JP6648037B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

従来、ステンレス・スチール基板上に非晶質シリコン薄膜が形成された太陽電池パネルの縁部をプラスチック製の接合部材で挟持し、ブチルゴム製充填材を用いて、接合部材で挟持された太陽電池パネルの縁部をフレームに固定する太陽電池モジュールが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この太陽電池モジュールでは、太陽電池パネルはナイロンからなる裏面保護材、ＥＶＡ（Ethylene-Vinyl Acetate）からなる接着剤層、フッ素樹脂からなる表面保護部材、プラスチック製の接合部材及びブチルゴムによるシールを介してフレームに固定されており、更に、発泡ウレタンからなる裏面保護部材が接着されている。

特開２０００−３６６１２号公報

しかしながら、上記の太陽電池モジュールにおいて、太陽電池パネルとフレームとの間に介在する部材の中には、ある程度の耐熱性を有するものも含まれているが、火災に耐えうるものではない。従って、この太陽電池モジュールを設置した建物で火災が発生した場合に、これらの部材が燃焼し、難燃性のステンレス・スチール基板がフレームから脱落するおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、火災時にフレームから太陽電池パネルを構成する基板が脱落するおそれを軽減した太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

本太陽電池モジュールは、不燃性又は難燃性の基板上に太陽電池素子が形成された太陽電池パネルと、太陽電池パネルの端部に接続される不燃性又は難燃性のフレームと、を有し、基板とフレームとが不燃性又は難燃性の部材により連結され、基板と部材との間に介在する絶縁物により絶縁されており、基板とフレームとは導通していない。

開示の技術によれば、火災時にフレームから太陽電池パネルを構成する基板が脱落するおそれを軽減した太陽電池モジュールを提供できる。

第１の実施の形態に係る太陽電池モジュールを例示する平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図である。 図２の断面近傍の部分拡大斜視図である。 図３の接続部近傍の部分拡大斜視図である。 第１の実施の形態の変形例１に係る太陽電池モジュールを例示する部分拡大断面図である。 図５の断面近傍の部分拡大斜視図である。 太陽電池パネルを構成する基板を例示する平面図（その１）である。 太陽電池パネルを構成する基板を例示する平面図（その２）である。 接続部の他の例を示す斜視図（その１）である。 接続部の他の例を示す斜視図（その２）である。 第２の実施の形態に係る太陽電池モジュールを例示する斜視図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る太陽電池モジュールを例示する平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図である。図３は、図２の断面近傍の部分拡大斜視図である。図４は、図３の接続部近傍の部分拡大斜視図である。但し、図３では、太陽電池パネル１０については基板１１のみを図示し、封止材１２、保護部材１３及び保護シート１４の図示は省略している。

図１〜図４を参照するに、太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル１０と、フレーム２０と、接続部３０と、固定部４０とを有する。

太陽電池パネル１０は、基板１１と、封止材１２と、保護部材１３とを有する。基板１１は、例えば、ステンレスやガラス等の不燃性又は難燃性の材料からなり、表面に太陽電池素子が形成されている。太陽電池素子は、例えば、電極層や発電層等として機能する薄膜が複数層積層されたＣＩＳ系薄膜太陽電池素子である。但し、これには限定されず、太陽電池素子は、他の薄膜系太陽電池素子（ＣＩＧＳ系、ＣＺＴＳ系、アモルファスシリコン系等）であってもよい。

封止材１２は、基板１１の周囲を覆うように設けられている。封止材１２としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）や、オレフィン系ゴム等を用いることができる。

保護部材１３は、封止材１２の表面側（基板１１の太陽電池素子が形成されている側）に設けられている。保護部材１３としては、例えば、白板強化ガラス板等を用いることができる。なお、封止材１２の裏面側（保護部材１３とは反対側）に、アルミニウム箔やポリエチレンテレフタレート樹脂等からなる保護シート１４を設けてもよい。

太陽電池パネル１０の平面形状は、例えば、矩形状とすることができる。太陽電池パネル１０の平面形状は矩形状には限定されないが、以降では、太陽電池パネル１０の平面形状が矩形状である場合を例にして説明をする。なお、平面形状とは、太陽電池パネル１０の受光面の法線方向から対象物を視たときの形状を指すものとする。

フレーム２０は、太陽電池パネル１０の端部に接続される枠状の部材である。フレーム２０は、太陽電池モジュール１の強度を向上すると共に、太陽電池パネル１０の端部の受光面、側面、及び裏面を覆って太陽電池パネル１０の端部を保護する。

フレーム２０は、太陽電池パネル１０の一対の対向する二辺と接続されている対向配置された短辺フレーム２１と、太陽電池パネル１０の他の一対の対向する二辺と接続されている対向配置された長辺フレーム２２とを備えている。短辺フレーム２１と長辺フレーム２２とは互いに隣接して接続され、フレーム２０を構成する。短辺フレーム２１及び長辺フレーム２２は、例えば、金属（アルミニウムやステンレス等）やガラス等の不燃性又は難燃性の材料から形成されている。

接続部３０は、太陽電池パネル１０の基板１１とフレーム２０とを連結する部材であり、例えば、金属（アルミニウムやステンレス、鉄等）等の不燃性又は難燃性の材料から形成されている。接続部３０は、枠状（本実施の形態では円環状）の部分であるリング部３１と、リング部３１の外周から基板１１側に延伸するフック部３２とを備えている。フック部３２は、基板１１の周縁部の太陽電池素子が形成されていない領域に設けられた貫通孔１１ｘに掛けられている。なお、本実施の形態において、枠状（円環状を含む）とは完全に枠状である場合に限られず、おおよそ枠状である場合も含むものとする。おおよそ枠状である場合とは、例えば、リングの一部が途切れた不完全な枠状等である。

固定部４０は、接続部３０をフレーム２０に固定する部材であり、例えば、金属（アルミニウムやステンレス、鉄等）等の不燃性又は難燃性の材料から形成されている。固定部４０は、例えば、ボルト４１とナット４２により構成することができる。ボルト４１の柱状の部分は、フレーム２０の一方の側から、太陽電池パネル１０とフレーム２０とを貫通する貫通孔に挿入され、途中でリング部３１の枠状の部分を挿通してフレーム２０の他方の側に先端部が突出している。そして、ボルト４１の先端部はナット４２と螺合され、フレーム２０に固定されている。但し、ボルト４１に代えて、ピン、軸、金具等を用いてもよい。

なお、リング部３１とボルト４１とは離間しており、両者の隙間には絶縁物である封止材１２が充填されている。これにより、リング部３１とボルト４１とが互いに絶縁されるため、基板１１とフレーム２０とが共に金属等の導電材から構成されている場合でも、基板１１からフレーム２０への漏電を防ぐことができる。

このように、太陽電池モジュール１では、太陽電池パネル１０を構成する不燃性又は難燃性の基板１１と、太陽電池パネル１０の端部に接続される不燃性又は難燃性のフレーム２０とが、不燃性又は難燃性の部材からなる接続部３０及び固定部４０により連結されている。

例えば、接続部３０及び固定部４０を用いずに、ガラス基板を備えた太陽電池パネルをブチルゴム等の部材で太陽電池パネル周囲の４辺のフレームに固定している構造でも、火災発生時に必ずしもフレームからガラス基板が脱落するわけではなく、ある程度脱落を防止することができる。

太陽電池モジュール１では、この構造に不燃性の接続部３０及び固定部４０を追加したことにより、火災発生時のフレーム２０からの基板１１の脱落を、より確実に防止することができる。

すなわち、太陽電池モジュール１では、火災が発生して、万が一、封止材１２、保護部材１３及び保護シート１４が燃え尽きたとしても、基板１１とフレーム２０とは接続部３０及び固定部４０により連結された状態で維持される。その結果、火災発生時のフレーム２０からの基板１１の脱落を、より確実に防止することができる。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、接続部と基板とを一体で構成する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図５は、第１の実施の形態の変形例１に係る太陽電池モジュールを例示する部分拡大断面図であり、図２に対応する断面を示している。図６は、図５の断面近傍の部分拡大斜視図である。但し、図６では、太陽電池パネル１０については基板１１のみを図示し、封止材１２、保護部材１３及び保護シート１４の図示は省略している。

図５及び図６を参照するに、太陽電池モジュール１Ａでは、太陽電池パネル１０を構成する基板１１に形成された貫通孔１１ｙが接続部として機能する。言い換えれば、太陽電池モジュール１Ａでは、接続部が太陽電池パネル１０を構成する基板１１と一体で形成されている。

固定部４０のボルト４１の柱状の部分は、フレーム２０の一方の側から、太陽電池パネル１０とフレーム２０とを貫通する貫通孔に挿入され、途中で基板１１に形成された貫通孔１１ｙ（接続部）を挿通してフレーム２０の他方の側に先端部が突出している。そして、ボルト４１の先端部はナット４２と螺合され、フレーム２０に固定されている。

なお、貫通孔１１ｙの内壁とボルト４１とは離間しており、両者の隙間には絶縁物である封止材１２が充填されている。これにより、基板１１とボルト４１とが互いに絶縁されるため、基板１１とフレーム２０とが共に金属等の導電材から構成されている場合でも、基板１１からフレーム２０への漏電を防ぐことができる。

このように、第１の実施の形態の変形例１では、接続部が太陽電池パネル１０を構成する基板１１と一体で形成されたシンプルな構成であるため、製造プロセスが簡単になるという利点がある。その他の効果については、第１の実施の形態と同様である。

なお、接続部として機能する貫通孔１１ｙを図７に示すように形成すると、基板１１が大面積化し、太陽電池パネル１０の重量が増加する。そこで、図８に示すように貫通孔１１ｙを形成する領域のみを残し、その他の領域を切り落とした構造とすると好適である。図８の構造とすることにより、基板１１の大面積化による太陽電池パネル１０の重量増加を軽減し、太陽電池パネル１０を軽量化することができる。

ところで、第１の実施の形態では接続部３０を基板１１と別体で構成しており、図８のように基板１１の不要な部分を切り落とす必要はない。従って、材料コスト増加を防ぐ観点からは、第１の実施の形態のように接続部３０を基板１１と別体で構成することが好ましい。

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、基板と別体で構成する接続部の他の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図９及び図１０は、接続部の他の例を示す斜視図である。図４に示す接続部３０のリング部３１は円環状であったが、これに限られるものではなく、リング部は多角環状であってもよい。例えば、図９に示す接続部３０Ａのように三角環状のリング部３１Ａを備えていてもよいし、図１０に示す接続部３０Ｂのように四角環状のリング部３１Ｂを備えていてもよい。

但し、固定部４０のボルト４１とリング部との距離が近い箇所に電圧が集中し、ボルト４１とリング部との間の放電によりフレーム２０が帯電するおそれがある。従って、ボルト４１とリング部との間の距離を均一化するためには、図４に示す円環状のリング部３１を備えていることが好ましい。これにより、ボルト４１とリング部３１との間において、距離が近い箇所への電圧の集中による放電を防ぐことができる。

なお、三角環状のリング部３１Ａや四角環状のリング部３１Ｂを用いた場合には、ボルト４１に代えてピン等を用い、ピン等の断面形状をリング部の形状に合わせて三角や四角にするとよい。これにより、ピン等とリング部との間において、距離が近い箇所への電圧の集中による放電を防ぐことができる。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、太陽電池パネルが可撓性を有する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１１は、第２の実施の形態に係る太陽電池モジュールを例示する斜視図である。但し、図１１では、太陽電池パネル１０Ａについては基板１１のみを図示し、封止材１２、保護部材１３及び保護シート１４の図示は省略している。

図１１を参照するに、太陽電池モジュール２では、短辺フレーム２１が太陽電池パネル１０Ａの一対の対向する二辺と接続されているのみである。すなわち、太陽電池モジュール２には、長辺フレーム２２は存在しない。

太陽電池パネル１０Ａにおいて、基板１１は厚さ数１００μｍ程度のステンレスで構成され、封止材１２、保護部材１３及び保護シート１４は可撓性を有する部材で構成されている。このような構成により、太陽電池パネル１０Ａが可撓性を有し、太陽電池パネル１０Ａを撓ませたり、曲面状（凸状）に湾曲させたりすることができる。

このように、太陽電池パネル１０Ａを撓ませたり、曲面状（凸状）に湾曲させたりして設置してもよい。この時、図１１のように太陽電池パネル１０Ａを湾曲可能とするために、長辺フレームを取り付けず短辺フレーム２１のみを取り付ける場合がある。このような設置状況であっても、基板１１と短辺フレーム２１とが不燃性又は難燃性の部材からなる接続部３０及び固定部４０により連結されているため、第１の実施の形態と同様に、火災発生時の短辺フレーム２１からの基板１１の脱落を防止することができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の実施の形態では、不燃性又は難燃性の材料として金属又はガラスを例示したが、これらに代えて、難燃性の樹脂を用いてもよい。難燃性の樹脂としては、例えば、エンジニアリング・プラスチック、スーパーエンジニアリング・プラスチック、繊維強化プラスチック等を挙げることができる。

又、別体の固定部及び接続部を用いることなく、フレームと基板とを直接連結してもよい。例えば、フレームに、固定部として機能する先端がフック状となったフレームと一体構造の突起部を設け、その突起部を基板に形成された接続部として機能する貫通孔に掛けることで両者を直接連結できる。

本国際出願は２０１４年１２月２５日に出願した日本国特許出願２０１４−２６３１５３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１４−２６３１５３号の全内容を本国際出願に援用する。

１、１Ａ、２ 太陽電池モジュール
１０、１０Ａ 太陽電池パネル
１１ 基板
１１ｘ、１１ｙ 貫通孔
１２ 封止材
１３ 保護部材
１４ 保護シート
２０ フレーム
２１ 短辺フレーム
２２ 長辺フレーム
３０、３０Ａ、３０Ｂ 接続部
３１、３１Ａ、３１Ｂ リング部
３２ フック部
４０ 固定部
４１ ボルト
４２ ナット

Claims (7)

1. 不燃性又は難燃性の基板上に太陽電池素子が形成された太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの端部に接続される不燃性又は難燃性のフレームと、を有し、
   前記基板と前記フレームとが不燃性又は難燃性の部材により連結され、
   前記基板と前記部材との間に介在する絶縁物により絶縁されており、前記基板と前記フレームとは導通していない太陽電池モジュール。
2. 前記部材は、前記基板とは別体で構成されている請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記部材は、枠状の部分を備え、前記基板に引っ掛けられる接続部と、柱状の部分を備えた固定部と、を含み、
   前記柱状の部分は、前記枠状の部分を挿通して前記フレームに固定されている請求項２記載の太陽電池モジュール。
4. 前記枠状の部分と前記柱状の部分の間が絶縁物で充填されている請求項３記載の太陽電池モジュール。
5. 前記枠状の部分は円環状である請求項３又は４記載の太陽電池モジュール。
6. 前記太陽電池パネルは可撓性を有し、
   前記フレームは、前記太陽電池パネルの一対の対向する二辺と接続されている請求項１乃至５の何れか一項記載の太陽電池モジュール。
7. 前記基板、前記フレーム及び前記部材は、金属又はガラスの何れかにより構成されている請求項１乃至６の何れか一項記載の太陽電池モジュール。

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