JP7081992B2 - 既存建物への太陽電池モジュールの取付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、既存建物に対して太陽電池モジュールを取り付ける構造およびその取付け方法に関する。

従来より、既存建物の外壁面に太陽電池パネルを設置することが提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１には、バルコニーに立設された各支柱の側面に形成された溝に、各太陽電池パネルが嵌挿されて支持されるとともに、各支柱の上端にネジ止めされる手摺りにて各太陽電池パネルが設置固定された太陽電池パネル取付構造が示されている。

特開２００１－３２３６２５号公報

上述の太陽電池パネル取付構造では、建物の外壁面であるバルコニーに直接太陽電池パネルを取り付けるため、風圧が太陽電池パネルに直接作用することになり、太陽電池パネルが損傷する問題があった。
本発明は、既存建物に太陽電池モジュールを取り付けることを開発することを目的とする。

本発明の太陽電池モジュールの取付け構造は、枠部材（例えば、後述の枠部材３０）および当該枠部材に取り付けられた太陽電池パネル（例えば、後述の太陽電池パネル３１）を備える太陽電池モジュール（例えば、後述の太陽電池モジュール１）を既存建物に取り付ける太陽電池モジュールの取付け構造であって、前記既存建物の外壁面には、サッシ枠（例えば、後述のサッシ枠１０）と、当該サッシ枠に取り付けられた板ガラス（例えば、後述の板ガラス１１）と、を備える建具（例えば、後述の窓２）が取り付けられ、前記太陽電池モジュールの枠部材は、前記サッシ枠で囲まれた内側に取り付けられるとともに、前記太陽電池パネルは、前記板ガラスの屋内側に配置され、前記枠部材と前記サッシ枠の少なくとも一部との隙間には、弾性部材（例えば、後述のゴム板４０Ａ、４０Ｂ）が挿入され、前記枠部材と前記サッシ枠との隙間は、シーリング材（例えば、後述のシーリング材４２）で閉塞されていることが好ましい。

この発明によれば、既存建物の外壁面に設けられた建具の屋内側に太陽電池モジュールを配置したので、太陽電池パネルに風圧が直接作用することはなく、太陽電池パネルが損傷するのを防止できる。また、太陽電池モジュールが板ガラスを備えた建具で覆われるので、太陽電池パネルのガラスを厚くする必要がなく、太陽電池パネルを低コストで製造できるうえに、太陽電池パネルを軽量化できる。
また、工場にて太陽電池パネルと枠部材とが一体化された太陽電池モジュールを製作し、この太陽電池モジュールを現場に搬入して取り付けるので、施工品質にばらつきが少なく、施工精度を確保できる。
また、屋内側から太陽電池モジュールを後付けできるため、建物外部に太陽電池モジュールを取り付けるための足場や揚重機が不要となり、太陽電池モジュールを低コストで取り付けできる。
また、既存の板ガラスやサッシ枠の取り外しを行うことなく、屋内側から太陽電池モジュールを取り付けできるため、施工時に建物外壁面を傷つけないから、建物外壁から漏水するリスクを低減できる。

本発明の太陽電池モジュールの取付け構造は、前記建具の板ガラスと前記太陽電池パネルとの間には、空気層（例えば、後述の空気層３２）が形成され、前記枠部材の上下には、前記空気層と建物外部とを連通する換気孔（例えば、後述の切り欠き部４３）が形成されることが好ましい。

この発明によれば、建具の板ガラスと太陽電池パネルとの間に空気層を形成した。屋内空気が空気層に流入すると、空気層を構成する板ガラスや太陽電池パネルに結露が生じるおそれがある。特に冬季においては、外気温度が低いので、室内空気が空調で加湿され水蒸気分圧が外気より高い状態となり、水蒸気分圧差により湿気が空気層に流入し、結露が発生しやすい。
そこで、本発明によれば、太陽電池モジュールの枠部材とサッシ枠との隙間をシーリング材で閉塞したので、屋内空気が空気層に流入するのを防止して、板ガラスや太陽電池パネルに結露が生じるのを抑制できる。また、空気層内の空気が外気と同様の水蒸気分圧となるので、仮に、湿気を含む屋内空気が空気層に流入した場合でも、この湿気は屋外から換気孔を通って空気層に流入した外気によって希釈されるから、結露を抑制できる。

また、日射には可視光域から近赤外域までのエネルギー特性がある。建具の板ガラスは、可視光を透過させ、近赤外線を透過させにくいという特徴がある。そのため、建具の板ガラスを透過した日射により、空気層内に近赤外線のエネルギーが留まり、空気層の温度が上昇しやすい。これに対し、太陽電池パネルは、温度が上昇すると、発電効率が低下する、という問題があった。
そこで、本発明によれば、枠部材の上下に、空気層と建物外部とを連通する換気孔を形成した。この換気孔を通して、空気層と建物外部との間で換気が行われるので、空気層が高温となるのを抑制して、太陽電池パネルの発電効率が低下するのを抑制できる。
このように、換気孔を通して、屋外風圧の変動や屋外との水蒸気分圧差に伴って、空気層と建物外部との間で換気が行われるので、冬季には結露を抑制でき、夏季には空気層の高温化を防いで、太陽電池パネルの発電が低下するのを抑制できる。

本発明の太陽電池モジュールの取付け構造は、前記枠部材の下枠には、前記太陽電池パネルの屋内側の位置に、建物外部と屋内とを連通する排水孔（例えば、後述の排水孔３６）が形成されることが好ましい。
この発明によれば、枠部材の下枠に建物外部と屋内とを連通する排水孔を形成したので、太陽電池パネル表面の結露水が枠部材の下枠表面に落ちても、この結露水は排水孔を通って建物外部に排出される。

本発明の太陽電池モジュールの取付け構造は、前記枠部材の屋内側には、断熱材（例えば、後述の断熱材３７）が設けられることが好ましい。
この発明によれば、太陽電池モジュールの枠部材の屋内側に断熱材を設けたので、屋内の空調熱が建物外部に太陽電池パネルを介して排熱されるのを防止でき、屋内の空調負荷を低減できる。

請求項１に記載の太陽電池モジュールの取付け方法は、枠部材および当該枠部材に取り付けられた太陽電池パネルを備える太陽電池モジュールを既存建物に取り付ける太陽電池モジュールの取付け方法であって、既存建物の外壁面には、サッシ枠と、当該サッシ枠に取り付けられた板ガラスと、を備える建具が取り付けられ、前記サッシ枠の下枠の上に弾性部材を設置する工程（例えば、後述のステップＳ１）と、当該弾性部材の上に前記太陽電池モジュールを配置する工程（例えば、後述のステップＳ２）と、当該太陽電池モジュールの枠部材と前記サッシ枠の上枠との隙間に、弾性部材を挿入する工程（例えば、後述のステップＳ３）と、当該太陽電池モジュールの枠部材を前記サッシ枠にビスで固定する工程（例えば、後述のステップＳ４）と、前記枠部材と前記サッシ枠との隙間をシーリング材で閉塞する工程（例えば、後述のステップＳ５）と、を備えることを特徴とする。

太陽電池パネル表面のガラスを厚くすることが考えられるが、このようにすると、太陽電池パネルが高価となるうえに、太陽電池パネルの重量が増大する。
本発明によれば、太陽電池パネルを既存建物内に設置することで太陽電池パネル表面のガラスを薄くでき、太陽電池パネルの重量を軽減できる。
また、本発明によれば、既存建物に太陽電池モジュールを取り付けることができる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールが取り付けられた窓を屋内側から視た図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図１のＢ－Ｂ断面図およびＣ－Ｃ断面図である。 空気層内の空気の流出経路あるいは流入経路の説明図および結露水の排出経路の説明図である。 太陽電池モジュールを窓に取り付ける手順のフローチャートである。 太陽電池モジュールを窓に取り付ける手順の説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール１が取り付けられた建具としての窓２を屋内側から視た図である。図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。図３（ａ）は、図１のＢ－Ｂ断面図であり、図３（ｂ）は、図１のＣ－Ｃ断面図である。
太陽電池モジュール１は、窓２の屋内側に取り付けられている。１つの窓２につき、２つの太陽電池モジュール１が取り付けられている。
この窓２は、既存建物の外壁面に取り付けられた外部窓である。窓２は、矩形枠状のサッシ枠１０と、サッシ枠１０に取り付けられた矩形状の板ガラス１１と、を備える。

板ガラス１１は、以下の手順でサッシ枠１０に取り付けられる。すなわち、図２に示すように、サッシ枠１０には、全周に亘って板ガラス１１を嵌め込むための溝２０が形成されており、この溝２０の屋内側の内壁面には、ガスケット２１が取り付けられている。サッシ枠１０の溝２０にセッティングブロック２２を配置し、このセッティングブロック２２の上に板ガラス１１を載せて、ガスケット２１に押し付ける。次に、屋外側から、サッシ枠１０の溝２０の屋外側の内壁面と板ガラス１１との隙間にバックアップ材２３を挿入し、このバックアップ材２３の上にシリコーン製のシーリング材２４を打設する。これにより、板ガラス１１と溝２０との屋内側の隙間はガスケット２１で塞がれ、板ガラス１１と溝２０との屋外側の隙間は、シーリング材２４で塞がれることになる。

太陽電池モジュール１は、工場にて製作されたものであり、矩形状の枠部材３０と、この枠部材３０に取り付けられた板状の太陽電池パネル３１と、を備える。
枠部材３０は、サッシ枠１０で囲まれた内側に取り付けられており、太陽電池パネル３１は、板ガラス１１の屋内側に配置されている。板ガラス１１と太陽電池パネル３１との間には、空気層３２が形成されている。
枠部材３０は、板状の基部３３と、この基部３３に立設されて板ガラス１１の屋内側の面を支持する第１支持部３４と、この基部３３に立設されて板ガラス１１の屋外側の面を支持する第２支持部３５と、を備える。
枠部材３０の下枠を構成する基部３３には、太陽電池パネル３１の屋内側の位置に、結露水を排水するための排水孔３６が形成されている（図３（ｂ）参照）。

太陽電池モジュール１の枠部材３０と窓２の一部のサッシ枠１０との隙間は、板状のＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）製の弾性部材としてのゴム板４０Ａ、４０Ｂが挿入されている。
ゴム板４０Ａは、枠部材３０の下枠とサッシ枠１０の下枠との間に配置され、ゴム板４０Ｂは、枠部材３０の上枠とサッシ枠１０の上枠との間に配置される。さらに、太陽電池モジュール１の枠部材３０と窓２のサッシ枠１０との隙間でかつゴム板４０Ａ、４０Ｂの屋内側は、バックアップ材４１を挿入した後にシーリング材４２を打設することで、閉塞されている。
太陽電池モジュール１の枠部材３０の縦枠と窓２のサッシ枠１０の縦枠との隙間、および、隣り合う太陽電池モジュール１の枠部材３０の縦枠同士の隙間は、ゴム板を挿入することなく、バックアップ材４１を挿入した後にシーリング材４２を打設することで、閉塞されている。

図４（ａ）は、図３（ｂ）のＤ－Ｄ断面図である。
ゴム板４０Ａ、４０Ｂの屋外側の辺縁には、換気孔としての切り欠き部４３が形成されており、この切り欠き部４３により、空気層３２とサッシ枠１０の内部とが連通している。空気層３２内の空気は、図４（ａ）中矢印で示すように、ゴム板４０Ａの切り欠き部４３およびサッシ枠１０の内部を通って、サッシ枠１０下面の屋外側から建物外部に流出あるいは流入する。

図４（ｂ）は、図３（ｂ）のＥ－Ｅ断面図である。
ゴム板４０Ａの屋内側の辺縁には、切り欠き部４４が形成されている。枠部材３０表面に溜まった結露水は、図４（ｂ）中矢印で示すように、枠部材３０の排水孔３６、ゴム板４０Ａの切り欠き部４４およびサッシ枠１０の内部を通って、サッシ枠１０下面の屋外側から建物外部に排水される。

枠部材３０と板ガラス１１との隙間は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）製のゴム部材４５で閉塞されている。
また、枠部材３０の屋内側には、断熱材３７が設けられている（図２参照）。

太陽電池モジュール１は、上下２箇所ずつの合計４箇所で窓２にビス固定されている。太陽電池モジュール１を窓２にビス固定する手順は、以下のようになる。まず、太陽電池モジュール１の枠部材３０のビス固定箇所に、ドリルで貫通孔を開ける。次に、この枠部材３０に開けた貫通孔からシリコーン製のシーリング材を注入し、その後、この貫通孔にブチルゴム製のワッシャ５０を通してテックスビス５１をねじ込んで、枠部材３０をサッシ枠１０に固定する。

以上の太陽電池モジュール１を既存建物の窓２に後付けで取り付ける手順について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳ１では、図６（ａ）に示すように、板ガラス１１に当接してゴム部材４５を設置し、さらに、サッシ枠１０の下枠の上にゴム板４０Ａを設置する。
ステップＳ２では、図６（ｂ）に示すように、ゴム板４０Ａの上に太陽電池モジュール１を配置する。具体的には、太陽電池モジュール１の枠部材３０の屋外側の面をゴム部材４５に当接させつつ、この枠部材３０をゴム板４０Ａの上に載せる。
ステップＳ３では、図６（ｂ）に示すように、残りのゴム板４０Ｂを、太陽電池モジュール１の枠部材３０と窓２のサッシ枠１０の上枠との隙間に挿入する。このようにしても、ゴム板４０Ｂと枠部材３０との間に隙間ができる場合には、この隙間にさらに金属製のライナーを打ち込んで閉塞する。
ステップＳ４では、太陽電池モジュール１の枠部材３０をサッシ枠１０にテックスビス５１で固定する。
ステップＳ５では、太陽電池モジュール１の枠部材３０と窓２のサッシ枠１０との隙間にバックアップ材４１を挿入してシーリング材４２を打設する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）既存建物の外壁面に設けられた窓２の屋内側に太陽電池モジュール１を配置したので、太陽電池パネル３１に風圧が直接作用することはなく、太陽電池パネル３１が損傷するのを防止できる。また、太陽電池モジュール１が窓２で覆われるので、太陽電池パネル３１のガラスを厚くする必要がなく、太陽電池パネルを低コストで製造できるうえに、太陽電池パネルを軽量化できる。
また、工場にて太陽電池パネル３１と枠部材３０とが一体化された太陽電池モジュール１を製作し、この太陽電池モジュール１を現場に搬入して取り付けるので、施工品質にばらつきが少なく、施工精度を確保できる。

（２）屋内側から太陽電池モジュール１を後付けできるため、建物外部に太陽電池モジュールを取り付けるための足場や揚重機が不要となり、太陽電池モジュール１を低コストで取り付けできる。
また、既存の板ガラス１１やサッシ枠１０の取り外しを行うことなく、屋内側から太陽電池モジュール１を取り付けできるため、施工時に建物外壁面を傷つけないから、建物外壁から漏水するリスクを低減できる。

（３）窓２の板ガラス１１と太陽電池パネル３１との間に空気層３２を形成し、さらに、太陽電池モジュール１の枠部材３０とサッシ枠１０との隙間をシーリング材４２で閉塞した。よって、屋内空気が空気層３２に流入するのを防止して、板ガラス１１や太陽電池パネル３１に結露が生じるのを抑制できる。また、空気層３２内の空気が外気と同様の水蒸気分圧となるので、仮に、湿気を含む屋内空気が空気層３２に流入した場合でも、この湿気は屋外から空気層３２に流入した外気によって希釈されるから、結露を抑制できる。
例えば、冬季の降雨時に、屋外が気温５．０℃、相対湿度１００％で、室内が温度２２℃、相対湿度５０％であって、空気層に室内空気が流入した場合、空気層内の空気の露点湿度が１１．１℃となるのに対し、ガラスの空気層側表面温度は７．４℃となるから、ガラスの空気層側表面で結露が発生する。しかし、本発明によれば、空気層が外気と連通しているので、空気層の空気の絶対湿度が外気とほぼ同等になるから、空気層内の空気の露点温度が５．０℃となる。すると、ガラスの空気層側表面温度が７．４℃、太陽電池パネルの空気層側表面温度が６．６℃であるので、結露が発生しない。

（４）枠部材３０の上下に、空気層３２と建物外部とを連通する換気孔としての切り欠き部４３を形成した。この切り欠き部４３を通して、空気層３２と建物外部との間で換気が行われるので、空気層３２が高温となるのを抑制して、太陽電池パネル３１の発電効率が低下するのを抑制できる。
例えば、夏季の晴天日には、最高気温３５℃、全天日射量９００Ｗ／ｍ^２の場合、南向き窓の空気層内の気温は５０℃を超える。しかし、本発明によれば、空気層と建物外部との間で換気が行われるので、南向き窓の空気層内の空気温度を３５℃～４０℃程度にできる。

（５）枠部材３０の下枠に建物外部と屋内とを連通する排水孔３６を形成したので、太陽電池パネル３１表面の結露水が枠部材３０の下枠表面に落ちても、この結露水は排水孔３６を通って建物外部に排出される。

（６）太陽電池モジュール１の枠部材３０の屋内側に断熱材３７を設けたので、屋内の空調熱が太陽電池パネル３１を介して建物外部に排熱されるのを防止でき、屋内の空調負荷を低減できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の実施形態では、屋内側から太陽電池モジュール１を窓２に屋内側から取り付けたが、これに限らず、屋外側から取り付けてもよい。この場合、屋外に設置した足場を利用して板ガラス１１を取り外し、この状態で、太陽電池モジュール１を取り付けて、板ガラス１１を再度取り付ける。このようにしても、上述の（１）、（３）～（６）と同様の効果がある。

また、上述の実施形態では、枠部材３０に板ガラス１１の屋外側の面を支持する第２支持部３５を設けたが、これに限らず、第２支持部材を設けなくてもよい。

１…太陽電池モジュール ２…窓（建具） １０…サッシ枠 １１…板ガラス
２０…溝 ２１…ガスケット ２２…セッティングブロック
２３…バックアップ材 ２４…シーリング材
３０…枠部材 ３１…太陽電池パネル ３２…空気層 ３３…基部
３４…第１支持部 ３５…第２支持部 ３６…排水孔 ３７…断熱材
４０Ａ、４０Ｂ…ゴム板（弾性部材） ４１…バックアップ材
４２…シーリング材 ４３…切り欠き部（換気孔） ４４…切り欠き部
４５…ゴム部材
５０…ワッシャ ５１…テックスビス

Claims (1)

1. 枠部材および当該枠部材に取り付けられた太陽電池パネルを備える太陽電池モジュールを既存建物に取り付ける太陽電池モジュールの取付け方法であって、
   既存建物の外壁面には、サッシ枠と、当該サッシ枠に取り付けられた板ガラスと、を備える建具が取り付けられ、
   前記サッシ枠の下枠の上に弾性部材を設置する工程と、
   当該弾性部材の上に前記太陽電池モジュールを配置する工程と、
   当該太陽電池モジュールの枠部材と前記サッシ枠の上枠との隙間に、弾性部材を挿入する工程と、
   当該太陽電池モジュールの枠部材を前記サッシ枠にビスで固定する工程と、
   前記枠部材と前記サッシ枠との隙間をシーリング材で閉塞する工程と、を備えることを特徴とする太陽電池モジュールの取付け方法。

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