JP6220584B2 - 太陽光パネルの架台構造 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光パネルの架台構造に関する。

従来から、太陽光を受けてそのエネルギーを電力に変換するための太陽光パネルを使用した太陽光発電システムが注目されている。太陽光パネルを地上あるいは屋根等の屋外に設置するための架台は、風、積雪及び地震等の様々な外力が作用しても太陽光パネルを安定的に支持するために、コンクリート製の基礎を用いて設置されることが多い。一方、架台の主部材には、加工性及び施工性等に優れ、環境負荷低減効果のある木材を用いることがある（例えば、特許文献１参照）。

実用新案登録第３１８０７９１号公報

太陽光パネルの架台を木製とすることは、間伐材の有効利用という点でも有益である。
しかし、例え木材に防腐処理を施したとしても、これを屋外で用いる場合、吸水性のあるコンクリート製の基礎との接触部分の腐食を抑える必要がある。また、架台の組み立て性や各部の接合耐力の維持も考慮することが望ましい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、太陽光パネルの架台構造において、木製の主部材における基礎に支持される部位の腐食を抑え、架台の組み立てを容易にし、各部の接合耐力を維持することを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、太陽光パネルの架台構造において、木製の主部材を複数組み合わせて形成される架台と、前記架台を設置する基礎と、前記主部材における前記基礎に支持される部位と前記基礎との間に挟まれる非吸水性の架台受けと、前記主部材の側面に固定される立面部と前記基礎の上面に固定される下面部とを含む連結具と、を備え、前記架台受けは、前記立面部に対向する側面が前記立面部に固定されることを特徴とする。

この構成によれば、架台の主部材に木材を用いることで、部材の加工性を高めて架台の製造を容易にし、かつ主部材の重量が軽いため、施工性に考慮した架台を構成することができる。
木材は、環境負荷低減に効果があり、また、間伐材を使用することで、森林整備にも貢献できる。さらに、使用期間後には、木質バイオマス等への再利用が可能である。
そして、木製の主部材における基礎に支持される部位が水分に晒され難くなり、当該部位の耐腐食性を高めることができる。

本発明は、前記主部材の内、南北に延びる垂木と東西に延びる桁材とが木ネジで結合される構成でもよい。
この場合、基礎の公差や木材の反り等によって組み合わせ部分にズレが生じても、これを木ネジの打設位置等で吸収することが可能であり、架台の組み立てを容易にすることができる。

本発明は、前記太陽光パネルを前記主部材に取り付けるパネル取り付け具を備え、前記パネル取り付け具が、前記主部材にパネル用木ネジで固定されるとともに、前記パネル用木ネジを挿通する木ネジ挿通孔とは別に予備の木ネジ挿通孔を有する構成でもよい。
この場合、太陽光パネルの施工不良時にも木ネジの打ち直しが可能となり、架台の組み立てを容易にするとともに、経年劣化により木ネジによる接合耐力が不足した場合にも木ネジを追加打設することが可能となり、各部の接合耐力を良好に維持することができる。

本発明によれば、太陽光パネルの架台構造において、木製の主部材における基礎に支持される部位の腐食を抑え、架台の組み立てを容易にし、各部の接合耐力を維持することができる。

本発明の実施形態における太陽光パネルの架台構造の斜視図である。 太陽光パネルの面直方向から見た架台の平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図２のＶ−Ｖ断面図である。 図４の要部拡大図である。 図６のＶＩＩ矢視図である。 図３の要部拡大図である。 図８のＩＸ矢視図である。 太陽光パネル下面側の取り付け部の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、複数の太陽光パネル１を地上あるいは屋根等の屋外で架台１０上に支持した構成を示す。
架台１０は、断面矩形状をなして直線状に延びる主部材１１を複数組み合わせて形成される。主部材１１は木材であり、例えば杉の間伐材からなる１０５ｍｍ角の無等級の一般製材である。

図２〜図５を併せて参照し、架台１０は、南北方向に延びる複数本（本実施形態では四本）の垂木１２と、各垂木１２の北側を相互に連結するべくこれらの下方を東西方向に延びる北側桁材１３と、各垂木１２の南側を相互に連結するべくこれらの下方を東西方向に延びる南側桁材１４と、北側桁材１３の東西両側部を所定高さに支持する一対の脚体１５と、を有する。各脚体１５は、鉛直方向に所定長さで延びる束材１６と、束材１６の下端に固定されて東西方向に所定長さで延びる脚材１７と、を有する。垂木１２、各桁材１３，１４、束材１６及び脚材１７は前記主部材１１とされる。

図１、図２を参照し、架台１０の東西両側には、それぞれ一対の垂木１２上で南北方向に複数枚（本実施形態では四枚）並ぶ平面視矩形状の太陽光パネル１が支持される。

前記主部材１１としての木材は、例えばＪＡＳのＫ４相当の加圧式保存処理を行うことで、屋外露出の木材としての耐用年数を、杉の生木では５〜６年のところを２０年以上としている。なお、木材の種類や乾燥方法によっては薬液注入不良の可能性があるため、本実施形態では木材にインサイジング加工（木材表面に細かな傷をつけて薬液浸透面積を増やす加工）を行うことで、防腐処理の確実性を高めている。また、防腐処理後にカットや穴あけ等を行うと加工面から防腐性が低下するため、本実施形態ではプレカット後に保存処理薬剤の注入を行っている。

図６に示すように、束材１６の上端部は、その東西の側面と北側桁材１３の下面とに跨る一対の上金物１８を、前記側面及び下面と直交する木ネジ１８ａ（巻き先のタッピングネジ）によって取り付けるとともに、北側桁材１３の上方から長尺の木ネジ１８ｂを打設することで、北側桁材１３に固定される。本実施形態に用いる木ネジは、例えばＪＩＳ Ｂ １１１２に規定される。

束材１６の下端部は、その東西方向外側の側面と脚材１７の上面とに跨る下金物１９を、前記側面及び上面と直交する木ネジ１９ａによって取り付けるとともに、帯板状の筋交い木材２０の下部を、束材１６及び脚材１７の北側の側面に複数の木ネジ２０ａによって取り付けることで、脚材１７に固定される。

図４を併せて参照し、筋交い木材２０は、脚体１５の下部の北側（南北方向外側）の側面と北側桁材１３における束材１６よりも東西方向内側の北側（南北方向外側）の側面との間に傾斜して架け渡される。筋交い木材２０の上部は、北側桁材１３の側面にこれと直交する複数の木ネジ２０ｂによって取り付けられる。

図１、図５を参照し、北側桁材１３の東西両側部を支持する一対の脚体１５の脚材１７は、それぞれ一対の北側基礎２１上に支持、固定される。一方、南側桁材１４の東西両側部は、それぞれ一対の南側基礎２２上に支持、固定される。なお、コンクリート舗装等を含むベタ基礎上に架台１０を設置することも可能であるが、所定高さのコンクリート基礎上に架台１０を設置することで、架台１０下方に作業スペースが確保され、架台１０下方から太陽光パネル１を設置する等の作業が容易になる。

各基礎２１，２２の上面高さは相互に同一であるが、北側桁材１３の東西両側部が北側基礎２１上に脚体１５を介して支持される一方、南側桁材１４の東西両側部は南側基礎２２上に直接的に支持されることから、架台１０が南側よりも北側を高くして傾斜する。これにより、北半球中緯度における日中に太陽が存在する南側に太陽光パネル１が向く。

図６、図７を参照し、各脚体１５の脚材１７は、北側基礎２１の上面と脚材１７における束材１６を挟んだ両側部の北側（南北方向外側）の側面とに跨る一対のＬ型金物２３を介して、北側基礎２１上に固定される。Ｌ型金物２３は、その下面部２３ａが各基礎２１の上面に起立するアンカーボルト２１ａ及びこれに取り付くナット２１ｂによって固定される。Ｌ型金物２３の立面部２３ｂは、脚材１７の北側の側面にこれと直交する木ネジ２３ｃによって固定される。

図８、図９を参照し、南側桁材１４の東西両側部は、南側基礎２２の上面と南側桁材１４の南北の側面とに跨る一対のＬ型金物２４を介して、南側基礎２２上に固定される。Ｌ型金物２４は、その下面部２４ａが各基礎２２の上面に起立するアンカーボルト２２ａ及びこれに取り付くナット２２ｂによって固定される。Ｌ型金物２４の立面部２４ｂは、南側桁材１４の対応する側面にこれと直交する木ネジ２４ｃによって固定される。Ｌ型金物２４は、脚体１５の束材１６と同様、東西方向最外側の垂木１２よりも東西方向内側に配置されている（図２参照）。

図５に示すように、各垂木１２と北側桁材１３とは、各垂木１２の上方からその上面と直交して打設された例えば一対の長尺の木ネジ２５によって連結される。同様に、各垂木１２と南側桁材１４とは、各垂木１２の上方からその上面と直交して打設された例えば一対の長尺の木ネジ２６によって連結される。

各桁材１３，１４の上面は水平に配置され、各垂木１２の下面は水平面に対して傾斜して配置されるので、これら両面の間には、東西方向から見て楔状の空間部２７が形成される。この空間部２７の発生を許容しつつ、垂木１２を貫通する長尺の木ネジ２５，２６で各垂木１２と各桁材１３，１４とを連結することで、各垂木１２ひいては架台１０の傾斜角度に幅を持たせて各垂木１２と各桁材１３，１４とを連結することができる。

各垂木１２には太陽光パネル１が固定されるが、この太陽光パネル１に作用する揚力で各垂木１２に上向きの力が作用した場合、この力は各木ネジ２５，２６の引張り方向（軸方向）の負荷となる。木ネジの結合強度は、引張り方向の負荷に対してよりもせん断方向の負荷に対しての方が強いので、各木ネジ２５，２６による結合に加え、例えば各垂木１２の東西側面と各桁材１３，１４の南北側面とに跨るねじり金物を、前記各側面と直交する木ネジによって取り付けることで、前記上向きの力を木ネジのせん断方向の負荷として受ける結合構造を追加してもよい。

架台１０を構成する各部品は、太陽光パネル１に作用する自重や風圧加重等を考慮しても規定応力に収まるように、断面形状、板厚及び材質等が決定される。

ここで、図６〜図９に示すように、南側基礎２２の上面と南側桁材１４の下面との間、及び北側基礎２１の上面と脚材１７の下面との間には、それぞれの間に所定間隔を空けるスペーサとしての架台受け金物２８、及び基礎上面の公差を吸収するレベル調整プレートとしてのフィラープレート２９が介設される。

架台受け金物２８は、例えば下方に開放する断面コ字状をなして南側桁材１４及び脚材１７と平行に延びる鋼材であり、その南北方向幅は南側桁材１４及び脚材１７と同一とされ、南側桁材１４及び脚材１７のそれぞれと同一の南北方向位置に配置される。架台受け金物２８は、その上面部２８ａに南側桁材１４又は脚材１７を支持し、南北の立面部２８ｂの内の南北方向外側のものは、Ｌ型金物２３，２４の対応するものにボルトナット等の締結具２８ｃで固定される。架台受け金物２８は、例えば亜鉛メッキ等の防錆性を有する表面処理がなされる。

架台受け金物２８は、各基礎２１，２２上に架台１０を固定する際、その高さ分（例えば５ｃｍ）だけ南側桁材１４及び脚材１７を各基礎２１，２２の上方に離間させる。これにより、吸水性のあるコンクリート製の各基礎２１，２２と木製の主部材１１との接触を抑え、架台１０における各基礎２１，２２に支持される部位が水分に晒され難くする。なお、架台１０の重量を受ける強度を有するとともにコンクリート基礎よりも吸収性の低いものであれば、架台受け金物２８が樹脂等からなる架台受け部材であってもよいが、アルミ等の電食を生じ易い材質は避ける。

図３、図４、図１０に示すように、太陽光パネル１は、対応する垂木１２に対して、Ｌ型金物３１を介して固定される。
図１０を参照し、Ｌ型金物３１の上面部３１ａには、太陽光パネル１の下面に突設されたボルト２（例えばＭ８）を挿通する不図示のボルト挿通孔が形成され、このボルト挿通孔から下方に突出したボルト２に、ワッシャ３及びナット４を装着することで、太陽光パネル１の下面にＬ型金物３１の上面部３１ａが締結固定される。

前記ボルト挿通孔は、太陽光パネル１の面方向の位置合わせを可能とするべくルーズ孔（例えばボルト径＋１０ｍｍの径）とされる。このボルト挿通孔に対してボルト２が偏心して挿通されてもボルト挿通孔を塞ぐように、ワッシャ３の径が設定される。

Ｌ型金物３１の立面部３１ｂは、その矩形状の第一の対角線Ｘ１上に一対の木ネジ３１ｃを挿通して垂木１２に固定される。立面部３１ｂの第一の対角線Ｘ１上には、一対の木ネジ挿通孔３３が形成されるが、第一の対角線Ｘ１と交差する第二の対角線Ｘ２上には、一対の予備の木ネジ挿通孔３４が形成される。これにより、パネル施工時の木ネジ打設不良時の打ち直しが可能になるとともに、経年劣化により木ネジの接合耐力が不足する場合が生じても木ネジの追加打設が可能になる。各木ネジ挿通孔３３，３４は、垂木１２に木ネジを打設した際にへりあきｈとピッチｐを確保できるように設けられる。

垂木１２を含め、架台１０の主部材１１としての木材は無等級製材であり、ある程度の反りが許容される。本実施形態では、反りを有する木材は反り方向を鉛直方向にして垂木１２に用い、かつこれを対にして用いて南北方向に並ぶ太陽光パネル１を支持する。これにより、木材の反りに沿って太陽光パネル１が並んで設置される。

太陽光パネル１は、垂木１２上に仮設置した状態で下面側のボルト２にＬ型金物３１の上面部３１ａを固定し、このＬ型金物３１の立面部３１ｂを垂木１２の側面に木ネジ３１ｃにより固定することで架台１０に取り付けられる。太陽光パネル１の面方向のずれは上面部３１ａのルーズ孔によって吸収され、上面部３１ａを固定した後に垂木１２の側面に木ネジ３１ｃを打設して立面部３１ｂを固定することで鉛直方向のレベル調整も容易になされる。すなわち、基礎の精度不良や木材の反りによって生じる鉛直方向のズレを、木ネジ３１ｃの打設位置によって吸収できる。

以上説明したように、上記実施形態における太陽光パネル１の架台構造は、木製の主部材１１を複数組み合わせて形成される架台１０と、架台１０を設置する基礎２１，２２と、主部材１１における基礎２１，２２に支持される部位と基礎２１，２２との間に挟まれる非吸水性の架台受け金物２８と、を備えるものである。
この構成によれば、架台１０の主部材１１に木材を用いることで、部材の加工性を高めて架台１０の製造を容易にし、かつ荷重に対しても適度なしなりで力を逃がす架台１０を構成することができる。
そして、木製の主部材１１における基礎２１，２２に支持される部位が水分に晒され難くなり、当該部位の耐腐食性を高めることができる。

また、上記架台構造は、主部材１１の内、南北に延びる垂木１２と東西に延びる桁材１３，１４とが木ネジ２５，２６で結合されることで、基礎２１，２２の公差や木材の反り等によって垂木１２と桁材１３，１４との組み合わせ部分にズレが生じても、このズレを木ネジ２５，２６の打設位置等で吸収することが可能であり、架台１０の組み立てを容易にすることができる。

また、上記架台構造は、太陽光パネル１を主部材１１に取り付けるＬ型金物３１を備え、Ｌ型金物３１が、主部材１１に木ネジ３１ｃで固定されるとともに、前記木ネジ３１ｃを挿通する木ネジ挿通孔３３とは別に予備の木ネジ挿通孔３４を有することで、太陽光パネル１の施工不良時にも木ネジの打ち直しが可能となり、架台１０の組み立てを容易にするとともに、経年劣化により木ネジによる接合耐力が不足した場合にも木ネジを追加打設することが可能となり、各部の接合耐力を良好に維持することができる。

このように、本実施形態における太陽光パネル１の架台構造によれば、木製の主部材１１における基礎２１，２２に支持される部位の腐食を抑え、架台１０の組み立てを容易にし、各部の接合耐力を維持することができる。
なお、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１ 太陽光パネル
１０ 架台
１１ 主部材
１２ 垂木
１３ 北側桁材
１４ 南側桁材
２１ 北側基礎（基礎）
２２ 南側基礎（基礎）
２５，２６ 木ネジ
２８ 架台受け金物（架台受け部材）
３１ Ｌ型金物（パネル取り付け具）
３１ｃ 木ネジ（パネル用木ネジ）
３３ 木ネジ挿通孔
３４ 予備の木ネジ挿通孔

Claims (3)

1. 太陽光パネルの架台構造において、
   木製の主部材を複数組み合わせて形成される架台と、
   前記架台を設置する基礎と、
   前記主部材における前記基礎に支持される部位と前記基礎との間に挟まれる非吸水性の架台受けと、
   前記主部材の側面に固定される立面部と前記基礎の上面に固定される下面部とを含む連結具と、を備え、
   前記架台受けは、前記立面部に対向する側面が前記立面部に固定されることを特徴とする太陽光パネルの架台構造。
2. 前記主部材の内、南北に延びる垂木と東西に延びる桁材とが木ネジで結合されることを特徴とする請求項１に記載の太陽光パネルの架台構造。
3. 前記太陽光パネルを前記主部材に取り付けるパネル取り付け具を備え、
   前記パネル取り付け具が、前記主部材にパネル用木ネジで固定されるとともに、前記パネル用木ネジを挿通する木ネジ挿通孔とは別に予備の木ネジ挿通孔を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光パネルの架台構造。

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