特許 6070275 太陽光発電ユニットおよび太陽光発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6070275

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】太陽光発電ユニットおよび太陽光発電システム

(51)【国際特許分類】

   E04D 13/00 20060101AFI20170123BHJP

   E04D 13/18 20140101ALI20170123BHJP

   H02S 20/25 20140101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   E04D13/00 K

   E04D13/18ETD

   H02S20/25

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-40374(P2013-40374)

(22)【出願日】2013年3月1日

(65)【公開番号】特開2014-169532(P2014-169532A)

(43)【公開日】2014年9月18日

【審査請求日】2015年8月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000198787

【氏名又は名称】積水ハウス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】特許業務法人あーく特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】桐林 亨

【審査官】 西村 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−０６４８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１７６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１４９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２３０９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０４２４４９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０５−０３４９７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１０−０６１１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−１９１７４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２０１０−５２５５６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｄ １３／１８

Ｈ０２Ｓ ２０／２４−２０／２６

Ｈ０２Ｓ ４０／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形形状の断熱層と
少なくとも前記断熱層の上面を覆う防水層と、
前記防水層の上面に配置される太陽光発電パネルとが、一体化されており、
前記断熱層の周囲の４面のうち、１組の対向する２面には凹部が形成され、該凹部には前記太陽光発電パネルの接続用のケーブル電極が配置されており、
前記断熱層の周囲の面に配線用の溝部が形成されていることを特徴とする太陽光発電ユニット。

【請求項2】

前記請求項１に記載の太陽光発電ユニットであって、
当該太陽光発電ユニットの上面に勾配がつけられていることを特徴とする太陽光発電ユニット。

【請求項3】

矩形形状の断熱層と
少なくとも前記断熱層の上面を覆う防水層と、
前記防水層の上面に配置される太陽光発電パネルとが、一体化されており、
前記断熱層の周囲の４面のうち、１組の対向する２面には凹部が形成され、該凹部には前記太陽光発電パネルの接続用のケーブル電極が配置されており、
前記太陽光発電パネルは、前記防水層に対して、取り外し自在に装着されていることを特徴とする太陽光発電ユニット。

【請求項4】

前記請求項１から３の何れか一項に記載の太陽光発電ユニットを複数枚配列して構成される太陽光発電システムであって、
隣接する太陽光発電ユニットは、前記凹部が形成された面同士および前記凹部が形成されていない面同士を対向および接触させて配置されており、
前記凹部が形成された面では、前記ケーブル電極同士を接続した状態で、前記ケーブル電極を前記凹部内部の空間に格納していることを特徴とする太陽光発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、陸屋根へ敷設して用いる太陽光発電ユニット、複数枚の該太陽光発電ユニットを配列させて構成する太陽光発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

陸屋根上に太陽光発電パネルを敷設する方法としては、屋根上にパネル支持用の架台を備え付け、該架台の桟上に太陽光発電パネルを取り付ける方法が一般的である。しかしながら上記の方法では、パネル支持のための架台が必要であるため、取付のための部材が多くなる。また、上記架台に取り付けられる太陽光発電パネルは、屋根との間に空間を有して配置されるため風の影響を受けやすく、このため、架台に対するパネルの取り付けには十分な強度が要求される。このことは、太陽光発電パネルの施工手順を多くさせ、施工を煩雑にする。

【0003】

一方、上記のような架台を用いずに陸屋根に太陽光発電パネルを敷設する工法が開発されている。例えば、非特許文献１には、以下に示す施工手順で、太陽光発電パネルとシート防水とが一体になった太陽光発電パネルを敷設するシステム工法が開示されている。
(1) 陸屋根上に断熱材を敷設・固定する。
(2) 断熱材にケーブル用の溝を作成し、該溝にケーブルを敷設する。
(3) ベルトシートを敷設・固定する。
(4) 太陽光発電パネルが一体化された防水シートを敷設し、太陽光発電パネルをケーブルと接続する。その後、上記防水シートをベルトシートに固定する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】「ＤＮソーラシートの施工手順」（http://www.sunloid-dn.jp/products/solar/sekoutejyn.html）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記非特許文献１に開示されたシステム工法においても、以下のような問題がある。
・施工手順が多い。
・防水シートの可撓性を確保するため、フィルムタイプのアモルファス型太陽電池に限定される。（アモルファス型太陽電池は、通常使用される硬質な結晶型太陽電池に比べると変換効率が低い。）
・防水シートが寿命を迎えると、太陽光発電パネルも一緒に除去する必要がある。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、架台を用いずに陸屋根上に施工可能な太陽光発電ユニットであって、施工が容易で、かつ、結晶型太陽電池も使用可能な太陽光発電ユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の太陽光発電ユニットは、矩形形状の断熱層と少なくとも前記断熱層の上面を覆う防水層と、前記防水層の上面に配置される太陽光発電パネルとが、一体化されており、前記断熱層の周囲の４面のうち、１組の対向する２面には凹部が形成され、該凹部には前記太陽光発電パネルの接続用のケーブル電極が配置されていることを特徴としている。

【0008】

上記の構成によれば、太陽光発電ユニットを陸屋根上に直接敷き詰めて敷設する工法を用いることで、架台を設置することなく、太陽光発電システムを構築することが可能である。これにより、施工手順を大幅に少なくすることができる。

【0009】

さらに、太陽光発電ユニットは、陸屋根面に直接載置されるため、ユニットの裏面に風が入って浮き上がることはない。このため、陸屋根面に対して接着固定するといった簡素な工法を用いることができ、施工手順を簡略化することができる。

【0010】

また、隣接する太陽光発電ユニット間では、ケーブル電極同士を接続することで太陽光発電パネル同士が電気的に接続される。このとき、ケーブル電極は凹部内部の空間に格納される。このため、ケーブル電極が邪魔になることなく、隣接する太陽光発電ユニットを接触させて隙間なく配列させることが可能となる。

【0011】

また、前記太陽光発電パネルでは、結晶型太陽電池を用いることも可能であり、結晶型太陽電池を用いることで、エネルギ変換効率が良好な太陽光発電システムを得ることができる。

【0012】

また、前記太陽光発電ユニットでは、太陽光発電ユニットの上面に勾配がつけられている構成としてもよい。

【0013】

上記の構成によれば、太陽光発電ユニットの上面に雨水等が滞留することを防止できる。

【0014】

また、前記太陽光発電ユニットでは、前記断熱層の周囲の面に配線用の溝部が形成されている構成としてもよい。

【0015】

上記の構成によれば、太陽光発電ユニットの周囲に配線が延設される箇所でも、該配線が邪魔にならず、太陽光発電ユニットを隙間なく並べることができる。

【0016】

また、前記太陽光発電ユニットでは、前記太陽光発電パネルは、前記防水層に対して、取り外し自在に装着される構成としてもよい。

【0017】

上記の構成によれば、太陽光発電パネルに故障が生じた場合等に、該パネルのみを交換することが可能となる。あるいは、断熱層及び防水層を交換する場合に、太陽光発電パネルを再利用することも可能となる。

【0018】

本発明の太陽光発電システムは、本発明の太陽光発電ユニットを複数枚配列して構成される太陽光発電システムであって、隣接する太陽光発電ユニットは、前記凹部が形成された面同士および前記凹部が形成されていない面同士を対向および接触させて配置されており、前記凹部が形成された面では、前記ケーブル電極同士を接続した状態で、前記ケーブル電極を前記凹部内部の空間に格納していることを特徴としている。

【0019】

上記の構成によれば、施工が容易で、かつ、硬質な結晶型太陽電池も使用可能な太陽光発電ユニットを提供することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の太陽光発電ユニットおよび太陽光発電システムは、太陽光発電ユニットを陸屋根上に直接敷き詰めて敷設する工法を用いることで、架台を設置することなく、太陽光発電システムを構築することが可能である。これにより、太陽光発電システムの施工手順を大幅に少なくすることができるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施の形態に係る太陽光発電ユニットの斜視図である。

【図2】図１に示す太陽光発電ユニットの断面図である。

【図3】図１に示す太陽光発電ユニットを配列してなる太陽光発電システムの上面図である。

【図4】図３に示す太陽光発電システムの断面図である。

【図5】本発明の実施の形態に太陽光発電システムにおける配線状態の一例を示す図である。

【図6】本発明の他の実施の形態に係る太陽光発電ユニットの斜視図である。

【図7】図６に示す太陽光発電ユニットを配列してなる太陽光発電システムの側面図である。

【図8】本発明の他の実施の形態に係る太陽光発電ユニットの断面図である。

【図9】本発明の他の実施の形態に係る太陽光発電ユニットの断面図である。

【図10】図９に示す太陽光発電ユニットにおいて、ソーラパネルを取り外した状態を示す断面図である。

【図11】本発明の他の実施の形態に係る太陽光発電ユニットの断面図である。

【図12】図１１に示す太陽光発電ユニットを配列してなる太陽光発電システムの断面図である。

【図13】本発明の他の実施形態にかかる太陽光発電ユニットを配列してなる太陽光発電システムの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0023】

まずは、本実施の形態に係る太陽光発電ユニットの構成を、図１および図２を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る太陽光発電ユニット１０の斜視図である。図２は、太陽光発電ユニット１０の断面図である。太陽光発電ユニット１０は、陸屋根等の上に隙間なく敷き詰めることによって、該陸屋根に防水および断熱構造を与えると同時に、太陽光発電システムを設置することができるものである。太陽光発電ユニット１０は、断熱層１１、防水層１２、およびソーラパネル１３を備えて構成されている。

【0024】

断熱層１１は、スチレンフォームやウレタンフォーム等の断熱材からなる矩形形状のパネルであり、その上面にソーラパネル１３が搭載される。また、断熱層１１の周囲の４辺は、断熱層１１の底面に対して垂直な側面を有している。防水層１２は、少なくとも断熱層１１の上面全体を覆うように形成されている。防水層１２は、防水シートのようなフレキシブルな層であってもよく、あるいは、塩化ビニル鋼板のような剛性を有する層であっても良い。ソーラパネル１３は、防水層１２の上面に配置される。

【0025】

ソーラパネル１３に用いられる太陽電池の種類は特に限定されるものでなく、結晶型太陽電池およびアモルファス型太陽電池の何れを用いることもできる。但し、本発明の太陽光発電ユニットにおいては、ソーラパネルに可撓性は特に要求されないため、エネルギ変換効率の高い結晶型太陽電池を用いてもよい。

【0026】

断熱層１１と防水層１２、および防水層１２とソーラパネル１３とは、例えば接着剤によって接着されている。こうして、太陽光発電ユニット１０は、断熱層１１、防水層１２、およびソーラパネル１３を一体化して構成される。

【0027】

また、断熱層１１の４辺の側面のうち、１組の対向する２面には、座繰り等によって凹部１１Ａが形成されている。この凹部１１Ａには、隣接する太陽光発電ユニット１０間でソーラパネル１３同士を電気的に接続するためのケーブル電極１４が配置されている。すなわち、ソーラパネル１３の接続用ケーブルは、防水層１２および断熱層１１に設けられた孔部や溝部（図示せず）を通して、凹部１１Ａより外部に引き出されている。そして、凹部１１Ａより引き出された接続用ケーブルの先端において、コネクタであるケーブル電極１４が接続されている。

【0028】

続いて、太陽光発電ユニット１０を陸屋根上に敷設する場合の施工手順について、図３及び図４を参照して説明する。

【0029】

隣接する太陽光発電ユニット１０は、図３に示すように、凹部１１Ａが形成された面同士を対向させて配置され、最初にケーブル電極１４同士を接続する。ケーブル電極１４の接続後、凹部１１Ａが形成された面同士を接触させて太陽光発電ユニット１０を配置する。同様に、凹部１１Ａが形成されていない面同士を接触させて太陽光発電ユニット１０を配置する。

【0030】

このとき、凹部１１Ａが形成された面では、凹部１１Ａ同士が対向するため、ケーブル電極１４を凹部１１Ａ内の空間に格納することができる。したがって、図４に示すように、ケーブル電極１４が邪魔になることなく、隣接する太陽光発電ユニット１０を接触させて隙間なく配列させることが可能となる。また、各太陽光発電ユニット１０は、陸屋根の屋根下地に対しては、接着剤または両面テープ等の接着層により接着固定される。

【0031】

本実施の形態に係る太陽光発電システムは、上記のように接続される複数枚の太陽光発電ユニット１０を陸屋根上に直接敷き詰めて構成される。図５は、太陽光発電システム全体における配線状態の一例を示すものであり、全ての太陽光発電ユニット１０を直列に接続する場合の配線状態を示す図である。但し、本発明の太陽光発電システムにおいて、太陽光発電ユニット１０の接続方式は特に限定されるものではない。

【0032】

また、本実施の形態に係る太陽光発電システムでは、各太陽光発電ユニット１０は、発電起電力が等しいことが好ましい。このため、用いられる各太陽光発電ユニット１０は基本的には全て同じ面積を有する。これに対し、太陽光発電システムが敷設される陸屋根の形状および面積は様々であるため、太陽光発電ユニット１０のみを敷き詰めて陸屋根全体を覆うことは難しい。このため、通常は、太陽光発電ユニット１０の周囲に、補助ユニット３０を敷き詰める。補助ユニット３０は、断熱層と防水層のみで構成されており、太陽光発電ユニット１０を配置できない周囲領域を埋めるために、任意の形状及び面積のものが使用される。

【0033】

太陽光発電ユニット１０同士が隣接する箇所では、上述したように、接続したケーブル電極１４を凹部１１Ａ内の空間に格納する。しかしながら、太陽光発電システム全体では、太陽光発電ユニット１０の周囲にも配線を延設する必要がある。太陽光発電ユニット１０の周囲に延設される配線の格納場所として、図６及び図７に示すように、太陽光発電ユニット１０の周囲の面に接続ケーブル配線用の溝部１１Ｂを形成しても良い。このように、太陽光発電ユニット１０の周囲に溝部１１Ｂを形成し、該溝部１１Ｂに配線を格納すれば、太陽光発電ユニット１０の周囲に配線が延設される箇所でも、該配線が邪魔にならず、太陽光発電ユニット１０と補助ユニット３０とを隙間なく並べることができる。
尚、接続ケーブル配線用の溝部は、太陽光発電ユニット１０側でなく、補助ユニット３０側に形成されていても良い。

【0034】

太陽光発電ユニット１０の周囲に延設される配線には、任意の長さの接続ケーブル３１を用いればよい。また、太陽光発電システム全体を接続するケーブルは、適切な箇所から引き出して、屋内または屋外に配置されるシステム制御装置に接続することができる。

【0035】

太陽光発電ユニット１０および補助ユニット３０が配列されると、ユニットの繋ぎ目にベルト状の防水テープ２０が貼られ、防水テープ２０が防水層１２に対して溶着される。これにより、隣接する太陽光発電ユニット１０間で防水層１２が一体化される。これにより、ユニット間に雨水等がしみこむこともなく、陸屋根に対して完全な防水構造を得ることができる。また、上記太陽光発電システムでは、防水層１２または防水テープ２０に破れ等が生じた場合には、新たな防水テープを上から貼って補修することも容易である。

【0036】

このように、本実施の形態に係る太陽光発電ユニット１０は、矩形形状の断熱層１１と、少なくとも断熱層１１の上面を覆う防水層１２と、防水層１２の上面に配置されるソーラパネル１３とが、一体化された構成を有している。そして、断熱層１１の周囲の４辺は、断熱層１１の上面に対して垂直な側面を有しており、これら４辺の側面のうち、１組の対向する２面には凹部１１Ａが形成されている。凹部１１Ａには、ソーラパネル１３接続用のケーブル電極１４が配置されている。

【0037】

本実施の形態に係る太陽光発電システムでは、太陽光発電ユニット１０を陸屋根上に直接敷き詰めて敷設する工法を用いる。このため、架台を設置して、該架台に太陽光発電パネルを取り付ける従来の工法に比べ、施工手順を大幅に少なくすることができる。また、架台を用いないことにより、部品点数の減少による材料費削減の効果もある。さらには、太陽光発電システムの重量も軽減するため、陸屋根を有する構造躯体への負担も減少する。

【0038】

また、太陽光発電ユニット１０は、隣接するユニット間で側面同士を接触させることで位置決めされる。

【0039】

さらに、太陽光発電ユニット１０は、陸屋根面に直接載置されるため、ユニットの裏面に風が入って浮き上がることはない。このため、ボルト等を用いた強固な取り付け構造は必要なく、陸屋根面に対して接着固定するといった簡素な工法を用いることができ、施工手順を簡略化することができる。

【0040】

また、隣接する太陽光発電ユニット１０間では、ケーブル電極１４同士を接続することでソーラパネル１３同士が電気的に接続される。このとき、ケーブル電極１４は凹部１１Ａ内部の空間に格納される。このため、ケーブル電極１４が邪魔になることなく、隣接する太陽光発電ユニット１０を接触させて隙間なく配列させることが可能となる。

【0041】

次に、本発明の太陽光発電ユニットの変形例について説明する。

【0042】

図１，図２に示す太陽光発電ユニット１０では、断熱層１１および防水層１２が平面に形成されている。また、ユニットの繋ぎ目に防水テープ２０を貼るスペースを確保するため、ソーラパネル１３の面積は太陽光発電ユニット１０の面積よりも僅かに小さく設定されている。このため、図１，図２に示す太陽光発電ユニット１０の上面では、防水層１２とソーラパネル１３との間に段差が生じている。これに対し、図８に示す変形例では、ソーラパネル１３の配置領域において、断熱層１１および防水層１２に窪みが設けられる。ソーラパネル１３は、この窪みに埋め込むように配置される。この構成によって、太陽光発電ユニット１０の上面を、段差のないフラットな面とすることができる。

【0043】

次に、図９，図１０に示す変形例は、ソーラパネル１３を防水層１２に対して取り外し自在とした構成例を示すものである。図９，図１０に示す太陽光発電ユニット１０では、防水層１２に複数の雄ネジ部１２Ａを立設して設けている。この場合、防水層１２は、塩化ビニル鋼板のような剛性を有する層として形成される。また、ソーラパネル１３は、雄ネジ部１２Ａに対応した複数の貫通孔を有する支持板１５上に搭載される。

【0044】

ソーラパネル１３の取り付けは、支持板１５のそれぞれの貫通孔を対応する雄ネジ部１２Ａに通し、雄ネジ部１２Ａに対して上からナット１６を締付けることによってなされる。また、ソーラパネル１３は、ケーブル電極１７を用いて、断熱層１１及び防水層１２側のケーブルと電気的接続を取るようにすることが好ましい。

【0045】

上記構成では、図１０に示すように、ナット１６を外せばソーラパネル１３を防水層１２に対して容易に取り外すことができる。これにより、ソーラパネル１３に故障が生じた場合等に、ソーラパネル１３のみを交換することが可能となる。あるいは、断熱層１１及び防水層１２を交換する場合に、ソーラパネル１３を再使用することも可能となる。

【0046】

また、ソーラパネル１３を防水層１２に対して取り外し自在とする構成としては、上記のように雄ネジ部１２Ａとナット１６とを用いる構成に限定されるものではない。例えば、防水層１２に雌ネジ部を有する台部を設け、支持板１５の上からボルトを締付けることによって、ソーラパネル１３を取り付ける構成であってもよい。

【0047】

次に、図１１に示す変形例は、太陽光発電ユニット１０の上面に勾配（例えば１/１００程度）を設けた構成例を示すものである。このように、太陽光発電ユニット１０の上面に勾配を設けることで、ユニットの上面に雨水等が滞留することを防止できる。

【0048】

また、このような勾配を設けた太陽光発電ユニット１０を配列して太陽光発電システムを構成する場合、図１２に示すように、各ユニットの高さを調節するスペーサ２１を適宜使用して、太陽光発電システムにおける各ユニット間の段差を無くして配列することが好ましい。これにより、各ユニット間の段差に雨水等が滞留することを防止できる。同様の理由により、上面に勾配を有する太陽光発電システムでは、ソーラパネル１３を埋め込み型（図８参照）として、ソーラパネル１３による段差がないフラットな面とすることが好ましい。

【0049】

また、このような勾配を設けた太陽光発電ユニット１０に接続ケーブル配線用の溝部１１Ｂを形成する場合には、溝部１１Ｂは太陽光発電ユニット１０と平行に形成される。こうすることで、図１３に示すように、隣接する太陽光発電ユニット１０間で溝部１１Ｂが連続的に形成される。

【0050】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0051】

１０ 太陽光発電ユニット
１１ 断熱層
１１Ａ 凹部
１１Ｂ 溝部
１２ 防水層
１３ ソーラパネル（太陽光発電パネル）
１４ ケーブル電極
２０ 防水テープ
２１ スペーサ
３０ 補助ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】