JP6643666B2 - 太陽電池モジュール用補強部材及び太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池モジュール用補強部材及び太陽電池モジュール Download PDF

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Description

本開示は、太陽電池モジュール用補強部材及び太陽電池モジュールに関する。
太陽電池モジュールは、一般的に太陽電池パネルと、当該パネルの端縁に沿って設置されたモジュールフレームとを備える。太陽電池パネルは、複数の太陽電池セルがガラス板等の保護部材で挟持された構造を有するが、受光面側から荷重が加わったときに当該荷重によって撓みが発生する場合がある。特に、モジュールの軽量化を図るため、保護部材の厚みを薄くした場合には太陽電池パネルの撓みが発生し易くなる。かかる状況に鑑みて、モジュールの裏側に補強部材を配置して太陽電池パネルを補強した太陽電池モジュールが開発されている(例えば、特許文献1参照)。
国際公開2011/090160
ところで、太陽電池モジュールの裏側に設置される補強部材には、太陽電池パネルを裏側から支持してパネルの撓みを十分に抑制でき、且つ構造が単純で製造コストが安価であることが求められる。また、補強部材は軽量であることが好ましい。従来の補強部材は、これらの要求に対して未だ改良の余地がある。
本開示の一態様である太陽電池モジュール用補強部材は、太陽電池パネル、当該パネルの第1の端縁に沿って設置された第1フレーム、及び第1の端縁に対向する第2の端縁に沿って設置された第2フレームを備え、各フレームの下部にモジュールの内側に張り出した内鍔部がそれぞれ形成された太陽電池モジュールの裏側において、第1フレームと第2フレームとの間に架設される長尺状の補強部材であって、各フレームの内鍔部にそれぞれ固定される一対の脚部と、各脚部にそれぞれ立設し、太陽電池パネルの裏面に対して略垂直に配置される一対の立壁部と、各立壁部の上端部同士を連結し、太陽電池パネルの裏面に近接又は接触した状態で当該裏面に沿って配置される天板部とを備える。
本開示の一態様である太陽電池モジュールは、モジュールの裏側において第1フレームと第2フレームとの間に架設された上記太陽電池モジュール用補強部材を備える。
本開示の一態様である太陽電池モジュール用補強部材は、構造が単純で製造コストが安価でありながら、太陽電池パネルの撓みを十分に抑制することができる。
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。 実施形態の一例である太陽電池モジュールを裏面側から見た図である。 図1中のAA線断面図である。 図1中のBB線断面図である。 実施形態の一例である太陽電池モジュール用補強部材の斜視図である。 実施形態の一例である太陽電池モジュール用補強部材をモジュールフレームに取り付ける様子を示す図である。 実施形態の他の一例である太陽電池モジュール用補強部材の断面図である。 従来の太陽電池モジュール用補強部材の断面図である。
本開示の一態様である太陽電池モジュール用補強部材は、一対の脚部、一対の立壁部、及び天板部からなる単純な構造でありながら、太陽電池パネルの撓みを十分に抑制することができる。本開示に係る補強部材は、例えば1枚の金属板を曲げ加工して製造することが可能であり、従来の補強部材よりも安価に製造できる。詳しくは後述するが、従来の補強部材は、一般的に断面略エの字形状を有し、曲げ加工よりも製造コストの高い押し出し成形で製造される。また、本開示に係る補強部材は、断面略エの字形状の補強部材と比べて耐荷重性に優れた構造を有する。このため、補強部材の厚みを薄くして軽量化を図ることができる。
以下、実施形態の一例について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図面はいずれも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以下の説明を参酌して判断されるべきである。なお、本明細書において「略**」との記載は、略垂直を例に説明すると、完全に垂直はもとより実質的に垂直と認められるものを含む意図である。
本明細書では、太陽電池パネルの厚み方向に沿った方向を太陽電池モジュール及び太陽電池モジュール用補強部材を含む各構成要素の「上下方向」とし、太陽電池パネルの受光面側を「上」とする。また、平面視とは、太陽電池パネルの受光面に垂直な方向から当該パネル等を見た様子を意味する。ここで、太陽電池パネルの受光面とは太陽光が主に入射する面であり、パネルに入射する太陽光の50%超過〜100%が受光面から入射する。
図1A,1Bは、実施形態の一例である太陽電池モジュール10を示す図である。図1Bではフレーム本体と内鍔部との境界位置を一点鎖線で示している。図1A,1Bに例示するように、太陽電池モジュール10は、太陽電池パネル11と、当該パネルの端縁に沿って設置されたモジュールフレーム20とを備える。太陽電池パネル11は、例えば平面視略矩形形状を呈し、複数の太陽電池セル12がガラス板等の保護部材で挟持された構造を有する。本実施形態では、太陽電池セル12の裏面側に不透明なバックシートが設けられ、太陽電池セル12が裏面側から見えない太陽電池パネル11を例示するが、太陽電池パネル11は太陽電池セル12が裏面側から見える両面受光型のパネルであってもよい。
モジュールフレーム20は、太陽電池パネル11の端縁部を保護し、架台フレーム等の設置対象(図示せず)に対する太陽電池モジュール10の取り付けに利用される。モジュールフレーム20は、太陽電池パネル11の端縁に沿って設置される複数のフレーム20a,20b,20c,20dによって構成されることが好適である。各フレームは、例えばコーナーピース等を用いて隣接するフレームと接続され、太陽電池パネル11の四方を囲むように設置される。各フレームは、例えばアルミニウム等の金属材料を押出成形して得られる長尺状の部材である。
モジュールフレーム20は、平面視略矩形状の太陽電池パネル11の一方の長辺(第1の端縁)に沿って設置されたフレーム20aと、一方の長辺に対向する他方の長辺(第2の端縁)に沿って設置されたフレーム20bとを有する。本実施形態では、フレーム20a,20bに、同じ形状、寸法を有する共通の部材が適用される。フレーム20a,20bの下部には、モジュールの内側に張り出した内鍔部24a,24bがそれぞれ形成されている。内鍔部24a,24bは、例えばフレーム本体21a,21bの下部からそれぞれ延出する。図1Bに示す例では、太陽電池パネル11の短辺に沿って設置されるフレーム20c,20dにも内鍔部24c,24dがそれぞれ形成されている。
太陽電池モジュール10は、モジュールの裏面側において、フレーム20aとフレーム20bとの間に架設される長尺状の太陽電池モジュール用補強部材30(以下、単に「補強部材30」とする)を備える。補強部材30は、フレーム20a,20bに固定される桟であって、太陽電池パネル11の裏面に略接触した状態で設けられることが好適である。補強部材30は、上述のように太陽電池パネル11の受光面側から加わる荷重によって太陽電池パネル11が大きく撓まないように、太陽電池パネル11を裏側から支持する。
本実施形態では、太陽電池パネル11の裏面に沿って1本の補強部材30が設けられている。補強部材30は、複数設置されてもよいが、軽量化、材料コスト削減等の観点から、1本であることが好ましい。補強部材30は、フレーム20aの長手方向中央部からフレーム20bの長手方向中央部に亘って設けられている。即ち、太陽電池モジュール10は、太陽電池パネル11の長辺方向中央部を通り、短辺方向に沿って設けられた1本の補強部材30を備える。補強部材30は、例えばフレーム20cとフレーム20dとの間に架設され、太陽電池パネル11の長辺方向に沿って設けられてもよいが、軽量化、材料コスト削減等の観点から、パネルの短辺方向に沿って設けられることが好ましい。
補強部材30は、長手方向一端部がフレーム20aの内鍔部24a上に配置され、長手方向他端部がフレーム20bの内鍔部24b上に配置されている。即ち、補強部材30の長さは、フレーム本体21a,21bの間隔よりも短く、内鍔部24a,24bの先端同士の間隔よりも長い。補強部材30の長さは、取り付け性等の観点から、フレーム本体21a,21bと接触しない長さに設定されることが好ましい。補強部材30の幅は、特に限定されないが、例えばフレーム本体21a,21bの幅よりも長く、フレーム本体21a,21bの幅の5倍に相当する長さよりも短い。補強部材30は、ボルト40(図2参照)を用いて内鍔部24a,24bにそれぞれ固定されることが好適である。
図2は、図1中のAA線断面図である。図2に例示するように、フレーム20aは、中空の角柱形状を有するフレーム本体21aと、フレーム本体21a上に立設した鉤部22aとを有する。フレーム20aは、上述のようにフレーム本体21aの下部からモジュールの内側に張り出した内鍔部24aを有する。なお、フレーム本体21aは、内鍔部24aと太陽電池パネル11の裏面との間に補強部材30の長手方向端部を挿入可能な上下方向長さを有する。換言すると、補強部材30の上下方向長さは、内鍔部24aと太陽電池パネル11の裏面との間隔よりも短く設定される。
鉤部22aは、フレーム本体21aの上面の外側から上方に延び、途中でモジュールの内側に折れ曲がって断面略L字状に形成されている。そして、フレーム本体21aと鉤部22aとの間には、太陽電池パネル11の端縁部を挿入可能な隙間である内溝23aが形成されている。図2に示す例では、フレーム20aの幅方向に沿った鉤部22aの長さが、フレーム本体21aの幅と略同一である。
内鍔部24aは、例えばフレーム本体21aの下端部から延出し、フレーム本体21aの内側面に対して略垂直に形成される。内鍔部24aは、太陽電池パネル11の裏面と略平行に延びることが好適である。本実施形態では、上述の通り内鍔部24aに対して補強部材30がボルト40を用いて固定される。このため、内鍔部24aにはボルト40が挿通される貫通孔25aが形成される。貫通孔25aは、補強部材30の各脚部31に対応して2つ形成されている。
以下、図3及び図4をさらに参照しながら、補強部材30について詳説する。図3は図1中のBB線断面図、図4は補強部材30の斜視図である。
図2〜図4に例示するように、補強部材30は、一対の脚部31と、各脚部31にそれぞれ立設する一対の立壁部32と、各立壁部32の上端部同士を連結する天板部33とを備える。脚部31は、上述の通りフレーム20a,20bの内鍔部24a,24bにそれぞれ固定される。そして、立壁部32が太陽電池パネル11の裏面に対して略垂直に配置され、天板部33が太陽電池パネル11の裏面に近接又は接触した状態で当該裏面に沿って配置される。太陽電池パネル11に受光面側から荷重が加わった場合、即ち太陽電池パネル11に正圧が加わった場合、その荷重は天板部33、立壁部32に伝達され、脚部31が固定されているフレーム20a,20bによって支持される。
補強部材30は、1枚の金属板によって構成されていることが好ましく、1枚の金属板を曲げ加工して製造することができる。補強部材30は、1枚の金属板を折り曲げて製造可能な構造を有するため、例えば押し出し成形法よりも安価に製造できる。詳しくは後述するが、補強部材30の長手方向両端部には金属板の一部を切除して切り欠き35を形成することが好ましい。
脚部31は、補強部材30の下端部に位置し、補強部材30の長手方向全長に亘って形成されることが好適である。脚部31は、例えば平面視略矩形状の平坦な板状部分であって、太陽電池パネル11の裏面と略平行に配置される。脚部31は、補強部材30の幅方向両側に補強部材30の長手方向に沿って設けられている。本実施形態では、2つの脚部31が各立壁部32の下端部から互いに反対方向に延びている。この場合、例えば補強部材30の幅方向片側に偏って作用する荷重に対する耐久性が向上する。2つの脚部31は、互いに異なる形状、寸法を有していてもよいが、互いに略同一の形状、寸法を有することが好ましい。
脚部31は、ボルト40を用いてフレーム20a,20bの内鍔部24a,24bにそれぞれ固定されることが好適である。各脚部31の長手方向両端部には、内鍔部24a,24bと重なる位置にボルト40が挿通される貫通孔34がそれぞれ形成されている。図2に例示するように、補強部材30は、例えば脚部31の貫通孔34と内鍔部24aの貫通孔25aが一致するように内鍔部24a上に配置される。そして、貫通孔25a,34に挿通されたボルト40の軸部にナット41が取り付けられて脚部31が内鍔部24aに固定される。ボルト40は、内鍔部24aの下から貫通孔25a,34に挿通され、ナット41は、内鍔部24a上に取り付けられることが好適である。ボルト40と内鍔部24aの間、ナット41と脚部31の間には、一般的にワッシャ42,43が設けられる。なお、ボルト40の代わりにリベットを用いてもよく、また貫通孔25aをネジ孔としてナット41を不要としてもよい。
立壁部32は、脚部31に対して略垂直に形成されることが好ましく、各脚部31にそれぞれ立設する2つの立壁部32は互いに略平行に形成される。そして、各立壁部32は太陽電池パネル11の裏面に対して略垂直に配置される。天板部33により連結された一対の立壁部32が太陽電池パネル11の裏面に対して略垂直に、互いに間隔をあけて配置されることにより、高い耐荷重性が得られ、太陽電池パネル11の撓みを高度に抑制することが可能となる。
立壁部32は、補強部材30の耐荷重性を向上させるため、脚部31と略同一の長さを有することが好適である。即ち、立壁部32は補強部材30の長手方向全長に亘って形成されることが好ましい。立壁部32は、長手方向全長に亘って同じ高さ、即ち同じ上下方向長さで形成されてもよいが、好ましくは長手方向中央部よりも長手方向両端部で低く形成される。立壁部32の長手方向両端部を除く部分は、例えば略同一の高さに形成され、各脚部31を内鍔部24a,24bにそれぞれ固定した状態で立壁部32の上端が太陽電池パネル11の裏面に近接又は接触している。なお、2つの立壁部32は互いに略同一の形状、寸法を有することが好ましい。
立壁部32は、上述の通り長手方向両端部で高さが低くなっていることが好適である。本実施形態では、補強部材30が1枚の金属板によって構成され、補強部材30の長手方向両端部に切り欠き35が形成されている。そして、補強部材30の長手方向両端部には天板部33が形成されていない。即ち、補強部材30は、天板部33の長手方向両端から脚部31及び立壁部32が当該長手方向に延出した構造を有する。立壁部32の長手方向両端部の高さh1は、例えば長手方向中央部の高さh2の3%〜10%である。この場合、補強部材30の耐荷重性を確保しながら、補強部材30の取り付け性を向上させることができる。また、補強部材30をさらに軽量化することができる。補強部材30の取り付け方法については後述する。
立壁部32の長手方向両端部に位置する上端角部は、外側に向かって湾曲していることが好適である。即ち、立壁部32の上端角部はR面取り加工されており、丸みを帯びている。この場合、例えば補強部材30の取り付け時に、立壁部32の上端角部が太陽電池パネル11の裏面に接触したとしても当該パネルの損傷が発生し難くなる。
天板部33は、一対の立壁部32の上端部同士を連結することで補強部材30を一体化し、補強部材30の耐荷重性、取り付け性等を向上させる。補強部材30は、天板部33が太陽電池パネル11の裏面近傍においてパネルの裏面との間に間隔をあけて配置されてもよいが、好ましくは天板部33がパネルの裏面に略接触した状態で配置される。なお、前者の場合は太陽電池パネル11に正圧が加わりパネルがある程度撓んだときに、パネルの裏面が天板部33に接触して支持され、それ以上の撓みが防止される。
天板部33は、補強部材30の上端部において、補強部材30の長手方向両端部を除く部分に形成されることが好適である。即ち、一対の立壁部32において補強部材30の長手方向両端部に位置する部分は互いに連結されていない。天板部33は、例えば平面視略矩形状の平坦な板状部分であって、太陽電池パネル11の裏面と略平行に配置され、パネルの裏面に当接する。
天板部33は、接着材44によって太陽電池パネル11の裏面に接着されていることが好適である。太陽電池パネル11の裏面に天板部33を接着することにより、例えば風の吹き抜けによりパネルの裏側から荷重が加わった場合、即ち太陽電池パネル11に負圧が加わった場合にもパネルの撓みを抑制することが可能となる。太陽電池パネル11の裏面と天板部33の上面との間に介在する接着材44の厚みは、例えば10μm〜1mm程度である。
接着材44には、一般的な乾燥硬化型接着剤、2液硬化型接着剤、湿気硬化型接着剤等を用いることができる。例えば、これら接着剤を天板部33上に塗布して、太陽電池パネル11の裏面に天板部33を接合してもよいが、生産性向上等の観点から、接着材44はテープ基材の両面に接着剤層が形成された両面テープであることが好ましい。当該両面テープは、例えば界面活性剤を含有する乾燥硬化型の接着剤層を有する。
図5は、太陽電池パネル11の裏側に補強部材30を取り付ける様子を示す図である。図5に例示するように、補強部材30は、長手方向両端部が内鍔部24a,24bと太陽電池パネル11の裏面との間に挿し込まれる。このとき、天板部33上には両面テープである接着材44が貼着されていることが好ましい。そして、脚部31の貫通孔34に挿通されたボルト40により補強部材30が内鍔部24a,24bに固定される。
立壁部32は、上述の通り長手方向両端部で高さが低くなっているため、太陽電池パネル11の裏面に立壁部32が接触することなく補強部材30を取り付けることができる。また、立壁部32の上端角部はR面取り加工されているため、上端角部が太陽電池パネル11の裏面に接触したとしても当該パネルの損傷を防止できる。なお、太陽電池パネル11を受光面側から吸引して受光面側に撓ませた状態で補強部材30を取り付けてもよい。或いは、補強部材30を太陽電池パネル11の裏面に接合した後、当該パネルにモジュールフレーム20を設置することも可能である。
図6は、実施形態の他の一例である補強部材50を示す断面図である。図6に例示するように、補強部材50は、一対の脚部51、一対の立壁部32、及び天板部33を備える点で補強部材30と共通する。一方、2つの脚部51は各立壁部32の下端部から互いに近づく方向、即ち補強部材50の内側に延びている点で補強部材30と異なる。この場合、補強部材30よりも幅を小さくすることができる。脚部51は天板部33と上下方向に並んで設けられており、補強部材50は断面略ロの字形状を有する。脚部51は、脚部31と同様に、補強部材50をフレームの内鍔部に固定するためのボルトが挿通される貫通孔を有することが好ましい。
上記構成を備えた補強部材30の作用効果について、図7に示す従来の補強部材100と比較しながら説明する。図7に例示するように、従来の補強部材100は、底板部101と、天板部102と、それらを接続する壁部103とを備え、断面略エの字形状を有する。壁部103は、底板部101及び天板部102に対して略垂直に形成され、底板部101の幅方向中央部と天板部102の幅方向中央部とを接続している。かかる構造を有する補強部材100では、太陽電池パネル11の受光面側から荷重α又は荷重βのような力が加わった場合に、天板部102が変形し易く、太陽電池パネル11の撓みを十分に抑制できないことが想定される。つまり、壁部103が天板部102の幅方向中央部に設けられているため、天板部102の幅方向両端部にかかる荷重を十分に支持することができない。なお、負圧についても同様のことがいえる。天板部102の厚みを厚くすれば天板部102の変形は抑制されるが、この場合、補強部材100の重量が増加するという課題がある。また、補強部材100は金属板の折り曲げ加工では製造できず、一般的に押し出し成形により製造される。
これに対して、補強部材30は、太陽電池パネル11の受光面側から荷重α又は荷重βのような力が加わった場合でも、天板部33の幅方向両端部を支持する一対の立壁部32によって天板部33の変形が防止される。つまり、補強部材30では天板部33等の変形が起こり難く、補強部材30は補強部材100よりも耐荷重性に優れた構造を有している。このため、補強部材30の厚みを薄くして、太陽電池モジュール10を軽量化することも可能である。また、補強部材30は1枚の金属板を曲げ加工して製造することが可能であり、押し出し成形を余儀なくされる補強部材100よりも安価に製造できる。
10 太陽電池モジュール、11 太陽電池パネル、11a 受光面、11b 裏面、12 太陽電池セル、20 モジュールフレーム、20a,20b,20c,20d フレーム、21a,21b フレーム本体、22a 鉤部、23a 内溝、24a,24b,24c,24d 内鍔部、25a 貫通孔、30 補強部材、31 脚部、32 立壁部、33 天板部、34 貫通孔、35 切り欠き、40 ボルト、41 ナット、42,43 ワッシャ、44 接着材

Claims (5)

  1. 太陽電池パネル、当該パネルの一方の長辺に沿って設置された第1フレーム、及び前記一方の長辺に対向する他方の長辺に沿って設置された第2フレームを備え、前記各フレームの下部にモジュールの内側に張り出した内鍔部がそれぞれ形成された太陽電池モジュールの裏側において、前記第1フレームと前記第2フレームとの間に架設される1枚の金属板を折り曲げた長尺状の補強部材であって、
    前記各フレームの前記内鍔部にそれぞれ固定される一対の脚部と、
    前記各脚部にそれぞれ立設し、前記太陽電池パネルの裏面に対して略垂直に配置される一対の立壁部と、
    前記各立壁部の上端部同士を連結し、前記太陽電池パネルの裏面に近接又は接触した状態で当該裏面に沿って配置される天板部と、
    を備え
    前記各立壁部は、長手方向中央部よりも長手方向両端部で低く形成されている、太陽電池モジュール用補強部材。
  2. 前記各立壁部の上端角部は、外側に向かって湾曲している、請求項1に記載の太陽電池モジュール用補強部材。
  3. 前記各脚部は、前記各立壁部の下端部から互いに反対方向に延びている、請求項1または2に記載の太陽電池モジュール用補強部材。
  4. 太陽電池パネルと、
    前記太陽電池パネルの一方の長辺に沿って設置された第1フレームと、
    前記一方の長辺に対向する他方の長辺に沿って設置された第2フレームと、
    を備え、前記各フレームの下部にモジュールの内側に張り出した内鍔部がそれぞれ形成された太陽電池モジュールであって、
    請求項1〜のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール用補強部材が、モジュールの裏側において、前記第1フレームと前記第2フレームとの間に架設されている、太陽電池モジュール。
  5. 前記天板部が、接着材を介して前記太陽電池パネルの裏面に接着されている、請求項に記載の太陽電池モジュール。
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