(57)【要約】【課題】補強構造を簡素化でき且つ十分な強度を発揮できる金属板基板型の太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュールは、金属板からなる長方形のシート状の基板１の表面に太陽電池セル２を配置し且つ基板１の裏面に幅方向に亙って補強用の桟３を複数配置して構成された金属板基板型のモジュールであり、各桟３がその長さ方向において湾曲した構造を備えていることにより、受光面Ｓがその幅方向において凸状に湾曲した形状に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板からなる長方形のシート状の基板の表面に太陽電池セルを配置し且つ基板の裏面に幅方向に亙って補強用の桟を複数配置して構成された金属板基板型の太陽電池モジュールであって、前記各桟がその長さ方向において湾曲した構造を備えていることにより、受光面がその幅方向において凸状に湾曲した形状に形成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
基板の長手方向に沿った各端部は、裏面側にコ字状に折り曲げられた曲げ構造を備え、各桟は、その両端を曲げ構造部分に差し込まれた状態で基板の裏面に架け渡されている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
各桟は、その長手方向に直交する断面が逆ハット状に形成された金属製棒状体で構成されている請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
受光面の湾曲量は、受光面側の幅に沿って接する仮想接線からの各端部の下り代が受光面側の幅の１〜５％に設定されている請求項１〜３の何れかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
太陽電池セルが、薄膜系太陽電池セルである請求項１〜４の何れかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
モジュールの背面にジャンクションボックスが取り付けられている請求項１〜５の何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、太陽電池モジュールに関するものであり、詳しくは、補強構造を簡素化でき且つ十分な強度を発揮できる金属板基板型の太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュール（以下、「モジュール」と略記する。）は、光起電力効果により光を電力に変換する複数の太陽電池セル（以下、適宜「セル」と略記する。）をシート状の基材の上に配列して例えば長方形の平板状に構成される。上記のモジュールにおいては、屋根や屋上に設置するため、裏面を補強してパネルとしての剛性を確保している。すなわち、形状剛性を確保するため、外周には、基板の縁部を把持する窓枠状のフレームを配置し、更に、幅方向、長さ方向の撓みを防止するため、基板の裏面には、縦横に桟（リブ）を配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６９６０９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９２７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなモジュールにおいては、発電量と施工効率を高める観点から、一層の大面積化が求められているが、軽量化と低コスト化を図るため、基材として厚さ１ｍｍ以下の極めて薄い金属板基板も使用される。特に、薄膜系モジュールでは、比較的安価なセルの製造コストに加え、上記の金属板基板を使用することにより、更に低コストで大面積化を図ることができる。
【０００５】
しかしながら、金属板基板型のモジュールは、受光面の面積が大きくなるほど基板の柔軟性が増長されるため、所定の面積を超える場合には、セルを保護し且つパネルとして取り扱うのに必要な強度を確保するために、更に多くのフレームや桟で基板の裏面側を補強しなければならず、結果として、重量が増加し、一層のコストダウンも図り難くなっている。金属板基板型のモジュールにおいて、大面積化を達成するには、セルに損傷を与えることがなく且つ施工に必要とされる剛性、強度を確保しつつ、できる限りフレームの数を減らして製造コストを低減することが必要である。
【０００６】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、補強構造を簡素化でき且つ十分な強度を発揮できる金属板基板型のモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明では、金属板からなる長方形のシート状の基板を使用した金属板基板型のモジュールにおいて、湾曲した構造の補強用の桟を基板の裏面に短辺方向に亙って配置し、幅方向において受光面全体を凸状に湾曲させることにより、長さ方向における撓みを抑制するようにした。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨は、金属板からなる長方形のシート状の基板の表面に太陽電池セルを配置し且つ基板の裏面に幅方向に亙って補強用の桟を複数配置して構成された金属板基板型のモジュールであって、前記各桟がその長さ方向において湾曲した構造を備えていることにより、受光面がその幅方向において凸状に湾曲した形状に形成されていることを特徴とするモジュールに存する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のモジュールによれば、湾曲した構造の桟が基板の裏面に配置されており、受光面が幅方向において凸状に湾曲した形状に形成されているため、幅方向および長手方向において十分な強度を発揮でき、そして、外周部のフレームや長手方向のリブを必要としないため、補強構造を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るモジュールの受光面側の形状を示す上面図である。
【図２】本発明に係るモジュールの裏面の構造を示す底面図である。
【図３】本発明に係るモジュールの湾曲構造を示す図であり、図１におけるＣ−Ｃ線に沿って破断した断面図である。
【図４】基板の裏面に使用される桟の形状を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係るモジュールの実施形態を図面に基づいて説明する。本発明のモジュールは、金属板基板型のモジュールであり、図１に示すように、金属板からなる長方形のシート状の基板１の表面に太陽電池セル２を配列し、かつ、図２に示すように、基板１の裏面に幅方向に亙って補強用の桟３を複数配置して構成される。なお、以下の説明においては、桟３が配置されていない状態のモジュールを「シート状モジュール」と言う。
【００１２】
本発明において、金属板基板とは、公知の金属あるいは非鉄金属からなる概ね厚さ０．３５〜１．６ｍｍの薄板を指し、斯かる薄板としては、例えば、鉄、ステンレス等の鋼板および表面処理鋼板、アルミニウム等の合金板が挙げられる。そして、上記の基板は、ロール成形、ベンダー加工あるいは押出成型などの公知の加工・成型方法によって所用の形状に加工される。
【００１３】
上記のセル２としては、公知の各種のセル、例えば、各種の結晶シリコン型やアモルファスシリコン型のシリコン系セル、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ系、ＣＩＳ系、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４（ＣＺＴＳ）、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系などの各種の化合物系セル、光電変換層に有機化合物を用いた有機系セル等が挙げられる。通常、１つのセル２は、シート状の基板１の表面に第１電極、光電変換層、第２電極、透明保護層を積層して構成され、１枚のモジュールにおいては、例えば平面形状を略正方形に形成された上記のようなセル２が基板１表面に１０〜１００個程度配列され、１つのセル２の第１電極とこれに隣接するセル２の第２電極とが順次に直列に接続される。
【００１４】
モジュールは、基板１に樹脂を積層することによりセル２を絶縁、封止して構成される。モジュールにおける積層構造は、例えば、基板１の表面に絶縁材／封止材／セル２／封止材／保護フィルムを順次に積層して構成される。基板１としては、熱可塑性オレフィン類で被覆された鋼板（ＴＰＯ鋼板）が好ましく、その場合は、鋼板を被覆している熱可塑性オレフィン類が絶縁材として機能するため、別途絶縁材を積層する必要がない。通常、斯かる被覆鋼板の被覆層を含む厚さは１．０〜１．４ｍｍ、鋼板のみの厚さは０．５〜０．７ｍｍである。
【００１５】
基板１の表面には、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、各種プラスティックフィルム等の熱可塑性オレフィン類からなる絶縁材が配置される。封止材としては、例えば、エチレン酢酸ビニール共重合（ＥＶＡ）、エチレン・アクリル酸エステル共重合体、シリコーン樹脂、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン・ビニリデンフロライド共重合体、アイオノマー等が使用される。保護フィルムとしては、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体などの熱可塑性フッ素樹脂（ＥＴＦＥ）が使用される。
【００１６】
本発明のモジュールとしては、特に、大面積で且つ撓みによって損傷を受け易いセル２、例えば薄膜系太陽電池セルを備えたモジュールが好ましい。本発明のモジュールは、屋根や屋上に設置するため、平面形状を長方形の平板状に形成される。斯かるモジュールの外形寸法は、例えば、幅が４００〜１２００ｍｍ程度、長さが２０００〜４５００ｍｍ程度、後述する桟３を含む厚さが２５〜３５ｍｍ程度であり、本発明は、殊に、幅が９００ｍｍ以上、長さが３０００ｍｍ以上のものに好適である。
【００１７】
本発明のモジュールは、図３に示すように、基板１の裏面に配置される補強用の各桟３がその長さ方向において湾曲した構造を備えていることにより、受光面Ｓがその幅方向において凸状に湾曲した形状に形成されている。補強用の桟３としては、樹脂成型体、加工された木材などを使用することもできるが、軽量性、耐候性、耐久性、強度および製造コストの観点から、好ましくは、鉄、ステンレス等の鋼板および表面処理鋼板、アルミニウム等の合金板を加工してなる金属製の棒状の成型体が使用される。
【００１８】
各桟３は、その長手方向に直交する断面の形状をＺ状、コ字状、四角形などに形成でるが、図４に示すように、桟３の断面形状は、逆ハット状が好ましい。斯かる好ましい態様の桟３は、長手方向に直交する断面が横転するコ字状に形成された桟本体３１と、当該桟本体の開口側の上端縁に各張出された鍔３２とからなる樋状の成型体であり、鍔３２の上面を基板１の裏面に宛てがうようになされている。桟３の上記の断面において、桟本体３１の一辺の長さは２５〜３０ｍｍ程度であり、鍔３２の張出長さは６〜１２ｍｍ程度である。桟３の長さは、モジュールの幅に応じて設定される。
【００１９】
また、各桟３は、基板１（セル２を含むシート状の素子）を幅方向に亙って僅かに湾曲させるため、その長さ方向において湾曲した構造を備えている。すなわち、桟３は、上記の鍔３２の上面（開口側の面）が外周面となるように、例えば１０００〜１５０００ｍｍの曲率半径で湾曲している。上記の様な金属製の桟３は、例えば、厚さが０．６〜１．２ｍｍの金属板をロール成形することにより作製できる。
【００２０】
図３に示すように、基板１の長手方向に沿った各端部は、裏面側に折り曲げられた曲げ構造を備えており、上記の各桟３は、その両端を曲げ構造部分に差し込まれた状態で基板１の裏面に架け渡される。基板１の端部の曲げ構造は、コ字状に曲げ加工することによりに構成される。そして、基板１と桟３との固定方法としては、ビス止め、接着剤や両面テープによる貼着、リベット固定、嵌合固定などが挙げられるが、ビス止めが好ましい。図２に示すように、内側に折り曲げられた基板１の端縁は、架け渡された桟３の端部に対し、外側から螺着した１本のビス４で固定される。換言すれば、基板１と桟３とは、モジュールの裏面側の長手方向に沿った縁部においてビス４で結合されている。なお、桟３の配列ピッチは、基板１の長手方法の両端側の部分で５０〜３００ｍｍ程度、両端側を除く部分で２５０〜６００ｍｍ程度に設定される。
【００２１】
本発明のモジュールは、上記のように複数の桟３が基板１の背面に架け渡されることにより、受光面Ｓ（モジュールの表側の面）が幅方向に亙って凸状に湾曲している。換言すれば、受光面Ｓがアーチ状に僅かに曲面化されている。そして、その湾曲量は、図３に示すように、受光面Ｓの幅に沿って接する仮想接線Ｌからの各端部の下り代ｈが受光面側の幅ｗの１〜５％に設定される。
【００２２】
受光面Ｓの湾曲量を上記のように規定する理由は次の通りである。すなわち、仮想接線Ｌからの下り代ｈが受光面側の幅ｗの１％以上の場合は、モジュールの長さ方向における剛性が増し、施工の際に座屈し難く、しかも、屋根や屋上に設置後に強風や降雪によって撓みづらく、セル２の損傷を防止できる。一方、上記の下り代ｈが受光面側の幅ｗの５％以下の場合は、屋根や屋上に設置した際の受光量が維持され、また、受光面Ｓの曲面が顕になって意匠性が損なわれることもない。なお、受光面Ｓの湾曲量は、桟３の曲率半径に略相当するものである。
【００２３】
また、図２に示すように、モジュールの背面には、各隣接するモジュールを電気的に接続するためのジャンクションボックス（端子箱）５が取り付けられる。ジャンクションボックス５は、通常、長手方向の一方の端部に配置される。本発明のモジュールは、上記のように受光面Ｓが湾曲しており、屋根や屋上などの設置面との間に隙間を形成できるため、湾曲ジャンクションボックス５に接続される配線を簡単に引き回すことができる。
【００２４】
本発明のモジュールの製造においては、長方形のシート状モジュールの長手方向に沿った各端部にベンダーでコ字状の曲げ加工を施し、前述の曲げ構造を形成する。一方、例えば幅１００ｍｍの帯状の金属板をロール成形により逆ハット状断面の樋状に成形し、これを所定長さに切断して桟３を作製する。そして、基板１（シート状モジュール）を裏返した状態において、基板１の裏面に当該基板の幅方向に亙り、前述のピッチで複数本の桟３を架け渡し、かつ、これら桟３の先端部を基板１端部の曲げ構造部分に挿入し、各桟３の端部に基板１の端部をビス４で固定してゆく。これにより、受光面Ｓが湾曲するモジュールを得ることができる。
【００２５】
本発明のモジュールにおいては、湾曲した構造の補強用の桟３を基板１の裏面に短辺方向に亙って配置し、幅方向において受光面Ｓ全体を凸状に湾曲させることにより、長手方向における撓みを抑制し且つ座屈を防止する。すなわち、本発明のモジュールによれば、湾曲した構造の桟３が基板１の裏面に配置されており、受光面Ｓが幅方向において湾曲した形状に形成されているため、幅方向および長手方向において十分な強度を発揮でき、取り扱い性にも極めて優れている。そして、従来のモジュールで使用されていた外周部のフレームや長手方向のリブを必要とせず、幅方向に架け渡した桟３だけでパネルとしての剛性、強度を確保できるため、補強構造を簡素化でき、製造コストを低減できる。
【００２６】
また、受光面が平坦な従来のモジュールでは、自重や積雪荷重あるいは基板の熱膨張により、中央部に凹み現象が発生し易く、発生した凹部に雨水や塵埃が溜まり、発電効率の低下を惹起することがあったのに対し、本発明のモジュールは、受光面Ｓが湾曲しており、撓むことがないため、雨水や塵埃が溜まることがない。
【００２７】
更に、平板状の従来のモジュールでは、風圧を受けた際、補強用のフレームや桟（リブ）と基板（シート状の素子）との撓み量の違いによる基板のバタツキ防止するために、基板の裏面と桟（リブ）とを粘着テープ等によって固定していたのに対し、本発明のモジュールは、基板１（シート状の素子）をその曲げ応力を利用して桟３に押し付けているため、粘着テープ等を使用する必要がなく、一層少ない材料で且つ簡単に製造できる。
【符号の説明】
【００２８】
１  ：基板
２  ：太陽電池セル
３  ：桟
３１：桟本体
３２：鍔
４  ：ビス
５  ：ジャンクションボックス
Ｌ  ：仮想接線
Ｓ  ：受光面
ｈ  ：下り代
ｗ  ：受光面側の幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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