JP2013249582A - 屋根瓦型の太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】交換の際の作業員の安全性を確保し、作業員が屋根から転落する危険性を低下させた屋根瓦型の太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール1は、固定具4と開口44とフック5とを備える。固定具4は、立ち上がり面43と当該立ち上がり面43から屈曲した支持面42とを有する。開口44は、固定具4の立ち上がり面43に設けられる。フック5は、フレーム3の棟側に設けられ、モジュール裏へ立ち上がって軒側へ屈曲する。敷設の際、フック5を棟側から開口44に挿入して引っ掛けつつ、支持面42にフレーム3の棟側を載置する。取り外す際、軒側から棟側の方向に押し込むことでフック5を開口44から引き抜く。
【選択図】図4

Description

本実施形態は、屋根瓦やスレート材等と同じように屋根に葺くことができる屋根瓦型の太陽電池モジュールに関する。
近年、地球温暖化、化石燃料の枯渇が問題となっており、地球環境とエネルギーに対する関心が急速に高まっている。このような状況の下、環境負荷の少ないエネルギー源として太陽光が注目されており、太陽光を電力に変換することのできる太陽電池モジュールを建物の屋根に設置する一般家庭が増えている。
太陽電池モジュールを屋根へ設置する形態としては、特許文献1に示されるように、屋根瓦やスレート材が葺かれた既設置の屋根に架台や固定用部材を設置し、その上に太陽電池モジュールを固定する方法が多く採用されている。また、近年、例えば特許文献2に示されているように、屋根瓦やスレート材を屋根に葺くことなく、太陽電池モジュールを野地板又はルーフィングシートを介して敷く形態も提案されている。
太陽電池モジュールを直接屋根に敷く形態は、意匠性の向上、施工の容易化、また屋根瓦等を省くことによる住宅建築コストの削減の観点から、注目されているものである。さらに国内では住宅用太陽電池一体型屋根システムも提案されている。
この屋根瓦型の太陽電池モジュールには、家を風雨から守るという既存の瓦が実現している最も基本的な機能を同等以上のレベルで発揮したその上で、住宅の屋根上という過酷な状況、すなわち紫外線や温度変化、雨水、積雪、凍結、降雹、塵埃等の影響を長期に亘り継続的に受け続ける環境下において、太陽光による発電機能を発揮することが求められる。
しかし、従来の屋根瓦型の太陽電池モジュールには、製造面、止水性能、強度、施工性、保守性、発電性能、雪止め機能といった諸点で後述のようにまだまだ改善の余地がある。
まず屋根瓦型の太陽電池モジュールの製造面であるが、現在普及している太陽電池モジュールはアルミ押し出し型で成型されたアルミフレームを太陽電池パネルの枠として用いる製造方法が主流であり、温度管理されたブチルやシリコン接着剤などをアルミフレームに塗布後、均等な圧力を加えつつ太陽電池パネルを嵌合させ、さらにビス止めしてモジュールとして完成させるため、その組み立て工程は単純とは言えなかった。
止水性においては前述したような押し出し成型されたアルミフレーム間をビスで接合する方式では、モジュールの四隅の突合せ部分は構造上止水性能が低下する懸念があり屋根瓦に比べ不利であると言わざるを得ない。また屋根面には桁行き方向に複数個の屋根瓦型の太陽電池モジュールが並ぶが左右のモジュールが突き合わさる部分の止水対策としてはモジュール間カバーを被せる機構が考案されているが、このことはモジュールの構造を複雑化させるばかりでなく太陽電池面積を狭め、ひいては屋根面積あたりの発電量も低下させる要因ともなり改善の余地がある。
強度面においては、アルミ押し出し型フレームだけではその強度が不足するためそれを補強するために余分なモジュール支持材を加える事例が散見されるほか、太陽電池パネル面とフレーム面にその構造上若干の段差ができ、積雪地域に設置した場合、この部分に積雪下面の凍結した部分がかみ合い、フレームに大きな力がかかりフレームの変形、場合によっては太陽電池モジュールの破損にまで発展するトラブル事例も良く知られている。また当該段差部分には雨水や塵埃が溜まりやすく太陽電池モジュールの長期信頼性にも少なからず良くない影響を与えていたことも見逃せない。
施工性においては、既存の瓦が瓦桟と呼ばれる屋根面上の野地板に固定する補助材に引っ掛けて固定する極めて単純な構成と方法であることに比べ、複雑な機構や構造をもつ特殊な固定用金具を使用している例が多い。また設置する太陽電池モジュール数が多くなるとアース線接続の手間も無視できず改善の余地があった。
性能面においては屋根瓦型の太陽電池モジュールの場合、後置き型の太陽光発電システムに比べ裏面開放の度合いが低く、屋根面への密着度が高いことに起因し熱が篭り易い傾向にあることは否めず、一般に最も発電効率が高いシリコン結晶系の太陽電池モジュールを用いた場合、温度特性上、温度上昇に伴い若干ながら発電効率が低下することが良く知られており、太陽電池モジュールの温度上昇をできるだけ低く抑えるための対策が望まれている。
最後に雪止め機能であるが、雪止め機構はアルミ押し出し型フレームを用いる場合、アルミフレームの肉厚上の強度面から強固な雪止め機構を設けることが難しく、既存の瓦で実現されていた十分な雪止め機能を提供できなくなる恐れがあり、積雪地域に設置する場合落雪事故を未然に防ぐことができない事態も想定される。
このように現状の屋根瓦型の太陽電池モジュールには、製造面、止水性能、強度、施工性、保守性、発電性能、雪止め機能といった諸点で前述のようにまだまだ改善の余地があるため、太陽電池モジュールの施工性とともに、劣化してしまった太陽電池モジュールの交換容易性も求められている。
すなわち、既存の瓦の場合、瓦単独の機能が損なわれるケースは稀で、かつ瓦自体の構造そのものがシンプルであることから一枚交換のための機構や特段の工夫の必要性は相対的にはあまり高くなかった。一方、屋根瓦型の太陽電池モジュールでは従来の屋根瓦の機能に加えて太陽光を利用し発電するという機能を併せ持つことから、たとえば屋根瓦としての機能が健全であっても発電する機能が故障すれば太陽光発電システム全体としての機能が損なわれるか、または全体としての性能低下を招くことから、故障した屋根瓦型太陽電池モジュールの一枚交換が容易かつ安全に行われる必要が生ずる。
例えば、非特許文献1に示されているような屋根瓦型の太陽電池モジュールは、交換容易性も考慮されている。この太陽電池モジュールの脇は、梁行き方向に沿って空間を有するコの字状のモジュール支持材で支持され、また太陽電池モジュールの後端にはモジュール外へ延びて上方に湾曲したフックを設けてある。フックを解除した後、太陽電池モジュールに対して棟から軒方向への力をかけることで、太陽電池モジュールは取り外し可能となる。
特開平08−296796号公報 特開2000−345671号公報
松下電工技報(Mar.2002)16〜21頁、住宅用太陽電池一体型屋根システム
屋根瓦型の太陽電池モジュールの交換の際には、交換作業における作業員の安全性確保も含めた高い保守性も求められる。具体的には、傾斜屋根面上での作業においては作業員には常に落下事故といった危険性が隣り合わせており、他のモジュールと固く固着されているモジュールを軒側方向に強い力で引き抜くような交換方式の場合、作業員が転落防止の安全策を取っていなければその引き抜きの勢いによっては作業員が屋根から転落する危険性もゼロではなかった。
本実施形態は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、交換の際の作業員の安全性を確保し、作業員が屋根から転落する危険性を低下させた屋根瓦型の太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本実施形態の屋根瓦型の太陽電池モジュールは、フレームに太陽電池パネルを嵌め込んでなり、梁行き方向に積み重ねるように野地板上に直接又はルーフィングシートを介して敷設される太陽電池モジュールであって、前記野地板に対する立ち上がり面と当該立ち上がり面から屈曲した支持面とを有する固定具と、前記立ち上がり面に設けられた開口と、前記フレームの棟側に設けられ、モジュール裏へ立ち上がって軒側へ屈曲するフックと、を備え、前記野地板へ敷設する場合には、前記フックを棟側から前記開口に挿入して引っ掛けつつ、前記支持面に前記フレームの棟側を載置し、前記野地板から取り外す場合には、軒側から棟側の方向に押し込むことで前記フックを前記開口から引き抜くこと、を特徴とする。
前記フックは、軒側寄りに斜め下方に向けて鈍角に折り曲げられ、前記野地板から取り外す場合には、前記支持面を支点にして棟側に回転させるようにモジュールの軒側を持ち上げつつ、軒側から棟側に押し込むことで、前記フックを前記開口から引き抜くようにしてもよい。
また、前記フレームの軒側先端に延設されて湾曲しながら垂れ下がる垂れ下がり部と、前記フレームの棟側に設けられ、モジュール上面から立ち上がって軒側へ屈曲したフランジと、を備え、梁行方向で一つ後段の太陽電池モジュールの前記垂れ下がり部をその前段の太陽電池モジュールの前記フランジに被せ、前記垂れ下がり部の表面から裏面に貫通させて前記フランジの下面に当接させるように留め具を挿通し、前記野地板から取り外す場合には、前記留め具を外した上で軒側を持ち上げるようにしてもよい。
また、前記野地板から取り外す太陽電池モジュールの前記垂れ下がり部に覆われた前記フランジの上方には空間部が設けられ、当該フランジを有する太陽電池モジュールが軒側が持ち上げられたときに当該フランジが回転可能であるようにしてもよい。
太陽電池モジュールの全体構成を示す斜視図である。 太陽電池モジュールを設置した屋根の状態を示す斜視図である。 太陽電池モジュールを設置した状態を桁行き方向に沿って切断した断面図である。 太陽電池モジュールのフレームを示し、(a)は前面斜視図であり、(b)は背面斜視図であり、(c)は側面図である。 フレームの棟側を支持する固定具を示す背面斜視図である。 太陽電池モジュールの脇側枠を示す拡大図である。 太陽電池モジュールの境界下に配置される雨樋を示す斜視図である。 最前段の太陽電池モジュールが重なる屋根材に対して取り付けられる取付用係止具を示す斜視図である。 設置手順の第1番目を示す図である。 設置手順の第2番目を示す図である。 設置手順の第3番目を示す図である。 設置手順の第4番目を示す図である。 交換手順の第1番目を示す図である。 交換手順の第2番目を示し、(a)は雨樋先端の拡大図で折曲げ部を戻す前を示し、(b)は雨樋先端の拡大図で折曲げ部を戻した後を示し、(c)は太陽電池モジュールの全体を示す側面図である。 交換手順の第3番目を示す図である。 交換手順の第4番目を示す図である。 交換手順の第5番目を示す図である。 他の実施形態に係るフレームを示し、(a)は斜視図であり、(b)は側面図である。 雪止めの処理を施したフレームの斜視図である。 太陽電池パネルのみを交換可能としたフレームの上面図である。 固定具の他の実施形態を示す斜視図である。
以下、屋根瓦型の太陽電池モジュールの実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。この実施形態において、梁行き方向とは、建物の棟と軒とを繋ぐ方向であり、この方向に沿って連続する太陽電池モジュールの位置を前段や後段のように段で表現する。そして、梁行き方向と直交する方向を桁行き方向と呼ぶ。また、上とは太陽側を指し、下又は底とは野地板側を指す。すなわち、モジュールの上面や上部や上方とは、太陽光に晒す側をいい、モジュールの裏面や下方とは、その逆側である野地板に臨む側をいう。また、軒側を前又は先と呼び、棟側を後と呼ぶこともある。
(全体構成)
図1は、太陽電池モジュール1の全体構成を示す斜視図であり、図2は、この太陽電池モジュール1を設置した屋根300の状態を示す斜視図であり、図3は、この太陽電池モジュール1を設置した状態を梁行き方向に沿って切断した断面図である。
図1に示すように、太陽電池モジュール1は、太陽電池パネル2とフレーム3とを有する。太陽電池パネル2は、全体の強度を保つためにフレーム3に嵌め込まれている。
太陽電池パネル2は、光起電力効果を利用して光エネルギーを電力に変換する太陽電池セルを、複数枚直並列に接続してなる発電体である。複数枚の太陽電池セルを直並列に接続することで、必要な電圧と電流を得られるようにしている。この太陽電池セルは、周囲の環境に耐えるために、EVA等の充填剤で封止され、更にガラス板等の支持板で少なくとも上面が覆われている。
フレーム3は、太陽電池パネル2の外形に内形を合わせた矩形の枠体であり、フレーム3の軒側に位置する枠辺である軒側枠3a、フレーム3の棟側に位置する枠辺である棟側枠3b、及びフレーム3の脇側に位置する枠辺である脇側枠3cで構成されており、耐食性に優れたアルミニウム等の素材を用いてダイキャスティング等によって継ぎ目なく形成されている。
このような太陽電池モジュール1は、図2に示すように、屋根瓦やスレート材等の従来の屋根材の代わりにルーフィングシートを介してアレイ状に敷き詰められる。太陽電池モジュール1の敷き詰め態様としては、千鳥葺きや一文字等の何れでもよく、軒から棟にかけた梁行き方向に多段に積み重ねられる。屋根300の端等、太陽電池モジュール1を敷き詰めなかった余地には、従来の屋根瓦やスレート材等の屋根材を太陽電池モジュール1と一体的に敷き詰めてもよい。
具体的には、図3に示すように、太陽電池モジュール1の軒側枠3aは、梁行き方向で前段に位置する太陽電池モジュール1の棟側枠3bに覆い被せられる。最前段の太陽電池モジュール1の軒側枠3aは、垂木200に乗った屋根材の棟側に覆い被せられる。
太陽電池モジュール1の棟側枠3bは、野地板100に固定具4をビス留めしておき、この固定具4に載せられる。固定具4に載せられると、太陽電池モジュール1の姿勢は野地板100の傾斜面に対して略水平となる。また、太陽電池モジュール1には棟側枠3bにフック5が取り付けられており、固定具4には開口44が設けられており、フック5を固定具4の開口44に引っ掛けておくことで、太陽電池モジュール1の軒側への滑落を防止している。
太陽電池モジュール1を前段に覆い被せる際には、後段のフレーム3の軒側枠3aに設けられた垂れ下がり部6で、前段のフレーム3の棟側枠3bに設けられたフランジ7を覆い被せ、留め具64で両者を係合し、太陽電池モジュール1のめくれを防止しておく。
また、各太陽電池モジュール1の下方には、桁行き方向で隣り合うモジュール境界に沿って雨樋81が延設される。雨樋81は、棟側後端に有する足81cで野地板上に立ち、梁行き方向で前段に位置する太陽電池モジュール1の棟側枠3bの上面に軒側先端を乗り上げるようにして設置される。
(詳細構成)
このような太陽電池モジュール1の詳細構成を図4乃至8に基づき更に説明する。図4は、太陽電池モジュール1のフレーム3を示し、(a)は前面斜視図であり、(b)は背面斜視図であり、(c)は側面図である。図5は、フレーム3の棟側を支持する固定具4を示す背面斜視図である。また、図6は、太陽電池モジュール1の脇側枠3cを示す拡大図であり、図7は、太陽電池モジュール1の境界下に配置される雨樋81を示す斜視図である。図8は、最前段の太陽電池モジュール1が重なる屋根材に対して取り付けられる取付用フランジ92を示す斜視図である。
(パネル嵌め込み構成)
まず、図4に示すように、フレーム3のパネル支持構成として、フレーム3には、太陽電池パネル2を受ける受け板31が延設されている。受け板31は、フレーム3が画成する内側領域の全縁にわたって延び、嵌め込まれた太陽電池パネル2の縁を底側から支持する。受け板31と太陽電池パネル2とは、止水性と耐候性と耐熱性を備える接着剤を用いて接着される。
フレーム3及び受け板31の高さは、太陽電池パネル2が嵌め込まれたときに、フレーム3と太陽電池パネル2が面一又は若干太陽電池パネル2が高くなるように調整される。この受け板31は、内側領域の縁部分のみに存在し、内側領域の大半は貫通部分32となっている。貫通部分32は、太陽電池パネル2の放熱に寄与する。
(めくれ防止構成)
次に、太陽電池モジュール1が風などで捲れ上がらないように屋根300に取り付けるための構成である垂れ下がり部6とフランジ7について説明する。
垂れ下がり部6は、軒側枠3aの全長にわたって一体的に延設され、軒側枠3aの上部先端を基端として軒先側へ向けてフレーム3の外に拡がるように延びている。垂れ下がり部6の厚みは、フレーム3の高さよりも薄い。この垂れ下がり部6は、軒先へ垂れ下がるように湾曲した後、垂直に下方へ向かい、先端はフレーム3の裏面よりも下方に到達している。但し、垂れ下がり部6を前段の太陽電池モジュール1に覆い被せた際には、垂れ下がり部6の先端と前段の太陽電池モジュール1の上面との間に隙間が生じるように先端位置は調整されている。
この垂れ下がり部6において、軒先へ垂れ下がるように湾曲した湾曲部分61と垂直降下した直下部分62によって巻き込まれた内側領域には、空間部63が画成されている。尚、フランジ7に覆い被さることができ、覆い被さったときにフランジ7の上方に空間が存在できれば、垂れ下がり部6は必ずしも湾曲させる必要はなく、L字を横たえた形状を有していてもよい。
フランジ7は、棟側枠3bの全長にわたって一体的に延設され、棟側枠3bの上部後端側を基端として、モジュールの内側へ巻き込むように延びている。このフランジ7は、モジュール上面に立ち上がった後、太陽電池パネル2の上方へ向かう軒側方向へ屈曲している。すなわち、フランジ7は、立上がり部71と屈曲部72とを備えている。屈曲部72の先端は、棟側枠3bの上方に留まる。フランジ7の高さは、垂れ下がり部6の直下部分62よりも低く、屈曲部72の基端から先端までの長さは、垂れ下がり部6の湾曲部分61よりも短い。そのため、フランジ7は、太陽電池モジュール1の軒を持ち上げると空間部63内で回転可能となっている。
(滑落防止構成)
次に、太陽電池モジュール1が滑落しないように屋根300に取り付けるための構成であるフック5と固定具4について説明する。
フック5は、フレーム3を形成するアルミニウムよりも強度の高いステンレス鋼製で形成され、一枚の板が鈍角に折れ曲がった「くの字」形状を有する。このフック5は、屈曲部分を境に片側がフレーム3に対する取付面51となり、他方側が固定具4への引掛部52となる。フック5は、鈍角のうち劣角をフレーム3側に向けて取り付けられる。取付面51は、フレーム3の棟側枠3bの後端側面に面を合わせネジ留めされる。フック5は、棟側枠3bに沿って複数個が取り付けられ、各フック5は、フレーム3の裏面から立ち上がり、引掛部52が軒側寄りに斜め下方に向かうこととなる。
固定具4は、図5に示すように、ステンレス鋼等の矩形板を曲げ加工されて成り、2つの直角が連続して平行面が重ならないクランク形状を有する。一方の平行面が野地板100に面で設置される設置面41となり、他方の平行面が棟側枠3bの裏面を支持する支持面42となる。フック5に対する開口44は、平行面を繋ぐ立ち上がり面43に貫設されている。尚、立ち上がり面43を挟んで設置面41とは反対の側には、設置の安定性を高めるべく、設置面41と同じ高さの補助板45が延設されている。
(防浸水構成)
図4に戻り、フレーム3の軒側枠3aには、上面にくさび型の分流突起部82が膨出している。梁行き方向で一つ前段に位置し、桁行き方向で隣り合う太陽電池モジュール1の境界を延長すると、この分流突起部82は当該延長上に設けられ、角を棟側に向けている。太陽電池モジュール1の表面を流れる雨水は分流突起部82が障害となって、前段の太陽電池モジュール1の境界へ流れ込みにくくなる。
更に、フレーム3の脇側枠3cの上面には、図6に示すように、上方隆起部83が形成されている。上方隆起部83は、脇側枠3cの延び方向に沿って延び、またフレーム3の外端へ向けて隆起して端部で絶壁となっている。この上方隆起部83は、桁行き方向で隣り合う太陽電池モジュール1の上方隆起部83と合わさって一つの山形を形成する。雨水は山を下って流れるため、境界から雨水が浸水しにくくなっている。
また、フレーム3の脇側枠3cの裏面には、下方隆起部84が形成されている。下方隆起部84は、脇側枠3cの延び方向に沿って延び、またフレーム3の外端へ向けて隆起して端部で絶壁となっている。この下方隆起部84は、桁行き方向で隣り合う太陽電池モジュール1の下方隆起部84と合わさることで、野地板100側に尾根が向く一つの山形を形成する。境界から侵入してしまった雨水は、山形の尾根から垂れるようになり、太陽電池モジュール1の表面を伝って雨水が方々へ流動しにくくなっている。
この上方隆起部83及び下方隆起部84の直下、すなわち桁行き方向で隣り合う太陽電池モジュール1の境界直下に雨樋81が配置される。この雨樋81は、図7に示すように、上面が解放された長尺の箱形状を有しており、更に一先端が開いている。この開口端には、雨樋81の底面が山型に切り欠かれることでV字面81aが形成されている。V字面81aは底面の中心線に角を揃えて形成される。また、雨樋81の先端に位置する両側壁は、先端から適当な範囲までが折曲げ部81bとなっている。この折曲げ部81bは、底面と側壁との境界が切り込まれることで底面と断絶しており、その切り込みの終点で側方に拡がるように折り曲げ可能となっている。
V字面81aは、雨樋81が軒方向への滑落を防止する係止機構の一要素となる。また、折曲げ部81bは、雨樋81の棟方向への抜けを防止する係止機構の一要素となっている。
すなわち、図4に戻り、フランジ7の立上がり部71に、雨樋81が挿通される開口73が貫設されている。この開口73は雨樋81よりも若干高く、雨樋81が挿通されても開口73の上側には空間が残る。太陽電池モジュール1が千鳥配置されることを前提とし、梁行き方向で一つ後段に位置し、且つ桁行き方向で隣り合う太陽電池モジュール1の境界を延長すると、この開口73は、当該延長線上であって、フック5の取付位置とは桁行き方向にズレて貫設されている。この開口73は、各種の千鳥配置に対応できるように、ノックアウト構造で複数形成されている。すなわち、開口73の外形に従って絞り加工等を施すことで壁の厚みを薄くし、現場で開口73を形成し易くしておく。
更に、棟側枠3bにおいて、この開口73よりもフレーム3の内側領域寄りに棟側に角を向けたくさび型の係止突起74が形成されている。雨樋81を開口73に挿入することでV字面81aと係止突起74とが突き合い、挿入後に折曲げ部81bを開口73の幅よりも広がるように折り曲げることで開口73の脇と折曲げ部81bが接触するようになる。
(その他の構成)
図4に示すように、軒側枠3aの上面には、桁行き方向に長い雪止め突起91が膨出している。この雪止め突起91は、太陽電池モジュール1の上面を雪が滑落するのを防止する。
また、最前段の太陽電池モジュール1が有する垂れ下がり部6で内包するフランジ7については、図8に示す取付用フランジ92が代用される。この取付用フランジ92は、野地板100に設置される設置面92aを有し、この設置面92aから立上がり部71と屈曲部72が延びている。取付用フランジ92の立上がり部71は、垂木200に乗った屋根材よりも高く延びている。
(敷設手順)
このような太陽電池モジュール1の敷設手順について図面を参照しつつ説明する。図9は、設置手順の第1番目を示す図であり、図10は、設置手順の第2番目を示す図であり、図11は、設置手順の第3番目を示す図であり、図12は、設置手順の第4番目を示す図である。
まず、図9の設置手順1に示すように、取付用フランジ92の屈曲部72を軒側に向け、取付用フランジ92の立上がり部71を屋根材の後端面に合わせ、設置面92aを野地板100にビス留めする。
次に、図10の設置手順2に示すように、予め太陽電池モジュール1−1にフック5を取り付けておく。フック5は、引掛部52がフレーム3の裏側へ潜り込むようにして取付面51を棟側枠3bの後端面に合わせ、フレーム3にビスで固定しておく。
そして、フック5を取り付けた太陽電池モジュール1−1の垂れ下がり部6を取付用フランジ92の屈曲部72に覆い被せる。垂れ下がり部6を被せると、その直下部分62の裏面を取付用フランジ92の先端に突き当てるように、太陽電池モジュール1−1を棟側に引き上げることで、最前段の太陽電池モジュール1−1を位置決めする。
最前段の太陽電池モジュール1−1が位置決めされると、留め具64の周面が取付用フランジ92の屈曲部72の下面と当接するように、垂れ下がり部6の表面から裏面へ留め具64を貫通させる。
更に、雨樋81を桁行き方向に並ぶ太陽電池モジュール1−1の境界に沿って設置する。最前段の太陽電池モジュール1−1の下方に位置させる雨樋81は、先端を屋根材の上面に載せ、足81cをビスで野地板100に固定することで設置される。尚、取付用フランジ92は太陽電池モジュール1−1の中央寄りに位置し、雨樋81が物理的に障害となることはない。また、雨樋81は、桁行き方向に並ぶ太陽電池モジュール1と屋根材との境界にも設置しておくことが望ましい。
次に、フック5の引掛部52を棟側から固定具4の開口44に差し込んでおき、固定具4を棟側に引き上げるようにしてフック5の引っ掛かりを確実ならしめた後、太陽電池モジュール1−1の棟側枠3bの裏側を支持面42に載せて固定具4をビスで野地板100に固定する。フック5が開口44に引っ掛かった状態では、滑落防止だけでなく、開口44と引掛部52の大きさとによって桁行き方向に太陽電池モジュール1がずれることも抑制される。
次に、2段目の太陽電池モジュール1−2を取り付けるために、図11の設置手順3に示すように、予めフック5を取り付けておく。フック5は、引掛部52がフレーム3の裏側へ潜り込むようにして取付面51を棟側枠3bの後端面に合わせ、フレーム3にビスで固定しておく。
そして、2段目の太陽電池モジュール1−2の垂れ下がり部6を最前段の太陽電池モジュール1−1のフランジ7に覆い被せる。そして、直下部分62の裏面をフランジ7の先端に突き当てるように、2段目の太陽電池モジュール1−2を棟側に引き上げることで、当該太陽電池モジュール1−2を位置決めする。
2段目の太陽電池モジュール1−2を位置決めすると、留め具64の周面がフランジ7の屈曲部72の下面と当接するように、垂れ下がり部6の表面から裏面へ留め具64を貫通する。
更に、雨樋81のV字面81aが形成された先端をフランジ7の開口に差し込み、係止突起部74にV字面81aを突き当てた上で、折曲げ部81bを外側に折り曲げて、開口よりも拡げる。これにより、太陽電池モジュール1−2の下に配置される雨樋81は、足を野地板100に付けつつ太陽電池モジュール1−2と係合した状態となる。
雨樋81の設置も終了すると、フック5の引掛部52を棟側から固定具4の開口44に差し込みつつ、太陽電池モジュール1の棟側枠3bを支持面42に載置し、2段目の太陽電池モジュール1−2を棟側へ引き上げることでフック5の引っ掛かりを確実ならしめた後、固定具4をビスで野地板100に固定する。
図12に示すように、3段目以降の太陽電池モジュール1−3も2段目の太陽電池モジュール1−2の設置手順と同じように一つ前段の太陽電池モジュール1の棟側枠3bに重ねていく。そして、棟側の最上段の太陽電池モジュール1においては、棟側枠3bに棟を納め、また、屋根の端部において太陽電池モジュール1を乗せることができないスペースについては、従来の屋根材等を用いてケラバを納める。
(交換手順)
次に、一部の太陽電池モジュール1を交換する手順について図面を参照しつつ説明する。図13乃至17は、交換手順を順番に示しており、図13から順番に交換手順の第1番目〜5番目を示している。
まず、図13に示すように、交換手順の第1番目において、交換しようとする太陽電池モジュール1−1の一つ後段の太陽電池モジュール1−2を持ち上げる作業を行う。太陽電池モジュール1が千鳥配置されている場合には、垂れ下がり部6で交換対象に被さっている2台の太陽電池モジュール1−2を持ち上げる。
すなわち、太陽電池モジュール1−2の垂れ下がり部6を留めていた留め具64を外し、垂れ下がり部6の下端に手を添え、当該太陽電池モジュール1−2の軒側のみを持ち上げておく。そして、太陽電池モジュール1−2と野地板100との間にスペーサ93を挟み込むことで、軒側が持ち上がった太陽電池モジュール1−2の姿勢を維持させておく。
太陽電池モジュール1−2の棟側枠3bの上面と更に一つ後段の太陽電池モジュール1−3の垂れ下がり部6との間には隙間が設けられている。また、持ち上げようとする太陽電池モジュール1−2のフランジ7の上方に空間部63が存在する。更に、開口73は雨樋81よりも若干高い。
そのため、作業者が太陽電池モジュール1−2を棟側に向かって持ち上げれば、その太陽電池モジュール1−2は、一つ後段の太陽電池モジュール1−3の垂れ下がり部6の下端に当接するまで、固定具4の支持面42を支点にして棟側に回転する。また、作業者が太陽電池モジュール1−2を棟側に向かって持ち上げても、雨樋81が開口73の上端に破損が生じるほど強く接触してしまうことはない。
一つ後段の太陽電池モジュール1−2を持ち上げ終わると、図14に示すように、交換手順の第2番目において、交換対象の太陽電池モジュール1−1の係合している雨樋81を当該太陽電池モジュール1−1から外す。具体的には、太陽電池モジュール1−2の下に延びている雨樋81の折曲げ部81bを元に戻し、雨樋81を軒側から棟側へ押し込むことで、雨樋81をフランジ7の開口73から外す。雨樋81の足は野地板100に固定されていないので、作業員が雨樋81の先端を手で押すことで簡単に雨樋81を外すことができる。
一つ後段の太陽電池モジュール1−2を持ち上げ、雨樋81を外すと、太陽電池モジュール1−1の交換に取りかかる。まず、図15に示すように、交換手順の第3番目において、一つ後段の太陽電池モジュール1−2を持ち上げた手順と同じように、太陽電池モジュール1−1の垂れ下がり部6を留めていた留め具64を外し、垂れ下がり部6の下端に手を添え、当該太陽電池モジュール1−1の軒側を持ち上げる。
このとき、当該太陽電池モジュール1−1の棟側枠3bの上面には、一つ後段の太陽電池モジュール1−2が既に持ち上げられていることにより障害物は存在しない。そのため、作業者が太陽電池モジュール1−1を棟側に向かって持ち上げれば、その太陽電池モジュール1は、固定具4の支持面42を支点にして棟側に回転する。
次に、図16の交換手順の第4番目において、持ち上げた太陽電池モジュール1−1を棟側斜め下方に向かって押し込むことで、太陽電池モジュール1−1を棟側にずらし、フック5の引掛部52を固定具4の開口から引き抜く。これにより、交換対象の太陽電池モジュール1−1は一つ前段のフランジ7や一つ後段の固定具4との係合関係が解除されて取り外し可能となる。
そして、図17の交換手順の第5番目に示すように、太陽電池モジュール1−1は何らの係合関係を有することはなくなり、野地板100から取り除き、新しい太陽電池モジュール1を設置することができる。
(効果)
以上のように、本実施形態に係る太陽電池モジュール1は、固定具4と開口44とフック5を備えるようにした。固定具4は、野地板100に対する立ち上がり面43と当該立ち上がり面43から屈曲した支持面42とを有する。開口44は、固定具4の立ち上がり面43に設けられる。フック5は、フレーム3の棟側に設けられ、モジュール裏へ立ち上がって軒側へ屈曲する。
この太陽電池モジュール1を野地板100へ敷設する場合には、フック5を棟側から開口44に挿入して引っ掛けつつ、支持面42にフレーム3の棟側を載置する。この結果、野地板100から取り外す場合には、軒側から棟側の方向に押し込むことでフック5を開口44から引き抜くこととなる。
これにより、太陽電池モジュール1を交換しようとする屋根上の作業者は、交換対象の太陽電池モジュール1に対して軒側から棟側への押込力をかければよい。すなわち、棟側から軒側へ引っ張る力は必要とせず、作業者が勢い余って屋根から落下する危険性を低減させることができる。
また、本実施形態のように、フック5は軒側寄りに斜め下方に向けて鈍角に折り曲げられるようにしてもよい。その結果、野地板100から取り外す場合には、支持面42を支点にして棟側に回転させるようにモジュールの軒側を持ち上げつつ、軒側から棟側に押し込むことで、フック5を開口44から引き抜くこととなる。
従って、太陽電池モジュール1を交換しようとする屋根上の作業者は、軒側から棟側へ斜め下方に押込力をかければよい。そのため、作業者が受ける軒側へ向かう抗力は小さくなり、作業者が勢い余って屋根から落下してしまう危険性を更に低減させることができる。
また、本実施形態のように、フレーム3の軒側先端に延設されて湾曲しながら垂れ下がる垂れ下がり部6と、フレーム3の棟側に設けられ、モジュール上面から立ち上がって軒側へ屈曲したフランジ7とを備えるようにしてもよい。梁行方向で一つ後段の太陽電池モジュール1の垂れ下がり部6をその前段の太陽電池モジュール1のフランジ7に被せ、垂れ下がり部6の表面から裏面に貫通させてフランジ7の下面に当接させるように留め具64を挿通する。
その結果、野地板100から取り外す場合には、留め具64を外した上で軒側を持ち上げなくては太陽電池モジュール1を取り外すことはできず、誤った作業により作業者が屋根から落下してしまう危険性を低減させることができる。
このとき、野地板100から取り外す太陽電池モジュール1の垂れ下がり部6に覆われたフランジ7の上方には空間部63が設けられ、当該フランジ7を有する太陽電池モジュール1の軒側が持ち上げられたときに当該フランジ7が回転可能であるようにしておくことが望ましく、フランジ7と垂れ下がり部6の衝突による太陽電池モジュール1の破損を防ぐことができる。
また、フレーム3の脇側上面に設けられ、脇側の端部へ向かけて隆起して当該端部で絶壁となる上方隆起部83を更に備え、桁行方向で隣合う太陽電池モジュール1が有する上方隆起部83と合わさって山形を形成することもできる。これにより、雨水は2つの上方隆起部83で形成される山を下るように流れるため、太陽電池モジュール1の境界から雨水が浸入することが防止できる。
更に、フレーム3の脇側裏面に設けられ、脇側の端部へ向けて隆起して当該端部で絶壁となる下方隆起部84を更に備え、桁行方向で隣合う太陽電池モジュール1が有する下方隆起部84と合わさって山形を形成することもできる。これにより、仮に雨水が太陽電池モジュール1の境界から染み込んでしまっても、太陽電池モジュール1の表面を伝って雨水が方々に流動しにくくなる。
この下方隆起部84の直下に雨樋81を設けておけば、止水性も向上する。雨樋81は、梁行方向で後段のモジュールの下方に棟から軒へ沿って設けられ、前段のモジュールの棟側上面に先端を載せるようにしてもよい。
フレーム3の棟側上面に設けられる係止突起部74と、フレーム3の軒側に棟から軒に向かって貫設された開口73と、雨樋81の先端に設けられて側方に折り曲げ可能な折曲げ部81bとを備えるようにし、開口73に雨樋81の先端を挿入して係止突起部74に突き合わせ、折曲げ部81bを開口73よりも拡がるように折り曲げることで、雨樋81が前段のモジュールに載せられるようにすれば、施工は容易となる。
前段の太陽電池モジュール1に設けられた係止突起部74及び開口73は、後段の桁行方向で隣り合う太陽電池モジュール1の境界延長上に設けておけばよい。また、太陽電池モジュール1の各種の千鳥配置に対応できるように、雨樋81を挿入する開口73はノックアウト構造により形成されるようにしておけばよい。
更に、梁行方向で後段の太陽電池モジュール1が有するフレーム3の軒側上面には、その前段の桁行方向で隣り合う太陽電池モジュール1の境界延長上に分流突起部82を設けるようにしておけば、境界へ向かおうとする雨水は少なくなり、雨水が太陽電池モジュール1の裏へ侵入する可能性も減少する。
また、フレーム3をダイキャスティング等で継ぎ目のないように形成した。これにより、押出成形と比べても組立工数が削減されて製造面での合理化が図れる。また雪止め突起91も同時に成型することが可能で製造効率を向上させることができる。
止水性能面においてはアルミダイキャストで一体成型することで従来のアルミ押し出しで成型されたフレーム3を接合する太陽電池モジュール1の四隅の部分の構造的な弱点を解消でき、太陽電池パネル2とフレーム3面を同一の高さにして雨水が溜まらない。
強度面においては、アルミダイキャストの型の設計において必要とする強度を反映させれば良く、またフレーム3と太陽電池パネル2とを同一の高さにしたことから、アルミ押し出し型フレームを用いて仕上げた太陽電池モジュール1の場合に生ずる両者による段差を解消でき、積雪地域に設置した場合でも積雪下面の凍結した部分がフレーム3にかみ合うことが回避でき、フレーム3に大きな力がかかることも無く結果的に強度の高い屋根瓦型の太陽電池モジュール1を提供することができる。
施工面においてはケーブルの配線スペースが十分に確保され、設置位置に応じて固定具4や取付用フランジ92を使い分けるだけの特別な工具も必要としない優れた施工性が得られる。
性能面においては固定具4や取付用フランジ92の高さは強度条件を満たす範囲で自由であり、太陽電池モジュール1の裏面に適度な通風のための空間や配線スペースの空間を確保することが可能であり、特に前者の効果として太陽電池モジュール1の温度上昇を抑え発電効率向上を図ることができる。
雪止め機能については、雪止めを必要としない地域向けには雪止め機能を持たないフレーム3も求められる。このような事態に対応するためには一体成型するアルミダイキャストのフレーム3にあらかじめ必要な肉厚を確保しておくことで、後付で必要十分な雪止め効果を有する突起部を固定する方法も選択でき、一体型のアルミダイキャストフレームを雪止め機能付きと雪止め機能なしの2種類のフレーム3を作ることなく、1種類のフレームで両者のニーズを満たすことができる。
(その他の実施の形態)
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、図18に示すように、受け板31は、太陽電池パネル2の信号線や電力線を引き出すためのジャンクションボックスを配置する開口を除き、フレーム3の全内側領域にわたって延設されるようにしてもよい。受け板31を熱伝導性の高いアルミニウム製とすれば、太陽電池パネル2の放熱効率を高めることもできる。
また、フレーム3に囲まれた内側領域を棟から軒に掛けて縦断する放熱板94を更に備えるようにすることで、熱伝導機能を有する受け板31の表面積は大きくなり、放熱効率を更に高めることもできる。放熱板94は、フレーム3に囲まれた内側領域に備える放熱構造の一例である。この放熱構造は、放熱板94の設置に限るものではなく、突起群を設置してもかまわない。また、放熱構造はダイキャストによる一体構造であっても別部材として取り付けるようにしてもよく、その他、内側領域全体に及ぶ受け板31に熱伝導性のシートを貼着する等の公知の各種構造であってもよい。
また、最前段の太陽電池モジュール1を膨らみのある屋根瓦と一体的に葺くために、フレーム3の軒側には屋根瓦の形状に沿った凹部65を形成しておくようにしてもよい。この凹部65で屋根瓦の膨らみを包み込むように太陽電池モジュール1を葺くことで、意匠性、止水性、及び耐風性が向上する。この凹部65は、ノックアウト構造により形成してもよい。すなわち、軒側枠に凹部65の外形に従って絞り加工等によって壁の厚みを薄くし、現場で凹部65を形成し易くしておく。
更に、図19に示すように、フレーム3の上面には粗面化処理を施した雪止め処理部95を有するようにしてもよい。この雪止め処理部95により、太陽電池モジュール1に積もった雪が軒先へ落下する危険性を減らすことができる。また、雪止め突起部91を無くしたり、低くするなどして目立たなくし、かつ屋根瓦としての意匠、重厚感を持たせることもできる。
更に、図20に示すように、フレーム3に嵌め込まれた太陽電池パネル2を上面から押さえ込む鍔部96を着脱可能に更に備えるようにしておくことで、太陽電池パネル2のみを交換することも可能となる。太陽電池パネル2を交換する場合には、鍔部96を取り外してから、吸盤付きの取り外し工具であるサッカーなどを用いるとよい。これにより、太陽電池パネル2のみを交換することも容易となるばかりでなく、将来的な太陽電池の性能向上に伴い、太陽電池パネル2のみを交換してシステム全体の性能向上も可能となる。
また、図21に示すように、固定具4は、便宜上、太陽電池モジュール1の桁行き方向の長さより短い場合を例に説明したが、それらの桁行き方向の長さを規定するものではなく、例えば、太陽電池モジュール1より長くして複数のフック5を引っ掛けられるようにした上で、通風機能、ケーブル配線スペースを確保できるよう構成してもよい。これにより、太陽電池モジュール1のアース線の接続点数を減らせ、一度に複数枚の屋根瓦型の太陽電池モジュール1の固定具4を設置できるので、施工性を向上させることができる。
以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 太陽電池モジュール
2 太陽電池パネル
3 フレーム
3a 軒側枠
3b 棟側枠
3c 脇側枠
31 受け板
32 貫通部分
4 固定具
41 設置面
42 支持面
43 立ち上がり面
44 開口
45 補助板
5 フック
51 取付面
52 引掛部
6 垂れ下がり部
61 湾曲部分
62 直下部分
63 空間部
64 留め具
65 凹部
7 フランジ
71 立上がり部
72 屈曲部
73 開口
74 係止突起部
81 雨樋
81a V字面
81b 折曲げ部
81c 足
82 分流突起部
83 上方隆起部
84 下方隆起部
91 雪止め突起
92 取付用フランジ
92a 設置面
93 スペーサ
94 放熱板
95 雪止め処理部
96 鍔部
100 野地板
200 垂木
300 屋根

Claims (22)

  1. フレームに太陽電池パネルを嵌め込んでなり、梁行き方向に積み重ねるように野地板上に直接又はルーフィングシートを介して敷設される太陽電池モジュールであって、
    前記野地板に対する立ち上がり面と当該立ち上がり面から屈曲した支持面とを有する固定具と、
    前記立ち上がり面に設けられた開口と、
    前記フレームの棟側に設けられ、モジュール裏へ立ち上がって軒側へ屈曲するフックと、
    を備え、
    前記野地板へ敷設する場合には、前記フックを棟側から前記開口に挿入して引っ掛けつつ、前記支持面に前記フレームの棟側を載置し、
    前記野地板から取り外す場合には、軒側から棟側の方向に押し込むことで前記フックを前記開口から引き抜くこと、
    を特徴とする屋根瓦型の太陽電池モジュール。
  2. 前記フックは、軒側寄りに斜め下方に向けて鈍角に折り曲げられ、
    前記野地板から取り外す場合には、前記支持面を支点にして棟側に回転させるようにモジュールの軒側を持ち上げつつ、軒側から棟側に押し込むことで、前記フックを前記開口から引き抜くこと、
    を特徴とする請求項1記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記フレームの軒側先端に延設されて湾曲しながら垂れ下がる垂れ下がり部と、
    前記フレームの棟側に設けられ、モジュール上面から立ち上がって軒側へ屈曲したフランジと、
    を備え、
    梁行方向で一つ後段の太陽電池モジュールの前記垂れ下がり部をその前段の太陽電池モジュールの前記フランジに被せ、
    前記垂れ下がり部の表面から裏面に貫通させて前記フランジの下面に当接させるように留め具を挿通し、
    前記野地板から取り外す場合には、前記留め具を外した上で軒側を持ち上げること、
    を特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記野地板から取り外す太陽電池モジュールの前記垂れ下がり部に覆われた前記フランジの上方には空間部が設けられ、当該フランジを有する太陽電池モジュールが軒側が持ち上げられたときに当該フランジが回転可能であること、
    を特徴とする請求項3記載の太陽電池モジュール。
  5. フレームの脇側上面に設けられ、脇側の端部へ向けて隆起して当該端部で絶壁となる上方隆起部を更に備え、
    桁行方向で隣合う太陽電池モジュールが有する上方隆起部と合わさって山形を形成すること、
    を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽電池モジュール。
  6. フレームの脇側裏面に設けられ、脇側の端部へ向けて隆起して当該端部で絶壁となる下方隆起部を更に備え、
    桁行方向で隣合う太陽電池モジュールが有する下方隆起部と合わさって山形を形成すること、
    を特徴とする請求項5記載の太陽電池モジュール。
  7. 梁行方向で後段の太陽電池モジュールの下方に棟から軒へ沿って設けられ、前段のモジュールの棟側上面に先端が載せられる雨樋を更に備えること、
    を特徴とする請求項5又は6記載の太陽電池モジュール。
  8. フレームの棟側上面に設けられる係止突起部と、
    フレームの軒側に棟から軒に向かって貫設された開口と、
    前記雨樋の先端に設けられ、側方に折り曲げ可能な折曲げ部と、
    を更に備え、
    前記開口に前記雨樋の先端を挿入して前記突起部に突き合わせ、前記折曲げ部を前記開口よりも拡がるように折り曲げることで、前記雨樋が前記前段の太陽電池モジュールに載せられること、
    を特徴とする請求項7記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記前段の太陽電池モジュールに設けられた前記係止突起部及び前記開口は、後段の桁行方向で隣り合う太陽電池モジュールの境界延長上に設けられること、
    を特徴とする請求項8に記載の太陽電池モジュール。
  10. 前記雨樋を挿入する開口は、ノックアウト構造により形成されること、
    を特徴とする請求項9記載の太陽電池モジュール。
  11. 梁行方向で後段の太陽電池モジュールが有するフレームの軒側上面には、その前段の桁行方向で隣り合う太陽電池モジュールの境界延長上に分流突起部が設けられていること、
    を特徴とする請求項5乃至10の何れかに記載の太陽電池モジュール。
  12. 前記フレームは継ぎ目なく形成されていること、
    を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽電池モジュール。
  13. 前記フレームの内側領域に形成され、前記太陽電池パネルを支持する受け板を更に備えること、
    を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽電池モジュール。
  14. 前記受け板は、前記フレームの全内側領域にわたって延設されること、
    を特徴とする請求項13記載の太陽電池モジュール。
  15. 前記受け板は、前記フレームの内側領域の縁に沿って延設され、
    前記フレームの内側領域は、前記受け板と、当該受け板で囲まれた貫通部分とを有すること、
    を特徴とする請求項13記載の太陽電池モジュール。
  16. 前記フレームに嵌め込まれた前記太陽電池パネルを上面から押さえ込む鍔部を着脱可能に更に備えること、
    を特徴とする請求項12に記載の太陽電池モジュール。
  17. 前記太陽電池パネルの上面は、前記フレームの上面と面一であるか、又は前記フレームの上面より高いこと、
    を特徴とする請求項12に記載の太陽電池モジュール。
  18. 前記フレームに囲まれた内側領域に放熱構造を更に備えること、
    を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽電池モジュール。
  19. 前記フレームの上面には、雪を留める突起が形成されていること、
    を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽電池モジュール。
  20. 前記フレームの上面には、雪止めの粗面化処理がなされていること、
    を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽電池モジュール。
  21. 少なくとも軒側最先端のモジュールが有するフレームの軒側には、瓦の形状に沿った凹部が形成されていること、
    を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽電池モジュール。
  22. 前記凹部は、ノックアウト構造により形成されていること、
    を特徴とする請求項21記載の太陽電池モジュール。
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