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

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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