JP2000038819A - 太陽光発電構造体 - Google Patents
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Abstract
発電システムとして良好な出力を維持することができ、
耐環境性に優れ、ひいては防火性能をも向上させること
ができる太陽光発電構造体を提供する。 【解決手段】 下地材上に太陽電池モジュールを配設す
る太陽光発電構造体であって、下地材と太陽電池モジュ
ールとの間に、外気との連通が遮断された密閉空間部を
有している。
Description
ルを用いた太陽光発電構造体に係り、特に太陽電池モジ
ュールの裏面に外気と連通しない密閉空間部を有する太
陽光発電屋根として形成される太陽光発電構造体に関す
る。
が高まり、クリーンなエネルギーである太陽電池に対す
る期待が高まってきている。その一環として、一般家庭
における太陽光発電システムが種々提案され実用化され
ている。通常、前記太陽光発電システムは、家屋の屋根
上に設置された複数の太陽電池モジュールと、太陽電池
に電気的に接続された接続箱、インバータとを主体に構
成されている。
晶質シリコン系半導体や結晶系のシリコン半導体等を用
いたものがあるが、非晶質シリコン系の半導体を用いた
太陽電池モジュールは基本的に結晶系のシリコン半導体
を用いた太陽電池モジュールよりも発電効率が低く、し
かも比較的短期間光を照射することで発電出力が初期状
態の発電電力より低下し、その後は維持される現象(ス
テブラーロンスキー現象)が見られ、結晶系シリコン半
導体を用いた太陽電池モジュールと同様の出力を得るに
は大きな受光面積が必要となる。
劣化)は、光起電力素子を周囲温度よりも20乃至15
0℃程度の高い動作温度に保つことにより抑制すること
ができるとともに、一旦劣化した場合でも回復する現象
(アニール効果:温度に見合った効果がある)が知られ
ている。
屋根用下地材上に一定の間隔を隔てて浮かした状態で設
置されるため、アモルファス半導体を用いた太陽電池モ
ジュールは太陽光の照射により温度がかなり高くなる
が、太陽電池モジュールの上下面からの放熱でアニール
効果を十分に得られない。
対側の面に断熱体、あるいは断熱部を設けることにより
アニール効果を十分に得るという方法がある。
は、太陽電池モジュールの受光面と反対側の面に断熱材
を密着させた屋根構造としている。
太陽電池モジュールと屋根面板との間に断熱空間部を形
成した屋根構造としている。
光発電構造体にあっては、以下のような問題があった。
のように太陽電池モジュールの受光面と反対側の面に断
熱材を密着させた屋根構造の場合には、コスト面での問
題が挙げられる。すなわち、アニール効果を十分に得る
ためには、熱貫流率の低い断熱材を選定する必要がある
ため材料コストが高くなる。断熱材の熱伝導率、厚さに
よっては太陽電池モジュールの下面からの放熱を防ぐこ
とができず、アニール効果が十分に得られない。また、
断熱材の設置コストも発生する。
に太陽電池モジュールと屋根面板との間に断熱空間部を
形成した屋根構造の場合には、次のような2つの問題が
ある。
挙げられる。断熱空間部内は、太陽電池モジュールの固
定具等により一見細かく区切られているように見える場
合でも、配線用の隙間等が存在する。そこで、断熱空間
部内の空気が暖められると、暖められた空気は対流して
棟側に流れ、結果として個々の太陽電池モジュール温度
が異なるため出力がばらつき、太陽光発電システムとし
ての総出力の低下を招き、各太陽電池モジュールの光劣
化やアニール効果のばらつきも生じる。
空間部は外気と流通があり、太陽電池モジュールに対し
て下方から突き上げる風の力が作用するので、強風時に
おいても太陽電池モジュールが飛ばされないようにする
ためには、太陽電池モジュールの強度を大幅に高める必
要がある。
で設置コストが低く、かつ太陽光発電システムとして良
好な出力を維持することができ、耐環境性に優れ、ひい
ては防火性能をも向上させることができる太陽光発電構
造体を提供することを目的とする。
めに、本発明の太陽光発電構造体は、下地材上に太陽電
池モジュールを配設する太陽光発電構造体において、下
地材と太陽電池モジュールとの間に、外気との連通が遮
断された密閉空間部を有しているものである。ここで、
密閉空間部には空気等が存在している。以下、本明細書
中では密閉空間部を断熱空間部と表現することがある
が、断熱空間部は完全に熱を遮断するものである必要は
なく、空気程度の断熱性能を有していればよい。
材上に下葺材が設けられていることが好ましい。
複数の空間部に区画形成されており、区画された各空間
部の連通が遮断されていることが好ましい。
され、空間部同士の流れ方向に亙る連通が遮断されてい
ることが好ましい。
れていることが好ましい。
ル固定用の固定具を兼ねていてもよい。
り、空間部同士の流れ方向に亙る連通が遮断されている
ことが好ましい。
であることが好ましい。
が好ましい。
体型太陽電池モジュールとして形成されていることが好
ましい。
発電屋根部が含まれている太陽光発電構造体であること
が好ましい。
スシリコン系半導体により形成されていることが好まし
い。
制御するインバータまたは接続箱に接続されていること
が好ましい。
上に太陽電池モジュールが配設され、下地材と太陽電池
モジュールとの間に外気との連通が遮断された断熱空間
部(密閉空間部)を有している。断熱空間部内の空気は
静止状態に近づき、静止状態の空気は熱貫流率が極めて
低いため、太陽電池モジュールの下面からの放熱を防
ぎ、太陽電池モジュールにアモルファス半導体を用いた
場合にもアニール効果を十分に得ることができる。
貫流率が低くなり、アニール効果は大きくなる。また、
断熱空間部は外気と流通しないため、太陽電池モジュー
ルに対して下方から突き上げる風の力が作用せず、強風
時等を考慮した高強度の太陽電池モジュールの取付け構
造の設計を要しない。さらに、断熱空間部が外気とは流
通しないことにより、火災時、例えば屋根上に火種が飛
んでくることによって下地材が加熱された場合でも下地
材の発火が抑制される。
間の断熱空間部内が対流抑制部によって複数の空間部に
区画形成されており、区画された各空間部の連通が遮断
されている場合には、断熱空間部内の対流が抑制され、
個々の太陽電池モジュールの温度ばらつきが小さくなる
ため、出力ばらつき、光劣化、アニール効果のばらつき
が抑制され、太陽光発電システムとして総出力の低下が
防止される。この断熱空間部の区分は、多いほどその効
果は大きくなる。
れ、各空間部の流れ方向に亙る連通が遮断されている場
合、断熱空間部内の暖められた空気が軒側に流れること
(対流)が防止され、その効果はさらに大きくなる。ま
た、対流抑制部が複数存在することにより、火災等によ
り一部の対流抑制部が破壊された場合でも、他の部分で
は対流が抑制される。
場合には、各空間部が不燃材によって区切られるため、
火災時に火災の拡大を防止する効果が向上する。太陽電
池モジュールの下面が不燃材の場合、その効果はさらに
大きくなる。
固定用の固定具を兼ねていることにより、施工しただけ
で上記の効果を発揮することができる。
ある場合には、母屋方向に亙ったはぜ組部が、屋根用下
地材あるいは下葺材に接触することで対流抑制部の役目
を果たしている。屋根用下葺材が軟化点の低い材料であ
る場合その効果は大きくなる。よって、通常の屋根施工
を行うだけで他部材を使用せず、各空間部の流れ方向に
亙る連通が遮断された構造が可能となる。
太陽電池モジュールの温度が上昇するので、その軟化点
は40℃〜90℃が好ましい。このような温度に軟化点
を設定することにより太陽電池モジュールの施工後、形
成した密閉空間の気密性を容易に高めることができる。
のである場合には、断熱空間部と下地材あるいは下葺材
との熱貫流率がより低くなるため、太陽電池モジュール
の下面からの放熱が防止されるとともに、断熱空間部内
の温度がより上昇し、結果としてアニール効果が向上す
ることになる。
型太陽電池モジュールとして形成されることにより、家
屋の屋根への適用が容易となる。この太陽電池モジュー
ルとは別に非発電屋根部が含まれる太陽光発電構造体
(屋根)としてもよく、上述のようにアニール効果を十
分に得ることができるという観点からは、太陽電池モジ
ュールはアモルファスシリコン系半導体により形成され
ていることが好ましい。もっとも、結晶シリコン系半導
体等を用いた他の太陽電池モジュールでも上述した強風
時や火災発生時等の効果は同様である。
御するインバータまたは接続箱に接続されることによ
り、太陽光発電装置として有効に機能することになる。
態を添付図面に基づいて説明するが、本発明は本実施形
態に限るものではない。
施形態を示す概略構成図であり、図1(a)は斜視図、
図1(b)はそのA−A断面図である。
数の母屋102が屋根103の流れの方向に沿って並列
に設けられいる。母屋102上には、最上段の母屋10
2と最下段の母屋102とに亙る複数の垂木104が横
方向に沿って並列に設けられている。
05および下葺材106が屋根103全体に亙って敷設
されており、下葺材106上には複数個の太陽電池モジ
ュール107が固定具109によって設置されている。
太陽電池モジュール107と下葺材106との間には、
外気との連通が遮断された断熱空間部108が形成され
ている。それにより、火災時等に、下地材105や下葺
材106が極体に加熱された場合でもそれらの発火を抑
制することができ、火災の拡大を防止できる。
によって複数の空間部に区画形成されており、空間部同
士の連通が遮断された構造となっており、個々の太陽電
池モジュール107の温度のばらつきが抑えられる。太
陽電池モジュールとしてアモルファスシリコン系半導体
を用いた場合には、アニール効果のばらつきも抑えられ
る。また、空間部同士の連通が複数の対流抑制部110
によって遮断されることにより、火災時等の一部の対流
抑制部が破壊されても他の対流抑制部により対流が抑制
され、火災の拡大を防止できる。
母屋方向に亙って配される場合には、上記ばらつきが抑
えられる。対流抑制部110が不燃材により形成されて
いる場合には、火災時に火災の拡大を防止する効果を向
上させることができる。
用の固定具109との兼用も可能であり、太陽電池モジ
ュール107が横葺型の場合には、母屋方向に亙るはぜ
組部が屋根用下葺材106に接触することで、対流抑制
部110の役目も果たすことになる。
性、調湿性、断熱性などを有することが好ましい。具体
的には、下葺材106として、アスファルトルーフィン
グあるいは改質アスファルトルーフィングなどのアスフ
ァルト系ルーフィングや、塩化ビニル系樹脂ルーフィン
グ、ポリエステル系樹脂ルーフィング、ポリエチレン樹
脂系ルーフィング、ポリスチレン系樹脂断熱材、ポリウ
レタン系樹脂断熱材などを好適に用いることができる。
また、このような下葺材を設けず、野地板等の下地材そ
のものが断熱空間部108に接するようにしてもよい。
断熱空間部108内の温度がより上昇し、太陽電池モジ
ュール107としてアモルファスシリコン系半導体を用
いた場合には、アニール効果により太陽電池モジュール
107の性能劣化を防止する効果がある。
面補強板に暗色系の補強板を用いることにより、さらに
この効果が著しくなるためより好ましい。
通気性、耐候性、コスト、断熱性などに鑑みると、アス
ファルト系ルーフィングあるいは改質アスファルト系ル
ーフィングなどのアスファルト系ルーフィングが好まし
い。
性に優れているため、アニール効果により太陽電池モジ
ュール107の性能劣化を防止する効果に優れている。
ルーフィング材の優れた断熱性は、室内への温度影響を
も低減する。
陽電池モジュールに特に限定はないが、光起電力素子と
して、シリコン半導体としては単結晶シリコン太陽電
池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太
陽電池などが使用でき、化合物半導体としては、III
−V族化合物太陽電池、II−VI族化合物太陽電池、
I−III−VI族化合物太陽電池などが使用できる。
気との連通が遮断された密閉空間部を有している構造と
いうことからも、太陽電池素子には、高温時の温度特性
が良く、アニール効果を得られるアモルファスシリコン
太陽電池を用いることが好ましい。
特に限定はないが、上記太陽電池素子を、表面材である
ガラスや耐候性樹脂フィルム等と、裏面材である金属鋼
板や絶縁樹脂フィルム等の間に配置し、樹脂封止するこ
とで成型される。
耐候性樹脂フィルムを用い、かつ裏面材に一般金属屋根
に使用されるような金属鋼板を用いることで、一般の屋
根と同様な形状に折り曲げることができ、例えば折版形
状、瓦棒形状、横葺き形状に成型することができるとと
もに、太陽電池モジュールは金属屋根としての機能をも
持ち合わせることができるため、トータルコストを低減
でき好ましい。
ジュールでは、モジュール自体を下地材などの構造物の
上に設置する際に、太陽電池モジュールと構造物との間
に、架台などの中間材が必須であったが、導電性基板の
アモルファスシリコン系半導体を耐候性フィルムと金属
鋼板裏面補強材とにより挟持した太陽電池モジュールは
下地材上に直接敷設することができる。これにより、本
格的な建材一体型太陽電池モジュールを提供することが
できる。
ての機能をも兼ねることができるため、トータルコスト
を低減することができ、外観上も従来の金属屋根と同様
な形状に加工することができるため、既存の建築物との
違和感がなく、かつデザインの自由度を高くすることが
できる。
にガラスを用いないため、太陽電池モジュールの重量を
軽量化することができ、架台などの中間材を用いる必要
がないため屋根自体の重量が軽くなり、地震などによる
被害を軽減することができる。
は、屋根や壁などの建築物の外囲体を構造的に支持する
目的や、断熱などの目的で使用されるものであり、最外
囲体の内側に位置する材料である。
ないが、例えば、杉小幅板、合板、硬質木片セメント
板、高圧木毛セメント板、パーティクルボード、モルタ
ル等を用いることができる。
性が不十分な場合、それを補うために、下地材上に下葺
材を設けることが好ましい。下葺材としては、シート状
材料、ボード状材料、発泡プラスチック製品等が挙げら
れる。
水性や耐久性、コスト、汎用性などを考慮すると、前述
したアスファルト系ルーフィング、塩化ビニル系樹脂ル
ーフィング、ポリエステル系樹脂ルーフィング、ポリエ
チレン系樹脂ルーフィング、ポリスチレン系樹脂断熱
材、ポリウレタン系樹脂断熱材などからなる下葺材が好
ましい。
ものではない。例えば、断熱材としては、『ポリスチレ
ンフォーム(ボード状)』、『硬質ポリウレタンフォー
ム(ボード状)』などがある。
は、製造方法の違いにより、連続押し出し発泡式の一次
発泡品(押し出し法ポリスチレンフォーム)があり、例
えば鐘淵化学工業株式会社の「カネライトフォーム」
「バリラック」、ダウ加工株式会社の「スライロフォー
ム」、株式会社LSPの「ミラフォーム」、積水化成品
工業株式会社の「エスレンフォーム」などを使用するこ
とができる。
状)』は、一般的にポリオールとイソシアネートおよび
発泡剤などの化学反応によって得られる気泡体をボード
状に形成した断熱材であり、発泡剤にフロントガスを用
いているため熱伝導率が小さく、高い断熱性を有するこ
とが特徴である。
着性を利用して、2枚の面材の間に所定の厚さで板状に
発泡させたサンドイッチ状のものや、大きなブロックか
ら切り出して成形されたものなどがある。
イトパネル」、「エバーライトボード」、アキレス株式
会社の「アキレスボード」「アキレスハイノン」、イノ
アックコーポレーション株式会社の「フォームライ
ト」、「サーマックス」、倉敷紡績株式会社の「クラン
パネル」、東洋ゴム株式会社の「ソフランパンル」、大
同鋼板株式会社の「イソバンド」などを使用することが
できる。
トルーフィング類』や『合成樹脂系』などを使用するこ
とができる。
スファルトルーフィングとアスファルトフェルトとがあ
る。
な紙にストレートアスファルトを含浸させ表面にブロー
ンアスファルトを塗覆したもので、本発明で使用できる
例としては、田島ルーフィング株式会社の「三星アスフ
ァルトフェルト」、七王工業株式会社の「アスファルト
ルーフィング」、日新工業株式会社の「アスファルトル
ーフィング」などを使用することができる。
スファルトを含浸させたもので、例えば田島ルーフィン
グ株式会社の「三星アスファルトフェルト」、七王工業
株式会社の「アスファルトルーフィング」、日新工業株
式会社の「アスファルトルーフィング」などを使用する
ことができる。
ルトに相溶する合成ゴムや合成樹脂を適量アスファルト
に混合することによってアスファルトの改質を図り、低
温特性、高温特性、釘穴シーリング性、粘着性、耐久性
などを向上させたもので、合成繊維不織布を増強材と
し、その両面もしくは片面に改質アスファルトを塗覆し
たもの、二層の繊維質シートの間に積層したものなどが
ある。
ーフィング株式会社の「アンダールーフK」、「ライナ
ールーフィング」、「アンダーガムロンMGベース
M」、「アンダーガムロンMGベースF」、「アンダー
ガムロンMGベースB」、「ホームルーフ」、七王工業
株式会社の「モラサン1号」、「モラサン2号」、「モ
ラサンエース」、「ベスター1号」、「ベスター2
号」、「モラサンALC」、「モラサン3号」、日新工
業株式会社の「カラーハウスルーフ」、「バンカラール
ーフ」、「ハウスルーフ2号」、「ハウスルーフ3
号」、「カスタムSA」、宇部興産株式会社の「ヤネル
ーフ」、「アクアカットRR2100」、「アクアカッ
トSS15R」、「アクアカットSS201」、「アク
アカットZR20T」、静岡歴青工業株式会社の「スー
パーバードG520」、「スーパーバードG220」、
東邦パーライト株式会社の「トーホーGAルーフB−
3」、「トーホーGAルーフB−4」、「トーホーGA
ルーフB−5」、「トーホーGAルーフB−10」、ま
たは早川ゴム株式会社の「ミケロン下地シート200
0」、「ミケロン下地シート3000」などが挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。
ポリ塩化ビニルを使用することができ、これらのシート
単体や他材料(クラフト紙、不織布、アスファルト、コ
ールタール、アスファルトフェルトなど)と積層したも
のを使用することができる。
「ハイトントン」、「ハイガード」、「フルベストシー
ト」、サンルーフ工業株式会社の「サンルーフキン
グ」、「サンルーフ柿板」、早川ゴム株式会社の「サン
タックルーフTY」、デュポン・ジャパンLTDの「タ
イペック」、日東電気工業株式会社の「ニトルーフ」、
「全天シートGR」、「全天シートGRA」、さらには
東陶スペース株式会社の「ドートミチャンピオン」など
を使用することができる。
結露防止、雨音の消音などの効果をねらって使用される
が、例えば株式会社JSPの「ミラウッディ」、田島ル
ーフィング株式会社の「アスフォームII」、日新工業
株式会社の「バンマット1号」、ニチアス株式会社の
「フォームナードパネル」、株式会社ユカルーフの「ユ
カルーフ」などを使用することができる。
詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。
板上に作成したアモルファスシリコン系光起電力素子を
直列接続し、その裏面にガルバリウム鋼板を設けて耐候
性樹脂で封止した太陽電池モジュールの電極取り出し部
分に被せられる端子取り出し箱の構造の一例であり、以
下に詳細に説明する。
系光起電力素子の作製手順を説明する概略図であり、図
2はアモルファスシリコン系光起電力素子の断面図、図
3はアモルファス系光起電力素子の上面図である。ま
ず、洗浄した0.1mm厚のロール状の長尺ステンレス
製基板(導電性基体)301上に、ロール・ツー・ロー
ル方式の成膜装置を用いてSiを1%含有するAl(裏
面反射層)302を、スパッタ法により膜厚が5000
Åとなるように形成した。
(半導体層303)を、n型半導体としてはPH3、S
iH4、H2のガスを、i型半導体としてはSiH4、H2
のガスを、またp型半導体としてはB2H6,SiH4、
H2のガスをそれぞれ用いて、ロール・ツー・ロール方
式の成膜装置を用いたプラズマCVD法によって厚さ3
00Åのn型半導体層、厚さ4000Åのi型半導体
層、厚さ100Åのp型半導体層を順次積層することに
より形成した。
のITO電極(透明導電層)304を形成してアモルフ
ァスシリコン系光起電力素子を形成した。
にして作成した長尺の光起電力素子を図3に示すような
形状に打ち抜き、複数個の太陽電池ストリップ400を
作製した。ここで、プレスマシンにより切断された太陽
電池ストリップ400の切断面では、光起電力素子がつ
ぶされてITO電極304とステンレス製基板301が
短絡した状態になっている。
および図3に示したように、各光起電力素子のITO電
極304の周囲に素子分離部411を設け、この素子分
離部411によりITO電極の周辺の除去を行った。
た。まず、ITOを溶解するがアモルファスシリコン半
導体は溶解しない選択性を持つエッチング剤(FeCl
3溶液)を各太陽電池ストリップ400の切断面よりや
や内側のITO電極304の周囲にスクリーン印刷し、
ITOを溶解した。次に水洗浄することにより、ITO
電極304の周囲に素子分離部411を形成した。
ド電極412として、ポリエチレン樹脂をバインダーと
する銀ペースト(デュポン社DuPonCompan
y.『5007』を、スクリーン印刷により形成した。
ある錫メッキ銅線413を、グリッド電極412を直交
させる形で配置した。
線413との交点に、接着性の銀インク414としてエ
マーソンアンドカミング社(EMARSON&CUMI
NG,INC)製『C−220』を滴下し、150℃で
30分間乾燥してグリッド電極412と錫メッキ銅線4
13とを接続した。その際に、錫メッキ銅線413とス
テンレス製基板の端面が接触しないように、錫メッキ銅
線413の下の一部に図3に示すようにポリイミドテー
プ416を貼りつけた。
子からなる上記の太陽電池ストリップにおける非発電領
域の一部のITO層/a−Si層を、グラインダーで除
去してステンレス製基板を露出させた後、その部分に銅
箔415をスポット溶接器で溶接した。
リップ401の錫メッキ銅線413と太陽電池ストリッ
プ402の銅箔415とを半田付けすることにより、直
接接続した。
の錫メッキ銅線413と銅箔415とを半田付けするこ
とにより、4枚の太陽電池ストリップ401、402、
403、404を直列接続した。なお、プラス及びマイ
ナスの端子用配線は、各太陽電池ストリップのステンレ
ス製基板の裏側で行った。
板601/EVA(エチレンビニルアセテート)/上記
直列接続した光起電力素子/EVA/50ミクロン厚の
無延伸エチレン−テトラエチレン共重合体フッ素樹脂フ
ィルム「アフレックス(旭硝子株式会社製)」からなる
フッ素樹脂フィルムを順次重ね合わせ、真空ラミネータ
ーを用いて150℃でEVAを溶融させることにより、
耐候性の樹脂で封止した太陽電池モジュールを作製し
た。
子を取り出すために近接する2箇所の穴を予め開けてい
る。なお、フッ素樹脂フィルムの接着面には、EVAと
の接着力を高めるため、予めプラズマ処理が施されてい
る。また、直列接続された光起電力素子は、後の工程で
太陽電池モジュール107の端部を折り曲げるため、裏
面のガルバリウム鋼板601およびフッ素樹脂フィルム
よりも一回り小さなサイズに作製されている。さらに、
本実施例に用いたフッ素樹脂フィルムの引張伸度は25
0%以上であった。
ールの裏面のガルバリウム鋼板601に形成された二個
の端子取出し穴607から、プラス及びマイナスの端子
用配線606を露出させた後、端子取出し穴607を覆
うように端子取出し箱605を接着剤で取り付けた。こ
のように太陽電池モジュールは、端子取出し箱605の
ような接続箱に接続されたり、その出力を制御するイン
バータに接続されることにより、太陽光発電装置として
有効に機能することになる。
端部を、図6に示すように折り曲げ機で上方に折り曲
げ、瓦棒タイプの屋根材一体型太陽電池モジュール11
3を作製した。
陽電池モジュール113を施工して太陽光発電構造体を
形成した。垂木104上に下地材105を敷き、その上
にC型のスペーサー鋼材112を介して瓦棒タイプの屋
根材一体型太陽電池モジュール113を設置した屋根を
水平面に形成した。
メント板(木毛セメント板協工業組合、熱伝導率=0.
13kcal/mh℃、厚さ25mm)を使用した。下
地材105と屋根材一体型太陽電池モジュール113と
の間隔は30mmに設定し、この空間部108と外気と
の連通を遮断すべく長手方向の開口部を蓋板114で閉
鎖した。
体型太陽電池モジュール113間の熱貫流率は0.73
kcal/m2h℃となった。その他の各部の厚さ、熱
伝導率、熱貫流抵抗、熱貫流率の関係を表1に示す。
の屋根材一体型太陽電池モジュール113を図8に示す
ように設置した。下地材105と屋根材一体型太陽電池
モジュール113との間隙は、30mmに設定した。実
施例1との相違点として、下地材105と屋根材一体型
太陽電池モジュール113との間の空間部108と外気
とを連通したままにした。
体型太陽電池モジュール113間の熱貫流率は、33
3.33kcal/m2h℃となった。その他の各部の
厚さ、熱伝導率、熱貫流抵抗、熱貫流率の関係を表1に
示す。
108内の空気流動が極めて低く、熱貫流率が極めて高
くなる。その結果として、空間部108での熱損失が多
くなるため、隣接した屋根材一体型太陽電池モジュール
113の保温性の性能が低くなる。材料的なコストの差
異は殆どない。
様の屋根材一体型太陽電池モジュール113を図9に示
すように設置した。下地材105と屋根材一体型太陽電
池モジュール113との問隔は、30mmに設定した。
実施例1との相違点として、下地材105と屋根材一体
型太陽電池モジュール113との空間部内に、下葺材と
して断熱材115(積水化学工業株式会社製のジーフネ
ン、熱伝導率=0.028kcal/m2h℃、厚さ1
0mm)を3層にわたって敷き詰めた。
体型太陽電池モジュール113との間の熱貫流率は、
0.93kcal/m2h℃となった。その他の各部の
厚さ、熱伝導率、熱貫流抵抗、熱貫流率の関係を表1に
示す。
若干高いため、隣接した屋根材一体型太陽電池モジュー
ル113への保温性がやや劣るもののそれほど遜色はな
い。ただし、実施例1は空間部での材料コストが0であ
るのに対して、比較例2は断熱材115の材料コスト及
び施工コストが発生する。これは、実屋根においては施
工面積に比例して増加する。
様の屋根材一体型太陽電池モジュール113を図10に
示すように設置した。下地材105と屋根材一体型太陽
電池モジュール113との間隔は30mmに設定した。
実施例1との相違点として、屋根材一体型太陽電池モジ
ュール113の非受光面側に、下葺材として断熱材11
5(積水化学工業株式会社製のジーフネン、熱伝導率=
0.028kcal/m2h℃、厚さ10mm+5mm
の計15mm)を接着し、断熱材115と下地材105
との間に厚さ15mmの空問部108を形成した。空間
部108内は外気と連通したままにした。
体型太陽電池モジュール113との間の熱貫流率は、
1.86kcal/m2h℃となった。その他の各部の
厚さ、熱伝導率、熱貫流抵抗、熱貫流率の関係を表1に
示す。
の高い断熱材115を厚く設計しなかった分、熱貫流率
も高くなった。その他、比較例3は断熱材115の材料
コスト及び施工コストが発生する。
様の屋根一体型太陽電池モジュール113を図11乃至
12に示すように施工した。5寸勾配の架台116を用
い、垂木104上に下地材105を敷き、その上にC型
のスペーサー鋼材112を介して瓦棒タイプの屋根一体
型太陽電池モジュール113(長辺長さ約1.3m)を
3枚直列に設置した屋根103を形成した。
毛セメント板協工業組合、熱伝導率=0.13kcal
/m2h℃、厚さ25mm)を使用した。下地材105
と屋根一体型太陽電池モジュール113との間隔は30
mmに設定し、この空間108が外気と連通しないよう
に長手方向の上下開口部は、最上段のモジュール113
の上側短辺の一部と、最下段のモジュール113の下側
短辺の一部をそれぞれ折り曲げることで開口部をふさ
ぎ、さらに隙間をシール材120で封止した。各屋根一
体型太陽電池モジュール113下の空間部108内に
は、母屋方向にわたって樹脂成型した対流抑制部110
をドリルビスにて下地材105上に固定し、空間部10
8同士の流れ方向に亙る連通を遮断した構造とした。
の電気接続は空間部108内で行い、電気接続線117
は対流抑制部110に設けたブッシュ118を通したの
ち外部へ出力し、電力変換装置701、商用交流系統7
02へ接続し、系統連係システムとした。
内の温度分布を流れ方向に沿って測定した。流れ方向長
さと温度分布の関係を図17に示す。
様の屋根一体型太陽電池モジュール113を図13に示
すように設置した。実施例2との相違点として、各屋根
一体型太陽電池モジュール113下の断熱空間部108
内には対流抑制部を取り付けず、3枚の屋根材一体型太
陽電池モジュール113下の空間部同士は連通する構造
とした。
08内の温度分布を流れ方向に沿って測定した。流れ方
向長さと温度分布の関係を図17に示す。実施例3は、
実施例2に対して各屋根材一体型太陽電池モジュール1
13間の温度ばらつきが大きく、平均気温も低くなっ
た。
様の屋根材一体型太陽電池モジュールを設置した。実施
例2との相違点として、対流抑制部には、ガルバリウム
鋼板を折り曲げ加工したものを使用した。
よって区切られるため、火災時に火炎の拡大を防止する
効果が増大する。
様の太陽電池モジュール107を図14のように折り曲
げ機で横葺き形状に加工し、横葺きタイプの屋根材一体
型太陽電池モジュール113aを作製した。
陽電池モジュール113aを施工した。垂木104上に
下地材106を敷き、その上に吊子119を用い、横葺
きタイプの屋根材一体型太陽電池モジュール113aを
3枚設置した屋根103を水平面に形成した。屋根材一
体型太陽電池モジュール113a間は、はぜ組によって
組み合わせた。
(木毛セメント板協工業組合、熱伝導率=0.13kc
al/m2h℃、厚さ25mm)を使用した。下地材1
05と屋根材一体型太陽電池モジュール113aとの空
間部108の外気との連通を遮断すべく左右方向の開口
部を破風板121で覆い、さらに破風板121と屋根材
一体型太陽電池モジュール113aとの隙間をシリコン
シーラント122で封止した。
ル材120を取付け、断熱空間部108同士の連通を遮
断する構造とした。なお、吊子119として長尺ものの
吊子を使用することにより、シール材120は不要とな
る。
a間の電気接続は、電気接続線117を蓋板114に設
けたブッシュ118に通して行った。
に接することにより、又、はぜ組部内の吊子119もし
くはシール材120によって、はぜ組部が実施例2の対
流抑制板の役目を果たすことにより、施工するだけで実
施例2同様の効果が得られる。
合、空間部108の体積が小さい分、熱貫流率が高くな
り効果は小さいが、本実施例は従来のものよりも熱貫流
率が低くなる。
の太陽電池モジュール107を折り曲げ機で横葺き形状
に加工し、屋根材一体型太陽電池モジュール113aを
作製し、図16に示すように屋根材一体型太陽電池モジ
ュール113aを施工した。垂木104上に下地材10
6を敷き、その上に横葺きタイプの屋根材一体型太陽電
池モジュール113aを3枚設置した屋根103を水平
面に形成した。
(木毛セメント板協工業組合、熱伝導率=0.13kc
al/m2h℃、厚さ25mm)を使用した。下地材1
05と屋根材一体型太陽電池モジュール113aとの空
間部108の外気との連通を遮断すべく左右方向の開口
部を妻包み板124で覆い、さらに妻包み板124と屋
根材一体型太陽電池モジュール113との隙間をエプト
シーラー123で封止した。
子なしの横葺きであり、屋根材一体型太陽電池モジュー
ル113同士をはぜ組するのみで施工することができ、
吊子を必要としない。
に接することにより、又、屋根材一体型太陽電池モジュ
ール113同士がはぜ組み内で幅方向に亙って接触して
いるため、はぜ組部が実施例2の対流抑制板の役目を果
たしていることにより、他部材を使用することなく施工
するだけで実施例2と同様の効果を得ることができる。
の屋根材一体型太陽電池モジュールを施工した。垂木上
に野地板を敷き、その上に屋根材一体型太陽電池モジュ
ールの幅より若干長めの下葺材を敷いた後、吊子を用い
て横葺きタイプの屋根材一体型太陽電池モジュールを3
枚設置した屋根を水平面に形成した。モジュール間は、
はぜ組によって組み合わせた。下葺材としては、アスフ
ァルトルーフィング22kg(表面軟化点約80℃)を
使用した。
太陽電池モジュールの温度が90℃近くになることから
軟化点は90℃以下、特に40℃〜90℃の範囲にある
ことが好ましく、該アスファルトルーフィングを用いる
ことで良好な密閉空間を得ることができる。
との空間部の外気との連通を遮断すべく、左右方向の開
口部は屋根材一体型太陽電池モジュールの長手方向を折
り曲げ、さらに予め長めに施工した下葺材と折り曲げ部
を当接させて封止した。
と、アスファルトルーフィングが軟化し、各部材がアス
ファルトルーフィングにめり込み、その結果として、は
ぜ組み部と野地板との接触面でのシール性が向上する。
また、特別な部材を用いる必要がないため、低コストに
施工することができる。
の屋根材一体型太陽電池モジュールを設置した。下地材
と屋根材一体型太陽電池モジュールとの問隔は30mm
に設定した。
エース(ユニチャーム株式会社、熱伝導率=0.086
kcal/m2h℃、厚さ25mm)を使用した。
貫流率は、0.6kcal/m2h℃となった。その他
の各部の厚さ、熱伝導率、熱貫流抵抗、熱貫流率の関係
を表1に示す。
貫流率が0.64kcal/m2h℃であったのに対
し、本実施例は熱貫流率が低く、隣接した屋根材一体型
太陽電池モジュールへの保温性が向上するものである。
下地材上に太陽電池モジュールを設け、下地材と太陽電
池モジュールとの間に外気との連通を遮断した断熱空間
を有しているため、断熱空間内の空気が静止状態に近づ
くことになる。静止状態の空気は熱貫流率が極めて低い
ため、太陽電池モジュールの下面からの放熱を防ぎ、太
陽電池モジュールにアモルファス系半導体を用いた場合
にもアニール効果を十分に得ることができる。また、火
災時等の下地材や下葺材が極端に加熱された場合でも、
それらの発火を抑制することができ、火災の拡大を防止
できる。
りも熱貫流率が低くなるため、アニール効果を増大させ
ることができる。
されているため、太陽電池モジュールに対して下方から
突き上げる風の力が作用せず、強風時等を考慮した高強
度の太陽電池モジュールの取付け設計を必要としない。
間の空間部が対流抑制部によって区画形成されており、
空間部同士が互いに連通してない場合には、空間部内の
対流が抑制されるので、個々の太陽電池モジュールの温
度ばらつきが小さくなり、出力ばらつき、光劣化、アニ
ール効果のばらつきを低下させ、太陽光発電システムと
しての総出力の低下を防止することができる。この空間
部の区分は、多いほどその効果は大きくなる。
れ、空間部同士の流れ方向に亙る連通が遮断されている
場合には、空間部内の暖められた空気が棟側に流れるこ
と(対流)を防止し、その効果はさらに大きくなる。ま
た、空間部同士の連通が複数の対流抑制部によって遮断
されることにより、火災時等の一部の対流抑制部が破壊
されても他の対流抑制部により対流が抑制され火災の拡
大を防止できる。
れている場合には、個々の空間部が不燃材によって区切
られるため、火災時に火炎の拡大を防止する効果が増大
する。太陽電池モジュールの下面が不燃材の場合には、
その効果はさらに大きくなる。
合には、母屋方向に亙るはぜ組部が屋根用下地材に接触
することで対流抑制部の役目を果たし、屋根用下地材に
軟化点の低い下地材を用いた場合にその効果はより大き
くなる。よって、通常の屋根施工を行うだけで他部材を
使用しないで、空間部同士の流れ方向に亙る連通を遮断
する構造が可能となる。
優れたものを用いた場合には、空間部と下地材もしくは
下葺材との熱貫流率がより低くなるため、太陽電池モジ
ュールの下面からの放熱を防止して、空間部内の温度を
より向上させ、その結果としてアニール効果を向上させ
ることができる。
コストが低く、かつ太陽光発電システムとして良好な出
力を維持することができ、耐環境性に優れ、ひいては防
火性能をも向上させることができる太陽光発電構造体を
提供することができる。
概略構成図である。
起電力素子の概略断面図である。
起電力素子の概略上面図である。
略上面図であり、より具体的には実施例1における光起
電力素子の接続工程を示す概略上面図である。
略裏面図である。
ルを示す概略斜視図である。
斜視図である。
斜視図である。
斜視図である。
略斜視図である。
略斜視図である。
略斜視図である。
ールを示す概略斜視図である。
示す概略断面図である。
略断面図である。
温度分布との関係を示す説明図である。
トリップ 411 素子分離部 412 グリッド電極 413 錫メッキ銅線 414 銀インク 415 銅箔 416 ポリイミドテープ 601 ガルバリウム鋼板 605 端子取出し箱 606 端子用配線 607 端子取出し穴 701 電力変換装置 702 商用交流系統
Claims (13)
- 【請求項1】 下地材上に太陽電池モジュールを配設す
る太陽光発電構造体において、 下地材と太陽電池モジュールとの間に、外気との連通が
遮断された密閉空間部を有していることを特徴とする太
陽光発電構造体。 - 【請求項2】 前記下地材上に下葺材が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電構造体。 - 【請求項3】 前記密閉空間部内が対流抑制部によって
複数の空間部に区画形成されており、区画された空間部
同士の連通が遮断されていることを特徴とする請求項1
または2に記載の太陽光発電構造体。 - 【請求項4】 前記対流抑制部が母屋方向に亙って配さ
れ、空間部同士の屋根の流れ方向に亙る連通が遮断され
ていることを特徴とする請求項3に記載の太陽光発電構
造体。 - 【請求項5】 前記対流抑制部が不燃材により形成され
ていることを特徴とする請求項3に記載の太陽光発電構
造体。 - 【請求項6】 前記対流抑制部が、太陽電池モジュール
固定用の固定具を兼ねていることを特徴とする請求項3
〜5のいずれかに記載の太陽光発電構造体。 - 【請求項7】 前記太陽電池モジュールが横葺型であ
り、前記空間部同士の屋根の流れ方向に亙る連通が遮断
されていることを特徴とする請求項3〜6のいずれかに
記載の太陽光発電構造体。 - 【請求項8】 前記下葺材が軟化点40〜90℃の材料
であることを特徴とする請求項2に記載の太陽光発電構
造体。 - 【請求項9】 前記下地材が断熱性に優れていることを
特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の太陽光発電
構造体。 - 【請求項10】 前記太陽電池モジュールが屋根材一体
型太陽電池モジュールとして形成されていることを特徴
とする請求項1〜9のいずれかに記載の太陽光発電構造
体。 - 【請求項11】 前記太陽電池モジュールとは別に、非
発電屋根部が含まれていることを特徴とする請求項1〜
10のいずれかに記載の太陽光発電構造体。 - 【請求項12】 前記太陽電池モジュールがアモルファ
スシリコン系半導体により形成されていることを特徴と
する請求項1〜11のいずれかに記載の太陽光発電構造
体。 - 【請求項13】 前記太陽電池モジュールが、その出力
を制御するインバータまたは接続箱に接続されているこ
とを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電構造体。
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