JP6249176B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。
特許文献1,2は、太陽電池パネルの裏面側に端子ボックスが設置された太陽電池モジュールを開示している。具体的に、特許文献1は、太陽電池パネルの裏面側基板に接着剤を用いて端子ボックスを取り付けた構造を開示する。特許文献2は、フレームの一部に開口スペースを設け、かかるスペースに端子ボックスを嵌め込んだ構造を開示する。
特開2007‐81034号公報 特開2007‐95819号公報
ところで、太陽電池モジュールには種々の安全対策が求められており、かかる安全対策の1つとして、端子ボックスの脱落防止が挙げられる。端子ボックスは、火災発生時などの緊急時においても脱落しないことが要求される。なお、特許文献2に開示された構造は、端子ボックスの固定性に優れるものと想定されるが、フレームの構造が複雑になるという問題を有する。
本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池パネルと、太陽電池パネルの一方側の面に取り付けられる端子ボックスと、太陽電池パネルの端縁に取り付けられるフレームと、端子ボックスの一方側の面を覆う基部とフレームに固定される固定部とで構成される金属製のカバーとを備える。
本発明に係る太陽電池モジュールによれば、簡便な方法によって、火災発生時などの緊急時においても端子ボックスの脱落を防止することができる。
本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュールを受光面側から見た図である。 本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュールの一部を裏面側から見た図である。 図1のAA線断面図である。 図3のB部拡大図である。 本発明の実施形態の一例である端子ボックス、及び第1の端子ボックスカバーを拡大して示す斜視図である。 本発明の実施形態の一例である第1の端子ボックスカバーを抜き出して示す斜視図である。 本発明の実施形態の他の一例である端子ボックスカバーを示す図である。 本発明の実施形態の他の一例である端子ボックスカバーを示す図である。 本発明の実施形態の他の一例である端子ボックスカバーを示す図である。 本発明の実施形態の他の一例である端子ボックスカバーを示す図である。 本発明の実施形態の他の一例である端子ボックスカバーの固定構造を示す断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
本明細書において「略**」とは、「略同一」を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。
図1は、本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュール10を受光面側から見た図、図2は、電池モジュール10を裏面側から見た図である。図3は、図1のAA線断面図である。本実施形態において、太陽電池モジュール10の「受光面」とは太陽光が主に入射する面を意味し、「裏面」とは受光面と反対側の面を意味する。受光面、裏面の用語は、太陽電池パネル20や端子ボックス30についても使用する。
図1〜図3に示すように、太陽電池モジュール10は、太陽電池パネル20と、太陽電池パネル20の裏面に取り付けられる端子ボックス30と、太陽電池パネル20の端縁に取り付けられるフレーム40とを備える。さらに、太陽電池モジュール10は、フレーム40に固定され、端子ボックス30の裏面を覆う金属製のカバーである第1の端子ボックスカバー50(以下、「第1カバー50」とする)を備える。図1に例示する太陽電池パネル20は、平面視において矩形形状を有し、短辺側の端縁にフレーム40A,40Bが、長辺側の端縁にフレーム40Cがそれぞれ取り付けられている。なお、「平面視」とは、受光面に対し垂直方向から見たときの平面形状を意味する。
太陽電池パネル20は、複数の太陽電池素子21と、太陽電池素子21の受光面側に配置される第1保護部材22と、太陽電池素子21の裏面側に配置される第2保護部材23とを備える。複数の太陽電池素子21は、第1保護部材22及び第2保護部材23により挟持されると共に、充填材24により封止されている。
太陽電池パネル20は、太陽電池素子21の電極に取り付けられる配線材25を備える。配線材25は、隣接する太陽電池素子21の間を直列に接続して太陽電池素子21のストリング26を形成する。本実施形態では、太陽電池パネル20の長手方向に延びた6列のストリング26が形成されている。隣接するストリング26の端部から延びる配線材25同士は、第1の渡り配線材27、及び第2の渡り配線材28により接続される。第2の渡り配線材28は、太陽電池パネル20から引き出されて端子ボックス30に設けられた図示しないバイパスダイオードに接続される。ストリング26の列の両端から延びる配線材25には、出力配線材29が接続される。出力配線材29は、陰極端子、正極端子として太陽電池パネル20から引き出されて端子ボックス30に接続される。
太陽電池素子21は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部を備える。光電変換部には、例えば、その受光面上に受光面電極が、裏面上に裏面電極がそれぞれ形成される(いずれも図示せず)。なお、太陽電池素子21の構造は特に限定されず、例えば、光電変換部の裏面上のみに電極が形成された構造であってもよい。
光電変換部は、例えば、結晶系シリコン(c‐Si)、ガリウム砒素(GaAs)、インジウム燐(InP)等の半導体基板と、基板上に形成された非晶質半導体層と、非晶質半導体層上に形成された透明導電層とを有する。具体例としては、n型単結晶シリコン基板の受光面上にi型非晶質シリコン層、p型非晶質シリコン層、及び透明導電層を順に形成し、裏面上にi型非晶質シリコン層、n型非晶質シリコン層、及び透明導電層を順に形成した構造が挙げられる。透明導電層は、酸化インジウム(In23)や酸化亜鉛(ZnO)等の金属酸化物に、錫(Sn)やアンチモン(Sb)等をドープした透明導電性酸化物から構成されることが好ましい。
電極は、例えば、複数のフィンガー部、及び複数のバスバー部からなる。フィンガー部は、透明導電層上の広範囲に形成される細線状の電極であり、バスバー部は、フィンガー部からキャリアを収集する電極である。配線材25は、バスバー部に取り付けられる。
第1保護部材22には、例えば、ガラス基板や樹脂基板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。これらのうち、耐火性、耐久性等の観点から、ガラス基板が好適である。第2保護部材23には、第1保護部材22と同じ部材を用いることができ、また裏面側からの光の入射を想定しない場合には透光性を有さない部材を用いることもできる。本実施形態では、第1保護部材22、第2保護部材23共に透光性を有するガラス基板を用いている。充填材24には、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリビニルブチラール(PVB)等の樹脂を用いることができる。
端子ボックス30は、太陽電池パネル20の裏面において、太陽電池パネル20の短辺に沿った端縁(以下、「端縁B」という)に取り付けられている。端子ボックス30は、例えば、接着剤31によって太陽電池パネル20の裏面に取り付けられる。接着剤31としては、シリコーン樹脂系接着剤を用いることが好適であり、後述する太陽電池パネル20をフレーム40に固定する接着剤と同様のものを用いることができる。端子ボックス30の形状等は特に限定されないが、略直方体形状を有する樹脂製ケースであることが好ましい。
端子ボックス30は、複数の端子台を内蔵することが好適である。端子ボックス30内に引き込まれた各配線材は、半田付け等の方法により各端子台にそれぞれ取り付けられる。出力配線材29の接続される端子台には、モジュールから電力を出力するための電力ケーブル32が取り付けられている。電力ケーブル32は、端子ボックス30の長手方向両端から引き出されている。
端子ボックス30は、フレーム40Bの長手方向に沿って取り付けられる。より詳しくは、端子ボックス30の長手方向がフレーム40Bの長手方向と略平行に、且つフレーム40Bに接して取り付けられることが好適である。
フレーム40は、上記のように、3種類のフレーム40A,40B,40Cを組み合わせて構成され、太陽電池パネル20の四方を囲んでいる。太陽電池パネル20は、後述の凹部に嵌め込まれると共に接着剤31を用いてフレーム40に固定される。フレーム40は、ステンレスやアルミニウム等の金属製枠であって、軽量性等の観点から好ましくはアルミニウム製とされる。フレーム40は、太陽電池パネル20の端縁を保護すると共に、太陽電池モジュール10を屋根等に設置する際の固定用部材として利用される。また、フレーム40は、端子ボックス30が接して配置された場合、端子ボックス30に内蔵されたダイオードの放熱にも利用される。
フレーム40Aは、太陽電池パネル20の端縁Bと反対側の短辺に沿った端縁に取り付けられるフレームであって、中空構造の本体部41Aと、太陽電池パネル20の端縁が嵌め込まれる凹部42Aとを有する。本体部41Aは、長手方向に直交する方向(幅方向)に切断した断面が上下方向にやや長く延びた略矩形形状を有する。以下、特に断らない限り、フレーム40の「断面」とは幅方向に切断した断面を意味する。また、フレーム40等の「上下方向」とは、太陽電池パネル20の厚み方向を意味し、受光面側を「上」、裏面側を「下」とする。
なお、各フレームは、例えば、本体部の空洞に長手方向端部から圧入されるコーナーピース(図示せず)を用いて互いに接続される。各フレームは、接続部分で各々の端面が接触するように、外側から内側に向かって長手方向の長さが小さくなる平面視略台形形状にカットされる。フレーム40Bも、後述する第2の端子ボックスカバー44を含む全体として平面視略台形形状であることが好ましい。なお、各フレームの「内側」とは太陽電池パネル20側を、「外側」とはその反対側を意味する。
凹部42Aは、本体部41Aの上面と、本体部41A上に設けられた長手方向に延びる断面略L字形状の部材である押え部43Aとにより断面略U字形状に形成される。即ち、凹部42Aは、太陽電池パネル20の端縁を内側から差し込み可能な溝である。押え部43Aは、本体部41Aの上面の外側から上方に延びる第1の部分と、第1の部分の上端から内側に延びる第2の部分とを有する。第2の部分の幅方向長さは、本体部41Aの幅方向長さと略同等である。
本実施形態では、太陽電池パネル20の端縁B以外の端縁において、第1保護部材22の端と第2保護部材23の端とが一致している。即ち、フレーム40A,40Cの凹部は、第1保護部材22、第2保護部材23、及びこれに挟持された充填材24等を嵌め込み可能な溝である。一方、端縁Bでは、第1保護部材22が第2保護部材23の端から延出している。フレーム40Bの凹部42Bは、第1保護部材22のみを嵌め込み可能な溝であり、フレーム40A,40Cの凹部よりも狭くなっている。なお、フレーム40Cは、フレーム40Aよりも長手方向長さ(以下、単に「長さ」という)が長い以外はフレーム40Aと同じ構造を有する。
フレーム40Bは、太陽電池パネル20の端縁Bに取り付けられる。フレーム40Bは、フレーム40A,40Cと同様に、本体部41B及び凹部42Bを有する。凹部42Bは、本体部41Bの上面と、本体部41B上に設けられた長手方向に延びる断面略L字形状の部材である押え部43Bとにより形成される。但し、押え部43Bの第1の部分の長さはフレーム40A,40Cの場合よりも短い。
フレーム40Bは、太陽電池パネル20のうち端子ボックス30が取り付けられた部分の受光面側を覆う第2の端子ボックスカバー44(以下、「第2カバー44」とする)を有することが好適である。第2カバー44は、少なくともフレーム40Bの直上から太陽電池モジュール10を平面視したときに端子ボックス30が見えないように、且つ太陽電池素子21上を覆わないように設けられることが好ましい。第2カバー44を設けて端子ボックス30の受光面側を覆うことで、火災等により火の粉がモジュール上にのった場合に、その熱が端子ボックス30に伝わり難くなる。これにより、端子ボックス30を固定する接着剤31の溶融等を抑制し、モジュールの耐火性を向上させることができる。また、第2カバー44が端子ボックス30を隠蔽して、モジュールの意匠性を向上させる。
第2カバー44は、凹部42Bを形成する押え部43Bが本体部41Bよりも内側に張り出して設けられることが好適である。耐火性向上等の観点から、第2カバー44と太陽電池パネル20との間には接着剤31が設けられず、第2カバー44が受光面に貼り付いていないことが好適である。また、第2カバー44は、端子ボックス30が取り付けられるフレーム40Bの長手方向中央部近傍だけに形成されてもよく、図1に例示するようにフレーム40Bの長手方向の全長に亘って形成されてもよい。
以下、図4〜図6をさらに参照しながら、第1カバー50の構成について詳説する。
図4は、図3のB部拡大図である。図5は、端子ボックス30、及び第1カバー50を拡大して示す斜視図であり、図6は、第1カバー50を抜き出して示す斜視図である。
図4〜図6に示すように、第1カバー50は、端子ボックス30の裏面を覆う基部51と、フレーム40Bに固定される固定部52とで構成される。第1カバー50は、例えば、火災等により端子ボックス30が太陽電池パネル20の裏面から剥がれた場合に端子ボックス30を受け止める役割を果たす。また、屋根等に当たって跳ね返る雹などから端子ボックス30を保護する役割を果たす。第1カバー50は、金属製のカバーであって、フレーム40と同様にアルミニウム製であることが好ましい。
第1カバー50は、端子ボックス30と同様に、フレーム40Bの長手方向に沿って取り付けられる。より詳しくは、第1カバー50の長手方向が、端子ボックス30及びフレーム40Bの長手方向と略平行となるように設けられる。また、第1カバー50は、フレーム40Bの本体部41Bよりも下方にとび出ないように設けられることが好適である。
基部51は、端子ボックス30の裏面を覆う部分であって、平坦な板状であることが好ましい。基部51は、端子ボックス30の裏面に接して設けられてもよいが、雹などが当たった場合の衝撃が端子ボックス30に伝わり難いように、端子ボックス30との間に隙間(例えば、1mm〜5mm程度の隙間)をあけて設けられることが好適である。
基部51は、例えば、端子ボックス30の裏面に対して略平行に設けられる。基部51の長手方向の長さは、端子ボックス30の長手方向の長さよりも長いことが好適である。そして、基部51の長手方向両側には、端子ボックス30の裏面を覆う位置から張り出した張り出し領域51zがそれぞれ形成される。換言すると、基部51の長手方向両側に張り出し領域51zが形成されるように、第1カバー50がフレーム40Bに取り付けられる。
固定部52は、基部51の幅方向一端において基部51に対して略垂直に設けられることが好適である。固定部52は、フレーム40Bの本体部41Bに取り付けることができる。固定部52にはビス孔53を形成することが好ましく、固定部52は、例えば、ビス54を用いて本体部41Bにビス止めされる。固定部52の固定方法は、ビス止めに限定されず、溶接等であってもよい。
固定部52は、各張り出し領域51zの2箇所にそれぞれ設けられることが好適である。即ち、各固定部52の間には、端子ボックス30とフレーム40Bとを隔てる壁がなく、端子ボックス30は太陽電池パネル20の裏面だけでなくフレーム40Bに対しても接着剤31等により固定できる。第1カバー50の長手方向において、固定部52の長さは、例えば、張り出し領域51zの長さと同程度である。2箇所の固定部52には、ビス孔53がそれぞれ形成されており、端子ボックス30の長手方向両端よりもフレーム40Bの長手方向両端側の位置において第1カバー50がフレーム40Bにビス止めされる。
なお、張り出し領域51zは、基部51の固定部52が設けられる幅方向一端側よりも幅方向他端側で長手方向の長さが小さくなるようにカットされている。本実施形態では、各張り出し領域51zが基部51の幅方向及び長手方向に対して交差する方向に直線状にカットされており、基部52は、第2カバー44と同様に平面視略台形形状を有する。上記のように、端子ボックス30の長手方向両端よりもフレーム40Bの長手方向両端側の位置で第1カバー50がビス止めされ、さらに張り出し領域51zが平面視略台形形状を有するようにカットすれば、第1カバー50の取り付けが容易になる。
第1カバー50は、さらに、端子ボックス30の側面を覆う側壁部55を有することが好適である。側壁部55は、固定部52が設けられる基部51の幅方向一端とは反対側である基部51の幅方向他端に設けられる。ここで、端子ボックス30の「側面」とは、上下方向に沿った面を意味し、本実施形態において側壁部55に覆われる端子ボックス30の側面は、端子ボックス30の長手方向に沿った側面である。側壁部55を設けることにより、端子ボックス30の脱落をより高度に防止できる。
側壁部55は、第1カバー50の取り付け性等を考慮して、基部51に対して略垂直に設けられることが好適である。側壁部55は、例えば、上下方向長さが固定部52の上下方向長さよりも短く(例えば、固定部52の1/5〜1/3程度)、基部51の幅方向他端の全長に亘って設けられる。側壁部55と端子ボックス30との間にも、隙間を設けておくことが好適である。
上記構成を備えた太陽電池モジュール10によれば、第1カバー50を設けたことにより、火災発生時などの緊急時においても端子ボックス30の脱落を防止することができる。太陽電池モジュール10は、第2カバー44を設けることにより耐火性を向上させているが、それでもなお火災等の熱で接着剤31が溶融して端子ボックス30が太陽電池パネル20の裏面から剥がれた場合に、第1カバー50により端子ボックス30を受け止めることができる。
また、第1カバー50を設けたことにより、屋根等に当たって跳ね返った雹が、太陽電池モジュール10の裏面側から端子ボックス30に当たることを防止して、端子ボックス30の損傷を防止することができる。
上記実施形態は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜設計変更できる。
例えば、上記実施形態では、各張り出し領域51zの2箇所に固定部52をそれぞれ設けたが、図7Aに示すように、基部51の長手方向の全長に亘って基部51に対して略垂直な1つの固定部60を設けてもよい。ビス孔53は、固定部60の長手方向両端近傍の2箇所に形成されることが好適である。この場合、端子ボックス30とフレーム40Bとの間に固定部60が差し込まれ、固定部60と側壁部55とにより端子ボックス30は幅方向両側から挟まれる。
また、上記実施形態では、側壁部55を設けたが、図7Bに示すように、側壁部55を設けない形態としてもよい。例えば、フレーム40Bを鉛直下方側に向けて設置されるモジュールの場合は、側壁部55を無くしてカバーの構造を簡素化することが好ましい。
また、上記実施形態では、基部52が平面視略台形形状を有していたが、図7C,7Dに示すように、基部は他の形状であってもよい。図7Cに示す例では、基部70の各張り出し領域70zが円弧状にカットされている。これにより、基部70の長手方向両端は、側壁部55側から固定部52側に向かって長手方向の長さが次第に長くなるように湾曲している。図7Dに示す例では、基部80が平面視略矩形形状を有している。そして、基部80の長手方向両端には基部80に対して略垂直に固定部52が設けられており、固定部52の大部分が基部80の長手方向両端から長手方向にとび出ている。図7C,7Dに示す形態とすることで、例えば、固定部52のビス止めがさらに容易になる。
図8は、第1カバー50の固定構造を示す断面図である。第1カバー50の固定部52は、上記のように、ビス孔53に挿入されたビス54を用いてフレーム40Bの本体部41Bにビス止めされる。このとき、ビス54に座金を取り付けてもよい。なお、第1カバー50が導電体からなる場合には、第1カバー50の表面に絶縁層56を形成しておくことが好適である。具体的には、第1カバー50がアルミニウムからなる場合にあっては、アルマイト処理等を施すとよい。さらに、第1カバー50の表面に絶縁層56を形成した場合には、本体部41Bを介して固定部52も接地していることが好ましい。
固定部52の一部と本体部41Bとの導通をとるために、上記ワッシャとして、歯付き座金57を用いることが好適である。これにより、歯付き座金57の歯が絶縁層56を貫通して固定部52の金属に接触し、当該座金及びビス54を介して固定部52の一部と本体部41Bとの導通が確保される。歯付き座金57は、2つある固定部52のうち一方に設けられていればよい。また、歯付き座金57は、絶縁層56を貫通する歯を有するものであれば内歯型、外歯型などいずれの形態であってもよいが、好ましくは外歯型である。図8に示す例では、ビス54と歯付き座金57を別部材としているが、施工性向上等の観点から、これらは一体化されていてもよい。
10 太陽電池モジュール、20 太陽電池パネル、21 太陽電池素子、22 第1保護部材、23 第2保護部材、24 充填材、25 配線材、26 ストリング、27 第1の渡り配線材、28 第2の渡り配線材、29 出力配線材、30 端子ボックス、31 接着剤、32 電力ケーブル、40,40A,40B,40C フレーム、41A,41B 本体部、42A,42B 凹部、43A,43B 押え部、44 第2の端子ボックスカバー、50 第1の端子ボックスカバー、51 基部、51z 張り出し領域、52 固定部、53 ビス孔、54 ビス、55 側壁部

Claims (5)

  1. 太陽電池パネルと、
    前記太陽電池パネル側に向いた上面、前記上面と対向する裏面、及び前記太陽電池パネルの厚み方向に沿った側面を有し、前記太陽電池パネルの面に取り付けられる端子ボックスと、
    前記太陽電池パネルの端縁に取り付けられるフレームと、
    前記端子ボックスの面を覆う基部と前記フレームに固定される固定部とで構成される金属製のカバーと、
    を備え、
    前記端子ボックス及び前記カバーは、前記フレームの長手方向に沿って取り付けられ、
    前記カバーは、前記基部の幅方向一端において前記基部に対して略垂直に設けられる前記固定部と、前記基部の幅方向他端に設けられ前記端子ボックスの前記側面を覆う側壁部とを有し、前記端子ボックスの長手方向両端よりも前記フレームの長手方向両端側の位置で前記フレームにそれぞれ固定されている、太陽電池モジュール。
  2. 請求項1に記載の太陽電池モジュールであって、
    記基部の長手方向両側には、前記端子ボックスの前記面を覆う位置から張り出した張り出し領域がそれぞれ形成されており、
    前記固定部は、前記各張り出し領域にそれぞれ設けられる太陽電池モジュール。
  3. 請求項に記載の太陽電池モジュールであって、
    前記各張り出し領域は、前記基部の前記固定部が設けられる幅方向一端側よりも幅方向他端側で長手方向の長さが小さくなるようにカットされている太陽電池モジュール。
  4. 請求項1〜のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールであって、
    前記フレームは、前記太陽電池パネルのうち前記端子ボックスが取り付けられた部分の受光面側を覆う他方側カバーを有する太陽電池モジュール。
  5. 請求項1〜のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールであって、
    前記固定部は、歯付き座金を介して前記フレームにビス止めされている太陽電池モジュール。
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