JPH11505963A - 太陽電池システム及びそのシステムの構成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 太陽電池システムは、通常は０．５ｘ１ｍ寸法の多数のパネルプレートを対応の取り付け手段によって水平または垂直取り付けベースに対して適当に傾斜した位置に保持して形成されている。本発明によれば、これらのパネルプレートが、例えばわずか１０〜２０ｃｍの幅であるが代わりに非常に長いラメラ形構造体に好都合に変更されており、これによってストリップ状の太陽電池シート材を、日除けに関連した別の目的を持っているか否かに関わらず、すでに高度に発達した低コストのキャリヤシステムによって支持することができる。アルミニウム製のキャリヤ薄板を使用することで、多数の関連利点が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 太陽電池システム及びそのシステムの構成方法 本発明は、太陽エネルギを電気に直接変換するための太陽電池システムに関す る。近年では、この技術が広く発達しており、電池構造は低価格化及び高効率化 が進むと共に、適当な支持体に所望の寸法で取り付けることができる巻取りウェ ブ（織物）とできる等、利用しやすくなっている。それにより、実際の太陽電池 パネルを地方のメーカまたは契約業者が製造して、発電所や建物の屋根または壁 部分にパネルを取り付けることができる。その場合にパネルを結合させて大きい 面積を覆うことができる。 一般的なパネルの大きさは、例えば０．５ｘ１ｍ寸法の１／２〜１平方メート ル程度である。そのようなパネルは３０〜４０個の太陽電池を保持することがで き、それらを直列に接続すると、直射日光によって１４〜１８ボルトの作動電圧 を供給することができ、これは１２ボルトバッテリシステムの充電に適している 。この目的で、パネルを並列に接続してもよいが、もちろん直列に接続してもっ と高い電圧を発生することもできる。これは、パネルの使用可能数に従ってそれ ぞれ個別システムに対して詳細に決定することができる。 パネルは、赤道に向けた入射角、すなわち北半球では南向きにすると共に、太 陽の平均照射量が最大になるように、傾斜をその位置の緯度に従って調節するこ とによって、最も効果的に取り付けられる。発電所や平形の建物屋根では、これ は適当なキャリヤ構造体によって達成される。建物の場合、南向きの傾斜屋根で 理想状態が得られることも時々あるが、そうでない場合、あまり適切でない傾斜 の屋根や、垂直な建物壁等のあまり適当でない取り付けベースを使用することも 十分に容認され、構造的観点から見る限り、キャリヤ構造体を使用しないで直接 的にパネルを支持できる適当な表面を使用できれば、コストを節約できるであろ う。その場合、太陽電池パネルを正面被覆ユニットまたは垂直バルコニー壁等の 建築的に容認される方法で太陽電池パネルを配置することが可能であり、また実 施されている。 本発明は、建築学的に十分に認められているが、際だった傾斜向きを示す一定 の建物部分、すなわち強く太陽が照りつける窓の外側に取り付けられた日除けラ メラ（薄板）があるという考えに基づいている。これらのラメラは実際の建物表 面を構成していないが、それらは太陽電池システムの支持体として非常に好適で あることは理解されるであろう。その結果、太陽電池パネルは独立した集中プレ ート素子であるとする従来の概念は時代遅れで、この目的のために代わりに、長 いが比較的狭い、例えば幅がわずかに１０〜２０ｃｍであり、当初は異なった目 的、すなわち日除けとして働くキャリヤが使用される。これらの比較的狭いラメ ラはその外側にストリップ状の太陽電池ウエブ材を担持するのに非常に適してい る。すなわち、太陽電池ウエブ材の電池を広い空間領域で連結でき、このため所 望の電圧を発生できるように容易に配置することができる。あるいは、平行列に 並べた太陽電池を一端部で互いに接続することによって、それらを他端部の密接 して並んだ点で連結させることができる。 太陽電池ウェブの要求された幅の利用とは別に、狭い必要幅に簡単に切断可能 でなくても、本発明はそれぞれ電気的、機械的及び熱的な性質の幾つかの空間的 な形状を含む。 １：連結 従来のパネルシステムでは、工場または作業場で取り付けられた内部の隠蔽形 直列または並列接続部を使用することができるので、システム全体で１つのコネ クタ端子を備えているように見える。本発明では、取り付け作業と同時に現場で 行われる外部配線及び端子を広範に使用することが必要であろうことが想像され る。ラメラ及び関連のキャリヤシステムに関するラメラ技法そのものは独立的に 高度に発達しており、本発明でこれらの機械的システムに原理的変更を加えるこ とは極めて望ましくない。ラメラは平行に離間して配置されているので、実際に は配線がこれらの隙間を横切って、また任意であるがそれに沿って取り付けられ ることは不可欠であり、また特別な連結装置を、好ましくはラメラ自体で保持さ れるように設ける必要がある。 適当な太陽電池材は、一般的に太陽電池ストリップの両端部または同じ一端部 から延びる１つまたは２つのワイヤで電気的端部とされる。これらのワイヤは一 般的に、電池ストリップの端部から延びているカバーシート間に封入された平形 導体によって構成されている。これらの導体を連結させるため、本発明によれば 、外側シート層をその導体の上で局所的に切り欠く一方、その付近においてシー トストリップ及びラメラ自体の両方に穴を貫設してソケット穴を形成し、それに それぞれの露出導体部分に当接する１つまたは２つの接点部分を設けた配線連結 ブロックを取り付ける。その連結ブロックとラメラの他方側の保持部分とを機械 的に締め合わせることによって確実に当接できるようにしている。そのような取 り付けは現場で行うことができ、ラメラの共通端部領域を通して太陽電池ストリ ップを直列または並列に接続するために、事前作製されたワイヤ接続形連結ブロ ックを使用して、ワイヤ長さをラメラ間の距離に合わせることができ、これによ って電気接続作業を最小限に抑えることができる。 またこのため、全体が太陽電池システムから電気的に絶縁されているので、施 工者はラメラ構造の自然要件の監視に特に注意する必要がない簡単な方法でそれ を行うことができる。さらに、連結ブロックは、絶縁されていることに加えて、 連結領域を効果的に覆う構造にすることができるため、これらの領域は腐食から 十分に保護されている。 ２：キャリヤ構造体の利用 ラメラ用のすでに十分に発達しているキャリヤ構造体は、日除けシステムと組 み合わせるだけでなく、傾斜だけがその場所での太陽電池パネルに最適ではない 建物表面、例えば建物の壁や平形の屋根、あるいはそのための張石屋根に用いる ことができる。キャリヤ構造体は、ラメラ自体を含めて、低コストで高度の標準 化が行われるまでに発達しており、ラメラは薄く軽い電池ウェブ材の完全な支持 体になるので、それらを実際にどこでも太陽電池パネルとして利用可能である。 これによって、関連の取り付け表面の技術的／建築的外観が大きく変化するで あろう。従来は、比較的大型の傾斜太陽電池パネルが、水平表面上に同様に大き い空間を占めて列状に並べて取り付けられていたため、表面は見た目に明確な「 傾斜パネル」構造を備えている。本発明では、対応する傾斜パネルは突き出てい る部分が大幅に減少するが、多数であるために能力は低下しない。関連表面は、 垂直な建物表面でもよいが、滑らかな外観に整えることができる。やはりのこぎ り歯状であるが、技術的性格のない建築的な装飾で狙ったほどではない。従って 、見た目は従来の太陽電池パネルの場合よりもはるかに受け入れやすいものにな り、またこの特別なキャリヤ構造体を使用することによって、設置がコスト面で も有利になる。また、それは１つの主方向、すなわちラメラを横切る方向のモジ ュラー寸法が小さく、他方の主方向、すなわちラメラに沿った方向のモジュラー 寸法の重要性が低くなるため、不規則な境界を有する領域を覆うように、例えば 建物の壁の窓と組み合わせて取り付けることがさらに容易になる。本発明の始点 に従って、窓の上方に取り付けられたキャリヤ構造体上に設けられて、垂直な建 物壁から多少とも垂直に出ている日除けラメラに太陽電池ストリップを取り付け ることも考えられる。 一般的に、キャリヤ構造体はアルミニウム製の一連の平行な優美な外形として 形成されており、適当な取り付け金具を用いて下側の建物表面に、通常はそれか ら外側へ突出して固定されている。構造体に設けられた断面溝に各列のプラスチ ック製のラメラホルダの足部分がはまり、これらによってラメラは、弾性締め付 け作用だけによって保持されている。個々のラメラが比較的小さいために、シス テム全体は軽量で単純であることから、システムに日除けの目的を追加するか否 かに関わらず、この構造はこの場合にも理想的であろう。 これに関連して、プラスチックホルダは個々のラメラとキャリヤ構造体との間 を自動的に電気絶縁させるため、太陽電池ストリップとラメラとの間で誤って漏 電があっても、そのラメラだけに隔離されるため、これらのホルダを使用するこ とが理想的である。 ３：熱状態 公知のラメラは、前述したように、アルミニウム製であって、この場合は特に 適切であるため、本発明によればその種類のラメラ及びそれと共に関連のキャリ ヤ構造体を用いることが非常に好都合である。この点において、本発明は、通常 の暗色の太陽電池素子は当然ながら太陽光線によって強度に加熱されがちであり 、温度の上昇によって太陽電池の効率が低下するという認識に基づいている。従 って本発明では、日光が当たると６０〜８０℃になり、それに伴っておそらくは 通常の周囲温度に対して１０％近く効率が低下する電池素子の冷却を考えること が 重要である。ここで、素子を支持する構造体が高熱伝導率のアルミニウム製であ ると共に、問題のキャリヤ構造体と組み合わせると、その構造体が空気で取り囲 まれるように見えることは、空気が太陽電池素子をその外側だけでなく、比較的 薄いアルミニウム製の関連のキャリヤプレートの自由な内側を介しても冷却する ので、非常に効果的である。 この点に関する限り、ラメラの後側に突出冷却リブを設けるか、ラメラ自体に 冷却水用の内部チャネルを形成することが好都合である。後者の場合、冷却水は 太陽で加熱されるので、それは関連のヒートポンプシステムにも追加使用するこ とができ、システム全体の効率をさらに向上させる。水は、妥当な冷却効果を失 わない程度に加熱すべきであるが、その目的でオプションとして後続の太陽熱収 集器内にさらなる加熱部を設けることもできる。その目的でも、ラメラを使用す ることができるが、その場合は低温側の断熱が行われるだけである。 ４．反射 一般的に、標準的なラメラは適当な傾斜位置に比較的小さい離間距離で列状に 並べて取り付けられる。ラメラがアルミニウム製である時、軽量で滑らかなラメ ラ後表面が拡散光をそれぞれの近くのラメラ上の太陽電池に反射する。これは電 池の効率に大きく貢献するため、このパターンは特に本発明に適している。 ５．固定 本発明では、追加した部材がラメラスクリーン構造全体の計算原理に影響を与 えないようにするため、薄いフィルム形の太陽電池材を使用することが望ましい ことがわかっている。薄いフィルムに効果的に耐候性を持たせる必要があり、こ れは、フィルムを適当なプラスチック材のカバーシートの間に挟み込み、薄いフ ィルムの縁部の外側で面結合させることによって達成できる。前側のシートはテ フロンで構成することが好ましく、これはガラスと異なって、その表面にごみを 集める傾向がない。それに対して、後シートは同一か、別の材料にすることがで き、任意で不透明にすることができ、ラメラの前側に直接固定できるものである ことが好ましい。 ラメラを押し出し成形アルミニウムで構成する時、柔軟なストリップ形の太陽 電池フィルムラミネートの両縁部を受け入れるフランジ部分を形成するようにラ メラを変更することが比較的簡単であり、これによってシートストリップを十分 に固定する準備ができる。 しかし、好適な解決策は、そのような変更を避けて、シートストリップを直接 ラメラの前側に固定するものである。これは、適当な接着剤、例えば熱活性化形 のＥＶＡタイプまたはいわゆる接触接着剤等の適当な接着剤を使用して容易に達 成できる。さらなる可能性として、やはり特にラメラがアルミニウム製である時 、太陽電池ストリップの縁部から突出しているカバーシートストリップの縁部領 域をミリング作業でラメラの表面に固定することができる。この場合も、接着剤 を使用する場合も、外側カバーストリップを使用するだけで太陽電池ストリップ を緊密に包囲できる場合、後カバーシートストリップを省くことができるであろ う。このことは、太陽電池ストリップとアルミニウムラメラの前側との間の断熱 層としての後カバーシートが無くなるため、所望の冷却が促進される点で、さら に好都合である。 以下で本発明が図面を参照してより詳細に説明される。 図１は、本発明によるラメラシステムの一部分をラメラの外側から見た斜視図 である。 図２は、ラメラの後側から見た図１と同様な図である。 図３は、電気的結合手段を備えたラメラの断面図である。 図４は、電気接続部を備えた１対のラメラの斜視図である。 図５ないし図８は、好適な連結システムを示す様々な図面である。 図１は、原則的にドイツ特許第２，３３５，９１６号に開示されている形式の キャリヤ構造体、すなわち平行なキャリヤビーム２を適当な方法で建物に固定し 、好ましくはアルミニウム製のＣ字形ラメラ８を保持するウィング部分６を有す るプラスチックホルダ４を受け取るのに適した形状である。この構造体に一列に 並んだ平行ラメラがビームを横切る方向に取り付けられる。上記ドイツ特許第２ ，３３５，９１６号では、このシステムが特に日除けシステムであると表現され ているが、本発明によれば、このシステムは日除けの作用を果たさないどのよう な 場所にも取り付けることができるとともに、ビーム、ホルダ及びラメラの構造設 計にはほとんど制限がない。 本発明によれば、ラメラの外側は、太陽電池材のウェブストリップ１０で覆わ れている。ラメラの外側とは、太陽が当たる側で、構造的な観点から前側とも後 側とも呼ぶことができる。電気的に、これらのストリップは接点ピン１２が終端 であり、接点ピン１２はラメラの穴１４を通って、ラメラの内側に適当な固定手 段、例えば接着剤か、図２に示されているようにラメラのＣ字形の自由外縁部間 に取り付けられた保持ブリッジ１８によって固定されたソケット１６に挿入する ことができる。 このソケット１６から、接続ケーブルをラメラに沿って、またはそれを横切っ て配置する必要があり、図２は、長手方向ワイヤをラメラホルダ４の保持ウィン グのノッチ２２に通して保持した状態で配置できることを示している。 図３は、保持ブリッジ１８を、ソケットブロック１６の突出ウィング部材２４ に代えることができ、また特に太陽電池ストリップ１０を端部保持によって受け 取るようにラメラ８を形成できることを示している。 図４は、太陽電池ストリップが電極部材２６で電気的端子を構成し、電極部材 がラメラの穴１４を通ってケーブル２０に締め付けまたはろう付け接続されてい る状態を示しており、ケーブルはここではラメラ間にまたがって延びている。し かし、ラメラの端部のすぐ外側で方向を変えることも可能であり、従ってラメラ の穴１４を必ずしも通さなくてもよい。電池ストリップをそれ自体の外側どうし を接触させることもできる。 もちろん、各システムで適当な電気的方向連結場所を配置する位置を注意深く 計画設計すべきであるが、これはラメラシステムの全体的な長さ／幅の大きさを 理解した優れた計画設計によって容易になるであろう。代わりに、本発明による システムは、ほとんど任意の長さ及び幅の様々な部分領域を構成させることがで きる。また、幅がわずかに１０〜２０ｃｍ程度の細いストリップを使用して、シ ステム全体から最大可能効果を達成できるように個々の長さに適応させることが できるので、太陽電池材を非常に経済的に使用することができる。 図５ないし図８は、好適な連結を説明している。図５に示されているように、 太陽電池ストリップ１０は、プラスチックシートストリップ間に積層された薄い 活性フィルム層で形成され、薄いフィルムの縁部の外側でシートストリップが互 いに溶接されている。薄いフィルムに２つの突出した平形導体ストリップ２８が 設けられている。これらのうちの一方は、例えばろう付けで電池フィルムに、ま たはむしろパネルストリップ１０の特定端部の間近で電池電極に接続されている のに対して、他方はその他端部まで延びている。 外側カバーシートが領域３０で切り欠かれて、導体２８を露出させている。図 ６に示されているように、Ｔ字形の穴３２がシート及びラメラ８のこれらの領域 に打ち抜かれている。この穴に対して、図７の端子ブロック３８の上部材３４及 び下部材３６が取り付けられており、これには工場または作業所で必要なワイヤ ４０が設けられている。図８に示されているように、上部材３４に接点ピン４２ が設けられており、２つの部材を結合させた時、これがそれぞれ対応する露出導 体２８に押し付けられる。図示の実施形態では、これらのピン４２はレシーバソ ケットに接続されており、ソケットは取り付け具によって下部材３６の接点脚部 ４４に連結され、これらの脚部はワイヤ４０内のキャストに接続されている。任 意であるが、特別な密封リングまたはパッキンを用いて端子領域３０の周囲の密 封状態を確実にすることができる。 そのような端子ブロックは、１つまたは２つの端子領域、及びそれぞれの上及 び下部材に所望の組み合わせて接続されたケーブルと協働するものであればいず れの適当な構造に形成してもよい。図７に示されているように、ブロックに一体 型ケーブル４０を設けることもできる。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． キャリヤベース手段、好ましくは建物の表面に対して斜めの支持位置に取 り付けられた多数の太陽電池パネルを備えており、前記パネルが、それに取り付 けられた太陽電池を保持するシートコーティング用のキャリヤプレートとして構 成された、太陽エネルギを電気に直接変換する太陽電池システムであって、太陽 電池シートコーティングは、アルミニウム製の平行で比較的細く、非常に長いラ メラを使用した場合の構造形式と同様か、同一のキャリヤ構造体に取り付けられ ており、関連の保持部材が、ラメラの長手方向に延びる側面部分と弾性固定係合 するクランプ部分と、互いに離してキャリヤベース手段に固定され、ラメラを横 切る方向に延びているキャリヤビーム内、またはその上にはめ付けられる取り付 け部分とを備えていることを特徴とする太陽電池システム。 ２． ラメラシステムの所定場所の連結部が、ラメラ内の貫通破断部分及びラメ ラに沿った、またはそれを横切る、あるいはその両方の関連の配線と組み合わせ て配置されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池システム。 ３． 連結ブロックが保持クランプによってラメラに取り付けられていることを 特徴とする請求項２記載の太陽電池システム。 ４． ラメラの外側は、ストリップ形の太陽電池コーティングを埋め込んで受け 取るように形作られていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池システム。 ５． 太陽電池シートストリップを広幅のカバーシート間に挟み込み、カバーシ ートを向き合った縁部に沿って互いに溶接すると共に、下側のアルミニウムのラ メラに糊付け、圧延または溶接によって固定したことを特徴とする請求項１記載 の太陽電池システム。 ６． 請求項１に従った個別システムを構成する方法であって、対応のキャリヤ 表面の所望のラメラ被覆率でシステムが突出され、必要に応じて直接的に薄板の 位置で連結が行われることを特徴とする方法。