JP5218335B2 - 太陽電池モジュールの設置用金具 - Google Patents

Description

この発明は、例えば建物の屋根等に施工した架台上に、太陽電池モジュールを設置するための設置用金具に関する。

近年、太陽光発電システムを装備した住宅が急速に普及している。この種の住宅においては、その屋根部分に架台を施工して、それら架台上に太陽電池モジュールを設置しているものが多く見受けられる。例えば、陸屋根タイプの住宅の場合には、そのフラットな屋根面に束材を介して複数の梁材を取り付け、それら梁材間に複数の架台を高さを異ならせて差し渡して、それら架台間に跨るようにして太陽電池モジュールを傾斜状に設置している（例えば、特許文献１参照）。

太陽電池モジュールの設置に際しては、太陽電池モジュールの外周枠を、そのボルト挿通用穴と架台のボルト挿通用穴とを互いに一致させるように架台上に載置して、それらボルト挿通用穴に挿通したボルトにナットを螺合して締め付けることで、太陽電池モジュールの外周枠を架台に固定していることが多い。

特開２００２−２１２６６号公報

しかしながら、上記のように、ボルト及びナットを使用して、太陽電池モジュールの外周枠を架台上に固定する場合、架台のボルト挿通用穴に対応して太陽電池モジュールの外周枠にボルト挿通用穴を精度良く形成する必要があり、しかもボルト挿通用穴同士の位置合わせも煩雑であることから、施工性が悪いといった不具合があった。加えて、太陽電池モジュールの外周枠にボルト挿通用穴を形成するために、その分だけ外周枠が大きくなって材料費が嵩み、太陽電池モジュールのコストアップにつながっていた。

また、各種の設置用金具を使用して、太陽電池モジュールの外周枠を架台上に固定することも行われているが、依然として太陽電池モジュールにおいて外周枠の加工精度や取付精度が要求されて施工性が悪かったり、また太陽電池モジュールの外周枠の形状変更等に対する設置用金具の使い回しが困難であって、汎用性に乏しいといった問題があり、改良の余地があった。

そこで、この発明は、上記の不具合を解消して、太陽電池モジュールの架台上への設置に際しての施工性や汎用性の向上を図ることができ、また太陽電池モジュールのコストダウンにも貢献する設置用金具の提供を目的とする。

この発明の設置用金具２０、６０、７０は、形鋼からなる架台５上に太陽電池モジュール２を設置するためのものであって、前記架台５にその長手方向に沿ってスライド可能に外嵌して、前記太陽電池モジュール２の外周枠１１に係合する係合体２１と、この係合体２１を前記架台５に固定するための固定体２２とを備え、前記係合体２１は、そのスライド方向に延びる長穴３０を有し、前記固定体２２は、前記係合体２１の長穴３０に根角部４４を係合して回転不能とした状態で、前記係合体２１の長穴３０及び前記架台５のボルト挿通用穴７に挿通する根角ボルト４０と、この根角ボルト４０に螺合するナット４１とからなることを特徴とする。また、前記架台５と前記係合体２１との間に着脱可能に介装して、前記係合体２１の高さ位置を調整する高さ調整体５０を備えている。

具体的に、前記係合体２１は、前記外周枠１１の側方張出片１８を挟持する前記長穴３０付きの挟持片２３と、この挟持片２３から垂下した一対の嵌合片２４、２４とを備え、前記挟持片２３を前記架台５の上面に配置した状態で、前記一対の嵌合片２４、２４によって前記架台５の上端部を挟み込むことで、前記係合体２１を前記架台５に外嵌させるようにしている。

また、前記係合体２１は、前記外周枠１１の側方張出片１８を前記架台５の上面に押し付ける前記長穴３０付きの押付片７１と、この押付片７１から垂下した一対の嵌合片２４、２４とを備え、前記押付片７１を前記架台５の上面に配置した状態で、前記一対の嵌合片２４、２４によって前記架台５の上端部を挟み込むことで、前記係合体２１を前記架台５に外嵌させるようにしている。

さらに、前記係合体２１は、表面塗装を施した金属製の前記外周枠１１への係合に際して、前記外周枠１１の表面塗装を剥がしながら接触する塗装剥離部位２８、２９、２９を備え、この塗装剥離部位２８、２９、２９の接触によって、前記外周枠１１と前記架台５とを電気的に接続可能としている。

この発明の設置用金具においては、係合体が長穴の範囲内で架台に対してスライド可能となっているので、係合体のスライド量を調整することで、多少の寸法誤差（例えば加工精度や取付精度のバラツキによる寸法誤差、外周枠の形状変更等に伴う寸法誤差）を吸収しながら、係合体を太陽電池モジュールの外周枠に確実に係合させることができる。しかも、根角ボルトの根角部を係合体の長穴に係合することによって、根角ボルトの回転が規制され、さらに係合体を架台に外嵌することによって、係合体の回転が規制されることから、ナットの締め付けに伴う根角ボルト及び係合体の連れ回りを防止することができ、根角ボルトや係合体を保持することなくナットを片側から締め付けるだけで、係合体を架台に固定することができる。これにより、太陽電池モジュールの設置に際しての施工性及び汎用性の向上を図ることができる。加えて、太陽電池モジュールの外周枠にボルト挿通用穴を形成する必要がないことから、外周枠の大きさを必要最小限に抑えて材料費を低減することができ、太陽電池モジュールのコストダウンにも貢献する。さらに、太陽電池モジュールの設置状態において、地震等の発生により太陽電池モジュールに負荷がかかっても、係合体の位置ずれによって負荷を受け流すことで、太陽電池モジュールの破損の危険性を少なくすることができる。

また、高さ調整体を用いることで、太陽電池モジュールの外周枠の高さ位置に応じて係合体の高さ位置を調整（嵩上げ）することができ、例えば多雪地域仕様のような特殊な太陽電池モジュールの設置も可能となって、施工性のより一層の向上を図ることができる。

さらに、太陽電池モジュールの外周枠に、その表面塗装を剥がしながら係合体の塗装剥離部位を接触させて、外周枠と架台とを電気的に接続することで、接地工事に際しての面倒なアース線による接続作業が不要となって、施工性のより一層の向上を図ることができる。

住宅の陸屋根における太陽電池モジュールの施工例を示す縦断面図である。 同じくその平面図である。 太陽電池モジュールの一部破断斜視図である。 同じくその縦断面図である。 設置用金具の分解斜視図である。 太陽電池モジュールの設置状態を示す縦断面図である。 太陽電池モジュールの設置状態を示す縦断面図である。 設置作業を説明するための縦断面図である。 多雪地域仕様の太陽電池モジュールの一部破断斜視図である。 同じくその縦断面図である。 高さ調整体を備えた設置用金具の分解斜視図である。 太陽電池モジュールの設置状態を示す縦断面図である。 太陽電池モジュールの設置状態を示す縦断面図である。 他の実施形態に係る設置用金具の分解斜視図である。 太陽電池モジュールの設置状態を示す縦断面図である。 別の実施形態に係る設置用金具の分解斜視図である。 太陽電池モジュールの設置状態を示す縦断面図である。

（第１実施形態）
図１及び図２は、住宅の陸屋根１における太陽電池モジュール２・・の施工例を示している。陸屋根１のフラットな屋根面には、束材３・・を介して複数の梁材４・・が取り付けられ、左右の梁材４、４間には、表面に溶融亜鉛めっき処理を施した溝形鋼からなる複数の架台５・・が差し渡されている。具体的に、これら架台５・・は、前後の架台５、５の溝開放部が互いに対向するように、且つ、前後の架台５、５の上面の高さが異なるようにして、梁材４、４上に架台受け材８、９を介して取り付けられている。そして、複数の太陽電池モジュール２・・が、前後の架台５、５の上面間に跨るようにして、横並びにそれぞれ傾斜状に設置されている。なお、太陽電池モジュール２・・の前端部は、前側の架台受け材８によって受けられていて、太陽電池モジュール２・・の傾斜方向への滑りが防止されている。

太陽電池モジュール２は、図３及び図４に示すように、例えば多結晶シリコンからなるセル（太陽電池の基本単位）を必要枚配列して、屋外で利用できるよう強化ガラスで覆って方形状にパッケージ化した太陽電池パネル１０を備え、その太陽電池パネル１０の周端部を囲むようにして、表面に防錆塗装を施した金属製の外周枠１１を取り付けた構造となっている。

外周枠１１は、前後左右の枠材１２、１３・・を方形枠状に組み付けてなり、各枠材１２、１３は、太陽電池パネル１０の周端部に外嵌されるコ字形の嵌合溝片１４と、この嵌合溝片１４の下面から垂下された内外の側片１５、１６と、これら側片１５、１６の下端部間を連結する底片１７とを一体的に形成してなる。また、外周枠１１の左右の枠材１３、１３においては、内側の側片１６の下端部から略水平な側方張出片１８が枠内方向に張り出している。なお、この外周枠１１においては、左右の枠材１３、１３間に補強バー１９が差し渡されている。

そして、太陽電池モジュール２の架台５、５上への設置に際しては、設置用金具２０・・が使用されている。具体的には、図２に示すように、太陽電池モジュール２における外周枠１１の左右の枠材１３、１３を、合計４個の設置用金具２０・・を使用して架台５、５に止め付けるようにしている。

設置用金具２０は、図５乃至図７に示すように、架台５にその長手方向に沿ってスライド可能に外嵌して、太陽電池モジュール２の外周枠１１に係合する係合体２１と、この係合体２１を架台５に固定するための固定体２２とを備えている。

係合体２１は、外周枠１１の側方張出片１８を挟持する側面視略Ｕ字状の挟持片２３と、架台５の上端部である上フランジ６部分を挟み込む一対の帯板状の嵌合片２４、２４とを一体的に備えている。

挟持片２３は、上面部２５及び下面部２６の基端部分同士を湾曲部２７を介して連結してなり、上面部２５の先端部分が下面部２６の先端部分に対して僅かに近接離間可能となるような弾性を有している。そして、上面部２５の先端部分が下方へ向けて折曲されて係止爪２８とされ、下面部２６の先端部分には、上方へ向けて突出する一対の突起２９、２９がエンボス加工されている。また、挟持片２３の上面部２５及び下面部２６には、長方形状の長穴３０、３０が上方から見て互いに合致するようにそれぞれ形成されている。嵌合片２４、２４は、挟持片２３の下面部２６の側端部分から垂下している。

この係合体２１は、挟持片２３の下面部２６を架台５の上フランジ６の上面に載置して、一対の嵌合片２４、２４によって架台５の上フランジ６を挟み込むことで、架台５に対してその長手方向に沿ってスライド可能に外嵌されるようになっている。

固定体２２は、係合体２１の長穴３０、３０及び架台５の上側フランジ６に形成されたボルト挿通用穴７に挿通する根角ボルト４０と、この根角ボルト４０に螺合するナット４１とからなる。根角ボルト４０は、頭部４２とボルト部４３との連結部分に直方体状の根角部４４を備えており、長穴３０、３０及びボルト挿通用穴７へ上方から挿通して、その頭部４２を係合体２１の挟持片２３の上面部２５に当接させた状態において、根角部４４が上側の長穴３０に嵌まり込んで係合することで、係合体２１のスライドを許容しながら、根角ボルト４０自身は回転不能となるように構成されている。

次に、上記構成の設置用金具２０を使用した太陽電池モジュール２の設置方法について説明する。なお、上述したように、１つの太陽電池モジュール２の設置に際して、合計４個の設置用金具２０・・を使用して、外周枠１１の角部付近の４箇所を架台５、５に止め付けることになるが、その止め付けはすべて同様になされることから、１箇所についてのみ説明して残りは省略する。

まず、設置用金具２０を、図８(ａ)に示すように、架台５の上側フランジ６における太陽電池モジュール２の外周枠１１の載置部位を避けるようにして、架台５の上側フランジ６に仮止めする。この仮止めは、係合体２１を架台５の上側フランジ６部分に外嵌させるとともに、係合体２１の長穴３０、３０及び架台５のボルト挿通用穴７へ根角ボルト４０を上方から挿通させて、その根角部４４を上側の長穴３０に係合させた状態で、ボルト部４３の先端部分にナット４１を螺合して仮締めすることでなされる。この仮止め状態において、係合体２１は、架台５の長手方向すなわちスライド方向に延びる長穴３０、３０の範囲内においてスライド可能となっている。

続いて、太陽電池モジュール２を、前後の架台５、５の上面間に跨るように載置する。具体的には、外周枠１１の左右の枠材１３、１３を、前後の架台５、５の上側フランジ６、６上に載置する。この載置状態において、図８(ｂ)に示すように、枠材１３、１３の側方張出片１８、１８が架台５、５の上フランジ６、６に対して僅かに隙間をあけて配されている。また、太陽電池モジュール２によって、設置用金具２０が外部に露出しないように覆われている。

そして、太陽電池モジュール２の裏側に手をもぐり込ませて、図８(ｃ)に示すように、設置用金具２０の係合体２１を側方張出片１８に近接する方向へスライドさせて、挟持片２３の上面部２５と下面部２６との間に側方張出片１８を入り込ませることで、挟持片２３の上面部２５側の係止爪２８及び下面部２６側の突起２９、２９が、側方張出片１８の表面を覆っている防錆塗装を剥がしながら、側方張出片１８に接触する。

この状態から仮締めしてあるナット４１を本締めして、根角ボルト４０の頭部４２によって挟持片２３の上面部２５を下方へ押し付けることで、上面部２５側の係止爪２８及び下面部２６側の突起２９、２９によって側方張出片１８を挟持しながら、係合体２１を架台５に固定する。このナット４１の本締めに際して、根角ボルト４０の根角部４４が係合体２１の上側の長穴３０に係合して、根角ボルト４０の回転が規制され、さらに係合体２１が架台５に外嵌して、係合体２１の回転が規制されているので、ナット４１の締め付けに伴う根角ボルト４０及び係合体２１の連れ回りを防止することができる。従って、根角ボルト４０や係合体２１を保持することなく、ナット４１を回転させるだけで済むことになる。

このように設置用金具２０の係合体２１を架台５に固定することで、太陽電池モジュール２が架台５、５上にしっかりと保持された状態で設置される。この設置状態において、設置用金具２０における塗装剥離部位である挟持片２３の係止爪２８及び突起２９、２９が、太陽電池モジュール２における側方張出片１８の防錆塗装剥離後の金属素地に接触していることから、太陽電池モジュール２の外周枠１１と架台５とが設置用金具２０を介して電気的に接続された状態となる。なお、架台５には、その表面に塗装ではなく溶融亜鉛めっき処理が施されているので、設置用金具２０を接触させるだけで電気的な接続が可能となっている。これにより、架台５、５に設置された太陽電池モジュール２・・の外周枠１１・・同士が電気的に接続されることから、一般的なアース線による接続を不要とすることができる。

以上のように、設置用金具２０は、係合体２１が長穴３０、３０の範囲内で架台５に対してスライド可能となっているので、係合体２１のスライド量を調整することで、多少の寸法誤差（例えば加工精度や取付精度のバラツキによる寸法誤差、外周枠１１の形状変更等に伴う寸法誤差）を吸収しながら、係合体２１を太陽電池モジュール２の側方張出片１８に確実に係合させることができ、しかも根角ボルト４０や係合体２１を保持することなくナット４１を片側から締め付けるだけで、係合体２１を架台５に固定することができることから、太陽電池モジュール２の設置に際しての施工性及び汎用性の向上を図ることができる。

また、設置用金具２０を覆うようにして太陽電池モジュール２を設置する場合、太陽電池モジュール２の裏側において設置用金具２０による止め付け作業を行う必要があるが、設置用金具２０を太陽電池モジュール２よりも先に架台５に仮止めしておけば、太陽電池モジュール２の裏側での作業は、係合体２１のスライドとナット４１の締め付けだけの簡単な作業だけで済むことになる。従って、設置用金具２０を外部に露出させない意匠性に優れた設置構造としながらも、施工性を良好に維持することができる。

さらに、太陽電池モジュール２を架台５、５に設置するだけで、太陽電池モジュール２の外周枠１１と架台５とが設置用金具２０を介して電気的に接続されて、接地工事に際しての面倒なアース線による接続作業が不要となることから、施工性のより一層の向上を図ることができる。

図９及び図１０は、多雪地域仕様の太陽電池モジュール２を示している。この太陽電池モジュール２においては、その剛性を高めるために、外周枠１１の左右の枠材１３、１３間だけでなく、前後の枠材１２、１２間にも補強バー１９が差し渡されている。すなわち、十字状に組み合わされた２本の補強バー１９、１９が、外周枠１１に取り付けられていて、前後の枠材１２、１２間に差し渡した下側の補強バー１９が、外周枠１１の下面よりも下方へ僅かに突出した状態となっている。このため、太陽電池モジュール２を、前後の架台５、５の上面間に跨るように載置したときには、下側の補強バー１９が架台５、５上に当接することで、外周枠１１が架台５、５の上面に対して若干浮いた状態となって、外周枠１１の側方張出片１８、１８が設置用金具２０の係合体２１よりも高い位置に配置されることになる。

そこで、このような多雪地域仕様の太陽電池モジュール２を架台５、５上に設置するにあたっては、図１１乃至図１３に示すように、設置用金具２０において高さ調整体５０を用いるようにしている。この高さ調整体５０は、波板状に形成されていて、その凸部には、根角ボルト４０を挿通するボルト挿通用穴５１が形成されている。そして、この高さ調整体５０を、係合体２１と架台５との間に着脱可能に介装して、係合体２１の高さ位置を側方張出片１８の高さ位置に合うように調整（嵩上げ）することで、係合体２１の側方張出片１８への係合を可能としている。なお、高さ調整体５０は、多雪地域仕様の太陽電池モジュール２の設置だけではなく、係合体２１の高さ調整を必要とするようなその他の太陽電池モジュール２の設置に用いるようにしても良い。

（第２実施形態）
太陽電池モジュール２としては、外周枠１１の左右の枠材１３、１３において、底片１７の下面と側方張出片１８の下面とが面一になっているものがあり、このような外周枠１１の枠材１３を、架台５上に載置したときには、側方張出片１８が架台５の上フランジ６に対して重ね合わされた状態となって、側方張出片１８と架台５との間に隙間が生じない。従って、第１実施形態に係る設置用金具２０では、このような太陽電池モジュール２の止め付けが困難となる。

そこで、第２実施形態に係る設置用金具６０においては、このような太陽電池モジュール２の止め付けを可能とするために、図１４及び図１５に示すように、係合体２１における挟持片２３の下面部２６が延長されていて、この延長部分２６ａを太陽電池モジュール２の枠材１３と架台５との間にもぐり込ませた状態で、挟持片２３によって側方張出片１８を挟持するようになっている。なお、この設置状態においても、挟持片２３の係止爪２８が側方張出片１８の防錆塗装を剥がしながら接触することで、太陽電池モジュール２の外周枠１１と架台５とが設置用金具６０を介して電気的に接続される。その他の構成及び作用効果は、第１実施形態と同様であり、図１４及び図１５において、第１実施形態と同様の機能を有する部材については同符号を付してある。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る設置用金具７０は、第２実施形態に示す太陽電池モジュール２の止め付けを可能とするために、図１６及び図１７に示すように、係合体２１において挟持片２３の代わりに、外周枠１１の側方張出片１８を架台５の上面に押し付ける押付片７１を備えている。

押付片７１は、挟持片２３から下面部２６を取り除いた形状となっており、その先端部分が下方へ向けて折曲されて係止爪２８とされ、基端部分が下方へ向けて折曲されて当接爪７２とされ、係止爪２８と当接爪７２との間に根角ボルト４０を挿通する長方形状の長穴３０が形成されている。そして、押付片７１の側端部分から一対の嵌合片２４、２４が垂下している。

この係合体２１は、押付片７１を架台５の上フランジ６の上面に載置して、一対の嵌合片２４、２４によって架台５の上フランジ６を挟み込むことで、架台５に対してその長手方向に沿ってスライド可能に外嵌されるようになっている。そして、押付片７１の係止爪２８を側方張出片１８に被せた状態で、根角ボルト４０に螺合したナット４１を締め付けることで、押付片７１によって側方張出片１８を上方から押さえ付けるようになっている。なお、この設置状態においても、押付片７１の係止爪２８が側方張出片１８の防錆塗装を剥がしながら接触することで、太陽電池モジュール２の外周枠１１と架台５とが設置用金具７０を介して電気的に接続される。その他の構成及び作用効果は、第１実施形態と同様であり、図１６及び図１７において、第１実施形態と同様の機能を有する部材については同符号を付してある。

この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正及び変更を加え得ることは勿論である。例えば、この発明の設置用金具は、陸屋根に施工した架台に太陽電池モジュールを設置する場合に使用するだけに限らず、切妻屋根や寄棟屋根等に施工した架台、さらには屋根以外の部位に施工した架台に太陽電池モジュールを設置する場合にも勿論使用することができる。また、太陽電池モジュールを設置する架台としては、溝形鋼だけに限らず、その他の形鋼であっても良い。

２・・太陽電池モジュール、５・・架台、１１・・外周枠、２０、６０、７０・・設置用金具、２１・・係合体、２２・・固定体、２３・・挟持片、２４・・嵌合片、２８・・係止爪、２９・・突起、３０・・長穴、４０・・根角ボルト、４１・・ナット、４４・・根角部、５０・・高さ調整体、７１・・押付片

Claims (5)

1. 形鋼からなる架台（５）上に太陽電池モジュール（２）を設置するための設置用金具（２０）（６０）（７０）であって、前記架台（５）にその長手方向に沿ってスライド可能に外嵌して、前記太陽電池モジュール（２）の外周枠（１１）に係合する係合体（２１）と、この係合体（２１）を前記架台（５）に固定するための固定体（２２）とを備え、前記係合体（２１）は、そのスライド方向に延びる長穴（３０）を有し、前記固定体（２２）は、前記係合体（２１）の長穴（３０）に根角部（４４）を係合して回転不能とした状態で、前記係合体（２１）の長穴（３０）及び前記架台（５）のボルト挿通用穴（７）に挿通する根角ボルト（４０）と、この根角ボルト（４０）に螺合するナット（４１）とからなることを特徴とする太陽電池モジュールの設置用金具。
2. 前記架台（５）と前記係合体（２１）との間に着脱可能に介装して、前記係合体（２１）の高さ位置を調整する高さ調整体（５０）を備えた請求項１記載の太陽電池モジュールの設置用金具。
3. 前記係合体（２１）は、前記外周枠（１１）の側方張出片（１８）を挟持する前記長穴（３０）付きの挟持片（２３）と、この挟持片（２３）から垂下した一対の嵌合片（２４）（２４）とを備え、前記挟持片（２３）を前記架台（５）の上面に配置した状態で、前記一対の嵌合片（２４）（２４）によって前記架台（５）の上端部を挟み込むことで、前記係合体（２１）を前記架台（５）に外嵌させるようにした請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの設置用金具。
4. 前記係合体（２１）は、前記外周枠（１１）の側方張出片（１８）を前記架台（５）の上面に押し付ける前記長穴（３０）付きの押付片（７１）と、この押付片（７１）から垂下した一対の嵌合片（２４）（２４）とを備え、前記押付片（７１）を前記架台（５）の上面に配置した状態で、前記一対の嵌合片（２４）（２４）によって前記架台（５）の上端部を挟み込むことで、前記係合体（２１）を前記架台（５）に外嵌させるようにした請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの設置用金具。
5. 前記係合体（２１）は、表面塗装を施した金属製の前記外周枠（１１）への係合に際して、前記外周枠（１１）の表面塗装を剥がしながら接触する塗装剥離部位（２８）（２９）（２９）を備え、この塗装剥離部位（２８）（２９）（２９）の接触によって、前記外周枠（１１）と前記架台（５）とを電気的に接続可能とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池モジュールの設置用金具。