JP3777454B2 - 熱調節された光起電ルーフィング・アセンブリ - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、概して、光起電ルーフィング（ｒｏｏｆｉｎｇ）・アセンブリに関し、詳しくは、ソーラ・セルが受ける温度を調節することが可能で、かつ、屋根面への固定のために屋根に貫通部を形成する必要のない光起電ルーフィング・アセンブリに関する。
ソーラ・セルのコストの低下に伴い、光起電システムの作動に必要なソーラ・セル以外の部材のコストがシステム全体のコストを支配し始めている。この理由に依り、光起電セルが従来の建築部材にとって代わる場合に、ソーラ・セル以外の部材を除去又は減少させるような光起電アセンブリを開発しようとする傾向が徐々に高まっている。一体型の光起電ルーフィング・アセンブリによって、土地を購入したり賃借したりするコスト、及び／又は、その光起電アレイのための支持構造体を建設するコストを避けることができる。光起電ルーフィング・アセンブリが従来のルーフィング材を購入し設置するコストを無くする場合には、更なる節約が達成される。将来の光起電市場は光起電システムのコストに対してきわめて敏感に影響されることから、光起電ルーフィング・アセンブリの開発に於ける重要な課題は、部分的には、部材が複数の機能を果たすように設計することによる、必須ではないコスト及び部材の除去である。
従来の光起電ルーフィング・アセンブリとして、ウッドリング（Ｗｏｏｄｒｉｎｇ）他に対して１９８９年１２月１２日に発行された米国特許第４，８８６，５５４号に示されたものがある。このウッドリングのアセンブリは、ルーフィング膜の上に一つの層として配設された複数の断熱ブロックと、これら複数の断熱ブロックの上に一つの層として配設された複数のコンクリート舗装材と、これらの各舗装材上に支持された複数の光起電セルとを有している。ウッドリング（Ｗｏｏｄｒｉｎｇ）のアセンブリの主要な特徴は、ソーラ・セルを前記支持舗装材に取り付けたことにある。しかし、この取り付けには下記の問題がある。
ａ）ルーフィング舗装材を備えることにより、アセンブリが必要以上に複雑化し、製造コストが高い。
ｂ）アセンブリは、ソーラ・セルとその他の部材が受ける温度を調節する対策を講じていない。ソーラ・セルは温度上昇にともない効率が低下することはよく知られている。従って、温度低下のための機構を提供することなしでは、高温露出下による計り知れない長期の影響を受けて、そのアセンブリは非効率に作動する。
ｃ）断熱ブロックの上に、コンクリート舗装材と光起電モジュールとの両方が配置されていることにより、断熱ブロックは、換気と湿気の排出が出来ない。その結果、湿気に晒された時、断熱ブロックの乾燥に時間がかかり、従って、その断熱効果が低下するとともに、断熱ブロックが時間の経過に伴って劣化する。
ｄ）前記アセンブリには、その舗装部材及びその固定手段に於て、潜在的に様々な故障態様を有している。これらの部材は、高温の厳しい気象条件に２０年ないし３０年も晒されることになる。層間剥離は、たとえどのようなものであっても許されない。層間剥離が起これば、風の負荷によってソーラ・セルの位置ずれが起こり、その下方の断熱材と膜層とが晒される可能性がある。
フランコビッチ（Ｆｒａｎｃｏｖｉｔｃｈ）に対して１９８７年６月２３日に発行された米国特許第４，６７４，２４４号には、別の従来式ソーラ・ルーフィング・アセンブリが示されている。このフランコビッチ（Ｆｒａｎｃｏｖｉｔｃｈ）のアセンブリは、実質的な平坦なルーフィング基材と、その上に配設され、傾斜面を有する断熱構造体と、前記基材と構造体との上に配設され、かつ、これら基材及び構造体に塗布されて、光セルのアレイを支持するエラストマ膜とを有している。このアセンブリの主要な特徴は、ソーラ・セルをルーフィング膜に直接に取り付けたことにある。この取り付け構造により、このアセンブリにもいくつかの欠点がある。即ち、
ａ）前記アセンブリは、ソーラ・セルとルーフィング膜とが受ける温度を調節する手段を講じておらず、従って、ソーラ・セルの効率が低下するとともに、ルーフィング膜の寿命が短くなる。
ｂ）前記アセンブリは、前記ルーフィング膜に付与される熱応力とその固定手段とに依り、潜在的に様々な故障態様を内存している。
ｃ）前記アセンブリは、前記保護ルーフィング膜を貫通するルーフィング固定部材を必要とし、これによってその設置が必要以上に遥かに複雑になるとともに、コスト高になる。更に、これらの貫通部によって、水漏れの危険が増し、その結果、建物とその内部物とが損傷を受ける。
更に別の従来式光起電ルーフィング・アセンブリが、ディンウッディ（Ｄｉｎｗｏｏｄｉｅ）に対して１９９４年５月３１日に発行された米国特許第５，３１６，５９２号に示されている。このディンウッディ（Ｄｉｎｗｏｏｄｉｅ）のアセンブリは、ルーフィング膜の上に一つの層として配設された複数の断熱ブロックと、この断熱ブロックの上に一つの層として配設された複数の光起電セルとを有している。ディンウッディ（Ｄｉｎｗｏｏｄｉｅ）のアセンブリの主要な特徴は、ソーラ・セルを断熱ブロックに取り付けたことにある。このような取り付け構造は、ある種の光起電セル材料の使用において欠点がある。該アセンブリは、光起電セルが受ける温度を制限する手段を講じておらず、従って、そのような手段を講じた構造よりも運転効率が低い。
光起電ルーフィング・アセンブリに関するその他の特許としては、ディッペル（Ｄｉｐｐｅｌ）に対して１９８９年６月６日に発行された米国特許第４，８３５，９１８号、ホーリー（Ｈａｗｌｅｙ）に対して１９８０年２月２６日に発行された第４，１８９，８８１号、ラインクラム（Ｌｅｉｎｋｒａｍ）他に対して１９７３年１０月３０日に発行された第３，７６９，０９１号、フォレスティエリ（Ｆｏｒｅｓｔｉｅｒｉ）他に対して１９７７年８月９日に発行された第４，０４０，８６７号、テナント（Ｔｅｎｎａｎｔ）に対して１９８２年３月２３日に発行された第４，３２１，４１６号、ラーリー（Ｌａａｌｙ）他に対して１９８９年８月２９日に発行された第４，８６０，５０９号、ナス（Ｎａｔｈ）他に対して１９９２年３月に発行された第５，０９２，３９３号、及びメルキアー（Ｍｅｌｃｈｉｏｒ）に対して１９９２年５月に発行された第５，１１２，４０８号がある。
課題及び利点
従って、本発明の複数の課題及び利点は以下の通りである。
ａ）以下の特徴を有する改良されたルーフィング・アセンブリを提供すること。即ち、紫外線放射と悪天候とに対して断熱層及び膜層を保護する光起電部、これによりこれら層の寿命を延ばす；光起電部の寿命と両立可能な長寿命のルーフィング・アセンブリ；従来のバラスト・ルーフィングの重量の約半分の重量のルーフィング・アセンブリ；実質的にすべての積層及び単層膜と協動可能なアセンブリ；風揚力に対して相当な安全性を有するアセンブリ；そして、ＣＦＳ’ｓを含まないアセンブリ。
ｂ）単純で低コストの光起電アセンブリを提供すること、その製品内の部材は以下の複数の機能を果たす：
１）前記ソーラ・モジュールは、バラスト、耐候、その下方に配置された断熱膜及び防水膜のためのＵＶ保護を含む、ルーフィング材として複数の機能を提供する。
２）事前形成された構造体が前記光起電モジュールを支持するとともに、対流で熱を送る流体及び／又は相転移材に対する熱伝達を通じて温度調節を容易にする。
ｃ）前記光起電モジュールとルーフィング膜とが受ける温度を制限する光起電ルーフィング・アセンブリを提供し、これにより、ソーラ・セルの効率を最大化し、かつ、前記ルーフィング膜の寿命を長くする。
ｄ）ルーフィングの貫通部の必要をなくす低コストアセンブリを提供すること。
ｅ）その単純な構造によって製造が簡単な光起電ルーフィング・アセンブリを提供すること。
ｆ）前記建物ルーフィングの断熱層の保全性を維持する製品を提供すること。
ｇ）その実施例において、光起電モジュールとルーフィング膜との間に層として設けられた断熱ブロックを利用し、雨水が該断熱ブロックの縁部からその下方のルーフィング膜へと通過して、これによって、前記アセンブリ全体が、前記膜上で「フロート」する結果、光起電モジュールとその各電気接続部との湿気に対する露出が最小にされる、光起電アセンブリを提供すること。
ｈ）従来のルーフィング材とその断熱材のコストを無くし、これによって、共同（ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃ）建築部材としての光起電部の価値を高める光起電ルーフィング・アセンブリを提供すること。
ｉ）潜在的故障の態様が最小の製品を提供すること。
ｊ）市場と建築業界による受け入れを容易にするために既存の市販ルーフィング・アセンブリと構造的に類似する製品を提供すること。
ｋ）光起電技術のコスト競争力を高めることによって、社会的利益を提供するルーフィング・アセンブリを提供すること。これによって、クリーンで再生可能なエネルギ経済への移行が容易となり、空気汚染と地球温暖化とを緩和するのに役立つ。
本発明の上記及びその他の課題、利点及び特徴は、添付図面を参照して本発明の好適実施例の記載から完全に明らかとなるであろう。
発明の要旨
本発明の第１の発明による光起電ルーフィング・アセンブリは、光起電ルーフィング・アセンブリであって、ルーフィング膜と、前記ルーフィング膜の上に層として配置された複数の光起電モジュールと、前記光起電モジュールの温度を調節する手段とを備え、前記温度調節手段は、前記光起電モジュールの裏側から対流流体への熱伝達を可能にするために、前記光起電モジュールを前記ルーフィング膜から離間させるスペーサを有し、前記光起電モジュールと前記スペーサとが結合されて一体ユニットを形成している、そして、前記一体ユニットは、隣接するこれら一体ユニット間を互いに接続するための相互固定手段を備えており、前記相互固定手段は、隣接する前記スペーサの間に形成された接続構造からなり、前記相互固定手段は、一方のスペーサの側面に形成された溝付き形状と、前記溝付き形状に進入するように、前記一方のスペーサと隣接する他方のスペーサの側面に形成された舌付き形状とからなる。したがって、当該構成のアセンブリでは、光起電モジュールとルーフィング膜とが受ける温度が制御されるため、ソーラ・セルの効率が最大化され、かつ、ルーフィング膜の寿命が長くなる。しかも、隣接するスペーサの間に形成された接続構造が、隣接するこれら一体ユニット間を互いに接続するための相互固定手段を構成し、前記相互固定手段は、一方のスペーサの側面に形成された溝付き形状と、前記溝付き形状に進入するように、前記一方のスペーサと隣接する他方のスペーサの側面に形成された舌付き形状とからなるので、ルーフィング膜上に設置された光起電ルーフィング・アセンブリが持つ風の揚力に対する抵抗が増し、一体ユニットの取り付けのためのルーフィング貫通部をルーフィング膜に設ける必要が無い。
尚、本発明に依れば、ソーラ・セル・ルーフィング・アセンブリは、三つの部分から形成される。一つの部分は、従来式屋根フレーム上に載置されたルーフィング断熱部の上に配置された従来式ルーフィング膜から成る。第２の部分は、対流流体及び／又は相転移材との熱交換を可能にする複数の事前形成スペーサを備えた複数の光起電モジュールから成る。事前形成スペーサを備えた光電モジュールは連結用縁部を有する。第３のそしてオプションとしての部分は、従来式ルーフィング舗装材である。前記光起電モジュール部は、前記ルーフィング膜上に於て、太陽放射に晒され、かつ、送電のために電気接続される状態に配設されている。前記舗装部は、同じルーフィング膜上において、光起電モジュールの集合領域間に於ける通路を提供し、かつ、ルーフィングの貫通部と装置との周囲において外辺部を提供するように、配設されている。前記光起電モジュールは、バラスト、ＵＶ保護、及びその下方の膜及び断熱層に対する耐熱保護等の通常、ルーフィング舗装材によって提供される複数の機能を果たす。好ましくは空気であるが、その他の液体又は気体状流体を含むことも可能な、冷却流体の対流を強制するためにファン又はポンプ装置を追加してもよい。更に、上記３つの部分は、セルフ・バラスト舗装ルーフィング・システムと、放射エネルギを収集する熱調節されたソーラ・セル列としての二つの機能も果たす。
別実施例において、前記ソーラ・セル・ルーフィング・アセンブリは、４つの部分から構成される。第１の部分は、従来式屋根フレーム上に載置されるルーフィング膜から成る。第２の部分は、複数の断熱ブロックから成る。第３の部分は、対流流体及び／又は相転移材、との熱交換を可能にし、かつ、前記複数の断熱ブロック上に載置された複数の事前形成スペーサを備えた複数の光起電モジュールから成る。前記光起電モジュールと事前形成スペーサとを備えた断熱ブロックは相互固定用縁部を有する。前記光起電モジュールは、バラスト、ＵＶ保護、及びその下方の膜及び断熱層に対する耐熱保護等の通常、ルーフィング舗装材によって提供される複数の機能を果たす。
この別実施例の第４のそしてオプションとしての部分は、前記光起電モジュールの集合領域間に於ける通路を提供し、かつ、屋根の貫通部と装置との周囲において外辺部を提供するように、配設されている。更に、上記４つの部分は、ルーフィング・システムの膜を保護し、かつ、放射エネルギを収集するためにソーラ・セル列を温度調節する二つの機能も果たす。
【図面の簡単な説明】
図１ａないし１ｄは、平坦な縦断面を備えるとともに、光起電モジュールの下方に於ける流体対流を可能にするように形成された本発明の断面図である。
図２ａないし２ｃは、本発明の第２実施例の断面図であり、ここで、図２に図示された発明はテーパ状縦断図を有する。
図３ａないし３ｃは、第３実施例の断面図であり、ここで、発明は、相転移材を備えるとともに、平坦な縦断面を有する。
図４ａないし４ｃは、第４実施例の断面図であり、ここで、図３の発明は、テーパ状縦断面を有する。
図５ａないし５ｃは、第５実施例の断面図であり、ここで、本発明は、ルーフィング膜上に設けられた断熱ブロックを備えるとともに、平坦な縦断面を有する。
図６ａ及び６ｂは、第６実施例の断面図であり、ここで、図５の発明はテーパ状縦断面を有する。
図７ａないし７ｃは、第７実施例の断面図であり、ここで図６の発明は、相転移材を備えるとともに、平坦な縦断面を有する。
図８ａないし８ｃは、第８実施例の断面図であり、ここで図７の発明は、テーパ状縦断面を有する。
図９は、本発明によって設置された光起電ルーフィング・アセンブリを備えた建物の平面図である。
好適実施例の説明
図１ａ−１ｄの説明：
対流層を備えた平坦な縦断面構造
図１ａは、光起電ルーフィング・アセンブリの断面図である。このアセンブリは、複数の光起電モジュール１０４，１０６，１０８，１１０と、これら複数の光起電モジュール１０４，１０６，１０８，１１０の下方にそれぞれ配設されるとともに、これらモジュールに対して一体形成、もしくは、それに固定接続された複数の事前形成スペーサ、台座、又は支持部材１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２とを有している。これらスペーサ１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２は、ルーフィング膜１０２上に配設されている。
前記膜１０２は、従来式屋根フレーム（図示せず）上に支持され、これにファスナ又は接着剤等の従来方法によって取り付けられている。この膜１０２は、又、従来式屋根フレーム上に支持された断熱ブロック上に直接に載置されている。モジュール１０４，１０６，１０８，１１０は、従来式伝導部材（図示せず）に接続されるとともに、モジュール列として配置されている。これらモジュール１０４，１０６，１０８，１１０は、それぞれ、少なくとも一つの光起電セルを有している。光起電モジュールの具体例として、アドヴァンスト・フォトヴォルタイック・システムズ・インコーポレイテッド（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．），ソーラレックス・コーポレイション（Ｓｏｌａｒｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ），ユナイテッド・ソーラー・システムズ・コーポレイション（Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｏｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ），及びアストロパワー・インコーポレイテッド（Ａｓｔｒｏｐｏｗｅｒ，Ｉｎｃ．）等によって製造されている、ガラス、ステンレス鋼又はセラミツク製の基体上に薄膜を被覆させたものや、テキサス・インスツルメンツ（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ），アストロパワー・インコーポレイテッド（Ａｓｔｒｏｐｗｅｒ，Ｉｎｃ．），シーメンス・ソーラー・インダクトリーズ（Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｓｏｌａｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）及びソーラレックス・コーポレイション（Ｓｏｌａｒｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって製造されている単数又は複数の多結晶質シリコン・セルから成るモジュールがある。
前記アセンブリのスペーサ１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２として、線状通路、点支持体、又は面支持体等のいくつかの形状が可能である。図１ｂは、前記アセンブリの詳細の断面図であり、ここで、事前形成スペーサ１２４，１２６は、膜１０２上に配設され、かつ、これらスペーサが固定接続又は一体形成されたモジュール１０４，１０６，１０８の縁部又は角部に沿った点支持を提供している。図１ｂは、各モジュール間の間隔を示す寸法ｄと、モジュールとルーフィング膜との間の距離を示す寸法ｈとを示している。前記アセンブリの好適寸法は、モジュールとその他の部材とが受ける限界温度に依り、ｈが１／２インチないし４インチの範囲である。更に、前記光起電モジュールの上部と底部との間の圧力均衡を容易にし、これによって風による揚力を低下させるべく、ｄ／ｈの比は、好ましくは、約２あるいはそれ以上に設定される。前記光起電モジュールの寸法は、ルーフィング設置作業者にとって取り扱いを容易にするために、１ｆｔ×１ｆｔないし４ｆｔ×８ｆｔの範囲が好ましい。前記スペーサの寸法は、材料コストを最小限にするためには出来る限り小さい方がよいが、但し、モジュール材の強度に依って光起電モジュールを支持するのに十分なものでなければならない。
図１ｃは、前記アセンブリの別の詳細を示す断面図であり、ここで、スペーサ１３０，１３２，１３４は、膜１０２の上に載置されるとともに、これらスペーサが固定接続、あるいは一体形成されたモジュール１０４，１０６，１０８に対する面支持を提供している。これらのスペーサ１３０，１３２，１３４は、ガラス、コンクリート、プラスチック、断熱ブロック、断熱ブロック上に一体形成されたコンクリート（ティ・クリアー・コーポレイション（Ｔ．Ｃｌｅａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）による、Ｌｉｇｈｔｇｕａｒｄ（商標）として知られている製品等）、その他の材料から形成できる。これらスペーサの間隔と寸法とは、モジュール１０４，１０６，１０８の裏側に於ける流体対流による熱交換による温度調節、モジュール１０４，１０６，１０８の上部と底部との間の圧力均衡を可能にすること、雨水の排水を可能にすること、等の複数の機能を提供するべく、予め決められている。
図１ｄは、スペーサ１１２，１１４の拡大図であり、これらスペーサは、構造的にスペーサ１１６，１１８，１２０，１２２と同じであり、かつ、現場又は工場内に於けるモジュール１０４，１０６，１０８との接続（接着）又は積層用の上部粘着層１４０，１４２を備えている。但し、モジール１０４，１０６，１０８のスペーサに対する取り付けにはどのようなシステムを使用してもよい。更に、モジュールがモジュール同士の積極的な縁間接続構造を有している場合には、スペーサをモジュールに積極的に取り付ける必要はない。スペーサ１１８，１２２と同一構造のスペーサ１１４は、好ましくは、溝付き形状１５２を有し、スペーサ１１６，１２０と同一構造のスペーサ１１２は、好ましくは、舌付き形状１５４を有する。このようにして、風による揚力に対する抵抗を増すために、近接した一体アセンブリ間に相互固定接続部が形成される。但し、どのような一体固定手段を使用することも可能である。
前記ソーラ・ルーフィング・アセンブリの好適な製造方法を次に示す。製造工場又は作業現場において、モジュール１０４，１０６，１０８，１１０を、それぞれのスペーサ１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４，１２６，１３０，１３２，１３４に、合体、接続（接着）、あるいはその他の方法で取り付ける。ルーフィング膜を屋根上に設置する。前記モジュールとスペーサとを、ルーフィング膜の上に列上に配置する。ルーフィング舗装材を、光起電モジュールの外辺部に配置する。この構造によって、光起電モジュールとルーフィング膜との温度を調節する、単純で組立容易なルーフィング・アセンブリが提供される。光起電モジュール１０４，１０６，１０８，１１０の下方に、好ましくは空気である流体の前記スペーサによって作り出される通路を通じた対流を可能にする半連続空間層が形成される。スペーサ内に作り出される通路内に流体対流は、光起電モジュールの裏面から熱を伝動する。
前記流体の対流を抑制するためにファン又はポンプ装置を追加してもよい。雨水は、前記一体モジュール間の接続部を通って、その下方のルーフィング膜へと排水される。
上記アセンブリの利点には次のものがある。
１．平坦、又は、なだらかに傾斜したルーフィングの上で使用可能な前記光起電ルーフィング・アセンブリは、ルーフィングを介した水漏れを最小限にする。
２．事前形成台座又はスペーサは、対流流体への熱伝達を通じて温度調節に容易にしながら、光起電モジュールを支持する。
３．前記光起電モジュールは、バラスト、耐候、その下方に配置された膜のためのＵＶ保護を含む、ルーフィング部材として複数の機能を提供する。
４．ルーフィング部材とその設置とによって、光起電モジュールの価値が高まり、これによって、クリーンで再生可能な資源からのエネルギのコスト競争力が高まる。
５．前記アセンブリは、風の揚力に耐えるために、バラスト・ウェイトと縁部間接続とを使用しているため、従来式ルーフィング・アセンブリと比較して軽量である。
６．モジュール１０４，１０６，１０８，１１０は、相互接続され、各モジュールが、それに隣接するモジュールによって位置保持されているため、それぞれのモジュールが位置ずれすることが防止される。
７．製造の容易性と単純な構造のために、アセンブリの設置コストが最小化される。工場組立式一体モジュールを使用することによって品質コントロールを最適化できる。
８．ソーラ・ルーフィング・モジュールは再使用可能である。これらは、容易に取り外して、他のルーフィング上で再度組み立てることができる。
９．層状空気流のスポイラ（ｓｐｏｉｌｅｒ）を導入することにより、モジュールとアセンブリの舗装材部との間の界面に於ける風の揚力が減少される。このスポイラは、１）モジュールとアセンブリの舗装材部との間の縁間接続、及び２）電気配線用のレースウェイ（ｒａｃｅｗａｙ）、としての複数の機能を提供できる。
図２ａ−２ｃの説明：
対流層を備えたテーパ状縦断面構造
図２ａ−２ｃは、本発明の第２実施例の断面を示す。図２ａにおいて、アセンブリは、複数の光起電モジュール２０４，２０６，２０８と、これら複数の光起電モジュール２０４，２０６，２０８の下方にそれぞれ配設されるとともに、これらモジュールに対して一体形成、もしくは、これらに固定接続された複数の事前形成スペーサ、台座、又は支持部材２１２，２１４，２１６とを有している。これらスペーサ２１２，２１４，２１６は、ルーフィング膜２０２上に配設されている。
前記アセンブリのスペーサ２１２，２１４，２１６として、線状通路、点支持体、又は面支持体等のいくつかの形状が可能である。
図２ｂは、前記アセンブリの詳細の断面図であり、ここで、スペーサ２２４，２２６は、膜２０２上に配設され、かつ、これらスペーサが固定接続又は一体形成されたモジュール２０４，２０６，２０８の縁部又は角部に沿った点支持を提供している。これらスペーサ２２４，２２６は、又、モジュール２０４，２０６，２０８間において一定間隔を確保し、排水を可能にしている。
図２ｃは、前記アセンブリの別の詳細の断面図であり、ここでスペーサ２３０，２３２，２３４は、膜２０２の上に配設されるとともに、これらスペーサが固定接続又は一体形成されたモジュール２０４，２０６，２０８に対して面支持を提供している。これらスペーサ２３０，２３２，２３４は、ガラス、コンクリート、プラスチック、断熱ブロック、又はその他の材料から形成することができる。
テーパ状縦断面を備えた図２の光起電ルーフィング・アセンブリにおいては、モジュールはその裏側に於ける自然対流手段によって排気することができるので、光起電モジュールの隣接縁部間の距離を最小限にすることができる。
図１に示したアセンブリの利点に加えた、図２のアセンブリの利点は次のものが含まれる。
１．傾斜した光起電モジュール２０４，２０６，２０８は、その上面が太陽放射に対して垂直な平面に近いことにより、比較的運転効率が高い。
２．光起電モジュールを傾斜させることによって、その面が傾斜された場合において平面の裏側での対流が容易になることによって、外部空気を対流流体として利用する自然対流効果が高められる。
３．前記光起電モジュールを傾斜させることにより、これらのモジュールの列の上平面は、モジュールを傾斜させない場合に於ける平坦な表面と異なり、モジュールの上部を流れる風の流れに対して凹凸面を提供し、これによって、風の揚力を減少させる。この状態は、光起電モジュールの最上縁部と最下縁部との間の高さの差まで当てはまる。或る高低差を越えると、モジュールは風を「捕捉」するようになり、この構造は、風の揚力を減少させる点において効率が低下する。許容高低差は、モジュールの重力、縁間接続の特性、モジュールの寸法、その他の要因の複雑な関数である。各セットのモジュール条件について、相対高さ寸法を確かめるためには風洞実験が必要である。
図３ａ−３ｄの説明：
相転移材を備えた平坦縦断面構造
図３ａないし３ｃは、本発明の第３実施例の断面図である。
図３ａにおいて、アセンブリは、複数の光起電モジュール３０４，３０６，３０８と、これら複数の光起電モジュール３０４，３０６，３０８の下方にそれぞれ配設されるとともに、これらモジュールに対して一体形成、もしくは、固定接続された複数の事前形成容器又は支持部材３１２，３１４，３１６とを有している。これら容器３１２，３１４，３１６は、ルーフィング膜３０２上に配設されている。前記アセンブリの容器３１２，３１４，３１６は、予めその内部に相転移材３５０，３５２，３５４を吸収又はその他の方法によって含ませておいた開口セルフォーム、コンクリート、又はその他の材料から形成することができる。相転移材は、その溶解温度において固体から液体への相転移、あるいは、その沸点温度において液体から気体への相転移に伴って単位重量当り比較的多量の熱エネルギを吸収する材料である。それぞれの場合において吸収される熱の量は、一般的に、それぞれ、その物質の溶解熱、気化熱と呼ばれている。
相転移材３５０，３５２，３５４を収納する手段は様々な形状のものが可能である。図３ｂは、より効率的に熱を伝導し、かつ、相転移材３６０，３６２，３６４，３６６，３６８から、好ましくは空気である対流流体への熱の伝達を可能にするポケット又は通路を形成するための、好ましくは金属製である事前形成アセンブリ３２４，３２６，３２８を示している。
図３ｃは、相転移材を収納するとともに、モジュール３０４，３０６，３０８の底側に接続され、スペーサ３４６，３４８上に支持された市販されているアルミ製サンドイッチ・ハニカム構造体３４０，３４２，３４４の断面図である。
前記相転移材は、そのコストと、摂氏３５ないし７０度の範囲と溶解温度が低いことから、線形（ｌｉｎｅａｒ）結晶性アルキル炭化水素として知られているタイプが好ましい。
図３のアセンブリの利点は、図１のアセンブリの利点に加えて、以下のものがある。
１．特定の溶解点温度を有する相転移材を組み込むことによって、アセンブリと、更に、その下方に位置する建物の屋根とが受ける最高温度を正確に特定することが出来る。これによって、光起電モジュールの効率が高まり、建物の熱効率が増加する。
２．前記相転移材の容器は、光起電モジュールのためのスペーサ又は支持部材としても機能することが出来、これによって、材料コストが低下する。
３．図３のアセンブリは、リジッドな基材への被覆が有利である薄膜光起電材に特に適している。一つの例は、薄金属ホイルに結晶シリコンビードを一体化させるテキサス・インスツルメンツ・インコーポレイテッド（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）によって開発された光起電「ビード」技術である。
図４ａ−４ｃの説明：
相転移材を使用するテーパ状縦断面構造
図４ａ−４ｃは、本発明の第４実施例の断面を示す。図４ａにおいて、アセンブリは、複数の光起電モジュール４０４，４０６，４０８と、それぞれこれら複数のモジュール４０４，４０６，４０８の下方に位置するとともに、これらにモジュールに対して一体形成又は固定された複数の事前形成容器又は支持部材４１２，４１４，４１６とを有している。容器４１２，４１４，４１６は、ルーフィング膜４０２の上に配設されている。
前記アセンブリの容器４１２，４１４，４１６は、予めその内部に相転移材４５０，４５２，４５４を吸収又はその他の方法によって含ませておいた開口セル・フォーム、コンクリート、又はその他の材料から形成することができる。但し、相転移材４５０，４５２，４５４の収納手段としては様々な形状ものが可能である。
図４ｂは、事前形成ポケット又は通路４２４，４２６，４２８を使用した容器手段を示している。
図４ｃは、相転移材を収納するとともに、モジュール４０６，４０８の底側に接続され、スペーサ４４６，４４８上に支持された市販されているアルミ製サンドイッチ・ハニカム構造体４４０，４４２，４４４の断面の詳細を示している。
図４のアセンブリの利点は、図１のアセンブリの利点に加えて、以下のものがある。
１．傾斜した光起電モジュール４０４，４０６，４０８は、その上面が太陽放射に対して垂直な平面に近いことにより、比較的運転効率が高い。
２．光起電モジュールを傾斜させることによって、外部空気を対流流体として利用する自然対流が高められる。その結果、ピーク温度を下げるのに必要な相転移材の量が遥かに少なくなり、従って、アセンブリの材料コストが低下する。
３．前記光起電モジュールを傾斜させることにより、これらのモジュールの列の上平面は、モジュールの上部を流れる風の流れに対して凹凸面を提供する。所定の寸法の凹凸面によって、層流が乱され、これによって、風の揚力を減少させる。
図５ａ−５ｅの説明：
断熱ブロックと対流層とを備えた平坦縦断面構造
図５ａは、本発明の第５実施例の断面を示す。アセンブリは、複数の光起電モジュール５０４，５０６，５０８，５１０と、それぞれこれら複数のモジュール５０４，５０６，５０８，５１０の下方に位置するとともに、これらにモジュールに対して一体形成又は固定された複数の事前形成断熱ブロック５１２，５１４，５１６，５１８とを有している。断熱ブロック５１２，５１４，５１６，５１８は、ルーフィング膜５０２の上に配設されている。断熱ブロック５１４は、構造的に断熱ブロック５１２，５１６，５１８と同じであり、これは、一方の縁部に沿って溝付き形状５５０と、反対側の縁部に沿って舌付き形状５５２とを有している。このようにして、風の揚力に対する抵抗を増すために、近接アセンブリ間に相互固定接続部が形成されている。但し、どのような一体固定手段も使用可能である。
図５ｂにおいて、前記ルーフィング・アセンブリのモジュール５０４，５０６，５０８は、ルーフィング膜５０２の上の断熱ブロック５３２，５３４，５３６上に配設されたスペーサ、台座、又は支持部材５２０，５２２，５２４，５２６に接続されている。近接断熱ブロック５３２，５３４間を積極的に接続するべく、スペーサ５２２，５２４に取り付けられたモジュール５０６を、延出させて断熱ブロック５３２，５３４に接続してもよい。このように、モジュール５０６とモジュール５０８とによって、断熱ブロック５３４，５３６及び５３６，５３８とがそれぞれ積極的に接続され、縁間一体アセンブリを形成する。但し、モジュール５０４，５０６，５０８間の積極的接続手段としてはどのようなものでも使用可能である。スペーサ５２０，５２２，５２４，５２６は、金属、断熱ブロック、プラスチック、ファイバーガラス、その他の材料から形成することができ、モジュール５０４，５０６，５０８の裏側での流体対流による熱交換を可能にすること；モジュール５０４，５０６，５０８の上側と底側との間の圧力均衡を可能にすること；断熱ブロック５３２，５３４，５３６の通気と湿気の排出を可能にし、これによって、その断熱価値を維持し、その寿命を長くすること；そして、雨水の排水を可能にすること、等の複数の機能を提供するように、予め決められた間隔と寸法とを有する。
図５ｃは、スペーサ５２２の拡大図であり、これは、構造的にスペーサ５２０，５２４，５２６と同じであり、かつ、現場又は工場内に於けるモジュール５０６との接続又は積層用の上部粘着層５６０を備えている。スペーサ５２２は、現場又工場内に於ける断熱ブロック５３４との接続又は積層揚の下部粘着層５６２を有している。但し、モジュール５０６のスペーサ５２２に対する取り付け、及び、スペーサ５２２の断熱ブロック５３２に対する取り付けにはどのようなシステムを使用してもよい。
図５ｃは、アセンブリの前記光起電部と舗装部との間の典型的な界面を示している。図５ｃにおいて、ルーフィング舗装部５５２は、その縁部において、断熱ブロック５５４に接続されている。前記ルーフィング舗装材の内部又はその上、あるいは、前記アセンブリの光起電部の内部に、電気レースウェイ（図示せず）が設けられている。
前記ソーラ・ルーフィング・アセンブリの好適な製造方法を次に示す。製造工場又は作業現場において、断熱ブロック５１２，５１４，５１６，５１８が、その上面において、モジュール５０４，５０６，５０８，５１０に接着、又はその他の方法で取り付けられ、これによって、工場組立式又は現場組立式の２層ソーラ・ルーフィング・モジュールが形成される。前記ソーラ・ルーフィング・モジュールは、現場においてルーフィング膜５０２上に設置される。ソーラ・ルーフィング・モジュールの列の周りに、ルーフィング舗装材が配設される。電気レースウェイが、ソーラ・ルーフィング・モジュールの列のこれらの縁に沿って設置されるか、もしくは、レースウェイは、前記ソーラ・ルーフィング・モジュール又はルーフィング舗装材と一体形成される。
この構造によって、光起電モジュールとルーフィング膜との温度を調節する。単純で組立容易なルーフィング・アセンブリが提供される。モジュール５０４，５０６，５０８，５１０の下方に、好ましくは空気である流体の対流を可能にする半連続空間層が形成される。前記流体は、前記事前形成ブロック又はスペーサによって作り出される通路内で対流し、光起電モジュールの裏側からの熱を伝達する。前記流体の対流を強制するためにファン又はポンプ装置を追加してもよい。雨水は、前記一体モジュール間の接続部を通って、その下方のルーフィング膜へと排水される。
図１に示したアセンブリの利点に加えて、図５のアセンブリの利点には以下のものが含まれる。
１．前記アセンブリは、紫外線、天候要因に対する露出、及び、高温から生じる劣化に対して、ルーフィング膜をより有効に保護することができ、従って、この膜の寿命を長くする。
２．前記アセンブリには、ルーフィング膜の下に建物断熱材を設置する必要がない。
３．ルーフィング膜の上に建物断熱材を設置することによって、露点温度が膜よりも上に位置するため、建物内部からの水分の凝縮がない。
４．雨水が断熱ブロックの縁部間を流れてこの断熱ブロックとその下のルーフィング膜との間に層を形成するので、断熱ブロックと、スペーサと、光起電モジュールとが、一つの一体ユニットとして前記膜上にフロートする。アセンブリが雨水上をフロートすることにより、光起電モジュールとそのそれぞれの電気接続部との、湿気に対する露出が減り、これによって、その寿命が長くなり、かつ、システムの安全性と信頼性とが向上する。これは、ルーフィング上の排水システムがルーフィングの排水を迅速に行うのに適していない使用例において特に重要である。
５．近接ＰＶモジュール間に積極的な離間接続が設けられていることにより、このアセンブリは、ルーフィングへの固定及び貫通部を設ける必要が無く、これによって設置システムのコストと複雑性とが減少する。
図６ａ−６ｂ：
断熱ブロックと対流層とを備えたテーパ状縦断面構造
図６ａ−６ｂは、本発明の第６実施例の断面図である。図６ａにおいて、アセンブリは、複数の光起電モジュール６０４，６０６，６０８と、それぞれこれら複数のモジュール６０４，６０６，６０８の下方に位置するとともに、これらにモジュールに対して一体形成又は固定された複数の断熱ブロック６１２，６１４，６１６とを有している。断熱ブロック６１２，６１４，６１６は、ルーフィング膜６０２の上に配設されるとともに、モジュール６０４，６０６，６０８を太陽に対する露出が増加する方向に向けるべく、傾斜した形状を有している。
構造的に断熱ブロック６１２，６１６と同じである断熱ブロック６１４は、好ましくは、その一つの縁部に沿って溝付き形状６５０と、反対側の縁部に沿って舌付き形状６５２とを有している。このようにして、風の揚力に対する抵抗を増すために、近接アセンブリ間に相互固定用接続部が形成される。但し、どのような一体固定手段も使用可能である。
図６ｂにおいて、図６ａのアセンブリの変形例は、ルーフィング膜６０２上に位置する断熱ブロック６３２，６３４，６３６上に配置されたスペーサ、台座又は支持部材６２０，６２２，６２４に接続された光起電モジュール６０４，６０６，６０８を示している。図５に示したアセンブリの利点に加えた図６のアセンブリの利点としては次のものがある。
１．傾斜光起電モジュール６０４，６０６，６０８は、その上面が太陽放射に対して垂直な平面に近いことにより、比較的運転効率が高い。
２．光起電モジュールを傾斜させることによって、外部空気を対流流体として利用する自然対流が高められる。その結果、ピーク温度を下げるのに必要な相転移材の量が遥かに少なくなり、従って、アセンブリの材料コストが低下する。
３．前記光起電モジュールを傾斜させることにより、これらのモジュールの列の上平面は、モジュールの上部を流れる風の流れに対して凹凸面を提供する。凹凸面は、層流を乱し、これによって、風の揚力を減少させる作用を有する。
図７ａ−７ｅの説明：
断熱ブロックと相転移材とを備えた平坦縦断面構造
図７ａ−７ｃは、本発明の第７実施例の断面図である。図７ａにおいて、アセンブリは、複数の光起電モジュール７０４，７０６，７０８，７１０と、それぞれこれら複数のモジュール７０４，７０６，７０８，７１０の下方に位置するとともに、これらにモジュールに対して一体形成又は固定された複数の事前形成断熱ブロック７１２，７１４，７１６，７１８とを有している。断熱ブロック７１２，７１４，７１６，７１８は、ルーフィング膜７０２の上に配設されている。このアセンブリの断熱ブロック７１２，７１４，７１６，７１８は、相転移材７５０，７５２，７５４，７５６を備えている。
ここでアセンブリは、相転移材７５０，７５２，７５４，７５６の収納手段としての、断熱ブロック７１２，７１４，７１６，７１８を示し収納手段は種々の形態をとることができる。
図７ｂは、相転移材を収納するとともに、この相転移材からの熱を伝達するべく流体の対流を可能するように形成された複数の事前形成容器７２４，７２６，７２８を示している。通路７２４，７２６，７２８は、熱を効果的に伝導するために好ましくは金属製である。
図７ｃは、相転移材を収納するとともに、モジュール７０４，７０６，７０８の底側に接続され、断熱ブロック７７６，７７８，７８０上に支持された市販されているアルミ製のサンドイッチ・ハニカム構造体７６０，７６２，７６４の断面図である。
上記構成の代わりに、前記ハニカム構造体に接続された光起電モジュールを、ルーフィング膜上のスペーサの上に配設することも可能である。
図７のアセンブリの利点は、図３のアセンブリと図５のアセンブリとの利点を組み合わせたことにある。
図８ａ−８ｃの説明：
断熱ブロックと相転移材とを備えたテーパ状縦断面構造
図８ａ−８ｃは、本発明の第８実施例の断面図である。図８ａにおいて、アセンブリは、複数の光起電モジュール８０４，８０６，８０８と、それぞれこれら複数のモジュール８０４，８０６，８０８の下方に位置するとともに、これらにモジュールに対して一体形成又は固定された複数の事前形成断熱ブロック８１２，８１４，８１６とを有している。断熱ブロック８１２，８１４，８１６は、ルーフィング膜８０２の上に配設されるとともに、その傾斜面を太陽への露出が最大になる方向に向けるためにテーパ状縦断面を有している。断熱ブロック８１２，８１４，８１６は、相転移材８５０，８５２，８５４を備えている。
ここで図８ａのアセンブリは、断熱ブロック８１２，８１４，８１６を、相転移材８５０，８５２，８５４を収納する手段として図示しているが、相転移材を収納するための手段としては様々な形状のものが可能である。
図８ｂは、相転移材８５０，８５２，８５４を収納するとともに、熱を伝達するべく流体の対流を可能するように形成された複数の事前形成容器８２４，８２６，８２８を示している。これら容器８２４，８２６，８２８は、熱を効果的に伝導するために好ましくは金属製である。
上記構成に代えて、図７ｃは、相転移材を収納するとともに、モジュール８０４，８０６，８０８の底側に接続され、断熱ブロック８７６，８７８，８８０上に支持された市販されているアルミ製のサンドイッチハニカム構造体８６０，８６２，８６４の断面図である。
図８のアセンブリの利点は、図４のアセンブリと図５のアセンブリとの利点を組み合わせたものである。
図９の説明：
光起電アセンブリの斜視図
図９は、ソーラ・ルーフィング・モジュールが、建物ルーフィング上に位置する列９０２を形成する光起電アセンブリの斜視図である。この列９０２の特定の領域間には、ルーフィング舗装部９０４が設けられ、通路と、通気孔、加熱、通気空調装置等のルーフィングの周辺装置、等のルーフィングの貫通部の外辺部とを提供している。
以上、本発明をその好適実施例において記載したが、使用した用語は限定ではなく記載のための用語であって、より広い態様に於ける本発明の真の範囲及び精神から離脱することなく、付随のクレームの範囲内において様々な改変が可能であると認識される。
要旨、応用、及び範囲
本発明は、ルーフィング又はその他の平坦な、又は、ゆるやかに傾斜した表面のために、単純で、効率的で、迅速に設置可能で、再使用可能かつ、低コストのソーラ・モジュールアセンブリを提供するものである。
以上の記載は数多くの具体例を含むものではあるが、これらは、本発明の範囲を限定するものではなく、その一つの好適実施例を例示するものであると解釈されるべきものである。その他の多数の改変が可能である。
例えば、断熱ブロックに接続されたソーラモジュールから成る一体式ソーラモジュールユニットは、ルーフィング膜から独立して使用することができる。
更に別の例として、前記ソーラ・ルーフィング・アセンブリに、前記ルーフィング層の上方で、かつ、スペーサを介して前記光起電モジュールの下方に位置する織物（ｆａｂｒｉｃ）又はその他の材料からなる追加の層を設けて、この層がルーフィング膜及び／又はスリップ・シートに対する追加の保護バリアを提供するように構成することも可能である。
更に別の例として、台座又はスペーサを備えた前記ソーラ・モジュールに、その台座又はスペーサの上方又は下方に、前記光起電モジュールを水準するため、あるいは、これら光起電モジュールの所定の傾斜を達成するための、水準プレートを設けることができる。
更に別の例として、前記断熱ブロックを、建物ルーフィング・アセンブリとしての所望の防火水準を達成するために、膨張性コーティング又はその他の防火手段によって被覆することも可能である。
更に別の例として、隣接モジュール間の縁間接続構造を、舌−溝アセンブリとしてしばしば図示してきたが、機械式クリップや、接着剤、断熱ブロックを貫通する「スキュア」挿入体、およびその他の手段等を含むどのような縁接続構造も可能である。更に、モジュール間の積極的接続は、以下のようにしても達成可能である。光起電モジュールをスペーサ上に配置し、これらスペーサを、前記ルーフィング膜上に固定されずに配置された断熱ボード上に設置することができる。次に、これら光起電モジュールを延出させて、近接断熱ブロックに対して接続し、これによって、隣接断熱ブロック間と隣接光起電モジュールとの間の積極的接続構造が提供される。後者の構成によれば、風の揚力に対するアセンブリの抵抗が増加する。
更に別の例として、事前形成された断熱ブロック内に相転移材が収納される場合、前記断熱ブロックに、その相転移材を収納するためのライニングを設けることができる。
更に別の例として、すべての断熱ブロックの上部を、紫外線放射に対して不透過性の塗料によって塗布し、これによって、光起電モジュールが紫外線放射に対して不透過性でない用途において断熱ブロックの寿命を長くすることができる。
更に別の例として、前記スペーサは、必ずしも、工場において光起電モジュールと一体形成する必要はなく、現場においてストリンガとして設置し、これらにＰＶモジュールを現場で取り付けてもよい。
更に別の例として、前記アセンブリのルーフィング舗装部を、歩行部材として省略して、ここでルーフィング膜又はその他の材の上を直接に歩行可能としてもよい。
従って、本発明の範囲は、例示された実施例によってではなく、付属のクレーム及びその法的均等物とによって決定されるべきである。

Claims (4)

1. 光起電ルーフィング・アセンブリであって、以下を備える、
   ルーフィング膜と、
   前記ルーフィング膜の上に層として配置された複数の光起電モジュール、そして
   前記光起電モジュールの温度を調節する手段、
   前記温度調節手段は、前記光起電モジュールの裏側から対流流体への熱伝達を可能にするために、前記光起電モジュールを前記ルーフィング膜から離間させるスペーサを有し、前記光起電モジュールと前記スペーサとが結合されて一体ユニットを形成している、
   前記一体ユニットは、隣接するこれら一体ユニット間を互いに接続するための相互固定手段を備えており、前記相互固定手段は、隣接する前記スペーサの間に形成された接続構造からなり、前記相互固定手段は、一方のスペーサの側面に形成された溝付き形状と、前記溝付き形状に進入するように、前記一方のスペーサと隣接する他方のスペーサの側面に形成された舌付き形状とからなる。
2. 請求項１のアセンブリであって、前記スペーサは相転移材を収納するための容器を構成している。
3. 請求項１または２のアセンブリであって、前記スペーサは断熱ブロックからなる。
4. 請求項１または２のアセンブリであって、前記スペーサは、前記光起電モジュールが、太陽に対する露出が増大する方向に面することが出来るように傾斜した外観を有している。

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