JP4141935B2

JP4141935B2 - 太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物

Info

Publication number: JP4141935B2
Application number: JP2003371794A
Authority: JP
Inventors: 一斎藤; 俊弘駒川; 政夫山岸; 敦志長谷川; 拓也山本; 靖久末兼
Original assignee: エス・バイ・エル株式会社
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP2005133666A

Description

この発明は、太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物、特に太陽光と風力という自然エネルギーを効果的に有効活用することができる技術に関するもので、個人の住宅、マンションをはじめ、公共的な建物などの建築物に利用される。

太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物が、従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。これは傾斜屋根面に建物外観要素として上面が水平な箱型チムニー状の支持構造部を設け、この支持構造部で風車を有する風力発電装置を支持する一方、前記風力発電装置の上方に設けた屋根部の上面に太陽光発電装置の太陽電池を設けたものである。

特開２００３−３５２５２号公報（第３，４頁、図１）

しかしながら、特許文献１では太陽光発電装置から供給される電力は風力発電装置の上方に曲面屋根部という限られたエリアの太陽電池だけから供給されるだけであるので、電力供給量は自ずと限界があり、せいぜい屋根裏空間に供給する程度しかまかなえない。また、風力発電装置が支持構造物で支持されて屋根面上より突出して設置されるため、乱流や周囲の風力より有効な風力が得られにくく、該風力発電装置による電力の供給も限界がある。しかも、支持構造部を屋根面上に必要とするため、建物外観を損ねてしまうといった問題点がある。

また、一般の建築物において太陽光発電装置の太陽電池を屋根面上に最大限エリアを確保して設置すると、以下の問題がある。太陽光発電装置の最適な発電効率を考えた屋根形状は例えば南面３０°〜３５°勾配の三角屋根や片流れとなるが、発電容量５ｋｗ、６ｋｗ、７ｋｗと大容量にすると、片流れ屋根全面に設置するとともに、屋根面積を大きくすることになる。そのため屋根頂部の高さ及び建物の最高高さが高くなり、狭小敷地等において、北側や道路側に建物を配置した場合、建築基準法上の斜線制限にかかるという問題点もある。

そこでこの発明は、前記従来の装置の問題点を解決し、太陽光発電装置と風力発電装置を建物の外観を損ねることなく、かつ最大限に自然エネルギーを利用することができ、狭小敷地等においても建築基準法上の斜線制限にかかることのない太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、屋根に太陽光発電装置の太陽電池パネルを設置し、かつ風車が設けられた風力発電装置を併せて有する建築物において、軒先から棟部までの屋根面を湾曲又は傾斜した面とした片流れの勾配屋根にし、該勾配屋根の屋根面に太陽電池パネルを複数個設置する一方、前記片流れの勾配屋根の頂部から勾配屋根と反対側に隣接してフラットルーフを棟部より低くなるように形成し、該フラットルーフに風力発電装置を設置し、該風力発電装置は勾配屋根の頂部から上方にやや突出して設けられた風車を有し、該風車は軒先から屋根面に沿って上向きに流れて棟部の直上に集中してくる風を受けて回転するようになっていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、太陽電池パネルは、勾配屋根の屋根面の軒先近くから棟部近くまで縦横に配列され、軒先近くの１列目の太陽電池パネルが水平面に対して２０°〜４０°の範囲の勾配が付けられ、２列目の太陽電池パネルが１列目の太陽電池パネルに対して２°〜３°勾配が付けられ、３列目以降の太陽電池パネルも順次同様に勾配が付けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、勾配屋根は、棟部の周辺の屋根面のみ湾曲した面となり、軒先から該湾曲した面までは傾斜した面に形成されていることを特徴とする。請求項４に記載の発明は、請求項３において、湾曲した面は、屋根面の棟部に沿う方向の中央部に対して一方の端側となる一側のみ形成され、屋根面の他方の端側となる他側は軒先から傾斜した面と連続した同傾斜の傾斜した面に形成され、前記湾曲した面と対応するフラットルーフに風力発電装置が設置されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、屋根に太陽光発電装置の太陽電池パネルを設置し、かつ風車が設けられた風力発電装置を併せて有する建築物において、軒先から棟部までの一方の屋根面と、前記棟部から反対方向の軒先までの他方の屋根面を湾曲又は傾斜した面とした両流れの勾配屋根にし、該勾配屋根の少なくともいずれかの屋根面に太陽電池パネルを複数個設置する一方、前記両流れの勾配屋根の両頂部間にフラットルーフを棟部より低くなるように形成し、該フラットルーフに風力発電装置を設置し、該風力発電装置は勾配屋根の頂部から上方にやや突出して設けられた風車を有し、該風車は勾配屋根の一方の屋根面の軒先から該屋根面に沿って上向きに流れて棟部の直上に集中してくる風や他方の屋根面の軒先から該屋根面に沿って上向きに流れて棟部の直上に集中してくる風を受けて回転するようになっていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５において、フラットルーフは、一方の屋根面より他方の屋根面のある側に偏倚した位置に形成されており、かつ一方の屋根面に太陽電池パネルが設けられていることを特徴とする。請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかにおいて、風車は、垂直軸風車であることを特徴とする。

この発明は、前記のようであって、軒先から棟部までの屋根面を湾曲又は傾斜した面とした片流れの勾配屋根にし、該勾配屋根の屋根面に太陽電池パネルを複数個設置する一方、前記片流れの勾配屋根の頂部から勾配屋根と反対側に隣接してフラットルーフを棟部より低くなるように形成し、該フラットルーフに風力発電装置を設置し、該風力発電装置は勾配屋根の頂部から上方にやや突出して設けられた風車を有し、該風車は軒先から屋根面に沿って上向きに流れて棟部の直上に集中してくる風を受けて回転するようになっており、あるいは軒先から棟部までの一方の屋根面と、前記棟部から反対方向の軒先までの他方の屋根面を湾曲又は傾斜した面とした両流れの勾配屋根にし、該勾配屋根の少なくともいずれかの屋根面に太陽電池パネルを複数個設置する一方、前記両流れの勾配屋根の両頂部間にフラットルーフを棟部より低くなるように形成し、該フラットルーフに風力発電装置を設置し、該風力発電装置は勾配屋根の頂部から上方にやや突出して設けられた風車を有し、該風車は勾配屋根の一方の屋根面の軒先から該屋根面に沿って上向きに流れて棟部の直上に集中してくる風や他方の屋根面の軒先から該屋根面に沿って上向きに流れて棟部の直上に集中してくる風を受けて回転するようになっているので、太陽光発電装置及び風力発電装置とも、従来のものに比し、その発電による電力供給量を大きくとることが可能となり、最大限に自然エネルギーを利用することができる。また、従来のように支持構造物を必要としないので、建物の外観を損ねることがない。また、狭小敷地等においても建築基準法上の斜線制限にかかることもなく実施することができるという優れた効果が期待できる。

この発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

図１は太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物の正面図、図２は同側面図、図３は同平面図である。１は２階建てのフラットルーフ付き建築物で、南面を向いた片流れの勾配屋根２を有している。勾配屋根２の屋根面は軒先から棟部まで所定高さ間隔で緩やかな湾曲した面３に形成されている。湾曲した面３のほぼ全面には複数個の太陽電池パネル５が、勾配屋根２の軒先近くから棟部近くまで縦横に配列して設置されている。この例では図３から明らかのように縦７×横７の計４９個の太陽電池パネル５が設置されている。太陽電池パネル５の設置に際しては詳細を図示していないが、そのパネルの枠体の上、下部が屋根面の上下方向に平行に固定された架台で支持されるようになっている。

すなわち、太陽電池パネル５は太陽光の発電効率を考慮し、軒先近くの１列目の太陽電池パネル５が水平面に対して３５°の勾配が付けられ、２列目の太陽電池パネル５が１列目の太陽電池パネルに対して２°〜３°勾配が付けられ、３列目以降の太陽電池パネル５も順次同様に勾配が付けられ、棟部近くの最終列目の太陽電池パネル５まで、前記架台で支持される。１列目の太陽電池パネル５の勾配は夏に最大効率を考えると３０°位が好ましいが、四季を通じて発電効率を低下させないという観点から３５°にしている。ただ、これは一例であって、２０°〜４０°の範囲で任意の角度にしてもよく、好ましくは２４°〜３５°の範囲で任意の角度がよい。

太陽電池パネル５内の太陽電池は、太陽光線の放射エネルギーを直接能率よく電気エネルギーに変換し、それを図示しない太陽光発電装置に蓄電する。この例では前記のように屋根面を湾曲した面３としたが、これは緩やかな階段状に傾斜した面としてもよい。この傾斜した面に太陽電池パネル５を前記架台で支持し、前記のような勾配で設置する。

こうしてできた勾配屋根２の棟部と反対側には隣接してフラットルーフ７が棟部より低くなるように形成され、該フラットルーフには風力発電装置８が、その支持搭９の上部に取り付けた風車１０を棟部近くに位置させて設置されている。風車１０は垂直軸風車で、図１に矢印で示すように勾配屋根２の軒先から屋根面に沿って上向きに流れ、棟部の直上に集中してくる風を効率的に受けて回転するようになっている。そして、風車１０の回転によって発電される風力エネルギーを直接能率よく電気エネルギーに変換し、それを風力発電装置８に蓄電する。風力発電装置８の設置位置は、フラットルーフ７のどこでもよい。また、風車１０は水平軸風車でもよい。

前記のような構成からなるので、太陽電池パネル５内の太陽電池により太陽光線の放射エネルギーが電気エネルギーに変換され、それが前記太陽光発電装置に蓄電されたうえ、建築物の必要とする箇所の電力として使用される一方、風車１０の回転により風力エネルギーが電気エネルギーに変換され、それが風力発電装置８に蓄電されたうえ、これも建築物の必要とする箇所の電力として使用される。このように従来のものに比し、その発電による電力供給量を大きくとることが可能となり、最大限に自然エネルギーを利用することができる。特に屋根面が湾曲した面３からなっているので、屋根頂部となる棟部近くの風速が速まり、風車１０の回転が高まって周囲の風速より高い風速（力）を得ることができる。

また、同じ太陽光発電容量でも屋根面の最高高さを抑えることができるとともに、棟部と反対側のフラットルーフ７に風力発電装置８を設置することでその高さも抑えることができる。また、風力発電装置８の設置がフラットルーフ７上で行えるので、その作業や設置後の保守作業が容易となる。しかも、設置に際しては支持搭９を用いるが、従来の支持構造物と比べると格段に安価な費用ですみ、部材のコストダウンにつながる。

また、屋根面から突出するのは風力発電装置８の風車１０のみであり、従来の支持構造物のように屋根面から大きく突出することもないので、建物の外観を損ねることがない。また、風力発電装置８は屋根面より相当低い位置に形成されたフラットルーフ７上に設置されるので、狭小敷地等においても建築基準法上の斜線制限にかかることもない。

図４，５は別の実施の形態を示し、図４はその屋根部の斜視図、図５は同屋根部の正面図である。この実施の形態は、前記実施の形態の勾配屋根が片流れの屋根であったのに対して、反対側にも勾配屋根が設けられた切妻屋根となっている点で基本的に相違する。すなわち、勾配屋根１２は、軒先から棟部までのほかに、棟部から反対方向の軒先までの屋根面が一連に連続して湾曲した面１３に形成されている。棟部を境にした屋根面の勾配はほぼ等しくなっている。風車２０を有する風力発電装置１８が支持ポール１９で支持されて設置されるフラットルーフ１７が、やや反対側に偏倚した位置になっている。この例の場合も屋根面は傾斜した面であってもよい。このような構成の建築物においては反対側の屋根面からの風力も効率よく風車２０で受けることができ、さらに発電効率を高めることが可能となる。太陽光発電装置の太陽電池パネルは図示省略しているが、前記実施の形態と同様に設置される。さらにこの実施の形態では太陽電池パネルを反対側の屋根面にも設置することができるし、あるいは設置しないままでもよい。

図６，７はさらに別の実施の形態を示し、図６はその屋根部の斜視図、図７は同屋根部の正面図である。この実施の形態は、勾配屋根が片流れの屋根であるが、屋根部の形状が一部相違するという点では前記各実施の形態と基本的に相違する。すなわち、勾配屋根２２は、棟部の周辺の屋根面のみ湾曲した面２３となり、軒先から該湾曲した面までは傾斜した面２４に形成されている。このような構成でも前記核実施の形態のものと同様な作用効果が期待できる。太陽光発電装置の太陽電池パネルは図示省略しているが、この例の場合も傾斜した面２４に設置することができるし、さらに湾曲した面２３にも設置することができる。傾斜した面２４にのみ太陽電池パネルを設置する場合には、湾曲した面２３に設置するよりも太陽電池パネルの設置が容易に行えるとともに、湾曲した面２３が吹きさらしとなるので、そのぶん風通しがよくなり、風力発電効率が高まる。２７は風力発電装置１８が設置されるフラットルーフである。

図８は図６，７の実施の形態の変形例であり、この例は湾曲した面３３が屋根面の中央部から一側のみ形成され、屋根面の他側は傾斜した面２４と連続した同傾斜の傾斜した面３４に形成されている。この例では湾曲した面３３と対応するフラットルーフ３７上に風力発電装置３８が風車４０を棟部近くに位置させて設置される。この形態は風力発電よりも太陽光発電を重視した建築物向きであり、傾斜した面２４，３４の全面を利用して太陽電池パネルを設置することが可能である。このような構成でも前記核実施の形態のものと同様な作用効果が期待できる。

前記各実施の形態は好ましい一例を示したにすぎず、勾配屋根２の形状、そこに設置される太陽電池パネル５の数、風車１０，２０，４０の種類（垂直軸風車であるか水生軸風車であるか）、などは実施に際して特許請求の範囲に記載した技術的事項により適宜変更して実施することができる。

この発明の実施の形態を示す太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物の正面図である。同上の側面図である。同上の平面図である。別の実施の形態を示すその屋根部の斜視図である。同上の屋根部の正面図である。さらに別の実施の形態を示すその屋根部の斜視図である。同上の屋根部の正面図である。図６，７の実施の形態の変形例を示すその屋根部の斜視図である。

符号の説明

１建築物
２勾配屋根
３湾曲した面（屋根面）
５太陽電池パネル
７フラットルーフ
８風力発電装置
９支持搭
１０風車
１２勾配屋根
１３湾曲した面
１７フラットルーフ
１８風力発電装置
１９支持ポール
２０風車
２２勾配屋根
２３湾曲した面
２４傾斜した面
３３湾曲した面
３４傾斜した面

Claims

屋根に太陽光発電装置の太陽電池パネルを設置し、かつ風車が設けられた風力発電装置を併せて有する建築物において、
軒先から棟部までの屋根面を湾曲又は傾斜した面とした片流れの勾配屋根にし、該勾配屋根の屋根面に太陽電池パネルを複数個設置する一方、前記片流れの勾配屋根の頂部から勾配屋根と反対側に隣接してフラットルーフを棟部より低くなるように形成し、該フラットルーフに風力発電装置を設置し、該風力発電装置は勾配屋根の頂部から上方にやや突出して設けられた風車を有し、該風車は軒先から屋根面に沿って上向きに流れて棟部の直上に集中してくる風を受けて回転するようになっていることを特徴とする太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物。
太陽電池パネルは、勾配屋根の屋根面の軒先近くから棟部近くまで縦横に配列され、軒先近くの１列目の太陽電池パネルが水平面に対して２０°〜４０°の範囲の勾配が付けられ、２列目の太陽電池パネルが１列目の太陽電池パネルに対して２°〜３°勾配が付けられ、３列目以降の太陽電池パネルも順次同様に勾配が付けられている請求項１記載の太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物。
勾配屋根は、棟部の周辺の屋根面のみ湾曲した面となり、軒先から該湾曲した面までは傾斜した面に形成されている請求項１又は２記載の太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物。
湾曲した面は、屋根面の棟部に沿う方向の中央部に対して一方の端側となる一側のみ形成され、屋根面の他方の端側となる他側は軒先から傾斜した面と連続した同傾斜の傾斜した面に形成され、前記湾曲した面と対応するフラットルーフに風力発電装置が設置されている請求項３記載の太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物。
屋根に太陽光発電装置の太陽電池パネルを設置し、かつ風車が設けられた風力発電装置を併せて有する建築物において、
軒先から棟部までの一方の屋根面と、前記棟部から反対方向の軒先までの他方の屋根面を湾曲又は傾斜した面とした両流れの勾配屋根にし、該勾配屋根の少なくともいずれかの屋根面に太陽電池パネルを複数個設置する一方、前記両流れの勾配屋根の両頂部間にフラットルーフを棟部より低くなるように形成し、該フラットルーフに風力発電装置を設置し、該風力発電装置は勾配屋根の頂部から上方にやや突出して設けられた風車を有し、該風車は勾配屋根の一方の屋根面の軒先から該屋根面に沿って上向きに流れて棟部の直上に集中してくる風や他方の屋根面の軒先から該屋根面に沿って上向きに流れて棟部の直上に集中してくる風を受けて回転するようになっていることを特徴とする太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物。
フラットルーフは、一方の屋根面より他方の屋根面のある側に偏倚した位置に形成されており、かつ一方の屋根面に太陽電池パネルが設けられている請求項５記載の太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物。
風車は、垂直軸風車である請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽光発電装置と風力発電装置を兼ね備えた建築物。