JP2021090251A - 太陽電池モジュールおよび太陽光発電システム - Google Patents

太陽電池モジュールおよび太陽光発電システム Download PDF

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Abstract

【課題】フレームの高さに関わらず支持体へ容易に固定することができる太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】太陽電池モジュール100は、太陽電池パネル1と、太陽電池パネル1の外縁を保持するフレーム2と、太陽電池パネル1およびフレーム2を支持する支持体である縦桟3にフレーム2を固定する固定部品である固定金具7,8と、を備える。フレーム2には、レール溝が設けられている。固定金具7,8が縦桟3から取り外されているときに、固定金具7,8は、レール溝に嵌め合わせられた状態でレール溝に沿ってスライド可能である。【選択図】図1

Description

本発明は、太陽光発電を行う太陽電池モジュールおよび太陽光発電システムに関する。
太陽光発電システムを屋根に設置する場合、太陽電池モジュールを支持する縦桟などの支持体が屋根に取り付けられる。太陽電池モジュールを構成するフレームが支持体に固定されることによって、支持体は太陽電池モジュールを支持する。太陽電池モジュールを固定するための部品である固定金具として、さまざまな固定金具が提案されている。
特許文献1には、フレームの底面と接する支持体と、フレームのうち底面とは逆側の上面に掛けられる押さえ具と、押さえ具を支持体に固定する固定具と、を有し、ボルトを使用して押さえ具と固定具とを締結することによって太陽電池モジュールを固定する固定装置が開示されている。特許文献1の固定装置は、押さえ具と支持体とを用いてフレームを挟持することによって、太陽電池モジュールを固定する。
特許第5998190号公報
特許文献1にかかる従来の技術によると、フレームの底面からフレームの上面までの高さに合わせた固定装置が必要となる。太陽電池モジュールが備えるフレームには、さまざまな高さのフレームが存在する。特許文献1にかかる従来の技術によると、フレームの高さに合わせた固定装置が太陽電池モジュールごとに必要になる。このように、従来の技術によると、フレームの高さに関わらず支持体に太陽電池モジュールを固定することが困難であるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フレームの高さに関わらず支持体へ容易に固定することができる太陽電池モジュール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、本発明にかかる太陽電池モジュールは、太陽電池パネルと、太陽電池パネルの外縁を保持するフレームと、太陽電池パネルおよびフレームを支持する支持体にフレームを固定する固定部品と、を備える。フレームには、レール溝が設けられている。固定部品が支持体から取り外されているときに、固定部品は、レール溝に嵌め合わせられた状態でレール溝に沿ってスライド可能である。
本発明によれば、太陽電池モジュールは、フレームの高さに関わらず支持体へ容易に固定することができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態1にかかる太陽電池モジュールを有する太陽光発電システムの分解斜視図 図1に示す太陽電池モジュールのうち、太陽電池パネルの長辺を保持するフレーム材と固定金具との側面図 図2に示す固定金具の斜視図 図1に示す太陽電池モジュールのうち、太陽電池パネルの短辺を保持するフレーム材の側面図 図1に示す太陽電池モジュールのうち、フレームの一部と固定金具とを示す斜視図 図2に示すレール溝の寸法と図3に示す固定金具の寸法との関係について説明するための第1の図 図2に示すレール溝の寸法と図3に示す固定金具の寸法との関係について説明するための第2の図 図1に示す太陽電池モジュールが支持体に固定されている様子を示す側面図 図1に示す太陽電池モジュールの一部断面を示す第1の図 図1に示す太陽電池モジュールの一部断面を示す第2の図 図1に示す太陽電池モジュールが支持体に固定されている様子を示す上面図 本発明の実施の形態2にかかる太陽電池モジュールを示す斜視図 図12に示す太陽電池モジュールが有する固定金具の斜視図 図12に示す太陽電池モジュールのうち、太陽電池パネルの長辺を保持するフレーム材と固定金具との側面図 図12に示す太陽電池モジュールの一部断面を示す第1の図 図12に示す太陽電池モジュールの一部断面を示す第2の図 図12に示す太陽電池モジュールの梱包時における様子を示す側面図 本発明の実施の形態3にかかる太陽電池モジュールを示す上面図 図18に示す太陽電池モジュールが有する固定部品受け材の斜視図 本発明の実施の形態4にかかる太陽電池モジュールの上面図 図20に示す太陽電池モジュールの側面図 図21に示す太陽電池モジュールから固定金具を除いた状態を示す側面図 図21に示す太陽電池モジュールのうちの固定金具を示す側面図 図21に示す太陽電池モジュールのうちの固定金具を示す斜視図 図20に示す太陽電池モジュールが有するフレームの分解図 図20に示す太陽電池モジュールが設置されている様子を示す上面図 図26に示す太陽電池モジュールの一部側面を示す図 図20に示す太陽電池モジュールを有する太陽光発電システムにおける電気接続構成について説明するための図
以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールおよび太陽光発電システム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、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池モジュールを有する太陽光発電システムの分解斜視図である。太陽光発電システム200は、複数の太陽電池モジュール100を有する。複数の太陽電池モジュール100は、住宅の屋根5に設置される。屋根5は、棟から軒へ向かって下り勾配の傾斜面を有する。
実施の形態1にかかる太陽電池モジュール100は、太陽電池パネル1と、太陽電池パネル1の外縁を保持するフレーム2とを有する。太陽電池パネル1は長方形である。太陽電池パネル1は、アレイ状に配列された複数の太陽電池セルを備える。太陽電池セルは、太陽光を電力へ変換する光電変換部である。複数の太陽電池セルは、直列または並列に接続されている。太陽電池セルの受光面側には、透明基板であるガラスが配置されている。太陽電池パネル1は、透明樹脂などの絶縁材料によって複数の太陽電池セルを封止して形成される。太陽電池セルと透明基板と絶縁材料との図示は省略する。
フレーム2は、太陽電池パネル1の外縁全体を取り囲む。フレーム2は、太陽電池パネル1のうち長方形の長辺に沿って設けられた2つのフレーム材10と、太陽電池パネル1のうち長方形の短辺に沿って設けられた2つのフレーム材11とを有する。フレーム材10は、太陽電池パネル1のうち長辺に相当する外縁を保持する。フレーム材11は、太陽電池パネル1のうち短辺に相当する外縁を保持する。
フレーム材10,11の材料には、アルミニウムが使用される。フレーム2は、フレーム材10,11の材料としてアルミニウムが使用されることによって、一般的な金属の1つである鉄が使用される場合と比べて軽量にできるとともに強度を確保できる。また、フレーム2は、アルミニウムが使用されることによって、太陽電池モジュール100の長期使用に耐え得る耐食性を確保できる。フレーム材10,11の材料には、アルミニウム以外の金属が使用されても良い。
縦桟3は、太陽電池パネル1およびフレーム2を支持する支持体である。縦桟3は、屋根5の上に設置される。複数の縦桟3によって架台が構成される。縦桟3は、中空の角棒材である。縦桟3の上面には、レール13が形成されている。レール13は、縦桟3の長手方向に沿って形成されたスリットである。縦桟3のうち長手方向における一方の端は、棟に向けられている。縦桟3のうち長手方向における他方の端は、軒に向けられている。屋根5には複数の縦桟3が設置される。屋根取付金具4は、屋根5に縦桟3を固定する。
レール13には、ナットが組み込まれた複数のファスナー14が挿入される。ナットの図示は省略する。レール13に沿って各ファスナー14を移動させることによって、各ファスナー14は、縦桟3の長手方向において任意の位置に配置される。固定金具7,8は、縦桟3にフレーム2または後述する軒側カバー6を固定するための固定部品である。各太陽電池モジュール100は、第1の固定部品である固定金具7と第2の固定部品である固定金具8とを有する。固着具であるボルト9は、固定金具7,8を通してファスナー14のナットへ締め込まれる。ボルト9が締め込まれることによって、フレーム2と軒側カバー6とは縦桟3に固定される。
固定金具7,8の材料には、アルミニウムが使用される。固定金具7,8は、アルミニウムが使用されることによって、太陽電池モジュール100の長期使用に耐え得る耐食性を確保できる。固定金具7,8の材料には、アルミニウム以外の金属が使用されても良い。
軒側カバー6は、フレーム2の一部である直線部位を覆うカバー部品である。軒側カバー6は、2つのフレーム材10のうち軒側に配置されている1つのフレーム材10に取り付けられることによって、太陽電池モジュール100のうち軒側の端を保護する。軒側カバー6は、太陽電池モジュール100の意匠性を高める機能を果たす。軒側カバー6のうち、軒側カバー6の長手方向における両端には、端面カバー12が設けられている。
図1では、4つの太陽電池モジュール100が2×2のアレイ状に配列されている。太陽光発電システム200において複数の太陽電池モジュール100が配列される態様は、図1に示す態様に限られず、適宜変更しても良い。太陽光発電システム200に設けられる太陽電池モジュール100の数は4つに限られず、適宜変更しても良い。
図2は、図1に示す太陽電池モジュールのうち、太陽電池パネルの長辺を保持するフレーム材と固定金具との側面図である。図3は、図2に示す固定金具の斜視図である。図2には、1つのフレーム材10と、フレーム材10に嵌め合わせられている1つの固定金具7とを示している。図2に示す側面は、フレーム材10の長手方向に垂直な側面である。
フレーム材10は、太陽電池パネル1のうち長辺に相当する外縁を保持するパネル保持部21と、フレーム材10の底面を有する平板部分であるフレーム底部22と、フレーム材10の側面を有する壁部分であるフレーム側壁部23とを有する。フレーム側壁部23のうちフレーム材10の底面側の部分には、フレーム材10の長手方向に平行なレール溝24が設けられている。フレーム材10の長手方向に垂直な断面であるフレーム材10の断面は、ホロー形状である。フレーム材10の中空部分には、フレーム材11との連結のためのビス穴25が設けられている。フレーム底部22は、固定金具7によって縦桟3にフレーム2が固定されている状態において縦桟3と接する。
固定金具7は、L形の掛け合わせ部31と、掛け合わせ部31から固定金具7の底面へ向かって伸びた固定部品側壁部32と、固定金具7の底面を有する固定部品底部33とを有する。固定金具7の底面は、固定金具7のうち縦桟3の側の端である。固定部品底部33は、固定部品側壁部32のうち底面側の端から、太陽電池パネル1とは逆側へ伸びている。固定部品底部33には、ボルト9が通される孔34が形成されている。固定部品底部33は、固定金具7によって縦桟3にフレーム2が固定されている状態において縦桟3に接する。掛け合わせ部31は、固定金具7の上面を有する。固定金具7の上面は、固定金具7のうち縦桟3の側とは逆側の端である。
レール溝24は、掛け合わせ部31が嵌め合い可能に形成されている。固定金具7が縦桟3から取り外されているときに、固定金具7は、掛け合わせ部31がレール溝24に嵌め合わせられた状態でレール溝24に沿ってスライド可能である。
図4は、図1に示す太陽電池モジュールのうち、太陽電池パネルの短辺を保持するフレーム材の側面図である。図5は、図1に示す太陽電池モジュールのうち、フレームの一部と固定金具とを示す斜視図である。図4に示す側面は、フレーム材11の長手方向に垂直な側面である。
フレーム材11は、太陽電池パネル1のうち短辺に相当する外縁を保持するパネル保持部41と、フレーム材11の底面を有する平板部分であるフレーム底部42と、フレーム材11の側面を有する壁部分であるフレーム側壁部43とを有する。フレーム材11のうち、フレーム材11の長手方向における端部には、フレーム材10との干渉を防ぐための切り欠き45が形成されている。フレーム側壁部43には、フレーム材10との連結のためのビス穴44が設けられている。
図5に示すように、フレーム側壁部43のうち、フレーム材11の長手方向における端部は、レール溝24のうちフレーム材10の長手方向における端部を塞ぐ。フレーム側壁部43は、レール溝24からの固定金具7の脱落を防止する脱落防止部品として機能する。
次に、レール溝24の寸法と固定金具7の寸法との関係について説明する。図6は、図2に示すレール溝の寸法と図3に示す固定金具の寸法との関係について説明するための第1の図である。図7は、図2に示すレール溝の寸法と図3に示す固定金具の寸法との関係について説明するための第2の図である。図6および図7には、フレーム材10のうちレール溝24を含む部分の側面と、固定金具7のうち掛け合わせ部31を含む部分の側面とを示している。
図6には、レール溝24に固定金具7が嵌り合い、かつ、レール溝24の深さ方向におけるレール溝24への固定金具7の入り込みが最も浅い状態における固定金具7を示している。図7には、レール溝24に固定金具7が嵌り合い、かつ、レール溝24の深さ方向におけるレール溝24への固定金具7の入り込みが最も深い状態における固定金具7を示している。レール溝24の深さ方向とは、図6および図7において上から下へ向かう方向である。なお、以下の説明では、レール溝24の深さ方向とは逆の方向を、高さ方向と称することがある。高さ方向とは、フレーム材10の底面からフレーム材10の上面へ向かう方向、または、固定金具7の底面から固定金具7の上面へ向かう方向を意味する。
図6および図7では、レール溝24に固定金具7が嵌り合っている様子を示すとともに、レール溝24と固定金具7との深さ方向における位置関係を解り易くするために、深さ方向におけるレール溝24と固定金具7との位置関係を変えずにレール溝24から固定金具7を離して示している。また、図7に示す固定金具7の状態を、第1の状態と称する。図6に示す固定金具7の状態を、第2の状態と称する。
フレーム側壁部23のうちレール溝24を構成する部分は、フレーム側壁部23のうちレール溝24よりも上方の部分に比べて、太陽電池パネル1側、すなわち内側へ入り込んでいる。レール溝24は、フレーム側壁部23と、フレーム底部22から上方へ伸びる溝壁部26との間の凹部であって、深さ方向すなわち下方へ凹んでいる。固定金具7のうち掛け合わせ部31と固定部品側壁部32との間の凹部35は、高さ方向すなわち上方へ凹んでいる。レール溝24に固定金具7が嵌り合っているとは、掛け合わせ部31の一部がレール溝24に入り込んでおり、かつ、溝壁部26の一部が凹部35に入り込んでいることを指すものとする。
図7に示すように固定金具7が第1の状態であるとき、溝壁部26の上端は凹部35の上端に当てられる。このとき、高さ方向において、掛け合わせ部31の上面とフレーム側壁部23とは互いに離れている。また、図6に示すように固定金具7が第2の状態であるとき、掛け合わせ部31の上面はフレーム側壁部23に当てられる。このとき、高さ方向において、溝壁部26の上端と掛け合わせ部31とは互いに離れている。
固定金具7が第2の状態であるときにおいて、溝壁部26の上端と凹部35の上端との間隔をd1とする。また、第2の状態におけるフレーム底部22と固定部品底部33との深さ方向における距離をh1とする。ここで、固定金具7が第1の状態であるときの、深さ方向における凹部35の上端の位置を第1の位置とする。固定金具7が第2の状態であるときの、深さ方向における凹部35の上端の位置を第2の位置とする。d1は、第1の位置と第2の位置との深さ方向における距離ともいえる。d1は、固定金具7がレール溝24に沿ってスライドするときにおけるクリアランスであって、レール溝24に固定金具7が嵌め合わせられた状態において、固定金具7が深さ方向において移動することが可能な距離でもある。
実施の形態1では、d1<h1が成り立つ。レール溝24に固定金具7が嵌り合っている状態にてボルト9が締め込まれることによって固定金具7が下方へ移動すると、d1<h1が成り立つことで、固定金具7の底面がフレーム材10の底面の高さに到達するよりも前に、溝壁部26の上端に掛け合わせ部31が当たる。固定部品底部33が縦桟3と接するよりも前から、溝壁部26の上端に掛け合わせ部31が当たっている状態にてボルト9が締め込まれることによって、固定金具7は、フレーム材10を縦桟3に押さえ付ける。これにより、固定金具7は、フレーム2を縦桟3に固定することができる。
また、固定金具7が第1の状態であるときにおけるフレーム底部22と固定部品底部33との深さ方向における距離をh2とする。固定金具7のたわみ量の許容値をd2とする。実施の形態1では、h2<d2が成り立つ。h2<d2が成り立つことによって、固定金具7は、ボルト9が締め込まれることによる固定金具7のたわみ量を、許容値範囲内に抑えることができる。
太陽電池モジュール100の製造工程において、2つ以上の固定金具7がレール溝24に挿入される。太陽電池モジュール100の出荷時において、固定金具7はフレーム2に固定されずレール溝24を移動可能な状態、いわば部分的に組み立てられた状態とされる。太陽電池モジュール100の出荷時において、レール溝24における固定金具7の移動を防止するために、フレーム材10に固定金具7を仮止めしても良い。固定金具7の仮止めには、粘着テープなどが用いられる。
固定金具7がレール溝24に挿入されてから、フレーム材10のパネル保持部21とフレーム材11のパネル保持部41とにシリコン接着剤などの接着剤が充填される。接着剤が充填されたパネル保持部21,41に太陽電池パネル1が嵌め込まれることによって、太陽電池パネル1はフレーム材10,11に固定される。さらに、フレーム材11のビス穴44を通されたビスをフレーム材10のビス穴25に固定することによって、太陽電池モジュール100は製造される。
次に、太陽電池モジュール100の設置工程について説明する。図8は、図1に示す太陽電池モジュールが支持体に固定されている様子を示す側面図である。図9は、図1に示す太陽電池モジュールの一部断面を示す第1の図である。図10は、図1に示す太陽電池モジュールの一部断面を示す第2の図である。図11は、図1に示す太陽電池モジュールが支持体に固定されている様子を示す上面図である。
図8には、屋根5の傾斜方向、すなわち屋根5において棟から軒へ向かう方向において並べられている2つの太陽電池モジュール100を示している。また、図8には、2つの太陽電池モジュール100が固定される縦桟3と、縦桟3を固定する屋根取付金具4とを示している。図9には、2つの太陽電池モジュール100のうち軒側の1つにおける一部断面を示している。図9に示す部分は、太陽電池モジュール100のうち軒側のフレーム材10を含む部分である。図10には、2つの太陽電池モジュール100が互いに隣り合う部分の断面を示している。図11には、図8に示す2つの太陽電池モジュール100を示している。図11において、矢印Aは軒側の方向を表し、矢印Bは棟側の方向を表す。
太陽電池モジュール100を設置する作業者は、太陽電池モジュール100の設置場所である屋根5を確認して、屋根5において墨出しを行う。屋根5において確認された取り付け位置に、屋根取付金具4が固定される。屋根5のうち屋根取付金具4を固定するための木ねじ15がねじ込まれる部分の周囲、あるいは屋根5のうち屋根取付金具4が配置される部分の周囲には、雨漏りを防ぐための防水処理が施される。屋根5には、各縦桟3に対して2つ以上の屋根取付金具4が配置される。2つ以上の屋根取付金具4は、屋根5の傾斜方向において互いに間隔をおいて並べられる。
次に、屋根取付金具4に縦桟3が連結される。縦桟3は、ボルトとナットとの締結によって屋根取付金具4に固定される。各縦桟3のレール13には、ナットが組み込まれたファスナー14が挿入される。各縦桟3のレール13には、必要な数のファスナー14が挿入される。レール13に沿ってファスナー14を移動することによって、作業者は、傾斜方向におけるファスナー14の位置を自由に調整することができる。
軒側カバー6は、傾斜方向に並べられている複数の太陽電池モジュール100のうち軒から最も近い位置に配置されている1つの太陽電池モジュール100に設けられる。図1に示す例では、軒側カバー6は、傾斜方向に並べられている2つの太陽電池モジュール100のうち軒側の1つに設けられている。
図9において、固定金具8は、軒側カバー6を縦桟3に固定する。固定金具7は、太陽電池モジュール100のうち軒側のフレーム材10を縦桟3に固定する。高さ方向における固定金具8の寸法は、高さ方向における固定金具7の寸法よりも長い。高さ方向における固定金具7の寸法は、固定金具7の底面と固定金具7の上面との間の長さである。高さ方向における固定金具8の寸法は、固定金具8の底面と固定金具8の上面との間の長さである。固定金具8は、高さ方向における寸法が固定金具7とは異なる以外は、図3に示す固定金具7と同様に形成されている。固定金具8は、固定金具7と同様に、掛け合わせ部31と、固定部品側壁部32と、固定部品底部33と、孔34と、凹部35とを有する。
軒側カバー6には、軒側カバー6の長手方向に平行なレール溝51が設けられている。レール溝51は、レール溝24と同様に形成されている。レール溝51は、固定金具8の掛け合わせ部31が嵌め合い可能に形成されている。固定金具8が縦桟3から取り外されているときに、固定金具8は、掛け合わせ部31がレール溝51に嵌め合わせられた状態でレール溝51に沿ってスライド可能である。太陽電池モジュール100の製造工程において、2つ以上の固定金具8がレール溝51に挿入される。固定金具8は、固定金具7と同様に仮止めされても良い。
軒側カバー6には、図1に示すように端面カバー12が設けられる。端面カバー12は、レール溝51のうち軒側カバー6の長手方向における端部を塞ぐ。フレーム側壁部43は、レール溝51からの固定金具8の脱落を防止する脱落防止部品として機能する。
固定金具8の固定部品底部33と固定金具7の固定部品底部33とが互いに重ね合わせられた状態において、固定金具8の孔34と固定金具7の孔34とにボルト9が通される。ファスナー14に設けられているナットへのボルト9の締め付けによって、固定金具8と固定金具7とはファスナー14に共締めされる。固定金具7,8の固定部品底部33が縦桟3と接するまで、ボルト9は締め込まれる。
固定金具7の高さ方向における寸法は、固定金具8の高さ方向における寸法よりも、固定金具8の板厚の分だけ短い。これにより、太陽電池モジュール100は、縦桟3から同じ高さ位置において軒側カバー6とフレーム2とを固定することができる。なお、図11において、図9に示す固定金具7および固定金具8は、紙面奥行き方向において互いに重ね合わせられている。
図10において、固定金具8は、軒側の太陽電池モジュール100のうち棟側のフレーム材10を縦桟3に固定する。固定金具7は、棟側の太陽電池モジュール100のうち軒側のフレーム材10を縦桟3に固定する。固定金具8の掛け合わせ部31は、レール溝24に嵌め合わせられる。固定金具8の固定部品底部33と固定金具7の固定部品底部33とが互いに重ね合わせられた状態において、固定金具8の孔34と固定金具7の孔34とにボルト9が通される。
固定金具7の高さ方向における寸法が固定金具8の高さ方向における寸法よりも固定金具8の板厚の分だけ短いことによって、2つの太陽電池モジュール100は、縦桟3から同じ高さ位置において、一方の太陽電池モジュール100のフレーム2と他方の太陽電池モジュール100のフレーム2とを固定することができる。なお、図11において、図10に示す固定金具7および固定金具8は、紙面奥行き方向において互いに重ね合わせられている。
固定金具7,8を使用して軒側のフレーム材10から順に各フレーム材11が縦桟3に固定されることによって、太陽電池モジュール100の全体が縦桟3に固定される。さらに、隣接する太陽電池モジュール100において、太陽電池パネル1の裏面に設けられているケーブルが互いに接続されることによって、太陽電池モジュール100同士は電気的に接続される。
図11に示すように、各太陽電池モジュール100の各フレーム材10には、2つの固定金具7と2つの固定金具8とが設けられている。各フレーム材10において2つの固定金具7のうちの1つと2つの固定金具8のうちの1つとがフレーム2の固定に使用される。フレーム2の固定に使用されない固定金具7,8は、図11に示すようにフレーム材10に残されても良い。残された固定金具7,8は、脱落防止部品として機能する図4に示すフレーム側壁部43と、フレーム2の固定に使用されている固定金具7,8との間においてレール溝24に保持される。または、残された固定金具7,8は、フレーム2の固定に使用されている固定金具7,8同士の間においてレール溝24に保持される。
屋根5を構成する屋根材の状態、または屋根材を支える垂木の位置などによって、屋根取付金具4が取り付けられる位置がある程度制限されることがある。屋根取付金具4の位置によって、桁方向における縦桟3の配置が決まる。実施の形態1によると、太陽電池モジュール100は、太陽電池モジュール100が設置される際に、レール溝24,51において固定金具7,8を移動させることによって、桁方向における固定金具7,8の位置を自由に調整することができる。これにより、一般に流通する架台において縦桟3の配置に制限がある場合であっても、太陽電池モジュール100を容易に設置することができる。
縦桟3への固定金具7,8の固定には、ボルト9が使用される。一般に流通する架台における固定部品の締結には主にボルトが使用されることから、一般に流通する架台に太陽電池モジュール100を容易に設置することができる。また、固定金具7,8の固定部品底部33が縦桟3と接するまでボルト9が締め込まれることによって、フレーム材11に押圧力が掛けられる。これにより、桁方向において太陽電池モジュール100がずれないように、太陽電池モジュール100を強固に固定することができる。
太陽電池モジュール100は、フレーム材11にフレーム側壁部43が設けられることによって、レール溝24からの固定金具7,8の脱落を防止する。また、太陽電池モジュール100は、軒側カバー6に端面カバー12が取り付けられることによって、レール溝51からの固定金具7,8の脱落を防止する。これにより、水平面に対して傾斜している屋根5での太陽電池モジュール100の設置作業において固定金具7,8が落下することを防止可能とし、作業性の向上が可能となる。
太陽電池モジュール100は、フレーム2の高さに制約を設けることなく固定金具7,8によるフレーム2の固定が可能である。このため、フレーム2の高さに関わらず縦桟3へ太陽電池モジュール100を容易に固定することができる。太陽電池モジュール100は、フレーム2の高さを制約しなくても良いことから、フレーム2を適宜低くすることができる。太陽電池モジュール100は、フレーム2を低くすることによって、屋根5からの太陽電池モジュール100の浮き上がりを少なくすることが可能となるため、意匠性を向上できる。太陽電池モジュール100は、架台の構成に関わらずフレーム2を低くすることができる。太陽電池モジュール100は、フレーム2を低くすることで、フレーム2に使用される材料の量を低減可能とし、製造コストを低減できる。
実施の形態1によると、太陽電池モジュール100は、レール溝24に嵌め合わせられた状態でレール溝24に沿ってスライド可能な固定金具7,8を有することによって、フレーム2の高さに関わらず支持体へ容易に固定することができるという効果を奏する。
実施の形態2.
図12は、本発明の実施の形態2にかかる太陽電池モジュールを示す斜視図である。図12には、実施の形態2にかかる太陽電池モジュールである2つの太陽電池モジュール110が設置されている様子を示している。実施の形態2では、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1とは異なる構成について主に説明する。図12には、屋根5の傾斜方向において並べられている2つの太陽電池モジュール110を示している。
太陽電池モジュール110は、支持体である縦桟3にフレーム2を固定するための固定部品である固定金具60,65を有する。固定金具60,65は、固定金具60,65が縦桟3から取り外されているときに、レール溝との嵌り合いを維持しながら、レール溝の長手方向の軸を中心に回転可能である。フレーム2は、太陽電池パネル1のうち長方形の長辺に沿って設けられた2つのフレーム材62と、太陽電池パネル1のうち長方形の短辺に沿って設けられた2つのフレーム材11とを有する。
図13は、図12に示す太陽電池モジュールが有する固定金具の斜視図である。図14は、図12に示す太陽電池モジュールのうち、太陽電池パネルの長辺を保持するフレーム材と固定金具との側面図である。図15は、図12に示す太陽電池モジュールの一部断面を示す第1の図である。図16は、図12に示す太陽電池モジュールの一部断面を示す第2の図である。図17は、図12に示す太陽電池モジュールの梱包時における様子を示す側面図である。
図15には、図12に示す2つの太陽電池モジュール110のうち軒側の1つにおける一部断面を示している。図15に示す部分は、太陽電池モジュール110のうち軒側のフレーム材62を含む部分である。図16には、図12に示す2つの太陽電池モジュール110が互いに隣り合う部分の断面を示している。図17には、複数の太陽電池モジュール110が積み重ねられている様子を示している。
固定金具60は、実施の形態1の掛け合わせ部31とは形状が異なる掛け合わせ部61を有する以外は、実施の形態1の固定金具7と同様である。フレーム材62は、実施の形態1のレール溝24とは形状が異なるレール溝63を有する以外は、実施の形態1のフレーム材10と同様である。
固定金具60は、掛け合わせ部61がレール溝63に嵌め合わせられた状態でレール溝63に沿ってスライド可能である。固定金具60は、レール溝63に掛け合わせ部61が嵌め合わせられた状態を維持しながら、固定部品底部33がフレーム底部22と平行な状態から、固定部品底部33がフレーム底部22に垂直な状態まで回転可能である。固定金具60は、固定部品底部33がフレーム底部22に垂直な状態から固定部品底部33がフレーム底部22と平行な状態までの回転も可能である。
固定金具65は、固定金具60と同様に、掛け合わせ部61と、固定部品側壁部32と、固定部品底部33と、孔34と、凹部35とを有する。固定金具65は、高さ方向における寸法が固定金具60とは異なる以外は、図13に示す固定金具60と同様に形成されている。すなわち、固定金具65は、実施の形態1の掛け合わせ部31とは形状が異なる掛け合わせ部61を有する以外は、実施の形態1の固定金具8と同様である。
太陽電池モジュール110の製造工程は、実施の形態1にかかる太陽電池モジュール100の製造工程と同様である。太陽電池モジュール110の設置工程は、実施の形態1にかかる太陽電池モジュール100の設置工程と同様である。太陽電池モジュール110が設置される際に、フレーム2の固定に使用される固定金具60,65は、固定部品底部33がフレーム底部22と平行となるように寝かせた状態とされる。また、図15および図16に示すように、フレーム2の固定に使用されない固定金具60,65は、固定部品底部33がフレーム底部22に垂直となるように立ち上げられた状態とされる。立ち上げられた固定金具60,65は、ビス66などによって固定される。
立ち上げられた状態の固定金具60,65における固定部品底部33の先端は、太陽電池パネル1よりも上方へ突出している。このように、固定金具60,65は、フレーム2の高さ方向において固定金具60,65の一部が太陽電池パネル1よりも突出している姿勢を取り得る。太陽電池モジュール110は、太陽電池モジュール110に積もった雪の落下を防止するための構成要素として、立ち上げられた状態の固定金具60,65を活用することができる。
太陽電池モジュール110は、全ての固定金具60,65が立ち上げられた状態で梱包される。固定金具60,65が立ち上げられることによって、太陽電池モジュール110は、梱包時における寸法を小さくすることができる。梱包時の寸法を小さくできることによって、太陽電池モジュール110が載置されるパレットの小型化が可能となる。梱包時の寸法を小さくできることによって、太陽電池モジュール110の積載効率の向上と、太陽電池モジュール110の梱包および運送におけるコストの低減とが可能となる。
複数の太陽電池モジュール110が積み重ねられる際に固定金具60,65が立ち上げられることによって、固定金具60,65は、積み上げられた太陽電池モジュール110のずれを防止する機能を担う。これにより、複数の太陽電池モジュール110が積み重ねられた状態で輸送される際における荷崩れと、フレーム材62の変形とを防ぐことができる。
実施の形態3.
図18は、本発明の実施の形態3にかかる太陽電池モジュールを示す上面図である。図18には、実施の形態3にかかる太陽電池モジュールである2つの太陽電池モジュール120が支持体に固定されている様子を示している。実施の形態3では、実施の形態1または2と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1または2とは異なる構成について主に説明する。図18には、屋根5の傾斜方向において並べられている2つの太陽電池モジュール120を示している。
太陽電池モジュール120は、支持体である縦桟3に固定される固定部品受け材70を有する。傾斜方向において互いに隣り合う2つの太陽電池モジュール120のうち軒側の太陽電池モジュール120を固定する固定金具7と、傾斜方向において互いに隣り合う2つの太陽電池モジュール120のうち棟側の太陽電池モジュール120を固定する固定金具8とは、共通の固定部品受け材70を介して縦桟3に固定される。固定金具7と固定金具8とは、共締めされず、固定部品受け材70のうち互いに異なる位置において締め付けられる。
図19は、図18に示す太陽電池モジュールが有する固定部品受け材の斜視図である。固定部品受け材70は、支持体である縦桟3に固定される支持体固定部71と、2つの受け部72とを有する。支持体固定部71は、固定部品受け材70の中心に位置する。受け部72は、固定部品受け材70のうち、固定部品受け材70の長手方向における端部に位置する。支持体固定部71には、ボルト9が通される孔73が形成されている。ボルト9は、固定部品受け材70を通してファスナー14のナットへ締め込まれる。2つの受け部72のうちの一方には、固定金具7の孔34を通されたボルト9が締め込まれるボルト穴74が形成されている。2つの受け部72のうちの他方には、固定金具8の孔34を通されたボルト9が締め付けられるボルト穴74が形成されている。支持体固定部71および受け部72の幅は、互いに隣り合う2つの太陽電池モジュール120の間隔以下の長さである。支持体固定部71の板厚は、固定部品底部33と縦桟3との間隙よりも薄い。
次に、太陽電池モジュール120の設置工程について説明する。屋根取付金具4に縦桟3が連結されてから、軒側の太陽電池モジュール120のうち軒側のフレーム材10が固定される位置に配置されたファスナー14に固定部品受け材70が固定される。固定部品受け材70は、孔73を通されたボルト9がファスナー14のナットへ締め付けられることによって、ファスナー14に固定される。
固定部品受け材70には、軒側カバー6に取り付けられた固定金具8と、軒側の太陽電池モジュール120のうち軒側のフレーム材10に取り付けられた固定金具7とが固定される。固定金具8は、固定金具8の孔34を通されたボルト9が一方のボルト穴74へ締め込まれることによって、固定部品受け材70に固定される。固定金具7は、固定金具7の孔34を通されたボルト9が他方のボルト穴74へ締め込まれることによって、固定部品受け材70に固定される。
次に、軒側の太陽電池モジュール120のうちの棟側のフレーム材10と、棟側の太陽電池モジュール120のうち軒側のフレーム材10とが固定される位置において、ファスナー14に固定部品受け材70が固定される。固定部品受け材70には、軒側の太陽電池モジュール120のうちの棟側のフレーム材10に取り付けられた固定金具8と、棟側の太陽電池モジュール120のうち軒側のフレーム材10に取り付けられた固定金具7とが固定される。このように、軒側から棟側への順に、縦桟3へ固定部品受け材70が固定され、かつ固定部品受け材70へフレーム材10が固定されることによって、2つの太陽電池モジュール120が固定される。
実施の形態3によると、固定部品受け材70を介してフレーム材10が縦桟3に固定されることによって、互いに隣接する2つの太陽電池モジュール120は、互いに別のボルト9によって固定部品受け材70に固定される。これにより、太陽光発電システム200は、メンテナンス等の際には、2つの太陽電池モジュール120のうちの一方を取り外すことなく、他方の太陽電池モジュール120のみを単独で取り外すことが可能となる。なお、実施の形態3にかかる太陽電池モジュール120は、固定金具7,8に代えて、実施の形態2と同様の固定金具60,65を有しても良い。
実施の形態4.
図20は、本発明の実施の形態4にかかる太陽電池モジュールの上面図である。実施の形態4では、第1の固定部品である固定金具81と第2の固定部品である固定金具82との配置について説明する。実施の形態4では、実施の形態1から3と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1から3とは異なる構成について主に説明する。
図20と、後述する図21以降とでは、実施の形態4にかかる太陽電池モジュール130の構成を模式的に示している。実施の形態4における固定金具81は、実施の形態1の固定金具7と同様に形成されている。実施の形態4における固定金具82は、実施の形態1の固定金具8と同様に形成されている。図20および図21以降において図示する各部の形状は、実際の形状とは異なる場合があるものとする。
太陽電池モジュール130のうち2つのフレーム材10の各々には、2つの固定金具81と2つの固定金具82とが設けられている。2つのフレーム材10の各々において、2つの固定金具82の間に2つの固定金具81が設けられている。軒側のフレーム材10に設けられている一方の固定金具82と棟側のフレーム材10に設けられている一方の固定金具81とは、フレーム材11の長手方向に平行な直線上の位置に配置される。軒側のフレーム材10に設けられている他方の固定金具82と棟側のフレーム材10に設けられている他方の固定金具81とは、フレーム材11の長手方向に平行な直線上の位置に配置される。
図21は、図20に示す太陽電池モジュールの側面図である。図22は、図21に示す太陽電池モジュールから固定金具を除いた状態を示す側面図である。図23は、図21に示す太陽電池モジュールのうちの固定金具を示す側面図である。図24は、図21に示す太陽電池モジュールのうちの固定金具を示す斜視図である。図21には、太陽電池モジュール130のうち軒側の側面に設けられているフレーム材10と固定金具81,82とを示している。
固定金具81,82は、固定金具7,8と同様に、掛け合わせ部31と、固定部品側壁部32と、固定部品底部33と、孔34と、凹部35とを有する。図24では、孔34と凹部35との図示を省略する。固定金具82は、高さ方向における寸法が固定金具81とは異なる以外は、固定金具81と同様に形成されている。固定金具81の高さ方向における寸法は、固定金具82の高さ方向における寸法よりも固定金具81の板厚の分だけ短い。
レール溝24は、固定金具81,82の掛け合わせ部31が嵌め合い可能に形成されている。固定金具81,82が縦桟3から取り外されているときに、固定金具81,82は、掛け合わせ部31がレール溝24に嵌め合わせられた状態でレール溝24に沿ってスライド可能である。図21に示す固定金具81,82の各々は、フレーム材10のレール溝24に掛け合わせ部31が嵌め合わせられて、レール溝24に挿入されている。
図25は、図20に示す太陽電池モジュールが有するフレームの分解図である。図25には、図21に示す側面と同じ側面において、フレーム2を構成するフレーム材10,11が分解された状態を示している。また、図25において、固定金具81,82はフレーム材10から取り外されている。図25に示す状態において、フレーム材10のうち長手方向における端からレール溝24へ固定金具81と固定金具82とが挿入される。固定金具81と固定金具82とがレール溝24へ挿入されてから、フレーム材10の両端がフレーム材11によって覆われる。これにより、フレーム2が組み立てられた状態において、固定金具81,82は、レール溝24に沿ってスライド可能とされ、かつレール溝24からの脱落が防止される。
図26は、図20に示す太陽電池モジュールが設置されている様子を示す上面図である。図27は、図26に示す太陽電池モジュールの一部側面を示す図である。図26には、屋根5の傾斜方向において並べられている2つの太陽電池モジュール130を示している。図27には、図26に示す2つの太陽電池モジュール130が互いに隣り合う部分の側面を示している。
図21および図27に示すように、固定金具82がレール溝24に嵌め合わせられている状態において、固定金具82の底面がフレーム材10の底面と同じ高さの位置であるか、固定金具82の底面がフレーム材10の底面よりも高い位置となるように、太陽電池モジュール130は構成されている。また、固定金具81がレール溝24に嵌め合わせられている状態において、固定金具81の底面が固定金具82のうち固定部品底部33の上面と同じ高さの位置であるか、固定金具81の底面が固定金具82のうち固定部品底部33の上面よりも高い位置となるように、太陽電池モジュール130は構成されている。
次に、太陽電池モジュール130の設置工程について説明する。屋根取付金具4に縦桟3が連結されてから、軒側の太陽電池モジュール130が固定される。作業者は、軒側のフレーム材10に取り付けられている固定金具81と、棟側のフレーム材10に取り付けられている固定金具82とを、それぞれレール溝24に沿ってスライドさせる。これにより、軒側のフレーム材10に取り付けられている固定金具81と、棟側のフレーム材10に取り付けられている固定金具82とは、縦桟3の上に配置される。軒側のフレーム材10に取り付けられている固定金具81と、棟側のフレーム材10に取り付けられている固定金具82とを縦桟3に固定することによって、軒側の太陽電池モジュール130が固定される。
軒側の太陽電池モジュール130が固定されてから、棟側の太陽電池モジュール130が固定される。作業者は、軒側の太陽電池モジュール130の場合と同様に、固定金具81と固定金具82とをレール溝24に沿ってスライドさせる。軒側の太陽電池モジュール130の場合と同様に、固定金具81と固定金具82とを固定することによって、棟側の太陽電池モジュール130が固定される。図27に示す固定金具81と固定金具82とは、ファスナー14に設けられているナットへのボルト9の締め付けによって、ファスナー14に共締めされる。
図28は、図20に示す太陽電池モジュールを有する太陽光発電システムにおける電気接続構成について説明するための図である。図28に示す例では、桁方向において4つ、桁方向に直交する梁方向において4つのアレイ状に16個の太陽電池モジュール130が配置されている。図28では、各太陽電池モジュール130における裏面側の電気接続構成を模式的に示している。
梁方向において互いに隣り合う太陽電池モジュール130同士は、ケーブル83によって電気的に接続されている。ケーブル83は、8つの太陽電池モジュール130が1つの電流経路をなすように配置される。各電流経路は、接続箱に接続されている。接続箱の図示は省略する。
梁方向において互いに隣り合う太陽電池モジュール130では、電気接続構成の向きが同じである。桁方向において互いに隣り合う太陽電池モジュール130では、電気接続構成の向きが180度異なる。このように、太陽光発電システム200では、複数の太陽電池モジュール130の中の一部について、桁方向および梁方向を含む面内における向きを他の太陽電池モジュール130とは180度異ならせる場合がある。
実施の形態4にかかる太陽電池モジュール130は、2つのフレーム材10の各々において固定金具81および固定金具82をスライド可能としたことにより、太陽電池モジュール130の向きを180度異ならせる場合であっても縦桟3上の位置に固定金具81,82を配置することができる。これにより、太陽光発電システム200は、太陽電池モジュール130の向きを自由に選択して太陽電池モジュール130を配置することができる。太陽光発電システム200は、太陽電池モジュール130の設置における自由度を高めることができ、かつ容易な作業によって太陽電池モジュール130を設置することができる。
なお、実施の形態1から3の太陽電池モジュール100,110,120においても、実施の形態4と同様に固定金具7,8,60,65を配置することができる。各実施の形態にかかる太陽電池モジュール100,110,120,130は、傾斜を有する屋根5上の架台に設置されるものに限られない。太陽電池モジュール100,110,120,130は、傾斜が無い屋根、すなわち陸屋根上の架台に設置されるものであっても良い。太陽電池モジュール100,110,120,130は、地上に建てられた架台に設置されるものであっても良い。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 太陽電池パネル、2 フレーム、3 縦桟、4 屋根取付金具、5 屋根、6 軒側カバー、7,8,60,65,81,82 固定金具、9 ボルト、10,11,62 フレーム材、12 端面カバー、13 レール、14 ファスナー、15 木ねじ、21,41 パネル保持部、22,42 フレーム底部、23,43 フレーム側壁部、24,51,63 レール溝、25,44 ビス穴、26 溝壁部、31,61 掛け合わせ部、32 固定部品側壁部、33 固定部品底部、34,73 孔、35 凹部、45 切り欠き、66 ビス、70 固定部品受け材、71 支持体固定部、72 受け部、74 ボルト穴、83 ケーブル、100,110,120,130 太陽電池モジュール、200 太陽光発電システム。

Claims (13)

  1. 太陽電池パネルと、
    前記太陽電池パネルの外縁を保持するフレームと、
    前記太陽電池パネルおよび前記フレームを支持する支持体に前記フレームを固定する固定部品と、を備え、
    前記フレームには、レール溝が設けられており、
    前記固定部品が前記支持体から取り外されているときに、前記固定部品は、前記レール溝に嵌め合わせられた状態で前記レール溝に沿ってスライド可能であることを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記レール溝の端部には、前記レール溝からの前記固定部品の脱落を防止する脱落防止部品が設けられている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. 前記フレームは、前記固定部品によって前記支持体に前記フレームが固定されている状態において前記支持体と接するフレーム底部を有し、
    前記固定部品は、前記固定部品によって前記支持体に前記フレームが固定されている状態において前記支持体に対向する固定部品底部を有し、
    前記レール溝に前記固定部品が嵌り合い、かつ、前記レール溝の深さ方向における前記レール溝への前記固定部品の入り込みが最も深いときの前記固定部品の状態を第1の状態とし、
    前記レール溝に前記固定部品が嵌り合い、かつ、前記深さ方向における前記レール溝への前記固定部品の入り込みが最も浅いときの前記固定部品の状態を第2の状態、として、
    前記第1の状態であるときの前記固定部品の位置と前記第2の状態であるときの前記固定部品の位置との前記深さ方向における距離をd1、かつ、前記第2の状態における前記フレーム底部と前記固定部品底部との前記深さ方向における距離をh1として、d1<h1が成り立つ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. 前記フレームは、前記固定部品によって前記支持体に前記フレームが固定されている状態において前記支持体と接するフレーム底部を有し、
    前記固定部品は、前記固定部品によって前記支持体に前記フレームが固定されている状態において前記支持体に対向する固定部品底部を有し、
    前記レール溝に前記固定部品が嵌り合い、かつ、前記レール溝の深さ方向における前記レール溝への前記固定部品の入り込みが最も深いときの前記フレーム底部と前記固定部品底部との前記深さ方向における距離をh2、かつ、前記固定部品のたわみ量の許容値をd2として、h2<d2が成り立つことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記固定部品が前記支持体から取り外されているときに、前記固定部品は、前記レール溝との嵌り合いを維持しながら、前記レール溝の長手方向に平行な軸を中心に回転可能であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記固定部品は、前記フレームの高さ方向において前記固定部品の一部が前記太陽電池パネルよりも突出している姿勢を取り得ることを特徴とする請求項5に記載の太陽電池モジュール。
  7. 太陽電池パネルと、
    前記太陽電池パネルの外縁を保持するフレームと、
    前記フレームの一部である直線部位を覆うカバー部品と、
    前記太陽電池パネルおよび前記フレームを支持する支持体に前記フレームを固定するための固定部品と、を備え、
    前記カバー部品には、レール溝が設けられており、
    前記固定部品が前記支持体から取り外されているときに、前記固定部品は、前記レール溝に嵌め合わせられた状態で前記レール溝に沿ってスライド可能であることを特徴とする太陽電池モジュール。
  8. 前記レール溝の端部には、前記レール溝からの前記固定部品の脱落を防止する脱落防止部品が設けられていることを特徴とする請求項7に記載の太陽電池モジュール。
  9. 太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールを備え、
    前記太陽電池モジュールは、
    太陽電池パネルと、
    前記太陽電池パネルの外縁を保持するフレームと、
    前記太陽電池パネルおよび前記フレームを支持する支持体に前記フレームを固定する固定部品と、を備え、
    前記フレームには、レール溝が設けられており、
    前記固定部品が前記支持体から取り外されているときに、前記固定部品は、前記レール溝に嵌め合わせられた状態で前記レール溝に沿ってスライド可能であることを特徴とする太陽光発電システム。
  10. 互いに隣り合う2つの太陽電池モジュールのうちの一方を固定する前記固定部品である第1の固定部品と、
    前記2つの太陽電池モジュールのうちの他方を固定する前記固定部品である第2の固定部品と、を備え、
    前記第1の固定部品と前記第2の固定部品とは、共通の固着具によって前記支持体に固定されることを特徴とする請求項9に記載の太陽光発電システム。
  11. 互いに隣り合う2つの太陽電池モジュールのうちの一方を固定する前記固定部品である第1の固定部品と、
    前記2つの太陽電池モジュールのうちの他方を固定する前記固定部品である第2の固定部品と、
    前記支持体に固定される固定部品受け材と、を備え、
    前記第1の固定部品と前記第2の固定部品とは、共通の前記固定部品受け材を介して前記支持体に固定されることを特徴とする請求項9に記載の太陽光発電システム。
  12. 前記第1の固定部品は、固着具によって前記固定部品受け材に固定され、
    前記第2の固定部品は、前記第1の固定部品を固定する前記固着具とは別の固着具によって前記固定部品受け材に固定されることを特徴とする請求項11に記載の太陽光発電システム。
  13. 前記第2の固定部品のうち前記支持体の側の端から前記支持体の側とは逆側の端の高さが、前記第1の固定部品のうち前記支持体の側の端から前記支持体の側とは逆側の端の高さとは異なることを特徴とする請求項10から12のいずれか1つに記載の太陽光発電システム。
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