JP4183373B2 - 屋根設置型太陽電池発電装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋根設置型太陽電池発電装置に係り、特に太陽電池装置の設置屋根構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池設置屋根構造では、野地板の上に葺いた防火板の上や、瓦などの上葺きを葺いた屋根の上に架台を組み、この架台に太陽電池パネルを支持させている。また、裏面に防火板としての金属板を供える太陽電池パネルを直接に野地板に支持させる太陽電池設置屋根構造もある。
【０００３】
ここで、太陽電池パネルとは、多数の太陽電池モジュール（以下、単にモジュールと言う。）を平面的に適当な間隔を置いて、又は互いに密接させて並べたものを言い、各モジュールは、平面的に適当な間隔を置いて、又は互いに密接させて並べた多数の太陽電池セルを封入した樹脂板とその表面を保護する透明板とを備えるものを言い、このモジュールの裏面には裏面を保護する目的で不透明の裏面フィルムや、裏面保護と防火の目的で金属板が積層される。
【０００４】
ところで、最近になって、表面側から入射する光で発電するとともに、裏面側から入射する光によっても発電する、いわゆる、両面発電型太陽電池が開発され、この両面発電型太陽電池を用いる屋根構造についても研究が進められるようになった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の片面発電型太陽電池セルを用いるモジュールでは、発電量を多くするには太陽電池セルをできるだけ隙間無く並べることが有利であり、太陽電池セルの間を透過して裏面に到達する太陽光のエネルギーは無視してもよい程度にとどまっていた。
【０００６】
しかし、この両面発電型太陽電池セルを用いるモジュールでは、当然のことながら、太陽光を太陽電池セルの表裏両面に効率よく入射させて発電量を大きくすることが望まれる。
【０００７】
このため、太陽電池セルの面を太陽光の入射方向に平行に配置し、この太陽電池セルの面に関して対称に設けた放物線鏡などの対を成す鏡に反射させた太陽光を太陽電池セルの両面に入射させることも試みられている。しかし、太陽光の入射方向に合せて太陽電池セル及び鏡の方向を変化させる必要があり、装置全体として複雑で大掛かりになるという問題が伴なう。
【０００８】
そこで、両面発電型太陽電池セルを適当に屋根面方向に間隙を置いて屋根構体の上に設置し、屋根構体と両面発電型太陽電池セルとの間に太陽光を両面発電型太陽電池セルの裏面に反射する反射板が配置される太陽電池設置屋根構造を試作したところ、太陽電池セルを平面的に密着させて並べた場合と同等の発電量を得ることができることが分った。
【０００９】
しかし、この試作品では、太陽電池セルの間に大きく透光部が開かれていて、多量の太陽光が反射板に直射するので、従来とは比較にならないほど高い太陽光エネルギーが反射板に到達し、その一部分が熱エネルギーに変換されて反射板を加熱し、更にその周囲に伝導したり、輻射したりして反射板から放散されることになる。
【００１０】
屋根設置型太陽電池発電装置の場合、この反射板から放散される熱の一部が屋根裏に放散され、更に屋根裏から居室や、天袋、押入れなどの屋内空間に伝わり、生活の快適性を損ねたり、物品の保存性を損ねたりするなどの問題を招くおそれが高まる。
【００１１】
本発明は、この従来技術の課題を解決し、両面発電型太陽電池セルの裏面に多量の太陽光線が入射するようにすると共に、太陽熱が屋内空間に放散されることを防止するようにした屋根設置型太陽電池発電装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、複数の両面発電型太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールを屋根面方向に間隙を置いて屋根構体の上に設置し、屋根構体と両面発電型太陽電池セルとの間に金属板が配置され、金属板の両面発電型太陽電池セル側に両面発電型太陽電池セルの周囲を透過した太陽光を両面発電型太陽電池セルの裏面に反射し、且つ断熱機能を有する反射板が配置されるよう構成する。
【００１３】
これによれば、両面発電型太陽電池セルの周囲あるいは両面発電型太陽電池セルの間を透過した太陽光が反射板に入射し、この太陽光が入射する反射板の反射面では、大部分の太陽光が反射され、その一部分が太陽電池セルの裏面に入射する。これにより、太陽電池セルを平面的に密着するように並べる場合と同等以上の発電量が得られるようになる。
【００１４】
又、反射板に入射したが反射されなかった太陽光の光エネルギーは熱エネルギーに変換される。反射板が太陽光を反射する反射面以外の反射板の表面は周囲に熱を輻射したり伝導したりする放熱面となりうるが、反射板が断熱機能を有しているので、反射面から反射板の内部を伝って放熱面に熱が伝導しにくくなり、放熱面から他物に伝導されたり、周囲に輻射されたりする熱は無視できる程度に少なくなる。
【００１５】
ところで、本発明において、屋根構体とは、太陽電池を設置するために特別に設置される屋根構造物以外の屋根構造物を意味しており、たとえば野地板や瓦はこの屋根構体に含まれるが、瓦などの上に組立てられる架台などはこの屋根構体には含まれない。
【００１６】
又、本発明においては、いわゆる、太陽電池モジュールとして、両面発電型太陽電池セルと反射板とを一体的に組み込んだ太陽電池モジュールを用いてもよく、この太陽電池モジュールは、両面発電型太陽電池セルが封入された樹脂板と、この裏面側に配置された反射板とを備え、必要に応じて、樹脂板の表面保護用の表面強化ガラスや、樹脂板の裏面保護用の透明フィルムが設けられる。反射板は樹脂板の裏面に直接に、又は裏面保護用の透明フィルムを挟んで密着させてもよく、又、前記樹脂板又は保護用の透明フィルムから所定の空間を隔てて反射板を配置してもよい。
【００１７】
もちろん、本発明の反射板は、いわゆる、太陽電池モジュールと別体に形成してもよく、この場合、設置現場では、先ず野地板や金属板又は瓦、或いはその上に組立てた架台の上に反射板を葺き、この後、太陽電池モジュールを設置するという手順で施工しても、予め太陽電池モジュールの裏面に反射板を固定し、野地板やそれらの上に組立てた架台の上に、反射板が固定された太陽電池モジュールを設置するという手順で施工してもよい。
【００１８】
なお、反射板の反射面における反射効率（入射光量に対する反射光量の割合）は特に限定されないが、できるだけ高くすることが好ましく、又、両面発電型太陽電池セルの間から出射する光のまぶしさを減衰させるために、反射光が散乱光になる反射板であることが好ましい。
【００１９】
ここで、反射光に散乱性を与える方法としては、反射面をエンボス加工、シボ加工、スクラッチ加工、塗装などにより、微細な凹凸を有する粗荒面に形成する方法を挙げることができる。
【００２０】
さて、断熱性を有する反射板としては、少なくともその一部分が断熱材で構成されるもの、例えば、反射面として反射効率の高い金属箔や、めっき、蒸着、スパッタリングなどにより形成される金属薄膜をグラスウールマット、発泡スチロールに代表される発泡合成樹脂などの断熱材の片面又は両面に積層した積層複合材、片面又は両面を白色塗料、メタリック塗料などの反射効率の高い塗料で塗装されたグラスウールマット、発泡スチロールに代表される発泡樹脂などの断熱材などをその例として挙げることができる。
【００２１】
これらの他にも、反射板として内部に多量の空隙を有する燒結金属、或いは、これらと断熱材とを積層した複合材を用いることもできる。なお、この燒結金属の表面にめっき、蒸着、スパッタリングなどにより比較的組織が密な薄膜層を形成して、その表面の反射効率を高めるようにしてもよい。
【００２２】
例えば鉄板、鋼板などの間に樹脂層を挟んだサンドウィッチ構造の複合材も断熱性を有する反射板として用いることができ、この場合、表裏の金属板の間に挟まれる樹脂層としては発泡スチロールに代表される発泡合成樹脂を用いることが断熱性を高めるという観点から好ましい。
【００２３】
特にコスト的な観点から注目される反射板は、全体が白色の発泡スチロール樹脂などの白色発泡樹脂からなるものである。つまり、この反射材は、例えば発泡スチロールに代表されるように、表面が白色であるので、特に塗装、めっきなどの表面処理をしなくても必要な反射効率が得られ、材料コスト自体が安価になる点で注目されている。
【００２４】
又、予め発泡処理して一定の形状に形成することも可能であるが、設置現場に適当な型枠を組んで現場施工で発泡させることにより設置することもできる施工上の自由度がある点でも注目されている。
【００２５】
更に、現場施工により反射板を形成する場合には、どのような屋根構体の上にも任意の発泡率の発泡樹脂からなる反射板を形成することができ、しかも、この型枠は太陽電池モジュールを支持するための架台に兼用できるという利点がある点でも注目されているのである。
【００２６】
【発明の実施の態様】
本発明の一実施例に係る太陽電池設置屋根構造を図面に基づいて具体的に説明する。
【００２７】
図１の断面図に示すように、本発明の一実施形態に係る屋根設置型太陽電池発電装置では、屋根構体１０の上面を覆う野地板１の上に太陽電池モジュール２が瓦状に配置される。各太陽電池モジュール２は、適当な間隙を置いて平面的に並べられた多数の両面発電型太陽電池セル３が封入されている樹脂板４と、この樹脂板４の表面に密着するように重ねられた透光性表面材５と、前記樹脂板４の裏面に密着させた透光性裏面材６と、この透光性裏面材６から所定の空間を置いて配置される断熱材からなる反射板７と、これら表面材５、樹脂板４、裏面材６及び反射板７の周囲を保持するフレーム８とを備えている。
【００２８】
前記太陽電池セル３の配列は、横縞状、縦縞状、千鳥状など任意の配列を選択することができるが、ここでは図２の正面図に示すように、左右方向には互いに密接に、屋根流れ方向には適当な間隙を置いた横縞状に配列されている。
【００２９】
前記樹脂板４を構成する樹脂は、特に限定されないが、従来より太陽電池セルを封入する樹脂板に使用されているエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂を用いている。又、表面材５の素材としては、透光性と適当な機械的強度とを備えるものであれば特に限定されず、ここでは強化ガラスを用いている。更に、裏面材６は、樹脂板４の裏面を保護するために設けられ、例えばポリ弗化ビニル（ＰＶＦ）フィルムからなる。
【００３０】
前記反射板７は例えば発泡スチロール樹脂からなり、必要に応じて、その表側面を白色塗料で塗装する。
【００３１】
フレーム８は例えばアルミニウム合金からなる押出し成形品を四辺形に組立てたものであり、表面材５、樹脂板４、裏面材６との隙間には例えばシリコーン樹脂などのシーリング剤が充填される。
【００３２】
この太陽電池モジュール２はこれらに加えて金属裏面板９を備え、この金属裏面板９の棟側端部は、フレーム８よりも棟側に延出され、釘などにより屋根構体１０に固定される。
【００３３】
この金属裏面板９の棟側端部の上側には己字形の断面を有する棟側係合部１１が設けられ、金属裏面板９の軒側端部は、フレーム８の軒側端面と面一になるように折下げられ、更に金属裏面板９の裏側に折上げられて軒側係合部１２を構成するようにしている。
【００３４】
そして、各太陽電池モジュール２は、先に屋根構体１０に固定した軒側の太陽電池モジュール２の棟側係合部１１に棟側の太陽電池モジュール２の軒側係合部１２を係合し、棟側の金属裏面板９の延長部分を屋根構体１０に釘着けすることにより、屋根構体１０に固定される。
【００３５】
各太陽電池モジュール２が受ける太陽光の一部分は表側から太陽電池セル３に入射し、残りの太陽光は、太陽電池セル３の間を透過して反射板７に入射する。この反射板７に入射した太陽光の大部分は反射板７の表側面で反射し、この反射光の一部分が太陽電池セル３に裏面側から入射する。又、反射光の他の一部分は、太陽電池セル３の間を通って太陽側に出射される。
【００３６】
反射板７に入射した太陽光の光エネルギーの又他の一部分は熱エネルギーに変換されるが、反射板７が断熱材で構成されているので、この熱エネルギーは金属裏面板９に伝達され難くなり、屋根構体１０を介して屋根裏に放散される熱量をきわめて少なくすることができる。
【００３７】
図３の断面図に示す本発明の他の実施形態に係る屋根設置型太陽電池発電装置では、屋根構体１０の上に防火材として鉄板１３を葺き、更にその上に断熱材からなる反射板１４が葺かれる。
【００３８】
この断熱材は、片面にアルミ箔を積層したグラスマットからなり、このアルミ箔側を上にして鉄板１３の上に接着剤で固定され、この反射板１４の上に太陽電池モジュール１５が隙間無く並べて接着される。
【００３９】
この太陽電池モジュール１５は、表面材５、両面発電型太陽電池セル３が封入された樹脂板４、裏面材６及びフレーム８を備える点では前例の太陽電池モジュール４と共通するが、反射板７、金属裏面板９、棟側係合部１１及び軒側係合部１２を備えていない点で前例の太陽電池モジュール４とは異なっている。
【００４０】
この実施形態のその他の構成、作用ないし効果の詳細な説明は前例のそれらと同様であるので、説明の重複を避けるために、ここでは、説明を省略する。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の屋根設置型太陽電池発電装置は、両面発電型太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールを適当に屋根面方向に間隙を置いて屋根構体の上に設置し、屋根構体と両面発電型太陽電池セルとの間に、両面発電型太陽電池セルの周囲を透過した太陽光を両面発電型太陽電池セルの裏面に反射し、且つ断熱機能を有する反射板が配置されるので、太陽光を両面発電型太陽電池セルの間や周囲を通って反射板に入射させ、更に反射板で反射させて太陽電池セルの裏面に入射させることができる結果、両面発電型太陽電池セルの表面と裏面との両面に太陽光を入射させて発電量を増大させるという効果を得ることができる。
【００４２】
又、反射板に入射した太陽光エネルギーが変換されて生じた熱は反射材の断熱機能によりほとんど周囲に伝導されたり、輻射されたりすることはなくなり、この熱によって屋根裏やこれに通じる屋内空間が加熱されることを防止できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す正面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
３ 両面発電型太陽電池セル
４ 太陽電池モジュール
７ 反射板
１０ 屋根構体
１４ 反射板
１５ 太陽電池モジュール

Claims (2)

1. 屋根構体の上に太陽電池モジュールが設置される屋根設置型太陽電池発電装置において、
   複数の両面発電型太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールを適当に屋根面方向に間隙を置いて屋根構体の上に設置し、屋根構体と両面発電型太陽電池セルとの間に金属板が配置され、前記金属板の前記両面発電型太陽電池セル側に両面発電型太陽電池セルの周囲を透過した太陽光を両面発電型太陽電池セルの裏面に反射し、且つ断熱機能を有する反射板が配置されることを特徴とする屋根設置型太陽電池発電装置。
2. 両面発電型太陽電池セルと断熱性を有する反射板とが一体的に組み合わされた太陽電池モジュールを用いる請求項１に記載の屋根設置型太陽電池発電装置。

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