JP2017042025A - 太陽光パネル傾斜構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、太陽光発電設備における雪による発電の阻害、あるいは豪雪による太陽光発電架台の破壊といった問題を解決する。【解決手段】複数の太陽光パネル列群が第一の角度を成す部材Ｌ字金具を介して、第二の角度を成す部材レール上に設置されている。このレールは土台となるパイプを介して、支柱に連結させる構造とする。太陽光パネル上に積雪した雪はＬ字金具の第一の角度とレールの第二の角度の角度の合算により急な斜面角度となり、各太陽光パネル群の積雪はスムーズに前方真下に滑り落ちる。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電設備の主に架橋構造に関するものである。

太陽光発電は主に建物の屋上、屋根に設置することによってその普及が計られてきたが数十年にわたる日照を保証される屋根や屋上がマンション建設等の原因で都会では特に少なく、地方では家屋数自体が少ないので自ずと太陽光発電に対する電力業界の期待は大きくならないのが現状である。また強風対策のための強度保持、防火対策、工事に危険が伴い敷設費用がかさむ等の屋根上に置いた時の固有の問題が大きく、単位面積あたりの出力の向上を計る種々の工夫や、種々の屋根形状に対応することや、屋根材そのものに発電機能を持たせることで対応してきたが、設置費用の大幅な下落を達成していない。

一方、原子力発電は、一気に爆発させる原子爆弾を徐々にウランを核分裂させることにより熱としてエネルギーを取り出すしくみは開発当初、その効果だけが宣伝され拍手喝采のもとに推進されてきたが、近年起きた福島原発での放射能漏れによる影響のマイナス面は計り知れないものとなっている。さらに、数万年単位でも消滅することのないＴＲＵ（超ウラン元素）をはじめとする多量の毒物発生と発電や送電、変電設備へのテロ攻撃等に対する極端な脆弱性が顕在化して徐々にその存在意義が疑問視される。

原子力発電のコストは、発電端の評価でｋｗｈあたり約６円とされる価格も受電端では送電費、変電費、配電費、一般管理費、その他経費等、全てが原価に加わるのでこれらの経費を均等に水力、火力等の種類別発電量で按分し加えると約１５円強になる。原子力発電所は都会から遠く大電力を運ぶために変電費、送電費の比重も大きく、又関連する仕事量や借入金が多いために単なる按分するのでなく重さを加えて再按分するならばｋｗｈあたり１７円以上になるのは避けられないところとなる。さらに再処理費用や、高レベル核廃棄物の処分設備費用、テロ攻撃からの防護費用を加えるならば２０円を優に超え、実に各家庭に対する販売価格さえも上まることにもなる可能性がはなはだ高いのである。さらに設備の信頼性を著しく損なう応力腐食割れは、中性子を利用する装置の宿命的な問題で、その対策のために検査すればするほどさらに熱疲労の回数が増加し、さらに腐食割れが生じやすくなることから解決困難の問題として未だに解決の糸口すら見いだせていない。また高級な材料を使用して対応することはコスト上の競争力をさらに失うことは自明である。

高速増殖炉においてはさらに中性子の破壊力が増すこと、また熱応力の集中度が増し実用に供する発電方法としての水準を維持することはまことに困難な事業となることや燃料のプルトニウムを得るために使用済み核燃料の再処理を行わなければならず、一層採算が引き合うシステムにはなり得ない。

このように欠点だらけの原子力発電が２１世紀のエネルギー政策の主体である続けるひとつの大きな理由は太陽光発電を大規模に行うためには巨大面積が必要という、最大の弱点を抱えているからに他ならない。

一方水力発電は太平洋、日本海から太陽エネルギーによって蒸散した水分が日本列島に雨雪として山に降り注ぐことで莫大な位置のエネルギーが蓄積される。明治以降この日本唯一の自前のエネルギーである水力を最重点の電力源として開発されてきた。近年ダムのマイナス面、すなわち流れを遮断すること、上流の養分や土砂が海に達しない、すぐに土砂でダム湖が埋められ投資効果がない等の理由や用水の必要性が低下したこと等でダムはムダなどと極端にその効用に対する評価を失うことになっている。しかし川の流れを遮断することや上流の養分や土砂が海に達しないこと等の自然なメカニズムを破壊するマイナス面は、ダム建設の条件として上流から下流への流れを維持する貫流水路を付加し、ダムに蓄える水資源は濾した清水とする様な工夫で解消できることや、急激な電力負荷の変動に対して大きな対応力を持つことを考慮するならば、広い意味での自然エネルギーとして不動の地位を維持していくことが理にかなった２１世紀の考え方となる。

また、近年太陽光発電セル自体のコストは抜本的に下がったのであるが、工事費や流通経費等、他の経費がかさみ、また強風や降雹によって破壊しないための強度対策や防火対策にたいしてコストの負荷が大きく他の発電方式の発電単価に比べて競争力が未だに高いとはいえない。

一方、この太陽光を利用したソーラーシステムの最近の技術では、農業と太陽光発電を両立させるソーラーシェアリング方式が、広い土地を持つ農家の間で、徐々に浸透しつつある。太陽光パネルを太陽光が地面に届く程度に間隔を開けて配置し、太陽光発電と農作物の育成を両立させようとする技術である。この太陽光パネルを支える支柱の高さは、農業を行うためにはトラクターなどの農業機械や人が通る程度の高さに配置する必要がある。しかし、複数の太陽光パネルを設置する箇所が高所であり、かつ、農業を行う場所とトラクターなどが通る空間を確保するためには、支柱の間隔は出来得る限り大きく取り、支柱本数も少なくする必要があるため、太陽光架台全体を支える支柱自体にはおのずと強度が求められ、また、支柱と架台各部分の部材連結も重要となる。

また、この架台構造の強度において、特に注意しなければならないのは、主に太陽光パネル面に強風を受けた場合及び積雪荷重に対する強度の確保と、縦揺れや横揺れの地震を受けた時に耐えうる強度を確保した構造体であるかである。この内、積雪荷重に関して、例えば、木造建築物の屋根に１ｍ以上の積雪であると一般的に２０００Ｐａ以上の荷重が掛かることになるが、太い柱を中心とする連結部材やコンクリートの組み合わせが容易に可能なため、耐荷重建築物の設計実現は様々な手法で可能である。しかし、この木造建築といえども、２〜３ｍ以上の豪雪や、さらに湿気を含んだ雪、氷を下敷きとする雪などが加わると、家がきしむ、場合により、雪で押し潰されるなどの危険性があるという一面もある。

想定以上の雪の荷重が加われば、木造建築でさえ破壊の危険性がある。一方、ソーラーシェアリング架台のように、架台下部分に農業の為の空間を設けるなどの必要がある場合には、支柱本数が比較的少なくなり、また、連結部材の本数も限られることになる。しかし、この状態で強度を確保するのは容易ではなく、特に積雪したまま強度を保つのは難しいので、積雪を溜めるのではなく、効率よく落下させるようにした方が構造的には望ましい。

特開２０１５−１４０６２０には、太陽光パネルを３枚程度の複数枚設置した架台に積雪した雪が傾き方向に落下した場合に、コンベアにより架台裏面に送る方法が提案されている。架台上に積雪した雪が傾き方向前側に落ちると、降雪の度に太陽光パネル面を滑り落ち、降雪の度に積み重なって行く。さらに、この積み重なった雪を除去することなく放置し、この放置が繰り返されると、最終的には積雪場所が雪で埋まり、太陽光パネル上の雪は落下せずに、パネルの上を駆け上るように、発電部分を雪で覆い隠すなどして、結果的に発電が大きく阻害され、さらにこの状態が重症となれば雪の重みで架台の変形が起きたり、荷重超過により太陽光パネルが割れるなどの問題が発生する事もある。この太陽光パネル表側の過酷な状況に反して、架台裏側は、雪が殆ど無い状態になっているのを一般的に見受けられるので、特開２０１５−１４０６２０の提案は、その雪の無い空間となっている架台裏側に雪を送る事で発電と架台の破壊を防ぐという提案がされている。しかし、除雪の一手段として考えられないでもないが、大きな太陽光発電所のパネル設置場所一つ一つにコンベアを置いた場合の大きなコストはトータルコストを考えると非常に困難、かつ、コンベアを駆動させるための電源の確保はどのようにするのか、冬場は一般的に発電量が少ない時期であるので太陽光発電の電気を使うというのも厳しい。
特開２０１４−２１４５３５には、太陽光の架台と架台とにある程度のスペースを取る事で、太陽光パネルから滑り落ちた雪を自然融解させるとある。十分なスペースを取る事は非常に有効な手段ではあるが、実際には太陽光パネルを配置する場所は、ほとんどが余裕などなく、目一杯に敷き詰めるという場合の方が多い。また、豪雪地方で極寒の地では、この自然融解自体の保証が難しいという事も考えられる。
実登３１９７１３６には、家の融雪システムを利用して、太陽光パネルより落下した雪を融雪する方法が提案されている。家などの小規模発電では有効と考えるが、一般的な比較的大きな発電所では、もちろん、この方法は使えず、あくまでも家などの小規模の発電所に限られる。

特開２０１５−１４０６２０ 特開２０１４−２１４５３５ 実登３１９７１３６

本発明は、太陽光発電設備における雪による発電の阻害、あるいは豪雪による太陽光発電架台の破壊といった問題を解決する。

複数の太陽光パネルを一枚一枚に充分な間隔を開けて分離し、雪の落下方向に対して、角度をもつ第一の手段と、複数の太陽光パネルを支える架台自体に角度をもつ第二の手段とを持ち、この二つの角度手段を組み合わせる事によって、雪が滑り易い急な角度を形成し、太陽光パネル一枚一枚に設けた充分な間隔の間から各々の太陽光パネル面に積雪した雪が滑り落ち、さらに各々の真下に落下する構造とする。また、架台高さを出来得る限り低くするため、太陽光パネル一枚一枚が互いに影の影響が無いように注意しながらの間隔を保ち階段式に段差を設ける。

本発明によれば、太陽光パネルが影の影響がなく複数枚配置された状態で、架台真下に雪を万遍なく落下させる事が出来るので、雪で覆い隠されることで太陽光が届かず発電を諦めかけている豪雪地帯においても、また、日本各地における時折の大雪においても、太陽光発電所の発電阻害、もしくは太陽光パネルや架台の破壊といった問題を克服することが出来る。

本発明を示したアイソメ図である。 本発明の他の実施例を示す説明図である。 本発明の他の実施例を示す説明図である。 本発明の他の実施例を示す説明図である。

複数の太陽光パネルと少数の支柱とからなり、かつ、限られた本数の支柱と比較的少数の連結部材から構成される架台において、太陽光パネル一枚一枚に角度を掛けて傾斜させる第一の角度調整部と複数枚の太陽光パネル全体を支える架台自身に角度を付ける第二の角度調整部の２つの角度調整部の合算により急斜面を形成し、これによって積雪が滑り易い角度を保持しながらも、一方では落雪方向の架台高さと落雪とは反対側の架台高さの差を極力大きくしない構造とする。また、太陽光パネルどうしは、お互いに影の影響が出ない十分な間隔を採ると共に、この間隔は同時に雪の落雪に十分な間隔とする事で、架台真下に万遍なく落雪する構造とした。

図１は、列を成す複数の太陽光パネル群（１）、（２）、（３）、（４）が角度を成すＬ字金具（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）上に設置され、また、前記Ｌ字金具複数のＬ型金具（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）は、角度を成すレール（１７）、（１８）、（１９）上に設置されている。このレール（１７）、（１８）、（１９）はパイプ（２０）（２１）上に設置されており、パイプ（２０）（２１）はクランプ（２２）、（２３）、（２４）、（２５）を介して、支柱（２６）、（２７）、（２８）、（２９）と連結されている。パネル群（１）、（２）、（３）、（４）に積雪した雪はＬ字金具（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）とレール（１７）、（１８）、（１９）の両方の成す角度の合算した急な斜面角度により、矢印群（３０）により、太陽光パネル群（１）、（２）、（３）、（４）の前方真下に滑り落ちる構造とする。

また、図１、図２における支柱（２６）、（２７）、（２８）、（２９）の上をカバーするカバーパイプ（３１）、（３２）、（３３）、（３４）が配置されており、カバーパイプ（３１）、（３２）、（３３）、（３４）が、支柱（２６）、（２７）、（２８）、（２９）の表面を単にスライドするか、油圧もしくは空気ダンパにより荷重を減少させて移動させるなどした後、ネジやボルトなどによる固定でなどにより、伸縮動作することによって、長さの調整が可能である構造を採ることで、架台全体の高さと太陽光パネルの角度調整が可能となる。

さらに、図１、図３における太陽光パネル群（１）、（２）、（３）、（４）の角度をＬ字金具（５）（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）の一部（３５）の長さを伸縮させる。同様の事を他のＬ字金具（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）全てに実行することによって、ここでも太陽光パネル群（１）、（２）、（３）、（４）の角度調整が可能となる。

また、図１、図４におけるＬ字金具（５）、（６）、（７）とＬ字金具（８）、（９）、（１０）とＬ字金具（１１）、（１２）、（１３）とＬ字金具（１４）、（１５）、（１６）のレール（１７）、（１８）、（１９）上の位置を前後させる事で、雪の落下穴（３６）（３７）（３８）（３９）（４０）（４１）の拡大縮小が可能となる事で、地面（４２）に到達する太陽光の量を調整でき、ソーラーシェアリングにおける育てる農作物によって適度に影とのバランスを採ることが出来る。

ソーラーシェアリングによる太陽光発電と農業を両立させる、もしくは太陽光パネルを高い位置に設置する事で、架台下の空間を遊び場、生活の場、駐車場など有効に使えるので、従来のように、太陽光発電所を置くことで、その土地の役割を全て無くしてしまうような状態を避けることが出来る。また、原子力発電が容易ではない現状で、かつ、農業収入に売電収入が加わる事で農家も潤うことになるので、今後も益々期待できる。

１，２，３，４ 太陽光パネル列群
５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６ Ｌ字金具
１７，１８，１９ レール
２０，２１ パイプ
２２，２３，２４，２５ クランプ
２６，２７，２８，２９ 支柱
３０ 矢印群（落雪方向）
３１，３２，３３，３４ カバーパイプ
３５ Ｌ字金具の一部
３６，３７，３８，３９，４０，４１ 落雪穴
４２ 地面

Claims (4)

1. 太陽光パネル群が角度を成すＬ字金具を介して、角度を成すレール上に設置されており、前記レールはパイプ介して、支柱と連結されている構造体において、前記パネル群上に積雪した雪は前記Ｌ字金具と角度を成すレールの両方の角度の合算した急な斜面角度により、各太陽光パネル群それぞれの隙間から、架台全体の真下に滑り落ちる構造を特徴とする太陽光パネル傾斜構造。
2. 前記請求項１の支柱にカバーパイプが配設されており、前記支柱はこのカバーパイプを単にスライドするか、あるいは油圧もしくは空気ダンパの方法で荷重を弱めてスライド可動することで支柱長さの伸縮が可能となり、結果的に架台全体の高さ及び太陽光パネルの角度調整が可能であることを特徴とした前記請求項１の太陽光パネル傾斜構造。
3. 前記請求項１の太陽光パネル群の角度をＬ字金具の一部の長さを伸縮させることで、前記太陽光パネル群の角度調整が可能であることを特徴とした前記請求項１の太陽光パネル傾斜構造。
4. 前記請求項１のＬ字金具のレールに対する位置を前後変化させる事で、雪の落下穴の拡大縮小を可能とし、地面に到達する太陽光の量と影のバランス調整を可能としたことを特徴とする前記請求項１の太陽光パネル傾斜構造。

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