JPH1018514A

JPH1018514A - 屋根材

Info

Publication number: JPH1018514A
Application number: JP8176563A
Authority: JP
Inventors: Tatsukiyo Otsuki; 立清大月; Satoshi Kawabuchi; 聰川淵; Keita Sugihara; 啓太杉原; Yoshio Watanabe; 渡邊美雄; Kenichi Mizuma; 堅一水摩; Masashi Wakeshima; 分嶋正志
Original assignee: KYODO KUMIAI DOT OKAYAMA
Current assignee: KYODO KUMIAI DOT OKAYAMA
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1998-01-20
Anticipated expiration: 2016-07-05
Also published as: JP3031862B2

Abstract

(57)【要約】【課題】設置・修理等が容易であり、耐久性があり、
空気流によって太陽電池モジュールを冷却して高効率で
発電することができ、かつ必要に応じ屋内の冷暖房に寄
与し得る太陽電池モジュール付き屋根材を提供する。【解決手段】フレーム２で支持された太陽電池モジュ
ール１と瓦本体３の底部が空気層を隔てて二層構造を構
成してなる太陽電池モジュール付き瓦を屋根の上に葺く
ことにより形成された、上方から下方への縦方向の複数
の瓦により構成される、太陽電池モジュールと瓦本体と
の間に縦方向の連続した空気層を有する太陽電池モジュ
ール付き屋根材であって、前記連続した空気層の下部を
開閉自在に構成してなる、太陽電池モジュール付き屋根
材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽エネルギーを
利用して、発熱、発電を行なう太陽電池モジュール付き
屋根材に関し、さらにはその電力と熱交換により、家屋
の温度調節を行ない得る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び課題】従来、太陽電池モジュールを用
いた屋根材は設置、修理等が容易ではなく、また雨風等
に対する耐候性が不十分であった。そこで、設置、修理
等が容易で、耐久性がある太陽電池モジュールを用いた
屋根材が求められていた。また従来から、太陽電池モジ
ュールは過熱により発電効率が低下するという難点があ
った。

【０００３】さらに従来のスレート、トタン、鋼板の屋
根材で葺いている家屋は、夏は暑く、冬は寒いという欠
点があった。家屋内の熱の移動、すなわち室温の変化
は、太陽熱、大気の対流、風、雨、雪等によって屋根材
の表面が暖められたり、冷却されたりすることによって
も生ずる。また、夜間の霧、霜、外気温度の低下による
温度差で、屋根からも熱伝導、放射、対流によって室内
は冷却される。そこで、室温冷暖房器、空調器が開発さ
れ、室温の調節が行われているのが現状である。

【０００４】ところで、これらの冷暖房器、空調器とし
ては、通常電気製品が用いられているが、電力消費が、
大きく例えば夏季の消費量をピークとし冬の暖房用には
効率が悪いという無駄もある。そこで、近年太陽エネル
ギーの利用が真剣に検討され始め、例えば太陽電池モジ
ュールを屋根材に支持、固定して自家発電を行い電力の
一部を補う工夫がされている。

【０００５】屋根材に太陽電池モジュールを固定させた
ものとしては、実開昭61-194039 号公報、実開昭62-128
653 号公報及び実開平 6-44867号公報に各々記載された
技術等が提案されている。

【０００６】すなわち、太陽電池関係の従来方式、技術
は単結晶、多結晶、等の太陽電池セルを並べて配線イン
ターコネクター、強化ガラス及びアルミフレーム等で補
強して組み立てた太陽電池モジュールを複数個組み合わ
せ接続したアレイを、従来の屋根瓦の上に架台を取り付
け設置している。また、実開昭61-194039 号公報に示す
ように粘土で太陽電池と太陽電池を被覆する透明保護板
がはめ込まれる形につくり、窯に入れて焼いた屋根瓦等
に、太陽電池モジュールをはめ込んだ屋根瓦や、実開昭
62-128653 号公報に示すように透明板の下側と蓋体の空
間に太陽電池素子を封入した太陽電池パネルが考案され
ている。また、実開平 6-44867号公報に示すような瓦の
暴露面に太陽電池を組み込みシーリング材で防水し、フ
レームカバーを装置して一体化してなる太陽電池付き
瓦、等が開発されている。

【０００７】しかし、上記したような粘土を焼いた瓦の
受光面に凹部を設け、強化保護ガラス等を用いて保護し
た太陽電池を埋め込んだものは、粘土瓦やセメント瓦と
透明保護板及び太陽電池を固定させるシール材等が皆、
野外暴露されているため、紫外線、酸性雨、熱、氷結等
による劣化が生じ、長期にわたる耐久性の点で問題があ
った。

【０００８】また、透明板の下側と蓋体の空間に封入し
たパネルでは、透明板と蓋体の隙間から水分が浸透し
て、気温が上昇し太陽光が当たると水蒸気になり、更に
気温が下がる夜間には結露したり凍結したりするので、
電池セルが絶縁不良で破損するという欠点があった。

【０００９】更に、一体化した太陽電池付き瓦の例で
は、開口部の端において部分的に太陽電池を抑えると、
フレームカバーの厚みで太陽電池部とフレームカバーを
覆った瓦全体との表面が同じレベルに保たれていないた
め、開口部が凹凸になり太陽電池の部分に水や埃が溜ま
りやすくなる。そして、そのためにカバーと瓦本体を同
一レベルにしようとすれは、カバーと瓦本体、強化ガラ
ス太陽電池セルであるモジュールとに隙間ができ、シリ
コン樹脂等のシーリング材が長い年月の間には紫外線劣
化あるいは硬化し、電池セル自体の破損に結び付くので
ある。

【００１０】ところで、もともと、太陽電池は、高価で
あったり発電コストが高くつく難点があるところに、モ
ジュールを組み立てアレイとする場合、全体の出力電力
が制限され、発電効率が低下する上、特に屋根瓦取り付
け太陽電池や太陽電池付き屋根瓦では配線を効率良く行
うこと自体、リード線の取り出しに、コネクターの収納
スペース等の制約がある。更に気温と直射日光による熱
でセルの温度が60℃以上ともなり、そのため発電効率を
更に著しく低下させるという欠点もある。その他、故障
の発見や修理の労力、コストも考慮しておく必要があ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、フレーム２で
支持された太陽電池モジュール１と瓦本体３の底部が空
気層を隔てて二層構造を構成してなる太陽電池モジュー
ル付き瓦を屋根の上に葺くことにより形成された、上方
から下方への縦方向の複数の瓦により構成される、太陽
電池モジュールと瓦本体との間に縦方向の連続した空気
層を有する太陽電池モジュール付き屋根材であって、前
記連続した空気層の下部を開閉自在に構成してなる、太
陽電池モジュール付き屋根材である。

【発明の実施の形態】

【００１２】本発明の屋根材は、太陽電池モジュールが
一体化された瓦と丸瓦とを交互に組み合わせることによ
り構成される。例えば、本発明の屋根材は、太陽電池モ
ジュール１はフレーム２によって支持され、そのフレー
ムを両端に側壁31を有する瓦本体３の側壁31の頂部面に
載置されて瓦本体３に固定され、モジュール１と瓦本体
３の底部とが空気層を隔てて二層構造を構成してなる、
太陽電池モジュールが一体化した瓦を用いるものであ
る。ここに、モジュール１と瓦本体３の底部とを隔てる
空気層は厚さ10〜50mmが好ましく、特に10〜30mmが好ま
しい。瓦本体は瓦ザンにかかりずり落ちないようにカギ
状となっており、端部はステンレス等の釘によって野地
坂に固定される。次いで、固定された瓦本体の接続部の
上に丸瓦をはめ込んで接続部を被覆することができる。

【００１３】丸瓦で被覆することによって瓦本体に当た
る風を弱めると共に瓦本体の接続部分の雨水の浸入を防
ぐことができる。また、丸瓦はその下にある瓦本体の間
に嵌め込みとなっているので、雨水は隙間から容易に入
ることのない構造となっている。また太陽電池モジュー
ルの端面を被覆して雨や太陽光線が直接当たらないよう
にできる。

【００１４】太陽電池モジュール１は金属フレーム２と
の間をシーリング材、例えばブチルゴム、シリコン樹脂
等でシールし防水して、フレーム２で固定する。このフ
レームの左右の縦方向の端面を粘土でできた丸瓦でかぶ
せるようにする。

【００１５】左右方向に隣接する瓦と瓦の接続部には、
電気配線とコネクター収納のための空間が設けられてい
る。その上に丸瓦を被覆して組み合わせる。このように
して、コネクター及び電気配線を、丸瓦の下部の瓦と瓦
との接続部分に収納し、配線を行う。

【００１６】瓦本体の中央には、端子ボックスを設ける
と同時に太陽電池モジュールを支えることのできる支持
台が設けられている。その支持台の中央から瓦本体の裏
面を通って両端にリード線が出てくる。

【００１７】上段と下段の太陽電池モジュールは、段重
ね又は突き合わせに葺く構造となっている。

【００１８】本発明の屋根材で用いる太陽電池モジュー
ル付きの瓦は小型・軽量で持ち運びが簡単にできるよう
に40cm角以下の寸法で、１枚の重さが 6kg以下にするこ
とができる。太陽電池モジュールは、真夏には温度が上
昇するので、裏面を開放して放熱冷却させて発電効率を
高めることができる。熱を一定方向に流して集熱し、建
物の内部の空調に利用する場合には枠に通風口を上下に
設けるのが好ましい。瓦の材料にゴム材又は合成樹脂材
料を用いて軽量化を図ることもできる。

【００１９】粘土を用いて焼いた瓦は、氷点以下では水
が凍って割れるので、寒冷地でも利用できるようにする
ために、防水性に優れ氷点下でも強度低下が生じず、ガ
ラス、粘土よりも弾性の高い、金属あるいはゴム、プラ
スチック等を材料として用いてもよい。また、大型パネ
ル式太陽電池モジュールでは、丸みがなく、また金属板
では雨の音や風を切る音が発生し易いが、本発明の屋根
材では曲線状とすることができ、それによって解決する
ものである。本発明によれば、空気層（風洞）を設けた
二重構造により雨のはねる音や騒音を吸収するが、ゴム
材等の弾性体を材料として用いればさらにその効果は顕
著になる。

【００２０】屋根の美観は建物の重要な機能の一つであ
る。従って、千鳥に屋根材を葺くことによって、縦、横
だけでなく、斜めから眺めても屋根の見る方向が立体的
な美観を与える。千鳥に組み合わせることにより屋根材
と屋根材の組み合わせ部の雨水の流れが平面的になるた
め、豪雨の時の雨漏りを防ぐことができる。

【００２１】材料として合成樹脂及びゴム材を用いる場
合は、これらの材料に防炎剤あるいは発泡ガラス玉、ガ
ラス繊維を入れて難燃性を高めることができる。上記に
無機材料、例えばガラス繊維、発泡ガラス粒を混合する
ことによって難燃性を高めることができる。

【００２２】太陽電池モジュールの周辺を、金属製のモ
ールあるいはフレームで覆うことによって、シーリング
材、接着剤、シール材等を紫外線から保護し、劣化を防
止する。

【００２３】また、外枠に太陽電池モジュールを裏から
支持する内枠は、外枠と凹凸の嵌め合わせ構造で固定す
ることによって、接着剤を使用するより固定が簡単でし
かもその耐久性が保たれる。

【００２４】ゴム材あるいは合成樹脂材料は、耐候性、
耐火性が劣っている欠点があるが、この表面を薄い鋼
板、ステンレス板あるいは鋼板で保護することにより、
耐候性、耐火性が高められる。また、鋼板を接着あるい
はゴムを熱で加硫し同時に熱接着することにより、強度
を高めることができる。

【００２５】金属または粘土を素材とした外枠を用いる
場合、太陽電池モジュールの表面の寸法よりも狭い外枠
に、シーリング材、あるいはシールテープをつけて、そ
れに太陽電池モジュールを押し当て、モジュールの外枠
をシーリング材で覆うことによって防水性を高めると同
時に紫外線から守る、組み合わせ構造とすることもでき
る。

【００２６】

【実施例】

例１図１は、太陽電池モジュールが一体化された瓦を屋根に
葺いた例の断面図であり、太陽電池モジュール１の層と
瓦本体３の底部との間に連続した空気層４が形成されて
おり、瓦本体３の接続部分が丸瓦で覆われている。図で
は、瓦は野だる木71の上の野地板72に釘穴を通して釘で
固定し、野地板に打ちつけられた瓦桟73に瓦の突起物を
かけてあり、瓦が地震等によりずり落ちるのを防止して
いる。丸瓦の端のつば51は、雨が伝ってつなぎ目に入る
のを防ぐと共に、美観を高めるものである。このよう
に、フレームに取り付けた太陽電池モジュール１を瓦本
体（平瓦）３に埋め込んで取り付け、屋根の上に直列に
葺いた後、コネクターで配線し、丸瓦を被せることによ
って太陽電池付き屋根材が得られる。図２は、本発明の
屋根材の説明図であり、太陽電池モジュール１の層と瓦
本体３の底部との間に連続した空気層４が形成されてお
り、連続した空気層４の下部に開閉口（空気吸入口）
６、開閉シャッター６１が設けられている。この開閉口
から空気を入れることにより、太陽電池モジュールを冷
却して過熱を防止することができ、また加熱された空気
の熱を必要に応じ屋内の加熱等に使用することができ
る。

【００２７】図３は、多結晶の太陽電池モジュール１
で、その保護として厚さ 6mmの強化ガラスが張り合わさ
れている。図４は、太陽電池モジュール１を瓦本体（平
瓦）３に取り付けるための金属製フレームで21はフレー
ム本体、22,23 は瓦本体との係合部、24は太陽電池モジ
ュールを取り付けるための折り曲げ部、25は太陽電池モ
ジュールのはめ込み部である。24の折り曲げ部の折り曲
げた先端に太陽電池モジュールが固定される。太陽電池
モジュール１はフレームの中央のはめ込み部25に嵌め込
まれて、その周囲は、シリコン樹脂、ブチルゴム、アク
リル樹脂等のシーリング材で封止され、かくしてモジュ
ールはフレームに支持され、防水されている。図５は、
瓦本体３であって、これが直列に屋根の上に葺かれる。
瓦本体３はその両端に、モジュールをその頂部面32の上
に載置するための側壁31を有し、その側壁31の外側部に
は左右方向の他の瓦と接続するための接続部33が設けら
れている。接続部33はその被覆用の丸瓦を乗せるか又は
丸瓦が覆われる部分であり、通常、断面が半円形であ
る。これは水返しの機能も持っている。さらに瓦本体３
は、中央に太陽電池モジュールを支持し、端子を収納可
能な支持体 (支持台)34 が設けられている。また、リー
ド線を瓦本体の底から配線するための穴が設けられ、ま
た、モジュールとの係合部35が設けられている。

【００２８】図４のフレームに組み込まれた太陽電池モ
ジュールは図５の瓦本体（平瓦）に埋め込まれてフレー
ムの足の23及び22が平瓦の側壁の凹部に曲げて固定され
る。図６は太陽電池モジュールを金属フレームで平瓦に
固定する部分拡大図である。図７に示す丸瓦は、粘土を
主原料とする焼き物で出来ているため、比重が重く丸み
があるので風に飛ばされにくい。さらに、平瓦と平瓦の
接合部の端子を雨水から保護されているので、錆びにく
く接触不良を起こしたり、電線及びリード線の腐食を防
ぐことができる。穴は丸瓦がずり落ちないように、金属
線を通して瓦桟あるいは野地板に固定するためのもので
ある。

【００２９】図８は、太陽電池モジュール１と瓦本体３
が一体化された瓦と丸瓦５とを組み合わせて使用した状
態の断面図である。丸瓦を瓦と瓦の接合部に被覆するこ
とにより、接合部を保護することができる。

【００３０】例２図９、１０は、太陽電池モジュールが一体化された瓦の
別例の裏から見た平面図及び断面図であり、太陽電池モ
ジュール１と瓦本体３の底部が空気層を隔てて二層構造
を構成している。太陽電池セルと強化ガラス保護板から
なるアモルファス太陽電池モジュール１であって動作特
性15V-99mA、寸法タテ200mm 、ヨコ260mm のものをフ
レーム２に嵌めてシーリング材で防水を行ない、ゴム製
の瓦本体３に固定している。

【００３１】例３図１１は実験棟の空気循環を示す断面図であり、前記図
２はその実験棟の空気の吸い込み及び遮断についての部
分説明図である。図１１に示すように、日当たりの良い
平地に約３６．１m²の木造の実験棟を建てて、南側の屋
根に、太陽電池モジュール付き瓦を葺いた。次に、図１
１の断面図のように太陽光によって熱された太陽電池モ
ジュール１の下の空気は、上部の瓦の裏にある温風吸入
口81から排出され、屋内に取り入れられる。そして開か
れたシャッター82から熱い空気が屋根ダクト83に集めら
れ、例えば夏の日中は、うだつ86の中に設けられたダク
ト85及び換気扇88によって屋外に排気される。冬の場合
は送風機87によってダクト84を通って室内に温まった空
気が取り込まれる。この場合、発電された電力を用いて
送風機を運転させても良い。

【００３２】図２は、図１１における開閉可能な空気の
吸入口６及び風洞（空気層）４の遮断を示す拡大図で、
瓦座（よど) 及び広こまいで支えられた役物瓦（軒がわ
ら）の裏側と、雨どゆの間に設けられた吸入口から、日
中は大気が取り込まれる。また、冬季の夜間は、この空
気吸入口に設けられたシャッター61と、上部瓦下のシャ
ッターの両方を閉じるか、あるいは片方を閉じることに
よって、風洞の空気は自然上昇、あるいは外の強く、冷
たい風が吹き込むのを防ぐことができる。このような構
造の実験棟、及び温調システムにおいて気象条件、四季
によってどの程度の断熱、あるいは収熱ができるかを調
べるため、次のような測定器を用いた。

【００３３】実験例１実施例で説明した、本実験棟の屋根に、太陽電池モジュ
ール付き瓦及び丸瓦を葺いて、夏期(7月下旬) 及び春(3
月上旬) におけるアモルファス太陽電池の発電量、気象
・ダクト内・室内の温度変化、多結晶太陽電池の発電
量、太陽電池モジュールの表裏の温度、一週間の日射量
とダクト内の温度、を測定した。その結果、夏の気温の
高い季節(7月下旬) では、アモルファス太陽電池（出力
3.6W) を66枚、南向きの屋根に葺いた場合の最大出力は
160Wであった。また、多結晶(5.2W)を、66枚葺いた場合
は160Wの電力を得ることができた。そのとき太陽電池モ
ジュールの表面温度は、最高で60℃に達した。また、気
温30℃において、ダクト83、84、85内の空気温度は45℃
〜50℃に達した。しかも、太陽電池モジュールの表面が
60℃になっても室温は35℃以上にはならなかった。な
お、この測定の翌日 (27日) のデータにおいても、外気
温と室温との関係は、ほぼ同じであった。

【００３４】夏期（ 7月23日〜29日) の一週間の日射量
及び外気温と風洞内の温度を測定すると、7 月27日に
は、外気温34.8℃の場合に風洞内の温度は50℃を超え
た。初春の気温の低い季節においては、日中気温が10℃
前後の場合でも、屋根の上の方の瓦の裏の温度は28.7℃
まで上昇した。また、ダクト83、84、85内の温度は22℃
まで上昇した。

【００３５】このように、実験棟において計測した結
果、夏の場合は、太陽光の熱を遮ることよって、屋根材
の裏の温度の上昇を防ぐことができた。また、外気を太
陽電池モジュールの風洞に流して冷却し、その熱風を、
うだつから排気することによって、屋根からの熱伝導、
輻射熱を遮り、室内の温度上昇を防ぐことができる。ま
た、夏の夜間は、例えばバッテリーに充電した電力を用
いて排風機を運転し、室内を換気することによって、日
中に熱された室内温度を、外気温度近くまで下げること
ができる。一方、冬の日中は、太陽光の熱を室内に取り
込みができる。夜間、及び冬の木枯らしが吹く寒い日に
おいても、太陽電池モジュールが屋根から逃げる対流、
熱伝導及び輻射熱による室内の冷却を緩和してくれる。
すなわち、季節や天候によって、下記に示すように、吸
入口のシャッターを開閉することによって温度調節がで
きる。また、冷暖房の燃料、及び電気エネルギーを節減
できる。南国においては、日中の断熱、夜間の放熱だけ
でも良いし、北国においては、吸熱あるいは夜間・悪天
候時の断熱を行うだけでも良い。

【００３６】実験例２太陽電池屋根材が従来のスレート瓦に比べて、室内外の
熱が温度の高い所から低い所へ移動していく場合、本発
明の太陽電池屋根材とスレート瓦を組み合わせて風洞を
設けた複層構造の太陽電池屋根材が従来のスレート瓦と
比べてどれ位の熱移動の差があるかを調べる模擬実験を
行った。すなわち、この実験では、複層の太陽電池モジ
ュール付き屋根材及びスレート瓦によって区分された温
度差のある両側の熱移動、すなわち断熱性の優れた発泡
スチロール容器を用いて、容器の温度が雰囲気温度との
差によって起こる、昇降および冷却の速さを比較した。

【００３７】第12図は、実験に使用した装置の断面図を
示すものである。容器 (発泡ポリスチレン製)96 の大き
さは、内寸法が縦34cm 横28cm 高さ23cmであり、内容
積が22リットルであった。更に、実験容器内の空間92の
空気対流を起こさない程度に、オガクズ95を 2kg容積で
1.45リットルを詰めて、スレートとオガクズの隙間が 7
cmとなる様にした。この容器の上に図１に示すように寸
法が、縦33.3cm、横30cm、厚さ 1.2cmのスレート瓦93を
おき、更にその上に多結晶の太陽電池モジュール91 (寸
法が縦27cm、横29.5cm、厚さ0.78cm) を、スレート瓦と
の間5cm の空間を設けて乗せた。

【００３８】更に、容器の外側及び太陽電池モジュール
の周辺あるいはスレート瓦のふちから輻射熱などの恒温
槽内の雰囲気温度ができる限り影響を及ぼさないように
気密性、断熱性を高めるために、アルミ箔98でラミネー
トされた、厚さ0.5cm の発泡ポリウレタン97で包んだ。

【００３９】このように太陽電池モジュールとスレート
瓦で密閉された容器にそれぞれ温度計 (温度センサー)
99を取り付けた。雰囲気温度を測定するため、容器の外
にセンサーT1を取り付け、太陽電池モジュールとスレー
ト瓦の空間にセンサーT2を取り付け、スレート瓦の下部
の空間にセンサーT3を取り付け、更にオガクズの中にセ
ンサーT4を取り付け、これらの温度センサー 4点、およ
び 3点をチャート記録計に接続した。

【００４０】この実験装置を恒温槽の中に入れ、恒温槽
内の雰囲気温度を 2℃に設定し、実験装置内のオガクズ
95の温度が 4℃に均衡するよう保持した。そして、オガ
クズの温度が 4℃に安定したときに、恒温槽の設定温度
を50℃とし、各部位の温度の上昇の速さ、T1、T2、T3、
T4すなわち温度- 時間をチャート記録計で測定した。

【００４１】引き続き、容器内 (実験装置) のオガクズ
95の温度が30℃に達した時点で、恒温槽の温度設定を 2
℃にして雰囲気温度を下げた。そして恒温槽内の温度T
1、太陽電池モジュール下の風洞 (今回の実験では密閉
された空間) 94の温度T2、スレート瓦とオガクズ間の空
間93の温度T3、オガクズ95の中の温度T4のそれぞれの温
度の変化を測定した。

【００４２】更に、容器の外側及び太陽電池モジュール
の周辺あるいはスレート瓦の淵から輻射熱などの恒温槽
内の雰囲気温度ができる限り影響を及ぼさないように機
密性、断熱性を高めるために、アルミ箔98でラミネート
された厚さ0.5cm の発泡ポリエチレンシートで包んだ。
次に、太陽電池モジュールを取り外してスレート瓦のみ
の場合の温度変化を前項と同じ手順で昇温させそれぞれ
の部位T1、T3、T4の温度変化を測定した。その結果を表
１及び表２に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】実験結果、表１及び表２の複層屋根材とス
レート瓦の昇温速度比較が示すように、雰囲気温度T1を
2 ℃から昇温し、オガクズ内温度T4を 4℃から30℃に昇
温するのに要する時間と、それに伴い、太陽電池モジュ
ールとスレート瓦間の風洞の温度T2、スレート瓦とオガ
クズの空間温度T3の昇温に要する時間は、

【００４６】複層屋根材スレート瓦差異Ｔ２２時間 ── ── Ｔ３３時間４０分１時間４０分２時間Ｔ４６時間４時間４０分１時間４０分

【００４７】となり複層屋根材の方がスレート瓦の空間
温度T3で 2時間、オガクズ内の温度が30℃に達する所要
時間は 1時間40分長く要した。この実験から、外部から
の熱を遮る効果が確認できた。次に、実験装置内のオガ
クズの中の温度T4が30℃に達した時点で、引き継ぎ、恒
温槽の設定温度を 2℃に切替え降温し、空間T3とオガク
ズ中T4の温度を測定した。その結果を表３及び表４に示
す。

【００４８】

【表３】

【００４９】

【表４】

【００５０】表３及び表４は、複層屋根材とスレート瓦
の温度の経時変化を記録したものであり、降温速度比較
を示すものである。これらの実験結果から明らかなよう
に、雰囲気温度TIが48℃から2 ℃に下がることによっ
て、各部位T2、T3、T4の温度が比例して14℃に下がるに
要するタイムラグを含めた所要時間は、

【００５１】複層屋根材スレート瓦差異Ｔ２２時間２０分 ── ── Ｔ３３時間４０分１時間４０分２時間Ｔ４６時間４時間４０分１時間２０分

【００５２】となった。更に、14℃から4 ℃にまでにな
るT2、T3、T4の所要時間は、下記のとおりであった。

【００５３】複層屋根材スレート瓦差異Ｔ２４時間 ── ── Ｔ３４時間２時間２時間Ｔ４６時間５時間１時間

【００５４】オガクズ95内の温度T4は、スレート瓦下の
空間92の温度T3との差 (T3-T4)に比例して下がり、更に
空間の温度T3は、太陽電池モジュール下の風洞94の温度
T2との差(T2-T3) に比例して冷却温度が遅くなった。す
なわち、太陽電池モジュールによって遮断され、さらに
空気層とその下のスレート瓦によって三重に断熱された
分だけ内部の冷却速度が遅くなったことになる。

【００５５】

【発明の効果】本発明の屋根材は、太陽電池モジュール
１と瓦本体３の底部とが空間層を隔てた二層構造になっ
ているので、モジュール１の過熱を防止して高効率で発
電し得る。また、嵌め込み式なので太陽電池モジュール
の交換が容易である。さらに、瓦本体３の接合部が丸瓦
で被覆され嵌合されているので、風に飛ばされにくいと
いう利点がある。

【００５６】取り付け部周辺の雨水は、瓦本体が受けて
あるので、雨が瓦の下の野地板に漏れにくい。また遮音
効果も優れている。さらに電気配線コネクターが、瓦本
体と瓦本体の接合部に収納され、その上から丸瓦で覆っ
ているので、コネクターに雨水や埃が入りにくいので、
腐食されにくく、電気配線を直列及び並列に行うことが
できる。

【００５７】瓦本体は、セメントあるいはスレートを素
材とした場合、加工が容易で、しかも太陽電池モジュー
ルの下に隠れるため直射日光が当たらず、風化されにく
く耐久性に優れている。また、粘土瓦に比べ寸法精度が
高いので太陽電池モジュールの取り付けが容易である。
丸瓦は、粘土を素材とし、いぶし瓦あるいは上薬を塗っ
た陶器瓦であるため半円状でも衝撃にも強い。これらの
長所の組み合わせによって、耐久性及び経済性の優れた
屋根材を提供することが可能になる。

【００５８】太陽電池モジュールが均一に配列され、突
き合わせになっているので、空気層を通る暖かい空気は
容易に上昇することができる。屋根に葺いてある本発明
の屋根材の最下部の吸入口を必要に応じて閉じれば、二
重構造であるから断熱効果により冬は暖かい。夏は上部
の排気口を開ければ、冷却されて、鉄板やトタン屋根の
下や、スレート屋根のように焼けて輻射熱が屋根の下ま
で届いて屋内が熱くなるような現象を防ぐことができ
る。瓦本体の材質として熱電導率 (20℃) 2.5Kcal/m/hr
/ ℃以下の断熱材を用いれば、上記の断熱効果はさらに
顕著になる。

【００５９】太陽電池モジュールの裏面の空気層を通る
温風を屋根の棟部でダクトに集熱し、冷暖房などのパッ
シブソーラーシステムとして利用できる。また、この空
気層に外部から温風を送り込むことにより、屋根材に積
もった雪を溶かして除雪することもできる。太陽電池モ
ジュールの裏面は、風洞（空気層）になっているので、
太陽熱で太陽電池セルが60℃以上の高温になった場合で
も、冷却されるので発電効率が下がることはない。

【００６０】また、風洞を利用することによって、モジ
ュールのリード線に付属するコネクターの配線が容易に
できる。さらに、モジュールの発電効率が異なるモジュ
ールの場合でも、容易に結線を変えて発電効率を最高に
維持することができるように並列または直列に結線する
ことができる。

【００６１】瓦本体のスレートに用いる細骨材の種類を
変えることによって軽量化を図ることができる。また、
粘土の丸瓦は、ゆう薬を用いることによって耐候性の優
れた着色ができる。

【００６２】瓦本体を葺いた後で配線を行うので、電線
及び端子が目で見える。よってプラス、マイナスの接
続、不良の点検、配線工事が簡単にできる。また、住宅
の増改築、屋根の葺き替えで、太陽電池付き屋根材を廃
棄処分する際に、組み合わせ構造のため、太陽電池モジ
ュールとスレート瓦、粘土瓦を簡単に分別できる。

【００６３】夏の場合は、太陽光の熱を遮ることによっ
て、屋根材の裏の温度の上昇を防ぐことができる。ま
た、外気を太陽電池モジュールの風洞に流して冷却し、
その熱風を、うだつから排気することによって、屋根か
らの熱伝導、輻射熱を遮り、室内の温度上昇を防ぐこと
ができる。また、夏の夜間は、例えばバッテリーに充電
した電力を用いて排風機を運転し、室内を換気すること
によって、日中に熱された室内温度を、外気温度近くま
で下げることができる。

【００６４】一方、冬の日中は、太陽光の熱を室内に取
り込みができる。夜間、及び冬の木枯らしが吹く寒い日
においても、太陽電池モジュールが屋根から逃げる対
流、熱伝導及び輻射熱による室内の冷却を緩和してくれ
る。すなわち、季節や天候によって、下記に示すよう
に、吸入口のシャッターを開閉することによって温度調
節ができる。また、冷暖房の燃料、及び電気エネルギー
を節減できる。南国においては、日中の断熱、夜間の放
熱だけでも良いし、北国においては、吸熱あるいは夜間
・悪天候時の断熱を行うだけでも良い。熱の移動の関係
をまとめてみると以下のようになる。

【００６５】

【表５】

【００６６】すなわち、本発明のシステムは、太陽電池
モジュールの表面温度を下げることによって、発電効率
を高めるとともに、太陽光の熱でもって空調を行った
り、夜間は断熱材の機能を果たすことができる。

【００６７】太陽電池モジュールとスレート瓦の間の風
洞（空気層）を約5cm 以下にすれば空気の対流は非常に
少なくなる。従って、一般によく知られている物質の熱
伝導率、太陽電池モジュール（熱伝導率0.6kcal/m/hr/
℃) とスレート瓦 (熱伝導率2.0kcal/m/hr/ ℃) の間の
空気 (熱伝導率0.02kcal/m/hr/℃) によって、熱の移動
はその分だけ遮断される。また、温度の上昇及び冷却の
場合、スレート瓦からの放射によって失う熱量は太陽電
池モジュールによって外気と遮断されるので、4 ℃〜40
℃の範囲では、温度差があまり大きくならないので、単
位時間内に失う熱量は、温度差に比例して減少している
ということがいえる。したがって、夜間や太陽光がでな
い天気の場合には、室温の熱が屋根から失われるのを低
減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は太陽電池モジュールが一体化された瓦を
葺いた屋根材の説明図である。

【図２】図２は本発明の屋根材の説明図である。

【図３】図３は太陽電池モジュールの説明図である。

【図４】図４は、太陽電池モジュールの保護、および瓦
本体への取り付け用のフレームの説明図である。

【図５】図５は、太陽電池モジュールの取り付け用の瓦
本体の説明図である。

【図６】図６は、フレーム２と瓦本体３との係合部分を
示す部分説明図である。

【図７】図７は丸瓦の説明図である。

【図８】図８は、太陽電池モジュール付き瓦と丸瓦とを
組み合わせて使用した状態の断面図である。

【図９】図９は、太陽電池モジュール付き瓦の平面図で
ある。

【図１０】図１０は、太陽電池モジュール付き瓦の断面
図である。

【図１１】図１１は、本発明の屋根材を備えた実験棟の
断面図である。

【図１２】図１２は、模擬実験に使用した装置の断面図
である。

【符号の説明】

１太陽電池モジュール２フレーム３瓦本体４空気層（空洞）５丸瓦６開閉口２１フレーム本体２２瓦本体との接合部２３瓦本体との折り曲げ接合部２４瓦本体への取り付け部２５太陽電池モジュール嵌め込み部３１瓦本体３２側壁の頂部３３瓦本体の接合部３４瓦本体の支持台３５太陽電池モジュールとの接合部３６裏面のリード線の導入溝５１丸瓦のつば６１開閉シャッター７１野だる木７２野地板７３瓦桟８１温風吸入口８２シャッター８３屋根ダクト８４ダクト８５ダクト８６うだつ８７送風機８８換気扇９１太陽電池モジュール９２空間９３スレート瓦９４空気層（風洞）９５オガクズ９６発泡ポリスチレン９７発泡ポリウレタン９８アルミ箔９９温度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡邊美雄岡山県岡山市高柳東町13番46号日進ゴム株式会社内 (72)発明者水摩堅一岡山県倉敷市潮通３三菱化学エンジニアリング株式会社中四国事業所内 (72)発明者分嶋正志岡山県岡山市森下町６−３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレーム（２）で支持された太陽電池モ
ジュール（１）と瓦本体（３）の底部が空気層を隔てて
二層構造を構成してなる太陽電池モジュール付き瓦を屋
根の上に葺くことにより形成された、上方から下方への
縦方向の複数の瓦により構成される、太陽電池モジュー
ルと瓦本体との間に縦方向の連続した空気層を有する太
陽電池モジュール付き屋根材であって、前記連続した空
気層の下部を開閉自在に構成してなる、太陽電池モジュ
ール付き屋根材。
【請求項２】太陽電池モジュール付き瓦が、太陽電池
モジュール（１）、該モジュールを支持し瓦本体に固定
するためのフレーム（２）、及び該モジュールを瓦本体
の底部と空気層を隔てて固定するための側壁（31）を左
右両端に設け且つ該側壁（31）の各々の外側部に他の瓦
との接続部を設けてなる断面凹状の瓦本体（３）からな
り、前記フレーム（２）で支持された太陽電池モジュー
ル（１）が前記側壁（31）の頂部面に載置されて瓦本体
（３）に固定され、モジュール（１）と瓦本体（３）と
が空間層を隔てて二層構造を構成してなる、太陽電池モ
ジュールが一体化された瓦である、請求項１の屋根材。
【請求項３】モジュール（１）と瓦本体（３）との間
の空間層が厚さ10〜50mmである請求項１又は２の屋根
材。
【請求項４】空気層の空気の送風又は排気のための送
排風器を設けてなる、請求項１又は２の屋根材。
【請求項５】空気層に送風して、太陽電池モジュール
の裏面から該モジュールを冷却し、同時に排出される熱
風から熱エネルギーを回収し得る如くした請求項４の屋
根材。
【請求項６】空気層に熱風を送風して太陽電池モジュ
ールの裏面から該モジュールを加熱し、積雪を溶かし得
る如くした請求項４の屋根材。
【請求項７】瓦本体が、20℃の熱電導率 2.5Kcal/m/h
r/℃以下の断熱材からなるものである、請求項１又は２
の屋根材。
【請求項８】２つの瓦の接続部を跨がって被覆し、該
瓦の２つの太陽電池モジュールの接続部側の端部に載置
され固定される円弧柱状の被覆瓦（５）で、接続部を被
覆し防水してなる請求項１又は２の屋根材。
【請求項９】瓦本体の接続部が、太陽電池モジュール
の端子ボックスからのリード線に取り付けられたコネク
ターを収納し且つコネクターからの電線を直列又は並列
に配線できる凹部を有し、その接続部が円弧柱状の被覆
瓦で被覆されてなる請求項８の屋根材。