JP3552369B2 - 高剛性太陽電池モジュールの作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家屋の屋根やビルの外壁として好適な太陽電池モジュールに関し、太陽電池モジュールの剛性の向上を目的とし、さらに非晶質シリコン系太陽電池の信頼性向上に適した高剛性太陽電池モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題に対する取り組みの一環として、ビルや一般家屋などの建築物に設置される太陽光発電システムが種々提案され実用化されている。
通常、このような太陽光発電システムは、ビルの屋上や家屋の屋根上に複数の太陽電池モジュールを設置することで構成されている。
【０００３】
この太陽電池モジュールは、通常透光基板上に太陽電池素子として非晶質シリコン系半導体層を堆積したものや、透光基板上に結晶系のシリコン半導体板を封入した太陽電池パネルと、この太陽電池パネルを保持する枠体とを備え、例えば家屋の屋根上に設置する場合には、家屋の母屋上に設けられた、垂木、野地板、屋根瓦からなる屋根の、所望の屋根瓦を取り除き、その部分の野地板に取付具を立設固定し、取付具の上端に枠体を固定して、屋根瓦上に一定の間隔をあけて浮かした状態に設置される。
【０００４】
ところで、非晶質シリコン系半導体からなる太陽電池素子は、基本的に、結晶系のシリコン半導体からなる太陽電池素子よりも発電効率が低く、しかも、比較的短期間（２〜３カ月）光を照射することで、発電出力が初期状態の発電出力の約８０％まで低下し、その後は低下後の水準に維持されるという現象（ステブラーロンスキー効果）が見られ、結晶系のシリコン半導体からなる太陽電池素子と同等の出力を得るためには、大きな受光面積が必要となる。それ故、非晶質シリコン系半導体からなる太陽電池素子は、結晶系のシリコン半導体からなる太陽電池素子よりも安価でかつ外観も優れているが、その普及が大幅に遅れている。但し、この発電出力の低下現象（以下、単に光劣化と称す）は、太陽電池素子を８０℃〜９０℃以上の高温に加熱することで防止できるとともに、一旦劣化した場合でも回復することが知られている。そして、この光劣化を軽減させることができれば、低価格でかつ意匠性に優れるという点で、非晶質シリコン太陽電池の優位性が出てくる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の太陽光発電システムは、次のような２つの問題点を内包するものであった。
（１） 太陽電池モジュールと屋根瓦との間に隙間が形成され、太陽電池モジュールに対して下側から突き上げる風の力が作用するので、強風時においても、太陽電池モジュールが吹き飛ばされないようにするためには、太陽電池モジュールの取付強度を十分に高める必要があり、取付構造が複雑化したり大型化するという問題がある。
この問題を解決するため、太陽電池モジュールの下方の屋根瓦を除去して、太陽電池モジュールを野地板に密着させること、あるいは野地板内に太陽電池モジュールを埋め込み施工することも考えられるが、前者では太陽電池モジュールと野地板間への雨水の浸入に対して十分な防水施工が困難であるため、雨漏りや野地板の腐食という点で懸念があり、また後者の場合も、同様に雨水の浸入の問題がある。さらに両者に共通の問題として、下側から突き上げる風の力は受けないものの、屋根上に設置された太陽電池モジュールの表面を風が吹き抜ける時、太陽電池パネルを引き剥がそうとする方向に働く負圧による太陽電池パネルの剥落が懸念されるという点が挙げられる。
【０００６】
（２） 前記太陽電池モジュールの取付構造では、前述のように太陽電池パネルと屋根瓦との間に隙間が形成されているので、太陽光線により太陽電池素子の温度はかなり高くなるものの、太陽電池パネルの上下両面からの放熱で、太陽電池素子を８０℃〜９０℃以上の高温にすることが困難であり、非晶質シリコン太陽電池の、光劣化による発電効率の大幅な低下は避けられない。
【０００７】
（３） また、非晶質シリコン系半導体による太陽電池モジュールは、ガラス基板の上に非晶質シリコン半導体層や電極層を積層したものであり、防火性能にも問題がある。従って、従来構造の太陽電池モジュールを屋根上に設置しようとすれば、建築基準法に準じて太陽電池モジュールの下側に防火性を有するボードを敷設するなどの防火対策を十分に講じる必要があり、施工コストも高くつく。
【０００８】
そして本発明の目的は、風圧やその他外力に抗し得るよう、太陽電池モジュールの剛性を向上させるとともに、非晶質シリコン系太陽電池の信頼性向上に適した高剛性太陽電池モジュールを提供するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
【００１０】
本発明に係る高剛性太陽電池モジュールは、単または複数枚の太陽電池パネルと、その背面側に設けられた少なくとも略波板状の板材とより構成され、前記太陽電池パネルと板材とを当接または接着し、その隙間となる凹部に接着性を有する断熱材を注入し、該凹部に充填された断熱材により前記太陽電池パネル及び板材を一体化してなるものである。
【００１１】
そして、請求項１は、前記高剛性太陽電池モジュールを作製する方法であって、前記略波板状の板材を屋根上の所定箇所に設置し、その上に前記太陽電池パネルを置き、該太陽電池パネルと前記板材との間の隙間となる当該板材の凹部に、接着性を有する断熱材を硬化前の状態で注入してなる作製方法である。
【００１２】
ここで、前記断熱材は、請求項２のように、ウレタンフォームよりなるものが好ましい。
【００１３】
また、請求項３のように、板材として金属板が用いられることが、好ましい実施例である。
【００１４】
また、このような本発明の太陽電池モジュールは、家屋の屋根上に設置することが主たる応用例であり、具体的には、以下の構造との組み合わせによる屋根パネルとすることも好ましい実施例である。
すなわち、本発明の太陽電池モジュールを方形状の枠体に内装し、かつ板材に金属を用いる場合には、この枠体との組み合わせにおいて、金属板の外周部に枠体の上面を略全域を覆う鍔部を形成したり、太陽電池モジュールを下側からサポートする補強部材を枠体内部に横断状に設けたり、補強部材が枠体内を閉塞する板状部材とする具体例が例示できる。
【００１５】
さらに、本発明の太陽電池モジュールを用いた屋根パネルを、野地板内に埋め込み施工する場合、隣接する屋根パネル同士間の防水性が懸念されるが、この場合には、太陽電池パネルと、その背面側に設けられた断熱材と剛性を有する平板状の板材を接着層を介して一体化するに当たって、例えば太陽電池パネルの背面に枠体の外側面まで外縁部が延びうる大きさの防水シートを介装し、これらを一体化して太陽電池モジュールとすればよい。また、太陽電池パネルと、その背面側に設けられた剛性を有する略波板状の板材を、板材の凹部に充填された接着性を有する断熱材によって一体化するに当たっても、例えば太陽電池パネルの背面に同様の防水シートを介装し、これらを一体化して太陽電池モジュールとすればよい。
【００１６】
上記手段によって構成された本発明の機能と作用は、以下のようになる。
本発明に係る高剛性太陽電池モジュールにおいては、板材によってあるいは実効的な厚さが増大することにより、太陽電池モジュールとしての強度、剛性の向上が可能となる。また太陽電池パネルの背面側には、断熱材が設けてあるので、太陽電池パネルの背面側からの放熱が防止され、太陽電池パネルの温度上昇が促進される。
さらに、本発明の太陽電池モジュールを、野地板内に埋め込み設置した場合には、断熱材により建築物内への熱の伝達が防止されるとともに、建築物からの排熱が防止されるので、室内温度の変動が抑制される。
【００１７】
そして、請求項１に係る高剛性太陽電池モジュールの作製方法によれば、屋根上等の設置現場においては、先ず略波板状の板材を屋根上の所定箇所に設置後、その上に太陽電池パネルを置き、太陽電池パネルと板材との間の隙間、すなわち板材の凹部に、断熱材としてウレタンフォーム等の接着性を有する合成樹脂を硬化前の状態で注入できるので、設置現場において、本発明の太陽電池モジュールを作製することができる。このことは、太陽電池モジュールの設置現場に完成品として運搬する場合と比べて体積が小さくなるため運搬コストの低減をもたらし、かつ新築家屋等、新たに屋根を施工する場合には、工事日程のフレキシビリティが増大し、結果的にトータルコストを大幅に低減できる。
【００１８】
本発明は、太陽電池パネルに対して断熱材や板材を接着し、実効的に太陽電池モジュールの厚みを大きくすることで、太陽電池モジュールの剛性を上げるものである。すなわち、例えば太陽電池パネルと断熱材と板材とを単に積層しただけの太陽電池モジュールでは、捩じり方向に力を加えた時に、太陽電池パネルと断熱材あるいは断熱材と板材との間に隙間が生じるため、剛性はそれほど向上しない。一方、本発明のように、太陽電池パネルと断熱材と板材とがそれぞれ接着剤等による接着層によって強固に接着されて一体化されていると、捩じり方向に力を加えても太陽電池パネルと断熱材あるいは断熱材と板材との間に隙間が生じないため、実効的に厚みが増大したことになって、剛性が向上することになる。また板材としては、少なくとも断熱材よりも剛性の高いものがより好ましい。
また本発明は、太陽電池パネルとその背面側に設けられた剛性を有する略波板状の板材が、板材の凹部に充填された接着性を有する断熱材によって一体化されており、上記効果に加えて、略波板形状によって一層の剛性向上が可能となるのである。
また、断熱材が接着層を兼ねていることから、断熱材を太陽電池の設置現場で充填することが可能となり、製造コストおよび工数の削減、および工事日程に対するフレキシビリティの確保が見込め、工事費を含めたトータルコストも削減できる。
【００１９】
また、断熱材が接着層を兼ねていることから、断熱材を太陽電池の設置現場で充填することができ、製造コストおよび工数の削減、および工事日程に対するフレキシビリティの確保が見込め、工事費を含めたトータルコストも削減でき、このような断熱材としては、請求項２のように、ウレタンフォームが好適である。
【００２０】
請求項３に係る高剛性太陽電池モジュールの作製方法においては、前述のような太陽電池モジュールを方形状の枠体に内装した屋根パネルを構成するに当たり、金属板を折曲加工してその外周部に枠体の上面を略全域を覆う鍔部を形成し、かつこの金属板の鍔部を枠体に直接固定することができるので、屋根パネル全体としての剛性向上にもなる。また、優れた防火性能を得ることもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１には、請求項１に係る高剛性太陽電池モジュール１の断面構造を示している。図例は、太陽電池パネル２と、その背面側に設けられた断熱材３と平板状の板材としての金属板４が、接着層Ｂを介して一体化された、高剛性太陽電池モジュール１であり、太陽電池パネル２と接着層Ｂと断熱材３と接着層Ｂと金属板４とを、この順に積層して一体化したものである。本図の構造においては、太陽電池モジュール１の剛性が向上するとともに、断熱材３の下側、すなわち家屋の屋根に設置した場合の室内側に金属板４が設けられており、室内で発火した火事が、近隣へ延焼することを防止するのに特に適している。
また請求項１に係る別の実施形態としては、図２に示すような、太陽電池パネル２と接着層Ｂと金属板４と接着層Ｂと断熱材３と接着層Ｂと金属板４とを、この順に積層して一体化したものが例示できる。この場合は、断熱材３の上下両側に金属板４が設けられていることから、上記近隣への延焼防止に加えて、近隣家屋からの発火による類焼も併せて防止するのに特に適していることがわかる。
【００２２】
さらに、請求項２に係る高剛性太陽電池モジュール１の断面構造は、図３のように、太陽電池パネル２と接着性を有する断熱材よりなる接着層Ｂと断熱材３と接着性を有する断熱材よりなる接着層Ｂと金属板４とを、この順に積層して一体化したものが例示できる。
【００２３】
続く図４には、請求項３に係る高剛性太陽電池モジュール１の断面構造を示している。図例は、太陽電池パネル２と、その背面側に設けられた略波板状の板材としての金属板４が、板材（金属板４）の凹部４ａに充填された接着性を有する断熱材３によって一体化されたことを特徴とする、高剛性太陽電池モジュール１である。このように金属板４を略波板状にすると、平板の場合に比べてより一層剛性が向上する。また、本例で使用しうる好適な断熱材３としては、太陽電池パネル２と金属板４とを当接または接着後に、凹部４ａに注入できるものがよい。具体的には、ウレタンフォーム等が例示できる。なお本図例では、略波板状の金属板４として、図示するような、平坦な頂部４ｂを有するものを使用し、この頂部と太陽電池パネル２の背面が当接され、かつ太陽電池モジュール１の背面２ａも平坦に仕上げられている。
【００２４】
また図５には、請求項４に係る高剛性太陽電池モジュール１の断面構造を示している。図例は、太陽電池パネル２と、その背面側に設けられた平板状の板材としての金属板４が、接着性を有する断熱材３によって一体化されたことを特徴とする、高剛性太陽電池モジュール１である。この構造では、太陽電池パネル２と金属板４が断熱材３によって接着された構造であり、組み立てが簡単でかつ施工現場での組み立てが可能であるため、工事日程上のフレキシビリティが大きくなるという利点がある。このように請求項４に係る高剛性太陽電池モジュール１においては、断熱材３がそのまま接着層として機能している。
【００２５】
太陽電池パネル２は、図６に示すように、基本的には、透光基板１０と、透光基板１０の下面に形成した非晶質シリコン太陽電池素子層１１と、この太陽電池素子層１１の下側に設けられた充填材１２と、充填材１２の下側に設けられたバックシート１３とを備えている。
透光基板１０としては強化ガラスや貼り合わせガラス、またはその他一般的な透光基板が用いられ、ガラス成分が溶出しないよう、必要に応じて酸化ケイ素などを被着したものを用いても良い。また、本発明では太陽電池パネル２の背面に接着層Ｂが存在しているので、透光基板１０が割れたとしてもその破片が飛散することがないため、透光基板１０として、窓ガラスとして使用されている安価な鉛ガラスや、他の安価なアルカリガラス等が使用できる。この場合、本来ならば非晶質シリコン太陽電池素子層１１へのアルカリ成分の拡散等が懸念されるが、前述のように表面に酸化ケイ素などを被着したものを用いれば問題はない。
非晶質シリコン太陽電池素子層１１は、透光基板１０上に透明導電膜、ｐ−ｉ−ｎまたはｎ−ｉ−ｐの非晶質シリコン層、金属電極層を順次堆積した積層体からなり、その下面側に設けたＥＶＡ、ＰＶＢ、ポリイソブチレン系樹脂、エポキシ樹脂塗布層等の充填材１２によって保護されている。ここで、充填材としてエポキシ樹脂塗布層等の比較的硬質の材料を用いる場合は、その表面が柔らかくないので、バックシート１３は省略することもできる。
【００２６】
バックシート１３は、通常アルミニウム箔をサンドしたテドラー等で構成されているが、接着剤とのなじみが悪いため、前述のように充填材にエポキシ樹脂塗布層を用いてバックシート１３を省略してもよいし、さらには、接着層Ｂを充填材１２の代わりとして機能させ、充填材１２とバックシート１３を共に省略してもよい。
ここで透明導電膜としては、酸化錫や酸化インジウム錫或いは酸化亜鉛が用いられ、非晶質シリコン層としては、アモルファスシリコンカーバイトとアモルファスシリコンによるヘテロ接合構造が採用され、必要に応じて透明導電膜側や金属電極層側のｐ層やｎ層を微結晶化させることが、直列抵抗低減において効果的である。
【００２７】
また金属電極層としては、クロム、アルミニウム、銀などの一般的な金属材料を、単層や複層構造として用いる。そして特に素子温度が高温になることから、非晶質シリコン層との間で金属成分の拡散を防止するため、非晶質シリコン層と金属電極層との間に、前述の透明導電膜やシリサイド層などによる金属拡散防止層を介在させたり、この金属拡散防止層を介在させずに、金属電極層としてクロムやモリブデンなどのシリサイド形成金属を用いたり、これらシリサイド形成金属と他の金属との積層構造とすることが効果的である。また、入射光の閉じ込め効果の点からは、高反射率の銀を用いると特に効果が高い。
さらに、充填材１２としてＥＶＡ、ＰＶＢなどを用いる場合は、真空ラミネート法によって封入し、ポリイソブチレン系樹脂の場合は、これを加熱流動化して塗布し、エポキシ樹脂塗布層の場合は、塗布後に加熱硬化すればよい。
【００２８】
断熱材３を構成する素材としては、断熱性、保温性、蓄熱性に優れた、例えばポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、硬質ポリウレタンフォーム、軟質ポリウレタンフォーム、硬質塩化ビニルフォーム、ユリアフォーム、フェノールフォーム、ラバーフォーム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、パーライト、バーミキュライト、泡ガラスなどの発泡質・多孔質材料や、アスベスト、ロックウール、グラスウール、セラミックファイバー、動植物繊維、軟質繊維材、炭素質繊維、チタン酸カリウム繊維などの繊維材料や、ケイ酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウム、けいそう土、けいそう土質断熱れんが、耐火断熱れんが、キャスタブル耐火断熱材、コルク、炭素粉末などの粒・粉状材料の加工品や、アルミニウム箔などからなる多層箔材料や、硬質フォームラバー、発泡クロロプレンゴムなどの発泡ゴム材料や、軽量気泡コンクリートや、発泡アルミニウムなどを用いることが可能である。
また請求項２や請求項４に使用可能な接着性を有する断熱材としては、このうちポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、硬質ポリウレタンフォーム、軟質ポリウレタンフォーム等が好ましい。
【００２９】
金属板４としては、鉄板、ステンレス鋼板、銅板、アルミニウム合金板、ホウロウ鋼板、亜鉛鉄板、チタン合金板などの金属板単独、或いは、これらの金属板に防錆処理を施したもの、或いは、金属板と無機質断熱板や無機質高充填フォームプラスチック板との積層板などを採用することが可能である。また、金属板４以外の板材としてはガラスなども挙げられるが、防火性能の向上という観点からは、金属とともにケイ酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウム、けいそう土、けいそう土質断熱れんが、耐火断熱れんが、キャスタブル耐火断熱材、軽量気泡コンクリート等の、窯業系不燃材の使用が好ましい。また、後述する略波板状の板材としては、上記金属板４が好ましい。さらに、少なくとも組み合わされる断熱材よりも剛性の高いものが望ましい。
【００３０】
また図７に示す高剛性太陽電池モジュール１のように、図１および図３で示した断面構造のものを対象とし、金属板４の外周部に断熱材３の側面に沿って太陽電池パネル２側へ延びる縦壁部５Ａを形成してもよい。この場合には、捩じれや曲げに対する太陽電池モジュール１の強度、剛性を一層向上させることが可能となる。
【００３１】
また、図８に示す高剛性太陽電池モジュール１のように、図２で示した断面構造のものを対象として、同図（ａ）に示すように、太陽電池パネル２側の金属板４を背面側に折曲して縦壁部５Ｂを設けてより一層の捩じり方向の剛性を高めたり、同図（ｂ）に示すように、背面側の金属板４を折曲して縦壁部５Ａを設け、同様に捩じり方向の剛性を高めたりすることもできる。
【００３２】
【実施例】
本発明の主な適用例は、本発明の太陽電池モジュール１に枠体を取り付けた、発電機能を有する屋根パネルとして、家屋の屋根に設置することを対象としてものであるので、以下、本発明の高剛性太陽電池モジュール１に枠体を取り付けて屋根パネルとし、これを家屋の屋根に適用した場合の実施例について、詳細に説明する。また以下の実施例では、すでに図１および図３に示したような、一枚の金属板４を用いた太陽電池モジュール１の例を取り上げて説明するが、他の構造の太陽電池モジュール１が使用可能であることは勿論、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例では、軒下側を前側、棟側を後側と定義して説明する。また前記各図で示した接着層Ｂについては、屋根パネル全体としてみれば極めて薄い層であるので、以下の説明ではこの接着層Ｂの表記は省略し、太陽電池モジュール１、または太陽電池パネル２、断熱材３、板材（金属板）４等の太陽電池モジュール１の構成要素のみに符号を記している。
図９、図１０に示すように、家屋２０の上部には左右方向向きの複数の母屋２１が一定間隔あけて複数並設され、母屋２１上には左右に複数連設された屋根パネル２３が前後に３列配置され、屋根２２はこれら複数の屋根パネル２３で構成されている。つまり、この家屋２０においては、垂木、野地板、屋根瓦は省略されており、複数の屋根パネル２３が垂木、野地板、屋根瓦として機能することになる。なお、符号２４は天窓である。
屋根２２は、屋根２２の左サイドを構成する屋根パネル２３Ａと、屋根２２の右サイドを構成する屋根パネル２３Ｂと、屋根２２の屋根パネル２３Ａ、２３Ｂ間を構成する屋根パネル２３Ｃの３種類の屋根パネル２３で構成されている。
【００３３】
先ず、屋根パネル２３Ｃの構成について、図１１〜図１８を参照しながら説明する。
１対のサイドフレーム３０と、両サイドフレーム３０の前端部及び後端部を連結する１対の連結フレーム３１とからなる略長方形枠状の木製枠体３２が設けられ、木製枠体３２は母屋２１に対して図示外の釘やボルトで固定され、横方向に連設される屋根パネル２３Ｃの木製枠体３２同士も図示外の釘やボルトなどで固定されている。
【００３４】
木製枠体３２の下半部内には左右方向向きの棒状の補強部材３３が所定間隔おきに設けられ、補強部材３３の両端部は左右のサイドフレーム３０に固定され、補強部材３３上には弾力性を有するクッション材３４が設けられている。但し、このクッション材３４は省略してもよい。
クッション材３４上には、本発明の高剛性太陽電池モジュール１が設けられており、金属板４の外周部には木製枠体３２の内壁に沿って上方へ延びる縦壁部５Ａが形成され、縦壁部５Ａの上端部には木製枠体３２の上面側へ延びる鍔部６が形成されている。
【００３５】
ここで、屋根パネル２３内における太陽電池モジュール１の位置関係について説明すると、金属板４の内側、すなわち太陽電池パネル２側には平板状の断熱材３が金属板４の全面にわたって接着層によって接着されて設けられ、断熱材３の上面は木製枠体３２の上面よりもやや高く配置されている。但し、木製枠体３２の中段部に略Ｌ字状の金具を固定するなどして、金属板４及び断熱材３を支持してもよい。また、補強部材３３は、木製枠体３２内側を閉塞する板状部材で構成してもよいし、さらに、木製枠体３２及び補強部材３３は、角材や合板等で構成することが可能である。
【００３６】
木製枠体３２及び断熱材３の前端近傍部及び後端近傍部には段差部３２ａが形成され、この段差部３２ａ上には屋根下地パネル３５が夫々固定され、屋根下地パネル３５の上端部は段差部３２ａ以外の木製枠体３２の部分と略同高に設定されている。
【００３７】
ここで、太陽電池パネル２の背面には、接着層を介して太陽電池パネル２の外側へ延びる防水シート３６が接着され、さらにこの防水シート３６と断熱材３が接着層によって接着されている。従って、太陽電池パネル２と防水シート３６と断熱材３と金属板４とがこの順に接着層を介して互いに接着されて一体化され、高剛性太陽電池モジュール１を構成している。そして、防水シート３６は前後の屋根下地パネル３５の上面全域にまでわたって延びており、防水シート３６の外縁部は、木製枠体３２の上面及び外側面に沿って延設されて木製枠体３２に貼着され、この防水シート３６によって、木製枠体３２内への雨水などの浸入が防止される。なお、防水シート３６の素材としては、特殊ゴム化アスファルトコンパウンドやポリイソブチレンなどが挙げられる。また防水シート３６に粘着性のあるものを用いると、この防水シート３６が接着層として機能する。
【００３８】
太陽電池モジュール１の受光面側には、複数の太陽電池パネル２が僅かな隙間をあけて前後に連設され、隣接する太陽電池パネル２間の隙間にはシール材３７が充填されている。また連設される複数の太陽電池パネル２にわたって、太陽電池パネル２の上面を覆う透明なカバー部材を設けてもよい。
【００３９】複数の太陽電池パネル２を連設した太陽電池モジュール１を、木製枠体３２に固定保持するため、屋根パネル２３Ｃは、１群の太陽電池パネル２の前縁部及び後縁部を保持する前部保持手段４０及び後部保持手段４１と、太陽電池パネル２の側縁部を保持する左右１対の側部保持手段４２を備えている。
【００４０】
側部保持手段４２について説明すると、図１１、図１４、図１６に示しているように、１群の太陽電池パネル２に対応させて左右のサイドフレーム３０上には金属板４の鍔部６と防水シート３６とを挟んで側部受金具４５が固定され、太陽電池パネル２の側縁部は側部受金具４５の内半部上に載置されている。
側部受金具４５の外半部には太陽電池パネル２の側縁部上へ延びるアーム部４６ａを有する側部固定金具４６が着脱可能に取付けられ、アーム部４６ａと太陽電池パネル２の側縁部間にはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などからなるシール材４７が設けられ、太陽電池パネル２の側縁部は側部受金具４５と側部固定金具４６間に水密状に挟持されてサイドフレーム３０に固定されている。
太陽電池パネル２と木製枠体３２上の防水シート３６間にはシール材４８が設けられ、側部受金具４５の外側部には隣接する屋根パネル２３Ｃ間への雨水等の侵入を防止するシール材４９が装着されている。
【００４１】
この側部保持手段４２は、工場等において予めサイドフレーム３０に組付けられる。また、後述する屋根パネル２３Ａ、２３Ｂの一側部にも、屋根パネル２３Ｃと同じ構成の側部保持手段４２が設けられ、建設現場では、屋根パネル２３を母屋２１上にセットした状態で、隣接する側部保持手段４２の側部固定金具４６の上面間にわたって連結プレート５０をビス等で取付けて、連結プレート５０で隣接する側部固定金具４６同士を連結するとともに、連結プレート５０にカバー部材５１を嵌合固定して、隣接する屋根パネル２３間への雨水等の浸入を防止することになる。
【００４２】
前部保持手段４０について説明すると、図１１、図１３、図１７に示しているように、前側の屋根下地パネル３５の後縁部上には前部受金具５５が固定され、最も前側の太陽電池パネル２の前縁部は前部受金具５５の後半部上に載置されている。前部受金具５５の前半部には太陽電池パネル２の前縁部上へ延びるアーム部５６ａを有する前部固定金具５６が着脱可能に取付けられ、アーム部５６ａと太陽電池パネル２の前縁部間にはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などからなるシール材５７が設けられ、最も前側の太陽電池パネル２の前縁部は前部受金具５５と前部固定金具５６間に水密状に挟持されて屋根下地パネル３５に固定されている。
前部固定金具５６には前方へ延びる延設部５６ｂが形成され、延設部５６ｂと屋根下地パネル３５間に屋根材２５が装着されるように構成されている。
【００４３】
前部受金具５５は、工場等において予め前側の屋根下地パネル３５の後縁部上に組付けられる。また、後述する屋根パネル２３Ａ、２３Ｂの前部にも、屋根パネル２３Ｃと同じ構成の前部保持手段４０が設けられ、建設現場では、屋根パネル２３を母屋２１上にセットした状態で、隣接する２〜３枚の屋根パネル２３にわたって前部固定金具５６を組付けることになる。また、延設部５６ｂと屋根下地パネル３５間に装着される屋根材２５においても前部固定金具５６と同様、複数の屋根パネル２３にわたって設けられ、屋根材２５と前部固定金具５６により隣接する屋根パネル２３の前部間への雨水等の浸入が防止されることになる。
【００４４】
後部保持手段４１について説明すると、図１１、図１３、図１８に示しているように、後側の屋根下地パネル３５の前縁部上には後部受金具６０が固定され、最も後側の太陽電池パネル２の後縁部は後部受金具６０の前半部上に載置されている。後部受金具６０の後半部には太陽電池パネル２の後縁部上へ延びるアーム部６１ａを有する後部固定金具６１が着脱可能に取付けられ、アーム部６１ａと太陽電池パネル２の後縁部間にはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などからなるシール材６２が設けられ、最も後側の太陽電池パネル２の後縁部は後部受金具６０と後部固定金具６１間に水密状に挟持されて屋根下地パネル３５に固定されている。
【００４５】
この後部保持手段４１は、工場等において予め後側の屋根下地パネル３５の前縁部上に組付けられている。また、後述する屋根パネル２３Ａ、２３Ｂの後部にも、屋根パネル２３Ｃと同じ構成の後部保持手段４１が設けられており、建設現場では、屋根パネル２３を母屋２１上にセットした状態で、隣接する２〜３枚の屋根パネル２３に亙る後部固定金具６１に後部カバー部材６３を組付け、後部カバー部材６３の延設部６３ａ上に屋根材２５をセットすることになる。なお、延設部６３ａ上にセットされる屋根材２５においても後部固定金具６１と同様、複数の屋根パネル２３にわたって設けられ、屋根材２５と後部固定金具６１により隣接する屋根パネル２３の後部間への雨水等の侵入が防止されることになる。
【００４６】
屋根パネル２３Ａ、２３Ｂは対称の構成で、かつ基本的には屋根パネル２３Ｃと同様に構成されているので、以下、右側の屋根パネル２３Ｂについてのみ簡単に説明する。
図１９に示すように、木製枠体３２を幅方向に大きくした木製枠体７０が設けられ、木製枠体７０の左右方向の略中央部にサイドフレーム３０と平行にセンタフレーム７１が設けられ、センターフレーム７１の前後両端部は連結フレーム３１に連結され、サイドフレーム３０間には複数の補強部材３３が連結フレーム３１と平行に一定間隔おきに設けられている。
【００４７】
左右のサイドフレーム３０間のセンターフレーム７１と補強部材３３上には、図１１、図２０、図２１に示しているように、屋根パネル２３Ｃと同様に、クッション材３４上に、本発明の高剛性太陽電池モジュール１が設けられている。
この太陽電池モジュール１において、木製枠体７０及び断熱材３の右半部及び上下両端近傍部の上面には段落ちした段差部７０ａが形成され、段差部７０ａには屋根下地パネル７２が設けられ、屋根下地パネル７２は釘や木螺子等を介して木製枠体７０に固定されている。
断熱材３の左半部上と屋根下地パネル７２上にわたっては、太陽電池パネル２の部分から延びる防水シート３６が貼着され、防水シート３６の外周部は木製枠体７０の上面及び側面に沿って延びて木製枠体７０に貼着され、太陽電池パネル２は屋根下地パネル７２以外の部分において防水シート３６上面に前後に複数連設された状態となっている。
【００４８】
太陽電池モジュール１内において複数並設される太陽電池パネル２の左側縁と前縁部と後縁部とは、前述の屋根パネル２３Ｃと同じ構成の側部保持手段４２、前部保持手段４０、後部保持手段４１で木製枠体７０に夫々固定保持され、結果的に、太陽電池モジュール１と木製枠体７０との間が固定保持される。そして右側縁は、次のような構成の側部保持手段７５により保持されることになる。
【００４９】
屋根下地パネル７２の左端部上には防水シート３６を介して側部受金具７６が設けられ、太陽電池パネル２の右側縁部は側部受金具７６の左半部上に載置されている。側部受金具７６の右半部には太陽電池パネル２の右側縁部上へ延びるアーム部７７ａを有する側部固定金具７７が着脱可能に取付けられ、アーム部７７ａと太陽電池パネル２の側縁部間にはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などからなるシール材７８が設けられ、太陽電池パネル２の右側縁部は側部受金具７６と側部固定金具７７間に水密状に挟持されて屋根下地パネル７２に固定されている。
【００５０】
この側部保持手段７５は、工場等において予め屋根下地パネル７２の左縁部上に組付けられている。また、建設現場では、屋根パネル２３を母屋２１上にセットした状態で、側部固定金具７７に側部カバー部材７９を組付け、側部カバー部材７９の上下の延設部７９ａ、７９ｂ間に屋根材２５を装着することになる。
【００５１】
なお、図１１、図２２に示すように、側部受金具７６、側部固定金具７７、側部カバー部材７９の後端部は、後部カバー部材６３の前端面で閉鎖され、また前端部にはエンドキャップ８０が装着されている。また、後部カバー部材６３の左右両端部にはエンドキャップ８１が装着され、雨水等の侵入が防止されている。さらに、前部受金具５５と前部固定金具５６の左右両端部は側部カバー部材７９の内側面で閉鎖され、雨水等の侵入が防止されている。
なお、図１８、図２１、図２２に示すように、延設部６３ａ、７９ｂの上面と屋根下地パネル３５、７２上の防水シート３６間には、防水テープ８２が貼着されており、カバー部材６３、７９と防水シート３６間への雨水等の浸入が防止される。
【００５２】
太陽電池モジュール１における太陽電池パネル２の下面の略中央部には、端子ボックス１４が設けられ、端子ボックス１４に接続された出力線１５は、接着層と防水シート３６と断熱材３と金属板４とを貫通して下側へ導出されている。
一つの太陽電池モジュール１によって得られる発電量は、屋根２２全体の発電量の１５％以下に設定され、一つの太陽電池モジュール１が故障した場合でも、極端な発電量の低下が防止されるように構成することも一考である。
【００５３】
このように、本発明の高剛性太陽電池モジュール１を屋根パネル２３として応用すると、この屋根パネル２３が野地板を兼用するので、その屋根自体を発電機能を有する屋根として見ることができる。そこで次に、発電機能を有する屋根２２の作用、効果について説明する。
屋根２２全体を屋根パネル２３で構成することになるが、屋根パネル２３の木製枠体３２、７０が、複数の母屋２１にわたって設けられているので、サイドフレーム３０が垂木として機能し、しかも補強部材３３と木製枠体３２内に設けられている本発明の高剛性太陽電池モジュール１により、木製枠体３２、７０の捩じりや曲げに対する強度、剛性が高められ、補強部材３３及び金属板４が野地板として機能し、野地板及び垂木を省略しつつ屋根２２の強度を十分に確保することが可能となる。しかも、金属板４の外周部に縦壁部５及び鍔部６を形成してあるので、捩じりや曲げに対する強度、剛性が一層高められることになる。
【００５４】
また、並設された屋根パネル２３の外周部に太陽電池パネル２を設けないで屋根下地パネル３５、７２を設けてあるので、建設現場で屋根下地パネル３５、７２の一部を切除するなどして容易に寸法調整できるとともに、家屋２０の建築後には、この屋根下地パネル３５、７２上に敷設された屋根材２５が移動用の通路となり、太陽電池パネル２の保守点検作業が容易に行える。
【００５５】
また、太陽電池パネル２の下面側に、接着層を介して密着させて設けた断熱材３により、前述したように、太陽電池パネル２の温度上昇が促進され、太陽電池素子として非晶質シリコン系半導体を用いた場合には、光劣化による太陽電池パネル２の発電出力の低下を効果的に防止できる。この効果は、断熱材３が接着層を介して太陽電池パネル２の全面にわたって、均一に接着して設けられることになるので、より確実なものとなる。
【００５６】
さらに、断熱材３により家屋２０内への熱の侵入が防止されるとともに、屋根２２からの放熱が防止され、太陽光線による室内温度の変動が抑制されるので、家屋２０の居住性を向上することが可能となる。また、金属板４により防火性能を向上させることができる。
【００５７】
次に、高剛性太陽電池モジュール１（屋根パネル２３）の構成を部分的に変更した変形例について説明する。なお、前記実施例と同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
（１）図２３に示す屋根パネル９０のように、断熱材３の背面側の金属板４を代えて、太陽電池パネル２の背面側に一枚の金属板４Ａを接着層を介して設け、この金属板４Ａの背面側に、同様に接着層を介して防水シート３６を挟んで断熱材３を積層状に設けた状態で一体化してもよい。また、この場合には、金属板４Ａの外周部に太陽電池パネル２の側面に沿って延びる縦壁部５Ａを設けることも可能である。
【００５８】
この屋根パネル９０では、屋根パネル２３と同様の作用、効果が得られるとともに、太陽電池パネル２の背面に金属板４Ａを密着させて設けてあるので、防火性能において、特に飛火による火災の発生（類焼）も効果的に防止することが可能となる。また、接着層の存在による全面接着と金属板４Ａの伝熱によって、太陽電池パネル２の温度が一様になるので、光劣化による太陽電池パネル２の局部的な発電出力の低下を防止することが可能となる。
【００５９】
（２）図２４に示す屋根パネル９０Ａのように、断熱材３を木製枠体３２、７０の上面よりも一段低くなるよう配置し、かつ断熱材３上に金属板４Ｂを接着層を介して設けるとともに、金属板４Ｂの外周部に木製枠体３２、７０の内側面に沿って上方へ延びる縦壁部５Ａと縦壁部５Ａの上端部から木製枠体３２、７０の上面側へ延びる鍔部６Ａとを形成し、金属板４Ｂの上面に接着層を介して防水シート３６を貼着して、防水シート３６の外周部を木製枠体３２、７０の側面に沿って延設して木製枠体３２、７０に貼着し、金属板４Ｂの内側に防水シート３６を挟んで接着層を介して太陽電池パネル２が位置する構造としてもよい。なお、符号９１は、太陽電池パネル２の損傷等を防止するためのカバーカラスを表している。
【００６０】
（３）図２５に示すように、断熱材３を第１の断熱材３Ａと第２の断熱材３Ｂの２層構造とし、第１の断熱材３Ａを太陽電池パネル２の下面に接着層を介して接着するとともに、２つの断熱材３Ａ，３Ｂ間に防水シート３６を介装させた状態で両者を接着層によって接着し、２つの断熱材３Ａ，３Ｂ間の幅方向の中央部に前後方向へ延びる通路９２を形成し、防水シート３６の上側において通路９２内に太陽電池パネル２からの出力線１５を配置させ、木製枠体３２の上端部或いは下端部から出力線１５を導出させてもよい。この構造は、防水シート３６に出力線１５の挿通孔を形成する必要が無く、防水性を一層向上できる。また、断熱材３Ｂと金属板４とは、接着層によって接着される。このように本例における高剛性太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル２と、２つの断熱材３Ａ，３Ｂと、防水シート３６と、金属板４が、接着層を介して一体化されたものとなっている。
【００６１】
なお、本実施例では、太陽電池モジュール１に木製枠体３２を取り付けた例を説明したが、アルミニウム合金などの金属製の枠体やコンクリート製の枠体を取り付けることも可能である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係る高剛性太陽電池モジュールは、例えば捩じり方向の外力が加わった場合でも、各界面が接着層で強固に接着されているので隙間が形成されず、実効的には太陽電池パネルと、断熱材と、剛性を有する平板状の板材とを積層した厚さの一枚板として機能するため、太陽電池モジュールとしての強度、剛性が大きく向上することになる。従って、屋根上に設置した場合において、太陽電池モジュール表面を風が吹き抜ける時に、太陽電池パネルを引き剥がそうとする方向に働く負圧によって太陽電池パネルが剥落する懸念が無くなり、また、屋根上への取り付け施工時や運搬時に大きな外力が加わっても、変形等が発生しない高品質なものとなる。
さらに金属板等の板材があること、また接着層を介して一体化されていることから、雨水等の浸入に対して十分な防水性能が確保でき、屋根上に野地板への埋め込み構造で設置したとしても、十分な長期信頼性が確保できる。これは、板材や接着層が、防水層として機能するためである。しかしながら、実施例において説明したように、別途防水シートを用いることで、より一層の防水性の向上が可能となる。また接着層が太陽電池素子の保護層として機能するので、非晶質シリコン太陽電池パネルとして充填材やバックシートが省略でき、コストダウンが図れる。
また、太陽電池パネルの背面側に断熱材が設けてあるので、太陽電池パネルの背面側からの放熱が防止され、太陽電池パネルの温度上昇が促進される。これより、太陽電池素子を８０℃〜９０℃以上の高温に加熱することが可能となり、非晶質シリコン特有の光劣化現象が軽減できる結果、出力特性においても、優れた長期信頼性が実現できる。そして、太陽電池パネルの背面全面と接着層が密着していることから、太陽電池パネル内での温度分布も均一になるので、太陽電池パネル内での劣化率のばらつきも少なくなるという効果も得られる。
【００６３】
そして、本発明に係る高剛性太陽電池モジュールの作製方法によれば、屋根上等の設置現場において、先ず略波板状の板材を屋根上の所定箇所に設置後、その上に太陽電池パネルを置き、太陽電池パネルと板材との間の隙間、すなわち板材の凹部に、断熱材としてウレタンフォーム等の接着性を有する合成樹脂を硬化前の状態で注入できるので、設置現場において、本発明の太陽電池モジュールを作製することができる。このことは、太陽電池モジュールの設置現場に完成品として運搬する場合と比べて体積が小さくなるため運搬コストの低減をもたらし、かつ新築家屋等、新たに屋根を施工する場合には、工事日程のフレキシビリティが増大し、結果的にトータルコストを大幅に低減できる。
【００６４】
また、太陽電池パネルと、その背面側に設けられた剛性を有する略波板状の板材が、板材の凹部に充填された接着性を有する断熱材によって一体化されており、上記効果に加えて、略波板形状によって一層の剛性向上が可能となる。また、断熱材が接着層を兼ねているので、断熱材を太陽電池の設置現場で充填することが可能となり、製造コストおよび工数の削減、および工事日程に対するフレキシビリティの確保が見込め、工事費を含めたトータルコストも削減できる。
【００６５】
更に、断熱材が接着層を兼ねていることから、断熱材を太陽電池の設置現場で充填することができ、製造コストおよび工数の削減、および工事日程に対するフレキシビリティの確保が見込め、工事費を含めたトータルコストも削減でき、このような断熱材としては、請求項２のように、ウレタンフォームが好適である。
【００６６】
また、請求項３に係る高剛性太陽電池モジュールの作製方法のように、板材として金属板等の不燃材を用いると、屋根材や壁面材として使用しても近隣への延焼や近隣からの類焼が防止できるので、防火上も優れたものとなる。
【００６７】
さらに、本発明の高剛性太陽電池モジュールを方形状の枠体に内装して屋根パネルを構成する場合には、板材との組み合わせにおいて、板材として金属板を用い、その外周部に枠体の上面を略全域を覆う鍔部を形成したり、太陽電池モジュールを下側からサポートする補強部材を枠体内部に横断状に設けたり、補強部材が枠体内を閉塞する板状部材とする具体例が例示でき、これらを組み合わせることによって、より一層大幅に剛性や耐捩じり強度を向上させることができる。
【００６８】
そして、本発明の高剛性太陽電池モジュールを用いた複数の屋根パネルを野地板内に埋め込み施工する場合において、太陽電池パネルとその背面側に設けられた剛性を有する略波板状の板材を、板材の凹部に充填された接着性を有する断熱材によって一体化するに当たって、太陽電池パネルの背面に同様の防水シートを介装し、これらを一体化した太陽電池モジュールとすればよい。
【００６９】
このように、本発明の高剛性太陽電池モジュールは、それ自体で高い剛性を有し、さらに屋根パネルや壁面パネルを構成した場合でも、枠体との組み合わせによって更なる剛性の向上が可能となり、また光劣化の低減や施工性の向上も実現できるので、従来の問題点を一層し、風圧やその他外力に抗し得るような太陽電池モジュールの剛性向上と、非晶質シリコン系太陽電池パネルの信頼性向上と、防火性能の向上を全て満足させることができる極めて優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図２】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図３】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図４】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図５】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図６】太陽電池パネルの構造例を表す断面図
【図７】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図８】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図で、（ａ）は上側の金属板から下方向への縦壁部を形成したもの、（ｂ）は下側の金属板から上方向への縦壁部を形成したもの
【図９】家屋の屋根付近の断面図
【図１０】屋根の平面図
【図１１】屋根パネルの要部平面図
【図１２】（ａ）は木製枠体の平面図、（ｂ）は木製枠体の側面図
【図１３】図１１のＸ−Ｘ線断面図
【図１４】図１１のＸＩ−ＸＩ線断面図
【図１５】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ 線断面図
【図１６】側部保持手段付近の断面図
【図１７】前部保持手段付近の断面図
【図１８】後部保持手段付近の断面図
【図１９】（ａ）は屋根の右サイドに配置される木製枠体の平面図、（ｂ）は同側面図
【図２０】図１１のＸＶＩＩ−ＸＶＩ線断面図
【図２１】屋根の右サイドに配置される屋根パネルの側部保持手段付近の断面図
【図２２】屋根パネルの右後側部付近の要部斜視図
【図２３】別構成の屋根パネルの側部保持手段付近の断面図
【図２４】別構成の屋根パネルの側部保持手段付近の断面図
【図２５】別構成の屋根パネルの断面図
【符号の説明】
１ 太陽電池モジュール ２ 太陽電池パネル
２ａ 太陽電池モジュール背面 ４ａ 凹部
４ｂ 頂部 Ｂ 接着層
３ 断熱材 ４ 金属板
５ 縦壁部 ６ 鍔部
１０ 透光基板 １１ 太陽電池素子層
１２ 充填材 １３ バックシート
１４ 端子ボックス １５ 出力線
１Ａ 建築用外装パネル ５Ａ 縦壁部
５Ｂ 縦壁部
２０ 家屋 ２１ 母屋
２２ 屋根 ２３ 屋根パネル
２３Ａ 屋根パネル ２３Ｂ 屋根パネル
２３Ｃ 屋根パネル ２４ 天窓
２５ 屋根材
３０ サイドフレーム ３１ 連結フレーム
３２ 木製枠体 ３２ａ 段差部
３３ 補強部材 ３４ クッション材
３５ 屋根下地パネル ３６ 防水シート
３７ シール材
４０ 前部保持手段 ４１ 後部保持手段
４２ 側部保持手段
４５ 側部受金具 ４６ 側部固定金具
４６ａ アーム部 ４７ シール材
４８ シール材 ４９ シール材
５０ 連結プレート ５１ カバー部材
５５ 前部受金具 ５６ 前部固定金具
５６ａ アーム部 ５６ｂ 延設部
５７ シール材
６０ 後部受金具 ６１ 後部固定金具
６１ａ アーム部 ６２ シール材
６３ 後部カバー部材 ６３ａ 延設部
７０ 木製枠体 ７０ａ 段差部
７１ センタフレーム ７２ 屋根下地パネル
７５ 側部保持手段 ７６ 側部受金具
７７ 側部固定金具 ７７ａ アーム部
７８ シール材 ７９ 側部カバー部材
７９ａ 延設部 ７９ｂ 延設部
８０ エンドキャップ ８１ エンドキャップ
８２ 防水テープ ９０ 屋根パネル
４Ａ 金属板
９０Ａ 屋根パネル ４Ｂ 金属板
９１ カバーカラス
【発明の属する技術分野】
本発明は、家屋の屋根やビルの外壁として好適な太陽電池モジュールに関し、太陽電池モジュールの剛性の向上を目的とし、さらに非晶質シリコン系太陽電池の信頼性向上に適した高剛性太陽電池モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題に対する取り組みの一環として、ビルや一般家屋などの建築物に設置される太陽光発電システムが種々提案され実用化されている。
通常、このような太陽光発電システムは、ビルの屋上や家屋の屋根上に複数の太陽電池モジュールを設置することで構成されている。
【０００３】
この太陽電池モジュールは、通常透光基板上に太陽電池素子として非晶質シリコン系半導体層を堆積したものや、透光基板上に結晶系のシリコン半導体板を封入した太陽電池パネルと、この太陽電池パネルを保持する枠体とを備え、例えば家屋の屋根上に設置する場合には、家屋の母屋上に設けられた、垂木、野地板、屋根瓦からなる屋根の、所望の屋根瓦を取り除き、その部分の野地板に取付具を立設固定し、取付具の上端に枠体を固定して、屋根瓦上に一定の間隔をあけて浮かした状態に設置される。
【０００４】
ところで、非晶質シリコン系半導体からなる太陽電池素子は、基本的に、結晶系のシリコン半導体からなる太陽電池素子よりも発電効率が低く、しかも、比較的短期間（２〜３カ月）光を照射することで、発電出力が初期状態の発電出力の約８０％まで低下し、その後は低下後の水準に維持されるという現象（ステブラーロンスキー効果）が見られ、結晶系のシリコン半導体からなる太陽電池素子と同等の出力を得るためには、大きな受光面積が必要となる。それ故、非晶質シリコン系半導体からなる太陽電池素子は、結晶系のシリコン半導体からなる太陽電池素子よりも安価でかつ外観も優れているが、その普及が大幅に遅れている。但し、この発電出力の低下現象（以下、単に光劣化と称す）は、太陽電池素子を８０℃〜９０℃以上の高温に加熱することで防止できるとともに、一旦劣化した場合でも回復することが知られている。そして、この光劣化を軽減させることができれば、低価格でかつ意匠性に優れるという点で、非晶質シリコン太陽電池の優位性が出てくる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の太陽光発電システムは、次のような２つの問題点を内包するものであった。
（１） 太陽電池モジュールと屋根瓦との間に隙間が形成され、太陽電池モジュールに対して下側から突き上げる風の力が作用するので、強風時においても、太陽電池モジュールが吹き飛ばされないようにするためには、太陽電池モジュールの取付強度を十分に高める必要があり、取付構造が複雑化したり大型化するという問題がある。
この問題を解決するため、太陽電池モジュールの下方の屋根瓦を除去して、太陽電池モジュールを野地板に密着させること、あるいは野地板内に太陽電池モジュールを埋め込み施工することも考えられるが、前者では太陽電池モジュールと野地板間への雨水の浸入に対して十分な防水施工が困難であるため、雨漏りや野地板の腐食という点で懸念があり、また後者の場合も、同様に雨水の浸入の問題がある。さらに両者に共通の問題として、下側から突き上げる風の力は受けないものの、屋根上に設置された太陽電池モジュールの表面を風が吹き抜ける時、太陽電池パネルを引き剥がそうとする方向に働く負圧による太陽電池パネルの剥落が懸念されるという点が挙げられる。
【０００６】
（２） 前記太陽電池モジュールの取付構造では、前述のように太陽電池パネルと屋根瓦との間に隙間が形成されているので、太陽光線により太陽電池素子の温度はかなり高くなるものの、太陽電池パネルの上下両面からの放熱で、太陽電池素子を８０℃〜９０℃以上の高温にすることが困難であり、非晶質シリコン太陽電池の、光劣化による発電効率の大幅な低下は避けられない。
【０００７】
（３） また、非晶質シリコン系半導体による太陽電池モジュールは、ガラス基板の上に非晶質シリコン半導体層や電極層を積層したものであり、防火性能にも問題がある。従って、従来構造の太陽電池モジュールを屋根上に設置しようとすれば、建築基準法に準じて太陽電池モジュールの下側に防火性を有するボードを敷設するなどの防火対策を十分に講じる必要があり、施工コストも高くつく。
【０００８】
そして本発明の目的は、風圧やその他外力に抗し得るよう、太陽電池モジュールの剛性を向上させるとともに、非晶質シリコン系太陽電池の信頼性向上に適した高剛性太陽電池モジュールを提供するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
【００１０】
本発明に係る高剛性太陽電池モジュールは、単または複数枚の太陽電池パネルと、その背面側に設けられた少なくとも略波板状の板材とより構成され、前記太陽電池パネルと板材とを当接または接着し、その隙間となる凹部に接着性を有する断熱材を注入し、該凹部に充填された断熱材により前記太陽電池パネル及び板材を一体化してなるものである。
【００１１】
そして、請求項１は、前記高剛性太陽電池モジュールを作製する方法であって、前記略波板状の板材を屋根上の所定箇所に設置し、その上に前記太陽電池パネルを置き、該太陽電池パネルと前記板材との間の隙間となる当該板材の凹部に、接着性を有する断熱材を硬化前の状態で注入してなる作製方法である。
【００１２】
ここで、前記断熱材は、請求項２のように、ウレタンフォームよりなるものが好ましい。
【００１３】
また、請求項３のように、板材として金属板が用いられることが、好ましい実施例である。
【００１４】
また、このような本発明の太陽電池モジュールは、家屋の屋根上に設置することが主たる応用例であり、具体的には、以下の構造との組み合わせによる屋根パネルとすることも好ましい実施例である。
すなわち、本発明の太陽電池モジュールを方形状の枠体に内装し、かつ板材に金属を用いる場合には、この枠体との組み合わせにおいて、金属板の外周部に枠体の上面を略全域を覆う鍔部を形成したり、太陽電池モジュールを下側からサポートする補強部材を枠体内部に横断状に設けたり、補強部材が枠体内を閉塞する板状部材とする具体例が例示できる。
【００１５】
さらに、本発明の太陽電池モジュールを用いた屋根パネルを、野地板内に埋め込み施工する場合、隣接する屋根パネル同士間の防水性が懸念されるが、この場合には、太陽電池パネルと、その背面側に設けられた断熱材と剛性を有する平板状の板材を接着層を介して一体化するに当たって、例えば太陽電池パネルの背面に枠体の外側面まで外縁部が延びうる大きさの防水シートを介装し、これらを一体化して太陽電池モジュールとすればよい。また、太陽電池パネルと、その背面側に設けられた剛性を有する略波板状の板材を、板材の凹部に充填された接着性を有する断熱材によって一体化するに当たっても、例えば太陽電池パネルの背面に同様の防水シートを介装し、これらを一体化して太陽電池モジュールとすればよい。
【００１６】
上記手段によって構成された本発明の機能と作用は、以下のようになる。
本発明に係る高剛性太陽電池モジュールにおいては、板材によってあるいは実効的な厚さが増大することにより、太陽電池モジュールとしての強度、剛性の向上が可能となる。また太陽電池パネルの背面側には、断熱材が設けてあるので、太陽電池パネルの背面側からの放熱が防止され、太陽電池パネルの温度上昇が促進される。
さらに、本発明の太陽電池モジュールを、野地板内に埋め込み設置した場合には、断熱材により建築物内への熱の伝達が防止されるとともに、建築物からの排熱が防止されるので、室内温度の変動が抑制される。
【００１７】
そして、請求項１に係る高剛性太陽電池モジュールの作製方法によれば、屋根上等の設置現場においては、先ず略波板状の板材を屋根上の所定箇所に設置後、その上に太陽電池パネルを置き、太陽電池パネルと板材との間の隙間、すなわち板材の凹部に、断熱材としてウレタンフォーム等の接着性を有する合成樹脂を硬化前の状態で注入できるので、設置現場において、本発明の太陽電池モジュールを作製することができる。このことは、太陽電池モジュールの設置現場に完成品として運搬する場合と比べて体積が小さくなるため運搬コストの低減をもたらし、かつ新築家屋等、新たに屋根を施工する場合には、工事日程のフレキシビリティが増大し、結果的にトータルコストを大幅に低減できる。
【００１８】
本発明は、太陽電池パネルに対して断熱材や板材を接着し、実効的に太陽電池モジュールの厚みを大きくすることで、太陽電池モジュールの剛性を上げるものである。すなわち、例えば太陽電池パネルと断熱材と板材とを単に積層しただけの太陽電池モジュールでは、捩じり方向に力を加えた時に、太陽電池パネルと断熱材あるいは断熱材と板材との間に隙間が生じるため、剛性はそれほど向上しない。一方、本発明のように、太陽電池パネルと断熱材と板材とがそれぞれ接着剤等による接着層によって強固に接着されて一体化されていると、捩じり方向に力を加えても太陽電池パネルと断熱材あるいは断熱材と板材との間に隙間が生じないため、実効的に厚みが増大したことになって、剛性が向上することになる。また板材としては、少なくとも断熱材よりも剛性の高いものがより好ましい。
また本発明は、太陽電池パネルとその背面側に設けられた剛性を有する略波板状の板材が、板材の凹部に充填された接着性を有する断熱材によって一体化されており、上記効果に加えて、略波板形状によって一層の剛性向上が可能となるのである。
また、断熱材が接着層を兼ねていることから、断熱材を太陽電池の設置現場で充填することが可能となり、製造コストおよび工数の削減、および工事日程に対するフレキシビリティの確保が見込め、工事費を含めたトータルコストも削減できる。
【００１９】
また、断熱材が接着層を兼ねていることから、断熱材を太陽電池の設置現場で充填することができ、製造コストおよび工数の削減、および工事日程に対するフレキシビリティの確保が見込め、工事費を含めたトータルコストも削減でき、このような断熱材としては、請求項２のように、ウレタンフォームが好適である。
【００２０】
請求項３に係る高剛性太陽電池モジュールの作製方法においては、前述のような太陽電池モジュールを方形状の枠体に内装した屋根パネルを構成するに当たり、金属板を折曲加工してその外周部に枠体の上面を略全域を覆う鍔部を形成し、かつこの金属板の鍔部を枠体に直接固定することができるので、屋根パネル全体としての剛性向上にもなる。また、優れた防火性能を得ることもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１には、請求項１に係る高剛性太陽電池モジュール１の断面構造を示している。図例は、太陽電池パネル２と、その背面側に設けられた断熱材３と平板状の板材としての金属板４が、接着層Ｂを介して一体化された、高剛性太陽電池モジュール１であり、太陽電池パネル２と接着層Ｂと断熱材３と接着層Ｂと金属板４とを、この順に積層して一体化したものである。本図の構造においては、太陽電池モジュール１の剛性が向上するとともに、断熱材３の下側、すなわち家屋の屋根に設置した場合の室内側に金属板４が設けられており、室内で発火した火事が、近隣へ延焼することを防止するのに特に適している。
また請求項１に係る別の実施形態としては、図２に示すような、太陽電池パネル２と接着層Ｂと金属板４と接着層Ｂと断熱材３と接着層Ｂと金属板４とを、この順に積層して一体化したものが例示できる。この場合は、断熱材３の上下両側に金属板４が設けられていることから、上記近隣への延焼防止に加えて、近隣家屋からの発火による類焼も併せて防止するのに特に適していることがわかる。
【００２２】
さらに、請求項２に係る高剛性太陽電池モジュール１の断面構造は、図３のように、太陽電池パネル２と接着性を有する断熱材よりなる接着層Ｂと断熱材３と接着性を有する断熱材よりなる接着層Ｂと金属板４とを、この順に積層して一体化したものが例示できる。
【００２３】
続く図４には、請求項３に係る高剛性太陽電池モジュール１の断面構造を示している。図例は、太陽電池パネル２と、その背面側に設けられた略波板状の板材としての金属板４が、板材（金属板４）の凹部４ａに充填された接着性を有する断熱材３によって一体化されたことを特徴とする、高剛性太陽電池モジュール１である。このように金属板４を略波板状にすると、平板の場合に比べてより一層剛性が向上する。また、本例で使用しうる好適な断熱材３としては、太陽電池パネル２と金属板４とを当接または接着後に、凹部４ａに注入できるものがよい。具体的には、ウレタンフォーム等が例示できる。なお本図例では、略波板状の金属板４として、図示するような、平坦な頂部４ｂを有するものを使用し、この頂部と太陽電池パネル２の背面が当接され、かつ太陽電池モジュール１の背面２ａも平坦に仕上げられている。
【００２４】
また図５には、請求項４に係る高剛性太陽電池モジュール１の断面構造を示している。図例は、太陽電池パネル２と、その背面側に設けられた平板状の板材としての金属板４が、接着性を有する断熱材３によって一体化されたことを特徴とする、高剛性太陽電池モジュール１である。この構造では、太陽電池パネル２と金属板４が断熱材３によって接着された構造であり、組み立てが簡単でかつ施工現場での組み立てが可能であるため、工事日程上のフレキシビリティが大きくなるという利点がある。このように請求項４に係る高剛性太陽電池モジュール１においては、断熱材３がそのまま接着層として機能している。
【００２５】
太陽電池パネル２は、図６に示すように、基本的には、透光基板１０と、透光基板１０の下面に形成した非晶質シリコン太陽電池素子層１１と、この太陽電池素子層１１の下側に設けられた充填材１２と、充填材１２の下側に設けられたバックシート１３とを備えている。
透光基板１０としては強化ガラスや貼り合わせガラス、またはその他一般的な透光基板が用いられ、ガラス成分が溶出しないよう、必要に応じて酸化ケイ素などを被着したものを用いても良い。また、本発明では太陽電池パネル２の背面に接着層Ｂが存在しているので、透光基板１０が割れたとしてもその破片が飛散することがないため、透光基板１０として、窓ガラスとして使用されている安価な鉛ガラスや、他の安価なアルカリガラス等が使用できる。この場合、本来ならば非晶質シリコン太陽電池素子層１１へのアルカリ成分の拡散等が懸念されるが、前述のように表面に酸化ケイ素などを被着したものを用いれば問題はない。
非晶質シリコン太陽電池素子層１１は、透光基板１０上に透明導電膜、ｐ−ｉ−ｎまたはｎ−ｉ−ｐの非晶質シリコン層、金属電極層を順次堆積した積層体からなり、その下面側に設けたＥＶＡ、ＰＶＢ、ポリイソブチレン系樹脂、エポキシ樹脂塗布層等の充填材１２によって保護されている。ここで、充填材としてエポキシ樹脂塗布層等の比較的硬質の材料を用いる場合は、その表面が柔らかくないので、バックシート１３は省略することもできる。
【００２６】
バックシート１３は、通常アルミニウム箔をサンドしたテドラー等で構成されているが、接着剤とのなじみが悪いため、前述のように充填材にエポキシ樹脂塗布層を用いてバックシート１３を省略してもよいし、さらには、接着層Ｂを充填材１２の代わりとして機能させ、充填材１２とバックシート１３を共に省略してもよい。
ここで透明導電膜としては、酸化錫や酸化インジウム錫或いは酸化亜鉛が用いられ、非晶質シリコン層としては、アモルファスシリコンカーバイトとアモルファスシリコンによるヘテロ接合構造が採用され、必要に応じて透明導電膜側や金属電極層側のｐ層やｎ層を微結晶化させることが、直列抵抗低減において効果的である。
【００２７】
また金属電極層としては、クロム、アルミニウム、銀などの一般的な金属材料を、単層や複層構造として用いる。そして特に素子温度が高温になることから、非晶質シリコン層との間で金属成分の拡散を防止するため、非晶質シリコン層と金属電極層との間に、前述の透明導電膜やシリサイド層などによる金属拡散防止層を介在させたり、この金属拡散防止層を介在させずに、金属電極層としてクロムやモリブデンなどのシリサイド形成金属を用いたり、これらシリサイド形成金属と他の金属との積層構造とすることが効果的である。また、入射光の閉じ込め効果の点からは、高反射率の銀を用いると特に効果が高い。
さらに、充填材１２としてＥＶＡ、ＰＶＢなどを用いる場合は、真空ラミネート法によって封入し、ポリイソブチレン系樹脂の場合は、これを加熱流動化して塗布し、エポキシ樹脂塗布層の場合は、塗布後に加熱硬化すればよい。
【００２８】
断熱材３を構成する素材としては、断熱性、保温性、蓄熱性に優れた、例えばポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、硬質ポリウレタンフォーム、軟質ポリウレタンフォーム、硬質塩化ビニルフォーム、ユリアフォーム、フェノールフォーム、ラバーフォーム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、パーライト、バーミキュライト、泡ガラスなどの発泡質・多孔質材料や、アスベスト、ロックウール、グラスウール、セラミックファイバー、動植物繊維、軟質繊維材、炭素質繊維、チタン酸カリウム繊維などの繊維材料や、ケイ酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウム、けいそう土、けいそう土質断熱れんが、耐火断熱れんが、キャスタブル耐火断熱材、コルク、炭素粉末などの粒・粉状材料の加工品や、アルミニウム箔などからなる多層箔材料や、硬質フォームラバー、発泡クロロプレンゴムなどの発泡ゴム材料や、軽量気泡コンクリートや、発泡アルミニウムなどを用いることが可能である。
また請求項２や請求項４に使用可能な接着性を有する断熱材としては、このうちポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、硬質ポリウレタンフォーム、軟質ポリウレタンフォーム等が好ましい。
【００２９】
金属板４としては、鉄板、ステンレス鋼板、銅板、アルミニウム合金板、ホウロウ鋼板、亜鉛鉄板、チタン合金板などの金属板単独、或いは、これらの金属板に防錆処理を施したもの、或いは、金属板と無機質断熱板や無機質高充填フォームプラスチック板との積層板などを採用することが可能である。また、金属板４以外の板材としてはガラスなども挙げられるが、防火性能の向上という観点からは、金属とともにケイ酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウム、けいそう土、けいそう土質断熱れんが、耐火断熱れんが、キャスタブル耐火断熱材、軽量気泡コンクリート等の、窯業系不燃材の使用が好ましい。また、後述する略波板状の板材としては、上記金属板４が好ましい。さらに、少なくとも組み合わされる断熱材よりも剛性の高いものが望ましい。
【００３０】
また図７に示す高剛性太陽電池モジュール１のように、図１および図３で示した断面構造のものを対象とし、金属板４の外周部に断熱材３の側面に沿って太陽電池パネル２側へ延びる縦壁部５Ａを形成してもよい。この場合には、捩じれや曲げに対する太陽電池モジュール１の強度、剛性を一層向上させることが可能となる。
【００３１】
また、図８に示す高剛性太陽電池モジュール１のように、図２で示した断面構造のものを対象として、同図（ａ）に示すように、太陽電池パネル２側の金属板４を背面側に折曲して縦壁部５Ｂを設けてより一層の捩じり方向の剛性を高めたり、同図（ｂ）に示すように、背面側の金属板４を折曲して縦壁部５Ａを設け、同様に捩じり方向の剛性を高めたりすることもできる。
【００３２】
【実施例】
本発明の主な適用例は、本発明の太陽電池モジュール１に枠体を取り付けた、発電機能を有する屋根パネルとして、家屋の屋根に設置することを対象としてものであるので、以下、本発明の高剛性太陽電池モジュール１に枠体を取り付けて屋根パネルとし、これを家屋の屋根に適用した場合の実施例について、詳細に説明する。また以下の実施例では、すでに図１および図３に示したような、一枚の金属板４を用いた太陽電池モジュール１の例を取り上げて説明するが、他の構造の太陽電池モジュール１が使用可能であることは勿論、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例では、軒下側を前側、棟側を後側と定義して説明する。また前記各図で示した接着層Ｂについては、屋根パネル全体としてみれば極めて薄い層であるので、以下の説明ではこの接着層Ｂの表記は省略し、太陽電池モジュール１、または太陽電池パネル２、断熱材３、板材（金属板）４等の太陽電池モジュール１の構成要素のみに符号を記している。
図９、図１０に示すように、家屋２０の上部には左右方向向きの複数の母屋２１が一定間隔あけて複数並設され、母屋２１上には左右に複数連設された屋根パネル２３が前後に３列配置され、屋根２２はこれら複数の屋根パネル２３で構成されている。つまり、この家屋２０においては、垂木、野地板、屋根瓦は省略されており、複数の屋根パネル２３が垂木、野地板、屋根瓦として機能することになる。なお、符号２４は天窓である。
屋根２２は、屋根２２の左サイドを構成する屋根パネル２３Ａと、屋根２２の右サイドを構成する屋根パネル２３Ｂと、屋根２２の屋根パネル２３Ａ、２３Ｂ間を構成する屋根パネル２３Ｃの３種類の屋根パネル２３で構成されている。
【００３３】
先ず、屋根パネル２３Ｃの構成について、図１１〜図１８を参照しながら説明する。
１対のサイドフレーム３０と、両サイドフレーム３０の前端部及び後端部を連結する１対の連結フレーム３１とからなる略長方形枠状の木製枠体３２が設けられ、木製枠体３２は母屋２１に対して図示外の釘やボルトで固定され、横方向に連設される屋根パネル２３Ｃの木製枠体３２同士も図示外の釘やボルトなどで固定されている。
【００３４】
木製枠体３２の下半部内には左右方向向きの棒状の補強部材３３が所定間隔おきに設けられ、補強部材３３の両端部は左右のサイドフレーム３０に固定され、補強部材３３上には弾力性を有するクッション材３４が設けられている。但し、このクッション材３４は省略してもよい。
クッション材３４上には、本発明の高剛性太陽電池モジュール１が設けられており、金属板４の外周部には木製枠体３２の内壁に沿って上方へ延びる縦壁部５Ａが形成され、縦壁部５Ａの上端部には木製枠体３２の上面側へ延びる鍔部６が形成されている。
【００３５】
ここで、屋根パネル２３内における太陽電池モジュール１の位置関係について説明すると、金属板４の内側、すなわち太陽電池パネル２側には平板状の断熱材３が金属板４の全面にわたって接着層によって接着されて設けられ、断熱材３の上面は木製枠体３２の上面よりもやや高く配置されている。但し、木製枠体３２の中段部に略Ｌ字状の金具を固定するなどして、金属板４及び断熱材３を支持してもよい。また、補強部材３３は、木製枠体３２内側を閉塞する板状部材で構成してもよいし、さらに、木製枠体３２及び補強部材３３は、角材や合板等で構成することが可能である。
【００３６】
木製枠体３２及び断熱材３の前端近傍部及び後端近傍部には段差部３２ａが形成され、この段差部３２ａ上には屋根下地パネル３５が夫々固定され、屋根下地パネル３５の上端部は段差部３２ａ以外の木製枠体３２の部分と略同高に設定されている。
【００３７】
ここで、太陽電池パネル２の背面には、接着層を介して太陽電池パネル２の外側へ延びる防水シート３６が接着され、さらにこの防水シート３６と断熱材３が接着層によって接着されている。従って、太陽電池パネル２と防水シート３６と断熱材３と金属板４とがこの順に接着層を介して互いに接着されて一体化され、高剛性太陽電池モジュール１を構成している。そして、防水シート３６は前後の屋根下地パネル３５の上面全域にまでわたって延びており、防水シート３６の外縁部は、木製枠体３２の上面及び外側面に沿って延設されて木製枠体３２に貼着され、この防水シート３６によって、木製枠体３２内への雨水などの浸入が防止される。なお、防水シート３６の素材としては、特殊ゴム化アスファルトコンパウンドやポリイソブチレンなどが挙げられる。また防水シート３６に粘着性のあるものを用いると、この防水シート３６が接着層として機能する。
【００３８】
太陽電池モジュール１の受光面側には、複数の太陽電池パネル２が僅かな隙間をあけて前後に連設され、隣接する太陽電池パネル２間の隙間にはシール材３７が充填されている。また連設される複数の太陽電池パネル２にわたって、太陽電池パネル２の上面を覆う透明なカバー部材を設けてもよい。
【００３９】複数の太陽電池パネル２を連設した太陽電池モジュール１を、木製枠体３２に固定保持するため、屋根パネル２３Ｃは、１群の太陽電池パネル２の前縁部及び後縁部を保持する前部保持手段４０及び後部保持手段４１と、太陽電池パネル２の側縁部を保持する左右１対の側部保持手段４２を備えている。
【００４０】
側部保持手段４２について説明すると、図１１、図１４、図１６に示しているように、１群の太陽電池パネル２に対応させて左右のサイドフレーム３０上には金属板４の鍔部６と防水シート３６とを挟んで側部受金具４５が固定され、太陽電池パネル２の側縁部は側部受金具４５の内半部上に載置されている。
側部受金具４５の外半部には太陽電池パネル２の側縁部上へ延びるアーム部４６ａを有する側部固定金具４６が着脱可能に取付けられ、アーム部４６ａと太陽電池パネル２の側縁部間にはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などからなるシール材４７が設けられ、太陽電池パネル２の側縁部は側部受金具４５と側部固定金具４６間に水密状に挟持されてサイドフレーム３０に固定されている。
太陽電池パネル２と木製枠体３２上の防水シート３６間にはシール材４８が設けられ、側部受金具４５の外側部には隣接する屋根パネル２３Ｃ間への雨水等の侵入を防止するシール材４９が装着されている。
【００４１】
この側部保持手段４２は、工場等において予めサイドフレーム３０に組付けられる。また、後述する屋根パネル２３Ａ、２３Ｂの一側部にも、屋根パネル２３Ｃと同じ構成の側部保持手段４２が設けられ、建設現場では、屋根パネル２３を母屋２１上にセットした状態で、隣接する側部保持手段４２の側部固定金具４６の上面間にわたって連結プレート５０をビス等で取付けて、連結プレート５０で隣接する側部固定金具４６同士を連結するとともに、連結プレート５０にカバー部材５１を嵌合固定して、隣接する屋根パネル２３間への雨水等の浸入を防止することになる。
【００４２】
前部保持手段４０について説明すると、図１１、図１３、図１７に示しているように、前側の屋根下地パネル３５の後縁部上には前部受金具５５が固定され、最も前側の太陽電池パネル２の前縁部は前部受金具５５の後半部上に載置されている。前部受金具５５の前半部には太陽電池パネル２の前縁部上へ延びるアーム部５６ａを有する前部固定金具５６が着脱可能に取付けられ、アーム部５６ａと太陽電池パネル２の前縁部間にはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などからなるシール材５７が設けられ、最も前側の太陽電池パネル２の前縁部は前部受金具５５と前部固定金具５６間に水密状に挟持されて屋根下地パネル３５に固定されている。
前部固定金具５６には前方へ延びる延設部５６ｂが形成され、延設部５６ｂと屋根下地パネル３５間に屋根材２５が装着されるように構成されている。
【００４３】
前部受金具５５は、工場等において予め前側の屋根下地パネル３５の後縁部上に組付けられる。また、後述する屋根パネル２３Ａ、２３Ｂの前部にも、屋根パネル２３Ｃと同じ構成の前部保持手段４０が設けられ、建設現場では、屋根パネル２３を母屋２１上にセットした状態で、隣接する２〜３枚の屋根パネル２３にわたって前部固定金具５６を組付けることになる。また、延設部５６ｂと屋根下地パネル３５間に装着される屋根材２５においても前部固定金具５６と同様、複数の屋根パネル２３にわたって設けられ、屋根材２５と前部固定金具５６により隣接する屋根パネル２３の前部間への雨水等の浸入が防止されることになる。
【００４４】
後部保持手段４１について説明すると、図１１、図１３、図１８に示しているように、後側の屋根下地パネル３５の前縁部上には後部受金具６０が固定され、最も後側の太陽電池パネル２の後縁部は後部受金具６０の前半部上に載置されている。後部受金具６０の後半部には太陽電池パネル２の後縁部上へ延びるアーム部６１ａを有する後部固定金具６１が着脱可能に取付けられ、アーム部６１ａと太陽電池パネル２の後縁部間にはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などからなるシール材６２が設けられ、最も後側の太陽電池パネル２の後縁部は後部受金具６０と後部固定金具６１間に水密状に挟持されて屋根下地パネル３５に固定されている。
【００４５】
この後部保持手段４１は、工場等において予め後側の屋根下地パネル３５の前縁部上に組付けられている。また、後述する屋根パネル２３Ａ、２３Ｂの後部にも、屋根パネル２３Ｃと同じ構成の後部保持手段４１が設けられており、建設現場では、屋根パネル２３を母屋２１上にセットした状態で、隣接する２〜３枚の屋根パネル２３に亙る後部固定金具６１に後部カバー部材６３を組付け、後部カバー部材６３の延設部６３ａ上に屋根材２５をセットすることになる。なお、延設部６３ａ上にセットされる屋根材２５においても後部固定金具６１と同様、複数の屋根パネル２３にわたって設けられ、屋根材２５と後部固定金具６１により隣接する屋根パネル２３の後部間への雨水等の侵入が防止されることになる。
【００４６】
屋根パネル２３Ａ、２３Ｂは対称の構成で、かつ基本的には屋根パネル２３Ｃと同様に構成されているので、以下、右側の屋根パネル２３Ｂについてのみ簡単に説明する。
図１９に示すように、木製枠体３２を幅方向に大きくした木製枠体７０が設けられ、木製枠体７０の左右方向の略中央部にサイドフレーム３０と平行にセンタフレーム７１が設けられ、センターフレーム７１の前後両端部は連結フレーム３１に連結され、サイドフレーム３０間には複数の補強部材３３が連結フレーム３１と平行に一定間隔おきに設けられている。
【００４７】
左右のサイドフレーム３０間のセンターフレーム７１と補強部材３３上には、図１１、図２０、図２１に示しているように、屋根パネル２３Ｃと同様に、クッション材３４上に、本発明の高剛性太陽電池モジュール１が設けられている。
この太陽電池モジュール１において、木製枠体７０及び断熱材３の右半部及び上下両端近傍部の上面には段落ちした段差部７０ａが形成され、段差部７０ａには屋根下地パネル７２が設けられ、屋根下地パネル７２は釘や木螺子等を介して木製枠体７０に固定されている。
断熱材３の左半部上と屋根下地パネル７２上にわたっては、太陽電池パネル２の部分から延びる防水シート３６が貼着され、防水シート３６の外周部は木製枠体７０の上面及び側面に沿って延びて木製枠体７０に貼着され、太陽電池パネル２は屋根下地パネル７２以外の部分において防水シート３６上面に前後に複数連設された状態となっている。
【００４８】
太陽電池モジュール１内において複数並設される太陽電池パネル２の左側縁と前縁部と後縁部とは、前述の屋根パネル２３Ｃと同じ構成の側部保持手段４２、前部保持手段４０、後部保持手段４１で木製枠体７０に夫々固定保持され、結果的に、太陽電池モジュール１と木製枠体７０との間が固定保持される。そして右側縁は、次のような構成の側部保持手段７５により保持されることになる。
【００４９】
屋根下地パネル７２の左端部上には防水シート３６を介して側部受金具７６が設けられ、太陽電池パネル２の右側縁部は側部受金具７６の左半部上に載置されている。側部受金具７６の右半部には太陽電池パネル２の右側縁部上へ延びるアーム部７７ａを有する側部固定金具７７が着脱可能に取付けられ、アーム部７７ａと太陽電池パネル２の側縁部間にはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などからなるシール材７８が設けられ、太陽電池パネル２の右側縁部は側部受金具７６と側部固定金具７７間に水密状に挟持されて屋根下地パネル７２に固定されている。
【００５０】
この側部保持手段７５は、工場等において予め屋根下地パネル７２の左縁部上に組付けられている。また、建設現場では、屋根パネル２３を母屋２１上にセットした状態で、側部固定金具７７に側部カバー部材７９を組付け、側部カバー部材７９の上下の延設部７９ａ、７９ｂ間に屋根材２５を装着することになる。
【００５１】
なお、図１１、図２２に示すように、側部受金具７６、側部固定金具７７、側部カバー部材７９の後端部は、後部カバー部材６３の前端面で閉鎖され、また前端部にはエンドキャップ８０が装着されている。また、後部カバー部材６３の左右両端部にはエンドキャップ８１が装着され、雨水等の侵入が防止されている。さらに、前部受金具５５と前部固定金具５６の左右両端部は側部カバー部材７９の内側面で閉鎖され、雨水等の侵入が防止されている。
なお、図１８、図２１、図２２に示すように、延設部６３ａ、７９ｂの上面と屋根下地パネル３５、７２上の防水シート３６間には、防水テープ８２が貼着されており、カバー部材６３、７９と防水シート３６間への雨水等の浸入が防止される。
【００５２】
太陽電池モジュール１における太陽電池パネル２の下面の略中央部には、端子ボックス１４が設けられ、端子ボックス１４に接続された出力線１５は、接着層と防水シート３６と断熱材３と金属板４とを貫通して下側へ導出されている。
一つの太陽電池モジュール１によって得られる発電量は、屋根２２全体の発電量の１５％以下に設定され、一つの太陽電池モジュール１が故障した場合でも、極端な発電量の低下が防止されるように構成することも一考である。
【００５３】
このように、本発明の高剛性太陽電池モジュール１を屋根パネル２３として応用すると、この屋根パネル２３が野地板を兼用するので、その屋根自体を発電機能を有する屋根として見ることができる。そこで次に、発電機能を有する屋根２２の作用、効果について説明する。
屋根２２全体を屋根パネル２３で構成することになるが、屋根パネル２３の木製枠体３２、７０が、複数の母屋２１にわたって設けられているので、サイドフレーム３０が垂木として機能し、しかも補強部材３３と木製枠体３２内に設けられている本発明の高剛性太陽電池モジュール１により、木製枠体３２、７０の捩じりや曲げに対する強度、剛性が高められ、補強部材３３及び金属板４が野地板として機能し、野地板及び垂木を省略しつつ屋根２２の強度を十分に確保することが可能となる。しかも、金属板４の外周部に縦壁部５及び鍔部６を形成してあるので、捩じりや曲げに対する強度、剛性が一層高められることになる。
【００５４】
また、並設された屋根パネル２３の外周部に太陽電池パネル２を設けないで屋根下地パネル３５、７２を設けてあるので、建設現場で屋根下地パネル３５、７２の一部を切除するなどして容易に寸法調整できるとともに、家屋２０の建築後には、この屋根下地パネル３５、７２上に敷設された屋根材２５が移動用の通路となり、太陽電池パネル２の保守点検作業が容易に行える。
【００５５】
また、太陽電池パネル２の下面側に、接着層を介して密着させて設けた断熱材３により、前述したように、太陽電池パネル２の温度上昇が促進され、太陽電池素子として非晶質シリコン系半導体を用いた場合には、光劣化による太陽電池パネル２の発電出力の低下を効果的に防止できる。この効果は、断熱材３が接着層を介して太陽電池パネル２の全面にわたって、均一に接着して設けられることになるので、より確実なものとなる。
【００５６】
さらに、断熱材３により家屋２０内への熱の侵入が防止されるとともに、屋根２２からの放熱が防止され、太陽光線による室内温度の変動が抑制されるので、家屋２０の居住性を向上することが可能となる。また、金属板４により防火性能を向上させることができる。
【００５７】
次に、高剛性太陽電池モジュール１（屋根パネル２３）の構成を部分的に変更した変形例について説明する。なお、前記実施例と同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
（１）図２３に示す屋根パネル９０のように、断熱材３の背面側の金属板４を代えて、太陽電池パネル２の背面側に一枚の金属板４Ａを接着層を介して設け、この金属板４Ａの背面側に、同様に接着層を介して防水シート３６を挟んで断熱材３を積層状に設けた状態で一体化してもよい。また、この場合には、金属板４Ａの外周部に太陽電池パネル２の側面に沿って延びる縦壁部５Ａを設けることも可能である。
【００５８】
この屋根パネル９０では、屋根パネル２３と同様の作用、効果が得られるとともに、太陽電池パネル２の背面に金属板４Ａを密着させて設けてあるので、防火性能において、特に飛火による火災の発生（類焼）も効果的に防止することが可能となる。また、接着層の存在による全面接着と金属板４Ａの伝熱によって、太陽電池パネル２の温度が一様になるので、光劣化による太陽電池パネル２の局部的な発電出力の低下を防止することが可能となる。
【００５９】
（２）図２４に示す屋根パネル９０Ａのように、断熱材３を木製枠体３２、７０の上面よりも一段低くなるよう配置し、かつ断熱材３上に金属板４Ｂを接着層を介して設けるとともに、金属板４Ｂの外周部に木製枠体３２、７０の内側面に沿って上方へ延びる縦壁部５Ａと縦壁部５Ａの上端部から木製枠体３２、７０の上面側へ延びる鍔部６Ａとを形成し、金属板４Ｂの上面に接着層を介して防水シート３６を貼着して、防水シート３６の外周部を木製枠体３２、７０の側面に沿って延設して木製枠体３２、７０に貼着し、金属板４Ｂの内側に防水シート３６を挟んで接着層を介して太陽電池パネル２が位置する構造としてもよい。なお、符号９１は、太陽電池パネル２の損傷等を防止するためのカバーカラスを表している。
【００６０】
（３）図２５に示すように、断熱材３を第１の断熱材３Ａと第２の断熱材３Ｂの２層構造とし、第１の断熱材３Ａを太陽電池パネル２の下面に接着層を介して接着するとともに、２つの断熱材３Ａ，３Ｂ間に防水シート３６を介装させた状態で両者を接着層によって接着し、２つの断熱材３Ａ，３Ｂ間の幅方向の中央部に前後方向へ延びる通路９２を形成し、防水シート３６の上側において通路９２内に太陽電池パネル２からの出力線１５を配置させ、木製枠体３２の上端部或いは下端部から出力線１５を導出させてもよい。この構造は、防水シート３６に出力線１５の挿通孔を形成する必要が無く、防水性を一層向上できる。また、断熱材３Ｂと金属板４とは、接着層によって接着される。このように本例における高剛性太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル２と、２つの断熱材３Ａ，３Ｂと、防水シート３６と、金属板４が、接着層を介して一体化されたものとなっている。
【００６１】
なお、本実施例では、太陽電池モジュール１に木製枠体３２を取り付けた例を説明したが、アルミニウム合金などの金属製の枠体やコンクリート製の枠体を取り付けることも可能である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係る高剛性太陽電池モジュールは、例えば捩じり方向の外力が加わった場合でも、各界面が接着層で強固に接着されているので隙間が形成されず、実効的には太陽電池パネルと、断熱材と、剛性を有する平板状の板材とを積層した厚さの一枚板として機能するため、太陽電池モジュールとしての強度、剛性が大きく向上することになる。従って、屋根上に設置した場合において、太陽電池モジュール表面を風が吹き抜ける時に、太陽電池パネルを引き剥がそうとする方向に働く負圧によって太陽電池パネルが剥落する懸念が無くなり、また、屋根上への取り付け施工時や運搬時に大きな外力が加わっても、変形等が発生しない高品質なものとなる。
さらに金属板等の板材があること、また接着層を介して一体化されていることから、雨水等の浸入に対して十分な防水性能が確保でき、屋根上に野地板への埋め込み構造で設置したとしても、十分な長期信頼性が確保できる。これは、板材や接着層が、防水層として機能するためである。しかしながら、実施例において説明したように、別途防水シートを用いることで、より一層の防水性の向上が可能となる。また接着層が太陽電池素子の保護層として機能するので、非晶質シリコン太陽電池パネルとして充填材やバックシートが省略でき、コストダウンが図れる。
また、太陽電池パネルの背面側に断熱材が設けてあるので、太陽電池パネルの背面側からの放熱が防止され、太陽電池パネルの温度上昇が促進される。これより、太陽電池素子を８０℃〜９０℃以上の高温に加熱することが可能となり、非晶質シリコン特有の光劣化現象が軽減できる結果、出力特性においても、優れた長期信頼性が実現できる。そして、太陽電池パネルの背面全面と接着層が密着していることから、太陽電池パネル内での温度分布も均一になるので、太陽電池パネル内での劣化率のばらつきも少なくなるという効果も得られる。
【００６３】
そして、本発明に係る高剛性太陽電池モジュールの作製方法によれば、屋根上等の設置現場において、先ず略波板状の板材を屋根上の所定箇所に設置後、その上に太陽電池パネルを置き、太陽電池パネルと板材との間の隙間、すなわち板材の凹部に、断熱材としてウレタンフォーム等の接着性を有する合成樹脂を硬化前の状態で注入できるので、設置現場において、本発明の太陽電池モジュールを作製することができる。このことは、太陽電池モジュールの設置現場に完成品として運搬する場合と比べて体積が小さくなるため運搬コストの低減をもたらし、かつ新築家屋等、新たに屋根を施工する場合には、工事日程のフレキシビリティが増大し、結果的にトータルコストを大幅に低減できる。
【００６４】
また、太陽電池パネルと、その背面側に設けられた剛性を有する略波板状の板材が、板材の凹部に充填された接着性を有する断熱材によって一体化されており、上記効果に加えて、略波板形状によって一層の剛性向上が可能となる。また、断熱材が接着層を兼ねているので、断熱材を太陽電池の設置現場で充填することが可能となり、製造コストおよび工数の削減、および工事日程に対するフレキシビリティの確保が見込め、工事費を含めたトータルコストも削減できる。
【００６５】
更に、断熱材が接着層を兼ねていることから、断熱材を太陽電池の設置現場で充填することができ、製造コストおよび工数の削減、および工事日程に対するフレキシビリティの確保が見込め、工事費を含めたトータルコストも削減でき、このような断熱材としては、請求項２のように、ウレタンフォームが好適である。
【００６６】
また、請求項３に係る高剛性太陽電池モジュールの作製方法のように、板材として金属板等の不燃材を用いると、屋根材や壁面材として使用しても近隣への延焼や近隣からの類焼が防止できるので、防火上も優れたものとなる。
【００６７】
さらに、本発明の高剛性太陽電池モジュールを方形状の枠体に内装して屋根パネルを構成する場合には、板材との組み合わせにおいて、板材として金属板を用い、その外周部に枠体の上面を略全域を覆う鍔部を形成したり、太陽電池モジュールを下側からサポートする補強部材を枠体内部に横断状に設けたり、補強部材が枠体内を閉塞する板状部材とする具体例が例示でき、これらを組み合わせることによって、より一層大幅に剛性や耐捩じり強度を向上させることができる。
【００６８】
そして、本発明の高剛性太陽電池モジュールを用いた複数の屋根パネルを野地板内に埋め込み施工する場合において、太陽電池パネルとその背面側に設けられた剛性を有する略波板状の板材を、板材の凹部に充填された接着性を有する断熱材によって一体化するに当たって、太陽電池パネルの背面に同様の防水シートを介装し、これらを一体化した太陽電池モジュールとすればよい。
【００６９】
このように、本発明の高剛性太陽電池モジュールは、それ自体で高い剛性を有し、さらに屋根パネルや壁面パネルを構成した場合でも、枠体との組み合わせによって更なる剛性の向上が可能となり、また光劣化の低減や施工性の向上も実現できるので、従来の問題点を一層し、風圧やその他外力に抗し得るような太陽電池モジュールの剛性向上と、非晶質シリコン系太陽電池パネルの信頼性向上と、防火性能の向上を全て満足させることができる極めて優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図２】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図３】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図４】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図５】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図６】太陽電池パネルの構造例を表す断面図
【図７】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図
【図８】本発明の太陽電池モジュールの構造例を表す断面図で、（ａ）は上側の金属板から下方向への縦壁部を形成したもの、（ｂ）は下側の金属板から上方向への縦壁部を形成したもの
【図９】家屋の屋根付近の断面図
【図１０】屋根の平面図
【図１１】屋根パネルの要部平面図
【図１２】（ａ）は木製枠体の平面図、（ｂ）は木製枠体の側面図
【図１３】図１１のＸ−Ｘ線断面図
【図１４】図１１のＸＩ−ＸＩ線断面図
【図１５】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ 線断面図
【図１６】側部保持手段付近の断面図
【図１７】前部保持手段付近の断面図
【図１８】後部保持手段付近の断面図
【図１９】（ａ）は屋根の右サイドに配置される木製枠体の平面図、（ｂ）は同側面図
【図２０】図１１のＸＶＩＩ−ＸＶＩ線断面図
【図２１】屋根の右サイドに配置される屋根パネルの側部保持手段付近の断面図
【図２２】屋根パネルの右後側部付近の要部斜視図
【図２３】別構成の屋根パネルの側部保持手段付近の断面図
【図２４】別構成の屋根パネルの側部保持手段付近の断面図
【図２５】別構成の屋根パネルの断面図
【符号の説明】
１ 太陽電池モジュール ２ 太陽電池パネル
２ａ 太陽電池モジュール背面 ４ａ 凹部
４ｂ 頂部 Ｂ 接着層
３ 断熱材 ４ 金属板
５ 縦壁部 ６ 鍔部
１０ 透光基板 １１ 太陽電池素子層
１２ 充填材 １３ バックシート
１４ 端子ボックス １５ 出力線
１Ａ 建築用外装パネル ５Ａ 縦壁部
５Ｂ 縦壁部
２０ 家屋 ２１ 母屋
２２ 屋根 ２３ 屋根パネル
２３Ａ 屋根パネル ２３Ｂ 屋根パネル
２３Ｃ 屋根パネル ２４ 天窓
２５ 屋根材
３０ サイドフレーム ３１ 連結フレーム
３２ 木製枠体 ３２ａ 段差部
３３ 補強部材 ３４ クッション材
３５ 屋根下地パネル ３６ 防水シート
３７ シール材
４０ 前部保持手段 ４１ 後部保持手段
４２ 側部保持手段
４５ 側部受金具 ４６ 側部固定金具
４６ａ アーム部 ４７ シール材
４８ シール材 ４９ シール材
５０ 連結プレート ５１ カバー部材
５５ 前部受金具 ５６ 前部固定金具
５６ａ アーム部 ５６ｂ 延設部
５７ シール材
６０ 後部受金具 ６１ 後部固定金具
６１ａ アーム部 ６２ シール材
６３ 後部カバー部材 ６３ａ 延設部
７０ 木製枠体 ７０ａ 段差部
７１ センタフレーム ７２ 屋根下地パネル
７５ 側部保持手段 ７６ 側部受金具
７７ 側部固定金具 ７７ａ アーム部
７８ シール材 ７９ 側部カバー部材
７９ａ 延設部 ７９ｂ 延設部
８０ エンドキャップ ８１ エンドキャップ
８２ 防水テープ ９０ 屋根パネル
４Ａ 金属板
９０Ａ 屋根パネル ４Ｂ 金属板
９１ カバーカラス
Claims (3)
- 単または複数枚の太陽電池パネルと、その背面側に設けられた少なくとも略波板状の板材とより構成され、前記太陽電池パネルと板材とを当接または接着し、その隙間となる凹部に接着性を有する断熱材を注入し、該凹部に充填された断熱材により前記太陽電池パネル及び板材を一体化してなる高剛性太陽電池モジュールを作製するための方法であって、前記略波板状の板材を屋根上の所定箇所に設置し、その上に前記太陽電池パネルを置き、該太陽電池パネルと前記板材との間の隙間となる当該板材の凹部に、接着性を有する断熱材を硬化前の状態で注入してなる高剛性太陽電池モジュールの作製方法。
- 前記断熱材がウレタンフォームよりなる請求項１記載の高剛性太陽電池モジュールの作製方法。
- 板材として金属板が用いられた、請求項１又は２記載の高剛性太陽電池モジュールの作製方法。
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