JP2009033017A - 光電変換モジュールの設置装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
スレート系屋根材の隙間部に、屋根材の防水性を損なうことなく簡易な構造で光電変換モジュールを設置可能な光電変換モジュールの設置装置を提供する。
【解決手段】
屋根基体3上に、隙間部14を設けて並設させてなる2つのスレート系屋根材2と、隙間部14を覆い、且つ隙間部14の少なくとも一部を埋めるように配置された粘着部材12と、粘着部材12上に配置され、光電変換モジュール1を取り付けるための取付部材7と、取付部材7、粘着部材12、及び屋根基体3を順に貫通するように配置されたネジ部材8とを有して成る光電変換モジュールの設置装置とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、光電変換モジュールの設置装置に関するものである。
近年、地球環境問題に対する関心の高まりに伴い、自然エネルギーを利用した新エネルギーシステムの技術開発が進んでいる。
特に、光電変換モジュールの一例として、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池素子を複数接続した太陽電池モジュールが挙げられ、これを住宅の屋根面に複数設置して発電する住宅用太陽光発電システムがあり、大きな注目を集めている。
住宅用太陽光発電システムには、発電能力や耐久性など種々の性能が要求される。この中で最も基本的な要求性能として、設置時に屋根面の防水性を損なわないことや、十分な強度で取り付けられるというものがある。なお、屋根面に十分な強度で取り付けるのは、強風時に太陽電池モジュールが落下することで、周辺の建物等を損壊させたり、人を傷つけたりする恐れがあるからである。
住宅の屋根面に葺かれる屋根材は、スレート系屋根材、和瓦、洋瓦等の粘土系屋根材あるいは金属系屋根材など様々な種類があり、それぞれの屋根材に対応した太陽光発電システムの取付部材が販売されている。その中でも、スレート系屋根材の屋根面への太陽光発電の設置は、日本国内で約40%という大きな割合を占める。
従来、スレート系屋根材が葺かれた屋根面への太陽光発電システムの設置は、裏面に垂木がある位置に合わせて屋根材上に取付部材を配置した上で、木ネジで屋根材を貫通して取付部材を固定する工法が一般的である。
ここで垂木に固定するのは、野地板は長期で見ると小屋裏の高温や湿気、結露で劣化しやすく、強度劣化を考慮した場合に十分な強度を維持しない可能性が高い為である。
屋根材と垂木との位置関係は、一般的に、図16に示すようなものである。
屋根は、まず垂木4が屋根面の流れ方向を長手方向として、等間隔に平行に配置されている。間隔は地域や施工方法によって異なるが455mmのピッチが用いられることが多い。また軽量鉄骨住宅においては、木製の垂木の代わりに一般構造用軽量形鋼が用いられている。垂木4の上に野地板3が載置され固定され、野地板3の全面が屋根下地材覆われている。屋根下地材の上に屋根材2が葺かれ屋根が完成する。ここでスレート系屋根材の桁行き方向の寸法は一般に910mmであり、垂木4のピッチ455mmの倍数となっている。そして屋根材2の配置は、施工業者にもよるが、垂木4の位置と屋根材2の端を合わせて施工されることが少なくない。このため、垂木4の位置と屋根材2の隙間部14の位置が、多くの箇所で重なってしまう場合がある。ここで、隙間部とは、隣接するスレート系屋根材の桁行き方向の端部同士が突き合わされている部分の空間を指す(以下、同じ)。
従来の光電変換モジュールの設置装置について、図16および図17を用いて説明する。
図17は図16のA部の側面図である。従来の光電変換モジュールの設置装置では、屋根材2の上に所定の間隔で取付部材7が配置される。この間隔は、横架台6を支持する取付部材7のピッチや、風圧力や積雪荷重から算出される取付部材7が必要な数量などから求められる。また、屋根材2と相対する側の取付部材7には、取付部材用シール材11が貼り付けられる。取付部材シール11は、木ネジ8で固定された取付部材7と屋根材2の隙間の止水を行い、木ネジ8のネジ穴部に浸水することを防止している。屋根材2の表面の意匠である凹凸を吸収し止水が可能である。そして、取付部材7に横架台6が固定される。次に横架台6に太陽電池モジュール1が固定される。
ここで、取付部材7は、十分な取付強度を得る為に、垂木4の上に固定される場合が多い。垂木4と屋根材2との隙間部14の位置が重なっている場合、あるいは取付部材7の配置レイアウト上の都合で取付部材7を隙間部14の上に取り付けた場合における浸水のメカニズムについて、図18、図19を用いて説明を行う。
図18は、従来技術を用いて取付部材7を屋根材2の隙間部14に取り付けた様子を示す斜視図であり、図19は図18を軒先側から見た断面図である。
取付部材7の裏面側には、図10に示したものと同様に、取付部材用シール材11が貼付されている。しかし、隙間部14は止水されておらず、しかも屋根材2の厚さは少なくとも例えば5mm程度あるため、取付部材用シール材11の粘着材が隙間部14を完全に充填することができず、隙間部14の上下から矢印で示す浸水経路23で容易に水が浸入する。このようにして浸入した水は、さらに木ネジ8が屋根材2を貫通している部分のネジ穴部周辺に存在する隙間において、毛細管現象により、木ネジ8とネジ穴の間の微細な隙間から屋内へと、矢印で示す浸水経路24で微量の水が入り込む。その結果、屋内側に入り込んだ微量の水が集まり液滴となり、天井板等の上に滴下し、天井に雨漏りの染みができる等して、家屋の内装を損なうという問題があった。
なお、取付部材7を隙間部14から少しずらして設置しても、スレート系屋根材では隙間部14から左右に数cm程度は毛細管現象で水が広がって浸入するため、従来の工法では、防水性を保ちつつ隙間部14の周辺に取付部材7をネジ固定することは困難であった。
この問題を解決するために、図16に示すように、垂木4と同様の構造材15を、屋根裏の取付部材7の設置予定位置に取り付けることが提案されている。しかしながら、屋根上に固定する取付部材7と屋根裏から固定する構造材15との位置合わせには非常に工数がかかり、また屋根裏に長尺の構造材15を持ち込むのが大変な作業であった。
他方、屋根材の桁行き方向の隙間部を防水する構造、特に、屋根材の隙間部を板状部材で覆うことで防水性を向上する構造が提案されている(例えば特許文献1参照)。
特開2004−60275
しかしながら、特許文献1に記載の技術は、板金屋根の隙間部を板状の板金で覆い防水性を高める構造であるため、スレート系屋根材に適用できないという問題があった。
すなわち、特許文献1に示されている板金屋根の材料は、薄い金属材料のため加工が容易であり、屋根材を折り返して前記板状の板金と係止することで防水性を向上することが可能であるが、スレート系屋根材にそのまま適用すると前記折返しの形成が困難であるためである。
また、特許文献1に記載の技術は、上部から太陽光発電システム用の取付部材を設置することを考慮していない為、太陽電池モジュールを固定するための木ネジの周辺の微細な隙間から毛細管現象により水が引き込まれ、小屋裏への浸水が生じるという問題を解決できるものではなかった。
本発明は上記問題を鑑みて案出されたものであり、その目的は、スレート系屋根材の隙間部に、屋根材の防水性を損なうことなく簡易な構造で光電変換モジュールを設置可能な光電変換モジュールの設置装置を提供することである。
本発明の光電変換モジュールの設置装置は、屋根基体上に、隙間部を設けて並設させてなる2つのスレート系屋根材と、前記隙間部を覆い、且つ前記隙間部の少なくとも一部を埋めるように配置された粘着部材と、前記粘着部材上に配置され、光電変換モジュールを取り付けるための取付部材と、前記取付部材、前記粘着部材、及び前記屋根基体を順に貫通するように配置されたネジ部材とを有するものである。
本発明の光電変換モジュールの設置装置によれば、屋根基体上に、隙間部を設けて並設させてなる2つのスレート系屋根材と、前記隙間部を覆い、且つ前記隙間部の少なくとも一部を埋めるように配置された粘着部材と、前記粘着部材上に配置され、光電変換モジュールを取り付けるための取付部材と、前記取付部材、前記粘着部材、及び前記屋根基体を順に貫通するように配置されたネジ部材とを有することから、光電変換モジュールの取付部材を、隣接するスレート系屋根材の隙間部上或いはその周辺に、十分な防水性を確保しつつ設置可能である。
それ故、光電変換モジュールの屋根面への設置レイアウトの自由度が向上するとともに、取付部材と架台の位置関係から判断して強度が最も有効に作用する位置に設置することが可能になるため、使用部材の数を低減しつつ屋根面への架台の固定力が向上させることが可能となる。しかも、従来技術のように、垂木と隙間部の位置が重なる場合に、屋根裏に入って垂木状の部材を追加する必要がなくなることから、施工時間を大幅に短縮することができる。
以下に、添付図面を参照しながら、本発明の光電変換モジュールの設置装置を詳細に説明する。
≪光電変換モジュールの設置装置≫
図1は、本発明の光電変換モジュールの設置装置の一実施形態を示す斜視図である。
また、図2は図1のA部を拡大して示す分解斜視図、図3は図1のA部を軒先側から見た断面図、図4は図1の本発明の光電変換モジュールの設置装置のA部を矢印の方向から見た断面図、図5は図1のA部を拡大して示す上面図である。
以下、本発明およびその設置面の構成要素について、配置、形状、材料を具体的に説明する。
光電変換モジュール1としては、たとえば太陽電池モジュール1が挙げられる。住宅などの建築物の屋根面に太陽光を受光するように配置され、例えば矩形または略三角形の形状を有する。屋根が寄棟屋根等の場合には、屋根形状に合わせて略三角形の太陽電池モジュール1が好適に用いられる。太陽電池モジュール1の構造は、発電部である太陽電池パネルの外周を、アルミニウム等の金属枠からなるフレームで保護したものが一般的である。太陽電池パネルは、互いに接続された複数の太陽電池素子をEVA等の充填材で封止したものを、受光面ガラスと裏面シートとで挟持してなるものである。太陽電池素子は、太陽光を受光して光電変換するものであり、シリコン単結晶素子、シリコン多結晶素子やアモルファス素子等種々ある。
屋根基体3は、スレート系屋根材を葺く下地面、すなわち野地面のことである。下地面は、屋根の棟から軒に向けて平行に複数本配置された垂木と呼ばれる構造材の上に、野地板と呼ばれる板で屋根全面を覆って釘等で固定し、その表面をシート状のルーフィング材で覆ったものである。各部材の形状は、垂木は一般的には約45mm×45mmの柱であり、野地板は厚さ9mm以上の板であり、ルーフィング材は厚さ1mm以上の布状である。各部材の材料は、垂木は木造住宅の場合は木であるが、軽量鉄骨住宅の場合は溶融メッキ鋼板やSUS等が使用され、野地板に関しては耐水合板か小幅板であることが一般的であるが、それ以外に耐火性のために木毛セメント板や硬質木片セメント板や特殊繊維混入パーライトセメント板、軽量気泡コンクリート板などが用いられることもある。特に野地板が合板で、種類がパーティクルボードと呼ばれる木屑を集めた修正材である場合は、乾燥しにくい材質であり、湿気が溜まりやすい小屋裏の空気と接していることから、長期間たつと経年劣化で木屑状にボロボロになる場合がある。またルーフィング材はアスファルトフェルトやアスファルトルーフィング、ゴムアスルーフィングである。アスファルトフェルトとはフェルト原紙にアスファルトスレートを含浸させたもので、アスファルトルーフィングとはルーフィング原紙にアスファルトストレートを含浸させたものを心材として表面にブローンアスファルトを配したものである。またゴムアスルーフィングとはアスファルトゴムを心材として、表面に合成繊維不織布を配したものである。
スレート系屋根材2は、その材質に石綿が用いられたものと用いられていないものがあり、石綿が用いられたものを化粧石綿スレート、無石綿(ノンアス)のものを化粧スレートと呼ぶ。その特徴として、下穴を開けずにドリル先などの木ネジで貫通固定することが可能であるが、貫通した穴が広がりやすく周囲に隙間ができてしまうため、ネジを固定した周辺を確実に止水しないと雨漏りを生じるおそれがある。形状は、例えば横幅:910mm×縦幅:420mm×厚さ:6mmである。表面には1mm未満の凹凸が設けられており、完全な平坦面ではない。また軒側から230mmの位置に釘固定を行うための穴が設けられている。配置方法は、縦幅420mmのうち、軒側の約180mmが外側にでて、棟側の約230mmが上側のスレート系屋根材2が被さることで葺きあわされる。
粘着部材12は、例えば、後述のように、板状部材5とスレート系屋根材2に挟持されて両方に貼り付いて止水を行うために使用されるものであり、例えば両面テープを用いることができる。形状は、例えば約縦幅:200mm×横幅100mmであり、縦幅200mmのうち約40mmがスレート系屋根材2の間に板状部材とともに挿入されて貼りつき、約160mmがスレート系屋根材2の外側にさらされていた面に貼りつく。材質としては、耐候性や耐水性に優れたシート状の粘着材であれば使用可能であるが、ブチルゴム系粘着材やEPDM(エチレン−プロピレン−ジエンゴム)が好適である。
板状部材5は、本発明の必須要素ではないが、スレート系屋根材2の隙間部14を覆って使用されることが好ましく、その材質としては、耐久性と加工性を有するガルバリウム鋼板やメッキ塗装鋼板が好適に使用可能である。寸法は、例えば縦230mm×横140mmとし、厚さは0.3mm〜0.6mm程度が用いやすい。これ以上の厚みのものも使用可能であるが、加工性の観点から0.6mm以下で用いることが好ましい。
取付部材7は、太陽電池モジュール1を固定する為の架台の基台となるものであり、スレート系屋根材の表面にネジ固定して使用される。その形状は様々であるが、屋根面と接する部分に平坦面を有し、上側には架台を固定するための取付部分を有する。材質としては、SUSや溶融メッキ鋼板が使用される。
防水シート9は、本発明の必須要素ではないが、板状部材5が覆った隙間部分にあるスレート系屋根材2の裏側に配置されることが好ましく、これによって二重の止水に寄与することができる。形状は、例えば縦:180mm×横:100mm×厚さ:1mmである。材質としては、前述したアスファルトフェルトやアスファルトルーフィング、ゴムアスルーフィングなどが好適に使用可能である。
木ネジ8は、取付部材7を、スレート系屋根材2を貫通して固定するための部材であり、少なくともスレート系屋根材2を貫通し野地板に達する長さが必要である。より好ましくはスレート系屋根材2を貫通し、その下にある垂木などの構造部材に固定できる長さを持つものが良い。木ネジ8の外径は、ネジの固定力を左右するものであるが、外径が大きくなりすぎるとスレート系屋根材2や野地板、垂木に割れを生じる為、外径φ5程度が好ましい。材質としては、錆発生を生じ難く固定力を維持する観点から、SUSや表面に防食亜鉛処理されたものが好ましい。
≪光電変換モジュールの設置装置の施工方法≫
次に、図6〜図11を用いて、上述した本発明の光電変換モジュールの設置装置を施工する方法について説明を行う。
まず、図6に示すように、防水シート9を、施工するスレート系屋根材2a及びスレート系屋根材2bの隙間部14とその下のスレート系屋根材2cの表面との間に、差し込む。スレート系屋根材2は、多少反らせても割れが発生しない為、工具で少し持ち上げてから、防水シート9を差し込んでやることで容易に作業ができる。
次に、図7に示すように、防水板金5のスレート系屋根材2との対向面側に、防水シール材12を貼り付ける。貼り付け位置は、防水板金5の軒先側先端部に設けられた凸部16の手前まで貼り付ける。
次に、図8に示すように、防水板金5の軒先側端部を、スレート系屋根材2a及びスレート系屋根材2bの隙間部14の表面と、スレート系屋根材2dの裏面間に差し込む。このとき、図9に示すように、凸部16を支点としてテコの原理でスレート系屋根材2dを少し持ち上げながら差し込むことで、防水シール材12がスレート系屋根材2に途中で貼りつくことなく設置可能である。ここで、防水板金5を差し込む距離は約5cm以上とすることが好ましく、これによってスレート系屋根材2の軒先側から棟側に向かって毛細管現象で水が逆流し、防水板金5を超えて水が浸入することを抑制することができる。防水板金5を差し込んだ後、上から押さえつけることで、防水シール材12とスレート系屋根材2とを馴染ませて、微細な隙間をなくし浸水を防止する。
次に、図10に示すように、取付部材7に取付部材用シール材11を貼り付けたものを、防水板金5の上から木ネジ8で固定する。
このとき、図11に示すように、防水シール材12の一部が、木ネジ8が締め込まれるのに伴い、ネジ山に付着して隙間部14及び防水シート9に運ばれ、ネジ山の周囲の止水を効果的に行う。この様子を防水シール材12aとして示している。また、木ネジ8を締め付けたことで、隙間部14の上側の防水シール材12に圧力が加わり、隙間部14に入り込んで充填することによって止水性を高める。
その後、取付部材7に対して、取付部材用付属部材10を用いて、横架台6を屋根面の桁行き方向を長手方向にして平行に固定する。
最後に、太陽電池モジュール1を横架台6に載置して固定することで、光電変換モジュールの設置装置の施工が完了する。
≪止水のメカニズム≫
上述したような本発明の光電変換モジュールの設置装置によれば、次のように各経路からの浸水を抑制することができる。以下、屋内への浸水経路及びその止水方法に関するメカニズムを説明する。
本発明は、防水シール材12を用いることで、隙間部14への水の浸入を防止することができ、従来技術で生じていた図18の浸水経路23や図19の浸水経路24の経路からの水の浸入を抑制することができる。
さらに加えて、防水板金5および防水シート9を併用すれば、他の浸水経路からの水の浸入をも抑制することができ、より効果的に浸水を抑制することができる。
各浸水経路ごとに、本発明の光電変換モジュールの設置装置における止水メカニズムを説明する。
経路1
図12の矢印17で示すように、屋根材2の表面を流れてきた雨水等が、防水板金5、屋根材2間に横から侵入する可能性がある。これに対しては、防水板金5の裏面に貼り付けた防水シール材12により止水することができる。
経路2
図12の矢印18で示すように、防水板金5の挿入部の左右の屋根材2a、屋根材2bと屋根材2dの重なり部で毛細管現象によって雨水が引き込まれて逆流し、防水板金5側に広がって浸水する可能性がある。これに対して、防水板金5を前記重なり部に差し込む構造とするとともに、防水シール材12を雨水の毛細管現象により逆流する距離以上の差込長さにすることで、防水板金5の左右からの浸水を抑制することができる。
経路3
図13の矢印19で示すように、防水板金5の差込部の表面側を、雨水が毛細管現象により逆流して浸水する可能性がある。特に防水板金5のある部分は隙間が小さくなる為、屋根材2のみの場所に比べて、毛細管現象による逆流が大きくなりやすい。これに対して、防水板金5先端部に付けられた溝により、左右に排水することで、防水板金5の差込長さを超えて雨水が進入することを抑制することができる。
経路4
図14の矢印20で示すように、毛細管現象により屋根材2a(および屋根材2b)と屋根材2cとの間から水が逆流して木ネジ8の取付部分に達し、木ネジ8のネジ穴部分から毛細管現象により屋内側に浸水する可能性がある。このときの水が逆流する距離は約5cmであるため、木ネジ8の位置を防水板金5の軒先側端部から5cm以上にするとよい。また、本発明者らの試験により、屋根材2a(および屋根材2b)と屋根材2cとの隙間に、その表面の微細な凹凸に馴染むシート状の材料を挟持することで、毛細管現象により水が逆流する距離が小さくなり、またこの際、接着等の隙間を完全に充填する必要がないことがわかっている。これに対して、前記隙間に防水シート9を挟持することで防水を行うことができる。
経路5
図14の矢印21に示すように、取付部材7と防水板金5の表面との間のビス穴から浸水する可能性がある。これに対して、取付部材7の裏面に貼り付けた防水シール材11により止水を行うことができる。
以上のように、従来技術では、スレート系屋根材の防水性を保ちつつ隙間部14に取付部材7を設置することができなかったが、本発明を適用することで、そのように設置を比較的簡単な施工方法によって行うことが可能となる。
なお、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るものである。
例えば、上述の実施形態において、防水板金5の軒先側先端部に凸部を形成していたが、これに代えて、図15に示すように、防水板金5の上面側に突起22を設ける構成としても良い。凸部16は屋根材2aおよび屋根材2bの方向に凸であるのに対して、突起22は屋根材2cの側に凸となっているため屋根材2cと防水板金5との隙間の距離が大きくなる。毛細管現象の原理は隙間が小さいほど水の逆流距離が大きくなることから、隙間を大きくすることで、水の逆流距離を小さくすることができ、防水特性をより向上させることができる。
本発明の光電変換モジュールの設置装置の一実施形態を示す斜視図である。 図1のA部を拡大して示す分解斜視図である。 図1のA部を軒先側から見た断面図である。 図1の本発明の光電変換モジュールの設置装置のA部を矢印の方向から見た断面図である。 図1のA部を拡大して示す上面図である 本発明の光電変換モジュールの設置装置のうち、防水板金を施工する様子を示す図であり、2つの並設されたスレート系屋根材の隙間部と屋根基体との間に防水シートを差し込み工程を示す斜視図である。 本発明の光電変換モジュールの設置装置のうち、防水板金を施工する様子を示す図であり、板状部材のスレート系屋根材との対向面側に防水シートを貼り付ける工程を示す斜視図である。 本発明の光電変換モジュールの設置装置のうち、防水板金を施工する様子を示す図であり、防水シートが貼り付けられた板状部材を隙間部を覆うようにして上方に位置するスレート系屋根材の下側に差し込む工程を示す斜視図である。 本発明の光電変換モジュールの設置装置のうち、防水板金を施工する様子を示す図であり、図8に示す工程を行う際に上方のスレート系屋根材を持ち上げる様子を示す断面図である。 本発明の光電変換モジュールの設置装置のうち、防水板金を施工する様子を示す図であり、取付部材を、板状部材の上方からネジ部材を用いて固定する工程を示す分解斜視図である。 本発明の光電変換モジュールの設置装置のうち、防水板金を施工する様子を示す図であり、図10に示す工程を行うことでネジ部材のネジ山に付着した防水シール材が隙間部並びに防水シートに移動する様子を示す断面図である。 本発明の光電変換モジュールの設置装置のうち、止水の様子を示す斜視図である。 本発明の光電変換モジュールの設置装置のうち、図4のA部を拡大して止水の様子を示す側面図である。 本発明の光電変換モジュールの設置装置のうち、図4のB部を拡大して止水の様子を示す側面図である。 本発明の光電変換モジュールの設置装置のうち、特に板状部材の他の実施形態を示す斜視図である。 従来の光電変換モジュールの設置装置の実施形態を示す斜視図である。 従来の光電変換モジュールの設置装置の実施形態を示す側面図である。 従来の光電変換モジュールの設置装置の実施形態を示す分解斜視図である。 図18の光電変換モジュールの設置装置を軒先側から見た断面図である。
符号の説明
1:太陽電池モジュール(光電変換モジュール)
2:スレート系屋根材
3:野地板
4:垂木
5:防水板金(板状部材)
6:横架台
7:取付部材
8:木ネジ(ネジ部材)
9:防水シート
11:取付部材用シール材
12:防水シール材(粘着部材)
14:隙間部
15:構造材
16:凸部
17:浸水経路
18:浸水経路
19:浸水経路
20:浸水経路
21:浸水経路
22:突起
23:浸水経路
24:浸水経路

Claims (1)

  1. 屋根基体上に、隙間部を設けて並設させてなる2つのスレート系屋根材と、
    前記隙間部を覆い、且つ前記隙間部の少なくとも一部を埋めるように配置された粘着部材と、
    前記粘着部材上に配置され、光電変換モジュールを取り付けるための取付部材と、
    前記取付部材、前記粘着部材、及び前記屋根基体を順に貫通するように配置されたネジ部材と、を有する光電変換モジュールの設置装置。
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