JP2024021678A - 太陽電池モジュールの支持ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍倉庫や冷蔵倉庫の屋根に太陽電池モジュールをより安価に載置しうる手段を提供する。
【解決手段】デッキプレート１と、該デッキプレート１を下方から支持するＨ鋼２とを有する屋根基体上に、断熱層４を有する冷凍・冷蔵倉庫の屋根に太陽電池モジュールを載置するための支持ユニットであって、断熱層４を貫通する鋼管３と、該鋼管３の上端に取り付けられる、太陽電池モジュールを取り付ける載置板８と、鋼管３の下端と、Ｈ鋼２の一方のフランジ２ａとの間に配置される、繊維強化樹脂発泡体からなる断熱ブロック９とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍・冷蔵倉庫の屋根上に太陽電池モジュールを取り付けるための支持ユニットに関する。

従来、屋根の上に太陽電池モジュールを載置する際には、支持金具を介して取り付ける方法が一般的であった。例えば、特許文献１には、太陽電池モジュールを主として金属材料からなる取付部でスレート屋根に取り付ける形態が開示されている。特許文献１の形態では、太陽電池モジュールが配置されていない領域で高温になった屋根から太陽電池モジュールへ熱が伝導し、太陽電池モジュールが高温になって効率が低下するのを抑制するために、太陽電池モジュールとスレート屋根との間に断熱材を配置している。

特開２０１２－１８２３２３号公報

特許文献１に開示された形態では、屋根から太陽電池モジュールへの熱伝導を抑制するために、太陽電池モジュールの背面に断熱材を配置しているが、太陽電池モジュールを取り付ける建物が冷凍倉庫や冷蔵倉庫の場合、支持金具を取り付ける屋根自体が低温であり、これが支持金具を介して太陽電池モジュールに伝わり、支持金具や太陽電池モジュールの温度が低下して結露するおそれがあった。

そのため、冷凍倉庫や冷蔵倉庫の屋根に太陽電池モジュールを載置する際には、支持金具の周囲に断熱層を配置して支持金具の結露を防止すると同時に、支持金具を上下方向に長さが長い形状とすることで、屋根と太陽電池モジュールとの温度差を支持金具で吸収し、太陽電池モジュールが低温にならないような手段が講じられていた。

しかしながら、倉庫の屋根を利用して多数の太陽電池モジュールを載置する上で、支持金具も多数必要となる。そのため、支持金具やその周囲の断熱層にかかる費用が嵩んでしまう。

本発明の課題は、冷凍倉庫や冷蔵倉庫の屋根に太陽電池モジュールをより安価に載置しうる手段を提供することにある。

本発明は、屋根基体と、前記屋根基体上に積層された断熱層と、を有する冷凍・冷蔵倉庫の屋根の上に太陽電池モジュールを載置するための支持ユニットであり、以下の第１～第３のいずれかの特徴を有している。

本発明の第１は、前記断熱層を貫通する上下に長尺の金属製の支持材と、前記支持材の下端と前記屋根基体との間に配置された繊維強化樹脂発泡体からなる断熱ブロックと、前記支持材の上端に取り付けられた金属製の載置板と、を有することを特徴とする。

本発明の第２は、前記断熱層を貫通し、下端が前記屋根基体に取り付けられた上下に長尺の金属製の支持材と、前記支持材の上端に配置された繊維強化樹脂発泡体からなる断熱ブロックと、前記断熱ブロック上に配置された金属製の載置板と、を有することを特徴とする。

本発明の第３は、前記断熱層を貫通し、下端が前記屋根基体に取り付けられた上下に長尺の金属製の支持材であって、上下に２以上に分割された支持材と、前記支持材の分割箇所において、上下の支持材の間に配置された繊維強化樹脂発泡体からなる断熱ブロックと、前記支持材の上端に配置された金属製の載置板と、を有することを特徴とする。

そして、本発明は、以下の構成を好ましい態様として含む。
前記屋根基体が、少なくともデッキプレートを備え、前記断熱層の下面と前記屋根基体の上面との間の空間において、前記支持材の下端の周囲に断熱材が配置されている。
前記支持材が鋼管であり、内部に断熱材が充填されている。
前記繊維強化樹脂発泡体が、ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームである。さらに、前記ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームが、ＪＩＳ Ｅ １２０３に規定される合成まくらぎである。
前記支持材の側面に断熱層が積層されている。さらに、前記屋根基体上に積層された断熱層上に防水層が積層され、前記防水層が、前記支持材の側面に積層された前記断熱層の表面に連続して積層されている。

本発明においては、太陽電池モジュールと屋根基体とを連結する支持材の上端、下端、途中、の少なくとも一箇所に特定の材料からなる断熱ブロックを配置することによって、太陽電池モジュールと屋根基体との間での熱伝導が大幅に抑制されるため、従来よりも支持材を短くすることができ、太陽電池モジュールの載置に係る費用を大幅に低減することができる。

本発明の支持ユニットの一実施形態を屋根に取り付けた状態の垂直方向の切断端面図である。 本発明の支持ユニットの一実施形態を屋根に取り付けた状態の垂直方向の切断端面図である。 図１，図２の切断端面図の切断部位を示す平面図である。 図１の断熱ブロック周辺の拡大図と、該拡大図を上方から見た平面図である。 本発明の支持ユニットの他の実施形態を屋根に取り付けた状態の垂直方向の切断端面図である。 本発明の支持ユニットの他の実施形態を屋根に取り付けた状態の垂直方向の切断端面図である。 従来の支持ユニットを屋根に取り付けた状態の垂直方向の切断端面図である。

本発明は、冷凍倉庫や冷蔵倉庫（以下、「冷凍・冷蔵倉庫」と記す）の屋根に太陽電池モジュールを載置するための支持ユニットであり、繊維強化樹脂発泡体からなる断熱ブロックを用いたことに特徴を有する。先ず、従来の支持ユニットの構成について説明する。

図７は、冷凍・冷蔵倉庫の屋根に太陽電池モジュールを取り付けるための従来の支持ユニットを取り付けた状態を模式的に示す図であり、垂直方向の切断端面図である。

図７の構成においては、屋根材としてのデッキプレート１と、屋根材を支持する梁材としてのＨ形鋼２とを、屋根基体として有しており、Ｈ形鋼２は、一方のフランジ２ａの上面でデッキプレート１を下方から支持している。デッキプレート１上には、デッキプレート１より下方の空間の温度を保持するための断熱層４が積層されている。断熱層４は所定の厚さとなるように、複数の断熱材４ａ～４ｄを積層して形成されている。

図７中の３は支持材としての鋼管であり、Ｈ形鋼２のフランジ２ａ上に長手方向が垂直方向に平行になるように配置され、断熱層４を貫通して下端がフランジ２ａの上面に溶接等で取り付けられている。鋼管３内には断熱材７が充填され、鋼管３の外周にも断熱材５ａ～５ｃが積層されて断熱層５が形成されている。さらに、デッキプレート１上の断熱層４と鋼管３外周の断熱層５の表面に連続して防水層６が積層され、鋼管３の上端には、太陽電池モジュールを取り付けるための載置板８が溶接等で取り付けられている。載置板には、太陽電池モジュールが直接、或いは必要に応じて下地材などの部材を介して間接的に取り付けられる。載置板８は、Ｈ形鋼２や鋼管３と同様の材料で形成される。図７中、鋼管３、断熱材７、載置板８が支持ユニットである。

図７の構成中、デッキプレート１、Ｈ形鋼２、鋼管３、載置板８は金属製である。そのため、太陽電池モジュールを載置するための支持ユニットを配置することで、載置板８上に載置される太陽電池モジュールと、デッキプレート１下の倉庫内空間との間に伝熱経路が形成され、倉庫内空間の温度が太陽電池モジュールに伝わるおそれがあった。そのため、従来は、デッキプレート１上の防水層６の表面から載置板８の表面までの距離をおよそ１．５ｍ程度と長く設定することで、鋼管３及び載置板８を介して倉庫内の温度が太陽電池モジュールに伝わり、結露するのを抑制していた。

本発明は、Ｈ形鋼２から載置板８までの間に断熱ブロックを配置したことに特徴を有し、該特徴以外の構成は基本的に図７の従来の構成と同様である。尚、本発明において、断熱ブロックを配置する位置としては、鋼管３の下端、上端、及び途中のいずれでもよい。以下にそれぞれについて詳細に説明する。

図１は、本発明の支持ユニットの一実施形態を冷凍・冷蔵倉庫の屋根に取り付けた状態を模式的に示す垂直方向の切断端面図であり、図２は、図１の紙面に直交する方向の切断端面図である。また、図３は、図１，図２の切断位置を示すための模式図であり、図１、図２の状態を上方から見た平面図である。図３中のＡ－Ａ’部位での切断端面図が図１，Ｂ－Ｂ’部位での切断端面図が図２である。図１は、水平方向の断面が正方形である鋼管３の該正方形の中心を含む切断端面図であり、図２は、該正方形の中心からずれた位置での切断端面図である。図３においては、図１，図２に記載された部材のうち、一部の部材のみを図示した。尚、図１～図３中、図７に記載された部材と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態において、支持材としての鋼管３の下端と梁材であるＨ形鋼２のフランジ２ａとの間に、断熱ブロック９が配置されており、係る断熱ブロック９が介在することで、Ｈ形鋼２と鋼管３との間で熱が伝わりにくくなり、鋼管３の長さを従来よりも半分程度に短くしても、従来と同程度に、太陽電池モジュールが低温になるのを抑制することができる。図４（ａ）は、図１の断熱ブロック９周辺の部分拡大図であり、主要な部材のみを図示する。また、図４（ｂ）は図４（ａ）で示される部位を上方から見た図であり、図４（ｂ）中のＣ－Ｃ’部位の切断端面図が図４（ａ）である。図４に示すように、鋼管３の下端に溶接等で取り付けられたフランジ３ａと、Ｈ形鋼２のフランジ２ａとで断熱ブロック９を挟持してボルト１１で固定することにより、断熱ブロック９及び鋼管３がＨ形鋼２に取り付けられる。ボルト１１は金属製であるため、鋼管３とＨ形鋼２との間での伝熱経路となるが、鋼管３とＨ形鋼２とが直接連結される形態に比べて、熱伝導効率は大幅に低くなる。

鋼管３の上端は載置板８によって塞がれており、鋼管３と載置板８とは溶接によって連結されるが、鋼管３の上端に溶接等によって下端のフランジ３ａと同様のフランジを取り付け、該フランジと載置板８とをボルト等で固定してもかまわない。

図５、図６は、本発明の支持ユニットの他の実施形態を冷凍・冷蔵倉庫の屋根に取り付けた状態を模式的に示す垂直方向の切断端面図であり、図中の符号は図１～図３と同様の部材を示す。

図５は断熱ブロック９を鋼管３の上端と載置板８との間に配置した例である。本実施形態においては、鋼管３の上端に溶接等でフランジ３ｂを取り付け、該フランジ３ｂと載置板８とで断熱ブロック９を挟持し、ボルト等でフランジ２ｂと断熱ブロック９と載置板８とを固定すればよい。また、鋼管３の下端は、Ｈ形鋼２のフランジ２ａに溶接等で固定すればよいが、鋼管３の下端に、図１の鋼管３の下端と同様のフランジ３ａを取り付け、該フランジ３ａとＨ形鋼２のフランジ２ａとをボルト等で固定しても構わない。

図６は断熱ブロック９を鋼管３の途中に介在させた例である。本実施形態では、鋼管３を上下に分割し、その分割箇所において、上下の鋼管２２，２１の間に断熱ブロック９を配置する。上方の鋼管２２の下端にフランジ２２ａを、下方の鋼管２１の上端にフランジ２１ａをそれぞれ溶接等で取り付け、断熱ブロック９を挟んで上下のフランジ２２ａ，２１ａをボルト等で固定すればよい。また、鋼管２２の上端と載置板８との連結、及び、鋼管２１の下端とＨ形鋼２のフランジ２ａとの連結は、溶接でも良いし、図１，図５に示したように、鋼管２２の上端、鋼管２１の下端にフランジを取り付け、該フランジと載置板８，フランジ２ａとをボルト等で固定しても良い。尚、分割箇所は２以上でも構わない。

本発明においては、断熱ブロック９は、図１，図５，図６に図示されたように、支持材の下端、上端、途中のいずれか一箇所に配置すればよいが、一箇所に配置した場合に、断熱ブロック９が十分な厚さを確保できない場合には、複数箇所に配置して全体として必要な厚さを確保しても構わない。

本発明において用いられる断熱ブロック９は、繊維強化樹脂発泡体からなる。繊維強化樹脂発泡体は、マトリックスとしての樹脂発泡体にフィラーとして繊維を混入することで強度を高めた材料である。樹脂発泡体の樹脂材料としては、不飽和ポリエステル、ポリビニルエステル、エポキシ樹脂、ポリフェノール、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂が挙げられ、繊維としては、炭素繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ボロン繊維などが挙げられる。中でも、ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームが好ましくも用いられる。ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームは、多数のガラス長繊維が硬質ポリウレタンフォーム中に平行に配置し、天然木材とプラスチックの特徴を併せ持ち、軽量で強度に富み、腐食しにくく、高い断熱性も備えている。

ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームとして、より具体的には、ＪＩＳ Ｅ １２０３に規定される合成まくらぎである。係る合成まくらぎを用いた場合に、断熱ブロック９の好ましい厚さは５０～１００ｍｍ程度である。断熱ブロック９が複数箇所に配置される場合には、全ての断熱ブロックの厚さの合計が上記範囲になるようにすればよい。
ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームは、ガラス長繊維の方向によって強度が異なるが、まくらぎとして使用される場合と同様に、ガラス長繊維が水平方向に平行になるように断熱ブロック９を配置すればよい。

上記した実施形態においては、支持ユニットの支持材として鋼管３，２１，２２を用いており、その内部には断熱材７が充填されていることが好ましい。断熱材７としては、注入施工が可能なポリウレタンフォームが好ましく用いられる。また、鋼管を用いる場合、水平方向断面は上記実施形態に例示した正方形に限らず、長方形や四角形以外の多角形、円形、楕円形であってもよい。また、支持材としては鋼管以外にも、Ｈ形鋼や山形鋼（アングル）、溝形鋼、平鋼などの長尺の部材であれば用いることができ、これらを複数組み合わせて用いても良い。

本発明においては、上記実施形態でも例示したように、支持材の側面には断熱層５を積層することで、支持材の結露や、支持材を介して外部の熱が倉庫内に伝わるのを抑制することができ、好ましい。Ｈ形鋼や溝形鋼では、一対のフランジと該フランジ間を連結するウエブとで形成される空間に断熱材を吹き付けて充填した上で、断熱層を積層しても良い。断熱層５としては、所定の厚さを得るために、図１、図２，図５，図６に例示するように、複数の断熱材５ａ～５ｃを積層して形成しても良い。また、種類の異なる複数の断熱材を積層しても構わない。例えば、断熱材４ａ～４ｃ、５ａ，５ｂをポリスチレンフォームとし、断熱材４ｄ、５ｃをポリウレタンフォームとしてもよい。尚、図１，図２，図５，図６では、断熱層４，５はいずれも断熱材を複数層積層しているが、本発明は係る構成に限定されるものではなく、所望の断熱性が得られるのであれば、単層であってもよく、また複数層積層する際の層数も限定されない。

本発明においてはさらに、断熱層４，５の表面に連続して、防水層６を設けることが好ましく、具体的には、アスファルト防水材が好ましく用いられる。また、その場合、防水層６に接する断熱材４ｄ、５ｃは、耐熱性を有する材料を用いるか、表面に耐熱性を有する材料からなる膜を設けておくことが好ましい。

図１～図６の実施形態においては、屋根基体としてデッキプレート１とＨ形鋼２とを用い、鋼管３又は断熱ブロック９はＨ形鋼２のフランジ２ａの上面に接するように、該領域ではデッキプレート１の端部同士を離して取り付けている。よって、図１，図５，図６に図示したように、鋼管３の下端の周囲には、デッキプレート１の上面と、断熱層４の下面との間に空間が生じるため、係る空間において、鋼管３や断熱ブロック９の周囲に断熱材１０を配置しても良い。断熱材１０としては、吹き付け施工が可能なポリウレタンフォームが好ましく用いられる。

図１～図６の実施形態においては、屋根材としてデッキプレート１を、梁材としてＨ形鋼２を有する屋根基体を示したが、本発明において屋根基体の構成はこれらに限定されない。屋根材は平坦なパネルを用いても良く、その場合、支持材や断熱ブロック９は、屋根材に取り付けても良い。また、梁材を用いない形態でも構わないが、太陽電池モジュールの重量を支持する上で、支持材は梁材上に配置することが好ましい。また、屋根材としては、デッキプレートなどの金属製の部材に限らず、コンクリートスラブなどの非金属製の部材であっても、本発明の効果が得られる。

１：デッキプレート、２：Ｈ形鋼、２ａ，２ｂ：フランジ、３：鋼管、３ａ，３ｂ：フランジ、４，５：断熱層、４ａ～４ｄ，５ａ～５ｃ：断熱材、６：防水層、７：断熱材、８：載置板、９：断熱ブロック、１０：断熱材、１１：ボルト、２１，２２：鋼管、２１ａ，２２ａ：フランジ

Claims (9)

1. 屋根基体と、前記屋根基体上に積層された断熱層と、を有する冷凍・冷蔵倉庫の屋根の上に太陽電池モジュールを載置するための支持ユニットであって、
   前記断熱層を貫通する上下に長尺の金属製の支持材と、
   前記支持材の下端と前記屋根基体との間に配置された繊維強化樹脂発泡体からなる断熱ブロックと、
   前記支持材の上端に取り付けられた金属製の載置板と、を有することを特徴とする太陽電池モジュールの支持ユニット。
2. 屋根基体と、前記屋根基体上に積層された断熱層と、を有する冷凍・冷蔵倉庫の屋根の上に太陽電池モジュールを載置するための支持ユニットであって、
   前記断熱層を貫通し、下端が前記屋根基体に取り付けられた上下に長尺の金属製の支持材と、
   前記支持材の上端に配置された繊維強化樹脂発泡体からなる断熱ブロックと、
   前記断熱ブロック上に配置された金属製の載置板と、を有することを特徴とする太陽電池モジュールの支持ユニット。
3. 屋根基体と、前記屋根基体上に積層された断熱層と、を有する冷凍・冷蔵倉庫の屋根の上に太陽電池モジュールを載置するための支持ユニットであって、
   前記断熱層を貫通し、下端が前記屋根基体に取り付けられた上下に長尺の金属製の支持材であって、上下に２以上に分割された支持材と、
   前記支持材の分割箇所において、上下の支持材の間に配置された繊維強化樹脂発泡体からなる断熱ブロックと、
   前記支持材の上端に配置された金属製の載置板と、を有することを特徴とする太陽電池モジュールの支持ユニット。
4. 前記屋根基体は、少なくともデッキプレートを備え、前記断熱層の下面と前記屋根基体の上面との間の空間において、前記支持材の下端の周囲に断熱材が配置され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太陽電池モジュールの支持ユニット。
5. 前記支持材が鋼管であり、内部に断熱材が充填され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太陽電池モジュールの支持ユニット。
6. 前記繊維強化樹脂発泡体が、ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームであ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太陽電池モジュールの支持ユニット。
7. 前記ガラス繊維強化硬質ポリウレタンフォームが、ＪＩＳ Ｅ １２０３に規定される合成まくらぎであることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュールの支持ユニット。
8. 前記支持材の側面に断熱層が積層され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太陽電池モジュールの支持ユニット。
9. 前記屋根基体上に積層された断熱層上に防水層が積層され、前記防水層が、前記支持材の側面に積層された前記断熱層の表面に連続して積層されていることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュールの支持ユニット。

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