JP2005101057A - 太陽電池設置システム - Google Patents

Abstract

【課題】 通常デッドスペースとなっている場所を太陽光発電設備の設置場所として効果的に利用することにより十分な電力を供給することが可能な太陽電池の設置システムを提供する。
【解決手段】 軌道内において２本のレール６の間に太陽光発電が可能な太陽電池モジュール３を路盤７上に敷設する。太陽電池モジュール３の受光側表面において太陽電池モジュール３を保護するための強化ガラス２を設け、強化ガラス２によって被覆されるような構造としている。また、レール６と並行に太陽電池モジュール３を支持する架台５Ａ，５Ｂを設けている。この架台５Ａ，５Ｂと太陽電池モジュール３との間に路盤から受ける振動を抑制するためのいわゆる免震装置４が介されて設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、大規模な太陽光発電における太陽電池モジュールの設置システムに関する。

近年、地球環境対策の観点から各種エネルギ利用の見直しが図られ、有害物質を出さないクリーンなエネルギ供給源の代表として特に太陽エネルギを利用する太陽電池が期待されている。これに伴い、住宅用太陽光発電システムをはじめ太陽電池発電利用各種関連商品の普及促進が始まっている。太陽光発電設備は、入力エネルギの密度が低いため、十分な電力を供給するためには広い面積を必要とするので、この面積確保が太陽電池モジュールの普及のネックの１つになっていた。

この点に関連して、特開２００１−２９８２０５号公報および特開２００１−３５８３５６号公報においては、鉄道関連施設への設置、具体的には駅ホームの屋根等のスペースを用いて、太陽エネルギを利用する構造物が開示されている。
特開２００１−２９８２０５号公報 特開２００１−３５８３５６号公報

しかしながら、上述したように、太陽光発電設備は、入力エネルギの密度が低いため、特に商業用に用いるような電力を確保するためには相当大きい面積が必要で、且つその設置スペースは、使い方が制限されてしまう。従って、屋根等に設置する場合は必要面積を確保することが困難な上、屋根の働きを兼用させなければならないという制限が加わり、その設置場所が容易に得られないという問題があった。

本発明は、この点を考慮して、通常デッドスペースとなっている場所を太陽光発電設備の設置場所として効果的に利用することを目的としたもので、例えば鉄道用地内の広大なスペースを利用することにより十分な電力を確保することが可能な太陽電池設置システムを提供することを目的とする。

本発明の太陽電池設置システムは、主に列車が通過する鉄道用地内において、軌道周辺に、軌道に沿って路盤上に敷設した太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールが発電した電力の利用を制御する電力制御回路とを備える。

好ましくは、太陽電池モジュールは、軌道内に敷設される。

好ましくは、太陽電池モジュールは、所定角度の勾配を有して敷設される。

好ましくは、路盤から太陽電池モジュールが受ける振動を抑制するための免振装置をさらに備える。

好ましくは、電力制御回路は、鉄道用地内に設けられている電気系統と電気的に接続されて太陽電池モジュールで発電した電力を送電するための電力送電回路を含む。

特に、電力送電回路は、太陽電池モジュールで発電した直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータを有する。

好ましくは、軌道に沿って、複数個の太陽電池モジュールが設けられ、各太陽電池モジュールで発電した電力量を管理する管理システムをさらに備える。

特に、管理システムは、軌道内の情報を取得するための情報取得部を含み、情報取得部は、軌道内に敷設される太陽電池モジュールの発電した電力量と、所定期間経過後の太陽電池モジュールの発電した電力量とを比較し、比較結果に基づいて情報を取得する。

特に、情報は、軌道内において走行する鉄道車両の位置情報である。

特に、情報は、軌道内に存在している物体の位置情報である。

好ましくは、太陽電池モジュールは、太陽光を受光して発電する発電部と、外部からの指示に応答して発電部にバイアス電圧を印加して発熱させるためのバイアス電圧制御部とを含む。

特に、軌道の方向を切替える切換ポイント付近および特定の電気施設があるポイント付近の少なくとも一方に太陽電池モジュールを敷設する。

太陽電池モジュールの設置スペースを大量に確保することが容易となり、十分な発電能力を有する発電設備の構築が可能になる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に従う太陽電池設置システムの概略構成図である。

図１を参照して、軌道内において２本のレール６が示されている。このレール６の間に太陽光発電が可能な太陽電池モジュール３を路盤７上に敷設する。

具体的には、太陽電池モジュール３の受光側表面において太陽電池モジュール３を保護するための強化ガラス２を設け、強化ガラス２によって被覆されるような構造としている。また、レール６と並行に太陽電池モジュール３を支持する架台５Ａ，５Ｂを設けている。この架台５Ａ，５Ｂと太陽電池モジュール３との間に路盤から受ける振動を抑制するためのいわゆる免震装置４が介されて設けられている。この免震装置４は、鉄道車両がレールを走行することにより生じる路盤からの震動を抑制して太陽電池モジュールを保護するために設けられるものである。なお、免震装置４としては、例えば弾性と減衰性能を備えた樹脂あるいはゴムもしくはそれらを組み合わせた材料を用いて成型することも可能である。一例として、超高減衰ゴムやＡＢＳ樹脂等を挙げることができる。あるいは、免震機能を有する材料で成型された免震装置のみならず機構的制御により実現することも可能である。なお、本例においては、図示しないが軌道周辺で作業を行なう作業員の滑り止め防止のために強化ガラス２の表面にエンボス加工を施すことも可能である。

また、特に、このレール６間の軌道内においては、鉄道車両が走行する経路であるため、鉄道車両との接触を防止するために太陽電池モジュール３およびそれを被覆する強化ガラス２は、鉄道車両の下方に敷設する必要がある。なお、以下においては、太陽電池モジュール３および強化ガラス２および免震装置４を一体として太陽電池ユニット１とも称することとする。

図２は、太陽電池ユニットを鉄道用地内一体に敷設した概念図である。

図２に示されるように、レール６間の軌道内のみならずレール６に近接する軌道周辺一体に太陽電池ユニット１を敷設することが可能である。本例においては、軌道内に設けられた太陽電池ユニット１Ａおよび１Ｃと、レール６に近接する軌道周辺に設けられた太陽電池ユニット１Ｂおよび１Ｄとが示されている。なお、ここでは、所定面積（所定領域）の複数個の太陽電池ユニットが軌道に沿って複数列に渡って敷設されているが、それらを包括して太陽電池ユニット１Ａ〜１Ｄとして標記している。以下においても同様である。

本実施の形態に従う太陽電池設置システムにより、従来太陽電池普及のネックの１つであった太陽電池モジュールの設置スペースを大量に確保することが容易になり、十分な発電能力を有する発電設備の構築が可能になる。また軌道に沿って敷設することが可能であるため空間効率を高め、効率的に太陽電池モジュールを敷設することができる。また、従来レール間の軌道内もしくはレール近傍の軌道周辺においては石やコンクリートによりその付近が形成されていたが、本実施の形態１のように太陽電池モジュールを敷設することにより外観上の景観もよくなる。

なお、本実施の形態は、レールが複数本ある鉄道用地内に限られず１本のレールを走るモノレールやレールを必要としないいわゆる超電導磁気浮上式リニアモーターカー等が走行する鉄道用地内にも適用可能である。さらには、公共の鉄道車両に限らず、遊戯施設等に設けられるコースターや遊戯鉄道車両用地内にも適用可能である。

（実施の形態１の変形例）
図３は、本発明の実施の形態１の変形例に従う太陽電池設置システムの外観構成図である。

図３を参照して、本例においては、太陽電池ユニット１に路盤７を水平面とした場合に所定角度の勾配を有するように配置した構成である。

具体的には、図１の構成においては、太陽電池ユニット１を支持する架台５Ａ，５Ｂの高さを調整することにより勾配の角度を設定することができる。

本構成により、太陽光の入射角度を考慮して、最も発電効率の高い所定角度に設定することにより、さらに太陽光発電の発電能力を向上して、発電量を上げることができる。

（実施の形態２）
上記の実施の形態１においては、鉄道用地内に太陽電池ユニットを敷設する太陽電池設置システムについて説明したが、本実施の形態２においては実施の形態１で発電した電力を有効に利用することが可能な太陽電池設置システムについて説明する。

図４は、本発明の実施の形態２に従う太陽電池設置システムの概略構成図である。

図４を参照して、本例においては、各太陽電池ユニット１Ａ〜１Ｄが発電した電力の供給を受けるとともに、鉄道用地内に設けられている種々の電気系統に対し電力を送電するための電力送電回路８と、各太陽電池ユニット１Ａ〜１Ｄが発電した直流の発電電圧を交流の電圧に変換するインバータ１２とをさらに設ける。ここで、電力送電回路８およびインバータ１２は、太陽電池ユニット１Ａ〜１Ｄが発電した電力の利用を制御する電力制御回路を構成する。

図４において、鉄道周辺施設に対して商用交流電力を供給する電柱線１１が配置されている。電力送電回路８は、電柱線の電気系統と電気的に結合されたインバータ１２に各太陽電池ユニット１Ａ〜１Ｄが発電した発電電圧を送電する。これにより、発電電圧を交流の電圧に変換して、電柱線に発電した電力を供給することができる。

また、鉄道車両の電力供給用に用いる架線１０に対して電力送電回路８は発電した発電電圧を送電することもできる。図４においては、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ９を介して架線１０に電力が供給される構成が示されている。なお、本例においては、架線１０に流れる電圧は交流電圧である場合を想定して説明しているが、架線１０を流れる電圧が直流電圧である場合には、インバータ９を介することなく電気的に接続することにより架線に電力を供給することもできる。また、供給する電圧レベルを調整するために昇圧もしくは降圧するためのコンバータを架線１０や電柱線１１と電力送電回路８との間に配置することも可能である。

本実施の形態２に従う、太陽電池設置システムにより太陽電池ユニットから発電した電力を電柱線と電気的に結合して売電して電力を供給することが可能であり、電力会社が有する発電施設の電力不足の需要に備えることができる。また、鉄道車両用の架線１０に電力を供給することができるため、鉄道関連設備全般に電力を供給することが可能となり、経済性も向上する。

なお、本実施の形態に従う太陽電池設置システムを構成する所定面積（所定領域）の太陽電池ユニットの発電量としては、たとえば縦幅および横幅がそれぞれ約９０ｃｍおよび１．５ｍを受光面とした場合に約３０Ｖ〜４０Ｖの電圧が生じ、約１５０Ｗの電力を発電することが可能である。

たとえば、鉄道車両の電力供給用に用いられる架線１０に直流電圧６０００Ｖが流れる場合には、２００個程度の太陽電池ユニットを直列に設けることにより供給することが可能であり、仕様に応じてこれらの個数を設けることが可能である。さらに、通常の一般家庭の手前の電柱線に電力を供給する場合、一般に発電所から供給される電圧が変電所で変圧されて通常約６．６ｋＶとなっているため２２０個程度の太陽電池ユニットを直列に設け、インバータを介して電柱線と接続することにより必要な電力を供給することも可能である。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３においては、太陽電池ユニットの敷設によって種々の情報を得ることが可能な太陽電池設置システムについて説明する。

図５は、本発明の実施の形態３に従う太陽電池設置システムの模式図である。

図５を参照して、本例においては、電力送電回路８と、電力管理システム１３とがケーブル１４を用いて電気的に結合され、電力送電回路８に供給される各太陽電池ユニット１Ａ〜１Ｄが発電した電力量等の電力情報がケーブル１４を介して電力管理システム１３に伝達される。

図６は、本発明の実施の形態３に従う電力管理システム１３の管理部１５の概念図である。

図６を参照して、管理部１５は、各太陽電池ユニット１Ａ〜１Ｄが発電した発電量のデータを受けて更新し、制御部１６にその発電量のデータを伝達する発電量管理部１７と、太陽電池ユニット１Ａ〜１Ｄを敷設した地域情報等を記憶する地域情報管理データベース１８と、発電量管理部１７および地域情報管理データベース１８から情報を取得して、解析して種々の情報を伝達する制御部１６と、制御部１６からの情報を表示する表示部１９とを含む。なお、管理部１５で管理する発電量のデータとしては、複数個の太陽電池ユニットの発電量に関して、一例として１つずつの太陽電池ユニットの発電量を管理する場合について説明するがこれに限られず、所定個ずつの太陽電池ユニット群毎に発電量を管理することも可能である。例えば、電車の車両の長さに基づいて１単位の管理する太陽電池ユニットの個数を設定することも可能である。

図７は、本発明の実施の形態３に従う制御部１６の管理動作について説明するフローチャート図である。

図６，７を参照して、制御部１６は、発電量管理部１７から更新される発電量のデータを所得する（ステップＳ１）。

次に、制御部１６は、更新される前の発電量のデータと更新後の発電量のデータとの間に所定量以上の発電量の差があるかどうかを判別する（ステップＳ２）。差がない場合には、状況が変化していないため状況が変化するまでステップＳ２で待機する。

制御部１６は、発電量の差がある場合には、所定期間経過後においても、上述の更新前の発電量に近い発電量が発電されるかどうかを判別する（ステップＳ３）。

制御部１６は、所定期間後において、上述の更新前の発電量に近い発電量が発電される
場合には、軌道内を物体が移動していると検知する（ステップＳ４）。

次に、制御部１６は、地域情報管理データベース１８から発電量の差が生じている地域情報を取得する（ステップＳ５）。そして、制御部１６は、地域情報に基づいて表示部１９に鉄道車両等の位置情報の出力を指示する（ステップＳ６）。

一方、ステップＳ３において、所定期間後においても、上述の更新前の発電量に近い発電量が発電されない場合には、軌道内に物体が停止していると検知する（ステップＳ７）。

次に制御部１６は、地域情報管理データベース１８から発電量の差が生じている地域情報を取得する（ステップＳ８）。そして、制御部１６は、地域情報に基づいて表示部１９に異常を生じさせた物体の位置情報の出力を指示する（ステップＳ９）。

図８は、軌道内を走行する鉄道車両の位置情報の検出を説明する図である。

図８に示されるように、鉄道車両７１は、軌道内に敷設された太陽電池ユニット１の上を走行する。したがって、走行部分の発電量に関しては、走行前の発電量と走行中の発電量とは異なる。制御部１６は、ステップＳ２において所定量以上の発電量の差があると検出し、次のステップＳ３に進む。次に、ステップＳ３において走行後すなわち所定期間経過後においては、また再び走行前に近い発電量が検出される。したがって、次のステップＳ４に進み物体の移動すなわち鉄道車両の移動が検知され、鉄道車両の位置情報を検出することができる。

図９，１０は、軌道内に物体が停止している場合の位置情報の検出を説明する図である。

図９に示されるように遮断機１１，１２の間の軌道内に車両７２が停止している。したがって、軌道内の車両が停止している部分に関しては、停止前の発電量と停止中の発電量とは異なる。制御部１６は、ステップＳ２において所定量以上の発電量の差があると検出し、次のステップＳ３に進む。次に、ステップＳ３において、上述の所定期間経過後においても、発電量は元の状態に変化せず、減少した状態を維持し続ける。したがって、ステップＳ７に進み物体の停止が検知され、異常を生じさせる物体の位置情報を検出することができる。これにより、車両除去のために必要な位置情報を外部に伝達することができる。

図１０は、土砂等の障害物７３が偶発的に軌道内に停止している場合について説明する図である。この場合においても、図９で説明したのと同様に、異常を生じさせる物体の位置情報を検出することができる。障害物除去のために必要な位置情報を外部に伝達することができる。

したがって、本発明の実施の形態３に従う太陽電池設置システムの構成により、軌道内に関する鉄道車両および物体の位置情報を取得することができ、交通機関である鉄道の安全性の確保という面で有効である。

（実施の形態４）
本実施の形態４においては、融雪機能有する太陽電池設置システムの構成について説明する。

図１１は、本発明の実施の形態４に従う太陽電池モジュール内の回路構成図である。

図１１を参照して、本発明の実施の形態４に従う太陽電池モジュールは、太陽光を受光して発電する太陽電池パネル５１と、逆流防止ダイオード５２と、負荷５３と、充電用の２次電池５４ａ，５４ｂと、常開接点５５，５６と、常閉接点５７，５８と、常開接点５５，５６および常閉接点５７，５８の開閉制御を実行する融雪制御回路５９と、積雪センサ６０とを含む。

なお、太陽電池モジュールすなわち太陽電池パネルの材料として単結晶シリコンや多結晶シリコン、アモルファス、単結晶化合物、多結晶化合物等があるがいずれの種類についても適用可能である。

本発明の実施の形態４に従う太陽電池モジュールは、通常時においては、常開接点５５，５６は開放され、常閉接点５７，５８を閉じている。この状態で、２次電池５４ａおよおび５４ｂは並列に接続されている。太陽電池パネル５１で発電された直流電流は、逆流防止ダイオード５２を通り、２次電池５４ａ，５４ｂに充電されたり、負荷５３に供給される。

積雪センサ６０は、太陽電池パネル５１の上面に堆積した雪あるいは付着した氷を検出した場合には、融雪制御回路５９に活性化指示する。これに伴い、融雪制御回路５９は、積雪センサ６０からの活性化指示により活性化されて、常開接点５５，５６を閉じ、常閉接点５７および５８を開放する。これにより、逆流防止ダイオード５２がバイパスされるとともに、２次電池電池５４ａ，５４ｂが直列接続になる。これにより、太陽電池パネル５１には、２次電池５４ａの端子電圧に２次電池５４ｂの端子電圧を加えた値の順方向バイパス電圧が印加されることになり、太陽電池パネル５１には、大きい加熱電流が供給される。これに伴い、この加熱電流により太陽電池パネル５１の上面に堆積された雪あるいは付着した氷が融雪される。

非常に積雪量の多い地域において、この融雪機能を有する本構成の太陽電池設置システムを用いることにより、鉄道車両の走行の妨げとなる雪もしくは氷を融雪することができ除雪車両が不要となり、利便性が向上する。

特に、レールを走行する車両の方向（軌道の方向）を切替える切換ポイント付近や、特定の重要な電気施設があるポイント付近に太陽電池パネルを敷設することが可能である。これにより、雪がたまりやすい切換ポイント付近に太陽電池パネルを敷設することにより除雪車両が不要となる。また、特に温度により障害が生じやすい特定の重要な電気施設の付近に太陽電池パネルを敷設することにより温度による障害を抑制することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に従う太陽電池設置システムの概略構成図である。 太陽電池ユニットを鉄道用地内一体に敷設した概念図である。 本発明の実施の形態１の変形例に従う太陽電池設置システムの外観構成図である。 本発明の実施の形態２に従う太陽電池設置システムの概略構成図である。 本発明の実施の形態３に従う太陽電池設置システムの模式図である。 本発明の実施の形態３に従う電力管理システム１３の管理部１５の概念図である。 本発明の実施の形態３に従う制御部１６の管理動作について説明するフローチャート図である。 軌道内を走行する鉄道車両の位置情報の検出を説明する図である。 軌道内に車両が停止している場合の位置情報の検出を説明する図である。 軌道内に障害物が停止している場合の位置情報の検出を説明する図である。 本発明の実施の形態４に従う太陽電池モジュール内の回路構成図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｄ 太陽電池ユニット、２ 強化ガラス、３ 太陽電池モジュール、４ 免震装置、５Ａ，５Ｂ 架台、６ レール、７ 路盤、８ 電力制御回路、９，１２ インバータ、１０ 架線、１１ 電柱線、１３ 電力管理システム、１４ ケーブル、１５ 管理部、１６ 制御部、１７ 発電量管理部、１８ 地域情報管理データベース、１９ 表示部。

Claims (12)

1. 主に列車が通過する鉄道用地内において、軌道周辺に、軌道に沿って路盤上に敷設した太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールが発電した電力の利用を制御する電力制御回路とを備える、太陽電池設置システム。
2. 前記太陽電池モジュールは、軌道内に敷設される、請求項１記載の太陽電池設置システム。
3. 前記太陽電池モジュールは、所定角度の勾配を有して敷設される、請求項１記載の太陽電池設置システム。
4. 路盤から前記太陽電池モジュールが受ける振動を抑制するための免振装置をさらに備える、請求項１、請求項２または請求項３記載の太陽電池設置システム。
5. 前記電力制御回路は、前記鉄道用地内に設けられている電気系統と電気的に接続されて前記太陽電池モジュールで発電した電力を送電するための電力送電回路を含む、請求項１記載の太陽電池設置システム。
6. 前記電力送電回路は、前記太陽電池モジュールで発電した直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータを有する、請求項５記載の太陽電池設置システム。
7. 前記軌道に沿って、複数個の前記太陽電池モジュールが設けられ、
   各前記太陽電池モジュールで発電した電力量を管理する管理システムをさらに備える、請求項１記載の太陽電池設置システム。
8. 前記管理システムは、
   前記軌道内の情報を取得するための情報取得部を含み、
   前記情報取得部は、前記軌道内に敷設される太陽電池モジュールの発電した電力量と、所定期間経過後の前記太陽電池モジュールの発電した電力量とを比較し、比較結果に基づいて前記情報を取得する、請求項７記載の太陽電池設置システム。
9. 前記情報は、前記軌道内において走行する鉄道車両の位置情報である、請求項８記載の太陽電池設置システム。
10. 前記情報は、前記軌道内に存在している物体の位置情報である、請求項８記載の太陽電池設置システム。
11. 前記太陽電池モジュールは、
    太陽光を受光して発電する発電部と、
    外部からの指示に応答して前記発電部にバイアス電圧を印加して発熱させるためのバイアス電圧制御部とを含む、請求項１記載の太陽電池設置システム。
12. 前記軌道の方向を切替える切換ポイント付近および特定の電気施設があるポイント付近の少なくとも一方に前記太陽電池モジュールを敷設する、請求項１１記載の太陽電池設置システム。

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