JPH09137568A - 屋根上への太陽電池取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非晶質シリコン太陽電池を用いた場合に、光
劣化による発電出力の大幅な低下を抑制することがで
き、しかも防火上も優れ、さらに太陽電池の製造工数の
低減を図ることができるとともに、運搬性及び施工性の
向上を図ることができる屋根上への太陽電池取り付け構
造を提供する点にある。 【解決手段】 建築物の屋根の一部又は全部に連続して
敷設された金属板６上に、少なくとも断熱材１８と太陽
電池パネル５を積層してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、屋根上への太陽電
池取付構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題に対する取り組みの
一環として、一般家庭における太陽光発電システムが種
々提案され実用化され始めている。前記太陽光発電シス
テムとしては、家屋の屋根上に設置された複数の太陽電
池と、これら太陽電池に電気的に接続された周辺回路と
を組合わせたものが普及しつつある。

【０００３】前記太陽電池は、図８にその要部断面図を
示すように、透光板１上に複数の非晶質シリコン太陽電
池素子層２を形成したり、この非晶質シリコン太陽電池
素子層２に代わって結晶系のシリコン太陽電池素子を透
光板１上に配設し、充填材３で封入するとともにバック
シート４で裏面を保護した太陽電池パネル５と、この太
陽電池パネル５の端部にブチルゴム等の接着材２９を介
して取り付けられたアルミニウム合金製のフレーム３０
とを備えたものが一般的であり、家屋の屋根上に太陽電
池を設置する場合には、複数枚の太陽電池パネル５を、
屋根上に立設固定した複数の取付具を介して、屋根上に
一定の間隔をあけて浮かした状態に設置していた。図に
示す３０Ａは、前記取付具に前記フレーム３０をボルト
固定するために該フレーム３０に形成されたボルト挿通
用の孔である。

【０００４】一方、非晶質シリコン太陽電池は、基本的
に結晶系シリコン太陽電池よりも発電効率が低く、しか
も比較的短期間（２〜３カ月）光を照射することで発電
出力が初期状態の約８０％まで低下し、その後はほぼ一
定に維持されるという現象（ステブラーロンスキー効
果）が見られ、結晶系シリコン太陽電池と同等の出力を
得るためには、大きな受光面積が必要となる。それ故、
非晶質シリコン太陽電池は、結晶系シリコン太陽電池よ
りも安価でかつ外観も優れているが、その普及が大幅に
遅れている。但し、この発電出力が低下する現象（以
下、単に光劣化と称す）は、太陽電池を８０℃〜９０℃
以上の高温に加熱することで防止できるとともに、一旦
劣化した場合でも回復することが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように太陽電池
を取付けるためには、予め屋根側に複数の取付具を固定
しておかなければならないため、現場での作業能率が低
下するものであった。また、太陽電池を前記取付具に取
付けるためのフレーム３０を太陽電池パネル５の端部に
接着剤により取付けることを太陽電池の製造時に合わせ
て行わなければならないため、太陽電池の製造工数も嵩
むものであった。さらに、前記フレーム３０が取り付け
られた太陽電池は、重量が重くなるだけでなく、嵩張っ
てしまうため、運搬時や施工時に不利となるものであっ
た。

【０００６】また、前記太陽電池においては、これまで
太陽電池素子温度の上昇によって開放電圧が低下し、ひ
いては出力低下につながるとの判断によって素子温度を
積極的に高めるという思想も無く、非晶質シリコン太陽
電池を用いた場合には、光劣化によって発電出力が大幅
に低下することはどうしても避けられない問題であっ
た。

【０００７】本発明は、非晶質シリコン太陽電池を用い
た場合に、光劣化による発電出力の大幅な低下を抑制す
ることができ、しかも防火上も優れ、さらに太陽電池の
製造工数の低減を図ることができるとともに、運搬性及
び施工性の向上を図ることができる屋根上への太陽電池
取り付け構造を提供する点にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】建築物の屋根の一部又は
全部に連続して敷設された金属板上に、少なくとも断熱
材と太陽電池パネルを積層することによって、太陽電池
パネルと金属屋根表面との間が外気に晒されることを阻
止することができるとともに、金属板を防水材の他、防
火材としても機能させることができる。

【０００９】瓦棒葺きや折板等の金属屋根における水上
から水下方向に延びる凹部の一部または全部を閉塞して
前記太陽電池パネルが設けられ、この太陽電池パネルと
前記金属屋根表面との間に形成される空隙部に前記断熱
材が装填されることによって、屋根の凹部を太陽電池パ
ネルの取付部として利用することができるとともに、太
陽電池パネルと金属屋根表面との間が外気に晒されるこ
とを阻止することができる。

【００１０】前記金属板上又は金属屋根上に、第１の防
水シートと前記断熱材と第２の防水シートと前記太陽電
池パネルをこの順に積層することによって、屋根の防水
材の他、緩衝材としても機能させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図４に、非晶質シリコン太陽電池
（以下太陽電池と略す）が示されており、この太陽電池
は、基本的には、透光板１と、透光板１の下面、すなわ
ち受光面とは反対側の面に形成した非晶質シリコン太陽
電池素子層２と、この太陽電池素子層２の下側に設けら
れた充填材３と、この充填材３の下側に設けられたバッ
クシート４とを備えた太陽電池パネル５から構成されて
いる。前記太陽電池パネル５を１個設けたもの、あるい
は２個以上の太陽電池パネル５を連結したものを太陽電
池と称し、太陽電池パネル５の個数に無関係とする。

【００１２】前記透光板１としては強化ガラスや貼り合
わせガラス、またはその他一般的な透光板が用いられ、
ガラス成分が溶出しないよう、必要に応じて酸化ケイ素
などを被着したものを用いても良い。

【００１３】前記太陽電池素子層２は、透光板１上に透
明導電膜、ｐ−ｉ−ｎまたはｎ−ｉ−ｐの非晶質シリコ
ン層、金属電極層を順次堆積した積層体からなり、その
下面側に設けたＥＶＡ、ＰＶＢ、ポリイソブチレン系樹
脂等の充填材３を介して透光板１に対して封入されてい
る。

【００１４】前記バックシート４は、アルミニウム箔を
サンドしたテドラー等で構成されている。但し、前記充
填材３やバックシート４を省略し、代わりに適当な保護
塗膜を形成しておいてもよい。ここで透明導電膜として
は、従来の太陽電池素子と同様に酸化錫や酸化インジウ
ム錫が用いられ、非晶質シリコン層としては、アモルフ
ァスシリコンカーバイトとアモルファスシリコンによる
ヘテロ接合構造等が採用され、必要に応じて透明導電膜
側や金属電極層側のｐ層やｎ層を、微結晶化させること
も直列抵抗低減において効果的である。

【００１５】また金属電極層としては、クロム、アルミ
ニウム、銀などの一般的な金属材料を単層や積層構造と
して用いる。そして本発明では素子温度を積極的に高温
にすることから、非晶質シリコン層との間で金属成分の
拡散を防止するため、非晶質シリコン層と金属電極層と
の間に、前述の透明導電膜やシリサイド層などによる金
属拡散防止層を介在させたり、この金属拡散防止層を介
在させずに、金属電極層としてクロムやモリブデンなど
のシリサイド形成金属を用いたり、これらシリサイド形
成金属と他の金属との積層構造とすることが効果的であ
る。また、入射光の閉じ込め効果の点からは、反射率の
点から銀を用いると特に効果が高い。更に、充填材４と
してＥＶＡ、ＰＶＢなどを用いる場合は、真空ラミネー
ト法によって封入し、ポリイソブチレン系樹脂の場合
は、これを加熱流動化して塗布すれば良い。

【００１６】以上のように構成された太陽電池を屋根上
へ取り付けるための取り付け構造について説明すれば、
図１及び図５に示すように、野地板２５上に多数の瓦Ｋ
・・が敷設された瓦屋根の中間部に位置する瓦Ｋ・・を
取外し、この瓦Ｋ・・代わりに、水上から水下に延びる
多数の凸部６Ａ・・が折曲形成された金属板６を敷設
し、前記金属板６の凸部６Ａ・・のうちの特定の隣合う
凸部６Ａ，６Ａ間に太陽電池パネル５を載置して、前記
隣合う凸部６Ａ，６Ａ間に位置する凹部６Ｂを閉塞する
ようにしている。前記のように不燃材である瓦Ｋ・・を
取外した後に、金属板６を敷設することによって、防火
性能に優れた屋根構造にすることができるのである。詳
述すれば、前記凸部６Ａ上面に凸部６Ａ長手方向に延び
る断面形状略Ｅ字形状の支持部材７を複数のボルト８に
より固定し、この支持部材７の左右両端部に形成の溝７
Ａ，７Ａに該支持部材７の横側部に位置する断面形状略
Ｃ字形状のチャンネル部材９に一体連設された係止部９
Ａを係止するとともに、前記チャンネル部材９の上面に
太陽電池パネル５を載置するための台座１０を該台座１
０下部の一対の係止部１０Ａ，１０Ａとチャンネル部材
９の上部開口との係止作用により係止固定してある。そ
して、前記太陽電池パネル５を前記台座１０上面に載置
した後、前記支持部材７の上方開口７Ｂに係止する一対
の係止部１１Ａ，１１Ａを備えたカバー部材１１を装着
することによって、カバー部材１１の下面に付設のパッ
キン１２を介して太陽電池パネル５を台座１０上面側に
押圧して、太陽電池パネル５をカバー部材１１と台座１
０とで挟持固定するのである。尚、図に示す１３は、前
記太陽電池パネル５下面と前記台座１０上面との間に設
けられたパッキンである。これらパッキン１２，１３
は、ゴム、合成樹脂等から形成され、場合によってはこ
れらパッキン１２，１３を省略してもよい。前記太陽電
池パネル５を固定する方法としては、図６に示すよう
に、下方に一対の脚部１４Ａ，１４Ａを備えた固定金具
１４を凸部６Ａ上面に複数のボルト１５により固定し
て、太陽電池パネル５を固定金具１４の下面と凸部６Ａ
上面とで挟持固定してもよいし、又図７に示すように、
固定部材１６の下方に備えた一対の係止部１６Ａ，１６
Ａを凸部６Ａ上面に形成の開口６ａに係止することによ
って、太陽電池パネル５を固定金具１４の下面と凸部６
Ａ上面とで挟持固定してもよく、太陽電池パネル５の固
定方法はこれらに限定されるものではない。前記瓦屋根
に代えて、茅葺き屋根でもよい。この場合、茅を取外し
た部分に金属板を敷設することによって、防火機能を付
与することができる。又瓦棒葺きや折板等の金属屋根を
用いることによって、金属板を敷設することを不要にす
ることができる。このように、水上から水下方向に延び
る凹部を備えた金属屋根、あるいは屋根上又は屋根の一
部を改良して凹部を備えさせた屋根のいずれの形の屋根
に太陽電池パネル５を取付けてもよい。ここでいう水上
とは、棟、つまり屋根の一番高い所を指し、水下とは、
軒、つまり屋根の下端の建物の外に張り出た部分を指す
ことになる。

【００１７】前記太陽電池パネル５と前記金属板６との
間に形成される空隙部１７に断熱材１８が充填されてお
り、この断熱材１８が前記太陽電池パネル５の裏面から
の放熱を抑制するとともに、屋内と屋外との断熱効果を
得ることができるようにしている。

【００１８】前記金属板６と前記断熱材１８との間に第
１の防水シート１９を設けるとともに、前記太陽電池パ
ネル５と前記断熱材１８との間に第２の防水シート２０
を設けてある。前記両防水シート１９，２０の素材とし
ては、特殊ゴム化アスファルトコンパウンドやポリイソ
ブチレン等からなるとともに、表裏両面が粘着性を有し
ており、太陽電池パネル５の裏面又は金属板６上面ある
いは断熱材１８の両面に防水シート１９，２０を当て付
けるだけで粘着作用により固定することができるように
している。前記第２の防水シート２０を設けることによ
って、太陽電池パネル５の透光板１に落下物等が接当し
たときの衝撃力の一部を防水シート２０の変形により吸
収することができる。又、防水シート２０が粘着作用を
有しているから、たとえ透光板１が落下物等に接当して
割れたとしても、防水シート２０の粘着作用により透光
板１の破片が防水シート２０上面に貼り付いているか
ら、透光板１の破片が飛散することを阻止することがで
きる。従って、透光板１を強化ガラスに代えて窓ガラス
のような通常のガラスで構成しても何ら問題はないので
ある。

【００１９】前記隣合う凸部６Ａ，６Ａ間が非常に開い
ている場合や凸部６Ａ，６Ａ間の一部のみを閉塞したい
場合には、図７に示すように、金属板６上に凸部を形成
するためのアルミ製の足部材２１をボルト固定して、こ
の足部材２１上面に太陽電池パネル５を載置した後、前
述と同じように固定部材１６の係止部１６Ａを足部材２
１上面に形成の開口２１Ａに係止することによって、太
陽電池パネル５を足部材２１上面と固定部材１６下面と
で挟持固定するのである。前記足部材１３上面と前記凸
部６Ｂ上面との上下レベルは、同一に設定することは言
うまでもない。前記太陽電池パネル５を取付ける場合に
は、先ず金属板６上面に第１の防水シート１９を該防水
シート１９の粘着力により貼り付けた後、第１の防水シ
ート１９上面に断熱材１８を該防水シート１９の粘着力
により貼り付ける。次に、第２の防水シート２０を断熱
材１８の上面に該防水シート２０の粘着力により貼り付
けるとともに、前記第２の防水シート２０の左右端部を
前記パッキン１３上面に該防水シート２０の粘着力によ
り貼り付ける。最後に、第２の防水シート２０の上面に
太陽電池パネル５を該防水シート２０の粘着力により貼
り付けるとともに、前記カバー部材１１の係止部１１
Ａ，１１Ａを支持部材７の開口７Ｂに係止して、太陽電
池パネル５の取付けを終了するのである。そして、この
ような取付作業を繰り返して図５に示すように、前記太
陽電池パネル５の多数個を取付けることによって、太陽
電池の取付けが完了するのである。前記防水シート１
９，２０を省略して実施してもよい。また、太陽電池が
取付けられていない屋根６部分に、図２に示すように、
野地板２５の上面に下から順番に前記防水シート１９と
同一構成の防水シート２２、断熱材２３、前記防水シー
ト２０と同一構成の防水シート２４、前記同一構成の野
地板２５を積層するとともに、屋根の水下、つまり軒に
前記防水シート２２，２４間に形成される隙間内に嵌合
する嵌合部２６Ａを備える端部材２６を設けて、太陽電
池上面と該太陽電池が取付けられていない屋根６上面と
が面一状になるように構成してもよい。前記野地板２５
と前記太陽電池パネル５との突き合わせ端面同士間に充
填材等をコーキングすることによって、その端面同士間
での隙間の発生を阻止して、雨水等が前記端面同士間か
ら入り込まないようにしてもよい。尚、前記充填材等を
コーキングするものに代えて、野地板２５の裏面と太陽
電池パネル５の裏面とに渡る長さの防水シートを設けて
もよく、端面同士間の処理はこれらに限定されるもので
はない。

【００２０】前記断熱材１８を構成する素材としては、
断熱性、圧縮強度、耐熱性に優れた、例えばポリスチレ
ンフォーム、ポリエチレンフォーム、硬質ポリウレタン
フォーム、軟質ポリウレタンフォーム、硬質塩化ビニル
フォーム、ユリアフォーム、フェノールフォーム、ラバ
ーフォーム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレ
ート、パーライト、バーミキュライト、泡ガラスなどの
発泡・多孔質材料や、アスベスト、ロックウール、グラ
スウール、セラミックファイバー、軟質繊維材、などの
繊維材料や、ケイ酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウ
ム、けいそう土、けいそう土質断熱れんが、耐火断熱れ
んが、キャスタブル耐火断熱材、コルク、炭素粉末など
の粒・粉状材料や、アルミニウム箔などからなる多層箔
材料や、硬質フォームラバー、発泡クロロプレンゴムな
どの発泡ゴム材料や、軽量気泡コンクリートや、発泡ア
ルミニウムなどを用いることが可能である。前記防水シ
ート１９，２０の素材としては、特殊ゴム化アスファル
トコンパウンドやポリイソブチレンなどを採用すること
が可能である。尚、断熱材１８の上面には、図１及び図
３に示すように、太陽電池パネル５下面から突出する複
数の出力線２７及びこれら出力線２７からの出力を軒又
は棟に取り出すために該出力線２７に接続された導線２
８を収納するための溝１８Ａが形成されている。前記実
施例では、断熱材１８を前記空隙部１７に収納できる大
きさのものに予め製造し、その製造された断熱材１８を
空隙部１７に収納するようにしたが、太陽電池パネル５
の取付作業中に空隙部１７内に液状の断熱材を充填する
構成にすれば、前記溝１８Ａの形成も不要にできるだけ
でなく、断熱材の運搬性や作業性の向上を図ることがで
きるのである。しかも、充填式の断熱材を用いることに
よって、この断熱材自体が接着作用を有することにな
り、防水シート１９，２０を設けない場合でも金属板６
と断熱材との間及び断熱材と太陽電池パネル５との間を
接着固定することができるのである。

【００２１】ここで、一つの太陽電池パネル５によって
得られる発電量を、屋根６全体の発電量の１５％以下程
度に設定しておき、１つの太陽電池パネル５が故障した
場合でも、極端な発電量の低下が防止されるように構成
しておくと便利である。

【００２２】

【発明の効果】請求項１により、断熱材が太陽電池パネ
ルの裏面からの放熱を抑制することで、太陽光の照射下
において太陽電池素子温度を高温に保持するように作用
するので、従来非晶質シリコン太陽電池において見られ
た１５％〜２５％の光劣化を、大幅に抑制することがで
きるとともに、屋内と屋外との断熱性を高めて、室内の
温度の安定化をも図ることができる。しかも、連続した
金属板を敷設することによって、その部分での防水機能
を付与することができるだけでなく、瓦屋根において不
燃材である瓦を取外した部分に太陽電池パネルを直接取
付ける場合の防火性能の低下を回避して防火性に優れた
屋根構造にすることができる。特に茅葺き屋根等におい
ては、防火機能を付与することができる利点がある。

【００２３】請求項２により、請求項１同様に太陽電池
パネルと金属屋根表面との間に形成される空隙部に充填
された断熱材が、太陽電池パネルの裏面からの放熱を抑
制することで、太陽光の照射下において太陽電池素子温
度を高温に保持するように作用するので、従来非晶質シ
リコン太陽電池において見られた１５％〜２５％の光劣
化を、大幅に抑制することができるとともに、屋内と屋
外との断熱性を高めて、室内の温度の安定化をも図るこ
とができる。しかも、金属屋根に本来的に形成してある
凹部を太陽電池パネルの取付部として有効利用すること
ができるから、従来のように屋根に予め取付具を固定し
ておく作業を不要にすることができ、既存の金属屋根上
に簡便に取付けることができるので、現場での施工性の
向上を図ることができる。さらに、従来のような太陽電
池を取付具に取付けるためのフレームを該太陽電池に取
付けることを不要にすることができるから、太陽電池の
製造工数の削減を図ることができるだけでなく、フレー
ム付の太陽電池を運搬するものに比べて運搬性の向上を
も図ることができる。また、断熱材を太陽電池取付現場
で充填するタイプにした場合に、この断熱材が太陽電池
パネルに接着作用を付与することになり、金属板と断熱
材との間及び断熱材と太陽電池パネルとの間を固定する
ための特別な接着材を不要にすることができるととも
に、太陽電池パネルの表面に使用するガラスに窓ガラス
で使用する通常のガラスを使用した場合でも、ガラスが
割れて飛散してしまうことを断熱材の接着作用により阻
止できる利点がある。

【００２４】請求項３により、第２の防水シートが太陽
電池パネルに対して緩衝効果を発揮することができるか
ら、太陽電池パネルの表面に使用するガラスがより割れ
難くなり、前記ガラスに窓ガラスで使用する通常のガラ
スを使用することができ、しかも第２の防水シートを粘
着性を有するもので構成しておけば、ガラスが割れたと
しても、ガラスが飛散してしまうことを第２の防水シー
トの粘着作用により確実に阻止することができ、太陽電
池パネル自体を安価なものにすることができる。また、
第１の防水シートにて第２の防水シートから漏れ出した
雨水等が屋根上面に到達することを完全に阻止すること
ができるから、その部分の屋根の防水性能を長期間に渡
って向上させることができる。さらには、防水シートや
断熱材等の可燃性物質を屋根上に用いたとしても、屋根
自体が防火性に優れているため、何ら問題はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】太陽電池の取付部を示す要部の斜視図

【図２】屋根の軒部分の太陽電池の取付部を示す要部の
断面図

【図３】太陽電池の出力線の配設部を示す要部の断面図

【図４】太陽電池の要部の断面図

【図５】屋根上に太陽電池を取付けた状態を示す家屋の
斜視図

【図６】太陽電池の取付構造の別実施例を示す要部の断
面図

【図７】太陽電池の取付構造の別実施例を示す要部の断
面図

【図８】太陽電池の取付構造の従来例を示す断面図

【符号の説明】

１ 透光板 ２ 太陽電池素子層 ３ 充填材 ４ バックシート ５ 太陽電池パネル ６ 金属板 6A 凸部 6B 凹部 6a 開口 ７ 支持部材 7A 溝 7B 開口 ８ ボルト ９ チャンネル部材 9A 係止部 10 台座 10A 係止部 11 カバー部材 11A 係止部 12 パッキン 13 パッキン 14 固定金具 14A 脚部 15 ボルト 16 固定部材 16A 係止部 17 空隙部 18 断熱材 18A 溝 19 第１の防水シート 20 第２の防水シート 21 足部材 21A 開口 22 防水シート 23 断熱材 24 防水シート 25 野地板 26 端部材 26A 嵌合部 27 出力線 28 導線 29 接着材 30 フレーム 30A 孔 31 取付具 Ｋ 瓦

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建築物の屋根の一部又は全部に連続して敷
   設された金属板上に、少なくとも断熱材と太陽電池パネ
   ルが積層された、屋根上への太陽電池取付構造。
2. 【請求項２】瓦棒葺きや折板等の金属屋根における水上
   から水下方向に延びる凹部の一部または全部を閉塞して
   前記太陽電池パネルが設けられ、この太陽電池パネルと
   前記金属屋根表面との間に形成される空隙部に前記断熱
   材が装填された、請求項１記載の屋根上への太陽電池取
   付構造。
3. 【請求項３】前記金属板上又は金属屋根上に、第１の防
   水シートと前記断熱材と第２の防水シートと前記太陽電
   池パネルがこの順に積層された、請求項１又は２記載の
   屋根上への太陽電池取付構造。