JP6415797B2 - 太陽電池を用いた外装構造 - Google Patents
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Description
太陽電池を建築物等に設置する場合、その多くは、屋根面、壁面に設置されるが、その特性上、太陽光の照射によって、即ち太陽電池の表側からの照射により温度上昇は避けられないものである。
また、太陽電池の裏側からも空気を媒体として太陽電池の温度が上昇する。即ち太陽電池を設置した場合には、新設であれば太陽電池と下地との間(空間)に、既存(後付けタイプ)であれば既存屋根と太陽電池との間(空間)に、温められた空気が存在するため、発電効率を低下させる要因となっている。さらに、この裏面側の空間内にあっても温度の高い、即ち高温の空気は上昇するため、太陽電池裏面付近に滞留するように位置し、効率低下に繋がるものであった。
また、空気(通気)により太陽電池セルを高温になるのを防ぐ提案として、特許文献2には、太陽電池パネルの裏面に空気層を介して断熱材を一体的に取り付けた構成が記載され、特許文献3には、屋根とソーラーパネルとの間に空気を流通させようとする構成が記載され、特許文献4には、流れ方向に連続する山部と谷部とを備える屋根の上に太陽光発電パネルを取り付けることにより、流れ方向に連続する通気層を形成する構成が記載され、特許文献5には、軒先側から導入した空気を太陽電池の裏面側を通し、棟頂部に位置する小屋裏にてファンを稼働して排気する構成が記載されている。
また、前記特許文献2〜5の空気(通気)で太陽電池セルが高温となるのを防ぐことを目的とする構成において、前記特許文献5のみがファンを稼働して積極的に排気することで通気を促すものであるが、このファンを用いない、他の構成では、十分な通気(換気)が行われなかった。即ち、太陽電池の裏面空間は、太陽電池と屋根或いは屋根下地等で挟まれた略閉塞状空間であり、その空間の軒側から空気を導入し、裏面空間内の空気は、導入される外気によって棟側に押し出したり、暖まった空気の上昇によって自然に排気されるものであるが、空間の距離が長かったり、勾配が緩かったり、導入外気量が少ない(導入口から入りにくい等)によって十分な排気がおこなえるものではなかった。なお、ファンを用いる特許文献5は、所定の効果を得ようとすると、ファンの稼働時間も長くなり、ファンの稼働に伴う熱量も発生するため、有効な方法とは言えないものであった。
また、太陽電池を敷設する下層材(外装構造)が比較的凹凸が大きい場合には、裏面空間が広く取れるが、一般的に多く用いられる太陽電池は、枠体の存在により断面が逆U字状で熱が籠もり易い(滞留し易い)形状であった。
この構成により、少なくとも1つ以上設けた導出部にて裏面空間の空気を太陽電池表面へ導出することができるので、裏面空間の空気の流れを著しく速め、太陽電池セル自体が発生する温度を抑えることで発電効率の低下を防ぐことができる。
また、太陽電池は、上記のモジュール、シート、ボード等をそのまま敷設するものでも、周縁に枠体(フレーム)を配して敷設するものでもよい。また、発電量を増大させるために両面受光(発電)型の太陽電池を用いてもよく、この場合、太陽電池の下方に反射部を介在させればよく、下層材が兼用するものでも別途設けるものでもよい。
また、起立状片は、枠体に予め一体ものであっても、別体からなる起立状片をビス、ボルト・ナット等の締着や嵌合、係合、接着或いはこれらを併用して枠体に取り付けるものであってもよい。或いは太陽電池を取り付け固定する枠体以外の固定部材に一体に設けても或いは上記と同様に別体からなる起立状片を取り付けるものでも、さらに別体を固定部材と共締めしてもよい。さらに、起立状片は、開口部の流れ(長さ)方向に交わる方向に設けるものでも、流れ方向に沿う方向に設けるものでもよい。
また、反射部(材)を別途設ける場合、横桟又は縦桟の配設間隔に配する態様でも、太陽光を反射する部分(面板部)についても、平坦状でも、連続(角)波状でもよい。なお、この反射部を横桟又は縦桟の配設間隔に配する態様では、端縁を立ち上げ、縦桟間又は横桟間に嵌め付けるもの、縦残又は横桟等に係止させてもよく、ビス等で固定するものであってもよい。
本発明に用いる下層材は、既存の瓦、スレート、金属等の公知の屋根であっても、新たに敷設される瓦、スレート、金属等からなる屋根であっても、太陽電池の裏面側に屋根としての雨仕舞性能を有するものであれば、その仕様を問うものではなく、例えば塩ビ等の防水シートからなる防水層でもよい。また、金属等によって構成される既存もしくは新設の屋根は、横葺き状、縦葺き(瓦棒葺き、平滑状等)、折板等の如何なるものであってもよい。
即ち太陽電池1の裏面空間11は、半ば閉塞された空間(以下、半閉鎖状空間という)であって、太陽電池1の表面10は、開放された空間(以下、開放空間という)であるため、裏面空間11が通気構造を形成しているといっても、半閉鎖状空間を流れる空気の速さは開放空間10を流れる空気(風)に比べて著しく遅く、半ば滞留状態にある。太陽電池1,1間に隙間(開口部2)を設けるだけでは、開口部2周辺で暖かい空気の上昇だけの排出に留まり、開口部2周辺以外には空気が滞留した状態であった。
しかし、起立状片3aを開口部2aの風上側の縁部に設けることで、開口部2a周辺はもとより、それ以外の部分に滞留していた空気も開口部2aから開放空間10側へ排出(吸い出される)された。この現象から、前述のように、起立状片3aが上方への乱流を起こすことで開口部2a上端を減圧状態とするため、半閉鎖状空間11の空気が開放空間10へ排出され、裏面空間11の暖められた空気(及び空気が有する熱量)または滞留する熱量を放出できると考えられる。
但し、上述の説明は、白抜き矢印にて示す左方から右方に向かって風が吹き付けるケースの場合であって、逆方向、即ち風が右方から左方に向かって吹くケースでは、この開口部2bが、裏面空間11の空気が表面側へ吸い出される導出部として作用する。
図1(a)に示す第1実施例は、全ての開口部2の左側(風上側)に起立状片2aを設けて全ての開口部2を導出部2aとした。
図1(b)に示す第2実施例は、開口部2の左側(風上側)に起立状片3aを設けて導出部2aとしたものを一枚おきに設けた。
全ての開口部2を導出部2aとした第1実施例では、太陽電池1の裏面空間11の空気が強く且つ三箇所にて吸い出されるため、裏面空間11の暖められた空気(及び空気が有する熱量)または滞留する熱量が効率よく外部に放出される。また、裏面空間11を流れる空気の速度も速められる。
第2実施例でも、導出部2aを1つおきに設けたので、同様に裏面空間11の空気が強く吸い出される。なお、起立状片2が設けられていない開口部2では、空気の吸い出しが弱いものの、それを挟むように配設された2つの導出部2aの効果により、裏面空間11の空気の流れが速められるため、この開口部2からも効率よく空気が排出される。
なお、第1実施例では、4枚全てが左端に起立状片3aを設けた太陽電池1を風向き方向に並設し、第2実施例では、左端に起立状片3aを設けた太陽電池1と、起立状片3を設けない太陽電池1IIとを交互に並べた構成となっている。
図1(d)に示す第4実施例は、一つおきの開口部2が、左右の何れかの端縁に起立状片3が設けられ、左方から右方に向かう風向きに対しても、逆方向の風向きに対しても、裏面空間11の空気が表面側へ吸い出される導出部2aが三つおきに設けられるようにした構成である。
なお、図面では、前述のように白抜き矢印にて示す左方から右方に向かう風向きのみを想定し、その左側に起立状片3aを設けた開口部2を導出部2aとし、他方を導入部2bとした。
第3実施例では、左右何れの方向の風向きに対しても導出部2aが一つおきに設けられるようにしたので、左右何れの方向の風向きに対しても前記第2実施例とほぼ同様に裏面空間11から効率よく空気を排出することができる。
第4実施例では、左右何れの方向の風向きに対しても導出部2aが三つおきに設けられるようにしたので、左右何れの方向の風向きに対しても裏面空間11から効率よく空気を排出することができるが、前記第3実施例よりはその効率が低い。
なお、第3実施例では、左右両端に起立状片3b,3aを設けた太陽電池1IIIと、起立状片3を設けない太陽電池1IIとを交互に並べた構成であり、第4実施例では、左から第2番目と第3番目に左端に起立状片3bを設けた太陽電池1'と右端に起立状片3aを設けた太陽電池1とを並べた構成となっている。
また、下方から上方に向かって吹き付ける風(吹き上げ風)により、図面では横方向に延在する開口部2が導出部2aとして機能し、太陽電池1の裏面空間11の空気を吸い上げて(表面側へ排出して)それに含まれる熱量を放出する。
なお、仮にこの第5実施例と同条件にて、開口部2に起立状片3aを全く設けない場合には、太陽電池1の裏面空間11を流れる空気は、下方から上方へ向かって流れる通気をしており、横方向に延在する開口部2からゆっくりと排出されるが、その排出効果は十分でなく、太陽電池セルの発電効率の低下に繋がることは、前述のとおりである。
図3(a)に示す取付部121aは、側方に突出する凸状の被嵌合部であり、それに対して起立状片3aには側方が開放する得凹状の嵌合部31aが設けられ、取付部121aと嵌合部31aとを嵌合させて起立状片3aを枠体12aに取り付けている。
図3(b)に示す取付部121bは、側方に開放する凹状の被嵌合部であり、それに対して起立状片3aには側方に突出する凸状の嵌合部31bが設けられ、取付部121bと嵌合部31bとを嵌合させて起立状片3aを枠体12bに取り付けている。
図3(c)に示す取付部121cは、上方に開放する凹状の被嵌合部であり、それに対して起立状片3aには下方に突出する凸状の嵌合部31cが設けられ、取付部121cと嵌合部31cとを嵌合させて起立状片3aを枠体12cに取り付けている。
図中、6Aは上記縦葺き外装構造の谷部の端部を塞ぐ第1化粧面材であり、6Bはその上方に位置する裏面空間11の端部を塞ぐ第2化粧面材(パンチングメタル)である。
10 表面
11 裏面空間
12 枠体
13 基材
14 両面受光セル
2 開口部
2a 導出部
2b 導入部
3,3a,3b 起立状片
4 押さえ材
5A 躯体
5B 下部保持部材
5C 上部保持部材
5D 外装材
5E キャップ材
5F 取付架台
Claims (3)
- 屋根表面に対し、複数の太陽電池を軒棟方向に配設し、隣り合う太陽電池が一定間隔の開口部を介して並列状に敷設されるように配設した外装構造であって、
屋根表面と太陽電池裏面には連続する一定厚みの裏面空間が形成され、該裏面空間は、前記開口部によって太陽電池表面と連通する略閉塞状空間であり、
少なくとも1つ以上の開口部は、前記裏面空間の空気を太陽電池表面へ導出する導出部であり、該導出部は、開口部を挟んで対向する端縁の軒側から棟側への吹き上げ風における風上である軒側に位置する表面側に起立状片が配設されていることを特徴とする太陽電池を用いた外装構造。 - 雨仕舞性能を有する下層材上に太陽電池を敷設することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池を用いた外装構造。
- 少なくとも1つ以上の開口部は、裏面空間に太陽電池表面の空気を導入する導入部であり、該導入部は、開口部を挟んで対向する端縁の軒側から棟側への吹き上げ風における風下である棟側に位置する表面側に起立状片が配設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池を用いた外装構造。
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