JP7033189B2 - 太陽電池モジュールおよび太陽光発電システム - Google Patents

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Description

本発明は、屋根に設置される太陽電池モジュールおよびこれを用いた太陽光発電システムに関する。
近年、屋根に太陽電池モジュールを設置する建物が増加している。この種の建物のうち、特に屋根葺き材が瓦である瓦葺きの勾配屋根を有する住宅等にあっては、瓦と同程度の厚さの平板状に形成された瓦型の太陽電池モジュールを、通常の瓦と一緒に葺き上げる屋根葺き構造が採用されている。
瓦型の太陽電池モジュールは、瓦を横方向に数枚並べたものと同等の大きさに形成され、下段の瓦または太陽電池モジュールの水上側縁部に、上段の瓦または太陽電池モジュールの水下側縁部を被せるようにして階段状に葺き上げられる。これにより、瓦と同様に、勾配屋根の棟側から軒側に向かう水流れ方向に、太陽電池モジュールの受光面を雨水が流れるよう構成されている。
例えば、特許文献1には、瓦型の太陽電池モジュール本体の周縁部を長尺状の4つの枠片で保持するとともに、周方向に隣り合う枠片の端部同士を突き合わせて締結する構造が開示されている。太陽電池モジュール本体の短辺側の一方の縁部を保持する第1枠片には、その下端部から太陽電池モジュール本体の外方に向かって延び、排水路として機能する下側重なり片が設けられている。
また、特許文献2には、太陽電池モジュールを屋根材とともに屋根に取り付ける構成が開示されている。太陽電池モジュールの取付フレームは、桁行方向に沿って屋根材の幅の2倍以上に延伸された上枠と、これに直交する縦枠と、取り外し可能な下枠とを有し、上枠と下枠との間に第2の縦枠が配設されている。これにより、太陽電池モジュールを、複数の屋根材により構成される屋根構造に組み込むことができるように構成されている。
特開2014-30013号公報 実用新案登録第3191686号公報
太陽電池モジュールを瓦型とする場合、瓦と同等の強度を備えることが求められることから、太陽電池モジュール本体の裏面側には、特許文献1ではサポート部材が、特許文献2では第2の縦枠が補強部材として設けられ、面内剛性が高められている。
このような従来の太陽電池モジュールの構造にあっては、前記補強部材を枠片の底部にねじ止めして固定しているので、その固定強度を確保するために枠片の底部に厚みをもたせる必要性があった。枠片の底部を厚くすると、その分、太陽電池モジュールの重量が増加し、枠片を構成する材料に要するコストも増加するという問題があり、未だ改良の余地があった。
本発明は前記従来の問題点にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは、新たな補強構造を備えさせて強度を高めるとともに、簡単な構成で生産性を向上させ、軽量化と材料コストの低減とを可能にする太陽電池モジュールおよび太陽光発電システムを提供することにある。
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、屋根上に設置される太陽電池モジュールを前提とする。この太陽電池モジュールに対し、受光面および裏面を有する矩形状の太陽電池モジュール本体と、前記太陽電池モジュール本体の棟側の縁部に取り付けられた第一の枠片と、前記太陽電池モジュール本体の軒側の縁部に取り付けられた第二の枠片と、前記太陽電池モジュールの裏面側で前記第一の枠片と前記第二の枠片に架け渡された補強部材とを備えさせている。また、前記補強部材は、前記第一の枠片と前記第二の枠片とに架け渡される方向に延びる本体部と、前記本体部の一端に設けられて前記第一の枠片に係合する係合部と、前記第二の枠片に締結される締結部とを有し、前記係合部は前記本体部に対して交差する方向であって前記本体部と同一平面上に延設され、前記締結部は前記本体部に対して交差する方向に延設されている。
この特定事項により、太陽電池モジュール本体の縁部の前記第一の枠片および前記第二の枠片に対して補強部材を簡素な構造により備えさせることができ、太陽電池モジュールとしての強度を高めることが可能になるとともに、前記第一の枠片および前記第二の枠片を構成する材料にかかるコストを抑え、軽量化することが可能になる。
前記太陽電池モジュールにおける、より具体的な構成として次のものが挙げられる。すなわち、前記太陽電池モジュールとして、前記第一の枠片には、前記係合部が挿入される係合孔が前記第一の枠片の長手方向に長く設けられ、前記係合部は前記係合孔に挿入して係合されてなることが好ましい。
これにより、前記補強部材を前記係合孔に挿入して係合するだけで前記第一の枠片に前記補強部材を取り付けることができ、構造の簡素化および軽量化を図るとともに生産性を高めることが可能となる。
前記太陽電池モジュールにおいて、前記第一の枠片は前記太陽電池モジュール本体の裏面側に延設された棟側板と、前記太陽電池モジュール本体の裏面側で前記棟側板の内側に延設された内側板とを備え、前記内側板に前記係合孔が設けられて、前記係合部は前記内側板と前記棟側板との間に配設されてなることが好ましい。
これにより、前記第一の枠片における部材の厚みを厚くすることなく前記補強部材の係合部を固定することができ、構造の簡素化を図って、材料コストを低減することが可能となる。
前記太陽電池モジュールにおいて、前記係合部は前記本体部に対して前記太陽電池モジュール本体と平行な方向へ屈曲して延設されてなることが好ましい。
これにより、前記第一の枠片に対する取付作業が容易となり、生産性も高めることが可能となる。
前記太陽電池モジュールにおいて、前記締結部および前記第二の枠片には、互いに対応するねじ孔がそれぞれ設けられ、前記締結部は前記第二の枠片にねじ締結されてなることが好ましい。
太陽電池モジュールにおいては特に棟側に積雪荷重が作用しやすくなるが、棟側に配設される第二の枠片に対して補強部材が直接的にねじ締結されているので、第二の枠片に対する補強効果を高めることができる。
前記太陽電池モジュールにおいて、前記第二の枠片は前記太陽電池モジュール本体の裏面側に延設された軒側板を備え、前記締結部は、前記本体部に対して前記軒側板の延設方向に屈曲して延設され、前記軒側板と前記締結部とが重合されて配設されてなることが好ましい。
これにより、前記第二の枠片における部材の厚みを厚くすることなく前記補強部材の締結部を固定することが可能となり、構造の簡素化を図ることができる。また、前記締結部は前記軒側板の延設方向に屈曲されているので、この補強部材の前記本体部を太陽電池モジュール本体に近接させて配置することが可能となり、補強効果が高められる。
また、前記目的を達成するため、前記構成に係る太陽電池モジュールを複数連結して勾配屋根に設置してなる太陽光発電システムも本発明の技術的思想の範疇である。
これにより、勾配屋根に一体型の太陽電池モジュールを瓦と同様に設置して、瓦の機能をもたせるとともに良好な外観性のもと太陽光発電を実施することが可能となる。
本発明では、太陽電池モジュール本体の裏面側の補強部材を取付容易な構造で実現することで、太陽電池モジュールの強度を高めるとともに、太陽電池モジュールの生産性を向上させることができる。
図1は、本発明の実施形態1に係る太陽電池モジュールを裏面側から見た斜視図である。 図2は、図1の太陽電池モジュールにおけるA-A断面図である。 図3は、前記太陽電池モジュールに設けられる補強部材を示す斜視図である。 図4(a)および図4(b)は、前記補強部材の係合部側の取付方法を示す説明図である。 図5(a)および図5(b)は、前記補強部材の締結部側の取付方法を示す説明図である。 図6は、本発明の実施形態2に係る太陽電池モジュールを裏面側から見た平面図である。 図7は、本発明の実施形態3に係る太陽電池モジュールを裏面側から見た平面図である。
以下、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール1について、図面を参照しつつ説明する。
(実施形態1)
図1~図3は本発明の実施形態1に係る太陽電池モジュール1に関し、図1は太陽電池モジュール1を裏面側から見た斜視図、図2は図1のA-A断面図、図3は太陽電池モジュール1に設けられる補強部材6を示す斜視図である。
本実施形態の太陽電池モジュール1は、それ自体に瓦の機能をもたせ、瓦と混在させて勾配屋根に並べるようにした瓦型の太陽電池モジュールである。図1に示すように、太陽電池モジュール1は、矩形状の太陽電池モジュール本体2と、その周縁部を保持する枠体3とを備えている。
例えば、太陽電池モジュール1は、波形瓦を横方向に4枚分並べた大きさの平坦な矩形状に形成され、葺き重ね部の位置を水流れ方向(図1における下向き)に揃えて勾配屋根に葺設される。
太陽電池モジュール本体2は、受光面21および裏面22を有し、図示しない受光面側の透光性基板、太陽電池および裏面側を絶縁保護する裏面保護材を積層し、封止材によってそれらが互いに接着されている。太陽電池モジュール本体2に用いられる太陽電池の種類は特に限定されず、例えば、単結晶、多結晶、薄膜等のシリコン系太陽電池、GaAs、CdTe、CdS等の化合物系太陽電池、色素増感、有機薄膜等の有機系太陽電池等が挙げられる。
枠体3は、太陽電池モジュール本体2の周縁部に取り付けられた長尺状の複数の枠片を備え、周方向に隣り合う端部同士を突き合わせてねじ部材などで締結して固定されている。図2に示すように、棟側に位置する太陽電池モジュール本体2の縁部には第一の枠片4が取り付けられ、軒側に位置する太陽電池モジュール本体2の縁部には第二の枠片5が取り付けられている。第一の枠片4および第二の枠片5を含む枠体3は、例えばアルミニウム合金の押出成形により形成されている。
第一の枠片4は、太陽電池モジュール本体2の縁部を保持する保持部41と、保持部41から太陽電池モジュール本体2の裏面22側に延設された棟側板42と、太陽電池モジュール本体2の裏面22側で棟側板42の内側に延設された内側板43と、これらの棟側板42と内側板43とを結合する底板44と、底板44に対向して設けられた天面板45とを備えて、略矩形の閉断面にて一体形成されている。第一の枠片4の棟側板42および内側板43は、図2の右側に示すように、横断面(太陽電池モジュール1の長手方向に直交するA-A断面)において、上下方向に配設されている。
第一の枠片4の内側板43には、第一の枠片4の長手方向に長い係合孔46が設けられている。係合孔46は、内側板43の表裏両面に貫通して、スリット状に形成されている。また、係合孔46は、内側板43の高さのほぼ中間位置に配設されている。第一の枠片4には、このような係合孔46が長手方向の略中央部に一つ設けられている。
第二の枠片5は、図2の左側に示すように、太陽電池モジュール本体2の縁部を保持する保持部51と、保持部51から太陽電池モジュール本体2の裏面22側に延設された軒側板52とを備える。軒側板52には、軒側板52の内側に沿って延び、軒側板52の下端部から湾曲して棟側に延びる連結片53が設けられている。この連結片53は、第二の枠片5を、隣り合う他の太陽電池モジュール1の第二の枠片5と連結するための部材である。
第二の枠片5には、後述する補強部材6を取り付けるためのねじ孔54が設けられている。ねじ孔54は、第一の枠片4の係合孔46に対向する位置に設けられている。
(補強部材)
図1および図2に示すように、太陽電池モジュール1には、枠体3をさらに補強するために、太陽電池モジュール本体2の裏面22側に補強部材6が備えられている。例示の形態では、補強部材6は、太陽電池モジュール本体2の裏面22に沿って延び、第一の枠片4と第二の枠片5とに架け渡されている。
補強部材6は、屋根の水流れ方向に延びる本体部61と、本体部61の一端に設けられ、第一の枠片4に係合する係合部62と、本体部61の他端に設けられ、第二の枠片5に締結される締結部63とを有している。図3に示すように、補強部材6は、本体部61に対して係合部62および締結部63がそれぞれ交差する方向に延設されている。補強部材6は一枚の金属板をプレス成形機等により打ち抜いて形成されている。
係合部62は、平板帯状の本体部61に対して略L字状をなし、太陽電池モジュール本体2と平行な方向に延設されている。また、係合部62は、本体部61と同一平面上に延びる平板帯状に形成されている。図2に示すように、係合部62は、枠体3の第一の枠片4に設けられた係合孔46に挿入して係合され、第一の枠片4に固定される。
締結部63は、平板帯状の本体部61の端部が太陽電池モジュール本体2の反対方向に屈曲されて形成されている。また、締結部63は、軒側板52の延設方向に沿って延びる平板帯状に形成されている。これにより、軒側板52と締結部63とを重ね合わせた状態で配設することが可能とされている。図3に示すように、締結部63には、第二の枠片5に設けられたねじ孔54に対応するねじ孔64が設けられている。締結部63は第二の枠片5に添設されて、ねじ55により締結される(図2参照)。
(補強部材の取付方法)
図4(a)、図4(b)、図5(a)および図5(b)は、太陽電池モジュール1に補強部材6を取り付ける方法をそれぞれ示した説明図である。なお、これらの図では図面を見やすくするため、補強部材6と第一の枠片4または第二の枠片5について示し、これらの枠片4、5に保持された太陽電池モジュール本体2を省略している。
補強部材6は、太陽電池モジュール1の裏面22側において、まず係合部62を第一の枠片4の係合孔46に挿入して取り付けられる。このとき、本体部61の長さ方向を係合孔46の孔長さ方向に合わせるようにして補強部材6を保持する。
次いで、図4(a)に示すように、係合部62の先端部を係合孔46にあてがい、先端部から順に挿入していく。すなわち、第一の枠片4の内側板43に対して本体部61が鋭角に交差するように保持しつつ、係合部62を係合孔46に差し込む。
次いで、本体部61を、係合孔46を中心に図中矢印方向に回動させる。これにより、図4(b)に示すように、係合部62を係合孔46に挿入することができる。係合部62は内側板43と棟側板42との間に配設され、固定される。
補強部材6は、係合部62が第一の枠片4に固定されると、本体部61が第一の枠片4に対して交差する方向に配設されるものとなる。図5(a)に示すように、第二の枠片5には、係合孔46に対向する位置にねじ孔54が設けられているので、本体部61を第一の枠片4に対して直交するように配置することで、締結部63のねじ孔64と第二の枠片5のねじ孔54とが合致する。
第二の枠片5の軒側板52の内側には連結片53が添えられているが、連結片53は補強部材6の幅に対応する大きさで切り欠かれている。図5(b)に示すように、これらのねじ孔54、64をねじ55で締結することで、補強部材6を第二の枠片5に固定することができる。
以上のようにして、太陽電池モジュール1の裏面22側に補強部材6を取り付けることができる。補強部材6の取付作業は、少ない作業工程で簡単に行うことができる。また、太陽電池モジュール1の強度を高める補強部材6を、第一の枠片4および第二の枠片5に対して簡便な構造により配設することができるので、製造コストを抑えることができ、生産性も高められる。
図2に示すように、補強部材6は太陽電池モジュール本体2の裏面22側で、太陽電池モジュール本体2とほぼ平行に配設され、第一の枠片4と第二の枠片5とを緊結するものとなる。補強部材6の係合部62は、第一の枠片4の閉断面内に挿入されているので、係合部62を固定するために第一の枠片4の底板44等を厚くする必要性がなく、第一の枠片4を均一な厚みで構成することができる。
また、補強部材6の締結部63は、本体部61に対して、太陽電池モジュール本体2の反対側に屈曲されているので、本体部61が太陽電池モジュール本体2に近接する配置形態となり、補強効果を高めることができる。さらに、締結部63は、第二の枠片5の軒側板52に沿って配設され、ねじ締結される構成であるので、太陽電池モジュール1に作用する荷重に対して十分な耐力を備えさせることができ、取付作業も容易に行うことができる。
(実施形態2)
図6は、本発明の実施形態2に係る太陽電池モジュール1の裏面22側を示す平面図である。前記のとおり、太陽電池モジュール1は、それ自体に瓦の機能をもたせ、瓦と混在させて勾配屋根に並べるようにした瓦型の太陽電池モジュールであり、瓦の大きさに対応させて多様な大きさにより構成される。
図6に示すように、太陽電池モジュール1は、矩形状の太陽電池モジュール本体2と、その周縁部を保持する枠体3と、補強部材6とを備えており、これらの基本構成は実施形態1と同様である。この形態では、太陽電池モジュール1は、瓦を横方向に6枚分並べた大きさの平坦な矩形状に形成されている。
補強部材6は、実施形態1と同様に、第一の枠片4と第二の枠片5との間に架け渡されている。第一の枠片4および第二の枠片5の長手方向の略中央部に補強部材6は配設されている。通常、太陽電池モジュール本体2の裏面22には、端子ボックス71、端子ボックス71から延びるケーブル72および接続用コネクタ73が備えられる。
太陽電池モジュール1は裏面22側に補強部材6が備えられているので、図示するように第一の枠片4および第二の枠片5が比較的長いものであっても、十分な強度を備えることが可能となる。
(実施形態3)
図7は、本発明の実施形態3に係る太陽電池モジュール1の裏面22側を示す平面図である。実施形態2に示したように、太陽電池モジュール本体2の裏面22には端子ボックス71等が設けられる。この場合、補強部材6は、端子ボックス71から延びるケーブル72および接続用コネクタ73に干渉しない位置に配設されることが好ましい。例えば、図7に示すように、補強部材6は第一の枠片4および第二の枠片5の長手方向の略中央部に必ずしも配設されなくともよく、長手方向の片側端部に寄せて配設されてもよい。
太陽電池モジュール1は勾配屋根に設置されるまで、通常は梱包されており、その状態で保管および運搬される。また、太陽電池モジュール1は梱包材を取り外してから設置対象の勾配屋根まで運ばれる。そのような間、補強部材6と接続用コネクタ73等が干渉しないように構成されていることで、接続用コネクタ73が太陽電池モジュール1を損傷させるおそれがなく、信頼性の高い太陽電池モジュール1とすることができる。
以上説明したように、本発明に係る太陽電池モジュール1では、補強部材6を簡便な構造で枠体3に支持させるように構成したので、太陽電池モジュール1の強度を向上させることができ、生産性を高め、軽量化および材料コストの低減化が可能となる。
また、前記太陽電池モジュール1を用いて太陽光発電システムを構成することで、見栄え良く勾配屋根に一体的に太陽電池モジュール1を配設することができるとともに、太陽電池モジュール1の強度を確保して信頼性の高い太陽光発電システムとすることができる。冬季における積雪荷重を考慮しても、太陽電池モジュール1は補強部材6を備えて第一の枠片4と第二の枠片5との間が緊結されているので撓みを生じるおそれがなく、積雪時にも十分に耐え得る構造とすることが可能となる。
なお、前記実施形態1~3に係る太陽電池モジュール1および太陽光発電システムは、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。例えば、太陽電池モジュール1に備えられる補強部材6は図3に示したものに限定されるものではなく、係合部62は本体部61に対して太陽電池モジュール本体2と平行な方向に屈曲して延設された構成であれば、図3のものとは反対側に屈曲されていてもよい。また、締結部63は、本体部61に対して軒側板52の延設方向に屈曲して延設された構成であれば、図3のものとは反対側に屈曲されていてもよい。
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の技術的範囲は、前記実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲に基づくものとされる。本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
本出願は、2018年2月20日に出願された日本国特許出願第2018-027874号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
本発明は、屋根に設置される太陽電池モジュールおよびこれを用いた太陽光発電システムとして好適に利用可能である。
1 太陽電池モジュール
2 太陽電池モジュール本体
21 受光面
22 裏面
3 枠体
4 第一の枠片
41 保持部
42 棟側板
43 内側板
44 底板
45 天面板
46 係合孔
5 第二の枠片
51 保持部
52 軒側板
53 連結片
54 ねじ孔
6 補強部材
61 本体部
62 係合部
63 締結部
64 ねじ孔

Claims (7)

  1. 屋根上に設置される太陽電池モジュールであって、
    受光面および裏面を有する矩形状の太陽電池モジュール本体と、
    前記太陽電池モジュール本体の棟側の縁部に取り付けられた第一の枠片と、
    前記太陽電池モジュール本体の軒側の縁部に取り付けられた第二の枠片と、
    前記太陽電池モジュール本体の裏面側で前記第一の枠片と前記第二の枠片とに架け渡された補強部材とを備え、
    前記補強部材は、前記第一の枠片と前記第二の枠片とに架け渡される方向に延びる本体部と、前記本体部の一端に設けられて前記第一の枠片に係合する係合部と、前記第二の枠片に締結される締結部とを有し、
    前記係合部は前記本体部に対して交差する方向であって前記本体部と同一平面上に延設され、前記締結部は前記本体部に対して交差する方向に延設されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 請求項1に記載の太陽電池モジュールにおいて、
    前記第一の枠片には、前記係合部が挿入される係合孔が、前記第一の枠片の長手方向に長く設けられ、
    前記係合部は前記係合孔に挿入して係合されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
  3. 請求項2に記載の太陽電池モジュールにおいて、
    前記第一の枠片は前記太陽電池モジュール本体の裏面側に延設された棟側板と、前記太陽電池モジュール本体の裏面側で前記棟側板の内側に延設された内側板とを備え、
    前記内側板に前記係合孔が設けられて、前記係合部は前記内側板と前記棟側板との間に配設されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
  4. 請求項1~3のいずれか一つの請求項に記載の太陽電池モジュールにおいて、
    前記係合部は前記本体部に対して前記太陽電池モジュール本体と平行な方向に屈曲して延設されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
  5. 請求項1~4のいずれか一つの請求項に記載の太陽電池モジュールにおいて、
    前記締結部および前記第二の枠片には互いに対応するねじ孔がそれぞれ設けられており、
    前記締結部は前記第二の枠片にねじ締結されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
  6. 請求項5に記載の太陽電池モジュールにおいて、
    前記第二の枠片は前記太陽電池モジュール本体の裏面側に延設された軒側板を備え、前記締結部は、前記本体部に対して前記軒側板の延設方向に屈曲して延設され、
    前記軒側板と前記締結部とが重合されて配設されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
  7. 請求項1~6のいずれか一つの請求項に記載の太陽電池モジュールが複数連結されて勾配屋根に設置されてなる太陽光発電システム。
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Citations (6)

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