(57)【要約】【課題】広い間口を有する太陽光発電パネル設置用パイプ構造及びその組立方法を提供すること。【解決手段】太陽光発電パネルを地面から持ち上げて設置するための太陽光発電パネル設置用パイプ構造であって、平面視長方形の長辺に沿う梁（３１）の中点と両側の支柱（２）に固定される円弧状のアーチ部（４）を有するものを提供する。１０ｍの間口をとることができる。長方形の短辺に沿う梁（３１）、アーチ部（４）、長方形の長辺に沿う梁（３１）の順に固定することで、正確かつ容易に組み立てることができる。【選択図】図１
2016021847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電パネルを地面から持ち上げて設置するための太陽光発電パネル設置用パイプ構造であって、
平面視長方形の４辺の各辺に設けられた下側梁及び上側梁と、
前記長方形の長辺に沿う前記下側梁と上側梁を連結する柱部材と、
前記長方形の頂点位置において前記下側梁及び上側梁を地面から持ち上げる４本の支柱と、
前記長辺に沿う前記下側梁の中点と該長辺の両端に配される２の前記支柱とに固定されるアーチ部と、
前記上側梁に固定され、太陽光発電パネルを固定する回転軸を挿入する軸受とを備え、
前記長方形の長辺はパイプの設計最大長よりも大きな拡幅長の長さを有し、
前記長方形の短辺はパイプの設計最大長よりも小さな長さを有し、
前記アーチ部は、前記拡幅長の８０％〜１２０％の半径である円弧形状を有し、
前記４本の支柱以外の支柱を有さず、又は、２つの前記長辺の少なくとも一方においてその中央に支柱を有さない前記設計最大長以上の長さの区間を有することを特徴とする太陽光発電パネル設置用パイプ構造。
【請求項２】
前記アーチ部は、アーチ部ジョイントによって接合される少なくとも３つの部分を備え、
前記アーチ部ジョイントが前記下側梁の中点に対応する箇所とは異なる箇所に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電パネル設置用パイプ構造。
【請求項３】
前記アーチ部の下端に、前記支柱と平行な直線部を有することを特徴とする、請求項２に記載の太陽光発電パネル設置用パイプ構造。
【請求項４】
前記支柱の基端は、互いに異なる方向に下向きに開いた３以上のアンカーを備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽光発電パネル設置用パイプ構造。
【請求項５】
前記軸受が前記長方形の長辺に沿う前記上側梁に設けられ、
全ての前記軸受が前記柱部材の上端に近接して設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電パネル設置用パイプ構造。
【請求項６】
前記軸受に貫通され、少なくとも一方の端において屈曲して延伸された回転アームを有する回転軸と、
２以上の前記回転軸の前記回転アームを連結して同一の方向に移動させる回転制御棒とを備え、
前記２以上の回転軸は平行に設けられ、
前記回転制御棒は前記回転軸の軸方向に垂直な方向に延伸された棒状体であることを特徴とする、請求項５に記載の太陽光発電パネル設置用パイプ構造。
【請求項７】
請求項６に記載の太陽光発電パネル設置用パイプ構造を用い、前記回転軸に太陽光発電パネルを取り付けた太陽光発電装置であって、
前記太陽光発電パネルの受光面の仰角は、前記回転軸が回転することによって少なくとも０度〜６０度の範囲で変化することを特徴とする、太陽光発電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の太陽光発電装置を用い、
降雪時には前記仰角を０度以下とすることを特徴とする、太陽光発電方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽光発電パネル設置用パイプ構造の組立方法であって、
支柱の基端を打設する工程と。
前記支柱に前記長方形の短辺に沿う前記下側梁及び上側梁を固定する工程と、
前記支柱にアーチ部を固定する工程と、
前記支柱及び前記アーチ部に前記長方形の短辺に沿う前記下側梁を固定する工程とが、この順に実行されることを特徴とする、太陽光発電パネル設置用パイプ構造の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電パネル設置用パイプ構造及びその組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電パネル設置用の架台としてパイプ材等の柱状材を用いるものは、例えば特許文献１及び特許文献２に示す各種のものが知られている。
【０００３】
近年、太陽光発電パネル設置のための専用スペースを設けることなく、農地、駐車場等において太陽光発電を行うことが広く行われている。この場合、架台内部に太陽光の到達するパイプ材は、（特に農地において）好まれる。
【０００４】
農地ではトラクター等の出し入れのため、駐車場では自動車の出し入れのため、間口（少なくとも１つの方向における支柱の間隔）を広くとることが好ましい。しかし、パイプ材を用いて架台を構成する場合、間口を広くとることに困難があった。パイプ材は所定の長さ（以下「設計最大長」と言う。）以下のものに限られ、太陽光発電パネルを設置する上方のパイプ材の設計最大長以下の間隔で支柱を設置する必要があるためである。パイプ材をジョイントで接合して長くすることは可能であるが、この場合には太陽光発電パネルの重量を支える強度が保てなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０３１６２７号公報
【特許文献２】特開２０１４−０３４７６０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】青木他「太陽電池の発電量に及ぼす雪面反射の影響」：エネルギー環境システム研究所紀要第１０巻
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、広い間口を有する太陽光発電パネル設置用パイプ構造及びその組立方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の太陽光発電パネル設置用パイプ構造は、
太陽光発電パネルを地面から持ち上げて設置するための太陽光発電パネル設置用パイプ構造であって、
平面視長方形の４辺の各辺に設けられた下側梁及び上側梁と、
前記長方形の長辺に沿う前記下側梁と上側梁を連結する柱部材と、
前記長方形の頂点位置において前記下側梁及び上側梁を地面から持ち上げる４本の支柱と、
前記長辺に沿う前記下側梁の中点と該長辺の両端に配される２の前記支柱とに固定されるアーチ部と、
前記上側梁に固定され、太陽光発電パネルを固定する回転軸を挿入する軸受とを備え、
前記長方形の長辺はパイプの設計最大長よりも大きな拡幅長の長さを有し、
前記長方形の短辺はパイプの設計最大長よりも小さな長さを有し、
前記アーチ部は、前記拡幅長の８０％〜１２０％の半径である円弧形状を有し、
前記４本の支柱以外の支柱を有さず、又は、２つの前記長辺の少なくとも一方においてその中央に支柱を有さない前記設計最大長以上の長さの区間を有することを特徴とする。
【０００９】
長辺に沿う下側梁及び上側梁は、1本のパイプによるものではなく、ジョイントによって接合される。このため、そのままでは強度が不十分である。アーチ部によって強度を保つ。アーチ部は、筋交とは相違し、下側梁の中点に到達する。下側梁を安定して支え、強度を保つことができる。
また、太陽光発電パネルが上側梁で支えられ、太陽光発電パネルへの風圧等による擾乱力が下側梁の局所に集中しない。
【００１０】
本発明の太陽光発電パネル設置用パイプ構造は、
前記アーチ部は、アーチ部ジョイントによって接合される少なくとも３つの部分を備え、
前記アーチ部ジョイントが前記下側梁の中点に対応する箇所とは異なる箇所に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
アーチ部も設計最大長より長く、ジョイントによって接合する。下側梁を支える箇所にはジョイントを設けず、強度を確保する。
【００１２】
本発明の太陽光発電パネル設置用パイプ構造は、
前記アーチ部の下端に、前記支柱と平行な直線部を有することを特徴とする。
【００１３】
アーチ部中央で下側梁からの力を支えることで、アーチ部の両下端には、アーチ部を延伸する方向の（アーチ部に結合される２本の支柱を引き離す方向の）力がかかる。かかる力は、支柱とアーチ部とが角度を有して１点で結合されるよりも、支柱とアーチ部とが平行であるほうが支柱によって支持しやすい。必要に応じて２箇所以上で支柱とアーチ部とを結合することも可能である。
【００１４】
本発明の太陽光発電パネル設置用パイプ構造は、
前記支柱の基端は、互いに異なる方向に下向きに開いた３以上のアンカーを備えることを特徴とする。
【００１５】
支柱の基端には、上述の水平方向の力、及び太陽光発電パネルへの風圧等による垂直方向の（支柱を引き抜く方向の）力がかかる。この力を、基端を強く固定して支える。一方、特に農地においては、大きなコンクリート材等を用いることは好ましくない。あまり大きくない部材で、基端部の水の流れを妨げないように固定する。
【００１６】
本発明の太陽光発電パネル設置用パイプ構造は、
前記軸受が前記長方形の長辺に沿う前記上側梁に設けられ、
全ての前記軸受が前記柱部材の上端に近接して設けられていることを特徴とする。
【００１７】
軸受は太陽光パネルの重量を支える。軸受の箇所の上側梁の強度が柱部材によって補われるようにする。ここで「近接して」とは、軸受と柱部材が接触するもののほか、１００ｍｍ以内の距離にあるものも含む。
【００１８】
本発明の太陽光発電パネル設置用パイプ構造は、
前記軸受に貫通され、少なくとも一方の端において屈曲して延伸された回転アームを有する回転軸と、
２以上の前記回転軸の前記回転アームを連結して同一の方向に移動させる回転制御棒とを備え、
前記２以上の回転軸は平行に設けられ、
前記回転制御棒は前記回転軸の軸方向に垂直な方向に延伸された棒状体であることを特徴とする。
【００１９】
回転制御棒を移動させることで、回転軸が回転する。およそ１８０度の回転が可能である。
【００２０】
本発明の太陽光発電装置は、
回転アーム及び回転制御棒を備えた上述の太陽光発電パネル設置用パイプ構造を用い、前記回転軸に太陽光発電パネルを取り付けた太陽光発電装置であって、
前記太陽光発電パネルの受光面の仰角は、前記回転軸が回転することによって少なくとも０度〜６０度の範囲で変化することを特徴とする。
【００２１】
ここで「仰角」とは、受光面の法線が水平面となす角度を言う。受光面が天頂（真上）に向くと９０度、受光面が垂直になると０度である。通常は、仰角を南中時の太陽の方向に合わせるかそれよりも少し小さくする。一方、後述のとおり、降雪地域においては仰角を０度以下にできることが好ましい。
【００２２】
本発明の太陽光発電方法は、
上述の太陽光発電装置を用い、
降雪時には前記仰角を０度以下とすることを特徴とする。
【００２３】
降雪時には、受光面への積雪を防止するため、仰角を０度又はマイナスとしたい。非降雪時には、任意の仰角としてよい。
【００２４】
本発明の太陽光発電パネル設置用パイプ構造の組立方法は、
上記の太陽光発電パネル設置用パイプ構造の組立方法であって、
支柱の基端を打設する工程と、
前記支柱に前記長方形の短辺に沿う前記下側梁及び上側梁を固定する工程と、
前記支柱にアーチ部を固定する工程と、
前記支柱及び前記アーチ部に前記長方形の短辺に沿う前記下側梁を固定する工程とが、この順に実行されることを特徴とする。
【００２５】
長方形の短辺に沿う下側梁及び上側梁を先に固定し、アーチ部を固定した後に、長方形の長辺に沿う下側梁及び上側梁を固定する。アーチ部によって長方形の長辺に沿う下側梁の中点位置が示される。長方形の長辺に沿う下側梁は長いものであるが、正確に水平に固定することが容易である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、広い間口を有する太陽光発電パネル設置用パイプ構造及びその組立方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、太陽光発電パネル設置用パイプ構造を示す図である。
【図２】図２は、太陽光発電パネル設置用パイプ構造を示す図である。
【図３】図３は、アーチ部を示す図である。
【図４】図４は、アンカーを示す図である。
【図５】図５は、回転機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、太陽光発電パネル設置用パイプ構造を示す実施例１、太陽光発電パネル設置用パイプ構造の組立を示す実施例２について説明する。
【実施例１】
【００２９】
（太陽光発電パネル設置用パイプ構造の概要）
図１は、太陽光発電パネル設置用パイプ構造を示す図である。太陽光発電パネル設置用パイプ構造１は、４本の支柱２を備え、各支柱２の基端にはアンカー２１が設けられている。支柱２は、長方形の４つの頂点の箇所に設置される。長方形の長辺の長さは１００００ｍｍ、短辺の長さは５０００ｍｍとする。
【００３０】
支柱２の上部に、下側梁３１及び上側梁３２が固定される。長方形の長辺に沿った下側梁３１と上側梁３２との間には柱部材３３が設けられて梁全体として補強されている。パイプの設計最大長は６０００ｍｍであり、長辺に沿った梁は１本のパイプで構成することができず、２本のパイプをジョイントで連接したものである。
【００３１】
長方形の長辺に沿った下側梁の中点は、アーチ部４によって固定されている。アーチ部４は、３本のパイプがジョイント４３によって連接されたものである。アーチ部４の下端は、クランプ７によって支柱２に固定されている。
【００３２】
長方形の短辺に沿った上側梁には、３つの軸受５１が設けられている。なお、軸受の数は、３つでなく２つまたは４つ以上であってもよい。軸受５１には回転軸（非図示）が挿入され、回転軸に太陽光発電パネル６が取り付けられている。なお、図において、太陽光発電パネル６の下に隠れて回転軸が存在する。回転軸から湾曲して下方に向く３つの回転アーム５２が連結部材５３によって連結されている。連結アーム５３を操作することで、すべての太陽電池パネル６の角度を均一に変更することができる。
【００３３】
（太陽光発電パネル設置用パイプ構造の変形）
図２は、太陽光発電パネル設置用パイプ構造を示す図である。図１のものとの相違は、軸受５１が長方形の長辺（図１では短辺）に沿った上側梁に設けられていることである。軸受５１は、柱部材３３に接して設けられている。太陽光発電パネルの重量及び風圧等による力が軸受にかかるが、柱部材によって強度が補われる。長辺に沿った梁は（短辺に沿った梁と異なり）ジョイントによって接合されているため、強度を補うことが重要である。
【００３４】
図２において、各部の寸法を数字（ｍｍ単位）で示した。高さ２６００ｍｍ以上で、幅１００００ｍｍの間口が設けられている。
【００３５】
（アーチ部の構造）
図３は、アーチ部を示す図である。アーチ部４は、１つの中央パイプ４１と２つの下方パイプ４２とをジョイント４３で連結したものである。中央パイプ４１は、半径１００００ｍｍの弧の形状であり、その長さは５０６０ｍｍである。下方パイプ４２は、下方から順に２０００ｍｍの直線部、１７３０ｍｍの小半径（１５００ｍｍ）の弧部、１６７０ｍｍの半径１００００ｍｍの弧部からなり、全体の長さは５４００ｍｍである。中央パイプ４１も下方パイプ４２もパイプの設計最大長である６０００ｍｍよりも短く、１本のパイプで作成することができる。
【００３６】
中央パイプ４１と下方パイプ４２との結合には、長さ６００ｍｍのジョイント４３を用いる。ジョイント４３は直線状であるが、半径１００００ｍｍの円において長さ６００ｍｍの弧の両端と中央の変位はわずか５ｍｍ程度であり、中央パイプ４１と下方パイプ４２を問題なくジョイント４３に挿入することができる。なお、不必要であるが、５ｍｍ分だけの変位を持たせるようにジョイント４３を湾曲させてもよい。
【００３７】
図１に示したとおり、中央パイプ４１の中点と長方形の長辺に沿った下側梁３１の中点とを固定する。これにより、下側梁３１が安定する。筋交によって下側梁３１の端部を固定する場合に比して、中点が固定されるので下側梁３１にかかる力を支柱と固定された中点の両方（力がかかる箇所の両側）で受ける。てこの原理によって大きな力が発生してしまうことがない。また、下側梁３１の結合に用いるジョイントを中点に設ければ、固定された箇所以外にジョイントが存在せず、大きな強度を得ることができる。
【００３８】
下方パイプ４２の直線部を支柱に固定する。直線部は支柱と平行なので、図１に示すように２つ（または３つ以上）のクランプ７を用いて固定することができる。そして、下側梁３１からアーチ部４にかかる力がアーチ部４と支柱２との交点においてアーチ部４に直交する方向に働くが、この方向が地面に対して水平な方向となる。支柱２を引き抜く力とはならないので、安定した構造となる。
【００３９】
（アンカーの構造）
図４は、アンカーを示す図である。（Ａ）は上方から見た図、（Ｂ）は側方から見た図である。支柱２の基端に、３つのアンカー２１（２１ａ、２１ｂ及び２１ｃ）が設けられている。実際には３つのアンカー２１を固定したパイプに支柱を差し込みネジ等で固定するが、支柱２にアンカー２１を直接固定してもよい。
【００４０】
３つのアンカー２１はそれぞれ１２０度の間隔で支柱２に固定され、下方に向かって開いている。３つのアンカーは１２０度異なった別の角度で開いていることとなる。また、アンカー２１に長さは１５０ｍｍである。この構造により、支柱を引き抜く力への耐性も支柱を倒す力（支柱回りの３６０度の全ての方向のもの）への耐性も大きなものとなる。
【００４１】
また、小型の金属部品であり、水流を妨げることがなく、農地における利用に適している。
【００４２】
（太陽光発電パネルの回転）
図５は、回転機構を示す図である。軸受５１に回転軸が挿入され、その上に太陽光発電パネル６が設置されている（回転軸は不図示）。回転軸に連なる３つの回転アーム５２は、回転軸に対しておよそ９０度屈曲している。直管状の回転軸の端部に屈曲した軸受５１を設け、軸受５１に直管状の回転アーム５２を挿入して実現している。回転アーム５２は、回転制御棒５３によって相互に結合されている。
【００４３】
回転アーム５２及び回転制御棒５３が図において実線で示す位置にあるとする。太陽電池パネル６は実線で示す方向を向いている。ここで黒矢印の直線方向に回転制御棒５３を移動すると、回転アーム５２が軸受内で黒矢印の円方向に回転し、回転が回転軸に伝えられて太陽電池パネル６の角度が変更される。変更後の状態を点線で示す。
【００４４】
回転制御棒５３によって全ての操作棒５２ａの先端（回転アーム５２と反対側の端）が等距離だけ移動し、全ての回転アーム５２が等角度だけ回転する。全ての太陽電池パネル６の角度を揃えて、角度変更することができる。
【００４５】
この構造によれば、回転アームは、回転軸の左側から右側までおよそ１８０度回転することができる。太陽光発電パネルの受光面の仰角（点線で示した状態における仰角をθで示す。）をおよそ１８０度変更することができる。
【実施例２】
【００４６】
以下、降雪地域における太陽光発電の方法を説明する。実施例１に示したとおりに太陽光発電パネル設置用パイプ構造を設け、回転軸に太陽光発電パネルを取り付けることで、太陽光発電装置が構成される。
【００４７】
受光面の仰角をおよそ１８０度変更することができるので、最大仰角を７８度（日本における夏至時の南中太陽の方向）としても、最小仰角を０度以下とすることができる。
【００４８】
降雪地域に特徴的な問題として、受光面に積雪してしまうと発電効率が低下してしまうことがある。また、積った雪が凍結してしまうと除去することが容易でない。したがって、仮に一時的に発電量が低下しても受光面への積雪を防止することが好ましいことが多い。
【００４９】
積雪は、受光面への仰角を０度以下（受光面が垂直又は下向き）とすることで防止できる。したがって、降雪時（雪が上空から落下している時を言う。過去の降雪によって積雪していても雪が落下していなければ降雪時ではない。）には受光面への仰角を０度以下する。
【００５０】
仰角を０度としても、積雪による光反射があれば比較的多くの発電を行うことのできる太陽電池が存在する（非特許文献１参照）。降雪時にも一定の発電を行うことができる。
【００５１】
なお、非降雪時の仰角は、積雪状況等によって発電量を最大にする方向が変動するため、各地域の特性を考慮して定めるとよい。
【実施例３】
【００５２】
以下、図１の太陽光発電パネル設置用パイプ構造の組立手順を説明する。
【００５３】
まず、アンカー２１を打設して、支柱２を設置する。その後、長方形の短辺に沿った下側梁３１及び上側梁３２を支柱２に固定する。
【００５４】
ここで、長方形の長辺に沿った梁を固定する前に、アーチ部４を支柱２に固定する。アーチ部４は、予めジョイント４３によって結合されて構成されているものとする。支柱２への固定は、各支柱２について２つ、各アーチ部４について４つのクランプ７による。アーチ部の形状及びサイズが既知であるので、アーチ部４の長方形の長辺に沿った下側梁の高さに合わせて固定することができる。
【００５５】
次に、長方形の短辺に沿った下側梁３１を固定する。固定は、まず下側梁３１とアーチ部４とを固定する。これにより、下側梁３１の中央が正しい高さに固定される。その後、下側梁３１を支柱に固定する。この手順によれば、下側梁３１を水平に保つための作業を上部（例えば脚立上）で行うことなく、容易に作業をすることができる。なお、下側梁３１を固定する箇所を予め支柱２にマークしておく等により、支柱２への固定を先に、アーチ部４への固定を後にすることもできる。
【００５６】
次に補助梁（長方形の長辺の中央における短辺に平行な梁）を固定し、柱部材３３を設置する。これにより、太陽光発電パネル６の重量を支える構造となる。
【００５７】
最後に、軸受５１を設置し、回転軸を軸受に通し、回転アーム５２を設置し、連結部材５３で回転アーム５２を連結する。
【００５８】
以上で、太陽光発電パネル設置用パイプ構造の組立が完成する。その後、太陽光発電パネル６を回転軸に取り付ければよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の太陽光発電パネル設置用パイプ構造は、間口を広くとることができる。多くの農業事業者や駐車場運営者による利用が考えられる。
【００６０】
本発明の太陽光発電装置及び方法は、仰角を０度以下として受光パネルへの積雪を防止することができる。降雪地帯における利用が考えられる。
【００６１】
本発明の太陽光発電パネル設置用パイプ構造の組立方法は、高いスキルを要求せずに容易に組み立てることができる。多くの施工業者による利用が考えられる。
【符号の説明】
【００６２】
１      太陽光発電パネル設置用パイプ構造
２      支柱
２１    アンカー
３１    下側梁
３２    上側梁
３３    柱部材
４      アーチ部
５１    軸受
５２    回転アーム
５３    回転制御棒
６      太陽光発電パネル
【図１】
2016021847.tif 000003
【図２】
2016021847.tif 000004
【図３】
2016021847.tif 000005
【図４】
2016021847.tif 000006
【図５】
2016021847.tif 000007