JP6782475B2

JP6782475B2 - 太陽電池付き金属製縦葺き屋根材及び屋根構造

Info

Publication number: JP6782475B2
Application number: JP2017105927A
Authority: JP
Inventors: 白澤　勝彦; 勝彦白澤; 秀尚高遠; 鈴木　和浩; 和浩鈴木
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Caname Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Caname Co Ltd
Priority date: 2017-05-29
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2037-05-29
Also published as: JP2018199979A

Description

本願は、コスト削減及び施工性向上を実現するため、架台及び金具を必要としない太陽電池付き金属製縦葺き屋根材を提供することを目的とする。また、発電量向上を実現する太陽電池付き金属製縦葺き屋根材及び屋根構造を提供することを目的とする。

従来技術について、図８から図９までで説明する。

図８は、特開２００５−２１３９２６号公報にて公開されている太陽電池一体型外装材を用いた外装構造に関する技術である。図８に示した先行技術は、外装材と太陽電池とが、耐水性を有する両面テープ又は接着剤で構成される接着層にて固定されている。また、この接着層は、水下側の隅部が欠けた略矩形状に設けられている。

図９は、特開平１０−１９００３５号公報にて公開されている太陽電池パネル及びこの太陽電池パネルを用いた屋根構造に関する技術である。図９に示した先行技術は、断熱材製裏面側部が、表面に排水溝を、裏面に太陽電池パネル同士の電気的接続を可能にする態様の配線空間と、この排水溝以外の表面側と配線空間とに亘り貫通状の配線取り出し部を有する。また、下段の太陽電池パネルにおける水上側端部に上段の太陽電池パネルにおける水下側端部が断熱材製裏面側部の当該部分を含めて流れ方向に重合するように、被係合部に係合部を係合させて取付けてある。

特開２００５−２１３９２６号公報特開平１０−１９００３５号公報

図８に示した先行技術は、外装材と太陽電池とが、耐水性を有する両面テープ又は接着剤で構成される接着層にて固定されており、この接着層が水下側の隅部が欠けた略矩形状に設けられている。そのため、通気が十分に確保できない構造になっており、太陽電池の裏面側に熱がこもって発電量が低下する恐れがあった。また、水下側の隅部の接着層が欠けた部分のみで排水する構造なので、外装材と太陽電池の間に浸入した水が十分に排出されにくい構造となっている。そのため、外装材と太陽電池の間に残った水が凍結しまい、その凝固膨張により太陽電池が破損してしまう恐れがある。さらに、接着層のあるところの内側に、接着層がないところが広がっているために、太陽電池に荷重がかかった場合に力が集中されてしまい、破損しやすかった。そのほか、直射日光等により外装材が熱膨張した場合にも、太陽電池が変形して破損する恐れがあった。また、図８に示した先行技術で用いられるような、太陽電池の場合、内部への水の浸入を防いだり、強度を確保したりするために、枠及び端部のシール材や、裏面にプラスチック等の別部材が用いられるのが一般的である。そのため、コストの上昇を招いていた。さらに、一般的な外装材と太陽電池が一体化された構成なので、太陽電池に当たる太陽光のみで発電するにとどまっていた。

図９に示した先行技術は、下段の太陽電池パネルにおける水上側端部に上段の太陽電池パネルにおける水下側端部が断熱材製裏面側部の当該部分を含めて流れ方向に重合するように、被係合部に係合部を係合させて取付けてある。そのため、傾斜のゆるい屋根の場合に、排水溝が水の流れる勾配にならず、機能しないことが想定された。

本願は、太陽電池と、端子ボックス収納部が形成された金属製縦葺き屋根材が、所定の間隔で複数箇所に点付けされた弾性接着剤で一体化されている太陽電池付き金属製縦葺き屋根材である。

本願は、上記に加え、金属製縦葺き屋根材の溝板部及び斜面部に、太陽電池が接着されている太陽電池付き金属製縦葺き屋根材である。

本願は、上記に加え、枠及び端部のシール材が用いられていない太陽電池が用いられた太陽電池付き金属製縦葺き屋根材である。

本願は、上記に加え、体積抵抗率が10¹⁴（10の14乗）オームセンチメートル以上の封止材が用いられている太陽電池が用いられた太陽電池付き金属製縦葺き屋根材である。

本願は、上記に加え、裏面にプラスチックが用いられていない太陽電池が用いられた太陽電池付き金属製縦葺き屋根材である。

本願は、上記に加え、表面に光を反射させる材料が用いられている金属製縦葺き屋根材が用いられた太陽電池付き金属製縦葺き屋根材である。

本願は、上記の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材と、溝が複数形成された断熱材とが用いられる屋根構造である。

本願は、太陽電池と、金属製縦葺き屋根材が、所定の間隔で複数箇所に点付けされた弾性接着剤で一体化されている。そのため、通気が十分に確保できる構造なので、太陽電池の裏面側に熱がこもることがなく、発電量の低下を抑制することができる。また、弾性接着剤が所定の間隔で複数箇所に点付けされているので、太陽電池に荷重がかかった場合でも平均的に力が分散され、破損しにくい構造である。さらに、直射日光等により外装材が熱膨張した場合でも、弾性接着剤の弾性により変形が吸収され、破損しにくい。また、太陽電池と金属製縦葺き屋根材の間に浸入した水が排出されやすい構造となっている。そのため、太陽電池と金属製縦葺き屋根材の間に水が残ることがなく、凍結による凝固膨張により太陽電池が破損してしまう恐れが極めて低い。さらに、封止材に絶縁性能を有する樹脂を用い、枠及び端部のシール材や、裏面にプラスチック等の別部材を用いる必要がないので、コストを低く抑えることができる。さらに、表面に光を反射させる材料が用いられている金属製縦葺き屋根材が用いられている。そのため、屋根面で反射された光も発電に利用することができ、発電量を増加させることができる。

本願は、金属製縦葺き屋根材が用いられているので、溝が複数形成された断熱材を排水等に必要な傾斜をつけた状態で取り付けることができる。

本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材の実施例を示す説明図である。本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材の実施例を示す説明図である。本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材の実施例を示す説明図である。本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材の実施例を示す説明図である。本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材の実施例を示す説明図である。本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材の実施例を示す説明図である。本願の屋根構造の実施例を示す説明図である。従来技術の説明図である。従来技術の説明図である。

本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材及び屋根構造の実施例について、図１から図７までにより説明する。図１は、本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材の第一の実施例を示す斜視図である。図２は、図１で示した第一の実施例について、（ａ）は上面側から見た分解図、（ｂ）は底面側から見た分解図である。図３は、図１で示した第一の実施例における排水・通気を示す説明図である。図４は、本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材の第二の実施例を示す斜視図である。図５は、図４で示した第二の実施例を上面側から見た分解図である。図６は、本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材において、屋根材表面で反射した光を用いた発電を示す説明図である。図７は、図１で示した第一の実施例を用いた本願の屋根構造を示し、（ａ）は上面側から見た分解図、（ｂ）は底面側から見た分解図である。

本願の太陽電池１は、太陽電池そのもののほか、表面保護ガラス等の透光体１２、封止材１３等が一体化された太陽電池モジュールなども含む。また、太陽電池１は、枠及び端部のシール材が用いられていないもの、体積抵抗率が10¹⁴オームセンチメートル以上の封止材１３が用いられているもの、裏面にプラスチック等のバックシートが用いられていないもの等も含む。たとえば、枠及び端部のシール材が用いられていない場合、それらからの電気的影響を受けない。そのため、屋根上のような高温多湿である環境下において高電圧に起因する電流漏れによって電気出力が低下する現象、すなわちＰＩＤ現象が発生しにくい。そのほか、封止材１３は、表面保護ガラス等の透光体１２よりも大きいサイズにすると、端部への衝撃を受けても、モジュールが破損しにくくなる効果がある。さらに、図６のように２枚の封止材１３・１３で太陽電池が挟まれた構造である場合、裏面側の封止材１３に、シリコーン樹脂、ポリオレフィン、高絶縁ＥＶＡ等といった体積抵抗率が10¹⁴オームセンチメートル以上のものが用いられることが望ましい。そうすることによって、電気絶縁性が確保できるので、裏面にプラスチック等のバックシートを用いなくてもよい。

本願の金属製縦葺き屋根材２は、立ハゼ形状や折板形状等である縦葺き屋根材である。少なくとも、太陽電池１を一体化できる溝板部２１、斜面部２２といった平らな部分を有していればよい。

本願の太陽電池１は、裏面側に端子ボックス１１を有する。この端子ボックス１１を用いて配線が行われる。一方、本願の金属製縦葺き屋根材２は、端子ボックス収納部２１１・２２１が形成されている。この端子ボックス収納部２１１・２２１は、図２や図５に示したような略四角状の孔として形成されるのが望ましく、金属製縦葺き屋根材２の裏面側で配線できる構成とすることができる。この端子ボックス収納部２１１・２２１は、１枚の金属製縦葺き屋根材２に複数形成されていてもよく、その形成位置についても問わない。また、太陽電池１が金属製縦葺き屋根材２と一体化されるときに、雨水が到達しないよう、端子ボックス収納部２１１・２２１の周辺部に水除けを形成したり、シーリング加工を施してもよい。

本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘは、太陽電池１と金属製縦葺き屋根材２が、所定の間隔で複数箇所に点付けされた弾性接着剤３で一体化されている。この弾性接着剤３は、乾燥後、弾性を有する状態で接着される性質を持つ。たとえば、シリコーン接着剤等を指す。この弾性接着剤３が、所定の間隔で複数箇所に点付けであることによって、乾燥がはやいので、製造時間を短縮し、コストを低く抑えることができる。また、直射日光等により金属製縦葺き屋根材２が熱膨張したり、太陽電池１に積雪等により荷重がかかったりしても、その変形を弾性接着剤３が吸収し、太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘが破損しにくい構造になっている。

さらに、所定の間隔で複数箇所に点付けされた弾性接着剤３によって、太陽電池１と金属製縦葺き屋根材２の間に間隙が形成される。この間隙によって、太陽電池１裏面側で通水や通気がなされる構造になっている。図３において、通水や通気の経路例を一点鎖線の矢印で示している。この構造によって、雨水やモジュール内部の水蒸気などを外側に排出することができる。また、裏面での通気によって太陽電池１の発熱を抑えることができ、発電量低下を抑制させることができる。

次に、図１から図３によって、本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘの第一の実施例について説明する。

本実施例の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘで用いられる金属製縦葺き屋根材２は、溝板部２１と、その左右に形成された係合部２３・２３が形成されている。本実施例の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘは、下地に固定された吊子に係合部２３・２３が嵌合されて取り付けられる。

本実施例で用いられる金属製縦葺き屋根材２は、溝板部２１に端子ボックス収納部２１１が形成されている。太陽電池１の端子ボックス１１は、この端子ボックス収納部２１１に挿通され、金属製縦葺き屋根材２の裏面側で配線される。

次に、図４から図５によって、本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘの第二の実施例について説明する。

本実施例の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘに用いられる金属製縦葺き屋根材２は、溝板部２１と、その左右に形成された斜面部２２・２２と、その頂部に係合部２３・２３が形成されている。本実施例の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘは、下地に固定されたタイトフレーム等の吊子を用いて取り付けられ、係合部２３・２３同士が係合される。

本実施例で用いられる金属製縦葺き屋根材２は、溝板部２１のほか、斜面部２２にも端子ボックス収納部２２１が形成されている。端子ボックス収納部２２１にも、太陽電池１の端子ボックス１１が挿通され、金属製縦葺き屋根材２の裏面側で配線される。本実施例は、溝板部２１だけでなく、斜面部２２・２２にも太陽電池１が取り付けられているので、発電量を増加させることができる。

次に、図６によって、金属製縦葺き屋根材２表面で光Ｌが反射し、太陽電池１に当たる構造について説明する。本実施例において、金属製縦葺き屋根材２の表面に用いられる光Ｌを反射させる材料とは、たとえば、白色塗料などが挙げられる。まず、本実施例では、太陽電池１に直接当たった光Ｌによって、発電される。一方、太陽電池１ではなく、金属製縦葺き屋根材２に直接当たった、又は表面保護ガラス等の透光体１２を通った光Ｌは、金属製縦葺き屋根材２表面で反射される。この反射された光が、表面保護ガラス等の透光体１２の屈折により、太陽電池１に到達し、さらに発電する構造になっている。

次に、図７によって、本願の屋根構造の実施例について説明する。

本実施例では、溝Ｄ１が複数形成された断熱材Ｄを用いる。溝Ｄ１は、通水、通気、配線等に利用することができる。この断熱材Ｄは、本願の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘに一体化されていてもよいし、別々の部材として現場で屋根上に取り付けられてもよい。

本実施例においては、断熱材Ｄの表面側に、屋根の流れ方向に沿った溝Ｄ１１が形成されている。表面側の溝Ｄ１１は、断熱材Ｄの表面側に発生する結露水等を排水するのに利用することができる。また、表面側の溝Ｄ１１は、軒側から棟側への通気に利用することができ、金属製縦葺き屋根材２の温度上昇を抑えることができる。また、この表面側の溝Ｄ１１は、図７では屋根の流れ方向に沿った溝Ｄ１１しか示していないが、屋根の流れ方向に直交する溝を追加で形成させて、配線に利用してもよい。このように、屋根の流れ方向に沿った溝Ｄ１１と、屋根の流れ方向に直交する溝の両方を形成させることによって、屋根の流れ方向の配線接続にも、屋根の桁行方向の配線接続にも対応させることができる。

また、本実施例における断熱材Ｄの表面側の溝Ｄ１１に、融雪用ケーブルや面状発熱体（帯状）を配置してもよい。このようにすることによって、太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘ上の雪をとかし、雪国における冬期間でも発電できる状態にすることができる。さらに、太陽電池付き金属製縦葺き屋根材Ｘ上の雪をとかすことによって、危険な重労働である屋根上の雪下ろし作業が不要になる。

本実施例において、断熱材Ｄには、表面から裏面に貫通するように形成された端子ボックス収納部Ｄ２が形成されている。この端子ボックス収納部Ｄ２には、金属製縦葺き屋根材２を貫通した、太陽電池１の端子ボックス１１が収納され、その配線が断熱材Ｄの裏面側に配置される。

本実施例において、断熱材Ｄの裏面側には、端子ボックス収納部Ｄ２を中心に、屋根の流れ方向に沿った溝Ｄ１２と、屋根の流れ方向に直交する溝Ｄ１３が形成されている。これらの溝Ｄ１２・Ｄ１３を用いて、屋根の流れ方向の配線接続にも、屋根の桁行方向の配線接続にも対応させることができる。また、それらの溝のＤ１２・Ｄ１３の出口近傍には、広い空間が形成されるように、くりぬき部Ｄ１２１・Ｄ１３１が形成されていてもよい。このくりぬき部Ｄ１２１・Ｄ１３１には、余剰長さ分の配線や接続コネクタ等が収納される。

Ｘ太陽電池付き金属製縦葺き屋根材
１太陽電池
１１端子ボックス
１２透光体
１３封止材
２金属製縦葺き屋根材
２１溝板部
２１１端子ボックス収納部
２２斜面部
２２１端子ボックス収納部
２３係合部
３弾性接着剤
Ｄ断熱材
Ｄ１溝
Ｄ１１溝（表面側）
Ｄ１２（屋根の流れ方向に沿う）溝（裏面側）
Ｄ１２１くりぬき部
Ｄ１３（屋根の流れ方向に直交する）溝（裏面側）
Ｄ１３１くりぬき部
Ｄ２端子ボックス収納部
Ｌ光

Claims

太陽電池と、
端子ボックス収納部が形成された金属製縦葺き屋根材が、
所定の間隔で複数箇所に点付けされた弾性接着剤で一体化され、
前記太陽電池と前記金属製縦葺き屋根材の間において、
前記弾性接着剤同士の間隙が、
屋根の流れ方向に連通するように形成された
太陽電池付き金属製縦葺き屋根材。
金属製縦葺き屋根材の溝板部および斜面部に、太陽電池が接着されている
請求項１の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材。
前記太陽電池は、
枠及び端部のシール材が用いられていない
請求項１又は請求項２の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材。
前記太陽電池は、
体積抵抗率が10¹⁴オームセンチメートル以上の封止材が用いられている
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材。
封止材に挟まれた前記太陽電池は、
裏面にプラスチック等のバックシートが用いられていない
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材。
前記金属製縦葺き屋根材は、
表面に光を反射させる材料が用いられている
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池付き金属製縦葺き屋根材と、
配線用の溝が複数形成された断熱材とが用いられる屋根構造。