JP2005217179A - 太陽電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
太陽電池パネルに吹く風により逆揚力（ダオウンフォース）を発生できる太陽電池モジュール装置を提供する。
【解決手段】
上面に太陽電池パネル３を実装し、下面に下方に向けた凸状曲面部５を設け、さらに下面側に自由開放された空間を有し、この空間に入った空気流および太陽電池パネル３の上面側に入った空気流の双方により、太陽電池パネル３に対しダウンフォースを生じさせる凸状曲面部５であって、その構造を少なくとも２方向からの空気流に対し、それぞれダウンフォースが生じるように成した太陽電池装置１である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風などにより影響を受けやすい太陽電池パネルを実装して成る太陽電池装置に関し、とくにダウンフォースを利用した太陽電池装置に関するものである。

太陽電池パネルを屋外に設置した場合、風などによって、そのパネルに揚力を与え、これによって、浮き上がるという問題点があった。

この課題を解消するために、下記のような技術（１）〜（４）が提案されている。

たとえば、（１）・・・太陽電池パネルを固定する架台を、陸屋根に対し固定するという構成である。

一方、別の対策方法として、（２）・・・太陽電池パネルを設置する架台の基礎に対し、その部分の重量を大きくして、要するに「重り」を敷くという技術も提示されている。

（３）・・・さらに別の対策方法として、特許文献１（図１参照）が記載されている。同文献によれば、太陽電池パネルの裏面側に翼断面形状のフィンを設けて、太陽電池パネル１５に対して、その表面側から風が吹き付けた場合には、太陽電池パネル１５に対して取付面１１側へ押し付けるように力が作用する。このため、太陽電池パネル１５に対して取付面１１から浮上する方向に力が作用することはないが、他方、太陽電池パネル１５に対して、その裏面側から風が吹いた場合には、太陽電池パネル１５に対して取付面１１から浮上する方向に力が作用する。

これに対し、太陽電池パネル１５の裏面側には複数の翼断面形状のフィン１７が配設されていることで、太陽電池パネル１５の裏面側を吹く風Ｗ１が、これらのフィン１７の上面１７ａおよび下面１７ｂに沿って流れることで、下向きの揚力が発生し、その揚力によって太陽電池装置に対し、取付面１１側への押し付け力Ｐ１が作用し、よって、裏面側からの風により太陽電池装置に対して、浮上する方向への力が作用することがなくなるという技術である。

（４）・・・その他の先行するさらなる別の対策方法として、特許文献２（図３と図５参照）によれば、太陽電池パネルの下面部に、下方向に湾曲形成した整流部８設け、その湾曲形成は、翼型理論に基づき、北風が太陽電池パネル７に作用した場合に下方向、すなわち揚力の作用方向６と反対方向９に揚力が作用するような構成が記載されている。
特開２０００−２６９５３３号公報（図１） 実開昭６０−１２１６５４号（図３と図５）

しかしながら、（１）の技術によれば、前記架台を屋根面に固定するが、そのために陸屋根面へ穴を設けており、これにより、屋根面の水漏れに対する耐久性や品質が低下していた。

また、（２）の技術によれば、風速が大きくなることに伴って、太陽電池パネルに対する浮き上がる力（揚力）が大きくなり、これに対応して、架台の重り部分の重量をさらに増大させる必要があった。

しかしながら、建物の屋根面に、このように非常に重いものを置くことで、建物の上部に大きな重りを配したことで、その構造上不安定になり、さらには地震に対する耐久性が低下するという問題点もあった。

さらにまた、（３）の技術によれば、下記のような課題がある。

（イ） 複数のフィンが一定な方向に沿って配置しているが、一方、風の吹き方向は任意であり、これによって、所要どおりの風でない場合には、逆揚力（ダオウンフォース）の効果が生じない。

（ロ） また、太陽電池パネルに対して、複数個のフィンを配置した場合、パネル全体の構造が複雑になり、これにより、製造設計上、難易度を高める。

（ハ） 太陽電池パネルに対し、複数個のフィンの配列方向の横から風が吹いた場合、その横方向に対応するフィンの構造が、それに適合されておらず、これにより、空気の流れに対する抵抗が大きくなり、その結果、横方向にパネルを転倒しようとする力を設置面にパネルを支持する金具は耐えられることできるように支持金具の強度を高める必要がある。

（ニ） 複数個のフィンを配置したことで、風の流れにおいて、乱流が発生しやすくなり、これにより、逆揚力の効果が低下する。

また、（４）の技術によれば、前述したごとく、太陽電池パネルの下面部に、下方向に湾曲形成した整流部８設けたことで、北風が太陽電池パネル７に作用した場合に、逆揚力が生じるが、その他の方角からの風に対しては、なんら検討されておらず、それに適した構成については、記載されていないのである。

さらに従来の技術の課題として、発電効率を高めるように、さまざまな工夫がされているが、そのために太陽電池モジュールを冷却することで、その目的が達成されることが提案されている。

しかしながら、その冷却機構は、水等の媒体でもって水冷するにしても、いまだ満足し得る程度のものではなく、さらに冷却性能を高めた太陽電池装置が望まれている。

本発明者は、叙上に鑑みて鋭意研究に努めた結果、上述したダウンフォースを利用した太陽電池装置に対し、この太陽電池パネルの下面側の自由開放された空間に入った空気流が、その太陽電池パネルの上面側に入った空気流に比べて加速されることを利用し、さらに太陽電池パネルに設けた冷却機構と組み合わせることで、その冷却性能をさらに高めることができることを見出した。

したがって本発明は上記知見により完成されたものであり、その目的は、太陽電池パネルの下方に流れた空気流において、その加速によりさらに冷却性能を向上させ、これにより、発電効率をいっそう高めた太陽電池装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、従来のように一方向に対するダウンフォースだけではなく、その他の方向からの風に対しても適用できる太陽電池装置を提供することにある。

本発明の太陽電池装置は、上面に太陽電池パネルを実装し、下面に下方に向けた凸状曲面部を設け、さらに下面側に自由開放された空間を有し、この空間に入った空気流および上記太陽電池パネルの上面側に入った空気流の双方により、前記太陽電池パネルに対しダウンフォースを生じせしめる太陽電池装置であって、前記凸状曲面部の内部に冷却機構を配したことを特徴とする。

また、本発明の太陽電池装置は、前記凸状曲面部を少なくとも２方向からの空気流に対し、それぞれダウンフォースが生じるように成したことを特徴とする。

さらにまた、本発明の太陽電池装置は、前記空気流が所定の方向に添った一方向からの流れと、その反対側からの流れであることを特徴とする。

本発明の太陽電池装置は、前記空気流がほぼ直交する第一方向の流れと第二方向の流れであることを特徴とする。

本発明の他の太陽電池装置は、前記凸状曲面部の底面が略円形状もしくは略楕円形状であることを特徴する。

また、本発明の太陽電池装置は、前記空気流において、凸状曲面部の端部付近の部位における接線が太陽電池パネルの平面に対し成す勾配角度Ａと、凸状曲面部の頂部付近の部位における接線が太陽電池パネルの平面に対し成す勾配角度Ｃと、これら凸状曲面部の端部付近の部位と頂部付近との間に位置する部位における接線が太陽電池パネルの平面に対し成す勾配角度Ｂとの関係が、Ａ＜Ｂ、Ｃ＜Ｂを成すように前記凸状曲面部を構成したことを特徴する。

さらにまた、本発明の太陽電池装置は、前記空気流に対応して凸状曲面部に設定する接線が太陽電池パネルの平面と成す勾配角度が、凸状曲面部の端部付近の部位から、頂部付近の部位にわたって、漸次小さくしたことを特徴する。

本発明によれば、上記構成のように、太陽電池パネルに凸状曲面部を設けて、太陽電池パネルに対しダウンフォースを生じるように成した太陽電池装置において、この凸状曲面部の内部に冷却機構を配したことで、その冷却機構でもって太陽電池パネルを冷却し、発電効率を高めるが、さらにダウンフォース技術を利用して、太陽電池パネルの下面側の自由開放された空間に入った空気流が、その太陽電池パネルの上面側に入った空気流に比べて加速されることで、その冷却機構に対しても冷却させることができ、これにより、太陽電池パネルに対する冷却性能をさらに高めることができ、その結果、発電効率を、ダウンフォースを利用しない太陽電池装置に比べて、高めることができる。

また、本発明の太陽電池装置によれば、凸状曲面部を少なくとも２方向からの空気流に対し、それぞれダウンフォースが生じるように構成したことで、たとえばこの凸状曲面部の底面が略円形状もしくは楕円形状にて規定されるような形状もしくは構造に成したことで、たとえば、所定の方向に添った一方向からの流れと、その反対側からの流れの空気流であったり、ほぼ直交する第一方向の流れと第二方向の流れの空気流であったり、さらには第一方向の流れと第二方向の流れの各々の間に位置する第三方向の流れも含む空気流など、さまざまな空気流に対応して、ダウンフォースに適用できる。

また、本発明の太陽電池装置によれば、上記構成のように、前記太陽電池パネルの傾斜角度を３０度以下で、好適には２０度以下に設定するとよく、このような範囲に設定することで、上述したダウンフォースの効果がもっとも顕著に奏する。

さらにまた、本発明の太陽電池装置によれば、上記構成のように、前記空気流において、凸状曲面部の端部付近の部位における接線が太陽電池パネルの平面に対し成す勾配角度（Ａ）と、凸状曲面部の頂部付近の部位における接線が太陽電池パネルの平面に対し成す勾配角度（Ｃ）と、これら凸状曲面部の端部付近の部位と頂部付近との間に位置する部位における接線が太陽電池パネルの平面に対し成す勾配角度（Ｂ）との関係が、Ａ＜Ｂ、Ｃ＜Ｂを成すように前記凸状曲面部を構成したり、あるいは前記空気流に対応して凸状曲面部に設定される接線が太陽電池パネルの平面と成す勾配角度が、凸状曲面部の端部付近の部位から、頂部付近の部位にわたって、漸次小さくしたことで、上述したダウンフォースの効果がもっとも顕著に奏する。

以下、本発明を図面でもって詳述する。

図１は本発明の太陽電池装置の斜視図であり、図２は切断面線Ａ−Ａ’による断面図、図３は切断面線Ｂ−Ｂ’による断面図である。

また、図４〜図６は本発明の太陽電池装置に対する風の流入状態を示す説明図である。

さらにまた、図７〜図１２は本発明の凸状曲面部の半分の要部を示す概略断面図である。

図１３〜図１６は本発明の凸状曲面部に対しダウンフォースが発生する要因を説明する図である。

図１７は太陽電池パネルの下面に凸状曲面部を構造しない場合において、太陽電池パネルに対し流れる空気の風速分布示す図である。

図１８は前記切断面線Ａ−Ａ’による断面図に基づいて本発明の冷却効果を示す図である。

本発明の太陽電池装置１によれば、これを地球の北半球において設置する場合、最大発電を得られるように南側に太陽電池パネルが向けられるよう、そして、地球の南半球において設置する場合、同様に最大発電を得られるように北側に太陽電池パネルが向けられ、このようにパネルが傾斜されるように架台に配置する。

以下、本発明の太陽電池装置１を地球の北半球において設置した場合を説明する。

図１において、切断面線Ａ−Ａ’は南北方向に沿う方向であり、切断面線Ｂ−Ｂ’ は東西方向に沿う方向である。

各図において、２は架台、３は架台２に配置した太陽電池パネル、４は架台２に設けた脚部であり、４ａは南東方向に配置した脚部、４ｂは北東方向に配置した脚部、４ｃは北西方向に配置した脚部、４ｄは南西方向に配置した脚部である。

そして、５は凸状曲面部であり、さらに本発明によれば、この凸状曲面部５の内部に冷却機構７を配したことを特徴とする。

この冷却機構７として、たとえば冷却媒体と成り得る材料を封入すればよく、そして、太陽光エネルギーが太陽電池パネルで電気エネルギーへ変化せず熱エネルギーに変化した分を吸収するため凸状曲面部の内部に配られた材料である。この材料は熱容量が高くて十分に太陽電池で発生した熱エネルギーを吸収できる材料である。また、太陽光エネルギーが太陽電池パネル３において電気エネルギーへ変化せず、熱エネルギーに変化した分を吸収することができるものである。

この冷却機構７としては、たとえば液体冷却があり、凸状曲面部５の内部に液体の媒体を封入すればよい。

たとえば、炭化水素パラフィンに基づいた複合材料であって、一例としてn-Pentacosane（n-ペンタゴザン）、n-Tetracosane（n-テツラコザン）、n-Docosane（n-ドコザン）、ｎ−Heneicosane（ヘネイコザン）、n-Octadecane（ｎ−オクタデサン）、n-Heptadecane（ｎ−エプタデサン）等々がある。さらにまた、水道水、井戸水、天然水等の水を用いてもよい。

その他、気体冷却、固体冷却があり、気体冷却であれば、冷却媒体となり得る気体やガスを、凸状曲面部５の内部に封入すればよい。

固体冷却であれば、冷却媒体となり得る破片、微粒子、粒状体を、凸状曲面部５の内部に封入すればよい。これらの材料として、金属、セラミックス、合成樹脂など従来周知の材質がある。

本発明の太陽電池装置１によれば、凸状曲面部５を構成するに当り、少なくとも２方向からの空気流に対し、それぞれダウンフォースが生じるように構成してもよい。

そのために、たとえばこの凸状曲面部５の底面が略円形状もしくは楕円形状にて規定されるような形状もしくは構造に成したことで、たとえば半円球の一部もしくは全部でもって、その構造にするとよい。また、ドームの屋根形状、もしくはこの形状に近い構造でもよい。あるいは、フットボール状の球状に近い構造の一部でもよい。さらにはタマゴ状の球状に近い構造の一部でもよい。

そして、凸状曲面部５の外面側を構成する材料としては、太陽電池パネル３の熱をより開放させるため、さらには太陽電池パネル３の下方に流れる風の加速によって凸状曲面部５の内部にある媒体に吸収された熱（太陽電池パネル３からの熱）をより開放させるため、熱伝導率の高い材料にするとよく、たとえばセラミックス、金属などの材料を用いるとよい。かかる金属材として、たとえばアルミニウム金属や鉄にするとよい。

さらに、かかる凸状曲面部５の構造を図７〜図１３により説明する。

図７〜図９は請求項８に係る構造であり、図１０〜図１２は請求項９に係る構造である。

はじめに図７〜図９（請求項８）を述べる。これら各図は凸状曲面部５の半分における概略断面図である。

前記空気流において、凸状曲面部５の端部付近の部位における接線が太陽電池パネル３の平面に対し成す勾配角度Ａと、凸状曲面部５の頂部付近の部位における接線が太陽電池パネル３の平面に対し成す勾配角度Ｃと、これら凸状曲面部５の端部付近の部位と頂部付近との間に位置する部位における接線が太陽電池パネル３の平面に対し成す勾配角度Ｂとの関係が、Ａ＜Ｂ、Ｃ＜Ｂを成すように凸状曲面部５を構成した場合である。

上記構成を備えた太陽電池装置１によれば、これに吹き付けられる風（空気流）が太陽電池パネル３の下側の自由空間に向けて流れる空気流と、その上面側に流れる空気流とに区分され、そして、下側の空気流の流速が、上側の空気流の流速に比べて大きくなることで、下側の風圧は上側の風圧に比べて小さくなり、これにより、太陽電池装置１（太陽電池パネル３）に対しダウンフォースを発生させる。

つぎに請求項９に係る凸状曲面部を図１０〜図１２により説明する。これら各図は凸状曲面部５の半分における概略断面図である。

これら各図において、Ｄは凸状曲面部５の端部付近の部位における接線が太陽電池パネル３の平面に対し成す勾配角度であり、Ｆは凸状曲面部５の頂部付近の部位における接線が太陽電池パネル３の平面に対し成す勾配角度であり、Ｅはこれら凸状曲面部５の端部付近の部位と頂部付近との間に位置する部位における接線が太陽電池パネル３の平面に対し成す勾配角度である。

そして、本例によれば、空気流に対応して凸状曲面部５に設定される接線が太陽電池パネル３の平面と成す勾配角度が、凸状曲面部の端部付近の部位から、頂部付近の部位にわたって、漸次小さくした構成である（Ｆ＜Ｅ＜Ｄ）。

上記構成を備えた太陽電池装置１においても、これに吹き付けられる風（空気流）が太陽電池パネル３の下側の自由空間に向けて流れる空気流と、その上面側に流れる空気流とに区分けされ、そして、下側の空気流の流速が、上側の空気流の流速に比べて大きくなることで、下側の風圧は上側の風圧に比べて小さくなり、これにより、太陽電池装置１（太陽電池パネル３）に対しダウンフォースを発生させる。

このように凸状曲面部５に対し、その構造を規定したことで、ダウンフォースを発生させるが、図７〜図１３に示す凸状曲面部５の構造は、いずれもその半分の部分である。そこで、これら各構造を組み合わせることで、さまざまな構成の凸状曲面部５が得られる。

たとえば、一つの空気流に対し、図７に示す凸状曲面部部分と、図８に示す凸状曲面部部分とを組合せてもよい。あるいは図７に示す凸状曲面部部分と、図９に示す凸状曲面部部分とを組合せてもよい。さらには、図７に示す凸状曲面部部分と、図７に示す凸状曲面部部分とを組合せてもよい。

また、一つの空気流に対し、図１０に示す凸状曲面部部分と、図１１に示す凸状曲面部部分とを組合せてもよい。あるいは図１０に示す凸状曲面部部分と、図１２に示す凸状曲面部部分とを組合せてもよい。さらには、図１０に示す凸状曲面部部分と、図１０に示す凸状曲面部部分とを組合せてもよい。

さらにまた、ある空気流にそって、請求項８に係る凸状曲面部部分と請求項９に係る凸状曲面部部分とを組み合わせ、これでもって１方向からの空気流に対し、ダウンフォースが生じるように成してもよい。

かくして本発明の太陽電池装置１によれば、上記構成のごとき凸状曲面部５を成したことで、少なくとも２方向からの風（空気流）に対し、ダウンフォースが生じるようになった。

たとえば、上述のごとく、２種類の凸状曲面部部分を組み合わせた場合には、空気流が所定の方向に添った一方向からの流れと、その反対側からの流れである場合に適用できる。

さらには、これら２とおりの空気流以外の別の他の空気流であっても、その空気流に応じて、同様に図７〜図１２に示す凸状曲面部５の部分でもって構成すればよい。

さらにまた、かかる空気流がほぼ直交する第一方向の流れと第二方向の流れである場合にも、加えて第一方向の流れと第二方向の流れの各々の間に位置する第三方向の流れの空気流がある場合にも、同様に図７〜図１２に示す凸状曲面部５の部分でもって構成すればよい。

つぎにダウンフォースが発生する状態を説明する。

さらに図１３と図１４においては、凸状曲面部５の上面に太陽電池パネル３を配置する構造を想定するに当り、この太陽電池パネル３の上面を地表６とほぼ平行に設定した場合である。この凸状曲面部５によれば、両半分ともに請求項８により規定する構成である。

これらの各図において、左側に示す矢印は風の吹く方向であり、これに対し図１３においては、風速分布状態を示す。風速の異なる領域を数値でもって示し、この数値は風速の相対的値による大きさを示す。大きな数値ほど風速が大きくなり、数値に比例した風速を示す。

そして、図１４においては、風圧分布状態を示す。この図も風圧の異なる領域を数値でもって示し、この数値は風圧の相対的値による大きさを示す。

本例においては、このような風圧を＋３、＋１、−１、−３、−５、−７、−９、−１０、−１２の９とおりに区分し、大きな数値ほど風圧が大きくなり、数値に比例した風圧を示す。なお、マイナスの数値は、その領域において減圧の程度を示し、その値が大きくなると大きな減圧状態であることを表す。

図１３と図１４に示す結果から明らかなとおり、同図の左側から吹き付けられる風（空気流）が太陽電池パネル３の下側の自由空間に向けて流れる空気流と、その上面側に流れる空気流とに区分けされる。

下側の空気流の流速が、上側の空気流の流速に比べて大きくなることで、とくに凸状曲面部５に近づきにともなって、風速が大きくなり、そして、下側の風圧は上側の風圧に比べて小さくなり、これにより、太陽電池装置１（太陽電池パネル３）に対しダウンフォースを発生させ、さらにこれに伴って凸状曲面部５に対する冷却性能を高め、太陽電池パネル３に対する冷却性能をさらに高めることができ、その結果、発電効率を、ダウンフォースを利用しない太陽電池装置に比べて、高めることができる。

以上のとおり、図１３と図１４のごとき、太陽電池パネル３の下面に凸状曲面部５を設けているが、これに対し、太陽電池パネル３の下面に凸状曲面部５を設けない場合を図１７に示す。なお、図１７は図１３と対比している。

ている
図１７によれば、太陽電池パネル３の全体に対し平面化させているが、この図において、左側に示す矢印は風の吹く方向であり、そして、風速分布状態を示す。同図に示す結果から明らかなとおり、下方の空気流れの風速は上方の流れの風速との差は非常に小さくなり、ダウンフォースの効果が得られないことがわかる。

かくして本発明の太陽電池装置によれば、太陽電池パネル３に凸状曲面部５を設けて、太陽電池パネル３に対しダウンフォースを生じるように成し、そして、この凸状曲面部５の内部に冷却機構を配したことで、その冷却機構でもって太陽電池パネル３を冷却し、発電効率を高めるが、さらに太陽電池パネル３の下面側の自由開放された空間に入った空気流が、その太陽電池パネル３の上面側に入った空気流に比べて加速されることで、その冷却機構に対しても冷却させることができ、これにより、太陽電池パネル３に対する冷却性能をさらに高めることができ、その結果、発電効率を、ダウンフォースを利用しない太陽電池装置に比べて、高めることができた。

この点をさらに図１８により説明する。

図１８は前記切断面線Ａ−Ａ’による断面図に基づいて本発明の冷却効果を示しており、太陽光（X）のエネルギーの一部は太陽電池パネル３によって電気エネルギーへ変換させ、その残り分は熱エネルギー（H）へ変化する。

この熱エネルギーは凸状曲面部５の内部に配られた熱を吸収する材料に伝わるが、一方、凸状曲面部５に起因して、太陽電池パネル３の下方に流れる空気の風速がより高くなり、これに伴って前記の熱エネルギーは、そのようないっそう高い風速（空気流）により、その大きな対流により開放される。

以上のとおり、図１３、図１４、図１８により太陽電池パネル３の上面を地表６とほぼ平行に設定して、ダウンフォースおよび冷却効果が発生する状態を説明したが、これに代えて図１５と図１６においては、凸状曲面部５の上面に太陽電池パネル３を配置する構造を想定するに当り、この太陽電池パネル３の上面を地表６に対し傾斜させた場合を説明する。

太陽電池パネル３の傾斜角度は１５度に設定し、図１５においては、同図右側から風を吹きつける場合であり、図１６においては、同図左側から風を吹きつける場合である。この凸状曲面部５によれば、両半分ともに請求項８により規定する構成である。

これらの図１５、１６は、風圧分布状態を示し、風圧の異なる領域を数値でもって示し、この数値は風圧の相対的値による大きさを示す。大きな数値ほど風圧が大きくなり、数値に比例した風圧を示す。マイナスの数値は、その領域において減圧の程度を示し、その値が大きくなると大きな減圧状態であることを表す。

本例においては、このような風圧を＋４、＋２、＋１、−１、−２、−４、−７、−１０、−１２の９とおりに区分し、そして、プラスの数値が大きくなるほどに風圧が大きくなることを示す。一方、マイナスに至るほど、そのマイナス数値が大きくなるほどに風圧が小さくなることを示す。

図１５と図１６に示す結果から明らかなとおり吹き付けられる風（空気流）が太陽電池パネル３の下側の自由空間に向けて流れる空気流と、その上面側に流れる空気流とに区分けされ、そして、下側の空気流の流速が、上側の空気流の流速に比べて大きくなることで、とくに凸状曲面部５に近づきにともなって、風速が大きくなり、さらに下側の風圧は上側の風圧に比べて小さくなり、これにより、太陽電池装置１（太陽電池パネル３）に対しダウンフォースを発生させる。

なお、上記凸状曲面部５については、このような構成に限定されるものではなく、少なくとも２方向からの空気流に対し、それぞれダウンフォースが生じるように構成であれば、その空気流に応じた外曲面を備える、その他の種々の構造を採りえる。

本発明によれば、図１３〜図１６に示す実験においては、凸状曲面部５の両半分ともに請求項８により規定する構成にしたが、これに代えて凸状曲面部５の両半分ともに請求項９により規定する構成にしても、下側の空気流の流速が、上側の空気流の流速に比べて大きくなることで、とくに凸状曲面部５に近づきにともなって、風速が大きくなり、さらに下側の風圧は上側の風圧に比べて小さくなり、これにより、太陽電池装置１（太陽電池パネル３）に対しダウンフォースを発生させることを確認した。

就中、凸状曲面部５に対し、図７〜図９に示すごとく、請求項８に係る構造に規定することで、図１０〜図１２に示すごとき請求項９に係る構造に比べて、ダウンフォースの効果が大きくなることを確認した。

また、本発明の太陽電池装置１によれば、南側に太陽電池パネル３が向けられるように、そのパネル３が傾斜されるように架台２に配置する。

図２に示すごとく、架台２の上面に、ほぼ平行して太陽電池パネル３を配置した構造においては、その太陽電池パネル３の傾斜角度αを３０度以下で、好適には２０度以下に設定するとよく、このような範囲に傾斜角度α設定することで、東西南北のどの方向から吹き込む風であっても、もっとも優位に、上述したダウンフォースの効果を奏する。

まず、各方角から吹き込む風について、それぞれの空気流を説明する。また、図４と図５に示す風でもって、所定の方向に添った一方向からの流れ（北風）と、その反対側からの流れの空気流（南風）を述べる。

なお、（例１）〜（例３）に示す太陽電池装置１においては太陽電池パネル３の傾斜角度を１５度に設定している。

（例１）
最初に、北方から吹き込む風（北風）について、その空気流を説明する。

図４は、その状態を示す斜視図であり、矢印にて空気流（北風）を示す。

この図から明らかなとおり、この北風によれば、脚部４ｂと脚部４ｃとの間に入り、そして、太陽電池パネル３の下側の自由開放された空間に入る空気流と、太陽電池パネル３の上面側に入った空気流とが存在し、これら双方の空気流により、太陽電池パネル３に対し矢印Ｄ１にて示すようなダウンフォースが生じる。

具体的には太陽電池パネル３の下側の上記凸状曲面部５による太陽電池パネル３の下面側の空気流れ軌道は太陽電池パネル３の上面側の空気流れ軌道より長いことで、太陽電池パネル３の下面側に流れる空気は太陽電池パネル３の上面側に流れる空気より加速し、これに伴って太陽電池パネル３の下面側に発生する負圧は太陽電池パネル３の上面側に発生する負圧より大きくなり、その結果、総合的に太陽電池パネルに対し矢印Ｄ１にて示すようなダウンフォースが生じる。

なお、図１５において、風が凸状曲面部５の配置構造に対し、どのような風圧になるか、その状態を示す。そして、この状態における空気の風圧分布を示す。

（例２）
つぎに南方から吹き込む風（南風）について、図５によりその空気流を説明する。

同図は、その状態を示す斜視図であり、矢印にて空気流（南風）を示す。

この図から明らかなとおり、この南風によれば、脚部４ａと脚部４ｄとの間に入り、そして、太陽電池パネル３の下側の自由開放された空間に入る空気流と、太陽電池パネル３の上面側に入った空気流とが存在し、これら双方の空気流により、太陽電池パネル３に対し矢印Ｄ２にて示すようなダウンフォースが生じる。

図１６において、風が凸状曲面部５の配置構造に対し、どのような風圧になるか、その状態を示す。そして、この状態における空気の風圧分布を示す。

以上のとおり、図４と図５において、所定の方向に添った一方向からの流れ（北風）と、その反対側からの流れの空気流（南風）を説明したが、他の組合せでもよい。

たとえば、一方向からの流れ（北西風）と、その反対側からの流れの空気流（南東風）との組合せ、一方向からの流れ（北東風）と、その反対側からの流れの空気流（南西風）との組合せでもよい。

さらにまた、このような各組合せとは別に、さらに他の流れ（風）を加えた場合でもよい。

（例３）
また、本発明の太陽電池装置１においては、空気流がほぼ直交する第一方向の流れと第二方向の流れであってもよい。

たとえば図４に示すような北風と図６に示すような東風との双方の風に対し、対応させることができる。

このような東方から吹き込む風（東風）について、図６によりその空気流を説明する。

同図は、その状態を示す斜視図であり、矢印にて空気流（東風）を示す。

この図から明らかなとおり、この東風によれば、脚部４ａと脚部４ｂとの間に入り、そして、太陽電池パネル３の下側の自由開放された空間に入る空気流と、太陽電池パネル３の上面側に入った空気流とが存在し、これら双方の空気流により、太陽電池パネル３に対し矢印Ｄ３にて示すようなダウンフォースが生じる。

以上のとおり、図４と図６において、第一方向の流れ（北風）と、この流れと直交する第二方向の流れ（東風）との双方に対し、対応できる太陽電池装置１が得られる。

さらに本発明によれば、第一方向の流れ（北風）と第二方向の流れ（東風）以外の他の流れ、すなわち、これら第一方向の流れと第二方向の流れの各々の間に位置する第三方向の流れであってもよい。

上述のごとく、本発明の太陽電池装置１によれば、凸状曲面部５を少なくとも２方向からの空気流に対し、それぞれダウンフォースが生じるように構成したことで、たとえばこの凸状曲面部５の底面が略円形状もしくは楕円形状にて規定されるような形状もしくは構造に成したことで、所定の方向に添った一方向からの流れ（北風）と、その反対側からの流れの空気流（南風）であったり、ほぼ直交する第一方向の流れと第二方向の流れの空気流であったり、さらには第一方向の流れと第二方向の流れの各々の間に位置する第三方向の流れも含む空気流など、さまざまな空気流に対応して、ダウンフォースに適用できる。

（例４）
また、本発明の太陽電池装置１によれば、上記構成のように、前記太陽電池パネルの傾斜角度を３０度以下で、好適には２０度以下に設定するとよく、このような範囲に設定することで、上述したダウンフォースの効果がもっとも顕著に奏する。

前述した（例１）〜（例３）に示す太陽電池装置１において、その太陽電池パネル３の傾斜角度を、３２度、２８度、２５度、２２度、１９度、１５度に変えて、その各種構成の６種類の装置に対し、それぞれ同一の場所に設置し、同じ自然環境におけるダウンフォースの効果を実験した。

これらをダウンフォース評価したところ、下記のとおりの結果が得られた。

この評価によれば、「やや良好」、「良好」、「きわめて良好」の３とおりに区分した。

「やや良好」・・・太陽電池パネル３の傾斜角度がやや大きいことで、北風が凸状曲面部５の曲面にそって流れるが、一方、その一部が凸状曲面部５の曲面に当ることで、その力でもって太陽電池パネルを顕著に上昇させるように成す。しかし、そのような北風であってもダウンフォースを奏することが確認できた場合である。また、南風に対しても、さらには東風や西風に対しても十分にダウンフォースを奏することが確認している。

「良好」・・・北風が凸状曲面部５の曲面にそって流れるが、一方、その一部が凸状曲面部５の曲面に当ることで、太陽電池パネル３の傾斜角度に起因して、太陽電池パネルを若干上昇させるように成す。しかし、全般にはそのような北風であってもダウンフォースを顕著に奏する場合である。また、南風に対しても、さらには東風や西風に対しても十分にダウンフォースを奏することが確認している。

「きわめて良好」・・・北風が凸状曲面部５の曲面にそって流れるに当り、その一部が凸状曲面部５の曲面に当っても、太陽電池パネル３の傾斜角度に起因して、太陽電池パネルを上昇させることが認められず、そして、全般にはそのような北風に対しダウンフォースを著しく認められた場合である。また、南風に対しても、さらには東風や西風に対しても十分にダウンフォースを奏し、全方角からの風に対し、ダウンフォースを奏し、実用上非常に効果があった場合である。

本発明者が繰り返しおこなった実験によれば、傾斜角度が３２度に設定した場合には、評価結果は「やや良好」であった。また、傾斜角度が２２度、２５度もしくは２８度に設定した場合には、評価結果は「良好」であった。さらに傾斜角度が１９度もしくは１５度に設定した場合には、評価結果は「きわめて良好」であった。

以上のとおり、本発明の太陽電池装置１によれば、各方角からの風に対し、太陽電池パネル３の傾斜角度αを３０度以下、好適には２０度以下に設定するとよく、このような範囲に設定することで、東西南北のどの方向から吹き込む風であっても、ダウンフォースの効果を奏するだけではなく、長期的にも、その効果が保たれる。

実際には、本発明の太陽電池装置１を設置する地域に応じて、さらには季節により風向きが、一年間にて変わるが、太陽電池パネル３の傾斜角度αを３０度以下、好適には２０度以下に設定することで、どのような地域に設置しても、全方向にわたってダウンフォース効果を奏する。

本発明の太陽電池装置の斜視図である。 図１に示す太陽電池装置において、切断面線Ａ−Ａ’による断面図である。 図１に示す太陽電池装置において、切断面線Ｂ−Ｂ’による断面図である。 本発明の太陽電池装置に対する風の流入状態を示す斜視図である。 本発明の太陽電池装置に対する風の他の流入状態を示す斜視図である。 本発明の太陽電池装置に対する風のさらに他の流入状態を示す斜視図である。 本発明の凸状曲面部の半分の要部を示す概略断面図である。 本発明の凸状曲面部の半分の要部を示す概略断面図である。 本発明の凸状曲面部の半分の要部を示す概略断面図である。 本発明の凸状曲面部の半分の要部を示す概略断面図である。 本発明の凸状曲面部の半分の要部を示す概略断面図である。 本発明の凸状曲面部の半分の要部を示す概略断面図である。 本発明の凸状曲面部における風速状態を示す説明図である。 本発明の凸状曲面部における風圧状態を示す説明図である。 本発明の他の凸状曲面部における風圧状態を示す説明図である。 本発明の他の凸状曲面部における風圧状態を示す説明図である。 太陽電池パネルに凸状曲面部ない場合の風速状態を示す説明図である。 図１に示す太陽電池装置の切断面線Ａ−Ａ’において冷却効果を示す説明図である。

符号の説明

１・・・太陽電池装置
２・・・架台
３・・・太陽電池パネル
４・・・脚部
５・・・凸状曲面部
６・・・地表
７・・・凸状曲面部の内部ある熱を吸収する材料

Claims (7)

1. 上面に太陽電池パネルを実装し、下面に下方に向けた凸状曲面部を設け、さらに下面側に自由開放された空間を有し、この空間に入った空気流および上記太陽電池パネルの上面側に入った空気流の双方により、前記太陽電池パネルに対しダウンフォースを生じせしめる太陽電池装置であって、前記凸状曲面部の内部に冷却機構を配したことを特徴とする太陽電池装置。
2. 前記凸状曲面部を少なくとも２方向からの空気流に対し、それぞれダウンフォースが生じるように成したことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池装置。
3. 前記空気流が所定の方向に添った一方向からの流れと、その反対側からの流れであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池装置。
4. 前記空気流がほぼ直交する第一方向の流れと第二方向の流れであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池装置。
5. 前記凸状曲面部の底面が略円形状もしくは略楕円形状であることを特徴する請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池装置。
6. 前記空気流において、凸状曲面部の端部付近の部位における接線が太陽電池パネルの平面に対し成す勾配角度Ａと、凸状曲面部の頂部付近の部位における接線が太陽電池パネルの平面に対し成す勾配角度Ｃと、これら凸状曲面部の端部付近の部位と頂部付近との間に位置する部位における接線が太陽電池パネルの平面に対し成す勾配角度Ｂとの関係が、Ａ＜Ｂ、Ｃ＜Ｂを成すように前記凸状曲面部を構成したことを特徴する請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池装置。
7. 前記空気流に対応して凸状曲面部に設定する接線が太陽電池パネルの平面と成す勾配角度が、凸状曲面部の端部付近の部位から、頂部付近の部位にわたって、漸次小さくしたことを特徴する請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽電池装置。

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