(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面と裏面とを有し、太陽電池素子を含む発電部と、
前記発電部を支持する第一の部位と、
前記第一の部位と連続しており前記第一の部位に対し傾斜した第二の部位と、
前記第一の部位と連続しており前記第一の部位と略直交する第三の部位と、
断面視で前記第一の部位と対向し、第一の部位より小さい第四の部位と、
前記第一の部位と前記第二の部位と前記第三の部位と前記第四の部位とからなる中空部と、
前記第三の部位の前記第一の部位とは反対側の端部から、前記第二の部位が設けられた側へ、前記第一の部位に対して略平行に張り出した張り出し部を有するフレームと、を有する太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第二の部位と、前記第一の部位および第三の部位の交点と、を連結する第五の部位をさらに有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記第二の部位はアーチ状であることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記第二の部位は前記第一の部位または前記第三の部位と別体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフレームを有する太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光を光電変換し電力をつくり出す太陽電池モジュールは様々なところで利用されている。太陽電池モジュールは積雪や風圧の荷重に耐えるため、周縁部をフレームで補強される場合が多い。
【０００３】
特に近年の世界的な普及に伴って、太陽電池モジュールには世界各地の積雪や風圧の荷重に対応できる高い強度が求められている。一方で太陽電池モジュールのサイズを大きくして製造エネルギーや設置作業を低減する技術が求められている。ところで太陽電池モジュールのサイズを大きくすると、積雪や風圧によりフレームに加わる応力が大きくなることが考えられる。このようなフレームは、同じ材料使用量でより高い応力に耐えることが好ましい。こうした背景から、材料の強度を有効に利用したフレームの構造により、高い応力に耐えることができる太陽電池モジュールに関する技術が求められている。
【特許文献１】特開平１０−２９４４８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、剛性を向上させた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の太陽電池モジュールは、受光面と裏面とを有し、太陽電池素子を含む発電部と、前記発電部を支持する第一の部位と、前記第一の部位と連続しており前記第一の部位に対し傾斜した第二の部位と、前記第一の部位と連続しており前記第一の部位と略直交する第三の部位と、断面視で前記第一の部位と対向し、第一の部位より小さい第四の部位と、前記第一の部位と前記第二の部位と前記第三の部位と前記第四の部位とからなる中空部と、前記第三の部位の前記第一の部位とは反対側の端部から、前記第二の部位が設けられた側へ、前記第一の部位に対して略平行に張り出した張り出し部を有するフレームと、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の太陽電池モジュールは、上述のような構成を有することにより、太陽電池モジュールのフレームに荷重が加わった際に、フレームに変形が生じにくく、高い剛性で発電部を支持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の太陽電池モジュールの第一の実施形態について図面を参照にして詳細に説明する。
≪第一の実施形態≫
本実施形態の太陽電池モジュール１は、発電部７と、発電部７を囲むフレーム９とからなる。
【０００８】
本実施形態の発電部７は、透光性基板２と、透光性基板２上に配設された充填材４と複数の太陽電池素子３と裏面保護材５と、を有する。
【０００９】
発電部７は、フレーム９の嵌合部１８に嵌め合わせされて、フレーム９に保持される。このようなフレーム９は、発電部７を支持する第一の部位１０ａと、第一の部位１０ａと連続しており第一の部位１０ａに対し傾斜した第二の部位１０ｂと、第一の部位１０ａと連続しており第二の部位１０ｂに対し傾斜した第三の部位１０ｃとを含む。第一の部位１０ａと第二の部位１０ｂと第三の部位１０ｃとは、中空部を構成する。
【００１０】
図１は本実施形態の太陽電池モジュール１のフレーム９の断面図である。
＜太陽電池モジュールの説明＞
本実施形態に係る太陽電池モジュール１を図２（ａ）、図２（ｂ）を用いて説明する。また太陽電池モジュール１を設置した様子を図３を用いて説明する。図２（ａ）は、本実施形態の太陽電池モジュールを受光面側から見た様子を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の太陽電池モジュールをＡ−Ａ’線から見た様子を示す概略断面図である。図３は本実施形態の太陽電池モジュール１を架台２３に設置した一例を示す斜視図である
本実施形態の太陽電池モジュール１は、透光性基板２、太陽電池素子３、充填材４、裏面保護材５、インナーリード６よりなる発電部７の外周にフレーム９を固定して成るものである。複数の太陽電池素子３は、充填材４により封止されており、複数の太陽電池素子３間はインナーリード６により電気的に接続されている。太陽電池素子３に対して透光性基板２とは反対側の充填材４は、裏面保護材５により保護されている。また、裏面保護材５には端子ボックス８が設けられている。
＜透光性基板＞
透光性基板２としては、太陽電池素子３へ光を入射させることができる部材であれば特に限定されないが、例えば、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどのガラスやポリカーボネート樹脂などからなる光透過率の高い基板を用いればよい。厚みとしては、例えば厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラス、厚さ５ｍｍ程度の合成樹脂基板（ポリカーボネート樹脂などからなる）を用いることが好ましい。
＜充填材＞
充填材４は、後述する太陽電池素子３を封止する役割を有するものであり、例えば、熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂に架橋剤を含有して熱硬化の特性を持たせた樹脂を、Ｔダイと押出し機によりシート状に成形し切断して用いる。このような熱硬化性樹脂としては、例えばアクリル樹脂、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などが利用可能である。また、熱可塑性樹脂としては、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）やエチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）などの熱可塑性樹脂を主成分とし、それらに架橋剤を含有させたものが好適に用いられる。架橋剤は、熱可塑性樹脂の分子間を結合させる役割を有するものであり、例えば７０〜１８０℃の温度で分解してラジカルを発生する有機過酸化物を用いることができる。有機過酸化物として、例えば２、５−ジメチル−２、５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンやｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシピバレートなどが挙げられ、例えばＥＶＡ１００質量部に対し１質量部程度の割合で含有させることが好ましい。
【００１１】
＜太陽電池素子＞
太陽電池素子３は、単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池素子、アモルファスシリコン太陽電池、Ｓｉ薄膜太陽電池、ＣＩＳ系太陽電池、ＣＩＧＳ系太陽電池又は色素増感太陽電池など、種々の太陽電池素子が用いられる。例えば太陽電池素子が単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作られる場合、このシリコン基板の内部は、ボロンなどのＰ型不純物を多く含んだＰ層及びリンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層とが接合して成るＰN接合が形成される。また、シリコン基板の表面又は裏面には、電極が銀ペースト等をスクリーンプリント法などにより形成されている。なお、この電極の表面には、その保護とインナーリード６を取り付けやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダがコーティングされていても良い。
【００１２】
このような太陽電池素子３は、隣接する他の太陽電池素子３と、インナーリード６を用いて電気的に接続されている。
＜インナーリード＞
インナーリード６は、例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの銅箔などの配線材の表面全面を２０〜７０μｍ程度メッキやディピングによりハンダコートしたものを用いればよい。
＜裏面保護材＞
裏面保護材５は、充填材４を保護する役割を有するものであり、例えば、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、或いは、これらを積層したものが好適に用いられる。
＜フレーム＞
フレーム９は、発電部７の周縁部に取り付けられる。フレーム９は、例えばアルミニウムなどの押出成形品からなる。アルミニウム以外の材質として鉄やＳＵＳ、樹脂などが利用可能である。本実施形態のフレーム９は、発電部７との嵌合部１８と、嵌合部１８の底面となる第一の部位１０ａと、第一の部位の内側端部から斜め下方向に向かう斜辺となる１０ｂと、第一の部位１０ａの外側端部から下側に向かい太陽電池モジュールの側面となる第三の部位１０ｃを有する。
＜架台＞
図３に示すように太陽電池モジュール１は、フレーム９を介して架台２３に設置される。架台２３は例えばＳＵＳや鉄、アルミニウムなどの金属や軽金属、またそれ以外にも樹脂や木材などが使用可能である。
＜第一のフレームの断面構造の説明＞
以下で図１を用いて本実施形態の太陽電池モジュール１のフレーム９の断面構造について説明する。
【００１３】
フレーム９は、嵌合部１８の下側に、太陽電池モジュールの内側に張り出した、閉断面の中空部１１を有する。図１において中空部１１は略三角形状で第一の部位１０ａと、第二の部位１０ｂと、第三の部位１０ｃと、からなる。
【００１４】
またフレーム９の底部は太陽電池モジュール１の内側に板状に張り出した、張り出し部１６が設けられている。
【００１５】
＜正圧方向および負圧方向に対する効果＞
以下で図４〜図５を用いて、太陽電池モジュールに正圧方向に荷重が加わった場合に第一のフレーム９に働く力について説明する。図４は本実施形態の太陽電池モジュールに外力が加わった様子を示すモデル図であり、図４（ａ）は太陽電池モジュール１に正圧方向の荷重が加わったときのフレーム９の断面図であり、図４（ｂ）は負圧方向の荷重が加わったときのフレーム９の断面図である。ここで‘正圧’とは、太陽電池モジュールを受光面側から裏面側へ押す方向にかかる力をいい、‘負圧’とは、太陽電池モジュールを裏面側から受光面側へ押す方向にかかる力をいう。また、図５は図１の第一のフレーム９の断面をモデル化した図である。
【００１６】
図４（ａ）に示すように太陽電池モジュール１に正圧方向の荷重が加わると、第一の部位１０ａに力が加わる。同様に図４（ｂ）に示すように太陽電池モジュール１に負圧方向の荷重が加わると第一の部位１０ａに力が加わる。
【００１７】
図５に示すように、フレーム９は、中空部１１が第一の部位１０ａと、第二の部位１０ｂと、第三の部位１０ｃと、により断面視で三角形に形成された断面構造をなす。図5に示すように、第二の部位１０ｂと第三の部位１０ｃにはせん断力や曲げモーメントは発生せず、軸方向Lに働く軸力ｆｂおよび軸力ｆｃのみが働く。軸力は引張もしくは圧縮方向にのみ加わり、それらによる変形量は小さいことから、外力に対する抵抗が強く形が崩れにくくすることができる。よって、第一の部位１０ａの移動が生じにくく、嵌合部１８と発電部７の嵌合が緩み脱落するなどの破損を低減することができる。
＜比較＞
比較のために第二のフレーム１３として、中空部１１が断面視で矩形の場合の一例を、図６に示す。図６（ａ）は第二のフレーム１３の断面図であり、図６（ｂ）は太陽電池モジュール１に正圧・負圧荷重が負荷され第二のフレーム１３の断面が変形する様子を示したモデル断面図である。図６（ａ）に示すような、第二のフレーム１３の中空部１１が断面視で矩形断面となっている。中空部が矩形断面となっていることにより、矩形断面を構成する部位および部位同士の交差部には軸力以外に曲げモーメントが生じる。これにより、図１に示す第一のフレーム９に比較して、図６に示す中空部１１が矩形断面の第二のフレーム１３では、図６（ｂ）のように角部に応力が集中して、平行四辺形などへの変形が生じやすくなる。
【００１８】
また、図１においてフレーム９の張り出し部１６には、穴が設けられており、架台２３と固定する際にボルト１２などを通して利用される。第二の部位１０ｂが斜辺であるため、張り出し部１６を延長することなく、フレーム９の内側に広い空間を確保できる。広い作業空間を確保することで、サイズの大きなボルト１２を用いることができる。さらに、作業性を向上し施工時間の短縮や施工ミスの低減をすることができる。
【００１９】
≪他の実施形態≫
次に本発明の第二の実施形態から第五の実施形態を説明する。以下において、前述の実施形態と同様の構成については説明を省略し、異なる構成に関して詳細に説明する。
【００２０】
＜第二の実施形態＞
本発明の第二の実施形態に係る太陽電池モジュールについて、図７を用いて説明する。
【００２１】
本実施形態の太陽電池モジュールに用いられる第一のフレーム９の中空部は、第一の面と対向し、第一の面より断面視で小さい第四の面から、さらに構成される。図７において、第一のフレーム９は、第一の部位１０ａと相対し、第四の面を含む第四の部位１０ｄが設けられており、中空部１１を第一の部位１０ａと第四の部位１０ｄが平行で、第一の部位１０ａが第四の部位１０ｄより長い台形状にされたものである。第四の部位１０ｄが第一の部位１０ａと比較して十分に小さい場合、中空部１１が台形であっても、第一の実施形態の断面構造とほぼ同様の応力が働き、強度を高くすることができる。
【００２２】
ところで図１に示す第一のフレーム９で第二の部位１０ｂと第三の部位１０ｃが交差するＡ部では、板厚が大きくなるため、切断時の抵抗が大きくなる。特に図２に示すＢ部のようにフレーム９同士を組み合わせる部分に、加工金型を用いた切断により凹部と凸部を成形して嵌合構造にする場合、切断時の抵抗が大きいため加工金型の刃が逸れて加工が難しいという問題がある。
【００２３】
第二の実施形態に示すように、第四の部位１０ｄを設けることで、Ａ部の板厚が局所的に大きくなることがなく均等として、切断時の抵抗を小さくすることができる。また第三の部位１０ｃと第四の部位１０ｄの交差部分が直交することで、加工金型のパンチの刃を垂直に立てることができ、加工しやすくなる。これにより、例えば太陽電池モジュール１の角部でフレーム９同士が複雑な嵌合をする場合であっても、加工しやすい。
【００２４】
また、第四の部位１０ｄを加工金型のパンチとダイで挟持して切断加工するために、第四の部位の長さは１．５ｍｍ〜２．５ｍｍであることが好ましい。
【００２５】
＜第三の実施形態＞
次に、本発明の第三の実施形態に係る太陽電池モジュールについて、図８を用いて説明する。
【００２６】
本実施形態の太陽電池モジュールに用いられる第一のフレーム９は、第二の面と、第一の面および第三の面の交点と、を連結する第五の面をさらに有する。図８において、第二の部位１０ｂの中間部と、第一の部位１０ａと第三の部位１０ｃの交点を接続する隔壁となり、第五の面を含む第五の部位１０ｅを有する。第一のフレーム９は、断面視で略三角形の中空部１１ａと中空部１１ｂとからなる中空部を有する断面構造をなす。例えば太陽電池モジュール１や第一のフレーム９のサイズが大きくなり、中空部が大きくなった場合であっても、第五の部位１０ｅを設けたことにより、第二の部位１０ｂが軸力により容易に座屈を生じにくくなり、強度を高くすることができる。
【００２７】
＜第四の実施形態＞
次に、本発明の第四の実施形態に係る太陽電池モジュールについて、図９を用いて説明する。
【００２８】
本実施形態は、第二の部位１０ｂをアーチ状としたものである。第二の部材１０ｂをアーチ状としたことにより、フレーム９の内側や外側から加わる圧力を分散して支え、高い圧力に耐えることができる。例えば中空部１１に侵入した水が氷結して膨張した場合でもフレーム９が容易に変形しにくい。また第二の部位１０ｂをアーチ状とすることで、断面二次極モーメントを大きくして捩じり変形に対する強度を大きくすることができる。
【００２９】
＜第五の実施形態＞
次に、本発明の第五の実施形態に係る太陽電池モジュールについて、図１０を用いて説明する。
【００３０】
本実施形態は、第二の部位１０ｂを着脱可能な別体としたものである。第一の部位１０ａ、第二の部位１０ｂ、第３の部位１０ｃは三角形の断面構造であるため、各単材には軸力のみが生じる。第一の部位１０ａには押圧力が加わる場合、第二の部位１０ｂには圧縮力のみが加わる。引張力が生じないため、第三の部位１０ｃは嵌合により取り付けられていれば十分で、結合されている必要はない。このような構成にしたことにより、例えば風圧力や積雪荷重が大きい地域の場合は、必要に応じて第二の部位１０ｂを補強として追加する構造とできる。これにより同じ太陽電池モジュール１を風圧力や積雪荷重が大きいところから、小さいところまで必要十分なフレーム強度で提供し、フレームの使用原材料を低減することができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。
【００３２】
例えば、実施形態では太陽電池モジュールの周縁のすべてのフレームが同形状として説明したが、これに限られるものではなく、例えば一辺のみに適用しても良い。また、各実施形態はそれぞれ単独で用いなければならないわけではなく、上記のいくつかの実施形態を組み合わせて利用することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１：太陽電池モジュール
３：太陽電池素子
７：発電部
９：フレーム
１０ａ：第一の部位
１０ｂ：第二の部位
１０ｃ：第三の部位
１０ｄ：第四の部位
１１：中空部
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの第一の実施形態のフレームの断面図である。
【図２】図１に示すフレームを用いた太陽電池モジュールの全体の様子を示す図であり、（ａ）は、受光面側の平面図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線の概略断面図である。
【図３】図２に示す太陽電池モジュールを架台に設置した一例を示す斜視図である。
【図４】図１に示す太陽電池モジュールに外力加わった様子を示すモデル図であり、（ａ）は正圧が加わった場合を示し、（ｂ）は負圧が加わった場合を示す。
【図５】図１に示す太陽電池モジュールのフレームのモデル断面図である。
【図６】従来技術によるフレームの一例を示した図であり、（ａ）は断面図であり（ｂ）は第一の部位に押圧力が加わった様子を示す断面図である。
【図７】本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図８】本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態の一例を示す斜視図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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