JP4864174B1 - 両面発電型太陽電池パネルの支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】表面と背面の両面で発電する太陽電池パネルを発電効率が高まる状態に、構造物の外壁面に設置する。
【解決手段】開口部３を有する外壁面２から構面外方向に張り出すアーム部材８、８に支持され、外壁面２の構面内方向の水平方向に間隔を置いて並列する縦部材４、４に、複数枚の両面発電型の太陽電池パネル５、もしくは高さ方向に複数段、配列する複数枚の太陽電池パネル５の組からなるパネル体９を外壁面２と対向させた状態で支持させる。
並列する各縦部材４の屋外側に高さ方向に並列して突設され、構面内方向の水平方向に並列する張出部材１２、１２間に太陽電池パネル５、もしくはパネル体９を配置し、その上端部と下端部を高さ方向に並列する張出部材１２、１２に直接、もしくは間接的に保持させる。
【選択図】図１

Description

本発明は表面と背面（裏面）の両面から入射する光を受けて発電する太陽電池パネルを構造物外壁面の屋外側に設置する上で、保持に要する部材数を節減し、太陽電池パネルの発電効率が高まる状態に支持した両面発電型太陽電池パネルの支持構造に関するものである。

自然エネルギーの有効利用を図るべく、建物の屋根面や外壁に太陽電池パネルを設置することが普及しつつある。例えば太陽電池パネルを建物の外壁に設置する場合に、カーテンウォールの一部として使用することが検討されている（特許文献１参照）。ここでは、太陽電池パネルの背面に外気が流通する流通路を確保することで、過度の温度上昇を抑制している。

一方、太陽電池パネルの形式として表裏両側からの入射光によって発電可能な両面発電型の太陽電池パネルが知られている（特許文献２参照）。

特開２００２−２１２３１号公報（請求項１、段落０００３、００１１、図１） 特開２００３−１６６２２０号公報（請求項１、段落００１６〜００２０、図３〜図５）

上記した両面発電型の太陽電池パネルは建物の外壁に設置された場合に、外壁での反射光の発電への利用に寄与し得ることが期待されるが、特許文献１では外壁での反射光を想定した使用方法は考えられていないため、両面発電型太陽電池パネルの、外壁での反射光を利用した発電の具体的な手法は見いだされていない。

本発明は上記背景より、両面発電型の太陽電池パネルを構造物の外壁面に設置する場合に、太陽電池パネルによる発電を効率的に生じさせることを可能にする支持構造を提案するものである。

請求項１に記載の発明の両面発電型太陽電池パネルの支持構造は、開口部を有する構造物の外壁面から構面外方向に張り出すアーム部材に支持され、前記外壁面の構面内方向の水平方向に間隔を置いて並列する縦部材に、複数枚の両面発電型の太陽電池パネル、もしくは高さ方向に複数段、配列する前記複数枚の太陽電池パネルの組からなるパネル体が前記外壁面と対向した状態で支持され、
前記並列する各縦部材の屋外側に高さ方向に並列して突設されると共に、構面内方向の水平方向に並列する張出部材間に前記太陽電池パネル、もしくは前記パネル体が配置され、その上端部と下端部が高さ方向に並列する前記張出部材に直接、もしくは間接的に保持されていることを構成要件とする。

「外壁面の構面内方向」とは、外壁面の表面に沿った面内方向（外壁面に平行な方向）を指し、水平方向と鉛直方向を含む。「構面外方向」とは、「構面内方向」に垂直な方向を言い、外壁面の表面に直交する方向を指す。

複数枚の太陽電池パネルは外壁面に対向した（向かい合った）状態で配置され、高さ方向に複数段、連続的、もしくは断続的に配列する場合と、構面内の水平方向（横方向）に連続的、もしくは断続的に配列する場合がある。複数枚の太陽電池パネルは高さ方向に複数段、配列する場合に、前記の「複数枚の太陽電池パネルの組からなるパネル体」を構成する。複数枚の太陽電池パネルは高さ方向と構面内水平方向の２方向に配列する場合もある。以下、本項目中、太陽電池パネル５とパネル体９を合わせて太陽電池パネル等と言う。

「太陽電池パネルが外壁面と対向した状態」とは、太陽電池パネルを板として見たときに、その面が外壁面に平行、もしくは実質的に平行な状態にあることを言い、太陽電池パネルの表面と背面が完全な平面であれば、その表面と背面が外壁面に平行な状態にあることを言う。太陽電池パネルの表面と背面が曲面をなしているような場合には、その表面と背面は完全に外壁面に平行にはならないものの、表面と背面の対称面（厚さ方向（板厚方向）の中心に位置する平面）が外壁面に平行な状態になる。

請求項１において太陽電池パネル等が張出部材１２、１２に「直接保持される」とは、図１−（ｂ）、図３−（ａ）、図６−（ａ）に示すように構面内水平方向に並列する縦部材４、４の屋外側に高さ方向に並列して突設されている張出部材１２、１２のいずれかの部分に太陽電池パネル等の上端部と下端部が保持されることを言う。「間接的に保持される」とは、例えば並列する張出部材１２、１２間に、太陽電池パネル等の上端部と下端部を保持する横部材１０、１０が高さ方向に並列して架設され、太陽電池パネル等が高さ方向に並列する横部材１０、１０に保持される場合（請求項２）のように、太陽電池パネル等の上端部及び下端部と張出部材１２、１２との間に太陽電池パネル等を直接、保持する何らかの部材が介在することを言う。

太陽電池パネル等が張出部材１２、１２に直接保持される場合と間接的に保持される場合のいずれも、図６−（ｃ）に示すように太陽電池パネル等（太陽電池パネル５、もしくはパネル体９）が外壁面２から屋外側に距離を置いた位置で、上下から保持された状態でアーム部材８、８（アーム部材８、８を介して構造物）に支持される。従って太陽電池パネル等は少なくとも上端部と下端部で保持されればよく、必ずしも長さ方向（水平方向）の両端部で保持される必要がないため、太陽電池パネル等の保持のための部材数を削減することが可能になる。直接の場合は上下から張出部材１２、１２に保持され、間接的の場合は上下から例えば横部材１０、１０に保持される。

本発明では構面内水平方向に並列する縦部材４、４のそれぞれから屋外側へ高さ方向に並列して張出部材１２、１２が突設される（張り出す）ことで、張出部材１２、１２は高さ方向に並列しながら、構面内水平方向にも並列する。このため、外壁面を屋外側から見たとき、４本の張出部材１２、１２が四角形の頂点の位置に配置されることになる。請求項２では構面内水平方向に並列する張出部材１２、１２のそれぞれの間に横部材１０が架設されることで、横部材１０、１０は高さ方向に並列して架設されることになる。

この高さ方向に並列する張出部材１２、１２に、または横部材１０、１０に太陽電池パネル等が保持されることで、太陽電池パネル等は上端部と下端部に加え、長さ方向（水平方向）両端部を含めた四周（四辺）で保持される必要が生じない。この結果、太陽電池パネル等を保持するための枠材としては、高さ方向（上下）に並列する２本の張出部材１２、１２、または横部材１０、１０があればよいことになる。

従って太陽電池パネル等の長さ方向両端部は必ずしも枠材で保持されずに済み、前記のように太陽電池パネル等保持のための部材数が削減されることに加え、太陽電池パネル等の長さ方向両端部を覆いのない、開放された状態に保つことができる。この結果、太陽電池パネル等は外壁面での反射光、すなわち太陽電池パネル等の背面からの反射光を長さ方向両端部側から受けることができ、四周（四辺）で保持される場合より広範囲で反射光を受けることができるため、太陽電池パネルの背面での発電効率を向上させることが可能になる。

発電効果が上がることは、外壁面２での反射光が太陽電池パネル５の背面に広範囲に亘って到達することに基づく。反射光が広範囲に亘ることで、太陽電池パネル５を構成する多くのセルに反射光が当たる状態が得られるため、反射光の当たる面積が小さい場合との対比では太陽電池パネル５の出力電流が増大し、出力特性が向上するからである。

また太陽電池パネル等（太陽電池パネル５、もしくはパネル体９）は図６に示すように縦部材４の屋外側の面から屋外側へ距離を置いた位置に支持されていることで、太陽電池パネル等の背面は縦部材４の表面からも浮いた状態に保たれる。この結果、外壁面２での反射光が縦部材４に遮断される可能性も低下するため、太陽電池パネル等の背面の広範囲に亘って反射光が到達し、太陽電池パネルの発電効率がより向上する。

この場合、太陽電池パネル等の背面が縦部材４の表面から浮くことで、太陽電池パネル等と縦部材４とが非接触状態になるため、外壁面２での反射光が太陽電池パネル等背面に広範囲に亘って到達し易くなり、発電効果が上がることになる。太陽電池パネル等（太陽電池パネル５）の背面が縦部材４の表面から浮くことで、外壁面２で反射し、太陽電池パネル等の背面に向かう光が縦部材４に遮られることがなくなるか、遮られる光の量が減少するため、外壁面２での反射光は太陽電池パネル等背面の広範囲に到達し易くなることに基づく。

太陽電池パネル等の背面を縦部材４から浮かせることは、例えば図６−（ｂ）に示すように縦部材４の一部に太陽電池パネル５を支持するファスナー１４、ブラケット等の支持部材を接続し、その支持部材に太陽電池パネル５を保持させながら、支持させることで得られる。

太陽電池パネル等は直接には上下の横部材１０、１０に保持され、上記のように各横部材１０の長さ方向両端に接続（連結）される張出部材１２、１２と、張出部材１２の外壁面２側の端部に接続（連結）される縦部材４と、縦部材４と外壁面２間に架設されるアーム部材８を介して構造物に支持される。

複数枚の太陽電池パネル５は上記のように高さ方向に配列する場合と、構面内水平方向（横方向）に配列する場合があり、本発明では高さ方向に配列する複数段の太陽電池パネル５の組を「パネル体９」と呼称している。太陽電池パネル５が高さ方向に配列する場合と、構面内水平方向（横方向）に配列する場合を含め、複数枚の太陽電池パネル５から構成されるパネル面６の、少なくとも高さ方向の一部区間には図１−（ａ）、（ｂ）に示すように開口７が形成され、パネル面６が高さ方向に不連続になっていることもある（請求項３）。開口７は開放状態に維持されているか、もしくは開閉自在な状態にあることもある（請求項４）。

複数枚の太陽電池パネル５から構成されるパネル面６とは、少なくとも高さ方向に配列する複数枚の太陽電池パネル５の全体から構成される面（平面、もしくは曲面）を指し、全太陽電池パネルを指す場合と、全太陽電池パネルの内の一部を指す場合がある。

例えば全太陽電池パネルの表面が同一平面内に存在する場合は、全太陽電池パネル（の表面）からパネル面６が構成される。全太陽電池パネルの表面が複数枚の太陽電池パネル毎に異なる平面内に存在する場合には、その複数枚の太陽電池パネル単位でパネル面６が構成される。「複数枚の太陽電池パネル毎に異なる平面内に存在する」とは、複数枚の太陽電池パネル（の表面）毎に、構面外方向に段差が付くような場合と、高さ方向に隣接するパネル面６毎に、交互に構面外方向に段差が付くような場合を言う。

パネル面６の、少なくとも高さ方向の一部区間に開口７が形成される場合（請求項３）、開口７はガラスや障子（サッシ）等の壁面構成材が配置（収納）されずに常に開放状態に維持される場合と、開口７に壁面構成材が配置（収納）されて常に閉鎖状態に維持される場合がある。この他、開口７に配置された壁面構成材が開閉することで、開口７が開放状態と閉鎖状態とに切り替え可能である場合がある（請求項４）。太陽電池パネル５の背面での発電を確保する上では、開口７は少なくとも太陽光が開口７から外壁面２に差し込み（到達し）、外壁面２で反射して太陽電池パネル５の背面に到達することができるだけの採光を確保する機能を発揮（有）すればよい。

但し、複数枚の太陽電池パネルからから構成されるパネル面６と、外壁面２との間の空間（緩衝空間）内での空気の温度上昇が、外壁面２の内側である室内空間の環境に影響を及ぼし、室内の居住性を低下させる可能性がある場合には、開口７に、室内で温度が上昇した空気の排出（排気口）の機能を持たせることが望ましい。そのために、すなわち室内で上昇した空気の開口７からの排気を促すために、開口７は開放状態に維持されるか、開閉自在な状態に置かれることが適切である（請求項４）。壁面構成材が開閉することは、具体的には開口７に沿って配置される窓枠内に、開き窓（内、外）、回転窓（縦軸、横軸）、滑り出し窓等の開閉自在な窓を構成する障子が収納されることにより得られる。

開口７が開放状態に維持されるか、開閉自在な状態に置かれるか、あるいは閉鎖状態に維持されるかは、構造物が構築される地域の地理的条件、気候、日照時間等の要因によって決められる。例えば夏季の室内での温度上昇を抑制する必要性が高い地域の場合には、開口７を排気口としても利用可能となるように常に開放状態に、あるいは開放状態と閉鎖状態とが切り替え自在な状態に維持される（請求項４）。室内での温度上昇抑制の必要性が低い地域の場合には、開口７が開放状態に維持されるか、閉鎖状態に維持されるか、あるいは開閉自在であるかは問われないから、いずれの状態でもよいことになる。

複数枚の太陽電池パネル５から構成されるパネル面６の、高さ方向の一部区間に開口７が形成され、パネル面６が高さ方向の一部において不連続になることで、太陽光は開口７から、パネル面６の屋内側に位置する外壁面２に到達し、反射する。外壁面２に反射した光は太陽電池パネル５の背面に入射するため、太陽電池パネル５の背面側での発電が期待される。太陽電池パネル５は光を受けることで、２種類の半導体間に発生する起電力によって発電する。発電は太陽電池パネル５の表面と背面（裏面）で独立する。

ここで、開口７がガラス等の壁面構成材によって閉鎖状態に維持されている場合には開口７から外壁面２に差し込もうとする太陽光が壁面構成材に吸収され、外壁面２に到達する光は壁面構成材の透過光になり、光の強さが弱まる。このことから、開口７が壁面構成材によって閉鎖状態に維持されている場合より、開放状態に維持されている場合の方が太陽電池パネル５の背面に到達する反射光が強いため、背面での発電効率上は、開口７が常に開放状態にあるか、開放状態に維持可能である場合（請求項４）が合理的である。

構造物の外壁面２は主に構造体である腰壁及び垂れ壁と、腰壁と垂れ壁間に確保される開口部３に収納されるサッシ等のガラス面（壁面構成材）から構成される。構造体とガラス面に到達した光はいずれも反射し、太陽電池パネル５の背面に到達するから、パネル面６の一部に形成された開口７から外壁面２に到達した光が太陽電池パネル５の背面での発電に寄与することになる。只、太陽電池パネル５の発電量は光の強さで決まるから、外壁面２からの反射光の内、構造体での反射光よりガラス面での反射光が太陽電池パネル５の発電に一層、寄与する。

外壁面２の屋外側に太陽電池パネル５を配置するに当たっては、太陽電池パネル５の向きと外壁面２からの距離Ｄの設定により図４−（ａ）〜（ｃ）に示すように複数通りの配置例が考えられる。（ａ）は太陽電池パネル５の背面を外壁面２に接近させた状態、あるいは接触させた状態で配置した場合、（ｂ）は太陽電池パネル５の表面と背面を、水平面をなす状態で配置した場合である。（ｃ）は複数段で一組になる太陽電池パネル５の集合体であるパネル体９を鉛直面に対し、表面が直射日光を受け易いよう、傾斜させた状態で配置した場合である。

この内、図４−（ａ）の場合には、建築面積を拡大せずに済む反面、太陽電池パネル５と外壁面２との間に実質的に空隙（空間）が存在しないことで、太陽光自体が太陽電池パネル５の背面に位置する外壁面２に到達することがないため、反射光が太陽電池パネル５の背面に到達することもない。この場合は専ら太陽電池パネル５の表面での発電のみを期待することになる。

図４−（ｂ）の場合も、外壁面２での反射光が太陽電池パネル５の背面に到達することがないため、背面での発電を期待することはできない。（ｂ）は日射角が大きい地域で太陽電池パネルの表面での発電効率を上げるために有効であるが、太陽電池パネル５の背面には外壁面２で乱反射した光が到達することがある程度であるから、背面での発電に至ることはほとんどない。

図４−（ｃ）の場合には、太陽電池パネル５と外壁面２との間に空隙（空間）が確保されているため、外壁面２に太陽光を到達させて反射させ、反射光を太陽電池パネル５の背面に到達させることは可能である。しかしながら、広範囲の日射角の太陽光に対して太陽電池パネル５の表面が有効に機能するように、複数段の太陽電池パネル５からなるパネル体９の下方を屋外側へ突き出している関係で、太陽電池パネル５の背面への反射光の入射角（パネル体９の背面に垂直な面とのなす角度）が大きくなるため、太陽電池パネル５の背面での発電効率を上げることはできない。

太陽電池パネル５の表面と背面での発電効率はそれぞれへの入射角（後述のα〜γ）が小さく、入射の方向が表面と背面に対し、垂直に近い角度から入射する方がそうでない場合より、表面と背面が受ける光の強さが大きいから、発電効率も高い。しかしながら、図４−（ｃ）の場合には、パネル体９全体の背面が外壁面２での反射光の方向と同じ方向に傾斜しているため、外壁面２での反射光が太陽電池パネル５の背面に到達しにくい状態にある。

図４−（ｃ）中、矢印の実線で示すように上下に隣接するパネル体９、９間の開口７から外壁面２に差し込む太陽光の内、上側のパネル体９の下端と下側のパネル体９の上端を通る太陽光は外壁面２に到達し、外壁面２で反射した後、辛うじてパネル体９の背面に到達することが可能になっている。ところが、例えば開口７の高さが図４−（ｃ）の例より大きく、太陽光が水平面に関してパネル体９の傾斜角度と対称な角度（日射角）に近い角度で入射する場合には、外壁面２での反射光の反射角がパネル体９の傾斜角度に等しいため、パネル体９（太陽電池パネル５）の背面に到達、あるいは反射することがない。

その場合、パネル面６の開口７から外壁面２に到達する太陽光の反射光の方向がパネル体９の背面に平行になるため、パネル体９の背面に外壁面２での反射光が入射することはない。従ってその場合、上側のパネル体９の下端と下側のパネル体９の上端を通る太陽光の角度以下の日射角の太陽光でなければ、外壁面２に反射した太陽光が太陽電池パネル５の背面に到達（反射）することはないため、パネル体９の背面での発電を期待することができないことになる。

これに対し、図３−（ａ）に示す本発明では太陽電池パネル５が実質的に外壁面２に平行で、外壁面２から距離を置いて配置されるため、外壁面２での反射光が太陽電池パネル５の背面に入射（到達）し易い状態が確保される。「太陽電池パネル５が外壁面２に平行」とは、前記のように太陽電池パネル５の表面と背面の双方が実質的に外壁面２に平行であればよいことを言い、表面と背面が互いに平行で、完全な平面をなしている場合の他、僅かに曲面をなしている場合も含む。

図３−（ａ）の場合、極端に言えば、太陽光の入射が水平でも鉛直でもない限り、すなわち太陽光が開口７から外壁面２に差し込む限り、原則としてその太陽光は外壁面２に反射して太陽電池パネル５の背面に到達することが可能である。結局、本発明では外壁面２での反射光が鉛直方向でない限り、太陽電池パネル５の背面に到達することができ、反射することが可能になっている。

但し、具体的には図３−（ａ）に示す本発明の場合、図３−（ｂ）に示すように上下に隣接する太陽電池パネル５（９）等の間の開口７の上端（上側の太陽電池パネル等の下端）を通って外壁面２に到達する太陽光が開口７の半分の高さの位置（一点鎖線で示す）の外壁面２で反射し、開口７の下端（下側の太陽電池パネル等の上端）を通る入射角α以下の角度で入射する場合、その太陽光の外壁面２での反射光は開口７から抜ける。よって太陽光は太陽電池パネル等の背面に到達しない。

また開口７の下端を通って外壁面２に到達する太陽光が太陽電池パネル５（９）等の半分の高さの位置（一点鎖線で示す）の外壁面２で反射し、下側に隣接する開口７の上端を通る入射角βの角度で入射する場合、その太陽光の外壁面２での反射光も開口７から抜けるため、太陽光は太陽電池パネル等の背面には到達しない。更に開口７の上端を通って外壁面２に到達する太陽光が太陽電池パネル等の半分の高さの位置の外壁面２で反射し、下側に隣接する開口７の下端を通る入射角γの角度で入射する場合も、太陽光は太陽電池パネル等の背面には到達しない。

以上のことから、上下の太陽電池パネル等（太陽電池パネル５、もしくはパネル体９）の間に確保される開口７の半分の高さの外壁面２で反射する太陽光の外壁面２への入射角がαより大きく、太陽電池パネル等の半分の高さの外壁面２で反射する太陽光がβとγの中間の範囲にある角度であれば、外壁面２に反射した太陽光が太陽電池パネル５の背面に到達することができるため、発電効率を確保することが可能である。

入射角αとβ、及びγは太陽電池パネル等の高さＨと開口７の高さＬ、及び太陽電池パネル等の背面と外壁面２との間の距離Ｄを用い、ｔａｎα＝Ｌ／２Ｄ、ｔａｎβ＝Ｈ／２Ｄ、ｔａｎγ＝（Ｈ＋２Ｌ）／２Ｄと表すことが可能であるため、これらの各寸法の設定により、外壁面２での反射光の、太陽電池パネル５背面への入射量を制御できることが分かる。

図２に示すように太陽電池パネル等の表面（鉛直面）に対して３０°の角度（入射角が６０°）で太陽光（Ｗ／ｍ^２は放射照度の単位を表す）が当たるとき、概算で太陽光の約７０％は太陽電池パネル５の表面に吸収され、１０％が反射し、５％が太陽電池パネル５を透過して外壁面２に到達すると考えられる。太陽電池パネル５の表面に吸収される太陽光の内、約１５％が表面での発電に利用される。太陽電池パネル５を透過して外壁面２に到達した太陽光は外壁面２で反射して太陽電池パネル５の背面に到達し、背面での発電に利用される。

一方、図１−（ａ）に矢印で示すように上下に隣接する太陽電池パネル等の間の開口７から差し込み、外壁面２に到達する太陽光は外壁面２に反射した後、太陽電池パネル等の背面に到達する。太陽電池パネル等の間の開口７から差し込む太陽光の外壁面２での反射光はガラス面で反射する方が構造体（躯体）面で反射する場合より強いため、太陽電池パネル５の背面での発電効率は高い。但し、構造体面での反射光も太陽電池パネル５の背面には到達するため、太陽電池パネル５背面でのある程度の発電は確保される。

本発明では図１−（ａ）に示すように外壁面２の屋外側にパネル面６が配置されることで、図８−（ａ）に示すようにパネル面６の高さ方向の一部に形成される開口７が閉鎖状態に維持される場合に、見かけ上は外壁面２とパネル面６からなる外壁が、外壁面２とパネル面６間に空気層が介在したダブルスキン構造になる。但し、図７−（ａ）に示すように開口７が開放状態に維持される場合には、開口７は室内の外壁面２側で温められ、上昇した空気が抜け出ていく排気口として機能し、室内温度を調節する働きをするため、外壁面２とパネル面６間の空間は空気が流通する単なる空気層ではなく、構造物１の室内と屋外との間で空気の温度調節が行われるための緩衝空間になる。

図７−（ａ）、図８−（ａ）は本発明の太陽電池パネル５の支持構造を採用した構造物１の外観（立面）を示している。本発明では上記のように高さ方向に配列する太陽電池パネル等の一部が不連続になり、不連続部分である、上下に隣接する太陽電池パネル等の間に開口７（開放状態か閉鎖状態かは問わない）が形成されている。

図８−（ａ）は上下に隣接する太陽電池パネル等の間の開口７にガラス等の壁面構成材が収納された場合の外観を、図７−（ａ）は開口７が完全に開放状態にある場合（請求項４）の外観を示している。図７−（ａ）と図８−（ａ）は開口７が完全に開放しているか、ガラス等が収納され、完全に閉鎖しているかの違いがあるだけであるが、図８−（ａ）は開口７が閉鎖していることで、ダブルスキン構造になっている。図７−（ｂ）、（ｃ）と図８−（ｂ）、（ｃ）は外気温が３４°Ｃの環境（条件）下での、各層（各階）の室内温度の分布を示している。

開口７の高さは開口７を通じてある程度の時間帯（数時間）、太陽光が外壁面２にまで到達し、外壁面２に反射した反射光が太陽電池パネル５の背面に到達し得ることの目的が達成できる大きさに設定されるが、図面では図１−（ａ）に示すように具体的には１枚（１段）の太陽電池パネル５の高さ程度より大きい（１枚分〜２枚分の）高さに開口７の高さを確保している。

図８−（ａ）の場合、上下に隣接する太陽電池パネル等の間にガラスが収納されていることで、外壁面２の内部（屋内）で温められた空気の逃げ場が各層にないことから、外壁面２とパネル体６との間の緩衝空間内に存在する空気は構造物１の最上層にまで移動した後に排気される。図７−（ａ）の場合には上記の通り、太陽電池パネル等の間の各層に開口７が形成されていることで、緩衝空間内の空気は各層の開口７から屋外に排気可能になっている。

図７と図８の各（ｂ）、（ｃ）は外壁面２の内側（内部）である室内空間の各層（各階）における温度分布を示している。各図の（ｂ）は室内から緩衝空間への排気が各階で行われる場合の温度分布を、（ｃ）は室内からの緩衝空間への排気が行われない場合の温度分布を示している。各層の室内から緩衝空間への排気は図７の場合も図８の場合も図２に示すように天井懐２０内から排気ダクト２１を通じて行われる。

図８の場合には室内から緩衝空間への排気が行われても、緩衝空間内の空気は緩衝空間から屋外には直接、排気されない関係で、各層の室内から緩衝空間へ排気される位置の直下での温度が高くなっている。これは室内から緩衝空間へ排出された、温度の高い空気が緩衝空間から直ちに屋外へ排出されないことで、緩衝空間内を停滞しながら上昇するためと考えられる。また各層での排気が行われない場合には、図８−（ｃ）に示すように下層階から上層階へかけて次第に室内温度が上昇していく傾向がある。最下層から最上層までの温度上昇量は８〜９°Ｃになっている。

これに対し、図７（請求項４）の場合には上記の通り、各層に開放状態に維持された開口７が存在していることで、各層の室内から緩衝空間へ排出された空気は開口７を通じて屋外へ排出されるため、少なくとも温度の高い空気が緩衝空間内で停滞することがない。結果的に、図７−（ｂ）に示すように各層の室内から緩衝空間へ排気される位置の直下での温度が高くなることがなくなっている。またこの場合には、緩衝空間からの排気が行われることで、図７−（ｃ）に示すように各層での室内から緩衝空間への排気が行われないときにも、下層階から上層階へかけての室内温度の上昇は僅かであり、最下層から最上層までの温度上昇量は２°Ｃ程度に留まっている。

アーム部材８は外壁面２と縦部材４間に架設されることで、外壁面２に反射する太陽光の、太陽電池パネル等の背面への到達を阻害する可能性がある。但し、アーム部材８の高さ方向の張り出し位置が、例えば高さ方向に複数段、配列する複数枚の太陽電池パネル５の組からなる１枚のパネル体９に付き、高さ方向に１箇所であれば（請求項５）、外壁面２に反射した太陽光の、パネル体９背面への到達の阻害を最小限に抑えることが可能になる。

また例えばアーム部材８が線状部材でなく、面状部材である場合に、図５に示すように１パネル体９に付き、２箇所以上、縦部材４との間に架設されている場合には、上下に隣接するパネル体９、９間に確保される開口７から外壁面２に到達し、反射した太陽光がパネル体９に到達する以前に、複数枚のアーム部材８によって遮断される可能性が高い。

図５の場合に、仮に上段側のアーム部材８を外壁面２での反射光が透過することがあっても、下段側のアーム部材８がその先にある太陽電池パネル５、もしくはパネル体９（太陽電池パネル等）の背面への到達を遮断するため、下段側のアーム部材８を透過して太陽電池パネル等の背面に到達できる反射光は一層、減少する。アーム部材８が面状部材でなく、線状部材であっても、１枚の太陽電池パネル等に付き、複数段、配置されることで、同様のことが言える。外壁面２での反射光が面状部材のアーム部材８を透過することは、アーム部材８がグレーチング（grating）等のような格子状に、板厚方向に貫通する複数個の開口を有する形状である場合に得られる。

これに対し、請求項５では仮にアーム部材８が面状部材であっても１層に付き、１箇所にのみ架設されるに過ぎず、反射光の遮断が重複しないため、外壁面２での反射光を遮断する可能性が低下する。アーム部材８が面状部材でなく、線状部材である場合には反射光が透過し易いため、太陽電池パネル等の背面に到達する可能性が向上する。

外壁面の構面内水平方向に間隔を置いて並列する縦部材の屋外側に高さ方向に並列して突設され、構面内水平方向に並列する張出部材間に太陽電池パネル等を配置し、これを張出部材に直接、もしくは間接的に保持させるため、太陽電池パネル等を長さ方向（水平方向）の両端部で保持させる必要を解消することができる。このため、太陽電池パネル等の保持のための部材数を削減することができ、太陽電池パネル等の長さ方向両端部を開放された状態に保つことができる。

この結果、太陽電池パネル等は外壁面での反射光を長さ方向両端部側から受けることができ、四周（四辺）で保持される場合より広範囲で反射光を受けることができるため、太陽電池パネルの背面での発電効率を向上させることが可能になる。

（ａ）は太陽電池パネルを外壁面から距離を置いた位置に設置した様子を示した縦断面図、（ｂ）は（ａ）の屋外側の立面図である。 図１−（ａ）に示す太陽電池パネルの設置状態での太陽光の反射の様子と太陽電池パネルの屋内側での熱の移動の様子を示した縦断面図である。 （ａ）は図１−（ａ）に示す太陽電池パネルの設置状態を概略的に示した縦断面図、（ｂ）は外壁面に反射した光が太陽電池パネルの背面に到達するための条件となる太陽光の入射角と開口の高さの関係を示した縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の太陽電池パネルの支持構造と対比される設置例を示した縦断面図であり、（ａ）は太陽電池パネルを外壁面に接近させて設置した場合、（ｂ）は外壁面から水平に張り出して設置した場合、（ｃ）は３段の太陽電池パネルからなるパネル体を外壁面に対して傾斜させて設置した場合である。 本発明の太陽電池パネルの支持構造と対比される設置例として３段の太陽電池パネルからなるパネル体をその高さの範囲に配置される２本（２枚）の支持部材で構造体に支持させた場合の例を示した縦断面図である。 （ａ）は図１−（ａ）の詳細図、（ｂ）は（ａ）の波線円部分の拡大図、（ｃ）は縦部材と横部材、つなぎ材、張出部材の関係を示した斜視図である。 （ａ）は上下に隣接するパネル体間の開口が開放状態に維持された場合の太陽電池パネルの支持構造を採用した構造物を示した立面図、（ｂ）はパネル体と外壁面との間の緩衝空間から熱せられた空気の余剰排気がある場合の高さと温度の関係を示したグラフ、（ｃ）は緩衝空間から余剰排気がない場合の高さと温度の関係を示したグラフである。 （ａ）は上下に隣接するパネル体間の開口が閉鎖状態に維持された場合の太陽電池パネルの支持構造を採用した構造物を示した立面図、（ｂ）は緩衝空間から熱せられた空気の余剰排気がある場合の高さと温度の関係を示したグラフ、（ｃ）は緩衝空間から余剰排気がない場合の高さと温度の関係を示したグラフである。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１−（ａ）は開口部３を有する外壁面２との間に水平方向に距離を隔てた位置で構造物１に支持される縦部材４に、複数枚の両面発電型の太陽電池パネル５を支持させた両面発電型太陽電池パネルの支持構造の例を示す。図１−（ｂ）は図１−（ａ）の屋外側の外観（立面）を示す。

両面発電型の太陽電池パネル５は互いに電気的に接続された複数の両面発電型の太陽電池を内部に有し、表面と背面の少なくとも一方から入射する光を受けて発電する。

縦部材４、４は外壁面２から構面外方向の屋外側へ張り出すアーム部材８、８に支持され、外壁面２の構面内方向の水平方向に間隔を置いて並列する。この構面内水平方向に並列する縦部材４、４に、複数枚の太陽電池パネル５、もしくは高さ方向に複数段、配列する複数枚の太陽電池パネル５の組からなるパネル体９が外壁面２と対向した状態で支持される。以下では場合により太陽電池パネル５とパネル体９を合わせて太陽電池パネル５等と言う。また複数枚の太陽電池パネル５から、あるいは全太陽電池パネル５から構成される面をパネル面６と言う。

構面内水平方向に並列する各縦部材４の屋外側からは図６−（ａ）、（ｃ）に示すように高さ方向に並列して張出部材１２、１２が張り出し（突設され）、構面内方向の水平方向に並列する。この高さ方向に並列しながら、構面内水平方向に並列する張出部材１２、１２間に太陽電池パネル５、もしくはパネル体９（太陽電池パネル等）の上端部と下端部を保持する横部材１０、１０が高さ方向に並列して架設される。この高さ方向に並列する横部材１０、１０に太陽電池パネル５、もしくはパネル体９（太陽電池パネル等）が保持される。

複数枚の太陽電池パネル５から、あるいは全太陽電池パネル５から構成されるパネル面６の、少なくとも高さ方向の一部区間には図１−（ａ）、（ｂ）に示すように開口７が形成され、開口７の存在によってパネル面６は高さ方向に不連続になっている。図１−（ａ）は開口７に窓のようなガラス面がなく、開口７が完全に開放状態に維持されている場合の例を示している。この例では開口７が完全に開放していることで、（ｂ）に示すように外部からは開口７を通じて外壁面２の開口部３から室内側の様子が見えるようになっている。

構造物１の外壁面２は、外壁面２から屋外側へ張り出すアーム部材８が上記パネル面６を支持する縦部材４を支持可能な構造をしていればよく、外壁面２が躯体から構成される耐力壁であるか、カーテンウォール（curtain wall）から構成される非耐力壁であるかは問われない。外壁面２は複数段の太陽電池パネル５からなるパネル体９とそれを支持する縦部材４の荷重を外壁面２から張り出すアーム部材８が負担できるように、アーム部材８を支持できればよい。

一パネル体９（一枚のパネル体９）は図１−（ａ）に示すように高さ方向に配列する複数段、複数枚の太陽電池パネル５の組から構成される。一パネル体９は高さ方向に並列する横部材１０、１０単位で１ユニットとして保持されるか、あるいは構面内水平方向に並列する縦部材４、４単位で１ユニットとして保持される。太陽電池パネル５は水平方向には各段に付き、１枚、もしくは複数枚、配列することによりパネル体９を構成する。パネル体９は上記開口７によって高さ方向に区分されるパネル面６の単位を指し、高さ方向に配列する複数のパネル体９から上記パネル面６が構成される。

１枚の太陽電池パネル５の高さ寸法、及び幅寸法（長さ寸法）は任意である。但し、一パネル体９を構成する太陽電池パネル５の段数は図１、図２に示すように上下に隣接するパネル体９、９間の開口７の高さと一パネル体９の高さを合わせた高さが構造物１の１層（１階）分の高さに相当する大きさになるような数になる。

図示する場合は１ユニットのパネル体９が３段の太陽電池パネル５から構成されている。この場合、３段（３枚）の太陽電池パネル５の高さ寸法の和に、開口７の高さを加えた寸法の合計が構造物１の１層（１階）分の高さに相当する大きさになるように、１枚の太陽電池パネル５の高さ寸法が決められる。この一パネル体９の寸法と１層（１階）分の高さの関係が満たされなければ、外壁面２の開口部３とパネル体９、９間の開口７の位置が合致せず、パネル体９が外壁面２に対して高さ方向にずれることになる。

太陽電池パネル５はまた、図１−（ａ）、（ｂ）に示すように高さ方向に複数段、図示する場合は３段、配列し、構面内方向（水平方向）に隣接しながら、複数配列することによりユニットとなるパネル体９を構成するから、幅寸法（長さ寸法）も一定の大きさで規格化されている。

但し、高さ方向に配列する複数段の太陽電池パネル５からなる各パネル体９においては、各段の太陽電池パネル５の高さは必ずしも一定である必要はない。例えば一パネル体９を構成する３段の太陽電池パネル５の内、最下段に配置される太陽電池パネル５の高さと中段に配置される太陽電池パネル５の高さ、及び上段に配置される太陽電池パネル５の高さは必ずしも同一である必要がない。構面内水平方向に配列する複数枚の太陽電池パネル５の高さが統一されていればよいことによる。

パネル体９における各段の太陽電池パネル５の高さが統一されていればよいことで、水平方向に配列（隣接）する太陽電池パネル５の幅（水平方向長さ）は必ずしも一定である必要はない。水平方向の複数列の内、最も端部に位置する太陽電池パネル５の幅（長さ）と中間部に位置する太陽電池パネル５の幅（長さ）が同一である必要もない。

この太陽電池パネル５の幅（長さ）寸法、もしくは複数枚の太陽電池パネル５からなるパネル体９の幅（長さ）寸法に応じて各太陽電池パネル５を支持する、図１−（ｂ）に示す縦部材４、４の、構面内方向（水平方向）の間隔が決まる。但し、図６に示すように太陽電池パネル５、もしくはパネル体９の保持が横部材１０、１０のみでも足りる場合には、縦部材４、４間の間隔が太陽電池パネル５、もしくはパネル体９の幅寸法に制約されることはない。

また太陽電池パネル５、もしくはパネル体９の高さ寸法に応じ、隣接する縦部材４、４間に架設され、縦部材４と共に、あるいは単独で太陽電池パネル５やパネル体９を保持し、支持する、図１−（ａ）に示す横部材１０、１０間の間隔が決まる。図６は上下に隣接する横部材１０、１０が単独で太陽電池パネル５やパネル体９を保持する場合の例を示している。

外壁面２から屋外側に距離を置いた位置に立設される縦部材４は外壁面２から水平に、あるいは傾斜して張り出すアーム部材８に支持され、間接的には外壁面２を構成する構造体（柱、もしくは梁等の構造部材）に支持される。アーム部材８には基本的にはその下方に配置される太陽電池パネル５の背面への反射光の到達を阻害しないよう、線状（棒状）部材が使用されるが、多数の開口を有するグレーチングのような形態であれば、面状部材も使用される。アーム部材８が線状部材である場合、アーム部材８は構面内方向に距離を置いて、配列する。

アーム部材８は外壁面２を構成する、または外壁面２の室内側に位置する構造体（躯体）である柱、梁その他のいずれかの構造部材から縦部材４側へ張り出し、縦部材４に例えばボルト接合等により接続（接合）されることにより一体化し、縦部材４を構造部材に支持させる。縦部材４にアーム部材８は外壁面２での太陽光の反射光を阻害することなく、太陽電池パネル５の背面に到達させる目的から、基本的には１枚のパネル体９に付き、高さ方向の１箇所に張り出し、外壁面２と縦部材４との間に架設される。但し、反射光の太陽電池パネル５背面への到達を阻害しない形状であれば、必ずしも１段である必要はなく、複数段、配置されることもある。

図１−（ａ）は外壁が例えばスラブから立ち上がる腰壁とスラブから垂下する垂れ壁からなる構造壁（耐力壁）の壁部と、上下の壁部間に形成され、ガラス、もしくは開閉する障子を備えたサッシが収納される窓部とに区分されている場合の例を示している。この他、外壁は構造物１の全高に亘ってガラスやプレキャストコンクリート等のパネルからなるカーテンウォールの場合もある。外壁がカーテンウォールの場合、柱、梁等の構造部材は外壁を構成する外壁パネル（カーテンウォールパネル）の室内側に配置されるが、縦部材４を支持するアーム部材８は柱、もしくは梁から外壁パネルを貫通して外壁面２の屋外に張り出す形になる。

図１−（ａ）の場合は、構造壁の壁部（外壁面２）からアーム部材８が例えば水平に張り出し、その先端部に縦部材４が接続され、支持される。アーム部材８は先端部において縦部材４が接続（接合）されることにより縦部材４を支持する。壁部には柱、または梁が一体化（連続）していることもある。アーム部材８は外壁面２からの張り出し長さを最小に抑える上では、水平に張り出すことが合理的であるが、太陽光の外壁面２への到達と反射を阻害しないようにする上では、外壁面２から縦部材４側へかけて上向きに傾斜して張り出すこともある。

縦部材４は外壁面２の構面内水平方向に間隔を置いて配列し、その方向に隣接（並列）する縦部材４、４は図６に示すように両者間に水平に架設されるつなぎ材１１によって互いに連結され、基本的にはつなぎ材１１と共に格子を構成する。

図６−（ｃ）では縦部材４、４とアーム部材８、８との接続（連結）部分間につなぎ材１１を架設している。但し、縦部材４、４間へのつなぎ材１１の架設位置は任意であり、太陽電池パネル５等を上下から保持する横部材１０、１０を支持する張出部材１２、１２の、縦部材４、４への接続位置にも無関係である。つなぎ材１１は隣接する縦部材４、４を互いに拘束し合う機能を発揮する程度の間隔で高さ方向に配列すればよい。

構面内水平方向に並列する縦部材４、４の各表面側（屋外側）には図６−（ｃ）に示すように張出部材１２、１２が突出し（張り出し）、張出部材１２、１２も構面内水平方向に並列する。横部材１０はこの構面内水平方向に並列する張出部材１２、１２の先端部分間に架設され、長さ方向（軸方向）の両端部において張出部材１２の先端部分に接続（接合）される。縦部材４の表面側（屋外側）に張出部材１２を突設させる理由は、開口７から外壁面２に到達し、外壁面２で反射する反射光が太陽電池パネル５背面の四隅にまで到達し易くなるよう、太陽電池パネル５の背面を縦部材４から浮かせるためである。

縦部材４の屋外側に接続（連結）される張出部材１２は図６−（ｃ）に示すように縦部材４の屋内側に接続（連結）されるアーム部材８に連続するように張り出す場合と、アーム部材８との間に段差が付いて張り出す場合がある。

張出部材１２、１２は各縦部材４から高さ方向に並列して張り出し、上下の張出部材１２、１２間に、パネル体９の上下端部を保持する横部材１０、１０が架設され、高さ方向に並列する（上下に隣接する）。上下に隣接する横部材１０、１０は対になって太陽電池パネル５、もしくはパネル体９を保持する。

構面内水平方向に隣接する縦部材４、４と張出部材１２、及び横部材１０の関係は図６−（ｃ）に示すようになる。図６−（ａ）は図６−（ｃ）の詳細例を示している。図６−（ａ）はまた、図１−（ａ）の詳細図として縦部材４と横部材１０との接合部とその接合部における太陽電池パネル５、もしくはパネル体９の保持状態を示している。図６−（ａ）における横部材１０部分の詳細を図６−（ｂ）に示している。

図６−（ａ）に示すようにパネル体９は高さ方向の両端部（上下端部）においてそれぞれの側に位置する横部材１０に保持される。パネル体９を構成する各太陽電池パネル５の幅方向（水平方向）の端部はその方向に隣接する太陽電池パネル５と互いに連結される。図面では一枚のパネル体９を構成する複数枚の太陽電池パネル５の上下端部を横部材１０、１０に保持させている関係で、横部材１０に、上下対称形のＨ形鋼を使用しているが、横部材１０の形態は任意であり、溝形鋼、山形鋼その他の鋼材も使用される。一枚のパネル体９が３枚の太陽電池パネル５から構成されている図６−（ａ）の場合、横部材１０はパネル体９の上下端部に加え、上下に隣接する太陽電池パネル５、５が跨る部分の２箇所にも配置される。

図６では少なくともパネル体９の高さ方向の両端部（上下端部）が横部材１０、１０の保持されることで、パネル体９の水平方向の端部は必ずしも縦部材４、４、あるいはそれに代わる部材に保持される必要がない。この結果、パネル体９（太陽電池パネル５）の水平方向の端部（縦部分）は光を遮られることがないため、その端部の背面は外壁面２での反射光を受けることができ、その反射光を漏れなく発電に利用することが可能になる。

図６−（ａ）の破線円部分の拡大図を図６−（ｂ）に示す。ここに示すように太陽電池パネル５、またはパネル体９は具体的には例えば、上下の端部が溝を有する、アルミニウム合金製等、金属製の枠部材１３に保持された状態で、横部材１０の上下に接合（固定）されたアングル（山形鋼）等のファスナー１４にボルトにより接合、あるいはピン等により連結されることにより支持される。

太陽電池パネル５やパネル体９はそれに一体化している枠部材１３においてファスナー１４の表面に接触した状態で固定（接合）されることで、背面側（屋内側）への移動が拘束された状態に保持される。ファスナー１４は横部材１０の上部フランジの上部と下部フランジの下部にボルトや溶接等によって固定される。

図６−（ｂ）に示す例の場合、枠部材１３が太陽電池パネル５やパネル体９の上下端部において長さ方向に連続するが、高さ方向には必ずしも太陽電池パネル５等を保持する枠部材を必要としないため、高さ方向には太陽電池パネル５等の背面を露出した状態に保つことができ、背面において外壁面２からの反射光を受けることができる。

図６−（ｂ）では横部材１０の上部フランジの上部と下部フランジの下部に溝形鋼状の受け部材１５を溶接等によって固定し、この受け部材１５に枠部材１３を構面外方向、及び上下方向に係合させることにより接続している。

１……構造物、２……外壁面、３……開口部、
４……縦部材、
５……太陽電池パネル、６……パネル面、７……開口、
８……アーム部材、
９……パネル体、
１０……横部材、１１……つなぎ材、１２……張出部材、
１３……枠部材、１４……ファスナー、１５……受け部材、
２０……天井懐、２１……排気ダクト。

Claims (5)

1. 開口部を有する構造物の外壁面から構面外方向に張り出すアーム部材に支持され、前記外壁面の構面内方向の水平方向に間隔を置いて並列する縦部材に、複数枚の両面発電型の太陽電池パネル、もしくは高さ方向に複数段、配列する前記複数枚の太陽電池パネルの組からなるパネル体が前記外壁面と対向した状態で支持され、
   前記並列する各縦部材の屋外側に高さ方向に並列して突設されると共に、構面内方向の水平方向に並列する張出部材間に前記太陽電池パネル、もしくは前記パネル体が配置され、その上端部と下端部が高さ方向に並列する前記張出部材に直接、もしくは間接的に保持されていることを特徴とする両面発電型太陽電池パネルの支持構造。
2. 前記並列する張出部材間に、前記太陽電池パネル、もしくは前記パネル体の上端部と下端部を保持する横部材が高さ方向に並列して架設され、前記太陽電池パネル、もしくは前記パネル体は前記高さ方向に並列する横部材に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の両面発電型太陽電池パネルの支持構造。
3. 前記複数枚の太陽電池パネルから構成されるパネル面に少なくとも高さ方向の一部区間において開口が形成され、前記パネル面が高さ方向に不連続になっていることを特徴とする請求項１、もしくは請求項２に記載の両面発電型太陽電池パネルの支持構造。
4. 前記開口は開放状態に維持されている、もしくは開閉自在な状態にあることを特徴とする請求項３に記載の両面発電型太陽電池パネルの支持構造。
5. 前記アーム部材の高さ方向の張り出し位置は、高さ方向に複数段、配列する複数枚の太陽電池パネルの組からなる１枚のパネル体に付き、高さ方向に１箇所であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の両面発電型太陽電池パネルの支持構造。

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