JP2013023827A - 太陽光発電装置の架台装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用する太陽電池モジュールの大きさに限定されず、そのままの形で、陸屋根上にも平坦な折板屋根上にも設置でき、保存や搬送に適しており、相互に接続が容易で所定の広さの太陽光発電装置を作成できる架台装置の実現を課題とする。
【解決手段】
太陽電池パネルの側面を保持して太陽光発電装置用の太陽電池モジュールを形成する太陽光発電装置の架台装置であって、３本のアーム１１〜１３から構成され、このアーム相互の２箇所に角度調整が可能なヒンジ機構１５、１６が設けられている架台において、アームのうちの１つである第１のアーム１１に架台装置固定のための固定部材１４を取り付け、陸屋根上に固定するときはこの固定部材１４の裏面にのみ接着剤を塗布して接着固定することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽エネルギーを利用して発電を行う太陽光発電装置の架台装置に関し、特に、陸屋根上などに設置する太陽光発電装置を所定の太陽光入射角度に配列するようにした太陽光発電装置の架台装置に関するものである。

近年、太陽光を受光して電気に変換する太陽電池を用いて住宅の屋根などに配置して受光発電部とする太陽光発電装置が普及している。そうして、このような装置に用いるように、様々な屋根の形状に合わせて太陽電池素子を複数接続した太陽電池モジュール製品が作られるようになっている。

このような太陽電池モジュールの屋根への取り付け方法も様々であり、屋根部材と一体的に製造された屋根一体型太陽電池モジュールや、屋根上の瓦材の上に縦桟や横桟を用いて架台を組んで、そこに太陽電池モジュールを設置する、いわゆる屋根置き型と呼ばれる設置方法などがある。

ところでこれらの従来からの設置方法は、主に傾斜した折板屋根や瓦屋根上に設置することが前提となっているため、ビルの屋上のように屋根上がほぼ平坦な状態をしたコンクリート床の屋根（陸屋根と称する）に、その太陽光発電装置をそのまま水平設置すると、太陽電池モジュールへの太陽光の入射角度が浅くなり、これにより、発電量が、通常でも３０〜４０％程度低下することがあった。

このような問題を解決するため、太陽電池モジュールを傾斜設置するための架台を用いて、太陽電池モジュールを傾斜支持させる方法が採られる場合が多い。

具体的には、まず水平設置面であるコンクリート製の屋根に穴を空けてアンカー埋設工事を行い、前記アンカーに固定される基礎をコンクリートなどの重量物によって形成する。こうすることで、屋根へ打ち込まれたアンカーボルトなどによって基礎が設置場所に固定され、基礎の自重とアンカーボルトの固定力で風等によって太陽電池モジュールが飛ばされることがないように支えることができる。

このように基礎が固定されると、複数の基礎の間に長尺の金属部材からなる基台レールを据え付け、この基台レール上に太陽電池モジュールを支持する支持金具を固定し、この支持金具によって太陽電池モジュールを支持固定する。

このとき支持金具の長さを異ならせて、たとえば一方側の支持金具を短く、他方側の支持金具を最も長く、中間の支持金具を中間の長さにすることで、太陽電池モジュールの設置角度に傾斜を持たせ、太陽光発電時の発電効率を向上させることができる。

しかしながら、このような従来の架台を用いた方法にはいくつかの問題点があった。
まず、基礎工事を行うために工期が長くなるという問題がある。
また、アンカーを陸屋根に打つために、設置面の構造を傷つけ、そこから雨水が進入する虞や、設置面の寿命を短くする虞があった。

また、強度面から陸屋根を構成するコンクリート床の鉄筋上に打ち込む必要があるが、鉄筋の位置の把握が困難であったり、アンカーを打てる位置が鉄筋のピッチによって限られるので、陸屋根上の最適な位置、方位に太陽電池モジュールを設置することができず、太陽電池モジュールの設置数を限られたものにしたり、その発電量を低下させたりすることになりかねないという問題があった。

アンカーで固定する代わりに、架台を接着剤で陸屋根上に固定するという方法も考えられる。しかし、一般の陸屋根では、コンクリート床の上に防水シートを敷設することが多く、この防水シートは劣化するため定期的に交換する必要があり、防水シートの交換の際には、太陽電池モジュールの支持架台を一旦取り外す必要がある。
架台を接着剤で固定すると防水シートの交換の際に、架台の取り外しが困難になるという問題がある。

このような問題を解決するため、太陽電池モジュールの対向する辺部にそれぞれ高さの異なる架台を設けた太陽光発電装置を、架台の配列方向に沿って複数台配列し、隣接する太陽光発電装置を双方の架台に設けた連結部材で相互に接続するようにするとともに、架台上に重し部材を設けるようにした例が報告されている（特許文献１参照）。

このように太陽電池モジュールの対向する辺部にそれぞれ高さの異なる架台を設けることで太陽電池モジュールの設置角度に傾斜を持たせるようにするとともに、架台に設けた連結部材で複数の太陽光発電装置を相互に接続してある広がりを持って一体化させ、架台上に重し部材を設けることで、太陽光発電装置の組を陸屋根に載置するだけで固定するようにしている。

しかしながら、この例では、架台の幅を予め太陽電池モジュールの幅に合わせておかなければならず、使用対象のモジュールが限られてしまうという問題がある。また陸屋根用に構成されているので、そのままの形で平坦な折板屋根（金属板などで覆われた屋根）には使用しにくいという問題がある。さらに、寸法が決まってしまうので、大きさや重さがあって必ずしも運送や保存に適しているとは言えないという問題がある。

特開２００６−１２９７７号公報

以上に例示した特許文献１に示された例では、架台の幅を予め太陽電池モジュールの幅に合わせておく必要があり、太陽電池モジュールの大きさを自由に設定することができないという問題がある。
また、そのままの形で、陸屋根上にも平坦な折板屋根上にも設置できないという問題がある。
さらに、大きさが決まっているので必ずしも運送や保存に適しているとは言えないという問題がある。

本発明は、上述の従来技術の問題を解決して、使用する太陽電池モジュールの大きさに限定されず、そのままの形で、陸屋根上にも平坦な折板屋根上にも設置でき、保存や搬送に適しており、相互に接続が容易で所定の広さの装置が作成できる太陽光発電装置の架台装置の実現を課題としている。

以上の課題を解決するため、本発明の太陽光発電装置の架台装置は、太陽電池パネルの側面を保持して太陽光発電装置用の太陽電池モジュールを形成する太陽光発電装置の架台装置であって、少なくとも３本以上の桟部材から構成され、この桟部材相互間の少なくとも２箇所に角度調整が可能なヒンジ機構が設けられていることを特徴とする。

ここで、前記桟部材のうちの１つであるレール状の基礎桟部材に架台装置固定のための固定部材を取り付け、陸屋根上に固定するときはこの固定部材の裏面にのみ接着剤を塗布して接着固定することを特徴とする。

また、前記桟部材のうちのレール状の基礎桟部材の左右両端が鍔状に延設されており、この鍔状部にボルト固定用の孔が設けられており、折板屋根等金属面に固定するときはこの孔を用いてボルト固定することを特徴とする。

さらに、複数の前記桟部材は前記ヒンジ機構で折り曲げて一体に畳みこめることを特徴とする。

さらにまた、前記桟部材のうちのレール状の基礎桟部材が延長され、延長部分で他の架台装置の基礎桟部材と前後に連結可能であることを特徴とする。

本発明の架台装置は、以上のように構成されているので、太陽光発電装置の架台装置として太陽電池パネルの側面を保持して、太陽電池パネルを太陽光線に対して所定の角度に保って発電量を向上することができ、モジュールの大きさに限定されず、そのままの形で、陸屋根上にも平坦な折板屋根上にも設置でき、保存や搬送に適しており、かつ相互に接続が容易な架台装置を実現することができる。

本発明の太陽光発電装置の架台装置を構成する架台の一実施形態の外観斜視図である。 図１に示す実施形態の側面図である。 本発明の架台の他の実施形態の側面図である。 図３に示した実施形態を用いて形成した太陽電池モジュールの外観斜視図である。 図４に示した太陽電池モジュールからパネルを取り外してモジュール内部を示した斜視図である。 図５からさらに太陽電池パネルを取り外して錘の装着状態を示した図である。 図４示した太陽電池モジュールの前後への接続方法を示す説明図である。

以下、本発明の各実施形態に沿って、本発明を説明する。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の太陽光発電装置の架台装置を構成する架台１０の一実施形態の外観斜視図である。また、図２はこの実施形態の架台１０の側面図である。
図１および２において、符号１１は第１のアーム、符号１２は第２のアーム、符号１３は第３のアーム、符号１４は固定部材、符号１５は第１のヒンジ部、符号１６は第２のヒンジ部、符号１７は留め部である。
ここでアームは、請求項で述べる桟部材にあたり、第１のアーム１１は請求項で述べるレール状の基礎桟部材にあたる。

図１および図２に示すように、本発明の架台１０は、第１のアーム１１、第２のアーム１２および第３のアーム１３を第１のヒンジ部１５、第２のヒンジ部１６と留め部１７で相互に接続して、３角形の枠形に構成したものである。この架台１０を用いて、太陽電池パネルの外周を保持し、太陽光発電装置用の太陽電池モジュールを所定の角度で陸屋根や折板屋根に取り付ける。

太陽光発電装置は設置場所の緯度にもよるが、設置する角度や方向によって発電量が異なることが知られている。先にも述べたように、ビルの屋上のようにほぼ平坦なコンクリート床の陸屋根に、その太陽光発電装置をそのまま水平設置すると、太陽電池モジュールへの太陽光の入射角度が浅くなり、発電量が低下する。

本実施形態では、第１のアーム１１を陸屋根上に設置し、第２のアーム１２上に、太陽電池パネルを設置すると、パネルの設置角度は図２に示すαとなる。なお第２のアーム１２には太陽電池パネルを支える横木を支持できるように、突起が設けられている。
この設置角度αは第３のアーム１３の長さと、２つのアームを回転自在に連結する第１および第２のヒンジ部１５、１６でのアーム相互間の角度によって調整することができるが、発電量を維持するために設置角度αを常時調整変更するほどの必要はない。

本実施形態を陸屋根上に設置する場合には、図１に示すように第１のアーム１１に固定部材１４を跨がせて、固定部材１４の底部を接着剤で陸屋根面に貼り付けて固定するようにする。
一般に陸屋根においては、コンクリート床の上に防水シートを敷設する場合が多い。この防水シートは定期的に交換する必要がある。そうして防水シート交換の際には架台１０を一旦取り外す必要がある。もし、架台１０を第１のアーム１１の下面で直接陸屋根上に接着すると防水シート交換の際に困難が伴う。
このため、本実施形態では固定部材１４を用い、固定部材１４のみを陸屋根上に接着し、必要あれば固定部材１４を切断して架台１０を取り外すようにする。

この場合の接着剤としては、シリコン系の接着剤や、ＭＭＡモノマーを使用したポリメタクリレート樹脂溶液系接着剤などが用いられる。

本実施形態の第１のアーム１１の左右両端（第１のアーム１１の長さ方向に対する幅方向のこと）は、鍔状に延設されている。この鍔部１１１にボルト固定用のねじ孔１１２が設けられている。
本実施形態を平坦な折板屋根上に設置する場合には、市販されている取付金具（図示せず）を屋根上に設置し、これに第１のアーム１１のねじ孔１１２を合わせてボルトを挿入してねじ止めすることで、架台１０を折板屋根上に簡単に取り付けることができる。

本実施形態の架台１０は、第１のヒンジ部１５を緩めて、第１のアーム１１と第２のアーム１２とを重ね合わせ、さらに留め部１７を解放して、第２のヒンジ部１６を緩めて、第３のアーム１３を第１のアーム１１の裏側に折り込むことで、全体を一体に畳み込むことができる。
これにより、運送時や保管時に省スペースを図ることができる。

＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の架台１０Ａの他の実施形態の側面図である。図３において、符号は図１および図２と同一の機構については同じ符号をふるようにし、同一の機能で構成が異なるものにはＡを添えて示した。
本実施形態の架台１０Ａが図１および図２に示す第１の実施形態と異なる点は、第１のアーム１１Ａが、第２のアーム１２との接合点である第１のヒンジ部１５と第３のアーム１３との接合点である留め部１７を越えて前後にそれぞれ延長されている点である。
このように第１のアーム１１Ａが前後に延びているので、後述するようにこの架台１０Ａを用いて構成した太陽電池モジュールを、比較的簡単に前後に接続することができ、太陽光発電装置を容易に構成することができるようになる。

＜第３の実施形態＞
図４に、この架台１０Ａを用いて形成した太陽電池モジュール２０の一実施形態の外観斜視図を示す。また、図５はこの太陽電池モジュール２０のパネルを取り外してモジュール内部を示した斜視図、図６は図５からさらに太陽電池パネルを取り外して錘の状態を示した図である。
図４〜６において、符号２０は太陽電池モジュール、符号２１は太陽電池パネル、符号３１は側面板、符号３２は表面板、符号３３は錘、符号３４は横木である。また符号１０Ａは図３に示した架台である。

図４〜図６に示すように、１組の本発明の架台１０Ａの間に設けた横木３４上に複数の太陽電池パネル２１を配列して、太陽電池モジュール２０を構成する。
これにより、太陽電池モジュール２０の太陽電池パネル２１は、架台１０Ａの第１のアーム１１Ａが接する陸屋根に対して所定の角度をなして配列されることになり、太陽光の入射角度を適切にして、発電量の低下を防止することができる。

太陽電池パネル２１と１組の架台１０Ａで枠組みされる太陽電池モジュール２０の構成は比較的軽量であり、風が吹き抜けて負圧荷重で飛ばされることが無いように、側面板３１、表面板３２を張って風の通り抜けを防ぐとともに、太陽電池パネル２１の重み、１組の架台１０Ａに加えて内部に錘３３をおいて、重量で支えるようにしている。
さらに先に述べたように、架台１０Ａの第１のアーム１１Ａに固定部材１４を跨がせて、固定部材１４の底部を接着剤で陸屋根面に貼り付けたり、第１のアーム１１Ａの鍔部１１１Ａのねじ孔１１２Ａでの折板屋根へのボルト止めなどによって固定して風圧に耐えるようにしている。

図４〜図６に示したような太陽電池モジュール２０は、架台１０Ａの第１のアーム１１Ａの延長部分を用いて、前後に接続することができ、このように前後に接続することで所定の受光面積を備えた太陽光発電装置を構成することができる。

図７に、この接続方法を示す。
図７（ａ）は、接続する２つの架台１０Ａ−１、１０Ａ−２の側面図を示し、図７（ｂ）には接続部分の側面詳細図を、図７（ｃ）には接続部材４１の斜視図を示した。
２つの架台１０Ａ−１、１０Ａ−２を接続するには、２つの架台１０Ａ−１、１０Ａ−２の第１のアーム１１Ａ−１と１１Ａ−２の接続端部に接続部材４１を被せ、接続部材４１のねじ孔４２からそれぞれの第１のアーム１１Ａ−１と１１Ａ−２に設けたバカ孔を介してねじを通してねじ止めすることで接続する。

本発明は、以上に述べたように構成され動作するので、太陽光発電装置用の太陽電池モジュールを所定の角度で陸屋根や折板屋根に取り付けることが可能であり、これにより太陽光発電装置の発電量を向上することができ、かつ、保存や搬送に適していて、相互に接続が容易な架台装置を実現することができる。従って、ビルや工場などの屋根に太陽光発電装置を取り付けるのに適しており、太陽光発電の分野で広い利用の可能性を備えている。

１０、１０Ａ 架台
１１、１１Ａ 第１のアーム
１２ 第２のアーム
１３ 第３のアーム
１４ 固定部材
１５ 第１のヒンジ部
１６ 第２のヒンジ部
１７ 留め部
２０ 太陽電池モジュール
２１ 太陽電池パネル
３１ 側面板
３２ 表面板
３３ 錘
３４ 横木
４１ 接続部材
４２ ねじ孔
１１１ 鍔部
１１２ ねじ孔

Claims (5)

1. 太陽電池パネルの側面を保持して太陽光発電装置用の太陽電池モジュールを形成する太陽光発電装置の架台装置であって、
   少なくとも３本以上の桟部材から構成され、この桟部材相互間の少なくとも２箇所に角度調整が可能なヒンジ機構が設けられていることを特徴とする架台装置。
2. 前記桟部材のうちの１つであるレール状の基礎桟部材に架台装置固定のための固定部材を取り付け、陸屋根上に固定するときはこの固定部材の裏面にのみ接着剤を塗布して接着固定することを特徴とする請求項１に記載の架台装置。
3. 前記桟部材のうちのレール状の基礎桟部材の左右両端が鍔状に延設されており、この鍔状部にボルト固定用の孔が設けられており、折板屋根等金属面に固定するときはこの孔を用いてボルト固定することを特徴とする請求項１または２に記載の架台装置。
4. 複数の前記桟部材は前記ヒンジ機構で折り曲げて一体に畳みこめることを特徴とする請求項１に記載の架台装置。
5. 前記桟部材のうちのレール状の基礎桟部材が延長され延長部分で他の架台装置の基礎桟部材と前後に連結可能であることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の架台装置。

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