JP2004197560A

JP2004197560A - 建物及び空気流通装置

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Publication number: JP2004197560A
Application number: JP2004046276A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Mimura; 敏彦三村; Meiji Takabayashi; 明治高林; Kimitoshi Fukae; 公俊深江; Kenji Takada; 健司高田; Masahiro Mori; 昌宏森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】施工コストを大幅に削減し、太陽電池特有の保守管理に対応することができ、煩雑な配線作業から生じる施工時のミスを防止することができ、配線部材の削減による材料費の削減もできる太陽電池一体型屋根ユニットを有する建物を提供する。
【解決手段】対向する２辺に折曲げ部を有する複数の太陽電池一体型屋根板が、棒状の固定部材上に間隙をもって隣接配置され、前記太陽電池一体型屋根板同士が前記間隙部において脱着可能な固定具によって前記固定部材上に固定されて予め集合化された屋根ユニットが屋根構造材の上に載置され、前記間隙において前記固定部材が前記屋根構造材に固定されていることを特徴とする建物。
【選択図】図１

Description

本発明は縦葺き屋根及びその施工方法に関し、特に最近、脚光をあびつつある太陽電池一体型屋根及びその施工方法に関する。

近年、地球環境問題等の高まりからエネルギー源としての太陽エネルギーの利用ニーズが高まり、太陽エネルギーを電力用途として使用する住宅の屋根への太陽電池の導入が注目を集めている。

太陽電池の屋根への設置には大きくわけると２通りの方法があり、一つは既設屋根に太陽電池を取り付ける方法、今一つは太陽電池自体を屋根として葺く方法である。

前者は、既設の屋根の上に何らかの架台を用いて設置するため、従来からの太陽電池モジュールをそのまま流用することができるが、設置コストが高くつき、また外観も悪くなるため、最近では後者の方法が注目されるようになってきている。

後者の方法については、一般に屋根には古くからさまざまな施工方法が知られており、大別すると、平葺き、立てはぜ葺き、瓦棒葺き、波板葺き、折り板葺き、横葺き、瓦葺き、溶接葺き等に分類されるが、この内、折り板葺きや波板葺きは一般に工場や倉庫に使用されるものであり、一般住宅用には、瓦葺き（平板瓦を含む）や瓦棒葺き、及び横葺きおよび、その変形の葺き型でその大部分が占められている。

このような一般住宅向けの太陽電池を用いた公知例としては、特開平５−５５６１８号公報（瓦葺き）、特開昭５９−１５２６７０号公報（横葺き）、特開平７−３０２９２４号公報（横葺き）、特開平７−２１１９３２号公報（瓦棒葺き）、特表平６−５０３６８４号公報（瓦棒葺き）、米国特許第４１８９８８１号明細書（縦葺き）が挙げられる。

本発明は、太陽電池一体型屋根材を用いた一般住宅の屋根及びその施工方法に関するものであり、更に詳しくは、瓦棒葺き屋根等の縦方向に屋根板を施工する屋根（縦葺き屋根）及びその施工方法に関し、太陽電池と屋根材を一体とすることで発生する特有の問題点を解決する縦葺き屋根とその施工方法を提案するものである。

本発明を説明するにあたり、従来からの公知例を用い、まず、縦葺き屋根の従来からの施工方法を説明する。

図１２及び図１３は、特開平７−２１１９３２号公報にも示される瓦棒葺きの屋根構造であり、屋根と屋根との間に芯木が介在するので、芯木あり瓦棒葺きと呼ばれる。

図１４は、米国特許第４１８９８８１号明細書にも示される今一つの代表的瓦棒葺きの屋根構造を示しており、前述した瓦棒葺きに対して芯木が存在しないので、芯木なし瓦棒葺きと呼ばれている。

これらの代表的施工方法について下記に述べる。

（Ａ）芯木あり瓦棒葺き（特開平７−２１１９３２号公報の場合）
（１）不図示の母屋に、不図示の垂木を取り付け
（２）垂木の上（間）に野地板Ａ１０１を設置し、釘等で垂木に固定する。

（３）その上から下葺き材Ａ１０２を葺き込み
（４）該下葺き材Ａ１０２上にスペーサーＡ１０３を釘Ａ１０９等で固定し（本例の他にスペーサーを用いない場合もある）
（５）その上に芯木Ａ１０８を釘Ａ１０９等で固定する。

（６）次に芯木Ａ１０８とスペーサーＡ１０３の段差に折り曲げ加工した太陽電池一体型屋根板Ａ１０４をのせつつ、その裏面で接続コネクタＡ１０５を用いて配線作業を行う。

（７）配線終了後、芯木Ａ１０８の頭部とその両側の屋根板の折り曲げ部の垂上部とを挟むようにキャップＡ１０７を被せ
（８）図１３に示すように鋲Ａ２０１を用いて、該太陽電池一体型屋根板Ａ１０４とキャップＡ１０７ごと芯木Ａ１０８に固定する。以上が、芯木あり瓦棒葺きの施工方法である。

（Ｂ）芯木なし瓦棒葺きの代表的施行例（米国特許第４１８９８８１号明細書の場合）
（１）不図示の母屋に、不図示の垂木を取り付け
（２）垂木の上（間）に野地板Ｂ１０１を設置する。

（３）その上から不図示の下葺き材を葺き込み
（４）太陽電池一体型屋根板Ｂ１０２を通し吊り子Ｂ１０３を用い屋根板の垂上部を引っかけて野地板に釘Ｂ１０４で固定する。

（５）通し吊り子Ｂ１０３の存在する空間に配線Ｂ１０６を設け。

（６）通し吊り子Ｂ１０３上から、キャップＢ１０５を被せ、固定する。

以上が芯木なし瓦棒葺きの施工方法である。

従来からの太陽電池一体型屋根材は、上述したように屋根材を施工する際に、従来からの屋根材の設置作業を他に配線作業を行う必要があり、そのため、施工作業が煩雑になるため施工コストが高くつく問題がある。また、特開平７−２１１９３２号公報に見られるように施工後は、各太陽電池の出力を測定する術がない。そのため、一部の太陽電池が故障した場合などには、故障箇所を容易に見つけだすことができず、また、発見したとしても個別の太陽電池の交換に困難が伴い、メンテナンス上問題があった。

それに対して、米国特許第４１８９８８１号明細書に図示される芯木なし瓦棒葺きでは、配線を吊り子とカバーの間に通すことができ、施工後でもカバーをめくれば、配線部が露出されるため、メンテナンスが容易にできるメリットがある。しかしながら、屋根施工工事において、結線作業が伴い、施工が煩雑になるのはかわりなく、特に屋根の上での作業は高価であるため、低コスト化を実現するためには作業の簡略化が求められていた。

特表平６−５０３６８４号公報は、この点について、屋根板をあらかじめ集合体とすることで、屋根集合体を一括して屋根に設置することで簡略化、低コスト化を行うことを提案している。しかしながら、本集合体は図１５、図１６に示すように、屋根板Ｃ１０１を単に寄せ集めて、梁Ｃ１０２に固定しただけのものであるので、本集合体は集合体内側に、屋根構造材と固定する手段を持つことができない。そのため屋根の基本性能である耐風圧強度に問題がある。この問題は１つの屋根板が大きくなればなるほど顕在化し、重量の軽い金属屋根等では、中央部の浮き上がりという現象を引き起こす。

また、特表平６−５０３６８４号公報では図１５に示すように配線部Ｃ１０３が屋根板Ｃ１０１の下部に施工されているため、故障した屋根材を特定することができないばかりか、逆に集合体であるために、故障した屋根を取り替える際には屋根集合体ごととりはずす必要があり、メンテナンス性に難がある。

本発明は、これらの問題を鑑み、上述した考え方を更に進歩させたものであり、現場作業を簡略化することで、施工コストが安く、作業ミスを低減でき、更に施工後、モジュール単位の測定や交換が可能であり、メンテナンス性に優れ、耐風圧強度にもすぐれる実用的な縦葺き屋根とその施工方法を提案するものである。

前記課題を解決するために、本発明では下記手段を用いた。

（１）複数の太陽電池一体型屋根板を、該複数の太陽電池一体型屋根板同士の間に間隙を有する様に、固定部材上に着脱可能な固定具によって固定する。

（２）固定部材として屋根構造材を用いる。

（３）太陽電池一体型屋根板の太陽電池の出力端子を間隙において互いに接続する。

＜作用＞
本発明によれば、上記の手段により、以下の作用が期待できる。

（１）集合ユニットとすることで、従来、現場で行われていた設置作業や電気配線作業を工場内で実施できるため、高価な現場の施工作業を大幅に削減することができる。また、集合体であるにもかかわらず、固定部材との固定具を取り外せば、個々の太陽電池一体型屋根板を、施工後においても、容易に取り外すことができるため、メンテナンス性が向上する。

また、取り付け、屋根部材の大型化に伴い、発生する耐風圧強度の問題も、本発明による集合ユニットならば、太陽電池一体型屋根板同士の間隙から、屋根構造材に固定できるため、従来と同様の耐風圧強度を維持することが可能になる。

（２）集合ユニットを屋根構造材と一体化することにより、屋根を形成する上で、建物内に新たな部材を必要としないため、低コストで屋根を形成できる。

（３）縦葺き屋根板の間隙内に配線材を集結させることで、施工後のメンテナンス性が向上する他、工場内で、電気配線をあらかじめ配線するため、屋根板一体型太陽電池屋根板同士の電気連結部材は必要なくなり、配線部材の削減ができる。

本発明によれば、従来からの太陽電池一体型縦葺き屋根の施工コストを大幅に削減することが可能になる。また、太陽電池特有の保守管理に対応することができる。また、煩雑な配線作業から生じる施工時のミスを防止することができる他、配線部材の削減による材料費の削減もできる効果がある。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

《実施形態１》
図１に本発明の第１の実施形態を示す。図１において、Ｄ１０１は屋根下地材としての野地板、Ｄ１０２は下葺き材、Ｄ１０３は太陽電池一体型屋根板、Ｄ１０４は固定具としての吊り子、Ｄ１０５は固定部材としての縦列固定部材、Ｄ１０６は接続コネクタ、Ｄ１０７はキャップ、Ｄ１０８はドリルビスを示している。

本実施形態の太陽電池一体型屋根ユニットの作製方法を図２で説明する。

まず、工場内で、２個以上の太陽電池一体型屋根板Ｄ２０３が、縦列固定部材Ｄ２０５上に吊り子Ｄ２０４及びビスＤ２０６で、間隙を有するように固定され、集合化される。縦列固定部材Ｄ２０５は、隣り合う屋根板Ｄ２０３同士の間隙近傍のみに設ける。なお吊り子Ｄ２０４には、ユニットＤ１００を屋根に取りつけるためのドリルビスを通す穴Ｄ２０８が設けられている。

次に、図２（ａ）に示すように隣り合う屋根板Ｄ２０３同士の間隙において、端子箱Ｄ２０１から取出されたリード線Ｄ２０２のコネクタＤ２０９を接続する。又は、図２（ｂ）に示すように、隣り合う屋根板Ｄ２０３同士の接続はコネクタを用いずにリード線Ｄ２０２で直結してもよい。

最後に、キャップＤ２０７を被せ、該キャップＤ２０７と垂直方向に取り外し自在の横梁（不図示）を固定して、ユニットＤ１００が完成する。該横梁は、運搬・施工時にユニットＤ１００がゆがむことを防ぐためのものである。

次にユニットＤ１００の施工方法を図１で説明する。

該ユニットＤ１００は、トラック等でまるごと現場に運ばれ、以下の手順で施工される。

（１）母屋Ｄ１０９に、垂木Ｄ１１０を取り付け
（２）垂木Ｄ１１０の上（間）に野地板Ｄ１０１を設置する。

（３）その上に下葺き材Ｄ１０２を葺き込み
（４）その上に、クレーン等の持ち上げ装置を使用して、屋根の端部付近に最初のユニットＤ１００を仮置きする。

（５）載せられたユニットＤ１００のキャップＤ１０７をはずし、縦列固定部材Ｄ１０５の上から、長尺のドリルビスＤ１０８等を用いて野地板Ｄ１０１下の垂木Ｄ１１０に固定してゆく。

（６）ユニットＤ１００固定後、キャップＤ１０７を被せ、再度固定する。

（７）ユニットＤ１００同士を接続する場合は、ユニットＤ１００同士の連結に使用する吊り子Ｄ１０４で間隔を調整しつつ、（５）と同様の手順で連結するユニットＤ１００を固定する。

（８）固定後、連結部を吊り子Ｄ１０４で固定し、該連結部での配線を行う。

（９）連結部上から、（５）と同様な手順で野地板Ｄ１０１下の垂木Ｄ１１０に固定する。

（１０）連結部上にキャップＤ１０７を被せ固定する。

（１１）（７）〜（１０）の手順を繰り返すことで縦葺き屋根が順に施工されていく。

（１２）施工後、横梁を取りはずせば、縦葺き屋根の施工が完了する。

なお、ユニットＤ１００間の接続は、従来と同様に各ユニットＤ１００の出力部に接続コネクタＤ１０６を有しており、該コネクタＤ１０６を屋根上で連結することで、治具を用いずに配線作業を行える。

本実施形態によれば、現場での作業を大幅に削減できるため、施工コストの大幅な低減化が図れる。また、一度施工した屋根は、従来からの単体で施工した屋根と同様に１枚１枚の交換が可能であり、太陽電池の故障に伴う屋根板の交換についても、従来からの集合パネル（特表平６−５０３６８４号公報）に対して低コストになる利点を有している。

更に、ユニットＤ１００の縦列固定部材Ｄ１０５上から、屋根構造材上に直接固定されるため、従来から集合パネルで問題であった耐風圧強度の問題も何ら従来と強度がかわりなく、極めて実用的な屋根施工を実現する。

また、隣り合う屋根板Ｄ１０３の間隙内に配線材を集結させることで、施工後のメンテナンス性が向上する他、工場内で電気配線を予め配線するため、屋根板Ｄ１０３同士の電気連結部材は必要なくなり、配線部材の削減が図れるため、低コストを実現できるという特別な作用がある。

本実施態様は、野地板Ｄ１０１と屋根板Ｄ１０３の間に空気を導入できる通気層を有する構造をとれるので、図１７に示すような家屋の空気流通装置に適用することができる。図１７において矢印は空気の流れを表している。寒気の場合、幹部Ｄ１５０より取り入れられた空気は、通気層Ｄ１５１を流れるうちに、ユニットＤ１００の屋根板Ｄ１０３より熱伝導されて暖められ、軒部Ｄ１５２より室内Ｄ１５３に取り入れられ暖房のために使われる。床下には蓄熱手段を有していてもよい。空気を強制的に流通させる為にファンＦが空気流通路の途中に設けられる。暑季には軒部Ｄ１５０から取り入れられた空気は排気口Ｄ１５４から外部に排出され、屋根の断念機能を高め室内Ｄ１５３の環境を快適に保つ。

屋根ユニットＤ１００で発生した電力はＤＣ接続箱Ｃを介してインバータＩに入力される。このようにして太陽光発電装置を構成する。インバータＩで変換された電力はファンＦやそのほかの家庭内の負荷Ｌに接続される。インバータＩは商用系統電力Ｅとの連係機能を有していてもよい。

また、本実施形態においては、屋根板Ｄ１０３と野地板Ｄ１０１との間に間隙を有するので、該間隙に間隙空間より薄い横梁を設けてもよい。該横梁によればユニットＤ１００の変形を防止できるので、本実施形態で用いた取り外し自在の梁が不要となり、屋根上での作業を更に低減できる。尚、取り外し自在の梁は、固定部材のみで運搬・施工時に変形をおこさない強度がある場合は不要であることはいうまでもない。

また、本実施形態では、設置を屋根下葺き材Ｄ１０２を葺いた野地板Ｄ１０１の上に施工したが、耐火対策上、下地としては、金属がより好ましく、例えば、下葺き材Ｄ１０１の上に薄い金属板を釘打ちして固定後、本発明のユニットＤ１００を設けてもよい。

図５は、本発明の屋根ユニットを用いた場合の電気的配線の例である。ユニットＤ５０１、Ｄ５０２は複数の太陽電池一体型屋根板Ｄ１０３が直列に接続されて形成された太陽電池ストリングからなり、該太陽電池ストリングは１つでちょうどインバータの入力電圧（例えば２００Ｖ）になるように設定されている。ユニットＤ５０１，Ｄ５０２、すなわち太陽電池ストリングは複数設けられ、それぞれの出力ケーブルはそれぞれ独立に屋根の軒部Ｄ１５２を通じて接続箱に至る。図１７において接続箱はＣで示されている。複数の出力ケーブルは接続箱Ｃの内部で並列接続されインバータに入力される構成になっている。各太陽電池ストリングの並列接続の接続点の前段にはブレーカが設けられており、ある太陽電池ストリングで不良が発生した場合、該太陽電池ストリングを電気的に切り離してメインテナンスを行うことができる。なお、端子箱の位置は実際には屋根板Ｄ１０３の立ち上がり部に設けられる。端子箱は左右対称に設ければ、屋根板の配置で直列並列が自由に選べるため有用である。Ｄ５０３は捨て板と呼ばれる従来の屋根板であり、屋根寸法とユニット寸法で割り切れない半端部分については、この捨て板を施工することで外観と端部の雨仕舞い処理を行う。

また、本実施形態による縦葺き太陽電池一体型屋根ユニットは、軸組工法で施工された家の屋根を前提にしてその施工方法を説明したが、本発明は軸組工法に限るものではなく、この他、２×４工法や、例えば、軽量鉄骨を用いるプレハブ住宅や鉄筋コンクリートを用いるビル等の建物においても適用できることは言うまでもない。

以下に、ユニットを形成する部材及び該ユニットの施工にかかわる部材について、説明する。これらは後述の他の実施形態にも共通する。但し、固定部材として屋根構造材を使用する場合には縦列固定部材Ｄ１０５は不要である。

１．太陽電池一体型屋根板
太陽電池一体型屋根板Ｄ１０３は、図４に示すとおり、少なくとも基材Ｄ４０１，充填材Ｄ４０２，太陽電池素子Ｄ４０３，表面フィルムＤ４０４，及び端子箱Ｄ４０５からなる。

（１−１基材）
基材Ｄ４０１の材料としては、従来からの金属屋根と同様に強度のある鋼板類と耐食性に優れた非鉄類が使用できる他、プラスチックやセラミックスなどの使用が可能である。

鋼板には表面処理、塗覆した鋼板や他の元素を配合した合金、または特殊鋼の他、断熱材等を張り合せた複合鋼板があり、一般的には、溶融亜鉛メッキ鋼板、ガルファン、ガルバリウム鋼板、溶融アルミニウムメッキ鋼板、銅メッキ鋼板、塩化ビニル被覆鋼板、フッ素樹脂鋼板、ステンレス鋼板、制振鋼板、断熱亜鉛鉄板、耐候性鋼板、前記塗装鋼板がもちいられ、非鉄類としては、銅板、アルミニウム合金板、亜鉛合金板、鉛板、チタニウム板及び、前記の塗装カラー板が使用される。プラスチックであるならば、ＦＲＰ等の構造強度に優れた部材の他、金属骨格との組み合わせ部材なども好適である。金属板は加工性の点からとくに好適である。

（１−２太陽電池素子）
本発明に用いる太陽電池素子Ｄ４０３としては特に種類に限定はなく、単結晶・多結晶・微結晶・アモルファスのいずれの形態でもよい。またＳｉ系でも化合物系でもよい。なかでもアモルファスを用いた太陽電池素子は、可撓性を有するため好適である。またアモルファスは熱によってその劣化が回復するため屋根上で使用することが好適である。

図３に該可撓性太陽電池素子である非晶質シリコン太陽電池の断面図を示す。

基板Ｄ３０１は非晶質シリコンのような薄膜の太陽電池の場合の半導体層Ｄ３０３を機械的に支持する部材であり、また場合によっては電極として用いられる。前記基板は、半導体層Ｄ３０３を成膜するときの加熱温度に耐える耐熱性が要求されるが導電性のものでも電気絶縁性のものでも良い。

導電性の材料としては、具体的にはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｂ等の金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼等の薄板及びその複合体やカーボンシート、亜鉛メッキ鋼板等が挙げられる。

電気絶縁性材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂のフィルムまたはシート又はこれらとガラスファイバー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維等との複合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等の表面に異種材質の金属薄膜及び／またはＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ等の絶縁性薄膜をスパッタ法、蒸着法、鍍金法等により表面コーティング処理を行ったものおよび、ガラス、セラミックスなどが挙げられる。

下部電極（裏面反射層）Ｄ３０２は、半導体層Ｄ３０３で発生した電力を取り出すための一方の電極であり、半導体層Ｄ３０３に対してはオーミックコンタクトとなるような仕事関数を持つことが要求される。材料としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，ステンレス，真ちゅう，ニクロム，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＩＴＯ等のいわゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物（ＴＣＯ）等が用いられる。

前記下部電極Ｄ３０２の表面は平滑であることが好ましいが、光の乱反射を起こさせる場合にはテクスチャー化してもよく裏面反射層とも呼ばれる。また、基板Ｄ３０１が導電性であるときは前記下部電極Ｄ３０２は特に設ける必要はない。

下部電極Ｄ３０２の作製法はメッキ、蒸着、スパッタ等の方法を用いることができ所望に応じて適宜選択される。

本発明に用いられる太陽電池素子の半導体層Ｄ３０３としては、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質シリコンカーボン等が挙げられる。

ｉ層を構成する半導体材料としては、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｆ、ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｆ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆ等のいわゆるＩＶ族及びＩＶ族合金系非晶質半導体が挙げられる。

ｐ層またはｎ層を構成する半導体材料としては、前述したｉ層を構成する半導体材料に価電子制御剤をドーピングすることによって得られる。また原料としては、ｐ型半導体を得るための価電子制御剤としては周期律表第ＩＩＩ族の元素を含む化合物が用いられる。第ＩＩＩ族の元素としてはＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等が挙げられる。ｎ型半導体を得るための価電子制御剤としては周期律表第Ｖ族の元素を含む化合物が用いられる。第Ｖ族の元素としては、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂが挙げられる。

非晶質シリコン半導体層の成膜法としては、蒸着法、スパッタ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法等の公知の方法を所望に応じて用いる。工業的に採用されている方法としては、原料ガスをＲＦプラズマで分解し、基板上に堆積させるＲＦプラズマＣＶＤ法が好んで用いられる。さらに、ＲＦプラズマＣＶＤに於いては、原料ガスの分解効率が約１０％と低いことや、堆積速度が１オングストローム／ｓｅｃから１０オングストローム／ｓｅｃ程度と遅いことが問題であるがこの点を改良できる成膜法としてマイクロ波プラズマＣＶＤ法が注目されている。

以上の成膜を行うための反応装置としては、バッチ式の装置や連続成膜装置などの公知の装置が所望に応じて使用できる。本発明の太陽電池に於いては、分光感度や電圧の向上を目的として半導体接合を２以上積層するいわゆるタンデムセルやトリプルセルにも用いることが出来る。

上部電極（透明導電膜）Ｄ３０４は、半導体層Ｄ３０３で発生した起電力を取り出すための電極であり、前記下部電極と対をなすものである。上部電極は、光入射側に位置するため、透明であることが必要で、透明導電膜とも呼ばれる。

前記上部電極Ｄ３０４は、太陽や白色蛍光灯等からの光を半導体層Ｄ３０３内に効率良く吸収させるために光の透過率が８５％以上であることが望ましく、さらに、電気的には光で発生した電流を半導体層Ｄ３０３に対し横方向に流れるようにするためシート抵抗値は１００Ω／□以下であることが望ましい。このような特性を備えた材料としてＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＣｄＯ，ＣｄＳｎＯ₄，ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）などの金属酸化物が挙げられる。

上部電極Ｄ３０４の作製方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、スパッタリング法、スプレー法等を用いることができ所望に応じて適宜選択される。

上記太陽電池素子の発電のアクティブエリアを決定するためには公知のエッチング技術、例えば化学エッチングや印刷エッチング、電気化学エッチングなど所望の方法で上記透明導電膜Ｄ３０４をエッチング除去し、Ｄ３０５のエッチングラインを形成することができる。

その後、集電電極Ｄ３０６を金属や導電性ペーストをスパッタ、蒸着、印刷、接着など方法により透明導電膜上に形成する。更に、図示しないが、端子の取り出し、配線などを行う。

このようにして製造された非晶質太陽電池は、それ自体大きな可撓性を有しており、本発明に好適な特性を有した可撓性太陽電池となる。なお、太陽電池の屋根板上の配置は働き幅内のみにとどめることが屋根板と同時に加工する上で好ましい。

（１−３充填材）
充填材Ｄ４０２は、太陽電池との接着性、耐候性、緩衝効果の点でＥＶＡ（エチレンビニールアセテート）やＥＥＡ（エチレンエチルアクリレート），ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）等が好適に用いられる。また機械的特性を向上させるため、ガラス不織布やシリカ等の充填材と合わせて使用されることがある。

（１−４表面フィルム）
耐湿性や耐傷性を向上させるために、表面フィルムＤ４０４としては弗素系の樹脂が耐候性の点から好適である。弗素系の樹脂としては、例えば４フッ化エチレンの重合体ＴＦＥ（デュポン製ＴＥＦＬＯＮなど）、４フッ化エチレンとエチレンの共重合体ＥＴＦＥ（デュポン製ＴＥＦＺＥＬなど）、ポリフッ化ビニル（デュポン製ＴＥＤＬＡＲなど）、ポリクロロフルオロエチレンＣＴＦＥ（ダイキン工業製ネオフロン）等が挙げられる。またこれらの樹脂に公知の紫外線吸収剤を加えることで耐候性を向上させても良い。また接着層との接着性を向上させるため、コロナ放電処理等の方法で表面を荒らしたフィルムがより好適である。更に、種々の折り曲げに対して対応できるように無延伸型がより好適である。

（１−５封止方法）
封止の方法としては、基材、充填材、太陽電池素子、充填材、及び表面フィルムとを積層し、真空ラミネーターを用いて真空中で加熱圧着する。封止ののち、基材の端部を屋根板の形状に折り曲げる。

（１−６端子箱）
電力をとり出すための端子を収納する箱が端子箱Ｄ４０５である。その材料は、耐熱性、耐水性、電気絶縁性、老化性に優れたものが要求される。

上記の要素を考慮にいれると端子箱としてはプラスチックが好ましく、難燃性などを考えると、難燃性プラスチックやセラミックスなどが好ましい。

例えば、プラスチックとしては、ノリル、ポリアーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性ＰＰＯ、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの強度、耐衝撃性、耐熱性、硬度、老化性に優れたエンジニアリング・プラスチック等がある。またＡＢＳ樹脂、ＰＰ、ＰＶＣなどの熱可塑性プラスチックも使うことができる。

万一漏水の際にも漏電を発生させないために本発明で端子箱Ｄ４０５の内部は充填材によって充填される。その材料に特に限定は無いが、その種類としては、電気絶縁性の良いエポキシ樹脂系接着剤やシリコン系ポッティング剤、シリコン系接着シール剤等が好ましく、柔軟性などを考慮すると、シリコン系の樹脂の方が好ましい。さらに、作業性を考慮すると一液型で硬化時間の短いもの、さらに粘度が低く細部まで充填され易いものが好ましい。また、シリコーン一液型ＲＴＶゴムを用いる場合、電極を侵食させないために硬化方式が脱アセトンタイプ、あるいは脱アルコールタイプであることが好ましい。

例えば、ＴｈｒｅｅＢｏｎｄＣｏ，Ｌｔｄ．のエポキシ樹脂系接着剤では、商品名：「２００１」、「２００２Ｈ」、「２００３」、「２０１６Ｂ」、「２０２２」などが使用でき、上記エポキシ樹脂は、商品名：「２１０２Ｂ」、「２１０３」、「２１０４」、「２１０５Ｆ」、「２１０５Ｃ」、「２１０６」、「２１３１Ｂ」、「２１３１Ｄ」、「２１３１Ｆ」、「２１６３」などの硬化剤と所定の割合混合して使用する事ができる。

２．太陽電池一体型屋根ユニット
ユニットＤ１００は、少なくとも太陽電池一体型屋根板Ｄ１０３、それらを結合する固定具としての吊り子Ｄ１０４及び固定部材としての縦列固定部材Ｄ１０５、縦列固定部材Ｄ１０５を垂木Ｄ１１０に固定するための釘Ｄ１０８、及びキャップＤ１０７からなる。

（２−１固定具）
固定具としての吊り子Ｄ１０４は、屋根板Ｄ１０３を縦列固定部材Ｄ１０５に固定する金具であり、従来から屋根板の形状に合わせてさまざまな形状のものが知られている。固定具は実質的に耐風圧強度を支える部材であるため、その厚みは屋根板より厚く、機械的強度を有する鋼部材が一般的に使用される。固定具は、屋根板同士を連結する作用も有し、通しで使用されるものは特に、通し吊り子と呼ばれる。

（２−２キャップ）
キャップＤ１０７は屋根板Ｄ１０３の側縁と、隣接する屋根板の間隔に、図１に示されるように雨仕舞い構造と外見を整えるために用いられる。屋根板Ｄ１０３とのデザインのバランスを考慮した色つかいの屋根板Ｄ１０３と同系の材料を使用できる。なお、本実施形態では、このキャップの下に配線部材がおさまりメンテナンスができるように、取り外し自在の固定具（不図示）によって固定されている。

（２−３縦列固定部材）
縦列固定部材Ｄ１０５の材料としては特に限定されないが、加工、施工の容易性から木材が好適である。

３．屋根構造部材本発明における屋根構造部材とは、建物において屋根を支える部材の総称であり、軸組工法でよく使用される垂木方式では、母屋、垂木、屋根下地材、下葺き材を指す。

この他、屋根の組み方には、屋根梁方式、トラス方式、束建て方式等の組み方が知られており、いずれの方式においても、垂木に屋根下地材を固定することには変わりがない。

（３−１母屋）
母屋Ｄ１０９は、屋根を支える主要構造材で、金属材料や木材等で十分機械強度の高い部材で構成される。もやげたともいい、通常は棟に平行にかけわたして、垂木Ｄ１１０を支える部材を意味する。

（３−２垂木）
垂木Ｄ１１０は、屋根下地材としての野地板Ｄ１０１を受け、母屋Ｄ１０９に止められる構造部材であり、金属を用いたものと木材で構成されるものがある。

（３−３屋根下地材）
屋根下地材の材料としては屋根葺き材を固定するベースを与える材料であれば、なんでもいいが、特に好ましくは断熱性能を有する板であり、具体的には木材平板野地板、モルタル、木毛セメント板、合板、木片セメント板、インシュレーションボードがあげられる。

屋根下地材の裏にはポリスチレンフォーム、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、グラスウール、ロックウール等の断熱材を有していてもよい。

熱伝導率が０．２ｋｃａｌ／ｍ，ｈｒ℃以下の断熱材を用いると、屋根板Ｄ１０３と屋根下地材Ｄ１０１の間の空気が暖められ、その結果太陽電池にアモルファスシリコン太陽電池を使用した場合にはアモルファスシリコン太陽電池の性能劣化の回復がおき、結果としてアモルファスシリコン太陽電池の性能を向上させることが出来るので、屋根下地材としては好適である。

（３−４下葺き材）
下葺き材Ｄ１０２は屋根板による防水性を補完するものであり、防水機能をもった材料が使用される。更に、ある程度の断熱性と調湿機能を有するものがあり、材料的には、天然素材を用いたものと人工素材を用いたものが使用されている。具体的には、前者では、樹皮やこけら、後者では金属板、アスファルト、改質アスファルト、合成ゴム、合成樹脂の単層もしくは複層のシートが使用される。

《実施形態２》
本発明による第２の実施形態を図６に示す。図６において、Ｅ１０１は母屋、Ｅ１０２は垂木、Ｅ１０３は太陽電池一体型屋根板、Ｅ１０４は固定具としての通し吊り子、Ｅ１０５はドリルビス、Ｅ１０６はキャップ、Ｅ１０７は固定部材としての野地板、Ｅ１０８は接続コネクタを示している。

本実施形態の太陽電池一体型屋根ユニットの作製方法を図７で説明する。

本実施形態では、まず工場内で、２個以上の太陽電池一体型屋根板Ｅ２０３が、下葺き材Ｅ２０９を葺かれた一定サイズの野地板Ｅ２０７に通し吊り子Ｅ２０４及びビスＥ２１０で間隙を有するように固定され、集合化される。次に、隣り合う屋根板Ｅ２０３同士の間隙において、端子箱Ｅ２０１から取り出されたリード線Ｅ２０２のコネクタＥ２０８を接続する。最後に、キャップＥ１０６を被せ、ユニットが完成する。

該ユニットは、トラック等でまるごと現場に運ばれ、以下の手順で施工される。

（１）母屋Ｅ１０１に垂木Ｅ１０２を取り付け
（２）その上に、クレーン等の持ち上げ装置を使用して、屋根の端部に最初のユニットを仮置きする。

（３）載せられたユニットのキャップＥ１０６をはずし、野地板Ｅ１０７の上から、長尺のドリルビスＥ１０５等を用いて垂木Ｅ１０２に直接固定してゆく。

（４）ユニット固定後、キャップＥ１０６を被せ、再度固定する。

（５）ユニット同士を接続する場合は、ユニット同士の連結に使用する通し吊り子Ｅ１０４で間隔を調整しつつ、（３）と同様の手順で連結するユニットの屋根板Ｅ１０３の垂上部を固定する。

（６）固定後、連結部下を再度、下葺き材Ｅ１１０で覆う。

（７）隣接する各ユニットの端部の屋根板Ｅ１０３を通し吊り子Ｅ１０４で連結固定する。

（８）連結部上から、（３）と同様な手順で垂木Ｅ１０２に固定する。

（９）連結部上にキャップＥ１０６を被せ固定する。

（１０）（５）〜（９）の手順を繰り返すことで縦葺き屋根が施工完了する。

本実施形態によれば、野地板Ｅ１０７までユニット化されているため垂木Ｅ１０２を施工後すぐに屋根施工の仕上げ作業に移行できる。そのため、現場での作業を更に削減でき、施工コストの更なる大幅な低減化ができる。

なお、本実施形態では、あらかじめユニットに葺かれる下葺き材Ｅ１０９は、野地板Ｅ１０７と同一サイズで記載してあるが、下葺き材Ｅ１０９を野地板Ｅ１０７よりも大きめに設定すれば、工程（６）における下葺き材Ｅ１１０を新たに設けることを省略できる。

更に、垂木Ｅ１０２と該ユニットを一体型にしておき、母屋Ｅ１０１と垂木Ｅ１０２が接合する部分を該間隙に設定しておくことで、更に工程を削減できる。また、更に拡大して、母屋Ｅ１０１まで該ユニットと一体型にしておき、棟桁で固定することも可能である。

《実施形態３》
図８に本発明の第３の実施形態を示す。図８においてＦ１０１は太陽電池一体型屋根板、Ｆ１０２はキャップ、Ｆ１０３は固定具としての通し吊り子、Ｆ１０４は配線部材、Ｆ１０５は固定部材としての野地板、Ｆ１０６は垂木、Ｆ１０７は母屋、Ｆ１０８は釘を示している。

本実施形態は従来の瓦棒葺きの変形の縦葺きに適用した例であり、本実施形態によれば、吊り子Ｆ１０３と屋根板Ｆ１０１の断面形状を図９に示すような形状とすることにより雨仕舞いが向上する。また、屋根板Ｆ１０１に横方向に溝Ｆ１０９を設けていることで耐風圧強度の向上、更に外観上、瓦葺きのようなデザインの実現を可能にしている。なお、溝Ｆ１０９の形成方向は横方向のみならず縦方向に形成してもいい。

また、本実施形態では、野地板Ｆ１０５の連結部に結合用のほぞを設けたので野地板Ｆ１０５同士の連結力も向上し、かつ、より容易に設置が可能となった。

図９は間隙部の連結状態を示しており、Ｆ２０１はリード線、Ｆ２０２は端子箱、Ｆ２０８はコネクターを示しており、リード線Ｆ２０１は屋根板Ｆ２０４底部から取り出し、吊り子Ｆ２００の穴部を通して隣り合う屋根板Ｆ２０４同士の間隙において接続される。Ｆ２０３は吊り子Ｆ２００を野地板Ｆ２０５に固定するためのビスである。Ｆ２０６はユニットを垂木に固定する際に打ち込むドリルビスを通す開口部である。施工時にはドリルビスがキャップとなって、該開口部を再度雨仕舞いする構造となっている。なお、本実施形態の屋根板Ｆ２０４は予め野地板Ｆ２０５にビス止めされた吊り子Ｆ２００とワンタッチで接合されるため、集合ユニットの生産性が向上する効果がある。

《実施形態４》
図１０に本発明の第４の実施形態を示す。図１０においてＧ１０１は太陽電池一体型屋根板、Ｇ１０２は太陽電池一体型キャップ、Ｇ１０３は固定具としての通し吊り子、Ｇ１０４は電気接点、Ｇ１０５は固定部材としての野地板、Ｇ１０６は垂木、Ｇ１０７は母屋、Ｇ１０８はドリルビスを示している。

本実施形態は、太陽電池一体型キャップＧ１０２との併用を示しており、本実施形態によれば、太陽電池一体型キャップＧ１０２を差し込むだけで電気接点Ｇ１０４により電気接続が完了するので、配線作業が大幅に簡略化するメリットがある他、意匠性等の外観形状を波板のようにみせかけることができ深みのあるデザインが可能になる。

また、キャップＧ１０２にも太陽電池を設けることで、太陽電池の受光面積を広くとることが可能になるので、屋根の発電量を向上させる効果がある他、通し吊り子Ｇ１０３の幅を広くとるデザインが発電量の減少なしに行うことが可能になるため、ユニットを屋根に固定する際の作業性が向上する。

本発明における第１の実施形態の施工説明図。図１の連結部断面図。第１の実施形態に用いた太陽電池素子の断面図。第１の実施形態に用いた太陽電池一体型屋根板の断面図。第１の実施形態を屋根に施工した太陽電池の配線図。本発明における第２の実施形態の施工説明図。図６の連結部断面図。本発明における第３の実施形態の施工説明図図８の連結部断面図。本発明における第４の実施形態の施工説明図。図１０の連結部断面図。従来例における芯木あり瓦棒屋根の施工説明図。図１２の連結部断面図。従来例における芯木なし瓦棒屋根の施工説明図。従来例における太陽電池一体型集合屋根ユニットの説明図。図１５の連結部を示す図。本発明の空気流通装置の説明図。

符号の説明

Ｄ１００ユニット
Ｄ１０１野地板
Ｄ１０２下葺材
Ｄ１０３屋根板
Ｄ１０４吊子
Ｄ１０５縦列固定部材
Ｄ１０６接続コネクタ
Ｄ１０７キャップ
Ｄ１０８ドリルビス
Ｄ１０９母屋

Claims

対向する２辺に折曲げ部を有する複数の太陽電池一体型屋根板が、棒状の固定部材上に間隙をもって隣接配置され、前記太陽電池一体型屋根板同士が前記間隙部において脱着可能な固定具によって前記固定部材上に固定されて予め集合化された屋根ユニットが屋根構造材の上に載置され、前記間隙において前記固定部材が前記屋根構造材に固定されていることを特徴とする建物。
前記屋根ユニットがドリルビスにより前記屋根構造材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の建物。
前記固定部材が開口部を有していることを特徴とする請求項１に記載の建物。
前記開口部にドリルビスを貫通させることにより前記屋根ユニットが前記屋根構造材に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の建物。
対向する２辺に折曲げ部を有する複数の太陽電池一体型屋根板が、棒状の固定部材上に間隙をもって隣接配置され、前記太陽電池一体型屋根板同士が前記間隙部において脱着可能な固定具によって前記固定部材上に固定されて予め集合化された屋根ユニットを屋根構造材の上に載置し、前記間隙において前記固定部材を前記屋根構造材に固定することにより、前記太陽電池一体型屋根板と前記屋根構造材の間に空間が形成されており、該空間には外気が導入され、かつ該空間に導入された空気は屋内に導入されるか、又は屋外に排出されることを特徴とする空気流通装置。
空気を流通するためのファンを有することを特徴とする請求項５に記載の空気流通装置。