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技術 太陽電池モジュール設置支援装置

出願人 トヨタホーム株式会社
発明者 浜野亮太
出願日 2019年3月29日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-068109
公開日 2020年10月8日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-165233
状態 未査定
技術分野 CAD 屋根ふき・それに関連する装置または器具
主要キーワード 取り付け架台 設置設計 設置対象面 外形円柱状 可搬式記録媒体 支柱位置 金属横 配列条件
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

太陽電池モジュール建物屋根に適切な設置する。

解決手段

設計支援装置10の取得部40は、太陽電池モジュールが配置される建物の屋根部の建物情報を取得し、配置図作成部44が建物情報に基づき屋根部におけるALCパネルの配置図を生成する。支柱配列決定部56は、方位特定部52により特定された方位、設置領域設定部54により設定された設置許可領域、及びALCパネルの耐荷重が考慮されて予め設定された配列条件に基づいて支柱の配列を設定する。これにより、設定された配列で配置された支柱により太陽電池モジュールが支持されるので、支柱の耐荷重を太陽電池モジュールから受ける吹上荷重に耐えうるようにできて、太陽電池モジュールの適切な設置が可能になる。

概要

背景

特許文献1には、太陽電池モジュール配置設計する太陽光発電システム設計支援装置が記載されている。この太陽光発電システム設計支援装置では、屋根材スレート金属瓦棒や金属横葺等の屋根において、太陽電池モジュールを設置する設置対象面外郭の寸法から屋根の外郭の画像を作成し、屋根の外郭の画像から屋根の俯瞰図を作成する。

この後、特許文献1では、俯瞰図に採光窓煙突などの設置不可領域を反映させて、太陽電池モジュールの設置対象エリアを設定し、設置対象エリアに太陽電池モジュールを配置することで俯瞰図に太陽電池モジュールを配置した太陽電池モジュールの配置図を作成している。

概要

太陽電池モジュールを建物の屋根に適切な設置する。設計支援装置10の取得部40は、太陽電池モジュールが配置される建物の屋根部の建物情報を取得し、配置作成部44が建物情報に基づき屋根部におけるALCパネルの配置を生成する。支柱配列決定部56は、方位特定部52により特定された方位、設置領域設定部54により設定された設置許可領域、及びALCパネルの耐荷重が考慮されて予め設定された配列条件に基づいて支柱の配列を設定する。これにより、設定された配列で配置された支柱により太陽電池モジュールが支持されるので、支柱の耐荷重を太陽電池モジュールから受ける吹上荷重に耐えうるようにできて、太陽電池モジュールの適切な設置が可能になる。

目的

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、建物の屋根への太陽電池モジュールの適切な設置を可能にする太陽電池モジュール設置支援装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

屋根太陽電池モジュールが配置される建物について、前記屋根の構造材、該構造材の属性情報屋根形状及び建物の方位情報を含む建物情報を取得する取得部と、前記建物情報に基づいて前記屋根の前記太陽電池モジュールの設置対象面に前記構造材を配置した配置図を生成する配置図生成部と、複数が前記構造材を介して前記屋根に取り付けられ該屋根に配置される前記太陽電池モジュールを支持する支持部材について、前記属性情報に基づいて前記配置図における前記構造材への前記支持部材の設置不可領域を設定して、前記設置不可領域を除く設置許可領域内において、前記方位情報、前記属性情報及び前記支持部材の耐荷重に応じて予め設定された配置条件に基づいて、前記設置対象面に前記太陽電池モジュールを設置するための前記支持部材の配列を設定する配列設定部と、を備える太陽電池モジュール設置支援装置

請求項2

前記構造材が矩形平板状発泡気泡コンクリートパネルであり、前記構造材の長手方向両端部が前記設置不可領域に設定されている請求項1に記載の太陽電池モジュール設置支援装置。

請求項3

前記太陽電池モジュールは、前記支持部材に支持された支持レールに取り付けられ、前記配列設定部は、前記支持レールの総長が最大となるように前記支持部材の配列を設定する請求項1又は請求項2に記載の太陽電池モジュール設置支援装置。

技術分野

0001

本発明は、建物屋根への太陽電池モジュールの設置を支援する太陽電池モジュール設置支援装置に関する。

背景技術

0002

特許文献1には、太陽電池モジュールの配置設計する太陽光発電システム設計支援装置が記載されている。この太陽光発電システム設計支援装置では、屋根材スレート金属瓦棒や金属横葺等の屋根において、太陽電池モジュールを設置する設置対象面外郭の寸法から屋根の外郭の画像を作成し、屋根の外郭の画像から屋根の俯瞰図を作成する。

0003

この後、特許文献1では、俯瞰図に採光窓煙突などの設置不可領域を反映させて、太陽電池モジュールの設置対象エリアを設定し、設置対象エリアに太陽電池モジュールを配置することで俯瞰図に太陽電池モジュールを配置した太陽電池モジュールの配置図を作成している。

先行技術

0004

特開2006−301699号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、建物等の屋根には、ALCパネル軽量気泡コンクリートパネル)等の各種の屋根材が用いられている。屋根材としてALCパネルが用いられた屋根に太陽電池モジュールを設置する場合、ALCパネル上に支柱を固定し、複数の支柱に架け渡した架台上に太陽電池モジュールが取り付けられる。また、支柱の設置位置や数によって太陽電池モジュールの配置が大きく変化する。

0006

一方、太陽電池モジュールが風荷重を受けることで、支柱は太陽電池モジュールから吹上荷重を受ける。また、ALCパネルでは、吹上荷重に対する耐荷重の低い部位がある。ここから、屋根材にALCパネルが用いられた屋根では、太陽電池モジュールを支持するための支柱の設置位置を、吹上荷重を考慮して設定する必要がある。

0007

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、建物の屋根への太陽電池モジュールの適切な設置を可能にする太陽電池モジュール設置支援装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するための第1の態様の太陽電池モジュール設置支援装置は、屋根に太陽電池モジュールが配置される建物について、前記屋根の構造材、該構造材の属性情報屋根形状及び建物の方位情報を含む建物情報を取得する取得部と、前記建物情報に基づいて前記屋根の前記太陽電池モジュールの設置対象面に前記構造材を配置した配置図を生成する配置図生成部と、複数が前記構造材を介して前記屋根に取り付けられ該屋根に配置される前記太陽電池モジュールを支持する支持部材について、前記属性情報に基づいて前記配置図における前記構造材への前記支持部材の設置不可領域を設定して、前記設置不可領域を除く設置許可領域内において、前記方位情報、前記属性情報及び前記支持部材の耐荷重に応じて予め設定された配置条件に基づいて、前記設置対象面に前記太陽電池モジュールを設置するための前記支持部材の配列を設定する配列設定部と、を備える。

0009

第1の態様の太陽電池モジュール設置支援装置では、建物の屋根に太陽電池モジュールが設置される。建物の屋根は構造材が配列されて形成されており、支持部材は、複数が構造材を介して屋根に取り付けられ、支持部材に太陽電池モジュールが支持される。

0010

取得部は、屋根の構造材、該構造材の属性情報、屋根形状及び建物の方位情報を含む建物情報を取得する。配置図生成部は、建物情報に基づいて屋根の太陽電池モジュールの設置対象面に構造材を配置した配置図を生成する。

0011

ここで、配列設定部は、支持部材について、属性情報に基づいて配置図における構造材への支持部材の設置不可領域を設定する。また、配列設定部は、設置不可領域を除く設置許可領域内において、方位情報、属性情報及び支持部材の耐荷重に応じて予め設定された配置条件に基づいて、設置対象面に太陽電池モジュールを設置するための支持部材の配列を設定する。

0012

ここで、太陽電池モジュールを屋根に設置する際には、方位情報に基づき、受光面ができる限り大きい発電量が得られる方角方位)を向くようにされる。これに加え、配列設定部では、構造材の耐荷重に基づいて定められた設置不可領域を除いた設置可能領域に支柱を配置するように設定する。これにより、構造材において耐荷重が低い部位に支持部材が取り付けられるのを抑制できる。

0013

また、配列設定部では、支持部材が太陽電池モジュールから受ける吹上荷重に耐えうるように予め設定された配列条件で支持部材を配列する。これにより、構造材及び支持部材の耐荷重が太陽電池モジュールから受ける吹上荷重に耐えうるように効果的に支持部材を配列でき、建物の屋根への太陽電池モジュールの適切な設置を容易にできる。

0014

第2の態様の太陽電池モジュール設置支援装置は、第1の態様において、前記構造材が矩形平板状発泡気泡コンクリートパネルであり、前記構造材の長手方向両端部が前記設置不可領域に設定されている。

0015

第2の態様の太陽電池モジュール設置支援装置では、構造材に発泡気泡コンクリートが用いられた屋根への太陽電池モジュールの配置支援に適用される。この際、構造材の長手方向の両端部が支持部材の設置不可領域に設定される。これにより、太陽電池モジュールが設置されることによる支持部材及び構造材の耐荷重の低下を抑制できて、適切な太陽電池モジュールの支持を可能にできる。

0016

第3の態様の太陽電池モジュール設置支援装置は、第1又は第2の態様において、前記太陽電池モジュールは、前記支持部材に支持された支持レールに取り付けられ、前記配列設定部は、前記支持レールの総長が最大となるように前記支持部材の配列を設定する。

0017

第3の態様の太陽電池モジュール設置支援装置では、支持部材に取り付けられた支持レールに太陽電池モジュールが取り付けられる。この際、配列設定部では、支持レールの総長が最大になるように支持部材の配列を設定する。これにより、発電量が多くなるように太陽電池モジュールを設置できる。

発明の効果

0018

以上説明したように本発明の第1の態様の太陽電池モジュール設置支援装置によれば、耐荷重を考慮した建物の屋根への太陽電池モジュールの適切な設置が可能になり、太陽電池モジュールから受ける吹上荷重に耐え得るように支持部材を配置して構造材に取り付けることができる、という効果が得られる。

0019

また、第2の態様の太陽電池モジュール設置支援装置によれば、発泡気泡コンクリートパネルにおける耐荷重の低下を抑制できて、太陽電池モジュールの適切な支持が可能になる、という効果が得られる。

0020

さらに、第3の態様の太陽電池モジュール設置支援装置によれば、発電量が多くなるように太陽電池モジュールを設置できる、という効果が得られる。

図面の簡単な説明

0021

本実施形態に係る設計支援装置機能ブロック図である。
本実施形態に係る設計支援装置の概略構成を示すブロック図である。
建物の屋根部を示す断面図である。
建物の屋根の平面図である。
(A)は支柱金具の側面図、(B)は、支柱金具の平面図である。
(A)及び(B)は、主要部のALCパネルの配置図であり、(B)は、(A)において設置不可領域を設定した状態を示している。
サイズの異なるALCパネルの間における支柱位置の概略を示すALCパネルの配置図である。
(A)及び(B)は、各々支柱の配列の概略を示す配置図である。
(A)及び(B)は、各々配列された支柱への太陽電池モジュールの配置の概略を示す配置図である。

実施例

0022

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
本実施形態は、発電手段として太陽電池モジュール(所謂太陽電池パネル)が用いられた太陽光発電システムが設置される建物を対象として、建物の屋根への太陽電池モジュールの設置設計を説明する。太陽電池モジュールを屋根に設置する際、屋根には、太陽電池モジュールを支持する複数の支柱が配列されて取り付けられる。本実施形態では、太陽電池モジュールを支持する支柱の配列設計を支援することで、太陽電池モジュールの設置設計を支援する。

0023

本実施形態では、屋根材(構造材)としてALCパネル(軽量気泡コンクリートパネル)が用いられた建物の屋根を太陽電池モジュールの設置対象としている。対象とする建物としては、新築される建物であってもよく、既存の建物であって屋根が改修される建物であってもよい。屋根が改修される建物には、太陽光発電システムを新たに設置するために屋根が改修される建物を含む。

0024

先ず、建物の屋根の構造の一例を説明する。図3には、本実施形態に係る建物60の屋根部62の主要部が断面図にて示され、図4には、屋根部62の主要部が平面図にて示されている。

0025

図3に示すように、屋根部62は、陸屋根平屋根)とされている。図3及び図4に示すように、屋根部62は、建物60の最上階天井の一部を構成するH型鋼からなる梁64と、梁64の上フランジ64Aの上に載置された構造材(屋根材)としての複数のALCパネル66と、ALCパネル66の上に配置された断熱材68と、断熱材68の上面を覆うように配置された防水シート70と、を含んで構成されている。なお、図4では、断熱材68、防水シート70等が省略されている。また、梁64等へのALCパネル66の固定は、公知の固定方法を適用でき、本実施形態では、説明を省略する。

0026

建物60には、幅寸法が500mmのALCパネル66が用いられている。また、ALCパネル66は、長さ寸法(長手方向の寸法)が500mm、1000mm、1500mm、又は2000mmの複数種が設定されている。屋根部62には、長さ寸法が同じ(1種類の)ALCパネル66が用いられていてもよく、長さ寸法が異なる(2種以上の)ALCパネル66が用いられていてもよい。

0027

梁64の上に配置されたALCパネル66には、支持部材を構成する支柱金具72が配置されている。図5(A)には、支柱金具72が側面図にて示され、図5(B)には、支柱金具72が平面図にて示されている。

0028

図5(A)及び図5(B)に示すように、支柱金具72は、矩形平板状のベースプレート74及び支持部材としての外形円柱状の支柱76を備えている。ベースプレート74は、矩形平板状の基板74Aの幅方向の両端部に立上り部74Bが形成されており、立上り部74Bは、基板74Aの長手方向に延在されている。また、基板74Aの4つの角部の各々には、挿通孔74Cが穿孔されている。

0029

支柱76は、円筒状の上端(軸方向の一側端)が蓋部76Aによって閉塞されており、蓋部76Aは、円筒状の上端に溶接されて接合されている。支柱76は、下端(軸方向において蓋部76Aとは反対側端)がベースプレート74の基板74Aの上面に溶接等によって接合されており、基板74Aの幅方向の中心かつ長手方向の中心に支柱76の中心(中心軸線)が重ねられている。

0030

ベースプレート74では、基板74Aの長手方向における挿通孔74Cの間隔(中心間隔dsがALCパネル66の幅寸法と略同様にされており、ベースプレート74は、幅方向に隣接する2枚のALCパネル66に跨って取り付けられる。これにより、支柱金具72の支柱76は、幅方向に隣接する2枚のALCパネル66の境界部分(境目)に配置されている。

0031

ALCパネル66へのベースプレート74の固定には、アンカ部材としてのプラグアンカ78と、締結具としてのボルト80とが用いられている。プラグアンカ78は、外周面に図示しない雄ねじが形成されていると共に、内側にボルト80を収容するボルト挿入孔(図示省略)が形成されており、プラグアンカ78は、ALCパネル66に螺合挿入されている。

0032

支柱金具72は、ベースプレート74の挿通孔74Cの各々に挿入されたボルト80が、ALCパネル66に固定されたプラグアンカ78の各々に螺合されることでALCパネル66に固定される。プラグアンカ78は、挿入孔にボルト80が螺合されることで、ALCパネル66内部において径方向外側に拡径されてALCパネル66に固定され、ベースプレート74がALCパネル66に固定される。プラグアンカ78は、一般的なALCビスに比べて外周面の雄ねじのねじ山の高さ寸法が大きくされており、プラグアンカ78は、ALCパネル66との接触面を広くできる。これにより、支柱金具72は、プラグアンカ78が使用されることでALCパネル66に強固に固定される。

0033

図3に示すように、支柱金具72は、屋根部62において複数が縦横(屋根部62の妻側方向及び桁行方向)に配列されて、支柱76が屋根部62に縦横に配列される。支柱76には、架台82が取り付け架台82は、縦横に配置された複数の支柱76に跨って取り付けられる。

0034

架台82は、各々が長尺とされた金属製の下桟84及び上桟86を備えており、架台82では、上桟86が支持レールとして機能する。下桟84は、長手方向が屋根部62の縦方向(又は横方向)とされ、縦方向(又は横方向)に隣接する支柱76に跨って配置され、下桟84は、複数が横方向(又は縦方向)に配列される。下桟84の各々は、図示しない取付金具によって支柱76上に固定される。

0035

また、上桟86は、長手方向が下桟84の長手方向と交差(直交)する方向に沿い、2本又は3本以上の下桟84に跨って配置され、上桟86は、下桟84の各々に図示しない取付金具によって固定されている。これにより、架台82は、下桟84と上桟86とが略格子状に配列され、架台82は、1つ又は複数が屋根部62に取り付けられる。

0036

架台82には、太陽電池モジュール90が取り付けられ、太陽電池モジュール90が架台82を介して屋根部62に設置される。太陽電池モジュール90は、複数の太陽電池セル集積されて板状に構成されている。太陽電池モジュール90は、受光面ができる限り大きい発電量が得られる方角(方位)を向くように一方向に傾斜されて、架台82に取り付けられる。このため、屋根部62には、複数組の太陽電池モジュール90の間で受光面が異なる方向(方角)に向けられることがある。

0037

架台82は、下桟84の長手方向が南北方向に対する角度が45°以内(−45°から45°)となるように支柱76に取り付けられる。なお、下桟84の角度は、下桟84の長手方向が方向に対して西側に傾いた状態が「+」にされ、東側に傾いた状態が「−」にされている。なお、角度は、鋭角側の角度を示し、−符号を省略する。

0038

また、架台82には、1組の太陽電池モジュール90の支持に2本(3本以上でもよい)の上桟86A、86Bが用いられて支持レールが構成され、2本の上桟86(86A、86B)が隣接する2本の支柱76の間に配置されて下桟84に取り付けられる。

0039

太陽電池モジュール90は、南側に配置される上桟86Aの支持位置よりも北側に配置される上桟86Bの支持位置が高くされ、架台82に支持された太陽電池モジュール90は、受光面が傾斜されて、傾斜された受光面ができる限り大きい発電量が得られる方角である南側に向けられる。以下では、太陽電池モジュール90の傾斜方向が矢印Sで示され、太陽電池モジュール90において傾斜方向Sと交差する方向(水平方向)が非傾斜方向とされて矢印Hで示されている。なお、図4では、傾斜方向S及び非傾斜方向Hの一例が示されている。

0040

一方、本実施形態には、太陽電池モジュール設置支援装置として設計支援装置10が用いられる。太陽電池モジュール90を屋根部62に設置する場合、屋根部62に取り付ける支柱76(支柱金具72)の配列を設定(決定)することで、太陽電池モジュール90が取り付けられる架台82を構成する下桟84及び上桟86の配列が定まり、太陽電池モジュール90の配列が定まる。

0041

ここから、本実施形態に係る設計支援装置10は、支柱76の配置設計を支援することで、太陽電池モジュール90の配列設計を支援する。図1には、設計支援装置10が機能ブロック図にて示され、図2には、設計支援装置10の概略構成(ハードウエア構成)がブロック図にて示されている。

0042

図2に示すように、設計支援装置10は、パーソナルコンピュータ(PC)12を含んでいる。パーソナルコンピュータ12は、CPU14、ROM16、RAM18、及び入出力ポート20を備え、これらがアドレスバスデータバス及び制御バス等のバス22を介して相互に接続されている。

0043

また、パーソナルコンピュータ12では、ディスプレイ24、キーボード26、マウス28等の入出力デバイスと共に、記憶デバイスとしてのHDD半導体メモリでもよい)30、及び通信デバイスとしての通信インターフェイス通信I/F)32等が入出力ポート20に接続されている。パーソナルコンピュータ12は、入出力ポート20又は通信I/F32を介して印刷出力デバイスプリンタ等、図示省略)が接続されてもよい。

0044

さらに、パーソナルコンピュータ12には、画像取得手段としてのスキャナ34が入出力ポート20又は通信I/F32を介して接続されている。パーソナルコンピュータ12は、スキャナ34を介して、図面(建築図面)や画像(撮影画像)からこれらの画像の画像データの取得が可能となっている。また、パーソナルコンピュータ12には、カードリーダライタカードR/W)36が入出力ポート20に接続されている。パーソナルコンピュータ12は、撮像手段としてのカメラ38によって撮影された撮影画像が記録されたフラッシュメモリ携帯型記憶媒体)などのメモリカード38AがカードR/W36に装着されることで、撮影画像等の画像データの取得が可能になっている。

0045

なお、パーソナルコンピュータ12は、通信I/F32を介してCADシステムが接続され、CADシステム等によって作成されたデータの入出力が可能とされてもよい。また、パーソナルコンピュータ12は、入出力ポート20にディスクドライブが接続され、ディスクドライブに装着された可搬式記録媒体としてのディスクを介して各種のデータが入力されてもよい。

0046

パーソナルコンピュータ12は、CPU14がROM16及びHDD30に記憶されたプログラム読み出し、RAM18を作業メモリとして使用しながら各種の処理を実行する。パーソナルコンピュータ12のROM16及びHDD30には、太陽電池モジュール90を支持する支柱76の配列設計を支援することで、太陽電池モジュール90の配置設計を支援するために実行される各種のプログラム(設計支援プログラム)が記憶されている。

0047

CPU14がROM16及びHDD30に記憶された設計支援プログラムを読み出して実行することで、パーソナルコンピュータ12が設計支援装置10として機能する。なお、プログラムは、通信I/F32が接続されるネットワークを介して取得されてもよく、半導体記憶媒体としてのメモリカード38AやUSBメモリ、可搬式記録媒体としてのディスク等を介して取得されてHDD30に格納されてもよい。

0048

図1に示すように、設計支援装置10には、取得部40、記憶部42、配置図作成部44、支柱配列設定部46、配列設定部48及び出力部50が設けられている。また、設計支援装置10の支柱配列設定部46には、方位特定部52、設置領域設定部54、及び支柱配列決定部56が含まれている。

0049

設計支援装置10において記憶部42は、HDD30によって実現され、記憶部42には、予め各種のデータが記憶されると共に、取得部40において取得された各種の情報(データ)が記憶される。また、記憶部42には、屋根部62に支柱76を配列する際の配列条件(配列禁止条件を含む)が予め設定されて記憶されている。

0050

設計支援装置10において取得部40は、ディスプレイ24、キーボード26及びマウス28によって実現され、ディスプレイ24に表示される所定のユーザインターフェイス(UI)に基づいてキーボード26及びマウス28を操作することで情報が入力される。また、取得部40は、入出力ポート20や通信I/F32によって実現され、入出力ポート20に接続されるカードR/W36に装着されたメモリカード38Aを介して入力されるデータや、通信I/F32に接続されたスキャナ34等から得られるデータを取得してもよい。なお、通信I/F32(無線通信有線通信)を介してカメラ38が接続されてもよく、この場合、取得部40は、カメラ38によって画像撮影しながら、撮影画像を取得してもよい。

0051

ここで、取得部40では、建物情報(データ)を取得する。本実施形態において、建物情報には、太陽電池モジュール90が配置される屋根部62の平面図又は展開図が作成可能な情報及び屋根部62のALCパネル66の配列を特定可能な情報が含まれる。例えば、建物情報には、建物60のCADデータ、建物60の屋根部62の俯瞰図又は俯瞰画像鳥瞰図又は鳥瞰画像)、建物60の屋根部62の屋根伏図などの屋根部62の平面図(展開図)などの作成を可能とする情報が含まれる。

0052

また、建物情報には、建物60の設置位置(緯度経度標高など)を特定可能とする位置情報、及び建物60の方位(方角)等を特定可能とする方位情報等が含まれる。

0053

さらに、建物情報には、屋根部62の構造材(ALCパネル66などの屋根材)、及び構造材の属性情報が含まれる。構造材の属性情報には、構造材の耐荷重を考慮して設定された支柱76の設置不可部分として設定された設置不可領域を特定する情報が含まれる。このような屋根部62の構造材及び構造材の属性情報は、予め入力されて記憶部42に記憶されていてもよい。これにより、記憶部42には、屋根部62に適用される複数種類の構造材の各々について属性情報が屋根部62への支柱76の取り付け及び配列を規定する配列条件のうちの配列禁止条件として記憶される。

0054

配置図作成部44では、記憶部42に記憶された建物60についての建物情報に基づき、屋根部62におけるALCパネル66の配置図を作成する。また、支柱配列設定部46では、配置図上において、太陽電池モジュール90の架台82を支持する支柱76(支柱金具72)の配列(配置パターン)を設定する。

0055

この際、支柱配列設定部46では、方位特定部52において、建物情報に基づき配置図上における方位(例えば、北方向)を設定する(反映させる)。設置領域設定部54は、配置図上における構造材(太陽電池モジュール90)の吹上荷重等に対する強度を考慮した構造材の属性情報(配列禁止条件)に基づき、強度の低い領域(予め設定された強度が得られないと判断される領域)を支柱金具72(支柱76)の設置不可領域に設定する。これにより、設置領域設定部54では、設置不可領域が抽出され、配置図上において設置不可領域を除く領域が設置可能領域に設定される。

0056

支柱配列決定部56では、方位及び配列条件に基づいて支柱金具72の配列パターンを設定する。支柱配列決定部56では、配列パターンが複数設定された場合、予め設定されている選択条件に基づいて配列パターンを選択して、屋根部62に対する支柱76の配列パターンに決定する。これにより、支柱配列設定部46では、屋根部62における配置図上における複数の支柱76の各々の位置が設定される。

0057

配列設定部48は、設定(決定)された支柱76の配列パターンに基づいて、架台82の下桟84及び上桟86(86A、86B)の各々の配置を設定し、太陽電池モジュール90の配置パターン(配列パターン)を設定する。出力部50は、支柱76の配列パターン、支柱76への架台82の取り付け、及び架台82の太陽電池モジュール90の配置を特定可能な情報(例えば、各々の設置図など)を出力する。この出力部50は、ディスプレイ24によって実現できる。また、出力部50は、入出力ポート20や通信I/F32を介して接続されるプリンタ等の印刷出力装置によっても実現され、通信I/F32を介して接続される各種の情報処置端末によっても実現される。

0058

次に、本実施形態の作用として図6から図9を参照しながら設計支援装置10の支援処理を説明する。
設計支援装置10の配置図作成部44では、取得部40において取得した建物60の建物情報に基づき、屋根部62におけるALCパネル66の配置図を作成する。図6(A)には、配置図100の一例が示されている。なお、以下に示す各図においては、屋根部62の一部におけるALCパネル66の配置が示されている。

0059

本実施形態では、屋根部62が陸屋根とされており、配置図作成部44では、屋根部62の俯瞰図(平面図)を作成し、作成した俯瞰図上にALCパネル66を配置して配置図(平面配置図)100を作成する。なお、屋根が勾配屋根や勾配屋根と陸屋根等が形成された混合屋根などの場合、同一方向に傾斜又は非傾斜(平坦)された部分ごとに切り分けて展開図を作成し、作成した展開図上に構造材(ALCパネル66)を配列して配置図を作成してもよい。

0060

このような配置図100は、建築情報としてCADデータが取得されている場合、CADデータから屋根部62の平面図が作成(抽出)され、ALCパネル66が配列されて作成される。また、建物60の屋根部62の設計図面(建築図面)がある場合には、設計図面に基づいて建物情報が入力されることで、配置図作成部44では、入力された建築情報に基づいて屋根部62の平面図を作成し、平面図上にALCパネル66を配列する。

0061

一方、建物60が既存であり、CADデータや設計図面などがない場合、設計支援装置10では、建物60の建物情報として建物60の屋根部62(屋根部62を含めた建物60)を撮影した鳥瞰画像(撮影画像)を用いることができる。この場合、取得部40において取得する鳥瞰画像としては、複数方向(四方及び上方の各々の複数方向が好ましい)から屋根部62の全周について撮影した撮影画像が用いられ、撮影画像は、映像であってもよい。また、建物情報には、建物60の鳥瞰画像に加え、建物60の位置(緯度、経度、標高等)及び撮影日時を特定可能な情報を含む。

0062

このような鳥瞰画像の撮影には、カメラ38を備えた無線操縦式の無人飛行機(例えば、マルチロータヘリコプタ等)を用いることができる。建物60の撮影は、パーソナルコンピュータ12が無人飛行機に対する無線操縦によって撮影位置(建物60に対する方向及び高さ)を特定しながら行ってもよい。

0063

この際、パーソナルコンピュータ12は、無線操縦式の無人飛行機の位置情報、撮影日時情報を取得することがより好ましい。これにより、既存の建物60の屋根部62におけるALCパネル66の配置図100の作成が容易になると共に、撮影の位置情報、日時情報及び撮影画像(鳥瞰画像)の各々から建物60の方位情報を取得できる。すなわち、位置情報及び日時情報から建物に対する太陽の方角及び高さを特定でき、鳥瞰画像に対する画像処理によって鳥瞰画像上における影の方向及び長さを取得することで、これらの情報から建物60の方位情報を取得できる。

0064

印刷された鳥瞰画像については、鳥瞰画像がスキャナ34によって読み取られることで、画像データとして取得部40に取得される。また、鳥瞰画像がメモリカード38Aに記録された画像データである場合、メモリカード38AがカードR/W36に装着されることで、メモリカード38Aから読み出されて取得部40において取得される。

0065

配置図作成部44では、複数の鳥瞰画像(画像データ)に対して、画像合成処理画像抽出処理などの画像解析処理を行うことで、屋根部62の3次元画像データを生成し、生成した3次元画像データから屋根部62の平面図を作成する。また、配置図作成部44では、複数の鳥瞰画像に基づいて構造材としてのALCパネル66を平面図上に落とし込む。これにより、建物60の屋根部62を撮像した複数の鳥瞰画像から、配置図100を作成できる。

0066

次に、方位特定部52では、建物情報に含まれる方位情報に基づき、配置図100に方位を特定する情報を設定する。方位を特定する情報としては、例えば、配置図100上における南方向や北方向を示す情報が適用される。これにより、配置図100における南北方向及び建物60(屋根部62)の南側の特定が可能になる。

0067

設置領域設定部54では、構造材の属性情報に基づき配置図100上において支柱金具72の設置不可領域102を設定する。図6(B)には、設置不可領域102が設定された配置図100Aが示されている。

0068

本実施形態では、ALCパネル66の長手方向の両端部の所定範囲(長さLに対して1/4の範囲)に支柱金具72を設置しないようにしており(配列禁止条件)、この情報が属性情報に含まれている。ここから、図6(B)に示すように、ALCパネル66の各々に対する設置不可領域102が設定される。

0069

また、本実施形態では、配列条件として支柱金具72を幅方向に隣接する2枚のALCパネル66に跨って設置することが含まれている。ここから、屋根部62の周縁部(軒側部分)のALCパネル66(図6(B)におけるALCパネル66A)に対しては、幅方向において他のALCパネル66が隣接していない部分を設置不可領域104となる。配置図100Aには、設置不可領域102に設置不可領域104が含まれてもよい。

0070

これにより、設置領域設定部54では、設置不可領域102(又は設置不可領域104を含む設置不可領域102)を除く領域が、支柱金具72(支柱76)の設置許可領域106に設定されて、配置図100Aが作成(更新)される。

0071

この後、支柱配列決定部56では、方位情報及び配列条件に基づいて設置許可領域106内に複数の支柱金具72を配置した配置パターンを設定する。配列条件は、太陽電池モジュール90から支柱76が受ける吹上荷重に対する耐荷重(支柱76及び支柱76を支持するALCパネル66の耐荷重)が考慮されて設定されている。配列条件としては、上記に加え、以下の条件(a)〜条件(g)が設定されている。

0072

(a)南方向に対するALCパネルの幅方向Wの角度θが45°以内(−45°<θ<45°)の場合、傾斜方向SをALCパネル66の幅方向とする。
(b) 南方向に対するALCパネルの幅方向Wの角度θが45°以上(θ≦−45°又は45°≦θ)の場合、傾斜方向SをALCパネル66の長手方向とする。
(c)下桟84の長手方向を傾斜方向Sとし、上桟86の長手方向を非傾斜方向Hとする。
(d) 傾斜方向Sには、少なくとも2本の支柱76が連続する。
(e) 傾斜方向Sに沿う支柱76の間隔(中心間隔)Da(図4参照)を、1000mmとする。
(f) 非傾斜方向Hに沿う支柱76の間隔(中心間隔)Db(図4参照)を、1000mm又は1500mmとする。但し、連続する支柱76の間においては、1500mmの次は、1000mmとする。
(g) 間隔Da又は間隔Dbで配置する支柱76の位置がALCパネル66の長手方向の中心位置とならない場合には、各々のALCパネル66において支柱76の中心位置と隣接する設置不可領域102の周縁との距離dのALCパネル66の長さLに対する比(d/L)が等しくなるようにする。

0073

支柱配列決定部56では、設置許可領域106内において少なくとも配列条件(a)〜(g)の各々を満たすように支柱76を配置する。なお、これらの配列条件は、ALCパネル66の長手方向及び幅方向の一方が建物60の妻側方向に沿っている場合を例にしている。

0074

ここで、配列条件(g)について、図7を参照しながら説明する。図7には、長さ寸法L1の2000mmのALCパネル66Bと、長さ寸法L2の1000mmのALCパネル66Cとに連続するように支柱76を配置する例を示している。図7では、2本の支柱76が非傾斜方向に対応する間隔Dbとして、1500mmが適用されている。

0075

2枚のALCパネル66Bの境目における支柱76の中心と該支柱76に隣接する(支柱76に近い)ALCパネル66上の設置不可領域102の境界との距離d1を設定する。また、2枚のALCパネル66Cの境目における支柱76の中心と該支柱76に隣接する(支柱76に近い)ALCパネル66C上の設置不可領域102の境界との距離d2を設定する。次に、各支柱76の位置が、d1/L1≒d2/L2(d1/L1=d2/L2でもよい)を満たすように、距離d1及び距離d2を演算する。

0076

これにより、ALCパネル66B、66Cの一方において、支柱76を長手方向の中心位置に配置した場合、ALCパネル66B、66Cの他方に強度低下が生じることがあるが、上記条件を満たすように支柱76を配置することで、ALCパネル66B、66Cの間で強度の偏りを抑制できて、全体として強度低下を抑制できる。

0077

これにより、例えば、建物60の屋根部62において、ALCパネル66の長手方向が妻側方向に沿い、南北方向に対する妻側方向の角度が45°未満の部分では、当該部分における妻側方向が傾斜方向Sにされる。支柱76は、ALCパネル66の長手方向に沿う妻側方向については間隔Daとされ、ALCパネル66の幅方向に沿う桁裄方向に沿っては間隔Dbで配置される。

0078

また、建物60の屋根部62において、ALCパネル66の長手方向が妻側方向に沿い、南北方向に対する妻側方向の角度が45°以上の部分では、当該部分における桁行方向が傾斜方向Sにされる。支柱76は、ALCパネル66の幅方向に沿う桁裄方向については間隔Daとされ、ALCパネル66の長手方向に沿う妻側方向についてはDbで配置される。

0079

ここで、図8(A)及び図8(B)には、上記配列条件(a)〜(g)を満たす支柱76の配置が示されている。なお、図8(A)及び図8(B)では、破線にてALCパネル66の幅方向に沿う方向が示されている。また、図8(A)では、南方向に対するALCパネル66の幅方向の角度θが45°以上とされ、図8(B)では、南方向に対するALCパネル66の幅方向の角度θが45°未満とされている。

0080

図8(A)に示すように、南方向に対するALCパネル66の幅方向の角度θが45°以上となる場合、支柱76は、ALCパネル66の長手方向に間隔Daにて配置され、ALCパネル66の幅方向が間隔Dbにて配置される。間隔Dbとしては、1000mm(=Db1)又は1500mm(=Db2)を適用でき、先ず、間隔Db2として実線にて示す支柱76の配列パターンが得られる。また、間隔Dbとしては、1000mm(=Db1)を適用できるので、2つ目の支柱76の位置としては、間隔Db1となる二点鎖線で示す位置を取り得る。ここから、支柱76の配列パターンとしては、複数のパターンが設定される。

0081

また、図8(B)に示すように、南方向に対するALCパネル66の幅方向の角度θが45°未満となる場合、支柱76は、ALCパネル66の幅方向に間隔Daにて配置され、ALCパネル66の長手方向に間隔Dbにて配置される。間隔Dbとしては、1500mmの間隔Db2を適用でき、実線にて示す支柱76の配列パターンが得られる。しかし、次の支柱76の間隔Dbは、1000mmの間隔Db1になるので、支柱76が設置不可領域102に入る(この場合の支柱76の図示は省略)。

0082

ここで、支柱76の位置を、ALCパネル66の長手方向の中心位置からずらすことで、間隔Db2の次に間隔Db1となる位置に支柱76を配置可能になる(二点鎖線参照)。ここから、支柱76の配列パターンとしては、複数のパターンが設定される。

0083

一方、支柱配列決定部56では、屋根部62の全面(設置許可領域106の全域)に支柱76が配列されるように支柱76の配列パターンを設定する。この際、支柱76の配列パターンが複数設定された場合、支柱配列決定部56では、予め設定されている選択条件に基づいて1つの配列パターンを決定し、決定した配列パターンを、建物60の屋根部62に太陽電池モジュール90を配置する際の支柱76の配列パターンに設定する。なお、支柱76の配列パターンを設定する際、太陽電池モジュール90が屋根部62の北側に寄って配列されることが好ましい。

0084

選択条件には、支柱76の数が最小となる配列パターン、及び支持レールとなる上桟86の総長が最長となる配列パターンが設定されている。なお、上桟86の総長を算出する際には、上桟86A、86Bの2本を1本とみなしてもよく、上桟86A及び上桟86Bの各々の長さを合わせてもよい。上桟86の長さを長くすることで太陽電池モジュール90の数を多く(受光面の面積を広く)できて、発電量を多くできる。また、支柱76の数を最小とすることで、太陽電池モジュール90の設置コストの抑制及び、支柱76の間隔が広くなることによる荷重分散が可能になる。

0085

支柱配列決定部56では、支柱76の数が最小、及び上桟86の総長が最長の少なくとも一方(好ましくは両方)を満たす配列パターンを選択して、支柱76の配列パターンを決定する。

0086

図9(A)及び図9(B)には、支柱76の配列パターンに基づいた太陽電池モジュールの設置の概略が示されている。なお、図9(A)には、ALCパネル66の幅方向の南北方向に対する角度θが45°以上の場合が示され(図8(A)に対応)、図9(B)には、ALCパネル66の幅方向の南北方向に対する角度θが45°未満の場合が示されている(図8(B)に対応)。

0087

図9(A)に示すように、屋根部62において、ALCパネル66の幅方向の南北方向に対する角度θが45°以上の部分では、ALCパネル66の長手方向に沿う支柱76に跨って下桟84が取り付けられる。また、上桟86A、86Bは、長手方向がALCパネル66の幅方向に沿って配置されて下桟84に取り付けられ、上桟86A、86Bに太陽電池モジュール90が取り付けられる。この際、上桟86Aが南側とされることで、ALCパネル66は、受光面が南側に向けられる。

0088

また、図9(B)に示すように、屋根部62において、ALCパネル66の幅方向の南北方向に対する角度θが45°未満の部分では、ALCパネル66の幅方向に沿う支柱76に跨って下桟84が取り付けられる。また、上桟86A、86Bは、長手方向がALCパネル66の長手方向に沿って配置されて下桟84に取り付けられ、上桟86A、86Bに太陽電池モジュール90が取り付けられる。この際、上桟86Aが南側とされることで、ALCパネル66は、受光面が南側に向けられる。

0089

このように、設計支援装置10では、建物情報に基づいて支柱76の配置を容易に設定できて、太陽電池モジュール90の配置設計を容易にできる。この際、支柱配列決定部56では、ALCパネル66に設定された設置不可領域102を除いた設置許可領域106に支柱76を配置するように設定するので、ALCパネル66の耐荷重が低下するのを抑制できる。

0090

また、支柱配列決定部56では、予め設定されている配列条件に基づいて支柱76を配置する。このため、支柱の配置位置が設置不可領域102に架かるのを防止できる。これにより、ALCパネル66の耐荷重が低下するのを効果的に抑制できて、太陽電池モジュール90が風荷重を受けて吹上荷重を受ける支柱76をより適切に支持できる。

0091

また、設置不可領域102には、ALCパネル66において耐荷重(強度)の低下が生じ易い長手方向の両端部の所定領域が設定されているので、ALCパネル66に取り付けた支柱76の耐荷重が低下するのを抑制できる。

0092

また、支柱76は、幅方向に隣接する2枚のALCパネル66に跨って配置されるので、ALCパネル66が受ける荷重を分散して支柱76を確実に支持できる。しかも、1枚のALCパネル66には、2つ以上の支柱76が取り付けられないので、1枚のALCパネル66に掛かる負担を抑制できて、支柱76の確実な支持が可能になる。

0093

さらに、支柱配列決定部56では、屋根部62の全域に支柱76を配列する際に、支柱76の数が最小となる配列パターンを設定できる。これにより、太陽電池モジュール90の設置コストを抑制できると共に、屋根部62が太陽電池モジュール90から受ける吹上荷重を分散できる。

0094

また、支柱配列決定部56では、支持レールとなる上桟86の総長が最長になるように支柱76の配列パターンを設定できる。これにより、屋根部62に設置される太陽電池モジュール90の受光面積を広くできて、発電量を大きくできるので、建物60における発電効率を向上できる。

0095

なお、以上説明した本実施形態では、ALCパネル66の配列、設置許可領域及び方位情報等に基づいて支柱76の配列を設定した。しかしながら、太陽電池モジュールの数(発電量)が最大値となるように支柱の配列を設定し、この支柱の配列に合わせて、支柱の配置位置が配置許可領域になるように、ALCパネルの配列を設定してもよい。これにより、新築される建物や屋根をALCパネルに改修する建物において、太陽電池モジュールの設置効果を向上できる。

0096

また、本実施形態では、ALCパネル66において設定された設置不可領域を除くようにして支柱76を配置することで、支柱76の設置不可領域に太陽電池モジュール90を配置した。しかしながら、屋根に採光窓などが設置されることで、太陽電池モジュール90を配置できない領域が生じる場合がある。この場合、太陽電池モジュールを設置できない領域を含む所定範囲の領域を支持部材の設置不可領域に設定してもよい。これにより、太陽電池モジュールが配置できない(配置したくない)領域に太陽電池モジュールが配置されないように支持部材の配置を制限できる。

0097

さらに、以上説明した本実施形態では、ALCパネル66が用いられた屋根部62を例に説明した。しかしながら、屋根の構造材は、ALCパネル66に限らず各種の屋根材を適用できる。この際、構造材の耐荷重に基づいて設置不可領域を設定すると共に、構造材を配列した屋根における支持部材の設置不可領域を設定し、設定した設置不可領域を除いた設置許可領域において、構造材に支持部材を取り付ければよい。

0098

10設計支援装置(太陽電池モジュール設置支援装置)
40 取得部
42 記憶部
44 配置図作成部(配置図生成部)
46支柱配列設定部(配列設定部)
52方位特定部(配列設定部)
54 設置領域設定部(配列設定部)
56 支柱配列決定部(配列設定部)
60建物
62屋根部(屋根)
66ALCパネル(構造材、発泡気泡コンクリートパネル)
72支持金具
76 支柱
84下桟
86(86A、86B)上桟(支持レール)
90 太陽電池モジュール
100、100A 配置図
102(104) 設置不可領域
106 設置許可領域

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