(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
家屋の屋根に太陽電池モジュールを設置するにあたって、屋根の下地材に対するビスの引き抜き強度を下地材及びビスの種類ごとにデータベースに蓄積しておき、上記太陽電池モジュールが屋根葺き材として受ける風荷重を算出する風荷重算出工程と、上記屋根に用いる下地材の種類及び上記太陽電池モジュールの固定用ビスの種類とを選定する種類選定工程と、選定したビス１本当たりの引き抜き強度を上記データベースから求める引き抜き強度決定工程と、求めた引き抜き強度と上記風荷重とにより、上記下地材だけで上記太陽電池モジュールの固定強度を持たせるのに必要なビスの本数を決定するビス本数決定工程とを実行することを特徴とする屋根への太陽電池モジュールの施工計画立案方法。
【請求項２】
下地材に対するビスの引き抜き試験を複数回行ない、試験結果の平均値から標準偏差の３倍を減じて得られた値を上記引き抜き強度として上記データベースに蓄積することを特徴とする請求項１に記載の屋根への太陽電池モジュールの施工計画立案方法。
【請求項３】
上記家屋が、新築家屋であることを特徴とする請求項１または２に記載の屋根への太陽電池モジュールの施工計画立案方法。
【請求項４】
既築家屋の屋根に太陽電池モジュールを設置するにあたって、上記太陽電池モジュールが屋根葺き材として受ける風荷重を算出する風荷重算出工程と、上記太陽電池モジュールの固定用ビスの種類を選定する種類選定工程と、選定したビスを用いて上記屋根の下地材に対する引き抜き試験を行なう引き抜き試験工程と、試験結果に基づいて引き抜き強度を求める引き抜き強度決定工程と、求めた引き抜き強度と上記風荷重とにより、上記下地材だけで上記太陽電池モジュールの固定強度を持たせるのに必要なビスの本数を決定するビス本数決定工程とを実行することを特徴とする屋根への太陽電池モジュールの施工計画立案方法。
【請求項５】
上記引き抜き試験工程において、引き抜き試験を複数回行ない、上記引き抜き強度決定工程において、上記試験結果の平均値から標準偏差の３倍を減じた値を上記引き抜き強度として決定することを特徴とする請求項４に記載の屋根への太陽電池モジュールの施工計画立案方法。
【請求項６】
上記引き抜き試験の回数が、１０回〜５０回であることを特徴とする請求項２または５に記載の屋根への太陽電池モジュールの施工計画立案方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新築家屋や既築家屋の屋根に太陽電池モジュールを設置するための施工計画を立案する方法に関するものであり、より詳しくは、太陽電池モジュールの固定強度を垂木等の構造材ではなく下地材だけで持たせるのに必要なビス本数を決定し、ひいては太陽電池モジュールを下地材だけに固定できるようにする方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家屋に太陽電池発電システムを構築する際、太陽電池モジュールを屋根葺き材として下地材に取り付けるのは公知である（例えば、特開２００１−２９７５０９号公報を参照）。この場合、太陽電池モジュール固定用のビスを、下地材を通して垂木に打ち込み、太陽電池モジュールの固定強度を垂木に持たせるのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、下地材の表側から裏側の垂木の位置を特定するのは困難であるという問題があった。また、通常、太陽電池モジュールの寸法が垂木のピッチと一致していないため、横に延びる架台を垂木にビス止めし、この架台に太陽電池モジュールを取り付けることになり、工数および部材点数が増えるという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明では、家屋の屋根に太陽電池モジュールを設置するにあたって、屋根の下地材に対するビスの引き抜き強度を下地材及びビスの種類ごとにデータベースに蓄積しておく。そして、上記太陽電池モジュールが屋根葺き材として受ける風荷重を算出する（風荷重算出工程）。また、上記家屋の屋根に用いる下地材の種類（板厚を含む）と上記太陽電池モジュールの固定用ビスの種類（サイズ（径や長さ）を含む）とを選定し（種類選定工程）、選定したビス１本当たりの引き抜き強度を上記データベースから求める（引き抜き強度決定工程）。この引き抜き強度決定工程で求めた引き抜き強度と上記風荷重算出工程で算出した風荷重とにより、上記下地材だけで上記太陽電池モジュールの固定強度を持たせるのに必要なビスの本数を決定する（ビス本数決定工程）。これによって、ビスを下地材に打ち込むだけで垂木まで打ち込まなくても、太陽電池モジュールを風荷重に充分に耐えるように固定することができる。
【０００５】
上記のデータベースは、新築家屋において特に有効である。
既築家屋の場合には、上記データベースのデータが、下地材の経年劣化によって不適合になっている可能性がある。そこで、種類選定工程で選定したビスを用いて上記既築家屋の屋根の下地材に対する引き抜き試験を行なう引き抜き試験工程を実行する。そして、引き抜き強度決定工程において、上記データベースを用いるのに代えて、上記試験結果に基づいて引き抜き強度を求める。この既築家屋における引き抜き試験や上記データベースに登録するための引き抜き試験は、複数回（例えば１０〜５０回）行なうのが望ましい。そして、試験結果の平均値から標準偏差の３倍を減じて得られた値を上記引き抜き強度とするのが望ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、新築家屋１に太陽電池システム２を構築する工程を模式的に示したものである。はじめに、構築すべき太陽電池システム２の概要を説明する。太陽電池システム２は、家屋１の屋根１０に葺設される多数（複数）の太陽電池モジュール２０と、これらモジュール２０の出力を家屋１の電気系統に供給したり他に売電したりするためのパワーコンディショナー２９とを備えている。
【０００７】
図２に示すように、各太陽電池モジュール２０は、縦横に整列された多数の太陽電池セル２１を表面ガラス２２と導電性バックフィルム材（詳細な図示は省略）とで表側と裏側から挟むことによって、全体として四角形のパネル状に構成されている。太陽電池セル２１は、結晶系シリコンを用いてもよく、アモルファスシルコンを用いてもよく、その他の素材を用いてもよい。表面ガラス２２は、強化ガラス等で出来、モジュール２０の剛性を担っている。これにより、太陽電池モジュール２０がスーパーストレート構造になっているが、これに限定されるものではなく、他の構造を採用することにしてもよい。
【０００８】
この太陽電池モジュール２０の周縁のフレーム２３が、後述するＮ本のビス（木ネジ）３０で屋根１０の下地材（野地板）１１に固定される。これによって、太陽電池モジュール２０が、屋根葺き材として提供される。
なお、下地材１１において、太陽電池モジュール２０どうしの境に当たる位置には、防水用の帯状ブチルシート１２が予め貼り付けられる。また、太陽電池モジュール２０どうしの境には、長板状のカバープレート２７が設けられる。さらに、ケラバ木桟１３にケラバカバー１４が被せられ、軒に軒先カバー１５が設けられることになる。
【０００９】
太陽電池モジュール２０の横幅ないし横方向の配置ピッチは、屋根１０の垂木１６の間隔と一致しないのが通例である。そこで、ビス３０だけで太陽電池モジュール２０の固定強度を持たせるべく、現場の設置作業に先立って、以下の施工計画の立案作業（００１）〜（１０４）を行う。
【００１０】
［データベース構築工程（００１）］
図１に示すように、施工計画の立案にあたって、予めデータベース４０を用意しておく。データベース４０は、コンピュータにデジタル情報として検索ソフトとセットで構築するのが望ましいが、これに限定されるものではなく、紙情報として作成してもよい。データベース４０には、屋根の下地材に対するビス１本当たりの引き抜き強度のデータ４１が蓄積されている。
【００１１】
図３に例示するように、この引き抜き強度データ４１は、下地材１１の種類とビス３０の種類ごとに作成されている。下地材１１には、周知の通り、構造用合板、パーチ、パイン集成材（ＯＳＢ）、耐水合板コンパネ等の種々の種類（材質）がある。なお、この明細書では、同じ材質の下地材１１でも板厚が異なれば別の種類として扱うものとする。下地材１１の板厚には、１２ｍｍや９ｍｍ等の種々の規格がある。ビス３０には、周知の通り、ドリルビスやタッピングビス等の種類がある。ビス３０についても、上記と同様に、サイズ（Ｍ４，Ｍ５等の規格）が異なれば別の種類として扱うものとする。
【００１２】
データ４１の引き抜き強度Ｆには、次式により得られた値が採用されている。
Ｆ＝Ｆm−３σ      …（式１）
ここで、Ｆmは、引き抜き試験で得られた結果の平均値である。試験方法は、図５に示す第２実施形態と概略同様であるので、ここでは割愛する。σは、上記試験結果の標準偏差である。式１によって、実際の現場で供用されるビス３０のほとんど全てが、そのビス３０の種類に対応するデータ４１中の値Ｆをクリアすることになる。要するに、式１は、同一種類のビスについて引き抜き強度がばらついた場合には、最低レベルのものの引き抜き強度を採用することを示している。
【００１３】
図１に示すように、上記データベース４０を用意したうえで、実際の新築家屋１を対象とした立案施工フローを実行する。
［風荷重算出工程（１００）］
このフローでは、先ず新築家屋１に設置されるべき太陽電池モジュール２０が、屋根葺き材として受ける風荷重Ｗを算出する。風荷重は、法令の基準（例えば建築基準法施行令第８２条の５の規定に基づく平１２建告第１４５８号告示等）に則り、当該風荷重に影響を及ぼす種々のファクタを考慮して算出するのが望ましい。法令に適合する限り、経験値や実験値を用いてもよい。上掲告示にもある通り、算出のために考慮すべきファクタには、屋根１０の形状、屋根高、家屋１を建てる地域の気象特性等の屋根１０や家屋１に関する事項に加えて、表面ガラス２２の種類（倍強化ガラスなのか強化ガラスなのか等）、構成（単板ガラスなのか複層ガラスなのか等）、寸法形状（ガラスの厚さや見付け面積等）等の太陽電池モジュール２０に関する事項がある。
【００１４】
［下地材種類選定工程（１０１）］
また、家屋１に用いられるべき下地材１１の種類を選定する。下地材１１の種類は、地域の気象特性や材料コスト等を考慮して決める。例えば、風の強い地域であれば構造用合板を選び、雨の多い地域であれば耐水合板コンパネを選び、コストを優先するのであればパーチやＯＳＢ等の集成材を選ぶ。
【００１５】
［ビス種類選定工程（１０２）］
更に、ビス３０の種類を選定する。ビス３０の種類は、上記下地材１１の種類や屋根１０の勾配や気象特性等を考慮して決める。例えば、下地材１１に塩ビフィルム等の硬質コーティングが施されている場合には、ドリルビスを選び、そうでない場合にはタッピングビスを選ぶ。また、屋根１０の勾配が比較的緩やかであったり雨の多い地域であったりした場合には防水性確保のためにＭ４のサイズを選び、そうでない場合には強度の大きいＭ５のサイズを選ぶ。
【００１６】
［引き抜き強度決定工程（１０３）］
次に、上記選定した下地材１１及びビス３０に対応する引き抜き強度Ｆを上記データベース４０で検索する。
【００１７】
［ビス本数決定工程（１０４）］
続いて、上記算出した風荷重Ｗと、検索した強度Ｆとを用いて、次式の計算を行い、１つの太陽電池モジュール２０を取り付けるのに必要なビス３０の本数Ｎを算出する。
Ｎ＝Ｗ÷Ｆ（小数点以下切り上げ）    …（式２）
【００１８】
このようにして施工計画を立案した後、図２に示すように、実際の家屋１の築造現場において、屋根１０に、上記選定した種類の下地材１１を設置する。この下地材１１の上に太陽電池モジュール２０を載置し、この太陽電池モジュール２０のフレーム２３を、上記選定した種類のビス３０で下地材１１に取り付ける。この時、ビス３０は、下地材１１に打ち込まれていれば足り、垂木１６まで打ち込む必要はない。これによって、下地材１１の表側から裏側の垂木１６の位置を特定しなくても済み、打ち込み作業を大幅に容易化することができる。また、太陽電池モジュール２０の横幅寸法が垂木１６のピッチと一致していなくても全く差し支えなく、垂木１６への固定用架台が不要であるため、工数および部材点数を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。
【００１９】
そして、１つの太陽電池モジュール２０を、上記式２で算出したＮ本のビスで固定する。これによって、各々のビス３０が下地材１１にしか打ち込まれていなくても、太陽電池モジュール２０の風荷重に対する固定強度を十分に確保することができる。しかも、式１によって最低レベルの引き抜き強度Ｆが採用されているので、ビス３０に強度のばらつきがあっても固定強度を十分かつ確実に確保することができる。
【００２０】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。この実施形態において、上記第１実施形態と重複する部分に関しては、図面に同一符号（工程番号を含む）を付して説明を省略する。
図４に示すように、第２実施形態では、太陽電池システム２を構築する対象が既築の家屋１Ａである点で、上記第１実施形態と異なっている。既築家屋１Ａの場合には、下地材１１の種類選定工程（１０１）は当然不要である。また、上記データベース４０も使用しない。
【００２１】
［引き抜き試験工程（１０３Ａ）］
その代わりに、既築家屋１Ａにおいて、ビス３０の引き抜き試験を行なう。すなわち、図５（ａ）に示すように、既築家屋１Ａの屋根葺き材（図示せず）を剥がして下地材１１を露出させ、この下地材１１に、上記ビス種類選定工程（１０２）で選定したビス３０を打ち込む。この時、下地材１１からビス３０の頭部を数ｍｍ程度浮かしておく。打ち込み場所は、ケラバや軒近くの雨漏りの心配があまりない箇所にするのが望ましい。
【００２２】
また、図５（ｂ）に示すように、引き抜き試験用の治具５０と荷重計６０を用意する。治具５０は、底板５１と、この底板５１の上面に連結された係止部５２とを有している。底板５１の前側縁（一側縁）には、切り込み５１ａが形成されている。この切り込み５１ａに上記ビス３０を挿し込む。これによって、底板５１にビス３０の頭部を引っ掛ける。
【００２３】
続いて、係止部５２の係止孔５２ａに、荷重計６０のフック６２を引っ掛ける。そして、ビス３０が下地材１１から引き抜かれるまで、荷重計６０の把持部６３を引き上げる。この時の荷重計６０の目盛り６１を読むことによって、当該ビス３０の引き抜き強度が測定される。
【００２４】
以上の操作を１０回〜５０回程度繰り返し、１０〜５０個の測定値を得る。これによって、引き抜き試験が終了する。試験後、下地材１１に残ったビス孔は、充填材等で補修する。
【００２５】
［引き抜き強度決定工程（１０３Ｂ）］
次に、上記測定値の平均値Ｆmと標準偏差σを算出する。そして、式１に当てはめる。これによって、既築家屋１Ａの下地材１１が経年劣化していたとしても、現状での引き抜き強度Ｆ＝Ｆm−３σを求めることができる。
【００２６】
そして、ビス本数決定工程（１０４）での式２による計算によって、現状に適合するビス３０の本数Ｎを得ることができる。この本数Ｎのビス３０を用いて太陽電池モジュール２０を下地材１１に取り付けることによって、下地材１１の経年劣化に拘わらず、太陽電池モジュール２０の固定強度を確実に確保することができる。
【００２７】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の形態を採用することができる。
例えば、第１実施形態において、工程１００〜１０２の順序は適宜変更可能である。更に、第１、第２実施形態において、風荷重算出工程１００は、ビス本数決定工程１０４の前に実行されればよく、その他の工程１０１〜１０３，１０３Ａ，１０３Ｂとの前後関係は問わない。
既築家屋１Ａを対象とする第２実施形態でも、築年数が浅い場合等には、データベース４０を用いて引き抜き強度Ｆを求めることができる。また、データベース４０に、下地材１１の供用期間に応じた引き抜き強度データをも蓄積し、これを既築家屋１Ａに適用することにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ビスを下地材に打ち込むだけで垂木まで打ち込まなくても、太陽電池モジュールの風荷重に対する固定強度を十分に確保することができる。これによって、下地材の表側から裏側の垂木の位置を特定しなくて済み、太陽電池モジュールの設置作業を容易に行うことができる。また、太陽電池モジュールの寸法が垂木のピッチと一致していなくても何ら問題が無く、架台が不要であるため、工数および部材点数を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。
ビスの引き抜き試験結果の平均値から標準偏差の３倍を減じて得られた値を引き抜き強度として採用することによって、太陽電池モジュールの固定強度を一層確実に確保することができる。
既築家屋の場合には、当該家屋の下地材で引き抜き試験を行ない、引き抜き強度を求めることによって、下地材が経年劣化していても太陽電池モジュールの固定強度を確実に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、新築家屋に太陽電池システムを構築する工程の模式図である。
【図２】上記新築家屋の屋根の分解斜視図である。
【図３】上記システム構築のための計画立案に用いるデータベースに蓄積された引き抜き強度データの一例を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示し、既築家屋に太陽電池システムを構築する工程の模式図である。
【図５】（ａ）上記既築家屋へのシステム構築のための引き抜き試験において、ビスを下地材に打ち込んだ状態の斜視図である。
（ｂ）上記引き抜き試験において、引き抜き強度を測定する状態の斜視図である。
【符号の説明】
１  新築家屋
１Ａ  既築家屋
１０  屋根
１１  下地材
２０  太陽電池モジュール
３０  ビス
４０  データベース
４１  引き抜き強度データ
【図１】
0003930324.tif 000002
【図２】
0003930324.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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