JP5445318B2 - 太陽電池パネル支持装置 - Google Patents
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Description
従来、太陽電池をモジュール化した太陽電池パネルは建物の屋上などに設置される場合が多く、太陽電池パネル設置用の架台をアンカーで固定することができない。そのため、アンカー固定しなくても風荷重等に抵抗して安全に設置する構造が求められ、そのような工夫をしたものとして、以下のような提案がなされている。
また、特許文献2には、「複数本のフレーム材から成り太陽電池モジュールを支持する架台本体と、この架台本体の底部に着脱自在に設けられる複数のブロックと、を具備したことを特徴とする太陽電池モジュールの設置用架台。」が提案されている(特許文献2の請求項1参照)。
そのため、地盤安定化後は、太陽光発電設備は撤去、移設され、建築物等が建設される計画もある。
また、従来の太陽電池パネル設置架台は、太陽電池パネルを支持する支持部とウェイトとが一体化されているため、全体の沈下が促進されることで、特に不等沈下の場合には太陽電池パネルの向きや傾斜が変わってしまい、計画通りの発電が期待できなくなる可能性も高くなり、最悪の場合、太陽電池に大きな応力が作用して破損するという問題もある。
さらに、地盤安定化後の撤去、移設に際し、コンクリート製基礎などの重量物は、移設、撤去、あるいは廃棄に手間とコストが多くかかるという問題もある。
また、ウェイトと支柱又は骨組み部材を連結する連結部材を、長さ調節可能で、かつ引張荷重に抵抗するが、曲げ荷重、圧縮荷重には抵抗しない部材で構成しているので、太陽電池パネルに作用する風が吹き降ろし時には、その風荷重がウェイトに伝達されず、逆に風が吹き上げ時には風荷重がウェイトに伝達されて風荷重に抵抗する。したがって、吹き降ろしによってウェイトが沈降することを防止できると共に吹き上げ時には太陽電池パネルを含む太陽電池パネル支持装置全体が移動したり飛ばされたりするのを防止できる。
本発明の一実施の形態に係る太陽電池パネル支持装置1は、図1に示されるように、地盤に設置される支柱3と、支柱3に連結されて太陽電池パネル5(図4参照)を支持する骨組み部材7と、太陽電池パネルに作用する吹き上げ荷重に抵抗するウェイト9と、ウェイト9と支柱3を連結する連結部材11とを備えている。
なお、太陽電池パネル5を図示すると、その下方に配置される部材の記載が難しくなるため、図1においては太陽電池パネル5を図示していない。
以下、各構成を詳細に説明する。
支柱3は地盤に設置されて骨組み部材7を支持するものである。支柱3は、最低4本は必要であり、支柱3の本数が多いほど接地圧を小さくすることができるので、実情に応じて設定する。したがって、支柱3の本数は、4本以上であれば、6本でも8本でも、それ以上でもよい。
また、支柱3の平面的な配置は、骨組み部材7の形状に依存し、図1、図2の例では骨組み部材7の形状が正方形であるので、それに合わせて正方形の4角に相当する位置に配置しているが、これに限定されるものではない。
しかし、太陽電池パネル5の傾斜角度に応じて支柱3の突出長を変化させ、骨組み部材7を平面骨組みとしてもよい。
各支柱3の上端部には、各支柱3の径以上の大きさの半円形の鋼板がそれぞれ傾斜して取り付けられて先端部を閉塞し、骨組み部材7を支持できるようになっている。
支柱3の上端部には連結部材11のワイヤーロープ43を取り付けるための第1タブ13が設けられている。そして、支柱3は、第1タブ13に連結部材11のワイヤーロープ43を取り付けることによって函体37と連結されている。
耐圧板15を設ける例としては、図3(a)に示すように角形鋼管の柱材19の下端部に円形板21を固定する例や、図3(b)に示すような丸型鋼管の柱材19の下端部にリブ付円形板23を固定する例や、図3(c)に示すような丸型鋼管の柱材19の下端部に円盤状のグレーチング25を固定する例や、図3(d)に示すような丸型鋼管の柱材19の下端部に矩形板27を固定する例などが考えられる。
また、耐圧用骨組み17を固定する例としては、図3(e)に示すように角形鋼管の柱材19の下端部にアングル材29を、柱材19を挟むように二の字状に固定するものや、図3(f)に示すようにアングル材29を井桁状に固定するものが考えられる。
また、耐圧板裏面には、図示していないが、地面との摩擦力を高めるために、アンカー部材として、スタッドやリブなどを設けるとよく、椀を伏せた形状としてもよい。
なお、支柱3の接地時には、耐圧板15や耐圧用の骨組み17上に盛土をすると引き抜き荷重に対して有効である。
太陽電池パネル5は、太陽電池モジュール単体、あるは複数枚の太陽電池モジュールをパネル状に組み合わせてユニット化したものの両方を含む。したがって、以下の説明において、「太陽電池パネル」あるいは単に「パネル」と表記したときは太陽電池モジュール単体及びユニット化した全体の両方を意味しており、「太陽電池モジュール」あるいは単に「モジュール」と表記したときには単体の太陽電池モジュールを意味するものとする。
太陽電池モジュールとは、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する単結晶シリコン等の半導体からなる太陽電池素子を平面上に配列し、その表面を保護用のガラス板などで覆ってモジュール化したものである。
例えば縦1000mm×横1200mm程度の大きさの太陽電池モジュールを縦10枚、横8枚で一辺10m程度の1ユニット(1アレイ)として骨組み部材7に固定される。この場合、骨組み部材7における太陽電池パネル設置部の面積は、10m×10m=100m2程度である。
骨組み部材7は、支柱3に連結されて太陽電池パネル5を支持する部材である。骨組み部材7は、薄鋼板加工品の形鋼または鋼管からなり、めっき、塗装などの表面処理を行う。これらの形鋼または鋼管は、太陽電池モジュール31にあわせて略格子状に形成され、連結部を介して支柱3と連結される。
連結部は、骨組みに過度な応力が発生しないように、変形追従性を有する仕組みを設けるのが好ましく、例えばボールジョイントや蝶番状の連結具で連結したり、あるいは薄鋼板の曲げ変形による吸収機構からなる連結具で連結するようにしてもよい。
また、不等沈下対策として、連結部を上下方向にスライド移動可能なスライド機構にしたり、あるいはジャッキアップ可能な構造にしてもよい。
太陽エネルギーの取入れを多くするためには、太陽電池パネル5の傾斜角度をパネル設置方位と太陽方位角が略同じとなる時間帯で、冬至に法線面直達日射と垂直になる角度と、夏至に同様となる角度の間の任意の角度で設定するとよく、東京で南向きに設置する場合には、傾斜角は20度から70度の範囲がより望ましい。
ウェイト9は太陽電池パネル全面に作用する吹き上げ荷重に抵抗するものであり、本実施の形態では鋼製水槽からなる函体37と、函体37に雨水等の液体39を入れたものである。函体37の上面は開放していても閉塞していてもよい。
ウェイト9用の函体37は、図2に示すように、平面的に見たときに骨組み部材7の中心位置になるように配置されている。
ウェイト9は太陽電池パネル5に対する吹き上げ力に抵抗できる重量であればよく、それ故に函体37の大きさは、水を入れたときに、骨組み部材7、支柱3、太陽電池など上部構造の重量を除いた重量が確保できる大きさにすればよい。
函体37の一例を示すと、縦横4m×4m、高さ1.2m、板厚9mm、容量約19m3の上部を開放した鋼製水槽とする。太陽電池パネル5を含む骨組み部分の固定荷重が258N/m2に対し、太陽電池パネル設置部の面積100m2、傾斜角12度、基準風速を34m/s、平均高さ2.66mとしたとき、負圧時に作用する全引き抜き力が186kNとなったため、函体37の固定荷重14.4kN、100%注水時の固定荷重188.2kNとして吹上に抵抗できる。
函体37に雨水を導入するための雨水導入手段を設ければ、蒸発によって失われた水を補給する効果も見込めるため、メンテナンスが容易である。この場合、雨水が多量に入ることによってオーバーフローすることも考えられるので、その場合のオーバーフロー対策は必要に応じて取ればよい。
函体37の四隅の角部分上部に連結部材11であるワイヤーロープ43を取り付けるための第2タブ41が設けられている。そして、函体37は、第2タブ41に連結部材11のワイヤーロープ43を取り付けることによって支柱3と連結されている。
連結部材11は、ウェイト9と支柱3を連結する部材である。連結部材11は、長さ調節可能で、かつ引張荷重に抵抗するが、曲げ荷重、圧縮荷重には抵抗しないことが必要である。その一例を挙げると、図1に示すように、ワイヤーロープ43にターンバックル45を設けて長さ調整可能にしたものがある。
ターンバックル45の両側に連結するワイヤーロープ43は、一方を支柱3に設けた第1タブ13に連結し、他方を函体37に設けた第2タブ41に連結する。これによって、支柱3と函体37が連結部材11で連結されることになる。
なお、支柱3に設ける第1タブ13の取付位置を同じ高さにすると、ターンバックル45の長さを揃えることができ、標準化できる。
骨組み部材7を平面骨組みとし、支柱3の高さを変えた場合には、支柱施工後において同じ高さとなる位置に第1タブ13を設けると、上記と同様にターンバックル45の標準化を図ることができる。
また、上記の説明では、ワイヤーロープ43の一端側を支柱3に設けた第1タブ13に連結する例を示したが、支柱3ではなく骨組み部材7における支柱3との接合部近傍に第1タブ13を設けるようにしてもよい。
また、ウェイト9と支柱3を連結する連結部材11は、ワイヤーロープ43とターンバックル45で構成され、長さ調節可能で、かつ引張荷重に抵抗するが、曲げ荷重、圧縮荷重には抵抗しないので、太陽電池パネル5に作用する風が吹き降ろし時には、その風荷重がウェイト9に伝達されず、風が吹き上げ時には風荷重がウェイト9に伝達されて風荷重に抵抗する。したがって、吹き降ろしによってウェイトが沈降することを防止できると共に吹き上げ時には太陽電池パネル5を含む太陽電池パネル支持装置全体が移動したり飛ばされたりするのを防止できる。
また、本実施の形態では、ウェイト9を内部が空洞になった函体37と、その中に貯留又は充填される水等の液体39や土砂で構成したので、函体37を設置後に水等の液体39を注入することができ、設置工事を容易にすることができ、また函体37に水等の液体39を入れた場合には、排水手段を設けることで、移設も容易となる。
さらに、太陽電池パネル5の傾斜下部に樋などの集水手段を設け、集水し雨水を函体37に導水するようにすれば、充填する液体39のコストがかからないという効果が得られる。
また、函体37に液体39ではなく、現場の盛土や建設時に発生する土砂を入れておけば、撤去、移設時に、原状回復用に活用することもできる。
実施の形態1では、骨組み部材7の中央部に1つの函体37をウェイト9として配置したが、実施の形態2では、図5に示すように、各支柱3の支配面積に応じてウェイト9を分散配置した。
例えば、実施の形態1の具体例で示した例では、支柱1本当たりの引き抜き力は、46.5kNであり、5m3程度の軽量な樹脂タンクを函体として用いることができる。
なお、実施の形態1でも述べたように、支柱3の本数は、4本のほか、6本でも8本でもそれ以上でも良いので、ウェイト9は、図5に示すように一つの支柱3に対して1つの函体37を連結するようにしてもよいし、図6に示すように、複数の支柱(図6の例では2本の支柱)に対して1つの函体37を連結するようにしてもよい。さらに、図示していないが1つの支柱3に対して複数の函体37を連結するようにしてもよい。
本実施の形態に係る太陽電池パネル支持装置1は、図7に示すように、ウェイト9を函体37と該函体37に入れた水によって形成すると共に、実施の形態1の構成に加えて、太陽電池パネル(図4参照)表面に散水する散水装置47と、太陽電池パネル5の傾斜下部に設けた集水装置49と、集水装置49で集水された水を函体37に導水する導水路51と、函体37内の水を散水装置47に送水する送水装置53とを備えてなるものである。実施の形態1と同一部分には同一の符号が付されている。
以下、主な構成を詳細に説明する。
散水装置47は、太陽電池パネル5の傾斜上部に設置されて太陽電池パネル5に散水して水膜を形成する。散水装置47の具体例としては、散水用配管が挙げられる。散水用配管の具体的態様を示すと、散水用配管を構成する管体として、架橋ポリエチレン製の50Aの管体を用い、太陽電池パネル5の全幅にわたって最上部とパネル中間部に設置する。この管体には100mmの間隔で0.5mmの貫通孔を設け、当該貫通孔は、太陽電池パネル表面に対して正対よりも上方へ、かつパネル表面から0.8mmの隙間を介して設置する。
太陽電池パネル表面に霧を形成すると、乱反射により入射エネルギーが減少することから、噴射ノズルの設置高さは可能な限り低くし、太陽電池パネル表面に霧を広範に形成するのを防止するのが好ましい。
集水装置49は、太陽電池パネル5の傾斜下部に設けられて、太陽電池パネル5で受けた水を集水する。集水装置49の一つの態様として、太陽電池パネル5の下辺部に樋状の流路を設けることが考えられる。なお、縦樋を併用してもよい。
樋状の流路は、モジュール1枚ごとに設けてもよいし、複数枚のモジュールを組み合わせたユニット(アレイ)ごとに設けてもよいし、あるいはユニットを組み合わせた全体に設けてもよい。いずれの態様であっても、全体として太陽電池パネル5の傾斜下部側に幅方向に連続する樋状の流路が設けられるようにする。
導水路51は、集水装置49で集水された水を函体37に導水する。導水路51の途中には、沈殿槽55を設けるのが好ましい。沈殿槽55は、太陽電池パネル5を流れて集水装置49で集水された水に含まれる砂埃などの固形物などを除く役割をする。つまり、沈殿槽55は、パネル上の飛来物を函体37へ導入しないようにする機能を有している。
なお、雨水の循環使用によるバクテリアの繁殖防止、函体37をコンクリート系材料で構成した場合に貯留水にカルシウム分が溶出してパネル上で析出することを防止、流入する粒子分を凝集させて沈殿を促進させることなどを目的として、導水路51の途中に薬液処理設備を設けるようにするのも好ましい。
送水装置53は、散水装置47に函体37の貯留水を送水するものであり、図7に示すように、例えば散水ポンプがこの機能を有する。なお、散水ポンプによる送水路の吸入口にストレーナ56を設けるようにしてもよい。
蒸発されずに太陽電池パネル表面を流下した水は、集水装置49によって集水されて沈殿槽55に送水される。沈殿槽55に送られた水は、その中に含まれる固形物が除去されて函体37に送水される。函体37に一時的に貯留された水は送水装置53によって散水用配管に送水されて、上記のような循環を行う。
また、太陽電池パネル支持装置57を処分場跡地のような汚染土壌を覆うように設置すれば、雨水が汚染土壌に滲みこむのを防止でき、雨水が汚染物に接触して汚染されるのを防止できると共に、雨水を太陽電池パネル上で蒸発処理することもできる。
3 支柱
5 太陽電池パネル
7 骨組み部材
7a 傾斜角調整部材
9 ウェイト
11 連結部材
13 第1タブ
15 耐圧板
17 耐圧用骨組み
19 柱材
21 円形板
23 リブ付円形板
25 グレーチング
27 矩形板
29 アングル材
31 太陽電池モジュール
33 バックアップ材
35 シーリング目地
37 函体
39 液体
41 第2タブ
43 ワイヤーロープ
45 ターンバックル
47 散水装置
49 集水装置
51 導水路
53 送水装置
55 沈殿槽
56 ストレーナ
57 太陽電池パネル支持装置
Claims (5)
- 地盤に設置される支柱と、該支柱に連結されて太陽電池パネルを支持する骨組み部材と、前記太陽電池パネルに作用する吹き上げ荷重に抵抗するウェイトと、該ウェイトと前記骨組み部材又は前記支柱を連結する連結部材とを備え、該連結部材を長さ調節可能で、かつ引張荷重に抵抗するが、曲げ荷重、圧縮荷重には抵抗しない部材で構成したことを特徴とする太陽電池パネル支持装置。
- 前記支柱における接地部に、面状の耐圧板もしくは耐圧用の骨組みを設置したことを特徴とする請求項1記載の太陽電池パネル支持装置。
- 前記支柱を、回転貫入杭又は圧入杭で構成し、これら回転貫入杭又は圧入杭の埋め込み深さが前記地盤に配置される防水層よりも浅くなるように設定したことを特徴とする請求項1記載の太陽電池パネル支持装置。
- 前記ウェイトを、函体と該函体に入れた液体又は土砂によって形成したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載の太陽電池パネル支持装置。
- 前記ウェイトを函体と該函体に入れた水によって形成し、前記太陽電池パネル表面に散水する散水装置と、前記太陽電池パネルの傾斜下部に設けた集水装置と、該集水装置で集水された水を前記函体に導水する導水路と、前記函体内の水を前記散水装置に送水する送水装置とを備えてなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の太陽電池パネル支持装置。
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