JP2012132209A

JP2012132209A - 太陽電池モジュールおよび太陽電池付き屋根

Info

Publication number: JP2012132209A
Application number: JP2010285321A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Hatayama; 啓一郎畑山
Original assignee: Misawa Homes Co Ltd
Current assignee: Misawa Homes Co Ltd
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-07-12

Abstract

【課題】エネルギー変換効率の低下を抑えることができる太陽電池モジュールおよび太陽電池付き屋根提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール本体８ａの裏面に熱交換塗料層８ｂが設けられているので、太陽電池モジュール本体８ａに照射された太陽光による熱の一部は熱交換塗料層８ｂによって運動エネルギーに変換され、蓄熱されることなく放出される。
したがって、温度上昇に起因する太陽電池モジュール８のエネルギー変換効率の低下を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよび太陽電池付き屋根に関する。

従来、住宅等の建築構造物の屋根上に太陽電池を設置し、この太陽電池から住宅に電力を供給し、省エネルギー化を図ることが実施されている。太陽電池を屋根に設置するにあたっては、既設の屋根の上に、太陽電池モジュールが設けられたパネル状の太陽電池ユニットを専用架台により固定する架台固定式、あるいは、瓦に太陽電池モジュールを内蔵させたいわゆる太陽電池付き瓦を、屋根面に敷設するといった手段が採られている。

特開平５−２４３５９８号公報

ところで、太陽電池モジュールは太陽光により発電するものであるが、太陽電池モジュール自身が過度に熱せされると、エネルギー変換効率が低下する傾向があるが、上記のような架台固定式や太陽電池瓦の場合、熱対策を施して、エネルギー変換効率の低下を抑える手段が必要となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エネルギー変換効率の低下を抑えることができる太陽電池モジュールおよび太陽電池付き屋根提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、例えば図２〜図５に示すように、太陽電池モジュール８であって、太陽電池モジュール本体８ａの裏面の少なくとも一部に、熱交換塗料を塗布してなる熱交換塗料層８ｂが設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、太陽電池モジュール本体８ａの裏面の少なくとも一部に熱交換塗料層８ｂが設けられているので、太陽電池モジュール本体８ａに照射された太陽光による熱の一部は熱交換塗料層８ｂによって運動エネルギーに変換され、蓄熱されることなく放出される。
したがって、温度上昇に起因する太陽電池モジュール８のエネルギー変換効率の低下を抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、例えば図１〜図４に示すように、太陽電池付き屋根であって、建物の屋根面３２に、請求項１に記載の太陽電池モジュール８がその裏面の熱交換塗料層８ｂと前記屋根面４２との間に通気層Ｓを介在させた状態で設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、屋根面４２に設けられた太陽電池モジュール８に照射された太陽光による熱の一部は熱交換塗料層８ｂによって運動エネルギーに変換され、蓄熱されることなく放出される。
したがって、温度上昇に起因する太陽電池モジュール８のエネルギー変換効率の低下を抑えることができる。
また、太陽電池モジュール８の裏面の熱交換塗料層８ｂと屋根面４２との間の通気層Ｓを通る空気流によって、太陽電池モジュール８の熱放散が促進されて温度上昇が抑制されるので、温度上昇に起因する太陽電池モジュール８のエネルギー変換効率の低下を抑えることができる。

本発明によれば、太陽電池モジュール本体の裏面の少なくとも一部に熱交換塗料層が設けられているので、太陽電池モジュール本体に照射された太陽光による熱の一部は熱交換塗料層によって運動エネルギーに変換され、蓄熱されることなく放出される。
したがって、温度上昇に起因する太陽電池モジュールエネルギー変換効率の低下を抑えることができる。

本発明の実施の形態を示すもので、太陽電池付き屋根を備えた建物の外観斜視図である。同、図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。同、図１におけるＹ−Ｙ線断面図である。同、図３の要部拡大部である。同、太陽電池モジュールの断面図である。同、太陽電池モジュールを実験の際に支持ブロックによって支持した状態を示す斜視図である。太陽光に晒した際における熱交換塗料層を有する太陽電池モジュールと通常の太陽電池モジュールの裏面温度差を示すグラフである。太陽光に晒した際における熱交換塗料層を有する太陽電池モジュールと通常の太陽電池モジュールの表面温度差を示すグラフである。時刻の経過に伴う日射量を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る太陽電池付き屋根を備えた建物の外観斜視図である。
図１に示す建物１は、基礎２上に構築された建物本体３と、この建物本体３の上に形成された屋根４とを備えたものである。
屋根４は、複数の屋根パネル４１が桁方向に配列されてなり、屋根パネル４１は、図２に示すように框材を矩形枠状に組み立てるとともに、この矩形枠の内部に補強用の桟材を縦横に組み付けて枠体４１aを構成し、枠体４１aの上面に野地板等の面材４１bが設けられてなるものである。そして、屋根パネル４１が複数配列されることによって、棟５の両側に棟５から軒先に向かって下り勾配を有する屋根面４２が形成されている。

前記棟５の両側に形成された屋根面４２のうちの片側の屋根面４２には、図２に示すように、太陽電池モジュール８が前記屋根面４２との間に通気層Ｓを介在させた状態で設けられている。
太陽電池モジュール８は、矩形薄板状をなすものであり、太陽電池モジュール本体８ａと、この太陽電池モジュール本体８ａの裏面に設けられた熱交換塗料層８ｂとによって構成されている。
太陽電池モジュール本体８ａは、図５に示すように、単結晶シリコンのＰＶセル８ｃを強化ガラス８ｄとバックシート８ｅとの間に、ＥＶＡ樹脂８ｆを使って封入したものである。
熱交換塗料層８ｂは、太陽電池モジュール本体８ａの裏面全体に熱交換塗料を塗布することによって形成されている。なお、熱交換塗料層８ｂは、太陽電池モジュール本体８ａの裏面全体に設けてもよいし、一部に設けてもよい。一部に設ける場合、ＰＶセル８ｃに対向する太陽電池モジュール本体８ａの裏面に設けるのが望ましい。
熱交換塗料は、赤外線が変換された熱エネルギーを、蓄熱することなくエネルギー変換し、もって運動エネルギーとして放出するものである。

すなわち、太陽光線等に含まれる赤外線は、熱交換塗料によって形成された熱交換塗料層８ｂに当たると、熱エネルギーに変換されて、熱交換塗料層８ｂに分散、移動するが、熱交換塗料層８ｂの熱交換作用の強い放熱物質に接触することにより、直ちにエネルギー変換され、このエネルギー変換が表層で起きるために、大半の熱は運動エネルギーとして消費、放出される。このようにして、熱は熱交換塗料層８ｂに蓄熱されることなく、直ちに急激に放出されてしまう。
この熱交換塗料としては、株式会社エコロテック製の「消熱塗料ネオコート」が知られている。この製品は、アクリルポリオールを主剤とし、イソシアネート樹脂を硬化剤としている。

ここで、熱交換塗料層８ｂを有する太陽電池モジュール８と、熱交換塗料層を有しない通常の太陽電池モジュールとを、それぞれ一定の時間太陽光に晒し、それぞれのモジュール８の表面と裏面の温度を測定し、表面どうしの温度差、裏面どうしの温度差を測定した。図６は太陽電池モジュール８を支持ブロック１５によって下方から支持した状態を示しており、この状態で太陽電池モジュール８をそれぞれ一定の時間太陽光に晒した。
その実験結果を図７および図８に示す。なお、図９は時刻の経過に伴う、日射量の変化を示すグラフである。
図７に示すように、モジュール裏面温度は、朝６時から時刻の経過に伴って、熱交換塗料層８ｂを有する太陽電池モジュール８の方が、熱交換塗料層を有しない通常の太陽電池モジュールより低くなり、１６時ころから温度差がほぼ無くなることが分かった。本実験で使用した熱交換塗料は２５℃以下の場合、消熱効果が低くなるためであるが、熱交換塗料を塗布することによって、太陽電池モジュール８の裏面の温度が低くなるのが分かった。
また、図８に示すように、モジュール表面温度は、朝７時ころから熱交換塗料層８ｂを有する太陽電池モジュール８の方が、熱交換塗料層を有しない通常の太陽電池モジュールより若干低くなり、１６時ころから温度差がほぼ無くなることが分かった。本実験で使用した熱交換塗料は２５℃以下の場合、消熱効果が低くなるためであるが、熱交換塗料を裏面に塗布することによって、太陽電池モジュール８の表面の温度も若干低くなるのが分かった。
このように、熱交換塗料層８ｂを有する太陽電池モジュール８は、熱交換塗料層を有しない通常の太陽電池モジュールに比して、温度が低くなるので、温度上昇に起因するエネルギー変換効率の低下を抑えることができる。

上記のように構成された太陽電池モジュール８は以下のように屋根面４２に取り付けられている。
すなわち、図２および図３に示すように、太陽電池モジュール８には、その周縁部が縦枠部９Ａ、上枠部９Ｂ及び下枠部９Ｃの一対の突出片９１Ａ、９３Ｂ、９５Ｃ内に嵌め込まれることによってフレーム９が取り付けられている。また、図１および図２に示すように、屋根面４２上には、支持レール１０がその縦枠支持部１０２をビスＢ４で固定することによって取り付けられており、この支持レール１０に縦枠部９Ａが支持されることによって太陽電池モジュール８が取り付けられている。
具体的には、上下方向に互いに隣接する太陽電池モジュール８は、図３および図４に示すように、下方に配置される太陽電池モジュール８の上枠部９Ｂと上方に配置される太陽電池モジュール８の下枠部９Ｃとにおいて、下枠部９Ｃの鍔部９２Ｃが上枠部９Ｂの枠本体９１Ｂの上面に当接するとともに、上枠部９Ｂの当接片９２Ｂが下枠部９Ｃの枠本体９１Ｃの側面に当接することによって、互いに遊嵌している。
また、左右方向に互いに隣接する太陽電池モジュール８は、右側に配置される太陽電池モジュール８の縦枠部９Ａと左側に配置される太陽電池モジュール８の縦枠部９Ａとにおいて、支持レール１０の縦枠受部１０１に各縦枠部９Ａの固定片９２ＡがビスＢ３でそれぞれ固定されている。さらに、これら両縦枠部９Ａの上面に形成された開口Ｋには、ビスＢ２によりカバー部材９３Ａが取り付けられている。つまり、左右に隣接する太陽電池モジュール８どうしの間に、カバー部材９３Ａが配置されている。
このようにして太陽電池モジュール８が、前記屋根面４２との間に空気流通層Ｓを介在させた状態で設けられることによって、太陽電池付き屋根が構成されている。

また、通気層Ｓは、太陽電池モジュール８の軒先側に取り付けられた面戸４６の隙間４２３と、屋根面４２の棟５側に形成されて屋根裏に通じる屋内開口部４２４とに連通している。また、屋内開口部４２４には、建物１内に配される図示しない蓄熱手段に連通する伝熱手段１３が接続されている。
ここで、伝熱手段１３を屋根面４２の棟５側に形成された屋内開口部４２４に接続したのは、通気層Ｓ内で加熱された空気を屋根４の棟５側からそのまま伝熱手段１３に伝達することができるためである。つまり、温度の高い空気は屋根４の棟５側に上昇し易いことから、伝熱手段１３を棟５側に設けた方が軒先側に設ける場合よりも集熱率が高くなるため好ましい。
そして、蓄熱手段に蓄熱された熱を床暖房に利用できるとともに、暖房機器等に使用される電力を削減することが可能となる。

本実施の形態によれば、屋根面４２に設けられた太陽電池モジュール本体８ａに照射された太陽光による熱の一部は熱交換塗料層８ｂによって運動エネルギーに変換され、蓄熱されることなく放出される。
したがって、温度上昇に起因する太陽電池モジュール８のエネルギー変換効率の低下を抑えることができる。
また、太陽電池モジュール８の裏面の熱交換塗料層８ｂと屋根面４２との間の通気層Ｓを通る空気流によって、太陽電池モジュール８の熱放散が促進されて温度上昇が抑制されるので、温度上昇に起因するエネルギー変換効率の低下を抑えることができる。
さらに、通気層Ｓには蓄熱手段に連結する伝熱手段１３が接続されているので、太陽電池モジュール８を介して太陽熱によって加熱された通気層Ｓの空気が伝熱手段１３を介して蓄熱手段で蓄熱され、その結果、蓄熱手段に蓄熱された熱を床暖房に利用できるとともに、暖房機器等に使用される電力を削減することが可能となる。

なお、本実施の形態では、太陽電池モジュール８を屋根に設けた例について説明したが、太陽電池モジュール本体の裏面に熱交換塗料を塗布してなる熱交換塗料層が設けられてなる太陽電池モジュールを、瓦本体に設けることによって太陽電池付き瓦を製造し、この太陽電池付き瓦をその裏面の熱交換塗料層と屋根面との間に通気層を介在させた状態で敷設してもよい。

８太陽電池モジュール
８ａ太陽電池モジュール本体
８ｂ熱交換塗料層
４２屋根面
Ｓ通気層

Claims

太陽電池モジュール本体の裏面の少なくとも一部に、熱交換塗料を塗布してなる熱交換塗料層が設けられていることを特徴とする太陽電池モジュール。
建物の屋根面に、請求項１に記載の太陽電池モジュールがその裏面の熱交換塗料層と前記屋根面との間に通気層を介在させた状態で設けられていることを特徴とする太陽電池付き屋根。