JP4370046B2 - 太陽電池モジュール及びこれを用いた発電機能付き屋根 - Google Patents
太陽電池モジュール及びこれを用いた発電機能付き屋根 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電システムに好適な太陽電池モジュール、及びこれを用いた発電機能付き屋根に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年普及している太陽光発電システムは、住宅等の屋根の上に配列設置される複数の太陽電池モジュールにより発電機能付き屋根が構成され、所定個数の太陽電池モジュールをその裏面側出力部を介して互いに直列接続し且つ当該直列接続の始端及び末端に位置する各太陽電池モジュールをそれぞれ屋内へ延びる引込みケーブルに接続してなる直列一系統が多数連設されたものであり、屋内のインバータを通じて商用電力系統と連系し、屋内の電気配線に供給されるシステムが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池モジュールは、雨仕舞を考慮して敷設されるが、風雨の強い状況下ではモジュール裏面側に雨水が浸入する場合もあり、通常、屋根本体の野地板上にはアスファルトルーフィング等の防水層を備えた下地シートが設けられ、その上に各太陽電池モジュールが敷設される。
【０００４】
また、屋根本体の両側縁部（ケラバ）には、図９に示すように、防腐調整材１１と下地シート１８の外面に沿って屋根本体１０の中央側へ延びるケラバ下地水切り１２が棟側から軒側にわたって付設されており、その延出端部には縁部を上方に折り返した返し部１２ａが形成されている。そして、防腐調整材１１とこれに隣接設置される図示しない太陽電池モジュールとの隙間から侵入した雨水は、前記返し部１２ａで屋根中央側への進水が阻止され、当該ケラバ下地水切り１２上に形成された通水路１２ｂを通じて軒側に向けてスムーズに排水される。
【０００５】
ところで、支持台を備えた建材一体型の太陽電池モジュール１０１を用いて発電機能付き屋根１００を構成する場合、屋根本体１０の両端部において前記ケラバ下地水切り１２の上側に覆設される太陽電池モジュールは、図１０に示すように、支持台１０２の底部１０２ａが前記ケラバ下地水切り１２の返し部１２ａを圧潰し、これにより返し部１２ａの潰された部分から雨水が屋根中央側へ漏水するといった不都合が生じていた。
【０００６】
屋根中央側へ漏れた雨水は、各太陽電池モジュールの裏面側に設けられる断熱支持材の隙間を介して、棟側から軒側へ向かって流れるが、屋根の傾斜方向に直交する断熱支持材の棟側壁部や下地シートとの当接面には、これら雨水が溜まり易く、雨水の長期の滞留により当該箇所で屋内への漏水の問題が生じたり、滞留した湿気が太陽電池モジュールの故障原因になる可能性もあった。
【０００７】
本発明は係る現況に鑑み為されたものであり、ケラバ下地水切りの返し部をつぶすことなく屋根本体上に設置でき、ケラバ下地水切りの防水機能を維持して屋内への漏水や滞留した湿気による太陽電池モジュールの故障を未然に回避できる建材一体型の太陽電池モジュール及びこれを用いた発電機能付き屋根を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前述の課題を解決するにあたり鋭意検討を進めた結果、支持台を浮かす下駄材を設けることにより、返し部を潰すことなく当該ケラバ下地水切りの通水路を通じて雨水を軒側に向けてスムーズに排出できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、屋根材を構成する太陽電池と、該太陽電池を支持して屋根本体に固定する支持台とを備えた建材一体型の太陽電池モジュールにおいて、前記支持台の屋根本体に面する底部に複数の下駄材を配設し、且つ各下駄材は、当該太陽電池モジュールを屋根本体のケラバ下地水切り上側に覆設するとき、これら下駄材で浮かされた支持台の底部が前記ケラバ下地水切りの返し部をつぶさないよう、その厚みが設定されていることを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。
【００１０】
このような太陽電池モジュールにあっては、ケラバ下地水切りの上側に覆設する場合であっても、雨水を止水する返し部を潰すことなく、当該ケラバ下地水切りの通水路を通じて雨水をスムーズに排出させる。
【００１１】
下駄材の厚みは、一般的なケラバ下地水切りにおける返し部の高さを考慮して、好ましくは４〜５ｍｍに設定されている。
【００１２】
下駄材を、支持台の底部に穿設したビス孔の開口部を覆う位置に設けてなるものでは、前記下駄材が当該支持台を取付けビスや釘で屋根本体に固定する際、支持台の底部、ビス孔、および屋根本体の下地シートと密着する防水シール材として機能し、従来から施工時に必要であった固定部のコーキング処理を省略できる。
【００１３】
下駄材に、段差を介した厚肉部を設け、該厚肉部にビス孔の開口部を位置させてなるものでは、屋根本体に支持台を固定する際、これら厚肉部が屋根本体に圧着し、当該部位の面圧を増加させることで、防水シール性がより向上する。
【００１４】
下駄材は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン共重合体）或いはクロロプレンからなるものが好ましく、ＪＩＳＡ硬度で５０〜７０であることが好ましい。
【００１５】
また、これら下駄材は、異型押出し成形品であることが好ましい。
【００１６】
屋根本体上に既に固定された他の支持台に太陽電池の端部を嵌め込んで順次、屋根本体上に配列設置される建材一体型の太陽電池モジュールであって、下駄材の底面における前記嵌め込み方向の先端部位を滑面となしたものでは、各下駄材が支持台から外れることなく、下地シート上をスムーズに滑動し、当該太陽電池モジュールは棟側端部が前記他の支持台にスムーズに嵌め込まれ、施工効率の低下が防止される。
【００１７】
特に、下駄材の先端部位に表面蝋引きした片面粘着テープを張り付け、且つその残部を支持台に張り付けてなるものが好ましい。
【００１８】
以上のような太陽電池モジュールを屋根本体上に配列設置してなる発電機能付き屋根にあっては、ケラバ下地水切りの防水機能が維持され、屋内への漏水や滞留した湿気による太陽電池モジュールの故障が未然に回避され、長期間の発電能力および信頼性が維持される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１〜８は本発明の代表的実施形態を示し、図中符号１は太陽電池モジュール、２は太陽電池、３は支持台をそれぞれ示している。
【００２０】
本発明の太陽電池モジュール１は、図１に示すように、屋根材を構成する太陽電池２と、該太陽電池を支持して屋根本体１０に固定する支持台３とを備えた建材一体型の太陽電池モジュールであり、前記支持台３の屋根本体１０に面する底部３ａに複数の下駄材５、・・・が配設されている。本発明は、このように支持台３を屋根本体１０から浮かす下駄材５を設けたことにより、図８にも示すように、当該太陽電池モジュール１をケラバ下地水切り１２の上側に覆設する場合に、雨水を止水する返し部１２ａを潰すことなく、当該ケラバ下地水切り１２の通水路１２ｂを通じて雨水をスムーズに排出させるものである。
【００２１】
太陽電池モジュール１は、図２に示すように、太陽電池２の裏面における端子ボックス４２が設置された部位を除く略全面にガルバニウム鋼鈑等の金属板プレート７を覆設するとともに、互いに極性の異なる２本の出力ケーブル４１、４１が延出した端子ボックス４２を前記太陽電池２の裏面側略中央に設けることで出力部４が構成されている。前記金属板プレート７の裏面には、前記端子ボックス４２を挟む両側方にわたって一体成型された横長な断熱支持材６が接着剤により固定されている。また、同じく金属板プレート７裏面側の軒側端部には、底部３ａに複数の下駄材５、・・・が配設された支持台３が設けられ、独立して屋根本体１０上に直接葺設可能な屋根材として建材一体型の太陽電池モジュールが構成されている。なお、前記断熱支持材６はこのように一体成型されたものに限定されず、端子ボックス４２を挟んで両側方に互いに独立して構成した一対の断熱支持材など、別体構成された複数の断熱支持材を適宜使用することができる。
【００２２】
太陽電池５は、単結晶シリコン太陽電池や多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機半導体太陽電池など多種多様な光電変換素子が使用でき、その形状も矩形その他の方形、多角形など、屋根本体の形状や全体の意匠に合わせて適宜な形状が採用できるが、本例では、表面に位置する４５０ｍｍ×９００ｍｍ程度の横長な矩形状のガラス基板裏面に、酸化スズ等の透明電極層、光半導体層、及び金属等の裏面電極層を順次形成し、これら各層をレーザ加工等でパターニングすることで発電部、配線部が形成された太陽電池素子を構成した後、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）などの充填材やテドラーフィルム等で前記素子形成面側を封止保護して、薄膜系の太陽電池が構成されている。なお、前記光半導体層には、非晶質シリコンａ−Ｓｉ、水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化非晶質シリコンカーバイドａ−ＳｉＣ：Ｈ、非晶質シリコンナイトライド等のほか、シリコンと炭素、ゲルマニウム、スズなどの他の元素との合金からなる非晶質シリコン系半導体の非晶質あるいは微結晶を、ｐｉｎ型、ｎｉｐ型、ｎｉ型、ｐｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ接合型、ホモ接合型、ショットキバリア型あるいはこれらを組み合わせた型などに合成した半導体層が用いられる。
【００２３】
出力部４を構成する端子ボックス４２は、太陽電池２の裏面側に突設した図示しない出力取出用電極材を受け入れる筐体４３の内部に、前記電極材と出力ケーブル４１、４１との間を中継する２本の中継端子を備えており、この中継端子間にはバイパスダイオードが接続され、太陽電池２のセルの一部が影になっているときや夜間などに該モジュールへ逆方向電流が流入することを未然に阻止するためのバイパス回路を形成している。出力ケーブル４１、４１は、外被部分に合成樹脂からなる防水被覆層を有しており、それぞれ太陽電池２の裏面側に固定された筐体４３の軒側壁部より外部に延出され、その先端にはプラグ又はソケットを内装した同じく防水被覆層を有する防水コネクタ４１ａ、４１ｂが設けられている。
【００２４】
断熱支持材６は、端子ボックス４２が設けられる位置に凹欠部６３が形成され、該端子ボックス４２を挟む両側方にわたって連続した横長矩形状の板状本体部６０と、該板状本体部６０から屋根本体側に立設配置される互いに独立した複数の扁平な円柱状の脚体６１、・・・とを、発泡合成樹脂等により一体成型した弾性体からなり、前記太陽電池２の裏面側に面的に固定される板状本体部６０により、屋内の断熱効果およびアモルファスシリコン太陽電池を採用した場合のアニール効果が十分に発揮され、この板状本体部６０と屋根本体側に立設配置させた複数の脚体６１、・・・とで、太陽電池と屋根本体との間のスペーサとしての緩衝効果も十分に発揮される。
【００２５】
前記複数の脚体６１、・・・のうち適当な位置に存する脚体６１には、屋根本体への当接面６ｂに開口し、且つその深さがケーブル径よりも深く、挿入されたケーブル４１（８）を前記開口から突出させることなく収納状態で保持するケーブル保持溝６１ａが当該脚体６１の側方に連通して設けられている。
【００２６】
前記断熱支持材６、好ましくはスチレン、プロピレン、エチレン、ウレタン等の単独重合体あるいはそれらを主成分とする共重合体、または前記の単独重合体あるいは共重合体の混合物からなる発泡合成樹脂で一体成形され、中でもスチレン、プロピレン、エチレンの単独重合体あるいはそれらを主成分とする共重合体の発泡合成樹脂がより好ましく、スチレン、プロピレン、エチレンの単独重合体がさらに好ましい。また、断熱支持材６は太陽電池２の裏面側において人力で容易に外れる程度の強度で固定され、メンテナンス時にこれら断熱支持材６が簡単に外れることで、屋根本体から太陽電池モジュールを容易に取り外しできるように構成されている。たとえば、接合面積が０．３ｍ2の断熱支持材を太陽電池裏面側に固定するのであれば、５ｋｇ程度の引き剥がし力で太陽電池裏面から簡単に外れるように接着剤を用いて接合されることが好ましい。
【００２７】
支持台３はアルミニウム製で、図３に示すように、その上部には、前記金属板プレート７裏面の軒側端部に沿って当着する内向きフランジ３２が太陽電池モジュール１の幅方向、即ち長手方向に沿って突出形成され、同じく上部には、前記金属板プレート７の軒側端縁を下方に折曲形成してなる折曲部７１に穿設された取付けネジ７２用の図示しない貫通孔に対応して、外方に開口する螺孔が設けられている。
上段中程には、長手方向に沿って外方に開口し且つ軒側に隣接配置される太陽電池モジュール１の棟側端部を、その金属板プレート７及び防水用のガスケット３４ａとともに受け入れ咬合する取付け溝３４が形成されている。また、支持台３の底部３ａには、取付けネジや釘等により当該支持台３を屋根本体１０に固定するためのビス孔３３ａが複数箇所に穿設された外向きフランジ３３が、同じく長手方向に沿って突出形成され、この外向きフランジ３３には、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような、本発明に係る下駄材５が複数配設されている。
【００２８】
下駄材５は、当該太陽電池モジュール１を屋根本体縁部のケラバ下地水切り１２上側に覆設するとき、これら下駄材５により浮かされた支持台の底部３ａが前記ケラバ下地水切りの返し部１２ａをつぶさないようにその厚みが設定されるスペーサとしての機能を有したものであれば、その形状および素材を問わないが、好ましくはゴム素材からなるもの、より好ましくは、優れた耐久性（耐熱性や耐候性など）が得られるＥＰＤＭ或いはクロロプレンを用いて成形されており、ＪＩＳＡ硬度で、好ましくは５０〜７０に設定されている。
【００２９】
このような下駄材５は、外向きフランジに穿設されたビス孔３３ａの開口部を覆う位置に設けられることにより、当該下駄材５に対して下穴加工が不要であるとともに、当該外向きフランジ３３を取付けビスや釘で屋根本体に固定する際には、支持台の底部３ａ、ビス孔３３ａ、および屋根本体の下地シートと密着する防水シール材として機能し、従来から施工時に必要であった固定部のコーキング処理を省略することができる。
【００３０】
これら下駄材５は、予め支持台３の底部３ａに接着剤等で固定されるものや、屋根本体１０に支持台３を設置する際、その底部３ａと屋根本体１０との間に挟み込むものであってもよいが、本例の下駄材５においては、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、前記外向きフランジ３３の突出端縁をコの字状に嵌合保持する抱持部５１と、前記外向きフランジ３３の基端側より上方に突出して、当該支持台３の内壁に係止される突出部５２とを備え、巾約３０ｍｍにカットされた異型押出し成形品であり、前記抱持部５１と突出部５２を用いて、支持台の底部３ａを前後に挟持させることにより、該支持台３にワンタッチで装着され、太陽電池モジュールが屋根上に設置される前から、あらかじめ外向きフランジ３３に密着保持されている。
【００３１】
前記下駄材５において、ビス孔３３ａの開口部を位置させる部位には、段差５３を介して厚肉部５４が設けられており、屋根本体１０に支持台３を固定する際には、これら厚肉部５４が屋根本体に圧着し、当該部位の面圧を増加させることで、前述の防水シール性をより向上させている。また、前記段差５３から反対側の突出部５２に至る部位には、図２および図３に示すように、表面蝋引きした片面粘着テープ３６が張り付けられ、その残部を支持台の前記内壁に張りつけることで、当該下駄材５が支持台３に安定保持されている。
【００３２】
これら下駄材５の厚みは、一般的なケラバ下地水切り１２における返し部１２ａの高さを考慮して、該返し部１２ａを潰さない程度、すなわち該返し部１２ａを圧接しないか、圧接しても返し部１２ａによる止水効果を維持しうるように設定され、好ましくは４〜５ｍｍに設定されている。
【００３３】
図５は、これら太陽電池モジュール１を屋根本体１０表面の下地シート１８外面に沿って複数配列設置してなる発電機能付き屋根Ｒを示し、各太陽電池モジュール１は、図３に示したように、棟側に既に固定されている支持台の取付け溝３４により棟側端部が支持され、且つ、裏面側に固定した自らの支持台３により軒側端部を支持することで、屋根本体１０上に順次固定されている。
【００３４】
ところで、各太陽電池モジュール１の棟側端部を取付け溝３４に嵌め込む際には、自らの支持台３を屋根本体の下地シート１８上で滑らす必要があるが、下地シート１８に直接当接する各下駄材５には、その嵌め込み方向の先端側に粘着テープ３６が張り付けてあるため、全体がゴム質であるにもかかわらず、各下駄材５は支持台３から外れることなく、下地シート１８上をスムーズに滑動することができる。したがって、当該太陽電池モジュール１の棟側端部は、前記取付け溝３４にスムーズに嵌め込まれ、施工効率の低下が防止されている。このように下駄材５を下地シート１８上で下駄材５を滑らす手段としては、上記のような表面蝋引きした粘着テープ３６を下駄材５に張り付けておくこと以外に、パラフィン紙を張り付けたり、滑材を表面に付着させたりすることも有効であり、更には、当該下駄材５が付設される外向きフランジ３３の下面、或いは下駄材５の下面を、前記フランジの突出端側、或いは下駄材５の抱持部５１側に向けて、屋根本体上面に対して上方へ２°程度傾斜させておくことも好ましい実施例である。
【００３５】
このように各太陽電池モジュール１を屋根本体１０上に配列設置してなる発電機能付き屋根Ｒの配線は、各太陽電池モジュール１の側方に導出される出力ケーブル４１を既に側方に隣接固定された太陽電池モジュール１から導出している出力ケーブル４１に結線することで互いの太陽電池モジュールが直列接続され、当該直列接続の始端或いは終端に位置する太陽電池モジュール１は、図６に示すような裏面構造を有し、支持台６に設けられた挿通溝３１を通じて屋内から延びる引込みケーブル８に接続されている。この引込みケーブル８は、従来通り棟側の屋根本体頂部に設けた挿通孔を介して屋内に導入されるが、好ましくは図７に示すような配線スリーブ１３を挿通孔１４に装着しておき、該スリーブ内を案内されて屋内に導入される。
【００３６】
上記の如く構成される発電機能付き屋根Ｒにおいては、各太陽電池モジュール１の出力ケーブル４１が裏面側の断熱支持材６に設けたケーブル保持溝６１ａ内に収納状態で保持されているため、当該太陽電池モジュール１の固定の際には、断熱支持材６による出力ケーブル４１の挟み込み、すなわち脚体６１の当接面６ｂに出力ケーブル４１が挟み込まれるといった不都合が未然に回避されるとともに、該太陽電池モジュールを固定した後に前記出力ケーブル４１が再び裏面側に入り込んでしまうといった不測の事態が回避され、優れた作業性を維持しており、また、ケーブル保持溝６１ａの内部に下地シート１８から浮いた状態で保持されているため、出力ケーブル４１のブリードが防止され、長期間の発電能力および信頼性が維持されている。
【００３７】
そして、屋根本体の両側縁部において、ケラバ下地水切り１２の上側に設置される各太陽電池モジュール１は、図８に示すように、支持台の底部３ａに配設した各下駄材５によって返し部１２ａを潰すことなく設置され、防腐調整材１１と当該太陽電池モジュール１の隙間から進入した雨水は、ケラバ下地水切りの通水路１２ｂを通じて、軒側に向けてスムーズに排水される。なお、このようにケラバ下地水切り１２の上側に設置される太陽電池モジュール１は、雨仕舞いの関係上、ケラバ下地水切り１２の通水路１２ｂにビス孔が位置しないように、当該支持台３の端部３７より９０〜１００ｍｍ離れた位置にビス孔３３ａが穿設されており、本例では当該位置に合わせて下駄材５が設けられるが、本発明の下駄材はビス孔の開口部を覆う位置に設けることに何ら限定されるものではなく、支持台底部３ａのビス孔が開口していない位置に適宜設けることもでき、このようにして設けた下駄材は、通水を著しく妨げないものであれば、ケラバ下地水切りの通水溝１２ｂの内部に当着するものであってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の太陽電池モジュール及びこれを用いた発電機能付き屋根によれば、ケラバ下地水切りの上側に太陽電池モジュールを覆設する場合であっても、雨水を止水する返し部を潰すことなく、当該ケラバ下地水切りの通水路を通じて雨水をスムーズに排出でき、屋内への漏水や滞留した湿気による太陽電池モジュールの故障が未然に回避され、長期間の発電能力および信頼性が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的実施形態における太陽電池モジュールの要部を示す説明図。
【図２】同じく太陽電池モジュールを裏面側からみた斜視図。
【図３】太陽電池モジュールの支持台を固定した状態を示す断面図。
【図４】（ａ）は、支持台に配設される下駄材を示す正面図。
（ｂ）は、同じく下駄材を示す平面図。
（ｃ）は、同じく下駄材を示す斜視図。
【図５】同じく太陽電池モジュールを用いた発電機能付き屋根を示す説明図。
【図６】引込みケーブルに接続される太陽電池モジュールを裏面側からみた斜視図。
【図７】発電機能付き屋根に用いる配線スリーブを示す説明図。
【図８】太陽電池モジュールをケラバ下地水切り上側に覆設した様子を示す説明図。
【図９】ケラバ下地水切りが雨水を軒側に排水する様子を示す説明図。
【図１０】従来の太陽電池モジュールをケラバ下地水切り上側に覆設した様子を示す説明図。
【符号の説明】
Ｒ 発電機能付き屋根
１ 太陽電池モジュール
２ 太陽電池
３ 支持台
３ａ 底部
４ 出力部
５ 下駄材
６ 断熱支持材
６ｂ 当接面
７ 金属板プレート
８ 引込みケーブル
１０ 屋根本体
１１ 防腐調整材
１２ ケラバ下地水切り
１２ａ 返し部
１２ｂ 通水溝
１３ 配線スリーブ
１４ 挿通孔
１８ 下地シート
３１ 挿通溝
３２ 内向きフランジ
３３ 外向きフランジ
３３ａ ビス孔
３４ 取付け溝
３４ａ ガスケット
３５ 取付けビス
３６ 粘着テープ
３７ 端部
４１ 出力ケーブル
４１ａ、４１ｂ 防水コネクタ
４２ 端子ボックス
４３ 筐体
５１ 抱持部
５２ 突出部
５３ 段差
５４ 厚肉部
６０ 板状本体部
６１ 脚体
６３ 凹欠部
６１ａ ケーブル保持溝
７１ 折曲部
７２ 取付けネジ
１０１ 太陽電池モジュール
１０２ 支持台
１０２ａ 底部
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電システムに好適な太陽電池モジュール、及びこれを用いた発電機能付き屋根に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年普及している太陽光発電システムは、住宅等の屋根の上に配列設置される複数の太陽電池モジュールにより発電機能付き屋根が構成され、所定個数の太陽電池モジュールをその裏面側出力部を介して互いに直列接続し且つ当該直列接続の始端及び末端に位置する各太陽電池モジュールをそれぞれ屋内へ延びる引込みケーブルに接続してなる直列一系統が多数連設されたものであり、屋内のインバータを通じて商用電力系統と連系し、屋内の電気配線に供給されるシステムが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池モジュールは、雨仕舞を考慮して敷設されるが、風雨の強い状況下ではモジュール裏面側に雨水が浸入する場合もあり、通常、屋根本体の野地板上にはアスファルトルーフィング等の防水層を備えた下地シートが設けられ、その上に各太陽電池モジュールが敷設される。
【０００４】
また、屋根本体の両側縁部（ケラバ）には、図９に示すように、防腐調整材１１と下地シート１８の外面に沿って屋根本体１０の中央側へ延びるケラバ下地水切り１２が棟側から軒側にわたって付設されており、その延出端部には縁部を上方に折り返した返し部１２ａが形成されている。そして、防腐調整材１１とこれに隣接設置される図示しない太陽電池モジュールとの隙間から侵入した雨水は、前記返し部１２ａで屋根中央側への進水が阻止され、当該ケラバ下地水切り１２上に形成された通水路１２ｂを通じて軒側に向けてスムーズに排水される。
【０００５】
ところで、支持台を備えた建材一体型の太陽電池モジュール１０１を用いて発電機能付き屋根１００を構成する場合、屋根本体１０の両端部において前記ケラバ下地水切り１２の上側に覆設される太陽電池モジュールは、図１０に示すように、支持台１０２の底部１０２ａが前記ケラバ下地水切り１２の返し部１２ａを圧潰し、これにより返し部１２ａの潰された部分から雨水が屋根中央側へ漏水するといった不都合が生じていた。
【０００６】
屋根中央側へ漏れた雨水は、各太陽電池モジュールの裏面側に設けられる断熱支持材の隙間を介して、棟側から軒側へ向かって流れるが、屋根の傾斜方向に直交する断熱支持材の棟側壁部や下地シートとの当接面には、これら雨水が溜まり易く、雨水の長期の滞留により当該箇所で屋内への漏水の問題が生じたり、滞留した湿気が太陽電池モジュールの故障原因になる可能性もあった。
【０００７】
本発明は係る現況に鑑み為されたものであり、ケラバ下地水切りの返し部をつぶすことなく屋根本体上に設置でき、ケラバ下地水切りの防水機能を維持して屋内への漏水や滞留した湿気による太陽電池モジュールの故障を未然に回避できる建材一体型の太陽電池モジュール及びこれを用いた発電機能付き屋根を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前述の課題を解決するにあたり鋭意検討を進めた結果、支持台を浮かす下駄材を設けることにより、返し部を潰すことなく当該ケラバ下地水切りの通水路を通じて雨水を軒側に向けてスムーズに排出できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、屋根材を構成する太陽電池と、該太陽電池を支持して屋根本体に固定する支持台とを備えた建材一体型の太陽電池モジュールにおいて、前記支持台の屋根本体に面する底部に複数の下駄材を配設し、且つ各下駄材は、当該太陽電池モジュールを屋根本体のケラバ下地水切り上側に覆設するとき、これら下駄材で浮かされた支持台の底部が前記ケラバ下地水切りの返し部をつぶさないよう、その厚みが設定されていることを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。
【００１０】
このような太陽電池モジュールにあっては、ケラバ下地水切りの上側に覆設する場合であっても、雨水を止水する返し部を潰すことなく、当該ケラバ下地水切りの通水路を通じて雨水をスムーズに排出させる。
【００１１】
下駄材の厚みは、一般的なケラバ下地水切りにおける返し部の高さを考慮して、好ましくは４〜５ｍｍに設定されている。
【００１２】
下駄材を、支持台の底部に穿設したビス孔の開口部を覆う位置に設けてなるものでは、前記下駄材が当該支持台を取付けビスや釘で屋根本体に固定する際、支持台の底部、ビス孔、および屋根本体の下地シートと密着する防水シール材として機能し、従来から施工時に必要であった固定部のコーキング処理を省略できる。
【００１３】
下駄材に、段差を介した厚肉部を設け、該厚肉部にビス孔の開口部を位置させてなるものでは、屋根本体に支持台を固定する際、これら厚肉部が屋根本体に圧着し、当該部位の面圧を増加させることで、防水シール性がより向上する。
【００１４】
下駄材は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン共重合体）或いはクロロプレンからなるものが好ましく、ＪＩＳＡ硬度で５０〜７０であることが好ましい。
【００１５】
また、これら下駄材は、異型押出し成形品であることが好ましい。
【００１６】
屋根本体上に既に固定された他の支持台に太陽電池の端部を嵌め込んで順次、屋根本体上に配列設置される建材一体型の太陽電池モジュールであって、下駄材の底面における前記嵌め込み方向の先端部位を滑面となしたものでは、各下駄材が支持台から外れることなく、下地シート上をスムーズに滑動し、当該太陽電池モジュールは棟側端部が前記他の支持台にスムーズに嵌め込まれ、施工効率の低下が防止される。
【００１７】
特に、下駄材の先端部位に表面蝋引きした片面粘着テープを張り付け、且つその残部を支持台に張り付けてなるものが好ましい。
【００１８】
以上のような太陽電池モジュールを屋根本体上に配列設置してなる発電機能付き屋根にあっては、ケラバ下地水切りの防水機能が維持され、屋内への漏水や滞留した湿気による太陽電池モジュールの故障が未然に回避され、長期間の発電能力および信頼性が維持される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１〜８は本発明の代表的実施形態を示し、図中符号１は太陽電池モジュール、２は太陽電池、３は支持台をそれぞれ示している。
【００２０】
本発明の太陽電池モジュール１は、図１に示すように、屋根材を構成する太陽電池２と、該太陽電池を支持して屋根本体１０に固定する支持台３とを備えた建材一体型の太陽電池モジュールであり、前記支持台３の屋根本体１０に面する底部３ａに複数の下駄材５、・・・が配設されている。本発明は、このように支持台３を屋根本体１０から浮かす下駄材５を設けたことにより、図８にも示すように、当該太陽電池モジュール１をケラバ下地水切り１２の上側に覆設する場合に、雨水を止水する返し部１２ａを潰すことなく、当該ケラバ下地水切り１２の通水路１２ｂを通じて雨水をスムーズに排出させるものである。
【００２１】
太陽電池モジュール１は、図２に示すように、太陽電池２の裏面における端子ボックス４２が設置された部位を除く略全面にガルバニウム鋼鈑等の金属板プレート７を覆設するとともに、互いに極性の異なる２本の出力ケーブル４１、４１が延出した端子ボックス４２を前記太陽電池２の裏面側略中央に設けることで出力部４が構成されている。前記金属板プレート７の裏面には、前記端子ボックス４２を挟む両側方にわたって一体成型された横長な断熱支持材６が接着剤により固定されている。また、同じく金属板プレート７裏面側の軒側端部には、底部３ａに複数の下駄材５、・・・が配設された支持台３が設けられ、独立して屋根本体１０上に直接葺設可能な屋根材として建材一体型の太陽電池モジュールが構成されている。なお、前記断熱支持材６はこのように一体成型されたものに限定されず、端子ボックス４２を挟んで両側方に互いに独立して構成した一対の断熱支持材など、別体構成された複数の断熱支持材を適宜使用することができる。
【００２２】
太陽電池５は、単結晶シリコン太陽電池や多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機半導体太陽電池など多種多様な光電変換素子が使用でき、その形状も矩形その他の方形、多角形など、屋根本体の形状や全体の意匠に合わせて適宜な形状が採用できるが、本例では、表面に位置する４５０ｍｍ×９００ｍｍ程度の横長な矩形状のガラス基板裏面に、酸化スズ等の透明電極層、光半導体層、及び金属等の裏面電極層を順次形成し、これら各層をレーザ加工等でパターニングすることで発電部、配線部が形成された太陽電池素子を構成した後、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）などの充填材やテドラーフィルム等で前記素子形成面側を封止保護して、薄膜系の太陽電池が構成されている。なお、前記光半導体層には、非晶質シリコンａ−Ｓｉ、水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化非晶質シリコンカーバイドａ−ＳｉＣ：Ｈ、非晶質シリコンナイトライド等のほか、シリコンと炭素、ゲルマニウム、スズなどの他の元素との合金からなる非晶質シリコン系半導体の非晶質あるいは微結晶を、ｐｉｎ型、ｎｉｐ型、ｎｉ型、ｐｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ接合型、ホモ接合型、ショットキバリア型あるいはこれらを組み合わせた型などに合成した半導体層が用いられる。
【００２３】
出力部４を構成する端子ボックス４２は、太陽電池２の裏面側に突設した図示しない出力取出用電極材を受け入れる筐体４３の内部に、前記電極材と出力ケーブル４１、４１との間を中継する２本の中継端子を備えており、この中継端子間にはバイパスダイオードが接続され、太陽電池２のセルの一部が影になっているときや夜間などに該モジュールへ逆方向電流が流入することを未然に阻止するためのバイパス回路を形成している。出力ケーブル４１、４１は、外被部分に合成樹脂からなる防水被覆層を有しており、それぞれ太陽電池２の裏面側に固定された筐体４３の軒側壁部より外部に延出され、その先端にはプラグ又はソケットを内装した同じく防水被覆層を有する防水コネクタ４１ａ、４１ｂが設けられている。
【００２４】
断熱支持材６は、端子ボックス４２が設けられる位置に凹欠部６３が形成され、該端子ボックス４２を挟む両側方にわたって連続した横長矩形状の板状本体部６０と、該板状本体部６０から屋根本体側に立設配置される互いに独立した複数の扁平な円柱状の脚体６１、・・・とを、発泡合成樹脂等により一体成型した弾性体からなり、前記太陽電池２の裏面側に面的に固定される板状本体部６０により、屋内の断熱効果およびアモルファスシリコン太陽電池を採用した場合のアニール効果が十分に発揮され、この板状本体部６０と屋根本体側に立設配置させた複数の脚体６１、・・・とで、太陽電池と屋根本体との間のスペーサとしての緩衝効果も十分に発揮される。
【００２５】
前記複数の脚体６１、・・・のうち適当な位置に存する脚体６１には、屋根本体への当接面６ｂに開口し、且つその深さがケーブル径よりも深く、挿入されたケーブル４１（８）を前記開口から突出させることなく収納状態で保持するケーブル保持溝６１ａが当該脚体６１の側方に連通して設けられている。
【００２６】
前記断熱支持材６、好ましくはスチレン、プロピレン、エチレン、ウレタン等の単独重合体あるいはそれらを主成分とする共重合体、または前記の単独重合体あるいは共重合体の混合物からなる発泡合成樹脂で一体成形され、中でもスチレン、プロピレン、エチレンの単独重合体あるいはそれらを主成分とする共重合体の発泡合成樹脂がより好ましく、スチレン、プロピレン、エチレンの単独重合体がさらに好ましい。また、断熱支持材６は太陽電池２の裏面側において人力で容易に外れる程度の強度で固定され、メンテナンス時にこれら断熱支持材６が簡単に外れることで、屋根本体から太陽電池モジュールを容易に取り外しできるように構成されている。たとえば、接合面積が０．３ｍ2の断熱支持材を太陽電池裏面側に固定するのであれば、５ｋｇ程度の引き剥がし力で太陽電池裏面から簡単に外れるように接着剤を用いて接合されることが好ましい。
【００２７】
支持台３はアルミニウム製で、図３に示すように、その上部には、前記金属板プレート７裏面の軒側端部に沿って当着する内向きフランジ３２が太陽電池モジュール１の幅方向、即ち長手方向に沿って突出形成され、同じく上部には、前記金属板プレート７の軒側端縁を下方に折曲形成してなる折曲部７１に穿設された取付けネジ７２用の図示しない貫通孔に対応して、外方に開口する螺孔が設けられている。
上段中程には、長手方向に沿って外方に開口し且つ軒側に隣接配置される太陽電池モジュール１の棟側端部を、その金属板プレート７及び防水用のガスケット３４ａとともに受け入れ咬合する取付け溝３４が形成されている。また、支持台３の底部３ａには、取付けネジや釘等により当該支持台３を屋根本体１０に固定するためのビス孔３３ａが複数箇所に穿設された外向きフランジ３３が、同じく長手方向に沿って突出形成され、この外向きフランジ３３には、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような、本発明に係る下駄材５が複数配設されている。
【００２８】
下駄材５は、当該太陽電池モジュール１を屋根本体縁部のケラバ下地水切り１２上側に覆設するとき、これら下駄材５により浮かされた支持台の底部３ａが前記ケラバ下地水切りの返し部１２ａをつぶさないようにその厚みが設定されるスペーサとしての機能を有したものであれば、その形状および素材を問わないが、好ましくはゴム素材からなるもの、より好ましくは、優れた耐久性（耐熱性や耐候性など）が得られるＥＰＤＭ或いはクロロプレンを用いて成形されており、ＪＩＳＡ硬度で、好ましくは５０〜７０に設定されている。
【００２９】
このような下駄材５は、外向きフランジに穿設されたビス孔３３ａの開口部を覆う位置に設けられることにより、当該下駄材５に対して下穴加工が不要であるとともに、当該外向きフランジ３３を取付けビスや釘で屋根本体に固定する際には、支持台の底部３ａ、ビス孔３３ａ、および屋根本体の下地シートと密着する防水シール材として機能し、従来から施工時に必要であった固定部のコーキング処理を省略することができる。
【００３０】
これら下駄材５は、予め支持台３の底部３ａに接着剤等で固定されるものや、屋根本体１０に支持台３を設置する際、その底部３ａと屋根本体１０との間に挟み込むものであってもよいが、本例の下駄材５においては、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、前記外向きフランジ３３の突出端縁をコの字状に嵌合保持する抱持部５１と、前記外向きフランジ３３の基端側より上方に突出して、当該支持台３の内壁に係止される突出部５２とを備え、巾約３０ｍｍにカットされた異型押出し成形品であり、前記抱持部５１と突出部５２を用いて、支持台の底部３ａを前後に挟持させることにより、該支持台３にワンタッチで装着され、太陽電池モジュールが屋根上に設置される前から、あらかじめ外向きフランジ３３に密着保持されている。
【００３１】
前記下駄材５において、ビス孔３３ａの開口部を位置させる部位には、段差５３を介して厚肉部５４が設けられており、屋根本体１０に支持台３を固定する際には、これら厚肉部５４が屋根本体に圧着し、当該部位の面圧を増加させることで、前述の防水シール性をより向上させている。また、前記段差５３から反対側の突出部５２に至る部位には、図２および図３に示すように、表面蝋引きした片面粘着テープ３６が張り付けられ、その残部を支持台の前記内壁に張りつけることで、当該下駄材５が支持台３に安定保持されている。
【００３２】
これら下駄材５の厚みは、一般的なケラバ下地水切り１２における返し部１２ａの高さを考慮して、該返し部１２ａを潰さない程度、すなわち該返し部１２ａを圧接しないか、圧接しても返し部１２ａによる止水効果を維持しうるように設定され、好ましくは４〜５ｍｍに設定されている。
【００３３】
図５は、これら太陽電池モジュール１を屋根本体１０表面の下地シート１８外面に沿って複数配列設置してなる発電機能付き屋根Ｒを示し、各太陽電池モジュール１は、図３に示したように、棟側に既に固定されている支持台の取付け溝３４により棟側端部が支持され、且つ、裏面側に固定した自らの支持台３により軒側端部を支持することで、屋根本体１０上に順次固定されている。
【００３４】
ところで、各太陽電池モジュール１の棟側端部を取付け溝３４に嵌め込む際には、自らの支持台３を屋根本体の下地シート１８上で滑らす必要があるが、下地シート１８に直接当接する各下駄材５には、その嵌め込み方向の先端側に粘着テープ３６が張り付けてあるため、全体がゴム質であるにもかかわらず、各下駄材５は支持台３から外れることなく、下地シート１８上をスムーズに滑動することができる。したがって、当該太陽電池モジュール１の棟側端部は、前記取付け溝３４にスムーズに嵌め込まれ、施工効率の低下が防止されている。このように下駄材５を下地シート１８上で下駄材５を滑らす手段としては、上記のような表面蝋引きした粘着テープ３６を下駄材５に張り付けておくこと以外に、パラフィン紙を張り付けたり、滑材を表面に付着させたりすることも有効であり、更には、当該下駄材５が付設される外向きフランジ３３の下面、或いは下駄材５の下面を、前記フランジの突出端側、或いは下駄材５の抱持部５１側に向けて、屋根本体上面に対して上方へ２°程度傾斜させておくことも好ましい実施例である。
【００３５】
このように各太陽電池モジュール１を屋根本体１０上に配列設置してなる発電機能付き屋根Ｒの配線は、各太陽電池モジュール１の側方に導出される出力ケーブル４１を既に側方に隣接固定された太陽電池モジュール１から導出している出力ケーブル４１に結線することで互いの太陽電池モジュールが直列接続され、当該直列接続の始端或いは終端に位置する太陽電池モジュール１は、図６に示すような裏面構造を有し、支持台６に設けられた挿通溝３１を通じて屋内から延びる引込みケーブル８に接続されている。この引込みケーブル８は、従来通り棟側の屋根本体頂部に設けた挿通孔を介して屋内に導入されるが、好ましくは図７に示すような配線スリーブ１３を挿通孔１４に装着しておき、該スリーブ内を案内されて屋内に導入される。
【００３６】
上記の如く構成される発電機能付き屋根Ｒにおいては、各太陽電池モジュール１の出力ケーブル４１が裏面側の断熱支持材６に設けたケーブル保持溝６１ａ内に収納状態で保持されているため、当該太陽電池モジュール１の固定の際には、断熱支持材６による出力ケーブル４１の挟み込み、すなわち脚体６１の当接面６ｂに出力ケーブル４１が挟み込まれるといった不都合が未然に回避されるとともに、該太陽電池モジュールを固定した後に前記出力ケーブル４１が再び裏面側に入り込んでしまうといった不測の事態が回避され、優れた作業性を維持しており、また、ケーブル保持溝６１ａの内部に下地シート１８から浮いた状態で保持されているため、出力ケーブル４１のブリードが防止され、長期間の発電能力および信頼性が維持されている。
【００３７】
そして、屋根本体の両側縁部において、ケラバ下地水切り１２の上側に設置される各太陽電池モジュール１は、図８に示すように、支持台の底部３ａに配設した各下駄材５によって返し部１２ａを潰すことなく設置され、防腐調整材１１と当該太陽電池モジュール１の隙間から進入した雨水は、ケラバ下地水切りの通水路１２ｂを通じて、軒側に向けてスムーズに排水される。なお、このようにケラバ下地水切り１２の上側に設置される太陽電池モジュール１は、雨仕舞いの関係上、ケラバ下地水切り１２の通水路１２ｂにビス孔が位置しないように、当該支持台３の端部３７より９０〜１００ｍｍ離れた位置にビス孔３３ａが穿設されており、本例では当該位置に合わせて下駄材５が設けられるが、本発明の下駄材はビス孔の開口部を覆う位置に設けることに何ら限定されるものではなく、支持台底部３ａのビス孔が開口していない位置に適宜設けることもでき、このようにして設けた下駄材は、通水を著しく妨げないものであれば、ケラバ下地水切りの通水溝１２ｂの内部に当着するものであってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の太陽電池モジュール及びこれを用いた発電機能付き屋根によれば、ケラバ下地水切りの上側に太陽電池モジュールを覆設する場合であっても、雨水を止水する返し部を潰すことなく、当該ケラバ下地水切りの通水路を通じて雨水をスムーズに排出でき、屋内への漏水や滞留した湿気による太陽電池モジュールの故障が未然に回避され、長期間の発電能力および信頼性が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的実施形態における太陽電池モジュールの要部を示す説明図。
【図２】同じく太陽電池モジュールを裏面側からみた斜視図。
【図３】太陽電池モジュールの支持台を固定した状態を示す断面図。
【図４】（ａ）は、支持台に配設される下駄材を示す正面図。
（ｂ）は、同じく下駄材を示す平面図。
（ｃ）は、同じく下駄材を示す斜視図。
【図５】同じく太陽電池モジュールを用いた発電機能付き屋根を示す説明図。
【図６】引込みケーブルに接続される太陽電池モジュールを裏面側からみた斜視図。
【図７】発電機能付き屋根に用いる配線スリーブを示す説明図。
【図８】太陽電池モジュールをケラバ下地水切り上側に覆設した様子を示す説明図。
【図９】ケラバ下地水切りが雨水を軒側に排水する様子を示す説明図。
【図１０】従来の太陽電池モジュールをケラバ下地水切り上側に覆設した様子を示す説明図。
【符号の説明】
Ｒ 発電機能付き屋根
１ 太陽電池モジュール
２ 太陽電池
３ 支持台
３ａ 底部
４ 出力部
５ 下駄材
６ 断熱支持材
６ｂ 当接面
７ 金属板プレート
８ 引込みケーブル
１０ 屋根本体
１１ 防腐調整材
１２ ケラバ下地水切り
１２ａ 返し部
１２ｂ 通水溝
１３ 配線スリーブ
１４ 挿通孔
１８ 下地シート
３１ 挿通溝
３２ 内向きフランジ
３３ 外向きフランジ
３３ａ ビス孔
３４ 取付け溝
３４ａ ガスケット
３５ 取付けビス
３６ 粘着テープ
３７ 端部
４１ 出力ケーブル
４１ａ、４１ｂ 防水コネクタ
４２ 端子ボックス
４３ 筐体
５１ 抱持部
５２ 突出部
５３ 段差
５４ 厚肉部
６０ 板状本体部
６１ 脚体
６３ 凹欠部
６１ａ ケーブル保持溝
７１ 折曲部
７２ 取付けネジ
１０１ 太陽電池モジュール
１０２ 支持台
１０２ａ 底部
Claims (10)
- 屋根材を構成する太陽電池と、該太陽電池を支持して屋根本体に固定する支持台とを備えた建材一体型の太陽電池モジュールにおいて、前記支持台の屋根本体に面する底部に複数の下駄材を配設し、且つ各下駄材は、当該太陽電池モジュールを屋根本体のケラバ下地水切り上側に覆設するとき、これら下駄材で浮かされた支持台の底部が前記ケラバ下地水切りの返し部をつぶさないよう、その厚みが設定されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
- 下駄材の厚みが、４〜５ｍｍに設定されている請求項１記載の太陽電池モジュール。
- 下駄材を、支持台底部に穿設したビス孔の開口部を覆う位置に設けてなる請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
- 下駄材に、段差を介した厚肉部を設け、該厚肉部にビス孔の開口部を位置させてなる請求項３記載の太陽電池モジュール。
- 下駄材が、ＥＰＤＭ或いはクロロプレンからなる請求項１〜４の何れか１項に記載の記載の太陽電池モジュール。
- 下駄材が、ＪＩＳＡ硬度５０〜７０である請求項１〜５の何れか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 下駄材が、異型押出し成形品である請求項１〜６の何れか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 屋根本体上に既に固定された他の支持台に太陽電池の端部を嵌め込んで順次、屋根本体上に配列設置される建材一体型の太陽電池モジュールであって、下駄材の底面における前記嵌め込み方向の先端部位を滑面となした請求項１〜７の何れか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 下駄材の先端部位に、表面蝋引きした片面粘着テープを張り付け、且つその残部を支持台に張り付けてなる請求項８記載の太陽電池モジュール。
- 請求項１〜９の何れか１項に記載の太陽電池モジュールを、屋根本体上に配列設置してなる発電機能付き屋根。
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