JP6905936B2 - 太陽電池モジュールの敷設構造、太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールの設置方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、屋根への太陽電池モジュールの設置面積は、非常に限られているので、近年では、新たな太陽電池モジュールの設置場所が模索されている。そこで、太陽電池モジュールの設置場所の一案としてベランダや壁等などの壁面に太陽電池モジュールを設置することが提案されている(例えば、特許文献1)。
しかしながら、作業スペースを裏面側に設けると、壁面に対して離反することとなり、設置部分とその他の部分との間で段差が生まれてしまう。すなわち、ソーラーパネルが壁面から浮き上がった状態でランナー等の固定金具に固定されることとなり、設置部分とそれ以外の部分との間で一体感がなく、壁面全体として意匠性が大きく損なわれるおそれがある。
逆にいうと、特許文献1に記載の外装材設置構造は、1つの規格で定まった大きさのソーラーパネルを用いて壁面に設置できる範囲は、一義的に決まっている。そのため、様々な設置範囲に合わせてソーラーパネルを設置することができない問題がある。
仮に設置するソーラーパネルの規格が設置範囲に合わないと、ソーラーパネルの大きさがその設置範囲にぴったりと収まらずに、余分な隙間が形成されるおそれがある。すなわち、当該隙間部分の周囲では、設置部分とその他の部分との間で段差が形成され、壁面全体として意匠性が大きく損なわれるおそれがある。
(1)前記端子ボックスの一部が前記隙間から外部に露出している。
(2)前記隙間の一部を他の部材が塞いでおり、当該他の部材は、前記隙間から着脱可能であって、前記隙間から取り外したときに、前記端子ボックスの一部が前記隙間から外部に露出する。
ここでいう「大部分」とは、基準物全体の80パーセント以上の範囲をいう。すなわち、「端子ボックスの大部分」とは、端子ボックス全体の80パーセント以上の部分をいう。
ここでいう「実質的に鉛直方向」とは、鉛直方向(水平面に対して90度となる方向)だけではなく、鉛直方向に対して若干傾斜した方向も含む。具体的には、「実質的に鉛直方向」には、鉛直方向に対して±5度以内の範囲の傾斜を許容する。
本様相によれば、隣接する太陽電池モジュールの間の隙間から端子ボックスの一部が露出しているか、他の部材を取り外すことで隣接する太陽電池モジュールの間の隙間から端子ボックスの一部が露出可能となっている。そのため、端子ボックスのメンテナンス作業を一方の太陽電池モジュールの受光面の広がり方向(受光面に対する直交方向に対して交差する方向)から行うことができる。すなわち、太陽電池モジュールを敷設した状態で、端子ボックスを取り外さなくてもメンテナンス作業等を行うことが可能である。
本様相によれば、端子ボックスのメンテナンス作業を一方の太陽電池モジュールの受光面の広がり方向から行うことができるので、裏面側のメンテナンススペースも省略でき、壁面と太陽電池モジュールの距離を近接させることができる。そのため、太陽電池モジュールと壁面との間で生じる段差を少なくすることができ、意匠性の高い太陽電池モジュールの敷設構造となる。
本様相によれば、太陽電池モジュールを敷設した状態で、端子ボックスを取り外さなくてもメンテナンス作業等を行うことが可能である。
本発明の太陽電池モジュールの設置方法によれば、所望の範囲に合わせて太陽電池モジュールを敷設可能である。
敷設構造1は、図2,図3から読み取れるように、複数の太陽電池モジュール2と、一対のレール部材3,4(固定部材)から構成される複数のレール群9を備えている。
太陽電池モジュール2は、図6に示されるように、主要構成部材として、太陽電池パネル5と、接続部材6,7と、端子ボックス8を備えている。
太陽電池パネル5は、面状に広がりをもった板状のパネルであり、多角形状をしたパネルである。本実施形態の太陽電池パネル5は、四角形状のパネルであり、縦方向Yに対向する横辺10,11と、これら横辺10,11を繋ぎ横方向Xに対向する縦辺12,13を備えている。横辺10,11は、横方向Xに延びる辺であり、縦辺12,13は、縦方向Yに延びる辺である。
発電可能領域15は、受光面14を構成する領域であって、太陽電池パネル5の大部分を占める領域である。本実施形態の発電可能領域15は、四角形状の領域であって、受光面14側の面を正面視したときに太陽電池パネル5の全面積の70%以上占めている。
本実施形態の太陽電池パネル5は、ガラス基板26上に光電変換素子25が積層された薄膜太陽電池パネルである。すなわち、一方のガラス基板26は、光電変換素子25を支持する支持基板であって、封止基板でもあり、他方のガラス基板27は、ガラス基板26とともに光電変換素子25を封止する封止基板である。
一方の電極層30は、受光面14側に形成された電極層であり、透明導電層で形成された透明電極層である。電極層30としては、例えば、酸化インジウム錫(ITO)などの透明導電性酸化物が使用できる。
他方の電極層32は、裏面側(受光面14と反対側)に形成された裏面電極層であり、金属層で形成された金属電極層である。電極層32としては、例えば、アルミニウムなどの金属で形成したり、透明導電性酸化物層と金属層の多層構造で形成したりすることができる。
光電変換層31は、少なくともp型半導体層とn型半導体層を備えたものであって、PN接合又はPIN接合を備えたものである。
第1電極層分離溝35は、光電変換素子25を複数の太陽電池セル20に分離する溝である。第1電極層分離溝35は、ガラス基板26を底部としており、光電変換層31が充填されている。すなわち、第1電極層分離溝35内には、光電変換層31が進入しており、ガラス基板26と光電変換層31が直接接している。
電極接続溝36は、図9(a)に示されるように、隣接する太陽電池セル20a,20bの電極層31a,30b間を接続する溝である。電極接続溝36は、他の太陽電池セル20bの第1電極層30bを底部としており、第2電極層32aが充填されている。すなわち、電極接続溝36内には、第2電極層32aが進入しており、一方の太陽電池セル20aの第2電極層32aと他方の太陽電池セル20bの第1電極層30bとが直接接している。言い換えると、隣接する太陽電池セル20a,20bの第2電極層32aと第1電極層30bとは、電極接続溝36を介して電気的に接続されている。
素子分離溝37は、第1電極層分離溝35とともに、光電変換素子25を複数の太陽電池セル20に分離する溝である。素子分離溝37は、第1電極層30を底部としており、封止材28が充填されている。
発電可能領域15において、横方向Xに隣接する太陽電池セル20は、図8,図10から読み取れるように、それぞれ直列接続されて太陽電池ストリング16,17,18,19を形成している。
素子分離溝38は、光電変換素子25を複数の太陽電池セル20に分離する溝である。素子分離溝38は、第1電極層30を底部とする溝であり、封止材28が充填されている。
また、縦方向Yに隣接する太陽電池ストリング16,17,18,19は、図8,図10から読み取れるように、共通の電極層30を介して並列接続されている。
接続部材6,7は、図12に示されるように、太陽電池パネル5に固定する固定部40,41と、レール部材3,4と係合する係合部42,43から構成されている。
固定部40,41は、断面形状が台形状の部位であり、パネル側壁部45と、壁側壁部46と、パネル側壁部45と壁側壁部46を接続する側壁部47,48を有している。
パネル側壁部45は、太陽電池パネル5を壁面100に対して所定の角度で傾斜させる壁部である。すなわち、パネル側壁部45は、壁面100に対して所定の角度で傾斜した傾斜面49を備えており、当該傾斜面49が太陽電池パネル5の背面と面接触することで太陽電池パネル5を壁面100に対して傾斜した姿勢で固定することが可能となっている。
本実施形態では、敷設構造1を組み立てたときのパネル側壁部45の壁面100に対する傾斜角度は、3度〜7度となっている。すなわち、敷設構造1を組み立てたときの壁面100に対する太陽電池パネル5の傾斜角度も3度〜7度となっている。
接続部51,51の幅は、本体部50,50の幅よりも小さく、固定部40,41の幅よりも小さい。
端子ボックス8は、筐体部52と、蓋部53(開閉部材)と、取付部55,56と、ケーブル部材57,58を備えている。
筐体部52は、太陽電池パネル5の面方向(広がり方向)に開口した筐体であり、その内部に取付部55,56と、ケーブル部材57,58の一部を収納可能な収納空間61(内部空間)を有している。
筐体部52は、四角形状の底面部65と、底面部65の三辺から立設された側壁部66,67,68と、底面部65と対向する天面部69から構成されている。
収納空間61は、底面部65と側壁部66,67,68と天面部69によって形成された開口70を介して内外に連通している。
取付部55,56は、台座59と、ネジ60から構成されている。
台座59は、筐体部52の開口70に対向する側壁部67に設けられている。
ケーブル部材57,58は、台座59又はネジ60と接続され、台座59又はネジ60を介して、対応する配線部材33,34と電気的に接続されるケーブルである。
ケーブル部材57,58は、筐体部52の内外に亘って設けられており、その一部が筐体部52から張り出している。
またケーブル部材57,58のうち、一方のケーブル部材57の長さが他方のケーブル部材58の長さよりも長い。
ここでいう「一時締結要素」とは、ねじやピン等の上位概念であり、所定の条件を満たすことによって、着脱可能な締結要素をいう。
レール部材3,4は、壁面100に取り付けられる取付壁部75と、取付壁部75の両端部から立設した立壁部76,77と、立壁部76,77の立設方向端部から立設した係止壁部78,79を備えている。
立壁部76,77は、取付壁部75の端部から同一方向に立ち上がった壁部である。
係止壁部78,79は、立壁部76,77の立ち上がり方向端部から互いに近接する方向に立ち上がった壁部である。
連通溝81は、スリット状に延びた溝であって、係止壁部78,79の立ち上がり方向の先端面を側壁とする溝である。
まず、太陽電池モジュール2の各構成部位の位置関係について説明する。
太陽電池モジュール2の受光面14側の面には、図4,図5から読み取れるように、上辺10側に端子ボックス8が設けられており、下辺11側に発電可能領域15が設けられている。具体的には、端子ボックス8は、太陽電池モジュール2の受光面14側であって、上辺10側の端部近傍に設けられており、発電可能領域15は、端子ボックス8を避けるように、下辺11側に偏って設けられている。また端子ボックス8の開口70は、太陽電池パネル5の面方向(受光面14の広がり方向)であって、かつ、太陽電池パネル5の中央側を向いている。すなわち、端子ボックス8の開口70は、受光面14に対する直交方向に対して交差する方向を向いている。
具体的には、接続部材6,7は、傾斜方向において、太陽電池パネル5の端部から離れた位置、すなわち、中間部に設けられている。本実施形態では、接続部材6,7は、太陽電池パネル5の中央を挟んで配されており、太陽電池パネル5の中央から縦辺12,13の1/3の範囲に設けられている。また、接続部材6,7は、左右方向(傾斜方向に対して直交する方向であって上下方向に対しても直交する方向)全体に亘って設けられている。
敷設構造1は、図5に示されるように、垂直壁たる壁面100にレール部材3,4が固定されており、レール部材3,4に太陽電池モジュール2の接続部材6,7が固定されている。
具体的には、レール部材3,4は、図4に示されるように、壁面100に取付壁部75,75が締結要素(図示しない)によって取り付けられており、連通溝81が壁面100に対して直交する方向を向いている。
レール部材3,4の囲繞空間80,80内に太陽電池モジュール2の係合部42,43の一部が挿入されている。具体的には、レール部材3,4は、囲繞空間80,80内に係合部42,43の本体部50,50が配されており、連通溝81,81内に接続部51,51が位置している。
太陽電池モジュール2は、図4に示されるように、その中間部分がレール部材3,4によって支持されて、傾斜した姿勢で固定されている。また、太陽電池モジュール2の両端部は、自由端となっており、太陽電池モジュール2の下端部と壁面100の間に空間102が形成されている。
上下方向に隣接する太陽電池モジュール2a,2bはいずれも壁面100に対して傾斜しており、太陽電池モジュール2a,2bは、互いに実質的に平行となっている。すなわち、上方側の太陽電池モジュール2aの壁面100に対する傾斜角度は、下方側の太陽電池モジュール2aの壁面100に対する傾斜角度とほぼ等しく、±3度以内の差となっている。
すなわち、下方側の太陽電池モジュール2bの端子ボックス8bは、上方側の太陽電池モジュール2aによって隠されており、正面視したときに、視認不能となっている。また、太陽電池モジュール2bの発電可能領域15に位置する太陽電池ストリング16,17,18,19(図10参照)のうち、少なくとも一つの太陽電池ストリング16の一部又は全部が重なり領域85に位置している。なお、重なり領域85に位置する太陽電池ストリング16と、重なり領域85から外れて位置する太陽電池ストリング17,18,19は、電気的に並列接続されている。
端子ボックス8bの蓋部53は、太陽電池モジュール2bの傾斜方向下方側に位置しており、太陽電池パネル5a,5bの間の隙間22から外部に露出している。すなわち、端子ボックス8bの蓋部53は、太陽電池モジュール2bの受光面14の広がり方向において、外部に露出している。
また、太陽電池モジュール2bの端子ボックス8bと、太陽電池モジュール2aとの間には、隙間が形成されている。
このとき、レール群9を構成するレール部材3,4は、上下方向に並列されており、それぞれ平行となっている。また、レール群9は、上下方向に等間隔に配されている。
以上により、上下方向において、所定の設置領域101全域に太陽電池モジュール2を隙間なく敷き詰めることができる。
第2実施形態の太陽電池モジュール120は、図17に示されるように、太陽電池パネル5の裏面側(受光面14側の面と反対側の面)に端子ボックス8が設けられている。
具体的には、太陽電池モジュール120の端子ボックス8は、図16に示されるように、太陽電池モジュール120の横辺11側に設けられている。本実施形態では、端子ボックス8は、太陽電池モジュール120の一方の端部に設けられている。
端子ボックス8の開口70は、太陽電池モジュール120の面方向であって、太陽電池パネル5の外側を向いている。
太陽電池モジュール120は、発電可能領域15がほぼ全面に形成されている。
上下方向に隣接する太陽電池モジュール120a,120bは、正面視したときに重なっており、図16のように重なり領域85を形成している。
端子ボックス8は、重なり領域85であって、太陽電池モジュール120a,120bの間に位置している。端子ボックス8は、太陽電池モジュール120aの下辺11側に設けられており、端子ボックス8の開口70は、太陽電池パネル5aの傾斜方向であって下方側を向いている。
太陽電池パネル150の発電可能領域15は、太陽電池パネル150の一方の横辺11側(端子ボックス8とは反対側の辺)に偏っている。
太陽電池パネル150の発電可能領域15は、図18に示されるように、複数の太陽電池セル151が配線部材152を介して接続された太陽電池ストリング153,154,155,156を備えている。
本実施形態の太陽電池セル151は、シリコン基板の両面にシリコン半導体層が積層した結晶シリコン型太陽電池パネルである。すなわち、太陽電池セル151は、シリコンを主成分とする光電変換部161の両面に電極層160,162が形成されたものである。
光電変換部161は、少なくともp型半導体層とn型半導体層を有し、PN接合又はPIN接合を備えている。
すなわち、横方向Xに隣接する太陽電池セル151a,151bは、図19に示されるように、一方の太陽電池セル151aの第2電極層162aが他方の太陽電池セル151bの第1電極層160bと電気的に接続されている。言い換えると、横方向Xに隣接する太陽電池セル151a,151bは、電気的に直列接続されている。
この場合、設置領域101の幅から左右方向に隣接する太陽電池モジュール2,2間重なり領域の幅を調整し、レール部材3,4を敷設することが好ましい。
例えば、図24に示すように、上方側の太陽電池パネル5と下方側の太陽電池パネル5の間の隙間22の一部に隙間22に対して着脱可能な化粧部材180(他の部材)を設けて、隙間22の一部を塞いでもよい。こうすることによって、太陽電池パネル5の受光面14の広がり方向から見ても端子ボックス8が見えないのでより意匠性が高い。なお、メンテナンス等の際には、化粧部材180を隙間22から取り外すことによって、端子ボックス8が隙間22から外部に露出するので、設置状態のまま、メンテナンス作業が可能となる。
例えば、図25(a)のように、素子分離溝38をガラス基板26に至る深さにして、縦方向に隣接する太陽電池セル20,20間を電気的に絶縁してもよい。
また、例えば、図25(b)のように、素子分離溝38を形成しなくてもよい。
2,120 太陽電池モジュール
2a 一方の太陽電池モジュール
2b 他方の太陽電池モジュール
3,4 レール部材(固定部材)
8 端子ボックス
10 上辺
11 下辺
15 発電可能領域
16〜19,153〜156 太陽電池ストリング(太陽電池セル群)
20 太陽電池セル
22 隙間
30,160 第1電極層(電極層)
31 光電変換層(光電変換部)
32,162 第2電極層(電極層)
52 筐体部(筐体)
53 蓋部(開閉部材)
57,58 ケーブル部材
61 収納空間(内部空間)
70 開口
85 重なり領域(重なり部分)
100 壁面
161 光電変換部
180 化粧部材(他の部材)
Claims (8)
- 実質的に鉛直方向に立ち上がった壁面に複数の太陽電池モジュールが敷設され、隣接する2つの太陽電池モジュールが重なり部分をもつ太陽電池モジュールの敷設構造であって、
前記太陽電池モジュールは、端子ボックスを有し、
前記端子ボックスの大部分は、前記隣接する2つの太陽電池モジュールの間の隙間であって、かつ、前記重なり部分に配されており、
前記太陽電池モジュールを前記壁面に対して固定する固定部材を有し、
前記隣接する2つの太陽電池モジュールは、中間部分が前記固定部材に支持されて、前記壁面に対して傾斜した傾斜姿勢で固定されており、
前記隣接する2つの太陽電池モジュールの傾斜方向の両端部は、自由端となっており、
前記隣接する2つの太陽電池モジュールのうち、一方の太陽電池モジュールの自由端と前記壁面との間に、他方の太陽電池モジュールの自由端が進入して前記重なり部分を形成しており、
下記の(1)又は(2)の条件を満たすことを特徴とする太陽電池モジュールの敷設構造。
(1)前記端子ボックスの一部が前記隙間から外部に露出している。
(2)前記隙間の一部を他の部材が塞いでおり、当該他の部材は、前記隙間から着脱可能であって、前記隙間から取り外したときに、前記端子ボックスの一部が前記隙間から外部に露出する。 - 前記隣接する2つの太陽電池モジュールは、上下方向に隣接し、前記壁面を正面視したときに重なっていることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュールの敷設構造。
- 前記太陽電池モジュールは、光エネルギーを電気エネルギーに変換可能な発電可能領域を有し、
前記隣接する2つの太陽電池モジュールの重なり部分は、前記隣接する2つの太陽電池モジュールのうち、前記壁面側で重なる太陽電池モジュールの発電可能領域と重なっており、
前記太陽電池モジュールは、前記発電可能領域に1又は複数の太陽電池セルが電気的に直列接続された太陽電池セル群を複数備えており、
前記壁面側の太陽電池モジュールにおいて、前記重なり部分に位置する太陽電池セル群は、それ以外の太陽電池セル群と電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池モジュールの敷設構造。 - 前記端子ボックスは、筐体と、ケーブル部材を有し、
前記筐体は、内部空間と外部を連通する開口と、前記開口を開閉可能な開閉部材を有し、
前記開口は、前記隣接する2つの太陽電池モジュールのうち、一方の太陽電池モジュールの傾斜方向を向いており、
前記ケーブル部材の一部は、前記筐体の内部空間に収納されており、前記開口を開放した状態において前記開口から外部に露出することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池モジュールの敷設構造。 - 実質的に鉛直方向に立ち上がった壁面に対して、他の太陽電池モジュールと重なり部分をもって傾斜して敷設される太陽電池モジュールであって、
受光面と、端子ボックスを有し、
前記端子ボックスの大部分は、前記他の太陽電池モジュールとの間の隙間であって、かつ、前記重なり部分に配されるものであり、
前記端子ボックスは、筐体と、ケーブル部材を有し、
前記筐体は、内部空間と外部を連通する開口と、前記開口を開閉可能な開閉部材を有し、
前記開口は、前記受光面に対する直交方向に対して交差する方向を向いており、
前記ケーブル部材の一部は、前記筐体の内部空間に収納されており、前記開口を開放した状態において前記開口から外部に露出することを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記開口は、前記傾斜方向を向いていることを特徴とする請求項5に記載の太陽電池モジュール。
- 実質的に鉛直方向に立ち上がった壁面の所定の範囲に固定部材を介して複数の太陽電池モジュールを設置し、隣接する太陽電池モジュールの間で重なり部分をもって並設する太陽電池モジュールの設置方法であって、
前記固定部材に前記太陽電池モジュールの中間部分を支持させて、前記太陽電池モジュールを傾斜姿勢で固定するものであり、
前記固定部材によって傾斜方向における前記太陽電池モジュールの両端部が自由端となるように前記太陽電池モジュールを固定するものであり、
一の太陽電池モジュールの自由端と前記壁面の間に、他の太陽電池モジュールの自由端を進入させて前記重なり部分が形成されるように固定部材に固定するものであり、
前記壁面の所定の範囲の幅又は高さから前記固定部材の間隔を調整することで前記重なり部分の幅を調整して、前記所定の範囲全域に太陽電池モジュールを設置することを特徴とする太陽電池モジュールの設置方法。 - 隣接する太陽電池モジュールの間で重なり部分をもって実質的に鉛直方向に並設する太陽電池モジュールの設置方法であって、
前記壁面の所定の範囲の高さから前記固定部材の間隔を調整することで前記重なり部分の幅を調整して、前記所定の範囲全域に太陽電池モジュールを設置することを特徴とする請求項7に記載の太陽電池モジュールの設置方法。
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