JP2021145496A - 横配線方式に基づく太陽光発電システム、及び、横配線方式に基づく太陽光発電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】日陰領域を考慮しながら発電量を向上する施策を単純化するような新規な技術を提供する。【解決手段】横配線方式に基づく太陽光発電システムであって、複数の太陽電池アレイＯａのそれぞれにおける太陽電池モジュールＯｍが横配線方式に基づき直列接続されてなるストリングＯｓを有し、横配線方式は日陰領域の進展方向Ｏｄと略直交する方向に連なる太陽電池モジュールＯｍを直列接続する配線方式である、横配線方式に基づく太陽光発電システム及びその方法を実現する。【選択図】図１

Description

本発明は、横配線方式に基づく太陽光発電システム、及び、横配線方式に基づく太陽光発電方法に関する。

太陽光発電システムの発電量は、太陽光発電システムを構成する太陽電池アレイにおける日陰領域の発生に影響を受ける。ここでの日陰領域とは、図６に例示されるように、傾斜角度が付与された太陽電池アレイが密集することで生じる陰の領域である。

また、太陽光発電システムの発電量は、太陽電池アレイにおけるストリングマップにも影響される。よって、日陰領域による影響を抑えるストリングマップの構築は、太陽光発電システムに係る技術向上において、重要な課題として位置付けられる。

特許文献１では、発電のための太陽光発電モジュール積層体であって、前記モジュール積層体内に埋め込まれ、該モジュール積層体内に電気相互接続された太陽電池の少なくとも１つのストリングを形成するように電気相互接続された複数の太陽電池と、前記モジュール積層体内に埋め込まれ、前記少なくとも１つの電気相互接続ストリングに電気相互接続されてそれによって給電され、遠隔制御式モジュール電力送出ゲートスイッチとして機能する少なくとも１つの遠隔アクセスモジュールスイッチ電力電子回路と、を含むことを特徴とするモジュール積層体の発明について開示されている。

特許文献１では、モジュール積層体内に埋め込まれた前記複数の太陽電池は、強化されたモジュール電力採取に向けて、分散日陰管理のための複数の埋め込みバイパススイッチと複数の埋め込み式最大電力点追跡電力オプティマイザーとをさらに含む旨が開示されている。

特表２０１６−５１８０２８号公報

特許文献１に記載の発明は、日陰領域を考慮しながら発電量を向上するために太陽電池毎にバイパススイッチを設ける必要がある。そのため、当該発明は、運用コストを低く抑えるような単純化が実現されていない、と把握することができる。

上記事情を鑑みて、本発明は、日陰領域を考慮しながら発電量を向上する施策を単純化するような新規な技術を提供することを、解決すべき課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、横配線方式に基づく太陽光発電システムであって、複数の太陽電池アレイのそれぞれにおける太陽電池モジュールが前記横配線方式に基づき直列接続されてなるストリングを有し、前記横配線方式は日陰領域の進展方向と略直交する方向に連なる太陽電池モジュールを直列接続する配線方式である、前記横配線方式に基づく太陽光発電システムである。このような構成とすることで、本発明は、太陽電池毎にバイパススイッチを設けることなく、日陰領域を考慮しながら発電量を向上することができる。

本発明の好ましい形態では、複数の前記太陽電池アレイのそれぞれの設置部位は、地上である。このような構成とすることで、本発明は、太陽電池アレイの密集による日陰領域の影響の深刻化し易い、設置部位が地上である太陽光発電システムにおいて、日陰領域を考慮しながら発電量を向上する施策を単純化することができる。

本発明の好ましい形態では、複数の前記太陽電池アレイの少なくとも１つは、直接基礎形である。また、本発明の好ましい形態では、複数の前記太陽電池アレイの少なくとも１つは、杭基礎形である。このような構成とすることで、本発明は、太陽電池アレイの密集による日陰領域の影響の深刻化し易い地上設置の太陽光発電システムにおいて、日陰領域を考慮しながら発電量を向上する施策を単純化することができる。また、このような構成とすることで、太陽電池アレイに対して傾斜角が付与されるよう太陽電池アレイが架台に設置された場合において、当該傾斜角に起因して発生する日陰領域の影響を抑えることができる。

本発明の好ましい形態では、複数の前記太陽電池アレイのそれぞれは、異なる架台に設置される。このような構成とすることで、設置場所が異なる太陽電池アレイ間で太陽電池モジュールを直列接続してなるストリングを構築することができ、日陰領域が発電量に及ぼす影響を抑えるような太陽光発電システムを実現することができる。

上記課題を解決するため、本発明は、横配線方式に基づく太陽光発電方法であって、複数の太陽電池アレイのそれぞれにおける太陽電池モジュールが前記横配線方式に基づき直列接続されてなるストリングを有し、前記横配線方式は日陰領域の進展方向と略直交する方向に連なる太陽電池モジュールを直列接続する配線方式である、前記横配線方式に基づく太陽光発電方法である。

本発明は、日陰領域を考慮しながら発電量を向上する施策を単純化するような新規な技術を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの概要図 本発明の一実施形態に係る横配線方式の説明図 本発明の一実施形態に係る縦配線方式の説明図 本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの概要図 本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの実施例 太陽光発電システムにおける日陰領域の発生に関する説明図

本明細書は、本発明の一実施形態に係る構成・作用効果について、詳細に説明する。本発明に係る構成は、以下の一実施形態に係る構成に限定されず、様々な構成を採用し得る。また、本発明の一実施形態は、本発明の課題を解決し得る範囲で、先行技術・先行発明の構成の少なくとも一部を適宜、採用し得る。

本発明の一実施形態に係る太陽光発電システム（以下、太陽光発電システム０と記す。）は、従来の、既存の、既知又は慣用の、太陽光発電システムの構成に基づく。

太陽光発電システム０は、後述の横配線方式に基づく太陽光発電システムであって、複数の太陽電池アレイ０ａのそれぞれにおける太陽電池モジュール０ｍが直列接続されてなるストリング０ｓを有する。

図１に例示されるように、太陽光発電システム０は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換機能を有する電子デバイスの単位である太陽電池セル０ｃと、複数の太陽電池セル０ｃを直列接続し耐候性パッケージに収納してなる太陽電池モジュール０ｍと、複数の太陽電池モジュール０ｍを直列接続し既知又は慣用の手法に基づき設置してなる太陽電池アレイ０ａと、を含む。また、太陽光発電システム０における太陽電池アレイ０ａは、基礎上の架台０ｂ等に適宜、設置される。

太陽光発電システム０における太陽電池アレイ０ａ間の接続ケーブルは、例として、ＶＶ、ＣＶ、ＰＮＣＴケーブルを採用することができる。当該接続ケーブルは、好ましくは、長時間の使用に耐えるような、自己消火性のあるケーブルである。

太陽光発電システム０は、ストリング０ｓ毎に発電された直流電力を初手のブロック毎にまとめパワーコンディショナ又は集電箱に供給するための接続箱と、ストリング０ｓ毎に発電された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を有し適宜、接地される。このとき、太陽光発電システム０における各ストリング０ｓは、接続される。

太陽光発電システム０は、パワーコンディショナと接続し系統電力及び／又は蓄電池を含む負荷機器に交流電力を分配する分電盤をさらに有する系統連系システムの態様をとってよく、太陽電池アレイ０ａと接続する蓄電池を有する独立系システムの態様をとってよい。

太陽電池セル０ｃは、例として、１０ｃｍ程度の板状のシリコン（ケイ素）部材にｐｎ接合を形成した電子デバイスである。このとき、太陽電池セル０ｃは、例として、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜シリコン及び化合物材料等の既知又は慣用の材料を有する電子デバイスであり、その種別に制限はない。

太陽電池モジュール０ｍは、例として、直列接続された太陽電池セル０ｃを支持する支持基板と、好ましくは所定の透過率を呈し耐衝撃性を有する白板熱処理ガラス等のフロントカバー部材（受光面部材）と、アルマイト耐食処理を施したアルミニウム材料を有するフレーム部材と、充填材と、端子箱と、太陽電池モジュール０ｍ間の電気的接続を実現するためのリード線（出力ケーブル／接続ケーブル）と、架台０ｂ等に取り付けるための取付け用穴を有する。

太陽電池モジュール０ｍは、耐候性フィルムを表面及び／又は裏面に貼り付ける等して設置される構成であってよい。

太陽電池モジュール０ｍは、横長モジュール・三角形モジュール・台形モジュール等の既知又は慣用の太陽電池モジュールの態様をとってよい。

太陽電池アレイ０ａは、直列接続された複数の太陽電池モジュール０ｍを有し、ストリング０ｓの少なくとも一部を有する。太陽電池アレイ０ａは、太陽電池モジュール０ｍに対して他の太陽電池モジュール０ｍや蓄電池から電流が逆流することを防止するための逆流防止素子を、有する構成であってよい。

太陽電池アレイ０ａの設置部位は、例として、地上である。複数の太陽電池アレイ０ａの少なくとも１つは、直接基礎形である。直接基礎形は、独立基礎・連続基礎（布基礎）・ベタ基礎・置き基礎工法等の既知又は慣用の手法に基づく。

複数の太陽電池アレイ０ａの少なくとも１つは、杭基礎形である。杭基礎形は、鋼管抗やスパイラル工法等の既知又は慣用の手法に基づく。

太陽電池アレイ０ａの設置部位は、地上の他、屋根・外壁・水面等、既知又は慣用の、太陽電池アレイの設置先であってよい。

なお、本発明の一実施形態に係る太陽電池アレイ０ａは、既知又は慣用の架台０ｂに傾斜角を付与されながら設置される、と把握することができる。

架台０ｂは、前後方向に所定間隔毎に互いに平行に配設される横材と、横材と直交し横材を下面側から支持する縦材と、を設ける。横材および縦材は、平面格子状に組み合わされる。

架台０ｂは、縦材の下面に固定自在に設置され縦材の長さ方向に可動する上部連接具と、上部連接具に設置され縦材の長さ方向に対して回動自在である脚柱材と、基礎の上端に固定自在に設置され脚柱材の設置に用いられる下部連接具と、を設ける。

脚柱材は、前後方向および左右方向に所定間隔毎に互いに平行に配設される。このとき、縦材は、前後方向に配設された１以上の脚柱材のそれぞれと、上部連接具を介して連接する。なお、脚柱材の延伸方向は、上下方向である。異なる長さを有する脚柱材が前後方向に配設されることで、架台が支持する太陽電池アレイ０ａに対し傾斜角が付与される。

架台０ｂは、前後方向に配設された脚柱材間に配設される斜桁材を備える。斜桁材は、上部連接具および下部連接具のそれぞれに回動自在に設置される。脚柱材、斜桁材、上部連接具および下部連接具のそれぞれは、図示しないが、取付孔と、取付孔と締結する取付ボルトと、取付ボルトと締結する取付ナットと、を有する。脚柱材ならびに斜桁材は、取付孔、取付ボルトおよび取付ナットの一体化により、設置される。

横材および縦材のそれぞれは、図示しないが、上面中央部・側面に、全長に亘り一定の幅および深さを有する凹溝を、設ける。横材および縦材のそれぞれは、図示しないが、凹溝の上部に、水平に突出し一定の幅を有する上部突片を、全長に亘り設ける。横材および縦材のそれぞれは、図示しないが、下面端部に、上方に向けてその一部が屈折し一定幅を有する下部突片を、全長に亘り設ける。なお、架台０ｂは、図示しないが、横材および縦材を挟着するための縦横固定具を設ける。

縦横固定具は、図示しないが、横材の下部突片および縦材の上部突片を締結する第１の挟着片と、第１の挟着孔に締結される第１の挟着ボルトと、第１の挟着ボルトと締結する第１の挟着ナットと、を備える。架台は、図示しないが、太陽電池アレイ０ａを横材に固定するための固定具を設ける。

固定具は、図示しないが、横材の端部上面および太陽電池アレイ０ａの端部を締結する第２の挟着片と、第２の挟着孔に締結される第２の挟着ボルトと、第２の挟着ボルトと締結する第２の挟着ナットと、を備える。第２の挟着片の少なくとも一部は、横材の上部突片と当接する。

架台０ｂは、図示しないが、一方の端部が地中に設置されもう一方の端部が架台０ｂと接続されるアース線を、設ける。また、架台０ｂの各部材は、押出成形されたアルミニウム材であり、腐食防止を目的とした表面処理が行われてよい。なお、２以上の横材は、図示しないが、横材の延伸方向に対し連結具を介して締結されてよい。

複数の太陽電池アレイ０ａのそれぞれは、互いに離間してよい。本明細書中の説明における「互いに離間する」とは、密着しないことを指す他、互いに異なる緯度及び経度に位置することを指してよく、互いに異なる高度に位置することを指してよい。

複数の太陽電池アレイ０ａのそれぞれは、異なる架台０ｂに設置された太陽電池アレイ０ａのそれぞれと対応する、と把握することができる。

図２に例示される太陽電池アレイ０ａａは、横配線方式に基づく。図２中の左部分に例示される「横配線方式」は、単に配線方向が横方向である配線方式として把握されるに留まらず、配線方向が日陰領域の進展方向０ｄと略直交する配線方式である、と把握することができる。

換言すれば、「横配線方式」は、日陰領域の進展方向０ｄと略直交する方向に連なる太陽電池モジュール０ｍが直列接続されてなるストリング０ｓを配線する方式である、と把握することができる。図２における横配線方式に基づき配線されたストリング０ｓは、ストリング０ｓａ、０ｓｂ、０ｓｃ及び０ｓｄである。

本明細書中の説明における「連なる」とは、太陽電池アレイ０ａ内で太陽電池モジュール０ｍが電気的に接続されることを指す。また、本明細書中の説明における「略直交」とは、直交を指してよく、略平行でないことを指してよい。また、日陰領域の進展方向０ｄと略直交するよう太陽電池モジュール０ｍが例として斜め方向に連なる場合、太陽電池モジュール０ｍは隣接し合うとは限らない。

図３に例示される太陽電池アレイ０ａｂは、縦配線方式に基づく。「縦配線方式」とは、日陰領域の進展方向０ｄと略平行な方向に連なる太陽電池モジュール０ｍが直列接続されてなるストリング０ｓを配線する方式である、と把握することができる。図３における縦配線方式に基づき配線されたストリング０ｓは、ストリング０ｓｅ、０ｓｆ、０ｓｇ及び０ｓｈである。

これにより、「横配線方式」は、太陽光発電システムの一部のストリング０ｓにおいて、日陰領域の発生・進展・拡張により直流電力の発電に寄与しなくなった太陽電池モジュール０ｍが占める割合を減少させることができ、日陰領域と重なった太陽電池モジュール０ｍがストリング内に存在することによるシステム全体の発電パフォーマンス低下を抑えることができる、という技術的効果を奏する。

図４に例示されるように、太陽電池アレイ０ａｃ、０ａｄ及び０ａｅを含む太陽光発電システム０は、少なくとも互いに異なる位置及び経度に位置し、互いに離間する、複数の太陽電池アレイ０ａのそれぞれにおける太陽電池モジュール０ｍが直列接続されてなるストリング０ｓ（ストリング０ｓｉ、０ｓｊ及び０ｓｋ）を含むストリングマップを有する、と把握することができる。

図５に例示されるように、太陽光発電システム０における太陽電池アレイ０ａ（太陽電池アレイ０ａｆ、０ａｇ、０ａｈ、０ａｉ及び０ａｊを含む。）のそれぞれは、平地部・山地部の平坦面・斜面によらず適宜、設置される。このとき、太陽電池アレイ０ａの設置箇所に係る地形状況によって、ストリングマップの一部が、日陰領域の進展方向０ｄと配線方向（直列接続の方向）と、が略直交とならない場合がある。

本発明の一実施形態に係る太陽光発電方法（以下、太陽光発電方法と記す。）は、上述の横配線方式に基づく太陽光発電システム０の配線等の構築に係る方法を指す。

換言すれば、太陽光発電方法は、横配線方式に基づく太陽光発電方法であって、複数の太陽電池アレイ０ａのそれぞれにおける太陽電池モジュール０ｍが横配線方式に基づき直列接続されてなるストリング０ｓを構築し、横配線方式は日陰領域の進展方向０ｄと略直交する方向に連なる太陽電池モジュール０ｍを直列接続する配線方式である、と把握することができる。

本明細書中の説明における「設置」とは、貼り付け・締め付け等、既知又は慣用の手法で、装置・部材・部位等を、異なる装置・部材・部位等に設けること全般を指し、その手法の種別に制限はない。

本発明の一実施形態に係る太陽光発電システム０における、太陽電池アレイ０ａ間の離間距離や、太陽電池アレイ０ａに付与される傾斜角（パネル傾斜角）は適宜、調整することができ、その数値に制限はない。

本発明の一実施形態に係るストリング０ｓにおける直列接続される太陽電池モジュール０ｍの数量は、ストリング０ｓが所定の開放電圧以下を呈するよう設定されてよい。当該所定の開放電圧は、太陽光発電システム０におけるパワーコンディショナの仕様に基づく等して適宜、設定されてよい。

本発明の一実施形態に係るストリング０ｓにおける直列接続される太陽電池モジュール０ｍの数量は、太陽光発電システム０におけるストリング０ｓのそれぞれが略同一の開放電圧を呈するよう設定されてよい。このとき、当該それぞれは、太陽光発電システム０における一部のストリング０ｓのそれぞれを指してよい。

本発明の一実施形態に係る太陽電池アレイ０ａと熱接続される架台０ｂを構成する部材の少なくとも１つは、既知又は慣用の水管が接地されることで、好適に冷却される構成であってよい。

本発明の一実施形態に係る２つの太陽電池アレイ０ａは、前後方向に隣接・近接し、一方の太陽電池アレイ０ａが太陽光を遮蔽することで、他方の太陽電池アレイ０ａにおいて日陰領域０ｒが発生する、と把握することができる。

本発明は、横配線方式に基づきストリングを構築することで、日陰領域を考慮しながら発電量を向上する施策を単純化するような新規な技術を提供することができる。

０ ：太陽光発電システム
０ｃ ：太陽電池セル
０ｍ ：太陽電池モジュール
０ａ、０ａａ、０ａｂ、０ａｃ、０ａｄ、０ａｅ：太陽電池アレイ
０ｓ、０ｓａ、０ｓｂ、０ｓｃ、０ｓｄ、０ｓｅ、０ｓｆ、０ｓｇ、０ｓｈ、０ｓｉ、０ｓｊ、０ｓｋ：ストリング
０ｄ ：進展方向

Claims (6)

1. 横配線方式に基づく太陽光発電システムであって、
   複数の太陽電池アレイのそれぞれにおける太陽電池モジュールが前記横配線方式に基づき直列接続されてなるストリングを有し、前記横配線方式は日陰領域の進展方向と略直交する方向に連なる太陽電池モジュールを直列接続する配線方式である、
   横配線方式に基づく太陽光発電システム。
2. 複数の前記太陽電池アレイのそれぞれの設置部位は、地上である
   請求項１に記載の横配線方式に基づく太陽光発電システム。
3. 複数の前記太陽電池アレイの少なくとも１つは、直接基礎形である
   請求項２に記載の横配線方式に基づく太陽光発電システム。
4. 複数の前記太陽電池アレイの少なくとも１つは、杭基礎形である
   請求項２又は３に記載の横配線方式に基づく太陽光発電システム。
5. 複数の前記太陽電池アレイのそれぞれは、異なる架台に設置される
   請求項１〜４の何れかに記載の横配線方式に基づく太陽光発電システム。
6. 横配線方式に基づく太陽光発電方法であって、
   複数の太陽電池アレイのそれぞれにおける太陽電池モジュールが前記横配線方式に基づき直列接続されてなるストリングを構築し、前記横配線方式は日陰領域の進展方向と略直交する方向に連なる太陽電池モジュールを直列接続する配線方式である、
   横配線方式に基づく太陽光発電方法。
   
   

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