(57)【要約】【課題】  受光面側の保護材の損傷や汚損を被ることなく、簡単、かつ安価に施工できる屋根一体型の太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】  遮光シート１は、矩形形状をなす光電変換素子２の受光面を覆うように設けられたシート状の遮光手段であって、金属屋根の雪止め部３に取り外し可能に固定されている。この遮光シート１は、運搬性や収納性、および耐久性などを考慮して、テント生地にアルミニウム箔を貼り付けた折りたたみ自在の断熱シートが用いられる。光電変換素子２はアモルファスシリコン太陽電池であって、通常の金属屋根材であれば裏面補強材となる厚さ０．８ｍｍのガルバリウム鋼板の上にＥＶＡで封止されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属鋼板上に封止材で封止され、受光面側に透光性の耐候性フィルムが配置された光電変換素子を複数枚貼り合せて構成される屋根一体型の太陽電池モジュールにおいて、
前記光電変換素子の受光面側に突起する起立部が形成され、前記光電変換素子の接続部をカバーする蓋状接続部材と、
前記光電変換素子の受光面を覆うように設けられ、前記起立部に取り外し可能に固定されるシート状の遮光手段と、
を備えたことを特徴とする屋根一体型の太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記遮光手段は、テント生地にアルミニウム箔を貼り付けた断熱シートであることを特徴とする請求項１記載の屋根一体型の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記遮光手段にはフック、紐、あるいはゴム紐等が取り付けられ、前記蓋状接続部材の貫通孔、切り欠き部、あるいはフック等が設けられた前記起立部と係合するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の屋根一体型の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記蓋状接続部材は、前記起立部が別部材で取り付けられて構成されていることを特徴とする請求項１記載の屋根一体型の太陽電池モジュール。
【請求項５】
透光性の耐候性フィルムが受光面側に配置されている光電変換素子を複数枚貼り合せて太陽電池モジュールを構成する際に、前記光電変換素子の接続部をカバーするジョイナーにおいて、
前記光電変換素子の接続部を覆う長尺の被覆部と、
前記被覆部の表面で前記光電変換素子の受光面方向に起立する起立部と、
前記被覆部の裏面で前記光電変換素子の端面に係合するように垂下する左右１対の係合部と、
から構成され、
前記起立部には、前記光電変換素子の受光面を遮光するための遮光シートが取り外し可能に固定されることを特徴とする太陽電池モジュールのジョイナー。
【請求項６】
前記起立部には、前記遮光シートを固定するための貫通孔、切り欠き部、あるいはフック等が設けられ、前記受光面に積み重なった雪の滑落を防止するための雪止め部を兼用していることを特徴とする請求項５記載の太陽電池モジュールのジョイナー。
【請求項７】
前記遮光シートは、少なくともその四隅にフック、紐、あるいはゴム紐等が取り付けられており、前記起立部の貫通孔、切り欠き部、あるいはフック等に固定されることを特徴とする請求項５記載の太陽電池モジュールのジョイナー。
【請求項８】
金属鋼板上に封止材で封止され、受光面側に透光性の耐候性フィルムが配置された光電変換素子を、屋根材として複数枚配置して施工される太陽電池付き屋根の施工方法において、
前記光電変換素子を屋根材として配置する工程と、
前記光電変換素子の接続部に、一部を折り曲げて雪止め部が構成されたジョイナーを配置する工程と、
前記雪止め部に設けられた貫通孔、切り欠き部、あるいはフック等により遮光手段を固定して、前記光電変換素子の受光面を覆う工程と、
前記光電変換素子のうちストリングを構成する全ての前記受光面を前記遮光手段によって遮光した後に、前記ストリングの出力ケーブルを前記光電変換素子の接続箱に接続する工程と、
からなることを特徴とする太陽電池付き屋根の施工方法。
【請求項９】
前記雪止め部は、前記ジョイナーに別部材として取り付けられていることを特徴とする請求項８記載の太陽電池付き屋根の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属鋼板上に封止材で封止され、受光面側に透光性の耐候性フィルムが配置された光電変換素子を複数枚貼り合せて構成される屋根一体型の太陽電池モジュール、太陽電池モジュールのジョイナー、および太陽電池付き屋根の施工方法に関し、とくに太陽電池モジュールの表面を保護しつつ、安全に配線接続を行える太陽電池付き屋根の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電は地球環境に優しい新しいエネルギー源として注目を集めており、一般家庭においても順調に導入が進められている。
太陽電池モジュールは、現状では光電変換素子などの発電素子をエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などの封止材で封止するとともに、その受光面側にガラスを配置したものが多く商品化されている。ところが、受光面側の保護材としてガラスを用いているために、その重量が重いこと、太陽電池モジュールの曲面への設置が困難であることなどから、ガラスに代えてフッ素系のフィルムを保護材とした軽量でフレキシブルなモジュールも開発されている。
【０００３】
このタイプの太陽電池モジュールの例として、金属屋根材に用いられるガルバリウム鋼板などをモジュールの裏面補強材とした金属屋根一体型の太陽電池モジュールがある。このタイプのものでは、複数の光電変換素子を太陽電池として配線する作業を除けば、通常の金属屋根と全く同じ施工方法により、太陽電池付き屋根を施工することができる。また、太陽電池モジュールがそれ自体で屋根材の一部となっていて、とくに厚みのある特別な補強材を用いていないことから、太陽電池が搭載されていない通常の金属屋根部分とも調和する、優れた屋根が提供できる。
【０００４】
ところが、太陽電池モジュールの受光面側の保護材として、ガラスの代わりにフッ素系フィルムなどの透光性の樹脂材料を用いたものでは、施工完了までの間に施工に伴って発生する切粉などによってモジュール表面が損傷を受けて、発電効率が低下するおそれがあった。そこで、光電変換素子を屋根材として配置する工程で、モジュール表面を保護するために、これまでも各種の方法が提案されている。
【０００５】
特許文献１はその一例であって、成形加工工程を有する太陽電池モジュールの製造方法において、太陽電池モジュールの受光面側に粘着性フィルム（たとえば養生シート）を貼り付けた後、係合部の曲げ加工を行い、粘着性フィルムを貼り付けたままで、太陽電池モジュールの出力特性試験や現場での施工確認試験を行う方法が開示されている。
【０００６】
ここで、上述した特許文献１に開示されている太陽電池モジュールの製造方法について、図面により説明する。
図６は、従来の太陽電池モジュールを示す斜視図、図７は、図６のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
【０００７】
これらの図６、図７に示す太陽電池モジュール２０において、太陽電池セル２１の受光面は矩形形状をなし、ＥＶＡなどの封止材３１によって、太陽電池セル２１が保護されている。また、太陽電池モジュール２０の受光面側には、片面全面に粘着性を付与したフィルム（養生シート２２）が粘着材２３によって貼着されている。さらに、端部に接続コネクタ２４，２５が取り付けられたケーブル２６，２７が、太陽電池モジュール２０の背面から引き出されている。そして、これらの接続コネクタ２４，２５を用いて、屋根材として配置された個々の太陽電池モジュール２０が互いに並列、あるいは直列に接続され、発電用ストリングやアレイが構成されることになる。
【０００８】
こうした太陽電池モジュール２０は、受光面の表面保護材３０として、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）などのフッ素系の薄いフィルムが封止材３１の表面に設けられる。また、金属屋根一体型の太陽電池モジュール２０では、太陽電池セル２１の裏面に、ガルバリウム銅板などの補強材３２が用いられることが多く、封止材３１や補強材３２の太陽電池セル２１が搭載されていない部分には、屋根材として所定の折り曲げ加工が施される。
【０００９】
なお、このフッ素系のフィルムからなる表面保護材３０については、通常の屋外環境下において光透過性と耐候性を維持するという観点から、１００μｍ以下の厚さであっても問題が生じていないことは当業者により確認されているところである。
【００１０】
しかしながら、金属屋根一体型の太陽電池モジュール２０では、その施工作業に伴って発生する切粉などとの接触によって表面保護材３０が傷ついたり、汚れたりする事態、あるいは通常の屋外環境での曝露だけでは経験しないような受光面へのダメージが加えられることが予想される。そこで、太陽電池モジュール２０の表面保護材３０を一時的に保護する必要性が出てくる。
【００１１】
そのため、従来の太陽電池モジュール２０では、施工中から引渡しまでの期間における表面保護材３０の損傷を防ぐために、たとえば透明なポリエチレン製の養生シート２２が太陽電池モジュール２０の受光面側の表面保護材３０に貼り付けられ、施工完了後に養生シート２２を貼り付けたままで太陽電池モジュール２０（ストリング）の特性評価を行って、最終的に養生シート２２を剥がし取る方法が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−４０１０号公報（段落番号［０００４］、［００１８］〜［００３０］、および図１〜４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
一般に、屋根一体型の太陽電池モジュールの施工では、とくに施工面積が大きい物件の場合、個人住宅のように数日では施工が完了せず、屋根施工後の雨仕舞やその他の付帯工事を入れると１月以上の工期となる。そのため、粘着性の養生シート２２が長期間ずっと太陽電池モジュールに取り付けられたままになることもあった。
【００１３】
この点に関して、受光面側にＥＴＦＥを用いた太陽電池モジュール２０の表面に粘着材付きの養生シート２２を貼り付け、これを屋外に曝露する実験が当業者によって行われている。それによると、１週間程度の曝露期間では大きな問題はないが、粘着性の養生シート２２を２週間程度貼り付けたままで屋外曝露し、その後に養生シート２２を剥がすと太陽電池モジュール２０の表面に養生シート２２の粘着材が残るため、そのままの状態で屋外曝露を続けると、残されている粘着材に埃などが付着してモジュール表面が汚れ、受光効率が低下するなど、発電性能が低下することが知られている。
【００１４】
また、養生シート２２そのものが分解し、ひびが入ったり、裂けたりした場合には、養生シート２２の材質にもよるが、簡単にはきれいに剥がし取ることができないという問題があった。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、受光面側の保護材の損傷や汚損を被ることなく、簡単、かつ安価に施工できる屋根一体型の太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明の別の目的は、施工作業の工程でコストアップや美観を損なうことなしに太陽電池モジュールの表面保護を可能にする太陽電池モジュールのジョイナーを提供することである。
【００１７】
さらに、本発明の別の目的は、太陽電池モジュールを安全に接続できる太陽電池付き屋根の施工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では、上記問題を解決するために、金属鋼板上に封止材で封止され、受光面側に透光性の耐候性フィルムが配置された光電変換素子を複数枚貼り合せて構成される屋根一体型の太陽電池モジュールにおいて、前記光電変換素子の受光面側に突起する起立部が形成され、前記光電変換素子の接続部をカバーする蓋状接続部材と、前記光電変換素子の受光面を覆うように設けられ、前記起立部に取り外し可能に固定されるシート状の遮光手段とを備えたことを特徴とする屋根一体型の太陽電池モジュールが提供される。
【００１９】
また、本発明では、透光性の耐候性フィルムが受光面側に配置されている光電変換素子を複数枚貼り合せて太陽電池モジュールを構成する際に、前記光電変換素子の接続部をカバーするジョイナーが提供される。この太陽電池モジュールのジョイナーは、前記光電変換素子の接続部を覆う長尺の被覆部と、前記被覆部の表面で前記光電変換素子の受光面方向に起立する起立部と、前記被覆部の裏面で前記光電変換素子の端面に係合するように垂下する左右１対の係合部とから構成され、前記起立部には、前記光電変換素子の受光面を遮光するための遮光シートが取り外し可能に固定される。
【００２０】
さらに、本発明では、上記問題を解決するために、金属鋼板上に封止材で封止され、受光面側に透光性の耐候性フィルムが配置された光電変換素子を、屋根材として複数枚配置して施工される太陽電池付き屋根の施工方法において、前記光電変換素子を屋根材として配置する工程と、前記光電変換素子の接続部に、一部を折り曲げて雪止め部が構成されたジョイナーを配置する工程と、前記雪止め部に設けられた貫通孔、切り欠き部、あるいはフック等により遮光手段を固定して、前記光電変換素子の受光面を覆う工程と、前記光電変換素子のうちストリングを構成する全ての前記受光面を前記遮光手段によって遮光した後に、前記ストリングの出力ケーブルを前記光電変換素子の接続箱に接続する工程とからなることを特徴とする太陽電池付き屋根の施工方法が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、新たに専用の遮光シート固定部を設けることなく簡単に太陽電池モジュールに表面保護も兼ねた遮光シートを取り付けることができる。これにより、余分なものを取り付けることによるコストアップや美観を損なうことなしに、太陽電池モジュールの表面保護を行うことができる。
【００２２】
また、太陽電池モジュールが電気接続されていても、太陽電池モジュールの表面を遮光していることで電力が発生しないために、日中でも安心して安全に接続作業を行うことができる。
【００２３】
さらに、遮光シートは使い捨てではないので、施工現場で発生する産業廃棄物の抑制にもなることから、環境により優しい太陽電池システムとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明を適用した金属屋根一体型の太陽電池モジュールの施工状態を示す斜視図である。
【００２５】
遮光シート１は、矩形形状をなす光電変換素子２の受光面を覆うように設けられたシート状の遮光手段であって、金属屋根の雪止め部３に取り外し可能に固定されている。この遮光シート１は、運搬性や収納性、および耐久性などを考慮して、テント生地にアルミニウム箔を貼り付けた折りたたみ自在の断熱シートが用いられる。光電変換素子２は、厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを基板とするアモルファスシリコン太陽電池であって、通常の金属屋根材であれば裏面補強材となる厚さ０．８ｍｍのガルバリウム鋼板（後述するバックアップ材４）の上に、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体：ブリヂストン社製）で封止されている。
【００２６】
図２は、図１における雪止め部３付近で太陽電池モジュールの構成を拡大して示す断面図である。
太陽電池モジュール２０は、光電変換素子２（図示せず）がバックアップ材４と一体に構成され、その受光面側の最外部にたとえば厚さ２５μｍのＥＴＦＥ（旭ガラス製）が表面保護材５として配置されている。ジョイナー６は、互いに隣接配置された太陽電池モジュール２０の接続部をカバーする蓋状接続部材であって、光電変換素子２の受光面側に突起した起立部が雪止め部３として一体に形成されている。
【００２７】
ジョイナー６では、図１に示すように受光面側に折り返された長尺の被覆部６ａの一端部が雪止め部３とされ、その一部に貫通孔７が開けられている。そして、この貫通孔７が遮光シート１の固定部となる。
【００２８】
つぎに、複数枚の太陽電池モジュール２０が設置された屋根構造について、簡単に説明する。
野地板８は、その上面に雨などの浸透を防ぐためのルーフィング９が施されている。ルーフィング９の所定位置には、屋根の傾斜方向に沿うように、複数本の内樋１０が間欠的に配置された止め金具１１によって野地板８に固定されている。これらの止め金具１１は鋲１２により野地板８に固定されている。
【００２９】
太陽電池モジュール２０の周辺部の、光電変換素子２が配置されていない部分はロール成形がなされている。太陽電池モジュール２０のロール成形部２０ａは内樋１０と係合する形状をなし、抑え金具１３をボルト１４により止め金具１１に固定することで、太陽電池モジュール２０を野地板８に固定できる構造になっている。太陽電池モジュール２０の接続部分では、内樋１０に貫通する孔などがなく、たとえ雨滴などが太陽電池モジュール２０の接続部分から内樋１０まで浸入したとしても野地板８までは浸入せず、したがって雨漏りが生じる心配はない。
【００３０】
このように、ジョイナー６は太陽電池モジュール２０の間に生じる隙間を埋める機能があり、その抑え金具１３に設けた係合部１３ａと嵌合して一体に構成される。また、ジョイナー６と一体の雪止め部３には貫通孔７を設けてあるため、遮光シート１のたとえば四隅にフックなどが取り付けられていれば、これらのフックを貫通孔７にそれぞれ係合するだけで、光電変換素子２の受光面を遮光シート１によって簡単に覆うことができる。
【００３１】
図３は、遮光シート１の一例を示す図である。遮光シート１は、テント生地にアルミニウム箔を貼り付けた断熱シートであって、その大きさはおよそ一枚の太陽電池モジュール２０と同じ大きさである。そして、その四隅にはゴム紐１５と、その先にフック１６とを設けている。したがって、これらのフック１６をジョイナー６の雪止め部３に設けた貫通孔７に引っ掛けることで、それぞれの太陽電池モジュール２０の表面に遮光シート１が固定される構造になっている。
【００３２】
図４は、ジョイナー６の端部の断面構造を示す斜視図である。この実施の形態１のジョイナー６は、長尺の被覆部６ａ長手方向の端部が受光面側に折り曲げられることで雪止め部３が構成され、被覆部６ａ短手方向の両側部が反対側に折り曲げられ、抑え金具１３の係合部１３ａとの嵌合部６ｂが構成されている。
【００３３】
以上では、雪止め部３に貫通孔７を設けて、遮光シート１に設けたフック１６を貫通孔７に引っ掛ける構造としたが、この貫通孔７に代えて雪止め部３側に切り欠、あるいはフックなどを設けるような構造であってもよい。その場合には、遮光シート１の四隅は、固定手段としてのフック１６に代えて、単にゴム紐のみ、あるいは紐等を取り付けるだけの構造であればよい。
【００３４】
つぎに、太陽電池付き屋根の施工方法について説明する。
ここでは、図１、図２に示したように、野地板８の上にルーフィング９を施工し、所定の間隔で内樋１０を固定する。その後、野地板８に太陽電池モジュール２０を固定し、ジョイナー６に設けた雪止め部３の貫通孔７を用いて、遮光シート１を取り付ける。通常では、屋根工事は天気の良い日中になされるが、このような条件では光電変換素子２の端子部には電圧が発生して、出力ケーブルを短絡すれば電流が流れる状態となっている。
【００３５】
太陽電池モジュール２０が発生する直流電力は、インバータ装置において交流電力に変換され、一般の交流負荷あるいは既存の商用電力系統に電力が供給される。そのため、一般的に太陽電池付き屋根では、複数の太陽電池モジュール２０がインバータの入力電圧に対応した電圧となるようにストリング構成され、外部装置との接続機能を有する接続箱を介してインバータ装置と接続される。この電圧は住宅用であれば約２００Ｖ、規模の大きい物件では産業用のインバータの入力電圧である３００〜３５０Ｖの電圧となるため、これを活線で作業することは非常に危険を伴う。
【００３６】
また、太陽電池モジュール２０同士の配線は通常、絶縁されたコネクタと接続することでストリング構成されるために、この工程での感電事故はほとんど考えられないが、接続箱への接続作業は、日射がある時間帯に作業を行うと活線作業となる。そこで、屋根配線を日中に行い、日没後に接続箱内に接結するなどの方法が取られるが、作業時間に制約が増えることから作業性が低下する。
【００３７】
実施の形態１の施工方法では、太陽電池モジュール２０の表面を遮光シート１で覆うようにしているため、日射がある日中でも光電変換素子２の端子間に電圧の発生はなく、少なくとも接続箱に接続する太陽電池ストリングの全ての太陽電池モジュール２０を遮光した状態で接続作業を行えば、日中でも安全に接続作業を行うことができる。
【００３８】
また、接続作業が終了すれば、全体の施工工程にあわせて適宜、遮光シート１を取り外すこともできるために、施工による太陽電池モジュール２０の表面の汚れを防止することができる。
【００３９】
さらに、従来技術のような粘着材付きの養生シート２２を用いる場合（図６、図７参照）は、養生シート２２を取り除いた後に、それ自体が大量のゴミとなり、せっかく環境に優しい太陽電池を設置しても、本来は出さなくてもよい余分なゴミを出すことになってしまうので、好ましくない。これに対して、実施の形態１の施工方法を適用すれば、遮光シート１はリサイクルして利用することができ、環境により優しい太陽電池付き屋根の施工が可能になる。
【００４０】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２のジョイナーとその雪止め部材の構造を示す斜視図である。
ここでは、実施の形態１とは異なり、ジョイナー６の部材の一部を受光面側に折り曲げ加工しないで、雪止め部を設けるようにしている。すなわち、ジョイナー６とは別部材として雪止め部材１８を用意し、この雪止め部材１８に設けたジョイナー６との固定部１９を溶接して、ジョイナー６と一体化させたものである。
【００４１】
なお、ジョイナー６と雪止め部材１８とを一体化するのに、溶接によらずにボルトによって固定してもよい。また、ジョイナー６に対して雪止め部材１８を嵌め込み式の機械固定としても差し支えない。さらに、上記以外の構造や太陽電池モジュールの設置方法については、実施の形態１のものと同じである。
【００４２】
また、遮光シート１についても、前述のような断熱機能を備えたものであればよく、実施の形態１で示したものには限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を適用した金属屋根一体型の太陽電池モジュールの施工状態を示す斜視図である。
【図２】図１における雪止め部付近で太陽電池モジュールの構成を拡大して示す断面図である。
【図３】遮光シートの一例を示す図である。
【図４】ジョイナーの端部の断面構造を示す斜視図である。
【図５】実施の形態２のジョイナーとその雪止め部の構造を示す斜視図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  遮光シート
２  光電変換素子
３  雪止め部
４  バックアップ材
５  表面保護材
６  ジョイナー
７  貫通孔
８  野地板
９  ルーフィング
１０  内樋
１１  止め金具
１２  鋲
１３  抑え金具
１４  ボルト
１５  ゴム紐
１６  フック
１８  雪止め部材
１９  固定部
２０  太陽電池モジュール
【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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