JP2005142383A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
複数の太陽電池アレイを限られた敷地に設置して大きな容量の太陽光発電装置を実現する。
【解決手段】
本発明の太陽光発電装置は、複数の両面受光型の太陽電池アレイを水平な用地に並列に設置し、この両面受光型の太陽電池アレイの受光面を水平面に対して８０°から１００°を成す角度で設置して、並列に設置した両面受光型の太陽電池アレイの設置間隔Ｄｄと、両面受光型の太陽電池アレイの長さＬと、設置場所で想定される太陽高度θとが下式、
Ｌ／sinθ≧Ｄｄ≧Ｌ／tanθ
に示す関係を満たしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、両面受光型太陽電池アレイを複数個備えた太陽光発電装置に関し、特に両面受光型太陽電池アレイを垂直かつ並列に設置した太陽光発電装置に関する。

従来技術の片面受光型の太陽電池パネルを設置方法した太陽光発電装置の一例を図２に示す。図２では、太陽電池アレイ１を１２台、最大の発電効率を得るために太陽光が太陽電池パネル面に垂直に入射する様な最適な傾斜角で配置してある。このように従来技術では、太陽電池の発電効率が最大になる様に、可能な限り太陽光が垂直に入射する傾斜角で太陽電池アレイを設置していた。

従って北半球にある日本では、その緯度から、南面向きで水平面に対し傾斜角を約３０度程度の傾斜にして太陽電池パネルを設置しており、例えば、住宅の南面を向いた屋根に太陽電池を設置することが、例えば特許文献１に開示されている。

また、別の従来技術として、特許文献２には、両面受光型の太陽電池パネルを図２と同様に傾斜させて配置し、かつ太陽電池アレイを太陽電池アレイの受光面の長さより長い間隔を空けて配置し、この間隔から入射する光を反射させて太陽電池パネルの裏面に入射させている太陽光発電装置が開示されている。

特開平１１−１９５８０５号公報（図１，図２） 特開平１１−３３０５２３号公報（図１から図６）

前記従来技術では、太陽電池アレイを傾斜角を持たせて配置するので、太陽電池アレイの設置面積の他、別の太陽電池アレイの影の影響を避けるための配置間隔を得るための敷地面積が必要となり、複数の太陽電池アレイを設置した、大容量の太陽光発電システムでは、広い敷地面積が必要になる。

本発明の目的は、複数の太陽電池アレイを限られた敷地に設置して大きな容量の太陽光発電装置を実現することである。

本発明の太陽光発電装置は、複数の両面受光型の太陽電池アレイを水平な用地に並列設置し、この太陽電池アレイの受光面を水平面に対して８０°から１００°を成す角度で設置し、並列に設置した太陽電池アレイの設置間隔Ｄｄと、太陽電池アレイの長さＬと、設置場所で想定される太陽高度θとが下式、
Ｌ／sinθ≧Ｄｄ≧Ｌ／tanθ
に示す関係を満たしている。

また、本発明の太陽光発電装置は、複数の両面受光型の太陽電池アレイを斜面に並列設置し、この太陽電池アレイの受光面が水平面に対して８０°から１００°を成す角度で設置されていて、太陽電池アレイの設置間隔Ｄｄ′と、太陽電池アレイの長さＬと、設置場所で想定される太陽高度θと、斜面の傾斜βとが下式、
Ｌ／（sinθ＋tanβcosθ）≧Ｄｄ′≧Ｌ／（tanθ＋tanβ）
に示す関係を満たしている。

土地あるいは建造物の上部等、太陽電池アレイを設置するスペースに制限がある場合、両面受光型太陽電池を垂直かつ特定の関係式を満たすように並列に配置することにより小さな設置面積で大きな容量の太陽光発電システムを実現できる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施例の太陽光発電装置の両面受光型の太陽電池アレイ２の配置を示す。本実施例では、図１に示すように、水平な地表に対し垂直に設置した３個の両面受光型の太陽電池アレイ２を４列、合計１２台設置した例を示すが、これだけに限定されない。図１でＷは太陽光発電装置を設置する用地全体の幅を、Ｄは奥行きを表す。なお本実施例で垂直とは、水平面に対して９０°±１０°の角度範囲、好ましくは９０°±５°の角度範囲であって、この角度範囲であれば設置した両面受光型の太陽電池アレイの出力が実質的に同じと見なせる。

図３は、従来技術の太陽光発電装置で、太陽電池アレイ１を傾斜角αｓで配置した場合の説明図である。図３では、入射角度θ°の太陽光を、長さＬの太陽電池アレイ１の受光面に垂直に受光している場合を示す。図３に示すように、太陽電池アレイ１の配置間隔Ｄｓは、太陽電池アレイ１の設置長さＡｓと太陽電池アレイ１の影長さＢｓとを加えた距離より長くして、太陽電池パネルが前方の太陽電池アレイの影に入らないように設定している。具体的には、太陽電池アレイ１の配置間隔Ｄｓは（数１）式のようになる。

Ｄｓ＝Ｌ／sinθ …（数１）
例えば日射光３の入射角度が６０°の場合には、
Ｄｓ＝Ｌ／sin６０°＝１.１５４Ｌ …（数２）
となる。

図４は本実施例の太陽光発電装置の両面受光型の太陽電池アレイ２を垂直に配置した場合の配置間隔Ｄｄを説明する図である。図４でＬは太陽電池アレイの長さであって、設置場所の地表を基点に太陽電池アレイに沿って太陽電池アレイの高さ方向に測った長さである。太陽電池アレイ２を図４のように垂直に設置すると、日射光３の受光角度が太陽電池アレイ面に対して垂直では無くなるので、片面受光型の太陽電池アレイでは太陽電池の発電効率が低下する。しかし、本実施例では、両面受光型の太陽電池パネルを垂直設置しているので、裏面も散乱光や反射光４を受光して発電でき、垂直設置で低下する発電量を補うことができる。特に、太陽電池パネルの表面のガラスの反射率が大きい場合には、このガラスの反射光で並列に設置した太陽電池アレイ２の裏面側の発電量が増える。

本実施例では垂直設置した太陽電池アレイ２自体の設置面積は、太陽電池アレイ長さＬに対し微小であり無視できるので、太陽電池アレイの配置間隔Ｄｄは太陽電池アレイの影の長さＢｄより大きくすれば良い。ここで、太陽光の入射角θ°のときの太陽電池アレイの影の長さＢｄは（数３）式のようになる。

Ｂｄ＝Ｌ／tanθ …（数３）
従って、この影に入らないようにするためには、太陽電池アレイ２の配置間隔Ｄｄを
（数４）式に示すようにすればよい。

Ｄｄ≧Ｂｄ＝Ｌ／tanθ …（数４）
図３の場合と同様に、例えば、日射光３の入射角度が６０°の場合には、太陽電池アレイ２の配置間隔Ｄｄは
Ｄｄ≧Ｂｄ＝Ｌ／tan６０°＝０.５７７Ｌ …（数５）
とすればよい。

本実施例では、図３の太陽電池アレイ１の配置間隔Ｄｓより狭い間隔でＤｄで太陽電池アレイ２を配置するので、（数６）式に示す関係にする。

Ｄｓ≧Ｄｄ …（数６）
結局、（数４）式と（数６）式とから、本実施例では、太陽電池アレイ２の配置間隔
Ｄｄは、
Ｄｓ≧Ｄｄ≧Ｂｄ …（数７）
とすれば良く、この（数７）式は（数１）式と（数４）式とを用いて
Ｌ／sinθ≧Ｄｄ≧Ｌ／tanθ …（数８）
と表現できる。

ここで、日射光３の入射角度が６０°の場合では図３に示す配置と図４に示す本実施例とでは、（数１）式と（数４）式とから
Ｄｄ／Ｄｓ＝０.５７７Ｌ／１.１５４Ｌ＝０.５ …（数９）
となり、本実施例では配置間隔Ｄｓが１／２で済む。本配置間隔は当然ながら複数の太陽電池アレイ２を図４に示すように並列に配置される場合に必要なスペースであり、図１に示すように太陽電池アレイ２の列を並行して多数設置する場合には、その設置面積の差が大きくなる。

このように本実施例では複数の太陽電池アレイを並行して設置する場合のスペースを大きく縮小すると共に、太陽電池の発電効率を低下させない太陽光発電システムを実現できる。

上記の説明では、日射光３の入射角度が６０°で太陽電池アレイが南を向いている場合を例に説明したが、日射光３の入射角度θは期待する発電量と太陽電池アレイの設置コストおよびスペースとのバランスから定めればよい。太陽高度は時々刻々変化するので、入射角θを設置地点の冬至の時の午前９時から午後３時までは影の影響が出ないような角度に設置して一年間を通して十分な発電量を得るようにしても良いし、入射角θを設置地点の夏至の時の午前９時から午後３時までは影の影響が出ないような角度に設置し、夏場のエアコンの動作時間帯に十分な電力が発電できるように設定しても良い。

なお、太陽電池の南向き設置の場合は南中高度を入射角度θとすることが考えられるが両面受光型太陽電池を垂直に設置すると、設置方位に関係なく年間発電量がほぼ一定になるので、設置方位に従った太陽高度から入射角度θ°を想定して、太陽電池アレイの配置間隔を上記の（数８）式のように決定してもよい。

本実施例は、垂直に設置した両面受光型太陽電池アレイを図６に示すように角度β°の傾斜地に設置した他は実施例１と同様である。

図５は、従来技術の太陽電池アレイ１を角度β°の傾斜地に設置し、入射角度θ°の太陽光を、長さＬの太陽電池アレイ１の受光面に垂直に受光している場合を示す。ここで、傾斜地の斜面の傾斜β°は、太陽電池アレイ１の長手方向に直行する方向の傾斜で、例えば図１の奥行きＤを示す矢印の方向の傾斜である。

図５に示すように、太陽電池アレイ１の水平方向の配置間隔Ｄｓ′は、図３と同様にして、太陽電池パネルが前方の太陽電池アレイ１の影に入らないように設定している。具体的には、図５に示すように、太陽電池アレイ１の配置間隔Ｄｓ′は（数１０）式と（数１１）式とに示す関係がある。

Ｌ＝（Ｄｓ′＋ｄ）sinθ …（数１０）
ｄ・tanθ＝Ｄｓ′tanβ …（数１１）
（数１０）式と（数１１）式とから太陽電池アレイ１の配置間隔Ｄｓ′は、
Ｄｓ′＝Ｌ／（sinθ＋tanβcosθ） …（数１２）
となる。

図６に示す本実施例では、
Ｂｄ′・tanθ＝（Ｌ−Ｂｄ′・tanβ） …（数１３）
であるので、結局
Ｂｄ′＝Ｌ／（tanθ＋tanβ） …（数１４）
となる。本実施例でも、実施例１と同様に、太陽電池アレイの配置間隔Ｄｄ′は太陽電池アレイの影の長さＢｄ′より大きくすれば良い。また、図５の太陽電池アレイ１の配置間隔Ｄｓ′より狭い間隔でＤｄ′で太陽電池アレイ２を配置するので、
Ｄｓ′≧Ｄｄ′≧Ｂｄ′ …（数１５）
とすれば良く、この（数１５）式は（数１２）式と（数１４）式とを用いて
Ｌ／（sinθ＋tanβcosθ）≧Ｄｄ′≧Ｌ／（tanθ＋tanβ） …（数１６）
となる。

本実施例では図４の様な平面だけでなく傾斜を持った設置場所に複数の太陽電池パネルを（数１６）式を満たすように配置するので、狭い用地面積でも十分な発電量を確保できる。

日射光３の入射角度θ°は、実施例１と同様に設置地点において想定される太陽高度を用いて太陽電池アレイ２の配置間隔を定めればよい。また、太陽高度は時々刻々変化するので、実施例と同様に入射角θを冬至の時の午前９時から午後３時までは影の影響が出ないような角度に設置して、一年間を通し十分な発電量を得るようにしても良いし、入射角θを設置地点の夏至の時の午前９時から午後３時までは影の影響が出ないような角度に設置し、夏場のエアコンの動作時間帯に十分な電力が発電できるように設定しても良い。

なお、太陽電池の南向き設置の場合は南中高度を入射角度θとすることが考えられるが両面受光型太陽電池を垂直に設置すると、設置方位に関係なく年間発電量がほぼ一定になるので、設置方位に従った太陽高度から入射角度θ°を想定して、太陽電池アレイの配置間隔を上記の（数１６）式のように決定してもよい。

本実施例の太陽光発電装置は図７に示すように、建造物５の屋根に垂直に設置した両面受光型の太陽電池アレイ２を配置した。太陽７に面する側の屋根６は角度β°で傾斜しており、この上に太陽電池アレイ２を実施例２の（数１６）式に示す間隔Ｄｄ′で配置し、太陽７と逆方向に位置する屋根８には水平な架台９を屋根頂上と同じ高さに設置し、この架台９の上に太陽電池アレイ２を、実施例１の（数８）式に示す間隔Ｄｄで設置した。

本実施例に拠れば、従来技術では太陽電池を設置することが考えられなかった北向き斜面の屋根にも太陽電池アレイを配置し、効率的な発電を行うことが可能となる。

実施例１の太陽電池アレイ配置の説明図である。 従来技術の太陽電池アレイ配置の説明図である。 従来技術の太陽電池アレイの配置間隔Ｄｓの説明図である。 実施例１の太陽電池アレイの配置間隔Ｄｄの説明図である。 従来技術の太陽電池アレイを傾斜地に配置した場合の間隔Ｄｓ′の説明図である。 実施例２の太陽電池アレイを傾斜地に配置した場合の間隔Ｄｄ′の説明図である。 実施例３の建造物の屋根に太陽電池を設置した場合の説明図である。

符号の説明

１，２…太陽電池アレイ、３…日射光、４…反射光、５…建造物、６，８…屋根、７…太陽、９…架台。

Claims (3)

1. 複数の太陽電池アレイを並列設置した太陽光発電装置において、
   前記太陽電池アレイが両面受光型太陽電池アレイであって、前記太陽電池アレイの受光面が水平面に対して８０°から１００°を成す角度で設置されていて、前記並列に設置した太陽電池アレイの設置間隔Ｄｄと、太陽電池アレイの長さＬと、設置場所で想定される太陽高度θとが下式、
   Ｌ／sinθ≧Ｄｄ≧Ｌ／tanθ
   を満たしていることを特徴とする太陽光発電装置。
2. 複数の太陽電池アレイを斜面に並列設置した太陽光発電装置において、
   前記太陽電池アレイが両面受光型太陽電池アレイであって、前記太陽電池アレイの受光面が水平面に対して８０°から１００°を成す角度で設置されていて、前記並列に設置した太陽電池アレイの設置間隔Ｄｄ′と、太陽電池アレイの長さＬと、設置場所で想定される太陽高度θと、斜面の傾斜βとが下式、
   Ｌ／（sinθ＋tanβcosθ）≧Ｄｄ′≧Ｌ／（tanθ＋tanβ）
   を満たしていることを特徴とする太陽光発電装置。
3. 請求項２に記載の太陽光発電装置において、前記両面受光型太陽電池アレイを設置する斜面が建造物の屋根であることを特徴とする太陽光発電装置。
   

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