特許 6749188 太陽光発電ユニットと太陽電池モジュールの補修方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6749188

(24)【登録日】2020年8月13日

(45)【発行日】2020年9月2日

(54)【発明の名称】太陽光発電ユニットと太陽電池モジュールの補修方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/05 20140101AFI20200824BHJP

   H02S 20/10 20140101ALI20200824BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 570

   H02S20/10 R

   H02S20/10 H

   H02S20/10 C

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-180840(P2016-180840)

(22)【出願日】2016年9月15日

(65)【公開番号】特開2018-46204(P2018-46204A)

(43)【公開日】2018年3月22日

【審査請求日】2019年7月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】593063161

【氏名又は名称】株式会社ＮＴＴファシリティーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】土田 亮

(72)【発明者】

【氏名】中尾 亮

(72)【発明者】

【氏名】中井川 敦

(72)【発明者】

【氏名】正木 秀明

【審査官】 桂城 厚

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１５−５２７８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３４０３５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２１０６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００４３６８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０１８０７６１４（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１５８２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００２９０３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−３３２７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０７９９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８６７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００２２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５９７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１５８２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 A. HALBE et al.，Evaluation of mounting mechanisms for the installation of lightweight PV systems on commercial rooftops，2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference，IEEE，２０１４年 ６月 ８日，pp. 3539-3542，DOI: 10.1109/PVSC.2014.6924873

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ３１／０４−３１／０７８

Ｈ０２Ｓ２０／１０−２０／２６

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池モジュールを取り付けた太陽光発電ユニットにおいて、
既設の太陽電池モジュールと、
前記既設の太陽電池モジュールの受光面上に設置した新設の太陽電池モジュールと、
前記既設の太陽電池モジュールに新設の太陽電池モジュールを固定する固定器具とを備えたことを特徴とする太陽光発電ユニット。

【請求項2】

前記新設の太陽電池モジュールは前記既設の太陽電池モジュールより小さく形成されている請求項１に記載された太陽光発電ユニット。

【請求項3】

前記固定器具は前記新設の太陽電池モジュールの枠部に取り付けた第一固定部と既設の太陽電池モジュールの枠部に取り付けた第二固定部とを有していて、前記新設の太陽電池モジュールの対向する位置にそれぞれ設置した請求項１または２に記載された太陽光発電ユニット。

【請求項4】

既設の太陽電池モジュールの受光面に新設の太陽電池モジュールを設置する工程と、
前記既設の太陽電池モジュール及び前記新設の太陽電池モジュールの枠部に固定器具を取り付ける工程と、
を備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの補修方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば平地や屋根等に設置される太陽電池モジュールを配列した太陽光発電ユニットと太陽電池モジュールの補修方法に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽電池モジュール(太陽電池パネル)をアレイ状に配列させた太陽光発電ユニットとして例えば特許文献１に記載されたものが提案されている。この太陽光発電ユニットは架台に設けたフレームに太陽電池モジュールを配列したものであり、太陽電池モジュールの裏面に補強部材と補強用パネルを設置することでカーポートの屋根として用いている。
太陽電池モジュールは一般的に屋外に多数配列して設置されており、風雨等の自然環境にさらされたり経年劣化したりするために一部のセルが故障したりすることがあった。この場合、単位ユニットの太陽電池モジュール全体を架台から取り外して新たな太陽電池モジュールに交換することが一般的であるが、交換作業に手間とコストがかかり経済的でなかった。

【0003】

これに対し、特許文献２では太陽電池モジュールの故障したセルのカバーガラスの上に同形同大の新たなセルをシリコーン接着剤等によって固着し、そのコネクタを正常な他のセルに溶着し接続することで修理している。これによって、故障したセルを撤去することなくセルの修理ができるようにしていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１１７０９７号公報

【特許文献2】特開２００３−１５８２８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した特許文献２に記載された太陽電池モジュールでは、故障したセルの上に設けたカバーガラスの上に交換用の新たなセルを設置してシリコーン接着剤等で接着して固定するため、取り付けに手間がかかり炎天下での作業が大変であった。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、故障などした太陽電池モジュールの補修を容易に且つ短時間で行えるようにした太陽光発電ユニットと太陽電池モジュールの補修方法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】

【0007】

本発明による太陽光発電ユニットは、太陽電池モジュールを取り付けた太陽光発電ユニットにおいて、既設の太陽電池モジュールと、既設の太陽電池モジュールの受光面上に設置した新設の太陽電池モジュールと、既設の太陽電池モジュールに新設の太陽電池モジュールを固定する固定器具とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、故障等した既設の太陽電池モジュールを取り外すことなく受光面に新設の太陽電池モジュールを設置して、固定器具で既設の太陽電池モジュールと新設の太陽電池モジュールを係止させて固定することで、既設の太陽電池モジュールを交換することなく容易に新設の太陽電池モジュールを取り付けることができる。

【0008】

また、新設の太陽電池モジュールは既設の太陽電池モジュールより小さい形状とされていることが好ましい。
故障等した既設の太陽電池モジュールより小型で受光面積の小さい新設の太陽電池モジュールを既設の太陽電池モジュールの受光面上に設置することで取り付け作業が一層容易になる。

【0009】

また、固定器具は新設の太陽電池モジュールの枠部に取り付けた第一固定部と既設の太陽電池モジュールの枠部に取り付けた第二固定部とを有する固定金具であり、前記新設の太陽電池モジュールの対向する位置に設置したことを特徴とする。
既設の太陽電池モジュールの枠部と新設の太陽電池モジュールの枠部に固定金具を取り付けて固定すると共に対向する位置に固定金具を設置することで、新設の太陽電池モジュールに挟み込む方向の締め付けトルクをかけることができる。

【0010】

本発明による太陽電池モジュールの補修方法は、既設の太陽電池モジュールの受光面に新設の太陽電池モジュールを設置する工程と、既設の太陽電池モジュール及び新設の太陽電池モジュールの枠部に固定器具を取り付ける工程と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明による太陽光発電ユニットと太陽電池モジュールの補修方法によれば、故障や破損等した既設の太陽電池モジュールの受光面に新設の太陽電池モジュールを設置し、固定器具で既設の太陽電池モジュールと新設の太陽電池モジュールを互いに固定することで、既設の太陽電池モジュールを取り除く手間がなく簡単かつ容易に新設の太陽電池モジュールを取り付けることができる。そのため、故障した太陽電池モジュールを取り除く手間が省けて補修コストを低廉にできる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第一実施形態による太陽電池モジュールを備えた太陽光発電ユニットの正面図である。

【図2】図１に示す太陽光発電ユニットの太陽電池モジュールの配列を示す平面図である。

【図3】既設の太陽電池モジュールの枠部を取付部材に固定した部分の断面図である。

【図4】故障した既設の太陽電池モジュールの上に新設の太陽電池モジュールを固定した状態を示す斜視図である。

【図5】図４に示す太陽電池モジュールを固定金具で固定した状態の断面図である。

【図6】第一変形例による新設の太陽電池モジュールの固定状態を示す要部側面図である。

【図7】第二変形例による新設の太陽電池モジュールの固定状態を示す要部断面図である。

【図8】第二実施形態による太陽電池モジュールの枠部を取付部材に固定した部分の断面図である。

【図9】故障した既設の太陽電池モジュールの上に新設の太陽電池モジュールを固定金具で固定した状態の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の第一実施形態による太陽光発電ユニットと太陽電池モジュールの補修方法について図１から図５に基づいて説明する。
本発明の実施形態による太陽光発電ユニット１は、図１及び図２に示すように、例えば地表面等の設置面２に設置された架台３の上部に複数の太陽電池モジュール４を配列した太陽電池アレイ５を配設して構成されている。本実施形態では太陽電池アレイ５は東西方向に傾斜する傾斜面からなる板状に形成され、二組の太陽電池アレイ５は互いに傾斜方向が東方向と西方向に異なる山型または屋根型に設置されているが、同一方向に傾斜していてもよい。

【0014】

架台３は設置面２上に所定間隔で設置された基部７の上部に支持部材８がそれぞれ固定され、その上部に梁部材９が連結されている。各支持部材８は例えばトラス構造に形成されているが、支柱であってもよい。支持部材８は太陽電池アレイ５の傾斜方向に離間して例えば２組設置され、その一方は太陽電池アレイ５の下端部５ａ付近に設置された支持部材８Ａであり、他方は太陽電池アレイ５の上端部５ｂよりも下端部５ａ側に寄った位置に設置された支持部材８Ｂである。梁部材９の上部には垂木をなす取付部材１０がその側面に連結部材１１を介して傾斜状態で固定されている。梁部材９と取付部材１０は平面視で互いに直交する方向に配列されている。

【0015】

山型に形成された一対の太陽電池アレイ５及び取付部材１０の傾斜姿勢に関し、各上端部５ｂの間にわずかな隙間がある。そして、これら各上端部５ｂから両側の支持部材８Ｂまでの間は作業者が立って歩行や保守点検作業等をできる程度の高さと横幅を有する保守スペース１２を形成している。
保守スペース１２において、上端部５ｂの高さは例えば１８０ｃｍ〜２３０ｃｍ程度、支持部材８Ｂの高さは例えば１００ｃｍ〜１５０ｃｍ程度、一対の支持部材８Ｂ間の距離は例えば１５０ｃｍ程度である。また、下端部５ａは上端部５ｂよりかなり高さが低く、設置面２から例えば３７ｃｍ程度の高さを有している。

【0016】

そして、所定間隔で配列された取付部材１０には、その上端部５ｂから下端部５ａに向けて複数枚（図１，２では例えば６枚）の太陽電池モジュール４がその枠部４ｄでねじ１４によってそれぞれ取付部材１０に固定されている。即ち、図３に示すように、太陽電池モジュール４の枠部４ｄは断面略Ｅ字状に形成され、上部のコの字状空間で太陽電池モジュール４の受光面４ｂを含むセル等を嵌合し、下側のコの字状部分でねじ止めできるようになっている。
そのため、既設の太陽電池モジュール４Ａは、図３に示すように断面略コの字状の取付部材１０の上部裏面から枠部４ｄの下面４ｄａにねじ１４を捩じ込むことで固定されている。しかも、複数枚の太陽電池モジュール４が取付部材１０に縦横方向に配列固定されて太陽電池アレイ５を構成している。なお、取付部材１０の上面部と枠部４ｄの下面４ｄａには予め所定間隔でねじ穴が形成されているが、捩じ込み時に形成してもよい。

【0017】

また、太陽光発電ユニット１は一対の太陽電池アレイ５が取付部材１０の傾斜角度に沿って東西方向に対向して設置されている。太陽電池アレイ５は、取付部材１０の傾斜角度に沿って適宜角度、例えば１５°の傾斜角を有しているために日中の午前午後に亘って太陽光を受光することができる。山型をなす一対の太陽電池アレイ５はその上端部５ｂ同士がわずかな間隙を介して対向して配設されている。

【0018】

図２において、太陽電池アレイ５の一部の既設の太陽電池モジュール４が故障したものとする。故障した既設の太陽電池モジュール４を符号４Ａで示す。しかも、本実施形態では、図４に示すように、故障した太陽電池モジュール４Ａの受光面４ｂ上には新たな太陽電池モジュール４Ｐが取り付けられている。新たな太陽電池モジュール４Ｐは既設の太陽電池モジュール４Ａよりも受光面積が小さく縦横方向の寸法が小さい小型のものとする。

【0019】

一般に、既設の太陽光発電ユニット１は設置後、数年〜１０数年の年月が経過していずれかの太陽電池モジュール４が故障することがある。その場合、故障した太陽電池モジュール４Ａの交換の時期には、技術の進歩により設置時より小さい大きさの太陽電池モジュール４Ｐで同程度以上の発電出力をだせるように進歩している。そのため、新設の太陽電池モジュール４Ｐとして故障した太陽電池モジュール４Ａより縦横寸法の小さい小型のものを設置した。

【0020】

図４及び図５はこのような新設の太陽電池モジュール４Ｐの取り付け構造を示すものである。この場合、故障した太陽電池モジュール４Ａの受光面４ｂ上の略中央に新設の太陽電池モジュール４Ｐを載置する。そして、新設の太陽電池モジュール４Ｐの対向する枠部４ｃと故障した太陽電池モジュール４Ａの対向する枠部４ｄにはそれぞれ一対の固定金具１３が嵌め込まれている。固定金具１３は例えばステンレスやスチール等の金属部材からなり、その薄板形状から押圧トルクを有している。
この固定金具１３は、新設の太陽電池モジュール４Ｐの枠部４ｃの上面と側面に当接する断面略Ｌ字状の第一固定部１３ａと、故障した太陽電池モジュール４Ａの枠部４ｄの側面と下面４ｄａに当接する略Ｌ字状の第二固定部１３ｂと、第一及び第二固定部１３ａ、１３ｂを連結する連結部１３ｃとで一体形成されている。

【0021】

そして、図５に示すように、各固定金具１３は、第二固定部１３ｂの下面から故障した太陽電池モジュール４Ａの枠部４ｄの既設のネジ穴にねじ１４がねじ込まれて固定され、新設の太陽電池モジュール４Ｐは対向する固定金具１３の第一固定部１３ａの弾性トルクで押圧されて挟持固定されている。
また、固定金具１３の第一固定部１３ａにも新設の太陽電池モジュール４Ｐの枠部４ｃのネジ穴(図示せず)にねじ１４を捩じ込んで固定してもよい。

【0022】

本実施形態による太陽光発電ユニット１は上述した構成を備えており、次に故障した太陽電池モジュール４Ａの補修方法について説明する。
図２に示す太陽光発電ユニット１における山型をなす一対の太陽電池アレイ５の既設の太陽電池モジュール４のいずれかに故障が発生した場合、図４に示すように、故障した太陽電池モジュール４Ａの受光面４ｂ上に新設の太陽電池モジュール４Ｐを設置する。

【0023】

そして、新設の太陽電池モジュール４Ｐの対向する両側部から各２枚の固定金具１３を装着し、新設の太陽電池モジュール４Ｐの枠部４ｃと故障した太陽電池モジュール４Ａの枠部４ｄとに第一固定部１３ａと第二固定部１３ｂを嵌め込んで押圧させる。
ついで、第二固定部１３ｂの下面から枠部４ｄのネジ穴にねじ１４を捩じ込むことで故障した太陽電池モジュール４Ａの上に新設の太陽電池モジュール４Ｐを固定できる。

【0024】

上述のように、本実施形態による太陽光発電ユニット１の太陽電池モジュール４Ａの補修構造と補修方法によれば、故障した太陽電池モジュール４Ａを交換することなく、その上に比較的小型で出力の大きい新設の太陽電池モジュール４Ｐを複数の固定金具１３で固定することで簡単且つ低コストで太陽電池モジュール４の修理を行える。

【0025】

また、新設の太陽電池モジュール４Ｐは故障した既設の太陽電池モジュール４Ａより小型であるため、設置高さが高くなっても周囲の正常な太陽電池モジュール４への太陽光の入射光量等に影響を与えない。特に新設の太陽電池モジュール４Ｐを既設の太陽電池モジュール４Ａの略中央に設置すれば他の太陽電池モジュール４への入射光を遮蔽する影響は一層小さくなる。
しかも、太陽電池モジュール４の修理に際して、固定金具１３をねじ１４で故障した太陽電池モジュール４Ａと新設の太陽電池モジュール４Ｐとに取り付けて一体に固定するだけであるから、接着剤等でセルを固定する場合と比較して取り付けが容易で低コストになる。

【0026】

なお、本発明は上述した実施形態による太陽光発電ユニット１に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の変形例等について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分や部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

【0027】

図６は上述した実施形態の第一変形例による太陽光発電ユニット１を示すものである。
図６において、比較的小型の新設の太陽電池モジュール４Ｐが故障した太陽電池モジュール４Ａの受光面４ｂに載置され、その四辺の枠部４ｃ、４ｄにそれぞれ固定金具１３が取り付けられている。
各固定金具１３の固定に際して上述の実施形態と同様に例えば第二固定部１３ｂの下面がねじ１４で故障した太陽電池モジュール４Ａの枠部４ｄの下面４ｄａに固定されている。
本変形例によれば、新設の太陽電池モジュール４Ｐが故障した太陽電池モジュール４Ａの各四辺の枠部４ｃ、４ｄに固定金具１３を固定するため、より堅固に固定できる。

【0028】

なお、故障した太陽電池モジュール４Ａに対する小型の新設の太陽電池モジュール４Ｐの設置位置は必ずしも故障した太陽電池モジュール４Ａの中央である必要はなく、例えばいずれか一辺または二辺の枠部４ｄに枠部４ｃを重ねて偏った位置に取り付けるようにしてもよい。
また、固定金具１３は４枚に限定されるものではなく、太陽電池モジュール４の大きさに応じて適宜の枚数を取り付けできる。

【0029】

また、新設の太陽電池モジュール４Ｐは必ずしも故障した太陽電池モジュール４Ａより小型である必要はなく、故障した太陽電池モジュール４Ａと同一寸法のものでもよい。この場合、故障した太陽電池モジュール４Ａの上に新設の太陽電池モジュール４Ｐを固定する固定金具１３は断面略コの字型に形成されていればよい。
或いは、故障した太陽電池モジュール４Ａの上に新設の太陽電池モジュール４Ｐを設置した状態で、両者の枠部４ｃ、４ｄのネジ穴にねじ１４をねじ込んで固定してもよい。
この場合でも、簡単且つ低コストで故障した太陽電池モジュール４Ａの修理を行える。

【0030】

次に本発明の第二実施形態による新設の太陽電池モジュール４Ｐの固定構造について図８及び図９により説明する。本実施形態においても、既設の太陽電池モジュール４Ａの上に新設の太陽電池モジュール４Ｐを固定金具２０で固定した構造を有しており、本第二実施形態では枠部１８，１９の構成が第一実施形態と相違している。
図８は既設の太陽電池モジュール４Ａの取付部材１０への取り付け構造を示す要部断面図である。図８において、既設の太陽電池モジュール４Ａの枠部１８は、略板状の太陽電池モジュール本体の四辺の端部を嵌合するための断面略コの字状の受け部１８ａと、受け部１８ａの下側に形成した中空枠部１８ｂと、中空枠部１８ｂの下面を内側に延長させたねじ挿通穴を有する載置部１８ｃとからなる断面形状で四辺が形成されている。載置部１８ｃは取付部材１０の上に設置され、取付部材１０の上面部の裏側から載置部１８ｃにねじ１４を締め込むか、或いはナット１５に締め込むことで固定されている。

【0031】

図９では、故障した太陽電池モジュール４Ａの受光面４ｂ上の略中央に比較的小型の新設の太陽電池モジュール４Ｐを載置している。新設の太陽電池モジュール４Ｐの枠部１９は枠部１８と同一構成を備えており、両太陽電池モジュール４Ａ，４Ｐを区別するために別の符号を用いた。枠部１９は受け部１９ａ、中空枠部１９ｂ、載置部１９ｃを有している。
新設の太陽電池モジュール４Ｐの対向する枠部１９と故障した太陽電池モジュール４Ａの対向する枠部１８にはそれぞれ固定金具２０が嵌め込まれている。この固定金具２０は、新設の太陽電池モジュール４Ｐの枠部１９の受け部１９ａ及び中空枠部１９ｂに当接する断面略Ｌ字状の第一固定部２０ａと、故障した太陽電池モジュール４Ａの枠部１８の受け部１８ａ及び中空枠部１８ｂ及び載置部１８ｃに当接する略Ｌ字状の第二固定部２０ｂと、第一及び第二固定部２０ａ、２０ｂを連結する連結部２０ｃとで一体形成されている。

【0032】

そして、各固定金具２０は、第二固定部２０ｂの下面から故障した太陽電池モジュール４Ａの枠部１８の載置部１８ｃに形成したネジ穴にねじ１４がねじ込まれて固定されている。新設の太陽電池モジュール４Ｐは対向する固定金具２０の第一固定部２０ａで上面と側面を押え込まれて挟持され、固定されている。新設の太陽電池モジュール４Ｐはその下側に設置した既設の太陽電池モジュール４Ａの枠部１８を介して取付部材１０に固定されている。

【0033】

なお、本発明による太陽光発電ユニット１は東西方向に傾斜面が向くように設置したが、これに代えて南北方向に設置してもよい。
また、上述した実施形態では、固定器具として固定金具１３を設けたが、これに限定されることなくねじ１４、樹脂製固定具等を用いてもよい。

【符号の説明】

【0034】

１ 太陽光発電ユニット
３ 架台
４ 太陽電池モジュール
４Ａ 故障した太陽電池モジュール
４Ｐ 新設の太陽電池モジュール
４ｃ、４ｄ、１８，１９ 枠部
５ 太陽電池アレイ
８，８Ａ，８Ｂ 支持部材
１０ 取付部材
１３、２０ 固定金具
１４ ねじ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】