JP2009024396A - 太陽電池付設家屋 - Google Patents

Abstract

【課題】積雪の影響を受けることなく、また雨や風の影響を受けることなく、太陽電池によって効率の良い発電をすることができる太陽電池付設家屋を提供する。
【解決手段】家屋１の外壁２から張り出す軒３の下面に、受光面４を下向きにして太陽電池５を取り付ける。太陽電池５の下側の外壁２を光反射構造に形成する。太陽電池５は軒３の下面に設けているので、太陽電池５の上に雪が降り積もるようなことがなく、また雨や風が直接作用することもない。そして太陽電池５は軒３の下側に設けたにもかかわらず、外壁２の光反射構造で反射した太陽光を太陽電池５の受光面４に入射させて、発電を行なうことができる
【選択図】図１

Description

本発明は、屋外に面して太陽電池を設けた太陽電池付設家屋に関するものである。

太陽電池を家屋に設け、太陽光を受光して発電した電気を家屋の内外において利用することが従来から行われている。

そして太陽電池を家屋に設けるにあたっては、太陽電池を屋根に取り付けるようにするのが最も一般的である（例えば特許文献１、２等参照）。また屋根の庇の上面側に太陽電池を取り付けることも行なわれている（例えば特許文献３，４等参照）。このように太陽電池を屋根や庇の上に取り付けるのは、太陽光の照射を受け易く、発電効率の上で有利であるためである。
特開平１０−１４０７７２号公報 特許第３２３９０３５号公報 特開２００１−２７９８９６号公報 特公平７−７４５３４号公報

しかし、上記のように太陽電池を屋根や庇の上に取り付ける場合、降雪によってその上に雪が積もると、太陽電池の受光面が雪で覆われて太陽電池内に太陽光が届かなくなって、発電をすることができなくなるという問題があった。特に積雪地方では、冬季の間は殆ど太陽電池から電力を得ることができなくなるものであった。

また屋根や庇の上に取り付けられた太陽電池は、降雨時に雨水で表面が濡れるため、砂塵やホコリなどがこの濡れた雨水に吸着され、太陽電池の表面が汚れ易いものであり、このように太陽電池の受光面が汚れると、太陽光の入射効率が低下して発電効率が低くなるという問題もあった。

さらに、太陽電池として色素増感型太陽電池を用いる場合、太陽電池を風や雨が直接当る屋根や庇の上に取り付けると、太陽電池の劣化で電解質が漏れ易くなり、これによっても発電効率が低下し、また寿命が短くなるという問題もあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、積雪の影響を受けることなく、また雨や風の影響を受けることなく、太陽電池によって効率の良い発電をすることができる太陽電池付設家屋を提供することを目的とするものである。

本発明に係る太陽電池付設家屋は、家屋１の外壁２から張り出す軒３の下面に、受光面４を下向きにして太陽電池５を取り付け、太陽電池５の下側の外壁２を光反射構造に形成して成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、太陽電池５は軒３の下面に設けているので、太陽電池５の上に雪が降り積もるようなことがなく、また雨や風が太陽電池５に直接作用することもないものであり、そして外壁２を光反射構造に形成しているため、太陽電池５は軒３の下側に設けたにもかかわらず、外壁２の光反射構造で反射した太陽光を太陽電池５の受光面４に入射させて、発電を行なうことができるものである。

また本発明は、光輝材を含有する塗料で外壁２の表面を塗装して、上記の光反射構造を形成して成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、外壁２の塗装面で光反射率が高い光反射構造を形成することができ、外壁２で反射率高く反射させた太陽光を太陽電池５の受光面４に入射させて、発電を行なうことができるものである。

また本発明は、屋外側に向けて下り傾斜する光反射板６を外壁２に設けて、上記の光反射構造を形成して成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、斜め上方から照射される太陽光を光反射板６で反射して、効率良く太陽電池５の受光面４に太陽光を入射させることができ、効率高く発電を行なうことができるものである。

また本発明は、太陽電池５を電源として発熱する融雪機能付き瓦７を屋根８上に葺設して成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、太陽電池５を電源として融雪機能付き瓦７を発熱させ、屋根８の上に雪が積もることを防止することができると共に積もった雪を融かすことができるものである。しかもこの太陽電池５は雪が積もることがない軒３の下面に設けてあるので、雪で太陽電池５が覆われるようなおそれなく、降雪時や積雪時にも発電して融雪をすることができるものである。

本発明によれば、太陽電池５は軒３の下面に設けているので、太陽電池５の上に雪が降り積もるようなことがなく、太陽電池５の受光面４が雪で覆われて発電をすることができなくなることがないものであり、また雨や風も太陽電池５に直接作用することがないものであり、太陽電池５の受光面４が汚れたり、劣化したりすることを防いで、発電効率高く発電を行なうことができるものである。そして外壁２を光反射構造に形成しているため、太陽電池５は軒３の下側に設けたにもかかわらず、外壁２で反射した太陽光を太陽電池５の受光面４に入射させて、太陽電池５による発電を効率良く行なうことができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、家屋１の屋根８の端部は軒３として外壁２より屋外側へ突出している。そしてこの軒３の下側に太陽電池５が取り付けてある。例えば軒３の下面には軒化粧板が張られるが、この軒化粧板の代わりに太陽電池５のパネルを取り付けるようにすることができるものである。

太陽電池５はその受光面４を下側にして水平に配置されるものである。太陽電池５としてはシリコン系太陽電池やアモルファス系太陽電池など任意のものを用いることができるが、少ない受光量でも発電か可能な色素増感型太陽電池を用いるのが好ましい。

図２は色素増感型太陽電池の一例を示すものである。この色素増感型太陽電池は、スペーサ２９を介在させて対向配置された一対の透明基板２０、２１と、各透明基板２０、２１の対向面に配置される透明電極２２、２３と、透明電極２２、２３の間に充填される電解質層２４と、一方の透明電極２２（２３）と電解質層２４との間に配置される粒子膜２６と、透明基板２０の表面に形成される紫外線吸収層１４とを備えて形成してある。

透明基板２０、２１としてはガラス板やプラスチック板、プラスチックフィルムなどを使用することができる。このプラスチックとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロース、ポリエチレンナフタレート、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエステルスルフォン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等が挙げられる。透明電極２２、２３としては、フッ素をドープした酸化スズ膜（ＦＴＯ）や酸化インジウムスズ膜（ＩＴＯ）、金、銀、アルミニウム、インジウム、酸化スズなどを透明基板２０、２１に蒸着等することにより形成することができる。また、一方の透明電極２２（又は２３）の表面に白金や金などの金属層２８を設けることができる。

電解質層２４で使用される電解質としては、酸化体と還元体からなる一対の酸化還元系構成物質が溶媒中に含まれていれば、特に限定されないが、酸化体と還元体が同一電荷を持つ酸化還元系構成物質が好ましい。酸化還元系構成物質とは、酸化還元反応において、可逆的に酸化体及び還元体の形で存在する一対の物質である。このような酸化還元系構成物質自体は当業者に公知である。該酸化還元系構成物質は、例えば、塩素化合物−塩素、ヨウ素化合物−ヨウ素、臭素化合物−臭素、タリウムイオン（ＩＩＩ）−タリウムイオン（Ｉ）、水銀イオン（ＩＩ）−水銀イオン（Ｉ）、ルテニウムイオン（ＩＩＩ）−ルテニウムイオン（ＩＩ）、銅イオン（ＩＩ）−銅イオン（Ｉ）、鉄イオン（ＩＩＩ）−鉄イオン（ＩＩ）、バナジウムイオン（ＩＩＩ）−バナジウムイオン（ＩＩ）、マンガン酸イオン−過マンガン酸イオン、フェリシアン化物−フェロシアン化物、キノン−ヒドロキノン、フマル酸−コハク酸などが挙げられる。言うまでもなく、その他の酸化還元系構成物質も使用できる。中でも、ヨウ素化合物−ヨウ素が好ましく、ヨウ素化合物としては、ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化銅、ヨウ化銀ルビジウム等の金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨージド、ピリジニウムヨージド等のヨウ化４級アンモニウム塩化合物、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム等のヨウ化ジイミダゾリウム化合物が特に好ましい。また、電解質を溶解するために使用される溶媒は、酸化還元系構成物質を溶解しイオン伝導性に優れた化合物が好ましい。溶媒としては水性溶媒及び有機溶媒の何れも使用できるが、酸化還元系構成物質をより安定するため、有機溶媒が好ましい。例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネ−ト化合物、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、ガンマーブチロラクトン等のエステル化合物、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソシラン、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドラフラン等のエーテル化合物、３−メチル−２−オキサゾジリノン、２−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物、スルフォラン、ジジメチルスルフォキシド、ジメチルフォルムアミド等の非プロトン性極性化合物、水などが挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いることもできるし、また、２種類以上を混合して併用することもできる。中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネ−ト化合物、３−メチル−２−オキサゾジリノン、２−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物が特に好ましい。電解質層２４としては、液体、固体、もしくはゲル状電解質のいずれも使用することができる。電解質層２４を形成する電解質溶液としては、エチレンカーボネートとアセトニトリルの混合溶液にヨウ化テトラプロピルアンモニウムとヨウ素を溶解させたものなどを用いることができる。

粒子膜２６はルテニウム錯体などの色素２５を吸着させた酸化チタンなどの半導体微粒子２７を充填することにより形成することができる。色素２５としては上記の他に、例えば、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素である。その中でも、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素のような金属錯体色素は、高い量子収率を有し、光に対する耐久性がよいため、光電変換材料には適している。該金属錯体色素としては、銅、ニッケル、鉄、コバルト、バナジウム、スズ、けい素、チタン、ゲルマニウム、コバルト、亜鉛、ルテニウム、マグネシウム、アルミニウム、鉛、マンガン、インジウム、モリブデン、ジルコニウム、アンチモン、タングステン、白金、ビスマス、セレン、銀、カドミウム、白金などの金属が用いられる。この中でも、銅、チタン、亜鉛、アルミニウム、鉄、バナジウム、けい素等の金属錯体色素は高い量子効率を有する。半導体微粒子２７としては上記の他に、例えば、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化カドミニウム、酸化インジウム、酸化鉛、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化銅、酸化水銀、酸化銀、酸化マンガン、酸化鉄、酸化バナジウム、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化ストロンチウム、酸化ガリウム、酸化けい素、酸化クロムなどの如き金属酸化物類、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３のようなペロブスカイト類、硫化カドミウム、硫化亜鉛、硫化インジウム、硫化鉛、硫化モリブデン、硫化タングステン、硫化アンチモン、硫化ビスマス、硫化カドミニウム亜鉛、硫化銅などの如き金属硫化物類、ＣｄＳｅ、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、ＷＳｅ_２、ＨｇＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＴｅの金属カルコゲナイド類、その他ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｃｄ_２Ｐ_３、Ｚｎ_２Ｐ_３、ＩｎＰ、ＡｇＢｒ、ＰｂＩ_２、ＨｇＩ_２、ＢｉＩ_３が挙げられる。また、前記半導体から選ばれる少なくとも一種以上を含む複合体も使用することができる。これらの中でも特に安価で性能に優れたアナターゼ型酸化チタン微粒子が好ましい。酸化チタンの商品名としては、例えば、ＡＭＴ−６００（テイカ株式会社製、商品名、アナターゼ型、平均粒子径３０ｎｍ）、ＡＭＴ−１００（テイカ株式会社製、商品名、アナターゼ型、１次平均粒子径６ｎｍ）、ＳＴ−０１（石原テクノ製、商品名、アナターゼ型、１次平均粒子径７ｎｍ）、ＳＴ−２１（石原テクノ製、商品名、アナターゼ型、１次平均粒子径２０ｎｍ）、Ｐ−２５（日本エアロジル株式会社製、商品名、ルチル・アナタース型結晶、１次平均粒径約３０ｎｍ）などが挙げられる。半導体微粒子２７の１次平均粒子径としては、例えば、１ｎｍ〜１０００ｎｍ、１５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。半導体微粒子２７の粒子径が１ｎｍより小さいと、粒子膜２６の空孔径が小さくなり、電解質溶液中の酸化還元物質の移動が困難になって、光変換後の電流値が低くなるので好ましくない。また、半導体微粒子２７の１次平均粒子径が１０００ｎｍより大きくなると、粒子膜２６の表面積が大きくないため、充分な増感色素の担持量を得ることができないので、光変換後の電流値が高くならないため好ましくない。半導体微粒子２７への色素２５の担持量としては、１０^−８〜１０^−６ｍｏｌ／ｃｍ^２、特に０．１〜９．０×１０^−７ｍｏｌ／ｃｍ^２が好ましい。また、粒子膜２６の膜厚は０．０１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜５０μｍの範囲である。

紫外線吸収層１４は透明（クリアー）な無機質塗膜（セラミックコート）であることが好ましい。この紫外線吸収層１４は特開平９−２４９８２２号公報に開示されたシリコーン系コーティング剤を用いて形成することができる。

上記のように形成される色素増感型太陽電池を、紫外線吸収層１４の側を受光面４として外側にして建築板などの基板に張ることによって、太陽電池５のパネルを形成することができるものである。

一方、家屋１の外壁２は光反射構造を備えて形成してある。この光反射構造は、外壁２のうち、少なくとも太陽電池５を設けた軒３の直下部分において形成されるものであり、外壁２に照射される太陽光のうち、５０％以上が反射されるように形成したものである。例えば、外壁２の表面を光が反射される白色や、メタリック色に塗装し、外壁２の表面に凹凸柄を施すことによって、光反射構造を形成することができる。このように外壁２の表面を塗装して光反射構造を形成する場合、光輝材を含有する塗料で塗装するのが好ましい。光輝材としては、マイカ、酸化チタン被覆マイカ、アルミニウムフレーク等を用いることができるものであり、これらの光輝材を含有する塗料で外壁２を塗装することによって、外壁２の光反射率を上記のように５０％以上にすることができるものである。

また、家屋１の屋根８には融雪機能付き瓦７が葺いてある。この融雪機能付き瓦７は、例えば電熱線などを内蔵して形成されるものであり、この電熱線を上記の太陽電池５に電気的に接続し、太陽電池５を電源として電力を供給することによって電熱線が発熱するようにしてある。

上記のように形成される本発明の太陽電池付設家屋にあって、太陽電池５は軒３の下側において受光面４を下向きに配置して取り付けてあるので、太陽光は太陽電池５の受光面４に直接照射されないが、太陽電池５の下側の外壁２は太陽光の反射率を高く形成してあるので、外壁２に照射された太陽光は図１の矢印のように外壁２の表面で反射し、この反射した太陽光が太陽電池５の受光面４に入射され、太陽電池５で発電がなされるものである。そしてこのように太陽電池５で発電された電力は、融雪機能付き瓦７に供給されて発熱線を発熱させ、屋根８の上に雪が積もることを防ぐことができるものであり、また屋根の上に積もった雪を融かすことができるものである。

ここで、上記のように太陽電池５は軒３の下面に設けられているので、雪が太陽電池５の上に降り積もるようなことはない。従って、太陽電池５の受光面４が雪で覆われて太陽電池５内に太陽光が届かなくなるようなことがなく、雪の影響で発電できなくなることがなくなるものである。このため、積雪地方において、積雪期間の間も常に太陽電池５から電力を得ることができるものである。また、太陽電池５には雨水が降りかかることもないので、受光面４が雨水で濡れることを防ぐことができる。従って砂塵やホコリなどがこの濡れた雨水に吸着されて受光面４が汚れることを未然に防止できるものであり、太陽電池５の受光面４の汚れによって太陽光の入射効率が低下することを防いで、常に高い発電効率で発電をすることができるものである。さらに、雨や風が太陽電池５に作用して太陽電池５が劣化することを防ぐことができるものであり、特に色素増感型太陽電池の場合に電解質が漏れるような劣化を防ぐことができるものであり、効率の高い発電を長期に亘って維持することができると共に、寿命を長く延ばすことができるものである。

図３は本発明の他の実施の形態を示すものであり、このものでは外壁２に光反射板６を設けて光反射構造が形成されるようにしてある。この光反射板６は表面を白色に形成したり、光輝材を含有する塗料で塗装してメタリック調に形成したりして、太陽光の反射率を上記のように５０％以上になるようにしたものである。またこの光反射板６は屋外側へ向けて斜め下方に傾斜するように配置してあり、外壁２に上下複数段に設けてある。

上記の図１の実施の形態では、外壁２は鉛直面であるので、斜め上方から照射されて外壁２で反射される太陽光のうち一部のものしか太陽電池５の受光面４に入射されない。一方、図３の実施の形態では、屋外側へ向けて斜め下方に傾斜するように光反射板６を設けてあるので、斜めから反射板６に照射される太陽光を上方に反射させることができる。従って、反射板６で反射される太陽光の大部分を反射板６の上方に設けた太陽電池５の受光面４に入射させることができるものであり、太陽電池５による発電効率を高く得ることができるものである。

尚、上記の各実施の形態では、太陽電池５で発電した電力を融雪機能付き瓦７の発熱に利用するようにしたが、勿論これに限定されるものではなく、屋内や屋外の任意の電気製品の駆動電力として太陽電池５で発電した電力を利用することができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。 色素増感型太陽電池の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態の他の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ 家屋
２ 外壁
３ 軒
４ 受光面
５ 太陽電池
６ 光反射板
７ 融雪機能付き瓦
８ 屋根

Claims (4)

1. 家屋の外壁から張り出す軒の下面に、受光面を下向きにして太陽電池を取り付け、太陽電池の下側の外壁を光反射構造に形成して成ることを特徴とする太陽電池付設家屋。
2. 光輝材を含有する塗料で外壁の表面を塗装して、上記の光反射構造を形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池付設家屋。
3. 屋外側に向けて下り傾斜する光反射板を外壁に設けて、上記の光反射構造を形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池付設家屋。
4. 太陽電池を電源として発熱する融雪機能付き瓦を屋根上に葺設して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池付設家屋。

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