JP4351567B2

JP4351567B2 - 太陽光発電装置

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Publication number: JP4351567B2
Application number: JP2004095523A
Authority: JP
Inventors: 顕浩平田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005282053A

Description

本発明は、建物の屋根に設けられた瓦下地材上に、瓦材と重ね合わせて葺き施工される太陽光発電装置に関するものである。

近年、地球環境問題への関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギーを利用したシステムの関心が高く、特に、太陽光発電システムの住宅への普及が加速されてきている。

太陽光発電システムは、その主要な構成要素である太陽電池モジュールにより太陽光エネルギーを電力に変換して利用することにより家庭の電気負荷を低減させるものである。住宅においては、家屋の屋根上に太陽電池モジュールを配設して利用されることが多いため、屋根上への太陽電池モジュールの取付け構造も種々考案されている。

図１２は従来の屋根状に瓦材と太陽電池モジュールを重ね合わせて葺く様子を模式的に示す斜視図である。

屋根上への太陽電池モジュールの取付け方法の一例として、図１２に示すような家屋の屋根上に、瓦材１０と太陽エネルギーを電気に変換する太陽電池モジュー３０を重ね配置して成る太陽光発電屋根が知られている。これは従来の瓦材、特に平板瓦と呼ばれる形状の瓦材と太陽電池モジュールの外形寸法を合わせて、瓦材を葺くようにして太陽電池モジュールも葺くことができるようにしたもので、太陽電池モジュール３０の縦方向の長さ（屋根の流れ方向の長さ）は瓦材と同様であるが、横方向の長さは瓦数枚分としたものが多い。このような瓦型の太陽光発電装置屋根とした場合、屋根上に太陽電池モジュールを固定するための架台等を設けなくて良く、また、瓦屋根の外観を損なわないといった部材削減、外観向上の利点がある。

図１６の（ａ）、（ｂ）は、従来の太陽電池モジュールの構造を模式的に説明する図であり、（ａ）は一部断面図、（ｂ）は枠部に樋部を設けた様子を示す断面図である。

図１６（ａ）に示すように、太陽電池モジュール３０はたとえばシリコン等から成る太陽電池素子５の光電変換効果を利用して電力が得られるように構成したものであって、このような太陽電池素子５を複数個直列および並列に電気的に接続し、そして、耐候性のある素材で覆うように成し、所要の出力電圧や出力電流を得るようにしている。この太陽電池素子５は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池や、薄膜系太陽電池などにより構成する。かかる太陽電池モジュール３０においては、太陽電池素子５の受光面にはガラス板や合成樹脂板などの光透過板６を配置し、その裏面である非受光面にはフッ素樹脂フィルムやＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポレエチレンテレフタレート）などの耐候性フィルム７を被着し、光透過板と耐候性フィルム７との間には、たとえばＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニルとも重合樹脂）などから成る透明な合成樹脂を介在し、充填材８と成し、これら光透過板６、太陽電池素子５および耐候性フィルム７の重ね構造の矩形状の太陽電池パネルに対し、その各辺周囲をアルミニウム金属やＳＵＳ等から成る枠体９を挟み込むように装着し、太陽電池パネル全体の強度を高めるとともに、この枠体９に取付用の穴を開けて樋部などを固定できるようにしている。また、図１６（ｂ）のように樋部１５と枠体を一体的に配した太陽電池モジュールとしてもよい。

図１３は従来の平板瓦同士が重ねあわされた様子を模式的に説明する断面図、図１４は従来の平板瓦と太陽電池モジュールが重ねあわされた様子を模式的に説明する断面図、図１５の（ａ）、（ｂ）は、従来の瓦材と太陽電池モジュールの隙間から侵入した雨水が屋根上に落ちる経路を説明する断面図である。

ところで、瓦材同士の横方向の連結は図１３に示すように、瓦材１０ｂの片端が瓦材１０ａの下部に潜り込むようにして重なり合うことで、隣接する瓦の自重によって押えられるようになっているが、瓦材同士の繋ぎ目部分の表面には隙間が生じているので、雨水の侵入がある。そこで、瓦材１０には瓦材の裏面を伝って屋根内部に入ろうとする雨水を止めて落す雨返し部１４や、隙間から入った雨水を止めるとともに雨水を流す樋の役割を果たす雨止め部１３（１３ａ、１３ｂ）を設けて屋根内に雨水が入らないようにしている。

同様に、瓦材１０と太陽電池モジュール３０の連結も図１４に示すように、瓦材１０の下部に太陽電池モジュール３０の一辺に取り付けられた樋部１５が潜り込み、瓦材と重なり合うようになることで瓦材と同じように雨水を排水する。

ところが、太陽電池モジュールの裏側へも枠部と樋部の接続部の隙間や、太陽電池モジュールの枠体との接合部の隙間、枠体同士の結合部など様々な隙間から微小ながら雨水の浸入が生じて水溜りなどを作る。これを解決するために、樋部を太陽電池モジュール側にも延ばし、雨水の排水溝を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、前記樋部の排水溝の幅を調節して小量の雨水でも排塵効果が得られるようにしたものも提案されている（例えば、特許文献２を参照）。また、樋部を着脱可能として瓦の形状に合わせて樋部を交換することにより様々な瓦への対応を可能とする方法も提案されている（例えば、特許文献３を参照）。
特開２００３−８２８１８号公報特開２００３−３１４００９号公報特開２００３−３４７５７６号公報

しかしながら、上述の技術においては、瓦材、太陽電池モジュールともに陶器や、鉄やアルミニウムなどの金属のように硬質の材質によって構成されているため、固体寸法や設置誤差などを考慮すると、葺き合わせて設置するためには葺き合わせ部に隙間を設けて設置することが必要であるが、これは防水性能を落とすことになる。具体的に説明すると、雨が降ると雨水は瓦材１０や太陽電池モジュール３０上を流れ落ち、一部が瓦材や太陽電池モジュールの間の隙間から侵入するが、大半の雨水は樋部１５の溝内を流れて外に排出される。しかし小雨のような少量の降雨時には隙間から入り込む雨水の量も少量であるため、表面張力によって水滴となり、図１５（ａ）に矢印で示すように、樋部１５に落ちずに瓦材１０の裏面を伝って屋根内に落ちてしまう。また、豪雨時には雨の大きさが増すので、隙間内に直接雨水が落下する頻度も大きくなり、図１５（ｂ）に矢印で示すように、樋部１５内で水滴が跳ねて一部が樋部１５の外に落ちてしまうといった問題が生じる。これは樋部に複数の突起を設けても解決されない。

また、一般に平板瓦と称する陶磁器製の瓦材においても、その形、大きさ、防水構造（雨返し部、樋部）は多種多様であり、上述した瓦材と太陽電池モジュールとの連結において太陽電池モジュール側の樋部の形状が、瓦材の防水部の形状とが必ずしもマッチするとは限らないという問題もある。

また、瓦材と太陽電池モジュールの樋部との製品寸法の誤差や、屋根のゆがみによる段差などによって、樋部の雨止め部と瓦材の裏面との距離が大きく離れるような場合には、瓦材の雨返し部で落とされた雨水が太陽電池モジュールの樋部上で跳ねて、樋部の外に飛び出すなどの問題も生じるようになる。

また、屋根の野地板上に防水シートを配して防水構造とした場合は防水シートの施工など部材や手間が必要となる。

そこで本発明はこのような従来技術の課題を鑑み、構造が簡単で従来の瓦材で葺いた屋根と同等の防水構造とし、多種ある同等の瓦材であっても対応できる太陽電池モジュールとすることができることを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の太陽光発電装置は、傾斜した屋根の上に複数個の太陽電池モジュールを屋根の横方向に亘って配列し、隣接する太陽電池モジュールの間に樋部を設けて成る太陽光発電装置であって、前記樋部が屋根の傾斜方向に沿って長手方向に延ばした長尺状体であり、前記長尺状体が底面部と、一方の太陽電池モジュールに固定された一方の側面部と、前記底面部から延在した他方の側面部と、この他方の側面部から延在した内方向に傾けた傾斜面部とからなるとともに、前記樋部が、前記一方の太陽電池モジュールにのみ固定されることを特徴とする。

また、本発明の太陽光発電装置は、傾斜した屋根の上に太陽電池モジュールと瓦材を屋根の横方向に亘って配列し、隣接する太陽電池モジュールと瓦材の間に樋部を設けて成る太陽光発電装置であって、前記樋部が屋根の傾斜方向に沿って長手方向に延ばした長尺状体であり、前記長尺状体が底面部と、太陽電池モジュールに固定された一方の側面部と、前記底面部から延在した他方の側面部と、この他方の側面部から延在した内方向に傾けた傾斜面部とからなるとともに、前記樋部が、前記一方の太陽電池モジュールにのみ固定されることを特徴とする。

さらに、本発明の他の太陽光発電装置は、前記止水部が上下方向に弾性変形できるようにしたことを特徴とする。

本発明の太陽光発電装置によれば、太陽電池モジュールの裏面を伝う雨水を確実に捕獲し、樋部の溝内に誘導することができ、桁行き方向の隣り合う太陽電池モジュール間の防水性能を向上させることができる。

また、本発明の他の太陽光発電装置によれば、瓦材の裏面を伝う雨水を確実に捕獲し、樋部の溝内に誘導することができ、屋根の横方向の隣り合う太陽電池モジュールと瓦材との間の防水性能を向上させることができる。

また、本発明の他の太陽光発電装置によれば、前記止水部が上下方向に弾性変形できるようにしたことにより、瓦材や太陽電池モジュールの製品寸法の誤差や、屋根の歪による段差などを樋部が吸収し、常に雨水を捕獲する状態を維持できる。さらに、瓦材の防水構造に依存しなくてよいので、多種多様な平板瓦や波瓦においても適用を可能とした。

以下に、本発明の実態形態の一例を陶磁器製の平板瓦と太陽電池モジュールの枠体の下部に樋部を取付けたものを屋根上に葺いた状態を例に取り、模式的に示す図をもとに説明する。

図１は本発明に係る太陽光発電装置の構成を模式的に説明する斜視図、図２は本発明に係る太陽光発電装置の構成を模式的に説明する一部断面図である。

図１に示すように、太陽光発電装置１は、太陽電池素子をガラス等の透光性基板に一体的に配し、アルミニウム等の金属製の枠体で外周を補強した発電部４（太陽電池モジュール）と、この発電部４の枠体２の下部に取り付けられた樋部３とから成る。

図２に太陽光発電装置１の一部断面図を示す。枠体２は太陽電池パネルにはめ込まれるようにして枠体２が太陽電池パネルの四辺を囲んでおり、太陽電池パネルへの外的衝撃やたわみから保護、補強している。上記太陽電池パネルと枠体２は発電部４となる。そして枠体２の一端には樋部３が取り付けられる。この樋部３は鉄やアルミニウムなどの金属や、ポリカーボネイトやプラスチックなどの樹脂で出来ており、後述するように樋部３の一部もしくは全部が弾性を有して上下に変形可能としている。

なお、樋部３の枠体２への固定はねじ止めや接着としてもよいが、枠体２の下部にはめ込み用の溝を設けて樋部３が着脱可能に挿入されるようにして状況に応じて樋部を形状の異なるものに交換できるようにしてもよい。また、枠体２の一部を樋部の形状に延長して兼用させてもよい。

図３は本発明に係る太陽光発電装置の樋部の構成を模式的に説明する断面図である。

図３に樋部の一部に弾性を有する例を示す。樋部３は固定部３１と底面部３２と弾性を有する止水部３３とから成り、止水部３３は側面部４０ａから延在した内方向に傾けた傾斜面部となっている。また、図中矢印のようにＡ点とＢ点間で上下に変形する。底面部３２は太陽電池モジュールや瓦材の隙間から浸入した雨水を外に誘導し排出する樋の役割を果たし、固定部３１は太陽電池モジュールの枠体の下部に強固に固定され、弾性を有する止水部３３および底面部３２を支える。

図４の（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る太陽電池モジュールと瓦材との重ね合わされる様子を模式的に説明する断面図、図５は本発明に係る止水構造において瓦材と太陽電池モジュール間の隙間から侵入した雨水の流れを説明する断面図、図６は本発明に係る止水構造において太陽電池モジュール間の隙間から侵入した雨水の流れを説明する断面図である。

この弾性を有する止水部３３の働きを太陽電池モジュール上に瓦材を載置する様子を例にとり説明する。図４（ａ）に示すように屋根上に配置された太陽電池モジュール１に重ねて瓦材１０を葺く場合、瓦材１０は樋部３上に配置することになる。このとき瓦材１０が載置される前の弾性を有する止水部３３は上方に向かって一番起き上がった状態である。そして図４（ｂ）に示すように瓦材１０が弾性を有する止水部３３のところまで降ろされてくると、弾性を有する止水部３３は瓦材１０の裏面に押されて底面部３２側へ変形（曲り）しはじめ、瓦材１０が完全に載置された状態では図４（ｃ）に示すように変形前のＡ点からＢ点まで変形する。

このように、瓦材１０の載置によって弾性を有する止水部３３が瓦材１０の裏面に密着するため、瓦材１０の裏面を伝ってくる雨水を確実に捕獲し底面部３２に誘導することができる。さらに、例えば屋根自体の歪みなどによって瓦材が太陽電池モジュールよりも浮き上がった図４（ｂ）のような状態で載置されるとしても防水性が保たれるので、屋根や瓦材や太陽電池モジュールの載置のずれに対する許容量が大きい。

この雨水が止水される様子を図５に示す。図中矢印のように太陽電池モジュール１と瓦材１０の間の隙間から侵入した雨水は、瓦材１０の裏面にある雨返し部１４を乗り越えて伝っていく水滴も、底面部３２上を跳ねる飛沫も、弾性を有する止水部３３の内側でせき止められ、底面部３２に戻される。

なお、図５に示すように樋部３の太陽電池モジュール側の辺を太陽電池モジュール内側に向かって延長させ樋部４３とすれば、太陽電池モジュール１の枠体の隙間から染み込む雨水を受け止めることができるだけでなく、底面部３２の張り出し重量とバランスさせて固定部３１への荷重の偏りを改善することができるので好適である。

一方、図６に示すように太陽電池同士が葺かれる場合も瓦材の時と同様に、太陽電池モジュール１ａの樋部３が太陽電池モジュール１ｂの下部に接触するので、防水性が保たれる。

また、弾性を有する止水部３３の弾性強度を太陽電池モジュールの重量と同程度に設計すれば、太陽電池モジュールの支持部材としても働くようになり、例えば太陽電池モジュール１ｂ上に荷重がかかった場合にその荷重の数パーセント〜十数パーセントを太陽電池モジュールの枠体以外で支えることができ、荷重分散によって耐荷重性能が向上する。この効果は太陽電池モジュールのような瓦材よりも大型のものへの適用において顕著である。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

図７の（ａ）〜（ｂ）は、本発明に係る他の止水構造の第１の実施例において雨水が止められる様子を説明する断面図である。

図７（ａ）に示すように、太陽電池モジュール１の樋部３の弾性を有する止水部３４の先端を底面部３２側へ下げて折り曲げた折り返し部３４ａを設けるようにする。このようにすることにより、図中のように瓦材１０が弾性を有する止水部３４のさらに上方で設置状態となり、弾性を有する止水部３４と瓦材１０との間に空間が生じていても、瓦材１０の裏面を伝う水滴１９は図７（ｂ）に示すようにその表面張力によって折り返し部３４ａと瓦材１０の間から抜けられずに停止し、続けて来る水滴によって次第に大きくなりついには底面部３２に落下するので、瓦材と太陽電池モジュールの設置位置のズレがより大きくても防水性を維持できるようになる。

図８は本発明に係る他の止水構造の第２の実施例を模式的に説明する断面図である。

また、図８に示すように、弾性変形をする部分を底面部３２の底面近くにすることにより、止水部３５が折り曲げ部３５ａが底面部３２の底面にぶつかるまで、より深く下げることができるようになるので、屋根の段差によって太陽電池モジュール１が瓦材１０よりも高い位置に設置され、通常よりも瓦材１０が弾性を有する止水部３５を押し曲げる度合いが大きくても対応できる。

図９は本発明に係る他の止水構造の第３の実施例を模式的に説明する断面図である。

また、図９に示すように、弾性変形をする部分を底面部３２も含むようにすれば、止水部３６が折り曲げ部３６ａにぶつかるまで上昇させることができ、しかも底面部３２を含むことによって弾性を有する止水部３６の全長が長くなるので、小さな角度の増加でも大きな上昇が得られる。これにより瓦材１０が太陽電池モジュール１よりも、より高い位置に設置されても対応できる。

図１０は本発明に係る他の止水構造の第４の実施例を模式的に説明する断面図である。

また、図１０に示すように、弾性を有する止水部３７に凸部３７ａと凹部３７ｂを交互に設けて、弾性を有する止水部３７の凸部３７ａの各々が独立して瓦材１０の裏面の凹凸に対応して変形（曲げ角度）の度合いをあわせるようにしてもよい。このようにすることにより、瓦材１０の裏面形状に対する密着度が向上し、防水性も向上する。また、太陽電池モジュール１自身に歪みが生じていたり、一時的に荷重が加わってたわみが生じている状態であっても、樋部３は太陽電池モジュールのたわみに影響されるが弾性を有する止水部３７ａはその追従性の良さにより防水性を維持し続けるのでことができる。

図１１は本発明に係る他の止水構造の第５の実施例を模式的に説明する断面図である。

また、図１１に示すように、止水部３８を底面部３２の端部に可動可能に取り付けられた別体部品としてもよい。この場合、止水部３８は底面部３２とは別の材質とすることも可能であるので、ポリカーボネイトやエポキシ系樹脂や合成ゴムや天然ゴムなどとして瓦材や太陽電池モジュールの裏面を傷つけにくいようにすることができる。また、止水部３８ａの可動方法をバネや自己復元力によるものとして変形に必要な荷重設計を容易にすることが出来る。

本発明に係る太陽光発電装置の構成を模式的に説明する斜視図である。本発明に係る太陽光発電装置の構成を模式的に説明する一部断面図である。本発明に係る太陽光発電装置の樋部の構成を模式的に説明する断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る太陽電池モジュールと瓦材との重ね合わされる様子を模式的に説明する断面図である。本発明に係る止水構造において瓦材と太陽電池モジュール間の隙間から侵入した雨水の流れを説明する断面図である。本発明に係る止水構造において太陽電池モジュール間の隙間から侵入した雨水の流れを説明する断面図である。（ａ）〜（ｂ）は、本発明に係る他の止水構造の第１の実施例において雨水が止められる様子を説明する断面図である。本発明に係る他の止水構造の第２の実施例を模式的に説明する断面図である。本発明に係る他の止水構造の第３の実施例を模式的に説明する断面図である。本発明に係る他の止水構造の第４の実施例を模式的に説明する断面図である。本発明に係る他の止水構造の第５の実施例を模式的に説明する断面図である。従来の屋根状に瓦材と太陽電池モジュールを重ね合わせて葺く様子を模式的に示す斜視図である。従来の平板瓦同士が重ねあわされた様子を模式的に説明する断面図である。従来の平板瓦と太陽電池モジュールが重ねあわされた様子を模式的に説明する断面図である。（ａ）、（ｂ）は、従来の瓦材と太陽電池モジュールの隙間から侵入した雨水が屋根上に落ちる経路を説明する断面図である。（ａ）、（ｂ）は、従来の太陽電池モジュールの構造を模式的に説明する図であり、（ａ）は一部断面図、（ｂ）は枠部に樋部を設けた様子を示す断面図である。

符号の説明

１：太陽電池モジュール
２：枠体
３、４３：樋部
４：発電部
５：太陽電池素子
６：光透過板
７：耐候性フィルム
８：充填材
９：枠体
１０、１０ａ、１０ｂ：瓦材
１３、１３ａ、１３ｂ：雨止め部
１４：雨返し部
１５：樋部
１６、３３、３４、３５、３６、３７、３８：止水部
１９：水滴
２３：構造部
３０：太陽電池モジュール
３１：固定部
３２：底面部
３４ａ：折り返し部
３５ａ、３６ａ：折り曲げ部
３７ａ：凸部
３７ｂ：凹部
４０ａ、４０ｂ：側面部

Claims

傾斜した屋根の上に複数個の太陽電池モジュールを屋根の横方向に亘って配列し、隣接する太陽電池モジュールの間に樋部を設けて成る太陽光発電装置であって、
前記樋部が屋根の傾斜方向に沿って長手方向に延ばした長尺状体であり、
前記長尺状体が底面部と、一方の太陽電池モジュールに固定された一方の側面部と、前記底面部から延在した他方の側面部と、この他方の側面部から延在した内方向に傾けた傾斜面部とからなるとともに、
前記樋部が、前記一方の太陽電池モジュールにのみ固定されることを特徴とする太陽光発電装置。
傾斜した屋根の上に太陽電池モジュールと瓦材を屋根の横方向に亘って配列し、隣接する太陽電池モジュールと瓦材の間に樋部を設けて成る太陽光発電装置であって、
前記樋部が屋根の傾斜方向に沿って長手方向に延ばした長尺状体であり、
前記長尺状体が底面部と、太陽電池モジュールに固定された一方の側面部と、前記底面部から延在した他方の側面部と、この他方の側面部から延在した内方向に傾けた傾斜面部とからなるとともに、
前記樋部が、前記一方の太陽電池モジュールにのみ固定されることを特徴とする太陽光発電装置。
前記傾斜面部が上下方向に弾性変形できるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電装置。