アルミニウム製ソーラーブラケットの説明: 種類、素材、適切なものの選び方

アルミニウムがソーラーブラケットの標準素材である理由

ほとんどすべての屋上太陽光発電設備に近づくと、パネルを所定の位置に保持する取り付け金具はほぼ確実にアルミニウム製です。それは偶然ではありません。アルミニウム製ソーラーブラケットは、この用途に適した他の一般的な材料にはない​​特性の組み合わせを提供します。つまり、低密度、自然耐食性、重量に対する高い構造強度、およびほとんどのソーラーパネルですでに使用されているアルミニウムフレームとの優れた互換性です。

アルミニウムの密度は約 2.7 g/cm3 で、鋼鉄の約 3 分の 1 です。屋上システムの場合、その重量の違いが重要です。ブラケットの軽量化により、建物にかかる追加の構造負荷が軽減され、輸送コストと取り扱いコストが大幅に削減されます。ある製品ラインの比較では、より重いフレームから 6005-T5 アルミニウム合金ブラケットに切り替えることで、 ブラケット重量の 30% 削減 定格荷重下で完全な構造的完全性を維持しながら。

アルミニウムは重量を超えて、空気にさらされるとその表面に薄くて安定した酸化物層を形成し、追加のコーティングをしなくても下にある金属をさらなる腐食から保護します。陽極酸化処理 (酸化層を厚くして硬化させる電気化学的プロセス) によってその自然な耐性がさらに強化されると、アルミニウム製太陽光発電取り付けブラケットは、雨、紫外線、湿気、さらには海岸環境に見られる塩分を含んだ空気に対しても非常に耐性が高くなります。

太陽光発電用取付金具に使用されるアルミニウム合金グレード

すべてのアルミニウムが同じというわけではありません。機械的特性 アルミソーラーブラケット 製造時に使用される特定の合金と熱処理に大きく依存します。太陽光発電設置業界では 3 つのグレードが主流であり、それぞれが強度、成形性、耐食性の明確なバランスを持っています。

6005-T5: 押し出しブラケットの業界標準

アルミニウム合金 6005-T5 は、太陽光発電取り付けレール、ブラケット プロファイル、および構造コンポーネントとして世界中で最も広く指定されているグレードです。押出性、耐食性、機械的強度のバランスが最適な6000シリーズ（アルミニウム・マグネシウム・シリコン）に属します。 T5 焼き戻し指定は、合金が押出プロセス後に人工的に時効処理され、その結果、最小引張強度が約 260 MPa、降伏強度が 240 MPa になることを意味します。密接に関連した 6005A バリアントには、クロムとマンガンが添加され、靱性が向上し、応力腐食感受性がさらに低下するため、要求の厳しい環境で推奨される選択肢となっています。

6061-T6: 構造用途向けの高強度

取り付けポイント間のスパンが長い設置場所、または構造負荷が特に厳しい設置場所では、一般に 6061-T6 アルミニウムが指定されます。最小引張強さ 310 MPa、降伏強さ 276 MPa の 6061-T6 は、同じ断面寸法で 6005A-T5 よりも高い構造容量を実現します。これにより、設置業者は屋根アタッチメントの間隔をさらに広げることができ、垂木の位置が取り付けレイアウトに制約を与える場合に大きな利点となります。トレードオフは、6061-T6 は 6005 よりも複雑な断面形状に押し出すのが難しく、そのため使用がより単純なブラケット形状に限定されることです。

6063-T5: 軽量で建築的

6063 アルミニウムは建築用押出材や窓枠に広く使用されています。太陽光発電用途では、成形性や表面仕上げの品質よりも構造能力がそれほど重要ではない、小型住宅用アレイの軽量コンポーネントやブラケットに使用されます。耐食性は優れていますが、機械的強度が 6005 と 6061 の両方よりも低いため、中程度の負荷が必要な用途に使用が制限されます。

取り付け用途別のアルミ製ソーラーブラケットの種類

適切なタイプのアルミニウム製ソーラーブラケットは、パネルが設置される場所とパネルがどのような表面に取り付けられるかによって異なります。各ブラケット カテゴリは、対象用途の特定の構造および防水の課題に基づいて設計されています。

傾斜屋根ブラケット (傾斜屋根システム)

傾斜屋根の設置は最も一般的な住宅シナリオです。アルミニウム製の取り付けシステムは、通常、垂木に固定された屋根フックまたは L フィート ブラケット、屋根面と平行に走るアルミニウム レール、およびパネル フレームをレールに固定するクランプで構成されます。瓦屋根用フックは、個々の瓦の下にひび割れることなく滑り込むように特殊な形状になっており、水面を傷つけません。金属屋根の場合、立ち継ぎ目、波型、台形のいずれであっても、専用のクランプまたはハンガー ボルトが屋根リブに取り付けられ、多くの場合 EPDM ゴム ワッシャーを使用して貫通部の周囲に水密シールが作成されます。重要な設置ルール: 常に屋根被覆材の下の構造部材 (垂木、母屋) に固定し、被覆材だけに固定しないでください。

陸屋根傾斜ブラケット

平らな屋根では、各ソーラー パネルの一方の端を持ち上げて、太陽の露出に最適な角度 (緯度に応じて通常は 10° ～ 30°) を作り出すためにアルミニウム製傾斜ブラケットが必要です。これらのブラケットは、屋根膜を貫通して構造デッキに固定するか、バラスト (コンクリート ブロックまたは舗装材) を使用して、穴を開けずにフレームを所定の位置に保持します。バラストシステムは、貫通漏れのリスクを排除するため、防水平屋根で人気がありますが、屋根構造がバラスト、ブラケット、パネルの合計重量に耐えられるようにするには、慎重な荷重計算が必要です。調整可能なアルミニウム製傾斜脚により、季節の太陽の違いに合わせて角度を調整したり、近くの物体からの部分的な日陰を補正したりできます。

地面取り付けアルミニウムブラケット

地上設置型アルミニウム製ソーラーラッキングシステムは、屋根スペースが限られている場合、または空き地に大規模なアレイを構築する必要がある場合に使用されます。これらのシステムは、基礎として深く打ち込まれた亜鉛メッキ鋼またはアルミニウムの杭またはスクリューアンカーを使用し、その上にパネルを支えるアルミニウムのクロスレールとテーブルフレーム構造を備えています。地上設置により、無制限の傾斜角の最適化が可能になり、メンテナンスへのアクセスが容易になります。大規模な商業施設や公共施設の場合、レールは慎重に間隔をあけた支柱を備えた連続梁として設計されており、たわむことなく風による浮き上がりや雪の荷重に耐えることができます。

壁取り付けブラケットと BIPV ブラケット

建築一体型太陽光発電 (BIPV) システムは、従来の外装材に代わって垂直ファサードにソーラー パネルを取り付けます。これらの用途の壁に取り付けられたアルミニウム製ブラケットは、パネルの面を押す風圧とパネルを壁から引き離す吸引力の両方に対処する必要があります。これらは屋根スペースが限られている商業ビルで一般的に使用されており、太陽電池アレイは建築用被覆材としても機能します。これらのシステムで使用されるアルミニウム プロファイルは、多くの場合、建物の設計要件に合わせてカスタム押出成形されます。

カーポートとパーゴラのブラケット

カーポートのソーラーブラケットは、車両の日陰カバーと発電を組み合わせた用途が成長しています。アルミニウムは、軽量であるため支柱のスパン要件が軽減され、建設コストが抑えられるため、これらの構造では主要な材料となっています。パネルは通常、カーポートの垂木の間に架けられたアルミニウム母屋に平らに、または浅い傾斜で取り付けられます。住宅用パーゴラソーラーシステムは、同様のアルミニウムブラケットハードウェアを小規模で使用して、庭やテラスの構造にパネルを統合します。

アルミニウム製ソーラーブラケットシステムの主要コンポーネント

完全なアルミニウム製太陽光発電設置システムは、それぞれが特定の構造的役割を持ついくつかの個別のコンポーネントで構成されています。これらの部分を理解することは、製品の品質を評価し、購入前に適切な質問をするのに役立ちます。

• ルーフフック / L フィート: アルミニウム レールと屋根構造の間の主要なアンカー ポイント。瓦屋根の場合は、フックを個々の瓦の下に滑り込ませ、垂木にボルトで固定します。金属屋根の場合は、ステンレス鋼の留め具を使用して、L 型脚をリブまたは母屋に直接ボルトで固定します。高品質のフックには、ファスナーの貫通部を密閉する EPDM ゴム製ガスケットが含まれています。
• 取り付けレール: 押し出しアルミニウムのチャネル (通常は 6005-T5 または 6061-T6) で、屋根を横切ってパネル クランプを支えます。レールのプロファイルの深さと壁の厚さによって、サポートされていない最大スパンが決まります。ほとんどの標準的な住宅用レールは、取り付けポイント間の 800 mm ～ 1,200 mm のスパンをサポートします。
• ミッドクランプとエンドクランプ: パネルフレームをレールに固定するアルミニウム製クランプ。中間クランプは、隣接する 2 つのパネル間の隙間を固定します。エンドクランプはアレイの最外端を固定します。クランプの高さはパネル フレームの厚さと一致する必要があります。最新のパネルでは通常 30 mm ～ 50 mm です。
• レールのスプライスとコネクタ: 2 つの長さのレールを端から端まで接続するアルミニウムまたはステンレス鋼のスプライス ピースで、列全体の構造的連続性を維持します。不適切な設計またはトルク不足のレール スプライスは、風荷重による長列レールのたわみの一般的な原因です。
• T ボルトと留め具: ステンレス鋼 (SUS304 グレード) の T ボルトがアルミニウム レールのスロットに滑り込み、クランプ アセンブリを受け入れます。接触点での電気腐食を防ぐには、アルミニウム レール付きのステンレス製ハードウェアを使用することが不可欠です。
• 接地ラグ: パネル フレームをレールに電気的に接続するアルミニウムまたはステンレス製のアース クリップ。各パネルに個別のアース線を必要とせずに、アレイを通る連続アース パスを提供します。

設置に適したアルミニウム製ソーラーブラケットを選択する方法

アルミニウム製ソーラー パネル取り付けブラケットの選択は、画一的な決定ではありません。一般的なソーラー パネル システムの 25 年の耐用年数にわたって、どのブラケットのタイプ、合金グレード、および構成が確実に機能するかは、いくつかのサイト固有の要因によって決まります。

ブラケットのタイプを屋根材に合わせてください

瓦屋根には、タイルのプロファイルに合わせて特別に成形されたフックが必要です。平らなコンクリート タイルには、湾曲した粘土タイルやスレート タイルとは異なるフックの形状が必要です。立ち縫い目のある金属屋根には、非貫通シームクランプを使用できます。波型屋根では通常、各波型の頂部 (水が流れる谷には決して通さない) に L フィートのハンガー ボルトを通す必要があります。陸屋根は、防水膜が新しい場合、または最近設置された場合に、バラスト傾斜システムの恩恵を受けます。最初からブラケットのハードウェアを屋根のタイプに合わせることで、高価な再加工を回避し、屋根の保証を維持します。

指定する前に風雪荷重を計算してください

アルミニウム製ソーラーブラケットは構造コンポーネントであり、特定の場所での環境負荷を評価する必要があります。通常、風による揚力が屋根設置システムの支配的な荷重となります。屋根の端や隅は中央領域よりも大幅に高い揚力を受けます。海岸沿い、丘の上、標高の高い場所では、たわみの許容範囲内に収めるために、垂木の取り付け間隔を狭くするか、より重いレールのプロファイルを必要とすることがよくあります。積雪荷重は寒冷地での最大の懸念事項であり、積もった雪がパネルとブラケットの構造に 1.4 kN/m² を超える可能性があります。

合金グレードと表面処理の検証

ほとんどの住宅用および商業用屋上システムにとって、6005-T5 陽極酸化アルミニウム製ブラケットは、標準的なスパンに十分な強度があり、軽量で耐食性があり、プレミアム価格を設定することなく実用的に最適です。塩水噴霧が日常的に発生する沿岸環境の場合は、ブラケットに陽極酸化処理または粉体塗装仕上げが施されており、陽極酸化層の厚さは最小 15 ～ 20 ミクロンであることを確認してください。合金グレードが指定されていないブラケットや、切断端にむき出しのアルミニウムが見えるブラケットは、製造基準が低いことを示しているため避けてください。

パネルフレームの寸法との互換性を確認する

パネルフレームの厚さはメーカーやモデルによって異なり、通常は30 mmから50 mmの範囲です。エンドクランプとミッドクランプはこの厚さの範囲に一致する必要があります。一部のクランプ システムは、さまざまなフレームの高さに合わせて調整できます。他のものは単一のサイズに固定されます。特に大型の商用パネルや薄型フレームの住宅用モジュールを使用する場合は、購入前に互換性を確認してください。

関連する認定を探す

高品質のアルミニウム製ソーラーマウントシステムには、構造的および電気的性能を検証する独立したテスト認証が付いています。最も関連性の高い規格には、UL 2703 (北米市場)、MCS 012 (英国)、および AS/NZS 1170.2、ユーロコード 1、IBC 2009 などの構造規格への準拠が含まれます。これらの認証により、ブラケット システムが実際の屋外条件下で定格風、雪、および機械的負荷に対処できることが独立して検証されていることを確認できます。

よくあるインストールの間違いとその回避方法

十分に仕様が定められたアルミニウム製ソーラーブラケットであっても、設置プロセスで回避可能なエラーが発生した場合、パフォーマンスが低下する可能性があります。これらは、住宅用と商業用の両方の屋上システムで最も頻繁に発生する問題です。

ボルトトルクのばらつき

締結具の締め付けが不十分であると、風荷重による微振動により、数か月または数年かけてボルトが徐々に後退していきます。締めすぎるとネジ山が剥がれたり、アルミニウム製のクランプ本体に亀裂が入ったりします。どちらの故障も最終的にはパネルがずれたり外れたりする可能性があります。解決策は簡単です。インパクト ドライバーではなく、各接続タイプに対してメーカーが指定した値に設定された校正済みのトルク レンチを使用します。ほとんどの住宅用システムでは、レールとクランプの接続には 6 ～ 8 N·m のトルクがかかります。正確な値はブラケット システムの取り付けマニュアルで確認してください。

構造ではなくクラッディングに固定

屋根フックと L 字型脚は、タイル、板金、またはデッキだけでなく、屋根表面の下の構造部材 (垂木、母屋、根太) に固定する必要があります。板金被覆材は、風によってソーラーパネルに発生する揚力に確実に抵抗することができません。波形の金属屋根では、常に波形の頂部に L 型脚を取り付け、留め具を下の母屋に押し込みます。瓦屋根の場合は、フックボルトを取り付ける前に、各瓦の下の垂木の位置を確認してください。

レール接続品質の無視

長いパネル列では、各レールが連続した構造梁として機能します。個々のレールの長さを接続するスプライス コネクタが緩んでいたり、位置が合っていない場合、またはサイズが小さすぎるアルミニウムで作られている場合、スプライスが弱点となり、持続的な風や重力の負荷によってレールが垂れ下がる可能性があります。レールのたるみにより、ソーラーパネルのフレームに不均一な応力がかかり、時間が経つとパネルのガラスに微小な亀裂が生じる可能性があります。メーカー提供のレール スプライス ハードウェアを使用し、取り付け中に水準器で位置合わせを検査し、すべてのスプライス ボルトが仕様のトルクで締め付けられていることを確認します。

貫通部の防水工事を省略する

屋根膜またはタイルを通過するすべての留め具は、潜在的な漏水経路を作成します。タイル屋根および金属屋根用の高品質アルミニウムブラケットシステムには、ファスナーの周囲をシールするフック設計の EPDM ゴムガスケットまたはシーラント溝が含まれています。追加のシーラントが必要な場合は、アルミニウムおよび屋根材と互換性のある、紫外線に安定したシリコンフリーのシーラントを使用してください。平らな膜屋根では、ブラケットを取り付ける前に、貫通部に専用の水切りカラーを膜に接着する必要があります。不適切な貫通シールは、太陽光発電設置による屋根損傷の主な原因の 1 つです。

アルミニウム製太陽光発電取付金具のメンテナンスと寿命

陽極酸化アルミニウム製ソーラーブラケットの実際的な利点の 1 つは、継続的なメンテナンスの必要性が非常に低いことです。塗装されたスチールとは異なり、アルミニウムは再塗装する必要がありません。亜鉛メッキ鋼とは異なり、その腐食保護は傷が付く可能性のあるコーティングに依存しません。通常の条件下では、高品質の 6005-T5 陽極酸化アルミニウム製ブラケットは、サポートするソーラー パネルよりも長持ちするように設計されており、通常は屋外での耐用年数が 25 年以上になります。

とはいえ、特に悪天候が起こった後は、取り付けシステムを定期的に検査することをお勧めします。 1 ～ 2 年ごとに次の点を確認してください。

• すべてのレールとフックおよびクランプとレールの留め具がしっかりと締まっており、目に見える腐食やねじ山損傷の兆候がないことを確認します。
• L フィートと屋根フックが下の屋根構造に対して動いていないかどうかを検査します。元の位置からのずれは、留め具が緩んでいるか、故障していることを示しています。
• EPDM ガスケットと屋根貫通部の周囲のシーラントに亀裂や収縮がないか確認します。亀裂や収縮により、時間の経過とともに水が浸入する可能性があります。
• 異なる金属間の接触点の周囲に白い粉状の堆積物 (酸化アルミニウム) がないか探します。これは、通常、アルミニウムが銅配線またはコーティングされていないスチール製ファスナーと直接接触している場所で、電気腐食が発生していることを示します。
• 強風が起こった後は、パネルがクランプ内でずれていないこと、およびレール スプライス コネクタが外れていないことを目視で確認します。

クランプとスプライス コネクタはアレイ全体を分解せずにレール チャネルにスライドするように設計されているため、ほとんどのレールベース システムでは、損傷したブラケット コンポーネントを個別に交換するのが簡単です。予備のクランプ、ボルト、EPDM ワッシャーを少量在庫しておくと、現場での修理が迅速かつ安価に行えます。

専門用途向けのアルミニウム製ソーラーブラケット

標準的な屋上設置を超えて、アルミニウム製太陽光発電取り付け金具は、材料の重量、強度、耐食性の組み合わせが特に適したさまざまな非従来型用途に適応されています。

RV および船舶用ソーラー ブラケット

キャンピングカー、キャラバン、ボートはすべて、コンパクトなアルミニウム製の Z ブラケットまたは調整可能な傾斜脚を使用して、曲面または限られた表面にソーラー パネルを取り付けます。海洋グレードのアルミニウムとステンレススチールの留め具は、通常のハードウェアがすぐに腐食する海水環境では不可欠です。折りたたみ式または傾斜ブラケットの設計は、輸送中や荒天時にパネルを平らに置くことができ、風の抵抗や損傷のリスクを軽減できるため、ボートや RV で人気があります。

バルコニーソーラーマウントシステム

集合住宅の住人は、穴を開けずにバルコニーの手すりを掴むコンパクトなアルミニウムのクランプ式ブラケットを使用することが増えており、構造を変更することなく小さなパネルが有用な電力を生成できるようになります。これらのシステムは、手すりの定格荷重容量内でサイズを決める必要があり、ブラケットの設計には、手すりの表面に傷がつかないようにパッド付きの接触点を含める必要があります。風力が強い高層バルコニーの場合は、補助的な保持ストラップが付いた頑丈なアルミニウム製ブラケットの使用をお勧めします。

農業用およびオフグリッド グラウンド アレイ

遠隔地の農業現場やオフグリッド施設では、太陽の角度の変化を追跡するために季節ごとに手動で位置を変更できる、高さ調整可能なアルミニウム製地上マウント フレームがよく使用されます。アルミニウム押出プロファイルの柔軟性により、メーカーは、動力付き追跡機構を必要とせずに、ほとんどの地理的緯度をカバーする 10° ～ 60° の調整可能な傾斜範囲を備えたブラケット システムを製造できます。これらのシステムは打ち込み鋼管基礎と組み合わせることで費用対効果が高く、専門の機器を使用せずにアクセス可能な場所に設置できます。