JP5420667B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽等の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールに関するものである。

従来の太陽電池モジュールとしては、受光面側にガラスを配置し、このガラスの裏面側に電気的に接続された複数の太陽電池セルを並べ、これら複数の太陽電池セルを封止材にて封止し、さらにその裏面をカバー材で覆ってなる太陽電池パネルに、太陽電池パネルの外周部を挟み込む形で保持する断面コの字状の枠部材を、接着剤や緩衝材等を介して取り付けた構造の太陽電池モジュールが多用されている。前記枠部材は太陽電池モジュールの強度を確保するとともに、太陽電池モジュールを住宅の屋根や屋上等に固定するための役割も有している。一般的な枠部材の断面形状としては、特許文献１の図２に示される形状が挙げられる。

通常、太陽光発電システムにおいては、複数枚の太陽電池モジュールをその出力ケーブルにより直列接続して所望の電圧となるようにし、さらにそれらを並列に構成して所望の電力を得られるようにしている。太陽光発電システムは屋外に設置されるため、前記ケーブルが非固定状態であると、風等によってケーブルが揺れ動いて他の構造物と機械的に接触することにより、ケーブルを傷める恐れがある。また、太陽光発電システムを船舶などの乗物に設置した場合には、乗物の揺れや振動が加わるため、ケーブルが他と接触して傷む恐れがより高い。そのため、太陽電池モジュールを設置する際には、太陽電池モジュール自体の枠部材や、太陽電池モジュールを設置するための構造物である架台を利用してケーブルを固定することが必要である。

特開２００３−２８２９１９号公報（第２図）

太陽電池モジュールを架台上に設置した状態の一例を図１４および図１５に示す。太陽電池モジュールは、あらかじめ住宅の屋根や屋上等に設置された架台の上に並べられ、ネジ等により太陽電池モジュールの枠部材部を架台に固定されて、設置される。ここで、太陽電池モジュールのケーブルを固定するために枠部材を利用する方法としては、枠部材の側面部に穴を開け、その穴に結束バンド等の固定具を通してケーブルを枠部材に縛り付けて固定するという方法が考えられる。しかし、結束バンドでケーブルを固定するためには、枠部材の側面部の穴から太陽電池モジュール外側に出した結束バンドを、別の穴からもう一度太陽電池モジュール内側に戻して、そこでケーブルを結束する必要がある。従って穴も２ヵ所開けなければならない。これらは、住宅の屋根の上における太陽電池モジュールの設置工事においては特に作業性が悪く、多くの時間を必要とする。

なお、結束バンドを枠部材側面部から太陽電池モジュール外側に出して直射日光や雨に曝すことは、結束バンドの耐候性のグレードを上げることが必要がであったり、また意匠性を低下させたりする課題を発生させる。さらに、結束バンドを通した部分の枠部材に隣接させて、別な太陽電池モジュールを配置する必要がある場合は、外部に出た結束バンド部が邪魔になって、太陽電池モジュール同士を密着させることができないため、太陽電池モジュールの配置に影響を与えることにもなる。

枠部材には、太陽電池モジュールを架台に取り付けるためのフランジ部を有することが多い。そこで、枠部材の側面部ではなく、枠部材のフランジ部に穴を開け、結束バンドを通してケーブルを縛る方法も知られているが、しかしながら、フランジ部が全長にわたって全て架台上に載置される場合には架台にも結束バンドを逃がす穴を開けなければならなくなる等、架台側の条件に左右されるため実現できない場合もある。

また、枠部材には固定せず、架台に結束バンドを巻きつけてケーブルを固定する方法も知られているが、固定したい箇所に架台がない場合等、やはり架台の設置条件により実現できない場合がある。従来の太陽電池モジュールにおいては、ケーブルを固定することに対して、以上述べたような課題があった。

この発明は上述したような課題を解決するためになされたもので、設置時におけるケーブル固定作業を容易とする枠部材を有する太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

この発明に係る太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セルと、太陽電池セルの受光面を覆う表面カバー材と、太陽電池セルの裏面を覆う裏面カバー材とを有する平板状の太陽電池パネルと、太陽電池パネルの周縁部を太陽電池パネルの表面側と裏面側とから挟持する断面コの字状のパネル保持部を有する枠部材と、太陽電池セルから直流電力を取り出すケーブルとを備えた太陽電池モジュールにおいて、少なくとも一辺の枠部材のパネル保持部の太陽電池パネルの裏面側に面するパネル保持部裏面にケーブルを保持可能なケーブル保持部を設けたものである。

この発明は、太陽電池モジュールの少なくとも一辺の枠部材のパネル保持部の太陽電池パネル裏面側となる面にケーブルを保持可能なケーブル保持部を設けたので、このケーブル保持部を利用して簡単にケーブルを保持することができ、ケーブル固定作業の作業性を向上させる。

図１は、本発明の実施の形態１を示す太陽電池モジュールの表面から見た平面図である。 図２は、本発明の実施の形態１を示す太陽電池モジュールの裏面から見た平面図である。 図３は、本発明の実施の形態１を示す太陽電池モジュールの枠部材における断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１を示す太陽電池モジュールの枠部材における断面図である。 図５は、本発明の実施の形態１を示す太陽電池モジュールの枠部材における断面図である。 図６は、本発明の実施の形態１を示す太陽電池モジュールの枠部材における断面図である。 図７は、本発明の実施の形態１を示す太陽電池モジュールの枠部材にケーブルを結束した断面図である。 図８は、本発明の実施の形態１を示す太陽電池モジュールの枠部材にケーブルを結束した断面図である。 図９は、本発明の実施の形態２を示す太陽電池モジュールの枠部材にケーブルを保持した断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態２を示す太陽電池モジュールの枠部材にケーブルを保持した側面図である。 図１１は、本発明の実施の形態２を示す太陽電池モジュールの枠部材にケーブルを保持した裏面図である。 図１２は、本発明の実施の形態３を示す太陽電池モジュールの枠部材における断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態４を示す太陽電池モジュールの枠部材にケーブルを保持した断面図である。 図１４は、本発明に係る太陽電池モジュールの架台への設置状態を説明するための斜視図である。 図１５は、本発明に係る太陽電池モジュールの架台への設置状態を説明するための断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの全体を表面側から見た平面図である。図１において、太陽電池モジュール１は、縦横に複数配列された太陽電池セル２を樹脂封止し、その受光面側を透光性の表面カバー材３で覆い、裏面側を裏面カバー材（図示せず）で覆って構成される太陽電池パネル５と、太陽電池パネル５の外縁部を全周にわたって囲む枠部材６とを有している。枠部材６は、ブチル系の封止材またはシリコン系の接着剤などを介して太陽電池パネル５に固定され、太陽電池パネル５を補強するとともに、太陽電池パネル５を住宅やビルなどの建物や地面や構造物に設けられた架台に取り付けるための役割のフランジ（図示せず）を有する。

図２は本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールを裏面側から見た平面図である。図２に示すように、太陽電池モジュール１は、裏面側を裏面カバー材４で覆われており、太陽電池セル２で発電された直流電力を外部に取り出すための端子ボックス７およびケーブル８を有している。すなわち、複数の太陽電池セル２はそれぞれ配線により接続されて直列回路を構成しており、その直列回路全体のプラス極およびマイナス極は端子ボックス７内のプラス端子、マイナス端子（ともに図示せず）にそれぞれ接続されている。さらにこの端子ボックス７のプラス端子およびマイナス端子にはケーブル８がそれぞれ１本ずつ接続され、端子ボックス７の外部に引き出されている。ケーブル８のそれぞれの先端にはコネクタ９が取り付けられており、ケーブル８が接続されている端子ボックス７内の端子の極性により、それぞれプラス用コネクタ、マイナス用コネクタになっている。

太陽光発電システムでは、所望の直流電圧を得るために複数の太陽電池モジュールを直列接続し、また、必要な直流電力を得るために直列接続した太陽電池モジュールをさらに並列に構成している。２枚の太陽電池モジュールを直列接続するためには、一方の太陽電池モジュールのケーブルのコネクタ部（マイナス用）と、もう一方の太陽電池モジュールのケーブルのコネクタ部（プラス用）とを接続する。２枚以上の太陽電池モジュールによる直列接続は、それを順次繰り返す。

図３〜図８は本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの枠部材における各種の断面図である。まず図３を説明する。太陽電池セル２は縦横に複数配列され、その受光面側を透光性の表面カバー材３で覆い、裏面側を裏面カバー材４で覆って封止され、階層構造の太陽電池パネル５を構成している。太陽電池パネル５は、ブチル系の封止材またはシリコン系の接着剤などの緩衝材１６を介して、枠部材６に備えられた断面コの字状のパネル保持部１２により狭持する形で固定される。枠部材６は、アルミニウムなどの押出成型にて製作され、太陽電池パネル５の外縁部を全周にわたって囲んでいる。

パネル保持部１２は、パネル保持部表面１２ａ、パネル保持部側面１２ｂ、パネル保持部裏面１２ｃからなり、断面コの字状に形成されている。パネル保持部側面１２ｂから太陽電池パネル５裏面側から離れる方向（本実施の形態においては鉛直下方向）に枠側面部１４が延びており、その終端部から太陽電池パネル５と略平行に延びるフランジ１５が形成され、枠側面部１４とフランジ１５とでＬ字状となっている。このフランジ１５は、太陽電池モジュール１の強度を確保するとともに、太陽電池モジュール１の架台への取り付けに使用する。また、パネル保持部裏面１２ｃの下面において、枠側面部１４の内側には、枠側面部１４と所定の隙間を空けて略平行で、枠側面部１４の断面長さＬ１よりも短い断面長さＬ２のリブとして形成されたケーブル保持部１３が立設されている。

ここで、ケーブル保持部１３はパネル保持部裏面１２ｃ、枠側面部１４およびフランジ１５とで閉じた筒形状でなく、ケーブル保持部１３とフランジ１５との間に隙間を有しているので、図７に示すように、ケーブル保持部１３に予め具備された開口部（貫通口）１１または後加工により開けた穴と、ケーブル保持部１３とフランジ１５との間の隙間を経由して、結束バンド１７を通し、ケーブル８をケーブル保持部１３部に容易に固定することができる。この構成によると、ケーブル保持部１３に固定されたケーブル８は太陽電池モジュール１の外周部からは見えないことになり、太陽電池モジュール１設置後の意匠性が向上する。また結束バンド１７に直接太陽光や雨等が当たらないため、結束バンド１７が劣化しにくく、耐候性の優れた結束バンド１７を使わなくてもよい。

なお、図８に示すように、ケーブル８はケーブル保持部１３と枠側面部１４との間に収納される位置で固定することもできる。この方法によれば、陸屋根設置の太陽光発電システムのように太陽電池モジュールの裏面を見ることができる構造でも、ケーブル８は大部分が剥き出しに配線されずに隠されるため、意匠性が向上する。

また、図４は、枠側面部１４とパネル保持部側面１２ｂとが断面において一直線になっていない場合の枠部材の断面形状を示す。すなわち、枠部材６の枠側面部１４は、パネル保持部裏面１２ｃの外端部すなわちパネル保持部側面１２ｂの位置からではなく、パネル保持部裏面１２ｃの内部寄りの位置から延びている。この形状においては、パネル保持部側面１２ｂと枠側面部１４との段差に指をかけることができるので、段積みされた太陽電池モジュールから一枚の太陽電池モジュールを運び出す場合等に作業し易い。また、枠側面部１４の終端にフランジ１５がない構成になっているが、この場合でも、枠側面部１４の断面長さＬ１よりもケーブル保持部１３の断面長さＬ２が短いので、ケーブル保持部１３に固定されたケーブル８は太陽電池モジュール１の外周部からは見えないことになり、太陽電池モジュール１設置後の意匠性が向上し、また結束バンド１７に直接太陽光や雨等が当たらず、耐候性の優れた結束バンド１７を使わなくてもよい。

図５は筒形状により枠部材強度を確保した場合の枠部材断面形状である。すなわち、パネル保持部裏面１２ｃから枠部材６の枠側面部１４と略平行に補強片１８が延びてフランジ１５まで達し、筒形状を形成している。この構造でも、枠側面部１４の断面長さＬ１よりも短い断面長さＬ２のケーブル保持部１３があれば、図３の場合と全く同様にケーブル８の固定が可能である。

図６は枠部材６の断面形状において、パネル保持部表面１２ａの断面長さＬ３よりパネル保持部裏面１２ｃの断面長さＬ４を長くすることによって、枠部材強度を向上させた形状である。枠部材６の断面形状においてはＨ形鋼やＣ形鋼のように、枠部材６の断面のある方向に荷重がかかったとき、その方向に対する枠部材６の断面長が長い程、少ない断面積で効率的に強度確保ができる。図６では、ケーブル保持部１３を突設するパネル保持部裏面１２ｃの断面長さＬ４を長くすることで効率的に枠部材側面に垂直な方向への強度を向上させることができる。さらに、ケーブル保持部１３の突設する位置をパネル保持部裏面１２ｃの先端に寄せることで、同じ断面積で枠部材の強度をより向上させることができる。

上述したようなケーブル保持部１３にケーブル８を固定した状態を、太陽電池モジュール１の裏面から見ると図２に示したようになる。ここで図２における枠部材６の部分は、図７のＡ−Ａ部分での断面図を示す。ケーブル８は、結束バンド１７によりケーブル保持部１３に固定されている。

なお、太陽電池モジュール１は長期間屋外に設置されることになるため、ケーブル８をケーブル保持部１３の角に押し付けて固定した場合や振動などによりケーブル８がケーブル保持部１３の先端の角部１３ａに当たる場合には、長期的にはケーブル８を傷めることになる。ケーブル保持部１３の角に当たらないようにケーブル８を取付けるためには、ケーブル保持部１３の断面長さＬ２をケーブル８の直径以上にすることが有効である。また、ケーブル保持部１３の先端の角部１３ａをＲ形状にしておくことにより、なお傷が付きにくくなる。

実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２における太陽電池モジュールの枠部材の断面図である。以下、図９により説明する。本実施の形態では、枠部材６の枠側面部１４とケーブル保持部１３との対向距離Ｌ５をケーブル８の直径以下とする。ただし、対向距離Ｌ５はケーブル８の直径に対して極端に小さくするものではなく、ケーブル８の被覆部が圧縮された時の直径程度とする。これにより、枠側面部１４とケーブル保持部１３との隙間にケーブル８を押し込むと、ケーブル８の被覆部が圧縮されて弾性変形することにより、ケーブル８は通常の直径より小さくなって枠側面部１４とケーブル保持部１３との隙間に入り込み、しかも狭持されて抜け落ちることがない。すなわち、枠部材６のみでケーブル８を直接保持することが可能であり、結束バンド１７を省くこともできる。なお、ケーブル保持部１３の先端の角部１３ａをＲ形状にすることにより、ケーブル８を押し込みやすく、また、ケーブル８に傷が付きにくくなる。また、太陽電池モジュールの設置工事において、太陽電池モジュール１を架台に載せ、ネジ等で固定する据付作業の際、ケーブル８を枠部材６に一時的に狭持させておくことで据付作業の邪魔にならないといった利点もある。

図１０、図１１は本発明の実施の形態２における太陽電池モジュールの枠部材における側面図および太陽電池モジュールの裏面図である。図１０、図１１において、ケーブル８をケーブル保持部１３と枠側面部１４との間に通すために、ケーブル保持部１３の長手方向の端あるいは中間部などの一部分にケーブル径以上の幅の切欠き部１９を設けたものである。これにより、端子ボックス７から出るケーブル８は、太陽電池パネル５と垂直な方向に垂れ下がることなく太陽電池パネル５の裏面に沿ってケーブル保持部１３まで延ばし、切欠き部１９を通してケーブル保持部１３と枠側面部１４との間に挟み込んで保持することができる。なお、切欠き部１９の幅を、ケーブル８を所定のＲで曲げて切欠き部１９を通すために必要な寸法とすれば、さらにケーブル８の配線がし易くなる。この切欠き部１９は、実施の形態１に示した図８の場合にも有効である。

実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３における太陽電池モジュールの枠部材における断面図である。以下、図１２により説明する。本実施の形態では、パネル保持部裏面１２ｃから枠側面部１４と略平行に延びたケーブル保持部１３は、パネル保持部裏面１２ｃからの距離がケーブル８の直径以上になる箇所で枠側面部１４に対して反対方向に折れ曲がって太陽電池パネル５と略平行に延び、ケーブル保持部１３の折れ曲がった箇所から先端縁までの距離がケーブル８の直径以上とするものである。この構成では、太陽電池モジュール１を設置した際、ケーブル保持部１３の水平に折れ曲がった部分にケーブル８を乗せておくことができるため、ケーブル８を結束バンド１７で固定する作業がやり易い。

実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４における太陽電池モジュールの枠部材における断面図である。以下、図１３により説明する。本実施の形態では、パネル保持部裏面１２ｃから枠側面部１４と略平行に延びたケーブル保持部１３は、パネル保持部裏面１２ｃからの距離がケーブル８の直径以上になる箇所で枠側面部１４側に折れ曲がって延び、その先端と枠側面部１４との対向距離Ｌ６をケーブル８の直径以下とするものである。ただし、対向距離Ｌ６はケーブル８の直径に対して極端に小さくするものではなく、ケーブル８の被覆部が圧縮された時の直径程度とする。

これにより、枠側面部１４とケーブル保持部１３の先端との隙間からケーブル８を押し込むと、ケーブル８の被覆部の弾性変形により、ケーブル８は通常の直径より小さくなって枠側面部１４とケーブル保持部１３の先端との隙間から枠側面部１４、ケーブル保持部１３、パネル保持部裏面１２ｃに囲まれた空間に入り込み、しかもいったん入り込んだ後は枠側面部１４とケーブル保持部１３の先端との隙間からケーブル８が抜け落ちることはない。さらには、枠側面部１４、ケーブル保持部１３、パネル保持部裏面１２ｃに囲まれた空間内においては、ケーブル８は固定されていないので、配線作業においてケーブル８を引っ張ったり押し込んだりして配線ルートを調整する作業がやり易い。この場合も結束バンド１７は状況に応じて不要とすることができる。また、この実施の形態においても、前述した図１０、図１１に示す切欠き部１９は有効である。なお、ケーブル保持部１３の先端の角部１３ａをＲ形状にすることにより、ケーブル８を押し込みやすく、また、ケーブル８に傷が付きにくくなる。

なお、一般的に枠部材の断面形状は太陽電池モジュール短辺方向と長辺方向で異なるが、ケーブル固定においては本発明にかかわる断面形状の枠部材が１辺でもあればよい。

１ 太陽電池モジュール
２ 太陽電池セル
３ 表面カバー材
４ 裏面カバー材
５ 太陽電池パネル
６ 枠部材
８ ケーブル
１１ 開口部（貫通口）
１２ パネル保持部
１２ｃ パネル保持部裏面
１３ ケーブル保持部
１４ 枠側面部
１９ 切欠き部

Claims (2)

1. 太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光面を覆う表面カバー材と、前記太陽電池セルの裏面を覆う裏面カバー材とを有する平板状の太陽電池パネルを備えた太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池パネルの外縁部を囲み、前記太陽電池モジュールが取り付けられる架台に固定される枠部材と、
   前記太陽電池セルから電力を取出すためのケーブルと、を備え、
   前記枠部材は、
   前記太陽電池パネルの表面側のパネル保持部表面と、前記太陽電池パネルの裏面側のパネル保持部裏面と、パネル保持部側面とからなる断面コの字状をなし、前記太陽電池パネルの前記外縁部を前記太陽電池パネルの前記表面側と前記裏面側とから挟持するパネル保持部と、
   前記パネル保持部裏面に立設され、前記枠部材の外殻を構成する枠側面部と、
   前記パネル保持部裏面に立設され、前記ケーブルを保持可能なケーブル保持部と、を有し、
   前記ケーブルは、前記ケーブル保持部と前記枠側面部との間に収納される位置で固定され、
   前記ケーブル保持部は、前記パネル保持部裏面からの距離が前記ケーブル径以上となる箇所から先の部分が前記枠側面部側の方向に曲がり、曲る部分先端縁は、被覆径を縮めるように弾性変形させた前記ケーブルが通れ、且つ弾性変形していない前記ケーブルの直径以下の幅の隙間を空けて前記枠側面部と対向し、
   前記ケーブル保持部に、前記ケーブルを前記ケーブル保持部内外間で通過可能とする切欠き部が設けられている
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記ケーブル保持部に前記ケーブルを固定する固定具を通す貫通口を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。

Images