(57)【要約】  【課題】  本発明は、フレームの材料使用量を増加することなく、強度を向上した太陽電池モジュールの構造を提供することを目的とする。  【解決手段】  第一の端部と第二の端部とを有し、太陽電池素子を含む発電部７と、固定具１３が挿入される第一の穴を有する第一の面と、第一の面と異なる位置に設けられた突出部１１とを含み、発電部の第一の端部に設けられた第一のフレーム９と、突出部１１と嵌め合わせられた溝１２を有する第二の面と、第二の面とは異なる位置に設けられており固定具１３が挿入された第二の穴１５と、を含み、発電部７の第二の端部に設けられた第二のフレーム１０と、を有する。  【選択図】図１
2009238876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の端部と第二の端部とを有し、太陽電池素子を含む発電部と、
固定具が挿入される第一の穴を有する第一の面と、前記第一の面と異なる位置に設けられた突出部とを含み、前記発電部の前記第一の端部に設けられた第一のフレームと、
前記突出部と嵌め合わせられた溝を有する第二の面と、前記第二の面とは異なる位置に設けられており前記固定具が挿入された第二の穴と、を含み、前記発電部の前記第二の端部に設けられた第二のフレームと、
を有する太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記突出部が前記溝に挿入される方向と、前記固定具が挿入される方向とが直角関係にあることを特徴とする請求項1の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記第一のフレームまたは前記第二のフレームが張り出し部を有しており、前記張り出し部の少なくとも一部は、他方のフレームと重なることを特徴とする請求項１または請求項２記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記溝は、前記突出部が挿入される方向に従って細くなる
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。
【請求項５】
前記第一のフレームまたは前記第二のフレームは中空部を有しており、
前記溝は、前記第一のフレームまたは前記第二のフレームの前記中空部の下方に形成され、
かつ前記中空部まで貫通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか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し、特に周縁部に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は一枚あたり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。太陽電池モジュールのサイズを大きくするとフレームに加わる応力が大きくなることが考えられる。フレームは太陽電池モジュールの強度を高めるために取り付けられており、同じ材料使用量でより高い強度を得られることが好ましい。こうした背景から、太陽電池モジュールのフレームの強度を高める技術が求められている。
【特許文献１】特開２００５−５３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、フレームの強度を向上した太陽電池モジュールの構造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、第一の端部と第二の端部を有し、太陽電池素子を含む発電部と、固定具が挿入される第一の穴を有する第一の面と、前記第一の面と異なる位置に設けられた突出部とを含み、前記発電部の前記第一の端部に設けられた第一のフレームと、前記突出部と嵌め合わせられる嵌合部を有する第二の面と、前記第二の面とは異なる位置に設けられており前記固定具が挿入される第二の穴と、を含み、前記発電部の前記第二の端部に設けられた第二のフレームと、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に荷重が加わり接合部に生じる応力をフレームの異なる面に分散して、接合部の強度を高めることができる。これにより太陽電池モジュールの強度を高めることができる。
【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実施の形態について図面を参照にして詳細に説明する。
【０００８】
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を囲む第一のフレーム９、第二のフレーム１０とからなる。
【０００９】
本実施形態の発電部７は、第一の端部７ａと第二の端部７ｂとを含み、透光性基板２と、透光性基板２上に設けられた複数の太陽電池素子３と、を有する。
【００１０】
発電部７は、第一のフレーム９と第二のフレーム１０の嵌合溝１８に嵌め合わせされて、第一、第二のフレーム９，１０に保持される。このような第一のフレーム９は、固定具１３が挿入された第一の穴１４を有する第一の面９ａと、第一の面９ａと異なる位置に設けられた突出部１１とを含み、発電部７の第一の端部７ａに設けられている。また、第二のフレーム１０は、突出部１１と嵌め合わせられた溝１２を有する第二の面と、第二の面とは異なる位置に設けられており固定具１３が挿入された第二の穴１５と、を含み、発電部７の第二の端部７ｂに設けられている。第一のフレーム９の第一の穴１４に差し込まれた固定具１３は、第一のフレーム９と第二のフレーム１０とが組み合わせられた際に、第二のフレーム１０の第二の穴１５に挿入され、第一のフレーム９と第二のフレーム１０とを固定する。
【００１１】
図１は本実施形態の太陽電池モジュール１の第一のフレーム９と第二のフレーム１０の接合前の様子を示す斜視図である。図２（ａ）は図１を異なる方向から見た斜視図であり、図２（ｂ）は本実施形態の太陽電池モジュール１の第一のフレーム９と第二のフレーム１０の接合後の様子を示す斜視図である。図３（ａ）は図２（ｂ）をＡ−Ａ’線から見た断面図であり、図３（ｂ）は図２（ｂ）をＢ−Ｂ’線から見た断面図であり、図３（ｃ）は接合部１９を受光面側から見た様子を模式的に示す平面図である。
【００１２】
図１において、第二のフレーム１０は、太陽電池モジュールの外側面となる面１０ａと、外側面１０ａに対し直交する天面１０ｂと、天面１０ｂから連続しており、外側面１０ａに対し傾斜する傾斜面１０ｃと、傾斜面１０ｃと連続しており外側面１０ａと対向する内側面１０ｄと、内側面１０ｄと連続しており天面１０ｂと対向する底面１０ｅと、有する。図１において、第二の穴１５は、内側面１０ｄと、底面１０ｅとの間に形成されている。また、第二のフレーム１０の溝１２は、天面１０ｂと傾斜面１０ｃとに形成されている。ここで、図１においては、天面１０ｂと傾斜面１０ｃとが、第二のフレーム１０の第二の面となる。
【００１３】
本実施形態において、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。
【００１４】
≪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４（ａ）、図４（ｂ）を用いて説明する。また太陽電池モジュール１を設置する様子を図５（ａ）、図５（ｂ）を用いて説明する。図４（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４（ｂ）は図４（ａ）の太陽電池モジュールをＣ−Ｃ’線から見た様子を示す断面図である。図５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図であり、（ａ）は設置前の斜視図を、（ｂ）は設置後の様子を示す斜視図である。
【００１５】
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の外周に第一のフレーム９と第二のフレーム１０を固定して成るものである。
【００１６】
＜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。
【００１７】
＜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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
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。
【００２０】
＜インナーリード＞
インナーリード６は、例えば、銅箔などの配線材の表面全面が２０〜７０μｍ程度メッキやディピングによりハンダコートされたものを用いればよい。
【００２１】
＜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。
【００２２】
＜フレーム＞
第一のフレーム９および第二のフレーム１０は、発電部７の周縁部に取り付けられる。第一のフレーム９および第二のフレーム１０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。
【００２３】
＜架台＞
図５に示すように太陽電池モジュール１は、第二のフレーム１０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。なお、図５では第二のフレーム１０を介するとしたが、これに限られるものではなく、第一のフレーム９を介して架台２３に固定しても良い。
【００２４】
≪第一のフレームと第二のフレームの接合部の説明≫
本実施形態の第一のフレーム９と第二のフレーム１０の接合部１９の構造について図１〜３を用いて説明する。
【００２５】
なお、以下で第一のフレーム９と第二のフレーム１０が接合された部分を接合部１９と呼び、第一のフレーム９の突出部１１が第二のフレーム１０の溝１２に挿入される部分を嵌合部２１と呼び、第一のフレームと第二のフレームを固定具１３で固定する第一の穴１４および第二の穴１５を固定部２２と呼ぶ。
【００２６】
＜嵌合部と固定部の構造＞
以後、太陽電池モジュール１の接合部１９を形成する嵌合部２１と固定部２２について説明する。図１に示すように第一のフレーム９には突出部１１と第一の穴１４が、第二のフレーム１０には溝１２と第二の穴１５が設けられている。突出部１１および溝１２は、例えばアルミニウムの押し出し材よりなる第一のフレーム９および第二のフレーム１０を金型で加工することにより形成される。第一の穴１４は金型やドリルなどで加工することにより形成可能であり、第二の穴１５は、第二のフレーム１０を金型で押し出す際に同時に形成することができる。
【００２７】
図１、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、第一のフレーム９と第二のフレーム１０とは、第一のフレーム９の突出部１１が第二のフレーム１０の溝１２に挿入され（嵌合部２１）、固定具１３が第一の穴１４を通して、第二の穴１５に捩じ込まれる（固定部２２）ことにより、互いに固定される。図において、固定具１３はネジである。
【００２８】
第一のフレーム９と第二のフレーム１０とが上述のような構成により固定されることで、太陽電池モジュール１の強度が向上する。一般的に、太陽電池モジュールに積雪や風圧の荷重が加わると、第一のフレーム９または第二のフレーム１０に荷重が加わる。例えば、図５に示した構成の場合、第一のフレーム９が架台２３に直接固定されていないため、太陽電池モジュールに荷重が加わると接合部１９に応力が集中する。具体的には、第一のフレーム９では、突出部１１および第一の穴１４の近傍に応力が集中し、第二のフレーム１０では、溝１２および第二の穴１５の近傍に応力が集中しやすい。本実施形態においては、第一のフレーム９の突出部１１と第一の穴１４とは異なる位置に形成されており、第二のフレーム１０の溝１２と第二の穴１５とも、異なる位置に形成されている。このため、第一のフレーム９と第二のフレーム１０のそれぞれの複数の箇所で応力が分散され、太陽電池モジュール１の強度を向上できる。よって、発電部７の脱落などを低減できる。
【００２９】
＜嵌合部の突出部挿入方向と固定具の捩じ込み方向の構造＞
また、図３において、突出部１１を溝１２に挿入する方向と、固定具１３を捩じ込む方向とは直角関係にある。第一のフレーム９を抜き去るためには突出部１１をせん断する必要があり、第二のフレーム１０を抜くには固定具１３をせん断する必要があるが、突出部１１や固定具１３を構成するアルミニウムやＳＵＳなどの金属材料をせん断するためには非常に大きな力が必要であるため、強度を高くすることができる。以下、詳細に説明する。図３（ｃ）に接合部１９を受光面側からみた様子を模式的に平面図で示す。図３（ｃ）に示すように嵌合部２１の突出部１１を挿入する方向と、と固定部２２の固定具１３の軸の方向は直角関係にある。これにより、嵌合部２１と固定部２２の強度を相互に補完し、第一のフレーム９および第二のフレーム１０の接合部１９を強固に固定して破損を低減することができ、太陽電池モジュール１の強度がさらに大きくなる。
【００３０】
図３（ａ）、図３（ｃ）に示すように、太陽電池モジュール１の発電部７は第一のフレーム９の嵌合溝１８に嵌合しており、発電部７が第一のフレーム９から外れるには、第一のフレーム９が発電部７に対して相対的に外側に移動する必要がある。第一のフレーム９が外側に向けて移動しようとすると、接合部１９に力が生じる。固定具１３がネジである場合、このような力は、第二のフレーム１０側では、第二の穴１５のネジ山に荷重される。ネジ山は例えば固定具１３がタッピンビスの場合は、固定具１３の捩じ込みによって形成されたものであり、一定以上の力がかかると、ネジ山が潰れて固定具１３が抜けてしまう。図３において、突出部１１の溝１２への挿入方向は、固定具１３の捩じ込みの方向と直角関係にある。このような構成により、上述した力は突出部１１により支えられる。嵌合部２１では突出部１１が面で支えるため、大きな力を支えることができる。従って、固定部２２の強度を嵌合部２１が補うことができる。
【００３１】
また図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、太陽電池モジュール１の発電部７は第二のフレーム１０の発電部嵌合部１８に嵌合しているため、発電部７が脱落などして外れるには、第二のフレーム１０が発電部７と相対的に外側に移動する必要がある。しかし、第二のフレーム１０が外側に移動する場合、突出部１１と溝１２の嵌合部は挿入方向のため容易に抜けるが、固定部では固定具１３の軸の方向が第二のフレーム１０の移動する方向と直交しており、第二のフレームは固定具１３をせん断しないと移動できない。固定具１３は例えばＳＵＳなどからなる金属材料であるため、容易にせん断されることがなく、接合部１９の強度を高くすることができる。従って、嵌合部２１の強度を固定部２２が補うことができる。
【００３２】
このように嵌合部２１と固定部２２がそれぞれ高い強度を発揮する方向を直交させて組み合せることで、高い強度を得ることができる。
【００３３】
＜張り出し部の構造＞
また、第一のフレーム９または第二のフレーム１０は、張り出し部１６を有している。ここで、張り出し部とは、フレームの底面側に太陽電池モジュールの内側方向に突出して設けられた部分のことである。一方のフレームに設けられた張り出し部１６の少なくとも一部は、平面視で他方のフレームと重なる。図２（ｂ）に示すように本実施形態では、第一のフレーム９の張り出し部１６が、第二のフレーム１０の凹部１７の非受光面側に潜り込む構造となっている。このような構造とすることで、太陽電池モジュール１の強度を高めることできる。
【００３４】
まず図３（ａ）を用いて説明する。例えば、発電部７が積雪荷重などにより正圧方向の荷重を受けると、第一のフレーム９は矢印の方向に回転しつつ外側に向かって移動しようとする。しかし図３（ａ）においては、第一のフレーム９の突出部１１と張り出し部１６が第二のフレーム１０を挟持する構造となっており、移動しにくいため接合部１９が外れにくい。これにより太陽電池モジュール１の強度を高めることができる。
【００３５】
また、同様に図３（ｂ）を用いて説明すると、例えば、発電部７が積雪荷重などにより正圧荷重を受けると、第二のフレーム１０が矢印の方向に回転しつつ外側に向かって移動しようとする。しかし図３（ｂ）においては、発電部７と張り出し部１６が第二のフレーム１０を挟持する構造となっており、移動しにくいため、接合部１９が外れにくい。これにより太陽電池モジュール１の強度を高めることができる。
【００３６】
このように張り出し部１６がフレームの一部と重複するように設置することで、いずれの方向にも接合部１９を強固に接合して、太陽電池モジュール１の強度を高くすることができる。
【００３７】
＜溝の構造＞
また、第二のフレーム１０の溝１２は、突出部が挿入される方向に従って幅が細くなる。つまり、第二のフレーム１０の溝１２は、突出部１１を挿入する入り口が広く奥側が狭い先細りの構造である。このような構造とすることで、入り口が広いため突出部１１を溝１２に嵌合することが容易になるとともに、奥側が狭いため隙間なく嵌合され剛性を高くすることができる。
【００３８】
さらに第二のフレーム１０は、太陽電池モジュールの外側面となる面１０ａと、外側面１０ａに対し直交する天面１０ｂと、天面１０ｂから連続しており、外側面１０ａに対し傾斜する傾斜面１０ｃと、傾斜面１０ｃと連続しており外側面１０ａと対向する内側面１０ｄと、を有する。溝１２は天面１０ｂと傾斜面１０ｃとに設けられている。例えば溝１２が矩形のフレームの角部に設けられた場合は、溝１２を成形するために角部の天面と内側面の二回に分けて加工する必要があるが、傾斜部に設けたことにより溝１２を一回の加工で形成することができる。
【００３９】
≪他の実施形態≫
上記実施形態では、第一のフレーム９および第二のフレーム１０の上面側に嵌合部２１を、底面側（太陽電池モジュール１が設置された際に、非受光面となる側）に固定部２２を、張り出し部１６および凹部１７を底面側に配置したが、これらの位置関係は適宜変更してもよい。
【００４０】
例えば図６に示すように嵌合部２１を中間部に、固定部２２を受光面側に配置してもよい。前述の上記実施形態と同様に、嵌合部２１と固定部２２の複数箇所に応力が分散されることで、太陽電池モジュール１の強度を高めることができる。
【００４１】
また、溝１２は第一のフレームまたは第二のフレームの中空部の下方（非受光面側）に配置されても良い。図７に示すように、第二のフレーム１０の少なくとも底面１０ｅに中空部まで貫通する溝１２を設けることで、溝１２が水抜き穴の効果を有する。溝１２が水抜き穴の機能を兼ねることで、別途水抜き穴を設ける必要がなく、強度を高めるとともに加工工程を削減することができる。
【００４２】
図８に示すように張り出し部１６および凹部１７は、第一のフレーム９および第二のフレーム１０の中間部に配置しても良い。図８に示すような構造とすることで、張り出し部１６が凹部１７により強固に嵌合して太陽電池モジュール１の強度を高めることができる。
【００４３】
また、嵌合部２１および固定部２２はそれぞれ一箇所に限られるものではなく、複数箇所設けてもよい。複数箇所設けることにより、接合部１９をより強固にして太陽電池モジュールの強度を高めることができる。
【００４４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】太陽電池モジュールの第一のフレームと第二のフレームの接合前の様子の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】太陽電池モジュールの第一のフレームと第二のフレームの接合前後の様子を示す斜視図であり、（ａ）は図１を異なる方向から見た斜視図であり、図２（ｂ）は太陽電池モジュールの第一のフレームと第二のフレームの接合後の様子を示す斜視図である。
【図３】図２（ｂ）をＡ−Ａ’線から見た断面図である。
【図４】太陽電池モジュールの全体の一実施形態を示す図であり、（ａ）は、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、（ｂ）は図４（ａ）の太陽電池モジュールをＢ−Ｂ’線から見た様子を示す断面図である。
【図５】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６】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７】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】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。
【符号の説明】
【００４６】
１：太陽電池モジュール
７：発電部
９：第一のフレーム
１０：第二のフレーム
１１：突出部 
１２：溝
１３：固定具
１４：第一の穴
１５：第二の穴
【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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