JP4693491B2

JP4693491B2 - 太陽電池モジュール装置及びこれを用いた太陽電池アレイ

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Publication number: JP4693491B2
Application number: JP2005146151A
Authority: JP
Inventors: 弘人増田; 啓志中川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-05-19
Also published as: JP2006148043A

Description

本発明は、太陽エネルギーを利用して発電を行う太陽電池モジュールを屋根上に設置するための太陽電池モジュール装置および複数の太陽電池モジュール装置同士を瓦重ねして成る太陽電池アレイに関するものである。

近年の環境意識の高まりにより、太陽電池を一般住宅や公共の建物の屋根に設置し、発電する太陽光発電がクリーンエネルギーとして注目されている。

図２１は従来の太陽電池モジュール装置を用いた太陽光発電屋根を示す図、図２２は従来の太陽電池モジュール装置の構造を示す図、図２３の（ａ）、（ｂ）は従来の普通の瓦材と太陽電池モジュール装置が混在した場合の施工状態を示す図である。

従来このような太陽光発電の一つとして、例えば図２１に示すような一般住宅の屋根上に太陽電池モジュール装置３０を瓦重ねして配設して成る太陽光発電屋根Ｊが知られている。

このような瓦型の太陽光発電屋根Ｊの場合、太陽電池モジュール装置３０は、図２２に示すように、通常の瓦材２６と略同一形状をなす瓦状本体３１の受光面側に凹部を予め作製していき、この凹部にガラスや樹脂などの透光体に覆われた太陽電池３２を埋め込み、接着剤により一体化させたものが用いられている。

この太陽電池モジュール装置３０は太陽電池を有しない瓦材２６と形状的には何ら変わりがないので、これらの屋根上への設置は、通常の瓦材２６の施工と同様に野地板３３上に配された桟木２５に瓦材２６を屋根の軒先から順次瓦重ねしていく方法で可能である。

ここで、太陽電池モジュール装置３０から出力される出力配線３４は、この瓦の重なりにより生じる瓦材２６と野地板３３の隙間を通すものが一般的である。

さらに、図２３（ａ）に示すように、屋根の棟に対し平行な方向で隣り合う瓦材２６同士は、下方へ突出させた上部突出部３５と上方へ突出させた下部突出部３６とによって噛み合わされている。

このため、このような太陽電池モジュール装置３０を使用する場合においては、この瓦材２６の上部突出部３５と下部突出部３６に嵌合する太陽電池モジュール装置３０を作製、用意しなければならないという煩わしさがあった。

この対策として、金属製ケーシング中に太陽電池モジュールを保持して、このケーシングに側面枠を備え、この側面枠にその全長に沿って他の太陽電池モジュール装置または瓦材の荷重を受ける荷重受けプレートを固定するためのプレート固定部を設けた太陽電池モジュール装置が考案されている。このような太陽電池モジュール装置によれば瓦材の形状の違いを荷重受けプレートの形状変更のみで対応することができる。（例えば、特許文献１参照）
また、積雪地帯においては、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、家屋の軒先に近いところに配される瓦材２６に、積雪の落下防止のために上方に突出させた雪止め用の突起２９を設けた、雪止め付き平板瓦２７や波板瓦２８を配する場合がある。太陽電池モジュール装置におけるこの雪止めの方式として、表面に凸部を設けこれを雪止めとし、さらに端子取り出し部の収納部として使用する太陽電池モジュール装置（例えば、特許文献２参照）や太陽電池モジュール装置等の表面に雪止めを設ける方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
特開２００３−３４７５７６号公報特開２０００−１９９３０２号公報特開２０００−３３６８７４号公報

しかしながら、上述のようなケーシング中に太陽電池モジュールを保持して、このケーシングに側面枠を備え、この側面枠にその全長に沿って他の太陽電池モジュール装置又は瓦材の荷重を受ける荷重受けプレートを固定するためのプレート固定部を設けた太陽電池モジュール装置においても、屋根面に太陽電池モジュール装置を一部積み重ねながら固定して同時に配線して行く必要があるため、作業が複雑で配線を間違いやすく、また全ての配線作業の完了時には、太陽電池モジュール装置相互の結線とともに太陽電池モジュール装置の屋根面への固定も終えた状態となる。

したがって、後で結線の間違い等により、太陽電池モジュール装置の屋根面からの取り外し作業が必要となれば、その作業が煩雑になるという問題があった。

また、太陽電池モジュール装置等の保守・点検作業においても、太陽電池モジュール装置の取り外しが必要な作業であれば容易ではない。

さらにまた、屋根材の手順にあわせ、軒先側から太陽電池モジュール装置を配置していくので、作業者が太陽電池モジュール装置に乗る必要があるが、太陽電池モジュール装置表面は上述のようにガラスなどでできているため滑り易く、作業者にとって危険な作業であった。

さらに、前述したように、太陽電池モジュール装置において、雪止め用の突起を設けると、太陽電池の受光面積（発電面積）が小さくなるだけでなく、突起が影を作るなどの問題が生じる。またその問題を解消するために、通常の雪止め付き瓦を使用すれば、施工が複雑化するだけでなく、雪止め部周辺には、堰き止められた雪により重量が増加するので、その過重に耐えられる強度を持たせる必要がある上に、雪止め付き瓦と一般瓦の２種類の瓦を用意しなくてはならず、製造上及び施工上において工程が複雑化し問題である。

本発明は以上の問題に鑑みなされたものであり、設置面上での太陽電池モジュール装置の設置作業や保守・点検作業等を簡便に行うことが可能で、しかも雪止めの機能を任意の太陽電池モジュール装置に持たせることが可能な優れた太陽電池モジュール装置および複数の太陽電池モジュール装置同士を瓦重ねするように設置した太陽電池アレイを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュール装置は、四角形状の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの外周部を保持固定する枠体と、前記枠体に連結され、且つ傾斜した屋根の野地板に固定される設置用部材とを具備した太陽電池モジュール装置であって、前記枠体は、前記太陽電池モジュールの傾斜した受光面の上部側の辺と
なる端部を嵌め込むための係合部を有する嵌め込みフレームと、前記太陽電池モジュールの傾斜した受光面の下部側の辺となる端部を支持する載置部を有する支持フレームとを有し、前記支持フレームは、前記太陽電池モジュールの下部側の辺となる端部よりも下方斜め向きに延びる延出部を有し、該延出部に、前記支持フレーム上に載置された前記太陽電池モジュールの下部側の辺となる端部の上面及び端面に当接する固定用カバーを締め付けていることを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュール装置は、前記枠体の嵌め込みフレームの全部または一部は野地板上に配された瓦に覆われて、前記枠体の支持フレームは、他の瓦を覆うように、前記野地板に前記設置用部材が固定されていることを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュール装置は、前記固定用カバーに、雪止めの突起を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明の太陽電池アレイは、請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池モジュール装置の複数個を接合してなる太陽電池アレイであって、一方の太陽電池モジュール装置の嵌め込みフレーム上に、他方の太陽電池モジュール装置の支持フレームを載置して、複数の太陽電池モジュール装置を連結したことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュール装置によれば、設置面に上記太陽電池モジュール装置の複数個を接合して配し、例えば一方の太陽電池モジュール装置の嵌め込みフレーム上に、他方の太陽電池モジュール装置の支持フレームを載置した太陽電池アレイを構成した場合でも、支持フレーム上に設けられた固定用カバーは簡単に着脱でき、したがって太陽電池モジュール装置を構成する枠体と太陽電池モジュールとを別々に設けることができる。即ち、枠体取付け後、固定したのちに太陽電池モジュールを取り付けることが可能となる。

また、設置面に太陽電池モジュールを固定した状態で、所望の太陽電池モジュールのみを交換することができる。

また、本発明の他の太陽電池モジュール装置によれば、太陽電池モジュールの支持フレーム側の端部と上面とに同時に固定力を印加させることができる。したがって太陽電池モジュールが枠体厚み方向、上下な方向への動きを同時に防止することができる。即ち、太陽電池モジュールの枠体内でがたつきを防止することにより、太陽電池モジュールの枠体と枠体がこすれてアルマイトやめっき層などの保護膜を傷つけ、削り取って薄くする危険を防止し、腐食の発生を防止できる。

また、斜め方向から押さえつけることにより、枠体の延出部の長さを極小化することができ、複数の太陽電池アレイとした時に他の太陽電池モジュール装置の発電面積のロスを減らすことができる。またさらに、該固定部材の形状をゆるやかな曲面にすることで、屋根材と並べた際に反射光が目立って外観性を低下させることがない。

また、本発明の他の太陽電池モジュール装置によれば、前記枠体の嵌め込みフレームの全部または一部は野地板上に配された瓦に覆われて、前記枠体の支持フレームは、他の瓦を覆うように、前記野地板に前記設置用部材が固定されるようにしたことにより、屋根上において上記と同様な効果が得られる。

また、本発明の他の太陽電池モジュール装置によれば、前記固定用カバーに、雪止めの突起を備えたことにより、主要部材である枠体と設置用部材を１種類にすることができ、施工を簡素化することができる。しかも、固定用カバーのみ雪止め用に変更すればよいので、屋根上に設置した任意位置の太陽電池モジュール装置に雪止めの突起を設けることができ、施工完了後の仕様変更も容易である。

さらに、本発明の太陽電池アレイによれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池モジュール装置の複数個を接合してなる太陽電池アレイであって、一方の太陽電池モジュール装置の嵌め込みフレーム上に、他方の太陽電池モジュール装置の支持フレームを載置して、複数の太陽電池モジュール装置を連結したことにより、任意な出力を得ることができる。

以下に、本発明に係る太陽電池モジュール装置及びこれを用いた太陽電池アレイの実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュール装置の一例の受光面側からみた斜視図、図２は本発明に係る太陽電池モジュール装置の一例の側面図、図３は本発明に係る太陽電池モジュール装置の一例における分離構成図を示す。

図１、図２及び図３において、Ｍは太陽電池モジュール装置の枠体、１１は太陽電池モジュール、１２Ａは枠体Ｍの嵌め込みフレーム、１２Ｂは枠体Ｍの支持フレーム、１３Ａは枠体Ｍの左辺サイドフレーム、１３Ｂは枠体Ｍの右辺サイドフレーム、４８は嵌め込みフレームの嵌め込む係合部、４９は支持フレームの載置部、１４は固定用カバー、１６は設置用部材、１７は固定用ネジ、１９は設置用部材取り付けネジを示す。

太陽電池モジュール装置は、太陽電池モジュール１１と、太陽電池モジュール１１の外周を保持する枠体Ｍと、該枠体Ｍと一体的な設置用部材１６とを有している。

太陽電池モジュール１１は、透光性基板と裏面シートの間で充填材で封止した複数の太陽電池素子を備えたものである。また太陽電池モジュール１１は少なくとも互いに対向する２つの端部を有する。

図４は本発明に係る太陽電池モジュール１１の構造の一例を示したものである。

図４において、１は透光性基板、２は受光面側充填材、３は太陽電池素子、４は裏面側充填材、５は裏面シート、６は接続タブ、７は出力配線を示す。

本発明に係る太陽電池モジュール１１の作製方法の一例について述べる。

太陽電池モジュールのパネルを作製するにあたっては、透光性基板１上に受光面側充填材２、接続タブ６や出力配線７を接続した太陽電池素子３、さらにその上に裏面側充填材４、裏面シート５を順次積層する。

本発明に係る太陽電池モジュール１１では、例えば上記の太陽電池素子３を透光性基板１と裏面シート５の間で充填材で封止し、一体化したものの外周に、屋外に設置後端面から雨水などが侵入することを防ぐためにコの字状の端面保護材（不図示）を嵌め込み接着剤で固定する。

図１における枠体Ｍは嵌め込みフレーム１２Ａ、支持フレーム１２Ｂ、枠体Ｍの左辺サイドフレーム１３Ａ、枠体Ｍの右辺サイドフレーム１３Ｂとを備え、特に支持フレーム１２Ｂには固定用カバー１４が設けられる。設置用部材１６と枠体Ｍの支持フレーム１２Ｂは例えば、厚さ１〜３ｍｍ程度のステンレスや亜鉛メッキ鋼板などで作製される。

嵌め込みフレーム１２Ａは例えば、四角形状の太陽電池モジュール１１の一方の端部が差し込まれるように底部がやや長い略コの字状の嵌め込む係合部４８を有し、また支持フレーム１２Ｂは四角形状の太陽電池モジュール１１の他方の端部を下方から支持する載置部４９を有し、例えばその内側に太陽電池モジュール１１の他方の端部が当接されるように例えば略Ｌ字状に作製される。さらに枠体Ｍの左辺サイドフレーム１３Ａ、枠体Ｍの右辺サイドフレーム１３Ｂは、例えばそれぞれの内側に太陽電池モジュール１１の前記２つの端部以外の端部が当接されるように例えば略Ｌ字状に作製される。なお、嵌め込みフレームの嵌め込む係合部を略コの字状以外に、略Ｌ字形状などの形状に形成することもでき、このとき略Ｌ字形状の２辺が直角より小さい角度を成していてもよい。

このような枠体Ｍの嵌め込みフレーム１２Ａ、枠体Ｍの支持フレーム１２Ｂ、枠体Ｍの左辺サイドフレーム１３Ａ、枠体Ｍの右辺サイドフレーム１３Ｂは、ネジ止めや溶接により所定の寸法に枠状に組み立てられる。また枠体Ｍの寸法は縦方向においては設置される屋根に使用されている瓦材の縦方向寸法に合わせ、横方向においては設置される屋根に使用されている瓦材の横方向寸法の略整数倍にするのが屋根に設置した場合の美観が向上し、望ましい。

設置用部材１６は、例えば、幅４０〜１００ｍｍ程度で、その前部の脚部２０と後部の脚部２１を備えている。前部の脚部２０は、幅方向の両側の一部が下側にほぼ直角に曲げられ、さらに両側とも外側に開くように再度直角に曲げられることにより作製される。

この前部の脚部２０の外側に開くように再度直角に曲げられ部分には屋根に固定するための貫通穴が片側２個程度ずつ設けられている。

後部の脚部２１は、設置用部材１６の後部が全域に亘り下方向にほぼ直角に曲げられ、さらに長さ方向に延出するように再度直角に曲げられることにより作製される。

この後部の脚部２１の長さ方向に延出するように再度直角に曲げられ部分には屋根に固定するための貫通穴が２個程度設けられている。

また、前部の脚部２０と後部の脚部の２１の高さは、取り付ける屋根の傾斜や屋根材の高さにより最適に決定すればよく、さらに屋根に設置したときに２つの太陽電池モジュール装置の重なり部分ができて、この重なり部分に数ミリの間隙ができるように前部の脚部２０の高さに比べ後部の脚部２１の高さを低くすることが望ましい。これは上になった太陽電池モジュール装置の荷重が直接下の太陽電池モジュール装置にかからないようにするためである。

このような設置用部材１６は、図３に示すように、設置用部材取り付けネジ１９で、枠体Ｍが一体化されている。

このように枠体Ｍの内部は太陽電池モジュール１１が配置される領域となり、この領域を複数の開口部に仕切られる。開口部は設置面である野地板が現れ、作業者がこの開口部を通して野地板に直接立つことができる。この開口部によって枠体Ｍを非常に簡単に取付けることができる。

さらに、四角形状の太陽電池モジュール１１の一方の端部は、嵌め込みフレーム１２Ａの嵌め込む係合部４８に斜め上方から差し込まれ、その後差し込まれた反対側の辺を下方向に下げて、枠体Ｍの内部に嵌め込まれる。このとき、太陽電池モジュール１１の他方の端部は支持フレーム１２Ｂの載置部４９や左右フレーム１３Ａ、１３Ｂに載置される。また、その後支持フレーム１２Ｂの上面と太陽電池モジュール１１の端面に亘るように固定用カバー１４が配置され、固定用ネジ１７で固定される。

以上のように、本発明に係る太陽電池モジュール装置では、設置したもの（以下、この枠体と設置用部材を組み立てたものをケ−シングと呼ぶ）から太陽電池モジュールを固定用カバーをはずすことにより着脱可能となる。

次に上述の本発明に係る太陽電池モジュール装置を建物の屋根に設置する場合について述べる。

図５、図６及び図７は本発明に係る太陽電池モジュール装置を建物の屋根に通常の瓦材と混在して設置する場合の断面の状態を示したもの、図８は本発明に係るケーシングの外観を示した図、図９は本発明に係るケーシングを複数重ねた状態を示す図である。

図５、図６及び図７において、４０はセラミックなどで造られる瓦材、４１は屋根の野地板、４２は桟木、４３ａ、４３ｂは上側の太陽電池モジュール装置のケーシングを示し、さらに符号１１、１４は図１と同様に１１は太陽電池モジュール、１４は固定用カバーを示す。また図５、図６及び図７において矢印方向が屋根の軒先方向を示す。

まず、図５に示すように、軒先側に配置された瓦材４０の上の位置にケーシング４３ａをその設置用部材１６の後部の脚部の曲げ部分を野地板４１上に配された桟木４２に引掛ける形で軒側にずり落ちないように配置して、設置用部材１６の前部と後部の脚部に設けられた貫通穴に通して野地板４１上にねじや釘で固定される。

さらに、下側のケーシング４３ａの上に上部側のケーシング４３ｂを設置する場合も同様に、ケーシング４３ｂをその設置用部材１６の後部の脚部の曲げ部分を野地板４１上に配された桟木４２に引掛ける形で軒側にずり落ちないように配置して、設置用部材１６の前部と後部の脚部２０、２１に設けられた貫通穴に通して野地板４１上にねじや釘で固定される。ケーシング４３ａとケーシング４３ｂの間は、ケーシング４３ｂの支持フレーム１２Ｂがケーシング４３ａの嵌め込みフレーム１２Ａの上部に直接荷重をかけないように数ミリの間隙を空けて、覆い被さるように配置されており、この二つの重なる部分に凸部を設け、雨かえし構造を形成し、雨や風の侵入を防止しても良い。

このように屋根の太陽電池モジュール装置を設置する位置に、ケーシング４３ａ、４３ｂのみを先設置する。

その後、図７に示すように、固定用カバー１４を固定用ネジ１７をゆるめることによりはずし、太陽電池モジュール１１をケーシング４３ａに配置する。その後ケーシング４３ａに嵌め込んだ太陽電池モジュール１１から導出している接続ケーブルをこれらの太陽電池モジュール１１の背面の空間で、ケーシング４３ｂに嵌め込む太陽電池モジュール１１から導出している接続ケーブルに接続する。その後同様にケーシング４３ｂに太陽電池モジュール１１を配置する。

このように本発明の太陽電池モジュール装置では、所定のケーシングをまずすべて野地板に設置してから太陽電池モジュールを電気的に接続しながらケーシングに配置して行くことが可能となる。

さらに、太陽電池モジュール装置を屋根に配置する際、まず野地板４１にケーシングのみを配置する。即ち太陽電池モジュールが無いので、作業者は野地板に足をつくことが可能となり、安全に作業することが可能となる。

また、太陽光発電システムのメンテナンスや修理において、枠体Ｍや周囲の瓦などの屋根材を外すことなく、所定の太陽電池モジュール１１を点検、交換、配線確認等をすることができる。

本発明の太陽電池モジュール装置は屋根上に限らず、屋根以外に床などの設置面に設置されていてもよい。

例えば、設置面に上記太陽電池モジュール装置の複数個を接合して配し、例えば一方の太陽電池モジュール装置の嵌め込みフレーム上に、他方の太陽電池モジュール装置の支持フレームを載置した太陽電池アレイを構成した場合に、太陽電池モジュールを枠体に装着したときに、支持フレーム上に設けられた固定用カバーは他のものに邪魔されずに簡単に着脱でき、また太陽電池モジュールも簡単に着脱できるため、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュール装置の枠体のみを先に配置することができ、作業者は枠体内部の開口部を足場にすることから、太陽電池モジュール表面に乗ることなく、枠体を取付けることができる。

また、図８（ａ）の本発明に係るケーシングを矢印Ａ方向から見ると、図８（ｂ）のように枠体から設置用部材が出ているようになっている。太陽電池モジュールとケーシングを別々に設置することから、それぞれを個別の輸送することができ、梱包も分けることができる。この時図９に示すとおり、ケーシング内部が開放状態になっていることから、ケーシングを複数重ねて梱包することができ、梱包容積を小さくすることが可能で、設置現場への輸送も簡単、安価になる。

さらにまた、枠体Ｍと野地板４１との間に空間部ができ、これにより軒先から棟側まで空気の流れができ、夏場などに熱気がこもらないことから太陽電池部の発電効率低下を防ぐ効果がある。

なお、本発明は上述の実施形態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において種々の変更、改良等が可能であり、例えば、上述の実施形態を下記実施例のように一部変形したものが含まれることは言うまでもない。各実施例の説明において、上述の実施形態と同一の構成については説明を省略する。

＜実施例１＞
本発明に係る太陽電池モジュール装置の他の例では、固定用カバーが取外し可能であることから、雪止めの突起を備えた固定用カバーを取り付けることができる。

図１０は雪止めの突起を備えた固定用カバーの斜視図を示し、さらに図１１はこの雪止めの突起を備えた本発明に係る太陽電池モジュール装置の断面の構造を示したものである。

雪止めの突起を備えた固定用カバー４５は、図１０に示すように、受光面に対して略垂直に突出させた雪止め部４６を備えている。この雪止め部４６の厚みは１〜１０ｍｍ程度で、その高さは太陽電池モジュール装置が設置される地域の例年の積雪量を考慮して決定すればよい。またこのような雪止めの突起を備えた固定用カバー４５は、アルミニウムの押し出し成形やステンレスを溶接することで作製可能である。

また、雪止めの突起を備えた固定用カバー４５は、図１０のように上述の固定用カバーと同様に太陽電池モジュール１１をケーシング４３にセットした後、太陽電池モジュール１１の一端面を覆うように支持フレーム上に配置され、固定用カバーの設けられた貫通穴４７を通して固定用ネジ１７で固定される。

このように、雪止め部４６を備えた固定用カバー４５を使用することにより、屋根上に設置した任意の位置の本発明に係る太陽電池モジュール装置の固定用カバーを変更するだけで雪止め構造を設けることが可能となるので、雪止めの突起を備えた特別な太陽電池モジュール装置の製作が不要であるとともに、雪止め用とそうでない太陽電池モジュール装置とに分けて管理し、設置工事する必要がなく、施工が簡素化される。

さらに、本発明に係る太陽電池モジュール装置の複数個を屋根上に瓦重ねするように設置した太陽電池アレイでは、上述の設置時や設置後の利便性や雪止め対応に関する利便性を相乗的に高めることができ、より有効である。

＜実施例２＞
図１２（ａ）（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュール装置のさらに他の例について、太陽電池モジュールの取り付けの様子を示す断面図、図１３は本発明の太陽電池モジュール装置の他の一例において、固定用カバーが太陽電池モジュールを固定する力の方向を説明する断面図である。

１２Ｂは支持フレーム、１１は太陽電池モジュール、１４は固定用カバー、１７は固定用ネジ、１２Ａは嵌め込みフレーム、４８は嵌め込みフレームの太陽電池モジュールの端部を嵌め込む係合部、６０は嵌め込みフレームの載置部を示し、さらに６１は太陽電池モジュールの枠材を示す。

また、太陽電池モジュールの枠体Ｍへの固定構造として、図１２の（ａ）、（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１１の一方の端部は、支持フレーム１２Ｂの載置部４９上に載置された太陽電池モジュール１１の他方の端部を固定用カバー１４が固定している。

載置部４９には受光面に対して斜め方向へ向かって延出する延出部を有し、この延出部に該固定カバー１４が固定される。

これにより、固定用ネジ１７によって固定されが固定用カバー１４によって押さえつける太陽電池モジュール１１の端部にかかる力のベクトルは矢印５０の方向であり、これは太陽電池モジュール１１の受光面に対して角度θだけ回転している。

この図１３の矢印が表すように、このθの角度によって太陽電池モジュール２を垂直方向５１、水平方向５２に押さえつける力の成分が変化する。すなわち固定ネジ１７と支持フレーム１が固定されて生じているネジの締め付け力Ｆは二つの直交するベクトル成分へ分解され、受光面に対して垂直に押さえつける力は矢印５１の示すＦｓｉｎθの力であり、受光面に対して平行に押し付ける力は矢印５２が示すＦｃｏｓθの力となる。

したがって角度θを適切に選ぶことによって、固定用カバーと太陽電池モジュールの端部の受光面及び端面との接触面で発生する隙間を両方同時に押し詰めることができ、結果的に太陽電池モジュールに２方向の力が印加され、枠体Ｍと太陽電池モジュール１１との間のスペースをなくすことができる。

この角度θは施工性、外観、そしてモジュール固定方向の割合を検討することで得られる最適な角度であり、本発明者らが種々のテストを行った結果では２０〜７０度の範囲内であることが望ましい。

０度もしくは９０度に極端に近づくと、今回の発明の効果を得にくいことはいうまでもないが、２０度未満であると太陽電池モジュールは受光面に対して平行方向へは動かないが、もし平行固定用カバーの折り返し部と太陽電池モジュールとの接触面にわずかな空隙が生じてしまった場合、受光面に対して垂直な方向へは固定力が弱くなり、該隙間部分において容易に上下方向へ動いてしまう場合がある。また７０度を超すと、太陽電池モジュールを受光面に対して平行方向へと押さえつける力が弱くなり、太陽電池モジュールが受光面と平行な方向へと動いてしまう場合がある。

さらに、このように固定用カバー１４を傾斜させることにより、他の太陽電池モジュール装置を覆う面積を最小に抑え、かつ施工者にとって必要な施工スペースを確保できるネジのしめつけ角度で設計することで、発電面積のロスを減らすことができる。またさらに、該固定部材の形状をゆるやかな局面にすることで、屋根材と並べた際に反射光が目立って外観性を低下させることがない。

なお、固定用カバー１４において、図１４に示すように太陽電池モジュールの端部の側面と当接する面には鋭利な突起部が設けられても良い。図１４では、固定用カバー１４の太陽電池モジュール１１の端部の側面と当接する面と嵌め込みフレーム材１２Ａの太陽電池モジュール１１の端部の側面と当接する面のどちらか一方もしくは両方に鋭利な突起部２２、２４を設けた例を示している。このような２２、２４によって、太陽電池モジュール１１の端部に当接させ、太陽電池モジュール１１が垂直・平行に動くことを一層防止することができる。

＜実施例３＞
図１５、図１６は本発明に係る太陽電池モジュール装置のさらに他の例を示すものであり、図１５はその部品構成の組み合わせ状態を示す斜視図であり、図１６はその断面図を示す。図１５、図１６において１１は太陽電池モジュール、１２Ａは嵌め込みフレーム、１２Ｂは支持フレーム、１４は固定用カバー、１６は設置用部材、１７は固定用ネジ、７０は設置用部材に設けられた溝部、７２は嵌め込みフレームに設けられた延出部を示す。

本実施例に係る太陽電池モジュール装置の特徴は、嵌め込みフレーム１２Ａ及び支持フレーム１２Ｂ、固定用カバー１４の長さが、太陽電池モジュール１１の対応する辺の長さよりも長いことである。これにより、太陽電池モジュール装置３０の両端部に構造部材１２Ａ及び支持フレーム１２Ｂ、固定用カバー１４のみが延出した部分７１ができる。

このような構成にすることで、図１７に示したように２つの太陽電池モジュール装置３０を隣り合うように設置した場合に、隣接する太陽電池モジュール間に間隙７７が生じることから、気温の上昇によって太陽電池モジュールが熱膨張しても、太陽電池モジュール同士が接触することを防止でき、破損又は変形を抑制することが可能となる。

また、隙間７７に、例えばマイナスドライバーを差し入れることにより容易に太陽電池モジュール１１を取り外すことができメンテナンス性の向上が可能となる。

なお、この嵌め込みフレーム１２Ａ及び支持フレーム１２Ｂ、固定用カバー１４の長さと太陽電池モジュール１１の固定される辺の長さの差は、太陽電池モジュールの熱膨張係数などを考慮して決定すれば良いが、１〜１０ｍｍ程度に設定することが好ましい。

また、本実施例に係る太陽電池モジュール装置３０において、枠体Ｍのサイドフレーム１３Ａ、１３Ｂを不要とすることで、太陽電池モジュール１１の熱膨張によってサイドフレーム１３Ａ、１３Ｂとの間で生じる応力などの影響をより効果的に抑制することができ、且つ、部品点数の少ない簡素な構成とすることが可能となる。

次に、本発明に係る太陽電池モジュール装置３０における太陽電池モジュール１１を枠体Ｍへ取り付ける様子を図１８を用いて説明する。

本実施例において、設置用部材１６は、屋根の野地板と嵌め込みフレーム１２Ａ及び支持フレーム１２Ｂの間を仲介する部材であり、１枚の太陽電池モジュールを取り付けるのに２本程度用いる。この設置用部材１６は、幅５０〜１００ｍｍ程度で、ステンレスなどで作製される。その上面の前部には支持フレーム１２Ｂを又後部には嵌め込みフレーム１２Ａをそれぞれ固定するための貫通穴がそれぞれ１〜２個程度設けられている。さらに設置用部材１６には、該太陽電池モジュール装置の前部に位置する同じ太陽電池モジュール装置の嵌め込みフレームに設けられた延出部７２を挿嵌するための溝部７０が機械加工や打ち抜き加工等で設けられる。またその後部には脚部７４を備えている。脚部７４は、幅方向の両側の一部が下側にほぼ直角に曲げられ、さらに両側とも外側に開くように再度直角に曲げられることにより作製される。尚この脚部７４の外側に開くように再度直角に曲げられ部分には屋根に固定するための貫通穴が片側１〜２個程度ずつ設けられている。

このような設置用部材１６の前部に、支持フレーム１２Ｂを、後部に嵌め込みフレーム１２Ａをネジ８０、８１により固定し、本発明に係る太陽電池モジュール装置の架台部を作製する。

この架台部に太陽電池モジュール１１の一辺を嵌め込みフレーム１２Ａの後部へ置いた後、その嵌挿部７３へ向かって差し込むことにより嵌め込み、該太陽電池モジュールの対向する他辺を支持フレーム１２Ｂ上へ倒置する。そしてその後、図１８に示すように、支持フレーム１２Ｂの上面に固定用カバー１４の当接するようにして、固定用カバー１４を固定用ネジ１７を用いて支持フレーム１７に取り付ける。

この様な本実施例に係る太陽電池モジュール装置の一般住宅屋根への取付方法を次に示す。

本実施例に係る太陽電池モジュール装置の取付け方法においては屋根の軒側（屋根の流れ方向の下側）から取り付けていくことが好適である。

図１９は本発明に係る太陽電池モジュール装置、特に最も軒側に位置する太陽電池モジュール装置の取付け状態を示す図である。図１９において８２の矢印は屋根の軒方向を示すものであり、８３は野地板、８４は広小舞、８５はスターターを示す。

通常住宅屋根の野地板の上の軒側付近の桁行き方向に広小舞と呼ばれる木材が配置される。本実施例に係る太陽電池モジュール装置の取付方法では、この広小舞８４にスターター８５を一台の太陽電池モジュール装置につき設置用部材１６の間隔で２〜３個、木ねじなどでまず固定する。このスターター８５は、厚さ２〜５ｍｍ程度、幅５０〜１００ｍｍ程度のステンレス等の金属をクランク状に曲げて、さらに広小舞に固定する側には予め２〜４個程度ねじ穴の貫通孔を設けたものである。このスターター８５の他端部を太陽電池モジュール装置の設置用部材１６に設けられた溝部７０に挿嵌する。この最下段の太陽電池モジュール装置の嵌め込みフレームに設けられた延出部７２に、その上（棟側）にくる太陽電池モジュール装置の設置用部材に設けられた溝部７０を挿嵌して行く。

実際の屋根面への取付においてはまず、太陽電池モジュール装置の太陽電池モジュールをはずし、その架台部のみを図２０（ａ）に示すように取り付けていく。このようにすることにより設置用部材の脚部７４ａ、７４ｂを無理な姿勢を取らず、真上方向から木ねじなどで野地板に固定していくことが可能となる。

その後図２０（ｂ）に示すように、固定用ネジ１７を緩め、固定用カバー１４をはずして、上述のように太陽電池モジュール１１を嵌め入れた後、固定用カバー１４により固定する。

本発明に係る太陽電池モジュール装置の受光面側からみた斜視図を示す。本発明に係る太陽電池モジュール装置の側面図を示す。本発明に係る太陽電池モジュール装置の分離構成図を示す。本発明に係る太陽電池モジュールの構造の一例を示したものである。本発明に係る太陽電池モジュール装置を建物の屋根に通常の瓦材と混在して設置する場合の断面の状態を示したものである。本発明に係る太陽電池モジュール装置を建物の屋根に通常の瓦材と混在して設置する場合の断面の状態を示したものである。本発明に係る太陽電池モジュール装置を建物の屋根に通常の瓦材と混在して設置する場合の断面の状態を示したものである。本発明に係るケーシングの外観を示した図である。本発明に係るケーシングを複数重ねた状態を示す図である。本発明に係る太陽電池モジュール装置の他の例、即ち雪止めの突起を備えた固定用カバーの斜視図を示したものである。図１０の太陽電池モジュール装置を示す断面図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュール装置のさらに他の例について、太陽電池モジュールの取り付けの様子を示す断面図である。図１２のおける固定用カバーが太陽電池モジュールを固定する力の方向を説明する断面図である。図１２の太陽電池モジュール装置において、突起構造を備える応用事例を示す断面図である。本発明に係る太陽電池モジュール装置のさらに他の例の斜視図である。図１５の太陽電池モジュール装置を示す断面図である。２つの図１５の太陽電池モジュール装置を隣り合うように設置したものを示す斜視図である。本発明に係る太陽電池モジュール装置における太陽電池モジュールを枠体へ取り付ける様子を示す分解断面図である。本発明に係る太陽電池モジュール装置、特に最も軒側に位置する太陽電池モジュール装置の取付け状態を示す図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュール装置の屋根面への取付け手順を示す断面図である。従来の太陽電池モジュール装置を用いた太陽光発電屋根を示す図である。従来の太陽電池モジュール装置の構造を示す図である。（ａ）及び（ｂ）は従来の普通の瓦材と太陽電池モジュール装置が混在した場合の施工状態を示す図である。

符号の説明

Ｊ；太陽光発電屋根
Ｍ：枠体
１；透光性基板
２；受光面側充填材
３；太陽電池素子
４；裏面側充填材
５；裏面シート
６；接続タブ
７；出力配線
２５、４２；桟木
２６、４０；瓦材
１１；太陽電池モジュール
１２Ａ；枠体の嵌め込みフレーム
１２Ｂ；枠体の支持フレーム
１３Ａ；左辺サイドフレーム
１３Ｂ；右辺サイドフレーム
１４；固定用カバー
１６；設置用部材
１７；固定用ネジ
１９；設置用部材取り付けネジ
２９；瓦材の雪止め用の突起
３０；太陽電池モジュール装置
３１；太陽電池モジュール装置の瓦状本体
３２；太陽電池
３３、４１；野地板
３４；出力配線
３５；瓦材の上部突出部
３６；瓦材の下部突出部
４３、４３ａ、４３ｂ；ケーシング
４５；雪止めの突起を備えた固定用カバー
４６；固定用カバーの雪止め部
４７；固定用カバーの貫通穴
４８；嵌め込む係合部
４９；載置部
６０；嵌め込みフレームの載置部
６１；太陽電池モジュールの枠材
７０；設置用部材に設けられた溝部
７１；嵌め込みフレーム等が延出した部分
７２；嵌め込みフレームに設けられた延出部
７７；間隙
８２；屋根の軒方向を示す矢印
８３；野地板
８４；広小舞
８５；スターター

Claims

四角形状の太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールの外周部を保持固定する枠体と、
前記枠体に連結され、且つ傾斜した屋根の野地板に固定される設置用部材とを具備した太陽電池モジュール装置であって、
前記枠体は、前記太陽電池モジュールの傾斜した受光面の上部側の辺となる端部を嵌め込むための係合部を有する嵌め込みフレームと、前記太陽電池モジュールの傾斜した受光面の下部側の辺となる端部を支持する載置部を有する支持フレームとを有し、
前記支持フレームは、前記太陽電池モジュールの下部側の辺となる端部よりも下方斜め向きに延びる延出部を有し、該延出部に、前記支持フレーム上に載置された前記太陽電池モジュールの下部側の辺となる端部の上面及び端面に当接する固定用カバーを締め付けていることを特徴とする太陽電池モジュール装置。
前記枠体の嵌め込みフレームの全部または一部は野地板上に配された瓦に覆われて、前記枠体の支持フレームは、他の瓦を覆うように、前記野地板に前記設置用部材が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール装置。
前記固定用カバーに、雪止めの突起を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池モジュール装置の複数個を屋根の傾斜方向に接合してなる太陽電池アレイであって、一方の太陽電池モジュール装置の嵌め込みフレーム上に、他方の太陽電池モジュール装置の支持フレームを載置して、複数の太陽電池モジュール装置を連結したことを特徴とする太陽電池アレイ。