JP6402897B2 - 太陽電池アレイ - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池アレイ用カバー装置、及び太陽電池モジュールの取り付け器具に関する。

一般的に、屋根に取り付けられた太陽電池アレイには、隣り合う太陽電池モジュールの間に溝状の隙間が存在する。降雪地域では、かかる隙間に雪が引っ掛かって太陽電池アレイ上に堆積し、発電効率が低下する場合がある。例えば、特許文献１は、隣り合う太陽電池モジュールの間隙に横レール部材が設けられた太陽電池装置を開示している。

国際公開２０１３／１６８４４０号

ところで、太陽電池アレイ上に段差が存在すると、その段差が小さくても雪が引っ掛かってアレイ上に堆積し易くなる。例えば、特許文献１の太陽電池装置を用いた場合には、横レール部材の棟側端部の段差に雪が引っ掛かることが想定され、積雪抑制の観点から未だ改良の余地がある。

本発明に係る太陽電池アレイ用カバー装置は、隣り合う太陽電池モジュールの間隙に設けられ、当該各モジュールのうち屋根の棟側に配置される一方の太陽電池モジュールのフレームを加熱するヒーターと、当該間隙を覆うカバーとを備える。

本発明に係る太陽電池モジュールの取り付け器具は、上記カバー装置を備える取り付け器具であって、隣り合う太陽電池モジュールに跨って取り付けられる押え金具と、押え金具上に取り付けられ、上記カバー装置のカバーが載置されるカバー受け部材とを備える。

本発明に係る太陽電池アレイ用カバー装置によれば、太陽電池アレイ上の積雪を抑制して、降雪時における発電効率を向上させることができる。

本発明の実施形態の一例である太陽電池アレイを示す図である。 本発明の実施形態の一例である太陽電池アレイの取り付け構造を説明するための図である。 図１のＡ部拡大図である。 図３のＢＢ線断面図である。 図３のＣＣ線断面図である。 本発明の実施形態の他の一例である太陽電池アレイ用カバー装置を示す図である。

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、太陽電池アレイ用カバー装置の上面とは、隣り合う太陽電池モジュールの間隙に取り付けられた状態において鉛直上方を向く面を意味する。また、太陽電池モジュール、太陽電池パネル、及び太陽電池セルの「受光面」とは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。受光面は、太陽電池モジュールが屋根に取り付けられた状態において鉛直上方を向く。太陽電池モジュールに入射する光のうち、例えば５０％超過〜１００％の光が受光面側から入射する。

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。また、「第１の部材上に第２の部材を設ける」等の記載は、特に限定を付さない限り、第１及び第２の部材が直接接触して設けられる場合のみを意図しない。即ち、この記載は第１及び第２の部材の間に他の部材が存在する場合を含む。

図１は、実施形態の一例である太陽電池アレイ１０を示す図である。図２は、実施形態の一例である取り付け器具１２を用いた太陽電池モジュール１１の取り付け構造を説明するための図である。以下では、瓦１０１が敷き詰められた屋根１００に太陽電池モジュール１１を取り付ける場合を例示するが、太陽電池モジュール１１の取り付け対象は屋根１００に限定されない。

図１及び図２に示すように、太陽電池アレイ１０は、太陽電池モジュール１１と、取り付け器具１２とで構成される。太陽電池アレイ１０は、複数の太陽電池モジュール１１が取り付け器具１２を用いて屋根１００上に配置されてなる。複数の太陽電池モジュール１１は、隣り合うモジュールの複数の間隙Ｚが屋根１００の棟軒方向αに直交する横方向βに沿って略一直線上に並ぶように配置されることが好適である。詳しくは後述するように、横方向βに沿った間隙Ｚには、ヒーター３１を備えた太陽電池アレイ用カバー装置３０（以下、単に「カバー装置３０」という）が取り付けられる。

太陽電池モジュール１１は、太陽電池パネル１３と、当該パネルの端縁に取り付けられるモジュールフレーム１４とで構成される。太陽電池モジュール１１は、例えば平面視（太陽電池パネル１３の受光面に対して垂直な方向から見た場合）において略矩形形状を有する。本実施形態では、太陽電池モジュール１１の短辺が棟軒方向αと略平行となり、長辺が横方向βと略平行となるように、各太陽電池モジュール１１が配置されている。なお、各太陽電池モジュール１１は、短辺同士が略接触して配置されている。

太陽電池パネル１３は、例えば複数の太陽電池セル１９と、当該セルの受光面側に配置される第１保護部材と、当該セルの裏面側に配置される第２保護部材と、各保護部材の間に充填される封止剤とを有する。複数の太陽電池セル１９は、配線材によって直列に接続されている。好適な保護部材としては、ガラス基板、樹脂フィルム等が例示できる。

モジュールフレーム１４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。モジュールフレーム１４は、太陽電池パネル１３の端縁を保護し、且つ太陽電池モジュール１１の屋根１００への固定に利用される。モジュールフレーム１４は、例えば複数のフレームをコーナーピースで接続して構成され、太陽電池パネル１３の四方を囲む。

モジュールフレーム１４は、例えば中空構造の本体部１５と、太陽電池パネル１３の受光面上に張り出した略Ｌ字形状の鍔部１６とを有する（詳しくは後述の図４，５参照）。本体部１５と鍔部１６の間には、太陽電池パネル１３の端縁が嵌め込まれる溝部（溝部１７ａ，１７ｂ：後述の図４，５参照）が形成される。モジュールフレーム１４は、本体部１５の外側に向かって張り出した鍔部１８を有することが好適である。鍔部１８は、例えば鍔部１６と同様に略Ｌ字形状を有し、太陽電池パネル１３の長辺に取り付けられるフレームのみに設けられる。

取り付け器具１２は、上記カバー装置３０と、隣り合う太陽電池モジュール１１に跨って取り付けられる押え金具２０と、押え金具２０上に取り付けられ、カバー装置３０のカバー３２が載置されるカバー受け部材２２とを備えることが好適である。本実施形態では、後述の架台フレーム４０上に押え金具２０が設置され、太陽電池モジュール１１の長辺の長さよりも短いカバー受け部材２２が各間隙Ｚに２つずつ設置されている。カバー受け部材２２は、架台フレーム４０と略直交するように配置される。詳しくは後述するように、押え金具２０とカバー受け部材２２は、ボルト４３及びナット４５を用いて架台フレーム４０に固定され、カバー受け部材２２とカバー装置３０のカバー３２は、ネジ３７を用いて互いに固定される。

取り付け器具１２は、太陽電池モジュール１１が載置される架台フレーム４０と、屋根１００に固定され、架台フレーム４０を支持する支持部材５０とを備えることが好適である。本実施形態では、棟軒方向αと略平行に、即ち各太陽電池モジュール１１の短辺と略平行に、複数の架台フレーム４０が配置されている。１つの太陽電池モジュール１１は、例えば横方向βに間隔をあけて配置される２本の架台フレーム４０上に載置され、各架台フレーム４０は、２つの支持部材５０によって支持される。

架台フレーム４０の上面には、当該フレームの長手方向に沿って、ボルト４３の頭部をスライド可能に保持するガイドレール部４１が形成されている。ボルト４３は、押え金具２０等の固定に利用されるものであり、軸部が架台フレーム４０上に立設するように頭部がガイドレール部４１に保持され、所望の位置でナット４４を用いて固定される。架台フレーム４０は、幅方向両側の側面にもガイドレール部４２を有する。各ガイドレール部４２には、操作ピン４７を有するナット４６がそれぞれ挿入される。ナット４６には、架台フレーム４０を支持部材５０に仮固定するボルト５６が螺合される。

支持部材５０は、ネジ５５を用いて屋根１００に固定されるベース板５１と、ベース板５１に対して略垂直に形成された一対の支持片５２とを有する。ネジ５５は、例えば木ネジである。一対の支持片５２は、架台フレーム４０の両側面を挟持するように対向配置されている。各支持片５２には、仮固定用のボルト５６が挿通される長孔５３と、ネジ５７が挿通されるネジ挿通孔５４とがそれぞれ形成されている。ネジ５７は、例えばタッピングネジであり、架台フレーム４０の側面を貫通して、架台フレーム４０と支持部材５０を本固定する。

以下、図３〜図５を適宜参照しながら、取り付け器具１２の構成、特にカバー装置３０について、さらに詳説する。

図３は、図１のＡ部拡大図であって、隣り合う太陽電池モジュール１１ａ，１１ｂの間隙Ｚの近傍を拡大して示す図である。カバー装置３０は、上記のように、隣り合う太陽電池モジュール１１ａ，１１ｂの間隙Ｚに取り付けられる。カバー装置３０は、太陽電池モジュール１１ａ，１１ｂのうち屋根１００の棟側に配置される一方の太陽電池モジュール１１ａのモジュールフレーム１４ａを加熱するヒーター３１と、間隙Ｚを覆うカバー３２とを備える。間隙Ｚの下部には押え金具２０（図４参照）が設置され、カバー３２は、押え金具２０を覆って間隙Ｚの上部に設置される。

ヒーター３１は、モジュールフレーム１４ａを加熱して、例えば太陽電池モジュール１１ａの長辺（間隙Ｚの長手方向）に沿った鍔部１６ａの段差に引っ掛かる雪を溶かす。間隙Ｚに近接するモジュールフレーム１４ａは、ヒーター３１により、例えば１℃〜１５℃程度の温度に温められる。ヒーター３１は、カバー３２に形成されるヒーター収容部３３（図４参照）に収容されることが好適である。このため、カバー３２もヒーター３１により加熱される。ヒーター３１は、モジュールフレーム１４ａを効率良く加熱すべく、当該フレームに近接配置されることが好ましい。

ヒーター３１としては、間隙Ｚに設置可能で、モジュールフレーム１４ａを加熱できるものであれば特に限定されず、従来公知のヒーターを用いることができる。好適なヒーター３１の一例は、コードヒーターである。本実施形態では、太陽電池モジュール１１ａの長辺に沿って、即ち間隙Ｚの長手方向に沿ってコードヒーターが配置されている。コードヒーターは、例えば間隙Ｚの長さ（長手方向長さ）よりも長く、間隙Ｚの全長に亘って設けられる。或いは、複数の間隙Ｚが横方向βに沿って略一直線上に並ぶ場合、１つのコードヒーターが複数の間隙Ｚに亘って設けられてもよい。

ヒーター３１は、例えば屋内に設置される外部電源（太陽電池アレイ１０以外の電源）に接続される。ヒーター３１のＯＮ／ＯＦＦ操作や温度調整は、図示しない降雪センサや温度センサを用いて自動で実行されてもよいし、手動で行われてもよい。

カバー３２は、間隙Ｚを覆って配置され、間隙Ｚに形成される溝を塞ぐための部材である。カバー３２を設けることにより、雪が間隙Ｚに引っ掛かってアレイ上に積もることを抑制できる。カバー３２は、ヒーター収容部３３にヒーター３１を収容して、モジュールフレーム１４ａの近傍でヒーター３１を保持する。また、カバー３２は、ヒーター３１や押え金具２０を隠して太陽電池アレイ１０の意匠性を向上させる。

カバー３２は、例えば各間隙Ｚに１つずつ設置される。１つのカバー３２は、太陽電池モジュール１１ａ，１１ｂの長辺（間隙Ｚの長さ）と略同一の長さを有し、間隙Ｚの全長に亘って設けられることが好適である。カバー３２は、間隙Ｚの形状に対応した形状（例えば、平面視略矩形形状）を有し、間隙Ｚ上の略全域を覆う。本実施形態では、カバー３２の軒側端部が、太陽電池モジュール１１ａ，１１ｂのうち屋根１００の軒側に配置される他方の太陽電池モジュール１１ｂのモジュールフレーム１４ｂ上に張り出している。カバー３２は、モジュールフレーム１４ｂ上に引っ掛けられる爪部３４を有する。

図４は、図３のＢＢ線断面図であって、押え金具２０が設置された部分の断面を示す。押え金具２０は、略Ｕ字形状を有し、モジュールフレーム１４ａの鍔部１８ａとモジュールフレーム１４ｂの鍔部１８ｂとに跨って設置される。押え金具２０が鍔部１８ａ，１８ｂを押さえ付けることで、太陽電池モジュール１１ａ，１１ｂが架台フレーム４０に固定される。モジュールフレーム１４ａ，１４ｂは、上記のように、太陽電池パネル１３ａ，１３ｂの端縁が嵌め込まれる溝部１７ａ，１７ｂをそれぞれ有する。

押え金具２０上には、カバー受け部材２２が配置される。押え金具２０及びカバー受け部材２２には、ボルト挿通孔２１，２５が形成されており、架台フレーム４０に固定されたボルト４３の軸部が挿通される。カバー受け部材２２の上方に突き出たボルト４３の軸部にナット４５が取り付けられて、押え金具２０及びカバー受け部材２２が架台フレーム４０に固定される。

カバー３２は、カバー受け部材２２上に配置される。カバー３２は、その棟側端部及び軒側端部がＬ字状に折り曲げられて形成された脚部３５，３６を有することが好適である。下方に延びる脚部３５，３６は、カバー受け部材２２の支持部２３，２４上に配置される。支持部２３，２４は、カバー受け部材２２の棟側端部及び軒側端部をＬ字状に上方に折り曲げて形成される。支持部２３，２４には、その上部が内側（互いに近づく方向）に折れ曲がって、脚部３５，３６が載せられる段部２３ａ，２４ａが形成されている。即ち、支持部２３，２４の上部がカバー３２の内側に差し込まれた状態となる。

ヒーター収容部３３は、ヒーター３１をモジュールフレーム１４ａに近接配置するため、カバー３２の棟側端部に形成されることが好適である。本実施形態では、ヒーターとしてコードヒーターが用いられるため、ヒーター収容部３３は、カバー３２の長手方向に沿って、即ち間隙Ｚの長手方向に沿って形成されている。ヒーター収容部３３は、カバー３２の略全長に亘って形成される。

ヒーター収容部３３は、例えば幅方向の断面形状が略コの字形状のスペースであって、モジュールフレーム１４ａ側に開口している。本実施形態では、ヒーター収容部３３の開口部がモジュールフレーム１４ａに沿って当該モジュール側に形成されているため、当該フレームが加熱され易く、ヒーター３１の取り付けも容易である。

爪部３４は、モジュールフレーム１４ｂの鍔部１６ｂ上に引っ掛けられる部分である。爪部３４は、カバー３２の長手方向に沿って、カバー３２の略全長に亘って設けられることが好適である。上記のように、カバー受け部材２２はカバー３２の長さよりも短いため、特にカバー受け部材２２が存在しないカバー３２の長手方向端部に上から強い力が加わるとカバー３２が変形することが想定される。爪部３４を設けることで、カバー３２にかかる力がモジュールフレーム１４ｂによって受容され、カバー３２の変形が防止される。爪部３４は、鍔部１６ｂ上から食み出さない寸法で形成され、例えば鍔部１６ｂ上の５０％程度を覆う。

本実施形態では、カバー３２の上面の一部が太陽電池モジュール１１ａ，１１ｂ（太陽電池パネル１３ａ，１３ｂ）の受光面に対して傾斜し、他の部分が受光面と略平行に配置されている。カバー３２の上面は、カバー３２を間隙Ｚに取り付けたときに当該受光面と略平行となる平坦面３９と、平坦面３９と爪部３４との間に形成され、カバー３２を間隙Ｚに取り付けたときに当該受光面に対して傾斜する傾斜面３８とを含む。これにより、爪部３４を設けた場合でも雪が引っ掛かるような段差が形成されず、滑雪が妨げられない。また、平坦面３９を確保することで、後述するネジ３７の取り付けも容易である。

太陽電池パネル１３ａ，１３ｂの受光面に対する傾斜面３８の傾斜角度θは、屋根１００の傾斜角よりも小さくされる。これにより、傾斜面３８が逆勾配（即ち、カバー３２の軒側が高くなる）になることが防止されるため、滑雪が妨げられない。また、カバー３２は、モジュールフレーム１４ａとの境界に雪が引っ掛かるような段差が形成されないように、平坦面３９が当該フレームの上面よりもやや下方に位置するように配置されることが好適である。

図５は、図３のＣＣ線断面図であって、ネジ３７が設置された部分の断面を示す。ネジ３７は、例えばタッピングネジであり、カバー３２とカバー受け部材２２とを結合する。図２及び図３にも示すように、ネジ３７は、カバー３２の上面側から取り付けられ、カバー３２及びカバー受け部材２２を貫通して両部材を結合する。カバー３２の安定性や施工性を考慮して、ヒーター収容部３３に干渉しない平坦面３９に、ネジ３７を取り付けることが好適である。

以上のように、上記構成を備えた太陽電池アレイ１０によれば、カバー３２によって雪が引っ掛かり易い間隙Ｚの溝が塞がれるため、アレイ上から雪が滑落し易く、アレイ上の積雪を抑制できる。さらに、カバー３２に収容されたヒーター３１がモジュールフレーム１４ａを加熱するため、当該フレームの段差に引っ掛かる雪を溶かすことができる。つまり、ヒーター３１及びカバー３２を備えたカバー装置３０を用いることにより、太陽電池アレイ１０上の積雪を抑制して、降雪時における発電効率を向上させることができる。

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、図６（カバー装置３０ｘの断面図）に示すように、カバー３２ｘは、爪部３４を有さない形態であってもよい。図６に示す例では、カバー３２ｘの上面が、全域に亘って略平坦であり、モジュールフレーム１４ａ，１４ｂの上面と略同一平面上に配置されている。即ち、カバー３２ｘは、その上面とモジュールフレーム１４ａ，１４ｂの上面とが略面一となるように配置されている。

上記実施形態では、カバー３２にヒーター３１を収容する構成を説明したが、カバー受け部材にヒーター収容部が設けられていてもよい。或いは、カバーとカバー受け部材との間に、ヒーター収容部が設けられていてもよい。

１０ 太陽電池アレイ、１１，１１ａ，１１ｂ 太陽電池モジュール、１２ 取り付け器具、１３ 太陽電池パネル、１４，１４ａ，１４ｂ モジュールフレーム、１５，１５ａ，１５ｂ 本体部、１６，１６ａ，１６ｂ，１８，１８ａ，１８ｂ 鍔部、１７ａ，１７ｂ 溝部、１９ 太陽電池セル、２０ 押え金具、２１，２５ ボルト挿通孔、２２ カバー受け部材、２３，２４ 支持部、２３ａ，２４ａ 段部、３０ 太陽電池アレイ用カバー装置、３１ ヒーター、３２ カバー、３３ ヒーター収容部、３４ 爪部、３５，３６ 脚部、３７，５５，５７ ネジ、３８ 傾斜面、３９ 平坦面、４０ 架台フレーム、４１，４２ ガイドレール部、４３，５６ ボルト、４４，４５，４６ ナット、４７ 操作ピン、５０ 支持部材、５１ ベース板、５２ 支持片、５３ 長孔、５４ ネジ挿通孔、１００ 屋根、１０１ 瓦、α 棟軒方向、β 横方向

Claims (5)

1. 太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルが嵌め込まれる溝部が形成されたモジュールフレームと、をそれぞれ有する複数の太陽電池モジュールと、
   隣り合う前記太陽電池モジュールの間隙に設けられ、当該各モジュールのうち屋根の棟側に配置される一方の前記太陽電池モジュールの前記モジュールフレームを加熱するヒーターと、
   前記間隙を覆うカバーと、
   前記間隙に配置されたカバー受け部材と、
   前記ヒーターを収容するヒーター収容部と、
   を備え、
   前記カバー受け部材は、前記モジュールフレームの前記間隙側の側面に沿って延び、前記カバーを支持する支持部を有し、
   前記ヒーター収容部は、前記間隙において棟側に配置される前記モジュールフレームの前記溝部の側面と、当該側面側に開口した凹部であって前記カバーに形成された凹部と、で形成されている、太陽電池アレイ。
2. 前記各モジュールフレームは、それぞれの底部から前記間隙側に張り出した鍔部を有し、
   前記間隙には、前記各鍔部に跨る押え金具が取り付けられ、
   前記カバー受け部材は、前記押え金具上に取り付けられている、請求項１に記載の太陽電池アレイ。
3. 前記ヒーターは、コードヒーターであり、
   前記ヒーター収容部は、前記カバーの長手方向に沿って形成されている、請求項２に記載の太陽電池アレイ。
4. 前記カバーは、隣り合う前記太陽電池モジュールのうち前記屋根の軒側に配置される他方の前記太陽電池モジュールの前記モジュールフレーム上に引っ掛けられる爪部を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池アレイ。
5. 前記カバーの上面は、
   前記カバーを前記間隙に取り付けたときに、前記太陽電池モジュールの受光面と略平行となる平坦面と、
   前記平坦面と前記爪部との間に形成され、前記カバーを前記間隙に取り付けたときに前記受光面に対して傾斜する傾斜面と、
   を含み、
   前記傾斜面の前記受光面に対する傾斜角度θは、前記屋根の傾斜角よりも小さい、請求項４に記載の太陽電池アレイ。

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