JP2016059151A - 太陽電池パネルの設置構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量で剛性及び強度が高く、農作物の栽培に必要な日射量及び農作業に必要な作業空間を確保しつつ太陽光発電の出力を高めることができる太陽電池パネルの設置構造を提供する。【解決手段】後列になるに従って高くなるよう前後左右に整列して立設される複数の支柱11と、左右方向に並ぶ支柱11に架設される横架材12と、横架材12に架設され前後方向に傾斜して延在する傾斜材13と、傾斜材13に配設される複数枚の太陽電池パネル2と、を有し、太陽電池パネル2は、前後若しくは左右に隣接する他の太陽電池パネル2との間にその厚み寸法よりも大きい所定の間隔W4の隙間部3を設けて配設される。これにより、隙間部3を通過する太陽光により農作物の栽培を可能とし、少ない支柱で農作業を行うための作業空間を広く確保でき、且つ太陽光発電の出力を高めることができる。【選択図】図1
Description
本発明は、太陽電池パネルの設置構造に関し、特に、農地に設置される太陽電池パネルの設置構造に関する。
従来、この種の太陽電池パネルの設置構造として、特許文献1に開示された太陽光発電設備が知られている。同文献に記載された太陽光発電設備は、架台上に複数枚のモジュール(太陽電池パネル)を配設したアレイを、東西の幅を狭く、南北方向に細長く構成している。このアレイを東西方向に複数基、隣接するアレイとの間にアレイ幅の4倍の間隔を確保して設置している。
具体的には、アレイの東西方向の幅は、1.8mであり、隣接するアレイとの間隔は、7.2mである。このように、夫々独立したアレイを、間隔を置いて農地に配置することによって、農地への日射を確保している。これにより、太陽光発電と農作物の栽培とを両立させている。
しかしながら、上記した従来技術では、農作物の栽培に必要な日射量及び農作業に必要な作業空間を確保しつつ太陽光発電の出力を高める観点から改善の余地があった。
具体的には、特許文献1に開示された従来技術のように、隣接するアレイとの間にアレイ幅の4倍の間隔を確保してアレイを配置する方法では、太陽光発電に利用できる日射量は、設置面積(農地)の約20%に相当する日射量であった。そのため、太陽光発電の出力が低かった。
太陽光発電の出力を増大させるために隣接するアレイとの間隔を狭めると、東西方向に幅の狭いアレイを夫々独立して設置する方法では、アレイを支える架台の支柱が東西方向に多く並ぶことになり、農作業の妨げになる。特に、アレイ下の農地に南北から出入りすることが困難である。
また、アレイは南北方向に細長く設置されるので、アレイの四隅角部のみに支柱を設ける構造では、南北方向に延在する梁材等について、太陽電池パネルを支えるための十分な強度を確保することが難しい。強度を確保するためには、梁材等を太くするか、南北方向に梁材等を支える複数の支柱等を設ける等の対応が必要となる。その場合、支柱等が農作業の妨げになると共に、架台の重量が増すという問題点がある。
また、東西方向に幅の狭いアレイは、東西方向に作用する荷重に対する強度を確保することが難しく、東西方向に倒れ易い。そのため、太くて重量な支柱等を採用する必要があり、その場合も、農作業に必要な作業空間を確保する妨げになると共に、架台の重量増を招くことになる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軽量で剛性及び強度が高く、農作物の栽培に必要な日射量及び農作業に必要な作業空間を確保しつつ太陽光発電の出力を高めることができる太陽電池パネルの設置構造を提供することにある。
本発明の太陽電池パネルの設置構造は、左右方向に同一の高さで且つ後列になるに従って順次高くなるよう前後左右に整列して立設される複数の支柱と、左右方向に並ぶ前記支柱に架設される横架材と、前記横架材に架設され前後方向に傾斜して延在する傾斜材と、前記傾斜材の上に配設される複数枚の太陽電池パネルと、を有し、前記太陽電池パネルは、前後若しくは左右に隣接する他の前記太陽電池パネルとの間に該太陽電池パネルの厚み寸法よりも大きい所定の間隔の隙間部を設けて配設されることを特徴とする。
本発明の太陽電池パネルの設置構造によれば、太陽電池パネルは、前後若しくは左右に隣接する他の前記太陽電池パネルとの間に該太陽電池パネルの厚み寸法よりも大きい所定の間隔の隙間部を設けて配設される。これにより、太陽光が前記隙間部を通過して地面に達するので、太陽電池パネルが設置される農地において農作物の栽培が可能となる。
また、太陽電池パネルは、前後左右に整列して立設される複数の支柱と、左右方向に並ぶ前記支柱に架設される横架材と、該横架材に架設され前後方向に傾斜する傾斜材と、を有する1つの支持構造物上に複数枚配設される。共通の支持構造物上に複数枚の太陽電池パネルを配設する構造により、少ない支柱で太陽電池パネルを支持するための十分な強度を発揮することができる。そのため、地面に立設される支柱の数を減らして、農作業を行うための作業空間を広く確保することができる。
また、隣接する太陽電池パネルとの間隔、即ち前記隙間部の間隔を、太陽電池パネルの厚み寸法の3倍よりも広く、隙間部に直交する方向の太陽電池パネルの一辺の長さよりも狭くしても良い。これにより、農作物の生育に好適な日射量を確保しつつ、太陽電池パネルの設置面積を増やし、太陽光発電の出力を高めることができる。
また、前記支柱、前記横架材及び前記傾斜材の少なくとも1つを、横断面形状が方形で筒状に延在する外周壁と、前記外周壁の長手方向に沿って延在して前記外周壁の相隣する2つの壁部の内面を連結する補強壁と、を有する押出形材から構成しても良い。これにより、太陽電池パネルを支える構造物の重量増加を抑えつつ、その強度及び剛性を向上させることができる。また、支柱等の間隔を広げて構造部材の数を減らすことができるので、農作業を行うための作業空間を広く確保することができると共に、構造物の材料コスト及び組立コストを削減することができる。
以下、本発明の実施形態に係る太陽電池パネルの設置構造を図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る太陽光発電設備1を示す平面図である。図1に示すように、太陽光発電設備1は、農地等の地面に設置される支持構造物10と、支持構造物10の上方に配設される複数の太陽電池パネル2と、を有する。例えば、太陽電池パネル2の設置枚数は、189枚であり、その設置領域は、左右(略東西)の幅W1が約24m、前後(略南北)の奥行D1が約15mである。
図1は、本発明の実施形態に係る太陽光発電設備1を示す平面図である。図1に示すように、太陽光発電設備1は、農地等の地面に設置される支持構造物10と、支持構造物10の上方に配設される複数の太陽電池パネル2と、を有する。例えば、太陽電池パネル2の設置枚数は、189枚であり、その設置領域は、左右(略東西)の幅W1が約24m、前後(略南北)の奥行D1が約15mである。
太陽電池パネル2は、前後方向には隙間なく接近して並べられ、左右方向には、所定の間隔の隙間部3を設けて配設される。これにより、隙間部3を通じて太陽光を太陽電池パネル2の下方へと導入することができる。
また、前後方向の略中央には、前後方向に隣接する太陽電池パネル2の間に所定の間隙の隙間部4を設けている。隙間部4からも太陽光を太陽電池パネル2の下方の農地へと取り入れることができる。
太陽電池パネル2を支持する支持構造物10は、前後左右に整列して地面に立設される複数の支柱11と、左右方向に並ぶ支柱11の上部近傍に架設されて左右方向に延在する横架材12(桁材)と、横架材12に架設され前後方向に傾斜して延在する傾斜材13と、を有する。
横架材12と傾斜材13とは、夫々略直交するよう配列されて互いに接合され、略格子状の支持体を構成している。このように一体的に組み立てられる略格子状の支持体によって、太陽電池パネル2を強固に支持することができる。
太陽電池パネル2は、傾斜材13の上に配列されて固定される。具体的には、太陽電池パネル2は、夫々左右1対の傾斜材13、即ち2本の傾斜材13の上に、傾斜材13に沿って前後方向に隙間なく並べられる。そして、左右に隣接する太陽電池パネル2も夫々一対の傾斜材13の上に配設される。前述のとおり、左右に隣接する太陽電池パネル2との間には、前後方向に細長く開口する隙間部3が形成される。
図2は、太陽電池パネル2の配列を示す拡大図であり、太陽電池パネル2の主面に垂直な方向から見た状態を表している。図2に示すように、左右に隣接して配置される太陽電池パネル2の列は、所定の間隔W4の隙間部3を確保して配設される。
具体的には、1枚の太陽電池パネル2の幅W3は、約1.6m、奥行D3は、約1mであり、隙間部3の間隔W4は、約0.2mである。これにより、太陽光発電設備1の全設置面積への日射量に対して、約85〜90%を太陽光発電に利用することができ、農作物の栽培を行いつつ、高い発電出力を得ることができる。
ここで、間隔W4は、少なくとも太陽電池パネル2の厚み寸法、詳しくは太陽電池パネルの周囲を支持する支持枠2aの厚み寸法(例えば、本実施形態では、約40mm)、よりも大きく確保される。これにより、1日あたり4〜6時間程度、隙間部3を通過させた直達光を太陽電池パネル2の下方の農地へと導くことができる。
また、間隔W4は、太陽電池パネル2の厚み寸法の3倍よりも広く確保されることが望ましい。これにより、陰性若しくは半陰性植物の栽培に好適な日射量を確保することができる。
他方、間隔W4は、隙間部3に直交する方向の太陽電池パネル2の一辺の長さ、即ち幅W3よりも狭くて良い。即ち、間隔W4を太陽電池パネル2の幅W3と略同じ寸法にすれば、太陽光発電設備1の全設置面積に照射される日射量の約1/2を農作物の栽培に利用することができるので、半陰性植物の栽培には十分な日射量を確保できる。これに対し、間隔W4を、太陽電池パネル2の幅W3よりも広く確保すると、太陽光発電の出力が低下してしまう。
更に好ましくは、間隔W4は、太陽電池パネル2の厚み寸法の4倍から6倍程度が良い。例えば、本実施形態に係る太陽電池パネル2の厚み寸法は、約40mmであり、間隔W4は、厚み寸法の約5倍である約200mmである。これにより、農作物の栽培に利用する日射量と太陽光発電に利用する日射量との好適なバランスが実現し、半陰性植物の栽培に必要な日射量を確保しつつ太陽光発電の出力を高めることができる。
なお、本実施形態では、左右に隣接する太陽電池パネル2の間に前後方向の延在する隙間部3を形成する例を挙げたが、これに代えて、前後に隣接する太陽電池パネル2の間に左右方向に延在する隙間部を形成しても良い。また、その他任意の位置に隙間部を形成することも可能である(例えば、図1に示す隙間部4)。
本実施形態のように前後方向に延在する隙間部3を形成することにより、農地に形成される日向部(及び日陰部)の移動が速くなり、日向(日陰)が一過性となるので、農地全体で日射量が平均化され、農作物の均一な育成が期待できる。
他方、左右方向に延在する隙間部を形成する方法では、特定の位置に直達光を長時間照射させることが可能となり、農作物の種類と栽培する場所を好適に選定することにより、農作物の育成を好適に調節することができる。
図3は、太陽光発電設備1を示す側面図である。図3に示すように、支柱11は、地面50に設けられる基礎19の上に、後列になるに従って順次高くなるように立設される。即ち、支柱11の上部に組み付けられる傾斜材13及びその上に配設される太陽電池パネル2は、前方が下になるよう傾斜している。なお、傾斜角度は、設置する場所における年間日射量や、耐風強度、耐雪強度等を考慮して適宜設定され、約10〜40度である。本実施形態では、傾斜角度を約10度にしている。
太陽光発電設備1の前方の開口部の高さH1は、約2mであり、後方の高さH2は、約4.8mである。また、支柱11の前後方向の間隔D2は、約2.7mである。これにより、太陽電池パネル2の下方に農作業に好適な作業空間が確保される。
前後方向に並ぶ支柱11には、横架材14(梁材)が架設される。また、前後方向の支柱を斜めに接続する補強材15(筋交い)を設けても良い。これらにより、支持構造物10の剛性及び強度が高められるので、農作業等の妨げになる支柱11等の構成部材の数を減らすことができる。
図4は、太陽電池パネルの支持構造物10の支柱11及び横架材12を示す正面図である。図4は、左右に並ぶ1列の支柱11等を表している。図4に示すように、左右方向に並ぶ支柱11は、略同一の高さである。支柱11の上部近傍には、各支柱11に架設されて左右方向に延在する横架材12が固定される。
また、支柱11と横架材12との接続部には、両者を斜めに接続する補強材16(筋交い)が設けられる。これにより、支持構造物1の剛性及び強度を更に高めることができる。左右に整列する支柱11の間隔W2は、約4.5mである。このように支柱11の間隔を広く確保することができるので、太陽電池パネル2の下方の農地で、農作業を効率良く行うことができる。
ここで、本実施形態に係る支持構造物10は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等を押出成形することによって形成される長尺の構造部材を用いている。具体的には、図1、図3及び図4に示す、支柱11、横架材12、傾斜材13、横架材14、補強材15及び補強材16として、図5ないし図8に示す押出形材20若しくは類似の構造部材を用いている。以下、支持構造物1を構成する構造部材について詳細に説明する。
図5は、支持構造物1に用いる押出形材20の概略構造を示す斜視図である。図5に示すように、押出形材20は、角パイプ状に形成される。これにより、外周壁21の外面が平面状になるので、押出形材20同士を接合する際や、押出形材20とその他の構造部材とを接合する際、前記平面状の外面を接合面として容易且つ高強度に両者を固定することができる。
また、押出形材20は、外周壁21に囲まれる内部空間に補強壁22を有する。補強壁22は、外周壁21の長手方向に沿って延在して押出形材20の全長に亘って形成される。
図6は、押出形材20の横断面図である。図6に示すように、外周壁21は、横断面略正方形状である。なお、外周壁21の角部23には、適度な丸みを付けても良い。外周壁21に囲まれて形成される空間部には、外周壁21の相隣する2つの壁部の内面を連結する補強壁22が形成される(例えば、上壁部21aと右壁部21bの内面を連結する補強壁22a)。
補強壁22は、外周壁21の4つの角部23に各々対応して形成されて、各々の角部23で相隣する2つの壁部21a〜21dの内面を連結する。
このように、横断面略正方形状の外周壁21の内部に、壁部21a〜21dの内面を連結する補強壁22を形成することにより、押出形材20の重量増加を抑えつつ、その強度及び剛性を向上させることができる。
特に、補強壁22を設けることにより、角部23の内角の変化を抑えることができる。そのため、斜め方向からの荷重に対して、押出形材20の横断面形状が略平行四辺形状に潰れ変形することを抑制することができる。
このように、押出形材20は、軽量且つ高強度に形成されるので、押出形材20を用いることにより、支持構造物10(図1等参照)を構築する際に、支柱11等の間隔を広げて構造部材の数を減らすことができる。これにより、農作業を行うための作業空間を広く確保することができると共に、支持構造物10の材料コスト及び組立コストを削減することができる。
また、補強壁22を形成することにより、外周壁21の内部に形成される空間は、角部23側に画成される中空部25(角部の中空部)と、中央側に画成される中空部24(中央の中空部)と、に区画される。
ここで、補強壁22は、各々横断面形状が略円弧状に形成される。更に詳しくは、補強壁22は、各々対応する角部23の方向に膨出するよう略円弧状に形成される。これにより、中央の中空部24は、4つの補強壁22及び外周壁21に囲まれて、横断面略円形状に形成される。また、押出形材20の横断面において、略円形状に形成される中空部24の中心と略正方形状に形成される外周壁21の中心とは合致している。
図7は、押出形材20を他の押出形材20と連結した状態における連結部近傍を示す部分断面側面図である。図8は、押出形材20を連結した状態における連結部近傍を示す横断面図であり、図7に示すA−A線断面を表している。
図7に示すように、押出形材20は、接続金具30を用いて延在方向に連結自在である。具体的には、接続金具30の一端30aを一方の押出形材20Aの端部からその中空部24Aに挿入し、接続金具30の他端30bを他方の押出形材20Bの端部からその中空部24Bに挿入する。これにより、接続金具30を介して2つの押出形材20が連結される。
即ち、図8に示すように、接続金具30は、押出形材20の中央の中空部24に勘合される。換言すれば、中央の中空部24は、押出形材20を他の押出形材20と連結する際、接続金具30を勘合させるための勘合部となる。なお、押出形材20と接続金具30とは、ボルト締結若しくは溶接等によって容易に固定することができる。また、突き合わされた押出形材20の端部同士を溶接しても良い。
このように、中空部24に接続金具30を勘合させることにより、押出形材20を延在方向に連結して、即ち端部同士を突き合わせて連結して、容易に延長することができる。また、中空部24に接続金具30を勘合させる構成により、押出形材20の位置合わせを容易に行うことができる。また、接続金具30は、1つのみで良いので、従来のように、複数の継手を用いる場合に比べ、接続及び固定の作業を効率良く行うことができる。
これにより、図1に示すように、長尺の横架材12(幅W1約24mに相当する長さ)や傾斜材13(奥行D1約15mに相当する長さ)を軽量且つ高強度に形成することができる。その結果、少ない構造部材で太陽電池パネル2を高強度に支持することができ、作業空間を広く確保することができる。
また、図8に示すように、接続金具30は、中空部24の形状に対応した外周形状を有する。具体的には、接続金具30の外周面は、横断面略円形状に形成される。つまり、中空部24を横断面略円形状に形成することにより、接続金具30として略円筒形状、即ち略丸パイプ状の形態を採用することができる。このような略丸パイプ状の形態は、加工が容易であると共に強度面においても有利であるので、軽量且つ高強度な接続金具30を低コストで生産することができる。
また、横断面略円形状の中空部24を、その中心が横断面略正方形状の外周壁21の中心と合致するように形成することにより、連結される2つの押出形材20の軸を容易に合わせることができる。即ち、各々の押出形材20の中空部24に接続金具30を勘合させることにより、各々の軸を略一直線上に揃えることができる。
また、中空部24に接続金具30を勘合させた状態で、2つの押出形材20の夫々1つの壁部(例えば、上壁部21a)を同じ向きに揃えることにより、連結される各々の押出形材20の全ての外周面を各々同じ向きに、且つ略平坦に揃えることができる。
また、前述のとおり、本実施形態に係る押出形材20では、補強壁22は、各々の角部23において外周壁21の相隣する2つの壁部21a〜21dを連結する。そのため、中央の中空部24を角部の中空部25よりも大きく(横断面において断面積を広く)確保することができる。
また、相対向する壁部(例えば、上壁部21aと下壁部21c)を連結するように補強壁を設ける場合と比較しても、補強壁によって画成される中空部は、本実施形態の中央の中空部24の方が大きい。そのため、中空部24に挿通される接続金具30の横断面を大きく確保することができ、連結部の強度を高めることができる。
次に、図9及び図10を参照して、支持構造物10に用いる押出形材20の変形例について詳細に説明する。図9は、支持構造物10に用いる他の押出形材120の横断面図である。なお、図9において、既に説明した押出形材20と同一若しくは同様の作用、効果を奏する構成要素については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図9に示すように、押出形材120では、一方の相対向する一対の壁部(上壁部21aと下壁部21c)の厚みt1を、他方の相対向する一対の壁部(右壁部21bと左壁部21d)の厚みt2よりも厚く形成している。
これにより、厚く形成される前記一方の一対の壁部21a、21cに対して垂直方向の曲げ剛性を高めることができる。例えば、押出形材120を、垂直荷重が作用する横架材12や傾斜材13等として用いる場合には、厚く形成される上壁部21a及び下壁部21cを上下方向に向けて組み付ければ良い。それにより、支持構造物10の重量増大を抑えつつ、垂直方向の曲げモーメントによる変形を抑えることができ、耐荷重強度を高めることができる。
また、押出形材120を支持構造物10の支柱11として用いる場合には、厚く形成される上壁部21a若しくは下壁部21cが年間の卓越風向に略垂直となるような向きにして押出形材120を配設しても良い。例えば、年間の卓越風向が北である場合には、上壁部21a若しくは下壁部21cが略北を向くようにして押出形材120から成る支柱11を設置する。これにより、支持構造物10の耐風力性能を高めることができる。
また、図9に示すように、押出形材120は、略平板状の補強壁22を有する。これにより、外周壁21に作用する外力を、補強壁22を介して略直線状に効率良く伝達できるので、押出形材120の強度及び剛性を高めることができる。また、補強壁22を略平板状に形成することにより、角部の中空部25を広くすることができる。これにより、押出成形用の中子の加工が容易になると共に、押出成形の加工性が向上する。
図10は、図9に示す押出形材120を連結するための接続金具130の概略構造を示す斜視図である。図10に示すように、押出形材120を互いに連結する接続金具130は、図9に示す中空部24の形状に対応した外周形状を有する。具体的には、接続金具130の外周面には、略平板状の補強壁22(図9参照)に対応する平面部131が形成されて、接続金具130は、横断面略六角形状に形成される。
図9及び図10に示すように、補強壁22を略平板状に形成して、接続金具130には、これに対応する平面部131を形成することにより、押出形材120を連結する際、連結される2つの押出形材120の外周壁21の向きを容易に合わせることができる。
即ち、接続金具130に形成される平面部131と補強壁22の内面とを合致させて接続金具130を中空部24に挿入することにより、連結される各々の押出形材120の外周面を各々同じ向きに、且つ略平坦に揃えることができる。これにより、連結作業時の位置合わせを更に容易に行うことができ、組み立て作業の効率を向上させることができる。
以上説明の押出形材20及び押出形材120は、各部の寸法比率や形状を、要求される強度等に応じて適宜変更可能である。例えば、外周壁21は、横断面略矩形状に形成されても良い。これにより、押出形材20の重量の増加を抑えつつ、所定方向(短辺に垂直な方向)の曲げ剛性を高めることができる。そのため、支持構造物10を構成する各部毎に要求される強度仕様に応じて、横断面矩形状にした押出形材20の取り付け向きを適宜選定することにより、支持構造物10の軽量化を図ることができる。
また、押出形材20の外周壁21を構成する1つ壁部(例えば、上壁部21a)を延設して外周壁21から突設されるフランジ部を形成しても良い。このようにフランジ部を形成することにより、該フランジ部を利用して、押出形材20を他の構造部材と容易に溶接若しくはボルト締結等によって固定することができる。その際、フランジ部の外面を他の構造部材に当接させることができるので、位置合わせや固定の作業が容易であると共に、接合部の強度を高く確保することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。
1 太陽光発電設備
2 太陽電池パネル
3 隙間部
10 支持構造物
11 支柱
12 横架材
13 傾斜材
20、120 押出形材
21 外周壁
21a、21b、21c、21d 壁部
22 補強壁
2 太陽電池パネル
3 隙間部
10 支持構造物
11 支柱
12 横架材
13 傾斜材
20、120 押出形材
21 外周壁
21a、21b、21c、21d 壁部
22 補強壁
Claims (3)
- 左右方向に同一の高さで且つ後列になるに従って順次高くなるよう前後左右に整列して立設される複数の支柱と、
左右方向に並ぶ前記支柱に架設される横架材と、
前記横架材に架設され前後方向に傾斜して延在する傾斜材と、
前記傾斜材の上に配設される複数枚の太陽電池パネルと、を有し、
前記太陽電池パネルは、前後若しくは左右に隣接する他の前記太陽電池パネルとの間に該太陽電池パネルの厚み寸法よりも大きい所定の間隔の隙間部を設けて配設されることを特徴とする太陽電池パネルの設置構造。 - 前記隙間部の間隔は、前記太陽電池パネルの厚み寸法の3倍よりも広く、前記隙間部に直交する方向の前記太陽電池パネルの一辺の長さよりも狭いことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池パネルの設置構造。
- 前記支柱、前記横架材及び前記傾斜材の少なくとも1つは、横断面形状が方形で筒状に延在する外周壁と、前記外周壁の長手方向に沿って延在して前記外周壁の相隣する2つの壁部の内面を連結する補強壁と、を有する押出形材から構成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の太陽電池パネルの設置構造。
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