JP2760599B2

JP2760599B2 - 屋根設置型太陽電池

Info

Publication number: JP2760599B2
Application number: JP1262327A
Authority: JP
Inventors: 正幸岩本; 浩二南; 俊彦山置
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JPH03124069A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、屋根設置型太陽電池に係り、一般住宅の既
設屋根に設置可能な太陽電池に関する。

（ロ）従来の技術光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電
池は、無尽蔵な太陽光を主たるエネルギー源としている
ために、エネルギー資源の枯渇が問題となる中で脚光を
浴びている。この太陽電池を家庭用電源として利用する
場合、通常の家庭の消費電力であれば、太陽電池の変換
効率が10％とすると30m²の受光面積があれば良い。この
太陽電池の受光面積は、通常の住宅の屋根などで十分可
能な面積である。

そこで、特開昭60−31259号公報等に開示されている
ように、瓦状の太陽電池装置が提案されている。この瓦
状の太陽電池装置は現存する屋根瓦に代わって敷設する
だけでよく、架台等の敷設設備を必要としない利点を有
している。

しかしながら、上述の瓦状の太陽電池装置は既設の屋
根に敷設しようとすると、既に敷設されている屋根瓦を
取り外した後、その後に、瓦状の太陽電池装置の敷設工
事を行わなくてはならない。そのため、敷設工事に大変
手間がかかり、既設の屋根には好ましいものとは言えな
かった。

更に、太陽電池の基板として瓦状に曲がったガラス基
板を用いるため、その製造が困難であり、コストが高く
なると共に、曲面形状のため、照射角度によって光起電
力が変動することは否めない。

一方、電力用に開発された平面型太陽電池パネルを屋
根上に設置する試みがなされている。この平面型太陽電
池パネルの従来の設置方法は、屋根材に直接ボルト等に
より太陽電池パネルを固定するものであった。

（ハ）発明が解決しようとする課題瓦状の太陽電池装置は屋根瓦に代わって敷設するだけ
で設置が可能であるが、前述したように、既設の屋根に
設置するには、手間も費用も嵩み好ましくない。

また、平面型太陽電池パネルは、瓦状の太陽電池に比
して安価に製造できる利点を有する。前述したように、
従来のものでは、ボルト等で直接屋根材に固定して設置
している。

ところで、屋根に設置した太陽電池パネルの表面温度
は真夏晴天時には、約70℃に上昇する。また、この時パ
ネルの下に位置する屋根の温度は約40℃程度となる。こ
の温度上昇により、太陽電池パネルは膨張する。特に、
パルスを固定している枠体はアルミが一般に用いられて
おり、このアルミの線膨張率と太陽電池自体の線膨張率
および、屋根材の線膨張率とは相違するため、この部材
間で熱応力が発生し、アルミの枠体が歪んだり、屋根部
材が割れたりする可能性が高い。

しかも、住宅用の電源として用いるためには耐用年数
としては15年以上望まれており、上述した設置方法で
は、耐久性にも問題がある。

本発明は上述した問題点を解消すべくなされたものに
して、既設の屋根に容易に設置できると共に、屋根を破
損せず且つ耐久性に優れた屋根設置型太陽電池を提供す
ることをその課題とする。

（ニ）課題を解決するための手段本発明の屋根設置型太陽電池は、屋根の棟を挟んで左
右に所定のこう配を有して形成された屋根の一方面の屋
根上に、少なくとも一つの太陽電池モジュールを枠体内
に組込んだ太陽電池パネルが載置されると共に、前記枠
体の上方部に複数のワイヤが取付けられ、他方面の屋根
側に位置する固定部に、前記ワイヤが前記棟を越えて取
着されることを特徴とする。

前記固定部を屋根の軒下部材に形成してもよい。

また、前記固定部は太陽電池パネルと同等の重量を有
し、他方の屋根上に載置されたバランサで形成してもよ
い。

更に、前記バランサを太陽電池パネルで構成すること
もできる。

（ホ）作用太陽電池パネルの枠体が屋根の棟を越えて他方の屋根
の固定部にワイヤを介して取着することにより、太陽電
池パネルの重量を枠体に平均して分散することができ
る。従って、枠体の一部に応力が集中することもなくな
り、小さな枠体でも十分な強度が得られる。

また、バランサは太陽電池パネルと屋根の棟を支点と
して配置されるため、パネルの自重により片側のみにか
かる力が分散され、屋根上にバランスよく載置できる。

更に、バランサとして同じ太陽電池パネルを用いる
と、通常の太陽電池パネルは南側の屋根に配置されるの
で、このバランサとして用いた太陽電池パネル部分は北
側の屋根に配置される。北側に載置された太陽電池は南
側に比して1/3〜1/10程度発電する。従って、総発電量
を1/3〜1/10程度増加させることができる。更に、東西
に位置する屋根に太陽電池パネルを載置する場合には、
午前中は東側の太陽電池パネルが中心となって発電し、
また午後は西側の太陽電池パネルが中心となって発電す
る。このように、東西に載置された太陽電池パネルがバ
ランスよく発電に寄与し、日照時間中効率よく発電が行
える。

増加させることができる。

（へ）実施例以下、本発明の実施例を第１図ないし第12図に従い説
明する。

まず、本発明に用いられる太陽電池モジュールの一例
を第11図に従い説明する。

（１）は強化ガラス等の透明性且つ絶縁性の材料から
なる基板、（２）（２）…は上記基板（１）の表面に一
定間隔で直接被着された光電変換領域である。上記光電
変換領域（２）（２）…は、例えば基板（１）側から、
酸化スズ、酸化インジウムスズ等の透明導電膜（３）
（３）…と、その内部に半導体接合を備えたアモルファ
スシリコンからなる半導体膜（４）（４）…と、半導体
膜（４）（４）…とオーミック接触するアルミニウム等
の裏面電極膜（５）（５）…と、が順次積層されたミク
ロンオーダの膜状を呈する。

各半導体膜（４）（４）…は、その内部に例えば膜面
に平行なPIN接合を形成すべく受光面側から厚み50〜250
Å程度のＰ型層、4000〜7000Å程度のＩ型（真性）層及
び300〜600Å程度のＮ型層が順次積層被着され、従って
基板（１）及び透明導電膜（３）（３）…を透過して光
入射があると、主にＩ型層において自由状態の電子及び
正孔が発生し、係る電子及び正孔は上記各層が形成する
PIN接合電界に引かれて各透明導電膜（３）（３）…及
び裏面電極膜（５）（５）…に集電され、隣接する光電
変換領域（２）（２）…の透明導電膜（３）（３）…と
裏面電極膜（５）（５）…との重畳により電気的に相加
された電力が取り出される。

（６）はアルミニウムなどからなる外枠、（７）は光
電変換領域（２）（２）…を被覆する樹脂層である。

次に、本発明の実施例につき、図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明装置を既設の屋根に設置した状態を示
す斜視図、第２図は同要部斜視図、第３図は同側面図で
ある。第４図は軒下部材への取着態様を示す斜視図、第
５図は本発明に用いられる枠体の一例を示す斜視図であ
る。第６図は枠体へ太陽電池モジュールを組込む態様を
示し、第６図（イ）は分解斜視図、第６図（ロ）及び第
６図（ハ）は側面図である。第７図は各モジュール間の
電気的接続例を示す斜視図である。

本実施例に用いられる枠体につき第５図に従い説明す
る。

枠体（11）はアルミニウムなどから形成され、内部に
モジュール固定用のワイヤ（12）が必要数取着けられ
る。この枠体（11）の底部には複数の固定脚（13）（1
3）…が設けられており、この固定脚（13）の端部、即
ち、屋根材と当接する位置に、フッソゴム、木材等から
なるスペーサ部材（14）が設けられる。

この枠体（11）の構造としては、第５図（イ）に示す
ように、アルミニウムパイプ、ステンレスパイプを折曲
して形成したもの、また第５図（ロ）に示すように、ア
ルミニウムの板体により形成したものなどがある。

尚、この両者の実施例において、屋根材とモジュール
間の間隔は固定脚（13）とスペーサ部材（14）との双方
を合計した長さになる。

前述した枠体（11）に第11図に示した太陽電池モジュ
ール（10）が少なくとも一つ組込まれる。枠体（11）に
組込まれた太陽電池モジュール（10）を屋根材に載置す
ると、太陽電池モジュール（10）と屋根材との間は、固
定脚（13）及びスペーサ（14）との長さの分だけ空隙が
生じる。この空隙により太陽電池モジュール（10）の放
熱が行なえる。

本実施例においては、一つの枠体（11）に９つのモジ
ュール（10）が組込まれている。枠体（11）とモジュー
ル（10）との組込みは、例えば第６図に示すように、各
モジュール（10）の外枠（６）にＺ型の設置金具（15）
を取付け、枠体（11）のワイヤ（12）に夫々設置金具
（15）を引掛けて取着する。

各モジュール（10）（10）…間の電気的接続は、第７
図に示す如く、ワイヤ（12）に電気線を巻着するか、ワ
イヤ（12）自体を導電線にし、この電気線に圧着端子
（16）にて接続を行えば良い。

このようにして、形成された太陽電池パネル（20）を
既設の屋根の上にワイヤで取着する。太陽電池パネル
（20）の屋根上の設置について、第１図ないし第４図に
従い説明する。

これらの図において、（21）（21′）は既設住宅の屋
根であり、屋根の棟（23）を挟んで左右に所定のこう配
を有して形成されている。（22）は屋根瓦である。

一方の面即ち、南側に面している屋根（21）の屋根瓦
（22）（22）…上に太陽電池パネル（20）がスペーサ
（13）を介して移動自在に載置されている。この太陽電
池パネル（20）の枠体（11）と屋根（21）の母屋、鼻母
屋、軒げた、合掌などの軒下部材（24）とが複数本のワ
イヤ（25）…で取着される。本実施例では、第４図に示
すように、軒下の母屋（24）にクランプ部材（26）をボ
ルト（27）等により固定し、このクランプ部材（26）に
枠体（11）に取着されたワイヤ（25）をターンバックル
（28）を介して取着している。

一方、太陽電池パネル（20）の落下等を防止するため
に、太陽電池パネル（20）を屋根に取着する必要があ
る。この屋根への取着を第２図及び第３図に従い説明す
る。本実施例では、太陽電池パネル（20）の枠体（11）
の上辺部（11a）、即ち、屋根（21）の棟（23）側の枠
体（11）に複数のワイヤ（25）を取り付ける。そして、
このワイヤ（25）を棟（23）を越える他方面側、即ち北
側の屋根（21′）のとい（30）を越えて、棟下の垂木等
に固定されたクランプ部材（26）等の固定具に取着す
る。

尚、（31）はクッション部材である。

このように、棟（23）を挟んで枠体（11）を支持固定
することで、枠体（11）の上辺部（11a）に複数のワイ
ヤ（25）で、パネル（20）の重量が分散されて平均化さ
れる。

また、枠体（11）の下辺部（11a）は屋根（21）のと
い（30）を越えて、同じく軒下の垂木等に取着されたク
ランプ部材（26）にワイヤ（25）で連結し、取着され
る。

ところで、前述したように、家庭用電源として太陽電
池装置を用いる場合、3kWシステムで変換効率が現在の
ところ10％程度であるので、必要な面積は30m²である。
従って、前述した太陽電池パネル（20）の全体の大きさ
は短辺3m、長辺10mになる。

第12図は、太陽電池の日射量と温度の時刻による変化
を示した図である。この第12図から分るように、真夏の
晴天時、太陽電池表面は70℃にも上昇する。一方、屋根
瓦（22）表面は40℃程度に上昇する。この温度上昇によ
り、各部材、即ち太陽電池モジュール（10）のガラス基
板（１）、枠体（11）のアルミニウム、屋根瓦（22）と
して、例えばスレート瓦の夫々の有する線膨張係数の違
い及び温度の違いに応じて熱膨張の量が相違する。例え
ば、10mの長手方向に対して、０℃の時に比べて、ガラ
ス7mm、アルミニウム16mm、スレート瓦は（全体として
考えた場合）4mm程度伸びる。ここで各線膨張率αは、 α（アルミニウム）＝23×10^-6（1/℃） α（ガラス）＝10×10^-6（1/℃） α（スレート）＝10×10^-6（1/℃）として計算した。

前述したように、アルミの枠体（11）とスレート瓦の
屋根とは12mm程度の差が生じる。従って、枠体（11）と
屋根瓦（22）とを直接固定すると、屋根瓦（22）にずれ
が生じたり、両者間に熱応力が発生する。そのため、枠
体（11）に歪が発生したり、屋根瓦（22）が破損するお
それなどがあり、耐久性も良くない。しかし、本実施例
においては、屋根瓦（22）と太陽電池パネル（20）は移
動自在に載置されているので、枠体（11）が延びても屋
根瓦（22）に対して応力がかかることはなく、屋根瓦
（22）が破損するおそれはない。

一方、枠体（11）と屋根（21）とはワイヤ（25）を介
して取着しているので、ワイヤ（25）の線膨張率もアル
ミニウムの枠体（11）と極めて近い値のため、このワイ
ヤ（25）も延びて枠体（11）の膨張は吸収される。しか
も、ワイヤ（25）の取着は、太陽電池パネル（20）が台
風、地震等の際に落下しないように取着するものであ
る。そのため、ワイヤ（25）による取着はボルトで直接
屋根に固定するのに比して、ある程度自由度を有する。
従って、枠体（11）の熱膨張による延びは十分に吸収可
能であり、枠体（11）に熱応力がかかることはなくな
り、歪など発生せず耐久性に優れる。

また、太陽電池モジュール（10）と枠体（11）の取着
は前述したように、枠体（11）に設けたワイヤに架設す
るように、この両者間においても、ある程度自由度を持
たせておければ、ガラスと枠体との延びの差は、両者の
取着部分で吸収が可能となり、熱応力等による劣化が防
止できる。

更に、前述したように、ある程度自由度を有して太陽
電池パネル（20）が屋根（21）上に設置されているた
め、地震等の震動も互いに逃がすので、耐久性が向上す
る。

次に、太陽電池パネル（20）の重量について考えてみ
る。太陽電池モジュール（10）自体は14kg/m²であり、
枠体（11）は6kg/m²以内である。従って、家庭用電源と
して使用する場合、前述のように受光面積30m²必要であ
るので、全重量は420kg以上600kg以内になる。このよう
に、住宅用の屋根設置型太陽電池装置は極めて重量が大
きくなる。

従って、この重量に耐えるだけの強度が枠体（11）に
要求される。ところで、前述したように、太陽電池パネ
ル（20）の落下防止等、その重量は、ほとんど上辺部
（11a）に取着されるワイヤ（25）に委ねられる。本発
明においては、複数本のワイヤ（25）で屋根（21）の棟
（23）を越えて他方の屋根（21′）に取着する。

このため、重量は枠体（11）に分散して荷重され、応
力集中は発生しない。従って、枠体（11）を小さくして
も強度は十分得られる。

次に第８図ないし第９図に従い本発明の第２の実施例
につき説明する。第８図は本発明装置を既設の屋根に設
置した状態を示し、第８図（イ）は側面図、第８図
（ロ）は斜視図である。第９図は第３の実施例を示す斜
視図である。

第８図（イ）（ロ）に示すように、太陽電池モジュー
ル（20）が南側の屋根（21）にスペーサ（14）を介して
載置される。そして枠体（11）の上辺部（11a）に取着
された複数のワイヤ（25）が棟（23）を越えて、反対側
の屋根（21）に載置された太陽電池パネル（20）と同重
量のバランサ（40）に取着される。棟（23）には、クッ
ション部材（31）が設けられている。

このバランサ（40）は例えば、コンクリート、鉄骨等
で形成される。

而して、太陽電池パネル（20）と同重量のバランサ
（40）が屋根の棟（23）を支点として配置されるため、
太陽電池パネル（20）の自重により片側へのみかかる力
が分散され、屋根上に太陽電池パネル（20）がバランス
よく載置できる。

第９図はバランサ（40）の異なる例を示す。このバラ
ンサ（40）には、風抜け等の窓（41）が形成されてお
り、台風等の風をこの窓（41）から逃がし、バランサ
（40）の浮き上がりを防止する。

第10図は本発明の第４の実施例を示すもので、本発明
装置を既設の屋根に設置した状態を示す側面図である。

第10図に示すように、この発明においては、南側と北
側の屋根（21）（21′）に同じ太陽電池パネル（20）
（20）を載置し、両者の枠体（11）（11）を屋根の棟
（23）を挟んで複数本のワイヤ（25）で取着したもので
ある。

而して、同じ太陽電池パネル（20）（20）が棟（23）
を中心として対象的に配置されるため、屋根上に重量が
上手く分散されバランスよく配置できる。

また、北側の屋根に配置された太陽電池は南側に配置
された太陽電池の1/3〜1/10程度発電する。従って、本
発明によれば総発電量を1/3〜1/10程度増加させること
ができる。

上述した第４の実施例においては、南北の屋根に太陽
電池パネル（20）（20）夫々を載置していたが、住宅に
よっては、東西に位置する屋根に太陽電池パネル（20）
（20）を載置する場合もある。この場合、午前中は東側
の太陽電池パネル（20）が中心となって発電し、また午
後は西側の太陽電池パネル（20）が中心となって発電す
る。このように、東西に載置された太陽電池パネル（2
0）（20）がバランスよく発電に寄与し、日照時間中効
率よく発電が行える。

尚、上述した本発明の実施例においては、複数の太陽
電池モジュールを組込んだ装置について説明したが、一
個の太陽電池モジュールで所望の出力が得られる場合に
は、一個で構成できることは言うまでもない。

更に、本実施例においては、太陽電池モジュールの外
枠とは別に枠体を用いたが、この外枠を枠体に兼用する
こともできる。

（ト）発明の効果本発明は、太陽電池パネルの枠体が屋根の棟を挟んで
他方の屋根の固定部にワイヤを介して取着することによ
り太陽電池パネルの重量を枠体に平均して分散すること
ができる。従って、枠体の一部に応力が集中することも
なくなり、小さな枠体で十分な強度が得られる。

また、バランサを設けると、このバランサは、太陽電
池パネルと屋根の棟を支点として配置されるため、パネ
ルの自重により片側へのみかかる力が分散され、屋根上
にバランスよく載置できる。

更に、バランサとして同じ太陽電池パネルを用いる
と、通常の太陽電池パネルは南側の屋根に配置されるの
でこのバランサとして用いた太陽電池パネル部分は、北
側の屋根に配置される。北側の屋根に載置された太陽電
池は南側に比して1/3〜1/10程度発電する。従って、総
発電量を1/3〜1/10程度増加させることができる。

また、東西に位置する屋根に太陽電池パネルを載置す
る場合には、午前中は東側の太陽電池パネルが中心とな
って発電し、また午後は西側の太陽電池パネルが中心と
なって発電する。このように、東西に載置された太陽電
池パネルがバランスよく発電に寄与し、日照時間中効率
よく発電が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を既設の屋根に設置した状態を示す
斜視図、第２図は同要部斜視図、第３図は同側面図であ
る。第４図は軒下部材への取着態様を示す斜視図、第５
図は本発明に用いられる枠体の一例を示す斜視図であ
る。第６図は枠体へ太陽電池モジュールを組込む態様を
示し、第６図（イ）は分解斜視図、第６図（ロ）及び第
６図（ハ）は側面図である。第７図は各モジュール間の
電気的接続例を示す斜視図である。第８図は本発明の第
２の実施例を示し、第８図（イ）は側面図、第８図
（ロ）は斜視図である。第９図は本発明の第３の実施例
を示す斜視図、第10図は本発明の第４の実施例を示す斜
視図である。第11図は太陽電池モジュールを示す断面
図、第12図は太陽電池の日射量と温度の時刻の変化を示
す図である。 10……太陽電池モジュール、11……枠体、13……固定
脚、14……スペーサ、20……太陽電池パネル、21……屋
根、22……屋根瓦、23……棟、24……軒下部材、25……
ワイヤ、40……バランサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭63−87853（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−70455（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 31/04 E04D 13/18 E04D 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】屋根の棟を挟んで左右に所定のこう配を有
して形成された屋根の一方面の屋根上に、少なくとも一
つの太陽電池モジュールを枠体内に組込んだ太陽電池パ
ネルが載置されると共に、前記枠体の上方部に複数のワ
イヤが取付けられ、他方面の屋根側に位置する固定部
に、前記ワイヤが前記棟を越えて取着されることを特徴
とする屋根設置型太陽電池。
【請求項２】前記固定部が屋根の軒下部材に形成されて
いることを特徴とする請求項第１に記載の屋根設置型太
陽電池。
【請求項３】前記固定部は太陽電池パネルと同等の重量
を有し、バランサで形成したことを特徴とする請求項第
１に記載の屋根設置型太陽電池。
【請求項４】前記バランサを太陽電池パネルで構成する
ことを特徴とする請求項第３に記載の屋根設置型太陽電
池。