(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性結合材からなるベース部材の表面側に太陽電池パネルを積層状に設けた高強度太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールと屋根スラブ間に一定の隙間が形成されるように、太陽電池モジュールをその四隅を保持して屋根スラブ上に支持する支持手段と、
前記支持手段を用いて屋根スラブ上に一定の隙間をあけた状態で、複数の太陽電池モジュールを略隙間なく設置することで、複数の太陽電池モジュールからなるモジュール敷設体と屋上スラブ間に形成した断熱空間と、
前記断熱空間の外周部を閉鎖するようにモジュール敷設体の外周部に設けた縁石ブロックと、
を備えたことを特徴とする高強度太陽電池モジュールの敷設構造。
【請求項２】
前記ベース部材と太陽電池パネル間に断熱材を積層状に設けた請求項１に記載の高強度太陽電池モジュールの敷設構造。
【請求項３】
前記ベース部材の背面側に断熱材を積層状に設けた請求項１に記載の太陽電池モジュールの敷設構造。
【請求項４】
前記支持手段として、上下方向に位置調整可能な昇降板を有するものを用い、この昇降板上に太陽電池モジュールを載置した請求項１〜３のいずれか１項記載の高強度太陽電池モジュールの敷設構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、屋根スラブに対する高強度太陽電池モジュールの敷設構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、家屋やビル等の建築物に設けられる太陽光発電システムとして、複数の太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールに電気的に接続されるインバータとを主体として構成されたものが広く採用されている。
【０００３】
前記太陽電池モジュールは、透光ベース板上に非晶質シリコン系半導体層を形成したり、透光ベース板上に結晶系のシリコン半導体板を取付けたりして作成した太陽電池素子と、この太陽電池素子の外縁部を保持するアルミニウム合金製等の金属枠体とを備えており、家屋の屋根上やビルの屋根スラブ上等に設置した支持フレームに屋根や屋根スラブに対して間隔をあけて傾斜状に取付けられている。
【０００４】
また、前記非晶質シリコン系半導体を用いた太陽電池素子は、基本的に、結晶系のシリコン半導体を用いた太陽電池素子よりも発電効率が低く、しかも、比較的短期間（２〜３カ月）光を照射することで、発電電力が初期状態の発電電力の約８０％まで低下し、その後は約８０％に維持されるという現象（ステブラーロンスキー効果）が見られ、結晶系のシリコン半導体を用いた太陽電池素子と同等の出力を得るためには、大きな受光面積が必要となる。それ故、非晶質シリコン系半導体を用いた太陽電池モジュールは、結晶系のシリコン半導体を用いた太陽電池モジュールよりも安価で且つ外観も優れているが、その普及が大幅に遅れている。但し、この発電電力が低下する現象（以下、単に光劣化と称す）は、太陽電池素子を８０℃〜９０℃以上の高温に加熱することで、防止できるとともに一旦劣化した場合でも回復することが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記太陽電池モジュールでは、その外周部が金属枠体で補強されているものの、基本的には、既存の建築物に対して別途設置することを前提としており、建築用パネルとしてそのまま用いることは、強度、剛性の面から困難であった。それゆえ、この種の太陽電池モジュールを設置すると、建築物全体の美観や調和を損ねるという問題があった。
また、前述のように、太陽電池モジュールを支持フレームに傾斜状に設置すると、発電効率は高くなるものの、風圧を受けやすい構造になるので、取付強度の面での配慮を十分に行う必要があり、結局は建築物を大幅に改造する必要があった。
【０００６】
更に、前記太陽電池モジュールの取付構造では、前述のように太陽電池モジュールと建築物間に隙間が形成されるので、太陽光線により太陽電池素子の温度はかなり高くなるものの、太陽電池モジュールの上下両面からの放熱で、太陽電池素子を８０℃〜９０℃以上の高温に昇温させることが困難で、太陽電池素子として非晶質シリコン系半導体を用いた場合には、光劣化による発電効率の低下は避けられない。
【０００７】
本発明の目的は、屋根スラブに適用可能な強度、剛性を有し、非晶質シリコン系半導体からなる太陽電池素子を用いた場合でも光劣化を防止し得る高強度太陽電池モジュールの敷設構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る高強度太陽電池モジュールの敷設構造は、水硬性結合材からなるベース部材の表面側に太陽電池パネルを積層状に設けた高強度太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールと屋根スラブ間に一定の隙間が形成されるように、太陽電池モジュールをその四隅を保持して屋根スラブ上に支持する支持手段と、前記支持手段を用いて屋根スラブ上に一定の隙間をあけた状態で、複数の太陽電池モジュールを略隙間なく設置することで、複数の太陽電池モジュールからなるモジュール敷設体と屋上スラブ間に形成した断熱空間と、前記断熱空間の外周部を閉鎖するようにモジュール敷設体の外周部に設けた縁石ブロックとを備えたものである。
ここで、請求項２記載のように、ベース部材と太陽電池パネル間に断熱材を積層状に設けること、請求項３記載のように、ベース部材の背面側に断熱材を積層状に設けること、請求項４記載のように、前記支持手段として、上下方向に位置調整可能な昇降板を有するものを用い、この昇降板上に太陽電池モジュールを載置すること、などが好ましい実施例である。
【０００９】
【作用】
本発明に係る高強度太陽電池モジュールの敷設構造においては、太陽電池モジュールとして、水硬性結合材を用いて作製されたベース部材の表面側に、太陽電池パネルを積層状に設けたものを用いているので、ベース部材により太陽電池パネルの圧縮荷重や引張荷重や曲け荷重に対する強度、剛性が大幅に高められる。このめた、この太陽電池モジュールを建築用パネルとしてそのまま用いることが可能となり、建築物の屋根スラブに沿って配置させたり、建築物の屋根スラブの一部として用いたりすることが可能となる。また、ベース部材により太陽電池パネルの背面側からの放熱が抑制され、太陽電池素子の温度上昇が効率的になされることになる。更に、太陽電池モジュール全体が断熱材として作用するとともに、太陽電池モジュールと屋根スラブ間の隙間が断熱空間として作用し、建築物側への伝熱や建築物側からの放熱が抑制されるので、建築物の室内温度調整用のエネルギー消費量を節減できる。更にまた、太陽電池モジュールから延びるリード線を、太陽電池モジュールと屋根スラブ間の隙間に配置させることが可能となり、太陽電池モジュールに対する配線処理が容易になる。また、屋根スラブ上がスッキリした構造となり、建築物の外観低下も防止できる。
【００１０】
また、太陽電池モジュールとして、ベース部材と太陽電池パネル間に断熱材を積層状に設けたものを用いると、断熱材により太陽電池パネルの背面側からの放熱が阻止され、太陽電池素子の温度上昇が一層効率的になされることになる。しかも、屋根スラブ上にこの太陽電池モジュールを敷設するので、建築物側への伝熱や建築物側からの放熱が抑制されることになる。
更に、太陽電池モジュールとして、ベース部材の背面側に断熱材を積層状に設けたものを用いると、建築用パネルとしてこの太陽電池モジュールを用いた場合における、建築物側への伝熱や建築物からの放熱が一層効果的に抑制されることになる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、太陽電池モジュール１は、平板状のベース部材２上に、断熱材３、太陽電池パネル４を順番に積層状に配置させ、これら３者を接着剤等で結合して一体化させたものである。尚、ベース部材２と断熱材３とは、ベース部材２の製作時に、型枠内に断熱材３をセットした状態で、後述するベース部材２の素材を打設することで一体化させてもよい。
【００１２】
前記ベース部材２は、セメント類、石灰、石膏などの無機物質からなる水硬性結合材と水、或いは水硬性結合材と砂、砂利、砕石などの骨材と水とを練り混ぜた混合体を型枠等に投入して平板状に硬化させたものである。但し、ベース部材２の製造途中において、混合体内に気泡を混入して、ベース部材２を多孔質状に構成してもよいし、骨材としてガラス繊維や鋼線等を混入してもよい。また、ベース部材２の芯材として、金属製や剛性樹脂材料製の網状部材等を設けることも可能である。
【００１３】
前記断熱材３を構成する素材としては、断熱性、保温性、蓄熱性に優れた、例えばポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、硬質ポリウレタンフォーム、軟質ポリウレタンフォーム、硬質塩化ビニルフォーム、ユリアフォーム、フェノールフォーム、ラバーフォーム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、パーライト、バーミキュライト、泡ガラスなどの発泡・多孔質材料や、アスベスト、ロックウール、グラスウール、セラミックファイバー、動植物繊維、軟質繊維材、炭素質繊維、チタン酸カリウム繊維などの繊維材料や、ケイ酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウム、けいそう土、けいそう土質断熱れんが、耐火断熱れんが、キャスタブル耐火断熱材、コルク、炭素粉末などの粒・粉状材料や、アルミニウム箔などからなる多層箔材料や、硬質フォームラバー、発泡クロロプレンゴムなどの発泡ゴム材料や、軽量気泡コンクリートや、発泡アルミニウムなどを用いることが可能である。
【００１４】
前記太陽電池パネル４は、図２に示すように、基本的には、透光ベース板１０と、透光ベース板１０の下面に形成した太陽電池素子層１１と、太陽電池素子層１１の下側に設けられた充填材１２と、充填材１２の下側に設けられバックシート１３とを備えている。
前記透光ベース板１０としては強化ガラスや貼り合わせガラス、またはその他一般的な透光ベース板が用いられ、ガラス成分が溶出しないよう、必要に応じて酸化ケイ素などを被着したものを用いても良い。
太陽電池素子層１１は、透光ベース板１０上に透明導電膜、ｐ−ｉ−ｎまたはｎ−ｉ−ｐの非晶質シリコン層、金属電極層を順次堆積した積層体からなり、その下面側に設けたＥＶＡ、ＰＶＢ、ポリイソブチレン系樹脂等の充填材１２を介して透光ベース板１０に封入固定されている。
【００１５】
前記バックシート１３は、アルミニウム箔をサンドしたテドラー等で構成されている。但し、前記充填材１２又はバックシート１３は省略してもよい。
ここで透明導電膜としては、従来の太陽電池素子と同様に酸化錫や酸化インジウム錫が用いられ、非晶質シリコン層としては、アモルファスシリコンカーバイトとアモルファスシリコンによるヘテロ接合構造が採用され、必要に応じて透明導電膜側や金属電極層側のｐ層やｎ層を、微結晶化させることも直列抵抗低減において効果的である。
【００１６】
また、金属電極層としては、クロム、アルミニウム、銀などの一般的な金属材料を、単層や積層構造として用いる。そして特に素子温度が高温になることから、非晶質シリコン層との間で金属成分の拡散を防止するため、非晶質シリコン層と金属電極層との間に、前述の透明導電膜やシリサイド層などによる金属拡散防止層を介在させたり、この金属拡散防止層を介在させずに、金属電極層としてクロムやモリブデンなどのシリサイド形成金属を用いたり、これらシリサイド形成金属と他の金属との積層構造とすることが効果的である。また、入射光の閉じ込め効果の点からは、反射率の点から銀を用いると特に効果が高い。
更に、充填材１２としてＥＶＡ、ＰＶＢなどを用いる場合は、真空ラミネート法によって封入し、ポリイソブチレン系樹脂の場合は、これを加熱流動化して塗布すれば良い。
【００１７】
次に、前記太陽電池モジュール１の作用について説明する。
ベース部材２として、強度、剛性に優れた水硬性結合材を用いて作製されているので、太陽電池パネル４の強度、剛性が大幅に高められ、この太陽電池モジュール１を建築用パネルとしてそのまま用いることが可能となる。
【００１８】
このため、後述のように、建築物の外壁や屋根スラブに沿って太陽電池モジュール１を配置させたり、建築物の外壁や屋根スラブの一部を太陽電池モジュール１で構成することが可能となり、建築物の外観低下を防止することが可能となるし、太陽電池モジュール１を剥離する方向への風の悪影響も効果的に防止されることになる。
【００１９】
また、断熱材３及びベース部材２により太陽電池パネル４の背面側からの放熱が抑制され、太陽電池素子の温度上昇が効率的になされるので、太陽電池素子として安価に製作可能な非晶質シリコン系半導体を用いた場合においても、光劣化を防止して十分な発電効率を得ることが可能となる。
更に、断熱材３により建築物側への伝熱や建築物側からの放熱が抑制されるので、建築物の室内温度調整用のエネルギー消費量を節減出来る。
【００２０】
次に、前記太陽電池モジュール１の変形例について説明する。尚、前記実施例と同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
（１）図３に示す太陽電池モジュール１Ａのように、ベース部材２の表面側に太陽電池パネル４を、また背面側に断熱材３を設け、これら３者を接着剤等で一体的に結合してもよい。この場合には、建築用パネルとしてこの太陽電池モジュール１Ａを用いた場合における、建築物側への伝熱や建築物からの放熱が一層効果的に抑制されることになり、建築物の室内温度調整用のエネルギー消費量を節減出来る。また、断熱材３として比較的軟質な素材のものを用いると、太陽電池モジュール１Ａを積段したときにおける太陽電池パネル４表面の損傷を防止出来、太陽電池モジュール１Ａの輸送が容易になる。
【００２１】
（２）図４に示す太陽電池モジュール１Ｂのように、断熱材３を省略して、ベース部材２の表面に太陽電池モジュール１Ｂを積層状に設け、両者を接着剤等で一体的に結合してもよい。
【００２２】
（３）図５に示す太陽電池モジュール１Ｃのように、ベース部材２Ｃの外縁部に上方へ延びる枠部５を形成し、枠部５の上端部に太陽電池パネル４の上側の延びる係止部６を形成してもよい。この場合には、太陽電池パネル４及び断熱材３を型枠にセットした状態で、ベース部材２の素材としての混合体を型枠内に打設することで、太陽電池パネル４と断熱材３とベース部材２Ｃとを一体的に結合することが可能となる。また、断熱材３を設けない場合には、図６に示す太陽電池モジュール１Ｄのように、太陽電池パネル４とベース部材２Ｄとを一体的に結合することになる。この太陽電池モジュール１Ｃ、１Ｄにおいては、積段しても太陽電池パネル４の表面が傷つくことはないので、輸送性を高めることが可能となる。
【００２３】
（４）図７に示す太陽電池モジュール１Ｅのように、ベース部材２Ｅの下面に脚部７を一体的に形成してもよい。この場合には、太陽電池モジュール１を屋根スラブ等の上に設置したときにおける、太陽電池モジュール１Ｅのリード線８の引き回しが容易になる。但し、太陽電池モジュール１Ｂ〜１Ｄにおいてもその下面に脚部を設けることが可能である。また太陽電池モジュール１Ａにおいても、断熱材３の下面に脚部を設けることで、同様の効果が得られる。
尚、太陽電池モジュール１、１Ａ〜１Ｅのサイズや形状は、建築物等に対する取付け部位等に応じて適宜に設定することが可能である。
【００２４】
次に、前記太陽電池モジュール１をビルの屋根スラブに設置する場合における敷設構造について説明する。尚、太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄにおいても、太陽電池モジュール１と同様に取り扱うことが可能なので、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
図８〜図１０に示すように、太陽電池モジュール１は、平面視略正方形状に形成され、その４隅には面取部１ａが形成されており、太陽電池モジュール１を屋根スラブ２０上に敷設した状態で、面取部１ａにより上下方向向きの貫通孔が形成されるように構成されている。
【００２６】
屋根スラブ２０の上面には防水層２１が形成され、太陽電池モジュール１は面取部１ａに対応させて取付けられる支持手段２２を介して防水層２１の上面に一定の間隔をあけて略隙間なく敷設されている。また、複数の太陽電池モジュール１を敷設して構成されるモジュール敷設体の外周部は縁石ブロック２３で保持されている。縁石ブロック２３は、防水層２１の上面に敷設した保護シート２４と、保護シート２４の上面に打設したモルタル２５を介して屋根スラブ２０に固定されている。
【００２７】
前記支持手段２２は、一般的な構成のもので、支持脚部３０と、支持脚部３０に対して上下方向の位置調整可能に設けられた昇降板３１と、昇降板３１から上方へ延びる連結ロッド３２と、連結ロッド３２の上端部に固定され昇降板３１との間に太陽電池モジュール１を挟持する固定板３３とを備えたものである。但し、モジュール敷設体の最外縁部に設けられた支持手段２２は、連結ロッド３２と固定板３３とを省略したものである。
【００２８】
次に、前記太陽電池モジュール１の敷設方法について簡単に説明する。
先ず、建築物及び屋根突起部（マンホール、ドレン、設備配管等）の平面寸法を計り、墨出しを行う。
次に、墨に基づき基準ブロックを据え付け、基準ブロック間に水糸を張って、水糸に沿って、支持手段２２の昇降板３１の高さを調整しながら太陽電池モジュール１を順次据えつける。このとき、太陽電池モジュール１から延びるリード線８を順次配線することになる。
【００２９】
次に、太陽電池モジュール１のガタ及び目地通りを調整した後、固定板３３を連結ロッド３２にビス３４で固定する。
次に、役物廻りのブロックを打設して、突出物の立上がり部分に、防水層２１の保護を兼ねて、緩衝材を取付け、上部にポリウレタン系シーリングを施す。
次に、防水層２１の保護のため保護シート２４を敷設し、その上にモルタル２５を打設して、縁石ブロック２３をセットする。
【００３０】
次に、前記太陽電池モジュール１の敷設構造の作用について説明する。
太陽電池モジュール１を屋根スラブ２０上に敷設してあるので、太陽電池モジュール１が風で煽られたりすることが確実に防止される。
また、太陽電池モジュール１全体が断熱材として作用するとともに、太陽電池モジュール１と屋根スラブ２０間の隙間２６が断熱空間として作用し、建築物側への伝熱や建築物側からの放熱が抑制されるので、建築物の室内温度調整用のエネルギー消費量を節減出来る。
【００３１】
更に、太陽電池モジュール１から延びるリード線８を、太陽電池モジュール１と屋根スラブ２０間の隙間２６に配置させることが可能となり、太陽電池モジュール１に対する配線処理が容易になる。
更にまた、屋根スラブ２０上がスッキリした構造となり、建築物の外観低下も防止される。
【００３２】
尚、図１１に示すように、屋根スラブ２０上に隙間をあけることなく、太陽電池モジュール１を敷設することも可能である。但し、太陽電池モジュール１を用いる場合には、屋根スラブ２０上に前述の断熱材３と同様の素材からなる断熱材を予め敷設することが好ましい。また、この場合には、太陽電池モジュール１Ｅのように脚部７を有するものを用いると配線処理が容易になる。
【００３３】
尚、本実施例では、既設のビルの屋根スラブ２０上に太陽電池モジュール１を設置した場合について説明したが、ビルの外壁やビル以外の建築物の外壁等に対しても本発明を同様に適用出来る。また、新設される建築物に適用する場合には、太陽電池モジュール１を主体としてビルの外壁等を構成することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係る高強度太陽電池モジュールの敷設構造によれば、水硬性結合材で保形されたベース部材により太陽電池パネルの強度、剛性が大幅に高められるので、この太陽電池モジュールを建築用パネルとしてそのまま用いることが可能となり、建築物の屋根スラブに沿って配置させたり、建築物の屋根スラブの一部として用いたりすることで、建築物の外観低下や、太陽電池モジュールを剥離する方向への風の悪影響を効果的に防止出来る。また、ベース部材により太陽電池パネルの背面側からの放熱が抑制され、太陽電池素子の温度上昇が効率的になされるので、太陽電池素子として安価に製作可能な非晶質シリコン系半導体を用いた場合においても、太陽電池素子の光劣化を防止して十分な発電効率を得ることが可能となる。更に、太陽電池モジュール全体が断熱材として作用するとともに、太陽電池モジュールと屋根スラブ間の隙間が断熱空間として作用し、建築物側への伝熱や建築物側からの放熱が抑制されるので、建築物の室内温度調整用のエネルギー消費量を節減できる。更にまた、太陽電池モジュールから延びるリード線を、太陽電池モジュールと屋根スラブ間の隙間に配置させることが可能となり、太陽電池モジュールに対する配線処理が容易になる。また、屋根スラブ上がスッキリした構造となり、建築物の外観低下も防止できる。
【００３５】
また、請求項２記載のように、ベース部材と太陽電池パネル間に断熱材を積層状に設けると、太陽電池素子の温度上昇が一層効率的になされるので、非晶質シリコン系半導体を用いた場合における光劣化による発電効率の低下を一層効果的に防止出来る。しかも、建築用パネルとしてこの太陽電池モジュールを用いた場合には、建築物側への伝熱や建築物側からの放熱が抑制されるので、建築物の室内温度調整用のエネルギー消費量を節減出来る。
【００３６】
更に、請求項３記載のように、ベース部材の背面側に断熱材を積層状に設けると、建築用パネルとしてこの太陽電池モジュールを用いた場合における、建築物側への伝熱や建築物からの放熱が一層効果的に抑制されることになり、建築物の室内温度調整用のエネルギー消費量を節減出来る。また、断熱材として比較的軟質な素材のものを用いると、太陽電池モジュールを積段したときにおける太陽電池パネル表面の損傷を防止出来、太陽電池モジュールの輸送が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  太陽電池モジュールの縦断面図
【図２】  太陽電池パネルの縦断面図
【図３】  他の構成の太陽電池モジュールの縦断面図
【図４】  他の構成の太陽電池モジュールの縦断面図
【図５】  他の構成の太陽電池モジュールの縦断面図
【図６】  他の構成の太陽電池モジュールの縦断面図
【図７】  他の構成の太陽電池モジュールの斜視図
【図８】  太陽電池モジュールを敷設した屋根スラブの要部の斜視図
【図９】  太陽電池モジュールを敷設した屋根スラブの要部縦断面図
【図１０】  屋根スラブに用いられる太陽電池モジュールの斜視図
【図１１】  太陽電池モジュールの他の敷設構造を示す図９相当図
【符号の説明】
１      太陽電池モジュール      ２      ベース部材
３      断熱材                  ４      太陽電池パネル
１０    透光ベース板            １１    太陽電池素子層
１２    充填材                  １３    バックシート
１Ａ    太陽電池モジュール      １Ｂ    太陽電池モジュール
１Ｃ    太陽電池モジュール      ２Ｃ    ベース部材
５      枠部                    ６      係止部
１Ｄ    太陽電池モジュール      ２Ｄ    ベース部材
１Ｅ    太陽電池モジュール      ２Ｅ    ベース部材
７      脚部                    ８      リード線
１ａ    面取部
２０    屋根スラブ              ２１    防水層
２２    支持手段                ２３    縁石ブロック
２４    保護シート              ２５    モルタル
２６    隙間
３０    支持脚部                ３１    昇降板
３２    連結ロッド              ３３    固定板
３４    ビス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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