JP2009293374A - 太陽電池モジュールの折版屋根への取り付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの構造とその取り付け構造を簡素化して太陽電池システム全体を軽量化し、取り付け構造を簡素化できる分だけ施工コストを削減し、併せて屋根への負荷重量を削減できる太陽電池モジュールの取り付け構造を提供する。
【解決手段】折版屋根材１０の表面に太陽電池モジュールＭを設置する。隣接する折版屋根材１０の山部分１１どうしは、タイトフレーム１５に対してボルト１８で連結固定してある。太陽電池モジュールＭは、ベース体１と、ベース体１に装着されるシート状の電池本体２とからなる。ベース体１は、山部分１１で支持される一対の締結壁３と、締結壁３に連続して立ち上がる一対の脚壁４と、両脚壁４どうしを繋ぐ組付壁５とを備える。締結壁３に形成したボルト穴７をボルト１８に挿通して、山部分１１とベース体１とをボルト１８で共締め固定することにより、太陽電池モジュールＭを折版屋根材１０に直接締結固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールの折版屋根用への取り付け構造に関する。

屋根上に太陽電池を設置する形態には、表面に太陽電池が一体化してある屋根材を葺きあげる形態と、既存の屋根の上面に太陽電池モジュールを設置する形態（以下、単に据置き型と言う）とがある。据置き型の設置形態においては、屋根上に架台を構築したうえで、その上面に太陽電池モジュールを配置する。折版屋根材で葺きあげた屋根においては、山部と谷部とが交互に連続するので、山部の上面に先の架台と同様の支持枠を組んだうえで、その上面に太陽電池モジュールを配置し、各種の金具で固定している（特許文献１、２、３参照）。

特開２００３−１５５８０３号公報（段落番号０００９、図２、図３） 特許第３３５２６４７号公報（段落番号００１３、図３） 特開２００２−２９４９５５号公報（段落番号００５１、図３）

据置き形の従来の太陽電池モジュールは、殆どが結晶系太陽電池で構成されていて、全体が硬質パネル化されている。そのため個々の太陽電池モジュールの重量が大きいうえ、設置するのに支持枠や取付金具等を多用しなければならない。勢い、太陽電池を設置した後の屋根全体の重量が大きくなり、建物躯体に対する荷重負荷が増加するのを避けられない。また、製造メーカによって太陽電池モジュールの大きさに違いがあり、しかも、太陽電池モジュールの縦横のサイズと折版屋根材の働き幅とが一致しないため、太陽電池モジュールの大きさや、屋根材の働き幅に応じて専用の支持枠や取付金具等を用意する必要があり、太陽電池モジュールの設置コストが嵩む。

太陽電池モジュールを直線列状に、あるいは格子状に設置する場合には、隣接する太陽電池モジュールどうしを繋ぐための連結金具などを別途用意する必要があり、その分だけ設置の手間やコストがさらに増加する。隣接するモジュールどうしの連結を容易化するためのフレームや連結構造を備えている太陽電池モジュールがあるが、その場合でも、連結専用の支持枠や支持レールを用意する必要があり、設置コストや屋根重量が増加するのを避けられない。

本発明の目的は、結晶系の太陽電池モジュールＭで構成した太陽電池システムに比べて全体重量が大幅に軽量な太陽電池モジュールの折版屋根用への取り付け構造を提供することにある。本発明の目的は、より簡単な構造で太陽電池モジュールを屋根面に設置でき、従来の設置構造に比べて施工コストを大幅に削減でき、しかも設置構造が簡単な分だけ屋根の全体重量を削減して建物躯体に対する負荷重量を減少できる太陽電池モジュールの折版屋根用への取り付け構造を提供することにある。

本発明に係る太陽電池モジュールの折版屋根への取り付け構造では、左右方向に交互に連続する山部分１１と谷部分１２とを備えた折版屋根材１０の表面に太陽電池モジュールＭを設置する。左右方向に隣接する折版屋根材１０の山部分１１どうしは、タイトフレーム１５に対してボルト１８で連結固定してある。太陽電池モジュールＭは、折版屋根材１０で支持される左右に長いベース体１と、ベース体１に装着されるシート状の電池本体２とからなる。ベース体１は、折版屋根材１０の山部分１１で支持される一対の締結壁３と、締結壁３に連続して上向きに立ち上がる一対の脚壁４と、両脚壁４どうしを繋ぐ組付壁５とを備えている。締結壁３に、ボルト１８を挿通するためのボルト穴７が、左右方向に一定間隔おきに形成される。ボルト穴７をボルト１８に挿通して、隣接する折版屋根材１０の山部分１１とベース体１とをボルト１８で共締め固定することにより、太陽電池モジュールＭが折版屋根材１０の山部分１１に直接締結固定してある。

軒棟方向に隣接配置したベース体１が、締結壁３およびボルト穴７を上下に重ねた状態で、折版屋根材１０の山部分１１に固定される。ボルト穴７の軒棟方向の隣接ピッチＰ１が、タイトフレーム１５の軒棟方向の隣接ピッチＰ２より小さく、かつ、該ピッチＰ２の整数分の１に設定される。軒棟方向に隣接するタイトフレーム１５の間では、上下に重なる締結壁３が、ワンサイドボルト４７で山部分１１に締結固定される。ワンサイドボルト４７は、上下に重ねた締結壁３のボルト穴７の上方から、山部分１１に形成した締結穴４８に差し込まれている。

本発明に係る太陽電池モジュールの取り付け構造では、ベース体１と、ベース体１に装着されるシート状の電池本体２とで太陽電池モジュールＭを構成し、ベース体１を折版屋根材１０の山部分１１に対して、タイトフレーム１５のボルト１８を利用して直接固定するので、従来の結晶系の太陽電池モジュールＭで構成した太陽電池システムに比べて全体重量を大幅に軽量化できる。

さらに、ベース体１に設けた締結壁３を、タイトフレーム１５のボルト１８を利用して折版屋根材１０の山部分１１に締結固定し、折版屋根材１０自体を太陽電池モジュールＭ用の架台として利用し、従来のこの種構造において不可欠であった架台や、架台を固定するための金具などを省略するので、太陽電池モジュールＭを設置するのに必要な金具を省略でき、先の太陽電池モジュールＭの軽量化と併せて、屋根および建物躯体に対する太陽電池システムの負荷重量を小さくできる。もちろん、架台、金具、および枠体などを省略できる分だけ施工の手間や設置コストを大幅に削減できる。

太陽電池モジュールの設置構造を示す縦断正面図である。 太陽電池モジュールの設置構造を示す縦断側面図である。

（実施例） 図１および図２は本発明に係る太陽電池モジュールの折版屋根への取り付け構造の実施例を示す。太陽電池モジュールＭは、ベース体１と、ベース体１に装着される電池本体２とで構成する。ベース体１は、一対の締結壁３と、締結壁３に連続して上向きに立ち上がる一対の脚壁４と、両脚壁４の上端どうしを繋ぐ組付壁５とを一体に備えた横長のパネル体からなり、鋼板をロール成形して、あるいはベンダー成型により形成する。

図１に示すように隣接する折版屋根材１０の山部分１１どうしは、タイトフレーム１５に対してボルト１８で連結固定してある。締結壁３にボルト１８を挿通するためのボルト穴７を一定間隔おきに形成する。ボルト穴７の隣接ピッチはボルト１８の横方向隣接ピッチに一致させる。

電池本体２は、プラスチックフィルム基板の表面に太陽電池層を形成したフィルム型のアモルファス太陽電池からなる。フィルム型のアモルファス太陽電池は、ガラス基板の表面に太陽電池層を形成した結晶系太陽電池に比べて、単位面積あたりの重量を軽量化できるうえ、湾曲変形できるので曲面に沿って配置できる特長を有する。因みに、この実施例の電池本体２は、１平方ｍ当り１ｋｇの重量しかなく、従来の結晶系太陽電池に比べて１０分の１にまで軽量化できる。

プラスチックフィルム基板は、耐候性、なかでも紫外線によって劣化しにくいプラスチック材、例えばフッ素樹脂などを素材にして形成してあり、その片面に太陽電池層をプラズマＣＶＤ法で形成する。電池本体２は、プラスチックフィルム基板を先の組付壁５に接着することにより、ベース体１と一体化する。

太陽電池モジュールＭの設置例を図１および図２に示す。この設置例における折版屋根材１０は、逆台形状の谷部分１２の両端に山部分１１が形成され、隣接する折版屋根材１０の山部分１１どうしが、ボルト（剣先ボルト）１８で連結固定してある。詳しくは、屋根下地に固定したタイトフレーム１５の上面で上下に重ねた山部分１１を、ボルト１８、ナット１９、および座金４６などで締結して、隣接する折版屋根材１０どうしが連結されている。これらボルト１８、ナット１９、および座金４６をそのまま利用して、太陽電池モジュールＭを折版屋根材１０に直接締結固定する。

既存の屋根においては、ナット１９および座金４６をボルト１８から取り外したのち、ベース体１のボルト穴７がボルト１８に外嵌する状態で、太陽電池モジュールＭを山部分１１に載置する。この状態でボルト１８に座金４６を組み、ナット１９をボルト１８に締結することによりベース体１を固定して、太陽電池モジュールＭを屋根の軒棟方向と直交する状態で折版屋根材１０に直接固定できる。

ベース体１に設けたボルト穴７の軒棟方向の隣接ピッチＰ１と、タイトフレーム１５の軒棟方向の隣接ピッチＰ２とは必ずしも一致しないので、太陽電池モジュールＭを屋根の軒棟方向に隣接配置する場合には、タイトフレーム１５の軒棟方向の隣接ピッチＰ２をひとつの基準にしてベース体１を用意する必要がある。多くの場合は、ボルト穴７の軒棟方向の隣接ピッチＰ１に比べて、タイトフレーム１５の軒棟方向の隣接ピッチＰ２が充分に大きいので、前者ピッチＰ１を後者ピッチＰ２の整数分の１とすると、全てのボルト１８をベース体１の締結に利用することができ、新たに追加すべき締結部品を最小限化できる。もちろん前者ピッチＰ１と後者ピッチＰ２とは一致していてもよい。

図２においては、ボルト穴７の軒棟方向の隣接ピッチＰ１を、タイトフレーム１５の軒棟方向の隣接ピッチＰ２の２分の１に設定して、上下に隣接配置したベース体１の締結壁３を上下に重ねた状態で、そのボルト穴７をボルト１８に挿通し、座金４６を組んだのちナット１９をボルト１８に締結することにより、締結壁３を山部分１１およびタイトフレーム１５に締結固定できる。軒棟方向に隣接するタイトフレーム１５の間では、先のボルト１８を利用できないので、上下に重なる締結壁３をワンサイドボルト４７で山部分１１に締結固定する。

詳しくは、ベース体１の軒先側の締結壁３をボルト１８に仮固定した状態で、棟側の締結壁３に形成したボルト穴７をガイドにして、山部分１１にワンサイドボルト４７用の締結穴４８をドリルで形成する。こののち、仮固定した太陽電池モジュールＭの棟側に新たな太陽電池モジュールＭを配置し、両モジュールＭの締結壁３・３を上下に重ね、ボルト穴７・７を位置あわせする。この状態でワンサイドボルト４７をボルト穴７・７に上方から差し込み、全体を押さえ込んだ状態でナット４９をねじ込み操作することにより、ねじ軸に外嵌するスリーブ５０の下半側を拡開変形させて、締結壁３を山部分１１に締結固定する。

以後、ベース体１の締結壁３をボルト１８とワンサイドボルト４７で締結することにより、太陽電池モジュールＭが軒棟方向に隣接でき、その側方に同様のモジュール列を設置することにより、大面積の太陽光発電システムを構築することができる。図示していないが、個々の太陽電池モジュールＭで発電された電力は、個々のモジュールから導出された出力ケーブルを介して出力調整器へ出力され、そこで電圧を調整したのち交流電流に変換されて商用電源などに供給される。

仮設枠４０はハット形断面のチャンネル材からなり、そのチャンネル溝壁に先のボルト１８・４７を挿通するための挿通穴４４が形成してある。仮設枠４０は、その挿通穴４４をボルト１８とワンサイドボルト４７に外嵌し、チャンネル溝壁をナット１９・４９の上面に載置することにより、太陽電池モジュールＭと平行に支持できる。仮設枠４０を足場とすることにより、既設の太陽電池モジュールＭを踏みつけることなく、そのメンテナンスや、交換作業などを効果的に行うことができる。必要があれば、仮設枠４０の上面に足場パネルを締結してもよい。

以下にベース体１の変形例を示す。ベース体１は、棟側の脚壁４の上下高さを軒先側の脚壁４の上下高さより大きくして、組付壁５を軒先側へ向かって下り傾斜させることができる。このように、組付壁５が軒先側へ向かって下り傾斜させてあると、屋根の勾配が小さい場合でも、太陽光の電池本体２に対する入射角度を大きくして、太陽電池モジュールＭの発電効率を向上できる。

またベース体１は、組付壁５を上突湾曲面で形成して、電池本体２を湾曲面に沿って配置させることができる。

折版屋根材１０によっては、両端の山部分１１の間に複数の谷部分１２と山部分１１を形成することがある。こうした場合には、図２に示すワンサイドボルト４７による締結構造と同様にして、中間に位置する山部分１１にベース体１の締結壁３をワンサイドボルト４７で締結することができる。

上記以外に、ベース体１はアルミニウム板材やステンレス板材で形成することができる。ボルト穴７は、締結壁３の壁端縁で開口する溝として形成することができる。

１ ベース材
２ 電池本体
３ 締結壁
４ 脚壁
７ ボルト穴
１０ 折版屋根材
１１ 山部分
１５ タイトフレーム
１８ ボルト
Ｍ 太陽電池モジュール

Claims (2)

1. 左右方向に交互に連続する山部分（１１）と谷部分（１２）とを備えた折版屋根材（１０）の表面に太陽電池モジュール（Ｍ）が設置されており、
   左右方向に隣接する折版屋根材（１０）の山部分（１１）どうしが、タイトフレーム（１５）に対してボルト（１８）で連結固定されており、
   太陽電池モジュール（Ｍ）は、折版屋根材（１０）で支持される左右に長いベース体（１）と、ベース体（１）に装着されるシート状の電池本体（２）とからなり、
   ベース体（１）は、折版屋根材（１０）の山部分（１１）で支持される一対の締結壁（３）と、締結壁（３）に連続して上向きに立ち上がる一対の脚壁（４）と、両脚壁（４）どうしを繋ぐ組付壁（５）とを備えており、
   締結壁（３）に、ボルト（１８）を挿通するためのボルト穴（７）が、左右方向に一定間隔おきに形成されており、
   ボルト穴（７）をボルト（１８）に挿通して、隣接する折版屋根材（１０）の山部分（１１）とベース体（１）とをボルト（１８）で共締め固定することにより、太陽電池モジュール（Ｍ）が折版屋根材（１０）の山部分（１１）に直接締結固定してある太陽電池モジュールの折版屋根への取り付け構造。
2. 軒棟方向に隣接配置したベース体（１）が、締結壁（３）およびボルト穴（７）を上下に重ねた状態で、折版屋根材（１０）の山部分（１１）に固定されており、
   ボルト穴（７）の軒棟方向の隣接ピッチ（Ｐ１）が、タイトフレーム（１５）の軒棟方向の隣接ピッチ（Ｐ２）より小さく、かつ、該ピッチ（Ｐ２）の整数分の１に設定されており、
   軒棟方向に隣接するタイトフレーム（１５）の間では、上下に重なる締結壁（３）が、ワンサイドボルト（４７）で山部分（１１）に締結固定されており、
   ワンサイドボルト（４７）は、上下に重ねた締結壁（３）のボルト穴（７）の上方から、山部分（１１）に形成した締結穴（４８）に差し込まれている請求項１記載の太陽電池モジュールの折版屋根への取り付け構造。

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