JP5577298B2 - ソーラーモジュール取付金具 - Google Patents

Description

本発明は、屋根上に並べられるパネル状のソーラーモジュール（太陽電池モジュール及び／又は集熱モジュール）を固定するためのソーラーモジュール取付金具に関する。

従来、屋根上に太陽電池モジュールや集熱モジュールなどのパネル状のソーラーモジュールを取付ける場合は、屋根上に適当な支持金具を固定して、これによってソーラーモジュールを位置決めし、支持金具に取付けた押さえ金具などによってソーラーモジュールを固定している。
また、ソーラーモジュールを取付ける前に、屋根上に断熱材を敷設することで、ソーラーモジュールの下方に断熱材層を形成することも行われている。

また、特許文献１には、上部金属板及び下部金属板間に断熱材を挟み込んでなる断熱屋根パネルについて、上部金属板の上面に凹部を形成し、この凹部にソーラーシステム装置（ソーラーモジュール）を設置して、ソーラー断熱屋根パネルとしたものが提案されている。この場合は、屋根を形成する際に、ソーラー断熱屋根パネルを屋根の骨組みを構成する支持部材上に固定することになる。

特開平１０−２１９９４９号公報

しかしながら、従来のソーラーモジュールの取付構造では、ソーラーモジュールの取付けと断熱材の取付けとを、現場で効率良く行うことができず、施工性の点で改善の余地があった。

また、特許文献１のように、ソーラーモジュール及び断熱材を屋根材に一体的に組込む構成にすると、既存建物（既存屋根）への取付けが困難で、汎用性に乏しく、工事費用も嵩むこととなる。

また、ソーラーモジュールの取付けにあたっては、施工性のみならず、十分な気密性・防水性が求められ、更には、既存建物の屋根形状の違いに対応できるような汎用性が求められる。

本発明は、このような実状に鑑み、現場施工を前提として、施工性の向上を図る一方、気密性・防水性の向上、屋根形状の違いに対応できる汎用性の向上などを図り得る、ソーラーモジュール取付金具を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るソーラーモジュール取付金具は、屋根上に固定され、屋根の傾斜方向と直交する横方向に隣り合うソーラーモジュール間にて屋根の傾斜方向に延在する第１金具と、前記第１金具上に固定されて、前記第１金具と同方向に延在する第２金具と、を含んで構成される。

前記第２金具は、前記第１金具上に位置する上面部と、この上面部に連なって下方へ延びる一対の側面部と、これらの側面部の下端から外側に延びる一対の下面部とを含んで、ハット型断面をなす。
前記下面部は、ソーラーモジュールの下方に配置される断熱材の縁部の載置部をなし、前記上面部は、その幅方向両端部分がソーラーモジュールのフレームの載置部をなすと共に、その幅方向中央部分に、前記第２金具の延在方向に延在するレール溝を有する。
前記レール溝は、ねじ部を上向きとした取付ボルトの頭部と係合するボルト係合部を形成すると共に、屋根の傾斜方向に水を案内する水切り通路部を形成する。
そして、前記取付ボルトの前記ねじ部が、ソーラーモジュールのフレームを固定する押さえ金具の取付部をなす。

本発明によれば、第２金具の下面部に断熱材をセットし、次いで上面部にソーラーモジュールをセットすることで、これらを効率良くセットすることができ、施工性に優れる。
また、第２金具の上面部と左右のソーラーモジュールのフレームとで囲まれる空間に雨水が侵入し得るが、侵入した水はレール溝に入り、その傾斜に従って排出されるので、それ以上の水の侵入は防止され、十分な防水性を発揮できる。同時に、ソーラーモジュールと断熱材との間の空間の気密性を確保できる。
また、屋根形状の違いなどから、第２金具上でのフレーム間の間隔が異なっても対応でき、汎用性は高い。

本発明の一実施形態を示すソーラーシステムの平面図 ソーラーシステムの側面図 折板屋根へのソーラーモジュールの取付態様を示す正面断面図 図３の要部拡大図 別の折板屋根へのソーラーモジュールの取付態様を示す正面断面図 図５の要部拡大図

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すソーラーシステム（モジュール配列）の平面図、図２はソーラーシステムの側面図である。

ソーラーシステムは、屋根上に、縦長（例えば縦１４７６×横９８４ｍｍ）のソーラーモジュール１を縦横にマトリクス状（本実施形態では縦４×横６枚）に並べて構成され、屋根の傾斜方向（水上側−水下側）と直交する横方向に隣り合うソーラーモジュール１、１間に取付金具１０が介在する。

ソーラーモジュール１には、太陽電池モジュール１Ａと、集熱モジュール１Ｂとがあり、本実施形態では、水下側の縦３×横６枚を太陽電池モジュール１Ａ、水上側の縦１×横６枚を集熱モジュール１Ｂとしてある。

太陽電池モジュール１Ａは、金属（例えばアルミ）製の矩形のフレーム２と、該フレーム２内の上部に嵌め込まれたＰＶパネル３とを含んで構成される。ＰＶパネル３は、透明な強化ガラス（詳しくは２層のガラス板間）に太陽電池セルをマトリクス状に取付けたもので、太陽光を受けて発電する。

集熱モジュール１Ｂは、金属（例えばアルミ）製の矩形のフレーム２と、該フレーム２内の上部に嵌め込まれた集熱パネル４とを含んで構成される。集熱パネル４は、太陽電池セルを取付けず、ガラス板のみとしたもので、太陽光を受けて内部の空気を効果的に加熱できる。

尚、太陽電池モジュール１Ａも一定の集熱効果を有しており、本実施形態では、ソーラーモジュール１の下側空間にて水下側から水上側へ空気を流すことで、３枚の太陽電池モジュール１Ａで空気を徐々に昇温し、最後に集熱モジュール１Ｂでより大きく昇温して加温空気を取出すことができるようにしている。

取付金具１０は、屋根上に並べられるパネル状のソーラーモジュール１を固定するものであって、屋根の傾斜方向（水上側−水下側）と直交する横方向に隣り合うソーラーモジュール１、１間にて屋根の傾斜方向に延在し、延在方向の適当位置（図示Ｘ部）がソーラーモジュール１のフレーム２の固定部となる。

取付金具１０及びこれを用いた取付構造について、図３及び図４により説明する。
図３は折板屋根（例えば６６折板屋根）へのソーラーモジュールの取付態様を示す正面断面図、図４は図３の要部拡大図である。

本実施形態での６６折板屋根は、山高部の高さｈ１が６６ｍｍで、山高部のピッチｐ１が３５０ｍｍである。ソーラーモジュール１（フレーム２）の横サイズｗが９８４ｍｍの場合、２つ置きの山高部上に取付金具１０を設けて、横方向に隣り合うソーラーモジュール１、１のフレーム２、２を固定する。この場合のフレーム２、２間の間隔ｓ１は、ｐ１×３−ｗで、６６ｍｍとなる。

取付金具１０は、屋根ＲＦ上、特に折板屋根ＲＦの山高部の上に固定されて、山高部の延在方向に延在する第１金具１１と、第１金具１１上に固定されて、第１金具１１と同方向に延在する第２金具１２と、を含んで構成される。

第１金具１１は、リップ溝形鋼（Ｃ形鋼）であり、その溝の開放側を上向きにして、折板屋根ＲＦの山高部の上に載せ、剣先ボルトＳＢを用いて固定してある。尚、第１金具１１の溝のない方に剣先ボルトＳＢを通すための孔をあけておく。

第２金具１２は、第１金具１１上に位置する上面部１３と、この上面部１３に連なって下方へ延びる一対の側面部１４、１４と、これら側面部１４、１４の下端から外側に延びる一対の下面部１５、１５とを含んで、ハット型断面をなしている。より詳しくは、上面部１３の両端縁は側面部１４、１４より外側に突出していて、いわば「π」字状断面をなしている。尚、第２金具１２は、アルミ等の押し出し成形により形成するとよいが、複数部材から溶接により一体化して形成してもよい。

第１金具１１と第２金具１２とは、第１金具１１の両側面部に第２金具１２の側面部１４、１４をあてがい、ビス１６止め固定される。

ここで、第２金具１２の下面部１５は、ソーラーモジュール１の下方に配置される断熱材ＨＩの縁部の載置部をなす。尚、断熱材ＨＩとしては、例えば、３０ｍｍ程度の厚さのフェノールフォーム等のフォーム材の両面をポリエステル不織布等の面材で被覆したものが好適に用いられる。
そして、断熱材ＨＩの縁部上面と上面部１３下面との間に断熱材押さえ（スペーサ）ＨＭをセットしてビス止めすることで、断熱材ＨＩを押さえ込むようにしている。

すなわち、第２金具１２の側面部１４の高さは、下面部１５の上に載置される断熱材ＨＩの厚さより高くして、断熱材押さえ（スペーサ）ＨＭの分、断熱材ＨＩ層の上に、すなわちソーラーモジュール１（フレーム２）と断熱材ＨＩとの間に、少なくとも１０ｍｍ程度の空気層（配線スペース）が形成されるようにしてある。

第２金具１２の上面部１３は、その幅方向両端部分がソーラーモジュール１、１のフレーム２、２の載置部をなすと共に、その幅方向中央部分にレール溝１７を有する。
レール溝１７は、ねじ部を上向きとした取付ボルト２１の頭部と係合するボルト係合部（１７ａ）を形成すると共に、屋根の傾斜方向に水を案内する水切り通路部（１７ｂ）を形成する。

より詳しくは、レール溝１７は、前記ボルト係合部を形成する第１レール溝１７ａと、第１レール溝１７ａの下側に設けられ、同方向に延在して、前記水切り通路部を形成する第２レール溝１７ｂとからなり、第２レール溝１７ｂは、第１レール溝１７ａの底部と連通する。

次に取付ボルト２１を用いたソーラーモジュール１のフレーム２の固定について説明する。
ソーラーモジュール１のフレーム２の側部は内側に凹んでいて（凹み部２ａ）、フレーム２の最下部にＬ字状の押さえ部２ｂが突出形成されている。

取付ボルト２１の先端側のねじ部には、下向きコ字状の押さえ金具２２の中央孔部を挿通し、この押さえ金具２２の下向きの両端を凹み部２ａに入れて押さえ部２ｂに相対させてある。従って、押さえ金具２２の上からボルト２１にナット２３を螺合して締め付けることで、押さえ金具２２により、ソーラーモジュール１のフレーム２を押さえ固定可能である。尚、押さえ金具２２には補強のため上方へ立上がるリブを形成してある。

また、取付ボルト２１には、押さえ金具２２と一緒に上向きコ字状のリテーナ２４をナット２３により固定してある。リテーナ２４は、横方向に隣り合うソーラーモジュール１、１のフレーム２、２間の開口部を塞ぐ水切りカバー２５を取付けるためのものである。

水切りカバー２５は、薄板のプレートで、横方向に隣り合うソーラーモジュール１、１のフレーム２，２上面を跨ぐように設けられ、フレーム２、２間に沿って延在し、延在方向に間隔をあけて設けられる複数のリテーナ２４により支持されている。すなわち、ボルト２１、押さえ金具２２、ナット２３及びリテーナ２４は、取付金具１０の延在方向の適当位置（図１のＸ部）に設けられるが、水切りカバー２５は、これらをつなぐ形で延在している。

次に取付手順について説明する。
（１）折板屋根ＲＦの山高部に剣先ボルトＳＢを用いて第１金具１１を固定する。
（２）第１金具１１に第２金具１２を被せ、側面同士をビス１６止め固定する。
（３）断熱材ＨＩをセットし、その縁部を第１金具１１の下面部１５に支持させる。
（４）断熱材ＨＩの縁部上方に断熱材押さえ（スペーサ）ＨＭをセットして、断熱材ＨＩを押さえ込む。これによって、断熱材押さえＨＭの分、空気層（配線スペース）を確保する。
（５）第２金具１２の上面部１３にソーラーモジュール１をセットする。尚、第２金具１２の上面部１３には予めゴム製のシートを貼着しておいて、ソーラーモジュール１との密着性を高めるようにする。
（６）第２金具１２のレール溝１７（第１レール溝１７ａ）に取付ボルト２１をセットし、また、取付ボルト２１に押さえ金具２２をセットする。そして、取付ボルト２１及び押さえ金具２２を、取付ボルト２１はレール溝１７（第１レール溝１７ａ）に沿って、また、押さえ金具２２はフレーム２の凹み部２ａに沿って、予め定めた固定位置（図１のＸ部）まで、スライドさせる。
（７）各固定位置にて、取付ボルト２１にリテーナ２４をセットした上で、ナット２３で締め付けることにより、押さえ金具２２によりソーラーモジュール１を固定する。
（８）リテーナ２４により支持させて水切りカバー２５をセットし、ビス止め固定する。

本実施形態によれば、第２金具１２の下面部１５に断熱材ＨＩをセットし、次いで上面部１３にソーラーモジュール１をセットすることで、これらを効率良くセットすることができ、施工性に優れる。

また、第２金具１２の上面部１３と左右のソーラーモジュール１、１のフレーム２、２とで囲まれる空間に雨水が侵入し得るが、侵入した水はレール溝１７に入り、その傾斜に従って排出されるので、それ以上の水の侵入は防止され、十分な防水性を発揮できる。

また、第１金具１１と第２金具１２とが屋根の傾斜方向に延在していて、ソーラーモジュール１と断熱材ＨＩとの間の空間の気密性を確保できる。

また、本実施形態によれば、レール溝１７は、ボルト係合部を形成する第１レール溝１７ａと、第１レール溝１７ａの下方に設けられ、同方向に延在して、水切り通路部を形成する第２レール溝１７ｂと、を含んで構成され、第２レール溝１７ｂが、第１レール溝１７ａの底部と連通することにより、ボルト係合部と水切り通路部の機能を分けて、それぞれ最適なものとすることができる。すなわち、第１レール溝（ボルト係合部）１７ａから独立した、より大きな断面の第２レール溝（水切り通路部）１７ｂを有する構成とすることにより、侵入した水の排出機能を十分に高めることができる。

また、本実施形態によれば、第１金具１１は、リップ溝形鋼（Ｃ形鋼）であり、その溝の開放側が上向きに配置されることにより、汎用品を用いてコストアップを抑制できると共に、その内部を第２金具１２のレール溝１７形成部分の収納空間とすることができる。

また、本実施形態によれば、第２金具１２は、その側面部１４にて、第１金具１１の側面部に固定されることにより、第２金具１２の上面部１３への孔加工等を不要として、防水性の確保を容易にすることができる。

また、本実施形態によれば、第２金具１２の側面部１４の高さは、下面部１５の上に載置される断熱材ＨＩの厚さより高く、ソーラーモジュール１と断熱材ＨＩとの間に空気層が形成されるようにしたことで、空気層による断熱性の更なる向上や、配線スペースの確保が可能となる。

また、本実施形態によれば、折板の屋根に適用し、第１金具１１は、折板の山高部の上に固定する構成とすることにより、屋根への特別な加工の必要なく、汎用品である折板屋根に断熱性と気密性とを有する状態でソーラーモジュール１を取付けることができる。

また、本実施形態によれば、折板の屋根において、第１金具１１は、折板の山高部の上に固定され、第２金具１２の下面部１５が断熱材ＨＩの縁部の載置部となるので、第１金具１１の底面部の高さ（山高部の高さ）に対し、第２金具１２の下面部１５の高さを適切な関係とすることにより、断熱材ＨＩは図３に示されるような平板状のものでも、折板の山高部に邪魔されることなく、山高部の上方に延在することが可能となる。この結果、断熱材ＨＩは、大きな平板状のもの（汎用品）を適当な寸法にカットして使用すればよく、この点でも施工性に優れるものとなる。

図５は別の折板屋根（例えば８８折板屋根）へのソーラーモジュールの取付態様を示す正面断面図、図６は図５の要部拡大図である。

図３及び図４での６６折板屋根は、前述の通り、山高部の高さｈ１が６６ｍｍで、山高部のピッチｐ１が３５０ｍｍである。ソーラーモジュール１（フレーム２）の横サイズｗが９８４ｍｍの場合、２つ置きの山高部上に取付金具１０を設けて、横方向に隣り合うソーラーモジュール１、１のフレーム２、２を固定する。この場合のフレーム２、２間の間隔ｓ１は、ｐ１×３−ｗで、６６ｍｍとなる。従って、取付ボルト２１へのナット２３の取付けに工具を使用する場合に、十分な余裕がある。

これに対し、図５及び図６での８８折板屋根は、山高部の高さｈ２が８８ｍｍで、山高部のピッチｐ２が２００ｍｍである。ソーラーモジュール１（フレーム２）の横サイズｗが９８４ｍｍの場合、４つ置きの山高部上に取付金具１０を設けて、横方向に隣り合うソーラーモジュール１、１のフレーム２、２を固定する。この場合のフレーム２，２間の間隔ｓ２は、ｐ２×５−ｗで、１６ｍｍとなる。従って、余裕がなく、図３及び図４の取付構造のままでは、ナット２３を締め付ける工具を挿入することができない。

そこで、図５及び図６の実施形態では、取付構造を異ならせてあり、これについて説明する。尚、図５及び図６において、図３及び図４と同一要素には同一符号を付して、異なる要素について説明する。

図５及び図６の実施形態では、取付ボルト３１として、先端部がソーラーモジュール１の上面高さより突出する長さのものを用いる。
また、押さえ金具３２としては、下向きコ字状であるが、幅方向の長さが短いものを用いる。長さが短いので、補強用のリブは設けていないが、適宜設けてもよい。

取付ボルト３１には、押さえ金具３２をセットした後、鞘管３４を挿入する。鞘管３４は、挿入状態で、上端部がソーラーモジュール１（フレーム２）の上面高さより僅かに突出する長さとする。そして、取付ボルト３１の先端部は鞘管３４の上端部より突出する長さとする。
取付ボルト３１には、鞘管３４を挿入後、水切りカバー３５を取付け、ナット３３により締め付け固定する。

水切りカバー３５は、薄板のプレートで、横方向に隣り合うソーラーモジュール１、１のフレーム２，２上面を跨ぐように設けられ、フレーム２、２間に沿って延在し、延在方向に間隔をあけて設けられる複数の鞘管３４上に支持されている。すなわち、ボルト３１、押さえ金具３２、ナット３３及び鞘管３４は、取付金具１０の延在方向の適当位置（図１のＸ部）に設けられるが、水切りカバー３５は、これらをつなぐ形で延在している。

この場合の取付手順は、以下のようになる。
（１）〜（５）までは前述と同じである。
（６）第２金具１２のレール溝１７（第１レール溝１７ａ）に取付ボルト３１をセットし、また、取付ボルト３１に押さえ金具３２をセットする。そして、取付ボルト３１及び押さえ金具３２を、取付ボルト３１はレール溝１７（第１レール溝１７ａ）に沿って、また、押さえ金具３２はフレーム２の凹み部２ａに沿って、予め定めた固定位置（図１のＸ部）まで、スライドさせる。
（７）各固定位置にて、取付ボルト３１に鞘管３４をセットする。但し、鞘管３４のセットはスライド前に行ってもよい。
（８）鞘管３４により支持させて水切りカバー３５をセットし、ナット３３で締め付けることにより、押さえ金具３２によりソーラーモジュール１を固定すると同時に、水切りカバー３５を固定する。

以上のように、屋根形状の違いなどから、第２金具１２上でのフレーム２、２間の間隔が異なっても、同じ取付金具１０（第１金具１１及び第２金具１２）を用いて、対応することができる。すなわち、取付ボルト２１、３１や押さえ金具２２、３２などを複数種類用意しておくだけで対応することができる。
そして特に、間隔が狭い場合は、このように鞘管３４を用いてナット３３の固定位置をソーラーモジュール１より上とすることにより、作業性を改善できる。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

例えば、以上では、折板の屋根へのソーラーモジュールの取付けについて説明したが、これに限るものではなく、平板状の屋根にも取付けできる。この場合、屋根に第１金具１１を直接取付けることで、屋根に孔をあけることになっても、第２金具１２上で防水を確保できるので、問題はない。

１ ソーラーモジュール
１Ａ 太陽電池モジュール
１Ｂ 集熱モジュール
２ フレーム
２ａ 凹み部
２ｂ 押さえ部
３ ＰＶパネル
４ 集熱パネル
１０ 取付金具
１１ 第１金具
１２ 第２金具
１３ 上面部
１４ 側面部
１５ 下面部
１６ ビス
１７ レール溝
１７ａ 第１レール溝（ボルト係合部）
１７ｂ 第２レール溝（水切り通路部）
２１ 取付ボルト
２２ 押さえ金具
２３ ナット
２４ リテーナ
２５ 水切りカバー
２６ ねじ
３１ 取付ボルト
３２ 押さえ金具
３３ ナット
３４ 鞘管
３５ 水切りカバー
ＲＦ 折板屋根
ＳＢ 剣先ボルト
ＨＩ 断熱材
ＨＭ 断熱材押さえ（スペーサ）

Claims (6)

1. 屋根上に並べられるパネル状のソーラーモジュールを固定するソーラーモジュール取付金具であって、
   屋根上に固定され、屋根の傾斜方向と直交する横方向に隣り合うソーラーモジュール間にて屋根の傾斜方向に延在する第１金具と、
   前記第１金具上に固定されて、前記第１金具と同方向に延在する第２金具と、
   を含んで構成され、
   前記第２金具は、前記第１金具上に位置する上面部と、この上面部に連なって下方へ延びる一対の側面部と、これらの側面部の下端から外側に延びる一対の下面部とを含んで、ハット型断面をなし、
   前記下面部は、ソーラーモジュールの下方に配置される断熱材の縁部の載置部をなし、
   前記上面部は、その幅方向両端部分がソーラーモジュールのフレームの載置部をなすと共に、その幅方向中央部分に前記第２金具の延在方向に延在するレール溝を有し、
   前記レール溝は、ねじ部を上向きとした取付ボルトの頭部と係合するボルト係合部を形成すると共に、屋根の傾斜方向に水を案内する水切り通路部を形成し、
   前記取付ボルトの前記ねじ部が、ソーラーモジュールのフレームを固定する押さえ金具の取付部をなすことを特徴とする、ソーラーモジュール取付金具。
2. 前記レール溝は、前記ボルト係合部を形成する第１レール溝と、前記第１レール溝の下方に設けられ、同方向に延在して、前記水切り通路部を形成する第２レール溝と、を含んで構成され、
   前記第２レール溝は、前記第１レール溝の底部と連通することを特徴とする、請求項１記載のソーラーモジュール取付金具。
3. 前記第１金具は、リップ溝形鋼であり、その溝の開放側が上向きに配置されることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載のソーラーモジュール取付金具。
4. 前記第２金具は、その前記側面部にて、前記第１金具の側面部に固定されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のソーラーモジュール取付金具。
5. 前記第２金具の前記側面部の高さは、前記下面部の上に載置される前記断熱材の厚さより高く、前記ソーラーモジュールと前記断熱材との間に空気層が形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のソーラーモジュール取付金具。
6. 前記屋根は、折板の屋根であり、
   前記第１金具は、前記折板の山高部の上に固定されることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のソーラーモジュール取付金具。