JP5693214B2 - 架台装置およびそれを用いた太陽電池装置 - Google Patents

Description

本発明は太陽電池モジュール等の平板状設置体を、例えば傾斜面を有する基体の傾斜面上に載置する架台装置およびそれを用いた太陽電池装置に関する。

住宅等の屋根に太陽電池モジュールを設置する場合、一般的には、図１に示すように、屋根４５上に貫通孔４３を設けた支持台４２を多数配置して、これらの支持台４２の上に貫通孔４３に設けた締結部材を介して、屋根の傾斜方向に長尺の縦ラック４０の複数を平行に設置して構成された架台装置に、縦ラック４０の長手方向と直交する方向に長尺の横ラック４１の複数を平行に載置して、さらに、これら横ラック４１に太陽電池モジュール２０を配置して太陽電池アレイ４４とする。

支持台４２は屋根の種類によって屋根への固定方法が異なり、波瓦または平板瓦の瓦材を用いた屋根では、一旦瓦材を持ち上げて、瓦材の下に配されている野地板に釘またはネジで固定する、あるいは瓦材の形を模した支持台を瓦材の代わりに設置する。

一方、図２に示すように、スレート瓦４６または板金屋根を用いた屋根では、直接、瓦材の上から釘４９またはネジを用いて、瓦材を野地板４７に固定する。支持台４２の頂部には縦ラック４０を支持するために平坦部を有する支持部４８が設けられる。

縦ラック４０には支持台４２と固定するための丸穴もしくは長孔の貫通孔４３が開けられており、貫通孔４３にボルトを通してナットで締結する。支持台４２上に縦ラック４０を仮組みする際に、縦ラック４０の貫通孔４３にボルトを通せば屋根から縦ラック４０が滑落しないようにしている。

横ラック４１は縦ラック４０上に、ボルト・ナットまたは押圧板によって固定される。横ラック４１の配置は載置する太陽電池モジュールの大きさに合わせた間隔で屋根の流れ方向に、複数本がこの流れ方向と直交する方向に配置される。横ラック４１の頂部には太陽電池モジュール２０を嵌め込み、もしくは固定するための溝またはネジ穴が設けられており、太陽電池モジュール２０の枠体２２を固定する。なお、横ラック４１を用いずに縦ラック４０のみを用いる場合もある。また、太陽電池モジュールの裏面側に補強部材を設ける場合もある。

太陽電池モジュール２０は単結晶または多結晶の結晶系太陽電池素子を充填材を用いて透光性部材にラミネートしたもの、またはアモルファスシリコンを透光性部材に蒸着した薄膜系太陽電池等の発電部２１の外周を、アルミニウムまたは樹脂製の枠体２２で囲んだものが一般的である。太陽電池モジュール２０等の平板状の設置体は、ボルト・ナットまたは押圧板を用いた狭持固定により、縦ラック４０に強固に取り付けられる。なお、太陽電池モジュール２０は縦ラック４０を２本平行に配置し、その間に跨って載置され、縦ラック４０は複数の支持台４２で屋根上に流れ方向に沿って配置・固定される。

屋根は必ずしも平坦ではなく、また、瓦材の配設位置も完全には平行ではない。そのため、支持台４２が屋根の流れ方向に数ミリ程度ずれていたり、縦ラック４０を締結する位置が合わないことがある。そこで、縦ラック４０側に支持台４２の締結部（主にボルト部）を挿入する部分を、長孔の貫通孔４３にするなどして位置調整を可能としている。

また、屋根上に支持台４２を配置する場合、瓦材の重なり部分には配置できないので、
縦ラック４０に予め複数の貫通孔を開けておき、これらのいずれかで対応できるようにしている（下記の特許文献１を参照）。

特開２０１０−０４５３４６号公報

縦ラック４０は支持台４２に強固に固定されているが、積雪の多い地域においては、太陽電池モジュール２０上の積雪の加重が設計された耐荷重性能を超えることがある。特に、積雪が融解と凍結を繰り返すような気象条件では、太陽電池モジュール２０の発電部２１上に積雪が固着して堆積する。また、図示されているように、太陽電池モジュール２０の枠体２２は発電部２１よりも突出しているため、雪を堆積させることもある。

このように、堆積した雪による正加重（重量）は軒側に向かって降りようとする方向に働き、太陽電池モジュール２０も一緒に動かそうとする力になる。この加重は縦ラック４０の締結部３９の締結力（ボルトとナットの締付けトルク）を上回ることがあり、縦ラック４０は太陽電池モジュール２０とともに軒側に向って移動する（図中の矢印方向）。縦ラック４０に開けられた貫通孔が長孔である場合、長孔の軒側端部まで移動することになり、長孔の全長が長い場合には太陽電池モジュール２０と縦ラック４０が屋根の軒側にはみ出して外観が損なわれることがある。また、支持台４２で支持されなくなった部分が正加重に負けて折れ曲がり、太陽電池モジュール２０を破損させることがある。

また、縦ラック４０等は日常的に熱伸縮を繰り返すので、熱伸縮によって縦ラック４０が軒側に向けて長期間かけて少しずつずれることがある。

さらに、縦ラック４０の貫通孔４３における位置合わせの際には、作業者が縦ラック４０を押えながら締結作業を行なわなければならず、作業性および安全性の面で好ましくない。

そこで、本発明では縦ラックの位置を精度よく確実に調整できて、施工性・安全性に優れた架台装置およびそれを用いた太陽電池装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る架台装置は、頭頂部にネジ部を有し、傾斜面上に固定される支持台と、該支持台の前記ネジ部に通す留め部材と、該留め部材を介して前記支持台上に固定された、前記傾斜面の傾斜方向に長尺の縦ラックとを備え、前記縦ラックは、該縦ラックの長手方向に長い貫通孔を有しているとともに、該貫通孔の前記長手方向に沿った内側部に位置決め用の内側凹凸面を有しており、前記留め部材は、前記縦ラックの前記貫通孔の前記内側凹凸面に嵌る外側凹凸面を有している。

また、本発明の一形態に係る太陽電池装置は、上記架台装置の上に太陽電池モジュールが配置されていることを特徴とする。

住宅の屋根に太陽電池モジュールを架台装置の上に設置する様子を示す斜視図である。 積雪により縦ラックが位置ずれを起こす様子を説明する断面図である。 本発明の一形態に係る架台装置の一部の構造を示す分解斜視図である。 本発明の一形態に係る架台装置を構成する縦ラックと留め部材との嵌合構造を説明する斜視図および拡大平面図である。 本発明の一形態に係る架台装置の一部を説明する斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の一形態に係る架台装置を構成する縦ラックの貫通孔の部分の形態例を示す平面図である。 本発明の一形態に係る架台装置の一部を説明する図であり、（ａ）は分解断面図および拡大斜視図、（ｂ）は断面図である。 本発明の一形態に係る架台装置の一部を説明する斜視図である。 本発明の一形態に係る架台装置の一部を説明する図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ（ａ）における他の例を示す部分拡大断面図である。 本発明の一形態に係る架台装置の一部を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。 本発明の一形態に係る架台装置を説明する斜視図である。

以下、本発明の一形態に係る架台装置および太陽電池装置について図面を参照しながら説明する。なお、既に述べた図１に示す構成と同一構成については詳細な説明を省略して、主に架台装置を構成する支持台、留め部材および縦ラックについて詳細に説明する。

＜実施形態１＞
図３に示すように、架台装置は、支持台４２と、縦ラック４０と、留め部材３３と、押圧板３６と、締結部材（ボルト３７）との複数組が組み合わされて構成される。そして、図１に示すように、この架台装置の上に太陽電池モジュール２０を載置することで太陽電池アレイ４４が完成する。太陽電池モジュール２０の態様については、既に述べたとおりである。

図３において、支持台４２は基体を構成する屋根の野地板にネジおよびボルトで固定するための固定用貫通孔２９を複数箇所に設けており、支持台４２を構成する基台上には、縦ラック４０を支持するための支持部４８を設けている。この支持部４８は頂部が平坦になっており、縦ラック４０の内側平坦面を面支持できるようにしている。また、支持部４８の頭頂部には縦ラック４０の長孔である貫通孔３１に貫通させるネジ部（ボルト３８）が溶接またはネジ固定されている。支持台４２はアルミニウム、鉄、またはステンレスなどの材質が用いられるが、これら複数の材質を組み合わせてもよい。

縦ラック４０は、アルミニウムの押し出し材または鉄材に溶融亜鉛メッキしたものなどを用いた長尺状のレールである。本実施形態では断面がＣ字形のものを用いたが、縦ラック４０の強度を向上させるために、種々の断面形状のリブ材を使用したり、他の装置を嵌合させる溝（例えば、太陽電池モジュールを直接支持する場合の嵌め込み溝）などを設けた複雑な形状を採用してもよい。縦ラック４０の上面平坦部には貫通孔３１が設けられている。

さらに、貫通孔３１は外周に沿って、その一部または全部に位置決め用の凹凸が設けられており、図示のような内側凹凸面３２が設けられている。この内側凹凸面３２は図中では平面視して三角形の一部が繰り返し連続した鋸状としているが、用途に合わせて適宜凹凸形状を変えることが可能である。

留め部材３３は、縦ラック４０の貫通孔３１の内側凹凸面３２に嵌め込むものであり、両端部に内側凹凸面３２に合致する逆凹凸形状の外側凹凸面３４を有する。留め部材３３の略中央には支持台４２のボルト３８を貫通させるための貫通孔３５が設けられている。

押圧板３６は縦ラック４０を支持台４２にボルト・ナットで締結固定する際、縦ラック
４０とナット３７の間に挟んで縦ラック４０を支持台４２との間で狭持固定するものである。押圧板３６は縦ラック４０の貫通孔３１の短辺方向の幅よりも長くしており、留め部材３３の脱落防止の押え板の役割も兼ねている。

以上のようにして、傾斜面を有する基体（例えば屋根）の傾斜面上に、支持台４２と、支持台４２の上に設けた留め部材３３と、留め部材３３を介して支持台４２上に固定された、前記傾斜面の傾斜方向に長尺の縦ラック４０とを備えた架台装置において、縦ラック４０は、貫通孔３１を有しているとともに、貫通孔３１の縦ラック４０の長手方向に沿った内側部に位置決め用の内側凹凸面３２を有しており、留め部材３３は、貫通孔３１の内側凹凸面３２に嵌る外側凹凸面３４を有している構成とすることができる。

次に、上述した各部材の組み立て方法について説明する。図４に示すように、まず、基体である屋根の野地板に固定された支持台４２の支持部４８に縦ラック４０を載せる。そして、屋根に対する配置位置を合わせた後、ボルト３８に留め部材３３の貫通孔３５を通して外側凹凸面３４を内側凹凸面３２に嵌合させる。この凹凸面どうしの嵌合により縦ラック４０は支持台４２に仮固定され、以降の作業において縦ラック４０を作業者が支える必要はなくなる。

図５に示すように、押圧板３６をボルト３８に通し、締結部材（ナット３７）で締付け固定する。これにより縦ラック４０は支持台４２に強固に固定され、且つ、留め部材３３も外れなくなる。しかも、図４からも判るように、貫通孔３１の一部の内側凹凸面３２を留め部材３３の外側凹凸面３４が埋め、且つ、押圧板３６で狭持することで、貫通孔３１内が補強されて、縦ラック４０の強度も向上する。

次に、内側凹凸面３２の変形例について説明する。図６（ａ）に示すように、繰り返し凹凸形状を平面視して四角形状（内側凹凸面３２ａ）としてもよい。これにより、縦ラック４０の長手方向に移動しようとする力に対し、さらに耐性を強めることができる。

また、図６（ｂ）に示すように、繰り返し凹凸形状を波状（内側凹凸面３２ｂ）にしてもよい。これにより、縦ラック４０と留め部材３３の材質が異なり、熱伸縮の差が大きい場合にも応力を波形曲面全体に分散させて逃がしやすくすることができる。さらに、凹凸が緩やかに連続しているので引っ掛かりが少なく、元の位置への復元性も高い。

また、図６（ｃ）に示すように、前述した移動しようとする力への耐性と元の位置への復元性の両方を兼ね備えた構造とすることもできる。つまり、貫通孔３１の内側凹凸面３２の一部には、縦ラック４０の長手方向に対して直交する方向に沿った、留め部材３３を係止する係止面を有している構造（軒側方向をＡ、棟側方向をＢとしたときに、軒側方向Ａへ動こうとする力には強固に抵抗し、熱伸縮などの動きは棟側方向Ｂに容易に逃がすことができる構造：内側凹凸面３２ｃ）とすることもできる。

＜実施形態２＞
図７に示すように、留め部材３３の端部を上方に折り曲げて、縦ラック４０の貫通孔３１の短手方向の長さよりも留め部材３３の幅を長くした部分である押圧片２８を有した留め部材３３ｂとすることもできる。この留め部材３３ｂの外側凹凸面を縦ラック４０の内側凹凸面３２に嵌合させたときに、折り曲げた押圧片２８が縦ラック４０の上面を押えることができるので、留め部材３３ｂを支持部４８にナット３７で締結させると、押圧片２８が押圧板の代わりに縦ラック４０を押圧固定することができる。また、部品点数が削減できて好適である。また、留め部材３３ｂの厚みを縦ラック４０よりも薄めにしておけば、ナット３７の締付けトルク＝押圧力となり、留め部材３３ｂによる押圧固定が確実に行なえる。さらに、留め部材３３ｂの厚みの公差をマイナス（薄い）方向にとれば交差を大
きく許容できて、製造し易く、しかも製品のばらつき（厚み公差）による締付け不良を生じさせない。

＜実施形態３＞
図８および図９に示すように、押圧板の両端部を太陽電池モジュール２０の裏面に接触できる程度まで上方に延ばして、支持レール２３とし、太陽電池モジュール２０の裏面を下から支える構造とすれば、太陽電池モジュール２０の撓みを防止することができる。また、太陽電池モジュール２０の裏面を支持することにより、風等による振動も抑えられ、太陽電池モジュール２０を構成している太陽電池素子の割れまたはクラックの発生を抑制することができる。さらに、太陽電池モジュール２０が撓んだときに、ボルト３８に接触して太陽電池モジュール２０が破損するのを抑制することができる。

図９（ｂ）に示すように、支持レール２３にも留め部材３３ｃの凹凸片が通る凹凸孔を設け、留め部材３３ｃの凹凸片によって支持レール２３が機械的に強固に位置固定されるようにすることもできる。

図９（ｃ）に示すように、支持レール２３にも貫通孔（凹凸があればなおよい）を設ければ、実施形態２で説明した留め部材が適用可能であり、その効果が得られる。

以上のようにして、押圧板をレール状に延ばし、且つ上方向に延ばして太陽電池モジュール２０の裏面を支えられるようにして、太陽電池モジュール２０の耐加重も向上させることができる。また、ボルト３８が突出しているので、太陽電池モジュール２０に加重がかかって中央が撓んできたときに、ボルト３８の先が太陽電池モジュール２０の裏面を突いて破損させないようにすることができる。特に後者は縦ラック４０上に設置する横ラック４１の高さを低くして、太陽電池アレイを薄型化しようとするときには太陽電池モジュール２０との間の距離が近くなるので有効である。

＜実施形態４＞
図１０に示すように、縦ラック４０が留め部材で支持されない中間部分を支持する中間支持部材２５を、縦ラック４０の貫通孔３１の内側凹凸面３２を利用して配置してもよい。中間支持部材２５は、スレート瓦４６の平坦部分に中間支持部の脚部が配置されるように位置を調整して設置することができる。中間支持部材２５は加重がかかったり、無加重で瓦上に浮いたりと様々な状況に置かれるため、締結部にストレスがかかるが、本実施形態によれば、縦ラック４０に内側凹凸面３２と留め部材３３で機械的に位置固定されるので、長期間使用しても機械的応力または金属の熱伸縮による締結部（ボルト・ナット）の緩みおよび位置ずれが生じないので好適である。

このようにして、積雪による縦ラック４０の撓みに対して好適な構造とすることができる。特に、図９のように、太陽電池モジュール上の積雪加重によって裏面支持レールが押えられた場合、その積雪加重は縦ラック４０が一手に受けることになので、留め部材のない中央部分（屋根上に浮いた部分）は撓み易いが、中間支持部材２５により、縦ラック４０の中央部分と瓦材との間を強固に支持することができる。

＜実施形態５＞
図１１に示すように、例えば、陸屋根の住宅上に設置される陸屋根架台のように基礎部材にレール材を組み合わせた基礎架台である基体５０を組み、この基体５０に縦ラック４０を傾斜させた状態で設置した構造とすることも可能である。

この場合、基体５０が上述した屋根に相当し、屋根上で作業する際に得られる効果（仮
置きで位置固定できる、滑落しない、ナット締付け作業時に作業者が部材を支える必要がない等）がそのまま適用でき、作業性および安全性を確保できる。

２０：太陽電池モジュール
２１：発電部
２２：枠体
２３：裏面支持レール
２４：裏面支持部
２５：中間支持部材
２８：押圧片
２９：固定用貫通孔
３１：貫通孔
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ：内側凹凸面
３３、３３ｂ、３３ｃ：留め部材
３４：外側凹凸面
３５：貫通孔
３６：押圧板
３７：ナット
３８：ボルト（ネジ部）
３９：締結部
４０：縦ラック
４１：横ラック
４２：支持台
４３：長孔
４４：太陽電池アレイ
４５：屋根
４６：スレート瓦
４７：野地板
４８：支持部
４９：釘

Claims (4)

1. 頭頂部にネジ部を有し、傾斜面上に固定される支持台と、該支持台の前記ネジ部に通す留め部材と、該留め部材を介して前記支持台上に固定された、前記傾斜面の傾斜方向に長尺の縦ラックとを備え、
   前記縦ラックは、該縦ラックの長手方向に長い貫通孔を有しているとともに、該貫通孔の前記長手方向に沿った内側部に位置決め用の内側凹凸面を有しており、
   前記留め部材は、前記縦ラックの前記貫通孔の前記内側凹凸面に嵌る外側凹凸面を有している架台装置。
2. 前記貫通孔の前記内側凹凸面は、前記留め部材を前記縦ラックの長手方向における複数位置で固定可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の架台装置。
3. 前記貫通孔の前記内側凹凸面の一部には、前記縦ラックの長手方向に対して直交する方向に沿った、前記留め部材を係止する係止面を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の架台装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の架台装置の上に太陽電池モジュールが配置されていることを特徴とする太陽電池装置。

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