JP5528398B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽エネルギーを利用して発電を行う太陽電池モジュールに関わるものであり、瓦と混在し、瓦と同様の段葺き施工を可能とした屋根材型の太陽電池モジュールに関するものである。

近年、環境負荷低減のため、太陽エネルギーを利用して発電を行う太陽光発電を屋根上に設置した住宅が増えつつある。太陽光発電は既存の屋根の上に設置する屋根置き型と、屋根材と同時に施工され、屋根材の機能を有する屋根材型に大きく大別される。特に、新築住宅においては、働き長さを瓦と同一とし、働き幅を瓦の整数倍とすることで、瓦と混在し、瓦と同様の段葺き施工を可能とした屋根材一体型太陽電池モジュールが外観上好ましく多く採用されている。

このような屋根材一体型太陽電池モジュールの一例として、太陽電池セルを透光性のあるガラスや樹脂で封止し、周囲にフレームを備えた太陽電池モジュールがあり、フレームには瓦と同様に、屋根下地への固定機能、屋根下地へ雨水が浸入することを防止するための水返し、排水機能、風による太陽電池モジュールの吹き上がりを防止する機能などが要求される。更に、万が一太陽電池モジュールが故障した場合に容易に修理、交換ができるように配慮する必要がある。

特許文献１に開示された太陽電池モジュールにおいては、ガラスや樹脂などの透光体と太陽電池セルを張り合わせた太陽電池を備えた太陽電池モジュール本体と、この太陽電池モジュール本体を保持するケーシングから構成され、結合ネジにより、太陽電池モジュール本体とケーシングを連結する構造となっている。

この太陽電池モジュールは、軒側に設置された太陽電池モジュールの棟側フレームに設けられた折り返し付延長片と、棟側に設置する太陽電池モジュールの軒側固定金具の係合部を嵌合し、棟側に設置する太陽電池モジュールの棟側固定金具を釘などで野地板上に固定される。

また、太陽電池モジュールの軒側フレームに備えた当接部と、棟側フレームにおける被当接部に備える上方突出部により雨返し構造を形成し、屋根下地上への雨水の浸入を防止している。

また、太陽電池モジュールの取り外しは、軒側太陽電池モジュールと棟側太陽電池モジュールの太陽電池モジュール本体とケーシングを締結している結合ネジを外し、棟側太陽電池モジュールを持ち上げ、軒側太陽電池モジュールを引き出すことで、太陽電池モジュールを取り外すことができる。取り外しの際、軒側太陽電池モジュールの棟側フレームに設けられた上方突起部が、棟側太陽電池モジュールの当接部に係合する構造となっているため、軒側太陽電池モジュールを持上げない限り、軒側太陽電池モジュールを取り外すことはできない。これにより、軒側太陽電池モジュールが不用意に滑り落ちない構造となっている。

特開２００４−２７７３３号公報

しかしながら、上記従来の太陽電池モジュールでは、太陽電池モジュールのフレームに要求される機能、即ち、屋根下地への固定機能、屋根下地へ雨水が浸入することを防止するための水返し、排水機能、風による太陽電池モジュールの吹き上がりを防止する機能、容易に太陽電池モジュールを取り外す機能、取り外しの際の落下防止機能を満足するために構造が複雑となっている。

太陽電池モジュールの固定は野地板ではなく、本来であれば、瓦同様に、野地板上に設けられた桟木に固定し、風荷重に対する固定強度の向上や、野地板上を流れる雨水による雨漏りの危険を低減することが望ましいが、上記従来の太陽電池モジュールでは、構造が複雑であるために、所定の空間ではフレームに要求される機能を達成することができず、その結果、フレームが大型化し、桟木固定ができないという課題がある。

仮に、上記の太陽電池モジュールの構造で桟木固定を行った場合、太陽電池モジュールに占めるフレームの面積が大きくなるため、太陽電池セルの敷設面積が小さくなり、太陽電池モジュールの発電量が小さくなるという課題がある。

更には、フレームが大型化するため、フレームを製造するための設備や、フレーム自体のコストが増大するという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストが増大することのない簡素な構造でフレーム間の隙間から浸入しようとする雨水を効果的に抑制することができる太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池モジュールは、平板状の太陽電池部と、太陽電池部の軒側縁部にはめ込まれた軒側フレームと、太陽電池部の棟側縁部にはめ込まれた棟側フレームとを備え、軒側フレームは、太陽電池部の軒側の辺に沿って延びるフレーム本体と、フレーム本体の上部に棟側に開口して形成され太陽電池部の軒側縁部をはめ込む狭持溝と、フレーム本体の下端部から棟側に突出する折り返し部とを有し、棟側フレームは、太陽電池部の棟側の辺に沿って延びるフレーム本体と、フレーム本体の上部に軒側に開口して形成され太陽電池部の棟側縁部をはめ込む狭持溝と、フレーム本体の上部より棟側斜め上方に突き出して形成され狭持溝の上面をつたわり浸入する雨水をせき止める水返し部と、水返し部の下方でフレーム本体の棟側の外面に棟側に突き出して樋状に設けられ水返し部を乗り越えて浸入する雨水を捕獲して外部に排水する雨樋部とを有し、建造物の屋根上に傾斜方向に複数枚が上下端部を重ね合わせながら段葺き状に設置された状態においては、軒側に設置された第１の太陽電池モジュールの棟側フレームの狭持溝の上面に、棟側に設置された第２の太陽電池モジュールの軒側フレームの折り返し部の下面が当接して重なり、棟側フレームと軒側フレームの当接した箇所の軒側において、折り返し部と水返し部との間には、当接した箇所から浸入した雨水が毛細管現象を起こさない程度の空間が形成されていることを特長とする。

本発明によれば、軒側フレームのフレーム本体の上部より棟側斜め上方に突き出して形成され狭持溝の上面をつたわり浸入する雨水をせき止める水返し部を有し、また、水返し部の下方でフレーム本体の棟側の外面に棟側に突き出して樋状に設けられ水返し部を乗り越えて浸入する雨水を捕獲して外部に排水する雨樋部を有し、さらに折り返し部と水返し部との間には、当接した箇所から浸入した雨水が毛細管現象を起こさない程度の空間を有しているので、簡素な構造でコストが増大することなく、フレーム間の隙間から浸入しようとする雨水を効果的に抑制することができるという効果を奏する。

図１は、太陽電池モジュールの本実施の形態の正面図である。 図２は、太陽電池モジュールの軒側フレームの断面図である。 図３は、太陽電池モジュールの棟側フレームの断面図である。 図４は、太陽電池モジュールの固定金具の断面図である。 図５は、太陽電池モジュールを屋根傾斜方向に並べて取り付けた様子の断面図である。 図６は、太陽電池部、棟側フレーム、軒側フレーム及び固定金具の組み立てる様子を示要部の断面図である。 図７は、太陽電池部、棟側フレーム、軒側フレーム及び固定金具の組み立てた後の様子を示す断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、太陽電池モジュールの本実施の形態の正面図である。本実施の形態にかかる太陽電池モジュール１は図１に示すように、概略平板状の太陽電池部２と、この太陽電池部２の外周縁部を囲繞するようにして覆うフレーム枠（すなわち、軒側フレーム３、棟側フレーム４、右側面側フレーム５及び左側面側フレーム６）と、太陽電池モジュール１の裏面で太陽電池部２から所定距離間隔を開けて全面的にカバーする屋根下地固定金具（以降、単に固定金具）７（図４，５）を含んで構成されている。

図２は、太陽電池モジュール１の軒側フレーム３の断面図である。軒側フレーム３はアルミの押し出し加工等にて作製され全長にわたってほぼ同じ断面形状を成している。軒側フレーム３は、太陽電池部２の軒側の辺に沿って延びるフレーム本体３０と、フレーム本体３０の上部の棟側に、開口を棟側に向ける断面Ｕ字型を成し、フレームの長手方向に沿ってほぼ全長にわたって形成され、太陽電池部２の軒側縁部をはめ込む狭持溝３１と、フレーム本体３０の下端部から、フレームの長手方向に沿ってほぼ全長にわたって棟側に突出する折り返し部３３とを含んで構成されている。狭持溝３１と折り返し部３３の間のフレーム本体３０には、固定金具７をねじ止めする為の固定金具固定穴３２が穿孔されている。

軒側フレーム３の狭持溝３１は太陽電池部２を狭持できるように、Ｕ字型の形状で棟側に突出している。また、固定金具固定穴３２は軒側から締結ネジ８の取り外しが可能となるように、軒側正面に設けられている。また、折り返し部３３は棟側に９０°折れ曲がるようにして突出しており、その先端部には面取加工が施され斜め下方に面を向けるように傾斜面３４が形成されている。

図３は、太陽電池モジュール１の棟側フレーム４の断面図である。軒側フレーム３と同じように棟側フレーム４は、アルミの押し出し加工等にて作製され全長にわたってほぼ同じ断面形状を成している。棟側フレーム４は、太陽電池部２の棟側の辺に沿って延びるフレーム本体４０と、フレーム本体４０の上部の軒側に、開口を軒側に向ける断面Ｕ字型を成し、フレームの長手方向に沿ってほぼ全長にわたって形成され、太陽電池部２の軒側縁部をはめ込む狭持溝４１を有している。

棟側フレーム４は、さらに、フレームの長手方向に沿ってほぼ全長にわたって形成され、フレーム本体４０の上部より棟側斜め上方に突き出して形成され、重なり合う太陽電池モジュール１の隙間から浸入する雨水をせき止める水返し部４２と、この水返し部４２の下方で、フレーム本体４０の棟側の外面に棟側に突き出して樋状に設けられ、水返し部４２を乗り越えて浸入する雨水を捕獲して外部に排水する雨樋部４３とを有している。

フレーム本体４０の下端部は、棟側に折り曲げられて、固定金具７と係合する固定金具係合部４４となっている。棟側フレーム４は、固定金具係合部４４を棟側フレーム係止部７３（図４）に保持されて固定金具７上に固定される。

このように棟側フレーム４には、太陽電池部２を狭持するための狭持溝４１と、雨水の浸入を防止する水返し部４２と、万が一、水返し部４２を超えて雨水が浸入した場合に、屋根下地上に雨水が浸入することを防止し、排水するための雨樋部４３と、固定金具７と係合する固定金具係合部４４とを有している。

また、棟側フレーム４の狭持溝４１は太陽電池部２を狭持できるように、Ｕ字型の形状を成し軒側に突出している。また、水返し部４２は棟側斜め上方に突出し、狭持溝４１の上面４５より高さＨ（５ｍｍ程度）だけ高い位置に設けられ（図６）、傾斜面４６を持っている。また、雨樋部４３は水返し部４２を超えて浸入した雨水を確実に捕獲できるように、水返し部４２よりさらに軒側に延び、樋として働くように先端縁部が斜め上方に折り曲げられている。なお、雨樋部４３に溜まった雨水は、図示しない排水路により太陽電池モジュール１の外部に誘導され、太陽電池モジュール１下の屋根下地に滴下することはない。

図４は、太陽電池モジュール１の固定金具７の断面図である。固定金具７は、太陽電池部２の裏面を覆う概略平板状を成し、太陽電池モジュール１の裏面にはめ込まれて、軒側フレーム３及び棟側フレーム４とともに、太陽電池部２を屋根上に支持する。

図５は、太陽電池モジュール（１Ａ、１Ｂ）を瓦とともに屋根傾斜方向に並べて取り付けた様子の断面図である。図６は、太陽電池部２、軒側フレーム３、棟側フレーム４及び固定金具７の組み立てが完了した様子を示す要部の断面図である。図７は、太陽電池部２、軒側フレーム３、棟側フレーム４及び固定金具７の組み立てが完了した後の様子を示す要部の断面図である。

固定金具７Ｂ（太陽電池モジュール１Ａの固定金具を７Ａ、太陽電池モジュール１Ｂの固定金具を７Ｂとする）は、軒側フレーム３の折り返し部３３の内側にはめ込まれて締結され、これにより軒側フレーム３を支持するための軒側フレーム固定部７１と、軒側に配置された第１の太陽電池モジュール１Ａの棟側フレーム４の水返し部４２と係合して押し止めることで棟側フレーム４を支持する軒側太陽光モジュール係止部７２と、棟側フレーム４の固定金具係合部４４と係合して棟側フレーム４を支持する棟側フレーム係止部７３とを含んで構成されている。軒側フレーム固定部７１には、軒側フレーム固定穴７５が形成されている。また、軒側フレーム固定部７１と反対側の端部には、固定金具７を桟木に固定する釘１０４（図５，６）を挿入するための桟木固定穴７４が形成されている。

軒側フレーム固定部７１は軒側端部が上方に９０°折り曲げて形成され、軒側フレーム３の狭持溝３１と折り返し部３３との間に挿入され、固定金具固定穴３２及び軒側フレーム固定穴７５を貫通する締結ネジ８により軒側フレーム３と締結されて軒側フレーム３を支持する。軒側太陽光モジュール係止部７２は、固定金具本体７０裏面に軒側に開口を向けて断面鉤型状に形成され、棟側フレーム４に支持されている。棟側フレーム係止部７３は、固定金具本体７０の上面に開口を棟側に向けて断面鉤型状に設けられ、棟側フレーム４の固定金具係合部４４を挟み込む、これにより棟側フレーム４は固定金具７Ａに支持されている。固定金具７の棟側は、桟木固定穴７４を貫通する釘１０４（図５，６）により、直接桟木に固定されている。

次に、このような構造の太陽電池モジュール１の施工方法について説明する。図５は、太陽電池モジュール１を屋根傾斜方向に並べて取り付けた様子の断面図である。図５において、第１の太陽電池モジュール１Ａと第２の太陽電池モジュール１Ｂとは、住宅の屋根下地１０１上に瓦１０２と混在して設置される。軒側に設置された瓦１０２の棟側に第１の太陽電池モジュール１Ａの一部が重なるように段葺き状に軒側から施工され、第１の太陽電池モジュール１Ａは、桟木固定穴７４を用いて桟木１０３に釘１０４で固定される。

軒側に第１の太陽電池モジュール１Ａが施工されている場合も、同様に、棟側の第２の太陽電池モジュール１Ｂが、軒側の第１の太陽電池モジュール１Ａの棟側の一部が重なるように段葺き状に施工され、桟木固定穴７４を用いて、桟木１０３に釘１０４で固定される。

このように、本実施の形態の太陽電池モジュール１は桟木１０３に固定されるため、野地板などの屋根下地１０１に直接固定した場合に比べて、釘の引き抜き強度は向上し、太陽電池モジュール１の脱落の危険を低減することができる。また、屋根下地１０１上を流れる雨水による雨漏りの危険を低減することができる。

第１の太陽電池モジュール１Ａと第２の太陽電池モジュール１Ｂが段葺き状に施工された状態において、軒側に設置された第１の太陽電池モジュール１Ａの棟側フレーム４の狭持溝４１の上面４５に、棟側に設置された第２の太陽電池モジュール１Ｂの軒側フレーム３の折り返し部３３の下面が当接して重なり、棟側フレーム４の上に軒側フレーム３が支持される。

軒側の第１の太陽電池モジュール１Ａの棟側フレーム４の水返し部４２の傾斜面４６と、棟側の第２の太陽電池モジュール１Ｂの軒側フレーム３の折り返し部３３の下面に形成された傾斜面３４（図２）とは、ほぼ平行に対向し１０ｍｍ程度の幅Ｄだけ離れている。つまり、密着して当接する棟側フレーム４の狭持溝４１の上面４５と軒側フレーム３の折り返し部３３の下面との密着箇所に隣接して棟側に幅Ｄの隙間（緩衝空間）が形成されている。さらに、水返し部４２は狭持溝４１の上面４５よりも５ｍｍ程度高い堤を形成している。さらに、水返し部４２の下方には雨樋部４３が設けられている。

以上のような構造とすることにより、密着する軒側フレーム３の折り返し部３３の下面と棟側フレーム４の狭持溝４１の上面４５の間とに、仮に隙間が発生して毛細管現象により雨水の浸入が発生した場合でも、また、強風による雨水の浸入が発生した場合でも、１０ｍｍ程度の幅Ｄにて設けられた隙間（緩衝空間）と、高さ５ｍｍ程度の水返し部４２による防水と、さらにこれらの防水構造を超えて雨水が浸入した場合も、雨樋部４３による排水構造により、屋根下地１０１上に雨水が浸入することを確実に防止することができる。

すなわち、本実施の形態の太陽電池モジュール１によれば、建造物の屋根上に傾斜方向に複数枚が上下端部を重ね合わせながら段葺き状に設置された状態で、軒側に設置された第１の太陽電池モジュール１Ａの棟側フレーム４の狭持溝４１の上面４５に、棟側に設置された第２の太陽電池モジュール１Ｂの軒側フレーム３の折り返し部３３の下面が当接して重なり、軒側フレーム３と棟側フレーム４の当接した箇所の軒側において、折り返し部３３と水返し部４２との間には、当接した箇所から浸入した雨水が毛細管現象を起こさない程度の空間が形成されている。そのため、軒側フレーム３と棟側フレーム４の間から浸入した雨水は、効果的に浸入を抑制される。

また、軒側の第１の太陽電池モジュール１Ａの水返し部４２に、棟側の第２の太陽電池モジュール１Ｂの裏面に設けられた軒側太陽光モジュール係止部７２が係合する構造となっており、この構造により、風により、棟側の第２の太陽電池モジュール１Ｂが吹き上がり、破損することを防止している。

また、例えば、太陽電池モジュール１Ａが故障した場合は、軒側の第１の太陽電池モジュール１Ａの締結ネジ８ａと、棟側の第２の太陽電池モジュール１Ｂの締結ネジ８ｂを外し、軒側の第１の太陽電池モジュール１Ａを軒側に引き出すことで、第１の太陽電池モジュール１Ａを取り外すことが可能である。その際に、棟側の第２の太陽電池モジュール１Ｂの傾斜面４６に沿って、軒側の第１の太陽電池モジュール１Ａの折り返し部３３の傾斜面がスライドし、棟側の第２の太陽電池モジュール１Ｂが持ち上がるため、第２の太陽電池モジュール１Ｂを持上げるという作業が不要となり、容易に太陽電池モジュール１Ａを取り外すことが可能となる。

一方、第１、第２の太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂは、引出す際に所定の力が必要であり、仮に、軒側の第１の太陽電池モジュール１Ａの締結ネジ８ａと、棟側の第２の太陽電池モジュール１Ｂの締結ネジ８ｂを外した状態で放置したとしても、自重で太陽電池モジュール１が落下することはない。

以上のように、本実施の形態の太陽電池モジュール１によれ、フレームに要求される機能、即ち、屋根下地への固定機能、屋根下地へ雨水が浸入することを防止するための水返し、排水機能、風による太陽電池モジュールの吹き上がりを防止する機能、容易に太陽電池モジュールを取り外す機能、取り外しの際の落下防止機能を省スペース、かつ、簡易な構造で実現することが可能となる。その結果、太陽電池モジュールを安価に製造できるとともに、太陽電池部の設置面積を大きくし、発電量の大きな太陽電池モジュールを得るという効果を奏する。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、平板状の太陽電池部と、太陽電池部の軒側縁部にはめ込まれた軒側フレームと、太陽電池部の棟側縁部にはめ込まれた棟側フレームとを備る太陽電池モジュールに適用されて有用なものであり、特に建造物の屋根上に傾斜方向に複数枚が上下端部を重ね合わせながら葺き状に設置される太陽電池モジュールに適用されて好適なものである。

１ 太陽電池モジュール
１Ａ 第１の太陽電池モジュール
１Ｂ 第２の太陽電池モジュール
２ 太陽電池部
３ 軒側フレーム
４ 棟側フレーム
５ 右側面側フレーム
６ 左側面側フレーム
７，７Ａ，７Ｂ 屋根下地固定金具（固定金具）
８，８ａ，８ｂ 締結ネジ
３０ フレーム本体
３１ 狭持溝
３２ 固定金具固定穴
３３ 折り返し部
４１ 狭持溝
４２ 水返し部
４３ 雨樋部
４４ 固定金具係合部
４５ 狭持溝の上面
４６ 傾斜面
７１ 軒側フレーム固定部
７２ 軒側太陽光モジュール係止部
７３ 棟軒側フレーム係止部
７４ 桟木固定穴
７５ 軒側フレーム固定穴
１０１ 屋根下地
１０２ 瓦
１０３ 桟木
１０４ 釘

Claims (5)

1. 平板状の太陽電池部と、前記太陽電池部の軒側縁部にはめ込まれた軒側フレームと、前記太陽電池部の棟側縁部にはめ込まれた棟側フレームと、前記太陽電池部の裏面にはめ込まれて前記軒側フレーム及び前記棟側フレームとともに、前記太陽電池部を屋根上に支持する概略平板状の固定金具とを備え、
   前記軒側フレームは、前記固定金具がねじ止めされる固定金具固定穴が穿孔されており、前記太陽電池部の軒側の辺に沿って延びる軒側フレーム本体と、前記軒側フレーム本体の上部に棟側に開口して形成され前記太陽電池部の軒側縁部をはめ込む軒側挟持溝と、前記軒側フレーム本体の下端部から棟側に突出する折り返し部とを有し、
   前記棟側フレームは、前記太陽電池部の棟側の辺に沿って延びる棟側フレーム本体と、前記棟側フレーム本体の上部に軒側に開口して形成され前記太陽電池部の棟側縁部をはめ込む棟側挟持溝と、前記棟側フレーム本体の上部より棟側斜め上方に突き出して形成され前記棟側挟持溝の上面をつたわり浸入する雨水をせき止める水返し部と、前記水返し部の下方で前記棟側フレーム本体の棟側の外面に棟側に突き出して樋状に設けられ前記水返し部を乗り越えて浸入する雨水を捕獲して外部に排水する雨樋部と、前記棟側フレーム本体の下端部を棟側に折り曲げて形成された固定金具係合部とを有し、
   前記固定金具は、前記軒側フレームの前記折り返し部の内側にはめ込まれて前記軒側フレーム本体にねじ止めされる軒側フレーム固定部と、該軒側フレーム固定部が前記軒側フレーム本体にねじ止めされている第２の太陽電池モジュールの前記固定金具係合部に係合して前記第２の太陽電池モジュールの前記棟側フレームを支持する棟側フレーム係止部を上面に備え、かつ、前記第２の太陽電池モジュールの軒側に設置された第１の太陽電池モジュールの前記水返し部の先端に係合して、前記第２の太陽電池モジュールの吹き上がりを防止する軒側モジュール係止部を下面に備えており、
   建造物の屋根上に傾斜方向に複数枚が上下端部を重ね合わせながら段葺き状に設置された状態においては、前記第１の太陽電池モジュールの前記棟側フレームの前記棟側挟持溝の上面に、前記第２の太陽電池モジュールの前記軒側フレームの折り返し部の下面が当接して重なり、
   前記棟側フレームと前記軒側フレームの前記当接した箇所の軒側において、前記折り返し部と前記水返し部との間には、前記当接した箇所から浸入した雨水が毛細管現象を起こさない程度の空間が形成されている
   ことを特長とする太陽電池モジュール。
2. 前記折り返し部の棟側先端部は、前記水返し部と対向するように斜め下方に面を向ける斜面を有し、
   前記空間は、向き合って対向する前記折返し部の傾斜面と前記水返し部の前記傾斜面との間に形成されている
   ことを特長とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記固定金具は、端部に穿孔された桟木固定穴を貫通する釘により桟木に固定されている
   ことを特長とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記折り返し部の前記傾斜面と前記水返し部の前記傾斜面との幅が１０ｍｍ程度である
   ことを特長とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記棟側フレームの前記水返し部は、前記棟側挟持溝の上面より５ｍｍ程度の高さまで延びている
   ことを特長とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

Images