JP2010251421A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定量の発電量を確保させつつ、特に昼間時間帯において路面上に極力採光できる太陽光発電装置を提供すること。
【解決手段】各々の太陽電池パネル３は、路面１１ａから太陽への仰角に応じて太陽電池パネル３の発電面３ａを路面１１ａに対し所定の回動角度に回動可能な駆動モータを介し、支持部４に設けられ、太陽電池パネル３は、仰角が所定角以下の朝方若しくは夕方時間帯における回動角度が、仰角が所定角以上の昼間時間帯における回動角度よりも大きくなるように回動することで、朝方若しくは夕方時間帯において太陽電池パネル３が路面に投影する投影領域が、昼間時間帯における投影領域よりも大きくなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車用の路面上方に架設された支持部と、支持部に設けられた太陽電池パネルと、からなる発電体が、路面の進行方向に沿って所定の間隔をおいて複数体設けられた太陽光発電装置に関する。

従来の太陽光発電装置において、道路の上方を覆う屋根構造を形成した太陽電池パネルが、光エネルギを電力に変換し、変換した電力が道路の照明や電気自動車等に供給される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−８６８２１号公報（第２頁、第１図）

特許文献１の太陽光発電装置にあっては、発電量の確保のため太陽電池パネルが路面の進行方向に連続した屋根構造で形成されることで、太陽電池パネルにより路面上に亘って投影され、道路が昼間時間帯においても暗くなってしまうという問題が生じていた。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、所定量の発電量を確保させつつ、特に昼間時間帯において路面上に極力採光できる太陽光発電装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の太陽光発電装置は、
自動車用の路面上方に架設された支持部と、該支持部に設けられた太陽電池パネルと、からなる発電体が、路面の進行方向に沿って所定の間隔をおいて複数体設けられた太陽光発電装置であって、
各々の前記太陽電池パネルは、路面から太陽への仰角に応じて該太陽電池パネルの発電面を路面に対し所定の回動角度に回動可能な回動部を介し、前記支持部に設けられ、
前記太陽電池パネルは、前記仰角が所定角以下の朝方若しくは夕方時間帯における回動角度が、前記仰角が所定角以上の昼間時間帯における回動角度よりも大きくなるように回動することで、
前記朝方若しくは夕方時間帯において前記太陽電池パネルが路面に投影する投影領域が、前記昼間時間帯における前記投影領域よりも大きくなることを特徴としている。
この特徴によれば、路面から太陽への仰角に応じて発電面を回動可能な回動部を介し支持部に設けられることで、太陽光を常時高効率に採光し発電できる太陽電池パネルが、朝方若しくは夕方時間帯の回動角度が昼間時間帯の回動角度よりも大きくなるように回動することで、朝方若しくは夕方時間帯の投影領域が、昼間時間帯の投影領域よりも大きくなるため、所定量の発電量を確保させつつ、路面上の自動車の運転者が眩しさを感じ難い昼間において路面に採光できるばかりか、眩しさを感じ易い朝方若しくは夕方において太陽光を遮光できる。

本発明の太陽光発電装置は、
前記複数体の発電体は、互いに隣接した前記太陽電池パネルの前記朝方若しくは夕方時間帯における投影領域が路面の進行方向に連続するような間隔をおいて、設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、複数体の発電体が、互いに隣接した太陽電池パネルの朝方若しくは夕方時間帯における投影領域が路面の進行方向に連続するような間隔をおいて、設けられているため、自動車の運転者が、朝方若しくは夕方において路面の進行方向に亘って太陽光を遮光でき、眩しさを感じることなく安全に運転できる。

本発明の太陽光発電装置は、
前記回動部は、前記太陽電池パネルにより発電した電力を駆動源とする電動部であることを特徴としている。
この特徴によれば、回動部が、太陽電池パネルにより発電した電力を駆動源として利用した電動部であることで、他に特段の駆動源を要さず、駆動源を構成し易い。

本発明の太陽光発電装置は、
前記電動部に、クロックと、該クロックにより検知された前記朝方若しくは夕方時間帯において、前記太陽電池パネルの回動を停止させる制御部とが、接続されていることを特徴としている。
この特徴によれば、太陽光エネルギが比較的小さく、且つ、隣接した太陽電池パネルの発電面に対し投影する虞のある、クロックにより検知された朝方若しくは夕方時間帯において、制御部が太陽電池パネルの回動を停止することで、太陽電池パネルの回動に要するエネルギ消費を回避できる。

本発明の太陽光発電装置は、
前記電動部は、前記太陽電池パネルの発電面を更に路面側に向けて回動可能になっていることを特徴としている。
この特徴によれば、太陽光が望めない夜間等の時間帯においても、太陽電池パネルの発電面を路面に向けて回動することで、路面上の自動車のヘッドライト等の光源を採光し発電できる。

本発明の太陽光発電装置は、
前記発電体の支持部は、互いに対向する両進行方向の車線に渡り路面の幅方向に架設され、前記太陽電池パネルは、前記支持部における各車線ごとの上方位置に所定の枚数設けられており、前記電動部は、各車線ごとの上方位置に設けられた各々の太陽電池パネルを、各車線の進行方向に走行する自動車のヘッドライトを採光可能な向きに回動することを特徴としている。
この特徴によれば、各車線ごとの上方位置に設けられた各々の太陽電池パネルが、電動部により、各車線の進行方向に走行する自動車のヘッドライトを採光可能な向きに回動することで、各々の太陽電池パネルが、夜間等の時間帯において発電効率を高めることができる。

本発明の太陽光発電装置は、
前記太陽電池パネルにより発電された電力を蓄電する蓄電池と、該蓄電池に蓄電された電力を電気駆動の自動車に供給する供給部とを備えていることを特徴としている。
この特徴によれば、朝方ないし夕方の発電可能な時間帯において太陽電池パネルにより発電した電力を蓄電池に蓄電することで、蓄電池に蓄電された電力を、発電可能な時間帯か否かに関わらず常時、供給部により電気駆動の自動車に供給できる。

本発明の実施例における太陽光発電装置を示す斜視図である。 発電体を示す正面図である。 （ａ）は、図２のＤ−Ｄ断面図であり、（ｂ）は、制御装置を示すブロック図である。 昼間時間帯の太陽光発電装置を示す側面図である。 夕方時間帯の太陽光発電装置を示す側面図である。 夜間時間帯の太陽光発電装置を示す斜視図である

本発明に係る太陽光発電装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例に係る太陽光発電装置につき、図１から図６を参照して説明する。先ず図１の符号１は、本発明が適用された太陽光発電装置であって、太陽光発電装置１は、高速道路１１の路面１１ａ上方に架設された支持部４と、支持部４に設けられた太陽電池パネル３と、からなる発電体９が、路面１１ａの進行方向に沿って所定の間隔をおいて複数設置されている装置である。

図１及び図２に示されるように、支持部４は、互いに対向する両進行方向の車線に渡り路面１１ａの幅方向に架設されている。また、本実施例では、太陽光発電装置１は、片側３車線の上り・下り両進行方向の高速道路に適用されており、支持部４の幅方向が約２０ｍとなっている。高速道路１１の路面１１ａは、日の出・日の入地点に向かって長手方向に東西に延びている所定の領域であって、略水平面であるものとする。

太陽電池パネル３は、各々の支持部４ごとに本実施例では計９枚（上り車線上方に４枚、下り車線上方に４枚、中央分離帯上方に１枚）設けられている。図３（ａ）に示されるように、主に、太陽の光エネルギを直接電気エネルギに変換する複数の電池素子２と、電池素子２を保護する透明カバー５と、から成る。各々の電池素子２は受光面２ａを備え、受光面２ａ全体として発電面３ａを構成する。また、太陽電池パネル３は、路面１１ａから太陽への仰角に応じて太陽電池パネル３の発電面を路面１１ａに対し所定の回動角度に回動可能な回動部としての電動の駆動モータ６と、駆動モータ６の軸部６ａの軸回りに取付けられ、かつ透明カバー５を保持する保持部７と、を介して支持部４に設けられている。

また、各支持部４における路面１１ａ両側の支柱部には、それぞれステップ４ａ，４ａが固着され、各支持部４における梁部には、路面１１ａの幅方向に渡って足場部材４ｂが固着されている。この構成により、作業者等が路面１１ａのいずれ側からでもステップ４ａを介して足場部材４ｂを通行でき、各太陽電池パネル３の部材交換等のメンテナンスが出来るようになっている。

太陽電池パネル３について詳述すると、図３（ａ）に示されるように、透明カバー５の縦横の寸法が共に約２ｍの正方形の形状であり、内部に、縦横の寸法が共に約１０ｃｍの正方形の形状である電池素子２が、ほぼ隙間無く３６１個（１９列１９行）貼り付けられている。また、透明カバー５には、駆動モータ６を制御する図示しない制御装置８が内蔵されている。

本実施例の各電池素子２は、ステンレス基板上に多結晶シリコンが積層されており、図示しない電線に直列接続されている。また、各々の電池素子２は、最大動作電圧が約０．４Ｖ、最大動作電流が約２．８Ａであり、したがって太陽電池パネル３の１個あたりの出力は、約４０４Ｗ（０．４Ｖ×２．８Ａ×３６１）となっている。

図２に示されるように、この電池素子２により変換された電気エネルギである直流電力が、電線１４を介して図示しないインバータに送電され、該インバータにより交流電力に変換され、この交流電力が街灯１２に供給され、若しくは前記した直流電力が、サービスエリア等に設置された蓄電池１３に送電されて蓄電され、この蓄電された電力が供給部１５を介して電気駆動の自動車にその駆動力として供給されるようになっている。

このように、朝方ないし夕方の発電可能な時間帯において太陽電池パネル３により発電した電力を蓄電池１３に蓄電することで、蓄電池１３に蓄電された電力を、発電可能な時間帯か否かに関わらず常時、供給部１５により電気駆動の自動車に供給できる。

図３（ｂ）に示されるように、制御装置８は、主に、駆動モータ６に接続された制御部３０と、データを記憶する記憶手段３１と、年月日及び時刻を計時するクロック３２と、を備えており、制御部３０は、記憶手段３１に記憶された各種データと、クロック３２が検知した年月日及び時刻と、に基づいて、制御部３０が駆動モータ６を駆動させ、あるいは駆動を停止させるようになっている。この駆動モータ６の駆動または駆動停止により、太陽電池パネル３の回動または回動停止が行われる（図３（ａ）白抜矢印参照）。

具体的には、記憶手段３１は、太陽光発電装置１が設置される場所の緯度・経度等の地理データを記憶している。

そして、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、制御部３０は、クロック３２が示す現在の時刻情報を常時監視しており、所定時間（例えば１時間）毎に、前記した地理データに基づいて、現在時刻における太陽の位置を算出する。更に制御部３０は、この太陽の位置に基づき、太陽光Ｓの発電面３ａへの照射角を常に最大化するように、太陽電池パネル３の回動角度を算出する。

次いで、制御部３０は、太陽電池パネル３の回動角度を算出した後に、図３（ａ）に示されるように、発電面３ａへの照射角を最大化する角度に（路面との平行面Ｕと保持部７の軸心Ｑとの角度φ）、駆動モータ６の軸部６ａを駆動させる（図示一点鎖線の太陽電池パネル３参照）。この回動により、太陽電池パネル３の太陽光Ｓの受光率が最大になる。

更に、夜間時間帯においては、図３（ａ）に示されるように、太陽電池パネル３の発電面３ａが図示下方、すなわち更に路面側に向けて回動可能に、制御部３０が、駆動モータ６を駆動するようになっている（図示二点鎖線の太陽電池パネル３参照）。

また、本実施例では、電池素子２が太陽光から変換した直流電力を蓄電した電源装置１６（図２参照）から、制御装置８及び駆動モータ６へ電源が供給されるようになっている。つまり、駆動モータ６は、太陽電池パネル３により発電した電力を駆動源とする電動部として構成されている。このように、駆動モータ６が、太陽電池パネル３により発電した電力を駆動源として利用することで、他に特段の駆動源を要さず、駆動源を構成し易い。

次に、時刻の変化に応じた太陽光電池パネル３の回動状況を説明する。ここで、路面１１ａから太陽への仰角が所定角以下の時間帯を朝方若しくは夕方時間帯とし、仰角が所定角以上の時間帯を昼間時間帯とする。

本実施例の発電体９は、太陽の仰角が朝方若しくは夕方時間帯における予め定めた角度θ（図５参照）になったときに、路面１１ａの進行方向に沿って互いに隣接した太陽電池パネル３の投影領域が、路面１１ａの進行方向に連続するような間隔をおいて、設けられている。

図４に示されるように、先ず、昼間時間帯に含まれる正午において、太陽は真南に位置している。正方形である太陽光パネル３の一辺の寸法をＲとすると、路面１１ａの進行方向の寸法が略Ｒの領域が、路面１１ａに投影される（図示投影領域Ａ〜Ｃ参照）。各投影領域同士の間は非投影領域、すなわち日なたである。尚、図４では太陽光の照射角は発電面３ａ（及び路面１１ａ）に対し略垂直に示されているが、図４において太陽は、紙面平面よりも紙面手前側（南側）に位置する。

そして、時間の経過とともに太陽が西側に向かって移動した夕方時間帯において、前述したように、太陽の移動に応じて太陽電池パネル３も、その発電面３ａが太陽光に対して最大の照射角になるように回動する。この発電面３ａの回動により、太陽電池パネル３が路面１１ａに対して投影する投影領域が漸次大きくなるに伴い、各投影領域における路面１１ａの進行方向の寸法が長くなり、結果として各太陽電池パネル３により投影されるそれぞれの投影領域が接近する。

つまり、太陽電池パネル３は、夕方時間帯における回動角度が、昼間時間帯における回動角度よりも大きくなるように回動し、時間が経過するに従って太陽電池パネル３が路面１１ａに投影する投影領域が、昼間時間帯における投影領域よりも大きくなっていく（図５参照）。同様に、図示しないが、太陽電池パネル３は、その朝方時間帯における回動角度が、昼間時間帯における回動角度よりも大きくなるように回動するため、朝方時間帯においても太陽電池パネル３が路面１１ａに投影する投影領域が、昼間時間帯における投影領域よりも大きくなる。

更に、時刻が経過し、図５に示されるように、夕方時間帯に含まれる太陽の仰角が角度θになると、各太陽電池パネル３により形成される投影領域がそれぞれ連続する（図示投影領域Ａ’〜Ｃ’参照）。言い換えれば、太陽の仰角が角度θになったときに、投影領域が路面１１ａの進行方向に連続するように、本実施例の発電体９は、太陽の仰角が角度θになったときに形成される投影領域の前記進行方向の寸法おきに、すなわち略Ｒ／ｓｉｎθおきに設置されている。尚、図示しないが、太陽の仰角が角度θになる朝方時間帯においても、各太陽電池パネル３に形成される投影領域がそれぞれ路面１１ａの進行方向に連続する。

このように、複数体の発電体９が、互いに隣接した太陽電池パネル３の朝方若しくは夕方時間帯における投影領域が路面１１ａの進行方向に連続するような間隔をおいて、設けられているため、自動車の運転者が、朝方若しくは夕方において路面の進行方向に亘って太陽光を遮光でき、眩しさを感じることなく安全に運転できる。

そして、太陽電池パネル３の発電面３ａが、角度θの仰角である太陽光Ｓに対して照射角を最大にした時刻以降において、前記制御部は、太陽電池パネル３を回動させる制御を少なくとも日の入時刻まで停止する。

このように、太陽光エネルギが比較的小さく、且つ、隣接した太陽電池パネル３の発電面３ａに対し投影する虞のある、朝方若しくは夕方時間帯において、前記制御部が太陽電池パネル３の回動を停止することで、太陽電池パネル３の回動に要するエネルギ消費を回避できる。

更に、日の入後、日の出前の夜間時間帯においては、図６に示されるように、各車線ごとの上方位置に設けられた各々の太陽電池パネル３が、各々の車線の進行方向に走行する自動車のヘッドライトを採光可能な向きになるように、駆動モータ６が、発電面３ａを、路面１１ａ側に向けて回動し、この回動により、電池素子２が、自動車等のヘッドライト及び街灯等の光エネルギを電気エネルギに変換する。尚、昼間時間帯においても、例えば曇天等で所定明るさの太陽光が望めない場合、前述のように発電面３ａを路面１１ａに向けて回動してもよい。この構成によれば、太陽光が望めない夜間等の時間帯においても、太陽電池パネル３の発電面３ａを路面１１ａに向けて回動することで、路面１１ａ上の自動車のヘッドライト等の光源を採光し発電できる。

また、各車線ごとの上方位置に設けられた各々の太陽電池パネル３が、駆動モータ６により、各車線の進行方向に走行する自動車のヘッドライトを採光可能な向きに回動することで、各々の太陽電池パネル３が、夜間等の時間帯において発電効率を高めることができる。尚、各支持部４ごとに計９枚設けられた太陽電池パネル３のうち、中央分離帯の上方に設けられた１枚の太陽電池パネル３は、上述した夜間時間帯において通行量の多い方の車線の進行方向に走行する自動車のヘッドライトを採光可能な向きに回動させることで、発電効率を更に高めることが出来る。

以上に説明したように、実施例の太陽光発電装置１において、路面１１ａから太陽への仰角に応じて発電面３ａを回動可能な駆動モータ６を介し支持部４に設けられることで、太陽光を常時高効率に採光し発電できる太陽電池パネル３が、朝方若しくは夕方時間帯の回動角度が昼間時間帯の回動角度よりも大きくなるように回動することで、朝方若しくは夕方時間帯の投影領域が、昼間時間帯の投影領域よりも大きくなるため、所定量の発電量を確保させつつ、路面１１ａ上の自動車の運転者が眩しさを感じ難い昼間において路面１１ａに採光できるばかりか、眩しさを感じ易い朝方若しくは夕方において太陽光を遮光できる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、太陽光発電装置１は高速道路１１に適用されているが、太陽光発電装置の設置場所は限定されるものではなく、例えば、太陽光発電装置は一般道路に設置されていてもよい。また、太陽光発電装置の設置場所は、道路の車線数、車線幅、若しくは一方向・両方向の進行方向に限定されるものではなく、例えば、一方通行の１車線道路に設置されていてもよい。

また、前記実施例では、電池素子２は、ステンレス基板上に多結晶シリコンが積層されているが、積層される材質は限定されるものではなく、例えば、電池素子は、アモルファスシリコンが積層されるものであってもよい。

また、前記実施例では、透明カバー５の縦横の長さは共に２ｍであり、内部に、縦横の寸法が共に１０ｃｍである電池素子２が、ほぼ隙間無く３６１個（１９列１９行）貼り付けられた太陽電池パネル３が適用されているが、パネルの寸法、電池素子の寸法及び電池素子の個数等は前記実施例の数値に限定されず、適宜設定可能であるものとする。

また、前記実施例では、記憶手段３１に記憶された地理データ及びクロック３２が計時している年月日及び時刻に基づいて、制御部３０が駆動モータ６を駆動させる制御装置８が適用されているが、これに限らず、例えば、制御装置は照度センサを備え、制御部は、この照度センサが検知した照度に基づいて、光源すなわち太陽の現在位置を算出し、太陽電池パネルの発電面への照射角を最大化するべく、駆動モータを駆動させてもよい。

また、前記実施例では、発電体９は、夕方時間帯に含まれる仰角が角度θになると、各太陽電池パネル３により形成される投影領域がそれぞれ連続する間隔おきで設けられているが、太陽電池パネルは、朝方若しくは夕方時間帯における回動角度が、昼間時間帯における回動角度よりも大きくなるように回動することで、朝方若しくは夕方時間帯における投影領域が、昼間時間帯における投影領域よりも大きくなればよく、必ずしも各投影領域が連続しなくてもよい。

また、前記実施例では、太陽電池パネル３の発電面３ａが、太陽の仰角が角度θになった時刻以降において、制御部３０は、太陽電池パネル３を回動させる制御を少なくとも日の入時刻まで停止するようになっているが、これに限らず、例えば、制御部は、クロックにより検知された時刻が、太陽の仰角が角度θになる以前の所定の時点で、太陽電池パネルの回動を停止させてもよい。

１ 太陽光発電装置
３ 太陽電池パネル
３ａ 発電面
４ 支持部
６ 駆動モータ（回動部，電動部）
９ 発電体
１１ａ 路面
１３ 蓄電池
１５ 供給部
３０ 制御部
３１ 記憶手段
３２ クロック

Claims (7)

1. 自動車用の路面上方に架設された支持部と、該支持部に設けられた太陽電池パネルと、からなる発電体が、路面の進行方向に沿って所定の間隔をおいて複数体設けられた太陽光発電装置であって、
   各々の前記太陽電池パネルは、路面から太陽への仰角に応じて該太陽電池パネルの発電面を路面に対し所定の回動角度に回動可能な回動部を介し、前記支持部に設けられ、
   前記太陽電池パネルは、前記仰角が所定角以下の朝方若しくは夕方時間帯における回動角度が、前記仰角が所定角以上の昼間時間帯における回動角度よりも大きくなるように回動することで、
   前記朝方若しくは夕方時間帯において前記太陽電池パネルが路面に投影する投影領域が、前記昼間時間帯における前記投影領域よりも大きくなることを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記複数体の発電体は、互いに隣接した前記太陽電池パネルの前記朝方若しくは夕方時間帯における投影領域が路面の進行方向に連続するような間隔をおいて、設けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
3. 前記回動部は、前記太陽電池パネルにより発電した電力を駆動源とする電動部であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電装置。
4. 前記電動部に、クロックと、該クロックにより検知された前記朝方若しくは夕方時間帯において、前記太陽電池パネルの回動を停止させる制御部とが、接続されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電装置。
5. 前記電動部は、前記太陽電池パネルの発電面を更に路面側に向けて回動可能になっていることを特徴とする請求項３または４に記載の太陽光発電装置。
6. 前記発電体の支持部は、互いに対向する両進行方向の車線に渡り路面の幅方向に架設され、前記太陽電池パネルは、前記支持部における各車線ごとの上方位置に所定の枚数設けられており、前記電動部は、各車線ごとの上方位置に設けられた各々の太陽電池パネルを、各車線の進行方向に走行する自動車のヘッドライトを採光可能な向きに回動することを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電装置。
7. 前記太陽電池パネルにより発電された電力を蓄電する蓄電池と、該蓄電池に蓄電された電力を電気駆動の自動車に供給する供給部とを備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽光発電装置。

Images