JP2006278738A

JP2006278738A - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2006278738A
Application number: JP2005095843A
Authority: JP
Inventors: Teruyuki Takahashi; 輝之高橋
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】太陽電池モジュール裏面の保守・点検、あるいは太陽電池モジュールの取付け・取外し作業を簡単・迅速かつ省力に行うことが可能な太陽光発電装置および太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュールと、２本の柱状レールと、前記２本の柱状レールのそれぞれに取り付けられる固定部材とからなる太陽光発電システムであって、前記固定部材は太陽電池モジュールの対向する２辺に固定され、前記２本の柱状レールのうち一方の柱状レールに対して回動自在に固定されるとともに、他方の柱状レールに対して着脱自在に固定され、また、前記柱状レールに複数の太陽電池モジュールを取り付けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

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などの太陽光発電装置に関し、とくに架台を用いて屋根上などに設置し固定する太陽光発電装置を複数個配列してなる太陽光発電装置に関するものである。

近年、地球環境問題に対する関心の高まりに伴い、自然エネルギーを利用した新エネルギーシステムの技術開発が進んでいる。そのなかで、太陽光を利用した発電システムは最も関心が高く、現在急速に世の中に普及しつつある。

また、その屋根への取り付け方法も様々であり、屋根部材と一体的に製造された屋根一体型太陽電池モジュールや、屋根上の瓦材の上に縦桟や横桟を用いて架台を組んで、そこに太陽電池モジュールを設置する、いわゆる屋根置き型と呼ばれる設置方法、さらに地上やビルの屋上など、水平な設置面に鋼材やアルミニウム材などで構成された架台とよばれる台座を介して太陽電池モジュールを固定する陸屋根型の設置方法がある。

陸屋根型の設置方法についてさらに述べると、屋根上がほぼ平坦な状態をした住宅屋根（陸屋根と称する）に太陽光発電装置をそのまま水平設置すると、太陽電池モジュールへの太陽光の入射角度が浅くなり、これにより、通常、３０〜４０％程度の発電量の低下を生じさせる。そこで、図１６示すような太陽電池モジュールを傾斜設置するための架台を用いて、太陽電池モジュールを傾斜支持させる構造の太陽光発電装置とする。

具体的には、まず水平設置面であるコンクリート製の屋根に穴を空けてアンカー埋設工事を行い、前記アンカーに固定される基礎１１をコンクリートなどの重量物によって形成する。これにより、屋根へ打ち込まれたアンカーボルトなどによって基礎１１が設置場所に固定され、さらに基礎１１の自重によって風等による負圧荷重で太陽電池モジュール等が飛ばされないよう支えられる。なお、太陽光発電装置Ｊに対して基礎１１が十分な重量を有し、風荷重などによる影響が問題にならない場合には基礎のみを配し、前述したアンカー工事は行わなくてもよい。

次に複数の基礎１１間の上に長尺の金属部材である基台レール１４を据え付け、前記基台レール１４上に太陽電池モジュール２０を支持する支持金具１３（１３ａ〜１３ｃ）を固定し、これによって太陽電池モジュール２０を支持固定する。

前記支持金具１３ａ〜１３ｃはそれぞれ長さが異なっており、たとえば支持金具１３ａが一番短く、支持金具１３ｃが最も長いように構成することで、太陽電池モジュール２０の設置角度に傾斜を持たせ、太陽光発電時の発電効率を向上させる。

なお、本例は陸屋根設置架台を用いて屋根上へ太陽光発電装置が設置される様子を説明したが、傾斜屋根に設置する屋根置き型であっても同様であり、基礎１１を屋根固定金具などに置き換えれば良い。

図１７に示すように太陽光発電装置に用いられる太陽電池モジュール２０は、シリコン等から成る太陽電池素子２３の光電変換効果を利用して電力が得られるように構成したものであって、このような太陽電池素子２３を複数個直列および並列に電気的に接続し、そして、耐候性のある素材で覆うように成し、所要の出力電圧や出力電流を得るようにしている。

この太陽電池素子２３は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池や、薄膜系太陽電池などにより構成する。

かかる太陽電池モジュール２０においては、太陽電池素子２３の受光面にはガラス板や合成樹脂板などの光透過板２４を配置し、その裏面である非受光面にはテフロン（登録商標）フィルムやＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの耐候性フィルム２６を被着し、光透過板２４と耐候性フィルム２６との間には、たとえばＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などから成る透明な合成樹脂を介在し、充填材２５と成し、これら光透過板２４、太陽電池素子２３および耐候性フィルム２６の重ね構造の矩形状の本体に対し、その各辺周囲をアルミニウム金属やＳＵＳ等から成る枠体２１を挟み込むように装着し、これにより、太陽電池部全体の強度を高めるとともに、枠体２１に取付用の穴を開けて支持金具１３にボルトやねじで固定できるようにしている。そして耐候性フィルム面上に設けられたジャンクションボックス２２を介して太陽電池モジュール２０の発電電力を取り出すことができるようにしている。

この架台を介した太陽電池モジュールの固定方法は、剛性を非常に高くすることができ、暴風や積雪などの大きな外力に対する耐力があり、大規模な太陽光発電装置を構築するのに適している。

ところで、このような太陽光発電装置では発電効率を高めるために太陽電池モジュールを傾斜させて架台に設置する場合がほとんどであるが、このような場合の多くは図１８のように太陽電池モジュール２０と架台の支持金具１３をボルト・ナットなどの締結部材１２を用いて強固に固定・拘束してしまうことから、設置後の太陽電池モジュール傾斜角度の調整や、保守・点検作業が容易には行えないという問題点がある。

そこで、太陽電池モジュール周縁部に１ヶ所、回動機構をもたせて、保守・点検時の作業性を向上させる構造が提案されている（特許文献１を参照）。

また、太陽電池モジュールの架台に回動軸を設け、日射角にあわせて太陽電池モジュール傾斜角度を調整できる構造が提案されている（特許文献２を参照）。
特開平８−１３０３２２号公報特開２００３−２５８２９０号公報

しかしながら、前述したように設置後の太陽電池モジュール傾斜角度の調整や、保守・点検作業が容易に行えないという問題点を解決すべく、太陽電池モジュール周縁部に１ヶ所、回動機構を持たせて保守・点検時の作業性を向上させる構造とすると、回動機構をもつ太陽電池モジュール架台は回動軸が太陽電池モジュール中央部か周縁部に１つのみ存在する構造であり、特許文献１にあるような中央部に１軸機構をもつ架台は太陽電池モジュールの軸周りのモーメントを摩擦力で拘束する方法であるので、梃子の原理により外周部にかかる外力に対して十分な固定には強力な固定構造が必要となるといった問題がある。さらに、太陽電池モジュールの傾斜角が大きい場合には暴風など強い外力をより受け易くなるので、風圧による外力を最小に抑えるべく太陽電池モジュール傾斜角度を水平位置に固定できるような手段が別途必要であった。すなわち、太陽電池モジュールと架台の支持金具をボルト・ナットなどの締結部材を用いて強固に固定・拘束することに較べても性能的に劣るものである。

一方、特許文献２にあるような周縁部に１つの回動軸機構をもつ架台では、太陽電池モジュールの回動がその回動軸の周方向に限定されてしまうので、保守・点検などの際、作業手順が限定されるといった問題が生じる。さらに、回動機構と、太陽電池モジュールの回動しない側の辺を固定するための機構の２種類の構造を用いなければならず、部品の品種の増加と施工作業の複雑化を招くこととなっていた。

本発明の目的は、簡単な構造にて、設置工事の際の組立て工程数を減らし、製作コストや部品品種を低減し、これによって低コスト化を達成した太陽光発電装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明の太陽光発電装置は、太陽電池モジュールを架台上に着脱可能に設置する固定方法であって、太陽電池モジュールと、２本の柱状レールと、前記２本の柱状レールのそれぞれに取り付けられる固定部材とからなる太陽光発電システムであって、前記固定部材は太陽電池モジュールの対向する２辺に固定され、前記２本の柱状レールのうち一方の柱状レールに対して回動自在に固定されるとともに、他方の柱状レールに対して着脱自在に固定されることを特徴とする。

本発明の太陽光発電装置によれば、上述した構成にすることにより、太陽電池モジュールが前記２本の柱状レールのうちいずれか一方を軸として柱状レールの外周を回動可能にすることにより、施工・交換・メンテナンスが簡単で、脱落の危険の少ない太陽光発電装置とする。

また、前記柱状レールに複数の太陽電池モジュールを取り付けた太陽光発電装置とすることにより、メンテナンス性の向上、送電ケーブルの見えない外観の良いものとする。太陽電池モジュール裏面の保守・点検、あるいは太陽電池モジュールの取付け・取外し作業を簡単・迅速かつ省力に行うことが可能となる。

また、片方の固定部材のみを柱状レールから取外した状態として太陽電池モジュールを持ち上げると、もう片方の柱状レールを回動の中心軸として太陽電池モジュールを回動させることができ、これにより太陽電池モジュールの裏側の保守・点検あるいは取外し作業を極めて簡単に行うことができる。

しかも、２つの柱状レールのうち、どちらの柱状レールでも回動の中心軸として用いることができるので、作業者の意図する回動方向で作業を行うことができる。

また、太陽電池モジュールが多数密集して設置される太陽光発電システムとしても良好なメンテナンス性を失わず、しかも発電面積を最小限にすることができる。

以下、本発明の太陽光発電装置の一実施形態について、模式的に示した図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明に係る太陽光発電装置Ｓは、太陽電池モジュール５と、２本の平行に設置された柱状レール３（３ａ、３ｂ）と、固定部材４とで構成され、前記太陽電池モジュール５の下部に取り付けられた固定部材４が柱状レール３に巻きつくように固定されて成る。

固定部材４や柱状レール３は、例えば、アルミニウム金属やＳＵＳ、銅金属、真鍮などの金属や、ポリカーボネイト、ＦＲＰ、カーボンなどの樹脂でも良く、特に柱状レール３は長さを延ばしてもたわみの発生が少ないものほど好適である。なお、本例では柱状レール３に円柱状のアルミレールを用いたが、後述するような角柱状レールを用いることもできる。また、図中では前記柱状レール３は、地上や屋根上などに設置された基礎レール１に固定バンド２などで取り付けるが、基礎レール１の代わりにコンクリートなどで造られた基礎ブロックに取り付けるのでも良く、目的に応じて取り付け対象を変更できる。

太陽電池モジュール５は一般に用いられる汎用型のものが使用可能であり、固定部材４を外枠材にネジや接着材で取り付ける。また、図中では固定部材４を太陽電池モジュール５の裏面に配するようにしているが側面に配置するものとしても良い。

図２に固定部材の構成を示す。固定部材４は太陽電池モジュール５に取り付けて支持する支持部８と、柱状レールを挿入するとともに前記太陽電池モジュール５の位置出しをする軸溝部９と、前記軸溝部９から柱状レールが抜け出さないように軸溝部９の開口部分の蓋をするロック部材１０とから構成される。ロック部材１０は図中では支持部材８の下部にネジで水平方向に回転可能な構造を例としたが、後述する図７のような開閉機構を用いるようにすれば施工作業がより容易と出来る。

具体的に、陸屋根上に置いた基礎ブロック間に基台レールを渡した架台上に、本発明に係る太陽光発電装置を配した実施形態について、模式的に示した図に基づき詳細に述べる。

図３に示すように、住宅の陸屋根上に基礎ブロック６を配置あるいはアンカーボルト等で屋根面に固定する。その上に基礎レール１（１ａ、１ｂ）をボルトなどで固定し、基礎レール１（１ａ、１ｂ）に円柱状のアルミニウム製丸パイプである２本の柱状レール３（３ａ、３ｂ）を装着させるための固定バンド２（２ａ、２ｂ）を前記柱状レールが平行に設置されるように配置する。このとき、図中のように固定バンド２ｂ側にスペーサー１５を噛ませて固定バンド２ａ側との間に高低差を生じさせることにより太陽電池モジュール５に傾斜角を持たせる事ができるので、固定バンド２ａ−２ｂ間の距離は傾斜角に合わせて算出しておく。そして前記固定バンドに２本の柱状レール３（３ａ、３ｂ）を乗せ、外れないように締め付け固定する。

ところで、太陽電池モジュール５の裏側には固定部材４を取り付けるが、図１５に示すようなバネ機構を有した開閉機構とすると良い。これは柱状レールを固定部材４の軸溝部９内に挿入していくときにはロック部材１０が破線のように外側へ開いて道を譲り、柱状レールが所定の位置に達するまで挿入されるとバネＢの復元力によってロック部材１０が初期の位置に戻って支持部材８の開口部分を塞ぐようになることで柱状レールの抜け止めとなるものである。この開閉機構では、固定部材４のつまみ部Ａを内側（矢印方向）に絞ることで、容易にロック機構が解除され太陽電池モジュールを架台から外すことができるので太陽電池モジュールのメンテナンス時などに作業性が良い。

そして、前述の固定部材４が付いた太陽電池モジュール５を２本の柱状レール３ａ、３ｂに上から乗せ、固定部材４のロック機構か作動する位置まで押しこむことで、図４のように架台上に太陽電池モジュール５が固定される。

一方、固定部材４のロックを解除した状態で前述太陽電池モジュール５を上方向に移動させれば、前述太陽電池モジュール５を柱状レール３から容易に取外し可能であるが、図５に示すように、片方の固定部材４ｂのみを柱状レール３ｂから取外した状態として太陽電池モジュール５を持ち上げると、もう片方の柱状レール３ａを回動の中心軸として太陽電池モジュール５を回動させることができる。これにより、太陽電池モジュールの裏側の保守・点検あるいは取外し作業を極めて簡単に行うことができる。

しかも、再度両方の固定部材４（４ａ、４ｂ）を柱状レール３（３ａ、３ｂ）に固定した後に、今度は固定部材４ａを柱状レール３ａから取り外した状態とすれば、図６に示すように、柱状レール３ｂを回動の中心軸として太陽電池モジュール５を回動させることができるようになり、太陽電池モジュールの設置状況や作業のし易さによって回動方向を選択する事が可能である。

次に、前述したような柱状レールと固定部材の回動の動作について詳細に説明する。なお、動作を判り易くするため図１の事例を用いるものとする。

図７（ａ）に示すように、固定部材４は支持部８と、軸溝部９と、ロック部材１０とから成る。ロック部材１０はネジやボルトなどの締結部材１６によって支持部材８に取り付けられており、締結部材１６を適度に緩めることにより図７（ｂ）に示すように支持部材８の一部を開口させて軸溝部９を円柱形状である柱状レール３を挿入可能な状態にできる。そして図７（ｃ）に示すように、軸溝部９を柱状レール３を挿入した後、再度ロック部材１０で支持部材８の開口部を塞ぐことにより固定部材４は柱状レール３に固定され、外れることはない。しかも固定部材４は柱状レール３の外周に沿って図中矢印のように回動することができるので、柱状レール３を回動の中心軸として固定部材４上に取り付けられている太陽電池モジュールを回動させることができるのである。さらにはロック部材１０の内側の柱状レール３と接触する部分に摩擦係数の大きい部材（例えばブレーキパッド）を介在させれば、回動時に適度な反力を生じさせるようになり、重量のある太陽電池モジュールなどを回動させて降ろす際の作業者の安全確保と、重量を支える負担を軽減させることができる。

また、ロック部材をバネのように弾性変形部材とすることにより、回転モーメントを加えても容易に動かない強固な固定を行なう事ができる。

同様にして柱状レールに角柱状のレールを用いる場合も、図８（ａ）に示すように固定部材４を四角柱状レール３３に取り付けて、図８（ｂ）のように回動させることができる。また、本例は四角柱であるが五角柱、六角柱でも同様であり、四角柱では２つの頂点によって固定部材４を支持するので円柱のように１点で支持されるよりも安定度が向上する。ただし、多角柱であるほど円柱形状のようなスムーズな滑りとできる。

また、円柱状、多角柱状以外にも図９に示すようなコの字状レール３４や、図１０のようなＩ字状レールであっても同様の効果を得る事ができる。

さらに、上述した角柱状レールにおいては回動の阻害とならないように、軸溝部とロック部材の空間は柱状レールの対角線の長さとするため柱状レールとロック部材の間には隙間が生じており、太陽電池モジュールなどの載置物の自重で固定されるだけであるが、ロック部材３１をバネのように弾性変形部材とすることにより、強固な固定を行なう事ができる。具体的には、図１１（ａ）に示すように、四角柱状レール３３に固定部材４を取り付けた状態では、ロック部材３１によって四角柱状レール３３の底面３３ａが抑えられており、図中矢印のような回転モーメントを加えても固定部材４は外力に対して安定した状態で固定される。これによりメンテナンス時の一時固定などを可能として作業性を向上させることができる。

更に柱状レールを五角柱や六角柱としてロック部材で保持される角度を増やして脚部材の傾斜保持角度を選択できるようにすれば、太陽電池モジュールの傾斜角を変更可能とすることもできる。

また、意図的に外力を一定以上に増した場合には、図１１（ｂ）に示すようにロック部材３１が四角柱状レール３３の角部３３ｂに押されて変形し、四角柱状レール３３の外周を固定部材４が回動可能となる。そして図１１（ｃ）のように９０°回転すると四角柱状レール３３の側部３３ｃの位置でロック部材３１が弾性変形して元の形状に戻る。ここで外力を弱めると再びロック部材３１が固定部材４をその状態で固定しようとするので、固定部材４上の太陽電池モジュール５が直立状態で保持されるので、メンテナンス時の一時固定などに好適である。

これを利用すれば、図１２に示すように、脚部材７ａと７ｂをそれぞれ異なる長さにして柱状レール３（３ａ、３ｂ）に高低差が生じるように支持させることで、太陽電池モジュール５に傾斜角度を持たせ、特に図示しないが更に柱状レールを五角柱や六角柱としてロック部材で保持される角度を増やして脚部材７ｂの傾斜保持角度を選択できるようにすれば、太陽電池モジュール５の傾斜角を変更可能とすることもできる。このとき脚部材７ａ、７ｂの先端に基礎ブロック６を配しておけば風等による浮き上がりを防止できる。

以上詳述したように、２本の柱状レールに跨って、前記柱状レールの外周に沿って回動する固定部材を用いて太陽電池モジュールを設置する太陽光発電装置とすれば、様々な形状の柱状レールに設置が可能で、施工性、メンテナンス性が良い。また、傾斜角度を選択可能として発電効率の向上に寄与させることができる。

次に本発明に係る他の太陽光発電装置の実施形態について模式的な図を用いて説明する。

図１３に示すように２本の柱状レール３（３ａ、３ｂ）を縦方向に配して固定部材４で太陽電池モジュール５を固定するようにしても良い。この場合、例えば柱状レール３ａを回動の中心軸として太陽電池モジュール５を回動させようとしたとき、脚部材７ａと７ｂの高低差による傾斜角度が大きくなる（最大９０°まで）ほど太陽電池モジュール５の回転時の重心点が柱状レール３ａに移るので、作業者が太陽電池モジュール５を回動させるのに必要とする力を少なくすることができ、回動が容易となる。

また、図１４に示すように、２本の柱状レール３ａ、３ｂ上に複数の太陽電池モジュール５ａ〜５ｃを配して太陽電池アレイ３０とした太陽光発電装置とすることもできる。そして、このような太陽電池アレイを複数隣接して設置した場合でも容易にメンテナンスできる。例えば太陽電池モジュール５ｄが故障したとしたとき、太陽電池モジュール５ｂの位置にしか侵入通路がない設置状況（図示されていないだけで周囲にも太陽電池モジュールが設置されている等）であったとしても、まず太陽電池モジュール５ｂを太陽電池モジュール５ｅ側に回動させて開き、次に太陽電池モジュール５ａを外側に回動させて開けば、周囲の太陽電池モジュールを順次取り外すことなく容易に太陽電池モジュール５ｄにたどり着くことができる。このように太陽電池モジュールが多数密集して設置される太陽光発電装置においては、発電面積を最小にして、かつ、メンテナンス性を失わないという効果が大きい。

なお、本例も含め太陽光発電装置の発電出力は、図中の送電ケーブル１７ａ、１７ｂのように柱状レール３ｂや３ｃの中、もしくはコの字状レールやＩ字状レールの凹部分に各太陽電池モジュールの送電ケーブルを格納するようにすれば、ケーブルなどの配線が外から見えず外観がよい。

本発明に係る太陽光発電装置の設置状態を模式的に示す斜視図である。本発明に係る太陽光発電装置の施工の様子を説明する斜視図である。本発明に係る太陽光発電装置の施工の様子を説明する斜視図である。本発明に係る太陽光発電装置の太陽電池モジュールが固定された様子を示す斜視図である。本発明に係る太陽光発電装置の太陽電池モジュールを回動させる様子を説明する斜視図である。本発明に係る太陽光発電装置の太陽電池モジュールを逆方向へ回動させる様子を説明する斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る太陽光発電装置の固定装置を円柱状レールに取り付ける様子を説明する断面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る太陽光発電装置の固定装置を四角柱状レールに取り付ける様子を説明する断面図である。本発明に係る太陽光発電装置の固定装置をコの字状レールに取り付ける様子を説明する断面図である。本発明に係る太陽光発電装置の固定装置をＩ字状レールに取り付ける様子を説明する断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る太陽光発電装置の固定装置が四角柱状レールに強固に固定される様子を説明する断面図である。本発明に係る他の太陽光発電装置の実施の形態を模式的に示す斜視図である。本発明に係る他の太陽光発電装置の実施の形態を模式的に示す斜視図である。本発明に係る太陽光発電装置を多数固定された太陽光発電システムを示す斜視図である。本発明に係る太陽光発電装置の固定部材の一実施例を示す側面図である。従来の太陽光発電システムの斜視図である。従来の太陽電池モジュールの概略断面図である。従来の太陽電池モジュールを架台に固定した状態を模式的に示す概略断面図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ：基礎レール
２、２ａ、２ｂ：固定バンド
３、３ａ〜３ｄ：柱状レール
４：固定部材
５、５ａ〜５ｆ：太陽電池モジュール
６：基礎ブロック
７ａ、７ｂ：脚部材
８：支持部
９：軸溝部
１０：ロック部材
１１：基礎
１２：締結部材
１３：支持金具
１４：基台レール
１５：スペーサー
１６：締結部材
１７ａ、１７ｂ：送電ケーブル
２０：太陽電池モジュール
２１：枠体
２３：太陽電池素子
２４：光透過板
２５：充填材
２６：耐候性フィルム
３０：太陽電池アレイ
３１：ロック部材
３３：四角柱状レール
３３ａ：底面
３３ｂ：角部
３３ｃ：側部
３４：コの字状レール
３５：Ｉ字状レール
Ｊ：太陽光発電装置
Ｓ：太陽光発電装置
Ａ：つまみ部分
Ｂ：バネ

Claims

太陽電池モジュールと、２本の柱状レールと、前記２本の柱状レールのそれぞれに取り付けられる固定部材とからなる太陽光発電システムであって、
前記固定部材は太陽電池モジュールの対向する２辺に固定され、前記２本の柱状レールのうち一方の柱状レールに対して回動自在に固定されるとともに、他方の柱状レールに対して着脱自在に固定されることを特徴とする太陽光発電装置。
前記柱状レールに複数の太陽電池モジュールを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。