JP6180342B2 - 太陽電池モジュールおよび太陽電池システム - Google Patents

Description

本発明は、屋外に勾配を設けて設置される太陽電池モジュールおよび太陽電池システムに関する。

太陽電池モジュールや太陽熱利用温水器などの設備機器を屋根上に設置する場合、屋根上に設備機器を固定するための支持部材を設置する必要がある。例えば、特許文献１では傾斜屋根に対して、屋根材に設置する支持金具に縦桟を固定し、さらに縦桟に横桟を介して、太陽電池モジュールをモジュール固定金具で固定する支持部材が提案されている。

ところで、支持部材の材質は耐候性や耐食性の確保が必須であり、溶融亜鉛めっき鋼板や高耐食性溶融めっき鋼板などの材質に対して、高信頼性確保のために雨水経路を導くことが望ましい。例えば、特許文献２では、溶融亜鉛めっき鋼板や高耐食性溶融めっき鋼板などを使用した支持部材に対して、支持部材から離れた箇所へ雨水を導く案内部材を設けることが提案されている。

また、特許文献３では、傾斜屋根の屋根材一体型太陽電池モジュール向けに、モジュール同士が嵌合し、雨水の浸入を低減する太陽電池モジュールのフレーム形状が提案されている。

特許第３９０７６６８号公報 特開２０１１−２３６６７４号公報 特開２０１３−１７０３５１号公報

傾斜屋根に太陽電池モジュールを取付ける際に、施工上の寸法確保などのために、隣接する太陽電池モジュールの間に隙間が生じる場合がある。太陽電池モジュールは、降雨に頻繁に曝され、太陽電池モジュールに落下した雨水は、傾斜の低い側へ流れ、隣接する太陽電池モジュールの隙間から落下する。隙間から落下した雨水は、太陽電池モジュールを固定する固定金具に降りかかることで、固定金具を浸食させてしまうおそれがある。そこで、隙間から落下した雨水が固定金具に降りかかり、固定金具が浸食されてしまうことを抑制することが望まれる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、雨水が固定金具に降りかかることを抑制することのできる太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、平面視において少なくとも対向する２辺を有する太陽電池パネルと、対向する２辺のうち一方の辺を保持する第１保持フレームと、対向する２辺のうち他方の辺を保持する第２保持フレームと、を備え、第１保持フレームは、太陽電池パネルの一方の辺側となる側面に沿って設けられる第１壁部と、第１壁部から太陽電池パネル側に突出形成されて太陽電池パネルを保持する第１保持部と、第１壁部から第１保持部の反対側に突出されるとともに、一方の辺の幅全域に渡って形成された第１外側突出部と、を有し、第２保持フレームは、太陽電池パネルの他方の辺側となる側面に沿って設けられる第２壁部と、第２壁部から太陽電池パネル側に突出形成されて太陽電池パネルを保持する第２保持部と、第２壁部に対して第２保持部の反対側に突出されるとともに、他方の辺の幅全域に渡って形成された第２外側突出部と、を有し、第１外側突出部の下面が、先端に向かうほど上側に向かう第１傾斜面を有し、第２外側突出部の上面が、先端に向かうほど下側に向かう第２傾斜面を有することを特徴とする。

本発明によれば、雨水が固定金具に降りかかることを抑制することのできる太陽電池モジュールを得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの外観斜視図である。 図２は、図１に示す太陽電池モジュールを短辺側から見た断面図である。 図３は、軒側保持フレームの断面図である。 図４は、棟側保持フレームの断面図である。 図５は、太陽電池モジュールを屋根に固定した状態を示す断面図であって、太陽電池モジュール同士の連結部分を拡大した図である。 図６は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールを屋根に固定した状態を示す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールおよび太陽電池システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの外観斜視図である。図２は、図１に示す太陽電池モジュールを短辺側から見た断面図である。太陽電池モジュール１は、太陽電池パネル２、枠体５０を備える。太陽電池パネル２は、受光面２ａ側に光が入射することで電力を発生させる。太陽電池パネル２は、平面視において長方形形状を呈しており、互いに対向する長辺と、互いに対向する短辺とを有する。

なお、以下の説明において、太陽電池パネル２の受光面２ａが向く方向を上方向といい、太陽電池パネル２の裏面２ｂが向く方向を下方向という。また、屋根の傾斜方向に沿った上側を棟側といい、屋根の傾斜方向に沿った下側を軒側という。

枠体５０は、太陽電池パネル２の周囲を囲んで、太陽電池パネル２を保持する。枠体５０は、太陽電池パネル２の一方の長辺を保持する軒側保持フレーム（第１保持フレーム）３と、他方の長辺を保持する棟側保持フレーム（第２保持フレーム）４と、短辺を保持する短辺保持フレーム１１とを備える。軒側保持フレーム３、棟側保持フレーム４、短辺保持フレーム１１は、端部同士が固定されて連結されている。太陽電池モジュール１は、傾斜を有する屋根上に設置される場合、軒側保持フレーム３を軒側に向け、棟側保持フレーム４を棟側に向けて設置される。

図３は、軒側保持フレーム３の断面図である。軒側保持フレーム３は、太陽電池パネル２の一方の長辺を保持する。軒側保持フレーム３は、第１壁部３０、第１保持部３４、第１オーバーラップ部（第１外側突出部）３１、第１フランジ部３２、第１台座（固定用第１突出部）３３を有する。

第１壁部３０は、太陽電池パネル２の一方の長辺側となる側面に沿って設けられる。第１保持部３４は、第１壁部３０から太陽電池パネル２側に突出形成されて、太陽電池パネル２を保持する。より具体的には、第１壁部３０に対して上下に分けて形成された第１保持下片３４ａと第１保持上片３４ｂとで太陽電池パネル２の一方の長辺を挟持する。

第１オーバーラップ部３１は、第１壁部３０から第１保持部３４の反対側に突出されるとともに、一方の長辺の幅全域に渡って形成される。第１オーバーラップ部３１の下面が、先端に向かうほど上面側に向かう傾斜面（第１傾斜面）３１ａを有する。

第１フランジ部３２は、太陽電池パネル２の反対側となる第１壁部３０に対して、第１オーバーラップ部３１よりも下方に突出形成される。第１フランジ部３２の先端には、後述する固定金具が係合可能な第１係合部３２ａが設けられている。第１台座３３は、第１壁部３０の太陽電池パネル２側であって、第１保持部３４よりも下方に突出形成されている。

図４は、棟側保持フレーム４の断面図である。棟側保持フレーム４は、第２壁部４０、第２保持部４５、第２オーバーラップ部（第２外側突出部）４１、水受け用突出部４２、第２フランジ部４３、第２台座（固定用第２突出部）４４を有する。

第２壁部４０は、太陽電池パネル２の他方の長辺側となる側面に沿って設けられる。第２保持部４５は、第２壁部４０から太陽電池パネル２側に突出形成されて、太陽電池パネル２を保持する。より具体的には、第２壁部４０に対して上下に分けて形成された第２保持下片４５ａと第２保持上片４５ｂとで太陽電池パネル２の他方の長辺を挟持する。

第２オーバーラップ部４１は、第２壁部４０に対して第２保持部４５の反対側に突出されるとともに、他方の辺の幅全域に渡って形成される。第２オーバーラップ部４１の上面が、先端に向かうほど下面側に向かう傾斜面（第２傾斜面）４１ａを有する。

水受け用突出部４２は、太陽電池パネル２の反対側となる第２壁部４０に対して、第２オーバーラップ部４１よりも下方に形成される。水受け用突出部４２は、第２オーバーラップ部４１よりも大きな突出量で、他方の辺の幅全域に渡って形成されている。また、水受け用突出部４２の先端は、上方に折り曲げられた折り曲げ部４２ａが形成されている。

第２フランジ部４３は、太陽電池パネル２の反対側となる第２壁部４０に対して、第２オーバーラップ部４１よりも下方に突出形成される。第２フランジ部４３の先端には、後述する固定金具が係合可能な第２係合部４３ａが設けられている。第２台座４４は、第２壁部４０の太陽電池パネル２側であって、第２保持部４５および水受け用突出部４２よりも下方に突出形成されている。

図５は、太陽電池モジュール１を屋根に固定した状態を示す断面図であって、太陽電池モジュール１同士の連結部分を拡大した図である。図５において、紙面上右側が屋根の棟側であり、左側が屋根の軒側となる。図５に示すように、軒側に設けられた太陽電池モジュール１の棟側保持フレーム４と、棟側に設けられた太陽電池モジュール１の軒側保持フレーム３とを対向させた状態で、複数の太陽電池モジュール１が固定金具５で屋根上に固定される。

屋根上には、縦桟７と横桟６とが設けられる。横桟６は、縦桟７上に固定される。横桟６上には、固定金具５が固定される。横桟６と固定金具５は、縦桟７に対してボルト８で固定される。棟側に設けられた太陽電池モジュール１の軒側保持フレーム３は、第１台座３３部分が、固定金具の台座支持部５２で支持される。固定金具５の先端には、モジュール固定片（係合片）５１が形成されている。モジュール固定片５１が軒側保持フレーム３の第１フランジ部３２の第１係合部３２ａに係合することで、軒側保持フレーム３が屋根上に固定される。

軒側に設けられた太陽電池モジュール１の棟側保持フレーム４は、第２台座４４部分が、横桟６の横桟フレーム台座支持部６１に支持される。固定金具５のモジュール固定片５１が、棟側保持フレーム４の第２フランジ部４３の第２係合部４３ａに係合することで、棟側保持フレーム４が屋根上に固定される。このように、固定金具５を介して棟側の太陽電池モジュール１と軒側の太陽電池モジュール１とが連結されて屋根上に固定される。このように、屋根の傾斜方向に沿って並べられた複数の太陽電池モジュール１と、屋根上に固定された架台（縦桟７，横桟６）と、架台に太陽電池モジュール１を固定する固定金具５を備えて太陽電池システムが構成される。

棟側に設けられた太陽電池モジュール１と、軒側に設けられた太陽電池モジュール１とが屋根上に固定された状態で、軒側保持フレーム３の第１オーバーラップ部３１と棟側保持フレーム４の第２オーバーラップ部４１とが平面的に重なり合い、傾斜面３１ａと傾斜面４１ａとが対向する。すなわち、第１オーバーラップ部３１の突出量と第２オーバーラップ部４１の突出量との和が、太陽電池モジュール１を屋根上に固定した状態での第１壁部３０と第２壁部４０との距離以上となっている。

また、軒側保持フレーム３の第１オーバーラップ部３１と棟側保持フレーム４の第２オーバーラップ部４１とは、上下に隙間を開けて配置される。太陽電池モジュール１が設置される屋根は完全な平面ではなく凹凸があり、また施工作業も屋根上での作業なので施工による平面出しの作業も困難である。本発明の太陽電池システムでは、軒側保持フレーム３の第１オーバーラップ部３１と棟側保持フレーム４の第２オーバーラップ部４１との間に上下に隙間があるので、隣り合う太陽電池モジュール１の施工高さにバラツキがあっても施工が可能となり、オーバーラップした太陽電池モジュール１を容易に施工することができる。

また、第１オーバーラップ部３１と第２オーバーラップ部４１との隙間の下方には、水受け用突出部４２が位置する。そして、水受け用突出部４２のさらに下方に固定金具５が位置する。

以上説明したように構成された軒側保持フレーム３と棟側保持フレーム４とを備える太陽電池モジュール１では、屋根の傾斜方向に並べて固定された場合に、軒側保持フレーム３の第１オーバーラップ部３１と棟側保持フレーム４の第２オーバーラップ部４１とが平面的に重なり合うことで、保持フレーム３，４の隙間に雨水が入り込みにくくなる。

ここで、一般的な住宅の屋根の９０％以上は、その傾斜角度が水平面に対して１６．７°以上となっている。したがって、第２オーバーラップ部４１の傾斜面４１ａの角度を、太陽電池パネル２の受光面２ａに対して１６．７°以下となるように形成することで、太陽電池モジュール１を屋根上に設置した際に、傾斜面４１ａが軒側に傾くようにすることができる。したがって、傾斜面４１ａ上の雨水は、傾斜面４１ａの勾配によって軒側に誘導されるため、保持フレーム３，４の隙間に雨水がより一層入り込みにくくなる。そして、軒側に誘導された雨水は、最終的には最も軒側に設けられた太陽電池モジュール１の上面から屋根面に流れる。なお、軒側保持フレーム３の傾斜面３１ａの角度は、棟側保持フレーム４の傾斜面４１ａと干渉しない角度にする必要がある。

このように、太陽電池モジュール１上に降雨した雨水は、保持フレーム３，４の隙間にほとんど落下せずに、より軒側に設けられた太陽電池モジュール１の表面へと流れていく。そのため、固定金具５に雨水が降りかかりにくくなり、固定金具５の浸食が抑制される。

また、風などの影響で雨水が吹き上がって、傾斜面４１ａの勾配に関わらず、第１オーバーラップ部３１と第２オーバーラップ部４１との隙間から雨水が落下した場合であっても、固定金具５の上方に位置する水受け用突出部４２に受け止められるため、固定金具５に水が降りかかりにくい。また、水受け用突出部４２には、折り曲げ部４２ａが形成されているため、雨水は棟側から落下せずに、棟側保持フレーム４の端部から排出されやすい。したがって、固定金具５に雨水がより一層降りかかりにくくなる。

また、第１オーバーラップ部３１、第２オーバーラップ部４１が、枠体５０の上面から高さ方向に飛び出さないため、意匠性も確保される。

なお、本実施の形態では、対向する長辺をそれぞれ棟側と軒側に向けて太陽電池モジュール１を配置する例で説明しているが、対向する短辺をそれぞれ棟側と軒側に向けて太陽電池モジュール１を配置する場合には、短辺側を保持する保持フレームを上述した軒側保持フレーム３および棟側保持フレーム４と同様の構成にすればよい。

また、太陽電池パネル２の形状は、長方形形状に限られず、すくなくとも１つの対向する２辺を有する形状であればよい。例えば正方形形状や台形形状であってもよい。このとき、対向する２辺を軒側と棟側とに向けて太陽電池モジュール１を配置すれば、上述した軒側保持フレーム３および棟側保持フレーム４を用いて、固定金具５に雨水が降りかかるのを抑制することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュール１００を屋根に固定した状態を示す断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

太陽電池モジュール１００は、枠体として軒側保持フレーム９と棟側保持フレーム１０を備える。軒側保持フレーム９は、上記実施の形態１で説明したものと同様に、第１壁部３０、第１保持部３４、第１台座３３を有する。

軒側保持フレーム９は、第１壁部３０から第１保持部３４の反対側に突出されるとともに、一方の辺の幅全域に渡って形成された第１外側突出部９１を有する。また、太陽電池パネル２の反対側となる第１壁部３０に対して、第１外側突出部９１よりも下方であって第１外側突出部９１よりも小さな突出量で突出形成されるフランジ部９２を有する。フランジ部９２の先端には、固定金具５が係合可能な第１係合部９２ａが形成される。

棟側保持フレーム１０は、上記実施の形態１で説明したものと同様に、第２壁部４０、第２保持部４５、第２台座４４を有する。棟側保持フレーム１０は、太陽電池パネル２の反対側となる第２壁部４０に対して、他方の辺の幅全域に渡って突出形成される水受け用突出部１０１を有する。水受け用突出部１０１の先端には、固定金具５が係合可能な第２係合部１０１ａが形成されている。

軒側保持フレーム９における第１壁部３０から第１係合部９２ａまでの距離よりも、棟側保持フレーム１０における第２壁部４０から第２係合部１０１ａまでの距離のほうが大きくなっている。

水受け用突出部１０１は、第２壁部４０からの突出後に上方に折り曲げられて、第２壁部４０との間に溝を形成する。また、第２壁部４０には、溝に溜まった雨水を排出するための水抜き孔１０２が形成されている。

以上説明したように構成された軒側保持フレーム９と棟側保持フレーム１０とを備える太陽電池モジュール１００では、屋根の傾斜方向に並べて固定された場合に、第１外側突出部９１によって、軒側保持フレーム９と棟側保持フレーム１０との隙間が、固定金具５の上方よりも軒側にオフセットされる。そのため、固定金具５に雨水が降りかかりにくくなり、固定金具５の浸食を抑えることができる。そして、オフセットされた隙間の下方には、水受け用突出部１０１が設けられている。また、水受け用突出部１０１と第２壁部４０との間に溝が形成され、第２壁部４０には水抜き孔１０２が形成されている。そのため、隙間から侵入した雨水は、第２壁部４０を伝わったり、直接落下したりして溝に誘導される。溝に誘導された雨水は、水抜き孔１０２から円滑に排出される。したがって、溝に溜まった雨水があふれて固定金具５に降りかかることを防ぐことができる。

また、第１外側突出部９１が、枠体の上面から高さ方向に飛び出さないため、意匠性も確保される。

なお、本実施の形態２においても、図６に示すように、屋根の傾斜方向に沿って並べられた複数の太陽電池モジュール１００と、屋根上に固定された架台（縦桟７，横桟６）と、架台に太陽電池モジュール１００を固定する固定金具５を備えて太陽電池システムが構成される。

なお、本発明は、傾斜屋根用の太陽電池モジュール設置のみならず、陸屋根の雨水流れ方向に設置する場合において、太陽電池モジュールの隙間から流れ込む雨水に対しても確実な効果を示すことは、言うまでもない。

また、軒側保持フレーム９と棟側保持フレーム１０との隙間を軒側にオフセットできるのであれば、棟側保持フレーム１０から対向する軒側保持フレーム９に向けて突出部が形成されていてもよい。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、屋根上に設置する太陽電池モジュールに有用である。

１ 太陽電池モジュール、２ 太陽電池パネル、２ａ 受光面、２ｂ 裏面、３ 軒側保持フレーム（第１保持フレーム）、４ 棟側保持フレーム（第２保持フレーム）、５ 固定金具、６ 横桟、７ 縦桟、８ ボルト、９ 軒側保持フレーム（第１保持フレーム）、１０ 棟側保持フレーム（第２保持フレーム）、１１ 短辺保持フレーム、３０ 第１壁部、３１ 第１オーバーラップ部（第１外側突出部）、３１ａ 傾斜面（第１傾斜面）、３２ 第１フランジ部、３３ 第１台座（固定用第１突出部）、３４ 第１保持部、３４ａ 第１保持下片、３３ｂ 第１保持上片、４０ 第２壁部、４１ 第２オーバーラップ部（第２外側突出部）、４１ａ 傾斜面（第２傾斜面）、４２ 水受け用突出部、４２ａ 折り曲げ部、４３ 第２フランジ部、４３ａ 係合部、４４ 第２台座（固定用第２突出部）、４５ 第２保持部、４５ａ 第２保持下片、４５ｂ 第２保持上片、５０ 枠体、５１ モジュール固定片、５２ 台座支持部、６１ 横桟フレーム台座支持部、９１ 第１外側突出部、９２ フランジ部、９２ａ 第１係合部、１００ 太陽電池モジュール、１０１ 水受け用突出部、１０１ａ 第２係合部、１０２ 水抜き孔。

Claims (4)

1. 平面視において少なくとも対向する２辺を有する太陽電池パネルと、
   前記対向する２辺のうち一方の辺を保持する第１保持フレームと、
   前記対向する２辺のうち他方の辺を保持する第２保持フレームと、を備え、
   前記第１保持フレームは、
   前記太陽電池パネルの一方の辺側となる側面に沿って設けられる第１壁部と、
   前記第１壁部から前記太陽電池パネル側に突出形成されて前記太陽電池パネルを保持する第１保持部と、
   前記第１壁部から前記第１保持部の反対側に突出されるとともに、前記一方の辺の幅全域に渡って形成された第１外側突出部と、
   前記第１外側突出部よりも下方であって、前記第１壁部から前記第１保持部の反対側に突出されて、前記第１保持フレームと前記第２保持フレームとを係合する固定金具が係合可能な第１フランジ部と、を有し、
   前記第２保持フレームは、
   前記太陽電池パネルの他方の辺側となる側面に沿って設けられる第２壁部と、
   前記第２壁部から前記太陽電池パネル側に突出形成されて前記太陽電池パネルを保持する第２保持部と、
   前記第２壁部に対して前記第２保持部の反対側に突出されるとともに、前記他方の辺の幅全域に渡って形成された第２外側突出部と、
   前記第２外側突出部よりも下方であって、前記第２壁部から前記第２保持部の反対側に突出されて、前記固定金具が係合可能な第２フランジ部と、を有し、
   前記第１外側突出部の下面が、先端に向かうほど上側に向かう第１傾斜面を有し、
   前記第２外側突出部の上面が、先端に向かうほど下側に向かう第２傾斜面を有し、
   前記第１外側突出部の突出量と前記第２外側突出部の突出量との和が、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とに前記固定金具が係合された状態における前記第１壁部と前記第２壁部との距離より大きいことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記第２保持フレームは、前記太陽電池パネルの反対側となる前記第２壁部に対して、前記第２外側突出部よりも下方であって前記第２外側突出部よりも大きな突出量で、前記他方の辺の幅全域に渡って形成された水受け用突出部をさらに有す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。
3. 前記第２傾斜面において、前記太陽電池パネルの受光面と上面とがなす角度が、１６．７°以下である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。
4. 屋根上に設置された架台と、
   前記第１保持フレームと前記第２保持フレームとを突き合わせて前記屋根の傾斜方向に並べて前記架台上に載置された請求項１から３のいずれか１つに記載の太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールを前記架台に固定する固定金具と、を備えることを特徴とする太陽電池システム。

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