(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
積雪地域に設置される太陽電池パネル架台には、太陽電池パネル上に積もった雪の荷重により、架台の支柱や横レールに大きな力が加わる。この力を分散させて太陽電池パネル架台の構造強度を高めるために、架台にブレス(筋交い)を追加した構造が知られている。
【0005】
従来の太陽電池パネル架台では、支柱の中間部に取り付けたブレス固定金具を介して、ブレスが支柱に固定されているものが多い。この固定方法では、ブレス固定金具が支柱にねじ留めされるので、支柱の肉厚をある程度確保する必要があった。そのため、支柱の重量が増加しがちであった。
【0006】
本発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、太陽電池パネル架台の支柱の重量増を抑える技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、基礎に固定される支柱取付金具と、支柱取付金具に固定される支柱と、支柱上に架設され、太陽光パネルを支持可能な縦レールおよび/または横レールと、隣合う支柱の一方の上部と他方の下部とを連結するブレスと、支柱と横レールとを固定する上側支柱取付金具と、を備え、ブレスの上端が上側支柱取付金具に連結される太陽電池パネル架台を提供する。
【0008】
この態様によると、ブレスを固定するための別の金具を支柱にねじ留めする必要がないので、その分の支柱の肉厚を確保する必要もない。よって、支柱の重量増を抑えることができる。また、上側支柱取付金具にブレスを直結することで、部品点数を削減することができる。
【0009】
上側支柱取付金具において、支柱を固定するボルトが挿通される孔と、ブレスを連結するボルトが挿通される孔とが、鉛直方向でほぼ同じ位置にあってもよい。これによると、支柱に加わる曲げモーメントを抑制することができる。
【0010】
上側支柱取付金具は、互いに平行に延び支柱が介在する二枚の立壁を有していてもよい。これによると、上側支柱取付金具が比較的簡単な形状になる。
【0011】
上側支柱取付金具は押し出し成形品であってもよい。これにより、上側支柱取付金具を安価に製造することができる。
【0012】
本発明の別の態様は、基礎に固定される支柱取付金具と、支柱取付金具に固定される支柱と、支柱上に架設され、太陽電池パネルを支持可能な縦レールおよび/または横レールと、隣合う支柱の一方の上部と他方の下部とを連結するブレスと、支柱と横レールとを固定する上側支柱取付金具と、を備え、ブレスの上端がブレス取付金具を介して上側支柱取付金具に連結される太陽電池パネル架台を提供する。
【0013】
この態様によると、ブレスを固定するための別の金具を支柱にねじ留めする必要がないので、その分の支柱の肉厚を確保する必要もない。よって、支柱の重量増を抑えることができる。
【0014】
前記上側支柱取付金具は、前記支柱を受け入れる第1凹部と前記横レールを受け入れる第2凹部とを有してもよい。これによると、支柱上に横レールを架設する際に、横レールを仮固定しなくても上側支柱取付金具の第2凹部によって横レールの脱落が防止されるので、横レールの施工性を改善することができる。
【0015】
ブレス取付金具は断面コの字形の部材であり、支柱、上側支柱取付金具およびブレス取付金具が共締めされるとともに、横レール、上側支柱取付金具およびブレス取付金具が共締めされてもよい。これによると、ブレス取付金具に発生する応力を、共締めしたボルトの引張力で負担することができるので、結合部の強度が向上する。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、太陽電池パネル架台の支柱の重量増を抑えることができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
実施の形態1.
図1は、本発明の一実施形態に係る太陽電池パネル架台1を使用した太陽電池装置100の概略斜視図である。
【0019】
太陽電池装置100は、縦横に配列された複数枚の太陽電池パネル2と、太陽電池パネルを所定の位置に所定の姿勢で保持する太陽電池パネル架台1と、で構成される。太陽電池パネル2は、ガラス板表面に多数の太陽電池素子が配置された全体として板状の部材であり、太陽光の照射により電力を発生させるように構成されている。
【0020】
図1から分かるように、太陽電池パネル架台1は、支柱の一方側が低く、他方側が高くされており、太陽電池パネル2を水平面に対して所定の角度に傾斜して支持する。この角度は、太陽光の照射角度、向き、隣接する太陽電池装置との関係などから決定され、通常は10°〜35°である。
【0021】
太陽電池パネル2の傾斜支持は、パネル上の水や雪を傾斜により下に落とすという目的もある。以下の説明では、太陽電池パネル架台1のうち低い側を「水下側」と、高い側を「水上側」と呼ぶ。また、図中に矢印で示す二方向を「間口方向」、「奥行方向」と呼ぶ。
【0022】
図2は、
図1の太陽電池装置100の太陽電池パネル2の一部を省略または透過させて表した図である。
【0023】
太陽電池パネル架台1は、基礎4、水上側支柱10、水下側支柱12、縦レール20、横レール22、奥行ブレス14および間口ブレス16を備える。
【0024】
基礎4は、敷地に太陽電池パネル架台1を設置する際の基礎となる部材であり、例えばブロック状のコンクリートにより形成される。基礎4の下部は地面に埋設され、その上部を地表から突出させるように設置される。図示の例では、基礎4は、太陽電池パネル架台1の間口方向に三列、奥行方向に二列設けられ、所定の間隔を空けて設置されている。
【0025】
水上側支柱10および水下側支柱12は、基礎4に固定され垂直方向に延びる長尺の棒状部材である。水上側支柱10および水下側支柱12と基礎4との取付については、
図3および4を参照して詳細に説明する。
【0026】
横レール22は、三本の水上側支柱10および三本の水下側支柱12によってそれぞれ架設される、長尺の棒状部材である。縦レール20は、2本の横レール22の間に、地面に対して傾斜するように架設される。太陽電池パネル2は、縦レール20および横レール22によって形成される格子の上に配置される。
【0027】
間口ブレス16は、間口方向に隣合う水上側支柱10または水下側支柱12の一方の上部と他方の下部とを連結する部材である。太陽電池パネル2上に雪が積もると、支柱10、12および横レール22に大きな力が加わる。雪が積もった状態で地震が発生すると、基礎4に水平方向の力が加わる。また、強風の吹き上げ時には、横レール22と支柱の接続部分に力が加わる。間口ブレス16は、上記の力を複数の支柱および基礎に分散させることで、太陽電池パネル架台1の構造強度を高める役割を有している。
【0028】
奥行ブレス14は、奥行方向に隣合う水下側支柱12の上部と水上側支柱10の下部とを連結する部材である。太陽電池パネル2上の雪がずれ落ちるとき、水下側の横レール22と水下側支柱12に大きな力が加わる。この状態で地震が発生すると、基礎4に水平方向の力が加わる。また、強風の吹き上げ時には、水下側の横レール22と水下側支柱12の接合部分に力が加わる。奥行ブレス14は、上記の力を水下側の構造から水上側の構造に分散させることで、太陽電池パネル架台1の構造強度を高める役割を有している。
【0029】
なお、基礎4および支柱10、12の本数は、太陽電池装置100が設置される敷地の大きさによって適宜決定され、図示の数に限定されるものではない。また、縦レール20および横レール22の本数は、支柱10、12の本数によって決定される。
【0030】
図3は、奥行方向に隣合う一組の水上側支柱10および水下側支柱12の拡大斜視図であり、
図4は、水上側支柱10と基礎4との取付部分をさらに拡大して示す図である。
【0031】
支柱取付金具30は、基礎4の上面に配置される底板30aと、底板30aから垂直方向に立設され互いに平行に延びる二枚の立壁30bと、を有している。
【0032】
底板30aには、基礎4の上面に予め埋め込まれたアンカーボルト32を挿通するボルト孔(図示せず)が形成されており、アンカーボルト32にナットを締め付けることにより、基礎4に対して支柱取付金具30が固定される。支柱取付金具30と基礎4の上面との間にスペーサーが挟まれてもよい。
【0033】
二枚の立壁30bは、支柱10の厚さよりもわずかに広い間隔で配置される。立壁30bには、それぞれ2個のボルト孔30cが形成されている。このボルト孔30cは、支柱10に空けられている貫通孔(図示せず)と等間隔である。立壁30bには、さらに別のボルト孔30dが空けられていてもよい。このボルト孔30dは、間口ブレス16を支柱取付金具30に連結するために使用される。
【0034】
支柱取付金具30には、ブレス固定金具34が締結される。ブレス固定金具34は、奥行ブレス14の下端すなわち水下側端部を支柱取付金具30に連結するための部材である。
【0035】
ブレス固定金具34は、互いに平行に延びる二つの対向壁34aと、これを接続する底壁34bと、を有し、全体としてコの字形状をしている。二つの対向壁34aの間隔は、奥行ブレス14の厚さよりもわずかに広くされている。底壁34bには、支柱取付金具30の立壁30bに空けられたボルト孔30cと等間隔のボルト孔34dが空けられている。また、各対向壁34aにもボルト孔34cが空けられている。奥行ブレス14の水下側端部に空けられた貫通孔14aとボルト孔34cに六角ボルト36を挿通してナット38を締めることにより、奥行ブレス14がブレス固定金具34に固定される。
【0036】
図4から分かるように、支柱取付金具30、支柱10およびブレス固定金具34は、共通のボルトにより共締めされる。より具体的には、支柱取付金具30の立壁30bに形成されたボルト孔30cと、支柱10の貫通孔と、ブレス固定金具34の底壁34bに形成されたボルト孔34dに、長軸の六角ボルト56が挿通され、ナット58により締結される。このような共締め構造を採用することで、締結に要する部品点数の削減と作業工程の単純化を実現することができる。
【0037】
本実施形態では、ブレス固定金具34を介して、奥行ブレス14が支柱取付金具30に直接連結されている。このような構造にすると、奥行ブレス14からの荷重が水上側支柱10の根元すなわち基礎4の比較的近くに加わることになる。したがって、水上側支柱10の中間部に奥行ブレスが連結される場合と比較して、水上側支柱10に加わる曲げモーメントを小さくすることができる。よって、支柱の必要曲げ強度を抑えることができる。
【0038】
なお、この実施形態では、支柱取付金具の立壁30bが太陽電池パネル架台1の間口方向と平行に延び、ブレス固定金具34の対向壁34aが太陽電池パネル架台1の奥行方向と平行に延びるように配置されている。通常、水上側支柱10の間口方向の曲げモーメントの方が、奥行方向の曲げモーメントよりも大きい。そこで、支柱取付金具30の立壁30bを間口方向に延ばし、その分底板30aの底面積を大きくすることで、間口方向の曲げモーメントに十分対抗できるようになっている。しかしながら、太陽電池パネル架台1の構造によっては、支柱取付金具の立壁30bを太陽電池パネル架台の奥行方向に延びるように配置してもよい。
【0039】
また、支柱取付金具30の立壁30bとブレス固定金具34の対向壁34aの延びる方向を互いに垂直にすることで、支柱取付金具30に間口ブレス16をさらに固定することができる。
【0040】
図5は、
図3の水上側支柱10と水下側支柱12の側面図である。
【0041】
通常、奥行ブレス14を太陽電池パネル架台1に取り付ける場合、奥行ブレス14の位置出しが必要になるので、最初に奥行ブレス14の水下側端部をブレス固定金具34に仮止めした状態で、ブレス固定金具34を支柱取付金具30および支柱10と共締めする必要がある。そこで、本実施形態では、
図5から分かるように、ブレス固定金具34において奥行ブレス14を固定するボルトが挿通されるボルト孔34cが、共締め用のボルトが挿通されるボルト孔34dよりも上側に配置されている。これにより、奥行ブレス14の水下側端部を仮留めした後でも、水下側端部の下方に空間ができるため、その状態のままボルト56を用いてブレス固定金具34を支柱取付金具30および支柱10と共締めすることが可能となっている。
【0042】
図6は、
図3の水下側支柱12の上部の拡大斜視図である。
【0043】
水下側支柱12の上部には、上側支柱取付金具42が固定される。上側支柱取付金具42は、水下側支柱12と横レール22とを接続する部材である。上側支柱取付金具42は、横レール22が載置される底板42aと、底板42aから垂直方向に立設され互いに平行に延びる二枚の立壁42bと、を有している。
【0044】
底板42aには、横レール22を締結するボルトを通すための切り欠き42eが形成されており、ナット72を締め付けることにより横レール22と水下側支柱12とが接続される。
【0045】
二枚の立壁42bは、支柱12の厚さよりもわずかに広い間隔で配置される。各立壁42bには、支柱12に空けられた貫通孔(図示せず)と等間隔のボルト孔が空けられており、ボルト76およびナット78を用いて立壁42bに支柱12が締結される。
【0046】
二枚の立壁42bには、奥行ブレス14の上端すなわち水下側端部を締結するためのボルト孔も空けられており、ボルト46を用いて奥行ブレス14が締結される。
【0047】
このように、水下側支柱12と横レール22とを固定する上側支柱取付金具42に、奥行ブレス14を連結する構造を追加することで、締結に要する部品点数の削減と作業工程の単純化を実現することができる。また、奥行ブレスを固定するための別の金具を支柱12にねじ留めする必要がないので、その分の支柱の肉厚を確保する必要もない。よって、水下側支柱12の重量増を抑えることができる。
【0048】
また、奥行ブレス14を上側支柱取付金具42に直結することで、奥行ブレスの受ける力を支柱12だけでなく横レール22にも分散させることができる。
【0049】
また、奥行ブレス14が水下側支柱12の最上部に連結される構造のため、水下側支柱12の中間部に奥行ブレス14が連結される場合と比較して、水下側支柱に加わる曲げモーメントを小さくすることができる。よって、水下側支柱の必要曲げ強度を抑えることができる。
【0050】
図5から分かるように、上側支柱取付金具42において、支柱を固定するボルトが挿通されるボルト孔42dと、奥行ブレス14を連結するボルトが挿通されるボルト孔42cとは、鉛直方向でほぼ同じ位置にある。これにより、奥行ブレス14からの荷重により水下側支柱12に生じる曲げモーメントを最小にすることができる。
【0051】
以上説明したように、本実施形態に係る太陽電池パネル架台では、水上側支柱を基礎に固定する支柱取付金具に奥行ブレスを連結することによって、奥行ブレスが支柱の中間部に連結される場合と比較して、水上側支柱の曲げモーメントを抑制することができる。また、水下支柱と横レールとを接続する上側支柱取付金具に奥行ブレスを連結することによって、奥行ブレスが支柱の中間部に連結される場合と比較して、水下側支柱の曲げモーメントを小さくすることができる。
【0052】
したがって、支柱の最大曲げ強度を抑制することができ、支柱の負荷が大きい垂直積雪量の多い地域であっても、従来から使用されているステンレス鋼などの鋼材ではなく、より強度の小さいアルミニウム合金などで、太陽電池パネル架台の各部材を製造することが可能になる。
【0053】
上記のように、支柱取付金具30、ブレス固定金具34および上側支柱取付金具42は比較的簡単な形状であるため、アルミニウム合金の押し出し成形により製造することができる。アルミニウム合金は耐食性に優れているので、積雪地域に設置する太陽電池パネル架台には特に適している。また、ステンレス鋼などよりも軽量であるので、太陽電池パネル架台の運搬、設置に要する労力も軽減される。但し、当然であるが、支柱取付金具30、ブレス固定金具34および上側支柱取付金具42を他の材料で、鋳造など他の製造方法を用いて製造してもよい。
【0054】
実施の形態2.
一般に、
図6で示した上側支柱取付金具42の上に横レール22を架設するには、高所作業が必要がある。上側支柱取付金具42の底板42aの上面は平坦なので、横レール22を底板42aの上に置いただけでは不安定である。そのため、一度横レール22を上側支柱取付金具42にボルトで仮固定する必要があり、施工に手間がかかるという問題がある。以下では、横レールを架設する際の施工性が改善された太陽電池パネル架台について説明する。
【0055】
図7は、本発明の別の実施形態に係る太陽電池パネル架台の水下側支柱の上部の拡大図であり、実施の形態1の
図6に対応している。
【0056】
水下側支柱12の上部には、上側支柱取付金具120が固定される。上側支柱取付金具120は、水下側支柱12と横レール152とを接続する部材である。
【0057】
図8は、上側支柱取付金具120の側面図である。上側支柱取付金具120は、平行に配置された二枚の側壁122a、122bと、側壁122同士をそれぞれの中間部で連結する底板121とで構成される、断面H形の部材である。上側支柱取付金具120は、水下側支柱12の上部を受け入れる第1凹部120aと、横レール152の下部を受け入れる第2凹部120bと、を有している。凹部120a、120bの横幅は、それぞれ水下側支柱12、横レール152の横幅よりもわずかに大きく形成される。
【0058】
上側支柱取付金具120の一方の側壁122aに接するように、ブレス取付金具140が配置される。ブレス取付金具140は、奥行ブレス14を支柱12と横レール152に接続する部材である。
【0059】
図9は、ブレス取付金具140の斜視図である。ブレス取付金具140は、上側支柱取付金具120の側壁に接する底板140aと、底板140aから垂直方向に立設され互いに平行に延びる二枚の立壁140bと、を有する断面コの字形の部材である。二枚の立壁140bには、奥行ブレス14の上端すなわち水下側端部を締結するためのボルト孔142が空けられている。
【0060】
ブレス取付金具140の底板140aには、四つのボルト孔144が空けられている。上側支柱取付金具120の二枚の側壁122にも、これらと対応する位置にそれぞれ四つのボルト孔124が空けられている(
図8を参照)。
【0061】
図10は、
図7の水下側支柱の上部の側面図である。図示するように、ブレス取付金具140の立壁のボルト孔142と、奥行ブレス14の上端に空けられた貫通孔(図示せず)を通してボルト176が挿通され、ナット178を用いて奥行ブレス14がブレス取付金具140に締結される。
【0062】
ブレス取付金具140の底板140aの下側二つのボルト孔144、上側支柱取付金具120の側壁の下側二つのボルト孔124と、支柱12に空けられた貫通孔12aを通してボルト160が挿通され、ナット162を用いて、支柱12、上側支柱取付金具120およびブレス取付金具140が共締めされる。
また、ブレス取付金具140の底板140aの上側二つのボルト孔144、上側支柱取付金具120の側壁の上側二つのボルト孔124と、横レール152に空けられた貫通孔を通してボルト170が挿通され、ナット172を用いて、横レール152、上側支柱取付金具120およびブレス取付金具140が共締めされる。
【0063】
なお、
図10から分かるように、横レール152は、
図6に示した横レール22とは異なり、奥行方向の両側に肩152aが形成された断面逆凸形に形成されている。こうすることで、上側支柱取付金具との連結部形状(取合い)を変えることなく横レール152の剛性が高まり、横レール152を支持する水下側支柱12の支柱間間隔を横レール22の場合よりも広くすることができる。
【0064】
以上説明したように、本実施形態に係る太陽電池パネル架台では、支柱12と横レール152とが、それぞれを受け入れる凹部を有する上側支柱取付金具120を介して接続される。このため、上側支柱取付金具120の第2凹部120bに横レール152を設置したとき、仮固定をしなくとも横レール152が脱落するおそれが極めて少ない。したがって、横レールを架設する高所作業における施工性を改善することができる。
【0065】
また、支柱12、横レール152、上側支柱取付金具120およびブレス取付金具140を4本のボルトを使用して共締めする構造とすることで、締結に要する部品点数の削減と作業工程の単純化を実現することができる。
【0066】
実施の形態1と同様に、水下側支柱12と横レール152とを接続する上側支柱取付金具120にブレス取付金具140を介して奥行ブレス14を連結することによって、奥行ブレスが支柱の中間部に連結される場合と比較して、水下側支柱の曲げモーメントを小さくすることができる。また、ブレス取付金具140を介して奥行ブレス14を上側支柱取付金具120に直結することで、奥行ブレス14の受ける力を支柱12だけでなく横レール152にも分散させることができる。
【0067】
図6から分かるように、実施の形態1では、奥行ブレス14に発生する奥行方向の応力を、ボルト46が許容応力の小さい剪断方向で負担するようになっている。このため、ボルト46を高強度で設計する必要があり、コスト増につながる。これに対し、本実施形態では、奥行ブレス14に発生する奥行方向の応力を、許容応力の高いボルト160、170の引張方向で負担することができる。このため、接合部の強度が向上する。
【0068】
また、
図10から分かるように、上側支柱取付金具120において、ブレス14の奥行方向の応力を受けるボルト176、160、170の上下方向の位置がなるべく近くなるように設計されている。こうすることで、奥行ブレス14からの応力により水下側支柱12および横レール152に生じる曲げモーメントを受けにくい接合部構造となっている。
【0069】
なお、上側支柱取付金具120とブレス取付金具140は、別部材でなく、例えば溶接等によって一体化された部材であってもよい。
【0070】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示すにすぎない。また、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。