JP5131527B2

JP5131527B2 - 太陽電池の屋根上への設置構造及び設置工法

Info

Publication number: JP5131527B2
Application number: JP2007304519A
Authority: JP
Inventors: 昇伊東; 博宗大住; 公豊相臺; 崇裕鈴木
Original assignee: Nissin Kogyo Co Ltd; NTT Facilities Inc
Current assignee: Nissin Kogyo Co Ltd; NTT Facilities Inc
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2027-11-26
Also published as: JP2009127327A

Description

本発明は、太陽電池を設置するための専用架台を建造物に設置する必要がなく、また、簡便に耐久性を有する太陽電池を屋根上に設けることを可能とする太陽電池の設置構造及びその設置工法を提供するものであり、更に詳しくは、太陽電池を屋根上に設置するための設置構造であって、太陽電池セルを金属板上に載置して一体化した金属板一体型太陽電池を屋根材上に縦葺きに配設して形成した太陽電池パネル、該太陽電池パネルから電力を取り出すための正極及び負極からなり該太陽電池パネルの水上側に設置された出力端子、及び水上側で棟包み内部に収容され、該出力端子が接続されたジョイントボックスを有する太陽電池の屋根上への設置構造及びその設置工法に関する。

本発明は、従来のパネル型太陽電池を取り付ける架台を必要としない太陽電池の設置に関するものであり、強風や豪雨による太陽電池の損傷を防ぎ、簡便で、低コストで太陽電池を設置することを実現するものであり、太陽電池の利用分野を拡大する上で有用な技術である。更に、本発明は、太陽電池の設置を簡便なものとすることによりその利用を促進することを可能とするものであり、クリーンな太陽エネルギーを有効利用と、地球環境の悪化を防止するための一手段として期待される。

近年、地球規模での資源節約や環境悪化の防止に係る問題を解決していくために、化石燃料の代替エネルギーとして、原子力以外に、風力、波力、太陽光等に潜在するエネルギーを有効利用する技術の開発がなされ、ある程度の規模での実用化が達成されている。その中で、クリーンな太陽光エネルギーの活用については太陽電池が主要な技術として注目されており、工場生産された太陽電池を単に設置するだけで、比較的安価で、簡便に、小規模からの発電が可能であるため、太陽発電は個人の住宅やビル全体で消費するエネルギーの一部を代替する技術として実用化されてきている。

現在、主流となっている一般住宅向けの太陽電池システム等では、パネル状の太陽電池モジュールを複数個直列又は並列に接続し、建物の屋根に並べて敷設することにより所望の出力が得られるよう構成されている。太陽電池を住宅やビルの屋根又は壁面等に取り付けるに際しては、取付け用の金具や架台を屋根又は壁面に固定し、この架台等にパネル状の太陽電池を設置する方式、スレートや金属瓦のように平坦な表面を有する建築材の基材表面に太陽電池を一体化させた太陽電池一体型の建材を野地板上に直接葺く方式や、屋上スラブ上に太陽電池を貼着する方式等の手段が採られている。

金具や架台等を使用して既存の屋根構造部材に太陽電池パネルを固定する方式には、例えば、屋根又は壁面に折板屋根を取付けるための固定部材を設置し、この固定部材に折板屋根を取付けると共に、太陽電池パネルを折板屋根の上に固定金具で固定する太陽電池パネルの設置方法が提案され、それにより屋根や屋上を痛めることなく、迅速に、しかも安価に太陽発電パネルを設置することができる（特許文献１参照）。この種の架台上にパネル状の太陽電池ユニットを設置する方式には、特殊な屋根構造を有する屋根にのみ適用が可能である、新たに架台を作製しなければならない等の問題がある。また、架台や太陽発電ユニットを、屋根とは独立した構造物として設置すると、耐風圧や積雪荷重等の外力に対する強度が要求されるため重量が大きくなることが多い。そのため、屋根面に多大な重量が負荷されて、屋根構造や防水層の破壊等の好ましくない影響がしばしば発生する。また、架台の作製その設置作業も煩雑となり高コストでもある。

また、金属建材の平板部に弾性接着剤で接着された太陽電池パネル一体型建材の両端に設けた建材間を係合する係合部により、複数の一体型建材を連結して野地板上に水密な太陽電池パネル構造を形成し、パネル下部に設けた空間で各パネルを接続するための端子及びケーブルを設ける一体型建材（特許文献２参照）や、太陽電池と屋根瓦が一体化された瓦を水上側の瓦を水下側の瓦の上縁に一部重なるように順次配置して屋根下地材にくぎ打ちして固定した太陽電池付き屋根瓦が提案されている（特許文献３参照）。これらの一体型建材は、例えば、瓦等の比較的小型の部材にならざるを得ず、一体型屋根材を作製するコストが高くなる、また施工には多数の一体型建材を使用せざるを得ない場合が多く施工作業も煩雑でコスト高となる。

屋根上に多数の太陽電池モジュールを設置する際に伴う電気配線工事における現地施工の負担を軽減するための改善技術がいくつか提案されている。例えば、複数枚のシリコン太陽電池を接着剤で貼着して形成した太陽電池パネルの裏側中央に端子ボックスを設け、リード線がパネル側壁に挿通されている太陽電池モジュールを設置した屋根（特許文献４参照）や、縦列配列された太陽電池パネルの縦方向に隣り合うパネルの＋電極端子と−電極端子とがパネル間接続用ケーブルで直列に接続されて、出力端子が屋内の太陽光発電設備に接続されている設置構造が挙げられる（特許文献５参照）。

また、屋根表面に配設した複数枚の太陽電池瓦と接続した端子部をパネル本体の側面部に有する屋根パネルと、内蔵する配線回路に接続する端子部を側面部に有するジョイント部材を設け、各々端子部を嵌合させて設置することにより電気的接続を容易にかつ確実とする屋根パネル構造が提案されている（特許文献６参照）、更に、複数の太陽電池モジュールとこれらの太陽電池モジュールとは別体に形成された出力取り出し用の接続ケーブルユニットを備えることにより、設置作業が安価に行え、配線ミスが生じ難い太陽電池モジュールの配線接続構造が提案されている（特許文献７参照）。

また、屋根パネルを用いる葺屋根にあっては、屋根パネルに設けられた太陽電池モジュール等の機器の配線の納めが問題となる。屋根パネルの浮き上がり等の不都合が生じることなく効率よく配線を納めるために、下地材上に複数設置されるバックアップ材間に溝状の凹部を確保し、これを互いに連通させて電気ケーブルを自在に配設できるようにした屋根が提案されている（特許文献８参照）。

上述したように、従来、太陽電池を設置するには、建造物屋上に専用の設置用架台を取り付けてこれにパネル型太陽電池を固定して設置することがしばしば行われ、屋上のコンクリートスラブや金属屋根に適用されていた。しかし、太陽電池の設置用架台の作製、屋根上に架台を設置するにはコストや手間がかかり、そのため太陽電池の設置費用がかさんでいた。また強風、豪雨の対策等をも考慮しなければならなかった。太陽電池の設置用架台を上記以外の場所、例えば露出している防水層上に直接設置しようとすると、架台やパネル型太陽電池の重量によって架台設置部の防水層が減衰して建物全部との境目で防水層が破断しやすくなり、この箇所が漏水の原因となることがあった。

また、太陽電池を設置するには、現場作業により配線工事を行う必要があり、こうした作業を軽減するために特殊な部材の作製が必要となることがあった。また、屋根上での配線作業においては、ケーブル等を設置するための空間を設ける必要があるために太陽電池モジュールと一体化した空間の作製や、接続のための部材を必要とする場合がありコスト高の原因となっていた。

特開２００４−２０４５１２号公報特開平１１−３２４２６０号公報特開平１０−３１７５９１号公報特開平１０−４２０７号公報特開２０００−９１６１７号公報特開平５−２３０９６０号公報特開２００４−１４８５１号公報特開２０００−１１０３０６号公報

このような状況のなかで、本発明者らは上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の諸問題を抜本的に解決することが可能な新しい屋根上への太陽電池を施工する工法を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、太陽電池を設置するための専用架台を建造物に設置する必要がなく、現場での配線工事が簡便な太陽電池の設置工法及び設置構造を新たに見出し、更に研究を重ねることにより本発明を完成させるに至った。

本発明の目的は、太陽電池を設置するための専用架台を建造物に設置する必要がない太陽電池の設置構造及び設置工法を提供することである。また、本発明の目的は、強風や豪雨に対する対策を必要としない屋根上への太陽電池の設置構造及び設置工法を提供することにある。また、本発明の目的は、簡便な方法により屋根上に太陽電池の設置及び交換が可能な設置工法を提供することにある。また、本発明の目的は、太陽電池を設置するためのケーブル等を収納する空間を特に設ける必要のない太陽電池の設置構造及び設置工法を提供することにある。また、本発明の目的は、太陽電池の出力端子や接地端子を棟包みに収容したことにより、風雨による影響を受けることのない太陽電池の設置構造を提供することにある。また、本発明の目的は、屋根上に現場施工により簡便に設置でき、設置コストの軽減が達成される太陽電池の設置工法及び設置構造を提供することである。

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）太陽電池を屋根上に設置するための設置構造であって、太陽電池セルを金属板上に載置して一体化した金属板一体型太陽電池を屋根材上に縦葺きに配設して形成した太陽電池パネル、該太陽電池パネルから電力を取り出すための正極及び負極からなり該太陽電池パネルの水上側に設置された出力端子、及び水上側で棟包み内部に収容され、該出力端子が接続されたジョイントボックスを備えてなることを特徴とする太陽電池の屋根上への設置構造。
（２）金属板一体型太陽電池が、フィルム型太陽電池セルが金属板上に載置されて一体となった構造を有する上記（１）に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
（３）金属板一体型太陽電池が、フィルム型太陽電池セルから電力を取り出すための正極及び負極からなる出力端子を該太陽電池の水上側に設置されたジョイントボックスに接続した構造を有する上記（１）又は（２）に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
（４）金属板一体型太陽電池の複数個が直列に接続されて太陽電池パネルを形成している上記（１）又は（２）に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
（５）少なくとも３個以上の金属板一体型太陽電池が直列に接続され、その中間に位置する金属板一体型太陽電池が、太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び太陽電池セルの正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に備えている上記（４）に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
（６）複数の金属板一体型太陽電池が直列に接続されている太陽電池において、最も水下側に位置する金属板一体型太陽電池が、太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び太陽電池セルの正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に備えると共に、水下側のスルーラインの端子と水下側の電極端子が短絡されている上記（４）に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
（７）太陽電池セルに沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び正負のいずれか一方の出力端子を水上側に、他の出力端子を水下側に有する太陽電池セルを有し、水上側の一方の電極端子と水上側のスルーラインの端子が水上側でジョイントボックスに接続されると共に、太陽電池セルの水下側の他の電極が直接水上側でジョイントボックスに接続されている構成を有する金属板一体型太陽電池を、最も水上側に位置する金属板一体型太陽電池として配設した上記（４）に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
（８）金属板一体型太陽電池を直列に接続するに当たり、隣接する太陽電池の電極端子間、及びスルーラインの端子間が金属一体型太陽電池の下面で接続されている上記（４）から（７）のいずれかに記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
（９）金属板一体型太陽電池の下面に発泡軟質ポリフォーム層を有する上記（８）に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
（１０）ジョイントボックスが、最も水上側の金属板一体型太陽電池の水上側上面に配設されている上記（１）から（９）のいずれかに記載の太陽電池の屋根上への設置構造。

（１１）太陽電池を屋根上に設置するための設置工法であって、太陽電池セルを金属板上に載置して一体化した金属板一体型太陽電池を屋根材上に縦葺きに配設して太陽電池パネルを形成し、該太陽電池パネルから電力を取り出すための正極及び負極からなる出力端子を該太陽電池パネルの水上側に設置し、該出力端子が接続されたジョイントボックスを水上側で棟包み内部に収容することを特徴とする太陽電池の屋根上への設置工法。
（１２）金属板一体型太陽電池が、フィルム型太陽電池セルが金属板上に載置されて一体となった構造を有する上記（１１）に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
（１３）金属板一体型太陽電池が、フィルム型太陽電池セルから電力を取り出すための正極及び負極からなる出力端子が該太陽電池の水上側に設置されたジョイントボックスに接続された構造を有する上記（１１）又は（１２）に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
（１４）金属板一体型太陽電池を複数個直列に接続して設置する上記（１１）又は（１２）に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
（１５）少なくとも３個以上の金属板一体型太陽電池が直列に接続されている太陽電池パネルにおいて、その中間に位置する金属板一体型太陽電池が、太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び太陽電池セルの正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に備えている上記（１４）に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
（１６）複数の金属板一体型太陽電池が直列に接続されている太陽電池パネルにおいて、最も水下側に位置する金属板一体型太陽電池が、太陽電池セルの外周にそって設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び太陽電池セルの正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に有すると共に、水下側のスルーラインの端子と水下側の電極端子が短絡されている上記（１４）に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
（１７）太陽電池セルに沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に有する太陽電池セルを有し、水上側の一方の電極端子と水上側のスルーラインの端子が水上側でジョイントボックスに接続されると共に、太陽電池セルの水下側の他の電極が直接水上側でジョイントボックスに接続されている構成を有する金属板一体型太陽電池を、最も水上側に位置する金属板一体型太陽電池として配設する上記（１４）に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
（１８）金属板一体型太陽電池を直列に接続するに当たり、隣接する太陽電池の電極端子間、及びスルーラインの端子間を金属一体型太陽電池の下面で接続する上記（１４）から（１７）のいずれかに記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
（１９）金属板一体型太陽電池の下面に発泡軟質ポリフォーム層を有する上記（１８）に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
（２０）ジョイントボックスを、最も水上側の金属板一体型太陽電池の水上側上面に配設する上記（１１）から（１９）のいずれかに記載の太陽電池の屋根上への設置工法。

本発明は、太陽電池を屋根上に設置するための設置構造であって、金属板一体型太陽電池を屋根材上に縦葺きに配設して形成した太陽電池パネル、該太陽電池パネルから電力を取り出すための正極及び負極からなり該太陽電池パネルの水上側に設置された出力端子、及び水上側で棟包み内部に収容され、該出力端子が接続されたジョイントボックスを有する太陽電池の屋根上への設置構造及び設置工法に関するものである。金属板一体型太陽電池はフィルム型太陽電池セルを金属板表面に載置して一体となした構造からなり、ジョイントボックスは金属板一体型太陽電池の水上側上面に設けられる。

太陽電池を構成する基本となる標準の金属板一体型太陽電池は図３に記載されているところである。また、金属板一体型太陽電池は、図４又は５図の中間に位置する該電池で示されるように、太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン１０、及び太陽電池セルの正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に有していてもよい。金属板一体型太陽電池の複数個を、各端子を介して直列に連結することにより太陽電池セルが構成される。複数の金属板一体型太陽電池を直列で多段に接続した中で最も水下側に位置する金属板一体型太陽電池では、水下側のスルーラインの端子と水下側の太陽電池セルの電極端子（図４、５では負極）を、リード線やショートバー型コネクタ等により短絡することにより、水上側に正極と負極の出力端子が設置されることとなり、これらの端子がジョイントボックスに連結される（図４、５）。ジョイントボックスは、太陽電池パネルの最も水上側に設けられる。また、接地端子を棟包み内で処理することができる。

複数の金属板一体型太陽電池を直列に接続するには、隣接する金属板一体型太陽電池間の電極端子（図４又は図５では、水下側の金属板一体型太陽電池の正極端子と、水上側の金属板一体型太陽電池の負極端子）が相互に接続される。また、接地端子が相互に接続される。これらの接続は、金属一体型太陽電池の下面で行われ、金属板一体型太陽電池の下面には発泡軟質ポリフォーム層を設けて、金属板一体型太陽電池間の接続、及び屋根上への設置を容易とする。

金属板一体型太陽電池を単独で設置するか、又は複数直列に接続して設置するかにより、その最も水上側に設ける金属板一体型太陽電池としては、通常、２種類の構造の異なるものを用意する必要がある。例えば、図３には、単独で使用される金属板一体型太陽電池の例が、図４の右端には、複数直列に接続して使用される金属板一体型太陽電池の例が示されている。しかし、金属板一体型太陽電池を次のような構造とすることにより１種類で兼用することができる。すなわち、図６に示すように、太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーラインと、正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に有する太陽電池セルを有し、水上側の一方の電極端子と水上側のスルーラインの端子が水上側でジョイントボックスに接続されると共に、太陽電池セルの水下側の他の電極が水上側でジョイントボックスに直接接続されている構造を有する金属板一体型太陽電池が好適である。

本発明では上記の構成を採用することにより、金属板一体型太陽電池を簡便な方法で屋根上にその斜面に沿って縦方向に設置できるため、強風、豪雨に対する耐久性があり、設置コストが少なく、修理、交換等のメンテナンスが容易な太陽電池の設置を提供することが可能となり、太陽光発電システムが広く普及されることに寄与できることとなった。

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明により屋根上に設置された金属板一体型太陽電池の一例を図１に示す。図１では、直列に連結された複数の金属板一体型太陽電池２からなる太陽電池パネルが、屋根上に４系列で屋根の斜面に沿って「縦葺」きに設置されている。平板状の金属板一体型太陽電池２と平坦な屋根材（屋根下葺材７）とは接着剤等の適宜手段により結合されているため、架台等を設置する必要は無い。また、屋根材の有効溝幅を変えることで一般地域と強風地域に対応することができる。金属板一体型太陽電池の最も水上側となるジョイントボックス５を有する部分が棟包み３内に収納されるように設置されている。なお、本発明において、水上側とは棟に近い方向を、水下側とは軒に近い方向を意味するものとする。

本発明により設置した太陽電池の棟包み付近の設置構造の一例の概要を図２に示す。最も水上側にある金属板一体型太陽電池２の上端にあるジョイントボックス５及びそれに接続されたケーブル６を棟包み３の内部へ収納した状態の断面図である。ジョイントボックス５は、金属板一体型太陽電池２の水上側の表面に設置されて棟包み３内に収納されている。ジョイントボックス５には太陽電池からの出力端子（正極端子１Ａと負極端子１Ｂ）を接続し、ジョイントボックス５から引き出された接続ケーブル６を棟包み３の内部で他の機器類との接続処理することができる。図２において、７は屋根下葺材、８は屋根下地である。

本発明で使用される金属板一体型太陽電池の標準的な単位としては、例えば、長さ約３ｍ、幅０．２２ｍ、厚み０．５ｍｍのガルバニウム鋼板と、フィルム型アモルファス太陽電池セルを接合一体化したものが好適である。この金属一体型太陽電池を最小単位として、複数個を直列に連結して太陽電池パネルとすることができる。また、直列に連結された太陽電池パネルの複数系列を用意して、これらを直列又は並列に連結して電力を取り出することができる。複数系列の太陽電池パネルは棟包み内で接続される。

フィルム型の太陽電池セルはプラスチックフィルム上に太陽電池を形成したものでフレキシブルであり、太陽電池部と、太陽電池部を封止保護する材料と、絶縁被覆された接続用導体から構成される。該太陽電池セルとしては厚みが薄いもの、特に、厚みが１ｍｍ又はそれ以下のものが好適である。このフィルム型太陽電池は可とう性を有しており、例えば、太陽電池部を曲率半径１００ｍｍ以下まで曲げても発電特性に実質的に変化がないもの、特に曲率半径５０ｍｍ以下まで曲げても、発電特性に実質的に変化がないものが好適である。可とう性のある太陽電池セルは一体化した金属板を変形させることにより、屋根の表面形状に適応させることができる。

金属板一体型太陽電池は、フィルム型太陽電池セルと金属板、例えば、好適には、ガルバニウム鋼板を貼り合わせて作製されるが、貼り合わせる金属板はガルバニウム鋼板に限らず、溶融亜鉛めっき鋼板、ステンレス鋼板や、アルミ板でもよい。また、金属板一体型太陽電池は、例えば、厚さが０．３〜１．０ｍｍの金属板にフィルム型の太陽電池セルを接着剤により貼り付けることにより作製され、例えば、柔軟性を持つフィルム型太陽電池セル（商品名：ＦＷＡＶＥ富士電機システムズ株式会社製）をＥＶＡ系接着剤によってガルバニウム鋼板（商品名：ＪＦＥガルバニウム鋼板ＪＦＥ鋼板株式会社製）に貼り付けたものである。こうして作製された太陽電池の屋根材との接合は、接着剤等による貼付が最も簡便で好適であるが、この方法に限定されるものではなく、金属板を屋根に設置することができるいかなる方法でも本発明に適用できる。

本発明の太陽電池セルとしては、結晶系シリコン、多結晶系シリコン、非晶質シリコン系の太陽電池のいずれを用いても良いが、可とう性を有する点からみてアモルファスシリコン系の太陽電池セルが好適である。また、特に、太陽電池セルをフィルム型アモルファス太陽電池とすることで、太陽電池裏面に放熱用スペースを設ける必要がなく、屋根上に直接貼り付けることが可能となる。

本発明において、単独の金属板一体型太陽電池を用いて太陽電池の設置構造を構築するには、図３に示す金属板一体型太陽電池２が好適に使用される。この金属板一体型太陽電池２は、フィルム型太陽電池セル１を金属板１００に載置して一体化すると共に、太陽電池セル１の、一方の電極（正極１Ａ）に接続されたリード線９Ａは水上側に設置されているジョイントボックスに接続され、他方の電極（負極１Ｂ）に接続したリード線９Ｂは水上側に延ばされて同じくジョイントボックス５に接続されている構造を有している。

次に、複数の金属板一体型太陽電池を直列に接続して設置した太陽電池パネルの概要について説明する。金属板一体型太陽電池２を３個直列に連結した例を図４及び図５に示す。各金属一体型太陽電池２の基本構造は、金属板１００の中央部に太陽電池セル１が金属板１００と一体化され、太陽電池セル１の一方の電極（負極１Ｂ）のリード線９Ｂは水下側に引き出され、他方の電極（正極１Ａ）のリード線９Ａは水上側に引き出されている。また、該太陽電池には太陽電池セル１の外周に沿って設けられた金属板とは絶縁されたスルーライン１０（リード線）が設けられている。スルーライン１０の両端はそれぞれ水下側と水上側に位置する端子に接続されている。アース線１１も同様に水下側と水上側に端子１２を有している。

金属板一体型の太陽電池２を直列に連結して太陽電池パネルを構成するには、スルーライン１０と太陽電池セル１の一方の電極（正極１Ａ）を接続するジョイントボックス５が上面に設けられている最も水上側に設置される金属板一体型太陽電池２、及び太陽電池セル１の他方の電極（負極１Ｂ）とスルーライン１０が水下側で短絡している最も水下側に設置される金属板一体型太陽電池２が少なくとも必要とされる（図４及び図５参照）。このとき、図５に示すように、水下側の太陽電池セル２の他方の電極（負極１Ｂ）とスルーラインが、リード線やショートバー型コネクタ１３等により短絡されている。

このようにして、構造の異なる金属板一体型太陽電池を作製して連結することにより、金属板一体型太陽電池が直列に連結された太陽電池パネルを構成することができる。この太陽電池パネルは、最も水下側に位置する金属板一体型太陽電池の電極（負極）はリード線（スルーライン）を通じて最も水上側にある金属板一体型太陽電池上に設置されているジョイントボックスに接続される。また、中間に位置する金属板一体型太陽電池は、隣接する金属板一体型太陽電池間の負極と正極がリード線で直列に接続され、最も水上側に位置する金属板一体型太陽電池の電極（正極）がジョイントボックスに接続される。このようにして、金属板一体型太陽電池を屋根の流れに合わせて縦葺きに多段設置することができる構造を、太陽電池セルを直列に結ぶリード線とこれと並行にスルーラインを設置することにより実現した。接続ケーブルには２芯ケーブルを利用し、コネクタには２極異型コネクタを用いることが好適であり、これにより極性を間違えて接続することから解放される。

金属板一体型太陽電池を多段に直列させて設置し、最下段の下部電極にショートバー型コネクタを接続した場合の概要を図５に示す。ここでは、最も水下側に設置した金属板一体型太陽電池は、中間に用いたものと同一構造のものが使用され、その最も水下側にショートバー型コネクタにより、該太陽電池の電極（負極）とスルーラインが接続されている。こうすることにより、中段と下段に同一の形式の金属板一体型太陽電池を使用することが可能となる。図４及び５において、５はジョイントボックス、６はケーブル、９はリード線、１０はスルーライン、１１はアース線、１２はアース端子、１３はショートバー型コネクタである。

上述のように、単独で設置される金属板一体型太陽電池としては、図３に示される構造を有するものが使用される。一方、複数個の金属板一体型太陽電池を直列に接続して太陽電池パネルを構築するには、最も水上側に図４又は図５の右端に示される構成のものが使用される。両者は異なった構造を有しているため、最も水上側に位置する金属板一体型太陽電池として２種類を用意しておく必要がある。こうした問題を解決するために開発された金属板一体型太陽電池を図６に示す。この金属板一体型太陽電池は、太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に設置した太陽電池セルを有し、水上側の一方の電極端子と水上側のスルーラインの端子が水上側でジョイントボックスに接続されると共に、太陽電池セルの水下側の他の電極が直接水上側でジョイントボックスに接続されている。

この金属板一体型太陽電池を、金属板一体型太陽電池を３個直列で多段に接続した中で最も水上側に位置する金属板一体型太陽電池として設置した例を図８及び図９に示す。複数の金属板一体型太陽電池が直列で３個接続された中で、最も水下側に位置する金属板一体型太陽電池として、太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び太陽電池セルの正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に設けると共に、水下側のスルーラインの端子と水下側の電極端子が短絡されている金属板一体型太陽電池が使用される。水下側のスルーラインの端子と水下側の電極の端子は、単一のリード線で直接接続されていても良いし、ショートバー型のコネクタを使用して接続されていても良い。

図６に示した金属板一体型太陽電池を単独で使用するにあたっては、ジョイントボックスから引き出されている３本のケーブル、（ａ）スルーラインからのケーブル、（ｂ）一方の電極（正極）からのケーブル、（ｃ）他方の電極（負極）からのケーブル、の中から、電極ケーブル（ｂ）（ｃ）を使用して出力ケーブルとする。このとき有効となるラインを図７における太い実線で示す。

一方、複数の金属板一体型太陽電池を直列に接続した場合には、３本のケーブルの中で、（ａ）スルーラインからのケーブル（最も水下側にある金属板一体型太陽電池の負極と接続されている）と、（ｂ）ジョイントボックスに近い電極（正極）からのケーブルを使用して出力ケーブルとする。図６に示された金属板一体型太陽電池は、ジョイントボックスに上記３本のケーブルが接続された状態で工場生産され、これを屋根に設置する際にケーブルを選択して使用する。使用しなかったケーブルは不要であるから切断除去される。

太陽電池パネルに接続した出力ケーブル６を水上側に集め、これらをハーモニカ型端子１４に接続した例を図１０に示す。多数のケーブル６をハーモニカ型端子１４に接続することで、棟包み内部にはケーブルが容易に納まり、メンテナンスに手間がかからない利点を有する。また、棟部に棟換気用ファン１５を取り付け、時間型強制棟換気を行う場合に、電源取り出しを棟側集電端子から行った例を図１１に示す。このような方法で電源を取り出すことで、室内から屋根まで電源を通す必要が無くなる。なお、動作設定はリモコンにより住居内部から設定できる。図１１において、２は金属板一体型太陽電池、４は桟木、５はジョイントボックス、６はケーブル、７は屋根下葺材、８は屋根下地、１５は棟換気ファン、１６は棟換気用部材である。

金属板一体型太陽電池には何ら突起物もないことから、断熱材でジョイントボックスや通線のためのスペースを確保するなどの手間が省け、金属板一体型太陽電池を屋根躯体と緊結する吊り子固定ビスによる接続ケーブルの貫通又は接触による地絡事故から解放される。また、多段設置した際に地絡対策として、複数の金属板一体型太陽電池を縦に連結しても水上側にアース端子を取り出せるようにできる。例えば、棟側では各モジュールからのアースリード線は、コネクタを介してまとめて一括アースとし、５．５ｍｍ²のアース線で地面に接地する。

太陽電池を取付ける屋根としては、例えば、瓦棒葺き屋根や、切り妻形状の屋根が挙げられるが特に限定されるものではなく、屋根の棟に沿って取り付けられる屋根端縁部材である棟包み部材を備えた屋根に本発明は適用される。屋根が金属製で平坦であると太陽電池の設置が簡便に行える。複数系列の太陽電池が屋根傾斜方向に沿って１列ずつ縦に分けて配置し、系列毎に太陽電池の最も水上側（棟側）に配置されているジョイントボックス部を棟包み部材の内部に配置すると、各系列を跨って太陽電池間を接続するケーブルも棟包み内のスペースに配置できる。

金属板一体型太陽電池間を接続するケーブルやコネクタの納め方について図１２にその一例を示す。ケーブルやコネクタを金属板一体型太陽電池の下面に納めなければならない状況では、金属板一体型太陽電池の下面に５ｍｍ程度の厚みを有する発泡軟質ポリフォーム１９を入れることにより、リボンケーブル１７や、薄型軟質からなるコネクタ又はケーブル１８を太陽電池の下面に納めることができる。図１２において、７は屋根下地材、８は屋根下地、１７はリボンケーブル、１８は軟質薄型ケーブル又はコネクタ、１９は発泡軟質ポリフォームを示す。

太陽電池パネルを屋根上で固定するには従来の固定具又は固定方法を適宜選択して使用することができるが、隣接する太陽電池パネルの系列を固定するには吊り子を介して行うことが好適である。吊り子を介すると太陽電池間の固定が簡単に行えるばかりか、太陽電池パネルに破損が生じて部材を交換する際には、どこの部位であっても、吊り子を外すことにより破損又は故障した太陽電池だけを取り外すことが可能となり簡単に破損又は破損部分のみの交換ができる。本発明で使用する太陽電池パネルの有効幅は、標準的な風荷重の地域と海岸や高所のような大きな風荷重がかかることを考慮して２種類の幅、例えば、４５５ｍｍ、２５４ｍｍのものを用意するのが好適である。太陽電池パネルを棟側から下方に設置して行き、太陽電池パネルが設置できなかった屋根部分にダミーのパネルを設置することにより美観を損ねることのない建物を構築することができる。

本発明は、単位太陽電池を多段に設置する時の接続方法において、一方（負極）のリード線は太陽電池セルの外周に沿って設けられ、最も水上側のジョイントボックスに導かれる。接続ケーブルは２芯ケーブルを利用し、コネクタは２極異型コネクタを用いることで極性を間違えて接続する事故から解放される。また、本発明は、金属板一体型太陽電池パネルを屋根の流れに合わせて多段設置するに当たり、スルーラインを設置するので、太陽電池パネルには何ら突起物もないことから、太陽電池パネルを設置する際に、断熱材の配置を考慮してジョイントボックスや通線用のスペースを確保するなどの手間が省ける。また、金属板一体型太陽電池を屋根躯体と緊結する固定ビスによる接続ケーブルの貫通または接触による地絡事故から解放される。水上側に集めたケーブルを図１０に示すようなハーモニカ型端子を用いて接続することで多系列の太陽電池パネルから集電できるとともに、ケーブルを簡易にまとめることができる。また、太陽電池パネルの端末リード線を接続する接続ケーブルに色分けケーブルを使用し、コネクタは色分け異型コネクタを用いることが後配線の防止、配線作業の軽減に好適である。

本発明により次のような効果が奏される。
（１）太陽電池を屋根上に設置するための専用架台が不要となり、架台の作製費用その設置費用が無くなり、低コストで太陽電池を設置できる。
（２）太陽電池を簡便な方法で屋根に設置でき、交換、修理などが容易である。
（３）太陽電池を屋根の流れ方向に合わせて多段に設置する際に、太陽電池モジュールの外周に沿って設けたスルーラインを一方のリード線と並行に設置することで、金属板一体型太陽電池の下側に配線スペースを特別に取ることなく設置できる。
（４）太陽電池の出力端子を接続するジョイントボックスを、屋根面の棟に沿って取り付けられている棟包みの内部に収納することで、棟包み部材により電気的接続部材の露出を防ぐことができ、離れて配置されている他の太陽電池とも簡便に接続できる。
（５）電気的接続部材のカバー材等が必要ないので、部品点数の増加を防止でき、かつ屋根の美観の低下を防止することができる。
（６）電気的接続部材は、屋根の最上部に取り付けられる棟包みの内部に収納されているため、傾斜している屋根面を流れる雨水等の浸入がほとんどない。このため、電気的接続部材を雨水等から保護するために防水材を設けるなどの特別な防水処理を行う必要がほとんどなく、太陽電池の耐久性が向上する。
（７）隣接配置された複数系列の太陽電池間を電気的に接続する場合には、ケーブル類を棟包みの内部に通し接続することが可能となり、太陽電池の切り欠き加工等を行わなくても配線作業が容易に行なえる。

次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

本発明の実施形態について図を参照しながら詳細に説明する。
柔軟性を持つフィルム型太陽電池セル（商品名：ＦＷＡＶＥ富士電機システムズ株式会社製）を、ＥＶＡ系接着剤によってガルバニウム鋼板（商品名：ＪＦＥガルバニウム鋼板、ＪＦＥ鋼板株式会社製）に貼り付けることにより金属板一体型太陽電池を作製した。金属板一体型太陽電池からなるパネルを屋根上に設置した外観を図１に示す。図１では、複数の金属板一体型太陽電池が連結された太陽電池パネルを屋根上に４系列で縦葺きして設置した。太陽電池パネルと屋根材は、接着剤を使用して一体化し、架台等は設置しなかった。太陽電池パネルの最も水上側に設けられたジョイントボックスは棟包み内に収納されるように設置した。

金属板一体型太陽電池の水上側端部を棟包み内に設置した断面構造の概要を図２に示す。最も水上側にある金属板一体型太陽電池の最も水上側の上端に設けたジョイントボックス５及びケーブル６を棟包み内部へ収納した。ジョイントボックスには太陽電池パネルからの出力端子（正極と負極）を接続し、それぞれをジョイントボックスから接続ケーブルにより引き出し、他の装置等（出力制御装置等）に棟包み内で接続した。隣り合う太陽電池パネル系列の電気的接続をも棟包み内で行なった。本実施例で使用した金属板一体型太陽電池は、長さ約３ｍ、幅０・２２ｍ、厚み０．５ｍｍのガルバニウム鋼板とフィルム型アモルファス太陽電池セルを接合一体化したものであった。

複数の金属板一体型太陽電池を多段に設置した場合の実施例について説明する。
最小単位となる金属板一体型の太陽電池を３個、直列に連結した、その概要を図４に示す。各単位となる金属一体型太陽電池の基本構造は、金属板の中央に太陽電池セルが一体化され、太陽電池セルの一方の電極（正極）のリード線は水上側に引き出され、他方の電極（負極）のリード線は水下側に引き出されて端子を形成している。また、該太陽電池には太陽電池セルの外周に沿ってスルーライン（リード線）を設けた。スルーラインの両端はそれぞれ水下側と水上側に位置する端子に接続した。アース線には水下側と水上側に接続用の端子を設けた。以上の構造を有する金属板一体型太陽電池（Ａ）を用意した。

また、スルーラインと太陽電池セルの一方の電極（正極）を接続したジョイントボックスを上面に設けた金属板一体型太陽電池（Ｂ）を用意した。更に、水下側の太陽電池セルの他方の電極（負極）とスルーラインを水下側で短絡した金属板一体型太陽電池（Ｃ）を用意した。これらの金属一体型の太陽電池を（Ｂ）（Ａ）（Ｃ）の順に対応する各端子間を接続して、３個の太陽電池が直列に配置された太陽電池パネルを作製した（図４参照）。ジョイントボックスは棟包みの中に収納し、ジョイントボックスから出力ケーブルを引き出して、他の系列の太陽電池パネル、及び他の機器との接続を行った。

実施例２において、最も水下側に位置する金属板一体型太陽電池（Ｃ）に換えて、金属板一体型太陽電池（Ａ）を採用し、（Ｂ）（Ａ）（Ａ）の順に連結した。最も水下側に位置する（Ａ）の金属一体型太陽電池は、図５に示すように、水下側の太陽電池セルの他方の電極（負極）とスルーラインをショートバー型コネクタにより短絡して太陽電池パネルを構築した。

実施例２において、最も水上側に設置した金属板一体型太陽電池（Ｂ）を、図６に示した金属板一体型太陽電池（Ｄ）に換えて、（Ｄ）（Ａ）（Ｃ）の順に連結した。最も水上側に位置する金属板一体型太陽電池上に設けられジョイントボックスを棟包み内に収容した。３本のケーブルの中で、スルーラインにより最も水下側に位置する金属板一体型太陽電池の負極に接続したケーブルと、最も水上側に位置する金属板一体型太陽電池の正極に接続したケーブルを使用した。

実施例４において、最も水下側に位置する金属板一体型太陽電池（Ｃ）に換え、金属板一体型太陽電池（Ａ）を採用し、（Ｄ）（Ａ）（Ａ）の順に連結した。最も水下側の金属一体型太陽電池（Ａ）は、図９に示すように、水下側の太陽電池セルの電極（負極）とスルーラインをショートバー型コネクタにより短絡して金属板一体型太陽電池を３個直列に接続した太陽電池を構築した。

本実施例は、棟部に棟換気ファン１５を取り付けた家屋に金属板一体型太陽電池２を設置した例であり、図１１にその概要を示す。時間型強制棟換気を行う場合の電源取り出しを棟側集電端子から行った。このような方法で電源を取り出すことで、室内から屋根まで電源を通す必要が無くなった。換気ファンは、その動作設定がリモコンにより住居内部から設定できるように設置した。

本実施例では、金属板一体型太陽電池間の連結構造を示す。金属板一体型太陽電池間を接続するケーブルやコネクタの納め方について図１２に示す。リボンケーブル１７、コネクタや軟質薄型ケーブル１８を、金属板一体型太陽電池２の下面に５ｍｍ程度の厚みを有する発泡軟質ポリフォーム１９を入れることにより、太陽電池の下面に収納して金属板一体型太陽電池間を接続した。

本発明の太陽電池設置構造は、太陽電池を設置するための架台を必要とせず、また現場での配線工事が簡便な太陽電池の設置工法及び設置構造に係るものであり、更に詳しくは、本発明は、太陽電池を屋根上に設置するための設置構造であって、太陽電池セルを金属板金属板上に載置し一体化した金属板一体型太陽電池を屋根材上に縦葺きに配設して形成した太陽電池パネル、該太陽電池パネルから電力を取り出すための正極及び負極からなり該太陽電池パネルの水上側に設置された出力端子、及び水上側で棟包み内部に収容され、該出力端子が接続されたジョイントボックスを備えてなる太陽電池の屋根上への設置技術に係るものである。

本発明は、強風や豪雨に対する耐久性を有し、太陽電池の設置及び交換が簡便であり、また、太陽電池を設置するためのケーブル等を収納する空間を特に設ける必要のない太陽電池の設置構造及び設置工法を提供するものである。更に、本発明により太陽電池の設置の手間やコストを省くことができ、その容易なメンテナンス性からみて産業上へ大きく貢献するものである。

本発明の金属板一体型太陽電池の設置構造の外観を示す。金属板一体型太陽電池を設置した棟包み付近の断面構造の概略図を示す。本発明で使用する標準的な金属板一体型太陽電池の概略平面図を示す。３個の金属板一体型太陽電池を直列した例の概略平面図を示す。３個の金属板一体型太陽電池を直列した場合においてショートバー型コネクタを使用した例の概略図を示す。単独使用及び複数の直列使用の双方に適した金属板一体型太陽電池の概略図を示す。図６の金属板一体型太陽電池を単独で使用したとき通電されるラインを太い実線で示した図である。３個の金属板一体型太陽電池を直列した他の例の概略図を示す。３個の金属板一体型太陽電池を直列した場合においてショートバー型コネクタを使用した他の例の概略図を示す。ハーモニカ型端子を用いてケーブルを接続した概略図を示す。棟換気ファンを用いた棟包み付近の断面構造の概略図を示す。屋根上に本発明の金属板一体型太陽電池の設置した設置構造の断面図を示す。

符号の説明

１：太陽電池セル
２：金属板一体型太陽電池
３：棟包み
４：桟木
５：ジョイントボックス
６：ケーブル
７：屋根下葺材
８：屋根下地
９：リード線
１０：スルーライン（リード線）
１１：アース線
１２：アース端子
１３：ショートバー型コネクタ
１４：ハーモニカ型端子
１５：棟換気ファン
１６：棟換気用部材
１７：リボンケーブル
１８：軟質薄型ケーブル
１９：発泡軟質ポリフォーム
１Ａ：正極端子
１Ｂ：負極端子
１００：金属板

Claims

太陽電池を屋根上に設置するための設置構造であって、太陽電池セルを金属板上に載置して一体化した金属板一体型太陽電池を屋根材上に縦葺きに配設して形成した太陽電池パネル、該太陽電池パネルから電力を取り出すための正極及び負極からなり該太陽電池パネルの水上側に設置された出力端子、及び水上側で棟包み内部に収容され、該出力端子が接続されたジョイントボックスを備えてなることを特徴とする太陽電池の屋根上への設置構造。
金属板一体型太陽電池が、フィルム型太陽電池セルが金属板上に載置され一体となった構造を有する請求項１に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
金属板一体型太陽電池が、フィルム型太陽電池セルから電力を取り出すための正極及び負極からなる出力端子を該太陽電池の水上側に設置されたジョイントボックスに接続した構造を有する請求項１又は２に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
金属板一体型太陽電池の複数個が直列に接続されて太陽電池パネルを形成している請求項１又は２に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
少なくとも３個以上の金属板一体型太陽電池が直列に接続されている太陽電池パネルにおいて、その中間に位置する金属板一体型太陽電池が、太陽電池セルの外側に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び太陽電池セルの正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に備えている請求項４に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
複数の金属板一体型太陽電池が直列に接続されている太陽電池パネルにおいて、最も水下側に位置する金属板一体型太陽電池が、太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び太陽電池セルの正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に備えると共に、水下側のスルーラインの端子と水下側の電極端子が短絡されている請求項４に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び正負のいずれか一方の出力端子を水上側に、他の出力端子を水下側に有する太陽電池セルを有し、水上側の一方の電極端子と水上側のスルーラインの端子が水上側でジョイントボックスに接続されると共に、太陽電池セルの水下側の他の電極が直接水上側でジョイントボックスに接続されている構成を有する金属板一体型太陽電池を、最も水上側に位置する金属板一体型太陽電池として配設した請求項４に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
金属板一体型太陽電池を直列に接続するに当たり、隣接する太陽電池の電極端子間、及びスルーラインの端子間が金属一体型太陽電池の下面で接続されている請求項４から７のいずれかに記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
金属板一体型太陽電池の下面に発泡軟質ポリフォーム層を有する請求項８に記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
ジョイントボックスが、最も水上側の金属板一体型太陽電池の水上側上面に配設されている請求項１から９のいずれかに記載の太陽電池の屋根上への設置構造。
太陽電池を屋根上に設置するための設置工法であって、太陽電池セルを金属板上に載置して一体化した金属板一体型太陽電池を屋根材上に縦葺きに配設して太陽電池パネルを形成し、該太陽電池パネルから電力を取り出すための正極及び負極からなる出力端子を該太陽電池パネルの水上側に設置し、該出力端子が接続されたジョイントボックスを水上側で棟包み内部に収容することを特徴とする太陽電池の屋根上への設置工法。
金属板一体型太陽電池が、フィルム型太陽電池セルが金属板上に載置されて一体となった構造を有する請求項１１に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
金属板一体型太陽電池が、フィルム型太陽電池セルから電力を取り出すための正極及び負極からなる出力端子が該太陽電池の水上側に設置されたジョイントボックスに接続された構造を有する請求項１１又は１２に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
金属板一体型太陽電池を複数個直列に接続して設置する請求項１１又は１２に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
少なくとも３個以上の金属板一体型太陽電池が直列に接続されている太陽電池パネルにおいて、その中間に位置する金属板一体型太陽電池が、太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び太陽電池セルの正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に備えている請求項１４に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
複数の金属板一体型太陽電池が直列に接続されている太陽電池パネルにおいて、最も水下側に位置する金属板一体型太陽電池が、太陽電池セルの外周に沿って設けられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、及び太陽電池セルの正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に有すると共に、水下側のスルーラインの端子と水下側の電極端子が短絡されている請求項１４に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
太陽電池セルの外周に沿ってもうけられ、水上側及び水下側に端子を有するスルーライン、正負のいずれか一方の電極端子を水上側に、他の電極端子を水下側に有する太陽電池セルを有し、水上側の一方の電極端子と水上側のスルーラインの端子が水上側でジョイントボックスに接続されると共に、太陽電池セルの水下側の他の電極が直接水上側でジョイントボックスに接続されている構成を有する金属板一体型太陽電池を、最も水上側に位置する金属板一体型太陽電池として配設する請求項１４に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
金属板一体型太陽電池を直列に接続するに当たり、隣接する太陽電池の電極端子間、及びスルーラインの端子間を金属一体型太陽電池の下面で接続する請求項１４から１７のいずれかに記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
金属板一体型太陽電池の下面に発泡軟質ポリフォーム層を有する請求項１８に記載の太陽電池の屋根上への設置工法。
ジョイントボックスを、最も水上側の金属板一体型太陽電池の水上側上面に配設する請求項１１から１９のいずれかに記載の太陽電池の屋根上への設置工法。