JPH10306517A - 太陽電池付きの曲面屋根パネル及び該屋根パネルを用いたボールト屋根 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーチ状の曲面で表されたボールト屋根の美
感を損なうことなく、該ボールト屋根の上に太陽電池を
設置する。 【解決手段】 開示される太陽電池付きの曲面屋根パネ
ル１〜６は、それぞれ、長尺の半円筒が等分に角度分割
されて得られるシリンドリカルなパネルであって、複数
のパネルが組み合わされてアーチ状のボールト屋根が形
成されるので、ボールト屋根の曲面美を損なうことがな
い。各パネルに内蔵された長尺の太陽電池フィルム１１
（２１〜６１），１１（２１〜６１）では、略矩形形状
の多数の太陽電池セルがパネルの長尺方向に配列され、
かつ、互いに直列接続されて直列回路を形成し、複数の
直列回路同士は互いに並列接続される。それ故、光が強
く当たる太陽電池セル同士が互いに直列接続されるの
で、内部抵抗が大きくならず、電力抽出が妨げられるこ
とがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池付きの
曲面屋根を構成する太陽電池付きの曲面屋根パネル及び
該屋根パネルを用いたボールト屋根に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、化石燃料の消費増大等に起因する
地球環境問題・エネルギ枯渇問題の深刻化に伴い、建物
の屋根の上に、平板状の太陽電池モジュールを設置し、
クリーンな太陽エネルギから直接電力を取り出して建物
内に供給する太陽光発電システムが注目されている（例
えば、実公平７−３４０９２号公報等）。ところで、屋
根の中には、傾斜屋根や陸屋根の他に、例えば、アーチ
状の曲面で表されたボールト屋根等の曲面屋根も存在す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記太
陽電池モジュールをボールト屋根等の曲面屋根に取り付
けるには、専用の架台が必要であり、取付が困難であっ
た。また、取り付けたとしても、折角のボールト屋根の
曲面美が台無しにされてしまうという欠点があった。

【０００４】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、曲面屋根の美感（曲面美）を損なうことなく、
該曲面屋根に太陽電池を設置することのできる太陽電池
付きの曲面屋根パネル及び該屋根パネルを用いたボール
ト屋根を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、屋根枠組に曲面状の屋根面
材が組み込まれてなる曲面屋根パネルにおいて、上記屋
根面材の上面にかつその曲面に沿って太陽電池が貼着さ
れてなることを特徴としている。

【０００６】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の太陽電池付きの曲面屋根パネルであって、上記屋根
面材の裏面側に断熱層が設けられてなることを特徴とし
ている。

【０００７】さらにまた、請求項３記載の発明は、請求
項１又は２記載の太陽電池付きの曲面屋根パネルを用い
たボールト屋根であって、上記太陽電池付きの曲面屋根
パネルが複数枚組まれることで、アーチ状の屋根である
ボールト屋根が構成されていることを特徴としている。

【０００８】

【作用】この発明の構成によれば、曲面状の屋根面材の
上面にかつその曲面に沿って太陽電池が貼着されている
ので、曲面屋根の美感（曲面美）を損なうことなく、該
曲面屋根に太陽電池を設置することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。図１は、この発明の一実施例である太
陽電池付きの曲面屋根パネルの構成を分解して示す分解
斜視図、図２は、同太陽電池付きの曲面屋根パネルの外
観構成を示す斜視図、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断
面図、図４は、同太陽電池付きの曲面屋根パネルを構成
する太陽電池フィルムの一部を拡大して示す部分拡大斜
視図、図５は、同太陽電池フィルム内に形成されている
太陽電池セルの構成を示す断面図、図６は、同太陽電池
付きの曲面屋根パネルが建物本体に取り付けられている
様子を示す斜視図、図７は、建物のボールト屋根部分を
分解して示す分解斜視図、図８は、同太陽電池付きの曲
面屋根パネル同士が連結されている様子を示す一部破断
断面図、図９は、同太陽電池セル同士が直列接続されて
なる直列回路同士の接続方法を説明するためのブロック
図、また、図１０は、同太陽電池付きの曲面屋根パネル
の動作を説明するための断面図である。図１乃至図３に
示すように、この例の太陽電池付きの曲面屋根パネル１
〜６は、例えば、建物の屋根部分に意匠上の効果を持た
せるために設けられるボールト屋根を形成すると共に、
内蔵された太陽電池によって太陽エネルギから直接電力
を取り出して建物内に供給するために用いられ、長尺の
半円筒が６等分に角度分割されて得られるシリンドリカ
ルなパネルであって、６台の太陽電池付きの曲面屋根パ
ネル１〜６が組み合わされて半円筒形（トンネル形）の
ボールト屋根が形成される。

【００１０】太陽電池付きの曲面屋根パネル１（２〜
６）は、同図に示すように、２枚の長尺の太陽電池フィ
ルム１１（２１〜６１），１１（２１〜６１）を表裏両
側から２枚の湾曲したガラス板１２（２２〜６２），１
２（２２〜６２）で挟持し、さらに、裏面側に耐火用鋼
板１３（２３〜６３）、グラスウール等からなる断熱材
１４（２４〜６４）、断熱材１４（２４〜６４）の脱落
を防止するプラスチックフィルムにアルミニウム箔が貼
着されてなる裏面保護フィルム１５（２５，３５）を順
に配置してなる積層体の周縁端部に鋼製の枠体１６（２
６〜６６）が嵌め込まれてなっている。ここで、同一の
太陽電池付きの曲面屋根パネル１（２〜６）を構成する
２枚の太陽電池フィルム１１（２１〜６１），１１（２
１〜６１）同士は、電気的に直列に接続されている。ま
た、各ガラス板１２（２２〜６２）、耐火用鋼板１３
（２３〜６３）等は、略同一の曲率で湾曲している。ま
た、接続用端子は、一方の短辺側の下部から引き出され
ている。

【００１１】各太陽電池フィルム１１（２１〜６１）
は、図４に示すように、略矩形形状の多数の太陽電池セ
ル１１１（２１１〜６１１），１１１（２１１〜６１
１），…が、配線１１２（２１２〜６１２）によって長
尺方向に沿って直列接続され、さらに、透明接着剤１１
３（２１３〜６１３）によって覆われ、透明接着剤１１
３（２１３〜６１３）−太陽電池セル１１１（２１１〜
６１３），１１１（２１１〜６１１），…−配線１１２
（２１２〜６１２）の層構成とされた積層体の両面に耐
候性フィルム１１４（２１４〜６１４），１１４（２１
４〜６１４）が接着されるようにしてなっている。ここ
で、太陽電池セル１１１（２１１〜６１１），１１１
（２１１〜６１１），…は、互いに直列接続され、直列
回路１ａ（２ａ〜６ａ）を形成している（図９参照）。

【００１２】各太陽電池セル１１１（２１１〜６１１）
は、図５に示すように、受光する側から、酸化錫や酸化
インジウム錫からなる透明電極層１１１ａ（２１１ａ〜
６１１ａ）、内部にｐｉｎ接合を有するアモルファスシ
リコン層１１１ｂ（２１１ｂ〜６１１ｂ）、アモルファ
スシリコン層１１１ｂ（２１１ｂ〜６１１ｂ）とオーミ
ック接触するアルミニウム等からなる裏面電極層１１１
ｃ（２１１ｃ〜６１１ｃ）の順に積層されてなってい
る。アモルファスシリコン層１１１ｂ（２１１ｂ〜６１
１ｂ）は、受光する側から、ｐ型半導体層１１１ｐ（２
１１ｐ〜６１１ｐ）、ｉ型（真性）半導体層１１１ｉ
（２１１ｉ〜６１１ｉ）、ｎ型半導体層１１１ｎ（２１
１ｎ〜６１１ｎ）の順に積層されてなり、光入射によっ
て、主としてｉ型半導体層１１１ｉ（２１１ｉ〜６１１
ｉ）において、自由な電子及び正孔が発生し、それぞ
れ、裏面電極層１１１ｃ（２１１ｃ〜６１１ｃ）側、透
明電極層１１１ａ（２１１ａ〜６１１ａ）側へ移動する
ことで起電力が発生する。

【００１３】枠体１６（２６〜３６）は、図１乃至図３
に示すように、それぞれ、内側面に断面コ字状の嵌合溝
を有する一対の直線状溝形鋼（以下、直線状桁枠とい
う）１６ａ（２６ａ〜６６ａ），１６ａ（２６ａ〜６６
ａ）と一対の曲線状溝形鋼（以下、曲線状妻枠という）
１６ｂ（２６ｂ〜６６ｂ），１６ｂ（２６ｂ〜６６ｂ）
とから構成され、これら直線状桁枠１６ａ（２６ａ〜６
６ａ），１６ａ（２６ａ〜６６ａ）及び曲線状妻枠１６
ｂ（２６ｂ〜６６ｂ），１６ｂ（２６ｂ〜６６ｂ）が、
ガラス板１２（２２〜６２）−太陽電池フィルム１１
（２１〜６１），１１（２１〜６１）−ガラス板１２
（２２〜６２）−耐火用鋼板１３（２３〜６３）−断熱
材１４（２４〜６４）−裏面保護フィルム１５（２５〜
６５）の層構成とされてなる積層体の対応する各辺（周
縁端部）に嵌合された状態で、互いに突き付けの状態と
なる端部同士を接合することで、長尺のシリンドリカル
な形状に組み合わされてなっている。また、枠体１６
（２６〜６６）の各直線状桁枠１６ａ（２６ａ〜６６
ａ）のウェブの所定の箇所には、枠体１６〜６６の側端
面同士を接合した状態で、太陽電池付きの曲面屋根パネ
ル１〜６同士を連結したり、建物本体に固定するための
ボルト等の固定具を挿通する挿通孔Ｈ，Ｈ，…が設けら
れている。また、断熱材１４（２４〜６４）及び裏面保
護フィルム１５（２５〜６５）の端縁部の挿通孔Ｈ，
Ｈ，…付近の箇所は切り欠かれて作業用スペースとされ
ている。

【００１４】図６及び図７に示すように、この例の太陽
電池付きの曲面屋根パネル１〜６は、例えば、鉄骨系の
集合住宅７の建物本体７１に組み合わせて設置されてボ
ールト屋根７２を形成する。また、この例では、集合住
宅７の正面（妻側）が南向きとなっており、ボールト屋
根７２は、その長尺方向が南北方向に略平行となるよう
設けられる。すなわち、建物本体７１上に設置された
際、６台の太陽電池付きの曲面屋根パネル１〜６のう
ち、半分は東向き、残り半分は西向きとなる。太陽電池
付きの曲面屋根パネル１〜６を建物本体７１に設置する
には、まず、同図に示すように、太陽電池付きの曲面屋
根パネル１〜６を両妻側（この例では、南側及び北側）
で支えるためのけらば構造部材７２１，７２１を建物本
体７１の上端部を構成する鉄骨フレームからなる梁７１
１，７１１に載置固定する。

【００１５】次に、太陽電池付きの曲面屋根パネル１，
６を、接続用端子が設けられた箇所を南向きにして、梁
７１２，７１２に上向きに突設されたボルトを挿通孔
Ｈ，Ｈ，…に通し、直線状桁枠１６ａ，６６ａのウェブ
の外側面と梁７１２，７１２の上面との間に平板状のシ
ールゴム７２２，７２２を介在させた後、ナットを用い
て締め付けることによって、梁７１２，７１２上に載置
固定する。さらに、けらば構造部材７２１，７２１の円
弧状部材の内側面下部から突設された図示せぬフランジ
に太陽電池付きの曲面屋根パネル１，６を載せ、ボルト
及びナットによって、太陽電池付きの曲面屋根パネル
１，６をけらば構造部材７２１，７２１に固定する。

【００１６】次に、図８に示すように、太陽電池付きの
曲面屋根パネル１，２同士、太陽電池付きの曲面屋根パ
ネル５，６同士を、それぞれ、ボルト及びナットを用い
て連結する。ここでも、シールゴム７２２，７２２を相
隣る太陽電池付きの曲面屋根パネル１，２（５，６）間
に介在させる。また、太陽電池付きの曲面屋根パネル
２，５をけらば構造部材７２１，７２１にボルト及びナ
ットによって固定する。さらに、同様にして、太陽電池
付きの曲面屋根パネル３，４を、それぞれ、太陽電池付
きの曲面屋根パネル２，５と連結し、また、太陽電池付
きの曲面屋根パネル３，４同士を連結する。次に、配線
が内蔵された裏面カバー７２３を、太陽電池付きの曲面
屋根パネル１〜６の南側の縁端下部に取り付け、結線す
る。裏面カバー７２３内の配線によって、太陽電池付き
の曲面屋根パネル１〜６同士は、並列接続される。すな
わち、図９に示すように、直列回路１ａ〜６ａ同士は、
互いに並列接続される。次に、防雨カバー７２４，７２
４を、太陽電池付きの曲面屋根パネル１〜６の両妻側縁
端とけらば構造部材７２１，７２１とに上から取り付け
る。この後、所定の箇所に、直流を交流に変換するイン
バータを設置して、太陽電池付きの曲面屋根パネル１〜
６の建物本体７１への取付けは完了する。

【００１７】図１０に示すように、建物本体７１に設置
された６台の太陽電池付きの曲面屋根パネル１〜６から
なるボールト屋根７２に、例えば、午前中に太陽光線Ｓ
1が東から入射する場合は、特に、太陽電池付きの曲面
屋根パネル１，２において、受光面の法線と太陽光線Ｓ
1の入射方向とのなす角度、すなわち、入射角が比較的
小さくなるので、６台の太陽電池付きの曲面屋根パネル
１〜６のうち、太陽電池付きの曲面屋根パネル１，２が
受け取る光エネルギが最も多く、したがって、比較的高
い光電変換効率を示す。また、南中時に、太陽光線Ｓ2
が略真南から入射する場合は、特に、太陽電池付きの曲
面屋根パネル３，４において、入射角が比較的小さくな
るので、これらの太陽電池付きの曲面屋根パネル３，４
が比較的高い光電変換効率を示す。また、午後になって
西から太陽光線Ｓ3が入射する場合は、特に、太陽電池
付きの曲面屋根パネル５，６において、入射角が比較的
小さくなるので、これらの太陽電池付きの曲面屋根パネ
ル５，６が比較的高い光電変換効率を示す。

【００１８】このように、太陽の方位及び高度によっ
て、すなわち、時刻によって、比較的高い光電変換効率
を示す太陽電池付きの曲面屋根パネル１（２〜６）は変
化するが、それぞれの太陽電池付きの曲面屋根パネル１
（２〜６）において、各太陽電池セル１１１（２１１〜
６１１）は、長尺方向に沿って、すなわち、受光面の法
線の向きが略同一となるように、直列接続されているた
め、各太陽電池セル１１１（２１１〜６１１）が受け取
る光エネルギのばらつきはないので、直列回路１ａ〜６
ａが並列接続された際、電力抽出は妨げられない。

【００１９】上記構成によれば、太陽電池付きの曲面屋
根パネル１〜６は、それぞれ、略半円筒が６等分に角度
分割されて得られる形状を有し、建物本体７１上に組み
合わされて設置され、半円筒形のボールト屋根７２を形
成するので、ボールト屋根の美感（曲面美）を損なうこ
となく、同パネルに内蔵された各太陽電池フィルム１１
（２１〜６１）を用いて太陽光発電を行うことができ
る。また、このように、屋根パネルが太陽電池を兼ねて
いるので、取付作業を迅速かつ容易に行うことができ
る。また、太陽電池付きの曲面屋根パネル１（２〜６）
において、各太陽電池セル１１１（２１１〜６１１）
は、パネルの長尺方向に沿って、すなわち、受光面の法
線の向きが略同一となるように配列され、かつ、直列接
続されて、直列回路１ａ（２ａ〜６ａ）が形成され、こ
れらの直列回路１ａ〜６ａが並列接続されているので、
様々な入射角で各太陽電池セル１１１（２１１〜６１
１）に太陽光が入射して、受け取る光エネルギに差が生
じることがあっても、内部抵抗のばらつきによって、電
力抽出が妨げられることがない。例えば、太陽光線Ｓ2
が真南から入射する際、光が強く当たる各太陽電池セル
３１１（４１１）同士が互いに直列接続され、その中
に、光が弱く当たる各太陽電池セルが含まれていないの
で、内部抵抗が大きくならず、それ故、電力抽出が妨げ
られることがない。また、午前又は午後の太陽の高度が
比較的低い時間帯でも、太陽電池付きの曲面屋根パネル
１，６の受光面の水平面に対する傾斜角は比較的大きく
設定されているので、太陽光線Ｓ1，Ｓ3は比較的小さい
入射角で受光面に入射することによって、高い光電変換
効率を得ることができる。

【００２０】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述した
実施例においては、太陽電池付きの曲面屋根パネル１〜
６によって、ボールト屋根面全体を構成する場合につい
て述べたが、例えば、その東側半分のみを太陽電池付き
とするようにしても良い。また、太陽電池付きの曲面屋
根パネルによって形成されるボールト屋根は、半円筒形
のボールト屋根に限らず、交差形のボールト屋根でも良
いし、クロイスター形のボールト屋根であっても良い。
さらには、ドーム形屋根であっても良い。また、太陽電
池付きの曲面屋根パネル１〜６の形状が、それぞれ、略
半円筒を６等分に角度分割して得られる形状である場合
について述べたが、６等分とは限らず、また、等分とし
なくても良い。

【００２１】また、太陽電池付きの曲面屋根パネル１〜
６では、２枚の太陽電池フィルム１１（２１〜６１），
１１（２１〜６１）を用いる場合について述べたが、１
枚でも良いし、３枚以上としても良い。また、２枚の太
陽電池フィルム１１（２１〜６１），１１（２１〜６
１）同士を直列接続せずに、並列接続しても良い。ま
た、直列回路１ａ〜６ａ同士の接続は、単純な並列接続
に限らず、任意の直並列接続としても良い。また、各太
陽電池フィルム１１（２１〜６１）が多数の太陽電池セ
ル１１１（２１１〜６１１），１１１（２１１〜６１
１），…から構成される場合について述べたが、それぞ
れ、単一の太陽電池から構成されるようにしても良い。
また、各太陽電池フィルム１１（２１〜６１）がガラス
板１２（２２〜６２），１２（２２〜６２）によって挟
持されてなる構成とせずに、例えば、ガラス板上に各太
陽電池セルを直接形成する方法をとっても良い。また、
例えば、裏側のガラス板１２（２２〜６２）を省略した
構成としても良い。また、ガラス板に代えて樹脂製板と
しても良い。また、耐火用鋼板１３（２３〜６３）を省
略しても良い。また、断熱材１４（２４〜６４）として
は、グラスウールに限らず、ウレタンフォーム等を用い
ても良い。また、枠体１６（２６〜６６）は鋼製に限ら
ず、例えば、アルミニウム製であっても良い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、曲面状の屋根面材の上面にかつその曲面に沿っ
て太陽電池が貼着されているので、曲面屋根の美感（曲
面美）を損なうことなく、該曲面屋根に太陽電池を設置
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である太陽電池付きの曲面
屋根パネルの構成を分解して示す分解斜視図である。

【図２】同太陽電池付きの曲面屋根パネルの外観構成を
示す斜視図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図４】同太陽電池付きの曲面屋根パネルを構成する太
陽電池フィルムの一部を拡大して示す部分拡大斜視図で
ある。

【図５】同太陽電池フィルム内に形成されている太陽電
池セルの構成を示す断面図である。

【図６】同太陽電池付きの曲面屋根パネルが建物本体に
取り付けられている様子を示す斜視図である。

【図７】建物のボールト屋根部分を分解して示す分解斜
視図である。

【図８】同太陽電池付きの曲面屋根パネル同士が連結さ
れている様子を示す一部破断断面図である。

【図９】同太陽電池セル同士が直列接続されてなる直列
回路同士の接続方法を説明するためのブロック図であ
る。

【図１０】同太陽電池付きの曲面屋根パネルの動作を説
明するための断面図である。

【符号の説明】

１〜６ 太陽電池付きの曲面屋根パネル １１〜１６ 太陽電池フィルム １１１〜６１１ 太陽電池セル（太陽電池） １２〜６２ ガラス板（屋根面材） １３〜６３ 耐火用鋼板（屋根面材） １４〜６４ 断熱材（断熱層） ７２ ボールト屋根

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屋根枠組に曲面状の屋根面材が組み込ま
   れてなる曲面屋根パネルにおいて、前記屋根面材の上面
   にかつその曲面に沿って太陽電池が貼着されてなること
   を特徴とする太陽電池付きの曲面屋根パネル。
2. 【請求項２】 前記屋根面材の裏面側に断熱層が設けら
   れてなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池付き
   の曲面屋根パネル。
3. 【請求項３】 前記太陽電池付きの曲面屋根パネルが複
   数枚組まれることで、アーチ状の屋根であるボールト屋
   根が構成されていることを特徴とする請求項１又は２記
   載の太陽電池付きの曲面屋根パネルを用いたボールト屋
   根。