(57)【要約】【課題】  切り妻、片流れ、マンサード等の矩形の屋根の他に、寄棟、入母屋、方形の屋根について、出来るだけ太陽電池を広い面積に設置して、大きい発電量を確保する課題が残っていた。さらに、景観性に優れた屋根にすることも課題であった。【解決手段】  屋根材一体型の太陽電池モジュールについて、３種類のサイズと形の異なるものを用意して、発電特性を合わせたストリングを設計して施工することにより解決した。すなわち、長さの異なる屋根材一体型の太陽電池モジュールを組みわせて施工することにより屋根のほぼ全面に施工でき、大きい発電量を確保できる。さらに景観についても周辺の屋根とのバランンスを検討して、３種類の配列を考慮した。また、屋根材一体型の太陽電池施工では、雨漏りのしない屋根構造が実現できるメリットを認めた。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
受光面が、四角形、三角形及びてい形の屋根に、屋根材一体化の太陽電池モジュールを施工するに当り、縦葺き又は横葺き屋根のいずれにおいても、屋根全体に太陽電池を施工するために、幅が一定で、長さの異なる３種類の屋根材一体型の太陽電池モジュールを、組合せて、屋根の両端の未施工部を少なくして、広い面積に施工する屋根材一体型の太陽電池の配列構造
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  フレキシブル太陽電池を使用した屋根材一体型の太陽電池に関するものであり、各建物の屋根構造に合わせて太陽電池モジュールを組合せ、高発電量を確保する新規な配列構造である。
【背景技術】
【０００２】  自治体の奨励もあり、工場や家庭において、屋根に太陽電池を取付けて、太陽光発電を行い、電力会社からの電力の購入を少なくする省エネが普及し始めた。しかし、既設の屋根の場合と新築の屋根の場合で、施工方法が全く異なっている。前者の場合には、架台による施工となる場合が多く、後者の場合には屋根材一体型の施工が普通である。【０００３】  屋根や壁面が南側にあるかどうかが、施工のポイントであり、屋根の構造により得られる電力の差は大きい。切り妻構造、かまぼこ屋根、のこぎり屋根等では、南面のみの施工となる。寄棟、入母屋、方形等では、電力量によって、南面と東西に面した屋根での発電となる。各社の施工をみると、一種類の太陽電池モジュールによる施工が多く、屋根の全面が使用されていない事例が多い。【０００４】  屋根材一体型太陽電池と施工方法を、キーワードとして公報テキスト検索により検索すると、公開特許公報と公開実用新案公報から１２件が検索できた。パネルの固定部材に関するもの、屋根構成部材を同電位にするためのアース構造等を除いて、若干関連のある７件の先行技術が公開されていた。【０００５】  光起電力のセルを有機高分子で被覆し、非受光面側に補強材を取付け、モジュールの結合部に、立ち上がり部を設けて、組み立てるものである（特許文献１）。防水性と耐火性に工夫をした施工法が２件あった（特許文献２及び特許文献３）。太陽電池の出力を屋根面の裏面に導く際に、屋根の防水能を損なわない技術が公開されている（特許文献４）。屋根材と太陽電池を一体化した太陽電池モジュールの施工において、屋根勾配に直交する方向に、長尺の固定部材を配置して施工する技術がある（特許文献５）。【０００６】  さらに、屋根材一体型太陽電池の基材の対向する２辺が折り曲げられて、軒側係合部と棟側係合部とを一体化させる技術が公開されている（特許文献６）。横葺き屋根の場合に上端係合部と下端係合部を有し、施工後において脱着が可能な開口部や爪を有する技術も公開されている（特許文献７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２００１−３４２７２５
【特許文献２】特開２０００−２２６９１７
【特許文献３】特開２０００−２２０２５６
【特許文献４】特開平１１−１５９０９０
【特許文献５】特開平１１−１９８５
【特許文献６】特開平１０−８２１５２
【特許文献７】特開平１０−７２９１０
【非特許文献】
【０００７】  太陽電池モジュールの施工方法に関する文献は見当たらなかった。寄棟構造、入母屋構造、方形屋根構造等において、とくに設置面積或いは屋根の景観性と意匠性等の見地から検討した研究はない。それぞれの企業のノウハウに属する技術と考えられる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】  これまで屋根の構造と太陽電池モジュールの施工に関して、漠然としたルールがあった。すなわち、切り妻屋根、片流れ屋根、鋸屋根、入母屋屋根等では、南向きの屋根に、寄棟屋根、方形屋根等では、南向きの屋根と東西向きの屋根に施工するという考え方である。その際、発電量を上げるためには、長さが異なる屋根に、出来るだけ隅々まで、屋根材一体型の太陽電池を施工するのが課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  切り妻、片流れ、鋸屋根、バタフライ、マンサード等の矩形の屋根については、対象性を重視しながら南向きの屋根で、１種類の屋根材一体型の太陽電池だけで施工すると、屋根全体に施工できない。３種類の長さの屋根材一体型の太陽電池を用意すると、これらの矩形の屋根だけでなく、寄棟構造、入母屋構造、方形屋根についても屋根全体に、屋根材一体型の太陽電池を施工できることが判った。１種類の屋根材一体型の太陽電池であると、寄棟構造のような場合は、２０％〜３０％の葺き残しが出来る。【００１０】  具体的には、１００Ｗ程度の矩形の太陽電池モジュールを基本として、幅はそのままで、長さがその２分の１と４分の１で、発電量も２分の１と４分の１の屋根材一体型の太陽電池モジュールを用意して、長さの異なる屋根の葺き残しを少なくする。
【考案の効果】
【００１１】  切り妻や鋸屋根のような矩形の屋根については、１種類では、その整数倍でないと、葺き残しが出来るが、屋根材一体型の３種類の長さの太陽電池モジュールを用意すれば、葺き残しは、縦葺き、横葺きのいずれにおいても、一番短い屋根材一体型の太陽電池モジュールの長さ以下に留まる。【００１２】  寄棟、入母屋、方形の屋根については、できるだけ対象性を維持するように３種類以上の屋根材一体型の太陽電池モジュールを組み合わせる。端を揃えるか鋸の歯状にずらして施工するかを検討して、外部から見た景観性によって決定する。後者の方が意匠性から好ましい事もある。発電量の出力特性を合わせて、ストリング構成を決定することが重要である。この処理によって、１ストリング当りの電流と電圧をそろえて、パワーコンディショナーに接続できる。寄棟屋根、方形屋根では、長さの短いモジュールを中央へ配列させて意匠性を高めた。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】  切り妻屋根における屋根材一体型の太陽電池モジュールの縦葺き配列構造の模式図  太陽電池を組合せた屋根材のユニットが１の南面に１２枚配列した構造である。
【図２】  寄棟屋根の南面における屋根材一体型の太陽電池モジュールの配列構造の模式図
【図３】  寄棟の一種であるが、方形屋根の場合の南面、東面、西面における屋根材一体型の太陽電池モジュールの配列構造の模式図
【考案を実施するための形態】
【００１４】  図１によって本考案を実施するための形態について説明する。１は、切り妻屋根の南面の縦葺きの施工例である。２は屋根材一体型の太陽電池モジュールを組合せた構造である。各屋根材ユニットとも、３の最長の屋根材一体型の太陽電池モジュールを最下端に並べ、その上に、長さ２分１の屋根材一体型の太陽電池モジュール４を配列させている。最上部には、３の長さの４分の１の屋根材一体型の太陽電池モジュール５を並べた。上端を少し余すのみで、ほぼ全面に施工できた。
【００１５】  図２は、寄棟屋根の南面における屋根材一体型の太陽電池モジュールの配列構造である。３は、幅約５０ｃｍで、長さが３ｍ以上の太陽電池を取り付けた屋根材一体型の太陽電池モジュールの１枚である。４は、幅は３と同じであるが、長さは約半分の屋根材一体型の太陽電池モジュールの１枚である。発電量は２分の１である。５は、幅は、３及び４と同じであるが、長さが３の４分の１の屋根材一体型の太陽電池の１枚である。発電量は４分の１である。
【００１６】  図２は、８枚の横葺き屋根材一体型の施工構造であり、三種類の太陽電池モジュールを組み合わせている。三種類以上組合せると、発電量がを大きく出来る。図２の寄棟屋根の南面の屋根に、３が１６枚、４が４枚、５も４枚施工してある。
【００１７】  つぎに、組み合わせた場合に重要なことは１ストリング当りの電圧と電流をそろえて、パワーコンディショナーに接続することである。図２で説明する、図２の５の太陽電池モジュールは、４分の１であるので、４個を合わせて１として、４の場合には、太陽電池が２分の１であるので２個接続して、それぞれの出力特性をそろえた。ストリングのグループ化による異なる太陽電池モジュールの発電力の調整は、必須の設計作業である。図２の南面だけの発電の場合には、日射と曇りで発電量は異なるが、ストリングによる変動は少ない。
【００１８】  図３に示す方形屋根の場合には、午前中と午後とで東面と西面の発電量と南面の発電量は大きく異なる。南面は、ストリング設計では、２分割する必要があり、ストリングの形成に慎重を要する。南面を発電力の主力として、それを分割したものに、西面と東面を付加して、ストリング間の調整を行ってストリングの設計が完了する。
【実施例】
【００１９】  フレキシブル太陽電池の屋根材一体型の太陽電池モジュールを寄棟住宅の屋根に取付けた。図２の寄棟で南面だけの施工であり、３には１１０Ｗ、４には５５Ｗ、５には２７．５Ｗのそれぞれ最大出力の公称能力がある屋根材一体型の太陽電池モジュールを設置した。図２で模式的に示す屋根には、３が１６モジュール、４が４モジュール、５が４モジュール施工してある。４は２モジュール合わせて、１１０Ｗの出力となる。５は４モジュールを合わせると、１１０Ｗの出力となる。これらをストリングとして調整し、１９ストリングで、パワーコンディショナーにつないだ。日射量の多い時には、約２ｋＷの電力量となり、台所の調理器の電源として利用できた。
【産業上の利用可能性】
【００１９】  太陽電池モジュールの量産効果により初期投資が少なくなり、さらに普及の兆しがある。我々は、主として新築の家屋に対して屋根材一体型の太陽電池モジュールを提案し、一般住宅や工場、研究所に普及させる予定である。３種類の屋根材一体型の太陽電池モジュールを用意すれば、広い面積に施工でき、大きい発電量が実現できる。その実現のために、ストリング構成によりモジュール出力特性の調整を可能にした。必要な電気量に対応した屋根材一体型の太陽電池モジュールの施工により産業界での利用は拡大すると考えられる。
【符号の説明】
【００２０】１切り妻屋根の南面の縦葺き屋根の配列構造の模式図
２縦葺き屋根に三種類の太陽電池モジュールを組合せた模式図
３約１００Ｗの屋根材一体型の太陽電池モジュール
４約５０Ｗの長さが３の２分の１の屋根材一体型の太陽電池モジュール
５約２５Ｗの長さが３の４分の１の屋根材一体型の太陽電池モジュール
６寄棟屋根の南面の配列構造の模式図
７方形屋根の南面の配列構造の模式図
８方形屋根の東面の配列構造の模式図
９方形屋根の西面の配列構造の模式図
１０方形屋根の北面、屋根材一体型の太陽電池モジュールは使用していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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