JP3823947B2 - 屋根材分離型太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光の照射により起電力を発生する光起電力素子を並べて接続した太陽電池モジュールに関し、特に屋根材と太陽電池モジュールとが分離されている屋根材分離型太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境問題がクローズアップされる中、太陽電池はクリーンで再生可能なエネルギーとして大きな期待が寄せられている。
【０００３】
太陽電池は、結晶系の太陽電池と薄膜太陽電池に大別される。結晶シリコンを主原料とする結晶系太陽電池は、既に商用規模での生産が始まっている。一般的に、このような太陽電池を用いた太陽電池モジュールの構造は建材分離型であり、発電素子を充填材で被覆し、受光面側をガラスでカバーしたものにアルミニウムなどのフレームを取り付け、これを屋根上に設置された架台に固定して用いる。
【０００４】
一方、アモルファスシリコンを用いる薄膜太陽電池では、耐熱性を有するプラスチックフィルムなどを発電素子の基板として用いると、発電素子部分に柔軟性があるために、緩やかな曲面に適用することも可能となる。このような特長を生かし、鋼板一体型太陽電池モジュールが生産されている。受光面側の表面保護材として、ガラス板の代わりに耐候性樹脂フィルムを適用し、発電素子の配置されていない周囲部分に曲げ加工したものであり、通常の鋼板屋根材と同等な施工性で軽量な太陽電池屋根を提供することが可能になる。
【０００５】
図１２は、鋼板一体型太陽電池モジュールを設置した状態を示す斜視図である。鋼板一体型太陽電池モジュール１００は、野地板７１の上に配した防水シート７２上に直接葺設する構造となる。太陽電池１０１の出力は、端子台１０２から引き出されたケーブル１０３によって外部に取り出され、隣接するモジュールと直列および並列接続して所定の電圧を得る。
【０００６】
その他に、例えばモルタルやスレート材の平瓦の表側に設けられた凹部に太陽電池を装着するような構造の建材一体型太陽電池モジュールも生産されている。
図１３は、建材一体型太陽電池モジュールの組立前の状態を示す斜視図である。屋根瓦２１０の表面に穿設された凹部２１１、２１２に対して、太陽電池２０１および太陽電池２０１の裏面に貼り付けられた出力端子ボックス２０２をはめ込み、出力ケーブル２０３を誘導溝２１３に通して屋根瓦２１０の上辺縁部２１４から外部へ取り出し、その端部にプラグ２０４およびソケット２０５を取り付ける。以上で、建材一体型太陽電池モジュール２００が構成される。
【０００７】
図１４は、建材一体型太陽電池モジュールの完成品を隣接して設置した斜視図である。
隣接した建材一体型太陽電池モジュール２００のプラグ２０４およびソケット２０５を直列接続して所定の電圧を得る。一方、両端の建材一体型太陽電池モジュール２００の直列接続されていない出力ケーブル２０３は、正極および負極各々を並列接続用母線２０６に接続し、一つの太陽電池ユニットを形成している。
【０００８】
上記のような従来の太陽電池モジュールに関する一般的な技術の他に、太陽電池モジュールから取り出された正極および負極の導線ケーブルを両極一体型コネクタにまとめ、敷設時の配線作業を低減する公知技術として以下のようなものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２３１９８９号公報（段落番号〔００３０〕〜〔００３５〕、第２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
建材分離型の太陽電池モジュールは、上記に述べたように、フレームを取り付けた架台を屋根上に設置固定して用いるのが一般的であり、雹などの落下により破損した太陽電池モジュールの交換作業は容易であるが、屋根材との一体感がなく美観を損ね、太陽電池モジュールにガラスを用いることや、固定のために鉄製の架台を用いることにより重量が大きくなる。
【００１１】
鋼板一体型太陽電池モジュール１００は、図１２のように、野地板７１の上に配した防水シート７２上に直接葺設する構造で、既設の屋根に葺設する場合は、屋根材を撤去してから施工する必要があるため、葺設作業に時間がかかる。また、屋根材と一体型であるため美観には優れているが、モジュールが破損した場合の交換作業に手間がかかる。
【００１２】
建材一体型太陽電池モジュール２００は、屋根瓦２１０として使用するモルタルやセメントなどの材料が重いため、葺設施工上モジュールの寸法は大きくはできない。したがって、屋根瓦２１０一枚の大きさは比較的小さくしなければならず、太陽電池２０１の出力を家庭で必要とする出力で得ようとすると、架台に設置した場合と比べて多くのモジュールを設置しなければならないので、コストが増大する。
【００１３】
また、太陽電池２０１の接続は、太陽電池２０１の外部に引き出した出力ケーブル２０３を所定の電圧、一般的にはインバータの入力電圧でＤＣ２００Ｖ程度を得るまで、隣接する建材一体型太陽電池モジュール２００の正極と負極を複数枚直列接続し、直列接続されていない正極と負極の出力ケーブル２０３を並列接続用母線２０６に接続して所定の太陽電池の出力を得ている。このため、建材一体型太陽電池モジュール２００を複数接続する場合は、配線の接続箇所および配線量が多くなって施工が複雑になり、敷設工数の増加につながる。
【００１４】
上記の特許文献１に記載した技術は、太陽電池モジュールから取り出された導線ケーブルを正負一対として電池側コネクタにまとめることで配線作業の低減を目的としたものであるが、太陽電池モジュールを敷設した後、個々の太陽電池モジュールの電池側コネクタと幹線ケーブルに具備された幹線側コネクタとを接続する配線作業が必要である。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、低コストに敷設することができ、美観を損なわず、メンテナンス性に優れた屋根材分離型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、少なくとも受光面側保護層、非受光面側保護層、太陽電池、裏面補強材で一体的に封止構成され、太陽電池が配置されていない部分に折り曲げ加工を施した屋根材分離型太陽電池モジュールにおいて、複数枚の平型屋根材を左右および上下側縁部に隣接して重ね継ぎするように葺設する横葺き式の屋根において、前記屋根材分離型太陽電池モジュールを前記平型屋根材の形状に沿って折り曲げた部分を、前記平型屋根材の上下に隣接して重ね継ぎする部分に対して平型屋根材に沿って滑らせることではめ込み、左右に隣接して複数枚の前記屋根材分離型太陽電池モジュールを前記平型屋根材の表面に敷設することを特徴とする屋根材分離型太陽電池モジュールが提供される。
【００１７】
このように、屋根材分離型太陽電池モジュールの平型屋根材の形状に沿って折り曲げた部分を、平型屋根材の上下に隣接して重ね継ぎする部分に対して平型屋根材に沿って滑らせることではめ込み、左右に隣接して複数枚の屋根材分離型太陽電池モジュールを平型屋根材の表面に敷設することで、既設の平型屋根材を撤去することなく敷設することができ、敷設作業を軽減することができる。また、雹の落下などにより一部の屋根材分離型太陽電池モジュールが破損した場合の交換作業も容易に施工できる。さらに、建材一体型太陽電池モジュールと同様に屋根材との一体観が得られ、美観に優れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の屋根材分離型太陽電池モジュールの積層構造を示す断面図である。上側が太陽光の入射する側で、左が家屋の軒側、右が棟側である。（以後の図においても同様に、軒側と棟側、必要の際には太陽光入射側を図面中の矢印において示すものとして説明は省略する）。
【００１９】
太陽電池１は、厚さ１０ｕｍ〜１００ｕｍの高分子材料フィルム基板上に形成された非結晶シリコン薄膜などからなる光電変換層と、Ａｇ、Ａｌ、またはＺｎＯの電極層とから形成される一枚の薄膜太陽電池を用いる。
【００２０】
屋根材分離型太陽電池モジュール１０（以後、太陽電池モジュールと略称する）は、上記の太陽電池１を用いて以下のように構成される。
太陽電池１の太陽光入射側に、厚さ０．３ｍｍ〜０．４ｍｍのエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる封止材（図示しない）とフッ素樹脂系の保護フィルムから構成される受光面側保護層２を配する。また、太陽光入射側の裏側に、エチレン−酢酸ビニル共重合体からなる封止材で構成される非受光面側保護層３を配する。そして、これらをステンレス材やガルバニウム鋼板などを用いた裏面補強材４上に、真空ラミネートによって固着させる。
【００２１】
そして、裏面補強材４の棟側端部に、太陽光入射側へ折り返し曲げ加工を施し、これを折曲部４ａとする。また、裏面補強材４の軒側は、受光面側保護層２、非受光面側保護層３および裏面補強材４をまとめて、太陽光入射側とは反対側に平型屋根材７０の形状に沿ってコの字形状に折り曲げ加工を施す。これによって生成された空間には、複数の太陽電池モジュール１０を並列接続した際の幹線となる二心ケーブル３０が収容される。また、この空間における軒から棟方向と直行する方向の左右縁部には、隣接する太陽電子モジュール１０を接続するための端子台２０が収容される。
【００２２】
図２は、太陽電池モジュールを平型屋根材に敷設した状態の断面図である（太陽電池モジュール１０の層構成など詳細部分については省略する）。
傾斜のついた野地板７１の上に防水シート７２が敷かれ、モルタルやセメントなどの材料を使用した平型屋根材７０が、軒から棟に向かって上下かつ左右に隣接して重ね継ぎし、棟側端部を釘打ちで野地板７１に固定することで葺設されている。
【００２３】
そして、平型屋根材７０Ａに対して太陽電池モジュール１０Ａが敷設され、同様に平型屋根材７０Ｅに対して太陽電池モジュール１０Ｅ、平型屋根材７０Ｉに対して太陽電池モジュール１０Ｉが敷設されている。平型屋根材７０Ａ、７０Ｅおよび７０Ｉは、平型屋根材７０と同一であり、太陽電池モジュール１０Ａ、１０Ｅおよび１０Ｉは、太陽電池モジュール１０と同一である。
【００２４】
太陽電池モジュール１０Ａの敷設は、敷設対象となる平型屋根材７０Ａおよびその上段に位置する平型屋根材７０Ｅの軒側端部を持ち上げ、太陽電池モジュール１０Ａを平型屋根材７０Ａの表面に沿って滑らせることで行うことができる。太陽電池モジュール１０Ｅ、１０Ｉについても同様である（敷設作業の詳細は後述する）。
【００２５】
このように、太陽電池モジュール１０の形状が平型屋根材７０の表面形状に沿っているため、平型屋根材との一体観があって美観を損なうことがない。さらに、既設の平瓦を撤去することなく敷設することができ、敷設は平型屋根材７０の表面に沿って滑らせることで可能なため、敷設作業が軽減され、破損した太陽電池モジュール１０の交換作業も容易になる。
【００２６】
また、太陽電池モジュール１０の上端に折曲部４ａを施すことで、風雨による上端部からの雨水の吹き込みの防止や、隣接する家屋の火災による飛火により、受光面側保護層２や、非受光面側保護層３が燃えた場合でも、太陽電池モジュール１０裏面の野地板７１や防水シート７２への燃え移りが防止できる。
【００２７】
次に、太陽電池モジュール１０の敷設について説明する。
図３は、太陽電池モジュールと平型屋根材との対応を示した斜視図である。平型屋根材７０Ｂ〜７０Ｄおよび７０Ｆ〜７０Ｈは平型屋根材７０と同一である。
【００２８】
本形態においては、図のように４枚左右に並んだ平型屋根材７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃおよび７０Ｄ上に１枚の太陽電池モジュール１０Ａを敷設する。これより、太陽電池モジュール１０の左右寸法Ｌ１は、平型屋根材７０の左右寸法Ｌ２よりも長尺となる。
【００２９】
図２においては、太陽電池モジュール１０Ａを平型屋根材７０Ａに敷設するとして説明したが、実際には、平型屋根材７０Ａの隣に位置する平型屋根材７０Ｂ〜７０Ｄを含めた４枚に対して太陽電池モジュール１０Ａを敷設する。
【００３０】
ここで、太陽電池モジュール１０Ａの敷設作業について説明する。
まず、太陽電池モジュール１０Ａの折曲部４ａを、太陽電池モジュール１０Ａの敷設対象となる平型屋根材７０Ａ〜７０Ｄの棟側上段に位置する平型屋根材７０Ｅ〜７０Ｈの軒側端部に挿入した後、太陽電池モジュール１０Ａの軒側端部を、平型屋根材７０Ａ〜７０Ｄの軒側端部にはめ込む。これらの作業は、平型屋根材７０Ａ〜７０Ｄおよびその上段に位置する平型屋根材７０Ｅ〜７０Ｈの軒側端部を持ち上げ、太陽電池モジュール１０Ａを平型屋根材７０Ａ〜７０Ｄの表面に沿って滑らせることで行うことができる。
【００３１】
敷設位置は、太陽電池モジュール１０Ａの左端縁部と平型屋根材７０Ａの左端縁部、および太陽電池モジュール１０Ａの右端縁部と平型屋根材７０Ｄの右端縁部を一致させる。以上で太陽電池モジュール１０Ａの敷設が完了する。
【００３２】
このように、太陽電池モジュール１０の左右寸法Ｌ１を平型屋根材７０の左右寸法Ｌ２よりも長尺とすることで、複数の平型屋根材７０上に１枚の太陽電池モジュール１０を敷設することができるため、１枚の太陽電池モジュール１０内に収容する太陽電池１の面積を大きくすることが可能となる。
【００３３】
図４は、太陽電池モジュールを平型屋根材上に敷設する際の斜視図である。平型屋根材７０Ｊ〜７０Ｌは、平型屋根材７０と同一である。
軒から棟方向と直行する方向で左右に隣接して敷設された４枚の平型屋根材７０Ａ〜７０Ｄの上面を覆うように、１枚の太陽電池モジュール１０Ａを敷設する。また、その上段も同様に、左右に隣接した平型屋根材７０Ｅ〜７０Ｈおよび７０Ｉ〜７０Ｌの上面を覆うように、太陽電池モジュール１０Ｅおよび１０Ｉを敷設する。
【００３４】
引き続き、軒から棟方向と直行する方向にも太陽電池モジュール１０の敷設を行い、最終的に１枚の太陽電池発電ユニットを構成する。
図５は、太陽電池発電ユニットの構成を示した図である。太陽電池モジュール１０Ｂ〜１０Ｄ、１０Ｆ〜１０Ｈおよび１０Ｊ〜１０Ｌは、太陽電池モジュール１０と同一である。
【００３５】
上記と同様の方法で、太陽電池モジュール１０Ａの右側へ太陽電池モジュール１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを順に敷設し、左右を接続する（接続については後述する）。同様に、太陽電池モジュール１０Ｅの右側へ太陽電池モジュール１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈを順に敷設および接続し、太陽電池モジュール１０Ｉの右側へ太陽電池モジュール１０Ｊ、１０Ｋ、１０Ｌを順に敷設および接続する。以上のようにして、１２枚の太陽電池モジュール１０Ａ〜１０Ｌからなる太陽電池発電ユニット一面が構成される。
【００３６】
次に、上記のように構成された太陽電池発電ユニットから出力を得るための接続について説明する。
図６は、太陽電池モジュール１２枚からなる太陽電池発電ユニットの配線回路図である。
【００３７】
太陽電池モジュール１０Ａは、二心ケーブル３０Ａを介して、オス型コネクタ５１Ａとメス型コネクタ４１Ａ、およびオス型コネクタ５２Ａとメス型コネクタ４２Ａが電気的に接続され、それぞれ正極と負極をなす。太陽電池１Ａの負極側は、二心ケーブル３０Ａの負極側に接続され、同正極側は逆流防止用ダイオード２４Ａを介して、二心ケーブル３０Ａの正極側に接続される。
【００３８】
他の太陽電池モジュール１０Ｂ〜１０Ｌについても同様であるため、必要なもの以外は符号を省略する。なお、太陽電池１Ａは太陽電池モジュール１０Ａの部材であり、太陽電池１と同一である。他の部材についても、以後、大文字アルファベットは、そのアルファベットを有するモジュールの部材であることを示す。
【００３９】
太陽電池発電ユニットにおいて、太陽電池モジュール１０Ｄのメス型コネクタ４１Ｄと太陽電池モジュール１０Ｈのメス型コネクタ４１Ｈをオス型正極中継ケーブル６１で接続し、同様に、メス型コネクタ４２Ｄとメス型コネクタ４２Ｈをオス型負極中継ケーブル６２で接続する。
【００４０】
また、太陽電池モジュール１０Ｅのオス型コネクタ５１Ｅと太陽電池モジュール１０Ｉのオス型コネクタ５１Ｉをメス型正極中継ケーブル６３で接続し、同様に、オス型コネクタ５２Ｅとオス型コネクタ５２Ｉをメス型負極中継ケーブル６４で接続する。
【００４１】
このように接続した状態で、軒から棟方向に直行する方向の右側最上段に敷設した太陽電池モジュール１０Ｌから、出力ケーブルによって屋内に設置した接続箱９１に接続する。接続箱内で集合した太陽電池モジュール１０Ａ〜１０ＬのＤＣ出力は、インバータ９２で交流に変換される。太陽電池１の出力はＤＣ２００Ｖとし、インバータ９２でＡＣ１００Ｖに変換した後、系統側分電盤への給電がなされる。
【００４２】
必要容量が一面で足りない場合には、さらに、他方角に追加して設置した太陽電池モジュール１０の出力を接続箱９１内で並列に接続する。建物の設置条件にもよるが、一般的には図６で図示した設置面は南西であり、他方角に設置する場合は、東もしくは西南となる。
【００４３】
このように、複数の平型屋根材７０上に１枚の太陽電池モジュール１０を敷設することで構成された太陽電池発電ユニットにおいて、１枚の太陽電池モジュール１０内に収容する太陽電池１の面積を大きくすることが可能であるため、隣接する太陽電池モジュール１０同士を直接接続することなく、インバータ９２の入力電圧にＤＣ２００Ｖ程度を得るまでの電圧を出力することが可能になる。また、敷設する太陽電池モジュール１０の数を少なくすることができる。
【００４４】
続いて、太陽電池モジュール１０の電極構造について説明する。
図７は、図１のＸ１−Ｘ１方向における太陽電池モジュールの断面図である。太陽電池モジュール１０の右側縁部には第一の端子台２０ａ、左側縁部には第二の端子台２０ｂが設置されている。
【００４５】
第一の端子台２０ａには、正極をなすメス型コネクタ４１および負極をなすメス型コネクタ４２が設けられ、メス型コネクタ４１の内部にはプラグ４１ａが、同４２の内部にはプラグ４２ａが収容されている。一方、第二の端子台２０ｂには、正極をなすオス型コネクタ５１および負極をなすオス型コネクタ５２が設けられ、オス型コネクタ５１の内部にはソケット５１ａが、同５２の内部にはソケット５２ａが収容されている。これらのコネクタの材質としては、ＥＰＤＭやポリクロロプレンなどの熱硬化性エラストマーで、弾性および電気絶縁性材料を使用する。
【００４６】
そして、プラグ４１ａと二心ケーブル３０の正極側導芯３１の右端部、およびソケット５１ａと同正極側導芯３１の左端部を圧着もしくはハンダ付けすることで接続する。これにより、プラグ４１ａ、正極側導芯３１およびソケット５１ａが電気的に導通し、正極として構成される。同様に、プラグ４２ａと二心ケーブル３０の負極側導芯３２の右端部、およびソケット５２ａと同負極側導芯３２の左端部も圧着もしくはハンダ付けすることで接続する。これによりプラグ４２ａ、負極側導芯３２およびソケット５２ａが電気的に導通し、負極として構成される。
【００４７】
太陽電池１の正極および負極と、上記に述べた正極および負極との接続は、第一の端子台２０ａおよび第二の端子台２０ｂ内部において行われる。
正極の接続については、まず、太陽電池１の裏面電極（図示しない）の正極側に真空ラミネートによって固着された導電フィルム製のリード線２１ａを穴２２ａまで引き出した後、穴２２ａにアノード側接続線２３を通し、両者をハンダ付けする。そして、アノード側接続線２３の他端を逆流防止用ダイオード２４のアノードに接続し、同カソードをカソード側接続線２５に接続する。最後に、カソード側接続線２５の他端を、カシメスリーブ３３で二心ケーブル３０の正極側導芯３１にカシメ固定して接続する。
【００４８】
負極についても同様に、太陽電池１の裏面電極（図示しない）の負極側に真空ラミネートによって固着された導電フィルム製のリード線２１ｂを穴２２ｂまで引き出した後、穴２２ｂに接続線２６を通し、両者をハンダ付けする。そして、接続線２６の他端と二心ケーブル３０の負極側導芯３２を、カシメスリーブ３４でカシメ固定して接続する。
【００４９】
図８は、図７のＸ２−Ｘ２方向断面図である。図１と同じものについては同じ番号を付し、説明は省略する。
太陽電池１の正極（図示しない）に真空ラミネートによって固着されたリード線２１ａの軒側端部には、非受光面側保護層３、裏面補強材４および第一の端子台２０ａを貫通する穴２２ａが開けられている。上記の説明のように、太陽電池１の正極は、リード線２１ａ、穴２２ａを通したアノード側接続線２３、逆流防止用ダイオード２４およびカソード側接続線２５を介して、最後にカシメスリーブ３３によって二心ケーブル３０の正極側導芯３１と接続される。このような配線処理後、第一の端子台２０ａ内はシリコン系接着剤を充填し、端子台蓋２７ａを閉じて防水構造とする。
【００５０】
図９は、図７のＸ３−Ｘ３方向断面図である。図１と同じものについては同じ番号を付し、説明は省略する。
図８と同様に、太陽電池１の負極（図示しない）に真空ラミネートによって固着されたリード線２１ｂの端部には、非受光面側保護層３、裏面補強材４および第二の端子台２０ｂを貫通する穴２２ｂが開けられている。上記の説明のように、太陽電池１の負極は、リード線２１ｂ、および穴２２ｂを通した接続線２６を介し、カシメスリーブ３４によって二心ケーブル３０の負極側導芯３２と接続される。このような配線処理後、第一の端子台２０ａと同様に、第二の端子台２０ｂ内もシリコン系接着剤を充填し、端子台蓋２７ｂを閉じて防水構造とする。
【００５１】
以上で、太陽電池モジュール１０の正極および負極の接続が完了する。
最後に、上記のような電極構造を有する太陽電池モジュール１０の接続について説明する。
【００５２】
図１０は、太陽電池モジュール接続後における図５のＸ４−Ｘ４方向断面図である。太陽電池モジュール１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄが互いに隣接して接続された状態を表し、左端の太陽電池モジュール１０Ａについては右端部を、右端の太陽電池モジュール１０Ｄについては左端部を示している。
【００５３】
隣接する太陽電池モジュール１０Ａと１０Ｂの接続について説明する。
隣接する太陽電池モジュール１０Ａと１０Ｂが接続すると、太陽電池モジュール１０Ａのメス型コネクタ４１Ａ内に収容されるプラグ４１Ａａと、太陽電池モジュール１０Ｂのオス型コネクタ５１Ｂに収容されるソケット５１Ｂａとが接続勘合され、同様に、太陽電池モジュール１０Ａのメス型コネクタ４２Ａ内に収容されるプラグ４２Ａａと、太陽電池モジュール１０Ｂのオス型コネクタ５２Ｂ内に収容されるソケット５２Ｂａとが接続勘合される。
【００５４】
メス型コネクタ４１Ａと４２Ａの内周、およびオス型コネクタ５１Ｂ、５２Ｂの外周には楔形の勘合部が施され、両者が勘合することによって防水を保つ。
太陽電池モジュール１０Ｂと１０Ｃの接続についても、太陽電池モジュール１０Ｂのメス型コネクタ４１Ｂ、４２Ｂに内包されるプラグ４１Ｂａ、４２Ｂａと、太陽電池モジュール１０Ｃのオス型コネクタ５１Ｃ、５２Ｃに内包されるソケット５１Ｃａ、５２Ｃａとが接続勘合することでなされる。
【００５５】
同様に、太陽電池モジュール１０Ｃと１０Ｄの接続についても、太陽電池モジュール１０Ｃのメス型コネクタ４１Ｃ、４２Ｃに内包されるプラグ４１Ｃａ、４２Ｃａと、太陽電池モジュール１０Ｄのオス型コネクタ５１Ｄ、５２Ｄに内包されるソケット５１Ｄａ、５２Ｄａとが接続勘合することでなされる。
【００５６】
これらの接続作業は、平型屋根材７０への敷設と同様、太陽電池モジュール１０を滑らせることで行うことができる。
図１１は、隣接する太陽電池モジュールを接続する際の斜視図である。
【００５７】
太陽電池モジュール１０Ａの端子台２０ａＡには、メス型コネクタ４１Ａおよび４２Ａが設けられ、太陽電池モジュール１０Ｂの端子台２０ｂＢには、オス型コネクタ５１Ｂおよび５２Ｂが設けられている。
【００５８】
図のように、隣接する太陽電池モジュール１０Ａと１０Ｂの接続は、太陽電池モジュール１０Ａのメス型コネクタ４１Ａ、４２Ａと、太陽電池モジュール１０Ｂのオス型コネクタ５１Ｂ、５２Ｂとをプラグイン結合させることで行うことができる。
【００５９】
このように、左右に隣接する太陽電池モジュール１０のコネクタ同士をプラグイン結合することにより、左右に隣接する太陽電池モジュール１０については、太陽電池モジュール１０の敷設と同時にケーブルレスで接続することができ、太陽電池モジュール１０を敷設した後の配線作業が大幅に軽減される。
【００６０】
また、一方の側縁部にはオス型コネクタ５１および５２、他方の側縁部にはメス型コネクタ４１および４２を配することにより、一種類の太陽電池モジュール１０を次々に並列接続して敷設することができ、敷設作業の効率が向上する。
【００６１】
なお、上記の説明においては、太陽電池発電ユニット一面を構成するモジュール数を１２枚として説明したが、必要容量および設置スペースに応じて、太陽電池モジュール１０の段数および１段あたりの敷設枚数を設定することができる。
【００６２】
また、４枚の平型屋根材７０を１枚の太陽電池モジュール１０が覆うような構成としたが、太陽電池モジュール１０の左右寸法Ｌ１を変えることで、他の枚数に対応する構成も可能である。また、平型屋根材７０の左右端縁部と、太陽電池モジュール１０の左右端縁部は一致して敷設しているが、これらは一致して敷設する必要はなく、両者の端縁部をずらして敷設してもよい。
【００６３】
また、メス型コネクタ４１および４２を第１の端子台２０ａに設け、オス型コネクタ５１および５２を第二の端子台２０ｂに設けるような構造としたが、逆にオス型コネクタ５１および５２を第一の端子台２０ａに設け、メス型コネクタ４１および４２を第二の端子台２０ｂに設けるような構造としてもよい。
【００６４】
さらに、正極の接続を第一の端子台２０ａにて行い、負極の接続を第二の端子台２０ｂにて行うとしたが、逆に負極の接続を第一の端子台２０ａにて行い、正極の接続を第二の端子台２０ｂにて行うとしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、平型屋根材に沿った形状をなしているために、建材一体型太陽電池モジュールと同等の美観が得られる。敷設の際は平型屋根材の表面に沿って滑らせることで可能なため、既存の平型屋根材を撤去する必要がなく、敷設作業の効率が向上する。また、一部の太陽電池モジュールが破損した場合の交換作業も容易となってメンテナンス性がよい。
【００６６】
さらに、隣接する太陽電池モジュール間はケーブルレスとなるため、隣接する太陽電池モジュールの配線作業と敷設作業が同時に、かつ極めて迅速および確実に実施できる。これより、上記の平型屋根材に沿って滑らせることで敷設可能なことと合わせて、太陽電池モジュールの敷設工数を著しく低減し、太陽電池発電コストを大幅に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の屋根材分離型太陽電池モジュールの積層構造を示す断面図である。
【図２】太陽電池モジュールを平型屋根材に敷設した状態の断面図である。
【図３】太陽電池モジュールと平型屋根材との対応を示した斜視図である。
【図４】太陽電池モジュールを平型屋根材上に敷設する際の斜視図である。
【図５】太陽電池発電ユニットの構成を示した図である。
【図６】太陽電池モジュール１２枚からなる太陽電池発電ユニットの配線回路図である。
【図７】図１のＸ１−Ｘ１方向における太陽電池モジュールの断面図である。
【図８】図７のＸ２−Ｘ２方向断面図である。
【図９】図７のＸ３−Ｘ３方向断面図である。
【図１０】太陽電池モジュール接続後における図５のＸ４−Ｘ４方向断面図である。
【図１１】隣接する太陽電池モジュールを接続する際の斜視図である。
【図１２】鋼板一体型太陽電池モジュールを設置した状態を示す斜視図である。
【図１３】建材一体型太陽電池モジュールの組立前の状態を示す斜視図である。
【図１４】建材一体型太陽電池モジュールの完成品を隣接して設置した斜視図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池
２ 受光面側保護層
３ 非受光面側保護層
４ 裏面補強材
１０ 太陽電池モジュール
２０ 端子台
７０ 平型屋根材
【発明の属する技術分野】
本発明は光の照射により起電力を発生する光起電力素子を並べて接続した太陽電池モジュールに関し、特に屋根材と太陽電池モジュールとが分離されている屋根材分離型太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境問題がクローズアップされる中、太陽電池はクリーンで再生可能なエネルギーとして大きな期待が寄せられている。
【０００３】
太陽電池は、結晶系の太陽電池と薄膜太陽電池に大別される。結晶シリコンを主原料とする結晶系太陽電池は、既に商用規模での生産が始まっている。一般的に、このような太陽電池を用いた太陽電池モジュールの構造は建材分離型であり、発電素子を充填材で被覆し、受光面側をガラスでカバーしたものにアルミニウムなどのフレームを取り付け、これを屋根上に設置された架台に固定して用いる。
【０００４】
一方、アモルファスシリコンを用いる薄膜太陽電池では、耐熱性を有するプラスチックフィルムなどを発電素子の基板として用いると、発電素子部分に柔軟性があるために、緩やかな曲面に適用することも可能となる。このような特長を生かし、鋼板一体型太陽電池モジュールが生産されている。受光面側の表面保護材として、ガラス板の代わりに耐候性樹脂フィルムを適用し、発電素子の配置されていない周囲部分に曲げ加工したものであり、通常の鋼板屋根材と同等な施工性で軽量な太陽電池屋根を提供することが可能になる。
【０００５】
図１２は、鋼板一体型太陽電池モジュールを設置した状態を示す斜視図である。鋼板一体型太陽電池モジュール１００は、野地板７１の上に配した防水シート７２上に直接葺設する構造となる。太陽電池１０１の出力は、端子台１０２から引き出されたケーブル１０３によって外部に取り出され、隣接するモジュールと直列および並列接続して所定の電圧を得る。
【０００６】
その他に、例えばモルタルやスレート材の平瓦の表側に設けられた凹部に太陽電池を装着するような構造の建材一体型太陽電池モジュールも生産されている。
図１３は、建材一体型太陽電池モジュールの組立前の状態を示す斜視図である。屋根瓦２１０の表面に穿設された凹部２１１、２１２に対して、太陽電池２０１および太陽電池２０１の裏面に貼り付けられた出力端子ボックス２０２をはめ込み、出力ケーブル２０３を誘導溝２１３に通して屋根瓦２１０の上辺縁部２１４から外部へ取り出し、その端部にプラグ２０４およびソケット２０５を取り付ける。以上で、建材一体型太陽電池モジュール２００が構成される。
【０００７】
図１４は、建材一体型太陽電池モジュールの完成品を隣接して設置した斜視図である。
隣接した建材一体型太陽電池モジュール２００のプラグ２０４およびソケット２０５を直列接続して所定の電圧を得る。一方、両端の建材一体型太陽電池モジュール２００の直列接続されていない出力ケーブル２０３は、正極および負極各々を並列接続用母線２０６に接続し、一つの太陽電池ユニットを形成している。
【０００８】
上記のような従来の太陽電池モジュールに関する一般的な技術の他に、太陽電池モジュールから取り出された正極および負極の導線ケーブルを両極一体型コネクタにまとめ、敷設時の配線作業を低減する公知技術として以下のようなものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２３１９８９号公報（段落番号〔００３０〕〜〔００３５〕、第２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
建材分離型の太陽電池モジュールは、上記に述べたように、フレームを取り付けた架台を屋根上に設置固定して用いるのが一般的であり、雹などの落下により破損した太陽電池モジュールの交換作業は容易であるが、屋根材との一体感がなく美観を損ね、太陽電池モジュールにガラスを用いることや、固定のために鉄製の架台を用いることにより重量が大きくなる。
【００１１】
鋼板一体型太陽電池モジュール１００は、図１２のように、野地板７１の上に配した防水シート７２上に直接葺設する構造で、既設の屋根に葺設する場合は、屋根材を撤去してから施工する必要があるため、葺設作業に時間がかかる。また、屋根材と一体型であるため美観には優れているが、モジュールが破損した場合の交換作業に手間がかかる。
【００１２】
建材一体型太陽電池モジュール２００は、屋根瓦２１０として使用するモルタルやセメントなどの材料が重いため、葺設施工上モジュールの寸法は大きくはできない。したがって、屋根瓦２１０一枚の大きさは比較的小さくしなければならず、太陽電池２０１の出力を家庭で必要とする出力で得ようとすると、架台に設置した場合と比べて多くのモジュールを設置しなければならないので、コストが増大する。
【００１３】
また、太陽電池２０１の接続は、太陽電池２０１の外部に引き出した出力ケーブル２０３を所定の電圧、一般的にはインバータの入力電圧でＤＣ２００Ｖ程度を得るまで、隣接する建材一体型太陽電池モジュール２００の正極と負極を複数枚直列接続し、直列接続されていない正極と負極の出力ケーブル２０３を並列接続用母線２０６に接続して所定の太陽電池の出力を得ている。このため、建材一体型太陽電池モジュール２００を複数接続する場合は、配線の接続箇所および配線量が多くなって施工が複雑になり、敷設工数の増加につながる。
【００１４】
上記の特許文献１に記載した技術は、太陽電池モジュールから取り出された導線ケーブルを正負一対として電池側コネクタにまとめることで配線作業の低減を目的としたものであるが、太陽電池モジュールを敷設した後、個々の太陽電池モジュールの電池側コネクタと幹線ケーブルに具備された幹線側コネクタとを接続する配線作業が必要である。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、低コストに敷設することができ、美観を損なわず、メンテナンス性に優れた屋根材分離型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、少なくとも受光面側保護層、非受光面側保護層、太陽電池、裏面補強材で一体的に封止構成され、太陽電池が配置されていない部分に折り曲げ加工を施した屋根材分離型太陽電池モジュールにおいて、複数枚の平型屋根材を左右および上下側縁部に隣接して重ね継ぎするように葺設する横葺き式の屋根において、前記屋根材分離型太陽電池モジュールを前記平型屋根材の形状に沿って折り曲げた部分を、前記平型屋根材の上下に隣接して重ね継ぎする部分に対して平型屋根材に沿って滑らせることではめ込み、左右に隣接して複数枚の前記屋根材分離型太陽電池モジュールを前記平型屋根材の表面に敷設することを特徴とする屋根材分離型太陽電池モジュールが提供される。
【００１７】
このように、屋根材分離型太陽電池モジュールの平型屋根材の形状に沿って折り曲げた部分を、平型屋根材の上下に隣接して重ね継ぎする部分に対して平型屋根材に沿って滑らせることではめ込み、左右に隣接して複数枚の屋根材分離型太陽電池モジュールを平型屋根材の表面に敷設することで、既設の平型屋根材を撤去することなく敷設することができ、敷設作業を軽減することができる。また、雹の落下などにより一部の屋根材分離型太陽電池モジュールが破損した場合の交換作業も容易に施工できる。さらに、建材一体型太陽電池モジュールと同様に屋根材との一体観が得られ、美観に優れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の屋根材分離型太陽電池モジュールの積層構造を示す断面図である。上側が太陽光の入射する側で、左が家屋の軒側、右が棟側である。（以後の図においても同様に、軒側と棟側、必要の際には太陽光入射側を図面中の矢印において示すものとして説明は省略する）。
【００１９】
太陽電池１は、厚さ１０ｕｍ〜１００ｕｍの高分子材料フィルム基板上に形成された非結晶シリコン薄膜などからなる光電変換層と、Ａｇ、Ａｌ、またはＺｎＯの電極層とから形成される一枚の薄膜太陽電池を用いる。
【００２０】
屋根材分離型太陽電池モジュール１０（以後、太陽電池モジュールと略称する）は、上記の太陽電池１を用いて以下のように構成される。
太陽電池１の太陽光入射側に、厚さ０．３ｍｍ〜０．４ｍｍのエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる封止材（図示しない）とフッ素樹脂系の保護フィルムから構成される受光面側保護層２を配する。また、太陽光入射側の裏側に、エチレン−酢酸ビニル共重合体からなる封止材で構成される非受光面側保護層３を配する。そして、これらをステンレス材やガルバニウム鋼板などを用いた裏面補強材４上に、真空ラミネートによって固着させる。
【００２１】
そして、裏面補強材４の棟側端部に、太陽光入射側へ折り返し曲げ加工を施し、これを折曲部４ａとする。また、裏面補強材４の軒側は、受光面側保護層２、非受光面側保護層３および裏面補強材４をまとめて、太陽光入射側とは反対側に平型屋根材７０の形状に沿ってコの字形状に折り曲げ加工を施す。これによって生成された空間には、複数の太陽電池モジュール１０を並列接続した際の幹線となる二心ケーブル３０が収容される。また、この空間における軒から棟方向と直行する方向の左右縁部には、隣接する太陽電子モジュール１０を接続するための端子台２０が収容される。
【００２２】
図２は、太陽電池モジュールを平型屋根材に敷設した状態の断面図である（太陽電池モジュール１０の層構成など詳細部分については省略する）。
傾斜のついた野地板７１の上に防水シート７２が敷かれ、モルタルやセメントなどの材料を使用した平型屋根材７０が、軒から棟に向かって上下かつ左右に隣接して重ね継ぎし、棟側端部を釘打ちで野地板７１に固定することで葺設されている。
【００２３】
そして、平型屋根材７０Ａに対して太陽電池モジュール１０Ａが敷設され、同様に平型屋根材７０Ｅに対して太陽電池モジュール１０Ｅ、平型屋根材７０Ｉに対して太陽電池モジュール１０Ｉが敷設されている。平型屋根材７０Ａ、７０Ｅおよび７０Ｉは、平型屋根材７０と同一であり、太陽電池モジュール１０Ａ、１０Ｅおよび１０Ｉは、太陽電池モジュール１０と同一である。
【００２４】
太陽電池モジュール１０Ａの敷設は、敷設対象となる平型屋根材７０Ａおよびその上段に位置する平型屋根材７０Ｅの軒側端部を持ち上げ、太陽電池モジュール１０Ａを平型屋根材７０Ａの表面に沿って滑らせることで行うことができる。太陽電池モジュール１０Ｅ、１０Ｉについても同様である（敷設作業の詳細は後述する）。
【００２５】
このように、太陽電池モジュール１０の形状が平型屋根材７０の表面形状に沿っているため、平型屋根材との一体観があって美観を損なうことがない。さらに、既設の平瓦を撤去することなく敷設することができ、敷設は平型屋根材７０の表面に沿って滑らせることで可能なため、敷設作業が軽減され、破損した太陽電池モジュール１０の交換作業も容易になる。
【００２６】
また、太陽電池モジュール１０の上端に折曲部４ａを施すことで、風雨による上端部からの雨水の吹き込みの防止や、隣接する家屋の火災による飛火により、受光面側保護層２や、非受光面側保護層３が燃えた場合でも、太陽電池モジュール１０裏面の野地板７１や防水シート７２への燃え移りが防止できる。
【００２７】
次に、太陽電池モジュール１０の敷設について説明する。
図３は、太陽電池モジュールと平型屋根材との対応を示した斜視図である。平型屋根材７０Ｂ〜７０Ｄおよび７０Ｆ〜７０Ｈは平型屋根材７０と同一である。
【００２８】
本形態においては、図のように４枚左右に並んだ平型屋根材７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃおよび７０Ｄ上に１枚の太陽電池モジュール１０Ａを敷設する。これより、太陽電池モジュール１０の左右寸法Ｌ１は、平型屋根材７０の左右寸法Ｌ２よりも長尺となる。
【００２９】
図２においては、太陽電池モジュール１０Ａを平型屋根材７０Ａに敷設するとして説明したが、実際には、平型屋根材７０Ａの隣に位置する平型屋根材７０Ｂ〜７０Ｄを含めた４枚に対して太陽電池モジュール１０Ａを敷設する。
【００３０】
ここで、太陽電池モジュール１０Ａの敷設作業について説明する。
まず、太陽電池モジュール１０Ａの折曲部４ａを、太陽電池モジュール１０Ａの敷設対象となる平型屋根材７０Ａ〜７０Ｄの棟側上段に位置する平型屋根材７０Ｅ〜７０Ｈの軒側端部に挿入した後、太陽電池モジュール１０Ａの軒側端部を、平型屋根材７０Ａ〜７０Ｄの軒側端部にはめ込む。これらの作業は、平型屋根材７０Ａ〜７０Ｄおよびその上段に位置する平型屋根材７０Ｅ〜７０Ｈの軒側端部を持ち上げ、太陽電池モジュール１０Ａを平型屋根材７０Ａ〜７０Ｄの表面に沿って滑らせることで行うことができる。
【００３１】
敷設位置は、太陽電池モジュール１０Ａの左端縁部と平型屋根材７０Ａの左端縁部、および太陽電池モジュール１０Ａの右端縁部と平型屋根材７０Ｄの右端縁部を一致させる。以上で太陽電池モジュール１０Ａの敷設が完了する。
【００３２】
このように、太陽電池モジュール１０の左右寸法Ｌ１を平型屋根材７０の左右寸法Ｌ２よりも長尺とすることで、複数の平型屋根材７０上に１枚の太陽電池モジュール１０を敷設することができるため、１枚の太陽電池モジュール１０内に収容する太陽電池１の面積を大きくすることが可能となる。
【００３３】
図４は、太陽電池モジュールを平型屋根材上に敷設する際の斜視図である。平型屋根材７０Ｊ〜７０Ｌは、平型屋根材７０と同一である。
軒から棟方向と直行する方向で左右に隣接して敷設された４枚の平型屋根材７０Ａ〜７０Ｄの上面を覆うように、１枚の太陽電池モジュール１０Ａを敷設する。また、その上段も同様に、左右に隣接した平型屋根材７０Ｅ〜７０Ｈおよび７０Ｉ〜７０Ｌの上面を覆うように、太陽電池モジュール１０Ｅおよび１０Ｉを敷設する。
【００３４】
引き続き、軒から棟方向と直行する方向にも太陽電池モジュール１０の敷設を行い、最終的に１枚の太陽電池発電ユニットを構成する。
図５は、太陽電池発電ユニットの構成を示した図である。太陽電池モジュール１０Ｂ〜１０Ｄ、１０Ｆ〜１０Ｈおよび１０Ｊ〜１０Ｌは、太陽電池モジュール１０と同一である。
【００３５】
上記と同様の方法で、太陽電池モジュール１０Ａの右側へ太陽電池モジュール１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを順に敷設し、左右を接続する（接続については後述する）。同様に、太陽電池モジュール１０Ｅの右側へ太陽電池モジュール１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈを順に敷設および接続し、太陽電池モジュール１０Ｉの右側へ太陽電池モジュール１０Ｊ、１０Ｋ、１０Ｌを順に敷設および接続する。以上のようにして、１２枚の太陽電池モジュール１０Ａ〜１０Ｌからなる太陽電池発電ユニット一面が構成される。
【００３６】
次に、上記のように構成された太陽電池発電ユニットから出力を得るための接続について説明する。
図６は、太陽電池モジュール１２枚からなる太陽電池発電ユニットの配線回路図である。
【００３７】
太陽電池モジュール１０Ａは、二心ケーブル３０Ａを介して、オス型コネクタ５１Ａとメス型コネクタ４１Ａ、およびオス型コネクタ５２Ａとメス型コネクタ４２Ａが電気的に接続され、それぞれ正極と負極をなす。太陽電池１Ａの負極側は、二心ケーブル３０Ａの負極側に接続され、同正極側は逆流防止用ダイオード２４Ａを介して、二心ケーブル３０Ａの正極側に接続される。
【００３８】
他の太陽電池モジュール１０Ｂ〜１０Ｌについても同様であるため、必要なもの以外は符号を省略する。なお、太陽電池１Ａは太陽電池モジュール１０Ａの部材であり、太陽電池１と同一である。他の部材についても、以後、大文字アルファベットは、そのアルファベットを有するモジュールの部材であることを示す。
【００３９】
太陽電池発電ユニットにおいて、太陽電池モジュール１０Ｄのメス型コネクタ４１Ｄと太陽電池モジュール１０Ｈのメス型コネクタ４１Ｈをオス型正極中継ケーブル６１で接続し、同様に、メス型コネクタ４２Ｄとメス型コネクタ４２Ｈをオス型負極中継ケーブル６２で接続する。
【００４０】
また、太陽電池モジュール１０Ｅのオス型コネクタ５１Ｅと太陽電池モジュール１０Ｉのオス型コネクタ５１Ｉをメス型正極中継ケーブル６３で接続し、同様に、オス型コネクタ５２Ｅとオス型コネクタ５２Ｉをメス型負極中継ケーブル６４で接続する。
【００４１】
このように接続した状態で、軒から棟方向に直行する方向の右側最上段に敷設した太陽電池モジュール１０Ｌから、出力ケーブルによって屋内に設置した接続箱９１に接続する。接続箱内で集合した太陽電池モジュール１０Ａ〜１０ＬのＤＣ出力は、インバータ９２で交流に変換される。太陽電池１の出力はＤＣ２００Ｖとし、インバータ９２でＡＣ１００Ｖに変換した後、系統側分電盤への給電がなされる。
【００４２】
必要容量が一面で足りない場合には、さらに、他方角に追加して設置した太陽電池モジュール１０の出力を接続箱９１内で並列に接続する。建物の設置条件にもよるが、一般的には図６で図示した設置面は南西であり、他方角に設置する場合は、東もしくは西南となる。
【００４３】
このように、複数の平型屋根材７０上に１枚の太陽電池モジュール１０を敷設することで構成された太陽電池発電ユニットにおいて、１枚の太陽電池モジュール１０内に収容する太陽電池１の面積を大きくすることが可能であるため、隣接する太陽電池モジュール１０同士を直接接続することなく、インバータ９２の入力電圧にＤＣ２００Ｖ程度を得るまでの電圧を出力することが可能になる。また、敷設する太陽電池モジュール１０の数を少なくすることができる。
【００４４】
続いて、太陽電池モジュール１０の電極構造について説明する。
図７は、図１のＸ１−Ｘ１方向における太陽電池モジュールの断面図である。太陽電池モジュール１０の右側縁部には第一の端子台２０ａ、左側縁部には第二の端子台２０ｂが設置されている。
【００４５】
第一の端子台２０ａには、正極をなすメス型コネクタ４１および負極をなすメス型コネクタ４２が設けられ、メス型コネクタ４１の内部にはプラグ４１ａが、同４２の内部にはプラグ４２ａが収容されている。一方、第二の端子台２０ｂには、正極をなすオス型コネクタ５１および負極をなすオス型コネクタ５２が設けられ、オス型コネクタ５１の内部にはソケット５１ａが、同５２の内部にはソケット５２ａが収容されている。これらのコネクタの材質としては、ＥＰＤＭやポリクロロプレンなどの熱硬化性エラストマーで、弾性および電気絶縁性材料を使用する。
【００４６】
そして、プラグ４１ａと二心ケーブル３０の正極側導芯３１の右端部、およびソケット５１ａと同正極側導芯３１の左端部を圧着もしくはハンダ付けすることで接続する。これにより、プラグ４１ａ、正極側導芯３１およびソケット５１ａが電気的に導通し、正極として構成される。同様に、プラグ４２ａと二心ケーブル３０の負極側導芯３２の右端部、およびソケット５２ａと同負極側導芯３２の左端部も圧着もしくはハンダ付けすることで接続する。これによりプラグ４２ａ、負極側導芯３２およびソケット５２ａが電気的に導通し、負極として構成される。
【００４７】
太陽電池１の正極および負極と、上記に述べた正極および負極との接続は、第一の端子台２０ａおよび第二の端子台２０ｂ内部において行われる。
正極の接続については、まず、太陽電池１の裏面電極（図示しない）の正極側に真空ラミネートによって固着された導電フィルム製のリード線２１ａを穴２２ａまで引き出した後、穴２２ａにアノード側接続線２３を通し、両者をハンダ付けする。そして、アノード側接続線２３の他端を逆流防止用ダイオード２４のアノードに接続し、同カソードをカソード側接続線２５に接続する。最後に、カソード側接続線２５の他端を、カシメスリーブ３３で二心ケーブル３０の正極側導芯３１にカシメ固定して接続する。
【００４８】
負極についても同様に、太陽電池１の裏面電極（図示しない）の負極側に真空ラミネートによって固着された導電フィルム製のリード線２１ｂを穴２２ｂまで引き出した後、穴２２ｂに接続線２６を通し、両者をハンダ付けする。そして、接続線２６の他端と二心ケーブル３０の負極側導芯３２を、カシメスリーブ３４でカシメ固定して接続する。
【００４９】
図８は、図７のＸ２−Ｘ２方向断面図である。図１と同じものについては同じ番号を付し、説明は省略する。
太陽電池１の正極（図示しない）に真空ラミネートによって固着されたリード線２１ａの軒側端部には、非受光面側保護層３、裏面補強材４および第一の端子台２０ａを貫通する穴２２ａが開けられている。上記の説明のように、太陽電池１の正極は、リード線２１ａ、穴２２ａを通したアノード側接続線２３、逆流防止用ダイオード２４およびカソード側接続線２５を介して、最後にカシメスリーブ３３によって二心ケーブル３０の正極側導芯３１と接続される。このような配線処理後、第一の端子台２０ａ内はシリコン系接着剤を充填し、端子台蓋２７ａを閉じて防水構造とする。
【００５０】
図９は、図７のＸ３−Ｘ３方向断面図である。図１と同じものについては同じ番号を付し、説明は省略する。
図８と同様に、太陽電池１の負極（図示しない）に真空ラミネートによって固着されたリード線２１ｂの端部には、非受光面側保護層３、裏面補強材４および第二の端子台２０ｂを貫通する穴２２ｂが開けられている。上記の説明のように、太陽電池１の負極は、リード線２１ｂ、および穴２２ｂを通した接続線２６を介し、カシメスリーブ３４によって二心ケーブル３０の負極側導芯３２と接続される。このような配線処理後、第一の端子台２０ａと同様に、第二の端子台２０ｂ内もシリコン系接着剤を充填し、端子台蓋２７ｂを閉じて防水構造とする。
【００５１】
以上で、太陽電池モジュール１０の正極および負極の接続が完了する。
最後に、上記のような電極構造を有する太陽電池モジュール１０の接続について説明する。
【００５２】
図１０は、太陽電池モジュール接続後における図５のＸ４−Ｘ４方向断面図である。太陽電池モジュール１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄが互いに隣接して接続された状態を表し、左端の太陽電池モジュール１０Ａについては右端部を、右端の太陽電池モジュール１０Ｄについては左端部を示している。
【００５３】
隣接する太陽電池モジュール１０Ａと１０Ｂの接続について説明する。
隣接する太陽電池モジュール１０Ａと１０Ｂが接続すると、太陽電池モジュール１０Ａのメス型コネクタ４１Ａ内に収容されるプラグ４１Ａａと、太陽電池モジュール１０Ｂのオス型コネクタ５１Ｂに収容されるソケット５１Ｂａとが接続勘合され、同様に、太陽電池モジュール１０Ａのメス型コネクタ４２Ａ内に収容されるプラグ４２Ａａと、太陽電池モジュール１０Ｂのオス型コネクタ５２Ｂ内に収容されるソケット５２Ｂａとが接続勘合される。
【００５４】
メス型コネクタ４１Ａと４２Ａの内周、およびオス型コネクタ５１Ｂ、５２Ｂの外周には楔形の勘合部が施され、両者が勘合することによって防水を保つ。
太陽電池モジュール１０Ｂと１０Ｃの接続についても、太陽電池モジュール１０Ｂのメス型コネクタ４１Ｂ、４２Ｂに内包されるプラグ４１Ｂａ、４２Ｂａと、太陽電池モジュール１０Ｃのオス型コネクタ５１Ｃ、５２Ｃに内包されるソケット５１Ｃａ、５２Ｃａとが接続勘合することでなされる。
【００５５】
同様に、太陽電池モジュール１０Ｃと１０Ｄの接続についても、太陽電池モジュール１０Ｃのメス型コネクタ４１Ｃ、４２Ｃに内包されるプラグ４１Ｃａ、４２Ｃａと、太陽電池モジュール１０Ｄのオス型コネクタ５１Ｄ、５２Ｄに内包されるソケット５１Ｄａ、５２Ｄａとが接続勘合することでなされる。
【００５６】
これらの接続作業は、平型屋根材７０への敷設と同様、太陽電池モジュール１０を滑らせることで行うことができる。
図１１は、隣接する太陽電池モジュールを接続する際の斜視図である。
【００５７】
太陽電池モジュール１０Ａの端子台２０ａＡには、メス型コネクタ４１Ａおよび４２Ａが設けられ、太陽電池モジュール１０Ｂの端子台２０ｂＢには、オス型コネクタ５１Ｂおよび５２Ｂが設けられている。
【００５８】
図のように、隣接する太陽電池モジュール１０Ａと１０Ｂの接続は、太陽電池モジュール１０Ａのメス型コネクタ４１Ａ、４２Ａと、太陽電池モジュール１０Ｂのオス型コネクタ５１Ｂ、５２Ｂとをプラグイン結合させることで行うことができる。
【００５９】
このように、左右に隣接する太陽電池モジュール１０のコネクタ同士をプラグイン結合することにより、左右に隣接する太陽電池モジュール１０については、太陽電池モジュール１０の敷設と同時にケーブルレスで接続することができ、太陽電池モジュール１０を敷設した後の配線作業が大幅に軽減される。
【００６０】
また、一方の側縁部にはオス型コネクタ５１および５２、他方の側縁部にはメス型コネクタ４１および４２を配することにより、一種類の太陽電池モジュール１０を次々に並列接続して敷設することができ、敷設作業の効率が向上する。
【００６１】
なお、上記の説明においては、太陽電池発電ユニット一面を構成するモジュール数を１２枚として説明したが、必要容量および設置スペースに応じて、太陽電池モジュール１０の段数および１段あたりの敷設枚数を設定することができる。
【００６２】
また、４枚の平型屋根材７０を１枚の太陽電池モジュール１０が覆うような構成としたが、太陽電池モジュール１０の左右寸法Ｌ１を変えることで、他の枚数に対応する構成も可能である。また、平型屋根材７０の左右端縁部と、太陽電池モジュール１０の左右端縁部は一致して敷設しているが、これらは一致して敷設する必要はなく、両者の端縁部をずらして敷設してもよい。
【００６３】
また、メス型コネクタ４１および４２を第１の端子台２０ａに設け、オス型コネクタ５１および５２を第二の端子台２０ｂに設けるような構造としたが、逆にオス型コネクタ５１および５２を第一の端子台２０ａに設け、メス型コネクタ４１および４２を第二の端子台２０ｂに設けるような構造としてもよい。
【００６４】
さらに、正極の接続を第一の端子台２０ａにて行い、負極の接続を第二の端子台２０ｂにて行うとしたが、逆に負極の接続を第一の端子台２０ａにて行い、正極の接続を第二の端子台２０ｂにて行うとしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、平型屋根材に沿った形状をなしているために、建材一体型太陽電池モジュールと同等の美観が得られる。敷設の際は平型屋根材の表面に沿って滑らせることで可能なため、既存の平型屋根材を撤去する必要がなく、敷設作業の効率が向上する。また、一部の太陽電池モジュールが破損した場合の交換作業も容易となってメンテナンス性がよい。
【００６６】
さらに、隣接する太陽電池モジュール間はケーブルレスとなるため、隣接する太陽電池モジュールの配線作業と敷設作業が同時に、かつ極めて迅速および確実に実施できる。これより、上記の平型屋根材に沿って滑らせることで敷設可能なことと合わせて、太陽電池モジュールの敷設工数を著しく低減し、太陽電池発電コストを大幅に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の屋根材分離型太陽電池モジュールの積層構造を示す断面図である。
【図２】太陽電池モジュールを平型屋根材に敷設した状態の断面図である。
【図３】太陽電池モジュールと平型屋根材との対応を示した斜視図である。
【図４】太陽電池モジュールを平型屋根材上に敷設する際の斜視図である。
【図５】太陽電池発電ユニットの構成を示した図である。
【図６】太陽電池モジュール１２枚からなる太陽電池発電ユニットの配線回路図である。
【図７】図１のＸ１−Ｘ１方向における太陽電池モジュールの断面図である。
【図８】図７のＸ２−Ｘ２方向断面図である。
【図９】図７のＸ３−Ｘ３方向断面図である。
【図１０】太陽電池モジュール接続後における図５のＸ４−Ｘ４方向断面図である。
【図１１】隣接する太陽電池モジュールを接続する際の斜視図である。
【図１２】鋼板一体型太陽電池モジュールを設置した状態を示す斜視図である。
【図１３】建材一体型太陽電池モジュールの組立前の状態を示す斜視図である。
【図１４】建材一体型太陽電池モジュールの完成品を隣接して設置した斜視図である。
【符号の説明】
１ 太陽電池
２ 受光面側保護層
３ 非受光面側保護層
４ 裏面補強材
１０ 太陽電池モジュール
２０ 端子台
７０ 平型屋根材
Claims (5)
- 少なくとも受光面側保護層、非受光面側保護層、太陽電池、裏面補強材で一体的に封止構成され、太陽電池が配置されていない部分に折り曲げ加工を施した屋根材分離型太陽電池モジュールにおいて、
複数枚の平型屋根材を左右および上下側縁部に隣接して重ね継ぎするように葺設する横葺き式の屋根において、前記屋根材分離型太陽電池モジュールを前記平型屋根材の形状に沿って折り曲げた部分を、前記平型屋根材の上下に隣接して重ね継ぎする部分に対して平型屋根材の表面に沿って滑らせることではめ込み、左右に隣接して複数枚の前記屋根材分離型太陽電池モジュールを前記平型屋根材の表面に敷設することを特徴とする屋根材分離型太陽電池モジュール。 - 軒から棟方向に直行する方向で、前記屋根材分離型太陽電池モジュールの左右寸法を前記平型屋根材の左右寸法よりも長尺とし、複数の前記平型屋根材上に、一枚の前記屋根材分離型太陽電池モジュールを敷設したことを特徴とする請求項１記載の屋根材分離型太陽電池モジュール。
- 前記屋根材分離型太陽電池モジュールの上端に水返しおよび防火用の曲げ加工を施したことを特徴とする請求項１記載の屋根材分離型太陽電池モジュール。
- 前記屋根材分離型太陽電池モジュール下端部の曲げ加工を施した裏面側左右側縁部に端子台を各々設け、前記太陽電池の出力と並列に接続結線を施し、プラグイン式のコネクタを取り付けて前記太陽電池の出力を外部に取り出し、左右に隣接する前記屋根材分離型太陽電池モジュールの前記コネクタ同士をプラグイン結合して、前記太陽電池の相互間を並列接続するようにしたことを特徴とする請求項１記載の屋根材分離型太陽電池モジュール。
- 前記屋根材分離型太陽電池モジュールの左右側縁部に配した前記端子台に設けられた前記コネクタは、一方の側縁部にはオス型コネクタ、他方の側縁部にはメス型コネクタを配したことを特徴とする請求項１記載の屋根材分離型太陽電池モジュール。
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