JPH03124070A

JPH03124070A - 屋根設置型太陽電池

Info

Publication number: JPH03124070A
Application number: JP1262328A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Iwamoto; 岩本　正幸; Koji Minami; 浩二南; Toshihiko Yamachi; 山置　俊彦
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-05-27
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2760600B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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（、架台等の敷設設備を必要としないｆｌ
１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、胆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°Ｃ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、パネル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、台風等の
風により、パネルが吹き飛ばされないように、強固に固
定しているため、特に、熱応力による歪が枠体のみなら
ず太陽電池自体にも悪影響を及ぼす。

更に、住宅用の電源として用いて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（なされたちのにし
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は、屋根材上に載置される架台と、この架台に組
込まれる複ｒ９の太陽電池モジュールと。

を備え、複数の太陽電池モジュールが、架台に受註移動
可能に取着してなる。

また、複数の太陽電池モジュール間に、互いに所定の間
隙を設けるように架台に取着してもよい。

（ホ）作用複数の太陽電池モジュールは、受註移動可能に架台に取
着されているので、真夏特等、太陽電池表面の温度が上
昇し、架台が膨張しても、太陽電池モジュールと架台と
の間で、その膨張が吸収され、熱応力による歪等は発生
しない。

更に、太陽電池モジエール間の隙間により、風がこの間
を通り抜けるため、太陽電池の放熱が向上し、特性の劣
化が防止できると共に、台風等の風圧も緩和できる。

また、地震等の震動も太陽電池モジュールと架台上の間
で相互に逃がすので、耐震性も向上する。

（へ）実施例以下、本発明の実施例を第１図ないし第９図に従い説明
する。

まず１本発明に用いられる太陽電池モジュールの一例を
第８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充電変換領域である。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）（Ｓ）・・・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５
０〜２５０Ａ程度のＰ型層、４０００〜７０００　Ａ程
度のＩを（真性）層及び３００〜６００人程度の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、王に工
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）・・・ど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）・・・を被フする樹脂層である。

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図は夫々異なる取
着態様を示す側面図である。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架台の
一例を示す斜視図である。第６図は架台へ太陽電池モジ
ュールを組込も態様を示し、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
区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架台につき第５区に従い説明する
。

架台（１１）はアルミニウムなどから形成され、内部に
モジュール取着用のワイヤ（１２）が必要数設けられる
。この架台（１１）の底部には複数の固定脚（１３）　
　（１３）・・・が設けられており、この固定脚（１３
）の端部　即ち、＆　ＪＡ−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。

この架台（１１）の構造としては、第５図（イ）に示す
ように、アルミニウムバイブ、ステンレスバイブを折曲
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。

前述した架台（１１）に第８図に示した太陽電池モジエ
ール（１０）が複数個組込まれる。架台（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、一つの架台（１１）に９つのモジ
ュール（１０）が組込まれている。架台、（１１）とモ
ジュール（ｌＯ）との組込みは、例えば第６図に示すよ
うに、各モジュール（ｌＯ）の外枠（６）にＺ型の設置
金具（１５）を取付け、架台（１１）のワイヤ（１２）
に夫々設置金具（１５）を引掛けて隣接するモジュール
（１０）　　（１０）間の一辺に所定の間隙（１７）を
設けて取着する。即ち、モジュール（１０）　　（１０
）間に風抜はスペースとしての間隙（１７）が設けられ
ている。この間隙（１７）はモジュール（１０）の少な
くとも一辺に設けられるが、モジュール（１０）の四辺
全てに設けても良しＸ　＋また、モジュール（１０）は前述したように架台（１１
）のワイヤ（１２）に引掛けて同定されているため、ワ
イヤ（１２）の弾性により、受註移動可能に固定されて
いる。従って、震動、風等により、モジュール（１０）
は移動し、その応力を逃がす役目を果す。

各モジュール（ｔｏ）　　（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、この電電
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）は既設住宅の屋根（２２
）は屋根瓦、（２３）はむな瓦である。

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（１０）がスペーザ（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）の架台（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）に架台（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、屋根（２１）の傾斜方向は第２図及び第３図に示
すように、とい（３０）を越えて、軒下の垂木等に同様
にクランプ部材（２６）をボルト等で固定し、このクラ
ンプ部材（２６）と架台（１１）に取漬したワイヤ（２
５）とを取着する。

尚、（３１）はクツション部材である。

また、太陽電池パネル（２０）の上方部の架台（１１）
は第３図（ロ）に示すように、むな瓦（２３）上に固定
金具（３２）を設け、この固定金具（３２）にワイヤ（
２５）を介して取着するようにしても良い。

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１１）％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９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９図から分るように、真夏の晴
天時、太陽電池表面は７０°Ｃ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）、架台（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、Ｉｏｎの長平方向に対して、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１４ｍｍ程度伸びる。

ここで各線膨張率αは、 α（アルミニウム）　＝　２３Ｘ　１０−’　（１／℃
）α（ガラス）　　　　＝　ＩＯＸ　１０−’　（１／
”Ｃ）α　（スレート）　　　　＝　ｔａｘ　ｔｏ−’
　（１／’Ｃ）として計算した。

前述したように、アルミの架台（ＩＩ）とスレート瓦の
屋根とは１２ｍｍ程度の差が生しる。従って、架台（１
１）と屋根瓦（２２）とを直接固定すると、屋根瓦（２
２）にずれが生じたり、両君間に熱応力が発生する。そ
のため、架台（１１）に歪か発生したり、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、架台
（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、架台（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
もアルミニウムの架台（１１）と極めて近い値のため、
このワイヤ（２５）も延びて架台（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、架台（１１）の熱膨張による
延びは十分に吸収可能であり、架台（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
。

さて１本発明においては、太陽電池モジュール（ｌＯ）
と架台（１１）の取着は前述したように、架台（１１）
に受註移動可能に取着されている。即ち、本実施例では
、架台（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いる。従
って、ガラスと架台との延びの差は、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。

また、モジュール（１０）　　（１０）間には、所定の
間隙（１７）が設けられている。従って、この間隙（Ｉ
Ｉ）を経て風が通過するため、太陽電池モジュール（１
０）は、放熱が良好に行える。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、地震等の震動や台風
などの風も互いに逃がすので、耐久性が向上する。

更に、本実施例においては、太陽電池モジュールの外枠
とは別に架台を用いたが、この外枠を架台に兼用するこ
ともできる。

（ト）発明の詳細な説明したように、本発明によれば、太陽電池モジュー
ルは受註移動可能に架台に取着されているので、真夏特
等温度が上昇し、架台等が膨張しても、この膨張を太陽
電池モジュールと架台との間で吸収し、熱応力等による
歪の発生が防止され、耐久性が向上する。

更に、太陽電池モジュール間の間隙から風が通過するた
め、太陽電池の放熱性が向上し、特性の劣化が防止でき
ると共に、台風等の風圧も緩和できる。また、地震等の
震動も太陽電池モジュールと架台との間で逃がすことが
でき、耐震性も向上する。

【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図は夫々異なる取
着態様を示す側面図である。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架台の
一例を示す斜視図である。第６図は架台へ太陽電池モジ
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間である
。第８図は太陽電池モジュールを示す断面図、第９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・・・架台、１３
・・・固定脚、１４・・・スペーサ、１７・・・間隙、
２０・・・太陽電池パネル、２１・・・屋根、２２・・
−屋根瓦、２３・・・むな瓦、２４・・・軒下部材、２
５・・・ワイヤ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）屋根材上に載置される架台と、この架台に組込ま
れる複数の太陽電池モジュールと、を備え、前記複数の
太陽電池モジュールが、前記架台に少許移動可能に取着
されてなる屋根設置型太陽電池。
（２）他の太陽電池モジュールと隣接する太陽電池モジ
ュールの少なくとも一辺に、所定の間隙を設けて前記架
台に取着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。