JP6820837B2

JP6820837B2 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP6820837B2
Application number: JP2017515628A
Authority: JP
Inventors: 貴寛北野
Original assignee: Solar Frontier KK
Current assignee: Solar Frontier KK
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: JPWO2016175319A1; WO2016175319A1

Description

本発明は、太陽電池アレイを構築する太陽電池モジュールに関する。

近年、環境に対する関心や政策等から、公共施設や一般家庭など、あらゆる場所で太陽電池の設置が進められている。太陽電池は太陽光を利用するため、屋根や屋上などの屋外に設置されるが、設置可能な面を有効に活用するために、複数の太陽電池モジュールを隣接して配置し一群の太陽電池アレイを構築することがよく行われている。

従来、太陽電池アレイの設置は、屋根や屋上の不陸を調整するため、例えば特許文献１に示すように、複数の縦桟又は横桟を用いた架台を設置面に設けた後、それらを利用して太陽電池パネルや太陽電池モジュールを並列して配置していた。また、隣接する二つの太陽電池モジュールを連結するために縦桟や横桟が用いられる場合もあった。

しかしながら、長尺の縦桟や横桟を屋根等の高所まで運搬し屋根に固定する作業は危険を伴うものであり作業者にとって負担が掛かる。また、縦桟等の長尺部材は太陽電池モジュール等と比較して運搬や在庫のための費用が高く、また、それらを設置する工程は労力や時間がかかることから、太陽電池アレイを構築する上でコスト高となる要因となっていた。

特開２０１３−２３１３０８号公報

部材を削減しコストを低減すると共に、より少ない工程で太陽電池アレイを構築する太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明によれば、設置面において、太陽電池アレイを構築するよう隣接配置される太陽電池モジュールであって、太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの第１の辺に取り付けられる第１のフレーム部材と、前記第１の辺の反対側にある前記太陽電池パネルの第２の辺に取り付けられる第２のフレーム部材と、を備え、前記第２のフレーム部材が、前記太陽電池モジュールと隣接して配置される太陽電池モジュールの第１のフレーム部材を挟持する挟持部と、前記設置面に固定される基部と、を有することを特徴とする、太陽電池モジュールが提供される。

本発明の太陽電池モジュールは、第２のフレーム部材が隣接して配置される太陽電池モジュールの第１のフレーム部材を挟持する挟持部を有するので、隣接する太陽電池モジュールを直接連結することができる。そのため、隣接する太陽電池モジュールを連結する横桟や縦桟が不要である。また、太陽電池モジュールの第２のフレーム部材の基部が設置面に固定されるため、太陽電池モジュールを支持する横桟や縦桟も不要である。従来のように縦桟又は横桟を設置する必要が無いため、縦桟等を設置する工程を省くことができると共に、材料費を抑えることができ運搬や在庫費用も削減するので、太陽電池アレイの設置コストを下げることができる。

本発明の実施形態による太陽電池モジュールを用いて構築された太陽電池アレイを示す図であり、屋根の棟側から見た斜視図である。太陽電池モジュールの平面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。太陽電池モジュールを固定した別の状態を示す断面図である。図１のＡ部分を拡大した図であり、太陽電池モジュールを設置面に固定する固定部材を示す斜視図である。スタート部材を示す側面図である。太陽電池モジュールの設置方法を示す斜視図である。図６の矢印Ｅ方向からみた太陽電池アレイの一部を拡大して示す側面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態において同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付して示し、理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。

本実施形態の太陽電池モジュール２０について説明する。図１は、建物の屋根１０（設置面の一例）において、太陽電池モジュール２０により構築された太陽電池アレイ１００を示す図であり、屋根１０の棟側から見た斜視図である。太陽電池アレイ１００は、図１に示すように３つの太陽電池モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（以下、まとめて太陽電池モジュール２０と記す場合がある）が隣接して配置されることにより構築されている。また、図１の太陽電池アレイ１００では、太陽電池モジュール２０ａ、２０ｂの軒先１３側の端部を支持するスタート部材７０が設けられている。図示する太陽電池アレイ１００は一例であり、それを構築する太陽電池モジュール２０の個数やその配置はこれに限定されるものではない。

本明細書では、屋根１０の桁方向、図１の矢印Ｘ方向を横方向と、屋根１０の軒先１３から棟側に向かう方向、図１の矢印Ｙ方向を縦方向と、太陽電池パネル２１の受光面２１ａに対して垂直な方向、図１の矢印Ｚ方向を上方向と称する。

図１に示す太陽電池モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃのそれぞれは同一の構造を有し、各太陽電池モジュール２０は、図２に示すように、矩形の太陽電池パネル２１と、太陽電池パネル２１の第１の辺２４に取り付けられる第１のフレーム部材３０と、第１の辺２４の反対側にある第２の辺２５に取り付けられる第２のフレーム部材４０とを備える。第２のフレーム部材４０には、第２のフレーム部材４０を屋根１０に固定する２つの固定部材６０が備わっている。太陽電池パネル２１の第３の辺２６には第３のフレーム部材５０が、第３の辺２６の反対側にある第４の辺２７には第４のフレーム部材５１が取り付けられる。そして、第１のフレーム部材３０と、第２のフレーム部材４０、第３のフレーム部材５０及び第４のフレーム部材５１により、太陽電池パネル２１の周囲を囲繞するフレーム２８が形成される。

図３Ａは、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、太陽電池モジュール２０ｃの第１のフレーム部材３０と太陽電池モジュール２０ａの第２のフレーム部材４０との断面図を示す。また、図３Ａには第２のフレーム部材４０を屋根１０に固定する固定部材６０の側面が示されている。

太陽電池モジュール２０ｃの第１のフレーム部材３０は、上述のように太陽電池パネルの第１の辺２４に取り付けられる部材であり、基部３１と、太陽電池パネル２１の受光面２１ａを覆う第１のフランジ部３２と、太陽電池パネル２１の背面２１ｂを支持する第１の支持部３３とから構成される。第１のフレーム部材３０は、その第１のフランジ部３２と第１の支持部３３とが太陽電池パネル２１の第１の辺２４を挟み込むと共に接着剤（シリコーン系樹脂やブチル系樹脂等）により太陽電池パネル２１に固着される。

第１のフレーム部材３０の第１の支持部３３の下方には、第１のフレーム部材３０の両端部３０ａ、３０ｂ（図２参照）において第３のフレーム部材５０及び第４のフレーム部材５１を固定するための穴部３４が形成されている。

また、第１のフレーム部材３０の、太陽電池パネル２１の受光面２１ａ側に位置する上面３５には、太陽電池モジュールの外側に位置する第１のフレーム部材３０の外面側面３６から距離Ｄ１離れた位置に、外面側面３６に沿って第１のフレーム部材３０の長手方向（図２の矢印Ｂ方向）に延びるよう溝３７が形成されている。この溝３７は、図３Ａに示すよう太陽電池モジュール２０ｃが太陽電池モジュール２０ａに連結されると、後述する第２のフレーム部材４０の挟持部４５によって隠れるようになる。屋根１０に太陽電池モジュール２０を配置する場合、屋根１０の不陸により、太陽電池モジュール２０の位置を調整するため挟持部４５の奥まで第１のフレーム部材３０を挿入できない場合がある。そのため、作業者はある程度の範囲において第１のフレーム部材３０が挿入されているか否かを確認できると便利である。作業者は、太陽電池モジュール２０ｃを太陽電池モジュール２０ａに取り付ける際、図３Ｂに示すように、挟持部４５の奥まで挿入されていない場合であっても、第２のフレーム部材４０の挟持部４５が所定の距離（Ｄ１）以上の範囲で、太陽電池モジュール２０ｃの第１のフレーム部材３０を挟持しているか否かを確認できる。言い換えれば、溝３７が表出していれば、第２のフレーム部材４０が第１のフレーム部材３０を充分に挟持できていないことを作業者は確認することができる。

この溝３７は充分に太陽電池モジュール２０が挟持されているか否かを判断するための目印であり、本実施形態では、第１のフレーム部材を挿入する際、容易に消えないよう溝を形成することにより付与している。この目印は上面３５を塗料により色分けすることにより付与してもよい。また単に塗料により線を引いても構わない。

本実施形態のように縦桟等による架台を設けない場合、作業者は屋根の不陸に対応しつつ太陽電池モジュール２０を配置するため、架台を設けた場合よりも、太陽電池モジュールを屋根１０に取り付ける時間がかかる場合がある。これは、従来技術のように、架台を介しての太陽電池モジュールの取り付ける場合は、複数の太陽電池モジュールの一辺は、一つの長尺の架台に取り付けられるため、言い換えれば、隣接する太陽電池モジュール同士の取り付け位置の基準となる架台が存在するために、隣接する太陽電池モジュール同士の位置にズレが生じにくい。一方、本実施形態のように、架台を用いずに太陽電池モジュール２０を個別に固定部材６０を介して屋根１０に取り付ける構造では、隣接する太陽電池モジュール同士の位置にズレが生じやすい。

この取り付け位置のズレを解消する方法として、例えば太陽電モジュール２０ａ（軒側の太陽電池モジュール）と太陽電池モジュール２０ｃ（棟側の太陽電池モジュール）とを接続する際、太陽電池モジュール２０ｃの第１のフレーム部材３０を、太陽電池モジュール２０ａの挟持部４５の奥まで挿入しないことで、太陽電池モジュール２０ｃの位置を調整する。この位置の調整は、本実施形態のように、太陽電池モジュールを個別に屋根１０（設置面）に取り付けるからこそ起こり得る課題である。ここで、この目印（一例として溝３７）があることにより作業者は、太陽電池モジュール２０が隣接する太陽電池モジュールに充分に挟持されていることを容易に確認しつつ、太陽電池モジュールの取り付け位置の調整が可能となり、結果、比較的短時間で太陽電モジュールを配置することが可能になる。

太陽電池モジュール２０ａの第２のフレーム部材４０について説明する。第２のフレーム部材４０は、上述のように太陽電池パネルの第２の辺２５に取り付けられる部材であり、基部４１を備え、第１のフレーム部材３０と同様、太陽電池パネルの第２の辺２５に固着するために、太陽電池パネル２１の受光面２１ａを覆う第１のフランジ部４２と太陽電池パネルの背面２１ｂを支持する第１の支持部４３とを備える。第２のフレーム部材４０は、その第１のフランジ部４２と第１の支持部４３とが太陽電池パネル２１の第２の辺２５を挟み込むと共に、シリコーン系樹脂やブチル系樹脂等の接着剤により太陽電池パネル２１に固着される。また、第１の支持部４３の下方には第２のフレーム部材４０の両端部４０ａ，４０ｂにおいて第３のフレーム部材５０、第４のフレーム部材５１をねじ止めするための穴部４４が形成されている。

第２のフレーム部材４０は、隣接する太陽電池モジュール２０ｃの第１のフレーム部材３０を挟持する挟持部４５をさらに備える。挟持部４５は、基部４１から、太陽電池モジュール２０ａの外側に延び、第１のフレーム部材３０の上面３５を覆うよう形成された第２のフランジ部４６と、基部４１から太陽電池モジュール２０ａの外側に延び、第１のフレーム部材３０の底面を支持する第２の支持部４７とから構成される。第２のフランジ部４６が延びる長さＤ２は、第１のフレーム部材３０の第１のフランジ部と略同じ長さＤ３となるよう形成されている。一方、第２の支持部４７が基部４１から延びる長さＤ４は、第２のフランジ部Ｄ３より長く形成されている。基部４１と第２の支持部４７との接合部においては、凹部４８が設けられている。挟持部４５がこのような構造を有することで、図６及び７に示すように屋根１０に対して太陽電池モジュール２０ｃを傾斜させて、太陽電池モジュール２０ｃの第１のフレーム部材３０を挟持部４５に挿入することができる。

第２のフレーム部材４０の第２の支持部４７に凹部４８がない場合、作業者は太陽電池モジュール２０ｃを第２のフレーム部材４０に取り付ける際、太陽電池モジュール２０ｃを屋根１０に対して平行に移動させなくてはならない。しかしながら、屋根は傾斜し足場として非常に不安定であるので、作業者が屋根面に対して平行移動させて太陽電池モジュールを挟持部に挿入する作業は非常に困難となる。凹部４８を設けることにより、作業者は図６及び図７に示すように、屋根１０に対して太陽電池モジュール２０ｃを傾斜させた状態で、太陽電池モジュール２０ｃの第２のフレーム部材４０側を持ちながら比較的楽な姿勢で、太陽電池モジュール２０ｃの第１のフレーム部材３０を、太陽電池モジュール２０ａの挟持部４５に挿入することができる。

また、第２のフレーム部材４０は、その基部４１の下方端部に第３のフランジ部４９を有する。そして、基部４１と第３のフランジ部４９との接合部において、後述する固定部材６０の押圧部材６２の先端６２ａを挿入する溝４９ａが形成されている。本実施形態では、第３のフランジ部４９に、固定部材６０が第２のフレーム部材の長手方向に移動可能に担持され、固定部材６０が屋根１０の垂木１１にアンカーボルト６３により固定されることで、第２のフレーム部材４０が屋根１０に固定される。なお、第２のフレーム部材４０は第３のフランジ部４９を介してアンカーボルトを打ち込むことにより屋根１０に固定されてもよい。

次に、固定部材６０について説明する。固定部材６０は、第２のフレーム部材４０を担持する部材であって、図１〜４に示すように、第２のフレーム部材４０を屋根１０に固定する部材である。固定部材６０は、図３及び４に示すように、基台６１と押圧部材６２とから構成されており、押圧部材６２と基台６１とにより第２のフレーム部材４０の第３のフランジ部４９を挟持することで、固定部材６０は第２のフレーム部材４０を担持している。押圧部材６２の先端６２ａは、第２のフレーム部材４０の溝４９ａに挿入されており、ボルトが締結されていない場合、固定部材６０は、溝４９ａに従って、第２のフレーム部材４０の長手方向に沿って移動することができる。そのため、現場において太陽電池モジュール２０を配置した後でも固定部材６０の位置を調整することができ、屋根１０の垂木１１がある部分にまで移動させ、アンカーボルト６３を垂木１１に打ち込むことができる。

基台６１の側部には取付片６４と固定片６５とが設けられている。図４に示すように押圧部材６２と基台６１は、二つのボルト６７ａ、６７ｂおよびナット６８ａ、６８ｂにより締結される。また、取付片６４及び押圧部材６２には、二つのボルト６７ａ、６７ｂの間において、アンカーボルト６３を固定部材６０の固定片６５の上方から打ち込むことができるよう、凹部６９が形成されている。

基台６１の取付片６４には、ボルト６７ａ、６７ｂの頭部が挿入される溝６４ａが形成されており、ナット６８ａ、６８ｂを締め付けることで固定部材６０の第２のフレーム部材４０に対する位置が固定される。

また、基台６１の上面には、押圧部材６２が基台６１からずれることがないよう、押圧部材６２を挟み込む係止片８０ａ、８０ｂが設けられている。基台６１の取付片６４の端部には、太陽電池パネル２１の配線等を固定するための長穴８１が形成されている。

本実施形態の太陽電池モジュールには、太陽電池パネル２１の第３の辺２６及び第４の辺２７のそれぞれに第３のフレーム部材５０と第４のフレーム部材５１とが取り付けられている。第３のフレーム部材５０及び第４のフレーム部材５１は板状の部材であり、また、第３のフレーム部材５０及び第４のフレーム部材５１は、上述した第１のフレーム部材３０の穴部３４と、第２のフレーム部材４０の穴部４４にねじ５３、５４を挿入し締結することで太陽電池パネル２１に取り付けられる（図５及び図７参照）。

太陽電池アレイ１００を屋根１０に構築する際、一列目の横方向に配置される複数の太陽電池モジュール２０の第１のフレーム部材３０を支持及び固定するために、図１及び図５に示すスタート部材７０が配置される。スタート部材７０は横方向に配置される複数の太陽電池モジュール２０（例えば、図１に示す太陽電池モジュール２０ａ、２０ｂ）を支持するために、例えば太陽電池モジュール２０の第１の辺２４の長さより長く形成されてよい。

スタート部材７０は図５に示すように、基部７１と太陽電池モジュール２０ａの第１のフレーム部材３０を挟持する挟持部７４を備える。挟持部７４は、第２のフレーム部材４０と同様、基部７１から延びる第２のフランジ部７５と第１のフレーム部材３０の底面を支持する第２の支持部７６とを備える。また、スタート部材７０は第３のフランジ部７７を有し、固定部材６０を用いて屋根１０に固定することができる。スタート部材７０は屋根１０の軒先１３付近に配置され建物の下方からも視認される。そのため、意匠性を高めるために化粧版７８が設けられている。

図１に示す太陽電池アレイ１００では、太陽電池モジュール２０ｃの半分が太陽電池モジュール２０ａと連結し、他方が太陽電池モジュール２０ｂと連結するよう配置されている。言い換えれば、太陽電池モジュール２０のフレーム２８により馬乗り目地（破れ目地）が形成されるように千鳥状に配置されている。このように配置することで、例えば寄棟屋根における三角形又は台形の屋根面において効率よく太陽電池モジュール２０を配置することができる。２列目以降に配置される太陽電池モジュール２０ｃは、１列目に配置される太陽電池モジュール２０ａや２０ｂの位置と揃うように、すなわち、フレーム２８によりいわゆる芋目地が形成されるように配置されてもよい。

太陽電池モジュール２０を用いた太陽電池アレイ１００の設置方法について説明する。まず、図１及び図５に示すように軒先１３付近においてスタート部材７０を屋根１０に設置する。基部７１の第３のフランジ部７７を担持する固定部材６０を屋根１０に固定した後、太陽電池モジュール２０ａの第１のフレーム部材３０を、スタート部材７０の挟持部７４に太陽電池モジュール２０ａを屋根１０に対して傾斜させつつ挿入する。第１のフレーム部材３０の挿入後、太陽電池モジュール２０ａの第２のフレーム部材４０側を屋根１０に降ろす。第１のフレーム部材３０が、スタート部材７０の挟持部７４に、所定の距離以上挿入されているか否か、すなわち第１のフレーム部材３０の上面３５に形成された溝３７（目印）が見えていないことを確認し、太陽電池モジュール２０ａの固定部材６０を屋根の垂木１１の位置に移動させる。固定部材６０を第２のフレーム部材４０に固定し、アンカーボルト６３を打込み固定部材６０を屋根１０に固定する。

太陽電池モジュール２０ａを固定した後、屋根の横方向に隣接する太陽電池モジュール２０ｂを、太陽電池モジュール２０ａと同様に設置する。太陽電池モジュール２０ｂの第１のフレーム部材３０の溝３７が見えていないことを確認しつつ、太陽電池モジュール２０ｂを配置する。そして、太陽電池モジュール２０ａの第２のフレーム部材４０と、太陽電池モジュール２０ｂの第２のフレーム部材４０とが揃うように、太陽電池モジュール２０ｂの位置を調整し固定部材６０により固定する。

スタート部材７０に沿って横方向に、必要な枚数の太陽電池モジュール２０を固定した後、２列目の太陽電池モジュール２０ｃを設置する。図６に示すように、太陽電池モジュール２０ａと２０ｂとの挟持部４５に挟持されるよう、太陽電池モジュール２０ｃを屋根１０に対して傾斜させつつ太陽電池モジュール２０ｃの第１のフレーム部材３０を矢印Ｆ方向に移動してそれぞれの挟持部４５に挿入する。その後、太陽電池モジュール２０ｃの第２のフレーム部材４０を矢印Ｇ方向に降ろし、第１のフレーム部材３０の溝３７が見えていないことを確認し、固定部材６０により太陽電池モジュール２０ｃを屋根１０に固定する。以降同様の作業を続け、太陽電池アレイ１００を完成させる。

以上、本実施形態による太陽電池モジュールについて、図を参照することにより説明した。なお、本実施形態の太陽電池モジュールによる太陽電池アレイは、傾斜した屋根に設置されているが、平坦であれば傾斜していない平面状の陸屋根に取り付けられてもよい。

本出願は２０１５年４月３０日に出願した日本国特許出願２０１５−０９３４９８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２０１５−０９３４９８号の全内容を本出願に援用する。

１０屋根（設置面）
１１垂木
１００太陽電池アレイ
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ太陽電池モジュール
２１太陽電池パネル
２８フレーム
３０第１のフレーム部材
４０第２のフレーム部材
５０第３のフレーム部材
５１第４のフレーム部材
６０固定部材
７０スタート部材

Claims

設置面において、太陽電池アレイを構築するよう隣接配置される太陽電池モジュールであって、
太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルの第１の辺に取り付けられる第１のフレーム部材と、
前記第１の辺の反対側にある前記太陽電池パネルの第２の辺に取り付けられる第２のフレーム部材と、を備え、
前記第２のフレーム部材が、
前記太陽電池モジュールと隣接して配置される太陽電池モジュールの第１のフレーム部材を挟持する挟持部であって、当該第１のフレーム部材に取り付けられた当該太陽電池パネルの受光面側に位置する当該第１のフレーム部材の上面と、当該受光面の反対側に位置する当該第１のフレーム部材の下面とを挟持する挟持部と、
前記設置面に固定される基部と、を有することを特徴とする、太陽電池モジュール。
前記第１のフレーム部材は、前記第１のフレーム部材が前記太陽電池パネルに取り付けられたときに外側に位置する外側側面を有し、
前記第１のフレーム部材は、前記上面において、前記外側側面から所定距離離れた位置に、前記挟持部内の所定の深さまで挿入されたか否かを示す目印が形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記目印は、前記上面において、前記第１のフレーム部材の前記外側側面に沿って形成された溝である、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
前記第２のフレーム部材は、前記基部を前記第２のフレーム部材の長軸方向に沿って移動可能に担持する固定部材であって、前記第２のフレーム部材を前記設置面に固定する固定部材をさらに備える、請求項１から３の何れか一項に記載の太陽電池モジュール。