JP6785758B2 - 太陽電池モジュール取付装置 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池モジュールを建造物の屋根や屋上等の設置面に取り付ける太陽電池モジュール取付装置に関するものである。
複数の太陽電池モジュールを配列して建造物の屋根や屋上等の設置面に取り付けるための太陽電池モジュール取付装置が特許文献1及び特許文献2で提案されている。特許文献1及び特許文献2では、屋根の傾斜方向に延びる複数の縦材が屋根上に固定され、それら縦材の上に複数の太陽電池モジュールが配置されて固定される。
特開2008−88689号公報 特開2011−220018号公報
特許文献1及び2に示された取付装置によると、設置工事の際に、屋根上に複数本の縦材を互いに平行に配列して固定してから、太陽電池モジュールを配置するが、それら複数本の縦材の平行度が悪いと太陽電池モジュールの取付に支障をきたす。したがって、特許文献1及び2に示された取付装置においては、縦材の平行度を比較的高精度に出す必要があるが、縦材の平行度を調整することは、特に太陽電池モジュールを縦材の上に載せた後では困難であり、設置工事時間を長引かせる原因の一つとなっていた。
本発明は、前述の従来技術の課題に鑑みて為されたものであって、設置工事時間を短縮することのできる太陽電池モジュール取付装置を提供することを目的とする。
前述の目的を達成するために、本発明は、互いに平行に延びる第1の端部及び第2の端部を有する太陽電池モジュールを設置面に取り付けるための太陽電池モジュール取付装置であって、前記太陽電池モジュールの第1の端部を支持するための第1支持部と、前記太陽電池モジュールに隣接して配置される他の前記太陽電池モジュールの第2の端部を支持するための第2支持部とを有するビーム部材と、前記ビーム部材を支持するとともに設置面に固定される固定具であって、前記ビーム部材の前記第2支持部ではなく前記第1支持部が設けられた側で、締結手段によって前記設置面に固定されるように形成されている固定具と、を具備する太陽電池モジュール取付装置を提供する。
これによると、固定具はビーム部材の第1支持部が設けられた側で設置面に固定されるので、第1支持部が太陽電池モジュールを支持していない状態において、設置作業者は、ビーム部材の位置の調整あるいは対向して配置された他のビーム部材との平行度の調整を容易に実施することが可能になる。
本発明では、前記固定具は、前記太陽電池モジュールの前記第1の端部を支持するモジュール支持部を有してもよく、前記モジュール支持部は、前記太陽電池モジュールの受光面の法線方向と前記ビーム部材の長手方向とに直交する方向で、前記ビーム部材の前記第1支持部よりも長く延びている。これによると、設置工事時に、太陽電池モジュールの第1の端部を、ビーム部材の第1支持部よりも長く延びた固定具のモジュール支持部によって支持することができるので、設置作業者が支えなければならない太陽電池モジュールの重量の負担が大きく低減する。
本発明では、前記固定具は、前記締結手段によって設置面に固定される取付基部と、前記取付基部に立設された第1支柱部及び第2支柱部を有してよく、前記固定部は、前記取付基部が前記締結手段によって前記設置面に固定されたときに、前記第2支柱部の立設角度に変化が生じて、前記第1及び第2支柱部が前記ビーム部材を挟持するように、溝穴で区画された変形可能領域を前記取付基部に有してよい。
本発明では、前記固定具は、下側部材と上側部材とを具備してよく、前記下側部材は、前記締結手段によって前記設置面に固定される取付基部と、前記取付基部に立設された第1支柱部と、前記第1支柱部に概ね平行に延びる第2支柱部と、前記第1及び第2支柱部を接続する接続部とを有し、前記取付基部が前記締結手段によって前記設置面に固定されたときに、前記第2支柱部が前記設置面から反力を受けて変位するように形成されてよく、上側部材は、前記ビーム部材を支持するビーム支持部と、フック部とを有し、前記下側部材の前記第2支柱部の前記変位によって、前記フック部と前記ビーム支持部とによってビーム部材を挟持するように形成されてよい。
本発明では、前記固定具の前記モジュール支持部が開口を有してよく、前記開口を通る結束部材により、前記太陽電池モジュールから延出された電気ケーブルが、前記モジュール支持部に保持されてよい。
本発明では、前記太陽電池モジュール取付装置は、前記太陽電池モジュールの受光面を上面としたとき、前記太陽電池モジュールが前記上面方向へ移動することを阻止する押え材であって、前記ビーム部材に着脱可能に取り付けられる押え材を更に具備することができる。
本発明では、前記太陽電池モジュール取付装置は、前記ビーム部材の長手方向に、前記太陽電池モジュールが前記ビーム部材に対して移動することを阻止するために、前記ビーム部材の長手方向の端部に装着されるキャップを更に具備することができる。
本発明では、前記太陽電池モジュール取付装置は、前記ビーム部材の長手方向に平行に間隔を空けて配列された複数N本の配列軸線の各々の上に少なくとも1個の太陽電池モジュールを配列するために、N+1本の前記ビーム部材を具備することができる。
本発明では、前記太陽電池モジュール取付装置は、ビーム部材用のジョイント部材を更に具備することができ、複数の前記ビーム部材が少なくとも一つの前記ジョイント部材によって長手方向に接続されてよい。
本発明では、複数の前記ビーム部材のうちの一本が、前記第1支持部を有するが前記第2支持部を有しない第1の端部支持専用のビーム部材によって代替されてよい。
前述の目的を達成するために、本発明は、互いに平行に延びる第1の端部及び第2の端部を有する複数の太陽電池モジュールと、前記複数の太陽電池モジュールを整列配置して設置面に取り付ける取付装置とを具備する太陽電池モジュール装置であって、前記取付装置は、前記太陽電池モジュールの前記第1の端部及び前記第2の端部の少なくともいずれか一方に沿って延びて前記太陽電池モジュールを支持する複数のビーム部材と、前記ビーム部材を支持するとともに前記設置面に固定される複数の固定具とを具備し、前記複数のビーム部材の各々は、前記太陽電池モジュールの前記第1の端部を支持するための第1支持部と、前記第2の端部を支持するための第2支持部とを有しており、前記固定具は、前記ビーム部材の第2支持部ではなく第1支持部が設けられた側で、締結手段によって前記設置面に固定されるように形成されている、太陽電池モジュール装置も提供する。
太陽電池モジュールが取り付けられた本発明の第1の実施形態による太陽電池モジュール取付装置の部分の断面拡大図である。 太陽電池モジュールが取り付けられた第1の実施形態による取付装置の部分破断平面図である。 図1のA−A断面図である。 前記太陽電池モジュール取付装置が備えるビーム部材の断面図である。 前記太陽電池モジュール取付装置が備える固定具の(a)側面図と(b)平面図を示す図である。 固定具の斜視図である。 前記太陽電池モジュール取付装置が備える押え材とビーム部材と固定具との関係を示す斜視図である。 固定具に電気ケーブルが保持された状態を示す斜視図である。 押え材の端部の三面図である。 前記太陽電池モジュール取付装置が備える導通金具の(a)平面図と(b)側面図を示す図である。 前記太陽電池モジュール取付装置が備えるエンドキャップの斜視図である。 第2の実施形態による太陽電池モジュール取付装置の部分断面図である。 第2の実施形態による太陽電池モジュール取付装置が備える一端支持専用のビーム部材の断面図である。 一端支持専用のビーム部材用のエンドキャップの斜視図である。 ビーム部材用のジョイントの斜視図である。 一端支持専用のビーム部材用のジョイントの斜視図である。 第4の実施形態による太陽電池モジュール取付装置の一部分の断面図である。 第4の実施形態による太陽電池モジュール取付装置の一部分の斜視図である。 第4の実施形態による太陽電池モジュール取付装置のビーム部材の側面図である。 第4の実施形態による太陽電池モジュール取付装置の取付具の断面図である。 図20における取付具の下側部材の側面図である。 図20における取付具の上側部材の側面図である。 第4の実施形態による太陽電池モジュール取付装置を使った太陽電池モジュールの取付け手順の一例を示す図である。 第4の実施形態による太陽電池モジュール取付装置の一部分の断面図である。
本発明の第1の実施形態による太陽電池モジュール取付装置(以下、取付装置と略称する)は、複数の太陽電池モジュールを家屋の屋根等に配列して固定するものである。この場合の太陽電池モジュールには、太陽電池素子が内部に封入された太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの周囲に固定されたフレームとから構成された、図1に示されるタイプはもちろん、フレームを有しない、いわゆるフレームレスタイプの太陽電池モジュールも含まれる。通常、太陽電池モジュールは工場で組立てられて完成されるものである。
なお、本明細書の説明を簡潔にするために、設置後の取付装置の方向を、水平に延びる方向であって、通常は家屋の屋根の軒及び棟の延びる方向に等しい方向をX方向、屋根の最大傾斜線の方向をY方向、ならびに前記X及びY方向に直交する方向であって、取り付けた太陽電池モジュール200の受光面の法線方向に等しい方向をZ方向と定義しておく。
図1は、太陽電池モジュール200が取り付けられた本発明の第1の実施形態による太陽電池モジュール取付装置1の部分の断面拡大図である。図1で示される太陽電池モジュール200は、矩形の太陽電池パネル201の4辺それぞれに同じアルミ合金製の押出し材から形成されたフレーム202が固定されている。太陽電池モジュール200のフレーム202は、Z方向に延びる鉛直壁部203と、鉛直壁部203の底部で鉛直壁部203に交わりY方向に延びる基部204と、最上部で鉛直壁部203に交わりY方向に延びる押え部205と、押え部205の下側で鉛直壁部203に交わりY方向に延びる棚部206とを有する。そして押え部205と棚部206との間に形成される溝に太陽電池パネル201の端部が挿入されて接着剤等によって固定されている。しかしながら、本発明による太陽電池モジュール取付装置が、前述した太陽電池モジュール200以外の様々な太陽電池モジュールにも適用可能であることは、以下の実施形態の説明を参照すれば理解されるであろう。
以下、本発明の第1の実施形態による取付装置1について図を参照して説明する。
図2は、4個の太陽電池モジュール200が取り付けられた第1の実施形態による取付装置1の平面図である。図2では構造を分り易くするために太陽電池モジュール200の一部が取り除かれており、また設置面である屋根も表現されていない。図3は、図2のA−A断面図であり、ここでは設置面を形成する複数の屋根材300が描かれている。第1の実施形態による取付装置1は、Y方向に間隔を空けて配列されて互いに平行にX方向に延びる2本の配列軸線Ax上に2個ずつ配列された合計4個の太陽電池モジュール200を屋根上に取り付けるものであって、3本のビーム部材10と、12個(図2ではそのうち6個が表現される)の固定具20と、3本の押え材30と、6個のエンドキャップ40とを具備している。
例示された取付装置1は、ビーム部材10と平行に延びる2本の配列軸線Axを有し、各配列軸線Ax上に2個の太陽電池モジュール200を固定するものである。但し、配列軸線Axが1本または3本以上であって、また各配列軸線Ax上に1個または3個以上の太陽電池モジュール200が配置される本実施形態の変形例が可能であることは明らかであろう。そのため、前述した各構成要素の数量も、取り付けるべき太陽電池モジュール200の数量に応じて変化し得ることも明らかであろう。
3本のビーム部材10は、各太陽電池モジュール200の互いに平行な両端部を支持できるように、各太陽電池モジュール200の両端部に沿って互いに平行にX方向に延びている。なお、3本のビーム部材10は本実施形態では同じものであるが、配置される場所に応じて異なる名称及び参照符号で、即ち、軒に近い側から第1ビーム部材10A、第2ビーム部材10B、及び第3ビーム部材10Cと呼ばれる。また、それら3本を説明上区別する必要のないときはビーム部材10と呼ばれる。
第1ビーム部材10Aは、軒に近い側の配列軸線Ax上に配列された2つの太陽電池モジュール200(以下、1列目の太陽電池モジュールという)の各々の第1の端部を支持し、中間に配置された第2ビーム部材10Bは1列目の2つの太陽電池モジュール200の各々の第2の端部及び棟に近い側の配列軸線Ax上に配列された2つの太陽電池モジュール200(以下、2列目の太陽電池モジュールという)の各々の第1の端部を支持し、第3ビーム部材10Cは2列目の2つの太陽電池モジュール200の各々の第2の端部を支持している。本明細書では、太陽電池モジュール200の第1及び第2の端部は互いに平行に延びるY方向の両端部であって、第1の端部が軒に近い側の端部であり、第2の端部が棟に近い側の端部である。
ビーム部材10は、本実施形態ではアルミニウム合金製の押出材として形成されていて、その横断面形状は、図4に示されるように、本体部11と、本体部11の底部からY方向に図中右側に突出する第1支持部12と、左側に突出する第2支持部13と、本体部11の底部から下方に延びる第1アングル部14と第2アングル部15とを有する。ビーム部材10は、その第1支持部12及び第2支持部13によって太陽電池モジュール200をZ方向に支持するだけでなく、その本体部11によって太陽電池モジュール200の移動をY方向に規制する働きも有する。
ビーム部材10の第1支持部12は、太陽電池モジュール200の前記第1の端部を支持し、第2支持部13は太陽電池モジュール200の前記第2の端部を支持する。但し、本実施形態では、図3から明らかなように、第1ビーム部材10Aの第2支持部13及び第3ビーム部材10Cの第1支持部12は太陽電池モジュール200を支持しない。
ビーム部材10の第1アングル部14及び第2アングル部15と第1支持部12及び第2支持部13との間に形成される溝に、固定具20の後述する第1支柱部22及び第2支柱部23の第1フック部22a及び第2フック部23aが係合することによって、固定具20に対するビーム部材10のY及びZ方向での移動が阻止される。ビーム部材10の本体部11の上端面には、後述する押え材30をネジ固定するための複数の穴(図示せず)が設けられている。
固定具20は、図5及び図6に示されるように、屋根等の設置面に固定される取付基部21と、前記取付基部21から上方、即ち取付装置1のZ方向に立設された第1支柱部22及び第2支柱部23と、第2支柱部23の先端からY方向に延びるモジュール支持部24とを有する。取付基部21は、固定具20とビーム部材10とが組み合わされたとき、ビーム部材10の第1支持部12が設けられる側に配置される。第1支柱部22及び第2支柱部23の先端には、互いに向き合う方向に延びる第1フック部22a及び第2フック部23aがそれぞれ形成されている。第1フック部22a及び第2フック部23aの上面によってビーム部材10が支持される。
取付基部21には、締結手段であるネジあるいはボルト等50(以下、固定ネジ50という)を通すための固定穴25が設けられている。固定穴25は、図5における右側、即ち、モジュール支持部24の下側に設けられている。また、取付基部21の底面には3本の線状突起21a、bが走っている。これら3本の線状突起のうちの2本が端部に設けられた端部線状突起21aであり、1本が固定穴25と第2支柱部23との間に設けられた中間線状突起21bである。中間線状突起21bは端部線状突起21aよりもその高さが低く形成されている。
固定具20のモジュール支持部24は、僅かに上方に突出した補強のための2本のリブを有しているが全体としては取付装置1のY方向に延びる。そして固定具20のモジュール支持部24は、ビーム部材10と固定具20との関係を示す斜視図である図7に示されるように、ビーム部材10の第1支持部12よりもY方向に長く延びている。
ところで、太陽電池モジュール200を取付装置1に取り付けるとき、最初に配置される第1ビーム部材10Aには押え材30を予め固定しておくので、太陽電池モジュール200をZ方向の真上から下に降ろすことはできず、したがって太陽電池モジュール200の第1の端部を先に、押え材30と第1ビーム部材10Aの第1支持部12との間に形成された溝状の空間に斜め上方から差し入れてから第2の端部を下に降ろすという方法が採られる。このとき、固定具20のモジュール支持部24は第1ビーム部材10Aの第1支持部12よりもY方向に長く延びているので、太陽電池モジュール200の第1の端部は先に固定具20のモジュール支持部24に載せられてZ方向の位置を定められてから第1ビーム部材10Aの方へ滑り移動させられてその第1支持部12によって支持される。実際の取付工事においては、作業者は、太陽電池モジュール200の第1の端部側を持つことができずに、太陽電池モジュール200の重心位置から外れた第2の端部側だけを持って作業をすることが多いので、太陽電池モジュール200の第1の端部側の下でY方向に長く延びた固定具20のモジュール支持部24によって作業性が高められる。また、固定具20のX方向の寸法は比較的に短いので、このように固定具20のモジュール支持部24をY方向に延ばしたとしても、それにより増加する材料は少量で済むことも特筆される。
さらに、本実施形態における固定具20は、ビーム部材10がX方向へ移動することを妨げるために、取付基部21が固定ネジ50によって建屋側に固定されたときに、第2支柱部23の立設角度が変化して、第2支柱部23が第1支柱部22の方へ倒れ込むように形成されている。このため、固定具20は、取付基部21が、溝穴26の内側に形成された変形可能領域を備え、変形可能領域に第2支柱部が立設され、また固定穴25もあけられている。溝穴26は、図5の(b)で見たとき、Y軸方向に延びる上下2本の横溝穴とそれら2本の溝を接続するX軸方向に延びる1本の縦溝穴とから構成されている。取付基部21はその両端部の2本の端部線状突起21aによって設置面に接するので、前記変形可能領域と設置面との間には隙間が生じる。このため、取付基部21を設置面に固定するために、固定穴25に通された固定ネジ50を締め付けると、取付基部21の溝穴26の内側の変形可能領域が、図5の(a)で見たとき反時計回りに回転して下方へ撓み、したがって第2支柱部23も反時計回りに回転してその第2フック部23aが図5の(a)の左斜め下方に変位して、ビーム部材10の第1アングル部14の内面に強く押し付けられる。その結果、ビーム部材10が、固定具20に対してX方向に移動することが阻止される。
ビーム部材10は、その第1アングル部14及び第2アングル部15と、固定具20の第1フック部22a及び第2フック部23aとの係合によって、固定具20に対してY及びZ方向に移動することは阻止されていたので、固定具20が固定ネジ50によって設置面に固定されることによって、固定具20に対してX、Y及びZの全方向で移動が阻止される。
なお、固定具20の取付基部21の底面の固定穴25の周囲と設置面との間には、固定ネジ50の周囲の防水シールのために止水材60が配置される。止水材60は、容易に圧縮可能な材料から選択されており、本実施形態では合成ゴムのEPDM発泡体を材料としている。このため、止水材60が固定具20の取付基部21の前述した撓みを妨げることはない。
固定具20のモジュール支持部24には、固定ネジ50を締め付けるための工具(図示せず)が挿通し得る開口27が形成されている。開口27は、図5の(b)に示されるように、半円に矩形を付加した形状を呈している。この開口27は、工具が挿通し得る穴としてだけでなく、図1及び図8に示されるように、太陽電池モジュール200から延出された電気ケーブル207を結束して固定具20のモジュール支持部24に保持するための結束部材70を通す穴として利用することも可能である。
本実施形態による、押え材30は、太陽電池モジュール200のZ方向への移動を規制するために備えられている。押え材30は、本実施形態では、アルミニウム合金製の押出材から形成されていて、ビーム部材10の長手方向の長さにほぼ等しい全長を有する。長尺の押え材30の端部を示す三面図である図9に示されるように、押え材30の断面形状は、左右両端部にテーパー部を有する薄い矩形の本体部31と、本体部31の底面から突出する台形状の厚肉部32と、前記厚肉部32を挟むように本体部31の底面からそれに垂直に突出して互いに平行に延びる2本のリブ部33とを有する。本体部の幅はビーム部材10の本体部の幅よりも大きな幅を有している。押え材30は、図9では2個のみが示される固定用の複数の穴34を有しており、前記複数の穴34を使ってビーム部材10の上端面に対してネジ固定される。また、リブ部33の側面には、後述する導通金具80を取り付けるための穴35が複数形成されている。
本実施形態においては、押え材30と太陽電池モジュール200のフレーム202が電気的に接続されるように、押え材30とビーム部材10との間に、複数の導通金具80が介設される。導通金具80は、図10に示されるように、押え材30の幅にほぼ等しい長さを有する矩形状の薄板小片として形成されており、その下面の両端部から突出する爪部81を有する。爪部81が、通常は酸化皮膜処理をされている太陽電池モジュール200のフレーム202の表面に接触することによって導通が得られるようになっている。
本実施形態の取付装置1は複数のエンドキャップ40を具備している。エンドキャップ40は太陽電池モジュール200がビーム部材10に対してX方向に移動することを阻止するために、ビーム部材10の長手方向の端部に装着される。エンドキャップ40は、図11に示されるように、ビーム部材10の本体部11の内側に嵌合可能な略矩形状の本体部41と、この本体部41の第1の端部に設けられた矩形の鍔状部42とを有している。本体部41の側面は、弾性変形可能な2つの舌片43と、その端部に形成された2つの突起44とを有する。ビーム部材10の長手方向の端部にはエンドキャップ40の2つの突起44が嵌合可能な2つの穴(図示せず)が設けられている。したがって、エンドキャップ40の本体部41をビーム部材10の本体部11に挿入することによって2つの突起44がビーム部材10の前記2つの穴に嵌合してエンドキャップ40がビーム部材10に係止される。このようにビーム部材10に係止されたエンドキャップ40の鍔状部42によって太陽電池モジュール200のX方向への移動が阻止される。
エンドキャップ40は、太陽電池モジュール200のX方向への異動を阻止する効果の他に、ビーム部材10の本体部11内へのごみ等の異物の侵入を防ぐこと、及び設置作業者の怪我の防止、及び取付装置1の美観を高めるという効果も有する。
次に、本実施形態による取付装置1を使って太陽電池モジュール200を家屋の屋根の設置面に取り付ける概略的な手順の一例を以下に説明する。
最初に、屋根の軒に最も近く配置される第1ビーム部材10Aを設置面に固定する。このビーム部材10Aには、その第1アングル部14及び第2アングル部15と第1支持部12及び第2支持部13との間に形成される溝に固定具20の第1フック部22a及び第2フック部23aを挿入することによって、予め複数の固定具20を取付けておく。第1ビーム部材10Aの長手方向の両端部にエンドキャップ40も装着しておく。さらに、第1ビーム部材10Aには、導通金具80を取り付けた押え材30を予めネジ固定しておく。
そのように準備した第1ビーム部材10Aを、軒の延びる方向に沿って屋根材300の上に配置して固定する。固定具20の固定ネジ50による固定は、通常、屋根材300の下に設けられた家屋の垂木(図示せず)に対して行う必要があるが、本実施形態では、固定具20を第1ビーム部材10Aに対してX方向に滑らせることによって垂木の位置に合わせることが可能である。また、本実施形態では、固定具20を固定ネジ50により固定することによって、前述したとおり、固定具20に対する第1ビーム部材10AのX方向の移動が阻止される。
次に、中間に配置される第2ビーム部材10Bを準備する。第2ビーム部材10Bにも予め複数の固定具20及び2つのエンドキャップ40を取付けておくが、押え材30及び導通金具80はこの段階では取付けない。準備した第2ビーム部材10Bを、第1ビーム部材10Aから所定の間隔を空けて第1ビーム部材10Aに対して平行に配置する。但し、この段階では固定具20の設置面に対するネジ固定は行われない。
次に、1列目に配置される第1の太陽電池モジュール200の第1の端部が第1ビーム部材10Aの第1支持部12によって支持され、第2の端部が第2ビーム部材10Bの第2支持部13によって支持されるように、第1の太陽電池モジュール200の第1の端部を第1ビーム部材10Aの第1支持部12と押え材30との間の空間に挿入してから、第2の端部を下に降ろす。このとき、前記太陽電池モジュール200の第1の端部を固定具20のモジュール支持部24に載せてから軒側に滑らせて移動させることにより、作業時間の短縮を図ることが可能になる。
次に、第1の太陽電池モジュール200のX方向に隣接して配置される第2の太陽電池モジュール200を第1の太陽電池モジュール200と同様に第1ビーム部材10A及び第2ビーム部材10Bによって支持させる。また、太陽電池モジュール200に必要な電気的接続も行っておく。
次に、第1及び第2の太陽電池モジュール200を、第2ビーム部材10Bを介して第1ビーム部材10Aに押し付けてそれらの位置を定めた後に、第2ビーム部材10Bに取り付けられた固定具20を固定ネジ50で設置面に固定する。このとき、第2ビーム部材10BのY方向の位置及び第1ビーム部材10Aに対する平行度は、比較的良好な寸法精度及び対向辺の平行度の精度を有する太陽電池モジュール200に基づいて自ずから良好に定まる。第2ビーム部材10Bの位置及び平行度の調整が必要な場合であっても、Y方向に隣接する2列目の太陽電池モジュール200はまだ配置されていないので、そのような平行度の調整は簡単に行うことが出来る。また、固定具20の固定ネジ50による締め付け作業も簡単に実施することができる。
次に、第2ビーム部材10Bに押え材30及び導通金具80を固定する。
次に、棟に近い第3ビーム部材10Cを第2ビーム部材10Bと同様に準備して屋根上に配置し、第1の太陽電池モジュール200にY方向で隣接する2列目の第3の太陽電池モジュール200を、前述した第1の太陽電池モジュールと同様の手順で、第2ビーム部材10B及び第3ビーム部材10Cの間のスペースに配置して、第2ビーム部材10B及び第3ビーム部材10Cに支持させる。
次に、第3の太陽電池モジュール200にX方向で隣接する2列目の第4の太陽電池モジュール200を第2ビーム部材10B及び第3ビーム部材10Cの間のスペースに配置して、第2ビーム部材10B及び第3ビーム部材10Cに支持させる。また、太陽電池モジュール200に必要な電気的接続も行っておく。
次に、第3及び第4の太陽電池モジュール200を、第3ビーム部材10Cを介して第2ビーム部材10Bに押し付けて位置を定めた後に、第3ビーム部材10Cに取り付けられた固定具20を固定ネジ50により設置面に固定する。
最後に、第3ビーム部材10Cに押え材30及び導通金具80を固定して、取り付けを完了する。
次に、本発明による第2の実施形態の取付装置について以下に説明する。
第2の実施形態の取付装置2は、図12に示されるように、3本のビーム部材のうちの軒に近く配置されるビーム部材110が、第1支持部112を有するが、第2支持部を有しない点、及び太陽電池モジュール200のZ方向への移動を規制する押え部116を有する点等において、前述した第1の実施形態の取付装置1とは異なる。本明細書では、このような第2支持部を有しない、軒の近くに配置されるのに適したビーム部材を一端支持専用ビーム部材110と呼ぶ。また、取付装置2の一端支持専用ビーム部材110には、図示されないが、第2の導通金具が、押え部116と太陽電池モジュールのフレームの押え部205との間に前述した導通金具80に替えて取り付けられる。
一端支持専用ビーム部材110は、本実施形態ではアルミニウム合金製の押出材として形成されていて、その横断面形状は、図13に示されるように、略直角三角形状の本体部111と、本体部111の底部から水平に図中右側に突出する第1支持部112と、第1支持部112及び本体部111の底部から下方に延びる第1アングル部114と第2アングル部115と、本体部111の上部からY方向に延びる押え部116とを有する。
このような一端支持専用ビーム部材110を用いることによって、取付装置2の軒側の美観を向上させることができるとともに、押え材30を1本、及びそれをビーム部材にネジ固定する作業を削減することができる。
第2の実施形態の取付装置2は、前述した一端支持専用ビーム部材110に装着可能なエンドキャップ140も具備する。図14に示したエンドキャップ140は、一端支持専用ビーム部材110の中空の略直角三角柱状の本体部111の内側に嵌合可能な略直角三角柱状の本体部141と、その本体部141の第1の端部に設けられた台形状の鍔状部142とを有している。本体部141の側面は、第1の実施形態におけるエンドキャップ40と同様に、図14では1つのみが部分的に表されている弾性変形可能な2つの舌片143と、舌片143の端部に形成された2つの突起144とを有する。
次に第3の実施形態の取付装置について以下に説明する。
第3の実施形態の取付装置は、太陽電池モジュール200の各端部に配置されるビーム部材10及び一端支持専用ビーム部材110をそれぞれ1本ではなく複数本具備しており、それら複数本のビーム部材が少なくとも1つのジョイント部材120又は130によって接続されていることにおいて第2の実施形態の取付装置と異なっている。第3の実施形態では、ビーム部材10及び一端支持専用ビーム部材110は、太陽電池モジュール1枚分の長さを有しており、従ってそれらビーム部材の複数本が、一列に配置される太陽電池モジュール200の数量に応じてジョイント部材120又は130によって接続される。
ビーム部材10用のジョイント部材120は、図15に示されるように、ビーム部材10の本体部11の内側に嵌合可能な中空の略直方体状に形成されており、4つの弾性変形可能な舌片121と、舌片121の各々の端部に形成された4つの突起122とを有する。各ビーム部材10の長手方向の端部にはジョイント部材120の片側の2つの突起122が嵌合可能な2つの穴(図示せず)が設けられている。したがって、ジョイント部材120を2本の接続すべきビーム部材10の本体部11に挿入することによって4つの突起122が2本ビーム部材10の合計4つの穴に嵌合するので、2本ビーム部材10がジョイント部材120を介して接続される。また、本実施形態では、ビーム部材10の端部の前記2つの穴は、前述したエンドキャップ40を係止するために設けられた2つの穴と同じものである。
一端支持専用ビーム部材110用のジョイント部材130は、図16に示されるように、2本の一端支持専用ビーム部材110の隣接する端部を接続できるように、一端支持専用ビーム部材110の中空の略直角三角柱状の本体部111の内側に嵌合可能な中空の略直角三角柱状に形成されている。
第3の実施形態の取付装置を設置する場合、好適には、第2ビーム部材10Bは、ジョイント部材120で接続される前に、押え材30及び導通金具80が取り付けられ、その後太陽電池モジュール200にはめ込まれ、最後に隣接する第2ビーム部材10Bとジョイント部材120で接続される。
次に、第4の実施形態の取付装置4について図17〜23を参照して以下に説明する。
第4の実施形態の取付装置4は、その全体の構成は示されないが、図2及び図3に全体構成が示される第1の実施形態の取付装置1と同様に、4個の太陽電池モジュール200を支持するために、3本のビーム部材410と、12個の固定具420を具備している。
図17は、太陽電池モジュール200が取り付けられた取付装置4の部分の断面図である。図17では棟に最も近いビーム部材410、固定具420、及びビーム部材410の第2支持部(第2支持部)に支持された太陽電池モジュール200、導通金具80、設置面を提供する屋根材300等が示されている。図18はビーム部材410と固定具420とを組み合わせた状態を示す斜視図である。なお、ビーム部材410の長さは、通常は矩形の太陽電池モジュール200の長辺以上の長さを有しており、従って図18では、ビーム部材410は実際よりも短く切断された状態で示されている。
最初に第4の実施形態の取付装置4のビーム部材410について、その単独の断面図である図19を参照して説明する。このビーム部材410は、本実施形態ではアルミニウム合金製の押出材として形成されていて、その横断面形状は、中間にわずかな段差を有するが概ね鉛直に延びる壁部411と、壁部411の底部から水平に図中右側に突出する第1支持部412と、左側に突出する第2支持部413と、壁部のほぼ下側から下方に延びる第1アングル部414と第1アングル部414の左隣に配置されて下方に延びる第2アングル部415とを有する。第1アングル部414及び第2アングル部415の底面は、図19のY方向に非平行であって、交差角αで水平線に交差している。第1アングル部414と第2アングル部415とによって、下側が開放した空間416が形成される。ビーム部材410は壁部411の上端から図の右方へ水平に延びる第1押え部417と、図の左方へ水平に延びる第2押え部418を有する。第1及び第2押え部417、418は、第1の実施形態における押え材30と同等の機能を有する。
ビーム部材410は、その第1支持部412、第2支持部413、第1押え部417、及び第2押え部418によって太陽電池モジュール200をZ方向で規制するだけでなく、その壁部411によって太陽電池モジュール200の移動をY方向に規制する。
ビーム部材の第1アングル部414と第1支持部12との間、及び第2アングル部415と第2支持部413との間に形成される溝に、固定具420の後述する上側部材440の第2フック部444及び第1フック部443がそれぞれ係合する。その結果、固定具420に対するビーム部材410のY及びZ方向の移動が阻止される。
図20は、固定具420を屋根材300の設置面に配置して固定ねじ50で締め付けた状態を示す断面図である。固定具420は、下側部材430と上側部材440とから構成されており、それら下側部材430と上側部材440は図20に示されるように組み合わされて結合ねじ52により結合される。
下側部材430は、その側面図である図21に示されるように、設置面に固定される取付基部431と、取付基部431から上方、即ち取付装置4のZ方向に立設された第1支柱部432と、第1支柱部432に略平行に延びる第2支柱部433と、第1支柱部432と第2支柱部433とをほぼ中央部で接続するために水平に延びる接続部434とを有する。取付基部431は、固定具420とビーム部材410とが組み合わされたとき、ビーム部材410の第1支持部412が設けられた側に配置される。
下側部材の第1支柱部432の図21の右側の側面は、微小な凹凸を有する。第1支柱部432の微小な凹凸は、上側部材440の同様の微小な凹凸と噛み合うことによって、上側部材440に上方から作用する力を支持することができる。第1支柱部432には結合ねじ52をねじ込むためのねじ穴435が、本実施形態では2箇所設けられている。また、取付基部431には固定ネジ50を通すための固定穴436が本実施形態では2箇所設けられている。固定穴436の周囲の取付基部431の底面には、第1の実施形態の場合と同様に止水材60が配置される。
取付基部431の図の右側の端部は、底面から下方に突出した突出部431aを有する。一方第2支柱部433の下端部433aは、取付基部431の底面を図21のように水平に配置したとき、前記底面よりも間隔Sだけ下方に突出し、取付基部431の突出部431aとほぼ同じレベルにある。
上側部材440は、その側面図である図22に示されるように、ほぼ鉛直に延びる連結部441と、連結部441の上端から図の左方に略水平に延びるビーム支持部442と、ビーム支持部442の左端部近くの上側に配置された第1フック部443と第1フック部に水平方向で対向して配置された第2フック部444と、第2フック部444の図の右方に略水平に延びるモジュール支持部445と、ビーム支持部442の左端部からほぼ下方へ延びる補強部446とを有する。ビーム支持部442のほぼ中央には上方への凸部448が設けられている。
上側部材440のビーム支持部442が、図17に示されるように、ビーム部材の第1及び第2アングル部414、415を支持する一方で、上側部材の第1及び第2フック部443、444は、ビーム部材の第1及び第2アングル部414、415のZ方向上方への移動を規制する。また、上側部材のモジュール支持部445は、第1の実施形態の固定具20のモジュール支持部24と同様の形状をして同様の働きをする。モジュール支持部445には、固定ネジ50を締め付けるための工具(図示せず)が挿通し得る開口449が設けられている(図18参照)。
上側部材の連結部441の図22の左側の側面には、第1支柱部432に設けられた微小な凹凸に噛み合うことのできる同様の微小な凹凸が形成されている。連結部441には、結合ねじ52のためのZ方向に長い長丸穴447が2箇所設けられている。長丸穴447は、上側部材440のZ方向の位置を下側部材430に対して調整するために設けられている。図17及び図20においては、上側部材440は最も下方に位置しており、そのため、下側部材の第1及び第2支柱部432、433の上端は上側部材のビーム支持部442の下面に接している。上側部材440の位置を上げる場合には、図24に示されるように、下側部材の第1及び第2支柱部432、433の上端と上側部材のビーム支持部442の下面との間に空隙が生じないように、薄い1枚以上のシム板421が挿入される。図24では、上側部材440の高さ調整量hが示され、また5枚のシム板421が利用されている。
本実施形態では、ビーム部材410は、その第1及び第2アングル部414、415が固定具420の上側部材440のビーム支持部442により支持され、また上側部材の第1及び第2フック部443、444によって上方への移動を阻止される。更に、本実施形態では、ビーム部材410は、固定具420が固定ねじ50によって設置面に固定されるとX方向への移動が阻止される。これについて、より詳しく以下に説明する。
固定具420の下側部材430の取付基部431を設置面に載せて固定ねじ50を締め付けると、間隔Sの効果によって、第2支柱部433の下端部433aに対して設置面から上向きの反力Rが作用する(図20、21参照)。このとき、接続部434はY方向にある程度の長さを有するので撓むことができ、その結果第2支柱部433が上方へ変位する。第2支柱部433の上端は、上側部材のビーム支持部442の下面に接しているので、第2支柱部433の上方への変位によって、ビーム支持部442が上方へ撓んで変位する。
上側部材のビーム支持部442が上方へ撓んで変位すると、上側部材440は、ビーム支持部442と第2フック部444との間でビーム部材410の第1アングル部414を挟持する。さらに、上側部材のビーム支持部442が上方へ撓んで変位すると、上側部材の第1フック部443部の先端が図20の右方にも変位するので、上側部材440は、第1フック部443と第2フック部444との間でビーム部材の第1及び第2アングル部414、415を挟持する。その結果、ビーム部材410は、固定具の下側部材430を設置面に固定するために固定ねじ50が締め付けられると、固定具420に対するX方向の移動が阻止される。
次に、第4の実施形態による取付装置4を使って太陽電池モジュール200を屋根材300の設置面に取り付ける手順の一例を、図23を参照して、第1の実施形態と異なる点を主に、以下に説明する。
なお、取付装置4が有する3本のビーム部材410は本実施形態では同じものが使用されるが、配置される場所に応じて異なる名称で、即ち、軒に近い側から第1、第2及び第3ビーム部材410と呼ぶ。また、それら3本を説明上区別する必要のないときはビーム部材410と呼ぶ。図23は、第2ビーム部材410とそれを支持する固定具420を示す側面図である。
最初に、屋根の軒に最も近く配置される第1ビーム部材410(図示せず)を、前述の第1の実施形態の場合と同様に設置面に取り付ける。第1ビーム部材410には予め複数の固定具420及び導通金具80を取付けておく。第4の実施形態では、押さえ材30は使用されない。
次に、中間に配置される第2ビーム部材410を準備する。第2ビーム部材410にも予め複数の固定具420及び導通金具80を取り付けておく。準備した第2ビーム部材410を、第1ビーム部材410から所定の間隔を空けてそれに平行に配置する。第4の実施形態における前記所定の間隔は、ビーム部材410が第2押え部418を有するために、第1の実施形態の場合の所定の間隔よりも少し長い。
次に、1列目に配置される第1の太陽電池モジュール200の第1の端部を第1ビーム部材の第1支持部412(図示せず)と第1押え部417(図示せず)との間の空間に挿入してから、第2の端部を下に降ろして、第2ビーム部材の第2支持部413の上に載置する(図23の(a)参照)。次に、第1の太陽電池モジュール200のX方向に隣接して配置される第2の太陽電池モジュール200(図示せず)を第1の太陽電池モジュール200と同様に第1ビーム部材410及び第2ビーム部材410によって支持させる。
次に、第1及び第2の太陽電池モジュール200を、第2ビーム部材410を介して第1ビーム部材410に押し付けてそれらの位置を定めた後に、第2ビーム部材410に取り付けられた固定具420を固定ネジ50で設置面に固定する(図23の(b)参照)。
このとき、ビーム部材の高さを調節する必要がある場合には、図24に示されるように、固定具の下側部材430と上側部材440との間に必要な枚数のシム板421を挿入してから、下側部材430と上側部材440とを結合ねじ52によって固定すればよい。
以下同様に、棟に近い第3ビーム部材410(図示せず)を準備して屋根上に配置し、第3の太陽電池モジュール200及び第4の太陽電池モジュール200(図示せず)を第2ビーム部材410の第1支持部412と第1押え部417との間に挿入してから(図23の(c)参照)、第2の端部を下に降ろして第3ビーム部材410によって支持させる。次に、第3ビーム部材410に取り付けられた固定具420(図示せず)を設置面に固定する。
その他の実施形態
前述の実施形態の取付装置は、ビーム部材を3本具備していたが、本発明では、ビーム部材が1本だけの取付装置の実施形態も可能である。その場合、一つの太陽電池モジュール200の片方の端部が1本のビーム部材によって支持されて、固定具を介して設置面に固定される。太陽電池モジュール200の残りの端部は、公知の任意の手法で支持されて設置面に固定されてよい。
前述の実施形態の取付装置は、家屋の傾斜した屋根上に設置されるものとして説明されたが、本発明による取付装置は傾斜のないビルの屋上等にも設置してよい。その場合に、太陽電池モジュール200の受光面に傾斜を付けたい場合、固定具の高さを変えるために固定具の下にスペーサを介在させる、あるいは支柱部の高さの異なる固定具を準備する等の変更を実施すればよい。
前述の実施形態の取付装置1、2、4では、矩形の太陽電池モジュール200の屋根の傾斜方向に延びる縦の端縁が、隣接する太陽電池モジュール200の縦の端縁と連続するように太陽電池モジュールが配列されていたが、太陽電池モジュールが千鳥状に配置される取付装置の実施形態も可能である。
本発明においては、第1〜第4の実施形態を技術的に矛盾が生じない限り適宜組み合わせることが可能である。例えば、第4の実施形態の取付装置4の固定具420を第1の実施形態の取付装置1に、固定具20に代えて、適用した実施形態も可能である。また、第1の実施形態の取付装置1のビーム部材10を第4の実施形態の取付装置4に、ビーム部材410に代えて、適用した実施形態も可能である。
本出願は2015年4月30日に出願した日本国特許出願2015−093629号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願2015−093629号の全内容を本出願に援用する。
1 取付装置
10 ビーム部材
12 第1支持部
13 第2支持部
20 固定具
21 取付基部
23 第2支柱部
24 モジュール支持部
30 押え材
40 エンドキャップ
50 ネジ
60 止水材
200 太陽電池モジュール
300 屋根材

Claims (11)

  1. 互いに平行に延びる第1の端部及び第2の端部を有する太陽電池モジュールを設置面に取り付けるための太陽電池モジュール取付装置であって、
    前記太陽電池モジュールの前記第1の端部を支持するための第1支持部と、前記太陽電池モジュールに隣接して配置される他の前記太陽電池モジュールの前記第2の端部を支持するための第2支持部とを有するビーム部材と、
    前記ビーム部材を支持するとともに前記設置面に固定される固定具であって、前記ビーム部材の前記第2支持部ではなく前記第1支持部が設けられた側で、締結手段によって前記設置面に固定されるように形成されている固定具と、を具備し、
    前記固定具は、前記太陽電池モジュールの前記第1の端部を支持するモジュール支持部を有しており、
    前記モジュール支持部は、前記太陽電池モジュールの受光面の法線方向と前記ビーム部材の長手方向とに直交する方向で、前記ビーム部材の前記第1支持部よりも長く延びている太陽電池モジュール取付装置。
  2. 前記固定具は、前記締結手段によって前記設置面に固定される取付基部と、前記取付基部に立設された第1支柱部及び第2支柱部を有しており、
    前記固定具は、前記取付基部が前記締結手段によって前記設置面に固定されたときに、前記第2支柱部の立設角度に変化が生じて、前記第1及び第2支柱部が前記ビーム部材を挟持するように、溝穴で区画された変形可能領域を前記取付基部に有する、請求項1に記載の太陽電池モジュール取付装置。
  3. 前記固定具が、下側部材と上側部材とを具備しており、
    前記下側部材は、前記締結手段によって前記設置面に固定される取付基部と、前記取付基部に立設された第1支柱部と、前記第1支柱部に概ね平行に延びる第2支柱部と、前記第1及び第2支柱部を接続する接続部とを有しており、前記取付基部が前記締結手段によって前記設置面に固定されたときに、前記第2支柱部が前記設置面から反力を受けて変位するように形成されており、
    前記上側部材は、前記ビーム部材を支持するビーム支持部と、フック部とを有しており、前記下側部材の前記第2支柱部の前記変位によって、前記フック部と前記ビーム支持部とによってビーム部材を挟持するように形成されている、請求項1に記載の太陽電池モジュール取付装置。
  4. 前記固定具の前記モジュール支持部は、開口を有しており、
    前記開口を通る結束部材により、前記太陽電池モジュールから延出された電気ケーブルが、前記モジュール支持部に保持される、請求項1に記載の太陽電池モジュール取付装置。
  5. 前記太陽電池モジュールの受光面を上面としたとき、前記太陽電池モジュールが前記上面方向へ移動することを阻止する押え材であって、前記ビーム部材に着脱可能に取り付けられる押え材を更に具備する、請求項1〜のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール取付装置。
  6. 前記ビーム部材の長手方向に、前記太陽電池モジュールが前記ビーム部材に対して移動することを阻止するために、前記ビーム部材の長手方向の端部に装着されるキャップを更に具備する、請求項1〜のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール取付装置。
  7. ビーム部材用のジョイント部材を更に具備しており、
    前記ビーム部材が少なくとも一つの前記ジョイント部材によって長手方向に接続されている、請求項1〜のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール取付装置。
  8. 前記ビーム部材の長手方向に平行に間隔を空けて配列された複数N本の配列軸線の各々の上に少なくとも1個の太陽電池モジュールを配列する太陽電池モジュール取付装置であって、
    N+1本の前記ビーム部材を具備する、請求項1〜のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール取付装置。
  9. N+1本の前記ビーム部材のうちの1本が、前記第1支持部を有するが前記第2支持部を有しない第1の端部支持専用のビーム部材によって代替される、請求項に記載の太陽電池モジュール取付装置。
  10. 前記ビーム部材は前記固定具に係合しており、前記固定具が前記締結手段によって前記設置面に固定されていないときには、前記ビーム部材は、前記固定具に対して前記ビーム部材が延びる方向に移動可能である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール取付装置。
  11. 互いに平行に延びる第1の端部及び第2の端部を有する複数の太陽電池モジュールと、前記複数の太陽電池モジュールを整列配置して設置面に取り付ける取付装置とを具備する太陽電池モジュール装置であって、
    前記取付装置は、
    前記太陽電池モジュールの前記第1の端部及び前記第2の端部の少なくともいずれか一方に沿って延びて前記太陽電池モジュールを支持する複数のビーム部材と、
    前記ビーム部材を支持するとともに前記設置面に固定される複数の固定具とを具備し、
    前記複数のビーム部材の各々は、前記太陽電池モジュールの前記第1の端部を支持するための第1支持部と、前記第2の端部を支持するための第2支持部とを有しており、
    前記固定具は、前記ビーム部材の第2支持部ではなく第1支持部が設けられた側で、締結手段によって前記設置面に固定されるように形成されており、且つ、前記太陽電池モジュールの前記第1の端部を支持するモジュール支持部を有しており、
    前記モジュール支持部は、前記太陽電池モジュールの受光面の法線方向と前記ビーム部材の長手方向とに直交する方向で、前記ビーム部材の前記第1支持部よりも長く延びている、太陽電池モジュール装置。
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