JP2020112765A - 太陽光反射板 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽の仰角が最も小さい冬至や太陽の仰角が最も大きい夏至を含む１年間を通じて、太陽電池パネルに太陽光を反射可能な反射面を有し、かつ反射面にゴミが堆積しがたい太陽光反射板を提供する。【解決手段】南向きに斜設される太陽電池パネル２ａの南側に、反射面を北向きにして設置される太陽光反射板１であって、太陽光反射板１が、略南北方向で鉛直方向の断面が凸面形状でかつ略東西方向で水平方向の断面が直線状で全体として凸面形状の反射面を有する太陽光反射板１とする。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光を反射させ太陽光パネルに照射させる太陽光反射板に関する。

特許文献１には、略長方形の受光面が南側上方に傾斜した太陽電池パネル列を南北方向に２列以上配置した太陽光発電装置において、１つの太陽電池パネル列の南端辺とその南隣の太陽電池パネル列の北端辺との間に設けた曲面状の反射面に反射シートを貼付したものであり、前記反射面は前記南端辺に平行な方向には同一高さであり、前記南端面に垂直方向の断面で前記反射面を切断した断面形状について、該断面形状の接線の水平線から南側への仰角が前記南端面の距離に対して単調非減少である太陽光発電装置の技術が開示されている。

特開２０１４−１０３３８１号公報

特許文献１の南端面に鉛直方向な断面で反射面を切断した断面形状について、ある該断面形状の接線の水平線から南側への仰角が前記南端面の距離に対して単調非減少であるとは、特許文献１の段落０００８の「東側から見た図、すなわち南北方向の断面において南側ほど急傾斜、すなわち 接線の水平線から南側への仰角が前記南端面の距離に対して単調非減少である。」との記載から反射面は凹面形状である。太陽電池パネルが水平線に対して２０°で南向きに傾斜させて設置している場合、反射面が凹面形状であるので、太陽の仰角が最も大きくなる夏至のときは例えば仰角が７６°のときは反射された太陽光はほとんど空中に向かって反射し太陽電池パネルを照射しないという問題があり、太陽の仰角が最も小さくなる冬至のときは例えば仰角が３０°のときは反射面の南端側が壁になって太陽光が反射面に照射しにくくかつ北端側近傍に照射した太陽光は太陽電池パネルの南端部近傍しか照射しないという問題があった。つまり、１年のうちに反射面が太陽光を太陽電池パネルに向けて反射しない期間があるという問題があった。

また、反射板の断面が凹部形状のため、反射面の凹みに空中から飛来したゴミが堆積しやすいため、反射した太陽光の照度が弱まり、太陽電池パネルの発電量を低下させるという問題があった。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、太陽の仰角が最も小さい冬至や太陽の仰角が最も大きい夏至を含む１年間を通じて、太陽電池パネルに太陽光を反射可能な反射面を有し、かつ反射面にゴミが堆積しがたい太陽光反射板を提供することを課題とする。

請求項１に記載の太陽光反射板は、南向きに斜設される太陽電池パネルの南側に、反射面を北向きにして設置される太陽光反射板であって、前記太陽光反射板が、略南北方向で鉛直方向の断面が凸面形状でかつ略東西方向で水平方向の断面が直線状で全体として凸面形状の反射面を有することを特徴とする。

請求項２に記載の太陽光反射板は、請求項１において、前記凸面形状の反射面の曲面の半径が、式（１）を満足することを特徴とする。
[数式１] 半径ｒ＝（Ｌ／π×３６０°／（β―α）°） （１）
但し、Ｌは前記曲面の円周上の長さで、βは太陽が夏至のときの南中時の仰角で、αは太陽が冬至のときの南中時の仰角である。

請求項１又は２に記載の太陽光反射板は、太陽の仰角が最も小さい冬至や太陽の仰角が最も大きい夏至を含む１年間を通じて、太陽光反射板で反射させた太陽光を太陽電池パネル全体に照射させることができる。これにより、太陽電池パネルに照射される太陽の日射強度が従来の太陽が直接に照射するときの日射強度に加えて太陽光反射板で反射させた太陽の日射強度が加算されて太陽電池パネルに照射される日射強度が強くなるので、通年に亘り太陽電池パネルの発電量を従来に比較して向上させることができる。

また、反射面の形状が凸形状であることにより、たとえ空中からゴミが飛来してきても雨風により反射面にゴミが堆積しがたいという効果を奏する。このため反射した太陽の日射強度を弱めないという効果がある。

また、本発明の太陽光反射板は既存の太陽電池パネルにも設置可能であるところから、既設の太陽電池パネルの発電量を増加させることができる。

本発明の太陽光反射板を側面視からみた概要図である。 仰角７６°（夏至）のときの太陽光が凸面状の太陽光反射板に反射して太陽光発電パネへ照射する状況の説明図である。 仰角７６°（夏至）のときの太陽光が凹面状の太陽光反射板に反射して太陽光発電パネへ照射する状況の説明図である。 仰角７６°（夏至）のときの太陽光が平面状の太陽光反射板に反射して太陽光発電パネへ照射する状況の説明図である。 仰角３０°（冬至）のときの太陽光が凸面状の太陽光反射板に反射して太陽光発電パネへ照射する状況の説明図である。 仰角３０°（冬至）のときの太陽光が凹面状の太陽光反射板に反射して太陽光発電パネへ照射する状況の説明図である。 仰角３０°（冬至）のときの太陽光が平面状の太陽光反射板に反射して太陽光発電パネへ照射する状況の説明図である。 レーザー光線を太陽光反射板に照射させたときの説明図で、（ａ）がレーザー光線の軌跡を示す図で、（ｂ）が太陽電池パネルに照射されたレーザー光線の形を示す図である。 太陽光反射板の反射面の曲率を求める説明図である。 図９の太陽光反射板の部分の拡大説明図である。 太陽光反射板の反射面の曲率を求める説明図である。

本発明の太陽光反射板１は、南向きに斜設された太陽電池パネル２ａの南側に設置し、太陽電池パネル２ａに照射する太陽光が、太陽から直接に照射する太陽光に加えて、太陽光反射板１で反射させた太陽光を照射させて、太陽光電池パネル２ａの発電量を増加させる技術である。

本発明の太陽光反射板１は、図１に示すように、南向きに斜設される太陽電池パネル２ａの南側に、反射面８を北向きにして設置される太陽光反射板１であって、前記太陽光反射板１が、略南北方向で鉛直方向の断面が凸面形状でかつ略東西方向で水平方向の断面が直線状で全体として凸面形状の反射面８を有する。

そして、太陽光反射板１は、前記凸面形状の反射面８の曲面の半径が式（１）を満足するように設定する。
[数式１] 半径ｒ＝（Ｌ／π×３６０°／（β―α）°） （１）
但し、Ｌは前記曲面の円周上の長さで、βは太陽が夏至のときの南中時の仰角で、αは太陽が冬至のときの南中時の仰角である。

まず、反射面８が凸面形状の場合について説明する。太陽電池パネル２や太陽光反射板１の配置は、図１に示すように、太陽光反射板１の北側と南側にそれぞれ太陽電池パネル２ａ、２ｂが並設されている場合である。そして、太陽電池パネル２ａの太陽光に照射される面を南向きして水平線に対する傾斜角度２０°にし、太陽光反射板１は凸面形状の反射面８を北向きにする。

そして、太陽光反射板１は、図５に示すように、仰角が最も小さくなる冬至のときに、太陽光反射板１の南側に配設した太陽電池パネル２ｂの影が太陽光反射板１に到達しないように、かつ仰角が最も小さくなる冬至のときに太陽光反射板１の影が北側の太陽電池パネル２ａに到達しないように設置する。

通年を通じて、太陽光反射板１から反射された太陽光が太陽電池パネル２ａ全体を照射可能とするために、太陽の仰角が最小となる冬至と太陽の仰角が最大となる夏至のときに、太陽光反射板１から反射された太陽光が太陽電池パネル２ａ全体を照射できれば、他の期間は太陽光反射板１から反射された太陽光が太陽電池パネル２ａ全体を照射できる。よって、冬至のときと夏至のときの太陽光反射板１で反射された太陽光が太陽電池パネル２ａ全体を照射することを説明する。前記冬至のときの仰角を３０°として、夏至のときの仰角を７６°とした。

本発明の太陽光反射板１で、仰角が７６°のときを図２に示し仰角が３０°のときを図５に示す。まず、図２に示すように、仰角が７６°のときは、太陽光反射板１の凸面形状の南側で高さが高い部位が曲面の接線と水平線との成す角度が水平方向寄りの傾斜であるので、太陽光は太陽光反射板１で反射されて空中に飛散するが、前記凸面形状の北側で高さが低い部位は曲面の接線と水平線との成す角度が鉛直方向寄りの傾斜であるので、太陽電池パネル２ａ全体に太陽光反射板１で反射された太陽光が照射することが示されている。そして、太陽光が反射面８に照射する部位が反射面８の南端部の下端部から上方に向かって離れる部位になるにつれて、反射された太陽光は徐々に太陽電池パネル２ａの下端近傍の位置から上方に向かって照射位置がずれて太陽電池パネル２ａ全体を照射する。これにより、太陽が夏至の最も仰角が大きいときに太陽電池パネル２ａに照射される太陽の日射強度を強めることが示された。

次に、図５に示すように、仰角が３０°のときは、太陽光反射板１の凸面形状の南側で高さが高い部位が曲面の接線と水平線との成す角度が水平方向寄りの傾斜であるので、水平線に対して低い角度から入射した太陽光は太陽電池パネル２ａ全体に太陽光反射板１で反射された太陽光が照射することが示され、前記凸面形状の北側で高さが低い部位は太陽光反射板１自体の高い南側の部位の影となる部位となり太陽光は入射しない。そして、太陽光が反射面８に照射する部位が反射面８の北端部の上端部から下方に向かって離れる部位になるにつれて、反射された太陽光は徐々に太陽電池パネル２ａの上端近傍の位置から下方に向かって照射位置がずれて太陽電池パネル２ａ全体を照射する。これにより、太陽が冬至の最も仰角が小さいときに太陽電池パネル２ａに照射される太陽の日射強度を強めることが示された。

よって、太陽の仰角が最も小さい冬至と太陽の仰角が最も大きい夏至において、太陽光反射板１によって太陽光を太陽電池パネル２ａ全体にわたって照射させて太陽電池パネル２ａの日射強度を強めることができたことは、夏至と冬至の間の期間の太陽のいかなる仰角のときも太陽光反射板１によって太陽光を太陽電池パネル２ａ全体にわたって照射させて太陽電池パネル２ａの日射強度を強めることができる。したがって、通年に亘って太陽電池パネル２ａへの日射強度を強くし、発電量を増加させることができる。

次に、図８（ａ）に示すように、例えば、小さい円形のレーザー光線５が反射面８である凸面形状に照射され反射されると、反射されたレーザー光線５は、図８（ｂ）に示すように、太陽電池パネル２ａに南北方向に細長い楕円状に広がって照射されることが示されている。このことは、凸面形状の反射面５は反射によってレーザー光線５を拡散させるので、凸面形状の反射面５に太陽光を照射すると太陽電池パネル２ａの広範囲に太陽光が拡散される。

次に、前記式（１）について説明をする。太陽の仰角は1年を通じて冬至のときが最も小さく夏至のときが最も大きい。そこで、夏至と冬至の時に太陽光を太陽電池パネル２ａに照射するように反射させることができれば、他の期間の仰角は夏至の仰角と冬至の仰角との間であるので、太陽光を太陽電池パネルに照射するように反射させることができる。夏至のときは図２に示すように凸面形状の反射面８の北側部分に照射された太陽光が太陽電池パネル２ａに照射され、冬至のときは図５に示すように凸面形状の反射面８の南側部分に照射された太陽光が太陽電池パネル２ａに照射されている。そこで、夏至及び冬至のときに反射させた太陽光を太陽電池パネル２ａに照射可能な凸面形状の半径でできた反射面８を備える太陽光反射板１にする。前記式（１）は、太陽光反射板１の反射面８の凸面形状の半径を設定する式である。

図９〜図１１に示すように、冬至の太陽光３ａが仰角αで入射して太陽光反射板１の反射面８で反射された太陽光３ｂが太陽電池パネル２ａを照射する。冬至の太陽光３ａが太陽光反射板１の反射面８で反射されるときの反射する方向は、反射面８の接線１０と法線１２で決定され、法線１２に対して角度ａで反射している。

図９〜図１１において、冬至の太陽光３ａは反射面８の南端部の上部の部位に照射し、夏至の太陽光４ａは反射面８の北端部の下部の部位に照射するものとする。そして、反射された太陽光３ｂ及び太陽光４ｂはともに反射された後に水平方向に反射して、いずれも太陽電池パネル２ａを照射するものとする。冬至のときの反射面８の南端部の上端部の部位に照射した太陽光が太陽電池パネル８の上端部近傍を照射し、夏至のときの反射面８の北端部の下端部の部位に照射した太陽光が太陽電池パネル８の下端部近傍を照射するように凹面形状の反射面８の半径を設定すれば、夏至のときも冬至のときも太陽電池パネル２ａ全体を太陽光反射板１で反射させた太陽光を照射させることができる。

また、夏至の太陽光４ａが仰角βで入射して太陽光反射板１の反射面８で反射された太陽光４ｂが太陽電池パネル２を照射する。夏至の太陽光４ａが太陽光反射板１の反射面８で反射されるときの反射する方向は、太陽光反射板１の接線１１と法線１３で決定され、法線１３に対して角度ｂで反射している。

まず、夏至のときの太陽の仰角の場合は、角度ｂは（（１８０°―仰角β）／２）で求められる。角度ｄは（９０°―角度ｂ）すなわち（９０°―（（１８０°―仰角β）／２））で求められる。角度ｄは（β／２）である。よって、角度ｆは（１８０°―角度ｄ）すなわち（１８０°―β／２）で求められる。

次に、冬至のときの太陽の仰角の場合は、角度ａは（（１８０°―仰角α）／２）で求められ、角度ｃは（９０°―角度ａ）すなわち（９０°―（（１８０°―仰角β）／２））で求められる。角度ｃは（α／２）である。角度ｇは（１８０°―角度ｃ−角度ｆ）であるので、（１８０°―α／２−（１８０°―β／２））から、（（β―α）／２）となる。よって、角度ｈは（１８０°―角度ｇ）から（１８０°―（（β―α）／２））となる。

よって、角度θは（１８０°―角度ｈ）であるので、（（β―α）／２）となる。

曲面の円周上の長さをＬ、半径をｒとすると、（Ｌ＝（２πｒ×角度θ／３６０°））であるから、半径ｒは、（Ｌ／２π×３６０°／θ°）で求められる。すなわち、半径ｒは、（Ｌ／π×３６０°／（β―α）°）で求められる。

計算しやすくするために太陽の仰角を冬至のときが３０°、夏至の時が８０°とし、Ｌを６０ｃｍとすると、太陽光反射板１の反射面８の凸面形状の半径は、（６０／３．１４×３６０°／５０°）から、１３７．６ｃｍとなる。したがって、凸面形状の半径が１３７．６ｃｍの反射面８を備えた太陽光反射板１を設置すればよい。

次に、比較例として、反射面８が凹面形状と直線形状の場合を説明する。そのときの配置条件は、反射面が凸面形状の場合と同じ条件下とし、太陽光反射板の北側と南側にそれぞれ太陽電池パネル２ａが並設されている場合を設定する。そして、太陽電池パネル２ａを南向きして水平線に対する傾斜角度２０°にし、太陽光反射板２０の反射面を北向きにする。

そして、太陽光反射板２０の配置状況を、仰角が最も小さくなる冬至のときに太陽光反射板２０の南端に、太陽光反射板２０の南側の太陽電池パネル２ｂの影が到達しないように、かつ仰角が最も小さくなる冬至のときに太陽光反射板２０の影が北側の太陽電池パネル２ａに到達しないように配置する。

そして、太陽の仰角が最小となる冬至の仰角と、太陽の仰角が最大となる夏至の仰角で確認する。前記冬至のときの仰角を３０°として、夏至のときの仰角を７６°とした。

太陽光反射板２０の反射面の側面視の形状が凹面形状の場合は、夏至のときを図３に示し冬至のときを図６に示し、太陽光反射板２０の反射面の側面視の形状が直線状の場合は夏至のときを図４に示し冬至のときを図７に示している。

まず、太陽光反射板２０の反射面８ａの側面視の形状が凹面形状の場合を説明する。反射面８ａの形状が凹面形状の場合は、図３に示すように夏至のときは反射面８ａの南側で高さが高い部位が曲面の接線と水平線との成す角度が鉛直方向寄りの傾斜であるので、太陽光は太陽光反射板２０で少し斜め上方向に反射され、前記反射面８ａの北側で高さが低い部位は曲面の接線と水平線との成す角度が水平方向寄りの傾斜であるので、太陽光は太陽光反射板２０で斜め上方向に反射して、太陽光は空中で集約するように反射され、太陽電池パネル２ａを照射しないことが示されている。

そして、図６に示すように冬至のときは太陽光反射板２０の南側が壁となって凹面の反射面８ａにはほとんど太陽光が照射されない。しかも太陽光が照射可能な前記反射面８ａの北側で高さが低い部位は曲面の接線と水平線との成す角度が略水平方向寄りの傾斜であるので、太陽光は太陽光反射板２０で反射されて太陽電池パネル２ａの南端部にしか照射しないことが示されている。

したがって、太陽光反射板２０の反射面８ａの側面視の形状が凹面形状の場合は、夏至のときや冬至のときに太陽電池パネル２ａの全体に太陽光を照射させることができないことが示され、通年にわたって太陽電池パネル２ａの全体に太陽光を照射させることができないことが明らかである。

次に、太陽光反射板２０の反射面８ｃの側面視の形状が直線状の場合を説明する。反射面８ｃの形状が直線状の場合は、図４に示すように夏至のときは反射面８ｃと水平線との成す角度によって反射された太陽光はすべて平行な軌跡で反射される。図４の場合は略３０°近傍の傾斜角度であったので反射された太陽光は太陽電池パネル２ａには照射しない軌跡となることが示されている。

そして、図７に示すように冬至のときは反射面８ｃと水平線との成す角度によって反射された太陽光はすべて平行な軌跡で反射される。図７の場合は略３０°近傍の傾斜角度であったので太陽光はほとんど反射されない軌跡となることが示されている。

したがって、太陽光反射板２０の反射面８ｃの側面視の形状が直線状の場合は、夏至のときや冬至のときに太陽電池パネル２ａの全体に太陽光を照射させることができないことが示され、通年にわたって太陽電池パネル２ａの全体に太陽光を照射させることができないことが明らかである。

したがって、冬至や夏至のときも含めた通年にわたって太陽光を太陽電池パネル２ａに照射させるためには、太陽光反射板の反射面の形状は凸面形状の場合が有利であることが示された。

１ 太陽光反射板
２ 太陽電池パネル
３ 太陽光
４ 太陽光
５ レーザー光線
８ 反射面
１０ 接線
１１ 接線
１２ 法線
１３ 法線
２０ 反射板
α 仰角
β 仰角

Claims (2)

1. 南向きに斜設される太陽電池パネルの南側に、反射面を北向きにして設置される太陽光反射板であって、
   前記太陽光反射板が、略南北方向で鉛直方向の断面が凸面形状でかつ略東西方向で水平方向の断面が直線状で全体として凸面形状の反射面を有することを特徴とする太陽光反射板。
2. 前記凸面形状の反射面の曲面の半径が、式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の太陽光反射板。
   ［数式１］
   半径ｒ＝（Ｌ／π×３６０°／（β―α）°） （１）
   但し、Ｌは前記曲面の円周上の長さで、βは太陽が夏至のときの南中時の仰角で、αは太陽が冬至のときの南中時の仰角である。

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