JP4611454B2

JP4611454B2 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JP4611454B2
Application number: JP2010505805A
Authority: JP
Inventors: 鍛平山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JPWO2009119775A1; CN101981706B; CN101981706A; US20110011446A1; WO2009119775A1; CN102945874A; EP2267792A4; JP4829374B2; JP2011009792A; EP2267792A1; EP2267792B1; JP2011254109A; US8607511B2; CN102945874B; JP5591200B2

Description

本発明は太陽電池モジュールに関し、特に、フレームを備える太陽電池モジュールに関する。

近年、太陽光を光電変換し電力をつくり出す太陽電池モジュールが広く利用されている。太陽電池モジュールは、様々な環境負荷（積雪荷重、風圧力等）に耐えるため、太陽電池素子を含む太陽電池パネルの周縁部にフレームが取り付けられる。

重量を増やすことなくフレームの強度を上げるために、フレームに内部が空洞の中空部材が設けられることがあるが、この場合、中空部材内に雨水等の水分が侵入して溜まり易くなる。そのため、中空部材内で氷結等が起こると、中空部材が変形し、太陽電池モジュール１が損傷するおそれがある。そこで、特開２００３−２８２９１９号公報では、中空部材に排水用の孔を設ける技術が開示されている。

しかしながら、排水用の孔が多ければ多いほど排水性はよくなるが、孔の数が増えると、フレームの強度が弱くなるおそれがある。そのため、強度を低下させることなくフレームの排水性を高める技術が求められている。

本発明は、フレームの強度低下を抑えつつ、中空部材に侵入した水分を効率的に排出する技術を提供することを目的としている。

本発明の一実施形態にかかる太陽電池モジュールは、太陽電池パネルと、該太陽電池パネルの第１端部に沿って取り付けられる長尺状の第一のフレームと、前記太陽電池パネルの第２端部に沿って取り付けられる第二フレームと、を備える。前記第一フレームは、前記太陽電池パネルの裏面を支持する長尺状の第一中空部材であって、内部に第一空間と、該第一空間に連通する第一連通孔と、を有する第一中空部材を備える。前記第二フレームは、前記太陽電池パネルの裏面を支持する長尺状の第二中空部材であって、内部に第二空間を有する第二中空部材を備える。前記第一中空部材の前記第一連通孔は、前記第二中空部材の前記第二空間に連通する第一開口領域と、外部空間に連通する第二開口領域と、を有する。

前記太陽電池モジュールは、上述のような構成により、第一フレームの第一中空部材および第二フレームの第二中空部材に侵入した水分を、第一フレームの第一連通孔を介して排出できる。したがって、排出用の孔を減らすことでフレーム強度の低下を抑えつつ、排水を効率的に行うことができる。

本発明の第一の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図である。図１（ａ）は太陽電池モジュールを受光面側から見たときの様子を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ’線についての断面図である。第一フレーム及び第二フレームの連結部分を示す図である。図２（ａ）は分解された状態を示す斜視図であり、図２（ｂ）は連結された状態を示す斜視図である。図１のＢ−Ｂ’線についての断面図である。第二の実施形態に係る第一フレーム及び第二フレームを裏側から見たときの様子を示す斜視図である。第三の実施形態に係る第一フレーム及び第二フレームの連結部分を示す図である。図５（ａ）は分解された状態を示す斜視図であり、図５（ｂ）は連結された状態を示す斜視図である。第四の実施形態に係る第一フレーム及び第二フレームの連結部分を示す斜視図である。第五の実施形態に係る第一フレーム及び第二フレームの連結部分を示す図である。図７（ａ）は分解された状態を示す斜視図であり、図７（ｂ）は連結された状態を示す斜視図である。

本発明の複数の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜＜第一の実施形態＞＞
＜太陽電池モジュール＞
図１（ａ）に示す太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル２と、太陽電池パネル２を保護する第一フレーム３及び第二フレーム４と、を備えている。第一フレーム３は、太陽電池パネル２の一対の第１辺（第1端部）に沿って設けられており、第二フレーム４は、太陽電池パネル２の一対の第２辺（第２端部）に沿って設けられている。第一フレーム３と第二フレーム４とは、それぞれの長手方向の終端部において互いに連結されており、第一フレーム３と第二フレーム４とが交互に連結されて構成されるフレームによって、太陽電池パネル２が保護されている。このような太陽電池モジュール１は、設置用の架台（図示せず）等に取り付けられて利用される。

なお、図１〜図７では、便宜上、太陽電池モジュール１における第一フレーム３の長手方向をＸ軸方向とし、第二フレーム４の長手方向をＹ軸方向とし、これらで規定されるＸＹ平面に垂直な方向をＺ軸方向と定義している。

＜太陽電池パネル＞
図１（ａ）に示すように、太陽電池パネル２は、平面視において略矩形である。図１（ｂ）に示すように、太陽電池パネル２は、透光性基板２１と、裏面保護材２３と、透光性基板２１と裏面保護材２３との間に配置される複数の太陽電池素子２４と、太陽電池素子２４を電気的に接続するインナーリード２５と、太陽電池素子２４を被覆する充填材２２と、を備え、これらが積層されたスーパーストレート構造を有している。裏面保護材２３には、端子ボックス２６が取り付けられている。太陽電池素子２４による光電変換により得られた電力が端子ボックス２６を通じて外部に出力される。

透光性基板２１は、太陽電池素子２４に光を入射させる光透過率の高い基板であり、例えば、白板ガラス、強化ガラス、熱線反射ガラス等のガラス基板や、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂基板が好適に採用される。透光性基板２１の厚みは、ガラス基板の場合は３ｍｍ〜５ｍｍ程度、合成樹脂基板の場合は５ｍｍ程度であることが好ましい。

充填材２２は、熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂に架橋剤を含有して熱硬化特性を持たせた樹脂等が押出し機等によりシート状に成形され、所定長さで切断されることで作製される。

裏面保護材２３は、充填材２２を保護する役割を有する。裏面保護材２３には、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、あるいは、これらを積層したもの等が好適に採用される。

太陽電池素子２４には、様々な種類のものを採用できる。このような太陽電池素子２４としては、例えば、単結晶や多結晶シリコン等の結晶系太陽電池素子、アモルファスシリコン太陽電池素子、Ｓｉ薄膜太陽電池素子、ＣＩＳ系太陽電池素子、ＣＩＧＳ系太陽電池素子又は色素増感太陽電池素子等が挙げられる。

太陽電池素子２４が単結晶または多結晶シリコン基板を用いて作製される場合、該シリコン基板には、ボロン等のＰ型不純物を多く含んだＰ層及びリン等のＮ型不純物を多く含んだＮ層を接合させたＰＮ接合が形成される。また、銀ペーストをスクリーン印刷すること等で、シリコン基板の表面又は裏面に電極が形成される。なお、インナーリード２５を取り付けやすくしたり、劣化を抑制したりするため、電極の表面にハンダがコーティングされてもよい。

インナーリード２５は、一の太陽電池素子２４と、これに隣り合う他の太陽電池素子２４とを接続する。インナーリード２５には、例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの銅箔等の配線材の表面に、メッキやディピングによって２０〜７０μｍ程度の厚さのハンダコートを形成したものが好適である。

＜フレーム＞
図２（ａ）に示す第一フレーム３及び第二フレーム４は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス鋼あるいは樹脂等で形成され、例えば、押出成形等で作製される。なお、説明の都合上、図２及び以降の各図では、太陽電池パネル２の図示を省略している。

第一フレーム３は、Ｚ軸に沿う垂直部位３１に対して、太陽電池パネル２の側端部が嵌め込まれる溝状の嵌合部３３と、内部に第一空間３６を有する第一中空部材３５とが設けられた構成を有する。嵌合部３３及び第一中空部材３５は、第一フレーム３の長手方向に沿って延在している。

第一中空部材３５は、Ｚ軸方向に沿う外側部位３５１と、該外側部位３５１に対して略垂直に連接する天井部位３５３と、該天井部位３５３に略垂直に連接し、外側部位３５１に平行な内側部位３５５と、外側部位３５１及び内側部位３５５に対して略垂直に連接する底側部位３５７とで構成されている。

外側部位３５１は、垂直部位３１の一部を構成している。また、天井部位３５３は、第一中空部材３５の一部であると共に、嵌合部３３の一部でもある。第一中空部材３５には、内側部位３５５の終端部が切り欠かれることによって、第一連通孔としての第一排水口３７が形成されている。

第二フレーム４は、Ｚ軸に沿う垂直部位４１に、太陽電池パネル２の側端部が嵌め込まれる溝状の嵌合部４３と、内部に第二空間４６を有する第二中空部材４５と、板状の底部４７とが設けられた構成を有する。嵌合部４３，第二中空部材４５及び底部４７は、第二フレーム４の長手方向に沿って延在している。太陽電池モジュール１を架台に固定する際には、ボルト等の固定部材により、底部４７が架台に取り付けられる。

第二中空部材４５は、Ｚ軸に沿う外側部位４５１と、該外側部位４５１に対して略垂直に連接する天井部位４５３と、該天井部位４５３に略垂直に連接し、且つ外側部位４５１に対して傾斜している内側部位４５５と、外側部位４５１及び内側部位４５５に略垂直に連接する底側部位４５７とで構成されている。外側部位４５１は、上述の垂直部位４１の一部を構成している。また、天井部位４５３は、第二中空部材４５の一部であり、嵌合部４３の一部でもある。第二中空部材４５の長手方向の終端部には、第二中空部材４５の内部空間（第二空間４６）と外部とを連通する開口部４９が形成されている。

なお、第二中空部材４５の終端部は、第一中空部材３５の終端部の形状に合わせて切り欠かれている。図２（ｂ）に示すように、第一フレーム３と第二フレーム４とが連結される際には、第一中空部材３５の終端面が垂直部位４１に突き当てられる。

この状態で、ボルト５１が垂直部位４１に設けられた挿入孔５３に挿通され、さらに外側部位３５１及び天井部位３５３の連接部に設けられたボルト孔５５に螺合される。また、ボルト６１が垂直部位４１に設けられた挿入孔６３に挿通され、内側部位３５５及び底側部位３５７の連接部に設けられたボルト孔６５に螺合される。このような連結機構により、第一フレーム３と第二フレーム４とが互いに連結される。ただし、連結機構はボルトを用いるものに限られるものではない。

図３に示すように、第一フレーム３と第二フレーム４とが連結された状態（連結状態）では、第一排水口３７は、開口部４９の一部と重複する重複部分３７１（第一開口領域）を有し、該重複部分３７１を介して第一空間３６と第二空間４６とが連通接続される。なお、重複部分３７１が開口部４９の下端部（−Ｚ側の底部）に重なるように、第一排水口３７の開口位置が設定されている。また、第一排水口３７は、外部に露出している露出部分３７２（第二開口領域）を有し、該露出部分３７２を介して第一空間３６と外部空間とが連通する。

図２（ｂ）において破線で示すように、第一中空部材３５に侵入した水分は、第一排水口３７の露出部分３７２を通じて外部に排出される。また、第二中空部材４５に侵入した水分は、第一排水口３７の重複部分３７１及び露出部分３７２を介して排出される。すなわち、第二フレーム４に排水口を設けることなく、第二中空部材４５に侵入して底部に溜まる水分等を、第一排水口３７を通じて排水することができる。

また、本実施形態のように、第一フレーム３の長手方向に直交する断面における第一空間３６の断面積を、第二フレーム４の長手方向に直交する断面における第二空間４６の断面積よりも大きくすれば、第二フレーム４に比べて第一フレーム３の強度が高まるため、第一排水口３７を設けたことによる過度な強度の低下を低減できる。

なお、連結状態では、内側部位３５５の終端部が第二フレーム４に当接するため、該終端部に応力が集中し易い。そこで、曲線を描くように切り欠いて、第一排水口３７を形成することで、曲線状の縁部分において応力を分散できる。これにより、第一フレーム３が変形することを低減できる。

以上のように、第一排水口３７を通じて第一中空部材３５、第二中空部材４５及び外部空間を相互に連通させることにより、第一中空部材３５や第二中空部材４５に侵入した水分を、第一排水口３７から排出することができる。したがって、第一フレーム３と第二フレーム４とのそれぞれに、排水口を設ける場合に比べて、加工工程数を少なくすることができる。また排水口の数を減らせるため、フレームの強度を低下させることなく、排水性を高めることができる。

＜＜第二の実施形態＞＞
次に、第二の実施形態について、図４を用いて説明する。なお、以下の説明において、第一の実施形態と同様の機能を有する要素については同一符号を付してその説明を省略する。以下の各実施形態についても同様とする。

図４に示す太陽電池モジュール１ａは、第一の実施形態の第一フレーム３に代えて、第一中空部材３５ａに第二連通孔としての第二排水口３９がさらに設けられた第一フレーム３ａを備えている。第二排水口３９は、第一中空部材３５ａの底部となる底側部位３５７ａの長手方向の終端部近辺に設けられている。第一空間３６ａは、第二排水口３９によっても外部空間と連通している。なお、第一排水口３７は、第一中空部材３５ａの側面部となる内側部位３５５ａに設けられている。

本実施形態では、第二排水口３９を設けることにより、図４において破線で示すように第一中空部材３５ａの底部に溜まる水分を効率的に排出できる。また、第一排水口３７の露出部分３７２が土埃やコケ等で詰まった場合でも、第二排水口３９から排水することができる。

＜＜第三の実施形態＞＞
図５（ａ）に示す第一フレーム３ｂには、第一中空部材３５ｂの内側部位３５５ｂの終端部から離間する位置に、略円形状の第一排水口３７ｂが設けられている。第二フレーム４ａの第二中空部材４５ａの内部は、断面が略矩形の第二空間４６ａとなっている。また、第二中空部材４５ｂの終端部には、第二空間４６ａを外部に連通させる開口部４９ａが形成されている。

図５（ｂ）に示すように第一フレーム３ｂと第二フレーム４ａとが連結された状態では、第一排水口３７ｂは、開口部４９ａと重複する重複部分３７１ｂ（第一開口領域）を有し、該重複部分３７１ｂを介して第一空間３６ｂと第二空間４６ａとが連通接続される。また、第一排出口３７ｂは、外部に露出している露出部分３７２ｂ（第二開口領域）を有し、該露出部分３７２ｂを介して第一空間３６ｂが外部空間に連通する。また、重複部分３７１ｂが開口部４９ａの下端部に重なるように、第一排水口３７ｂの開口位置が設定されている。これにより、第二中空部材４５ａの底部に溜まる水分を効率的に排出できる。

第一排水口３７ｂの設ける位置を第一中空部材３５ｂの終端部から離間させることにより、終端部を加工せずに済むため、終端部の強度が低下することを抑制できる。これにより、最も応力が作用し易い終端部が変形することを低減できる。

＜＜第四の実施形態＞＞
図６に示す第一フレーム３ｃには、第一中空部材３５ｃの内側部位３５５ｃの終端部から離間する位置に、略円形状の第一排水口３７ｃが設けられている。また、第一中空部材３５ｃの底側部位３５７ｃの終端部には、第二排水口３９ｃが設けられている。また、第二フレーム４ｂには、断面略矩形状の第二中空部材４５ｂが設けられている。第二中空部材４５ｂの終端部には、第二空間４６ｂを外部空間に連通させる開口部４９ｂが形成されている。

第一フレーム３ｃと第二フレーム４ｂとが連結された状態では、第一排水口３７ｃは開口部４９ｂと重複する重複部分３７１ｃ（第一開口領域）を有し、該重複部分３７１ｃを介して第一空間３６ｃと第二空間４６ｂとが連通接続される。また、第一排水口３７ｃは、外部に露出している露出部分３７２ｃ（第二開口領域）を有し、該露出部分３７２ｃを介して第一空間３６ｃと外部空間とが連通する。なお、第一排水口３７ｃの重複部分３７１ｃが開口部４９ｂの下端部よりも上方の位置で重なるように、第一排水口３７ｃの開口位置が設定されている。このような位置に第一排水口３７ｃを設けることにより、第一排水口３７ｃと第二排水口３９ｃとが同時に土垢等で詰まることを低減できる。

＜＜第五の実施形態＞＞
図７（ａ）に示す第一フレーム３ｄには、第一排水口３７ｄが内側部位３５５ｄと底側部位３５７ｄとに跨って設けられている。図７（ｂ）に示すように第一フレーム３ｄと第二フレーム４ｂとが連結された状態では、第一排出口３７ｄは、内側部位３５５ｄにて開口する部分と開口部４９ｂとが重複する重複部分３７１ｄ（第一開口領域）を有し、該重複部分３７１ｄを介して第一空間３６ｄと第二空間４６ｂとが連通する。また、第一排水口３７ｄは、底側部位３５７ｄにて開口する部分（第二開口領域）を有し、該部分を介して第一空間３６ｄと外部空間とが連通する。

このように第一排水口３７ｄを設けることにより、第一排水口３７ｄで第一中空部材３５ｄ及び第二中空部材４５ｂの内部に侵入した水分を排出できるとともに、第一中空部材３５ｄの底部に溜まる水分も、効率的に排出できる。

＜＜変形例＞＞
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正及び変更を加えることができる。

例えば、太陽電池モジュールを架台に設置した際に、太陽電池パネルの周囲に取り付けられた各フレーム間において、負荷のかかりやすい部分とかかりにくい部分とができる場合、第一排水口や第二排水口を設けたフレームを負荷のかかりにくい方のフレームに採用することで、排水口を設けたことによるフレーム強度の低下を最小限に抑えられる。

また、太陽電池モジュールが地面等の水平面に対して傾斜して設置される場合、第一排水口が必ずしも太陽電池モジュールの四隅に設けられている必要はなく、少なくとも下側（水分が流れていく方向の側）に設けられていればよい。すなわち、このような太陽電池モジュールは、第一連通孔となる第一排水口が設けられた第一フレームを水平面と略平行となるように配置し、第二フレームを水平面に対して傾斜する傾斜面に沿って配置する。このような配置によれば、排水口を減らすことができるため、加工工程数を少なくできる。また、排水に寄与しない排水口から土埃等が侵入して、排水口が詰まることを低減できる。

また、上記の実施形態では、スーパーストレート構造の太陽電池パネルを保護するフレームについて説明したが、本発明は、サブストレート構造や合わせガラス構造の太陽電池パネルを保護するフレームにも有効である。

Claims

太陽電池パネルと、
該太陽電池パネルの第１端部に沿って取り付けられる長尺状の第一のフレームと、
前記太陽電池パネルの第２端部に沿って取り付けられる第二フレームと、を備え、
前記第一フレームは、内部に第一空間と、該第一空間に連通する第一連通孔と、を有する第一中空部材を備え、
前記第二フレームは、内部に第二空間を有する第二中空部材を備え、
前記第一中空部材の前記第一連通孔は、前記第二中空部材の前記第二空間に連通する第一開口領域と、外部空間に連通する第二開口領域と、を有する太陽電池モジュール。
前記第一中空部材は、側面部と底部とを有し、該側面部に前記第一連通孔が設けられており、前記底部に前記第一空間と外部空間とを連通する第二連通孔が設けられている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記第一連通孔が、前記側面部から前記底部に跨って設けられている、請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
前記第一フレームと前記第二フレームとをそれぞれ複数個ずつ有し、前記第一フレームと前記第二フレームが交互に連結されて構成されている、請求項１から３のいずれかの項に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池パネルが、平面視において略矩形である、請求項１から４のいずれかの項に記載の太陽電池モジュール。
前記第一フレームの長手方向に直交する断面における前記第一空間の断面積は、前記第二フレームの長手方向に直交する断面における前記第二空間の断面積よりも大きい請求項１から５のいずれかの項に記載の太陽電池モジュール。
前記第一フレームが水平面に対して略平行に、前記第二フレームが水平面に対して傾斜するように、それぞれ配置される請求項１から６のいずれかの項に記載の太陽電池モジュール。