JP2021165474A - 太陽光パネルユニットおよび建築部材 - Google Patents

Abstract

【課題】建具に当たる太陽光を効率的に発電することができ、建物の省エネルギー化を進める。【解決手段】両面受光タイプの複数のセルが透明な部材で挟まれて形成され、複数のセルが配置される中央部分と、セルが配置されない周辺部分を有する太陽光パネルと、太陽光パネルに対して間隔を置いて平行に配置される反射プレートと、反射プレートの太陽パネル側に配置される反射レンズを有する太陽光パネルユニットの反射プレートを太陽光パネルの中央部分に対向する平面部と、平面部の外周に形成される湾曲部とから形成し、 反射板の平面部に反射レンズを配置する。【選択図】 図１２

Description

本発明は、太陽光により発電するセルを複数配置してなる太陽光パネルユニットおよび太陽光パネルユニットを備える建築部材に関する。

従来、建物に配置される建築部材として、風等の外力によって自然に開閉する窓が知られている。

特開２０１６−２０５０８９号公報

上記特許文献１の窓は、風等の状況等に応じて自然換気をすることで、エアコン等の使用を抑制することができ、建物の省エネルギー化をすることができる。
しかし、風と共に自然エネルギーの代表である太陽光については利用しておらず、太陽光を利用したさらなる省エネルギー化が求められている。

本発明は、太陽光を利用することで、省エネルギー化を進めることを目的とする。

本発明の一実施形態は、太陽光パネルと、太陽光パネルに対して間隔を置いて平行に配置される反射プレートと、反射プレートの太陽光パネル側に配置される反射レンズを有し、
太陽光パネルは、両面受光タイプの複数のセルが透明な部材で挟まれて形成され、複数のセルが配置される中央部分と、セルが配置されない周辺部分を有しており、反射プレートは、太陽光パネルの中央部分に対向する平面部と、平面部の外周に形成される湾曲部を有しており、反射レンズは、反射プレートの平面部に配置されている太陽光パネルユニットである。

本実施形態によれば、太陽光を効率的に利用することができ、省エネルギー化を進めることができる。

本発明の実施形態に係る建築部材の外観図の一例である。 本発明の実施形態の建築部材を構成する自然換気窓の全体システムの一例である。 本発明の実施形態の建築部材を構成する自然換気窓の竪断面図の一例である。 本発明の実施形態の建築部材を構成する自然換気窓の竪断面図の一例である。 本発明の実施形態の建築部材を構成する自然換気窓の一部横断面図の一例である。 本発明の実施形態の建築部材を構成する自然換気窓の一部竪断面図の一例であり、（ａ）は障子の竪断面図であり、（ｂ）は太陽光パネルユニットの一部竪断面図である。 本発明の実施形態の建築部材を構成する自然換気窓の一部横断面図の一例であり、（ａ）は障子の横断面図であり、（ｂ）（ｃ）は太陽光パネルユニットの一部横断面図である。 本発明の実施形態の建築部材を構成する自然換気窓の太陽光パネルユニットの斜視図の一例である。 本発明の実施形態の太陽光パネルユニットを構成する部材の図の一例であり、（ａ）は太陽光パネルの平面図であり、（ｂ）は反射プレートの平面図であり、（ｃ）は反射プレートの竪断面図である。 本発明の実施形態の太陽光パネルユニットを組み立てる工程を説明するための斜視図である。 本発明の実施形態の太陽光パネルユニットを組み立てる工程を説明するための斜視図である。 本発明の実施形態の太陽光パネルユニットの受光状態を説明するための竪断面図であり、（ａ）は窓の開放時であり、（ｂ）は窓の閉鎖時である。

本発明の実施形態の太陽光パネルユニットおよび太陽光パネルユニットを備えた建築部材について、図面を参考にして、説明する。
なお、本実施形態の太陽光パネルユニットを備えた建築部材として、風等の外力によって自然に開閉する換気窓を例示して説明するが、太陽光パネルユニットを備えた建築部材は、建物の外周に配置されるカーテンウオールや壁材、フェンス、屋根部材等でもよく、特に限定されない。

本実施形態の換気窓は、例えば建物の部屋の上方位置に形成された開口部に設置される窓であり、図１に示すように、それぞれ独立して開閉する２つの自然換気窓が左右方向に並べられて連窓を構成している。
なお、換気窓は、３以上の窓が並べられた連窓であってもよく、また単独の窓でもよい。

換気窓は、アルミ等の金属材料からなる上枠１１、下枠１２及び左、右竪枠１３，１４を四周に組み、上枠１１、下枠１２間に方立１５を固定して形成される複数（図１では、２つ）の開口枠を有する枠体１と、各開口枠にそれぞれ開閉自在に配置される障子２，２を備えており、左右に並ぶ２つの自然換気窓から構成されている。
以下、本実施形態の自然換気窓について、換気窓の右側に配置される自然換気窓を用いて、図面を参考に説明する。

（自然換気窓）
本実施形態の自然換気窓は、図２，３に示すように、上枠１１、下枠１２、方立１５及び右竪枠１４によって構成される開口枠と、アルミ等の金属材料からなる上框２１，下框２２及び左、右竪框２３，２４を四周に組んでなる框体の内周に太陽光パネルユニット５を装着してなる障子２を有している。

障子２は、左、右竪框２３，２４の高さ方向で中間高さよりも上方（上から１／３程度）の位置で回動軸２ａに回動自在に支持されており、回動軸２ａの上方部分が屋内側となり回動軸２ａの下方部分が屋外側となるように傾倒することで開口部を開閉する。
障子２の上框２１には、屋内側に突出する錘２５が設けられており、障子２にかかる風力（外力）によって回動軸２ａを中心に自然に開閉するようにバランスされている。

方立１５の室内側の見付面には、駆動モータ８５によって駆動され、障子２，２の開閉状態を制御する開閉アーム４が設けられている。
開閉アーム４は、回動軸４ａの上方に設けられた上アーム４１と回動軸４ａの下方に設けられた下アーム４２を有しており、上アーム４１と下アーム４２が所定の角度で連結されて構成されている。上アーム４１及び下アーム４２の先端部には障子２の左竪框２３の屋内側面に当接するローラ４１ａ，４２ａが設けられている。

駆動モータ８５は、風速センサ８１及び降雨センサ８２等の検知装置が接続された自然換気制御手段８３によって制御されており、蓄電池８４又は商用電源８６から供給される電力によって駆動される。
なお、蓄電池８４には、太陽光パネルユニット５で発電される電力が供給されることで、商用電源８６から供給される電力を節約することができる。

そして、自然換気制御手段８３は、風速センサ８１及び降雨センサ８２等の検知情報に基づいて、降雨等なく天候が穏やかな時には、図３に示すように、開閉アーム４の上アーム４１が垂直状態から屋内側に４５度程度傾斜した状態となり下アーム４２がほぼ垂直状態となるように駆動モータ８５を駆動し、点線で示す障子２のように開放を許容している。
一方、風が強いなど悪天候の時には、自然換気制御手段８３は、開閉アーム４の上アーム４１がほぼ垂直状態となるように駆動モータ８５を駆動し、障子２の開放を制限することができる。

枠体１の上枠１１は、図４に示すように、躯体に固定されたアンカー部材Ｂを介して躯体開口部Ａの内周に取り付けられており、躯体開口部Ａの内周に配置される上枠本体部１１１と、上枠本体部１１１の屋外側内周から下方に垂下する戸当り壁１１２と、上枠本体部１１１の内周面から垂下する垂下壁１１３を有している。

枠体１の下枠１２は、図４に示すように、躯体に固定されたアンカー部材Ｂを介して躯体開口部Ａの内周に取り付けられており、躯体開口部Ａの内周に配置される下枠本体部１２１と、下枠本体部１２１の屋内側内周から上方に立ち上がる戸当り部１２２を有している。

枠体１の右竪枠１４は、図５に示すように、躯体に固定されたアンカー部材Ｂを介して躯体開口部Ａの内周に取り付けられており、躯体開口部Ａの内周に配置される右竪枠本体部１４１と、右竪枠本体部１４１の屋外側端から内周方向に延設される屋外側壁１４２と、右竪枠本体部１４１の屋外寄り内周面から内周方向に延設される気密壁１４３と、後述する気密材取付部材を固定するための固定溝１４４を有している。

方立１５は、上枠１１と下枠１２との間に固定されており、中空部を有する方立本体部１５１と、方立本体部１５１の屋外側端から内周方向に延設される屋外側壁１５２と、方立本体部１５１の屋外寄り内周面から内周方向に延設される気密壁１５３と、気密材取付部材を固定するための固定溝１５４を有している。
方立１５は、見込寸法が左、右竪枠１３，１４よりも大きく、方立本体部１５１が屋内側に突出しており、屋内側に突出した方立本体部１５１の見込面に開閉アーム４が設けられている。

一方、障子２の上框２１は、図４，図６（ａ）に示すように、内周にガラス間口２１ａを有する上框本体部２１１と、上框本体部２１１の外周に突出する外周部２１２と、外周部２１２の屋外側において上框本体部２１１の外周面に設けられた戸当り片２１３を有しており、上框本体部２１１の屋内面に錘２５が設けられている。

上枠１１と上框２１との間は、上枠１１の戸当り壁１１２の屋内側面に設けられた気密材ｓが障子２の上框２１の戸当り片２１３に当接し、上框２１の外周部２１２の屋外側面に設けられた気密材ｓが上枠１１の垂下壁１１３に当接することで気密されている。

障子２の下框２２は、図４，図６（ａ）に示すように、中空部を有する下框本体部２２１と、下框本体部２２１の屋内側内周に延設される屋内側ガラス間口壁２２２と、下框本体部２２１に取付けられる押縁２２３を有しており、屋内側ガラス間口壁２２２と押縁２２３によってガラス間口２２ａが形成されている。

下枠１２と下框２２との間は、下枠１２の戸当り部１２２の屋外側端に設けられた気密材ｓが障子２の下框２２の屋内側面に当接することで気密されている。

障子２の左、右竪框２３，２４は、同一の構成をしており、図５，図７（ａ）に示すように、中空部を有する左、右竪框本体部２３１，２４１と、左、右竪框本体部２３１，２４１の屋外側端から外周方向に延設される屋外側壁２３２，２４２と、左、右竪框本体部２３１，２４１の屋外寄り外周面から外周方向に延設される気密壁２３３，２４３と、気密材取付部材２３７，２４７を固定するための固定溝２３４，２４４と、屋内側内周に延設される屋内側ガラス間口壁２３５，２４５と、左、右竪框本体部２３１，２４１の屋外側内周面に取付けられる押縁２３６，２４６を有しており、屋内側ガラス間口壁２３３，２４３と押縁２３４，２４４によってガラス間口２３ａ，２４ａが形成されている。

右竪枠１４、方立１５と左、右竪框２３，２４との間の気密の方法は、中心軸２ａの上方と下方で異なっている。
具体的には、中心軸２ａより上方部分は、障子２が屋内側から開口枠に近づいて閉鎖するために、図５に示すように、右竪枠１４及び方立１５の屋外側壁１４２及び屋外側壁１５２に気密材ｓ１，ｓ１が設けられるとともに、図７（ａ）に示すように、左、右竪框２３，２４の固定溝２３４，２４４に気密材ｓ２，ｓ２が装着された気密材取付部材２３７，２４７が固定されている。

そして、右竪枠１４及び方立１５に設けた気密材ｓ１が、左、右竪框２３，２４の屋外側に当接するとともに、左、右竪框２３，２４に設けた気密材ｓ２，ｓ２が右竪枠１４及び方立１５の気密壁１４３，１５３に屋内側から当接することで、右竪枠１４、方立１５と左、右竪框２３，２４との間を気密している。

一方、中心軸２ａより下方部分は、障子２が屋外側から開口枠に近づいて閉鎖するために、左、右竪框２３，２４の屋外側壁２３２，２４２に気密材ｓ１，ｓ１が設けられるとともに、右竪枠１４及び方立１５の固定溝１４４，１５４に気密材ｓ２，ｓ２が装着された気密材取付部材２３７，２４７が固定されている。

そして、左、右竪框２３，２４に設けた気密材ｓ１，ｓ１が、右竪枠１４及び方立１５の屋外側に当接するとともに、右竪枠１４及び方立１５に設けた気密材ｓ２，ｓ２が左、右竪框２３，２４の気密壁２３３，２４３に屋内側から当接することで、右竪枠１４、方立１５と左、右竪框２３，２４との間を気密している。

（太陽光パネルユニット）
框体の内周に装着される太陽光パネルユニット５は、図６，図７，図８に示すように、太陽光パネルユニット５の表面（屋外側）に配置される太陽光パネル５１と、太陽光パネル５１に対して間隔を置いて平行に配置される反射プレート５２と、反射プレート５２の太陽光パネル側に配置される反射レンズ５２２，５２２と、太陽光パネル５１及び反射プレート５２を支持固定する支持プレート５３を有している。

太陽光パネル５１は、両面受光タイプの複数のセル５１１，５１１が透明な板状の部材に挟まれて形成されており、図９（ａ）に示すように、複数のセル５１１，５１１が配置される中央部分５１ａと、セルが配置されない周辺部分５１ｂを有している。

反射プレート５２は、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、太陽光パネル５１の中央部分５１ａに対向する平面部５２ａと、平面部５２ａの外周に形成される湾曲部５２ｂを有しており、湾曲部５２ｂは反射プレート５２の四隅５２ｃにおいてスムーズに連続しており、反射プレート５２には四辺に連続する湾曲部５２ｂが形成されている。
なお、反射プレート５２の平面部５２ａの屋外側面には、図３，１０に示すように、適宜個数の反射レンズ５２２，５２２が固定されている。
また、湾曲部５２ｂの所定位置には、太陽光パネル５１からの配線を通す孔５２ｄが形成されている。

支持プレート５３は、図６（ｂ），図７（ｂ），（ｃ）に示すように、太陽光パネルユニット５の屋内側壁面を形成する矩形の裏面アルミプレート５３１と、裏面アルミプレート５３１の屋外側面に矩形状に固定されるフレーム部材５３２と、フレーム部材５３２に取付けられる押縁部材５３３を有している。

フレーム部材５３２，５３２，５３２は、裏面アルミプレート５３１に固定される本体部５３２ａと、固定部の上面に連続する上壁部５３２ｂを有し、本体部５３２ａと上壁部５３２ｂによって反射プレート５２を保持する挿入部５３２ｃが形成されている。

押縁部材５３３は、フレーム部材５３２に取付けられる取付部５３３ａと、太陽光パネル５１を保持する保持部５３３ｂを有しており、取付部５３３ａをフレーム部材５３２の本体部５３２ａの外周面にネジ止め等により固定することでフレーム部材５３２の上壁部５３２ｂと押縁部材５３３の保持部５３３ｂとの間に太陽光パネル５１の縁を保持する保持溝５３３ｃが形成される。
そして、保持溝５３３ｃには、太陽光パネル５１との間を気密する気密ゴム等のシール部材５３４が配置されている。なお、保持溝５３３ｃと太陽光パネル５１との間は、シーリング材を充填することで気密してもよい。

太陽光パネルユニット５の組み立ては、図１０に示すように、支持プレート５３の裏面アルミプレート５３１の一面に三辺のフレーム部材５３２，５３２，５３２を挿入部５３２ｃが内周側となるように矩形状に配置して、裏面アルミプレート５３１の裏面からビス等の固定手段によって固定する。
フレーム部材５３２，５３２，５３２の端面は、４５度の角度で切除されており、フレーム部材５３２，５３２，５３２の端部同士が当接されて固定されている。

裏面アルミプレート５２１の一面に固定された三辺のフレーム部材５３２，５３２，５３２の開放した一辺側から反射プレート５２を挿入部５３２ｃに挿入し、反射プレート５２が完全に挿入された後に、裏面アルミプレート５２１の開放する一辺にフレーム部材５３２を取り付けて、反射プレート５２を裏面アルミプレート５３１に固定する。

その後、図１１に示すように、フレーム部材５３２のうち三辺のフレーム部材５３２，５３２，５３２に押縁部材５３３，５３３，５３３を取り付ける。なお、フレーム部材５３２の上壁部５３２ｂと押縁部材５３３の保持部５３３ｂとの間にシール部材５３４を配置しておく。

三辺に押縁部材５３３，５３３，５３３が取付けられた支持プレート５３の開放した一辺側から太陽光パネル５１を保持溝５３３ｃに挿入し、太陽光パネル５１が完全に挿入された後に、押縁部材５３３，５３３，５３３の開放する一辺に押縁部材５３３を取り付けて、太陽光パネルユニット５の組み立てを完了する。

そして、組み立てられた太陽光パネルユニット５は、図６（ａ），図７（ａ）に示すように、四周に框組された框体に対して屋内側より立て込まれ、裏面アルミプレート５３１の裏面よりビス等の固定手段によって框体に固定することで、太陽光パネルユニット５を装着した障子２が形成される。この時、各框材２１，２２，２３，２４のガラス間口２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａに合成樹脂製のスペーサ９１，９２，９３，９４を挿入しておくことで太陽光パネルユニット５を安定して取り付けることができる。

以上の本実施形態の自然換気窓は、図３に示すように、風力によって障子２が自然に開閉し、電気的な動力を必要とすることなく、部屋の高い位置に形成された窓を開閉して換気することができる。
また、本実施形態の自然換気窓は、悪天候時には、風速センサ８１、降雨センサ８２等の出力情報に基づいて開閉アーム４が回動され、窓を強制的に閉鎖したり、開閉角度を制限したりすることができる。

また、本実施形態の自然換気窓は、障子２に太陽光パネルユニット５が配置されているので、障子２に当たる太陽光によって発電することができ、発電した電気によって開閉アーム４の駆動モータ８５を駆動する電力を供給することができるので、商用電源８６の使用を抑えながら、悪天候時の強制閉鎖制御ができる自然換気窓を提供することができる。
なお、開閉アーム４を駆動する駆動モータ８５を商用電源８６からの電力によって駆動してもよいことはいうまでもない。

ここで、自然換気窓の障子に配置する太陽光パネル５１は、図９（ａ）に示すように、決まった寸法の複数のセル５１１を並べて形成されているが、障子２の寸法は一様ではなく、また、太陽光パネル５１は、端部を押縁部材５３３によって挟み込むことで太陽光パネルユニット５に固定されるので、太陽光パネル５１の周辺部にセル５１１を配置することが難しい。
そのため、太陽光パネルユニット５の周辺部分に当たった太陽光は無駄になってしまう。

そこで、本実施形態の太陽光パネルユニット５は、太陽光パネル５１に配置するセルとして両面受光タイプのセルを採用すると共に、太陽光パネルユニット５の周辺部分に当たる太陽光を太陽光パネル５１の裏面に取り込んでセルの裏面に当てることができるように構成されている。

そのために、本実施形態の太陽光パネルユニット５は、図３，図６に示すように、太陽光パネル５１に対して間隔を置いて平行に反射プレート５２が配置されており、反射プレート５２の中央の平面部５２ａの外周に湾曲部５２ｂが形成されている。

そして、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、自然換気窓が開閉した状態と閉鎖した状態との両方の状態において、太陽光パネルユニット５の周辺部分５１ｂに当たる太陽光Ｌ１〜Ｌ４は、太陽光パネル５１の透明な部材を通過して太陽光パネル５１の裏面に取り込まれ、反射プレート５２の湾曲部５２ｂによって反射させて両面受光タイプのセル５１１の裏面に当てることができる。
さらに反射プレート５２の中央部分の平面部５２ａにセル５１１に対応するように反射レンズ（凸レンズ）５２２が配置されており、湾曲部５２ｂで反射した太陽光Ｌ１〜Ｌ４を無駄なく太陽光パネル５１のセル５１１の裏面に当てることができる。

その時、反射プレート５２の湾曲部５２ｂは、反射プレート５２の四隅５２ｃにおいてスムーズに連続しているので、太陽光パネルユニット５の隅に当たる太陽光までセル５１１の裏面に向けて反射させることができ、より多くの太陽光を取り込むことができる。

また、太陽光パネル５１のセル５１１の隙間に当たる太陽光Ｌ５についても、透明な部材を通過させて太陽光パネル５１の裏面に取り込むことができ、反射レンズ５２２によって無駄なく太陽光パネル５１のセル５１１の裏面に当てることができる。

以上のように、本実施形態の自然換気窓は、風と太陽光などの自然エネルギーによって屋外の状況に応じた自然換気を行うことができる。

そして、太陽光パネルは、同一寸法の複数のセルを用いてさまざま寸法の障子に対応させるべく、周辺部分にはセルが配置されていない太陽光パネルを用いながら、該太陽光パネルの周辺に当たる太陽光についても両面受光タイプのセルに導くことができるので、窓にあたる太陽光の大部分を無駄なく電力に変換することができる。

なお、太陽光パネルを備えた建築部材は、窓の他に、カーテンウオールや壁材、フェンス、屋根部材等でもよいことは上述のとおりであるが、太陽の入射角度により、太陽光パネルが配置された建築部材の角度を変更したりするなどして、発電量を調節する制御を備えるように構成してもよい。

なお、上記実施形態の太陽光パネルユニットによって発電される電力は、どのような用途に用いられてもかまわない。
その他、以上の実施形態は，請求項に記載された発明を限定するものではなく，例示として取り扱われることは言うまでもない。

１ ：枠体
２ ：障子
５ ：太陽光パネルユニット
５１ ：太陽光パネル
５１１ ：セル
５２ ：反射プレート
５２ａ ：平面部
５２ｂ ：湾曲部
５２２ ：反射レンズ

Claims (2)

1. 太陽光パネルと、太陽光パネルに対して間隔を置いて平行に配置される反射プレートと、反射プレートの太陽光パネル側に配置される反射レンズを有し、
   太陽光パネルは、両面受光タイプの複数のセルが透明な部材で挟まれて形成され、複数のセルが配置される中央部分と、セルが配置されない周辺部分を有しており、
   反射プレートは、太陽光パネルの中央部分に対向する平面部と、平面部の外周に形成される湾曲部を有しており、
   反射レンズは、反射プレートの平面部に配置されている太陽光パネルユニット。
2. 請求項１に記載の太陽光パネルユニットを備えている建築部材。
   
   
   

Images