BIPV
BIPV（Building Integrated Photovoltaics）は、太陽電池モジュールを屋根・外壁・庇・手摺・カーテンウォールなどの建材そのものとして組み込み、発電機能と外装・防水・断熱・意匠を同時に満たす建築一体型の太陽光発電である。従来の後付け架台方式とは異なり、建築外皮の構成材として設計し、構造安全（風圧・積雪）、防火・防水、熱・光環境、電気安全、維持管理性、景観要件を総合的に満たすことが要諦である。設計ではモジュール選定、固定ディテール、気密・水密、配線・接続、パワーコンディショナ（PCS）と保護協調、BEMS/EMSとの連携までを統合的に扱う。
定義と特徴
BIPVは建材代替の発想である。つまり、屋根材・外装材の一部または全部を発電機能を有するガラス／ラミネートで置換し、外皮としての一次機能（防水・断熱・遮音・耐候）と電気出力を同時に提供する。これにより、発電設備と建材の二重投資を抑え、意匠統一や都市景観配慮を図れる。一方、外皮は劣化・更新や点検の要求が厳しく、設計時からモジュールの交換容易性、清掃アクセス、落下防止、火災時の遮断手順まで織り込む必要がある。
主要構成と材料
- 発電層：c-Si、PERC、HJT、TOPCon、薄膜（a-Si、CIGS）など。透過型やカラーフィルムで意匠調整が可能。
- 封止・基材：EVA/POE、背面ガラス/金属/高耐候樹脂。屋外長期耐久のため黄変・加水分解に留意。
- 支持・固定：カーテンウォール枠、ハゼ・立平、スライド金具、点支持金物。熱膨張と水密シーケンスを設計。
- 電気部材：コネクタ、ケーブル、接続箱、直流開閉器、SPD、アース、PCS。
建築設計要件（外皮・構造・防火）
BIPVは外皮性能を満たすことが前提である。風圧・地震時の面外座屈、クリープ、熱応力、ガラスの残存強度を評価し、排水・通気経路を明確化する。防火区画や開口周りの延焼ライン、軒先・水上の処理、シーリングの可撓・三面接着防止、端部金物の腐食系（SUS/アルミ/亜鉛）整合にも注意する。
電気設計（直流系・PCS・保護協調）
- ストリング設計：方位・傾斜・遮蔽を踏まえ、同一ストリングのI–V特性をできるだけ均質化。ホットスポット抑制のためバイパスダイオードとストリング監視を併用。
- 保護：DC側断路器、ヒューズ/SPD、接地、Arc Fault Detection（AFCI）を検討。非常時の迅速遮断回路を計画。
- PCS・制御：MPPTレンジとストリング電圧の整合、逆潮流制限、EMS連携、蓄電池とのDC/DC連系、系統連系要件の遵守。
熱・光環境と居住性能
透過型BIPVは可視光透過率（VLT）、日射熱取得率（SHGC）、日射遮蔽係数を意匠と快適性の両面で最適化する。屋根置換では通気層の有無がセル温度（NOCT）と発電効率に影響するため、通風経路と断熱ラインの連続性を確保する。グレア（反射眩しさ）評価と近隣・道路・空港への配慮も重要である。
性能評価と規格
BIPVモジュールは発電性能の基本規格（IEC 61215、IEC 61730）に加え、建築用途の要件を扱うIEC 63092や欧州のEN 50583の考え方が参考となる。耐候・耐風圧・耐水密・機械衝撃（ひょう）を総合的に試験し、実使用温度域のI–Vデータ、遮蔽時のP–V挙動、経年劣化（LID、PID）も検証する。
施工・ディテール
- 水仕舞い：上流優先の防水層連続、二次防水、端部キャップ、ドレイン経路の見える化。
- 固定：熱伸縮スロット、緩み止め、絶縁スペーサ、異種金属接触腐食の回避。
- 配線：たるみ・紫外劣化対策、貫通部の防火・防水スリーブ、落下防止金具。
注意：清掃・アクセス
外皮一体であるがゆえに、清掃・補修の足場計画、点検歩廊、墜落制止設備を設計段階で織り込む。モジュール単位の交換手順書と予備品計画を持つ。
劣化モードと保全
屋外BIPVは湿熱・UV・塩害・凍結融解の複合劣化を受ける。典型的には封止材の黄変・脱層、シールのひび割れ、セルのLID/PID、コネクタ発熱、配線摩耗がある。予兆監視としてストリング監視、赤外線サーモ、I–Vトレース、絶縁抵抗測定を組み合わせ、予防保全を実施する。
意匠と都市景観
BIPVは可視配線の隠蔽、ガラスカラー・パターニング、フリットや微細テクスチャで意匠統一を行う。反射率設計やモジュール目地ピッチの通し、役物（棟・けらば・谷樋）の整合により、外装材としての完成度を高める。
エネルギーマネジメント
発電量の変動を考慮し、EMSで負荷平準化、蓄電池充放電、空調・給湯の需給連携を最適化する。日射予測と需要予測を用いた最適運用、需要家側の需要応答（DR）、非常用自立運転の設計が有効である。建築用途では快適性・景観と発電のトレードオフを数値的に評価する。
経済性とLCC
BIPVは建材コストの代替効果（屋根材・外装材・下地・金物）を内部化して評価する。発電売電・自家消費による削減、外皮性能改善（遮熱・断熱）による一次エネルギー削減、保全費、モジュール更新費、足場費まで含めてLCCで比較する。初期提案ではレイアウト制約や部分遮蔽の影響をサーマル・日射・発電シミュレーションで可視化すると説得力が増す。
設計手順の要点
- 要求性能の定義（外皮・構造・防火・電気・意匠）。
- 日射・遮蔽解析と配置検討、ストリング計画。
- 水仕舞い・熱伸縮・交換性を担保する詳細図作成。
- 規格適合・試験計画、施工要領書・保全計画の整備。
法規・安全と運用手順
BIPVは建築・電気双方の法規を跨ぐ。避難経路・開口部の扱い、感電・アーク・火災時の遮断、停電時の自立運転切替、点検時のロックアウト/タグアウトを明文化し、竣工図と一体で運用手順を整備する。関係者訓練と定期点検は必須である。