(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に太陽電池を接着性樹脂封止材により封止してなる太陽電池モジュールを、屋根部材本体の表面に設けた凹部の中に、所定の厚さを有する粘着シートを介して配設した太陽電池一体型屋根部材であって、前記太陽電池モジュールの底面および側面と前記屋根部材本体の凹部内面との隙間に、液状発泡性シール材を充填して発泡硬化させ、太陽電池モジュールと屋根部材本体とを一体化してなることを特徴とする太陽電池一体型屋根部材。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池一体型屋根部材において、前記屋根部材本体は軽量コンクリート製の瓦とし、前記凹部には凹部底面から瓦底面に貫通する水抜き孔を設け、前記凹部底面には、前記水抜き孔が発泡性シール材で塞がれて水抜き不能となるのを防止するための水抜き孔用の蓋部材を配設してなることを特徴とする太陽電池一体型屋根部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池一体型屋根部材において、前記太陽電池モジュールの裏面保護部材は、金属箔の両面に樹脂フィルムを積層したシートとすることを特徴とする太陽電池一体型屋根部材。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池一体型屋根部材において、前記液状発泡性シール材は、シリコーン系，変成シリコーン系，ウレタン系，フェノール系発泡性樹脂の内のいずれかとすることを特徴とする太陽電池一体型屋根部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池一体型屋根部材、特に太陽電池モジュールの防水性を高めた封止構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、環境保護の立場から、クリーンなエネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害であることから注目を集めている。同一基板上に形成された複数の太陽電池素子が、直列接続されてなる太陽電池（光電変換装置）の代表例は、薄膜太陽電池である。
【０００３】
薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コストの安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般住宅用にも需要が広がってきている。一般住宅用として、太陽電池付き屋根瓦なども開発されている。
【０００４】
近年では、プラスチックフィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発がすすめられており、このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステップロール方式の製造方法により大量生産が可能となっている。
【０００５】
上記薄膜太陽電池モジュールとして、電気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された太陽電池を、電気絶縁性の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に保護層を設けたものが知られている。
【０００６】
図３は、従来の太陽電池モジュールの模式的構造の一例を示す側断面図である。図３において、太陽電池１は、１個もしくは複数個の太陽電池素子が直列または並列接続されており、その受光面側にガラス板などの表面保護部材２、裏面側にアルミ箔の両面に一弗化エチレンを接着した裏面保護部材３が設けられ、接着封止性に優れかつ安価なＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などの接着性樹脂封止材４０により熱融着封止されている。
【０００７】
また太陽電池１は、そのプラス(＋)極とマイナス(−)極に、内部リード線５、６が電気的に接続され、この内部リード線５、６は、裏面保護部材３に接着固定された接続端子ボックス７０に、裏面保護部材３を貫通して導かれ、接続端子ボックス７０の内部で外部リード線としてのケーブル８の芯線９、１０と電気接続され、これら全体として太陽電池モジュール１１を形成している。
【０００８】
なお、前記表面保護部材２としては、ガラス板などの無機系材料の外に、透明アクリル板などの有機系材料を用いることもある。また、裏面保護部材３としては、上記金属箔入り樹脂以外に、フツ素系フィルムなどの有機系フィルム単体、有機系フィルムと金属箔を貼り合せた複合材料、もしくは金属板やガラス板などの金属・無機系材料を用いることもある。
【０００９】
また、前述のように、太陽電池付き屋根瓦なども開発されており、例えば、特開２０００−２０４７１７号公報や特開２０００−２２６９０９号公報等に記載されている。
【００１０】
前記特開２０００−２０４７１７号公報に記載された太陽電池付き屋根瓦は、水硬性無機材料、例えば軽量コンクリートからなる瓦基材の表面に設けられた凹部に太陽電池が配設された構造を有するもので、前記凹部の厚さや形状等に関する発明を記載している。太陽電池としては、前述のような構成の太陽電池モジュールが使用されるが、前記公報に記載された太陽電池付き屋根瓦においては、太陽電池モジュールの端部シールが不十分な場合、軽量コンクリートから溶出するアルカリ分によって、太陽電池モジュールが腐食される問題がある。
【００１１】
上記特開２０００−２２６９０９号公報には、太陽電池収納瓦用の太陽電池モジュールの端部シール構造に関する発明が記載されている。前記特開２０００−２２６９０９号公報に記載された太陽電池付き屋根瓦は、屋根瓦本体と太陽電池構造体（太陽電池モジュール）とからなり、屋根瓦本体はセメント組成物をプレスして成形したもので、この屋根瓦本体の上面の略中央に、前記太陽電池構造体を挿入する凹部が設けられ、水上側には、８個の釘打ち孔台座が設けられ、この釘打ち孔台座の略中央に釘孔が穿設されて、屋根への取り付け固定ができるように構成されている。
【００１２】
前記特開２０００−２２６９０９号公報に記載された太陽電池構造体の周縁部の拡大断面構造の一例を、図４に示す。図４に示す太陽電池構造体６２は、太陽電池積層体（太陽電池モジュール）６２ａの周縁部を、弾性シール材または接着テープ７で覆い、この弾性シール材または接着テープ７が貼り付けられた積層体６２ａの周縁部を、断面コ字形のフレーム４の開口の中に圧入して構成したものである。この太陽電池構造体６２を屋根瓦本体の凹部に挿入して、太陽電池付き屋根瓦とする。
【００１３】
接着テープ７は、例えば幅略９ｍｍ、厚さ略５ｍｍのテープ状のＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンターポリマー）発泡体製のシートの一面にブチルゴム系の粘着剤層を設けたもので、接着テープ７を積層体６２ａの周縁部に貼り付けた後に、この接着テープ７の接着された積層体６２ａの周縁部をフレーム４の断面コ字形の開口の中に、接着テープ７を圧縮しながら挿入するものとしている。
【００１４】
この場合、積層体６２ａの周縁部とフレーム４のフランジの内面との間の隙間略１ｍｍの中に厚さ略５ｍｍの接着テープ７が圧縮された状態になって挿入される。従って、接着テープ７を圧縮しながら断面コ字形の開口の中に挿入するだけで、簡単に、太陽電池構造体６２を製造できる上、製造された太陽電池構造体６２は、積層体６２ａの周縁部に圧縮された粘着テープ７が貼り付けられているので、圧縮された粘着テープ７が元の形状に戻ろうとして、フレーム４のフランジの内面と積層体６２ａの周縁部を押圧する結果、粘着テープ７と積層体６２ａの周縁部との間が水密になり、この部分から内部の太陽電池まで雨水が侵入しないものとしている。
【００１５】
なお、前記公報においては、前記接着テープ７の代わりにシリコーンゴム成形体を用いる実施例も記載されている。
【００１６】
さらに、太陽電池モジュールと家屋の屋根（瓦を含む）との接合方法として、変性シリコーン系弾性接着材を用いる方法も知られている（特開平１０−１７６１５８号公報参照）。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記各公報に記載された従来の太陽電池一体型屋根部材や接着シール方法においては、下記のような問題点がある。
【００１８】
前記特開２０００−２２６９０９号公報に記載された断面コ字形のフレームに挿入する弾性シール材が湿気硬化の変性シリコーン系の場合、硬化するまでに１ｈ以上の時間がかかる欠点がある。また、弾性シール材がパテ状ブチルゴムの場合は、高粘度であるため、コ字形のフレームへの充填や、モジュールの圧入時に専用の装置が必要となる欠点がある。さらに、コ字形のフレームに挿入するシール材としてシート状発泡体を用いる場合には、シート状発泡シール材が良いシール性を発現するためには、十分な圧縮代をとる必要があり、シール材の厚さが厚くなり、ガラス板の表面に埃の堆積が多くなる欠点がある。
【００１９】
前記コ字形のフレームを用いる方式の場合には、多かれ少なかれ、コの字の部分がガラス面より高くなるため太陽電池のガラス面に埃等がたまり、発電効率が低下する問題がある。
【００２０】
さらに、特開平１０−１７６１５８号公報に記載の変性シリコーン系弾性接着材を瓦との太陽電池モジュールとの接着材として用いた場合には、この弾性接着材は耐侯性が不十分であるため長年の使用により接着面が剥離し、剥離面から水が表面張力により瓦の太陽電池モジュール収納部の隙間に入り、水抜けが悪い場合、ついにはモジュール内に水が浸入し、太陽電池の故障の原因となる問題がある。
【００２１】
また前記弾性シール系接着材は粘度が高く、瓦の凹部の表面や、太陽電池モジュールの背面に均一に塗布することが難しく、塗布した後、太陽電池モジュールを加圧し、余分な弾性シール系接着材を瓦と太陽電池モジユールの隙間より押し出す必要がある。この時太陽電池モジュールのガラス表面を汚染することが多い。このように弾性シール系接着材は施工性が悪い欠点がある。
【００２２】
モジュール内に侵入した水分は、太陽電池モジュール１１の周囲の側面に位置する、太陽電池モジュール周縁部の接着性樹脂封止材４０の端面から接着性樹脂封止材４０の内部に浸透し、ついには太陽電池１や内部リード線５、６、並びにその接続部分に到達してこれらに腐食を発生させる。特に、接着性樹脂封止材４０にＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）を用いた場合、ＥＶＡが水分で加水分解して酢酸が生成され、腐食をさらに加速する。
【００２３】
太陽電池１などに腐食が生じた場合、発電特性が低下するだけでなく、内部リード線５、６の導体断面積の低下や断線、さらには太陽電池１との接続部分の接触不良や断線が生じ、局部的な発熱が発生して、最悪時は出力が外部に取出せない状態となる。
【００２４】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、本発明の課題は、施工性と水侵入のシール性に優れ、また、外気との呼吸により水の侵入が生じた場合でも、モジュール収納凹部への水溜りの防止機能と高い防水性を備え、かつ太陽電池受光面への埃の堆積の防止を図った太陽電池一体型屋根部材を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に太陽電池を接着性樹脂封止材により封止してなる太陽電池モジュールを、屋根部材本体の表面に設けた凹部の中に、所定の厚さを有する粘着シートを介して配設した太陽電池一体型屋根部材であって、前記太陽電池モジュールの底面および側面と前記屋根部材本体の凹部内面との隙間に、液状発泡性シール材を充填して発泡硬化させ、太陽電池モジュールと屋根部材本体とを一体化してなるものとする（請求項１の発明）。
【００２６】
上記構成により、水分侵入経路となる太陽電池モジュール周縁部を発泡性シール材で覆うことができ、水分侵入を遮断することができるとともに、施工性が向上する。
【００２７】
前記構成において、液状発泡性シール材は、前記隙間に細い針状注入口の一部を入れ、注入口をモジュールの周辺部を移動させながら、独立気泡タイプの液状発泡性シール材をモジュールの全周囲に注入する。液状発泡性シール材は、重力と表面張力の作用により隙間に充填された後発泡し硬化される。
【００２８】
なお、効率良く液状発泡性シール材を注入し、かつ内圧を高めて硬化させシール性を高めるためには、太陽電池モジュールに用いられる透光性表面保護部材（例えば、ガラス板）の端部のＲを十分に取り、液状発泡性シール材の注入口を幅広とし、かつ注入口を徐々に狭めて前記隙間に液状発泡性シール材の流動の絞り部を設ける構成とすることが望ましい。
【００２９】
また、外気との呼吸により屋根部材本体の表面に設けた凹部の中に水が侵入した場合には、凹部から容易に排出する構造とすることが望ましく、さらに、太陽電池モジュールとしては、高い防水性を備えた構造とすることが望ましい。この観点からは、下記請求項２および３の発明が好ましい。
【００３０】
即ち、前記請求項１に記載の太陽電池一体型屋根部材において、前記屋根部材本体は軽量コンクリート製の瓦とし、前記凹部には凹部底面から瓦底面に貫通する水抜き孔を設け、前記凹部底面には、前記水抜き孔が発泡性シール材で塞がれて水抜き不能となるのを防止するための水抜き孔用の蓋部材を配設してなるものとする（請求項２の発明）。
【００３１】
さらに、請求項１または２に記載の太陽電池一体型屋根部材において、前記太陽電池モジュールの裏面保護部材は、金属箔の両面に樹脂フィルムを積層したシートとする（請求項３の発明）。この発明によれば、前記凹部底面から水が太陽電池モジュールに浸潤しても、金属箔（例えば、アルミ箔）より内部には水が侵入しないので、太陽電池モジュールの安全性が確保できる。
【００３２】
また、前記液状発泡性シール材としては、下記請求項４の発明が好適である。即ち、請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池一体型屋根部材において、前記液状発泡性シール材は、シリコーン系，変成シリコーン系，ウレタン系，フェノール系発泡性樹脂の内のいずれかとする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施の形態について以下に述べる。
【００３４】
図１は、この発明の太陽電池一体型屋根部材の模式的構成断面図を示し、図２におけるＡ−Ａ断面図を示す。図２は、太陽電池一体型屋根部材を屋根に取り付けた状態を示す概略断面図を示す。
【００３５】
図１において、太陽電池モジュール１１は、図３に示す従来の構造と同様であり、同一機能部材には同一番号を付し、また、一部簡略化して示している。本発明に用いられる太陽電池モジュール１１は、透光性表面保護部材２と裏面保護部材３との間に太陽電池１を接着性樹脂封止材４０により封止してなる。
【００３６】
透光性表面保護部材２としては、ガラス板、ポリカーボネート樹脂板、アクリル樹脂板等を用いることができるが、ガラス板が最も好ましい。ガラス板を用いる場合、前述のようにガラス板の端部のＲを十分にとることが望ましい。
【００３７】
樹脂封止材４０としては、前記ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）や、エチレン−アクリル酸エステル系共重合樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン系樹脂、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン−フッ化ビニリデン共重合体等が用いられる。樹脂の使用形態としてはシート状が好ましい。
【００３８】
太陽電池１としては、結晶系Ｓｉ系、多結晶系Ｓｉ系太陽電池、各種基板を用いたａ−Ｓｉ太陽電池等の公知の太陽電池を用いることができる。
【００３９】
裏面保護部材３としては、表面をコロナ処理した一フッ化エチレン（商品名：テドラー、デュポン社製）を両面に接着材でラミネートしたアルミニウム箔が好ましい。この他に、前記一フッ化エチレンの代りとして、４フッ化エチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンテレナフタレート（ＰＥＮ）、変成ポリフェニルエーテル等のプラスチックシートを用いることができる。また、アルミニウム箔の代りに、表面を亜鉛合金で処理した鉄箔等を用いることもできる。
【００４０】
上記太陽電池モジュールは、公知の方法でモジュール温度が１５０℃でラミネートされる。太陽電池モジュール１１の端部にはみ出したＥＶＡは、カッター等により除去される。その後、所定の位置に外部にリード線を引き出すための端子ボックスが接着固定される。
【００４１】
上記太陽電池モジュールを、例えば、軽量コンクリート瓦からなる屋根部材本体２０の表面に設けた凹部２０ａの中に、所定の厚さを有する粘着シート３０を介して接着し、太陽電池モジュールの底面および側面と屋根部材本体の凹部内面との隙間に、液状発泡性シール材５０を充填して発泡硬化させ、太陽電池モジュール１１と屋根部材本体２０とを一体化する。
【００４２】
一体化した太陽電池一体型屋根部材１００は、図２に示すように、表面にルーフィング材６１を配設した屋根の野地板６０上に、屋根の傾斜に沿って複数個並べられる。ここで、屋根部材本体２０は、例えば図２に示すように、屋根に対向する面と屋根との間に、屋根の傾斜に沿って空洞ができるように形成されており、この空洞部に、図中、８０で示す配線部が設けられる。
【００４３】
軽量コンクリート製瓦２０の概略寸法は、長さ９００ｍｍ，幅３００ｍｍ〜５００ｍｍである。瓦には、太陽電池モジュールを収納するための凹部２０ａを有し、凹部２０ａには、外気との呼吸により進入する水を瓦の外に排出するため、水抜き孔２１があけられている。この水抜き孔２１は、瓦の一番低い部分に構成される。さらに、水抜き孔２１の孔の入口部が、液状発泡性シール材５０で塞がれないように、蓋部材２２として、プラスチック製または無機繊維の不織布を敷くのが好ましい。
【００４４】
凹部と太陽電池モジユールとの側部隙間Ｄは1ｍｍ以上で、できるかぎり小寸法が望ましい。温度変化による寸法を考慮すると、０．５ｍｍ以上あれば十分であるが、寸法公差、および液状発泡性シール材を注入するのに必要な寸法として、最低1ｍｍは必要である。隙間が１ｍｍ以下になると、液状発泡性シール材が瓦の底部に達する前に発泡を開始する問題がある。
【００４５】
太陽電池モジュールと瓦との接着には、最小厚さ1ｍｍ以上であって、２ｍｍ程度の両面接着性の粘着シート３０が好ましい。この粘着シートとしては、アクリル系、シリコーン系、ブチル系、ポリエステル系等の粘着シートを用いることができる。厚さが1ｍｍ以下になると、外気との呼吸等により侵入した液状の水分が流下しにくくなり、侵入した水分が、瓦と太陽電池モジユールとの間に長期間とどまり、太陽電池モジュールに水分が浸潤する恐れがある。
【００４６】
液状発泡性シール材５０としては、前述のように、シリコーン系，変成シリコーン系，ウレタン系，フェノール系発泡性樹脂シリコーン系、ウレタン系等の発泡性樹脂が用いられる。中でも、特に耐侯性の点から、シリコーン樹脂が最も好ましい。
【００４７】
液状発泡性シール材５０の発泡倍率は、２から１０倍の範囲が好ましい。発泡倍率が高くなるとシール性が悪くなり、低いと液量が多く必要となり、注入時間が長くなる欠点がある。液状発泡性シール材の粘度としては、１〜２００ポアズ（Ｐ）の範囲が好ましい。より好ましくは，１０〜５０Ｐである。
【００４８】
液状発泡性シール材５０は、太陽電池モジュールと瓦が接着された後、注入口がモジュールの周囲を移動できる注入装置により注入される。液状発泡性シール材は、重力により瓦の凹部の底部に達したころ発泡が開始し硬化する。液状発泡性シール材は、発泡硬化により一部瓦面より盛り上がる。盛り上がった部分は、ナイフ等で切り取る。
【００４９】
【実施例】
この発明の実施例について、図１に基づき以下に述べる。
【００５０】
太陽電池モジュール１１は、表面保護部材２として厚さ３ｍｍのガラス板、樹脂封止材４０としては、厚さ０．４ｍｍのシート状のＥＶＡ、太陽電池１としては、２００ｍｍ×８００ｍｍのプラスチックフィルム基板ａ‐Ｓｉ太陽電池、裏面保護部材３としては、表面をコロナ処理した一フッ化エチレン（商品名：テドラー、デュポン社製）を両面に接着材でラミネートしたアルミニウム箔を用いた。上記太陽電池モジユールは、公知の方法でモジュール温度が１５０℃でラミネートし、太陽電池モジユール１１の端部にはみ出したＥＶＡはカッターにより除去した。
【００５１】
軽量コンクリート製瓦２０は、金型を用いて製造した。瓦には、太陽電池モジユールを収納するための凹部２０ａを設け、この凹部には、外気との呼吸により侵入する水を瓦の外に排出するための水抜き孔２１を、瓦の一番低い部分に設けた。また、水抜き孔入口部には、液状発泡性シール材５０で塞がれないようにガラス繊維製不織布２２を充填した。
【００５２】
凹部と太陽電池モジュールとの側部隙間Ｄは１ｍｍとし、太陽電池モジュールと瓦との接着には、厚さ２ｍｍのアクリル系粘着シート３０を用いた。液状発泡性シール材５０としては、発泡倍率３倍、粘度５０ポアズのシリコーン系樹脂を用いた。液状発泡性シール材は、モジュールと瓦が接着された後、注入口がモジュールの周囲を移動できる注入装置により注入し、硬化させた。発泡硬化により一部瓦面より盛り上がった部分は、ナイフで切り取った。
【００５３】
上記により製作された太陽電池一体型屋根部材は、施工性と水侵入のシール性に優れる等、所期の効果を備えることが確認された。
【００５４】
【発明の効果】
この発明によれば前述のように、透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に太陽電池を接着性樹脂封止材により封止してなる太陽電池モジュールを、屋根部材本体の表面に設けた凹部の中に、所定の厚さを有する粘着シートを介して配設した太陽電池一体型屋根部材であって、前記太陽電池モジュールの底面および側面と前記屋根部材本体の凹部内面との隙間に、液状発泡性シール材を充填して発泡硬化させ、太陽電池モジュールと屋根部材本体とを一体化してなるもの（請求項１の発明）とし、
また、前記屋根部材本体は軽量コンクリート製の瓦とし、前記凹部には凹部底面から瓦底面に貫通する水抜き孔を設け、前記凹部底面には、前記水抜き孔が発泡性シール材で塞がれて水抜き不能となるのを防止するための水抜き孔用の蓋部材を配設してなるもの（請求項２の発明）としたことにより、
施工性と水侵入のシール性に優れ、また、外気との呼吸により水の侵入が生じた場合でも、モジュール収納凹部への水溜りの防止機能と高い防水性を備え、かつ太陽電池受光面への埃の堆積の防止を図った太陽電池一体型屋根部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に関わる太陽電池一体型屋根部材の模式的構成の側断面図
【図２】図１の太陽電池一体型屋根部材を屋根に複数個取り付けた状態を示す断面図
【図３】従来の太陽電池モジュールの一例を示す模式的構成の側断面図
【図４】従来の太陽電池付き屋根瓦に取り付けられる太陽電池モジュールの周縁部の一例を示す部分拡大断面図
【符号の説明】
１：太陽電池、２：表面保護部材、３：裏面保護部材、１１：太陽電池モジュール、２０：屋根部材本体（軽量コンクリート瓦）、２０ａ：凹部、２１：水抜き孔、２２：蓋部材、３０：粘着シート、４０：樹脂封止材、５０：液状発泡性シール材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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