JP5159832B2 - 太陽電池モジュール装置 - Google Patents

Description

本発明は、住宅やビルなどの建物に設置される太陽電池モジュール装置に関するものである。

従来、太陽電池モジュール装置として、受光面側に透明基板（ガラス）を配置し、この透明基板の裏面側に直列或いは並列に接続された複数の太陽電池セルを並べて配置し、これら複数の太陽電池セルを封止樹脂にて封止して太陽電池モジュールを構成し、さらにこの太陽電池モジュールの周縁部にフレームを取り付けた構造の太陽電池モジュール装置が多用されている。この太陽電池モジュール装置では、透明基板とフレームによって所定の強度が確保される。

太陽電池モジュール装置は、一般に住宅やビルなどの建物に設置されて風雨にさらされる。そして、太陽電池モジュール装置には、表面に堆積した積雪などによる鉛直下方に押し下げるように働く正圧と、逆に風などにより上方に引っ張られるように働く負圧とが作用する。太陽電池モジュールは、表面を受光面とする大面積の平板状を成すので、この正圧、負圧を受けて上下に湾曲するようにたわむ。

そして、鉛直下方に押し下げるように働く正圧に対して、モジュールが下方に湾曲して破損することがないように、従来、モジュール裏面に補強フレームを配置することが提案されている。このような構造とすることにより、モジュールが下方に湾曲した際、補強フレームに押し止められて所定量以上にたわむことがないので破損を防止することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−６６２５号公報

上記のような構造の太陽電池モジュール装置の補強フレームの取り付けに関して、従来、製造工程を簡略化してコストダウンを図るために、補強フレームを容易に取り付けることのできる構造が望まれていた。また、太陽電池モジュールの外縁部に枠状フレームを配置する装置（作業）と同じ装置（作業）にて補強フレームを取り付けようとすると、装置（作業）が煩雑になるので改善が求められていた。

さらに、従来、太陽電池モジュールの裏面を補強フレームに固着すると、上記負圧が働いた際、太陽電池モジュールが上方に引っ張られて太陽電池モジュールの裏面が剥離してしまうことがあり改善が求められていた。一方、太陽電池モジュールの裏面を補強フレームに固着させず、接触する構造にした場合、太陽電池モジュールと補強フレームとの間に水や粉塵が溜まり、誤動作の原因になることがあるので改善が求められていた。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、補強フレームを容易に取り付けることのできる太陽電池モジュール装置を得ることを目的とする。また、太陽電池モジュールと補強フレームとの間に隙間を形成することにより、太陽電池モジュールの裏面を損傷することがなく、また、補強フレームとの間に水や粉塵が溜まることがない太陽電池モジュール装置を得ることを目的とする。さらには、太陽電池モジュールと補強フレームとの間の隙間を適切な大きさに容易に形成することができる太陽電池モジュール装置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、本発明の太陽電池モジュール装置は、複数の太陽電池セルを複数並べて成る太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの外縁部を全周にわたって囲みこの外縁部を支持する概略矩形の枠状フレームと、枠状フレームの対向する２辺間に架け渡されて、太陽電池モジュールがたわんだときに太陽電池モジュールの裏面に当接して太陽電池モジュールを支持する補強フレームとを備え、枠状フレームの裏面には、補強フレームが挿入される切り欠きが設けられていることを特徴とすることを特徴とする。

この発明によれば、補強フレームは枠状フレームの裏面に形成された嵌合切り欠きに嵌め込まれて位置決めされるので、補強フレームを枠状フレームに容易に取り付けることができる。

図１は、本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態１の組み立ての初期工程の様子を示す斜視図である。 図２は、太陽電池モジュールの外縁部に枠状フレームを取り付けた中間組立体に裏面から補強フレームを取り付ける様子を示す斜視図である。 図３は、中間組立体への補強フレームの取り付けが完了した様子を示す斜視図である。 図４は、図３の枠状フレームの切り欠きに補強フレームが嵌め込まれた部分Ｂを拡大して示す斜視図である。 図５は、長辺フレームの断面形状を示す図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。 図６は、補強フレームの形状の詳細を示す斜視図である。 図７は、太陽電池モジュールと補強フレームとの間に所定の空間が形成される様子を示す図３のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図である。 図８は、本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態２の長辺フレームの断面形状を示す断面図である。 図９は、第二リブが選択されて実施の形態１の補強フレームより高さの小さい補強フレームに適用された様子を示す断面図である。 図１０は、第一リブが選択されて図９の補強フレームよりさらに高さの小さい補強フレームに適用された様子を示す断面図である。 図１１は、本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態３の長辺フレームの断面形状及び補強フレームの断面形状を示す断面図である。 図１２は、本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態４の長辺フレームの断面形状及び補強フレームの断面形状を示す断面図である。 図１３は、本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態５の補強フレームの断面形状を示す断面図である。 図１４は、本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態６の補強フレームの断面形状を示す断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態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は本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態１の組み立ての初期工程の様子を示す斜視図である。図２は太陽電池モジュールの外縁部に枠状フレームを取り付けた中間組立体に裏面から補強フレームを取り付ける様子を示す斜視図である。図３は中間組立体への補強フレームの取り付けが完了した様子を示す斜視図である。図４は図３の枠状フレームの切り欠きに補強フレームが嵌め込まれた部分Ｂを拡大して示す斜視図である。図５は長辺フレームの断面形状を示す図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図６は補強フレームの形状の詳細を示す斜視図である。図７は太陽電池モジュールと補強フレームとの間に所定の空間が形成される様子を示す図３のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図である。なお、図１は太陽電池モジュールを表（受光面）側から見た様子を示している。一方、図２及び図３は太陽電池モジュールを裏側から見た様子を示している。

太陽電池モジュール装置は、概略矩形平板状の太陽電池モジュール２０と、太陽電池モジュール２０の外縁部を全周にわたって囲繞して、この外縁部を介して太陽電池モジュール２０を支持する矩形枠状の枠状フレーム１０と、枠状フレーム１０に取り付けられた補強フレーム３とを有している。

図１に示すように、太陽電池モジュール２０は、縦横に整列して並べられ直列或いは並列に接続された複数の太陽電池セル１５を有している。太陽電池セル１５の受光面側は図示しない透明基板（ガラス）により全面的に覆われている。また、複数の太陽電池セル１５は封止樹脂にて封止されている。枠状フレーム１０は、例えばアルミニウムの押出成型品であり、対向する一対の長辺フレーム（第一フレーム）１，１と、この長辺フレーム１，１の両端部間に連結された一対の短辺フレーム（第二フレーム）２，２とから構成されている。一対の長辺フレーム１，１と一対の短辺フレーム２，２とは、相互に連結されて矩形枠状の枠状フレーム１０となる。この枠状フレーム１０は、太陽電池モジュール２０を補強するとともに住宅やビルなどの建物に設けられた図示しない架台に取り付けられるようにするものである。補強フレーム３は、この枠状フレーム１０に太陽電池モジュール２０の裏面側から取り付けられる。

図２に示すように、２本の長辺フレーム１，１の裏面中央部に補強フレーム３はめ込み用の嵌合切り欠き１ｄ，１ｄがそれぞれ設けられている。補強フレーム３は、両端部をこの嵌合切り欠き１ｄ，１ｄに、裏面側から落とし込まれて長辺フレーム１，１に組み付けられる。つまり、補強フレーム３は、両端部を太陽電池モジュール２０の裏面側から嵌合切り欠き１ｄ，１ｄに挿入されて長辺フレーム１，１に組み付けられる。なお、太陽電池モジュール２０の裏面には、端子ボックス２０ａとこの端子ボックス２０ａから延びるケーブル２０ｂが設けられている。

図３において、補強フレーム３は、上記のように枠状フレーム１０の対向する長辺フレーム１，１に架け渡されて枠状フレーム１０に取り付けられる。このとき、補強フレーム３の端部は、図４に示すように、長辺フレーム１の裏面に開口した嵌合切り欠き１ｄに嵌り込み正確に位置決めされる。長辺フレーム１，１の端部に穿孔された貫通穴に図３の矢印Ｄの方向から挿入された図示しないビス（第一固定ねじ）により、短辺フレーム２，２は長辺フレーム１，１に締着される。また、補強フレーム３は、長辺フレーム１，１の中央部に穿孔された貫通穴に図３の矢印Ｅの方向から挿入された図示しないビス（第二固定ねじ）７（図７）により締着される。つまり、短辺フレーム２，２及び補強フレーム３は、同じ方向から挿入されたビス（固定ねじ）により締着される。

図５に示すように、長辺フレーム１，１は、所定の強度を有するように断面略コ字状とされ、太陽電池モジュール２０に対して垂直方向に延びる平板状のフレーム本体１ａと、フレーム本体１ａの太陽電池モジュール２０側の縁部から枠状フレーム１０の内側に延び太陽電池モジュール２０を支持するモジュール支持部１ｂと、フレーム本体１ａのモジュール支持部１ｂの反対側の縁部から枠状フレーム１０の内側に延びて形成された内フランジ部１ｃとから構成されている。モジュール支持部１ｂは、枠状フレーム１０内側に開口を有する断面略Ｕ字状とされＵ字の内側に太陽電池モジュール２０の外縁部をくわえ込んで支持する。

内フランジ部１ｃは、太陽電池モジュール２０に対して平行に広がる。枠状フレーム１０は、この内フランジ部１ｃを図示しない架台に取り付けられ、当該架台から太陽電池モジュール２０を支持する。嵌合切り欠き１ｄは、この内フランジ部１ｃに補強フレーム３の幅だけ切り欠かれることにより形成されている。断面略Ｕ字状のモジュール支持部１ｂの裏面側の先端縁は、裏面側に折り曲げられるように成形されて、補強フレーム３が嵌合切り欠き１ｄに挿入された際、補強フレーム３に当接して深さ方向の位置決めを行う位置決め突起（縦方向係止部）１ｅとされている。

図６に示すように、補強フレーム３は、断面略Ｈ字状を成し、太陽電池モジュール２０に対して垂直方向に延びる平板状のフレーム本体３ａと、フレーム本体３ａの裏面側の縁部から両側方へ太陽電池モジュール２０と平行に広がる裏面側フランジ部３ｂと、フレーム本体３ａの太陽電池モジュール２０側の縁部から両側方へ太陽電池モジュール２０と平行に広がるモジュール側フランジ部３ｃとから成り、フレーム本体３ａの端面には２個の端面ねじ穴３ｄが螺刻されている。

図７において、モジュール支持部１ｂの先端には、上記のように、補強フレーム３が嵌合切り欠き１ｄに挿入された際、補強フレーム３に当接して、補強フレームの太陽電池モジュール方向への移動を規制する位置決め突起（縦方向係止部）１ｅが設けられている。これにより、補強フレーム３は、太陽電池モジュール２０の裏面との間に所定の間隙Ｈを空けて配設されている。太陽電池モジュール２０には、上記背景技術にて述べたように、図７中矢印Ｆで示す正圧や、矢印Ｇで示す負圧が作用する。そして、補強フレーム３は、太陽電池モジュール２０が正圧により所定量たわんだときに太陽電池モジュール２０の裏面を支持する。

以上のように、この実施の形態の太陽電池モジュール装置においては、補強フレーム３は、両端部を太陽電池モジュール２０の裏面側から嵌合切り欠き１ｄ，１ｄに挿入されて長辺フレーム１，１に組み付けられているので、太陽電池モジュール２０の四辺外縁部に枠状フレーム１０を配置した組立体に対して、後から補強フレーム３を容易に取り付けることができる。そのため、太陽電池モジュール２０の外縁部に長辺フレーム１，１および短辺フレーム２，２を配置する装置（作業）とは異なる別の装置（作業）にて、後から容易に補強フレーム３を取り付けることができるので、製造工程にて作業性が向上する。

また、この実施の形態の太陽電池モジュール装置においては、短辺フレーム２，２は、長辺フレーム１，１の両端部を貫通するビスを端面ねじ穴に締着されて長辺フレーム１，１に連結されており、補強フレーム３は、短辺フレーム２，２を固定するビスと同じ方向から長辺フレーム１，１を貫通するビスを端面ねじ穴に締着されて長辺フレーム１，１に連結されているので、ビス止め方向がそろい製造工程にて作業性が向上する。

さらに、この実施の形態の太陽電池モジュール装置においては、嵌合切り欠き１ｄは、長辺フレーム１，１の内フランジ部１ｃが補強フレーム３の幅だけ切り欠かれて形成されており、枠状フレーム１０は、この嵌合切り欠き１ｄに挿入された補強フレーム３に当接して、補強フレーム３の太陽電池モジュール２０方向への移動を規制する位置決め突起（縦方向係止部）１ｅを有している。そのため、太陽電池モジュール２０と補強フレーム３との間に間隙Ｈが形成される。これにより、太陽電池モジュール２０の裏面が損傷することがなく、また、補強フレーム３との間に水や粉塵が溜まることもなくなる。そして、補強フレーム３は、位置決め突起１ｅにより正確に位置決めされるので、太陽電池モジュール２０と補強フレーム３との間の隙間を、適切な大きさに容易に形成することができる。

さらにまた、この実施の形態の太陽電池モジュール装置においては、補強フレーム３は、長手方向軸に直交する断面形状が点対称な形状であるので、組み付け時に上下の方向性がなくなり、製造工程において作業性が向上する。

実施の形態２．
図８は本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態２の長辺フレームの断面形状を示す断面図である。図９は第二リブが選択されて実施の形態１の補強フレームより高さの小さい補強フレームに適用された様子を示す断面図である。図１０は第一リブが選択されて図９の補強フレームよりさらに高さの小さい補強フレームに適用された様子を示す断面図である。図８に示すように、本実施の形態の長辺フレーム（第一フレーム）１Ｂは、モジュール支持部１ｂと内フランジ部１ｃとの間に、位置決め突起１ｅと平行に延びる第一リブ１ｇと第二リブ１ｈを有している。その他の構成は実施の形態１と同様である。

第一リブ１ｇと第二リブ１ｈとは、一つが選択して用いられる縦方向係止部である。第二リブ１ｈが選択された場合には、第一リブ１ｇが補強フレーム３の幅だけ削除されて、図９に示すように、実施の形態１の補強フレームより高さの小さい補強フレーム３Ｂに適用される。また、第一リブ１ｇが選択された場合には、図１０に示すように、図９の補強フレーム３Ｂよりさらに高さの小さい補強フレーム３Ｃに適用される。

以上のように、この実施の形態の太陽電池モジュール装置の長辺フレーム１Ｂは、補強フレーム３の挿入方向に位置を異ならせて設けられた複数の縦方向係止部を有し、当該複数の縦方向係止部から一つを選択して用いることにより、高さの異なる複数の補強フレームに対応することができる。

実施の形態３．
図１１は本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態３の長辺フレームの断面形状及び補強フレームの断面形状を示す断面図である。本実施の形態の補強フレーム３Ｄは、モジュール側フランジ部３ｃの両側縁部から裏面方向へ、フレーム本体３ａと平行に延びる側壁面３ｅを有している。側壁面３ｅの高さａは、第一リブ１ｇから第二リブ１ｈまでの距離ｂ、第二リブ１ｈから位置決め突起１ｅまでの距離ｃ、及び内フランジ部１ｃから第一リブ１ｇまでの距離ｄのいずれよりも大きくされている。その他の構成は実施の形態２と同様である。

このような構成の太陽電池モジュール装置においては、補強フレーム３Ｄの幅に切り欠かれた第一リブ１ｇ及び第二リブ１ｈは、補強フレーム３Ｄの側壁面３ｅを案内して補強フレーム３Ｄが嵌合切り欠き１ｄに挿入されやすくするとともに、補強フレーム３Ｄが嵌合切り欠き１ｄに挿入されたのちは、補強フレーム３Ｄの側壁面３ｅに当接して、補強フレーム３Ｄの枠状フレーム１０に沿う方向への移動を規制する横方向係止部となる。これにより、補強フレーム３Ｄはさらに正確に位置決めされる。

実施の形態４．
図１２は本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態４の長辺フレームの断面形状及び補強フレームの断面形状を示す断面図である。本実施の形態の補強フレーム３Ｅの断面形状は、裏面側が開口となるコ字形である。つまり、補強フレーム３Ｅは全高さ方向に渡って延びる側壁面を有している。その他の構成は実施の形態１と同様である。

このような構成の太陽電池モジュール装置においては、補強フレーム３Ｅは、自らの側壁面に案内されて嵌合切り欠き１ｄに挿入されやすくするとともに、補強フレーム３Ｅが嵌合切り欠き１ｄに挿入されたのちは、嵌合切り欠き１ｄの開口部に当接して、枠状フレーム１０に沿う方向への移動を規制される。これにより、補強フレーム３Ｅはさらに正確に位置決めされる。

実施の形態５．
図１３は本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態５の補強フレームの断面形状を示す断面図である。本実施の形態の補強フレーム３Ｆは、断面形状が四角形である。つまり、補強フレーム３Ｆは全高さ方向に渡って延びる側壁面を有している。その他の構成は実施の形態１と同様である。このような構成の太陽電池モジュール装置においても実施の形態４のものと概略同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
図１４は本発明にかかる太陽電池モジュール装置の実施の形態６の補強フレームの断面形状を示す断面図である。本実施の形態の補強フレーム３Ｇは、断面形状が２つの三角形の頂点を直線でつなぐ形状である。

このような構成の太陽電池モジュール装置においては、補強フレーム３Ｇは、挿入される途中で軸心がずれても、自らの傾斜する側壁面が嵌合切り欠き１ｄの開口部に案内されて嵌合切り欠き１ｄに挿入されやすくなる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュール装置は、住宅やビルなどの建物に設置される太陽電池モジュール装置に有用であり、特に、積雪が多い地方や激しい風雨が発生する地方に設置される太陽電池モジュール装置に適している。

１，１Ｂ 長辺フレーム（第一フレーム）
２ 短辺フレーム（第二フレーム）
１ａ フレーム本体
１ｂ モジュール支持部
１ｃ 内フランジ部
１ｄ 嵌合切り欠き
１ｅ 位置決め突起（縦方向係止部）
１ｇ 第一リブ（縦方向係止部、横方向係止部）
１ｈ 第二リブ（縦方向係止部、横方向係止部）
３，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ 補強フレーム
３ａ フレーム本体
３ｂ 裏面側フランジ部
３ｃ モジュール側フランジ部
３ｄ 端面ねじ穴
３ｅ 側壁面
７ ビス（第二固定ねじ）
１０ 矩形の枠状フレーム
１５ 太陽電池セル
２０ 太陽電池モジュール
２０ａ 端子ボックス
２０ｂ ケーブル
Ｈ 間隙

Claims (10)

1. 複数の太陽電池セルを複数並べて成る太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールの外縁部を全周にわたって囲み当該外縁部を支持する概略矩形の枠状フレームと、
   前記枠状フレームの対向する２辺間に架け渡されて、前記太陽電池モジュールと重なる領域の略全域で前記太陽電池モジュールの裏面との間に所定の隙間を空けて配設され、前記太陽電池モジュールがたわんだときに前記太陽電池モジュールの裏面に当接して前記太陽電池モジュールを支持する補強フレームとを備え、
   前記枠状フレームは、内フランジ部を有しており、
   前記内フランジ部には、前記補強フレームの幅だけ切り欠かれて前記補強フレームが嵌め込まれる嵌合切り欠きが設けられていることを特徴とする太陽電池モジュール装置。
2. 前記補強フレームは、長手方向軸に直交する断面形状が点対称な形状である
   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装置。
3. 前記補強フレームは、太陽電池モジュールに対し垂直方向に延びる平板状のフレーム本体と前記フレーム本体の縁部から太陽電池モジュールに対し平行に広がるフランジ部により、断面形状が断面略Ｈ形状である
   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装置。
4. 前記補強フレームは、太陽電池モジュールと平行に広がるフランジ部と前記フランジ部の端部から前記太陽電池モジュールと反対方向に延びる側壁面とにより、断面形状がコ字形状であり、
   前記側壁面が前記嵌合切り欠きに当接する
   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装置。
5. 前記補強フレームは、断面形状が四角形であり、
   前記補強フレームの側面が前記嵌合切り欠きに当接する
   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装置。
6. 前記補強フレームは、断面形状が二つの三角形と前記二つの三角形の頂点を結んだ直線とからなり、
   前記二つの三角形は、前記直線で結ばれた頂点同士が対向するように設けられ、
   前記補強フレームは、前記直線で結ばれた頂点の対辺が前記太陽電池モジュールの裏面と略平行となるように配置されて、前記直線で結ばれた頂点の対辺が前記補強フレームの幅となり、
   前記二つの三角形の前記直線で結ばれた頂点の対辺のうち一方の対辺が前記嵌合切り欠きに当接する
   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装置。
7. 前記枠状フレームは内フランジ部を有しており、前記嵌合切り欠きは前記内フランジ部が切りかかれて形成されたものであり、
   前記嵌合切り欠きの幅は、前記補強フレームの太陽電池モジュールに対し平行な面の幅だけ切り欠かれて形成されている
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール装置。
8. 前記枠状フレームの内側に設けられ、前記補強フレームと当接して前記補強フレームの前記太陽電池モジュール方向への移動を規制する縦方向係止部を備えた
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール装置。
9. 前記枠状フレームは、前記太陽電池モジュールの外縁部を表面と裏面とから挟むように支持する断面略Ｕ字形状の支持部を有し、
   前記縦方向係止部は、前記太陽電池モジュールを裏面側から支持する前記支持部の端部から前記太陽電池モジュールの反対側に延びる突起である
   ことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュール装置。
10. 前記枠状フレームは前記太陽電池モジュールの裏面に接する支持部を有し、
    前記縦方向係止部は、前記枠状フレームの内側において前記支持部よりも太陽電池モジュールと反対方向に設けられたリブである
    ことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュール装置。
    

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