(57)【要約】【課題】風揚力に抗する軽量光起電ルーフィング・アセンブリを提供する。【解決手段】四角形で表面及び裏面を備えた光起電モジュール１０４，１０６，１０８と、支持面に配置されるべく寸法形成されかつ形状構成されたスペーサ１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４，１２６とを有し、スペーサ１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２１２４，１２６は、支持面の表面に設けられ、光起電モジュール１０４，１０６，１０８の裏面と支持面との間に開放領域１２３を形成するとともに、光起電モジュール１０４，１０６，１０８の少なくとも一組の対向する二辺に、開放領域１２３を前記光起電モジュールの表面に流体接続するアクセス開口部を形成する光起電アセンブリ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角形で表面及び裏面を備えた光起電モジュールと、
支持面に配置されるべく寸法形成されかつ形状構成されたスペーサとを有し、
前記スペーサは、前記支持面の表面に設けられ、前記光起電モジュールの裏面と前記支持面との間に開放領域を形成するとともに、
前記光起電モジュールの少なくとも一組の対向する二辺に、前記開放領域を前記光起電モジュールの表面に流体接続するアクセス開口部を形成する光起電アセンブリ。
【請求項２】
前記アクセス開口部は四角形の各辺の５％乃至５０％に沿って広がっている請求項１に記載の光起電アセンブリ。
【請求項３】
前記スペーサが前記光起電モジュールと断熱部材との間に位置し、前記断熱部材は前記スペーサを固定可能である請求項１に記載の光起電アセンブリ。
【請求項４】
前記スペーサと断熱部材とは、前記光起電モジュールの高さを可変である可変高さ支持構造体を形成する請求項３に記載の光起電アセンブリ。
【請求項５】
前記光起電モジュールと、前記断熱部材と、スペーサとは、合計で、１平方フィートあたり２乃至４ポンドの重量を有する請求項３に記載の光起電アセンブリ。
【請求項６】
前記光起電アセンブリは、前記光起電モジュールと、スペーサと、断熱材とを互いに係合させて、一体型アセンブリを形成するための手段を有する請求項３に記載の光起電アセンブリ。
【請求項７】
建物の屋根の上に配置されるべく寸法形成されかつ形状形成された複数のスペーサと、  前記スペーサ上に配設されて一つの光起電列を形成する複数の四角形の光起電モジュールとを有し、
前記スペーサは、前記光起電モジュールの裏面の前記四角形の各辺に沿って前記屋根の表面に設けられ、前記光起電モジュールの裏面と屋根の表面との間に開放領域を形成するとともに、前記光起電モジュールの少なくとも一組の対向する二辺に、前記開放領域を前記光起電モジュールの表面に流体接続するアクセス開口部を形成し、
前記アクセス開口部は四角形の各辺の長さの５％乃至５０％に沿って広がっている光起電アセンブリ。
【請求項８】
前記複数のスペーサは、前記光起電モジュールに接続され、一体ユニットを形成している請求項７に記載の光起電アセンブリ。
【請求項９】
前記光起電列を形成する前記光起電モジュールが互いに離間された状態で配設されるとともに、前記光起電列に沿って設けられた複数の前記スペーサが互いに接近して配設されている請求項７に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１０】
前記光起電列の周部に配設され、かつ、前記光起電列と接続されて、一つの一体列アセンブリを形成する周部縁部を有し、前記周部縁部は互いに接続され、前記一体列アセンブリが互いに接続されている請求項７に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１１】
ルーフィング膜上に一つの層として配設された複数の断熱ブロックと、
前記断熱ブロックの表面に配置されるべく寸法形成された複数のスペーサと、
前記スペーサ上に配設されて一つの光起電列を形成する複数の四角形の光起電モジュールとを有し、
前記スペーサは、前記光起電モジュールの裏面と前記断熱ブロックとの間に開放領域を形成するとともに、前記光起電モジュールの少なくとも一組の対向する二辺に、前記開放領域を前記光起電モジュールの表面に流体接続するアクセス開口部を形成する光起電アセンブリ。
【請求項１２】
スペーサを四角形の光起電モジュールに接続するステップと、
前記スペーサが、前記光起電モジュールの裏面に開放領域を形成するとともに、前記四角形の四辺のうちの少なくとも一組の対向する二辺に前記開放領域内へのアクセス開口部を形成するべく、前記スペーサを寸法構成及び位置決めするステップと、
前記スペーサを断熱層に接続して、三部分一体アセンブリを形成するステップと、
屋根を貫通する貫通部を形成することなく、前記三分一体アセンブリを一つの層としてルーフィング膜上に設置して光起電列を形成するステップとを
有する光起電ルーフィング・アセンブリの製造方法。
【請求項１３】
前記三部一体アセンブリの複数に相互係合可能な側方縁部を設けるステップと、
隣接する前記三部一体アセンブリの前記側方縁部同士を互いに係合させた状態で、前記複数の前記三部一体アセンブリを配置するステップと、
前記周部に周部縁部材を接続して前記列を安定化させるステップと
を有する請求項１２に記載の光起電ルーフィング・アセンブリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、米国エネルギ省によって授与された協定Ｎｏ．ＦＧ０１−９５ＥＥ１５６３８に基づく米国政府援助によってなされたものである。本発明は、概して、光起電ルーフィング・アセンブリに関し、詳しくは、ルーフィング貫通部を必要とせず、しかも、特殊な構成部材寸法形状に依り、一体アセンブリとして機能することによって、風揚力に抗する軽量光起電ルーフィング・アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラ・セルのコスト低下に伴い、光起電システムの作動に必要なソーラ・セル以外の部材のコストがシステム全体のコストを支配し始めている。この理由に依り、光起電セルが従来の建築材料に取って代わる場合に、ソーラ・セル以外の部材を除去又は削減する光起電アセンブリを開発しようとする傾向が徐々に高まっている。光起電材料に基づく新製品が、風負荷や環境応力等の環境的要因に対して安全性を維持するように特に注意しなければならない。
【０００３】
従来の光起電ルーフィング・アセンブリとして、ウッドリング(Woodring)他に対して１９８９年１２月１２日に発行された米国特許第４，８８６，５５４号に示されたものがある（特許文献１）。このウッドリングのアセンブリは、ルーフィング膜の上に一つの層として配設された複数の断熱ブロックと、これら複数の断熱ブロックの上に一つの層として配設された複数のコンクリート舗装材と、これら各舗装材上に支持された複数の光起電セルとを有している。ウッドリングのアセンブリの一つの重要な特徴は、ソーラ・セルを前記支持舗装材に取り付けたことにある。
【０００４】
別の従来式ソーラー・ルーフィング・アセンブリが、フランコビッチ(Francovitch)に対して１９８７年６月２３日に発行された米国特許第４，６７４，２４４号に示されている（特許文献２）。このフランコビッチのアセンブリは、実質的に平坦な屋根基材と、その上に配設され、傾斜面を有する断熱構造体と、前記基材と構造体との上に配設され、かつ、これら基材及び構造体に塗布、支持されて、光セル列を支持するエラストマ膜とを有している。このアセンブリの重要な特徴は、ソーラ・セルをルーフィング膜に直接に取り付けたことにある。
【０００５】
光起電ルーフィング・アセンブリに関するその他の特許としては、ディッペル(Dippel)に対して１９８９年６月６日に発行された米国特許第４，８３５，９１８号（特許文献３）、ホーリー(Hawley)に対して１９８０年２月２６日に発行された第４，１８９，８８１号（特許文献４）、ラインクラム(Leinkram)他に対して１９７３年１０月３０日に発行された第３，７６９，０９１号（特許文献４）、フォレスティエリ(Forestieri)他に対して１９７７年８月９日に発行された第４，０４０，８６７号（特許文献５）、テナント(Tennant)に対して１９８２年３月２３日に発行された第４，３２１，４１６号（特許文献６）、ラーリー(Laaly)他に対して１９８９年８月２９日に発行された第４，８６０，５０９号（特許文献７）、ナス(Nath)他に対して１９９２年３月に発行された第５，０９２，３９３号（特許文献８）、メルキアー(Melchior)に対して１９９２年５月に発行された第５，１１２，４０８号（特許文献９）、アメス(Ames)に対して１９８３年６月２１日に発行された第４，３８９，５３３号（特許文献１０）、レーシー(Lacey)に対して１９８７年６月３０日に発行された第４，６７７，２４８号（特許文献１１）、ローリングズ(Rawlings)に対して１９９４年８月１６日に発行された第５，３３８，３６９号（特許文献１２）、コハウツ(Cohausz)他に対して１９８６年４月５日に発行されたドイツ特許第ＤＥ  ３６１１５４２  Ａ１号（特許文献１３）、１９９１年９月２日に発行された日本国特許第３−２００３７６号（特許文献１４）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，８８６，５５４号公報
【特許文献２】米国特許第４，６７４，２４４号公報
【特許文献３】米国特許第４，８３５，９１８号公報
【特許文献４】米国特許第４，１８９，８８１号公報
【特許文献５】米国特許第４，０４０，８６７号公報
【特許文献６】米国特許第４，３２１，４１６号公報
【特許文献７】米国特許第４，８６０，５０９号公報
【特許文献８】米国特許第５，０９２，３９３号公報
【特許文献９】米国特許第５，１１２，４０８号公報
【特許文献１０】米国特許第４，３８９，５３３号公報
【特許文献１１】米国特許第４，６７７，２４８号公報
【特許文献１２】米国特許第５，３３８，３６９号公報
【特許文献１３】ドイツ特許第ＤＥ  ３６１１５４２  Ａ１号公報
【特許文献１４】特開平３−２００３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の特許文献１に示された光起電ルーフィング・アセンブリの取り付けには下記の問題がある。
ａ）屋根舗装材を備えることにより、アセンブリが必要以上に複雑化し、製造コストが高い。
ｂ）アセンブリは、ソーラ・セルとその他の構成部材が受ける温度を制限する対策を講じていない。ソーラ・セルは、温度上昇に伴いその効率が低下することが知られている。従って、温度低下のための機構を提供しなければ、アセンブリの運転効率は低下し、高温度に対する露出による知られていない長期的作用も受ける。
ｃ）断熱ブロック上に、コンクリート舗装材と光起電モジュールとの両方が配置されていることにより、断熱ブロックは、換気と湿気の排出とができない。その結果、湿気に晒された時、断熱ブロックの乾燥に時間がかかり、その断熱効果が低下するとともに、断熱ブロックが時間の経過に伴って劣化する。
ｄ）前記アセンブリは、その舗装材及びその固定手段を含めて、潜在的に種々の故障態様を内存している。これらの部材は、高温の厳しい気象条件下に２０−３０年間晒されることになる。層間剥離は、たとえどのようなものであっても許されない。層間剥離が起これば、風の負荷によってソーラ・セルの位置ずれが起こり、その下方の断熱材と膜層とが晒される可能性がある。
【０００８】
また、特許文献２に示された光起電ルーフィング・アセンブリの取り付け構造にも以下に示すいくつかの問題点がある。
ａ）前記アセンブリは、ソーラ・セルとルーフィング膜とが受ける温度を制限する手段を講じておらず、従って、ソーラ・セルの効率が低下するとともに、ルーフィング膜の寿命が短くなる。
ｂ）前記アセンブリは、前記ルーフィング膜にかかる熱応力とその固定手段とにより、潜在的に様々な故障態様を内存している。
ｃ）前記アセンブリは、前記保護ルーフィング膜を貫通するルーフィング固定部材を必要とし、これによって、その設置が必要以上に複雑化するとともに、コストが高くなる。更に、これらの貫通部によって、水漏れと、その結果としての建物とその内部の物の損傷のリスクが増加する。
【０００９】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、風揚力に抗する軽量光起電ルーフィング・アセンブリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光起電アセンブリの特徴構成は、四角形で表面及び裏面を備えた光起電モジュールと、支持面に配置されるべく寸法形成されかつ形状構成されたスペーサとを有し、前記スペーサは、前記支持面の表面に設けられ、前記光起電モジュールの裏面と前記支持面との間に開放領域を形成するとともに、前記光起電モジュールの少なくとも一組の対向する二辺に、前記開放領域を前記光起電モジュールの表面に流体接続するアクセス開口部を形成する点にある。
スペーサを備えた前記光起電モジュールは、好ましくは、インタロック縁部又は角部を有する。二つめの部分は、屋根舗装材の使用等の、屋根膜貫通部の形成を避ける、周部固定手段である。
【００１１】
前記光起電モジュール部は、建物屋根上に、太陽放射光に対して露出され、かつ、電気を伝達するように電気接続された状態で配置されている。前記舗装材部は、同じ建物上に配置され、スペーサを備えた前記光起電モジュールとインタロックする。前記周部のモジュールの縁部に沿って金属製雨押さえを載置してこの雨押さえを前記列の周部の周りにエンド・ツー・エンドで接続したり、あるいは、前記雨押さえを前記ルーフィング膜に固着する等、その他の周部固定手段も可能である。前記光起電モジュールは、バラスト、下側の膜と断熱層のＵＶ保護及び耐候保護等の、通常は屋根舗装材によって提供される複数の機能を果す。前記二つの部分は、協動で、セルフ・バラスト保護屋根カバーと、放射エネルギを収集するためのアセンブリとしての二つの機能を果す。
【００１２】
別の実施例に於いて、前記ソーラ・セル・ルーフィング・アセンブリは、三つの部分から形成される。第一の部分は、従来式のルーフィング膜上に載置される複数の断熱ブロックから成る。第二の部分は、スペーサと共に、前記複数の断熱ブロック上に載置される複数の光起電モジュールから成る。前記断熱ブロックと、前記光起電モジュールとスペーサとはインタロック縁部を有する。前記光起電モジュールは、バラスト、下側の膜と断熱層のＵＶ保護及び耐候保護等の、複数の機能を果す。第三の部分は、前記光起電モジュールの列の周部に位置して、この列全体を一つの一体アセンブリとして連結する、金属製雨押さえ又は従来式の屋根舗装材等の、周部固定手段である。他の周部固定手段も可能である。上記三つの部分は、協動で、保護膜屋根システムと、放射エネルギ収集のためのアセンブリとしての二つの機能を果す。
【００１３】
従って、本発明は以下のいくつかの特徴及び利点を提供する。
ａ）押さえつけのための屋根膜貫通部の必要性を無くしながら、建物の屋根に作用する風揚力に対して適切な抵抗を確保する、軽量光起電ルーフィング・タイル及びアセンブリのための詳細な寸法形状。
ｂ）従来のバラスト式屋根の約１／６ないし１／３の重量で、従って、追加の建築構造支持の必要性を軽減又は除去するルーフィング・アセンブリ。
ｃ）実質的にすべての多層及び単層膜と作用可能なアセンブリ、又、塩化フロンの無いアセンブリ。
ｄ）製品中の構成部材が、ルーフィング構成部材として、バラスト、下側の断熱材と防水膜の耐候、ＵＶ保護等の複数の機能を提供する、単純で低コストの光起電ルーフィング・アセンブリ。
ｅ）その単純な構造に依り製造が簡単な光起電ルーフィング・アセンブリ。
ｆ）従来式ルーフィングのコストとその設置とを不要とし、その光起電部の相乗的建築部材としての価値を高める光起電ルーフィング・アセンブリ。
ｇ）潜在的故障の態様が最小の製品。
ｈ）光起電技術のコスト競争性を高めることによって、社会的利益を提供するルーフィング・アセンブリ。これによって、クリーンで再生可能なエネルギ経済への移行が容易となり、空気汚染と地球温暖化を緩和するのに役立つ。
【００１４】
本発明の上記及びその他の課題、利点及び特徴は、添付図面を参照して本発明の好適実施例の記載からより完全に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る光起電アセンブリの第一実施形態の一例を示す図
【図２】本発明に係る光起電アセンブリの第一実施形態の別の例を示す図
【図３】本発明に係る光起電アセンブリの第二実施形態の一例を示す図
【図４】本発明に係る光起電アセンブリの第二実施形態の別の例を示す図
【図５】本発明に係る光起電アセンブリの第三実施形態の一例を示す図
【図６】本発明に係る光起電アセンブリの第三実施形態の別の例を示す図
【図７】光起電アセンブリの周部固定手段を示す図
【図８】光起電ルーフィング・アセンブリを備える建物の平面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１及び図２は、ルーフィング膜上に直接載置されたスペーサと、アセンブリ全体に対する風揚力を最小化するように構成されたスペーサ寸法形状を備える、本発明の一実施例の図であり、図３及び図４は、本発明の第二実施例の図である。ここで図１〜４の発明は、光起電モジュールのパネル化システムである。
図５及び図６は、複数のスペーサが一つの断熱ブロックに取り付けられ、かつ、アセンブリ全体に対する風揚力を最小化する寸法形状に構成された本発明の別実施例の図であって、光起電モジュールの位置のアウトラインは、図６（ｂ）に於いて破線によって図示されている。
図７は、本発明に依って設置される種々の周部固定手段を示す図である。
図８は、本発明に依って設置された光起電ルーフィング・アセンブリを備える建物の平面図である。
以下、これらの図面に基づいて説明する。
【００１７】
［ルーフィング膜上に直付けのスペーサ寸法形状］
図１（ａ）は、光起電アセンブリの断面図を示す。該アセンブリは、複数の光起電モジュール１０４，１０６，１０８と、それぞれ前記複数のモジュール１０４，１０６，１０８の下方に配置され、これらと一体、又は、これらに固定接続された複数の事前形成されたスペーサ、台座又は支持体１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２とを有する。スペーサ１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２は、ルーフィング膜１０２上に配置されている。光起電モジュール１０４，１０６，１０８と、これらに関連付けられたスペーサ１１２−１２２とは、前記光起電モジュールの下方に開放領域１２３を形成する。
【００１８】
膜１０２は、従来式の屋根フレーム（図示せず）上に支持されており、これに固定具、接着剤等の従来方法によって取り付けることができる。膜１０２は、又、従来式の屋根フレーム上に支持された断熱ブロック上に直に載置することも可能である。モジュール１０４，１０６，１０８は、電気伝導体（図示せず）によって電気接続され、かつ、モジュール列として配置されている。各モジュール１０４，１０６，１０８は、少なくとも一つの光起電セルを有する。光起電モジュールの具体例としては、ガラス、ステンレス鋼、又はセラミック製の基材上に、薄膜を堆積させたものであって、ソーラレックス社(Solarex Corporation)や、ユナイテッド・ソーラー・システム社(United Solar Systems Corporation)、エネジ・フォトボルタィク社(Energy Photovoltaics, Inc.)及びアストロパワー社(Astropower Inc.)等によって製造されているものや、アストロパワー社(Astropower Inc.)、ジーメンス・ソーラー・インダストリーズ社(Siemens Solar Industries)や、ソーラレックス社(Solarex Corporation)等によって製造されているもののような、単結晶又は多結晶シリコン・セルから成るモジュール、がある。
【００１９】
図１（ｂ）は、事前形成されたスペーサ１１６，１１８，１２４，１２６が膜１０２上に配設され、これらスペーサが固定接続、又は一体化されたモジュール１０６の縁部に沿って支持を提供しているアセンブリの詳細の平面図である。図１（ａ）のｈは、前記モジュールと前記ルーフィング膜との間の距離を示す。前記アセンブリの好ましい寸法は、ｈが、前記モジュールとその他の構成部材がそれに限定されるべき温度に応じて、２．５ｃｍ（１インチ）ないし１５．２ｃｍ（６インチ）の範囲である。前記光起電モジュールの寸法は、好ましくは、６１ｃｍ（２フィート）ｘ１２２ｃｍ（４フィート）ないし１２２ｃｍ（４フィート）ｘ２４４ｃｍ（８フィート）の範囲であり、この寸法は、風洞テスト評価によって、風揚力を最小化する観点から決められたものであり、この寸法は、ルーフィング設置作業員による取り扱いが容易である。
【００２０】
図２（ａ）は、スペーサ１３０，１３２，１３４がテーパ付きプロファイルを有し、膜１０２上に配設されて、これらスペーサが固定接続又は一体化されたモジュール１０４，１０６，１０８の為の支持を提供するアセンブリの別の詳細の断面図である。前記スペーサ１３０，１３２，１３４は、ガラス、コンクリート、プラスチック（真空成形等）、断熱ブロック、断熱ブロック上の一体コンクリート（Ｔ．クリア社(T. Clear Corporation)による“Ｌｉｇｈｔｇｕａｒｄ（商標）”として知られている製品等）、その他の材料、から形成できる。
【００２１】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に於いて、スペーサ１３２には、モジュール１０６の高い側と低い側とから、該モジュール１０６の下側へ自由な空気の交換を可能にする開口部１５０，１５２が事前形成されている。このような、図示されたスペーサ寸法形状による自由な空気の交換は、モジュール１０６の上側と下側との間の空気圧の瞬間的均衡化を助け、これによって風揚力のネット力を低減するべく、風洞テストによって決められたものである。
【００２２】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に於いて、スペーサ１３２には、前記モジュール１０６の高い縁部に沿った最高点から隣接するモジュール１０６の低い縁部に向けて下方に延出するテーパ付きプロファイル部１４０が事前形成されている。このテーパ付きプロファイル部１４０は、空気力学的風ブロックとして作用し、図面の右側から移動する風をモジュール１０６の上部を超えて流れさせ、そのモジュール１０６の裏側への侵入を阻止する。
【００２３】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に於いて、スペーサ１３２は、好ましくは、二つの縁部に沿った舌状プロファイル部１６０と、その他の二つの縁部に沿った溝状プロファイル部１６２とを有し、これによって、該スペーサ１３２は隣接するスペーサとインタロックする。この構成に依り、風揚力に対してより効果的に抵抗するべく、隣接する一体アセンブリ間にインタロック結合部が形成されている。しかしながら、どのような一体固定手段も可能である。
【００２４】
前記ソーラー・ルーフィング・アセンブリの好ましい製造方法は以下のように行われる。モジュール１０４，１０６，１０８を、製造工場又は現場に於いて、それぞれのスペーサ１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４，１２６（又は傾斜型モジュールの場合には、スペーサ１３０，１３２，１３４）に付着、接続、又はその他の方法で取り付ける。ルーフィング膜を屋根上に設置する。前記モジュールとスペーサとを、前記ルーフィング膜上に列状に配設する。前記光起電モジュールの周部の周りにルーフィング舗装材を配置して、モジュールの周部でインタロックさせる。この構造に依り、風揚力に抵抗しながら、軽量でありながら、単純で、組み立て容易なルーフィング・アセンブリが得られる。
【００２５】
上記アセンブリの利点として以下が含まれる。
１．前記アセンブリは、風揚力に抵抗するために、重量と、エッジ・ツー・エッジ接続と、スペーサ寸法形状とに依存することにより、従来のルーフィング・バラスト（４８．８−７３．２ｋｇ／ｍ2又は１０−１５ポンド／ｆｔ2）と比較して、軽量（９．７６−１９．５３ｋｇ／ｍ2又は２−４ポンド／ｆｔ2）である。
２．平坦な、又は、緩やかに傾斜した屋根上に使用可能な、前記光起電ルーフィング・アセンブリは、屋根を通す水漏れを最小限にする。
３．前記光起電ルーフィング・アセンブリは、バラスト、下側の膜層の耐候及びＵＶ保護を含む複数の機能を提供する。
４．ルーフィング構成部材とその取り付けとに取って代わることによって、光起電モジュールの価値が高められ、これによって、クリーンで再生可能な資源からのエネルギのコスト競争力が高められる。
５．前記アセンブリの設置コストは、製造が容易であることと、単純な構造とによって最小化される。工場での組み立てを使用することによって品質管理が最大化される。
６．前記ソーラー・ルーフィング・モジュールは再使用可能である。これらは、容易に分解されて、他の屋根上で再度組み立て可能である。
【００２６】
前記アセンブリのスペーサ１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２２は、いくつかの形状が可能であるが、好ましくは、モジュールの縁部の長さの１０％ないし５０％の開口部を有して、各モジュール１０４，１０６，１０８の周部に沿った形状である。この寸法形状は、多量の風洞実験の結果、好ましいものとして決定されたものであり、これによって、高い風速の条件下に於いてモジュール１０４，１０６，１０８の上方側と下方側との間に於いてほぼ瞬間的で均一な圧力の均衡化が達成され、従って、風の負荷によるネット揚力を低減させる。
【００２７】
［パネル化システムとしてのスペーサ］
図３及び図４は、本発明の第２実施例の断面図及び平面図である。図３（ａ）に於いて、前記アセンブリは、複数の光起電モジュール２０４，２０６，２０８，２１０，２１２と、それぞれのモジュール２０４，２０６，２０８，２１０，２１２の下側に配設され、かつ、これらモジュールと一体化又は固定された複数の事前形成されたスペーサ２２０，２２２，２２４とを有する。前記スペーサ２２０，２２２，２２４は、ルーフィング膜２０２上に載置された台座又は支持体２４０，２４２上に配設されている。あるいは、これらスペーサ２２０，２２２，２２４を膜２０２上に直に配設することも可能である。
前記アセンブリのスペーサ２２０，２２２，２２４は、Ｃ型通路状、プラスチックチューブ状、金属棒状等のいくつかの形態が可能である。
【００２８】
図３（ｂ）は、前記アセンブリの詳細の平面図であり、ここで、スペーサ２２０，２２０’，２２２，２２２’，２２６，２２６’は、これらスペーサが固定接続又は一体化されたモジュール２０４，２０６，２０８，２１０，２１２，２１４，２１６，２１８のための支持を提供している。前記スペーサ２２０，２２０’，２２２，２２２’，２２６，２２６’，２２８，２２８’は、又、光起電モジュール間の一定の間隔を確保し、かつ、排水を可能にする。
【００２９】
図３（ｃ）は、前記アセンブリの端部断面図であって、ここでは、スペーサ２２８，２２２’，２２２，２２６は、膜２０２上に配置された台座２４０，２４０’上に配設されている。前記台座２４０，２４０’は、コンクリート、プラスチック、断熱ブロック、その他の材料から形成可能であり、スペーサ２２８，２２２，２２２’，２２６とインタロックする。図３（ｃ）は、互いに交差するＣ型チャンネル式インタロックを図示しているが、どのようなインタロックも可能である。
【００３０】
図４に於いて、図３（ａ）のアセンブリは、モジュール２０４，２０６，２０８，２１０，２１２の下方から侵入する表面風を偏向するために、傾斜モジュール２０４，２０６，２０８，２１０，２１２と、導入風スポイラ２６０，２６２，２６４，２６６，２６８とによって改変されている。
【００３１】
図１及び図２に示したアセンブリの利点に加えて、図３及び４のアセンブリの利点は以下が含まれる。
１．傾斜型光起電モジュール２０４，２０６，２０８，２１０，２１２は、その天頂面が太陽放射線に対して垂直な平面により近いために、比較的高い効率で作動する。
２．前記光起電モジュールを傾斜させることによって、その表面が傾斜された時に、平坦面の裏側の対流空気流が容易になることによって、対流流体として外部空気を利用した自然対流が高められる。
【００３２】
［断熱ブロック上のスペーサ寸法形状］
図５（ａ）は、光起電ルーフィング・アセンブリの断面図を示している。該アセンブリは、複数の光起電モジュール３０４，３０６，３０８と、それぞれ複数の光起電モジュール３０４，３０６，３０８の下方に配置され、かつ、これらモジュールと一体化、又は固定接続された複数の事前形成されたスペーサ、台座又は支持体３１２，３１４，３１６とを有している。前記スペーサ３１２，３１４，３１６は、ルーフィング膜３０２上に配置された断熱ブロック３２０，３２２，３２４上に配設されている。
【００３３】
図５（ｂ）は、断熱ブロック３２２とスペーサ３１４，３１４’，３１５，３１５’とから成る一つのルーフィング・タイル３０１の平面図である。光起電モジュール３０６の位置のアウトラインは破線によって図示されている。スペーサ３１４，３１５’は、好ましくは、前記モジュール３０６の縁部の長さの１０％ないし５０％であるタイル３０１の内部への開口部を残して、モジュール３０６の周部に沿っている。この寸法形状に依り、風洞実験によって判定されたように、高風速の条件下に於いて内部に負圧が形成され、これによって、風の負荷によるネットの揚力が低減される。
【００３４】
図５（ｂ）を参照して、風洞実験に依り、好ましい作動態様は、スペーサが風の方向に対して垂直で、前記モジュールの周部近傍に沿っている場合である、と判断された。モジュールの周部に沿って内部凹部が連続的に塞がれる場合に性能の劣化が起こる。モジュールがその内部凹部への１０％−３０％の範囲の小程度の開口部を有する場合に、最良の保持効果が得られる。後者の構成に於いて、ｄ／ｈの比率が０．２−０．６又は１．２０以上である場合に、最高の性能が得られる。
【００３５】
図６（ａ）は、前記アセンブリの別の詳細の断面図を示し、ここでは、タイル３０１’は、断熱ブロック３４０上に載置されたスペーサ３５０によって支持された光起電モジュール３０６から成る。前記断熱ブロック３４０は、モジュール３０６を太陽に対する露出を増加させる方向に向けるべく、テーパ付きプロファイルを有する。あるいは、スペーサ３５０にテーパ付きプロファイルを備えさせることも可能である。断熱ブロック３４０は、その最上部分が、モジュール３０６の下方から表面風が侵入するのを防ぐように、形成されている。
【００３６】
図６（ａ）を参照して、風洞実験によって、傾斜が５°−１２°の範囲の傾斜である時には、モジュールの傾斜に対してシステムの性能は比較的変化しないことが、判明した。光起電モジュール下の凹部の形状が、矩形ではなく、図３Ｃに示すように、三角形である時に性能が改善された。
【００３７】
図６（ｂ）は、タイル３０１’の平面図を示し、ここで、スペーサ３５０，３５２，３５４は、モジュール３０６の下方に配設され、かつ、これに固定接続され、これによよって、モジュール３０６の低い側と高い側とに於ける自由な空気の交換を可能にしている。図示されたスペーサ寸法形状に依るこのような自由な空気交換は、モジュール３０６の上側と下側との間に於ける空気圧の瞬間的な均衡化を促進するべく風洞実験を通じて決定されたものであり、これによって、風揚力のネット力が低減される。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に於いて、スペーサ３４０には、テーパ付きプロファイル部３５６が事前形成されている。このテーパ付きプロファイル部３４０は、空気力学的風ブロックとして作用し、図面の右側から移動する風をモジュール３０６の上部を超えて流れさせ、そのモジュール３０６の裏側への侵入を阻止する。
【００３８】
図１及び図２に示したアセンブリの利点に加えて、上記アセンブリの利点は以下が含まれる。
１．前記スペーサ寸法形状は、風揚力のネット力を低減するのに役立ち、これによってアセンブリを、従来のルーフィング・バラスト（４８．８−７３．２ｋｇ／ｍ2又は１０−１５ポンド／ｆｔ2）と比較して、軽量（９．７６−１９．５３ｋｇ／ｍ2又は２−４ポンド／ｆｔ2）化することを可能にする。
２．前記ルーフィング・タイルは、ルーフィング断熱と、更に、良好なバラスト、下側の膜層の耐候及びＵＶ保護を提供する。
【００３９】
［周部固定手段］
図７は、前記屋根タイル・システム用の別の周部固定手段の断面図を示している。図７（ａ）は、屋根タイルの列の周部に沿って延出し、断熱ブロック４０４とインタロックする金属製雨押さえ４１０を図示している。該金属製雨押さえ４１０は、前記アセンブリの周部に沿って延出する電気伝導体（図示せず）を受け入れるように形状形成されている。図７（ｂ）は、断熱ブロック４０４とインタロックするコンクリート舗装材４１２を図示している。図７（ｂ）は舌部と溝部とによるインタロックを図示しているが、断熱ブロックと舗装材との間の金属製ｚ型雨押さえ等の、他のいかなるインタロック手段も可能である。
【００４０】
［光起電ルーフィング・アセンブリの平面図］
図８は、光起電ルーフィング・アセンブリの斜視図を示し、ここでは、複数のソーラー・ルーフィング・タイル５０４が建物の屋根上に位置する列５０２を形成している。周部縁部５１０が、列５０２の周囲に延出し、前記複数のルーフィング・タイル５０４を一体化されたアセンブリとして連結している。
【００４１】
以上、本発明をその好適実施例に於いて説明したが、ここで使用された用語は、限定のためではなく記載のための用語であり、そのより広い態様に於いて本発明の真の範囲と精神とから離脱することなく、添付の請求範囲の範囲内に於いて様々な改変が可能であると理解される。
【００４２】
本発明は、ルーフィング・タイル構成部材の内部寸法形状によって、風揚力のネット力が最小化させる、単純で、効率的で、迅速に設置可能で、再利用可能で低コストである屋根又はその他の緩やかな傾斜面用のソーラー・モジュール・アセンブリを提供するものである。
【００４３】
上記説明は、多くの特定性を含んでいるが、これらは、本発明の範囲に対する限定ではなく、その一好適実施例の具体化として解釈されるべきである。その他、多数の改変例が可能である。たとえば、断熱ブロックに固定されたソーラー・モジュールから成る一体型ソーラー・モジュールは、ルーフィング膜とは独立して利用可能である。更に別の例として、前記ソーラー・ルーフィング・アセンブリに、前記ルーフィング膜の上方で、かつ、スペーサを備えた光起電モジュールの下方に、前記ルーフィング膜および／又はスリップシートのための別の保護膜を提供する、織物又はその他の材料から成る別の層を設けることができる。
【００４４】
更に別の例として、前記台座又はスペーサを備えたソーラー・モジュールに、前記台座又はスペーサの下方又は上方に設けられ、光起電モジュールを平準化するか、若しくは、これら光起電モジュールの所定の傾斜を達成するためのレベリング・プレートを備えさせることができる。
【００４５】
更に別の例として、前記断熱ブロックを、建物用ルーフィング・アセンブリとしての所望の防火基準を達成するために、膨張性コーティング、又はその他の防火手段によって被覆することができる。
更に別の例として、隣接するモジュール間のエッジ・ツー・エッジ接続を舌部−溝アセンブリとしてしばしば図示したが、機械的クリップや、接着剤、前記断熱部を貫通する“串”状挿入体、その他の手段等のどのようなエッジ接続手段も可能である。  更に、モジュール間のポジティブ接続を以下のように行ってもよい。即ち、光起電モジュールを、ルーフィング膜上に軽く載置された断熱ボード上に配設されたスペーサ上に載置する。次に、前記光起電モジュールを、隣接する断熱ブロックにわたし、接続する、これによって、隣接する断熱ブロックと隣接する光起電モジュール間とのポジティブ接続を構成する。後者によって、アセンブリの風揚力に対する抵抗が促進される。
【００４６】
更に別の例として、すべての断熱ブロックの天頂部に、紫外線放射に対して不透明な塗料を塗布し、これによってその光起電モジュールが紫外線放射に対して不透明でない用途に於いて断熱ブロックの寿命を長くすることができる。
更に別の例として、前記スペーサは、必ずしも、工場に於いて光起電ブロックと一体形成される必要はなく、現場に於いて、ストリンガとして載置し、これに光起電モジュールを現場で取り付けてもよい。
更に別の例として、前記光起電モジュールの角度は、約０°−３０°、好ましくは、約５°−３０°、より好ましくは約５°−１２°の範囲にすることができる。
従って、本発明の範囲は、例示された実施例によって決められるべきではなく、添付の請求範囲とその法律上の均等物とによって決められるべきである。
【符号の説明】
【００４７】
１０４    光起電モジュール
１０６    光起電モジュール
１０８    光起電モジュール
１１２    スペーサ
１１４    スペーサ
１１６    スペーサ
１１８    スペーサ
１２０    スペーサ
１２２    スペーサ
１２３    開放領域
１２４    スペーサ
１２６    スペーサ
２０４    光起電モジュール
２０６    光起電モジュール
２０８    光起電モジュール
２１０    光起電モジュール
２１２    光起電モジュール
２１４    光起電モジュール
２１６    光起電モジュール
２２０    スペーサ
２２２    スペーサ
２２４    スペーサ
２２６    スペーサ
３０４    光起電モジュール
３０６    光起電モジュール
３０８    光起電モジュール
３１２    スペーサ
３１４    スペーサ
３１５    スペーサ
３１６    スペーサ
３２０    断熱部材
３２２    断熱部材
３２４    断熱部材
５０４    光起電モジュール
【図１】
2010163862.tif 000003
【図２】
2010163862.tif 000004
【図３】
2010163862.tif 000005
【図４】
2010163862.tif 000006
【図５】
2010163862.tif 000007
【図６】
2010163862.tif 000008
【図７】
2010163862.tif 000009
【図８】
2010163862.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月17日(2010.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルーフィング膜上に一つの層として配設された複数の断熱ブロックと、
前記断熱ブロックの表面に配置されるように形成された複数のスペーサと、
前記スペーサ上に配設されて一つの光起電列を形成する複数の四角形の光起電モジュールとを有し、
前記スペーサは、前記光起電モジュールの裏面と前記断熱ブロックとの間に開放領域を形成するとともに、前記光起電モジュールの少なくとも二辺に、前記開放領域を前記光起電モジュールの表面に流体接続する開口部を形成し、
前記光起電列の周部に配設され、かつ、前記光起電列と接続されて、一つの一体列アセンブリを形成する周部縁部を有し、前記周部縁部は互いに接続され、前記一体列アセンブリが互いに接続されている光起電ルーフィング・アセンブリ。
【請求項２】
前記光起電列は、前記ルーフィング膜を貫通することなく前記ルーフィング膜に載置可能である請求項１に記載の光起電ルーフィング・アセンブリ。
【請求項３】
前記ルーフィング膜を貫通することなく、前記光起電列の風揚力を抑える手段を有する請求項１に記載の光起電ルーフィング・アセンブリ。
【請求項４】
前記ルーフィング膜を貫通することなく前記光起電列の風揚力を抑える手段は、前記光起電モジュールの隣接する縁部を接続する手段を有する請求項３に記載の光起電ルーフィング・アセンブリ。
【請求項５】
スペーサを四角形の光起電モジュールに接続するステップと、
前記スペーサが、前記光起電モジュールの裏面に開放領域を形成するとともに、前記四角形の四辺のうちの少なくとも一組の対向する二辺に前記開放領域内への開口部を形成するように、前記スペーサを構成して位置決めするステップと、
前記スペーサを断熱層に接続して、三部分一体アセンブリを形成するステップと、
屋根を貫通する貫通部を形成することなく、前記三分一体アセンブリを一つの層としてルーフィング膜上に設置して光起電列を形成するステップとを
有する光起電ルーフィング・アセンブリの製造方法。
【請求項６】
前記三部一体アセンブリの複数に相互係合可能な側方縁部を設けるステップと、
隣接する前記三部一体アセンブリの前記側方縁部同士を互いに係合させた状態で、前記複数の前記三部一体アセンブリを配置するステップと、
前記周部に周部縁部材を接続して前記列を安定化させるステップと
を有する請求項５に記載の光起電ルーフィング・アセンブリの製造方法。