JP2013204301A - 太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】設置場所に影響されない施工性と施工精度に優れた太陽電池モジュールの支持架台の基礎構造を提供する。
【解決手段】地中に一定の間隔で複数本貫入され、且つその上部が地表面より上に突出される突出部３０を有するアンカー杭３と、アンカー杭３の突出部３０に角形鋼管または軽量溝形鋼で成る基礎梁枠体４が接合され、基礎梁枠体４の上部に太陽電池モジュール２を支持する架台６が組み立てられており、基礎梁枠体４は、少なくとも平行する２本の横基礎梁４０と、横基礎梁４０の間を連結してフレーム体に形成する縦基礎梁４１とから成り、横基礎梁４０にはアンカー杭３の設置間隔と対応する位置に貫通孔が形成され、アンカー杭３の突出部３０にはねじ切り加工がされており、複数隣接するそれぞれのアンカー杭３の突出部３０に、基礎梁枠体４が、対応する貫通孔を通じて串刺し状に貫通され、基礎梁枠体４が水平となる位置で締結手段５により剛接合される。
【選択図】図３

Description

この発明は、太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造の技術分野に属し、更に云うと、設置場所に影響されることなく、施工性と施工精度に優れた、太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造に関する。

従来から、太陽電池モジュールを支持する架台には、単に太陽電池モジュールの自重だけでなく、太陽電池モジュールを浮き上がらせる風荷重（以下、浮揚力とも云う。）が相当にかかるため、その架台の基礎構造は、上記風荷重対策を重大に検討しておく必要がある。

そうした基礎構造として、例えば下記の特許文献１には、基礎自重で反力を取る所謂コンクリート基礎が開示されている。このコンクリート基礎は型枠にコンクリートを打設して形成した複数個のコンクリートブロックを、等間隔でそれらの上面が水平、且つ同一高さで面一となるように配置して構成され、上記複数のコンクリートブロックの上面にそれぞれ基礎梁が等間隔且つ水平に固定され、同基礎梁に架台部材が順に組み上げられる構成が記載されている。

特許文献２、３の基礎構造は、上記コンクリート基礎を不要な基礎構造として、土内の崩壊荷重や摩擦力を反力に取る杭やアンカーを埋設した基礎が記載されている。
即ち、特許文献２には、太陽電池モジュールを支持する架台を構成する支柱に、風荷重による浮揚力に有効な節部を有する鋼管杭を用いている。この鋼管杭を太陽電池モジュールの前方側と後方側となる位置に平行して複数隣設し、上記各鋼管杭の上端間に、杭上端に設けた連結手段を介して梁材など、架台部材を順に組み上げることが記載されている。

また、特許文献３の基礎構造は、図６に示すように、アンカー材７０を採用している。上記アンカー材７０を太陽電池モジュールの前方側と後方側となる位置に平行して複数隣設し、同アンカー材７０の上面に顎部を有する断面がハット型の基礎梁７１、７１（基礎レールとも云う）を、アンカー材７０の上面とピン接合した連結部材７２を介して、アンカー材７０の直上位置にピン接合している。そして、上記特許文献１、２と同じく同基礎梁７１に架台部材を順に組み上げることが記載されている。

特開２０１１−５２５１９号公報 ＷＯ２０１１／１３６３５０号公報 特開２０１０−１３５６３２号公報

しかし、上記特許文献１〜３には、以下のような問題点がある。
そもそも特許文献１のようなコンクリート基礎構造は、コンクリートを打設し養生するには時間を要し工期が長くなるという問題点があり、特に広大な土地に実施する際には深刻な問題となっていた。上記特許文献１は、複数のコンクリートブロックを等間隔で、その上面が水平、且つ同一高さで面一となるように配置すると記載されている。太陽電池モジュールを設置する際、その角度は発電量に大きく関係するため、同モジュールを支持する架台が高い施工精度で水平に設置されることは重要である。しかし、コンクリートブロック一つ一つにこうした水平レベル調整作業を行うのは非常に面倒である。特に大がかりな太陽光発電所が建設される場合、対象となる土地は塩田地や荒れ地、耕作放棄地など整備されていない土地が殆どである。そうした場所において複数のコンクリートブロックの高さ位置などを正確に合わせて配置することは至難であり非常に面倒である。

上記特許文献２は、架台を構成する支柱に、風荷重による浮揚力に有効な節部を有する鋼管杭を用いる構成である。したがって、この鋼管杭の上端に架台が直接組み上げられるため、架台の高さ位置を水平に設置するには、鋼管杭を地中へ貫入する際に、一本一本高さ位置を確認して行う必要があり非常に面倒である。
更に、貫入箇所の地盤が固い又は石などがある場合には、地盤改良や貫入場所を変更する必要が生じ、工期が遅れるリスクがある。因みに、鋼管杭の上端に設けられた接合用ボルト孔は長孔に形成されて、ある程度高さレベルを調整できる構成であることが図面から推察されるが、その調整範囲は長孔の長さ範囲にとどまり、整備されていない広大な土地や法面においては到底適用できない。
また、節部を有する鋼管杭は、浮揚力に対しては効果を発揮するが、地震荷重や風荷重などの水平力が加わった際に面内せん断剛性が弱く、太陽電池モジュールに面内せん断力が加わって破損させてしまう虞がある。

上記特許文献３は、明細書の段落番号０１０７に、「各アンカー材７０はその頂部が地面から３０ｃｍ程上方に位置決めされており、これらのアンカー材７０の頂部に基礎梁７１（架台を構成する）が載せられている。」と記載されている。つまり、この基礎構造もアンカー材７０の頂部位置によって架台の水平位置が決定されるため、やはり、アンカー材７０を地中へ貫入する際に一本ずつ高さ位置を確認して行う必要があり非常に面倒で、法面においては施工性や精度が悪く適用できない。
また、アンカー材７０の直上位置に基礎梁７１をピン接合している。したがって、太陽電池モジュールと架台に相当な風荷重（浮揚力）が生じた際に、アンカー材７０の引き抜き力も相まって浮揚力が前記基礎梁７１の接合箇所に集中して上方へ盛り上がり変形し、架台自体を変形させてしまう。すると、支持していた太陽電池モジュールの傾斜角度がズレたり、破損させてしまう虞がある。

更に、特許文献２、３に記載された基礎構造は、いずれも自重荷重や風荷重などに対して杭（又はアンカー材）一本一本がそれぞれ独立して抵抗する構造であり、一本に要求される耐力が大きくなり効率的な基礎構造とはいえなかった。

本発明の目的は、上記問題点を解決することであり、太陽電池モジュールを支持する架台を地盤や土地の状況に影響されることなく容易に水平レベルに調整して高い施工精度で接合でき、簡易な構造で杭全体で大きな剛性を発揮でき、不陸調整や法面での施工作業を飛躍的に向上できる太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造を提供することにある。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造は、
太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造であって、
地中に一定の間隔で複数本貫入され、且つその上部が地表面より上に突出される突出部を有するアンカー杭と、同アンカー杭の突出部に角形鋼管または軽量溝形鋼で成る基礎梁枠体が接合され、同基礎梁枠体の上部に太陽電池モジュールを支持する架台が組み立てられており、
前記基礎梁枠体は、少なくとも平行する２本の横基礎梁と、同横基礎梁との間を直交方向に連結してフレーム体に形成する縦基礎梁とから成り、少なくとも前記横基礎梁には上記複数のアンカー杭の設置間隔と対応する位置に貫通孔がそれぞれ形成されていること、
前記アンカー杭の突出部にはねじ切り加工がされており、複数隣接するそれぞれのアンカー杭の突出部に、前記基礎梁枠体が、対応する貫通孔を通じて串刺し状に貫通され、同基礎梁枠体が水平となる位置で締結手段により剛接合されていること、
を特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載した太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造において、
基礎梁枠体は地表面と隙間をあけて設置されることを特徴とする。

請求項１、２に記載した太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造には、以下の効果を奏する。
本発明の基礎構造は、一定の間隔で貫入された突出部を有するアンカー杭と、同アンカー杭の突出部に角形鋼管または軽量溝形鋼で成る基礎梁枠体が設置される基礎構造である。
特に、前記基礎梁枠体は、少なくとも平行する２本の横基礎梁と、前記横基礎梁との間を直交方向に連結する縦基礎梁とでフレーム体に形成されて成り、少なくとも前記横基礎梁には複数のアンカー杭の設置間隔とそれぞれ対応する位置に貫通孔を有していること。また、前記アンカー杭のねじ切り加工を施した突出部に、前記基礎梁枠体を、前記対応する貫通孔を通じて串刺し状に貫通させることを特長としている。
つまり、基礎梁が一体化された枠体であるため、アンカー杭の突出部を貫通させたのみで基礎梁枠体全体の水平レベルが容易に且つ確実に調整できる構造である。したがって、前記アンカー杭は単に一定の間隔で貫入すればよく、その突出部の頂部レベルを合わせたりする必要は一切無いし、軽量な角形鋼管または軽量溝形鋼で成る基礎梁枠体であるため、重機を必要とせず不陸調整が極めて容易であるため施工性と施工精度がすこぶる良い。のみならず、基礎梁枠体の水平レベルの調整可能な範囲は、アンカー杭の突出部の全高さ範囲を使用できるため、法面においても有効で、地盤や土地の状況に影響されることなく汎用性が高い基礎構造である。

また、同基礎梁枠体を水平レベルとなる位置で締結手段により剛接合する構成を特長としている。つまり、複数のアンカー杭はフレーム体に形成された基礎梁枠体と剛接合されている。すると、大きな風荷重（浮揚力）が生じても、基礎梁枠体が前記浮揚力を隣接するアンカー杭にそれぞれ伝達するので、複数のアンカー杭が相互に抵抗力を発揮し合い、群杭として高い引き抜き耐力を発揮できる。斯くすると、浮揚力のみならず地震荷重に対しても同様に杭全体で高い剛性を発揮でき、もっては従来に比してアンカー杭の径を細くまた本数を減らせてコストの削減と作業効率の向上を実現できる。
また、同基礎梁枠体と複数のアンカー杭は一体形成されているため、連結される数が大きければ大きいほど、浮揚力や面内せん断力に関係するモーメント抵抗力が向上するため、太陽電池モジュールの設置する数が大きいメガソーラー発電所などに好適に実施できるし、コスト削減、作業効率向上も望める。

Ａは、本発明に係る太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造を実施した状態の平面図である。Ｂは、Ａの後方側立面図である。 一列の太陽電池モジュールに対する本発明の概要を示す平面図である。 図２の側面図である。 図３の前方側の基礎構造を示す拡大側面図である。 基礎構造の上部に架台を組み立てる要領を示す後方斜視図である。 Ａ〜Ｃは、特許文献３に記載した従来の基礎構造を示した図であり、Ａは平面図、Ｂは側面図、ＣはＢの拡大側面図である。

本発明は、太陽電池モジュール２を支持する架台６の基礎構造である。
本発明の基礎構造は、地中に一定の間隔で複数本貫入され、且つその上部が地表面Ｇより上に突出される突出部３０を有するアンカー杭３と、同アンカー杭３の突出部３０に角形鋼管または軽量溝形鋼で成る基礎梁枠体４が接合され、同基礎梁枠体４の上部に太陽電池モジュール２を支持する架台６が組み立てられることを基本構造としている。
前記基礎梁枠体４は、少なくとも平行する２本の横基礎梁４０、４０と、同横基礎梁４０、４０との間を直交方向に連結してフレーム体に形成する縦基礎梁４１、４１とから成り、少なくとも前記横基礎梁４０には上記複数のアンカー杭３の設置間隔と対応する位置に貫通孔がそれぞれ形成されている。
前記アンカー杭３の突出部３０にはねじ切り加工がされており、複数隣接するそれぞれのアンカー杭３の突出部３０に、前記基礎梁枠体４が、対応する貫通孔を通じて串刺し状に貫通され、同基礎梁枠体４が水平となる位置で締結手段５により剛接合されている。

以下に、本発明を図１〜５に示した実施例に基づいて説明する。
本発明は、例えば図１Ａ、Ｂに示すような広大な工場遊休地や工業廃棄物処理場、或いは有効利用が困難視される塩田の跡地、農作放棄地、その他砂漠や荒れ地など整備されていない広い土地を利用して大規模な太陽光発電装置１を建設する場合の太陽電池モジュール２（太陽電池アレイ２０）を支持する架台に好適に実施される。勿論、この限りではなく小規模であっても法面であっても実施できる。
本発明では、太陽電池セル２ａの集合体である一列の電池モジュール２を長手方向に複数単位組み合わせて全長約２０〜２５ｍとする太陽電池アレイ２０として実施する。

上記図１Ａは、本発明の基礎構造を実施した平面図を示し、図１Ｂは図１Ａの後方側Ｂから見た立面図を示している。なお、太陽光発電装置１は、図１Ａの紙面の下側を太陽電池モジュール２が向いている前方側Ｆ（北半球では南側）として前方上方からの太陽光を受光しやすいように設置され、紙面の上側の後方側Ｂから下側の前方側Ｆに向かって太陽電池モジュール２が傾斜する態様で設けられている（図３参照）。

本発明の太陽電池モジュール２を支持する架台６の基礎構造は、先ず地中に一定の間隔で複数本貫入され、且つその上部が地表面Ｇより上に突出される突出部３０を有するアンカー杭３と、同アンカー杭３の突出部３０に角形鋼管または軽量溝形鋼で成る基礎梁枠体４がボルト接合され、同基礎梁枠体４の上部に太陽電池モジュール２を支持する架台６が組み立てられることを基本構造としている。

前記アンカー杭３は、地中にあけられた約３〜４ｍの杭孔へ貫入され、アンカー杭３と杭孔との隙間にセメントミルクを充填して強固に固定されている。複数のアンカー杭３、３は、図１Ａに示すように太陽電池モジュール２の前方側Ｆと後方側Ｂに平行する二本の直線Ｐ１、Ｐ２上に３ｍの間隔をあけて隣接されている。また、直線Ｐ１とＰ２との間は３ｍの間隔があけられている。
このアンカー杭３は、その上部に地表面Ｇより突出する突出部３０を有し、この突出部３０にねじ切り加工が施されている。したがって、同突出部３０の高さ範囲内で前記基礎梁枠体４の水平レベルを調整可能に支圧プレート５０とナット５１とで成る締結手段５により締め付けて固定することができる。したがって、このアンカー杭３を設置する際には、アンカー杭３…同士の頂部の高さ位置を合わせたりする必要はなく、直線Ｐ１、Ｐ２上に一定の間隔で設けるのみでよく施工性が良い。

前記基礎梁枠体４は、一列の太陽電池モジュール２の長手方向に対して直交する少なくとも２本の横基礎梁４０と、同横基礎梁４０、４０の間を連結してフレーム体に形成する縦基礎梁４１とで一体形成される構成である。前記横基礎梁４０と縦基礎梁４１とは、図示することは省略したが連結プレートを介してボルト接合されている。
この基礎梁枠体４は、軽量な角形鋼管であり断面に見て幅が１００ｍｍ、高さが２００ｍｍとされている。また、平行する２本の横基礎梁４０、４０との間隔は、アンカー杭３、３の前方側Ｆと後方側Ｂとの間隔（Ｐ１とＰ２との間隔）と同じく３ｍの間隔をあけて接合されている。勿論、横基礎梁４０は図示例のように２本ではなく、前記太陽電池モジュール２の長手方向に対して直交して３本、４本でも同様に実施できる。
また、前記２本の横基礎梁４０、４０には上記複数のアンカー杭３の設置間隔と対応する位置に貫通孔（図示省略）がそれぞれ形成されている。勿論、適宜縦基礎梁４１にも貫通孔を設けても良い。図示例では、基礎梁枠体４として角形鋼管を使用したが、勿論、軽量溝形鋼を同様に使用することもできる。その際、溝を構成する両フランジを上下位置になるように配置し、上下のフランジを貫通する様態で貫通孔を設けて実施できる。

上記構成の基礎梁枠体４を、その横基礎梁４０に設けた上記各貫通孔と、地面に隣設されたアンカー杭３のねじ切り加工された突出部３０との位置を一致させて（図１Ｂ、図３、図４参照）、同突出部３０を串刺し状に貫通させる。そして、同突出部３０の高さの範囲内で同基礎梁枠体４が水平となる位置に調整し、同横基礎梁４０の貫通孔の上下に備えた締結手段５である支圧プレート５０、５０とナット５１、５１とにより強固に緊結して剛接合する。
前記基礎梁枠体４の設置高さとしては、少なくとも地表面Ｇより上で隙間をあけて位置決めされることが好ましい。その理由は、降雨による問題を抑制しておくと共に、基礎梁枠体４を不陸調整できる余地を残しておくことで、不同沈下やその他の問題が生じた際に迅速に対応できる利点があるからである。勿論、地表面Ｇと隙間無く設置して実施することもできる。

上記した基礎構造は、先ず横基礎梁４０と縦基礎梁４１とが一体化された枠体４であるため、アンカー杭３の突出部３０を貫通させたのみで基礎梁枠体４全体の水平レベルが容易に且つ確実に調整できる構造である。したがって、前記アンカー杭３は単に一定の間隔で貫入すればよく、その突出部３０…の頂部レベルを合わせたりする必要は一切無くなる。
また、同基礎梁枠体４を水平レベルとなる位置で締結手段５により剛接合する構成としている。したがって、大きな風荷重（浮揚力）が生じても、基礎梁枠体４が前記浮揚力を隣接するアンカー杭３…にそれぞれ伝達するので、複数のアンカー杭３…が相互に抵抗力を発揮し合い、群杭として高い引き抜き耐力を発揮できるのである。斯くすると、一本のアンカー杭に要求される耐力は従来に比して減少させることができ、アンカー杭を小径にしたり本数を減らしてコストの削減に寄与できる。

次に、上記の基礎構造の上部に構築される架台６について図１〜図５に基づいて簡単に説明する。
前記架台６は、従来から太陽光発電装置で実施される架台部材と組み立て方法を用いて順に組み立て可能であるため、ここではその一例を説明する。また、架台６は、複数列に同様の手法で連続して組み立てられるため、ここでは、一列の太陽電池モジュール２を支持する架台部材の組み立てに関する説明のみとする。
図示例の架台６は、例えば図２〜４に示すように、水平レベルに設置された基礎梁枠体４の前方側Ｆの横基礎梁４０の上面に設置する支柱６０と、後方側Ｂの横基礎梁４０の上面に設置する支柱６１をボルト接合して立設する。前記支柱６０はアングル材６０ａにより前方側Ｆの横基礎梁４０と接合され、前記支柱６１はアングル材６１ａにより後方側Ｂの横基礎梁４０と接合されている。
前記支柱６０、６１の設置箇所は、図１Ｂ、図２に示すようにアンカー杭３の直上位置を避け、同アンカー杭３が支柱間の略中央になるように配置することが好ましいが、この限りではない。
また、前記前方側Ｆの支柱６０は、後方側Ｂの支柱６１よりもせいの低いものを使用して立設されている。すると、前記高低差のある支柱６０、６１間を跨ぎ、後述する太陽電池モジュール２を支持する縦桟部材６２が前方に傾斜するように接合できる。したがって、太陽電池モジュール２（太陽電池アレイ２０）の傾斜角度は支柱６０、６１の高低差によって決定される。

前記支柱６０と６１、及び縦桟部材６２は、それぞれＣ型鋼であり、一列の太陽電池モジュール２に対して、前方側Ｆの支柱６０が２本、後方側Ｂの支柱６１が２本必要であり、前記支柱６０、６１間を繋ぐ縦桟部材６２も２本使用される。支柱６０と６０及び支柱６１と６１との間隔は、例えば図１Ｂに示すように太陽電池モジュール２の幅よりも短くされている。

また、前方側Ｆの２本の支柱６０、６０間には２本のブレース材６３、６３がＸ字形状にボルト接合されており、同様に後方側Ｂの支柱６１、６１間にも２本のブレース材６３、６３がＸ字形状にボルト接合されている。
前記前方に傾斜する縦桟部材６２、６２は、その自重が掛かる前方側Ｆが、支柱６０、６０と上記アングル材６０ａ、６０ａを介して連結された方杖材６４、６４によって支持されている。
上記の構成とする一列の太陽電池モジュール２を支持する架台６を、長手方向に連続して組み立て、しかる後に、太陽電池モジュール２を縦桟部材６２…の上面に連続的に連結固定して並べ太陽電池アレイ２０とすることで、太陽光発電装置１を完成させる。

以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施例の構成に限定されない。その目的と要旨を逸脱しない範囲において、当業者が必要に応じて行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のため言及する。

１ 太陽光発電装置掘削機
２ 太陽電池モジュール
２ａ 太陽電池セル
２０ 太陽電池アレイ
３ アンカー杭
３０ 突出部
４ 基礎梁枠体
４０ 横基礎梁
４１ 縦基礎梁
５ 締結手段
５０ 支圧プレート
５１ ナット
６ 架台
６０、６１ 支柱
６２ 縦桟部材
６３ ブレース材
６４ 方杖材

Claims (2)

1. 太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造であって、
   地中に一定の間隔で複数本貫入され、且つその上部が地表面より上に突出される突出部を有するアンカー杭と、同アンカー杭の突出部に角形鋼管または軽量溝形鋼で成る基礎梁枠体が接合され、同基礎梁枠体の上部に太陽電池モジュールを支持する架台が組み立てられており、
   前記基礎梁枠体は、少なくとも平行する２本の横基礎梁と、同横基礎梁との間を直交方向に連結してフレーム体に形成する縦基礎梁とから成り、少なくとも前記横基礎梁には上記複数のアンカー杭の設置間隔と対応する位置に貫通孔がそれぞれ形成されていること、
   前記アンカー杭の突出部にはねじ切り加工がされており、複数隣接するそれぞれのアンカー杭の突出部に、前記基礎梁枠体が、対応する貫通孔を通じて串刺し状に貫通され、同基礎梁枠体が水平となる位置で締結手段により剛接合されていること、
   を特徴とする、太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造。
2. 基礎梁枠体は地表面と隙間をあけて設置されることを特徴とする、太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造。

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