JP6667168B2 - 太陽電池モジュールフレーム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フレーム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、太陽電池パネルと、当該パネルの端縁部に設置されるモジュールフレームとを備える。モジュールフレームは、太陽電池パネルの端縁部を保護し、太陽電池モジュールを架台フレーム等の設置対象物に固定する際に利用される。例えば、特許文献１には、外側に張り出した鍔部を有する太陽電池モジュールフレームが開示されている。当該モジュールフレームの鍔部には、当該フレームを設置対象物に固定するための固定部材が取り付けられる。

特開２０１５−０６３８２５号公報

ところで、モジュールフレームには、太陽電池モジュールの保管・運搬時、施工時、或いは使用時等において大きな荷重が作用する場合がある。モジュールフレームの耐荷重性を向上させることは重要な課題であり、例えば重量増、コスト増を抑えながら、応力が集中し易い部分の変形を効率良く抑制することが求められる。なお、太陽電池モジュールを設置対象物に取り付ける際に利用されるモジュールフレームは、固定部材が設置可能な構造とする必要がある。

本開示の一態様である太陽電池モジュールフレームは、フレーム本体と、フレーム本体の上面に設けられ、太陽電池パネルの端縁部を保持する鉤部と、フレーム本体の下部から上下方向に垂直な横方向に張り出した鍔部と、フレーム本体と鍔部との連結部分に形成された肉厚部とを備え、肉厚部は、フレーム本体に近づくほど上下方向に厚く形成されている。

本開示の一態様である太陽電池モジュールは、上記太陽電池モジュールフレームと、当該フレームの鉤部によりパネル端縁部が保持された太陽電池パネルとを備える。

本開示の一態様によれば、耐荷重性に優れた太陽電池モジュールフレームを提供することができる。

実施形態の一例である太陽電池モジュールを示す図である。 図１中のＡＡ線断面図である。 架台フレームに対する太陽電池モジュールの取り付け構造の一例を示す断面図である。 実施形態の一例であるモジュールフレームの変形例を示す図である。 実施形態の一例であるモジュールフレームの変形例を示す図である。 実施形態の他の一例であるモジュールフレームの断面図である。 実施形態の他の一例であるモジュールフレームの断面図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態の一例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、太陽電池モジュールフレームの「上下方向」とは当該フレームに太陽電池パネルが取り付けられた状態で当該パネルの厚み方向に沿った方向を意味し、太陽電池パネルの受光面側が「上」である。太陽電池モジュールフレームの「横方向」とは、当該フレームの上下方向及び長手方向に垂直な方向（フレームの幅方向）を意味する。また、本明細書において「略＊＊」との記載は、略同一を例に挙げて説明すると、完全に同一はもとより、実質的に同一と認められる場合を含む意図である。

図１〜図３に、実施形態の一例である太陽電池モジュール１０を示す。
図１は、架台フレーム１３上に配置された太陽電池モジュール１０を示す。図２は、図１中のＡＡ線断面図であって、太陽電池モジュールフレーム１２（以下、「モジュールフレーム１２」とする）の横方向断面を示す。

図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、長尺状の架台フレーム１３上に載置され、下金具５０等の固定金具（図１では省略、後述の図３参照）を用いて当該フレームに固定される。架台フレーム１３は、例えばその長手方向が屋根の軒棟方向に沿うように屋根上に配置される。図１に示す例では、１枚の太陽電池モジュール１０が、屋根の桁方向（軒棟方向に垂直な方向）に適当な間隔をあけて互いに略平行に配置された２本の架台フレーム１３上に固定されている。

太陽電池モジュール１０は、太陽電池パネル１１と、当該パネルの端縁部に設けられたモジュールフレーム１２とを備える。図１に例示する太陽電池モジュール１０及び太陽電池パネル１１は、平面視において略矩形形状を有する。太陽電池パネル１１は、複数の太陽電池がガラス板等の保護部材で挟持された構造を有し、モジュールフレーム１２の鉤部２４によりパネル端縁部が保持されている。具体的には、パネル端縁部がモジュールフレーム１２のフレーム本体２０の上面と鉤部２４との間に嵌め込まれている（図２参照）。

モジュールフレーム１２は、太陽電池パネル１１の端縁部を保護し、太陽電池モジュール１０の架台フレーム１３への固定に利用される。モジュールフレーム１２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１２は、太陽電池パネル１１の長辺に沿って取り付けられた第１のフレームと、太陽電池パネル１１の短辺に沿って取り付けられた第２のフレームとを含み、太陽電池パネル１１の四方を囲むことが好適である。本実施形態では、第１のフレームが架台フレーム１３と略直交しており、それらが重なる部分に下金具５０等が取り付けられる。

架台フレーム１３は、幅方向断面が略コの字形状を有し、例えば図示しないアンカーを用いて屋根の野地板に固定される。架台フレーム１３は、複数の太陽電池モジュール１０を載置可能な長さを有する。複数の太陽電池モジュール１０が軒棟方向に並んで架台フレーム１３上に固定されることで、太陽光発電装置が構築される。なお、架台フレーム１３の形状、寸法、本数等は特に限定されず、また太陽電池モジュール１０の設置対象物は架台フレーム１３に限定されない。

図２に示すように、モジュールフレーム１２は、フレーム本体２０と、フレーム本体２０の上面に設けられ、太陽電池パネル１１の端縁部を保持する鉤部２４とを備える。鉤部２４は、例えばフレーム本体２０の外側から上方に真っ直ぐ延び、途中でモジュールの内側に折れ曲がって断面略Ｌ字状に形成される。フレーム本体２０の上面と鉤部２４との間には、太陽電池パネル１１の端縁部を挿入可能な内溝２５が形成される。即ち、鉤部２４は、フレーム本体２０の上面との間に太陽電池パネル１１の端縁部を挿入可能な隙間をあけて、当該上面に立設している。

モジュールフレーム１２は、フレーム本体２０の下部から上下方向に垂直な横方向に張り出した内鍔部２７を備える。内鍔部２７は、太陽電池モジュール１０の内側に張り出し、例えば太陽電池パネル１１の裏面と略平行に延びる。内鍔部２７は、フレーム本体２０の内側面（角柱形状部２１の内側面２１ａ）に対して略垂直に形成されることが好適である。内鍔部２７は、架台フレーム１３と交差する部分のみに形成されてもよいが、好ましくはモジュールフレーム１２の長手方向に沿って連続的に形成される。

本実施形態では、フレーム本体２０が角柱形状部２１と、角柱形状部２１から下方に延びた支柱部２２とを有し、内鍔部２７が支柱部２２の下端部から太陽電池モジュール１０の内側に張り出している。さらに、フレーム本体２０は、支柱部２２の下端部から内鍔部２７と反対側に延び、角柱形状部２１の下面との間に外溝２６が形成されるように設けられた底板部２３を有する。なお、モジュールフレーム１２が押出成形される場合、角柱形状部２１、支柱部２２等は当該フレームの長手方向に沿って連続的に形成される。

角柱形状部２１は、例えば軽量化、材料コスト削減、剛性向上等の観点から、中空の四角柱形状を有する。支柱部２２は、角柱形状部２１と、底板部２３及び内鍔部２７との接続部分である。図２に示す例では、底板部２３の上面２３ａ、内鍔部２７の上面２７ａ、及び角柱形状部２１の下面２１ｂは、いずれも略平坦で互いに略平行である。底板部２３の上面２３ａと内鍔部２７の上面２７ａは同一平面上に形成されている。支柱部２２は、角柱形状部２１の内側から下方に真っ直ぐ延び、底板部２３及び内鍔部２７に対して略垂直に形成される。以下では、角柱形状部２１の内側面２１ａの延長線上に支柱部２２の仮想内側面２２ａが存在し、外溝２６において最も内側に位置する部分を通り仮想内側面２２ａと平行な仮想外側面２２ｂが存在するものとして説明する。

外溝２６及び内鍔部２７は、架台フレーム１３に対する太陽電池モジュール１０の固定に利用される部分である。外溝２６は、角柱形状部２１の下面２１ｂと底板部２３の上面２３ａとの間に形成される。外溝２６は、太陽電池モジュール１０の外側に向かって開口した溝部であって、上金具６０の挿嵌部６３，６４（図３参照）が挿し込まれる。内鍔部２７は、下金具５０の押え部５４（図３参照）によって上面２７ａが押え付けられる。図２に示す例では、底板部２３の下面２３ｂと内鍔部２７の下面２７ｂとが連続した段差のない平坦な面を形成しており、内鍔部２７は底板部２３と共にモジュールフレーム１２の底板を形成していると言える。モジュールフレーム１２の下部は、平坦な底板（底板部２３及び内鍔部２７）上に支柱部２２が立設して、断面略Ｔ字状に形成されている。

モジュールフレーム１２では、太陽電池モジュール１０の保管・運搬時、施工時、或いは使用時等に大きな荷重が作用すると、支柱部２２に応力が集中し易い。太陽電池モジュール１０の受光面側から正圧が加わった場合、例えば支柱部２２と内鍔部２７の連結部分（以下、「内鍔部２７の付け根」という場合がある）に圧縮力が作用する。また、支柱部２２と底板部２３の連結部分（以下、「底板部２３の付け根」という場合がある）、及び支柱部２２と角柱形状部２１の連結部分の外溝２６側部分（以下、「角柱形状部２１の付け根」という場合がある）に引っ張り力が作用する。太陽電池パネル１１に負圧が加わった場合には、例えば内鍔部２７の付け根に引っ張り力が作用し、底板部２３の付け根、及び角柱形状部２１の付け根に圧縮力が作用する。

モジュールフレーム１２は、フレーム本体２０の支柱部２２と内鍔部２７との連結部分に形成された肉厚部２８を備える。肉厚部２８は、支柱部２２に近づくほど上下方向に厚く形成されている。換言すると、内鍔部２７の付け根部分に肉厚部２８が設けられ、内鍔部２７の先端に近づくほど肉厚部２８は上下方向に薄肉化している。本実施形態では、支柱部２２の仮想内側面２２ａ及び内鍔部２７の上面２７ａ（上面２７ａの延長線上に位置する仮想上面）からはみ出した部分が肉厚部２８である。肉厚部２８を設けることで、例えば内鍔部２７の付け根に作用する圧縮力、引っ張り力に対する耐荷重性が向上する。

また、モジュールフレーム１２は、支柱部２２と底板部２３との連結部分に形成された肉厚部２９（第２肉厚部）を備える。肉厚部２９は、支柱部２２に近づくほど上下方向に厚く形成されている。本実施形態では、支柱部２２の仮想外側面２２ｂ及び底板部２３の上面２３ａ（上面２３ａの延長線上に位置する仮想上面）からはみ出した部分が肉厚部２９である。肉厚部２９を設けることで、例えば底板部２３の付け根に作用する圧縮力、引っ張り力に対する耐荷重性が向上する。

さらに、モジュールフレーム１２は、支柱部２２と角柱形状部２１との連結部分に形成された肉厚部３０（第３肉厚部）を備える。肉厚部３０は、支柱部２２に近づくほど上下方向に厚く形成されている。本実施形態では、支柱部２２の仮想外側面２２ｂ及び角柱形状部２１の下面２１ｂ（下面２１ｂの延長線上に位置する仮想下面）からはみ出した部分が肉厚部３０である。肉厚部３０を設けることで、例えば角柱形状部２１の付け根に作用する圧縮力、引っ張り力に対する耐荷重性が向上する。

肉厚部２８は、少なくとも支柱部２２の上下方向中央部から、内鍔部２７の上面２７ａの所定位置に亘って形成されることが好適である。内鍔部２７の所定位置としては、内鍔部２７の付け根から内鍔部２７の横方向長さの１／３を超える位置であることが好ましい。一方、内鍔部２７の上面２７ａは下金具５０により押えられるため、肉厚部２８は下金具５０と干渉しない寸法で形成される。図２に示す例では、支柱部２２の上端部から内鍔部２７の横方向中央部に亘って肉厚部２８が形成されている。

肉厚部２８は、上部よりも下部が横方向に大きく広がって形成されることが好適である。肉厚部２８の表面は内鍔部２７の付け根に向かって湾曲しており、肉厚部２８は下方に向かって次第に横方向に広がった裾広がりの形状（フィレット形状）を有することが好ましい。換言すると、肉厚部２８は支柱部２２に近づくほど上下方向に沿った厚みが増加する割合が大きくなっている。支柱部２２に近づくほど内鍔部２７に作用する応力が大きくなるから、かかるフィレット形状は当該応力を効率良く吸収・分散させて内鍔部２７の付け根を補強する上で好適な形状である。即ち、肉厚部２８は、内鍔部２７に発生し得る応力が大きくなる領域ほど上下方向に厚く形成されている。

肉厚部２９，３０は、上金具６０が挿し込まれる外溝２６内に形成されるため、肉厚部２８よりも小さく形成されることが好適である。即ち、肉厚部２９，３０は上金具６０と干渉しない寸法で形成される。肉厚部２９，３０は、互いに異なる形状、寸法で形成されてもよいが、好ましくは互いに略同一の形状、寸法で形成される。肉厚部２９は、支柱部２２の上下方向中央部から、底板部２３の上面２３ａの所定位置（例えば、底板部２３の付け根から底板部２３の横方向長さの１／５の長さ範囲）に亘って形成されることが好適である。肉厚部３０は、支柱部２２の上下方向中央部から、角柱形状部２１の下面２１ｂの所定位置（例えば、支柱部２２と角柱形状部２１の連結部分から下面２１ｂの横方向長さの１／５の長さ範囲）に亘って形成されることが好適である。

肉厚部２９，３０は、肉厚部２８と同様に、フィレット形状を有することが好適である。肉厚部２９は、表面が底板部２３の付け根に向かって湾曲し、下方に向かって次第に横方向に広がったフィレット形状を有する。肉厚部３０は、表面が角柱形状部２１の付け根に向かって湾曲し、上方に向かって次第に横方向に広がったフィレット形状を有する。肉厚部２９，３０はいずれも、支柱部２２に近づくほど上下方向の厚みが増加する割合が大きくなっており、底板部２３及び角柱形状部２１に発生し得る応力が大きくなる領域ほど上下方向に厚く形成されている。

図３は、架台フレーム１３に対する太陽電池モジュール１０の取り付け構造の一例を示す断面図である。図３では、屋根の軒側に配置される太陽電池モジュール１０を「太陽電池モジュール１０ａ」とし、棟側に配置される太陽電池モジュール１０を「太陽電池モジュール１０ｂ」として説明する。図３では、図面の明瞭化のため、下金具５０及び上金具６０のハッチングを省略している。

図３に示すように、太陽電池モジュール１０ａ，１０ｂは、下金具５０と、下金具５０上に配置される上金具６０とを用いて架台フレーム１３に固定される。下金具５０及び上金具６０は、軒棟方向に隣接配置される太陽電池モジュール１０ａ，１０ｂに跨って取り付けられており、ボルト４０及びナット４１を用いて架台フレーム１３に固定されている。下金具５０のベース部５１及び上金具６０のベース部６１には、ボルト４０が挿通されるボルト孔５２，６２がそれぞれ形成されており、架台フレーム１３にもボルト孔１５が形成されている。下金具５０は、架台フレーム１３との結束力を高めるために、架台フレーム１３に形成された貫通孔１４に挿し込まれ、架台フレーム１３に引っ掛けられる脚部５５を有する。

下金具５０は、ベース部５１よりも高く形成された台座部５３を有する。台座部５３上にはモジュールフレーム１２ａが載せられ、上金具６０のベース部６１上にはモジュールフレーム１２ｂが載せられる。下金具５０は、モジュールフレーム１２ａの内鍔部２７を押え付ける押え部５４を有し、太陽電池モジュール１０ａの棟側端部を架台フレーム１３に固定する。上金具６０は、下金具５０のベース部５１上に配置され、モジュールフレーム１２ａ，１２ｂの両方に取り付けられて太陽電池モジュール１０ａの棟側端部及び太陽電池モジュール１０ｂの軒側端部を架台フレーム１３に固定する。上金具６０は、モジュールフレーム１２ａの外溝２６ａに挿し込まれる挿嵌部６３、及びモジュールフレーム１２ｂの外溝２６ｂに挿し込まれる挿嵌部６４を有する。

モジュールフレーム１２ａ，１２ｂには、それぞれ肉厚部２８ａ，２８ｂが形成されているが、例えばこれらは下金具５０の押え部５４に接触しない。また、外溝２６ａ，２６ｂ内に形成される肉厚部２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂも、例えば上金具６０の挿嵌部６３，６４と干渉しない。つまり、各肉厚部は太陽電池モジュール１０の取り付けに支障を与えない。モジュールフレーム１２は、各肉厚部が上記フィレット形状を有する場合に、重量増、コスト増を十部分に抑えながら、応力が集中し易い部分（支柱部２２）の変形を効率良く抑制することができる。

図４Ａ，Ｂに、モジュールフレーム１２の変形例を示す。
図４Ａに示す例では、支柱部２２の上端部を超えて角柱形状部２１の内側面２１ａから、内鍔部２７の先端付近に亘って肉厚部２８ｘが形成されている。例えば、固定金具が内鍔部２７の先端近傍のみを押える場合は、図４Ａに示すように肉厚部２８ｘを大きく形成することができる。肉厚部２８ｘは、肉厚部２８と同様に、下方に向かって次第に横方向に広がったフィレット形状を有する。また、図４Ａに示す例では、肉厚部３０が設けられておらず、外溝２６内には肉厚部２９ｘのみが設けられている。肉厚部２９ｘは、支柱部２２の上端部からフィレット状に形成されている。

図４Ｂに例示するように、外溝２６内にフィレット状の肉厚部を有さない形態であってもよい。図４Ｂに示す例では、肉厚部として肉厚部２８ｙのみが形成されている。肉厚部２８ｙは、支柱部２２に近づくほど上下方向に厚く形成されているが、肉厚部２８ｙの表面は湾曲することなく、支柱部２２と内鍔部２７とを真っ直ぐ接続するように略平坦に形成されている。かかる肉厚部２８ｙの形状は、他の図に示す肉厚部（外溝内に形成される第２及び第３肉厚部を含む）に適用されてもよい。

図５に、実施形態の他の一例であるモジュールフレーム７０を示す。
図５に示すように、モジュールフレーム７０は、フレーム本体７１の全体が中空の角柱形状部であって、支柱部２２及び底板部２３を有さない点で、モジュールフレーム１２と異なる。一方、モジュールフレーム７０は、フレーム本体７１の下部から内側に張り出した内鍔部７２を備える点で、モジュールフレーム１２と共通する。モジュールフレーム７０は、フレーム本体７１と内鍔部７２との連結部分、即ち内鍔部７２の付け根に形成された肉厚部７３を備える。肉厚部７３は、フレーム本体７１に近づくほど上下方向に厚く形成されている。肉厚部７３は、内鍔部７２に作用する応力を効率良く吸収・分散させて内鍔部７２の付け根を補強し、モジュールフレーム７０の耐荷重性を向上させる。なお、モジュールフレーム７０は内鍔部７２を利用して固定対象物に固定される。

図６に、実施形態の他の一例であるモジュールフレーム８０を示す。
図６に示すように、モジュールフレーム８０は、鍔部（外鍔部８７）が太陽電池モジュール１０の外側に張り出し、底板部８３がモジュールの内側に張り出している点で、モジュールフレーム１２と異なる。モジュールフレーム８０の下部は、モジュールフレーム１２と同様に、平坦な底板（底板部８３及び外鍔部８７）上に支柱部８２が立設して、断面略Ｔ字状に形成されているが、当該フレームの下部には内溝８６が形成されている。この場合も、支柱部８２に応力が集中し易いため、支柱部８２の周りに肉厚部８８，８９，９０が形成されることが好適である。

１０ 太陽電池モジュール、１１ 太陽電池パネル、１２ 太陽電池モジュールフレーム（モジュールフレーム）、１３ 架台フレーム、１４ 貫通孔、１５ ボルト孔、２０ フレーム本体、２１ 角柱形状部、２１ａ 内側面、２１ｂ 下面、２２ 支柱部、２２ａ 仮想内側面、２２ｂ 仮想外側面、２３ 底板部、２３ａ 上面、２３ｂ 下面、２４ 鉤部、２５ 内溝、２６ 外溝、２７ 内鍔部、２７ａ 上面、２７ｂ 下面、２８，２８ｘ，２８ｙ，２９，２９ｘ，３０ 肉厚部、５０ 下金具、５１，６１ ベース部、５２，６２ ボルト孔、５３ 台座部、５４ 押え部、５５ 脚部、６０ 上金具、６３，６４ 挿嵌部

Claims (5)

1. 角柱形状部と、当該角柱形状部から下方に延びた支柱部と、前記支柱部の下端部から延び、前記角柱形状部の下面との間に溝部が形成されるように設けられた底板部とを含むフレーム本体と、
   前記フレーム本体の上面に設けられ、太陽電池パネルの端縁部を保持する鉤部と、
   前記フレーム本体の下部から上下方向に垂直な横方向に張り出した鍔部と、
   前記フレーム本体と前記鍔部との連結部分に形成された肉厚部と、
   前記支柱部と前記底板部との連結部分に形成された第２肉厚部と、
   前記支柱部と前記角柱形状部との連結部分に形成された第３肉厚部と、
   を備え、
   前記鍔部は、前記支柱部の下端部から前記底板部と反対側に横方向に張り出し、
   前記肉厚部は、前記支柱部と前記鍔部との連結部分において、前記支柱部に近づくほど上下方向に厚く、かつ前記第２肉厚部及び前記第３肉厚部よりも横方向に長く形成され、
   前記肉厚部は、前記支柱部の前記溝部と反対側の側面が前記鍔部の付け根に向かって湾曲して形成され、かつ前記支柱部の上端部から下方に向かって前記鍔部の横方向長さの１／３を超える位置まで次第に横方向に広がった裾広がりのフィレット形状を有し、
   前記溝部には、前記鍔部及び前記底板部の下に位置する架台に固定される金具の挿嵌部が挿入される、太陽電池モジュールフレーム。
2. 前記第２肉厚部は、前記支柱部に近づくほど上下方向に厚く形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュールフレーム。
3. 前記第３肉厚部は、前記支柱部に近づくほど上下方向に厚く形成されており、
   前記第２肉厚部と前記第３肉厚部は、前記挿嵌部と干渉しない形状である、請求項２に記載の太陽電池モジュールフレーム。
4. 前記鍔部は、前記支柱部の下端部から内側に張り出した内鍔部である、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フレーム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールフレームと、
   前記太陽電池モジュールフレームの前記鉤部によりパネル端縁部が保持された前記太陽電池パネルと、
   を備えた、太陽電池モジュール。
   

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