JP3838789B2 - 太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの作成方法、太陽電池モジュールの取り付け構造、および太陽電池付き屋根材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は屋根などに取り付けられる太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの作成方法、太陽電池モジュールの取り付け構造、および太陽電池付き屋根材に関し、特に太陽電池アレイを構成するための太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの作成方法、太陽電池モジュールの取り付け構造、および太陽電池付き屋根材に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、太陽光から電力を得るための太陽電池モジュールとしては、太陽電池をガラスに貼り付け、電極を取り出す構造のものがあった。
【0003】
図11は従来の太陽電池モジュールの構造を示す平面図である。また、図12は図11のY−Y線に沿う断面図である。太陽電池モジュール60は、耐候性保護部材62によって覆われている。耐候性保護部材62は、2枚の耐候性保護シート62a,62bからなる。これら耐候性保護シート62a,62bは、例えばEVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer)などの熱融着性のプラスチック材であり、両者で太陽電池61を挟み、熱融着によって密閉することにより、太陽電池61を保護している。
【0004】
耐候性保護部材62で覆われた太陽電池61は、接着剤、または耐候性保護部材62の熱融着力を利用してガラス63に貼り付けられている。ガラス63は、支持体64に取り付けられ、さらに支持体64はネジ64aなどを介して、例えば屋根の野地板65に固定される。
【0005】
ところで、太陽電池61を保護する耐候性保護部材62には、図11に示すように、太陽電池61の陽極および陰極から電力を引き出すための端子箱66,67が、接着剤などを使用して固定されている。図12は端子箱66部分の構成を示している。端子箱66内には、太陽電池61の一方の電極とはんだ662aで接続されたリード線662の他端側が、孔661を介して導入されている。リード線662は、端子箱66内に形成された端子台663において、ネジ663aなどを使用してケーブル68の端子68aと電気的および機械的に接続されている。なお、端子箱67についてもほぼ同じ構成となっている。
【0006】
このような構造の太陽電池モジュール60は、通常、野地板65上に平面的に複数個配置されることにより、いわゆる太陽電池アレイを構成している。このとき、太陽電池61と接続されたケーブル68は、支持体64を貫通して外部に取り出され、同じく他の太陽電池モジュールから取り出されたケーブルと接続された後、野地板65を貫通して屋内に設置された電力変換器と接続される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の太陽電池モジュール60では、端子箱66を耐候性保護部材62に接着しているためコスト高になるとともに、接着部分の劣化により、端子箱66内に水分が侵入して絶縁不良を起こす危険性がある。
【0008】
また、太陽電池モジュール60を用いて太陽電池アレイを構成すると、ケーブル68などが屋根の上を這い回るために美観が悪くなるという問題も生じる。特に、瓦などの屋根材の表面に太陽電池モジュール60を搭載した場合には、屋根材が邪魔してケーブル68の配置がより困難となる。
【0009】
さらに、ケーブル68の配置がうまくいかずにケーブル68の一部が太陽電池61の受光面を塞いだ場合には、太陽電池モジュール60の出力が低下し、最悪の場合、太陽電池61に偏った電流が流れて部分発熱による熱損が発生するおそれがある。
【0010】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、屋根材の表面に搭載した場合でも、低コストで、美観を守り、電力効率の低下を防止できる太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの作成方法、太陽電池モジュールの取り付け構造、および太陽電池付き屋根材を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、屋根などに取り付けられる太陽電池モジュールにおいて、受光した光エネルギーを電力に変換する太陽電池と、前記太陽電池の陽極に電気的に接続され、適度な長さを有する帯状の陽極側端子と、前記太陽電池の陰極に電気的に接続され、適度な長さを有する帯状の陰極側端子と、電気絶縁性を有し、前記太陽電池、前記陽極側端子および前記陰極側端子を密閉する耐候性保護部材と、前記陽極側端子の先端側と導通するように前記耐候性保護部材に取り付けられ、電力回収用の陽極側電力ケーブルと接続可能な陽極側コネクタと、前記陰極側端子の先端側と導通するように前記耐候性保護部材に取り付けられ、電力回収用の陰極側電力ケーブルと接続可能な陰極側コネクタと、を有することを特徴とする太陽電池モジュールが提供される。
【0012】
このような構成の太陽電池モジュールでは、太陽電池の陽極、陰極にそれぞれ陽極側端子、陰極側端子を電気的に接続した状態で、これらを耐候性保護部材で密閉しているので、端子接続部分が劣化しにくい。また、従来の端子箱のような部材を接着により取り付ける必要がないので、耐候性を高めることができるとともに、コストを低減できる。
【0013】
さらに、このような太陽電池モジュールを例えば瓦などの屋根材が敷き詰められた屋根に設置する場合には、太陽電池の部分を屋根材の表面に載置し、陽極側端子および陰極側端子を隣接する屋根材の下側に挿入する。陽極側端子および陰極側端子は、帯状で適度な長さを有するので、屋根材の下側に容易に挿入することができる。こうすることにより、電力引き出し用のケーブルの大部分を屋根材の下に配設して、陽極側端子の陽極側コネクタや陰極側端子の陰極側コネクタと接続することができる。よって、美観が保たれるとともに、ケーブルが太陽電池の受光面を遮ることもない。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図2は本形態の太陽電池モジュールの外観構成を示す平面図である。また、図3は図2のX1−X1線に沿う断面図である。太陽電池モジュール10は、主に、ほぼ長方形の薄板状の太陽電池11と、帯状の陽極側端子12および陰極側端子13と、導電性粘着テープ14,15,16,17と、耐候性保護部材18と、陽極側コネクタ19および陰極側コネクタ20とから構成されている。
【0015】
陽極側端子12および陰極側端子13は、それぞれ太陽電池11の両側にある陽極11aおよび陰極11bと平行に配置されている。これら陽極側端子12および陰極側端子13は、図2において太陽電池11より下方へ、ある程度の長さだけ延びるように形成されている。陽極側端子12は、導電性粘着テープ14,15を介して、太陽電池11の陽極11aと電気的に接続されている。同様に、陰極側端子13も、導電性粘着テープ16,17を介して、太陽電池11の陰極11bと電気的に接続されている。ここで、各端子とも2つの導電性粘着テープで接続されているのは、十分な電流容量を得るためである。なお、導電性粘着テープに代えて金属線や金属板を用い、はんだ付けにより接続するようにしてもよい。
【0016】
導電性粘着テープ14,15,16,17を含めて、太陽電池11、陽極側端子12および陰極側端子13の周囲は、耐候性保護部材18で覆われ、密閉されている。耐候性保護部材18は、図3に示すように、2枚の耐候性保護シート181,182からなる。これら耐候性保護シート181,182は、例えばEVAなどの熱融着性のプラスチック材であり、両者で太陽電池11や陽極側端子12および陰極側端子13を挟み、熱融着によって太陽電池11などを密閉している。なお、耐候性保護部材18を熱融着するまでの具体的な組立手順については、後述する。
【0017】
陽極側端子12および陰極側端子13には、図2に示すように、それぞれ陽極側コネクタ19、陰極側コネクタ20が取り付けられている。
図4は陽極側コネクタ19の具体的な取り付け構造を示す図であり、(A)は図2のX2−X2線に沿う断面図、(B)は図2の矢印X3方向から見た図である。陽極側コネクタ19は、主に、ベース部材191、上側部材192、およびピン193から構成されている。ピン193は、ベース部材191に一体に取り付けられており、そのケーブル側端部193aは円筒状の連結部19aの内側部分に、一方、端子側端部193bは、ベース部材191と上側部材192との間に形成される空間190側にそれぞれ突き出るように取り付けられている。また、ピン193のケーブル側端部193aの先端には、絶縁部材193cが取り付けられており、これにより、人の指などが挿入されたときの感電を防止している。
【0018】
空間190には、陽極側端子12の端部が、耐候性保護部材18により被覆された状態で挿入されている。ベース部材191には2本のガイドピン191a,191bが形成されており、それぞれ耐候性保護部材18の縁端部付近(陽極側端子12から外れた部分)に貫通している。
【0019】
陽極側端子12の空間190内に挿入されている部分において、上側の耐候性保護シート181の一部には、孔181aが形成され、陽極側端子12の一部が剥き出されている。この剥き出された部分には、リード線194の一端がはんだ付けされている。リード線194の他端は、ピン193の端子側端部193bにはんだ付けされている。
【0020】
このような配線処理がなされた状態で、上側部材192を接着剤などによりベース部材191に対して固定することにより、陽極側コネクタ19が取り付けられている。
【0021】
なお、陰極側コネクタ20についても、陽極側コネクタ19とほぼ同じ構造なので、ここでは説明を省略する。ただし、陽極側コネクタ19および陰極側コネクタ20は、色分けされており、一目で極性を区別できるようになっている。
【0022】
次に、上記構成の太陽電池モジュール10の具体的な取り付け構造を説明する。
図5は太陽電池モジュール10を屋根材に取り付けた状態を示す平面図である。また、図6は図5の側面図である。屋根材21は、いわゆる瓦であり、図6に示すように端部211がほぼ直角に曲がるように形成されている。また、屋根材21には、図5に示すように、屋根の野地板に固定するための複数の釘孔21aが形成されている。
【0023】
太陽電池モジュール10は、屋根材21の上側面212に接着剤などを使用して貼り付けられている。あるいは耐候性保護部材18の熱融着性を利用して貼り付けてもよい。このとき、陽極側端子12および陰極側端子13は、屋根材21の端部よりも適度な長さだけ突き出るように位置決めされる。
【0024】
図1は太陽電池モジュール10を取り付けた屋根材21を屋根の野地板に多数設置して太陽電池アレイを構成した状態を示す平面図である。また、図7は図1のX4−X4線に沿う断面図である。太陽電池モジュール10を取り付けた屋根材21は、通常通りに下の段から順に野地板30上に積み重ねられ、釘孔21aに釘を通して固定されている。このとき、陽極側端子12の陽極側コネクタ19と陰極側端子13の陰極側コネクタ20は、1つ上の段の屋根材と野地板30との間の空間S1内に挿入される。また、陽極側コネクタ19が接続される陽極ケーブル31と陰極側コネクタ20が接続される陰極ケーブル32も空間S1に通される。
【0025】
陽極ケーブル31および陰極ケーブル32には、それぞれ屋根材の幅と同じ間隔毎にコネクタ311,321が設けられている。これらコネクタ311,321には、それぞれ陽極側コネクタ19の連結部19a、陰極側コネクタ20の連結部20aを連結することができる。ただし、接続作業は、上の段の屋根材を設置する前に行われる。
【0026】
陽極ケーブル31および陰極ケーブル32は、段毎に1本ずつ配置され、図示されていない屋内の電力変換器に導入されている。なお、陽極ケーブル31および陰極ケーブル32をそれぞれ屋外で1本のケーブルにまとめてから屋内に導入するようにしてもよい。
【0027】
このように、本形態では、太陽電池11と接続された薄板状の陽極側端子12および陰極側端子13を太陽電池11とともに耐候性保護部材18で密閉することによって太陽電池モジュール10を構成したので、端子接続部分が劣化しにくく、耐久性を高めることができる。また、従来の端子箱のような部材を接着により取り付ける必要がないので、コストが低減できる。さらに、耐候性を高めることができるので、劣化による水分の侵入を防げ、絶縁不良を防止することができる。
【0028】
また、本形態では、上記構成の太陽電池モジュール10を、屋根材21の上に貼り付け、上の段の屋根材21と野地板30との間の空間S1に、陽極側端子12および陰極側端子13と、陽極ケーブル31および陰極ケーブル32を配置して接続するようにしたので、ほとんどのケーブルを屋根材21の下に隠すことができ、美観をよくすることができる。また、ケーブルが太陽電池11の受光面を遮ることもないので、電力効率の低下も防げる。
【0029】
次に、上記構成の太陽電池モジュール10の作成方法について説明する。
図8は太陽電池モジュール10の作成方法について説明する図である。太陽電池モジュール10を作成する場合には、まず、十分に長い耐候性保護シート180aを敷き、その上に複数の太陽電池11,陽極側端子12、陰極側端子13を1組ずつ縦に並べて載置する。このとき、隣り合う組は、向きが逆になるようにする。また、この作業は図示されていない自動搭載装置を用いて行う。
【0030】
この状態で、導電性粘着テープ14,15,16,17などを取り付け、その上から耐候性保護シート180bを被せ、図示されていない真空加熱装置で熱融着する。そして、各モジュールを区切る切取線L1.L2,L3で切り取り、モジュール40に分離する。さらに、各モジュール40において、図中のハッチングの付いた部分H1,H2,H3を切り取ることにより、図2で示した形状の太陽電池モジュール10が完成する。
【0031】
次に、本発明の太陽電池モジュールの他の形態について説明する。
図9は本発明の他の形態による太陽電池モジュールの外観構成を示す平面図である。なお、本形態の太陽電池モジュール50は、基本構成は前述の太陽電池モジュール10と同じなので、同一構成要素については同一符号を付して説明を省略する。本形態の太陽電池モジュール50は、図に示すように、陽極側端子12と陰極側端子13が末端部12a,13a側に行くほど開くように形成されている。具体的には、最も上側の辺50aの長さD1と下側の辺D2とがほぼ等しく、また、D1,D2よりも末端部12a,13a間の長さD3が長くなるように形成されている。
【0032】
図10は他の形態の太陽電池モジュールの作成方法について説明する図である。太陽電池モジュール50を作成する場合には、まず、十分に長い耐候性保護シート51を敷き、その上に複数の太陽電池11,陽極側端子12、陰極側端子13を1組ずつ縦に並べて載置する。このとき、陽極側端子12および陰極側端子13は、図9で示したように末端部12a,13a側が互いに開くように配置する。また、このとき、太陽電池モジュール50の上側の辺50aがすぐ上のモジュールの下側の辺と一致するように、一方、下側の辺50bがすぐ下のモジュールの上側の辺と一致するように、上下の間隔を調整する。なお、この作業は図示されていない自動搭載装置を用いて行う。
【0033】
この状態で、導電性粘着テープ14,15,16,17などを取り付け、その上から耐候性保護シート52を被せ、図示されていない真空加熱装置で熱融着する。そして、各モジュールを区切る線(図中の破線部分)で切り取り、分離する。これにより、図9で示した形状の太陽電池モジュール50が完成する。
【0034】
このように、太陽電池モジュール50の上側の辺50aと下側の辺50bの長さを等しくし、陽極側端子12および陰極側端子13の末端部12a,13a側が互いに開く形状とすることにより、作成する際には、図10のように、上下のモジュールを密着させて配置することができる。よって、切り離した後、最終的に残る部分は、左右の領域H4,H5のみとなり、非常に少なくできる。したがって、耐候性保護部材を大幅に節約することができ、コストダウンが図れる。また、辺50aや辺50bなどのモジュールの境界部分は、1回の切り取り作業で形成できるので、作業効率もよい。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、太陽電池の陽極、陰極にそれぞれ陽極側端子、陰極側端子を電気的に接続した状態で、これらを耐候性保護部材で密閉するようにしたので、端子接続部分が劣化しにくく、耐久性を高めることができる。また、従来の端子箱のような部材を接着により取り付ける必要がないので、コストが低減できる。また、耐候性を高めることができるので、劣化による水分の侵入を防げ、絶縁不良を防止することができる。
【0036】
さらに、このような太陽電池モジュールを例えば瓦などの屋根材が敷き詰められた屋根に設置する場合には、太陽電池の部分を屋根材の表面に載置し、陽極側端子および陰極側端子を隣接する屋根材の下側に挿入することができ、このとき陽極側端子および陰極側端子は、帯状で適度な長さを有するので、屋根材の下側に容易に挿入することができる。こうすることにより、電力引き出し用のケーブルの大部分を屋根材の下に配設して、陽極側端子の陽極側コネクタや陰極側端子の陰極側コネクタと接続することができる。よって、美観が保たれるとともに、ケーブルが太陽電池の受光面を遮ることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】太陽電池モジュールを取り付けた屋根材を屋根の野地板に多数設置して太陽電池アレイを構成した状態を示す平面図である。
【図2】本形態の太陽電池モジュールの外観構成を示す平面図である。
【図3】図2のX1−X1線に沿う断面図である。
【図4】陽極側コネクタの具体的な取り付け構造を示す図であり、(A)は図2のX2−X2線に沿う断面図、(B)は図2の矢印X3方向から見た図である。
【図5】太陽電池モジュールを屋根材に取り付けた状態を示す平面図である。
【図6】図5の側面図である。
【図7】図1のX4−X4線に沿う断面図である。
【図8】太陽電池モジュールの作成方法について説明する図である。
【図9】本発明の他の形態による太陽電池モジュールの外観構成を示す平面図である。
【図10】他の形態の太陽電池モジュールの作成方法について説明する図である。
【図11】従来の太陽電池モジュールの構造を示す平面図である。
【図12】図11のY−Y線に沿う断面図である。
【符号の説明】
10 太陽電池モジュール
11 太陽電池
12 陽極側端子
13 陰極側端子
14,15,16,17 導電性粘着テープ
18 耐候性保護部材
19 陽極側コネクタ
20 陰極側コネクタ
Claims (7)
- 屋根などに取り付けられる太陽電池モジュールにおいて、
受光した光エネルギーを電力に変換する太陽電池と、
前記太陽電池の陽極に電気的に接続され、適度な長さを有する帯状の陽極側端子と、
前記太陽電池の陰極に電気的に接続され、適度な長さを有する帯状の陰極側端子と、
電気絶縁性を有し、前記太陽電池、前記陽極側端子および前記陰極側端子を密閉する耐候性保護部材と、
前記陽極側端子の先端側と導通するように前記耐候性保護部材に取り付けられ、電力回収用の陽極側電力ケーブルと接続可能な陽極側コネクタと、
前記陰極側端子の先端側と導通するように前記耐候性保護部材に取り付けられ、電力回収用の陰極側電力ケーブルと接続可能な陰極側コネクタと、
を有することを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記太陽電池はほぼ長方形であり、前記陽極側端子を前記陽極側の辺に沿って配置し、一方、前記陰極側端子を前記陰極側の辺に沿って配置する構成としたことを特徴とする請求項1記載の太陽電池モジュール。
- 前記太陽電池はほぼ長方形であり、前記陽極側端子を前記陽極側の辺の横に配置する一方、前記陰極側端子を前記陰極側の辺の横に配置するとともに、前記陽極側端子および前記陰極側端子を、前記陽極側コネクタおよび前記陰極側コネクタ側に向かうほど互いの間隔が開くように配置する構成としたことを特徴とする請求項1記載の太陽電池モジュール。
- 屋根などに取り付けられる太陽電池モジュールの作成方法において、
1組の太陽電池モジュールの縦寸法よりも十分に長い電気絶縁性を有する耐候性保護シートの上に、太陽電池と、適度な長さを有する帯状の陽極側端子および陰極側端子とを1組とする太陽電池モジュール要素を縦方向に複数組並べて載置し、
前記太陽電池モジュール要素毎に、前記太陽電池の陽極に前記陽極側端子を、前記太陽電池の陰極に前記陰極側端子をそれぞれ電気的に接続し、
前記耐候性保護シートと同様の材質およびサイズを有する耐候性保護シートを前記すべての太陽電池モジュール要素の上から覆い、
前記太陽電池、陽極側端子および陰極側端子を密閉するように前記上下の耐候性保護シートを接着し、
前記太陽電池モジュール要素単位で切り離し、
前記切り離した太陽電池モジュール毎に、電力回収用の陽極側電力ケーブルと接続可能な陽極側コネクタおよび陰極側コネクタを、それぞれ前記陽極側端子および前記陰極側端子の先端側と導通するように取り付ける、
ことを特徴とする太陽電池モジュールの作成方法。 - 前記太陽電池、前記陽極側端子および陰極側端子を配置する際、前記陽極側端子および陰極側端子を前記陽極側コネクタおよび前記陰極側コネクタ側に向かうほど互いの間隔が開くように配置するとともに、前記太陽電池の反コネクタ側部分を他の太陽電池モジュール要素の陽極側端子および陰極側端子の間に収まるように配置することを特徴とする請求項4記載の太陽電池モジュールの作成方法。
- 屋根材に太陽電池モジュールを取り付けて太陽電池アレイを構成するための太陽電池モジュールの取り付け構造において、
太陽電池の陽極および陰極に適度な長さを有する帯状の陽極側端子および陰極側端子をそれぞれ電気的に接続した状態で耐候性保護部材で密閉し、電力回収用の陽極側電力ケーブルと接続可能な陽極側コネクタを前記陽極側端子の先端側と導通するように取り付け、一方、電力回収用の陰極側電力ケーブルと接続可能な陰極側コネクタを前記陰極側端子の先端側と導通するように取り付けた太陽電池モジュールの前記太陽電池の部分を前記屋根材の表面に取り付け、一方、前記陽極側端子および前記陰極側端子を上段に位置する屋根材の裏側の空間に配置し、さらに前記空間に前記陽極側電力ケーブルおよび陰極側ケーブルを配置してそれぞれ前記陽極側コネクタおよび陰極側コネクタと接続する構成とした、
ことを特徴とする太陽電池モジュールの取り付け構造。 - 太陽電池を備えた太陽電池付き屋根材において、
太陽電池の陽極および陰極に適度な長さを有する帯状の陽極側端子および陰極側端子をそれぞれ電気的に接続した状態で耐候性保護部材で密閉し、電力回収用の陽極側電力ケーブルと接続可能な陽極側コネクタを前記陽極側端子の先端側と導通するように取り付け、一方、電力回収用の陰極側電力ケーブルと接続可能な陰極側コネクタを前記陰極側端子の先端側と導通するように取り付けた太陽電池モジュールを、表面に取り付けた構成とした、
ことを特徴とする太陽電池付き屋根材。
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