(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールの枠体に大きな開口を形成しても枠自体を増強させる必要がなく、太陽電池モジュールと屋根面との間隔等に左右されずに、太陽電池モジュールの裏面側において放熱が良好に実現される、優れた太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを提供すること。【解決手段】発電を行なう本体（発電部５）の周縁部に、本体の裏面側に通気口４を複数形成した枠体３を設けるとともに、この枠体３及び／または本体の裏面側に、通気口４を挟んで本体の周縁部から本体の裏面中央部へ向かって間隔が次第に狭くなるように配した１対の仕切部（仕切板１）を複数組設けた太陽電池モジュールとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電を行なう本体の周縁部に、該本体の裏面側に通気口を複数形成した枠体を設けるとともに、該枠体及び／または前記本体の裏面側に、前記通気口を挟んで前記本体の周縁部から前記本体の裏面中央部へ向かって間隔が次第に狭くなるように配した１対の仕切部を複数組設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池モジュールの複数を組み合わせて成るとともに、互いに隣接する一方の太陽電池モジュールの枠体に形成された通気口と、他方の太陽電池モジュールの枠体に形成された通気口とが連通するようにしたことを特徴とする太陽電池アレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュール及びそれを用いた太陽電池アレイに関するものであり、特に、太陽電池モジュールを好適に冷却すること、及び、太陽電池モジュールの曲げ強度を向上させることが可能な、太陽電池モジュール及びそれを用いた太陽電池アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題への関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術のひとつとして、太陽電池により太陽エネルギーを電力に変換して利用する太陽光発電装置が注目され、その実用化が加速されてきている。
【０００３】
従来、住宅用に用いられる太陽光発電装置は架台や家屋の屋根等に太陽電池モジュールが複数枚配されて太陽電池アレイとなったものが多く、例えば図５に示すように、屋根上に太陽電池アレイ１８を設置し、この太陽電池アレイ１８で発電された電力を送電ケーブル１７で接続箱１６，電力変換手段であるパワーコンディショナ１５に入力している。パワーコンディショナ１５では太陽電池アレイ１８で発電された直流電力を交流電力に変換し、家屋の交流負荷へ供給したり、商用電力系統に逆潮流させて売電を行なう。
【０００４】
また図６に示すように、太陽電池アレイ１８は太陽電池モジュールが複数組み合わされて（太陽電池モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・）構成されており、架台や屋根上に固定された縦桟１９上に太陽電池モジュール２０をボルト等で締結固定されて成る。
【０００５】
また図７に示すように、太陽光によって例えば太陽電池モジュール２０ａが熱せられると、その背面へ放熱された熱は、太陽電池モジュール２０ａの裏面の空気温度を上昇させ、熱くなった空気２６は、より上方に位置する太陽電池モジュール２０ｂ側に向かって移動を始める。一方、自然風２５は縦桟１９の隙間から太陽電池モジュール２０と屋根２４の間隙に入り、屋根２４に添って上方（棟側）に流れていく。このとき、自然風２５と太陽電池モジュール２０の裏面の熱せられた空気２６との間で熱交換、もしくは巻き込みが行なわれることで太陽電池モジュール２０が冷却される。
【０００６】
太陽電池モジュール２０と屋根２４との間は縦桟１９の高さ分の隙間しかないため、熱せられた空気２６は例えば太陽電池モジュール２０ａ，２０ｂの枠体２２，２２部分でよどみ、一旦、枠体２２，２２の下方へ潜り込んで乗り越えた後に、太陽電池モジュール２０ｂの裏面を伝ってさらに上方へ向かって移動することになる。このとき、枠体２２，２２を乗り越える部分で自然風２５と流路を取り合うこととなり、双方の風の流れを停滞させ、結果として風の流速を損なって太陽電池モジュール２０の冷却効果を低下させ、温度の上昇により太陽電池モジュール２０の発電効率が下がるといった問題が生じてしまう。
【０００７】
そこで、上述のような問題を解決する技術として、太陽電池モジュール２０の枠体に通気孔２１を設けて、前記太陽電池モジュール２０の背面への空気取り入れを改善する技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００８】
また、太陽電池モジュール裏面に放熱フィンを設け、放熱面積を増やすとともに太陽電池モジュールの機械強度も向上させ、しかも効率的な放熱ができる対流を生じさせる技術も提案されている（特許文献２を参照）。
【０００９】
［特許文献１］
特開平６−１８１３３３号公報
［特許文献２］
特開平１１−３６５４０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の技術では太陽電池モジュールに大きな孔を開けると強度が低下する。また、太陽電池モジュールの裏面側に十分なスペースがない場合には、放熱フィンが占有する体積によって空気の通過量が減少してしまい、十分な放熱が行なえなくなり、太陽電池の発電効率が低下する。さらに、太陽電池モジュール自体の重量増により、太陽電池モジュールの輸送時に、太陽電池モジュールの保護を過剰にしなければならない。
【００１１】
そこで本発明は、太陽電池モジュールの枠体に大きな開口を形成しても枠自体を増強させる必要がなく、太陽電池モジュールと屋根面との間隔等に左右されずに、太陽電池モジュールの裏面側において放熱が良好に実現される、優れた太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、発電を行なう本体の周縁部に、該本体の裏面側に通気口を複数形成した枠体を設けるとともに、該枠体及び／または前記本体の裏面側に、前記通気口を挟んで前記本体の周縁部から前記本体の裏面中央部へ向かって間隔が次第に狭くなるように配した１対の仕切部を複数組設けたことを特徴とする。
【００１３】
また本発明の太陽電池アレイは、前記太陽電池モジュールの複数を組み合わせて成るとともに、互いに隣接する一方の太陽電池モジュールの枠体に形成された通気口と、他方の太陽電池モジュールの枠体に形成された通気口とが連通するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
以上の構成により、枠体自体を増強しなくとも太陽電池モジュールの裏面を堅固に支持することができるとともに、太陽電池モジュールの裏面側でスムーズな空気流れを生じさせることが可能となるので、太陽電池モジュールの十分な冷却が可能となり、発電効率を低下させることがない。また、太陽電池モジュールの裏面側に十分なスペースがない場合にも、空気の通過量が減少してしまい、十分な放熱が行なえなくなるといった問題や、太陽電池モジュール自体の重量増により、輸送時の太陽電池モジュールの保護を過剰にしなければならないといった問題を全て解消できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、太陽電池モジュールを複数屋根上に配設する太陽電池アレイの場合を例にとり、本発明に係る実施形態を模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明の太陽電池モジュール２の構造を説明するための裏面からみた斜視図を、図２に太陽電池モジュール２を発電面からみた平面透視図をそれぞれ示す。太陽電池モジュール２は、例えば、シリコン系や化合物半導体等から成る太陽電池素子の複数を電気的に接続したものを、ガラスや樹脂などの透光性の基材とテドラフィルムのようなバックシートとで挟んで構成された本体の発電部５と、この発電部５の周縁部を囲う枠体３と、この枠体３及び／または発電部５の裏面側に固定される仕切部である例えば仕切板１とから主に構成される。
【００１７】
一般に太陽電池モジュールは、太陽光により発電が行なわれているときは、同時に太陽光により加熱がなされて太陽電池モジュールの温度は上昇する。太陽電池素子は温度が高くなるほど発電効率が低下するので、太陽電池モジュールの温度が出来るだけ上昇しないようにするのが望ましい。そこで、枠体３には外からの空気を取り入れる通気口４が設けられており、その開口位置は１対の仕切板１，１間としている。
【００１８】
通気口４は出来るだけ空気が流通しやすい形状、大きさであることが望ましく、図示したように長孔状のものを必要箇所に設ける以外に、小さな孔を数多く設けた多孔式、切り欠き、または枠強度を損なわないルーバー構造など各種形状のものを適用することができる。枠体３および仕切板１は、樹脂もしくは、アルミニウム等の金属材料から成る。枠体３は発電部５を四方（周縁部）から挟み込むようにして締結されており、発電部５がたわんだり歪んだりしないように支持するように構成されている。
【００１９】
一般的な太陽電池モジュールにおいて、その温度上昇の度合いは場所によって異なるものであり、本体の中央部付近が最も温度が高い。これは太陽電池モジュールの構造が中央部付近には枠や桟などの放熱を促進する補助材が無いことや裏面での熱対流など様々な要素が起因している。一方、冷却するのに風を用いる場合は、冷却対象の面積が等しければ風速が大きいほど冷却効果が高い。
【００２０】
そこで図２に示すように、枠体３の同一辺に存在する１対の仕切板の互いに隣り合う仕切板の間隔が、本体の裏面中央部に行くほどその間隔が次第に狭まるように構成・配置する。例えば、仕切板１ａ−１ｂ間の間隔は、通気口部分で広く、先端部１１ａ−１１ｂ間では狭くなり、仕切板１ｂ−１ｃ間も先端部１１ｂ−１１ｃ間が狭まるようにする。同様にして、他の仕切板においても枠体付近よりも先端部（裏面中央部）側の間隔が狭まるようにする。
【００２１】
このように構成することにより、どの方位から風が入っても、太陽電池モジュール２の本体の裏面中央部に風が通る（空気流れが生ずる）ようにするとともに、通気口４部分よりも先端部１１の間隔が狭まることで、風を加速させて風速を上昇させ、これにより、中央部の熱の放散がより促進され、温度を低下させる。このような効果は、非圧縮流体の質量は常に一定に保たれるという「連続の方程式」を利用したものであり、ρＶＳ＝一定（ρ：流体密度、Ｖ：速度、Ｓ：流路断面積）で表現できる。なお、仕切板１の形状は本例のような弧を組み合わせた湾曲構造以外に直線状にしてもよく、風を加速させる流路が形成できる形状であればよい。
【００２２】
このように、本発明の太陽電池モジュールは、発電を行なう本体（発電部５）の周縁部に、本体の裏面側に通気口４を複数形成した枠体３を設けるとともに、この枠体３及び／または本体の裏面側に、通気口４を挟んで本体の周縁部から本体の裏面中央部へ向かって間隔が次第に狭くなるように配した１対の仕切部（仕切板１）を複数組設けている。なお、仕切部は必ずしも板状体でなくともよく、通気を好適に行なわせ軽量化が図れる構造であればよい。また、仕切部は太陽電池モジュールの本体を堅固に支持するために、図示されているように枠体３と一体的に設けることが望ましい。
【００２３】
また、図３に示すように、仕切板１を例えばアルミニウムの成型品といった熱伝導性の良い金属材料で構成した場合には、発電部５が密着、もしくは接着剤や粘着テープ等で固定できるように、太陽電池モジュール裏面への固定領域を広くするべく接触部９を設けて放熱板としての効果も期待できる。また、仕切板１の材質にかかわらず、枠体３と締結することにより、通気口４を設けたことによる枠体３の強度低下を補うサブフレームとしての効果が得られるだけでなく、太陽電池モジュール２の中央部が自重でたわむことを複数の仕切板１に分散して支持させることができ、太陽電池モジュール２が大型化しても中央部がへこみにくい。
【００２４】
次に、本発明の太陽電池モジュールが好適に冷却される様子を、太陽電池モジュールの裏面部分を表面（発電面）から透視した図４に基づいて説明する。ここで、矢印は空気流れを示し、矢印の長さは空気流れの速度（流速）の大きさを示す。
【００２５】
本発明の太陽電池アレイは、上記のような太陽電池モジュールの複数を組み合わせて成るとともに、互いに隣接する一方の太陽電池モジュールの枠体に形成された通気口と、他方の太陽電池モジュールの枠体に形成された通気口とが連通するようにしている。すなわち、このような太陽電池アレイの一部を図４（ａ），（ｂ）に示す。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、直列にのみ連結された太陽電池モジュール２ａ、２ｂから成る太陽電池アレイにおいては、通気口４（位置を４ａ、４ｂ、４ｃ等であらわす）から流速１の風（空気流れ）が太陽電池モジュール２ａに入った場合、通気口位置４ａから入った風は位置６ａから仕切板１の先端部６ｂに移動する間に加速され、位置６ｂではおよそ１．８の流速となり太陽電池モジュール２の中央部６ｃに吹き付ける。ここで、位置６ｂから中央部６ｃにおいて流速が最も大きくなる。一般に風の流速が速いほど奪える熱量も多くとれるので、太陽電池モジュール２ａの中央部は短時間に冷却されることとなる。中央部における熱を奪った風は徐々に流速を落とし、位置６ｄ付近では流速が１．６程度になる。風はここでも枠体３や発電部５などの温度の低い部分へ熱の放散をおこない、通気口位置４ａ、４ｂを通って太陽電池モジュール２ｂに入る。このとき、太陽電池モジュール２ｂの位置６ｅにおける流速は１．５近くあり、太陽電池モジュール２ａよりも速い初期流速が得られることとなる、これにより、中央部の冷却が容易となる。なお、各部の抵抗等の問題があるので、この初期流速の向上はいずれかの値で飽和し、それ以上は向上しなくなる。一方、同様に通気口位置４ｃから入った風も仕切板１間で加速され、位置７ｂでは流速が１．４へ上昇し、太陽電池モジュール２ａの中央部６ｃを冷却する。
【００２７】
次に、太陽電池モジュール裏面への風の入力が複数ある場合、すなわち、太陽電池モジュールを直列・並列に接続した太陽電池アレイについて説明する。図４（ｂ）に示すように、連結された太陽電池モジュール２ａ、２ｂ、２ｃにおいて、通気口位置４ａ、４ｄからそれぞれ流速が１の風が入った場合、通気口位置４ａから入った風は位置６ａから仕切板１の先端部６ｂに移動する間に加速され、位置６ｂではおよそ１．７の流速となり、太陽電池モジュール２の中央部付近６ｃに吹き付ける。同様にして、通気口位置４ｄから入った風は位置８ａから位置８ｄに移動する間に流速を増し、およそ１．７の流速となり、太陽電池モジュール２の中央部６ｃ付近に吹き付ける。太陽電池モジュール２ａの中央部６ｃで合流した風は、それぞれの風の影響により主に位置６ｄ方向と位置８ｄ方向に分かれ、太陽電池モジュール２ｂの通気口位置４ｃ付近では流速はおよそ２．３、太陽電池モジュール２ｃの通気口位置４ｅ付近では流速はおよそ２となる。このようにして、太陽電池モジュールの横方向からも風の入力が得られる場合には、太陽電池モジュール２ｃにおいても、太陽電池モジュール裏面の冷却に利用できる好適な風の初期流速が得られる。
【００２８】
かくして、本発明によれば、流速を上昇させることにより最も温度上昇の激しい太陽電池モジュール中央を冷却し、その熱を各部へ放散することによって、太陽電池モジュール全体の発電効率を向上させ、しかも連結された他の太陽電池モジュールへの初期流速も向上させることができる。また、太陽電池モジュールもしくは太陽電池アレイを屋根面に密着させても風の流路を確保できるので、全体の薄型化を図ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の太陽電池モジュール及び太陽電池アレイによれば、発電を行なう本体の周縁部に、本体の裏面側に通気口を複数形成した枠体を設け、枠体及び／または本体の裏面側に、通気口を挟んで本体の周縁部から本体の裏面中央部へ向かって間隔が次第に狭くなるように配した１対の仕切部を複数組設けたので、通気口から入った空気が、太陽電池モジュールの本体の裏面中央部を通過させるようにすることができ、これにより、空気流れを加速させて熱の放散を促進させ、太陽電池モジュールの温度を低下させることができ、ひいては太陽電池モジュールの発電効率を向上させることができる。また、仕切部は太陽電池モジュールの強度低下を補うサブフレームとして役割を果し、枠体の強度を高める必要がなく、太陽電池モジュール全体の重量増を抑えることができる。
【００３０】
また、太陽電池モジュールの本体の裏面中央部に行くほど間隔が狭くなるように配した複数の仕切部で本体を支持するようにしたので、太陽電池モジュールの中央部が自重でたわむことを極力防止でき、本体が大型化しても中央部がへこむことがない、曲げ強度を向上させた太陽電池モジュール及び太陽電池アレイを提供できる。
【００３１】
また、本発明の太陽電池モジュールもしくは太陽電池アレイを、架台に取り付けた場合においても、冷却のための通風路を確保するために、太陽電池モジュールと屋根等の架台取り付け面との間隔を広くとる必要が無く、太陽電池モジュールもしくは太陽電池アレイの全体の薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールを模式的に説明する斜視図である。
【図２】本発明に係る太陽電池モジュールを模式的に説明する裏面側斜視図である。
【図３】本発明に係る太陽電池モジュールを構成する仕切板の他の実施形態を示す斜視図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュールにおける仕切板による風の流速向上を模式的に説明する裏面側の平面透視図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールを屋根上に配した太陽光発電装置を模式的に説明する斜視図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールを桟上に配した様子を模式的に説明する斜視図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールを桟上に配したときの風の流れを模式的に説明する側面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ：仕切板（仕切部）
２、２ａ、２ｂ：太陽電池モジュール
３：枠体
４：通気口
５：発電部（本体）
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ：太陽電池モジュールの位置
７ａ、７ｂ：太陽電池モジュールの位置
８ａ、８ｂ、８ｄ、８ｅ：太陽電池モジュールの位置
９：接触部
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ：先端部
１５：パワーコンディショナ
１６：接続箱
１７：送電ケーブル
１８：太陽電池アレイ
１９：縦桟
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：太陽電池モジュール
２１：通気孔
２４：屋根
２５：自然風
２６：空気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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