JP2005124381A - 太陽光発電システムおよび該システムに用いる太陽光発電装置 - Google Patents

太陽光発電システムおよび該システムに用いる太陽光発電装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 太陽光を効果的に集光して太陽電池に照射でき、太陽電池の発電効率が低下することのない、単位面積当たりの発電量が大きな太陽光発電システムと該システムに用いる簡単な構造の太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】 両面での発電が可能な太陽電池パネル18を水面上に垂設しているので、水面を乱反射して太陽電池パネル18の両面に入射する光も発電に利用することができる。また、水は、太陽光の赤外線を吸収するとともに、蒸発する際に蒸発潜熱として太陽電池パネル18の熱を奪うので、太陽電池パネル18を水面上に垂設することによって当該パネル18の温度上昇を抑制でき、発電効率が低下するのを防止できる。さらに、太陽電池パネル18を傾斜設置するのに比べて所定の面積の区画12内により多くの太陽電池パネル18を垂設することができ、太陽光発電システム10の単位面積当たりの発電量を増大させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽光を利用した光発電システムおよび該システムに用いる太陽光発電装置に関し、特に太陽光を効果的に集光して太陽電池に照射できる太陽光発電システムおよび該システムに用いる太陽光発電装置に関するものである。
光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池を用いた太陽光発電システムは、無尽蔵な太陽光をエネルギー源として利用することやエミッションフリーであること等から、環境にやさしい発電システムとして脚光を浴びている。
現在、最も普及している太陽光発電システムは、片面受光型の太陽電池パネルを個人住宅の屋根などに傾斜設置するタイプのものであるが、太陽光発電システムの更なる普及促進を目的とした様々な技術が提案されている。
この技術の一つとして、太陽電池パネルの表裏両面で受光した太陽光を電気エネルギーに変換できる両面受光型の太陽電池モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この両面受光型の太陽電池モジュールは、太陽から直接入射する直接光のみならず、空気中の微粒子によって散乱した太陽光(即ち散乱光)をも発電に利用しようとするものである。このような両面受光型の太陽電池パネルを用いれば、表裏両面に同じ光量の太陽光が入射した場合、従来の片面受光型のものに比べて出力電力を最大で２倍程度増加させることができる。
しかしながら、従来の陸置型あるいは屋根設置型の太陽光発電システムでは、裏面側への光の入射について何ら考慮されておらず、太陽電池パネルとして両面受光型のものを用いたとしても、その裏面での発電を効果的に行なうことができないという問題があった。
このような問題を解決し得る技術として、図６に示すように、両面受光型の太陽電池パネル(1)を傾斜設置した太陽光発電システム(2)において、複数個電気的に接続した太陽電池パネル(1)の間に光開口部(3)を設ける技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
光開口部(3)を設けたこの技術によれば、太陽電池パネル(1)の裏面にも(反射した)太陽光を照射させることができ、太陽電池パネル(1)の出力電力すなわち発電量を増大させることができる。
しかしながら、太陽電池パネル(1)を傾斜設置しているので、大きな発電量を得ようと複数の太陽電池パネル(1)を設置する際には、広大な敷地が必要になるという問題があった。また、太陽電池はその温度が上昇すると発電効率が低下するようになるので、太陽電池パネル(1)に冷却装置を取付け、これを冷却しなければならないという問題もあった。
特開２００１−４４４７０号公報（第３−８頁） 特開平１１−３４０４９１号公報（第２−６頁、第１図）
それゆえに、本発明の主たる課題は、太陽光を効果的に集光して太陽電池に照射でき、太陽電池の発電効率が低下することのない、単位面積当たりの発電量が大きな太陽光発電システムと、このような太陽光発電システムに用いる簡単な構造の太陽光発電装置を提供することである。
請求項１に記載した発明は、「水を張った所定の区画(12)の水面上に、両面での発電が可能な太陽電池パネル(18)を垂設した」ことを特徴とする太陽光発電システム(10)である。
この発明の太陽光発電システム(10)では、両面での発電が可能な太陽電池パネル(18)を水面上に垂設しているので、太陽電池パネル(18)に直接入射する太陽光(B1)のみならず、水面を乱反射して太陽電池パネル(18)に入射する光(B2)も発電に利用することができる。
また、水は太陽光の赤外線を吸収して貯熱するので、太陽光が照射される日中、すなわち太陽光発電システム(10)が稼働している間、水面上の気温は陸上に比べて低くなっている。このため、上述のように太陽電池パネル(18)を水面上に垂設することによって太陽電池パネル(18)の温度上昇を抑えることができ、これにより太陽電池パネル(18)の温度上昇に伴う発電効率の低下を防止することができる。
さらに、例え太陽光の照射によって太陽電池パネル(18)が加熱された場合であっても、太陽電池パネル(18)の熱は、近傍の水が蒸発する際の蒸発潜熱として奪われるので、太陽電池パネル(18)の温度上昇を抑えることができ、太陽電池の発電効率の低下を防止することができる。
そして、太陽電池パネル(18)を傾斜設置するのに比べて太陽電池パネル(18)１枚あたりの設置面積を小さくすることができるので、所定の面積の区画(12)内に(傾斜設置するよりも)より多くの太陽電池パネル(18)を垂設することができ、太陽光発電システム(10)の単位面積当たりの発電量を増大させることができる。
請求項２に記載した発明は、「水を張った所定の区画(12)内に設置される太陽光発電装置(14)であって、水中に配置される底板(16a)の上面に脚部(16b)が立設された架台(16)と、脚部(16b)に着脱可能に取付けられ、水面から所定の間隔を開けて垂設される両面での発電が可能な太陽電池パネル(18)とで構成された」ことを特徴とするものである。
請求項１に記載の太陽光発電システム(10)に用いるこの発明の太陽光発電装置(14)では、水中に架台(16)を配置するとともに、この架台(16)の脚部(16b)に太陽電池パネル(18)を取付けるだけで簡単に太陽光発電装置(14)を設置することができる。
また、太陽電池パネル(18)は水面から所定の間隔を開けて垂設されているので、太陽電池パネル(18)の表面側に照射された太陽光の一部(B4)は、この間隔を通って裏面側の水面で乱反射することになる。このため、太陽電池パネル(18)の裏面側にも十分な光を入射させることができ、太陽電池パネル(18)の両面で効率よく発電することができる。
さらに、この発明の太陽光発電装置(14)では、太陽電池パネル(18)が脚部(16b)を介して水に接触しているので、太陽光の照射によって太陽電池パネル(18)が加熱されたとしても、太陽電池パネル(18)の熱が上述した蒸発潜熱として奪われるだけでなく、脚部(16b)を介して水中に伝達されるので、太陽電池パネル(18)をより効果的に冷却することができる。したがって、冷却装置などを設置しなくとも、太陽電池の発電効率の低下を防止することができ、太陽光発電装置(14)を簡単な構造にすることができる。
請求項３に記載した発明は、請求項２に記載の太陽光発電装置(14)において「底板(16a)の上面に、水中へと透過した太陽光を反射させる反射部材(20)が取着されている」ことを特徴とするもので、これにより、水面で反射されずに水中へと透過した光を太陽電池パネル(18)に向けて反射させることができ、水中へと透過した光も発電に利用することができる。
請求項４に記載した発明は、請求項２に記載の太陽光発電装置(14)において「底板(16a)の上面に、水中へと透過した太陽光を受光する太陽電池モジュール(26)が取着されている」ことを特徴とするもので、これにより、水面で反射されずに水中へと透過した光を太陽電池モジュール(26)で直接発電に利用することができる。
請求項１に記載した発明によれば、両面での発電が可能な太陽電池パネルを水面上に垂設しているので、太陽電池パネルに直接入射する太陽光のみならず、水面を乱反射して太陽電池パネルに入射する光も発電に利用することができ、また、太陽電池パネルを傾斜設置するのに比べて太陽光発電システムの単位面積当たりの発電量を増大させることができる。さらに、太陽光の赤外線は水に吸収され、水面上では日中の気温が低くなっていることや、太陽電池パネルの熱は近傍の水が蒸発する際の蒸発潜熱として奪われることから、太陽電池パネルの温度上昇を抑えることができ、太陽電池の発電効率が低下するのを防止することができる。
請求項２に記載した発明によれば、水中に架台を配設し、架台の脚部に太陽電池パネルを取付けるだけで簡単に太陽光発電装置を設置することができる。また、太陽電池パネルは水面から所定の間隔を開けて垂設されているので、太陽電池パネルの裏面側にも十分な光を入射させることができ、太陽電池パネルの両面で効率よく発電することができる。さらに、太陽電池パネルが脚部を介して水に接触しているので、太陽電池パネルをより効果的に冷却することができ、太陽電池の発電効率の低下を防止することができる。したがって、冷却装置などが不要となり、太陽光発電装置を簡単な構造にすることができる。
請求項３および４に記載した発明によれば、水中へと透過した太陽光でさえも発電に利用することが可能となり、太陽光を無駄なく発電に利用することができる。
したがって、太陽光を効果的に集光して太陽電池に照射でき、太陽電池の発電効率が低下することのない、単位面積当たりの発電量が大きな太陽光発電システムと、このようなシステムに用いる簡単な構造の太陽光発電装置とを提供することができる。
図１に示すこの発明の一実施例の太陽光発電システム(10)は、太陽光を利用して発電するためのものであり、水を張った所定の区画(12)と当該区画(12)に配設された複数の太陽光発電装置(14)とで構成されている。
ここで、水を張った区画(12)とは、本発明の太陽光発電システム(10)を設置するため特に設けられる水槽のみならず、休耕田やシーズンオフの間利用されることのない休業中の屋外プールなどであってもよい。つまり、濁りの少ない水を所定の高さまで張ることができる場所であればどのような場所であっても「水を張った区画(12)」として利用することができる。なお、休耕田や休業中の屋外プールに本発明の太陽光発電システム(10)を設置すれば、これらの場所を発電施設として利用することが可能となる。
太陽光発電装置(14)は、光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置であり、架台(16)および太陽電池パネル(18)などで構成されている(図２参照)。
架台(16)は、水を張った所定の区画(12)内に配置され、太陽電池パネル(18)を水面上にて垂直に支持するためのものであり、アルミニウムやステンレスなどの耐錆性金属あるいは合成樹脂など耐候性と機械的強度とを有する板材からなる底板(16a)と、この底板(16a)の上面に立設され、区画(12)内に水を張った際、その先端が水面より上方に突出する筒状の脚部(16b)とを有する。
また、この架台(16)の底板(16a)上面には、水中へと透過した太陽光を反射させる反射部材(20)が取着されている。
太陽電池パネル(18)は、太陽電池アレイ(18a)と、この太陽電池アレイ(18a)の周囲を覆ってこれを支持するフレーム(18b)とで構成されている。
太陽電池アレイ(18a)は、表裏両面に入射する太陽光によって直流の電気を発生させる両面受光型の太陽電池モジュールを電気的に複数接続したものである。ここで、両面受光型太陽電池モジュールとは、ｐ型ソーラーグレードＳｉからなる基板の表面にｐｎ接合を形成するとともに、その裏面にボロン拡散により裏面電界構造(ＢＳＦ)を形成することによって表裏両面での発電を可能とした両面受光型の太陽電池セルを直列あるいは並列に複数接続したものである。
フレーム(18b)は、アルミニウムやステンレスなどの耐錆性金属あるいは合成樹脂などの耐候性と機械的強度とを有する材料からなる矩形の枠部材である。このフレーム(18b)の下辺部には、上述した脚部(16b)に対応する位置に、当該脚部(16b)に嵌合する大きさの外径を持ち下方に向けて延ばされたロッド(18c)が形成されている。また、フレーム(18b)の側辺部には、太陽電池アレイ(18a)の端子を収めた端子ボックス(22)が取付けられるとともに、この端子ボックス(22)には、太陽電池アレイ(18a)で発電した電気を取出すための電気ケーブル(24)の一端が接続されている。
次に、本発明の太陽光発電装置(14)を組み立てて太陽光発電システム(10)を構築する方法について説明する。
本発明の太陽光発電システム(10)を構築する際には、まず、当該システム(10)を構成する区画(12)内の所定位置に、複数の架台(16)を配置する。続いて、これらの架台(16)の脚部(16b)に、各架台(16)に対応する太陽電池パネル(18)のロッド(18c)を嵌入する。これにより、太陽光発電装置(14)の組み立てが完了し、太陽電池パネル(18)が区画(12)内の所定位置に垂設されることとなる。そして、太陽電池パネル(18)の端子ボックス(22)内の端子に電気ケーブル(24)を取付け、区画(12)内に配設した複数の太陽電池パネル(18)を直列あるいは並列に接続するとともに、区画(12)内の所定の高さまで水を張る。これにより、太陽光発電システム(10)の構築が完了する。
なお、区画(12)内に太陽光発電装置(14)を配置する際には、図３に示すように、太陽光発電装置(14)の太陽電池パネル(18)が格子状となるように配置するのが好ましい。太陽電池パネル(18)をこのように配置することによって、時間とともに太陽の位置が変わったとしても、あらゆる方向から照射される太陽光を効果的に発電に利用することができるからである。
また、図１に示すように、区間(12)内の所定の高さまで水を張った際、その水面と太陽電池パネル(18)の下面との間には所定の間隔の隙間が形成されている。
次に、本発明の太陽光発電システム(10)の作用について説明する。図４に示すように、太陽光発電システム(10)に太陽光が照射されると、その一部(B1)は太陽光発電装置(14)の太陽電池パネル(18)に直接入射し電気エネルギーに変換される。一方、太陽電池パネル(18)に直接入射されなかった光(B2)は水面で乱反射した後、太陽電池パネル(18)に入射して電気エネルギーに変換される。
また、太陽電池パネル(18)に入射した光のうち太陽電池パネル(18)表面で反射した光(B3)は、対面するように配置された隣の太陽電池パネル(18)の裏面に与えられる。本発明の太陽電池パネル(18)では、その両面で発電が可能なことから、太陽電池パネル(18)表面で反射した光(B3)は対面する太陽電池パネル(18)の裏面で電気エネルギーに変換される。
さらに、太陽電池パネル(18)は水面から所定の間隔を開けて垂設されているので、太陽電池パネル(18)表面側に照射された太陽光の一部(B4)は、この間隔を通って裏面側の水面で乱反射することになる。このため、太陽電池パネル(18)の裏側にも十分な光を入射させることができる。
そして、水面で乱反射せず、水中へと入射した光(B5)は、反射部材(20)に当たって反射し太陽電池パネル(18)へと与えられる。したがって、水中へと入射した光(B5)も発電に利用することができる。
なお、本発明の太陽光発電装置(14)では、太陽電池パネル(18)として両面での発電が可能なものを使用しているので、いわゆる散乱光(B6)も当然発電に利用することができる。
一方、水面に照射される太陽光のうち赤外線は区画(12)内の水によって吸収され、その熱が水に貯熱されるので、太陽光が照射される日中、すなわち太陽光発電システム(10)が稼働している間、水面上の気温は陸上に比べて低くなっている。このように、陸上より気温が低い水面上に太陽電池パネル(18)を垂設することによって、太陽電池パネル(18)の温度上昇を抑えることができ、太陽電池パネル(18)の温度上昇に伴う発電効率の低下を防止することができる。
なお、かかる場合であっても、太陽光の下で長時間発電を行なうと、太陽電池パネル(18)に直接入射される太陽光(B1)中の赤外線などによって太陽電池パネル(18)が加熱され、太陽電池の発電効率が低下するようになる。しかしながら、本発明の太陽光発電装置(14)では、太陽電池パネル(18)を水面上に垂設しているので、太陽電池パネル(18)の熱は、近傍の水が蒸発する際の蒸発潜熱として奪われるとともに、ロッド(18c)を嵌入した脚部(16b)を介して水中へと伝達される。このため、太陽電池パネル(18)の温度上昇を抑えることができ、太陽電池の発電効率の低下を防止することができる。
この実施例の太陽光発電システム(10)によれば、太陽光を効果的に集光して太陽電池パネル(18)に照射できるとともに、太陽電池パネル(18)の温度上昇に伴う太陽電池の発電効率の低下を防止することができる。
また、所定の区画(12)内に太陽電池パネル(18)を垂設しているので、太陽電池パネル(18)を傾斜設置するのに比べて単位面積当たりの太陽電池パネル(18)の設置数を増やすことができ、太陽光発電システム(10)の単位面積当たりの発電量を増大させることができる。ここで、単位面積当たりの太陽電池パネル(18)設置数を増やすと、太陽電池パネル(18)裏面に生じる影が他の太陽電池パネル(18)表面にかかり、太陽光の入射を妨げるようになるが、本発明の太陽光発電システム(10)では、上述したように水面を乱反射する光が太陽電池パネル(18)の両面に入射されるので、たとえ太陽電池パネル(18)に他の太陽電池パネル(18)の影がかかったとしても、影がかかった部分に水面を乱反射した光が入射される。したがって、発電効率が低下すことにはならず、太陽電池パネル(18)の設置数を増やすことによって単位面積当たりの発電量を増大させることができる。
なお、上述の実施例では、架台(16)の底板(16a)上面に反射部材(20)を取着した例を示したが、この反射部材(20)にかえて、図５に示すように、少なくとも片面での発電が可能な太陽電池モジュール(26)を取着するようにしてもよい。このような太陽電池モジュール(26)を取着することによって、水面で反射されずに水中へと入射した光(B5)を直接発電に利用することができる。
また、太陽電池パネル(18)を構成する太陽電池アレイ(18a)として両面受光型のものを用いる例を示したが、これに換えて２枚の片面受光型太陽電池アレイを受光面が外側を向くように重ね合わせフレーム(18b)に固定するようにしてもよい。つまり、太陽電池パネル(18)がその両面で発電できるような態様であれば、使用する太陽電池アレイ(18a)は如何なるものであってもよい。
さらに、上述の実施例では、水を張る区画(12)内に架台(16)を直接配設する例を示したが、この区画(12)が休耕田である場合には、この区画(12)内に架台(16)を配設する前に、例えばフラッシュ紡糸不織布や微多孔フィルムなどのように透湿防水性と可撓性とを有するシート部材(図示せず)等で休耕田の表面を覆うようにしてもよい。このようなシート部材で休耕田の表面を覆うことによって、水の太陽光反射機能を阻害する土砂が区画(12)内に流入・堆積するのを防止できるとともに、休耕田の土が受けるダメージをより小さくすることができるので、太陽光発電装置(14)を撤去して休耕田を耕作に再利用する際、すぐに元の田圃に戻すことができる。
本発明の一実施例の太陽光発電システムを示す正面図である。 本発明の一実施例の太陽光発電装置を示す斜視図である。 本発明の一実施例の太陽光発電システムを示す上面図である。 本発明の一実施例の太陽光発電システムの作用を示す説明図である。 本発明の他の実施例の太陽光発電装置を示す斜視図である。 従来の太陽光発電システムを示す斜視図である。
符号の説明
(10)…太陽光発電システム
(12)…区画
(14)…太陽光発電装置
(16)…架台
(16a)…底板
(16b)…脚部
(18)…太陽電池パネル
(18a)…太陽電池アレイ
(18b)…フレーム
(18c)…ロッド
(20)…反射部材
(22)…端子ボックス
(24)…電気ケーブル
(26)…太陽電池モジュール
(B1)〜(B6)…太陽光

Claims (4)

  1. 水を張った所定の区画の水面上に、両面での発電が可能な太陽電池パネルを垂設したことを特徴とする太陽光発電システム。
  2. 水を張った所定の区画内に設置される太陽光発電装置であって、
    水中に配置される底板の上面に脚部が立設された架台と、
    前記脚部に着脱可能に取付けられ、水面から所定の間隔を開けて垂設される両面での発電が可能な太陽電池パネルとで構成されたことを特徴とする太陽光発電装置。
  3. 前記底板の上面に、水中へと透過した太陽光を反射させる反射部材が取着されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電装置。
  4. 前記底板の上面に、水中へと透過した太陽光を受光する太陽電池モジュールが取着されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電装置。
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