JP3892964B6 - 板状太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、カーテンウォールあるいは屋根材として使用可能な板状太陽電池モジュールに関するものであり、入射光に対向する少なくとも一つの外部窓材、外部窓材との間に内部空間を形成するように入射光の方向で外部窓材の後方に間隔を隔てて配置される少なくとも一つの内部カバー、外部窓材と内部カバーを互いに接続して封止するために必要に応じて設けられる外部窓材と内部カバーを囲むエッジ構造、外部窓材と内部カバーの間に配置されて注入樹脂あるいは積層フィルム等に埋め込まれる太陽電池、太陽電池を電気的に接続する導体システム、および隣接する電池モジュールへの電気接続のため導体システムからそのプレート構造の外部の領域に延出している接続用リード線を含む。
【０００１】
【先行技術】
この種の太陽電池モジュールは通常、ソーラーカーテンウォール表面あるいはソーラー屋根クラッド平板との機械的および電気的接続によって組み立てられる。そのような場合、電気的には適当な電気コネクタの手段により互いに連結され、隣接する太陽電池モジュールとの機械的接続はそれとは別に実施される。
【０００２】
ドイツ特許出願公開明細書ＤＥ４１４０６８２Ａ１において述べられている太陽電池モジュールの場合、電気接点ピンシステムがプレート構造をとり囲むフレームに設けられている。このフレームは電気的にも機械的にも相互に補足しあうべく設計されている隣接の太陽電池モジュールのフレームと係合する。
【０００３】
ＷＯ９３/１２６３６は造船分野における太陽電池モジュールプレート構造の必要性を考慮し、電気ケーブルのプレート構造の端部領域近くにある太陽電池モジュールの接続用リード線への接続を保護するため接続用ハウスの使用を提案している。この接続用ハウスでは、ケーブル接続が例えばエポキシ樹脂で封入され、それにより電気システムの基幹部から湿気を遠ざけている。
【０００４】
積層ガラス窓を使用する他のケースでは、例えば加熱用ワイヤの接続用リード線を接続用突起に導くことの有用性が明らかにされている。それは巻き上げられてケーブル接続スリーブを形成し、その中にケーブルがはんだ付けされている。この配置構成は、例えばドイツ実用新案登録明細書ＤＥ９０１６６６４Ｕ１やヨーロッパ特許出願公開明細書ＥＰ０６１９６９１Ａ１において公開されている。また、類似の配置がドイツ特許明細書ＤＥ４２０６３６５Ｃ１に述べられている。そこでは加熱用導体が接続用突起を有する種々のスリーブで引き出される。
基本的には、接続用突起を経由して電気接続用リード線を引き出すこのような方法はドイツ特許出願公開明細書ＤＥ４１４０６８２Ａ１で提案されている解決法にかわってコスト節減に優れるものである。もちろん、種々の太陽電池モジュールの電気的接続はルーズにぶら下がっている複数の電気接続用リード線を扱う仕事として電気技師によって行われることが考慮されなければならない。例えばそれは加熱された窓材を伴う場合よりも複雑な接続を必要とするため、太陽電池クラッド平板の設置に通常携わっている一般の建設業者に任せることはできない。このため、ドイツ実用新案登録明細書ＤＥ２９６０５５１０Ｕ１はある太陽電池モジュールを提案している。この太陽電池モジュールの接続システムは、隣接するモジュールの接続用プラグソケットシステムを備えたスリーブを含む。このシステムでは、スリーブの対称面にそって配置されて内空間に突出する接続用突起の手段によって電気的接触が設立される。そのスリーブはプレート構造の両方の窓材上に支えられる。
【０００５】
この既存の配置は、もしプレート構造を形成する構成の一つ、通常は後部内部カバーが柔軟性プラスチックフィルムあるいは薄板ガラスのような機械的負荷の支持能力をわずかに所有しているかあるいはそれを所有していない材料であるなら、特殊な太陽電池モジュール設計に改善を必要とする。
【０００６】
ここで薄板ガラスというのは最大３ｍｍの厚みを有するガラス板を意味する。
【０００７】
【発明の開示】
本発明の目的は、仮に個々の構成部材がわずかな負荷支持能力を所持しているかあるいはそのような負荷支持能力を所持していない場合であっても優れた機械的安定性を示す電気接続システムを備えた太陽電池モジュールを提供することである。
【０００８】
この問題は請求項１に基づく太陽電池モジュールによって解決される。このモジュールのより好ましい形態については従属する請求項において述べられている。
【０００９】
本発明に基づいて、接続用突起に取り付けられるべき接続用リード線が準備される。この接続用突起は本質的にプレート構造の外側に設けられるモジュール接続素子に接続される。モジュール接続素子は多角形断面を有する部材であり、この多角形断面の接線平面上に、接続用リード線に電気接続される接続用突起が配置される。モジュール接続素子は隣接する電池モジュールの対応するモジュール接続素子に接続可能である。
【００１０】
ここに“モジュール接続素子の接線平面上に配置される”という意味は、モジュール接続素子の断面が円形である場合、あるいはまた断面が多角形であっても想像可能なように、モジュール接続素子の断面に外接する空想的な円に対して接線方向に接続用突起が延出し、モジュール接続素子の周囲のある点を終点とするということである。例えば、モジュール接続素子の断面が正方形の場合において適切であるように、モジュール接続素子の横方表面の接線方向に接続用突起が置かれることはない。
【００１１】
本発明では、簡単であるにもかかわらず安定した手法で太陽電池モジュールプレート構造に機械的に取り付け可能である接続システムが考案されている。プラグコネクター、ソケットおよびスリーブのような電気接続部を備えたモジュール接続素子はプレート構造の外表面やモジュールエッジに配置可能であり、接着可能である。
【００１２】
本発明の好ましい形態において、内部カバーとしてプラスティック又はより望ましくはポリフッ化ビニリデンで作成された柔軟性フィルムあるいは柔軟性フィルム積層板を使用できる。フィルム積層板は少なくとも一方の側に、しかし通常は両側にベースフィルムが積層されたサンドイッチ構造であり、このベースフイルムは例えばポリエステルのようなプラスチックフィルムあるいはアルミニウムのような金属でなる。その積層板としてフルオロポリマーを使用できる。
機械的安定性を改善するために、ブレーシング板を少なくとも接続用突起の領域においてフィルムに取り付け可能である。
【００１３】
モジュール接続素子を保護するために、ブレーシング板はプレート構造のエッジ領域上に突出する尾根部を有することが好ましい。
【００１４】
内部カバーには、本質的に剛性のあるプレートか窓材、例えば、ガラス窓や度を越さない程度の機械的負荷の下で曲がらないプラスチックシートを使用できる。しかしながら本発明は内部カバーが柔軟性プラスティックフィルム、フィルム積層板、あるいは薄いガラス板である場合において特別な長所をもたらす。この場合、電気的な接続は剛性のあるプレートか窓材を使用する場合よりも機械的な故障に影響されにくい。ここで“薄い”というのは、ガラス板において厚みが３ｍｍ以下のものを意味する。
【００１５】
円筒状のモジュール接続素子から接続用突起への移行面は、この移行面がモジュール接続素子の別の接線平面上における接続用突起に垂直に延出してモジュール接続素子の追加安定化面を形成するように設計されることが好ましい。
【００１６】
接続用突起は少なくとも部分的に内空間に向かって突き出るように作成できる。
【００１７】
モジュール接続素子はプレート構造体のエッジ上に配置可能である。
【００１８】
第１の変形例として、モジュール接続素子は外部窓材か内部カバーのいずれかの周縁部のエッジに配置可能である。この配置は、外部窓材の周縁部あるいは内部カバーの周縁部に関して少なくとも断面において内方にずらされており、それによりモジュール接続素子は太陽電池モジュールの周縁において空間を節約して配置され、そのはみ出しも避けられる。第２の変更例として、モジュール接続素子を外部窓材あるいは内部カバーの内空間に面する側に配置することが可能である。これらの変更例の組み合わせもまた可能である。
本発明のさらなる具体例に基づいて、接続用突起およびモジュール接続素子は外部窓材あるいは内部カバーの内空間から離れた側に配置可能である。この場合、接続用突起は外部窓材あるいは内部カバーに設けられる少なくともひとつの貫通孔上に部分的に配置され、貫通孔を介して結合用リード線が内空間の外部に引き出される。
【００１９】
この場合、少なくとも外部窓材あるいは内部カバーの領域で貫通孔上に保護キャップを設けることができる。
【００２０】
保護キャップと外部窓材あるいは内部カバーとの間の空間を、例えばシリコーンのような封止材料で満たしても良い。
【００２１】
モジュール接続素子および/もしくは接続突起は外部窓材あるいは内部カバーに接着されることが好ましい。この目的のための強力接着剤が知られている。
保護キャップあるいはブレーシング板に装着され、モジュール接続素子に少なくとも部分的にオーバーラップする固定具があれば、機械的な配置はさらに改良されるだろう。
【００２２】
本質的に円形あるいは多角形の断面を有するモジュール接続素子が使用可能である。
【００２３】
添付図面を参照しながら、本発明を以下に詳細に説明する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、万能モジュール接続素子１０を示す。このモジュール接続素子は本質的に円筒のベースユニットを含み、その中に向かって接続用突起１２が接線方向に延出している。接続用突起の末端には電気接続部１４が設けられる。接続用突起１２に対して垂直に支持表面１８が設けられており、それはモジュール接続素子１０の外表面に向かって接線方向に延出している。
【００２５】
図２は、光入射側に面している透光性外部窓材２０を有する太陽電池モジュールプレート構造の一例を示す。この外部窓材としてプラスチックあるいはガラス、好ましくは白ガラスのような高透光性ソーダ石灰シリケートガラスを使用できる。外部窓材２０からある距離を隔てて内部カバー２４が配置されている。この実施例の場合、内部カバーとして本質的に剛性のあるプレート、例えばガラス窓が使用されている。これらの結果、外部窓材２０と内部カバー２４の間に内空間２２が形成される。この内空間の中に太陽電池が配置され、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）あるいはエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）のプラスチック層に埋め込まれる。図中、太陽電池は省略されているが、図面番号２６は電気接続部１４における接続のために太陽電池から延出する電気リード線のみを示している。図２に描かれた実施例においては、接続用突起１２は内空間２２に突出している。一方、モジュール接続素子１０は外部窓材の内部空間２２に面している側に、内部カバー２４の後退した端部によって形成される段差部に配置されている。接続用突起１２はモジュール接続素子１０の周表面にその接線方向から合流するので、適切な接着固定手段により接続用突起１２あるいはモジュール接続素子１０と外部窓材２０との間にしっかりした機械的保持を形成することができる。
【００２６】
図３に描かれた実施例の場合、内空間２２は外部窓材２０とフィルム２４’との間に形成される。フィルム２４’にはわずかな機械的負荷だけをかけることができるので、モジュール接続素子１０はその支持面１８が外部窓材の周縁部２８に面するように配置される。
【００２７】
図４に描かれているように、配置の安定性をさらに改善するために、接続用リード線２６あるいは接続用突起１２上のフィルム２４’の領域は補強板３２でカバーされている。この実施例の場合、補強板３２は尾根部３４を有し、それは少なくとも部分的にモジュール接続素子１０上に延出している。補強板３２は、例えば強力接着剤あるいは接着片３６によってモジュール接続素子１０に固定される。
【００２８】
フィルム２４’の代わりに、フィルム積層板を使用することができる。これは、例えば、およそ４００μｍ厚さのポリエステルフィルム、あるいは両面をフルオロポリマーで積層されたアルミニウム箔でなる。フルオロポリマーの厚さは各々においておよそ２０μｍである。
【００２９】
その他の好ましいとされる積層板は、３７μｍ厚さのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＦ）フィルム、７５μｍ厚さのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）フィルム、および３７μｍ厚さのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＦ）フィルムでなる。その他の好ましいとされる積層板は、３７μｍ厚さのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＦ）フィルム、５０μｍ厚さのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）フィルム、３０μｍのアルミニウム箔、および３７μｍ厚さのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＦ）フィルムでなる。
【００３０】
図５は、貫通孔３０が外部窓材２０に対向する板材２４に設けられている太陽電池モジュールの実施例を示す。この貫通孔３０を介して、太陽電池からの接続用リード線２６が延出している。接続用突起１２を有するモジュール接続素子１０は板材２４の光入射面から離れた側に強力接着剤あるいは接着片３６によって接着される。この場合、電気接続部１４は接続用リード線２６との電気接続が可能となるように配置されている。貫通孔３０を介しての接続用リード線２６と接続部１４との間の接続は保護キャップ４０でカバーされている。この保護キャップ４０のモジュール接続素子１０に面する側面は、少なくともモジュール接続素子１０の支持面１８に適合するように設計されている。保護キャップ４０の下の空間４２は例えばシリコーンのような封止材料で充填される。
【００３１】
図６に描かれている太陽電池モジュールの実施例は、図５のものとはクリップ４４が保護キャップ４０の下で固定されている点で異なっている。このクリップはモジュール接続素子１０に少なくとも部分的に係合する。
【００３２】
図７は、図５に描かれたものに類似の太陽電池モジュールの電気接続領域の平面図を示している。モジュール接続素子１０は内部カバー２４、２４’上のプレート構造のエッジ領域における後部に配置されている。このモジュール接続素子１０は、接続用リード線を短絡させるダイオード５０を有し、それによりモジュール内における電気的な異常時に際してバイパスを形成する。内部カバー２４、２４’には貫通孔が設けられており、それを介して接続用突起１２あるいは少なくとも接続部１４が位置している。貫通孔３０のその領域は保護キャップ４０によってカバーされる。
【００３３】
貫通孔３０はガラスシートにドリルで穴を開けて設けられる。フィルムを使用する場合は、打ち抜くかあるいは切断するかして作成することができる。特に、フィルムの場合においてはスリット形状を採用することができ、そのスリットを介して接続用リード線が延出する。
【００３４】
明細書、図面、および請求項に開示されている本発明の特徴は、個々および組み合わせの両方において発明の実行において本質であるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，本発明の実施例の接続用突起を有する万能モジュール接続素子を示す断面図である。
【図２】図２は，モジュール接続素子を備えた太陽電池モジュールプレート構造の断面図である。
【図３】図３は，モジュール接続素子を備えた別の太陽電池モジュールプレート構造の断面図である。
【図４】図４は，内部カバーとしてフィルムを備え、モジュール接続素子が外部窓材の周縁部に配置されている太陽電池モジュールプレート構造を示す図である。
【図５】図５は， モジュールの背側に積載されたモジュール接続素子を有する太陽電池モジュールプレート構造の第４実施例を示す図である。
【図６】図６は，モジュール接続素子にオーバーラップしているクリップを備えた図５の実施例の変更例を示す図である。
【図７】図７は，図５に基づく実施例に類似の電気接続システムの領域内にあるプレート構造の平面図である。
【符号の説明】
１０ モジュール接続素子
１２ 接続用突起
１４ 接続部
１８ 支持表面
２０ 外部窓材
２２ 内空間
２４ プレート
２４’ フィルム
２６ 接続用リード線
２８ 周縁部
３０ 貫通孔
３２ ブレーシング板
３４ 尾根部
３６ 接着材、接着片
４０ 保護キャップ
４２ 空間；封止材料
４４ 固定用クリップ
５０ ダイオード

Claims (3)

1. 入射光に対向する少なくとも一つの外部窓材、外部窓材との間に内部空間を形成するように入射光の方向で外部窓材の後方に間隔を隔てて配置される少なくとも一つの内部カバー、外部窓材と内部カバーを互いに接続して封止するために必要に応じて設けられる外部窓材と内部カバーを囲むエッジ構造、外部窓材と内部カバーの間に配置されて注入樹脂あるいは積層フィルム等に埋め込まれる太陽電池、前記太陽電池を電気的に接続する導体システム、および隣接する電池モジュールへの電気接続のため前記導体システムからそのプレート構造の外部の領域に延出する接続用リード線(26)を含む構成において、前記接続用リード線（２６）は接続用突起（１２）に取り付けられ、前記接続用突起は前記プレート構造の外部で前記プレート構造の端縁に配置されたモジュール接続素子（１０）に連結され、前記モジュール接続素子（１０）は多角形断面を有する部材であり、前記接続用リード線（２６）に電気接続される前記接続用突起（１２）は前記モジュール接続素子（１０）における前記多角形断面の接線平面上に配置され、前記モジュール接続素子（１０）はプラグコネクタ−、ソケットまたはスリーブのような電気接続部（１４）を備え、前記モジュール接続素子（１０）は、更に、前記接線平面上の第 1 の支持面を有し、この第 1 の支持面から前記の接続用突起（１２）が延出し、前記第 1 の支持面は前記のモジュール接続素子の安定面を形成する第 2 の支持面（１８）と垂直となり、前記のモジュール接続素子（１０）は、隣接する電池モジュールの対応するモジュール接続素子に連結可能であることを特徴とするカーテンウォールあるいは屋根材として使用可能な板状太陽電池モジュール。
2. 前記の内部カバー（２４，２４’）が柔軟性フィルム（２４’）あるいは柔軟性フィルム積層板であることを特徴とする請求項１に記載の板状太陽電池モジュール。
3. 前記のモジュール接続素子（１０）が外部窓材（２０）あるいは内部カバー（２４，２４’）のいずれか一方の周縁部（２８）に配置されることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の板状太陽電池モジュール。

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