JP2014080814A - 太陽電池パネルの設置架台 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池パネルから建築物への熱伝導や熱輻射を極力少なくして、建築物の空調費用を節減でき、風による太陽電池パネルの破損を防止可能で、しかも森林資源を有効活用してなる地球環境に優しい太陽電池パネルの設置架台を提供する。
【解決手段】太陽電池パネル１５を取付け可能となした木製の取付部１１と、取付部１１を傾斜状に支持する木製の支持部１２とを備え、取付部１１の下面側に木製の裏板３２を設け、太陽電池パネル１５と裏板３２間に遮熱空間３４を形成し、遮熱空間３４の上下両端部に外気導入用の通気口３５、３６を形成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、建築物の屋上に好適に設置可能な太陽電池パネルの設置架台に関する。

太陽電池パネルの設置架台として、太陽電池パネルを取付け可能となした取付部と、前記取付部を傾斜状に支持する支持部とを備え、前記取付部と支持部とをＨ形鋼や溝形鋼や山形鋼や鋼管などの鋼材で構成したものが広く採用されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

特開２０１２−６９９２９号公報 特開２０１２−５４５９３号公報 実用新案登録第３１７３６０３号公報

ところで、建築物の屋上に太陽電池パネルを設置すると、太陽電池パネルによる発電で自然エネルギーを有効活用できることは云うまでもなく、屋上面における太陽光の照射面積が少なくなり、その分建築物の温度が低下して、空調費用を節減できるという利点がある。

しかし、従来の太陽電池パネルの設置架台は、特許文献１〜３記載の発明のように、安価に施工できることから、通常はＨ形鋼や溝形鋼や山形鋼や鋼管などの鋼材で構成されているので、太陽電池パネルの熱が設置架台を介して建築物に伝熱されるという問題がある。また、太陽電池パネルは、太陽光により９０℃前後の高温になるので、太陽電池パネルからの輻射熱により建築物の屋上温度が高くなるという問題がある。更にまた、強風時には、太陽電池パネルの底面側に大きな圧力が作用して、太陽電池パネルが破損することも懸念される。

本発明の目的は、太陽電池パネルから建築物への熱伝導や熱輻射を極力少なくして、建築物の空調費用を節減でき、風による太陽電池パネルの破損を防止可能で、しかも森林資源を有効活用してなる地球環境に優しい太陽電池パネルの設置架台を提供することである。

本発明に係る太陽電池パネルの設置架台は、太陽電池パネルを取付け可能となした木製の取付部と、前記取付部を傾斜状に支持する木製の支持部とを備えたものである。

この設置架台では、これをビルなどの建物の屋上などに設置して、設置架台の取付部に太陽電池パネルを取付け、太陽電池パネルで発電を行うことになるが、太陽電池パネルの設置により、屋上面に対する太陽光の照射面積が少なくなり、その分建築物の温度上昇を抑制できる。しかも、設置架台を構成する取付部及び支持部を、鋼などの金属材料と比較して熱伝導率の小さい木材で構成しているので、太陽電池パネルの熱が設置架台を介して建物へ伝熱されることが抑制され、夏場における建物内の温度上昇を一層抑制して、空調費用を節減できる。更に、取付部や支持部を間伐材で構成すると、森林資源を有効活用してなる地球環境に優しい設置架台を実現できる。

ここで、前記取付部の下面側に木製の裏板を設け、前記太陽電池パネルと裏板間に遮熱空間を形成することが好ましい実施の形態である。このように構成すると、太陽電池パネルからの輻射熱を裏板で遮断でき、しかも太陽電池パネルからの伝熱を遮熱空間で遮断できるので、建築物への伝熱を一層抑制することができる。また、裏板により太陽電池パネルを吹き飛ばそうとする下側からの風の圧力を受け止めることができるので、風による太陽電池パネルの破損を効果的に防止できる。

前記取付部を、間隔をあけて平行配置した１対の角材で構成し、前記遮熱空間の上下両端部に外気導入用の通気口を形成し、前記遮熱空間を上下の通気口を連通する連通空間で構成することも好ましい実施の形態である。この場合には、遮熱空間に籠る熱を通気口から排出できるので、太陽電池パネルからの伝熱を遮熱空間で一層効果的に遮断できるとともに、太陽電池パネルの温度上昇を抑制して、温度上昇による発電効率の低下を防止できるので好ましい。しかも、遮熱空間内の空気は太陽電池パネルからの伝熱により加熱されて、遮熱空間内には下側から上側への空気の流れが形成されるので、無風状態でも下側の通気口から遮熱空間内に外気を取り入れて、上側の通気口から外部へ外気を排出することができ、太陽電池パネルの温度上昇を効果的に抑制して、温度上昇による発電効率の低下を効果的に防止できるので好ましい。

前記遮熱空間の下側の通気口を太陽電池パネルの下方へ向けて開口させることも好ましい実施の形態である。太陽電池パネルの下方は日陰になり比較的温度が低いので、該太陽電池パネルの下方の空気を遮熱空間へ導入することで、太陽電池パネルの温度上昇を抑制できる。

前記遮熱空間の上側の通気口に遮熱空間内の空気を外部へ排出するベンチレータを設けることが好ましい実施の形態である。この場合には、遮熱空間内の空気をベンチレータにより強制換気又は自然換気することで、遮熱空間内に熱が籠ることによる太陽電池パネルの温度上昇を抑制して、太陽電池パネルの温度上昇による発電効率の低下を防止できるので好ましい。

前記取付部及び支持部を構成する木材として、木材保存剤を加圧注入したものを用いることも好ましい実施の形態である。この場合には、雨水が浸み込むことによる木材の腐敗を防止して、設置架台の耐用年数を太陽電池パネルの耐用年数以上に設定することができる。

本発明に係る太陽電池パネルの設置架台によれば、これをビルなどの建物の屋上などに設置して、設置架台の取付部に太陽電池パネルを取付け、太陽電池パネルで発電を行うことになるが、太陽電池パネルの設置により、屋上面に対する太陽光の照射面積が少なくなり、その分建築物の温度上昇を抑制できる。しかも、設置架台を構成する取付部及び支持部を、鋼などの金属材料と比較して熱伝導率の小さい木材で構成しているので、太陽電池パネルの熱が設置架台を介して建物へ伝熱されることが抑制され、夏場における建物内の温度上昇を一層抑制して、空調費用を節減できる。更に、取付部や支持部を間伐材で構成すると、森林資源を有効活用してなる地球環境に優しい設置架台を実現できる。

太陽電池パネルを設置した状態での設置架台の斜視図 太陽電池パネルを設置した状態での設置架台の正面図 太陽電池パネルを設置した状態での設置架台の背面図 図１のIV-IV線断面図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１〜図４に示すように、設置架台１０は、４枚の太陽電池パネル１５を前後に並列状に取付け可能となした木製の左右１対の取付部１１と、両取付部１１を傾斜状に支持する木製の支持部１２とを備え、合計８枚の太陽電池パネル１５を設置可能となしたものである。なお、図１〜図３では、２台の設置架台１０を左右に隣接設置したが、設置架台１０の設置台数や配列は、建築物の屋上等の広さや形状に応じて適宜に設定できる。また、１つの設置架台１０に対する太陽電池パネル１５の設置枚数や配列は、取付部１１の大きさや太陽電池パネル１５の大きさなどに応じて適宜に設定できる。

太陽電池パネル１５は、アルミニウム合金などの軽金属や合成樹脂材料などからなる補強枠１６と、補強枠１６の内側に配置した太陽電池パネル本体１７とを備えた、周知の構成のものである。太陽電池パネル１５としては、任意の大きさのものを採用でき、本実施の形態では縦が７５０ｍｍ、横が１５００ｍｍのものを用いた。太陽電池パネル本体１７は、行列状に配置した複数の太陽電池で構成されている。太陽電池としては、シリコン系、化合物系、有機物系のいずれを用いてもよいが、現在広く採用され、入手が容易なことから、単結晶シリコン系や多結晶シリコン系やヘテロ接合（ＨＩＴ）型の太陽電池を用いることが好ましい。

設置架台１０を建築物の屋上に設置するため、屋上にはコンクリート製の直方体状の前部設置台１３と後部設置台１４とが左右に間隔をあけて複数組設けられ、前側１対の前部設置台１３と後側１対の後部設置台１４の計４つの設置台１３、１４上に１つの設置架台１０が設置されるように構成されている。

支持部１２は、前側１対の設置台１３の上面にわたって架設支持した角材からなる前部土台２０と、後側１対の設置台１４の上面にわたって架設支持した角材からなる後部土台２１と、後部土台２１に立設状に設けた左右１対の支持脚２２とを備えている。

設置台１３、１４には断面コ字状の設置金具２３がボルトＢ１で固定され、前部土台２０の両端部及び後部土台２１の両端部は設置金具２３に内嵌されて、設置金具２３にボルトＢ２で連結されている。

支持脚２２は、左右１対の支柱２４と、間隔をあけて平行配置した上下１対の繋ぎ２５と、繋ぎ２５間にＸ状に配置した１対の筋違２６とを備えている。両筋違２６の途中部は相互にかみ合うように切り欠かれ、両筋違２６はその途中部においてボルトＢ３でＸ状に連結されている。繋ぎ２５と筋違２６の両端部は両支柱２４にボルトＢ４で連結され、両支柱２４は繋ぎ２５と筋違２６により並行に連結されている。後部土台２１の上面には連結金具２７がボルトＢ５で固定され、支柱２４の下端部は連結金具２７に対して回動自在にボルトＢ６で連結され、支持脚２２は上端側を前方へやや傾斜させて後部土台２１上に立設されている。

取付部１１は、左右に間隔をあけて平行配置した１対の桁材３０と、左右の桁材３０の前後両端部と途中部とをそれぞれ連結する３本の連結材３１と、左右の桁材３０間の下面側の略全面を閉塞するように、左右の桁材３０にわたってその下面側に設けた合板などからなる裏板３２とを備えている。

前部土台２０には固定金具３３がボルトＢ７で固定され、桁材３０の前端部は固定金具３３にボルトＢ８で連結され、桁材３０の途中部は支柱２４の上端部の内側に配置されて、ボルトＢ９で支柱２４に連結されている。

取付部１１の左右の桁材３０の上面には４枚の太陽電池パネル１５が前後に並列状に設けられ、左右の取付部１１に設置される太陽電池パネル１５が略隙間なく配置されるように、太陽電池パネル１５は左右の桁材３０よりも一定長さ外方側へ突出されている。ただし、左右の桁材３０の間隔を太陽電池パネル１５の左右の長さと同じに設定して、太陽電池パネル１５の両側部を左右の桁材３０で受け止めるように構成することも可能である。

桁材３０の上面と連結材３１の上面とは略同一平面内に配置され、太陽電池パネル１５は桁材３０と連結材３１により下面側から支持されている。桁材３０は連結材３１よりも高さを有しており、連結材３１と裏板３２間には隙間が形成され、太陽電池パネル１５と裏板３２間には桁材３０の上端部から下端部にわたって連通する遮熱空間３４が形成され、遮熱空間３４の上下両端部には遮熱空間３４へ外気を導入するための通気口３５、３６が形成されている。裏板３２の下端部は、桁材３０の下端部よりもやや上側に配置され、遮熱空間３４の下側の通気口３６は、太陽電池パネル１５の下方空間へ向けて開口されている。ただし、裏板３２は、桁材３０の下端部まで設けることも可能であるし、省略することも可能である。また、裏板３２は、太陽電池パネル１５の下面側の全面を覆うように、桁材３０の上面側に設けることも可能である。

前部土台２０、後部土台２１、支柱２４、繋ぎ２５、筋違２６、桁材３０、連結材３１としては、間伐材などの木材を角材に製材したものが採用され、また裏板３２としては合板が採用され、これらの角材や合板を設定寸法に切断するとともに、必要な穴あけ加工を行ってから、木材保存剤を加圧注入したものが用いられている。

木材保存剤としては、クレオソート油木材保存剤、クロム・銅・ヒ素系木材保存剤、第四級アンモニウム化合物系木材保存剤、銅・第四級アンモニウム化合物系木材保存剤、銅・アゾール化合物系木材保存剤、ホウ素・第四級アンモニウム化合物系木材保存剤、第四級アンモニウム・非エステルピレスロイド化合物系木材保存剤、アゾール・第四級アンモニウム・非エステルピレスロイド化合物系木材保存剤、脂肪酸金属塩系木材保存剤、ナフテン酸金属塩系木材保存剤、アゾール・ネオニコチノイド化合物系木材保存剤などの周知の組成からなるものを採用できる。特に、環境及び人体に優しいことから、第四級アンモニウム化合物系木材保存剤、銅・第四級アンモニウム化合物系木材保存剤、銅・アゾール化合物系木材保存剤を好適に採用できる。

この設置架台１０を建築物の屋上に施工する際には、先ず木材を乾燥してからプレイナー加工を施して要求断面寸法の角材を製作し、その後該角材を要求長さに切断したり、斜めに切断したり、ボルト穴を形成するなどの必要な加工を施して、設置架台１０を構成する木材を製作する。次に、木材を工場等で予め組み立てて、寸法調整などの必要な修正加工を行った後、分解して、分解した木材をタンク内に装填して、タンク内において木材に対して木材保存剤を加圧注入する。こうして防腐処理を施した木材を施工現場へ輸送して、施工現場にて本組み立てを行って、設置架台１０を設置することになる。このように施工することで、設置架台１０の耐用年数を極力長くすることができる。つまり、この設置架台１０では、木材保存剤を加圧注入した木材を用いているが、現場において木材を切断等すると、切り口から雨水等が侵入し易くなって腐敗し易くなるという問題がある。そこで、木材保存剤を木材に加圧注入する前に、工場等で予め組み立てて、問題なく組み立てることができることを検証してから、防腐処理を施すので、現場において切断等を行う必要がなく、木材の腐敗を効果的に防止できるので好ましい。

この設置架台１０によれば、これをビルなどの建築物の屋上などに設置して、設置架台１０の取付部１１に太陽電池パネル１５を取付け、太陽電池パネル１５で発電を行うことになるが、太陽電池パネル１５の設置により、屋上面に対する太陽光の照射面積が少なくなるので、その分建築物の温度上昇を抑制できる。しかも、設置架台１０を構成する取付部１１及び支持部１２を、鋼などの金属材料と比較して熱伝導率の小さい木材で構成しているので、太陽電池パネル１５の熱が設置架台１０を介して建物へ伝熱されることが抑制され、夏場における建物内の温度上昇を一層抑制して、空調費用を節減できる。更に、取付部１１や支持部１２を間伐材で構成しているので、森林資源を有効活用してなる、地球環境に優しい設置架台１０を実現できる。

また、取付部１１の下面側に木製の裏板３２を設け、太陽電池パネル１５と裏板３２間に遮熱空間３４を形成しているので、太陽電池パネル１５から建築物への輻射熱を裏板３２で遮断でき、しかも太陽電池パネル１５から建築物への伝熱を遮熱空間３４で遮断できるので、建築物の温度上昇を一層抑制することができる。更に、裏板３２により太陽電池パネル１５を吹き飛ばそうとする下側からの風の圧力を受け止めることができるので、風による太陽電池パネル１５の破損を効果的に防止できる。

更にまた、遮熱空間３４の上下両端部に外気導入用の通気口３５、３６を形成し、遮熱空間３４を上下の通気口３５、３６を連通する連通空間で構成しているので、遮熱空間３４に籠る熱を通気口３５、３６により排出でき、太陽電池パネル１５からの伝熱を遮熱空間３４で一層効果的に遮断できるとともに、太陽電池パネル１５の温度上昇を抑制して、温度上昇による発電効率の低下を防止できる。しかも、遮熱空間３４内の空気は太陽電池パネル１５からの伝熱により加熱されて、遮熱空間３４内には下側から上側への空気の流れが形成されるので、無風状態でも下側の通気口３６から遮熱空間３４内に外気を取り入れて、上側の通気口３６から外部へ外気を排出することができ、太陽電池パネル１５の温度上昇を効果的に抑制して、温度上昇による発電効率の低下を効果的に防止できるので好ましい。また、裏板３２の下端部を桁材３０の下端部よりもやや上側に配置し、遮熱空間３４の下側の通気口３６を太陽電池パネル１５の下方へ向けて開口しているので、日陰となる太陽電池パネル１５の下方の比較的温度の低い外気を遮熱空間３４へ導入することで、太陽電池パネル１５の温度上昇を抑制できる。

なお、遮熱空間３４の上側の通気口３５に遮熱空間３４内の空気を外部へ排出するベンチレータを設け、遮熱空間３４内の空気をベンチレータにより強制換気又は自然換気することで、遮熱空間３４内に熱が籠ることを防止して、太陽電池パネル１５の温度上昇による発電効率の低下を防止することも可能である。

ここで、設置架台の評価試験について説明する。
設置架台として、図１〜図４に示すように、裏板３２を有する木製の設置架台１０と、取付部及び支持部を木材に代えて鋼材で構成し、しかも裏板を有さない鋼製の設置架台とを用い、両設置架台に縦が７５０ｍｍ、横が１５００ｍｍの８枚の太陽電池パネル１５を取り付けた。

そして、平成２４年９月１０日１３時（外気温度３２℃）における、木製の設置架台に設置した太陽電池パネルの正面側（上面側）と、裏板の温度をサーモグラフィーでそれぞれ測定するとともに、鋼製の設置架台の太陽電池パネルの正面側（上面側）と裏面側（下面側）の温度をサーモグラフィーでそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。

表１から、裏板を有さない鋼製架台では、太陽電池パネルの裏面側の温度が５０℃近くまで高くなっているのに対して、木製架台では、裏板の温度が３５．７℃に抑制され、その分太陽電池パネルからの建築物への輻射熱が少なくなっていることが分かる。しかも、太陽電池パネルの正面側の温度は、鋼製架台では４０．３℃であるのに対して、木製架台では４２．６℃であり、鋼製架台と比較して多少高くなっているものの、大幅な温度上昇が発生していないことから、裏板を設けても太陽電池パネルの発電効率が殆ど低下しないことが分かる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲においてその構成を変更し得ることは勿論である。

１０ 設置架台 １１ 取付部
１２ 支持部 １３ 前部設置台
１４ 後部設置台 １５ 太陽電池パネル
１６ 補強枠 １７ 太陽電池パネル本体
２０ 前部土台 ２１ 後部土台
２２ 支持脚 ２３ 設置金具
２４ 支柱 ２５ 繋ぎ
２６ 筋違 ２７ 連結金具
３０ 桁材 ３１ 連結材
３２ 裏板 ３３ 固定金具
３４ 遮熱空間 ３５ 通気口
３６ 通気口 Ｂ１〜Ｂ９ ボルト

Claims (6)

1. 太陽電池パネルを取付け可能となした木製の取付部と、前記取付部を傾斜状に支持する木製の支持部とを備えた太陽電池パネルの設置架台。
2. 前記取付部の下面側に木製の裏板を設け、前記太陽電池パネルと裏板間に遮熱空間を形成した請求項１記載の太陽電池パネルの設置架台。
3. 前記取付部を、間隔をあけて平行配置した１対の角材で構成し、前記遮熱空間の上下両端部に外気導入用の通気口を形成し、前記遮熱空間を上下の通気口を連通する連通空間で構成した請求項２記載の太陽電池パネルの設置架台。
4. 前記遮熱空間の下側の通気口を太陽電池パネルの下方へ向けて開口させた請求項３記載の太陽電池パネルの設置架台。
5. 前記遮熱空間の上側の通気口に遮熱空間内の空気を外部へ排出するベンチレータを設けた請求項２〜４のいずれか１項記載の太陽電池パネルの設置架台。
6. 前記取付部及び支持部を構成する木材として、木材保存剤を加圧注入したものを用いた請求項１〜５のいずれか１項記載の太陽電池パネルの設置架台。
   

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