JPH03124069A - 屋根設置型太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、屋根設置型太陽電池に係り、一般住宅の既設
屋根に設置可能な太陽電池に関する。

（ロ）従来の技術 光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池
は、無尽蔵な太陽光を主たるエネルギー源としているた
めに、エネルギー資源の枯渇が問題となる中で脚光を浴
びている。この太陽電池を家庭用電源として利用する場
合、通常の家庭の消費電力であれば、太陽電池の変換効
率が１０％とすると３０ｍ２の受光面積があれば良い。

この太陽電池の受光面積は、通常の住宅の屋根などで十
分可能な面積である。

そこで、特開昭６０−３１２５９号公報等に開示されて
いるように、瓦状の太陽電池装置が提案されている。こ
の瓦状の太陽電池装置は現存する屋根瓦に代わって敷設
するだけでよく、架台等の敷設設備を必要としない利点
を有している。

しかしながら、上述の瓦状の太陽電池装置は既設の屋根
に敷設しようとすると、既に敷設されている屋根瓦を取
り外した後、その後に、瓦状の太陽電池装置の敷設工事
を行わな（ではならない。

そのため、敷設工事に大変手間がかかり、既設の屋根に
は好ましいものとは言えなかった。

更に、太陽電池の基板として瓦状に曲がったガラス基板
を用いるため、その製造が困難であり、コストが高くな
ると共に、曲面形状のため、照射角度によって光起電力
が変動することは否めない。

一方、電力用に開発された平面型太陽電池パネルを屋根
上に設置する試みがなされている。この平面型太陽電池
パネルの従来の設置方法は、屋根材に直接ボルト等によ
り太陽電池パネルを固定するものであった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 瓦状の太陽電池装置は屋根瓦に代わって敷設するだけで
設置が可能であるが、前述したように、既設の屋根に設
置するには、手間も費用も嵩み好ましくない。

また、平面型太陽電池パネルは、瓦状の太陽電池に比し
て安価に製造できる利点を有する。前述したように、従
来のものでは、ボルト等で直接屋根材に固定して設置し
ている。

ところで、屋根に設置した太陽電池パネルの表面温度は
真夏晴天時には、約７０℃に上昇する。また、この時パ
ネルの下に位置する屋根の温度は約４０°Ｃ程度となる
。この温度上昇により、太陽電池パネルは膨張する。特
に、パネルを固定している枠体はアルミが一般に用いら
れており、このアルミの線膨張率と太陽電池自体の線膨
張率および、屋根材の線膨張率とは相違するため、この
部材間で熱応力が発生し、アルミの枠体が歪んだり、屋
根部材が割れたりする可能性が高い。

しかも、住宅用の電源として用いるためには耐用年数と
しては１５年以上望まれており、上述した設置方法では
、耐久性にも問題がある。

本発明は上述した問題点を解消すべくなされたものにし
て、既設の屋根に容易に設置できると共に、屋根を破損
せず且つ耐久性に優れた屋根設置型太陽電池を提供する
ことをその課題とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明の屋根設置型太陽電池は、屋根の棟を挟んで左右
に所定のこう配を有して形成された屋根の一方面の屋根
上に、少な（とも一つの太陽電池モジュールを枠体内に
組込んだ太陽電池パネルが載置されると共に、前記枠体
の上方部に複数のワイヤが取付けられ、他方面の屋根側
に位置する固定部に、前記ワイヤが前記線を越えて取着
されることを特徴とする。

前記固定部を屋根の軒下部材に形成してもよい。

また、前記固定部は太陽電池パネルと同等の重量を有し
、他方の屋根上に載置されたバランサで形成してもよい
。

更に、前記バランサを太陽電池パネルで構成することも
できる。

（ホ）作用 太陽電池パネルの枠体が屋根の棟を越えて他方の屋根の
固定部にワイヤを介して取着することにより、太陽電池
パネルの重量を枠体に平均して分散することができる。

従って、枠体の一部に応力が集中することもな（なり、
小さな枠体でも十分な強度が得られる。

また、バランサは太陽電池パネルと屋根の棟を支点とし
て配置されるため、パネルの自重により片側のみにかか
る力が分散され、屋根上にバランスよ（載置できる。

更に、バランサとして同じ太陽電池パネルを用いると、
通常の太陽電池パネルは南側の屋根に配置されるので、
このバランサとして用いた太陽電池パネル部分は北側の
屋根に配置される。北側に載置された太陽電池は南側に
比して１７３〜１７１０程度発電する。従って、総発電
量をｌ／３〜ｌ／１０程度増加させることができる。更
に、東西に位置する屋根に太陽電池パネルを載置する場
合には、午前中は東側の太陽電池パネルが中心となって
発電し、また午後は西側の太陽電池パネルが中心となっ
て発電する。このように、東西に載置された太陽電池パ
ネルがバランスよく発電に寄与し、日す８時間中効率よ
く発電が行える。

ｆ曽カロさせることができる。

（へ）実施例 以下１本発明の実施例を第１図ないし第１２図に従い説
明する。

まず、本発明に用いられる太陽電池モジュールの一例を
第１１図に従い説明する。

（１）は強化ガラス等の透明性且つ絶縁性の材料からな
る基板、（２）（２）・・・は上記基板（１）の表面に
一定間隔で直接被着された光電変換領域である。上記光
電変換領ｖｉ（２）（２）・・・は、例えば基板（１）
側から、酸化スズ、酸化インジウムスズ等の透明導電膜
（３）（３）・・・と、その内部に半導体接合を備えた
アモルファスシリコンからなる半導体膜（４）（４１・
・・と、半導体膜（４）（４）・・・とオーミック接触
するアルミニウム等の裏面電極膜（５）（５）・・・と
、が順次積層されたミクロンオーダの膜状を呈する。

各半導体膜（４）（４）−・・は、その内部に例えば膜
面に平行なＰＩＮ接合を形成すべく受光面例から厚み５
０〜２５０　Ａ程度のＰ型層、４０００〜７０００人程
度のＩ型（真性）層及び３００〜６００人程度のＮ型層
が順次積層被着され、従って基板（１）及び透明導電Ｄ
ｉ（３）（３）・・・を透過して光入射があると、主に
Ｉ型層において自由状態の電子及び正孔が発生し、係る
電子及び正孔は上記各層が形成するＰＩＮ接合電界に引
かれて各透明導電膜（３）（３）・・・及び裏面電極膜
（５）（５）・・・に集電され、隣接する光電変換領域
（２）（２）・・・の透明導電膜（３）（３）・・・と
裏面電極膜（５）（５）・・・どの重畳により電気的に
相加された電力が取り出される。

（６）はアルミニウムなどからなる外枠、（７）は充電
変換領域（２）（２）・・・を被覆する樹脂層である。

次に、本発明の実施例につき、図面を参照して説明する
。

第１図は本発明装置を既設の屋根に設置した状態を示す
斜視図、第２図は同要部斜視図、第３図は同側面図であ
る。第４図は軒下部材への取着態様を示す斜視図、第５
図は本発明に用いられる枠体の一例を示す斜視図である
。第６図は枠体へ太陽電池モジュールを組込む態様を示
し、第６図（イ）は分解斜視図、第６図（ロ）及び第６
図（ハ）は側面図である。第７図は各モジュール間の電
気的接続例を示す斜視図である。

本実施例に用いられる枠体につき第５図に従い説明する
。

枠体（１１）はアルミニウムなどから形成され、内部に
モジュール固定用のワイヤ（１２）が必要数取着けられ
る。この枠体（１１）の底部には複数の固定脚（１３）
　　（１３）・・・が設けられており、この固定脚（１
３）の端部、即ち、屋根材と当接する位置に、フッソゴ
ム、木材等からなるスペーサ部材（１４）が設けられる
。

この枠体（１１）の構造としては、第５図（イ）に示す
ように、アルミニウムパイプ、ステンレスパイプを折曲
して形成したもの、また第５図（ロ）に示すように、ア
ルミニウムの板体により形成したものなどがある。

尚、この両者の実施例において、屋根材とモジュール間
の間隔は固定脚（１３）とスペーサ部材（１４）との双
方を合計した長さになる。

前述した枠体（１１）に第１１図に示した太陽電池モジ
ュール（１０）が少な（とも一つ組込まれる。枠体（１
１）に組込まれた太陽電池モジュール（１０）を屋根材
に載置すると、太陽電池モジュール（１０）と屋根材と
の間は、固定脚（１３）及びスペーサ（１４）との長さ
の分だけ空隙が生じる。この空隙により太陽電池モジュ
ール（１０）の放熱が行なえる。

本実施例においては、一つの枠体（１１）に９つのモジ
ュール（ｌＯ）が組込まれている。枠体（１１）とモジ
ュール（１０）との組込みは、例えば第６図に示すよう
に、各モジュール（１０）の外枠（６）にＺ型の設置金
具（１５）を取付け、枠体（１１）のワイヤ（１２）に
夫々設置金具（１５）を弓掛けて取着する。

各モジュール（１０）　　（ｔｏ）・・・間の電気的接
続は、第７図に示す如く、ワイヤ（１２）に電気線を巻
着するか、ワイヤ（１２）自体を導電線にし、この電気
線に圧着端子（１６）にて接続を行えば良い。

このようにして、形成された太陽電池パネル（２０）を
既設の屋根の上にワイヤで取着する。太陽電池パネル（
２０）の屋根上の設置について、第１図ないし第４図に
従い説明する。

これらの図において、（２１）　　（２１’　）は既設
住宅の屋根であり、屋根の棟（２３）を挟んで左右に所
定のこう配を有して形成されている。　　（２２）は屋
根瓦である。

一方の面即ち、南側に面している屋根（２１）の屋根瓦
（２２）　　（２２）・・−上に太陽電池パネル（２０
）がスペーサ（１３）を介して移動自在に載置されてい
る。この太陽電池パネル（２０）の枠体（１１）と屋根
（２１）の母屋、鼻母屋、軒げた、合掌などの軒下部材
（２４）とが複数本のワイヤ（２５）・・・で取着され
る。本実施例では、第４図に示すように、軒下の母屋（
２４）にクランプ部材（２６）をボルト（２７）等によ
り固定し、このクランプ部材（２６）に枠体（１１）に
取着されたワイヤ（２５）をターンバックル（２８）を
介して取着している。

一方、太陽電池パネル（２０）の落下等を防止するため
に、太陽電池パネル（２０）を屋根に取着する必要があ
る。この屋根への取着を第２図及び第３図に従い説明す
る。本実施例では、太陽電池パネル（２０）の枠体（１
１）の上辺部（ｌｌａ　）　、即ち、屋根（２１）の棟
（２３）側の枠体（１１）に複数のワイヤ（２５）を取
り付ける。そして、このワイヤ（２５）を棟（２３）を
越えて他方面側、即ち北側の屋根（２１）のとい（３０
）を越えて、棟下の垂木等に固定されたクランプ部材（
２６）等の固定具に取着する。

尚、（３１）はクツション部材である。

このように、棟（２３）を挟んで枠体（１１）を支持固
定することで、枠体（１１）の上辺部（ｌｌａ）に複数
のワイヤ（２５）で、パネル（２０）の重量が分散され
て平均化される。

また、枠体（１１）の下辺部（ｌｌａ）は屋根（２１）
のとい（３０）を越えて、同じく軒下の垂木等に取着さ
れたクランプ部材（２６）にワイヤ（２５）で連結し、
取着される。

ところで、前述したように、家庭用電源として太陽電池
装置を用いる場合、３ｋＷシステムで変換効率が現在の
ところ１０％程度であるので、必要な面積は３０ｍ２で
ある。従って、前述した太陽電池パネル（２０）の全体
の大きさは短辺３ｍ、長辺１０ｍになる。

第１２図は、太陽電池の日射量と温度の時刻による変化
を示した図である。この第１２図から分るように、真夏
の晴天時、太陽電池表面は７０°Ｃにも上昇する。一方
、“屋根瓦（２２）表面は４０℃程度に上昇する。この
温度上昇により、各部材、即ち太陽電池モジュール（１
０）のガラス基板（１）枠体（１１）のアルミニウム、
屋根瓦（２２）として、例えばスレート瓦の夫々の有す
る線膨張係数の違い及び温度の違いに応じて熱膨張の量
が相違する０例えば、ｌｏｍの長平方向に対して、０°
Ｃの時に比べて、ガラス７ｍｍ　、アルミニウム１６ｍ
ｍ、スレート瓦は（全体として考えた場合１４ｍｍ程度
伸びる。ここで各線膨張率αは、 α（アルミニウム）　＝　２３Ｘ　１０−’　（１／’
Ｃ）α（ガラス）　　　　＝　１ｏｘ　ｔｏ弓（１／’
Ｃ）α（スレート）　　　　＝　ｌＯｘ　１Ｏ−６（１
／’Ｃ）として計算した。

前述したように、アルミの枠体（１１）とスレート瓦の
屋根とは１２ｍｍ程度の差が生じる。従って、枠体（１
１）と屋根瓦（２２）とを直接固定すると、屋根瓦（２
２）にずれが生じたり、両者間に熱応力が発生する。そ
のため、枠体（１１）に歪が発生したり、屋根瓦（２２
）が破損するおそれなどがあり、耐久性も良くない。し
かし、本実施例においては、屋根瓦（２２）と太陽電池
パネル（２ｏ）は移動自在に載置されているので、枠体
（１１）が延びても屋根瓦（２２）に対して応力がかが
ることはなく、屋根瓦（２２）が破損するおそれはない
。

一方、枠体（１１）と屋根（２１）とはワイヤ（２５）
を介して取着しているので、ワイヤ（２５）の線膨張率
もアルミニウムの枠体（１１）と極めて近い値のため、
このワイヤ（２５）も延びて枠体（１１）の膨張は吸収
される。しかも、ワイヤ（２５）の取着は、太陽電池パ
ネル（２ａ）が台風、地震等の際に落下しないように取
着するものである。そのため、ワイヤ（２５）による取
着はボルトで直接屋根に固定するのに比して、ある程度
自由度を有する。従って、枠体（１１）の熱膨張による
延びは十分に吸収可能であり、枠体（１１１に熱応力が
かかることはな（なり、歪など発生せず耐久■に優れる
。

また、太陽電池モジュール（１０）と枠体（１１）の取
着は前述したように、枠体（１１）に設けたワイヤに架
設するように、この両者間においても、ある程度自由度
を持たせておければ、ガラスと枠体との延びの差は、両
者の取着部分で吸収が可能となり、熱応力等による劣化
が防止できる。

更に、前述したように、ある程度自由度を有して太陽電
池パネル（２０）が屋根（２１）上に設置されているた
め、地震等の震動も互いに逃がすので、耐久性が向上す
る。

次に、太陽電池パネル（２Ｄ）の重量について考えてみ
る。太陽電池モジュール（ｌＯ）自体は１４ｋｇ／ｍ２
であり、枠体（１１）は６ｋｇ／ｍ”以内である。

従って、家庭用電源として使用する場合、前述のように
受光面積３０ｍ２必要であるので、全重量は４２０ｋｇ
以上６００ｋｇ以内になる。このように、住宅用の屋根
設置型太陽電池装置は極めて重量が大きくなる。

従って、この重量に耐えるだけの強度が枠体（ＩＩ）に
要求される。ところで、前述したように、太陽電池パネ
ル（２０）の落下防止等、その重量は、はとんど上辺部
（Ｉｌａ　）に取着されるワイヤ（２５）に委ねられる
。本発明においては、複数本のワイヤ（２５）で屋根（
２Ｉ）の棟（２３）を越えて他方の屋根（２１’　）に
取着する。

このため、重量は枠体（１１）に分散して荷重され、応
力集中は発生しない。従って、枠体（１１）を小さくし
ても強度は十分得られる。

次に第８図ないし第９図に従い本発明の第２の実施例に
つき説明する。第８図は本発明装置を既設の屋根に設置
した状態を示し、第８図（イ）は年１１面図、第８図（
ロ）は斜視図である。第９図は第３の実施例を示す斜視
図である。

第８図（イ）（ロ）に示すように、太陽電池モジュール
（２０）が南側の屋根（２１）にスペーサ（１４）を介
して載置される。そして枠体（１１）の上辺部（Ｉｌａ
）に取着された複数のワイヤ（２５）が棟（２３）を越
えて、反対側の屋根（２１）に載置された太陽電池パネ
ル（２０）と同重量のバランサ（４０）に取着される。

棟（２３）には、クツション部材（３１）が設けられて
いる。

このバランサ（４０）は例えば、コンクリート、鉄骨等
で形成される。

而して、太陽電池パネル（２０）と同重量のバランサ（
４０）が屋根の棟（２３）を支点として配置されるため
、太陽電池パネル（２０）の自重により片側へのみかか
る力が分散され、屋根上に太陽電池パネル（２０）がバ
ランスよく載置できる。

第９図はバランサ（４０）の異なる例を示す。このバラ
ンサ（４０）には、風抜は等の窓（４１）が形成されて
おり１台風等の風をこの窓（４１）から逃がし、バラン
サ（４０）の浮き上がりを防止する。

第１０図は本発明の第４の実施例を示すもので、本発明
装置を既設の屋根に設置した状態を示す側面図である。

第１０区に示すように、この発明においては、南側と北
側の屋根（２１）　　（２１’　）に同じ太陽電池パネ
ル（２０）　　（２０）を載置し、両者の枠体（１１）
（１１）を屋根の棟（２３）を挟んで複数本のワイヤ（
２５）で取着したものである。

而して、同じ太陽電池パネル（２０）　　（２０）が棟
（２３）を中心として対象的に配置されるため、屋根上
に重量が上手（分散されバランスよく配置できる。

また、北側の屋根に配置された太陽電池は南側に配置さ
れた太陽電池のｌ／３〜１／ｌＯ程度発電する。従って
、本発明によれば総発電量を１７３〜１／ｌｏ程度増加
させることができる。

上述した第４の実施例においては、南北の屋根に太陽電
池パネル（２０）　　（２０）夫々を載置してぃたが、
住宅によっては、東西に位置する屋根に太陽電池パネル
（２０）　　（２０）を載置する場合もある。この場合
、午前中は東側の太陽電池パネル（２０）が中心となっ
て発電し、また午後は西側の太陽電池パネル（２０）が
中心となって発電する。

このように、東西に載置された太陽電池パネル（２ｏ）
　　（２０）がバランスよく発電に寄与し、日照時間中
効率よ（発電が行える。

尚、上述した本発明の実施例においては、複数の太陽電
池モジュールを組込んだ装置について説明したが、−個
の太陽電池モジュールで所望の出力が得られる場合には
、−１１Ｍで構成できることは言うまでもない。

更に、本実施例においては、太陽電池モジュールの外枠
とは別に枠体を用いたが、この外枠を枠体に兼用するこ
ともできる。

（ト）発明の効果 本発明は、太陽電池パネルの枠体が屋根の棟を挟んで他
方の屋根の固定部にワイヤを介して取着することにより
太陽電池パネルの重量を枠体に平均して分散することが
できる。従って、枠体の一部に応力が集中することもな
くなり、小さな枠体で十分な強度が得られる。

また、バランサを設けると、このバランサは、太陽電池
パネルと屋根の棟を支点として配置されるため、パネル
の自重により片側へのみかかる力が分散され、屋根上に
バランスよく載置できる。

更に、バランサとして同じ太陽電池パネルを用いると、
通常の太陽電池パネルは南側の屋根に配置されるのでこ
のバランサとして用いた太陽電池パネル部分は、北側の
屋根に配置される。北側の屋根に載置された太陽電池は
南側に比してｌ／３〜１／１０程度発電する。従って、
総発電量を１／３〜１７１０程度増加させることができ
る。

また、東西に位置する屋根に太陽電池パネルを載置する
場合には、午前中は東側の太陽電池パネルが中心となっ
て発電し、また午後は西側の太陽電池パネルが中心とな
って発電する。このように、東西に載置された太陽電池
パネルがバランスよく発電に寄与し、日照時間中効率よ
く発電が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を既設の屋根に設置した状態を示す
斜視図、第２図は同要部斜視図、第３図は同側面図であ
る。第４図は軒下部材への取着態様を示す斜視図、第５
図は本発明に用いられる枠体の一例を示す斜視図である
。第６図は枠体へ太陽電池モジエールを組込む態様を示
し、第６図（イ）は分解斜視図、第６図（ロ）及び第６
図（ハ）は側面図である。第７図は各モジュール間の電
気的接続例を示す斜視図である。第８図は本発明の第２
の実施例を示し、第８図（イ）は側面図、第８図（ロ）
は斜視図である。第９図は本発明の第３の実施例を示す
斜視図、第１０図は本発明の第４の実施例を示す斜視図
である。第１１図は太陽電池モジュールを示す断面図、
第１２図は太陽電池の日射量と温度の時刻の変化を示す
図である。 Ｉ３・・・固定脚、１４・・−スペーサ、２０・・・太
陽電池パネル、２１・・−屋根、２２・・・屋根瓦、２
３・・・棟、２４・・・軒下部材、２５・・・ワイヤ、
４０・・・バランサ。 １０・・・太陽電池モジュール、１１・・・枠体、第 ２ 図 第 図 第 図 第 図 （イ） （ロ） 第 ６ ス （イ） （ロ） 第 図 ｔ】 第１０図 第８図 （イ） ４ （ロ） 第 １ 図 第１２ 図 手 続 補 正 士 Ｃ方式） 補正の対象 図面 補正の内容 図面の第２図、 第３図及び第１ ２図を別紙の通り補 事件の表示 正する。 平成１年特許願第２６２３２７号 以上 ２゜ 発明の名称 屋根設置型太陽電池 補正をする者 事件との関係

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）屋根の棟を挟んで左右に所定のこう配を有して形
   成された屋根の一方面の屋根上に、少なくとも一つの太
   陽電池モジュールを枠体内に組込んだ太陽電池パネルが
   載置されると共に、前記枠体の上方部に複数のワイヤが
   取付けられ、他方面の屋根側に位置する固定部に、前記
   ワイヤが前記棟を越えて取着されることを特徴とする屋
   根設置型太陽電池。
2. （２）前記固定部が屋根の軒下部材に形成されているこ
   とを特徴とする請求項第１に記載の屋根設置型太陽電池
   。
3. （３）前記固定部は太陽電池パネルと同等の重量を有し
   、バランサで形成したことを特徴とする請求項第１に記
   載の屋根設置型太陽電池。
4. （４）前記バランサを太陽電池パネルで構成することを
   特徴とする請求項第３に記載の屋根設置型太陽電池。