JP5174939B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、住宅やビルなどの建物に設置され太陽光にて発電を行う太陽電池モジュールに関するものである。

太陽電池モジュールとして、受光面側に透明基板（ガラス）を配置し、この透明基板の裏面側に直列或いは並列に接続された複数の太陽電池セルを並べて配置し、これら複数の太陽電池セルを封止樹脂にて封止して太陽電池パネルを構成し、さらにこの太陽電池パネルの周縁部にフレームを取り付けた構造のものがある。

太陽電池モジュールは、一般に住宅やビルなどの建物に設置されて風雨にさらされる。太陽電池モジュールは、このような厳しい環境で使用する製品であるため、風荷重や積雪荷重に対する強度が製品品質を表す指標の１つとされる。近年、単位出力当たりの価格低減や、施工作業に費やす時間及び結線作業に費やす時間を短縮する目的で太陽電池モジュールの大型化が進められている。この大型化により、太陽電池パネルの特に透明基板の耐荷重性能は低減している。

太陽電池モジュールには、表面に堆積した積雪などによる積雪荷重が鉛直下方に押し下げるように働き下方に向けてたわむ。この対策として、太陽電池パネルの周囲４辺を取り囲むフレームに加えて、太陽電池パネルの裏面にてフレーム間に架け渡されるように配設されて、太陽電池パネルを裏面から支持する補強フレームを設けることが知られている。このような構造では荷重が加わった際の透明基板変形量の低減が期待できる。

また、このようにパネルの裏面に上記補強フレームを備える太陽電池モジュールにおいて、さらにパネル裏面と補強フレームの衝突や摩擦による、バックシートの磨耗やセルの破損を防ぐため、パネル裏面に緩衝材を取付けることが行われる。このような構造とすることにより、モジュール裏面が直接補強フレームに接触することがなくなるので、モジュール裏面の破損や摩耗を防止することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−６６２５号公報 国際公開第２００８／１３９６０９号

しかしながら、特許文献１にて提案されている緩衝材は弾性体であるため、モジュールへの荷重が増加したときに、補強フレームが緩衝材に埋没して、緩衝材が配置されてない箇所にて、モジュールと補強フレームとが接触することがあるので改善が求められていた。また、弾性体の緩衝材は、風圧などの振動荷重に対して、補強フレームとの繰り返し摩擦により摩耗が懸念されるので改善が求められていた。

上記問題を解決するために、特許文献２にて提案されている太陽電池モジュールにおいては、硬質材料で作製された緩衝材を備えている。しかしながら、ほぼ剛体の太陽電池パネルと補強フレームとの間に、硬質材料で作製された単純な直方体のような構造の緩衝材が挿入されることで、緩衝材端部に局所応力が集中する場合があった。この局所応力の集中が発生すると、太陽電池パネルの特にガラスを材料とする層の破損を引き起こす可能性があり、如いてはモジュールの耐荷重低下の原因となることがあり改善が求められていた。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、緩衝材端部に発生する局所応力の集中を緩和し、太陽電池パネルの特にガラスを材料とする層（透明基板）の破損を抑制することができ、これによりモジュールの耐荷重低下を改善することができる太陽電池モジュール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、透明基板を含む太陽電池セルを並べて成る太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの裏面に配設された補強フレームと、前記太陽電池パネルと前記補強フレームとの間に配置された緩衝材とを備え、前記緩衝材は、前記補強フレームの長手方向に伸縮するとともに、厚さ方向に弾性を有する蛇腹状になっていることを特徴とする。

本発明によれば、緩衝材は特徴のある形状を有しており、太陽電池パネルと緩衝材との間で発生する局所応力の集中を緩和する。そして、太陽電池パネルの特にガラスを材料とする層の破損を抑制することができ、これによりモジュールの耐荷重低下を改善することができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの組み立ての初期工程の様子を示す斜視図である。 図２は、太陽電池パネルの外縁部に枠状フレームを取り付けた中間組立体に裏面から補強フレームを取り付ける様子を示す斜視図である。 図３は、中間組立体への補強フレームの取り付けが完了した様子を示す斜視図である。 図４は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態１の緩衝材が太陽電池パネルと補強フレームとの間に挟まれて配置される様子を示す斜視図である。 図５は、実施の形態１の緩衝材を３方向から見た様子を示す図である。 図６は、説明のために示す図であって従来の緩衝材を備えたものにおいて積雪荷重の作用点と補強フレームの反力の作用点とが一致した様子を示す図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面に相当する図である。 図７は、実施の形態１の緩衝材により補強フレーム側からの反力が分散された様子を示す模式図である。 図８は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態２の緩衝材が太陽電池パネルと補強フレームとの間に挟まれて配置される様子を示す斜視図である。 図９は、実施の形態２の緩衝材を３方向から見た様子を示す図である。 図１０は、実施の形態２の緩衝材により補強フレーム側からの反力が分散された様子を示す模式図である。 図１１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態３の緩衝材の斜視図である。 図１２は、実施の形態３の緩衝材により補強フレーム側からの反力が分散された様子を示す模式図である。 図１３は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態４の緩衝材の斜視図である。 図１４は、実施の形態４の緩衝材を３方向から見た様子を示す図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態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、本発明にかかる太陽電池モジュールの組み立ての初期工程の様子を示す斜視図である。図２は、太陽電池パネルの外縁部に枠状フレームを取り付けた中間組立体に裏面から補強フレームを取り付ける様子を示す斜視図である。図３は、中間組立体への補強フレームの取り付けが完了した様子を示す斜視図である。

太陽電池モジュールは、概略矩形平板状の太陽電池パネル２０と、太陽電池パネル２０の裏面に固着された緩衝材３１と、太陽電池パネル２０の外縁部を全周にわたって囲繞する矩形枠状の枠状フレーム１０と、枠状フレーム１０に取り付けられた補強フレーム３とを有している。緩衝材３１は、太陽電池パネル２０と補強フレーム３との間に挟まれる位置に固着されている。

図１に示すように、太陽電池パネル２０は、複数の太陽電池セル１５が縦横に並べられて構成され概略矩形平板状を成している。枠状フレーム１０は、対向する一対の長辺フレーム１，１と、この長辺フレーム１，１の両端部間に連結された一対の短辺フレーム２，２とから構成されている。一対の長辺フレーム１，１と一対の短辺フレーム２，２とは、相互に連結されて矩形枠状の枠状フレーム１０とされている。

図２に示すように、緩衝材３１は、例えばアルミ或いは硬質樹脂などである硬質材料にて作製され概略平板状を成し太陽電池パネル２０の裏面に固着されている。長辺フレーム１，１の裏面中央部に補強フレーム３嵌合用の切り欠きがそれぞれ設けられている。補強フレーム３は、両端部をこの嵌合切り欠きに、裏面側から落とし込まれて長辺フレーム１，１に組み付けられている。なお、太陽電池パネル２０の裏面には、端子ボックス２０ａとこの端子ボックス２０ａから延びるケーブル２０ｂが設けられている。

図３に示すように、補強フレーム３は、枠状フレーム１０の対向する長辺フレーム１，１に架け渡されて枠状フレーム１０に取り付けられる。補強フレーム３は、太陽電池パネル２０との間に緩衝材３１を挟む位置に取り付けられる。このように緩衝材３１は、太陽電池パネル２０と補強フレーム３との間に挟まれて配置されるが、緩衝材３１は、太陽電池パネル２０の裏面に固着されているので移動したり、脱落したりすることがない。

図４は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態１の緩衝材が太陽電池パネルと補強フレームとの間に挟まれて配置される様子を示す斜視図である。図５は、実施の形態１の緩衝材を３方向から見た様子を示す図である。図４及び図５に示すように、太陽電池パネル２０と対向する第１主面は、太陽電池パネル２０とフラットに接するように概ね平らな平坦面３１ａとなっている。一方、補強フレーム３に対向する第２主面は、断面円弧状曲面３１ｂとなっている。断面円弧状曲面３１ｂは、補強フレーム３の長手方向に湾曲し補強フレーム３側を凸とする断面円弧状の曲面である。すなわち、断面円弧状曲面３１ｂは、補強フレーム３に直交する中心軸を持つ円筒形の一部で構成されるような湾曲面である。そして、断面円弧状曲面３１ｂは、平坦面３１ａにつながる位置まで湾曲している。つまり、本実施の形態の緩衝材３１は補強フレーム３の長手方向に端面を有してない。

図６は、説明のために示す図であって従来の緩衝材を備えたものにおいて積雪荷重の作用点と補強フレームの反力の作用点とが一致した様子を示す図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面に相当する図である。図６において、従来の太陽電池モジュールにおいては、太陽電池パネル２０と補強フレーム３との間に単純な直方体形状の緩衝材４１が配設されている。

例えば、太陽電池パネル２０の全面に雪が積もり、この雪が積雪荷重Ｆとして太陽電池パネル２０に作用した場合、太陽電池パネル２０は全体に渡ってたわむ。このとき、太陽電池パネル２０の周囲４側辺は枠状フレーム１０に支持されて、また中央部は緩衝材４１に支持されてそれぞれ位置が変わらないので、その他の部分が沈み込むように変形する。そのため、緩衝材４１が単純な直方体形状であった場合、緩衝材４１の端面部等に局所応力が集中する。詳細には、緩衝材４１の長手方向端面４１ａの太陽電池パネル２０側の辺（さらに詳細には、その辺の中央部）に局所応力が集中する。そのため、この局所応力集中点Ｐの部分で、太陽電池パネル２０の特にガラスを材料とする層が破損することがあった。

図７は、本実施の形態の緩衝材３１により補強フレーム３側からの反力が分散された様子を示す模式図である。図７において、本実施の形態の緩衝材３１によれば、太陽電池パネル２０側の第１主面が平坦面３１ａであり、補強フレーム３側の第２主面が断面円弧状曲面３１ｂであるので、積雪荷重Ｆに対する補強フレーム３からの反力が断面円弧状曲面３１ｂに沿って分散され１点に集中することがない。

本実施の形態の太陽電池モジュールによれば、上記のようにして、太陽電池パネル２０と緩衝材３１との間で発生する局所応力の集中が緩和される。そして、太陽電池パネル２０の特にガラスを材料とする層の破損を抑制することができ、これによりモジュールの耐荷重低下を改善することができる。

なお、緩衝材３１の第１主面は、概ね平坦面３１ａであればよく、太陽電池パネル２０に広くフラットに当接するものであればよい。また、本実施の形態の緩衝材３１の第２の主面は、上記のように断面円弧状曲面３１ｂであるが、円弧に限定されるものではなく、滑らかに弧を描く曲面であれば概略同様の効果を得ることができる。さらに、断面円弧状曲面３１ｂは、概略断面弧状の曲面であればよく、例えば曲面の途中に部分的になめらかに連続する平面が含まれるようなものでも、概略同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図８は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態２の緩衝材が太陽電池パネルと補強フレームとの間に挟まれて配置される様子を示す斜視図である。図９は、実施の形態２の緩衝材を３方向から見た様子を示す図である。図８及び図９に示すように、本実施の形態の緩衝材３２においては、太陽電池パネル２０と対向する第１主面は、太陽電池パネル２０とフラットに接するように概ね平らな平坦面３２ａとなっている。

一方、補強フレーム３に対向する第２主面には、補強フレーム３と直交する方向に延びる複数の凸部３２ｂが形成され、これら複数の凸部３２ｂの稜線（頂面）を滑らかに結ぶ曲面が、太陽電池パネル２０側を凸とする断面円弧状の曲面３２ｂとなっている。各凸部３２ｂの間隔は、溝内に太陽電池パネル２０が入り込んで変形することがないように適度な間隔となっている。そして、最も端部に設けられた凸部３２ｂは、断面概略三角形状でその帳面は平坦面３１ａにつながる。つまり、本実施の形態の緩衝材３２は補強フレーム３の長手方向に端面を有してない。その他の構成は実施の形態１と同様である。

図１０は、実施の形態２の緩衝材３２により補強フレーム３側からの反力が分散された様子を示す模式図である。太陽電池パネル２０は、緩衝材３２の凸部３２ｂの稜線（頂面）に接触して、補強フレーム３の長手方向に湾曲し補強フレーム３側を凸とする断面円弧状の曲面となる。そのため、補強フレーム３側からの反力Ｒは、この断面円弧状の曲面に沿って分散される。そのため、実施の形態１のものと概略同様の効果が得られる。また、本実施の形態の緩衝材３２によれば、溝が形成されている分の材料が減少するのでコストダウンを図ることができる。

なお、太陽電池パネル２０の形成する曲面は、断面円弧状の曲面に限定されるものではなく、滑らかに弧を描く曲面であれば概略同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態３の緩衝材の斜視図である。図１２は、本実施の形態の緩衝材により補強フレーム側からの反力が分散された様子を示す模式図である。本実施の形態の緩衝材３３は、概略直方体の平板状を成し太陽電池パネル２０と対向する第１主面は平坦面３３ａである。そして、補強フレーム３に対向する第２主面の補強フレーム３の長手方向両端部の中央部に、それぞれ切り欠き３３ｂが設けられている。別な言い方をすれば、切り欠き３３ｂは、補強フレーム３の長手方向両端面の補強フレーム３側の辺の中央部に設けられている。すなわち、切り欠き３３ｂは、従来局所応力集中点Ｐ（図６）があった補強フレーム３の長手方向両端面の太陽電池パネル２０側の辺に対向する辺の中央部に設けられている。

このような構成の緩衝材３３によれば、従来局所応力集中点Ｐがあった辺に対向する辺の中央部に切り欠き３３ｂが設けられている。つまり、その部分に緩衝材が存在していない。そのため、応力が作用した際、従来局所応力集中点Ｐがあった端部は、若干切り欠き３３ｂ側に逃げる。そのため、局所応力集中点に集中していた補強フレーム３側からの反力が、図１２に示すように短辺方向両端部方向に分散する。これにより、太陽電池パネル２０の損傷が抑制される。

なお、切り欠き３３ｂは、補強フレーム３の長手方向両端面の補強フレーム３側の辺の少なくとも中央部に設けられれば効果があり、端面の太陽電池パネル２０側の辺の全長にわたって設けても概略同様の効果を得ることができる。しかしながら、過剰に切り欠き３３ｂを大きくすると、緩衝材３３と太陽電池パネル２０との接触面積が減り小さな緩衝材を用いた効果しか得られないものとなる。

実施の形態４．
図１３は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態４の緩衝材の斜視図である。図１４は、本実施の形態の緩衝材を３方向から見た様子を示す図である。本実施の形態の緩衝材３４は全体的に蛇腹状になっている。本実施の形態の緩衝材３３においては、太陽電池パネル２０と対向する第１主面と補強フレーム３に対向する第２主面の両主面の全体に補強フレーム３の短手方向に延びる複数のひだ３４ａが形成されており、補強フレーム３の長手方向に伸縮するとともに、厚さ方向に弾性を有するようになっている。

このような構造の緩衝材３４は、太陽電池パネル２０側から或いは補強フレーム３側から押圧力が加わるとその力の大きさに応じて補強フレーム３の長手方向に伸びる。そして、それと同時に厚さ方向に縮む。これにより、太陽電池パネル２０は緩やかに湾曲し補強フレーム３との間での応力集中が緩和されるので、太陽電池パネル２０の損傷を低減することができる。

なお、上記実施の形態１〜４の緩衝材３１〜３４は、太陽電池パネル２０と補強フレーム３との間に１個が設けられているが、緩衝材３１〜３４は、補強フレーム３の長さ方向に複数個が配設されてもよい。一例として複数個の緩衝材３１〜３４は、補強フレーム３の長さ方向に所定の間隔を空けながら配設される。これにより、太陽電池パネル２０のゆがみをより小さくすることができ、太陽電池パネル２０の補強フレーム３への接触を防止することができるので、太陽電池パネル２０の損傷をより確実に防止することができる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、住宅やビルなどの建物に設置される太陽電池モジュールに有用であり、特に、積雪が多い地方や激しい風雨が発生する地方に設置される太陽電池モジュールに適している。

１ 長辺フレーム
２ 短辺フレーム
３ 補強フレーム
１０ 矩形の枠状フレーム
１５ 太陽電池セル
２０ 太陽電池パネル
２０ａ 端子ボックス
２０ｂ ケーブル
３１〜３４ 緩衝材
３１ａ，３２ａ，３３ａ 平坦面
３１ｂ 断面円弧状曲面
３２ｂ 凸部
３３ｂ 切り欠き
３４ａ ひだ
４１ 従来の緩衝材
４１ａ 端面
Ｐ 局所応力集中点

Claims (3)

1. 透明基板を含む太陽電池セルを並べて成る太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの裏面に配設された補強フレームと、
   前記太陽電池パネルと前記補強フレームとの間に配置された緩衝材とを備え、
   前記緩衝材は、前記補強フレームの長手方向に伸縮するとともに、厚さ方向に弾性を有する蛇腹状になっている
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記緩衝材は、前記太陽電池モジュールの裏面に固着されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 緩衝材は、補強フレームの長さ方向に複数個が配設されている
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

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