JP4712142B2 - 太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの設置構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの設置構造に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、太陽電池モジュールとしては、▲１▼屋根や地面にフレーム材を骨組みとして三角柱状に形成した架台を設置し、この架台上に平面状の太陽電池パネルを取り付けるものや、▲２▼傾斜屋根の下地材にレールを配置して、このレール上に太陽電池パネルを屋根材として取り付けるもの（特開平７−１８０３１０号公報参照）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、▲１▼の太陽電池モジュールでは、屋根や地面上に太陽電池モジュールが突出するので、風が直接当たる。従って、太陽電池モジュールが風で吹き飛ばされないように、太陽電池モジュールを強固に屋根等に取り付けなければならず、しかも剛性の高いフレーム材を使用しなければならなかった。このため、取付構造が複雑になったり、コストが増大しかつ重量も増えるという問題があった。
【０００４】
また、▲２▼の太陽電池モジュールでは、太陽電池パネルは、直接屋根材として屋根面に組み込まれていたので、傾斜屋根以外の屋根、例えば、水平な陸屋根などでは設置できず、設置場所が制限されていた。
【０００５】
本発明の目的は、太陽電池モジュールに加わる風圧を軽減できてコストや重量を低減できるとともに、設置場所が制限されない太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの設置構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池１２と、この太陽電池１２が取り付けられる少なくとも１つの取付面を有するフレーム１１とを備えた太陽電池モジュールであって、前記フレーム１１は中空筒状でかつ直角三角形の断面形状を有しており、鉛直に配置された前記フレーム１１の側面１１Ｂと前記フレーム１１の底面１１Ｃとに、前記フレーム１１に当たる風を通す通風口３１，３２が設けられ、前記側面１１Ｂの通風口３１と前記底面１１Ｃの通風口３２とが前記フレーム１１の内部を介して互いに連通されており、前記太陽電池モジュールは、前記フレーム１１が延びる方向と直交して延びかつ互いに所定間隔をあけて配設された複数本のレール３を備え、前記フレーム１１は前記レール３上に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
通風口３１がフレーム１１に設けられたことによって、太陽電池モジュール１に当たる風がこの通風口３１を流通するので、太陽電池モジュール１に作用する風圧を低減できる。このため、従来よりも、太陽電池モジュール１の取付強度を低減したり、フレーム１１の剛性を低下させても太陽電池モジュール１を確実に設置しておくことができ、太陽電池モジュール１の製造コストや重量を軽減することができる。
また、通風口３１が設けられる鉛直面１１Ｂと落下する雨滴とは略平行するので、通風口３１に直接雨水が降り込むことが少なくなり、フレーム１１の内部への雨水の浸入を困難にできる。
さらに、風ｂから受ける風圧を受けやすい鉛直面１１Ｂに通風口３１を形成したので、この通風口３１で風ｂを流通させることができ、風ｂから受ける風圧を緩和できる。
また、中空体であるフレーム１１に通風口３１が形成されていれば、通風口３１を通して太陽電池ユニット１０の内部と外部との間で空気の流通が可能になる。すなわち、強烈な直射日光の照射によって、フレーム１１内の温度が上昇した場合には、この通風口３１を通して、内部の空気ｃを外部に放出し、外気ｄを導入することができ、太陽電池１２の裏面側の温度上昇を抑制することができ、高い変換効率が得られる。また、温度差による自然換気ができるため、換気するためのファンやモーターおよび電源等は一切不要であり、環境保全性が高い。
また、断面が直角三角形状のフレーム１１を用いれば、傾斜する１辺を太陽電池１２の取付面とすることで、太陽光線を太陽電池１２の正面つまり太陽電池１２に対して略直交する方向から入射させることができ、太陽電池１２での変換効率をより向上させることができる。また、傾斜面は他の側面に比べて面積が大きいため、太陽電池１２の取付面積つまり受光面積を大きくでき、発電量をより一層高くできる。
ここで、通風口３１が、フレーム１１において太陽電池１２が取り付けられた取付面以外の面に形成されていると、フレーム１１の太陽電池１２の取付面に、太陽電池１２を隙間無く取り付けることもでき、太陽電池モジュール１単体当たりで得られる電気エネルギーを増大させることができる。
【００１６】
このような太陽電池モジュール１の通風口３１、３２には、雨水の浸入を防止するためのルーバー４０が設けられていることが好ましい。
【００１７】
通風口３１に、庇４１が並設されたルーバー４０を設ければ、通風口３１を通した雨水の浸入をより一層確実に防止できる。
【００１８】
また、太陽電池モジュール１は、前記フレーム１１の各端部を覆いながら前記フレーム１１を前記レール３に固定するジョイント２０部材を備え、当該レール３および前記フレーム１１との接触部は開口されて、フレーム１１内を通して前記開口３２および前記通風口３１間で空気を流通可能に構成されていることが好ましい。
【００１９】
ジョイント２０を被設置部２に直接固定する場合、被設置部２に応じてジョイント２０の形状や構造を変えなければならないが、本発明では、ジョイント２０は、被設置部２ではなくレール３に固定されるので、如何なる被設置部２に対して設置する場合でもジョイント２０を共通化できる。
また、レール３を複数並設することによって、適宜太陽電池モジュール１を増設することができ、設置作業性を向上できる。
【００２０】
そして、太陽電池に接続される配線を開口部３２からレール３内に通すことで、配線を太陽電池モジュール１内に隠蔽でき、外観意匠性を向上できる。
さらに、この開口部３２の他に、太陽電池１２の後方にも通風口３１を設けることで、例えば、太陽電池モジュール１の後方から強風が吹き込んできた場合、後方の通風口３１から入り込んだ空気も、この通風口３２およびレール３を通じてフレーム１１外部に排出することができ、風圧力を軽減できる。
【００２２】
さらに、前記フレーム１１の側縁１１Ａには風切り音防止部材５０が取り付けられていることが好ましい。
【００２３】
太陽電池モジュール１の正面および背面１１Ｂに強風が吹き付けた場合、この風の流れは、吹き付けた面の側縁１１Ａに集中し、太陽電池モジュール１の後方で不規則な渦が発生する原因となり、風切り音が発生する。しかし、フレーム１１の側縁１１Ａに、例えば鋸歯形状の風切り音防止部材５０を設けることで、この乱流の発生を抑制し、風切り音が軽減でき、騒音問題を未然に回避できる。
【００２４】
また、本発明の太陽電池モジュールの設置構造は、太陽電池１２と、この太陽電池１２が取り付けられる少なくとも１つの取付面を有するフレーム１１とを備えた太陽電池モジュールの設置構造であって、被設置部２に複数のレール３が所定間隔で平行に設置され、前記レール３には、当該レール３の長辺方向と短辺方向とのいずれにも各所定間隔で前記太陽電池モジュール１が複数設置されているとともに、それらの太陽電池モジュール１は、前記請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュールで構成されていることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態の太陽電池モジュール１が示されている。当該太陽電池モジュール１は、建物の屋上などの略水平な被設置部２に複数並設されている。
これらの太陽電池モジュール１は、被設置部２に所定間隔で平行に配設された複数のレール３上に架け渡されて固定されている。
【００２６】
太陽電池モジュール１は、直角二等辺三角形の断面形状を有する三角柱状に形成された太陽電池ユニット１０と、この太陽電池ユニット１０の長手方向端部に取り付けられて太陽電池ユニット１０同士を直列に連結するジョイント２０とを備えている。
【００２７】
太陽電池ユニット１０は、図２にも示されるように、断面直角二等辺三角形の三角柱状に形成された中空のフレーム１１と、このフレーム１１の断面において斜辺を構成する斜面に設けられた太陽電池１２とを有して中空の筒状に形成され、隣接する一対のレール３間に架け渡されている。
【００２８】
フレーム１１の背面１１Ｂおよびジョイント２０の下方に位置する底面１１Ｃには、通風口３１、３２が設けられている。背面に設けられた通風口３１は、長方形状の開口部とされ、この通風口３１の上部にそれぞれ庇４１が設けられ、空気の流通を確保している。しかも、これらの庇４１が、平行に傾斜しながら並設されていることで、太陽電池ユニット１０の背面１１Ｂには、ルーバー４０が設けられた状態になっている。
さらに、後述するように、フレーム１１の左右端、すなわち太陽電池ユニット１０の両端部が、ジョイント２０によってレール３に接合されている。そして、この接合箇所におけるフレーム１１の底面１１Ｃおよびレール３の上面に、通風口となる開口部３２が設けられている。しかも、この通風口３２には、太陽電池１２から得られた電気を送るための配線（図示省略）も通っている。
【００２９】
フレーム１１の上縁１１Ａおよび下縁１１Ｄ、すなわち太陽電池モジュール１の最上縁１１Ａおよび最前縁１１Ｄには、図３に示されるように、太陽電池ユニット１０の全幅に渡って、平面稲妻形をした風切り音防止部材５０が取り付けられている。
すなわち、平面形状が稲妻形にジグザグに屈曲した板状部材である風切り音防止部材５０を設けることによって、太陽電池モジュール１に強風が吹き付けフレームの上縁１１Ａに風の流れａが集中しても、この流れａが整えられ、空気抵抗が軽減し、風切り音の発生が抑制される。
【００３０】
フレーム１１は、アルミニウム等の金属によって三角筒状に形成されたものであり斜めに配置された太陽電池１２の下方に配置された面がレール３の上面に当接される底面１１Ｃとされ、太陽電池１２の裏面側に配置された面が背面１１Ｂとされている。このようなフレーム１１の斜面は開口され、その開口部分に太陽電池１２が組み込まれている。
【００３１】
太陽電池１２は、図示されていないが、ガラス基板上に複数の太陽電池セルを封入したものであり、支持体として矩形平板上のガラス基板と、この基板の一方の面に並設された複数の太陽電池セルと、これらの太陽電池セルを封入する透明な充填材と、当該充填材を覆う裏面コート材とを備えている。
【００３２】
このうち、太陽電池セルは、単結晶シリコン太陽電池からなるものであり、帯状の金属箔によって直列または並列に配線することにより一つの太陽電池内で電気的に接続されている。なお、太陽電池セルは、多結晶シリコン太陽電池やアモルファスシリコン太陽電池により構成してもよい。
【００３３】
また、図示されていないが、太陽電池ユニット１０の長手方向両端部には、それぞれ、太陽電池１２から引き出された＋極端子および−極端子の両方が設けられ、他の太陽電池ユニット１０の端子やリード線と結線できるようになっている。
【００３４】
ジョイント２０は、隣接する太陽電池ユニット１０の継目に被せて太陽電池ユニット１０を連結するものであり、太陽電池ユニット１０の斜面および背面１１Ｂに沿って屈曲した帯状をなして、断面略レ字状に形成されている。このジョイント２０の長手方向両端部には、固定用鍔部２３が前後に突出して設けられ、この固定用鍔部２３は、それぞれレールに当接されてねじなどの止着具（図示省略）により固定されている。
このように、ジョイント２０は、レール３間に架け渡された太陽電池ユニット１０の継目部分を覆った状態でその固定用鍔部２３をレール３に固定することで、ジョイント２０で太陽電池ユニット１０の端部をレール３に固定している。
【００３５】
レール３は、断面口字状の角型鋼管からなり、太陽電池ユニット１０と直交する方向に延びて設けられ、ねじや釘などの止着具により被設置部２に固定されている。
このレール３の配設ピッチは、前述した太陽電池モジュール１におけるジョイント２０のピッチと同じピッチとされ、太陽電池モジュール１をレール３と直交させたときに各ジョイント２０に対応した位置にレール３が位置するようになっている。
また、レール３の内部空間は、太陽電池ユニット１０の配線を収納するための配線スペースとなっていて、レール３に沿って隣接する太陽電池モジュール１同士を結線する際に、この配線スペースで配線するようになっている。
【００３６】
このように構成された本実施形態においては、次のような手順で太陽電池モジュール１の施工を行う。
まず、予め被設置部２にレール３を設置しておく。この際、レール３には、太陽電池ユニット１０の左右端部、すなわちジョイント２０が設けられる位置に応じて、通風口の機能を兼ねながら配線を通すための開口部３２が予め形成されている。そして、レール３は、太陽電池ユニット１０の長さに応じたピッチ、すなわち、太陽電池モジュール１の長手方向のおけるジョイント２０毎の間隔に応じたピッチで配置して止着具（図示省略）によって被設置部２に固定する。
【００３７】
次に、太陽電池ユニット１０をレール３上に架け渡して、隣接する太陽電池ユニット１０の各端部から引き出された＋端子および−端子とを接続する。
【００３８】
この後、レール３と直交する方向に太陽電池ユニット１０を配列させ、隣接する太陽電池ユニット１０同士をジョイント２０によって連結する。
すると、ジョイント２０によって覆われた二つの太陽電池ユニット１０は、ジョイント２０により保持されてレール３上に固定される。この際、配線を各太陽電池ユニット１０とジョイント２０で覆い、配線をレール３の内側に引き出して収納する。
【００３９】
以下同様にして、太陽電池モジュール１の端部となる太陽電池ユニット１０の端部を、ジョイント２０によってレール３に固定しながら順次配線を接続することで、被設置部２の広さに応じた数の太陽電池モジュール１を配列する。
【００４０】
そして、太陽電池モジュール１の端では、ジョイント２０の外側部にキャップ２６をはめ込み、この状態でジョイント２０をレール３に固定する。
このように、太陽電池ユニット１０を連結しながらレール３に取り付けることにより本実施形態の太陽電池モジュール１が完成する。
この太陽電池モジュール１は、被設置部２の広さに応じた数の太陽電池ユニット１０をレール３に沿って並設する。この際、太陽電池モジュール１同士を電気的に接続するための配線は、レール３内に収納される。
【００４１】
こうして設置された太陽電池モジュール１に、風が吹き付ける場合、例えば、前面から吹き付けるときには、風ａは太陽電池１２の取付面に当たり、この取付面に沿って流れて、上縁１１Ａ部分に集中する。この際、この上縁１１Ａには、風切り音防止部材５０が取り付けられ、上縁１１Ａに集中した風の流れａが整えられ、風圧抵抗が軽減される。
また、レール３の端面開口から吹き込んだ風ｄは、開口部３２からフレーム１１内部に流れ、通風口３１から外部に流出する。このため、レール３部分に加わる風圧も軽減される。
【００４２】
また、太陽電池モジュール１の後方から風が吹き付ける場合、風ｂは、フレーム１１の背面１１Ｂに吹き付け、この背面１１Ｂに設けられた通風口３１を通り太陽電池ユニット１０内部に入り、太陽電池１２の裏面に沿って流下し、左右の通風口３２から外部に流出されので、太陽電池モジュール１後方に加わる風圧も軽減される。
【００４３】
さらに、太陽光線の強い照射によって、フレーム１１内部の空気の温度が上昇した場合でも、昇温した空気ｃは通風口３１を通して外部に排出されるとともに、通風口３２を通して外部から新たな空気ｄが吸入されので、フレーム１１内部が換気されてその部分の温度上昇も抑えることができる。
【００４４】
このような本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
（１）太陽電池モジュール１に当たる風が通風口３１を流通するので、太陽電池モジュール１に作用する風圧を低減できる。このため、太陽電池モジュール１に要求される取付強度やフレーム剛性を低減でき、太陽電池モジュール１の製造コストや重量を軽減することができる。
特に、通風口３１は太陽電池モジュール１において最も風圧が高くなる鉛直な背面１１Ｂに形成されているので、太陽電池モジュール１に加わる風圧を効果的に低減することができる。
【００４５】
（２）レール３およびフレーム１１の接触部に通風口３２を形成しているので、レール３内に吹き込んだ風ｄも通風口３２、通風口３１を通して外部に流出させることができ、レール３に加わる風圧も効果的に軽減できる。
【００４６】
（３）フレーム１１の背面１１Ｂおよび底面１１Ｃの両方に、通風口３１、３２を設けているので、この通風口３１、３２を通して太陽電池ユニット１０の内部と外部との間に空気の流通が可能になる。
従って、レール３や太陽電池ユニット１０に加わる風圧を効果的に軽減できる。また、強烈な直射日光の照射によって、太陽電池ユニット１０内の温度が上昇した場合など、この通風口３１を通して内部空気ｃを外部に放出し、通風口３２を通して外気ｄを導入することができて、太陽電池ユニット１０の内部空間を効果的に換気できるので、太陽電池１２の温度上昇を抑制することができ、高い変換効率が得られる。
【００４７】
（４）レール３およびジョイント２０を介して、太陽電池モジュール１を取り付けているので、如何なる被設置部２に対しても太陽電池モジュール１を設置することができるとともに、レール３を複数並設することで、適宜太陽電池モジュール１を増設することができ、設置作業性を向上できる。
そして、この通風口３２に太陽電池に接続される配線を通すことで、配線を太陽電池モジュール１内に隠蔽でき、外観意匠性を向上できる。
【００４８】
（５）前記フレーム１１は、対称性のある直角二等辺三角形の断面形状を成しているので、太陽電池１２に太陽光線を正面から入射させることができ、高い変換効率が得られる。しかも、斜辺の面積が最大であるので、この斜面に太陽電池１２を隙間無く配置することによって受光面積を最大とすることができ、陸屋根などに設置した場合には、一層高い変換効率が得られる。
【００４９】
（６）通風口３１は、鉛直な背面１１Ｂに形成しているので、雨が直接吹き込むことを少なくでき、雨水の浸入を低減できる。
その上、フレームの背面１１Ｂの通風口３１には、庇４１の機能を有するルーバー４０が設けられているので、雨水の浸入をより確実に防止できる。
【００５０】
（７）フレーム１１の上縁１１Ａおよび下縁１１Ｄに風切り音防止部材５０を取り付けたので、太陽電池１２の取付面に強風が吹き付けた場合、風ａ等の流れの集中による乱気流の発生を抑制でき、風切り音の発生を防止できる。
【００５１】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成なども含み、以下に示すような変形なども本発明に含まれる。
すなわち、前記実施形態でジョイント２０をレール３に固定するために止着具が利用されていたが、これを省略しても構わず、例えば、ジョイント２０とレール３の接合面に各々鉤型の係止片を設けても構わない。
【００５２】
前記実施形態では、太陽電池ユニット１０の上縁１１Ａおよび下縁１１Ｄに平面形状が稲妻形の風切り音防止部材５０を設けていたが、いずれか一方の縁のみに設けてもよいし、この風切り音防止部材５０を設けなくてもよい。
また、風切り音防止部材５０の形状や材質などは実施の状況に応じて適宜選択される。具体的には、形状として、波形形状のものや流線形状のものでも構わず、材質として、金属製のものに限らず硬質ゴム製のものや合成樹脂製のものでも構わない。
【００５３】
また、レール３は、断面が口型の角材に限らず、フランジを有するＨ型鋼や口字状の断面を持つ形鋼でもよい。さらに、中空状のものに限らず中実状のものでもよい。また、レール３内は配線スペースとして利用されていたが、配線は、別途設けられた敷設管の中を通して設けられてもよい。
【００５４】
さらに、レール３とフレーム１１との接合箇所には、開口部が設けられ通風口３２として機能していたが、この開口部３２を省略してもよい。
【００５５】
また、通風口３１、３２の取付箇所や形状も、フレーム１１の背面１１Ｂに矩形状のものを設けることに限らない。例えば、通風口は、フレーム１１の底面１１Ｃや、太陽電池の取付面側に設けてもよい。また、太陽電池モジュール１の外側部、すなわちキャップ２６に形成されていても構わず、また、ジョイント２０の表面に形成されていても構わない。
このような場合、太陽電池モジュール１の側方や正面からの強風に対しても、空気の通風口が形成されるので、通風性を向上できる。
【００５６】
ルーバー４０の形状、材質、取付箇所および数は、実施に応じて適宜選択される。形状としては、矩形状、円形状、台形形状などの異形状のものでもよい。材質も、金属、合成樹脂、炭素繊維、ゴム製などでもよい。さらに、取付箇所も背面の上方や側方に取り付けても構わない。数も通風口の数に対応せずに任意に設けらても構わない。
さらに、ルーバー４０は必ずしも設ける必要はない。
【００５８】
太陽電池モジュール１が取り付けられる被設置部２は、水平面を問わず傾斜面や垂直面でもよく、さらに一般住宅や共同住宅の屋根に限らない。すなわち、高層建築物の屋上、高速道路や鉄道の側壁、道標や案内板の上部、工場屋根や空き地、災害用緊急施設の屋根や外壁、公園の四阿やオブジェなどでも構わない。
この場合、太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池ユニット１０を連結したものの他に、太陽電池ユニット１０を１基単独で設置したもの、つまりジョイント２０やレール３を含まないものでもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、太陽電池モジュールに加わる風圧を軽減できてコストや重量を低減できるとともに、設置場所の制約も無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】前記実施形態における太陽電池モジュールの縦断面図である。
【図３】前記実施形態における太陽電池モジュールの斜視図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池モジュール
２ 被設置部
３ レール
１０ 太陽電池ユニット
１１ フレーム
１２ 太陽電池
２０ ジョイント
３１、３２ 通風口
４０ ルーバー
４１ 庇

Claims (5)

1. 太陽電池と、この太陽電池が取り付けられる少なくとも１つの取付面を有するフレームとを備えた太陽電池モジュールであって、
   前記フレームは中空筒状でかつ直角三角形の断面形状を有しており、
   鉛直に配置された前記フレームの側面と前記フレームの底面とに、前記フレームに当たる風を通す通風口が設けられ、
   前記側面の通風口と前記底面の通風口とが前記フレームの内部を介して互いに連通されており、
   前記太陽電池モジュールは、前記フレームが延びる方向と直交して延びかつ互いに所定間隔をあけて配設された複数本のレールを備え、
   前記フレームは前記レール上に配置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、
   前記通風口には、雨水の浸入を防止するためのルーバーが設けら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１または２に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記太陽電池モジュールは、前記フレームの各端部を覆いながら前記フレームを前記レールに固定するジョイント部材を備え、
   当該レールおよび前記フレームとの接触部は開口されて、フレーム内を通して前記開口
   および前記通風口間で空気を流通可能に構成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のいずれかに記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記フレームの側縁に風切り音防止部材が取り付けられていることを特徴とする太陽電池モジュール。
5. 太陽電池と、この太陽電池が取り付けられる少なくとも１つの取付面を有するフレームとを備えた太陽電池モジュールの設置構造であって、
   被設置部に複数のレールが所定間隔で平行に設置され、前記レールには、当該レールの長辺方向と短辺方向とのいずれにも各所定間隔で前記太陽電池モジュールが複数設置されているとともに、それらの太陽電池モジュールは、前記請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュールで構成されていることを特徴とする太陽電池モジュールの設置構造。

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