太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイ
【課題】 屋根等の構造物上への配置の自由度が高く、正圧荷重に対する強度に優れた太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを提供すること。
【解決手段】 互いに平行な第１側面および第２側面を有する太陽電池パネルと、前記第１側面を保護する第１フレーム部材と、前記第２側面を保護する第２フレーム部材と、前記太陽電池パネルの裏面側において、前記第１フレーム部材側から前記第２フレーム部材側へ該第２フレーム部材を越えて延びている長尺の１個以上の固定用部材とを備えており、該固定用部材は、前記太陽電池パネルの裏面側から平面視したときに、長手方向が前記第１側面および前記第２側面に対して直交する直線に対して非平行になるように配置されている太陽電池モジュールとする。また、このような太陽電池モジュールの複数を瓦重ねしている太陽電池アレイとする。
【解決手段】 互いに平行な第１側面および第２側面を有する太陽電池パネルと、前記第１側面を保護する第１フレーム部材と、前記第２側面を保護する第２フレーム部材と、前記太陽電池パネルの裏面側において、前記第１フレーム部材側から前記第２フレーム部材側へ該第２フレーム部材を越えて延びている長尺の１個以上の固定用部材とを備えており、該固定用部材は、前記太陽電池パネルの裏面側から平面視したときに、長手方向が前記第１側面および前記第２側面に対して直交する直線に対して非平行になるように配置されている太陽電池モジュールとする。また、このような太陽電池モジュールの複数を瓦重ねしている太陽電池アレイとする。
【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と、複数の太陽電池モジュールを例えば建物の屋根等の構造物の上に設置して、これら太陽電池モジュール同士を瓦重ねして成る太陽電池アレイとに関する。
【背景技術】
【０００２】
省資源の観点から、また、建物上部の重量低減による耐震性向上の観点から、屋根材一体型の太陽電池モジュールを用いた太陽電池アレイの普及が望まれている。また、このような太陽電池アレイには、特にメンテナンス性の向上および発電効率の向上が求められている。
【０００３】
そこで、屋根瓦１枚分の傾斜方向長さと、屋根瓦複数枚分の水平方向長さの太陽電池モジュールであって、その裏面側に傾斜方向へ伸びる固定用部材を有したものを屋根瓦と入れ替えて屋根上に葺くことができる技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０８４０９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、これまで例えば屋根上において、太陽電池モジュール同士が互いに干渉することなく、簡便に密に配置できるものがなく、屋根等の構造物への配置の自由度の高い太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイが要望されている。
【０００６】
また、太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイは、温暖な地域に加えて、例えば積雪量が多い降雪地域などにも設置できることが求められており、設置可能地域を広げることができて、正圧荷重に対する強度の高い太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイが要望されている。
【０００７】
そこで、本発明の目的の一つは、設置可能地域を広げることができて、屋根等の構造物上への配置の自由度が高く、しかも正圧荷重に対する強度に優れた、太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態に係る太陽電池モジュールは、互いに平行な第１側面および第２側面を有する太陽電池パネルと、前記第１側面を保護する第１フレーム部材と、前記第２側面を保護する第２フレーム部材と、前記太陽電池パネルの裏面側において、前記第１フレーム部材側から前記第２フレーム部材側へ該第２フレーム部材を越えて延びている長尺の１個以上の固定用部材とを備えており、該固定用部材は、前記太陽電池パネルの裏面側から平面視したときに、長手方向が前記第１側面および前記第２側面に対して直交する直線に対して非平行になるように配置されている。
【０００９】
また、本発明の一形態に係る太陽電池アレイは、上記太陽電池モジュールの複数を瓦重ねしてなるものである。なお、ここで瓦重ねとは、瓦同士が重なり合うように、例えば一端部と他端部とが同一方向にある２枚の太陽電池モジュールを考えた場合、一の太陽電池
モジュールの一端部で他の太陽電池モジュールの他端部を覆う状態で重なり合う状態をいうものとする。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイは、前記太陽電池パネルの裏面側から平面視したときに、固定用部材は、その長手方向が第１側面および第２側面に対して直交する直線に対して非平行である。
【００１１】
これにより、例えば屋根等の傾斜した構造物の傾斜面に、この傾斜方向へ複数の太陽電池モジュールを少なくとも一列に配置した太陽電池アレイを設置しようとする際に、傾斜面における上下方向に位置する太陽電池モジュールの固定用部材同士が干渉することがない。
【００１２】
そして、上記構成の太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイによれば、簡便な構成および簡便な方法によって、屋根等の上で複数の太陽電池モジュールを傾斜方向へ少なくとも一列に且つ密に整列した太陽電池アレイを設置することができる。
【００１３】
さらに、太陽電池アレイの発電量を増大させることが可能となり、屋根等の構造物上への配置の自由度の高い太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを提供できる。
【００１４】
また、上記構成の太陽電池アレイにおいて、瓦重ね状となった太陽電池モジュール同士の重なり部分では、下側の太陽電池モジュールの例えば棟側に配置される第２フレーム部材上に、上側の太陽電池モジュールの例えば軒側に配置される第１フレーム部材が位置する。そして、第２フレーム部材（例えば棟側）は例えば一対の固定用部材の場合、これら固定用部材によって２点で支持されるとともに、第１フレーム部材（例えば軒側）は例えば２個の固定用金具を介して第２フレーム部材上に支持される。
【００１５】
これにより、下側に位置する第２フレーム部材（例えば棟側）の２つの支点の間隔よりも、上側に位置する第１フレーム部材（例えば軒側）の２つの支点の間隔が広いことから、太陽電池パネルの撓みを低減して、太陽電子素子にクラック等の発生を抑制することができて、太陽電池アレイの設置可能地域を広げることができて、正圧荷重に対する強度の高い太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一形態に係る太陽電池アレイの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線で切断した様子を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線で切断した様子を示す断面図である。
【図２】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールを構成する太陽電池パネルの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線で切断した様子を示す断面図である。
【図３】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールを構成する固定用部材の一実施形態を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図５】本発明の一形態に係る太陽電池アレイの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は図１（ｂ）におけるＤ部の拡大図、（ｂ）は図１（ｃ）におけるＥ部の拡大図である。
【図６】本発明の一形態に係る太陽電池アレイの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は図１（ａ）の太陽電池アレイを受光面側からみたときの固定用部材の位置を示す模式図、（ｂ）は図１（ａ）の太陽電池モジュールの裏面へ導入された空気の流れを説明する模式図である。
【図７】本発明の一形態に係る太陽電池アレイの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は図６（ａ）におけるＦ−Ｆ’線で切断した様子を示す断面模式図、（ｂ）は（ａ）で示す構造に対して正圧荷重が加わったときの様子を説明する断面模式図、（ｃ）は本実施形態の効果を説明するための比較用の断面模式図、（ｄ）は（ｃ）で示す構造に対して正圧荷重が加わったときの断面模式図である。
【図８】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの変形例を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図、（ｂ）は背面図である。
【図９】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの変形例を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図、（ｂ）は背面図である。
【図１０】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの変形例を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図、（ｂ）は背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを構成する同一名称の部材については同一符号を付すものとし、重複した説明を省略する。また、図面は模式的に示したものであり、各図における構成要素のサイズおよび位置関係等は必ずしも正確に示したものではない。
【００１８】
＜太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイの基本構成＞
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、太陽電池アレイ１は、構造物の傾斜面２（例えば、野地板２ａと、この野地板２ａ上に傾斜方向へ一定間隔で配置された桟木２ｂとで構成される面（本実施形態では例えば屋根面））上に、複数の太陽電池モジュール３を固定した構造を有する。
【００１９】
また、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、各太陽電池モジュール３は、それを構成する太陽電池パネル１１の外周部を複数のフレーム部材で構成されるフレーム１２で補強して、太陽電池パネル１１の裏面に例えば一対の固定用部材２０を取り付けている。
【００２０】
なお、以下の説明では、傾斜面２に平行でかつ水平線に垂直な方向を傾斜方向Ｘとし、屋根面と平行でかつ水平線に沿って延びる方向を水平方向Ｙとし、傾斜方向Ｘおよび水平方向Ｙの双方に対して鉛直な方向を鉛直方向Ｚとする。また、通常、光を受けて発電に寄与する側の面を受光面とし、受光面と反対側の面を裏面とする。また、太陽電池アレイ１が傾斜面２上へ設置された際に、傾斜方向Ｘにおける上方向側を棟側とし、傾斜方向Ｘにおける下方向側を軒側とする。
【００２１】
＜太陽電池モジュール＞
まず、太陽電池モジュール３の具体的な構成例について説明する。
【００２２】
図２（ａ），（ｂ）および図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、太陽電池モジュール３は、太陽電池パネル１１を４個のフレーム部材（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）で構成されるフレーム１２で補強して、その裏面に例えば一対の固定用部材２０を取り付けている。太陽電池パネル１１は、主として光を受光する受光面１１ａ（透光性基板１４の一主面）と該受光面１１ａの反対側に位置する裏面１１ｂ（裏面保護部材１３の一主面）とを有している。
【００２３】
また、太陽電池パネル１１は、受光面１１ａ側から順に、太陽電池モジュール３の基板を兼ねる透光性基板１４と、熱硬化性樹脂からなる一対の充填材１５と、これら充填材１
５に周囲を保護されインナーリード１６で互いに電気的に接続された複数の太陽電池素子１７と、裏面保護部材１３とを備えている。さらに、太陽電池パネル１１は、太陽電池モジュール３の太陽電池素子１７で得られた出力を外部に取り出すための端子ボックス１８を備えている。
【００２４】
太陽電池パネル１１の外形は受光面側からみて矩形状である。以下、太陽電池アレイ１を設置した際に、軒側に位置する長辺を第１側面（例えば軒側）１１ｃとし、棟側に位置する長辺を第２側面（例えば棟側）１１ｄとし、一対の短辺を短辺１１ｅとする。
【００２５】
太陽電池パネルの非受光面１１ｂ側は全く受光（発電に寄与）しないわけではない。例えば、裏面保護部材１３および太陽電池素子１７と裏面保護部材１３との間に位置する充填材１５に、透光性を有するような材質を用いることによって、非受光面１１ｂ側から入射される光の一部を受けて発電に寄与させることができるので、このような形態を採用してもよい。
【００２６】
太陽電池素子１７は、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等からなる平板状の部材が用いられる。このようなシリコン基板を用いる場合は、上述したように、インナーリード１６で隣接するシリコン基板同士を電気的に接続すればよい。
【００２７】
また、太陽電池素子１７の種類は特に制限されない。例えば、太陽電池素子１７として、アモルファスシリコンからなる薄膜太陽電池、主に銅−インジウム−ガリウム−セレンの四元化合物からなるＣＩＧＳ系太陽電池、ＣｄＴｅ系太陽電池、または結晶シリコン基板上に薄膜アモルファスを形成した太陽電池等を用いてもよい。例えば、アモルファスシリコン系太陽電池、ＣＩＧＳ系太陽電池またはＣｄＴｅ系太陽電池を採用する場合、透光性基板上において、アモルファスシリコン層、ＣＩＧＳ層またはＣｄＴｅ層を透明電極等と組み合わせて適宜積層するようにしたものが利用できる。
【００２８】
また、端子ボックス１８は、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ樹脂）またはポリフェニレンオキサイド樹脂（ＰＰＯ樹脂）からなる箱体内にターミナル板を備えており、さらに端子ボックス１８の外部へ電力を導出する出力ケーブルを備えるものでよい。
【００２９】
フレーム１２は、太陽電池パネル１１を保護する機能を有する。フレーム１２の部材としてアルミニウム材を用いた場合、押し出し成形等で製造することができるので好適である。フレーム１２は例えば４個のフレーム部材を組み合わせて構成される。つまり、フレーム１２は第１フレーム部材（例えば軒側に配置される）１２ａと第２フレーム部材（例えば棟側に配置される）１２ｂと２個の第３フレーム部材（短辺）１２ｃとからなる。第１フレーム部材（軒側）１２ａは太陽電池パネル１１の第１側面（軒側）１１ｃを保護し、第２フレーム部材（棟側）１２ｂは太陽電池パネル１１の第２側面（棟側）１１ｄを保護し、さらに第３フレーム部材（短辺）１２ｃは、太陽電池パネル１１の短辺１１ｅを保護する。
【００３０】
なお、第２フレーム部材（棟側）１２ｂは、後述するように太陽電池アレイ１を設置して、太陽電池モジュール３同士が瓦重ねとなったときに影になる位置であることから、通常、日光が当たる位置にある第１フレーム部材（軒側）１２ａよりも、断面積を大きくして断面係数を高くすることができる。一方、第１フレーム部材（軒側）１２ａは、第２フレーム部材１２ｂに比べて断面積が小さいことから荷重が加わったときに撓みやすい。この点については後述する。
【００３１】
固定用部材２０は、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）および図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に
示すように、棟側端部の受光面側に第１鉤状部２４を有しており、棟側端部の裏面側へ延びた脚部２５をさらに有している。また、脚部２５には貫通孔２６が設けられている。この貫通孔２６を用いて、図１（ｂ）に示すように、木ねじ２７で野地板２ａに対して固定部材２０を固定させることができる。
【００３２】
また、固定用部材２０は、軒側端部にタップ加工が施されたねじ孔２８を有しており、締結ねじ２９によって第１フレーム部材（軒側）１２ａと締結されて固定させることができる。
【００３３】
さらに、固定用部材２０は、軒側の裏面側に第２鉤状部３０を備えている。第２鉤状部３０は、太陽電池アレイ１を設置したときに、軒側に配置された他の太陽電池モジュール３の第２フレーム部材（棟側）１２ｂに係合することができる。このような固定用部材２０は耐食性の観点から、ステンレスまたは溶融亜鉛メッキを施した鉄鋼などを用いて、プレス加工等によって製造することができる。
【００３４】
以下、太陽電池モジュール３を、裏面側から棟側を上にしてみたときに、左側に位置する固定用部材２０を第１固定用部材２０ａといい、右側に位置する固定用部材２０を第２固定用部材２０ｂというものとする。
【００３５】
固定用部材２０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、水平方向Ｙに互いに間隔を空けて配置されているとともに、固定用部材２０の長手方向が第１側面１１ｃと第２側面１１ｄに直交する直線に対して非平行に配置されている。なお、固定用部材２０の長手方向が第１側面１１ｃと第２側面１１ｄに直交する直線を、図３（ｂ）において、第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄのそれぞれの中点を通る第１直線４０として図示している。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、固定用部材２０は、その長手方向が第１直線４０に対して非平行である上に、第１直線４０に対して線対称に配置されており、第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂとの間隔は棟側へ向かうにしたがって漸次狭くなっている。また、図３（ｂ）の第１固定部材２０ａにおいて示すように、固定用部材２０はその長手方向が第１直線４０に対して平行である場合の、第１直線４０に平行で且つ脚部２５の両端を通る第２直線４１，第３直線４２に対して、非平行に配置されており且つ脚部２５が第２直線４１と第３直線４２とで挟まれた領域に重ならない位置に配置されている。つまり、固定用部材２０は、例えば第１直線４０に平行な第３直線４２に対する傾斜角θが１５°〜４５°であることが望ましい。本実施形態ではθを約２５°にしている。なお、本実施形態では第２直線４１と第３直線４２との距離は脚部２５の最大幅ｄ１に等しい。
【００３７】
太陽電池モジュール３が上記構成であることによって、太陽電池アレイ１を例えば屋根の上に設置した際に、第１固定部材２０ａと第２固定用部材２０ｂとの間において、下（軒）側から入って、上（棟）側へ勢いよく抜けることができる。これにより、太陽電池モジュール３の冷却効果を高めることができて、太陽電池モジュール３の発電効率の低下を抑制することができる。
【００３８】
また、太陽電池モジュール３の水平方向Ｙの長さは、太陽電池アレイ１を設置したときに、共に葺かれる屋根瓦５の外形寸法（または、瓦重ねした際には一つの瓦の表面に現れている面の幅）の略整数倍に合わせるのが好ましい。
【００３９】
また、太陽電池モジュール３の固定用部材２０は、１対の２個有するものに限定されず、３個以上有したものであってもよい。これにより、太陽電池パネル１１をさらに安定的に且つ堅固に支持することが可能になる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の太陽電池モジュール３は、互いに平行な第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄを有する太陽電池パネル１１と、第１側面１１ｃを保護する第１フレーム部材１２ａと、第２側面１１ｄを保護する第２フレーム部材１２ｂと、太陽電池パネル１１の裏面側において、第１フレーム部材１２ａ側から第２フレーム部材１２ｂ側へ第２フレーム部材１２ｂを越えて延びている長尺の固定用部材２０とを備えており、固定用部材２０は、太陽電池パネル１１の裏面側から平面視したときに、長手方向が第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄに対して直交する直線に対して非平行になるように配置されている。
【００４１】
また、固定用部材２０を複数個備えており、これら複数個の固定用部材２０は、第１フレーム部材１２ａの長さ方向に沿って間隔を空けて並んでいるとともに、これら複数個の固定用部材２０の内、両端に位置する第１固定用部材と第２固定用部材との第１フレーム部材１２ａ側の間隔は、前記第１固定用部材と前記第２固定用部材との前記第２フレーム部材側の間隔よりも広い。
【００４２】
＜太陽電池アレイ＞
次に、上記構成の太陽電池モジュールの複数を瓦重ねした太陽電池アレイ１の構成例について説明する。以下、説明の便宜上、上下に隣接して設置された２枚の太陽電池モジュールのうち、下側に位置する太陽電池モジュールを第１太陽電池モジュール３ａとして、上側に位置する太陽電池モジュールを第２太陽電池モジュール３ｂとする。
【００４３】
図５（ａ）に示すように、第１太陽電池モジュール３ａの第２フレーム部材（棟側）１２ｂを第２太陽電池モジュール３ｂの第２鉤状部３０で挟持することによって、第２太陽電池モジュール３ｂが第１太陽電池モジュール３ａ上に瓦重ね状に固定される。
【００４４】
一方、固定用部材２０がない位置では、図５（ｂ）に示すように、上段の第２太陽電池モジュール３ｂは下段の第１太陽電池モジュール３ａの第２フレーム部材（棟側）１２ｂの上部に覆い被さるように配置されている。
【００４５】
また、第２太陽電池モジュール３ｂの棟側は、木ねじ２７を固定用部材２０の貫通孔２６に挿通して、野地板２ａへ締めこむことで野地板２ａ上に固定される。
【００４６】
また、図１（ａ）に示すように、太陽電池モジュール３は、例えば建物の野地板２ａ上に、セラミックスまたは金属製の屋根瓦５と混在して設置することが可能である。つまり、太陽電池モジュール３を複数の屋根瓦５によって囲まれるように設置することができるし、屋根瓦５を太陽電池モジュール３同士の間に配した設置にすることもできるし、または屋根の一面を全て太陽電池モジュール３とした設置にすることもできる。
【００４７】
本実施形態では、屋根瓦５として例えば平坦な平板瓦を使用しているが、波型瓦を使用してもよい。また、屋根瓦５の施工方法として、棟側から軒側に向けて瓦材がジグザグ状に配置される施工方法を採用してもよく、または瓦材が棟から軒まで一列に並ぶように配置される施工方法を採用してもよい。なお、図１（ｂ）に示すように、屋根瓦５は野地板２ａ上に配された桟木２ｂに屋根瓦５の棟側端部の凸部を係止させる態様で設置される。
【００４８】
次に、上記太陽電池アレイ１の効果の詳細について説明する。図３（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール３の第１固定用部材２０ａおよび第２固定用部材２０ｂは、水平方向Ｙに間隔を空けて、太陽電池パネル１１の第１側面１１ｃと第２側面１１ｄに対して直交する第１直線４０に対して非平行に配置される。
【００４９】
これにより、図６（ａ）に示すように、太陽電池アレイ１は上下に隣接した太陽電池モ
ジュール３の間で固定用部材２０同士が干渉しないことから、太陽電池モジュール３を一列に整列して配置することができる。そして、太陽電池アレイを設置する際のレイアウトの自由度を高めることができる。また、太陽電池モジュール３を一列に整列すると、フレーム１２または隣接した太陽電池素子１７の間の目地が、傾斜方向Ｘに向けて一列になり統一感のある外観となって、太陽電池アレイ１の意匠性を高めることができる。
【００５０】
以下、第１太陽電池モジュール３ａを支持する固定用部材２０を、固定用部材（下）２０ｃといい、第２太陽電池モジュール３ｂを支持する固定用部材２０を、固定用部材（上）２０ｄというものとする。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、太陽電池アレイ１は、第１太陽電池モジュール３ａと第２太陽電池モジュール３ｂとの瓦重ねとなっている部分において、第１太陽電池モジュール３ａの第２フレーム部材（棟側）１２ｂが下方を２箇所で固定用部材（下）２０ｃによって支持されるとともに、第２フレーム部材（棟側）１２ｂ上に固定用部材（上）２０ｄを介して第２太陽電池モジュール３ｂの第１フレーム部材（軒側）１２ａが支持される構成である。
【００５２】
また、下側に位置する第２フレーム部材（棟側）１２ｂを支持する固定用部材（下）２０ｃの間隔は、上側に位置する第１フレーム部材（軒側）１２ａを支持する固定用部材（上）２０ｄの間隔よりも小さい。
【００５３】
図７（ｂ）に示すように、太陽電池アレイ１に積雪等の正圧荷重が加わったときに、第１太陽電池モジュール３ａと第２太陽電池モジュール３ｂとは下方に凸に撓みを生じて、それとともに第２フレーム部材（棟側）１２ｂと第１フレーム部材（軒側）１２ａとも撓みが生じる。このとき、上方に位置する第１フレーム部材（軒側）１２ａの区間（支点間）Ｇは、下方に位置する第２フレーム部材（棟側）１２ｂの区間（支点間）Ｈに当接して支持される。
【００５４】
ここで、第２フレーム部材（棟側）１２ｂの区間Ｈは、固定用部材（下）２０ｃに小さい長さで支持されていることから撓みが低減されている。また、固定用部材（下）２０ｃの配置位置は、鉛直方向Ｚでみて区間Ｇの内側に位置することから、第１フレーム部材１２ａは第２フレーム部材１２ｂを介して固定用部材２０ｃで支持される。これにより、上方に位置する第２太陽電池モジュール３ｂの第１フレーム部材（軒側）１２ａの撓みが低減され、太陽電池パネル１１のひずみが低減される。
【００５５】
上述したように、太陽電池素子１７への受光面積を大きく確保する観点から、第１フレーム部材（軒側）１２ａの断面係数は、第２フレーム部材（棟側）１２ｂの断面係数に比べて大きくすることが難しい。このため、太陽電池モジュール３の軒側が撓みやすくなっている。また、太陽電池パネル１１のひずみを低減するので、第１フレーム部材（軒側）１２ａの撓みを低減することは効果が高い。これにより、太陽電池パネル１１中の太陽電池素子１７のクラック、および、太陽電池素子１７とインナーリード１６の電気的接続の破損等を抑制することができる。
【００５６】
比較のために、図７（ａ），（ｂ）に示すように、第２フレーム部材（棟側）１２ｂの固定用部材（下）２０ｃと、第１フレーム部材（軒側）１２ａの固定用部材（上）２０ｄとの位置が、鉛直方向Ｚでみて同一直線上にある場合について説明する。太陽電池アレイ１に荷重が加わったとき、上側に位置する第１フレーム部材（軒側）１２ａと下側に位置する第２フレーム部材（棟側）１２ｂは両方とも中央で最大の撓みを生じる。このため、上側に位置する第１フレーム部材（軒側）１２ａが、下側の第２フレーム部材（棟側）１２ｂに当接するまでの撓みが大きくなる。このことから、本実施形態の太陽電池アレイよ
りも太陽電池素子のクラック等が生じる可能性が高まる。
【００５７】
また、図５（ｂ）に示すように、太陽電池アレイ１には瓦重ねしている２つの太陽電池モジュールの間に空気が流れる隙間を設けている。すなわち、太陽電池モジュール３の第２フレーム部材（軒側）１２ｂの下方に空気が流れる空隙３１を有している。これにより、太陽電池モジュール３の裏面側へ向けて、矢印のような経路による通気が可能である。この空隙３１を通じて、外気が吹き込み太陽電池モジュール３を冷却することができる。そして、太陽電池モジュール３の第１固定用部材２０ａおよび第２固定用部材２０ｂは第１直線４０に対して線対称であり、第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂで形成される空気の流路は、鉛直方向Ｚからみると、図６（ｂ）に示すように空隙３１の開口部側で広く、奥に向かうにしたがって間隔が狭くなっている。空隙３１を通じて流入した空気の流速は、流体の連続の式に従うと考えられることから、奥へ向かうにしたがって流路の断面積が狭くなるため、流速が早くなる。これにより、太陽電池アレイ１のさらに奥側まで低温の外気が吹き込んで流入するので、効率的に太陽電池アレイ１を冷却することができて、太陽電池アレイ１の発電効率の低下を抑制することが可能となる。
【００５８】
＜変形例１＞
次に、図８（ａ），（ｂ）を用いて、他の実施形態（変形例）に係る太陽電池アレイについて説明する。
【００５９】
図８（ａ），（ｂ）に示すように、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュール３の第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂの間隔が、棟側へ向かうにしたがって広くなる点で第１実施形態と相違する。
【００６０】
つまり、図８（ａ），（ｂ）に示す太陽電池モジュール３は、互いに平行な第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄを有する太陽電池パネル１１と、第１側面１１ｃを保護する第１フレーム部材１２ａと、第２側面１１ｄを保護する第２フレーム部材１２ｂと、太陽電池パネル１１の裏面側において、第１フレーム部材１２ａ側から第２フレーム部材１２ｂ側へ第２フレーム部材１２ｂを越えて延びている長尺の固定用部材２０とを備えている点、固定用部材２０は、太陽電池パネル１１の裏面側から平面視したときに、長手方向が第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄに対して直交する直線に対して非平行になるように配置されている点、および、複数個の固定用部材が第１フレーム部材１２ａの長さ方向に沿って間隔を空けて並んでいる点で共通する。しかし、これら複数個の固定用部材２０の内、両端に位置する第１固定用部材と第２固定用部材との第１フレーム部材１２ａ（軒）側の間隔が、前記第１固定用部材と前記第２固定用部材との第２フレーム部材１２ｂ（棟）側の間隔よりも狭い点で相違する。
【００６１】
より具体的には、図８に示すように、第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂは、水平方向Ｙに間隔をおいて第１直線４０に対して線対称に配置されるとともに、第１直線４０に対して非平行に配置されている。さらに第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂの間隔が、棟側に較べて軒側が狭くなるように配置されている。
【００６２】
このように固定用部材２０を配置したことによって、既に説明した実施形態の太陽電池アレイと同様にして、太陽電池モジュール３を例えば傾斜方向Ｘに向けて一列に配置した太陽電池アレイを設置することができる。
【００６３】
＜変形例２＞
上述した太陽電池モジュール３は、固定用部材２０として、第１固定用部材２０ａおよび第２固定用部材２０ｂの２個を備えたものであったが、３個以上の固定用部材２０を備えた太陽電池モジュール３を採用してもよい。
【００６４】
例えば図９に示すように、固定用部材２０として、第１固定用部材２０ａ、第２固定用部材２０ｂおよび第３固定用部材２０ｃの３個を備えた太陽電池モジュール３を採用してもよい。この太陽電池モジュール３の第１固定用部材２０ａおよび第２固定用部材２０ｂは、第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄのそれぞれの中点を通る第１直線４０に対して、それぞれ非平行である上に、第１直線４０に対して線対称に配置されている。また、図９の太陽電池モジュール３の例では、第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂの間に配置された第３固定用部材２０ｃが第２固定用部材２０ｂと略平行に配置されている。なお、この第３固定用部材２０ｃは第１固定用部材２０ａと略平行に配置されていてもよいし、他の固定用部材に対して非平行に配置されていてもよい。
【００６５】
また、例えば図１０に示すように、固定用部材２０として、第１固定用部材２０ａ、第２固定用部材２０ｂ、第３固定用部材２０ｃおよび第４固定用部材２０ｄの４個を備えた太陽電池モジュール３を採用してもよい。この太陽電池モジュール３の第１固定用部材２０ａ、第２固定用部材２０ｂ、第３固定用部材２０ｃおよび第４固定用部材２０ｄは、第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄのそれぞれの中点を通る第１直線４０に対して、それぞれ非平行である上に、第１直線４０に対して線対称に配置されている。また、図１０の太陽電池モジュール３の例では、第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂの間に配置された第３固定用部材２０ｃおよび第４固定用部材２０ｄのそれぞれが第１固定用部材２０ａまたは第２固定用部材２０ｂと略平行に配置されている。なお、この第３固定用部材２０ｃおよび第４固定用部材２０ｄは、第１固定用部材２０ａまたは第２固定用部材２０ｂと非平行に配置されていてもよい。
【００６６】
これら太陽電池モジュール３によれば、太陽電池モジュール３を積雪荷重または風荷重が大きくなる地域に設置する際に、太陽電池モジュール３が長尺状のものを採用しても、３個以上の固定用部材２０を配置させることで、荷重がかかった場合の太陽電池モジュール３の撓みを極力低減できて、耐荷重性能を高めることができる。これにより、太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイの屋根等の構造物上への配置の自由度を高めることができる。
【００６７】
＜その他＞
本実施形態に適用できる太陽電池モジュール３としては、上述の実施形態で説明したスーパーストレート構造のものに限られるものではなく、ガラスパッケージ構造または、サブストレート構造などの種々の構造のものに適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１：太陽電池アレイ
２：傾斜面
２ａ：野地板
２ｂ：桟木
３：太陽電池モジュール
３ａ：第１太陽電池モジュール
３ｂ：第２太陽電池モジュール
４：固定用部材
５：屋根瓦
１１：太陽電池パネル
１１ａ：受光面
１１ｂ：非受光面
１１ｃ：第１側面
１１ｄ：第２側面
１１ｅ：短辺
１２：フレーム
１２ａ：第１フレーム部材（軒側）
１２ｂ：第２フレーム部材（棟側）
１２ｃ：第３フレーム部材（側面）
１３：裏面保護部材
１４：透光性基板
１５：充填材
１６：インナーリード
１７：太陽電池素子
１８：端子ボックス
２０：固定用部材
２０ａ：第１固定用部材
２０ｂ：第２固定用部材
２０ｃ：固定用部材（下）
２０ｄ：固定用部材（上）
２４：第１鉤状部
２５：脚部
２６：貫通孔
２７：木ねじ
２８：ねじ孔
２９：締結ねじ
３０：第２鉤状部
３１：空隙
４０：第１直線
４１：第２直線
４２：第３直線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールと、複数の太陽電池モジュールを例えば建物の屋根等の構造物の上に設置して、これら太陽電池モジュール同士を瓦重ねして成る太陽電池アレイとに関する。
【背景技術】
【０００２】
省資源の観点から、また、建物上部の重量低減による耐震性向上の観点から、屋根材一体型の太陽電池モジュールを用いた太陽電池アレイの普及が望まれている。また、このような太陽電池アレイには、特にメンテナンス性の向上および発電効率の向上が求められている。
【０００３】
そこで、屋根瓦１枚分の傾斜方向長さと、屋根瓦複数枚分の水平方向長さの太陽電池モジュールであって、その裏面側に傾斜方向へ伸びる固定用部材を有したものを屋根瓦と入れ替えて屋根上に葺くことができる技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０８４０９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、これまで例えば屋根上において、太陽電池モジュール同士が互いに干渉することなく、簡便に密に配置できるものがなく、屋根等の構造物への配置の自由度の高い太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイが要望されている。
【０００６】
また、太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイは、温暖な地域に加えて、例えば積雪量が多い降雪地域などにも設置できることが求められており、設置可能地域を広げることができて、正圧荷重に対する強度の高い太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイが要望されている。
【０００７】
そこで、本発明の目的の一つは、設置可能地域を広げることができて、屋根等の構造物上への配置の自由度が高く、しかも正圧荷重に対する強度に優れた、太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態に係る太陽電池モジュールは、互いに平行な第１側面および第２側面を有する太陽電池パネルと、前記第１側面を保護する第１フレーム部材と、前記第２側面を保護する第２フレーム部材と、前記太陽電池パネルの裏面側において、前記第１フレーム部材側から前記第２フレーム部材側へ該第２フレーム部材を越えて延びている長尺の１個以上の固定用部材とを備えており、該固定用部材は、前記太陽電池パネルの裏面側から平面視したときに、長手方向が前記第１側面および前記第２側面に対して直交する直線に対して非平行になるように配置されている。
【０００９】
また、本発明の一形態に係る太陽電池アレイは、上記太陽電池モジュールの複数を瓦重ねしてなるものである。なお、ここで瓦重ねとは、瓦同士が重なり合うように、例えば一端部と他端部とが同一方向にある２枚の太陽電池モジュールを考えた場合、一の太陽電池
モジュールの一端部で他の太陽電池モジュールの他端部を覆う状態で重なり合う状態をいうものとする。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイは、前記太陽電池パネルの裏面側から平面視したときに、固定用部材は、その長手方向が第１側面および第２側面に対して直交する直線に対して非平行である。
【００１１】
これにより、例えば屋根等の傾斜した構造物の傾斜面に、この傾斜方向へ複数の太陽電池モジュールを少なくとも一列に配置した太陽電池アレイを設置しようとする際に、傾斜面における上下方向に位置する太陽電池モジュールの固定用部材同士が干渉することがない。
【００１２】
そして、上記構成の太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイによれば、簡便な構成および簡便な方法によって、屋根等の上で複数の太陽電池モジュールを傾斜方向へ少なくとも一列に且つ密に整列した太陽電池アレイを設置することができる。
【００１３】
さらに、太陽電池アレイの発電量を増大させることが可能となり、屋根等の構造物上への配置の自由度の高い太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを提供できる。
【００１４】
また、上記構成の太陽電池アレイにおいて、瓦重ね状となった太陽電池モジュール同士の重なり部分では、下側の太陽電池モジュールの例えば棟側に配置される第２フレーム部材上に、上側の太陽電池モジュールの例えば軒側に配置される第１フレーム部材が位置する。そして、第２フレーム部材（例えば棟側）は例えば一対の固定用部材の場合、これら固定用部材によって２点で支持されるとともに、第１フレーム部材（例えば軒側）は例えば２個の固定用金具を介して第２フレーム部材上に支持される。
【００１５】
これにより、下側に位置する第２フレーム部材（例えば棟側）の２つの支点の間隔よりも、上側に位置する第１フレーム部材（例えば軒側）の２つの支点の間隔が広いことから、太陽電池パネルの撓みを低減して、太陽電子素子にクラック等の発生を抑制することができて、太陽電池アレイの設置可能地域を広げることができて、正圧荷重に対する強度の高い太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一形態に係る太陽電池アレイの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線で切断した様子を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線で切断した様子を示す断面図である。
【図２】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールを構成する太陽電池パネルの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線で切断した様子を示す断面図である。
【図３】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールを構成する固定用部材の一実施形態を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図５】本発明の一形態に係る太陽電池アレイの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は図１（ｂ）におけるＤ部の拡大図、（ｂ）は図１（ｃ）におけるＥ部の拡大図である。
【図６】本発明の一形態に係る太陽電池アレイの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は図１（ａ）の太陽電池アレイを受光面側からみたときの固定用部材の位置を示す模式図、（ｂ）は図１（ａ）の太陽電池モジュールの裏面へ導入された空気の流れを説明する模式図である。
【図７】本発明の一形態に係る太陽電池アレイの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は図６（ａ）におけるＦ−Ｆ’線で切断した様子を示す断面模式図、（ｂ）は（ａ）で示す構造に対して正圧荷重が加わったときの様子を説明する断面模式図、（ｃ）は本実施形態の効果を説明するための比較用の断面模式図、（ｄ）は（ｃ）で示す構造に対して正圧荷重が加わったときの断面模式図である。
【図８】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの変形例を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図、（ｂ）は背面図である。
【図９】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの変形例を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図、（ｂ）は背面図である。
【図１０】本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの変形例を説明する図であり、（ａ）は受光面側からみた平面図、（ｂ）は背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイを構成する同一名称の部材については同一符号を付すものとし、重複した説明を省略する。また、図面は模式的に示したものであり、各図における構成要素のサイズおよび位置関係等は必ずしも正確に示したものではない。
【００１８】
＜太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイの基本構成＞
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、太陽電池アレイ１は、構造物の傾斜面２（例えば、野地板２ａと、この野地板２ａ上に傾斜方向へ一定間隔で配置された桟木２ｂとで構成される面（本実施形態では例えば屋根面））上に、複数の太陽電池モジュール３を固定した構造を有する。
【００１９】
また、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、各太陽電池モジュール３は、それを構成する太陽電池パネル１１の外周部を複数のフレーム部材で構成されるフレーム１２で補強して、太陽電池パネル１１の裏面に例えば一対の固定用部材２０を取り付けている。
【００２０】
なお、以下の説明では、傾斜面２に平行でかつ水平線に垂直な方向を傾斜方向Ｘとし、屋根面と平行でかつ水平線に沿って延びる方向を水平方向Ｙとし、傾斜方向Ｘおよび水平方向Ｙの双方に対して鉛直な方向を鉛直方向Ｚとする。また、通常、光を受けて発電に寄与する側の面を受光面とし、受光面と反対側の面を裏面とする。また、太陽電池アレイ１が傾斜面２上へ設置された際に、傾斜方向Ｘにおける上方向側を棟側とし、傾斜方向Ｘにおける下方向側を軒側とする。
【００２１】
＜太陽電池モジュール＞
まず、太陽電池モジュール３の具体的な構成例について説明する。
【００２２】
図２（ａ），（ｂ）および図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、太陽電池モジュール３は、太陽電池パネル１１を４個のフレーム部材（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）で構成されるフレーム１２で補強して、その裏面に例えば一対の固定用部材２０を取り付けている。太陽電池パネル１１は、主として光を受光する受光面１１ａ（透光性基板１４の一主面）と該受光面１１ａの反対側に位置する裏面１１ｂ（裏面保護部材１３の一主面）とを有している。
【００２３】
また、太陽電池パネル１１は、受光面１１ａ側から順に、太陽電池モジュール３の基板を兼ねる透光性基板１４と、熱硬化性樹脂からなる一対の充填材１５と、これら充填材１
５に周囲を保護されインナーリード１６で互いに電気的に接続された複数の太陽電池素子１７と、裏面保護部材１３とを備えている。さらに、太陽電池パネル１１は、太陽電池モジュール３の太陽電池素子１７で得られた出力を外部に取り出すための端子ボックス１８を備えている。
【００２４】
太陽電池パネル１１の外形は受光面側からみて矩形状である。以下、太陽電池アレイ１を設置した際に、軒側に位置する長辺を第１側面（例えば軒側）１１ｃとし、棟側に位置する長辺を第２側面（例えば棟側）１１ｄとし、一対の短辺を短辺１１ｅとする。
【００２５】
太陽電池パネルの非受光面１１ｂ側は全く受光（発電に寄与）しないわけではない。例えば、裏面保護部材１３および太陽電池素子１７と裏面保護部材１３との間に位置する充填材１５に、透光性を有するような材質を用いることによって、非受光面１１ｂ側から入射される光の一部を受けて発電に寄与させることができるので、このような形態を採用してもよい。
【００２６】
太陽電池素子１７は、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等からなる平板状の部材が用いられる。このようなシリコン基板を用いる場合は、上述したように、インナーリード１６で隣接するシリコン基板同士を電気的に接続すればよい。
【００２７】
また、太陽電池素子１７の種類は特に制限されない。例えば、太陽電池素子１７として、アモルファスシリコンからなる薄膜太陽電池、主に銅−インジウム−ガリウム−セレンの四元化合物からなるＣＩＧＳ系太陽電池、ＣｄＴｅ系太陽電池、または結晶シリコン基板上に薄膜アモルファスを形成した太陽電池等を用いてもよい。例えば、アモルファスシリコン系太陽電池、ＣＩＧＳ系太陽電池またはＣｄＴｅ系太陽電池を採用する場合、透光性基板上において、アモルファスシリコン層、ＣＩＧＳ層またはＣｄＴｅ層を透明電極等と組み合わせて適宜積層するようにしたものが利用できる。
【００２８】
また、端子ボックス１８は、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ樹脂）またはポリフェニレンオキサイド樹脂（ＰＰＯ樹脂）からなる箱体内にターミナル板を備えており、さらに端子ボックス１８の外部へ電力を導出する出力ケーブルを備えるものでよい。
【００２９】
フレーム１２は、太陽電池パネル１１を保護する機能を有する。フレーム１２の部材としてアルミニウム材を用いた場合、押し出し成形等で製造することができるので好適である。フレーム１２は例えば４個のフレーム部材を組み合わせて構成される。つまり、フレーム１２は第１フレーム部材（例えば軒側に配置される）１２ａと第２フレーム部材（例えば棟側に配置される）１２ｂと２個の第３フレーム部材（短辺）１２ｃとからなる。第１フレーム部材（軒側）１２ａは太陽電池パネル１１の第１側面（軒側）１１ｃを保護し、第２フレーム部材（棟側）１２ｂは太陽電池パネル１１の第２側面（棟側）１１ｄを保護し、さらに第３フレーム部材（短辺）１２ｃは、太陽電池パネル１１の短辺１１ｅを保護する。
【００３０】
なお、第２フレーム部材（棟側）１２ｂは、後述するように太陽電池アレイ１を設置して、太陽電池モジュール３同士が瓦重ねとなったときに影になる位置であることから、通常、日光が当たる位置にある第１フレーム部材（軒側）１２ａよりも、断面積を大きくして断面係数を高くすることができる。一方、第１フレーム部材（軒側）１２ａは、第２フレーム部材１２ｂに比べて断面積が小さいことから荷重が加わったときに撓みやすい。この点については後述する。
【００３１】
固定用部材２０は、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）および図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に
示すように、棟側端部の受光面側に第１鉤状部２４を有しており、棟側端部の裏面側へ延びた脚部２５をさらに有している。また、脚部２５には貫通孔２６が設けられている。この貫通孔２６を用いて、図１（ｂ）に示すように、木ねじ２７で野地板２ａに対して固定部材２０を固定させることができる。
【００３２】
また、固定用部材２０は、軒側端部にタップ加工が施されたねじ孔２８を有しており、締結ねじ２９によって第１フレーム部材（軒側）１２ａと締結されて固定させることができる。
【００３３】
さらに、固定用部材２０は、軒側の裏面側に第２鉤状部３０を備えている。第２鉤状部３０は、太陽電池アレイ１を設置したときに、軒側に配置された他の太陽電池モジュール３の第２フレーム部材（棟側）１２ｂに係合することができる。このような固定用部材２０は耐食性の観点から、ステンレスまたは溶融亜鉛メッキを施した鉄鋼などを用いて、プレス加工等によって製造することができる。
【００３４】
以下、太陽電池モジュール３を、裏面側から棟側を上にしてみたときに、左側に位置する固定用部材２０を第１固定用部材２０ａといい、右側に位置する固定用部材２０を第２固定用部材２０ｂというものとする。
【００３５】
固定用部材２０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、水平方向Ｙに互いに間隔を空けて配置されているとともに、固定用部材２０の長手方向が第１側面１１ｃと第２側面１１ｄに直交する直線に対して非平行に配置されている。なお、固定用部材２０の長手方向が第１側面１１ｃと第２側面１１ｄに直交する直線を、図３（ｂ）において、第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄのそれぞれの中点を通る第１直線４０として図示している。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、固定用部材２０は、その長手方向が第１直線４０に対して非平行である上に、第１直線４０に対して線対称に配置されており、第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂとの間隔は棟側へ向かうにしたがって漸次狭くなっている。また、図３（ｂ）の第１固定部材２０ａにおいて示すように、固定用部材２０はその長手方向が第１直線４０に対して平行である場合の、第１直線４０に平行で且つ脚部２５の両端を通る第２直線４１，第３直線４２に対して、非平行に配置されており且つ脚部２５が第２直線４１と第３直線４２とで挟まれた領域に重ならない位置に配置されている。つまり、固定用部材２０は、例えば第１直線４０に平行な第３直線４２に対する傾斜角θが１５°〜４５°であることが望ましい。本実施形態ではθを約２５°にしている。なお、本実施形態では第２直線４１と第３直線４２との距離は脚部２５の最大幅ｄ１に等しい。
【００３７】
太陽電池モジュール３が上記構成であることによって、太陽電池アレイ１を例えば屋根の上に設置した際に、第１固定部材２０ａと第２固定用部材２０ｂとの間において、下（軒）側から入って、上（棟）側へ勢いよく抜けることができる。これにより、太陽電池モジュール３の冷却効果を高めることができて、太陽電池モジュール３の発電効率の低下を抑制することができる。
【００３８】
また、太陽電池モジュール３の水平方向Ｙの長さは、太陽電池アレイ１を設置したときに、共に葺かれる屋根瓦５の外形寸法（または、瓦重ねした際には一つの瓦の表面に現れている面の幅）の略整数倍に合わせるのが好ましい。
【００３９】
また、太陽電池モジュール３の固定用部材２０は、１対の２個有するものに限定されず、３個以上有したものであってもよい。これにより、太陽電池パネル１１をさらに安定的に且つ堅固に支持することが可能になる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の太陽電池モジュール３は、互いに平行な第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄを有する太陽電池パネル１１と、第１側面１１ｃを保護する第１フレーム部材１２ａと、第２側面１１ｄを保護する第２フレーム部材１２ｂと、太陽電池パネル１１の裏面側において、第１フレーム部材１２ａ側から第２フレーム部材１２ｂ側へ第２フレーム部材１２ｂを越えて延びている長尺の固定用部材２０とを備えており、固定用部材２０は、太陽電池パネル１１の裏面側から平面視したときに、長手方向が第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄに対して直交する直線に対して非平行になるように配置されている。
【００４１】
また、固定用部材２０を複数個備えており、これら複数個の固定用部材２０は、第１フレーム部材１２ａの長さ方向に沿って間隔を空けて並んでいるとともに、これら複数個の固定用部材２０の内、両端に位置する第１固定用部材と第２固定用部材との第１フレーム部材１２ａ側の間隔は、前記第１固定用部材と前記第２固定用部材との前記第２フレーム部材側の間隔よりも広い。
【００４２】
＜太陽電池アレイ＞
次に、上記構成の太陽電池モジュールの複数を瓦重ねした太陽電池アレイ１の構成例について説明する。以下、説明の便宜上、上下に隣接して設置された２枚の太陽電池モジュールのうち、下側に位置する太陽電池モジュールを第１太陽電池モジュール３ａとして、上側に位置する太陽電池モジュールを第２太陽電池モジュール３ｂとする。
【００４３】
図５（ａ）に示すように、第１太陽電池モジュール３ａの第２フレーム部材（棟側）１２ｂを第２太陽電池モジュール３ｂの第２鉤状部３０で挟持することによって、第２太陽電池モジュール３ｂが第１太陽電池モジュール３ａ上に瓦重ね状に固定される。
【００４４】
一方、固定用部材２０がない位置では、図５（ｂ）に示すように、上段の第２太陽電池モジュール３ｂは下段の第１太陽電池モジュール３ａの第２フレーム部材（棟側）１２ｂの上部に覆い被さるように配置されている。
【００４５】
また、第２太陽電池モジュール３ｂの棟側は、木ねじ２７を固定用部材２０の貫通孔２６に挿通して、野地板２ａへ締めこむことで野地板２ａ上に固定される。
【００４６】
また、図１（ａ）に示すように、太陽電池モジュール３は、例えば建物の野地板２ａ上に、セラミックスまたは金属製の屋根瓦５と混在して設置することが可能である。つまり、太陽電池モジュール３を複数の屋根瓦５によって囲まれるように設置することができるし、屋根瓦５を太陽電池モジュール３同士の間に配した設置にすることもできるし、または屋根の一面を全て太陽電池モジュール３とした設置にすることもできる。
【００４７】
本実施形態では、屋根瓦５として例えば平坦な平板瓦を使用しているが、波型瓦を使用してもよい。また、屋根瓦５の施工方法として、棟側から軒側に向けて瓦材がジグザグ状に配置される施工方法を採用してもよく、または瓦材が棟から軒まで一列に並ぶように配置される施工方法を採用してもよい。なお、図１（ｂ）に示すように、屋根瓦５は野地板２ａ上に配された桟木２ｂに屋根瓦５の棟側端部の凸部を係止させる態様で設置される。
【００４８】
次に、上記太陽電池アレイ１の効果の詳細について説明する。図３（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール３の第１固定用部材２０ａおよび第２固定用部材２０ｂは、水平方向Ｙに間隔を空けて、太陽電池パネル１１の第１側面１１ｃと第２側面１１ｄに対して直交する第１直線４０に対して非平行に配置される。
【００４９】
これにより、図６（ａ）に示すように、太陽電池アレイ１は上下に隣接した太陽電池モ
ジュール３の間で固定用部材２０同士が干渉しないことから、太陽電池モジュール３を一列に整列して配置することができる。そして、太陽電池アレイを設置する際のレイアウトの自由度を高めることができる。また、太陽電池モジュール３を一列に整列すると、フレーム１２または隣接した太陽電池素子１７の間の目地が、傾斜方向Ｘに向けて一列になり統一感のある外観となって、太陽電池アレイ１の意匠性を高めることができる。
【００５０】
以下、第１太陽電池モジュール３ａを支持する固定用部材２０を、固定用部材（下）２０ｃといい、第２太陽電池モジュール３ｂを支持する固定用部材２０を、固定用部材（上）２０ｄというものとする。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、太陽電池アレイ１は、第１太陽電池モジュール３ａと第２太陽電池モジュール３ｂとの瓦重ねとなっている部分において、第１太陽電池モジュール３ａの第２フレーム部材（棟側）１２ｂが下方を２箇所で固定用部材（下）２０ｃによって支持されるとともに、第２フレーム部材（棟側）１２ｂ上に固定用部材（上）２０ｄを介して第２太陽電池モジュール３ｂの第１フレーム部材（軒側）１２ａが支持される構成である。
【００５２】
また、下側に位置する第２フレーム部材（棟側）１２ｂを支持する固定用部材（下）２０ｃの間隔は、上側に位置する第１フレーム部材（軒側）１２ａを支持する固定用部材（上）２０ｄの間隔よりも小さい。
【００５３】
図７（ｂ）に示すように、太陽電池アレイ１に積雪等の正圧荷重が加わったときに、第１太陽電池モジュール３ａと第２太陽電池モジュール３ｂとは下方に凸に撓みを生じて、それとともに第２フレーム部材（棟側）１２ｂと第１フレーム部材（軒側）１２ａとも撓みが生じる。このとき、上方に位置する第１フレーム部材（軒側）１２ａの区間（支点間）Ｇは、下方に位置する第２フレーム部材（棟側）１２ｂの区間（支点間）Ｈに当接して支持される。
【００５４】
ここで、第２フレーム部材（棟側）１２ｂの区間Ｈは、固定用部材（下）２０ｃに小さい長さで支持されていることから撓みが低減されている。また、固定用部材（下）２０ｃの配置位置は、鉛直方向Ｚでみて区間Ｇの内側に位置することから、第１フレーム部材１２ａは第２フレーム部材１２ｂを介して固定用部材２０ｃで支持される。これにより、上方に位置する第２太陽電池モジュール３ｂの第１フレーム部材（軒側）１２ａの撓みが低減され、太陽電池パネル１１のひずみが低減される。
【００５５】
上述したように、太陽電池素子１７への受光面積を大きく確保する観点から、第１フレーム部材（軒側）１２ａの断面係数は、第２フレーム部材（棟側）１２ｂの断面係数に比べて大きくすることが難しい。このため、太陽電池モジュール３の軒側が撓みやすくなっている。また、太陽電池パネル１１のひずみを低減するので、第１フレーム部材（軒側）１２ａの撓みを低減することは効果が高い。これにより、太陽電池パネル１１中の太陽電池素子１７のクラック、および、太陽電池素子１７とインナーリード１６の電気的接続の破損等を抑制することができる。
【００５６】
比較のために、図７（ａ），（ｂ）に示すように、第２フレーム部材（棟側）１２ｂの固定用部材（下）２０ｃと、第１フレーム部材（軒側）１２ａの固定用部材（上）２０ｄとの位置が、鉛直方向Ｚでみて同一直線上にある場合について説明する。太陽電池アレイ１に荷重が加わったとき、上側に位置する第１フレーム部材（軒側）１２ａと下側に位置する第２フレーム部材（棟側）１２ｂは両方とも中央で最大の撓みを生じる。このため、上側に位置する第１フレーム部材（軒側）１２ａが、下側の第２フレーム部材（棟側）１２ｂに当接するまでの撓みが大きくなる。このことから、本実施形態の太陽電池アレイよ
りも太陽電池素子のクラック等が生じる可能性が高まる。
【００５７】
また、図５（ｂ）に示すように、太陽電池アレイ１には瓦重ねしている２つの太陽電池モジュールの間に空気が流れる隙間を設けている。すなわち、太陽電池モジュール３の第２フレーム部材（軒側）１２ｂの下方に空気が流れる空隙３１を有している。これにより、太陽電池モジュール３の裏面側へ向けて、矢印のような経路による通気が可能である。この空隙３１を通じて、外気が吹き込み太陽電池モジュール３を冷却することができる。そして、太陽電池モジュール３の第１固定用部材２０ａおよび第２固定用部材２０ｂは第１直線４０に対して線対称であり、第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂで形成される空気の流路は、鉛直方向Ｚからみると、図６（ｂ）に示すように空隙３１の開口部側で広く、奥に向かうにしたがって間隔が狭くなっている。空隙３１を通じて流入した空気の流速は、流体の連続の式に従うと考えられることから、奥へ向かうにしたがって流路の断面積が狭くなるため、流速が早くなる。これにより、太陽電池アレイ１のさらに奥側まで低温の外気が吹き込んで流入するので、効率的に太陽電池アレイ１を冷却することができて、太陽電池アレイ１の発電効率の低下を抑制することが可能となる。
【００５８】
＜変形例１＞
次に、図８（ａ），（ｂ）を用いて、他の実施形態（変形例）に係る太陽電池アレイについて説明する。
【００５９】
図８（ａ），（ｂ）に示すように、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュール３の第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂの間隔が、棟側へ向かうにしたがって広くなる点で第１実施形態と相違する。
【００６０】
つまり、図８（ａ），（ｂ）に示す太陽電池モジュール３は、互いに平行な第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄを有する太陽電池パネル１１と、第１側面１１ｃを保護する第１フレーム部材１２ａと、第２側面１１ｄを保護する第２フレーム部材１２ｂと、太陽電池パネル１１の裏面側において、第１フレーム部材１２ａ側から第２フレーム部材１２ｂ側へ第２フレーム部材１２ｂを越えて延びている長尺の固定用部材２０とを備えている点、固定用部材２０は、太陽電池パネル１１の裏面側から平面視したときに、長手方向が第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄに対して直交する直線に対して非平行になるように配置されている点、および、複数個の固定用部材が第１フレーム部材１２ａの長さ方向に沿って間隔を空けて並んでいる点で共通する。しかし、これら複数個の固定用部材２０の内、両端に位置する第１固定用部材と第２固定用部材との第１フレーム部材１２ａ（軒）側の間隔が、前記第１固定用部材と前記第２固定用部材との第２フレーム部材１２ｂ（棟）側の間隔よりも狭い点で相違する。
【００６１】
より具体的には、図８に示すように、第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂは、水平方向Ｙに間隔をおいて第１直線４０に対して線対称に配置されるとともに、第１直線４０に対して非平行に配置されている。さらに第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂの間隔が、棟側に較べて軒側が狭くなるように配置されている。
【００６２】
このように固定用部材２０を配置したことによって、既に説明した実施形態の太陽電池アレイと同様にして、太陽電池モジュール３を例えば傾斜方向Ｘに向けて一列に配置した太陽電池アレイを設置することができる。
【００６３】
＜変形例２＞
上述した太陽電池モジュール３は、固定用部材２０として、第１固定用部材２０ａおよび第２固定用部材２０ｂの２個を備えたものであったが、３個以上の固定用部材２０を備えた太陽電池モジュール３を採用してもよい。
【００６４】
例えば図９に示すように、固定用部材２０として、第１固定用部材２０ａ、第２固定用部材２０ｂおよび第３固定用部材２０ｃの３個を備えた太陽電池モジュール３を採用してもよい。この太陽電池モジュール３の第１固定用部材２０ａおよび第２固定用部材２０ｂは、第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄのそれぞれの中点を通る第１直線４０に対して、それぞれ非平行である上に、第１直線４０に対して線対称に配置されている。また、図９の太陽電池モジュール３の例では、第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂの間に配置された第３固定用部材２０ｃが第２固定用部材２０ｂと略平行に配置されている。なお、この第３固定用部材２０ｃは第１固定用部材２０ａと略平行に配置されていてもよいし、他の固定用部材に対して非平行に配置されていてもよい。
【００６５】
また、例えば図１０に示すように、固定用部材２０として、第１固定用部材２０ａ、第２固定用部材２０ｂ、第３固定用部材２０ｃおよび第４固定用部材２０ｄの４個を備えた太陽電池モジュール３を採用してもよい。この太陽電池モジュール３の第１固定用部材２０ａ、第２固定用部材２０ｂ、第３固定用部材２０ｃおよび第４固定用部材２０ｄは、第１側面１１ｃおよび第２側面１１ｄのそれぞれの中点を通る第１直線４０に対して、それぞれ非平行である上に、第１直線４０に対して線対称に配置されている。また、図１０の太陽電池モジュール３の例では、第１固定用部材２０ａと第２固定用部材２０ｂの間に配置された第３固定用部材２０ｃおよび第４固定用部材２０ｄのそれぞれが第１固定用部材２０ａまたは第２固定用部材２０ｂと略平行に配置されている。なお、この第３固定用部材２０ｃおよび第４固定用部材２０ｄは、第１固定用部材２０ａまたは第２固定用部材２０ｂと非平行に配置されていてもよい。
【００６６】
これら太陽電池モジュール３によれば、太陽電池モジュール３を積雪荷重または風荷重が大きくなる地域に設置する際に、太陽電池モジュール３が長尺状のものを採用しても、３個以上の固定用部材２０を配置させることで、荷重がかかった場合の太陽電池モジュール３の撓みを極力低減できて、耐荷重性能を高めることができる。これにより、太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイの屋根等の構造物上への配置の自由度を高めることができる。
【００６７】
＜その他＞
本実施形態に適用できる太陽電池モジュール３としては、上述の実施形態で説明したスーパーストレート構造のものに限られるものではなく、ガラスパッケージ構造または、サブストレート構造などの種々の構造のものに適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１：太陽電池アレイ
２：傾斜面
２ａ：野地板
２ｂ：桟木
３：太陽電池モジュール
３ａ：第１太陽電池モジュール
３ｂ：第２太陽電池モジュール
４：固定用部材
５：屋根瓦
１１：太陽電池パネル
１１ａ：受光面
１１ｂ：非受光面
１１ｃ：第１側面
１１ｄ：第２側面
１１ｅ：短辺
１２：フレーム
１２ａ：第１フレーム部材（軒側）
１２ｂ：第２フレーム部材（棟側）
１２ｃ：第３フレーム部材（側面）
１３：裏面保護部材
１４：透光性基板
１５：充填材
１６：インナーリード
１７：太陽電池素子
１８：端子ボックス
２０：固定用部材
２０ａ：第１固定用部材
２０ｂ：第２固定用部材
２０ｃ：固定用部材（下）
２０ｄ：固定用部材（上）
２４：第１鉤状部
２５：脚部
２６：貫通孔
２７：木ねじ
２８：ねじ孔
２９：締結ねじ
３０：第２鉤状部
３１：空隙
４０：第１直線
４１：第２直線
４２：第３直線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な第１側面および第２側面を有する太陽電池パネルと、
前記第１側面を保護する第１フレーム部材と、
前記第２側面を保護する第２フレーム部材と、
前記太陽電池パネルの裏面側において、前記第１フレーム部材側から前記第２フレーム部材側へ該第２フレーム部材を越えて延びている長尺の１個以上の固定用部材とを備えており、
該固定用部材は、前記太陽電池パネルの裏面側から平面視したときに、長手方向が前記第１側面および前記第２側面に対して直交する直線に対して非平行になるように配置されている太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記固定用部材を複数個備えており、これら複数個の前記固定用部材は前記第１フレーム部材の長さ方向に沿って間隔を空けて並んでいるとともに、これら複数個の前記固定用部材の内、両端に位置する第１固定用部材と第２固定用部材との前記第１フレーム部材側の間隔は、前記第１固定用部材と前記第２固定用部材との前記第２フレーム部材側の間隔よりも広い請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの複数を瓦重ねしている太陽電池アレイ。
【請求項４】
瓦重ねしている２つの太陽電池モジュールの間に空気が流れる隙間を設けている請求項３に記載の太陽電池アレイ。
【請求項１】
互いに平行な第１側面および第２側面を有する太陽電池パネルと、
前記第１側面を保護する第１フレーム部材と、
前記第２側面を保護する第２フレーム部材と、
前記太陽電池パネルの裏面側において、前記第１フレーム部材側から前記第２フレーム部材側へ該第２フレーム部材を越えて延びている長尺の１個以上の固定用部材とを備えており、
該固定用部材は、前記太陽電池パネルの裏面側から平面視したときに、長手方向が前記第１側面および前記第２側面に対して直交する直線に対して非平行になるように配置されている太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記固定用部材を複数個備えており、これら複数個の前記固定用部材は前記第１フレーム部材の長さ方向に沿って間隔を空けて並んでいるとともに、これら複数個の前記固定用部材の内、両端に位置する第１固定用部材と第２固定用部材との前記第１フレーム部材側の間隔は、前記第１固定用部材と前記第２固定用部材との前記第２フレーム部材側の間隔よりも広い請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの複数を瓦重ねしている太陽電池アレイ。
【請求項４】
瓦重ねしている２つの太陽電池モジュールの間に空気が流れる隙間を設けている請求項３に記載の太陽電池アレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８４９４８（Ｐ２０１３−８４９４８Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１５６５６（Ｐ２０１２−２１５６５６）
【出願日】平成２４年９月２８日（２０１２．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月２８日（２０１２．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]