JP5635356B2

JP5635356B2 - ソーラーパネル付き避雷設備

Info

Publication number: JP5635356B2
Application number: JP2010226203A
Authority: JP
Inventors: 陸宏油井; 達也土岐; 久剛小林; 誠介伊勢村; 健二内橋
Original assignee: Kajima Corp; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2030-10-06
Also published as: JP2012080018A

Description

本発明は、ソーラー（ＰＶ）パネルを直撃雷、誘導雷から保護するソーラーパネル付き避雷設備に関するものである。

太陽光発電に用いるソーラー（ＰＶ）パネルは、取り付け架台を用いて地面や建築物の屋上などに設置されるのが一般的であり、そのソーラー（ＰＶ）パネルで発電された直流電力をインバータにより交流変換した上で、その交流電力を各種機器などの負荷に供給するようにしている。

下記の建築物、工作物及び危険物施設には、建築基準法及び消防法の関連法規で雷保護システムの設置を義務付けられている。
ａ）高さ２０ｍを超える建築物
ｂ）煙突、広告塔、高架水槽、擁壁等の工作物及び昇降機、ウォータシュート、飛行塔等の工作物で高さ２０ｍを超える部分
ｃ）指定数量の１０倍以上の危険物を取扱う製造所、屋内貯蔵所及び屋外タンク貯蔵所

また、危険物の規制に関する規則の一部を改正する省令等の施行についての消防通達、平成１７年１月１４日消防危第１４号、第４その他の事項では、日本工業規格の改正にあわせ、避雷設備について改正がされたが、適用にあたっては次の点に留意されたいこと（規則第１３条の２の２）としている。
（１）危険物施設の保護レベルは、原則としてＩとすること。ただし、雷の影響からの保護確率を考慮した合理的な方法により決定されている場合にあっては、保護レベルをIIとすることができること。
（２）屋外貯蔵タンクを受雷部システムとして利用することは、原則として差し支えないこと。
（３）消防法令上必要とされる保安設備等は内部雷保護システムの対象とし、雷に対する保護を行うこと。

このように、わが国では建築基準法、消防法、火薬類取締法により、それぞれに定める対象物には、雷保護システムを設置することが義務付けられているが、法令とは別に落雷によって災害を受ける恐れのある建築物などには適切な雷保護システムを施す必要がある。

設置が望ましい建築物・工作物（自主設置）としては、下記のものが挙げられる。
１．落雷の可能性の多い建築物・工作物
◎高塔、煙突など
◎雷の多い地方の建築物
◎過去に落雷の経験があり、または付近に落雷のあった建築物
◎平地の一軒家、山または丘の頂上もしくは崖上の建築物
２．落雷があった場合に被害の大きい建築物
◎多数の人の集まる建築物（学校・寺院・病院・デパート・劇場・浴場など）
◎多数の家畜を収容する牧舎など
◎重要義務を行う建築物
◎美術上・科学上・歴史上貴重な建築物及び貴重なものを収容する建築物（博物館・陳列場・保護建造物など）

取り付け架台を用いて地面や建築物の屋上などに設置される太陽光発電に用いるソーラー（ＰＶ）パネルについても、取り付け架台を用いて地面や建築物の屋上などに設置されるのが一般的であり、避雷設備を設置することが検討される。

図５はその一例を示すものであるが、図中１はソーラー（ＰＶ）パネル、２はその架台であり、屋上３に設置されるものとして、直撃雷対策、誘導雷対策とも、ソーラー（ＰＶ）パネル１から独立して避雷突針４や棟上導体５を設置していた。

避雷突針４は直撃雷対策として、独立避雷針の考え方に立脚するものである。誘導雷対策は、ソーラー（ＰＶ）パネルは半導体により制作されているため、雷電流による影響を少なくするだろうと考え、独立避雷針の考え方をとっていた。

このようなソーラー（ＰＶ）パネルに対する避雷設備の先行技術文献は存在しない。

下記特許文献は、太陽電池に取付けられる避雷素子の接地線を不要とし、配線作業を軽減化することのできる避雷素子付太陽電池を提供することを目的とするもので、太陽電池の端子ボックスをフレームにネジ止めする構造において、端子ボックス内に避雷素子を収納し、端子ボックスをフレームに止めているネジに避雷素子の接地側端子を接続してフレームを通して架台に接地する。
特開平７−１１５２１８号公報

前記ソーラー（ＰＶ）パネル１から独立して避雷突針４や棟上導体５を設置する方法では、これら避雷突針４や棟上導体５はソーラー（ＰＶ）パネル１に影が出来にくいように、ソーラー（ＰＶ）パネル１の北側に設置している。

ソーラー（ＰＶ）パネル１に避雷突針４や棟上導体５の影ができると、ソーラー（ＰＶ）パネル１の発電効率を下げてしまうばかりでなく、ソーラー（ＰＶ）パネル１を劣化させる可能性がある。

このため建物屋上など狭いところにソーラー（ＰＶ）パネル１を設置した場合、避雷針設備等は大掛かりなものとなり、美観上の問題もあり、また、費用もかなりなものとなる。

本発明の目的は前記不都合を解消し、従来のようにＰＶパネルの影にならないよう独立して大規模な避雷針設備を設ける必要はなく、場所を取らずに簡単に設置できる。その結果、美観的にも優れて、しかも安価な避雷設備が可能となるソーラーパネル付き避雷設備を提供することにある。

請求項１記載の本発明は前記目的を達成するため、ソーラー（ＰＶ）パネルの取り付け架台に連続金属製導体を前記架台と導体が等電位になるように設置し、前記連続金属製導体を棟上導体としてソーラー（ＰＶ）パネルを直撃雷から保護することを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明は、ソーラー（ＰＶ）パネルの取り付け架台に連続金属製導体を架台の頂部にソーラーパネルに跨るように設置し、これを棟上導体としてソーラー（ＰＶ）パネルを直撃雷から保護することを要旨とするものである。

請求項１および請求項２記載の本発明によれば、落雷時、ソーラー（ＰＶ）パネル枠は金属製であり架台と堅固に固定されるため、同一電位となる。避雷針のＪＩＳに従い回転球体法によりソーラー（ＰＶ）パネルを直撃雷から保護することができる。連続金属製導体に雷電流がながれたとき、誘導雷によりソーラー（ＰＶ）パネルのセルが焼損することもない。

請求項３記載の本発明は、連続金属製導体が年間を通してソーラー（ＰＶ）パネルの影にならないよう、連続金属製導体の高さ位置を設定することを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、連続金属製導体がソーラー（ＰＶ）パネルの影にならないように配慮したので、連続金属製導体の存在がソーラー（ＰＶ）パネルの発電効率を下げてしまうおそれはなく、ソーラー（ＰＶ）パネル１の劣化につながることはない。

以上述べたように本発明のソーラーパネル付き避雷設備は、従来のようにソーラー（ＰＶ）パネルの影にならないよう独立して大規模な避雷針設備を設ける必要はなく、場所を取らずに簡単に設置でき。その結果、美観的にも優れて、しかも安価な避雷設備が可能なのである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のソーラーパネル付き避雷設備の１実施形態を示す縦断側面図、図２は同上要部の側面図、図３は同上屋上全体の縦断側面図で、前記従来例を示す図５と同じく、図中１はソーラー（ＰＶ）パネルである。

ソーラー（ＰＶ）パネル１は屋上３に設置される基礎６で固定される架台２で支持される。架台２は鉄骨フレームで枠組まれたものである。また、基礎６にはプレキャストコンクリートブロックを利用することもできる。

架台２は、ソーラー（ＰＶ）パネル１が載置固定された平板状の台部２ａとその台部２ａから下方へ延びる脚部２ｂ，２ｃからなり、その脚部２ｂ，２ｃの下端部が取り付け金具８を介してアンカーボルト（図示せず）により基礎６に固定される。

このように架台２の台部２ａ上に、複数枚のソーラー（ＰＶ）パネル１を縦横に並べて載置固定することにより、ソーラー（ＰＶ）パネル１を所定角度に傾斜させた状態に据え付けることができる。

本発明は、架台２の頂部に複数のソーラー（ＰＶ）パネル１，１，１…に跨るように連続する連続金属製導体７を設置し、これを受電部とする棟上導体方式を採用した。図中９は接地までの導線であり、架台２に接続する。

図２に示すように連続金属製導体７は平板体であり、ソーラー（ＰＶ）パネル１を支持するために、ボルト・ナット１９で結合してアングル材を上下に組み合わせた支持フレーム１５があるとして、該支持フレーム１５から高さ調整フレーム１６を直立させ、この高さ調整フレーム１６に離間材としての長ナット１７を介在させて、連続金属製導体７をボルト・ナット１８で固定する。

連続金属製導体７は、ボルト固定部分も含めて溶融亜鉛めっき製とする。

図３に示すように、避雷針のＪＩＳに従い回転球体法によりＰＶパネルを直撃雷から保護する。直撃雷は回転球体法により対処できる。

雷撃理論により、雷が侵入できる部分と侵入できない部分の境界があることが判明しており、雷撃理論によって得られた保護空間の表し方には、保護角法、回転球体法、メッシュ法がある。

回転球体法は、最も基本となる手法で、２つ以上の受雷部に同時に接するように又は１つ以上の受雷部と大地とに同時に接するように球体を回転させたときに、球体表面の包絡面から被保護物側を保護範囲とする方法で、球体の半径は、ＪＩＳＡ４２０１：２００３の表１のＲ（ｍ）により決まる。

また、連続金属製導体７が年間を通してソーラー（ＰＶ）パネル１の影にならないよう連続金属製導体７の高さ位置を設定した。

この連続金属製導体７の高さ位置は、連続金属製導体７自体の上下幅および高さ調整フレーム１６の上下幅および長ナット１７で決定する。

連続金属製導体７は日本の場合、一般に北側に設置すればほとんど問題ないが、唯一、夏至の時期に北側日射のための影になる恐れがあったため、年間を通して日影を検討し、図２に示すように陰に対して厳しい夏至のときでも９：００からは陰がパネルに掛からないようにパネルの位置と連続金属製導体７の高さを調整し、決定した。このようにソーラー（ＰＶ）パネル１への影については、日影図を作成し対処できる。

落雷時、ソーラー（ＰＶ）パネル１の枠は金属製であり架台２と堅固に固定されるため、同一電位となる。

連続金属製導体７に雷電流がながれたとき、誘導雷によりソーラー（ＰＶ）パネル１のセルが焼損するのではないかと懸念された。すなわち、ソーラー（ＰＶ）パネル１と架台２の頂部に取付けた連続金属製導体７の棟上導体が金属架台２を通して連続金属製導体１に流れると同時にソーラー（ＰＶ）パネル１のパネル枠にも流れる。枠に雷電流が流れることにより、ＩＥＣでいわれている自己インダクタンスによりｅ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔの電圧が加わり絶縁耐量のない場合、セルや集電電極配線が絶縁破壊を起こしてしまうのではないかと懸念された。これを実験により検証することとした。

図４に示す装置に雷電流を流し、検証したもので、負荷側、温度センサー側ともＳＰＤを設置した回路を作り、連続金属製導体７を受電部（フラットバー）とし、ここに雷電流を１０／３５０μの雷インパルス波形とする雷電流を３０ｋＡ、５０ｋＡ、８０ｋＡを印加した。図４中、１０は接続箱、１１は変換器、１２は温度センサー、１３は白熱電灯、１４は投光器である。

結果はソーラー（ＰＶ）パネル１のセルの焼損もなく、負荷の白熱電灯１３も変化なく点燈を続けた。また、温度センサー１２も所定の値を示していた。

続いて負荷側、センサー側ともＳＰＤを外し、１０／３５０μの雷インパルス波形の３０ｋＡ雷電流を流した。

結果は、負荷と直列につながっている電流計が壊れ、白熱電灯１３が消灯した。これは、電流計自体がＳＰＤの役割をなし、絶縁耐量の小さい機器が先に絶縁破壊を起こし回路が遮断した。また、温度センサー回路の変換器が壊れた。これも同様のことが言える。しかし、ソーラー（ＰＶ）パネル１の損傷はなかった。

この実験では、架台２に取付けた連続金属製導体７を避雷導体として利用でき、落雷時、雷インパルス電流が流れても（ソーラー（ＰＶ）パネル１のパネル枠とこの連続金属製導体７が等電位になっているにもかかわらず）ＰＶパネルへの電磁誘導を発生させないことがわかった。

本発明のソーラーパネル付き避雷設備の１実施形態を示す縦断側面図である。本発明のソーラーパネル付き避雷設備の１実施形態を示す要部の側面図である。本発明のソーラーパネル付き避雷設備の１実施形態を示す屋上全体の縦断側面図である。本発明の効果を試す実験装置の説明図である。従来例を示す斜視図である。

１ソーラー（ＰＶ）パネル２架台
２ａ台部２ｂ，２ｃ脚部
３屋上４避雷突針
５棟上導体６基礎
７連続金属製導体８取り付け金具
９導線１０接続箱
１１変換器１２温度センサー
１３白熱電灯１４投光器
１５支持フレーム１６高さ調整フレーム
１７長ナット１８、１９ボルト・ナット

Claims

ソーラー（ＰＶ）パネルの取り付け架台に連続金属製導体を前記架台と導体が等電位になるように設置し、前記連続金属製導体を棟上導体としてソーラー（ＰＶ）パネルを直撃雷から保護することを特徴としたソーラーパネル付き避雷設備。
ソーラー（ＰＶ）パネルの取り付け架台に連続金属製導体を架台の頂部にソーラーパネルに跨るように設置し、これを棟上導体としてソーラー（ＰＶ）パネルを直撃雷から保護することを特徴としたソーラーパネル付き避雷設備。
連続金属製導体が年間を通してソーラー（ＰＶ）パネルの影にならないよう、連続金属製導体の高さ位置を設定する請求項１または請求項２記載のソーラーパネル付き避雷設備。