JP2023143863A - 太陽光発電シートの設置構造及び太陽光発電シートの施工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】可撓性を有する太陽光発電シートを屋根の表面などの傾斜する接地面に簡易に設置することができ、かつ、設置された太陽光発電シートが雨水などの水によって劣化することを抑制できる太陽光発電シートの設置構造及び太陽光発電シートの施工方法を提供する。【解決手段】太陽光発電シートの設置構造100は、水平面に対して角度をなして交わる設置面9と、設置面9に設置された可撓性を有する太陽光発電シート1と、太陽光発電シート1を設置面9に固定する固定材7と、を備える。太陽光発電シート1は、その周縁部の一部分が固定材7によって設置面9に固定されており、太陽光発電シート1の周縁部は、その下縁部11に設置面9に固定されていない少なくとも一つの非固定部分15を含む。【選択図】図1
Description
本発明は、例えば屋根の表面などの傾斜する設置面に太陽光発電シートを設置する設置構造、及び、設置面に太陽光発電シートを設置する太陽光発電シートの施工方法に関する。
特許文献1には、ソーラーパネルの取付構造が開示されている。特許文献1に記載の取付構造は、屋根の表面に接着剤などによって固定された固定部材及び補強部材を備えている。ソーラーパネルは、その一端部が蝶番を介して固定部材に回動可能に取り付けられ、その他端部が磁石を介して磁性材料で形成された補強部材に係脱可能に固着されている。これにより、ソーラーパネルは、屋根上に空間をあけて設置される。
従来のソーラーパネルは、板状に加工されたリジッドな太陽電池であり、特許文献1に記載の取付構造のように、固定部材や補強部材などの取付架台を用いて屋根上に設置するのが一般的である。しかし、取付架台は重量が大きく、屋根に取付架台を取り付ける作業は大変な労力を要する。
また近年では、ペロブスカイト太陽光発電シートなどの可撓性を有する薄膜型太陽電池が普及している。この太陽光発電シートを取付架台によって屋根上に設置すると、太陽光発電シートと屋根との間に空間が生じ、可撓性を有する太陽光発電シートでは設置された状態において風などの影響を受けて振動する。太陽光発電シートは振動により発電効率が低下するという特徴があるため、実用上好ましくない。また、強風時や雨水が溜まった際に、固定部に張力が集中することで太陽光発電層の破損や内部配線の断線、シートそのものの破れなどが生じることがある。以上より、取付架台を用いることなく屋根の表面に直接設置することが好ましい。
ここで、太陽光発電シートを屋根の表面に直接設置する方法として、太陽光発電シートの全域を屋根の表面に固着する、あるいは、太陽光発電シートの周縁部を全周にわたって屋根の表面に固着することが考えられる。しかし、この方法では、雨水などの水が太陽光発電シート及び屋根の間に浸入すると、太陽光発電シート及び屋根の間に水が留まってしまう。太陽光発電シートの基材は樹脂材料で形成されているため、太陽光発電シート及び屋根の間に水が留まると、水の気化により発生する蒸気が基材を透過したり、水が基材を浸透したりして、発電部に水が接触するおそれがあり、太陽光発電シートの劣化につながる。
本発明の目的は、可撓性を有する太陽光発電シートを屋根の表面などの傾斜する設置面に簡易に設置することができ、かつ、設置された太陽光発電シートが雨水などの水によって劣化することを抑制できる太陽光発電シートの設置構造及び太陽光発電シートの施工方法を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明は、次の項に記載の主題を包含する。
項1.水平面に対して角度をなして交わる設置面と、
可撓性を有する太陽光発電シートと、
前記設置面に設置された前記太陽光発電シートを前記設置面に固定するための固定材と、
を備え、
前記太陽光発電シートは、その周縁部の一部分が前記固定材によって前記設置面に固定されており、
前記周縁部は、その下縁部に前記設置面に固定されていない少なくとも一つの非固定部分を含む、太陽光発電シートの設置構造。
可撓性を有する太陽光発電シートと、
前記設置面に設置された前記太陽光発電シートを前記設置面に固定するための固定材と、
を備え、
前記太陽光発電シートは、その周縁部の一部分が前記固定材によって前記設置面に固定されており、
前記周縁部は、その下縁部に前記設置面に固定されていない少なくとも一つの非固定部分を含む、太陽光発電シートの設置構造。
項2.前記周縁部は、前記下縁部の底の位置に前記非固定部分を含む、項1に記載の太陽光発電シートの設置構造。
項3.前記周縁部は、前記下縁部において前記周縁部の左右の側縁部との角の位置に前記非固定部分を含む、項1又は2に記載の太陽光発電シートの設置構造。
項4.前記周縁部は、その上縁部に少なくとも一つの前記非固定部分を含む、項1から3のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
項5.前記周縁部は、前記下縁部以外が前記設置面に固定されている、項1から3のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
項6.前記固定材が、面ファスナ、磁石、両面テープ、接着剤、ボルト、ねじ及びステープルからなる群より選択される少なくとも一種である、項1から5のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
項7.前記太陽光発電シートは、ペロブスカイト化合物を含む複数の発電部を有する、項1から6のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
項8.前記太陽光発電シートは、前記発電部を避けた部分が前記固定材により前記設置面に固定されている、項7に記載の太陽光発電シートの設置構造。
項9.前記太陽光発電シートの曲げ強さが50MPa以上200MPa以下である、項1から8のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
項10.前記太陽光発電シートにおいて、前記設置面に対向する面の臨界表面張力が45mN/m未満である、項1から9のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
項11.水平面に対して角度をなして交わる設置面に対して可撓性を有する太陽光発電シートを設置するための太陽光発電シートの施工方法であって、
前記太陽光発電シートの周縁部を、その下縁部の少なくとも一部分が前記設置面に固定されないようにして固定材によって前記設置面に固定する、太陽光発電シートの施工方法。
前記太陽光発電シートの周縁部を、その下縁部の少なくとも一部分が前記設置面に固定されないようにして固定材によって前記設置面に固定する、太陽光発電シートの施工方法。
本発明によれば、可撓性を有する太陽光発電シートを設置面に簡易に設置することができ、かつ、設置された太陽光発電シートが雨水などの水によって劣化することを抑制できる、という利点がある。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
太陽光発電シートの設置構造
図1及び図2は、本発明の一実施形態に係る太陽光発電シートの設置構造100(以下、単に「設置構造100」という。)を示す。図1及び図2に示す設置構造100は、図3及び図4に示す太陽光発電シート1が設置面9に設置された構造であり、設置面9と、太陽光発電シート1と、設置面9に設置された太陽光発電シート1を設置面9に固定する固定材7と、を備える。
図1及び図2は、本発明の一実施形態に係る太陽光発電シートの設置構造100(以下、単に「設置構造100」という。)を示す。図1及び図2に示す設置構造100は、図3及び図4に示す太陽光発電シート1が設置面9に設置された構造であり、設置面9と、太陽光発電シート1と、設置面9に設置された太陽光発電シート1を設置面9に固定する固定材7と、を備える。
以下、本実施形態に係る設置構造100の各構成を、より詳細に説明する。
設置面
設置面9は、上述した太陽光発電シート1の設置対象物の表面である。設置対象物は、特に限定されるものではなく、例えば、屋根、壁(金属系サイディング材、窯業系サイディング材、サンドイッチパネル等)、間仕切り、扉、フェンス、床などを挙げることができる。また、設置対象物は、その他の構造物の表面、例えば、道路、地面、堤防などであってもよく、自動車、電車、船舶などであってもよい。本実施形態では、建築物の屋根を設置対象物としている。屋根は、例えば、折板屋根、スレート屋根、ルーフデッキ、瓦棒葺き、立平葺き等に用いられる屋根材が挙げられる。屋根は、縦葺きであってもよいし、横葺きであってもよい。建築物は、非住宅建築物であってもよいし、住宅建築物であってもよい。非住宅建築物は、特に限定されるものではなく、例えば、店舗、倉庫、工場、ビニールハウス、温室、集会場、体育館、駐車場などを挙げることができる。
設置面9は、上述した太陽光発電シート1の設置対象物の表面である。設置対象物は、特に限定されるものではなく、例えば、屋根、壁(金属系サイディング材、窯業系サイディング材、サンドイッチパネル等)、間仕切り、扉、フェンス、床などを挙げることができる。また、設置対象物は、その他の構造物の表面、例えば、道路、地面、堤防などであってもよく、自動車、電車、船舶などであってもよい。本実施形態では、建築物の屋根を設置対象物としている。屋根は、例えば、折板屋根、スレート屋根、ルーフデッキ、瓦棒葺き、立平葺き等に用いられる屋根材が挙げられる。屋根は、縦葺きであってもよいし、横葺きであってもよい。建築物は、非住宅建築物であってもよいし、住宅建築物であってもよい。非住宅建築物は、特に限定されるものではなく、例えば、店舗、倉庫、工場、ビニールハウス、温室、集会場、体育館、駐車場などを挙げることができる。
設置面9は、水平面(重力が働く方向に垂直な面)に対して角度をなして交わる面である。設置面9は、水平面に対して所定の傾斜角度θ(0°<θ<90°)をなす傾斜面と、水平面に対して垂直をなす鉛直面と、を含む。設置面9は、平面であってもよいし、曲面であってもよく、その表面状態は平滑である他、ざらざらしていたり凸凹していてもよい。設置面9は、例えば、金属、樹脂、アスファルト、コンクリートなどで形成される。
また、設置面9は、上述した構造物の表面に敷設及び固定された例えば樹脂製シート等のシート材の表面であってもよい。
設置面9のJIS B0601で測定される算術平均粗さについて、上限は、好ましくは5mm以下であり、より好ましくは1mm以下であり、より好ましくは0.5mm以下であり、下限は、0.1μm以上であり、より好ましくは10μm以上であり、より好ましくは100μm以上である。設置面3の表面粗さが上記範囲であれば、太陽光発電シート1の外周縁から太陽光発電シート1及び設置面9の間に風が吹きこむのを抑制できる。また、固定材7に接着剤を用いた場合に接着剤が設置面9の凸凹に入り込むことによるアンカー効果によって接着剤の接着力が高まり、設置面9に対する太陽光発電シート1の固定力を高めることができる。
設置面9は、高い位置に向かう上る方向が上側であり、低い位置に向かう下る方向が下側である。また、設置面9は、上下方向に直交しかつ設置面9に沿う方向が横方向である。設置面9に雨水などの水が付着すると、水は設置面9を下る方向に流れる。設置面9が水平面に対してなす角度は、特に限定されないが、設置面9上の水が設置面9の下る方向に良好に流れ落ちることが可能なように、1.5°以上が好ましく、2°以上がより好ましく、5°以上がより好ましい。
太陽光発電シート
図1から図3に示すように、太陽光発電シート1はシート状に形成されており、太陽光を厚さ方向の少なくとも一方の面(例えばおもて面)側から受けることで発電を行うことができる。本明細書でいう「シート」「シート状」は、その物体の厚さが、平面視における周縁の間の最大長さに対して、10%以下である形状を意味し、膜状、箔状、フィルム状なども、「シート状」に含まれる。また、「平面視における周縁の間の最大長さ」は、平面視における形状が矩形状である場合、対角線の長さを意味し、平面視における形状が円形状である場合、直径の長さを意味する。
図1から図3に示すように、太陽光発電シート1はシート状に形成されており、太陽光を厚さ方向の少なくとも一方の面(例えばおもて面)側から受けることで発電を行うことができる。本明細書でいう「シート」「シート状」は、その物体の厚さが、平面視における周縁の間の最大長さに対して、10%以下である形状を意味し、膜状、箔状、フィルム状なども、「シート状」に含まれる。また、「平面視における周縁の間の最大長さ」は、平面視における形状が矩形状である場合、対角線の長さを意味し、平面視における形状が円形状である場合、直径の長さを意味する。
本実施形態に係る太陽光発電シート1は、平面視矩形状、好ましくは平面視長方形状に形成されている。太陽光発電シート1の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、平面視円形状、平面視楕円形状、平面視多角形状などであってもよい。
太陽光発電シート1は、可撓性を有している。太陽光発電シート1の曲げ強さについて、下限は、好ましくは10MPa以上であり、より好ましくは50MPa以上であり、より好ましくは90MPa以上であり、より好ましくは100MPa以上である。また、太陽光発電シート1の曲げ強さの上限は、好ましくは200MPa以下であり、より好ましくは150MPa以下であり、より好ましくは140MPa以下であり、より好ましくは130MPa以下である。また、太陽光発電シート1の可撓性は、曲げ弾性率で定義されていてもよい。太陽光発電シート1の曲げ弾性率について、下限は、好ましくは100MPa以上であり、より好ましくは500MPa以上であり、上限は、好ましくは10000MPa以下であり、より好ましくは5000MPa以下である。太陽光発電シート1を曲げ弾性率で定義する場合、曲げ強さは上記範囲に含まれなくてもよい。太陽光発電シート1は、曲げ強さ又は曲げ弾性率が、上記範囲内に設定されることで、設置面9に対する太陽光発電シート1の施工性を良好にしながら、太陽光発電シート1にひび割れなどの破損が生じることを抑制できる。太陽光発電シート1の曲げ強さ及び曲げ弾性率は、例えば、JIS K7171に準拠する測定方法で測定される。
太陽光発電シート1は、図4に示すように、バックシート2と、少なくとも一つの発電部3と、バリアシート4と、封止剤5と、封止縁材6と、を備える。本実施形態では、太陽光発電シート1は、複数の発電部3を備えるが、発電部3を一つ備えるものであってもよい。複数の発電部3及び封止剤5は、バックシート2とバリアシート4との間に配置されている。封止縁材6は、バックシート2とバリアシート4との間に複数の発電部3及び封止剤5を配置した状態で、外縁を全長にわたって封止する。
(バックシート)
バックシート2は、太陽光発電シート1の受光面とは反対側に配置される。バックシート2は、太陽光発電シート1において設置面9に対向する面を構成する。バックシート2は、水蒸気に対するバリア性能、及び外力に対する保護性能を有する。バックシート2は、透光性があってもよいが、必ずしも透光性は必要ではない。
バックシート2は、太陽光発電シート1の受光面とは反対側に配置される。バックシート2は、太陽光発電シート1において設置面9に対向する面を構成する。バックシート2は、水蒸気に対するバリア性能、及び外力に対する保護性能を有する。バックシート2は、透光性があってもよいが、必ずしも透光性は必要ではない。
本明細書でいう「透光性がある」とは、光の透過率が、入射前の光のピーク波長に対して、10%以上であることを意味する。
バックシート2は、可撓性を有する。バックシート2の縦弾性係数について、下限は、好ましくは100MPa以上であり、より好ましくは1000MPa以上であり、より好ましくは2400MPa以上であり、より好ましくは3000MPa以上であり、上限は、好ましくは10000MPa以下であり、より好ましくは5000MPa以下であり、より好ましくは4200MPa以下であり、より好ましくは4000MPa以下である。バックシート2の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、ビニル樹脂(例えば、ポリ塩化ビニル)等の合成樹脂からなるプラスチックフィルム、プラスチック基板などを挙げることができる。また、バックシート2の材料としては、合成樹脂のほか、例えば、天然樹脂、ゴム、金属、カーボン、パルプ等が用いられてもよい。
バックシート2の厚さについて、下限は、好ましくは50μm以上であり、より好ましくは100μm以上であり、より好ましくは200μm以上であり、上限は、好ましくは1000μm以下であり、より好ましくは800μm以下であり、より好ましくは600μm以下である。バックシート2の厚さが上記範囲内であることにより、太陽光発電シート1の曲げ強さを上記範囲内に設定しやすい。
太陽光発電シート1において設置面9に対向する面を構成するバックシート2の臨界表面張力について、下限は、好ましくは10mN/m以上であり、より好ましくは15mN/m以上であり、上限は、好ましくは50mN/m以下であり、より好ましくは40mN/m以下である。バックシート2の臨界表面張力が上記範囲内であることにより、太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入した雨水などの水が水滴状になりにくく、設置面9の下る方向に水を流下させやすくすることができる。臨界表面張力は、例えば、接触角を測定することにより得られる。臨界表面張力に関しては、「プラスチックの表面改質」(高分子材料の界面物性と表面改[30]-[38]杉田和之)を参照のこととする。接触角に関しては、静的・動的手法など種々あるが、本明細書においては静的手法を用い、カメラによる計測で測定することができる。
(発電部)
太陽光発電シート1において、複数の発電部3は、互いに間隔をあけて配置されており、本実施形態では長手方向に間隔をあけて並んでいる。なお、複数の発電部3は、本実施形態では、太陽光発電シート1の長手方向に一列で並んでいるが、この列が太陽光発電シート1の短手方向に間隔をあけて複数あってもよい。複数の発電部3は、直列又は並列で電気的に接続されている。
太陽光発電シート1において、複数の発電部3は、互いに間隔をあけて配置されており、本実施形態では長手方向に間隔をあけて並んでいる。なお、複数の発電部3は、本実施形態では、太陽光発電シート1の長手方向に一列で並んでいるが、この列が太陽光発電シート1の短手方向に間隔をあけて複数あってもよい。複数の発電部3は、直列又は並列で電気的に接続されている。
隣り合う発電部3の間の距離について、下限は、好ましくは2mm以上であり、より好ましくは10mm以上であり、より好ましくは15mm以上であり、上限は、好ましくは100mm以下であり、より好ましくは50mm以下であり、より好ましくは20mm以下である。
発電部3は、光起電力効果を利用した光電変換素子である発電セル300を少なくとも一つ備える。本実施形態では、発電部3は複数の発電セル300を備え、複数の発電セル300が太陽光発電シート1の面方向(例えば太陽光発電シート1の長手方向及び/又は短手方向)に配置された光電変換ユニットにより構成される。なお、発電部3は一つの発電セル300により構成されていてもよい。
発電セル300は、図4(A)に示すように、透光性基材30と、透光性導電層31と、発電層32と、電極33と、を備える。透光性基材30、透光性導電層31、発電層32、及び電極33は、バリアシート4からバックシート2に向かう方向に沿って、この順で積層されている。すなわち、透光性基材30がバリアシート4に対向し、電極33がバックシート2に対向するように配置される。
(透光性基材)
透光性基材30は、透光性導電層31、発電層32、及び電極33を支持する。透光性基材30は、透光性を有する。透光性基材30の透光性は、光の透過率が、入射前の光のピーク波長に対して、10%以上であればよいが、好ましくは50%以上であり、より好ましくは80%以上である。本明細書では、光の透過率が、入射前の光のピーク波長に対して、80%以上であることを、「透明」であるとする。
透光性基材30は、透光性導電層31、発電層32、及び電極33を支持する。透光性基材30は、透光性を有する。透光性基材30の透光性は、光の透過率が、入射前の光のピーク波長に対して、10%以上であればよいが、好ましくは50%以上であり、より好ましくは80%以上である。本明細書では、光の透過率が、入射前の光のピーク波長に対して、80%以上であることを、「透明」であるとする。
透光性基材30の材料は、例えば、無機材料、有機材料、金属材料などを挙げることができる。無機材料は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラスなどを挙げることができる。有機材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET; polyethylene terephthalate)、ポリエチレンナフタレート(PEN; polyethylene naphthalene)、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどのプラスチック、高分子フィルムなどを挙げることができる。金属材料は、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、シリコンなどを挙げることができる。
透光性基材30の厚さは、透光性導電層31、発電層32及び電極33を支持することができれば、特に限定されるものではなく、例えば、30μm以上300μm以下である。
透光性基材30は、発電セル300の製造過程で必要になる基材である。このため、太陽光発電シート1の製品としては、必ずしも必要な構成ではない。透光性基材30は、例えば、太陽光発電シート1の製造途中にだけ利用されてもよく、製造後又は製造途中に取り除かれてもよい。なお、取り除かれる場合、透光性基材30に代えて、透光性を有さない基材を用いてもよい。
(透光性導電層)
透光性導電層31は、導電性を有する層であり、カソードとして機能する。透光性導電層31は、透光性を有する。透光性導電層31は、透明であることが好ましい。
透光性導電層31は、導電性を有する層であり、カソードとして機能する。透光性導電層31は、透光性を有する。透光性導電層31は、透明であることが好ましい。
透光性導電層31の材料は、例えば、酸化インジウムスズ(ITO; Indium Tin Oxide)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO; F-doped Tin Oxide)、ネサ膜などの透明な材料を挙げることができる。透光性導電層31は、透光性基板の表面に対して、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法などにより形成される。
また、透光性導電層31は、不透光性材料を用いつつ、光を透過可能なパターンを形成することで、透光性を有するように構成してもよい。不透光性材料は、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、チタン、ニッケル、スズ、亜鉛、又はこれらを含む合金などを挙げることができる。光を透過可能なパターンは、例えば、格子状、線状、波線状、ハニカム状、丸穴状などを挙げることができる。
透光性導電層31の厚さは、好ましくは30nm以上300nm以下である。透光性導電層31は、厚みが30nm以上300nm以下であると、可撓性を高く保ちながら、良好な導電性を得ることができる。
(発電層)
発電層32は、光の照射によって光電変換を生じさせる層であり、光を吸収することで生成された励起子から、電子と正孔とを生じさせる。発電層32は、図4(B)に示すように、正孔輸送層320と、光電変換層321と、電子輸送層322と、を備える。正孔輸送層320、光電変換層321、及び電子輸送層322は、透光性導電層31から電極33に向かう方向に沿って、この順で積層されている。
発電層32は、光の照射によって光電変換を生じさせる層であり、光を吸収することで生成された励起子から、電子と正孔とを生じさせる。発電層32は、図4(B)に示すように、正孔輸送層320と、光電変換層321と、電子輸送層322と、を備える。正孔輸送層320、光電変換層321、及び電子輸送層322は、透光性導電層31から電極33に向かう方向に沿って、この順で積層されている。
(正孔輸送層)
正孔輸送層320は、光電変換層321で発生した正孔を、透光性導電層31へ抽出し、かつ光電変換層321で発生した電子が、透光性導電層31へ移動するのを妨げる。正孔輸送層320の材料は、例えば、金属酸化物を用いることができる。金属酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化リチウム、酸化カルシウム、酸化セシウム、酸化アルミニウムなどを挙げることができる。また、その他、デラフォサイト型化合物半導体(CuGaO2)、酸化銅、チオシアン酸銅(CuSCN)、五酸化バナジウム(V2O5)、酸化グラフェン等が用いられてもよい。また、正孔輸送層320の材料は、p型有機半導体又はp型無機半導体を用いることもできる。
正孔輸送層320は、光電変換層321で発生した正孔を、透光性導電層31へ抽出し、かつ光電変換層321で発生した電子が、透光性導電層31へ移動するのを妨げる。正孔輸送層320の材料は、例えば、金属酸化物を用いることができる。金属酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化リチウム、酸化カルシウム、酸化セシウム、酸化アルミニウムなどを挙げることができる。また、その他、デラフォサイト型化合物半導体(CuGaO2)、酸化銅、チオシアン酸銅(CuSCN)、五酸化バナジウム(V2O5)、酸化グラフェン等が用いられてもよい。また、正孔輸送層320の材料は、p型有機半導体又はp型無機半導体を用いることもできる。
正孔輸送層320の厚さについて、下限は、好ましくは1nm以上であり、より好ましくは10nm以上であり、上限は、好ましくは1000nm以下であり、より好ましくは500nm以下であり、より好ましくは50nm以下である。正孔輸送層320は、厚さが上記範囲内であれば、正孔の輸送が実現できる。
(光電変換層)
光電変換層321(光活性層)は、吸収した光を光電変換する層である。光電変換層321の材料は、吸収した光を光電変換することができれば特に限定されるものではなく、例えば、アモルファスシリコン、ペロブスカイト、非シリコン系材料(半導体材料CIGS)などが用いられる。また、光電変換層321は、これらを複合したタンデム型の積層構造としてもよい。非シリコン系材料が用いられた光電変換層321は、銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)を含む半導体材料CIGSが用いられており、光電変換層の厚さを薄くしやすい。
光電変換層321(光活性層)は、吸収した光を光電変換する層である。光電変換層321の材料は、吸収した光を光電変換することができれば特に限定されるものではなく、例えば、アモルファスシリコン、ペロブスカイト、非シリコン系材料(半導体材料CIGS)などが用いられる。また、光電変換層321は、これらを複合したタンデム型の積層構造としてもよい。非シリコン系材料が用いられた光電変換層321は、銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)を含む半導体材料CIGSが用いられており、光電変換層の厚さを薄くしやすい。
以下では、光電変換層321の一例として、ペロブスカイトが用いられる光電変換層321を挙げて説明する。ペロブスカイト化合物を含む光電変換層321は、入射光の角度に対する発電効率の依存性(以下、入射角依存性という場合がある)が比較的低いという利点がある。これにより、太陽光発電シート1は、設置面9の勾配に対する依存性が少ないため、他の太陽電池と比較してより広い箇所に設置でき、より高い発電効率を得ることができる。
ペロブスカイト化合物は、ペロブスカイト結晶構造体及びこれに類似する結晶を有する構造体である。ペロブスカイト結晶構造体は、組成式 ABX3 で表される。この組成式において、例えば、Aは有機カチオン、Bは金属カチオン、Xはハロゲンアニオンを示す。ただし、Aサイト、Bサイト及びXサイトはこれに限定されない。
Aサイトを構成する有機カチオンの有機基は、特に限定されるものではなく、例えば、アルキルアンモニウム誘導体、ホルムアミジニウム誘導体などを挙げることができる。Aサイトを構成する有機カチオンは、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
Bサイトを構成する金属カチオンの金属としては、特に限定されるものではなく、例えば、Cu、Ni、Mn、Fe、Co、Pd、Ge、Sn、Pb、Euなどを挙げることができる。Bサイトを構成する金属カチオンは、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
Xサイトを構成するハロゲンアニオンのハロゲンは、特に限定されるものではなく、例えば、F、Cl、Br、Iなどを挙げることができる。Xサイトを構成するハロゲンアニオンは、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
光電変換層321の厚さについて、下限は、好ましくは1nm以上であり、より好ましくは5nm以上であり、より好ましくは10nm以上であり、より好ましくは100nm以上であり、より好ましくは300nm以上であり、上限は、好ましくは1000000nm以下であり、より好ましくは50000nm以下であり、より好ましくは1000nm以下である。光電変換層321は、厚さが上記数値内であると、光電変換効率が向上する。
(電子輸送層)
電子輸送層322は、光電変換層321で発生した電子を電極33へ抽出し、かつ光電変換層321で発生した正孔が、電極33へ移動するのを妨げる。電子輸送層322としては、例えば、ハロゲン化合物又は金属酸化物のいずれかを含むことが好ましい。
電子輸送層322は、光電変換層321で発生した電子を電極33へ抽出し、かつ光電変換層321で発生した正孔が、電極33へ移動するのを妨げる。電子輸送層322としては、例えば、ハロゲン化合物又は金属酸化物のいずれかを含むことが好ましい。
ハロゲン化合物は、例えば、ハロゲン化リチウム(LiF、LiCl、LiBr、LiI)、ハロゲン化ナトリウム(NaF、NaCl、NaBr、NaI)などを挙げることができる。金属酸化物を構成する元素は、チタン、モリブデン、バナジウム、亜鉛、ニッケル、リチウム、カリウム、セシウム、アルミニウム、ニオブ、スズ、バリウムなどを挙げることができる。また、電子輸送層322の材料は、n型有機半導体又はn型無機半導体を用いることもできる。
電子輸送層322の厚さについて、下限は、好ましくは1nm以上であり、より好ましくは10nm以上であり、上限は、好ましくは1000nm以下であり、より好ましくは500nm以下であり、より好ましくは50nm以下である。電子輸送層322は、厚さが上記範囲内であれば、電子の輸送が実現できる。
(電極)
電極33は導電性を有し、アノードとして機能する。電極33は、光電変換層321によって生じた光電変換に応じて、光電変換層321から電子を取り出すことができる。電極33は、透光性を有していてもよいし、不透光性材料で構成されてもよい。電極33の材料は、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、チタン、ニッケル、スズ、亜鉛、又はこれらを含む合金などを挙げることができる。
電極33は導電性を有し、アノードとして機能する。電極33は、光電変換層321によって生じた光電変換に応じて、光電変換層321から電子を取り出すことができる。電極33は、透光性を有していてもよいし、不透光性材料で構成されてもよい。電極33の材料は、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、チタン、ニッケル、スズ、亜鉛、又はこれらを含む合金などを挙げることができる。
(バリアシート)
バリアシート4は、太陽光発電シート1の厚さ方向において、バックシート2とは反対側に配置される。バリアシート4は、太陽光発電シート1の受光面を含む。バリアシート4は、透光性を有している。バリアシート4は、透明であることが好ましい。バリアシート4は、水蒸気に対するバリア性能、及び外力に対する保護性能を有する。
バリアシート4は、太陽光発電シート1の厚さ方向において、バックシート2とは反対側に配置される。バリアシート4は、太陽光発電シート1の受光面を含む。バリアシート4は、透光性を有している。バリアシート4は、透明であることが好ましい。バリアシート4は、水蒸気に対するバリア性能、及び外力に対する保護性能を有する。
バリアシート4は、可撓性を有する。バリアシート4の縦弾性係数について、下限は、好ましくは100MPa以上であり、より好ましくは1000MPa以上であり、より好ましくは2400MPa以上であり、より好ましくは3000MPa以上であり、上限は、好ましくは10000MPa以下であり、より好ましくは5000MPa以下であり、より好ましくは4200MPa以下であり、より好ましくは4000MPa以下である。バリアシート4の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、ビニル樹脂(例えば、ポリ塩化ビニル)等の合成樹脂からなるプラスチックフィルム、ビニルフィルムなどを挙げることができる。また、バリアシート4の材料としては、合成樹脂のほか、例えば、天然樹脂、ゴム、金属、パルプ等が用いられてもよい。
また、バリアシート4の厚さについて、下限は、好ましくは50μm以上であり、より好ましくは100μm以上であり、より好ましくは200μm以上であり、上限は、好ましくは1000μm以下であり、より好ましくは800μm以下であり、より好ましくは600μm以下である。バリアシート4の厚さが上記範囲内であることにより、太陽光発電シート1の曲げ強さを上記範囲内に設定しやすい。
(封止剤)
封止剤5は、バリアシート4とバックシート2との間に発電層32を配置した状態で、バリアシート4とバックシート2との間に充填される。封止剤5は、発電層32に対して、発電層32の周囲から浸水するのを妨げる。封止剤5は、透光性を有しており、好ましくは、透明である。
封止剤5は、バリアシート4とバックシート2との間に発電層32を配置した状態で、バリアシート4とバックシート2との間に充填される。封止剤5は、発電層32に対して、発電層32の周囲から浸水するのを妨げる。封止剤5は、透光性を有しており、好ましくは、透明である。
封止層の材料としては、例えば、エチレン酢酸ビニル(EVA; Ethylene-vinyl acetate)、ポリオレフィン、ブチルゴム、シリコン樹脂、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂、ポリイソブチレン樹脂、SBS樹脂、SIBS樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。
(封止縁材)
封止縁材6は、バックシート2とバリアシート4との間に複数の発電セル300及び封止剤5を配置した状態で、外縁を全長にわたって封止する。封止縁材6の外周縁が太陽光発電シート1の外周縁を構成する。封止縁材6は、図4に示すように、第1接着部60と、第2接着部61と、第1接着部60と第2接着部61とをつなぐ封着部62と、を備える。第1接着部60は、バリアシート4のおもて面(図では上面)に接着される。第2接着部61は、バックシート2のうら面(図では下面)に接着される。第1接着部60、封着部62及び第2接着部61は、一体に形成されている。
封止縁材6は、バックシート2とバリアシート4との間に複数の発電セル300及び封止剤5を配置した状態で、外縁を全長にわたって封止する。封止縁材6の外周縁が太陽光発電シート1の外周縁を構成する。封止縁材6は、図4に示すように、第1接着部60と、第2接着部61と、第1接着部60と第2接着部61とをつなぐ封着部62と、を備える。第1接着部60は、バリアシート4のおもて面(図では上面)に接着される。第2接着部61は、バックシート2のうら面(図では下面)に接着される。第1接着部60、封着部62及び第2接着部61は、一体に形成されている。
封止縁材6の材料としては、例えば、ブチルゴム、シリコーンゴム等からなるテープ材を挙げることができる。
(太陽光発電シートの作用)
太陽光発電シート1のおもて面側(バリアシート4側)から太陽光発電シート1に光が照射されると、発電部3において発電セル300の発電層32の光電変換層321が光を吸収して光電変換を行うことで、光電変換層321で電子と正孔とが生じる。当該電子が電子輸送層322を介して電極33(アノード)へ抽出され、正孔が正孔輸送層320を介して透光性導電層31(カソード)へ抽出されることで、透光性導電層31から電極33へ電流が流れる(すなわち発電が行われる)。
太陽光発電シート1のおもて面側(バリアシート4側)から太陽光発電シート1に光が照射されると、発電部3において発電セル300の発電層32の光電変換層321が光を吸収して光電変換を行うことで、光電変換層321で電子と正孔とが生じる。当該電子が電子輸送層322を介して電極33(アノード)へ抽出され、正孔が正孔輸送層320を介して透光性導電層31(カソード)へ抽出されることで、透光性導電層31から電極33へ電流が流れる(すなわち発電が行われる)。
ここで、発電部3では、図4(C)に示すように、複数の発電セル300の電極33に延長部330が設けられており、電極33の延長部330は透光性導電層31側へ延びている。隣り合う二つの発電セル300,300では、一方の発電セル300の電極33の延長部330が他方の発電セル300の透光性導電層31に接合される。この接合により、図4(C)において矢印で示すように、太陽光発電シート1に光が照射される間では、発電部3の一方端(図4(C)では右端)にある透光性導電層31から、発電部3の他方端(図4(C)では左端)にある電極33へ電流が流れる。この電流は、図示しない配電線を介して取り出される。
発電部3が複数の発電セル300を備える光電変換ユニットにより構成することで、一部の発電セル300に不具合が生じても、発電部3からの電気取り出し量を安定化させることができる。
なお、複数の発電セル300の電極33に延長部330を設けることに代わり、複数の発電セル300の透光性導電層31に、電極33側へ延びる延長部を設けてもよい。この場合、隣り合う二つの発電セル300,300では、一方の発電セル300の透光性導電層31の延長部が、他方の発電セル300の電極33に接合される。このようにしても上記と同様の効果が得られる。
また、発電部3に透光性基材30を設ける場合には、発電部3の製造を容易にする観点から、図4(C)に示すように、複数の発電セル300の透光性導電層31、発電層32及び電極33を、共通の透光性基材30に支持させることが好ましい。
また、発電部3が一つの発電セル300によって構成される場合には、透光性導電層31から電極33へ流れる電流が配電線を介して取り出される。
固定材
図1から図3に示すように、固定材7は、太陽光発電シート1の一部分を設置面9に固定するために用いられる。太陽光発電シート1は、周縁部の一部分が少なくとも固定材7によって設置面9に固定される。つまり、太陽光発電シート1は、全域が設置面9に固定されておらず、一部分だけが基本的には周縁部が設置面9に固定され、周縁部の内側に設置面9に固定されない非固定部分16を含む。また、太陽光発電シート1は、周縁部の全周にわたって設置面9に固定されておらず、周縁部に設置面9に固定されない非固定部分15を含む。
図1から図3に示すように、固定材7は、太陽光発電シート1の一部分を設置面9に固定するために用いられる。太陽光発電シート1は、周縁部の一部分が少なくとも固定材7によって設置面9に固定される。つまり、太陽光発電シート1は、全域が設置面9に固定されておらず、一部分だけが基本的には周縁部が設置面9に固定され、周縁部の内側に設置面9に固定されない非固定部分16を含む。また、太陽光発電シート1は、周縁部の全周にわたって設置面9に固定されておらず、周縁部に設置面9に固定されない非固定部分15を含む。
本明細書において、周縁部とは、太陽光発電シート1の輪郭をなす周縁から一定の範囲を持つ域を意味する。周縁部は、太陽光発電シート1の外周縁から設置面9に沿って内側に向かう方向の長さとして、好ましくは5mm以上の範囲の領域であり、より好ましくは100mm以上の範囲の領域であり、より好ましくは150mm以上の範囲の領域であり、より好ましくは250mm以下の範囲の領域であり、より好ましくは200mm以下の範囲の領域であり、より好ましくは175mm以下の範囲の領域である。また、非固定部分とは、太陽光発電シート1において、何らかの部材によって設置面9から離れる方向に動くのを規制されていない部分である。非固定部分においては、太陽光発電シート1と設置面9との間に隙間が生じ得るが、この隙間は1mm以上5mm以下程度である。
固定材7は、太陽光発電シート1の一部分を設置面9に固定することができれば、特に限定されるものではなく、例えば、マジックテープ(登録商標)などの面ファスナ、磁石、両面テープ、接着剤の他、ボルト、ねじ、鋲などの鍔部を有する鍔部材、クランプ、万力などの挟み込み部材、フック、カギづめ、L字フックなどの吊り部材、ステープルなどを挙げることができる。固定材7は、これらの中の一種又は複数種の組み合わせを選択して用いることができる。
太陽光発電シート1の周縁部を周方向に沿って途切れのない連続的に設置面9に固定することで太陽光発電シート1及び設置面9の間に雨水などの水の浸入を良好に抑制できることや、太陽光発電シート1や設置面9に穴を開けないなどの防水性の観点からは、固定材7に面ファスナ、磁石、両面テープ、接着剤を用いることが好ましい。また、固定強度の観点からは、固定材7に鍔部材、挟み込み部材、吊り部材、ステープルを用いることが好ましい。
また、面ファスナ、磁石、両面テープ、接着剤の中では、簡易に太陽光発電シート1を設置面9に固定できるとの観点からは、面ファスナ、磁石、両面テープを固定材7に用いることが好ましく、太陽光発電シート1の回収時に設置面9から太陽光発電シート1を容易に引き剥がすことができるとの観点からは、面ファスナ、磁石を固定材7に用いることが好ましい。また、固定強度の観点からは、両面テープ、接着剤を固定材7に用いることが好ましい。
本実施形態では、固定材7として、互いに面的に着脱可能でありかつ所定の幅及び長さを有する一対の帯状の面ファスナ7A,7Bを用いている。一方の面ファスナ7Aは太陽光発電シート1の設置面9と対向する側の面に例えば接着剤、粘着剤、両面テープなどを用いて固着され、他方の面ファスナ7Aは設置面9に例えば接着剤、粘着剤、両面テープなどを用いて固着される。
面ファスナ7A,7Bの材質は、特に限定されるものではないが、例えばナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどを挙げることができる。その中でも、耐久性の観点からは、ポリプロピレンを好ましく挙げることができる。面ファスナ7A,7Bの具体例としては、例えばTRSUCO社製のTMSD-25などを挙げることができる。
面ファスナ7Aは、太陽光発電シート1の周縁部の一部分に設けられる。太陽光発電シート1の周縁部は、面ファスナ7Aが設けられない部分を含んでおり、当該部分は設置面9に固定されない非固定部分15となる。面ファスナ7Aは、太陽光発電シート1の周縁部における下縁部11に非固定部分15が少なくとも一つ含まれるように、太陽光発電シート1の周縁部に設けられる。なお、周縁部における下縁部11とは、周縁部の下側の部分であり、かつ、設置面9の下る方向を横切る部分である。また、周縁部における上縁部10とは、下縁部11と上下反対の周縁部の上側の部分であり、かつ、設置面9の上る方向を横切る部分である。
例えば、本実施形態のように、太陽光発電シート1の形状が平面視矩形状である場合は、周縁部は、四方の直線状の辺部を含み、下側の辺部が下縁部11となる。なお、この場合には、上側の辺部が上縁部10となり、左側及び右側の辺部が左右の側縁部12,13となる。また、例えば、太陽光発電シート1の形状が平面視円形状である場合は、周縁部は、二つの半円弧状部を含み、下側の半円弧状部が下縁部となり、上側の半円弧状部が上縁部となる。
本実施形態では、太陽光発電シート1の周縁部のうち、上縁部10及び両側縁部12,13に面ファスナ7Aがそれぞれ上縁部10及び両側縁部12,13の全長又はほぼ全長にわたって連続的に設けられている。面ファスナ7Aは、太陽光発電シート1の上縁及び左右の側縁に当接する、つまりは、一対の上縁及び左右の側縁との間に隙間がなくてもよいし、上縁及び左右の側縁に近接する、つまりは、上縁及び左右の側縁との間に隙間があってもよい。一方、太陽光発電シート1の周縁部のうち、下縁部11は全長又はほぼ全長にわたって面ファスナ7Aが設けられていない一つの非固定部分15とされている。この非固定部分15により、太陽光発電シート1の周縁部は、その下縁部11において設置面9との間に下縁部11の全長にわたる開口が形成される。
なお、図5から図7に示す変形例のように、太陽光発電シート1の下縁部11は、その一部分が非固定部分15とされていれば、面ファスナ7Aが設けられていてもよい。
例えば、図5では、太陽光発電シート1の下縁部11に、両側縁部12,13に設けられた面ファスナ7Aと直角をなすように二つの面ファスナ7Aが設けられており、下縁部11の中央に一つの非固定部分15がある。
また、図6では、太陽光発電シート1の下縁部11に、両側縁部12,13に設けられた面ファスナ7Aと距離をあけるように一つの面ファスナ7Aが設けられており、下縁部11の両端にそれぞれ一つずつ非固定部分15がある。
また、図7では、太陽光発電シート1の下縁部11に、両側縁部12,13に設けられた面ファスナ7Aと距離をあけるように複数(図示例では三つ)の面ファスナ7Aが設けられており、下縁部11に等間隔に配置された複数(図示例では四つ)の非固定部分15がある。
図3、図6及び図7では、太陽光発電シート1の下縁部11において、左右の側縁部12,13との角の位置に面ファスナ7Aが設けられておらず、この角の位置に非固定部分15がある。太陽光発電シート1及び設置面9の間に雨水などの水が浸入すると、水は設置面9を下る方向に流れて、太陽光発電シート1の下縁部11まで流下し、非固定部分15により太陽光発電シート1の下縁部11と設置面9との間に形成された開口から排出される。
このとき、太陽光発電シート1の下縁部11において、その両端の両側縁12,13との角に非固定部分15による開口が形成されていないと、水がこの角に溜まるおそれがあるが、上述した角に非固定部分15による開口が形成されていることで、水をこの角に溜めることなく排出できる。そのため、図3、図6及び図7に示すように、太陽光発電シート1の下縁部11は、左右の側縁部12,13との角の位置において面ファスナ7Aが設けられず、設置面9に固定されないことが好ましい。
太陽光発電シート1の下縁部11において、非固定部分15は、下縁部11の底の位置にあることが好ましい。下縁部11の底とは、下縁部11において設置面9の下る方向で最も奥の部分(一番下の部分)を指す。本実施形態のように、太陽光発電シート1の形状が平面視矩形状である場合は、下縁部11はその全体が底である。また、例えば、太陽光発電シート1の形状が平面視円形状である場合は、半円弧状の下縁部の頂部が底である。
太陽光発電シート1の周縁部が、下縁部11の底の位置に非固定部分15を含むことにより、太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入し、太陽光発電シート1の下縁部11まで流下した水を、下縁部11に溜めることなく非固定部分15による開口から排出することができる。
太陽光発電シート1は、周縁部に加えて、周縁部以外の部分が固定材7を用いて設置面9に固定されていてもよい。設置面9に固定する太陽光発電シート1の周縁部以外の部分は、特に限定されないが、発電部3以外の部分つまりは発電部3を避けた部分(平面視で発電部3に重複しない部分)であることが好ましく、例えば、隣り合う発電部3の間の部分14(以下、「セル境界部14」という。)を挙げることができる。
太陽光発電シート1は、発電部3が位置する部分(平面視で発電部3に重複する部分)が固定材7によって設置面9に固定されていると、太陽光発電シート1の回収時に太陽光発電シート1を設置面9から引き剥がす際に、固定材7の部分で発電部3が折れ曲がって発電部3が破損するおそれがある。よって、太陽光発電シート1の発電部3が位置する部分を固定材7によって設置面9に固定しないようにすることで、太陽光発電シート1の取り外しの際の発電部3の破損を抑制することができる。
なお、太陽光発電シート1において発電部3が位置する部分は、必ずしも厳密に設置面9に固定されていない必要はなく、発電部3の輪郭をなす周縁から内側に30mm程度までであれば、設置面9に固定されていても発電部3が破損するほどの影響はない。そのため、本明細書では、発電部3の周縁から内側に30mm程度の部分は、上述した「発電部3を避けた部分」に含まれる。
太陽光発電シート1のセル境界部14を設置面9に固定するために、図8から図10に示す変形例では、セル境界部14に沿って固定材7として面ファスナ7Aが設けられている。
例えば、図8では、太陽光発電シート1のセル境界部14に、両側縁部12,13に設けられた面ファスナ7Aと直角をなすように二つの面ファスナ7Aが設けられており、セル境界部14の中央に一つの非固定部分16がある。
また、図9では、太陽光発電シート1のセル境界部14に、両側縁部12,13に設けられた面ファスナ7Aと距離をあけるように一つの面ファスナ7Aが設けられており、セル境界部14の両端にそれぞれ一つずつ非固定部分16がある。
また、図10では、太陽光発電シート1のセル境界部14に、両側縁部12,13に設けられた面ファスナ7Aと距離をあけるように複数(図示例では三つ)の面ファスナ7Aが設けられており、セル境界部14に等間隔に配置された複数(図示例では四つ)の非固定部分16がある。
図9及び図10では、太陽光発電シート1のセル境界部14において、左右の側縁部12,13との角の位置に面ファスナ7Aが設けられておらず、この角の位置に非固定部分16がある。これにより、太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入した水を、この角に溜まることなく設置面9の下る方向に流下させることができる。そのため、図9及び図10に示すように、太陽光発電シート1のセル境界部14は、左右の側縁部12,13との角の位置において面ファスナ7Aが設けられず、設置面9に固定されないことが好ましい。
太陽光発電シート1の周縁部以外の部分について設置面9に固定させる場合、上述したように、発電部3が位置する部分を設置面9に固定しないことに加えて、下縁部11における非固定部分15による開口が、太陽光発電シート1及び設置面9の間の隙間と繋がるようにすることが好ましい。これにより、太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入した水を、太陽光シート1の下縁部11の非固定部分15による開口まで流通させることができる。
上述した太陽光発電シート1の下縁部11及びセル境界部14において、非固定部分15,16の占める割合は、特に限定されるものではないが、下縁部11及びセル境界部14の全長に対して10%以上90%以下であることが好ましく、30%以上60%以下であることがより好ましい。非固定部分15,16の占める割合が上述した数値範囲内にあることで、太陽光発電シート1を設置面9に良好に固定することができるうえ、太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入した水を設置面9の下る方向に良好に流下させることができる。
固定材7としての面ファスナ7Aの幅について、下限は、好ましくは10mm以上であり、より好ましくは15mm以上であり、上限は、好ましくは50mm以下であり、より好ましくは30mm以下である。面ファスナ7Aの幅が上記範囲内にあることで、太陽光発電シート1を設置面9に良好に固定することができるうえ、面ファスナ7Aが太陽光発電シート1の発電部3が位置する部分にはみ出て太陽光発電シート1の3が位置する部分について設置面9に固定されるのを抑制することができる。
設置面9に対する固定材7による太陽光発電シート1の固定力は、全てが等しくてもよいし、場所により固定力に強弱を付けてもよい。例えば、太陽光発電シート1の周縁部における固定材7の固定力よりも、太陽光発電シート1のセル境界部14における固定材7の固定力を弱くしてもよい。これにより、太陽光発電シート1の周縁部を設置面9に強く固定して設置面9からのめくれや剥がれを抑制したうえで、太陽光発電シート1の回収時に太陽光発電シート1を設置面9から容易に引き剥がすことができる。
固定材7による固定力の強弱を付ける手段は、特に限定されるものではないが、例えば面ファスナ7A,7Bであれば、互いの接着力に差をつける、面ファスナ7A,7Bの幅に差をつけるなどを挙げることができる。固定材7による固定力に強弱を付ける場合、特に限定されるものではないが、弱いほうの固定力は強いほうの固定力の好ましくは3/4以下であり、より好ましくは2/3以下であり、より好ましくは1/2以下である。
本明細書において、固定材7による固定力は、主に引き剥がし力のことを指し、90度ピール試験(JIS Z0237)にて計測することが好ましい。測定方法及び引き剥がし速度は、上記の相対比較を行う際には同一条件で計測することとする。
太陽光発電シートの施工方法
次に、本実施形態に係る太陽光発電シート1を施工面9に設置する施工方法の一例を説明する。
次に、本実施形態に係る太陽光発電シート1を施工面9に設置する施工方法の一例を説明する。
まず作業者は、設置面9の太陽光発電シート1を載せる場所に対し、固定材7として太陽光発電シート1に設けられた面ファスナ7Aと着脱可能な面ファスナ7Bを、面ファスナ7Aに対応する位置に、接着剤、粘着剤、両面テープなどを用いて固着する。
そして、作業者は、設置面9に太陽光発電シート1を載せ、太陽光発電シート1の面ファスナ7Aを設置面9の面ファスナ7Bに接着させて、太陽光発電シート1の周縁部について、下縁部11は設置面9に固定せずに非固定部分15とし、下縁部11以外を固定材7によって設置面9に固定し、下縁部11と設置面9との間に開口を形成する。これによって、太陽光発電シート1の施工が完了する。この方法によると、可撓性を有する太陽光発電シート1を設置面9に簡易に設置することができる。
作用効果
本実施形態に係る設置構造100は、太陽光発電シート1の周縁部の一部分が固定材7によって設置面9に固定されており、太陽光発電シート1の周縁部は、その下縁部11に設置面9に固定されていない少なくとも一つの非固定部分15を含むことを特徴としている。これにより、太陽光発電シート1が設置面9に設置された状態において、雨水などの水が太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入しても、水は設置面9を下る方向に流れて、太陽光発電シート1の下縁部11まで流下し、非固定部分15により太陽光発電シート1の下縁部11と設置面9との間に形成された開口から排出される。よって、太陽光発電シート1及び設置面9の間に水が溜まることが抑制され、水が発電部3に接触して太陽光発電シート1が劣化することを抑制することができる。
本実施形態に係る設置構造100は、太陽光発電シート1の周縁部の一部分が固定材7によって設置面9に固定されており、太陽光発電シート1の周縁部は、その下縁部11に設置面9に固定されていない少なくとも一つの非固定部分15を含むことを特徴としている。これにより、太陽光発電シート1が設置面9に設置された状態において、雨水などの水が太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入しても、水は設置面9を下る方向に流れて、太陽光発電シート1の下縁部11まで流下し、非固定部分15により太陽光発電シート1の下縁部11と設置面9との間に形成された開口から排出される。よって、太陽光発電シート1及び設置面9の間に水が溜まることが抑制され、水が発電部3に接触して太陽光発電シート1が劣化することを抑制することができる。
また、本実施形態に係る設置構造100は、取付架台を用いることなく設置面9に太陽光発電シート1を設置することができる。よって、太陽光発電シート1を設置面9に簡易に設置することができる。
また、本実施形態に係る設置構造100は、太陽光発電シート1の下縁部11の底の位置に非固定部分15を含むことを特徴としている。これにより、太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入し、太陽光発電シート1の下縁部11まで流下した水を、下縁部11に溜めることなく非固定部分15による開口から排出することができる。
また、本実施形態に係る設置構造100は、太陽光発電シート1の下縁部11において左右の側縁部12,13との角の位置に非固定部分を含む15を含むことを特徴としている。これにより、太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入し、太陽光発電シート1の下縁部11まで流下した水を、上述した角に溜めることなく非固定部分15による開口から排出できる。
また、本実施形態に係る設置構造100は、太陽光発電シート1の周縁部において下縁部11以外の部分、特に上縁部10が設置面9に固定されていることを特徴としている。これにより、雨水などの水が太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入することを良好に抑制することができる。
また、本実施形態に係る設置構造100は、太陽光発電シート1がペロブスカイト化合物を含む複数の発電部3を有することを特徴としている。ペロブスカイト化合物を含む発電部3を有する太陽光発電シート1は、入射角依存性が小さいため、例えば凸凹している設置面9に直接設置しても、発電効率が損なわれるのを抑制することができる。
また、本実施形態に係る設置構造100は、太陽光発電シート1が発電部3を避けた部分で固定材7により設置面9に固定されていることを特徴としている。これにより、固定材7が発電効率に影響を与えることを抑制できるうえ、太陽光発電シート1の回収時に太陽光発電シート1を設置面9から引き剥がす際に、発電部3が折れ曲がって発電部3が破損するのを抑制することができる。
また、本実施形態に係る設置構造100は、太陽光発電シート1の曲げ強さが50MPa以上200MPa以下であることを特徴としている。太陽光発電シート1が柔らかすぎずかつ硬すぎない柔軟性を有することにより、太陽光発電シート1の取り扱いが容易であり、太陽光発電シート1の破損を抑制したうえで設置面9に容易に設置することができる。
また、本実施形態に係る設置構造100は、太陽光発電シート1の設置面9に対向する面の臨界表面張力が45mN/m未満であることを特徴としている。これにより、太陽光発電シート1及び設置面9の間に浸入した雨水などの水を設置面9の下る方向に流下させやすくすることができる。
他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、図1から図10に示す実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎず、本発明は図1から図10に示す実施形態に限定されない。実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。以下、本発明の他の実施形態について説明する。以下に説明する他の実施形態についても、本発明の目的を達成することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、図1から図10に示す実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎず、本発明は図1から図10に示す実施形態に限定されない。実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。以下、本発明の他の実施形態について説明する。以下に説明する他の実施形態についても、本発明の目的を達成することができる。
図1から図10に示す実施形態では、太陽光発電シート1の上縁部10は全長にわたって固定材7として面ファスナ7Aが連続的に設けられており、上縁部10の全部が設置面9に固定されている。他の実施形態の設置構造100として、図11から図14に示すように、太陽光発電シート1の上縁部10が少なくとも一部分に設置面9に固定されない非固定部分17を含むようにしてもよい。
例えば、図11に示すように、太陽光発電シート1の上縁部10において、その全長にわたって固定材7として面ファスナ7Aが設けられていない一つの非固定部分17としてもよい。
あるいは図12に示すように、太陽光発電シート1の上縁部10において、両側縁部12,13に設けられた面ファスナ7Aと直角をなすように二つの面ファスナ7Aを設けて、上縁部10の中央に一つの非固定部分17を設けてもよい。
あるいは図13に示すように、太陽光発電シート1の上縁部10において、両側縁部12,13に設けられた面ファスナ7Aと距離をあけるように一つの面ファスナ7Aを設けて、上縁部10の両端にそれぞれ一つずつ非固定部分17を設けてもよい。
あるいは図14に示すように、太陽光発電シート1の上縁部10において、両側縁部12,13に設けられた面ファスナ7Aと距離をあけるように複数(図示例では三つ)の面ファスナ7Aを設けて、上縁部10に等間隔に複数(図示例では四つ)の非固定部分17を設けてもよい。
図11から図14に示す実施形態では、設置面9に沿って流れる風が太陽光発電シート1及び設置面9の間に吹き込んだ場合に、風は太陽光発電シート1の下方で通り抜ける。よって、設置された太陽光発電シート1が風で膨らんだりするのを抑制することができる。また、太陽光発電シート1及び設置面9の間に溜まった水が気化して蒸気が生成された場合に、蒸気を太陽光発電シート1の上縁部10における非固定部分17から排出することができる。
なお、図11から図14に示す実施形態においては、図1から図10に示す実施形態と同様、太陽光発電シート1の下縁部11やセル境界部14に固定材7として面ファスナ7Aを設けてもよい。
図1から図10に示す実施形態の設置構造100では、太陽光発電シート1の左右の側縁部12,13は全長にわたって固定材7として面ファスナ7Aが連続的に設けられており、左右の側縁部12,13の全部が設置面9に固定されている。他の実施形態の設置構造100として、図15に示すように、太陽光発電シート1の左右の側縁部12,13が少なくとも一部分に設置面9に固定されない非固定部分18を含むようにしてもよい。図15では、太陽光発電シート1の左右の側縁部12,13に複数の面ファスナ7Aが等間隔に設けられ、複数の非固定部分18が等間隔で設けられている。
図15に示す実施形態では、設置面9に沿って流れる風が太陽光発電シート1及び設置面9の間に吹き込んだ場合に、風は太陽光発電シート1の下方で通り抜ける。よって、設置された太陽光発電シート1が風で膨らんだりするのを抑制することができる。また、太陽光発電シート1及び設置面9の間に溜まった水が気化して蒸気が生成された場合に、蒸気を太陽光発電シート1の左右の側縁部12,13における非固定部分18から排出することができる。
なお、図15に示す実施形態においては、図1から図10に示す実施形態と同様、太陽光発電シート1のセル境界部14に固定材7として面ファスナ7Aを設けてもよい。また、太陽光発電シート1の上縁部10及び下縁部11に設けられた面ファスナ7Aを、図1から図14に示す実施形態と同様の形状にしてもよい。
上述した全ての実施形態について、固定材7を面ファスナ7A,7Bではなく、磁石、両面テープ、接着剤、ボルト、ねじ、鋲などの鍔部を有する鍔部材、クランプ、万力などの挟み込み部材、フック、カギづめ、L字フックなどの吊り部材、ステープルなどにしてもよい。
固定材7を磁石にする場合は、上述した全ての実施形態において、面ファスナ7A,7Bを互いに引き合い可能な一対の磁石に代え、面ファスナ7A,7Bと同様に、一方の磁石を太陽光発電シート1に接着剤、粘着剤、両面テープなどを用いて固着し、他方の磁石を設置面9に接着剤、粘着剤、両面テープなどを用いて固着すればよい。なお、設置面9が磁性を有する場合は、太陽光発電シート1にのみ設置面9に引き合う磁石を接着剤、粘着剤、両面テープなどを用いて固着すればよい。磁石の具体例としては、例えばスガツネ社製のネオジウムマグネットテープ(NMS-3-200)などを挙げることができる。固定材7としての磁石の幅は、特に限定されるものではないが、面ファスナ7A,7Bと同じにすることができる。固定材7に磁石を用いた場合に固定力の強弱を付ける手段は、特に限定されるものではないが、例えば磁力に差をつける、磁石の幅に差をつけるなどを挙げることができる。磁石による固定力に強弱を付ける場合、特に限定されるものではないが、弱いほうの固定力は強いほうの固定力の好ましくは3/4以下であり、より好ましくは2/3以下であり、より好ましくは1/2以下である。
また、固定材7を両面テープにする場合は、上述した全ての実施形態において、面ファスナ7Aを両面テープに代えるとともに面ファスナ7Bをなくし、面ファスナ7Aと同様に、両面テープを太陽光発電シート1に貼り付ければよい。両面テープの具体例としては、例えば3M社製のスコッチ(SKB‐20)などを挙げることができる。固定材7としての粘着テープの幅は、特に限定されるものではないが、面ファスナ7A,7Bと同じにすることができる。
また、固定材7を接着剤にする場合は、上述した全ての実施形態において、面ファスナ7Aを接着剤に代えるとともに面ファスナ7Bをなくし、面ファスナ7Aと同様に、接着剤を例えば太陽光発電シート1に塗布すればよい。
接着剤の粘度について、下限は、好ましくは800cP以上であり、より好ましくは1000cP以上である。接着剤の粘度が上記範囲内であることにより、太陽光発電シート1を設置面9に強く接着できる。接着剤の粘度は800cP未満であってもよいが、100cP以上であることが好ましい。接着剤の粘度の上限は、接着剤の取り扱い性の点で、好ましくは10×107cP以下であり、より好ましくは10×106cP以下であり、より好ましくは10×104cP以下である。
接着剤の振動に対する損失係数(tanδ)について、下限は、好ましくは0.01以上であり、より好ましくは0.05以上であり、より好ましくは0.07以上であり、上限は、好ましくは0.3以下であり、より好ましくは0.25以下であり、より好ましくは0.2以下である。損失係数は、設置面9から接着剤を介して太陽光発電シート1に伝達される振動エネルギー量を示す。損失係数は、接着剤の貯蔵弾性率/損失弾性率によって算出される。損失係数は、レオメータを用いてJIS K7244-10に従い測定できる。
太陽光発電シート1が屋根や壁等の設置面9に設置される場合、太陽光発電シート1は設置面9の振動に伴って振動する場合がある。この設置面9の振動を原因にして太陽光発電シート1が振動すると、太陽光発電シート1の発電効率が低下するおそれがある。特に太陽光発電シート1を大型化した場合には、上述した設置面9の振動を原因にした太陽光発電シート1の振動が大きくなり、太陽光発電シート1は振動による発電効率の低下の課題が顕著となる。
接着剤の損失係数が上記範囲内にあることで、設置面9の振動を効果的に弾性的な損失としてエネルギーを硬化した接着剤の層において消費できため、太陽光発電シート1が振動するのを抑制できる。加えて、太陽光発電シート1を接着剤によって設置面9に強く固定でき、特に設置面9が傾斜していて太陽光発電シート1の設置角度が水平面に対して鉛直に近づいても、太陽光発電シート1が設置面9を下方へすべり落ちるのを抑制できる。
接着剤の厚みについて、下限は、好ましくは0.1mm以上であり、より好ましくは1mm以上であり、より好ましくは3mm以上であり、上限は、好ましくは20mm以下であり、より好ましくは15mm以下であり、より好ましくは10mm以下である。接着剤の厚みが上記範囲内にあることで、設置面9の振動を硬化した接着剤の層において効果的に抑制でき、太陽光発電シート1が振動するのを抑制できる。加えて、設置面9への重量的負荷を軽減できる。
硬化した接着剤の層の横弾性係数について、下限は、好ましくは0.1MPa以上であり、より好ましくは0.5MPa以上であり、より好ましくは1MPa以上であり、上限は、好ましくは100MPa以下であり、より好ましくは50MPa以下であり、より好ましくは10MPa以下である。硬化した接着剤の層の横弾性係数が上記範囲内であることより、設置面9の形状に応じて太陽光発電シート1を沿わせて設置面9に施工できるため、面積を有効活用できる。
接着剤を介した設置面9に対する太陽光発電シート1の剥離強度は、0.1N/cm以上であることが好ましい。剥離強度はJIS K6854-1に準拠される90°剥離試験で得られる測定結果であり、経年的に劣化する場合は施工時点での剥離強度とする。
接着剤としては、特に限定されないが、例えば、酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、シアノアクリレート樹脂、アクリル樹脂、クロロプレンゴム、スチレン、ブタジエンゴム、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂から選ばれる少なくとも1つ以上を含む樹脂組成物を使用できる。
接着剤は、施工現場で設置面9又は太陽光発電シート1に塗布してもよいし、シート状などをなしてあらかじめ太陽光発電シート1又は設置面9(特に設置建材等)に設けられ、施工現場へ輸送の際は離形保護シートで接着面が覆われていて、施工現場に到着後に離形保護シートを剥がして使用するようにしてもよい。
接着剤の幅について、太陽光発電シート1の外周縁から設置面9に沿って内側に向かう方向の長さとして、下限が好ましくは5mm以上であり、より好ましくは100mm以上であり、より好ましくは150mm以上であり、上限が250mm以下であり、より好ましくは200mm以下であり、より好ましくは175mm以下である。接着剤の幅が上記範囲内であることで、設置面9の振動を原因とした太陽光発電シート1の振動を接着剤により効果的に抑制できる。
固定材7に両面テープや接着剤を用いた場合に固定力の強弱を付ける手段は、特に限定されるものではないが、例えば接着力に差をつける、両面テープや接着剤塗布領域の幅に差をつけるなどを挙げることができる。両面テープや接着剤による固定力に強弱を付ける場合、特に限定されるものではないが、弱いほうの固定力は強いほうの固定力の好ましくは3/4以下であり、より好ましくは2/3以下であり、より好ましくは1/2以下である。
また、固定材7をボルト、ねじ、鋲などの鍔部を有する鍔部材、クランプ、万力などの挟み込み部材、フック、カギづめ、L字フックなどの吊り部材、ステープルにする場合は、図16及び図17(A)に示すように、例えば太陽光発電シート1の周縁部の全周にわたって複数の固定材7(図示例ではボルト7C)を間隔をあけてねじ込んだり打ち込んだりすることで、太陽光発電シート1を設置面9に固定すればよい。これにより、太陽光発電シート1の周縁部は、周方向に均等に設置面9に固定されない非固定部分19を含む。なお、太陽光発電シート1の周縁部において複数の固定材7をねじ込んだり打ち込んだりする位置は、図16及び図17(A)の例に特に限定されるものではない。
図16及び図17(A)に示す実施形態では、固定材7が太陽光発電シート1を貫通するので、太陽光発電シート1に形成される貫通孔から太陽光発電シート1内に水が浸入しないように適切な止水処理を施すことが好ましい。
また、固定材7をボルト、ねじ、鋲などの鍔部を有する鍔部材、クランプ、万力などの挟み込み部材、フック、カギづめ、L字フックなどの吊り部材、ステープルにする場合においては、図17(B)に示すように、固定材7として例えばボルト7Cとともに、所定の長さと所定の幅とを有する板状のフレーム材8を準備する。そして、フレーム材8を太陽光発電シート1の周縁部及び設置面9に跨るように配置し、ボルト7Cでフレーム材8を設置面9に固定することで、ボルト7C及びフレーム材8によって太陽光発電シート1の周縁部を設置面9に固定するようにしてもよい。図17(B)に示す実施形態では、固定材7が太陽光発電シート1を貫通しないため、上述した止水処理は必ずしも必要ではない。
上述した全ての実施形態において、太陽光発電シート1は必ずしも長手方向が設置面9の下る方向を向くように設置面9に設置する必要はなく、短手方向が設置面9の下る方向を向くように設置面9に設置してもよい。
上述した全ての実施形態において、太陽光発電シート1は樹脂製シート等のシート材を介して設置面9に設置されていてもよく、この場合、シート材の表面も設置面9となる。シート材としては、例えば繊維含有シートが挙げられる。
繊維含有シートは、繊維を含有するシートである。繊維含有シートとして、繊維の周囲が樹脂で被覆された繊維強化シート、又は或いは不織布を使用できる。この場合、繊維含有シートに含ませる繊維の材料として例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ乳酸、ポリオレフィン、アスファルト、珪砂が使用される。繊維含有シートの厚さは、好ましくは0.1mm以上100mm以下である。設置面9が繊維含有シートにより覆われて太陽光が照射されるのが遮られることで、草木が設置面9に生える、育つのを抑制することができる。
繊維含有シートの平面視形状は、特に限定されるものではなく、長方形状などの矩形状、円形状、楕円形状、多角形状など、種々の形状とすることができる。繊維含有シートは、太陽光発電シート1と同じ形状で同じ大きさに形成することができるが、太陽光発電シート1よりも一回り大きく形成されていることが好ましい。これにより、繊維含有シートを設置面9に敷設、固定することで、太陽光発電シート1を設置面9に設置することができる。
上述した全ての実施形態において、太陽光発電シート1は、ペロブスカイト化合物を含む光電変換層321の代わりに、アモルファスシリコンを含む光電変換層を有していてもよく、あるいは、アモルファスシリコン及びペロブスカイト化合物を複合的に含むタンデム型の積層構造の光電変換層を備えていてもよい。なおペロブスカイト化合物を光電変換層321に含めるようにすれば、ペロブスカイト化合物の発電効率の依存性が光の入射角度に対して比較的低いことで、より高い発電効率を得ることができる。
上述した全ての実施形態において、太陽光発電シート1は、ペロブスカイト化合物を含む光電変換層321を有する太陽光発電シートを例にして説明をしたが、本発明の太陽光発電シートの設置構造は、可撓性を有する太陽電池シートであれば同等の効果を発揮することができる。また、太陽光発電シート1としては、光により発電効果が得られるシートだけでなく、光エネルギーを別のエネルギーに変換するシート(光エネルギー変換シート)であってもよい。光エネルギー変換シートとしては、例えば、光エネルギーを熱エネルギーに変換する光発熱シート(太陽光駆動型熱電変換デバイス)などを挙げることができる。
1 太陽光発電シート
3 発電部
7 固定材
9 設置面
10 太陽光発電シートの上縁部
11 太陽光発電シートの下縁部
12 太陽光発電シートの側縁部
13 太陽光発電シートの側縁部
15 太陽光発電シートの非固定部分
17 太陽光発電シートの非固定部分
3 発電部
7 固定材
9 設置面
10 太陽光発電シートの上縁部
11 太陽光発電シートの下縁部
12 太陽光発電シートの側縁部
13 太陽光発電シートの側縁部
15 太陽光発電シートの非固定部分
17 太陽光発電シートの非固定部分
Claims (11)
- 水平面に対して角度をなして交わる設置面と、
可撓性を有する太陽光発電シートと、
前記設置面に設置された前記太陽光発電シートを前記設置面に固定するための固定材と、
を備え、
前記太陽光発電シートは、その周縁部の一部分が前記固定材によって前記設置面に固定されており、
前記周縁部は、その下縁部に前記設置面に固定されていない少なくとも一つの非固定部分を含む、太陽光発電シートの設置構造。 - 前記周縁部は、前記下縁部の底の位置に前記非固定部分を含む、請求項1に記載の太陽光発電シートの設置構造。
- 前記周縁部は、前記下縁部において前記周縁部の左右の側縁部との角の位置に前記非固定部分を含む、請求項1又は2に記載の太陽光発電シートの設置構造。
- 前記周縁部は、その上縁部に少なくとも一つの前記非固定部分を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
- 前記周縁部は、前記下縁部以外が前記設置面に固定されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
- 前記固定材が、面ファスナ、磁石、両面テープ、接着剤、ボルト、ねじ及びステープルからなる群より選択される少なくとも一種である、請求項1から5のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
- 前記太陽光発電シートは、ペロブスカイト化合物を含む複数の発電部を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
- 前記太陽光発電シートは、前記発電部を避けた部分が前記固定材により前記設置面に固定されている、請求項7に記載の太陽光発電シートの設置構造。
- 前記太陽光発電シートの曲げ強さが50MPa以上200MPa以下である、請求項1から8のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
- 前記太陽光発電シートにおいて、前記設置面に対向する面の臨界表面張力が45mN/m未満である、請求項1から9のいずれか一項に記載の太陽光発電シートの設置構造。
- 水平面に対して角度をなして交わる設置面に対して可撓性を有する太陽光発電シートを設置するための太陽光発電シートの施工方法であって、
前記太陽光発電シートの周縁部を、その下縁部の少なくとも一部分が前記設置面に固定されないようにして固定材によって前記設置面に固定する、太陽光発電シートの施工方法。
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