JP5570292B2 - レール部材、太陽電池モジュール架台及び太陽電池モジュールの設置方法 - Google Patents

Description

この発明は、建造物の屋根などに設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定する架台、架台の一部を構成するレール部材、及びこれらを用いて行う太陽電池モジュールの設置方法に関するものである。

太陽光発電システムは、二酸化炭素排出などの地球環境への負荷が小さい発電方式として近年注目されており、導入が進んでいる。発電を行う太陽電池モジュールは、一般に１平方メートル以上の大きな面積を持ったパネルとして提供され、モジュールを設置する為の専用の架台を必要とする。

多くの発電量を得るためには、出来るだけ多くの太陽電池モジュールを設置する必要があるため、架台は太陽電池モジュールの配置に柔軟に対応する必要がある。特に住宅の屋根などは形状が複雑な上に、架台を設置できる垂木の位置も限られるため、モジュールを効率よく設置するには、架台に位置調整構造を持たせることが有効である。

従来の太陽電池モジュールを設置する架台では、位置調整を可能とするために、架台のレール部材に、溝中をスライドする金具とモジュールを挟んで押圧して固定する金具を用いた位置調整機構が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４０９９０８３号公報

このような太陽電池モジュール架台にあっては、位置調整を行うためには、溝の中にスライド金具を設置すると共に、固定時には、締結部までスライド金具を移動させる作業が必要であった。

この発明は、上記のような作業の省略をするためになされたものであり、スライド金具を不要とすると共に作業性を向上することができる太陽電池モジュール架台、レール部材、及び太陽電池モジュールの設置方法を提供することを目的としている。

この発明に係る太陽電池モジュール架台は、建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定する架台であり、太陽電池モジュールの縁部に係合する係合部材と、係合部材を貫通する自らタップ加工可能なネジと、ネジが長手方向任意の位置で締結する長尺のレール部材とを含み、レール部材は、直線状を成し設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、コ字状溝の対向する２内面が、ネジが雌ねじ部を形成しながら螺合可能な溝幅となっていることを特徴とする。

この発明に係る他の太陽電池モジュール架台は、建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定する架台であり、太陽電池モジュールの縁部に係合する係合部材と、係合部材を貫通するネジと、ネジが長手方向任意の位置で締結する長尺のレール部材とを含み、レール部材は、直線状を成し設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、コ字状溝の対向する２内面に、ネジのネジ山に係合可能なネジ係合溝が形刻されていることを特徴とする。

また、この発明に係るレール部材は、建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定するレール部材であり、直線状を成し設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、コ字状溝の対向する２内面が、太陽電池モジュールを固定する自らタップ加工可能なネジが雌ねじ部を形成しながら螺合可能な溝幅となっていることを特徴とする。

また、この発明に係る他のレール部材は、建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定するレール部材であり、直線状を成し設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、コ字状溝の対向する２内面に、太陽電池モジュールを固定するネジのネジ山に係合可能なネジ係合溝が形刻されていることを特徴とする。

また、この発明に係る太陽電池モジュールの設置方法は、建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定する設置方法であり、直線状を成し設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、コ字状溝の対向する２内面が、太陽電池モジュールを固定する自らタップ加工可能なネジが雌ねじ部を形成しながら螺合可能な溝幅となっているレール部材を用いて、固定面を設置場所に向けてレール部材を設置場所に固定し、太陽電池モジュールを固定するネジをコ字状溝にねじ込んで、太陽電池モジュールを設置場所に固定することを特徴とする。

また、この発明に係る他の太陽電池モジュールの設置方法は、建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定する設置方法であり、直線状を成し設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、コ字状溝の対向する２内面に、太陽電池モジュールを固定するネジのネジ山に係合可能なネジ係合溝が形刻されているレール部材を用いて、固定面を設置場所に向けてレール部材を設置場所に固定し、太陽電池モジュールを固定するネジをネジ係合溝に係合させて、太陽電池モジュールを設置場所に固定することを特徴とする。

この発明によれば、レール部品の軸方向の溝にそった位置であれば、太陽電池モジュールの位置配置を決定後に、そのままネジ止めを行うことができるため、下穴加工やスライド金具の設置などの二次的な作業を省略することが可能となり、太陽電池モジュールの設置を容易とする顕著な効果を奏する。

図１は、この発明の太陽電池モジュール架台の実施の形態１の斜視図である。 図２は、図１のＡ面の断面図である。 図３は、実施の形態１のレール部材の斜視図である。 図４は、架台にて太陽電池モジュールを固定した具体的な様子を示す斜視図である。 図５は、係合部材を用いずに、枠部材の内フランジ部を貫通するタップネジをレール部材上に直接締結する様子を示す斜視図である。 図６は、レール部材上に直交するように他のレール部材を重ねて使用する様子を示す斜視図である。 図７は、この発明の太陽電池モジュール架台の実施の形態２の斜視図である。 図８は、図７のＢ面の断面図である。 図９は、この発明の太陽電池モジュール架台の実施の形態３を示すレール部材の斜視図である。 図１０は、この発明の太陽電池モジュール架台の実施の形態４の斜視図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の太陽電池モジュール架台の実施の形態１の斜視図である。図２は、図１のＡ面の断面図である。図３は、レール部材の斜視図である。本実施の形態の架台５０は、太陽電池モジュールの縁部に係合する係合部材２０と、係合部材２０を貫通するタッピングネジ（ネジ）３０と、タッピングネジ３０が長手方向任意の位置で締結する長尺のレール部材１０とから構成されている。

レール部材１０は、アルミニウム系合金の押出し加工にて作製され、細長直線状を成し全長にわたり断面コ字状に形成された本体１１と、本体１１のコ字状開口部の反対側に形成されたフランジ部１２とからなる。レール部材１０は、屋根などの設置面に固定される際、本体１１のコ字状開口部を上方に向けて固定される。フランジ部１２は、設置面に固定される際、設置面に沿って広がる方向に延び、安定して固定されるよう裏面に大面積の固定面を形成している。つまり、レール部材１０においては、設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成されている。

タッピングネジ３０は、ステンレスを初めとする鋼系材料にて作製され、例えば下穴が形成された締結箇所にねじ込まれる際、自らタップ加工（ネジ切り）しながらねじ込まれるネジである。

レール部材１０の本体１１のコ字状開口部の対向する２つの内面１１ａ，１１ａは、タッピングネジ３０がねじ込まれる際、タッピングネジ３０が雌ねじ部を形成しながら螺合するのに適度な溝幅となっている。そして、さらに２つの内面１１ａ，１１ａの開口部よりには、タッピングネジ３０が雌ねじ部を形成しやすいように、タッピングネジ３０のネジ山と同じピッチの断面三角形の係合可能なネジ係合溝１１ｂ，１１ｂが全長にわたり形刻されている。

図３に良く示されるように、２つの内面１１ａ，１１ａのネジ係合溝１１ｂ，１１ｂの深さ方向中間部に、タッピングネジ３０がねじ込まれる際、これを突き破る薄肉部１１ｃがネジ係合溝１１ｂ，１１ｂ間を塞ぐように架け渡されて形成されている。そして、タッピングネジ３０がねじ込まれる際、薄肉部１１ｃを突き破ることで、タッピングネジ３０は、レール部材１０の長手方向の移動を完全に規制される。この薄肉部１１ｃの厚さは、タッピングネジ３０のネジ部径の４分の１程度が、作業性の観点から望ましい。また、この薄肉部１１ｃの上部表面には凹凸が作製されている。その結果、タッピングを容易とし、作業性・締結状態の安定性を向上させている。

このような構成の太陽電池モジュール架台５０は、まず、レール部材１０のフランジ部１２に開口する貫通穴１２ａに挿入された図示しない木ネジなどにより、例えば屋根の垂木にネジ止めされることにより、レール部材１０を屋根の設置面に固定され、次いで、係合部材２０とレール部材１０との間に太陽電池モジュール８０の縁部を挟み込み、係合部材２０を貫通するタッピングネジ３０をレール部材１０にねじ込んで締結することにより、太陽電池モジュール８０を屋根に設置する。

図４は、架台５０にて太陽電池モジュールを固定した具体的な様子を示す斜視図である。太陽電池モジュール８０は、図示しない複数の太陽電池セルを併設して樹脂封止して成る平板状の太陽電池パネル８１と、太陽電池パネル８１の外縁部を全周にわたって囲む枠部材８２とから構成されている。枠部材８２は、断面コの字形を成し太陽電池パネル８１の外縁部を全周にわたって挟み込む縁保持部８２ａと、この縁保持部８２ａの背面から太陽電池パネル８１の裏面側に延びる板状部８２ｂと、この板状部８２ｂの下端からパネル内方に延びて形成された内フランジ部８２ｃと、板状部８２ｂの下端からパネル外方に延びて形成された外フランジ部８２ｄとから構成されている。係合部材２０の一端が外フランジ部８２ｄの上面に当接している状態で、タッピングネジ３０をレール部材１０にねじ込み、係合部材２０下面とレール部材１０の上面とで外フランジ部８２ｄを挟み込むようにして、太陽電池モジュール８０をレール部材１０に固定する。

図５及び図６は、レール部材１０の他の使い方示すものであり、図５は、係合部材２０を用いずに、枠部材８２の内フランジ部８２ｃを貫通するタッピングネジ３０をレール部材１０上に直接締結する様子を示す斜視図であり、図６は、レール部材１０Ａ上に直交するように他のレール部材１０Ｂを重ねて使用する様子を示す斜視図である。図５の使い方においては、部品点数を削減することができる。また、図６の使い方においては、太陽電池モジュールの主面に対して、縦横方向に位置調整することができる。このように架台５０は、図４に示すような基本的な使い方のみならず、いろいろな使い方をされてよい。

本実施の形態においては、上記のような構成を採用することで、コ字状溝に沿った任意の場所にネジ締結をすることが可能となるため、太陽電池モジュールを最適に配置するための位置調整において、溝に沿った方向に位置を決定後、下穴加工やスライド金具の設置などの二次的な作業を省略することができ、作業性を向上することが出来る。また、スライド金具を用いた方式と比較すると、スライド金具をなくすことが出来るため、架台全体としてのコストも低減できる。

なお、本実施の形態においては、上記のように、レール部材１０は、アルミニウム系合金の押出し加工にて作製されている。アルミニウム系合金の押出し加工は、軸方向に同一の断面形状であれば比較的安価に様々な断面形状を直接作製できるため、追加工無しでネジ係合溝１１ｂ，１１ｂを容易に作製することができる。また、アルミニウム系合金は、繊維強化樹脂などの非金属材料と比較すると、耐環境性、強度に優れており、屋外にて１０年以上の長期にわたって使用される太陽電池モジュール架台に適している。レール部材１０をアルミニウム系合金で作製した場合、タッピングネジ３０はステンレスを初めとする鋼系材料を用いればよい。その場合、タッピングネジ３０には、アルミニウムとの電位差による腐食を避けるため、腐食防止コーティングを行うのが望ましい。

なお、本実施の形態のレール部材１０においては、タッピングネジ３０の長手方向の移動を完全に抑制するために、薄肉部１１ｃが設けられているが、薄肉部１１ｃが無くてもタッピングネジ３０の移動を防止でき良好に締結できる場合には薄肉部１１ｃは省略されてもよい。

また、本実施の形態のレール部材１０には、タッピングネジ３０が雌ねじ部を形成しやすいように２つの内面１１ａ，１１ａの開口部よりにネジ係合溝１１ｂ，１１ｂが全長にわたり形刻されている。そのため、タッピングネジ３０の締結時にねじ山形成が容易となり、ネジ締結時の作業性・締結状態の安定性が向上される。しかしながら、材料などの選択により、タッピングネジ３０が締結するのにネジ係合溝１１ｂ，１１ｂがなくても十分に雌ねじ部を形成できるのであれば、ネジ係合溝１１ｂ，１１ｂは必ずしも必要とするものではない。逆に全く雌ねじ部を形成できないものであっても、ネジ係合溝１１ｂ，１１ｂをネジ係合可能な完全な形に成形しておけばタッピングネジ３０に限らず、一般的なネジであっても締結することができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の太陽電池モジュール架台の実施の形態２の斜視図である。図８は、図７のＢ面の断面図である。本実施の形態の架台５５においては、係合部材２５が、レール部材１０の本体１１を覆うような断面コ字状を成し、本体１１の２つの外面にそれぞれ当接する２つの内面２５ａ，２５ａを有している。また、断面コ字状の壁面の開口部の先端には、レール部材１０のフランジ部１２と接触して長手方向の移動を規制する凹凸形状の滑り止め２５ｂが形成されている。

このように本実施の形態においては、タッピングネジ３０によって固定される係合部材２５が、レール部材１０のコ字状溝の溝状のタッピングネジ３０の締結位置の外側を覆うようにはめ込まれている。この結果、係合部材２５の剛性により、コ字状溝の雌ねじ部形成位置がタッピングネジ３０の径方向に拡大するのが防がれ、締結強度を向上させることができる。

実施の形態３．
図９は、この発明の太陽電池モジュール架台の実施の形態３を示すレール部材の斜視図である。本実施の形態の太陽電池モジュールの架台においては、レール部材１５に、対向する２つのネジ係合溝１１ｂでなるコ字状溝が平行に２列並んで形成されている。
このような構造をとることで、ネジ締結に失敗したり、太陽電池モジュールを複数回取り付け直したりすることがありコ字状溝の雌ねじ部がつぶれてしまったとしても、この雌ねじ部を修復することなく、軸方向に同一の位置に図示しない係合部材を締結することが可能となる。

なお、本実施の形態のようにレール部材に複数のコ字状溝が無い場合において、同一の場所にてネジ止めをする場合には、インサートなどのネジ山形成工具を用いてネジ山を修復作業する必要がある。

実施の形態４．
図１０は、この発明の太陽電池モジュール架台の実施の形態４の斜視図である。本実施の形態の太陽電池モジュール架台６０においては、タッピングネジ３０のネジ係合部にゆるみ防止の硬化充填材４１が充填されている。これにより、タッピングネジ３０のゆるみが防止されるとともに長手方向の移動がさらに規制される。また、雨水等の浸入が防止され係合部材２０やタッピングネジ３０の腐食が低減する。

なお、タッピングネジ３０周囲を硬化充填材４１で埋める方法は、硬化充填材４１の充填のみならず、コ字状溝に嵌合可能な小型の部材を接着剤で止めるなどの方法をとっても良い。

以上のように、本発明は、建造物の屋根などに設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定する架台、架台の一部を構成するレール部材、及びこれらを用いて行う太陽電池モジュールの設置方法に適している。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１５ レール部材
１１ 本体
１１ａ 内面
１１ｂ ネジ係合溝
１１ｃ 薄肉部
１２ フランジ部
１２ａ 貫通穴
２０，２５ 係合部材
２５ａ，２５ａ 内面
３０ タッピングネジ
４１ 硬化充填材
５０，５５，６０ 太陽電池モジュール架台
８０ 太陽電池モジュール
８１ 太陽電池パネル
８２ 枠部材
８２ａ 縁保持部
８２ｄ 外フランジ部
８２ｃ 内フランジ部
８２ｂ 板状部

Claims (16)

1. 建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定するレール部材であり、
   直線状を成し前記設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、前記コ字状溝の対向する２内面が、前記太陽電池モジュールを固定する自らタップ加工可能なネジが雌ねじ部を形成しながら螺合可能な溝幅となっており、
   前記ネジが締結されるとき、前記ネジが突き破る薄肉部が前記コ字状溝内の対向する２内面に架け渡されて形成されている
   ことを特徴とするレール部材。
2. 建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定するレール部材であり、
   直線状を成し前記設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、前記コ字状溝の対向する２内面に、前記太陽電池モジュールを固定するネジのネジ山に係合可能なネジ係合溝が形刻されており、
   前記ネジが締結されるとき、前記ネジが突き破る薄肉部が前記コ字状溝内の対向する２内面に架け渡されて形成されている
   ことを特徴とするレール部材。
3. 前記コ字状溝の反対側に前記設置場所に沿って張り出して形成されたフランジ部が設けられ、前記フランジ部を前記設置場所に締結されて前記設置場所に固定される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のレール部材。
4. 前記薄肉部の表面に凹凸が形成されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレール部材。
5. 前記コ字状溝が、複数列平行に設けられている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレール部材。
6. 前記ネジと前記コ字状溝との間に硬化充填材が充填されている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレール部材。
7. 前記レール部材がアルミニウムまたはアルミニウム系合金を材料として作製され、前記ネジがステンレスなどの鋼系材料にて作製されている
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレール部材。
8. 建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定する架台であり、
   太陽電池モジュールの縁部に係合する係合部材と、
   前記係合部材を貫通する自らタップ加工可能なネジと、
   前記ネジが長手方向任意の位置で締結する長尺のレール部材とを含み、
   前記レール部材は、
   直線状を成し前記設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、前記コ字状溝の対向する２内面が、前記ネジが雌ねじ部を形成しながら螺合可能な溝幅となっており、
   前記ネジが締結されるとき、前記ネジが突き破る薄肉部が前記コ字状溝内の対向する２内面に架け渡されて形成されている
   ことを特徴とする太陽電池モジュール架台。
9. 建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定する架台であり、
   太陽電池モジュールの縁部に係合する係合部材と、
   前記係合部材を貫通するネジと、
   前記ネジが長手方向任意の位置で締結する長尺のレール部材とを含み、
   前記レール部材は、
   直線状を成し前記設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、前記コ字状溝の対向する２内面に、前記ネジのネジ山に係合可能なネジ係合溝が形刻されており、
   前記ネジが締結されるとき、前記ネジが突き破る薄肉部が前記コ字状溝内の対向する２内面に架け渡されて形成されている
   ことを特徴とする太陽電池モジュール架台。
10. 前記係合部材は断面コ字状を成し、前記レール部材の断面コ字状の２壁面の外面にそれぞれ当接する２つの内面を有している
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の太陽電池モジュール架台。
11. 前記係合部材の断面コ字状の壁面の開口部の先端には、前記レール部材に接触して長手方向の移動を規制する凹凸形状の滑り止めが形成されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池モジュール架台。
12. 建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定する設置方法であり、
    直線状を成し前記設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、前記コ字状溝の対向する２内面が、前記太陽電池モジュールを固定する自らタップ加工可能なネジが雌ねじ部を形成しながら螺合可能な溝幅となっており、前記コ字状溝内の対向する２内面に薄肉部が架け渡されているレール部材を用いて、
    前記固定面を前記設置場所に向けて前記レール部材を前記設置場所に固定し、
    前記太陽電池モジュールを固定する前記ネジを前記コ字状溝にねじ込むことによって、前記薄肉部を突き破って前記ネジを前記レール部材に締結し、前記太陽電池モジュールを前記設置場所に固定する
    ことを特徴とする太陽電池モジュールの設置方法。
13. 建造物に設けられた設置場所に太陽電池モジュールを固定する設置方法であり、
    直線状を成し前記設置場所に向けられる固定面に対して反対側に開口を向けて断面コ字状のコ字状溝が長手方向に延びて形成され、前記コ字状溝の対向する２内面に、前記太陽電池モジュールを固定するネジのネジ山に係合可能なネジ係合溝が形刻されており、前記コ字状溝内の対向する２内面に薄肉部が架け渡されているレール部材を用いて、
    前記固定面を前記設置場所に向けて前記レール部材を前記設置場所に固定し、
    前記太陽電池モジュールを固定するネジを前記ネジ係合溝に係合させることによって、前記薄肉部を突き破って前記ネジを前記レール部材に締結し、前記太陽電池モジュールを前記設置場所に固定する
    ことを特徴とする太陽電池モジュールの設置方法。
14. 前記レール部材の前記コ字状溝の反対側に前記設置場所に沿って張り出すフランジ部を設けておき、前記フランジ部を前記設置場所に締結することで、前記レール部材を前記設置場所に固定する
    ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の太陽電池モジュールの設置方法。
15. 前記ネジの締結の後、前記ネジと前記コ字状溝との間に硬化充填材を充填する
    ことを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの設置方法。
16. 前記レール部材を、アルミニウムまたはアルミニウム系合金を材料として、押出し加工にて作製する
    ことを特徴とする請求項１２から１５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの設置方法。

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