JP6205790B2 - 太陽電池用防水シート、防水シート付き太陽電池層および防水構造体 - Google Patents
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Description
しかしながら、このような従来の防水シート付き太陽電池層では、防水シート中に含まれる液体状の可塑剤が太陽電池を構成する太陽電池セルに移行してしまい、太陽電池の発電能力を低下させてしまうといった問題があった。液状の可塑剤を添加しないことも考えられるが、防水シートへの加工性および柔軟性が低下してしまうといった問題があった。
(1) JIS K6721に準拠して測定される重合度が、300以上1300以下のポリ塩化ビニルを含み、
液状の可塑剤の含有量が2重量%以下であり、
前記ポリ塩化ビニルと相溶する常温で固体状の可塑剤として、エチレン−アクリル酸メチル−一酸化炭素共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル−一酸化炭素共重合体のうちの少なくとも一方を含み、かつ、JIS K7210に準拠して測定されるメルトフローレート(MFR)が5g/10min以上40g/10min以下であるものを含むことを特徴とする太陽電池用防水シート。
(5) 前記太陽電池用防水シートと接する層の構成材料が、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体であることを特徴とする上記(3)または(4)に記載の防水シート付き太陽電池層。
前記躯体上に敷設された少なくとも1層で構成されている断熱性および絶縁性を有する下地層上に配置される固定具を有し、
前記躯体に前記下地層を固定する固定手段と、前記固定具上および該固定具の周辺の前記下地層上に、前記固定具を覆うように敷設され、前記固定具に固着された防水層と、を備え、
平面視で、前記固定具と前記防水シート付き太陽電池層とが重ならないように、前記下地層上および前記固定具の周辺の前記防水層上に、前記防水シート付き太陽電池層が敷設され、前記防水層に前記防水シート付き太陽電池層が固着されていることを特徴とする防水構造体。
《防水シート付き太陽電池層および防水構造体》
まず、本発明の太陽電池用防水シートの説明に先立ち、防水シート付き太陽電池層および防水構造体について説明する。
なお、以下では、図1〜図4中に矢印で「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」の方向を示し、また、図5中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。また、図4では、アルミニウムテープ113の図示が省略されている。
各断熱材110は、前後方向に細長く上下方向に扁平で左右方向に一定幅の平板状の部材であり、各断熱材110が左右方向に所定の間隙111を介して躯体10の上面に敷設されている。その断熱材110表面には、本実施形態では、図示しない表面材が貼着されている。この表面材としては、例えば、アルミニウム箔、紙、ポリエチレン系樹脂フィルム、エチレン酢酸ビニル系樹脂フィルムなどが挙げられる。また、間隙111の内面には、本実施形態では、金属層としてアルミニウムテープ112が被覆されている。
なお、断熱材110の上面には目地テープ114が貼着されている。目地テープ114は、飛び火による延焼を抑制する観点から不燃性のアルミニウムを基材としたアルミニウムテープであるのが好ましい。また、断熱材110の下層には要所に図示しない補助鋼板が配置されており、これが図示しないビスで躯体10に固定されている。
図1、図3および図4に示すように、各不燃絶縁層120は、各断熱材110の上面に敷設されている。この場合、不燃絶縁層120は、その平面視での形状が断熱材110と同一であり、すなわち、前後方向に細長い矩形状をなしており、断熱材110の間隙111の上面開口には配置されていない。なお、各断熱材110の間隙111の上面開口は、金属層であるアルミニウムテープ113で封止されている。
この不燃絶縁層120の不燃性繊維としては、特に限定されないが、ガラス繊維が好ましい。また、樹脂シートは、としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン系樹脂などが挙げられる。また、ガラス繊維(不燃性繊維)の含有量は、特に限定されないが、例えば、質量70g/m2以上が樹脂シートに含有されていることが好ましい。
なお、不燃性繊維としては、施工性、経済性等を考慮すれば、ガラス繊維が好ましいが、ガラス繊維には限定されず、この他、例えば、金属繊維、セラミック繊維なども用いることができる。
また、不燃絶縁層120では、不燃性繊維と樹脂シートとの接着性を向上させるために、不燃性繊維と樹脂シートとの層間には、接着層として、LDPE(低密度ポリエチレン)で構成された樹脂層を介在させることが好ましい。
また、不燃絶縁層120のその他の形態としては、不燃性繊維を短繊維(チョップドストランド)として、それを樹脂に含有させ、押出成形やカレンダー成形によりシート状に成形加工した樹脂シートが挙げられる。この場合、繊維の直径は、特に限定されないが、6〜24μmであることが好ましい。
なお、ビス150は、不燃絶縁層120を貫通して躯体10に挿入され、その頭部151aが固定具151、152に係合することで躯体10に不燃絶縁層120を固定する。また、固定具151、152とビス150とにより、固定手段が構成される。
また、本実施形態では、固定具152として、長手形状をなし、例えば、長方形の平板状の固定具である平板固定金具等を用いる。そして、固定具152は、複数の防水シート付き太陽電池層140に跨るように設けられている。
なお、防水層130の端縁同士は、例えば、溶剤、熱、接着剤等で溶着、融着、または接着されており、防水性が保持されている。
図5に示すように、この防水シート付き太陽電池層140は、防水シート(太陽電池用防水シート)147と、積層構造の接着層142と、裏面保護層143と、下面封止材144と、フィルム状の太陽電池セル141と、上面封止材145と、表面保護層146とが、防水層130側からこの順序で積層された積層構造を有している。防水シート147の端縁同士は、例えば、溶剤、熱、接着剤等で溶着、融着、または接着されており、防水性が保持されている。
また、接着層142の構成材料としては、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体からなる群から選択される少なくとも1種を用いるのが好ましい。エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体は、防水シート147と良好に接着することができる。
なお、接着層142を含まない積層構造であってもよい。
なお、裏面保護層143を含まない積層構造であってもよい。
また、下面封止材144の構成材料としては、エチレン共重合体を用いるのが好ましい。エチレン共重合体は、太陽電池セルを保護し、発電性能を長期間維持することができる。この下面封止材144は、太陽電池セル141下面を封止するものであり、フィルム状をなしている。
上面封止材145の構成材料としては、エチレン共重合体を用いるのが好ましい。エチレン共重合体は、太陽電池セルを保護し、発電性能を長期間維持することができる。この上面封止材145は、太陽電池セル141の上面を封止するものであり、フィルム状をなしている。
また、表面保護層146の構成材料としては、特に限定されず、例えば、フッ素系樹脂などが挙げられる。この表面保護層146は、フィルム状をなしており、上面封止材145と接する面にコロナ処理を施している。
このような各防水シート付き太陽電池層140は、左右方向および前後方向にそれぞれ間隔を隔て並設されている。そして、防水シート付き太陽電池層140は、平面視で、固定具151、152と重ならないように、不燃絶縁層120の上面および固定具151、152の周辺の防水層130の上面に敷設されており、その端部が防水層130に固着されている。この場合、防水シート付き太陽電池層140の外周部全体が防水層130に固着されている。防水シート付き太陽電池層140の防水層130への固着方法は、特に限定されず、例えば、溶着等が挙げられる。
また、防水シート付き太陽電池層140では、太陽電池セル141に電気的に接続されている出力端子ユニット161がその下面に設置されており、この出力端子ユニット161が図示しないコネクタなどを介してケーブル163に電気的に接続されている(配線されている)。このような出力端子ユニット161、コネクタ、ケーブル163などは、断熱材110の間隙111に配置されている。
ここで、防水シート付き太陽電池層140が故障した場合は、その防水シート付き太陽電池層140を交換する。この防水シート付き太陽電池層140の故障は、例えば、目視で確認することができ、また、定期点検などにおいて、防水シート付き太陽電池層140の太陽電池セル141の出力を測定することなどで検出することができる。
なお、防水シート付き太陽電池層140全体のうち、故障している防水シート付き太陽電池層140のみを交換する。また、防水層130については、防水層130が劣化していない場合や、防水層130の劣化の程度が比較的少ない場合は、交換しなくてよい。
次に、本発明の太陽電池用防水シート(太陽電池用防水シート147)について詳細に説明する。
本発明の太陽電池用防水シートは、JIS K6721に準拠して測定される重合度が300以上1300以下のポリ塩化ビニルを含み、液状の可塑剤の含有量が2重量%以下である点に特徴を有している。
ところで、従来の太陽電池用防水シートでは、その構成材料に液状の可塑剤(液状可塑剤)が含まれており、この液状可塑剤が太陽電池セルへ移行してしまい、太陽電池の発電能力を低下させてしまうといった問題があった。液状の可塑剤を添加しないことも考えられるが、防水シートの柔軟性が低下してしまうといった問題があった。
また、本発明において、液状の可塑剤の含有量が2重量%以下である。これにより、太陽電池セルの発電能力の低下を防止することができる。
太陽電池用防水シートを構成する材料には、ポリ塩化ビニルと相溶する常温で固体状の可塑剤が含まれているのが好ましい。このような固体状の可塑剤を含むことにより、太陽電池セルの発電能力の低下を防止し、柔軟性を優れたものとするとともに、液状の可塑剤を含む太陽電池用防水シートよりも機械特性を効果的に向上させることができる。
このような固体状の可塑剤としては、具体的には、エルバロイ741、エルバロイ742、エルバロイH441、エルバロイHP661、エルバロイHP662、エルバロイHP4051、エルバロイAS、エルバロイAM等(エルバロイは、三井・デュポンポリケミカル株式会社の商品名)、等が挙げられる。
上記のような固体状の可塑剤の太陽電池用防水シート中における含有量は、10重量%以上50重量%以下であるのが好ましく、20重量%以上40重量%以下であるのがより好ましい。これにより、太陽電池用防水シートの機械特性、柔軟性をさらに向上させることができる。
なお、太陽電池用防水シートを構成する材料としては、上述した成分に限定されず、例えば、各種安定化剤、各種酸化防止剤、各種紫外線吸収剤、加工助剤、滑剤、充填材、難燃剤、色材等を含んでいてもよい。
なお、前記実施形態では、下地層は、断熱材110と不燃絶縁層120との2層で構成されているが、本発明では、これに限定されず、下地層は、1層で構成されていてもよく、また、3層以上で構成されていてもよい。
また、本発明では、断熱材110の間隙111の内部が別体の断熱部材で充填されていてもよい。この断熱部材の構成材料としては、例えば、断熱材110と同様のものを用いることができる。
また、前記実施形態の防水構造体は、屋根や屋上などの躯体の上面に設けられるものであるが、本発明では、これに限定されず、防水構造体は、建造物の躯体上であれば、他の部位に設けられるものでもよい。
また、前記実施形態の防水シート付き太陽電池層の交換方法では、防水シート付き太陽電池層は、屋根や屋上などの躯体の上面に設けられているが、本発明では、これに限定されず、防水シート付き太陽電池層は、建造物の躯体上であれば、他の部位に設けられていてもよい。
《1》防水シート付き太陽電池層の製造
各実施例および各比較例の防水シート付き太陽電池層を以下のようにして製造した。
(実施例1〜10、比較例1〜4)
1.太陽電池用防水シートの製造
表1に示すような配合比率に従って、ポリ塩化ビニル、可塑剤、充填剤、安定剤、滑剤及び色剤を混合し、190℃で溶融混練して厚さ0.9mmの太陽電池用防水シートを製造した。
2.防水シート付き太陽電池層の製造
表1に示すような厚みの表面保護材、上面封止材、太陽電池セル、下面封止材、表面保護材、接着剤、得られた太陽電池用防水シートを表1に示すような構成で積層し、150℃20分で加熱圧着して防水シート付き太陽電池層を製造した。
(1)ポリ塩化ビニル(1):重合度800
(2)ポリ塩化ビニル(2):重合度1200
(3)ポリ塩化ビニル(3):重合度400
(4)ポリ塩化ビニル(4):重合度1400
(5)ポリ塩化ビニル(5):重合度200
(6)液状の可塑剤:エポキシ化大豆油
(7)固体状の可塑剤(1):エチレン−アクリル酸メチル−一酸化炭素共重合体(MFR;20g/10min)
(8)固体状の可塑剤(2):エチレン−酢酸ビニル−一酸化炭素共重合体(1)(MFR;10g/10min)
(9)固体状の可塑剤(3):エチレン−メタクリル酸メチル−一酸化炭素共重合体(1)(MFR;30g/10min)
(10)固体状の可塑剤(4):エチレン−酢酸ビニル−一酸化炭素共重合体(2)(MFR;3g/10min)
(11)固体状の可塑剤(5):エチレン−メタクリル酸メチル−一酸化炭素共重合体(2)(MFR;50g/10min)
(12)固体状の可塑剤(6):エチレン−アクリル酸メチル共重合体(MFR;20g/10min)
(13)充填剤:炭酸カルシウム
(14)安定剤:バリウム亜鉛系安定剤
(15)滑剤:ステアリン酸
(16)顔料:カーボンブラック
(17)表面保護層:フッ素フィルム
(18)上面封止材(1):ポリエチレンフィルム
(19)上面封止材(2):エチレン−アクリル酸メチル共重合体フィルム
(20)上面封止材(3):エチレン−メタクリル酸メチル共重合体フィルム
(21)上面封止材(4):ポリプロピレンフィルム
(22)太陽電池セル:アモルファス太陽電池セル
(23)下面封止材(1):ポリエチレンフィルム
(24)下面封止材(2):エチレン−アクリル酸メチル共重合体フィルム
(25)下面封止材(3):エチレン−メタクリル酸メチル共重合体フィルム
(26)下面封止材(4):ポリプロピレンフィルム
(27)裏面保護層:フッ素フィルム
(28)接着層(1):エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム
(29)接着層(2):エチレン−メタクリル酸メチル共重合体フィルム
(30)接着層(3):ポリプロピレンフィルム
上記の様にして得られた太陽電池用防水シート及び防水シート付き太陽電池層を用いて各種試験を行った。
[太陽電池用防水シートの加工性]
単軸押出機を用いて樹脂温度190℃で押出した太陽電池用防水シートの加工性を評価した。評価は○(シート表面が平滑)、△(シート表面が凹凸)、×(加工が不可能)とし、○、△レベルを合格とした。
[太陽電池用防水シートの柔軟性]
太陽電池用防水シートを半径60mmの紙管に巻き取った後、巻き出したシートの巻き癖を平面に置いた時のシート端部の反り高さで評価した。評価は○(反り高さ:10mm未満)、△(反り高さ:10mm以上、20mm未満)、×(反り高さ:20mm以上)とし、○、△レベルを合格とした。
JIS A 6008に準拠して太陽電池用防水シートの引張強さを評価した。評価は○(引張強さ1800N/cm2以上)、△(引張強さ:1000N/cm2以上、1800N/cm2未満)、×(引張強さ:1000N/cm2未満)とし、○、△レベルを合格とした。
[太陽電池用防水シートの接着性]
真空プレス機を用いて太陽電池用防水シートと太陽電池層を加熱圧着(150℃で20分間加圧)後、太陽電池用防水シートと太陽電池層の剥離強度を測定した。評価は○(剥離強度1.5N/mm以上)、△(剥離強度1.0N/mm以上、1.5N/mm未満)、×(剥離強度1.0N/mm未満)とし、○、△レベルを合格とした。
ソーラーシミュレーターを用いて高温高湿処理(80℃85%RHの条件下で3000時間静置)前後の防水シート付き太陽電池層の発電出力を測定し、出力保持率を求めた。評価は○(出力保持率90%以上)、×(出力保持率90%未満)とし、○レベルを合格とした。
これらの結果を表1に示した。
また、防水シート付き太陽電池層の防水性についても評価を実施し、実施例1〜10は、問題ないことを確認した。
10 躯体
110 断熱材
111 間隙
112 アルミニウムテープ
113 アルミニウムテープ
114 目地テープ
120 不燃絶縁層
130 防水層
140 防水シート付き太陽電池層
141 太陽電池セル
142 接着層
143 裏面保護層
144 下面封止材
145 上面封止材
146 表面保護層
147 防水シート
150 ビス
1501 頭部
151、152 固定具
161 出力端子ユニット
163 ケーブル
Claims (6)
- JIS K6721に準拠して測定される重合度が、300以上1300以下のポリ塩化ビニルを含み、
液状の可塑剤の含有量が2重量%以下であり、
前記ポリ塩化ビニルと相溶する常温で固体状の可塑剤として、エチレン−アクリル酸メチル−一酸化炭素共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル−一酸化炭素共重合体のうちの少なくとも一方を含み、かつ、JIS K7210に準拠して測定されるメルトフローレート(MFR)が5g/10min以上40g/10min以下であるものを含むことを特徴とする太陽電池用防水シート。 - 前記固体状の可塑剤の含有量は、10重量%以上50重量%以下である請求項1に記載の太陽電池用防水シート。
- 請求項1または2に記載の太陽電池用防水シートと、フィルム状の太陽電池セルとを備えたことを特徴とする防水シート付き太陽電池層。
- 前記フィルム状の太陽電池セルを封止する構成材料が、エチレン共重合体であることを特徴とする請求項3に記載の防水シート付き太陽電池層。
- 前記太陽電池用防水シートと接する層の構成材料が、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体であることを特徴とする請求項3または4に記載の防水シート付き太陽電池層。
- 建造物の躯体上に設けられ、請求項3ないし5のいずれか1項に記載の防水シート付き太陽電池層を備える防水構造体であって、
前記躯体上に敷設された少なくとも1層で構成されている断熱性および絶縁性を有する下地層上に配置される固定具を有し、
前記躯体に前記下地層を固定する固定手段と、前記固定具上および該固定具の周辺の前記下地層上に、前記固定具を覆うように敷設され、前記固定具に固着された防水層と、を備え、
平面視で、前記固定具と前記防水シート付き太陽電池層とが重ならないように、前記下地層上および前記固定具の周辺の前記防水層上に、前記防水シート付き太陽電池層が敷設され、前記防水層に前記防水シート付き太陽電池層が固着されていることを特徴とする防水構造体。
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