JP4834894B1

JP4834894B1 - 太陽電池パネルの設置構造

Info

Publication number: JP4834894B1
Application number: JP2010294778A
Authority: JP
Inventors: 豊治平原
Original assignee: 株式会社日野樹脂
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: JP2012199260A

Abstract

【課題】建築物のデザイン性を損なうことなく、未利用部位である外壁面を有効に使って、屋根部の発電を補助することが可能な太陽電池パネルの設置構造を提供する。
【解決手段】建築物の外壁面から突き出るよう、２枚の片面受光太陽電池パネルを背中合わせにして両面受光型に加工し袖壁状に鉛直設置するか、又は２枚の片面受光太陽電池パネルを長辺を突き合わせ三角出窓状に組み立てて設置する。さらに、カバーガラスにセラミックス凸状膨隆部及び表面彩色層の配設と共に、反射光抑制の構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池パネルの設置構造に関し、詳しくは広い受光面を有する建築物の外周壁又は屋外壁の最外面壁に対して三角出窓状に組み立てた太陽電池を鉛直設置し、屋上に加えて発電面積の拡大を図り、同時に建築物の意匠性を向上せしめると共に、環境景観への配慮を図った太陽電池パネルの設置構造に関する。

近年、太陽光発電は地球環境保全の立場からも排気ガス、放射線等の公害を発生することのないクリ−ンなエネルギ−源として注目され、多種多様の太陽電池が開発され、かつ量産化による価格低減も進んで、幅広い用途開発ガなされ、政府の住宅に関する環境政策も相俟ってビル等の建造物にも多用されるようになってきた。このように太陽光発電の普及や促進が図られるのに伴って、その外観も重要な位置付けとなってきており、ビル壁面や屋上等の広い受光面を有する建築物に太陽光発電システムを設置するとき、発電以外にも景観環境への配慮と共に、装飾デザインや文字、図柄等による宣伝・広告等の情報伝達媒体としての利用にも関心が高まりつつある。
ビル等の建築物の屋上や住宅の屋根は、空きスペースで、かつ日当たりの最も良い部位であることから設置場所は専らここに集中している。ところが、ビルの屋上にはエレベーターの機械室や階段室、場合によっては空調の室外機等の設置場所が必要であり、また、最近ではヒートアイランド現象の防止或いは自然環境と共生する意識の高揚から屋上庭園やビオトープ、菜園等を設けるビルも多く利用面積に限りがある。できる限り広範囲を占有したくとも太陽電池パネルの設置場所は自ずと限定されてしまうのが通例である。
上記の問題点を解決する為、設置面積の拡大を図る手段として、例えば下記のような提案がなされている。特開２００２−０７６４１５号公報や特開平０８−１６２６６０号公報には、太陽電池モジュールを１本のポールに多段にわたって取り付けることにより空きスペースを有効に使えると提案されているが、短冊状の複数のモジュールが風圧を受けて揺れ、安定性に疑問がある。また、特開平０６−３１８７２６号公報及び特開平０６−２４４４４５号公報には、屋根のみならず外壁への設置も提案されている。しかしながら、これらの発明は効率的な受光手段のみに注意が払われており、建築物の意匠性、周囲の環境等に関しては余り配慮がなされていない。

特許文献１（特開２００８−１１１３２２号公報）には、壁面に取り付ける建築用化粧板であって、その表面に可視光透過率が、２０％以上の色素増感型太陽電池を設けておくことにより、太陽電池を透して化粧板の文樣が視認できると提案されている。太陽電池パネル自体のデザイン性を追求した発明ではあるが、壁面に対する取り付けが平面状であることから、設置面積を大きく稼ぐことにはなっていない。特許文献２（特開平１０−０１８４６７号公報）には、設置景観を損なわない遮音材と太陽電池の一体化パネルが提案されている。高速道路の防音壁の外側に太陽電池が臨むよう設置されている巨大な建築物の外観は、黒っぽい色調を有する異様な光景といわざるを得ず、意匠性は皆無である。特許文献３（特開平０９−０２１１１７号公報）には、高速道路の遮音壁と一体化した太陽電池パネルから得られた電力でトンネル内に設けた絵柄を映し出しドライバーの単調さを癒すと提案されているが、受光面がデザイン性に乏しいことに変わりはない。特許文献４（特開平２００２−０１０４９４号公報）には、高速道路の橋桁や柵、側壁、コンクリート柱等に取り付けることが提案されている。膨大なスペースの有効利用という発想は優れているものの、側壁に対しては平面状に取り付けられており、前述のように建造物としての意匠性は低い。特許文献５（特開平２００５−２２３１６４号公報）には、両面受光太陽電池が記載されており、太陽の方向に合わせて壁面に垂直に設置すれば効率よく発電が可能であると提案されている。しかしながら、特許文献５の両面受光型太陽電池の裏面側、即ち透明バックシート側の發電効率は特に薄膜シリコン型太陽電池を使った場合、表面側のそれに比べて劣るであろうから、単結晶か多結晶シリコン型を用いざるを得ず、これらは黒っぽく不透明であることから室内を暗くし鬱陶しい感じが拭えない。また、単結晶か多結晶シリコン型は薄膜シリコン型と比べて高価で数多くのパネルを並列させると極めて不経済である。更に、特許文献５の両面受光型太陽電池で設置角度を６０度とした時、片面受光型に比べて１２０度の電力量が得られると記載されており、表面のみで發電する片面受光型に比べて裏面にも發電機能を備えたシステムは年間発電量が大きくなるのは当然である。また、垂直設置方法において、建築物の屋上、主としてその周囲にフェンス一体形、または手摺一体形として地表面に対して垂直することを特徴としており、複数の該パネルは、平面状に配列されているだけで建築物の壁面から垂直に突き出るよう設置することにはなっておらず、設置面積の有効利用を鑑みると不十分である。高速道路の側壁や橋脚等の部位への設置においても同様で、平面状受光に変わりない。

本発明は、建築物のデザイン性を損ねることなく、外壁面の未利用部位を有効に使って設置でき、屋根部の発電を補助することが可能な太陽光パネルの設置構造の提供を目的としている。

本発明では、建築物の外壁面から直角に突き出るよう立体的に設置する構造に関し、詳しくは、２枚の片面受光太陽電池パネルを背中合わせにして両面受光型に加工し、２枚の片面受光太陽電池パネルを受光面を外側にして長辺を突き合わせ三角出窓状に組み立てて設置することに想到し、本発明を完成するに至った。
本発明による太陽電池パネルは、出願人が提案の先行特許第３２８６５７７号公報、特許第３４８２３７０号公報及び特許第３０４９２３８号公報に記載のセラミック・インキを用いて、スクリーン印刷法により凸状膨隆部が形成された透光性基板の太陽電池モジュールを使用することが望ましい。
その中でも、特許第３０４９２３８号公報に記載の太陽電池モジュールは、凸部の片側周面に着色セラミックス・インキを用いて表面彩色層が層着され、他方の片側周面の露出部分に光透過性を残存せしめた構成からなるもので、例えば、光透過性を有する非印刷部と彩色層の印刷部を上下に配設しておくことにより、上方からの受光による発電及び下方から見上げた場合は、色彩豊かなファツション性を併せ持った太陽電池パネルの設置構造を提供しようとするものである。

また、該特許第３０４９２３８号公報記載の太陽電池モジュールでは、セラミックス・インキを用いてスクリーン印刷法により所望設定の略均整かつ規則的に形成せしめた凸状膨隆部での凸部の少なくとも片面に表面彩色層を設けた透光性基板の構成であって、太陽電池モジュールの表面カバーガラスの彩色効果と併せて、直接反射光を抑制するように働き、太陽光の入射に対する乱反射による太陽電池セルへの受光効率の低下防止の効果が期待でき、太陽電池モジュールの直接反射の抑制が期待できる構成である。

そこで、本発明に係る太陽電池の設置構造において、表面カバーガラスの凸状膨隆部の半面に色彩印刷を施した構成では、本発明における壁面設置の場合、観察者が地上より見上げる形になった場合には、色彩面を強調して見せることができる効果を奏する。また、雨水、塵埃等を除去し易いため、長期間の屋外暴露でも發電効率が低下せずコスト低減が図れる。このように、本発明において、特許第３０４９２３８号公報に記載の太陽電池モジュールでのカバーガラスに着色セラミックス・インキを用いて、表面彩色層を層着の場合、本発明の太陽電池パネルを外周壁又は屋外壁に設置するとき、光の反射防止、並びに環境景観に調和する文字、絵模様等の色彩装飾表示で太陽電池をカラフルに見せ、この広告装飾デザイン表示により太陽電池の本来の発電と併せ、環境を明るくしディスプレイ効果を奏し、外装部材としての用途が拡がりを発揮するように働く。
また、本発明による太陽電池パネルは、上記出願人が提案の先行特許第３４８２３７０号にも、セラミックス凸状膨隆部を設けた構成は、長期間の屋外暴露での受光面の汚れの付着、塵埃等を流し易いが、さらにマイナス静電気を形成するトルマリン鉱石の粉粒体を混練したセラミックス・インキを用い、汚れ防止の機能を発揮するとの記載がある。本発明では、着色セラミックス・インキを用い表面彩色層による色彩装飾表示で太陽電池をカラフルに見せ、色彩豊かなファツション性を併せ持たせるためにも、受光面のカバーガラスの汚れ防止には、上記トルマリン鉱石の粉粒体を混練の他、光触媒二酸化チタン含有、又は稀有元素類を含む天然鉱石粉末並びに遠赤外線セラミックスの含有混合物により、受光面の汚れ防止を図った構成とすることができる。
もっとも、特許文献５に記載の両面受光型太陽電池、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型或いは薄膜シリコン型等の太陽電池も用いることもできる。その中でも安価な薄膜シリコン型はモジュールの大きさを自由に変えられるという利点から好適である。
本発明における２枚の片面受光太陽電池パネルを背中合わせにして両面受光型に加工し、２枚の片面受光太陽電池パネルを受光面を外側にして長辺を突き合わせ三角出窓状に組み立て設置する構造にあっては、開口部を有しない側壁全面に複数個設置しても良いし、開口部と開口部の間に設置しても良く、開口部の大きさや、その位置と太陽光パネルの設置場所をバランス良く設置することにより、豊かな表情を持った建築物を創出することができる。室内側からは外部風景の視認が可能で、また、庇のように上部に取り付けられるものではないので採光を妨げるもこともないし、プライバシー保護の為の目隠し或いはパーテーションとしても機能する。
受光面に当たった光は表面のガラスを透過して太陽電池素子に吸収されるが、朝夕の太陽高度が低い時、即ち入射角が大きい場合は光線が吸収されにくく、低反射ガラスを使用した太陽光パネルであっても完全吸収はあり得ず、屋上に設置された平置きタイプでは反射光は逸散してしまうだけである。これに対して、本発明の複数組の両面受光パネルを三角窓状に設置することにより隣接するパネルの反射光を貰い受けて発電に供することが可能となり、その結果パネル１組当たりの発電効率は向上する。
また、壁面では屋上に設置されたものに比べて発電効率が低下するが、設置枚数を多くして補えばよく、これによるスケールメリットを生かして原価の低減を図ることが可能で、更に、夏季における夕暮れ時には西日を遮り室内の気温上昇を抑制できる。
さらに、三角出窓状に設置する構造では、袖壁状設置よりも安定した状態が得られる上、設計士の感性によって、本発明の三角出窓状太陽電池パネルと、他のたとえば外壁面に鉛直設置した両面受光型太陽電池パネルとを組み合わせ配置することにより、建築物のフアッシヨン性をより向上させることができる。
一般に、半導体素子は湿度の上昇に伴い素子の性能が低下することが知られており、非結晶光半導体素子太陽電池は、温度上昇１℃当たり変換効率は約０．２５％低下するといわれている。よって、パネルの温度上昇を如何にして低く抑え変換効率の低下を防ぐかは重要課題のひとつである。壁面と２枚のパネル間で形成される三角状の空洞は、空気が自由に流通でき素子の温度上昇が抑制されて発電効率の低下を防ぐだけでなく、ひいては電池の劣化を防ぎ寿命を延ばすことにつながる。
戸建住宅の勾配屋根に取り付けられるタイプや、ビルの屋上に設置される平置きタイプ等は、降雨による汚染物質の影響を受け易く、汚れによる発電効率の低下が問題視されている。例えば、特２００９−１６４４３４号公報には、水が滞留しないようフレームの形状を工夫した提案がなされている。また、特開平１０−２９００２０公報には、付着した汚染物質を光触媒によって分解する手段が提案されている。本発明によれば、建築物の外壁面から直角に突き出るよう立体的に設置する構造であり、鉛直方向に設置されるので降雨を直接受けることが少ない上、ガラス表面はセラミックス印刷が施されている故、付着した塵埃は容易に洗い流されるので、発電効率の低下を防止することができる。
設置可能なパネルの大きさは、大きければ大きいほど受光面積は大きくなるが、取り付け強度に限界がある上、内部から外景を望む場合の圧迫感や建築物の外観状況を鑑み、幅、即ち短片方向が３００〜６００ｍｍ、長さ、即ち長手方向が階高に相当する程度、例えば２５００〜３０００ｍｍが望ましい。また、厚さは、片面受光太陽電池パネルを背中合わせにした両面受光型パネルの場合は２０〜３０ｍｍ程度となる。
また、本発明における設置構造で三角出窓状に組み立てる場合、２枚の片面受光型の太陽電池パネルの長辺を突き合わせる開角度θは、建築物外壁の方位によって異なるが、３０〜１２０度が適当で、好ましくは６０〜９０度である。
新築ビルへの設置は、躯体の横筋に固定されているアンカーボルトに、プレートを介して太陽電池パネルの長辺部に設けたボルト、ナット、ワッシャー等の設置金具を接合して壁面に固定すればよい。また、階高毎に外壁周囲の連続型バルコニーが設けられている場合は、設置金具による接合に加えて、太陽電池パネルの下端をバルコニー上に設置すればより安定する。
リニューアルによる後付けの場合は、躯体構造物に穴あけの後、ケミカルアンカーを固着し、これに太陽電池パネルの設置金具を固定すればよい。

本発明に係る太陽電池パネルの設置構造によれば、建築物の外壁に、三角出窓状に複数組取り付けることにより、建物一つ当たりの発電量を屋根部のアレイに加えて大幅に増加することができる上、設置する位置を建築士独自の発想によって設計されれば、建物のファッション性を向上させることができる。

また、本発明の太陽電池パネルをビル外壁面等にに設置するとき、光の反射防止、並びに環境景観に調和する文字、絵模様等の色彩装飾表示で太陽電池をカラフルに見せ、この広告装飾デザイン表示により太陽電池の本来の発電と併せ、環境を明るくしディスプレイ効果を付加でき、外装部材としての用途が拡がりを発揮するよう効果を奏する。
さらに、本発明に係る太陽電池パネルを壁面または屋根に設置するとき、そのカバーガラスにセラミックス印刷凸状膨隆部を形成した構成では、長期間屋外暴露の条件による汚れ堆積等も流れ易く防汚性に作用すると共に、凸部の片側周面に着色セラミックス・インキを用いて表面彩色層が層着され、他方の片側周面の露出部分に光透過性を残存せしめた構成では、光の反射防止、並びに表面彩色層の層着により環境景観に調和する文字、絵模様等の色彩装飾表示で太陽電池をカラフルに見せ、この広告装飾デザイン表示により太陽電池の本来の発電と併せ、環境を明るくし、ディスプレイ効果を増幅でき、その用途の拡がりを発揮するように働く。

以下、本発明に係る太陽電池パネルの設置構造の実施例を図面を示して説明するが、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明に係る片面受光型太陽電池パネルの要部断面説明図であり、建築物のデザイン性を損ねることなく、未利用部位である外壁面を有効に使って、屋根部の発電を補助する為に装着する両面受光太陽電池パネルであって、１は片面受光太陽電池パネル本体、２はカバーガラス、３はセラミック印刷凸状膨隆部、４は導電性電極層基体、５は絶縁保護層、６は裏面被覆材である。
図２は、本発明に係る片面受光型太陽電池パネルの設置構造例の要部断面説明図であり、片面受光型太腸電池パネル本体１は、躯体１６にボルト、ナット、ワッシャからなる設置金具１３を用いて取り付け固定装着されている。１１はプレート、１２はアンカーボルト、１４は縦筋、１５は横筋である。
図３は、本発明に係る片面受光太陽電池パネルを、建築物外壁面へ三角出窓状に設置した例を示す斜視図であり、該片面受光太陽電池パネルの複数設置例において、２はカバーガラス、２０は建築物外壁、２２は三角出窓状太陽電池パネルである。
図４は、本発明に係る片面受光型太陽電池パネルを三角出窓状に接合した要部断面図であり、２はカバーガラス、３はセラミック印刷凸状膨隆部、４は導電性電極層基体、５は絶縁保護層、６は裏面被覆材、８はフレーム、２１は接合金具、θは開角度である。
図５は、ビル外壁面への本発明に係る太陽電池パネルと他の両面受光型太陽電池パネルとの組み合わせ設置例を示す斜視図である。２はカバーガラス、２０は建築物外壁、２２は三角出窓状太陽電池パネル、２３は両面受光型太陽電池パネルである。

本発明に係る片面受光太陽電池パネルの要部断面説明図である。本発明に係る片面受光太陽電池パネルの設置構造例の要部断面説明図である。本発明に係る太陽電池パネルのビル外壁面へ三角出窓状に設置した構造を示す斜視図である。本発明の三角出窓状に組み立て接合した太陽電池バネルの要部断面図である。本発明に係る太陽電池パネルと他の両面受光型太陽電池電との組み合わせ設置例を示す斜視図である。

１片面受光太陽電池パネル本体
２カバーガラス
３セラミック印刷凸状膨隆部
４導電性電極層基体
５絶縁保護層
６裏面被覆材
８フレーム
１１プレート
１２アンカーボルト
１３設置金具
１４縦筋
１５横筋
１６躯体
２０建築物外壁
２１接合金具
２２三角出窓状太陽電池パネル
２３両面受光型太陽電池パネル

Claims

ビル壁面又は屋上等の広い受光面を有する建築物に立体的に設置する太陽電池パネルの設置構造であって、該建築物の外壁面から直角に突き出るように両面受光太陽電池パネルを設置してなり、前記太陽電池パネルが、２枚の片面受光太陽電池パネルを受光面を外側にして長辺を突き合わせ三角出窓状に組み立てて設置してなることを特徴とする太陽電池パネルの設置構造。
前記太陽電池パネルの２枚の片面受光太陽電池パネルを受光面を外側にして長辺を突き合わせ、その開角度θを３０〜１２０度の範囲とし三角出窓状に組み立ててなる請求項１記載の太陽電池パネルの設置構造。
前記太陽電池パネルのカバーガラスの基体表面に、セラミックス・インキを用いて、スクリーン印刷法により凸状膨隆部が形成され、該凸状膨隆部の少なくとも頂点中心垂直線のいずれか一方の片側周面に着色セラミックス・インキを用いて表面彩色層が層着された構成からなる請求項１ないし２記載の太陽電池パネルの設置構造。
前記凸状膨隆部での凸部の片側周面に着色セラミックス・インキを用いて表面彩色層が層着され、他方の片側周面の露出部分に光透過性を残存せしめた構成において、光透過性を有する非印刷部と表面彩色層の印刷部を上下に配設した構成からなる請求項１ないし３記載の太陽電池パネルの設置構造。