JP2017158316A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】利益を向上させる。【解決手段】増設モジュール２０は、所定の間隔を空けて配置された太陽電池アレイ１０及び１０’の間の遊休地に、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側に近接するように設置される。また、増設モジュール２０の傾斜上端縁側の地上高Ｈは、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側の地上高ｈＡ’と略同一であり、増設モジュール２０の傾斜上端縁側が太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側に近接するように設置される。さらに、増設モジュール２０の傾斜角度φは、太陽電池アレイ１０’の傾斜角度θと略同一である。そして、太陽電池アレイ１０及び１０’は、一定の間隔ｓを空けて配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムに関し、特に、利益を向上させることができる太陽光発電システムに関する。

近年、環境問題への配慮から、太陽光を利用して発電する太陽光発電システムが注目されている（例えば特許文献１参照）。このような太陽光発電システムは、通常、太陽光を電力に変換する複数枚の太陽電池パネルを結線し、縦２〜６段程度並べて機械的、電気的に架台に取り付けた太陽電池群である太陽電池アレイを複数備えている。

太陽電池アレイは、太陽光の日射角度や、日射角度による発電効率、汚れ防止等を考慮して、南に対する方位が０〜９０°、傾斜角度３〜４０°となるように設置されている。また、太陽電池アレイは、その能力を最大限活用すべく、年間を通じて太陽光に照らされるように、具体的には、太陽光の日射角度が最小となる冬至（１２月２２日）のときでも、その影が他の太陽電池アレイに当たらないように、太陽電池アレイの傾斜上端縁側と傾斜下端縁側との地上高の差の２〜２．５倍の間隔を空けて配置（以下「適正配置」という）されている。

特開２０１３−２３６４５９公報

平成２４年度の固定価格買取制度（Feed-in Tariff：ＦＩＴ）の開始後、全国で太陽光発電システムの開発が進み、適正な太陽光発電システムの用地が著しく減少し、用地の取得コストが高騰している。このため、新たに用地を取得した場合、適正配置では、用地の取得コストを十分に回収できないおそれがある。そこで、用地の取得コストを考慮して、各太陽電池アレイの間隔を極端に狭めて配置（以下「過密配置」という）する太陽光発電システムが出現してきた。しかしながら、このような過密配置は、適正配置に比べて、太陽電池パネルの搬入や、太陽電池パネルを支持固定する架台の工事の施工時に手作業が増える為、施工時のコスト増につながる。結果、一部の事業者は土地取得コストを含めた事業総投資額に対して最も高い利回りを得る（投資対効果の観点では最も適正な設置）過密配置を採用している一方、大半の事業者は土地取得コストを無視し、太陽光発電システムのみの施工金額、単価、利回りで判断し適正配置発電システムを採用している。結果、事業総投資額の投資対効果の観点では適正では無い設計を採用しているのが実情である。

さらに、固定価格買取制度が改正され、平成２７年４月１日からは、太陽光発電システムの合計出力とパワーコンディショナの出力とのうちの小さい方の値である発電出力が変更される場合、買取価格として旧価格よりも安い新価格が適用されるようになった。

例えば、太陽光発電システムの合計出力及びパワーコンディショナの出力がともに変更される場合には、太陽光発電システムの合計出力及びパワーコンディショナの出力のいずれが小さい値になるか否かに関わらず、発電出力が変更されることになるため、太陽光発電システムが既に運転を開始していれば平成２７年４月１日以降、未だ運転を開始していなければ同年２月１日以降、買取価格として旧価格よりも安い新価格が適用される。

したがって、太陽電池アレイ及びパワーコンディショナを増設する場合、過密配置をして太陽光発電システムの発電量を増加させても、太陽光発電システムの発電量の増加に伴う利益がさほど向上しないばかりか、増設に要した投資すら回収できず、却って損失を被るおそれさえある。

一方、パワーコンディショナの出力が変更されずに太陽光発電システムの合計出力のみが変更される場合、増設前の太陽光発電システムの合計出力がパワーコンディショナの出力よりも小さければ、発電出力となる太陽光発電システムの合計出力が変化するため、平成２７年４月１日以降、買取価格として旧価格よりも安い新価格が適用される。これに対して、パワーコンディショナの出力が増設前の太陽光発電システムの合計出力よりも小さければ、発電出力となるパワーコンディショナの出力が変化しないため、平成２７年４月１日以降も、買取価格として新価格よりも高い旧価格が適用される。

ところで、太陽光発電システムの出力がパワーコンディショナの出力を超過する場合には、パワーコンディショナの制御により売電量が抑制され、その分の発電がロスとなってしまうが、このような期間は、年間でもごく僅かで、ロスとなってしまう発電量も限られている。そこで、近年は、パワーコンディショナの能力及び太陽光発電システムへの投資効率を最大化するため、太陽光発電システムの合計出力がパワーコンディショナの出力に比して大きい過積載が主流となってきている。

このように、近年、過積載が主流となっていることに鑑みれば、過積載では、パワーコンディショナの出力が増設前の太陽光発電システムの合計出力がよりも小さいことから、パワーコンディショナの出力を変更することなく太陽光発電システムの合計出力のみを変更できれば、買取価格として新価格よりも高い旧価格が適用されるため、太陽光発電システムの発電量の増加に伴う利益を最大限向上させることができる。この結果、増設に要した投資の利回りが向上し、投資を短期間で回収することもできる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、利益を向上させることができる太陽光発電システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る太陽電池システムは、所定の間隔を空けて配置された複数の太陽電池アレイの間に、太陽電池モジュールが各太陽電池アレイの傾斜下端縁側に近接するように設置される。

また、前記太陽電池モジュールの傾斜上端縁側の地上高は、前記太陽電池アレイの傾斜下端縁側の地上高と略同一であり、前記太陽電池モジュールの傾斜上端縁側が前記太陽電池アレイの傾斜下端縁側に近接するように設置される、ことが好ましい。

さらに、前記太陽電池モジュールの傾斜角度は、前記太陽電池アレイの傾斜角度と略同一である、ことが好ましい。

また、前記複数の太陽電池アレイは、一定の間隔を空けて配置される、ことが好ましい。

本発明によれば、利益を向上させることができる太陽光発電システムを提供することができる。

増設モジュールの設置構造を説明するための側面図である。 増設モジュールの構成例を示す側面図である。 増設モジュールの設置構造を説明するための上面図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

本発明の実施形態に係る太陽光発電システムでは、所定の間隔を空けて複数の太陽電池アレイが既に設置（既設）されており、既設の太陽電池アレイの間に、各太陽電池アレイの傾斜下端縁側に近接するように増設モジュール（太陽電池モジュール）が配置される。

図１は、増設モジュールの設置構造を説明するための側面図である。

図１には、第一枕基礎２Ａ及び２Ａ’と、第二枕基礎２Ｂ及び２Ｂ’と、低背支柱５Ａ及び５Ａ’と、高背支柱５Ｂ及び５Ｂ’と、太陽電池アレイ１０及び１０’と、増設モジュール２０と、が示されている。

第一枕基礎２Ａ及び２Ａ’は、それぞれ太陽電池アレイ１０及び１０’の傾斜下端縁側に沿って、コンクリート製の角柱状ブロックから構成される複数の単位枕材を直線状に地面に置き敷きし、単位枕材をボルトで相互に連結することにより形成される。また、第一枕基礎２Ａ及び２Ａ’には、それぞれ低背支柱５Ａ及び５Ａ’が座板を介してボルトで締結されて立設される。

第二枕基礎２Ｂ及び２Ｂ’は、それぞれ太陽電池アレイ１０及び１０’の傾斜上端縁側に沿って、第一枕基礎２Ａ及び２Ａ’と同様に、直線状に地面に置き敷きした複数の単位枕材をボルトで相互に連結することにより形成される。また、第二枕基礎２Ｂ及び第二枕基礎２Ｂ’には、それぞれ高背支柱５Ｂ及び５Ｂ’が座板を介してボルトで締結されて立設される。

低背支柱５Ａ及び５Ａ’は、細長の金属製又は合成樹脂の棒材、チャンネル材等から構成されている。低背支柱５Ａ及び５Ａ’は、それぞれ太陽電池アレイ１０及び１０’の最下端位置を設定するもので、太陽電池アレイ１０及び１０’の傾斜下端縁側に連結して傾斜下端縁側を支持する。

高背支柱５Ｂ及び５Ｂ’は、低背支柱５Ａ及び５Ａ’と同様に、細長の金属製又は合成樹脂の棒材、チャンネル材等から構成されている。高背支柱５Ｂ及び５Ｂ’は、それぞれ太陽電池アレイ１０及び１０’の最上端位置及び傾斜角度θを設定するもので、太陽電池アレイ１０及び１０’の傾斜上端縁側に連結して傾斜上端縁側を支持する。

太陽電池アレイ１０及び１０’は、太陽光を電力に変換する複数枚の太陽電池パネル（太陽電池モジュール）を結線して縦２〜６段程度（本実施形態では「縦４段」）並べて架台に機械的、電気的に取り付けた太陽電池群である。

太陽電池アレイ１０が取り付けられる架台は、格子状に組まれた縦骨及び横骨と、低背支柱５Ａ及び高背支柱５Ｂと、を溶接又はボルト締めにより夫々を連結することにより形成され、太陽電池アレイ１０を裏面から支持する。また、太陽電池アレイ１０’が取り付けられる架台は、格子状に組まれた縦骨及び横骨と、低背支柱５Ａ’及び高背支柱５Ｂ’と、を溶接又はボルト締めにより夫々を連結することにより形成され、太陽電池アレイ１０’を裏面から支持する。

本実施形態において、太陽電池アレイ１０及び１０’は、傾斜下端縁側から傾斜上端縁側までの幅ｗ及びｗ’がともに４０００ｍｍに形成されている。そして、太陽電池アレイ１０及び１０’は、太陽光の日射角度や、日射角度による発電効率、汚れ防止等を考慮して、南方位に対する傾斜角度θが１０度となるように、傾斜下端縁側の地上高ｈＡ及びｈＡ’がともに５３０ｍｍで形成され、傾斜上端縁側の地上高ｈＢ及びｈＢ’が１２２０ｍｍで形成されている。

また、太陽電池アレイ１０と太陽電池アレイ１０’とは、その能力を最大限活用すべく、年間を通じて太陽光に照らされるように、具体的には、太陽光の日射角度が最小となる冬至のときでも、太陽電池アレイ１０の影が太陽電池アレイ１０’に当たらないように、例えば１４００〜２０００ｍｍの範囲の一定の間隔ｓを空けて配置されている。なお、太陽電池アレイ１０と太陽電池アレイ１０’との間隔ｓは、増設モジュール２０の現場工事を可能ならしめるべく、１５００ｍｍ以上であることが好ましい。

太陽電池アレイ１０の影の長さは、太陽電池アレイ１０の傾斜上端縁側の地上高ｈＢ（＝１２２０ｍｍ）と、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側の地上高ｈＡ’（＝５３０ｍｍ）と、の差（＝６９０ｍｍ）によって決まり、その差の２．２倍の間隔ｓ（＝１５１８ｍｍ）を空けて太陽電池アレイ１０と太陽電池アレイ１０’とを配置すれば、冬至の午前９時でも、太陽電池アレイ１０の影が太陽電池アレイ１０’に当たらない。逆に言えば、年間を通じて、太陽電池アレイ１０及び太陽電池アレイ１０’に当たらない太陽光が、太陽電池アレイ１０と太陽電池アレイ１０’との間を照らしている状態となっている。

なお、太陽電池アレイ１０及び１０’の南方位に対する傾斜角度θは、１０度に限定されるものではなく、例えば５〜４５度の範囲で、発電所の緯度（緯度が高いほど角度が大きい）、積雪の有無（雪国は角度が大きい）、土地の広さ（制限されると角度は小さい）、風の強弱（風が強いほど角度は小さい＝風を受けないよう）等を考慮して、予め決められればよい。

傾斜下端縁側の地上高ｈＡ及びｈＡ’は、５３０ｍｍに限定されるものではなく、傾斜上端縁側の地上高ｈＢ及びｈＢ’も、１２２０ｍｍに限定されるものではない。一方、アレイ間の南北間は傾斜下端および上端により決定され、前述適正配置とは以下の状態をいう。
傾斜上端の地上高ｈＢ又はｈＢ’−傾斜下端の地上高ｈＡ又はｈＡ’＝アレイ高低差ｈ
アレイ高低差ｈ×２倍≦太陽電池アレイ１０及び１０’の間隔ｓ≦アレイ高低差ｈ×２．５倍

さらに、太陽電池アレイ１０及び１０’が取り付けられる架台は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、太陽電池アレイ１０及び１０’を傾斜させて支持するものであれば任意に変更可能である。

増設モジュール２０は、その傾斜上端縁側が、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側に近接するように設置される。

図２は、増設モジュールの構成例を示す側面図である。

増設モジュール２０は、図２に示すように、太陽光を電力に変換する単数枚の太陽電池パネル４と、太陽電池パネル４を機械的、電気的に取り付ける架台８と、から概略構成されている。太陽電池パネル４の傾斜方向と直交する方向の長さＬ（図３参照）は、太陽電池アレイ１０及び１０’を構成する太陽電池パネルの傾斜方向と直交する方向の長さと略同一長となっている。なお、増設モジュール２０は、複数枚の太陽電池パネル４を結線して並べたものであってもよい。

架台８は、例えば略Ｕ字型の一体の鉄筋コンクリート等から構成され、太陽電池パネル４を裏面から支持する受材６がボルトで締結されている。受材６は、例えば細長の金属製又は合成樹脂の棒材、チャンネル材等から構成されている。架台８は、傾斜下端縁側から傾斜上端縁側までの幅Ｗが６００ｍｍに形成され、太陽電池パネル４の傾斜方向と直交する方向の長さＬ（図３参照）が、太陽電池アレイ１０及び１０’を構成する太陽電池パネルの傾斜方向と直交する方向の長さに応じて、例えば１３００ｍｍ、１３５１ｍｍ、１６４８ｍｍ、１６６２ｍｍ、及び１６７２ｍｍ等で形成されている。

また、架台８は、増設モジュール２０の南方位に対する傾斜角度φが太陽電池アレイ１０及び１０’と同じく１０度となり、且つ増設モジュール２０の傾斜上端縁側の地上高Ｈが、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側の地上高ｈＡ’と略一致するように、形成されている。本実施形態では、架台８の傾斜下端縁側の地上高ＨＡが３２０ｍｍで形成され、傾斜上端縁側の地上高ＨＢが４１０ｍｍで形成され、増設モジュール２０の傾斜上端縁側の地上高Ｈが、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側の地上高ｈＡ’と同じく５３０ｍｍとなっている。

なお、増設モジュール２０の南方位に対する傾斜角度φは、１０度に限定されるものではなく、例えば５〜４５度の範囲で、発電所の緯度（緯度が高いほど角度が大きい）、積雪の有無（雪国は角度が大きい）、土地の広さ（制限されると角度は小さい）、風の強弱（風が強いほど角度は小さい＝風を受けないよう）等を考慮して、予め決められればよい。また、増設モジュール２０の南方位に対する傾斜角度φは、太陽電池アレイ１０及び１０’の南方位に対する傾斜角度θと異なっていても構わない。

また、架台８の傾斜下端縁側から傾斜上端縁側までの幅Ｗは、６００ｍｍに限定されるものではなく、太陽電池アレイ１０と太陽電池アレイ１０’との間隔ｓに応じて、任意に設計可能であり、例えば６００〜１０００ｍｍの範囲で予め決められればよい。

さらに、架台８の傾斜下端縁側の地上高ＨＡは、３２０ｍｍに限定されるものではなく、傾斜下端縁側から傾斜上端縁側までの幅Ｗ、及び傾斜上端縁側の地上高ＨＢに応じて、任意に設計可能であり、例えば２２８〜５２８ｍｍの範囲で予め決められればよい。

また、架台８の傾斜上端縁側の地上高ＨＢは、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側の地上高ｈＡ’と略同一のものに限定されるものでなく、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側の地上高ｈＡ’に応じて、好ましくは太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側の地上高ｈＡ’以下となるように、任意に設計可能であり、例えば４００ｍｍ〜７００ｍｍの範囲で予め決められればよい。

図３は、増設モジュールの設置構造を説明するための上面図である。

増設モジュール２０は、図３に示すように、太陽電池パネル４の傾斜上端縁側が、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端の太陽電池パネルの傾斜下端縁側と略一致するように、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側に近接して、用地に置くことにより設置される。

増設モジュール２０は、太陽電池アレイ１０’の傾斜方向と直交する方向に連結された太陽電池パネルの個数と同一個数だけ互いに近接して設置される。これにより、太陽電池アレイ１０’は、太陽電池パネルの縦の段数が１段増加したようになる。

このように、増設モジュール２０は、太陽電池アレイ１０と太陽電池アレイ１０’との間の、これまで未使用だった用地（遊休地）に設置される。そして、増設モジュール２０では、図１に示すように、冬至の前後約１００日を除いて、日中、太陽電池アレイ１０の影が全く当たらず、太陽電池パネル４の全面が太陽に照らされている。また、冬至の前後約１００日でも、時間帯によっては太陽電池アレイ１０の影が全く当たらず、太陽電池パネル４の全面が太陽に照らされ、太陽電池アレイ１０の影が当たる時間帯でも、太陽電池パネル４の一部は、太陽光に照らされている。

これにより、太陽光発電システムは、その発電量を増加させることができる。本実施形態のように、太陽電池アレイにおける太陽電池パネルの段数が縦４段である場合には、各太陽電池アレイに増設モジュールを配置することにより、太陽光発電システムの発電能力を約２５％程度増加させることができる。なお、太陽電池アレイにおける太陽電池パネルの段数が縦５段である場合には、各太陽電池アレイに増設モジュールを配置することにより、太陽光発電システムの発電量を約２０％程度増加させることができる。尚、発電量はパネル能力の増加に対して影の影響度合いによるが、一般的に増加した発電能力の７割以上が有効となり発電量を増加させる事ができる。

以上説明したように、本実施形態に係る増設モジュールは、所定の間隔を空けて配置された複数の太陽電池アレイの間の遊休地に、各太陽電池アレイの傾斜下端縁側に近接するように設置される。これにより、太陽光発電システムは、遊休地も発電に利用することができるため、その発電量を増加させることができる。

また、従来の発電量の増加に必要な総投資額の１〜２割前後を占める新たな用地の取得や、総投資額の１〜２割前後を占める変圧器やパワーコンディショナ等の周辺機器が不要となる。さらに、総投資額の５％前後を占める電力会社との連系工事及び変圧器やパワーコンディショナ等の設備工事も不要となる。この結果、従来に比して、太陽光発電システムの発電量の増加に必要な総投資額を３割程度安価にすることができる。

さらに、本実施形態では既設の複数の太陽電池アレイの合計出力がパワーコンディショナの出力に比して大きい過積載となっている場合（すなわち、パワーコンディショナの出力が、増設モジュールの設置前の太陽光発電システムの合計出力よりも小さい場合）、本実施形態に係る増設モジュールによれば、パワーコンディショナを増設することなく、すなわち、発電出力となるパワーコンディショナの出力を変化させることなく、太陽光発電システムの発電量を増加させることができるため、太陽光発電システムで発電した電力を新価格よりも高い旧価格で販売することができる。

したがって、本実施形態に係る増設モジュールによれば、太陽光発電システムの発電量の増加に伴う利益を最大限向上させることができる。この結果、増設モジュールの設置に要した投資の利回りが向上し、投資を短期間で回収することもできる。

また、本実施形態に係る増設モジュールによれば、既存の太陽光発電システムに影響を与えることなく、太陽光発電システムの発電量を増加させることができる。

さらに、図１に示すように、本実施形態に係る増設モジュール２０の傾斜上端縁側の地上高Ｈは、太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側の地上高ｈＡ’と略同一となっており、増設モジュール２０の傾斜上端縁側が太陽電池アレイ１０’の傾斜下端縁側に近接するように設置されている。これにより、増設モジュール２０の影が、太陽電池アレイ１０’に当たって、太陽電池アレイ１０’の発電量が減少するといった事態を防止することができる。

また、本実施形態に係る太陽電池モジュール２０の傾斜角度φは、太陽電池アレイ１０’の傾斜角度θと略同一となっている。このように、太陽電池モジュール２０の傾斜角度φを、太陽光の日射角度や、日射角度による発電効率、汚れ防止等を考慮して定められた太陽電池アレイ１０’の傾斜角度θと略同一とすることで、太陽電池アレイ１０’と同様に、太陽電池モジュール２０の発電効率を最大化するとともに、汚れの付着を可及的に防止することができる。

さらに、本実施形態では、複数の太陽電池アレイが一定の間隔ｓを空けて配置されているため、増設モジュールを現場工事で設置することができる。

また、図３に示すように、本実施形態では、増設モジュール２０が、太陽電池アレイ１０’を構成する太陽電池パネルの縦の段数が１段増加したかのように設置されるため、太陽光発電システムの発電量を最大限増加させることができる。この結果、増設モジュールの設置に伴う利益を最大限向上させることができる。

さらに、増設モジュール２０は、太陽電池アレイ１０及び１０’に比べて小型で軽量であるため、運搬し易く、また、地面に置くだけで簡単に設置することができる。

なお、本実施形態において、増設モジュールの太陽電池パネルは、太陽電池アレイの影によって、その能力を１００％発揮することはできないが、その影響は、年間を通じて数％〜３０％程度に過ぎず、増設モジュールの設置による太陽光発電システムの発電能力の増加、投資コスト、影の影響、設置コストの低減、土地コストが不要であることを総合的に判断した場合、既存の太陽光発電システムの投資効率よりも改善する事が多い。影の影響は、冬至〜夏至の太陽の経度緯度から増設モジュール上の太陽電池アレイの影の長さを予測し、年間を通じた太陽電池アレイの影による増設モジュールの発電量への影響をマイナス要因とし、増設モジュールの設置によるコスト低減効果をプラス要因として概算検証するソフトウェアにより、予め検証することができる。

２Ａ，２Ａ’ 第一枕基礎
２Ｂ，２Ｂ’ 第二枕基礎
４ 太陽電池パネル
５Ａ，５Ａ’ 低背支柱
５Ｂ，５Ｂ’ 高背支柱
６ 受材
８ 架台
１０，１０’ 太陽電池アレイ
２０ 増設モジュール

Claims (3)

1. 所定の間隔を空けて配置された複数の太陽電池アレイの間に、太陽電池モジュールが各太陽電池アレイの傾斜下端縁側に近接するように設置される太陽光発電システム。
2. 前記太陽電池モジュールの傾斜上端縁側の地上高は、前記太陽電池アレイの傾斜下端縁側の地上高と略同一であり、
   前記太陽電池モジュールの傾斜上端縁側が前記太陽電池アレイの傾斜下端縁側に近接するように設置される、
   請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記太陽電池モジュールの傾斜角度は、前記太陽電池アレイの傾斜角度と略同一である、
   請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。

Images