太陽光発電ボルト: 種類、材質、選択ガイド

太陽光発電ボルト は、ソーラーパネル、取り付けレール、ラックフレーム、およびグラウンドアンカーを完全で構造的に健全な太陽光発電システムに固定する留め具です。 これらはホームセンターで販売されている一般的なボルトではありません。太陽光発電設備が稼働する屋外環境（紫外線、-40°C から 85°C までの熱サイクル、海岸の塩水噴霧、産業汚染など）では、通常の炭素鋼では 25 ～ 30 年のシステム寿命にわたって満たすことができないファスナーに対する要求が課せられます。

間違ったボルトのグレードまたは材料を選択すると、電気腐食、風荷重による緩み、または機器の保証が無効になり、安全上の問題を引き起こす構造上の欠陥が発生する可能性があります。このガイドでは、実際の PV 設置において最も重要なタイプ、材料、規格、トルク要件、および選択基準について説明します。

太陽光発電システムで太陽光発電ボルトが使用される場所

一般的な屋上または地上設置型 PV システムでは、複数の構造接合部で留め具を使用しており、それぞれに異なる負荷要件と露出条件があります。

• パネルクランプボルト： パネル フレームを取り付けレールに保持するミッド クランプとエンド クランプを固定します。これらでは、パネル温度が毎日変動するため、最も頻繁に熱サイクルが発生します。
• レールのスプライスとレールとブラケットのボルト: レールセクションを接続し、レールを屋根取り付けブラケットまたはアースポストに取り付けます。風による隆起と雪の荷重を構造物を通して伝達するために重要です。
• 屋根貫通ラグボルト: 水切りマウントまたはバラスト脚を屋根垂木に固定します。屋根構造内部の錆びや腐食を防ぐためにステンレス鋼が必要です。
• 地上設置用アンカーボルト: 打ち込み杭、ヘリカルアンカー、またはコンクリート基礎をラックフレームに固定します。多くの場合、システム内で最大のファスナー - 大規模な施設規模の設置では M16 ～ M24。
• インバーターおよびコンバイナーボックスの取り付けボルト: 電気エンクロージャを壁またはフレームに取り付けます。構成によっては、迷走電流を避けるために電気的絶縁が必要です。
• 接地ボンディングハードウェア: アルミニウム レールの陽極酸化表面を突き刺して電気的導通を確立する鋸歯状のフランジ ボルトまたはアース クリップ。

PV ラックシステムで一般的に使用されるボルトのタイプ

PV ラックのメーカーは、薄いアルミニウムのプロファイルを過度に締め付けることなく、迅速な設置と信頼性の高いクランプを可能にする特定のボルト形状に基づいてシステムを設計しています。最も一般的なタイプは次のとおりです。

材料の選択: ステンレス鋼が PV ファスナーの主流となる理由

太陽光発電ボルトの材料に関する最も重要な決定は、耐食性です。太陽光発電システムは以下のために設計されています 25 ～ 30 年の運用寿命 そして、留め具は、錆による緩み、焼き付き、または構造劣化を起こすことなく、その期間中存続しなければなりません。

ステンレス鋼 A2 (304) 対 A4 (316)

ほとんどの PV ラック システムでは、A2 または A4 のステンレス鋼ボルトが指定されています。実際の違いはモリブデンの含有量です。 A4 (316) ステンレスには 2 ～ 3% のモリブデンが含まれています これにより、沿岸および海洋環境における特有の故障モードである、塩化物による孔食に対する耐性が劇的に向上します。 A2 (304) は内陸の設置に適しています。 A4(316)以内でご使用ください。 海岸線 1 ～ 5 km または空気中の塩化物が存在する工業地帯。

地上設置用溶融亜鉛メッキ (HDG) 鋼

大規模な地上設置施設、特に実用規模の太陽光発電所では、多くの場合、アンカー ボルトと主要フレームの接続に溶融亜鉛メッキ (HDG) 構造ボルトが使用されます。 HDG コーティングの厚さ 85 μm 以上 (ASTM A153 または ISO 1461 に準拠) 大規模なオールステンレス製ハードウェアよりも大幅に低コストで、ほとんどの土壌環境で 30 ～ 50 年間の腐食防止を実現します。 HDG は、電気腐食のリスクがあるため、アルミニウム製ラックと直接接触する場所には推奨されません。

ガルバニック腐食: アルミニウムとスチールの界面に隠れたリスク

事実上すべての PV ラック レールは押し出しアルミニウム (6005-T5 または 6061-T6) です。ステンレス鋼のボルトが湿った環境でアルミニウムに接触すると、ガルバニ電池が形成されます。 ステンレス鋼とアルミニウムは、ガルバニックシリーズでは 0.25 ～ 0.50 V 離れています — この組み合わせでは A2/A4 ボルトが一般に許容されると考えられるほど十分に近いです。ただし、アルミニウムと直接接触する炭素鋼または HDG ボルトには問題があり、電位差によって接合部のアルミニウムの腐食が促進されます。アルミニウムとファスナーの境界面には、常にステンレスまたはアルミニウムと互換性のある金具を使用してください。

PV 用途のボルトのグレードと強度の要件

PV ボルトは、数十年にわたる持続的な風による揚力荷重、積雪荷重、および地震力に耐える必要があります。ボルトの強度は、プロパティ クラス (メートル法) または等級 (インチ) によって定義されます。

ほとんどの住宅用および商業用屋上システムでは、 A2-70ステンレスが標準仕様です 。 A4-80 へのアップグレードは、沿岸地域、強風地域 (ASCE 7 風速 ≥ 130 mph)、またはラッキング エンジニアの構造計算により高いボルト予圧が必要な設置場所に推奨されます。

PV ボルトのトルク仕様: 締めすぎは締めすぎと同じくらい危険である理由

太陽光発電ボルトのトルク仕様は、ほとんどの設置業者が予想するよりも厳しいです。ソーラーラッキングに使用されるアルミニウム押出材は比較的柔らかいです。 6005-T5 アルミニウムの耐力はわずか 240 MPa ステンレスボルトをねじ込んだ場合の 700 MPa と比較して。過剰なトルクによりストリップがアルミニウムナットまたはレールチャンネルにねじ込まれ、レールセクション全体の交換が必要になります。

トルクが不足していると、ジョイントに予荷重が不十分なままとなり、風の振動を受けても動きが可能になり、フレッチング疲労や徐々に緩みが発生します。一般的な PV ボルト サイズの一般的なメーカー指定のトルク値:

最終締め付けには必ず校正されたトルクレンチを使用してください。 最大トルクに設定されたインパクト ドライバーは、PV パネルのクランプ ボルトには使用できません。通常、メーカーの制限を超えています。多くのラック メーカーは、乾燥状態 (潤滑剤なし) でのトルク値を指定しています。焼き付き防止剤やネジ山潤滑剤を塗布した場合は、同じクランプ力を得るためにトルクを約 20 ～ 25% 減らしてください。

ゆるみ止め機能：25年間ボルトのゆるみを防止

太陽光発電設備は、風による継続的な低振幅の振動と、毎日のアルミニウムレールの熱膨張と収縮にさらされます（アルミニウムは一定の温度で膨張します）。 23.6μm/m・℃ — 6 メートルのレール部分は、-10 °C の冬の夜と 60 °C の夏のパネル表面温度の間で約 12 mm 伸縮します)。この動きにより、緩み止め機能のないボルトが徐々に外される可能性があります。

太陽光発電システムで使用される一般的な緩み防止ソリューションには次のものがあります。

• ナイロンインサートロックナット（Nyloc）： 屋上太陽光発電で最も広く使用されているソリューション。ナイロンカラーがボルトのネジ山をしっかりと掴み、回転を防ぎます。約 100°C まで有効 — ジャンクション ボックスのエンクロージャが局所的な熱を発生する場合は、適合性を確認してください。
• 鋸歯状フランジのナットとボルト: セレーションが合わせ面に食い込み、機械的に回転に抵抗します。表面硬度により鋸歯が適切にかみ合うことができる接地結合や構造接合部に使用されます。
• スプリングロックワッシャー： 一般に、DIN 65151 振動試験による動的荷重下ではナイロック ナットよりも信頼性が低いと考えられています。ラック メーカーが指定する場合にのみ使用してください。
• ネジロック接着剤 (Loctite 243 または同等品): 振動の少ない箇所の小径ボルトに有効です。将来的に締め直しやパネルの位置変更が必要になる可能性がある現場での接続には実用的ではありません。
• 2ナット（ジャムナット）構成： 耐振動性と現場での調整性の両方が必要な地面取り付け調整脚に使用されます。

太陽光発電ボルトに関連する規格と認証

太陽光発電システムの認証と構造許可では、締結具が文書化された材料と寸法の基準を満たすことがますます求められています。最も参照される標準は次のとおりです。

• ISO 3506: ステンレス鋼ファスナーの機械的特性を管理する主要な国際規格。 A2-70、A2-80、A4-70、および A4-80 プロパティ クラスを指定します。 ISO 3506 を参照する適合性証明書は、多くの公共事業規模の EPC 請負業者によって要求されています。
• ASTM F593 / F594: ステンレス鋼のボルトとナットの米国同等品。メートル ISO ハードウェアが指定されていない米国建築基準に基づくプロジェクトに必要です。
• ASTM A307 / A325 / A490: HDG 地上設置鋼構造物に使用される炭素鋼および合金鋼の構造ボルトを管理します。
• ISO 1461 / ASTM A153: 溶融亜鉛めっきファスナーの最小コーティング厚を指定します。これは、HDG アンカー ボルトの腐食寿命を検証するために重要です。
• IEC 61215 / IEC 61730: これらはモジュール規格ですが、ラックや留め具が耐えられるように設計する必要がある機械的負荷条件 (風、雪、雹) を指定することにより、取り付け金具を間接的に管理します。

許可が必要な取り付けの場合は、これらの規格を参照しているボルト供給業者から材料試験報告書 (MTR) または適合証明書を要求してください。 偽のプロパティクラスマーキングがラベル付けされた偽造品または標準以下のファスナーは文書化された問題です 低コストのサプライチェーン - 確立された流通チャネル以外でハードウェアを調達する大規模プロジェクトの場合は、サードパーティの化学組成と硬度の検証が推奨されます。

太陽光発電ボルトを選択するための実践的なチェックリスト

PV プロジェクトのファスナーを指定または調達する場合は、次のチェックリストを使用してください。

1. ラック製造元の設置マニュアルで必要なボルト タイプ (T ヘッド、六角ヘッド、キャリッジ ボルト、またはラグ ボルト) を確認し、技術的な承認なしに異なるヘッド スタイルを代用しないでください。
2. 選択 A4-316 ステンレス 沿岸、海洋、または高湿度の環境向け。 A2-304 ステンレスは内陸の乾燥した気候に使用できます。
3. 指定する A2-70 または A4-70 の最小プロパティ クラス 標準的な屋上システムの場合。強風または高積雪荷重の現場では、構造計算に従って A4-80 にアップグレードしてください。
4. すべてのナットとワッシャーがボルトと同じステンレスグレードであることを確認してください。A2 ボルトと炭素鋼ナットを混合すると、ナットの腐食を促進するガルバニックカップルが発生します。
5. 緩み防止規定を確認してください: パネル クランプとほとんどのレール接続用の nyloc ナット。接地の連続性が必要な場合の鋸歯状フランジ ハードウェア。
6. 許可および保証の目的で、プロジェクト文書とともに適合証明書 (ISO 3506 または ASTM 相当) を取得して提出します。
7. 最終的な締め付けにはインパクト ドライバーではなくトルク レンチを使用し、将来の O&M 検査の参考のために試運転レポートにトルク値を記録してください。