JP2011202479A - 太陽電池アレイ用支持架台 - Google Patents

Abstract

【課題】低脚支柱や高脚支柱の取付け配置を適正化することで、必要な強度を得つつ、軽量化や堅牢化を図ることのできる太陽電池アレイ用支持架台を得ること。
【解決手段】傾斜角度を持たせて太陽電池モジュール１１を取付け可能とされた太陽電池アレイ用支持架台１であって、太陽電池モジュールが固定される主材２と、主材と直交する方向で、主材の一方側と他方側とに所定の間隔で配設された横材と、主材の一方側に設けられた低脚支柱３１と、主材の他方側に設けられた高脚支柱３２と、低脚支柱および高脚支柱が固定される基礎５と、を備え、主材の長手方向の全長をＬとしたときに、横材および低脚支柱の少なくともいずれか一方は、主材の一方側の端部から０．１５Ｌ〜０．３０Ｌの範囲で主材を支持し、横材および高脚支柱の少なくともいずれか一方は、主材の他方側の端部から０．１５Ｌ〜０．３０Ｌの範囲で主材を支持する。
【選択図】図８

Description

本発明は、太陽電池モジュールを複数備えて構成される太陽電池アレイ用の支持架台に関する。

コンクリートやレンガを敷設した地面の上面や、陸屋根の表面に設置される太陽電池アレイは、鋼やアルミニウムなどの型材や、パイプなどの薄板断面構造部材を組み合わせた支持架台に、太陽電池モジュールを配置して構成される。支持架台は、太陽電池モジュールが載置される主材と、主材を下方から支持する低脚支柱と高脚支柱とを備える。低脚支柱と高脚支柱とは、主材に載置された太陽電池モジュールに傾斜角を設けるために、互いの高さが異なるように形成されている。また、各支柱は、太陽電池アレイの設置面に形成された基礎間に渡らせたベース材上に固定され、太陽電池アレイが風などで飛ばされたり転倒したりするのを予防している。このような構成の支持架台が、例えば特許文献１〜３に開示されている。

特開２００６−２１０６１３号公報 特開２０００−１０１１２３号公報 国際公開第２００９／１０７７７６号

太陽電池アレイ用の支持架台においては、主材には自身の自重や、太陽電池モジュールの自重が加わる。また、支持架台には、太陽電池モジュールへの積雪による正圧や、風による正・負圧が付加される。このため、太陽電池モジュールが固定された主材に加わる応力を規定内に抑えつつ、太陽電池モジュールの変形を抑えるために、主材の断面２次モーメントを大きくする必要が生じる。そのため、主材の板厚を厚くしたり、鉛直方向断面高さを高くしたりすることが行われる。これに伴い、主材の質量が増加してしまうという問題があった。

また、主材の質量の増加によって、主材を支持する低脚支柱や高脚支柱の座屈強度を確保する必要が生じる。また、ベース材の応力や撓みを規定内に収める必要が生じる。そのため、各支柱やベース材も主材と同様に断面２次モーメントを大きくする必要が生じ、結果として支持架台の総質量が重くなってしまうという問題があった。特に大電力の太陽電池発電設備では、数百から数千台の支持架台を用いるので、省資源の観点からも支持架台の軽量化が望まれる。

本発明は、上述した問題に鑑み案出されたものであり、低脚支柱や高脚支柱の取付け配置を適正化することで、必要な強度を得つつ、軽量化や堅牢化を図ることのできる太陽電池アレイ用支持架台を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、傾斜角度を持たせて太陽電池モジュールを取付け可能とされた太陽電池アレイ用支持架台であって、太陽電池モジュールが固定される主材と、主材と直交する方向で、主材の一方側と他方側とに所定の間隔で配設された横材と、主材の一方側に設けられた低脚支柱と、主材の他方側に設けられた高脚支柱と、低脚支柱および高脚支柱が固定される基礎と、を備え、主材の長手方向の全長をＬとしたときに、横材および低脚支柱の少なくともいずれか一方は、主材の一方側の端部から０．１５Ｌ〜０．３０Ｌの範囲で主材を支持し、横材および高脚支柱の少なくともいずれか一方は、主材の他方側の端部から０．１５Ｌ〜０．３０Ｌの範囲で主材を支持することを特徴とする。

本発明によれば、各支柱の取り付け位置を適正化することで、太陽電池モジュールの自重や、太陽電池モジュールに作用する積雪や風圧の負荷荷重による主材の応力、変形を低減することができ、太陽電池アレイ用支持架台の軽量化や堅牢化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、従来の一般的な太陽電池アレイを示す図である。 図２は、等分布荷重を受ける対称２点支持はりのモデル図である。 図３−１は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱のたわみの解析例を示す図である。 図３−２は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱のたわみの解析例を示す図である。 図３−３は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱のたわみの解析例を示す図である。 図３−４は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱のたわみの解析例を示す図である。 図３−５は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱のたわみの解析例を示す図である。 図４−１は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱の曲げモーメントの解析例を示す図である。 図４−２は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱の曲げモーメントの解析例を示す図である。 図４−３は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱の曲げモーメントの解析例を示す図である。 図４−４は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱の曲げモーメントの解析例を示す図である。 図４−５は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱の曲げモーメントの解析例を示す図である。 図５は、支点位置ａ／Ｌと離散化たわみ集積値Σδｉの関係を示す図である。 図６は、支点位置ａ／Ｌと離散化曲げモーメント集積値ΣＭｉとの関係を示す図である。 図７−１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池アレイ用支持架台を備える太陽電池アレイの概略構成を示す外観斜視図である。 図７−２は、太陽電池アレイ用支持架台の概略構成を示す外観斜視図である。 図８は、図７−２に示す太陽電池アレイ用支持架台の側面図である。 図９は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池アレイ用支持架台の概略構成を示す外観斜視図である。 図１０は、図９に示す太陽電池アレイ用支持架台を備える太陽電池アレイの側面図である。 図１１は、本発明の実施の形態３に係る太陽電池アレイ用支持架台の概略構成を示す外観斜視図である。 図１２は、本実施の形態３の変形例に係る太陽電池アレイ用支持架台の概略構成を示す外観斜視図である。 図１３は、本発明の実施の形態４に係る太陽電池アレイ用支持架台を備える太陽電池アレイの側面図である。 図１４は、本発明の実施の形態５に係る太陽電池アレイ用支持架台を備える太陽電池アレイの側面図である。 図１５は、本発明の実施の形態６に係る太陽電池アレイ用支持架台の概略構成を示す外観斜視図である。

以下に、本発明に係る太陽電池アレイ用支持架台の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

従来の太陽電池アレイ用支持架台に関しては、低脚支柱や高脚支柱といった各支柱の取付け位置の適正化についての検討があまりなされていない。そこで、具体的な本発明の実施の形態を説明する前に、支柱の取付け位置の検討方法およびその効果について説明する。

図１は、従来の一般的な太陽電池アレイ１００を示す図である。図２は、等分布荷重を受ける対称２点支持はりのモデル図である。太陽電池アレイ１００には、図１の設置状態において太陽電池モジュール１１に風圧荷重が作用し、これらの荷重は、太陽電池モジュール締結用穴２１の穴を介してボルト等で締結された主材２に集中荷重として作用する。また、主材２の自重による等分布荷重も主材２に作用する。

低脚支柱３１と高脚支柱３２の２点で主材２が支えられ、自重による等分布荷重が作用する場合は、図２に示すように両端から等距離ａの２点で支えられて等分布荷重ｗを受ける長さＬのはりのモデルと等価となる。そのとき、主材２と等価なはりは、破線で示すようなたわみで変形する。そのたわみ量δは、はりの左端から任意のｘの範囲において、式（１）から（３）で表される（例えば機械工学便覧Ａ４編 材料力学 基礎編（日本機械学会編、Ａ４-３０（１９８４））。
０≦ｘ≦ａ
δ＝ｗＬ^４｛(６ａ^２/Ｌ^２−６ａ/Ｌ^２＋１/Ｌ)ｘ＋ｘ^４/Ｌ^４−ａ^４/Ｌ^４
−６ａ^３/Ｌ^３＋６ａ^２/Ｌ^２−ａ/Ｌ｝/２４ＥＩ （１）
Ｌ≦ｘ≦(ａ＋ｂ)
δ＝ｗＬ⁴｛(１−６ａ/Ｌ)ｘ/Ｌ＋６ａｘ^２/Ｌ^３−２ｘ^３/Ｌ^３−ｘ^４/Ｌ^４
−４ａ^３/Ｌ^３＋６ａ^２/Ｌ^２−ａ/Ｌ｝/２４ＥＩ (２)
(ａ＋ｂ)≦ｘ≦Ｌ
δ＝ｗＬ^４｛(６ａ^２/Ｌ^３−６ａ/Ｌ^２＋１/Ｌ)(Ｌ−ｘ)＋(Ｌ−ｘ)^４/Ｌ^４
−ａ^４/Ｌ^４−６ａ^３/Ｌ^３＋６ａ^２/Ｌ^２−ａ/Ｌ｝/２４ＥＩ （３)

また、両端から距離ａの２点で支持されたはりが等分布荷重を受ける場合、はりの中立軸の変形（たわみ）が最小になる支持点の位置としてベッセル点が知られている。ベッセル点は、はりの長手方向の両端から距離ａだけ内側の２箇所に存在し、この距離ａは、はりの全長をＬとするとき、両端からａ＝０．２２０３Ｌの点となる。

このことから、太陽電池アレイ１００の主材２においても、ベッセル点付近に支柱を設ければ、たわみを小さく抑えることが出来ると予想できる。しかし、太陽電池アレイ１００の主材２には自重による等分布荷重以外に、太陽電池モジュール１１との連結点に、太陽電池モジュール１１の自重や太陽電池モジュール１１に加わる風圧による集中荷重が加わるので、たわみδは上述の式（１）〜（３）よりも複雑な計算式を用いなければ算出できない。そこで数値解析を用い、各支柱３１，３２の取り付け位置を変化させた場合、すなわち距離ａを変化させた場合の変形と曲げモーメントを検討する。

図３−１〜図３−５は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱のたわみの解析例を示す図である。図４−１〜図４−５は、等分布荷重と集中荷重を受ける主材と支柱の曲げモーメントの解析例を示す図である。なお、数値解析プログラムとしては、はり要素の有限要素法構造解析ソフト（ＥＸＣＥＬで解く３次元建築構造解析（藤井大地、丸善、２００５）を用いた。

図３−１〜図３−５は、図１に示す主材２、低脚支柱３１、高脚支柱３２、基礎５の構造系をモデル化した荷重条件と、変形量の数値解析結果を図示したもので、左側の図が荷重条件を示す図であり、右側の図が変形量を示す図である。数値解析の各条件は以下の通りである。主材２については、長さをＬ＝３９５０ｍｍ、断面２次モーメントを１２，６００ｍｍ^４、自重を４３.５Ｎ/ｍｍの鋼とした。太陽電池モジュール１１の傾斜角度が１５度となる低脚支柱３１および高脚支柱３２とした。各支柱３１，３２は、主材と同じ断面性能の鋼とした。

太陽電池モジュール１枚の自重を２００Ｎとした。太陽電池モジュール１１と主材２とを４箇所の太陽電池モジュール締結用穴２１で締結するとして、１箇所当りの集中荷重を太陽電池モジュール１枚の自重の１／４の５０Ｎとした。基礎５への各支柱３１，３２の固定条件は、ピン支持（変位拘束、回転可）とした。

図３−１，４−１では、低脚支柱３１と高脚支柱３２の支持位置ａを主材２の全長Ｌの０倍（両端支持に相当）とした。図３−２，４−２では、支持位置ａを主材２の全長Ｌの０．１３倍とした。図３−３，４−３では、支持位置ａを主材２の全長Ｌの０．２２倍（ベッセル点支持に相当）とした。図３−４，４−４では、支持位置ａを主材２の全長Ｌの０．２６倍とした。図３−５，４−５では、支持位置ａを主材２の全長Ｌの０．３９倍とした。図３−１〜図３−５および図４−１〜図４−５における左側の図は荷重条件を示す図であり、短い矢印ｗは自重による等分布荷重、長い矢印Ｐは太陽電池モジュール締結用穴２１に作用する集中荷重を示している。

図３−１〜図３−５における右側の図は変形量を示す図であり、はりの変形形状をわかり易くするため曲線を誇大表示しており、最大たわみδの作図倍率を各条件で同じ大きさにして表示している。本計算例では、実際の最大たわみの略比率は、図３−１:図３−２:図３−３:図３−４:図３−５＝１０：３：１：２：８である。図４−１〜図４−５における右側の図は水平方向の中立面周りの曲げモーメントの分布を示す図であり、最大曲げモーメントＭの作図倍率を各条件で同じ大きさにして表示している。本計算例では、実際の最大曲げモーメントの略比率は、図４−１:図４−２:図４−３:図４−４:図４−５＝１０：６：３：４：９である。

図５は、支点位置ａ／Ｌと離散化たわみ集積値Σδｉの関係を示す図であって、各条件ごとの大小を比較するための図である。離散化たわみ集積値Σδｉは、数値解析で得られたたわみ分布をｎ点に離散化したものをたわみδｉとして、たわみδｉを全長Ｌに渡り積算したものである。図５では、支点位置ａ／Ｌ＝０（両端支持）のときの離散化たわみ集積値Σδｉを１として無次元化したものを縦軸とし、支点位置ａ／Ｌを横軸としている。

図５に示すように、離散化たわみ集積値Σδｉは、距離ａがベッセル点（ａ／Ｌ＝０．２２）付近で最小となり、支点位置ａ／Ｌ＝０．１５〜０．３の範囲では、両端支持（ａ＝０）のたわみδｉの積算値Σδｉの１／１０程度の大きさになっている。すなわち、支点位置ａ／Ｌがこの範囲においては、主材２のたわみδｉを全長に渡って抑えることができ、例えば両端支持（ａ／Ｌ＝０）の場合よりも主材２の薄肉化または軽量化が容易という利点が生まれる。さらに主材２が軽量化できれば、これを支える低脚支柱３１と高脚支柱３２の座屈剛性も低減でき、薄肉、薄板化が図れるので、太陽電池アレイ用支持架台１全体の軽量化を図ることが出来る。

図６は、支点位置ａ／Ｌと離散化曲げモーメント集積値ΣＭｉとの関係を示す図であって、各条件の大小を比較するための図である。数値解析の各条件は上記と同様である。離散化曲げモーメント集積値ΣＭｉは、数値解析による曲げモーメント分布をｎ点に離散化したものを曲げモーメントＭｉとして、曲げモーメントＭｉを全長Ｌに渡り積算したものである。図６では、支点位置ａ／Ｌ＝０（両端支持）のときの曲げモーメントＭｉの積算値ΣＭｉを１として無次元化したものを縦軸とし、支点位置ａ／Ｌを横軸としている。

図６に示すように、曲げモーメントＭｉの離散化曲げモーメント集積値ΣＭｉは、支持点位置ａがベッセル点（ａ／Ｌ＝０．２２）付近で最小となり、ａ／Ｌ＝０．１５〜０．３の範囲で、両端支持（ａ／Ｌ＝０）の場合の離散化曲げモーメント集積値ΣＭｉの１／２から１／３程度の大きさになっている。

はり部材に発生する曲げ応力σは、断面２次モーメントをＩ、はりの断面の中立軸からの表面迄の距離をｅとするとσ＝Ｍ・ｅ／Ｉであり、応力を低減するためには、Ｍを小さくするか、Ｉを大きくすればよい。Ｉは、部材の板厚や断面の高さに応じ大きくなるので、同じ発生応力であれば、Ｍが１／３になれば、それに応じＩも１／３に出来るので、部材の板厚や断面高さを小さくし易いという利点が生まれる。

以上の説明は、荷重条件として集中荷重を５０Ｎとした計算の一例であるが、大きな風圧や地震荷重を想定して集中荷重の大きさを１０倍程度増加させて計算した場合も、低脚支柱３１と高脚支柱３２の支持点の位置が主材２に対し、ａ／Ｌ＝０．１５〜０．３の範囲にあれば、たわみδｉや曲げモーメントＭｉの集積値は、上記の例と同様に極小値近傍となり、構成部材の薄肉化、軽量化に対し有利な支持方法であるという利点を有することを確認した。

次に、本発明の具体的な実施の形態について説明する。

実施の形態１．
図７−１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池アレイ用支持架台を備える太陽電池アレイ５０の概略構成を示す外観斜視図である。図７−２は、太陽電池アレイ用支持架台の概略構成を示す外観斜視図である。図８は、図７−２に示す太陽電池アレイ用支持架台の側面図である。

図７−１に示すように、太陽電池アレイ用支持架台１には、複数の太陽電池モジュール１１が載置される。図７−２に示すように、太陽電池アレイ用支持架台１は、複数（この例では４枚）の太陽電池モジュール１１を固定する主材２と、太陽電池モジュール１１を支持するとともに傾斜角をつくる一対の低脚支柱３１と、一対の高脚支柱３２と、一対の主材２の間に直交して平行に配置固定される横材４とを備える。

太陽電池モジュール１１は、太陽電池アレイ用支持架台１の主材２に対して、ボルトなどで締め付けて固定されている。より具体的には、主材２に設けられた太陽電池モジュール締結用穴２１と、太陽電池モジュール１１の枠に設けられた締結用穴（図示せず）とがボルトなどで締結される。

低脚支柱３１と高脚支柱３２は、その下端付近で基礎締結金具９により、基礎５にボルトなどで締め付けて固定されている。主材２、低脚支柱３１、高脚支柱３２、横材４、基礎締結金具９は、鋼やアルミの型材（溝型、Ｌ型、Ｃ型、Ｓ型、ハット型など任意の断面形状）やパイプ（円、矩形、多角形）などの薄板断面構造部材にて構成される。これらの部材は、太陽電池アレイ５０に作用する自重や風圧加重に応じ、規定応力に収まるように断面形状、板厚、材質の選定が行われる。

本実施の形態では、低脚支柱３１と高脚支柱３２は、全長Ｌの主材２の両端からａ＝０．２２Ｌとなる位置の近傍で、主材２の側面に取り付けられている。また、横材４も各支柱３１，３２が取り付けられた位置で、主材２の側面に取り付けられている。なお、上述した通り、ａは、ａ＝０．１５Ｌ〜０．３０Ｌの範囲であれば主材２の離散化たわみ集積値Σδｉと離散化曲げモーメント集積値ΣＭｉを極小値に近づけることができる。したがって、ａ＝０．１５Ｌ〜０．３０Ｌとなる位置で主材２を支持することが好ましく、ａ＝０．２２Ｌとなる位置の近傍で主材２を支持することがさらに好ましい。このように支持することで、主材２に加わる応力を抑えて、太陽電池アレイ用支持架台１を構成する部材の薄肉軽量化が容易になる。さらに、主材２の変形が全長に渡って最小値に近づけられるので、太陽電池アレイ用支持架台１に締結固定された太陽電池モジュール１１が、主材２の変形に追従して変形する量も小さくなり、太陽電池モジュール１１に加わる応力も極小値に近づけることができる。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池アレイ用支持架台１の概略構成を示す外観斜視図である。図１０は、図９に示す太陽電池アレイ用支持架台１を備える太陽電池アレイ５０の側面図である。上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する場合もある。

太陽電池アレイ用支持架台１は、複数（この例では４枚）の太陽電池モジュール１１を固定する主材２と、太陽電池モジュール１１を支持するとともに傾斜角をつくる一対の低脚支柱３１と、一対の高脚支柱３２と、一対の主材２の間に直交して平行に配置固定される横材４と、を備える。太陽電池モジュール１１は、太陽電池アレイ用支持架台１の主材２に対して、ボルトなどで締め付けて固定されている。より具体的には、主材２に設けられた太陽電池モジュール締結用穴２１と、太陽電池モジュール１１の枠に設けられた締結用穴（図示せず）とがボルトなどで締結される。

低脚支柱３１と高脚支柱３２は、その下端付近で基礎締結金具９により、基礎５にボルトなどで締め付けて固定されている。主材２、低脚支柱３１、高脚支柱３２、横材４、基礎締結金具９は鋼やアルミの型材（溝型、Ｌ型、Ｃ型、Ｓ型、ハット型など任意の断面形状）やパイプ（円、矩形、多角形）等の薄板断面構造部材にて構成される。これらの部材は、太陽電池アレイに作用する自重や風圧加重に応じ、規定応力に収まるように断面形状、板厚、材質の選定が行われる。

本実施の形態では、一対の横材４は、全長Ｌの主材２の両端からａ＝０．２２Ｌ近傍の位置で、主材２に直交するように平行に取り付けられる。それぞれの横材４の両端付近の底面には、低脚支柱３１と高脚支柱３２が、連結部材１０により取付けられている。

ただし、上述した通り、ａは、ａ＝０．１５Ｌ〜０．３０Ｌの範囲であれば主材２の離散化たわみ集積値Σδｉと離散化曲げモーメント集積値ΣＭｉを極小値に近づけることができる。したがって、ａ＝０．１５Ｌ〜０．３０Ｌとなる位置で主材２を支持することが好ましく、ａ＝０．２２Ｌとなる位置の近傍で主材２を支持することがさらに好ましい。このように支持することで、主材２に加わる応力を抑えて、太陽電池アレイ用支持架台１を構成する部材の薄肉軽量化が容易になる。さらに、主材２の変形が全長に渡って最小値に近づけられるので、太陽電池アレイ用支持架台１に締結固定された太陽電池モジュール１１が、主材２の変形に追従して変形する量も小さくなり、太陽電池モジュール１１に加わる応力も極小値に近づけることができる。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る太陽電池アレイ用支持架台１の概略構成を示す外観斜視図である。上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する場合もある。

太陽電池アレイ用支持架台１は、複数（この例では４枚）の太陽電池モジュール１１を固定する主材２と、太陽電池モジュール１１（図示せず）を支持するとともに傾斜角をつくる一対の低脚支柱３１と、一対の高脚支柱３２と、一対の主材２の間に直交して平行に配置固定される横材４と、を備える。太陽電池モジュール１１は、太陽電池アレイ用支持架台１の主材２に対して、ボルトなどで締め付けて固定されている。より具体的には、主材２に設けられた太陽電池モジュール締結用穴２１と、太陽電池モジュール１１の枠に設けられた締結用穴（図示せず）とがボルトなどで締結される。

低脚支柱３１と高脚支柱３２は、その下端付近で基礎締結金具９により、基礎５にボルトなどで締め付けて固定されている。主材２、低脚支柱３１、高脚支柱３２、横材４、基礎締結金具９は鋼やアルミの型材（溝型、Ｌ型、Ｃ型、Ｓ型、ハット型など任意の断面形状）やパイプ（円、矩形、多角形）等の薄板断面構造部材にて構成される。これらの部材は、太陽電池アレイに作用する自重や風圧加重に応じ、規定応力に収まるように断面形状、板厚、材質の選定が行われる。

本実施の形態３では、低脚支柱３１と高脚支柱３２は、上記実施の形態１と同様に全長Ｌの主材２の両端からａ＝０．２２Ｌとなる位置の近傍で、主材２の側面に取り付けられている。また、低脚支柱３１と高脚支柱３２が取り付けられた位置で、主材２の側面に横材４も取り付けられている。また、低脚支柱３１と高脚支柱３２とを相互に架橋する筋交い６が４本付設されている。

このように筋交い６を設けて構成することで、太陽電池アレイ用支持架台１が地震力や、横風等による水平荷重を受ける場合の変形抗力を向上させることができる。なお、筋交い６の付設数は、変形抗力と経済性を考慮して、本実施の形態で示す本数よりも多くしてもよいし、少なくしてもよい。また、図示は省略するが、筋交い６に張力を付加することができるターンバックル材を用いてもよい。

また、本実施の形態３では、ａを０.２２Ｌ近傍としたが、上述の通り、ａ＝０．１５Ｌ〜０．３０Ｌの範囲であれば主材２の離散化たわみ集積値Σδｉと離散化曲げモーメント集積値ΣＭｉを極小値に近づけることができる。このように構成することで主材２に加わる応力が低減するだけでなく、主材２の変形を全長に渡って最小値に近づけられるので、太陽電池アレイ用支持架台１に締結固定される太陽電池モジュール１１が、主材２の変形に追従して変形する量も小さくなり、太陽電池モジュール１１に加わる応力も極小値に近づけることができる。また、筋交い６を設けることで、上記実施の形態に比べて、水平方向の荷重が加わる場合の支持架台１の変形抗力を向上させることができる。

図１２は、本実施の形態３の変形例に係る太陽電池アレイ用支持架台１の概略構成を示す外観斜視図である。本変形例では、主材２、横材４、低脚支柱３１、および高脚支柱３２を相互に架橋するステー７が付設されている。

このように、筋交いではなくステー７を設けることでも、太陽電池アレイ用支持架台１が地震力や、横風等による水平荷重を受ける場合の変形抗力を向上させることができる。なお、ステー７の付設数は、変形抗力と経済性を考慮して、本変形例で示す本数よりも多くしてもよいし、少なくしてもよい。また、図示は省略するが、ステー７に張力を付加することができるターンバックル材を用いてもよい。

実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４に係る太陽電池アレイ用支持架台１を備える太陽電池アレイの側面図である。上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する場合もある。

太陽電池アレイ用支持架台１は、複数（この例では４枚）の太陽電池モジュール１１を固定する主材２と、太陽電池モジュール１１を支持するとともに傾斜角をつくる一対の低脚支柱３１と、一対の高脚支柱３２と、一対の主材２の間に直交して平行に配置固定される横材４と、を備える。太陽電池モジュール１１は、太陽電池アレイ用支持架台１の主材２に対して、ボルトなどで締め付けて固定されている。より具体的には、主材２に設けられた太陽電池モジュール締結用穴２１と、太陽電池モジュール１１の枠に設けられた締結用穴（図示せず）とがボルトなどで締結される。

低脚支柱３１と高脚支柱３２は、その下端付近で基礎締結金具９により、基礎５にボルトなどで締め付けて固定されている。主材２、低脚支柱３１、高脚支柱３２、横材４、基礎締結金具９は鋼やアルミの型材（溝型、Ｌ型、Ｃ型、Ｓ型、ハット型など任意の断面形状）やパイプ（円、矩形、多角形）等の薄板断面構造部材にて構成される。これらの部材は、太陽電池アレイに作用する自重や風圧加重に応じ、規定応力に収まるように断面形状、板厚、材質の選定が行われる。

本実施の形態４では、一対の横材４は、全長Ｌの主材２の両端からａ＝０．２２Ｌとなる位置の近傍で、主材２に直交するように平行に取り付けられている。横材４の上面は、太陽電池モジュール１１の傾斜角度に合わせた傾斜面となっている。横材４の上面の傾斜面には、主材２が固定される。横材４の鉛直面には、低脚支柱３１と高脚支柱３２が固定される。このように構成することで、主材２と横材４、低脚支柱３１および高脚支柱３２のそれぞれに締結用の穴を設けることで、上記実施の形態２で示したような連結部材１０（図９，１０も参照）を用いずに、ボルトなどで直接連結することができる。これにより、部品点数の削減や、組立作業性の向上を図ることができる。

実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５に係る太陽電池アレイ用支持架台１を備える太陽電池アレイ５０の側面図である。上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する場合もある。

太陽電池アレイ用支持架台１は、複数（この例では４枚）の太陽電池モジュール１１を固定する主材２と、主材２の間に直交して平行に配置固定される横材４と、太陽電池モジュール１１を支持するとともに傾斜角をつくる一対の高脚支柱３２と、を備える。太陽電池モジュール１１は、太陽電池アレイ用支持架台１の主材２に対して、ボルトなどで締め付けて固定されている。より具体的には、主材２に設けられた太陽電池モジュール締結用穴２１と、太陽電池モジュール１１の枠に設けられた締結用穴（図示せず）とがボルトなどで締結される。

高脚支柱３２は、その下端付近で基礎締結金具９により、基礎５にボルトなどで締め付けて固定されている。主材２、高脚支柱３２、横材４、基礎締結金具９は鋼やアルミの型材（溝型、Ｌ型、Ｃ型、Ｓ型、ハット型など任意の断面形状）やパイプ（円、矩形、多角形）等の薄板断面構造部材にて構成される。これらの部材は、太陽電池アレイに作用する自重や風圧加重に応じ、規定応力に収まるように断面形状、板厚、材質の選定が行われる。

本実施の形態５では、一対の横材４は実施の形態４と同様に上面が傾斜面となっており、全長Ｌの主材２の両端からａ＝０．２２Ｌとなる位置の近傍で、主材２に直交するように平行に取り付けられている。傾斜の上側に位置する横材４の鉛直面には、高脚支柱３２が取付けられている。傾斜下側の横材４は、基礎締結金具９により、基礎５にボルト等で直接締結されて固定されている。この構成は、上記実施の形態において、低脚支柱３１（図８なども参照）の長さを実質０にしたものであり、横材４が低脚支柱３１としても機能するものである。このように構成することで、支持架台１の傾斜面と平行方向に風圧荷重や地震力が作用する場合、低脚支柱側が横材４で基礎５に直接締結されていることで、低脚支柱３１と高脚支柱３２で支えるときに比べ架台１全体の前後方向の倒れ変形は、小さくなる。極端な例として、高脚支柱３２も長さを０とするとともに、傾斜角を得る高さまで基礎５を高くして、高脚支柱側の横材４をこの基礎５に直接締結する。この場合、傾斜面に平行な荷重が作用しても、これらの支柱の倒れがなくなるので、架台１の系全体としての前後方向の倒れ変形はなくなることが容易に推定できる。したがって、低脚支柱側だけでも横材４で直接基礎５に締結することで、低脚支柱３１と高脚支柱３２とを備える図１のような構造に対して、架台１の前後方向の倒れ変形を低減させることができる。また、低脚支柱３１の変形によって生じる傾斜下側の横材４の水平方向への倒れ変形が無くなる。これにより、太陽電池アレイ用支持架台１に主材２の長手方向に水平荷重が作用したときの、主材２の長手方向への倒れ変形を低減することができる。

実施の形態６．
図１５は、本発明の実施の形態６に係る太陽電池アレイ用支持架台１の概略構成を示す外観斜視図である。上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する場合もある。

太陽電池アレイ用支持架台１は、複数段（この例では４段）の太陽電池モジュール１１を２列固定するように、４本の主材２と、主材２に直交して平行に配置固定される横材４と、太陽電池モジュール１１（破線で図示）を支持するとともに傾斜角をつくる高脚支柱３２と、を備える。

高脚支柱３２は、太陽電池モジュール１１の列毎に、主材２と横材４との連結部付近から、同列の中心軸近傍に設置された基礎５に向かってＶ字状に伸びており、基礎締結金具９を用いてボルトなどで基礎５に対して締結固定されている。
太陽電池モジュール１１は、太陽電池アレイ用支持架台１の主材２に対して、ボルトなどで締め付けて固定されている。より具体的には、主材２に設けられた太陽電池モジュール締結用穴２１と、太陽電池モジュール１１の枠に設けられた締結用穴（図示せず）とがボルトなどで締結される。

主材２、高脚支柱３２、横材４、基礎締結金具９は鋼やアルミの型材（溝型、Ｌ型、Ｃ型、Ｓ型、ハット型など任意の断面形状）やパイプ（円、矩形、多角形）等の薄板断面構造部材にて構成される。これらの部材は、太陽電池アレイに作用する自重や風圧加重に応じ、規定応力に収まるように断面形状、板厚、材質の選定が行われる。

本実施の形態６では、一対の横材４は、全長Ｌの主材２の両端からａ＝０．２２Ｌとなる位置の近傍で、主材２に直交するように平行に取り付けられている。主材２と横材４とが交差する位置の近傍で、傾斜上側の横材４の鉛直面に高脚支柱３２が取付けられている。上述したように、一対の高脚支柱３２は、基礎５に向かってＶ字状に伸びている。また。傾斜下側の横材４は、太陽電池モジュール１１の列の中心軸Ａ近傍で、基礎締結金具９を用いてボルトなどで基礎５に締結固定されている。

なお、ａは、ａ＝０．１５Ｌ〜０．３０Ｌの範囲であれば主材２の離散化たわみ集積値Σδｉと離散化曲げモーメント集積値ΣＭｉを極小値に近づけることができる。このように支持することで、主材２に加わる応力が低減するだけでなく、主材２の変形を全長に渡って最小値に近づけられるので、太陽電池アレイ用支持架台１に締結固定される太陽電池モジュール１１が、主材２の変形に追従して変形する量も小さくなり、太陽電池モジュール１１に加わる応力も極小値に近づけることができる。また、高脚支柱３２を鉛直に伸ばした場合に比べ、基礎５の数を半分に削減することができるため、組立作業性の向上を図ることができる。

また、２列の太陽電池モジュール１１を４箇所の基礎５で支持する構成とし、かつ、実施の形態５と同様に傾斜下側の横材４を基礎５へ直接締結する構造にしたので、同様の理由で、横材４の長手方向に水平方向の荷重が作用した場合も、横材４の長手方向への倒れ変形を抑制することができる。

以上のように、本発明に係る太陽電池アレイ用支持架台は、太陽電池モジュールを支持するのに有用である。

１ 太陽電池アレイ用支持架台
２ 主材
４ 横材
５ 基礎
６ 筋交い
７ ステー
９ 基礎締結金具
１０ 連結部材
１１ 太陽電池モジュール
２１ 太陽電池モジュール締結用穴
３１ 低脚支柱
３２ 高脚支柱
５０，１００ 太陽電池アレイ
Ａ 中心軸

Claims (7)

1. 傾斜角度を持たせて太陽電池モジュールを取付け可能とされた太陽電池アレイ用支持架台であって、
   前記太陽電池モジュールが固定される主材と、
   前記主材と直交する方向で、前記主材の一方側と他方側とに所定の間隔で配設された横材と、
   前記主材の一方側に設けられた低脚支柱と、
   前記主材の他方側に設けられた高脚支柱と、
   前記低脚支柱および前記高脚支柱が固定される基礎と、を備え、
   前記主材の長手方向の全長をＬとしたときに、
   前記横材および前記低脚支柱の少なくともいずれか一方は、前記主材の一方側の端部から０．１５Ｌ〜０．３０Ｌの範囲で前記主材を支持し、
   前記横材および前記高脚支柱の少なくともいずれか一方は、前記主材の他方側の端部から０．１５Ｌ〜０．３０Ｌの範囲で前記主材を支持することを特徴とする太陽電池アレイ用支持架台。
2. 前記横材、前記低脚支柱、および前記高脚支柱が、前記主材に固定されて前記主材を支持することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池アレイ用支持架台。
3. 前記横材は、前記主材に固定され、
   前記低脚支柱および前記高脚支柱は、前記横材に固定されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池アレイ用支持架台。
4. 前記横材は、鉛直面と、前記太陽電池モジュールの傾斜角度に倣う上面と、を有し、
   前記主材は、前記上面に固定され、
   前記低脚支柱および前記高脚支柱は、前記鉛直面に固定されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池アレイ用支持架台。
5. 主材、横材、低脚支柱、および高脚支柱のいずれか同士に架橋された連結部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池アレイ用支持架台。
6. 前記横材は、前記基礎に直接固定され、前記横材が前記低脚支柱として機能することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池アレイ用支持架台。
7. 前記太陽電池アレイ用支持架台は、前記太陽電池モジュールを複数列に並べて取付可能とされ、
   前記主材は、前記太陽電池モジュールの列ごとに少なくとも２本ずつ設けられ、
   前記高脚支柱が固定される基礎は、前記太陽電池モジュールの列ごとに１つ設けられ、
   前記高脚支柱は、前記太陽電池モジュールの列ごとに１つの前記基礎に固定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池アレイ用支持架台。

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