特許ウォッチ

公開番号2024125245
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-17
出願番号2023033269
出願日2023-03-04
発明の名称太陽光発電パネル構造体及びそのための補強板
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人
主分類E04D 13/18 20180101AFI20240909BHJP(建築物)
要約【課題】太陽光発電パネル構造体1の重量をできるだけ増大せずに、太陽光発電パネル構造体又は補強板5の面剛性を高め、太陽光発電パネル2の耐衝撃性或いは耐荷重性を向上する。
【解決手段】パネル部材3上に縦方向又は横方向に複数の太陽電池セル4が並置されている太陽光発電パネルに補強板5が積層されて固定された構造体は、補強板が、その面に沿って延在する複数条の切り起こしビード5aを有し、切り起こしビードの延在方向が湾曲している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
太陽光発電パネルに補強板が積層されて固定された太陽光発電パネル構造体であって、前記補強板が、その面に沿って延在する複数条の切り起こしビードを有し、前記切り起こしビードの延在方向が湾曲している構造体。
続きを表示（約 310 文字）【請求項２】
請求項１の構造体であって、複数条の前記切り起こしビードが円又は楕円上に沿って配置されている構造体。
【請求項３】
請求項１の構造体であって、複数条の前記切り起こしビードが互いに交差しないように延在している構造体
【請求項４】
請求項３のいずれかの構造体であって、複数条の前記切り起こしビードが前記補強板の面内に於ける縦方向又は横方向に沿って隣接して延在している構造体。
【請求項５】
太陽光発電パネルに積層されて固定される補強板であって、その面に沿って延在する複数条の切り起こしビードを有し、前記切り起こしビードの延在方向が湾曲している補強板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルが配列されてなる太陽電池モジュールが板状のパネル部材上に形成された太陽光発電パネルに係り、より詳細には、太陽光発電パネルの耐衝撃性或いは耐荷重性を向上する補強板と、それが太陽光発電パネルに備えられてなる太陽光発電パネル構造体に係る。
続きを表示（約 3,900 文字）【背景技術】
【０００２】
太陽光発電の普及に伴い、太陽光が照射される建物や移動体など（建物等）の屋根の上など、種々の場所に太陽光発電パネルが配置されるようになっている。太陽光発電パネルは、通常、屋外に設置されるので、その設置の際に受け得る外力に対する抵抗性を考慮して太陽光発電パネルを設置する種々の構成が提案されている。例えば、特許文献１では、軽量で耐衝撃性能が向上された太陽電池パネルが屋根上に置かれた梁の上に載置される構成が開示されている。特許文献２では、太陽電池モジュールが、設置場所の状況に見合う耐荷重性を持つように、太陽電池パネルの外縁に平行な長尺形状をなし、外縁の側方にて立てられた側面部を含み、太陽電池パネルの外縁を保持する保持フレームと、側面部よりも太陽電池パネルの側において保持フレームへ着脱可能に嵌合されて保持フレームを補強する補強部品とを備えるように構成され、太陽電池モジュールの底側に配置され屋根上に配置される梁状の支持ラックが保持フレームに対して補強部品を介して固定金具により係合されている構成が開示されている。特許文献３では、太陽電池パネルと太陽電池パネルの外縁を保持するフレームを支持する支持体である縦桟が屋根の上に載置され、縦桟にフレームを固定する固定部品である固定金具が、縦桟から取り外されているときには、フレームに設けられているレール溝に沿ってレール溝に嵌め合わせられた状態でスライド可能となり、フレームがその高さに関わらず支持体へ容易に固定することができる太陽電池モジュールの構成が開示されている。そして、特許文献４には、屋根材として軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）パネルが用いられた建物の屋根に、太陽電池モジュールを設置する際に、ＡＬＣパネルを支える梁の上に支柱を立て、その上に、太陽電池モジュールの固定される桟を配置する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－８２９２３
特開２０１９－１４３３０６
特開２０２１－９０２５１
特開２０２０－１６５２３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の如き太陽光発電パネルが設置される建物等の屋根には、その種類によって載置可能な重量の制限があるので、太陽光発電パネルとそれを設置するための構造体（太陽光発電パネル構造体）の重量は、できるだけ軽量であることが好ましい。一方、屋外に設置される太陽光発電パネルは、降雹などによる落下物による局所的な衝撃荷重或いは風雪による分布荷重に対する十分な耐性（耐衝撃性或いは耐荷重性）を有していることが好ましいので、かかる耐衝撃性或いは耐荷重性を向上するための手法として、面剛性を有する板状部材（補強板）を太陽光発電パネルに積層又は貼着して、太陽光発電パネルを補強する構成が用いられる。その際、補強板の面剛性を高めるために、単に補強板の厚みを増大すると、太陽光発電パネル構造体の重量が増大してしまうこととなる。従って、できるだけ多くの種類の建物等の屋根の上に太陽光発電パネルを設置できるようにするために、太陽光発電パネル構造体の重量をできるだけ増大せずに、太陽光発電パネル構造体又は補強板の面剛性を向上できると有利である。
【０００５】
ところで、一般に太陽光発電パネル構造体の如き板状部材の任意の位置に印加された荷重ｐと、その荷重による板状部材の撓み量ｗとの関係は、平面板の曲げ理論によれば、
ｐ＝Ｄ・∇
４
ｗ …（１）
により与えられる。ここで、▽
４
は、∂
4
／∂x
4
＋２∂
4
／∂x
2
∂ｙ
2
＋∂
4
／∂y
4
であり、Ｄは、板状部材の曲げ剛性率である。ここで、曲げ剛性率Ｄは、縦弾性率Ｅ、ポアソン比ν、板厚ｔを用いて、
Ｄ＝Ｅ・ｔ
３
／｛１２（１－ν
２
）｝ …（２ａ）
又は、剪断弾性率Ｇ、ポアソン比ν、板厚ｔを用いて、
Ｄ＝Ｇ・ｔ
３
／｛６（１－ν）｝ …（２ｂ）
により表わされるので、ポアソン比νを低減できれば、Ｄを大きくすることが可能となる（板厚ｔを増大しても、Ｄは増大するが、板状部材の重量が増大してしまう。）。そして、曲げ剛性率Ｄが大きいほど、荷重ｐに対する撓みを小さくできることとなり（Ｄが大きいほど、荷重ｐによるエネルギーが貯蔵弾性エネルギーとなり、パネル状部材の撓みは低減する。）、板状部材の面剛性が増大し、板状部材の破壊が発生し難くなる。即ち、太陽光発電パネルを補強板で補強する際に、補強板として、板厚ｔを増大せずに、ポアソン比νが低減された部材を採用すれば、太陽光発電パネル構造体の重量の増大をできるだけ抑えて、太陽光発電パネルの耐衝撃性或いは耐荷重性を向上できることとなる。本発明に於いては、この知見が利用される。
【０００６】
かくして、本発明の主な課題は、太陽光発電パネル構造体の重量をできるだけ増大せずに、太陽光発電パネル構造体又は補強板の面剛性を高め、太陽光発電パネルの耐衝撃性或いは耐荷重性を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記の課題は、太陽光発電パネルに補強板が積層されて固定された太陽光発電パネル構造体であって、前記補強板が、その面に沿って延在する複数条の切り起こしビードを有し、前記切り起こしビードの延在方向が湾曲している構造体によって達成される。
【０００８】
上記に於いて、「太陽光発電パネル」は、既に触れられている如く、複数枚の太陽電池セルが板状のパネル部材上にて縦方向又は横方向に並列されてなる太陽電池モジュールが載置されたパネルであってよい。太陽電池セルの各々は、概ね矩形の板状形状を有し、太陽光発電パネルの形状は、概ね矩形の平板状であってよいが、これに限定されない。「補強板」は、任意の金属材料又は樹脂材料等にて形成された薄板であってよく、太陽光発電パネルのパネル部材の裏面（太陽電池セルが貼着された面と反対の面）に積層され、ねじ止めにより又は接着剤による接着により固定されてよい。「切り起こしビード」とは、補強板の面上に線状に延在する打ち抜き孔又は貫通孔の縁が曲げ加工により補強板の面に垂直な方向に曲げられて形成されたビード（凸型の突起）である。
【０００９】
そして、特に、上記の本発明の構造体に於いては、補強板に於いて複数条の切り起こしビードが設けられており、且つ、切り起こしビードの各々は、その延在方向が湾曲するように、即ち、ビードの接線方向が徐々に変化するように形成される。かかる構成によれば、まず、補強板を貫通する孔である切り起こしビードが設けられていることから、太陽光発電パネルの面に垂直な方向に作用する荷重成分（垂直荷重成分）に対し、補強板の面から突出したビードの存在により構造体の曲げに対する剛性が付与され、それだけではなく、ビードの開孔した孔の部分が補強板の面方向の歪みを吸収し、構造体の（みかけの）ポアソン比が低減され、上記の式（２ａ）又は（２ｂ）から理解される如く、曲げ剛性率が高くなるので、太陽光発電パネルに於ける垂直荷重成分に対する撓みが低減されることとなる。また、切り起こしビードの場合、補強板に於いて肉抜きされていることとなるので、もしビードが一定の方向に延在している場合には、その延在方向周りの捩れに対して脆弱になるところ、本発明の場合には、ビードは、その延在方向が徐々に変化するように湾曲していることから、特定の方向の捩れに対して脆弱になるといったことが回避されるよう構成されている。かくして、本発明の構成に於いては、延在方向が湾曲した切り起こしビードが形成された補強板が太陽光発電パネルに裏当てされることで、補強板の厚み、即ち、重量を増大せずに、太陽光発電パネルの耐衝撃性或いは耐荷重性が向上されることとなる。なお、上記の作用効果を得るために、切り起こしビードは、補強板に於いて、円弧、放物線、双曲線など、任意の曲線を描くように形成されていてよい。
【００１０】
上記の本発明の構造体に於いて、より具体的には、複数条の切り起こしビードは、補強板上で、概ね円又は楕円に沿って延在するように配置されていてよい。かかる構成によれば、複数条の切り起こしビードが配置されている領域に於いて、ポアソン比が略均等に低減されると共に、捩れに対して脆弱となる方向が均等に分散されて、いずれかの方向に局所的に捩れに対して脆弱になることが回避されるので、これにより、複数条の切り起こしビードが配置されている領域に於いて、太陽光発電パネルの面に於ける概ね全方向に対して均等に面剛性が増大し、耐衝撃性或いは耐荷重性が向上されることとなる。この点に関し、後述の図面にも描かれている如く、切り起こしビードの描く複数個の円又は楕円が、補強板の全域に亙って配置されるように、そして、切り起こしビードの描く複数個の円又は楕円が互いに交差するように、複数条の切り起こしビードが配列されていてよい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許