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

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１〜３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４に記載の太陽電池モジュール。
   

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