頭部との間に挟み込んで固定する固定金具と、前記夫々のフレームと前記頭部との間に挟持される夫々の挟持部、前記夫々の挟持部が前記夫々のフレームと前記頭部との間に挟持されたとき前記夫々のフレームを押圧する夫々の突起部、及び、前記夫々の挟持部、突起部同士を接続する接続部、を有するアース金具と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、太陽電池モジュールの固定時に、同時に接地を取ることが可能となるため、接地作業忘れを防止すると共に、太陽電池モジュールの設置コストを低減することができる。

図１は、太陽電池モジュールの斜視図であって、フレームを分解した状態を示す図である。 図２は、太陽電池モジュールを並べて屋根などに固定する場合の固定金具の配置を示す上面図である。 図３は、太陽電池モジュールの固定部の実施の形態１を示す断面図である。 図４は、図３のＡ部拡大図である。 図５は、本発明の太陽光発電装置に用いられるアース金具の実施の形態１を示す斜視図である。 図６は、実施の形態１のアース金具の正面図である。 図７は、実施の形態１のアース金具の側面図である。 図８は、太陽電池モジュールの固定部の他の形態を示す断面図である。 図９は、太陽電池モジュールの固定部の実施の形態２を示す部分断面図である。 図１０は、本発明の太陽光発電装置に用いられるアース金具の実施の形態２を示す斜視図である。 図１１は、実施の形態２のアース金具の上面図である。 図１２は、実施の形態２のアース金具の正面図である。 図１３は、実施の形態２のアース金具の部分側面図である。

以下に、本発明に係る太陽光発電装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、太陽電池モジュールの斜視図であって、フレームを分解した状態を示す図である。図１に示すように、太陽電池モジュール５０は、縦横に配列された複数の太陽電池セル６０を樹脂封止してなる長方形の太陽電池パネル１と、太陽電池パネル１の外縁部を全周に亘って囲んで縁取りする金属製のフレーム２と、を備えている。

図２は、太陽電池モジュールを並べて屋根などに固定する場合の固定金具の配置を示す上面図である。図２に示すように、固定金具１０は、隣接する太陽電池モジュール５０の間及び外側に配置された太陽電池モジュール５０の外側に配置される。なお、固定金具１０は、太陽電池モジュール５０の長辺に２個ずつ配置されているが、短辺に配置してもよい。固定金具１０の材質は、アルミニウム、ステンレス、亜鉛メッキ鋼板などの金属である。

図３は、太陽電池モジュールの固定部の実施の形態１を示す断面図である。図３に示すように、固定金具１０は、ベース部１０ａと、ベース部１０ａから立ち上がる柱部１０ｂと、柱部１０ｂの上端に設けられた頭部１０ｃを有している。固定金具１０のベース部１０ａは、ボルト３０と図示しないナットなどによって、固定具３に固定される。

太陽電池モジュール５０のフレーム２の押圧部２ａの高さ寸法Ｔｆと、固定金具１０の頭部１０ｃの下端の高さ寸法Ｔｋとの関係は、Ｔｆ≧Ｔｋとなっていて、固定金具１０は、柱部１０ｂを挟んで隣合う２枚の太陽電池モジュール５０の夫々のフレーム２を、押圧部２ａを介して、ベース部１０ａと頭部１０ｃとの間に挟み込んで摩擦力によって固定する。

図４は、図３のＡ部拡大図であり、図５は、本発明の太陽光発電装置に用いられるアース金具の実施の形態１を示す斜視図であり、図６は、実施の形態１のアース金具の正面図であり、図７は、実施の形態１のアース金具の側面図である。

図４〜図７に示すように、アース金具２０は、例えば、アルミニウム板、ステンレス板、りん青銅板などの金属板製であり、固定金具１０の頭部１０ｃの上面を覆う天板部２０ａと、天板部２０ａと直角をなし頭部１０ｃの側面を覆う第１、第２の側板部２０ｂ、２０ｃと、第１、第２の側板部２０ｂ、２０ｃと夫々直角をなして内側に屈曲する第１、第２の挟持部２０ｄ、２０ｅと、第１、第２の側板部２０ｂ、２０ｃ夫々の先端両側部から下方に延びる第１、第２の突起部２０ｆ、２０ｇと、を有している。

第１、第２の突起部２０ｆ、２０ｇは、第１、第２の挟持部２０ｄ、２０ｅの下面よりも下方へ突出している。天板部２０ａ及び第１、第２の側板部２０ｂ、２０ｃは、アース金具２０の接続部２０ｈを構成している。接続部２０ｈは、第１、第２の挟持部２０ｄ、２０ｅ同士及び第１、第２の突起部２０ｆ、２０ｇ同士を接続している。アース金具２０は、全体として、チャンネル状（Ｕ字溝状）に形成されている。

図３に示すように、フレーム２を固定金具１０に固定するときは、固定金具１０の頭部１０ｃをアース金具２０で覆い、アース金具２０の第１、第２の挟持部２０ｄ、２０ｅを頭部１０ｃの下側の切欠き部１０ｄに差込み、固定金具１０に対して、フレーム２の押圧部２ａの突起部２ｂを、固定金具１０の頭部１０ｃの下側凹部１０ｅに矢印の方向に斜めに差し込み、フレーム２を回転させて挿入する。

図８は、太陽電池モジュールの固定部の他の形態を示す断面図である。図８に示すように、固定金具が、固定金具１１、１２の２部品に分割されている場合は、図８の右側のフレーム２を固定金具１１上に配置した後、固定金具１１、１２をボルト３０にて固定具３に固定し、その後、図８の左側のフレーム２を回転挿入する。

第１、第２の突起部２０ｆ、２０ｇが、第１、第２の挟持部２０ｄ、２０ｅの下面よりも下方へ突出しているので、太陽電池モジュール５０のフレーム２を固定金具１０に固定するとき、アース金具２０の第１、第２の突起部２０ｆ、２０ｇが、夫々、太陽電池モジュール５０のフレーム２を押圧してフレーム２に食い込む。そのため、固定金具１０（１１、１２）により固定された隣合う太陽電池モジュール５０のフレーム２同士は、アース金具２０を介して導通される。また、アース金具２０の第１、第２の挟持部２０ｄ、２０ｅは、固定金具１０の頭部１０ｃとフレーム２の押圧部２ａとの間に挟まれるので、アース金具２０も固定金具１０及びフレーム２に固定される。

第１、第２の突起部２０ｆ、２０ｇは、フレーム２を押圧する先端が尖った形状となっていて、フレーム２への食い込みがよく、フレーム２同士の導通が取りやすい。第１、第２の突起部２０ｆ、２０ｇのフレーム２への食い込み深さＳ（図４参照）は、０．１ｍｍ以上となっていて、フレーム２の絶縁被膜の厚さより大きくなっている。フレーム２の絶縁被膜は、例えば、材質がアルミニウムの場合は、酸化アルミニウムと樹脂系コートの積層などであり、錆防止や耐薬品性向上のために表面加工されている。

アース金具２０に用いられる金属の導電率が高いほど、太陽電池モジュール５０の接地効果も高くなる。金属の導電率は、銀が６１．４Ω・ｍ、銅が５９Ω・ｍ、金が４５．５Ω・ｍ、アルミニウムが３７．４Ω・ｍ、ステンレスが１０Ω・ｍとなっている。実施の形態１のアース金具２０では、価格と性能のバランスを考慮しつつ導通性を考慮してリン青銅板、錆と導通性を考慮してアルミニウム板、錆難さを考慮してステンレス板を用いている。なお、上記の材料と異なる金属材料を用いてアース金具２０を製作してもよい。

フレーム２及び固定金具１０は、設計要求に応じた複雑な断面形状でも成形可能であり、強度向上のための板厚増しが容易な、アルミニウムの押出し成形で製造されることが多い。その製造能力から、通常、その板厚は１．３ｍｍ以上となる。

フレーム２、固定金具１０及びアース金具２０の材質は、同一金属であることが望ましい。上記に加え、耐食性と導通性を考慮すると、アース金具２０の材質は、アルミニウムが最適である。アース金具２０は、上述のとおり、第１、第２の突起部２０ｆ、２０ｇの先端部が尖っている方がより導通性が高いので、０．４ｍｍ程度の板厚であることが好ましいが、この場合、押出し成形の製造能力を超えるため、アース金具２０は、板金の曲げ加工で製造する方がよい。実施の形態１では、固定金具１０とアース金具２０を別構造とすることにより、夫々の機能に応じた、最適な製造方法や形状選定が可能である。

また、アース金具２０の材質としては、安価であることや、強度物性値が高い（薄板でも変形しにくい）ことから、ステンレスを用いる場合も多い。この場合、フレーム２と固定金具１０の材質はアルミニウム、アース金具２０はステンレスとなり、アース金具２０を装着したことにより、異種金属の接触部が電食により腐食する可能性があるという問題がある。

実施の形態１では、固定金具１０とアース金具２０を別構造として、太陽電池モジュール５０の固定機能と、接地機能を分離させているため、仮にアース金具２０が部分的に腐食しても、固定金具１０には影響せず、固定強度を確保することができる。仮に、アース金具２０を用いずに、ステンレス製の固定金具１０の先端を尖らせてフレーム２と接触させて導通させた場合、接触部が侵食され、フレーム２と固定金具１０間に隙間が空くため、接地機能のみならず、太陽電池モジュール５０の固定強度も大きく低下する原因となる。

固定金具１０、フレーム２及びアース金具２０の組み立て後は、隣接するフレーム２同士が、アース金具２０を介して次々に接地される。最終的には、連結された太陽電池モジュール５０の中の任意の１枚のみ地面に接地すれば、連結された太陽電池モジュール５０、アース金具２０、固定金具１０及び固定具３を含んでなる太陽光発電装置全体が接地されることになる。

上述した実施の形態１のアース金具２０を用いれば、アース金具２０を事前に固定金具１０に組み付けておくことにより、太陽電池モジュール５０を固定金具１０に固定する作業と同時に、太陽電池モジュール５０の接地作業を行うことができ、接地作業忘れを防止すると共に、太陽電池モジュール５０の設置コストを低減することができる。

実施の形態２．
図９は、太陽電池モジュールの固定部の実施の形態２を示す部分断面図であり、図１０は、本発明の太陽光発電装置に用いられるアース金具の実施の形態２を示す斜視図であり、図１１は、実施の形態２のアース金具の上面図であり、図１２は、実施の形態２のアース金具の正面図であり、図１３は、実施の形態２のアース金具の部分側面図である。

図９〜図１３に示すように、実施の形態２のアース金具２２は、固定金具１０の柱部１０ｂに外嵌されるＵ字形の接続部２２ｈと、接続部２２ｈの上部からアーチ状に左右に延びる第１、第２の挟持部２２ｄ、２２ｅと、第１、第２の挟持部２２ｄ、２２ｅ夫々の先端両側部から下方に延びる第１、第２の突起部２２ｆ、２２ｇと、を有している。

図９に示すように、フレーム２を固定金具１０に固定するときは、アース金具２２の接続部２２ｈを、固定金具１０の頭部１０ｃの下側の柱部１０ｂを挟むように挿入すると共に第１、第２の挟持部２２ｄ、２２ｅを、頭部１０ｃの下側凹部１０ｅとフレーム２の突起部２ｂとの間に挿入する。

実施の形態２においても、図３に示す実施の形態１の太陽電池モジュール５０の固定部と同様に、太陽電池モジュール５０のフレーム２の押圧部２ａの高さ寸法Ｔｆと、固定金具１０の頭部１０ｃの下端の高さ寸法Ｔｋとの関係は、Ｔｆ≧Ｔｋとなっていて、固定金具１０は、隣合う２枚の太陽電池モジュール５０の夫々のフレーム２を、押圧部２ａを介して、ベース部１０ａと頭部１０ｃとの間に挟み込んで摩擦力によって固定する。

第１、第２の挟持部２２ｄ、２２ｅの下面から第１、第２の突起部２２ｆ、２２ｇの先端までの距離は、フレーム２の押圧部２ａの上面から突起部２ｂの先端までの距離よりも０．１ｍｍ以上長くなっていて、太陽電池モジュール５０のフレーム２を固定金具１０に固定するとき、アース金具２２の第１、第２の突起部２２ｆ、２２ｇの先端が、夫々、太陽電池モジュール５０のフレーム２を押圧してフレーム２に食い込む。そのため、固定金具１０により固定された隣合う太陽電池モジュール５０のフレーム２同士は、アース金具２２を介して導通される。また、アース金具２２の第１、第２の挟持部２２ｄ、２２ｅは、固定金具１０の頭部１０ｃの下側凹部１０ｅとフレーム２の押圧部２ａの突起部２ｂとの間に挟まれるので、アース金具２２も固定金具１０及びフレーム２に固定される。

第１、第２の突起部２２ｆ、２２ｇは、フレーム２を押圧する先端が尖った形状となっていて、フレーム２への食い込みがよく、フレーム２同士の導通が取りやすい。第１、第２の突起部２２ｆ、２２ｇのフレーム２への食い込み深さは、０．１ｍｍ以上となっていて、フレーム２の絶縁被膜の厚さより大きくなっている。

実施の形態２のアース金具２２を用いれば、実施の形態１のアース金具２０と同様の効果が得られると共に、アース金具２２は、固定金具１０の頭部１０ｃの下側に配置されるので、耐候性が高く錆び難い。

１ 太陽電池パネル、２ フレーム、２ａ 押圧部、２ｂ 突起部、３ 固定具、１０，１１，１２ 固定金具、１０ａ ベース部、１０ｂ 柱部、１０ｃ 頭部、１０ｄ 切欠き部、１０ｅ 下側凹部、２０ アース金具、２０ａ 天板部、２０ｂ 第１の側板部、２０ｃ 第２の側板部、２０ｄ 第１の挟持部、２０ｅ 第２の挟持部、２０ｆ 第１の突起部、２０ｇ 第２の突起部、２０ｈ 接続部、２２ アース金具、２２ｄ 第１の挟持部、２２ｅ 第２の挟持部、２２ｆ 第１の突起部、２２ｇ 第２の突起部、２２ｈ 接続部、３０ ボルト、５０ 太陽電池モジュール、６０ 太陽電池セル。

Claims (6)

1. 太陽電池パネルの外縁部を金属製のフレームで縁取りしてなり、縦横に配列された複数の太陽電池モジュールと、
   ベース部、前記ベース部から立ち上がる柱部及び前記柱部の上端に設けられた頭部を有し、前記ベース部が固定具に固定され、隣合う２枚の前記太陽電池モジュールの間に配置され、前記隣合う２枚の太陽電池モジュールの夫々のフレームを前記ベース部と頭部との間に挟み込んで固定する固定金具と、
   前記夫々のフレームと前記頭部との間に挟持される夫々の挟持部、前記夫々の挟持部が前記夫々のフレームと前記頭部との間に挟持されたとき前記夫々のフレームを押圧する夫々の突起部、及び、前記夫々の挟持部、突起部同士を接続する接続部、を有するアース金具と、
   を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記アース金具の突起部は、前記フレームを押圧する先端が尖っていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
3. 前記アース金具の突起部は、前記挟持部が前記フレームと前記頭部との間に挟持されたとき、前記フレームに食い込むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
4. 前記アース金具は、前記固定金具の頭部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
5. 前記アース金具は、前記固定金具の頭部の下側に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
6. 前記フレーム、固定金具及びアース金具の材質は、同一金属であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
   

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