(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋根瓦が葺設されている屋根面に対し屋根瓦に隣接して葺設され、且つ太陽エネルギモジュール本体の外縁部分が複数のフレーム材に支持されて成る太陽エネルギモジュールにおいて、
上記フレーム材のうち、桁方向で屋根瓦に隣接するけらば側フレーム材の幅寸法が他のフレーム材の幅寸法よりも大きく設定されており、
上記桁方向で屋根瓦に隣接するけらば側フレーム材の幅寸法は、隣接された屋根瓦のモジュール上面に対する突出寸法の４．２倍以上に設定されていることを特徴とする太陽エネルギモジュール。
【請求項２】
請求項１記載の太陽エネルギモジュールにおいて、
屋根の流れ方向で隣接する他の太陽エネルギモジュールと一部が重ね合わされて屋根面に設置されていることを特徴とする太陽エネルギモジュール。
【請求項３】
請求項１または２記載の太陽エネルギモジュールにおいて、
屋根瓦に隣接するけらば側フレーム材の表面には、屋根の流れ方向に沿って延びる凹部が形成されていることを特徴とする太陽エネルギモジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のうち何れか一つに記載の太陽エネルギモジュールにおいて、
屋根瓦に隣接するけらば側フレーム材の表面高さ位置は、他のフレーム材の表面高さ位置に一致されていることを特徴とする太陽エネルギモジュール。
【請求項５】
上記請求項１〜４のうち何れか一つに記載の太陽エネルギモジュールの複数個が一体的に組み付けられて成ることを特徴とする太陽エネルギシステム。
【請求項６】
上記請求項５記載の太陽エネルギシステムを屋根面に備えていることを特徴とする住宅。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅建物の屋根部分等に設置される太陽電池モジュールに代表される太陽エネルギモジュール及びこの太陽エネルギモジュールを備えた太陽エネルギシステム並びにこの太陽エネルギシステムを備えた住宅に係る。特に、本発明は、太陽エネルギモジュールの高出力化を図るための対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、石油等の化石燃料を燃焼させる火力発電や、廃棄物の処理が困難な原子力発電等と異なり、地球環境への影響が極めて少ないクリーンな太陽エネルギを利用して発電する太陽電池システムが知られている。この太陽電池システムは、近年、価格の低下に伴って一般の住宅にも採用されつつある。このような太陽電池システムを使用した自家発電設備を設けることにより、日中は電力会社からの送電を要することなく電力を得ることが可能になる。しかも、日中の発電に余剰電力が生じた場合には、この余剰電力を電力会社へ売電することも可能である。
【０００３】
一般に、この種の太陽電池システムは、太陽電池モジュール本体が枠体に支持されて構成された太陽電池モジュールを有している。つまり、太陽電池モジュール本体の外周部を嵌め込むための溝を枠体に設けておき、この溝に太陽電池モジュール本体の外周部を嵌め込むことによってこの両者を一体化させている。
【０００４】
この太陽電池モジュールを屋根面に設置する場合、瓦等の屋根材上に支持金具を設置し、この支持金具上に支持桟を載置する。そして、この支持桟上に太陽電池モジュールを取り付けている。また、スレート瓦が葺かれた屋根に適用する場合にも、スレート瓦上に支持金具を設置し、この支持金具上に支持桟を載置した後、この支持桟上に太陽電池モジュールを取り付けるようにしている。
【０００５】
また、建築基準法の改正により、太陽電池モジュールを屋根材として使用することも可能になっている。この方式は、例えば特開平９−９６０７１号公報に開示されている。
【０００６】
この公報には、一般に「スーパーストレート方式」と呼ばれる太陽電池モジュールの設置構造が開示されている。以下、この方式の設置構造について詳述する。
【０００７】
図１２は、本方式に採用される太陽電池モジュールａの分解斜視図である。本太陽電池モジュールａは、複数個の太陽電池セルｂ１，ｂ１，…をインターコネクタ等により直列または並列に接続して成る太陽電池セル列ｂを備えている。この太陽電池セル列ｂを、透明樹脂で成る充填材ｃ，ｃを介して、受光面を形成する白板強化ガラスｄと裏面を形成する鋼鈑入りフィルムｅとで挟み込み、矩形板状のフレームレスモジュールａ１が作製される。
【０００８】
そして、このフレームレスモジュールａ１の周辺部を、アルミニウム等の押出成形品であるモジュール枠ｆにより、防水用の止水材ｇ，ｇ，…を介して嵌め込み支持し、各モジュール枠ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４同士をネジにより連結している。各モジュール枠ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４のうち棟側モジュール枠ｆ１にはリブｈが形成されており、このリブｈには固定用のネジ孔ｈ１が形成されている。
【０００９】
尚、各モジュール枠ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４の高さ寸法は例えば３７ｍｍである。太陽電池セル列ｂは、白板強化ガラスｄの下側に位置しているため、図１３に示すように、太陽電池セル列ｂの上面は、モジュール枠ｆの上端よりも所定寸法（図中ｔ１）だけ低い位置（例えば５ｍｍだけ低い位置）にある。
【００１０】
図１４は、上記太陽電池モジュールａ，ａ，…を屋根に段葺きした状態を示している。つまり、屋根の流れ方向の下側（軒側）に位置する太陽電池モジュールａの棟側モジュール枠ｆ１のネジ孔ｈ１に木ネジｉを挿通してこのモジュール枠ｆ１を屋根面（野地板など）に固定する。また、屋根の流れ方向の上側（棟側）に位置する太陽電池モジュールの軒側モジュール枠ｆ２を、軒側に隣接する太陽電池モジュールの棟側モジュール枠ｆ１上に重ねて載置する。この重ね寸法は例えば２４ｍｍである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、住宅用の屋根材としては、和瓦や洋厚瓦といった比較的厚さ寸法の大きな瓦や、スレート瓦といった比較的厚さ寸法が小さい瓦など様々なものが採用されている。
【００１２】
和瓦や洋厚瓦に隣接して配置されることを前提に太陽電池モジュールを設計する場合、太陽電池モジュールの受光面に瓦の影が位置しないように、太陽電池モジュールの厚さ寸法をこれら瓦の厚さ寸法程度まで厚くしておくことが考えられる。つまり、図１５（ａ）に示すように（図１５は、屋根を軒側から棟側に向かって見た断面図であって、太陽電池モジュールａ及び瓦ｊを概略して示している）、太陽電池モジュールａの受光面ａ２位置が隣接する瓦ｊの上面位置よりも低い場合には、例えば朝日などのように仰角度が比較的小さい状況において、この受光面ａ２に瓦ｊの影ができてしまう。これでは、太陽電池モジュールａの出力が低下し、十分な発電量が得られない可能性がある。本図では、太陽光線の照射方向を矢印で示している。この場合、影の長さ寸法はｔ２となっている。このため、図１５（ｂ）に示すように、受光面ａ２の高さ位置を瓦ｊの上面位置に略一致させることで、上記影が発生しないようにしておく。
【００１３】
ところが、このように設計された太陽電池モジュールａをスレート瓦ｊに隣接して配置した場合には、図１５（ｃ）に示すように、太陽電池モジュールａの上面高さ位置とスレート瓦ｊの上面高さ位置との差により、太陽電池モジュールａの上面がスレート瓦ｊの上面から大きく突出した状態となり、屋根の見映えが悪く、住宅のデザイン上好ましくない。
【００１４】
これらの点に鑑み、隣接される瓦に応じた複数種類の太陽電池モジュールを予め準備しておき、使用する太陽電池モジュールを瓦に応じて選択するといったことも考えられる。しかし、これでは、複数種類の太陽電池モジュール本体を設計し且つ作製しておく必要があり、製造コストの増大に繋がってしまい現実的ではない。
【００１５】
このような課題は、太陽電池モジュールばかりでなく太陽熱温水器モジュールを葺設する場合も同様である。
【００１６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、隣接する瓦の種類に応じた複数種類の太陽エネルギモジュール本体を準備しておく必要が無く、それでいて、如何なる瓦が隣接されても、受光面に瓦などの屋根材や建築材の影が位置して出力が低下してしまうといった状況を回避できる構成を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、瓦などの屋根材や建築材の影が太陽エネルギモジュールの受光面上に位置しないように、この影が位置する可能性のある部分が、太陽エネルギモジュール本体を支持するための枠体として構成されるよう枠体の幅寸法を設定している。
【００１８】
−解決手段−
具体的に、本発明は、屋根瓦が葺設されている屋根面に対し屋根瓦に隣接して葺設され、且つ太陽エネルギモジュール本体の外縁部分が複数のフレーム材に支持されて成る太陽エネルギモジュールを前提とする。この太陽エネルギモジュールに対し、フレーム材のうち、桁方向で屋根瓦に隣接するけらば側フレーム材の幅寸法を他のフレーム材の幅寸法よりも大きく設定している。そして、この桁方向で屋根瓦に隣接するけらば側フレーム材の幅寸法を、隣接された屋根瓦のモジュール上面に対する突出寸法の４．２倍以上に設定している。
【００１９】
この特定事項により、他の太陽エネルギモジュールが隣接される部分にあっては、この隣接する太陽エネルギモジュールの影が受光面に位置することはないが、桁方向で屋根瓦に隣接するけらば側部分にあっては、瓦の影が受光面に位置してしまう可能性がある。このため、枠体のこの部分の幅寸法のみを大きくすることにより、屋根瓦の影は枠体上に位置することになる。その結果、屋根瓦の影が太陽エネルギモジュールの受光面上に位置することがなくなる。また、他の太陽エネルギモジュールが隣接される部分では枠体の幅寸法を大きく設定しないため、太陽エネルギモジュールの受光面の面積を十分に確保できる。
上記突出寸法の設定理由について以下に述べる。日本の最北端（稚内市）に太陽エネルギモジュールを南中方向に向けて設置すると、冬至における午後２時の太陽の仰角度は１３°２５’である。この際の影の長さは、その影を作る物体の高さ寸法に対して４．１９倍になっている。これを上記屋根瓦と太陽エネルギモジュールとの関係に当て嵌めると、太陽エネルギモジュールの受光面からの屋根瓦の突出寸法の４．１９倍の長さの影が太陽エネルギモジュール上に発生することになる。そして、この影が受光面に位置する場合には、この影の影響によって太陽エネルギモジュールの出力が低下してしまう。このような状況を回避するために、上記けらば側フレーム材の幅寸法を、隣接された屋根瓦とモジュール上面との高さの差の４．２倍とし、屋根瓦の影が受光面に達しないようにしているのである。これにより日本国内の何れの地域に太陽エネルギモジュールを設置しても、屋根瓦の影が受光面に位置することはなくなる。
【００２２】
太陽エネルギモジュールの設置形態の更なる具体構成として以下のものが挙げられる。つまり、太陽エネルギモジュールを、屋根の流れ方向で隣接する他の太陽エネルギモジュールと一部を重ね合わせて屋根面に設置している。つまり、所謂段葺き状に太陽エネルギモジュールを屋根に葺いた構成である。これにより、受光面全体の面積の拡大を図ることができ、上記影を受光面上に位置させないことと相俟って太陽エネルギモジュールの更なる高出力化を図ることができる。
【００２５】
また、上記幅寸法が大きく設定されたフレーム材の改良点として以下のものが挙げられる。つまり、屋根瓦に隣接するけらば側フレーム材の表面に、屋根の流れ方向に沿って延びる凹部を形成している。
【００２６】
この特定事項により、幅寸法が大きく設定されたフレーム材の幅寸法を、見かけ上、小さく見せることができ、太陽エネルギモジュール本体の全周囲が幅寸法の略等しいフレーム材で支持されたように見え、見映えの向上を図ることができる。
【００２７】
また、上記けらば側フレーム材の表面高さ位置を、他のフレーム材の表面高さ位置に一致させた場合には、雨水の排水性が良好であると共に、太陽エネルギモジュール上に塵埃が溜まってしまうことを回避でき、太陽エネルギモジュールの性能を高く維持することができる。
【００２８】
更に、上述した太陽エネルギモジュールの複数個を一体的に組み付けて構築された太陽エネルギシステムや、この太陽エネルギシステムを屋根面に備えた住宅においても、屋根瓦の影が太陽エネルギモジュールの受光面上に位置することがなく、太陽エネルギモジュールの高い出力が得られる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。また、本形態では、太陽エネルギモジュールとして太陽電池モジュールを採用し、この太陽電池モジュールを住宅の屋根部分に直接葺設した場合について説明する。
【００３０】
図１は本実施形態に係る太陽電池モジュール２が葺設される住宅の屋根部分を示す一部を省略した斜視図である。この図に示すように、本住宅の屋根１は、切妻タイプのものであって、片側の屋根面（例えば南側に面する屋根面）１１のうち住宅桁方向略中央部分であって、屋根１の流れ方向の略中央部から軒先部分に亘って複数の太陽電池モジュール２，２，…が葺設されている。一方、他方の屋根面（例えば北側に面する屋根面）１２には図示しない屋根瓦が葺設されている。
【００３１】
上記各太陽電池モジュール２，２，…は、棟の延長方向及び屋根１の傾斜方向にマトリックス状に並べられている。また、太陽電池モジュール２は十分な耐火性（屋根瓦と同程度の耐火性）を有するものである。このため、この太陽電池モジュール２，２，…が並べられる部分には屋根瓦は葺設されておらず、太陽電池モジュール２，２，…自身が屋根葺き材として直接葺設されている。
【００３２】
−太陽電池モジュール２の構成−
以下、太陽電池モジュール２の構成について説明する。太陽電池モジュール２は、図２〜図５に示すように太陽エネルギモジュール本体としての太陽電池モジュール本体４と枠体５とを備えて構成されている。尚、本形態に採用されている太陽電池モジュール２には３タイプのものがある。図２は第１タイプの太陽電池モジュール２の分解斜視図である。図３は太陽電池モジュール本体４の側面図である。図４は、第１タイプの太陽電池モジュール２１を示しており、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ矢視図、図４（ｃ）は図４（ａ）におけるＣ矢視図である。図５は、第２タイプの太陽電池モジュール２２を示しており、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＢ矢視図、図５（ｃ）は図５（ａ）におけるＣ矢視図である。また、第３タイプの太陽電池モジュール２３（図１参照）は、上記第２タイプの太陽電池モジュール２２に対して左右対称となっている。
【００３３】
以下、第１タイプの太陽電池モジュール２１を代表して太陽電池モジュール２の構成を説明する。太陽電池モジュール本体４は、図２〜図４に示すように、多結晶シリコンにより形成された複数個の太陽電池セル４１ａ，４１ａ，…をインターコネクタ等により直列または並列に接続して成る太陽電池セル列４１を、透明樹脂で成る充填材４２，４２，…を介して、受光面を形成する白板強化ガラス板４３と、裏面を形成する鋼鈑入りフィルム４４とで挟み込むようにして矩形板状の太陽電池組立体に形成した構造となっている。また、この太陽電池モジュール本体４の裏面には端子ボックス４５が取り付けられている。この端子ボックス４５からは出力ケーブル４６が導出されている。尚、上記太陽電池セル４１ａは、単結晶シリコンやアモルファスシリコン等で形成されたものであってもよい。
【００３４】
枠体５は、図２、図４及び図６（図４におけるＶＩ部分の分解斜視図）に示すように、上記太陽電池モジュール本体４の四辺を保持するものであって、棟側フレーム材５１、軒側フレーム材５２、左右一対のけらば側フレーム材５３，５４を備えており、これらフレーム材５１，５２，５３，５４が一体的に組み付けられることにより枠状に形成されている。尚、図６は軒側フレーム材５２と右側のけらば側フレーム材５４との組み付け部分を示している。
【００３５】
各フレーム材５１，５２，５３，５４は、アルミニウムの押出加工によりそれぞれ成形されている。棟側フレーム材５１は、太陽電池モジュール本体４における住宅棟側に位置する端縁を保持している。軒側フレーム材５２は、太陽電池モジュール本体４における住宅軒側に位置する端縁を保持している。各けらば側フレーム材５３，５４は、太陽電池モジュール本体４の左右両側縁をそれぞれ保持すると共に、上記棟側フレーム材５１及び軒側フレーム材５２の両端縁同士を連結している。
【００３６】
次に、これら各フレーム材５１，５２，５３，５４の構成について詳細に説明する。
【００３７】
先ず、図６及び図７（図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図）を用いて軒側フレーム材５２の断面形状について説明する。以下の断面形状の説明では、図６及び図７における左側を太陽電池モジュール２の外縁を構成する外側とし、各図中右側を太陽電池モジュール本体４を支持する側、つまり内側であるとする。
【００３８】
この軒側フレーム材５２は、略正方形状の閉断面で成るフレーム本体部５２ａを備えている。このフレーム本体部５２ａの内側には、けらば側フレーム材５３，５４をネジ止めするための締結座５２ｂが一体形成されている。また、この軒側フレーム材５２は、フレーム本体部５２ａの外側端の上端部から鉛直上方に延びた後、内側に屈曲されて成るモジュール保持片５２ｃを備えている。このモジュール保持片５２ｃとフレーム本体部５２ａの上面との間で内側に開放したモジュール保持溝５２ｄが形成されている。一方、この軒側フレーム材５２は、フレーム本体部５２ａの外側端の下端部から外側に延びた後、下方に屈曲され、更に内側に屈曲されて成る固定座５２ｅを備えている。この固定座５２ｅの内側にも、けらば側フレーム材５３，５４をネジ止めするための締結座５２ｆが一体形成されている。また、図４に示すように、この固定座５２ｅには、軒側に位置する他の太陽電池モジュール２の棟側フレーム材５１または後述する軒先固定金具６への締結を行うためのボルト孔５２ｇ，５２ｇ，…が複数箇所に形成されている。
【００３９】
尚、断面形状を図示しないが、棟側フレーム材５１の断面形状も、この軒側フレーム材５２と略同様であって、太陽電池モジュール本体４の棟側の端縁部を保持するためのモジュール保持溝を備えていると共に、棟側に位置する他の太陽電池モジュール２を連結するためのボルト孔５１ａ，５１ａ，…が複数箇所に形成されている（図４参照）。
【００４０】
次に、けらば側フレーム材５４の断面形状について図６及び図８（図４におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図）を用いて説明する。以下の断面形状の説明では、図６における手前側及び図８における右側を太陽電池モジュール２の外縁を構成する外側とし、図６における奥側及び図８における左側を太陽電池モジュール本体４を支持する側、つまり内側であるとする。
【００４１】
このけらば側フレーム材５４は、鉛直方向に延びる板状の本体部５４ａを有している。この本体部５４ａの長手方向（図６における左右方向）の両端縁は、上記軒側フレーム材５２及び棟側フレーム材５１の端縁形状に略一致している。また、この両端縁における上記締結座５２ｂ，５２ｆに対応する位置にはネジ孔５４ｂ，５４ｂが形成されている。上記本体部５４ａの外側面における上端部、下端部及びこの上端部と下端部との中間部のそれぞれには水平方向外側に延びるフランジ５４ｃ，５４ｄ，５４ｅが形成されている。一方、本体部５４ａの内側面における上端部及び中間部にも水平方向に延びるフランジ５４ｆ，５４ｇが形成されている。これらフランジ５４ｆ，５４ｇ同士の間で内側に開放したモジュール保持溝５４ｈが形成されている。尚、他方の側端フレーム材５３も同一の断面形状を有している。
【００４２】
次に、各フレーム材５１，５２，５３，５４同士の接続構造について説明する。ここでは、図６を用いて軒側フレーム材５２とけらば側フレーム材５４との接続構造を例に掲げて説明する。この図６に示すように、けらば側フレーム材５４の長手方向の一端縁部分が、軒側フレーム材５２の一端面に重ね合わされる。これにより、けらば側フレーム材５４のネジ孔５４ｂ，５４ｂと軒側フレーム材５２の締結座５２ｂ，５２ｆとが位置合わせされた状態になる。そして、この両者に図示しないネジをねじ込むことにより、両フレーム材５２，５４が互いに連結されるようになっている。同様にして、このけらば側フレーム材５４の他方の側端部分と棟側フレーム材５１の側端部分、他方のけらば側フレーム材５３の側端部分と棟側フレーム材５１及び軒側フレーム材５２の各側端部分も連結される。このようにして各フレーム材５１，５２，５３，５４を互いに連結し、図４に示すような枠状の枠体５が構成されることになる。
【００４３】
尚、各フレーム材５１，５２，５３，５４に対する太陽電池モジュール本体４の嵌め込み動作は、上述した各フレーム材５１，５２，５３，５４同士の連結作業と同時に行われる。つまり、各フレーム材５１，５２，５３，５４のモジュール保持溝５２ｄ，５４ｈに対して太陽電池モジュール本体４の端縁を嵌め込みながら、これら各フレーム材５１，５２，５３，５４同士を連結していく。また、この太陽電池モジュール本体４の嵌め込み時にはモジュール保持溝５２ｄ，５４ｈに、例えばＥＰＤＭゴムで成る止水部材５５を嵌め込んでおき、太陽電池モジュール本体４とモジュール保持溝５２ｄ，５４ｈとの間を封止しておく。このようにして太陽電池モジュール２が作製されることになる。尚、本形態の太陽電池モジュール２は白板強化ガラス４３が、長さ１８００ｍｍ、幅５４０ｍｍとなっている。このため、十分な強度を得るために、各フレーム材５１〜５４の高さ寸法は３０ｍｍ程度に設定されている。
【００４４】
以上が第１タイプの太陽電池モジュール２１の構成である。これに対し、第２タイプの太陽電池モジュール２２は、一方（図１及び図５において左側）のけらば側フレーム材５３の幅寸法のみが第１タイプの太陽電池モジュール２１とは異なっている。同様に、第３タイプの太陽電池モジュール２３は、他方（図１において左側）のけらば側フレーム材５４の幅寸法のみが第１タイプの太陽電池モジュール２１とは異なっている。これらけらば側フレーム材５３，５４は、図１に示すように、太陽電池モジュール２２，２３が屋根面に設置された際に、屋根材としての瓦７に隣接されるものであって、その他のフレーム材よりも幅寸法が大きく設定されている。つまり、上述した各太陽電池モジュール２１，２２，２３は各けらば側フレーム材５３，５４のうち、瓦７に隣接されるもののみが幅寸法が大きく設定されている。図８における仮想線は、幅寸法が大きく設定されたけらば側フレーム材５４の形状を示している。以下、この幅寸法について説明する。
【００４５】
図１に示すように、瓦７と太陽電池モジュール２とでは屋根１の流れ方向のピッチが異なっている（図１に示すものでは、瓦７のピッチが太陽電池モジュール２のピッチの半分になっている）。このため、瓦７及び太陽電池モジュール２をそれぞれ段葺きした場合、部分的に瓦７の上端が太陽電池モジュール２の受光面よりも上方に位置する箇所がある。本形態では、この箇所における瓦７の上端と太陽電池モジュール２の受光面との差を４．２倍した寸法のけらば側フレーム材５３を採用している。以下、その理由について説明する。
【００４６】
午前９時から午後２時までの間、太陽電池モジュール２，２，…に発電を行わせようとする場合、日本の最北端（稚内市）に太陽電池モジュール２，２，…を南中方向に向けて設置すると、冬至（太陽の仰角度が最も小さい日）における午後２時の太陽の仰角度は１３°２５’である。この際の影の長さは、その影を作る物体の高さ寸法に対して４．１９倍になっている。これを上記瓦７と太陽電池モジュール２との関係に当て嵌めると、太陽電池モジュール２の受光面からの瓦７の突出寸法の４．１９倍の長さの影が太陽電池モジュール２上に発生することになる。そして、この影が受光面に位置する場合には、この影の影響によって太陽電池モジュール２の出力が低下してしまう。このような状況を回避するために、けらば側フレーム材５３の幅寸法を瓦７の上端と太陽電池モジュール２の受光面との差の４．２倍とし、午前９時から午後２時までの間、瓦７の影が受光面に達しないようにしている。
【００４７】
また、午前８時から午後３時までの間、太陽電池モジュール２に発電を行わせようとする場合には、瓦７の上端と太陽電池モジュール２の受光面との差を８．８倍した寸法のけらば側フレーム材５３を採用する必要がある。つまり、上記と同様に、日本の最北端に太陽電池モジュール２を南中方向に向けて設置すると、冬至における午後３時の太陽の仰角度は６°２８’である。この際の影の長さは、その影を作る物体の高さ寸法に対して８．７８倍になっている。これを上記瓦７と太陽電池モジュール２との関係に当て嵌めると、太陽電池モジュール２の受光面からの瓦７の突出寸法の８．７８倍の長さの影が太陽電池モジュール２上に発生することになる。そして、この影が受光面に位置する場合には、この影の影響によって太陽電池モジュール２の出力が低下してしまう。このような状況を回避するために、けらば側フレーム材５３の幅寸法を瓦７の上端と太陽電池モジュール２の受光面との差の８．８倍とし、午前８時から午後３時までの間、瓦７の影が受光面に達しないようにするのである。
【００４８】
−太陽電池モジュール２の取り付け手順の説明−
次に、上述の如く構成された太陽電池モジュール２の取り付け手順について説明する。
【００４９】
図９に示すように、先ず、屋根の軒先部分に軒先固定金具６を固定する。この軒先固定金具６は、断面略Ｌ字型であって、太陽電池モジュール２の軒側フレーム材５２が載置される本体部６１と、この本体部６１の下端から屋根面に沿って延びるリブ６２とを備えている。また、この軒先固定金具６は、本体部６１の上面及びリブ６２にネジ孔がそれぞれ形成されており、上記リブ６２に形成されたネジ孔に木ネジ６３が挿入されることにより、屋根面（野地板など）に固定されている。
【００５０】
この軒先固定金具６の固定動作の後、太陽電池モジュール２，２，…の設置動作に移る。先ず、最も軒側に位置する太陽電池モジュール２の軒側フレーム材５２を軒先固定金具６の本体部６１に載置する。この際、軒側フレーム材５２のネジ孔５２ｇと軒先固定金具６の本体部６１のネジ孔とを位置合わせし、その上方からネジ５６をねじ込むことにより、太陽電池モジュール２の軒側端縁を軒先固定金具６を介して屋根面に固定する。
【００５１】
次に、軒側から２番目に位置する太陽電池モジュール２の軒側フレーム材５２を、上記固定した太陽電池モジュール２の棟側フレーム材５１に固定する。つまり、軒側フレーム材５２のネジ孔５２ｇと棟側フレーム材５１のネジ孔５１ａとを位置合わせし、その上方から図示しないネジをねじ込むことにより、軒側から２番目に位置する太陽電池モジュール２を、最も軒側に位置する太陽電池モジュール２上に固定する。
【００５２】
このようにして軒側から棟側に向かって順に太陽電池モジュール２，２，…を住宅の屋根部分に直接葺設していく。具体的には、図１に示すように、図中の左側に瓦７が隣接する部分には第２タイプの太陽電池モジュール２２，２２，…を、図中の右側に瓦７が隣接する部分には第３タイプの太陽電池モジュール２３，２３，…をそれぞれ設置する。それ以外の部分には第１タイプの太陽電池モジュール２１，２１，…を設置する。これにより、複数の太陽電池モジュール２，２，…の集合体である太陽電池アレイが完成する。
【００５３】
このようにして屋根面に設置された複数の太陽電池モジュール２，２，…で成る太陽電池システムに太陽光線が照射されることにより、発電が行われる。特に、朝日が照射される際、図１において太陽電池モジュールの図中右側に位置する瓦７の影が隣接する太陽電池モジュール２３上に位置することになる。この際、図１０（ａ）に示すように、その影（図中斜線を付した部分）は、けらば側フレーム材５４上に位置するのみであり、太陽電池セル４１ａ，４１ａ，…が対向する受光面には位置されない。このため、全ての太陽電池セル４１ａ，４１ａ，…において効果的に太陽光が照射されて発電が行われる。同様に、夕日が照射される際、図１において太陽電池モジュールの図中左側に位置する瓦７の影が隣接する太陽電池モジュール２２上に位置することになる。この際も、図１０（ｂ）に示すように、その影（図中斜線を付した部分）は、けらば側フレーム材５３上に位置するのみであり、太陽電池セル４１ａ，４１ａ，…が対向する受光面には位置されない。このため、全ての太陽電池セル４１ａ，４１ａ，…において効果的に太陽光が照射されて発電が行われる。このように、本形態では、太陽の仰角度に拘わりなく、全ての太陽電池セル４１ａ，４１ａ，…において効果的に発電が行われることになる。このため、システム全体としての高い出力を得ることができる。
【００５４】
本形態が採用した太陽電池モジュール２及び瓦７の寸法を具体的に説明すると、太陽電池モジュール２の高さ寸法及び瓦（平瓦）７の高さ寸法を共に３０ｍｍとし、瓦７の幅ピッチを３００ｍｍ、屋根の流れ方向ピッチを２８０ｍｍとし、太陽電池モジュール２の屋根の流れ方向のピッチを５６０ｍｍとしている。この場合、図１０に示すように、太陽電池モジュール２の屋根の流れ方向の略中央部分で瓦７が、その厚さの約半分である１５ｍｍ（図中寸法Ｔ）だけ太陽電池モジュール２よりも上方へ突出する。従って、本形態では、この瓦７に隣接するけらば側フレーム５３，５４の幅寸法（図中寸法Ｗ）を６３ｍｍ（１５ｍｍ×４．２）に設定している。
【００５５】
このように、本形態では、各太陽電池モジュール２１，２２，２３は、けらば側フレーム材５３，５４が異なっているのみであり、太陽電池モジュール本体４は共通である。このため、隣接される瓦７に応じた複数種類の太陽電池モジュール本体を予め準備しておくといったことは必要なくなり、太陽電池モジュール２の製造コストの削減を図りながらも、如何なる瓦７が隣接されても、受光面に瓦７の影が位置して出力が低下してしまうといった状況を回避することができる。
【００５６】
また、各フレーム材５１〜５４の上面は略面一となっているため、雨水の排水性が良好であると共に、太陽電池モジュール２上に塵埃が溜まってしまうことを回避できる。
【００５７】
−変形例−
次に、本発明の変形例について説明する。上述した実施形態では、幅寸法を大きく設定したけらば側フレーム材５３，５４の上面を他のフレーム材５１，５２の上面と面一な平坦面で形成していた。本変形例では、これに代えて、図１１（第２タイプの太陽電池モジュール２２を示している）に示すように、幅寸法を大きく設定したけらば側フレーム材５３の上面を部分的に凹陥させて、そのフレーム材５３の長手方向（屋根の流れ方向）に延びる凹部５３ａを形成している。詳しくは、この凹部５３ａの形成位置は、けらば側フレーム材５３の内側縁（図１１における右側縁）との間の寸法（図中寸法Ｓ）が他方のけらば側フレーム材５４の幅寸法に一致するように設定されている。
【００５８】
これによれば、見かけ上、太陽電池モジュール本体４の両側が幅寸法の等しいけらば側フレーム材５３，５４で支持されたように見え、また、けらば側フレーム材５３の上面における凹部５３ａの外側部分（図１１におけるＡ部分）を個別の瓦を葺いたように見せることもでき、見映えの向上を図ることができる。
【００５９】
尚、第３タイプの太陽電池モジュール２３のけらば側フレーム材５４にも、同様の凹部を形成してもよい。
【００６０】
−その他の実施形態−
上記実施形態では、太陽エネルギモジュールとして太陽電池モジュール２，２，…を採用し、この太陽電池モジュール２，２，…を住宅の屋根部分に葺設した場合について説明した。本発明は、これに限らず、太陽エネルギモジュールとして太陽熱温水器モジュールを採用することも可能である。
【００６１】
また、本発明は、切妻タイプの屋根１を有する住宅に限らず、寄棟タイプの屋根を有する住宅等への適用も可能である。
【００６２】
また、上記実施形態では、太陽電池モジュール２上に影を作る物体として瓦を対象としたが、本発明は、これに限らず、その他の屋根材や建築材を対象としてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、屋根瓦の影が太陽エネルギモジュールの受光面上に位置しないように、この影が位置する可能性のある部分を、太陽エネルギモジュール本体を支持するための枠体として構成している。つまり、太陽エネルギモジュール本体の外縁部分を支持する複数のフレーム材のうち、桁方向で屋根瓦に隣接するけらば側フレーム材の幅寸法を他のフレーム材の幅寸法よりも大きく設定している。そして、この屋根瓦に隣接するけらば側フレーム材の幅寸法を、隣接された屋根瓦のモジュール上面に対する突出寸法の４．２倍以上に設定している。このため、日本の最北端に太陽エネルギモジュールを設置した場合でも年間を通して上記影が受光面上に位置することはない。このため、日本国内の何れの地域に太陽エネルギモジュールを設置しても、年間を通して、高出力の太陽エネルギを得ることができる。また、各太陽エネルギモジュールは、フレーム材が異なっているのみであり、太陽エネルギモジュール本体は共通である。このため、隣接される屋根瓦に応じた複数種類の太陽エネルギモジュール本体を予め準備しておくといったことは必要なくなり、太陽エネルギモジュールの製造コストの削減を図りながらも、如何なる屋根瓦が隣接されても、受光面に影が位置して出力が低下してしまうといった状況を回避することができる。
【００６４】
また、太陽エネルギモジュールを、所謂段葺き状に屋根に葺いた場合には、受光面全体の面積の拡大を図ることができ、上記影を受光面上に位置させないことと相俟って太陽エネルギモジュールの更なる高出力化を図ることができ、実用性の高い太陽エネルギシステムを構築することができる。
【００６６】
屋根瓦に隣接するけらば側フレーム材の表面に、屋根の流れ方向に沿って延びる凹部を形成した場合には、けらば側フレーム材の幅寸法を、見かけ上、小さく見せることができる。このため、太陽エネルギモジュール本体の全周囲が幅寸法の略等しいフレーム材で支持されたように見え、見映えの向上を図ることができ、ひいては住宅全体の外観の向上に寄与させることができる。
【００６７】
更に、幅寸法が大きく設定されたフレーム材の表面高さ位置を、他のフレーム材の表面高さ位置に一致させた場合には、雨水の排水性が良好であると共に、太陽エネルギモジュール上に塵埃が溜まってしまうことを回避でき、太陽エネルギモジュールの性能を高く維持することができ、太陽エネルギモジュールの信頼性の向上を図ることができる。
【００６８】
加えて、上述した太陽エネルギモジュールの複数個が一体的に組み付けて太陽エネルギシステムを構築した場合には、システムの高出力化を図ることができる。また、この太陽エネルギシステムを住宅の屋根面に備えさせた場合には、本システムによって、その住宅で消費する電力を十分に賄うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る太陽電池モジュールが葺設された住宅の屋根部分を示す斜視図である。
【図２】太陽電池モジュールの分解斜視図である。
【図３】太陽電池モジュール本体の側面図である。
【図４】第１タイプの太陽電池モジュールを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ矢視図、（ｃ）は図４（ａ）におけるＣ矢視図である。
【図５】第２タイプの太陽電池モジュールを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は図５（ａ）におけるＢ矢視図、（ｃ）は図５（ａ）におけるＣ矢視図である。
【図６】図４におけるＶＩ部分の分解斜視図である。
【図７】図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】図４におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】太陽電池モジュールの取り付け手順を説明するための図である。
【図１０】太陽電池モジュール上の影の位置を説明するための斜視図である。
【図１１】変形例における太陽電池モジュールの平面図である。
【図１２】従来の太陽電池モジュールの分解斜視図である。
【図１３】モジュール枠による太陽電池モジュールの支持状態を示す断面図である。
【図１４】従来例における図９相当図である。
【図１５】従来例における屋根を軒側から棟側に向かって見た断面図である。
【符号の説明】
１          屋根
２          太陽電池モジュール（太陽エネルギモジュール）
４          太陽電池モジュール本体（太陽エネルギモジュール本体）
５          枠体
５１        棟側フレーム材
５２        軒側フレーム材
５３，５４  けらば側フレーム材
５３ａ      凹部
７          瓦（屋根材）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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