JP5405278B2

JP5405278B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法

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Publication number: JP5405278B2
Application number: JP2009271226A
Authority: JP
Inventors: 正治竹中
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: JP2011114257A; WO2011065542A1; US20120234379A1

Description

この発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関し、特に、フレームを備える太陽電池モジュールに関するものである。

近年、太陽光を光電変換し電力を取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、積雪荷重、風圧力等の様々な環境負荷に耐えるために、太陽電池を含む太陽電池パネルの周縁部にアルミニウム材で形成されたフレームが取り付けられる。

このような太陽電池モジュールでは、表面部材だけでなくフレームによっても強度が確保されるため、太陽電池モジュールを大型化した際にも表面部材を厚くする必要がなく、重量増加を抑えることができ、取り扱いが容易になる。さらに、表面部材の厚みを薄くすることにより透過する光量を多くして発電効率を向上させることができる利点もある。

ところで、上記したフレームと太陽電池パネルの表面部材との間には段差があり、降雨後にかかる段差部分に水が溜まる場合がある。降雨後の表面部材への水溜まりを防止するために、フレームに水抜き用切り欠き部を設けた太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１５に、フレームに水切り用切り欠き部を設けた太陽電池モジュールの取り付け部分の断面図を示す。太陽電池パネル１０は、白板ガラス等の表面部材１２に対して、エチレンビニルアセテートなどの封止材１４により太陽電池１１を封入し、アルミニウム箔を間に挟んだサンドイッチ型フッ化ビニルフィルムなどからなる裏面部材１３で裏面を保護されたものが一般的に良く用いられる。

上記したように、この太陽電池パネル１０の周囲には、機械的強度を確保するための太陽電池パネル１０の周縁と嵌合する嵌合部２２を有するフレーム２０が取り付けられている。そして、太陽電池パネル１０とフレーム２０との固定をより確実にするために、太陽電池パネル１０の周縁とフレーム２０がシリコーン等のシール材６０を用いて嵌め込み固定されている。さらに、フレーム２０の嵌合部２２には、降雨による水を流すための水切り用切り欠き部２８を設けている。

実開平６−１７２５７号公報

しかしながら、上記した水切り用切り欠き部２８を有するフレーム２０を用いた場合、シール材を用いて太陽電池パネル１０をフレーム２０に取り付ける際に、フレーム２０内に塗布したシール材６０が図１５に示すように、切り欠き部２８から表面部材１３上にはみ出てしまう。このように、シール材６０がはみ出してしまうと、このはみ出したシール材６０により、水が図中矢印で示すように逆流し、上手く切り欠き部２８から水を流すことができないという難点がある。

この発明の目的は、上記難点を解消するためになされたものにして、水切り用切り欠き部におけるフレームと太陽電池パネルとの間のシール材の形状を規定し、水切り用切り欠き部から雨水等をスムーズに排出することにある。

この発明は、太陽電池パネルの周縁部にフレームを取り付けた太陽電池モジュールであって、前記フレームは、本体部と、本体部の上部に位置し、太陽電池パネルの周縁部が嵌め込まれる嵌合部と、前記嵌合部の表面部材側の一部に前記太陽電池パネルの表面部材より下方まで切り欠いた水抜き用切り欠き部と、を備え、前記嵌合部にシール材を介して太陽電池パネルが嵌め込まれ、前記切り欠き部には、少なくとも前記太陽電池パネルの周縁部とフレームの本体部の上部の露出している部分を覆い、前記太陽電池パネルの表面部材を越える位置まで達しないように形成された切り欠き部用シール材が設けられていることを特徴とする。

また、前記シール材は、前記太陽電池パネルの表面部材より下から前記フレームの端に向かって広がるテーパ状の断面三角形状に形成するとよい。

この発明の太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池パネルと、本体部と、本体部の上部に位置し、太陽電池パネルの周縁部が嵌め込まれる嵌合部と、前記嵌合部の表面部材側の一部に前記太陽電池パネルの表面部材より下方まで切り欠いた水抜き用切り欠き部と、を備えたフレームと、切り欠き部に設けるシール材の形状を規制する治具と、を有し、前記切り欠き部に前記治具を固定し、前記嵌合部にシール材を塗布した後、前記嵌合部に前記太陽電池パネルの周縁部を嵌め込み、前記切り欠き部にはみ出したシール材を前記治具でその形状を規制し、前記切り欠き部に、少なくとも前記太陽電池パネルの周縁部とフレームの本体部の上部の露出している部分を覆い、前記太陽電池パネルの表面部材を越える位置まで達しない切り欠き部用シール材を形成することを特徴とする。

前記治具は、前記フレーム本体の下方部と当接する下部突出部と前記切り欠き部に嵌め込まれ前記嵌合部の上部の形状に倣う上部突出部を有し、前記太陽電池パネルの周縁部が位置する前記上部突出部の箇所から下方に向かって前記フレームの本体部の端部まで達するテーパ面を設ければよい。

この発明によれば、シール材が邪魔することなく、切り欠き部から水が流れるとともに、切り欠き部から流れ落ちた水が太陽電池パネルとフレームとの間に入り込むことを抑制することができる。

この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールを示す平面図である。この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールの要部を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールの要部を示す斜視図である。この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールの要部を示す断面図である。この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールの要部を示す断面図である。この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールのフレームを組み立てる状態を示す平面図である。この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールのフレームを組み立てる状態を示す分解斜視図である。この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールのフレームを組み立てた状態を示す斜視図である。この発明の太陽電池モジュールの製造方法を示し、フレームに治具を固定する状態を示す斜視図である。この発明の太陽電池モジュールの製造方法を示し、フレームに太陽電池パネルを嵌め込む状態を示す断面図である。この発明の太陽電池モジュールの製造方法を示し、フレームの切り欠き部に太陽電池パネルを嵌め込む状態を示す断面図である。この発明の太陽電池モジュールの製造方法を示し、フレームに治具を固定する状態を示す斜視図である。この発明の第２の実施形態にかかる太陽電池モジュールを示す平面図である。この発明の第２の実施形態にかかる太陽電池モジュールの要部を示す断面図である。フレームに水切り用切り欠き部を設けた太陽電池モジュールの取り付け部分の断面図である。

この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

図１は、この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールを示す平面図である。図１に示すように、この発明にかかる太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル１０と、太陽電池パネル１０を保護するフレーム２０と、を備えている。フレーム２０は、太陽電池パネル１０の一対の短辺側に沿って設けられる第１フレーム２０ａと太陽電池パネル１０の一対の長辺側に沿って設けられる第２フレーム２０ｂとで構成されている。

図６ないし図８に示すように、第１フレーム２０ａと第２フレーム２０ｂとは、それぞれ長手方向の終点部において互いに連結されており、第１フレーム２０ａと第２フレーム２０ｂとが交互に連結されて構成されるフレーム２０によって太陽電池パネル１０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用いられる。例えば、第１フレーム２０ａの長さは８００ｍｍ程度、第２フレーム２０ｂの長さは１５００ｍｍ〜１６００ｍｍ程度に形成されている。

太陽電池パネル１０は、平面視において略矩形に形成される。太陽電池パネル１０は、図１ないし図５に示すように、複数の太陽電池１１が互いに銅箔等の導電材よりなる配線材１０２により電気的に接続され、透光性を有する表面部材１２と、耐侯性フィルムからなる裏面部材１３との間に、耐候性、耐湿性に優れたＥＶＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ、エチレン酢酸ビニル）等の透光性を有する封止材１４により封止されている。

また、配線材１０２により直列に接続された複数の太陽電池１１は…、１単位ユニットであるストリングス１１０を構成している。これらストリングス１１０、１１０間は接続用配線、いわゆる渡り配線１１１により接続されている。更に、これら太陽電池１１からの出力を外部に引き出すための引き出し線（図示せず）が接続されている。

この太陽電池１１は、例えば、厚みが０．１５ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどで構成される結晶系半導体からなり、１辺が１００ｍｍの略正方形を有するが、これに限るものではなく、他の太陽電池を用いても良い。

この太陽電池１１内には、例えば、ｎ型領域とｐ型領域が形成され、ｎ型領域とｐ型領域との界面部分でキャリア分離用の電界を形成するための接合部が形成されている。例えば、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコン層を挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した所謂ＨＩＴ構造の太陽電池などが用いられる。

表面部材１２は、太陽電池１１に光を入射させる光透過性の板材であり、例えば、白板ガラス、強化ガラス、熱反射ガラス等のガラス板やポリカーボネート樹脂などの合成樹脂板が用いられる。

裏面部材１３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）、或いはこれらを積層したものや、アルミニウム箔を間に挟んだＰＥＴフィルムなどが用いられる。

上記太陽電池パネル１０は、周縁部にシール材４０を用いてアルミニウムなどからなるフレーム２０に嵌め込まれる。シール材４０としては、シリコーン樹脂、ブチルゴム、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂を用いることができる。この実施形態では、シリコーン樹脂をシール材４０として用いている。

必要に応じて端子ボックス（図示せず）が、例えば裏面部材１３の表面に設けられる。

図６ないし図８に示すように、フレーム２０を構成する第１フレーム２０ａ及び第２フレーム２０ｂは、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼或いは樹脂等で形成され、押し出し成形等で作成される。これらフレーム２０ａ、２０ｂは、中空構造の本体部２１、本体部２１の上部に位置し、太陽電池パネル１０の周縁部をシリコーン樹脂などのシール材を介して嵌め込む断面コ字状の嵌合部２２を有する。嵌合部２２の下側の保持部を構成する本体部２１の上面部には、シール材を塗布するため凹部２６ａが設けられ、この凹部２６ａに垂直方向に立ち上がる嵌合部２２の壁面にもシール材を塗布するための凹部２６ｂが設けられている。さらに、本体部２１の凹部２６ａに連接してシール材を溜め込む溝２６ｃが設けられている。

フレーム２０ａ、フレーム２０ｂのコーナー部には、コーナーピース３０が圧入される矩形状の取り付け部２７が設けられている。

取り付け部２７に圧入されるコーナーピース３０は、アルミニウムで形成され、図６に示すように、鉤状部３１が設けられている。図４及び図６に示すように、この鉤状部３１の幅（ｗ）は、矩形状の取り付け部２７の幅（ｃ）より、若干広く形成されている。そして、高さは取り付け部２７の高さ（ｂ）と同じか若干低く形成されている。

フレーム２０ａ、２０ｂ同士の接続は、図６ないし図８に示すように、一方のフレーム２０ｂ（２０ａ）の取り付け部２７にコーナーピース３０の鉤状部３１を圧入して、コーナーピース３０を圧入固定する。その後、他方のフレーム２０ａ（２０ｂ）の取り付け部２７にコーナーピース３０の他方の鉤状部３１を圧入して、フレーム２０ａ、２０ｂが固定される。

フレーム２０ａ、２０ｂには、太陽電池モジュール１の表面部材１２上に溜まった水を抜くための水切り用切り欠き部２８が嵌合部２０の一部を切り欠いて設けられている。この切り欠き部２８は、太陽電池モジュール１の大きさによりその設ける個数は適宜選ばれる。

図１に示すように、この実施形態においては、水が溜まりやすいコーナー部分近傍にそれぞれ１個の切り欠き部２８を設けている。さらに、太陽電池パネル１０の長辺側に設けられるフレーム２０ｂは中央部分にも切り欠き部２８を設けている。従って、短辺側のフレーム２０ａは両コーナー部分近傍にそれぞれ１個ずつ、計２個の切り欠き部２８が設けられている。

また、長辺側のフレーム２０ｂは、両コーナー部分近傍にそれぞれ１個、中央部に１個の計３個の切り欠き部２８が設けられている。

切り欠き部２８の幅は、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度であり、その高さはフレーム２０に嵌合した太陽電池パネル１０の表面部材１２より低くするように切り欠いて形成されている。この実施形態では、嵌合部２２の垂直に立ち上がる壁面の上端面から凹部２６ａに到達する位置まで切り欠き部２８が設けられている。

また、コーナー部分に形成する切り欠き部２８は、コーナー部分から１５ｍｍ〜２０ｍｍ程度離間した位置に形成している。

フレーム２０ａ、２０ｂの嵌合部２２の凹部２６ａ、２６ｂにそれぞれディスペンサを用いて、シール材４０としてのシリコーン樹脂を塗布する。そして、太陽電池パネル１０の周縁部をそれぞれフレーム２０ａ、２０ｂの嵌合部２２に嵌め込み、フレーム２０ａ、２０ｂを太陽電池パネル１０に取り付ける。

フレーム２０ａ、２０ｂにそれぞれ設けた切り欠き部２８の嵌合部２２の壁面に相当する箇所には、その周囲からのシリコーン樹脂がはみ出してくる。この発明では、切り欠き部２８のシール材の形状を太陽電池モジュール１の表面部材１２上から流れる水を遮らず、また、切り欠き部２８から流れ落ちた水が太陽電池パネル１０とフレーム２０との間に入り込まないように形成している。

このため、切り欠き部２８に設けられるシール材４０ａは、少なくとも太陽電池パネル１０の周縁部とフレーム２０ａ、２０ｂの本体部２１の上部の露出している部分を覆い、太陽電池パネル１０の表面部材１２を越える位置まで達しないように形成されている。また、シール材４０ａは、太陽電池パネル１０の周縁部のうち少なくとも裏面部材１３の周縁部及び封止材１４の周囲を覆い、表面部材１２の周縁部の少なくとも一部を覆うように形成されている。

この実施形態では、図３及び図５に示すように、切り欠き部２８に形成されるシール材４０ａは、本体部２１に設けられた凹部２６ａ上を覆い、太陽電池パネル１０の表面部材１２の僅かに下からフレーム２０ａ、２０ｂの端に向かって広がるテーパ状の断面三角形状に形成されている。シール材４０ａのフレーム２０ａ（２０ｂ）側から太陽電池パネル１０に臨む面には、嵌合部２２の上から下に向かうテーパ面４０ｂが形成される。

また、切り込み部２８が設けられていない嵌合部２２では、図４に示すように、シール材４０が表面部材１２の上まで回り込み、嵌合部２２内で太陽電池パネル１０の周縁部を確実にシールして固定している。

上記のように、切り欠き部２８に設けるシール材４０ａの形状を、太陽電池パネル１０の表面部材１２には達せず、本体部２１に設けられた凹部２６ａ上を覆うようにすることで、切り欠き部２８から流れ落ちた水が太陽電池パネル１０とフレーム２０との間に入り込むことが抑制できる。また、シール材４０ａにテーパ面４０ｂを形成することで、切り欠き部２８から水をスムーズに排出することができる。

また、上記のように、シール材４０ａは、封止材１４の周縁部を覆うように形成されているので、切り欠き部２８から流れ落ちた水が、封止材１４の内部に浸入することを抑制することができる。このため、封止材１４の内部に封止されている太陽電池１１の出力の特性が水分の影響により低下することを抑制することができる。

また、上記のように、シール部材４０ａは、裏面部材１３の周縁部を覆うように形成されているので、裏面部材１３の周縁部が水に曝されることを抑制できる。このため、水の浸入による裏面部材１３の劣化を抑制することができる。

また、上記シール材４０ａをフレーム２０と同系色のものにすれば、切り欠き部２８を目立たなくでき、意匠の上で好適である。

次に、切り欠き部２８に設けるシール材４０ａを、外観清浄などを行うことなく、所望の形状に形成する方法につき図面に従い説明する。

図９、図１１及び図１２に示すように、切り欠き部２８にシール材の形状を規制する治具５０を取り付ける。この治具５０は、フレーム２０の本体部２１の下部と嵌合部２２の上面との間に嵌め込んで固定する。この治具５０は、本体部２１の下部と当接する下部突出部５２と、切り欠き部２８に嵌め込まれ、嵌合部２２の上部に倣い嵌合部２２の上部と同様の形状となる上部突出部５３を有する。そして、治具５０には、太陽電池パネル１０の周縁部が位置する上部突出部５３の箇所から下方に向かってフレーム２０の凹部２６ａの端部まで達するテーパ面５１が設けられている。

太陽電池パネル１０をフレーム２０に取り付けるには、まず、図１１及び図１２に示すように、治具５０をフレーム２０ａ、２０ｂの切り欠き部２８に嵌め込み、切り欠き部２８にシール材の形状を規制するテーパ面５１が臨むように固定する。

その後、フレーム２０ａ、２０ｂの嵌合部２２の凹部２６ａ、２６ｂにそれぞれディスペンサを用いて、シール材４０としてのシリコーン樹脂を塗布する。このシリコーン樹脂の塗布は、シリコーンの塗布量を３２ｇ／ｍで行った。図１０に示すように、切り欠き部２８が設けられていない嵌合部２２は、凹部２６ａ、２６ｂにシール材４０が塗布され、図１１に示すように、切り欠き部２８が設けられている嵌合部２２には、凹部２６ａにシール材４０が塗布されている。

そして、太陽電池パネル１０の周縁部を嵌合部２２内に嵌め込む。この時、嵌合部２２内に塗布されたシール材４０は、嵌合部２２内で太陽電池パネル１０の表面部材１２上にも回り込み、図４に示すように、嵌合部２２内で太陽電池パネル１０の周縁部を確実にシールして固定する。

一方、切り欠き部２８の嵌合部２２の壁面に相当する箇所には、その周囲からシリコーン樹脂からなるシール材４０がはみ出してくる。そして、はみ出してきたシール材は治具５０によりその形状が規制され、太陽電池パネル１０の表面部材１２の僅かに下からフレーム２０ａ、２０ｂの端までテーパ状にシール材４０ａが形成される。

その後、シール材が固化した後、治具５０をフレーム２０ａ、２０ｂから外すと、図５に示すように、治具５０により形状が規制されたシール材４０ａが切り欠き部２８に形成されている。このように、治具５０を用いることで、本体部２１に設けられた凹部２６ａ上を覆い、太陽電池パネル１０の表面部材１２の僅かに下からフレーム２０ａ、２０ｂの端に向かって広がるテーパ状のシール材４０ａを外観清浄などを行うことなく形成できる。

次に、この発明の第２の実施形態につき、図１３及び図１４を参照して説明する。

上記した第１の実施形態においては、切り欠き部２８に形成するシール材４０ａがフレーム２０ａ（２０ｂ）の本体部２１の周縁部まで覆うように形成し、凹部２６ａの表面が隠れるように形成している。

これに対して、この第２の実施形態においては、フレーム２０ａ（２０ｂ）の本体部２１の周縁部までシール材４０ａが到達せずに、凹部２６ａの一部が露出するように形成している。

フレーム２０ａ（２０ｂ）の本体部２１の周縁部までシール材４０ａが到達せずに、凹部２６ａの一部が露出するような形状になるような治具を用いて、シール材４０ａを形成すればよい。

フレーム２０ａ（２０ｂ）の周縁部までシール材４０ａが到達しないように形成することで、フレーム２０ａ（２０ｂ）の周縁までシール材が回り込むのを確実に抑制でき、フレーム２０ａ（２０ｂ）の本体部２１の側面等を清掃する作業を殆ど無くすことができる。

上記した第１及び第２の実施形態において、全ての第１フレーム２０ａ及び第２フレーム２０ｂがそれぞれ切り欠き部２８を有することとしたが、第１フレーム２０ａ及び第２フレーム２０ｂの少なくとも１つが切り欠き部２８を有するように構成しても良い。また、各フレーム２０ａ（２０ｂ）に設ける切り欠き部２８の数及び配置も種々の構成を採ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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とが意図される。

１０太陽電池モジュール本体、１１太陽電池、２０フレーム、２０ａ第１フレーム、２０ｂ第２フレーム、２１フレーム本体、２２嵌合部、２７取り付け部、２８切り欠き部、３０コーナーピース、３１鉤状部、４０、４０ａシール材。

Claims

太陽電池パネルの周縁部にフレームを取り付けた太陽電池モジュールであって、
前記フレームは、本体部と、本体部の上部に位置し、太陽電池パネルの周縁部が嵌め込まれる嵌合部と、前記嵌合部の表面部材側の一部に前記太陽電池パネルの表面部材より下方まで切り欠いた水抜き用切り欠き部と、を備え、
前記嵌合部にシール材を介して太陽電池パネルが嵌め込まれ、前記切り欠き部には、少なくとも前記太陽電池パネルの周縁部とフレームの本体部の上部の露出している部分を覆い、前記太陽電池パネルの表面部材より下から前記フレームの端に向かって広がるテーパ状に形成された切り欠き部用シール材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。
太陽電池パネルと、
本体部と、本体部の上部に位置し、太陽電池パネルの周縁部が嵌め込まれる嵌合部と、前記嵌合部の表面部材側の一部に前記太陽電池パネルの表面部材より下方まで切り欠いた水抜き用切り欠き部と、を備えたフレームと、
切り欠き部に設けるシール材の形状を前記太陽電池パネルの表面部材より下から前記フレームの端に向かって広がるテーパ状に形成されるように規制する治具と、を有し、
前記切り欠き部に前記治具を固定し、前記嵌合部にシール材を塗布した後、前記嵌合部に前記太陽電池パネルの周縁部を嵌め込み、前記切り欠き部にはみ出したシール材を前記治具でその形状を規制し、前記切り欠き部に、少なくとも前記太陽電池パネルの周縁部とフレームの本体部の上部の露出している部分を覆い、前記太陽電池パネルの表面部材を越える位置まで達しない切り欠き部用シール材を形成することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。