特許 7595495 太陽電池モジュール

(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】

(24)【登録日】2024-11-28

(45)【発行日】2024-12-06

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H02S 40/12 20140101AFI20241129BHJP

   H02S 30/10 20140101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

H02S40/12

H02S30/10

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021047236

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2022146331

(43)【公開日】2022-10-05

【審査請求日】2024-01-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸 謙慈

(72)【発明者】

【氏名】田結荘 明

(72)【発明者】

【氏名】猪熊 裕一

【審査官】横井 亜矢子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００６／０４３６５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－００８４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２７５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３３３３０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２２４５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３０８４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１６９５６５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｓ ３０／００－４０／４２

Ｅ０４Ｄ １３／１０

Ｅ０４Ｄ １３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の太陽電池セルが封止されることで集合したセル集合体の周囲に位置する外周フレームを備え、
前記外周フレームは、モジュール設置位置において傾斜して設置された場合に下方に位置する下部フレームを有し、
前記下部フレームは、前記セル集合体を支持する基部と、前記基部の外方に取り付けられるカバー部と、を有し、
前記カバー部は、モジュール受光面における積雪の下方への滑り止めとなる雪止め突起及び厚帯部を一体に有した第１カバー部、または、前記雪止め突起及び前記厚帯部を有さない第２カバー部を、前記基部と前記カバー部とに亘って設けられる締結部材の着脱により選択可能としたものであって、
前記第１カバー部は、前記基部に当接する下面部と、前記下面部に対して直交し、前記モジュール受光面の一部を覆う受光面対応部と、を有し、
前記厚帯部は、前記第１カバー部の前記下面部において、前記雪止め突起が形成された側の端部であり前記受光面対応部とは反対側に、前記第１カバー部の長手方向に連続して延びるように形成された、板厚の拡大された部分であり、
前記雪止め突起は、前記受光面対応部から前記下面部と反対方向に延び、かつ、モジュール設置状態での水平方向に延びる板状部分であって、更に、厚さ方向に貫通した連通部を有し、
前記雪止め突起の、前記受光面対応部に近い基端部での板厚が、先端部での板厚よりも大きく、当該基端部が斜面または湾曲面を有しており、前記連通部は前記斜面または湾曲面を有する部分には形成されておらず、前記斜面または湾曲面を有する部分よりも前記雪止め突起の先端側に形成されている太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記締結部材はねじであって、
前記基部に対し、モジュール設置状態での傾斜方向に沿う方向で下方から上方に前記締結部材が差し込まれることにより、前記カバー部の前記取り付けがなされる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記カバー部は、前記基部よりも軽量な材質とされている、請求項１または２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、積雪地に設置可能な太陽電池モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

積雪地に設置される太陽電池モジュールのうち、特に建築物の傾斜した屋根に設置されるものには、屋根からの落雪を抑制するため、モジュール受光面における積雪の下方への滑り止めとなる雪止めが設けられることがある。特に、瓦等の、屋根材と一体とされた太陽電池モジュールでは、太陽電池モジュールが建築物の屋根の一部となることから、雪止めを付加することが要求される。

【0003】

特許文献１には、太陽電池モジュールの有するフレームが一体的に雪止めを有する構成が記載されている。この構成では、積雪地向けと非積雪地向けで異なる形状の太陽電池モジュールを用意しなければならないことから、製造及び在庫管理に関するコスト面で不利である。

【0004】

一方、特許文献２には、雪止めを太陽電池モジュールとは別体とした構成が記載されている。この構成では、太陽電池システムを構成する全体の部品点数が増加することから、在庫管理及び設置現場での工数に関するコスト面で不利である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平８－１３７２５号公報

【文献】特開２００３－２６２０１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで本発明は、積雪地への設置に対応しつつもコスト面を改善した太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、複数の太陽電池セルが封止されることで集合したセル集合体の周囲に位置する外周フレームを備え、前記外周フレームは、モジュール設置位置において傾斜して設置された場合に下方に位置する下部フレームを有し、前記下部フレームは、前記セル集合体を支持する基部と、前記基部の外方に取り付けられるカバー部と、を有し、前記カバー部は、モジュール受光面における積雪の下方への滑り止めとなる雪止め突起を一体に有した第１カバー部、または、前記雪止め突起を有さない第２カバー部を、前記基部と前記カバー部とに亘って設けられる締結部材の着脱により選択可能とした太陽電池モジュールである。

【0008】

この構成によれば、下部フレーム自体が雪止め機能を発揮するので、太陽電池モジュールとは別に雪止め部材を設ける必要がない。また、外周フレームのうちカバー部以外の部分を共通化できる。

【0009】

また、前記締結部材はねじであって、前記基部に対し、モジュール設置状態での傾斜方向に沿う方向で下方から上方に前記締結部材が差し込まれることにより、前記カバー部の前記取り付けがなされるものとできる。

【0010】

この構成によれば、モジュール設置状態での傾斜方向に沿う方向に延びるセル集合体と平行に締結部材を差し込むことができる。このため、セル集合体との干渉を考慮しなくてよい。

【0011】

また、前記第１カバー部は、前記基部に当接する下面部と、前記下面部に対して直交し、前記モジュール受光面の一部を覆う受光面対応部と、を有し、前記雪止め突起は、前記受光面対応部から前記下面部と反対方向に延び、かつ、モジュール設置状態での水平方向に延びる板状部分であって、更に、厚さ方向に貫通した連通部を有するものとできる。

【0012】

この構成によれば、連通部により、雪止め突起に接して溜まる水を流し去ることができる。

【0013】

また、前記雪止め突起は、前記受光面対応部に近い基端部での板厚が、先端部での板厚よりも大きいものとできる。

【0014】

この構成によれば、雪止め突起に雪の圧力に耐える強度を持たせられる。

【0015】

また、前記雪止め突起の前記基端部が斜面または湾曲面を有しており、前記連通部は前記斜面または湾曲面を有する部分よりも前記雪止め突起の先端側に形成されているものとできる。

【0016】

この構成によれば、雪止め突起において、斜面または湾曲面を有する部分が途切れずに形成されるため、下部フレームの強度を保ちつつ、連通部による排水が可能である。

【0017】

また、前記カバー部は、前記基部よりも軽量な材質とされているものとできる。

【0018】

この構成によれば、太陽電池モジュールの軽量化に貢献できる。

【発明の効果】

【0019】

本発明は、太陽電池モジュールとは別に雪止め部材を設ける必要がない。また、外周フレームのうちカバー部以外の部分を共通化できる。よって、積雪地への設置に対応しつつもコスト面を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを複数、家屋の屋根に設置した状態の例を示す側面図（家屋側の構成については断面図）である。

【図2A】前記太陽電池モジュールのうち雪止め突起を有しないものを示す平面図である。

【図2B】前記太陽電池モジュールのうち雪止め突起を有しないものを示す正面図である。

【図2C】前記太陽電池モジュールのうち雪止め突起を有しないものを示す右側面図である。

【図3】図２ＣにおけるIII囲み部の拡大図である。

【図4A】前記太陽電池モジュールのうち雪止め突起を有するものを示す平面図である。

【図4B】前記太陽電池モジュールのうち雪止め突起を有するものを示す正面図である。

【図4C】前記太陽電池モジュールのうち雪止め突起を有するものを示す右側面図である。

【図5】図４ＣにおけるV囲み部の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明につき、一実施形態に係る太陽電池モジュール１を取り上げて、図面とともに以下説明を行う。

【0022】

本実施形態の太陽電池モジュール１は瓦型であって、複数枚連なった瓦と同じ寸法に形成されており、例えば屋根材である瓦の一部を置き換えるようにして建築物（家屋等）の屋根Ｒに配置することができる。太陽電池モジュール１は、単体の平面視形状が図２Ａまたは図４Ａに示すような長方形形状であって、図１に示すように、複数の太陽電池モジュール１の短辺側が一部重なるようにして屋根Ｒ上に配置される。太陽電池モジュール１は、屋根Ｒの下地材Ｒ１に対して例えばねじ止めにより固定される。なお、図１には、雪止め突起３２２３を有しない太陽電池モジュール１（１Ｂ）を示している。

【0023】

本実施形態の太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル２１が封止されることで集合したセル集合体２の周囲に位置する外周フレーム３を備える。各太陽電池セル２１は短冊状とされている。短辺側が一部重なり合うようにされることで複数（具体的には１０枚）の太陽電池セル２１が電気的に直列接続（シングリング接続）されたことにより、平面視で略長方形状の太陽電池ストリング２２が形成される。本実施形態の太陽電池モジュール１では、複数（具体的には６個）の太陽電池ストリング２２が横並びに配置されて電気的に並列接続されている。前記「セル集合体」とは、本実施形態では、複数（６個）の太陽電池ストリング２２が集合し、封止されたものを指す。セル集合体２は、両面がガラス板（強化ガラス製）によって、または、受光面（主面）側に配置されたガラス板と、受光面（主面）に対する反対面に配置された樹脂フィルムとによって、封止樹脂が介在した形で挟まれ、一かたまりで板状の形態を有する封止体とされている。モジュール設置状態（図１参照）でのセル集合体２の上端部と下端部とには樹脂製のガスケット４が取り付けられている。

【0024】

外周フレーム３は、屋根Ｒ上等のモジュール設置位置において傾斜して設置された場合に上方に位置する上部フレーム３１、下方に位置する下部フレーム３２、側方に位置する側方フレーム３３を有する。各フレーム３１～３３のうちで下部フレーム３２は、セル集合体２を支持する基部３２１と、基部３２１の外方（太陽電池モジュール１の外方であって、本実施形態ではモジュール設置状態で斜め下方）に取り付けられるカバー部３２２と、を有する。

【0025】

基部３２１は、セル集合体２の反対面に隣接して配置される、断面視で変形「コ」字形状の部材である。変形「コ」字形状のうち表側部分３２１１は、セル集合体２の受光面（主面）に対して平行であり、図３及び図５に示すように、セル集合体２の下端部をガスケット４越しに支持する。表側部分３２１１に平行な裏側部分３２１２は、図１に示すように、複数の太陽電池モジュール１が重ねられた場合に、他の太陽電池モジュール１が備えるセル集合体２の受光面（主面）に当接する。表側部分３２１１と裏側部分３２１２とを結び、セル集合体２の受光面（主面）に対して直交する下側部分３２１３には、図３及び図５に示すように、後述するカバー部３２２の下面部３２２１が外方から当接する。

【0026】

基部３２１は、例えばめっき鋼板が折り曲げられて形成されている。一方、カバー部３２２は、例えばアルミニウム合金の押し出し成形で形成されている。つまり、カバー部３２２は基部３２１よりも軽量な材質とされている。このため、太陽電池モジュール１の軽量化に貢献できる。また、カバー部３２２は太陽電池モジュール１において着脱可能な部分であることから、軽量な材質を用いることにより、着脱に係る作業性を良好にできる。

【0027】

カバー部３２２は、形状の異なる第１カバー部３２２Ａと第２カバー部３２２Ｂとが、基部３２１への取り付けに当たって選択可能とされている。第１カバー部３２２Ａは、図５Ｃに示すように、モジュール受光面（具体的にはセル集合体２の受光面（主面））における積雪の下方への滑り止めとなる雪止め突起３２２３を一体に有している。これに対して第２カバー部３２２Ｂは、図３Ｃに示すように、雪止め突起３２２３を有さない。

【0028】

カバー部３２２は基部３２１に対して着脱可能である。着脱は通常、太陽電池モジュール１の製造時に行われるが、モジュール設置現場で行うこともできる。基部３２１へのカバー部３２２の取り付けは、基部３２１とカバー部３２２とに亘って設けられる締結部材によりなされる。本実施形態では締結部材がねじ３２３とされている。図２Ａ、図２Ｂ、図４Ａ、図４Ｂに示すように、複数（具体的には６本）の、ボルトやビスであるねじ３２３が間隔をおいて設けられる。こうして、本実施形態の太陽電池モジュール１は、第１カバー部３２２Ａまたは第２カバー部３２２Ｂを、基部３２１に対するねじ３２３の着脱により選択可能に備えることができる。このため、外周フレーム３のうち、カバー部３２２以外の部分を共通化できる。第１カバー部３２２Ａを取り付けた太陽電池モジュール１（１Ａ）は、積雪地（寒冷地）への設置に適する。また、第２カバー部３２２Ｂを取り付けた太陽電池モジュール１（１Ｂ）は、非積雪地（暖地）への設置に適する。

【0029】

下部フレーム３２が第１カバー部３２２Ａを備えた場合には、下部フレーム３２自体が雪止め機能を発揮するので、太陽電池モジュール１とは別に雪止め部材を設ける必要がない。また、前述のように、外周フレーム３の大部分の構成を共通化できるメリットがある。

【0030】

本実施形態では、基部３２１に対し、例えば屋根Ｒ上におけるモジュール設置状態での傾斜方向に沿う方向で下方（斜め下方）から上方（斜め上方）にねじ３２３が差し込まれることにより、カバー部３２２の取り付けがなされる。モジュール設置状態で、太陽電池モジュール１のうち、発電がなされるセル集合体２はモジュール設置状態での傾斜方向に沿って位置する。このように、モジュール設置状態での傾斜方向に沿う方向に延びるセル集合体２と平行にねじ３２３を差し込むことができる。このため、セル集合体２はねじ３２３と関係しないようにできるため、ねじ３２３のセル集合体２との干渉を考慮しなくてよく、また、ねじ３２３の取り付けによって発電効率が影響されない。

【0031】

第１カバー部３２２Ａは、図５に示すように、基部３２１に当接するものであって、セル集合体２の受光面（主面）に対して直交する下面部３２２１と、下面部３２２１に対して直交し（つまり、セル集合体２の受光面（主面）に対して平行であり）、モジュール受光面（具体的にはセル集合体２）の一部を覆う受光面対応部３２２２と、を有する。雪止め突起３２２３は、受光面対応部３２２２から下面部３２２１と反対方向に延び、かつ、モジュール設置状態での水平方向に延びる板状部分である。また、第１カバー部３２２Ａは、下面部３２２１において雪止め突起３２２３が形成された側の端部であって、受光面対応部３２２２と反対側に、板厚が拡大され、第１カバー部３２２Ａの長手方向に連続して延びる厚帯部３２２６が形成されている。

【0032】

一方、第２カバー部３２２Ｂは、図３に示すように、基部３２１に当接する下面部３２２１と、下面部３２２１に対して直交し、モジュール受光面の一部を覆う受光面対応部３２２２と、を有する点は第１カバー部３２２Ａと同じである。ただし、雪止め突起３２２３、厚帯部３２２６を有しない。

【0033】

雪止め突起３２２３は、受光面対応部３２２２に近い根元側である基端部での板厚が、突出端である先端部での板厚よりも大きい。このため、雪止め突起３２２３に雪の圧力に耐える強度を持たせられる。また、本実施形態では、受光面対応部３２２２と反対側に厚帯部３２２６が形成されている。このため、雪止め突起３２２３の基端部の板厚が更に大きくなっており、より一層強化されている。

【0034】

また、雪止め突起３２２３は、厚さ方向に貫通した連通部３２２４を有する。本実施形態の連通部３２２４は、図４Ｂに示すように、モジュール設置状態での水平方向中央と両端の３箇所に設けられている。なお、両端側の連通部３２２４は、第１カバー部３２２Ａの長手方向の一方が開放された形態である。この連通部３２２４により、雪止め突起３２２３に接して溜まる水（雨水や雪解け水）を斜め下方に流し去ることができる。このため、溜まり水の残留により、セル集合体２の受光面（主面）に、溜まり水に含まれていた塵埃が付着したり、苔が発生したりすることを抑制できる。

【0035】

また、雪止め突起３２２３の基端部が湾曲面３２２５を有していてアール形状とされている。なお、この部分は、湾曲面ではなく平面状の斜面を有していてもよい。また、連通部３２２４は湾曲面３２２５（または斜面）を有する部分よりも先端側に形成されている。つまり、連通部３２２４は雪止め突起３２２３の先端部から基端寄りに凹むように設けられた凹部である。雪止め突起３２２３において、湾曲面３２２５（または斜面）を有する部分、つまり、先端部よりも厚い部分が途切れず連続的に形成されるため、下部フレーム３２の強度を保ちつつ、連通部３２２４による斜め下方への排水が可能である。

【0036】

以上、本発明につき一実施形態を取り上げて説明してきたが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0037】

例えば、前記実施形態の太陽電池モジュール１は瓦型であり、例えば屋根材（瓦）の一部を置き換えるようにして建築物（家屋等）の屋根Ｒに配置することができるものであった。しかし、これに限定されず、屋根材（瓦）の上方に重ねて配置することもできる。更に、建築物（家屋等）の屋根Ｒとは関係なく設けられる架台上に配置されるものであっても、雪止めの必要性がある場合には適用してよい。

【0038】

また、前記実施形態では雪止め突起３２２３は板状とされていたが、これに限られず、例えば、複数の柱状部分が並んで形成されていてもよい。また、前記実施形態では一つの第１カバー部３２２Ａに凹部である連通部３２２４が設けられていた。しかしこれに限られず、第１カバー部３２２Ａを複数の部材から構成し、各部材間に隙間を空けて配置した場合のその隙間を連通部３２２４としてもよい。

【符号の説明】

【0039】

１ 太陽電池モジュール
１Ａ 雪止め突起を有する太陽電池モジュール
１Ｂ 雪止め突起を有しない太陽電池モジュール
２ セル集合体
２１ 太陽電池セル
２２ 太陽電池ストリング
３ 外周フレーム
３１ 上部フレーム
３２ 下部フレーム
３２１ 基部
３２２ カバー部
３２２Ａ 第１カバー部
３２２Ｂ 第２カバー部
３２２１ 下面部
３２２２ 受光面対応部
３２２３ 雪止め突起
３２２４ 連通部
３２２５ 湾曲面
３２２６ 厚帯部
３２３ 締結部材、ねじ
３３ 側方フレーム
４ ガスケット
Ｒ 屋根

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】