ソーラーナットの説明: ソーラーパネルの設置に適した選び方、使用法、締め方

ソーラーナットは、太陽光発電設備で最も見落とされているコンポーネントの 1 つですが、数十年にわたる風、雨、熱サイクル、機械的ストレスを通じてパネルを安全に保つ直接の役割を果たしています。屋上の住宅用アレイ、地上設置型の商用システム、またはカーポート構造のいずれを設置する場合でも、選択するナットとその設置方法によって、ラック システムが 25 年間しっかりと固定されたままになるか、数シーズン以内に緩んでずれ始めるかが決まります。このガイドでは、ソーラーナットとは何か、最新のラックシステムで使用されているタイプ、材料の選択、トルク要件、設置者が手抜きをすると何が問題になるかなど、実用的なすべてをカバーしています。

ソーラーナットとは何か、そしてなぜそれが重要なのか

ソーラーナットは、ソーラーパネルの取り付けおよびラックシステムで使用するために特別に選択または設計されたねじ付き固定コンポーネントです。この用語には、標準的な六角ナットやフランジ ナットから、特殊な T スロット ナット、チャンネル ナット、およびアルミニウム レール ベースのラック システムに不可欠なバネ式位置決めナットまで、さまざまな種類のナットが含まれます。これらは、ボルト、キャリッジ ボルト、小ねじと組み合わせて機能し、モジュール フレーム、中間クランプ、エンド クランプ、レール スプライス、および取り付け脚を一体化された構造アセンブリにクランプします。

一般的なファスナー箱からハードウェアを単に取り出すのではなく、ソーラー パネルのナットが特別な注意を払う必要がある理由は、耐食性、電気的適合性、および耐振動性という 3 つの要素に帰着します。太陽電池アレイは屋外環境で 25 ～ 30 年間機能すると予想されます。標準的な亜鉛メッキまたはコーティングされていない炭素鋼ナットは、特に沿岸環境や高湿度、凍結融解サイクル、または酸性降水の多い地域では、その暴露窓で急速に腐食します。腐食した留め具が固着すると、将来のメンテナンスやパネルの交換が非常に困難になり、ひどい場合には構造上の完全性が完全に失われます。

ガルバニック適合性も同様に重要です。ほとんどのソーラーラックレールは陽極酸化アルミニウムで作られています。アルミニウムと炭素鋼のファスナーを組み合わせると、ガルバニックカップルが発生し、貴金属ではない金属 (この場合は鋼) の腐食が促進され、ファスナーの寿命が劇的に短くなります。これが、事実上すべてのプロフェッショナルグレードの太陽光発電設置金具が、アルミニウム製ラックシステムで使用するためにステンレス鋼またはアルミニウム製の留め具を指定している理由です。

取り付けシステムに使用されるソーラーナットの種類

最新のソーラーラックシステムでは、いくつかの異なるタイプのナットが使用されており、それぞれが特定の構造または設置機能を果たします。それぞれのタイプの機能を理解すると、適切なハードウェアを注文し、正しくインストールするのに役立ちます。

Tスロットナット(チャンネルナット)

T スロット ナットは、チャネル ナットまたは T ナットとも呼ばれ、Unirac、IronRidge、Schletter、K2 などのメーカーのレールベースのラック システムで最も一般的に使用されるソーラー パネル取り付けナットです。これらは、取り付けレールの上面にある開いた T 字型チャネルにスライドするように設計されており、ボルトを締めて所定の位置にロックする前に、中間クランプ、エンドクランプ、および接着ハードウェアをレールの長さに沿った任意の場所に配置できます。この調整機能は、さまざまなモジュール フレーム幅、レール スプライス位置、屋根貫通間隔に対応するために不可欠です。

太陽光発電用途の T スロット ナットは通常、ステンレス鋼 (最も一般的) または陽極酸化アルミニウムで作られており、2 つのバリエーションがあります。1 つはレールの端からナットを挿入する必要がある標準のスライド T ナット、もう 1 つは上からチャネル スロットに任意の位置から落とし込み、ボルトを締めると回転してロック位置になるバネ式 T スロット ナットです。スプリング式バリアントにより、特に長い商用アレイでの設置が大幅に高速化されます。

六角ナットとナイロンインサートロックナット（ナイロック）

M6、M8、M10、または 1/4"-20 および 5/16"-18 サイズの標準六角ナットは、取り付け脚を屋根アタッチメントに接続し、レール スプライスを固定し、アース ラグやジャンパーを接続するためにソーラー ラック アセンブリ全体で使用されます。振動の影響を受けるあらゆる位置、特に風による振動にさらされる金属屋根システムや地上設置システムでは、ナイロン インサート ロック ナット (一般的にナイロック ナットと呼ばれます) が推奨されます。これは、ナイロン インサートがボルトのねじ山をつかみ、ねじロック コンパウンドを必要とせずに振動による緩みに抵抗するためです。

フランジナット

フランジ ナットには、基部に幅広の鋸歯状または滑らかな円形フランジが組み込まれており、クランプ荷重をより大きな表面積に分散します。太陽光発電の取り付けでは、鋸歯状のフランジ ナットがアルミニウム レールのセクションと取り付け金具の間の電気的接合を確立するためによく使用されます。これは、鋸歯状のフランジ ナットがアルミニウムの陽極酸化表面に食い込み、非導電性酸化層を切断して金属間の電気接触を形成するためです。この機能により、機械的固定と接地/接着という 2 つの目的を兼ね備えたコンポーネントになります。

エイコーンナッツとキャップナッツ

エイコーン ナット (ドーム キャップ ナット) は、主に太陽光発電設備のエンド クランプやレール終端の露出したボルト端で使用されます。突出するねじ付きボルトの端が保守員に怪我の危険を与えたり、屋根材の膜に摩耗損傷を引き起こす可能性があります。また、ボルトのねじ山が直接湿気にさらされるのを防ぎ、重要な接続点でねじ山が腐食するリスクを軽減します。

カップリングナット（六角スタンドオフ）

六角スタンドオフまたは延長ナットとしても知られるカップリング ナットは、2 本のねじ付きロッドを端から端まで結合したり、ボルトのねじ山を延長したりするために使用される長い形式の六角ナットです。太陽光発電設備では、安定した平屋根のラックシステムや、平坦でない地形でアレイを水平にするために高さ調整が必要な地上設置構造用の調整可能な脚アセンブリに使用されます。

材料の選択: ステンレス鋼 vs アルミニウム vs その他のオプション

ソーラー固定ナットの材質によって、長期的な腐食性能とラッキング システムの他の部分との互換性が決まります。以下は、ソーラーパネル取り付けナットに最も一般的に指定されている材料の直接比較です。

アルミニウム製ラックを使用するほとんどの住宅用および軽商業用屋上ソーラー システムでは、304 ステンレス鋼ソーラー パネル ナットが標準的で適切な選択です。海水から 1 マイル以内のプロジェクトでは、全体を 316 ステンレス鋼にアップグレードする必要があります。すべてのコンポーネントがスチールであるスチール製地上取り付け構造では、溶融亜鉛メッキナットが許容されますが、亜鉛コーティングの厚さが屋外暴露に対する ASTM A153 クラス C または D の最小値を満たしていることを確認してください。

ソーラー取り付けナットのトルク仕様

正しいトルクは、太陽光発電の設置において最も頻繁に省略されるステップの 1 つですが、アレイの機械的および電気的完全性が耐用年数にわたって維持されるかどうかを直接決定します。トルク不足 ソーラーナッツ 風荷重によりクランプが移動し、移動によりパネルに微小な亀裂が生じる危険性があり、ボンディングポイントで高抵抗の電気接続が発生します。ナットを締めすぎると、レールのアルミニウムのネジ山が剥がれ、陽極酸化処理された表面に亀裂が入り、パネル フレームの押し出し材が破損する可能性があります。

トルクの仕様は、ファスナーのサイズ、ラックのメーカー、接続タイプによって異なります。信頼できる情報源として、ラック システムの製造元の設置マニュアルに従ってください。以下の表は、一般的な太陽光発電取り付けナット サイズの代表的なトルク値を示しています。

すべてのソーラーファスナーの接続には、「感触」に近い値に設定されたインパクトドライバーではなく、校正されたトルクレンチまたはトルクドライバーを使用してください。インパクトドライバーはファスナーを素早く締めるのに適していますが、ソーラーラッキングハードウェアの最終トルクステップとしては決して使用しないでください。初期トルクを加えた後、各ナットにトルク ストライプ (ペイント マーカーでナットとボルトに描かれた線) でマークを付け、緩みによるその後の回転が検査中にすぐに見えるようにします。

レールベースのラックシステムにおけるソーラー T スロット ナットの仕組み

T スロット ナットは太陽光発電の取り付けナットとして最も広く使用されており、初めて設置する人によって誤解されることが多いため、このセクションではその仕組みと設置について詳しく説明します。

標準スライド T スロット ナットの取り付け

エンド キャップまたはレール ストップを取り付ける前に、標準の T スロット ナットをレールの開口端からレール チャネルに取り付ける必要があります。これらは、取り付けられているクランプまたはハードウェアを通してボルトが上から挿入され、T ナットにねじ込まれ、トルクダウンされるまで、チャネルに沿って自由にスライドします。ボルトを締めると、T ナットのウィングがチャンネル リップの下側にぴったりと引き寄せられ、ナットが所定の位置にロックされます。このタイプの制限は、レールの端が閉じられるか閉まると、分解せずに追加の T ナットを追加できないことです。

スプリング式 T スロット ナットの取り付け

スプリング式 T スロット ナット (ドロップイン T ナットまたは 4 分の 1 回転 T ナットとも呼ばれます) は、ナット本体を 45 度の角度で保持するスプリングを特徴としており、狭いスロット開口部に上からナットを挿入できます。挿入されると、スプリングがナットを平らに回転させ、ウイングがチャネル リップの下側に係合します。この設計により、設置中の任意の時点で、すでに設置されているレールに沿った任意の場所に T ナットを追加できるため、設置途中のレイアウト調整がはるかに簡単になります。大規模な商業プロジェクトでは、標準のスライド T ナットの代わりにスプリング式チャンネル ナットを使用することで大幅な労力の節約になります。

最終トルク前の T ナットのかみ合いの確認

T スロット ナット接続に最終トルクを加える前に、ボルトに軽い圧力を加えたまま、ハードウェアをレールに沿ってそっとスライドさせて、ナットが完全にかみ合っていることを確認してください。ハードウェアが自由にスライドする場合は、ナットが噛み合っていません。位置がずれていたり、上下逆だったり、チャンネル リップの下ではなく上に乗っている可能性があります。噛み合っていない T ナットは正しくトルクをかけているように見えますが、負荷がかかると外れてしまいます。この故障モードは、強風時の太陽電池アレイの構造故障の大部分の原因となります。

ソーラーナットのサイジング: ラックシステムに適切なナットを適合させる

ソーラーパネル取り付けナットは、ボルトのねじ仕様とレールチャネルのスロット寸法の両方に一致する必要があります。メートルねじとインチねじのファスナーを混合すると (異なるサプライヤーのハードウェアを混合する場合によくあるエラー)、接続が組み立てられたように見えますが、ねじの噛み合いが最小限であり、負荷がかかると破損します。

• ネジピッチはボルトと正確に一致する必要があります。 M8 x 1.25 ボルトには、M8 x 1.0 ファインピッチ ナットではなく、M8 x 1.25 ナットが必要です。ピッチが一致していない場合、交差ねじが発生する可能性があり、その結果、誤ったトルク測定値が発生し、クランプ力が無視できます。
• T スロット ナット本体の寸法は、レール チャネルのプロファイルと一致する必要があります。 ラックのメーカーが異なれば、使用するチャネルの幅と深さも異なります。 IronRidge XR10 レール用のサイズの T ナットは、Unirac SolarMount レールには正しく適合しません。 T スロット ナットは必ずラック システムのメーカーまたは互換性のある検証済みのアフターマーケット サプライヤーから購入してください。
• ナットの高さは薄肉用途では重要です。 ナットとチャネルの内側の間のクリアランスが狭い用途では、ナット本体の高さが大きすぎると、ナットの翼が完全にかみ合わなくなり、引き抜き強度が低下する可能性があります。
• ワッシャーの使用はメーカーの指示に従ってください。 一部のラック システムでは、荷重を分散するためにナットの下に平ワッシャーを指定しています。他のものは、なしで使用するように設計されています。設置マニュアルで指定されていないワッシャーを追加すると、クランプの形状が変化し、モジュール フレームにかかる有効なクランプ力が低下する可能性があります。

電気的接合と接地: システムの安全性におけるソーラー ナットの役割

ソーラーパネル取り付けナットは、機械的機能に加えて、太陽光発電システムの電気的安全性にも直接的な役割を果たします。 NEC 第 690 条および IEC 62548 では、モジュール フレーム、ラック レール、取り付け構造を含む、PV アレイのすべての露出した金属部分を接着し、接地電極システムに接続することが求められています。この等電位ボンディングにより、地絡発生時の導電性表面間の危険な電圧差が防止されます。

この結合を実現するいくつかの方法は、各接続ポイントのソーラーナットとハードウェアに直接依存します。鋸歯状のフランジ ナット、ボンディング ワッシャー (Wiley Electronics WEEB ワッシャーなど)、およびリストに記載されているボンディング ミッド クランプはすべて、ファスナーの機械的な力を利用して、アルミニウム コンポーネントの陽極酸化層を貫通し、低抵抗の金属間の電気経路を確立します。これらのファスナーのトルクが不足している場合、鋸歯状またはボンディング歯が酸化層に完全に貫通せず、ボンディング接続の抵抗が過度に高くなり、標準的な導通テストでは検出されない可能性がありますが、実際の地絡時に安全に故障電流を流すことができない可能性があります。

接着目的で使用するソーラーナットを取り付ける場合は、組み立て前に正しいトルクが適用されていること、接触面に汚れ、湿気、過度の酸化がないことを確認してください。接着ハードウェアを取り外して再取り付けする改造またはメンテナンスの状況では、元のナットを再利用するのではなく、新しい鋸歯状ナットを使用してください。鋸歯状の歯は最初の取り付け中に変形し、再取り付け時に酸化層を効果的に貫通しません。

ソーラーナットの間違った取り付けまたは不適切な取り付けによって引き起こされる一般的な問題

太陽電池アレイ、特に 2010 年代の産業の急成長中に設置された太陽電池アレイの現場検査では、構造の完全性、電気的安全性、および長期的なシステム性能を損なうファスナー関連の問題が常に明らかになります。最も頻繁に文書化される問題は次のとおりです。

• 腐食または固着したファスナー: 炭素鋼または亜鉛メッキのナットは、屋外環境では 5 ～ 10 年以内に腐食してボルトに固着するため、メンテナンスまたは交換のためのパネルの取り外しが非常に困難になり、その過程でラックのハードウェアが損傷します。
• 中間クランプとシフトパネルが緩んでいる: トルクが不足している T スロット ナットにより、繰り返しの風荷重を受けて中間クランプが滑ることができ、パネルが設計位置からずれて、配線やコネクタへのストレスが増大し、ひどい場合にはパネルが取り付けシステムから部分的に浮き上がる可能性があります。
• レールのネジ山の剥がれ: アルミニウム レール チャネルのナットを過剰に締め付けると、アルミニウムのねじ山が削られ、引き抜き抵抗がほぼゼロに減少します。この損傷は外からは見えず、強風が起こるまで気づかれない可能性があります。
• 接地導通の失敗: 不適切なナットや不十分なトルクで取り付けられたボンディングハードウェアは、アレイ全体で適切な電気的導通を確立できず、コード違反や、専用の低抵抗試験装置なしでは検出するのが難しい真の安全上の危険を引き起こします。
• 混合金属界面でのガルバニック腐食: 炭素鋼または亜鉛メッキのナットをアルミニウムのラッキングに使用すると、白い粉状の腐食（酸化アルミニウム）と赤錆の汚染が発生し、時間の経過とともに接触点のファスナーとレールの両方が弱くなります。

ソーラーナットの購入: 注文前に確認すべきこと

新規設置またはメンテナンス プロジェクトのためにソーラー パネルのナットとハードウェアを調達する場合は、このチェックリストを使用して、適切な製品を注文していることを確認してください。

• ラック システムのブランドとレール プロファイルを確認します。 T スロット ナットはレール固有です。注文する前にレールのメーカーとモデルを特定してください。寸法仕様をレール チャネルの図面と照合せずにサードパーティ製の汎用または「互換性のある」T ナットを使用すると、取り付け問題の一般的な原因となります。
• ねじのサイズとピッチを確認します。 ラック システムでメートル法 (M6、M8、M10) またはインチ法 (1/4"-20、5/16"-18、3/8"-16) のどちらのファスナーが使用されているかを確認してください。ほとんどの北米の住宅用ラックはメートル法を使用しており、多くのヨーロッパおよび一部の商用システムではメートル法が使用されています。
• 材料グレードを指定します: アルミニウム製ラックの場合は、304 または 316 ステンレス鋼を注文してください。材質証明書をリクエストするか、少なくとも製品リストでグレードを確認してください。検証されていないソースからの一般的な「ステンレス」ハードウェアは、200 シリーズ ステンレスである場合がありますが、これは 304 や 316 よりも耐食性が大幅に低いです。
• ハードウェア キットがクランプに含まれているかどうかを確認します。 多くのラック メーカーは、T スロット ナットとボルトが付属した中間クランプとエンド クランプを提供しています。これらのコンポーネント用に追加の緩いナットを注文すると、互換性のないハードウェアが混在する危険性が生じます。追加のファスナーを注文する前に、クランプ キットに何が含まれているかを数えてください。
• 10 ～ 15% の余剰を注文します。 小さなファスナー コンポーネントは、屋上に落としたり、設置中に置き忘れたりしやすいです。バッファー数量を確保しておくと、設置日に特定のナット サイズが不足することによるプロジェクトの遅延を防ぐことができます。