説明

太陽電池パネル固定治具と屋根との接合構造

【課題】平板形状に限らず、凹凸を有する屋根であっても雨仕舞の課題を確実に克服した上で太陽電池パネルを固定可能な接合構造を提供する。
【解決手段】本発明の接合構造1は、屋根10上の平面部11aに固定治具20が接着剤層30を介して接合されており、固定治具20は、太陽電池パネル40を固定するための上部固定部21と、平面部11aと接合するための下部接合底面22とを備え、接着剤層30は、その接合面内において、下記接着剤層Aが形成されている速硬化A領域31と、下記接着剤層Bが形成されている低弾性B領域32とが存在する。
接着剤層A:セットタイムが180分以下、かつ、せん断強度が5N/mm以上
接着剤層B:弾性率が0.1〜100MPa

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池パネル固定治具と屋根との接合構造に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、資源節約や地球温暖化防止のため、化石燃料の代替エネルギーとして、原子力のほか、自然エネルギーを有効利用する技術が広く研究されている。中でも、太陽光は、工場生産された太陽電池パネルを住宅の屋根やビルの屋上等に設置するだけで利用できるため、化石燃料の代替エネルギーとして特に注目されている。
【0003】
ところで、既設の屋根に太陽電池パネルを固定する際、鋼やアルミ等の金属材によって形成された固定治具と、瓦、スレート、金属板等で葺かれた屋根材とをボルトで接合し、上記固定治具に太陽電池パネルを別のボルトで固定する手法がとられる。しかし、この手法では、多数のボルトを締結する必要があり、施工に多くの時間を要するため、費用がかさむ。また、屋根材にボルト孔を設けることから、雨仕舞の課題も生じる。
【0004】
施工時間、施工費用を軽減するため、まず、太陽電池パネルを支持する支持材の取付位置に防水ゴムシートを敷設し、支持材を防水ゴムシート上に配置し、鋼板屋根にビス止めした後、太陽電池パネルの縦枠及び横枠の底面に間隔をおいて接着剤を塗布し、上記支持材に接着剤塗布後の太陽電池パネルを突き当てることが提案されている(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2003−064835号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献1に記載の方法では、支持材を屋根にビス止めするものであるため、雨仕舞の課題は依然として残る。また、図1及び図3によると、鋼板屋根は平板形状であるが、実際には、折板屋根や、瓦棒葺き、立平葺き、横葺き等、凹凸を有する場合がほとんどであり、屋根が平板であることはほとんどない。凹凸を有する屋根では、凸部の平面の広さが限られるため、支持材の小型化が求められる。また、作業性の向上のためにも、支持材の小型化が求められる。その結果、既設の屋根に太陽電池パネルを固定する際、平板形状の屋根に比べ、凹凸を有する屋根の方が高い接合強度が求められる。雨漏り防止の目的で、支持材と太陽電池パネルとの間だけでなく、凹凸を有する屋根と支持材との間も接着剤で固定しようとしたとしても、特許文献1の記載では、どのような接着剤を用いるかが不明であり、凹凸を有する屋根と太陽電池パネルとの間を接着剤で確実に固定できるとはいえない。
【0007】
強度を有する接着剤として、従来より湿気硬化型のシリコーン系接着剤が知られているが、この接着剤は、硬化するまでに24時間以上を要する。そのため、支持材に設けられた、屋根上の平面部と接合するための下部接合底面の全体に上記シリコーン系接着剤を用いたとしても、支持材を当初の載置場所に固定できない可能性がある。
【0008】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、固定治具の下部接合底面上における接着剤層を、速硬化接着剤からなる速硬化領域と、低弾性接着剤からなる低弾性領域とに分けることで、平板形状に限らず、凹凸を有する屋根であっても雨仕舞の課題を確実に克服した上で太陽電池パネルを固定できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に本発明は以下のものを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
(1)本発明は、屋根上の平面部に、太陽電池パネルの固定治具が接着剤層を介して接合されており、前記固定治具は、前記太陽電池パネルを固定するための上部固定部と、前記屋根上の平面部と接合するための下部接合底面とを備え、前記接着剤層は、その接合面内において、下記接着剤層Aが形成されている速硬化A領域と、下記接着剤層Bが形成されている低弾性B領域とが存在する、太陽電池パネル固定治具と屋根との接合構造である。
接着剤層A:JIS K 6861 8.2法によって定義される試験方法により測定したセットタイムが180分以下、かつ、JIS K 6850 5.1法によって定義されるせん断強度が5N/mm以上
接着剤層B:JIS K 7161 4.6法によって定義される弾性率が0.1〜100MPa
【0010】
(2)また、本発明は、前記接着剤層Aが反応型アクリル系又は反応型エポキシ系の接着剤層であり、前記接着剤層Bが一成分湿気硬化型のシリコーン系、変性シリコーン系、ウレタン系から選ばれる1種以上の接着剤層である、(1)に記載の接合構造である。
【0011】
(3)また、本発明は、前記固定治具の下部接合底面における前記低弾性B領域が形成される位置に、大気に露出する貫通孔が形成されている、(2)に記載の接合構造である。
【0012】
(4)また、本発明は、複数の固定治具が前記太陽電池パネルの周縁部に相当する位置に配置されている、(1)から(3)のいずれかに記載の接合構造である。
【0013】
(5)また、本発明は、前記固定治具の下部接合底面の面積が前記固定治具の各々について1〜1000cmである、(1)から(4)のいずれかに記載の接合構造である。
【0014】
(6)また、本発明は、前記接着剤層の接合面内において、前記速硬化A領域を挟んで、前記低弾性B領域が形成されており、前記速硬化A領域と前記低弾性B領域との面積割合が1:99〜50:50の範囲内である、(1)から(5)のいずれかに記載の接合構造である。
【0015】
(7)また、本発明は、前記屋根の断面が凹凸形状をなし、凸部に前記平面部を有する折板屋根構造であり、この凸部の平面上に沿って、複数の前記固定治具の下部接合底面が配置される、(1)から(6)のいずれかに記載の接合構造である。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、平板形状に限らず、凹凸を有する屋根であっても雨仕舞の課題を確実に克服した上で太陽電池パネルを固定可能な点で、汎用性が極めて高い太陽電池パネル固定治具と屋根との接合構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明に係る接合構造1の概略図である。
【図2】接合構造1を構成する固定治具20の概略図である。
【図3】上部固定部21a,21bに太陽電池パネル40が固定された状態を示す概略側面図である。
【図4】下部接合底面22に接着剤層30が形成されたときの概略底面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【0019】
図1は、本発明に係る接合構造1の概略図である。接合構造1は、屋根10上の平面部に、太陽電池パネルの固定治具20が接着剤層30を介して接合されている。そして、固定治具20の上部固定部には、太陽電池パネル40が固定されている。
【0020】
図1では、1つの太陽電池パネル40の周縁部に相当する位置に4つの固定治具20が配置されているが、これに限るものではなく、固定治具20の個数は、太陽電池パネル40の荷重に耐えられる程度であれば、いくつであってもよい。
【0021】
<屋根10>
屋根10は、金属で形成される。金属の種類はどのようなものであってもよいが、一般にガルバリウム鋼板、ステンレス鋼板、亜鉛メッキ鋼板(トタン板)、銅板等が広く用いられる。屋根10の形状は平板に限らず、凸部11が固定治具20の下部接合底面の面積よりも広い平面部を有するものであれば、凹凸を有するものであってもよい。凹凸を有するものとして、折板屋根のほか、瓦棒葺き、立平葺き、横葺き等が挙げられる。
【0022】
図1によると、屋根10の断面が凹凸形状をなし、屋根10の構造は、凸部11に平面部11aを有する折板屋根構造である。そして、この平面部11aに沿って、複数の固定治具20の下部接合底面が配置されている。この図1は、本発明に係る接合構造1を、平板形状に限らず、凹凸を有する屋根であっても利用できることの一例を示したものであり、屋根の形状が折板屋根構造に限定されるものではない。
【0023】
<固定治具20>
図2の(a)は、固定治具20の概略平面図を示し、図2の(b)は、固定治具20の概略側面図を示す。固定治具20は、上記太陽電池パネル40を固定するための上部固定部21a,21bと、上記屋根10上の平面部11aと接合するための下部接合底面22とを備える。
【0024】
図3は、上部固定部21a,21bに太陽電池パネル40が固定された状態を示す概略側面図である。固定治具20の下部接合底面22に対向する位置には、ボルト挿入部23が設けられている。このボルト挿入部23には、ボルト50の頭部51が挿入され、この頭部51がボルト挿入部23の上面に接触するとともにねじ部52が固定治具20の上部に向けて突出されている。そして、太陽電池パネル固定金具53の穴(図示せず)がねじ部52に通され、かつ、ナット54とねじ部52とが螺合されることによって、一方の上部固定部21aと太陽電池パネル固定金具53とで1つの太陽電池パネル40が固定され、他方の上部固定部21bと太陽電池パネル固定金具53とでもう1つの太陽電池パネル40が固定されている。すなわち、1つの固定治具20で2つの太陽電池パネル40が固定されている。
【0025】
図4は、下部接合底面22に接着剤層30が形成されたときの概略底面図である。接着剤層30は、その接合面内において、接着剤層Aが形成されている速硬化A領域31と、接着剤層Bが形成されている低弾性B領域32とにより構成される。後に詳しく説明するが、本実施形態では、速硬化A領域31で固定治具20を屋根10に仮接着し、低弾性B領域32で固定治具20を屋根10に本接着する。速硬化A領域31及び低弾性B領域32の配置は、どのような配置であってもよいが、初期段階で有効に仮接着し、その後確実に本接着するためには、速硬化A領域31を挟んで低弾性B領域32が形成されることが好適である。
【0026】
また、速硬化A領域と低弾性B領域との面積割合は、1:99〜50:50の範囲内であることが好適である。速硬化A領域の面積割合が全体に対して1%未満であると、仮接着段階での接着強度が不十分であり、固定治具20を当初の載置場所に固定できない可能性がある点で好ましくない。低弾性B領域の面積割合が全体に対して50%未満であると、本接着後の接着強度が不十分であり、太陽電池パネル40や屋根10の耐用期間という極めて長期の間、固定治具20を固定し続けることができない可能性がある点で好ましくない。
【0027】
接着剤層A及び接着剤層Bの形成の仕方は、どのような態様であってもよい。例えば、図4に示すように、接着剤層A及び接着剤層Bを棒状に形成することが考えられる。固定治具20を屋根10に取り付けると、接着剤層A及び接着剤層Bは各々の領域31,32の略全体に広がるため、固定治具20が屋根10に取り付けられた後は、接着剤層A及び接着剤層Bは、各々の領域31,32の略全体を占める1つの層として形成される。
【0028】
図2の(a)に戻り、固定治具20の下部接合底面22における低弾性B領域32が形成される位置に、大気に露出する貫通孔24が形成されていることが好適である。貫通孔24が形成されていると、大気中の水分が貫通孔24を通じて、接着剤層Bを構成する低弾性接着剤に接触するため、低弾性接着剤の硬化時間を短縮できる点で好適である。また、接着剤層Bを構成する低弾性型接着剤が低弾性B領域32の略全体に行き渡ったか否かを目視で確認できる点でも好適である。
【0029】
固定治具20の下部接合底面22の面積は、1cm以上1000cm以下であることが好適であり、5cm以上500cm以下であることがより好適であり、10cm以上100cm以下であることがさらに好適である。1cm未満であると、固定治具20にかかる太陽電池パネル40の荷重が過大となり、固定治具20が太陽電池パネル40を十分に支えきれない可能性がある点で好ましくない。1000cmを超えると、固定治具20の製造コストがかさむ点で好ましくない。また、作業者が片手で固定治具20を持ち、反対の手で接着剤を塗布することは難しくなるため、作業性が劣る点でも好ましくない。また、固定治具20に太陽電池パネル40を載置したときの太陽光発電システム全体の重量が重くなる点で好ましくない。
【0030】
<接着剤層30>
上記のとおり、接着剤層30は、その接合面内において、接着剤層Aが形成されている速硬化A領域31と、接着剤層Bが形成されている低弾性B領域32とが存在する。
【0031】
[接着剤層A]
接着剤層Aは、JIS K 6861 8.2法によって定義されるシアノアクリレート系接着剤のセットタイムを、接着剤層Aを構成する速硬化型接着剤のセットタイムに置き換えて測定したセットタイムが180分以下、かつ、JIS K 6850 5.1法によって定義されるせん断強度が5N/mm以上であれば、どのようなものであってもよい。セットタイムは、60分以下であることが好適であり、30分以下であることがより好適である。せん断強度は、10N/mm以上であることが好適である。セットタイムが180分を超えると、仮接着段階での接着強度が不十分であり、固定治具20を当初の載置場所に固定できない可能性がある点で好ましくない。せん断強度が5N/mm未満であると、接着剤層Aを構成する速硬化型の接着剤が硬化した後であっても、その後、接着剤層Bを構成する低弾性型の接着剤が硬化するまでの間に、固定治具20が当初の載置場所からずれる可能性があるため、好ましくない。
【0032】
接着剤層Aを構成する速硬化型の接着剤として、反応型アクリル系又は反応型エポキシ系の接着剤が挙げられるが、耐熱性、耐久性に優れ、硬化時間が短いことから、反応型アクリル系の接着剤が好適である。
【0033】
反応型アクリル系の接着剤として、(メタ)アクリル系モノマーと有機過酸化物とを含有するA液と、(メタ)アクリル系モノマーと上記有機過酸化物とレドックス触媒系を形成する還元剤とを含有するB液とからなる反応型二液アクリル系接着剤が挙げられる。また、エラストマー成分と(メタ)アクリル系モノマーとをベースに構成されたSGA系反応型アクリル系接着剤も挙げられる。この場合、エラストマー成分として、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(NBR)、スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)、クロロスルホン化ポリエチレン等が挙げられる。反応型二液アクリル系接着剤の市販品として、例えばY610、Y618(いずれもセメダイン社製)が挙げられる。
【0034】
反応型エポキシ系の接着剤として、エポキシ樹脂を含有する反応型二液エポキシ系接着剤ハイクイック、EP330(いずれもセメダイン社製)が挙げられる。
【0035】
[接着剤層B]
接着剤層Bは、JIS K 7161 4.6法によって定義される弾性率が0.1MPa以上100MPa以下であれば、どのようなものであってもよい。弾性率は、1MPa以上50MPa以下であることが好適であり、1MPa以上10MPa以下であることがより好適である。弾性率が0.1MPa未満であると、必要な接着強度が得られない可能性があるため、好ましくない。弾性率が100MPaを超えると、日射による屋根材の膨張や風によるたわみに対して十分に追従できず、結果として、長期間経過すると屋根10から固定治具20が剥離する可能性があるため、好ましくない。
【0036】
接着剤層Bを構成する低弾性型の接着剤として、一成分湿気硬化型のシリコーン系、変性シリコーン系、ウレタン系から選ばれる1種以上の接着剤が挙げられる。中でも、ウレタン系に比べて耐熱性に優れ、シリコーン系に比べて撥水汚染を防止できる点で、変性シリコーン系の接着剤が好適である。
【0037】
一成分湿気硬化型のシリコーン系接着剤として、反応性シリル基含有ポリオルガノシロキサン系有機重合体をベースにした室温湿気硬化型接着剤が挙げられる。そして、市販品として、例えば、8060、8051N(いずれもセメダイン社製)が挙げられる。
【0038】
一成分湿気硬化型の変性シリコーン系接着剤として、反応性シリル基含有ポリオキシアルキレン系有機重合体、架橋性シリル基含有アクリル系重合体及び架橋性シリル基含有アクリル変性ポリオキシアルキレン系重合体からなる群から選択される少なくとも1種の重合体をベースにした室温湿気硬化型接着剤が挙げられる。そして、市販品として、例えば、POSシールスピード、PM100(いずれもセメダイン社製)が挙げられる。
【0039】
一成分湿気硬化型のウレタン系接着剤として、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール等のポリオールとポリイソシアネートとの反応によって得られるイソシアネート末端ウレタンプレポリマーをベースとした室温湿気硬化型接着剤が挙げられる。そして、市販品として、例えば、UM600、S700V(いずれもセメダイン社製)が挙げられる。
【0040】
<固定治具20の屋根への接合方法>
続いて、固定治具20の屋根10への接合方法について、図4、図1の順に説明する。まず、図4に示すように、作業者は、固定治具20の下部接合底面22に接着剤を塗布し、接着剤層30を形成する。その際、貫通孔24が形成されていない箇所に接着剤層Aを構成する速硬化型接着剤を塗布し、貫通孔24が形成されている箇所に接着剤層Bを構成する低弾性型接着剤を塗布する。
【0041】
続いて、図1に示すように、作業者は、屋根10の凸部11に形成された平面部11aに沿って、複数の固定治具20の下部接合底面22を、太陽電池パネル40の周縁部に相当する位置に配置する。そして、作業者は、貫通孔24の中の状態を視認することで、接着剤層Bを構成する低弾性型接着剤が低弾性B領域32の略全体に行き渡ったか否かを確認する。
【0042】
以上で、固定治具20の屋根への接合方法は終わりであるが、太陽電池パネル40の固定治具20への接合は次のようにして行う。速硬化型接着剤が硬化した後、作業者は、図3に示すように、固定治具20のボルト挿入部23にボルト50の頭部51を挿入し、この頭部51をボルト挿入部23の上面に当てながらねじ部52を固定治具20の上部に向けて突出させる。そして、作業者は、一方の上部固定部21aの上に1つの太陽電池パネル40を載置し、他方の上部固定部21bの上にもう1つの太陽電池パネル40を載置する。そして、作業者は、太陽電池パネル固定金具53の穴(図示せず)をねじ部52に通す。そして、作業者は、ナット54をねじ部52と螺合させることで、2つの太陽電池パネル40を1つの固定治具20上に固定する。そして、この作業を繰り返すことで、図1に示すように多数の太陽電池パネル40が連続して載置される。
【実施例】
【0043】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【0044】
<実施例>
図2に示される形状のアルミニウム製固定治具20とガルバニウム鋼製折板屋根10の凸部11にウレタン樹脂系プライマー(商品名:MP1000,セメダイン社製)を塗布し、アルミニウム製固定治具20に、接着剤層Aを構成する反応型アクリル系接着剤(商品名:Y618,JIS K 6861 8.2法によって定義される試験方法により測定したセットタイム:8分,硬化物についてJIS K 6850 5.1法によって定義されるせん断強度:18.0N/mm,セメダイン社製)及び接着剤層Bを構成する変成シリコーン系接着剤(商品名:POSシールスピード,硬化物についてJIS K 7161 4.6法によって定義される弾性率:3.88MPa,セメダイン社製)とを塗布し、ガルバニウム鋼製折板屋根10の凸部11の平面11aと貼り付けた。この貼り付けは、図4に示す態様で行った。すなわち、貫通孔24が形成されていない箇所には、接着剤層Aを構成する反応型アクリル系接着剤を塗布し、貫通孔24が形成されている箇所には、接着剤層Bを構成する変成シリコーン系接着剤を塗布した。その後、23℃,50%RHの条件下において7日間養生することで、実施例に係る接合構造1を得た。
【0045】
[せん断強度の評価]
せん断強度の評価は、JIS K 6850 5.1法に準拠して行った。引張試験機UTM−2.5T(ティ・エス・エンジニアリング社製)を用いて50mm/minの速度で固定治具20を引っ張り、そのときの値をせん断強度とした。結果を表1に示す。1.0kN以上を“○”とし、0.5kN以上1.0kN未満を“△”とし、0.5kN未満を“×”とした。
【0046】
[平面引張強度の評価]
平面引張試験は、JIS 5557法に準拠して行った。上記引張試験機を用いて50mm/minの速度で固定治具20を引っ張り、そのときの値を平面引張強度とした。結果を表1に示す。1.0kN以上を“○”とし、0.5kN以上1.0kN未満を“△”とし、0.5kN未満を“×”とした。
【0047】
【表1】

【0048】
太陽電池パネル40を固定するための上部固定部21a,21bと、屋根10上の凸部11に設けられた平面部11aと接合するための下部接合底面22とを備えた固定治具20において、下部接合底面22に速硬化型接着剤からなる接着剤層Aが形成された速硬化A領域と、低弾性接着剤からなる接着剤層Bが形成された低弾性B領域とを設けた結果、せん断強度、平面引張強度ともに1.0kN以上であり、極めて良好であった。すなわち、平板形状に限らず、凹凸を有する屋根であっても雨仕舞の課題を確実に克服した上で太陽電池パネルを固定でき、しかも長期間放置しても良好であることが確認された。
【符号の説明】
【0049】
1 接合構造
10 屋根
20 固定治具
21a,21b 上部固定部
22 下部接合底面
30 接着剤層
31 速硬化A領域
32 低弾性B領域

【特許請求の範囲】
【請求項1】
屋根上の平面部に、太陽電池パネルの固定治具が接着剤層を介して接合されており、
前記固定治具は、前記太陽電池パネルを固定するための上部固定部と、前記屋根上の平面部と接合するための下部接合底面とを備え、
前記接着剤層は、その接合面内において、下記接着剤層Aが形成されている速硬化A領域と、下記接着剤層Bが形成されている低弾性B領域とが存在する、太陽電池パネル固定治具と屋根との接合構造。
接着剤層A:JIS K 6861 8.2法によって定義される試験方法により測定したセットタイムが180分以下、かつ、JIS K 6850 5.1法によって定義されるせん断強度が5N/mm以上
接着剤層B:JIS K 7161 4.6法によって定義される弾性率が0.1〜100MPa
【請求項2】
前記接着剤層Aが、反応型アクリル系又は反応型エポキシ系の接着剤層であり、
前記接着剤層Bが、一成分湿気硬化型のシリコーン系、変性シリコーン系、ウレタン系から選ばれる1種以上の接着剤層である、請求項1に記載の接合構造。
【請求項3】
前記固定治具の下部接合底面における前記低弾性B領域が形成される位置に、大気に露出する貫通孔が形成されている請求項2に記載の接合構造。
【請求項4】
複数の固定治具が、前記太陽電池パネルの周縁部に相当する位置に配置されている請求項1から3のいずれかに記載の接合構造。
【請求項5】
前記固定治具の下部接合底面の面積が、前記固定治具の各々について1〜1000cmである請求項1から4のいずれかに記載の接合構造。
【請求項6】
前記接着剤層の接合面内において、前記速硬化A領域を挟んで、前記低弾性B領域が形成されており、前記速硬化A領域と前記低弾性B領域との面積割合が1:99〜50:50の範囲内である請求項1から5のいずれかに記載の接合構造。
【請求項7】
前記屋根の断面が凹凸形状をなし、凸部に前記平面部を有する折板屋根構造であり、
この凸部の平面上に沿って、複数の前記固定治具の下部接合底面が配置される請求項1から6のいずれかに記載の接合構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−53404(P2013−53404A)
【公開日】平成25年3月21日(2013.3.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−190207(P2011−190207)
【出願日】平成23年8月31日(2011.8.31)
【出願人】(501249353)グリーンテック株式会社 (11)
【出願人】(000108111)セメダイン株式会社 (92)
【Fターム(参考)】