JP2015095623A - 太陽電池モジュール及び屋根 - Google Patents

Abstract

【課題】フレームが充分な強度を備えるとともに、勾配が緩やか又は水平に近い設置角度であっても大きな水溜りが発生しにくい太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池パネル１２の周縁部にフレームが取り付けられた太陽電池モジュール１である。
そして、フレームの少なくとも水下側の下縁フレーム１３に、上面部１３１と側面部１３２との角部１３３を曲面に成形した低表面張力部を設ける。
また、こうして形成された太陽電池モジュールは、10°以下の傾斜角度になるように屋根に設置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物の屋根などに設置される太陽電池モジュール、及びそれが設置された屋根に関するものである。

建物の屋根などに太陽電池モジュールを設置することによって、建物で使用する電力を補ったり、電力会社などに発電された電力を売ったりすることが知られている。

特許文献１には、切妻屋根の傾斜面に太陽電池モジュールを複数枚、設置した屋根が開示されている。また特許文献１には、太陽電池モジュールに使用できる太陽電池素子として、シリコン結晶系（単結晶シリコン、多結晶シリコン）、非結晶系（アモルファスシリコン）、化合物系（ＣＩＳ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓなど）、有機系などが列記されている。

太陽電池モジュールは、特許文献１に開示されているように傾斜屋根に設置された場合、表面に降った雨水は傾斜面に沿って速やかに排水される。これに対して陸屋根や緩勾配の傾斜屋根では、水下側の縁部周辺やコーナー部に水が溜まりやすくなる。

そこで、特許文献２−４に開示されているように、水下側のフレームに切欠き部を設けることによって、太陽電池モジュール表面における水溜まりを防止し、乾燥時の汚れの発生を抑えることができるようになる。また、特許文献５には、排水手段として排水穴を設けた構成が開示されている。

一方、特許文献６には、非結晶系の太陽電池素子を使った太陽光発電システムが開示されている。この太陽光発電システムでは、複数の太陽電池セルを並列に接続しているため、太陽電池モジュールの表面の一部に汚れが付着したり、日陰になったりしても、それ以外の部分で発電を行うことができる。

特開２０１１−２２００１８号公報 実開平６−１７２５７号公報 特開２０１１−１１４２５７号公報 国際公開第２００６／０９８４７３号 特開２００１−２９１８８９号公報 特開２００４−４７５８５号公報

しかしながら特許文献２−４のように切欠き部だけで排水を行おうとすれば、フレームの欠損範囲が大きくなり、フレームの強度が低下することになる。また、特許文献５に開示されているように排水穴を設ける場合も同様の問題が生じる。

そこで、本発明は、フレームが充分な強度を備えるとともに、勾配が緩やか又は水平に近い設置角度であっても大きな水溜りが発生しにくい太陽電池モジュール、及びそれが設置された屋根を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池パネルの周縁部にフレームが取り付けられた太陽電池モジュールであって、前記フレームの少なくとも水下側の下縁フレームに低表面張力部を設けたことを特徴とする。

ここで、前記低表面張力部は、前記下縁フレームの上面と側面との角部に成形される曲面とすることができる。また、前記低表面張力部となる曲面は、半径1mmよりも大きな円弧による曲面加工によって形成されるのが好ましい。さらに、前記低表面張力部の曲面の内周側に補強部を設けることもできる。

そして、本発明の屋根は、上記いずれかの太陽電池モジュールを、10°以下の傾斜角度になるように設置したことを特徴とする。

このように構成された本発明の太陽電池モジュールでは、太陽電池パネルの水下側に取り付けられる下縁フレームに低表面張力部が設けられている。このため、下縁フレーム周辺に水が集まってきても、低表面張力部によって表面張力の発生が抑えられるので、切欠き部のようにフレーム断面を欠損させなくても水溜りが発生しにくい構造にすることができる。

そして、上述したような太陽電池モジュールは、10°以下の傾斜角度で設置しても大きな水溜りが発生しにくいので、傾斜角度を大きくすると北側斜線制限を受けるような屋根にも設置することができる。

また、下縁フレームの上面と側面との角部を曲面に成形することで、容易に低表面張力部を設けることができる。さらに、勾配が緩やか又は水平に近い設置角度にしても、曲面の周囲では表面張力によって水の層が厚くなっていくことがないので、水溜りの発生を抑えることができる。特に、表面張力による水溜りができにくい曲率の大きな曲面に成形することで、大きな水溜りの発生を抑えることができる。

また、曲面の内周面側に補強部が設けられていれば、角部に曲面を成形してもフレームの強度が低下することがない。このような補強部は、例えば曲面を成形するにあたって削られる表面側の厚みを内周側に増肉部として付加するだけで、容易に形成することができる。

本発明の実施の形態の太陽電池モジュールの下縁フレーム周辺の構成を示した説明図である。 太陽電池モジュールの構成を示した平面図である。 太陽電池モジュールの下縁フレーム周辺の構成を説明する説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 比較例の太陽電池モジュールの下縁フレーム周辺の構成を示した説明図である。 太陽電池モジュールが取り付けられる屋根パネルの概略構成を示した分解斜視図である。 太陽電池モジュールが取り付けられた屋根パネルの構成を説明する斜視図である。 屋根パネルの設置が完了したユニット建物の全体の概略構成を示した斜視図である。 実施例１の太陽電池モジュールの下縁フレーム周辺の構成を示した説明図である。 実施例２の太陽電池モジュールの構成を示した分解斜視図である。 実施例２の太陽電池モジュールの構成を模式的に示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の太陽電池モジュール１の下縁フレーム１３周辺を拡大して示した断面図である。また、図２は太陽電池モジュール１の平面図であり、図３は下縁フレーム１３周辺の平面図及び正面図である。

太陽電池モジュール１は、太陽エネルギーとしての太陽光を、太陽電池パネル１２によって、直接、電力に変換して発電をおこなう装置である。この太陽電池モジュール１は、図２に示すように、平面視長方形の板状の太陽電池パネル１２と、その周縁部に取り付けられるフレームとによって主に構成される。

太陽電池パネル１２は、シリコン結晶系（単結晶シリコン、多結晶シリコン）、非結晶系（アモルファスシリコン）、化合物系（ＣＩＳ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓなど）、有機系などいずれの太陽電池素子によって構成されていてもよい。

例えば、銅(Copper)とインジウム(Indium)とセレン(Selenium)を主成分とするＣＩＳの薄膜セル１２１を、図１０に示すように、複数平行に並べて、接続線１２２，１２３によって並列接続させた太陽電池パネル１２を使用することができる。

太陽電池モジュール１は、後述するように僅かに勾配を付けて設置されるため、周縁部を水上側と水下側に区別することができる。以下では、水上側に配置されるフレームを上縁フレーム１５、水下側に配置されるフレームを下縁フレーム１３、両側に配置されるフレームを側方フレーム１４，１４とする。

すなわち太陽電池パネル１２の周縁部のフレームは、上縁フレーム１５と下縁フレーム１３と側方フレーム１４，１４とを、平面視長方形の枠状に接合させることによって形成される。

下縁フレーム１３は、図１，３に示すように、帯状の側面部１３２と、側面部１３２の上端から太陽電池パネル１２に向けて張り出される上面部１３１と、その上面部１３１に略平行となるように側面部１３２から張り出される棚板部１３５及び下面部１３７とによって主に構成される。

上面部１３１は、太陽電池パネル１２側の表面が傾斜面に成形されている。また、上面部１３１と側面部１３２との角部１３３は、曲面に成形されている。この角部１３３の曲面が低表面張力部となる。曲面は1Ｒ（アール）加工（半径1mmの円弧による曲面加工）又は半径1mmよりも大きな円弧による曲面加工によって成形される。例えば、曲面を2Ｒ加工（2アール加工）によって成形するのが好ましい。

ここで、角部１３３の表面側を曲面にしただけでは、角部１３３の肉厚が他の部分よりも薄くなって断面強度が低下するおそれがある。そこで、角部１３３の内周側には、補強部としての増肉部１３４を設ける。

この増肉部１３４は、Ｒ加工するために取り除かれた肉厚を少なくとも補う厚さに形成される。また、角部１３３に大きな力が作用する場合は、増肉部１３４の厚さをさらに増加させることができる。

棚板部１３５は、上面部１３１の下方の側面部１３２の途中から、上面部１３１と略同じ長さで張り出される。上面部１３１と棚板部１３５との間隔は、太陽電池パネル１２の厚さよりも少し広くする。すなわち、太陽電池パネル１２の水下側の縁部は、シール材１３６を介して、上面部１３１と棚板部１３５とによって挟持される。

下面部１３７は、側面部１３２の下端から太陽電池パネル１２側に向けて、上面部１３１よりも長く張り出される。下面部１３７を幅広にすることによって、太陽電池モジュール１を安定して設置させることができる。

このように下縁フレーム１３の角部１３３を曲面にすることによって、図１に示すように、角部１３３に表面張力による水Ｗの盛り上がりが発生するのを抑えることができる。

ここで、図４に比較例として従来の下縁フレームａを示した。この下縁フレームａは、上面部ａ１、側面部ａ２、棚板部ａ５、シール材ａ６及び下面部ａ７の構成は、本実施の形態の下縁フレーム１３と略同じである。

しかしながら下縁フレームａの上面部ａ１と側面部ａ２との角部ａ３は、略直角になっている。このように角部ａ３が直角に成形されていると、表面張力によって水Ｗが盛り上がり、大きな水溜りが発生することになる。

これに対して本実施の形態の下縁フレーム１３であれば、表面張力が維持できないので大きな水溜りの発生を抑えることができる。このような曲面に成形された角部１３３は、少なくとも下縁フレーム１３には必要であるが、上縁フレーム１５や側方フレーム１４，１４にも設けることができる。

このように構成される太陽電池モジュール１は、屋根パネル１０などに取り付けられる。図５は、屋根パネル１０の概略構成を説明するための分解斜視図である。さらに、図７は、その屋根パネル１０が設置された屋根を備えた建物としてのユニット建物Ｈの概略構成を示した斜視図である。

このユニット建物Ｈは、図７に示すように複数の建物ユニットＨ１，・・・を隣接させて構築される住宅などの建物である。建物ユニットＨ１は、隅角部に配置される４本の鋼製の柱と、柱の上端間及び下端間をそれぞれ繋ぐ鋼製の梁材とによって直方体状に形成される。また、この建物ユニットＨ１は、柱材と梁材とがすべて溶接によって剛接合される鉄骨ラーメン構造である。

また、このユニット建物Ｈには、図７に示すように、２階の隅角部にバルコニーユニットＨ４が設置される。このバルコニーユニットＨ４によって、２階の隣接する建物ユニットＨ１から出入りができるテラスバルコニーが形成される。

一方、屋根パネル１０は、図５に示すように、側縁を形成するために略平行に配置される一対の屋根フレーム２，２と、屋根フレーム２，２間を塞ぐように配置される屋根ふき材４と、屋根ふき材４の上方を跨ぐように屋根フレーム２，２に固定される太陽電池モジュール１とを主に備えている。

また、一対の屋根フレーム２，２の内側面側には、ガイド部３が形成される。このガイド部３は、一対の屋根フレーム２，２にそれぞれ固定される支持材３１，３１と、それらの支持材３１，３１に両側縁を支持させる下地板としての野地板３２とを有している。

屋根フレーム２は、下フランジと、上フランジと、平行に配置された上下フランジの側縁間を繋ぐウェブとによって、断面視略Ｃ字形又はコ字形に形成される。

そして、この屋根フレーム２のウェブの内側面に沿って、木桟などを支持材３１として取り付ける。この支持材３１は、屋根ふき材４の上面に形成される(排水)勾配に合わせて取り付けられる。

屋根フレーム２，２の内側面側にそれぞれ取り付けられた支持材３１，３１の上には、図５に示すように野地板３２の両側縁を載せる。野地板３２は、一定の厚さに成形されているので、支持材３１，３１の勾配と同じ勾配の上面が形成されることになる。

また、野地板３２の上面は、ポリエチレンルーフィングなどの防水シートで覆う。この防水シートは、屋根フレーム２の内側面にかかる位置まで敷設されて、野地板３２の全面が防水シートによって覆われることになる。

そして、この防水シートの上から屋根ふき材４を設置する。この屋根ふき材４は、例えば防水性能及び耐食性能に優れた溶融アルミニウムめっき鋼板などによって形成される。

屋根ふき材４は、野地板３２の上に重ねる長方形の平板状の平板部４０と、平板部４０の両側縁からほぼ垂直に立ち上げられる立壁部４１，４１と、立壁部４１，４１の上端からほぼ直角に外側に向けて張り出される上縁部４２，４２とが、一枚の板材を折り曲げ加工することによって形成される。

また、屋根ふき材４の平板部４０の水下側の縁部は、斜めに張り出した水切り縁４３に形成される。さらに屋根ふき材４は、上面となる平板部４０に屋根フレーム２の長手方向に向けた勾配が形成される。

すなわち、側面視略台形状の立壁部４１の高さは屋根フレーム２の長手方向の位置によって異なっており、それに繋がる平板部４０には勾配が形成されたことになる。この屋根ふき材４の平板部４０に形成される勾配は、支持材３１の取り付け勾配と一致している。この屋根ふき材４の平板部４０の上面が、雨水などの主な流下面となる。そして、この平板部４０は、野地板３２を支持体としている。

屋根ふき材４は、図６に示すように、上縁部４２を屋根フレーム２の上フランジに載せて、ドリルねじをねじ込んで上縁部４２及び上フランジを貫通させることによって接合される。

このようにして防水性能が高い屋根ふき材４によって塞がれた屋根フレーム２，２間には、太陽電池モジュール１が配置される。太陽電池モジュール１の両側縁には、図５，６に示すように、屋根フレーム２，２に固定させるための受け金具１１Ａ，１１Ｂが取り付けられている。

この受け金具１１Ａ，１１Ｂは、屋根フレーム２に対して太陽電池モジュール１を傾斜させて取り付ける場合は長さ（高さ）を変える。ここでは、受け金具１１Ａの方を短くし、受け金具１１Ｂの方を長くしている。

例えば、太陽電池モジュール１の傾斜角度を10°以下にする。好ましくは傾斜角度を4°以下にする。ここでは、傾斜角度を約1°にした。なお、太陽電池モジュール１を屋根フレーム２の上面に対して平行に取り付ける場合は、受け金具１１Ａ，１１Ｂの長さ（高さ）を同じにする。

太陽電池モジュール１は、図６に示すように、受け金具１１Ａ，１１Ｂに通したドリルねじを屋根フレーム２の上フランジにねじ込むことによって固定される。

このようにして取り付けられた太陽電池モジュール１の下面は、屋根ふき材４の上面からは離隔している。すなわち、屋根ふき材４の上面と太陽電池モジュール１の下面との間には、雨水などを流下させることが可能となる隙間が存在する。

以上のようにして工場などで製作された屋根パネル１０は、建築現場まで搬送されて、クレーンで吊り上げられて建物ユニットＨ１，・・・の上に並べて設置される。

このようにして複数の屋根パネル１０，・・・を設置することによって、陸屋根の全面が屋根パネル１０，・・・で覆われた屋根を備えたユニット建物Ｈの外観を、図７の斜視図に示した。

次に、本実施の形態の太陽電池モジュール１、及びそれが設置された屋根の作用について説明する。

このように構成された本実施の形態の太陽電池モジュール１では、太陽電池パネル１２の水下側に取り付けられる下縁フレーム１３の上面部１３１と側面部１３２との角部１３３が、低表面張力部としての曲面に成形されている。また、この曲面の内周面側には増肉部１３４が設けられている。

このため、角部１３３を表面張力が維持されにくい曲率の大きな曲面に成形しても、下縁フレーム１３及びそれが接続される全体のフレームの強度が低下することがない。また、このような増肉部１３４は、曲面を成形するにあたって削られる表面側の厚みを、内周側に肉厚として付加するだけで、容易に形成することができる。

また、太陽電池モジュール１を勾配が緩やか又は水平に近い設置角度（傾斜角度10°以下）にしても、低表面張力部となる曲面の周囲では表面張力によって水Ｗの層が厚くなっていくことがないので、大きな水溜りの発生を抑えることができる。

そして、太陽電池モジュール１を10°以下の傾斜角度で設置しても大きな水溜りが発生しにくいので、傾斜角度を大きくすると北側斜線制限を受けるような屋根にも太陽電池モジュール１を設置することができるようになる。

すなわち北側斜線制限を避けて建てられる建物の屋根においては、北側斜線制限と屋根上面との間にほとんど余裕がないため、太陽電池モジュール１を大きく傾斜させて設置することができない。

これに対して本実施の形態の太陽電池モジュール１のように、水平に近い設置角度でも水溜りを小さくできる構成になっていれば、北側斜線制限を受ける屋根にも太陽電池モジュール１を設置できるようになる。

以下、前記した実施の形態とは別の形態の実施例１について、図８を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を付して説明する。

この実施例１で説明する太陽電池モジュール１Ａは、下縁フレーム１３Ａと側方フレーム１４との隅角部に溝部１６が設けられる。詳細には、溝部１６は、下縁フレーム１３Ａの両方の端部に設けられる。

この溝部１６は、太陽電池パネル１２側と外部とを連通させる切欠きである。実施例１では断面略Ｖ字状の溝部１６を図示したが、これに限定されるものではなく、断面略Ｕ字状や凹状であってもよい。

このように下縁フレーム１３Ａに、太陽電池パネル１２側と外部とを連通させる溝部１６を設けることによって、太陽電池パネル１２上を流下してきた水の排水が促されて、排水性能をより向上させることができる。この結果、下縁フレーム１３Ａ周辺の水溜りを小さく、又は水溜りが発生しないようにすることができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。

以下、前記した実施の形態及び実施例１とは別の形態の実施例２について、図９，１０を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を付して説明する。

この実施例２で説明する太陽電池モジュール１Ｂは、太陽電池パネル１２の水下側の下縁フレーム１３に隣接して、太陽電池パネル１２の上方を帯状に覆うカバー部としての化粧カバー５が取り付けられる。

この化粧カバー５は、多数のパンチ孔５１，・・・が穿孔された有孔の部材である。この化粧カバー５で覆われた箇所の薄膜セル１２１Ａには、パンチ孔５１，・・・を通して太陽光が到達するので、発電を行うことができる。

また、水溜りによる汚れなどが原因で薄膜セル１２１Ａが発電できなくなったとしても、複数の薄膜セル１２１Ａ，１２１，１２１，・・・が並列接続された太陽電池パネル１２であれば、他の薄膜セル１２１，１２１，・・・によって発電された電力を供給することができる。

そして、下縁フレーム１３に隣接して太陽電池パネル１２の上方を帯状に覆う有孔の化粧カバー５を設けることで、図９に示すように太陽電池パネル１２の表面に雨水の残り水Ｗによる汚れが付着したとしても、覆い隠すことができる。このため、美観を損なうことがない。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、建物としてユニット建物Ｈを例に説明したが、これに限定されるものではなく、在来工法などによって構築される建物にも太陽電池モジュール１や屋根パネル１０を設置して屋根を構築することができる。すなわち、屋根パネル１０を使用せずに、太陽電池モジュール１を直接、屋根に取り付けることもできる。

また、前記実施の形態では、複数枚の屋根パネル１０，・・・を並べることによって平坦な陸屋根を構築する場合について説明したが，これに限定されるものではなく、傾斜屋根にも本実施の形態の太陽電池モジュール１を設置することができる。

１，１Ａ，１Ｂ 太陽電池モジュール
１２ 太陽電池パネル
１３ 下縁フレーム
１３１ 上面部（上面）
１３２ 側面部（側面）
１３３ 角部（低表面張力部）
１３４ 増肉部（補強部）

Claims (5)

1. 太陽電池パネルの周縁部にフレームが取り付けられた太陽電池モジュールであって、
   前記フレームの少なくとも水下側の下縁フレームに低表面張力部を設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールを、10°以下の傾斜角度になるように設置したことを特徴とする屋根。
3. 前記低表面張力部は、前記下縁フレームの上面と側面との角部に成形される曲面であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記低表面張力部となる曲面は、半径1mmよりも大きな円弧による曲面加工によって形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記低表面張力部の曲面の内周側に補強部を設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の太陽電池モジュール。