JP4099692B2 - Solar cell integrated roof material - Google Patents
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Description
【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar cell integrated roof member, and more particularly, to a sealing structure with improved waterproofness of a solar cell module.
[0002]
[Prior art]
Currently, clean energy research and development is underway from the standpoint of environmental protection. Among them, solar cells are attracting attention because their resources (sunlight) are infinite and pollution-free. A typical example of a solar cell (photoelectric conversion device) in which a plurality of solar cell elements formed on the same substrate are connected in series is a thin film solar cell.
[0003]
Thin-film solar cells are expected to become the mainstream of solar cells in the future because they are thin and lightweight, inexpensive to manufacture, and easy to increase in area, and are attached to roofs and windows of buildings in addition to power supply. Demand is also expanding for commercial and general residential use. Roof tiles with solar cells have also been developed for general housing.
[0004]
In recent years, research and development of flexible type solar cells using plastic films has been promoted, and mass production is possible by using a roll-to-roll method or a step-roll method by making use of this flexibility.
[0005]
As a thin film solar cell module, a solar cell formed on an electrically insulating film substrate is sealed with an electrically insulating protective material on both the light-receiving surface side and the non-light-receiving surface side of the solar cell. Those provided with a protective layer are known.
[0006]
FIG. 3 is a side sectional view showing an example of a schematic structure of a conventional solar cell module. In FIG. 3, a solar cell 1 has one or a plurality of solar cell elements connected in series or in parallel, a surface protection member 2 such as a glass plate on the light receiving surface side, and one surface on both sides of aluminum foil on the back surface side. A back surface protection member 3 bonded with ethylene fluoride is provided, and is heat-sealed and sealed with an adhesive
[0007]
The solar cell 1 has
[0008]
In addition, as the surface protection member 2, an organic material such as a transparent acrylic plate may be used in addition to an inorganic material such as a glass plate. Further, as the back surface protection member 3, in addition to the resin containing the metal foil, an organic film alone such as a fluorine film, a composite material obtained by bonding an organic film and a metal foil, or a metal such as a metal plate or a glass plate・ Inorganic materials may be used.
[0009]
In addition, as described above, roof tiles with solar cells and the like have been developed, and are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-204717 and 2000-226909.
[0010]
The roof tile with a solar cell described in JP-A-2000-204717 has a structure in which a solar cell is disposed in a recess provided on the surface of a tile base material made of a hydraulic inorganic material, for example, lightweight concrete. Therefore, an invention relating to the thickness and shape of the recess is described. As the solar cell, the solar cell module having the above-described configuration is used. However, in the roof tile with the solar cell described in the above publication, if the end seal of the solar cell module is insufficient, the lightweight concrete is used. There is a problem that the solar cell module is corroded by the eluted alkaline component.
[0011]
The above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-226909 describes an invention related to an end seal structure of a solar cell module for solar cell storage tiles. The roof tile with a solar cell described in JP 2000-226909 A comprises a roof tile body and a solar cell structure (solar cell module), and the roof tile body is formed by pressing a cement composition. A recess for inserting the solar cell structure is provided in the approximate center of the upper surface of the roof tile body, and eight nailing hole bases are provided on the water side, and the approximate center of the nailing hole base is provided. A nail hole is drilled into the roof so that it can be fixed to the roof.
[0012]
FIG. 4 shows an example of an enlarged cross-sectional structure of the peripheral portion of the solar cell structure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-226909. A
[0013]
The
[0014]
In this case, the
[0015]
In the above publication, an embodiment using a silicone rubber molded body instead of the
[0016]
Furthermore, as a method for joining the solar cell module and the roof of the house (including tiles), a method using a modified silicone elastic adhesive is also known (see Japanese Patent Laid-Open No. 10-176158).
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional solar cell integrated roof member and the adhesive sealing method described in the above publications have the following problems.
[0018]
In the case where the elastic sealing material inserted in the U-shaped frame described in JP 2000-226909 A is a moisture-curing modified silicone system, there is a drawback that it takes 1 hour or more to cure. Further, when the elastic sealing material is putty-like butyl rubber, since it has a high viscosity, there is a drawback that a dedicated device is required for filling the U-shaped frame or press-fitting the module. Furthermore, when using a sheet-like foam as a sealing material to be inserted into a U-shaped frame, in order for the sheet-like foaming sealing material to exhibit good sealing properties, it is necessary to take a sufficient compression allowance. The thickness of the glass plate increases, and there is a drawback that dust is accumulated on the surface of the glass plate.
[0019]
In the case of the method using the U-shaped frame, the U-shaped portion is more or less than the glass surface, so that dust or the like accumulates on the glass surface of the solar cell, and power generation efficiency is lowered.
[0020]
Furthermore, when the modified silicone-based elastic adhesive described in JP-A-10-176158 is used as an adhesive for a solar cell module with a roof tile, the elastic adhesive has insufficient weather resistance for many years. If the adhesive surface peels off from the peeling surface, water enters the gap in the solar cell module housing of the roof tile due to surface tension, and if the drainage of water is bad, the water eventually enters the module, causing failure of the solar cell. There is a problem that causes it.
[0021]
In addition, the elastic seal adhesive has a high viscosity, and it is difficult to uniformly apply it to the surface of the concave portion of the roof tile or the back surface of the solar cell module. It is necessary to extrude the material from the gap between the roof tile and the solar cell module. At this time, the glass surface of the solar cell module is often contaminated. As described above, the elastic seal adhesive has a drawback that the workability is poor.
[0022]
Moisture that has entered the module penetrates into the adhesive
[0023]
When the solar cell 1 or the like is corroded, not only the power generation characteristics are deteriorated, but also the conductor cross-sectional area of the
[0024]
This invention was made in order to solve the above problems, and the object of the present invention is excellent in workability and sealability of water intrusion, and water intrusion occurs due to breathing with outside air. Even in such a case, it is an object to provide a solar cell integrated roof member which has a function of preventing water accumulation in the module housing recess and high waterproofness, and which prevents dust accumulation on the solar cell light receiving surface.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the present invention, a solar cell module formed by sealing a solar cell with an adhesive resin sealing material between a translucent surface protection member and a back surface protection member is provided as a roof member body. A solar cell-integrated roof member disposed in a concave portion provided on the surface of the solar cell module via an adhesive sheet having a predetermined thickness, wherein the bottom surface and side surface of the solar cell module and the inner surface of the concave portion of the roof member body A liquid foamable sealing material is filled in the gap between the two and the foamed and cured, and the solar cell module and the roof member main body are integrated (invention of claim 1).
[0026]
By the said structure, the solar cell module peripheral part used as a water | moisture-content intrusion path | route can be covered with a foamable sealing material, and while a water | moisture content penetration can be interrupted | blocked, workability | operativity improves.
[0027]
In the above-described configuration, the liquid foamable sealing material is formed by inserting a part of a thin needle-like inlet into the gap and moving the inlet to the peripheral part of the module while disposing the closed-cell type liquid foamable sealing material on the entire module. Inject around. The liquid foamable sealing material is foamed and cured after being filled in the gap by the action of gravity and surface tension.
[0028]
In order to efficiently inject the liquid foamable sealing material and increase the internal pressure to cure and improve the sealing performance, the end of the translucent surface protection member (for example, a glass plate) used in the solar cell module is improved. It is desirable to take a sufficient R, widen the injection port of the liquid foamable sealing material, and gradually narrow the injection port to provide a flow restriction portion of the liquid foamable sealing material in the gap.
[0029]
In addition, when water enters a recess provided on the surface of the roof member body due to breathing with the outside air, it is desirable to have a structure that allows the water to be easily discharged from the recess. It is desirable to have a structure with the property. From this viewpoint, the inventions of claims 2 and 3 below are preferable.
[0030]
That is, in the solar cell integrated roof member according to claim 1, the roof member main body is a lightweight concrete roof tile, and the concave portion is provided with a drain hole penetrating from the bottom surface of the concave portion to the bottom surface of the roof tile. Is provided with a drain hole lid member for preventing the drain hole from being blocked by the foaming sealing material and being unable to drain the water (Invention of claim 2). ).
[0031]
Furthermore, the solar cell integrated roof member of Claim 1 or 2 WHEREIN: The back surface protection member of the said solar cell module is made into the sheet | seat which laminated | stacked the resin film on both surfaces of metal foil (invention of Claim 3). According to this invention, even if water infiltrates into the solar cell module from the bottom surface of the recess, the water does not enter the inside from the metal foil (for example, aluminum foil), and thus the safety of the solar cell module can be ensured.
[0032]
Further, as the liquid foamable sealing material, the invention of claim 4 below is preferable. That is, in the solar cell integrated roof member according to any one of claims 1 to 3, the liquid foamable sealing material is any one of silicone-based, modified silicone-based, urethane-based, and phenol-based foamable resins. .
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0034]
FIG. 1 shows a schematic sectional view of the solar cell integrated roof member of the present invention, and shows a sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 2 is a schematic sectional view showing a state in which the solar cell integrated roof member is attached to the roof.
[0035]
In FIG. 1, the solar cell module 11 is the same as that of the conventional structure shown in FIG. 3, and the same function members are denoted by the same reference numerals and partially simplified. The solar cell module 11 used in the present invention is formed by sealing the solar cell 1 with an adhesive
[0036]
As the translucent surface protection member 2, a glass plate, a polycarbonate resin plate, an acrylic resin plate, or the like can be used, but a glass plate is most preferable. When a glass plate is used, it is desirable to take a sufficient R at the end of the glass plate as described above.
[0037]
Examples of the
[0038]
As the solar cell 1, known solar cells such as crystalline Si-based, polycrystalline Si-based solar cells, and a-Si solar cells using various substrates can be used.
[0039]
The back surface protection member 3 is preferably an aluminum foil in which ethylene monofluoride (trade name: Tedlar, manufactured by DuPont) having a corona-treated surface is laminated with an adhesive on both surfaces. In addition, in place of the ethylene monofluoride, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), tetrafluoroethylene-6 fluoropropylene copolymer (FEP), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene telena Plastic sheets such as phthalate (PEN) and modified polyphenyl ether can be used. Further, instead of aluminum foil, iron foil or the like whose surface is treated with a zinc alloy can also be used.
[0040]
The solar cell module is laminated at a module temperature of 150 ° C. by a known method. EVA that protrudes from the end of the solar cell module 11 is removed by a cutter or the like. Thereafter, a terminal box for pulling out a lead wire to a predetermined position is bonded and fixed.
[0041]
The solar cell module is bonded to the concave portion 20a provided on the surface of the roof member main body 20 made of, for example, a lightweight concrete tile, via an adhesive sheet 30 having a predetermined thickness, and the bottom and side surfaces of the solar cell module The liquid foamable sealing material 50 is filled in the gap between the inner surface of the concave portion of the roof member main body and foamed and cured, so that the solar cell module 11 and the roof member main body 20 are integrated.
[0042]
As shown in FIG. 2, a plurality of integrated solar cell integrated roof members 100 are arranged along a roof slope on a roof base plate 60 having a roofing material 61 disposed on the surface thereof. Here, as shown in FIG. 2, for example, the roof member body 20 is formed so that a cavity is formed along the slope of the roof between the surface facing the roof and the roof. In the figure, a wiring portion indicated by 80 is provided.
[0043]
The schematic dimensions of the lightweight concrete roof tile 20 are 900 mm long and 300 mm to 500 mm wide. The roof tile has a recess 20a for housing the solar cell module, and a drain hole 21 is formed in the recess 20a in order to discharge water that enters due to breathing with outside air to the outside of the roof tile. This drain hole 21 is formed in the lowest part of the roof tile. Further, it is preferable that a plastic or inorganic fiber nonwoven fabric is laid as the lid member 22 so that the inlet portion of the drain hole 21 is not blocked by the liquid foamable sealing material 50.
[0044]
The side gap D between the recess and the solar cell module is preferably 1 mm or more, and preferably as small as possible. Considering the dimension due to temperature change, 0.5 mm or more is sufficient, but at least 1 mm is necessary as a dimension tolerance and a dimension necessary for injecting the liquid foamable sealing material. When the gap is 1 mm or less, there is a problem in that foaming starts before the liquid foamable sealing material reaches the bottom of the roof tile.
[0045]
For the adhesion between the solar cell module and the roof tile, a double-sided adhesive sheet 30 having a minimum thickness of 1 mm or more and about 2 mm is preferable. As this adhesive sheet, an acrylic, silicone, butyl, polyester, or other adhesive sheet can be used. When the thickness is 1mm or less, liquid moisture that has entered due to breathing with outside air, etc., will not flow down. There is a fear.
[0046]
As the liquid foamable sealing material 50, as described above, a foamable resin such as silicone, modified silicone, urethane, phenolic foamable resin, silicone, or urethane is used. Among these, silicone resin is most preferable particularly from the viewpoint of weather resistance.
[0047]
The expansion ratio of the liquid foamable sealing material 50 is preferably in the range of 2 to 10 times. When the expansion ratio is high, the sealing property is deteriorated. When the expansion ratio is low, a large amount of liquid is required, and there is a disadvantage that the injection time is long. As a viscosity of a liquid foamable sealing material, the range of 1-200 poise (P) is preferable. More preferably, it is 10-50P.
[0048]
The liquid foamable sealing material 50 is injected by an injection device in which the injection port can move around the module after the solar cell module and the roof tile are bonded. When the liquid foamable sealing material reaches the bottom of the concave portion of the tile by gravity, foaming starts and hardens. The liquid foamable sealing material partially rises from the tile surface due to foam hardening. Cut the raised part with a knife.
[0049]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0050]
The solar cell module 11 includes a 3 mm thick glass plate as the surface protection member 2, a 0.4 mm thick sheet EVA as the
[0051]
The lightweight concrete roof tile 20 was manufactured using a mold. The roof is provided with a recess 20a for storing the solar cell module, and the recess has a drain hole 21 for discharging water that invades by breathing with outside air to the outside of the roof. Provided in the part. Moreover, the glass fiber nonwoven fabric 22 was filled in the drain hole entrance so as not to be blocked by the liquid foamable sealing material 50.
[0052]
A side gap D between the recess and the solar cell module was 1 mm, and an acrylic adhesive sheet 30 having a thickness of 2 mm was used for bonding the solar cell module and the roof tile. As the liquid foamable sealing material 50, a silicone resin having a foaming ratio of 3 times and a viscosity of 50 poise was used. After the module and the roof tile were bonded, the liquid foamable sealing material was injected and cured by an injection device in which the injection port could move around the module. A portion that was raised from the tile surface due to foam curing was cut off with a knife.
[0053]
It was confirmed that the solar cell-integrated roof member manufactured as described above has the desired effects such as excellent workability and sealability against water intrusion.
[0054]
【The invention's effect】
According to this invention, as described above, the solar cell module formed by sealing the solar cell with the adhesive resin sealing material between the translucent surface protection member and the back surface protection member is provided on the surface of the roof member body. A solar cell-integrated roof member disposed in a recessed portion provided via an adhesive sheet having a predetermined thickness, the gap between the bottom and side surfaces of the solar cell module and the inner surface of the concave portion of the roof member body The liquid foamable sealing material is filled and foamed and cured, and the solar cell module and the roof member body are integrated (invention of claim 1),
Further, the roof member body is made of lightweight concrete tiles, and the concave portion is provided with a drain hole penetrating from the bottom surface of the concave portion to the bottom surface of the tile, and the drain hole is blocked with a foaming sealing material on the concave portion bottom surface. By disposing a lid member for a drain hole for preventing the water from becoming undrainable (invention of claim 2),
Excellent workability and sealability for water intrusion, and even if water intrusion occurs due to breathing with the outside air, it has a function to prevent water accumulation in the module housing recess and high waterproofness, and to the light receiving surface of the solar cell It is possible to provide a solar cell integrated roof member that prevents the accumulation of dust.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a schematic configuration of a solar cell integrated roof member according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross sectional view showing a state in which a plurality of solar cell integrated roof members of FIG. FIG. 3 is a side sectional view of a schematic configuration showing an example of a conventional solar cell module. FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing an example of a peripheral portion of a solar cell module attached to a conventional roof tile with solar cells. Explanation of]
1: solar cell, 2: surface protection member, 3: back surface protection member, 11: solar cell module, 20: roof member main body (lightweight concrete tile), 20a: recess, 21: drain hole, 22: lid member, 30 : Adhesive sheet, 40: Resin sealing material, 50: Liquid foamable sealing material.
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