JP2021164211A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電装置の下で育成される栽培物に対して、有効な育成環境を与える太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽光発電する発電部と、太陽光における直達光に関する情報を取得する情報通信部と、直達光の方向における情報に対して制御する制御部と、発電部を駆動する駆動部と、を備える太陽光発電装置において、太陽光発電装置は、栽培物が育成される農業用地上に配置され、発電部は、透光性を有する回路基板と、回路基板に太陽光を集光する集光部材と、を有し、制御部は、情報通信部からの情報に基づいて駆動部を制御する、太陽光発電システム。【選択図】図５

Description

本開示は、太陽光により光電変換を行う太陽光発電システムに関する。

近年、農場において、家畜または農作物などを育成しつつ、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換デバイスを用いて太陽光発電も行う、営農型の太陽光発電の開発が進められている。

特許文献１には、太陽光パネルが形成する日陰を活用した太陽光発電システムが開示されている。

特開２０１０−２０５９４０号公報

しかしながら、特許文献１は、太陽光パネルが日陰を形成してしまうため、太陽光発電装置の下で育成される栽培物に対して有効な育成環境を与えることが困難である。

本開示の一態様に係る太陽光発電システムは、太陽光発電する発電部と、太陽光における直達光の方向における情報を取得する情報通信部と、直達光の方向における情報に対して制御する制御部と、発電部を駆動する駆動部と、を備える太陽光発電装置において、太陽光発電装置は、栽培物が育成される農業用地上に配置され、発電部は、透光性を有する回路基板と、回路基板上に太陽光を集光する集光部材と、を有し、制御部は、情報通信部からの情報に基づいて駆動部を制御する。

本開示の一態様に係る太陽光発電システムは、太陽光発電装置の下の栽培物に対して有効な育成環境を与えることができる。

図１は、実施の形態に係る集光型発電モジュールの外観を示す模式図である。 図２は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における、実施の形態に係る集光型発電モジュールの断面模式図である。 図３は、実施の形態に係る集光型発電モジュールの分解斜視図である。 図４は、実施の形態に係る太陽光発電装置および外部装置との構成を示す構成図である。 図５は、実施の形態に係る太陽光発電装置における正面からの外観を示す模式図である。 図６は、実施の形態に係る太陽光発電装置における側面からの外観を示す模式図である。 図７は、実施の形態に係る太陽光発電装置における、直達光の光放射照度と栽培物における光飽和点との関係の一例を示す図である。 図８は、他の実施の形態に係る太陽光発電装置における動作の一例を示すフロー図である。 図９は、他の実施の形態に係る散水部を備えた太陽光発電装置における正面からの外観を示す模式図である。 図１０は、他の実施の形態に係る散水部を備えた太陽光発電装置における側面からの外観を示す模式図である。 図１１は、他の実施の形態に係る撮像部を備えた太陽光発電装置における正面からの外観を示す模式図である。 図１２は、従来の太陽光発電装置のおける正面からの外観を示す模式図である。 図１３は、従来の太陽光発電装置のおける側面からの外観を示す模式図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

以下において、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。

また、以下の実施の形態で説明に用いられる図面においては座標軸が示される場合がある。Ｚ軸のプラス側が太陽光の光入射面側を表している。また、Ｘ軸及びＹ軸は、Ｚ軸に垂直な平面上において、互いに直交する軸である。例えば、以下の実施の形態において、「平面視」とは、光入射面側から見る（Ｚ軸方向から見る）ことを意味する。

また、本明細書において、等しい、一致、一定などの要素間の関係性を示す用語、および、正方形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値、および、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。

（本開示の一態様を得るに至った経緯）
図１２は、従来の太陽光発電装置１ｃのおける正面からの外観を示す模式図である。また、図１３は、従来の太陽光発電装置１ｃのおける側面からの外観を示す模式図である。

図１２または図１３に示すように、従来の太陽光発電装置１ｃにおける太陽光発電モジュール１００ｃは、発電素子１５１ｃが発電部１０ｃにおいて全体に設けられており、太陽光発電モジュール１００ｃの下に育成される栽培物２には育成に十分な光を供給し難いという課題が生じる。

そこで、本発明者らは、後述する背面においても透光性を有する構造である太陽光発電モジュール１００を備える太陽光発電装置１によって、太陽光発電モジュール１００の下に育成される栽培物２に有効な光を与えることを見出した。

（実施の形態）
以下、本実施の形態に係る太陽光発電モジュール１００について、図１〜図３を参照しながら説明する。

［１．太陽光発電モジュールの全体構成］
まずは、本実施の形態に係る太陽光発電モジュール１００の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係る太陽光発電モジュール１００の模式図である。図２は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における本実施の形態に係る太陽光発電モジュール１００の断面模式図である。図３は、本実施の形態に係る太陽光発電モジュール１００の分解斜視図である。なお、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線は、Ｙ軸方向に平行であり、かつ太陽光発電モジュール１００のＸ軸方向における中央を切断する切断線である。

図１〜図３に示すように、本実施の形態に係る太陽光発電モジュール１００は、第１レンズアレイ１２０と支持体１３０とを有するレンズアレイ１４０と、回路基板１５０と、放熱部材１６０とを備える。太陽光発電モジュール１００は、太陽光をレンズアレイ１４０（光学系）により集光する集光型の太陽光発電モジュール１００である。

［１−１．第１レンズアレイ］
第１レンズアレイ１２０は、複数の第１レンズ１２１がアレイ状（二次元状）に配置されて構成された１次集光レンズアレイである。第１レンズ１２１は、太陽光を後述する第２レンズ１３２に集光する。第１レンズ１２１は、例えば、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ等を用いることができる。第１レンズアレイ１２０は、太陽光が入射する光入射面１２１ａ（Ｚ軸プラス側の面）と、光入射面１２１ａと反対側の面であり、当該太陽光が出射する光出射面１２１ｂ（Ｚ軸マイナス側の面）とを有する。

本実施の形態では、第１レンズ１２１は、第１レンズ１２１の光入射面１２１ａにレンズ面（非球面）を有する非球面レンズである。例えば、複数の第１レンズ１２１のそれぞれは、光入射面１２１ａに凸部１２２を有する凸レンズである。また、本実施の形態では、光出射面１２１ｂは、平坦な面である。光入射面１２１ａは、第１レンズアレイ１２０における壁部１３３とは反対側の面の一例である。なお、光入射面１２１ａが凸レンズであり、光出射面１２１ｂが平坦な面である、すなわち、光出射面１２１ｂのパワーよりも光入射面１２１ａのパワーを大きくすることで収差特性を良好にできる。

なお、第１レンズ１２１が球面レンズである場合、光入射面１２１ａがレンズ面（球面）であるとよい。また、第１レンズ１２１がフレネルレンズである場合、光出射面１２１ｂがレンズ面（フレネル面）であるとよい。なお、光入射面１２１ａが球面であり、光出射面１２１ｂがフレネルの場合、第１レンズ１２１の厚みを薄くすることができる。

本実施の形態では、第１レンズアレイ１２０は、２５個の第１レンズ１２１がアレイ状に配置されて構成されるが、第１レンズアレイ１２０を構成する第１レンズ１２１の数は特に限定されない。また、第１レンズ１２１の平面視における形状は正方形状であるが、第１レンズ１２１の平面視における形状はこれに限定されず、例えば、長方形状、六角形状等であってもよい。

本実施の形態では、第１レンズ１２１は、１辺が２２ｍｍの正方形状である。つまり、第１レンズアレイ１２０は、１辺が１１０ｍｍの正方形状である。また、第１レンズ１２１の厚み（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、７．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

第１レンズアレイ１２０は、透明な材料からなり、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）である。その際、第１レンズアレイ１２０は、アクリル樹脂を射出成形することにより作製された一体成形品とすると良い。これにより、太陽光発電モジュール１００の軽量化に寄与することができる。

図２に示すように、第１レンズアレイ１２０は、支持体１３０に設けられた壁部１３３に支持される。第１レンズアレイ１２０の光出射面１２１ｂは、壁部１３３に接合される。本実施の形態では、第１レンズアレイ１２０の光出射面１２１ｂの外縁部が壁部１３３に接合される。

［１−２．支持体］
支持体１３０は、第２レンズアレイ１３０ａと、壁部１３３と、仕切り壁１３４とを有する。

第２レンズアレイ１３０ａは、複数の第２レンズ１３２がアレイ状に配置されて構成された２次集光レンズアレイであり、第１レンズアレイ１２０の光出射方向側に配置される。第２レンズアレイ１３０ａは、複数の第１レンズ１２１のそれぞれから出射された光をさらに発電素子１５１に向けて集光する機能を有する。第２レンズアレイ１３０ａは、第１レンズアレイ１２０と対向して配置される。第２レンズアレイ１３０ａは、底部１３１と、底部１３１の光入射面（Ｚ軸プラス）に形成された第２レンズ１３２とを有する。

底部１３１は、Ｘ−Ｙ平面に広がる支持基板である。

第２レンズ１３２は、第１レンズ１２１からの光をさらに集光する。複数の第２レンズ１３２のそれぞれは、複数の第１レンズ１２１のそれぞれと対向した位置に配置される。第２レンズ１３２は、例えば、球面レンズ、非球面レンズ等を用いることができる。第２レンズ１３２は、例えば、発電素子１５１側から第１レンズ１２１側（Ｚ軸マイナス側からＺ軸プラス側）に突出した凸形状を有する。

第２レンズ１３２は、第１レンズ１２１に一対一に配置される。例えば、一対一に配置された第１レンズ１２１及び第２レンズ１３２の光軸は一致する。

壁部１３３は、第１レンズアレイ１２０を支持するための枠状の支持部材である。また、壁部１３３は、第１レンズアレイ１２０と第２レンズアレイ１３０ａとの間の距離を一定に保つ役割を有する。本実施の形態では、壁部１３３は、第１レンズアレイ１２０の外縁部を支持する。壁部１３３は、例えば、底部１３１の外周から第１レンズアレイ１２０に向けて立設して設けられる。

仕切り壁１３４は、複数の第２レンズ１３２のそれぞれを仕切るために設けられるリブである。仕切り壁１３４は、底部１３１から立設して設けられる。仕切り壁１３４は、複数の第２レンズ１３２のうち、外周に配置された第２レンズ１３２同士を仕切る突状の外側仕切り壁１３４ａと、それ以外の第２レンズ１３２同士を仕切る突状の内側仕切り壁１３４ｂとを有する。外側仕切り壁１３４ａ及び内側仕切り壁１３４ｂのそれぞれは、例えば、平面視において、隣り合う第２レンズ１３２同士の中央の位置を通り、かつ隣り合う第２レンズ１３２の並び方向に直交する方向に延在する。

外周に配置された第２レンズ１３２は、壁部１３３及び外側仕切り壁１３４ａ、又は、壁部１３３、外側仕切り壁１３４ａ及び内側仕切り壁１３４ｂにより囲まれており、それ以外の第２レンズ１３２は、内側仕切り壁１３４ｂにより囲まれている。なお、仕切り壁１３４は、内側仕切り壁１３４ｂを有していなくてもよい。

外側仕切り壁１３４ａは、一端が壁部１３３に接続されており、他端が内側仕切り壁１３４ｂに接続されている。

外側仕切り壁１３４ａの一端の高さ（Ｚ軸方向の長さ）は、外側仕切り壁１３４ａの他端の高さより高い。例えば、外側仕切り壁１３４ａは、他端から一端にむかうにつれて（つまり、壁部１３３に向かうにつれて）暫時的に高さが高くなる部分を有していてもよい。

内側仕切り壁１３４ｂは、高さ（Ｚ軸方向の長さ）が一定に設けられる。内側仕切り壁１３４ｂは、例えば直方体状である。内側仕切り壁１３４ｂの高さは、外側仕切り壁１３４ａより低い。

支持体１３０は、透明な材料からなり、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）である。その際、支持体１３０は、アクリル樹脂を射出成形することにより作製された一体成形品とすると良い。これにより、太陽光発電モジュール１００の軽量化に寄与するためである。例えば、支持体１３０は、アクリル樹脂を射出成形することにより作製された一体成形品である。本実施の形態では、第２レンズアレイ１３０ａと、壁部１３３と、仕切り壁１３４とは一体的に形成されている。

また、図２に示すように、壁部１３３は、例えば、第１レンズアレイ１２０側の部分（以降において、先端部とも記載する）が底部１３１側の部分より薄い。例えば、壁部１３３の厚み（図２では、Ｙ軸方向に長さ）の少なくとも一部は、先端部に向かって漸次的に小さくなる。これにより、射出成形により支持体１３０を作製するときに、成型用の金型から支持体１３０を取り出しやすくなる。

なお、支持体１３０は、第１レンズアレイ１２０と同一の樹脂材料で形成されてもよい。これにより、第１レンズアレイ１２０及び支持体１３０が異なる樹脂材料で形成されていることにより発生する応力を抑制することができる。例えば、第１レンズアレイ１２０及び支持体１３０が異なる樹脂材料で形成されている場合、伸び縮みが発生する温度又は湿度が異なるので、これにより壁部１３３と第１レンズアレイ１２０との間に応力が発生しやすくなる。第１レンズアレイ１２０及び支持体１３０が同じ樹脂材料で形成されることで、そのような応力の発生を抑制することができる。

上記では、支持体１３０は、底部１３１に第２レンズ１３２が配置されている例について説明したが、第２レンズ１３２は配置されていなくてもよい。言い換えると、支持体１３０は、第１レンズアレイ１２０からの光を集光する機能を有していなくてもよい。例えば、支持体１３０は、底部１３１及び底部１３１上に配置された枠状の壁部１３３であって、第１レンズアレイ１２０を支持する壁部１３３を有する構成であってもよい。

また、支持体１３０は、第２レンズアレイ１３０ａを有していなくてもよい。例えば、支持体１３０は、第１レンズアレイ１２０を支持する枠状の壁部１３３を有する構成であってもよい。

［１−３．回路基板］
回路基板１５０は、発電素子１５１と、電極１５２とを有する。

発電素子１５１は、照射された太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する（つまり、光電変換する）機能を有する。本実施の形態では、発電素子１５１は、底部１３１の光出射面側であって、底部１３１における複数の第１レンズ１２１のそれぞれと対向した位置に配置されている。また、発電素子１５１の受光面積は、例えば１ｍｍ^２である。
発電素子１５１は、ＩｎＧａＰ系材料、ＧａＡｓ系材料、Ｇｅ系材料、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ系材料など、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成される。

これらの材料においては光を照射すると光電流が発生するので、電気エネルギーを供給することが可能となる。

なお、発電素子１５１は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を多接合することで変換効率を４０％以上とすることができる。また、発電素子１５１は、ＧａＮ系材料、又は、Ｓｉ系材料等から構成されてもよく、さらには量子ドット発電素子を用いてもよい。

電極１５２は、発電素子１５１と電気的に接続されており、発電素子１５１に発生した光電流を外部回路へ取り出すために設けられる。

電極１５２の材料は、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉなどを使用することができる。例えば、スクリーン印刷装置において、配線パターンをペースト状のＡｇを用いて、スクリーン印刷し、熱焼結することで電極１５２を形成することができる。また、発電素子１５１と電極１５２との電気接続は、半田接合、ワイヤーボンディングなどで接合するとよい。特に、半田接合の際は、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕを含むペースト材料を用いて半田接合することで発電素子１５１と電極１５２との間で電気接続することができる。

なお、回路基板１５０の材質は、透光性を有する透明材料であり、例えばガラスである。ガラス材料であれば、集光における耐光性などによる長期信頼性を確保することができる。また、実施の形態において、回路基板１５０の厚みは、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。これにより、太陽光発電モジュール１００の厚みを抑制できるとともに、太陽光発電モジュール１００の軽量化に寄与できる。

また、他の材質として、例えば樹脂材料を用いてもよい。その際、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を用いる場合には、長期信頼性を確保するため、例えば波長が４２０ｎｍ以下の短波長を吸収する吸収剤を用いてもよい。また、フレキシブル基板からなる回路基板を用いてもよい。

上記により、回路基板１５０には、発電素子１５１と電極１５２とからなる電子回路が形成されている。そして、回路基板１５０において電子回路を除く領域には、透光性を有しているようにする。これにより、後述する放熱部材１６０との組み合わせの際に、放熱部材１６０における開口部において透光性を有する領域を設けることができる。

上記では、回路基板１５０として、板材上に発電素子１５１と電極１５２とを有する例について説明したが、この構成に限定されない。例えば、回路基板１５０上にバイパスダイオード（図示しない）を設けてもよく、発電素子１５１と、電極１５２と、バイパスダイオードからなる電子回路を形成してもよい。その際、回路基板１５０内には電子回路を除くと透光性を有する透明な領域を設けるようにする。これにより、後述する放熱部材１６０との組み合わせの際に、放熱部材１６０における開口部において透光性を有する領域を設けることができる。

また、例えば、支持体１３０の底部１３１に対して発電素子１５１と電極１５２とを構成してもよく、その際は支持体１３０の底部１３１において透光性を有する透明な領域を設けていればよい。

図３に示すように、電極１５２は複数の直列配線および並列配線からなる。本実施の形態では、５直列５並列からなる回路によって、発電素子１５１との間で電気接続される。また、電極１５２の幅は発電素子１５１のサイズに対応させ、例えば、発電素子１５１のサイズが１．２ｍｍ^２であれば、電極１５２の幅も１．２ｍｍである。図３の場合、回路基板１５０上において、発電素子１５１と電極１５２とが構成されない領域は、透光性を有する領域である。なお、透光性とは、光が透過する性質を意味しており、入射した光を全て出射することを限定するものではない。以下における透光性も同様である。

［１−４．放熱部材］
放熱部材１６０は、発電素子１５１で発生する熱を放熱する機能を有する。なお、放熱部材１６０の材質は質量が小さく、かつ、熱伝導率の高いものがよく、例えばアルミニウムであるとよい。これにより、他の金属材料に比べ、熱伝導も保持しつつ、太陽光発電モジュール１００の軽量化に寄与できる。さらに、放熱部材１６０はアルマイト処理することで熱輻射の効果を向上することができ、放熱効果を向上することができる。

本実施の形態では、発電素子１５１と放熱部材１６０とが熱的に接触している。なお、熱的に接触しているとは、直接接触していることに限らず、放熱する機能を有するように構成されることを意味する。具体的には、発電素子１５１と放熱部材１６０との間に放熱用グリスなどの放熱材を介して構成することも含む。

また、放熱部材１６０の形状は、電極１５２のパターンに対応している。そのため、図３に示すように、放熱部材１６０は複数の開口部を有している。開口部の形状は、後述のように、矩形、円または楕円などであり、図３には矩形における形状を示している。また、図３に示すように放熱部材１６０が格子形状を有している際、格子の幅は電極１５２の幅に対応させ、例えば、電極１５２の幅が１．２ｍｍであれば、格子の幅も１．２ｍｍ程度とする。これにより、放熱部材１６０における複数の開口部内の領域には発電素子１５１および電極１５２を有しない構造となるため、回路基板１５０において発電素子１５１と電極１５２とが構成されない領域は、透光性を有する領域を有している。なお、開口部内に電極１５２の一部などを含めてもよいが、開口部内には少なくとも透光性を有する領域を設けるようにする。

例えば、電極１５２は５直列５並列からなる回路であり、かつ、幅が１．２ｍｍであるとする。また、放熱部材１６０におけるＸ軸側の長さが９１．６ｍｍ、Ｙ軸側の長さが９０．０ｍｍ、（すなわち、全体の面積は８２４４ｍｍ²）であり、かつ、図３のように格子形状を有しており、格子幅が２ｍｍであるとする。この場合、放熱部材１６０は開口部を１６個有し、１個あたりの開口部の面積は４０８ｍｍ²であるため、開口部全体の面積は６５２８ｍｍ²である。それゆえ、放熱板の全体の面積である８２４４ｍｍ²と比較すると、開口部面積比は約８０％である。すなわち、放熱板の領域内においては約８０％が透光性を確保している。したがって、太陽光発電モジュール１００の背面の透光性を確保している。

［１−５．太陽光発電モジュール］
上記のように、太陽光発電モジュール１００は、第１レンズアレイ１２０と支持体１３０とを有するレンズアレイ１４０と、回路基板１５０と、放熱部材１６０とを備える。図３に示すように、太陽光発電モジュール１００の作製は、第１レンズアレイ１２０と支持体１３０とを有するレンズアレイ１４０と、回路基板１５０と、放熱部材１６０との各々を積層する。第１レンズアレイ１２０と支持体１３０とからレンズアレイ１４０を積層する際は、例えば第１レンズアレイ１２０と支持体１３０との境界に紫外線硬化用ボンドを塗布し、紫外線硬化することで接着する。また、レンズアレイ１４０と回路基板１５０とを積層する際は、例えば透光性を有し、透明であるアクリル樹脂からなる接着剤を接着面に塗布し、レンズアレイ１４０と回路基板１５０とを接着する。さらに、レンズアレイ１４０と回路基板１５０との接着の境界に紫外線硬化用ボンドを塗布し、紫外線硬化しても良い。また、回路基板１５０と放熱部材１６０との回路基板において積層する際にも、例えば紫外線硬化用ボンドを塗布し、紫外線硬化してもよい。

なお、第１レンズアレイ１２０と発電素子１５１との距離は、第１レンズアレイ１２０及び第２レンズアレイ１３０ａの集光特性により決定されるが、一例として、３１ｍｍ程度である。

［２．太陽光発電装置］
次に、本実施の形態に係る太陽光発電モジュール１００を備えた太陽光発電装置１について、図４〜６を参照しながら説明する。

図４は実施の形態に係る太陽光発電装置１および外部装置との構成を示す構成図である。図５は実施の形態に係る太陽光発電装置１における正面からの外観を示す模式図である。図６は、実施の形態に係る太陽光発電装置１における側面からの外観を示す模式図である。

図４に示すように、太陽光発電装置１は、発電部１０と、情報通信部２０と、制御部３０と、駆動部４０と、を有する。

発電部１０は、透光性を有する太陽光発電モジュール１００からなる。図５または図６に示すように、発電部は太陽光３を集光することで発電することができるとともに、透光性を有する太陽光発電モジュール１００の下に植えられる栽培物２に対して透過光を供給することができる。

なお、発電部１０は、太陽光発電モジュール１００を複数組み合わせて形成する際は、隣り合う太陽光発電モジュール１００との間には隙間を設けずに連結させておくとよい。これにより、太陽光発電モジュール１００からの透過光を供給することができるとともに、より多くの太陽光発電モジュール１００を太陽光発電装置１に設置することもできる。

情報通信部２０は、外部装置からの情報を取得し、情報通信が可能なデバイスからなる。情報通信部２０では発電に必要な日射量または時刻、さらには、発電部１０によって得られた電流値、電圧値、曲線因子、光電変換効率、発電量などを取得する。特に、情報通信部２０は、直達光に関する情報を取得する。なお、直達光に関する情報とは、取得する時間における直達日射量が最大として得られた直達光の方向または取得時間における直達光の光放射照度を示す情報である。また情報通信手段は無線であっても有線であってもよい。

制御部３０は、太陽光発電装置１の全体を制御し、情報制御部３１０と、駆動制御部３２０を含む。情報制御部３１０は情報通信部２０による情報取得を制御する。例えば、情報制御部３１０は、一定時間おきに情報通信部２０に対して情報取得を要求し、駆動制御部３２０へと命令する。駆動制御部３２０は、情報制御部３１０に基づいて、太陽光発電装置１において太陽光発電モジュール１００が設置される領域の角度を駆動部４０より制御する。

駆動部４０は、太陽光発電装置１において太陽光発電モジュール１００が設置される領域の角度を変更することができ、方位角駆動部４１０と仰角駆動部４２０とを含む。図５または図６に示すように、駆動部４０は支柱と太陽光発電モジュール１００との間に有する。特に図６に示すように、方位角駆動部４１０は方位角４１１を駆動し、仰角駆動部４２０は仰角４２１を駆動する。

上記により、本実施の形態に係る太陽光発電装置１は太陽光３を追尾することもできる。これにより、太陽光発電モジュール１００における光入射面１２１ａに対して垂直に太陽光を受光すること、すなわち、直達光と垂直となる面で受光することが日中の多くの時間で可能となる。また、本実施の形態に係る太陽光発電モジュール１００は、第１レンズアレイ１２０、支持体１３０がアクリル樹脂により形成され、さらに、放熱部材１６０をＡｌ材料により形成されることで軽量である。すなわち、太陽光発電装置１は、駆動に必要な電力も低減できるため、太陽光発電装置全体としての稼働性を向上させることができる。

また、図４に示すように、太陽光発電装置１は、周辺装置とも接続する。周辺装置は、例えば、日射計２１およびタイマー２２と接続される制御装置２３と、接続箱２４と、パワーコンディショナ２５と、分電盤２６と、公共配電２７と、給電装置２８を含む。

日射計２１は、太陽光から得られる日射量を計測するものであり、特に直達光の日射量を得られるものが望ましい。また、タイマー２２は現在時刻または一定の時間間隔を計測する。制御装置２３は例えばコンピューターであり、日射計２１およびタイマー２２を制御し、情報通信部２０との間で情報を送受信する。また、制御装置２３は、発電部１０における電気特性、すなわち、電流値、電圧値、曲線因子、光電変換効率、発電量などを計測する計測装置をも含む。

なお、日射計２１、タイマー２２、制御装置２３のそれぞれを独立な装置として説明したが、これに限定されず、日射計２１、タイマー２２、制御装置２３のいずれか、もしくは、全てが一体の装置であってもよい。一方で、制御装置２３は計測装置をも含むとしたが、制御装置２３と計測装置が独立した状態で互いに接続されていてもよい。

接続箱２４は、発電部１０で得られた直流電流をパワーコンディショナ２５に電送する。なお、接続箱２４には、逆流防止ダイオード、開閉器、遮断器などを含むことが望ましい。

パワーコンディショナ２５は、直流電流を交流電流に変換し、分電盤２６へ電送する。

分電盤２６は、交流電流を配電する。例えば、分電盤２６は、公共の送配電線などである公共配電２７、または、蓄電池などの給電装置２８、と接続されて配電する。特に給電装置２８と接続されることで、分電盤２６を介して電気機器、特に農業用電気機器または電気自動車へ送電することもできる。また、分電盤２６は、制御装置２３と接続されることで、分電盤２６を介して供給される電気の使用率など情報を制御装置２３との間で通信してもよい。

なお、接続箱２４と、パワーコンディショナ２５と、分電盤２６とのそれぞれを独立して説明したが、これに限定されず、接続箱２４と、パワーコンディショナ２５と、分電盤２６とのいずれかが組み合わされた一体の装置であってもよい。

［３．効果など］
以上のように、本実施の形態に係る太陽光発電装置１は太陽光発電する発電部１０と、太陽光における直達光の方向における情報を取得する情報通信部２０と、直達光の方向における情報に対して制御する制御部３０と、発電部１０を駆動する駆動部４０と、を備えており、太陽光発電装置１は、栽培物２が育成される農業用地上に配置され、発電部１０は、透光性を有する回路基板１５０と、回路基板１５０上に太陽光を集光する集光部材と、を有し、制御部３０は、情報通信部２０からの情報に基づいて駆動部４０を制御する。

図７は本実施の形態に係る太陽光発電装置１における、直達光の光放射照度と栽培物における光飽和点との関係の一例を示す図である。

太陽光発電モジュール１００の背面において、直達日射光の光放射照度の４分の１が透過される場合、直達日射光の光放射照度が８４０Ｗ／ｍ^２〜１０００Ｗ／ｍ^２であったとすれば、透過光４の光放射照度は２１０Ｗ／ｍ^２〜２５０Ｗ／ｍ^２である。

一方で、栽培物２における育成の条件として光飽和度というものがある。栽培物２の光合成では、光の強度が上がると光合成速度が速くなるが、ある光の強度以上になると飽和状態に達し、飽和状態より大きくなれば光合成速度が速くはならない。このことより、光飽和点は飽和状態の光強度のことである。栽培物２として、例えばイネ、ナス、レタス、シクラメンの光飽和点である、４５０００ｌｘ、４００００ｌｘ、２５０００ｌｘ、１５０００ｌｘに対して、それぞれを光放射照度に換算すると、約１８９Ｗ／ｍ^２、約１６８Ｗ／ｍ^２、約１０５Ｗ／ｍ^２、約６３Ｗ／ｍ^２である。そのため、透過光４の光放射照度は、太陽光発電装置１の下の栽培物２に対して、栽培物２における光合成に有効な光を供給することも可能である。

したがって、本実施の形態に係る太陽光発電装置１は、発電の機能とともに、太陽光３の散乱光として透過光４を活用できる。そして、太陽光における直達光に関する情報があれば、太陽光発電装置１は栽培物２に対して適切な光を供給するための制御をすることができ、栽培物２の育成にも寄与することができる。

また、本実施の形態に係る情報通信部２０は、外部から直達光に関する情報を取得し、情報制御部３１０からの要求に応じて、直達光に関する情報を送信する。

これにより、外部装置として、例えば、日射計２１やタイマー２２などと接続されることで、情報制御部３１０において一定の時間間隔で直達光に関する情報を送信する要求があれば、情報通信部２０はタイマー２２より一定間隔を設定し、日射計２１から直達日射量を送信するができる。また、情報を外部から取得する構成であるため、情報制御部３１０内で直達日射光に関連する全てのデータを格納しておく必要が無いため、情報制御部３１０における負荷を軽減することができる。

また、本実施の形態に係る駆動部４０は、仰角に対して制御する仰角駆動部４２０と、方位角に対して制御する方位角駆動部４１０と、を有する。

これにより、駆動部４０は、仰角および方位角の２軸方向によって、発電部１０を直達光の方向に駆動できるため、直達光の方向に対して、仰角または方位角のいずれかの１軸方向によって駆動するよりも高精度で駆動することができる。

（その他の実施の形態）
以上、実施の態様に係る集光型の太陽光発電モジュール１００について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本開示の主旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

上記実施の形態では、太陽光発電モジュール１００における光入射面１２１ａに対して垂直に太陽光３を受光するとしたが、これに限定されない。例えば、発電部１０が複数の太陽光発電モジュール１００からなる場合には、組み立てにおいて±１度程度のバラつきが生じることによって、光入射面１２１ａにおける垂直方向から角度をずらした方が発電特性を向上させられることがある。また、太陽光発電装置１における追尾精度が±１度程度のバラつきが生じることによっても同様である。図８は太陽光発電装置１における動作の一例を示すフロー図である。

まず、太陽光発電装置１は動作を開始すると、情報通信部２０により直達光に関する情報を取得する（Ｓ１００１）。なお、直達光に関する情報とは、取得する時間における直達日射量が最大として得られた直達光の方向または取得時間における直達光の光放射照度を示す情報である。また、動作の開始は、例えば、ユーザーが太陽光発電装置１を起動させたとき、または、ユーザーから情報の取得の要求があったとき、タイマー２２によって指定された時間により情報の取得の要求があったときである。

情報を取得後、制御部３０は、指定範囲内で駆動部４０を制御し、各角度における発電部１０の発電特性を計測するよう、情報通信部２０に要求し、計測する（Ｓ１００２）。なお、指定範囲内とは直達光を中心とした仰角または方位角の範囲であり、例えば、直達光の方向に対する±３度以内を意味する。この場合、−３度から０．１度ずつ発電特性を計測していき、＋３度まで順に計測していく。また、情報通信部２０は、制御部３０からの要求に基づき、制御装置２３に対して、指定範囲内における計測の要求とともに、計測後に計測結果の情報を制御装置２３より取得する。

そして、制御部３０は、指定範囲内において全て計測済みであるか判断する（Ｓ１００３）。指定範囲内において全て計測済みであると判断した場合、指定範囲内において最も電気特性が良い方位に駆動部４０を制御する（Ｓ１００４）。制御後、新たに、動作への開始の要求があるまで終了する（Ｓ１００５）
一方、指定範囲内において全て計測済みでないと判断した場合には、発電特性の再計測を行う（Ｓ１００６）。なお、再計測しても指定範囲内において全て計測済みでないと判断した場合には、動作を強制的に終了してもよい。

以上の動作によって、太陽光発電装置１における発電部１０の発電特性をより向上させつつ、栽培物２に対しても透過光を供給することができる。

また、太陽光発電装置１は、栽培物２または発電部１０に対して水を散水する散水部をさらに備えても良い。図９は、散水部５００を備えた太陽光発電装置１における正面からの外観を示す模式図である。図１０は、散水部５００を備えた太陽光発電装置１における側面からの外観を示す模式図である。

図９または図１０に示すように、太陽光発電装置１は、太陽光発電モジュール１００における光入射面１２１ａ側に散水部５００を備えることで、光入射面側に付着する砂などの汚れを除去することができ、発電部１０の発電能力の維持に寄与することができる。また、太陽光発電装置１は、太陽光発電モジュール１００における背面側においても散水部５００を備えることで、栽培物２に対しても水を供給することができ、栽培物２の育成に寄与することができる。なお、散水部５００は雨水などを使用する場合には、直接使用せずに浄化装置などを介して使用するとよい。これにより、太陽光発電モジュール１００におけるレンズアレイ１４０に反射防止膜などが覆われている場合には、酸性雨による反射防止膜の剥がれなどの影響を抑制することができる。

また、太陽光発電装置１は、栽培物２を撮像するための撮像部６００を設けてもよい。図１１は、撮像部を備えた太陽光発電装置における正面からの外観を示す模式図である。図１１に示すように、栽培物２を撮像している場合、撮像部６００は栽培物２の育成状況を監視できる。また、撮像部６００が撮像領域の光強度を検出する機能を有していれば、制御部３０は栽培物２における光強度に基づいて駆動部４０を駆動するように制御してもよい。また、撮像部６００は可動であってもよい。これにより、栽培物にとって適切な光を供給するための精度を向上させることができる。

また、上記実施の形態では、太陽光発電モジュール１００において底部１３１は平板状である例について説明したが、これに限定されない。底部１３１は、例えば、第２レンズ１３２を有しておらず、かつ、貫通孔が形成されていてもよい。例えば、底部１３１における第２レンズ１３２に対応する位置に貫通孔が形成されていてもよい。言い換えると、底部１３１における第１レンズ１２１に対応する位置に貫通孔が形成されていてもよい。この場合、第１レンズ１２１と貫通孔とは一対一に形成される。

本開示の一態様に係る太陽光発電システムは、太陽光発電するとともに、太陽光発電装置の下へ透過光を制御する装置に適用可能である。例えば、農業用地における営農型の太陽光発電システムに有効である。

１、１ｃ 太陽光発電装置
１０、１０ｃ 発電部
２０ 情報通信部
２１ 日射計
２２ タイマー
２３ 制御装置
２４ 接続箱
２５ パワーコンディショナ
２６ 分電盤
２７ 公共配電
２８ 給電装置
３０ 制御部
４０ 駆動部
１００ 太陽光発電モジュール
１２０ 第１レンズアレイ
１２１ 第１レンズ
１２１ａ 光入射面
１２１ｂ 光出射面
１２２ 凸部
１３０ 支持体
１３０ａ 第２レンズアレイ
１３１ 底部
１３２ 第２レンズ
１３３ 壁部
１３４ 仕切り壁
１３４ａ 外側仕切り壁
１３４ｂ 内側仕切り壁
１４０ レンズアレイ
１５０ 回路基板
１５１ 発電素子
１５２ 電極
１６０ 放熱部材
３１０ 情報制御部
３２０ 駆動制御部
４１０ 方位角駆動部
４１１ 方位角
４２０ 仰角駆動部
４２１ 仰角
５００ 散水部
６００ 撮像部

Claims (7)

1. 太陽光発電する発電部と、
   太陽光における直達光に関する情報を取得する情報通信部と、
   太陽光発電装置を制御する制御部と、
   前記発電部を駆動する駆動部と、を備える前記太陽光発電装置において、
   前記太陽光発電装置は、栽培物が育成される農業用地に配置され、
   前記発電部は、
   透光性を有する回路基板と、
   前記回路基板に太陽光を集光する集光部材と、を有し、
   前記制御部は、
   前記情報通信部からの前記情報に基づいて前記駆動部を制御する、
   太陽光発電システム。
2. 前記情報通信部は、
   情報通信可能な外部装置から前記情報を取得し、
   前記制御部からの要求に応じて、前記情報を送信する、
   請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記駆動部は、
   仰角に対して制御する仰角駆動部と、
   方位角に対して制御する方位角駆動部と、を有する、
   請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記栽培物における光飽和点は２００Ｗ／ｍ^２以下である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
5. 前記太陽光発電装置は、
   さらに前記栽培物を撮像する撮像部を備える、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
6. 前記太陽光発電装置は、
   さらに前記発電部における光入射面、または、前記栽培物に対して散水する散水部を備える、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
7. 前記発電部で発電した直流電流を送電する接続箱と、
   前記接続箱からの直流電流を交流電流に変換して送電するパワーコンディショナと、
   前記パワーコンディショナからの電気を分電する分電盤と、を備え、
   前記分電盤において、公共配電、または、前記農業用地に設置される給電装置、に対して電力を供給する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。

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