JP4365569B2

JP4365569B2 - 太陽電池アレイの配置構造

Info

Publication number: JP4365569B2
Application number: JP2002284639A
Authority: JP
Inventors: 恵司山田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004116239A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、段状に屋根材が葺かれた傾斜屋根の一傾斜方向に、平面四角形状をなす太陽電池モジュールの一主辺を向けた状態で、太陽電池モジュールの複数を平面的に配設して成る太陽電池アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保全や省エネルギーの観点からクリーンな太陽光発電が注目を浴びており、最近では徐々に住宅用太陽光発電システムも普及が進んでいる。この太陽光発電システムに使用される太陽電池モジュールは、住宅屋根に代表される既設の設置面、地上架台、及び陸屋根架台等に代表されるような新設された設置面に配設される。このような設置面に配設するための太陽電池モジュールの形態としては、架台設置型太陽電池モジュール、及び建材一体型太陽電池モジュール等がよく知られている。また、一般に、太陽光発電システムでは太陽電池モジュールの複数を組み合わせて配線された太陽電池アレイとして使用される。このため、太陽電池モジュールの平面形状は、例えば住宅の屋根に効率良く設置できるように、矩形、略三角形、及び台形などの種々の形状が使用される。
【０００３】
ここで、架台設置型太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールを固定するための架台を屋根材の上に設置し、その上に太陽電池モジュールを固定して設置する形態を備えたものである。架台の屋根面への取付方法は種々提案されているが、太陽電池モジュールの寸法と屋根材の寸法が無関係であるため、屋根面への取付位置と太陽電池モジュールの固定位置とを調整する構造を備えなければならない。
【０００４】
例えば、図１に示すように、野地板等の屋根下地１上に陶器瓦平型の屋根材２を軒先より棟側へ段状に重ねて葺いた屋根において、上下に重なった屋根材２の隙間から、屋根下地１にスペーサー２０を介して固定した固定金具４の受部４ａを屋根上面に延出している。さらに、固定金具４の受部４ａに、直接、太陽電池モジュールを取付けている。
【０００５】
また、架台設置型太陽電池モジュールの設置面への配置方法としては、矩形モジュールを複数枚配置しアレイを組む方法、及び矩形モジュールと三角モジュールまたは台形モジュールを組み合わせて複数枚配置する方法がある。後者の三角モジュールまたは台形モジュールを用いる方法は、寄棟屋根への設置の際に好適に用いられる。すなわち、寄棟屋根の台形状をなす屋根面に矩形モジュールを階段状に配置し、その配置領域の両端に残った屋根面に三角モジュールまたは台形モジュールで埋めてできるだけ屋根面を有効利用させるのである。
【０００６】
図８に、矩形モジュールＭ１と三角モジュールＭ２を組み合わせて台形状の屋根面Ｙに配置した太陽電池アレイの一例を模式的に示す。このように、矩形モジュールと三角モジュールを組み合わせて配置する場合の構造については、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２０７６０５号公報
【特許文献２】
特開平１１−３５０６８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような架台設置型太陽電池モジュールの設置方法において、太陽電池モジュールの寸法と屋根材の寸法が無関係である場合、屋根面への取付位置と太陽電池モジュールの固定位置とを調整する構造を備える必要があるため、構造が複雑となり部品点数が増加し、施工工数も増大する。また、屋根面への取付部材を屋根材の寸法に関係無く配置できるように屋根材を貫通して取付ける方法が提案されているが、この方法では屋根材を貫通するため長期の信頼性を確保することが難しい。
【０００９】
また、矩形モジュールと、三角モジュールまたは台形モジュールを組み合わせて配置する設置方法は、寄棟方式の屋根の隅棟に沿って太陽電池モジュールを配することができ美観が向上するが、三角モジュールや台形モジュールは、矩形モジュールに比べ部品点数が多く、しかも構造が複雑となるため生産性が悪い。
【００１０】
また、太陽電池モジュールの製造工数を抑制するためには、施工上支障がない程度に太陽電池モジュールの面積を大きくする方がよい。例えば、特許文献１には、矩形の太陽電池モジュールは９１０ｍｍ×９８０ｍｍ程度が好適な寸法と例示されている。
【００１１】
しかしながら、屋根流れ方向の寸法が９８０ｍｍである太陽電池モジュールを屋根流れ方向に配置すると９８０ｍｍ刻みの寸法となり、工業化住宅の場合には屋根の基本設計をこれに合わせることで好適に配置できても、種々の工法の住宅に適用する場合に屋根の寸法によっては、図８に示すように、最大９７９ｍもの設置できない領域Ａが生じてしまう。
【００１２】
逆に、このような領域をできるだけ小さくするためには、個々の太陽電池モジュールの寸法を小さくする必要がある。例えば、前記好適な寸法の１／２、すなわち４５５ｍｍ×４９０ｍｍの大きさにすれば、前記の設置できない領域は小さくなる。しかし、太陽電池モジュールの面積が１／４にも非常に小さくなるので、これにより、一定面積（一定太陽電池容量）当りの部品点数が多くなり、ひいては製造工数も多くなる上に設置工事が煩雑となる。
【００１３】
そこで、本発明では従来の上述した諸問題に鑑み案出されたものであって、特に太陽電池モジュールの複数を住宅などの傾斜屋根の屋根材の上に設置する場合に、構造が簡易で部品点数が少なく、低コストでかつ作業性に優れ、住宅などの屋根面の限られたスペースに効率良く太陽電池モジュールを配置可能な優れた太陽電池アレイの配置構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成させるために、本発明の太陽電池アレイの配置構造は、段状に屋根材が葺かれた傾斜屋根の一傾斜方向に、平面四角形状をなす太陽電池モジュールの一主辺を向けた状態で、該太陽電池モジュールの複数を平面的に配設するよう成し、前記傾斜屋根の一傾斜方向における前記太陽電池モジュールの取付ピッチが、前記傾斜屋根の一傾斜方向における前記屋根材の働き寸法の１以上の略整数倍であり、且つ前記傾斜屋根の水平面に対する傾斜角度をθとし、ｍを２以上の整数としたときに、前記傾斜屋根の傾斜方向と直交する方向における前記太陽電池モジュール取付ピッチが、前記傾斜方向における取付ピッチの略（ｍ×ＣＯＳθ）倍であり、前記ｍの値として異なる２つの値を適用し、該異なる２つの値が２及び４、または４及び６、または２及び６、または２及び３である２種類の太陽電池モジュールにより構成することを特徴とする。
【００１７】
また、段状に屋根材が葺かれた傾斜屋根の一傾斜方向に、平面四角形状をなす太陽電池モジュールの一主辺を向けた状態で、該太陽電池モジュールの複数を平面的に配設するよう成した太陽電池アレイの配置構造であって、前記傾斜屋根の一傾斜方向における前記太陽電池モジュールの取付ピッチが、前記傾斜屋根の一傾斜方向における前記屋根材の働き寸法の１以上の略整数倍であり、且つ前記傾斜屋根の水平面に対する傾斜角度をθとし、ｎを２以上の整数としたときに、前記傾斜屋根の傾斜方向における前記太陽電池モジュールの取付ピッチが、前記傾斜方向と直交する方向の取付ピッチの略（ｎ／ＣＯＳθ）倍であり、前記ｎの値として２及び３を適用した２種類の太陽電池モジュールにより構成することを特徴とする。
【００２０】
屋根材の種類は様々であるが、彩色石綿スレート、陶器瓦平型、陶器瓦和型など、それぞれの様式ごとに流れ働き寸法は限定されるため、これに対応する太陽電池モジュールの流れ方向の寸法を限定しても広く種々の屋根材に対応できる。また、太陽電池モジュールの流れ方向の取付ピッチを設置する屋根材の流れ方向働き寸法のちょうど（１以上の整数）倍に必ずしもすることは無く、±１０ｍｍ程度の差異があってもよい。本発明では形状は規定していないが、矩形（正方形、長方形）、三角形、及び台形など流れ方向の取付ピッチが規定できる形状であればよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る太陽電池モジュールの複数を配設した太陽電池アレイの配置構造の一実施形態について、模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
まず、図２に示す太陽電池アレイＳの配置構造について説明する。傾斜屋根の屋根下地１上に陶器瓦平型の屋根材２が段状に葺かれた屋根上に、太陽電池モジュール３の複数を設置した一例を示す。野地板等の屋根下地１上に陶器瓦平型の屋根材２を軒先より棟側へ段状に重ねて葺いた屋根において、上下に重なった屋根材２の隙間から、屋根下地１にスペーサー２０を介して固定した固定金具４の受部４ａを屋根上面に延出している。さらに、固定金具４の受部４ａに、直接、太陽電池モジュールを取付けている。
【００２３】
太陽電池アレイＳは、傾斜屋根の一傾斜方向に、平面四角形状をなす太陽電池モジュール３の一主辺を向けた状態で、太陽電池モジュール３の複数を平面的に配設するよう成しており、傾斜屋根の一傾斜方向における太陽電池モジュール３の取付ピッチが、傾斜屋根の一傾斜方向における屋根材２の働き寸法の１以上の略整数倍であり、且つ傾斜屋根の水平面に対する傾斜角度をθとし、ｍを２以上の整数としたときに、傾斜屋根の傾斜方向と直交する方向における太陽電池モジュール３の取付ピッチが、前記傾斜方向における取付ピッチの略（ｍ×ＣＯＳθ）倍である。
【００２４】
ここで、太陽電池モジュールの取付ピッチとは、太陽電池モジュールを設置する際に、上下または左右に隣接する太陽電池モジュールとどれだけのピッチで取付けられているかで、屋根材の働き寸法に相当する寸法を意味している。この値は必ずしも太陽電池モジュールの外形寸法と一致するものではなく、図２で例示したような取付構造の場合、（太陽電池の外形寸法）＜（太陽電池の取付ピッチ）となっているが、太陽電池モジュールの一部を重ねて設置するような構造の場合（不図示）、逆に（太陽電池の外形寸法）＞（太陽電池の取付ピッチ）となる。
【００２５】
一方、太陽電池モジュールの流れ方向の取付ピッチと流れ方向に直交する方向の取付ピッチの比率を傾斜屋根、特に寄棟方式の屋根に配置する場合に適するようにした太陽電池モジュールの配置構造では、具体的には、傾斜屋根の傾斜角度をθ、太陽電池モジュールの流れ方向の取付ピッチをＨ、流れ方向と直交する方向の取付ピッチをＷとした場合、Ｗ≒（ｍ×ＣＯＳθ）×Ｈ、または、Ｈ≒（ｎ／ＣＯＳθ）×Ｗ、としたことを特徴とするものである。ここで、ｍ、ｎは２以上の整数である。
【００２６】
さらに、ｍまたはｎの値として異なる複数の値を適用する。傾斜屋根、特に寄棟方式の屋根に配置する場合に適するように、複数のｍまたはｎの組合せは種々あるが、太陽電池モジュールの種類をできるだけ少なくするためには、ｍについては２と４または４と６または２と６または２と３を適用することが好適である。ｎについては、２と３を適用することが好適である。ただし、２種類でなければならない必要は無く、例えばｍの場合、３、４、５の３種類の組合せなども可能である。
【００２７】
太陽電池モジュールの流れ方向の取付ピッチを設置する屋根材の流れ方向働き寸法の略（１以上の整数）倍にすることにより、屋根面（屋根下地）への取付けを屋根材のピッチで屋根材に画一的に行ったとしても、該屋根面への取付ピッチを太陽電池モジュールの取付ピッチに合っているため、屋根面への取付位置と太陽電池モジュールの固定位置とを調整する構造を備えることなく、屋根面への固定部材へ直接太陽電池モジュールを取付けることができる（図２を参照）。
【００２８】
例えば、棟を上底、軒を下底とする等脚台形状の寄棟屋根の場合、流れ方向において棟側に１近づくと、桁行き方向の幅は（２×ＣＯＳθ）減少する。第２の発明のようにすることにより、適当な太陽電池モジュールの組合せを選定することで、等脚台形状の寄棟屋根の隅棟（下り棟）の角度に合った階段状になるように太陽電池モジュールの配置を決定することができる（図４、図５を参照）。
【００２９】
本発明に係る太陽電池モジュールの一例（２種類）を図３に示す。ここで、紙面の上・下は屋根の棟・軒の関係になっている。したがって、流れ方法は上→下である。また、図３において、流れ方向の取付ピッチがＨであり、外形寸法がｈである。同様に流れ方向に対し直交する方向における取付ピッチがＷ１，Ｗ２であり、外形寸法がｗ１，ｗ２である。
【００３０】
ここで、取付ピッチＨは、陶器瓦平型の屋根材２の流れ方向働き寸法の約３倍になっている。陶器瓦平型の屋根材２の多くは、この流れ方向における働き寸法が２８０ｍｍであり、太陽電池モジュール３の流れ方向の取付ピッチＨは８４０ｍｍ（＝３×２８０ｍｍ）である。
【００３１】
陶器瓦平型の屋根材の場合を示したが、彩色石綿スレートの場合の流れ方向の働き寸法は多くの種類で１８２ｍｍになっており、太陽電池モジュールの流れ方向の取付ピッチＨをこの整数倍にする。
【００３２】
例えば、太陽電池モジュールの流れ方向の取付ピッチＨを５５３ｍｍとすると、彩色石綿スレートの流れ方向働き寸法の約３倍、陶器瓦平型の流れ方向働き寸法の約２倍となり、彩色石綿スレート及び陶器瓦平型の何れにも適用可能な太陽電池モジュールの複数から成る太陽電池アレイを提供できる。
【００３３】
次に、本発明の太陽電池アレイの配置構造について、図３〜図７を用いて説明する。図３に示す２種類の太陽電池モジュールの取付ピッチＨ、Ｗ１、Ｗ２を、５／１０の勾配（θ＝２６．６°）の彩色石綿スレート葺きの屋根に設置することを想定して、
Ｈ＝１８２×３＝５４６ｍｍ
Ｗ１＝２×ＣＯＳ（２６．６°）×５４６＝９７７ｍｍ
Ｗ２＝４×ＣＯＳ（２６．６°）×５４６＝１９５３ｍｍ
とする。
【００３４】
図４において、棟７を上底、軒８を下底とする等脚台形状の寄棟屋根における太陽電池モジュールの配置例に示すように、前述の２種類の太陽電池モジュール１０，１１を適宜、配置することにより、階段状に配置された太陽電池モジュール１０，１１の角は隅棟９に沿うように配置させることができる。
【００３５】
また図５には、Ｈ＝３６４ｍｍ、Ｗ１＝１３０２ｍｍ、Ｗ２＝１９５３ｍｍの２種類の太陽電池モジュール１２，１３を用いた場合の配置を示す。この場合も同様に、階段状に配置された太陽電池モジュール１２，１３の角は隅棟９に沿うように配置することができる。
【００３６】
また、図６，図７は、図３，図４と同様な関係について図示した一例であり、Ｈ≒（ｎ／ＣＯＳθ）×Ｗとする場合の一例を示したものである。ここで、それぞれの寸法は、Ｗ＝３×ＣＯＳ（２６．６°）×１８２＝４８８ｍｍ、Ｈ１＝２／ＣＯＳ（２６．６°）×４８８＝１０９２ｍｍ、Ｈ３＝３／ＣＯＳ（２６．６°）×４８８＝１６３８ｍｍ、である。
【００３７】
この場合も前述の例と同様に、２種類の太陽電池モジュール１４，１５を適宜、配置することにより、図７に示すように、階段状に配置された太陽電池モジュール１４，１５の角は隅棟９に沿うように配置することができる。
【００３８】
上記例では、５／１０の勾配屋根について説明したが、その他の勾配の屋根においても同様に適用可能であることはもちろんである。また、上記太陽電池モジュールは透光性基板の裏面側に結晶系シリコン太陽電池素子を複数枚接続したものと裏面保護材を配置し、充填材にて接着したものの周辺に金属製の枠体を取付けた構造としたが、これにかえてアモルファスシリコン太陽電池素子などその他の太陽電池素子を使用したものや金属製基板に接着した構造、金属製枠体を備えないフレームレス構造など、上記実施例に限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更し実施が可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の太陽電池アレイの配置構造によれば、以下に示す優れた効果を期待することができる。
【００４０】
屋根面への取付位置と太陽電池モジュールの固定位置とを調整する構造を備える必要がなく、構造が複雑となり部品点数が増加することを防止でき、施工工数も低減できる。また、屋根下地への固定に屋根材を貫通して取付ける方法を採用する必要が無く、長期の信頼性を確保した優れた太陽電池アレイの配置構造を提供できる。
【００４１】
また、矩形モジュールのみの組合せで寄棟屋根の隅棟に沿って屋根面に効率良く配置できるため、屋根面を太陽光発電に有効に利用できるとともに一定の美観を確保しつつ、三角モジュールや台形モジュールを使用しないため、部品点数の増加、構造の複雑化による生産性の低下を防止できる。また、前述のように部品点数、製造工数及び施工工数の点から太陽電池モジュールの面積は施工に支障がない範囲で極力広くした太陽電池アレイの配置構造を提供できる。
【００４２】
さらに、屋根の流れ方向の取付寸法が小刻みに調整可能な小さな寸法にしても、太陽電池モジュールの面積を確保できるため、軒先側から棟側まで設置困難な領域を最小限に抑えることができ、部品点数、製造工数及び施工工数の問題を解決するとともに、屋根面を充分に有効利用が可能な優れた太陽電池アレイの配置構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の太陽電池モジュールの固定構造を模式的に示した側面図（一部断面図）である。
【図２】（ａ）は、本発明に係る一実施形態を模式的に示した側面図（一部断面図）である。（ｂ）は、屋根面への固定部の詳細図である。
【図３】本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を説明する平面図である。
【図４】本発明に係る太陽電池モジュール取付屋根の一実施形態を模式的に示した屋根伏図である。
【図５】本発明に係る太陽電池モジュール取付屋根の他の実施形態を模式的に示した屋根伏図である。
【図６】本発明に係る太陽電池モジュールの他の実施形態を説明する平面図である。
【図７】本発明に係る太陽電池モジュール取付屋根の他の実施形態を模式的に示した屋根伏図である。
【図８】従来の太陽電池モジュール取付屋根の一実施形態を模式的に示した屋根伏図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ取付ピッチ及び働き寸法を説明する模式図である。
【符号の説明】
１：屋根下地
２：屋根材
３、１０、１１、１２、１３、１４、１５：太陽電池モジュール
４：固定金具
４ａ：受部
５：第１の架台
６：第２の架台
７：棟
８：軒
９：隅棟
Ｓ：太陽電池アレイ

Claims

段状に屋根材が葺かれた傾斜屋根の一傾斜方向に、平面四角形状をなす太陽電池モジュールの一主辺を向けた状態で、該太陽電池モジュールの複数を平面的に配設するよう成した太陽電池アレイの配置構造であって、前記傾斜屋根の一傾斜方向における前記太陽電池モジュールの取付ピッチが、前記傾斜屋根の一傾斜方向における前記屋根材の働き寸法の１以上の略整数倍であり、且つ前記傾斜屋根の水平面に対する傾斜角度をθとし、ｍを２以上の整数としたときに、前記傾斜屋根の傾斜方向と直交する方向における前記太陽電池モジュール取付ピッチが、前記傾斜方向における取付ピッチの略（ｍ×ＣＯＳθ）倍であり、前記ｍの値として異なる２つの値を適用し、該異なる２つの値が２及び４、または４及び６、または２及び６、または２及び３である２種類の太陽電池モジュールにより構成することを特徴とする太陽電池アレイの配置構造。
段状に屋根材が葺かれた傾斜屋根の一傾斜方向に、平面四角形状をなす太陽電池モジュールの一主辺を向けた状態で、該太陽電池モジュールの複数を平面的に配設するよう成した太陽電池アレイの配置構造であって、前記傾斜屋根の一傾斜方向における前記太陽電池モジュールの取付ピッチが、前記傾斜屋根の一傾斜方向における前記屋根材の働き寸法の１以上の略整数倍であり、且つ前記傾斜屋根の水平面に対する傾斜角度をθとし、ｎを２以上の整数としたときに、前記傾斜屋根の傾斜方向における前記太陽電池モジュールの取付ピッチが、前記傾斜方向と直交する方向の取付ピッチの略（ｎ／ＣＯＳθ）倍であり、前記ｎの値として２及び３を適用した２種類の太陽電池モジュールにより構成することを特徴とする太陽電池アレイの配置構造。