JP5955541B2 - 屋根構造 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池パネルを設置した屋根の構造に関するものである。

放射能や二酸化炭素を排出しないエネルギー源として、太陽電池が注目されている。家庭用の太陽電池は、一般にパネル状であり、家屋の屋根に設置される場合が多い。
従来技術においては、例えば瓦屋根やスレート屋根の上に太陽電池パネルが設置されている（例えば、特許文献１）。即ち、粘土瓦やスレートが敷設された屋根の上に、太陽電池パネルが並べられている。この様に従来技術においては、太陽電池パネルの下に、瓦やスレート等の屋根部材が存在する。

特開２０１１−１６６０３８号公報

ところで、設置コストや必要な電力量、日当たり等の関係から、太陽電池パネルを屋根の一部にだけ設置する場合も多い。
例えば切妻屋根の様に、棟を境として２面の傾斜面を持つ屋根構造であれば、南側の傾斜面にだけ太陽電池パネルを設置している場合がある。
この様な構造の屋根では、二つの傾斜面に例えば粘土瓦が設置され、南側の傾斜面においては、粘土瓦の上に太陽電池パネルが設置されることとなる。

従って、太陽電池パネルが設置された南側の傾斜面は、太陽電池パネルが設置されていない北側の傾斜面に比べて重い。そのため、屋根に偏荷重が掛かる。
ところで、木の柱は、上部からの荷重を受け続けると、経年的に縮むことが知られている。通常の日本家屋では、屋根の重さは均等であって場所によるばらつきが小さいから、どの位置の柱も均等に荷重を受け、均等に縮む。
ところが、太陽電池を例えば南側の傾斜面にだけ設置すると、屋根の南側を支える柱が、北側を支える柱に比べてより大きく縮む可能性がある。そのため、太陽電池を例えば南側の傾斜面にだけ設置すると、長期間の間に家に狂いが生じ、壁と柱の間に隙間ができたり、障子や襖が開きにくくなってしまったりすることが懸念される。
また、屋根の重さが場所によってばらつきが生じると、耐震強度が低下し、地震による倒壊のリスクが高くなる。
太陽電池は、最近になってから普及しだしたものであり、データは少ないもの、数十年先には、この様な偏荷重による問題が顕著になると予想される。

そこで本発明は、屋根に偏荷重を掛けることなく、太陽電池パネルを設置することができる構造を提案するものである。

上記した課題を解決するための本発明に関連する発明は、屋根の一部の領域に太陽電池パネル及び屋根部材が設置された発電領域があり、当該発電領域においては太陽電池パネルがレール及び金具を介して設置されており、屋根の他の領域は防水機能を備えた屋根部材が設けられている非発電領域であり、単位面積当たりの発電領域における太陽電池パネルと前記金具及びレールを含む付属品と前記屋根部材の合計重量と、非発電領域における屋根部材の重量との差は、太陽電池パネルが設置されない領域における単位面積あたりの屋根部材の重量の２０パーセント以下であることを特徴とする屋根構造である。

ここで「太陽電池パネルの付属品」とは、例えば太陽電池パネルを屋根に取り付けるための金具やレール等を含む。
この関連発明の屋根構造では、単位面積当たりの発電領域における太陽電池パネルとその付属品と前記屋根部材との合計重量と、非発電領域における屋根部材の重量との差を単位面積あたりの重量差を２０パーセント以下に抑えている。
そのため屋根に掛かる偏荷重が小さく、長期に渡って使用しても、家に狂いが生じない。また、場所によってばらつきが生じにくいので、耐震性が高い。

上記の関連発明とは異なる本発明の関連発明は、屋根の全面に防水機能を備えた屋根部材が設けられ、さらに屋根の一部の領域に太陽電池パネルがレール及び金具を介して設置された屋根構造において、太陽電池パネルは屋根部材の上に設置されており、太陽電池パネルが設置された領域の屋根部材と、太陽電池パネルが設置されない領域の屋根部材は異なるものであり、単位面積当たりの太陽電池パネルが設置された領域における太陽電池パネルと前記金具及びレールを含む付属品と屋根部材との合計重量と、太陽電池パネルが設置されない領域における屋根部材の重量との差は、太陽電池パネルが設置されない領域における単位面積あたりの屋根部材の重量の２０パーセント以下であることを特徴とする屋根構造である。

この関連発明の屋根構造では、太陽電池パネルが設置された領域の屋根部材と、太陽電池パネルが設置されない領域の屋根部材に異なるものを採用している。そして単位面積あたりの重量差を２０パーセント以下に抑えている。
そのため屋根に掛かる偏荷重が小さく、長期に渡って使用しても、家に狂いが生じない。また、場所によってばらつきが生じにくいので、耐震性が高い。

また上記した関連発明は、屋根は、直線状の棟を有し、当該棟を挟んで２又は４の傾斜面を有するものであり、少なくとも一つの傾斜面の略全域に太陽電池パネルが設置され、少なくとも他の一つの傾斜面には太陽電池パネルが設置されないものであってもよい。

また上記した関連発明は、太陽電池パネルが設置されない領域における屋根部材は粘土瓦であり、太陽電池パネルが設置された領域における屋根部材はスレートであってもよい。

上記した関連発明は、太陽電池パネルが設置されない領域における屋根部材はスレートであり、太陽電池パネルが設置された領域における屋根部材は金属板であってもよい。

上記した関連発明は、太陽電池パネルが設置されない領域における屋根部材は鉄板であり、太陽電池パネルが設置された領域における屋根部材はアルミ板であってもよい。

請求項１に記載の発明は、屋根に単位面積あたりの重量が異なる太陽電池パネルが混在し、前記太陽電池パネルの下に下部部材が存在し、単位面積当たりの太陽電池パネル及びその下部部材の合計重量の差が軽量側の合計重量の２０パーセント以下であることを特徴とする屋根構造である。

単位面積当たりの太陽電池パネル及びその下部部材の合計重量の差が軽量側の合計重量の２０パーセント以下に抑えているため、屋根に掛かる偏荷重が小さく、長期に渡って使用しても、家に狂いが生じない。また、場所によってばらつきが生じにくいので、耐震性が高い。

請求項２に記載の発明は、屋根の一部の領域に瓦の機能を有した建材一体型の太陽電池パネルが設置された発電領域があり、当該発電領域においては屋根部材が無く太陽電池パネルがレール及び金具を介して設置されており、屋根の他の領域は防水機能を備えた屋根部材が設けられている非発電領域であり、単位面積当たりの発電領域における太陽電池パネルと前記金具及びレールを含む付属品と前記屋根部材の合計重量と、非発電領域における屋根部材の重量との差は、太陽電池パネルが設置されない領域における単位面積あたりの屋根部材の重量の２０パーセント以下であることを特徴とする屋根構造である。
請求項３に記載の発明は、屋根は、直線状の棟を有し、棟と隣接する少なくとも１つの傾斜面に太陽電池パネルが設置された発電領域があり、屋根の他の領域は防水機能を備えた屋根部材が設けられている非発電領域であり、単位面積当たりの発電領域における太陽電池パネルとその付属品の合計重量と、非発電領域における屋根部材の重量との差は、太陽電池パネルが設置されない領域における単位面積あたりの屋根部材の重量の２０パーセント以下であり、発電領域のある傾斜面と、棟と隣接する他の傾斜面に同一の屋根部材が敷設されていることを特徴とする屋根構造である。
上記の関連発明とは異なる本発明の関連発明は、屋根の一部の領域に瓦の機能を有した建材一体型の太陽電池パネルが設置された発電領域があり、屋根の他の領域は防水機能を備えた屋根部材が設けられている非発電領域であり、前記屋根は、直線状の棟を有し、棟を挟んで隣接する２つの傾斜面を備え、前記２つの傾斜面のうち、一方の傾斜面は、前記発電領域と、前記非発電領域が混在し、他方の傾斜面は、前記非発電領域のみが存在しており、単位面積当たりの発電領域における太陽電池パネルとその付属品の合計重量と、非発電領域における屋根部材の重量との差は、太陽電池パネルが設置されない領域における単位面積あたりの屋根部材の重量の２０パーセント以下であり、前記一方の傾斜面は、傾斜方向において前記発電領域よりも軒先側又は棟側に屋根部材が設けられていることを特徴とする屋根構造である。

本発明の屋根構造は、屋根の重量バランスが良い。そのため長期間に渡って住みつづけても、狂いが少ない。

本発明の実施形態の屋根構造を採用した家屋を南側から観察した斜視図であり、太陽電池パネルをハッチングで示している。 図１の家屋を北側から観察した斜視図であり、太陽電池パネルをハッチングで示している。 図１の家屋のＡ−Ａ断面図とその部分拡大図である。 本発明の他の実施形態の屋根構造を採用した家屋の斜視図であり、太陽電池パネルをハッチングで示している。 図４の家屋のＢ−Ｂ断面図とその部分拡大図である。 本発明のさらに他の実施形態の屋根構造を採用した家屋の斜視図であり、太陽電池パネルをハッチングで示している。 図６の家屋のＣ−Ｃ断面図とその部分拡大図である。 本発明のさらに他の実施形態の屋根構造を採用した家屋の斜視図であり、太陽電池パネルをハッチングで示している。 図８の家屋のＤ−Ｄ断面図とその部分拡大図である。 本発明のさらに他の実施形態の屋根構造を採用した家屋の斜視図であり、太陽電池パネルをハッチングで示している。 本発明のさらに他の実施形態の屋根構造を採用した家屋の斜視図であり、太陽電池パネルをハッチングで示している。 本発明のさらに他の実施形態の屋根構造を採用した家屋の斜視図であり、太陽電池パネルをハッチングで示している。 寄棟の屋根構造を表す斜視図である。 本発明の寄棟の屋根構造を採用した場合の実施形態を表す説明図であり、太陽電池パネルの設置位置をハッチングで示している。 本発明の寄棟の屋根構造を採用した場合の他の実施形態を表す説明図であり、太陽電池パネルの設置位置をハッチングで示している。 本発明の寄棟の屋根構造を採用した場合のさらに他の実施形態を表す説明図であり、太陽電池パネルの設置位置をハッチングで示している。 本発明の寄棟の屋根構造を採用した場合のさらに他の実施形態を表す説明図であり、太陽電池パネルの設置位置をハッチングで示している。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の家屋１は、切妻形状の屋根２を有するものである。即ち、本実施形態で採用する屋根構造は、その形態が切妻屋根であり、直線状の棟３を稜線とし、これを境に二つの傾斜面５，６を持つ。そして、南向きの傾斜面５に太陽電池パネル７が複数枚設置されている。

屋根２は、いずれも屋根下地材８に屋根部材１０，１１が設置されたものであるが、本実施形態では、南側の傾斜面５と北側の傾斜面６では、設置されている屋根部材１０，１１が異なる。
即ち、南側の傾斜面５では、屋根部材１０としてスレートが採用されているのに対し、北側の傾斜面６では、屋根部材１１として粘土瓦が採用されている。
そのため南側の傾斜面５では、スレート１３によって防水され、北側の傾斜面６では、粘土瓦１５によって防水されている。

そして北側の傾斜面６では、粘土瓦１５の表面が直接露出しているのに対し、南側の傾斜面５では、スレート１３の上に太陽電池パネル７が設置されている。

ここで、太陽電池パネル７は、特に限定されるものではないが、本実施形態の太陽電池パネルは、所謂集積型太陽電池と称されるものを採用している。この太陽電池パネルは、例えばガラス基板に導電膜や半導体膜を積層し、これに複数の縦列の溝を設けて所定数の単体電池（太陽電池セル）を形成し、各太陽電池セルを電気的に直列接続したものなどを採用することができる。

また太陽電池パネル７は、図示しないレール及び金具によって、スレート１３の上部に少しの隙間を空けて設置されている。

そして本実施形態では、南側の傾斜面５と北側の傾斜面６の単位面積あたりの重量が略等しい。
即ち、南側の傾斜面５を構成する、屋根部材１０たるスレート１３と、太陽電池パネル７および付属品たるレール（図示せず）、金具（図示せず）の単位面積あたりの合計重量と、北側の傾斜面６を構成する、粘土瓦１５の重量とが略等しい。より具体的には、両者の差は、粘土瓦１５の単位面積あたりの重量の２０パーセント以内であり、より望ましくは、粘土瓦１５の単位面積あたりの重量の１０パーセント以内である。
なお、以下、理解を容易にするために、本実施形態では、屋根部材１０及び太陽電池パネル７の付属品たるレール（図示せず）、金具（図示せず）をまとめて、下部部材とも称する。即ち、下部部材は、太陽電池パネル７と屋根下地材８との間に介在する部材を表し、屋根部材の有無は問わない。
例えば、傾斜面６上に屋根部材１１として４５ｋｇ／ｍ² 程度の粘度瓦を用いている場合、傾斜面５において、２０ｋｇ／ｍ² 程度の太陽電池パネルを用いて、屋根部材１０たるスレート１３を選定し、太陽電池パネル７および付属品たるレール（図示せず）、金具（図示せず）の単位面積あたりの合計重量を４０ｋｇ／ｍ² 程度に構成することが好ましい。
また、太陽電池パネル７及び下部部材の単位面積あたりの合計重量に合わせて、粘度瓦を選定してもよい。

本実施形態の屋根構造を採用した家屋１は、屋根の重量バランスが良いので、柱が均等に縮み、長期間に渡って住み続けても狂いが少ない。

以上説明した実施形態では、一方の傾斜面６上には、屋根部材１１として粘土瓦１５が敷設され、他方の傾斜面５上には、屋根部材１１たるスレート１３と太陽電池パネル７を敷設した例を説明したが、本発明は、この組み合わせに限定されるものではない。
要は、太陽電池パネル７の下に設けられる屋根部材を太陽電池パネル７が存在しない領域の屋根部材よりも軽くし、太陽電池パネル７とその下の屋根部材との重量を太陽電池パネル７が無い領域の屋根部材の重量に合わせればよい。

他の組み合わせとしては、図４，図５に示す様に、一方の傾斜面２０上に屋根部材としてスレート２２を敷設し、他方の傾斜面２１上には、屋根部材としての縦葺き状にトタン２３と太陽電池パネル７を敷設してもよい。
この場合、例えば、屋根部材１０として傾斜面２０上に２１ｋｇ／ｍ² 程度のスレート瓦を用いて、傾斜面２０の単位面積当たりの重量が２１ｋｇ／ｍ² 程度となっている場合、傾斜面２１において、１６ｋｇ／ｍ² 程度の太陽電池パネルを用い、トタン２３を選定し、太陽電池パネル７および付属品たるレール（図示せず）、金具（図示せず）の重さを調節して、単位面積あたりの合計重量を２１ｋｇ／ｍ² 程度に構成することが好ましい。
また、太陽電池パネル７及び下部部材の単位面積あたりの合計重量に合わせて、スレート瓦を選定してもよい。

また図６，図７に示す様に、一方の傾斜面２６上の屋根部材１１がスレート２７であり、他方の傾斜面３０上の屋根部材１０が鉄板等の金属板３１であってもよい。

さらには、一方の傾斜面を屋根部材１１として鉄板で葺き、他方の傾斜面を屋根部材１０としてアルミ板で葺くという様に、材質を変えて、重量バランスを確保してもよい。

また、一方の傾斜面に、太陽電池パネルを瓦として用いられる当業者間で「建材一体型」と呼ばれる太陽パネルを用いてもよい。ここでいう「建材一体型」とは、瓦の機能を有した太陽電池を表し、瓦の機能とは、防水性能、防火性能などを表す。

即ち、図８，図９のように一方の傾斜面４０上の屋根部材が建材一体型の太陽電池パネル５０であり、他方の傾斜面４１上が金属板と太陽電池パネル７であってもよい。
このとき、傾斜面４０上と傾斜面４１上で単位面積あたりの重量が異なる太陽電池パネルが混在することとなり、単位面積当たりの太陽電池パネル及びその下部部材の合計重量の差が軽量側の合計重量の２０パーセント以下とすることが好ましい。具体的には、建材一体型の太陽電池パネル５０の合計重量と、金属板と太陽電池パネル７との合計重量との差が、太陽電池パネル５０の合計重量の２０パーセント以内となることが好ましく、より望ましくは、太陽電池パネル５０の合計重量の１０パーセント以内である。
この場合、例えば、傾斜面４０上に屋根部材として２０ｋｇ／ｍ² 程度の建材一体型の太陽電池パネル５０を用いた場合、傾斜面４１上において、１６ｋｇ／ｍ² 程度の太陽電池パネルを用い、金属板を選定し、太陽電池パネル７および付属品たるレール（図示せず）、金具（図示せず）の重さを調節して、単位面積あたりの合計重量を２０〜２５ｋｇ／ｍ² 程度に構成することが好ましい。
また、太陽電池パネル７及び下部部材の単位面積あたりの合計重量に合わせて、建材一体型の太陽電池パネルを選定してもよい。

また、双方の傾斜面上に敷き詰める屋根部材に同一の瓦を敷き詰め、瓦の一部のみを建材一体型の太陽電池パネル５０に置換してもよい。
この場合、例えば、図１０のように傾斜面５１，５２の双方に屋根部材１０，１１として２０ｋｇ／ｍ² 程度のスレート瓦を敷設する場合、一方の傾斜面５１のスレート瓦の一部を２０ｋｇ／ｍ² 程度の建材一体型の太陽電池パネル５０を選定して置換し、傾斜面５１，５２上の重さが均等になるように調節することが好ましい。
また、例えば、図１１のように傾斜面５５，５６の双方に屋根部材１０，１１として４０ｋｇ／ｍ² 程度の粘度瓦を敷設する場合、一方の傾斜面５５の粘度瓦の一部を４０ｋｇ／ｍ² 程度の建材一体型の太陽電池パネル５０を選定して置換し、傾斜面５５，５６上の重さが均等になるように調節することが好ましい。
さらに、例えば、図１２のように傾斜面６０，６１の双方に屋根部材１０，１１として３０ｋｇ／ｍ² 程度のセメント瓦を敷設する場合、一方の傾斜面６０のセメント瓦の一部を３０ｋｇ／ｍ² 程度の建材一体型の太陽電池パネル５０を選定して置換し、傾斜面６０，６１上の重さが均等になるように調節することが好ましい。

以上説明した実施形態は、いずれも切妻形状の屋根を例にあげて説明したが、棟を挟んで４面の傾斜面を有する構造（寄棟）の屋根にも本発明を採用することができる。
具体的には、図１３の屋根の傾斜面を南側から反時計回りに傾斜面Ａ（南側），傾斜面Ｂ（東側），傾斜面Ｃ（北側），傾斜面Ｄ（西側）の４つに分別すると、太陽電池パネル７の敷設する組み合わせとしては、図１４のハッチングのように傾斜面Ａ上のみに太陽電池パネル７及び下部部材を敷設し、残りの傾斜面Ｂ〜Ｄ上には、太陽電池パネルを敷設せず屋根部材を敷設する構造としてもよい。
この場合、単位面積当たりの傾斜面Ａ上の太陽電池パネル及び下部部材の合計重量を他の傾斜面Ｂ〜Ｄのそれぞれの単位面積当たりの傾斜面上の屋根部材の重量と等しくすることが好ましい。

また、他の組み合わせとしては、図１５のハッチングのように傾斜面Ａ及びＢに太陽電池パネル及び下部部材を敷設し、残りの傾斜面Ｃ，Ｄ上には、太陽電池パネルを敷設せず屋根部材のみを敷設する構造としてもよい。
この場合、単位面積当たりの傾斜面Ａ，Ｂ上の太陽電池パネル及び下部部材の合計重量を他の傾斜面Ｃ，Ｄの単位面積当たりの傾斜面上の屋根部材の重量と等しくすることが好ましい。
また、他の組み合わせとしては、図１６のハッチングのように傾斜面Ａ及びＤに太陽電池パネル７及び下部部材を敷設し、残りの傾斜面Ｂ，Ｃ上には、屋根部材のみを敷設する構造としてもよい。
この場合、単位面積当たりの傾斜面Ａ，Ｄ上の太陽電池パネル及び下部部材の合計重量を他の傾斜面Ｂ，Ｃの単位面積当たりの傾斜面上の屋根部材の重量と等しくすることが好ましい。
また、他の組み合わせとしては、図１７のハッチングのように傾斜面Ａ，Ｂ，Ｄに太陽電池パネル７を敷設し、残りの傾斜面Ｃ上には、太陽電池パネル７を敷設せず屋根部材のみを敷設する構造としてもよい。
この場合、単位面積当たりの傾斜面Ａ，Ｂ，Ｄ上の太陽電池パネル及び下部部材の合計重量を他の傾斜面Ｃの単位面積当たりの傾斜面上の屋根部材の重量と等しくすることが好ましい。
また、上記と同様、屋根部材間の組み合わせは、特に限定されない。

またさらに、入母屋と称される構造、方形と称される構造、ノコギリ屋根、バタフライ型屋根等にも本発明を採用することができる。

さらに陸屋根や方流れと称される様な、平面構造や一つの傾斜面だけを有する屋根にも本発明を採用することができる。例えば陸屋根であるならば、屋根の半分の領域をスレート葺きとし、残る領域を鉄板葺きとして、鉄板葺きの領域に太陽電池パネルを設置する。

１ 家屋
２ 屋根
３ 棟
５，２０，２６，４０，５１，５５，６０，Ａ〜Ｄ 傾斜面
６，２１，３０，４１，５２，５６，６１，Ａ〜Ｄ 傾斜面
７，５０ 太陽電池パネル
８ 屋根下地材
１０ 屋根部材
１１ 屋根部材
１３，２２，２７ スレート
１５ 粘土瓦
２３ トタン
３１ 金属板

Claims (3)

1. 屋根に単位面積あたりの重量が異なる太陽電池パネルが混在し、前記太陽電池パネルの下に下部部材が存在し、単位面積当たりの太陽電池パネル及びその下部部材の合計重量の差が軽量側の合計重量の２０パーセント以下であることを特徴とする屋根構造。
2. 屋根の一部の領域に瓦の機能を有した建材一体型の太陽電池パネルが設置された発電領域があり、当該発電領域においては屋根部材が無く太陽電池パネルがレール及び金具を介して設置されており、屋根の他の領域は防水機能を備えた屋根部材が設けられている非発電領域であり、
   単位面積当たりの発電領域における太陽電池パネルと前記金具及びレールを含む付属品と前記屋根部材の合計重量と、非発電領域における屋根部材の重量との差は、太陽電池パネルが設置されない領域における単位面積あたりの屋根部材の重量の２０パーセント以下であることを特徴とする屋根構造。
3. 屋根は、直線状の棟を有し、棟と隣接する少なくとも１つの傾斜面に太陽電池パネルが設置された発電領域があり、屋根の他の領域は防水機能を備えた屋根部材が設けられている非発電領域であり、
   単位面積当たりの発電領域における太陽電池パネルとその付属品の合計重量と、非発電領域における屋根部材の重量との差は、太陽電池パネルが設置されない領域における単位面積あたりの屋根部材の重量の２０パーセント以下であり、
   発電領域のある傾斜面と、棟と隣接する他の傾斜面に同一の屋根部材が敷設されていることを特徴とする屋根構造。

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