JP6260765B2

JP6260765B2 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JP6260765B2
Application number: JP2013201461A
Authority: JP
Inventors: 俊行佐久間
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: JP2015070033A

Description

本発明は、フレームが取り付けられた太陽電池モジュールに関する。

太陽電池パネル内において、太陽電池は、ガラス、バックシートの間に封止樹脂により封止されている。太陽電池パネルの外周には、フレームが取り付けられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１１４２５７号公報

太陽電池モジュールは、積雪荷重や風圧力などの環境負荷に耐えるために、より強固なフレーム構造とすることが望ましい。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、信頼性を高めた太陽電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の太陽電池モジュールは、受光面保護部材と裏面保護部材との間に太陽電池が封止される太陽電池パネルと、太陽電池パネルの外縁に設けられるフレームと、第１方向に延び、フレームに両端が固定される補強部材と、を備える。フレームは、本体部と、本体部の受光面側に設けられ、太陽電池パネルの外縁が嵌め込まれる嵌合部と、本体部から第１方向に設けられ、第１方向の幅よりも当該第１方向に交差する第２方向の幅が広い長孔が設けられた取付部と、を有する。補強部材は、裏面保護部材と取付部の間の位置に設けられるとともに、長孔を介して取付部に固定される。

本発明のさらに別の態様は、太陽電池モジュールの製造方法である。この製造方法は、受光面保護部材と裏面保護部材との間に太陽電池が封止される太陽電池パネルと、太陽電池パネルの外縁に設けられるフレームであって、本体部と、本体部の受光面側に設けられ、太陽電池パネルの外縁が嵌め込まれる嵌合部と、本体部から第１方向に設けられ、第１方向の幅よりも当該第１方向に交差する第２方向の幅が広い長孔が設けられた取付部と、を有するフレームと、第１方向に延び、フレームに両端が固定される補強部材と、を準備し、太陽電池パネルの裏面保護部材に前記補強部材を接着し、補強部材が接着された太陽電池パネルの外縁に前記フレームを取り付けした後に、長孔を介して取付部に補強部材を固定する。

本発明によれば、信頼性を高めた太陽電池モジュールを提供することができる。

本実施形態における太陽電池モジュールを示す平面図である。フレーム間を連結する連結部材を示す図である。太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。比較例１における太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。比較例２における太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。変形例１における太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。変形例２における太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。

本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施形態における太陽電池モジュールは、受光面保護部材と裏面保護部材との間に太陽電池が封止された太陽電池パネルの外縁にフレームが取り付けられる。太陽電池パネルには、裏面保護部材に沿って延びる補強部材が接着されており、補強部材の両端はフレームに固定される。フレームには、補強部材を固定するための取付部が設けられており、補強部材は取付部に設けられる長孔を介してフレームにねじ止めされる。本実施形態においては、太陽電池パネルが補強部材に接着されるため、太陽電池パネルへの積雪による正圧荷重だけでなく、強風が吹き付けた場合の負圧荷重に対しても対して強い構造とすることができる。また、本実施形態においては、長孔を介してフレームと補強部材とをねじ止めするため、補強部材の固定位置がずれても容易に太陽電池モジュールを組み立てることができる。

図１は、本実施形態における太陽電池モジュール１００を示す平面図である。太陽電池モジュール１００は、太陽電池パネル２０と、フレーム枠３８と、補強部材６０と、固定部材７０と、接着部材とを備える。太陽電池パネル２０は、矩形状を有しており、四辺を囲うフレーム枠３８を構成する第１フレーム４０ａ、第２フレーム４０ｂ、第３フレーム４０ｃ、第４フレーム４０ｄ（以下、総称してフレーム４０ともいう）が取り付けられる。

フレーム４０は、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼などの金属材料や、樹脂材料などで形成され、押し出し成型などで形成される。フレーム４０は、断面形状が略矩形の本体部４２を備える。本体部４２は、軽量化のため中空構造を有する。

フレーム４０のうち、太陽電池パネル２０の長手方向（ｙ方向）に延びる第１フレーム４０ａおよび第２フレーム４０ｂには、補強部材６０が固定される。第１フレーム４０ａおよび第２フレーム４０ｂは、補強部材６０を固定するための取付部４６が設けられる。取付部４６は、本体部４２から短手方向（ｘ方向）に延びる。取付部４６には、ｙ方向に幅の広い長孔４７が設けられる。取付部４６は、長孔４７に挿入される固定部材７０を介して補強部材６０を固定する。

それぞれのフレーム４０の端部４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ（以下、総称して端部４１ともいう）は、フレーム４０が延びる方向に対して斜めに切り取られている。斜めに切り取られた端部４１同士が接することにより、フレーム枠３８のコーナ部３９が形成される。フレーム４０の間は、端部４１に挿入される連結部材により連結される。

図２は、フレーム４０間を連結する連結部材５５を示す図である。連結部材５５は、Ｌ字形状の部材であり、アルミニウムなどの金属材料や、樹脂材料などで形成される。連結部材５５は、鉤状部５６を有する。鉤状部５６を中空構造の本体部４２に圧入することにより、連結部材５５はフレーム４０と固定される。

図３および図４は、太陽電池モジュール１００の構造を示す断面図である。図３は、図１のＡ−Ａ線断面を示し、図４は、図１のＢ−Ｂ線断面を示す。

太陽電池パネル２０は、受光面保護部材１０、封止部材１２、太陽電池１４、裏面保護部材１６を備える。受光面保護部材１０は、太陽電池パネル２０において受光面側に配置されており、太陽電池パネル２０の表面を保護する。受光面保護部材１０として、透光性および遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等が使用される。なお、図３及び図４においては、受光面側は上側、つまり奥側に相当し、裏面側は、下側、つまり手前側に相当する。

封止部材１２は、受光面保護部材１０と裏面保護部材１６の間に設けられ、これらの間に設けられる太陽電池１４を封止する。封止部材１２として、例えば、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）や、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ポリイミド等の樹脂フィルムが使用される。樹脂フィルムは、シート形状を有する。

太陽電池１４は、受光面と裏面とを有し、主に受光面に入射する光によって発電する光起電力素子である。太陽電池パネル２０は、複数の太陽電池１４を備え、複数の太陽電池１４は、銅箔やアルミ箔などの配線材により電気的に接続される。

裏面保護部材１６は、太陽電池パネル２０において裏面側に配置されており、太陽電池パネル２０の背面を保護する。裏面保護部材１６としては、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルム、アルミニウム箔を樹脂フィルムで挟んだ構造を有する積層フィルムなどが使用される。なお、補強部材６０は、接着部材８０を介して裏面保護部材１６に接着される。

フレーム４０は、本体部４２、嵌合部４４、取付部４６、段差部４８を備える。なお、図３ではフレーム４０として、図１に示す第１フレーム４０ａを示すが、第２フレーム４０ｂも同様の構造を有する。なお、第３フレーム４０ｃ、第４フレーム４０ｄは、第１フレーム４０ａと同様の構造を有するが、本体部４２と嵌合部４４を有していればよく、取付部４６を有さない構造としてもよい。

本体部４２は、断面形状が矩形であり、内部に中空部４２ｅが設けられる。本体部４２は、上面４２ａ、下面４２ｂ、内側面４２ｃ、外側面４２ｄを有する。フレーム４０の受光面側には、本体部４２の上面４２ａと、上面４２ａの受光面側に形成された断面Ｌ字状の部材とにより形成される嵌合部４４が設けられる。したがって、嵌合部４４はコ字形状を有し、太陽電池パネル２０の外縁が挿入される。これにより、嵌合部４４は、太陽電池パネル２０を保持する。なお、嵌合部４４と太陽電池パネル２０との間にシリコーン樹脂などを介在させて接着させてもよい。

内側面４２ｃには、取付部４６が設けられる。取付部４６は、上面４２ａとの間に補強部材６０の高さ（ｚ方向）と同じ高さ、もしくは０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度高い高さに対応する位置に設けられる。取付部４６は、受光面側から補強部材６０、取付部４６の順に設けられことから、補強部材６０を支持する。また、取付部４６は、長孔４７に挿入されるねじ等の固定部材７０により補強部材６０を固定する。長孔４７は、図４に示すようにねじ等の固定部材７０の軸部の太さに対し、ｘ方向の長さがほぼ等しく、ｙ方向の長さがｘ方向の長さに比べて広い幅Ｗとされる。その結果、補強部材６０がｙ方向にずれた場合であっても、固定部材７０の位置を調整することができる。

取付部４６は、下面４２ｂとの間に段差部４８が形成されるようにして設けられる。いいかえれば、本体部４２は、取付部４６の厚さに加えて、取付部４６の受光面側に補強部材６０の高さと同程度の長さを有するとともに、取付部４６の裏面側に段差部４８が形成されるための長さを有する。そのため、取付部４６と下面４２ｂとは、段違いの構造となる。なお、段差部４８の高さは、取付部４６から突起する固定部材７０の頭部７０ｂの高さよりも高くなるようにする。これにより、太陽電池モジュール１００を構造物に取り付ける際、フレーム４０の下面４２ｂを構造物の取付面などに接触させる場合であっても、固定部材７０が取付面に干渉することを防ぐことができる。

補強部材６０は、断面形状がＨ形の部材であり、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼などの金属材料や、樹脂材料などで形成される。補強部材６０は、フランジ（Ｆｌａｎｇｅ）６１、６２と、ウェブ（Ｗｅｂ）６３を備える。第１フランジ６１は、太陽電池パネル２０の裏面保護部材１６と対向して設けられる。第１フランジ６１は、平坦面である接着面６１ａを有し、接着部材８０により裏面保護部材１６と接着される。第２フランジ６２は、取付部４６と対向して設けられ、固定部材７０を取り付けるための取付孔６４を有する。取付孔６４には、固定部材７０をねじ止めするためのネジ切りが施される。ウェブ６３は、互いに対向する第１フランジ６１と第２フランジ６２の間をつなぐ部材である。

固定部材７０は、取付部４６の長孔４７と、第２フランジ６２の取付孔６４とを挿通して、フレーム４０と補強部材６０とを固定する。固定部材７０は、丸なべねじや、バインドねじ、トラスねじなどの取付部４６との取付面７０ａがｚ方向に対して垂直な面となるねじである。なお、固定部材７０は、長孔４７に挿入されるため、頭部７０ｂの径が大きいねじが望ましく、例えば、トラスねじを用いればよい。なお、固定部材７０として用いられるねじにはボルトが含まれ、ボルトとナットを組み合わせて固定してもよい。また、固定部材７０は、リベット（Ｒｉｖｅｔ）等の頭部と軸部を有するものであれば、ねじの他であってもよい。

接着部材８０は、太陽電池パネル２０と補強部材６０の間に設けられ、裏面保護部材１６と第１フランジ６１の接着面６１ａとを接着する。接着部材８０は、ある程度の厚さを持たせたクッション性を有する部材であり、また、電気的に絶縁性を有する部材である。
このような接着部材８０として、例えば、柔軟性のある発泡体の基材を有する両面テープを用いればよい。接着部材８０として、クッション性を有する材料を用いることにより、太陽電池パネル２０と補強部材６０の間にかかる力を緩和させることができる。また、接着部材８０として、電気的に絶縁性を有する部材を用いることにより、太陽電池パネル２０が発電した電力が補強部材６０やフレーム枠３８に漏電することを防ぐことができる。

つづいて、図５および図６を参照しながら、本実施の形態における太陽電池モジュール１００が奏する効果について示す。まず、図５に示す比較例１における太陽電池モジュールと、図６に示す比較例２における太陽電池モジュールについて説明する。

図５は、比較例１における太陽電池モジュール２００の構造を示す断面図である。太陽電池モジュール２００は、太陽電池パネル２０と、フレーム枠１３８を構成するフレーム１４０と、補強部材１６０と、固定部材７０とを備える。比較例１においては、フレーム１４０の本体部１４２から延びる取付部１４６の位置が第２フランジ１６２の上になる点で、上述の実施の形態と異なる。また、比較例１においては、取付部１４６と補強部材１６０とが干渉しないように、ウェブ１６３に切り欠き部１６３ａが設けられる。

比較例１においては、補強部材１６０が太陽電池パネル２０と取付部１４６の間の位置に設けられておらず、第２フランジ１６２が取付部１４６の下側（−ｚ方向側）に設けられている。このため、太陽電池パネル２０に下方向（−ｚ方向）の荷重が加わったときに、固定部材７０により補強部材１６０を支えきれず、外れてしまうおそれがあった。また、Ｈ形状の補強部材１６０のウェブ１６３に切り欠き部１６３ａを設けるなどして、補強部材１６０と取付部１４６とが干渉しないようにする必要があり、製造上の手間となっていた。

図６は、比較例２における太陽電池モジュール３００の構造を示す断面図である。太陽電池モジュール３００は、太陽電池パネル２０と、フレーム枠２３８を構成するフレーム２４０と、補強部材６０と、固定部材１７０とを備える。比較例２においては、取付部２４６と、本体部２４２の下面２４２ｂとの間に高低差が設けられておらず、固定部材１７０が下方向（−ｚ方向）に突起することによる干渉を防ぐため、固定部材１７０として皿ねじが用いられる点で、上述の実施の形態と異なる。

比較例２においては、補強部材６０と取付部２４６とを皿ねじで固定するため、皿ねじの頭部を格納するために円錐状のねじ穴２４７を設ける必要がある。そうすると、ねじ穴２４７の位置における取付部２４６の肉厚が薄くなってしまい、強度が低下するおそれがあった。

一方、本実施の形態における太陽電池モジュール１００は、補強部材６０が太陽電池パネル２０と取付部４６の間の位置に設けられる。そのため、太陽電池パネル２０に下方向（−ｚ方向）の荷重が加わったとしても、固定部材７０だけでなく取付部４６によって補強部材６０を支えることができる。これにより、太陽電池モジュール１００の強度を高めることができる。また、補強部材６０に切り欠き部が設けられないため、切り欠き部を設けることによる太陽電池モジュール１００の強度低下を防ぐことができる。

また、太陽電池モジュール１００は、太陽電池パネル２０と補強部材６０の間が接着部材８０により接着される。これにより、太陽電池パネル２０に強風が吹き付けるなどして受光面保護部材１０の上方の気圧が低くなって上方向（＋ｚ方向）の力が加わったとしても、太陽電池パネル２０がフレーム枠３８から浮き上がって撓んでしまうことを防ぐことができる。よって、接着部材８０を設けることにより太陽電池パネル２０の撓みによる損傷を防ぐことができ、太陽電池モジュール１００の信頼性を高めることができる。

また、太陽電池モジュール１００は、太陽電池パネル２０と補強部材６０の間がクッション性を有する接着部材８０により接着される。また、太陽電池パネル２０の補強部材６０における平坦面である接着面６１ａに対して接着される。これにより、補強部材６０により太陽電池パネル２０の裏面保護部材１６が損傷してしまうことを防ぐことができる。さらに、絶縁性の接着部材８０を用いることにより、太陽電池パネル２０から補強部材６０への漏電を防ぐこともできる。これにより、太陽電池モジュール１００の信頼性を高めることができる。

また、太陽電池モジュール１００は、取付部４６に長孔４７を設けているため、ｙ方向に補強部材６０の固定位置がずれたとしても、固定部材７０を容易に取り付けることができる。特に、補強部材６０を接着する場合にあっては、接着位置がずれたとしても、固定部材７０を容易に取り付けることができる。詳述すると、太陽電池モジュール１００を組み立てる場合には、太陽電池パネル２０に補強部材６０を接着させた後に、フレーム４０を取り付けて補強部材６０とフレーム４０との間を固定部材７０で固定する。このとき、取付部４６に長孔４７が設けられていないと、補強部材６０を接着させる位置によっては補強部材６０の取付孔６４と取付部４６の孔の位置がずれてしまいねじ止めできないことがあった。一方、本実施の形態では、補強部材６０の接着位置がある程度ずれてしまったとしても、取付部４６に長孔４７が設けられているため、固定部材７０の位置をずらしてねじ止めすることができる。これにより、太陽電池モジュール１００の組み立てに必要な手間を低減させることができる。

また、太陽電池モジュール１００は、取付部４６と本体部４２の下面４２ｂとの間に、固定部材７０の頭部７０ｂの高さよりも高い段差部４８が設けられる。このため、固定部材７０として皿ねじを使うことなく、固定部材７０が突起することによる干渉を防ぐことができる。また、皿ねじ用の孔を設ける必要がないため、取付部４６の肉厚が薄くなることによる強度低下を防ぐことができる。さらに、皿ねじ用の孔を設ける場合には、円錐状の斜面を形成する加工が必要となるが、トラスねじ用の孔の場合には、単純な貫通孔を開けるだけよい。そのため、皿ねじ用の孔を開ける場合と比べて、加工の手間を低減させることができる。

以上、本発明について実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施形態では、補強部材６０として断面形状をＨ形であるものを示したが、変形例においては、断面形状が矩形状の角柱部材や、断面形状がＣ形の溝形部材、その他形鋼と同様の形状を有するものを用いることとしてもよい。図７は、変形例１における太陽電池モジュール１００の構造を示す断面図であり、補強部材６０として断面形状が中空の矩形状である中空部材を用いる場合を示す。図８は、変形例２における太陽電池モジュール１００の構造を示す断面図である、補強部材６０として、断面形状がＣ形のリップ溝形部材を用いる場合を示す。このような補強部材６０を用いる場合においても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、図８に示す変形例２においては、Ｃ形の底面６０ａが裏面保護部材１６と対向するように補強部材６０を配置することが望ましい。面積の広い平坦面である底面６０ａを裏面保護部材１６との接着面とすることにより、太陽電池パネル２０と補強部材６０をより強固に接着することができる。また、面積の広い平坦面である底面６０ａを裏面保護部材１６との接着面とすることにより、補強部材６０により太陽電池パネル２０に加わる力を分散させることもできる。

１０…受光面保護部材、１４…太陽電池、１６…裏面保護部材、２０…太陽電池パネル、３８…フレーム、４０…フレーム、４２…本体部、４２ａ…上面、４２ｂ…下面、４２ｃ…内側面、４４…嵌合部、４６…取付部、４７…長孔、４８…段差部、６０…補強部材、１００，２００，３００…太陽電池モジュール。

Claims

受光面保護部材と裏面保護部材との間に太陽電池が封止される太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルの外縁に設けられるフレームと、
第１方向に延び、前記フレームに両端が固定される補強部材と、を備え、
前記フレームは、
上面、下面、内側面および外側面を有し、前記フレームの長手方向に直交する断面が矩形状である本体部と、
前記本体部の前記上面の上に設けられ、前記太陽電池パネルの外縁が嵌め込まれる嵌合部と、
前記本体部の前記内側面から前記第１方向に前記太陽電池パネルの中央部に向けて突出し、前記本体部の前記下面との間に段差部が形成されるように前記下面から前記上面側にずれた位置に設けられる取付部と、を有し、
前記補強部材は、前記裏面保護部材と前記取付部の間の位置に設けられ、前記取付部の厚さ方向に貫通する取付孔を介して前記取付部に固定され、
前記補強部材は、前記裏面保護部材と対向する第１フランジと、前記取付部と対向する第２フランジと、前記第１フランジと前記第２フランジの間をつなぐウェブとを有し、前記取付部の厚さ方向に前記第１フランジおよび前記第２フランジが前記取付孔と重なる太陽電池モジュール。
前記補強部材は、前記第１フランジ、前記第２フランジおよび前記ウェブの端面であって、前記フレームの前記本体部の前記内側面と対向する端面が揃っている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記取付孔は、前記第１方向の幅よりも前記第１方向に交差する第２方向の幅が大きい請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。