JP2011091073A

JP2011091073A - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2011091073A
Application number: JP2009241061A
Authority: JP
Inventors: Jitsuzo Matsumoto; 實藏松本
Original assignee: FUJI PUREAMU KK
Current assignee: FUJI PUREAMU KK
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】太陽光パネルの領域を通じて裏面側となる地上に太陽光を照射することのできる太陽光発電装置を提供すること。
【解決手段】複数の太陽電池モジュール１１を縦横に配列した太陽電池パネル１２と、当該太陽電池パネルを支持する支持体１３と備えて太陽光発電装置１０が構成されている。太陽電池パネル１２は変位可能に設けられている一方、太陽電池モジュール１１間に太陽光の通過を許容する空間Ｓと、太陽電池モジュール１１を構成するセル間に空間を備えており、これらの空間を通じて太陽電池パネル１２の裏面側地上に生じ得る日陰領域に太陽光を照射可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光発電装置に係り、更に詳しくは、太陽電池パネルを形成する複数の太陽電池モジュール間に隙間を設けて太陽光の通過領域を備えた太陽光発電装置に関する。

環境破壊を伴うことのない太陽光発電装置は、代替エネルギー源として注目され、既に、公共機関、企業、或いは一般家庭における建物等に設置、導入されている。
上記太陽光発電装置は、植物或いは農作物の栽培地、耕作地に設置する場合、太陽電池パネルが平面形状を有していることから、当該太陽電池パネルと太陽との相対位置関係により、太陽電池パネルの裏面側下方が日陰となって地上への日照が遮られることとなる。
このような場合、日陰となる地上の植物や作物は、日陰にならない周辺のそれらと日照時間が大きく異なるものとなり、育成状態に極端なばらつきを生じたりする要因となる。
特許文献１には、ネット状体を構成する複数の帯状体に太陽電池を配置し、帯状体間の格子空間を通じて太陽光が通過可能となる構成が開示されている。

特開平８−２５６６１４号公報

しかしながら、特許文献１記載の構成は、直達光量を所定の割合に減少させるとともに、遮光したエネルギーを電力に変換させるものであり、発電は二次的なものに過ぎない。換言すれば、発電を主としたときに生じ得る地上への太陽光照射不足を改善する設計思想に立脚したものとはなっていない。

[発明の目的]
本発明は、太陽光を利用した発電を十分に達成する一方で、太陽電池パネルを農地等の屋外に設置しても、太陽光パネルの裏面側となる地上に太陽光を照射することのできる太陽光発電装置を提供することにある。
また、本発明は、太陽の位置、すなわち、方位、高度をデータとして用い、当該位置データと、太陽電池パネルの実際の方位、仰角に基づいて太陽電池パネルの角度を制御して発電効率の改善若しくは維持を図りつつ、地上への太陽光の照射をも可能とする太陽光発電装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、複数の太陽電池モジュールを縦横に配列した太陽電池パネルと、当該太陽電池パネルを支持する支持体とを含み、
前記太陽電池パネルは、太陽の方位及び予め設定された制御基準に基づいて変位可能に設けられているとともに、前記太陽電池モジュール間に太陽光の通過を許容する空間を備え、当該空間の総面積は、太陽電池モジュールの総面積と同一か、それよりも小さい面積に設定される、という構成を採っている。空間の総面積を太陽電池モジュールの総面積を越えない範囲としたのは、設置面積あたりの発電効率を低下させる傾向が強くなるためである。

本発明において、前記空間の総面積は、前記複数の太陽電池モジュールの総面積の５％以上に設定される。５％未満では太陽電池パネルによって日陰となる領域が多くなりすぎて栽培地への適用に支障をきたすためである。

また、前記太陽電池モジュール間の空間は、格子状に設けられる、という構成を採っている。

更に、前記太陽電池モジュールは、当該太陽電池モジュールを形成するセル間に隙間を備えた採光型であってもよい。

また、本発明は、前記太陽電池パネルの方位及び仰角を変位させる駆動装置と、太陽電池パネルの出力を検出する積算電力計と、太陽電池パネルの方位、仰角を検出する検出器と、年月日、時刻及び太陽光発電装置の設置緯度、経度に基づいて太陽の位置データが予め設定されるとともに所定の制御を行うコントローラとを更に含み、
前記コントローラは、所定のタイミングで前記位置データを読み出すとともに、前記検出器から与えられる太陽電池パネルの実際の方位、仰角との差に応じて太陽電池パネルを角度変位させる、という構成を採っている。

本発明によれば、太陽電池パネルが変位可能に設けられているとともに、当該太陽電池パネルを構成するモジュール間に太陽光の通過を可能とする空間を設けているため、太陽電池パネルによって日陰となる領域に対し、部分的に太陽光を照射することができる。
しかも、太陽電池パネルが変位することに伴って太陽光が地上を照射する位置も変化することになるため、太陽光が照射される部分も変化することとなり、前記空間が存在しないとした場合に生ずる日陰領域を消失若しくは減少させることができ、これによって、日照不足に起因した植物、作物の育成のばらつきを低減させることができる。
また、複数の太陽電池モジュールの総面積は、前記空間よりも大きいので、期待する発電効率を達成することができる。
更に、前記空間を格子状に設けることにより、容易に入手可能な定型的な太陽電池モジュールを利用することができ、製造コストを抑制することが可能となる。
また、太陽電池パネルを角度変位させる構成を採用することで、発電効率を維持しつつ地上に太陽光の照射を実現することができる。

本実施形態に係る太陽光発電装置のブロック構成図。前記太陽光発電装置の概略正面図。図２の概略側面図。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、本実施形態における太陽光発電装置は、本出願人により既に出願された特願２００８−１７０１９５号のシステムを基本構成として採用したものである。従って、以下の説明において、必要に応じて詳細な説明を省略する。

図１ないし図３において、太陽光発電装置１０は、略方形の外形を有するフレームＦに縦横に配列された多数の太陽電池モジュール１１の集合体である太陽電池パネル１２と、当該太陽電池パネル１２を支持する支持体１３と、太陽電池パネル１２の出力、出力積算値を検出するインバータ表示器からなる積算電力計１４と、風速センサ１５と、感雨センサ１６と、太陽電池パネル１２の方位、仰角を変位させる駆動装置１７と、この駆動装置１７に所定の制御信号を出力して太陽電池パネル１２の方位、仰角を変位させるとともに、前記積算電力計１４、風速センサ１５、感雨センサ１６の検出データを入力として所定の制御を行うコントローラ１８と、当該コントローラ１８に所定の入力を行うとともに、コントローラ１８からの出力に基づいて、出力積算値等を含む各種表示や、外部機器への送受信機能等を備えた入出力装置１９と図示しない蓄電池とを備えて構成されている。

前記フレームＦは、略方形の輪郭を形成する外側フレームＦ１と、この外側フレームＦ１の内側において、縦横に相互に所定間隔を隔てて配置された縦フレームＦ２及び横フレームＦ３と、これら縦横フレームＦ２，Ｆ３の交差部分に配置された略方形の枠レームＦ４とを備えて構成され、これらフレームＦ１〜Ｆ４によって形成される内側領域に合計１２個の太陽電池モジュール１１がそれぞれ配置されている。外側フレームＦ１の縦横寸法は、４９００ｍｍ×４６００ｍｍであり、縦横のフレームＦ２，Ｆ３の空間の幅Ｗは、２００ｍｍとされ、太陽電池モジュール１１を除く空間Ｓの面積は、約４．５ｍ^２となっている。

前記太陽電池モジュール１１は相互に同一構造のものが採用されている。この太陽電池モジュール１１は平面形状が略方形となる多数のセル１１Ａの集合体からなり、各セル１１Ａ間は、３０ｍｍの図示しない隙間を隔てて配置されており、セル１１Ａ間に太陽光が通過可能な採光型の太陽電池モジュール１１として構成されている。本実施形態における個々の太陽電池モジュール１１のセル１１Ａ間の隙間の総面積は０．７ｍ^２とされ、前記空間面積との総和は、５．２ｍ^２となっている。また、一つの太陽電池モジュール１１の面積は、１．５２ｍ^２となっている。

前記支持体１３は、支柱２０と、当該支柱２０の下部に位置するベース２１と、このベース２１を地中に埋設するコンクリート２２とを含む。支持体１３の上部には、水平面内で回転可能な回転部材２５が設けられている。回転部材２５には軸２６が支持されているとともに、当該軸２６にブラケット２７を介して太陽電池パネル１２が図２中矢印ａ方向で回転可能に設けられている。従って、太陽電池パネル１２は、回転部材２５が回転することで太陽に対して受光面が正面に向く方位が変位可能となる一方、前記ブラケット２７が回転することで、水平線に対する太陽光線の入射角となる仰角が変位可能となっている。

前記駆動装置１７は、前記回転部材２５及びブラケット２７を回転させる図示しないモータ等の公知の駆動系２８を含んで構成されているとともに、支柱２０の上部に配置された方位検出器３０と仰角検出器３１とを含む。本実施形態では、エンコーダにより方位検出器３０、仰角検出器３１が構成され、これら方位検出器３０、仰角検出器３１により、太陽電池パネル１２の実際の方位、仰角が検出可能とされ、当該検出データがコントローラ１８に出力される。また、これらの検出器３０，３１は、太陽電池パネル１２が原点位置に復帰したときに、必要に応じてリセット可能に設けられている。本実施形態において、仰角検出器３１は、太陽電池パネル１２が水平位置になる毎に、検出値をリセットするように設定されている。また、方位検出器３０は、日没後に原点位置に復帰したときに検出値をリセットするように設定されている。なお、支柱２０の上部には、方位及び仰角の変位角度範囲を規制する図示しないリミットスイッチが配置されている。方位用のリミットスイッチは、太陽電池パネル１２の受光面が真南に向く方位を０°として東方位に−１３５°、西方位に＋１３５°の位置にそれぞれ設けられている一方、仰角のリミットスイッチは、太陽電池パネル１２が、水平となる位置と、鉛直となる位置とにそれぞれ設けられている。これらのリミットスイッチの位置は、任意に変更することができ、従って、太陽電池パネル１２の方位と仰角の各変位角度も変更可能となっている。

前記コントローラ１８は、年月日、時刻及び太陽光発電装置１０の設置緯度、経度に基づいて太陽の位置データを入出力装置１９を介して設定記憶する機能とタイマー機能等を含む。また、コントローラ１８は、前記方位検出器３０及び仰角検出器３１から与えられる太陽電池パネル１２の方位及び仰角と前記位置データに対応する方位及び仰角とを比較してそれらの角度差を求め、当該角度差に応じて駆動装置１７を制御する機能と、積算電力計１４から出力された太陽電池パネル１２の出力、出力積算値を入力として駆動装置１７を制御する機能と、風速センサ１５から出力された風速値が許容範囲を決定する設定値に比較して駆動装置１７を制御する機能と、感雨センサ１６から出力されたデータに基づいて雨、雪を判定して駆動装置１７を制御する機能と、装置全体をトータルに制御する各種機能とを達成するように構成されている。

本実施形態に係る太陽光発電装置１０は、特願２００８−１７０１９５号に開示した条件で太陽光を追尾システムとなっている。従って、ここでは、そのトラッキングの具体的内容については説明を省略する。

本実施形態の太陽電池パネル１２は、太陽電池モジュール１１間の空間Ｓ及びモジュールを構成するセル間の隙間を通って太陽光が地上に照射できるものであり、また、予め記録された太陽の位置を示すデータ上の方位、仰角と、太陽電池パネル１２の実際の方位、仰角とを比較し、その差に応じて太陽電池パネル１２を角度変位することから、太陽の位置との関係において太陽電池パネル１２の裏面側に生ずる日陰領域内に太陽光を照射することができる。この際、太陽光は、縦横格子状に対応する領域に照射されるとともに、太陽電池パネル１２の変位に伴って時々刻々と格子状の照射領域が変化することになる。そのため、一日を通じて考察したときに、日陰領域を殆ど生じさせることなく太陽光を照射する領域を形成することができ、日照がない領域は殆ど発生しない。
従って、本実施形態に係る太陽電池発電装置を農地等に設置した場合において、育成上の妨げを生じさせることがなく、しかも発電を利用した電気設備を農地内で駆動させることが可能となる。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、主に特定の実施の形態に関して特に図示し、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上に述べた実施の形態に対し、形状、材料、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

例えば、前記実施形態では、合計１２個の太陽電池モジュール１１を配置して太陽電池パネル１２を構成した場合を図示、説明したが、太陽電池モジュール１１の採用数は必要に応じて増加、減少させることができる。
また、太陽電池モジュール１１は採光型でなくてもよい。但し、前記実施形態で説明したように、各セル間に隙間を設けて太陽光の通過を許容すれば、発電効率を維持した状態で、地上への日照領域を十分に確保する上で有利である。

更に、前記太陽光発電装置１０のトラッキング制御方法は、実施形態に限定されるものではなく、単純に、日射量や発電量に基づいて太陽光を追尾する方法や、日射方向を検出することで太陽光を追尾する方法としてもよい。

また、前記空間Ｓは格子状に設けなくてもよい。要するに、本発明は、太陽電池パネル１２の面の一部領域を通じて太陽光を地上に直接照射することのできる空間が一定量設けられていれば足りる。

１０太陽光発電装置
１１太陽電池モジュール
１１Ａセル
１２太陽電池パネル
１３支持体

Claims

複数の太陽電池モジュールを縦横に配列した太陽電池パネルと、当該太陽電池パネルを支持する支持体とを含み、
前記太陽電池パネルは、太陽の方位及び予め設定された制御基準に基づいて変位可能に設けられているとともに、前記太陽電池モジュール間に太陽光の通過を許容する空間を備え、当該空間の総面積は、太陽電池モジュールの総面積と同一か、それよりも小さい面積に設定されていることを特徴とする太陽光発電装置。
前記空間の総面積は、前記複数の太陽電池モジュールの総面積の５％以上であることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池モジュール間の空間は、格子状に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池モジュールは、当該太陽電池モジュールを形成するセル間に隙間を備えた採光型とされていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池パネルの方位及び仰角を変位させる駆動装置と、太陽電池パネルの出力を検出する積算電力計と、太陽電池パネルの方位、仰角を検出する検出器と、年月日、時刻及び太陽光発電装置の設置緯度、経度に基づいて太陽の位置データが予め設定されるとともに所定の制御を行うコントローラとを更に含み、
前記コントローラは、所定のタイミングで前記位置データを読み出すとともに、前記検出器から与えられる太陽電池パネルの実際の方位、仰角との差に応じて太陽電池パネルを角度変位させることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の太陽光発電装置。