我が国のグリーン経済の急速な拡大に伴い、単結晶シリコン／多結晶シリコン太陽光発電および薄膜BIPV技術が成熟しつつあります。鉄骨構造は、用途、設計、施工、そして総コストの面で、他の構造物に比べて大きな利点があります。そのため、現在使用されているアングル鋼架台システムに代わる、新しいタイプの鉄骨構造太陽光発電架台システムの開発・製造が極めて重要となります。
1. 鋼鉄製のソーラー用ブラケット
太陽光発電支持構造は構造が単純で体積も小さいという特性から、現在では軽量構造用鋼や小断面の普通構造用鋼が鋼材の選定に用いられている。
軽量構造用鋼材：この用語は、丸鋼、小アングル鋼、薄肉鋼を指します。アングル鋼を支持部材として使用する場合、鋼の強度を効果的に活用でき、フレーム全体の設置に役立ちます。現在、太陽光発電支持に関する国家標準アングル鋼の選択肢は少ないため、現在の太陽光発電産業の急速な発展に対応するために、追加の小アングル鋼モデルが必要です。薄肉鋼母屋は、通常、1.5～5mm厚の薄肉鋼板を冷間成形または冷間圧延して、さまざまな断面と直径の薄肉鋼製品を作ります。
熱間圧延形鋼と比較すると、薄肉形鋼の回転半径は50～60%増加し、断面の慣性モーメントと抵抗モーメントは0.5～3倍増加しますが、薄肉鋼はほとんどが工場で加工されるため、高精度の穴あけと太陽光発電パネルのねじ穴が必要になります。鋼材が小さいため、工具の取り扱いが難しく、工場で加工した後の施工がより困難になります。穴あけボタンは溶融亜鉛めっきによる防錆処理を施し、現場に輸送して設置することができます。現在、ほとんどの家庭用パネルは薄肉鋼に直接接続して設置することはできず、別の補助固定構造（プレスブロックなど）に取り付ける必要があります。
太陽光発電設備によく用いられる部材は、一般的にI型、H型、L型など、さまざまな設計要件を満たす断面形状を持ち、通常は炭素構造用鋼または低合金鋼で構成され、製造が容易でコストも低く抑えられます。加工方法も多様で、溶接部材には厚さの異なる鋼板が用いられ、工場での溶接加工によって設計要件に応じた形状の鋼材が選ばれます。この成形方法は、太陽光発電設備の各構造部にかかる力に応じて計算することができ、異なる厚さの鋼板を異なる箇所で使用できるため、熱間圧延による一枚鋼板よりも合理的です。
2. 太陽エネルギー支持鋼材の性能要件、太陽エネルギー鋼構造物の鋼材は、以下の性能を有するものとする。
1) 引張強度と降伏強度。降伏点が高いと、鋼材の断面を小さくすることができ、構造物の重量を軽減し、鋼材を節約し、プロジェクト全体のコストを削減できます。引張強度が高いと、構造物全体の安全余裕を高め、信頼性を向上させることができます。
2) 靭性と疲労抵抗。良好な塑性により、構造物は破壊前に大きく変形するため、担当者は適切なタイミングで是正措置を特定し、実施することができます。また、良好な塑性は、局所的なピーク応力の調整、ソーラーパネルの設置角度、強制設置の使用、構造物の塑性による内部応力の再分配にも利用でき、構造物または一部の構成要素の元の応力集中による応力分布を均一化し、構造物全体の耐荷重能力を向上させます。靭性が高いほど、構造物は衝撃荷重によって破壊される際に多くのエネルギーを吸収できるため、砂漠の発電所や強風にさらされる屋上発電所にとって特に重要です。疲労抵抗が高いほど、構造物は繰り返しの風荷重に対する耐性の変動に対してより耐性を持つことができます。
3) 加工速度。冷間加工性、熱間加工性、溶接性はすべて良好な加工性の例です。太陽光発電用鋼構造に使用されるアルミニウムは、さまざまな構造や部品に容易に加工できるだけでなく、強度、塑性、靭性、疲労抵抗が損なわれないように加工されなければなりません。
4）耐用年数。太陽光発電システムの設計寿命は20年以上であるため、優れた耐腐食性能は架台システムの品質を示す重要な指標となります。支持部材の耐用年数が短すぎると、構造全体の安定性が損なわれ、投資回収期間が長くなり、プロジェクト全体の経済的利益が減少します。
5) 上記の条件に従って、太陽光発電用鉄骨構造鋼は、購入、製造、販売が容易であるべきである。
3. 新世代太陽光発電用鋼構造支持材の技術評価
アングル鋼を用いた太陽光発電支持構造物の使用には、現在、ますます多くの制約が生じています。最も重要な理由は、鋼材の品質が現状では不均一であること、設置には現場での多数の穴あけ作業が必要となること、そして穴あけ後の鋼材が錆びやすいことです。そのため、腐食を抑制し、耐用年数を延ばすために、これらのアングル鋼製ブラケットに代わる新しいタイプのブラケットが必要とされています。
新しい太陽エネルギー支持構造の主要構造は以下のとおりです。
1) 特殊形状冷間成形薄肉鋼支持構造システム。特殊形状冷間成形薄肉鋼は、バッチ生産が可能で、迅速に構築でき、完全に稼働可能な軽量鋼構造システムです。特殊形状冷間成形薄肉鋼構造システムの鋼構造ブラケットは、現場でボルト締めされるプレハブ冷間成形薄肉鋼で作られた鋼構造フレームの一種です。
2) 工場生産の一体型鋼製架台システム。母屋付きのプレハブ鋼製フレームは、パネルと組み合わせて太陽光発電アレイ全体を形成する前に、現場で組み立てて固定することができます。この鋼製構造ブラケットの設置要件は非常に高く、使用される鋼材は最高品質のものでなければならず、表面処理も良好でなければならず、組み立てを成功させるためには太陽光発電部品メーカーとの早期のコミュニケーションが必要です。
3) 梁柱フレームを用いたカーテンウォール型太陽光発電支持構造システム。PVカーテンウォールには、梁柱フレーム鋼構造の取り付けソリューションを使用するのが適切です。横方向の剛性が低いため、構造物の高さや階数が高い場合は、支持フレーム構造を形成するために横方向のブレースを設置する必要があります。高層太陽光発電カーテンウォールの設計では、鋼構造と現場打ち埋め込み部材を組み合わせてハイブリッド構造を作成することがよくあります。これにより、構造全体の横方向の耐力を向上させると同時に、必要な鋼材の量を減らし、総コストを削減できます。
4. 新しい冷間成形薄肉太陽光発電支持部材の設置：
1) 革新的な冷間成形薄肉太陽エネルギー支持構造は、鋼構造部材向けに、様々な鋼・プラスチック混合コネクタを用いて工場で製造されます。鋼・プラスチック混合コネクタには、多様な設置条件に対応できる様々な種類があります。
2) 新しい冷間成形薄肉太陽エネルギー支持構造は軽量で、取り付け穴が多くなっています。一般的に、独立基礎が主基礎であり、必要に応じて鉄筋コンクリート接続梁が追加されます。地質条件が悪い場所では、帯状基礎または交差基礎を使用できますが、べた基礎はできるだけ避けるべきです。上部の柱脚はすべてヒンジ式で、埋め込み部品は挿入柱脚または防水コンクリートで覆われた埋め込みボルトのいずれかです。どちらのタイプも加工が簡単で、構築が容易で、接続も良好です。
