JPWO2013161757A1 - 補強フレームおよび太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

枠上フレームの省略によって製造コストの抑制を図りつつ、十分な補強強度および接着強度の確保を図ることができる補強フレームを得ること。補強フレーム２は、太陽電池パネル１の非受光面である裏面１ｂに接着される補強フレーム２であって、補強フレーム２の長手方向に沿った筒状形状を呈して太陽電池パネル１への接着面２１が形成された筒状部２ａと、接着面２１の長手方向に沿った端部から接着面２１と略平行に突出する突出部２ｂと、を備える。

Description

本発明は、太陽電池パネルの裏面に接着される補強フレームおよび補強フレームが接着された太陽電池モジュールに関する。

従来の太陽電池モジュールは、ガラスなどの透光性パネルにセルと呼ばれる発電素子を並べた太陽電池パネルを有する。太陽電池パネルの外縁部は、全周に渡って囲む矩形の枠状フレームで支持されている。そして、枠状フレームを介して、地面、屋根等に設置された太陽電池架台に固定されている。また、太陽電池パネルがたわんだときに太陽電池パネルの裏面を支持するための補強フレームが、枠状フレームの内側に設けられている（例えば、特許文献１を参照）。

近年、枠状フレームを使用せずに太陽電池モジュールを構成する方法も検討されている。枠状フレームを用いない太陽電池パネルは、枠状フレームに太陽電池パネルをはめ込む工程を省略できるため生産性に優れる等の利点がある。例えば、太陽電池パネルのむき出しとなったガラス端部に耐熱性に優れるシリコーン樹脂などを当たり止めとして塗布して製造できる（例えば、特許文献２を参照）。

また、太陽電池パネルの裏面のガラス板や金属板といった比較的重い補強板を省略し、可撓性を有する太陽電池パネルの外縁部を枠状フレームで囲い、太陽電池パネルの裏面に補強材として両端が枠状フレームに嵌合されたリブを設けた太陽電池モジュールなども提案されている（例えば、特許文献３を参照）。

また、枠状フレームを使用することなく、太陽電池パネルを太陽電池架台に固定するものとして、太陽電池パネルの裏面に補強フレームであるテンションバーを固定し、テンションバーの両端部を太陽電池架台の桟に架け渡しして支持した太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献４を参照）。

特開２０１０−２０６２２９号公報 特開２０１１−２１９５６９号公報 特開２００６−２６９６０９号公報 特開２０１１−１８５０３０号公報

特許文献１に記載の従来の太陽電池モジュールは、枠状フレームを太陽電池パネルにはめ込む工程が必要であるため、生産性が悪くコスト高であり、また、太陽電池パネルのたわみ対策としての補強フレームは、枠状フレームに固定されている。

また、特許文献２では、枠状フレームを用いずに太陽電池パネルを構成する方法が検討されているが、太陽電池パネルの太陽電池架台への固定方法については検討されていない。また、特許文献３には、ガラス板や金属板といった重い補強板を用いない可撓性を有する太陽電池パネルに特有の問題である、光起電力素子間のギャップ部分での柔軟性対策として、太陽電池パネルの裏面に補強材としてのリブが設けられているが、太陽電池パネルを囲うフレームにリブの両端を固定する必要があり、やはり枠状フレームを使用する必要があり、生産性が悪くコスト高である。

そこで、太陽電池パネルの外縁部を枠状フレームで囲むことなく、太陽電池パネルを太陽電池架台に固定する方法として、例えば、太陽電池パネルの裏面に、接着剤や両面テープなどの接着部材を介して、太陽電池パネルのたわみ対策としての補強部材を接着し、補強部材を太陽電池架台に直接（すなわち、枠状フレームを用いずに）固定することが考えられる。

しかしながら、使用時に想定される風圧や積雪などの荷重に耐える必要があり、補強部材には高い剛性が求められる一方で、太陽電池パネルと補強部材は接着部材で接着されるため、接着剥れ対策として、太陽電池パネル裏面と補強部材との接合部に生じる応力をなるべく低減することが求められる。

特許文献４に記載の太陽電池モジュールでは、枠状フレームを用いずに太陽電池パネルの裏面に接着されたテンションバーを直接に太陽電池架台に固定しているが、テンションバーの断面形状がコ字状であり、補強部材の剛性を確保し難い形状である上、太陽電池パネル裏面と当該テンションバーとの接合部に生じる応力を低減することについては一切考慮されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、枠上フレームの省略によって製造コストの抑制を図りつつ、十分な補強強度および接着強度の確保を図ることができる補強フレームを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池パネルの非受光面である裏面に接着される補強フレームであって、補強フレームの長手方向に沿った筒状形状を呈して太陽電池パネルへの接着面が形成された筒状部と、接着面の長手方向に沿った端部から接着面と略平行に突出する突出部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、突出部を設けることで、接着面の端部における補強部材の剛性を低減させることができ、その結果として接着面の端部に生じる応力集中を緩和して、接着面に生じる発生応力の低減を図ることができる。また、枠上フレームを省略して、コストの抑制を図ることができる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールを示す斜視図である。 図２は、太陽電池パネルの断面構造を説明するための模式図である。 図３は、太陽電池パネルと補強レールとの接着部分を拡大した部分拡大図である。 図４は、補強レールを長手方向に沿って見た断面図である。 図５は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールに使用する補強レールの断面図である。 図６は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池モジュールに使用する補強レールの断面図である。 図７は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池モジュールに使用する補強レールの断面図である。 図８は、本発明の実施の形態５にかかる太陽電池モジュールに使用する補強レールの断面図である。 図９は、太陽電池架台に固定された太陽電池モジュールの斜視図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる補強フレームおよび太陽電池モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールを示す斜視図である。図２は、太陽電池パネルの断面構造を説明するための模式図である。太陽電池モジュール２０は、太陽電池パネル１と補強レール（補強フレーム）２を備える。太陽電池パネル１は、図２に示すように、太陽電池セル１１の両面をＥＶＡなどの封止材１５で封止して、受光面１ａ側にガラスなどの透光性パネル１３、非受光面である裏面１ｂ側にバックフィルム１４を設けた構造となっている。

図３は、太陽電池パネル１と補強レール２との接着部分を拡大した部分拡大図である。図３に示すように、補強レール２は、太陽電池パネル１の裏面１ｂに対して接着部材３を介して接着される。

図４は、補強レール２を長手方向に沿って見た断面図である。補強レール２は、長手方向に沿った筒状形状を呈する筒状部２ａを有する。筒状部２ａは、長手方向に沿って見た断面形状が略方形形状を呈しており、その一辺が太陽電池パネルに接着される接着面２１となる。補強レール２は、長手方向に沿って同一断面形状を呈することで、押出成型によって作製することができる。補強レール２として、酸化に強いアルミニウムを使用することで、錆びに強い補強レール２とすることができる。

補強レール２は、筒状部２ａのように閉断面を設けることでねじり剛性を大きくすることができる。さらに、製造面として、アルミニウムの押出加工では、筒状部２ａのような閉断面を有する場合、閉断面がない場合に比べて安定して補強レールを製造できるという利点がある。また、筒状部２ａのような閉断面を有する場合、閉断面のない押出加工に比べて壁厚さを薄く作製することが可能となり、材料コストを低減できる。

一方、筒状部２ａを構成することで、太陽電池モジュールに対して風圧により太陽電池パネル１と補強レール２とを引き剥がす荷重が生じたとき、太陽電池パネル１と補強レール２を接合する接着部においては大きな応力が発生する。特に、接着面２１の端部に応力が集中しやすく、接着面２１の端部で最大応力が生じやすい。

そこで、補強レール２は、接着面２１の長手方向に沿った端部から接着面２１と略平行に突出する板状の突出部２ｂを有する。これにより、接着面２１の端部における補強レール２の剛性を低減することができ、その結果として接着面２１の端部に生じる応力集中を緩和できる。したがって、突出部２ｂを形成することで、接着面２１に生じる最大発生応力の低減を図ることができる。

図４（ａ）〜（ｄ）では、突出部２ｂのバリエーションを示している。図４（ａ）に示すように、突出部２ｂの厚みが一定となるように構成してもよい。図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、突出部２ｂが、筒状部２ａから離れるにしたがって厚みが小さくなるように構成してもよい。

図４（ｂ）では、筒状部２ａから離れるにしたがって、突出部２ｂの下面側が太陽電池パネル１の裏面１ｂに近づくように構成される。図４（ｃ）では、筒状部２ａから離れるにしたがって、突出部２ｂの上面側が太陽電池パネル１の裏面１ｂから離れるように構成される。図４（ｄ）では、筒状部２ａから離れるにしたがって、突出部２ｂの下面側が太陽電池パネル１の裏面１ｂに近づき、突出部２ｂの上面側が太陽電池パネル１の裏面１ｂから離れるように構成される。

筒状部２ａから離れるにしたがって厚みが小さくなるように突出部２ｂを形成した場合には、接着面２１の端部における剛性をさらに低減することができ、接着面２１の端部における応力集中のより一層の低減を図ることができる。

また、図４（ｃ）（ｄ）で示す例によれば、接着部材３の厚さを増大させることができ、さらに応力集中の緩和を図ることができる。例えば、接着幅を２０ｍｍ〜６０ｍｍ程度、接着厚さを０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度とすることが、強度、材料コストの面から好適である。また、ここでは、太陽電池パネル１の裏面１ｂがバックフィルム１４である場合を例示したが、これに限るものではなく、太陽電池パネル１の裏面１ｂにガラス板や金属板などの補強板を備えてもよい。また、板状の突出部２ｂの厚みは、筒状部２ａの接着面２１を構成する辺の厚みと同一または薄くすることが好ましいが、厚くしてもよい。

図９は、太陽電池架台に固定された太陽電池モジュール２０の斜視図である。図９に示すように、太陽電池パネル１は、補強レール２を介して、地面や屋根などに設置された太陽電池架台５０等に固定される。太陽電池架台５０の構成それ自体や、補強レール２を太陽電池架台５０に固定する構成については、詳細な説明を省略する。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールに使用する補強レール１２の断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態２では、断面形状が略方形形状を呈する筒状部２ａを構成する辺のうち、接着面２１が形成される辺と対向する辺の厚みが、接着面２１が形成される辺の厚みより厚いことを特徴とする。

このように構成することで、補強レール１２の曲げ剛性が増すことから、風圧や積雪などの荷重による補強レール１２および太陽電池モジュール２０（図１も参照）全体の変形量は小さくなり、結果として太陽電池パネル１（図１も参照）に生じる応力を低減することができる。また、補強レール１２の接着面２１が形成される辺に生じる応力は低いため、必要な部分だけの厚みを厚くすることで材料費の増大を抑制することができる。

図５（ａ）〜（ｅ）では、本実施の形態２にかかる補強レール１２の様々なバリエーションを示している。図５（ｂ）〜（ｅ）に示すように、上記実施の形態１で説明した突出部２ｂを設けるようにして、より一層の応力の低減を図ってもよい。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池モジュールに使用する補強レール２２の断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態３にかかる補強レール２２は、係止部２ｃを有することを特徴とする。

係止部２ｃは、筒状部２ａの接着面２１が形成される辺と対向する辺の長手方向に沿った端部から突出するように形成される。この係止部２ｃを固定先金具１７（図９も参照）で係止して、太陽電池架台などに太陽電池モジュールを固定することで、太陽電池モジュールの設置作業を簡便に実施することができるようになる。

図６（ａ）〜（ｆ）では、本実施の形態３にかかる補強レール２２の様々なバリエーションを示している。図６（ｂ）〜（ｆ）に示すように、上記実施の形態で説明した突出部２ｂを設けたり、筒状部２ａの一部の辺を厚く構成したりしてもよい。

なお、係止部２ｃに固定先金具１７にネジ止めするためのネジ孔（図示せず）を形成してもよい。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池モジュールに使用する補強レール３２の断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態４にかかる補強レール３２は、接着面２１に対して長手方向に沿った溝２ｄが形成されていることを特徴とする。

接着面２１に溝２ｄを形成することで、補強レール３２に対して接着部材３としての接着剤を塗布する際に、溝２ｄが目安となって１本のビード状に塗布しやすくなり、接着作業性の向上を図ることができる。

また、補強レール３２の接着面２１に対して接着剤を２本のビード状に塗布する場合には、太陽電池パネル１（図１も参照）と補強レール３２とを接着する際に接着剤が塗れ広がる逃げ場としての機能を溝２ｄが果たし、接着剤が均一に塗れ広がるのを助ける役割がある。

図７（ａ）〜（ｇ）では、本実施の形態４にかかる補強レール３２の様々なバリエーションを示している。図７（ｂ）〜（ｇ）に示すように、上記実施の形態で説明した突出部２ｂ、係止部２ｃを設けたり、筒状部２ａの一部の辺を厚く構成したりしてもよい。

実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５にかかる太陽電池モジュールに使用する補強レール４２の断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態５では、補強レール４２の接着面２１側に、太陽電池パネル１の裏面１ｂ（図３も参照）に向けて突出する突起２ｅが形成されることを特徴とする。

突起２ｅは、筒状部２ａの長手方向に延びるように形成されている。突起２ｅを設けることで、太陽電池パネル１の裏面１ｂと接着面２１と間で、接着剤の厚さを制御することができる。また、接着面２１の長手方向に沿った両端部に突起２ｅを設けることで、接着剤が接着面２１外に流動していくことを突起２ｅによって抑制することができる。

図８（ａ）〜（ｇ）では、補強レール４２の様々なバリエーションを示している。図８（ｂ）〜（ｇ）に示すように、上記実施の形態で説明した突出部２ｂ、係止部２ｃを設けたり、筒状部２ａの一部の辺を厚く構成したりしてもよい。図示は省略するが、接着面に溝２ｄ（図７も参照）を形成してもよい。なお、突出部２ｂを設ける場合には、突起２ｅを突出部２ｂ上に形成するのが望ましい。

以上のように、本発明にかかる補強フレームは、太陽電池パネルの裏面に接着される補強フレームに有用である。

１ 太陽電池パネル、１ａ 受光面、１ｂ 裏面、２，１２，２２，３２，４２ 補強レール（補強フレーム）、２ａ 筒状部、２ｂ 突出部、２ｃ 係止部、２ｄ 溝、２ｅ 突起、３ 接着部材、１１ 太陽電池セル、１３ 透光性パネル、１４ バックフィルム、１５ 封止材、１７ 固定先金具、２０ 太陽電池モジュール、２１ 接着面、５０ 太陽電池架台。

Claims (11)

1. 太陽電池パネルの非受光面である裏面に接着される補強フレームであって、
   前記補強フレームの長手方向に沿った筒状形状を呈して前記太陽電池パネルへの接着面が形成された筒状部と、
   前記接着面の長手方向に沿った端部から前記接着面と略平行に突出する突出部と、を備えることを特徴とする補強フレーム。
2. 前記突出部は、前記筒状部から離れるにしたがって厚みが小さくなることを特徴とする請求項１に記載の補強フレーム。
3. 前記突出部は、前記太陽電池パネル側の反対面である下面が、前記筒状部から離れるにしたがって前記太陽電池パネルの裏面に近づくことを特徴とする請求項２に記載の補強フレーム。
4. 前記突出部は、前記太陽電池パネル側の面である上面が、前記筒状部から離れるにしたがって前記太陽電池パネルの裏面から離れることを特徴とする請求項２または３に記載の補強フレーム。
5. 前記筒状部は、長手方向に沿った断面形状が略方形形状を呈しており、
   前記接着面が形成される辺と対向する辺の厚みが、前記接着面が形成される辺の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の補強フレーム。
6. 前記筒状部は、長手方向に沿った断面形状が略方形形状を呈しており、
   前記接着面が形成される辺と対向する辺の長手方向に沿った端部から突出して、前記太陽電池パネルを固定するための固定先金具に係止される係止部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の補強フレーム。
7. 前記筒状部は、長手方向に沿った断面形状が略方形形状を呈しており、
   前記接着面が形成される辺と対向する辺の長手方向に沿った端部から突出して、前記太陽電池パネルを固定するための固定先金具にネジ止めするためのネジ孔が形成された係止部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の補強フレーム。
8. 前記接着面には、前記筒状部の長手方向に沿った溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の補強フレーム。
9. 前記接着面に形成されて、前記筒状部の長手方向に沿って延びるとともに、前記太陽電池パネルの裏面に向けて突出する突起をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の補強フレーム。
10. 前記突起は、前記接着面の長手方向に沿った両端部に形成されることを特徴とする請求項９に記載の補強フレーム。
11. 太陽電池パネルと、
    請求項１〜１０のいずれか１つに記載の補強フレームと、を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。

Images