太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽電池アレイ
【課題】高い強度を備えるとともにひずみの発生を効率的に低減することができる太陽モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル２と、太陽電池パネル２の外周部に配置されたフレームと、太陽電池パネル２の裏面側に配置され前記フレームに渡設された補助フレーム１６とを備える。前記フレームは、第１固定部４１と、第１固定部４１よりも長くかつ第１固定部４１と対向する対向部分１１ａおよび第１固定部４１に対向しない非対向部分１１ｂを有する第２固定部４２とを有する。補助フレーム１６は、太陽電池パネル２の裏面側から見たときに、一端が第２固定部４２の非対向部分１１ｂに接続され、中央部が太陽電池パネル２の裏面における第１固定部４１と第２固定部４２の対向部分１１ａとで挟まれた第１領域Ｒ１以外の第２領域Ｒ２を通り、他の一端が、第１領域Ｒ１に向かって傾斜するように配置されている。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル２と、太陽電池パネル２の外周部に配置されたフレームと、太陽電池パネル２の裏面側に配置され前記フレームに渡設された補助フレーム１６とを備える。前記フレームは、第１固定部４１と、第１固定部４１よりも長くかつ第１固定部４１と対向する対向部分１１ａおよび第１固定部４１に対向しない非対向部分１１ｂを有する第２固定部４２とを有する。補助フレーム１６は、太陽電池パネル２の裏面側から見たときに、一端が第２固定部４２の非対向部分１１ｂに接続され、中央部が太陽電池パネル２の裏面における第１固定部４１と第２固定部４２の対向部分１１ａとで挟まれた第１領域Ｒ１以外の第２領域Ｒ２を通り、他の一端が、第１領域Ｒ１に向かって傾斜するように配置されている。
【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およびそれを用いた太陽電池アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、積雪荷重や風圧荷重を加えられるとひずみを生じ、このひずみにより太陽電池モジュール中の太陽電池素子のクラックや、太陽電池素子とインナーリードの電気的接続部に剥離が生じる可能性がある。このことから荷重に対して強度の高い構造の太陽電池モジュールが求められている。そこで、強度を高めた構造の太陽電池モジュールとして、矩形の太陽電池モジュールであって、その裏面側のフレーム間に補助フレームを架設した太陽電池モジュールが提案されている。（例えば、下記の特許文献１を参照）。
【０００３】
一方、太陽電池モジュールは、屋根面などの種々の形状の被設置面における充填率を高めて、被設置面における発電容量の向上が求められている。そこで、台形や三角形の屋根面に、高い充填率で設置できる太陽電池モジュールとして、屋根面の斜辺に沿った傾斜部を有する太陽電池モジュールが提案されている。（例えば、下記の特許文献２を参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６６２５公報
【特許文献２】特開２００２−７６４２２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された矩形の太陽電池モジュールは、中心線に対して線対称な形状である。そのため、荷重が加えられたとき、応力は受光面側から見て中心線に対して線対称に分布し、太陽電池モジュールの変位は中心線の交点で最大となる。このとき、特許文献１に開示されたように、太陽電池モジュールの一辺と平行で前記交点を通るように前記補助フレームを配置することによって、太陽電池モジュールのひずみを低減することができた。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に示されたような傾斜部を有する太陽電池モジュールは、矩形の太陽電池モジュールと比較して、被設置面に対する固定部分が小さいとともに、非対称に分布したひずみを生じる。このことから、強度を高めるとともに、効率的に太陽電池モジュールのひずみを低減することが求められる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、傾斜部を有する太陽電池モジュールであって、高い強度を備えるとともにひずみを効率的に低減した、太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、太陽電池パネルと、該太陽電池パネルの外周部に配置されたフレームと、前記太陽電池パネルの裏面側に配置され前記フレームに渡設された補助フレームとを備える。前記フレームは、被設置面に固定されるとともに略平行に位置して互いに長さが異なる２つの固定部を有している。該２つの固定部は、第１固定部と、該第１固定部よりも長くかつ前記第１固定部と対向する対向部分および前記第１固定部に対向しない非対向部分を有する第２固定部とを有する。前記補助フレームは、前記太陽電池パネルの前記裏面側から見たときに、一端が前記第２固定部の前記非対
向部分に接続され、中央部が前記裏面における前記第１固定部と前記第２固定部の前記対向部分とで挟まれた第１領域以外の第２領域を通り、他の一端が、前記第１領域に向かって傾斜するように配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
上述の太陽電池モジュールによれば、略平行に位置し互いに長さが異なる２つの固定部を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池パネルに非対称に分布したひずみを効率的に低減することができる。これにより太陽電池パネル中の太陽電池素子のクラックや、太陽電池素子とインナーリードとの間の電気的接続部の剥離を低減し、荷重に対して強度の高い太陽電池モジュールとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図であり、（ａ）は太陽電池モジュールを受光面側から見た平面図を示し、（ｂ）は図１（ａ）の太陽電池モジュールを裏面側から見た平面図を示し、（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図を示し、（ｄ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図を示し、（ｅ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネルを示す図であり、（ａ）は太陽電池パネルを受光面側から見た平面図を示し、（ｂ）は図２（ａ）を裏面側から見た平面図を示し、（ｃ）は図２（ａ）のＤ−Ｄ’線における断面図を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールを架台に設置してなる太陽電池アレイを示し、（ａ）は太陽電池アレイの斜視図を示し、（ｂ）は図３（ａ）のＥ−Ｅ’線における断面図を示し、（ｃ）は図３（ｂ）のＦ部の部分拡大図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールに荷重を加えたときの様子を示すモデル図である。
【図５】比較例として本発明を用いていない太陽電池モジュール（比較例１）および該比較例１の太陽電池モジュールを架台に設置し正圧荷重を加えたときのシミュレーション結果について示す図面であり、（ａ）は太陽電池モジュール（比較例１）を裏面側から見た平面図を示し、（ｂ）はシミュレーション結果を示す。
【図６】比較例として本発明を用いていない太陽電池モジュール（比較例２）および該比較例２の太陽電池モジュールを架台に設置し正圧荷重を加えたときのシミュレーション結果について示す図面であり、（ａ）は太陽電池モジュール（比較例２）を裏面側から見た平面図を示し、（ｂ）はシミュレーション結果を示す。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールを架台に設置し正圧荷重を加えたときのシミュレーション結果を示す図面である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図面であり、（ａ）は太陽電池モジュールを裏面側から見た平面図であり、（ｂ）は図８（ａ）の太陽電池モジュールを架台に設置し荷重を加えたときのシミュレーション結果を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
＜太陽電池モジュール＞
本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１について、図１乃至図４を用いて、詳細に説明する。
【００１３】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル
２と、太陽電池パネル２の外周部に配置されたフレームと、太陽電池パネル２を裏面側から支持する補助フレーム１６とを備えている。フレームは、太陽電池パネル２を保持するものであり、第１フレーム（上辺）１２、第２フレーム（下辺）１１、第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５を有している。ここで、以下、第１フレーム（上辺）１２および第５フレーム（斜辺）１５をまとめて第１フレーム部分と称し、第２フレーム（下辺）１１を第２フレーム部分とも称する場合がある。また、第１フレーム部分である第１フレーム（上辺）１２および第５フレーム（斜辺）１５を、それぞれ、平行部および傾斜部とも称する。
【００１４】
これらのフレームのうち、第２フレーム（下辺）１１および第１フレーム（上辺）１２が、被設置面に固定され、第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５は被設置面に固定されない。
【００１５】
まず、図２を用いて、本実施形態に係る太陽電池モジュール１に用いられる太陽電池パネル２について、説明する。
【００１６】
図２に示すように、太陽電池パネル２は、平面視したときに五角形、具体的には、矩形の一角を切り落として得られる斜辺２ｇを有する五角形の形状である。以下で太陽電池パネル２を図２（ｂ）のように配置したときに、下側に位置する辺を下辺２ｃ、上側に位置する辺を上辺２ｄ、右側に位置する辺を右辺２ｅ、左側に位置する辺を左辺２ｆ、前述の斜辺を斜辺２ｇと呼ぶものとする。
【００１７】
太陽電池パネル２は、受光面２ａ側から順に、基板を兼ねる透光性基板３と、熱硬化性樹脂よりなる一対の充填材４と、一対の充填材４に周囲を保護され互いにインナーリード５で電気的に接続された複数の太陽電池素子６と、裏面を保護する裏面保護材７と、裏面保護材７に接着され出力を外部に取り出すための端子ボックス８とを備えている。
【００１８】
また、太陽電池パネル２は、主として光を受光する受光面２ａとこの受光面２ａの裏面に相当する非受光面２ｂとを有している。本実施形態においては、受光面２ａは透光性基板３の一主面であり、非受光面２ｂは、裏面保護材７の一主面である。なお、非受光面２ｂは、全く受光しないわけではなく、例えば、裏面保護材７および太陽電池素子６と裏面保護材７との間に位置する充填材４が透光性を有する材質で形成することにより、非受光面２ｂ側から入射される光の一部を受ける形態であってもよい。
【００１９】
透光性基板３は、太陽電池モジュール１の基板として機能し、例えば、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材料からなる。
【００２０】
一対の充填材４は、太陽電池素子６を封止する機能を有し、例えば、熱硬化性樹脂よりなる。
【００２１】
複数の太陽電池素子６は、一対の充填材４に周囲を保護され、互いにインナーリード５で電気的に接続されている。太陽電池素子６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ものが用いられる。このようなシリコン基板を用いる場合は、インナーリード５で隣接するシリコン基板同士を電気的に接続している。また、太陽電池素子６には、例えば、薄膜太陽電池、カルコパイライト系太陽電池（例えば、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）、ＣＩＳＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２およびＣＩＳ（ＣｕＩｎＳ２）などを含む）、ＣｄＴｅ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。
【００２２】
裏面保護材７は、太陽電池モジュール１の裏面を保護する機能を有し、例えば、ガラス
やポリカーボネート樹脂、または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、これらの２種以上を積層した樹脂よりなる。
【００２３】
端子ボックス８は、裏面保護材７に接着され、複数の太陽電池素子６から得られた出力電力を外部に取り出す機能を有している。
上述したように、太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル２、フレームおよび補助フレーム１６を備えている。
【００２４】
図１に示すように、太陽電池モジュール１において、太陽電池パネル２の下辺２ｃを第２フレーム（下辺）１１で保護し、上辺２ｄを第１フレーム（上辺）１２で保護し、右辺２ｅを第３フレーム（右辺）１３で保護し、左辺２ｆを第４フレーム（左辺）１４で保護し、斜辺２ｇを第５フレーム（斜辺）１５で保護している。そして、太陽電池パネル２の非受光面２ｂを第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２との間に渡設された補助フレーム１６で支持している。これら第１乃至第５フレームは、例えば、その当接部でネジにより互いに固定される。
【００２５】
図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように、第２フレーム（下辺）１１および第１フレーム（上辺）１２は、それぞれ、その長手方向に直交する断面において、太陽電池パネル２を嵌入することができる嵌合溝１７を有する。第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５においても同様に、嵌合溝１７が設けられている。太陽電池パネル２が、各フレームの嵌合溝１７に嵌入することで、太陽電パネル２は各フレームに固定されて保護される。
【００２６】
一方、図１（ｅ）に示すように、補助フレーム１６は、長手方向に直交する断面から見ると略Ｈ字型の形状を有する。
【００２７】
また、図１（ｂ）に示すように、第２フレーム（下辺）１１は、第１フレーム（上辺）１２よりも長い。そして、上述したように、第１フレーム（上辺）１２および第２フレーム（下辺）１１は、被設置面に固定されるフレームであり、全長にわたり固定されることから、互いに異なる長さの固定部を有している。具体的には、第１フレーム（上辺）１２は、被設置面に固定される第１固定部４１を有しており、第２フレーム（下辺）１１は、被設置面に固定されるとともに第１固定部４１よりも長い第２固定部４２を有している。本実施形態においては、第１フレーム１２および第２フレーム（下辺）１１のいずれも、全長に渡って被設置面に固定されるため、第１固定部４１は、第１フレーム（上辺）１２そのものであり、第２固定部４２は、第２フレーム（下辺）１１そのものである。そして、第２固定部４２は、第１固定部４１と対向する対向部分１１ａと、第１固定部４１と対向しない非対向部分１１ｂとを有している。本実施形態においては、第２固定部４２、すなわち、第２フレーム（下辺）１１は、１つの対向部分１１ａと非対向部分１１ｂとを有している。
【００２８】
以下で第２フレーム（下辺）１１のうち、第１フレーム（上辺）１２と対向する部分を対向部分１１ａとよび、第１フレーム（上辺）１２に対向しない部分を非対向部分１１ｂと呼ぶ。このとき、太陽電池パネル２の裏面のうち、第１固定部４１と第２固定部４２の対向部分１１ａとで挟まれた領域を第１領域Ｒ１とし、第１領域Ｒ１以外の領域を第２領域Ｒ２とする。
【００２９】
また、非対向部分１１ｂのうち、対向部分１１ａに近接する端部を第１端部１１ｃと呼び、対向部分１１ａから離れた端部を第２端部１１ｄと呼ぶ。そして、第５フレーム（斜辺）１５のうち、第１フレーム（上辺）１２と当接する部分を第３端部１５ａと呼び、第
４フレーム（左辺）１４と当接する部分を第４端部１５ｂと呼ぶ。さらに、第２フレーム（下辺）１１と当接する補助フレーム１６の一端を第１当接部（下）１６ａと呼び、補助フレーム１６の他端を第２当接部（上）１６ｂと呼ぶ。
なお本実施形態において、補助フレーム１６の一端（第１当接部１６ａ）が、第２フレーム（下辺）１１（第２固定部４２）の非固定部分１１ｂに接続されている。そして、補助フレーム１６の他の一端（第２当接部１６ｂ）が、第１領域Ｒ１に向かって傾斜するように、補助部材１６が配置されており、補助フレーム１６は第２当接部（上）１６ｂにおいて第１フレーム（上辺）１２と当接する。具体的には、補助フレーム１６の他の一端（第２当接部（上）１６ｂ）は、前記一端の第２固定部４２への接続位置よりも第１領域Ｒ１に近い接続位置で第１固定部４１に接続されている。そして、補助フレーム１６の中央部は、第２領域Ｒ２を通っている。ここで、中央部は、例えば、フレームに接続された端部以外の部分をいい、本発明においては、実質的には、この中央部の少なくとも一部が第２領域Ｒ２を通っていればよい。
【００３０】
より具体的には、本実施形態においては、このような補助フレーム１６の第１当接部（下）１６ａは、第２フレーム（下辺）１１の非対向部分１１ｂに位置する。そして、補助フレーム１６の第２当接部（上）１６ｂは、第１フレーム（上）１２に位置する。
【００３１】
さらに、本実施形態においては、第２固定部４２（第２フレーム（下辺）１１）と補助フレーム１６のなす角度を角度θ１とし、第２固定部４２（第２フレーム（下辺）１１）と第５フレーム（斜辺）１５のなす角度を角度θ２としたとき、θ１とθ２は下記の関係を有する。なおここで、角度θ２は、第２固定部４２と傾斜部のなす角度とも言い換えられる。
０＜θ２＜θ１＜９０°
上述した第１フレーム（上辺）１２、第２フレーム（下辺）１１、第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４、第５フレーム（斜辺）１５および補助フレーム１６は、例えば、アルミニウムの押し出し成形や、鋼板のロール成形により製造することができる。
【００３２】
なお、補助フレーム１６の断面形状は、図１（ｅ）に示すＨ型形状以外に、例えば、Ｉ型、Ｔ型、L字型、三角型の形状、または、角管、丸管形状など用途に合せて適宜選択するとよい。
【００３３】
＜太陽電池アレイ＞
以下、上述した第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１を用いた太陽電池アレイ２０について、詳細に説明する。
図３に示すように、本実施形態に係る太陽電池アレイ２０は、複数の太陽電池モジュール１と、太陽電池モジュール１のフレームを被設置面に固定する架台（固定部材）２１とを備えている。具体的には、太陽電池アレイ２０において、複数の太陽電池モジュール１が、架台２１上に支持されて被設置面に固定されている。
【００３４】
このとき、第１フレーム（上辺）１２および第２フレーム（下辺）１１は、それぞれ、所謂、屋根の流れ方向に垂直な方向に沿って配置され、第３フレーム（右辺）１３および第４フレーム（左辺）１４は、それぞれ、所謂、屋根の流れ方向に沿って配置される。
【００３５】
そして、上述したように、本実施形態においては、図３に示すように、架台２１は、太陽電池モジュール１の第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２とを支持する。すなわち、第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２とが被設置面に固定されるフレームである。なお、このとき、第４フレーム（左辺）１４と第５フレーム（斜辺）１５は、第２フレーム（下辺）１１および第１フレーム（上辺）と接合された側の
一端の端部のみが架台で支持されるものの、他の部分は架台で支持されていない。
【００３６】
以上、本実施形態に係る太陽電池モジュール１においては、裏面側から見たときに、補助フレーム１６が、一端が第２固定部４２の非対向部分１１ｂに接続され、中央部が第２領域Ｒ２を通り、他端が第１領域に向かって傾斜するように配置されている。これにより、略平行に位置して互いに長さが異なる２つの固定部を有する太陽電池モジュール１において、応力が一様に分布せず、ひずみが生じ易い非対向部分１１ｂに対応する第２領域Ｒ２に補強フレーム１６が配置されることとなる。その結果、ひずみを効率的に低減することができる。
【００３７】
より具体的には、太陽電池パネル２の左辺２ｆと斜辺２ｇが形成するコーナー部２ｈ付近では、形状が不連続に変化していることから積雪荷重や風圧荷重などの外力が加わったとき、応力が一様に分布しない。また、第２フレーム（下辺）１１および第１フレーム（上辺）１２とが架台２１で支持されるのに対して、第４フレーム（左辺）１４と第５フレーム（斜辺）１５とは、架台２１で支持されていない。このことから、図４に示すように、荷重が加わると第５フレーム（斜辺）１５の変位は、第３端部１５ａからの距離に比例して大きくなり、正圧荷重が加わった時は第５フレーム（斜辺）１５は下方への変位を生じる。このためコーナー部２ｈ付近で最もひずみが大きくなりやすい傾向にある。
【００３８】
ここで、図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１においては、第５フレーム（斜辺）１５へ並走するように、補助フレーム１６が、第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２との間に渡設されている。これにより、ひずみを効率的に低減することができる。
【００３９】
以下でひずみを低減するメカニズムについてより詳細に述べる。
【００４０】
第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２とは、架台２１で支持されていることから、第４フレーム（左辺）１４や第５フレーム（斜辺）１５に比較して変位を生じにくい。そして、本実施形態においては、補助フレーム１６は、架台２１で支持された第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２との間に架設されていることから、同様に変位を生じにくい。
【００４１】
さらに、補助フレーム１６は、前述のように０＜θ１＜θ２＜９０°の関係を満たすように、第５フレーム（斜辺）１５と並列に配置されている。このことから、補助フレーム１６は第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５とで支持する太陽電池パネル２の支点間距離を小さく保つことができる。これにより太陽電池パネル２のひずみをさらに低減することができる。
【００４２】
また後でシミュレーション結果を用いて述べるように、太陽電池パネル２のひずみはコーナー部２ｈ近傍で大きくなりやすい傾向にある。本実施形態においては、補助フレーム１６が、上述したように、第２領域Ｒ２を通り太陽電池パネル２のコーナー部２ｈ近傍を支持する。これにより、さらに太陽電池パネル２のひずみを低減することができる。
【００４３】
なお、補助フレーム１６の第２当接部（上）１６ｂは、図１（ｂ）に示すように、第１フレーム（上辺）１１の中点よりも第３端部１５ａ側に位置してもよい。これにより支点間距離より小さくしてコーナー部２ｈのひずみを低減することができる。
【００４４】
以下で上述した本実施形態に係る太陽電池モジュール１のひずみ低減効果について、正圧負荷を与えた際の、太陽電池モジュール１のシミュレーション結果と、比較例の太陽電池モジュールのシミュレーション結果とを用いて説明する。
【００４５】
ここで、比較例の太陽電池モジュールとして、２つの太陽電池モジュールを用いてシミュレーションを行った。まず比較例の太陽電池モジュール３０（比較例１）と太陽電池モジュール３１（比較例２）の各構成と、ぞれぞれの太陽電池モジュールについてのシミュレーション結果を説明する。
【００４６】
太陽電池モジュール３０（比較例１）は、図５（ａ）に示すように、太陽電池パネル２の外周に第２フレーム（下辺）１１、第１フレーム（上辺）１２、第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５のみを設け、補助フレーム１６を設けていないものである。
【００４７】
一方、太陽電池モジュール３１（比較例２）は、図６（ａ）に示すように、太陽電池パネル２の外周に第１フレーム（上辺）１２、第２フレーム（下辺）１１、第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５を設けている。そして、補助フレーム１６が、第１フレーム（下辺）１１と第２フレーム（上辺）１２とに渡設されており、平面視したときに第１フレーム（下辺）１１と直交するように配置されている。
【００４８】
なお、太陽電池モジュール１、太陽電池モジュール３０（比較例１）および太陽電池モジュール３１（比較例２）は、外形状および各部材の材質や寸法など、補助フレーム１６の有無および補助フレーム１６の配置位置以外の他の構成については、全て同様の構成である。
【００４９】
まず、太陽電池モジュール３０（比較例１）に正圧荷重を加えた場合のシミュレーション結果について説明する。なお、図５（ｂ）は、ひずみの分布を示す図である。後述する図５（ｂ）、図７および図８（ｂ）も同様に、各対応する太陽電池モジュールにおけるシミュレーション結果であり、ひずみの分布を示す図である。
【００５０】
図５（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール３０（比較例１）においては、太陽電池パネル２のコーナー部２ｈ付近に大きいひずみが生じることが分かる。そして、ひずみの最大値は、約７００μであった。これは図４を用いて前述のしたように、第３端部１５ａから遠ざかるのに比例して、第５フレーム（斜辺）１５のたわみが大きくなったためと考えられる。
【００５１】
次に、太陽電池モジュール３１（比較例２）に正圧荷重を加えた場合のシミュレーション結果について説明する。
【００５２】
図６（ａ）に示すように、太陽電池モジュール３１（比較例２）においては、第５フレーム（斜辺）１５の中点と第２フレーム（下辺）１１との間を、第２フレーム（下辺）１１と直交するように補助フレーム１６が渡設されている。
【００５３】
このような太陽電池モジュール３１（比較例２）においては、図６（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール３０（比較例１）と比較してひずみが低減されているものの、第５フレーム（斜辺）１５と補助フレーム１６との接合部付近において大きいひずみが生じることが分かる。本比較例２において、ひずみの最大値は約３５０μであった。これは第２当接部１６ｂが、第３端部１５ａと離間していることから、正圧荷重を加えられた際に、第５フレーム（斜辺）１５とともに下方へ変位し、上記第２当接部１６ｂ付近で屈曲を生じ、ひずみを十分に低減できないためと考えられる。
【００５４】
以上のように太陽電池モジュール３０（比較例１）および太陽電池モジュール３１（比
較例２）は、最大ひずみが大きいため、太陽電池素子６のクラックや、太陽電池素子６とインナーリード５の電気的な接続部の剥離が生じる可能性が高いことがわかった。
【００５５】
次に、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１のシミュレーション結果について説明する。
【００５６】
前述の比較例１および比較例２の場合と同様の条件にて、太陽電池モジュール１に荷重を加えるシミュレーションを行ったところ、太陽電池パネル２のひずみの最大値はコーナー部２ｈ付近で生じ、その値は１７０μであった。これにより、本実施形態に係る太陽電池モジュール１においては、大幅にひずみを低減できることがわかった。これにより、太陽電池素子６におけるクラックの低減が図れ、太陽電池素子６とインナーリード５との電気的接続の信頼性が高まる。
【００５７】
なお、本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１として左側にのみ斜辺２ｇを有する形状の太陽電池モジュールを例示したが、左側の斜辺２ｇに対して線対称で右側に斜辺を有する形状の太陽電池モジュールであっても好適に上述した効果を得ることができる。なお、このような形態においては、第２フレーム（下辺）１１は、１つの対向部分１１ａと、該対向部分１１ａの両側に位置する２つの非対向部分１１ｂとを有する。
【００５８】
また、本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、補助フレーム１６の他の一端は第１フレーム（上辺）１２の中央部分と当接し、補助フレーム１６の一端は第２フレーム（下辺）１１の対向部分１１ｂの中央部分と当接している形態を例示した。すなわち、第２当接部１６ｂは第１フレーム（上辺）１２の中央部分に位置し、第１当接部１６ａは第２フレーム（下辺）１１の中央部分に位置している形態を例示した。しかしながら、第１当接部１６ａおよび第２当接部１６ｂは、このような位置に限定されない。例えば、第１当接部１６ａが対向部分１１ｂの第２端部１１ｄに位置し、第２当接部１６ｂが第１フレーム（上辺）１２の第５フレーム（斜辺）１５側端部、すなわち、第５フレーム（斜辺）１５の第３端部１５ａに位置している形態であってもよい。このような形態においては、応力緩和およびひずみを低減する効果が高まる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュール１０１について、図８を用いて詳細に説明する。
【００６０】
本実施形態に係る太陽電池モジュール１０１は、補助フレーム１６の配置位置において、より具体的には、補助フレーム１６が第２フレーム（下辺）１１と第５フレーム（斜辺）１５との間に渡設された点で、第１実施形態と相違する。
【００６１】
このように補助フレーム１６の第２当接部（上）１６ｂは、必ずしも第１フレーム（上辺）１２上に位置する必要はなく、第５フレーム（斜辺）１５上に位置してもよい。このような形態であっても、上述した第１の実施形態と同様に、太陽電池モジュール１０１の強度を高めるとともに、ひずみを効率的に低減することができる。特に、本実施形態においては、第５フレーム（斜辺）１５に補助フレーム１６が渡設されるため、補助フレーム１６の寸法を小さくすることができる。そのため、本実施形態においては、太陽電池パネル２におけるひずみを低減する効果および部材コストを低減する効果の両方を兼ね備えることができる。
【００６２】
また、本実施形態においては、図８（ａ）に示すように、第２フレーム（下辺）１１上において、非対向部分１１ｂの第１端部１１ｃと第１当接部（下）１６ｂとの間の距離Ｄ
１と、非対向部分１１ｂの第２端部１１ｄと第１当接部（下）１６ａとの間の距離Ｄ２は下記の関係にある。
【００６３】
Ｄ１＞Ｄ２
このように、第２フレーム（下辺）１１の非対向部分１１ｂにおいて第１当接部（下）１６ａの位置が、「Ｄ１＞Ｄ２」の関係にあることにより、補助フレーム１６と第５フレーム（斜辺）１５、および補助フレーム１６と第４フレーム（左辺）１４で支持される太陽電池パネル２の支点間距離をより小さくすることができる。これにより太陽電池モジュール１に荷重が負荷された時に太陽電池パネル２に生じるひずみをより低減することができる。
【００６４】
さらに、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０１おいては、第５フレーム（斜辺）１５上の第３端部１５ａと第２当接部（上）１６ａとの間の距離Ｄ３と、第４端部１５ｂと第２当接部（上）１６ａとの間の距離Ｄ４は下記の関係にある。
【００６５】
Ｄ３＜Ｄ４
このように、第５フレーム（斜辺）１５上の第２当接部（上）１６ｂの位置が「Ｄ３＜Ｄ４」の関係にあることにより、第２当接部（上）１６ｂは第５フレーム（斜辺）１５上の第３端部１５ａ近傍に位置する。このように配置された第２当接部（上）１６ｂは第３端部１５ａに近いことから、第２当接部（上）１６ｂの位置における第５フレーム（斜辺）１５の変位は小さい。これにより第５フレーム（斜辺）１５に補助フレーム１６を架設した場合であっても、太陽電池パネル２のコーナー部２ｈ付近のひずみを効率的に低減することができる。
【００６６】
さらに補助フレーム１６を第５フレーム（斜辺）１５に渡設したことにより、補助フレーム１６の長さを短くすることができ、少ない原材料で第１実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、「Ｄ３＜Ｄ４」の関係を満たすように補助フレーム１６が配置されることにより、ひずみ低減する効果および材料を削減する効果をより好適に兼ね備えることができる。
【００６７】
次に本実施形態に係る太陽電池モジュール１０１のシミュレーション結果について、図８（ｂ）を用いて説明する。
【００６８】
前述の比較例１、比較例２および太陽電池モジュール１の場合と同様の条件にて、太陽電池モジュール１０１に荷重を加えるシミュレーションを行った。その結果、太陽電池パネル２のコーナー部２ｈ付近で生じるひずみの最大値は１５０μであった。これにより本実施形態に係る太陽電池モジュール１０１においては、効率的にひずみを低減できることが明らかになった。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができることはいうまでもない。また、本発明は上述した実施形態の種々の組合せを含むものであることは言うまでもない。
【００７０】
例えば、上述の実施形態においては、いずれも五角形状の太陽電池モジュールを例示したが、太陽電池モジュールの外形はこれに限らない。例えば、四角形状の太陽電池モジュールであってもよい。このような場合、略平行に位置して互いに長さが異なる２つの固定部は、互いに対向する２辺に設けられ、その２つの固定部が上述した構成を備えることで、上記効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１、１０１：太陽電池モジュール
２：太陽電池パネル
２ａ：受光面
２ｂ：非受光面
２ｃ：下辺
２ｄ：上辺
２ｅ：右辺
２ｆ：左辺
２ｇ：斜辺
２ｈ：コーナー部
３：透光性基板
４：充填材
５：インナーリード
６：太陽電池素子
７：裏面保護材
８：端子ボックス
１１：第２フレーム（下辺）
１１ａ：対向部分
１１ｂ：非対向部分
１１ｃ：第１端部
１１ｄ：第２端部
１２：第１フレーム（上辺）
１３：第３フレーム（右辺）
１４：第４フレーム（左辺）
１５：第５フレーム（斜辺）
１５ａ：第３端部
１５ｂ：第４端部
１６：補助フレーム
１６ａ：第１当接部（下）
１６ｂ：第２当接部（上）
１７：嵌合溝
２０：太陽電池アレイ
２１：架台
３０：太陽電池モジュール（比較例１）
３１：太陽電池モジュール（比較例２）
４１：第１固定部
４２：第２固定部
Ｒ１：第１領域
Ｒ２：第２領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールおよびそれを用いた太陽電池アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、積雪荷重や風圧荷重を加えられるとひずみを生じ、このひずみにより太陽電池モジュール中の太陽電池素子のクラックや、太陽電池素子とインナーリードの電気的接続部に剥離が生じる可能性がある。このことから荷重に対して強度の高い構造の太陽電池モジュールが求められている。そこで、強度を高めた構造の太陽電池モジュールとして、矩形の太陽電池モジュールであって、その裏面側のフレーム間に補助フレームを架設した太陽電池モジュールが提案されている。（例えば、下記の特許文献１を参照）。
【０００３】
一方、太陽電池モジュールは、屋根面などの種々の形状の被設置面における充填率を高めて、被設置面における発電容量の向上が求められている。そこで、台形や三角形の屋根面に、高い充填率で設置できる太陽電池モジュールとして、屋根面の斜辺に沿った傾斜部を有する太陽電池モジュールが提案されている。（例えば、下記の特許文献２を参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６６２５公報
【特許文献２】特開２００２−７６４２２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された矩形の太陽電池モジュールは、中心線に対して線対称な形状である。そのため、荷重が加えられたとき、応力は受光面側から見て中心線に対して線対称に分布し、太陽電池モジュールの変位は中心線の交点で最大となる。このとき、特許文献１に開示されたように、太陽電池モジュールの一辺と平行で前記交点を通るように前記補助フレームを配置することによって、太陽電池モジュールのひずみを低減することができた。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に示されたような傾斜部を有する太陽電池モジュールは、矩形の太陽電池モジュールと比較して、被設置面に対する固定部分が小さいとともに、非対称に分布したひずみを生じる。このことから、強度を高めるとともに、効率的に太陽電池モジュールのひずみを低減することが求められる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、傾斜部を有する太陽電池モジュールであって、高い強度を備えるとともにひずみを効率的に低減した、太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、太陽電池パネルと、該太陽電池パネルの外周部に配置されたフレームと、前記太陽電池パネルの裏面側に配置され前記フレームに渡設された補助フレームとを備える。前記フレームは、被設置面に固定されるとともに略平行に位置して互いに長さが異なる２つの固定部を有している。該２つの固定部は、第１固定部と、該第１固定部よりも長くかつ前記第１固定部と対向する対向部分および前記第１固定部に対向しない非対向部分を有する第２固定部とを有する。前記補助フレームは、前記太陽電池パネルの前記裏面側から見たときに、一端が前記第２固定部の前記非対
向部分に接続され、中央部が前記裏面における前記第１固定部と前記第２固定部の前記対向部分とで挟まれた第１領域以外の第２領域を通り、他の一端が、前記第１領域に向かって傾斜するように配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
上述の太陽電池モジュールによれば、略平行に位置し互いに長さが異なる２つの固定部を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池パネルに非対称に分布したひずみを効率的に低減することができる。これにより太陽電池パネル中の太陽電池素子のクラックや、太陽電池素子とインナーリードとの間の電気的接続部の剥離を低減し、荷重に対して強度の高い太陽電池モジュールとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図であり、（ａ）は太陽電池モジュールを受光面側から見た平面図を示し、（ｂ）は図１（ａ）の太陽電池モジュールを裏面側から見た平面図を示し、（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図を示し、（ｄ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図を示し、（ｅ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネルを示す図であり、（ａ）は太陽電池パネルを受光面側から見た平面図を示し、（ｂ）は図２（ａ）を裏面側から見た平面図を示し、（ｃ）は図２（ａ）のＤ−Ｄ’線における断面図を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールを架台に設置してなる太陽電池アレイを示し、（ａ）は太陽電池アレイの斜視図を示し、（ｂ）は図３（ａ）のＥ−Ｅ’線における断面図を示し、（ｃ）は図３（ｂ）のＦ部の部分拡大図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールに荷重を加えたときの様子を示すモデル図である。
【図５】比較例として本発明を用いていない太陽電池モジュール（比較例１）および該比較例１の太陽電池モジュールを架台に設置し正圧荷重を加えたときのシミュレーション結果について示す図面であり、（ａ）は太陽電池モジュール（比較例１）を裏面側から見た平面図を示し、（ｂ）はシミュレーション結果を示す。
【図６】比較例として本発明を用いていない太陽電池モジュール（比較例２）および該比較例２の太陽電池モジュールを架台に設置し正圧荷重を加えたときのシミュレーション結果について示す図面であり、（ａ）は太陽電池モジュール（比較例２）を裏面側から見た平面図を示し、（ｂ）はシミュレーション結果を示す。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールを架台に設置し正圧荷重を加えたときのシミュレーション結果を示す図面である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す図面であり、（ａ）は太陽電池モジュールを裏面側から見た平面図であり、（ｂ）は図８（ａ）の太陽電池モジュールを架台に設置し荷重を加えたときのシミュレーション結果を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る太陽電池モジュールおよび太陽電池アレイの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
＜太陽電池モジュール＞
本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１について、図１乃至図４を用いて、詳細に説明する。
【００１３】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル
２と、太陽電池パネル２の外周部に配置されたフレームと、太陽電池パネル２を裏面側から支持する補助フレーム１６とを備えている。フレームは、太陽電池パネル２を保持するものであり、第１フレーム（上辺）１２、第２フレーム（下辺）１１、第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５を有している。ここで、以下、第１フレーム（上辺）１２および第５フレーム（斜辺）１５をまとめて第１フレーム部分と称し、第２フレーム（下辺）１１を第２フレーム部分とも称する場合がある。また、第１フレーム部分である第１フレーム（上辺）１２および第５フレーム（斜辺）１５を、それぞれ、平行部および傾斜部とも称する。
【００１４】
これらのフレームのうち、第２フレーム（下辺）１１および第１フレーム（上辺）１２が、被設置面に固定され、第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５は被設置面に固定されない。
【００１５】
まず、図２を用いて、本実施形態に係る太陽電池モジュール１に用いられる太陽電池パネル２について、説明する。
【００１６】
図２に示すように、太陽電池パネル２は、平面視したときに五角形、具体的には、矩形の一角を切り落として得られる斜辺２ｇを有する五角形の形状である。以下で太陽電池パネル２を図２（ｂ）のように配置したときに、下側に位置する辺を下辺２ｃ、上側に位置する辺を上辺２ｄ、右側に位置する辺を右辺２ｅ、左側に位置する辺を左辺２ｆ、前述の斜辺を斜辺２ｇと呼ぶものとする。
【００１７】
太陽電池パネル２は、受光面２ａ側から順に、基板を兼ねる透光性基板３と、熱硬化性樹脂よりなる一対の充填材４と、一対の充填材４に周囲を保護され互いにインナーリード５で電気的に接続された複数の太陽電池素子６と、裏面を保護する裏面保護材７と、裏面保護材７に接着され出力を外部に取り出すための端子ボックス８とを備えている。
【００１８】
また、太陽電池パネル２は、主として光を受光する受光面２ａとこの受光面２ａの裏面に相当する非受光面２ｂとを有している。本実施形態においては、受光面２ａは透光性基板３の一主面であり、非受光面２ｂは、裏面保護材７の一主面である。なお、非受光面２ｂは、全く受光しないわけではなく、例えば、裏面保護材７および太陽電池素子６と裏面保護材７との間に位置する充填材４が透光性を有する材質で形成することにより、非受光面２ｂ側から入射される光の一部を受ける形態であってもよい。
【００１９】
透光性基板３は、太陽電池モジュール１の基板として機能し、例えば、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材料からなる。
【００２０】
一対の充填材４は、太陽電池素子６を封止する機能を有し、例えば、熱硬化性樹脂よりなる。
【００２１】
複数の太陽電池素子６は、一対の充填材４に周囲を保護され、互いにインナーリード５で電気的に接続されている。太陽電池素子６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ものが用いられる。このようなシリコン基板を用いる場合は、インナーリード５で隣接するシリコン基板同士を電気的に接続している。また、太陽電池素子６には、例えば、薄膜太陽電池、カルコパイライト系太陽電池（例えば、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）、ＣＩＳＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２およびＣＩＳ（ＣｕＩｎＳ２）などを含む）、ＣｄＴｅ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。
【００２２】
裏面保護材７は、太陽電池モジュール１の裏面を保護する機能を有し、例えば、ガラス
やポリカーボネート樹脂、または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、これらの２種以上を積層した樹脂よりなる。
【００２３】
端子ボックス８は、裏面保護材７に接着され、複数の太陽電池素子６から得られた出力電力を外部に取り出す機能を有している。
上述したように、太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル２、フレームおよび補助フレーム１６を備えている。
【００２４】
図１に示すように、太陽電池モジュール１において、太陽電池パネル２の下辺２ｃを第２フレーム（下辺）１１で保護し、上辺２ｄを第１フレーム（上辺）１２で保護し、右辺２ｅを第３フレーム（右辺）１３で保護し、左辺２ｆを第４フレーム（左辺）１４で保護し、斜辺２ｇを第５フレーム（斜辺）１５で保護している。そして、太陽電池パネル２の非受光面２ｂを第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２との間に渡設された補助フレーム１６で支持している。これら第１乃至第５フレームは、例えば、その当接部でネジにより互いに固定される。
【００２５】
図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように、第２フレーム（下辺）１１および第１フレーム（上辺）１２は、それぞれ、その長手方向に直交する断面において、太陽電池パネル２を嵌入することができる嵌合溝１７を有する。第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５においても同様に、嵌合溝１７が設けられている。太陽電池パネル２が、各フレームの嵌合溝１７に嵌入することで、太陽電パネル２は各フレームに固定されて保護される。
【００２６】
一方、図１（ｅ）に示すように、補助フレーム１６は、長手方向に直交する断面から見ると略Ｈ字型の形状を有する。
【００２７】
また、図１（ｂ）に示すように、第２フレーム（下辺）１１は、第１フレーム（上辺）１２よりも長い。そして、上述したように、第１フレーム（上辺）１２および第２フレーム（下辺）１１は、被設置面に固定されるフレームであり、全長にわたり固定されることから、互いに異なる長さの固定部を有している。具体的には、第１フレーム（上辺）１２は、被設置面に固定される第１固定部４１を有しており、第２フレーム（下辺）１１は、被設置面に固定されるとともに第１固定部４１よりも長い第２固定部４２を有している。本実施形態においては、第１フレーム１２および第２フレーム（下辺）１１のいずれも、全長に渡って被設置面に固定されるため、第１固定部４１は、第１フレーム（上辺）１２そのものであり、第２固定部４２は、第２フレーム（下辺）１１そのものである。そして、第２固定部４２は、第１固定部４１と対向する対向部分１１ａと、第１固定部４１と対向しない非対向部分１１ｂとを有している。本実施形態においては、第２固定部４２、すなわち、第２フレーム（下辺）１１は、１つの対向部分１１ａと非対向部分１１ｂとを有している。
【００２８】
以下で第２フレーム（下辺）１１のうち、第１フレーム（上辺）１２と対向する部分を対向部分１１ａとよび、第１フレーム（上辺）１２に対向しない部分を非対向部分１１ｂと呼ぶ。このとき、太陽電池パネル２の裏面のうち、第１固定部４１と第２固定部４２の対向部分１１ａとで挟まれた領域を第１領域Ｒ１とし、第１領域Ｒ１以外の領域を第２領域Ｒ２とする。
【００２９】
また、非対向部分１１ｂのうち、対向部分１１ａに近接する端部を第１端部１１ｃと呼び、対向部分１１ａから離れた端部を第２端部１１ｄと呼ぶ。そして、第５フレーム（斜辺）１５のうち、第１フレーム（上辺）１２と当接する部分を第３端部１５ａと呼び、第
４フレーム（左辺）１４と当接する部分を第４端部１５ｂと呼ぶ。さらに、第２フレーム（下辺）１１と当接する補助フレーム１６の一端を第１当接部（下）１６ａと呼び、補助フレーム１６の他端を第２当接部（上）１６ｂと呼ぶ。
なお本実施形態において、補助フレーム１６の一端（第１当接部１６ａ）が、第２フレーム（下辺）１１（第２固定部４２）の非固定部分１１ｂに接続されている。そして、補助フレーム１６の他の一端（第２当接部１６ｂ）が、第１領域Ｒ１に向かって傾斜するように、補助部材１６が配置されており、補助フレーム１６は第２当接部（上）１６ｂにおいて第１フレーム（上辺）１２と当接する。具体的には、補助フレーム１６の他の一端（第２当接部（上）１６ｂ）は、前記一端の第２固定部４２への接続位置よりも第１領域Ｒ１に近い接続位置で第１固定部４１に接続されている。そして、補助フレーム１６の中央部は、第２領域Ｒ２を通っている。ここで、中央部は、例えば、フレームに接続された端部以外の部分をいい、本発明においては、実質的には、この中央部の少なくとも一部が第２領域Ｒ２を通っていればよい。
【００３０】
より具体的には、本実施形態においては、このような補助フレーム１６の第１当接部（下）１６ａは、第２フレーム（下辺）１１の非対向部分１１ｂに位置する。そして、補助フレーム１６の第２当接部（上）１６ｂは、第１フレーム（上）１２に位置する。
【００３１】
さらに、本実施形態においては、第２固定部４２（第２フレーム（下辺）１１）と補助フレーム１６のなす角度を角度θ１とし、第２固定部４２（第２フレーム（下辺）１１）と第５フレーム（斜辺）１５のなす角度を角度θ２としたとき、θ１とθ２は下記の関係を有する。なおここで、角度θ２は、第２固定部４２と傾斜部のなす角度とも言い換えられる。
０＜θ２＜θ１＜９０°
上述した第１フレーム（上辺）１２、第２フレーム（下辺）１１、第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４、第５フレーム（斜辺）１５および補助フレーム１６は、例えば、アルミニウムの押し出し成形や、鋼板のロール成形により製造することができる。
【００３２】
なお、補助フレーム１６の断面形状は、図１（ｅ）に示すＨ型形状以外に、例えば、Ｉ型、Ｔ型、L字型、三角型の形状、または、角管、丸管形状など用途に合せて適宜選択するとよい。
【００３３】
＜太陽電池アレイ＞
以下、上述した第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１を用いた太陽電池アレイ２０について、詳細に説明する。
図３に示すように、本実施形態に係る太陽電池アレイ２０は、複数の太陽電池モジュール１と、太陽電池モジュール１のフレームを被設置面に固定する架台（固定部材）２１とを備えている。具体的には、太陽電池アレイ２０において、複数の太陽電池モジュール１が、架台２１上に支持されて被設置面に固定されている。
【００３４】
このとき、第１フレーム（上辺）１２および第２フレーム（下辺）１１は、それぞれ、所謂、屋根の流れ方向に垂直な方向に沿って配置され、第３フレーム（右辺）１３および第４フレーム（左辺）１４は、それぞれ、所謂、屋根の流れ方向に沿って配置される。
【００３５】
そして、上述したように、本実施形態においては、図３に示すように、架台２１は、太陽電池モジュール１の第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２とを支持する。すなわち、第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２とが被設置面に固定されるフレームである。なお、このとき、第４フレーム（左辺）１４と第５フレーム（斜辺）１５は、第２フレーム（下辺）１１および第１フレーム（上辺）と接合された側の
一端の端部のみが架台で支持されるものの、他の部分は架台で支持されていない。
【００３６】
以上、本実施形態に係る太陽電池モジュール１においては、裏面側から見たときに、補助フレーム１６が、一端が第２固定部４２の非対向部分１１ｂに接続され、中央部が第２領域Ｒ２を通り、他端が第１領域に向かって傾斜するように配置されている。これにより、略平行に位置して互いに長さが異なる２つの固定部を有する太陽電池モジュール１において、応力が一様に分布せず、ひずみが生じ易い非対向部分１１ｂに対応する第２領域Ｒ２に補強フレーム１６が配置されることとなる。その結果、ひずみを効率的に低減することができる。
【００３７】
より具体的には、太陽電池パネル２の左辺２ｆと斜辺２ｇが形成するコーナー部２ｈ付近では、形状が不連続に変化していることから積雪荷重や風圧荷重などの外力が加わったとき、応力が一様に分布しない。また、第２フレーム（下辺）１１および第１フレーム（上辺）１２とが架台２１で支持されるのに対して、第４フレーム（左辺）１４と第５フレーム（斜辺）１５とは、架台２１で支持されていない。このことから、図４に示すように、荷重が加わると第５フレーム（斜辺）１５の変位は、第３端部１５ａからの距離に比例して大きくなり、正圧荷重が加わった時は第５フレーム（斜辺）１５は下方への変位を生じる。このためコーナー部２ｈ付近で最もひずみが大きくなりやすい傾向にある。
【００３８】
ここで、図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１においては、第５フレーム（斜辺）１５へ並走するように、補助フレーム１６が、第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２との間に渡設されている。これにより、ひずみを効率的に低減することができる。
【００３９】
以下でひずみを低減するメカニズムについてより詳細に述べる。
【００４０】
第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２とは、架台２１で支持されていることから、第４フレーム（左辺）１４や第５フレーム（斜辺）１５に比較して変位を生じにくい。そして、本実施形態においては、補助フレーム１６は、架台２１で支持された第２フレーム（下辺）１１と第１フレーム（上辺）１２との間に架設されていることから、同様に変位を生じにくい。
【００４１】
さらに、補助フレーム１６は、前述のように０＜θ１＜θ２＜９０°の関係を満たすように、第５フレーム（斜辺）１５と並列に配置されている。このことから、補助フレーム１６は第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５とで支持する太陽電池パネル２の支点間距離を小さく保つことができる。これにより太陽電池パネル２のひずみをさらに低減することができる。
【００４２】
また後でシミュレーション結果を用いて述べるように、太陽電池パネル２のひずみはコーナー部２ｈ近傍で大きくなりやすい傾向にある。本実施形態においては、補助フレーム１６が、上述したように、第２領域Ｒ２を通り太陽電池パネル２のコーナー部２ｈ近傍を支持する。これにより、さらに太陽電池パネル２のひずみを低減することができる。
【００４３】
なお、補助フレーム１６の第２当接部（上）１６ｂは、図１（ｂ）に示すように、第１フレーム（上辺）１１の中点よりも第３端部１５ａ側に位置してもよい。これにより支点間距離より小さくしてコーナー部２ｈのひずみを低減することができる。
【００４４】
以下で上述した本実施形態に係る太陽電池モジュール１のひずみ低減効果について、正圧負荷を与えた際の、太陽電池モジュール１のシミュレーション結果と、比較例の太陽電池モジュールのシミュレーション結果とを用いて説明する。
【００４５】
ここで、比較例の太陽電池モジュールとして、２つの太陽電池モジュールを用いてシミュレーションを行った。まず比較例の太陽電池モジュール３０（比較例１）と太陽電池モジュール３１（比較例２）の各構成と、ぞれぞれの太陽電池モジュールについてのシミュレーション結果を説明する。
【００４６】
太陽電池モジュール３０（比較例１）は、図５（ａ）に示すように、太陽電池パネル２の外周に第２フレーム（下辺）１１、第１フレーム（上辺）１２、第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５のみを設け、補助フレーム１６を設けていないものである。
【００４７】
一方、太陽電池モジュール３１（比較例２）は、図６（ａ）に示すように、太陽電池パネル２の外周に第１フレーム（上辺）１２、第２フレーム（下辺）１１、第３フレーム（右辺）１３、第４フレーム（左辺）１４および第５フレーム（斜辺）１５を設けている。そして、補助フレーム１６が、第１フレーム（下辺）１１と第２フレーム（上辺）１２とに渡設されており、平面視したときに第１フレーム（下辺）１１と直交するように配置されている。
【００４８】
なお、太陽電池モジュール１、太陽電池モジュール３０（比較例１）および太陽電池モジュール３１（比較例２）は、外形状および各部材の材質や寸法など、補助フレーム１６の有無および補助フレーム１６の配置位置以外の他の構成については、全て同様の構成である。
【００４９】
まず、太陽電池モジュール３０（比較例１）に正圧荷重を加えた場合のシミュレーション結果について説明する。なお、図５（ｂ）は、ひずみの分布を示す図である。後述する図５（ｂ）、図７および図８（ｂ）も同様に、各対応する太陽電池モジュールにおけるシミュレーション結果であり、ひずみの分布を示す図である。
【００５０】
図５（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール３０（比較例１）においては、太陽電池パネル２のコーナー部２ｈ付近に大きいひずみが生じることが分かる。そして、ひずみの最大値は、約７００μであった。これは図４を用いて前述のしたように、第３端部１５ａから遠ざかるのに比例して、第５フレーム（斜辺）１５のたわみが大きくなったためと考えられる。
【００５１】
次に、太陽電池モジュール３１（比較例２）に正圧荷重を加えた場合のシミュレーション結果について説明する。
【００５２】
図６（ａ）に示すように、太陽電池モジュール３１（比較例２）においては、第５フレーム（斜辺）１５の中点と第２フレーム（下辺）１１との間を、第２フレーム（下辺）１１と直交するように補助フレーム１６が渡設されている。
【００５３】
このような太陽電池モジュール３１（比較例２）においては、図６（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール３０（比較例１）と比較してひずみが低減されているものの、第５フレーム（斜辺）１５と補助フレーム１６との接合部付近において大きいひずみが生じることが分かる。本比較例２において、ひずみの最大値は約３５０μであった。これは第２当接部１６ｂが、第３端部１５ａと離間していることから、正圧荷重を加えられた際に、第５フレーム（斜辺）１５とともに下方へ変位し、上記第２当接部１６ｂ付近で屈曲を生じ、ひずみを十分に低減できないためと考えられる。
【００５４】
以上のように太陽電池モジュール３０（比較例１）および太陽電池モジュール３１（比
較例２）は、最大ひずみが大きいため、太陽電池素子６のクラックや、太陽電池素子６とインナーリード５の電気的な接続部の剥離が生じる可能性が高いことがわかった。
【００５５】
次に、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１のシミュレーション結果について説明する。
【００５６】
前述の比較例１および比較例２の場合と同様の条件にて、太陽電池モジュール１に荷重を加えるシミュレーションを行ったところ、太陽電池パネル２のひずみの最大値はコーナー部２ｈ付近で生じ、その値は１７０μであった。これにより、本実施形態に係る太陽電池モジュール１においては、大幅にひずみを低減できることがわかった。これにより、太陽電池素子６におけるクラックの低減が図れ、太陽電池素子６とインナーリード５との電気的接続の信頼性が高まる。
【００５７】
なお、本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１として左側にのみ斜辺２ｇを有する形状の太陽電池モジュールを例示したが、左側の斜辺２ｇに対して線対称で右側に斜辺を有する形状の太陽電池モジュールであっても好適に上述した効果を得ることができる。なお、このような形態においては、第２フレーム（下辺）１１は、１つの対向部分１１ａと、該対向部分１１ａの両側に位置する２つの非対向部分１１ｂとを有する。
【００５８】
また、本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、補助フレーム１６の他の一端は第１フレーム（上辺）１２の中央部分と当接し、補助フレーム１６の一端は第２フレーム（下辺）１１の対向部分１１ｂの中央部分と当接している形態を例示した。すなわち、第２当接部１６ｂは第１フレーム（上辺）１２の中央部分に位置し、第１当接部１６ａは第２フレーム（下辺）１１の中央部分に位置している形態を例示した。しかしながら、第１当接部１６ａおよび第２当接部１６ｂは、このような位置に限定されない。例えば、第１当接部１６ａが対向部分１１ｂの第２端部１１ｄに位置し、第２当接部１６ｂが第１フレーム（上辺）１２の第５フレーム（斜辺）１５側端部、すなわち、第５フレーム（斜辺）１５の第３端部１５ａに位置している形態であってもよい。このような形態においては、応力緩和およびひずみを低減する効果が高まる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュール１０１について、図８を用いて詳細に説明する。
【００６０】
本実施形態に係る太陽電池モジュール１０１は、補助フレーム１６の配置位置において、より具体的には、補助フレーム１６が第２フレーム（下辺）１１と第５フレーム（斜辺）１５との間に渡設された点で、第１実施形態と相違する。
【００６１】
このように補助フレーム１６の第２当接部（上）１６ｂは、必ずしも第１フレーム（上辺）１２上に位置する必要はなく、第５フレーム（斜辺）１５上に位置してもよい。このような形態であっても、上述した第１の実施形態と同様に、太陽電池モジュール１０１の強度を高めるとともに、ひずみを効率的に低減することができる。特に、本実施形態においては、第５フレーム（斜辺）１５に補助フレーム１６が渡設されるため、補助フレーム１６の寸法を小さくすることができる。そのため、本実施形態においては、太陽電池パネル２におけるひずみを低減する効果および部材コストを低減する効果の両方を兼ね備えることができる。
【００６２】
また、本実施形態においては、図８（ａ）に示すように、第２フレーム（下辺）１１上において、非対向部分１１ｂの第１端部１１ｃと第１当接部（下）１６ｂとの間の距離Ｄ
１と、非対向部分１１ｂの第２端部１１ｄと第１当接部（下）１６ａとの間の距離Ｄ２は下記の関係にある。
【００６３】
Ｄ１＞Ｄ２
このように、第２フレーム（下辺）１１の非対向部分１１ｂにおいて第１当接部（下）１６ａの位置が、「Ｄ１＞Ｄ２」の関係にあることにより、補助フレーム１６と第５フレーム（斜辺）１５、および補助フレーム１６と第４フレーム（左辺）１４で支持される太陽電池パネル２の支点間距離をより小さくすることができる。これにより太陽電池モジュール１に荷重が負荷された時に太陽電池パネル２に生じるひずみをより低減することができる。
【００６４】
さらに、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０１おいては、第５フレーム（斜辺）１５上の第３端部１５ａと第２当接部（上）１６ａとの間の距離Ｄ３と、第４端部１５ｂと第２当接部（上）１６ａとの間の距離Ｄ４は下記の関係にある。
【００６５】
Ｄ３＜Ｄ４
このように、第５フレーム（斜辺）１５上の第２当接部（上）１６ｂの位置が「Ｄ３＜Ｄ４」の関係にあることにより、第２当接部（上）１６ｂは第５フレーム（斜辺）１５上の第３端部１５ａ近傍に位置する。このように配置された第２当接部（上）１６ｂは第３端部１５ａに近いことから、第２当接部（上）１６ｂの位置における第５フレーム（斜辺）１５の変位は小さい。これにより第５フレーム（斜辺）１５に補助フレーム１６を架設した場合であっても、太陽電池パネル２のコーナー部２ｈ付近のひずみを効率的に低減することができる。
【００６６】
さらに補助フレーム１６を第５フレーム（斜辺）１５に渡設したことにより、補助フレーム１６の長さを短くすることができ、少ない原材料で第１実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、「Ｄ３＜Ｄ４」の関係を満たすように補助フレーム１６が配置されることにより、ひずみ低減する効果および材料を削減する効果をより好適に兼ね備えることができる。
【００６７】
次に本実施形態に係る太陽電池モジュール１０１のシミュレーション結果について、図８（ｂ）を用いて説明する。
【００６８】
前述の比較例１、比較例２および太陽電池モジュール１の場合と同様の条件にて、太陽電池モジュール１０１に荷重を加えるシミュレーションを行った。その結果、太陽電池パネル２のコーナー部２ｈ付近で生じるひずみの最大値は１５０μであった。これにより本実施形態に係る太陽電池モジュール１０１においては、効率的にひずみを低減できることが明らかになった。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができることはいうまでもない。また、本発明は上述した実施形態の種々の組合せを含むものであることは言うまでもない。
【００７０】
例えば、上述の実施形態においては、いずれも五角形状の太陽電池モジュールを例示したが、太陽電池モジュールの外形はこれに限らない。例えば、四角形状の太陽電池モジュールであってもよい。このような場合、略平行に位置して互いに長さが異なる２つの固定部は、互いに対向する２辺に設けられ、その２つの固定部が上述した構成を備えることで、上記効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１、１０１：太陽電池モジュール
２：太陽電池パネル
２ａ：受光面
２ｂ：非受光面
２ｃ：下辺
２ｄ：上辺
２ｅ：右辺
２ｆ：左辺
２ｇ：斜辺
２ｈ：コーナー部
３：透光性基板
４：充填材
５：インナーリード
６：太陽電池素子
７：裏面保護材
８：端子ボックス
１１：第２フレーム（下辺）
１１ａ：対向部分
１１ｂ：非対向部分
１１ｃ：第１端部
１１ｄ：第２端部
１２：第１フレーム（上辺）
１３：第３フレーム（右辺）
１４：第４フレーム（左辺）
１５：第５フレーム（斜辺）
１５ａ：第３端部
１５ｂ：第４端部
１６：補助フレーム
１６ａ：第１当接部（下）
１６ｂ：第２当接部（上）
１７：嵌合溝
２０：太陽電池アレイ
２１：架台
３０：太陽電池モジュール（比較例１）
３１：太陽電池モジュール（比較例２）
４１：第１固定部
４２：第２固定部
Ｒ１：第１領域
Ｒ２：第２領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池パネルと、
該太陽電池パネルの外周部に配置されたフレームと、
前記太陽電池パネルの裏面側に配置され前記フレームに渡設された補助フレームとを備え、
前記フレームは、被設置面に固定されるとともに略平行に位置して互いに長さが異なる２つの固定部を有しており、
該２つの固定部は、第１固定部と、該第１固定部よりも長くかつ前記第１固定部と対向する対向部分および前記第１固定部に対向しない非対向部分を有する第２固定部とを有し、前記補助フレームは、前記太陽電池パネルの前記裏面側から見たときに、一端が前記第２固定部の前記非対向部分に接続され、中央部が前記裏面における前記第１固定部と前記第２固定部の前記対向部分とで挟まれた第１領域以外の第２領域を通り、他の一端が、前記第１領域に向かって傾斜するように配置されている、
太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記フレームは、前記第１固定部を有している第１フレーム部分と、前記第２固定部を有している第２フレーム部分とを備え、
前記第１フレーム部分は、前記第１固定部を有する平行部と、該平行部に接続するとともに前記裏面側から見たときに前記第２フレーム部分の前記第２固定部に対して傾斜して配置される傾斜部とを有しており、
前記裏面側から見たときに、前記第２固定部に対する前記補助フレームの傾斜角度θ１は、前記第２固定部に対する前記傾斜部の傾斜角度θ２よりも大きい、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記補助フレームは、前記第２固定部の前記非対向部分から前記傾斜部に向かって渡設されている、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記第２固定部は、前記対向部分および前記非対向部分を１つずつ有しており、
前記非対向部分は、前記対向部分に近接する第１端部と、該第１端部よりも前記対向部分から離れた第２端部と、前記第１端部と前記第２端部との間に位置して前記補助フレームに当接する第１当接部とを有しており、
前記非対向部分において、前記第１端部と前記第１当接部との距離Ｄ１は、前記第２端部と前記第１当接部との距離Ｄ２よりも大きい、請求項２または３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記傾斜部は、前記平行部に近接する第３端部と、該第１端部よりも前記平行部から離れた第４端部と、前記第３端部と前記第４端部との間に位置して前記補助フレームに当接する第２当接部とを有しており、
前記傾斜部において、前記第３端部と前記第２当接部との距離Ｄ３は、前記第４端部と前記第２当接部との距離Ｄ４よりも小さい、請求項３または４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記補助フレームは、前記第２フレーム部分の前記非対向部分から前記平行部に向かって渡設されている、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の太陽電池モジュールと、
前記フレームを前記被設置面に固定する固定部材とを備えており、
前記２つの固定部は、前記固定部材を介して前記被設置面に固定される、太陽電池アレイ。
【請求項１】
太陽電池パネルと、
該太陽電池パネルの外周部に配置されたフレームと、
前記太陽電池パネルの裏面側に配置され前記フレームに渡設された補助フレームとを備え、
前記フレームは、被設置面に固定されるとともに略平行に位置して互いに長さが異なる２つの固定部を有しており、
該２つの固定部は、第１固定部と、該第１固定部よりも長くかつ前記第１固定部と対向する対向部分および前記第１固定部に対向しない非対向部分を有する第２固定部とを有し、前記補助フレームは、前記太陽電池パネルの前記裏面側から見たときに、一端が前記第２固定部の前記非対向部分に接続され、中央部が前記裏面における前記第１固定部と前記第２固定部の前記対向部分とで挟まれた第１領域以外の第２領域を通り、他の一端が、前記第１領域に向かって傾斜するように配置されている、
太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記フレームは、前記第１固定部を有している第１フレーム部分と、前記第２固定部を有している第２フレーム部分とを備え、
前記第１フレーム部分は、前記第１固定部を有する平行部と、該平行部に接続するとともに前記裏面側から見たときに前記第２フレーム部分の前記第２固定部に対して傾斜して配置される傾斜部とを有しており、
前記裏面側から見たときに、前記第２固定部に対する前記補助フレームの傾斜角度θ１は、前記第２固定部に対する前記傾斜部の傾斜角度θ２よりも大きい、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記補助フレームは、前記第２固定部の前記非対向部分から前記傾斜部に向かって渡設されている、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記第２固定部は、前記対向部分および前記非対向部分を１つずつ有しており、
前記非対向部分は、前記対向部分に近接する第１端部と、該第１端部よりも前記対向部分から離れた第２端部と、前記第１端部と前記第２端部との間に位置して前記補助フレームに当接する第１当接部とを有しており、
前記非対向部分において、前記第１端部と前記第１当接部との距離Ｄ１は、前記第２端部と前記第１当接部との距離Ｄ２よりも大きい、請求項２または３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記傾斜部は、前記平行部に近接する第３端部と、該第１端部よりも前記平行部から離れた第４端部と、前記第３端部と前記第４端部との間に位置して前記補助フレームに当接する第２当接部とを有しており、
前記傾斜部において、前記第３端部と前記第２当接部との距離Ｄ３は、前記第４端部と前記第２当接部との距離Ｄ４よりも小さい、請求項３または４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記補助フレームは、前記第２フレーム部分の前記非対向部分から前記平行部に向かって渡設されている、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の太陽電池モジュールと、
前記フレームを前記被設置面に固定する固定部材とを備えており、
前記２つの固定部は、前記固定部材を介して前記被設置面に固定される、太陽電池アレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７７６９３（Ｐ２０１３−７７６９３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６５３５（Ｐ２０１１−２１６５３５）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【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４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]