JP5555085B2 - 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し、特に、屋根等に複数枚並べて設置される太陽電池モジュールに関する。

一般に太陽光発電システムにおいて、住宅の屋根上に架台などのモジュール設置用部材を取り付け、その上に複数枚の太陽電池モジュールが縦横に並べて設置される。住宅用の太陽光発電システムでは、３ｋＷから４ｋＷのシステムとする場合が多いが、この場合、太陽電池モジュールの枚数はおよそ２０枚になる。

ここで、太陽電池モジュールの絶縁が損なわれた場合に漏電や感電等の被害を回避するために、太陽電池モジュールはそれぞれアースを取る必要がある。そのアースの取り方は、特許文献１に示すように、太陽電池モジュールの枠体であるアルミフレームにアース線をねじ等で接続し、隣り合う太陽電池モジュール間を互いにアース線でつなぎ、その終端を接地するというものである。

あるいは、それぞれの太陽電池モジュールのアルミフレームから、太陽電池モジュールを設置するための金属製の架台にアース線をつなぎ、その架台を接地するという方法もある。

特開平１１−１５９０９０号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、それぞれの太陽電池モジュールに対して、そのアルミフレームにアース線をねじ止めしなければならない。このため、屋根上に設置される太陽電池モジュールの枚数が多くなると、施工作業者にとってアース線の接続作業に時間をとられるようになるという問題があった。しかも、このアース線の接続作業は、足場の悪い傾斜屋根の上で行われ、危険を伴うものでもある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池モジュールの枠体であるアルミフレームにアース線をねじ止めすることなく、隣り合う太陽電池モジュール間を互いにアース線で接続することが可能な太陽電池モジュール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は、太陽電池セルを備える太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの周縁部を挟持する金属製の枠部材と、正極側端子板を介して前記太陽電池セルに接続された電力取出用正極ケーブルと、負極側端子板を介して前記太陽電池セルに接続された電力取出用負極ケーブルと、太陽電池モジュールの接地のための第１の接地用ケーブルおよび第２の接地用ケーブルと、前記第１の接地用ケーブルの端に接続された第１の接地用コネクタと、前記第２の接地用ケーブルの端に接続され、かつ前記第１の接地用コネクタに嵌合可能に構成された第２の接地用コネクタと、前記正極側端子板および前記負極側端子板を収納する端子ボックスと、前記端子ボックスを塞ぎ、かつ前記枠部材に電気的に接続された導電性の蓋と、を有し、前記第１の接地用ケーブルのうち前記第１の接地用コネクタに接続された端とは反対の端と、前記蓋とは、電気的に接続され、前記第２の接地用ケーブルのうち前記第２の接地用コネクタに接続された端とは反対の端と、前記蓋とは、電気的に接続されていることを特徴とする。

この発明によれば、太陽電池モジュールの枠体であるアルミフレーム間に渡るようにアース線をねじ止めすることなく、隣り合う太陽電池モジュール間を互いにアース線で接続することが可能という効果を奏する。

図１（ａ）は、本発明に係る太陽電池モジュールの実施の形態１の概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の太陽電池モジュールの概略構成を示す側面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）の太陽電池モジュールの端子ボックス５の配置状態を示す平面図である。 図２（ａ）は、図１（ｃ）の端子ボックス５の概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の端子ボックス５の概略構成を示す側面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）の端子ボックス５を枠部材２に取り付けた状態を示す側面図である。 図３は、本発明に係る太陽電池モジュールに適用される端子ボックス５´の実施の形態２の概略構成を示す平面図である。 図４は、図３の端子ボックス５´を枠部材２に取り付けた状態を示す平面図である。 図５は、本発明に係る太陽電池モジュールに適用される端子ボックス５´´を枠部材２に取り付けた時の実施の形態３の概略構成を示す平面図である。 図６は、本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上に取り付けた時の実施の形態４の概略構成を示す側面図である。

以下に、本発明に係る太陽電池モジュール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（ａ）は、本発明に係る太陽電池モジュールの実施の形態１の概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の太陽電池モジュールの概略構成を示す側面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）の太陽電池モジュールの端子ボックス５の配置状態を示す平面図である。

図１において、太陽電池セル１は複数枚縦横に並べて平面上に配置されており、その受光面側は表面カバー材３、裏面側は裏面カバー材４に覆われて、太陽電池パネルを構成している。

さらに、太陽電池パネルの周縁部は、太陽電池パネルの表面側と裏面側とから金属製の枠部材２で挟持されている。また、太陽電池セル１の表面電極と隣接する太陽電池セル１の裏面電極とが直列に順次接続されている。

従って、１枚の太陽電池モジュールに設けられた全ての太陽電池セル１が直列となり、終端の太陽電池セル１の正電極が太陽電池モジュールの正電極、もう一方の終端の太陽電池セル１の負電極が太陽電池モジュールの負電極となる。

また、太陽電池モジュールには、端子ボックス５が設けられている。この端子ボックス５からは第１の複線ケーブル１２および第２の複線ケーブル１３が引き出されている。なお、第１の複線ケーブル１２および第２の複線ケーブル１３は、互いに絶縁された２本の導体線をそれぞれ設けることができる。これらの第１の複線ケーブル１２および第２の複線ケーブル１３は、端子ボックス５から同一方向に引き出すことができる。

ここで、枠部材２には、フランジ１９が設けられるとともに、枠部材２の側面には、第１の複線ケーブル１２および第２の複線ケーブル１３を引き出す貫通穴１６が設けられている。

この貫通穴１６は、枠部材２の両側面に対向するように配置し、第１の複線ケーブル１２を一方の貫通穴１６から引き出し、第２の複線ケーブル１３を他方の貫通穴１６から引き出すことができる。

図２（ａ）は、図１（ｃ）の端子ボックス５の概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の端子ボックス５の概略構成を示す側面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）の端子ボックス５を枠部材２に取り付けた状態を示す側面図である。

図２において、端子ボックス５内には、太陽電池セル１の終端の正極側に接続された正極側端子板１７と、太陽電池セル１の終端の負極側に接続された負極側端子板１８が設けられている。

また、第１の複線ケーブル１２には、電力取出用正極ケーブル６および第１の接地用ケーブル８が設けられ、第２の複線ケーブル１３には、電力取出用負極ケーブル７および第２の接地用ケーブル９が設けられている。

ここで、電力取出用正極ケーブル６および第１の接地用ケーブル８は第１の複線ケーブル１２のそれぞれの導体線を用いることができ、電力取出用負極ケーブル７および第２の接地用ケーブル９は第２の複線ケーブル１３のそれぞれの導体線を用いることができる。

そして、電力取出用正極ケーブル６の一端は、正極側端子板１７を介して太陽電池セル１の終端の正極側に接続され、電力取出用負極ケーブル７の一端は、負極側端子板１８を介して太陽電池セル１の終端の負極側に接続されている。

一方、電力取出用正極ケーブル６の他端は、電力取出用正極コネクタ１４に接続されている。電力取出用負極ケーブル７の他端は、電力取出用負極コネクタ１５に接続されている。

第１の接地用ケーブル８の一端は端子ボックス５の金属製の蓋５ａにねじ止めされて電気的に接続されている。また、第２の接地用ケーブル９の一端も同様に端子ボックス５の金属製の蓋５ａにねじ止めされて電気的に接続されている。

一方、第１の接地用ケーブル８の他端は、第１の接地用コネクタ１０に接続されている。第２の接地用ケーブル９の他端は、第２の接地用コネクタ１１に接続されている。

ここで、電力取出用正極コネクタ１４と電力取出用負極コネクタ１５とは互いに嵌合して電気的に接続することができる。第１の接地用コネクタ１０と第２の接地用コネクタ１１とは互いに嵌合して電気的に接続することができる。

また、電力取出用正極コネクタ１４と第１の接地用コネクタ１０とは一体化されていてもよいし、電力取出用負極コネクタ１５と第２の接地用コネクタ１１とは一体化されていてもよい。

端子ボックス５は太陽電池パネルの裏面側に接着剤などで固定される。また、端子ボックス５の蓋５ａは枠部材２とねじ止めされ、電気的に接続されている。

この太陽電池モジュールは、住宅の屋根上等に並べて設置される。各太陽電池モジュールの直流出力は、太陽電池モジュール同士を直列接続してその出力電圧を大きくしてからパワーコンディショナに入力される。パワーコンディショナは太陽電池モジュールによる直流電力を交流電力に変換し、住宅内の負荷で消費したり、余剰電力を電力系統に逆潮流できるようにしている。

太陽電池モジュール同士を直列接続するには、一方の太陽電池モジュールの電力取出用正極ケーブル６の電力取出用正極コネクタ１４と、もう一方の太陽電池モジュールの電力取出用負極ケーブル７の電力取出用負極コネクタ１５とを接続する。この接続を順次繰り返すことによって、複数枚の太陽電池モジュールを直列につなぎ、その出力電圧をパワーコンディショナに取り込める程度まで高くすることができる。

その際に、一方の太陽電池モジュールの第１の接地用ケーブル８の第１の接地用コネクタ１０と、もう一方の太陽電池モジュールの第２の接地用ケーブル９の第２の接地用コネクタ１１とを接続する。この実施の形態では、一体構造となった電力取出用正極コネクタ１４および第１の接地用コネクタ１０と、一体構造となった電力取出用負極コネクタ１５および第２の接地用コネクタ１１とが互いに嵌合する構造になっているので、上述した各ケーブルの配線作業は１回の接続で簡単に済ませることができる。

このようにして、屋根上の太陽電池モジュールの第１の接地用コネクタ１０と第２の接地用コネクタ１１とを順次接続することによって、各太陽電池モジュールの金属製の枠部材２は電気的に接続された状態になる。そして、例えば、一番軒側の太陽電池モジュールの第１の接地用コネクタ１０（あるいは第２の接地用コネクタ１１）にさらに導体線を接続して、その導体線に対して接地処理を施せば、屋根上の太陽電池モジュールの接地工事が全てなされたことになる。

以上述べたように、本発明の実施の形態１によれば、各太陽電池モジュールの枠部材２間に渡るようアース線をねじ止めすることなく、隣り合う太陽電池モジュール間を互いにアース線で接続することが可能となり、屋根上に設置されたそれぞれの太陽電池モジュールのアースを簡単な作業で取ることができる。

また、電力取出用正極ケーブル６と第１の接地用ケーブル８とを第１の複線ケーブル１２にまとめ、電力取出用負極ケーブル７と第２の接地用ケーブル９とを第２の複線ケーブル１３にまとめることにより、電力取出用正極ケーブル６および電力取出用負極ケーブル７の配線作業を行うことで、第１の接地用ケーブル８および第２の接地用ケーブル９の配線作業を済ませることができ、屋根上での配線処理をさらに簡単に実施できる。

実施の形態２．
図３は、本発明に係る太陽電池モジュールに適用される端子ボックス５´の実施の形態２の概略構成を示す平面図、図４は、図３の端子ボックス５´を枠部材２に取り付けた状態を示す平面図である。

図３および図４において、端子ボックス５´は、太陽電池モジュールの枠部材２のフランジ１９と太陽電池パネルの裏面側との間のスペースに収納できるように構成されている。ここで、正極側端子板１７および負極側端子板１８は、フランジ１９に沿って同一直線上に配置されている。また、第１の接地用ケーブル８と第２の接地用ケーブル９とは、正極側端子板１７および負極側端子板１８に並列して配置されている。

そして、端子ボックス５´は、フランジ１９と太陽電池パネルの裏面側との間のスペースに収納され、端子ボックス５´からは、第１の複線ケーブル１２および第２の複線ケーブル１３が同一方向に引き出されている。

これにより、第１の接地用ケーブル８の一端および第２の接地用ケーブル９の一端が枠部材２に近くなり、端子ボックス５´の蓋を単純な矩形形状とし、小型化することが可能となる。

さらには、端子ボックス５´が枠部材２のフランジ１９に隠れる構造となり、裏面側にむき出しにならないので、太陽電池モジュールの運搬時や施工時に誤って端子ボックス５´を何かにぶつけて損傷するのを回避することができるという効果もある。

実施の形態３．
図５は、本発明に係る太陽電池モジュールに適用される端子ボックス５´´を枠部材２に取り付けた時の実施の形態３の概略構成を示す平面図である。図５において、端子ボックス５´´は、太陽電池モジュールの枠部材２のフランジ１９と太陽電池パネルの裏面側との間のスペースに収納できるように構成されている。ここで、端子ボックス５´´からは、第１の複線ケーブル１２および第２の複線ケーブル１３が反対方向に引き出されている。

一方、枠部材２の側面部の所定の位置に貫通穴１６が設けられている。貫通穴１６は反対側の枠部材２の側面部の所定の位置にも設けられている。そして、第１の複線ケーブル１２は一方の貫通穴１６から引き出され、第２の複線ケーブル１３は他方の貫通穴１６から引き出されている。

これにより、互いに隣接する太陽電池モジュール間で貫通穴１６を通して第１の複線ケーブル１２および第２の複線ケーブル１３を直線上で接続することができ、各太陽電池モジュールを最短距離で直列接続することができる。このため、第１の複線ケーブル１２および第２の複線ケーブル１３の抵抗分で損失する電力を低減することができ、太陽電池システム全体の発電効率を上げることができるという効果もある。

実施の形態４．
図６は、本発明に係る太陽電池モジュールを屋根上に取り付けた時の実施の形態４の概略構成を示す側面図である。図６において、住宅の屋根１０１上には架台１０２などのモジュール設置用部材が取り付けられ、その上に複数枚の太陽電池モジュールが縦横に並べて設置されている。

ここで、太陽電池パネルの周縁部は、太陽電池パネルの表面側と裏面側とから金属製の枠部材１０３で挟持され、枠部材１０３の側面には貫通穴１６が形成されている。

そして、電力取出用正極ケーブル６、電力取出用負極ケーブル７、第１の接地用ケーブル８および第２の接地用ケーブル９は、貫通穴１６を介して引き出されている。

そして、一方の太陽電池モジュールの電力取出用正極ケーブル６の電力取出用正極コネクタ１４と、もう一方の太陽電池モジュールの電力取出用負極ケーブル７の電力取出用負極コネクタ１５とを接続することで、太陽電池モジュール同士が直列接続されている。

さらに、一方の太陽電池モジュールの第１の接地用ケーブル８の第１の接地用コネクタ１０と、もう一方の太陽電池モジュールの第２の接地用ケーブル９の第２の接地用コネクタ１１とを接続することで、各太陽電池モジュールのアースが取られている。

これにより、各太陽電池モジュールの枠部材２間に渡るようにアース線をねじ止めすることなく、隣り合う太陽電池モジュール間を互いにアース線で接続することが可能となる。

以上のように本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールの枠体であるアルミフレーム間に渡るようにアース線をねじ止めすることなく、隣り合う太陽電池モジュール間を互いにアース線で接続することが可能となり、屋根等に複数枚並べて設置される太陽電池モジュールのアースを取る方法に適している。

１ 太陽電池セル
２、１０３ 枠部材
３ 表面カバー材
４ 裏面カバー材
５、５´、５´´ 端子ボックス
５ａ 蓋
６ 電力取出用正極ケーブル
７ 電力取出用負極ケーブル
８ 第１の接地用ケーブル
９ 第２の接地用ケーブル
１０ 第１の接地用コネクタ
１１ 第２の接地用コネクタ
１２ 第１の複線ケーブル
１３ 第２の複線ケーブル
１４ 電力取出用正極コネクタ
１５ 電力取出用負極コネクタ
１６ 貫通穴
１７ 正極側端子板
１８ 負極側端子板
１９ フランジ
１０１ 屋根
１０２ 架台

Claims (9)

1. 太陽電池セルを備える太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの周縁部を挟持する金属製の枠部材と、
   正極側端子板を介して前記太陽電池セルに接続された電力取出用正極ケーブルと、
   負極側端子板を介して前記太陽電池セルに接続された電力取出用負極ケーブルと、
   太陽電池モジュールの接地のための第１の接地用ケーブルおよび第２の接地用ケーブルと、
   前記第１の接地用ケーブルの端に接続された第１の接地用コネクタと、
   前記第２の接地用ケーブルの端に接続され、かつ前記第１の接地用コネクタに嵌合可能に構成された第２の接地用コネクタと、
   前記正極側端子板および前記負極側端子板を収納する端子ボックスと、
   前記端子ボックスを塞ぎ、かつ前記枠部材に電気的に接続された導電性の蓋と、を有し、
   前記第１の接地用ケーブルのうち前記第１の接地用コネクタに接続された端とは反対の端と、前記蓋とは、電気的に接続され、
   前記第２の接地用ケーブルのうち前記第２の接地用コネクタに接続された端とは反対の端と、前記蓋とは、電気的に接続されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記電力取出用正極ケーブルと前記第１の接地用ケーブルとは、互いに絶縁された２本の導体線からなる第１の複線ケーブルのそれぞれの導体線であり、
   前記電力取出用負極ケーブルと前記第２の接地用ケーブルとは、互いに絶縁された２本の導体線からなる第２の複線ケーブルのそれぞれの導体線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。
3. 前記電力取出用正極ケーブルのうち前記正極側端子板に接続された端とは反対の端に接続された電力取出用正極コネクタと、
   前記電力取出用負極ケーブルのうち前記負極側端子板に接続された端とは反対の端に接続された電力取出用負極コネクタとを備え、
   前記電力取出用正極コネクタは、前記第１の接地用コネクタと一体化され、
   前記電力取出用負極コネクタは、前記第２の接地用コネクタと一体化されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記端子ボックスは、前記枠部材のフランジと前記太陽電池パネルの裏面側との間に収納されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記正極側端子板と前記負極側端子板とは前記フランジに沿って同一直線上に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記電力取出用正極ケーブルと前記第１の接地用ケーブルとは前記フランジに沿って前記端子ボックスから一方向に引き出され、前記電力取出用負極ケーブルと前記第２の接地用ケーブルとは前記フランジに沿って前記端子ボックスから反対方向に引き出されることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記電力取出用正極ケーブル、前記第１の接地用ケーブル、前記電力取出用負極ケーブルおよび前記第２の接地用ケーブルを通す貫通穴が前記枠部材の側面に設けら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。
8. 前記貫通穴は前記枠部材の互いに対向する側面に設けられ、前記電力取出用正極ケーブルと前記第１の接地用ケーブルとは前記貫通穴の一方から引き出され、前記電力取出用負極ケーブルと前記第２の接地用ケーブルとは前記貫通穴の他方から引き出されることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記電力取出用正極ケーブル、前記第１の接地用ケーブル、前記電力取出用負極ケーブルおよび前記第２の接地用ケーブルは、前記端子ボックスから同一方向に引き出されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

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