JP5093995B2 - 太陽電池モジュールの固定装置、固定構造及び固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽エネルギーを利用して発電を行う太陽電池モジュールの固定装置、固定構造及び固定方法に関するものである。

近年、環境意識の高まりにより太陽電池モジュールを一般住宅や公共の建物の屋根に配置し、発電を行う太陽光発電がクリーンエネルギーとして注目されている。従来このような太陽光発電としては、例えば図１４に示すような一般住宅の屋根９０上に屋根瓦９１や瓦一体型太陽電池モジュール９２を瓦重ねして配設して成る太陽光発電屋根Jが知られている。

また、図１５に示すように、太陽電池モジュールの枠部を挿入固定するベース架台２０に掘り込み部２０ａを設け、さらにフレームＷに変形可能な可動部材１７を設け、前記掘り込み部２０ａと可動部材１７の間の開口部に太陽電池モジュール１の枠部５ａを挿入することで可動部材１７が上方に逃げて太陽電池モジュールの進入を可能とし、前記枠部５ａの下部が前記掘り込み部２０ａに嵌り込むことにより太陽電池モジュール１が締結部材を用いずに着脱可能に嵌め込み固定する方法が紹介されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０００−１０４３８５号公報

しかしながら、上記固定方法では、上下段に設けられた太陽電池モジュールの間に雨水が侵入して各固定部材を腐食させる原因となるという問題がある。また、上記構造においては、上部に太陽電池モジュールを重ねた状態で、下段の太陽電池モジュールを斜め上方に持ち上げての着脱することが困難であるという問題がある。

そこで、本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、太陽電池モジュールの着脱を簡便に行うことが可能で、且つ、止水性に優れた太陽電池モジュールの固定装置を提供することにある。

本発明の固定装置は、太陽電池モジュールの一端部を固定する固定装置であって、屋根または設置架台の上に棟側用として固定される設置フレームと、該設置フレームの上に接合されて、該設置フレームの一部と前記太陽電池モジュール用の挿入口を構成し、且つ、止水領域を有するとともに前記設置フレームの接合面に対して下方に該接合面の軒側端部から傾斜させた状態から上方への弾性変形により前記挿入口を拡大させる、板金を加工した弾性部材と、を有してなるものである。

また、前記弾性部材の止水領域は、上段に瓦重ね状に配置される太陽電池モジュールの下側に延出して成ることを特徴とする。

さらに、前記弾性部材は、その表面に腐食防止層を有することを特徴とする。

また本発明の太陽電池モジュールの固定構造は、太陽電池モジュールが、前記固定装置の挿入口に挿入され且つ前記弾性部材の復元力により前記挿入口内側に押圧されて成るものである。

さらに本発明の太陽電池モジュールの固定方法は、太陽電池モジュールの一端部を固定するものであって、前記太陽電池モジュールを、前記固定装置の挿入口に、前記弾性部材を変形させつつ挿入する工程を有するものである。

本発明の固定装置によれば、上述の構成によって、弾性部材の弾力性により太陽電池モジュールの挿入口に対する着脱を容易にするとともに、弾性部材上に降った雨水が固定装置内部へ進入する事によって生じ得る腐食を簡素な構成で抑制できる。この場合、比較的複雑且つ重厚な構造を有する設置フレーム自体に止水領域を設ける必要がなくなり、加工煩雑化の抑制並びに設置フレーム部材の削減などを可能とすることができる。

また、前記弾性部材の止水領域は、上段に瓦重ね状に配置される太陽電池モジュールの下側に延出して成るようにすれば、上段の太陽電池モジュールの下側のスペースを有効利用することが可能となる。

さらに前記弾性部材の表面に腐食防止層を有するようにすれば、設置フレームに別途防錆処理することなく防錆材料の削減を可能とすることができる。

また、本発明の太陽電池モジュールの固定構造によれば、太陽電池モジュールが、上記固定装置の挿入口に挿入され且つ前記弾性部材の復元力により前記挿入口内側に押圧されて成ることから、挿入完了によって押圧固定がなされた状態となるため、他端側を固定するまでの間の仮止め作業をすることなく太陽電池の配線チェック等の仮置き作業ができる。また、弾性部材による押圧で太陽電池モジュールとの密着性が高くなり、風圧等によるモジュールのガタツキ・騒音を抑制することができる。

さらに、本発明の太陽電池モジュールの固定方法によれば、太陽電池モジュールの一端部を固定するものであって、前記太陽電池モジュールを、上記固定装置の挿入口に、前記弾性部材を変形させつつ挿入する工程を有することから、例えば挿入口に対して斜めの角度からの太陽電池モジュールの挿入或いは脱離を容易に行うことができ作業性を飛躍的に向上することができる。

以下に本発明の実施の形態の一例を模式的に示した図に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置を示す斜視図であり、図２はその分解斜視図、図３は棟側フレーム周辺部の一部拡大断面図である。

図１に示すように本発明の太陽電池モジュールの固定装置は、屋根９０や設置架台上にネジや釘や接着材等で固定される設置フレームである棟側フレーム２と、弾性部材である止水カバー６とから構成される。なお、軒側カバー４は、太陽電池モジュール１を軒側で押圧固定する部材である。

なお、本例では軒側フレーム３および棟側フレーム２は、１枚の太陽電池モジュール１のみを載置しているものとして説明するが、同一フレーム上に複数枚の太陽電池モジュール１を載置した太陽電池アレイとしても同様の効果が得られる。

図２に示すように、鉄やアルミニウムやステンレス等の金属からなるレール状の棟側フレーム２上に止水カバー６がネジや接着によって固定され、後述する前記棟側フレーム２と前記止水カバー６によって構成される挿入口に太陽電池モジュール１の１辺の端部が挿入固定される。前記太陽電池モジュール１の対向する辺は、前述した棟側フレームと同様に固定された金属レールである軒側フレーム３上で受けられており、前記軒側フレーム３にネジ等の締結部材で締め付け固定される軒側カバー４の締め付けによって挟持固定される。

図３に棟側フレーム２と止水カバー６によって太陽電池モジュール１が挟み固定された様子を示す。止水カバー６は鉄やステンレスやアルミニウムや銅の板金をプレス加工や折り曲げ加工したものであり、家屋の屋根９０や固定架台に取付けられた棟側フレーム２にネジ止めやウレタン系や合成ゴム系粘着材や金属用接着剤によって固定されている。一般にこのような板金の板厚は０．３ｍｍ〜１．２ｍｍである。このような板金で構成される止水カバー６は弾性を有しており、常に太陽電池モジュール１を棟側フレーム２が押さえつけており、密着性が高く、風圧等が太陽電池モジュール１にかかっても動くことがないのでガタツキ等による騒音が生じない。

また、図中の例では上段の太陽電池モジュールが瓦重ね状に覆い被さっているのは下段の太陽電池モジュール１の端部手前までであるが、このような場合には太陽電池モジュール１を押さえている止水カバー６が屋根外観として露出することになる。よって従来のように棟側レールが止水カバーを兼ねている構造においては錆びや腐食が美観を損なわないように、また、例えば溶融亜鉛メッキのような防錆処理では表面色が銀色となってしまい、他の太陽電池やフレーム部分の色と一体感が取りにくいが、本発明の止水カバー６によれば、板金自体は元来屋根材であり、表面に防錆処理がなされた塗装鋼板が一般的であるので、錆や腐食には強く、また、塗装色も自在に選択可能であり、屋根の美観を損なわない。また、これにより棟側フレーム２の防錆処理は外観を気にしなくてよいので、簡易な方法を選択することができ、加工の手間や防錆材料の削減も可能とできる。また、棟側フレーム２に止水機能が必要ないので、その分のフレーム部材の削減とでき、フレームの小型化によって搬送性、敷設作業性も向上する。なお、塗装鋼鈑の防錆には水性塗料、油性塗料による塗装のほか、溶融亜鉛メッキやアルミニウム亜鉛合金メッキ（ガルバリウム鋼鈑）のようなメッキ処理を施したものや、フッ素樹脂被覆鋼鈑（カラー鋼鈑）などがあり、さらにそれらの上に塗装することで遮熱・断熱を行なう塗料もあり、目的に合わせて単体もしくは併用で選択すればよい。

次に止水カバー６によって太陽電池モジュール１が容易に着脱される様子を説明する。図４（ａ）に示すように、屋根９０上に木ネジ４０で固定された棟側フレーム２、および前記棟側フレーム２上に固定された止水カバー６によって太陽電池モジュール１を挿入する挿入口７が構成される。この挿入口７に太陽電池モジュール１を挿入するのであるが、通常、止水カバー６の弾性変形部６ａが弾性変形しない場合には太陽電池モジュール１を挿入口７に対して水平状態にして挿入しなければ各部フレームに引っ掛かって挿入できない。しかし、本発明の固定装置によれば、図４（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１を挿入口７に押し込むことにより、止水カバー６の弾性変形部６ａが図中矢印のように棟側フレーム２の止水カバー６との接合面に対して下方に該接合面の軒側端部から傾斜させた状態から上方に弾性変形して太陽電池モジュール１が侵入できるように挿入口７の開口面積を拡大させる。これにより、例えば図６（ａ）のように勾配３０°の屋根においては、従来は作業者は太陽電池モジュール１を屋根面に対して水平にして挿入しなければならず、かなりかがんだ状態で押し込み作業を行なわなければならず、足場も不安定となり安全性に問題があったが、本発明の固定装置を用いれば図６（ｂ）のように太陽電池モジュール１を屋根面と同じ水平状態まで降ろさなくても挿入可能となり、挿入完了後に太陽電池モジュール１を降ろすことにより図３のような固定状態が完成するので、作業姿勢を比較的高い状態に留めておくことができ、作業性、安全性とも向上する。さらには設置された太陽電池モジュール１は、止水カバー６の押圧力によって軒先方向へ落ちるのを止められているので、太陽電池モジュールを軒側カバーで確実に固定するまでの間の仮止め状態でも通常の風圧荷重や作業者が触れても外れにくく、太陽電池の配線チェック等の仮置き状態での作業性にも優れ、作業効率の向上が図れる。

一方、図５に示すように止水カバー６は止水領域６ｂ、６ｃを有し、上段の太陽電池モジュールの軒側カバー４との間に生じる隙間から吹き込む雨水９の雨返しの役割を果す。具体的には、隙間から吹き込んだ雨水９は最初移動エネルギーを有しているが、止水カバー６の雨返し部６ｂは上段の太陽電池モジュールの内側に長く張り出しており、さらに勾配を有しているので、雨水は徐々に移動のエネルギーを失って減速され、最終的に重力に従って逆流し、外に排出される。なお、特に図示しないが、このとき雨返し部６ｂの端部や途中に止水用突起６ｃを単数または複数配するようにすれば、雨水９の減速を更に強くすることができ、雨返し部６ｂの距離を短くすることも可能である。

以上のように、本発明の太陽電池モジュールの固定装置を用いることにより、太陽電池モジュールの設置や着脱が容易で、交換やメンテナンスを行なっても作業者の熟練度に関係なく屋根の防水性が損なわれる事がなく、ガタツキ等による騒音が生じず、しかも部材の原材料や表面処理材の削減により軽量化、小型化、搬送性の向上を実現することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に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種々の変更、改良等が可能である。

図７に示すように、棟側フレーム２と止水カバー６により構成される挿入口７にゴムやシリコン等の変形可能なシール材１１を配するようにすれば、太陽電池モジュール１を挿入することにより太陽電池モジュール１と棟側フレーム２との間の密着度がさらに強化され、強風時などは雨水が屋根勾配を風の力で押し返され逆流することが稀に発生するが、太陽電池モジュール１と止水カバー６との隙間から進入する雨水の止水性能が向上するので雨水の浸入を防止できる。

また、図８に示す構造によれば、止水カバー６を挿入口７内で下方に突出させ、その突出部にシール材１１を嵌め込んでおくようにしたので、シール材１１の脱落を防止でき、太陽電池モジュール１の挿入時にシール材１１が傾斜状態でも落ちないので作業性が向上する。

さらにまた、図９に示す構造によれば、最上段に配置される太陽電池モジュールは止水カバー６の裏側から吹きつける風雨に対しては止水性能を発揮できないが、止水カバー６を覆う棟側端部カバー１２を用い、前記棟側端部カバー１２の片端を止水カバー６の弾性変形部６ａで太陽電池モジュール１と共に挟み込み、押圧固定するようにすれば、ネジ締め等の穴を設けずに棟側端部の止水構造を設置可能とできる。棟側端部カバー１２には止水カバー６と同様の板金を用いればよい。なお、このとき図中のように、棟側端部カバー１２の裏面に、緩衝材１４を追加して積雪などの荷重を受けるようにすれば、耐荷重強度が向上して好適である。

また、上述した太陽電池モジュールの固定装置は、図１０（ａ）に示すように長さの異なる複数種類の太陽電池モジュールを混在して載置してもよい。具体的には、長尺の太陽電池モジュール１ａと短い太陽電池モジュール１ｂをそれぞれ棟側と軒側に配置する場合には、図１０（ｂ）のように短い止水カバー６１と短い棟側フレーム２１、及び短い軒側フレーム３１と短い軒側カバー４１によって短い太陽電池モジュール１ｂを載置し、その棟側に長尺の止水カバー６１と長尺の棟側フレーム２１、及び長尺の軒側フレーム３１と長尺の軒側カバー４１によって長尺の太陽電池モジュール１ａを載置すればよく、長短の位置関係はこの逆であってもよい。また、先にも述べたが太陽電池モジュールの挿入固定位置には特に限定はないので、１本のフレーム（軒側フレーム、棟側フレーム、軒側カバー、止水カバーの構成を指す）上に複数の太陽電池モジュールを載置することも可能であり、特に図示しないがその応用としては横方向に連なって設置された複数のフレームに跨って１つの太陽電池モジュールを配置することも可能であるので、前述した長短の太陽電池モジュールを交えた設置方法と合わせて、様々な太陽電池モジュールの載置方法が選択できる。よって、様々な形状の屋根に合わせた太陽電池モジュールの配置が可能となる。

次に、止水カバー６の強度を向上させる方法について図１１〜１３を用いて説明する。

図１１に示すように、止水カバー６の側辺６ｄを雨返し部６ｂと同方向に折り曲げることにより折り曲げ強度が向上するとともに、進入した雨水の横方向への進行を阻むことができ、止水性能が向上する。また、棟側フレームに止水カバー６をネジ１３等で固定する場合、板金は弾性を有する素材であるので、点や線で支えるとネジ近辺から自重でたわもうとするので、図中のようにネジ１３を千鳥配置とすることで止水カバー６の固定部分への応力を分散させ、面で支えるようにするとよい。これは接着や粘着材を用いて部分接着で固定する場合も同様であり、また、ビス、接着材、粘着材の配置は配置間隔Ｔが離れているほど風圧等に対する強度を高めることができるので、設計時には必要な耐風圧荷重に合わせた止水カバー取付け幅を有する棟側フレームを選択する。

また、図１２に示すように板金をプレス成形して凹凸を設け、折り曲げ強度を向上させても良い。この場合、例えば凸状の突起部１４を配する様にすれば、強度向上とともに図中矢印のように侵入した雨水の横方向への移動を阻害するので、止水性も向上する。また、自重でたわむのを防止する為に板厚を厚めにしなくてもよいので、軽量化も可能となる。

さらにまた、図１３に示すように止水カバー６をプレス成形で外観が瓦屋根（図中の例ではスレート瓦をイメージ）にようにするなども可能であり、太陽光発電屋根の意匠性の向上に容易に対応できる。さらに特に図示しないが、このようにプレス成形によって止水カバー６の裏面にも凹凸が生じるようにすると、棟側フレームと止水カバーの間に空気の流れる隙間が生じるので通気性がよくなり、結露や湿気が溜まりにくく、また、雨水が毛細管現象で引き込まれにくいので、棟側フレームと止水カバーの接触面が水分によって腐食される可能性を極力少なくでき腐食防止抑制作用が得られる。

本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置で太陽電池モジュールを固定した様子を模式的に示す斜視図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置の構成を模式的に説明する斜視図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの固定構造を説明する一部拡大断面図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置に太陽電池モジュールが挿入される様子を説明する断面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置の弾性部材（止水カバー）による止水の様子を説明する一部拡大断面図である。 （ａ）、（ｂ）は屋根上に太陽電池モジュールを固定する作業者の状態を説明する概略図であり、（ａ）は従来工法、（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置を用いた工法を示す。 本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置の他の実施形態を模式的に説明する一部拡大断面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置のさらに他の実施形態を模式的に説明する一部拡大断面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置のさらに他の実施形態を模式的に説明する一部拡大断面図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュールの固定装置を用いて複数の太陽電池モジュールを混在して配置する様子を説明する平面図であり、（ａ）は完成図、（ｂ）はその時の各部材の配置を説明する一部透視図である。 本発明における弾性部材（止水カバー）の他の実施形態を模式的に説明する斜視図である。 本発明における弾性部材（止水カバー）のさらに他の実施形態を模式的に説明する斜視図である。 本発明における弾性部材（止水カバー）のさらに他の実施形態を模式的に説明する斜視図である。 従来の太陽電池瓦が屋根の一部に配設されている例を模式的に説明する斜視図である。 従来の太陽電池モジュールの枠部を挿入固定するベース架台の掘り込み部に挿入固定する構造例を模式的に説明する断面図である

符号の説明

１：太陽電池モジュール
２：棟側フレーム（設置フレーム）
３：軒側フレーム（設置フレーム）
４：軒側カバー
５ａ：枠部
６：止水カバー（弾性部材）
６ａ：弾性変形部
６ｂ：雨返し部（止水領域）
６ｃ：止水用突起（止水領域）
７：挿入口
９：雨水
１１：シール材
１２：棟側端部カバー
１３：ネジ
１４：突起部
２０：ベース架台
２０ａ：掘り込み部
２１：棟側フレーム（設置フレーム）
２２：棟側フレーム（設置フレーム）
３１：軒側フレーム（設置フレーム）
３２：軒側フレーム（設置フレーム）
４０：木ネジ
４１：軒側カバー
４２：軒側カバー
６１：止水カバー（弾性部材）
６２：止水カバー（弾性部材）
９０：屋根
９１：屋根瓦
９２：瓦一体型太陽電池モジュール
９３：瓦状本体
９５：発電部
９９：棟
１００：軒
Ｔ：配置間隔
Ｗ：発電部固定用フレーム

Claims (5)

1. 太陽電池モジュールの一端部を固定する固定装置であって、屋根または設置架台の上に棟側用として固定される設置フレームと、該設置フレームの上に接合されて、該設置フレームの一部と前記太陽電池モジュール用の挿入口を構成し、且つ、止水領域を有するとともに前記設置フレームの接合面に対して下方に該接合面の軒側端部から傾斜させた状態から上方への弾性変形により前記挿入口を拡大させる、板金を加工した弾性部材と、を有してなる固定装置。
2. 前記弾性部材の止水領域は、上段に瓦重ね状に配置される太陽電池モジュールの下側に延出して成ることを特徴とする請求項１に記載の固定装置。
3. 前記弾性部材は、その表面に腐食防止層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の固定装置。
4. 太陽電池モジュールが、請求項１に記載の固定装置の挿入口に挿入され且つ前記弾性部材の復元力により前記挿入口内側に押圧されて成る太陽電池モジュールの固定構造。
5. 太陽電池モジュールの一端部を固定する太陽電池モジュールの固定方法であって、前記太陽電池モジュールを、請求項１に記載の固定装置の挿入口に、前記弾性部材を変形させつつ挿入する工程を有することを特徴とする太陽電池モジュールの固定方法。

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