JP3850404B2 - 屋根材型太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。さらに詳しくは、本発明は、周辺の屋根材と外形構造上取合える太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュールを屋根面に固定する場合において、その多くは屋根面上の屋根材の上に架台を設置し、その架台に太陽電池モジュールを固定する方法である。しかし近年ユーザーニーズの多様化から、屋根材と太陽電池を一体化させた意匠性に優れた太陽電池モジュールが数多く提案されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照。）。

しかし、提案されている屋根材一体型太陽電池モジュールの多くは、屋根材と取合うための屋根材基盤部に凹部を設けたり、折返しをつけるなどして発電部を収納している。この場合、太陽電池モジュールの屋根面設置後に屋根材基盤部が外部に露出する部分が多いため、意匠を損なわないためには、屋根材基盤部に耐候性のよい塗装を施すか耐候性のよいカラー鋼板を使用しなければならないなど、材料のコスト面で大きな問題があった。
特開平１１−３２４２３４号公報 特開２００２−７０２７１号公報

本発明の課題は、屋根材基盤部の材質として多様な材質を用いることができ、製造コストが低く、屋根面への設置安定性、施工性、耐候性および意匠性に優れる、屋根材型太陽電池モジュールを提供することである。

本発明者は、上記の課題を解決するために、さまざまな構造を有する屋根材型太陽電池モジュールを試作して、その性能を検討した。その結果、本発明者は、特定の構造を有する屋根材型太陽電池モジュールが優れた性能を有することを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の屋根材型太陽電池モジュールは、屋根材基盤部と発電部とを備える屋根材型太陽電池モジュールであって、この屋根材基盤部は、この発電部を搭載する搭載面と、周辺の屋根材と取合える構造と、を有し、この発電部は、この搭載面の一部を露出させた状態でこの搭載面に搭載されている、屋根材型太陽電池モジュールである。

ここで、この発電部はこの搭載面の輪郭を形成する多角形の１以上の頂点の近傍においてこの搭載面を露出させた状態でこの搭載面に搭載されていてもよい。

また、この搭載面の輪郭はｎ角形（ｎは自然数）であり、この発電部の輪郭は（ｎ＋１）角形または（ｎ＋２）角形（ｎは自然数）であってもよい。さらに、この搭載面の輪郭は４角形であり、この発電部の輪郭はこの搭載面と合同の４角形の１つまたは２つの頂点を切落した５角形または６角形であってもよい。

そして、この搭載面のこの露出された部分に、この屋根材基盤部を周辺の屋根に固定するための釘および／またはビスを打つための穴が設けられていてもよい。このとき、この釘および／またはビスを打つための穴は、この搭載面のこの露出された部分に形成された突起上に設けられており、この突起の高さはこの発電部の厚みより大きくてもよい。

さらに、この搭載面のこの露出された部分にモジュール間固定具が取付けられており、このモジュール間固定具はこの屋根材型太陽電池モジュールが屋根面に複数設置される場合に軒側と棟側とに位置する複数の屋根材型太陽電池モジュールを互いに固定することができる構造を有してもよい。

このとき、この棟側に位置する屋根材型太陽電池モジュールのこの屋根材基板部の軒側にリブが設けられており、このリブはこの軒側に位置する屋根材型太陽電池モジュールのこのモジュール間固定具に引掛る構造を有してもよい。

また、この屋根材基盤部に棟側に開放された形状で切欠きが設けられており、この切欠きはこの発電部に設けられた端子ボックスを屋根面側へ露出することができる構造を有してもよい。

そして、この屋根材基盤部とこの発電部とは接着により固定されていてもよい。さらに、この屋根材基盤部に凹部が設けられており、この凹部は接着剤を塗布することができる構造を有してもよい。

また、この屋根材基盤部の軒側に化粧カバーが取付けられており、この化粧カバーはこの屋根材型太陽電池モジュールを屋根面に設置した場合にこの屋根材基盤部の軒側端部が被覆していてもよい。

下記に示すように、本発明の屋根材型太陽電池モジュールにおいては、発電部が屋根材基盤部の搭載面を覆い屋根材基盤部の材質素地を隠すことが可能となり、屋根材基盤部の材質としてカラー鋼板などを使用する必要がなく、また耐候性の良い塗装を施す必要がなくなり大幅なコストダウンを図ることができる。

すなわち、本発明の屋根材型太陽電池モジュールは、屋根材基板部の材質として多様な材質を用いることができ、製造コストが低く、屋根面への設置安定性、施工性、耐候性および意匠性に優れる、屋根材型太陽電池モジュールである。

以下、実施の形態を示して本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明の屋根材型太陽電池モジュールの一例の屋根材基盤部と発電部とを分離した斜視図である。

本実施形態では、働き部（屋根面設置後の屋根面上で露出する部位）が働き幅３０５ｍｍ、利き足２８０ｍｍの平板瓦と外形構造上取合える太陽電池モジュールに基づき説明を行う。図１に示す例の屋根材型太陽電池モジュールは、矢符Ａ１で示す方向が棟側、矢符Ａ２で示す方向が軒側となるように配置されて、屋根面上に設置される。

図１において、屋根材基盤部１には、発電部２を搭載するための搭載面３と、瓦などの周辺の屋根材と取合うためのアンダーラップ６が形成されている。この屋根材基盤部１は、アルミニウム板やステンレス鋼板、ガルバリウム鋼板、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板などを材質とすることができ、塗装を施さずに用いることもできる。なお、この屋根材基盤部１の厚さは強度上の問題から０．６ｍｍ以上が望ましい。

この発電部２は、単結晶シート型、多結晶シート型またはアモルファス系の構造を有する半導体からなる部材を含む太陽電池セル７を、ガラスと耐候性フィルムとの間に樹脂を介してサンドウィッチ状に封止して得られるスーパーストレート構造であることが好ましい。あるいは、この発電部２は、上記のガラスの代わりに透明フィルムを使用したサブストレート構造でもよい。この発電部２には、たとえば、電力を取り出すための端子ボックス１１（後述する図２を参照）とケーブル８が取付けられている。

この発電部２からは、電力を取り出すための端子ボックス１１とケーブル８が取付けられている。この屋根材基盤部１の１つの頂点の近傍には、屋根材基盤部１を屋根面に固定するためのビス穴４が設けられている。このビス穴４は、水を入りにくくする防水上の観点からと、ビスまたは釘を打ちやすくする施工上の観点から突起５上に設けられており、この突起５の高さは発電部２の厚みよりも高くなるように設けられている。

本発明における発電部は、屋根材基盤部の搭載面の一部を被覆しない状態で搭載面に搭載されるのが好ましく、前記搭載面の輪郭を形成する多角形の１以上の頂点の近傍において搭載面を被覆しない状態で搭載面に搭載されてなるのがより好ましい。さらに好ましくは、前記搭載面の輪郭はｎ角形（ｎは自然数）であり、前記発電部の輪郭は（ｎ＋１）角形または（ｎ＋２）角形（ｎは自然数）である。特に好ましくは、前記搭載面の輪郭は４角形であり、前記発電部の輪郭はこの搭載面と合同の４角形の１つまたは２つの頂点を切落した５角形または６角形である。図１には、屋根材基盤部１の搭載面３が４角形の輪郭であり、発電部２が搭載面３と合同の４角形の１つの頂点について切り落とし１７が形成された５角形の輪郭を有する例を示している。

本発明の屋根材型太陽電池モジュールにおいては、前記搭載面の前記発電部により被覆されない部分中に、前記屋根材基盤部を周辺の屋根に固定するための釘および／またはビスを打つための穴が設けられてなるのが好ましい。図１には、屋根材基盤部１の１つの頂点の近傍には、屋根材基盤部１を屋根面に固定するためのビス穴４が設けられている例を示している。このビス穴４は、水を入りにくくする防水上の観点、および、ビスを打ちやすくする施工上の観点から、突起５上に設けられており、この突起５の高さは発電部２の厚みよりも高くなるように設けられている。図１に示す例の発電部２は、４角形の１つの頂点について切り落とし１７が形成された５角形の輪郭を有しているが、この切り落とし１７は、発電部２を屋根材基盤部１の搭載面３に搭載した状態で前記突起５が発電部２によって被覆されないような位置および大きさで形成される。なお、このビス穴４の位置は、周囲の屋根材のビス穴とおおよそあわせる必要があるため、屋根材基盤部１の棟側Ａ１に存在する事が望ましい。

また、この屋根材基盤部１をビスで屋根面に固定するときには、屋根材基盤部１の強度が不十分であるとビスの締め付けによりビス穴４の周辺が変形する可能性がある。これを避けるために、屋根材基盤部１のビス穴４の裏面にコ字状の補強アングルを入れても良い。なお、この場合、コ字状の補強アングルの高さを調整することができれば、屋根材基盤部１と周辺の屋根材と高さを調整することも可能であるために好ましい。また、周辺の屋根材が瓦桟にひっかけて固定するものであれば、コ字状の補強アングルに曲げをつけるなどして瓦桟にひっかける構造としても良い。

屋根面に本発明の屋根材型太陽電池モジュールを設置後、働き部として露出するのは発電部２である。発電部２の最表面には透明なガラスまたは透明フィルムが配置されるため、外部から視認できる発電部２の色は、太陽電池セル７と耐候性フィルムとによるところが大きい。本発明においては、太陽電池セル７や耐候性フィルムの色を周囲の屋根材の色と合わせることによって、意匠的に周囲と一体感のある屋根材型太陽電池モジュールの提供が可能となる。逆に太陽電池セル７や耐候性フィルムの色を周囲の屋根材の色と異ならせることにより、太陽電池部分を際立たせる事も可能である。

図２は、本発明の屋根材型太陽電池モジュールの一例の前面と後面とからの斜視図である。図３は、図２に示した屋根材型太陽電池モジュールの屋根材基盤部１の前面と後面とからの斜視図である。

本実施形態では、発電部２の裏面に出力を取り出すための端子ボックス１１が取付けられた場合には、当該端子ボックス１１を屋根面側へ露出するための切欠き１３を屋根材基盤部１に設けている。この切欠き１３は棟側Ａ１に開放された形状である。端子ボックス１１と屋根材基盤部１との当たりをつけるために、切欠き１３に折返し１４を設けてもよい。

本発明の屋根材型太陽電池モジュールは、図２、図３に示すように、屋根材基盤部１の搭載面３の発電部２により被覆されない部分中に、当該屋根材型太陽電池モジュールが屋根面に複数設置される場合に軒側Ａ２と棟側Ａ１とに位置する複数の屋根材型太陽電池モジュールを互いに固定することができる構造を有するモジュール間固定具１０が取り付けられてなるのが、好ましい。具体的には、図２に示すように屋根材基盤部１の棟側Ａ１にモジュール間固定具用折返し１５を設け、そこにバーリング穴を設け、モジュール間固定具１０を取付ける。このモジュール間固定具１０は、強度などの面から金属を材質として含む固定金具であることが好ましい。このモジュール間固定具１０と屋根材基盤部１との固定方法は、ボルトとナットによる固定でも、接着による固定でもリベットによる固定でも良い。このモジュール間固定具１０と発電部２との間には２〜３ｍｍの空間が確保できるように、モジュール間固定具１０の形状を設計することが望ましい。

図２でのモジュール間固定具１０は金属板を、モジュール間固定具１０を取付けるためのモジュール間固定具用折返し１５に接する平面と、搭載面３に接する平面と、そこから立上げて搭載面３に平行な平面と、を有するように折曲げた形状であることが好ましい。このモジュール間固定具１０は、アルミニウム板やステンレス鋼板、ガルバリウム鋼板、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板などであることが望ましい。

本発明の屋根材型太陽電池モジュールは、前記屋根材基盤部１と前記発電部２とが接着により固定されてなるのが好ましい。この場合、図３に示すように、前記屋根材基盤部に接着剤を塗布することができる構造を有する凹部１６が設けられてなるのが、好ましい。このような凹部１６に接着剤を塗布することで、外部に接着剤がはみ出ることなく屋根材基盤部１と発電部２を接着固定することができる。

この屋根材基盤部１の搭載面３に発電部２が載ることによって、屋根材基盤部１の素地の色が外部に露出することを避けることができるが、屋根材基盤部１の軒側Ａ２の端部は素地の色が露出する場合がある。これを防ぐために屋根材基盤部１に塗装を施しても良いが、化粧カバー９を取付けることによって目隠しすることも可能である。化粧カバー９の材質はカラーガルバリウム鋼板やアルミニウム板やカラーレス鋼板などであることが好ましい。化粧カバー９と屋根材基盤部１との固定は接着であっても良いし、折曲げによるかしめでも良いし、ビスによる固定でも良い。

図４は、本発明の屋根材型太陽電池モジュールの一例の施工状態での断面図である。本発明の屋根材型太陽電池モジュールは、屋根材基盤部１の軒側Ａ２にリブ１２が設けられてなり、このリブ１２が、屋根材型太陽電池モジュールを屋根面に複数設置する際に、軒側Ａ２に隣接する屋根材型太陽電池モジュールの前記モジュール間固定具１０に引掛る構造を有することが、好ましい。図４に示す例では、屋根材基盤部１の軒側Ａ２にリブ１２が設けられており、これをモジュール間固定具１０と発電部２との間に確保された空間に入り込ませ引掛けることで、軒側Ａ２のモジュールと棟側Ａ１のモジュールの固定を行っている。そして、このリブ１２を覆うようにして屋根材基盤部１の軒側Ａ２の端部に化粧カバー９が設けられ、発電部２を、屋根材基盤１と、棟側Ａ１に隣接して設けられた屋根材型太陽電池モジュールの化粧カバー９との間に挟み込んで、発電部２を固定するようにしている。

この屋根材基盤部１の軒側にはリブ１２が設けられており、これをモジュール間固定具１０に引掛けることで、軒側のモジュールと棟側のモジュールの固定を行うことが望ましい。このリブ１２の部分が強度的に弱い場合には、補強材となるアングルを取付けても良い。このとき、補強材の材質はアルミニウム板やステンレス鋼板、ガルバリウム鋼板、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板などであることが好ましい。

図５は、本発明の屋根材型太陽電池モジュールの一例の斜視図である。

図５に示すように、この屋根材基盤部１の搭載面３が４角形である場合には、発電部２はその２頂点について切落し１７が形成された６角形であることが好ましい。このような形状は、屋根面への取付け強度上、ビス穴４が２個必要な場合などに有効な形状であるからである。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の屋根材型太陽電池モジュールの一例の屋根材基盤部と発電部とを分離した斜視図である。 本発明の屋根材型太陽電池モジュールの一例の前面と後面とからの斜視図である。 図２に示した屋根材型太陽電池モジュールの屋根材基盤部の前面と後面とからの斜視図である。 本発明の屋根材型太陽電池モジュールの一例の施工状態での断面図である。 本発明の屋根材型太陽電池モジュールの一例の斜視図である。

符号の説明

１ 屋根材基盤部、２ 発電部、３ 搭載面、４ ビス穴、５ 突起、６ アンダーラップ、７ 太陽電池セル、８ ケーブル、９ 化粧カバー、１０ モジュール間固定具、１１ 端子ボックス、１２ リブ、１３ 切欠き、１４ 折返し、１５ モジュール間固定具用折返し、１６ 凹部、１７ 切落し。

Claims (10)

1. 屋根材基盤部と発電部とを備える屋根材型太陽電池モジュールであって、
   前記屋根材基盤部は、前記発電部を搭載する搭載面と、周辺の屋根材と取合える構造と、を有し、前記発電部は、前記搭載面の一部を露出させた状態で前記搭載面に搭載されており、
   前記搭載面の前記露出された部分に、発電部の厚みよりも大きい高さを有する突起が形成され、この突起上に前記屋根材基盤部を周辺の屋根材に固定するための釘および／またはビスを打つための穴が設けられ、この穴の裏面側に、瓦桟にひっかけるための曲げが形成されたコ字状の補強アングルが入れられてなる構造を備える、屋根材型太陽電池モジュール。
2. 前記発電部は前記搭載面の輪郭を形成する多角形の１以上の頂点の近傍において前記搭載面を露出させた状態で前記搭載面に搭載されている、請求項１に記載の屋根材型太陽電池モジュール。
3. 前記搭載面の輪郭はｎ角形（ｎは３以上の自然数）であり、前記発電部の輪郭は（ｎ＋１）角形または（ｎ＋２）角形（ｎは３以上の自然数）である、請求項１に記載の屋根材型太陽電池モジュール。
4. 前記搭載面の輪郭は４角形であり、前記発電部の輪郭は前記搭載面と合同の４角形の１つまたは２つの頂点を切落した５角形または６角形である、請求項１に記載の屋根材型太陽電池モジュール。
5. 前記搭載面の前記露出された部分にモジュール間固定具が取付けられており、前記モジュール間固定具は前記屋根材型太陽電池モジュールが屋根面に複数設置される場合に軒側と棟側とに位置する複数の屋根材型太陽電池モジュールを互いに固定することができる構造を有する、請求項１に記載の屋根材型太陽電池モジュール。
6. 前記棟側に位置する屋根材型太陽電池モジュールの前記屋根材基盤部の軒側にリブが設けられており、前記リブは前記軒側に位置する屋根材型太陽電池モジュールの前記モジュール間固定具に引掛る構造を有する、請求項５に記載の屋根材型太陽電池モジュール。
7. 前記屋根材基盤部に棟側に開放された形状で切欠きが設けられており、前記切欠きは前記発電部に設けられた端子ボックスを屋根面側へ露出することができる構造を有する、請求項１に記載の屋根材型太陽電池モジュール。
8. 前記屋根材基盤部と前記発電部とは接着により固定されている、請求項１に記載の屋根材型太陽電池モジュール。
9. 前記屋根材基盤部に凹部が設けられており、前記凹部は接着剤を塗布することができる構造を有する、請求項１に記載の屋根材型太陽電池モジュール。
10. 前記屋根材基盤部の軒側に化粧カバーが取付けられており、前記化粧カバーは前記屋根材型太陽電池モジュールを屋根面に設置した場合に前記屋根材基盤部の軒側端部を被覆することを特徴とする、請求項１に記載の屋根材型太陽電池モジュール。

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