JP2016208764A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】ソーラーシェアリングにおける諸問題、具体的には架台を設置するコスト低減、架台の強度低下、太陽電池モジュールのメンテナンスなどに困難性などを解決する。【解決手段】複数の太陽電池モジュール、及び該太陽電池モジュールを支持する架台を有し、架台に支持される複数の太陽電池モジュールは、架台設置面に太陽光が照射されるように間隔を有して配列される太陽光発電システムであって、架台設置面と太陽電池モジュールとの間に、農産物を育成するための養液を保持する水耕栽培容器が備えられる、太陽光発電システムにより課題を解決する。【選択図】図４

Description

本発明は、地面や屋上など太陽光発電システムの設置面に太陽光を照射させ、農産物を生産しながら太陽光発電を可能とする、いわゆるソーラーシェアリングに関する。

持続可能なエネルギーとして太陽光発電が注目され、建築物の壁や屋上などへの設置に加えて、いわゆるメガソーラーのような大規模な太陽光発電システムの建設も進んでいる。
一方、農地等の上に複数の太陽光パネルを間隔を有して並べることで、適度に太陽光を地面に供給し、農産物を生産しながら太陽光発電を行う、いわゆるソーラーシェアリングが提案されている（特許文献１参照）。
このような取組みは国によっても推奨されており、農林水産省は「支柱を立てて営農を継続する太陽光発電設備等についての農地転用許可制度上の取扱いについて」という通知を出している（非特許文献１参照）。
また、ソーラーシェアリングに関し、ソーラーシェアリング特有の課題を解決する提案が、すでにいくつかなされている（特許文献２乃至９参照）。

他方、水耕栽培を屋外で行う露地水耕栽培の試みがされているが、降雨時に雨水が流入する問題や害虫の問題などがある（特許文献１０）。

特開２００５−２７７０３８号公報 特開２０１４−２３６０４６号公報 特開２０１４−２３６１９９号公報 特開２０１４−２３６２００号公報 特開２０１４−２３９１１４号公報 特開２０１４−２４１３６０号公報 特開２０１５−００２２４３号公報 特許第５５４３４９９号 特許第５６８３７３３号 特開２００１−３２０４１７号公報

「支柱を立てて営農を継続する太陽光発電設備等についての農地転用許可制度上の取扱いについて」"農村振興局長通知"、［ｏｎｌｉｎｅ］、農林水産省、［平成２７年４月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.maff.go.jp/j/press/nousin/noukei/pdf/130401-01.pdf＞

ソーラーシェアリングでは、太陽光パネル下にある農地で耕作等を行うことから、必要に応じ耕運機を用い、場合によっては鍬を使用する。そのため、作業スペースを確保する観点から架台を高く組み（通常３ｍ以上）、その上に太陽光パネルを設置する。したがって、架台を作成するための資材を大量に使用することから設置コストがかかり、また、強度が低下する傾向にある。さらに、太陽電池パネルのメンテナンスなどに困難を有する。他方、架台を低く組んだ太陽光パネルでは上記耕作作業の点で困難を有るため、架台を低
く組んだ太陽光パネルでは、ソーラーシェアリングは行われていない。
本発明はこのようなソーラーシェアリングでの課題を解決するものである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を進めた結果、露地水耕栽培をソーラーシェアリングに適用することで、太陽電池パネルが防雨の役割を担い、また従来のソーラーシェアリングで行われていた大規模な耕作作業等を行う必要がなくなり、上記課題を解決できることを見出した。

すなわち本発明の実施形態は、複数の太陽電池モジュール、及び該太陽電池モジュールを支持する架台を有し、架台に支持される複数の太陽電池モジュールは、架台設置面に太陽光が照射されるように間隔を有して配置される太陽光発電システムであって、
架台設置面と太陽電池モジュールとの間に、農産物を育成するための養液を保持する水耕栽培容器が備えられる、太陽光発電システムである。

本発明の好ましい実施形態では、前記水耕栽培容器が複数の開口部を有するパイプであり、該開口部が前記太陽電池モジュールの真下に位置する太陽光発電システムである。
また、前記水耕栽培容器が、上部が開口しているトレーであることが好ましい。
また、前記パイプ又はトレーの延伸方向が、前記太陽電池モジュールの長手方向と略同一である形態が好ましい。
また、前記架台は、太陽の高度変化に応じて太陽電池モジュール受光面の向きを変化させることができる可動機構を有する形態が好ましい。
また、前記太陽電池モジュールの最下点が課題設置面から３ｍ未満の地点である形態が好ましい。
また、前記太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールの架台設置面に対向する面に反射板を備える形態が好ましい。

本発明の太陽光発電システムでは、水耕栽培を適用することから農地の耕作等を行わず作業スペースを確保する必要がないため、架台の位置を低く設定することができる。そのため、設置コストが低減され、また、強度が向上し、更に太陽電池モジュールのメンテナンス作業も容易である。
また、好ましい実施形態では、水耕栽培容器が開口部を有するパイプ、又は上部が開口しているトレーであり、開口部が太陽電池モジュールの真下に位置することで、防雨効果が向上する。また、パイプ又はトレーの延伸方向が、前記太陽電池モジュールの長手方向と略同一であることでも、防雨効果が向上する。
また、前記架台が太陽電池モジュール受光面の向きを変化させることができる可動機構を有することで、太陽電池モジュールの受光量が増加し、発電量が向上する。また、太陽電池モジュールの最下点が架台設置面から３ｍ未満とすることで、より好ましくは１ｍ以下とすることで、太陽光発電システムの設置コストが低減され、また、強度が向上し、更に太陽電池モジュールのメンテナンス作業も容易となる。
また、太陽電池モジュールの架台設置面に対向する面に反射板を備えることで、農産物への日射量を増加することができ、好ましい。

ソーラーシェアリングに用いる太陽光発電システムの斜視模式図である。 一実施形態に係る太陽光発電システムの斜視模式図である。 図２における、幅手方向断面模式図である。 一実施形態に係る太陽光発電システムの斜視模式図である。 図４における、幅手方向断面模式図である。 本発明の一実施形態に係るパイプ水耕における、上面模式図（ａ）及び断面模式図（ｂ）である。 太陽光発電システムに用いることができる、水耕栽培容器の一実施形態を示す、断面模式図である。 既設の太陽光発電システムに、水耕栽培を組み合わせた実施形態を示す断面模式図である。

以下、図を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。
また、説明に用いる図面は、いずれも本発明による水耕栽培用具を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略等を行っており、各構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、図面を用いた説明に用いる様々な数値は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することができる。

本発明の実施形態に係る太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュール、及び該太陽電池モジュールを支持する架台を有し、架台に支持される複数の太陽電池モジュールは、架台設置面に太陽光が照射されるように間隔を有して配置されるシステムであり、いわゆるソーラーシェアリングと称される。ソーラーシェアリングにおいては、このように複数の太陽電池モジュールを、間隔を有して架台上に配置することで、隣り合う太陽電池モジュールの間隔から太陽光を地面や屋上などの架台設置面に導入し、太陽光発電をしながら、架台を用いることでスペースが生じた架台設置面において農産物の生産が可能となるシステムである。

ソーラーシェアリングに用いる太陽光発電システムの斜視模式図を図１に示す。図１は、地面上に太陽光発電システムを設置した図であるが、架台を設置できる場所であれば必ずしも地面である必要はなく、例えば建築物の屋上であってもよい。
ソーラーシェアリングに用いる太陽光発電システム１０は、架台１２上に、複数枚の太陽電池モジュール１１が配置される。太陽電池モジュール１１は架台１２上に配置されるため、地面と太陽電池モジュール１１との間にスペース１４が生じ、当該スペース１４を利用して、農産物の耕作が行われる。耕作において耕具を用いる必要があるため、太陽電池モジュール１１の設置位置は通常地面から３ｍ以上の位置である。これ以下であると、耕具を使用する際、例えば鍬を振り上げた際に、振り上げた鍬と太陽電池モジュール１１や架台１２とが接触する可能性がある。

複数の太陽電池モジュール１１は、例えば図１に示すように、縦横整列して配置されてもよく、市松模様状に配置されてもよく、地面に太陽光が照射されるように間隔を有して配置される限り特段限定されない。
また、複数の太陽電池モジュール１１は、全体が電気的に接続されていてもよく、一方向にのみ電気的に接続されていてもよく、個々独立であってもよく、その接続は電気取出し配線の準備との関係で決定すればよい。
また、太陽電池モジュールが有する太陽電池セルの種類は特段限定されず、シリコン単結晶型、シリコン多結晶型、薄膜型等いずれを用いてもよい。また、太陽光の照射量を増やすために、シースルータイプの太陽電池セルを用いてもよい。

架台上の太陽電池モジュールは、太陽光の受光量を増やすために、北半球においては南方向に傾けて設置することが好ましい。また、一日のうち、時間帯による太陽の高度変化に応じて、太陽電池モジュールの受光面を変化させることができる可動機構を有すること
が、太陽光の受光量を増やし、発電量を向上させる観点から好ましい。可動機構は公知のものを適用すればよく、例えば太陽電池モジュールの裏面の、幅手方向中心線上に回転軸を配置し、該回転軸を中心に太陽電池モジュールが回転できる機構を設け、太陽高度に応じて回転角を制御する方法があげられる。

本発明の実施形態に係る太陽光発電システムは、架台設置面と太陽電池モジュールとの間に、農産物を育成するための養液を保持する水耕栽培容器が備えられることを特徴とする。このような構成を採用することで、耕作を行う必要がなくなることから架台を低くすることが可能となり、設置コストを低減でき、また、強度を確保することができ、更に太陽電池モジュールのメンテナンスを容易にする。

図２に、本発明の一実施形態に係る太陽光発電システム２０の斜視模式図を示す。ただし、構成を理解しやすくするため、太陽電池モジュールは図示していない。なお、太陽電池モジュールに係る説明は、図１に示すソーラーシェアリングシステムの説明を援用する。
太陽光発電システム２０は、太陽電池モジュールと地面との間に栽培槽（プール）２５を有する。栽培槽２５は、農産物を栽培するための養液を保持する。養液は、育成する農産物の栽培に適した養液を適宜調整すればよい。栽培槽２５の深さ・大きさは当業者が適宜設定できる。

栽培槽２５に満たされた養液には、発泡スチロール２６が浮かんでおり、該発泡スチロールには複数の穴が開いており、育成する農産物の根のみが養液中に浸されるよう構成されている。発泡スチロール２６は、養液に浮遊できるもので代替することができ、例えば木材、プラスチックなどがあげられ、コストの観点や取り扱いの容易性から発泡スチロールが好ましい。

発泡スチロール２６の各穴には例えばベビーリーフ２７が格納された鉢が配置される。ベビーリーフ２７は農産物の一例であり、水耕栽培により育成可能な農産物であればよく、各種観賞用花・食用花などの花類、観葉植物類、レタス、トマトなどの野菜類であってもよい。
なお図示しないが、栽培槽２６は、養液を交換・補充するための養液供給ポンプと、養液排出ポンプを備えていることが好ましい。

図３は、図２の太陽光発電システムの、Ａ−Ａ´破線に即した幅手方向断面模式図を示し、ここでは太陽電池モジュールも併せて図示する。
ベビーリーフ２７が栽培される鉢は発泡スチロール２６に設けられた穴に配置され、養液上に浮かべられる。ここで発泡スチロール２６は、太陽電池モジュール２１の真下に配置される。このように配置することで、太陽電池モジュールが、ダイレクトに雨水が農産物に当たることを防ぎ、物理的衝撃による農産物のストレスを緩和し、農産物の生育が促進される。
さらに、傾斜した太陽電池モジュール２１の最下点の真下に樋２８を設けることで、養液への雨水の混入を大幅に低減することが可能となり、養液の補充等のメンテナンスが軽減される。

このように、ソーラーシェアリングシステムと水耕栽培を組み合わせることで、耕具を用いた耕作が不要となり、架台の高さを低くすることができるため、設置コストが低減され、また風等に対する強度低下を防ぐことができる。更に太陽電池モジュールのメンテナンスも容易となる。
本発明の栽培槽に発泡スチロールを浮かべる実施形態においては、農産物の生育に必要な作業は発泡スチロールの取り換え作業のみであり、地面から太陽電池モジュールの最下
点までの高さが３ｍ未満であってもよく、２．５ｍ以下であってもよく、２ｍ以下であってもよく、１．５ｍ以下であってもよく、１ｍ以下であってもよい。

図４に、本発明の一実施形態に係る太陽光発電システム３０の斜視模式図を示す。ただし、構成を理解しやすくするため、太陽電池モジュールは図示していない。なお、太陽電池モジュールに係る説明は、図１に示すソーラーシェアリングシステムの説明を援用する。
太陽光発電システム３０は、太陽電池モジュールと地面との間に、水耕栽培容器としての塩化ビニルパイプ３５を、幅手方向に複数並列する。塩化ビニルパイプは複数の開口部を有し、該開口部にベビーリーフ３７が格納された鉢が配置される。そして、該ビニルパイプの一端からは、図示しないノズルにより養液が供給され、他端からは図示しない養液排出機構から養液を排出することができる。
このように開口部を有するパイプを水耕栽培容器として用い、該開口部を太陽電池モジュールの真下に位置させることで、雨水が養液に混有することを防ぐことが可能となり、養液の量、濃度等を調整する労力を大幅に低減することができる。
塩化ビニルパイプ３５は、地面に直接載置するのみでもよく、固定部材で地面または架台の支柱に固定してもよい。

また図５は、図４の太陽光発電システムの、Ｂ−Ｂ´破線に即した幅手方向断面模式図を示し、ここでは太陽電池モジュールも併せて図示する。
水耕栽培容器としてパイプを用いた本実施形態では、水耕栽培の設備が非常に小型化されるため、太陽電池モジュールの配置位置を相当低くすることが可能となり、場合によっては７５ｃｍ以下であってもよく、５０ｃｍ以下であってもよい。

また図６に、水耕栽培容器としてパイプを用いた実施形態における、パイプ部分の上面模式図を示す。
図６（ａ）に、塩化ビニルパイプに配置された農産物の上面模式を示し、図中Ｃ−Ｃ´鎖線の断面図を図６（ｂ）に示す。
図６（ａ）において、水耕栽培容器である塩化ビニルパイプ４５は、複数の開口部を有し、該開口部には鉢が備えられ、鉢の中には農産物である花卉４７が格納される。

鉢に格納される花卉４７は、ウレタンスポンジ４９に支持されている。水耕栽培で栽培される花卉は、ウレタンスポンジの他、発泡スチロール、ロックウール等の固形の支持体、または培土などの支持体（セルトレーともいう）に支持されてもよい。そして本実施形態では、花卉４７は被覆肥料１００と共に鉢に収納される。

被覆肥料１００は、肥料が樹脂などで被覆された肥料であり、例えば 特開平８−５９３８２号公報、特開２００８−１５５０号公報、国際公開２０１２／１４７６６８号パンフレットなどに開示されており、当該開示にしたがって準備してもよく、また市販品も存在するため、そちらを購入して使用してもよい。

被覆肥料１００は、ウレタンスポンジ４９と接するように配置される。図６（ｂ）に示すように、ウレタンスポンジ４９には花卉４７の根が張り巡らされ、ウレタンスポンジ４９と接するように被覆肥料１００を配置すれば、花卉４７の根から肥料を花卉に供給することができる。被覆肥料１００の量は特段限定されず、育成する農産物の種類に応じて適切な量を選択すればよい。

また、図７には、図６（ｂ）において、水耕栽培容器としてパイプの代わりに上部が開口しているトレー５５を用いた場合の断面図を示す。トレーであっても、パイプと同様に花卉５７を生育することが可能である。

このように被覆肥料を用いた実施形態では、養液を調整し、循環させる必要がなく、パイプの一方から水道水や井戸水を流し続けることのみで水耕栽培が可能となる。
また、井戸水を利用する場合には、井戸水の温度は略一定であることから、温度管理をする必要はなく、また水道水を利用する場合であっても、温度調整に井戸水を適宜添加してもよい。このような場合、パイプ中を流れる養液の温度を測定する温度計を備え、当該温度が低くなり過ぎた場合、又は高くなり過ぎた場合に、略一定温度である井戸水を必要に応じ添加することで、大掛かりな設備を準備することなく、容易に養液の温度調整が可能となる。
このように温度調整に井戸水を利用する発明は、以下のようにも表される。
複数の太陽電池モジュール、及び該太陽電池モジュールを支持する架台を有し、架台に支持される複数の太陽電池モジュールは、架台設置面に太陽光が照射されるように間隔を有して配置される太陽光発電システムにより農産物を生産する方法であって、
前記太陽光発電システムは、架台設置面と太陽電池モジュールとの間に、農産物を育成するための養液を保持する複数の開口部を有するパイプ、又は上部が開口しているトレーが備えられ、
養液の温度を測定する温度測定機構、及び井戸水をくみ上げてパイプ、又はトレーに供給し得る井戸水供給機構、を有し、
前記温度測定機構により測定された温度が、予め設定された閾値を上回る場合には、井戸水供給機構により井戸水がパイプ又はトレーに供給されるステップ、を含む、方法。
この場合の閾値は、例えば３０℃であってよく、３５℃であってよく、４０℃であってもよい。
温度測定機構としては温度計が例示され、井戸水供給機構としてはポンプが例示される。
上記供給ステップは、実際に人が監視し、必要に応じてポンプを動かしてもよく、既知の制御機構を用いて、必要に応じて自動的にポンプが動くようにしてもよい。

さらに、本実施形態に係る太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュールの位置を低く設定する場合には、太陽電池モジュールの架台設置面に対向する面に反射板を備えることが好ましい。反射板としては、少なくとも太陽光の一部を反射できるものであればよく、例えばミラー、アルミ箔のような高い反射率を有する金属板が好ましい。一方で、単なる白色のビニールシートであっても太陽光を反射することができることから、このようなものを用いてもよい。
反射板を備えることで、地面等に照射された太陽光のうち、地面等によって反射された太陽光を再度農産物に照射することができる。このような形態により、農産物の生育を促進することができる。
加えて、太陽光発電システムにおいて、架台設置面のうち水耕栽培容器が存在しない部分（非生産部分）に上記反射板を設置することも、農産物への日射量を増やす観点から好ましい。
加えて、太陽光発電システムの外側に、太陽電池モジュールの架台設置面に対向する面に向かって太陽光を導光する導光板を備えることも好ましい。導光板の設置個所は、太陽電池モジュールの架台設置面に対向する面に太陽光を導光できれば特段限定されない。例えば、太陽光発電システムが並設される場合、隣り合う太陽光発電の設置面の隙間に導光板を設置してもよい。導光板は例えば太陽光を反射できる金属板などを用いることができる。

なお、水耕栽培容器としてパイプやトレーを用いる場合、既に屋上に設置してある太陽電池モジュールに、水耕栽培を組み合わせることが容易に可能となる。
よって、第二の発明としては、太陽光発電システムの製造方法であって、既設の太陽光発電システムに水耕栽培容器を取り付けるステップ、を含み、
前記水耕栽培容器は、複数の開口部を有するパイプ及び／又は上部が開口しているトレーである、太陽光発電システムの製造方法である。
第二の発明は、ソーラーシェアリングを目的として新たに設置する太陽光発電システムではなく、既設の太陽光発電システムを、ソーラーシェアリング可能な太陽光発電システムとする方法である。特に、太陽電池モジュールの最下点が設置面に非常に近く設置されているメガソーラーなどにおいて、本第二の発明を適用することが好ましい。

図８に、上記第二の発明に係る太陽光発電システムの製造方法の、具体的実施形態の断面模式図を示す。
図８の太陽光発電システム６０は、屋上に設けられた既設の太陽光発電システムである。太陽光発電システム６０は架台６２が非常に低く組まれていることから、太陽電池モジュール６１の最下点が、架台設置面から０．２ｍの高さである。０．５ｍの高さであってもよい。一方で太陽電池モジュール６１は太陽光採光の観点から通常傾斜して設置され、太陽電池モジュール６１の最上点は、架台設置面から２ｍである。そのため、太陽電池モジュール６１の最上点と架台設置面との間には、パイプ及び／又はトレーを用いた水耕栽培を行う十分なスペースがあり、場合によっては多段式の水耕栽培を行うことも可能である。多段式とすることで生産効率が向上する。

太陽光発電システム６０では、水耕栽培容器であるトレー６５は、架台６２の支柱を利用して固定される。固定方法は特段限定されず、ワイヤーなどにより支柱にくくりつけてよい。また、架台６２の支柱を利用して固定しない場合には、トレー載置台を別途準備してもよい。
トレー６５は、太陽電池モジュール６１の真下に配置されることで、降雨時に雨が直接花卉６７に当たることで花卉６７がストレスを受け、生育に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。なお、太陽電池モジュール６１の真下に配置されない場合には、雨除け等を設けてもよい。
なお、ここで用いるパイプやトレーは、上記太陽光発電システムに係る発明の説明を援用できる。

１０、２０、３０、６０ 太陽光発電システム
１１、２１、３１、６１ 太陽電池モジュール
１２、２２、３２、６２ 架台
１３ 間隙
１４ スペース
２５ 栽培槽（プール）
３５、４５ パイプ
５５、６５ トレー
２６ 発泡スチロール
２７、３７ ベビーリーフ
４７、５７、６７ 花卉
２８ 樋
４９、５９、６９ ウレタンスポンジ
１００ 被覆肥料

Claims (8)

1. 複数の太陽電池モジュール、及び該太陽電池モジュールを支持する架台を有し、架台に支持される複数の太陽電池モジュールは、架台設置面に太陽光が照射されるように間隔を有して配置される太陽光発電システムであって、
   架台設置面と太陽電池モジュールとの間に、農産物を育成するための養液を保持する水耕栽培容器が備えられる、太陽光発電システム。
2. 前記水耕栽培容器が複数の開口部を有するパイプであり、該開口部が前記太陽電池モジュールの真下に位置する、請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記水耕栽培容器が、上部が開口しているトレーである、請求項１に記載の太陽光発電システム。
4. 前記パイプ又はトレーの延伸方向が、前記太陽電池モジュールの長手方向と略同一である、請求項２又は３に記載の太陽光発電システム。
5. 前記架台は、太陽の高度変化に応じて太陽電池モジュール受光面の向きを変化させることができる可動機構を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
6. 前記太陽電池モジュールの最下点が架台設置面から３ｍ未満の地点である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
7. 前記太陽電池モジュールの最下点が架台設置面から１ｍ以下の地点である、請求項６に記載の太陽光発電システム。
8. 前記太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールの架台設置面に対向する面に反射板を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。