JP3552372B2 - 屋根上への太陽電池取付構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋根上への太陽電池取付構造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、一般家庭における太陽光発電システムが種々提案され実用化され始めている。
前記太陽光発電システムとしては、家屋の屋根上に設置された複数の太陽電池と、これら太陽電池に電気的に接続された周辺回路とを組合わせたものが普及しつつある。
【０００３】
前記太陽電池は、図８にその要部断面図を示すように、透光板１上に複数の非晶質シリコン太陽電池素子層２を形成したり、この非晶質シリコン太陽電池素子層２に代わって結晶系のシリコン太陽電池素子を透光板１上に配設し、充填材３で封入するとともにバックシート４で裏面を保護した太陽電池パネル５と、この太陽電池パネル５の端部にブチルゴム等の接着材２９を介して取り付けられたアルミニウム合金製のフレーム３０とを備えたものが一般的であり、家屋の屋根上に太陽電池を設置する場合には、複数枚の太陽電池パネル５を、屋根上に立設固定した複数の取付具を介して、屋根上に一定の間隔をあけて浮かした状態に設置していた。図に示す３０Ａは、前記取付具に前記フレーム３０をボルト固定するために該フレーム３０に形成されたボルト挿通用の孔である。
【０００４】
一方、非晶質シリコン太陽電池は、基本的に結晶系シリコン太陽電池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約８０％まで低下し、その後はほぼ一定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、結晶系シリコン太陽電池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、非晶質シリコン太陽電池は、結晶系シリコン太陽電池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、この発電出力が低下する現象（以下、単に光劣化と称す）は、太陽電池を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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように太陽電池を取付けるためには、予め屋根側に複数の取付具を固定しておかなければならないため、現場での作業能率が低下するものであった。また、太陽電池を前記取付具に取付けるためのフレーム３０を太陽電池パネル５の端部に接着剤により取付けることを太陽電池の製造時に合わせて行わなければならないため、太陽電池の製造工数も嵩むものであった。さらに、前記フレーム３０が取り付けられた太陽電池は、重量が重くなるだけでなく、嵩張ってしまうため、運搬時や施工時に不利となるものであった。
【０００６】
また、前記太陽電池においては、これまで太陽電池素子温度の上昇によって開放電圧が低下し、ひいては出力低下につながるとの判断によって素子温度を積極的に高めるという思想も無く、非晶質シリコン太陽電池を用いた場合には、光劣化によって発電出力が大幅に低下することはどうしても避けられない問題であった。
【０００７】
本発明は、非晶質シリコン太陽電池を用いた場合に、光劣化による発電出力の大幅な低下を抑制することができ、しかも防火上も優れ、さらに太陽電池の製造工数の低減を図ることができるとともに、運搬性及び施工性の向上を図ることができる屋根上への太陽電池取り付け構造を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
建築物の屋根の一部又は全部に水上から水下方向に延びる多数の凸部が折曲形成された金属板を敷設し、前記金属板の凸部のうちの特定の隣り合う凸部間に太陽電池パネルを載置して、前記隣り合う凸部間に位置する凹部を閉塞する構成とし、前記載置された太陽電池パネルと前記金属板の凹部との間に形成される空隙部に断熱材を充填することによって、太陽電池パネルと金属屋根表面との間が外気に晒されることを阻止することができるとともに、金属板を防水材の他、防火材としても機能させることができる。又、屋根の凹部を太陽電池パネルの取付部として利用することができるとともに、太陽電池パネルと金属板の凹部との間に形成される空隙部を断熱材にて充填することによって、太陽電池パネルと金属屋根表面との間が外気に晒されることを阻止することができる。
【０００９】
建築物の屋根の一部又は全部に水上から水下方向に延びる多数の凸部が折曲形成された金属板を敷設し、前記金属板の凸部のうちの特定の隣り合う凸部間に太陽電池パネルを載置して、前記隣り合う凸部間に位置する凹部を閉塞する構成とし、前記載置された太陽電池パネルと前記金属板の凹部との間に形成される空隙部に断熱材を充填してなり、前記凸部上面に凸部長手方向に延びる断面形状略Ｅ字形状の支持部材を複数のボルトにより固定し、この支持部材の左右両端部に形成の溝に、該支持部材の横側部に位置する断面形状略Ｃ字形状のチャンネル部材に一体連設された係止部を係止し、前記チャンネル部材の上面に太陽電池パネルを載置するための台座を、該台座下部の一対の係止部と該チャンネル部材の上部開口との係止作用により係止固定し、前記支持部材の上方開口に前記台座上面に載置された太陽電池パネルを台座上面側に押圧するためのカバー部材に備えた一対の係止部を係止して、太陽電池パネルをカバー部材と台座とで挟持固定してもよい。
【００１０】
前記金属板が、瓦棒葺や折板等の金属屋根であってもよい。
また、前記金属板上又は金属屋根に、第１の防水シートと前記断熱材と第２の防水シートと前記太陽電池パネルをこの順に積層することによって、屋根の防水材の他、緩衝材としても機能させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図４に、非晶質シリコン太陽電池（以下太陽電池と略す）が示されており、この太陽電池は、基本的には、透光板１と、透光板１の下面、すなわち受光面とは反対側の面に形成した非晶質シリコン太陽電池素子層２と、この太陽電池素子層２の下側に設けられた充填材３と、この充填材３の下側に設けられたバックシート４とを備えた太陽電池パネル５から構成されている。前記太陽電池パネル５を１個設けたもの、あるいは２個以上の太陽電池パネル５を連結したものを太陽電池と称し、太陽電池パネル５の個数に無関係とする。
【００１２】
前記透光板１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。
【００１３】
前記太陽電池素子層２は、透光板１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等の充填材３を介して透光板１に対して封入されている。
【００１４】
前記バックシート４は、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。但し、前記充填材３やバックシート４を省略し、代わりに適当な保護塗膜を形成しておいてもよい。
ここで透明導電膜としては、従来の太陽電池素子と同様に酸化錫や酸化インジウム錫が用いられ、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等が採用され、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も直列抵抗低減において効果的である。
【００１５】
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積層構造として用いる。そして本発明では素子温度を積極的に高温にすることから、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、反射率の点から銀を用いると特に効果が高い。
更に、充填材４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すれば良い。
【００１６】
以上のように構成された太陽電池を屋根上へ取り付けるための取り付け構造について説明すれば、図１及び図５に示すように、野地板２５上に多数の瓦Ｋ・・が敷設された瓦屋根の中間部に位置する瓦Ｋ・・を取外し、この瓦Ｋ・・代わりに、水上から水下に延びる多数の凸部６Ａ・・が折曲形成された金属板６を敷設し、前記金属板６の凸部６Ａ・・のうちの特定の隣合う凸部６Ａ，６Ａ間に太陽電池パネル５を載置して、前記隣合う凸部６Ａ，６Ａ間に位置する凹部６Ｂを閉塞するようにしている。前記のように不燃材である瓦Ｋ・・を取外した後に、金属板６を敷設することによって、防火性能に優れた屋根構造にすることができるのである。詳述すれば、前記凸部６Ａ上面に凸部６Ａ長手方向に延びる断面形状略Ｅ字形状の支持部材７を複数のボルト８により固定し、この支持部材７の左右両端部に形成の溝７Ａ，７Ａに該支持部材７の横側部に位置する断面形状略Ｃ字形状のチャンネル部材９に一体連設された係止部９Ａを係止するとともに、前記チャンネル部材９の上面に太陽電池パネル５を載置するための台座１０を該台座１０下部の一対の係止部１０Ａ，１０Ａとチャンネル部材９の上部開口との係止作用により係止固定してある。そして、前記太陽電池パネル５を前記台座１０上面に載置した後、前記支持部材７の上方開口７Ｂに係止する一対の係止部１１Ａ，１１Ａを備えたカバー部材１１を装着することによって、カバー部材１１の下面に付設のパッキン１２を介して太陽電池パネル５を台座１０上面側に押圧して、太陽電池パネル５をカバー部材１１と台座１０とで挟持固定するのである。尚、図に示す１３は、前記太陽電池パネル５下面と前記台座１０上面との間に設けられたパッキンである。これらパッキン１２，１３は、ゴム、合成樹脂等から形成され、場合によってはこれらパッキン１２，１３を省略してもよい。前記太陽電池パネル５を固定する方法としては、図６に示すように、下方に一対の脚部１４Ａ，１４Ａを備えた固定金具１４を凸部６Ａ上面に複数のボルト１５により固定して、太陽電池パネル５を固定金具１４の下面と凸部６Ａ上面とで挟持固定してもよいし、又図７に示すように、固定部材１６の下方に備えた一対の係止部１６Ａ，１６Ａを凸部６Ａ上面に形成の開口６ａに係止することによって、太陽電池パネル５を固定部材１６の下面と凸部６Ａ上面とで挟持固定してもよく、太陽電池パネル５の固定方法はこれらに限定されるものではない。前記瓦屋根に代えて、茅葺き屋根でもよい。この場合、茅を取外した部分に金属板を敷設することによって、防火機能を付与することができる。又瓦棒葺きや折板等の金属屋根を用いることによって、金属板を敷設することを不要にすることができる。このように、水上から水下方向に延びる凹部を備えた金属屋根、あるいは屋根上又は屋根の一部を改良して凹部を備えさせた屋根のいずれの形の屋根に太陽電池パネル５を取付けてもよい。ここでいう水上とは、棟、つまり屋根の一番高い所を指し、水下とは、軒、つまり屋根の下端の建物の外に張り出た部分を指すことになる。
【００１７】
前記太陽電池パネル５と前記金属板６との間に形成される空隙部１７に断熱材１８が充填されており、この断熱材１８が前記太陽電池パネル５の裏面からの放熱を抑制するとともに、屋内と屋外との断熱効果を得ることができるようにしている。
【００１８】
前記金属板６と前記断熱材１８との間に第１の防水シート１９を設けるとともに、前記太陽電池パネル５と前記断熱材１８との間に第２の防水シート２０を設けてある。前記両防水シート１９，２０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等からなるとともに、表裏両面が粘着性を有しており、太陽電池パネル５の裏面又は金属板６上面あるいは断熱材１８の両面に防水シート１９，２０を当て付けるだけで粘着作用により固定することができるようにしている。前記第２の防水シート２０を設けることによって、太陽電池パネル５の透光板１に落下物等が接当したときの衝撃力の一部を防水シート２０の変形により吸収することができる。又、防水シート２０が粘着作用を有しているから、たとえ透光板１が落下物等に接当して割れたとしても、防水シート２０の粘着作用により透光板１の破片が防水シート２０上面に貼り付いているから、透光板１の破片が飛散することを阻止することができる。従って、透光板１を強化ガラスに代えて窓ガラスのような通常のガラスで構成しても何ら問題はないのである。
【００１９】
前記隣合う凸部６Ａ，６Ａ間が非常に開いている場合や凸部６Ａ，６Ａ間の一部のみを閉塞したい場合には、図７に示すように、金属板６上に凸部を形成するためのアルミ製の足部材２１をボルト固定して、この足部材２１上面に太陽電池パネル５を載置した後、前述と同じように固定部材１６の係止部１６Ａを足部材２１上面に形成の開口２１Ａに係止することによって、太陽電池パネル５を足部材２１上面と固定部材１６下面とで挟持固定するのである。前記足部材１３上面と前記凸部６Ｂ上面との上下レベルは、同一に設定することは言うまでもない。前記太陽電池パネル５を取付ける場合には、先ず金属板６上面に第１の防水シート１９を該防水シート１９の粘着力により貼り付けた後、第１の防水シート１９上面に断熱材１８を該防水シート１９の粘着力により貼り付ける。次に、第２の防水シート２０を断熱材１８の上面に該防水シート２０の粘着力により貼り付けるとともに、前記第２の防水シート２０の左右端部を前記パッキン１３上面に該防水シート２０の粘着力により貼り付ける。最後に、第２の防水シート２０の上面に太陽電池パネル５を該防水シート２０の粘着力により貼り付けるとともに、前記カバー部材１１の係止部１１Ａ，１１Ａを支持部材７の開口７Ｂに係止して、太陽電池パネル５の取付けを終了するのである。そして、このような取付作業を繰り返して図５に示すように、前記太陽電池パネル５の多数個を取付けることによって、太陽電池の取付けが完了するのである。前記防水シート１９，２０を省略して実施してもよい。また、太陽電池が取付けられていない屋根６部分に、図２に示すように、野地板２５の上面に下から順番に前記防水シート１９と同一構成の防水シート２２、断熱材２３、前記防水シート２０と同一構成の防水シート２４、前記同一構成の野地板２５を積層するとともに、屋根の水下、つまり軒に前記防水シート２２，２４間に形成される隙間内に嵌合する嵌合部２６Ａを備える端部材２６を設けて、太陽電池上面と該太陽電池が取付けられていない屋根６上面とが面一状になるように構成してもよい。前記野地板２５と前記太陽電池パネル５との突き合わせ端面同士間に充填材等をコーキングすることによって、その端面同士間での隙間の発生を阻止して、雨水等が前記端面同士間から入り込まないようにしてもよい。尚、前記充填材等をコーキングするものに代えて、野地板２５の裏面と太陽電池パネル５の裏面とに渡る長さの防水シートを設けてもよく、端面同士間の処理はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
前記断熱材１８を構成する素材としては、断熱性、圧縮強度、耐熱性に優れた、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・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、軟質繊維材、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。前記防水シート１９，２０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を採用することが可能である。尚、断熱材１８の上面には、図１及び図３に示すように、太陽電池パネル５下面から突出する複数の出力線２７及びこれら出力線２７からの出力を軒又は棟に取り出すために該出力線２７に接続された導線２８を収納するための溝１８Ａが形成されている。前記実施例では、断熱材１８を前記空隙部１７に収納できる大きさのものに予め製造し、その製造された断熱材１８を空隙部１７に収納するようにしたが、太陽電池パネル５の取付作業中に空隙部１７内に液状の断熱材を充填する構成にすれば、前記溝１８Ａの形成も不要にできるだけでなく、断熱材の運搬性や作業性の向上を図ることができるのである。しかも、充填式の断熱材を用いることによって、この断熱材自体が接着作用を有することになり、防水シート１９，２０を設けない場合でも金属板６と断熱材との間及び断熱材と太陽電池パネル５との間を接着固定することができるのである。
【００２１】
ここで、一つの太陽電池パネル５によって得られる発電量を、屋根６全体の発電量の１５％以下程度に設定しておき、１つの太陽電池パネル５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しておくと便利である。
【００２２】
【発明の効果】
太陽電池パネルと金属屋根表面との間に形成される空隙部に充填された断熱材が太陽電池パネルの裏面からの放熱を抑制することで、太陽光の照射下において太陽電池素子温度を高温に保持するように作用するので、従来非晶質シリコン太陽電池において見られた１５％〜２５％の光劣化を、大幅に抑制することができるとともに、屋内と屋外との断熱性を高めて、室内の温度の安定化をも図ることができる。しかも、連続した金属板を敷設することによって、その部分での防水機能を付与することができるだけでなく、瓦屋根において不燃材である瓦を取外した部分に太陽電池パネルを直接取付ける場合の防火性能の低下を回避して防火性に優れた屋根構造にすることができる。特に茅葺き屋根等においては、防火機能を付与することができる利点がある。
【００２３】
又、金属屋根に本来的に形成してある凹部を太陽電池パネルの取付部として有効利用することができるから、従来のように屋根に予め取付具を固定しておく作業を不要にすることができ、既存の金属屋根上に簡便に取付けることができるので、現場での施工性の向上を図ることができる。さらに、従来のような太陽電池を取付具に取付けるためのフレームを該太陽電池に取付けることを不要にすることができるから、太陽電池の製造工数の削減を図ることができるだけでなく、フレーム付の太陽電池を運搬するものに比べて運搬性の向上をも図ることができる。また、断熱材を太陽電池取付現場で充填するタイプにした場合に、この断熱材が太陽電池パネルに接着作用を付与することになり、金属板と断熱材との間及び断熱材と太陽電池パネルとの間を固定するための特別な接着材を不要にすることができるとともに、太陽電池パネルの表面に使用するガラスに窓ガラスで使用する通常のガラスを使用した場合でも、ガラスが割れて飛散してしまうことを断熱材の接着作用により阻止できる利点がある。
【００２４】
第２の防水シートが太陽電池パネルに対して緩衝効果を発揮することができるから、太陽電池パネルの表面に使用するガラスがより割れ難くなり、前記ガラスに窓ガラスで使用する通常のガラスを使用することができ、しかも第２の防水シートを粘着性を有するもので構成しておけば、ガラスが割れたとしても、ガラスが飛散してしまうことを第２の防水シートの粘着作用により確実に阻止することができ、太陽電池パネル自体を安価なものにすることができる。また、第１の防水シートにて第２の防水シートから漏れ出した雨水等が屋根上面に到達することを完全に阻止することができるから、その部分の屋根の防水性能を長期間に渡って向上させることができる。さらには、防水シートや断熱材等の可燃性物質を屋根上に用いたとしても、屋根自体が防火性に優れているため、何ら問題はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池の取付部を示す要部の斜視図
【図２】屋根の軒部分の太陽電池の取付部を示す要部の断面図
【図３】太陽電池の出力線の配設部を示す要部の断面図
【図４】太陽電池の要部の断面図
【図５】屋根上に太陽電池を取付けた状態を示す家屋の斜視図
【図６】太陽電池の取付構造の別実施例を示す要部の断面図
【図７】太陽電池の取付構造の別実施例を示す要部の断面図
【図８】太陽電池の取付構造の従来例を示す断面図
【符号の説明】
１ 透光板
２ 太陽電池素子層
３ 充填材
４ バックシート
５ 太陽電池パネル
６ 金属板
６Ａ 凸部
６Ｂ 凹部
６ａ 開口
７ 支持部材
７Ａ 溝
７Ｂ 開口
８ ボルト
９ チャンネル部材
９Ａ 係止部
１０ 台座
１０Ａ 係止部
１１ カバー部材
１１Ａ 係止部
１２ パッキン
１３ パッキン
１４ 固定金具
１４Ａ 脚部
１５ ボルト
１６ 固定部材
１６Ａ 係止部
１７ 空隙部
１８ 断熱材
１８Ａ 溝
１９ 第１の防水シート
２０ 第２の防水シート
２１ 足部材
２１Ａ 開口
２２ 防水シート
２３ 断熱材
２４ 防水シート
２５ 野地板
２６ 端部材
２６Ａ 嵌合部
２７ 出力線
２８ 導線
２９ 接着材
３０ フレーム
３０Ａ 孔
３１ 取付具
Ｋ 瓦
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋根上への太陽電池取付構造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、一般家庭における太陽光発電システムが種々提案され実用化され始めている。
前記太陽光発電システムとしては、家屋の屋根上に設置された複数の太陽電池と、これら太陽電池に電気的に接続された周辺回路とを組合わせたものが普及しつつある。
【０００３】
前記太陽電池は、図８にその要部断面図を示すように、透光板１上に複数の非晶質シリコン太陽電池素子層２を形成したり、この非晶質シリコン太陽電池素子層２に代わって結晶系のシリコン太陽電池素子を透光板１上に配設し、充填材３で封入するとともにバックシート４で裏面を保護した太陽電池パネル５と、この太陽電池パネル５の端部にブチルゴム等の接着材２９を介して取り付けられたアルミニウム合金製のフレーム３０とを備えたものが一般的であり、家屋の屋根上に太陽電池を設置する場合には、複数枚の太陽電池パネル５を、屋根上に立設固定した複数の取付具を介して、屋根上に一定の間隔をあけて浮かした状態に設置していた。図に示す３０Ａは、前記取付具に前記フレーム３０をボルト固定するために該フレーム３０に形成されたボルト挿通用の孔である。
【０００４】
一方、非晶質シリコン太陽電池は、基本的に結晶系シリコン太陽電池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約８０％まで低下し、その後はほぼ一定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、結晶系シリコン太陽電池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、非晶質シリコン太陽電池は、結晶系シリコン太陽電池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、この発電出力が低下する現象（以下、単に光劣化と称す）は、太陽電池を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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように太陽電池を取付けるためには、予め屋根側に複数の取付具を固定しておかなければならないため、現場での作業能率が低下するものであった。また、太陽電池を前記取付具に取付けるためのフレーム３０を太陽電池パネル５の端部に接着剤により取付けることを太陽電池の製造時に合わせて行わなければならないため、太陽電池の製造工数も嵩むものであった。さらに、前記フレーム３０が取り付けられた太陽電池は、重量が重くなるだけでなく、嵩張ってしまうため、運搬時や施工時に不利となるものであった。
【０００６】
また、前記太陽電池においては、これまで太陽電池素子温度の上昇によって開放電圧が低下し、ひいては出力低下につながるとの判断によって素子温度を積極的に高めるという思想も無く、非晶質シリコン太陽電池を用いた場合には、光劣化によって発電出力が大幅に低下することはどうしても避けられない問題であった。
【０００７】
本発明は、非晶質シリコン太陽電池を用いた場合に、光劣化による発電出力の大幅な低下を抑制することができ、しかも防火上も優れ、さらに太陽電池の製造工数の低減を図ることができるとともに、運搬性及び施工性の向上を図ることができる屋根上への太陽電池取り付け構造を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
建築物の屋根の一部又は全部に水上から水下方向に延びる多数の凸部が折曲形成された金属板を敷設し、前記金属板の凸部のうちの特定の隣り合う凸部間に太陽電池パネルを載置して、前記隣り合う凸部間に位置する凹部を閉塞する構成とし、前記載置された太陽電池パネルと前記金属板の凹部との間に形成される空隙部に断熱材を充填することによって、太陽電池パネルと金属屋根表面との間が外気に晒されることを阻止することができるとともに、金属板を防水材の他、防火材としても機能させることができる。又、屋根の凹部を太陽電池パネルの取付部として利用することができるとともに、太陽電池パネルと金属板の凹部との間に形成される空隙部を断熱材にて充填することによって、太陽電池パネルと金属屋根表面との間が外気に晒されることを阻止することができる。
【０００９】
建築物の屋根の一部又は全部に水上から水下方向に延びる多数の凸部が折曲形成された金属板を敷設し、前記金属板の凸部のうちの特定の隣り合う凸部間に太陽電池パネルを載置して、前記隣り合う凸部間に位置する凹部を閉塞する構成とし、前記載置された太陽電池パネルと前記金属板の凹部との間に形成される空隙部に断熱材を充填してなり、前記凸部上面に凸部長手方向に延びる断面形状略Ｅ字形状の支持部材を複数のボルトにより固定し、この支持部材の左右両端部に形成の溝に、該支持部材の横側部に位置する断面形状略Ｃ字形状のチャンネル部材に一体連設された係止部を係止し、前記チャンネル部材の上面に太陽電池パネルを載置するための台座を、該台座下部の一対の係止部と該チャンネル部材の上部開口との係止作用により係止固定し、前記支持部材の上方開口に前記台座上面に載置された太陽電池パネルを台座上面側に押圧するためのカバー部材に備えた一対の係止部を係止して、太陽電池パネルをカバー部材と台座とで挟持固定してもよい。
【００１０】
前記金属板が、瓦棒葺や折板等の金属屋根であってもよい。
また、前記金属板上又は金属屋根に、第１の防水シートと前記断熱材と第２の防水シートと前記太陽電池パネルをこの順に積層することによって、屋根の防水材の他、緩衝材としても機能させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図４に、非晶質シリコン太陽電池（以下太陽電池と略す）が示されており、この太陽電池は、基本的には、透光板１と、透光板１の下面、すなわち受光面とは反対側の面に形成した非晶質シリコン太陽電池素子層２と、この太陽電池素子層２の下側に設けられた充填材３と、この充填材３の下側に設けられたバックシート４とを備えた太陽電池パネル５から構成されている。前記太陽電池パネル５を１個設けたもの、あるいは２個以上の太陽電池パネル５を連結したものを太陽電池と称し、太陽電池パネル５の個数に無関係とする。
【００１２】
前記透光板１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。
【００１３】
前記太陽電池素子層２は、透光板１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等の充填材３を介して透光板１に対して封入されている。
【００１４】
前記バックシート４は、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。但し、前記充填材３やバックシート４を省略し、代わりに適当な保護塗膜を形成しておいてもよい。
ここで透明導電膜としては、従来の太陽電池素子と同様に酸化錫や酸化インジウム錫が用いられ、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等が採用され、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も直列抵抗低減において効果的である。
【００１５】
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積層構造として用いる。そして本発明では素子温度を積極的に高温にすることから、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、反射率の点から銀を用いると特に効果が高い。
更に、充填材４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すれば良い。
【００１６】
以上のように構成された太陽電池を屋根上へ取り付けるための取り付け構造について説明すれば、図１及び図５に示すように、野地板２５上に多数の瓦Ｋ・・が敷設された瓦屋根の中間部に位置する瓦Ｋ・・を取外し、この瓦Ｋ・・代わりに、水上から水下に延びる多数の凸部６Ａ・・が折曲形成された金属板６を敷設し、前記金属板６の凸部６Ａ・・のうちの特定の隣合う凸部６Ａ，６Ａ間に太陽電池パネル５を載置して、前記隣合う凸部６Ａ，６Ａ間に位置する凹部６Ｂを閉塞するようにしている。前記のように不燃材である瓦Ｋ・・を取外した後に、金属板６を敷設することによって、防火性能に優れた屋根構造にすることができるのである。詳述すれば、前記凸部６Ａ上面に凸部６Ａ長手方向に延びる断面形状略Ｅ字形状の支持部材７を複数のボルト８により固定し、この支持部材７の左右両端部に形成の溝７Ａ，７Ａに該支持部材７の横側部に位置する断面形状略Ｃ字形状のチャンネル部材９に一体連設された係止部９Ａを係止するとともに、前記チャンネル部材９の上面に太陽電池パネル５を載置するための台座１０を該台座１０下部の一対の係止部１０Ａ，１０Ａとチャンネル部材９の上部開口との係止作用により係止固定してある。そして、前記太陽電池パネル５を前記台座１０上面に載置した後、前記支持部材７の上方開口７Ｂに係止する一対の係止部１１Ａ，１１Ａを備えたカバー部材１１を装着することによって、カバー部材１１の下面に付設のパッキン１２を介して太陽電池パネル５を台座１０上面側に押圧して、太陽電池パネル５をカバー部材１１と台座１０とで挟持固定するのである。尚、図に示す１３は、前記太陽電池パネル５下面と前記台座１０上面との間に設けられたパッキンである。これらパッキン１２，１３は、ゴム、合成樹脂等から形成され、場合によってはこれらパッキン１２，１３を省略してもよい。前記太陽電池パネル５を固定する方法としては、図６に示すように、下方に一対の脚部１４Ａ，１４Ａを備えた固定金具１４を凸部６Ａ上面に複数のボルト１５により固定して、太陽電池パネル５を固定金具１４の下面と凸部６Ａ上面とで挟持固定してもよいし、又図７に示すように、固定部材１６の下方に備えた一対の係止部１６Ａ，１６Ａを凸部６Ａ上面に形成の開口６ａに係止することによって、太陽電池パネル５を固定部材１６の下面と凸部６Ａ上面とで挟持固定してもよく、太陽電池パネル５の固定方法はこれらに限定されるものではない。前記瓦屋根に代えて、茅葺き屋根でもよい。この場合、茅を取外した部分に金属板を敷設することによって、防火機能を付与することができる。又瓦棒葺きや折板等の金属屋根を用いることによって、金属板を敷設することを不要にすることができる。このように、水上から水下方向に延びる凹部を備えた金属屋根、あるいは屋根上又は屋根の一部を改良して凹部を備えさせた屋根のいずれの形の屋根に太陽電池パネル５を取付けてもよい。ここでいう水上とは、棟、つまり屋根の一番高い所を指し、水下とは、軒、つまり屋根の下端の建物の外に張り出た部分を指すことになる。
【００１７】
前記太陽電池パネル５と前記金属板６との間に形成される空隙部１７に断熱材１８が充填されており、この断熱材１８が前記太陽電池パネル５の裏面からの放熱を抑制するとともに、屋内と屋外との断熱効果を得ることができるようにしている。
【００１８】
前記金属板６と前記断熱材１８との間に第１の防水シート１９を設けるとともに、前記太陽電池パネル５と前記断熱材１８との間に第２の防水シート２０を設けてある。前記両防水シート１９，２０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等からなるとともに、表裏両面が粘着性を有しており、太陽電池パネル５の裏面又は金属板６上面あるいは断熱材１８の両面に防水シート１９，２０を当て付けるだけで粘着作用により固定することができるようにしている。前記第２の防水シート２０を設けることによって、太陽電池パネル５の透光板１に落下物等が接当したときの衝撃力の一部を防水シート２０の変形により吸収することができる。又、防水シート２０が粘着作用を有しているから、たとえ透光板１が落下物等に接当して割れたとしても、防水シート２０の粘着作用により透光板１の破片が防水シート２０上面に貼り付いているから、透光板１の破片が飛散することを阻止することができる。従って、透光板１を強化ガラスに代えて窓ガラスのような通常のガラスで構成しても何ら問題はないのである。
【００１９】
前記隣合う凸部６Ａ，６Ａ間が非常に開いている場合や凸部６Ａ，６Ａ間の一部のみを閉塞したい場合には、図７に示すように、金属板６上に凸部を形成するためのアルミ製の足部材２１をボルト固定して、この足部材２１上面に太陽電池パネル５を載置した後、前述と同じように固定部材１６の係止部１６Ａを足部材２１上面に形成の開口２１Ａに係止することによって、太陽電池パネル５を足部材２１上面と固定部材１６下面とで挟持固定するのである。前記足部材１３上面と前記凸部６Ｂ上面との上下レベルは、同一に設定することは言うまでもない。前記太陽電池パネル５を取付ける場合には、先ず金属板６上面に第１の防水シート１９を該防水シート１９の粘着力により貼り付けた後、第１の防水シート１９上面に断熱材１８を該防水シート１９の粘着力により貼り付ける。次に、第２の防水シート２０を断熱材１８の上面に該防水シート２０の粘着力により貼り付けるとともに、前記第２の防水シート２０の左右端部を前記パッキン１３上面に該防水シート２０の粘着力により貼り付ける。最後に、第２の防水シート２０の上面に太陽電池パネル５を該防水シート２０の粘着力により貼り付けるとともに、前記カバー部材１１の係止部１１Ａ，１１Ａを支持部材７の開口７Ｂに係止して、太陽電池パネル５の取付けを終了するのである。そして、このような取付作業を繰り返して図５に示すように、前記太陽電池パネル５の多数個を取付けることによって、太陽電池の取付けが完了するのである。前記防水シート１９，２０を省略して実施してもよい。また、太陽電池が取付けられていない屋根６部分に、図２に示すように、野地板２５の上面に下から順番に前記防水シート１９と同一構成の防水シート２２、断熱材２３、前記防水シート２０と同一構成の防水シート２４、前記同一構成の野地板２５を積層するとともに、屋根の水下、つまり軒に前記防水シート２２，２４間に形成される隙間内に嵌合する嵌合部２６Ａを備える端部材２６を設けて、太陽電池上面と該太陽電池が取付けられていない屋根６上面とが面一状になるように構成してもよい。前記野地板２５と前記太陽電池パネル５との突き合わせ端面同士間に充填材等をコーキングすることによって、その端面同士間での隙間の発生を阻止して、雨水等が前記端面同士間から入り込まないようにしてもよい。尚、前記充填材等をコーキングするものに代えて、野地板２５の裏面と太陽電池パネル５の裏面とに渡る長さの防水シートを設けてもよく、端面同士間の処理はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
前記断熱材１８を構成する素材としては、断熱性、圧縮強度、耐熱性に優れた、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・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、軟質繊維材、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。前記防水シート１９，２０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を採用することが可能である。尚、断熱材１８の上面には、図１及び図３に示すように、太陽電池パネル５下面から突出する複数の出力線２７及びこれら出力線２７からの出力を軒又は棟に取り出すために該出力線２７に接続された導線２８を収納するための溝１８Ａが形成されている。前記実施例では、断熱材１８を前記空隙部１７に収納できる大きさのものに予め製造し、その製造された断熱材１８を空隙部１７に収納するようにしたが、太陽電池パネル５の取付作業中に空隙部１７内に液状の断熱材を充填する構成にすれば、前記溝１８Ａの形成も不要にできるだけでなく、断熱材の運搬性や作業性の向上を図ることができるのである。しかも、充填式の断熱材を用いることによって、この断熱材自体が接着作用を有することになり、防水シート１９，２０を設けない場合でも金属板６と断熱材との間及び断熱材と太陽電池パネル５との間を接着固定することができるのである。
【００２１】
ここで、一つの太陽電池パネル５によって得られる発電量を、屋根６全体の発電量の１５％以下程度に設定しておき、１つの太陽電池パネル５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しておくと便利である。
【００２２】
【発明の効果】
太陽電池パネルと金属屋根表面との間に形成される空隙部に充填された断熱材が太陽電池パネルの裏面からの放熱を抑制することで、太陽光の照射下において太陽電池素子温度を高温に保持するように作用するので、従来非晶質シリコン太陽電池において見られた１５％〜２５％の光劣化を、大幅に抑制することができるとともに、屋内と屋外との断熱性を高めて、室内の温度の安定化をも図ることができる。しかも、連続した金属板を敷設することによって、その部分での防水機能を付与することができるだけでなく、瓦屋根において不燃材である瓦を取外した部分に太陽電池パネルを直接取付ける場合の防火性能の低下を回避して防火性に優れた屋根構造にすることができる。特に茅葺き屋根等においては、防火機能を付与することができる利点がある。
【００２３】
又、金属屋根に本来的に形成してある凹部を太陽電池パネルの取付部として有効利用することができるから、従来のように屋根に予め取付具を固定しておく作業を不要にすることができ、既存の金属屋根上に簡便に取付けることができるので、現場での施工性の向上を図ることができる。さらに、従来のような太陽電池を取付具に取付けるためのフレームを該太陽電池に取付けることを不要にすることができるから、太陽電池の製造工数の削減を図ることができるだけでなく、フレーム付の太陽電池を運搬するものに比べて運搬性の向上をも図ることができる。また、断熱材を太陽電池取付現場で充填するタイプにした場合に、この断熱材が太陽電池パネルに接着作用を付与することになり、金属板と断熱材との間及び断熱材と太陽電池パネルとの間を固定するための特別な接着材を不要にすることができるとともに、太陽電池パネルの表面に使用するガラスに窓ガラスで使用する通常のガラスを使用した場合でも、ガラスが割れて飛散してしまうことを断熱材の接着作用により阻止できる利点がある。
【００２４】
第２の防水シートが太陽電池パネルに対して緩衝効果を発揮することができるから、太陽電池パネルの表面に使用するガラスがより割れ難くなり、前記ガラスに窓ガラスで使用する通常のガラスを使用することができ、しかも第２の防水シートを粘着性を有するもので構成しておけば、ガラスが割れたとしても、ガラスが飛散してしまうことを第２の防水シートの粘着作用により確実に阻止することができ、太陽電池パネル自体を安価なものにすることができる。また、第１の防水シートにて第２の防水シートから漏れ出した雨水等が屋根上面に到達することを完全に阻止することができるから、その部分の屋根の防水性能を長期間に渡って向上させることができる。さらには、防水シートや断熱材等の可燃性物質を屋根上に用いたとしても、屋根自体が防火性に優れているため、何ら問題はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池の取付部を示す要部の斜視図
【図２】屋根の軒部分の太陽電池の取付部を示す要部の断面図
【図３】太陽電池の出力線の配設部を示す要部の断面図
【図４】太陽電池の要部の断面図
【図５】屋根上に太陽電池を取付けた状態を示す家屋の斜視図
【図６】太陽電池の取付構造の別実施例を示す要部の断面図
【図７】太陽電池の取付構造の別実施例を示す要部の断面図
【図８】太陽電池の取付構造の従来例を示す断面図
【符号の説明】
１ 透光板
２ 太陽電池素子層
３ 充填材
４ バックシート
５ 太陽電池パネル
６ 金属板
６Ａ 凸部
６Ｂ 凹部
６ａ 開口
７ 支持部材
７Ａ 溝
７Ｂ 開口
８ ボルト
９ チャンネル部材
９Ａ 係止部
１０ 台座
１０Ａ 係止部
１１ カバー部材
１１Ａ 係止部
１２ パッキン
１３ パッキン
１４ 固定金具
１４Ａ 脚部
１５ ボルト
１６ 固定部材
１６Ａ 係止部
１７ 空隙部
１８ 断熱材
１８Ａ 溝
１９ 第１の防水シート
２０ 第２の防水シート
２１ 足部材
２１Ａ 開口
２２ 防水シート
２３ 断熱材
２４ 防水シート
２５ 野地板
２６ 端部材
２６Ａ 嵌合部
２７ 出力線
２８ 導線
２９ 接着材
３０ フレーム
３０Ａ 孔
３１ 取付具
Ｋ 瓦
Claims (3)
- 建築物の屋根の一部又は全部に水上から水下方向に延びる多数の凸部が折曲形成された金属板を敷設し、前記金属板の凸部のうちの特定の隣り合う凸部間に太陽電池パネルを載置して、前記隣り合う凸部間に位置する凹部を閉塞する構成とし、前記載置された太陽電池パネルと前記金属板の凹部との間に形成される空隙部に断熱材を充填してなり、前記凸部上面に凸部長手方向に延びる断面形状略Ｅ字形状の支持部材を複数のボルトにより固定し、この支持部材の左右両端部に形成の溝に、該支持部材の横側部に位置する断面形状略Ｃ字形状のチャンネル部材に一体連設された係止部を係止し、前記チャンネル部材の上面に太陽電池パネルを載置するための台座を、該台座下部の一対の係止部と該チャンネル部材の上部開口との係止作用により係止固定し、前記支持部材の上方開口に前記台座上面に載置された太陽電池パネルを台座上面側に押圧するためのカバー部材に備えた一対の係止部を係止してなる屋根上への太陽電池取付構造。
- 前記金属板が、瓦棒葺や折板等の金属屋根でなる請求項１記載の屋根上への太陽電池取付構造。
- 前記金属板上又は金属屋根に、第１の防水シートと前記断熱材と第２の防水シートと前記太陽電池パネルがこの順に積層された、請求項１又は２に記載の屋根上への太陽電池取付構造。
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