JP5179935B2 - 建材一体型太陽光発電ユニット - Google Patents

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Description

本発明は、建物等の屋根を構成可能な建材一体型太陽光発電ユニットに関するものである。
従来より、太陽電池を備えた屋根瓦や、板状の太陽電池パネルを枠体で囲った太陽電池モジュールを建物等の屋根上に設置して太陽光発電を行うことが知られている。ところで、屋根上に太陽電池モジュール等を設置・施工する場合、傾斜した屋根上に太陽電池モジュールや、太陽電池モジュールを設置するための架台等を運んだ上で、太陽電池モジュールを並べて設置しているので、施工現場での作業性が悪く時間がかかる問題があった。
そこで、予め工場内で、屋根の構造体として横桟と縦桟とで格子状に形成した骨格部材の格子内に太陽電池パネルを嵌め込むことで太陽電池パネルを屋根パネルとしてユニット化し、ユニット化した屋根パネルを建物の屋根に載せることで、施工現場での作業性を向上させるようにしたものが提案されている(特許文献1)。
特開2002−061355号公報
しかしながら、特許文献1のものでは、骨格部材の格子内に発泡スチロール等の断熱材と共に太陽電池パネルを嵌め込んだ上で、骨格部材の上面に固定した押さえ部材によって格子内から抜出るのを防止しているだけなので、温度変化や経年変化等により断熱材が収縮すると、太陽電池パネルと押さえ部材との間に隙間ができてしまい、防水性能が低下してしまう問題がある。
また、骨格部材の格子内に太陽電池パネル等を嵌め込むようにしているので、太陽電池パネル等を確実に格子内へ嵌め込むことができるように、太陽電池パネルの外周よりも骨格部材の格子の内周を若干大きくしており、太陽電池パネルと骨格部材の内周との間に隙間ができ、この隙間によって太陽電池パネルがガタツキ易くなり、風雨等により太陽電池パネルが振動して騒音が発生したり、太陽電池パネル等が振動疲労により破損し易くなったりする虞がある。
更に、上記したように、骨格部材と太陽電池パネル等との間に隙間が形成されており、太陽電池パネル等の剛性がユニット化された屋根パネルに関与する割合が低く、ユニット全体の強度剛性が骨格部材によって決まることとなるので、骨格部材を構成する横桟や縦桟を必要以上に太くしたり強度剛性の高い素材を用いたりする必要があり、コストが高くなる問題がある。
そこで、本発明は上記の実情に鑑み、工場で容易に生産することができ、耐候性に優れると共に強度剛性の高い建材一体型太陽光発電ユニットの提供を課題とするものである。
本発明に係る建材一体型太陽光発電ユニットは、「平板状の太陽電池パネル、該太陽電池パネルの下側に配置される板状の機能部材、該機能部材及び前記太陽電池パネルの対向する端部を保持し外方へ延出する取付部が形成された第一枠を少なくとも有し前記機能部材及び前記太陽電池パネルの外周端部を囲うように保持する枠体を少なくとも備えた太陽電池モジュールと、該太陽電池モジュールと対応した長さの支持部を有し、複数の該支持部が階段状に長手方向へ列設されると共に、異なる前記太陽電池モジュールにおける前記第一枠の前記取付部が互いに対向するような状態で夫々を取付可能な幅とされ、屋根の構造体を構成可能な加工垂木と、該加工垂木の上面に前記取付部を互いに対向するように取付けた前記太陽電池モジュールの前記第一枠同士の上面を覆う天部を備え、前記加工垂木に固定されるキャップ部材とを具備し、前記太陽電池モジュールは、前記第一枠に、前記太陽電池パネルの端部を嵌合保持する第一保持部と、該第一保持部の下側に前記機能部材の端部を下方へ脱着可能に保持する第二保持部とを更に有している」ことを特徴とする。
ここで、「機能部材」としては、「屋根の構造体に対して所定の強度剛性を付与し得るもの(例えば、野地板)」、「防音特性を有したもの」、「防火特性、耐火特性、或いは断熱特性を有したもの」、等が挙げられる。
また、支持部材における「太陽電池モジュールと対応した長さ」とは、取付けられる太陽電池モジュール(第一枠に添った側)の長さに対して、0.8倍〜1倍の範囲内となる長さのことであり、階段状の加工垂木における夫々の支持部に太陽電池モジュールを取付けた際に、太陽電池モジュールの面に対して垂直方向から見た時に、太陽電池モジュール同士の間に隙間が形成されない長さである。また、「加工垂木」としては、「木材や鋼材等を階段状に加工したもの」、「棒状の木材や鋼材等に、三角形状の部材を列設することで階段状に形成したもの」、「屋根の軒側と棟側とを結ぶ方向に延びた棒状部材(垂木を含む)の上側に板状の野地板を配置し、その野地板上に、三角形状の部材(階段形成部材)を列設することで階段状に形成したもの」、等が挙げられる。
本発明によると、太陽電池パネルと機能部材とを枠体で保持した太陽電池モジュールを階段状の加工垂木に取付けると共に、加工垂木に取付けられた太陽電池モジュールの第一枠同士を覆うようにキャップ部材を固定して建材一体型太陽光発電ユニットを構成するようにしているので、加工垂木の支持部に対して、太陽電池モジュールの取付部を取付けた上からキャップ部材を加工垂木に固定すれば良く、各構成部材を積み重ねて行く簡単な作業で建材一体型太陽光発電ユニットを構築することができ、ユニットを工場等で容易に生産することができる。
また、太陽電池パネル等を枠体で保持することで太陽電池モジュールの強度剛性を高めた上で、その太陽電池モジュールを加工垂木に取付けるようにしているので、ユニットを構成する各部材の強度剛性により全体の強度剛性を高めて、屋根を構成する部材としての十分な強度剛性を有することができる。また、上記のように、太陽電池モジュールと加工垂木とによってユニットの強度剛性を分担しているので、従来のように一方の部材のみを強度剛性の高い高価なもの用いる必要がなく、ユニットにかかるコストが増加するのを抑制することができる。
更に、太陽電池モジュールにおける第一枠の取付部を加工垂木に取付けると共に、対向する第一枠同士の上面を覆うようにキャップ部材を固定しているので、キャップ部材によって第一枠同士の間から雨水等が浸入するのを防止することができる。また、第一枠同士の上面をキャップ部材により覆うようにしているので、蓋然的に、取付部もキャップ部材によって覆われることとなり、雨等が直接取付部にかかるのを防止することができ、取付部から浸水したり取付部が腐蝕したりするのを防止して、耐候性を高めることができる。
また、加工垂木の支持部を階段状に複数列設しており、各支持部に太陽電池モジュールを取付けることで、建材一体型太陽光発電ユニットの太陽電池モジュールを階段状とすることができるので、屋根瓦等の屋根材と併設した場合、太陽電池モジュールを屋根材と合せることができ、屋根上での見栄えを良くすることができる。なお、上側(棟側)の太陽電池モジュールと下側(軒側)の太陽電池モジュールとが部分的に重なるようにしても良く、これにより、雨水等を下側へ流し易くすることができる。
なお、太陽電池モジュールにおける第一枠の上面と、キャップ部材の天部との間に弾性体等からなる防水部材を配置するようにしても良く、これにより、第一枠の上面と天部との間から雨水等が構造体側へ浸入するのを防止することができ、建材一体型太陽光発電ユニットの防水性能を向上させることができると共に、信頼性を高めることができる。
更に、太陽電池モジュールにおける太陽電池パネルと機能部材とを別々の保持部によって保持するようにしているので、太陽電池パネルと機能部材とを一緒に保持するようにした場合と比較して、それらの寸法公差が累積されて保持部との嵌め合いが緩くなるのを防止することができ、太陽電池パネルと機能部材とを夫々強固に保持することができる。
また、第一保持部で太陽電池パネルを嵌合保持すると共に、第二保持部で機能部材を下方へ脱着可能に保持するようにしている。つまり、太陽電池パネルをそのパネル面に沿った方向から保持すると共に、機能部材をパネル面とは直角方向(下方)から保持するようにしているので、太陽電池パネルと機能部材とをパネル面に沿った方向から保持するようにした場合と比較して、まず太陽電池パネルを保持した後で機能部材を保持させることができ、太陽電池モジュールの組立作業を簡単にすることができ、太陽電池モジュールにかかるコストを低減させることができる。
更に、第二保持部では、機能部材を脱着可能に保持するようにしているので、ユニット内において所定の太陽電池モジュールの機能部材を外した状態とすることで、太陽電池パネルを通して建物内へ採光可能な太陽電池モジュールを備えたユニットとすることができ、ユーザー等のニーズに容易に対応することができる。
本発明に係る建材一体型太陽光発電ユニットは、上記の構成に加えて、「前記キャップ部材は、前記天部の下面から下方へ延出し前記太陽電池モジュールにおける前記第一枠の夫々の前記取付部に当接可能な脚部を更に備えている」ことを特徴とする。
本発明によると、キャップ部材の脚部が第一枠の取付部に当接可能としているので、キャップ部材を加工垂木に固定する際に、脚部が取付部に当接することで、キャップ部材の天部が加工垂木側へ大きく撓んでしまうのを防止することができ、キャップ部材の見栄えが悪くなるのを防止することができる。また、キャップ部材の脚部を取付部に当接させることで、構造体側への浸水を遮断することができ、より防水性能を高めることができる。
なお、キャップ部材を、脚部が第一枠の取付部に当接して加工垂木に固定した状態で、天部の幅方向(第一枠の取付部が延出する方向、つまり、建材一体型太陽光発電ユニットを屋根に取付けた時に屋根の左右方向となる方向)の略中央が高くなるように形成しても良く、これにより、キャップ部材上の雨水等を、キャップ部材の左右へ流すことができ、キャップ部材上で雨水等が溜まるのを防止することができる。また、脚部が取付部に当接した状態でも天部の中央が高くなっているので、天部自体に弾性力が作用して天部の両端が第一枠の上面により強く当接することとなり、天部と第一枠とをより密着させることができ、天部と第一枠との間の防水性能をより向上させることができる。なお、キャップ部材を幅方向の略中央で加工垂木へ固定するようにした場合、キャップ部材を固定するためのビス周りに雨水等が溜まるのを防止することができ、ビス用のビス孔を伝ってキャップ部材の下側へ雨水等が浸入するのを防止することができる。
本発明に係る建材一体型太陽光発電ユニットは、上記の構成に加えて、「前記太陽電池モジュールは、前記第一枠に、前記キャップ部材の前記脚部が嵌入可能な嵌入溝と、該嵌入溝と前記太陽電池パネルとの間に前記取付部が延出する方向へ並んで配置され、上方へ延出する一対の立壁部とを更に有し、前記キャップ部材は、前記天部の下面から前記太陽電池モジュールの前記第一枠における一対の前記立壁部の間へ垂下する垂下部を更に有している」ことを特徴とする。
本発明によると、嵌入溝と太陽電池パネルとの間で第一枠に上方へ立上る一対の立壁部を備えると共に、キャップ部材に天部から一対の立壁部の間へ垂下する垂下部を備えるようにしているので、一対の立壁部によって、第一枠とキャップ部材の天部との間から浸入した雨水等が、嵌入溝側へ浸入するのを二段構えで防止することができる。また、一対の立壁部の間に垂下する垂下部によって、立壁部を一気に越えて雨水等が浸入するのを防止することができる。そして、更に、嵌入溝にキャップ部材の脚部を嵌入させるようにしているので、嵌入溝を越えて構造体側へ雨水等が浸入するのを遮断することができ、建材一体型太陽光発電ユニットの防水性能をより高めることができる。
また、脚部を嵌入溝に嵌入させることで、脚部が移動するのを防止することができ、第一枠に対してキャップ部材を決められた位置に固定して、キャップ部材による作用効果を確実に発揮させることができる。
なお、太陽電池モジュールを、第一枠における嵌入溝と接近する側に配置された立壁部と嵌入溝との間で、加工垂木の支持部に取付けるようにすることが望ましく、これにより、第一枠を加工垂木に取付ける位置(取付位置)と、雨水等が浸入する虞のあるキャップ部材の天部と第一枠の上面とが当接する位置との間に、一対の立壁部が配置されることとなる。従って、取付位置に対して雨水等を可及的に到達し難くすることができ、取付位置が浸水することでビス孔を伝って構造体側へ雨水等が浸入するのを防止して建材一体型太陽光発電ユニットの防水性能を向上させることができる。また、第一枠の取付位置を外側の立壁部と嵌入溝との間に配置することで、脚部の当接する位置が、第一枠の取付部が延出する方向に対して最も外側に位置することとなる。つまり、キャップ部材の脚部を、加工垂木の幅方向における中央付近に位置させることができるので、キャップ部材を加工垂木に固定した際に、天部の中央が凹み難くなり、天部が波打って見栄えが悪くなるのを防止することができる。
本発明に係る建材一体型太陽光発電ユニットは、上記の構成に加えて、「前記太陽電池モジュールは、前記機能部材が野地板とされている」ことを特徴とする。
本発明によると、太陽電池モジュールにおける機能部材を野地板としているので、太陽電池モジュールの強度剛性をより高めることができ、建材一体型太陽光発電ユニット全体の強度剛性を高めて、耐久性や信頼性を高めることができる。また、太陽電池モジュールに野地板を一体に備えるようにしているので、太陽電池モジュールを加工垂木に取付けるだけで、野地板を同時に取付けることができ、組立作業を簡略化して建材一体型太陽光発電ユニットにかかるコストを低減させることができる。
上記のように、本発明によると、工場で容易に生産することができ、耐候性に優れると共に強度剛性の高い建材一体型太陽光発電ユニットを提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態である建材一体型太陽光発電ユニットについて、図1乃至図6に基いて詳細に説明する。図1は、本発明の建材一体型太陽光発電ユニットの全体を示す斜視図である。図2(A)は本発明の建材一体型太陽光発電ユニットの側面図であり、(B)は側面側の断面を拡大して示す側面断面図である。図3は、本発明の建材一体型太陽光発電ユニットを左右方向に切断して示す断面図であり、図4は、本発明の建材一体型太陽光発電ユニットの軒側先端を拡大して示す図である。また、図5は、本発明の建材一体型太陽光発電ユニットにおける先端キャップを示す斜視図であり、図6は、図3を分解して示す分解図である。更に、図7は、本発明における加工垂木の例を模式化して示す説明図である。
本実施形態の建材一体型太陽光発電ユニット1は、外形が矩形状の太陽電池モジュール2と、太陽電池モジュール2を支持可能とされ屋根の構造体を構成可能な階段状の加工垂木3と、加工垂木3によって対向するように支持された太陽電池モジュール2同士の上面を覆うキャップ部材4とを備えている。この建材一体型太陽光発電ユニット1は、図示するように、建材としての階段状の加工垂木3における各段に太陽電池モジュール2の両端を支持させることで複数の太陽電池モジュール2をユニット化したものである。
本例の建材一体型太陽光発電ユニット1における太陽電池モジュール2は、平板状の太陽電池パネル5と、太陽電池パネル5の下側に配置される板状の機能部材6と、機能部材6及び太陽電池パネル5の外周端を保持する枠体7とを備えている。この枠体7は、太陽電池パネル5の対向する端部(屋根に取付けた時に軒側及び棟側を向く端部)を保持する第二枠8と、第二枠8とは直交する端部を保持する第一枠9とを備えている。なお、本例では、機能部材6が、一般的に屋根の野地板に用いられる素材とされており、太陽電池モジュール2に対して垂木と野地板とが一体となったユニットである。
枠体7における第一枠9は、図3及び図6に示すように、上下方向へ延びた外形が矩形状の本体部9aと、本体部9aの下端から外方へ延出する板状の取付部9bと、取付部9bとは反対側に配置され太陽電池パネル5の端部を嵌合保持する第一保持部9cと、第一保持部9cの下側に配置され機能部材6の端部を下方へ脱着可能に保持する第二保持部9dと、取付部9bの先端上面に配置された嵌入溝9eと、嵌入溝9eと本体部9a(太陽電池パネル5を保持する第一保持部9c)との間に取付部9bが延出する方向へ並んで配置され上方へ延出する一対の立壁部9fとを備えている。
この第一枠9は、図示するように、第一保持部9cが本体部9aの上側に配置されていると共に、第二保持部9dが本体部9aの側面(内側側面)に配置されている。なお、本例では、図示するように、本体部9aの下側に、クランク状に屈曲した固定板10をビス11で本体部9aに固定することで、第二保持部9d内へ嵌め込まれた機能部材6が、下側へ移動するのを阻止して、機能部材6を脱着可能に保持するようになっている。つまり、本例では、第二保持部9dと固定板10とで、本発明の第二保持部が構成されている。
また、一対の立壁部9fは、図示するように、嵌入溝9dと接近する側の立壁部9fが、取付部9bから立上っており、また、嵌入溝9eから遠ざかった側(太陽電池パネル5を保持する第一保持部9cと接近する側)の立壁部9fが、第一保持部9cの外側側面から一旦取付部9bが延出する方向と略平行な方向へ所定量延出した上で上方へ立上っている。なお、本体部9aの外側側面には、断面が略C字状の螺合溝9gが備えられている。
一方、第二枠8は、その断面形状については図示を省略するが、基本的には、第一枠9の取付部9b、立壁部9f、及び螺合部9gを削除したような断面形状とされている。なお、第二枠8及び第一枠9は、アルミ等を押出成形した長尺状の型材とされており、矩形状の本体部9aにより全体の強度・剛性が高められている。
本例の建材一体型太陽光発電ユニット1における加工垂木3は、図2及び図7(A)に示すように、その上面に、太陽電池モジュール2と対応した長さ(第一枠9側の長さに対して0.8〜1倍の長さ、本例では、約0.97倍の長さ)の支持部3aが、加工垂木3の長手方向に複数列設されている。この支持部3aは、加工垂木3の底面に対して所定角度傾斜しており、長手方向へ列設することで加工垂木3の上面側が階段状となっている。なお、支持部3a同士の高さ(一段の高さ)は、太陽電池モジュール2の高さ(厚さ)よりも若干高い高さとされている。
また、加工垂木3は、その幅(屋根へ取付けた時に、屋根の左右方向となる長さ)が、図示するように、隣接して配置した太陽電池モジュール2における第一枠9の取付部9bが互いに対向するような状態で夫々を取付可能な幅とされている。なお、加工垂木3の素材としては、建築木材や、鋼材等が用いられている。また、加工垂木3を、図7(B)に示すような、棒状の通し部材3bの上面に、支持部3aを備えた略三角形状(台形状)の階段形成部材3cを列設したような形態のものとしても良い。
本例の建材一体型太陽光発電ユニット1におけるキャップ部材4は、図示するように、加工垂木3の支持部3aに太陽電池モジュール2における第一枠9の取付部9bを、互いに対向するように取付けた状態で、それら第一枠9同士の上面を覆う天部4aと、天部4aの下面から下方へ延出し第一枠9の取付部9bの嵌入溝9e内へ嵌入当接可能な一対の脚部4bと、脚部4bと天部4aの端部との間で天部4aの下面から第一枠9における一対の立壁部9fの間へ垂下する一対の垂下部4cとを備えている。
このキャップ部材4は、図示するように、幅方向の略中央で天部4aを貫通してビス12により、加工垂木3へ直接取付けられている。また、天部4aは、キャップ部材4を加工垂木3に取付けた状態で、幅方向の略中央が高くなるように形成されている。これにより、雨水等をキャップ部材4の両端側へ流すことができるようになっていると共に、天部4aの両端が所定の弾性力で第一枠9の上面に当接するようになっている。なお、本例のキャップ部材4も、第二枠8や第一枠9と同様に、アルミ等を押出成形した長尺状の型材とされている。
本例の建材一体型太陽光発電ユニット1は、太陽電池モジュール2における第一枠9の上面と、キャップ部材4の天部4aとの間に配置される防水部材13を更に備えている。この防水部材13は、ゴムやシリコン等の弾性部材からなり、第一枠9の上面と天部4との間から雨水等が構造体側へ浸入するのを防止することができるようになっている。
また、本例の建材一体型太陽光発電ユニット1は、図2に示すように、加工垂木3によって階段状に支持される太陽電池モジュール2同士の間に配置される防水部材14を更に備えている。この防水部材14は、ゴムやシリコン等の弾性部材からなり、上下方向に重なった太陽電池モジュール2同士の間から雨水等が構造体側へ浸入するのを防止することができるようになっている。
更に、本例の建材一体型太陽光発電ユニット1は、図4及び図5に示すように、加工垂木3により太陽電池モジュール2を互いに隣接して支持することで、屋根に取付けた時に、軒側を向く側に形成される太陽電池モジュール2同士の隙間を閉鎖する先端キャップ15を備えている。この先端キャップ15は、板状とされ、横枠9の螺合溝9gと対応する位置に形成された長孔からなる一対の貫通孔15aを備えている。このキャップ部材15は、貫通孔15aを通して第一枠9の螺合溝9gにナベ頭のビス16をねじ込むことで、夫々の太陽電池モジュール2に固定され、太陽電池モジュール2同士の隙間を閉鎖することができるようになっている。
次に、本実施形態の建材一体型太陽光発電ユニット1の組立方法について説明する。まず、太陽電池パネル5の対向する端部を夫々第二枠8の第一保持部で保持させる。続いて、第二枠8と直交する太陽電池パネル5の端部を夫々第一枠9の第一保持部9cで保持させ、第二枠8と第一枠9とを図示しないビスにより固定することで、太陽電池パネル5の外周を保持した枠体7を形成する。そして、枠体7の下側から第二枠8及び第一枠9の第二保持部9dへ板状の機能部材6を嵌め込んだ上で、固定板10をビス11により第二枠8及び第一枠9の本体部9aに固定して、機能部材6を保持させる。これにより、太陽電池モジュール2が組立てられる。
続いて、加工垂木3における階段状に列設された支持部3aのうち、屋根に取付けた時に最も軒側の段の支持部3a(図2中、最も右側の支持部3a)に対して、最初に太陽電池モジュール2を取付ける。まず、太陽電池モジュール2の第一枠の取付部2bを、取付ける支持部3aの上面に載置した上で、一方の第二枠8を、列設された支持部3aと支持部3aとの間の段部に当接させる。
そして、その状態で、第一枠9の取付部9bにおける嵌入溝9eと外側の立壁部9fとの間で、取付部9bを貫通して所定のビス17を加工垂木3へねじ込むことで、太陽電池モジュール2の第一枠9が支持部3aに取付けられる。なお、ビス17を用いて、取付部9bを第一枠9の長手方向に対して適宜の間隔で支持部3aに固定する。
太陽電池モジュール2の一方の第一枠9を加工垂木3に取付けたら、次は、他方の第一枠9を別の加工垂木3の支持部3aに、上記と同様に取付ける。なお、別の加工垂木3に取付ける際は、先に取付けた加工垂木3の支持部3aと同じ段の支持部3aに取付ける。そして、太陽電池モジュール2の両端の第一枠9を加工垂木3に取付けたら、別の太陽電池モジュール2の第一枠9を、初めに取付けた太陽電池モジュール2の第一枠9と対向するように加工垂木3の支持部3aに載置し、上述と同様に、ビス17で第一枠9の取付部9bを支持部3aに固定する。
これにより、加工垂木3の支持部3a上で、隣接した太陽電池モジュール2の第一枠9が互いに対抗した状態となるので、それら対向した第一枠9の上面に長尺状の防水部材13を載置する。続いて、防水部材13の上からキャップ部材4を、その天部4aが第一枠9同士の上部を覆うように配置すると共に、キャップ部材4の脚部4bが第一枠9の嵌入溝9e内へ嵌入するようにキャップ部材4を配置する。
その状態で、ビス12を、天部4aの幅方向の略中央において天部4aを貫通して加工垂木3へねじ込むことで、加工垂木3にキャップ部材4を固定する。キャップ部材4をビス12で固定することで、キャップ部材4の脚部4bの下端が嵌入溝9eの底部と当接すると共に、天部4aの両端で防水部材13を圧縮し、キャップ部材4と第一枠9との間の水密性が確保される。
また、キャップ部材4を取付けたら、屋根に取付けた時に軒側を向く側(加工垂木3における支持部3a同士の間の段部と当接する側とは反対側)の太陽電池モジュール2同士の間の軒側先端に、先端キャップ15を当接させてその貫通孔15aを介してビス16を第一枠9の螺合部9gへねじ込んで、先端キャップ15を夫々の第一枠9へ固定する。なお、先端キャップ15を固定する際に、先端キャップ15と、太陽電池モジュール2及びキャップ部材4との間に、所定の防水シールを挟み込むようにしても良い。また、先端キャップ15とキャップ部材4は、どちらを先に取付けても良い。
上述したような作業を繰返しながら、構築する建材一体型太陽光発電ユニット1の幅に応じて、順次、幅方向へ加工垂木3を介して太陽電池モジュール2及びキャップ部材4を取付けて行く。そして、各加工垂木3における最初の段の支持部3aに太陽電池モジュール2を取付けたら、加工垂木3における次の段に対して、上述と同様の手順で太陽電池モジュール2及びキャップ部材4を取付ける。
なお、最初の段以降の段に太陽電池モジュール2を取付ける時は、下側となる太陽電池モジュール2と重なる部分に、長尺状の防水部材14を挟み込むようにする。また、防水部材14の長さは、一つの太陽電池モジュール2と対応した長さとしても良いし、建材一体型太陽光発電ユニット1の幅と対応した長さとしても良い。
このようにして、階段状の加工垂木3の各段の支持部3aに太陽電池モジュール2を取付けることで、本例の建材一体型太陽光発電ユニット1を組立てることができる。そして、組立てた建材一体型太陽光発電ユニット1を、施行現場において、建物等の屋根に組付けることで、屋根の構築と共に、複数の太陽電池モジュール2を設置することができるようになっている。なお、上記の組立ては、所定の工場内で行っても良いし、建築施行現場の平地や、屋根上等で行っても良い。
上記のように、本実施形態の建材一体型太陽光発電ユニット1によると、加工垂木3の支持部3aに対して、太陽電池モジュール2の取付部9bを取付けた上からキャップ部材4を加工垂木3に固定すれば良く、各構成部材を積み重ねて行く簡単な作業で建材一体型太陽光発電ユニット1を構築することができ、ユニットを工場等で容易に生産することができる。
また、太陽電池パネル4と機能部材6とを枠体7で保持することで太陽電池モジュール2の強度剛性を高めた上で、その太陽電池モジュール2を加工垂木3に取付けるようにしているので、ユニットを構成する各部材の強度剛性により全体の強度剛性を高めて、屋根を構成する部材としての十分な強度剛性を有することができる。また、上記のように、太陽電池モジュール2と加工垂木3とによってユニットの強度剛性を分担しているので、従来のように一方の部材のみを強度剛性の高い高価なもの用いる必要がなく、ユニットにかかるコストが増加するのを抑制することができる。
更に、対向する太陽電池モジュール2における第一枠9同士の上面を覆うようにキャップ部材4を固定しているので、キャップ部材4によって第一枠9同士の間から雨水等が浸入するのを防止することができる。また、嵌入溝9eの内側に一対の立壁部9fを備えると共に、キャップ部材4に一対の立壁部9fの間へ垂下する垂下部4と嵌入溝9eに嵌入する脚部4bとを備えているので、喩え第一枠9の上面とキャップ部材4の天部4aとの間から雨水等が浸入しても、加工垂木3やユニットの裏側へ可及的に到達し難くなっており、より防水性能の高い建材一体型太陽光発電ユニット1とすることができる。
また、加工垂木3により太陽電池モジュール2を階段状に支持しているので、屋根瓦等の屋根材と併設した場合、太陽電池モジュール2を屋根材と合せることができ、屋根上での見栄えを良くすることができる。
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良および設計の変更が可能である。
すなわち、本実施形態では、太陽電池モジュール2の機能部材6として、野地板の機能を有したものを示したが、例えば、機能部材として、防音特性を有したものや耐火・断熱特性等を有したものとしても良く、これにより、防音性や耐火性に優れた建材一体型太陽光発電ユニットとすることもできる。また、同一ユニット内で、建物の間取り等に応じて、機能部材を異ならせるようにしても良い。
また、本実施形態では、太陽電池モジュール2に、野地板の機能を持った機能部材6を備えるものを示したが、例えば、図8に示すような建材一体型太陽光発電ユニット20を構築するようにしても良い。この建材一体型太陽光発電ユニット20は、加工垂木3の各支持部3aにユニットの幅と同じ長さの野地板21を載置(図7(C)を参照)した上で、上述の実施形態と同様に、太陽電池モジュール2の第一枠9を野地板21と共にビス17で固定したものである。この建材一体型太陽光発電ユニット20もまた、上述と同様の作用効果を奏することができる他に、野地板21がユニットの全幅に対して連続しているので、ユニット全体の強度・剛性をより高くすることができる。
この建材一体型太陽光発電ユニット20では、機能部材6を省略した太陽電池モジュール2を取付けたものを示したが、防音特性や耐火・耐熱特性等を有する機能部材6を備えた太陽電池モジュール2を取付けるようにしても良い。なお、図8では、上述の実施形態と同様の構成については、同一の符号が付してある。また、この例では、階段状の加工垂木3の支持部3aに、野地板21を載置しているので、ユニットを屋根上に取付けることで、仮に太陽電池モジュール2の下側に雨水等が浸入した場合でも、野地板21の上面を伝って軒側へ流すことができ、建物内へ雨水等が浸入するのを防止することができる。また、従来の瓦等の屋根材のように、野地板21の上面を伝って流れる雨水等が屋根材を乗り越えて軒側へ流れるような構造としていないので、屋根材の棟側端部で雨水等が滞るのを防止することができ、雨水等を軒側へ良好に流すことができる。
なお、本実施形態の建材一体型太陽光発電ユニット1における太陽電池モジュール2は、上述したように屋根ユニットとして用いても良いし、従来の太陽電池モジュールと同様に、加工垂木3とは別に単体で用いても良い。その場合、本例の太陽電池モジュール2は、機能部材6を脱着可能に保持しているので、例えば、耐火性能が必要な場合は、耐火性能を有した機能部材6を取付けた状態の太陽電池モジュール2として供給し、耐火性能が特に必要ない場合は、機能部材6を外した状態の太陽電池モジュール2として供給することができ、簡単にユーザーのニーズに対応させることができる。
また、上記の例では、加工垂木3として、階段状に一体形成されたもの(図7(A))、通し部材3bに階段形成部材3cを列設したもの(図7(B))、及び階段状に一体形成された各段に野地板21を載置したもの(図7(C))、等を示したが、図7(D)に示すように、棒状の通し部材3bの上面に野地板21を載置した上で、更にその上に階段形成部材3cを列設したものとしても良く、上記と同様の作用効果を奏することができる。なお、階段形成部材3cを用いた場合、一体的に形成した場合と比較して、材料の歩留りを良くすることができる。
更に、上記の実施形態では、キャップ部材4に脚部4bを備えたものを示したが、例えば、図9(A)〜(F)に示すように、脚部を備えていないキャップ部材30としても良い。なお、図9の例において、上記の例と同様の構成については同一の符号を付すと共に詳細な説明は省略する。また、図9では、便宜上、太陽電池パネルと機能部材を省略して示してある。まず、図9(A)の例は、キャップ部材30に、対向する第一枠9における第一保持部9cの外側側面の間に配置可能とされた幅の天部30aと、天部30aの下面から第一枠9における一対の立壁部9fの間へ垂下する垂下部30bとを備えたものである。この例では、第一枠9における本体部9a寄りの略L字状に形成された立壁部9fの横方向へ延びる面に防水部材13を載置し、その上にキャップ部材30における天部30aの端部を載せるようにしたものである。また、図9(B)の例は、同図(A)のキャップ部材30に対して垂下部30bを廃止した形態のものである。また、図9(C)の例は、キャップ部材30の幅を対向する第一枠9の第一保持部9cの上面同士を覆う幅としたものである。また、この例より以下では、第一枠9の立壁部9fを一つとしている。
更に、図9(D)の例は、キャップ部材30の幅を対向する第一枠9における第一保持部9cの上面同士を覆う幅とすると共に、第一枠9の取付部9bを本体部9aとし、キャップ部材30と共に第一枠9の本体部9aを、加工垂木3にビス12で取付けるようにしたものである。また、図9(E)の例は、キャップ部材30の天部30aの幅を、対向する第一枠9における第一保持部9cの外側側面同士の間に配置可能な幅とすると共に、垂下部30bを天部30aの幅方向両端に配置し、垂下部30bと第一枠9における第一保持部9cの外側側面との間に弾性的に挿入された防水部材13により、キャップ部材30を取付けるようにしたものである。なお、この例では、キャップ部材30の垂下部30bが、第一枠9の第一保持部9cと立壁部9fとの間へ垂下するようになっている。
また、図9(F)の例は、キャップ部材30の天部30aの幅を対向する第一枠9における第一保持部9cの上面同士を覆う幅とすると共に、第一枠9における立壁部9fの外側側面に、左右方向外側へ向かって開放された溝部9hを形成し、対向する溝部9h内に支持金具31を挿入支持させ、その支持金具31に固定されたナット32に対してキャップ部材30の上側からボルト33を締結することで、キャップ部材30を取付けるようにしたものである。また、この例では、キャップ部材30の垂下部30bが、第一枠9の第一保持部9cと立壁部9fとの間へ垂下するように配置されている。
このように、図9の各例でも、キャップ部材30により対向する第一枠9同士の間を水密に閉鎖することができ、上述と同様の作用効果を奏することができる。なお、図9の(B)、(C)、(E)、(F)の例では、第一枠9における取付部9bの上面が斜めに傾斜しており、加工垂木3に対してビス17を斜めにねじ込むようになっている。また、図9の例では、機能部材6を保持可能な第二保持部9dを、その面に沿った方向へ嵌合保持可能なものを示したが、図2の実施形態と同様に、太陽電池モジュール2の下側から脱着可能に保持するようにしても良い。
本発明の建材一体型太陽光発電ユニットの全体を示す斜視図である。 (A)は本発明の建材一体型太陽光発電ユニットの側面図であり、(B)は側面側の断面を拡大して示す側面断面図である。 本発明の建材一体型太陽光発電ユニットを左右方向に切断して示す断面図である。 本発明の建材一体型太陽光発電ユニットの軒側先端を拡大して示す図である。 本発明の建材一体型太陽光発電ユニットにおける先端キャップを示す斜視図である。 図3を分解して示す分解図である。 本発明における加工垂木の例を模式化して示す説明図である。 建材一体型太陽光発電ユニットの他の実施形態を示す断面図である。 本発明におけるキャップ部材の他の実施形態を示す断面図である。
符号の説明
1 建材一体型太陽光発電ユニット
2 太陽電池モジュール
3 加工垂木
3a 支持部
4 キャップ部材
4a 天部
4c 垂下部
5 太陽電池パネル
6 機能部材
7 枠体
8 第二枠
9 第一枠
9b 取付部
9c 第一保持部
9d 第二保持部
9e 嵌入溝
9f 立壁部
12 ビス
17 ビス

Claims (4)

  1. 平板状の太陽電池パネル、該太陽電池パネルの下側に配置される板状の機能部材、該機能部材及び前記太陽電池パネルの対向する端部を保持し外方へ延出する取付部が形成された第一枠を少なくとも有し前記機能部材及び前記太陽電池パネルの外周端部を囲うように保持する枠体を少なくとも備えた太陽電池モジュールと、
    該太陽電池モジュールと対応した長さの支持部を有し、複数の該支持部が階段状に長手方向へ列設されると共に、異なる前記太陽電池モジュールにおける前記第一枠の前記取付部が互いに対向するような状態で夫々を取付可能な幅とされ、屋根の構造体を構成可能な加工垂木と、
    該加工垂木の上面に前記取付部を互いに対向するように取付けた前記太陽電池モジュールの前記第一枠同士の上面を覆う天部を備え、前記加工垂木に固定されるキャップ部材と
    を具備し、
    前記太陽電池モジュールは、前記第一枠に、
    前記太陽電池パネルの端部を嵌合保持する第一保持部と、
    該第一保持部の下側に前記機能部材の端部を下方へ脱着可能に保持する第二保持部と
    を更に有していることを特徴とする建材一体型太陽光発電ユニット。
  2. 前記キャップ部材は、
    前記天部の下面から下方へ延出し前記太陽電池モジュールにおける前記第一枠の夫々の前記取付部に当接可能な脚部を更に備えていることを特徴とする請求項1に記載の建材一体型太陽光発電ユニット。
  3. 前記太陽電池モジュールは、前記第一枠に、
    前記キャップ部材の前記脚部が嵌入可能な嵌入溝と、
    該嵌入溝と前記太陽電池パネルとの間に前記取付部が延出する方向へ並んで配置され、上方へ延出する一対の立壁部とを更に有し、
    前記キャップ部材は、
    前記天部の下面から前記太陽電池モジュールの前記第一枠における一対の前記立壁部の間へ垂下する垂下部を更に有していることを特徴とする請求項2に記載の建材一体型太陽光発電ユニット。
  4. 前記太陽電池モジュールは、
    前記機能部材が野地板とされていることを特徴とする請求項1から請求項3までの何れか一つに記載の建材一体型太陽光発電ユニット。
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