JP2007173382A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールを設置する敷地面積を有効に活用し、発電効率を高くすることが可能な太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】陸屋根等の略水平面上に架台を設置し、この架台上で、頂上部と谷間部が交互に形成される様に連なる複数の山型に各太陽電池モジュール１０１、１０２を配列支持している。太陽電池モジュール１０１の受光面（第１受光面）は、山型の一方向に傾く傾斜面となり、また太陽電池モジュール１０２の受光面（第２受光面）は、山型の他方向に傾く傾斜面となる。太陽電池モジュールを近接配置しても、太陽電池モジュールの影に他の太陽電池モジュールが入ることがなく、システムの敷地面積を有効に活用できる。また、太陽光受光方位面毎に、発電電力を集電することによって、システム全体として高効率な太陽光発電システムを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、陸屋根や平地に設置される太陽光発電システムに関する。

一般に、太陽電池モジュールは、その傾斜角度を太陽光の最適入射角に設置すると、該モジュール単体での発電効率が最も良くなる。このため、太陽電池モジュールを陸屋根や地面等の水平面に設置する場合は、複数の太陽電池モジュールを同一方向に向けて傾斜させて配列するのが好ましい。

ところが、この様な配列形態では、各太陽電池モジュールを近接配置すると、日が傾く朝夕は勿論のこと、日が高く、日射強度が強い日中であっても、太陽電池モジュールの影が該モジュールに隣接する他の太陽電池モジュールの受光面の一部に差し込んで、この影の部分が発電しなくなり、発電効率が低下する。

このため、特許文献１では、複数の太陽電池モジュールを同一方向に向けて傾斜させ配列支持し、各太陽電池モジュールを相互に離間させて配置し、各太陽電池モジュール間に排水溝を設けている。

同様に、特許文献２でも、複数の太陽電池モジュールを同一方向に向けて傾斜させ配列支持し、各太陽電池モジュールを相互に離間させて配置している。

この様に各太陽電池モジュールを相互に離間させて配置すれば、太陽電池モジュールの影が他の太陽電池モジュールの受光面に差し込むことがなく、太陽電池モジュールの発電効率が低下せずに済む。

しかしながら、その様な配置では、所定枚数の太陽電池モジュールを設置するのに必要とされる設置面積が増大し、発電に寄与しない空きのスペースが広くなる。

一方、複数の太陽電池モジュールを水平に設置して並べれば、いずれの太陽電池モジュールも影に隠れることがない。ところが、この場合は、太陽電池モジュールの受光面に雨水等が滞留し易く、受光面の汚れの付着等による発電効率の低下が発生する。

このため、特許文献３では、複数の太陽電池モジュールを相互に隣接させて水平に並べることを前提とし、太陽電池モジュール自体を山折りにして、太陽電池モジュールの受光面に傾斜をつけ、太陽電池モジュールの受光面に雨水等が滞留することを防止して、発電効率の低下を防ぐようにしている。
特開２００１−２９１８８９号公報 特開２００１−１５２６１９号公報 特開２００４−３１１５０２号公報

特許文献１及び２の様に複数の太陽電池モジュールを同一方向に向けて傾斜させ配列支持すると、それらの傾斜が緩やかであっても、発電効率を向上させることができるが、各太陽電池モジュールを相互に離間させて配置するので、各太陽電池の設置面積が増大し、システム全体でみると、発電に寄与しない空きのスペースが広くなった。

また、特許文献３の様に各太陽電池モジュールを相互に隣接させて水平に並べると、空きのスペースが無くなるものの、太陽電池モジュールの受光面を山型に傾斜させているために、太陽電池モジュールの受光面がそれぞれの傾斜を有する２つの受光面に分かれてしまい、時間帯によって太陽電池モジュールの２つの傾斜面間で発電電力量のアンバランスが発生し、低出力側の受光面で電流量が制限されて、システム全体としての出力にロスを生じた。

そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールを設置する敷地面積を有効に活用し、発電効率を高くすることが可能な太陽光発電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の太陽電池モジュールを備える太陽光発電システムにおいて、各太陽電池モジュールを設置固定するための架台を備え、前記架台上で、頂上部と谷間部が交互に形成される様に連なる複数の山型に各太陽電池モジュールを配列支持し、前記各山型の一方向に傾く傾斜面となる各太陽電池モジュールの第１受光面と該各山型の他方向に傾く傾斜面となる他の各太陽電池モジュールの第２受光面とを交互に配列している。

また、本発明においては、前記第１受光面を有する太陽電池モジュールと前記第２受光面を有する太陽電池モジュールは、前記各山型の頂上部と谷間部で相互に連なっている。

更に、本発明においては、前記山型の頂上部で相互に隣接する各太陽電池モジュールの第１及び第２受光面がなす頂角は、１６０度乃至１７４度の範囲に設定されている。

また、本発明においては、前記第１受光面を有する各太陽電池モジュールの発電電力を集電する第１電力線と、前記第２受光面を有する各太陽電池モジュールの発電電力を集電する第２電力線とを備えている。

この様な本発明の太陽光発電システムによれば、架台上で、頂上部と谷間部が交互に形成される様に連なる複数の山型に各太陽電池モジュールを配列支持し、各山型の一方向に傾く傾斜面となる各太陽電池モジュールの第１受光面と該各山型の他方向に傾く傾斜面となる他の各太陽電池モジュールの第２受光面とを交互に配列している。そして、第１受光面を有する太陽電池モジュールと第２受光面を有する太陽電池モジュールは、各山型の頂上部と谷間部で相互に連なっている。例えば、山型の頂上部で相互に隣接する各太陽電池モジュールの第１及び第２受光面がなす頂角が１６０度乃至１７４度の範囲に設定されている。従って、各太陽電池モジュールは、殆ど隙間無く配列されることになり、発電に寄与しない空きのスペースが少なく、太陽電池モジュールを設置する敷地面積を有効に活用することができる。また、太陽電池モジュールの受光面に雨水等が滞留せず、受光面の汚れの付着等がなく、汚れによる発電効率の低下も発生しない。

また、第１受光面を有する各太陽電池モジュールの発電電力を集電する第１電力線を設け、第２受光面を有する各太陽電池モジュールの発電電力を集電する第２電力線を設けているので、第１受光面を有する各太陽電池モジュールの発電電力と第２受光面を有する各太陽電池モジュールの発電電力を別々に集電することができる。このため、時間帯によって第１受光面と第２受光面間で発電電力量のアンバランスが発生しても、低出力側の受光面で電流量が制限されることはなく、システム全体としての出力にロスを生じることもなく、常に発電効率を高く維持することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の太陽光発電システムの一実施形態を示す斜視図である。また、図２（ａ）は、本実施形態の太陽電池システムを示す平面図である。更に、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図、及びＤ−Ｄ線断面図である。

本実施形態の太陽光発電システムでは、陸屋根等の略水平面上に架台を設置し、この架台上で、頂上部と谷間部が交互に形成される様に連なる複数の山型に各太陽電池モジュール１０１、１０２を配列支持している。太陽電池モジュール１０１の受光面（以下第１受光面と称す）は、山型の一方向に傾く傾斜面となり、また太陽電池モジュール１０２の受光面（以下第２受光面と称す）は、山型の他方向に傾く傾斜面となる。

上記架台は、例えば陸屋根上に横桟１０３を一定間隔で配列して、横桟１０３を陸屋根に配設されたアンカー（図示なし）にネジ止めなどで固定し、更に縦桟１０４を横桟１０３と交差する方向に一定間隔で配列して、縦桟１０４をビス等からなる固定具１１０により横桟１０３に固定している。

縦桟１０４には、太陽電池モジュール１０１、１０２毎に、太陽電池モジュールを受けて支持する各傾斜用支持部材１０５ａ、１０５ｂが溶接などにより予め固定されている。一方の傾斜用支持部材１０５ａが高く、他方の傾斜用支持部材１０５ｂが低くされており、２本の縦桟１０４の各傾斜用支持部材１０５ａ、１０５ｂに太陽電池モジュールの両側を載せて固定し、太陽電池モジュールを傾斜させて支持している。これにより、各太陽電池モジュール１０１、１０２の第１受光面及び第２受光面が水平に対して３度乃至１０度の角度範囲で傾斜して支持される。

また、図２（ｄ）に示すように各傾斜用支持部材１０５ａ、１０５ｂを図面上縦方向に対して低い−高い−高い−低いの順に配列している。これにより、各太陽電池モジュール１０１、１０２の第１受光面及び第２受光面の傾斜角度が交互に替わり、頂上部と谷間部が交互に形成される様に連なる複数の山型が形成される。

更に、複数の太陽電池モジュール１０１を横方向に隣接させて配列し、かつ複数の太陽電池モジュール１０２を横方向に隣接させて配列し、相互に隣接し合う各太陽電池モジュール間で各傾斜用支持部材１０５ａ、１０５ｂを共有して、各傾斜用支持部材１０５ａ、１０５ｂの個数を低減し、部品点数の低減を実現している。

図３（ａ）は、本実施形態における矩形状の太陽電池モジュール１０１、１０２を示す平面図である。また、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は太陽電池モジュール１０１、１０２を示す側面図であり、図３（ｄ）は太陽電池モジュール１０１、１０２を示す裏面図である。

図３（ａ）〜（ｄ）に示す様に太陽電池モジュール１０１、１０２は、多数の太陽電池セルを縦横方向に配列して固定し、それらの周囲を横枠部１１１及び縦枠部１１２により取り囲んで縁取りしたものである。横枠部１１１及び縦枠部１１２は、その表面（太陽電池モジュールの受光面側の表面）が面一状となるように形成されている。また、縦枠部１１２は、その側面にＬ字型に延設されたヒレ部１１３を備えており、この縦枠部１１２が架台の各傾斜用支持部材１０５ａ、１０５ｂ上に載せられて固定される。

更に、太陽電池モジュール１０１、１０２の裏面側に端子ボックス１２１を固定しており、この端子ボックス１２１から電力を取り出す為の正極性の電力線１２２と負極性の電力線１２３を端子ボックス１２１から引き出している。これらの電力線１２２、１２３を通じて複数の太陽電池モジュールが相互接続され、該各太陽電池モジュールから電力が取り出される。

図４（ａ）は、相互に隣接する各太陽電池モジュール１０１又は１０２間での取り付け構造を示している。図４（ａ）に示す様にずれ防止用受け部材１１５の孔に傾斜用支持部材１０５ａ又は１０５ｂの突設柱１０６を差し入れて、このずれ防止用受け部材１１５を傾斜用支持部材１０５ａ又は１０５ｂ上に載置し、このずれ防止用受け部材１１５の両側に相互に隣合う各太陽電池モジュールの縦枠部１１２をそれぞれ嵌め入れて係合させている。そして、押え部材１０７の孔に突設柱１０６を差し入れて、この押え部材１０７を該各太陽電池モジュールの縦枠部１１２のヒレ部１１３に嵌め入れて係合させ、該各太陽電池モジュールの縦枠部１１２のヒレ部１１３をずれ防止用受け部材１１５と押え部材１０７間に挟み込む。更に、ずれ防止用スペーサ１１４の孔に突設柱１０６を差し入れて、このずれ防止用スペーサ１１４を押え部材１０７に重ね合わせ、その上からナット１１６を突設柱１０６に形成された雄ネジにねじ込んで、ずれ防止用スペーサ１１４及び押え部材１０７を押さえ込む。これにより、相互に隣接する各太陽電池モジュールの縦枠部１１２のヒレ部１１３がずれ防止用受け部材１１５と押え部材１０７間に強固に挟み込まれて、該各太陽電池モジュールが固定される。

また、図４（ｂ）は、太陽光発電システムの外周を縁取る太陽電池モジュール１０１又は１０２の外側端の取り付け構造を示している。ここでも、ずれ防止用受け部材１１５を傾斜用支持部材１０５ａ又は１０５ｂ上に載置し、このずれ防止用受け部材１１５に太陽電池モジュールの縦枠部１１２を係合させている。そして、押え部材１０７を太陽電池モジュールの縦枠部１１２のヒレ部１１３に係合させ、ずれ防止用スペーサ１１４を押え部材１０７に重ね合わせ、その上からナット１１６を突設柱１０６の雄ネジにねじ込んで、ずれ防止用スペーサ１１４及び押え部材１０７を押さえ込み、太陽電池モジュールの縦枠部１１２のヒレ部１１３をずれ防止用受け部材１１５と押え部材１０７間に強固に挟み込んで固定している。

尚、図１及び図２においては、太陽電池モジュール１０１、１０２のヒレ部１１３、ずれ防止用スペーサ１１４、ずれ防止用受け部材１１５、及びナット１１６を省略している。また、ずれ防止用スペーサ１１４及びずれ防止用受け部材１１５は、適宜用いなくても、用いても構わない。

また、押え部材１０７として、傾斜用支持部材１０５ａ又は１０５ｂに設けられる２つのものを適用する代わりに、太陽電池モジュール１０１の縦枠部１１２と同等の長さの単体のものを適用し、この長い押え部材を太陽電池モジュール１０１の縦枠部１１２のヒレ部１１３全体に係合させても良い。

一方、図１に示す様に縦桟１０４と横桟１０３の交差部位において、縦桟１０４上にはストッパー１０９が固定されている。このストッパー１０９は、平板を折り曲げ加工したものであり、この平板面が太陽電池モジュール１０１、１０２の横桟１０３にそれぞれ接触して、太陽電池モジュール１０１、１０２が一定の隙間を空けて位置決めされる。

太陽電池モジュール１０１、１０２を各傾斜用支持部材１０５ａ、１０５ｂ上に載せて固定するに際しては、太陽電池モジュール１０１、１０２をストッパー１０９の面に当接するまで傾斜方向に滑り落として、太陽電池モジュール１０１、１０２を位置決めする。これにより、山型の谷間部に相当する太陽電池モジュール１０１、１０２間に一定の隙間が形成され、同時に山型の頂上部に相当する太陽電池モジュール１０１、１０１間にも一定の隙間が形成され、更に太陽電池モジュール１０１の第１受光面により山型の一方の傾斜面が形成され、太陽電池モジュール１０２の第２受光面により山型の他方の傾斜面が形成される。このため、太陽電池モジュール１０１、１０２の正確な位置決め及び組み立て作業を容易かつ速やかに行うことができる。また、ストッパー１０９の平板面が太陽電池モジュール１０１、１０２の横桟１０３にそれぞれ接触することから、位置決めを高精度で行うことができる。

また、太陽電池モジュール１０１、１０１間に一定の隙間が形成されることにより、太陽光発電システム下方の熱気を該隙間から逃がして効率よく上昇させることができ、太陽電池モジュール１０１、１０２の空冷を行うことが可能となる。すなわち、山型の谷間部に相当する太陽電池モジュール１０１、１０２間の隙間から空気を取り入れ、太陽電池モジュール１０１、１０２裏面側で空気を流通させ、山型の頂上部に相当する太陽電池モジュール１０１、１０２間の隙間から空気を逃がし、これにより効率よく熱気を上昇させて太陽電池モジュールの空冷を行うことができ、太陽電池モジュール１０１、１０２の昇温を効果的に抑制して、発電出力の向上、太陽電池モジュールの耐久性の向上を図ることができる。

更に、図１及び図２（ｅ）に示す様に太陽光発電システムの側面開口部に側面カバー１０８を嵌合して、この側面開口部を覆っている。これにより、外観上違和感の無い一体感が得られる。また、外観上の利点ばかりではなく、側面開口部を閉じることにより上昇方向の空気の通路を確実に形成して、より効率よく太陽電池モジュールの空冷を行うことが可能となる。更に、通気性が良好となることにより、太陽電池モジュール１０１、１０２の昇温の抑制、発電出力の向上、太陽電池モジュールの耐久性の向上をより期待することができる。

次に、太陽光発電システムにおける配線構造について説明する。

太陽電池モジュール１０１と太陽電池モジュール１０２は、相互に異なる方向に傾斜しているので、太陽光の入射角が相互に異なり、発電電力量も相互に異なる。

このため、仮に太陽電池モジュール１０１の電力線と太陽電池モジュール１０２の電力線を共通接続して、太陽光発電システムの発電電力を取り出そうとすると、低出力側の受光面で電流量が制限されて、システム全体としての出力にロスを生じる。

そこで、本実施形態では、図５に示す様に傾斜方向が一致する８個の太陽電池モジュール１０１の電力線を直列に接続して、これらの太陽電池モジュール１０１の発電電力を接続箱１３１に集電してから取り出し、同じく傾斜方向が一致する８個の太陽電池モジュール１０２の電力線を直列に接続して、これらの太陽電池モジュール１０２の発電電力を接続箱１３２に集電してから取り出している。従って、８個の太陽電池モジュール１０１と８個の太陽電池モジュール１０２を並列接続した構成である。

図６は、太陽電池モジュールの接続構成の比較例を示している。この比較例では、８個の太陽電池モジュール１０１と８個の太陽電池モジュール１０２を４個ずつの２グループに分け、グループ別に、４個の太陽電池モジュール１０１と４個の太陽電池モジュール１０２との計８個を直列に接続し、各グループの発電電力をそれぞれの接続箱１３３、１３４に集電してから取り出している。

次の表１は、１月乃至１２月別に、図５の接続構成を有する本実施形態の太陽光発電システムの発電効率と図６の接続構成を有する比較例の太陽光発電システムの発電効率とを実験的に求めて示す表である。

上記表１においては、条件１、３に図５の接続構成を有する本実施形態の太陽光発電システムの発電効率を示し、また条件２、４に図６の接続構成を有する比較例の太陽光発電システムの発電効率を示している。

そして、条件１、２では、太陽電池モジュール１０１の第１受光面を南傾斜面として配置し、太陽電池モジュール１０２の第２受光面を北傾斜面として配置している。

また、条件３、４では、太陽電池モジュール１０１の第１受光面を東傾斜面として配置し、太陽電池モジュール１０２の第２受光面を西傾斜面として配置している。

条件１と２の比較及び条件３と４の比較から明らかな様に、図５の接続構成を有する本実施形態の太陽光発電システムの発電効率の方が図６の接続構成を有する比較例の太陽光発電システムの発電効率よりも高い。従って、図５の接続構成を有する本実施形態の太陽光発電システムを採用することにより発電効率の向上を果たすことができる。

尚、本実施形態では、太陽光発電システムを陸屋根に設置しているが、地面等の設置にも柔軟に対処することができる。勿論、地面等に設置する場合でも、本実施形態と同様の作用効果が得られる。

以上のように、連なった山型に太陽電池モジュールを設置することで、太陽電池モジュールを近接配置しても、太陽電池モジュールの影に他の太陽電池モジュールが入ることがなく、システムの敷地面積を有効に活用できる。

また、第１受光面を有する太陽電池モジュールと第２受光面を有する太陽電池モジュール毎に、つまり太陽光受光方位面毎に、発電電力を集電することによって、システム全体として高効率な太陽光発電システムを提供することができる。

また、太陽電池モジュールの谷間部に隙間を設けることが可能であるので、傾斜した太陽電池モジュール表面を流れた雨水を太陽電池モジュール間の谷間部に効率よく排出させることが可能であり、受光面の汚れなどによる発電効率の低下を免れることができる。

また、架台が三角形の山型をなす太陽電池モジュールを含む構造物であるため、システム全体としての強度が向上し、架台の軽量化が図れる。

また、太陽電池モジュールの枠を傾斜用支持部材１０５ａ、１０５ｂの２点で支持し、傾斜用支持部材１０５ａ、１０５ｂを相互に隣接する２つの太陽電池モジュールで共有することにより、架台部品点数が減り、縦枠および横枠からなる枠部を軽量、堅牢かつ安価に構成することができ、部材コストが削減される。

また、谷間部を挟んで相互に隣接する２つの太陽電池モジュール同士では、相手側の太陽電池モジュールの反射散乱光を受光して、発電電力量の増加を期待することができる。

また、ストッパーにより架台への太陽電池モジュールの取り付けを容易に行うことが可能になり、施工作業性が向上し、施工コストも低減することができる。

また、太陽光システム裏側で空気が流通し易くなり、太陽電池モジュール周辺の通気性が確保され、温度の上昇が抑制されるため、発電出力の向上を図ることができ、太陽電池モジュールの耐久性も向上する。

また、傾斜面方向が同一である太陽電池モジュールを直列に接続することで発電電力量が増大する。

本発明の太陽光発電システムの一実施形態を示す斜視図である。 （ａ）は図１の太陽電池システムを示す平面図であり、また（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図、及びＤ−Ｄ線断面図である。 （ａ）は図１の太陽電池システムにおける太陽電池モジュールを示す平面図であり、また（ｂ）及び（ｃ）は太陽電池モジュールを示す側面図であり、更に（ｄ）は太陽電池モジュールを示す裏面図である。 （ａ）は相互に隣接する各太陽電池モジュール間での取り付け構造を示す拡大図であり、また（ｂ）は太陽光発電システムの外周を縁取る太陽電池モジュールの外側端の取り付け構造を示す拡大図である。 本実施形態の太陽光発電システムにおける太陽電池モジュールの接続構成を示す図である。 比較例の太陽光発電システムにおける太陽電池モジュールの接続構成を示す図である。

符号の説明

１０１、１０２ 太陽電池モジュール
１０３ 横桟
１０４ 縦桟
１０５ａ、１０５ｂ 傾斜用支持部材
１０６ 突設柱
１０７ 押え部材
１０８ 側面カバー
１０９ ストッパー
１１０ 固定具
１１１ 横枠部
１１２ 縦枠部
１１３ ヒレ部
１１４ ずれ防止用スペーサ
１１５ ずれ防止用受け部材
１１６ ナット
１２１ 端子ボックス
１２２、１２３ 電力線
１３１、１３２、１３３、１３４ 接続箱

Claims (4)

1. 複数の太陽電池モジュールを備える太陽光発電システムにおいて、
   各太陽電池モジュールを設置固定するための架台を備え、
   前記架台上で、頂上部と谷間部が交互に形成される様に連なる複数の山型に各太陽電池モジュールを配列支持し、
   前記各山型の一方向に傾く傾斜面となる各太陽電池モジュールの第１受光面と該各山型の他方向に傾く傾斜面となる他の各太陽電池モジュールの第２受光面とを交互に配列したことを特徴とする太陽光発電システム。
2. 前記第１受光面を有する太陽電池モジュールと前記第２受光面を有する太陽電池モジュールは、前記各山型の頂上部と谷間部で相互に連なることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記山型の頂上部で相互に隣接する各太陽電池モジュールの第１及び第２受光面がなす頂角は、１６０度乃至１７４度の範囲に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記第１受光面を有する各太陽電池モジュールの発電電力を集電する第１電力線と、前記第２受光面を有する各太陽電池モジュールの発電電力を集電する第２電力線とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽光発電システム。

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