JP6562748B2 - ソーラーパネル用架台及びその施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電のための太陽電池パネル（以下、ソーラーパネル）を地盤上に設置するためのソーラーパネル用架台及びその施工方法に係り、特に、傾斜地や丘陵地に設けられる大規模な太陽光発電システムに利用することができる。

従来、太陽光発電システムは、家屋やビルの屋上、あるいは平坦な敷地にソーラーパネル用架台を設け、そこにソーラーパネルを固定して発電を行うのが一般的である。また太陽光発電システムは、ソーラーパネルの受光効率を高めるために、ソーラーパネルを所定の傾斜角で設置する必要があることから、ソーラーパネルの高さや傾きを調節できるように専用の架台を設けている。

しかし、太陽電池による大規模発電が普及するとともに、大面積の家屋やビルの屋上、あるいは平坦でかつ広大な敷地を見つけることは難しくなってきている。このため、傾斜地や丘陵地であっても、ソーラパネルを所定の傾斜角度や高さに支持できるようなソーラーパネル用の架台が求められている。

特許文献１には、傾斜地であってもソーラーパネルの傾斜角度を所望の傾斜角度に調整可能なソーラパネル用架台が開示されている。特許文献１が開示するソーラパネル用架台は、設置面に固定される固定部材と、ソーラパネルを支持する支柱部材とを備え、これらの部材に設けられた丸孔や円弧穴、そして長孔を適宜組み合わせ、それをボルトで締結することで、固定部材と支柱部材とが任意の角度で接続できるように構成されている。これにより、傾斜地であっても、固定部材と支柱部材との接続角度を調整することでソーラパネルを所定の傾斜角度および高さに支持することができる、というものである。

また、特許文献２には、ソーラーパネルを、傾斜角度が異なるそれぞれの傾斜地に設置することができるソーラーパネル用架台及びその施工方法が開示されている。以下、この特許文献２のパネル架台につき、図面を用いてやや詳しく説明する。

特許文献２の図５は、ソーラーパネル用架台の基礎杭と下地フレームとの連結構造を示すソーラーパネル用架台の要部の斜視図である。特許文献２が開示するソーラーパネル用架台の下地フレーム１には、基礎杭３の頭部に、図５及び図７に示されているブラケット部材９と止着具１０と締結具１１で構成される第１回動手段Ａを介して取り付けられている。これにより、ボルト１０Ａの軸部１０Ｂを中心に下地フレーム１を基礎杭３に対して回動させることができる構造となっている。

また、下地フレーム１と基礎杭３とを連結するために、基礎杭３から斜め上側へ延びている方杖部材２０は、図６に示されるボールジョイント手段２２により基礎杭３と連結され回転可能な回転連結部となっている。かかる回動連結部は、方杖部材２０が基礎杭３に対し図７の回動変位αの方向へ回動することを許容しており、これにより第１回動手段Ａによって基礎杭３に対する下地フレーム１の回動変位αが生じても、下地フレーム１と基礎杭３とを所定どおり方杖部材２０で連結して、この方杖部材２０と基礎杭３により下地フレーム１を支持することができる、というものである。

特開２００９−３０２１２３号公報 特開２０１４−１９６６１３号公報

上記の特許文献１が開示する傾斜地に設置するソーラーパネル用架台は、架台の固定部材とソーラーパネルを支持する支柱部材に丸孔や円弧穴、そして長孔を適宜組み合わせることにより、架台の高さ調節や、ソーラーパネルの角度を調整するものである。しかし、発明者らの体験によれば、傾斜支柱を固定するソーラーパネル架台においては、地面に対し垂直方向に調整するため長期間の使用中に、固定ボルトの締付けが弛み、固定ボルトが緩んだ場合、ソーラーパネルが落下する、という問題がある。また、支柱の傾斜角が変わり、ソーラーパネルが好ましくない方向に傾斜したり、架台が崩壊したりするトラブルが少なからず発生することが知見されている。

上記の特許文献２における第１回動手段Ａ、第２回動手段Ｂも固定ボルトに締め付けによるものであるから、上述したような固定ボルトの緩みによるソーラーパネルの落下や支柱の傾斜角の変化によるソーラーパネルの傾斜や架台の崩壊という問題がある。また、特許文献２は方杖部材２０と基礎杭３との連結部をボールジョイント手段２２により接続することで、方杖部材の傾斜角度を調整している。このため、ソーラーパネルの傾斜角の調整と、その高さの調整を行なう調整機構とが別々に設けられているために、ソーラーパネルの上下水平方向の調整機構を構成する部品点数が多く、その構成が複雑であるため部材点数が増え架台の低コスト化の問題や、現場における架台の設置に手間がかかる、という問題もある。

ソーラーパネルを傾斜地や丘陵地など、不陸のある敷地に地設置するにあたっては、平地にソーラーパネルを設置するときと同様に、基礎杭の頭部を地上に残して長さ方向が鉛直方向又は略鉛直方向となるようにして地盤に打ち込む。そして、基礎杭の頭部で支持される下地フレームのうち少なくともソーラーパネルが配置されるソーラーパネル配置面は、傾斜地の傾斜に対応した傾斜角度にしなければならない。そのため、基礎杭の頭部と下地フレームとを堅牢かつフレキシブルに結合できる構造でなければならない。

また、ソーラーパネルを設置する不陸のある敷地は、それぞれ傾斜角度や高さが異なるため、そのような不陸のある傾斜地に応じたソーラーパネル用架台及びその施工法が求められる。

そこで本発明の課題は、ソーラーパネル用架台を傾斜地や丘陵地などの不陸のある敷地に設置する場合に、地盤に打ち込まれる基礎杭（支柱）とソーラーパネルを載置する載置フレームを固定する取付金具において、ソーラーパネルを設置する敷地の傾斜角度が異なるそれぞれの傾斜地に堅牢かつフレキシブルに設置できるソーラーパネル用架台及びその施工方法を提供するところにある。また、長期間安定して所定の傾斜角を維持しつつ傾斜支柱を固定し得る手段を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、地盤に略鉛直方向に所定の長さを残して打ち込まれる基礎杭（４０）と、ソーラーパネルが載置される載置フレーム（２）と、前記載置フレーム（２）と前記基礎杭（４０）との間に配置され、前記載置フレーム（２）を上下方向、及び／又は水平方向に回動可能とする上下水平回動軸機構（３０）とを備えたソーラーパネル用架台において、
前記上下水平回動軸機構（３０）は、前記基礎杭（４０）の頭部に設けられた杭頭接合金具（４１）と、
前記杭頭接合金具（４１）と着脱可能に接合し水平方向の位置調整を可能とする長孔（３４３）を有する第１のフランジ（３４０）と、前記第１のフランジ（３４０）の中央部から立設し内部にネジ穴（３４２）を有する円筒部（３４１）とを備えたボールジョイント接合金具（３４）と、
一端に形成された第２のフランジ（３３１１）と、外側に前記ネジ穴（３４２）に螺合するネジが切られ、内部にボール部（３３０３）を内包する穴（３３１４）を有するハウジングとを備えたボールジョイント継手ブラケット（３３１）と、前記ボール部（３３０３）の上部に前記載置フレーム（２）と接続するロッド（３３０１）を有するボールとを備えたボールジョイント（３３）と、
前記第２のフランジ（３３１１）と接合し中央部に前記ロッド（３３０１）が貫通する穴（３２２）を有する継手ブラケット（３２）
とを備えたことを特徴とするソーラーパネル用架台である。

請求項２に記載の発明は、前記載置フレーム（２）と接合し、前記ロッド（３３０１）と螺合するレールブラケット（３１）を備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記継手ブラケット（３２）は、外周に外周歯を備えた円環状の形状であることを特徴とする。

本発明によれば、傾斜地や丘陵地などの不陸のある大規模な敷地に太陽光発電システムを設置する場合において、ソーラーパネルを設置する敷地の傾斜角度が、それぞれ異っても堅牢かつフレキシブルに設置できるソーラーパネル用架台及びその施工方法を提供することができる。また本発明によれば、長期間安定して所定の傾斜角を維持しつつ傾斜支柱を固定し得る手段を提供できる。さらにソーラーパネル用架台を設置する上での作業者の肉体的負荷を大幅に軽減できる。

本発明のソーラーパネル用架台２にソーラーパネル２０を設置したときの太陽光発電システム１の斜視図と側面図である。 本発明のソーラーパネル用架台２の構造を示した図である。 本発明の上下水平回動軸機構にソーラーパネル用架台２の縦桟部材１１０を取付けたときの構造を示した図である。 本発明の一実施の形態である上下水平回動軸機構３０の分解斜視図である。 本発明の一実施の形態である上下水平回動軸機構３０を構成する各部品の詳細図である。 上下水平回動軸機構３０の回動を模式的に示した図である。 上下水平回動軸機構３０を回動させることにより、ソーラーパネル２０の高さを調整（レールブラケット３１の高さを調整）させたときの様子を示した図である。 水平回動軸機構３０を回動させることにより、ソーラーパネル２０の左右の傾きを調整（レールブラケット３１の傾きを調整）させたときの様子を示した図である。 水平回動軸機構３０を回動させることにより、ソーラーパネル２０の上下の傾きを調整（レールブラケット３１の傾きを調整）させたときの様子を示した図である。

以下、実施例の図面を参照して、本発明の望ましい実施形態について説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施例である太陽光発電システム１の斜視図である。太陽光発電システム１は、丘陵地など不陸のある傾斜地の地盤５０に打ち込む基礎杭４０と、基礎杭４０に支持され、ソーラーパネルを載置する載置フレーム２（図２参照）、載置フレーム２に載置されるソーラーパネル２０とから構成されている。

図１（ｂ）は太陽光発電システム１を地盤５０に設置したときの側面図である。地盤５０には複数の基礎杭４０が、その長手方向に鉛直又は略鉛直方向にその頭部が残るようにして所定の長さ打ち込まれる。基礎杭４０と載置フレーム２との間には、本発明の特徴である載置フレーム２と基礎杭４０とを固定するとともに、その上下方向と水平方向とを調整可能な上下水平軸機構３０が設けられている。

図１（ｂ）に示すような不陸ある地盤に太陽光発電システム１を設置するには、先ず、地盤５０に基礎杭４０を打ち込む通り芯を設定する。そしてその通り芯にしたがって、基礎杭４０を設置する位置を決定し、所定の間隔を設け、予め設定した深さまで地盤５０に打ち込む。

打ち込まれた基礎杭４０の頭部の高さは、予め定められた高さであることが望ましいが、地盤５０は不陸があるため、厳密な精度で基礎杭４０を打ち込むことは難しい。このため、基礎杭４０の高さは、予め設定されたおおよその高さで良い。最終的な高さの調整と傾斜角度の調整は、基礎杭４０と載置フレーム２との間に設けられ、鉛直又は略鉛直方向を軸方向とする回動中心軸を有する上下水平回動軸機構３０により、載置フレーム２を基礎杭４０に対して回転又は回動させることにより、ソーラーパネル２０の太陽光を受光する面の高さと傾斜角度を調整する。

図２はソーラーパネルを載置する載置フレーム２の構造を示した図であり、図２（ａ）はその斜視図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は正面図、図２（ｄ）は側面図である。載置フレーム２は、ソーラーパネル２０を載置・接合させる横桟部材１２０、横桟部材１２０を支持する縦桟部材１１０、縦桟部材１１０と基礎杭４０の頭部との間に設けられ、基礎杭４０と縦桟部材１１０とをフレキシブルに接合させる上下水平回動軸機構３０とから構成されている。

図３は上下水平回動軸機構３０に載置フレーム２の縦桟部材１１０を載置し、基礎杭４０に取り付けたときの取付け構造図である。上下水平回動軸機構３０は、縦桟部材１１０をコの字型のレールブラケット３１で挟み、レールブラケット３１の側面に設けられたネジ孔３１０（図５（ａ）参照）にネジを挿通させ締め付けることにより固定される。

図４は上下水平回動軸機構３０の分解斜視図である。上下水平回動軸機構３０は、縦桟部材１１０を挟むコの字型のレールブラケット３１、レールブラケット３１のネジ孔３２０にネジ込まれるロッド３３０１（図５参照）を含むボールジョイント３３、ボールジョイント３３と接合する継手ブラケット３２、ボールジョイント３３のハウジング３３１３（図５参照）と螺合するボールジョイント接合金具３４から構成されている。なお、上下水平回動軸機構３０は、基礎杭４０の頭部に設けられた杭頭接合金具４１と接合し、レールブラケット２を介して載置フレーム２と基礎杭４０とを回動可能に接合する。

図５は水平回動機構軸機構３０の構成部品の詳細を示した図である。図５（ａ）に示すレールブラケット３１は、逆さコ字型のレールブラケットであり、その空間に縦桟部材１１０を嵌め込み、側面のネジ孔３１０にネジを貫通させ締め付けることで縦桟部材１１０を固定する。また、底面にはネジが切られたネジ孔３２０が設けられ、そこにボールジョイント３３のロッド３３０１（図５（ｃ）参照）が螺合する。

図５（ｂ）に示す継手ブラケット３２の外周には外周歯３２３が設けられ、また中心部にはロッド３３０１が貫通する孔３２２が設けられている。さらに、円環状に複数のネジ孔３２１が設けられ、ボールジョイント継手部３３１のネジ孔３３１２を挿通するネジによりボールジョイント３３と接合される。

図５（ｃ）はボールジョイント３３を構成するボール３３０の詳細図である。ボール部３３０３の上部にはフランジ３３０２が設けられ、フランジ３３０２の上部にはネジが切られたロッド３３０１が突出している。なお、ロッド３３０１は上述した通りネジ孔３２０と螺合し、ボール部３３０３を回転させることにより載置フレーム２を上下左右に傾斜させることができる。

図５（ｄ）は、ボールジョイント継手ブラケット３３１の詳細図である。ボールジョイント継手ブラケット３３１は、ボールジョイント接合金具３４のネジ孔３４２に螺号するハウジング３３１３とその上部に設けられたフランジ３３１１とから構成される。ボールジョイント継手ブラケット３３１の中心部にはボール部３３０３を内包する孔３３１４が設けられている。フランジ３３１１の外周には外歯３３１５が設けられ、継手ブラケット３２の外歯３２３と整合する。このような外歯を設けることにより、上下水平回転軸機構３０を回動する際に、手でボールジョイント３３を容易に回動させることができる。また、ハウジング３３１３の外周にはネジが切られており、上述したようにボールジョイント接合金具３４のネジ孔３４２に螺合する。

図５（ｅ）はボールジョイント接合金具３４の詳細図である。ボールジョイント接合金具３４は、フランジ３４０上に円筒部３４１が設けられ、円筒部３４１の内周にはネジが切られている。ネジ孔３４２はハウジング３３１３の外歯と螺合し、その螺合する程度によりボールジョイント３３の高さ（長さ）を調整することができる。また、フランジ３４０には長穴３４３が設けられ、その長穴３４３と杭頭接合金具４１のフランジ４１１に設けられた長穴４１２とを挿通するボルトで締め付けることにより、基礎杭４０とボールジョイント３３とを調整可能に固着させる。

図６は上下水平回動軸機構３０の回動を模式的に示した図である。図６（ａ）は上下水平回動軸機構３０によりレールブラケット３１を水平に回転させる場合、図６（ｂ）、（ｃ）はレールブラケット３１を左右に傾斜させる場合を示した図である。

図７は上下水平回動軸機構３０を回動させることにより、ソーラーパネル２０の高さを調整（レールブラケット３１の高さを調整）する高さ調整の図である。図７（ａ）はボルトにより一体化された継手ブラケット３２とボールジョイント３３を回動させることによりレールブラケット３１を高く調整した場合であり、図７（ｂ）は低く調整した場合の図である。

図８、９は水平回動軸機構３０を回動させることにより、ソーラーパネル２０の傾きを調整（レールブラケット３１の傾きを調整）させたときの様子を示した図である。図８（ａ）、図９（ａ）は基礎杭４０に対し傾きの無い状態（水平な状態）であり、図８（ｂ）、（ｃ）は左右に傾かせた状態であり、図９（ｂ）、（ｃ）は上下に傾かせた状態を示した図である。このような調整はボールジョイント３３の回動によりフレキシブルに行うことができる。

１； 太陽光発電システム
２；載置フレーム
２０；ソーラーパネル
３０；上下水平回動軸機構
３１；レールブラケット
３２；継手ブラケット
３３；ボールジョイント
３４；ボールジョイント接合金具
４０；基礎杭
４１；杭頭接合金具
５０；不陸のある地盤
１１０；縦桟部材
１２０；横桟部材

Claims (3)

1. 地盤に略鉛直方向に所定の長さを残して打ち込まれる基礎杭（４０）と、ソーラーパネルが載置される載置フレーム（２）と、前記載置フレーム（２）と前記基礎杭（４０）との間に配置され、前記載置フレーム（２）を上下方向、及び／又は水平方向に回動可能とする上下水平回動軸機構（３０）とを備えたソーラーパネル用架台において、
   前記上下水平回動軸機構（３０）は、前記基礎杭（４０）の頭部に設けられた杭頭接合金具（４１）と、
   前記杭頭接合金具（４１）と着脱可能に接合し水平方向の位置調整を可能とする長孔（３４３）を有する第１のフランジ（３４０）と、前記第１のフランジ（３４０）の中央部から立設し内部にネジ穴（３４２）を有する円筒部（３４１）とを備えたボールジョイント接合金具（３４）と、
   一端に形成された第２のフランジ（３３１１）と、外側に前記ネジ穴（３４２）に螺合するネジが切られ、内部にボール部（３３０３）を内包する穴（３３１４）を有するハウジングとを備えたボールジョイント継手ブラケット（３３１）と、前記ボール部（３３０３）の上部に前記載置フレーム（２）と接続するロッド（３３０１）を有するボールとを備えたボールジョイント（３３）と、
   前記第２のフランジ（３３１１）と接合し中央部に前記ロッド（３３０１）が貫通する穴（３２２）を有する継手ブラケット（３２）
   とを備えたことを特徴とするソーラーパネル用架台。
2. 前記載置フレーム（２）と接合し、前記ロッド（３３０１）と螺合するレールブラケット（３１）を備えたことを特徴とする請求項１に記載のソーラーパネル用架台。
3. 前記継手ブラケット（３２）は、外周に外周歯を備えた円環状の形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のソーラーパネル用架台。

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