JP2011035176A - 太陽光発電遮熱構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】部材の軽量化を図って、様々な場所に設置できるようにし、また、強固な基礎を必要とせず、短時間で簡単に施工でき、かつシステム導入のイニシャルコストを低く抑えることのできる太陽光発電遮熱構造物を提供すること。
【解決手段】複数の太陽電池セルを平面上に配置して可とう性シート材と一体的に形成した太陽電池シートと、該太陽電池シートをその設置面から所定の間隔を空けて、当該設置面と平行に保持する保持手段と、前記太陽電池シートを前記保持手段に取り付けるための取付手段とを備え、該取付手段は、複数の弾性体を備えており、少なくとも前記太陽電池シート又は前記保持手段のいずれかに着脱自在とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建屋の屋上や屋根などに簡易に設置でき、太陽光を利用して発電をするとともに、太陽光を遮って遮熱をするための太陽光発電遮熱構造物に関するものである。

従来から、省エネルギーや環境問題への配慮から、自然のエネルギーを利用する技術が様々に開発、実用化されてきている。とりわけ太陽光を利用して発電し、その電力を利用するための太陽光発電システムは、発電自体にはほとんどコストがかからず、化石燃料の節約や二酸化炭素排出量の削減に非常に有効であるため、省エネルギー及び環境問題に特に資するものであるとして、開発が急速に進められてきた。また、この太陽光発電システムは、各事業所や一般家庭に導入された場合、その効果が光熱費の削減として目に見えて明らかになるので、この実際的な経費面の効果と前記省エネルギー・環境への配慮という期待から、普及してきている。

また、この種の太陽光発電システムを建屋の屋上等に設置すると、太陽光の遮光、遮熱の役割を果たすので、特に夏季における建屋内の温度上昇を防ぎ、冷房等にかかる消費電力を抑えることができるため、その点も考慮した開発が行われている。

このような太陽光発電システムとしては、例えば、受光面に照射される太陽光を電力に変換する複数の太陽電池素子と、前記複数の太陽電池素子の裏面を覆う絶縁材と、前記絶縁材の裏面全体を覆い、少なくとも裏面の一部に低放射処理されて成る第一の低放射層を含む、保護材と、を有する太陽光発電装置がある（特許文献１）。
この太陽光発電装置によれば、上述の点に加え、さらに太陽電池素子からの放射熱を遮断して、建屋の屋内の冷房負担を軽減する、という効果を奏する。

特開２００８−０８５２５８号公報

しかしながら、上記従来の太陽光発電システムは、一般的に強化ガラスにより形成されたガラスケースに複数の太陽電子セル（太陽電池素子）を配して矩形平板状の太陽電池パネルを太陽電池モジュールとして用いている。当該太陽電池パネルは、専用の架台に取り付けられ建屋の屋上や屋根などの設置面に設置されるが、耐風圧などのため、架台を支持・固定する強固な基礎の施工が必要となり、また太陽電池パネルは架台にしっかりと固定されねばならない。

それゆえ、太陽電池モジュールや架台、基礎等の部材の重量が非常に重くなるので、屋上等の設置箇所が相当の強度を備えていないと設置できず、それゆえ設置場所が限定されるという問題があった。

また、前記架台や基礎等の施工に相当の時間およびコストを必要としていた。それゆえ、太陽光発電システムの発電自体にはほとんどコストがかからないにもかかわらず、システム導入のイニシャルコストが非常に高額になり、このことがシステムの普及の妨げとなっていた。
さらに、当該太陽光発電システムを設置する設置面、すなわち屋上や屋根の形状は、様々であるため、部材の共通化が図れないという問題点もあった。

本発明は、上記のような問題点を克服するためになされたものであって、部材の軽量化を図り、様々な場所に設置できる太陽光発電遮熱構造物を提供することを目的とする。

また、本発明は、強固な基礎を必要とせず、短時間で簡単に施工でき、かつシステム導入のイニシャルコストを低く抑えることのできる太陽光発電遮熱構造物を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、部材の共通化を図り、様々な設置場所に適用できるようにした太陽光発電遮熱構造物を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物は、複数の太陽電池セルを平面上に配置して可とう性シート材と一体的に形成した可とう性の太陽電池シートと、該太陽電池シートをその設置面から所定の間隔を空けて、当該設置面と平行に保持する保持手段と、前記太陽電池シートを前記保持手段に取り付けるための取付手段とを備え、該取付手段は、複数の弾性体を備えており、少なくとも前記太陽電池シート又は前記保持手段のいずれかに着脱自在としたことを特徴とする。

ここで、太陽電池セルは、発電素子として、アモルファスシリコンや、ＣＩＳなどを好適に使用できる。あるいは、色素増感型のものや有機薄膜など、有機系の太陽電池を用いることも可能である。

本発明に係る太陽光発電遮熱構造物によれば、太陽電池モジュールとして可とう性のある太陽電池シートを使用しているため部材が軽量化でき、かつその取り扱いが容易である。それゆえ、従来の太陽光発電システムほどの強固な基礎を必要とせず、様々な場所に容易に設置できる。

しかも、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物においては、太陽電池シートが設置面を覆い、かつ当該太陽電池シートは設置面から所定の間隔を空けて保持されるようにしている。それゆえ、当該太陽電池シートは発電を行うばかりでなく、遮光、更には遮熱の効果をも奏するものである。すなわち、当該太陽光発電遮熱構造物が設置される設置面および建屋内の温度上昇を抑制できるので、この遮熱効果により使用電力を削減することが可能となり、更なる省エネルギーを実現できる。

また、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物においては、保持手段は、複数のパイプ材および該パイプ材同士を接続するジョイント部材とにより構成されているようにしてもよい。このようにすれば、より一層部材を軽量化することができるので、強固な土台（屋根などの設置面）を備えていない箇所への設置も可能となる。

さらに、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物においては、保持手段は、左右一対の保持架台を備え、太陽電池シートは、前記左右一対の保持架台間に差し渡されて保持されるようにしてもよい。このようにすれば、太陽電池シートの相対向する２辺を左右一対の保持架台に差し渡すように取り付けるだけで良いので、設置がより簡便となる。

また、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物においては、弾性体は、太陽電池シートの一辺に対して３個以上並列して設けられ、該並列して設けられた弾性体のうち、両端に配置された弾性体の弾性率が、他の弾性体の弾性率に比べて低く設定されるようにしてもよい。このようにすれば、太陽電池シートに風荷重（風圧）が働いたときに、両端に配置された弾性体の伸張量が、他の弾性体の伸張量よりも大きくなるので、太陽電池シートに当たる風を受け流すことが可能となる。

さらに、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物においては、弾性体の弾性率が、太陽電池シートの弾性率よりも低く設定されるようにしてもよい。このようにすれば、太陽電池シートに風荷重（風圧）が働いたときに、弾性体の伸張量が太陽電池シートの伸張量に比べて大きいため、太陽電池シートに働く風荷重が、弾性体が伸張することで吸収され易くなる。

また、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物においては、取付手段は、保持手段に着脱自在な杆状体を更に備え、前記弾性体の一端が当該杆状体に係止され、他端が太陽電池シートの端辺に係止されているようにしてもよい。このようにすれば、杆状体を保持手段に沿わせるようにして着脱することで、容易に太陽電池シートを設置・撤去することができる。

以上のとおり、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物によれば、部材が軽量化され、様々な場所に設置することが可能となる。

また、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物によれば、強固な基礎を必要とせず、短時間で簡単に施工でき、かつシステム導入のイニシャルコストを低く抑えることができる。
さらに、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物によれば、部材の共通化を図り、様々な設置場所に適用できるようにすることが可能となる。

本発明に係る太陽光発電遮熱構造物の一実施形態を示す斜視図である。 図１の実施形態における太陽光発電遮熱構造物の保持架台の側面を示す図である。 図１の実施形態における太陽電池シートの側断面を示す図である。 太陽電池シートの別の実施形態における側断面図である。 図１の実施形態における連結具の構成を示す説明図であり、その動作を示す側面図である。 図５の連結具の平面図である。 図５の連結具の底面図である。 図１の実施形態における要部の平面図である。 図１の実施形態における太陽電池シート同士の接続状態を示す部分拡大平面図である。 図１の実施形態における太陽電池シート同士の接続状態（シートが張られた状態）を示す側断面図である。 図１の実施形態における太陽電池シート同士の接続状態（１枚のシートが跳ね上がった状態）を示す側断面図である。 本発明に係る太陽光発電遮熱構造物の別の実施形態を示す図である。 本発明に係る太陽光発電遮熱構造物の更に別の実施形態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物の一実施形態を示すものであり、左右一対に設けた保持架台（２Ａ、２Ｂ）間に、取付手段３を介して太陽電池シート４を差し渡し、太陽電池シート４をその設置面Ｒから所定の間隔（高さＨ）を開けた状態で保持するようにしたものである。

この実施形態においては、保持手段２は、左右一対に設けた２台の保持架台（２Ａ、２Ｂ）からなる。保持架台２Ａ、２Ｂは、いずれも合成樹脂製で円筒形状とした複数のパイプ材２１〜２４を、ジョイント２５を介して接続して中空の三角柱状構造体に組み立てたものである。このパイプ材２１〜２４は、その断面形状が中空形状であってもよいし、あるいは中実のものであってもよい。また、合成樹脂を被覆した鋼管を使用することもできる。

この保持架台２Ａ、２Ｂは、いずれも３本の長尺パイプ材２１、２２、２３と、これらパイプ材２１、２２、２３の両端部に接続される２つの端部枠２４とにより構成される。図２に示すように、端部枠２４は、３本のパイプ材２４１、２４２、２４３をジョイント２５を介して略直角二等辺三角形状になるように接続して形成されている。尚、ジョイント２５には、ヒンジ部２５１、２５２、２５３が設けられており、端部枠の三角形状平面上に回動自在となされている。

また、保持架台２Ａ、２Ｂの各端部枠２４の底辺を構成するパイプ材２４１を、対向する保持架台２Ｂ、２Ａの方向に延長するような形で補助パイプ材２４４が設けられている。これによって、保持架台２Ａ、２Ｂの接地状態が安定するので、転倒が防止される。

前記３本の長尺パイプ材２１、２２、２３は、いずれもその両端が２つの端部枠２４にそれぞれジョイント２５を介して接続されている。２本の長尺パイプ材２２、２３は、保持架台２Ａ、２Ｂの底面近傍に互いに平行に配置され、長尺パイプ材２１は、設置面Ｒから所定の高さＨに保持されるように配置されている。また、２本の長尺パイプ材２２、２３を固定手段Ｓにより設置面Ｒに固定することで、保持架台２Ａ、２Ｂが設置面Ｒに固定される。この固定手段Ｓは、２本の長尺パイプ材２２、２３を設置面Ｒに対して容易に着脱できるもの（例えば、重石やハゼ取付金具など）を用いるのが好ましい。

尚、部材点数を最小限にとどめるため、保持架台２Ａ、２Ｂを三角柱状としているが、これに限定されるものではなく、設置場所等に応じて様々な形状にすることができる。
次に、太陽電池シート４について説明する。この実施形態においては、２枚の太陽電池シート４が、保持架台２Ａ、２Ｂ間に差し渡され、保持されている。

この太陽電池シート４は、図３の断面図に示すとおり、太陽電池セル４１と、太陽電池セル４１を封止する封止樹脂層４２と、封止樹脂層４２の受光面側に設けられる受光面保護層４３と、封止樹脂層４２の裏側、すなわち受光面とは反対側に設けられる裏面保護層４４とにより構成された可とう性の太陽電池モジュールにより形成される。
太陽電池セル４１は、この実施形態においては、可とう性プラスチックフィルム基板を用いたアモルファスシリコン太陽電池を使用している。

また、封止樹脂層４２は、太陽光の透過率が高く、かつ透湿率が低い合成樹脂材料により構成されている。この合成樹脂材料としては、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等が好適に使用され、受光面保護層および裏面保護層を接着する役割も果たしている。尚、図示しないが、太陽電池セル４１と外部機器等とを電気的に接続する接続コードが、この封止樹脂層４２は封入配線されている。

受光面保護層４３としては、可とう性があり、太陽光の透過率が高く、かつ透湿率の低い合成樹脂材料により構成され、例えば、４フッ化エチレン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂などが好適に利用できる。

また、裏面保護層４４としては、アルミ箔をラミネートしたポリフッ化ビニル樹脂、アクリル樹脂、あるいは、防水のための金属箔を貼り付けたガラス繊維布、不織布などが好適に利用できる。

尚、太陽電池シート４は、強度を増すために、図４に示すように、上述した太陽電池モジュールを補強シート４５に貼り付けた構成とすることもできる。この補強シートは、可とう性の合成樹脂材料により構成され、必要に応じて綿などの繊維を混合して構成するようにしてもよい。また、太陽電池モジュールの補強シートへの貼り付けは、接着剤を用いてもよいし、縫い合わせるなどの方法によっても良い。

太陽電池シート４の、保持架台２Ａ、２Ｂに相対する辺の端部近傍には、各辺に３個以上（この実施形態においては４個）のハトメ４７が設けられている。このハトメ４７には、いずれも弾性体、すなわちこの実施形態においてはコイルバネ３１、３２が係止されている。つまり、コイルバネ３１、３２と同数のハトメ４７が設けられている。

尚、図１に示すように、太陽電池シート４の、他の太陽電池シート４と隣接する辺の端部近傍には、ハトメ４８が設けられている。このハトメ４８は、隣り合う太陽電池シート４同士が離れ過ぎないように索体６１を結びつけるために形成されている。

また、図１に示すとおり、取付手段は、複数のコイルバネ３１、３２と、杆状体３３と、および連結具３４とにより構成されている。この実施形態においては、弾性体としてコイルバネ３１、３２を用いており、それらはいずれも一端部が太陽電池シート４のハトメ４７に係止され、他端部が杆状体３３に係止されている。また、杆状体３３は、連結具３４を介して保持架台２Ａ、２Ｂのパイプ材２１に対し着脱自在に取り付けられている。

杆状体３３は、保持架台２Ａ、２Ｂのパイプ材２１とほぼ同じ長さに設定されており、合成樹脂製で円筒形状とした複数のパイプ材よりなる。この杆状体３３は、その断面形状が中空形状であってもよいし、あるいは中実のものであってもよい。また、合成樹脂を被覆した鋼管を使用してもよい。

連結具３４は、杆状体３３をパイプ材２１に対して着脱自在に取り付けるためのものであり、杆状体３３の長手方向に所定の間隔を空けて複数個設けられている。この連結具３４は、杆状の部材同士を着脱自在に固定し得るものであれば、どのような形状、構成のものでも構わない。この実施形態においては、図５〜７に示すように、連結具３４は、片側を開放した断面略Ｕ字形状の連結具本体３４１と、一端部が横軸３４５に軸支され、連結具本体３４１に横軸３４５周りに回動可能な断面略円弧形状の回動部材３４２と、操作片３４３ａを有するとともに連結具本体３４１に別の横軸３４６を介して回動可能なロック部材３４３とを備えている。

この連結具３４により杆状体３３をパイプ材２１に取り付ける際には、図５に示すように、連結具本体３４１に横軸３４５回りに回動部材３４２を回動させて、連結具本体３４１と回動部材３４２とでパイプ材２１および杆状体３３を挟み込む。この状態で、ロック部材３４３を別の横軸３４６回りに一方向（矢印Ｘ）に回動させて、ロック部材３４３の先端部３４３ｂを回動部材３４２に設けた係止部３４２ａに係止させる。続いてロック部材３４３を別の横軸３４６回りに他方向（矢印Ｙ）に回動させ、これにより、パイプ材２１と杆状体３３とを連結具本体３４１と回動部材３４２とで挟んで保持するように構成されている。尚、杆状体３３をパイプ材２１から取り外す場合には上記と逆の操作を行う。

並列して配置された複数のコイルバネ３１、３２は、図２及び図８に示すとおり、いずれもその両端部にフックを備えており、一端部は太陽電池シート４のハトメ４７に係止され、他端部は杆状体３３に係止されるように構成されている。

このコイルバネ３１、３２は、両端に配置されたコイルバネ３１の弾性率が、コイルバネ３１より内側に配置されたコイルバネ３２の弾性率よりも低く設定されている。この実施形態においては、４つのコイルバネ３１、３２が並列して設けられており、外側（両端）の２つのコイルバネ３１の弾性率が、内側の２つのコイルバネ３２の弾性率よりも低くなるように設定されている。

このように構成することによって、太陽電池シートが風荷重を受けた場合、外側のコイルバネ３１は、内側のコイルバネ３２よりも伸び易いので、風を効率よく受け流すことができる。

尚、この実施形態においては、外側の２本のコイルバネ３１同士の弾性率は等しく、また内側の２本のコイルバネ同士の弾性率は等しく設定されている。この点、より多数のコイルバネ３１、３２を並列して配置し、内側から外側へ向かってコイルバネの弾性率が順次低くなるように構成してもよい。

また、この実施形態においては、コイルバネ３１、３２の弾性率を変えるために、外側のコイルバネ３１を構成する線材の径を内側のコイルバネ３２を構成する線材の径よりも小さくしている。この点についても、上記実施形態に限定されず、例えば外側のコイルバネ３１と内側のコイルバネ３２とで線材の巻径を変えたり、単位長さ当たりの巻き数を変えたりすることで、弾性率を変えるようにしてもよい。

さらに、図９〜図１１に示すとおり、隣接する太陽電池シート４同士は、近接するハトメ４８同士を索体６１で接続されている。この索体６１の長さを調節することによって、図１１に示すように、風荷重を受けたときなどの太陽電池シート４の傾斜量を制限することができ、これにより、太陽電池シート４が過剰の捩れ、破損するのを防止することができる。また、コイルバネ３１、３２が備えるフックへの負担を軽減することが可能となり、コイルバネ３１、３２が脱落するのを防止できる。

以上のような構成を有する太陽光発電遮熱構造物１は、非常に簡単に設置することができる。すなわち、先ず、設置面Ｒにおいて太陽電池シート４で覆う領域を設定し、その領域に対応する位置に、保持架台２Ａ、２Ｂを設置し、固定手段Ｓにより、保持架台２Ａ、２Ｂを設置面に固定する。

一方、太陽電池シート４のハトメ４７に予めコイルバネ３１、３２を係止させ、さらに杆状体３３をコイルバネ３１、３２に係止させ、また杆状体３３に所定間隔を空けて複数の連結具を取り付けておく。

次に、連結具３４を操作して、パイプ材２１に取り付け固定し、これによって、太陽電池シート４を保持架台２Ａ、２Ｂ間に保持させる。尚、保持架台２Ａ又は２Ｂを移動させことによって保持架台２Ａ、２Ｂ間の距離を調整し、太陽電池シート４の張り度合を調節することも容易にできる。

また、図１２に示すように、保持架台２Ａ、２Ｂ間に保持支持体７を設置してもよい。保持支持体７は、複数のパイプ材とパイプ材同士を接続するためのジョイント部材とで略矩形状に形成された保持部７１と保持部７１を立設した状態に保持するための支持脚７２とにより構成されている。

このようにして設置された太陽光発電遮熱構造物１は、太陽光のエネルギーを利用して発電を行うのみならず、設置面Ｒを覆い太陽光を遮断して遮光、遮熱の効果を奏する。

また、上述のとおり、並列に配したコイルバネ３１、３２のうち両端（外側）のコイルバネ３１の弾性率を内側のコイルバネ３２の弾性率よりも低く設定しているため、太陽電池シート４が風荷重を受けたとき、太陽電池シート４の内側よりも外側の方がたるむ量が大きくなり、効率よく風を受け流すことが可能となる。

さらに、降雨のときも同様で、雨水が太陽電池シート４上に溜まると、雨水の重量によって、外側のコイルバネ３２が伸び、太陽電池シート４の外側がたるんで、雨水が太陽電池シート４から流れ落ちるようになる。

以上のように、外側のコイルバネ３１の弾性率を内側のコイルバネ３２の弾性率よりも低く設定したことで、風雨に対してコイルバネ３１、３２が柔軟に対応して、太陽電池シート４への負荷を軽減し、設置状態を安定させることを可能としている。

また、上記のように設置した太陽光発電遮熱構造物１は、短時間で容易に撤去することができる。すなわち、連結具３４を操作して、パイプ材２１から取り外すことで太陽電池シート４が保持架台２Ａ、２Ｂから取り外して収納し、また保持架台２Ａ、２Ｂから固定手段Ｓを取り除いて、保持架台２Ａ、２Ｂを撤去すればよい。

以上、本発明に係る太陽光発電遮熱構造物の一実施形態を示して説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものではなく、設置条件に応じて様々に形態を変更することが可能なものである。

例えば、図１３に示すように、保持架台２Ａ、２Ｂ間（相対向する端部枠２４間）に差し渡され接続される接続杆２７を設け、保持手段２を平面視四角形状となるようにすることができる。

この実施形態においては、太陽電池シート４の四辺にハトメ４７が形成されるとともに、当該ハトメ４に一端を係止するコイルバネ３１、３２と、コイルバネ３１、３２の他端を係止するための杆状体３３と、杆状体３３をパイプ材２１又は接続杆２７に着脱自在に取り付けるための連結具３４とを備えている。

なお、接続杆２７を保持架台２Ａ、２Ｂに対して容易に取り付け、取り外し可能なものとし、あるいは、接続杆２７を伸縮自在な部材により構成すれば、容易に撤去可能なものとすることができる。

１ 太陽光発電遮熱構造物
２ 保持手段
２Ａ、２Ｂ 保持架台
３ 取付手段
３１、３２ コイルバネ
３３ 杆状体
３４ 連結具

Claims (6)

1. 複数の太陽電池セルを平面上に配置して可とう性シート材と一体的に形成した可とう性の太陽電池シートと、
   該太陽電池シートをその設置面から所定の間隔を空けて、当該設置面と平行に保持する保持手段と、
   前記太陽電池シートを前記保持手段に取り付けるための取付手段とを備え、
   該取付手段は、複数の弾性体を備えており、少なくとも前記太陽電池シート又は前記保持手段のいずれかに着脱自在としたことを特徴とする太陽光発電遮熱構造物。
2. 保持手段は、複数のパイプ材および該パイプ材同士を接続するジョイント部材とにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電遮熱構造物。
3. 保持手段は、左右一対の保持架台を備え、太陽電池シートは、前記左右一対の保持架台間に差し渡されて保持されるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の太陽光発電遮熱構造物。
4. 弾性体は、太陽電池シートの一辺に対して３個以上並列して設けられ、該並列して設けられた弾性体のうち、両端に配置された弾性体の弾性率が、他の弾性体の弾性率に比べて低く設定されたことを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかに太陽光発電遮熱構造物。
5. 弾性体の弾性率が、太陽電池シートの弾性率よりも低く設定されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽光発電遮熱構造物。
6. 取付手段は、保持手段に着脱自在な杆状体を更に備え、前記弾性体の一端が当該杆状体に係止され、他端が太陽電池シートの端辺に係止されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽光発電遮熱構造物。
   
   
   

Images