JP2015505232A - 低風抵抗自己バラスト装荷光電池モジュール取付システム - Google Patents

Abstract

本開示は、複数の光電池モジュールを備えた光電池モジュールアレイを備える、光電池モジュールアレイ取付システムを提供する。複数の光電池モジュールの各光電池モジュールは、光にさらされると発電するように構成された１つ以上の光電池を備えてもよい。システムは、光電池モジュールアレイを取り付けるフレームを備えた第１の取付構造をさらに備えてもよい。第１の取付構造は、光電池モジュールアレイの複数の光電池モジュールの各光電池モジュールの回転を許容してもよい。システムは、複数の支柱を用いて第１の取付構造に取り付けられた第２の取付構造をさらに備えてもよい。第２の取付構造は、スナップ式機構を用いて互いに連結するように構成されたモジュール要素を備える。【選択図】図６

Description

（相互参照）
本願は、参照により全体が組み込まれる２０１１年１２月７日出願の米国仮出願第６１／５６８，１４２号（“ＬＯＷ ＷＩＮＤ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＳＥＬＦ ＢＡＬＬＡＳＴＩＮＧ ＳＯＬＡＲ ＭＯＤＵＬＥ ＭＯＵＮＴＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ”）の恩典を請求する。

屋根取付型システムで使用される光電池（ＰＶ）モジュールの大多数は、低鉄強化表面ガラス板、ＴＰＥ（テドラー（登録商標）、ポリエステル、ＥＶＡ）バックシート、押出したアルミフレーム、および隣接モジュールに接続するケーブル付きの接続箱でパッケージ化された結晶シリコンまたは多結晶シリコン電池を利用している。モジュールは、屋根に貫入するねじで屋根に保持された金属製支持構造に取り付けられているが、漏水可能性のリスクが高いため望ましくない。地面取付型の実用規模のＰＶモジュールは、屋根取付型システムよりも経済的で、かつ重量が問題にならないという理由で、フレームなしで裏面にもう一枚ガラス板を使用する場合が多い。このガラス−ガラスのデザインは、ファーストソーラー社によりそのＣｄＴｅ薄膜太陽電池モジュール用に開発されたものであり、二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）および非晶質シリコン太陽電池の製造業者の一部によって採用されている。ガラス基板上に堆積された薄膜太陽電池は、モジュールを完成させるためにガラス製の表面板を必要とする場合があり、そのため、その余分な重量のせいで、薄膜太陽電池を屋根取付型アレイに使用することが問題を孕んだものになっている。ところが、薄いフレキシブル基板上に堆積された薄膜電池は、ＴＰＥバックシートに薄い金属箔防湿材を付加することで、標準的なシリコン・モジュール・パッケージング方式を使用することができる。したがって、その軽量性のために屋上への設置により適している。

太陽電池アレイの現在の取付システムは、一般に高価であり、屋根取付型システムに多大な余計な重量を与えている。この理由の一部は、密集するモジュールの広い領域にわたって起こりうる大きな風荷重を扱うために必要な特別な支持物である。ソリンドラ（Ｓｏｌｙｎｄｒａ）社はやや梯子の段に似たフレームに沿って取り付けられた管状集光要素からなるモジュールを開発した。空いた空間を通過する光を反射させて管状要素に戻して全体的効率を向上させるため、明るい色かまたは白色の屋根を頼みにしている。そのデザインは風荷重に対してほとんど断面を与えないため、通常の取付構造および屋根の貫入はなくなり、モジュール群を屋上に単純に載置して相互に電気接続することができ、それにより、設置コストのいくらかを節約することができる。しかしながら、（時が経って）汚れてそれほど反射しなくなった屋根面、および反射光が部分的にしか再集光されないことから、若干の面積効率が失われる。

固定式太陽電池アレイは一般に２つの方法のうちの１つで取り付けられる。太陽電池アレイは、平坦な表面（屋根または地面）の上に平形の密集した配列で取り付けられるか、年間を通じて太陽の平均的位置により効果的に向くように適切に傾斜させて取り付けられるかのどちらかである。たまたま広々とした南斜面をもつ屋根の場合、アレイを屋根にほぼぴったり寄せて取り付けることができるが、この状況は多くの場合発生しない。図１は、北緯３５度の中緯度に位置する太陽電池アレイが平地または平屋根（例えば、特に大規模商業ビル）の上に取り付けられている典型的な態様の真横からの図を示す。太陽電池アレイは、最も高い夏の太陽位置と最も低い冬の太陽位置との間で年間を通じて平均で最大の太陽束を受けるように３５度の角度で真南に面して取り付けられたモジュール１の列からなる。取付角度は、当然ながら、図示のようにアレイの場所の緯度と等しい。この例では、モジュール間の間隔Ｄはモジュールの高さＨの約２倍である。この幾何学的配置の場合、最も低い冬の太陽位置で発生する最大の陰影Ｓが隣接モジュールのいずれをも覆うことがなく、この時アレイ面積が利用可能な太陽光のほぼすべてがモジュールに降り注ぐ。

他の緯度では、同様に陰影を最小限にするために、間隔および角度のわずかな変更が行われる。太陽位置がより高いときは、陰影面積がより小さくなり、利用可能な太陽放射のかなりの部分がモジュール間に降り注ぐことで失われる。このことは、もちろん密集した平形のアレイの場合には起こらないであろうが、そのようなアレイはより費用がかかり、太陽の低い期間中において傾斜形アレイを超える有効範囲の大きな向上をもたらすことはない。土地が安い場合（例えば、砂漠の場合など）または平屋根が比較的大きい場合には、所定のサイズのアレイが、陰影を避けるのに十分な間隔を置いた列をもつことができ、より良好で平均的な太陽向きの配向によってもたらされるさらなるエネルギーを得ることができる。しかしながら、傾斜形アレイは、ハードウェアを取り付けるための費用がより多くかかり、強風被害をより受けやすく、太陽角度がより高いときに太陽光集光面積の一部損失をこうむる。

現在利用可能な取付システムの限界に鑑みて、本明細書で認識されることは、例えば、屋根の貫入を避け、風荷重を低減させ、高い太陽角度による太陽光集光損失を最小限にする、より経済的な取付システムの必要性である。

本開示は、太陽光発電用太陽光電池モジュールアレイの組立ておよび設置のためのシステムならびに方法を提供する。

本開示は、経済的で、一体化された、自己バラスト装荷支持構造を提供することによって屋根の貫入を避ける低風抵抗システムを提供する。本システムは地面取付型アレイに使用されてもよい。

本開示の一態様は、経済的で、組立てに必要な労力を低減させる太陽電池モジュールアレイ取付システムを提供する。

本開示の別の態様は、屋根の貫入を必要としない太陽電池モジュールアレイの屋根取付システムを提供する。

本開示のさらに別の態様は、所定のアレイ面積に対する風荷重を大幅に低減させる太陽電池モジュールアレイ取付システムを提供する。

本開示のさらに別の態様は、高い太陽角度による集光損失を低減させる太陽電池モジュールアレイ取付システムを提供する。

本開示の一態様は、複数の光電池モジュールを備えた光電池モジュールアレイを備える、光電池モジュールアレイ取付システムを提供する。上記複数の光電池モジュールの各光電池モジュールが、それぞれ光にさらされると発電するように構成された１つ以上の光電池を備えてもよい。上記取付システムは、上記光電池モジュールアレイを取り付けるフレームを備えた第１の取付構造をさらに備えてもよい。上記第１の取付構造は、上記光電池モジュールアレイの上記複数の光電池モジュールの各光電池モジュールの回転を許容してもよい。上記取付システムは、複数の支柱を用いて上記第１の取付構造に取り付けられた第２の取付構造をさらに備えてもよい。上記第２の取付構造は、スナップ式機構を用いて互いに連結するように構成されたモジュール要素を備えてもよい。

本開示の別の態様は、複数の光電池モジュールを備えた光電池モジュールアレイを備える、光電池モジュールアレイを支持するためのシステムを提供する。上記複数の光電池モジュールの各モジュールが、電磁放射線にさらされると発電する１つ以上の光電池を備えてもよい。上記システムは、上記光電池モジュールアレイに隣接して配置された取付構造をさらに備えてもよい。上記取付構造は、上記複数の光電池モジュールを上記取付構造に対して所定の角度で支持してもよい。上記複数の光電池モジュールの各光電池モジュールは、上記取付構造に回転可能に取り付けられ、上記各光電池モジュールに取り付けられた支持部材および上記取付構造の溝形材によって所定位置に保持されてもよい。上記複数の光電池モジュールのうちの少なくとも２つの個別の光電池モジュールが、上記取付構造と平行にとどまるように構成されてもよい。

本開示のさらなる態様および利点は、本開示の例示的な実施形態のみを示して説明する以下の詳細な説明から当業者にとって容易に明らかになるであろう。当然ながら、本開示は他のおよび異なる実施形態が可能であり、いくつかの細部は様々な明らかな点で、すべて本開示から逸脱することなく変更可能である。したがって、図面および説明は本質的に例示とみなされるべきであり、限定とみなされるべきではない。

（参照による引用）
本明細書で言及されたすべての刊行物、特許および特許出願は、それぞれ個別の刊行物、特許または特許出願が参照によって組み込まれるよう具体的かつ個別に示されたかのようにそれと同じ程度に参照によって本明細書に組み込まれる。

発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲で詳細に述べられている。本発明の特徴および利点のより深い理解は、発明の原理が利用されている例示的な実施形態を記述する以下の詳細な説明および添付の図面（本明細書における「図」）を参照することによって得られるであろう。

北緯３５度における光電池（または太陽電池）アレイの取付けの真横からの概略図である。 工場での組立てに適したフレームに取り付けられた太陽電池アレイの部分構造Ａの斜視図である。 部分構造Ｂ用のアレイ取付システムの成形部品の概略図である。 部分構造Ｂを形成する、組み立てられた部品の平面図である。 大面積アレイ取付方式に相互接続された多数の部分構造Ｂ要素の平面図である。 部分構造Ｂに取り付けられた部分構造Ａを示す、アレイの一部の側面図である。 “Ｓｅｒｉｅｓ Ｋ”金属ジョイストの概略側面図および屋根構造でのジョイストの使用を説明する写真である。 “Ｓｅｒｉｅｓ Ｋ”または類似の金属ジョイストを相互接続用横梁とともに使用した、太陽電池アレイ用の地面取付構造の平面図である。 金属ジョイストおよび相互接続用梁構造の上に取り付けられた太陽電池モジュールアレイを示す、図８の地面取付構造の一部の部分平面図である。

本明細書では発明の好適な実施形態を示して説明しているが、そのような実施形態が一例としてのみ提示されていることは当業者には明らかであろう。多くの変形、変更および代用が発明を逸脱しない範囲で当業者に想起されるであろう。本明細書に記載された発明の実施形態に対する様々な代替物が発明を実施する際に採用可能であることは理解されるべきである。

本明細書で使用される用語「光電池」は（本明細書中の「太陽電池」も）、一般に、光活性材料（または吸収材）を含んだ光起電力素子を備える装置を指し、光起電力素子は、電磁放射線（もしくは電磁エネルギー）または電磁放射線の所定の波長もしくは所定の波長分布にさらされると、電子および空孔（または電気）を発生するように構成されている。光起電力素子は、光活性材料に隣接する基板を備えてもよい。光活性材料の例としては、以下に限定されないが、非晶質シリコン、二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）およびＣｄＺｎＴｅ／ＣｄＴｅがある。

本明細書で使用される用語「光電池モジュール」は、一般に１つ以上の光電池を備えた装置を指す。

取付システム
本開示は、支持面に隣接して置かれるように構成されるかまたは支持構造に連結された第２の支持部材に連結された、１つ以上の光電池モジュールを支持するための第１の支持部材を備える光電池取付システムを提供する。第２の支持部材はモジュール式であってもよい。

一部の実施形態では、光電池モジュールアレイを支持するためのシステムが、複数の光電池（または太陽電池）モジュールを備えた光電池（または太陽電池）モジュールアレイを備えている。複数の光電池モジュールの各モジュールは、電磁放射線にさらされると発電する１つ以上の光電池を備えている。各モジュールは、少なくとも１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、２０個、３０個、４０個、５０個、６０個、７０個、８０個、９０個、１００個または１０００個の光電池を備えていてもよい。システムは、光電池モジュールアレイに隣接して配置された取付構造をさらに備えている。取付構造は、複数の光電池モジュールを取付構造に対して所定の角度で支持している。複数の光電池モジュールの各光電池モジュールは、取付構造に回転可能に取り付けられており、各光電池モジュールに取り付けられた支持部材および取付構造の溝形材によって所定位置に保持されている。場合によっては、複数の光電池モジュールのうちの少なくとも２つの個別の光電池モジュールが、取付構造と平行にとどまるように構成されている。

取付構造は様々な形状、サイズおよび構成を有していてもよい。場合によっては、取付構造は、円形、三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、それらの部分形状または組合せである。

場合によっては、上記少なくとも２つの個別の光電池モジュールは、互いに重なり合うことなく取付構造と平行にとどまるように構成されている。すなわち、両方の光電池モジュールを取付構造と平行にとどめたときに互いに重なり合わない。モジュールが光にさらされると、そのような構成により、陰影による損失を最小限にすることができる。

上記少なくとも２つの個別の光電池モジュールは、風荷重を低減させるように取付構造に折り畳まれてもよい。そのような構成により、風荷重を少なくとも１％、２％、３％、４％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％または９５％低減させることができる。対向風の全体的な方向に対する光電池モジュールの角度が、風荷重を低減させるかまたは最小限にするように変更されてもよい。場合によっては、制御システムが、風速センサと光電池モジュールの角度を調節するモータとに連結されて設けられる。制御システムは、風速センサを用いて風速を計測し、モータを用いて光電池モジュールの角度を調節して風荷重を低減させるかまたは最小限にする。風荷重は、例えば、光電池モジュールのフレーム上の振動センサを用いて、または光電池モジュールの角度および風荷重を風速と関連付けしたテーブルを用いて測定することができる。

光電池モジュールの角度は、アレイの他の光電池モジュールの角度とは別々に変更されてもよい。あるいは、光電池モジュールの角度が一斉に変更されてもよい。

場合によっては、システムは、上記少なくとも２つの個別の光電池モジュールの間で取付構造に取り付けられた光反射構造をさらに備えている。光反射構造は、入射する電磁放射線の少なくとも一部を上記少なくとも２つの個別の光電池モジュールの一方に向ける。一部の例では、光反射構造は鏡である。別の例として、光反射構造は、凹状または半球状太陽集光器などの太陽集光器である。

場合によっては、光反射構造は、対向風を取付構造の平面に対して角度をつけた方向に沿って方向付けるように構成されていてもよい。光反射構造は、風を取付構造の平面に対して少なくとも約１°、２°、３°、４°、５°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°もしくは８５°の角度に、または９０°の角度にさえ方向付けてもよい。

場合によっては、複数の光電池モジュールは同期して回転可能である。すなわち、各光電池モジュールは、他のすべての光電池モジュールとほぼ同時にほぼ同じ速度で回転する。別の例として、１つ以上の光電池モジュールが、光電池モジュールの少なくとも残りの１つに対して同期しないで（すなわち非同期的に）回転してもよい。場合によっては、光電池モジュールは独立して回転可能である。すなわち、１つの光電池モジュールが別の光電池モジュールとは無関係に回転してもよい。

システムは別の取付構造をさらに備えていてもよい。別の取付構造は、例えば、垂直支柱などの支柱を用いて取付構造に連結されてもよい。

全体を通じて同じ番号が同じ部品を指す図面については言及しない。本明細書中の図面および構造が必ずしも一定の縮尺で描写されていないことは理解されるであろう。

図２は、太陽電池アレイの一部のための取付構造の一部分を示す透視図である。便宜上、取付構造のこの部分を部分構造Ａと称する。モジュール１は、例えば、「Ｃ」形溝形材２および横支持梁３を備えたフレームに取り付けられている。モジュールは、光または光の選択波長にさらされると発電するように構成された光活性材料を備えた１つ以上の光（太陽）電池を備えていてもよい。光活性材料の例としては、シリコン、ＣｄＴｅおよび二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）がある。太陽電池モジュールの高さＨはその長さＬより小さくてもよく、太陽電池モジュールは、図１で表した中緯度幾何学的配置と同様に、Ｈのおよそ２倍である距離Ｄの間隔を置いて配置されている。およその寸法は、例えば、Ｈが１２インチ、Ｌが４８インチ、Ｄが２４インチであってもよい。一部の例では、モジュール１は、標準の構成からなるが、より小さく、表面ガラス板、ＴＰＥ裏面シートおよびアルミフレームを備えたシリコンモジュールを含んでもよい。モジュール１は同様の構成をもつ薄膜モジュールであってもよい。その代わりにおよび好ましくは、モジュール１は、成形されたハニカム状のバックシートを有する新規なモジュール構成からなっていてもよい。本明細書で軽量剛性（ＬＷＳ）モジュールと称するそのようなモジュール構成の例は、例えば、参照により全体が本明細書に組み込まれている、２０１２年１月１０日出願のＰＣＴ国際公開第２０１２／０９６９９８号パンフレット（“ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＭＯＤＵＬＥＳ ＡＮＤ ＭＯＵＮＴＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ”）に提示されている。孔または通路４が、標準構成のモジュールのアルミフレームに、またはＬＷＳモジュールのハニカム構造を貫通して設けられてもよい。孔４に挿通された薄肉軽量金属管が、モジュールを溝形材２に取り付けて、部分構造Ａの平面に対して少なくとも約１°、２°、３°、４°、５°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°もしくは８５°、または９０°さえなどの角度θでモジュールを固定する取付点を提供する。

引き続き図２を参照して、アレイ取付システムの部分構造Ａ用のフレームおよびモジュールのアセンブリは、場合によっては現場で完成させることもできるが、工場においてより経済的に完成させることができる。構造の長さは、取付構造の残りの部分の他の機構の長さに一致するように調節されてもよいし、または、構造的剛性の制限内でいくつかの機構にまたがっていてもよい。幾何学的配置は、モジュールがより効率的な梱包および輸送のために骨組みに折り畳めるような配置であってもよい。特に図示しないが、モジュールの配線も工場で行われてもよい。モジュールの背面からの配線がモジュールの底部で支持管に送り込まれ、管内を通って溝形材２に引き回されてもよい。溝形材２では、配線をプレモールド型のインターコネクトケーブルにプラグ接続することができる。この取付方式に関しても、溝形材２および横支持梁３がアルミニウムから形成されてもよく、他の断面形状を有していてもよい。例えば、「Ｃ」形溝形材が箱形梁または「Ｉ」形梁などであってもよい。これらの構造も、ポリスチレン、ポリエチレンまたは他の樹脂のような適切な高分子材料から製造された経済的な成形部品であってもよい。以下に説明するアレイ取付システムの残りの部品も、同様に成形部品であってもよい。

図３は、部分構造Ｂと称する、図２のモジュールアレイ取付システムの残りの部分の個別の成形要素の例である。部分構造Ｂは複数のモジュール要素を備えている。モジュール要素は、スナップ式モジュール要素、すなわち、所定位置にスナップ係合するように構成されたモジュール要素であってもよい。一例では、雄型付属部材を備えた第１の要素が第２の要素の雌型付属部材にスナップ嵌合することにより、第１の要素を第２の要素に連結させてもよい。要素５は、スナップ式付属機構６を備えたクロスメンバーの上面図である。メンバーは、概ね中空であり、砂または他のバラストを組立て後に付加できるようにする開口を上面に備えていてもよい。要素５ａはメンバー５の側面図である。なお、スナップ式機構６はメンバーの底部に至るまでは延びていない。要素７は、取付システムの縦方向形材の上面図である。要素７は、スナップ式機構６が嵌入するくぼみ６ａを備えている。さらに、形材の厚みを貫通して延びていても延びていなくてもよい一連の成形ねじ孔８を有している。この例では、孔は、拡張したアセンブリに対して等間隔を与えるように、予め選択された位置に設けられている。要素７の端部近傍の孔８ａは終端のために設けられている。要素７ａは、くぼみ６ａの深さが機構６の長さに合致していることを示す要素７の側面図である。部品９は、要素５および要素７とほぼ同じ断面を有する垂直の（すなわち、取付け時に、要素７に直交する軸に沿う向きにされる）支柱である。部品９の断面は、図示のように正方形である必要はなく、例えば、丸形（例えば、円形、楕円形）、長方形、多角形または複合形（例えば、丸形および長方形の組合せ）を有していてもよい。部品９は、ねじ孔８に嵌入する成形ねじ９ａを備えている。部品の長さｌは、個々の現場の必要性に合わせて変更されてもよい。典型的なシステムの規模の一例として、要素５が長さ約４フィート、要素７が長さ約８フィート、部品９が長さ数インチないし１フィート以上であってもよい。

図４は、部分構造Ｂの部品（例えば、図３に表す部分構造Ｂの部品）を相互に接続する構成の一例を示す。クロスメンバー６は、縦方向形材７の対応する機構にスナップ嵌合する。その後、垂直支柱９（１個のみ図示）がクロスメンバーの各場所で孔８に螺入し、スナップ嵌合領域を同時に保持するロック機構となる。この例では、クロスメンバーは、家の骨組みで通常使用される中心間距離の２倍の３２インチの中心間距離で配置されている。しかしながら、このデザインは発明の実施にとって重要ではない。さらに図４を参照して、相互接続の別の型式が縦方向形材１０として示されている。ここでは、機構６および６ａの三角形を円筒形状の円形要素に置き換えて示されている。円筒形状の円形要素は、その他の点では、縮尺、深さなどにおいて機構６、６ａと同様であってもよい。これら突出する要素は、玉継手にスナップ嵌合するように成形された球形またはボール形状であってもよい。これは、一様に平らではない場所にとって有用なデザインとなりうる。例えば、構造を地面または屋上の起伏に合わせることができる。

図５は、部分構造Ｂの相互接続アレイの例の一部の平面図を示す。構造を結合する助けになるように、メンバー５の交差点のすべてに垂直支柱９（図示せず）が存在していてもよい。垂直支柱は取り外し可能であってもよい。加えて、これら支柱はアレイが終端する位置８ａに配置されてもよい。メンバー５の間隔は、縦方向形材７の交差点の各場所にわたって同じままである。本明細書の他の個所で述べたように、屋根または風の状態が許すかまたは必要とするならば、メンバー５が（砂または他の重さのある物体のような）追加のバラストを収容してもよい。

光電池システム
本開示の別の態様は光電池システムを提供する。太陽電池（または光電池）モジュールアレイ取付システムが、１つ以上の光電池モジュールを備えた太陽電池（または光電池）モジュールアレイを備えていてもよい。光電池モジュールは１つ以上の光電池を備えていてもよい。各光電池は、電磁エネルギー（または光）にさらされると発電するように構成されていてもよい。システムは、太陽電池モジュールアレイを取り付けるフレームを備えた第１の取付構造をさらに備えている。第１の取付構造は、太陽電池モジュールアレイの１つ以上の光電池モジュールの各光電池モジュールの回転を許容する。取付システムは、複数の支柱を用いて第１の取付構造に取り付けられた第２の取付構造をさらに備えている。第２の取付構造は、スナップ式機構を用いて互いに連結するように構成されたモジュール要素を備えている。場合によっては、モジュール要素は互いに取り外し可能であり、組み立てやすくするために互いに容易に連結されてもよい。

第２の取付構造は１つ以上の成形要素を備えていてもよい。第２の取付構造の１つ以上の成形要素は、例えば、スナップ嵌合用機構、ボルト、溶接、ワイヤ、ねじなどの固定部材を用いるなどして相互に接続されてもよい。

第２の取付構造は、スナップ式機構を有するクロスメンバーを備えていてもよい。クロスメンバーは、中空であってもよく、バラストまたは他の重しを付加するための１つ以上の開口を備えていてもよい。第２の取付構造は、それぞれくぼみ（または溝）を有する１本以上の縦方向形材をさらに備えていてもよい。クロスメンバーのスナップ式機構は縦方向形材のくぼみにスナップ式に嵌入してもよい。これにより、縦方向形材に対してクロスメンバーを固定することができる。縦方向形材はねじ孔をさらに備えていてもよい。複数の支柱の各支柱がねじ孔に取り付けられてもよい。

一部の例では、複数の支柱は垂直支柱を含む。支柱は、第２の取付構造に対して少なくとも約１°、２°、３°、４°、５°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°もしくは８５°の角度に、または９０°（すなわち垂直）の角度にさえ方向付けられてもよい。支柱はそれぞれ第２の取付構造のフレームに対するロック機構となってもよい。

太陽電池モジュールアレイは、成形されたハニカム状のバックシートを備えていてもよい。バックシートは、参照により全体が本明細書に組み込まれている、２０１２年１月１０日出願の特許協力条約（ＰＣＴ）国際公開第２０１２／０９６９９８号パンフレット（“ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＭＯＤＵＬＥＳ ＡＮＤ ＭＯＵＮＴＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ”）に記載されているようなものであってもよい。

太陽電池モジュールアレイはフレームに回転可能に取り付けられている。太陽電池モジュールアレイの各太陽電池モジュールは、約０°から１８０°の角度に沿って回転可能であってもよい。太陽電池モジュールは、少なくとも約０．１°、１°、２°、３°、４°、５°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°または８５°ずつ増分されてもよい。

場合によっては、第１の取付構造のフレームは溝形材および横支持梁を備えている。溝形材は様々な形状および構成を有していてもよい。一例では、溝形材はＶ字形またはＵ字形である。一部の例では、複数の支柱の各支柱が溝形材に取り付けられている。

図６は、例えば、溝形材２を垂直支柱９に保持するセルフタッピンねじを用いて結合された後の部分構造Ａおよび部分構造Ｂの一部分の側面図である。部分構造Ａは、部分構造Ａが上に載る部分構造Ｂの形材の単位長さより長くてもよい。図２に示す一般的なレイアウトでは完全に説明しきれなかったシステム構成の変形に関して、他の特徴の詳細を述べる。

図６は、部分構造Ａに関する光電池モジュールの様々なレイアウト（または構成）を示す。レイアウトＩは、モジュール１の孔４を通る金属管に取り付けられ、アレイの緯度と等しい角度でモジュール１を保持するように部分構造Ａの溝形材２に固定されたスナップ式支持体１１を示す。この第１のレイアウトは、モジュールの高さが低いことおよびモジュールと隣接モジュールとの間に開放した隙間があることによって最悪の場合の北風に対する風荷重は比較的低いが、太陽位置がより高い場合に太陽光の集光の低下をこうむる。

レイアウトＩＩは、さもなくば失われる太陽光の多くを隣接モジュールに向ける軽量鏡１２（または他の太陽集光器）を付加することを除けば、レイアウトＩと同様である。別の例として、軽量鏡１２は光反射板に置き換えられてもよい。鏡１２は、一光電池モジュールの第１の部分（例えば、上端）から支持部分構造Ａの基部まで延びていてもよい。要素１２を鏡と称しているが、反射像の通常の意味のような鏡面反射性である必要はない。白色の散乱面も、光を他の光電池モジュールに跳ね返すのに有効になりうる。空からの若干のさらなる拡散光も隣接モジュールに向けることができる。例えば、アクリル板上に成膜された後面保護鏡など、様々な塑性材料上のアルミコーティング鏡が使用されてもよく、そのミラーコーティングは後面に施されて他の背面コーティングによって保護される。アクリルは、好ましい耐候特性、高い剛性をもつことができ、紫外線（ＵＶ）に安定である。太陽スペクトル全体にわたって低屈折率で高透明性である点は、長年の使用を通じて高反射をもたらすのに十分に適している。鏡板の付加により、その結果としてアレイを屋根または地面に対して押し付けるように作用する下向きの風成分が生じるため、構造がほぼ全方向からの風荷重に対してより安全になる。レイアウトＩＩの構成は、一光電池モジュール上には完全に入射しきれない光を鏡１２（または他の光反射面）によって隣接する光電池モジュールに対して反射させることができる。

さらに図６を参照して、レイアウトＩＩＩは取付構造の第３のレイアウトを示す。モジュール１の孔４を通る管は差し込まれて係留されているが、バー１７の孔内では回転可能にされている。バーは、縦方向形材７とほぼ等しい長さを有していてもよく、または２本以上の形材にわたってモジュールを接続するのに十分な長さを有していてもよい。このレイアウトでは、太陽の位置が変化するとともに一連のモジュールの角度を年間を通じて変更させることができる。位置の変化はハンドル１３の角度配置によって概略的に示されている。しかしながら、実際の機構は、限定されるものではないが、電動フィードバックカプリングなど、多くの形態をとることができる。一連のモジュールはハンドル１３を用いて一斉に回転させることができる。場合によっては、モータ（または他の電動機構）がハンドルの代替物として使用されてもよい。モータは、モータを調節する制御システムに連結されてもよい。例えば、モータはハンドル１３と機械的伝達状態であってもよい。制御システムは、風速を測定するセンサおよび風が存在する際の振動荷重など、モジュールまたは取付構造のいずれかに対する振動荷重を測定する別のセンサと連絡していてもよい。

この取付けのさらなる特徴は、強風の期間中にアレイを適度に平らに寝かせて風荷重を大きく低減させることができることである。これは、例えば、風向・風速センサの入力を用いて、予め選択された風の状態の場合にアレイを平らにすることによって自動的に達成されてもよい。モジュールのアレイを一年中太陽に直接向けたままにすることができるので、エネルギー出力をレイアウトＩの固定型アレイから集められる出力に比べて増大させることができるとともに、風荷重をレイアウトＩの固定型アレイに比べて低減させることができる。アレイは常に太陽に直接向いているが、太陽角度がより高いときはまだ若干の太陽光がモジュールの間に降り注ぐので、太陽光収集効率がレイアウトＩＩの場合よりも低くなる可能性がある。太陽光収集効率を向上させるため、１２に類似しているがモジュールの高さほどはない鏡をモジュールの上端にヒンジで留めて溝形材２のスロット内で滑動するようにピン結合させてもよい（この特徴は図示せず）。これらの鏡は、モジュールの角度が変更されるのと同時に調節可能であり、それでも強風状態ではほぼ平らになることができる。場合によっては、この構成はレイアウトＩＩに比べて太陽光収集効率の向上をもたらすことができる。太陽光収集効率の向上は角度調節システムおよび調節可能な鏡システムのコストのより高いほうのコストで相殺することができる。

図７は、“Ｓｅｒｉｅｓ Ｋ”鋼ジョイスト１４の概略図および屋根用途で使用されているジョイストの写真を示す。この例では、６０フィートまでの開放した梁間の場合に使用可能な「Ｋ」タイプのジョイストを示す。６０フィートから１２０フィートの間の梁間長さの場合には、同様に組み立てられるがより重いジョイストが使用されてもよい。入手可能で当分野で公知の他のいかなるタイプのジョイストも使用可能である。ジョイスト１４の各端部に支柱１５を示す。支柱は地面に据え付けられ、ジョイスト１４をその長さにわたって地面から離れさせる高さを有する。この構造体は、普通の背丈の作業者が組立て時および組立て後にジョイストを容易にまたぐことができるように地面に十分に接近させてもよい。

一部の例では、図７の取付構造は、支持面（例えば屋根）に貫入することなく支持面に取り付けられるように構成されてもよい。これは１つ以上のバラストまたは他の重しを用いて達成されてもよい。一部の例では、重しはジョイスト１４、支柱１５または両方に含まれている。支柱１４またはジョイスト１５は、重し（例えば、バラスト）を収容するように中空であってもよい。ジョイスト１４および／または支柱１５は、図６の部分構造ＡおよびＢなど、本明細書で提示された様々な取付システムと併せて使用されてもよい。

建築構造のジョイストを用いた地面取付レイアウト例の平面図を図８に示す。支柱１５に取り付けられた４列のジョイスト１４は、例えば、一辺約４８フィートの正方形領域を描く。支柱１５に取り付けられたジョイスト１４は、アレイの主要な耐力要素となる。ブレース横梁１６が、ジョイスト間および各辺に沿う支柱間の間隔に架かっている。これらの梁はジョイストよりもはるかに軽く、ジョイストほど剛性ではない鋼製の「Ｉ」形梁または箱形梁であってもよい。モジュール載架部材が梁１６と交差して取り付けられており、例えば、図２で部分構造Ａに関して説明された溝形材２であってもよい。線ｘ−ｘより上方のアレイ部分の拡大図を図９に示す。ハッチング領域は図２のモジュール１を表し、白抜き領域はモジュール間領域である。白抜き領域は、作業者がアレイ上で修理および保守を行うために組立て時またはその後にアレイの全部品にアクセスできるようにしている。モジュールレイアウトが、例えば、図６のレイアウトＩＩに類似している場合、鏡部分１２の一部が特定の場所へのアクセスの邪魔にならないように容易に取り外されるか、または折り畳まれてもよい。

モジュールおよびアレイのサイズに関する具体例を発明の説明の明確化の助けにするべく使用したが、モジュールおよびアレイのサイズはこれらの寸法に限定されない。例えば、本開示の要素は、およそ高さ８フィート、幅８フィート、長さ４０フィートの標準的な運送用コンテナに非常に効率的に収まるようなサイズに設定されてもよい。内寸は各寸法で数インチ小さくてもよい。ジョイストは長さ約３９．５フィートであってもよく、モジュール幅は４８インチよりいくらか広くてもよい、それにより、十分な梱包保護のためにエッジ周りに十分な量のスペースをとることができる。アレイレイアウトは正方形である必要はない。アレイレイアウトは最適化パラメータ次第では長方形（または他の）形状であってもよい。いかなる状況でも様々な効率的な使用をもたらすように、サイズの調整が容易に確認される。

本明細書に提示するシステムおよび方法は、例えば、参照により全体が本明細書に組み込まれている、米国特許出願公開第２０１１／０３００６６１号（”ＳＯＬＡＲ ＣＥＬＬ ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ ＵＳＩＮＧ Ａ ＦＬＡＴ ＭＥＴＡＬＬＩＣ ＭＥＳＨ”）およびＰＣＴ国際公開第２０１２／０９６９９８号パンフレット（“ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＭＯＤＵＬＥＳ ＡＮＤ ＭＯＵＮＴＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ”）に提示されたシステムおよび方法など、他のシステムおよび方法と組み合わされるか、またはそれらによって変更されてもよい。

特定の実施形態を示して説明してきたが、本明細書において様々な変更が行われうることおよび考えられることは、上述の記載から理解されるはずである。また、発明が本明細書内で提示された具体例によって限定されることは意図されていない。発明を上述の明細書に基づいて説明してきたが、本明細書中の好ましい実施形態の説明および図示は、限定する意味で解釈されることを意味しない。さらに、発明のすべての態様が、様々な条件および変数に依存する、本明細書で述べる特定の描写、構成または相対的比率に限定されないことは理解されるであろう。発明の実施形態の形および細部の様々な変更は当業者にとって明らかである。したがって、発明がそのような変更物、変形物および等価物のすべてを包含することが考えられる。以下の特許請求の範囲が発明の範囲を規定すること、およびこの特許請求の範囲内の方法および構造ならびにそれらの等価物が特許請求の範囲に包含されることが意図されている。

Claims (26)

1. 複数の光電池モジュールを備える光電池モジュールアレイであって、前記複数の光電池モジュールの各光電池モジュールがそれぞれ光にさらされると発電するように構成された１つ以上の光電池を備える光電池モジュールアレイと、
   前記光電池モジュールアレイを取り付けるフレームを備え、前記光電池モジュールアレイの前記複数の光電池モジュールの各光電池モジュールの回転を許容する第１の取付構造と、
   複数の支柱を用いて前記第１の取付構造に取り付けられた第２の取付構造であって、スナップ式機構を用いて互いに連結するように構成されたモジュール要素を備える第２の取付構造と、
   を備える光電池モジュールアレイ取付システム。
2. 前記第２の取付構造が１つ以上の成形要素を備える、請求項１に記載の取付システム。
3. 前記第２の取付構造の前記１つ以上の成形要素が相互に接続されている、請求項２に記載の取付システム。
4. 前記第２の取付構造がスナップ式機構を有するクロスメンバーを備える、請求項１に記載の取付システム。
5. 前記クロスメンバーが中空であり、バラストを加えるための１つ以上の開口を備える、請求項４に記載の取付システム。
6. 前記第２の取付構造が、くぼみを有する縦方向形材をさらに備える、請求項４に記載の取付システム。
7. 前記クロスメンバーの前記スナップ式機構が前記縦方向形材の前記くぼみにスナップ式に嵌入する、請求項６に記載の取付システム。
8. 前記縦方向形材がねじ孔をさらに備える、請求項６に記載の取付システム。
9. 前記複数の支柱の各支柱が前記ねじ孔に取り付けられている、請求項８に記載の取付システム。
10. 前記複数の支柱が垂直支柱を含む、請求項１に記載の取付システム。
11. 前記支柱がそれぞれ前記第２の取付構造のフレームに対するロック機構となる、請求項１に記載の取付システム。
12. 前記光電池モジュールアレイが、成形されたハニカム状のバックシートを備える、請求項１に記載の取付システム。
13. 前記光電池モジュールアレイが前記フレームに回転可能に取り付けられている、請求項１に記載の取付システム。
14. 前記第１の取付構造の前記フレームが溝形材および横支持梁を備える、請求項１に記載の取付システム。
15. 前記複数の支柱の各支柱が前記溝形材に取り付けられている、請求項１４に記載の取付システム。
16. 複数の光電池モジュールを備える光電池モジュールアレイであって、前記複数の光電池モジュールの各モジュールが電磁放射線にさらされると発電する１つ以上の光電池を備える光電池モジュールアレイと、
    前記光電池モジュールアレイに隣接して配置された取付構造と、
    を備える、光電池モジュールアレイを支持するためのシステムであって、
    前記取付構造が前記複数の光電池モジュールを前記取付構造に対して所定の角度で支持しており、
    前記複数の光電池モジュールの各光電池モジュールが前記取付構造に回転可能に取り付けられ、前記各光電池モジュールに取り付けられた支持部材および前記取付構造の溝形材によって所定位置に保持されており、
    前記複数の光電池モジュールのうちの少なくとも２つの個別の光電池モジュールが前記取付構造と平行にとどまるように構成されている、
    システム。
17. 前記少なくとも２つの個別の光電池モジュールが、互いに重なり合うことなく前記取付構造と平行にとどまるように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記光電池モジュールアレイの前記少なくとも２つの個別の光電池モジュールが、風荷重を低減させるように前記取付構造に折り畳まれる、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記少なくとも２つの個別の光電池モジュールの間で前記取付構造に取り付けられ、入射する電磁放射線の少なくとも一部を前記少なくとも２つの個別の光電池モジュールの一方に向ける光反射構造をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
20. 前記光反射構造が鏡である、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記光反射構造が、対向風を前記取付構造の平面に対して角度をつけた方向に沿って方向付けるように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記複数の光電池モジュールが同期して回転可能である、請求項１６に記載のシステム。
23. 前記取付構造に支柱を用いて連結された別の取付構造をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
24. 前記支柱が垂直支柱である、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記取付構造が、
    前記光電池モジュールアレイを保持する複数のジョイストと、
    前記ジョイストを保持する複数の支柱を備える、
    請求項１６に記載のシステム。
26. 前記光電池モジュールアレイの取付けが、屋根取付システムまたは地面取付けのために使用される、請求項２５に記載の太陽電池モジュールアレイ取付システム。

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