石炭採掘沈下地域における典型的な太陽光発電支持構造の不均一変形への耐性分析
Analysis of resistance to uneven deformation of typical photovoltaic support in coal mining subsidence area
本研究では、石炭採掘沈下地域における差次的沈下が太陽光発電(PV)支持構造の構造安全性と運用性能に与える影響を評価した。ANSYSを用いて、固定式、水平単軸追尾式、柔軟性PV支持構造の3次元有限要素モデルを開発し、線形勾配沈下を用いて地盤傾斜を表現した。3種類の支持構造の荷重伝達経路、クリティカル箇所、変形適応性を比較した。固定式PV支持構造では、追加の内部応力が主に拘束された柱に集中し、機械的応答は支持構造と沈下勾配の角度および基礎拘束レイアウトの影響を強く受ける。制御クリティカル傾斜は17.5‰から19.2‰の範囲である。水平単軸追尾式PV支持構造では、強度制御クリティカル傾斜は31.8‰、変位制御クリティカル傾斜は17.5‰であるが、駆動システムの許容高さ差により運用制御クリティカル傾斜は2.8‰に制限される。柔軟性PV支持構造では、Q235端部柱が最初に降伏し、その際の制御クリティカル傾斜は18.3‰である。固定式と柔軟性PV支持構造は同等の適応性を示したが、水平単軸追尾式PV支持構造は基礎の水平度と柱間高さの違いに敏感であった。
- ANSYSによる3次元有限要素モデルで、固定式・水平単軸追尾式・柔軟性PV支持構造の3方式を沈下勾配に対する耐性で比較した研究
- 固定式PV支持構造の制御クリティカル傾斜は17.5‰〜19.2‰、追加応力は拘束された柱に集中し、支持構造と沈下勾配の角度や基礎拘束レイアウトに強く依存する
- 水平単軸追尾式は強度制御クリティカル傾斜31.8‰、変位制御17.5‰だが、駆動システムの許容高低差により運用制御クリティカル傾斜は2.8‰に制限され、基礎水平度と柱間高低差に敏感
- 柔軟性PV支持構造はQ235端部柱が最初に降伏し、制御クリティカル傾斜は18.3‰で、固定式と同等の変形適応性を示した
石炭採掘沈下地域という劣悪地盤に太陽光発電(PV)を設置する際の支持構造選定基準を示した研究。追尾式は駆動系の許容高低差により運用上の限界傾斜が2.8‰と固定式・柔軟式(18‰前後)より大幅に厳しく、沈下リスク地域では追尾式の採算・設計余裕が制約される点は、PV設置コストと稼働率に直結する。一方、柔軟性支持構造が固定式と同等の適応性を示したことは、沈下地域・軟弱地盤向けの架台需要と素材(端部柱Q235等)選定に影響しうる。ただし研究段階の数値解析であり、直接の企業業績インパクトは限定的。