JP6184369B2

JP6184369B2 - 太陽電池モジュールの製造装置および太陽電池モジュールの製造方法

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Publication number: JP6184369B2
Application number: JP2014091959A
Authority: JP
Inventors: 葉影　秀徳; 秀徳葉影
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: JP2015211553A

Description

本発明は、保持フレーム、太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの製造装置、および太陽電池モジュールの製造方法に関する。

太陽電池モジュールの主な構成として太陽電池素子が埋設された太陽電池パネルに対し、保持フレームと呼ばれる金属製のフレーム板を太陽電池パネルの四辺に組み付けることにより太陽電池パネルの強度を保っている。

従来の太陽電池モジュールは平面状の太陽電池パネルに対し、直線のフレームを使用しており、フレームの内側に太陽電池パネルが嵌まり込むように溝を加工して組み立てられている。

また、フレーム内で太陽電池パネルがずれて移動しないように弾力性のあるゴム材、例えばブチルゴムなどをフレーム溝内に充填する方法やゴムシートをあらかじめ太陽電池パネルに貼り付けるなどして太陽電池パネルとフレーム間の隙間を埋めて固定している。

特許第３８６１８９０号公報特開２０１０−１７７３０７号公報

上記の従来技術によれば、太陽電池パネルは平面形状を呈しているが、近年では、曲面形状を呈する太陽電池パネルを備える太陽電池モジュールへの要望もある。そこで、保持フレームに形成された溝と太陽電池パネルの曲率を合わせた状態で、保持フレームの溝に太陽電池パネルを嵌めこもうとすると、組立精度を要するため組立方法及び製造コストにおいて負担が大きくなりやすい。

特に、保持フレームの溝の曲面に合わせて太陽電池パネルを曲げながら、太陽電池パネルを溝に嵌めこむには、それぞれの部品の曲率を保持しながら、組み立てることが求められる。

また、太陽電池パネル作成においては曲面形状を容易に変更、調整することが出来ないため、製造仕様に対し、曲率を変更するためには製造設備及び製造方法において段取り替えが複雑となるなど、生産効率の低下を招くとともに、コストの増加という課題が発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、曲面形状を呈する太陽電池パネルを備える太陽電池モジュールを組み立てるうえで、コストの抑制や組み立て作業の簡単化を図ることのできる保持フレームを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池パネルの外周を囲んで保持する保持フレームであって、太陽電池パネルの第１の外縁に裏面側から当接する第１裏側当接面を有する第１裏面側フレームと、第１の外縁に受光面側から当接して、第１裏側当接面との間に第１の外縁を挟んで保持する第１受光側当接面を有する第１受光面側フレームと、第１の外縁に対向する第２の外縁に裏面側から当接する第２裏側当接面を有する第２裏面側フレームと、第２の外縁に受光面側から当接して、第２裏側当接面との間に第２の外縁を挟んで保持する第２受光側当接面を有する第２受光面側フレームと、を備え、第１裏側当接面と第１受光側当接面とは、受光面と平行かつ第１の外縁と垂直な方向から見た場合に曲線となる曲面形状を呈し、第２裏側当接面と第２受光側当接面とは、受光面と平行かつ第２の外縁と垂直な方向から見た場合に曲線となる曲面形状を呈することを特徴とする。

本発明によれば、曲面形状を呈する太陽電池パネルを備える太陽電池モジュールを組み立てるうえで、コストの抑制や組み立て作業の簡単化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、曲面太陽電池モジュールの斜視図である。図２は、曲面太陽電池モジュールの分解斜視図である。図３は、太陽電池パネルの詳細な構成を示す断面図である。図４は、太陽電池パネルのうち、第１フレームに保持された外縁部分の断面図である。図５は、太陽電池パネルのうち、第３フレームに保持された外縁部分の断面図である。図６は、挿入溝にゴム材を流し込む作業の作業例を示す図である。図７は、曲面太陽電池モジュールの製造装置（擬似曲面台）の概略構成を示す斜視図である。図８は、擬似曲面台の概略構成を示す断面図である。図９は、曲面太陽電池モジュールの製造手順を説明するための図である。図１０は、曲面太陽電池モジュールの製造手順を説明するための図である。図１１は、曲面太陽電池モジュールの製造手順を説明するための図である。図１２は、曲面太陽電池モジュールの製造手順を説明するための図である。図１３は、曲面太陽電池モジュールの製造手順を説明するための図である。図１４は、第１，２裏面側フレームと第１，２受光面側フレームとの固定例を示す断面図である。図１５は、第１，２裏面側フレームと第１，２受光面側フレームとの固定例を示す断面図である。図１６は、第１，２フレームと、第３，４フレームとの連結例を示す図である。図１７は、第１，２フレームと、第３，４フレームとの連結例を示す図である。図１８は、太陽電池パネルを擬似曲面台の支持面に倣わせる構成の変形例を示す図である。図１９は、保持フレームの変形例を示す図である。

以下に、本発明にかかる曲面太陽電池モジュールの製造方法及び製造装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本発明は以下の記述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において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる。

実施の形態１．
図１は、曲面太陽電池モジュール１の斜視図である。曲面太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル１０、保持フレーム２を備える。太陽電池パネル１０は、平面視において方形形状を呈し、受光面１０ａに太陽光が照射されることで、電力を発生させる。太陽電池パネル１０の受光面１０ａは、受光面１０ａ側に凸となる曲面形状を呈する。より具体的には、太陽電池パネル１０の長辺に沿った方向に曲率を持つ曲面形状となっている。

アルミ材を母材とする保持フレーム２は、太陽電池パネル１０の外周を囲んで保持するフレーム部材であり、太陽電池パネル１０の端部（外縁）の補強や保護を図る。また、保持フレーム２は、屋根等に取り付けられた架台に曲面太陽電池モジュール１を固定する際の固定金具としても機能する。保持フレーム２の形状に関しては例えば平地での設置、屋根への設置など設置する場所に適合した形状が採用される。

図２は、曲面太陽電池モジュール１の分解斜視図である。太陽電池パネル１０は、保持フレーム２に保持されていない状態では、受光面１０ａが平面形状を呈する。図３は、太陽電池パネル１０の詳細な構成を示す断面図である。太陽電池パネル１０は、ガラス基板４０、表面樹脂封止材４１、太陽電池アレイ４２、裏面樹脂封止材４３、保護シート４４が順に積層され加熱により一体形成されたものである。太陽電池アレイ４２は、複数の太陽電池セル４２ａが複数のリード線４２ｂを介して接続されたものである。

図２に示すように、保持フレーム２は、第１フレーム２１、第２フレーム２２、第３フレーム２３、第４フレーム２４を備える。図４は、太陽電池パネル１０のうち、第１フレーム２１に保持された外縁部分の断面図である。第１フレーム２１は、太陽電池パネル１０に裏面１０ｂ側から当接する第１裏面側フレーム２１ａと、受光面１０ａ側から当接する第１受光面側フレーム２１ｂとに分割されている。第１裏面側フレーム２１ａは、太陽電池パネル１０の第１の外縁１１に裏面１０ｂ側から当接する第１裏側当接面２５を有する。

第１受光面側フレーム２１ｂは、第１の外縁１１に受光面１０ａ側から当接して、第１裏側当接面２５との間に第１の外縁１１を挟んで太陽電池パネル１０を保持する第１受光側当接面２６を有する。

第１裏面側フレーム２１ａと太陽電池パネル１０との間、および第１受光面側フレーム２１ｂと太陽電池パネル１０との間には、太陽電池パネル１０のずれ防止および保護用のゴム材３０が設けられる。ゴム材３０は、例えばゴム板であり、第１裏面側フレーム２１ａや第１受光面側フレーム２１ｂに貼り付けられる。

第１裏側当接面２５と第１受光側当接面２６とは、受光面１０ａと平行かつ第１の外縁１１と垂直な方向から見た場合に曲線となる曲面形状を呈する。その曲率は、太陽電池パネル１０が長辺側に持つ曲率と等しい。

断面図は省略するが、第２フレーム２２も第１フレーム２１と同様の構成となる。すなわち、第２フレーム２２は、太陽電池パネル１０に裏面１０ｂ側から当接する第２裏面側フレーム２２ａと、受光面１０ａ側から当接する第２受光面側フレーム２２ｂとに分割されている。第２裏面側フレーム２２ａは、太陽電池パネル１０の第１の外縁１１と対向する第２の外縁１２に裏面１０ｂ側から当接する第２裏側当接面２７を有する。

また、第２受光面側フレーム２２ｂは、第２の外縁１２に受光面１０ａ側から当接して、第２裏側当接面２７との間に第２の外縁１２を挟んで太陽電池パネル１０を保持する第２受光側当接面２８を有する。第２裏面側フレーム２２ａと太陽電池パネル１０との間、および第２受光面側フレーム２２ｂと太陽電池パネル１０との間には、太陽電池パネル１０のずれ防止および保護用のゴム材３０が設けられる。ゴム材３０は、例えばゴム板であり、第２裏面側フレーム２２ａや第２受光面側フレーム２２ｂに貼り付けられる。

第２裏側当接面２７と第２受光側当接面２８とは、受光面１０ａと平行かつ第２の外縁１２と垂直な方向から見た場合に曲線となる曲面形状を呈する。その曲率は、太陽電池パネル１０が長辺側に持つ曲率と等しい。

図５は、太陽電池パネル１０のうち、第３フレーム２３に保持された外縁部分の断面図である。第３フレーム２３は、第１，２フレーム２１，２２のように分割構成されておらず、太陽電池パネル１０の第３の外縁１３が挿入される挿入溝２３ａが形成されている。

挿入溝２３ａには、ゴム材３２が流し込まれており、太陽電池パネル１０のずれ防止および保護が図られている。図６は、挿入溝２３ａにゴム材３２を流し込む作業の作業例を示す図である。図６に示す作業例では、第３フレーム２３を位置決め機構（図示せず）によって固定したあと、溶融タンク６１内にて加熱溶融させたゴム材３２を、ノズル６０を通して挿入溝２３ａに流し込み硬化させている。曲面太陽電池モジュール１の組立時には、太陽電池パネル１０と第３フレーム２３とを接着させるために、挿入溝２３ａ内のゴム材３２を再加熱溶融させた状態で太陽電池パネル１０の外縁を挿入溝２３ａに挿入する。

断面図は省略するが、第４フレーム２４も第３フレーム２３と同様の構成となる。すなわち、第４フレーム２４は、第１，２フレーム２１，２２のように分割構成されておらず、太陽電池パネル１０の第４の外縁１４が挿入される挿入溝２４ａが形成されている。

挿入溝２４ａには、ゴム材３２が流し込まれており、太陽電池パネル１０のずれ防止および保護が図られている。図示は省略するが、第３フレーム２３と同様に、第４フレーム２４を位置決め機構によって固定したあと、溶融タンク６１内にて加熱溶融させたゴム材３２を、ノズル６０を通して挿入溝２４ａに流し込み硬化させている（図６も参照）。曲面太陽電池モジュール１の組立時には、太陽電池パネル１０と第４フレーム２４とを接着させるために、挿入溝２４ａ内のゴム材３２を再加熱溶融させた状態で太陽電池パネル１０の外縁を挿入溝２４ａに挿入する。

次に、曲面太陽電池モジュール１の製造装置（擬似曲面台）について説明する。図７は、曲面太陽電池モジュール１の製造装置（擬似曲面台）５０の概略構成を示す斜視図である。図８は、擬似曲面台５０の概略構成を示す断面図である。擬似曲面台５０には、曲面太陽電池モジュール１における太陽電池パネル１０の曲面形状と同一の曲面形状を呈する支持面５０ａが形成されている。

また、支持面５０ａの周囲には、第１裏面側フレーム２１ａが載置される第１載置部５０ｂおよび第２裏面側フレーム２２ａが載置される第２載置部５０ｃが形成される。第１，２載置部５０ｂ，ｃに、第１，２裏面側フレーム２１ａ，２２ａが載置された状態で、支持面５０ａと第１裏側当接面２５と第２裏側当接面２７とが滑らかに連続する。

擬似曲面台５０は、吸着パッド５１ａなどによって太陽電池パネル１０を保持するための機能を有する支持棒５１を備える。太陽電池パネル１０への曲面形成時には、太陽電池パネル１０の端部を支持する支持棒５１によって、ばねの弾力を利用しながら太陽電池パネル１０を支持面５０ａに沿って倣わせることができる。

次に、曲面太陽電池モジュール１の製造手順について説明する。図９〜１３は、曲面太陽電池モジュール１の製造手順を説明するための図である。

まず、図９，１０に示すように、受光面１０ａおよび裏面１０ｂが平面形状を呈する太陽電池パネル１０の第３の外縁１３および第４の外縁１４に、第３フレーム２３および第４フレーム２４が取り付けられる。この際、図５，６に示したゴム材３２の流し込みや再加熱溶融も行われる。そして、太陽電池パネル１０を保持した状態で、第３フレーム２３の挿入溝２３ａおよび第４フレーム２４の挿入溝２４ａに太陽電池パネル１０の第３の外縁１３および第４の外縁１４を挿入させる。例えば、サーボモーター等の駆動ユニット（図示せず）により第３フレーム２３および第４フレーム２４を移動させる。

次に、図１１に示すように、第１，２載置部５０ｂ，ｃに、第１，２裏面側フレーム２１ａ，２２ａが載置される。次に、図１２に示すように、太陽電池パネル１０の裏面１０ｂを擬似曲面台５０の支持面５０ａに当接させる。このとき、平面視において、第３，４フレーム２３，２４が支持面５０ａとは重ならず、太陽電池パネル１０の第１，２の外縁１１，１２が、第１，２裏面側フレーム２１ａ，２２ａの第１，２裏側当接面２５，２７と重なる位置に太陽電池パネル１０は位置決めされる。

そして、第１，２受光面側フレーム２１ｂ，２２ｂを太陽電池パネル１０の受光面１０ａに押し付けて、第１，２裏面側フレーム２１ａ，２２ａとの間に太陽電池パネル１０を挟み込むことで、図１３に示すように、太陽電池パネル１０の受光面１０ａを曲面形状とする。なお、第１，２受光面側フレーム２１ｂ，２２ｂを太陽電池パネル１０の受光面１０ａに押し付ける前であれば順番は問わないが、ゴム材３０が第１，２フレーム２１，２２に貼り付けられる。

ここで、第１，２裏側当接面２５，２７および第１，２受光側当接面２６，２８が曲面形状を呈するので、第１，２受光面側フレーム２１ｂ，２２ｂを太陽電池パネル１０の受光面１０ａに押し付けることで、太陽電池パネル１０をその曲面形状に倣わせることができる。より具体的には、第１，２裏側当接面２５，２７の中央部を支点にしながら、第１，２受光側当接面２６，２８の端部が押し付けられて、太陽電池パネル１０が曲面形状に倣わせられる。このとき、太陽電池パネル１０は、擬似曲面台５０の支持面５０ａの曲面形状にも倣う。

第１，２受光面側フレーム２１ｂ，２２ｂを押し付ける速度については、ガラス基板４０の破損を防止するための速度とする。したがって、太陽電池パネル１０の変形に合わせながら第１，２受光面側フレーム２１ｂ，２２ｂを押し付ける速度を制御できる機構を備えることが好ましい。また、曲面形状の曲率も太陽電池パネル１０が割れない程度の範囲に収める必要がある。

図１４，１５は、第１，２裏面側フレーム２１ａ，２２ａと第１，２受光面側フレーム２１ｂ，２２ｂとの固定例を示す断面図である。第１，２裏面側フレーム２１ａ，２２ａと第１，２受光面側フレーム２１ｂ，２２ｂとは、図１４に示すようにねじ５８を使用して固定してもよいし、図１５に示すようにピン５３を穴５４に嵌めこむなどの簡易組立方法で固定してもよい。

図１６，１７は、第１，２フレーム２１，２２と、第３，４フレーム２３，２４との連結例を示す図である。図１６に示すように、フレーム同士を直接ねじ３３で連結してもよいし、図１７に示すように、フレームとは別個に設けた連結板３４を利用して連結してもよい。

以上説明してきたように、本実施の形態にかかる曲面太陽電池モジュール１、その製造装置、製造方法によれば、保持フレーム２の一部が受光面側と裏面側とに分割して構成されることで、太陽電池パネル１０自体に曲率を持たせる必要がないため、製造コストの抑制を図ることができる。

また、太陽電池パネル１０を折り曲げながらフレームに形成された溝に挿入するような、面倒かつ精密性を要求される作業を不要とできるので、組み立て作業の簡素化や、歩留まりの向上を図ることができる。

また、組み立て後の太陽電池パネル１０の曲率は、フレーム側の曲率によって適宜変更可能であるため、曲率ごとに異なる太陽電池パネル１０を用意する必要がない。そのため、設計変更時のコストや在庫コスト等の抑制を図ることができる。

図１８は、太陽電池パネル１０を擬似曲面台５０の支持面５０ａに倣わせる構成の変形例を示す図である。図１８に示すように、擬似曲面台５０の支持面５０ａとの間に、太陽電池パネル１０の全面または一部を挟み込む擬似上面板５２によって、太陽電池パネル１０を変形させてから、保持フレーム２を取り付けてもよい。擬似上面板５２のうち、支持面５０ａと対向する面は、支持面５０ａと同様の曲面形状を呈する。

図１９は、保持フレーム２の変形例を示す図である。図１９に示すように、第３フレーム２３や第４フレーム２４も第３，４裏面側フレーム２３ｂ、２４ｂと第３，４受光面側フレーム２３ｃ、２４ｃとに分割して構成してもよい。

なお、本実施の形態では、方形形状の太陽電池パネルを例に挙げて説明したが、これ以外の形状であっても構わない。また、太陽電池パネルの長辺側に曲率を持たせる例を挙げて説明したが、短辺側に曲率を持たせてもよいし、長辺、短辺の両方に曲率を持たせてもよい。

以上のように、本発明にかかる保持フレームは、曲面形状を呈する太陽電池パネルを備える太陽電池モジュールの保持フレームに有用である。

１曲面太陽電池モジュール、２保持フレーム、１０太陽電池パネル、１０ａ受光面、１０ｂ裏面、１１第１の外縁、１２第２の外縁、１３第３の外縁、１４第４の外縁、２１第１フレーム、２１ａ第１裏面側フレーム、２１ｂ第１受光面側フレーム、２２第２フレーム、２２ａ第２裏面側フレーム、２２ｂ第２受光面側フレーム、２３第３フレーム、２３ａ挿入溝、２３ｂ第３裏面側フレーム、２３ｃ第３受光面側フレーム、２４第４フレーム、２４ａ挿入溝、２４ｂ第４裏面側フレーム、２４ｃ第４受光面側フレーム、２５第１裏側当接面、２６第１受光側当接面、２７第２裏側当接面、２８第２受光側当接面、３０，３２ゴム材、３３ねじ、３４連結板、４０ガラス基板、４１表面樹脂封止材、４２太陽電池アレイ、４２ａ太陽電池セル、４２ｂリード線、４３裏面樹脂封止材、４４保護シート、５０擬似曲面台、５０ａ支持面、５０ｂ第１載置部、５０ｃ第２載置部、５１支持棒、５１ａ吸着パッド、５２擬似上面板、５３ピン、５４穴、５８ねじ、６０ノズル、６１溶融タンク。

Claims

裏面側が曲面形状を呈する太陽電池パネルを備える太陽電池モジュールの製造装置であって、
前記太陽電池パネルの裏面側の曲面形状と同一の曲面形状を呈する支持面と、
支持面の周囲に形成されて、曲面形状を呈して前記太陽電池パネルの第１の外縁に裏面側から当接する第１裏側当接面を有する第１裏面側フレームが載置される第１載置部と、
支持面の周囲に形成されて、曲面形状を呈して前記太陽電池パネルの第２の外縁に裏面側から当接する第２裏側当接面を有する第２裏面側フレームが載置される第２載置部と、が形成され、
前記第１載置部および前記第２載置部に前記第１裏面側フレームと前記第２裏面側フレームとが載置された状態で、前記支持面と前記第１裏側当接面と前記第２裏側当接面とが滑らかに連続することを特徴とする太陽電池モジュールの製造装置。
請求項１に記載の製造装置を用いた太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第１載置部に前記第１裏面側フレームを載置し、
前記第２載置部に前記第２裏面側フレームを載置し、
前記支持面に前記太陽電池パネルを載置し、
曲面形状を呈して前記太陽電池パネルの第１の外縁に受光面側から当接する第１受光側当接面を有する第１受光面側フレームと、前記第１裏面側フレームとの間に前記第１の外縁を挟み、
曲面形状を呈して前記太陽電池パネルの第２の外縁に受光面側から当接する第２受光側当接面を有する第２受光面側フレームと、前記第２裏面側フレームとの間に前記第２の外縁を挟むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
請求項１に記載の製造装置を用いた太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第１載置部に前記第１裏面側フレームを載置し、
前記第２載置部に前記第２裏面側フレームを載置し、
前記支持面に前記太陽電池パネルを載置し、
前記支持面の全部または一部を覆う上面板と、前記支持面との間に前記太陽電池パネルを挟むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。