JP2011246968A - パネル体の傾斜支持架台 - Google Patents

Abstract

【課題】基礎を設けないで、あるいは基礎部分をできるだけ軽減させ、また設置場所が限定されないで傾斜パネルの浮き上がりを防止できるパネル体の傾斜支持架台を提供する。
【解決手段】本発明に係るパネル体の傾斜支持架台は、パネル体２に風力が作用したときにパネル体２に作用する揚力の方向と逆方向の揚力を発生する傾斜面を有する浮上り防止部材５を備えたことを特徴とするものである。また、浮上り防止部材５は、パネル体２の傾斜方向と傾斜方向が逆になった逆傾斜面を備えてなることを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、屋外においてパネル体を傾斜させて支持するパネル体の傾斜支持架台に関する。
傾斜支持されるパネル体の例としては、例えば太陽電池モジュールをパネル化した太陽電池パネルがある。

屋外に傾斜させて設置するパネル（以下、「傾斜パネル」という。）には、風による抗力（水平方向の力）、揚力（上下方向の力）が発生する。
抗力は、風の方向に対して常に正の向き（風の流れる向き）に力が作用するが、揚力は風向によってその力の向きが変わる。
この点を、図面を用いて説明する。

図１９に示すように、傾斜パネル２０の傾斜下部側が上流となるような風向ａの場合には、傾斜パネル２０に下向きの力Ｐが作用する。他方、傾斜パネル２０の傾斜上部側が上流となるような風向ｂの場合には、傾斜パネル２０に上向きの力Ｑが作用する。傾斜パネル２０を支持する架台２１は、これらの風力に対して耐えられるように設計を行なわなければならない。特に、上向きの揚力により、傾斜パネル２０が浮き上がることに対する対策が重要となる。すなわち、傾斜パネル２０及び架台２１の自重以上の力が作用すると架台２１ごと浮き上がってしまうが、このような傾斜パネル支持構造の自重は軽いのが一般的であり、他方受風面積が大きいため、強風時には必ず浮き上がる力が発生する。このために浮き上がり防止装置を設ける必要がある。

浮き上がり防止装置の例として、図２０に示すように、傾斜パネル２０を支持する架台２１が地面と接している場合には、架台２１の下に杭を打設するなど地面の下に基礎２３を設ける方法がとられている。架台２１に基礎２３を設けることにより、浮き上がりに抵抗することができる。
また、傾斜パネルの一例である太陽電池パネルを屋根に設置する場合の例として、「屋根材上に瓦と太陽電池モジュールとを混ぜ葺きして敷設する太陽電池モジュールの敷設方法において、前記屋根材上に敷設した瓦の上段に太陽電池モジュールを敷設するとともに、この太陽電池モジュールの軒側と前記瓦の棟側とを吹上げ防止金具によって係合する太陽電池モジュールの敷設方法。」（特許文献１の請求項７参照）が提案されている。

特開２００９−１３７８５号公報

傾斜パネルの浮き上がり防止装置として基礎を設ける方法では、地面を掘削する手間がかかるためコストを要する。また、地面の掘削が認められない場所にパネルを設ける場合には基礎を設けることが物理的に困難であり、代替方法が求められる。
また、特許文献１に記載の方法は、屋根材上に瓦と太陽電池モジュールとを混ぜ葺きして敷設するという特殊な場合にのみ適用できるものであり、地面に設置するような場合には適用できない。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、基礎を設けないで、あるいは基礎部分をできるだけ軽減させ、また設置場所が限定されないで傾斜パネルの浮き上がりを防止できるパネル体の傾斜支持架台を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るパネル体の傾斜支持架台は、パネル体を傾斜させて支持するパネル体の傾斜支持架台であって、前記パネル体に風力が作用したときに前記パネル体に作用する揚力の方向と逆方向の揚力を発生する傾斜面を有する浮上り防止部材を備えたことを特徴とするものである。
浮上り防止部材を設けることで、パネル体対して浮き上がる方向の揚力が生じる風向きに対して、下向きの揚力を作用させ、上向きの揚力を相殺させることで浮上りの防止効果を奏するものである。
なお、浮上り防止部材は、板状のものであってもよいし、あるいは箱状のものであってもよい。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、浮上り防止部材は、前記パネル体の傾斜方向と傾斜方向が逆になった逆傾斜面を備えてなることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記浮上り防止部材を、前記パネル体の傾斜最高部側の下方に配置したことを特徴とするものである。
浮上り防止部材をパネル体の傾斜最高部側の下方に配置することで、パネル体に浮き上がりの力を作用させる風向きに対して、浮上り防止部材がパネル体の上流側に配置されることになる。このような配置にすることにより、前記風向きに対して浮上り防止部材に下向きの力を確実に発生させることが可能であり、また、浮上り防止部材の下流に配置されるパネル体への風速を減じてパネル体の浮き上がり力を減じる効果もある。
なお、前記と逆向きの風向の場合、パネル体には下向きの力が作用し、浮上り防止部材には上向きの力が作用することになり、浮上り防止部材が浮き上がり防止とは反対の作用をして悪影響が生ずる可能性がある。しかしながら、上記の配置によれば、浮上り防止部材はパネル体の背後に位置するために風を直接受けることがなく、浮き上がり力は生じないか、生じたとしても極めて小さいため、悪影響は生じない。

（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記浮上り防止部材の傾斜面が、前記傾斜支持架台が設置される設置面に対して５°〜１５°の角度で傾斜していることを特徴とするものである。
浮上り防止部材の傾斜面の傾斜角度を設置面に対して５°〜１５°にした理由は以下の通りである。
平板に作用する揚力は、地面と水平であれば揚力はゼロであるが、風向きに対して上流側が高くなる（吹き上げが作用する）方向に傾斜させると、揚力は上向きに作用し、最大揚力となる角度はおよそ１０°近傍である。この最大揚力を生む角度を越えると、流れが板から剥離し、揚力が低下する。通常、パネル体は１５°またはそれ以上に傾斜して設置されているため、傾斜角度だけで見た場合には最大揚力から低下する領域である。したがって、浮上り防止部材の傾斜面の傾斜角度を、最大揚力を生む角度付近に設定することで浮上り防止部材の大きさをコンパクトにすることができる。
浮上り防止部材の大きさをコンパクトにできることは、耐風対策の装置としてのコスト削減につながる上に、付加装置を小さくすることで現状の流れを阻害しない効果も有する。
なお、地面付近の風は乱れており、平均的に±３°〜５°の時間変動があることが知られているため、最大揚力となる角度である１０°近傍に対する風の鉛直角の変動を考慮すると浮上り防止部材の傾斜面の傾斜角度の取りうる範囲としては５°〜１５°となる。もっとも、傾斜支持架台の設置場所の風向きを考慮して浮上り防止部材の傾斜面の角度が最大揚力付近となる１０°近傍に適宜設定すればよい。

（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記パネル体の側面側の位置に、前記パネル体から離れる側が、前記傾斜支持架台が設置される設置面に近づくように傾斜する傾斜面を有する側方浮上り防止部材を備えたことを特徴とするものである。
横風に対してはパネル体に浮き上がり力は発生しにくいが、地面付近の風の時間変動を考えると一時的に浮き上がり力が発生する場合がある。それを抑えるために、パネル体の側面側にパネル体から離れる側が設置面に近づくように傾斜する傾斜面を有する側方浮上り防止部材を設けることにより、常に横風によって下向きの力が作用することになり、浮上り防止をより確実にすることができる。

（６）また、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のものにおいて、前記浮上り防止部材の傾斜面の延長線が、前記パネル体と交わる位置において前記パネル体側に開口部を設けたことを特徴とするものである。
浮上り防止部材を設置した場合、浮上り防止部材とパネル体の位置が近接すると、両者の空力干渉が生じる恐れがある。すなわち、浮上り防止部材周りの流れがパネル体に衝突することで浮上り防止部材を設置する前よりも大きな力が作用する場合がある。これを避けるために、浮上り防止部材の傾斜面の延長線が、パネル体と交わる位置においてパネル体側に開口部を設けて風が抜ける道を作ることで、浮上り防止部材の傾斜面による流れがパネル体にあたるのを防ぎ、浮上り防止機能を高めることが可能となる。

本発明においては、傾斜配置されたパネル体に風力が作用したときに前記パネル体に作用する揚力の方向と逆方向の揚力を発生する傾斜面を有する浮上り防止部材を備えたことにより、パネル体対して浮き上がる方向の揚力が生じる風向きに対して、下向きの揚力を作用させ、上向きの揚力を相殺させることで浮上りの防止効果を奏することができる。
それ故、従来必要とされた基礎工事を不要とすることができ、また、基礎工事を不要にすることにより、土砂を扱うことが不要となるため、土砂に汚染物質が混入している場所へのパネル体の設置が容易となるという効果もある。

本発明の一実施の形態に係るパネル体の傾斜支持架台の斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るパネル体の傾斜支持架台の側面図である。 本発明の一実施の形態に係るパネル体の傾斜支持架台の平面図である。 本発明の一実施の形態に係るパネル体の傾斜支持架台の作用の説明図である。 本発明の一実施の形態に係るパネル体の傾斜支持架台の作用の説明図である。 本発明の一実施の形態に係るパネル体の傾斜支持架台の他の態様の側面図である。 本発明の一実施の形態に係るパネル体の傾斜支持架台の他の態様の側面図である。 本発明の実施の形態２に係るパネル体の傾斜支持架台の側面図である。 本発明の実施の形態２に係るパネル体の傾斜支持架台の他の態様の側面図である。 本発明の実施の形態３に係るパネル体の傾斜支持架台の側面図である。 本発明の実施の形態３に係るパネル体の傾斜支持架台の他の態様の側面図である。 図１１に示したパネル体の傾斜支持架台の平面図である。 本発明の実施の形態４に係るパネル体の傾斜支持架台の斜視図である。 図１３に示したパネル体の傾斜支持架台の側面図である。 図１３に示したパネル体の傾斜支持架台の平面図である。 本発明の実施の形態４に係るパネル体の傾斜支持架台の他の態様の平面図である。 図１６に示したパネル体の傾斜支持架台の側面図である。 本発明の実施の形態４に係るパネル体の傾斜支持架台の他の態様の側面図である。 従来例の説明図である。 従来例の説明図である。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係るパネル体の傾斜支持架台１は、パネル体２を傾斜支持する支持部材３と、傾斜配置されたパネル体２に風力が作用したときにパネル体２に作用する揚力の方向と逆方向の揚力を発生する傾斜面を有する浮上り防止部材５を備えたものである。
以下、各構成部材を詳細に説明する。

＜パネル体＞
パネル体２の例としては、例えば太陽電池モジュールをパネル状にした太陽電池パネルが挙げられる。
本実施の形態のパネル体２は、設置面（地面）より２０°傾斜した状態で設置されている。
浮上り防止部材５の傾斜面の延長線が、パネル体２と交わる位置においてパネル体側に開口部７を設けている。
なお、パネル体２の傾斜角度は２０°に限定されるものではなく、パネル体２の用途によって適宜設定される。

＜支持部材＞
支持部材３は、パネル体２を傾斜させた状態で支持するものである。図１〜図３に示すものは、四隅に脚部９を有し、脚部９の状部でパネル体２を支持するようにしている。脚部９を連結する連結部材１１を有している。
地面より

＜浮上り防止部材＞
浮上り防止部材５は、パネル体２に風力が作用したときにパネル体２に作用する揚力の方向と逆方向の揚力を発生する傾斜面を有している。この例では、浮上り防止部材５は、パネル体２の傾斜方向と傾斜方向が逆になった逆傾斜面を備えた板体で形成されている。
また、本実施の形態の浮上り防止部材５は、パネル体２の傾斜最高部側の下方、すなわちパネル体２の背面側に配置されている。
浮上り防止部材５は、パネル体２よりもやや小さい受風面積に設定されている。

上記のように構成された本実施の形態の傾斜支持架台１の作用を、パネル体２に対する代表的な３方向の風向時にパネル体全体に作用する力と共に説明する。
なお、全ての場合において、支持部材３の部材寸法は、パネル体２、浮上り防止部材５よりも小さいために空気力は無視できると考える。

＜風向ａ（パネル体２の前面側からの風向）の場合＞
この時、パネル体２は頭下げ（上流側が下がった）状態となる。この場合には、パネル体２に発生する揚力は下向きに作用しているため、傾斜支持架台１を浮き上がらせる力は発生しない。
なお、開口部７が設けられていることにより、下向きの揚力は小さくなるが、開口面積が小さいためその影響は小さい。
浮上り防止部材５は、パネル体２の背後にあるため風の力を受けない。
以上のように、この状態ではパネル体２には下向きの力が作用することになり、傾斜支持架台１は安定して設置された状態となる。

＜風向ｂ（パネル体２の背面からの風向）の場合＞
風向ａと逆向きの風向の場合であり、この時には、パネル体２は頭上げ状態であり、図４に示すように、パネル体２には上向きの揚力Ｑが作用する。これに対して、浮上り防止部材５には頭下げ状態であり、図４に示すように、下向きの揚力Ｐが作用する。
浮上り防止部材５はパネル体２より受風面積は小さいが、図５に示すように、傾斜角度が１０°と最大揚力を生む傾斜角付近であるため、傾斜角度が２０°のパネル体２に作用する上向きの揚力Ｑよりも大きな下向きの揚力Ｐを発生させることができる。
図４に示すように、パネル体２を含む傾斜支持架台全体の自重を自重Ｒとすると、Ｑ＜Ｒ＋Ｐが成り立つと傾斜支持架台１が浮き上がらない。逆に言えば、Ｑ＜Ｒ＋Ｐが成り立つように、浮上り防止部材５の受風面積と傾斜角度を、パネル体２の受風面積及び傾斜角度と、パネル体２を含む傾斜支持架台全体の自重との関係で設定するようにすればよい。

浮上り防止部材５の周辺の空気の流れがパネル体２に衝突すると、これによって上向きの揚力を発生させることになるが、本実施の形態では、パネル体２側に開口部７を設けているので、浮上り防止部材５の周辺の空気は開口部７から抜け出るので、上向きの揚力が発生するのを防止できる。

＜風向ｃ（パネル体２の側面からの風向）の場合＞
パネル体２の側方からの風の場合、パネル体２には基本的に揚力は発生しない。もっとも、風の向きが時間の経過によって変動するため、時には上向きの揚力も発生するが、その場合は揚力自体が小さく、また風向ｂで説明した理論により浮上りが生じない。

以上のように、本実施の形態のパネル体２の傾斜支持架台１によれば、いずれの風向きの場合でも、浮上りの防止効果を奏することができ、それ故、従来必要とされた基礎工事を不要とすることができる。また、基礎工事を不要にすることにより、土砂を扱うことが不要となるため、土砂に汚染物質が混入している場所へのパネル体２の設置が容易となるという効果もある。

なお、浮上り防止部材５を設ける位置は、パネル体２の背後であればよいので、図６に示すように、その大部分がパネル体２の下方に位置するような配置でもよい。この場合には、図２の場合と同様にパネル体２側に開口部７を設けている。
また、図７に示すように、浮上り防止部材５の大部分がパネル体２の後方に位置するような配置であってもよい。この場合には、一端側が支持部材３に連結された水平部材１３で浮上り防止部材５を支持している。また、この場合には、浮上り防止部材５の前端部とパネル体２とがある程度離れているので、浮上り防止部材５の周辺の空気の流れがパネル体２に上向きの揚力を生じさせる作用が小さいので、開口部７を設けないようにしてもよい。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を図８、図９に基づいて説明する。本実施の形態のパネル体２の傾斜支持架台１は、浮上り防止部材５を上下に複数段設置したものである。
この場合、図８に示す例では、上下に重なる位置に浮上り防止部材５を２枚設置している。そして、図８に示す例では、浮上り防止部材５の前端側がパネル体２から離れているので、パネル体２側に開口部７を設けていない。

また、図９に示す例では、２枚の浮上り防止部材５を前後方向（傾斜方向）にずらして配置して、相互の空力干渉を受けにくいようにしている。この場合、前方に配置した浮上り防止部材５の前端がパネル体２に近接するので、近接する位置に開口部７を設けている。

本実施の形態では、浮上り防止部材５を上下に複数段に配置するようにしたので、同じ受風面積を確保するにあたり、前後方向の出っ張りを短くして全体をコンパクトにすることができる。

［実施の形態３］
本発明の実施の形態３を図１０〜図１２に基づいて説明する。本実施の形態のパネル体２の傾斜支持架台１は、浮上り防止部材５を湾曲させたものである。
図１０に示す例では、浮上り防止部材５を下に凸になるように湾曲させている。このような湾曲形状にすることで、飛行機の翼の様に大きな揚力を得ることが可能となる。

また、傾斜支持架台１の側面図である図１１、及びその平面図である図１２に示すように、浮上り防止部材５を円弧状にすると共に若干だけ上に凸になるように湾曲させてもよい。この場合でも、浮上り防止部材５は風に対して頭下げの10°近傍の傾斜を保っている。図１１、図１２のような形状にすることで、側方からの風に対しても下向きの揚力を発生させることができる。

［実施の形態４］
本発明の実施の形態４を図１３〜図１８に基づいて説明する。図１３〜図１８において、実施の形態１を示した図１〜図３と同一部分には同一の符合を付してある。
本実施の形態のパネル体２の傾斜支持架台１は、パネル体２の側面側の位置に、パネル体２から離れる側が設置面に近づくように傾斜する傾斜面を有する側方浮上り防止部材１５を設けたものである。
側方浮上り防止部材１５の傾斜面の傾斜角度は浮上り防止部材５と同様に１０°である。
図１３〜図１５に示す例では、側面用浮き上がり防止部材は、風向ａ、ｂの軸に沿う方向には傾斜していない。そのため、風向ａ、ｂの風に対しては上下方向の揚力はほとんど発生しない。しかし、風向ｃの風に対しては、下向きの揚力を発生さすことができ、傾斜支持架台１の安定化に資することができる。

図１６及び図１７に示す例は、側方浮上り防止部材１５は、図１３〜図１５に示したものと同様にパネル体２から離れる側が設置面に近づくように傾斜すると共に、前後方向の中央部から前後が設置面に近づく方向にも傾斜している。このような傾斜を有することで、風向ａ、ｂ、ｃのいずれの風に対しても傾斜支持架台１に下向きの力を作用させることができ、傾斜支持架台１の安定化に資することができる。図１６及び図１７に示す側方浮上り防止部材１５は一枚の板材を屈曲させて形成してもよいし、２枚の板材で形成してもよい。また、あるいは図１８に示すように、１枚の板材を前後方向に湾曲させて形成してもよい。

本発明のパネル体の傾斜支持架台１は、埋立処分場のような軟弱地盤上に例えば太陽電池パネルを設置するような用途に使用することができる。特に、超軟弱地盤である埋立処分場が安定化するまでの期間だけ太陽電池を用いた大規模発電所として利用し、地盤安定化後は、太陽光発電設備は撤去、移設される計画のような場合、本発明によれば、基礎を不用とし、あるいは簡略化できるので、好適である。

１ パネル体の傾斜支持架台
２ パネル体
３ 支持部材
５ 浮上り防止部材
７ 開口部
９ 脚部
１１ 連結部材
１３ 水平部材
１５ 側方浮上り防止部材
２０ 傾斜パネル
２１ 架台
２３ 基礎

Claims (6)

1. パネル体を傾斜させて支持するパネル体の傾斜支持架台であって、
   前記パネル体に風力が作用したときに前記パネル体に作用する揚力の方向と逆方向の揚力を発生する傾斜面を有する浮上り防止部材を備えたことを特徴とするパネル体の傾斜支持架台。
2. 前記浮上り防止部材は、前記パネル体の傾斜方向と傾斜方向が逆になった逆傾斜面を備えてなることを特徴とする請求項１記載のパネル体の傾斜支持架台。
3. 前記浮上り防止部材を、前記パネル体の傾斜最高部側の下方に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のパネル体の傾斜支持架台。
4. 前記浮上り防止部材の傾斜面が、前記傾斜支持架台が設置される設置面に対して５°〜１５°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のパネル体の傾斜支持架台。
5. 前記パネル体の側面側の位置に、前記パネル体から離れる側が、前記傾斜支持架台が設置される設置面に近づくように傾斜する傾斜面を有する側方浮上り防止部材を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパネル体の傾斜支持架台。
6. 前記浮上り防止部材の傾斜面の延長線が、前記パネル体と交わる位置において前記パネル体側に開口部を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかい一項に記載のパネル体の傾斜支持架台。

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