JP2011091166A - 太陽光発電アレイ架台 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池パネルを支持する太陽光発電アレイ架台基礎に作用する揚力を軽減する。
【解決手段】 所定の傾斜角をなして太陽電池パネル１が設置される太陽光発電アレイ架台１０の支柱２Ａに取り付けられた所定の斜材３，４を介して、太陽電池パネル１の下面との間に通風スリット１２を形成するように、気流制御板１１を設けた。このとき通風スリットを通過する風によって気流制御板１１に生じた下方分力により、太陽電池パネル１１に生じる揚力を軽減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は太陽光発電アレイ架台に係り、アレイ架台の基礎に作用する揚力を軽減するようにした太陽光発電アレイ架台に関する。

従来、所定規格の太陽電池パネルを支持する太陽光発電アレイ架台は、建築物の屋上など、日照条件のよい場所に設置され、発電された直流電力は電力変換設備等により交流変換され、各種負荷装置に供給される。太陽光発電アレイ架台は、太陽電池パネルによる発電効率が適正となるように所定の傾斜角に設定された太陽光発電パネルの支持架台であり、一般に型鋼材を組み合わせた骨組構造からなり、比較的軽量であるため、その基礎は基礎コンクリートブロック上に設置されることが多い。

たとえば、太陽光発電アレイ架台を鉄筋コンクリート造の建築物の屋上（陸屋根）などに設置する際には、設置する屋上にコンクリート等による基礎ブロックを据え付け、その基礎ブロック上に、アンカーボルト等の固定部材を用いて太陽光発電アレイ架台が据え付けられる。このとき、基礎ブロックの設計は、屋上のコンクリート躯体と一体的に連結する構造と、所定の重量以上に設定し、屋上に載置され、その重量により架台を支持する構造（直接基礎）のいずれか適当な構造が選択され、設計により基礎ブロック等の大きさが決定されている。

ところで、太陽光発電アレイ架台は数m角の太陽電池パネルを所定の傾斜角で支持するため、パネル面に作用する風荷重を考慮した設計を行うことが求められている（たとえば、JIS C 8955 太陽電池アレイ用支持物設計標準）。また、それぞれの太陽光発電アレイ架台の設置施工の簡易化等や風荷重に対する抵抗性を向上させるための提案もなされている。

図６は、従来の太陽光発電アレイ架台５０の構成の一例を示した斜視図である。図７は、太陽電池パネル５１を取り除いて太陽光発電アレイ架台５０の骨組構造を示した斜視図である（太陽電池パネル５１は仮想線で示した）。この従来タイプの太陽光発電アレイ架台５０は、基礎ブロック５５を屋上面５２に載置し、その架台５３（骨組構造）と太陽電池パネル５１の重量とで設計荷重に対応する設計（直接基礎）となっている。この基礎ブロック５５の場合、暴風時(負圧)の滑動に対する安定性は基礎底面の摩擦抵抗力により確保される。しかし、そのためには基礎ブロック５５は、太陽電池パネル５１に生じる揚力を打ち消し、かつ所要の摩擦抵抗力を有するように相応な重量が必要となる。特に風圧力の大きい臨海地域においては、図６，図７に示したように、太陽電池パネル５１の吹き上がりを防止するために、風上側（太陽電池パネルの傾斜上側）の基礎ブロック５５Ａの寸法を大きく設計しなければならない。太陽電池パネル数が数万基となるような大規模な太陽光発電所では、基礎ブロックの製作コストの増大、設置スペース不足等の問題が発生する。

このような問題を解消するために、風荷重に応じた錘の設定や取付け、あるいは太陽光発電アレイ架台に作用する風荷重の軽減を図った太陽光発電システムや発電装置が種々、提案されている。

たとえば、特許文献１に開示された太陽光発電システムの設置構造によれば、錘の重量と個数を適宜変更することが可能な基礎ブロックを設置して架台を据え付けるようになっている。このため、従来構造に比べ、風荷重に対する細かい調整ができ、耐風性能を高めるための重量（錘）を適正に設定できる。また、単位となる錘の重量を運搬可能な重さに設定することで、設置工事の簡素化、錘や錘の架台への取付構造の標準化を図ることができる。

また、特許文献２では、太陽電池モジュールを固定する架台の周囲に、空気流入阻止部材を配置して、太陽電池モジュールの上面に風を逃がすような構造とすることで、耐風性を向上するとともに、各架台の軽量化を図っている。

特許文献３には、太陽電池アレイを支持する支持架台と、太陽電池アレイとの間に絞り空間を形成するようにした支持構造が開示されている。この構造において、太陽電池アレイと取付面との間に吹き込んだ空気流は、絞り空間を通過する際のベンチュリー効果により、絞り空間上に位置する太陽電池アレイの上下に生じる圧力差により、太陽電池アレイの下面に対し、取付面側への引力が発生する。この引力により、太陽電池アレイを取付面に対し、安定的に固定させるものである。

特許文献４には、上面に太陽電池パネルを実装し、下面に下方に向けた凸状曲面部を設け、さらに下面側に自由開放された空間を有し、この空間に入った空気流および上記太陽電池パネルの上面側に入った空気流の双方により、前記太陽電池パネルに対しダウンフォースを生じせしめる太陽電池装置であって、前記凸状曲面部の内部に冷却機構を配した太陽電池装置が開示されている。また、太陽電池装置は、前記凸状曲面部を少なくとも２方向からの空気流に対して整流可能な形状を有する。

特開２００４−１５６２６７号公報 特開２００５−２８１９９５号公報 特開２００７−１８０３１２号公報 特開２００５−２１７１７９号公報

上述した特許文献１に開示された太陽光発電システムでは、錘を効率よく配置することにより、従来の基礎ブロックを大きく設計する場合より、コンパクトな架台を設計できるが、標準設計に合致しない風荷重や据え付け条件が生じた場合には、新たな設計を行い、錘の数、配置等を、現場の風の状況に応じて設定しなくてはならない。そのため、設計工程や現場での据え付け作業工数が増大するという問題がある。

特許文献２に開示された装置では、各太陽電池モジュールの設置高さに応じて空気流入阻止部材を太陽電池モジュールの周囲の基礎面に固定して設置しなければならないため、設置スペースを大きく必要とする。

特許文献３に開示された支持架台は、その表面と太陽電池アレイとの間の空間を風が滑らかに通過するように、支持架台を略球面状の滑らかな凸状構造物とする必要があり、各支持架台の製作工数が大きくなるとともに、設置面積を大きくとる必要がある。

特許文献４に開示された太陽電池パネルは、パネルの下面全面に下方向に凸状をなした曲面部を設けるため、この曲面部に生じるダウンフォースに対して太陽電池パネルが湾曲しないように、太陽電池パネルあるいは太陽電池パネルの周囲を支持する枠体の剛性を大きくしなければならず、支持架台の重量が増加するという問題がある。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、簡単な構造を付加することで、架台構造が受ける風の影響を架台の柱の支持方向力に変換する等して架台の安定性を図るようにした太陽光発電アレイ架台を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は骨組構造からなる支持架台の支柱上に、所定の傾斜角をなして太陽電池パネルが設置される太陽光発電アレイ架台であって、前記太陽電池パネルを支持する傾斜上側の支柱に支持され、前記太陽電池パネルの下面との間に通風スリットを形成する気流制御板とを備え、前記通風スリットを通過する風によって前記気流制御板に生じた下方力を前記支柱に伝達させるようにしたことを特徴とする。

前記気流制御板は、前記傾斜上側の支柱から前記太陽電池パネルの端部にかけて延在するように取り付けることが好ましい。

前記気流制御板は、前記支持架台に含まれるブレス材に支持させることが好ましい。

前記気流制御板は、前記太陽電池パネルを支持する支持架台の傾斜上側、傾斜下側に位置する支柱位置に、それぞれ通風スリットが形成されるように設けることが好ましい。

前記気流制御板は、下側に凸状に湾曲した翼形状板とすることが好ましい。

以上に述べたように、本発明によれば、前記気流制御板を設けたことにより、架台基礎に作用する揚力を軽減でき、そのため基礎ブロック等の大きさを小さくすることができ、製作コストを軽減できる等の効果を奏する。

本発明の太陽光発電アレイ架台の全体構成を示した斜視図。 図１のうち、太陽電池パネルを除いて架台構造を示した斜視図。 スポイラーの架台への取付状態を示した模式構成図。 太陽光発電アレイ架台に設けたスポイラーを通過する風の流れの状態を模式的に示した側面図。 太陽光発電アレイ架台におけるスポイラーの他の取付例を示した側面図。 従来の太陽光発電アレイ架台の一例の全体構成を示した斜視図。 図６のうち、太陽電池パネルを除いて架台構造を示した斜視図。

以下、本発明の太陽光発電アレイ架台の実施するための形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１、図２は、本発明の太陽光発電アレイ架台を示した斜視図である。図２は、太陽電池パネルを取り除いて（仮想線で示した）示した斜視図である。図３は、スポイラーの取付状態を説明するために示した模式線図である。この太陽光発電アレイ架台１０は、図６，図７に示した太陽光発電アレイ架台１０の太陽電池パネル１の傾斜上側の支柱２Ａに、形鋼からなる斜材３，４を介して気流制御板としてのスポイラー１１を取り付けた構造からなる。このスポイラー１１を取り付けたことにより、図６，図７に比べ、太陽電池パネル１の傾斜上側を支持する基礎ブロック５Ａを小さくでき、傾斜下側の支柱２Ｂを支持する基礎ブロック５Ｂと同等の大きさに設計することができる。

このスポイラー１１は、図２，図３，図４に示したように、支柱２Ａに対して、太陽電池パネル１の傾斜角と反対方向に所定の傾斜角θとなるように傾斜させて取り付けられた斜材３によって、その両端が支持された略長方形状の平板からなる。各図に示したように、平板の幅は、その上面に設置された太陽電池パネル１の幅にほぼ等しく、スポイラー１１の上部と太陽電池パネル１を支持する梁材６との間には所定の隙間１２（以下、通風スリットと呼ぶ。）が設けられている（図３，図４参照）。特に、図４の側面図に示したように、太陽電池パネル１の傾斜上側から吹く風（横向き白抜き矢印）に対向する投影面に対して所定投影面積の通風スリット１２（黒線矢印が通過する部分）が形成されている。なお、本明細書では、「スポイラー」の語は、太陽電池パネル１の傾斜上側から吹く風（気流）を太陽電池パネル１の下面で、渦を発生させずに、スムーズに受け流し、通風スリット１２に導く整風作用を有するように配置された気流制御用の板材を指すものとして用いている。その副次作用として、気流が通風スリット１２を通過する際に、支柱２Ａに下向き方向力（ダウンフォース）が生じる。このダウンフォースは、基礎ブロック５Ａの自重に加え、太陽電池パネル１の風上側の浮き上がり、横滑り防止等、架台の安定化に寄与する。

本実施例では、このスポイラー１１としては、材料コスト、重量を考慮して所定厚の溶融亜鉛メッキ鋼板が使用されている。耐久性を考慮した場合にはステンレス鋼板（ＳＵＳ板）も好適であり、軽量化を図るためにはアルミニウム板を用いてもよい。また、耐候性を有し、飛来物に対して破損しない程度の強度を有する合成樹脂板を使用することもできる。

また、本実施例ではスポイラー１１として平板を用い、この平面状のスポイラー１１に沿って気流が通る際、整風作用が確認されている。また、スポイラー１１を緩い凸状曲面ないし所定曲率の円弧の一部を構成する曲面に下方に湾曲させた翼形状（以下、この形状を逆翼形状と呼ぶ）とすることで、板の上下面を通過する気流の気圧差を利用して（ベンチュリー効果）により凸状面側（下方）に向くダウンフォースを効率よく発生させるようにすることもできる。また、スポイラー１１にパンチングメタル等を用いた場合、通風スリット１２を通過する際の気流の整風効果は減じられるが、一部の風がパンチングメタルの開孔を通過することにより、スポイラー１１が受ける側方からの風圧を軽減できるので、スポイラー１１および斜材３，４の部材のサイズを小さくすることができる。

図５各図は、スポイラー１１の設置位置を太陽電池パネル１の下側で、色々異ならせることで、それぞれの位置での特有の効果を発揮できるようにした変形例を示している。図５（ａ）は図２に示した梁材６を支柱２Ａで支えるブレス材７にスポイラー１１を取り付けた構成からなる。このとき、スポイラー１１（ブレス材７）の傾斜角、スポイラー１１の面積は梁材６とスポイラー１１上端との間に形成される通風スリット１２の投影面積が適正になるように設定する。なお、各設置例における通風スリット１２の適正な投影面積やスポイラーの傾斜角等は数値解析によるシミュレーション、風洞実験（実大、模型）によって設定することが好ましい。

図５（ｂ）は、図５（ａ）に示したスポイラー１１に加えて、傾斜下側の支柱２Ｂにサブスポイラー１３を併設した変形例を示している。図５（ａ）に示した構造では、強風時に太陽電池パネル１の風上側（傾斜上側）において、下向き抗力が作用するが、そのとき太陽電池パネル１自体に吹き上がり力が作用すると、支柱２Ａ側を中心とした回転モーメントが太陽電池パネル１に作用し、傾斜下側の支柱２Ｂの柱脚部に引き抜き力が作用するおそれがある。そこで、図５（ｂ）に示したように、太陽電池パネル１全体の安定性を図るために、傾斜下側の支柱２Ｂにもサブスポイラー１３を設けた。このとき、サブスポイラー１３の面積はスポイラー１１（傾斜上側のスポイラー）より小さく設定されている。また、サブスポイラー１３上端と太陽電池パネル１下面との間にも所定投影面積の通風スリット１４によって、強風や斜め側方から吹き込む風によっても架台が受ける揚力の軽減を図ることができる。

図５（ｃ）は、傾斜上側支柱２Ａの柱脚部近傍に、気流制御板として上述した逆翼形状板１５を取り付けた変形例である。この逆翼形状板１５は、下側に凸状をなすように略円弧状に曲げ加工した板材からなる。このような翼形状をなす部材では、板両面を通過する気流により気圧差が生じ、図示したようなダウンフォースが効果的に生じる。また、図５（ａ），（ｂ）で想定していない、傾斜下側方向からの風に対しても同等の整風作用によるダウンフォースが生じるため、風向の影響を受けずに架台の安定を図ることができる。このように双方向からの風に同様に対応できるように、逆翼形状板の傾きは全体としてほぼ水平になるように設置する。なお、図５（ｃ）では、逆翼形状板は、全体として水平となるように支柱２Ａあるいはブレス材７に、その側端部が支持されている。この構成は、上述した特許文献４に示した太陽電池パネル１の下面に取り付けられるものとは異なり、太陽電池パネル１に直接荷重が作用せず、太陽電池パネル１の強度、剛性を高める必要がないという利点がある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 太陽電池パネル
２Ａ，２Ｂ 支柱
３，４ 斜材
５Ａ，５Ｂ 基礎ブロック
６ 梁材
７ ブレス材
１０ 太陽光発電アレイ架台
１１ スポイラー（気流制御板）
１２，１４ 通風スリット
１３ サブスポイラー
１５ 逆翼形状板

Claims (5)

1. 骨組構造からなる支持架台の支柱上に、所定の傾斜角をなして太陽電池パネルが設置される太陽光発電アレイ架台であって、前記太陽電池パネルを支持する傾斜上側の支柱に支持され、前記太陽電池パネルの下面との間に通風スリットを形成する気流制御板とを備え、前記通風スリットを通過する風によって前記気流制御板に生じた下方力を前記支柱に伝達させるようにしたことを特徴とする太陽光発電アレイ架台。
2. 前記気流制御板は、前記傾斜上側の支柱から前記太陽電池パネルの端部にかけて延在するように取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電アレイ架台。
3. 前記気流制御板は、前記支持架台に含まれるブレス材に支持されたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電アレイ架台。
4. 前記気流制御板は、前記太陽電池パネルを支持する支持架台の傾斜上側及び傾斜下側に位置する支柱位置に、それぞれ通風スリットが形成されるように設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の太陽光発電アレイ架台。
5. 前記気流制御板は、下側に凸状に湾曲した翼形状板からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の太陽光発電アレイ架台。

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