(57)【要約】【課題】屋根上での太陽光利用機器の配設作業やメンテナンス等での着脱が容易で、その配設後の緩みチェックなどの検査が不要で、しかも部品点数が少なく、作業工数が少ない優れた太陽光利用装置を提供すること【解決手段】屋根もしくは架台上に並設された複数の長尺支持部材である桟２ａ，２ｂの間に、太陽電池モジュール１の複数を平面状に固定して成る。桟２ａ，２ｂには、これらと太陽電池モジュール１との間で弾性変形する係止部材である弾性係止部材３を設け、太陽電池モジュール１側には、弾性係止部材３を挿入させて太陽電池モジュール１の位置ずれを規制する係止溝を設けた太陽光利用装置とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋根もしくは架台上に並設された複数の長尺支持部材の間に、平板状の太陽光利用機器の複数を平面状に固定して成る太陽光利用装置であって、前記長尺支持部材に、該長尺支持部材と前記太陽光利用機器との間で弾性変形する係止部材を設けるとともに、前記太陽光利用機器に前記係止部材を挿入させて前記太陽光利用機器のずれを規制する係止溝を設けたことを特徴とする太陽光利用装置。
【請求項２】
互いに隣合う太陽光利用機器間において、一方の太陽光利用機器に、前記互いに隣合う太陽光利用機器の間で弾性変形する係止部材を設け、他方の太陽光利用機器に、前記係止部材を挿入させて、太陽光利用機器間のずれを規制する係止溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光利用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽エネルギーを利用して発電を行う太陽電池モジュールの複数を建物の屋根上に設置した太陽電池アレイや太陽熱集熱器等の太陽光利用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば図７，８に示すように、家庭の電気負荷を低減させるために、家屋の屋根上に太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池モジュー２０の複数を配設して成る太陽電池アレイが知られている。
【０００３】
このような太陽電池アレイの場合、太陽電池モジュール２０を屋根面に設置する際に、縦桟及び／または横桟等の支持部材を屋根面に配設し、横桟もしくは縦桟に太陽電池モジュールを順次取り付けていく方法がとられる。例えば、太陽光発電システムの太陽電池モジュール用支持部材（以下支持部材という）は、屋根面上にその勾配方向にそって相互に平行に設置される複数の縦桟２１と、これらの縦桟上に相互に平行に掛け渡して設置される複数の横桟２２とにより格子状を形成しており、その上に太陽電池モジュール２０を配するようにしている。また、この縦桟・横桟は一般的に各々別々の断面形状および部品締結用の加工等が行われており、その断面形状としては、Ｃ型、ロ形、Ｌ型、エ型など様々な形状のものがあげられ、支持部材に使用する材質としてアルミニウム等の材質を押出し成型等で形成したものや、鉄材等の板材を概Ｃ形に曲げ加工を行ったものが一般的である。
【０００４】
縦桟２１もしくは横桟２２上に太陽電池モジュール２０を配した後、太陽電池モジュール２０の外枠部に設けられた固定用の穴をネジ等の締結部材２４で縦桟２１もしくは横桟２２に締め付けたり、太陽電池モジュール２０の端部を押えカバー２３で押えてネジ止めするなどして縦桟２１もしくは横桟２２に固定している。
【０００５】
以下に、鉄材等の板材に概Ｃ形の曲げ加工を行った支持部材を使用した従来の太陽光発電システムＪの設置方法を例にとり説明する。
【０００６】
太陽光発電システムＪは屋根の傾斜方向に沿って設置される縦桟２１と、前記縦桟を屋根に固定する桟固定金具２７、および前記縦桟２１上に屋根の棟と略平行に設置される横桟２２と、横桟２２上に配される太陽電池モジュール２０が複数集まった太陽電池アレイＭＡにより構成される。
【０００７】
図７，８に示すように、縦桟２１、横桟２２、及び太陽電池のジュール２０等で構成される太陽光発電システムを支えるために、桟固定金具２７の下部は屋根の垂木や瓦材である屋根材２８に釘やネジなどで固定されている。桟固定金具２７上には締結用のボルトなどが溶接されており、縦桟２１もしくは横桟２２の固定用の穴を前記ボルト部に通してナット等で締め付け固定する。
【０００８】
一般に、桟固定金具上には縦桟を配した後、その上に横桟を配し、横桟上に太陽電池モジュールなどの太陽電池モジュールを配置することが多いが、縦桟および横桟の配置は逆でもよく、また、縦桟もしくは横桟のいずれかのみを使用して太陽電池モジュールを配してもよい。太陽電池モジュール２０は透光体に太陽光電池を一体的に取り付けた発電部２６と、前記発電部の外周に配される枠部２５とから成る。前記枠部２５は前記発電部２６のたわみの防止や桟への固定の役割りを担っており、前記発電部２６の大きさや固定方法によって材質、厚み、固定部の形状は様々である。本例の場合は横桟２２上に枠部２５の端部を載せ、隣り合う太陽電池モジュールの枠部２５と共に押えカバー２３とネジなどの締結部材２４で締め付け固定するようにしている。前記横桟２２上に太陽電池モジュール２０を順次固定していくことにより、太陽電池アレイＭＡが構成される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１５９４７３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、太陽電池モジュール２０を複数設置していく工程において、図７，８に示すように、太陽電池モジュール２０ａを固定する押えカバー２３をネジで締めようとすると、既に設置された太陽電池モジュール２０によって作業のために必要な足場となる空間がなくなり、その結果、太陽電池モジュール上にのったり、足場用の梯子を用意するなどしなければならず、太陽電池モジュールの破損や作業者滑落の危険、梯子使用による作業工数の増加が生じる。また、太陽電池モジュール２０の枠部２５に取付用の穴を設け、ネジ等で締め付ける場合においても同様である。しかも、太陽電池モジュール２０の取付用の穴と、横桟２２の取付用穴の位置を合わせる必要があり、太陽電池モジュールの枠組みの寸法精度が要求される。また、個々の太陽電池モジュール２０をネジ締めするので、ネジ締め箇所が増加し作業工数が増えるだけでなく、ネジ締めが完全に行なわれているかを確認する検査工数や、経年変化によるネジ脱落による太陽電池モジュールの外れの危険性も増加する。なお、これらの作業工数は配設する太陽光利用機器の枚数が多いほど顕著になる。また、配線ミスやメンテナンスで太陽電池モジュールを再度着脱する必要が生じた際にも多大な工数が必要になる。
【００１１】
そこで、太陽電池モジュールに凸部を設け、この凸部を受容する凹部を屋根側設置することで、太陽電池モジュールを嵌め込むだけで容易に取り付けが完了し、しかも取り付けた時点で設置位置が正しく確定されており、太陽電池モジュールの端部位置合わせなどの作業が不要な方法を考えることもできるが、屋根側に設置する凹部部材の設置位置が正しくなければ、太陽電池モジュールの配置がずれてしまい、屋根外観を損なう。また、その修正のためには、一旦、太陽電池モジュールを外し、再度、凹部における位置だしを行わなければならないといった問題がある。
【００１２】
そこで本発明では、上述した諸問題を解消し、屋根上での太陽電池モジュール等の太陽光利用機器の配設作業やメンテナンス等での着脱、さらに太陽光利用機器の桟上での固定位置決めが容易で、配設後の緩みチェックなどの検査が不要で、しかも部品点数が少なく、施工作業が簡単な優れた太陽光利用装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の太陽光利用装置は、屋根もしくは架台上に並設された複数の長尺支持部材の間に、平板状の太陽光利用機器の複数を平面状に固定して成り、前記長尺支持部材に、該長尺支持部材と前記太陽光利用機器との間で弾性変形する係止部材を設けるとともに、前記太陽光利用機器に前記係止部材を挿入させて前記太陽光利用機器のずれを規制する係止溝を設けたことを特徴とする。
【００１４】
具体的には、太陽光利用機器として例えば太陽電池モジュールを長尺支持部材である桟に固定する場合、すなわち屋根面に傾斜方向に沿って太陽電池モジュールを設置する場合は、太陽電池モジュールを支持する棟側の桟、及び／または太陽電池モジュールの枠部に弾性変化する係止部材を配し、軒側の桟、及び／または太陽電池モジュールの枠部には係止溝である受け溝を設けて太陽電池モジュールを支持する構造とし、太陽電池モジュールを一旦、棟側の弾性変化する係止部材を押し込みながら挿入し、太陽電池モジュールの棟側の枠、もしくは桟の受け溝に嵌め込み固定される。太陽電池モジュールは弾性変化する係止部材の押える力により固定される。
【００１５】
さらに、太陽電池モジュール及び／または桟に、前記弾性変化する係止部材の一端を受け入れる溝を設けているので、太陽電池モジュールを横方向に移動させることにより設置位置が前記弾性変化する係止部材と前記溝の嵌合により判明するようにする。
【００１６】
この様にすることにより、太陽電池モジュールを少ない部品で着脱可能とし、施工工数を削減することが可能となるだけでなく、設置位置の位置だし作業が不要で、しかも正確に配置される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る太陽光利用装置の実施形態について、平板状の太陽光利用機器として太陽電池モジュールを例にとり、模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１に弾性変化する係止部材を長尺支持部材である桟に配設した透視図を示す。図２に太陽電池モジュールを横桟に配した太陽光利用システムＳの斜視図を示す。また、図３に枠を簡略化した太陽電池モジュールの組み付け状況を示す一部側面図を、図４に太陽電池モジュールの設置位置が決定される様子を説明する一部側面図を、図５、図６に隣接する太陽電池モジュール同士の固定・設置位置決定の様子を説明する一部側面図をそれぞれ示す。
【００１９】
図１に示すように、本発明の太陽光利用装置は、屋根もしくは架台上に並設された複数の長尺支持部材である桟２ａ，２ｂの間に、太陽電池モジュール１の複数を平面状に固定して成る。桟２ａ，２ｂには、これらと太陽電池モジュール１との間で弾性変形する係止部材である弾性係止部材３を設け、太陽電池モジュール１側には後記するように、弾性係止部材３を挿入させて太陽電池モジュール１の位置ずれを規制する係止溝を設けている。
【００２０】
さらに、互いに隣合う太陽電池モジュール間において、一方の太陽電池モジュールに、前記互いに隣合う太陽電池モジュールの間で弾性変形する係止部材である弾性係止部材４を設け、他方の太陽電池モジュールに、後記するように弾性係止部材４を挿入させて、太陽電池モジュール間のずれを規制する係止溝を設けている。
【００２１】
ここで、太陽電池モジュールの固定構造は、鉄やステンレスなどの金属や、ＦＲＰやカーボンなどの樹脂で成り、弾性変化により復元しようとする性質を持った弾性係止部材３，４、および鉄材等の板材を略Ｃ形に曲げ加工を行い形成したもの、断面が略四角形のパイプ、またはアルミニウム等の押出し成型により形成したものを用いた長尺支持部材である桟２と、太陽電池モジュール１により構成される。
【００２２】
なお、本実施形態では、桟２に弾性係止部材３を取り付ける構造としているが、弾性係止部材３は枠用弾性係止部材４と同様に、太陽電池モジュール１に取り付けてもよい。また、桟２には太陽電池モジュール１を嵌め込むための、嵌め込み溝１１が形成されているが、嵌め込み溝１１の反対側にも隣り合う太陽電池モジュールの端部を嵌め込みが可能な溝を設け、太陽電池モジュール２枚を１本の桟で支持できるようにしてもよい。これにより、部品点数を削減することができ好適である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、長尺支持部材である一方の横桟２ａの太陽電池モジュールの嵌め込み溝１１に、弾性係止部材３を太陽電池モジュール１の挿入方向に対して前後に弾性変化するように取り付け、太陽電池モジュール１を横桟２ａの嵌め込み溝１１に挿入した際に一定以上の力を加えることにより、太陽電池モジュール１が嵌め込み溝１１の奥に押し込めるようにしている。
【００２４】
これにより、他方の横桟２ｂの嵌め込み溝１２に太陽電池モジュール１の軒側端部を嵌め込むことができるようになる。横桟２ａ側に押し込む力を緩めると、弾性係止部材３の復元力により太陽電池モジュール１が横桟２ｂ側に押しつけられ固定される。
【００２５】
また同様にして、太陽電池モジュール１を横桟２ａ側に一定以上の力で押しやれば、太陽電池モジュール１の横桟２ｂ側を取り外すことができるので、メンテナンス等で着脱が必要となる際にも好適である。
【００２６】
次に、図２（ｂ）のように、先程嵌め込んだ太陽電池モジュール１を、既に位置が固定されている太陽電池モジュール１ａ側に押しやることにより、太陽電池モジュール１ａの枠に取り付けられた弾性係止部材４が弾性変形し、太陽電池モジュール１を押し返そうとするようになるので、太陽電池モジュールが戻らないように固定すれば、太陽電池モジュール間に反発力が維持され、外圧により動きにくく、しかも熱膨張などによる動きを阻害しない取り付け構造とできる。
弾性係止部材４は、横桟や太陽電池モジュールにネジやボルト、接着剤等で固定するが、横桟や太陽電池モジュールの枠の成型時に挿入溝を作っておいてもよい。
【００２７】
なお、太陽電池モジュール１枚に対する弾性係止部材３の数量は、太陽電池モジュール１を押し込む際に弾性係止部材３が適度な力で弾性変形させられることが必要であり、強すぎると嵌め込みに多大な力を必要とし、弱すぎると設置後の固定が不安定になる。よって、弾性係止部材の弾性強度と太陽電池モジュール１の大きさにより決定するのが好ましい。
【００２８】
上記のようにすることにより、長尺支持部材である桟と弾性係止部材の部品のみで太陽電池モジュールを桟に固定することができ、固定用の穴等が不要となるので、ネジ締めが完全に行なわれているかを確認する検査工数や、経年変化によるネジ脱落による太陽電池モジュールの外れの危険性もない。また、設置寸法の精度を緩くでき、施工作業が簡単で、しかも着脱を容易とすることができる。しかも、熱膨張などによる動きを阻害しない取り付け構造なので太陽電池モジュール本体への負担も軽減される。
【００２９】
次に、太陽電池モジュールが複数設置された太陽光発電システムＳに、太陽電池モジュール１を取り付ける方法を図３に示す。横桟２はスレート瓦や板金瓦のような屋根材２８上に、ネジや釘などの固定部材１７を屋根の野地板１６に打ち付けて固定する。
【００３０】
そして、図３（ａ）に示すように、太陽電池モジュール１の棟側を嵌め込み溝１１に挿入する。このとき嵌め込み溝１１内にある弾性係止部材３は伸びきった状態であり、太陽電池モジュール１の軒側は横桟２ｂの嵌め込み溝１２の突起よりも軒側に張り出しており、嵌め込み溝１２内に挿入することはできない。
【００３１】
そこで、図３（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１を嵌め込み溝１１側に押し付けると弾性係止部材３が変形し、太陽電池モジュール１が嵌め込み溝１１内に押し込まれる。これにより、太陽電池モジュール１の軒側端部は横桟２ｂの嵌め込み溝１２の突起よりも内側に移動することができるので、図３（ｃ）に示すように、横桟２ｂの嵌め込み溝１２内に太陽電池モジュール１を嵌め込むことができる。そして、太陽電池モジュール１を横桟２ａ側に押しやる力を緩めると、図３（ｄ）に示すように、弾性係止部材３の復元力により横桟２ｂの嵌め込み溝１２に押し付けられ固定される。
【００３２】
次に、太陽電池モジュールの設置位置が決定される様子を図４に示す。図４（ａ）に示すように、横桟２の嵌め込み溝１１に太陽電池モジュール１を嵌め込む。このとき、弾性係止部材３はのびる方向に弾性変化したままであるが、図４（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１の固定溝５を弾性係止部材３の先端部の方向へスライドさせると、固定溝５に弾性係止部材３の先端部が到達した時点で、図４（ｃ）に示すように、弾性係止部材３の先端部が固定溝５内に嵌り込み、太陽電池モジュール１がそれ以上左右どちらにも動かないようにするストッパーとなる。
【００３３】
また、図５（ａ）に示すように、既に太陽電池モジュール１ａが弾性係止部材３ａで設置位置が固定されている場合は、太陽電池モジュール１を太陽電池モジュール１ａ側にスライドさせることで、図５（ｂ）に示すように弾性係止部材３が固定溝５に嵌り込み、太陽電池モジュール間で弾性変形させられた弾性係止部材４の復元力によって、弾性係止部材３及び／または３ａと固定溝５及び／または５ａに常に適度なテンションがかかるようにして設置位置が決定される。
【００３４】
これにより、太陽電池モジュールの設置位置を、特に計測したり穴位置合わせをすることなく自動的に決定させることができるだけでなく、弾性係止部材の配置位置が多少ずれていても、弾性係止部材の復元力の効果範囲であれば誤差は問題にならない。
【００３５】
さらに、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、モジュール間固定溝６を掘り込みの溝にして、太陽電池モジュール１ａと太陽電池モジュール１の位置固定が完了した後に、フレームのゆがみ等の理由で浮き上がった状態の太陽電池モジュール１を押し下げることによって、弾性係止部材４がモジュール間固定溝６内に入り込み、隣接する太陽電池モジュール同士が上下位置を合わせるようにすることにより、太陽電池モジュールの受光面に生じる段差を極力少なくし、設置外観を向上させるだけでなく、太陽電池モジュールの裏面からの太陽電池モジュールを押し上げようとする風圧に対し、２枚分の太陽電池モジュールの重量で対抗するので浮きあがりが起こり難く、その結果、桟２への負担を軽減させる。
【００３６】
なお、この実施形態では太陽電池モジュールの固定構造はスレート瓦や板金瓦、陶器瓦上に桟を配する設置方法を例にとり説明したが、桟を野地板上に直接配した屋根材用固定構造としてもよい。また、横桟、縦桟のいずれにも太陽電池モジュールが設けられる構成としてもよい。
【００３７】
また、太陽電池モジュールを使用した太陽電池モジュールの固定構造として説明したが、太陽熱集熱器を利用した太陽熱利用システム等に適用しても良く、屋根上に設置する平板状の太陽利用機器の支持部材であれば好適に適用が可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の太陽光利用装置によれば、屋根もしくは架台上に並設された複数の長尺支持部材の間に、平板状の太陽光利用機器の複数を平面状に固定して成り、長尺支持部材に、該長尺支持部材と太陽光利用機器との間で弾性変形する係止部材を設け、前記太陽光利用機器に前記係止部材を挿入させて前記太陽光利用機器のずれを規制する係止溝を設けたので、太陽光利用機器の施工作業が簡単で、太陽光利用機器上を作業用足場としなくてもよく、しかもメンテナンス等において太陽光利用機器を容易に着脱ができる。
【００３９】
また、長尺支持部材と係止部材の部品のみで太陽光利用機器を長尺支持部材に容易に固定することができ、固定用の穴等が不要であるので設置寸法の精度を緩くでき、しかも太陽光利用機器の設置位置を、特に計測したり穴の位置合わせをすることなく自動的に決定させることができる。
【００４０】
また、互いに隣合う太陽光利用機器間において、一方の太陽光利用機器に、前記互いに隣合う太陽光利用機器の間で弾性変形する係止部材を設け、他方の太陽光利用機器に、前記係止部材を挿入させて、太陽光利用機器間のずれを規制する係止溝を設けたので、太陽光利用機器の裏面からのこれを押し上げようとする風圧に対し、２枚分の太陽電池モジュールの重量で対抗することが可能となり、太陽光利用機器の浮きあがりを極力防止し、長尺支持部材への負担を軽減させることができる。
【００４１】
さらに、太陽光利用機器間の段差が生じにくく、外観が近似となり屋根外観を向上させることが可能な優れた太陽光利用装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの固定構造を構成する弾性変化する係止部材を桟に配した様子を模式的に説明する平面透視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明に係る太陽光発電システムを模式的に説明する斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ本発明に係る太陽電池モジュールの固定構造において、桟への太陽電池モジュールの組み付けの一例を模式的に説明する一部断面側面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本発明に係る太陽電池モジュールの固定構造において、太陽電池モジュールの設置位置が決定される様子を模式的に説明する一部断面側面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る太陽電池モジュールの固定構造において、隣接する太陽電池モジュール同士の固定を模式的に説明する一部透視平面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明に係る太陽電池モジュールの固定構造において、隣接する太陽電池モジュール同士の受光面の面位置を合わせる方法を模式的に説明する一部断面側面図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールの桟への固定方法を模式的に説明する側面図である。
【図８】従来の太陽電池モジュールの設置例を模式的に説明する斜視図である。
【符号の説明】
１、１ａ：太陽電池モジュール
２：桟（長尺支持部材）
２ａ、２ｂ：横桟（長尺支持部材）
３、３ａ：弾性係止部材
４：枠用弾性係止部材
５、５ａ：固定溝（係止溝）
６：モジュール間固定溝（係止溝）
１１：嵌め込み溝
１２：嵌め込み溝
１６：野地板
１７：固定部材
２０、２０ａ：太陽電池モジュール
２１：縦桟
２２：横桟
２３：押えカバー
２４：締結部材
２５：枠部
２６：発電部
２７：桟固定金具
２８：屋根材
ＭＡ：太陽電池アレイ
Ｊ：太陽光発電システム
Ｓ：太陽光発電システム
【図１】
2004116240.tif 000003
【図２】
2004116240.tif 000004
【図３】
2004116240.tif 000005
【図４】
2004116240.tif 000006
【図５】
2004116240.tif 000007
【図６】
2004116240.tif 000008
【図７】
2004116240.tif 000009
【図８】
2004116240.tif 000010