JP2018170917A - Solar power generator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ソーラパネルの角度を一定に保持した角度固定型の太陽光発電装置において、本来、前記ソーラーパネルに入光しない光を反射鏡を利用して当該ソーラーパネルに集光することで発電効率向上に有効な構成に関するものである。 The present invention relates to a fixed-angle solar power generation apparatus that keeps the angle of a solar panel constant, and generates power by concentrating light that does not originally enter the solar panel on the solar panel using a reflecting mirror. The present invention relates to a configuration effective for improving efficiency.
太陽光発電システムには、予め決定した角度に受光面が向くようにソーラパネルの角度を一定に保持した角度固定型と、受光面が太陽の動きに追従するようにソーラーパネルの角度を可変する追尾型とがある。前者の角度固定型では、日中の時間の経過や季節の移り変わりによって太陽光の入射角が刻々と変化するのに対して、後者の追尾型は、太陽の傾きに応じてソーラーパネルの角度を可変することで、受光面に対する太陽光の入射角がほぼ一定となることから、追尾型は前者の角度固定型よりも発電効率が高いとされ、本出願人もこれまでに数種の追尾型を提案してきた(特許文献1〜3)。
In the solar power generation system, the angle of the solar panel is kept constant so that the light receiving surface faces a predetermined angle, and the angle of the solar panel is varied so that the light receiving surface follows the movement of the sun. There is a tracking type. In the former fixed-angle type, the incident angle of sunlight changes every moment with the passage of time during the day and in the season, whereas in the latter tracking type, the angle of the solar panel is adjusted according to the inclination of the sun. Since the incident angle of sunlight on the light-receiving surface becomes almost constant by changing, the tracking type is said to have higher power generation efficiency than the former fixed angle type, and the present applicant has also made several types of tracking types so far Has been proposed (
しかしながら、追尾型では、相当重量のソーラーパネルを角度可変に支持するために、その基礎や架台に相当強度を持たせる必要があり、設置可能な場所やコスト的に角度固定型システムよりも制約が大きく、その普及には未だ多くの課題が残っている。 However, in the tracking type, in order to support a solar panel with a considerable weight in a variable angle, it is necessary to give the foundation and the base a considerable strength, and there are more restrictions than the fixed angle type system in terms of installation location and cost. Large, there are still many challenges for its dissemination.
そこで、角度固定型における課題、即ち、経時的・季節的な太陽光の入射角の変化による発電効率の低下を改善する一つの例として、隣接するソーラーパネル(アレイ)の間に二つの反射板を反射面を向き合わせて設置し、両パネルの間の空間部に差し込む太陽光をまず後列側の第1湾曲反射板で集光し前列側の第2湾曲反射板に向けて反射した後、当該反射光を第2湾曲反射板でさらに反射して、これを後列側のソーラーパネルの受光面に照射するようにした太陽光発電システムが提案されている(特許文献4)。このシステムによれば、反射板がなければ前記空間部に向けてソーラーパネルの外側を素通りする光を集光するものであるから、受光面には直接光に加えて反射板による反射光が入射し、直接光単独よりも発電効率が高まるとされる。 Therefore, as an example of improving the problem in the fixed angle type, that is, the decrease in power generation efficiency due to the change in incident angle of sunlight with time and season, two reflectors between adjacent solar panels (arrays). Are placed with the reflecting surfaces facing each other, and the sunlight that is inserted into the space between the two panels is first condensed by the first curved reflector on the rear row side and reflected toward the second curved reflector on the front row side, There has been proposed a solar power generation system in which the reflected light is further reflected by a second curved reflecting plate and irradiated onto the light receiving surface of the solar panel on the rear row side (Patent Document 4). According to this system, if there is no reflecting plate, the light passing through the outside of the solar panel is collected toward the space, so that reflected light from the reflecting plate is incident on the light receiving surface in addition to the direct light. However, it is said that the power generation efficiency is higher than that of direct light alone.
上述したように、特許文献1〜3に代表される追尾型の太陽光発電システムは、経時的・季節的な太陽の傾きに影響されず、高い発電効率を安定して得られるが、一般住宅はもちろん、これをメガソーラーと称される大規模な発電システムに適用するには、さらなる改良が望まれる。
As described above, the tracking solar power generation system represented by
これに対して、特許文献4のシステムによれば、従来の角度固定型システムに反射板を追加するだけであるから、少なくとも追尾型システムよりも簡易且つ安価に設置することができる。しかしながら、特許文献4のシステムでは、ソーラーパネルを例えば東向きに設置した場合、反射板で集光できるのは午前中の太陽光のみで、正午から日の入りまでの太陽光は、最初に集光機能を発揮する第1湾曲反射板の背面側に回り込むため、これを集光することができない。また、午前中であっても、第1湾曲反射板が前列のソーラーパネルの陰となる時間帯は太陽光を集光することができない。こうした現象は、ソーラーパネルを東向きに設置した場合に限らず、南向きに設置した場合であっても同様に起こり得ることである。したがって、特許文献4のシステムは、ごく限られた時間帯でしか太陽光を集光することができず、発電効率を改善するものではない。
On the other hand, according to the system of
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ソーラーパネルの角度を一定に保持した角度固定型の太陽光発電装置において、より確実に発電効率を改善することができる技術を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to improve power generation efficiency more reliably in a fixed-angle solar power generation apparatus in which the angle of the solar panel is kept constant. Is to provide technology that can.
上述した目的を達成するために本発明では、本来、ソーラーパネルに入光することがない光を反射体によりソーラーパネルの受光面に集光することで、より確実に発電効率を高めようとするものであり、次の二つのうちの何れかを採用する。 In order to achieve the above-described object, the present invention attempts to increase power generation efficiency more reliably by concentrating light that does not originally enter the solar panel on the light receiving surface of the solar panel using a reflector. One of the following two is adopted.
即ち、本発明における第1の手段では、ソーラーパネルの上面(受光面)側にパネル縁部に沿って長尺な乱反射鏡を突設する一方、第2の手段では、ソーラパネルの下面側にパネル縁部に沿って長尺な平面鏡または凹面鏡を吊設する。 That is, in the first means of the present invention, a long diffused reflector is projected along the edge of the panel on the upper surface (light receiving surface) side of the solar panel, while in the second means, on the lower surface side of the solar panel. A long plane mirror or concave mirror is suspended along the panel edge.
第1手段における乱反射鏡は、断面略四分円状とした横長柱状のレンズ体を本体として、当該レンズ体における四分円弧状の曲面部をパネル側に向け、該曲面部から半径方向に形成される水平面部と垂直面部のうち前記水平面部を設置面としてパネル縁部に設置し、前記水平面部と垂直面部のうち少なくとも前記垂直面部に乱反射面を設けた構成である。 The irregular reflecting mirror in the first means is formed with a horizontally long cylindrical lens body having a substantially quadrangular cross section as a main body, and a quadrangular arc-shaped curved surface portion of the lens body is directed to the panel side, and is formed radially from the curved surface portion. Among the horizontal plane portion and the vertical plane portion, the horizontal plane portion is installed on the panel edge portion as an installation surface, and at least the vertical plane portion of the horizontal plane portion and the vertical plane portion is provided with a diffuse reflection surface.
当該第1手段によれば、乱反射鏡の曲面部から入光した光が垂直面部の乱反射面で乱反射し、その一部はパネル受光面に入射する。特に、ソーラーパネルを南向きに傾けて固定した場合、太陽が大きく傾き、パネル受光面への入射角が大きい朝夕の太陽光を集光することができる。したがって、当該乱反射鏡がなければ、本来、パネル外側を素通りするはずの朝夕の光が乱反射鏡によって集光され、その乱反射光の一部が曲面部を介してパネル受光面に入射する。これが直接光の入光と相まって、直接光単独の場合よりも発電効率が高まる。 According to the first means, light incident from the curved surface portion of the irregular reflection mirror is irregularly reflected by the irregular reflection surface of the vertical surface portion, and a part thereof is incident on the panel light receiving surface. In particular, when the solar panel is tilted and fixed toward the south, sunlight in the morning and evening can be collected with a large inclination angle and a large incident angle on the panel light receiving surface. Therefore, if there is no irregular reflection mirror, morning and evening light that should normally pass through the outside of the panel is collected by the irregular reflection mirror, and part of the irregular reflection light enters the panel light receiving surface via the curved surface portion. This, combined with direct light incident, increases the power generation efficiency compared to direct light alone.
また、乱反射鏡は矩形状のソーラーパネルのパネル縁部を囲繞するように四辺部に設けられることから、太陽の傾きが東西南北の何れにあっても、四辺部に設けた乱反射鏡の何れかによって、上述した集光効果が得られる。また、当該乱反射鏡を一対、垂直面部同士を接合して断面略半円状とし、該半円状の乱反射鏡をパネルの上面中央に設けることによって、パネル中央に対する乱反射光の光量を増加させることができる。 In addition, since the irregular reflector is provided on the four sides so as to surround the panel edge of the rectangular solar panel, any of the irregular reflectors provided on the four sides, regardless of the east, west, north, or south Thus, the above-described light collecting effect can be obtained. Also, the amount of diffusely reflected light with respect to the center of the panel can be increased by joining a pair of the diffusely reflecting mirrors to form a substantially semicircular cross section by joining the vertical surface portions and providing the semicircular irregularly reflecting mirror at the center of the upper surface of the panel. Can do.
一方、南中前後の太陽光は、パネル受光面への入射角が小さくなるため、乱反射鏡に入光する光は上空に向けて乱反射される量が多くなることから、パネルが過熱することなく、熱による発電効率の低下も防がれる。 On the other hand, since sunlight incident on the panel light-receiving surface becomes smaller before and after the south / central area, the amount of light entering the diffuse reflector is diffusely reflected toward the sky, so the panel does not overheat. Also, the reduction of power generation efficiency due to heat is prevented.
なお、乱反射面は水平面部に設けるよりも垂直面部に設ける方がパネル受光面への乱反射光の量を大きくすることができるが、垂直面部に加えて水平面部に乱反射面を設けた構成であってもよい。 Note that the diffuse reflection surface can be increased in the amount of diffuse reflection light on the panel light-receiving surface than in the horizontal plane portion, but the diffuse reflection surface is provided in the horizontal plane portion in addition to the vertical surface portion. May be.
次に、本発明の第2手段では、ソーラパネルの下面側にパネル縁部に沿って長尺な平面鏡または曲面鏡からなる反射体を吊設することで、当該ソーラーパネルの後列に位置する別のソーラーパネルの反射光をこれら反射体の何れかで集光し、再度、後列側ソーラーパネルの受光面に入光させるものである。つまり、この第2手段は、反射体の光源確保のために、少なくとも二枚のソーラーパネルを列設した装置に適用するものであり、乱反射体の光源を他のソーラーパネルの反射光に依存せず、直接光により確保する上記第1手段とは、装置の前提構成が異なる。 Next, in the second means of the present invention, a reflector composed of a long plane mirror or curved mirror is suspended along the edge of the panel on the lower surface side of the solar panel, so that another solar panel positioned in the rear row is provided. The reflected light of the solar panel is collected by any of these reflectors, and is again incident on the light receiving surface of the rear-row solar panel. In other words, this second means is applied to an apparatus in which at least two solar panels are arranged in order to secure a light source of the reflector, and the light source of the diffuse reflector depends on the reflected light of other solar panels. However, the premise configuration of the apparatus is different from the first means secured by direct light.
そして、この第2手段においても、太陽が大きく傾く朝夕において、パネル受光面には直接光と反射体による反射光の二つの光が入光し、直接光単独による場合よりも発電効率を高めることができる一方、南中前後の太陽光は反射体にほとんど入光せず、その結果、パネル受光面には直接光のみが入光することから、この時間帯のパネル過熱も防止することができる。 Also in this second means, in the morning and evening when the sun is greatly inclined, the panel light-receiving surface receives two lights, the direct light and the reflected light from the reflector, so that the power generation efficiency is improved as compared with the case where the direct light alone is used. On the other hand, the solar light before and after the south and the middle hardly enters the reflector, and as a result, only the direct light enters the panel light receiving surface, so that it is possible to prevent overheating of the panel during this time period. .
なお、反射体は平面鏡と曲面鏡の何れであってもよいが、平面鏡であれば、予めソーラーパネルの端部を斜めに形成しておき、その傾斜端部に平面鏡をあてがうように固定するだけで、平面鏡の設置角度が決定され、角度調整の手間を省くことができる。これに対して、曲面鏡として凹面鏡を採用すれば、任意のブラケットを用いて凹面鏡の角度を設定することができるうえ、平面鏡に比べて集光効果を高くすることができる。ただし、何れの反射体においても、設置後、任意に角度を調整できるものであってもよい。 The reflector may be either a plane mirror or a curved mirror, but if it is a plane mirror, the end of the solar panel is formed obliquely in advance, and only fixed so that the plane mirror is applied to the inclined end. Thus, the installation angle of the plane mirror is determined, and the trouble of angle adjustment can be saved. On the other hand, if a concave mirror is employed as the curved mirror, the angle of the concave mirror can be set using an arbitrary bracket, and the light condensing effect can be enhanced as compared with the plane mirror. However, any reflector may be capable of arbitrarily adjusting the angle after installation.
他方、曲面鏡の他の例として凸面鏡や球体鏡があり、これらは光を拡散させるため、平面鏡や凹面鏡と比べて、パネル受光面に対する有効反射光量が小さくなるが、本発明では、これを反射体として用いることを排除するものではく、ソーラーパネルの反射光を集光し、再び、当該ソーラーパネルの受光面に向けて反射するものであれば、ここに例示した以外の反射体であってもよい。 On the other hand, there are convex mirrors and spherical mirrors as other examples of curved mirrors, and these diffuse light, so the effective amount of reflected light on the panel light-receiving surface is smaller than that of flat mirrors and concave mirrors. It is not a thing to exclude use as a body, but it is a reflector other than those exemplified here as long as it reflects the reflected light of the solar panel and reflects it again toward the light receiving surface of the solar panel. Also good.
本発明によれば、特に朝夕の時間帯にソーラーパネルに入射する光量を増加して発電量を向上することができる。また、新設の装置はもちろん、既設の装置にも容易に採用することができる。 According to the present invention, the power generation amount can be improved by increasing the amount of light incident on the solar panel especially in the morning and evening hours. Moreover, it can be easily adopted not only for newly installed devices but also for existing devices.
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図1は、本発明の第一実施形態に係る太陽光発電装置の側面図であり、上述した第一手段(請求項1〜4)に対応した実施形態を示している。図中、1はソーラーパネル、2は架台を示し、ソーラーパネル1は架台2により予め設定した所定角度を保持して支持されている。このような角度固定型の太陽光発電装置において、本発明では、ソーラーパネルの上面側にパネル縁部に沿って乱反射鏡3を突設している。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a side view of a photovoltaic power generation apparatus according to the first embodiment of the present invention, and shows an embodiment corresponding to the first means (
この乱反射鏡3は、ソーラーパネル1の平面図を示す図2のとおり、ソーラーパネル1のパネル縁部に対応した長さの長尺物であり、この実施形態の場合、該ソーラーパネル1の四辺部それぞれに設けて、パネル縁部を囲繞している。
As shown in FIG. 2 showing a plan view of the
図3は、乱反射鏡3の要部拡大断面図であり、断面略四分円状のレンズ体3aを本体として、その曲面部3bから半径方向に形成される水平面部3cをパネルへの設置面とし、少なくとも該水平面部3cから立ち上がる垂直面部3dに乱反射面3eを設けた構成としている。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the
レンズ体3aは、ガラスの他、アクリルやポリカーボネートなどの高い光透過性と、一定の強度・剛性を合わせ持つ透明プラスチックによっても成型することができる。
The
乱反射面3eは、表面に微細な凹凸が形成されるように、アルミ箔を接着したり、サンドブラスト後にアルミ蒸着したり、金属製の微細な粒状体を接着して構成する他、レンズ体3aの素材に応じて、メッキ、スプレー、エッチングその他の公知の方法で構成することができる。また、この乱反射面3eを水平面部3cにも設けることも可能であり、さらに、レンズ体3aの左右両端面に設けることで、より多くの乱反射光をソーラーパネル1に入射することができるようになる。
The
当該構成によれば、図4に示すように、朝夕のように太陽が大きく傾く時間帯において、もし乱反射鏡3がなければソーラーパネル1の外側に素通りするはずの光が曲面部3bで捕捉され、垂直面部3dの裏面に設けた乱反射面3eで乱反射する。そして、乱反射光は曲面部3bを介してその一部がソーラーパネル1の上面(受光面)に入射する。この入射面には、通常どおり、直接光も入射しているため、そこに乱反射光と相まって、発電効率を高めることができる。つまり、一般的に発電量が小さい朝夕の発電効率を改善することができる。
According to this configuration, as shown in FIG. 4, in the time zone when the sun is greatly inclined like morning and evening, the light that should pass through the outside of the
一方、太陽が南中前後に位置するときは一般的に発電量が大きく、これを改善するよりも温度上昇による発電効率の低下を予防する必要がある。この点については、図5に示すように、乱反射鏡3による乱反射光のほとんどが上空に向かうため、乱反射光によってパネルが過熱することがない。したがって、そもそも発電量が大きい南中前後の時間帯では温度上昇に伴う発電効率の低下を回避することができる。
On the other hand, when the sun is located around the south and middle, the amount of power generation is generally large, and it is necessary to prevent a decrease in power generation efficiency due to a temperature rise rather than improving this. In this regard, as shown in FIG. 5, most of the irregularly reflected light from the
なお、この実施形態では、図2に示したように、ソーラーパネル1の上面中央にも乱反射鏡4を設けている。この乱反射鏡4は、図6に示すように、上述した断面略四半円状の乱反射鏡3を一対、垂直面部3d同士を接合することで断面略半円状としたものである。したがって、この中央の乱反射鏡4によって、四辺部の乱反射鏡3では乱反射光が届かないソーラーパネル1の中央部分の光量を増加することができ、四辺部のみに乱反射鏡3を設けるよりも、ソーラーパネル全体の発電効率をさらに向上することができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
図7は、第一実施形態の変形例として、ソーラーパネル1の前側に設置した乱反射鏡3について、ソーラーパネル1との間に複数のスペーサ2aを長手方向に適宜間隔で配列し、ソーラーパネル1と乱反射鏡3の間に空間S(隙間)を設けたものである。この変形例によれば、ソーラーパネル1の上面に降る雨や埃などを空間Sから排出することができる。なお、このような構成は、傾斜するソーラーパネル1の前側だけでなく、ソーラーパネル1の他の辺縁にも適用することができる。
As a modification of the first embodiment, FIG. 7 shows a
次に、図8は、本発明の第二実施形態に係る太陽光発電装置を示したもので、本発明の第2の手段(請求項5〜7)に対応している。即ち、この第二実施形態では、上記第一実施形態と、ソーラーパネル1を架台2上に予め設定した所定角度で保持した角度固定型の装置で共通するが、上記第一実施形態は一枚のソーラーパネル1で装置構成が完成するのに対して、この第二実施形態では、少なくとも二枚のソーラーパネル1を列設することが装置構成の前提となる。
Next, FIG. 8 shows a photovoltaic power generation apparatus according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to the second means (
具体的には、二枚のソーラーパネル1を同じ傾斜角度を保持して前後方向(例えば南北)に列設している。なお、ソーラーパネル1をどの方角に傾けるかは、従来の角度固定型装置と同じ要領に従う。
Specifically, the two
そして、前後するソーラーパネル1のうち前列側のソーラーパネル1の下面側にパネル縁部に沿って反射体5を設けている。この反射体5は、図9に示すように、長尺な平面鏡5A、若しくは、図10に示すように、樋状をなす長尺な凹面鏡5Bから選択することができる。
And the
これら何れの反射体5の場合も、図11・12にそれぞれ示すように、後列側のソーラーパネル1の反射光を集光し、再度、後列側のソーラーパネル1に入射するように反射するものである。したがって、この第二実施形態においても、ソーラーパネル1に直接光と反射体5による反射光の二つの光が入射し、直接光単独の場合よりも発電効率を向上させることができる。
In any of these
一方、南中前後では、図13・14に示すように、後列側のソーラーパネル1の反射光は上空に照射され、そのほとんどが反射体5に入射しないため、やはり、本来的に発電量が大きい南中前後の時間帯では温度上昇に伴う発電効率の低下を回避することができる。
On the other hand, as shown in FIGS. 13 and 14, since the reflected light of the
ここで反射体5は、平面鏡5Aと凹面鏡5Bの何れも採用しうるが、平面鏡5Aであれば、図9に示したように、ソーラーパネル1の後縁端部を斜め加工しておけば、予め設定した角度に平面鏡5Aを容易に取付けることができるし、凹面鏡5Bを採用すれば、より高い集光効果が得られ、平面鏡5Aよりも高い発電効率を期待することができる。
Here, the
ただし、反射体5は光を後列側のソーラーパネル1に向けて反射するものであれば、上述した平面鏡5A・凹面鏡5B以外、凸面鏡や球体鏡であってもよく、さらには乱反射体その他の反射体を採用することもできる。
However, the
さらに、反射体5を前列のソーラーパネル1に対して角度調整可能に取り付けることで、当該装置を設置する場所や、四季の移り変わりによる南中高度の変移に応じて、反射体5の向きを最適な角度に調整することもできる。
Furthermore, by attaching the
なお、第二実施形態では、説明の便宜上、ソーラーパネル1を二枚列設した最も簡易な装置を説明したが、その列数は三列以上であってもよいことはもちろんであり、この場合、最後列を除くソーラーパネル1に反射体5を取付けることで発電効率を向上させることができる。
In the second embodiment, the simplest device in which two
1 ソーラーパネル
2 架台
3 乱反射鏡(断面略四半円状)
3a レンズ体
3b 曲面部
3c 水平面部
3d 垂直面部
3e 乱反射面
4 乱反射鏡(断面略半円状)
5 反射体
5A 平面鏡
5B 凹面鏡
1
5
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