JP3164871U - フレキシブル太陽電池と屋根材又はサイディングの新規な接着構造 - Google Patents

Abstract

【課題】屋根材又はサイディングと一体化したフレキシブル太陽電池の構造に関し、施工性と耐久性に優れた太陽電池と屋根材や壁面の接着構造を提供する。【解決手段】耐候性、耐熱性、接着性に優れたアクリルフォームを使用して、ＪＩＳ１種１号に合格した高品質のユニットを提供し、太陽電池一体型の屋根材とした。しかも幅が一定で長さの異なる３種類の太陽電池一体型の屋根材を用意すれば、屋根面積を広く活用して、最大の発電量を得るように施工できる。さらに、水仕舞処理の確実なユニットの組立方式の屋根として、品質と施工性を同時に解決した。壁面についても施工後のデザインを考慮して、太陽電池一体型のサイディングを施工する。【選択図】図１

Description

本考案は、屋根材又はサイディングと一体化したフレキシブル太陽電池の構造に関するものであり、施工性と耐久性に優れた太陽電池と屋根材や壁面の接着構造に関する。

検索項目として公開特許公報と公開実用新案公報の要約及び請求の範囲を選択して、屋根材一体化太陽電池モジュール又は太陽電池一体型屋根材を検索キーワードとして検索すると７件が検索できた。一方、屋根材一体型太陽電池モジュール又は太陽電池一体型屋根材を検索キーワードにすると、３７件が検索できた。後者の場合には、施工方法や製造方法が含まれており、前者では、検索できていない屋根材一体型太陽電池モジュールが含まれていた。従って、３７件の公開特許を調査した。

公開特許３７件の中には、１既設の屋根に、太陽電池モジュールを後つけする方法の特許、すなわち太陽電池モジュールの架台についての技術が含まれている（特許文献１）。つぎに、太陽電池モジュールを屋根に取付けるフレームに関する特許がある（特許文献２及び３）。凹凸のある屋根材の窪みに、太陽電池モジュールを設置してビス止めにより固定し、端子を凸部内の空間にまとめる技術も公開されている（特許文献４）。

つぎに公開されている技術は、減圧空間の中に、屋根基材と太陽電池モジュールを、重ね合わせて設置するものである。ここで注目される技術として、屋根基材と太陽電池モジュールを液体接着剤によって接合する方法である。溶剤型、エマルジョン型等が提案され、とくにシリコン系接着剤が耐候性の点から好ましいとされている（特許文献５）。

特許文献１から５までの背景技術は、比較的新しい技術であり、最近、家屋や工場の屋根の太陽光発電設備の施工に採用されている。本考案者は、特許検索の中で、太陽電池一体型屋根材の公開技術の中では、やや古い技術ではあるが、折板タイプの金属製屋根材に、両面テープにより太陽電池モジュールを固定する技術が公開されていることを認めた。その両面テープの材質についての記載は見当たらない（特許文献６及び７）。

同様の検索を、太陽電池一体型サイディング及びサイディング一体化太陽電池で検索したがヒットしなかった。つぎに、移動車両、太陽電池、屋根をキーワードとして検索したが、これもヒットしなかった。さらに、公報全文を検索項目としてサイディング及び太陽電池をキーワードとして検索すると１４６件が、検索できた。発明の名称から関係のないものが多数含まれていたが、５件の関連技術があった。以下にそれを記載する。

基材と太陽電池モジュールを接着層で積層する考え方が公開されていた。しかし、接着剤組成については明細書の中での説明はない（特許文献８）。つぎに、壁パネルに折り返し面を持たせた構造のものが公開されている。この特許では、接着層としてエチレンと酢酸ビニルの共重合体、シリコン樹脂等の固形のものが、公開されている（特許文献９）。

また、耐防火性に優れた太陽電池モジュールやその屋根材の技術が公開されている。その中に、太陽電池モジュールが鋼板と一体化されている記載がある。発明の詳細な説明の中で、封止する樹脂としてエチレンと酢酸ビニルの共重合体が、記載されている（特許文献１０）。

つぎに、建築物の外壁に、太陽電池を配置する技術が公開されている。その場合の目的は、サイディングとの間に、通気空間を有するように、固定には金具、フック等を使用する技術である（特許文献１１）。さらに、トイレの屋根にソーラーパネルを設置する構造が公開されている。微生物で分解する便槽の動力に使用するねらいであり、風力発電との複合についても公開されている（特許文献１２）。

特開２０００−１４５０７４ 特開２００１−５３３２３ 特開平１０−２１９９５０ 特開２０００−１９６１２９ 特開２００２−４３６０６ 特開平０６−８５３０４ 特開平０６−８５３０５ 特開平１１−１４１０６０ 特開２０００−２０４７４１ 特開２０００−２１３１３０ 特開２００１−０４９８３３ 実用新案２００６−８１００

以上の背景技術では、太陽電池と基材を、アクリル粘着剤を両面に塗布したアクリルフォームで接着する技術は見当たらない。溶剤に溶かした液体系の接着剤によって積層する以外の技術は、未開拓であった。

ここで、言葉の定義について触れておく。基材とは、屋根材の場合には、鋼板、例えばガルバリウム鋼板のような鋼板を、サイディングの場合には、鉄板やアルミニウムのような金属系のサイディング、セメント系や窯業系のサイディング、樹脂サイディングも含むものである。フレキシブル太陽電池とは、曲面への施工も可能な湾曲性のあるものであり、その両面には、テトラフルオロエチレンとエチレンを共重合させたフッ素樹脂の薄膜がコーティングされたものを云う。

本考案者は、１新規建設家屋における屋根や壁面、或いは移動車両の屋根への施工性、２野地板への簡便な施工法の追求、３太陽電池一体型屋根材の全体設計とそのユニットの工場生産技術の開発、４技術進歩の著しい耐候性、耐熱性、接着性等に優れた新しい粘着性のある接着剤の採用による新規な組立技術、５接続コードの収容と水仕舞処理の確実な太陽電池一体型屋根材及びサイディングのユニットの商品化等を課題とした。また、屋根材については、建築物に限定するものではなく、バスやトラックからゴルフカートのような移動体の屋根材も対象である。

背景技術と本考案技術の位置づけは、表１により示した。４が本考案の技術分類である。

耐候性、耐熱性、クッション性、変形への追従性等の品質、施工性、組立時の取扱のし易さ等の点から総合的に比較検討し、接着剤の素材と形態に関しては、アクリルフォームを使用し、その両面にアクリル系粘着剤を付着させたテープを採用した。

架台やフレームを必要とする瓦屋根への施工は他の技術にゆずり、１作業性と施工性の改善のために基材と太陽電池モジュールの接合は、約１ｍｍのシート状のアクリルフォームの両面に感圧型の粘着剤を付着させたもので実施する。２アクリルフォームにアクリル系の粘着剤を塗布して使用すると、太陽電池の裏面と汚れのない金属面との間の接着力は、９０度の引き剥がし接着力において約２０Ｎ／ｍｍが達成できる。３ＪＩＳＺ１５１４の試験方法により１種１号に合格する。

さらに、以下のことを実行して、幅４６ｃｍ、長さ３４０ｃｍの太陽電池一体型屋根材ユニットの工場生産体制を確立する。１感圧接着剤であるので、接着時５０Ｎ／ｃｍ^２以上の圧力をかけること。２屋根基材の表面の汚染は、接着力に大きく影響するので、汚れのない紙又は布で拭く。３拭き取りは一方向とし、往復させないこと。４金属製の屋根基材では、トルエンにより表面を洗浄する。５水分がある場合にはエタノールで拭く。６プライマー処理が必要な場合にはクロロプレンゴムを溶解したシクロヘキサンの塗布を行う。７接着処理時の外気温が、０℃以下では、接着力が得られないことがある。時々抜取り検査を行う。８９０度引き剥がし接着力が、１５Ｎ／１０ｍｍ以上を確認して管理する。

固形の接着剤によって接着した場合と比較して、シート状のアクリルフォームのアクリル系粘着剤による接着は、屋根材及びサイディングとしての使用において、線膨張率の異なる異種の被着体の伸縮に対して変形しながらの追従性があり、テープの剥離応力を受ける面積が広がり破壊までの仕事量が多く、安定した接着性を発揮する効果がある。

この高性能のユニットについて、長さが２分の１及び４分の１のユニットを揃えると、その組合せで、屋根面積の全体に施工でき、また、１ストリング当りの電流と電圧を揃えてパワーコンディショナーに接続できるため、より大きい発電量が得られる効果がある。

さらに、工場で太陽電池一体型のユニットを組立てて出荷することにより現地での作業が大幅に省略される効果があった。太陽電池一体型の屋根材或いはサイディングを連結させて組立ながら接続コードを収納しつつ屋根面や壁面が形成できることは、工期の短縮につながった。

フレキシブル太陽電池と基材の接着断面模式図 線膨張率の異なるフレキシブル太陽電池と基材の変形模式図 粘着剤層は省略した。 剥離時のフォームと粘着剤の変形模式図 粘着剤層は省略した。

スチールよりなる屋根基材に対して、厚み０．３から１．５ｍｍアクリルフォームシートの両面に、ブチルアクリレートを主体とする粘着剤を、１〜５０ｇ／ｍ^２塗布したテープを使用して、フレキシブル太陽電池を接着する。接着後に５０Ｎ／ｃｍ^２の圧力をかけて密着させる。その際、屋根基材と太陽電池の接着面に、水滴や汚れのないことを確認し、ほこりが付着している場合には、スパンボンドのような長繊維不織布で、一方向に拭く。

太陽電池一体型屋根材ユニット製造の品質管理として、１００ユニットに１回の割合で９０度引き剥がし接着力が、１５Ｎ／１０ｍｍ以上であることを確認して管理する。合格しなかった場合、目視検査で見えない汚れや湿気の付着があると想定されるので、トルエンやエタノールで拭く。

このような品質管理で、家屋の設計図に従い、長尺の太陽電池一体型屋根材ユニットとその２分の１、４分の１の長さの太陽電池一体型屋根材ユニットの所定量を製造して出荷する。いずれも図１に示すように、１のフレキシブル太陽電池と３で示すアクリルフォームシートの両面に２で示すアクリル系の粘着剤がコーティングされたもので、４の基材が接着されて、ユニット化されている。

厚み１．２ｍｍのアクリルフォームシートに、ナイフコーティング法によりブチルアクリレートに、１０％のアクリル酸を重合した溶液を、ナイフコーティング法により塗布して、３０ｇ／ｍ^２の粘着剤層を両面に形成させた。この両面テープを所定サイズに切り、幅４６ｃｍで長さ３４０ｃｍの屋根基材に対して、幅４３ｃｍで長さ３１０ｃｍのフレキシブル太陽電池を貼り付けた。太陽電池一体型屋根材ユニットの断面は、図１に模式図で示した。抜取り検査による品質管理の中で、９０度引き剥がし接着力を測定したところ１５．６Ｎ／１０ｍｍあり、ＪＩＳ品質規格で１種１号に合格した。

アクリルフォームシートにアクリル系の粘着剤をコーティングした両面テープによる接着は、図２のように線膨張係数の違いによって、熱膨張のために太陽電池シート１と基材５にずれが発生しても、図２の６のように、せん断変形によってアクリルフォームが追従して破壊しない。また、図３のように、剥離力が加わってもアクリル系接着剤とアクリルフォームの変形により広い面積で、応力を吸収することができ、万一の時にも安定的に品質を維持できることを認めた。

石油資源が有限であることから自然エネルギーの活用の時代に入った。風力発電、水力発電、海の波浪発電等のみならず太陽の光と熱の活用も益々重要になってきた。住宅や工場にも太陽光発電の設置が進んでいる。太陽電池一体型屋根材は、新築住宅や新規建設工場には、広く普及する製品と考えている。ユニットの品質管理を徹底すると共に、暴風雨の時にも十分対応した水仕舞い処理を徹底させた構造の太陽電池一体型屋根材を供給することが、今後の普及に大切な要件であると考えている。

１太陽電池（表面にエチレン・テトラフロオロエチレン膜）の模式図
２アクリル粘着剤の模式図
３アクリルフォームの模式図
４屋根基材の模式図
５太い矢印方向に変形した屋根基材の模式図
６変形に追従したアクリルフォームの模式図
７剥離力のかかった太陽電池の模式図
８ボイドを形成しながら変形に追従したアクリルフォームの模式図

Claims (5)

1. アクリル系粘着剤を両面に塗布したアクリルフォームによってフレキシブル太陽電池と基材を結合した太陽電池一体型の複合構造
2. 基材が、鋼板、プラスチック板、防水シートであって、建造物の屋根材となることを特徴とする請求項１の太陽電池一体型の複合構造
3. 基材に対するフレキシブル太陽電池シートの９０度引き剥がし接着力が１０ｍｍ当り１５Ｎ以上の性能を有することを特徴とする請求項２の屋根用の太陽電池一体型の複合構造
4. 基材が、鋼板、プラスチック板、防水シートであって、バスやゴルフカート等の移動体車両の屋根材となることを特徴とする請求項１の太陽電池一体型の複合構造
5. 基材が、タイル又はコンクリートのサイディングであることを特徴とする請求項１の太陽電池一体型の複合構造

Images