JP4314762B2 - 太陽電池パネルとその設置方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、屋外に設置された架台や屋根などに設置される太陽電池パネルとその設置方法、特に、雨水侵入防止構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コストの安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般住宅用にも需要が広がってきている。一般住宅用として、太陽電池付き屋根瓦なども開発されている。
【０００３】
近年では、プラスチックフィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発も進められており、このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステップロール方式の製造方法により大量生産が可能となっている。
【０００４】
複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した薄膜太陽電池モジュールとしては、電気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された太陽電池を、電気絶縁性の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に保護層を設けたものが知られている。
【０００５】
図８および図９は、従来の太陽電池モジュールおよび太陽電池パネルの模式的構造の一例を示し、図８は、太陽電池モジュールの側断面図、図９は、太陽電池モジュールを断面コ字形の金属製枠体を有するフレームに装着した状態の太陽電池パネルの側断面図を示す。
【０００６】
図８において、太陽電池２１は、複数個の太陽電池素子が直列または並列接続されており、その受光面側にガラス板（例えば、厚さ３ｍｍ）などの表面保護部材２２、非受光面側に、例えば一弗化エチレン（商品名：テドラー、デュポン社製）を両面に接着したアルミニウム箔からなる裏面保護部材３０が設けられ、接着封止性に優れかつ安価なＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などの接着性樹脂封止材４０により熱融着封止されている。ＥＶＡとしては、例えば厚さ０．４〜０．８ｍｍのシート状ＥＶＡが使用される。このＥＶＡは、前記各部材が積層された後、真空ラミネータを用いて、約１２０℃〜１６０℃の温度で加熱加圧し、接着固定を行った後、１３０℃〜１６０℃の乾燥機中で、加熱硬化される。ガラス板の周囲にはみ出したＥＶＡは切断除去される。
【０００７】
また太陽電池２１は、そのプラス(＋)極とマイナス(−)極に、内部リード線５０、６０が電気的に接続され、この内部リード線５０、６０は、裏面保護部材３０に接着固定された接続端子ボックス７０に、裏面保護部材３０を貫通して導かれ、接続端子ボックス７０の内部で外部リード線としてのケーブル８０の芯線９０、１００と電気接続され、これら全体として太陽電池モジュール１１０を形成している。
【０００８】
なお、前記表面保護部材２２としては、ガラス板などの無機系材料の外に、透明アクリル板などの有機系材料を用いることもある。また、裏面保護部材３０としては、上記以外に、フッ素系フィルムなどの有機系フィルム単体、有機系フィルムと金属箔を貼り合せた複合材料、もしくは金属板やガラス板などの金属・無機系材料を用いることもある。
【０００９】
図９は、太陽電池モジュールをフレームに装着した太陽電池パネルの一例を示し、図９において、太陽電池モジュール１１０の周縁部１３が、金属製フレーム１２０の断面コ字形の枠体１４ａを有する保持部１４の内部に挿入され、隙間を埋めるように注入された接着性シール材１５で固定保持されている。ここで、接着性シール材１５は、加熱流動性のあるブチルゴムや液状で硬化後に固体となるシリコーンゴムなどの接着性のある弾性シール材が用いられ、ガラス板などの表面保護部材２２やフレーム１２０の熱膨張を吸収するとともに、水分侵入を抑制している。
【００１０】
太陽電池パネルの設置方法としては、下記の方法が知られている。図６は太陽電池アレイの部分平面図、図７は図６のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。太陽電池アレイ１０は図示しない屋根面に太陽電池モジュール１１０をフレームに装着した太陽電池パネルを複数個、平面状に設置して構成しており、さらには屋根の野地板３１の表面にルーフィング材３２が敷かれ、固定部材３３が木ネジ３４などで野地板３１に固定されている。この例において、太陽電池モジュール１１０は、略四角形平板のガラス３５の四辺がフレーム３６で保持固定され、フレーム３６は固定部材３３にネジ３７で固定されている。一方、端子箱３８に接続されたケーブル３９は、太陽電池モジュール１１０を固定部材３３に取付ける際、フレーム３６の貫通穴４１を通して隣接する太陽電池モジュール１１０のケーブル３９とジョイント４２で電気的に直並列的に接続され、図示しないインバータに接続される。また隣接する太陽電池モジュール１１０のフレーム３６にはカバー部材４３が取付けられ、雨水が屋根裏に侵入するのを防止している。なお、固定部材３３の突起部３３ａは万一、雨水が侵入しても野地板３１に流入しない役目をなすもので図示はしないが、屋根傾斜面に沿って軒先側に流れて外に排出される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の太陽電池パネルの設置方法においては、下記のような問題がある。
【００１２】
前述のように、前記図９または図７に示す従来の太陽電池パネルの設置方法においては、太陽電池パネル間に前記カバー部材４３を取付けることにより、防雨対策を施しているため、太陽電池パネルの設置作業に手間がかかる問題がある。
【００１３】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、本発明の課題は、太陽電池パネルの設置作業が容易に行えるとともに、野地板ヘの雨水侵入を防止できる太陽電池パネルとその設置方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、電気絶縁性を有するフィルム基板上に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を形成し、この太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に電気絶縁性の保護層を設けてなる太陽電池モジュールの周縁部４辺に、コ字状断面の開口部を有するフレームを取付けてなる太陽電池パネルを複数個、屋根の流れ方向に隣接する太陽電池パネルの上下のフレームを当接して順次並設する太陽電池パネルにおいて、
屋根の流れ方向の下流に設置される太陽電池パネルの前記上フレームは、その天井板上面から所定長さ（ａ）下方であってフレームの前記当接面から所定長さ（ｃ）突出した突起板を備え、かつ、上流に設置される太陽電池パネルの前記下フレームは、前記突起板を挿入可能な窓を有する閉じた溝を備え、
前記突起板を前記溝に嵌め合わせて、前記下フレームの天井板と前記上フレームの突起板とにより雨水溜りを形成した状態で、前記上下フレームを当接して設置可能な構成を具備し、
さらに、前記上フレームの突起板は、その突出した先端部から天井板方向に所定長さ延出した水返し部と、前記天井板と反対方向に所定長さ延出した水切り部とを備え、前記雨水溜りから雨水が前記水返し部を乗り越えた際に、前記下フレームの閉じた溝の空間に、前記雨水を滞留可能な構成を具備し、かつ前記上フレームに設けた突起板の前記所定長さ（ｃ）は、前記所定長さ（ａ）の少なくとも８倍とするものとする（請求項１の発明）。
【００１５】
上記太陽電池パネルの構成によれば、隣接する太陽電池パネルの隙間から雨水が侵入しても、前記下フレームの天井板と前記上フレームの突起板とにより形成された雨水溜りで受け、雨水が突起板の下方に溢れ出るのを防止することができる。
通常は、下フレームの天井板と上フレームの突起板とにより形成された雨水溜りから雨水が溢れることはないが、例えば風圧などの影響により、水面が上昇しまたは波立ちを起こすことがある。この場合でも、前記水返し部によって、雨水が雨水溜りから溢れ出ようとするのを抑制することができる。
また、万一、多雨・強風等により、水返し部から雨水が溢れ出たとしても、下フレームの溝が、溢れた雨水の受け皿となり、雨水が野地板等の屋根材に侵入することはない。
従ってこの場合、雨水が野地板等の屋根材に侵入することはなく、屋根材を腐食したり、雨漏りや屋根材の下に設置されている電気機器を故障させることがない。また、従来のように雨水侵入防止策として、隣接する太陽電池パネル間にカバー部材等の補助部材を設置する必要がないため、太陽電池パネルの設置作業が容易となる。
【００１６】
また、前記上フレームに設けた突起板の前記所定長さ（ｃ）は、前記所定長さ（ａ）の少なくとも８倍とすることにより、後述するように、前記下フレームの天井板と前記上フレームの突起板とにより形成された雨水溜りから雨水が溢れることを、より一層確実に防止できる。
【００１７】
次に、太陽電池パネルの屋根への取付け固定構造としては、横フレームを有効に使用することが好ましく、この観点から、詳細は後述するが、下記請求項２の発明が好ましい。即ち、請求項１に記載の太陽電池パネルにおいて、前記横フレームは、前記コ字状断面の開口部を有するフレームの屋根取付け側に、前記コ字状断面と同一方向にその一辺が張り出したＬ字状断面の取付け部を備えてなるものとする。
【００１８】
また、前記固定方法としては、下記請求項３の発明が好ましい。即ち、請求項２に記載の太陽電池パネルの設置方法において、前記屋根への太陽電池パネルの固定は、前記Ｌ字状断面の取付け部を、上に凹のコ字状断面を有する取付けレールを介して、屋根の野地板にねじ止めして固定することとする。これにより、屋根流れ方向と直角に隣接する太陽電池パネルの横フレームの間から侵入した雨水は、取付けレールの凹部を伝って、下方に排出できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１ないし５に基づき、本発明の実施例について以下に述べる。
【００２０】
図１は本発明に関わる太陽電池パネルの雨水侵入防止構造を説明する模式的要部拡大断面図、図２は雨水侵入抑止状態を説明する模式的原理図、図３は太陽電池パネルを住宅の屋根等に上下左右に複数枚並べた構成を説明する摸式的鳥瞰図、図４は屋根の野地板への太陽電池パネルの固定方法を説明する摸式的部分断面図、図５は太陽電池パネルを屋根の流れ方向に並設した状態を説明する摸式的部分断面図である。
【００２１】
図１において、太陽電池モジュール１の周縁部から水が浸入することを防止する目的と、太陽電池パネルを屋根等に設置するために、太陽電池モジュール１の周縁の上下左右に上フレーム３および下フレーム２、ならびに図示しない横フレーム（図３に示す４，５）が保持充填材６を介して取付けられる。
【００２２】
この太陽電池パネルを屋根流れ方向に沿って上下複数個並べるにあたって、前記太陽電池パネルの上フレーム３および下フレーム２は、下記のような構成を有する。
【００２３】
上フレーム３は、本体３Ａと、天井板３Ｂと、コ字状断面の開口部３Ｃと、突起板７とからなる。この突起板７は、天井板３Ｂ上面から所定長さ（ａ）下方であって、下フレーム２との当接面から所定長さ（ｃ）だけ突出し、好ましくは、その突出した先端部から天井板方向に所定長さ（ａ−ｂ）延出した水返し７Ａを備え、さらに、反対方向に延出した水切り７Ｂを備える。
【００２４】
また、下フレーム２は、本体２Ａと、天井板２Ｂと、コ字状断面の開口部２Ｃと、溝２Ｄとからなる。この溝２Ｄは、前記突起板７を挿入可能な窓２Ｅを有する。
【００２５】
これらのフレームはアルミの押出し成形により一体成形された長尺部材である。屋根流れ方向上方に設置された太陽電池パネルの下フレーム２と下方に設置された太陽電池パネルの上フレーム３とは、前記突起板７と窓２Ｅを有する溝２Ｄとが嵌合され、隣接するフレーム２，３同士が互いに段差がないように当接し、かつ、下フレームの天井板２Ｂと上フレームの突起板７とにより雨水溜り８を形成する状態で設置される。
【００２６】
なお、図１は２枚の太陽電池パネルが上下に並べて設置されている要部の模式的拡大図を示すが、実際には、図３ないし５に示すように、複数個の太陽電池パネルがある設置（傾斜）角をもって上下方向および左右方向に並べられる。
【００２７】
また、図１においては、水返し７Ａおよび水切り７Ｂを、突起板７の先端部にＴ型となるように設けているが、後述する図２の説明から明らかなように、これらは必要に応じ設ければよい。これらを設ける理由は、前述のように、水返し７Ａは、雨水溜り８から突起板７の裏側に雨水が溢れないようにするためである。また、水切り７Ｂは、万一水返し７Ａを乗り越えた雨水が突起板７を伝って上フレーム３側に移動し、下フレーム２と上フレーム３の隙間から野地板等の屋根材に雨水が侵入するのを防止するためである。即ち、水切り７Ｂがあれば、水返し７Ａを乗り越えても突起板７を伝って上フレーム３側に移動できず、水返し７Ａから下フレーム２に形成された溝２Ｄの空間に滴り落ちる。
【００２８】
次に、図２について説明する。図２は雨水侵入抑止状態を説明する図で、下フレーム２と上フレーム３との嵌合部分の拡大図を示す。太陽電池パネルの屋根への設置角度は屋根勾配（傾斜角β）で決まり、一般に太陽電池パネルが設置される住宅の屋根勾配は１４°〜４５゜の範囲にある。
【００２９】
太陽電池パネルを屋根などに上下に並べて隣接するフレーム２，３を当接して密着するように設置した場合でも、隣接するフレーム２，３に僅かに生じた隙間から雨水が侵入し、突起板７の上部に雨水が溜まる。この場合、下方に設置した太陽電池パネルの上フレーム３の突起板７が短い場合には、溜まった雨水が突起板７より下方向に溢れ、さらに下フレーム２の本体２Ａを伝って、下方に隣接する太陽電池パネルの隙間から野地板などの屋根材にまで水が侵入することとなる。また、突起板７が設けられていない場合には、直接、隣接する太陽電池パネルの隙間から野地板などの屋根材にまで水が侵入することになる。最悪の場合には、屋根材が腐食し、雨漏りや屋根材の下の設置されている電気機器を故障させる原因となる可能性がある。
【００３０】
しかしながら、図２に示すように突起板７が下記で計算される所定の長さ以上であれば、突起板７の上部に溜まった雨水は、突起板７の下側に溢れる前に隣接するフレーム２，３の隙間を通って屋根流れ方向の下方に設置された太陽電池パネルの上面に溢れるため、突起板７の下側に溢れることはない。
【００３１】
例えば、図２に示すように、住宅の屋根勾配βで太陽電池パネルを設置した場合、突起板７の上面に溜まった雨水は、突起板７に沿って上フレーム３の外側方向（距離Ｘ）にまで達する。この距離Ｘは、下式によって計算できる。即ち、
Ｘ＝ａ×ｔａｎ（９０°−β）である。
【００３２】
例えば、屋根勾配βが１４°の場合、距離Ｘ＝４．０１１ａであり、屋根勾配βが３０°の場合、距離Ｘ＝１．７３２ａであり、屋根勾配βが４５°の場合、距離Ｘ＝１．０００ａである。なお、上記距離Ｘの計算値は、溜まった水が静置している場合であり、風圧等により水面が波立ったり、上昇したりするので水が達する距離は延びることになる。しかし、これまでの実験によれば、上記により計算される距離の約２倍以上になることはない。従って、前述のように、突起板７の長さｃを、突起板７の天井板上面からの距離ａの８倍以上とすることにより、最少勾配１４°の場合においても、雨水が屋根材に達することはない。万一、８倍を超える場合があったとしても、水返し７Ａを設けてあれば、一層安全であり、さらに、水切り７Ｂを設けることにより、より一層安全となる。
【００３３】
次に、図３ないし５に基づき、複数個の太陽電池パネルを上下左右に並べて、屋根の野地板に取付ける構成や屋根への取付け固定方法等につき、以下に述べる。
【００３４】
図５は、屋根の流れ方向に、野地板３１に取付けた状態の部分断面図を示し、その構成は、前記図１の説明から明らかであるので説明を省略し、図３および４に基づき、主に、横フレームによる取付け固定方法および屋根の流れ方向と垂直方向の防雨構造について説明する。
【００３５】
図４に示すように、横フレーム５は、コ字状断面の開口部５ａを有するフレームの屋根取付け側に、前記コ字状断面と同一方向にその一辺が張り出したＬ字状断面の取付け部５ｂを備える。この取付け部５ｂを固定ビス５ｃにより、野地板３１に締め付け固定するが、その際、取付け部５ｂと野地板３１との間に、取付レール３２ｂを介挿する。図３に示すように、この取付レールは、太陽電池パネル９の左右の端の部分は、中央部分とは異形とし、取付レール３２ａを用いる。
【００３６】
上記構成によれば、屋根流れ方向と直角に隣接する太陽電池パネルの横フレームの間から侵入した雨水は、取付レール３２ｂの凹部３２ｃを伝って、下方の軒先に排出される。
【００３７】
なお、上記構成において、上フレーム３および下フレーム２における前記固定ビス５ｃの直上部、即ちパネル外周部の４隅には、固定ビス締め付け操作用の図示しない孔が開けられており、固定ビス締め付け後はシール材を充填してシールされる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、前述のように、太陽電池パネルの構成を、太陽電池モジュールの周縁部４辺に、コ字状断面の開口部を有する２個の横フレームと上フレームおよび下フレームとを取付け、前記上フレームはその天井板上面から所定長さ（ａ）下方であってフレームの当接面から所定長さ（ｃ）突出した突起板を備え、前記下フレームは前記突起板を挿入可能な窓を有する閉じた溝を備えてなるものとし、
前記突起板を前記溝に嵌め合わせて、前記下フレームの天井板と前記上フレームの突起板とにより雨水溜りを形成した状態で、前記上下フレームを当接して設置可能な構成を具備し、さらに、前記上フレームの突起板は、その突出した先端部から天井板方向に所定長さ延出した水返し部と、前記天井板と反対方向に所定長さ延出した水切り部とを備え、前記雨水溜りから雨水が前記水返し部を乗り越えた際に、前記下フレームの閉じた溝の空間に、前記雨水を滞留可能な構成を具備し、かつ前記上フレームに設けた突起板の前記所定長さ（ｃ）は、前記所定長さ（ａ）の少なくとも８倍とするものとしたので、
太陽電池パネルの設置作業が容易に行えるとともに、野地板ヘの雨水侵入を防止できる太陽電池パネルとその設置方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の太陽電池パネルの雨水侵入防止構造の模式的要部拡大断面図
【図２】 本発明の実施例に関わり、雨水侵入抑止状態を説明する模式的原理図
【図３】 本発明の太陽電池パネルを屋根に複数枚並べた構成を説明する摸式的鳥瞰図
【図４】 本発明の太陽電池パネルの固定方法を説明する摸式的部分断面図
【図５】 本発明の太陽電池パネルを屋根流れ方向に並設した摸式的部分断面図
【図６】 従来の太陽電池アレイの部分平面図
【図７】 図６のＤ−Ｄ線に沿った断面図
【図８】 従来の太陽電池モジュールの一例を示す模式的構成の側断面図
【図９】 図８のモジュールをフレームに取り付けた太陽電池モジュールの模式的構成の側断面図
【符号の説明】
１：太陽電池モジュール、２：下フレーム、２Ｂ，３Ｂ：天井板、２Ｃ，３Ｃ，５ａ：コ字状断面の開口部、２Ｄ：溝、２Ｅ：窓、３：上フレーム、４，５：横フレーム、６：保持充填材、７：突起板、７Ａ：水返し、７Ｂ：水切り、８：雨水溜り、９：太陽電池パネル、３１：野地板、３２ａ，３２ｂ：取付レール。

Claims (3)

1. 電気絶縁性を有するフィルム基板上に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を形成し、この太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に電気絶縁性の保護層を設けてなる太陽電池モジュールの周縁部４辺に、コ字状断面の開口部を有するフレームを取付けてなる太陽電池パネルを複数個、屋根の流れ方向に隣接する太陽電池パネルの上下のフレームを当接して順次並設する太陽電池パネルにおいて、
   屋根の流れ方向の下流に設置される太陽電池パネルの前記上フレームは、その天井板上面から所定長さ（ａ）下方であってフレームの前記当接面から所定長さ（ｃ）突出した突起板を備え、かつ、上流に設置される太陽電池パネルの前記下フレームは、前記突起板を挿入可能な窓を有する閉じた溝を備え、
   前記突起板を前記溝に嵌め合わせて、前記下フレームの天井板と前記上フレームの突起板とにより雨水溜りを形成した状態で、前記上下フレームを当接して設置可能な構成を具備し、
   さらに、前記上フレームの突起板は、その突出した先端部から天井板方向に所定長さ延出した水返し部と、前記天井板と反対方向に所定長さ延出した水切り部とを備え、前記雨水溜りから雨水が前記水返し部を乗り越えた際に、前記下フレームの閉じた溝の空間に、前記雨水を滞留可能な構成を具備し、かつ前記上フレームに設けた突起板の前記所定長さ（ｃ）は、前記所定長さ（ａ）の少なくとも８倍とすることを特徴とする太陽電池パネル。
2. 請求項１に記載の太陽電池パネルにおいて、前記横フレームは、前記コ字状断面の開口部を有するフレームの屋根取付け側に、前記コ字状断面と同一方向にその一辺が張り出したＬ字状断面の取付け部を備えてなることを特徴とする太陽電池パネル。
3. 請求項２に記載の太陽電池パネルの設置方法において、前記屋根への太陽電池パネルの固定は、前記Ｌ字状断面の取付け部を、上に凹のコ字状断面を有する取付けレールを介して、屋根の野地板にねじ止めして固定することを特徴とする太陽電池パネルの設置方法。

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