JP4098255B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールの構造に関する。

透過ガラスを基板として形成される太陽電池モジュールは、ガラス基板上に樹脂によって充填封止された太陽電池セル（太陽電池モジュール本体）を有し、さらにその上に耐候性フィルム等を樹脂接着により積層させたJIS C 8918に定義されたスーパーストレート構造をとるのが一般的である。この場合、ガラス基板のみの強度では面強度はあっても、大面積になると周辺部にたわみによる負荷が生じやすくなる。また、ねじれ等の負荷にも強くない。特に、周辺部を何かにぶつけたりすると、簡単に割れて破損してしまう。そのため、使用に際してそれ単独で取り扱うことは殆どなく、周辺部分を緩衝材で囲みこんだうえでアルミフレーム等の金属枠を形成し強度を保持していた。

一方、受光面は透過性の物質を必要とするため、それにフィルムを使用する場合は裏面側に基板を使用することにより強度の補強を行なうJIS C 8918に定義されたサブストレート構造を取るのが一般的であった。ただし、この場合は基板に金属を使用するのが一般的であり、重量の兼ね合いから小型太陽電池モジュール本体の場合が多い。大型に適応するとたわみやねじれが生じ太陽電池セルが割れてしまうため、基板周辺に折り曲げた構造を取込んだり、周辺枠を併用したりするなどして強度を保持する必要があった。また、透過性物質としてガラスを用いた場合に、裏面側に基板を使用することがあるが、ガラスに強度を持たせる必要があるため、ガラスに穴を開けて固定することはなく、樹脂で接着させるか太陽電池モジュール本体周辺部を、裏面側基板に接続される止め具等で抑えて固定していた。

また、枠材により強度保持された太陽電池モジュール本体を架台や屋根に施工し固定した後に、受光面の破損等でその交換を必要とした場合、まず架台や屋根から太陽電池モジュール本体を取り外し、新しい太陽電池モジュール本体を再度固定して対応していた。

一方、既存の市販されている屋根材を葺く場合は釘止めを行なった後、その箇所を覆う形で別のスレート屋根材を上から部分的に重ね合わせて釘止めしているため、その交換作業において、上部のスレート瓦材を取り除かずに行なうためには、重なり合った隙間から釘を押し曲げて引き抜く作業を必要としていた。そのため、再固定は本来釘打ちの処理をする箇所に釘あるいはビス等を打ち込んで行なうことは困難であり樹脂にて接着させることになっていた。なお、太陽電池モジュール本体の構造を開示するものとして、下記の特許文献１が挙げられる。
特開平１１−１３５８１３号公報

本発明の課題は、第１に、手作業を少なくし、製造工程数および使用部材数を減らすことにより、製造コストの安い太陽電池モジュールを提供することにある。第２に、屋根などに敷設する際の施工が容易で、軽量で持ち運びやすい太陽電池モジュールを提供することにある。第３に、屋根などに施工後の太陽電池モジュール交換作業の容易さと、部材のリサイクル性が可能な太陽電池モジュールを提供することにある。

また、同じ位置に再び対象物を固定しようと試みた場合、最初の固定により開けておいた穴に再び釘またはネジ等の止め具を差込むことになると、固定後に釘またはネジ等の止め具に緩みが生じる問題が有った。さらに、新たに穴を開けて再固定を試みると対象物の位置が移動するだけでなく、固定面に不要な穴を生じさせる問題が有った。

一方、屋根材として市販の屋根材と類似した方法で施工した場合、その交換において覆い被さっている全ての屋根材を取り除かない限り重なり部分に対して釘打ちによる再固定が行なえない問題が有った。

本発明では、透過性ガラスに穴を開けることで、裏面基板側への固定を直接釘やビス等で行なうことを特長としている。枠材を使用せず、裏面側基板にてガラスの強度を補佐するため、これまでの金属枠と異なり枠材の位置を合わせこむ手間を必要とせず、枠の溝に太陽電池モジュール本体を押し込む力も必要としない。よって、新規に装置を購入する費用も必要なくなる。釘やビス等は、金属製や樹脂製のものを含めプッシュリリースやプルリリース式のリベットやボタン式クリップ、木ネジ等も含む。

次に、基板に不燃材を使用することで防火機能を保有することになり屋根材一体型の太陽電池モジュールとして利用することが可能となる。この場合、基板の形状を市販されている既存の屋根材と同一形状にすることで、それらの施工において既存の屋根材とほぼ同一の施工方法を提供することができるようになる。

また、上記方法によりフレームレスのガラス基板の太陽電池モジュールを裏面側基板に固定するために、ガラスの形状を太陽電池モジュール本体として必要な最小限の大きさで使用することが可能となり総重量においても軽量化できることを特徴とする。

もちろん太陽電池モジュール本体の厚みは既存の屋根材と同一以内に抑え、重ね合わせた施工時に外観に違和感が生じないようにする。仮に、太陽電池モジュール本体の厚みが足りない場合は基板の端辺部分、特に厚みの差が影響する互いの屋根材が重なり合う部分の端辺部分を折り曲げたりするなどして厚みを持たせる様にする。

屋根や架台に取り付けられている太陽電池モジュールの交換においては、太陽電池モジュール本体が釘やビス等で行なわれているため、太陽電池モジュール本体だけを取り外すことができ、基板部分の再利用が可能となる。屋根材は屋根の野地板において下から上に順に積み重ねて施工されている（葺きあげている）ため、太陽電池モジュール本体が屋根材一体型太陽電池モジュールとして利用されている時はこの特長はより有効的である。従来ではこの施工法は不可能であった。

逆に、その取扱いや運搬において基板部分に破損等の不具合が生じた時は、釘やビス等を取り外して交換することができる。これは従来の金属枠材の場合でも可能ではあるが、隣り合う枠のかみ合わせ部分における位置合わせや、枠の溝への太陽電池モジュール本体の押込みなど機械に依存した再処理を必要とせず、現場での交換が可能となるため、非常に有効である。

この発明に基づいた太陽電池モジュールのひとつの局面によれば、受光面だけでは強度が低く、通常のスーパーストレート構造では裏面側はフィルムのみなので針金や落下物などがあると容易にフィルムを傷つけ絶縁性能を低下させるだけでなく、太陽電池セルにも損傷を与える可能性が残る。そこで、基板で太陽電池モジュール本体の裏面をカバーすることで全体的な強度を保持することが可能となる。

さらに裏面側基板が金属等の不燃物であれば、屋根にそれらを施工した場合、連続した不燃物として屋根を覆うことができるため、屋根材一体型太陽電池モジュールとして利用することができる効果がある。

この発明に基づいた太陽電池モジュールの他の局面によれば、強度を保持するための部材を受光面より大きくすることで、太陽電池モジュール本体の裏面部分だけでなく端面部分の強度もカバーすることができる。

この発明に基づいた太陽電池モジュールのさらに他の局面によれば、裏面側基板形状を既存の市販されている瓦やスレート瓦と同一または近似した形状とすることで、太陽電池モジュールを屋根材として使用するときに、それらと同一の施工方法で取り扱うことができるため、現場での作業者における負担を最小限に留めることになる。

この発明に基づいた太陽電池モジュールのさらに他の局面によれば、裏面側基板形状を既存の市販されている瓦やスレート瓦と同一または近似した厚みを有することで、太陽電池モジュールを屋根材として同一の施工法で使用するときに、それらが重なりあった部分において他の瓦材と外観において相違なく敷設することができる。

この発明に基づいた太陽電池モジュールのさらに他の局面によれば、裏面側基板の少なくとも一つの辺が折り曲げた形状を有することによって、たとえば、使用する際の最下辺ならば太陽電池モジュール本体のずれ落ちる危険性を防ぐことになる。また、いずれの辺においても曲げに対する強度は向上し、太陽電池モジュール本体に接する辺であれば太陽電池モジュール本体の端面を保護する効果にもなる。

この発明に基づいた太陽電池モジュールのさらに他の局面によれば、樹脂を使用して接着固定することにより部品点数を最小限に形状の如何に関わらず固定することができる。

この発明に基づいた太陽電池モジュールのさらに他の局面によれば、裏面側基板と太陽電池モジュール本体の接着面を太陽電池モジュール本体の端辺部で行なうことにより、太陽電池モジュール本体の端辺における防水機能を高める封止樹脂の役割を兼ねることができる。

この発明に基づいた太陽電池モジュールのさらに他の局面によれば、リベットやネジ、ビス等で太陽電池モジュール本体を裏面側基板に固定することが可能となる。これは容易な作業であると共に、取外しも簡単でありその置換えや部材のリサイクルにも適応できるため非常に高効率である。

この発明に基づいた太陽電池モジュールのさらに他の局面によれば、その止め穴の位置を固定させる太陽電池モジュール本体の中心点に対して点対称に設計することで各部材のセッティングにおいて左右がなくなるため、その製造工程において左右の相違による不良発生を無くすことができる。

この発明に基づいた太陽電池モジュールのさらに他の局面によれば、太陽電池に止め穴が開いていることで、その固定を釘やネジ等で止めることが可能になる。

この発明に基づいた太陽電池モジュールのさらに他の局面によれば、基板によって強度を保持する構造のため、金属枠等のフレーム部材を必要とせず、合わせて設備や工数の面でも低コストで作製することができるうえに、薄型化を可能にしている。

以下に、図面を参照して本発明に基づいた、各実施の形態における太陽電池モジュールについて説明する。なお、本発明は以下の実施の形態のみに限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１から図３を参照して、本実施の形態１における太陽電池モジュール１００の構造について説明する。なお、図１は、本実施の形態における太陽電池モジュール１００の平面であり、図２は、本実施の形態における太陽電池モジュール１００の全体分解斜視図であり、図３は、図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。

まず、最初に透過ガラス（白板強化ガラス）１１を基板として、その上にＥＶＡ樹脂１２によって充填封止された太陽電池セル６を形成し、さらに、ＥＶＡ樹脂１２の上に耐候性フィルム１３等を積層させて太陽電池モジュール本体１を完成させる。これは単体でも充分に発電機能を保有したフレームレスのスーパーストレート構造の太陽電池モジュール本体１である。この時、釘やビス等で裏面側基板２に固定できるように透過ガラス１１や積層される各部材に穴を予め開けておく。透過ガラス１１においては穴の開いた強化ガラスまたは未強化ガラスを使用する。ここでは穴加工を施した白板強化ガラスを使用している。もちろんアクリル樹脂系の透過物質またはＦＲＰ等の透過性強化樹脂の採用も可能である。

裏面側基板２の材料としてはアルミニウム、ガルバリウム鋼、ステンレス鋼、トタン等の金属、あるいは粘土等の焼結材、セメントや石膏のような水硬性無機材料、既存の屋根材に使用されているスレート、ＦＲＰ等の強化樹脂類、アクリル樹脂等の合成樹脂、あるいはこのような材質を組合わせて強度をもたせた複合材を使用できる。ここではガルバリウム鋼板を使用している。

裏面側基板２の受光面２Ａ側の形状は市販されている瓦またはスレート瓦材の形状に類似させており、傾斜辺２１，２２と、側辺２３，２４と、底辺２５とからなる略５角形形状を有している。また、裏面側基板２の厚さも、、瓦またはスレート瓦と略同一の厚さを有するように形成している。さらに、太陽電池モジュール本体１の端面を保護するため、底辺２５には、受光面２Ａから垂直方向に立上る起立面２Ｂが設けられている。

これは、屋根材として使用する際に、最下辺ならば太陽電池モジュール本体１のずれ落ちる危険性を防ぐことができるからである。起立面を設ける辺は、底辺２５に限らず、傾斜辺２１，２２および側辺２３，２４に設けることも可能である。これにより、曲げに対する強度は向上し、また、太陽電池モジュール本体１に接する辺であれば太陽電池モジュール本体１の端面を保護する効果にもなる。また、起立面２Ｂの形状においても、太陽電池モジュール本体１の端面をすべて覆う形状だけでなく、図４に示すように、太陽電池モジュール本体１の端面を部分的に覆う形状の採用も可能である。

なお、瓦またはスレート瓦材の形状に類似させない場合であっても、太陽電池モジュール本体１を保護する観点からは、裏面側基板２に、太陽電池モジュール本体１が重ね合わされた状態において、太陽電池モジュール本体１を含む形状であることが好ましい。

裏面側基板２に設けられている穴８あるいは切れ込み４，５の中で、太陽電池モジュールと重なり合っていない部分のものは、釘またはビス等により屋根に固定させた太陽電池の交換作業を容易にするためのものである。また、両サイドの切れ込み４，５は屋根材の取り付け位置を示すと同時に太陽電池モジュール本体１から取り出している出力ケーブル（薄型コネクタ一体型ケーブル）９を固定するためのものである。出力ケーブル９の左右へのズレを抑えるために左右方向からケーブルを包み込む形で基板２を折り曲げて切れ込み４，５を形成している。

次に、本実施の形態において、太陽電池モジュール本体１と重なり合う面における穴３に設けられる挟持部材としてのボタン式クリップ３０について、図５および図６を参照して説明する。なお、図５および図６は、本実施の形態における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるボタン式クリップ３０を示す第１および第２の部分断面図である。裏面側基板２に太陽電池モジュール本体１をそれぞれの穴３の位置が一致するように重ね合わせ、上部よりプッシュリリース式のボタン式クリップ３０により固定させている。穴３の位置にオスクリップ３０Ａをメスクリップ３０Ｂにはめ込み押し付けるだけで、図５に示す状態から図６に示すように、オスクリップ３０Ａの先端が拡張し、太陽電池モジュール本体１と裏面側基板２とを固定することができる。

ここで、防水および緩衝用として太陽電池モジュール本体１の透過ガラス１１とメスクリップ３０Ｂとが接する部分にシリコーン樹脂、あるいはエラストマー系の耐候性パッキン１４を介在させるとよい。防水機能を高めるためにそれらに粘着材が施されたものを使用することもできる。この時、太陽電池モジュール本体１の穴３の位置は太陽電池モジュール本体１がほぼ長方形の形状をしているため、太陽電池モジュール本体１の中心（重心）に対して点対称の位置や左右対称の位置に、穴３を開けておくことで、太陽電池モジュール本体１や裏面側基板２以外のその他の部材において左右の区別を必要としなくなる。そのため、太陽電池モジュール本体１の作製作業において部材の左右の違いによる不具合や、最終の合体工程における不良品の発生を防ぐことが可能となる。

太陽電池モジュール本体１を裏面側基板２から取り外す場合はボタン式クリップ３０の隙間に先端が鋭利なピンセット等を使用して、ボタン式クリップ３０のリリース部分を解除する作業を、各ポイントにおいて処理していけばよい。

このように、本実施の形態における太陽電池モジュール１００においては、裏面側基板２の形状を既存の市販されている瓦やスレート瓦と同一または近似した形状とすることで、図７に示すように、太陽電池モジュール１００を屋根材として使用するときに、従来の屋根材と同一の施工方法で取り扱うことができるため、現場での作業者における負担を最小限に留めることができる。

（実施の形態２）
上記実施の形態においては、太陽電池モジュール本体１と裏面側基板２との結合にボタン式クリップ３０を用いた場合について説明したが、本実施の形態においては、図８および図９を参照して、ネジ式クリップ３１を用いた場合について説明する。なお、図８および図９は、この発明に基づいた実施の形態２における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるネジ式クリップ３１を示す第１および第２の部分断面図である。

太陽電池モジュール本体１および裏面側基板２の形状・構造は上記実施の形態１と同じであり、オスネジクリップ３１Ａと、メスネジクリップ３１Ｂとを準備して、上記実施の形態１と同じ要領で、両者の結合を行なう。このように、ネジ式にすることによって、上下方向の厚みを固定することができ、裏面側基板２側への出っ張りをなくすことができる。また、ボルトおよびナットを用いて締めこむ方式と比較した場合には、トルクの差違により厚さ方向への締め付け力の加減が直接的に太陽電池モジュール本体１に影響することも抑えることができる。

（実施の形態３）
上記実施の形態１および２においては、太陽電池モジュール本体１と裏面側基板２との結合にボタン式クリップ３０およびネジ式クリップ３１を用いた場合について説明したが、本実施の形態においては、図１０から図１２を参照して、リベット式クリップ３２を用いた場合について説明する。なお、図１０および図１１は、本実施の形態における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるリベット式クリップ３２を示す第１および第２の部分断面図であり、図１２は、本実施の形態における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるリベット式クリップ３２を示す平面図である。

太陽電池モジュール本体１および裏面側基板２の形状・構造は上記実施の形態１と同じであり、リベット式クリップ３２を裏面側基板２側から穴３に押し込むことによりかえり爪３２Ａが広がることで、太陽電池モジュール本体１と裏面側基板２との結合を可能とする。取外しにおいては、表面に出ているかえり爪３２Ａをつまんで内側に収縮させることで容易に、リベット式クリップ３２を取外すことができる。ここでは、リベット式クリップ３２に樹脂製のものを使用しそれが緩衝材かつ防水パッキンを兼ねている。もちろん、金属製のものを使用したり、裏面側基板２と一体になったクリップを代替してもよく、その場合は緩衝材かつ防水機能を保持したパッキンを併用することが望ましい。

（実施の形態４）
上記実施の形態１から３においては、太陽電池モジュール本体１と裏面側基板２との結合にボタン式クリップ３０、ネジ式クリップ３１、および、リベット式クリップ３２を用いた場合について説明したが、本実施の形態においては、図１３および図１４を参照して、ビス式クリップ３３を用いた場合について説明する。なお、図１３および図１４は、本実施の形態における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるビス式クリップを示す第１および第２の部分断面図である。

太陽電池モジュール本体１および裏面側基板２の形状・構造は上記実施の形態１と同じであり、止めクリップ３３Ａと、横穴付クリップ３３Ｂとを準備し、裏面側基板２側から横穴付クリップ３３Ｂを差し込んで表面(受光面)側から止めクリップ３３Ａを横穴付クリップ３３Ｂの横穴に差し込んで、太陽電池モジュール本体１と裏面側基板２との結合を行なう。この構成においては、防水カバーとして、樹脂あるいはゴムキャップを止めクリップ３３Ａ側から被せて使用することが望ましい。

なお、上記各実施の形態において、太陽電池モジュール本体１と裏面側基板２とを固定するために、挟持部材としてのボタン式クリップ３０、ネジ式クリップ３１、リベット式クリップ３２、および、ビス式クリップ３３を用いる場合について説明したが、これらに限らず、他の同等の機能を有する挟持部材を用いることも可能である。

また、挟持部材に限定されず、太陽電池モジュール本体１と裏面側基板２とを、樹脂製接着剤により直接接着させることにより、両者を一体化する構成を採用することも可能である。この場合、樹脂製接着剤は、太陽電池モジュール本体１の縁部近傍領域に塗布されることが好ましい。

したがって、今回開示した上記各実施の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。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、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および範囲内でのすべての変更が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態１における太陽電池モジュールの平面図である。 この発明に基づいた実施の形態１における太陽電池モジュールの全体分解斜視図である。 図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 この発明に基づいた実施の形態１における裏面側基板の他の形態を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態１における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるボタン式クリップを示す第１の部分断面図である。 この発明に基づいた実施の形態１における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるボタン式クリップを示す第２の部分断面図である。 この発明に基づいた実施の形態１における太陽電池モジュールを屋根材として使用した場合の平面図である。 この発明に基づいた実施の形態２における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるネジ式クリップを示す第１の部分断面図である。 この発明に基づいた実施の形態２における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるネジ式クリップを示す第２の部分断面図である。 この発明に基づいた実施の形態３における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるリベット式クリップを示す第１の部分断面図である。 この発明に基づいた実施の形態３における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるリベット式クリップを示す第２の部分断面図である。 この発明に基づいた実施の形態３における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるリベット式クリップを示す平面図である。 この発明に基づいた実施の形態４における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるビス式クリップを示す第１の部分断面図である。 この発明に基づいた実施の形態４における太陽電池モジュールと裏面側基板との結合に用いるビス式クリップを示す第２の部分断面図である。

符号の説明

１ 太陽電池モジュール本体、２ 裏面側基板、２Ａ 受光面、２Ｂ 起立面、３，８ 穴、４，５ 切れ込み、６ 太陽電池セル、９ 出力ケーブル、１１ 透過ガラス、１２ ＥＶＡ樹脂、１３ 耐候性フィルム、１４ 耐候性パッキン、２１，２２ 傾斜辺、２３，２４ 側辺、２５ 底辺、３０ ボタン式クリップ、３０Ａ オスクリップ、３０Ｂ メスクリップ、３１ ネジ式クリップ、３１Ａ オスネジクリップ、３１Ｂ メスネジクリップ、３２ リベット式クリップ、３２Ａ かえり爪、３３ ビス式クリップ、３３Ａ 止めクリップ、３３Ｂ 横穴付クリップ、１００ 太陽電池モジュール。

Claims (10)

1. 透光性基板を受光面とした太陽電池モジュールであって、
   前記透光性基板と太陽電池セルとを有する太陽電池モジュール本体と、
   前記太陽電池モジュール本体の前記受光面とは反対側である裏面側に重ね合わされ、前記太陽電池モジュール本体と一体化される基板と、を備え、
   前記太陽電池モジュール本体と前記基板とは、前記太陽電池モジュール本体と前記基板との両者に設けられた貫通孔に挟持部材を挿通し、この挟持部材を表面側および裏面側から挟持状態にすることにより、前記太陽電池モジュール本体と前記基板とを一体化させた構成を有する、太陽電池モジュール。
2. 前記貫通孔は、前記太陽電池モジュール本体の中心位置に対して、点対称となる位置に設けられる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記基板は、重ね合わされた状態において、前記太陽電池モジュール本体を含む形状を有する、請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記基板は、瓦またはスレート瓦と略同一の外形形状を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
5. 前記基板は、瓦またはスレート瓦と略同一の厚さを有する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 前記基板は、縁部に直線部分の辺を有し、この辺には表面側に折り曲げられた起立辺を含む、請求項１から請求項５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
7. 前記太陽電池モジュール本体と前記基板とは、樹脂製接着剤により直接接着させることにより両者が一体化した構成を有する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
8. 前記樹脂製接着剤は、前記太陽電池モジュール本体の縁部近傍領域に塗布される、請求項７に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記基板は、当該太陽電池モジュールを被固定対象物に固定するために用いる固定用開口領域を有する、請求項１から請求項８のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
10. 前記太陽電池モジュール本体は、フレームを有さない構造である、請求項１から請求項９のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

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