JP2011163061A - 屋根構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】屋根部材の一部が隣接する屋根部材と重なって、屋根部材の一部が露出する状態で屋根下地上に平面的な広がりをもって並べて載置され、断面構造に2枚の屋根部材が重なった2重部位と、3枚の屋根部材が重なった3重部位がある基礎屋根構造を有し、太陽電池モジュールは電力を取り出す端子ボックスを裏面側に備え、端子ボックスが2重部位の上に位置すると共に、太陽電池モジュールが基礎屋根構造上に平面的な広がりをもって並べて載置されることを特徴とする屋根構造を提供する。
【選択図】図46
Description
近年、太陽電池モジュールを一般家庭の屋根に設置し、家庭で使用する電力を太陽電池モジュールが発生する電力で賄う太陽光発電システムを採用する家庭が増加しつつある。
ここで太陽電池モジュールを一般家庭の屋根に設置する方策として、太陽電池モジュール自体に瓦(屋根部材)の機能を持たせ、屋根下地に瓦に代わって太陽電池モジュールを敷設する構造と、スレート瓦等が敷設された屋根の上にさらに太陽電池モジュールを設置する構造がある。
後者の構造は、例えば特許文献2に開示された屋根構造であり、公知のスレート屋根に取り付け金具を設け、当該取り付け金具を介して太陽電池モジュールを取り付けるものである。即ち木材その他の材料で屋根の傾斜形状を作り、その上に板張りをすると共に防水シートを設置する等によって屋根下地構造を作り、その上にスレートを平面的に並べる。より具体的には、スレート瓦は、鱗の如くに、一部が隣接する屋根部材と重なり、残部が露出する状態で屋根下地上に列状及び複数段状に並べられて平面的な広がりをもって載置される。
即ち瓦一体型太陽電池モジュールは、瓦に代わって太陽電池モジュールを敷設するものであるから、屋根の他の部分との一体感があり、屋根の仕上がりが美しい。
しかしその一方で、瓦一体型太陽電池モジュールは、開発されてからの歴史が浅く、加速試験等では十分な防水性能を維持できることは検証されているが、数十年に亘る長期間の間、十分な防水性能を維持できるかを実地には検証されているとはいえない。
しかしながら、後者のスレート瓦等の上に太陽電池モジュールを乗せる構造は、屋根の上に別の屋根を乗せるものであるから一体感を欠き、見る者に違和感を与える。
ここで太陽電池モジュールは、前記した様に、太陽電池パネルと端子及びその他の付属品を一体化したものである。この内、太陽電池パネルは、大面積を占めるものの、その厚さは薄く、スレート瓦の厚さと同程度の厚さの太陽電池パネルを製造することもできる。
しかしながら、太陽電池モジュールは、太陽電池パネルが発生する電気を外部に取り出す必要があるから、ケーブルを接続する端子や、これを保護する端子ボックスが必須である。
そして太陽電池に対する受光面積を確保する観点から、前記した端子や端子ボックスは、太陽電池パネルの裏面側に配置せざるを得ない。そのため太陽電池モジュールの全厚さが厚くなってしまい、スレート屋根の上に載置したときに、スレート屋根から太陽電池モジュールが浮き上がっている様な印象を与えてしまう。
一方、スレート瓦等の屋根部材が配された屋根を見ると、その表面の高さは一様ではなく、高いところと低いところがある。
即ち一般にスレート等の屋根部材は、一部が隣接する屋根部材と重なり一部が露出する状態で屋根下地上に平面的な広がりをもって並べて載置されるから、重なる屋根部材の枚数が多い部位は、表面が高く、少ない部位は高さが低い。
そこで本発明は、重なる屋根部材の枚数が少なく、基礎屋根構造部分の高さが低い部位に端子ボックスを全部又は大部分を配置することとした。
本発明によると、小重畳部たる2重部位に端子ボックスがないため、太陽電池モジュールの表面の高さを低く抑えることができる。
この様な構造の場合は、太陽電池モジュールが屋根部材の辺(自由端)を跨ぐこととなる。そのため太陽電池モジュールの真下に3枚の屋根部材が重なった3重部位が存在することとなる。
そこで本発明は、前記端子ボックスを、棟側の長辺寄りの位置に設けた。この構成を採用することにより、太陽電池モジュールの真下の3重部位と、太陽電池モジュールの棟側の辺との間に端子ボックスが配置され、端子ボックスから導出されるケーブルが短くて足る。
本実施形態の屋根構造1は、図1の様にスレート瓦(屋根部材)2で葺かれた基礎屋根構造3の上に、軒先取付け金具(軒先取付け具)5及び中間取付け金具(取付け具)6を介して太陽電池モジュール10が取付けられたものである。また必要部分には、部分的に雨仕舞い板11が設置されている。
より詳細には、4個の孔を図面左から孔12a,孔12b,孔12c,孔12dとすると、両脇の孔の間隔たる孔12aと孔12bの間隔Waと孔12cと孔12dの間隔Wcは等しく、中央の孔12b,12cの間隔Wbは前記した間隔Wa,Wcよりも広い。
加えて、スレート瓦2の厚さは4mm〜7mmであることが望ましく、さらに好適には、5mm〜5.5mmであることが望ましい。
本実施形態で採用する太陽電池モジュール10は、図3,図4,図5に示すように、2つの長辺と2つの短辺を有し、正面視が略長方形状である。そして、太陽電池パネル13と、太陽電池パネル13の裏面に取付けられる端子ボックス14(図4参照)と、端子ボックス14から延設される二本のケーブル16,18と、ケーブル16,18のそれぞれに接続されるコネクタ20,22及び断熱補強材23とを備えている。そして、太陽電池パネル13が発電した電力を端子ボックス14及びケーブル16,18を介して取り出すことが可能である
なお太陽電池パネル13の長手方向の長さは、前記したスレート瓦2の2倍程度である。太陽電池パネル13の短手方向の長さAWがスレート瓦2の短手方向の長さawの約1.3倍〜1.6倍程度である。より具体的には太陽電池パネル13の短手方向の長さ(幅)AWは、スレート瓦2の短手方向の長さ(幅)awより長く、重ねられた状態におけるスレート瓦2の2枚分に相当する長さである。
前記した様に太陽電池セル17は電気的に直列接続され、端子ボックス14に接続されている。
なお作図の関係上、溝15の数は実際よりも少なく描いている。また、端子ボックス14の最大厚さは5mm〜30mmであることが望ましく、より好適には10mm程度であることが望ましい。
また前記した端子ボックス14が取付けられている部位は、端子ボックス用欠落部43がある。従って端子ボックス14はその三方が断熱補強材23によって囲まれている。さらに端子ボックス用欠落部43の両脇にも欠落部45が設けられている。
欠落部45の下方部分は、断熱補強材23の厚さが薄く、溝状部46となっている。
さらに太陽電池パネルの上部側の長辺150の近傍部分40についても断熱補強材23が欠落している。当該部分は、中間取付け金具6の前端エリアBの前部側に載置される部位である。なお、欠落部45と溝状部46は屋根上に太陽電池モジュール10を敷設した際に、軒側と棟側で連続する2つの太陽電池モジュール10の間でコネクタを接続するとき、第1ケーブル16や第2ケーブル18を通すことができる。
図7,図8は、軒先取付け金具(軒先取付け具)5を図示している。軒先取付け金具5は、図7のように3個の固定片50とそれらを接続する接続片51によって構成されている。固定片50は、一枚の亜鉛引き鉄板をジグザグに折り曲げて作られたものであり、図8のように下板部52と、下板部52の端部から立ち上げられた第1正面立ち上げ部53と、第1正面立ち上げ部53に連続し下板部52と対向する上板部55と、上板部55の末端に連続し上板部55から立ち上げられた裏面立ち上げ部56と、裏面立ち上げ部56に連続し上板部55と対向する支持台部57と、支持台部57の末端に連続し支持台部57から立ち上げられた第2正面立ち上げ部58とを有する。各辺の折り曲げ角度はいずれも略垂直である。
前記した三枚の板部たる、下板部52と、上板部55と、支持台部57は、最も下に位置する下板部52だけが他の板部よりも長い。そして下板部52には、取付け孔59が1個設けられている。
取付け孔59の位置は、上板部55及び支持台部57の下部を外れた位置である。
第1正面立ち上げ部53と第2正面立ち上げ部58とは同一平面上に並んでいる。
また支持台部57と第2正面立ち上げ部58と覆い板構成部61によってモジュール保持凹部65が構成されている。
接続片51のモジュール保持凹部65を構成する部位にはゴム等の弾性体で作られたカバー66が設けられている。さらに固定片50のモジュール保持凹部65を構成する部位にもゴム等の弾性体で作られた保護部材67が設けられている。
中間取付け金具6は、図11のように、固定部構成部材70と、中間板部材71と、押さえ板部材74によって構成されている。
固定部構成部材70は、一枚板を折り曲げて作られたものであり、下板部材72と上板部材73を有し、両者が立ち上げ部75で接続された形状をしている。
即ち下板部材72は平板形状であり、その長手方向の前方側端部が180度折り返されて上板部材73を形成している。
下板部材72と上板部材73との間には、数ミリの隙間がある。
下板部材72と上板部材73の長さを比較すると、上板部材73の長さは、下板部材72に比べて2倍以上長い。より正確には、2倍から3倍程度長い。
高位置部(中央エリアB)の大部分は、下板部材72に面した位置であると言える。
上板部材73の、低位置部(前端側エリアA,後端側エリアC)及び高位置部(中央エリアB)は共に下板部材72に対して平行である。
後端側エリアCの領域であって、中央エリアBに近い位置に、フック部77が2個設けられている。フック部77は、上板部材73に「U」字状の切り込みを入れ、この切り込みを立ち上げて形成したものであり、いずれも高位置部(中央エリアB)側に向いている。
またこの2個の取付け孔100a,100bと平行に、図13の様にさらに2個の取付け孔101a,101bが設けられている。即ち下板部材72には、合計4個の孔100a,100b,101a,101bが設けられている。
ここで上板部材73に設けられた4個の孔102a,102b,103a,103bの内、立ち上げ部75側の2個の取付け102a,102bは、高位置部(エリアB)にあり、その直径が下の孔100a,100bよりも大きい。これに対して立ち上げ部75側から遠い方の孔103a,103bは、低位置部(後端側エリアC)にあり、その直径が下の孔101a,101bと略同一である。
また上板部材73の後端近傍(立ち上げ部75側から遠い位置)にも取付け孔80a,80bが設けられている。上板部材73の取付け孔80a,80bは、僅かに長孔になっている。
上板部材73の高位置部(中央エリアB)には、2個、雌ねじ孔84a,84bが形成されている。
下板部材72に設けられた立ち上げ部75側の2個の取付け102a,102bと、上板部材73の後端近傍に設けられた取付け孔80a,80bとの距離Lbは、スレート瓦2の短手方向の長さをawとし、スレート瓦2の重なりしろをOWとしたとき、図28の様に、「Lb=aw−OW」の関係がある。
即ち下板部材72と上板部材73の孔同士の間隔は、屋根部材の露出している部分の幅の寸法である。なお、ここで露出している部分とは、対象となる屋根部材から棟側の屋根部材が重なっている部分を除いた部分である。
また固定部構成部材70の幅方向の両端部分であって、前記したビード部81に相当する位置には、折り返し部82(図12,図13)が設けられている。
即ち中間板部材71は、第一平板部85と、第一段部86と、第二平板部87と、第二段部88が順次設けられたものである。
そして第一平板部85には長孔89が2個形成されている。長孔89は、第一段部86の壁面に至り、第一段部86にも長孔延長部90がある。長孔延長部90の形状は、長方形であり、その幅は、前記長孔89の本体部分の幅よりも広い。より具体的には、ネジ91の頭部が通過可能な大きさである。一方、長孔89の本体部分の幅は、ネジ91の首部分は通過可能であるけれども頭部の通過は不能である寸法に設計されている。
第二段部88には、2個の雌ねじ孔92a,92bが設けられている。
中間板部材71には、その全長に渡って3条のビード部が形成されている。また中間板部材71の両端は、その全長に渡って図示しない折り返し部が設けられている。
また正面板部94には、孔96a,96bが2個設けられている。
即ち固定部構成部材70の高位置部(エリアB)に、中間板部材71の第一平板部85が接した状態で載置され、第一平板部85の長孔89と固定部構成部材70の雌ねじ孔84a,84bが合致されてネジ91a,91bが挿通され、ネジ91a,91bを締結することによって固定部構成部材70の高位置部(エリアB)に、中間板部材71が固定されている。
ただし、本実施形態では、図15で示されるように、第一平板部85に設けられた長孔89は、第一段部86の壁面にまで延長されており、且つ長孔延長部90の形状の幅は、前記長孔89の本体部分の幅よりも広く、ネジ91の頭部が通過可能である。そのためネジ91を緩めた状態にしてネジの頭部と第一平板部85の間に隙間を形成することにより、ネジ91を固定部構成部材70の雌ねじ孔84に係合させた状態のままで、中間板部材71をスライド移動させることにより、中間板部材71を着脱することができる。
即ち第二段部88の表面に押さえ板部材74の正面板部94の裏面側が当接し、押さえ板部材74の孔96a,96bと、第二段部88の雌ねじ孔92a,92bとを合致させて、ネジ97a,97bを挿通する。
そして第二凹部106に、発泡弾性体108と、シール部材109とが配されている。当該シール部材は、ゴム等の弾性体で作られており、第二凹部106の立壁面と、天井面を覆う。
同様に第三凹部107にもシール部材110が配されている。シール部材110は、ゴム等の弾性体で作られており、第三凹部107の立壁面と、天井面を覆う。なお、シール部材110はシール片111,112から形成されている。シール片111は、断面が略コ字状であり、折り返し部95の突出方向先端に取付けられている。シール片112は断面がL字状であり、第二平板部87と第二段部88に取付けられている。
すなわち本実施形態では、太陽電池モジュール10の設置に先立って、基礎屋根構造3を構築する。
すなわち、図16で示されるように、屋根下地の軒先に、通常スレート瓦2の軒先水切68を設置し、軒先取付け金具(軒先取付け具)5を設置する。軒先取付け金具5の接続片51の正面部60の位置は、スレート瓦2の軒先からの出寸法(図19におけるtl)より、軒先取付け金具5の板厚(図19におけるml)分だけ軒先側に出た位置となる。
軒先取付け金具5は、下板部52の取付け孔59に木ねじ又はクギ等の締結要素115を挿入し、屋根下地に締結要素115を係合させることによって取付ける。
軒先取付け金具5は、正面部60側から見たときに軒先に隙間が出来ない様に、間隔を詰めて取付けられる。
またスレート瓦は、軒先取付け金具5の下板部52の上部全域を覆うから、軒先取付け金具5の取付け孔59には軒側第1段目の列のスレート瓦2−1が被さる。そのため軒先取付け金具5の取付け孔59に雨水が侵入することはない。
第2段目の列のスレート瓦2−2の設置方法は、公知の屋根工事と同一であり、先に敷設した軒側第1段目の列のスレート瓦2−1の棟側の一部に、第2段目の列のスレート瓦2−2の軒側の一部を重ねる(図20)。
ここで1段目の列のスレート瓦2−1と、第2段目の列のスレート瓦2−2の重ねしろの大小は経験則によるが、少なくとも、1段目の列のスレート瓦2−1の取付け孔12に、第2段目の列のスレート瓦2−2が被さる様に重ねる。前記した様にスレート瓦2の取付け孔12は、スレート瓦2の短手方向の中心近傍に一列に並んでいるから、1段目の列のスレート瓦2−1と第2段目の列のスレート瓦2−2の重ねしろ(OW)は、スレート瓦2の短手方向の長さの50パーセントを超える。
推奨される手順としては、図21,図22のように、組み立て状態の中間取付け金具6から中間板部材71を外して固定部構成部材70だけを取付ける。
ここで中間取付け金具6の固定部構成部材70は、下板部材72と上板部材73を有し、両者が立ち上げ部75で接続された形状をしているから、下板部材72を第2段目の列のスレート瓦2−2に載置することとなる。そして固定部構成部材70の下板部材72に設けられた2行2列で合計4個の孔100a,100b,101a,101bの内、前方側列(立ち上げ部75側)の2個の孔100a,100bであって、さらにそのいずれか一方の孔を利用して固定部構成部材70を取付ける。即ち第2段目の列のスレート瓦2−2の孔12a,12b,12c,12dの内のいずれか一つと、固定部構成部材70の前列の孔100a,100bのいずれかを目視で合致させ、両者にネジを挿通して固定部構成部材70を固定する。ここで第2段目の列のスレート瓦2−2は、その全体が露出した状態であり、スレート瓦の孔12a,12b,12c,12dは直接目視することができるので、スレート瓦の孔12a,12b,12c,12dと固定部構成部材70の孔100a,100bを合致させるのは容易である。
固定部構成部材70が固定された状態においては、下板部材72と立ち上げ部75と上板部材73で構成される第一凹部105は、屋根の棟側に向かって開口する。
また第2段目の列のスレート瓦の孔12a,12b,12c,12dであって、固定部構成部材70の固定に利用されなかった孔には、ネジやクギが挿通されて屋根下地に固定される。
図24,図25で示されるように、3段目の列のスレート瓦2−3の軒側の辺は、第一凹部105に奥深く入る。ここで先の作業でネジが挿通された下板部材72の孔100a,100bは、前記した第一凹部105内にあるから、3段目の列のスレート瓦2−3の軒側の辺を第一凹部105に挿入することにより、3段目の列のスレート瓦2−3が、下板部材72の100a,100bに被さる。より具体的には、下板部材72の100a,100bの上部に上側のスレート瓦の取付け孔以外の部位が重なる。そのため下板部材72の孔100a,100bに雨水が侵入することはない。
ここで、中間取付け金具6の取付けに使用する孔は、先に第2段目の列のスレート瓦2−2との間でネジ等117を挿通する際に選択した孔(スレート瓦2−2の12a,12b,12c,12dのいずれか)に対して列方向にずれた位置に孔(スレート瓦2−3の12a,12b,12c,12dのいずれか)を選択することが望ましい。
より具体的には、図28で示されるように、下板部材72に設けられた4個の取付け孔の内、最も前列の2個の取付け孔100a,100bと、後端側の列の孔80a,80bの内、仮に先に取付け孔100aを使用して下板部材72を固定しているのであれば、後端側の列の孔は、孔80bを選択する。逆に先に取付け孔100bを使用して下板部材72を固定しているのであれば、後端側の列の孔は、孔80aを選択する。
言い換えると、前側でネジ等117を挿通した孔と、後ろ側でネジ等118を挿通した孔とを結ぶ直線は、屋根の傾斜方向に対して傾斜した線となる様に孔を選択する。
本実施形態では、このようにずれた位置に設けられたネジで中間取付け金具6が固定されているので、中間取付け金具6の取付強度が強固である。
また上板部材73の全長は、下板部材72の全長よりも長く、下板部材72の後端寄りに設けられた取付け孔80a,80bの下には下板部材72が存在しないので、ネジ等118は、単に上板部材73の取付け孔80a,80bとスレート瓦2−3の孔12a,12b,12c,12dのいずれかを貫通させるだけであり、目視可能な状態で作業を行うことができるので、作業性が良い。
そのため中間取付け金具6の取付け孔80a,80bや、くぎ等118の締結要素の上に、第4段目の列のスレート瓦2−4が被さる。より具体的には、上板部材73の取付け孔80a,80bの上部に上側のスレート瓦2−4の取付け孔12(12a,12b,12c,12dのいずれか)以外の部位が重なる。そのため上板部材73の取付け孔80a,80bに雨水が侵入することはない。
その結果、屋根の最も軒先側には、軒先取付け金具5が固定され、スレート瓦2の一段置きに、中間取付け金具6の固定部構成部材70だけが取付けられた状態となる。
上記のように、本実施形態では中間取付け具6(固定部構成部材70)の取付けは、スレート瓦2の4個の取付け孔12を用いる。そのため、スレート瓦2に新たな取付用の孔を設ける等の加工を行う必要はなく、スレート瓦2が新たに設けた孔により強度が落ちるということがない。加えて、スレート瓦2の加工無しで取り付けられるため、取付け作業が容易である。
また本実施形態では、太陽電池モジュール10の敷設の際に、太陽電池モジュール10の配線を行う。
本実施形態では、図33に示すように、隣接する太陽電池モジュール10,10において、一方の太陽電池モジュール10の第一コネクタ20と、隣接する他方の太陽電池モジュール10の第二コネクタ22とを接続させると、隣接する二つの太陽電池モジュール10,10を図34の様に電気的に並列に接続させることができる。即ち、白色の第一ケーブル16に取付けられた白色の第一コネクタ20と、黒色の第一ケーブル18に取付けられた黒色の第二コネクタ22とを接続させることで、隣接する太陽電池モジュール10,10の並列接続が可能になる。したがって本実施形態の太陽電池モジュール10は、左右の隣接する太陽電池モジュール10,10を、ケーブル16,18を用いて接続させることにより、モジュール段36に含まれる全ての太陽電池モジュール10を順次並列に接続させることができる。
先に説明した基礎屋根構造3を構築する作業により、軒先に軒先取付け金具5が取付けられているので、当該軒先取付け金具5のモジュール保持凹部65に第1列目の太陽電池モジュール10−1の軒側辺(ケーブルが突出していない側)を係合させる。
すなわち図35で示されるように、軒先取付け金具5には、支持台部57と第2正面立ち上げ部58と覆い板構成部61によってモジュール保持凹部65が構成され、当該モジュール保持凹部65は建屋の棟側に向かって開口している。そのため太陽電池モジュール10−1の軒側辺を棟側からモジュール保持凹部65に滑り込ませる。
そして太陽電池モジュール10−1の棟側辺を中央エリアBの前端部分に載置したままの状態で、当該固定部構成部材70に中間板部材71と押さえ板部材74を取付ける。実際上は、予め中間板部材71と押さえ板部材74とを一体化しておき、この状態で、固定部構成部材70に取付ける(図37)。
その後に、ネジ91a,91bを締め込む。その結果、太陽電池モジュール10−1の表面側が中間板部材71の裏面側で押さえられる。言い換えると、固定部構成部材70に中間板部材71と押さえ板部材74を取付けることによって、中間取付け金具6の上板部材73のエリアAと上板部材73の上に設けられた中間板部材71によって第二凹部106が形成され、当該第二凹部106に太陽電池モジュール10−1の棟側の辺が係合する。
また軒側と係合するモジュール保持凹部65内にはカバー66、保護部材67が設けられているので、太陽電池モジュール10−1の軒側が傷つくことがなく、且つがたつくこともない。
同様に、中間取付け金具6の第二凹部106にも同様に発泡弾性体108とシール部材109が設けられているので、太陽電池モジュール10−1の棟側が傷つくことがなく、且つがたつくこともない。
即ち、隣接する太陽電池モジュール10−1,10−1の第一ケーブル16と第二ケーブル18とを接続する。
ここで本実施形態では、中間取付け金具6にフック部77が設けられているから、配線し終えたケーブルをフック部77に係合させておくことにより、ケーブルの処理が容易となる。
そのため図40,41のように接続したケーブルを容易にフック部77に係合させることができる。ケーブルは、フック部77に係合されることにより、位置決めがなされ、フック部77よりも棟側にケーブルが行くことが防がれる。
図42,43に示されるように、第二段目の太陽電池モジュール10−2は、中間取付け金具6同士の間に設置される。即ち中間取付け金具6は、前記した様に2枚ごとのスレート瓦2に取付けられている。
そして第二段目の太陽電池モジュール10−2は、先に第一段の太陽電池モジュール10−1の棟側を保持した中間取付け金具6(以下 下部側中間取付け金具6)と、その上部側に設けられた中間取付け金具6(以下 上部側中間取付け金具6)に固定される。
具体的には、第二段目の太陽電池モジュール10−2は軒側の辺を、下部側中間取付け金具6の第三凹部107(モジュール載置部)に係合させる。
即ち下部側中間取付け金具6には、中間板部材71の一部と押さえ板部材74によって構成された第三凹部107がある。この第三凹部107は、第一凹部105と同方向に開口するものであり、棟側に向かって開口している。
そのため太陽電池モジュール10−2の軒側辺を棟側から下部側中間取付け金具6の第三凹部107に滑り込ませることができ、この操作によって太陽電池モジュール10−2の軒側辺を下部側中間取付け金具6の第三凹部107に係合させることができる。
そして太陽電池モジュール10−2の棟側辺を中央エリアBに載置したままの状態で、当該固定部構成部材70に中間板部材71と押さえ板部材74を取付け、中間板部材71の裏面側で押さえる。その結果、上部側中間取付け金具6の上板部材73の前端側エリアA及び中央エリアBと上板部材73の上に設けられた中間板部材71によって第二凹部106が形成され、当該第二凹部106に太陽電池モジュール10−2の棟側の辺が係合し、太陽電池モジュール10−2は対向する両辺が保持され、基礎屋根構造部から離脱できない状態となる。
同様に、上部側中間取付け金具6の第二凹部106にも同様に発泡弾性体108とシール部材109が設けられているので、太陽電池モジュール10−2の棟側が傷つくことがなく、且つがたつくこともない。
すなわち前記した様に、太陽電池モジュール10の裏面側に断熱補強材23が設けられているが、軒側の辺の近傍においては、断熱補強材23が欠落し、所定の空隙が設けられている。本実施形態においては、ケーブルは基礎屋根構造部側から突出したフック部77と係合しているので、ケーブルは過度に棟側に入り込まない。そのため第2段目の太陽電池モジュール10−2を設置しても、第二段目の太陽電池モジュール10−2の断熱補強材23が第一段目の太陽電池モジュール10−1のケーブルを踏むことがない。
ただし多少の雨水は、太陽電池モジュール10下に回り込むが、太陽電池モジュール10の下には、スレート瓦2が葺かれているので、建屋内に雨水が入ることはない。また中間取付け金具6の取付け孔には、いずれも上部側のスレート瓦2が重なっており、取付け孔に雨水が侵入することはない。
中間取付け金具6は「特定の屋根部材」の端部に装着されてその下板部材72が「特定の屋根部材」と「下側屋根部材」との間に配される。そして下板部材72の孔100(孔100a,100bのいずれか)にネジ等117(締結要素)が挿入され、「下側屋根部材」の取付け孔12に当該ネジ等117(締結要素)が挿通されることで中間取付け金具6の下板部材72が屋根に固定されている。
前記した様に屋根部材(スレート瓦2)は、あたかも魚の鱗の様に一部が隣接する屋根部材(スレート瓦2)と重なり一部が露出する状態で列状及び複数段状に並べられて平面的な広がりをもって載置され(図32参照)、ネジ等117(締結要素)が挿通された「下側屋根部材」の上に「特定の屋根部材」が載置されている。そのため「下側屋根部材」の取付け孔12には、「特定の屋根部材」が被さり、当該取付け孔12に雨水が侵入することはない。
また上板部材73は、「特定の屋根部材」の上に重なり、上板部材73の取付け孔80(取付け孔80a,80bのいずれか)にネジ等118(締結要素)が挿入されて「特定の屋根部材」の屋根部材の取付け孔12に当該ネジ等118(締結要素)が挿通され、このネジ等118(締結要素)によって中間取付け金具6の上板部材73が基礎屋根構造に固定される。
またネジ等118が挿通された「特定の屋根部材」の上に「上側屋根部材」が載置されているので、「特定の屋根部材」の取付け孔には、「上側屋根部材」が被さり、取付け孔に雨水が侵入することはない。
そのため太陽電池モジュール10の下に回り込んだ雨水は、スレート瓦2の上を流れ、軒先に至る。ここで軒先取付け金具5は、各固定片50が相当の間隔を開けて取付けられているので、固定片50同士の間に大きな空隙がある。そのため雨水は、この空隙部を抜けて軒下に落下する(図47)。
そのため雨水が屋根にたまることはない。
即ち前記した様に、各段におけるスレート瓦2の重ねしろは、スレート瓦2の短手方向の長さの50パーセントを超えるから、図46に示されるように、基礎屋根構造3の断面構造において、屋根下地上に2枚のスレート瓦2が重なっている部分X1(小重畳部であって2重部位である部分)と、3枚のスレート瓦が重なっている部分X2(大重畳部であって3重部位である部分)がある。
そして、最も棟側のスレート瓦2を除いて、各スレート瓦2(例えば2−3)の棟側の辺は、棟側に隣接する他のスレート瓦(例えば2−4)の下に位置する。そして、各スレート瓦2はいずれも軒側先端部分128が露出し、軒側の辺が開放された状態で取付けられている。
ここで、軒側先端部分128は必ずX2の位置にある(例えば、スレート瓦2−4の軒側先端部分128はX2aの位置にある)。これに対して、各スレート瓦2の軒側先端部128よりも先(軒側)の位置は、X1となる。
そのため、屋根下地から天側に突出する高さを考慮すると、3枚のスレート瓦2が重なっている部位(X2)の突出量は大きく、2枚のスレート瓦2が重なっている部位(X1)の突出量は小さい。言い換えると基礎屋根構造3の表面には、凹凸があり、各スレート瓦2の軒側先端部分128は最も飛び出しており、その先の位置は、最も凹んでいる。
そのため、太陽電池モジュール10とスレート瓦2の表面との間隙は、位置によって異なることとなり、2枚のスレート瓦2が重なっている部位(X1)は間隙が大きく、3枚のスレート瓦2が重なっている部位(X2)の間隙は小さい。
なお、太陽電池モジュール10とスレート瓦2の表面との間隙は位置によって5mm〜30mmであることが望ましく、より好適には2枚のスレート瓦2が重なっている部位(X1)の間隙は20mmであって、3枚のスレート瓦2が重なっている部位(X2)の間隙は9mmであることが望ましい。
また太陽電池モジュール10の下側の辺についても中間取付け金具6によって保持されているから、太陽電池モジュール10はその下側の辺の位置についても、3枚のスレート瓦が重なっている部位(X2a)である。そのため太陽電池モジュール10の下辺は、スレート瓦の表面との間隙が最も小さい位置である。
さらに本実施形態では、太陽電池モジュール10は2枚のスレート瓦2−3,2−4の露出部分に跨がって配列されているから、太陽電池モジュール10の真下の位置にもスレート瓦2−4の突端部がある。従って太陽電池モジュールの短手方向の中心部についても、3枚のスレート瓦が重なっている部位(X2b)である。そのため太陽電池モジュール10の中心部についても、スレート瓦の表面との間隙が最も小さい位置である。
そして本実施形態では、この隙間の大きい領域(2重部位)に端子ボックス14がある。
即ち太陽電池モジュールの端子ボックス14は、図5の様に太陽電池パネル13の長辺の略中央であって、上側の辺側の領域寄りであり、且つ上側の辺よりも少し内側に入った位置に取付けられている。
そのため本実施形態によると、太陽電池モジュール10の表面の高さが、下地たるスレート瓦の表面の高さに近いものとすることができ。太陽電池モジュール10と下地たるスレート屋根との間に一体感がある。
そのため本実施形態の屋根構造は、見た目が美しい。
また言い換えると、本実施形態で採用する太陽電池モジュール10は、その厚さが薄く、屋根に載置した場合に屋根の他の部位との一体感を出しやすく、美しい。
太陽電池モジュール10の一つが何らかの理由で故障した場合は、当該太陽電池モジュール10を取り替える必要があるが、本実施形態の屋根構造1では、任意の位置の太陽電池モジュール10を無理なく取り出すことができる。
例えば第1段目の太陽電池モジュール10が故障した場合は、図47のように軒先取付け金具5の接続片51を取り外す。前記した様に接続片51は、ネジ62,63によって固定片50に取付けられているから、当該ネジ62,63を外すと、図47のように固定片50が基礎屋根構造3上に残り、接続片51だけが外れる。
そして接続片51が外れることによってモジュール保持凹部65(図9等参照)の上部が外れ、太陽電池モジュールを抜き取ることができる。
そして押さえ板部材74が外れることによって第三凹部107の上部が外れ、図49の様に太陽電池モジュール10を上側に抜き取ることができる。
即ち本実施形態で採用する中間取付け金具6では、前記した様に下板部材72には、2行2列に孔100,101が設けられている(図11,12,13参照)。そして先に説明した様に、2行2列で合計4個の孔100a,100b,101a,101bの内、前方側列(立ち上げ部75側)の2個の孔100a,100bと、上板部材73の後端近傍(立ち上げ部75側から遠い位置)に設けられた取付け孔80a,80bを利用して中間取付け金具6が取付けられる。
既設の屋根は、スレート瓦2等が鱗の如くに、一部が隣接する屋根部材と重なり、残部が露出する状態で屋根下地上に列状及び複数段状に並べられて平面的な広がりをもって載置されている。
この様な完成された屋根に中間取付け金具6を取付ける場合には、図50の様にスレート瓦2の重なり部分の間に、中間取付け金具6の下板部材72を挿入する。
その結果、図51の様に、中間取付け金具6の下板部材72が特定のスレート瓦2の下に滑り込んで外からは見えない状態となる。一方、上板部材73は、前半部分が特定のスレート瓦2の上に露出し、後半部分は、特定のスレート瓦2の上に重なる瓦の下にもぐり込む。
従って上板部材73に設けられた6個の孔102a,102b,103a,103b,80a,80bの内、後端近傍の取付け孔80a,80bはスレート瓦の下に隠れるが、前半部分に設けられた2行2列の102a,102b,103a,103bは、外部に露出する。
当該孔103a,103bにネジ釘やくぎ等を打ち込むと、くぎ等の先端は、スレート瓦2を貫通して中間取付け金具6の下板部材72に至る。
ここで本実施形態で採用する中間取付け金具6では、上板部材73に設けられた孔103a,103bの真下部分の下板部材72に、孔101a,101bが設けられている(図13参照)。そのため上板部材73側からくぎ等を打ち込むと、くぎ等の先端は、下板部材72の孔101a,101bに入り、さらに下側に抜けて屋根下地と係合する。そのため中間取付け金具6は強固に取付けられる。
また、図52(b)のように下板部材72の長さの方が長いものであってもよい。なお、この様な構成を採用する場合には、下板部材72の後端近傍に孔121を設ける必要がある。
しかしながら、本実施形態は、スレート瓦2の軒側突端に取付けた中間取付け金具6に太陽電池モジュール10を取付けることを基本構成とするから、太陽電池モジュール10の短手方向の長さは、複数枚のスレート瓦2の露出部分の長さに太陽電池モジュール10の重なりしろの長さを足したものとなる。
この構成は、太陽電池モジュール10を長持ちさせる上で推奨される構成である。即ち、前記したB領域は、そもそも棟側の段の太陽電池モジュール10に覆われて陰になる部分であり、発電に寄与しない。そのため太陽電池モジュール10に限定溝21を設け、限定溝21よりも上側の領域(B領域)は、端子ボックス14に接続しない構成を採用しても、何らの不都合もない。
即ち本実施形態では、各太陽電池モジュール10が、中間取付け金具6を介して取付けられる。そして中間取付け金具6は、ある程度の厚さを有するから、各太陽電池モジュール10の軒側自由端と、その下の太陽電池モジュール10との間には、必然的に隙間があり、昆虫等が侵入する。例えば蜂が侵入して巣を作ったり、蟻が侵入して巣を作ることが懸念される。
ここで昆虫やクモ等が分泌する分泌物には、長年の内に思わぬ弊害をもたらすものもある。例えば蟻が分泌する蟻酸は、強い酸であり、この蟻酸に長期に渡ってふれることによって、太陽電池モジュール10の一部が腐食する可能性もある。
そのため限定溝21よりも上側の領域(B領域)は、予期しないショートや断線、漏電を生じさせる懸念を有している。また当該領域は、外から見えないので、故障が生じた場合に故障の原因を発見しにくく、結局すべての太陽電池モジュール10を入れ換えることとなる懸念がある。
この様に、各太陽電池セル17を横断する限定溝21が設ける構成は、推奨される構成であるが、本発明に必須のものではなく、採用は任意である。
ただし、前述のようにX2はスレート瓦2から太陽電池パネル13の裏面までの隙間が狭くなっている位置であるので、端子ボックスの体積の大部分が位置すると、太陽電池モジュール10を屋根の他の部位との一体感を出して設置することができない。したがって、X2に位置する端子ボックスの体積はできるだけ少ないことが望ましい。具体的には端子ボックスの体積の80パーセント以上がX1に位置することが望ましく、X2に位置する端子ボックスの体積が全体の5パーセント未満になることが望ましい。
このことから、X2に端子ボックスの一部が位置してもよいが、最も隙間の狭いX2b−1には端子ボックスが配置されないことが望ましいといえる。
しかしながら、一個の太陽電池140が発生させる電圧は極めて低いものであり、一つの太陽電池140だけでは実用的な電圧に達しない。そこで太陽電池140の薄膜に複数の溝15を設けて多数の単体電池(太陽電池セル17)に分割し、この多数の太陽電池セル17を電気的に直列接続し、実用的な電圧にまで高める工夫がなされている。なおこの様な太陽電池は集積型太陽電池と称されている。
太陽電池パネル13の集積型太陽電池155の層構成は、ガラス基板141に透明導電膜142と半導体層143及び裏面側電極膜144が順次積層されたものであるが、各層に溝156,157,158が形成されている。
さらに裏面側電極膜144と半導体層143を切除して透明導電膜142の表面に至る第三溝158が設けられている。
また前記した裏面側電極膜144のさらに裏面側は図示しない被覆フィルムによって覆われている。
すなわち半導体層(太陽電池膜)143で発生した電流は、透明導電膜142側から裏面側電極膜144側に向かって流れるが、裏面側電極膜144の一部が第二溝157を介して透明導電膜142と接しており、最初のセルで発生した電流が隣のセルの透明導電膜142に流れる。そのため電圧が順次加算されてゆく。
そして、図面下側のA領域(稼働領域)の集積型太陽電池163のみが端子ボックス14に接続されている。B領域(非稼働領域)の集積型太陽電池164は、端子ボックス14に接続されていない。
即ち端部に設けられたリード161のA領域(稼働領域)161aが端子ボックス14に接続され、B領域(非稼働領域)のリード161bは、端子ボックス14に接続されていない。
しかしながら、本発明の太陽電池モジュール10で使用される太陽電池は、このような薄膜型太陽電池や集積型太陽電池に限るものではない。これらは任意の太陽電池と置換してよい。
2 スレート瓦(屋根部材)
3 基礎屋根構造
5 軒先取付け金具(軒先取付け具)
6 中間取付け金具(取付け具)
10 太陽電池モジュール
50 固定片
51 接続部
52 下板部
53 第1正面立ち上げ部
55 上板部
56 裏面立ち上げ部
57 支持台部
58 第2正面立ち上げ部
60 正面部
61 覆い板構成部
64 屋根部材保持凹部
65 モジュール保持凹部
70 固定部構成部材
71 中間板部材
72 下板部材
73 上板部材
74 押さえ板部材
75 立ち上げ部
Claims (7)
- 複数の屋根部材を有し、当該屋根部材は一部が隣接する屋根部材と重なり一部が露出する状態で屋根下地上に平面的な広がりをもって並べて載置され、当該基礎屋根構造上に、複数の太陽電池モジュールが平面的な広がりをもって並べて載置される屋根構造において、前記基礎屋根構造の断面構造は、位置によって屋根部材の重なり枚数が相違し、屋根部材の重なり枚数の少ない小重畳部と、屋根部材の重なり枚数が小重畳部よりも多い大重畳部があり、太陽電池モジュールは、裏面側に電力を取り出す端子ボックスが設けられており、前記端子ボックスの大部分が小重畳部上にあることを特徴とする屋根構造。
- 端子ボックスの体積の80パーセント以上が小重畳部上にあることを特徴とする請求項1に記載の屋根構造。
- 太陽電池モジュールの下部における基礎屋根構造の断面構造の内、最も屋根部材の重なり枚数が多い最大重畳部の長さを最も軒側の領域と最も棟側の領域と両者の中間領域に三等分したとき、最も軒側の領域上にある端子ボックスの体積は、端子ボックスの全体積の5パーセント未満であることを特徴とする請求項1又は2に記載の屋根構造。
- 前記小重畳部は2枚の屋根部材が重なった2重部位であり、前記大重畳部は3枚の屋根部材が重なった3重部位であり、前記端子ボックスの位置は、いずれも2重部位の上にあ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屋根構造。
- 基礎屋根構造を構成する屋根部材は、棟側の辺が棟側に隣接する他の屋根部材の下にあり、屋根部材の軒側の辺は開放されており、前記開放された辺のさらに軒側の位置に前記端子ボックスがあることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の屋根構造。
- 太陽電池モジュールは、その幅が屋根部材の幅よりも大きく、複数段の屋根部材に跨がって屋根部材の上に配され、太陽電池モジュールは、全体形状が長方形であって2つの長辺と2つの短辺を有し、前記太陽電池モジュールは、一方の長辺を棟側に他方の長辺を軒側にして配置され、前記端子ボックスは、棟側の長辺寄りの位置にあ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屋根構造。
- 太陽電池モジュールは、複数の溝によって区切られた単体電池が電気的に直列接続されたものであり、各単体電池を横断する限定溝が設けられて面積の広い稼働領域と面積の狭い非稼働領域に区画され、稼働領域に属する単体電池が端子ボックスに接続されており、前記太陽電池モジュールは、列状及び複数段状に並べられて平面的な広がりをもって載置され、一部が隣接する段の太陽電池モジュールと重なると共に一部が露出する状態であり、前記非稼働領域が太陽電池モジュールの重なり部に配置されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の屋根構造。
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