JPH111998A - 太陽電池一体型屋根板、その製造方法、及びその施工方法 - Google Patents
太陽電池一体型屋根板、その製造方法、及びその施工方法Info
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Abstract
る。 【解決手段】 光起電力素子78を絶縁封止した屋根材
の係合部72,73に跨がって、リード線75を引き出
すための湾曲部71を設けたことを特徴とする。
Description
した屋根材、その製造方法、及びその施工方法に関す
る。
光エネルギーは火力発電、原子力発電などの有害な副産
物を生成しないクリーンエネルギーとして近年、非常に
注目されるようになった。また限りある地球上の資源に
対し、枯渇することのない無限エネルギーとしても太陽
光エネルギーの有効活用が望まれている。
テムでは、震災等の災害がおきた場合、エネルギー供給
が断絶したり、またその復旧に非常に時間がかかったり
といった問題がある。太陽光エネルギーは晴れている地
域であればエネルギーとしていつでも利用できることか
ら、分散型の独立エネルギー源としての利用価値が高
い。
ジュールの開発が促進され、現在はその実用化が急速に
進んでいる。また、太陽電池を住宅に設置する場所とし
ては日当りのよい屋根が注目されており、最近は屋根へ
の太陽電池の設置方法について多くの検討がなされてい
る。
分けると2通りの方法がある。一つは既設屋根に太陽電
池を取り付ける方法。今一つは太陽電池自体を屋根とし
て葺く方法である。
用いて設置するため、従来からの太陽電池モジュールを
そのまま流用することができるが、設置コストが高くつ
き、また、外観も悪くなるため、最近では後者の方法に
注目が集まっている。
くから様々な施工方法が知られており、代表的なものと
しては、平葺き、立てはぜ葺き、瓦棒葺き、波板葺き、
折り板葺き、横葺き、瓦葺き、溶接葺き等がある他、そ
の屋根材の材質についても、金属、セラミック、プラス
チック、木材等様々な材料が使われている。
5−18051号公報(スレート瓦葺き)、特開平7−
302924号公報(横葺き)、特開平7−21193
2号公報(瓦棒葺き)等様々な施工方法が現在までに提
案されており、各葺き方法、太陽電池の性質等に応じた
様々な開発が進行中である。
と屋根材を一体化して施工コストを下げ、外観を改善し
ようという試みは今に始まったことではない。しかしな
がら太陽電池一体型屋根材の施工に際しては、リード線
の結線作業という特有な作業を行う必要があり、また、
従来の太陽電池一体型屋根材では、太陽電池の性質や屋
根材のデザイン等の形状からくる制約により、特有の問
題を有しているものが少なくない。例えば、特開平7−
302924号公報に見られる太陽電池一体型横葺き屋
根材(図13及び図14参照)では、各太陽電池一体型
屋根材同士を配線で接続する場合、図14に示されるよ
うに屋根の横方向(紙面垂直方向)には野地板141と
屋根板131の間に連続した空間があり、横方向に隣接
する屋根材の配線142の結線はかかる空間で行うこと
ができるが、屋根の流れ方向には連続した空間がないた
め、結線することができない。このため、屋根材の施工
は以下の手順で行う必要がある。
順) (1)まず、継手水きり板132を下の段にすでに設置
済みの屋根板131aに係合させる。この時、すでに設
置済みの太陽電池一体型屋根板131bのリード線13
3bを、継手水切り板132の裏側に回し込み引き出
す。 (3)吊り子143を用いて太陽電池一体型屋根板13
1bをビス等で野地板141に固定する。(図14参
照) (4)設置済みの太陽電池一体型屋根板131bのリー
ド線133bと、新たに設置する太陽電池一体型屋根板
131cの一方のリード線133cをコネクタ134を
用いて接続する。 (5)太陽電池一体型屋根板131cを、下の段に設置
済みの屋根板131aと係合させ両側に設置されている
継手水切り板132の上にはめ込む。 (6)以下(1)〜(5)を繰り返して設置を行う。 (7)1列もしくは屋根をすべて葺きあげたのち、継手
カバー135を設置して屋根の施工作業が完了する。
ては、太陽電池一体型屋根板同士の結線を横方向に連続
する空間でしか行うことができないため、配線の自由度
が低く、また結線作業は、各屋根板の背面部で行うた
め、屋根板の設置作業と同時に行う必要があり、屋根板
設置時に配線の引き回しに関わる煩雑な作業を同時に行
うことが必要であった。このため、電気的知識に乏しい
屋根施工業者がたびたび配線ミスを犯すという問題点が
あり、施工後、一部交換のできない横葺きや瓦屋根等の
軒先から順に施工するタイプの屋根板においては特に問
題であった。
報(図15参照)や特開平7−211932号公報(図
16参照)では、野地板152,162と太陽電池一体
型屋根板153,163の間にスペーサー部材151,
161を配することで、配線の自由度を確保し施工時の
煩雑さを軽減しているが、該設置方法では、構造強度上
不要なスペーサー部材を新たに施工する必要があり、材
料費と該部材の施工コストとの両面においてコストアッ
プになることは避けられなかった。
スペーサー部材を設けず配線の自由度を確保すると共
に、施工時の配線作業の煩雑化から発生する配線ミス等
のトラブルを防止できる太陽電池一体型屋根板及びその
施工方法の提供を目的とする。
された本発明の構成は、以下の通りである。
に絶縁封止した構造を有する屋根板において、前記補強
板には隣接する屋根板同士を係合させるための係合部を
有し、リード線を引き出すための湾曲部が、該係合部の
少なくとも一部分に跨がって設けられていることを特徴
とする太陽電池一体型屋根板に関する。
縁封止する工程と、補強板の少なくとも一部を曲げて屋
根板の係合部を作成する工程と、該係合部の少なくとも
一部分に跨がる湾曲部を形成する工程とを含むことを特
徴とする太陽電池一体型屋根板の製造方法に関する。
体型屋根板の施工方法であって、該屋根板を屋根下地材
上に敷設する際、リード線を、湾曲部を通して屋根板を
敷設していない屋根下地材上に引き出すことを特徴とす
る太陽電池一体型屋根板の施工方法に関する。
は、係合部に跨がってリード線引き出し口となる湾曲部
を形成することで、施工作業時、リード線を屋根板が施
工されていない屋根下地材上に引き出して作業すること
が可能となる。そのため、継手水切り板の下に配線を回
し込む必要がなく、また、結線作業を後回しにすること
も可能であるため、太陽電池一体型屋根板の施工作業
時、施工者は配線の引き回しに全く神経を使う必要がな
くなる。すなわち、施工者は一列分の屋根板の施工を完
了した後、太陽電池一体型屋根板間の結線作業を行えば
よく、継手カバーの施工作業時にコネクタをつないでい
くことや、あるいは、太陽電池一体型屋根板の出力確認
を行いつつ電気技術者が結線作業を行うという分業体勢
を容易にとることができる。
いては、屋根板と屋根下地材の間の空間部を形成する屋
根板の裏側の比較的変形の少ない部分、すなわち施工作
業時にストレスがあまり掛からない部分にリード線取り
出し部(端子部)を設けることが好ましく、具体的に
は、前記湾曲部若しくはこの近傍の平面部分、又は前記
係合部近傍の平面部分に設けることが好ましい。また、
該端子部は、両端部に近い部分に配置されるのが望まし
い。これは、リード線の長さを最も短くできるためであ
り、施工作業時の余分な線は、からまったりして作業時
の障害になるからである。
造工程的には、屋根材となる補強板として可撓性を有す
る金属等を用いる場合には、プレス加工を行うだけで容
易に湾曲部を形成できる。一方、補強板として可撓性が
ないセラミック板等を用いる場合には、予め湾曲部を有
する形に成形した補強板に太陽電池素子(光起電力素
子)を封止することができる。また、太陽電池素子自体
に可撓性がない場合は、屋根板の働き幅部分に非発電領
域を設け、この非発電領域にプレス加工等で湾曲部を形
成することができる。
屋根板の構成及びその製造方法、更にはかかる太陽電池
一体型屋根板の施工方法について、図1〜図6を参照し
つつ説明する。
たアモルファスシリコン太陽電池素子(光起電力素子)
を直列接続した太陽電池素子ブロックを、補強板となる
亜鉛メッキ鋼板に絶縁封止した太陽電池モジュールを、
横葺き屋根状に折り曲げ加工し、さらにリード線の引き
出し部となる湾曲部の加工を施した太陽電池一体型屋根
板の例であり、また、かかる太陽電池一体型屋根板を断
熱性の野地板上に多数枚設置する施工例である。
の作製手順を、図1により説明する。
ンレス基板(導電性基体11)上に、AlとZnOの積
層膜(裏面反射層12)をスパッタ法により膜厚500
0Å形成した。次に、n/i/p型非晶質シリコン半導
体層(半導体層13)を、n型半導体としてはPH3 ,
SiH4 ,H2 のガスを、i型半導体としてはSiH
4 ,H2 のガスを、またp型半導体としてはB2 H6 ,
SiH4 ,H2 のガスをそれぞれ用いて、プラズマCV
D法によってn型半導体層を300Å、i型半導体層を
4000Å、p型半導体層を100Åそれぞれ順次形成
した。
層14)を、スパッタ法により形成して、アモルファス
シリコン太陽電池素子を形成した。次に、上記のように
して作製した長尺の太陽電池素子を、プレスマシンを用
いて、縦30cm×横30cmの大きさで正方形形状に
打ち抜き、複数個の太陽電池素子を作製した。ここで、
プレスマシンにより切断された太陽電池素子の切断面で
は、太陽電池素子がつぶされてITO電極とステンレス
基板が短絡した状態になっている。
極めて薄いため、若干の短絡箇所を半導体層内に有して
いる。そこで次に、その短絡をリペアーするために、図
2に示すように、各太陽電池素子21のITO電極の周
辺に素子分離部22を設け、基板端部周辺の短絡を除去
を行った。この除去は、具体的には、次のように行う。
先ず、太陽電池素子を塩化アルミニウム6水和物8%の
水溶液に浸し、該太陽電池素子の透明電極から該素子よ
り1mm狭く、0.5mm幅でパターニングされた対抗
極を1mm離して対峙させ、シーケンスコントローラー
により、0.5s、25Aの直流を印加し素子分離部2
2を形成した。次に、対抗極を太陽電池素子と同サイズ
のステンレス平板に変え、4.0cm対峙させ、4.5
Vのバイアスをシーケンスコントローラーで印加するこ
とで、成膜時に発生した短絡箇所上のITO電極の除去
を行う。このようにして、短絡箇所が修復された太陽電
池素子が形成された。
工程を行った。次に、ITO上に集電用グリッド電極と
して、銀をコートした100ミクロンの銅線23を熱可
塑性のカーボン導電接着材24で固定した(図1参
照)。その際、銅線23とステンレス基板11の端面が
接触しないように、ポリイミドテープ25を、太陽電池
素子21周辺の非発電領域に貼り付け、該テープ25上
にバスバー銅テープ26を接着して、太陽電池素子のプ
ラス極を形成した。
バー銅テープ26を、隣接する太陽電池素子21’の裏
面ステンレス基板側に回し込み、レーザー溶接により、
太陽電池素子21’のステンレス基板と直列接続した。
なお、このようにして作成した太陽電池素子の最終的な
電気出力は、リード線を裏側から取り出すために、各最
終出力を有する太陽電池素子の裏面に予め前記バスバー
銅テープを絶縁部材をステンレス基板との間に挟んで回
し込み、同じくマイナス極は、ステンレス基板に銅テー
プを半田付けすることによって形成した。図2は、この
ようにして作成された直列接続の太陽電池素子(太陽電
池素子ブロック)を示したものである。
の断面図(図3(a)中のB−B’線での断面図)に示
すように、補強板となる0.8mmの厚みの塗装亜鉛メ
ッキ鋼板31に、充填材32/絶縁フィルム33/充填
材32/ガラス繊維34/太陽電池素子ブロック35/
ガラス繊維34/充填材32/フッ素樹脂フィルム36
を順次重ね合わせ、真空ラミネーターを用いて150
℃、30分で充填材を溶融させることにより、樹脂封止
した平面形状の太陽電池モジュールを作製した。
モジュールを、図4のような形状に折り曲げて加工し
て、太陽電池一体型屋根板を得た。即ち、軒側係合部4
2においては、端面を垂下させるとともに、その端部が
更に棟側に折り返されている。また、棟側係合部43に
おいては、端面を90度立ち上げるとともに、その端部
を更に棟側に折り込んだ。また、棟側係合部43の一部
分に跨がる湾曲部41を形成した。
ー成形機等で容易に加工することができる。しかしなが
ら、湾曲部41は、ローラー成形機で加工できないた
め、ローラー成形機で各係合部を加工後、周知のプレス
加工機等により形成する必要がある。
線の取り付けを行った。太陽電池素子から取り出すリー
ド線は、湾曲部41近傍の太陽電池素子裏面の平面部
に、前記亜鉛メッキ鋼板31に予め開けておいた穴44
を通して、リード線45を太陽電池素子裏面のプラス
極、マイナス極から半田付けで取り出し、この半田付け
した部分の上に端子部材(不図示)を貼りつけて機械的
補強を行い、湾曲部41を通してリード線45を引き出
した後、先端部にコネクター46を取り付けた。
工手順の一例を、図5及び図6を用いて説明する。な
お、説明の便宜上、図5に示したように下の段の屋根板
51を施工した状態から示す。 (1)まず継手水切り板64を下の段にすでに設置済の
屋根板51に係合させる。 (2)リード線65を湾曲部62を利用して、棟側に逃
がしつつ、太陽電池一体型屋根板61を下の段に施工済
の屋根板51と係合させると共に、両側に設置されてい
る継手水切り板64の上にはめ込む。 (3)吊り子63を用いて太陽電池一体型屋根板61を
野地板に固定する。 (4)以下(1)〜(3)を繰り返して設置を行う。 (5)一列をすべて葺きあげた後(図5参照)、各リー
ド線をコネクタ46により結線し、継手カバー52を継
手水切り板64の上に設置した屋根の一列の施工作業が
完了する。 (6)更に上段の列も同様に(1)〜(5)の手順で行
い、全屋根の施工を完了させる。
合部空間を含む)においての配線を行うことは、電気配
線を屋外環境から保護するという点においても、外観上
の点においても非常に優れた特徴を有している。
は、太陽電池一体型屋根板同士の電気接続は横方向のみ
で説明を行ったが、前記湾曲部41(図4参照)を利用
して、リード線を列の異なる棟側の太陽電池一体型屋根
板の裏側に引き出せることは容易に理解できよう。かか
る特徴を利用すれば、本例記載の太陽電池一体型屋根板
は、任意の場所で直列にのみならず、並列化を容易に実
現することができ、大幅な配線の自由度が確保できる。
用すれば、平面板への太陽電池素子の封止は量産性に優
れるため、大量生産に適しており、その後に各係合部及
び湾曲部の加工作業を行うことは量産上コスト低減に著
しい効果を奏す。
て金属板等の可撓性補強板を使用すれば、容易に係合部
や湾曲部のデザインを変えることができ、意匠的にも様
々な要求に応えることができるため、予め平面板の標準
品を作成しておくことができるとともに、商品の不良在
庫を減らすことができ、商業上、大きなメリットを有す
る。
て可撓性光起電力素子を使用すれば、前記湾曲部にも太
陽電池を配することが可能であり、屋根面積の制約のあ
る建築物への適用において、取り出せる電力を増加させ
ることができるため、その効果は大きい。
陽電池素子を一体化させた太陽電池一体型屋根板につい
て、その説明を行ったが、本発明は、このような横葺き
屋根板に限られるものではなく、屋根板と野地板の空間
内(係合部の空間を含む)で配線を行う全ての太陽電池
一体型屋根板に適用可能であるということは言うまでも
ない。
各部材について、その定義及び本発明の一般論を交えて
更に、その詳細を説明する。
太陽電池一体型屋根板とは、屋根下地材(野地板等)の
上に直接設置することができ、太陽電池素子と屋根の外
観部を形成する補強板(屋根材)を一体化した太陽電池
モジュールからなるものである。
成する代表的な補強板は金属であり、従来からの金属屋
根と同様に強度のある鋼板類と耐食性に優れた非鉄類が
使用できる。鋼板には表面処理、塗覆した鋼板や他の元
素を配合した合金、または特殊鋼の他、断熱材等を貼り
合わせた複合鋼板があり、一般的には、溶融亜鉛メッキ
鋼板、ガルファン、ガルバリウム鋼板、溶融アルミニウ
ムメッキ鋼板、銅メッキ鋼板、塩化ビニル被覆鋼板、フ
ッ素樹脂鋼板、ステンレス鋼板、制振鋼板、断熱亜鉛鋼
板、耐候性鋼板、前記塗装鋼板が用いられ、非鉄類とし
ては、銅板、アルミニウム合金板、亜鉛合金板、鉛板、
チタニウム板及び、前記の塗装カラー板が使用される。
なお、前記の実施態様例においては金属を補強板として
用いているが、本発明は、これに限るものではなく、従
来から屋根に広く使用されているセラミックやプラスチ
ックへの応用もいうまでもなく可能である。
素子としては、特に種類に限定はないが、太陽電池の受
光面積を湾曲させた部分にも取れるという利点から、好
ましくはステンレスや樹脂等の可撓性基板上に形成され
た可撓性太陽電池素子が有効である。図1は、該可撓性
太陽電池素子の一例である非晶質シリコン太陽電池を示
している。基板11は非晶質シリコンのような薄膜の太
陽電池の場合の半導体層を機械的に支持する部材であ
り、また場合によっては電極として用いられる。かかる
基板11は、半導体層を成膜するときの加熱温度に耐え
る耐熱性が要求されるが導電性のものでも電気絶縁性の
ものでも良く、導電性の材料としては、具体的にはF
e,Ni,Cr,Al,Mo,Au,Nb,Ta,V,
Ti,Pt,Pb,Ti等の金属またはこれらの合金、
例えば真鍮、ステンレス鋼等の薄板及びその複合体やカ
ーボンシート、亜鉛メッキ鋼板等が挙げられ、電気絶縁
性材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカ
ーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、
ポリアミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂
のフィルム若しくはシート又はこれらとガラスファイバ
ー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維
等との複合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等
の表面に異種材質の金属薄膜及び/又はSiO2 ,Si
3 N4 ,Al2 O3 ,AlN等の絶縁性薄膜をスパッタ
法、蒸着法、鍍金法等により表面コーティング処理を行
ったもの及び、ガラス、セラミックスなどが挙げられ
る。
で発生した電力を取り出すための一方の電極であり、半
導体層に対してはオーミックコンタクトとなるような仕
事関数を持つことが要求される。材料としては、Al,
Ag,Pt,Au,Ni,Ti,Mo,W,Fe,V,
Cr,Cu,ステンレス,真鍮,ニクロム,SnO2,
In2 O3 ,ZnO,ITO等のいわゆる金属単体又は
合金、及び透明導電性酸化物(TCO)等が用いられ
る。かかる下部電極12の表面は平滑であることが好ま
しいが、光の乱反射を起こさせる場合にはテクスチャー
化してもよく裏面反射層とも呼ばれる。また、前記基板
11が導電性であるときは下部電極12は特に設ける必
要はない。
パッタ等の方法を用いる。また、上部電極14の作製方
法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、
スパッタリング法、スプレー法等を用いることができ所
望に応じて適宜選択される。
としては、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマ、非
晶質シリコンカーボン等が挙げられる。i層を構成する
半導体材料としては、a−Si:H、a−Si:F、a
−Si:H:F、a−SiGe:H、a−SiGe:
F、a−SiGe:H:F、a−SiC:H、a−Si
C:F、a−SiC:H:F等のいわゆる4族及び4族
合金系非晶質半導体が挙げられる。p層又はn層を構成
する半導体材料としては、前述したi層を構成する半導
体材料に価電子制御剤をドーピングすることによって得
られる。また原料としては、p層半導体を得るための価
電子制御剤としては周期律表第3族の元素を含む化合物
が用いられる。第3族の元素としては、B、Al、G
a、Inが挙げられる。n型半導体を得るための価電子
制御剤としては周期律表第5族の元素を含む化合物が用
いられる。第5族の元素としては、P、N、As、Sb
が挙げられる。
は、蒸着法、スパッタ法、RFプラズマCVD法、マイ
クロ波プラズマCVD法、ECR法、熱CVD法、LP
CVD法等の公知の方法を所望に応じて用いる。工業的
に採用されている方法としては、原料ガスをRFプラズ
マで分解し、基板上に堆積させるRFプラズマCVD法
が好んで用いられる。さらに、RFプラズマCVD法に
おいては、原料ガスの分解効率が約10%と低いこと
や、堆積速度が1Å/secから10Å/sec程度と
遅いことが問題であるが、この点を改良できる成膜法と
してマイクロ波プラズマCVD法が注目されている。以
上の成膜を行うための反応装置としては、バッチ式の装
置や連続成膜装置などの公知の装置が所望に応じて応用
できる。本発明の太陽電池においては、分光感度や電圧
の向上を目的として半導体接合を2以上積層するいわゆ
るタンデムセルやトリプルセルにも用いることができ
る。
で発生した光起電力を取り出すための電極であり、前記
下部電極12と対をなすものである。上部電極14は、
光入射側に位置するため、透明であることが必要で、透
明導電膜とも呼ばれる。上部電極14は、太陽や白色蛍
光灯等からの光を半導体層内に効率良く吸収させるため
に光の透過率が85%以上であることが望ましく、さら
に、電気的には光で発生した電流を半導体層に対し横方
向に流れるようにするためシート抵抗値は100Ω/□
以下であることが望ましい。このような特性を備えた材
料としてSnO2 ,In2 O3 ,ZnO,CdO,Cd
SnO4 ,ITO(In2 O3 +SnO2 )などの金属
酸化物が挙げられる。
アを決定するためには公知のエッチング技術、例えば化
学エッチングや印刷エッチング、電気化学エッチングな
ど所望の方法で上記透明導電膜14をエッチング除去
し、集電電極23のエッチングラインを形成することが
できる。
ーストをスパッタ、蒸着、印刷、接着などの方法により
透明導電膜14上に形成する。
素子は、それ自体大きな可撓性を有しており、本発明に
好適な特性を有した可撓性太陽電池素子となる。
働き幅内のみにとどめることが屋根板と同時に加工する
上で好ましい。また、該太陽電池素子の集電電極23と
透明導電膜14の界面は最も接着強度の弱い部分である
ため、太陽電池素子自体もプレス加工等で曲げるような
場合は、集電電極23の長手方向と曲げ方向が平行であ
ることが望ましい。
電池素子を屋根材(補強板)に封止するために用いられ
る封止材料には、屋外使用に耐え、屋根としての性能も
要求される。具体的には、該性能を満足させる封止材料
として、接着層(充填材)32については、太陽電池素
子との接着性、耐候性、緩衝効果の点でEVA(エチレ
ンビニールアセテート)やEEA(エチレンエチルアク
リレート),PVB(ポリビニルブチラール)等が好適
に用いることができ、機械的特性を向上させるため、ガ
ラス不織布やシリカ等の補強材と合わせて使用される。
また、さらに耐湿性や耐傷性を向上させるために、表面
保護層としては弗素系の樹脂が積層される。弗素系の樹
脂としては、例えば4フッ化エチレンの重合体TFE
(デュポン製 TEFLONなど)、4フッ化エチレン
とエチレンの共重合体ETFE(デュポン製 TEFZ
ELなど)、ポリフッ化ビニル(デュポン製 TEDL
ARなど)、ポリクロロフルオロエチレンCTFE(ダ
イキン工業製 ネオフロン)等が挙げられる。また、こ
れらの樹脂に公知の紫外線吸収剤を加えることで耐候性
を向上させても良い。また、接着層との接着性を向上さ
せるため、コロナ放電処理等の方法で表面を荒らしたフ
ィルムがより好適である。更に、種々の折り曲げに対し
て対応できるように無延伸型がより好適である。封止の
方法としては、例えば真空ラミネーターのような公知の
装置を用いて、補強板(金属板、ガラス、セラミック、
プラスチック等)と太陽電池基板と前記樹脂フィルムと
を真空中で加熱圧着する方法がよく知られている。
は、端子箱とも呼ばれ、太陽電池素子から、取り出した
リード線を機械的外力から保護すると同時に、水や埃等
の遺物からリード線と太陽電池素子の接合部を保護する
役目を有している。そのため、耐熱性、耐水性、電気絶
縁性、老化性に優れたものが要求される。また、好まし
くは充填材32との接着性が良い材質が良い。
てはプラスチックが好ましく、難燃性などを考えると、
難燃性プラスチックやセラミックスなどが好ましい。例
えば、プラスチックとしては、ノリル、ポリカーボネー
ト、ポリアミド、ポリアセタール、変性PPO、ポリエ
ステル、ポリアリレート、不飽和ポリエステル、フェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂などの強度、耐衝撃性、耐熱
性、硬度、老化性に優れたエンジニアリング・プラスチ
ック等がある。また、ABS樹脂、PP、PVCなどの
熱可塑性プラスチックも使うことができる。
に用いられるシール材は、万一漏水の際にも漏電を発生
させないために使用されるものであり、その材料に特に
限定は無いが、その種類としては、電気絶縁性の良いエ
ポキシ樹脂系接着剤やシリコン系ポッティング剤・シリ
コン系接着シール剤等が好ましく、柔軟性などを考慮す
ると、シリコン系の樹脂の方が好ましい。さらに、作業
性を考慮すると一液型で硬化時間の短いもの、さらに粘
度が低く細部まで充填され易いものが好ましい。また、
シリコーン一液型RTVゴムを用いる場合、電極を浸食
させないために硬化方式が脱アセトンタイプ、あるいは
脱アルコールタイプであることが好ましい。例えば、T
hree Bond Co,Ltd.のエポキシ樹脂系
接着剤では、商品名:「2001」、「2002H」、
「2003」、「2016B」、「2022」などが使
用でき、上記エポキシ樹脂は、商品名:「2102
B」、「2103」、「2104」、「2105F」、
「2105C」、「2106」、「2131B」、「2
131D」、「2131F」、「2163」などの硬化
剤と所定の割合混合して使用することができる。
をとる場合、耐水性や耐候性についての条件が緩和され
るため、JIS等で規格されている公知の安価な材料で
構成されたリード線を使用できる利点がある。なお、前
記実施態様例のようにリード線の結線には全てコネクタ
ーを使用すれば、チェック時、容易に配線を取り外せる
ため、容易にチェックすることが可能となるので好適で
ある。
根板を設置する屋根下地材としては、通常屋根に使用さ
れるものであれば特に限定はないが、好ましくは断熱性
能を有する板であり、通常の屋根の施工時には、この屋
根下地材の上に防水性を有する屋根下葺き材が貼られ
る。かかる屋根下地材への太陽電池一体型屋根板の固定
は、前述したような吊り子63等を使用して行われる。
代表的屋根下地材には、前記実施態様例にも使用した野
地板があり、この他にも、モルタル、木毛セメント板、
合板、木片セメント板、ポリスチレンフォーム、ポリウ
レタンフォーム、ポリエチレンフォーム、グラスウー
ル、ロックウール、インシュレーションボード等が使用
できる。また、下葺き材としてもアスファルトルーフィ
ング等の公知の材料が使用できる。
金具の代表であり、従来から屋根板の形状に合わせて様
々な形状のものが知られている。吊り子63は、実質的
に耐風圧強度を支える部材であるため、その厚みは屋根
板より厚く、機械的強度を有する鋼部材が一般的に使用
される。
根板を示し、図8に、該太陽電池一体型屋根板の屋根へ
の施工手順を示す。
は、アモルファスシリコン光起電力素子を、ガルバニウ
ム鋼板上に封止材で封止した構成になっており、図4に
示した太陽電池モジュールに対し、横方向にも係合部7
7を有することが特徴である。
池一体型屋根板を詳細に説明する。
有したアモルファスシリコン光起電力素子を使用し、そ
れらを実施態様例と同様に複数組み上げて光起電力素子
ブロック78を形成した。
イプのETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共
重合体:デュポン製『テフゼル』)を、充填材として
は、EVA(エチレンビニルアセテート)とガラス繊維
不織布を、絶縁フィルムとして、PET(ポリエチレン
テレフタレート)を使用した。これらにより光起電力素
子ブロック78を絶縁封止して補強板の上に充填材で接
着した構成になっている(基本的な構成は図3と同
じ)。
(大同鋼板製『耐摩カラーGL』)を使用した。また、
光起電力素子の端部が、最終的に形成される湾曲部71
の凹凸の頂点にくるのを避けるように配置した。これ
は、光起電力素子の端部(直列接続部)は、最も機械的
強度が弱いためであり、また本実施例における湾曲部7
1の凹凸の頂点部分は、折り曲げ加工時あるいは施工時
の踏みつけで最も大きなストレスがかかる部分であるた
めである。
ールを、次にロール成形機でハゼ折り加工を施して軒側
係合部72と棟側係合部73を形成した後、プレス加工
により波形状の湾曲部71と横方向の係合部77を形成
して屋根板に加工した。なお、プレス加工は波型の上型
と下型により挟み込む形で行った。
面の穴74から電力取り出し用のリード線75を取り出
した。このように湾曲部の裏面から直接取り出すことで
リード線を最も短くすることができる。なお、上記の穴
74は補強板に予め開けられており、そこからプラス極
及びマイナス極のリード線75を取り出している。更に
取り出し部には絶縁保護と防水のためにポリカーボネー
ト製の端子部材を設けている。また、リード線75の先
端には、コネクター76を取り付けた。
を図8を用いて説明する。 (1)リード線75を屋根板の湾曲部71を利用して、
棟側に逃がしつつ、軒側係合部72を下の段に施工済の
屋根板の棟側係合部に係合させると共に、横方向に隣接
する屋根板と係合部77同士を係合させ、はめ込む。 (2)吊り子81を用いて太陽電池一体型屋根板を野地
板82に固定する。 (3)以下、(1)〜(2)を繰り返して一列の設置を
行う。 (4)一列をすべて葺きあげた後、各リード線75をコ
ネクタ76により結線する。 (5)上段の一列も同様に(1)〜(4)の手順で順次
施工を行い、全屋根の施工を完了させる。
継手水切りや継手カバーを設ける必要がなく、材料費の
削減が可能になる他、施工作業が簡略化し施工コストを
低下させる効果がある。また、従来の横葺き屋根の平面
形状に対して、空間的ふくらみのある瓦模様に近い太陽
電池一体型屋根板の施工が可能であり、デザインの自由
度を確保できるという効果も奏する。また、横方向の係
合部を湾曲部71の頂上に配したため、屋根板の基本性
能である雨仕舞いの能力も向上した。
電池一体型屋根板を示した。
は、アモルファスシリコン光起電力素子を、ガルバニウ
ム鋼板上に封止材で封止した構成になっており、図4に
示した太陽電池モジュールに対し、太陽電池素子ブロッ
ク98間の非発電領域に湾曲部91を設けたことが特徴
である。
池一体型屋根板を詳細に説明する。
有したアモルファスシリコン光起電力素子を使用し、そ
れらを実施態様例と同様に複数組み上げて光起電力素子
ブロックを形成した。
イプのETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共
重合体:デュポン製『テフゼル』)を、充填材として
は、EVA(エチレンビニルアセテート)とガラス繊維
不織布を、裏面被覆フィルムとして、PET(ポリエチ
レンテレフタレート)を使用した。これらにより光起電
力素子ブロック98を絶縁封止して補強板の上に充填材
で接着した構成になっている(基本的な構成は図3と同
じ)。
(大同鋼板製『耐摩カラーGL』)を使用した。なお、
光起電力素子ブロック98間は、湾曲部91が光起電力
素子の部分にくるのを避けるように間隔部を広げて配置
した。
ールを、次にロール成形機でハゼ折り加工を施して軒側
係合部92と棟側係合部93を形成した後、プレス加工
により光起電力素子ブロック98間の非発電領域にリー
ド線引き出しのための湾曲部91を形成して屋根板に加
工した。
面の穴94から電力取り出し用のリード線95を取り出
した。なお、上記の穴94は補強板に予め開けられてお
り、そこからプラス極及びマイナス極のリード線95を
取り出している。更に取り出し部には絶縁保護と防水の
ためにポリカーボネート製の端子部材を設けている。ま
た、リード線95の先端には、コネクター96を取り付
けた。
関しては実施態様例と同様な手段で屋根への施工が実現
できる。
撓性は必ずしも必要ではないので、より効率の高い結晶
系の太陽電池素子を採用できる。そのため、屋根の面積
に制約がある場所等では、その利用価値は大きい。ま
た、可撓性太陽電池素子を使用する場合においても、太
陽電池素子に加工成形時の無理な力がかかる危険性が低
下するため、太陽電池一体型屋根板の歩留まりを向上さ
せる効果がある。また、太陽電池直上の封止材の亀裂や
傷等の発生の危険性も低下させるため、信頼性の向上に
も効果がある。
陽電池一体型屋根板を示した。
は、アモルファスシリコン光起電力素子を、予め湾曲成
形させたセラミック上に封止材で封止した構成になって
いる。すなわち、実施態様例に示した太陽電池一体型屋
根板とは異なり、補強板に可撓性を有しておらず、補強
板が絶縁性であることと、補強板自体がかなりの厚みを
有していることが特徴である。
電池一体型屋根板を詳細に説明する。
有したアモルファスシリコン光起電力素子を使用し、そ
れらを実施態様例と同様に複数組み上げて光起電力素子
ブロック108を形成した。
イプのETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共
重合体:デュポン製『テフゼル』)を、充填材として
は、EVA(エチレンビニルアセテート)とガラス繊維
不織布を使用した。これらにより光起電力素子ブロック
108を周知の真空ラミネート法により絶縁封止をして
前記セラミック補強板の上に封止材で接着した構成にな
っている。
側係合部102と横方向の係合部107を予め形成した
型を利用して、粘土等を焼き固めたものを使用した。こ
のようにして成形されたセラミック補強板においては、
横方向の係合部107の湾曲した部分がリード線を引き
出すための湾曲部としても機能する。
めリード線取り付け穴104を係合部107の端部を除
く湾曲部に図10のように設けておき、この穴104か
らリード線105を取り出すことで、そこからプラス極
及びマイナス極の出力端子を取り出している。更に取り
出し部には絶縁保護と防水のためにシリコン樹脂系のシ
ール材を注入している。また、リード線105の先端に
は、コネクター106を取り付けた。
は、実施例1と同様に行うことができる。
いて太陽電池一体型屋根板を形成することができる。ま
た、補強板自体に厚みが確保できるため端子部材を設け
る必要がない。更に、補強板自体に絶縁性を要するた
め、絶縁フィルムを省略できる。更に、従来の瓦と互換
性のとれた施工方法で施工できる。そのため、材料費と
施工面の両面からのコストダウンが実現できる効果を有
する。
陽電池一体型屋根板を示した。
は、アモルファスシリコン光起電力素子を、ガルバニウ
ム鋼板上に封止材で封止した構成になっており、図4に
示した太陽電池一体型屋根板が横葺き屋根板であるのに
対して、瓦棒葺き等の縦葺き屋根板であるのが特徴であ
る。
電池一体型屋根板を詳細に説明する。
有したアモルファスシリコン光起電力素子を使用し、そ
れらを実施態様例と同様に複数組み上げて光起電力素子
ブロック118を形成した。
イプのETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共
重合体:デュポン製『テフゼル』)を、充填材として
は、EVA(エチレンビニルアセテート)とガラス繊維
不織布を、裏面被覆フィルムとして、PET(ポリエチ
レンテレフタレート)を使用した。これらでもって光起
電力素子ブロック118を絶縁封止して補強板の上に充
填材で接着した構成になっている(基本的な構成は図3
と同じ)。
(大同鋼板製『耐摩カラーGL』)を使用した。
の係合機能である係合部112を形成した後、プレス加
工によりリード線引き出しのための湾曲部111を形成
して、屋根板に加工した。
4から電力取り出し用のリード線115を取り出した。
このように湾曲部の裏面から直接取り出すことでリード
線を最も短くすることができる。なお、上記の穴114
は補強板に予め開けられており、そこからプラス極及び
マイナス極のリード線75を取り出している。更に取り
出し部には絶縁保護と防水のためにポリカーボネート製
の端子部材を設けている。また、リード線115の先端
には、コネクター116を取り付けた。
ては、従来からの瓦棒葺きの屋根と同様の施工が可能と
なる他、結線作業についても、図12に示すように上板
121と下板122の結線ができ、実施態様例と同様に
結線作業を簡略化できるとともに、配線の自由度が確保
できる。また、屋根下地材への固定も吊り子123を用
いて容易に行うことができる。
仕舞い性能を有する縦葺き屋根の屋根板に用いることの
できる太陽電池一体型屋根板が実現され、その施工作業
を簡略化させることができる。また、縦葺きの屋根の施
工は一般に横葺きの屋根にくらべ、容易であるため、施
工コストの低い太陽電池一体型屋根板を実現することが
できる。
と屋根下地板との空間内において自在の配線が可能とな
るため、機械的だけでなく、電気的にも信頼性に優れた
太陽光発電システムが構築することが可能になる。ま
た、配線にまつわる煩雑な施工作業の簡略化が可能とな
るため、太陽電池一体型屋根板の施工コストを削減する
ことが可能になる。また、煩雑な配線作業から生じる施
工時のミスを防止することができる。
池素子の一構成例を模式的に示した斜視図である。
池素子ブロックの一構成例を模式的に示した斜視図であ
る。
式的に示した図である。
に示した斜視図である。
するための図である。
するための図である。
である。
手順を説明するための図である。
である。
図である。
図である。
工手順を説明するための図である。
の施工説明図である。
の連結部断面図である。
根板の施工説明図である
板の施工説明図である。
用の穴 45,75,95,105,115 リード線 46,76,96,106,116 コネクター 51,61,121,122 太陽電池一体型屋根板 52 継手カバー 62 湾曲部 63,81,123 吊り子 64 継手水切り板 65 リード線 77,107,112 係合部 78,98,108,118 太陽電池素子ブロック 82 野地板
Claims (14)
- 【請求項1】 光起電力素子を補強板に絶縁封止した構
造を有する屋根板において、前記補強板には隣接する屋
根板同士を係合させるための係合部を有し、リード線を
引き出すための湾曲部が、該係合部の少なくとも一部分
に跨がって設けられていることを特徴とする太陽電池一
体型屋根板。 - 【請求項2】 湾曲部にも光起電力素子が絶縁封止され
ていることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池一体
型屋根板。 - 【請求項3】 光起電力素子に可撓性光起電力素子を用
いたことを特徴とする請求項2に記載の太陽電池一体型
屋根板。 - 【請求項4】 補強板が可撓性を有する金属板であるこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電
池一体型屋根板。 - 【請求項5】 補強板にはリード線取り出し部を有し、
該リード線取り出し部から光起電力素子のリード線を取
り出すことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載
の太陽電池一体型屋根板。 - 【請求項6】 リード線取り出し部を湾曲部に設けたこ
とを特徴とする請求項5に記載の太陽電池一体型屋根
板。 - 【請求項7】 リード線取り出し部を湾曲部近傍の平面
部分に設けたことを特徴とする請求項5に記載の太陽電
池一体型屋根板。 - 【請求項8】 リード線取り出し部を係合部近傍の平面
部分に設けたことを特徴とする請求項5〜7のいずれか
に記載の太陽電池一体型屋根板。 - 【請求項9】 光起電力素子を補強板に絶縁封止する工
程と、補強板の少なくとも一部を曲げて屋根板の係合部
を作成する工程と、該係合部の少なくとも一部分に跨が
る湾曲部を形成する工程とを含むことを特徴とする太陽
電池一体型屋根板の製造方法。 - 【請求項10】 補強板が可撓性を有する金属板である
ことを特徴とする請求項9に記載の太陽電池一体型屋根
板の製造方法。 - 【請求項11】 係合部を作成する工程がベンダーもし
くはプレス成形機、又はロール成形機による請求項10
に記載の製造方法。 - 【請求項12】 湾曲部を形成する工程がプレス成形機
による請求項10に記載の製造方法。 - 【請求項13】 請求項1〜8に記載の太陽電池一体型
屋根板の施工方法であって、該屋根板を屋根下地材上に
敷設する際、リード線を、湾曲部を通して屋根板を敷設
していない屋根下地材上に引き出すことを特徴とする太
陽電池一体型屋根板の施工方法。 - 【請求項14】 屋根材と屋根下地材の間の空間内でリ
ード線を結線することを特徴とする請求項13に記載の
太陽電池一体型屋根板の施工方法。
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