JP2016165210A - 太陽電池モジュール - Google Patents

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伸裕 野中
啓之 清水
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啓之 清水
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尉絵 長野
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Yoshinosuke Mori
吉之介 森
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Abstract

【課題】太陽電池モジュール本体の自重により、太陽電池モジュール本体がたわみ、接着層が局所的に薄くなることを防ぐ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本体10の下辺の周縁部に取り付けられる支持部202を有する下枠を含み、下辺11の端に太陽電池モジュール本体10と接する突出部203を有する。【選択図】図2

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関するものである。
近年、自然エネルギーを利用した新しいエネルギー技術が大いに注目されている。中でも特に光電変換効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電は、広く行われている。
太陽電池素子は、たとえば単結晶シリコン基板や、多結晶シリコン基板を用いて作製されている。太陽電池素子1枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を電気的に接続して実用的な電気出力が得られるようにしている。
太陽電池モジュール本体は、バックカバー上に直列あるいは並列に接続された複数の太陽電池素子を並べて配置し、さらに、太陽電池素子の受光面側に透明基板(ガラス)を配置した構造となっている。尚、太陽電池素子はEVA(エチレンビニルアセテート樹脂)などの封止樹脂にて封止されている。
さらに、この太陽電池モジュール本体に、封止部材や接着剤等の緩衝材を介して、太陽電池モジュール本体の外周部に断面がコの字状の枠体を嵌めた構造の太陽電池モジュールが多用されている。緩衝材としては、ブチルゴム、ポリプロピレン系またはポリスチレン系のエラストマー樹脂等の封止部材、シリコーン樹脂などの接着剤が広く用いられている。また、これらの緩衝材は防水機能も有している。
太陽電池モジュールは、通常、屋根や架台に水平面に対して傾斜して設置され、降雨は太陽電池モジュールの傾斜に沿って流れる。しかしながら、上述の太陽電池モジュールは太陽電池モジュール本体の外周部に枠体を嵌めた構造であるため、太陽電池モジュール本体の受光面部と枠体との間に段差が存在する。この段差のために降雨時に太陽電池モジュールの受光面に雨水が溜まり、その後雨水が蒸発した後に塵や埃、煤煙、砂、花粉、火山灰などの汚れが太陽電池モジュールの受光面に付着することがあった。よって、太陽電池素子へ到達する光の量が減少し、太陽電池モジュールの発電量が低下するという問題があった。
また、太陽電池モジュール上に積雪すると、雪が枠体と受光面との間の段差に引っかかり、太陽電池モジュール上にとどまって、積雪によって低下した発電量が回復しにくいという問題があった。
このような問題を低減できる太陽電池として、例えば特許文献1(実開昭58−147260号公報)には、枠体と、太陽電池モジュール本体の受光面との間の段差をなくした太陽電池モジュールが提案されている。
図10は特許文献1で開示された太陽電池モジュールを示す図である。太陽電池モジュール100において、太陽電池モジュール本体101は、フレーム102に固定されてなり、フレーム102は、左右の側壁102aおよび102bと、上下の側壁102cおよび102dからなる。左右の側壁102a,102bは太陽電池モジュール本体101の上側を押さえているが、上下の側壁102cおよび102dは、太陽電池モジュール本体の受光面と略面一になるように形成されている。積雪の滑落を妨げることがないようにするためである。
実開昭58−147260号
しかしながら、従来例のような太陽電池モジュールでは、架台や屋根に傾斜させて設置したとき、太陽電池モジュール本体下端を受光面側から押さえる構造がないので、強風によって、太陽電池モジュール本体が、枠体(フレーム)の上に乗り上げたり、枠体から外れて落下する怖れがあった。
本発明は、上記のような問題を鑑みてなされたものであり、流動性の付着物の滑落を妨げることがなく、太陽電池モジュール本体と枠体との間の取り付け強度が高い太陽電池モジュールを提供することを目的とするものである。
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール本体と枠体とを含み、枠体は太陽電池モジュール本体の下辺の周縁部に取り付けられる下枠を含むものであって、下枠は支持部と突出部を有し、支持部は縦片と横片とからなり、縦片の上端面は太陽電池モジュール本体の受光面と略同一面にあり、支持部と太陽電池モジュール本体の裏面側保護材との間には接着層を有し、突出部は、横片の縦片とは逆側の位置に突出部を有することを特徴としている。
本発明によれば、太陽電池モジュール本体と枠体との間の取付け強度が高い太陽電池モジュールを得ることができる。
本発明の第1の実施形態を示すものであって、太陽電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の第1の実施形態を示すものであって、図1に示す太陽電池モジュールのA−A’の断面図である。 本発明の第1の実施形態を示すものであって、図1に示す太陽電池モジュールのB−B’の断面図である。 本発明の第2の実施形態を示すものであって、太陽電池モジュールの下辺周縁部の断面図である。 本発明の第3の実施形態を示すものであって、太陽電池モジュールの下辺周縁部の断面図である。 本発明の第4の実施形態を示すものであって、下枠の斜視図である。 本発明の第5の実施形態を示すものであって、太陽電池モジュールの下辺周縁部の断面図である。 本発明の第6の実施形態を示すものであって、太陽電池モジュールの下辺周縁部の断面図である。 本発明の第7の実施形態を示すものであって、太陽電池モジュールの下辺周縁部の断面図である。 従来の太陽電池モジュールを示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
[実施形態1]
実施形態1に係る太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法について、図面を参照し説明する。
図1は本実施形態の太陽電池モジュールを受光面側からみた様子を模式的に示す斜視図である。
図1において、太陽電池モジュール1は、略矩形の太陽電池モジュール本体10の各辺に枠体を嵌めこんで形成している。太陽電池モジュール本体10の下辺11には下枠20を取り付けており、太陽電池モジュール本体10の上辺12には上枠21を取り付けている。また、太陽電池モジュール本体10の側辺13、14に横枠30、31をそれぞれ嵌めこんでいる。
横枠30、31は、太陽電池モジュール本体10の側辺13、14の周縁部の受光面および裏面を覆っている。ここで裏面とは、受光面の逆側にある面である。一方、下枠20は、太陽電池モジュール本体10の下辺11の周縁部に取り付けられているが、太陽電池モジュール本体10の下辺11の受光面を覆ってはいない。また、上枠21は、太陽電池モジュール本体10の上辺12の周縁部に取付けられているが、太陽電池モジュール本体10の上辺12の周縁部の受光面を覆ってはいない。上枠及び下枠が太陽電池モジュール本体の受光面を覆う構造とはなっていないため、枠体の軽量化が可能となった。
太陽電池モジュール1は、横枠30、31の長手方向に沿って傾斜して設置され、太陽電池モジュール1上に雨が降った場合には、太陽電池モジュール本体10の上辺12から下辺11に向けて水が流れる。雪が積もった場合も同様に、太陽電池モジュール本体10の上辺12から下辺11に向けて滑落する。よって、汚れや雪によって発電量が低下するという問題を低減することが可能となった。
設置に際しては、太陽電池モジュールは1枚で設置しても良く、複数枚を横枠の長手方向に沿って設置しても良い。また、横枠の長手方向に略垂直の方向に沿って設置しても良く、マトリクス状に設置しても良い。
太陽電池モジュール本体は、受光面側から透光性基材、封止樹脂、太陽電池セル、封止樹脂、裏面側保護材からなる。透光性基材としてガラス基板を用い、封止樹脂としてEVA(エチレンビニルアセテート樹脂)を用いた。また、太陽電池セルとして複数の多結晶シリコン太陽電池セルを用い、裏面側保護材としてPETシートを用いた。また、図1においては記載を省略しているが、太陽電池モジュールとして十分な出力電力を得るために複数の太陽電池セルを、内部配線を用いて直列に電気的に接続した。さらに、太陽電池モジュールは正極側と負極側の2個の引出し電極を有しており、それぞれの引出し電極の一端は太陽電池セルと電気的に接続し、引出し電極の逆側の一端は端子ボックスに電気的に接続した。
図2は、図1で示した太陽電池モジュール1のA−A’の断面図である。
下枠20は、太陽電池モジュール本体10の下辺11の周縁部に取り付けられている。太陽電池モジュール本体10の下辺11の周縁部の受光面を覆ってはおらず、下枠20の上端面は、太陽電池モジュール本体15の受光面と略同一面にある。略同一とすることで、意匠性に優れた太陽電池モジュールを提供することが可能となった。
下枠20は、アルミニウムの押出加工により形成されてなる。下枠20は、ボックス部
201と支持部202と突出部203からなる。支持部202はボックス部201の上方にあって、横片202aと縦片202bからなる。支持部202の縦片202bの先端は、太陽電池モジュール本体の受光面と同じ位置にある。ボックス部201は、上片201aと外側片201b下片201cと内側片201dとが、箱状に連結された形状である。枠体としての十分な強度を得るため、ボックス構造としたが、ボックス構造に限定されるものではない。支持部202の横片202aの一部は、ボックス部201の上片201aと共有している。ボックス部の上片201aの、支持部202を構成する縦片202bとは逆側の端に、突出部203が設けられている。突出部203は、下枠20の長さ方向の端から端まで形成されている。突出部203は太陽電池モジュール本体10の裏面側保護材と接している。突出部の幅として、0.8mm〜3.0mm程度が望ましい。さらに望ましくは、1.0mm〜2.0mmである。突出部を設けたことにより、下枠20の横片202aと太陽電池モジュール本体の裏面側保護材との距離が局所的に近くなり、接着層40が薄くなることで十分な接着強度が得られなくなることを防ぐことが可能となった。下枠20の長さ方向の全体にわたって形成されている突出部203で太陽電池モジュール本体10の重さを支えることにより、自重により太陽電池モジュール本体10にたわみが生じにくくなったためである
支持部202の少なくとも横片202aに接着層40が配置されることが望ましい。
より好ましくは、接着層40を支持部202の横片202a及び縦片202bの両方に沿って配置することである。このような構造とすることで、下辺11の周縁部と下枠20との接着強度を上げることが可能となる。接着面積が広くなったためである。また、下枠20に縦片202bがあるため、太陽電池モジュールを傾斜させて載置した場合でも、下枠がはずれにくくなる。
また副次的な効果として、太陽電池モジュール本体のたわみが小さいため、複数枚の太陽電池モジュール隣接して配置した場合の意匠性を向上させることができる。
ここまで、本実施形態における太陽電池モジュールの下辺と下枠について説明したが、上辺と上枠についても同様である。
図3は、図1で示した太陽電池モジュール1のB−B’断面図である。横枠30は、アルミニウムの押出加工により形成されてなる。横枠30は、嵌合部301と、ボックス部302とフランジ部303からなる。嵌合部301は、ボックス部302の上方にあり、上片と側片と下片とを連結したC字状に形成されている。ボックス部302は、上片と内側片と下片と外側片とが箱状に連結された形状であり、内側には仕切片が形成され、内側片と外側片を連結している。また、内側片の一部にねじ穴部302a、302bが形成されている。嵌合部301の下片はボックス部の上片と共有している。フランジ部303は、ボックス部302の下片を太陽電池モジュール1の内側に向かって延設されたものである。尚、枠体の構造によっては、仕切片は省略することができる。
弾性体50は、断面が、嵌合部301の内壁の形状に合わせてC字状に形成されており、嵌合部301の内壁に密着している。太陽電池モジュール本体10の側辺13を横枠30の嵌合部301に挿入することにより、横枠30が太陽電池モジュール本体10に取り付けられている。嵌合部301と太陽電池モジュール本体10に挟まれた弾性体50は、圧縮されて嵌合部と太陽電池モジュール本体に接触し、枠体にかかった衝撃を太陽電池モジュール本体に伝えにくくする機能を有している。また、太陽電池モジュール本体の側辺側の端面をより確実に封止し、水分等の侵入を防ぐ機能も有している。本実施形態においては、弾性体50として、エラストマー樹脂を用いた。
弾性体50として接着性のある材料を用いることで、太陽電池モジュール本体と枠体との接着強度をあげても良い。
次に、本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
まず、下枠20の支持部202に接着層40を配置する。接着層40としてシリコーン樹脂を用いた。その際に、接着層40の高さが下枠20の突出部203の高さとほぼ同じになるようにする。接着層40の高さが突出部203の高さよりも低い場合、
下枠20と太陽電池モジュール本体10との間の十分な接着強度が得られなくなる可能性があるためである。これは、接着層40と下枠20の横片202a、あるいは接着層40と太陽電池モジュール本体10の裏面側保護材との間の十分な接触面積が確保できなかった場合におこる可能性がある。また、接着層40の高さが突出部203の高さよりも高い場合、接着層40が端面からはみ出し、太陽電池モジュールの意匠性を損ねることになる。よって、接着層の高さが枠体の突出部の高さとほぼ同じになるように配置することが望ましい。
次に、接着層40を載置した下枠20の支持部202の受光面側に太陽電池モジュール本体10を載置し、接着層40を硬化させる。接着層40として、常温硬化型のシリコーン樹脂を用いることにより、加熱を行うことなく硬化させることができる。
下枠20の場合と同様に、上枠21の支持部に接着層を配置した後、太陽電池モジュール本体10を載置し、接着層を硬化させる。
次に、太陽電池モジュール本体10の側辺13に弾性体50であるエラストマー樹脂を巻き付け、さらに横枠30の勘合部301に太陽電池モジュール本体10の側辺13と弾性体50とを嵌め込んだ。弾性体50は、エラストマー樹脂に限るものではなく、ブチルゴム、シリコーン樹脂や合成ゴム等で形成しても良い。
太陽電池モジュール本体10の側辺14についても、同様に横枠14と弾性体とを嵌め込んだ。
横枠の勘合は、太陽電池モジュール本体に上枠と下枠をつけた後に行っても良く、つける前におこっても良い。本実施形態においては、さらに太陽電池モジュール本体と枠体との接合強度を上げるために、横枠と下枠、横枠と上枠のねじ止めを行った。
このような方法で太陽電池モジュールを製造することにより、太陽電池モジュール本体と枠体との接着強度が強い太陽電池モジュールを製造することができる。
本実施形態においては、下枠の長手方向の長さよりも横枠の長手方向の長さが小さい太陽電池モジュールを図示してきたが、下枠の長手方向の長さよりも横枠の長手方向の長さの方が長い場合についても同様であることはいうまでもない。
[実施形態2]
実施形態2に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照し説明する。実施形態1と異なる点は、下枠の支持部の横片と太陽電池モジュール本体の裏面側保護材との間にスペーサを配置した点である。実施形態1と重複する箇所については説明を省略する。
図4は、本実施形態の太陽電池モジュールの下枠の断面図である。実施形態1におけるA−A’断面に該当する。下枠22は、太陽電池モジュール本体15の下辺の周縁部に取り付けられている。下枠22は、ボックス部221と支持部222と突出部223とからなり、支持部222は太陽電池モジュール本体15の下辺の周縁部の受光面を覆ってはいない。支持部222は、ボックス部221の上方にあって、横片202aと縦片202bとからなる。横片202aと太陽電池モジュール本体15の裏面側保護材との間には、ス
ペーサ60が配置されている。スペーサ60は太陽電池モジュール本体15の下辺に沿って5個配置されており、下枠22の支持部222のスペーサのない部分は接着層41で覆われている。スペーサ60はEPDM(エチレンプロビレンゴム)を主成分とする材料を用いて掲載した。材料はEPDMに限る必然性はなく、太陽電池モジュール本体15を載せても大きく変形せず、耐熱性のある材料であれば良い。接着層41としては、シリコーン樹脂を用いた。
スペーサ60の主成分であるEPDMは、接着層41として用いたシリコーン樹脂よりも常温における硬度が高いため、太陽電池モジュール本体15の自重でたわみが生じることを防ぐことが可能となる。
下枠22の突出部223とスペーサ60で太陽電池モジュール本体を支える構造であるため、太陽電池モジュール本体の局所的なたわみをより確実に防ぐことができる。よって接着剤が局所的に薄くなることを防ぐことができ、モジュール本体と枠体との間の十分な接着強度を得ることが可能となる。
[実施形態3]
実施形態3に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照し説明する。実施形態1と異なる点は、下枠の突出部を保護部材70で覆った点である。実施形態1と重複する箇所については説明を省略する。
図5は、本実施形態の太陽電池モジュールの下枠の断面図である。実施形態1におけるA−A’断面に該当する。下枠23は、ボックス部231と支持部232と突出部233とからなり、支持部232は太陽電池モジュール本体16の下辺の周縁部の受光面を覆ってはいない。支持部232と太陽電池モジュール本体15との間には接着層42がある。さらに、本実施形態においては、突出部233の先端を保護部材70で覆った。保護部材70としては、フッ素系の樹脂テープを用いたが、これに限られるものではない。絶縁性の樹脂が望ましい。
下枠をアルミの押出成型で形成した場合、突出部の一部にばりができてしまうことがある。突出部に太陽電池モジュール本体の重さがかかる構造であるため、突出部の一部にばりがあると、太陽電池モジュール本体を構成する裏面保護材に傷が入り、太陽電池モジュールの長期信頼性が確保できなくなる可能性があった。突出部233の先端に保護部材70を配置することで、裏面保護フィルムに傷がつくことを防ぎ、太陽電池モジュールの長期信頼性を確保することができるようになった。
[実施形態4]
実施形態4に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照し説明する。実施形態1と異なる点は、突出部の一部に切欠部が設けられている点である。実施形態1と重複する箇所については説明を省略する。
図6は、本実施形態の太陽電池モジュールの下枠の斜視図である。下枠24は、ボックス部241と支持部242と突出部243とから構成されている。本実施形態においては、突出部が下枠の長さ方向全体にわたる構造ではなく、切欠部243aが設けられていることを特徴としている。下枠にこのような切欠部243aを設けることで、下枠を軽量化することが可能となる。
[実施形態5]
実施形態5に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照し説明する。実施形態1と異なる点は、突出部の位置である。実施形態1においては、ボックス部の上片201aの
支持部202を構成する縦片202bとは逆側の端、言い換えると支持部202を構成する横片202aの縦片202bとは逆側の端に突出部が設けられていた。本実施形態において、突出部は横片の端ではなく中間部に設けられている。
図7は、本実施形態の太陽電池モジュールの下枠の断面図である。実施形態1におけるA−A´断面に該当する。下枠25は、ボックス部251と支持部252と突出部253とからなる。支持部252は太陽電池モジュール本体17の下辺の周縁部の受光面を覆っていない。突出部253は、支持部を構成する横片252aの端ではなく、中間部に太陽電池モジュール本体17に向かって凸となるように形成されている。横片252aにおける中間部とは、縦片252bと横片252aが交わる箇所と、ボックス部を構成する内側片251dと横片252aが交わる箇所との間の部分である。
突出部253を縦片252b側の端ではなく中間部に配置したことで。太陽電池モジュールの生産において、より太陽電池モジュール本体17の受光面と縦片252bの先端との位置関係のばらつきを低減させることが可能となった。詳しく説明すると以下のとおりである。太陽電池モジュール本体の端部は直角ではなく、裏面側がテーパー状になることが多い。太陽電池モジュール本体17を構成する封止樹脂や裏面保護材の厚さが均一ではないためである。太陽電池モジュール本体17の端のテーパー部171に突出部253があたると、太陽電池モジュール本体の受光面の位置は横片252a側に近くなるため、太陽電池モジュール間のばらつきを生じることになる。テーパー部171に突出部253があたらないためには、突出部253を内側片251d側に設けることが望ましい。
突出部253は太陽電池モジュール本体を構成する太陽電池セルの直下にはこないように配置することが望ましい。太陽電池セルに局所的な力がかかり、太陽電池モジュール本体内部でのセル割れが発生することを防ぐためである。
また、支持部252と太陽電池モジュール本体17との間には、接着層43を配置した。接着層43は、突出部253よりも内側片251d側の横片252a上にも配置した。接着層43を配置した面の面積が増えるため、より高い接着強度を確保することが可能となった。
実施形態6
実施形態6に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照し説明する。実施形態1と異なる点は、下枠におけるボックス部の位置である。
図8は、本実施形態の太陽電池モジュールの下枠の断面図である。実施形態1におけるA−A´断面に該当する。
突出部263は、支持部の横片262aの延長上の、ボックス部261の上片261aではない箇所に配置されている。このような構造とすることで、接着層44を下枠に配置した際に、接着層の重さで下枠が自立できなくなることを防ぐことが可能となった。よって生産の安定性が確保できることとなった。さらにこのような構造とすることで、太陽電池モジュール本体18に荷重がかかった際に、架台に固定されたボックス部261からの反発力を弱める効果も得ることが可能となった。ボックス部261と突出部263との間の枠体がバネの役割を果たすからである。
実施形態7
実施形態7に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照し説明する。実施形態6と異なる点は、突出部の形状である。
図9は、本実施形態の太陽電池モジュールの下枠の断面である。本実施形態においては
、下片に形成された突出部273の凸の裏面側が凹となっている。このような構成とすることにより、下枠27を構成する材料の総体積を削減することができる。少ない材料で下枠を形成することが可能となったため、太陽電池モジュールの材料コストを下げることができることとなった。
また、本実施形態においては、ボックス部のない下枠を用いた。他の実施形態においても、ボックス部はなくても良いことはいうまでもない。
以上、実施形態1から実施形態7について具体的に説明を行ったが、本発明はそれらに限定されるものではない。上述した7つの実施形態それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
なお、今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
1 太陽電池モジュール
10、15、16、17 太陽電池モジュール本体
11 下辺
12 上辺
13、14 側辺
20、22、23、24、25、26、27 下枠
21 上枠
30、31 横枠
40、41、42、43. 接着層
50 弾性体
60 スペーサ
70 保護部材

Claims (5)

  1. 太陽電池モジュール本体と枠体とを含む太陽電池モジュールにおいて、
    前記枠体は太陽電池モジュール本体の下辺の周縁部に取り付けられる下枠を含み、
    前記下枠は支持部と突出部を有し、
    前記支持部は、縦片と横片とからなり、縦片の上端面は太陽電池モジュール本体の受光面と略同一面にあり、
    前記突出部は、横片に配置された太陽電池モジュール本体を支持する部分であり、
    前記支持部と前記太陽電池モジュール本体の裏面側保護材との間には接着層を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記突出部は、前記横片の中間部に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記横片と前記太陽電池モジュール本体との間に、スペーサを配置していることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記突出部と前記太陽電池モジュール本体との間に保護部材を配置していることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記突出部に切欠きがもうけられていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
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