JP5956214B2 - 太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造 - Google Patents

Description

この発明は、太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造の技術分野に属し、更に云うと、設置場所に影響されることなく、施工性と施工精度に優れた、太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造に関する。

従来から、太陽電池モジュールを支持する架台は、単に太陽電池モジュールの自重だけでなく、太陽電池モジュールを浮き上がらせる風荷重（以下、浮揚力とも云う。）が相当に負荷される。そのため架台の基礎構造は、前記風荷重対策を重大に検討しておく必要がある。

そうした基礎構造として、例えば下記の特許文献１には、基礎自重で反力を取る所謂コンクリート基礎が開示されている。このコンクリート基礎は型枠にコンクリートを打設して形成した複数個のコンクリートブロックを、等間隔でそれらの上面が水平、且つ同一高さで面一となるように配置して構成され、上記複数のコンクリートブロックの上面にそれぞれ基礎梁が等間隔且つ水平に固定され、同基礎梁に架台部材が順に組み上げられる構成が記載されている。

特許文献２、３の基礎構造は、上記コンクリート基礎を不要な基礎構造として、土内の崩壊荷重や摩擦力を反力に取る杭やアンカーを埋設した基礎が記載されている。
即ち、特許文献２には、太陽電池モジュールを支持する架台を構成する支柱に、風荷重による浮揚力に有効な節部を有する鋼管杭を用いている。この鋼管杭を太陽電池モジュールの前方側と後方側となる位置に平行して複数隣設し、上記各鋼管杭の上端間に、杭上端に設けた連結手段を介して梁材など、架台部材を順に組み上げることが記載されている。

また、特許文献３の基礎構造は、図６に示すように、アンカー材７０を採用している。上記アンカー材７０を太陽電池モジュールの前方側と後方側となる位置に平行して複数隣設し、同アンカー材７０の上面に顎部を有する断面がハット型の基礎梁７１、７１（基礎レールとも云う）を、アンカー材７０の上面とピン接合した連結部材７２を介して、アンカー材７０の直上位置にピン接合している。そして、上記特許文献１、２と同じく同基礎梁７１に架台部材を順に組み上げることが記載されている。

特開２０１１−５２５１９号公報 ＷＯ２０１１／１３６３５０号公報 特開２０１０−１３５６３２号公報

しかし、上記特許文献１〜３には、以下のような問題点がある。
そもそも特許文献１のようなコンクリート基礎構造は、コンクリートを打設し養生するには時間を要し工期が長くなるという問題点があり、特に広大な土地に実施する際には深刻な問題となっていた。上記特許文献１は、複数のコンクリートブロックを等間隔で、その上面が水平、且つ同一高さで面一となるように配置すると記載されている。太陽電池モジュールを設置する際、その角度は発電量に大きく関係するため、同モジュールを支持する架台が高い施工精度で水平に設置されることは重要である。しかし、コンクリートブロック一つ一つにこうした水平レベル調整作業を行うのは非常に面倒である。特に大がかりな太陽光発電所が建設される場合、対象となる土地は塩田地や荒れ地、耕作放棄地など整備されていない土地が殆どである。そうした場所において複数のコンクリートブロックの高さ位置などを正確に合わせて配置することは至難であり非常に面倒である。

上記特許文献２は、架台を構成する支柱に、風荷重による浮揚力に有効な節部を有する鋼管杭を用いる構成である。したがって、この鋼管杭の上端に架台が直接組み上げられるため、架台の高さ位置を水平に設置するには、鋼管杭を地中へ貫入する際に、一本一本高さ位置を確認して行う必要があり非常に面倒である。
更に、貫入箇所の地盤が固い又は石などがある場合には、地盤改良や貫入場所を変更する必要が生じ、工期が遅れるリスクがある。因みに、鋼管杭の上端に設けられた接合用ボルト孔は長孔に形成されて、ある程度高さレベルを調整できる構成であることが図面から推察されるが、その調整範囲は長孔の長さ範囲にとどまり、整備されていない広大な土地や法面においては到底適用できない。
また、節部を有する鋼管杭は、浮揚力に対しては効果を発揮するが、地震荷重や風荷重などの水平力が加わった際に面内せん断剛性が弱く、太陽電池モジュールに面内せん断力が加わって破損させてしまう虞がある。

上記特許文献３は、明細書の段落番号０１０７に、「各アンカー材７０はその頂部が地面から３０ｃｍ程上方に位置決めされており、これらのアンカー材７０の頂部に基礎梁７１（架台を構成する）が載せられている。」と記載されている。つまり、この基礎構造もアンカー材７０の頂部位置によって架台の水平位置が決定されるため、やはり、アンカー材７０を地中へ貫入する際に一本ずつ高さ位置を確認して行う必要があり非常に面倒で、法面においては施工性や精度が悪く適用できない。
また、アンカー材７０の直上位置に基礎梁７１をピン接合している。したがって、太陽電池モジュールと架台に相当な風荷重（浮揚力）が生じた際に、アンカー材７０の引き抜き力も相まって浮揚力が前記基礎梁７１の接合箇所に集中して上方へ盛り上がり変形し、架台自体を変形させてしまう。すると、支持していた太陽電池モジュールの傾斜角度がズレたり、破損させてしまう虞がある。

更に、特許文献２、３に記載された基礎構造は、いずれも自重荷重や風荷重などに対して杭（又はアンカー材）一本一本がそれぞれ独立して抵抗する構造であり、一本に要求される耐力が大きくなり効率的な基礎構造とはいえなかった。

本発明の目的は、上記問題点を解決することであり、太陽電池モジュールを支持する架台を地盤や土地の状況に影響されることなく容易に水平レベルに調整して高い施工精度で接合でき、簡易な構造で杭全体で大きな剛性を発揮でき、不陸調整や法面での施工作業を飛躍的に向上できる太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造を提供することにある。

上記の課題を解決する手段として、請求項１に記載した発明に係る太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造は、
一定の間隔をあけて地中へ貫入され、その上端部が地表面よりも上方へ突き出された複数本のアンカー杭３と、
同アンカー杭３の地上への突出部に、角形鋼管または軽量溝形鋼で成る横基礎梁枠材４０と縦基礎梁枠材４１を接合して基礎梁枠体４が構築され、
同基礎梁枠体４の上方部に、太陽電池モジュール２を支持する架台６が組み立てられており、
前記基礎梁枠体４は、平行する少なくとも２本の横方向基礎梁４０、４０と、前記２本の横方向基礎梁４０、４０の間を直交方向に連結した縦方向基礎梁４１、４１とで平面視が矩形状の基礎梁枠体４が形成されており、
前記横方向基礎梁４０には、上記の各アンカー杭３、３の設置間隔と対応する位置に同アンカー杭３を通す貫通孔がそれぞれ形成され、
前記貫通孔へ通したアンカー杭３が上方へ突出した部分にねじが加工されており、それぞれのアンカー杭３の突出部へ、前記基礎梁４０の対応する貫通孔が串刺し状に貫通され、同基礎梁４０が水平となる位置に基礎梁４０がアンカー杭３への締結手段により剛接合されている構成を特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した太陽電池モジュールを支持する架台６の基礎構造において、
アンカー杭３上に支持される基礎梁４０、４１は、地表面Ｇとの間に隙間をあけた高さ位置に設置されることを特徴とする。

請求項１及び２に記載した太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造は、以下の効果を奏する。
本発明の基礎構造は、一定の間隔をあけて地中へ貫入されたアンカー杭３の地上への突出部に、角形鋼管または軽量溝形鋼で成る基礎梁枠体４が設置され支持される構造である。
特に、前記基礎梁枠体４は、平行する少なくとも２本の横基礎梁４０、４０と、前記横基礎梁４０との間を直交方向に連結する縦基礎梁４１とで平面視が矩形の枠体に形成されている。そして、前記横基礎梁４０は複数のアンカー杭３の設置間隔とそれぞれ対応する位置に貫通孔を有し、前記アンカー杭３のねじ切り加工を施した地上への突出部へ、前記基礎梁枠体４の対応する貫通孔へ通し串刺し状に貫通させて連結した構成であるから、基礎梁枠体４全体の水平レベルは、アンカー杭３への取付位置のレベル調整により容易に且つ確実に調整できる。
前記アンカー杭３は、単に一定の間隔で地中へ貫入して用意すればよく、その突出部の頂部レベルを相互間で調整する必要は一切無く、施工が容易である。
そして、基礎梁枠体４は、軽量な角形鋼管または軽量溝形鋼で構成するため、重機を必要とせず、不陸調整が極めて容易であるため、施工性と施工精度がすこぶる良い。
のみならず、基礎梁枠体４の水平レベルの調整可能な範囲は、アンカー杭３の地上への突出部の全高範囲を使用できるため、傾斜した法面における実施でも有効に実施でき、汎用性が高い。

また、上記の基礎梁枠体４は、水平レベルとなった位置で締結手段によりアンカー杭３と剛接合する構成であるから、複数のアンカー杭３はフレーム構造に形成された基礎梁枠体４と剛接合されるから、大きな風荷重（浮揚力）が作用しても、基礎梁枠体４への前記浮揚力は、複数の各アンカー杭３・・がそれぞれ直接負担して地中へ伝達するので、相互に抵抗力を発揮し合い、また、各アンカー杭３・・は高い引き抜き耐力を発揮できる。
したがって、浮揚力のみならず、地震荷重（水平荷重）に対しても同様にアンカー杭３と基礎梁枠体４との相互作用で全体が高い剛性を発揮して抵抗し、安全性を発揮する。
即ち、基礎梁枠体４と複数のアンカー杭３とは一体化した構造に形成されているため、連結箇所数が多ければ多いほど、浮揚力や面内せん断力に対する抵抗力が向上するため、太陽電池モジュールの設置数が多量なメガソーラー発電所などの建設に好適に実施できるし、コスト削減、作業効率の向上も望める。

Ａは本発明による太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造を示す平面図である。ＢはＡ図を縮尺して示す立面図である。 一列の太陽電池モジュールに関する本発明の基礎概要を示す平面図である。 図２の側面図である。 図３の前方側部分の基礎構造を示す拡大側面図である。 基礎構造の上部に架台を組み立てた主要部の構造要領を示す後方斜視図である。 Ａ〜Ｃは、特許文献３に記載した従来の基礎構造を示した図であり、Ａは平面図、Ｂは側面図、ＣはＢの拡大側面図である。

本発明は、太陽電池モジュール２を支持する架台６の基礎構造である。
本発明の基礎構造は、地中に一定の間隔で複数本貫入され、且つその上部が地表面Ｇより上に突出される突出部３０を有するアンカー杭３と、同アンカー杭３の突出部３０に角形鋼管または軽量溝形鋼で成る基礎梁枠体４が接合され、同基礎梁枠体４の上部に太陽電池モジュール２を支持する架台６が組み立てられることを基本構造としている。
前記基礎梁枠体４は、少なくとも平行する２本の横基礎梁４０、４０と、同横基礎梁４０、４０との間を直交方向に連結してフレーム体に形成する縦基礎梁４１、４１とから成り、少なくとも前記横基礎梁４０には上記複数のアンカー杭３の設置間隔と対応する位置に貫通孔がそれぞれ形成されている。
前記アンカー杭３における地上への突出部３０にはねじ切り加工が施されており、複数が隣接するそれぞれのアンカー杭３の地上への突出部３０に、前記基礎梁枠体４が、対応する貫通孔を通して串刺し状に組み付けられ、同基礎梁枠体４が水平姿勢となる位置で締結手段５により剛接合されている。

以下に、本発明を図１〜６に示した実施例に基づいて説明する。
例えば図１Ａ、Ｂに示すように広大な工場遊休地や工業廃棄物処理場、或いは有効利用が困難視される塩田の跡地、農作放棄地、その他砂漠や荒れ地など整備されていない広い土地を利用して、大規模な太陽光発電装置１を建設する場合に、本発明の太陽電池モジュール２（太陽電池アレイ２０）を支持する架台の基礎構造が好適に実施される。勿論、この限りではなく小規模であっても法面であっても同様に実施できる。
本発明では、太陽電池セル２ａの集合体である一列の電池モジュール２を長手方向に複数単位組み合わせて全長が約２０〜２５ｍの太陽電池アレイ２０として実施される。

上記図１Ａは、本発明の基礎構造を実施した平面図を示し、図１Ｂは図１Ａの後方側Ｂから見た立面図を示している。なお、太陽光発電装置１は、図１Ａの紙面の下方側を太陽電池モジュール２が向く前方側Ｆ（北半球では南側）として、前方上方からの太陽光を受光しやすい構成で設置され、図１紙面の上方にあたる後方側Ｂから下方の前方側Ｆに向かって太陽電池モジュール２が傾斜する態様で設置されている（図３参照）。

本発明の太陽電池モジュール２を支持する架台６の基礎構造は、図３が解り易いように、先ずアンカー杭３が一定の間隔で並ぶ配置で地中へ複数本貫入され、同アンカー杭３の上端部が地表面Ｇより上方へ突出される突出部３０を施工する。同アンカー杭３の地上突出部３０に角形鋼管または軽量溝形鋼で成る基礎梁枠体４を組み付けてボルト接合され、同基礎梁枠体４の上に太陽電池モジュール２を支持する架台６が組み立てられることを基本構造としている。

前記アンカー杭３の施工は、地中にあけた深さ約３〜４ｍの杭孔へ貫入され、同アンカー杭３と杭孔との隙間にセメントミルクを充填して強固に固定されている。複数のアンカー杭３、３は、図１Ａに示すように太陽電池モジュール２の前方側Ｆと後方側Ｂに平行する２本の直線Ｐ１、Ｐ２に沿ってその上に３ｍの間隔をあけて隣接されている。前記２本の直線Ｐ１とＰ２との間は３ｍの間隔があけられている。
このアンカー杭３の上端部は、地表面Ｇより一定の高さ突き出す突出部３０を有し（図４参照）、この突出部３０にナット５１をねじ込めるねじ切り加工が施されている。したがって、同突出部３０の高さ範囲内で、前記基礎梁枠体４の高さ及び水平レベルを調整可能であり、その調整位置を支圧プレート５０とナット５１とで成る締結手段５により締め付けて固定することができる。したがって、このアンカー杭３を設置する際には、アンカー杭３…同士の頂部の高さ位置を殊更に合わせたりする必要はなく、直線Ｐ１、Ｐ２上に一定の間隔で設けるのみでよく施工性が良い。

前記基礎梁枠体４は、一列の太陽電池モジュール２の長手方向に対して直交する少なくとも２本の横基礎梁４０と、同横基礎梁４０、４０の間を連結してフレーム体に形成する縦基礎梁４１とで一体的に形成される構成である。前記横基礎梁４０と縦基礎梁４１とは、図示することは省略したが、連結プレートを介してボルト接合されている。
図示の基礎梁枠体４は、軽量な角形鋼管であり、横断面は幅が１００ｍｍ、高さが２００ｍｍとされている。また、平行する２本の横基礎梁４０、４０との間隔は、アンカー杭３、３の前方側Ｆと後方側Ｂとの間隔（Ｐ１とＰ２との間隔）と同じく３ｍの間隔をあけて接合されている。勿論、横基礎梁４０は図示例のように２本ではなく、前記太陽電池モジュール２の長手方向に対して直交して３本、４本でも同様に実施できる。
また、前記２本の横基礎梁４０、４０には、上記複数のアンカー杭３の設置間隔と対応する位置に上記アンカー杭３を通す貫通孔（図示省略）がそれぞれ形成されている。勿論、縦基礎梁４１にも貫通孔を設けても良い。図示例では、基礎梁枠体４として角形鋼管を使用したが、軽量溝形鋼を同様に使用することもできる。その際、溝を構成する両フランジを上下に相対向するように配置して、上下のフランジを貫通する様態で貫通孔を設けて実施できる。

基礎梁枠体４は、横基礎梁４０に設けた上記各貫通孔と、横方向に並べて地中へ貫入して設置し隣設させた各アンカー杭３・・のねじ切り加工された突出部３０との位置を一致させて（図１Ｂ、図３、図４参照）、同アンカー杭３の突出部３０を前記横基礎梁４０に設けた各貫通孔へ串刺し状に通す。そして、同突出部３０の高さの範囲内で、同基礎梁枠体４が水平となる位置に調整し、同横基礎梁４０の貫通孔の上下に備えた締結手段５である支圧プレート５０とナット５１とにより上下の位置を強固に緊結して剛接合する。
前記基礎梁枠体４の設置高さとしては、少なくとも地表面Ｇより上方に隙間をあけて位置決めすることが好ましい。その理由は、降雨による問題を排除しておくと共に、基礎梁枠体４を不陸調整できる余地を残しておくことにより、不同沈下やその他の問題が生じた際に、迅速に対応できるからである。勿論、地表面Ｇとの隙間が無い構造で設置して実施することもできる。

上記した基礎構造は、先ず横基礎梁４０と縦基礎梁４１とが一体化された枠体４で成るため、アンカー杭３の突出部３０を貫通させただけで基礎梁枠体４の全体が水平レベルを容易に且つ確実に調整できる構造となる。したがって、前記アンカー杭３は単に一定の間隔で貫入すればよく、その突出部３０…の頂部レベルを合わせたりする必要は一切無くなる。
また、同基礎梁枠体４を、水平レベルとなる位置で締結手段５により剛接合する構成としているから、大きな風荷重（浮揚力）が生じても、基礎梁枠体４が前記浮揚力を隣接する多数のアンカー杭３…にそれぞれ伝達するので、複数のアンカー杭３…が相互に抵抗力を発揮し合い、群杭として高い引き抜き耐力を発揮できる。斯くすると、一本のアンカー杭に要求される耐力は、従来構造に比して減少させることができ、更にはアンカー杭を小径にしたり本数を減らしてコストの削減に寄与できる。

次に、上記の基礎構造の上部に構築される架台６について図１〜図５に基づいて簡単に説明する。
前記架台６は、従来から太陽光発電装置で実施される架台部材と組み立て方法を用いて順に組み立て可能であるため、ここではその一例を説明する。また、架台６は、複数列に同様の手法で連続して組み立てられるため、ここでは、一列の太陽電池モジュール２を支持する架台部材の組み立てに関する説明のみとする。
図示例の架台６は、例えば図２〜４に示すように、水平レベルに設置された基礎梁枠体４の前方側Ｆの横基礎梁４０の上面に設置する支柱６０と、後方側Ｂの横基礎梁４０の上面に設置する支柱６１をボルト接合して立設する。前記支柱６０はアングル材６０ａにより前方側Ｆの横基礎梁４０と接合され、前記支柱６１はアングル材６１ａにより後方側Ｂの横基礎梁４０と接合されている。
前記支柱６０、６１の設置箇所は、図１Ｂ、図２に示すようにアンカー杭３の直上位置を避け、同アンカー杭３が支柱間の略中央になるように配置することが好ましいが、この限りではない。
また、前記前方側Ｆの支柱６０は、後方側Ｂの支柱６１よりもせいの低いものを使用して立設されている。すると、前記高低差のある支柱６０、６１間を跨ぎ、後述する太陽電池モジュール２を支持する縦桟部材６２が前方に傾斜するように接合できる。したがって、太陽電池モジュール２（太陽電池アレイ２０）の傾斜角度は支柱６０、６１の高低差によって決定される。

前記支柱６０と６１、及び縦桟部材６２は、それぞれＣ型鋼であり、一列の太陽電池モジュール２に対して、前方側Ｆの支柱６０が２本、後方側Ｂの支柱６１が２本必要であり、前記支柱６０、６１間を繋ぐ縦桟部材６２も２本使用される。支柱６０と６０及び支柱６１と６１との間隔は、例えば図１Ｂに示すように太陽電池モジュール２の幅よりも短くされている。

また、前方側Ｆの２本の支柱６０、６０間には２本のブレース材６３、６３がＸ字形状にボルト接合されており、同様に後方側Ｂの支柱６１、６１間にも２本のブレース材６３、６３がＸ字形状にボルト接合されている。
前記前方に傾斜する縦桟部材６２、６２は、その自重が掛かる前方側Ｆが、支柱６０、６０と上記アングル材６０ａ、６０ａを介して連結された方杖材６４、６４によって支持されている。
上記の構成とする一列の太陽電池モジュール２を支持する架台６を、長手方向に連続して組み立て、しかる後に、太陽電池モジュール２を縦桟部材６２…の上面に連続的に連結固定して並べ太陽電池アレイ２０とすることで、太陽光発電装置１を完成させる。

以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施例の構成に限定されない。その目的と要旨を逸脱しない範囲において、当業者が必要に応じて行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のため言及する。

１ 太陽光発電装置掘削機
２ 太陽電池モジュール
２ａ 太陽電池セル
２０ 太陽電池アレイ
３ アンカー杭
３０ 突出部
４ 基礎梁枠体
４０ 横基礎梁
４１ 縦基礎梁
５ 締結手段
５０ 支圧プレート
５１ ナット
６ 架台
６０、６１ 支柱
６２ 縦桟部材
６３ ブレース材
６４ 方杖材

Claims (2)

1. 一定の間隔をあけて地中へ貫入され、その上端部が地表面よりも上方へ突き出された複数本のアンカー杭と、
   同アンカー杭の地上への突出部に、角形鋼管または軽量溝形鋼で成る横基礎梁枠材と縦基礎梁枠材を接合して基礎梁枠体が構築され、
   同基礎梁枠体の上方部に、太陽電池モジュールを支持する架台が組み立てられており、
   前記基礎梁枠体は、平行する少なくとも２本の横方向基礎梁と、前記２本の横方向基礎梁の間を直交方向に連結した縦方向基礎梁とで平面視が矩形状の基礎梁枠体が形成されており、
   前記横方向基礎梁には、上記の各アンカー杭の設置間隔と対応する位置に同アンカー杭を通す貫通孔がそれぞれ形成され、
   前記貫通孔へ通したアンカー杭が上方へ突出した部分にねじが加工されており、それぞれのアンカー杭の突出部へ、前記基礎梁の対応する貫通孔が串刺し状に貫通され、同基礎梁が水平となる位置に基礎梁がアンカー杭への締結手段により剛接合されている構成を特徴とする、太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造。
2. アンカー杭上に支持される基礎梁は、地表面との間に隙間をあけた高さ位置に設置されることを特徴とする、請求項１に記載した太陽電池モジュールを支持する架台の基礎構造。
   

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