JP2016192853A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が向上した太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池パネル１０と、前記太陽電池パネルの周囲に設けられたフレーム３２と、前記フレームのうち対向する２辺を前記太陽電池パネルの裏面側で連結する桟４０と、を備え、前記桟における前記太陽電池パネルに対向するパネル対向部には接着性物質５０が配置され、前記接着性物質は前記太陽電池パネルに接着されており、前記接着性物質の長手方向の長さは、前記パネル対向部の長手方向の長さよりも短い太陽電池モジュール。【選択図】図９

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。
一般に、太陽電池セルの１枚当たりの出力は数ワット程度である。そのため、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池セルを電気的に接続することによって出力を増大させた太陽電池パネルが用いられる。

太陽電池パネルは、複数の太陽電池素子を充填材で封止した積層体であって、表面側充填材の表面には、光透過性を有し落下物等から太陽電池素子を保護するガラス等の材料を更に備え、裏面側充填材の表面には、裏面側からの水分の進入を防ぐ裏面側保護材を更に備えている。しかし、このままでは、ガラス板端部への衝撃による太陽電池パネルの破損や、各充填材の界面から水分が浸入することによる太陽電池セルの劣化等に対する対策が不十分である。そのため、太陽電池パネルの周辺部には、アルミニウム等の金属からなるフレームが取り付けられていることが多い。

ところで、太陽電池モジュールは家屋やビルの屋根に配置することが多いため、建造物への重量負荷を軽減するために軽量化が熱望されている。太陽電池モジュールの表面側に配置されている強化ガラス材を樹脂等に変更するか、ガラス板を薄くするなどの方法があるが、軽量化した太陽電池モジュールは、軽量化していないモジュールと比較して撓みやすくなり、耐荷重性が低下することが多い。そのため、軽量化したモジュールの裏面側に、接続部材を介してフレームと連結し、接着性物質を介して太陽電池パネルの裏面と接着する形態の桟を取り付ける例が開示されている。

耐荷重性を強化した従来例による太陽電池モジュール１００の概略構成を、図１〜図４を参照しながら説明する。

図１は、従来例による太陽電池モジュール１００の裏面の構成を表す図である。図１に示すように、太陽電池モジュール１００は、太陽電池素子を充填材中に封止した太陽電池パネル１０と、太陽電池パネル１０の裏面に配置された端子ボックス２０を備え、太陽電池パネル１０の周囲には金属性のフレーム３１、３２を備えている。太陽電池素子は脆いため、樹脂シートからなる充填材によって表裏両面から保護するだけでは不十分である。そのため、太陽電池パネル１０の表面には、太陽電池パネル１０の表面への落下物等から太陽電池素子を保護する目的で、光透過性を有するガラス板等からなる表面側保護材を配置し、裏面側には複合樹脂シート等からなる裏面側保護材が配置されている。

本明細書中においては、フレーム３１、３２を取り付ける前の状態、すなわち、表面側保護部材、第一の充填材、太陽電池素子、第二の充填材、裏面側保護材からなる積層体を「太陽電池パネル１０」と呼び、太陽電池パネル１０の周辺部にフレーム３１，３２を取り付けた状態を「太陽電池モジュール１００」と呼ぶ。フレーム３１、３２は、例えば、アルミニウム等の金属からなる。フレーム３１は太陽電池パネル１０の短辺に、フレーム３２は太陽電池パネル１０の長辺に、それぞれ取り付けられる。

従来、太陽電池モジュールでは、表面側保護部材には、例えば３．５ｍｍ以上の厚みを
有する強化ガラス板が用いられていた。しかし、太陽電池モジュールの軽量化の要求が高まるにつれて、太陽電池モジュールの表面側保護部材に、例えば、１．５ｍｍ以下の厚みの薄いガラス板を用いる例が増えてきた。

薄いガラス板を用いると、太陽電池モジュールを設置した際に、太陽電池モジュールの表面への積雪や、裏面側への風の吹き込みによって太陽電池パネルがたわみ、ガラス板や、太陽電池パネル内に封止された太陽電池セルが破損するリスクが増大する。このため、薄いガラス板を用いて太陽電池モジュールを形成する場合には、太陽電池モジュールの耐荷重性を強化する必要がある。

太陽電池モジュールの耐荷重性を高めるために、図１に示すように、太陽電池モジュール１００の４辺に取り付けられたフレームのうち、一つの長辺に取り付けられたフレーム３２と、それに対向する長辺に取り付けられたフレーム３２との間に、金属製の桟４０が設けられる。

図２は、図１のＡ−Ａ線の断面図である。桟４０は、太陽電池パネル１０の裏面に接着性物質５０を介して対向するパネル対向部４１と、太陽電池モジュール１００のフレーム３２に連結されるフレーム接続部４２とを備えている。桟４０は、例えばネジ（図示せず）を用いてフレームと連結されている。さらに、パネル対向部４１に配置された接着性物質５０によって太陽電池パネル１０の裏面に接着されている。

図３は、従来例における接着性物質５０の配置図である。耐荷重性を向上させるため、接着性物質５０は、図３に示すように、パネル対向部４１の全面を覆い、接着強度を高めるのが通常である。

図４は、図１中のＢ−Ｂ線の断面図である。このように接着性物質５０が配置され、太陽電池パネル１０と桟４０とを接着することによって、従来の太陽電池モジュール１００の裏面側から与えられる負荷（例えば風圧）への耐性を高めている。

特開平９−１４８６１２号公報

本発明は、信頼性が向上した太陽電池モジュールを提供する。

本発明は、太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの周囲に設けられたフレームと、前記フレームのうち対向する２辺を前記太陽電池パネルの裏面側で連結する桟と、を備え、前記桟における前記太陽電池パネルに対向するパネル対向部には接着性物質が配置され、前記接着性物質は前記太陽電池パネルに接着されており、前記接着性物質の長手方向の長さは、前記パネル対向部の長手方向の長さよりも短い太陽電池モジュールである。

本発明によれば、信頼性が向上した太陽電池モジュールを提供することができる。

従来例による太陽電池モジュールの裏面の構成を表す図である。 図１のＡ−Ａ線の断面図である。 従来例における接着性物質の配置図である。 図１中のＢ−Ｂ線の断面図である 第１の実施形態における太陽電池モジュールの裏面の構成を表す図である。 図５中のＡ−Ａ線の断面図である。 第１の実施形態における桟とフレームとの固定部分の拡大図である。 第１の実施形態における接着性物質の配置図である。 図５中のＢ−Ｂ線における断面図である。 第２の実施形態における接着性物質の配置形態を示す図である。

本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであって、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
［第１の実施形態］

図５は、第１の実施形態における太陽電池モジュール２００の裏面の構成を表す図である。太陽電池モジュール２００の概略構成は、従来例による太陽電池モジュール１００と同一であるが、本実施例では接着性物質５０の配置形態が従来例と異なっている。

第１の実施形態においては、桟４０は例えばフレーム３１，３２と同じ材質であってよく、本実施形態ではアルミニウム製の桟４０を用いている。桟４０の形状は従来例に示した形状に限定されるものではない。パネル対向部４１と、フレーム接続部４２とを備えていればよく、例えば中央に空洞を有する矩形の断面を有する桟を用いてもよい。

図６は、図５中のＡ−Ａ線の断面図であり、桟４０とフレーム３２との接続方法を示す。従来例では桟４０とフレーム３２とはネジ止めによって固定されているが、ネジを用いる方法だと製造時に金属の切りくずが発生して製造工程の作業性に課題がある。そのため本願発明では、桟４０とフレーム３２との接続にリベットを用いる。

このとき、製品安全のために、太陽電池モジュール２００を構成する桟４０及びフレーム３１、３２はすべて導通を取って接地させる必要がある。本実施形態では、フレーム３２に桟４０を取り付けるとき、桟４０は、リベット７０を用いて、座金６０を介してフレーム３２に固定する。

アルミニウムからなるフレーム３１，３２及び桟４０は、さび等防止のために表面にアルマイト層（アルミニウム陽極酸化皮膜）を備えている。フレーム３１，３２は一般に接地用端子を取り付けるための穴を備えているため、フレーム自身で接地可能である。しかし、桟４０は接地用の穴を備えていないため、桟４０をフレーム３２と導通させることによって、フレーム３２を介して接地させなければならない。そのためには、フレーム３２とリベット７０、リベット７０と桟４０との両方の導通が取れている必要がある。

図７は、第１の実施形態における桟４０とフレーム３２との固定部分の拡大図である。まず、フレーム３２とリベット７０の導通の様子を説明する。図７に示すように、フレーム３２に設けられたリベット穴の直径Ｈ１は、リベット７０の貫通部の直径とほぼ同じである。フレーム３２は、アルマイト処理を行ってからリベット穴を開けるため、穴の内壁にはアルマイト層が存在しない。従って、フレーム３２とリベット７０とは、金属材料同士が直接接触することによって導通が取れている。

次に、リベット７０と桟４０との導通について説明する。桟４０のフレーム接続部４２に設けられたリベット穴の直径Ｈ２は、フレーム３２とフレーム接続部４２とのリベット穴の位置合わせ精度に余裕を持たせるために、リベット７０の貫通部の直径よりも大きな直径を有している。フレーム接続部４２に設けられたリベット穴の内壁にもアルマイト層は存在しないが、リベット穴の直径Ｈ２が大きいために、フレーム接続部４２に形成したリベット穴の内壁とリベット７０とが接触せず、導通することができない。

そこで、フレーム接続部４２とリベット７０との導通を取るために、導電性材料からなり凹凸形状を備えた座金６０を用いる。リベット７０を固定する際に、座金６０の凸部がフレーム接続部４２の表面のアルマイト層を貫通し、フレーム接続部４２の芯材、つまり桟４０の芯材（アルミニウム）にまで至る。これにより、フレーム３２、リベット７０、座金６０及び桟４０を導通させることができる。その結果、フレーム３１、３２と桟４０とを導通させることができる。
（接着性物質５０の配置形態）

図８は、第１の実施形態における接着性物質５０の配置図である。図８に示すように、パネル対向部４１に一定の余白を設けて接着性物質５０を配置する。具体的には、長手方向の両端部分にＬａ＝２ｍｍ〜５０ｍｍの幅になるように余白を設けて接着性物質５０を配置する。短手方向の両端部分にも、Ｌｂ＝１ｍｍ〜３ｍｍの幅で余白を設けてもよい。なお、Ｌａ及びＬｂの長さは例示であって限定されるものではなく、桟４０と太陽電池パネル１０との接着強度を確保できる範囲で、任意の幅に設定してよい。接着性物質５０としては粘着テープを用いるのが好ましく、本実施形態では、例えば、１．２ｍｍ厚みの両面テープを用いている。

図９は図５中のＢ−Ｂ線における断面図である。本実施形態に従って作製した太陽電池モジュール２００は、図９に示す通り、桟４０のうち、パネル対向部４１の長手方向の両端部分に、幅がＬａの空隙８０が形成される。パネル対向部４１の短手方向の両端部分にも、同様に、幅がＬｂの空隙が形成される。

本実施形態にかかる構成による効果は以下の通りである。太陽電池モジュール２００は、太陽光を効率よく入射させるために、少なくとも３辺を接地面から浮かせるようにして、角度を付けて屋外に設置される。このように設置することによって、太陽電池モジュール２００の表面に溜まった雨水や雪、汚れ等を除去するのが容易となる利点もある。

屋外では気温や湿度の変化が大きいため、太陽電池モジュール２００が結露して、太陽電池パネル１０の裏面にも水滴が付くことがある。特に、太陽電池モジュール２００の裏面側保護材には、ガラス等の無機材料ではなく複合樹脂シートのような有機材料を用いることが多く、水分との接触時間が長くなると、裏面保護シートの劣化が促進されるため望ましくない。

本実施形態のように、太陽電池パネル１０の裏面と桟４０との間に空隙８０を形成すると、結露した水滴が太陽電池モジュールの傾斜に沿って流れ、桟４０によって留まることなく下に流れ落ちるのを促進し、裏面側保護材の劣化を防止することができる。
［第２の実施形態］

第２の実施形態については、第１の実施形態と異なる部分のみ説明する。図１０は、第２の実施形態における接着性物質５１の配置形態を示す図である。接着性物質５１は、桟４０の端から端まで一続きである必要は無い。例えば、桟４０のパネル対向部４１には、複数に分割された接着性物質５１ａを、間隔を空けて配置してもよい。これによって、結露した水滴が桟や両面テープに阻害されることなく下に流れ落ちる効果を更に高める。な
お、分割の方法は任意であって、接着性物質５１ｂのような形態を含むさまざまな形態で配置されていてよい。例えば、第１の実施形態では桟４０の長手方向の両端部分に余白を設けていて、第２の実施形態では両端部分と中央部分に余白を設けているが、この他、桟４０の長手方向の中央部だけに余白を設定して接着性物質５０を配置してもよい。

太陽電池パネル１０の裏面に設置する桟４０の本数については、これを問わない。第１、第２実施形態においては桟が１本であるが、複数本（例えば２本）設置されてもよい。また、長辺のフレーム３２同士を桟で固定したが、このほか、隣り合う長辺側のフレーム３２と短辺側のフレーム３１とを桟で連結し、フレームと桟とが４５度の角度をなすように設けてもよいし、フレーム３１、３２の連結部分から対角線状に桟を配置してもよい。

１０：太陽電池パネル、２０：端子ボックス、３１，３２：フレーム、４０：桟、４１：パネル対向部、４２：フレーム接続部、５０，５１，５１ａ，５１ｂ：接着性物質、６０：座金、７０：リベット、８０：空隙、１００、２００：太陽電池モジュール

Claims (4)

1. 太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの周囲に設けられたフレームと、
   前記フレームのうち対向する２辺を前記太陽電池パネルの裏面側で連結する桟と、
   を備え、
   前記桟において、前記太陽電池パネルに対向するパネル対向部には接着性物質が配置され、
   前記接着性物質は前記太陽電池パネルに接着されており、
   前記接着性物質の長手方向の長さは、前記パネル対向部の長手方向の長さよりも短い太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記桟の長手方向の端部に余白を設けて配置されている太陽電池モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記接着性物質が両面テープである太陽電池モジュール。
4. 請求項３に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記両面テープは、前記桟の短手方向の両端部分に余白を設けて配置されている太陽電池モジュール。

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