(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な構造で耐荷重性と施工性に優れた太陽電池架台と太陽電池アレイを提供する。【解決手段】太陽電池アレイの設置面に向かって平面透視したときに、横レール１０の長手方向に沿った中立軸が柱体５の長手方向に直交する断面上面５４の真上を通るように、柱体５に対して横レール１０を配置されており、横レール１０の上面１４は設置面に対して所定角度傾斜しているとともに、横レール１０の下面１１と縦レール５の上面５４とが当接している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置面の上に立設した複数の柱体と、複数の該柱体の上に渡設された横レールと、該横レールの上に該横レールに対して直交して互いに平行に渡設された複数の縦レールと、これら縦レールの上に配置された太陽電池モジュールとを有する太陽電池アレイであって、
前記設置面に向かって平面透視したときに、前記横レールの長手方向に沿った中立軸が前記柱体の長手方向に直交する断面の中立軸を含む上面の真上を通るように、前記柱体に対して前記横レールが配置されており、
前記横レールの上面は前記設置面に対して所定角度傾斜しているとともに、
前記横レールの上面と前記縦レールの下面とが当接していることを特徴とする太陽電池アレイ。
【請求項２】
前記縦レールの下面は、前記横レールの上面に当接している領域において、前記縦レールの下面を貫通するボルトとナットとで締着可能な凹溝を有しており、該凹溝は、前記縦レールの上面側の溝幅が前記縦レールの下面側の溝幅よりも広いことを特徴とする請求項１記載の太陽電池アレイ。
【請求項３】
前記凹溝に長板状の補強部材が挿入されて固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池アレイ。
【請求項４】
前記補強部材は、前記凹溝に固定させるための鉤状の係止片を備えていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池アレイ。
【請求項５】
前記横レールは閉断面であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽電池アレイ。
【請求項６】
前記横レールがアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池架台上に太陽電池モジュールを固定した太陽電池アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境保護の気運の高まりに伴い、環境負荷の少ないエネルギー源が注目されており、多数の太陽電池アレイが設置されている。
【０００３】
太陽電池アレイは、太陽電池架台上に太陽電池モジュールを固定したものであり、積雪荷重や風圧荷重に耐える高い強度が求められているとともに、効率よく発電することが望まれている。
【０００４】
そこで、太陽電池アレイの強度を高めた構造の太陽電池アレイが提案されている（例えば、下記の特許文献１、２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２０２４７９号公報
【特許文献２】特開２０１２−０５４４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池アレイに積雪荷重や風圧荷重が加わった際には、部材間の接合部に応力が集中しやすい。しかし、上記特許文献１の形態においては、架台を構成するレール材間の接合の構造が、ボルトのせん断方向強度に依存する部分があり、十分に部材間の接合構造を考慮した構造とはいえなかった。
【０００７】
また、部材間を固定する間、作業者が中空で部材を支えつつ、ボルトを取り付ける必要があるため、施工性が良いとはいえなかった。
【０００８】
また、上記特許文献２の形態においては、架台を構成するレール材間に、金具が設けられており、部品点数が多く、施工性が良いとはいえなかった。
【０００９】
そこで、本発明の目的の１つは、簡易な構造で耐荷重性と施工性に優れた太陽電池架台と太陽電池アレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１に記載のごとく、
設置面の上に立設した複数の柱体と、複数の該柱体の上に渡設された横レールと、該横レールの上に該横レールに対して直交して互いに平行に渡設された複数の縦レールと、これら縦レールの上に配置された太陽電池モジュールとを有する太陽電池アレイであって、
前記設置面に向かって平面透視したときに、前記横レールの長手方向に沿った中立軸が前記柱体の長手方向に直交する断面の中立軸を含む上面の真上を通るように、前記柱体に対して前記横レールが配置されており、
前記横レールの上面は前記設置面に対して所定角度傾斜しているとともに、
前記横レールの上面と前記縦レールの下面とが当接している構成とする。
【００１２】
また、請求項２に記載のごとく、
前記縦レールの下面は、前記横レールの上面に当接している領域において、前記縦レールの下面を貫通するボルトとナットとで締着可能な凹溝を有しており、該凹溝は、前記縦レールの上面側の溝幅が前記縦レールの下面側の溝幅よりも広い構成とする。
【００１３】
また、請求項３に記載のごとく、
前記凹溝に長板状の補強部材が挿入されて固定されている構成とする。
【００１４】
また、請求項４に記載のごとく、
前記補強部材は、前記凹溝に固定させるための鉤状の係止片を備えている構成とする。
【００１５】
また、請求項５に記載のごとく、
前記横レールは閉断面である構成とする。
【００１６】
また、請求項６に記載のごとく、
前記横レールがアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池アレイとする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、
柱と横レール、横レールと縦レールがそれぞれ面で当接することで、これらの部材同士を高い強度で固定することができる。また、各部材の固定の前に、柱の上に横レール、横レールの上に縦レールを仮置きすることができ、優れた施工性を実現できる。また、横レールと縦レールの間に他の部材を介設せずに接合することが可能となるため、部品点数が少なくなり、優れた施工性が得られることになる。さらに、横レールの上面と縦レールの下面を当接させる構造であるため、従来構造のように、ボルトの剪断方向強度に依存する構成ではなくなり、レール間の接合構造として優れた耐荷重性が得られる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明によれば、
縦レールの下面と横レールの上面を当接させつつ、縦レールと横レールをボルト・ナットで連結でき、ボルト・ナットには圧縮・引張方向にのみ荷重が加わり、剪断応力が加わることがないため、縦レールと横レールを高い強度で固定することができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明によれば、
補強部材により縦レールのフランジ部を補強することができる。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明によれば、
横レールの一側のみでボルト固定を完了することができ、施工性が高い構成を実現できる。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明によれば、
横レールが閉断面となるためねじれ剛性を高いものとすることができる。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明によれば、
アルミニウム合金で横レールを構成することにより、断面形状の設計の自由度が高く、また、鋼材を用いる場合比較して軽量な横レールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽電池アレイの構成部材について示す斜視図。
【図２】本発明の一実施形態に係る太陽電池アレイの側面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る太陽電池アレイの平面図。
【図４】横レールと縦レールの断面図。
【図５】（Ａ）は、縦レール及び補強部材について示す斜視図。（Ｂ）は、縦レール及び凹溝の構成について示す断面図。
【図６】ボルトとナットの固定について示す斜視図。
【図７】横レールの中立軸などの概念について説明する図。
【図８】補強部材の他の実施形態について示す横レールの断面図。
【図９】（Ａ）は補強部材の他の実施形態について示す斜視図。（Ｂ）は補強部材の他の実施形態と縦レールについて示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の概要について説明するものであり、建物屋上などの設置面４上に配置された複数の基礎３，３と、各基礎３，３より立設した柱体５，５と、柱体５，５の上に渡設された横レール１０，１０と、横レール１０，１０の上に横レール１０，１０に対して直交して互いに平行に渡設された複数の縦レール２０，２０と、これら縦レール２０，２０の上に配置された太陽電池モジュール２，２，・・・とを有する太陽電池アレイ１が示されている。
【００２５】
図２は、太陽電池アレイ１の側面図であり、太陽電池モジュール２，２，・・・が設置面４に対して傾斜して配置される様子が示されている。縦レール２０は、一端側が高さの低い柱体５に連結された横レール１０に支持され、他端側が高さの高い柱体５に連結された横レール１０に支持されることで、傾斜して配置される。
【００２６】
図３は、太陽電池アレイ１の平面図であり、基礎３，３、柱体５，５、横レール１０，１０、縦レール２０，２０の位置関係が示されている。
【００２７】
図４は、横レール１０と縦レール２０の断面図である。横レール１０は、長尺の部材であり下面１１と、縦面１２，１３と、上面１４とを有して構成される。横レール１０の下面１１は、略水平な面を構成し柱体５の上面５４に対して連結具６１を介して固定される。横レール１０の上面１４は、太陽電池アレイ１の設置面４に対して角度傾斜する傾斜面にて構成されている。この上面１４の角度傾斜は、一方の縦面１２の高さ寸法が短く、他方の縦面１３の高さ寸法を長くすることで構成される。
【００２８】
横レール１０の上面１４には、縦レール２０の下面２４が当接されることで、横レール１０の上面１４の所定角度傾斜に対応するようにして、縦レール２０が傾斜した状態で横レール１０に対して支持される。
【００２９】
横レール１０と縦レール２０は、ボルト６２とナット６３の組み合わせよりなる締結機構６４によって連結される。本実施形態では、縦レール２０側に配置されるボルト６２のネジ部６２ｂを、横レール１０の上面１４の挿通部１８ａを介して下方に突出させ、このネジ部６２ｂにナット６３を締結する構成としている。
【００３０】
図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、縦レール２０には凹溝２５が形成されており、この凹溝２５にボルト６２のボルト頭６２ａが挿入されるようになっている。凹溝２５は、縦レール２０の下面２４の幅方向の略中央部において、上方に向かうように窪ませて構成されるものであり、下面２４と平行な天面部２５ａと、天面部２５ａの幅方向両側端部から下方に向かう縦壁部２５ｂ，２５ｃと、縦壁部２５ｂ，２５ｃの下端部において縦レール２０の幅方向（縦レール２０の長手方向と直交する方向）において縦レール２０の中心位置から離れる方向に伸びる水平面部２５ｄ，２５ｅと、水平面部２５ｄ，２５ｅの縦壁部２５ｂ，２５ｃと反対側の端部から下方に向かう縦壁部２５ｆ，２５ｇと、を有して構成される。
【００３１】
また、縦レール２０の下面２４には、縦壁部２５ｆ，２５ｇの下端部において縦レール２０の幅方向において縦レール２０の中心位置に近づく方向に伸びるフランジ部２５ｍ，２５ｎが形成されている。また、フランジ部２５ｍ，２５ｎの間には、凹溝２５の内外を連通させるための連通部２５ｐが構成される。
【００３２】
凹溝２５において、対向する縦壁部２５ｂ，２５ｃの間の幅は、ボルト６２のボルト頭６２ａが挿入されつつ、ボルト頭６２ａの側面に当接することでボルト６２の回転が規制される幅に設定されている。
【００３３】
これにより、ボルト６２を凹溝２５に挿入してボルト６２の位置を縦レール２０の長手方向において自由に移動させることが可能であり、また、ボルト６２の回り止めが可能となっている。
【００３４】
凹溝２５において、フランジ部２５ｍ，２５ｎの間に形成される連通部２５ｐの幅は、ボルト６２のネジ部６２ｂの直径よりも大きく構成され、連通部２５ｐを通じてボルト６２のネジ部６２ｂが下方へ突出するようになっている。
【００３５】
凹溝２５において、平面部２５ｄ，２５ｅと、縦壁部２５ｆ，２５ｇと、フランジ部２５ｍ，２５ｎとによって囲まれる空間により、水平方向の横溝部２５ｖ，２５ｗが構成され、この横溝部２５ｖ，２５ｗに板状の補強部材７が挿入されるようになっている。補強部材７は、平面視略長方形状の部材であって、その略中央部には、板厚方向に貫通する貫通孔７１が形成されている。
【００３６】
貫通孔７１にボルト６２を挿通した状態の補強部材７は、縦レール２０の端部において開放される凹溝２５の横溝部２５ｖ，２５ｗに挿入され、ボルト６２とともに縦レール２０の長手方向において自由に移動させることが可能となっている。ボルト６２のネジ部６２ｂは、縦レール２０から下方に突出されるため、この突出したネジ部６２ｂを摘むことで、ボルト６２と補強部材７を一体的にスライド移動させることが可能となる。
【００３７】
そして、図６に示すように、横レール１０の上面１４の水上側の突片部１８に形成した挿通部１８ａにボルト６２のネジ部６２ｂをスライド移動して位置づけ、挿通部１８ａにネジ部６２ｂを貫装するとともにネジ部６２ｂにナット６３を締結することで、ボルト６２とナット６３が締結固定される。
【００３８】
これにより、図５（Ｂ）に示すように、縦レール２０の凹溝２５に挿入された補強部材７と、横レール１０の上面１４の間には、縦レール２０の凹溝２５のフランジ部２５ｍ，２５ｎが挟装された状態となる。補強部材７とフランジ部２５ｍ，２５ｎの間には、補強部材７の面積（板表面の面積）に応じた接触面積が確保されることになり、荷重の集中が緩和され（荷重が分散する）、縦レール２０（フランジ部２５ｍ，２５ｎ）の変形を抑制することが可能となる。
【００３９】
この補強部材７による縦レール２０の変形抑制効果（補強効果）は、図１に示すように、表面積が大きくなる太陽電池アレイ１（太陽電池モジュール２）では、全面で風を受けることによって大きな風の吹き付け荷重や、吹き上げ荷重が発生することが想定されるため、極めて重要な効果となる。
【００４０】
仮に、補強部材７を設けない場合では、ボルト６２のボルト頭６２ａのみがフランジ部２５ｍ，２５ｎに接触することになるため、ボルト６２に対向するフランジ部２５ｍ，２５ｎの部位にのみ荷重が集中してしまい、フランジ部２５ｍ，２５ｎが容易に撓んでしまうことが懸念され、場合によっては、フランジ部２５ｍ，２５ｎが変形してボルト６２が抜けてしまうことにもなる。
【００４１】
さらに、図６に示すように、横レール１０の上面１４の水上側の突片部１８の部位においてボルト・ナットによる締結が行われることとしているため、この締結作業は横レール１０の水上側のみにおいて短時間で完了することができる。また、特に突片部１７，１８が傾斜している構成において、縦面１３から斜め上方に向かう突片部１８の側（水上側）で作業ができることになるため、水下側の突片部１７で締結作業をする場合と比較して縦レール２０下方の空間を広く確保することができ、作業性に優れたものとなる。
【００４２】
なお、図４に示されるように、横レール１０の突片部１８と縦レール２０の下面２４の間には隙間が形成される。この隙間（突片部１８と下面２４の間の隙間の角度が約１．５度）を形成する狙いは、突片部１８がボルト・ナットを締結した時に隙間がなくなる方向に若干変形した後に、戻ろうとする力（弾性復帰力）が働くことになり、この力でボルト・ナットを押し付けることによってボルト・ナットの緩み（回転）を防止することにある。
【００４３】
また、以上に説明した構成に加え、以下の実施形態とすることが好ましい。
即ち、図７に示すように、設置面４（図１参照）に向かって平面透視したときに、横レール１０の長手方向Ｘに沿った中立軸Ａ１が柱体５の長手方向に直交する断面Ｄｚの中立軸Ａ２を含む上面５４の真上を通るように、柱体５に対して横レール１０が配置されており、横レール１０の上面１４は設置面４に対して所定角度傾斜（図４において角度α）しているとともに、横レール１０の上面１４と縦レール２０の下面２４とが当接していることとしている。
【００４４】
なお、図７における中立軸Ａ１，Ａ２は仮想的に表現したものであり、「中立軸Ａ１は、・・・上面５４の真上に位置し」とは、図７において斜線を施した範囲（上面５４）の上方を中立軸Ａ１が通過する位置関係を言うものである。
【００４５】
この構成によれば、柱５と横レール１０、横レール１０と縦レール２０がそれぞれ面で当接することで、これらの部材同士を高い強度で固定することができる。また、各部材の固定の前に、柱５の上に横レール１０、横レール１０の上に縦レール２０を仮置きすることができ、優れた施工性を実現できる。また、横レール１０と縦レール２０の間に他の部材を介設せずに接合することが可能となるため、部品点数が少なくなり、優れた施工性が得られることになる。さらに、横レール１０の上面１４と縦レール２０の下面２４を当接させる構造であるため、従来構造のように、ボルトの剪断方向強度に依存する構成ではなくなり、レール間の接合構造として優れた耐荷重性が得られる。
【００４６】
また、図４に示すごとく、縦レール２０の下面２４は、横レール１０の上面１４に当接している領域において、縦レール２０の下面２４を貫通するボルト６２とナット６３とで締着可能な凹溝２５を有しており、凹溝２５は、縦レール２０の上面２１側の溝幅（縦壁部２５ｂ，２５ｃの間の幅）が縦レール２０の下面２４側の溝幅（連通部２５ｐの幅）よりも広いこととしている。
【００４７】
この構成によれば、縦レール２０の下面２４と横レール１０の上面を当接させつつ、縦レール２０と横レール１０をボルト・ナットで連結でき、ボルト・ナットには圧縮・引張方向にのみ荷重が加わり、剪断応力が加わることがないため、縦レール２０と横レール１０を高い強度で固定することができる。
【００４８】
また、フランジ部２５ｍ，２５ｎを利用することで、他の部材を介設せずに接合することが可能となるため、部品点数が少なくなり、優れた施工性が得られることになる。なお、凹溝２５内にナット６３を配置させることで、上述の実施形態におけるボルトとナットの配置関係を逆にすることとしてもよい。
【００４９】
また、図５（Ｂ）に示すごとく、凹溝２５に長板状の補強部材７が挿入されて固定されている。なお、補強部材７の短手方向の幅は凹溝２５の奥側（上面２１側）の幅（左右方向の横溝部２５ｖ，２５ｗの幅を合わせてなる幅）と略同じであり、ボルト穴（貫通孔７１）を有し、補強部材７をボルト固定することとする。
【００５０】
この構成によれば、補強部材７により縦レール２０のフランジ部２５ｍ，２５ｎを補強することができる。
【００５１】
また、図４に示すごとく、横レール１０は、下面１１と、縦面１２，１３と、上面１４にて囲まれた中空の部材で構成され、閉断面であることとしている。
【００５２】
この構成によれば、横レール１０が閉断面となるためねじれ剛性を高いものとすることができる。また、例えば、アルミニウム合金の押出成型による中空部材にて横レール１０を構成することができ、断面形状の設計の自由度が高く、また、屋根上などの設置を考えた場合に、軽量であることが好ましい太陽電池アレイの構成において、軽量化を図ることが可能となる。
【００５３】
また、図８及び図９（Ａ）（Ｂ）に示す構成は、他の実施形態の補強部材７Ａについて示すものである。この補強部材７Ａの実施形態では、凹溝２５に固定させるための鉤状の係止片７５を備える構成とする。なお、補強部材７Ａの短手方向の幅は凹溝２５の奥側（上面２１側）の幅（左右方向の横溝部２５ｖ，２５ｗの幅を合わせてなる幅）と略同じであり、補強部材７Ａは、一端に係止片７５を有し、他端にボルト穴（貫通孔７７）を有する構成とするものである。
【００５４】
この実施形態の補強部材７Ａは、平面視略長方形状とする板状の部材に構成され、長手方向の一端側の一部を側面視において略Ｌ字状をなすように折り曲げることで、係止片７５が構成される。この係止片７５は、横レール１０の水下側に設けた突片部１７の下面に対し、水下側から引っ掛けられるようにして突片部１７に係合するようになっている。
【００５５】
補強部材７Ａの長手方向の他端側には、板面を貫通するように貫通孔７７が形成される。この貫通孔７７は、横レール１０の水上側に設けた突片部１８に設けた貫通孔１８ａに位置あわせされるように構成される。つまり、係止片７５を突片部１７に係合させた状態において、補強部材７Ａの貫通孔７７と、突片部１８の貫通孔１８ａの位置が一致し、両貫通孔７７，１８ａに対しボルト６２Ａが挿通できることとなっている。
【００５６】
また、横レール１０の突片部１７，１８は、上面１４と連続して構成されることで一連の傾斜面を構成するものであり、突片部１７，１８においても縦レール２０の下面２４が当接する構成としている。
【００５７】
また、図９（Ｂ）に示すごとく、係止片７５は、縦レール２０の下面２４に形成されるフランジ部２５ｍ，２５ｎの間の連通部２５ｐを通じて下方に突出することとしており、これにより、係止片７５を設けつつも、凹溝２５に対して補強部材７Ａを縦レール２０の長手方向に自由に移動することが可能となる。
【００５８】
そして、以上の構成においては、横レール１０の一側のみ（本実施形態では突片部１８側のみ）でボルト固定を完了することができ、施工性が高い構成を実現できる。また、横レール１０の水下側の突片部１７において係止片７５が係合されるため、補強部材７の係止片７５を介して横レール１０と縦レール２０を係合させることが可能となり、横レール１０と縦レール２０をより強固に連結することが可能となる。また、係止片７５により横レール１０に対する補強部材７Ａの位置決めを実施することができるため、優れた施工性を実現することができる。
【００５９】
また、図８に示すように、横レール１０の上面１４の水上側の突片部１８の部位においてボルト・ナットによる締結が行われることとしているため、この締結作業は横レール１０の水上側のみにおいて短時間で完了することができる。また、特に突片部１７，１８が傾斜している構成において、縦面１３から斜め上方に向かう突片部１８の側（水上側）で作業ができることになるため、水下側の突片部１７で締結作業をする場合と比較して縦レール２０下方の空間を広く確保することができ、作業性に優れたものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、屋上や地上など様々な設置箇所に配置される太陽電池アレイについて適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１    太陽電池アレイ
２    太陽電池モジュール
３    基礎
４    設置面
５    柱体
７    補強部材
１０    横レール
１７    突片部
１８    突片部
２０    縦レール
２５    凹溝
２５ｍ    フランジ部
６２    ボルト
６３    ナット
Ａ１    中立軸
Ａ２    中立軸
【図１】
2013231273.tif 000003
【図２】
2013231273.tif 000004
【図３】
2013231273.tif 000005
【図４】
2013231273.tif 000006
【図５】
2013231273.tif 000007
【図６】
2013231273.tif 000008
【図７】
2013231273.tif 000009
【図８】
2013231273.tif 000010
【図９】
2013231273.tif 000011