JP5949431B2

JP5949431B2 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP5949431B2
Application number: JP2012231671A
Authority: JP
Inventors: 島崎　晃治; 晃治島崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: JP2014086441A

Description

本発明は、太陽電池モジュールにおいて、複数の太陽電池モジュールを一つとして取り扱えるようにしたものである。

主にＳｉを原料とするウエハを用いた結晶系の太陽電池モジュールは、発電素子である太陽電池セルをガラス、封止材、裏面保護材で封止したラミネート構造体の周囲を主にアルミ合金からなる枠材によって保持することにより太陽電池モジュールを構成している。
しかし、このようなラミネート構造体の周囲を枠材により覆って保持する構造では太陽電池モジュール自体が大型化又は重量化してしまい設置効率、架台への設置作業性が悪化していた。

このような問題点を解消すべく、ラミネート構造体の周囲を囲む枠材をなくし、非受光面に長尺状の支持部材が取り付けられた太陽電池モジュールが開発されている（特許文献１）。これにより、太陽電池モジュール自体を小型化又は軽量化することができ、設置効率の向上、架台への設置作業性の向上を図ることができる。

特開２０１１−２２２９３０号公報

しかし、特許文献１に記載された太陽電池モジュールでは、太陽電池モジュール１枚ごとに架台へ取り付けているため架台への固定点数を減少することが出来ないため、設置作業性の向上は限定的であった。

本発明は上記した課題に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュール１枚あたりの架台への固定点数の減少することができる太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

太陽電池セルが複数枚直列接続された矩形状の第一サブモジュールと、前記第一サブモジュールの裏面側に並行して複数本設けられた長尺状かつ断面矩形状の第一支持部材と、太陽電池セルが複数枚直列接続された矩形状の第二サブモジュールと、前記第一支持部材の一端部近傍の側面側に設けられた第一支持部材長円穴を貫通する回転軸である接続部材と、を備えたことを特徴としている

本発明は、２枚の太陽電池モジュールを１枚のように取り扱うものであるため、太陽電池モジュール１枚あたりの架台への固定点数を減少することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る太陽電池モジュールを架台に載置した状態の太陽光発電システムの全体構成を示す斜視図。実施の形態１に係る太陽電池モジュールの構成を示す図。実施の形態２に係る太陽電池モジュールに係合部材を備えたものの分解図実施の形態２に係る太陽電池モジュールの構成を示す図。実施の形態３に係る太陽電池モジュールの構成を示す図。図５のＢ部分の拡大図実施の形態３に係る太陽電池モジュールを折りたたんだ構成を示す図。実施の形態３に係る太陽電池モジュールを回動時の回転軸を示す図。実施の形態３に係る太陽電池モジュールの係合後の構成を示す図。

実施の形態１
本発明の実施の形態１について図１乃至２を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール２を架台３に載置した状態の太陽光発電システム１の全体構成を示す斜視図である。
図１に示すように、太陽光発電システム１は複数の太陽電池モジュール２が電気的に直列に接続され、架台３に取り付けられることで構成される。こうして構成された太陽光発電システム１を建造物の屋上や屋根面、又は地上に設置し使用される。太陽電池モジュール２を架台３へ取り付ける際の配置関係や、取り付け方法については以下で詳細に説明する。

太陽光発電システム１全体のうち図１の囲まれたＡ部分の構成について図２を用いて詳細に説明する。図２は本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール２の構成を示す図である。図２の（ａ）はＡ部分を受光面側から見た模式図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）Ｃ−Ｃ断面図である。
図２（ａ）に示すように、太陽電池モジュール２は第１サブモジュール４と、第二サブモジュール５、第一サブモジュール４と第二サブモジュール５を接続する接続部材６と、から構成されている。

第一サブモジュール４は、電気的に直列接続された複数の太陽電池セルが主にＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）などの封止材により、ガラスなどの受光面材と樹脂フィルムなどの裏面保護シートとで一体化された矩形状の第一ラミネート構造体を備え、第一ラミネート構造体の裏面保護シートの表面には、第一ラミネート構造体の短辺より突出する複数の長尺状で断面矩形状の第一支持部材９ａ（９ｂ）を備えている。この第一支持部材９ａ（９ｂ）は第一ラミネート構造体の長辺に平行になるように一定の間隔を空けて接着材などにより備え付けられている。また、この第一支持部材９ａ（９ｂ）の一端部には、架台３に固定するために必要なねじやボルト等の固定具を差し込み可能な穴である第一固定部１３を備え、他端部は接続部材６を介して第二サブモジュール５と接続可能な構造となっている。なお、この接続部材６は第一サブモジュール４と第二サブモジュール５を接続できればどんな形状及び部材でもよい。

同様に、第二サブモジュール５も、電気的に直列接続された複数の太陽電池セルが主にＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）などの封止材により、ガラスなどの受光面材と樹脂フィルムなどの裏面保護シートとで一体化された矩形状の第二ラミネート構造体を備え、第二ラミネート構造体の裏面保護シートの表面には、第二ラミネート構造体の短辺より突出する複数の長尺状で断面矩形状の第二支持部材１０ａ（１０ｂ）を備えている。この第二支持部材１０ａ（１０ｂ）は第一ラミネート構造体の長辺に平行になるように一定の間隔を空けて接着材などにより備え付けられている。この第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の一端部には、架台３に固定するために必要なねじやボルト等の固定具を差し込み可能な穴である第二固定部１４を備え、他端部は接続部材６を介して第一サブモジュール４と接続可能な構造となっている。また、第一支持部材９ａ（９ｂ）の配置間隔は第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の配置間隔よりも狭くなっており、第一支持部材９ａ（９ｂ）は第二支持部材１０ａ（１０ｂ）それぞれ内接している。このような構造にすることで第一支持部材９ａ（９ｂ）及び第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の側面側からねじ等で固定可能になり、雨が降った場合においてもねじに直接雨がかかり難く錆が発生しにくいため、修理の際の操作性が向上する。

図２では、第二支持部材１０ａ（１０ｂ）間に第一支持部材９ａ（９ｂ）が内接する構成となっているが、この構成に限るものではなく、第一支持部材９ａ（９ｂ）と第二支持部材１０ａ（１０ｂ）が重なりあう位置に配置されなければよい。

第一サブモジュール４と第二サブモジュール５を接続部材６を介して接続した太陽電池モジュール２は、２枚の太陽電池モジュール２を１枚のように取り扱うものであるため、太陽電池モジュール２の１枚あたりの架台３への固定点数を減少することができる。よって、室外で行う架台３への取り付け作業に係る手間を削減することができる。なお、接続部材６はねじやボルトのようなものであってもよいし、また、その他の第一サブモジュール４と第二サブモジュール５を接続できるものであればなんでもよい。

また、図２に示すように、第一サブモジュール４に取り付けられた第一支持部材９ａ（９ｂ）の接続部材６側の端部は第二サブモジュール５の裏側に潜り込み、さらに第二サブモジュール５に取り付けられた第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の接続部材６側の端部は第一サブモジュール４の裏側に潜り込む構造となっている。この構造を採用により１枚のサブモジュールを第一支持部材９ａ（９ｂ）及び第二支持部材１０ａ（１０ｂ）で固定（支えることが）できるようになるため、接続部分の強度を強くすることができる。

実施の形態２
次に本発明の実施の形態２について図３乃至図４を用いて説明する。
本実施の形態２は、第一サブモジュール４と第二サブモジュール５の接続部分の強度を上げるために接合部材６上方に係合部材を備えたものである。なお、本実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、前述の図１乃至２と同一または相当するものには同一の符号を付す。
図３は本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール２に係合部材を備えたものの分解図であり、図４は実施の形態２に係る太陽電池モジュール２の構成を示す図である。図４の（ａ）は実施の形態２に係る太陽電池モジュール２の構成を受光面側から見た模式図であり、（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。

図３に示すように、第一サブモジュール４と第二サブモジュール５の接合部材側で、第一サブモジュール４の短辺から突出した第一支持部材９ａ（９ｂ）の端部の受光面上方に第一支持部材９ａ（９ｂ）を跨ぐように矩形状の第一係合部材１５が備えられている。また、この第一係合部材１５と第一支持部材９ａ（９ｂ）は一体に連結されており、この第一係合部材１５の一部と第一支持部材９ａ（９ｂ）で第一サブモジュール４及び第二サブモジュール５を挟み込める構造となっている。

また、第一サブモジュール４と第二サブモジュール５の接合部側で、第二サブモジュール５の短辺から突出した第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の端部の受光面上方に第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の外側に矩形状の第二係合部材１６が備えられている。また、この第二係合部材１６と第二支持部材１０ａ（１０ｂ）は一体に連結されており、この第二係合部材１６の一部と第二支持部材１０ａ（１０ｂ）で第一サブモジュール４及び第二サブモジュール５を挟み込める構造となっている。

図４に示すように、この第一係合部材１５を備えた第一サブモジュール４と第二係合部材１６を備えた第二サブモジュール５を接続すると、第二係合部材１６に第一係合部材１５が嵌まり込む構成となる。このように第一サブモジュール４及び第二サブモジュール５を受光面側から第一係合部材１５又は第二係合部材１６、裏面から第一支持部材９ａ（９ｂ）又は第二支持部材１０ａ（１０ｂ）で挟みこむことにより、接合強度が上がり、荷重印加時の変形抑制や接着強度が不十分な場合でも、第一サブモジュール４又は第二サブモジュール５が落下することを防止することができる。また、本実施の形態２に係る太陽電池モジュール２も実施の形態１と同様に、２枚の太陽電池モジュール２を１枚のように取り扱うものであるため、太陽電池モジュール２の１枚あたりの架台３への固定点数を減少することができる。よって、室外で行う架台３への取付け作業に係る手間を削減することができる。さらに、第一サブモジュール４に取り付けられた第一支持部材９ａ（９ｂ）の第一係合部材１５側の端部は第二サブモジュール５の裏側に潜り込み、さらに第二サブモジュール５に取り付けられた第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の第二係合部材１６側の端部は第一サブモジュール４の裏側に潜り込む構造をしているため、１枚のサブモジュールを第一支持部材９ａ（９ｂ）及び第二支持部材１０ａ（１０ｂ）で固定（支えることが）でき、接続部分の強度を強くすることができる。

実施の形態３
次に本願発明の実施の形態３について図５乃至図９を用いて説明する。
本実施の形態３は、第一サブモジュール４と第二サブモジュール５を回転軸１７を介して接続するものである。なお、本実施の形態３では実施の形態１及び２との相違点を中心に説明し、前述の図１乃至図４と同一または相当するものには同一の符号を付す。図５は実施の形態３に係る太陽電池モジュール２の構成を示す図であり、図５の（ａ）は実施の形態３に係る太陽電池モジュール２の構成を受光面側から見た模式図、（ｂ）Ｅ-Ｅ断面図である。図６は図５のＢ部分の拡大図である。図７は実施の形態３に係る太陽電池モジュール２を折りたたんだ構成を示す図であり、図７（ａ）は実施の形態３に係る太陽電池モジュール２を折りたたんだ構成を示す図を第一サブモジュール４の受光面側から見た模式図、（ｂ）はＧ−Ｇ断面図、（ｃ）はＨ−Ｈ断面図である。図８は実施の形態３に係る太陽電池モジュール２を回動時の回転軸１７を示す図であり、図９は実施の形態３に係る太陽電池モジュール２を係合後の構成を示す図である。

図５に示すように、第一サブモジュール４と第二サブモジュール５は回転軸１７を介して接続されている。本実施の形態３に係る第一支持部材９ａ（９ｂ）は、第一支持部材９ａ（９ｂ）の第一係合部材１５が取り付けられている側の端部近傍には回転軸１７を通す第一支持部材長円穴１８（後述する）が、他方の端部近傍には受光面と平行な面に架台３と接続可能な第一固定部１３がそれぞれ設けられている。同様に、第二支持部材１０ａ（１０ｂ）は、第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の第二係合部材１６が取り付けられている側の端部近傍には回転軸１７を通す第二支持部材長円穴１９（後述する）が、他方の端部近傍には受光面と平行な面に架台３と接続可能な第二固定部１４がそれぞれ設けられている。

つづいて、第一支持部材長円穴１８、第二支持部材長円穴１９、回転軸１７の配置関係につい図６を用いて説明する。
図６に示すように、本実施の形態３に係る太陽電池モジュール２は第１サブモジュール、第２サブモジュールを互いに受光面を外側に向けた状態で配置することにより第一支持部材９ａ（９ｂ）内に設けられた楕円形の穴である第一支持部材長円穴１８及び第二支持部材１０ａ（１０ｂ）内に設けられた楕円形の穴である第二支持部材長円穴１９が同一軸を有するように一列に配置され、これらの長円穴を貫通するように略円柱状の回転軸１７が備え付けられている。第一支持部材長円穴１８及び第二支持部材長円穴１９が楕円形状をしているため、第１サブモジュール及び第２サブモジュールは受光面に対して水平方向への可動が可能である。また、第一支持部材長円穴１８及び第二支持部材長円穴１９の長径が大きくなるにつれて第一支持部材９ａ（９ｂ）及び第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の稼動距離が大きくなる。なお、第一係合部材１５と第二係合部材１６の嵌めこみ可能な長さは長径の長さと同じとなる。
なお、図５では、第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の内側に第一支持部材９ａ（９ｂ）が内接するよう配置されており、第一支持部材長円穴１８を有する側に第一係合部材１５が第一支持部材９ａ（９ｂ）間を跨ぐように取り付けられている。また同様に、第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の第二支持部材長円穴１９を有する側に第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の外側に向けて第二係合部材１６が取り付けられている。また、この第一係合部材１５と第一支持部材９ａ（９ｂ）は一体に連結されており、この第一係合部材１５の一部と第一支持部材９ａ（９ｂ）で第一サブモジュール４及び第二サブモジュール５を挟み込める構造となっている。

つづいて、実施の形態３に係る太陽電池モジュール２を折り畳んだときの構成について図７を用いて説明する。
実施の形態３に係る太陽電池モジュール２を回転軸１７を介して回転させると、図７に示すように、第一セルモジュールの裏面と第二セルモジュールの裏面が対向する位置関係になる。また、第一支持部材９ａ（９ｂ）は第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の内側に内接するように配置されている。
このように、共有の回転軸１７を持つ第一サブモジュール４及び第二サブモジュール５を展開することにより、２枚の太陽電池モジュール２を１枚の太陽電池モジュール２として取り扱うことができるため、架台３への固定点数を半分にすることができ、施工作業の手間を低減することができる。また、第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の内側に第一支持部材９ａ（９ｂ）が内接するよう配置されており、２枚分の支持部材が同一平面内に配置されるため、占有体積が約半分となるため、例えば同じサイズのコンテナに積載できるモジュール容量が約２倍に増加させることができ、輸送コストを低減することができる。

なお、本実施の形態３の説明において第一支持部材９ａ（９ｂ）と第二支持部材１０ａ（１０ｂ）は内接する関係にあると説明してきたが、必ずしも内接する必要はなく、第一支持部材９ａ（９ｂ）と第二支持部材１０ａ（１０ｂ）が重なり合わなければよい。

つづいて、図８を用いて実施の形態３に係る太陽電池モジュール２を折りたたんだ状態（図７に相当）から、架台３への取り付け可能な状態になるまでの流れについて説明する。なお、この図７は第一サブモジュール４を固定し、第二サブモジュール５のみ回転しているが、第二サブモジュール５を固定して第一サブモジュール４のみ回転させてもよいし、両方回転させてもよい。
図７に示した、太陽電池モジュール２が折り畳まれた状態から、回転軸１７を基点として回転駆動を開始させる（Ｓ１）。第二サブモジュール５が回転している状態において、回転軸１７は第一支持部材長円穴外側端部２０と第二支持部材長円穴外側端部２１に接している。そして、さらに第二モジュールの回転が進み（Ｓ２）、第一サブモジュール４と第二サブモジュール５が同一平面状に到達したときに回転稼動できなくなる（Ｓ３）。なお、この状態において、第一係合部材１５と第二係合部材１６も同一平面状に有し、さらに、第二係合部材１６間に第一係合部材１５が位置している。また、依然、回転軸１７は第一支持部材長円穴外側端部２０と第二支持部材長円穴外側端部２１に接している。そして、最後に第二サブモジュール５を第一サブモジュール４側に第二支持部材長円穴１９の長径の長さ分、水平移動させる（Ｓ４）。このとき、第一係合部材１５は第二係合部材１６の間に嵌まり込み、係合される。また、回転軸１７は、第一支持部材長円穴外側端部２０と第二支持部材長円穴内側端部２２に接している。さらに第一係合部材１５及び第二係合部材１６は係合することにより、受光面側から見ると一枚の矩形状の平板のように見える。

上記手順でつくられた太陽電池モジュール２は図９のような構成になっている。図８のＳ４により、第二サブモジュール５を第一サブモジュー４ル側に水平移動させることで、第一サブモジュール４の裏面に第二支持部材１０ａ（１０ｂ）が潜り込み、第二サブモジュール５の裏面に第一支持部材９ａ（９ｂ）が潜り込む構造となる。
この第一係合部材１５を備えた第一サブモジュール４と第二係合部材１６を備えた第二サブモジュール５を接続すると、第二係合部材１６に第一係合部材１５が嵌まり込む構造となる。このように第一サブモジュール４及び第二サブモジュール５を受光面側から第一係合部材１５又は第二係合部材１６、裏面から第一支持部材９ａ（９ｂ）又は第二支持部材１０ａ（１０ｂ）で挟みこむことにより、接合強度が上がり、荷重印加時の変形抑制や接着強度が不十分な場合でも、第一サブモジュール４又は第二サブモジュール５が落下することを防止することができる。また、本実施の形態３に係る太陽電池モジュール２も実施の形態１と同様に、２枚の太陽電池モジュール２を１枚のように取り扱うものであるため、太陽電池モジュール２の１枚あたりの架台３への固定点数を減少することができる。よって、室外で行う架台３への取付け作業に係る手間を削減することができる。さらに、第一サブモジュール４に取り付けられた第一支持部材９ａ（９ｂ）の第一係合部材１５側の端部は第二サブモジュール５の裏側に潜り込み、さらに第二サブモジュール５に取り付けられた第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の第二係合部材１６側の端部は第一サブモジュール４の裏側に潜り込む構造をしているため、１枚のサブモジュールを第一支持部材９ａ（９ｂ）及び第二支持部材１０ａ（１０ｂ）で固定（支えることが）でき、接続部分の強度を強くすることができる。また、第二支持部材１０ａ（１０ｂ）の内側に第一支持部材９ａ（９ｂ）が内接するよう配置されており、２枚分の支持部材が同一平面内に配置されるため、占有体積が約半分となるため、例えば同じサイズのコンテナに積載できるモジュール容量が約２倍に増加させることができ、輸送コストを低減することができる。

１太陽光発電システム、２太陽電池モジュール、３架台、４第一サブモジュール、５第二サブモジュール、６接続部材、９ａ第一支持部材、９ｂ第一支持部材、１０ａ第二支持部材、１０ｂ第二支持部材、１３第一固定部、１４第二固定部、１５第一係合部材、１６第二係合部材、１７回転軸、１８第一支持部材長円穴、１９第二支持部材長円穴、２０第一支持部材長円穴外側端部、２１第二支持部材長円穴外側端部、２２第二支持部材長円穴内側端部

Claims

太陽電池セルが複数枚直列接続された矩形状の第一サブモジュールと、
前記第一サブモジュールの裏面側に並行して複数本設けられた長尺状かつ断面矩形状である第一支持部材と、
太陽電池セルが複数枚直列接続された矩形状の第二サブモジュールと、
前記第二サブモジュールの裏面側に並行して複数本設けられた長尺状かつ断面矩形状である第二支持部材と、
前記第一支持部材の一端部近傍の側面側に設けられた第一支持部材長円穴と前記第二支持部材の一端部近傍の側面側に設けられた第二支持部材長円穴とを貫通して前記第一支持部材と前記第二支持部材を接続する接続部材と、
を備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記第一支持部材の前記第一支持部材長円穴が設けられた側の端部は、前記第一サブモジュールの短辺側の端部より突出し、前記第二支持部材の前記第二支持部材長円穴が設けられた側の端部は前記第二サブモジュールの短辺側の端部より突出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。
前記第一支持部材長円穴の穴形状は前記第一サブモジュールの長辺方向に長径を有する楕円形であり、前記第二支持部材長円穴の穴形状は前記第二サブモジュールの長辺方向に長径を有する楕円形であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記第一サブモジュールに前記第一支持部材及び前記第二サブモジュールに前記第二支持部材をそれぞれ２本ずつ、かつ前記第一支持部材が前記第二支持部材の内側に設けられ、前記第一支持部材長円穴が設けられた側に備えられ、前記第一支持部材の前記第一サブモジュールの短辺側からの突出部に前記第一支持部材間を跨ぐ矩形状の第一係合部材と、
前記第二支持部材長円穴が設けられた側に備えられ、前記第二支持部材の前記第二サブモジュールの短辺側からの突出部に前記第二サブモジュールの長辺側に向けて矩形状の第二係合部材が設けられ、
前記第一係合部材と前記第一支持部材及び前記第二係合部材と前記第二支持部材で前記第一サブモジュール及び前記第二サブモジュールを挟むことを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記第一支持部材は前記第二支持部材に内接するように設けられた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。
前記第二係合部材間に前記第一係合部材が嵌合す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。