JP4078399B2 - 太陽電池モジュールの設置構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋上における太陽電池モジュールの設置構造に関し、より詳しくは、屋上に敷設される断熱ブロックと組み合せて太陽電池モジュールを設置する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビルの屋上等、陸屋根形式の平らな屋根の屋上に太陽電池モジュールを設置する際、その建物が新築の場合は建物本体の設計施工段階から太陽電池モジュールの設置を考慮して専用の基礎材や固定支持手段が設けられるのが一般的である（例えば、非特許文献１参照。）。一方、当初太陽電池モジュールの設置が考慮されていなかった新築を含む既築の建物の場合には、太陽電池モジュールを設置する為に新たに屋根上面を改造して専用基礎を追加施工したり、或いは大掛かりな鋼製架台を設置する工事が必要となる。
【０００３】
すなわち、新築の建物に太陽電池モジュールを設置する場合は、設置用基礎の施工が建物の工期を長引かせ、ひいては太陽電池モジュール設置費用の増加要因となっている。また、既築建物に太陽電池モジュールを設置する場合も同様、屋上での基礎の追加施工や大掛かりな鋼製架台の設置工事は太陽電池設置費用の増加要因となっている。特に、既築建物屋上に設置用基礎を追加施工する場合は、屋根面の防水機能を損なわないように細心の注意を払う必要が生じる。
【０００４】
一方、日射の強い地方においては、ビルの屋上等の陸屋根形式の平らな屋根の屋上に複数の断熱ブロックを敷設し、日射による建物内部の温度上昇を緩和することが一般に行われている。この断熱ブロックは扁平や正方形形状を有し、平らな屋上にタイルのように敷き詰めて用いられ、従来、この断熱ブロックに太陽電池を直接組み込んだ一体型の太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、断熱ブロック毎に一体的に取付けられた小さな太陽電池の寄せ集めとなるため、受光面の面積効率が低く発電能力が制限されるとともに、当該太陽電池モジュールによる断熱効果は、概ね断熱ブロック単体相当であり、太陽電池を組み込んだことによる更なる断熱性向上効果は期待できないものであった。
【０００６】
また、各太陽電池の受光面は略水平であるため、表面に雨水が溜まりやすく汚れやすいといった問題があった。また、断熱ブロック毎に多数の太陽電池を繋ぎ合わせてシステムを構築することになるが、モジュール間の配線コスト、特に信頼性、防水性が要求される高価なコネクタ数が多くなり施行の手間とともにコスト上昇の要因となっていた。更に、これら配線は断熱ブロックの下側に収める必要があり、配線工事に非常に手間が掛かるといった問題もあった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−８５７２８号公報
【非特許文献１】
「太陽光発電導入ガイドブック」,新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）,平成１０年８月，ｐ１７５，１７８
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、屋上に太陽電池を設置する際、太陽電池を設置するための専用基礎の施工や屋根の大掛かりな改造工事を不要とし、既設の建物であってもその屋上に容易且つ低コストに十分な発電能力を有する太陽電池モジュールを設置可能とともに、太陽電池を設置することによる二重の断熱効果を発現せしめる太陽電池モジュールの設置構造を提供する点にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題解決のために、屋上に敷詰められる複数の断熱ブロックのうち、所定の断熱ブロックに太陽電池モジュールの架台を固定するための固定手段を設け、前記固定手段により断熱ブロックの上方位置に配置される前記架台に、複数の太陽電池モジュールを取付けてなる太陽電池モジュールの設置構造であって、前記架台が、前記断熱ブロック上に配置される複数の基礎架台と、これら基礎架台の上部に横架され、太陽電池モジュールを支持する複数の取付架台とよりなり、前記固定手段が、前記所定の断熱ブロックに埋設された上方に延びるアンカーボルト、或いは、前記所定の断熱ブロックの縦孔に下方より挿通し、ナットにより固定された上方に延びる取付ボルト、或いは、前記所定の断熱ブロックに埋設されたナットと上方より前記架台を貫通して前記ナットに螺合する固定ボルトとよりなり、前記所定の断熱ブロックを、前記基礎架台と取付架台の交叉部に位置する断熱ブロックとし、前記固定手段であるアンカーボルト、取付ボルト又は固定ボルトを、前記交叉部において上下の架台を貫通して連結固定してなることを特徴とする太陽電池モジュールの設置構造を構成する。
【００１０】
ここで、前記断熱ブロックを敷設する屋上面から太陽電池モジュール裏面までの高さを２０ｃｍ以上とし、且つ、前記屋上面から太陽電池モジュール表面までの高さを２００ｃｍ以下とすることが好ましい。
前記太陽電池モジュール裏面までの高さが２０ｃｍよりも低いと、断熱ブロックと太陽電池モジュールとの間に風が通りにくく、二重の断熱効果が得られにくく、前記太陽電池モジュール表面までの高さが２００ｃｍより高いと、耐震設計上、架台をより強固にする必要が生じるとともに設置工事時に高所作業となり特別な安全装置が必要となることからコスト増になり、場合によっては避雷針を改修したり増設する必要が生じる。
【００１３】
また、少なくとも前記所定の断熱ブロックに、上方に突出して前記架台を上面で支持する突出部を設けてなる設置構造が好ましい。
【００１４】
また、前記所定の断熱ブロックと架台との間に、樹脂製又はゴム製のスペーサ部材を介装してなる設置構造が好ましい。
【００１５】
また、前記断熱ブロックを敷設する屋上面に凹凸がある場合、当該凹部上に設置される断熱ブロックの下部に下駄材を設置し、前記複数の断熱ブロック上面が略平面となるようにした設置構造が好ましい。
【００１６】
また、前記架台が固定される所定の断熱ブロックとその周囲に隣接配置される他の断熱ブロックとを連結するための連結手段を設けた設置構造が好ましい。
【００１７】
前記連結手段は、具体的には、略矩形又は略正方形の前記所定の断熱ブロックの四隅において、それぞれ当該位置に集合した各断熱ブロックの隅部にボルト止めし、これら隅部を一体的に連結するプレート部材を設けてなるものが好ましい。
【００１８】
更に、前記所定の断熱ブロック又はこれと連結された周囲に隣接配置される他の断熱ブロックを、屋根本体に連繋するための連繋手段を設けてなる設置構造が好ましく、前記連繋手段は、金属製ワイヤーロープ又は針金からなるものが好ましい。ここに、前記屋根本体とは、断熱ブロックが敷設される屋上を含む屋根構造体及びその付設物をいい、手摺やパラペット等も含まれる。
【００１９】
また、前記断熱ブロックに、隣接する断熱ブロックと互いに嵌合或いは係合する嵌合部又は係合部を設けることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの設置状態を示す斜視図であり、図１〜１０は代表的実施形態を示し、図中符号１は太陽電池モジュール、２は架台、３は断熱ブロックをそれぞれ示している。
【００２２】
本発明の太陽電池モジュールの設置構造Ｓは、屋上に敷詰められる複数の断熱ブロック３、・・・のうち、所定の断熱ブロック３１、・・・にそれぞれ太陽電池モジュールの架台２を固定するための固定手段を設けておき、前記固定手段により断熱ブロック３の上方位置に配置された架台２に対し、複数の太陽電池モジュール１、・・・を取付けてなる構造であり、固定手段５を設けた所定の断熱ブロック３１、・・・と固定手段を設けない一般の断熱ブロック３０、・・・とを合わせて屋上に敷設し、前記所定の断熱ブロック３１、・・・にそれぞれ太陽電池モジュールの架台２を固定したものであるが、架台を固定するか否かにかかわらず、すべての断熱ブロック３に固定手段５を設けておくことも勿論可能である。
【００２３】
断熱ブロックは、一般にビルの屋上等の陸屋根形状の平らな屋根の屋上に、日射を遮ることにより建物内の温度上昇を抑制すべく敷設されるコンクリート製のブロックであり、本発明はこれら断熱ブロックを架台の支持手段として利用することにより、屋上面に対する専用基礎の施工や大掛かりな改造工事をすることなく容易且つ低コストに太陽電池モジュールを敷設可能としたものである。
【００２４】
尚、これら断熱ブロック３は、所定のものに固定手段を設けたこと以外は、基本的に従来と同様の断熱ブロックを用いることができ、裏面側に別途断熱シートを設けたもの等も勿論可能である。
また、本発明の設置構造は一般に前記断熱ブロックを敷設できる面であれば、陸屋根形式の屋上以外に傾斜している屋根の面上に設置することも可能である。
【００２５】
断熱ブロック３は、図４に示すように一般にフラットな上面を有しているが、少なくとも前記所定の断熱ブロック３１は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、脚部３２を有するブロック本体３３より上方に突出して前記架台２をその上面で支持する突出部３４を設けたものも好ましく、これにより架台２とともに太陽電池の受光面をより高く設定することができ、雨水の撥ね返り等により表面が汚れ、発電能力が低下するといった不都合も未然に回避される。
【００２６】
断熱ブロック３の形状は、隣り合うブロック同士が互いに密接可能なものであれば、図示した平面視略正方形状のもの以外に、例えば略矩形や略平行四辺形、略菱形、略三角形、波形等の形状とすることも可能である。
また、断熱ブロック３を敷設する屋上面に凹凸がある場合には、当該凹部上に設置される断熱ブロック３の下部に下駄材が設置され、敷設される複数の断熱ブロック３、・・・の上面が略平面となるように調整される。
【００２７】
固定手段５は、図３に示すように、所定の断熱ブロック３１より上方に延びる取付ボルト５０と、架台２を貫通した前記取付ボルト５０に螺合する取付ナット５１からなり、予め前記取付ボルト５０が取り付けられた断熱ブロック３１を敷設した後、前記取付ボルト５０を後述のスペーサ部材６及び架台２の各取付孔に貫通させ、上方から取付ナット５１で締め付けて固定されている。
【００２８】
取付ボルト５０は、図４（ａ）に示すように、断熱ブロック３１の縦孔３１ｂに下方より挿通され、ナット５２により予め当該縦孔３１ｂに固定されたものであり、例えば、図５（ｂ）の如く取付ボルト５０を成型時にインサートして一体化したり、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示す如く、アンカーボルト５３を埋設して固定したものも好ましく、これにより当該ボルトの取付コストが低減される。
【００２９】
また、固定手段５の他の例としては、図４（ｂ）に示すように、断熱ブロック３１に埋設した取付ナット５４と、上方より前記架台及びスペーサ部材を貫通して前記取付ナット５４に螺合する固定ボルト５５を用いたものも可能であり、当該断熱ブロック３１にボルトが突出せず、管理が容易となる点で好ましい実施例である。
尚、固定手段はボルトナットに何ら限定されず、その他の連結具も適宜採用できる。
【００３０】
架台２は、図６に示すように、前記断熱ブロック３上に配置される複数の基礎架台２０、・・・と、これら基礎架台２０の上部に横架され、太陽電池モジュール１を支持する複数の取付架台２１とよりなり、それぞれアルミニューム合金の押出し型材が用いられている。
【００３１】
基礎架台２０は、横断面略コ字形状の長尺な部材からなり、スペーサ部材６を介して断熱ブロック３上に所定間隔をおいて複数並行に配置されている。一方の支持架台２１は、太陽電池モジュール１の傾斜方向に沿った上側端部１０を支持する支持腕２２と下側端部１１を支持する支持腕２３がそれぞれ前後に立設された横断面略Ｌ字形状の長尺な部材からなり、前記基礎架台２０に対して直交する方向に同じく所定の間隔をおいて複数並行に配置され、前後隣接する太陽電池モジュール１、１の上側端部１０及び下側端部１１を図示しないビス等で固定して連結している。
本例では、当該支持架台２１の長手方向に沿って７枚の太陽電池モジュール１が左右に隣接配置され、当該列が４本の支持架台２１により前後に３列形成されているが、太陽電池モジュールの枚数は勿論屋上の広さや必要な発電量等に応じて適宜設定できる。
【００３２】
前記支持腕２２、２３の高さは、それぞれ略９０ｍｍ、１０ｍｍに設定されており、各太陽電池モジュール１は、ほぼ平置きに近い１〜１０度の傾斜角度に設置され、上端部側の影が隣接する太陽電池モジュールの受光面に差し込むことを少なくし、太陽電池モジュールの相互間隔を詰めることを可能としている。但し、本発明における太陽電池モジュールの設置角度が前記角度に特に限定されないことは言うまでもない。
支持腕２２には、通孔２４を通じて図示しない太陽電池モジュール１の出力ケーブルを引き出し保持する保持溝２５が形成されており、この保持溝２５の内部で他の太陽電池モジュールの出力ケーブルや屋内への引込みケーブルに接続される。
【００３３】
これら基礎架台２０と取付架台２１の交叉部２ａには、前記固定手段５を備えた所定の断熱ブロック３１が位置しており、前記断熱ブロック３１から上方に延びる取付ボルト５０が、樹脂製又はゴム製のスペーサ部材６を介して基礎架台２０及び取付架台２１に連通した取付孔に挿通され、貫通したボルト頭部に取付ナット５０を螺合して締め付けることにより、当該架台２が断熱ブロック３１に固定されると同時に上下の基礎架台２０及び取付架台２１が当該交叉部２ａにおいて互いに一体化されている。
【００３４】
前記スペーサ部材６は、コンクリート製の断熱ブロックとの接触による架台の腐食を未然に防止するための部材であり、耐候性の観点から樹脂製ではポリプロピレンからなるもの、ゴム製ではＥＰＤＭゴムからなるものが好ましい。
【００３５】
尚、図７に示すように、架台２のうち基礎架台２０のみ取付ボルト５０を貫通して取付ナット５１で固定し、基礎架台２０と取付架台２１との連結は別途ボルトナット５６で固定するものであっても良い。この場合、ボルトナットで連結される交叉部は固定手段５を有する所定の断熱ブロック３１の上に位置する必要はない。
【００３６】
また、架台２は他の構造のものや他の素材からなるものも採用でき、例えば、基礎架台２０を設けることなく取付架台２１のみ同じくスペーサ部材６を介して所定の断熱ブロック３１に取り付けたものや、アルミニウム合金以外の他の耐候性材料、例えば亜鉛めっき鋼板やポリ塩化ビニル被覆鋼板、ペンタイト鋼板等の金属又は合成樹脂等からなるものも勿論可能である。
【００３７】
また、太陽電池モジュール１の太陽電池は、その光電変換層が単結晶、多結晶、微結晶等の結晶系半導体層、又はアモルファスシリコン等のアモルファス半導体層、或いは化合物系半導体層からなるものが広く採用でき、本発明では特に限定されない。
【００３８】
架台２を固定した断熱ブロック３１とその周囲に隣接配置された他の断熱ブロック３０、・・・とは、連結手段７によって互いに連結されており、これら連結された断熱ブロック３０、・・・の自重によって太陽電池モジュールに作用する風荷重に対する抵抗力が増すこととなる。
【００３９】
連結手段７としては、図８に示すように、断熱ブロック３１の四隅において、それぞれ当該位置に集合された各断熱ブロックの隅部３１ａ、３０ａ、３０ａ、３０ａにボルト止めされ、これら隅部を連結するプレート部材７０が用いられており、より詳しくは、前記プレート部材７０としての方形の鋼製プレート四隅に通孔７１、・・・が設けられ、該通孔７１に挿通したアンカーボルト７２により当該プレート部材７０の四隅がそれぞれ対応する各断熱ブロックの隅部に固定されている。
尚、上記プレート部材７０以外の他の連結具を適宜用いて断熱ブロック３１とその周囲の断熱ブロック３０、・・・とをそれぞれ連結することも可能である。
【００４０】
また、これら連結手段７と併用して、或いは連結手段７を用いることなく同様の効果を奏する手段として、図９に示すように、各断熱ブロックに互いに係合する凹凸部８を設けたものも好ましい実施例である。
具体的には、架台２から風荷重を直接受けることとなる断熱ブロック３１の上面縁部に沿って切欠溝８０を設け、且つ隣接する他の断熱ブロック３０に前記切欠溝８０に対応する突条８１を突設し、これらを係合して隣接配置することにより、当該他の断熱ブロック３０の自重が前記凹凸部を介して断熱ブロック３１に作用し、当該ブロックの浮き上がりが防止されることとなる。
【００４１】
各断熱ブロック３には、隣接する断熱ブロックと互いに嵌合或いは係合する嵌合部又は係合部を設けたものが好ましく、例えば図１０に示すように、隣接する一方の脚部３２ａに、他方のブロック脚部３２ｂの底部を係入する係合凹部を突設したものが好ましい実施例である。
【００４２】
以上のように構成された太陽電池モジュールの設置構造体は、前記断熱ブロック３を敷設する屋上面から太陽電池モジュール裏面までの高さが２０ｃｍ以上に設定され、且つ、前記屋上面から太陽電池モジュール表面までの高さが２００ｃｍ以下に設定されている。
【００４３】
図１１は、前記所定の断熱ブロック３１又はこれと連結された周囲に隣接配置される他の断熱ブロック３０を屋根本体に連繋するための連繋手段９を設けた実施例であり、このような連繋手段９により太陽電池モジュールの架台２に直接又は間接的に連結された断熱ブロック３が屋上に確実に保持され、台風等によりこれら断熱ブロック３を含む太陽電池モジュールの構造体全体の自重を超える強い風荷重が仮に作用しても、吹き飛ばされないよう安全性が考慮されている。
【００４４】
これら連繋手段９は、好ましくは金属製ワイヤーロープ又は針金が用いられ、本例では、断熱ブロック３０に一端を固定したワイヤーロープ９０の他端側が屋上面に固定したアンカーボルト９１に繋着されている。尚、一端を断熱ブロック３ではなく架台２に固定し、当該架台２を直接屋根本体に連繋させることも好ましい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の太陽電池モジュールの設置構造によれば、屋上に敷詰められる複数の断熱ブロックのうち、所定の断熱ブロックに太陽電池モジュールの架台を固定するための固定手段を設け、前記固定手段により断熱ブロックの上方位置に配置される前記架台に、複数の太陽電池モジュールを取付けてなるので、屋上面に対する専用基礎の施工や大掛かりな改造工事をすることなく、屋上面に敷設される前記断熱ブロックを利用して架台を固定でき、容易且つ低コストに太陽電池モジュールを敷設できる。
【００４６】
また、前記断熱ブロックを敷設する屋上面から太陽電池モジュール裏面までの高さを２０ｃｍ以上とし、且つ、前記屋上面から太陽電池モジュール表面までの高さを２００ｃｍ以下としたので、コストを抑えつつ断熱ブロックと太陽電池モジュールの間に風を通す隙間が確保され、断熱ブロックの上方に太陽電池モジュールを設置することによる二重の断熱効果が十分に期待できる。
【００４７】
また、本発明の設置構造によれば、架台に取付けた太陽電池モジュールが断熱ブロックの上部を覆い、断熱ブロックへの日射を遮る作用を有するため、日射による建物内部の温度上昇を緩和するという断熱ブロック本来の効果をより高めることができる。
【００４８】
また、前記架台が、前記断熱ブロック上に配置される複数の基礎架台と、これら基礎架台の上部に横架され、太陽電池モジュールを支持する複数の取付架台とよりなり、前記所定の断熱ブロックを前記基礎架台と取付架台の交叉部に位置する断熱ブロックとし、前記固定手段によりこれら上下の架台を連結してなるので、前記固定手段により当該架台を効率良く構成できる。
【００４９】
また、少なくとも前記所定の断熱ブロックに、上方に突出して前記架台を上面で支持する突出部を設けてなるので、太陽電池の受光面をより高く設定でき、雨水の撥ね返り等による表面の汚れ、及びそれによる発電能力の低下を防止できる。
【００５０】
また、前記架台が固定される所定の断熱ブロックとその周囲に隣接配置される他の断熱ブロックとを連結するための連結手段を設けたので、前記所定の断熱ブロックとともにこれに連結された他の断熱ブロックの自重が太陽電池モジュールに作用する風荷重に対する抵抗力となり、当該太陽電池モジュールの設置構造体を屋上面に安定保持させることができる。
【００５１】
また、前記所定の断熱ブロック又はこれと連結された周囲に隣接配置される他の断熱ブロックを屋根本体に連繋するための連繋手段を設けたので、台風等により断熱ブロックを含む太陽電池モジュールの構造体全体の自重を超える強い風荷重が仮に作用しても、当該構造体を屋上に確実に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的実施形態に係る太陽電池モジュールの設置構造を示す説明図。
【図２】同じく太陽電池モジュールの設置構造を示す断面図。
【図３】固定手段により断熱ブロックに架台を固定する構造を示す部分断面図。
【図４】（ａ）は、固定手段を設けた断熱ブロックを示す断面図。
（ｂ）は、同じく固定手段を設けた断熱ブロックの他の例を示す断面図。
（ｃ）は、同じく固定手段を設けた断熱ブロックの更に他の例を示す断面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、突出部を有して各種固定手段を設けた断熱ブロックを示す断面図。
【図６】断熱ブロックに固定した架台に太陽電池モジュールを取付ける様子を示す説明図。
【図７】基礎架台と取付架台の組み付け構造に関する変形例を示す部分断面図。
【図８】断熱ブロックを連結するための連結手段を示す説明図。
【図９】各断熱ブロックに互いに係合する凹凸部を設けた例を示す部分断面図。
【図１０】各断熱ブロックの脚部に係合凹部を突設した例を示す部分断面図。
【図１１】架台を固定する断熱ブロック又はこれと連結した断熱ブロックを屋根本体に連繋するための連繋手段を示す説明図。
【符号の説明】
Ｓ 設置構造
１ 太陽電池モジュール
２ 架台
２ａ 交叉部
３ 断熱ブロック
５ 固定手段
６ スペーサ部材
７ 連結手段
８ 凹凸部
９ 連繋手段
１０、１１ 端部
２０ 基礎架台
２１ 取付架台
２２、２３ 支持腕
２４ 通孔
２５ 保持溝
３０ 断熱ブロック
３０ａ 隅部
３１ 断熱ブロック
３１ａ 隅部
３１ｂ 縦孔
３２ 脚部
３３ ブロック本体
３４ 突出部
３５ 係合凹部
５０ 取付ボルト
５１ 取付ナット
５２ ナット
５３ アンカーボルト
５４ 取付ナット
５５ 固定ボルト
５６ ボルトナット
７０ プレート部材
７１ 通孔
７２ アンカーボルト
８０ 切欠溝
８１ 突条
９０ ワイヤーロープ
９１ アンカーボルト
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋上における太陽電池モジュールの設置構造に関し、より詳しくは、屋上に敷設される断熱ブロックと組み合せて太陽電池モジュールを設置する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビルの屋上等、陸屋根形式の平らな屋根の屋上に太陽電池モジュールを設置する際、その建物が新築の場合は建物本体の設計施工段階から太陽電池モジュールの設置を考慮して専用の基礎材や固定支持手段が設けられるのが一般的である（例えば、非特許文献１参照。）。一方、当初太陽電池モジュールの設置が考慮されていなかった新築を含む既築の建物の場合には、太陽電池モジュールを設置する為に新たに屋根上面を改造して専用基礎を追加施工したり、或いは大掛かりな鋼製架台を設置する工事が必要となる。
【０００３】
すなわち、新築の建物に太陽電池モジュールを設置する場合は、設置用基礎の施工が建物の工期を長引かせ、ひいては太陽電池モジュール設置費用の増加要因となっている。また、既築建物に太陽電池モジュールを設置する場合も同様、屋上での基礎の追加施工や大掛かりな鋼製架台の設置工事は太陽電池設置費用の増加要因となっている。特に、既築建物屋上に設置用基礎を追加施工する場合は、屋根面の防水機能を損なわないように細心の注意を払う必要が生じる。
【０００４】
一方、日射の強い地方においては、ビルの屋上等の陸屋根形式の平らな屋根の屋上に複数の断熱ブロックを敷設し、日射による建物内部の温度上昇を緩和することが一般に行われている。この断熱ブロックは扁平や正方形形状を有し、平らな屋上にタイルのように敷き詰めて用いられ、従来、この断熱ブロックに太陽電池を直接組み込んだ一体型の太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、断熱ブロック毎に一体的に取付けられた小さな太陽電池の寄せ集めとなるため、受光面の面積効率が低く発電能力が制限されるとともに、当該太陽電池モジュールによる断熱効果は、概ね断熱ブロック単体相当であり、太陽電池を組み込んだことによる更なる断熱性向上効果は期待できないものであった。
【０００６】
また、各太陽電池の受光面は略水平であるため、表面に雨水が溜まりやすく汚れやすいといった問題があった。また、断熱ブロック毎に多数の太陽電池を繋ぎ合わせてシステムを構築することになるが、モジュール間の配線コスト、特に信頼性、防水性が要求される高価なコネクタ数が多くなり施行の手間とともにコスト上昇の要因となっていた。更に、これら配線は断熱ブロックの下側に収める必要があり、配線工事に非常に手間が掛かるといった問題もあった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−８５７２８号公報
【非特許文献１】
「太陽光発電導入ガイドブック」,新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）,平成１０年８月，ｐ１７５，１７８
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、屋上に太陽電池を設置する際、太陽電池を設置するための専用基礎の施工や屋根の大掛かりな改造工事を不要とし、既設の建物であってもその屋上に容易且つ低コストに十分な発電能力を有する太陽電池モジュールを設置可能とともに、太陽電池を設置することによる二重の断熱効果を発現せしめる太陽電池モジュールの設置構造を提供する点にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題解決のために、屋上に敷詰められる複数の断熱ブロックのうち、所定の断熱ブロックに太陽電池モジュールの架台を固定するための固定手段を設け、前記固定手段により断熱ブロックの上方位置に配置される前記架台に、複数の太陽電池モジュールを取付けてなる太陽電池モジュールの設置構造であって、前記架台が、前記断熱ブロック上に配置される複数の基礎架台と、これら基礎架台の上部に横架され、太陽電池モジュールを支持する複数の取付架台とよりなり、前記固定手段が、前記所定の断熱ブロックに埋設された上方に延びるアンカーボルト、或いは、前記所定の断熱ブロックの縦孔に下方より挿通し、ナットにより固定された上方に延びる取付ボルト、或いは、前記所定の断熱ブロックに埋設されたナットと上方より前記架台を貫通して前記ナットに螺合する固定ボルトとよりなり、前記所定の断熱ブロックを、前記基礎架台と取付架台の交叉部に位置する断熱ブロックとし、前記固定手段であるアンカーボルト、取付ボルト又は固定ボルトを、前記交叉部において上下の架台を貫通して連結固定してなることを特徴とする太陽電池モジュールの設置構造を構成する。
【００１０】
ここで、前記断熱ブロックを敷設する屋上面から太陽電池モジュール裏面までの高さを２０ｃｍ以上とし、且つ、前記屋上面から太陽電池モジュール表面までの高さを２００ｃｍ以下とすることが好ましい。
前記太陽電池モジュール裏面までの高さが２０ｃｍよりも低いと、断熱ブロックと太陽電池モジュールとの間に風が通りにくく、二重の断熱効果が得られにくく、前記太陽電池モジュール表面までの高さが２００ｃｍより高いと、耐震設計上、架台をより強固にする必要が生じるとともに設置工事時に高所作業となり特別な安全装置が必要となることからコスト増になり、場合によっては避雷針を改修したり増設する必要が生じる。
【００１３】
また、少なくとも前記所定の断熱ブロックに、上方に突出して前記架台を上面で支持する突出部を設けてなる設置構造が好ましい。
【００１４】
また、前記所定の断熱ブロックと架台との間に、樹脂製又はゴム製のスペーサ部材を介装してなる設置構造が好ましい。
【００１５】
また、前記断熱ブロックを敷設する屋上面に凹凸がある場合、当該凹部上に設置される断熱ブロックの下部に下駄材を設置し、前記複数の断熱ブロック上面が略平面となるようにした設置構造が好ましい。
【００１６】
また、前記架台が固定される所定の断熱ブロックとその周囲に隣接配置される他の断熱ブロックとを連結するための連結手段を設けた設置構造が好ましい。
【００１７】
前記連結手段は、具体的には、略矩形又は略正方形の前記所定の断熱ブロックの四隅において、それぞれ当該位置に集合した各断熱ブロックの隅部にボルト止めし、これら隅部を一体的に連結するプレート部材を設けてなるものが好ましい。
【００１８】
更に、前記所定の断熱ブロック又はこれと連結された周囲に隣接配置される他の断熱ブロックを、屋根本体に連繋するための連繋手段を設けてなる設置構造が好ましく、前記連繋手段は、金属製ワイヤーロープ又は針金からなるものが好ましい。ここに、前記屋根本体とは、断熱ブロックが敷設される屋上を含む屋根構造体及びその付設物をいい、手摺やパラペット等も含まれる。
【００１９】
また、前記断熱ブロックに、隣接する断熱ブロックと互いに嵌合或いは係合する嵌合部又は係合部を設けることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの設置状態を示す斜視図であり、図１〜１０は代表的実施形態を示し、図中符号１は太陽電池モジュール、２は架台、３は断熱ブロックをそれぞれ示している。
【００２２】
本発明の太陽電池モジュールの設置構造Ｓは、屋上に敷詰められる複数の断熱ブロック３、・・・のうち、所定の断熱ブロック３１、・・・にそれぞれ太陽電池モジュールの架台２を固定するための固定手段を設けておき、前記固定手段により断熱ブロック３の上方位置に配置された架台２に対し、複数の太陽電池モジュール１、・・・を取付けてなる構造であり、固定手段５を設けた所定の断熱ブロック３１、・・・と固定手段を設けない一般の断熱ブロック３０、・・・とを合わせて屋上に敷設し、前記所定の断熱ブロック３１、・・・にそれぞれ太陽電池モジュールの架台２を固定したものであるが、架台を固定するか否かにかかわらず、すべての断熱ブロック３に固定手段５を設けておくことも勿論可能である。
【００２３】
断熱ブロックは、一般にビルの屋上等の陸屋根形状の平らな屋根の屋上に、日射を遮ることにより建物内の温度上昇を抑制すべく敷設されるコンクリート製のブロックであり、本発明はこれら断熱ブロックを架台の支持手段として利用することにより、屋上面に対する専用基礎の施工や大掛かりな改造工事をすることなく容易且つ低コストに太陽電池モジュールを敷設可能としたものである。
【００２４】
尚、これら断熱ブロック３は、所定のものに固定手段を設けたこと以外は、基本的に従来と同様の断熱ブロックを用いることができ、裏面側に別途断熱シートを設けたもの等も勿論可能である。
また、本発明の設置構造は一般に前記断熱ブロックを敷設できる面であれば、陸屋根形式の屋上以外に傾斜している屋根の面上に設置することも可能である。
【００２５】
断熱ブロック３は、図４に示すように一般にフラットな上面を有しているが、少なくとも前記所定の断熱ブロック３１は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、脚部３２を有するブロック本体３３より上方に突出して前記架台２をその上面で支持する突出部３４を設けたものも好ましく、これにより架台２とともに太陽電池の受光面をより高く設定することができ、雨水の撥ね返り等により表面が汚れ、発電能力が低下するといった不都合も未然に回避される。
【００２６】
断熱ブロック３の形状は、隣り合うブロック同士が互いに密接可能なものであれば、図示した平面視略正方形状のもの以外に、例えば略矩形や略平行四辺形、略菱形、略三角形、波形等の形状とすることも可能である。
また、断熱ブロック３を敷設する屋上面に凹凸がある場合には、当該凹部上に設置される断熱ブロック３の下部に下駄材が設置され、敷設される複数の断熱ブロック３、・・・の上面が略平面となるように調整される。
【００２７】
固定手段５は、図３に示すように、所定の断熱ブロック３１より上方に延びる取付ボルト５０と、架台２を貫通した前記取付ボルト５０に螺合する取付ナット５１からなり、予め前記取付ボルト５０が取り付けられた断熱ブロック３１を敷設した後、前記取付ボルト５０を後述のスペーサ部材６及び架台２の各取付孔に貫通させ、上方から取付ナット５１で締め付けて固定されている。
【００２８】
取付ボルト５０は、図４（ａ）に示すように、断熱ブロック３１の縦孔３１ｂに下方より挿通され、ナット５２により予め当該縦孔３１ｂに固定されたものであり、例えば、図５（ｂ）の如く取付ボルト５０を成型時にインサートして一体化したり、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示す如く、アンカーボルト５３を埋設して固定したものも好ましく、これにより当該ボルトの取付コストが低減される。
【００２９】
また、固定手段５の他の例としては、図４（ｂ）に示すように、断熱ブロック３１に埋設した取付ナット５４と、上方より前記架台及びスペーサ部材を貫通して前記取付ナット５４に螺合する固定ボルト５５を用いたものも可能であり、当該断熱ブロック３１にボルトが突出せず、管理が容易となる点で好ましい実施例である。
尚、固定手段はボルトナットに何ら限定されず、その他の連結具も適宜採用できる。
【００３０】
架台２は、図６に示すように、前記断熱ブロック３上に配置される複数の基礎架台２０、・・・と、これら基礎架台２０の上部に横架され、太陽電池モジュール１を支持する複数の取付架台２１とよりなり、それぞれアルミニューム合金の押出し型材が用いられている。
【００３１】
基礎架台２０は、横断面略コ字形状の長尺な部材からなり、スペーサ部材６を介して断熱ブロック３上に所定間隔をおいて複数並行に配置されている。一方の支持架台２１は、太陽電池モジュール１の傾斜方向に沿った上側端部１０を支持する支持腕２２と下側端部１１を支持する支持腕２３がそれぞれ前後に立設された横断面略Ｌ字形状の長尺な部材からなり、前記基礎架台２０に対して直交する方向に同じく所定の間隔をおいて複数並行に配置され、前後隣接する太陽電池モジュール１、１の上側端部１０及び下側端部１１を図示しないビス等で固定して連結している。
本例では、当該支持架台２１の長手方向に沿って７枚の太陽電池モジュール１が左右に隣接配置され、当該列が４本の支持架台２１により前後に３列形成されているが、太陽電池モジュールの枚数は勿論屋上の広さや必要な発電量等に応じて適宜設定できる。
【００３２】
前記支持腕２２、２３の高さは、それぞれ略９０ｍｍ、１０ｍｍに設定されており、各太陽電池モジュール１は、ほぼ平置きに近い１〜１０度の傾斜角度に設置され、上端部側の影が隣接する太陽電池モジュールの受光面に差し込むことを少なくし、太陽電池モジュールの相互間隔を詰めることを可能としている。但し、本発明における太陽電池モジュールの設置角度が前記角度に特に限定されないことは言うまでもない。
支持腕２２には、通孔２４を通じて図示しない太陽電池モジュール１の出力ケーブルを引き出し保持する保持溝２５が形成されており、この保持溝２５の内部で他の太陽電池モジュールの出力ケーブルや屋内への引込みケーブルに接続される。
【００３３】
これら基礎架台２０と取付架台２１の交叉部２ａには、前記固定手段５を備えた所定の断熱ブロック３１が位置しており、前記断熱ブロック３１から上方に延びる取付ボルト５０が、樹脂製又はゴム製のスペーサ部材６を介して基礎架台２０及び取付架台２１に連通した取付孔に挿通され、貫通したボルト頭部に取付ナット５０を螺合して締め付けることにより、当該架台２が断熱ブロック３１に固定されると同時に上下の基礎架台２０及び取付架台２１が当該交叉部２ａにおいて互いに一体化されている。
【００３４】
前記スペーサ部材６は、コンクリート製の断熱ブロックとの接触による架台の腐食を未然に防止するための部材であり、耐候性の観点から樹脂製ではポリプロピレンからなるもの、ゴム製ではＥＰＤＭゴムからなるものが好ましい。
【００３５】
尚、図７に示すように、架台２のうち基礎架台２０のみ取付ボルト５０を貫通して取付ナット５１で固定し、基礎架台２０と取付架台２１との連結は別途ボルトナット５６で固定するものであっても良い。この場合、ボルトナットで連結される交叉部は固定手段５を有する所定の断熱ブロック３１の上に位置する必要はない。
【００３６】
また、架台２は他の構造のものや他の素材からなるものも採用でき、例えば、基礎架台２０を設けることなく取付架台２１のみ同じくスペーサ部材６を介して所定の断熱ブロック３１に取り付けたものや、アルミニウム合金以外の他の耐候性材料、例えば亜鉛めっき鋼板やポリ塩化ビニル被覆鋼板、ペンタイト鋼板等の金属又は合成樹脂等からなるものも勿論可能である。
【００３７】
また、太陽電池モジュール１の太陽電池は、その光電変換層が単結晶、多結晶、微結晶等の結晶系半導体層、又はアモルファスシリコン等のアモルファス半導体層、或いは化合物系半導体層からなるものが広く採用でき、本発明では特に限定されない。
【００３８】
架台２を固定した断熱ブロック３１とその周囲に隣接配置された他の断熱ブロック３０、・・・とは、連結手段７によって互いに連結されており、これら連結された断熱ブロック３０、・・・の自重によって太陽電池モジュールに作用する風荷重に対する抵抗力が増すこととなる。
【００３９】
連結手段７としては、図８に示すように、断熱ブロック３１の四隅において、それぞれ当該位置に集合された各断熱ブロックの隅部３１ａ、３０ａ、３０ａ、３０ａにボルト止めされ、これら隅部を連結するプレート部材７０が用いられており、より詳しくは、前記プレート部材７０としての方形の鋼製プレート四隅に通孔７１、・・・が設けられ、該通孔７１に挿通したアンカーボルト７２により当該プレート部材７０の四隅がそれぞれ対応する各断熱ブロックの隅部に固定されている。
尚、上記プレート部材７０以外の他の連結具を適宜用いて断熱ブロック３１とその周囲の断熱ブロック３０、・・・とをそれぞれ連結することも可能である。
【００４０】
また、これら連結手段７と併用して、或いは連結手段７を用いることなく同様の効果を奏する手段として、図９に示すように、各断熱ブロックに互いに係合する凹凸部８を設けたものも好ましい実施例である。
具体的には、架台２から風荷重を直接受けることとなる断熱ブロック３１の上面縁部に沿って切欠溝８０を設け、且つ隣接する他の断熱ブロック３０に前記切欠溝８０に対応する突条８１を突設し、これらを係合して隣接配置することにより、当該他の断熱ブロック３０の自重が前記凹凸部を介して断熱ブロック３１に作用し、当該ブロックの浮き上がりが防止されることとなる。
【００４１】
各断熱ブロック３には、隣接する断熱ブロックと互いに嵌合或いは係合する嵌合部又は係合部を設けたものが好ましく、例えば図１０に示すように、隣接する一方の脚部３２ａに、他方のブロック脚部３２ｂの底部を係入する係合凹部を突設したものが好ましい実施例である。
【００４２】
以上のように構成された太陽電池モジュールの設置構造体は、前記断熱ブロック３を敷設する屋上面から太陽電池モジュール裏面までの高さが２０ｃｍ以上に設定され、且つ、前記屋上面から太陽電池モジュール表面までの高さが２００ｃｍ以下に設定されている。
【００４３】
図１１は、前記所定の断熱ブロック３１又はこれと連結された周囲に隣接配置される他の断熱ブロック３０を屋根本体に連繋するための連繋手段９を設けた実施例であり、このような連繋手段９により太陽電池モジュールの架台２に直接又は間接的に連結された断熱ブロック３が屋上に確実に保持され、台風等によりこれら断熱ブロック３を含む太陽電池モジュールの構造体全体の自重を超える強い風荷重が仮に作用しても、吹き飛ばされないよう安全性が考慮されている。
【００４４】
これら連繋手段９は、好ましくは金属製ワイヤーロープ又は針金が用いられ、本例では、断熱ブロック３０に一端を固定したワイヤーロープ９０の他端側が屋上面に固定したアンカーボルト９１に繋着されている。尚、一端を断熱ブロック３ではなく架台２に固定し、当該架台２を直接屋根本体に連繋させることも好ましい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の太陽電池モジュールの設置構造によれば、屋上に敷詰められる複数の断熱ブロックのうち、所定の断熱ブロックに太陽電池モジュールの架台を固定するための固定手段を設け、前記固定手段により断熱ブロックの上方位置に配置される前記架台に、複数の太陽電池モジュールを取付けてなるので、屋上面に対する専用基礎の施工や大掛かりな改造工事をすることなく、屋上面に敷設される前記断熱ブロックを利用して架台を固定でき、容易且つ低コストに太陽電池モジュールを敷設できる。
【００４６】
また、前記断熱ブロックを敷設する屋上面から太陽電池モジュール裏面までの高さを２０ｃｍ以上とし、且つ、前記屋上面から太陽電池モジュール表面までの高さを２００ｃｍ以下としたので、コストを抑えつつ断熱ブロックと太陽電池モジュールの間に風を通す隙間が確保され、断熱ブロックの上方に太陽電池モジュールを設置することによる二重の断熱効果が十分に期待できる。
【００４７】
また、本発明の設置構造によれば、架台に取付けた太陽電池モジュールが断熱ブロックの上部を覆い、断熱ブロックへの日射を遮る作用を有するため、日射による建物内部の温度上昇を緩和するという断熱ブロック本来の効果をより高めることができる。
【００４８】
また、前記架台が、前記断熱ブロック上に配置される複数の基礎架台と、これら基礎架台の上部に横架され、太陽電池モジュールを支持する複数の取付架台とよりなり、前記所定の断熱ブロックを前記基礎架台と取付架台の交叉部に位置する断熱ブロックとし、前記固定手段によりこれら上下の架台を連結してなるので、前記固定手段により当該架台を効率良く構成できる。
【００４９】
また、少なくとも前記所定の断熱ブロックに、上方に突出して前記架台を上面で支持する突出部を設けてなるので、太陽電池の受光面をより高く設定でき、雨水の撥ね返り等による表面の汚れ、及びそれによる発電能力の低下を防止できる。
【００５０】
また、前記架台が固定される所定の断熱ブロックとその周囲に隣接配置される他の断熱ブロックとを連結するための連結手段を設けたので、前記所定の断熱ブロックとともにこれに連結された他の断熱ブロックの自重が太陽電池モジュールに作用する風荷重に対する抵抗力となり、当該太陽電池モジュールの設置構造体を屋上面に安定保持させることができる。
【００５１】
また、前記所定の断熱ブロック又はこれと連結された周囲に隣接配置される他の断熱ブロックを屋根本体に連繋するための連繋手段を設けたので、台風等により断熱ブロックを含む太陽電池モジュールの構造体全体の自重を超える強い風荷重が仮に作用しても、当該構造体を屋上に確実に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的実施形態に係る太陽電池モジュールの設置構造を示す説明図。
【図２】同じく太陽電池モジュールの設置構造を示す断面図。
【図３】固定手段により断熱ブロックに架台を固定する構造を示す部分断面図。
【図４】（ａ）は、固定手段を設けた断熱ブロックを示す断面図。
（ｂ）は、同じく固定手段を設けた断熱ブロックの他の例を示す断面図。
（ｃ）は、同じく固定手段を設けた断熱ブロックの更に他の例を示す断面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、突出部を有して各種固定手段を設けた断熱ブロックを示す断面図。
【図６】断熱ブロックに固定した架台に太陽電池モジュールを取付ける様子を示す説明図。
【図７】基礎架台と取付架台の組み付け構造に関する変形例を示す部分断面図。
【図８】断熱ブロックを連結するための連結手段を示す説明図。
【図９】各断熱ブロックに互いに係合する凹凸部を設けた例を示す部分断面図。
【図１０】各断熱ブロックの脚部に係合凹部を突設した例を示す部分断面図。
【図１１】架台を固定する断熱ブロック又はこれと連結した断熱ブロックを屋根本体に連繋するための連繋手段を示す説明図。
【符号の説明】
Ｓ 設置構造
１ 太陽電池モジュール
２ 架台
２ａ 交叉部
３ 断熱ブロック
５ 固定手段
６ スペーサ部材
７ 連結手段
８ 凹凸部
９ 連繋手段
１０、１１ 端部
２０ 基礎架台
２１ 取付架台
２２、２３ 支持腕
２４ 通孔
２５ 保持溝
３０ 断熱ブロック
３０ａ 隅部
３１ 断熱ブロック
３１ａ 隅部
３１ｂ 縦孔
３２ 脚部
３３ ブロック本体
３４ 突出部
３５ 係合凹部
５０ 取付ボルト
５１ 取付ナット
５２ ナット
５３ アンカーボルト
５４ 取付ナット
５５ 固定ボルト
５６ ボルトナット
７０ プレート部材
７１ 通孔
７２ アンカーボルト
８０ 切欠溝
８１ 突条
９０ ワイヤーロープ
９１ アンカーボルト
Claims (10)
- 屋上に敷詰められる複数の断熱ブロックのうち、所定の断熱ブロックに太陽電池モジュールの架台を固定するための固定手段を設け、前記固定手段により断熱ブロックの上方位置に配置される前記架台に、複数の太陽電池モジュールを取付けてなる太陽電池モジュールの設置構造であって、
前記架台が、前記断熱ブロック上に配置される複数の基礎架台と、これら基礎架台の上部に横架され、太陽電池モジュールを支持する複数の取付架台とよりなり、
前記固定手段が、前記所定の断熱ブロックに埋設された上方に延びるアンカーボルト、或いは、前記所定の断熱ブロックの縦孔に下方より挿通し、ナットにより固定された上方に延びる取付ボルト、或いは、前記所定の断熱ブロックに埋設されたナットと上方より前記架台を貫通して前記ナットに螺合する固定ボルトとよりなり、
前記所定の断熱ブロックを、前記基礎架台と取付架台の交叉部に位置する断熱ブロックとし、
前記固定手段であるアンカーボルト、取付ボルト又は固定ボルトを、前記交叉部において上下の架台を貫通して連結固定してなることを特徴とする太陽電池モジュールの設置構造。 - 前記断熱ブロックを敷設する屋上面から太陽電池モジュール裏面までの高さを２０ｃｍ以上とし、且つ、前記屋上面から太陽電池モジュール表面までの高さを２００ｃｍ以下とした請求項１記載の太陽電池モジュールの設置構造。
- 少なくとも前記所定の断熱ブロックに、上方に突出して前記架台を上面で支持する突出部を設けてなる請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの設置構造。
- 前記断熱ブロックを敷設する屋上面に凹凸がある場合、当該凹部上に設置される断熱ブロックの下部に下駄材を設置し、前記複数の断熱ブロック上面が略平面となるようにした請求項１〜３の何れか１項に記載の太陽電池モジュールの設置構造。
- 前記所定の断熱ブロックと架台との間に、樹脂製又はゴム製のスペーサ部材を介装してなる請求項１〜４の何れか１項に記載の太陽電池モジュールの設置構造。
- 前記架台が固定される所定の断熱ブロックとその周囲に隣接配置される他の断熱ブロックとを連結するための連結手段を設けた請求項１〜５の何れか１項に記載の太陽電池モジュールの設置構造。
- 前記連結手段が、略矩形又は略正方形の前記所定の断熱ブロックの四隅において、それぞれ当該位置に集合した各断熱ブロックの隅部にボルト止めし、これら隅部を一体的に連結するプレート部材を設けてなる請求項６記載の太陽電池モジュールの設置構造。
- 前記所定の断熱ブロック又はこれと連結された周囲に隣接配置される他の断熱ブロックを、屋根本体に連繋するための連繋手段を設けてなる請求項１〜７の何れか１項に記載の太陽電池モジュールの設置構造。
- 前記連繋手段が、金属製ワイヤーロープ又は針金からなる請求項８記載の太陽電池モジュールの設置構造。
- 前記断熱ブロックに、隣接する断熱ブロックと互いに嵌合或いは係合する嵌合部又は係合部を設けた請求項１〜９の何れか１項に記載の太陽電池モジュールの設置構造。
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