JP2005213878A - 太陽光発電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡単な構造にて、設置工事の際の組立て工程数を減らし、製作コストや製作時間を低減し、これによって低コスト化を達成した太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】 太陽電池部103を固定する上辺架台101と底辺架台102とを配置し、それぞれにウェイト104を配して、太陽光発電装置を設置する。
【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電池モジュールなどの太陽光発電装置に関し、とくに架台を用いて陸屋根上などに設置し固定する太陽光発電装置に関するものである。
近年、太陽光を光に変換する太陽電池素子を複数接続した太陽電池モジュールを用いて、さらにこれを住宅の屋根などを発電部とする太陽光発電装置が普及してきた。そして、これに伴って、様々な屋根形状に対応した太陽電池モジュールが作られるようになってきた。
また、その屋根への取り付け方法についても、様々な構成が提案されている。
たとえば、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、屋根上の瓦材に対し、その上に縦桟や横桟から成る架台を組み、そして、この架台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も提案されている。
しかしながら、前述した設置方法によれば、主に傾斜した屋根上に設置する構成であり、そのために、ビルの屋上のように屋根上がほぼ平坦な状態をした住宅屋根(以下、このような住宅屋根を陸屋根と称する)に対し、太陽光発電装置を設置した場合、太陽電池モジュールへの太陽光の入射角度が浅くなり、通常、30〜40%程度の発電量の低下を生じさせていた。
このような問題点を解消すべく、図12に示すような太陽光発電装置が提案されている。
同図は従来の太陽光発電装置の斜視図であり、太陽電池モジュールを傾斜させながら支持する構造であって、そのように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いる。
以下、この太陽光発電装置の設置方法を述べる。
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、さらにこのアンカーに固定される基礎1をコンクリートなどの重量物によって形成する。そして、屋根へ打ち込まれたアンカーボルト(図示せず)などによって基礎1を固定する。
そして、このような基礎1の自重も寄与されることで、風等による負圧荷重で太陽電池モジュール等が飛ばされないよう支えられる。
つぎに複数の基礎1間の上に金属部材から成る長尺状の基台レール4を据え付けし、これら基台レール4上に支持金具3(3a〜3d)を固定し、これら支持金具3の上に太陽電池モジュール2を支持固定する。
各支持金具3a〜3dについては、それぞれ寸法(丈)が異なっており、たとえば支持金具3aが一番短く、支持金具3b、支持金具3cの順に長くし、支持金具3dに対し、最も長くした構成にすることで、太陽電池モジュール2の設置角度を所要どおりに傾斜を持たせ、これにより、太陽光発電時の発電効率を向上させている。
太陽電池モジュール2の傾斜角度については、日本国内において、緯度との関係から、およそ30〜45度が一般的であり、35度が発電効率が良い場合でも積雪地域などでは落雪効果を向上させるために45度とすることもある。
また、支持金具3については、太陽電池モジュールを複数同時に支持するように成してもよく、たとえば支持金具3bと3cをひとつの部材として部品点数を削減する技術も提案されている(たとえば、特許文献1を参照)。
また、アンカー等の埋設工事を必要とせず、複数のレール材で組まれた架台の下部にコンクリート等の重量物を載置して、自重によって風等の負圧荷重に耐えられるようにした技術も提案されている(たとえば、特許文献2を参照)。
特開平11−177115号 特開2003−234492号
しかしながら、上記の従来技術によれば、基礎工事を行うことによって工事期間が長くなるという問題点があった。
また、設置面にアンカー打ちを必要とするために穴を開けることに起因して、そこから雨水が浸入するなどして設置面を痛め、損傷を与え、これにより、設置面の寿命を短くするという問題点もあった。
さらにまた、部品点数が多く、組み立て作業に時間を要し、しかも、部品一つ一つが重いことで、屋根上への部材の搬入(たとえば、主に屋外から梯子やクレーンで持ち上げる工程)、あるいは持ち運びについても、危険な作業であった。
さらに築年数が経過した建物に設置する場合、設置面の積載荷重が低下(耐久力の低下)しており、建物自体の崩壊を回避するために、予め支柱の位置を探し支柱の位置へアンカー打ちするなどの配慮も必要になってくる。
しかも、この場合、アンカーの打てる位置が、必ずしも太陽光発電装置の設置向きを、発電量が良くなるような条件にそっているとは限らず、これにより、最適な方位に太陽電池を設置することができず、発電量の低下をまねく場合があった。
さらには、この太陽光発電装置に用いる基台レールや金具、さらに基礎用コンクリート(基台レール等の固定部材等を埋め込んだ形状成形済みのもの)などは、長尺で且つ重量物であったために、トラックなどでの運搬時に荷台に対する部品の占有面積および体積が非常に大きくなり、これにより、運搬費が嵩むという問題もあった。
また、特許文献1によれば、アンカー工事をせずに発電する架台を提案しているが、太陽電池を設置する架台の構造については、従来工法と近似しており、構成部材が多く、組立てに、その時間を要するという問題点もある。
さらに風によって発生する風荷重に対してのカウンターウェイトについては、架台の枠内に挿入する構造であり、設置面に架台を全て設置し、その後に架台のレールの間を縫うようにして重量物であるカウンターウェイトを架台枠内に挿入することは、カウンターウェイトを分割しているとは言え、極めて困難な構造であって、カウンターウェイト挿入後に太陽電池モジュールを固定しなければならないといった工事の段取りに制限が生じることになっていた。
また、不図示であるが、このような構造によれば、隣り合う架台を隣接して配する場合、前記カウンターウェイトの挿入がより困難になることは容易に理解し得る。さらに仮に隣り合う架台との距離を、カウンターウェイトの長さ以上に設けて横側からの挿入を可能にしたとすると、太陽光発電装置間に設置不可の領域(面積)が生じ、これにより、設置面積当たりの発電効率が低下することは明白である。
また、特許文献2によれば、基礎部と呼ばれる部品を設置面に置き、前後左右の太陽電池と共有することによって部品点数を減らし、これにより、従来工法に対し部品点数の削減等が改善されるが、その反面、基礎部を正確に設置するために墨だし作業を正確に行わなければならず、もし、墨だし作業を正確に行うことができなければ、前後左右の太陽電池は正確に取り付けすることができず、作業者が現合で設置していかなければならず、個々への対応により組立てに時間を要することになる。
また、仮に墨だしを正確に行おうとしても、設置面のうねり、水抜き勾配、つなぎ面があり、ボルト固定(一般にM6〜M8程度)で太陽電池を固定する構造であるとするならば、墨だし精度は取り付け穴とボルト勘合部とのギャップ、すなわち2〜3mm以内の精度で墨出し作業を行わなければ、ボルトでの勘合は極めて難しいと言える。
したがって本発明は、このような課題に鑑みて完成されたものであり、その目的は簡単な構造にて、設置工事の際の組立て工程数を減らし、製作コストや製作時間を低減し、これによって低コスト化を達成した太陽光発電装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、従来のごとき位置決めの精度を高めずにして、煩雑な工程を無くしたり、減らすことで、製作コストや製作時間を低減し、これによって低コスト化を達成した太陽光発電装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、従来のごとき、部品の運搬時の問題を解消して、運搬コストを低減し、これによって低コスト化を達成した太陽光発電装置を提供することにある。
本発明の太陽光発電装置は、矩形状もしくは正方形状の太陽電池パネルの外周に枠体を設けて成る太陽電池モジュールと、この太陽電池パネルの対向する辺に配置した一方の枠体と他方の枠体に対し、それぞれ太陽電池モジュールを固定する一方の架台および他方の架台とを配置した太陽光発電装置であって、前記架台に重し部材が配設されていることを特徴とする。
本発明の他の太陽光発電装置は、前記一方の架台および/または他方の架台に対し、前記太陽電池モジュールを挿入するガイド部を設けたことを特徴とする。
本発明のさらに他の太陽光発電装置は、前記一方の架台および/または他方の架台に対し、重し部材を配すべく所定形状に成形したことを特徴とする。
また、本発明の太陽光発電装置は、一方の架台に配置する太陽電池モジュールの一方の枠体に対し、他方の架台に配置する太陽電池モジュールの他方の枠体が高くなるように、これら双方の架台を組合わせたことを特徴とする。
さらにまた、本発明の太陽光発電装置は、前記重し部材の重量は、前記太陽光発電装置に加わる風に対する風荷重に耐え得ることを基準することを特徴とする。
本発明の太陽光発電装置によれば、上記構成のように太陽電池モジュールの枠体のうち、対向する一方の枠体と他方の枠体に対し、一方の架台および他方の架台とを配置し、そして、これら架台に対し、それぞれ重し部材を配して、かかる太陽光発電装置を設置するように成し、これにより、なんら設置手段を用いなくても、置くだけであり、また、屋根等の設置面に対しアンカー工事を行わなくなり、基礎工事が不要となる。そして、これに伴って生じる屋根への雨水の浸入等の不具合が防止でき、さらに防水処理のための工事を省くことができる。
また、本発明によれば、一方の架台と他方の架台との双方とも、たとえば太陽電池モジュールに対しボルトなどでもって勘合し、そして、風荷重のカウンターウェイトとして、そのウェイト(重し部材)を設置することで、部品点数が大幅に削減される。
さらにまた、本発明によれば、屋根上への基礎の埋設工事が必要なくなり、そのために日射量の多い方角、すなわち発電量を多く取れる方位へ、適宜、設置することができ、効率的な発電ができる。
また、本発明の太陽光発電装置によれば、一方の架台および他方の架台に対し、それぞれカウンターウェイト(重し部材)を置く構造であり、これによって作業手順に制限を受けなくなり、その結果、作業効率が上がり、作製コストの低減をはかることができる。
たとえば、一方の架台と他方の架台を配置し、太陽電池モジュールを設置し、その後に一方の架台および他方の架台に対し、それぞれ重し部材を配するという工程があるが、他に、たとえば一方の架台および他方の架台に対し、それぞれ重し部材を配すると同時に、あるいは前後して、太陽電池モジュールを設置してもよく、その作業性を考えて、適宜、組立工程が選択でき、このように作業手順に制限を受けないことで、各様に組み立てることができる。
また、本発明によれば、基準となる部品は無く、また、墨だし作業を必要としないことから組立て時間を大幅に短縮できる。さらにまた、撤去やメンテナンス等での一部取外しも容易であり、太陽光発電装置を複数設置した太陽電池アレイとした場合、特に作業工数の削減が顕著になる。
さらに太陽電池モジュールが一方の架台や他方の架台に形成したガイド部に沿って載置してもよく、これにより、太陽電池モジュールの架台に対する位置合わせ(たとえばネジ位置合わせ)が容易になり、組立工程が簡単になる。
また、本発明によれば、一方の架台および/または他方の架台を、重し部材を配すべく所定形状に成形したことで、これら架台を運搬するに当り、架台を重ね合わせて運搬することができ、これにより、トラックなどの荷台のスペースを有効に利用することができ、その他、折り曲げ加工後の仮り置き時、設置現場に架台を仮置きする時など、そこでの限られたスペースや空間に多数の架台を保管することができ、保管場所に要する面積を縮小することができる。
また、折り曲げ辺のガイド部上部を折り返し構造として、ネジやボルトで太陽電池部を架台に固定するよりも強力、かつボルトの破断などの場合にも太陽電池部103の脱落がなく安全性が向上する。また、ガイド部が構造材自体の弾性力によって外側に広がるようにすれば、太陽電池部の載置、取外しが架台を動かすことなく行なえるので、負圧荷重に対する性能を向上させると同時に施工性も損なわない。
さらに本発明によれば、一方の架台に配置する太陽電池モジュールの一方の枠体に対し、他方の架台に配置する太陽電池モジュールの他方の枠体が高くなるように、これら双方の架台を組合わせたことで、太陽電池モジュールの設置角度を所要どおりに傾斜を持たせることができ、たとえば、30〜45度に設定することができ、これにより、太陽光発電時の発電効率を向上させることができる。
さらにまた、本発明によれば、前記重し部材の重量を、太陽光発電装置に加わる風に対する風荷重に耐え得ることを基準にしたことで、その重量を設定すればよく、そのような基準でもって風荷重に対し太陽光発電装置を耐え得るように設計できる。
以下、本発明に係る太陽光発電装置の一実施形態について、模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
図1は架台と、前記太陽電池モジュールである太陽電池部と、前記重し部材であるウェイトを組み合わせた状態を示す斜視図であり、図2はこの太陽電池部の概略断面図、図3は本発明の太陽光発電装置の分解斜視図、図4は太陽電池モジュールを多数設置した様子を示す斜視図、図5および図6はそれぞれ前記他方の架台である上辺架台、前記一方の架台である底辺架台を示す斜視図である。
また、図7(a)は上辺架台の側面図であり、同図(b)は上辺架台の背面図である。図8は複数の上辺架台を運搬するに当り、これらを重ね合わせた状態を示す斜視図である。
図9は太陽電池部を架台に装着した状態を示す側面図であり、図10と図11は太陽電池部を架台に装着する方法を示す側面図である。
つぎにこれら各図でもって詳述する。
図1に示すように、本発明の太陽光発電装置は、太陽電池部103と、この太陽電池部103を傾斜させて支持する上辺架台101と底辺架台102、ならびにこれら上辺架台101と底辺架台102とを、その設置場所から動かないようにするウェイト104とから構成される。
このウェイト104は、たとえばコンクリートブロックや鉄などの金属ブロックなどがある。
また、105は太陽電池部103を上辺架台101と底辺架台102に装着するに当り、これら架台の一部を成形してなる太陽電池部の装着部材である。
上辺架台101と底辺架台102は、たとえばアルミニウム金属やSUS、セラミックス、合成樹脂等から成る。
なお、この架台101、102を有する太陽電池部103とウェイト104とを組み合わされた構成を太陽電池ユニットUと称する。
そして、この太陽電池ユニットUを陸屋根上などに設置する。
上記太陽電池部103を図2により説明する。
たとえばシリコン等から成る太陽電池素子5の光電変換効果を利用して電力が得られるように構成したものであって、このような太陽電池素子5を複数個直列および/または並列に電気的に接続し、そして、耐候性のある素材で覆うように成し、所要の出力電圧や出力電流を得るように成す。
この太陽電池素子5は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池や、薄膜系太陽電池などにより構成する。
かかる太陽電池部103においては、太陽電池素子5の受光面にはガラス板や合成樹脂板などの光透過板6を配置し、その裏面である非受光面にはテフロン(R)フィルムやPVF(ポリフッ化ビニル)、PET(ポレエチレンテレフタレート)などの耐候性フィルム7を被着し、光透過板6と耐候性フィルム7との間には、たとえばEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂)などから成る透明な合成樹脂を介在し、充填材8と成し、これら光透過板6、太陽電池素子5および耐候性フィルム7の重ね構造の矩形状の本体に対し、その各辺周囲をアルミニウム金属やSUS等から成る枠体9を挟み込むように装着し、太陽電池部103の全体の強度を高めている。
このような枠体9の付いた太陽電池部103を図5と図7(a)に示すごとく、上辺架台101の折り曲げ部120の上方の受け部121上に載置する。
この受け部121は傾斜角θを有しており、上辺架台101の高さと底辺架台102の高さが異なるようにして載置され、これによって太陽電池部103が傾斜して設置されるように成す。
すなわち、底辺架台102に配置する太陽電池部103の枠体9の一方の枠体に対し、上辺架台101に配置する太陽電池部103の枠体9の他方の枠体が高くなるように、これら双方の架台を組合わせている。
また、ガイド部122が太陽電池部103の挿入のガイドとしての機能を備えている。
なお、底辺架台102も同様にして載置する。ただし、特に図示していない。
そして、図1に示すように太陽電池部103を上述した上辺架台101と底辺架台102との上に載置した状態で、ねじ等で上辺架台101と底辺架台102に対し、太陽電池部103を締め付け、そして、固定する。その後、上辺架台101および底辺架台102のそれぞれにウェイト104を載置する。
また、図5および図6に示すように、上辺架台101および底辺架台102の装着部材105を太陽電池部103の枠体9の長手方向に沿って挿入し、上辺架台101および底辺架台102の折り曲げ部110、111に接触するまで挿入し、その後、太陽電池部103の枠体9に設けられた穴(不図示)と、これら上辺架台101および底辺架台102に設けられた穴112および113とを、ボルトとナットによって締め付け、固定する構造である。
このような構造によれば、かかる組立てに際し、ねじ回し程度の工具のみで取り付けすることができ、従来工法と比較しても簡便な組立て方法になる。
このようにして組み立てられた太陽電池ユニットUを、図4に示すように陸屋根上などに複数個設置することで、所要どおりの発電量が得られる太陽光発電装置となる。
同図によれば、太陽電池ユニットUを9ユニット用いた場合であり、そして、かかる本発明の太陽光発電装置によれば、ウェイト104の設置の順番や、その設置のタイミングは他の作業に依存せず、各太陽電池ユニットUを、所定の場所に設置した後に、適宜、ウェイト104が配置してもよい。
かくして本発明の太陽光発電装置によれば、上記構成のごとく、上辺架台101および底辺架台102において、図7(b)に示すように底辺123の両端が折り曲げられて折り曲げ部120を構成する構造であり、これにより、図3に示すごとく、上辺架台101および底辺架台102の折り曲げ部に太陽電池部103を載置し、前記底辺123上にウェイト104を載せ、これにより、上辺架台101および底辺架台102の全体が設置場所に固定され、その結果、陸屋根上などに設置しても、風圧等で飛ばされたり、ひっくり返されることがなく、そして、屋根上へのアンカー打ちなどの基礎埋設工事が不要となる。
また、図4に示すように、太陽電池ユニットUを複数配置した状態においても、上辺架台101および底辺架台102の底辺部に対し、上方から容易に作業でき、これにより、ウェイト104を載置したり、もしくは撤去することが容易にできる。
さらにウェイト104であるコンクリートブロックや鉄などの金属ブロックをいくつかの小ブロックに分割したものにして使用すれば、より施工が容易かつ安全になる。
また、上辺架台101と底辺架台102を用いて、太陽電池部103に対し、その対向辺に対応して、両側より装着する構成であり、これにより、太陽電池部103の裏面側には、上辺架台101と底辺架台102が当接しない領域が存在し、そして、一定の空間を生じることで通気用の空間が生まれ、かかる空気流でもって太陽電池部103が冷却され、その結果、かかる冷却効果により発電効率を向上させることができる。
つぎに上辺架台101と底辺架台102等の金具を運搬する場合の形態について説明する。
図7(b)は上辺架台101の側面図である。
上辺架台101の曲げ加工によって垂直に折り曲げられた折り曲げ辺120は、1〜15度(図中は6度で製造した例)の角度で逆ハの字に曲げ加工したものである。この例のように6度で製造した場合には、上辺架台101の折り曲げ辺120は、3°の角度でもって傾斜しており、同様に底辺架台102の折り曲げ辺120も3°の角度でもって傾斜している。
そして、図8に示すように上辺架台101(101a〜101d)を重ねあわせて運搬することができ、これにより、トラックなどの荷台のスペースを有効利用でき、また、折り曲げ加工後の仮り置き時、設置現場に部材を仮置きするに当り、限られたスペースを有効に使用できる。底辺架台102についても、同様の加工を施することで、同じ作用効果を奏する。
また、図9に示すように折り曲げ辺120のガイド部122の上部を折り返し部10のように折り返し構造として、太陽電池部103へ上辺架台101および底辺架台102をスライドさせて嵌め込む構成にしてもよく、これにより、風などによる負圧荷重で太陽電池部103が浮き上がろうとする力を折り返し部10が抜け止めとなって支え、上辺架台101および底辺架台102自体が太陽電池部103を引き戻そうとするので、ネジやボルトで太陽電池部103を上辺架台101および底辺架台102に固定するよりも強力、かつボルトの破断などの場合にも太陽電池部103の脱落がなく、安全性が向上する。
なお、図中では上辺架台101を例に説明しているが、底辺架台102においても同様であり、特に図示していない。
また、前述した折り返し部10を用いた構造において、図10に示すようにガイド部122が構造材自体の弾性力によって外側に広がるようにすれば、太陽電池部103の載置、取外しが上辺架台101および底辺架台102を動かすことなく行なうことができ、これにより、負圧荷重に対する性能を向上させ、同時に施工性も損なわない。また、太陽電池部103の側部などをガイド部122にネジや留め金で止めてガイド部122が勝手に広がらないようにすると太陽電池部103の引き剥がしに対する抵抗力が増し、より安全性が増す。
また、図11のように折り返し部11自体が弾性力のある構造として、太陽電池部103を折り返し部11が上辺架台101および底辺架台102の受け部121に押さえつけるようにして狭持するようにすれば、太陽電池部103をネジやボルトを用いないで、上辺架台101および底辺架台102に固定することができ、その結果、作業性を向上させることができる。
以上、詳述したように、本発明の太陽光発電装置によれば、基礎工事を必要としないことから、工期が短縮でき、さらに支柱の位置には影響を受けないことから、発電量が最大となる方位へ設置できる。
さらにまた、従来の工法の組立て時においては、色々な工具類を用いて作業を行っていたが、これに対し、部品点数が削減でき、たとえばねじ回し1本で組立て作業が完了する。
参考までに、図12に示すごとき従来工法においては、太陽電池ユニット1枚当り、8点の部品が必要であったが、これに対し、本発明の太陽光発電装置においては、上辺架台101、底辺架台102およびウェイト104の計3点で構成されており、施工性、部品点数の削減、輸送性すべてにおいて優れている。
本発明の太陽光発電装置の斜視図である。 本発明の太陽光発電装置における太陽電池モジュールの概略断面図である。 本発明の太陽光発電装置の分解斜視図である。 本発明の他の太陽光発電装置の斜視図である。 本発明の太陽光発電装置における他方の架台の斜視図である。 本発明の太陽光発電装置における一方の架台の斜視図である。 (a)は本発明の太陽光発電装置における他方の架台の斜視図であり、(b)はその背面図である。 本発明の太陽光発電装置において、他方の架台を運搬するに当り、これらを重ね合わせた状態を示す斜視図である。 太陽電池モジュールを架台に装着した状態を示す側面図である。 太陽電池モジュールを架台に装着する方法を示す側面図である。 太陽電池モジュールを架台に装着する方法を示す側面図である。 従来の太陽光発電装置の斜視図である。
符号の説明
103・・・太陽電池部
101・・・上辺架台
102・・・底辺架台
104・・・ウェイト
105・・・太陽電池部の装着部材
U・・・太陽電池ユニット

Claims (4)

  1. 矩形状もしくは正方形状の太陽電池パネルの外周に枠体を設けて成る太陽電池モジュールと、この太陽電池パネルの対向する辺に配置した一方の枠体と他方の枠体に対し、それぞれ太陽電池モジュールを固定する一方の架台および他方の架台とを配置した太陽光発電装置であって、前記架台に重し部材が配設されていることを特徴とする太陽光発電装置。
  2. 前記一方の架台および/または他方の架台に対し、前記太陽電池モジュールを挿入するガイド部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電装置。
  3. 一方の架台に配置する太陽電池モジュールの一方の枠体に対し、他方の架台に配置する太陽電池モジュールの他方の枠体が高くなるように、これら双方の架台を組合わせたことを特徴とする請求項1または2に記載の太陽光発電装置。
  4. 前記重し部材の重量は、前記太陽光発電装置に加わる風に対する風荷重に耐え得ることを基準することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の太陽光発電装置。
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