JP2012162967A - 太陽電池モジュール取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を減少させると共に軽量化を図ることのできる太陽電池モジュール取付構造を提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール２を弓状に湾曲した取付プレート３にて支持する。取付プレート３は、両端側の接続部１１，１２で太陽電池モジュール２と接続されると共に、取付部１３が太陽電池モジュール２から離間するように弓状に湾曲している。従って、取付プレート３は、太陽電池モジュール２に力が作用した場合に弾性力を発生させて太陽電池モジュール２を支持することができる。当該弾性力により太陽電池モジュール２を十分に支持することが出来る一方、構造は大幅に簡略化されている。これによって、部品点数を減少させると共に軽量化を図ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池モジュール取付構造に関する。

従来、太陽電池モジュールを構造物に取り付ける取付構造として、例えば特許文献１に示されるものが知られていた。この太陽電池モジュール取付構造は、屋根に固定された基礎固定台と、基礎固定台の上部に固定された下台と、下台の上部に配置された太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの上部に配置された上面カバーと、を備えている。上面カバーは、下台にねじ止め固定することによって太陽電池モジュールを固定している。このように、上面カバーを下台にねじ止め固定することで、太陽電池モジュールが直接固定されない構成としている。これによって、使用時に太陽電池モジュールが高温に達し、太陽電池モジュールが膨張する場合であっても、当該膨張によって固定部から太陽電池モジュールに圧力が加わり変形することを防止している。

特開２００１−２９５４３８号公報

しかしながら、上述の太陽電池モジュール取付構造では、太陽電池モジュールの取付のために、複数の複雑な取付部品が必要とされていた。これによって、取付構造の重量増加という課題が生じていた。従来より、部品点数を減少させると共に軽量化を図ることが求められていた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、部品点数を減少させると共に軽量化を図ることのできる太陽電池モジュール取付構造を提供することを目的とする。

本発明に係る太陽電池モジュール取付構造は、太陽電池モジュールを構造物に取り付ける太陽電池モジュール取付構造であって、太陽電池モジュールの裏面側に配置される取付プレートと、太陽電池モジュールの裏面側の中央位置に配置される集電部と、を備え、取付プレートは、両端側に太陽電池モジュールとの接続部を有すると共に、接続部同士の間に構造物との取付部を有し、取付部が太陽電池モジュールから離間するように弓状に湾曲していることを特徴とする。

この太陽電池モジュール取付構造は、太陽電池モジュールを弓状に湾曲した取付プレートにて支持することが可能となる。取付プレートは、両端側の接続部で太陽電池モジュールと接続されると共に、取付部が太陽電池モジュールから離間するように弓状に湾曲している。従って、取付プレートは、太陽電池モジュールに力が作用した場合に弾性力を発生させて太陽電池モジュールを支持することができる。また、太陽電池モジュールの裏面側に配置される集電部を支柱として機能させることで、太陽電池モジュールに対して何らかの力が作用しても、変形や破損を防止することができる。このような弾性力で太陽電池モジュールを十分に支持することが出来る一方、構造を大幅に簡略化することが可能となる。これによって、部品点数を減少させると共に軽量化を図ることができる。

また、本発明に係る太陽電池モジュール取付構造において、一対の取付プレートが、太陽電池モジュールの裏面側における両端部にそれぞれ配置されることが好ましい。このような構造とすることによって、バランスよく太陽電池モジュールを支持することができると共に、取付プレートの必要箇所を限定することで、一層軽量化を図ることができる。

本発明によれば、部品点数を減少させると共に軽量化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール取付構造を採用した場合における太陽電池モジュールの設置例を示す図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール取付構造を採用した場合における太陽電池モジュールの設置例を示す図である。 図１に示す太陽電池モジュール一枚分の太陽電池モジュール取付構造を拡大して示した図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの取付プレートの斜視図である。 取付構造の所定部位の拡大図である。 取付部及び固定構造付近を拡大した拡大図である。

以下、図面を参照して本発明に係る太陽電池モジュール取付構造について詳細に説明する。

図１及び図２は、本実施形態に係る太陽電池モジュール取付構造１を採用した場合における太陽電池モジュールの設置例を示す図である。図１は、太陽電池モジュールを取り付ける構造物ＳＴの外側から当該太陽電池モジュールを見た図である。図２は、構造物ＳＴを断面方向から見た図である。図３は、図１に示す太陽電池モジュール一枚分の太陽電池モジュール取付構造１を拡大して示した図である。ただし、固定用のボルト２９は仮想線で示す。図４は、本実施形態に係る太陽電池モジュール取付構造１の取付プレート３の斜視図である。図５は、取付構造の所定部位の拡大図である。図５（ａ）は図２のＡで示す部分を拡大した拡大図であり、図５（ｂ）は、集電部４の裏面４ａ付近の拡大図である。なお、図５（ａ）においては接続部１１付近の構成のみが示されているが、接続部１２付近においても同様の構成となっている。図６は、取付部１３及び固定構造６付近を拡大した拡大図である。本実施形態に係る設置例では、構造物ＳＴとして建造物の屋根を例にし、屋根に対して太陽電池モジュールを取り付ける構造について説明する。なお、以下の説明においては、屋根の傾斜の上側を「上」とし、下側を「下」とし、太陽電池モジュール２の外側（太陽光を受ける面）を「表」とし、構造物ＳＴ側を「裏」として説明する。

図１〜図４に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール取付構造１は、太陽電池モジュール２と、太陽電池モジュール２の裏面２ｂ側に配置される取付プレート３と、太陽電池モジュール２からの電気を集電する集電部４と、構造物ＳＴに設けられる固定構造６と、を備えている。

本実施形態では、太陽電池モジュール２は、矩形状の形状をなしており、フレームレスの構造を採用している。太陽電池モジュール２は、表面２ａで太陽光を受け、裏面２ｂ側で構造物ＳＴに支持される。図２に示すように、太陽電池モジュール２は、上側の端部２ｃが他の太陽電池モジュール２の下側の端部２ｄに重なる。具体的に、太陽電池モジュール２Ａの下側の端部２ｄは、裏面２ｂ側において、太陽電池モジュール２Ｂの上側の端部２ｃと重なる。太陽電池モジュール２Ｂの下側の端部２ｄは、裏面２ｂ側において、太陽電池モジュール２Ｃの上側の端部２ｃと重なる。太陽電池モジュール２Ｃの下側の端部２ｄは、裏面２ｂ側において、太陽電池モジュール２Ｄの上側の端部２ｃと重なる。太陽電池モジュール２Ｄの下側の端部２ｄは、裏面２ｂ側において、太陽電池モジュール２Ｅの上側の端部２ｃと重なる。なお、太陽電池モジュール２Ｃについては、取付前の状態が示されている（詳細な取付作業の詳細については後述する）。

図１〜図４に示すように、取付プレート３は、太陽電池モジュール２の厚さ方向に弾性力を発生させるように弓状に湾曲したプレートである。取付プレート３の材質は、耐力があり腐食しにくい金属、例えばＳＵＳなどが好ましい。取付プレート３は、湾曲する湾曲部１０と、湾曲部１０の長手方向の両端側に形成される太陽電池モジュール２との接続部１１，１２と、接続部１１，１２同士の間（すなわち湾曲部１０）に形成される構造物ＳＴとの取付部１３と、を備えている。取付部１３は、取付プレート３の長手方向における略中央位置に形成されている。取付プレート３は、長尺な金属プレートを、両端部（接続部１１，１２に対応する部分）を平板とした状態で、全体的（湾曲部１０に対応する部分）に湾曲させることによって形成される。これによって、取付プレート３は、取付部１３が太陽電池モジュール２から離間するように弓状に湾曲する構成となる。すなわち、取付プレート３は、取付部１３で構造物ＳＴに固定され、接続部１１，１２に向かって徐々に構造物ＳＴから離間するように湾曲している。これによって、太陽電池モジュール２は、構造物ＳＴから離間した状態で支持される。

本実施形態では、一つの太陽電池モジュール２に対して、一対の取付プレート３が配置される。取付プレート３は、太陽電池モジュール２の裏面２ｂ側における幅方向の両端部２ｅ，２ｆにそれぞれ配置される。すなわち、それぞれの取付プレート３は、太陽電池モジュール２の各端部２ｅ，２ｆに沿って延びるように配置される。太陽電池モジュール２のそれぞれの端部２ｅ，２ｆ側において、取付プレート３の接続部１１は太陽電池モジュール２の上側の端部２ｃに接続され、取付プレート３の接続部１２は太陽電池モジュール２の下側の端部２ｄに接続される。

接続部１１は平板状の形状を有しており、上面１１ａで太陽電池モジュール２の裏面２ｂと接続される（図５参照）。取付プレート３と太陽電池モジュール２とは接着剤で固定される。接着剤として、長期使用も劣化し難く、且つ弾性力を有するものを適用することが好ましい。接続部１１と湾曲部１０との間の折曲部１４は、Ｒ形状に湾曲している。これによって、折曲部１４も弾性力を発生させることができ、応力を分散させることができる。

取付部１３は、鍵孔部１６と、切欠部１７と、を有している。また、取付部１３付近では、取付プレート３の縁部が幅方向に大きくなることによって、幅広部１８が形成されている。各取付プレート３における幅広部１８は、太陽電池モジュール２の幅方向における外側へ向かってそれぞれ広くなっている。太陽電池モジュール２を表面２ａから見たときに、幅広部１８は、太陽電池モジュール２の各端部２ｅ，２ｆよりも外側までそれぞれ広がっている（図３参照）。このように取付部１３付近のみのプレート幅を大きくすることで、取付プレート３の全体としての重量を抑制しつつも、取付強度を向上させることができる。鍵孔部１６は、湾曲部１０の中央付近に形成されている貫通孔である（図６参照）。鍵孔部１６は円形孔部２１と、円形孔部２１から取付プレート３の長手方向に沿って延びる長孔部２２と、を有している。円形孔部２１の大きさは、後述の固定構造６における先端部を挿通可能な大きさに設定される。長孔部２２の幅は、固定構造６における先端部２８よりも小さく、柱部２７よりも大きい。切欠部１７は、長孔部２２の端部２２ａと幅方向に隣接する位置に形成される。切欠部１７は、幅広部１８の縁部１８ａを切り欠くことによって形成される。図３に示すように、切欠部１７は、太陽電池モジュール２を表面２ａから見たときに、太陽電池モジュール２よりも外側に配置される。これによって、ねじ止め作業がやり易くなる。

集電部４は、太陽電池モジュール２の裏面２ｂに取り付けられている。集電部４は、太陽電池モジュール２の裏面２ｂの中央位置に配置されている。本実施形態では、直方体状の集電部４が示されているが、形状や大きさは特に限定されない。集電部４の裏面４ａと構造物ＳＴとの間には、隙間ＳＰが形成されている（図５（ｂ）参照）。隙間ＳＰが形成されることで、取付プレート３が変形し弾性力を発生することができる。また、取付プレート３が一定量変形すると、集電部４の裏面４ａが構造物ＳＴと接触し、集電部４がストッパーとして機能する。取付プレート３の変異量が大きくなると、太陽電池モジュール２に応力が作用し破壊される可能性がある。従って、隙間ＳＰの大きさは、太陽電池モジュール２が破壊される変異量より小さくなるように設定される。

図６に示すように、固定構造６は、構造物ＳＴから外側へ突出するガイド部材２４と、ねじ孔部２６と、を有している。これらのガイド部材２４及びねじ孔部２６は、取付プレート３の取付部１３に対応する位置にそれぞれ形成されている。ガイド部材２４及びねじ孔部２６は、構造物ＳＴに直接設けられていてもよく、あるいはガイド部材２４及びねじ孔部２６が設けられた架台を構造物ＳＴに取り付けてもよい。ガイド部材２４は、構造物ＳＴの外側へ突出する柱部２７と、柱部２７の先端を大きくすることによって形成される先端部２８と、を有している。ねじ孔部２６は、柱部２７が長孔部２２の端部２２ａに配置されたときに、切欠部１７から露出する位置に形成されている。

次に、図２及び図６を参照して、太陽電池モジュール２と接続された取付プレート３を構造物ＳＴに取り付ける際の取付作業について説明する。まず、鍵孔部１６の円形孔部２１に対して固定構造６のガイド部材２４の先端部２８を挿通させる。この状態では、図２の太陽電池モジュール２Ｃのように、構造物ＳＴに対して太陽電池モジュール２が傾いた状態となる。太陽電池モジュール２及び取付プレート３をスライド方向Ｄ１へ円弧状にスライドさせる。これによって、長孔部２２がガイド部材２４の柱部２７にガイドされ、長孔部２２の端部２２ａが柱部２７と当接する位置で位置合わせが行われる。このとき、切欠部１７からねじ孔部２６が露出する状態となる。当該ねじ孔部２６に対してボルト２９をねじ止めすることによって、取付プレート３は、構造物ＳＴに固定される。ボルト２９の締結トルクは、取付プレート３が滑らないようなトルクに設定され、取付プレート３を構造物ＳＴに完全に固定する。

また、太陽電池モジュール２は円弧状にスライドして取り付けられるため、上下の端部２ｃ，２ｄを他の太陽電池モジュール２と重ね合わせることが可能となる。このように端部を重ね合わせる場合、重なり合う面が擦れることや、ぶつかり合うことにより太陽電池モジュールが破壊されることを防止するため、クッション部材を設けることが好ましい。あるいは強干渉を防ぐため、ブラケットを設置することで重なり合う面を接触させないようにすることが好ましい。

次に、本実施形態に係る太陽電池モジュール取付構造１の作用・効果について説明する。

まず、比較のため、従来の太陽電池モジュール取付構造について説明する。従来の太陽電池モジュール取付構造として、屋根に固定された基礎固定台と、基礎固定台の上部に固定された下台と、下台の上部に配置された太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの上部に配置された上面カバーと、を備えているものがある。この上面カバーは、下台にねじ止め固定することによって太陽電池モジュールを固定している。このように、上面カバーを下台にねじ止め固定することで、太陽電池モジュールが直接固定されない構成としている。これによって、使用時に太陽電池モジュールが高温に達し、太陽電池モジュールが膨張する場合であっても、当該膨張によって固定部から太陽電池モジュールに圧力が加わり変形することを防止している。

しかしながら、このような従来の太陽電池取付モジュール取付構造では、取付用の部材の点数が多く、重量が増加してしまうという問題がある。

また、上面カバーと下台の間に隙間を設けて太陽電池モジュールをスライドさせる構造においては機能損失が大きくなる可能性がある。例えば、隙間に雨水や黄砂などによって塵や砂埃が蓄積され隙間が無くなる可能性や、雨水の浸入によるスライド面の腐食や面内への砂埃の進入によりスライドしなくなる可能性がある。

また、上面カバーと下台で太陽電池モジュールを挟み、ねじ止め固定でスライドさせる構成であるため、ねじの軸力が低下し、ねじの緩みや外れが発生する可能性がある。例えば、ねじの軸力により面圧が加わっている太陽電池モジュールの面（接触面）は、スライド方向の応力（膨張や収縮による）やねじの軸方向の応力（軸力による）などの外部応力が重なり、座屈を起こす可能性がある。また、すべり（摩擦）によって、接触面が磨耗することでねじが緩む可能性がある。

また、積雪や風圧などの圧力（静荷重）によって、固定部品のエッジ部周辺の変形により応力集中が増加する可能性がある。例えば、外部応力が加わると、太陽電池モジュールが、その外部応力の強い方向に変形する。当該変形により、固定部材と太陽電池モジュールが接触する部分が支持点となる。この支持点付近では変形量が大きくなる。従って、当該変形によって太陽電池モジュールに圧縮や引張りなどの応力が発生する可能性がある。

以上のような従来構造の問題点も含め、太陽電池モジュールの取付においては、次のような課題があった。すなわち、複数の複雑な取付部品の構成により重量が増加するという課題があった。また、熱膨張や収縮、積雪や風圧による静荷重、降雹による衝撃など、各応力の集中という課題があった。また、ねじ固定部をスライドさせて応力緩和させる構造における、ねじ締結長期信頼性の低下という課題があった。また、複雑な取付構造による、取付作業性の悪化という課題があった。また、構造物に対し、瓦のように太陽電池モジュールを重ねて設置した場合、太陽電池モジュールを単品で取り外すことが出来ないという課題があった。

一方、本実施形態に係る太陽電池モジュール取付構造１では、取付プレート３は、両端側に太陽電池モジュール２との接続部１１，１２を有すると共に、接続部１１，１２同士の間に構造物ＳＴとの取付部１３を有し、取付部１３が太陽電池モジュール２から離間するように弓状に湾曲している。このような構造により、太陽電池モジュール２を弓状に湾曲した取付プレート３にて支持することが可能となる。取付プレート３は、両端側の接続部１１，１２で太陽電池モジュール２と接続されると共に、取付部１３が太陽電池モジュール２から離間するように弓状に湾曲している。従って、取付プレート３は、太陽電池モジュール２に力が作用した場合に弾性力を発生させて太陽電池モジュール２を支持することができる。

このような構成とすることで、太陽電池モジュール２の熱膨張や収縮による応力を逃がすために、取付プレート３のたわみを利用することができる。また、衝撃などを弓形の取付プレート３の弾性力で拡散させることができる。更に、接続部１１，１２と湾曲部１０との間の折曲部１４をＲ形状として弾性力を発生可能とすることで、太陽電池モジュール２に静荷重が作用しても、応力を拡散させることで接続部１１，１２付近での応力集中を抑制することができる。

また、集電部４を支柱として機能させることで、太陽電池モジュール２に対して積雪や風圧などの静荷重が作用しても、変形や破損を防止することができる。

以上のように取付プレート３による当該弾性力により太陽電池モジュール２を十分に支持することが出来る一方、構造は大幅に簡略化されている。これによって、部品点数を減少させると共に軽量化を図ることができる。

また、本実施形態に係る太陽電池モジュール取付構造１において、一対の取付プレート３が、太陽電池モジュール２の裏面２ｂ側における両端部２ｅ，２ｆにそれぞれ配置されている。このような構造とすることによって、バランスよく太陽電池モジュール２を支持することができると共に、取付プレート３の必要箇所を限定することで、一層軽量化を図ることができる。

また、本実施形態に係る太陽電池モジュール取付構造１は、従来構造のように、ねじ固定部をスライドさせて応力緩和させる構造ではなく、取付プレート３はボルト２９によって完全に構造物ＳＴに固定されている。従って、ねじ締結長期信頼性を向上させることができる。

更に、本実施形態に係る太陽電池モジュール取付構造１では、取付作業の作業性が大幅に向上する。すなわち、取付プレート３の鍵孔部１６にガイド部材２４を挿通させると共に、長孔部２２の端部２２ａまで円弧状にスライドさせるだけで位置決めができ、当該状態でボルト２９を締め付けるだけで取付可能である。このように取付作業を大幅に単純化できると共に、取り外し作業も容易に行うことができる。

また、このように太陽電池モジュール２を円弧状にスライドさせて取り付ける構成であるため、瓦のように、他の太陽電池モジュールと端部を重ね合わせて設置することが可能となる。更には、このように設置した場合であっても、太陽電池モジュール２を単品で取り外すことができる。

また、太陽電池モジュール２の上面にブラケットやフレームを無くす構成とすることが可能であり、これによって、降雨や降雪などによる水の溜まりを防止することができる。このような水の溜まりを防止することによって、水に含まれる不純物蓄積による発電効率の低下を防ぐことができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、構造物ＳＴは屋根に限定されず、太陽電池モジュールが設置され得るいかなるものであってもよい。また、太陽電池モジュールの設置時の配置、太陽電池モジュールの形状や大きさも特に限定されない。また、取付プレートは、弓形で弾性力を発生することができればよく、形状や大きさや、太陽電池モジュールに対する固定位置や個数は特に限定されない。

また、取付方法は上述の実施形態のものに限定されず、円弧状にスライドさせることなく、取付プレートを構造物ＳＴに取り付けてもよい。また、太陽電池モジュールと取付プレートの接続方法や接続位置も上述の実施形態のものに限定されず、取付プレートが弾性力を発生させることができれば、どのような接続であってもよい。

１…太陽電池モジュール取付構造、２…太陽電池モジュール、３…取付プレート、４…集電部、１１，１２…接続部、１３…取付部。

Claims (2)

1. 太陽電池モジュールを構造物に取り付ける太陽電池モジュール取付構造であって、
   前記太陽電池モジュールの裏面側に配置される取付プレートと、
   前記太陽電池モジュールの裏面側の中央位置に配置される集電部と、を備え、
   前記取付プレートは、両端側に前記太陽電池モジュールとの接続部を有すると共に、前記接続部同士の間に前記構造物との取付部を有し、前記取付部が前記太陽電池モジュールから離間するように弓状に湾曲していることを特徴とする太陽電池モジュール取付構造。
2. 一対の前記取付プレートが、前記太陽電池モジュールの裏面側における両端部にそれぞれ配置され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取付構造。

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