JP2021513736A - 太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法 - Google Patents

Abstract

本発明による太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法は、第１水平仮想面と一定角度ほど傾斜して、太陽光反射板の反射板傾斜角を決定すること；第１投映高、第２投映高及び第１投映距離を用いて、第２投映距離を算出すること；及び太陽光パネルのパネル他端が算出された第２投映距離に位置するように、太陽光パネルと第２水平仮想面とのパネル傾斜角を決定するか、太陽光パネルの長さを決定し、該決定されたパネル傾斜角またはパネル長に対応して、太陽光モジュールを設置すること；を含む。

Description

本発明は、太陽光発電に係り、より詳細には、太陽光の反射のための太陽光パネルと太陽光反射板とを含む太陽光モジュールの設置方法に関する。

一般的に、太陽光発電とは、横縦に配列された板状の集光パネルが入射される太陽光を集光して、これを通じて電気エネルギーを得ることを言う。最近、石油エネルギー及び各種のエネルギーの枯渇またはコスト上昇によって代替エネルギーに対する重要性が大きく台頭しつつあり、その一例として、太陽光を用いる太陽光発電システムが要求されている。

このような太陽光発電装置は、通常必要な電力を供給されるために、太陽電池板を直並列に連結した太陽光モジュールと、集光された電力を貯蔵する蓄電池、そして、電力を調節する電力調節器及び直交流に変換するためのインバータなどで構成されている。ここで、太陽光モジュールは、太陽光を集光する太陽光パネル及び太陽光を太陽光パネル方向に反射させる太陽光反射板を含んでいる。

しかし、従来技術によれば、季節の変化によって太陽の高度が変化することによって、太陽光反射板に入射された太陽光がいずれも太陽光パネル側に伝達されないことがある。すなわち、太陽光反射板が太陽光パネルと結合された角度が一定でなく、当該結合角度が太陽の南中高度を満足するように設けられていないために、太陽光モジュールの発展効率が良くない問題点がある。

本発明が解決しようとする課題は、太陽光モジュールを構成する太陽光パネルに対する最適のパネル傾斜角またはパネル長を決定して、太陽光モジュールを設置可能にする太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法を提供することである。

前記の課題を解決するための本発明による太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法は、太陽光パネル及び太陽光反射板を含む太陽光モジュールにおいて、前記太陽光パネルのパネル一端と前記太陽光反射板の反射板一端との連結による接線が水平を成す時の前記接線を含む第１水平仮想面と一定角度ほど傾斜して、前記太陽光反射板の反射板傾斜角を決定すること；前記太陽光反射板の反射板他端から前記第１水平仮想面に垂直に延びた垂直線が合う第１基準点と前記反射板他端との距離に対応する第１投映高、前記垂直線が前記太陽光パネルのパネル他端から水平に延びた第２水平仮想面と合う第２基準点と前記反射板他端との距離に対応する第２投映高、及び前記太陽光が前記反射板他端から反射して、前記第１水平仮想面への投影時の前記太陽光と前記第１水平仮想面とが合う第１投映点と前記第１基準点との距離に対応する第１投映距離を用いて、前記太陽光が前記反射板他端から反射して、前記第２水平仮想面への投影時の前記太陽光と前記第２水平仮想面とが合う第２投映点と前記第２基準点との距離に対応する第２投映距離を算出すること；及び前記太陽光パネルの前記パネル他端が、前記算出された第２投映距離に位置するように、前記太陽光パネルと前記第２水平仮想面とのパネル傾斜角を決定するか、前記太陽光パネルの長さを決定し、該決定された前記パネル傾斜角または前記パネル長に対応して、前記太陽光モジュールを設置すること；を含む。

前記反射板傾斜角を決定することは、二十四節気のうち、夏至の太陽の南中高度に該当する角度を前記反射板傾斜角として決定することを特徴とする。

前記第２投映距離を算出することは、前記第１投映高、前記第２投映高、前記第１投映距離及び前記第２投映距離の間の比例関係を用いて、前記第２投映距離を算出することを特徴とする。

前記第２投映距離を算出することは、二十四節気のうち、太陽の南中高度が最も低い冬至を基準に前記太陽光が前記太陽光反射板に投映されることを考慮して、前記第２投映距離を算出することを特徴とする。

前記第１投映高は、前記太陽光反射板の反射板長と前記反射板傾斜角とに基づいた三角関数を用いて算出することを特徴とする。

前記第１投映距離は、冬至の時の前記太陽光の前記第１水平仮想面または前記第２水平仮想面に対する投映角度と前記第１投映高とに基づいた三角関数を用いて算出することを特徴とする。

前記投映角度は、次の数式を用いて算出されることを特徴とする。
投映角度＝１８０°＋冬至の太陽の南中高度−２＊夏至の太陽の南中高度

本発明によれば、太陽光パネル及び太陽光反射板を含む太陽光モジュールにおいて、太陽光の第１投映高、第２投映高、第１投映距離と第２投映距離との関係を通じて前記太陽光パネルの傾斜角を決定するか、前記太陽光パネルの長さを決定させることにより、太陽の南中高度の変化に関係なく太陽光を最大限太陽光パネルに伝達させることができ、これにより、太陽光を効率的に利用可能にする。

本発明による太陽光モジュールの構造を説明する一実施形態の参照図である。 本発明による太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法を説明する一実施形態のフローチャートである。 図１に示された太陽光パネルと太陽の南中高度との関係を説明する一実施形態の参照図である。 図３に示された太陽光パネルと太陽光反射板との結合による角度関係を説明する一実施形態の参照図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。

図１は、本発明による太陽光モジュール１００の構造を説明する一実施形態の参照図である。

図１を参照すれば、太陽光モジュール１００は、太陽光パネル１１０及び太陽光反射板１２０を含みうる。

太陽光パネル１１０は、太陽電池が集光される太陽光を電気エネルギーに変換する。このために、太陽光パネル１１０は、強化ガラス、太陽電池、バックシート（ｂａｃｋ ｓｈｅｅｔ）などを含んでいる。強化ガラスは、太陽光を内部に入射させるものであって、太陽光パネルの上部外面に設けられる。強化ガラスは、低鉄粉の扁状に構成される。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換させる光電池に該当するものであって、シリコン太陽電池と化合物半導体太陽電池などに区分される。例えば、太陽電池は、薄いケイ素結晶板であって、その一面に極微量のリンが付着される。太陽電池は、太陽光が照射される場合に、ケイ素の自由電子が移動しながら起電力が発生して、太陽光を電気エネルギーに変換させることができる。バックシートは、太陽電池の下部には保護層として備えられうる。

太陽光反射板１２０は、反射率に優れ、熱電性に優れたミラーアルミニウム、ミラーステンレスのような金属物質で製作される。反射板１２０は、反射率を向上させるために、反射性金属物質がコーティングされることもある。太陽光反射板１２０は、太陽光パネル１１０の一側または両側に配置される。太陽光反射板１２０は、入射された太陽光を太陽光パネル１１０に反射させる。これにより、太陽光パネル１１０に自体的に入射される太陽光以外に太陽光反射板１２０によって反射する太陽光が太陽光パネル１１０に入射されることにより、太陽光反射板１２０は、太陽光に対する集光効率を高める機能を行う。
太陽光パネル１１０のパネル一端と太陽光反射板１２０の反射板一端とが接し、ボルト挿入用ホールに締結手段であるボルトとナットとが締結されることにより、太陽光反射板１２０が太陽光パネル１１０に連結される。太陽光は、季節または一日の時間帯によって、その入射される角度が変わるために、太陽光発電の効率が低下するので、季節によって太陽光の入射される角度が変わっても、太陽光を最大限入力されるように太陽光反射板１２０と太陽光パネル１１０との結合角度または太陽光パネルの長さを決定する必要がある。

図２は、本発明による太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法を説明する一実施形態のフローチャートである。

太陽光パネル及び太陽光反射板を含む太陽光モジュールにおいて、前記太陽光パネルのパネル一端と前記太陽光反射板の反射板一端との連結による接線が水平を成す時の前記接線を含む第１水平仮想面と一定角度ほど傾斜して、前記太陽光反射板の反射板傾斜角を決定する（ステップＳ２００）。

図３は、図１に示された太陽光パネル１１０と太陽の南中高度との関係を説明する一実施形態の参照図である。図３は、二十四節気のうち、太陽の南中高度が最も高い夏至と最も低い冬至とを基準に前記太陽光が前記太陽光反射板に投映されることを例示した参照図である。

図３を参照すれば、夏至の時の太陽の南中高度は、θ₁であり、冬至の時の太陽の南中高度は、θ₂である。したがって、角度θ₃は、次の数式１を満足することができる。
（数式１）
夏至の太陽の南中高度（θ₁）＝冬至の太陽の南中高度（θ₂）＋θ₃

一方、太陽光が太陽光反射板１２０から全反射すると仮定する時、角度θ₃＝θ₄を満足する。したがって、三角形の内角の和が１８０°であるという定義に基づいて太陽光が太陽光反射板１２０から反射して、第１水平仮想面（ＨＳ₁）または第２水平仮想面（ＨＳ₂）と成す投映角度θ₅は、次の数式２のように定義される。
（数式２）
投映角度（θ₅）＝１８０°−夏至の太陽の南中高度（θ₁）＋θ₄）
＝１８０°−（夏至の太陽の南中高度（θ₁）＋θ₃）
＝１８０°−（夏至の太陽の南中高度（θ₁）＋θ₁）−θ₂）
＝１８０°＋冬至の太陽の南中高度（θ₂）−２＊夏至の太陽の南中高度（θ₁）

ここで、第１水平仮想面（ＨＳ₁）は、太陽光パネル１１０のパネル一端と太陽光反射板１２０の反射板一端との連結による接線が水平を成す時の接線を含む面と定義される。また、第２水平仮想面（ＨＳ₂）は、太陽光パネル１１０のパネル他端から水平に延びた面と定義される。

例えば、数式２によって、夏至の時の太陽の南中高度がθ₁＝７６°であり、冬至の時の太陽の南中高度がθ₂＝２９°である場合に、太陽光の第１水平仮想面（ＨＳ₁）または第２水平仮想面（ＨＳ₂）に対する投映角度θ₅＝１８０°＋２９°−２＊７６°＝５７°を算出することができる。

ステップＳ２００後に、太陽光反射板の反射板他端から前記第１水平仮想面に垂直に延びた垂直線が合う第１基準点と前記反射板他端との距離に対応する第１投映高、前記垂直線が前記太陽光パネルのパネル他端から水平に延びた第２水平仮想面と合う第２基準点と前記反射板他端との距離に対応する第２投映高、及び前記太陽光が前記反射板他端から反射して、前記第１水平仮想面への投影時の前記太陽光と前記第１水平仮想面とが合う第１投映点と前記第１基準点との距離に対応する第１投映距離を用いて、前記太陽光が前記反射板他端から反射して、前記第２水平仮想面への投影時の前記太陽光と前記第２水平仮想面とが合う第２投映点と前記第２基準点との距離に対応する第２投映距離を算出する（ステップＳ２０２）。

図４は、図３に示された太陽光パネル１１０と太陽光反射板１２０との結合による角度関係を説明する一実施形態の参照図である。

図４を参照すれば、太陽光反射板１２０の反射板他端１２０−１から第１水平仮想面（ＨＳ₁）に垂直に延びた垂直線（ＶＬ）が合う第１基準点（ＲＰ₁）と反射板他端１２０−１との距離は、第１投映高（ＰＨ₁）と定義される。また、垂直線（ＶＬ）が太陽光パネル１１０のパネル他端１１０−１から水平に延びた第２水平仮想面（ＨＳ₂）と合う点を第２基準点（ＲＰ₂）とする時、第２基準点（ＲＰ₂）と反射板他端１２０−１との距離は、第２投映高（ＰＨ₂）と定義される。また、太陽光が反射板他端１２０−１から反射して第１水平仮想面（ＨＳ₁）への投影時の太陽光と第１水平仮想面（ＨＳ₁）とが合う点は、第１投映点（ＰＰ₁）と定義される。また、太陽光が反射板他端１２０−１から反射して第２水平仮想面（ＨＳ₂）への投影時の太陽光と第２水平仮想面（ＨＳ₂）とが合う点は、第２投映点（ＰＰ₂）と定義される。また、前記から定義された第１投映点（ＰＰ₁）と第１基準点（ＲＰ₁）との距離は、第１投映距離（ＰＤ₁）と定義され、第２投映点（ＰＰ₂）と第２基準点（ＲＰ₂）との距離は、第２投映距離（ＰＤ₂）と定義される。

前記の定義による関係式を用いて、第２投映距離（ＰＤ₂）を算出することができる。この際、第２投映距離（ＰＤ₂）は、二十四節気のうち、太陽の南中高度が最も低い冬至を基準に太陽光が太陽光反射板１２０に投映されることを考慮して、第２投映距離（ＰＤ₂）を算出することができる。

まず、第１投映高（ＰＨ₁）は、太陽光反射板１２０の反射板長（ＰＬ）と反射板傾斜角（θ₁）とに基づいた三角関数を用いて算出される。例えば、太陽光反射板１２０の反射板長（ＰＬ）＝Ｌであり、反射板傾斜角（θ₁）が夏至の時の太陽の南中高度に該当するθ１＝７６°である場合に、第１投映高（ＰＨ₁）＝Ｌ＊ｓｉｎ ７６°の値が算出される。

また、第１投映距離（ＰＤ₁）は、冬至の時の太陽光の第１水平仮想面（ＨＳ₁）に対する投映角度（θ₅）と第１投映高（ＰＨ₁）とに基づいた三角関数を用いて算出される。例えば、冬至の時の太陽光の第１水平仮想面（ＨＳ₁）に対する投映角度（θ５）が５７°であり、第１投映高（ＰＨ₁）が前述のようにＬ＊ｓｉｎ ７６°である場合に、ｔａｎ ５７°＝第１投映高（ＰＨ₁）／第１投映距離（ＰＤ₁）＝Ｌ＊ｓｉｎ ７６°／第１投映距離（ＰＤ₁）を満足する。したがって、第１投映距離（ＰＤ₁）＝Ｌ＊ｓｉｎ ７６°／ｔａｎ ５７°の値が算出される。

次いで、第１投映高（ＰＨ₁）、第２投映高（ＰＨ₂）、第１投映距離（ＰＤ₁）及び第２投映距離（ＰＤ₂）の間の比例関係を用いて第２投映距離（ＰＤ₂）が算出される。この際、第２投映高（ＰＨ₂）は、あらかじめ定義される定数値である。例えば、第１投映高（ＰＨ₁）がＬ＊ｓｉｎ ７６°であり、第２投映高（ＰＨ₂）があらかじめ定義される定数値Ｃであり、第１投映距離（ＰＤ₁）がＬ＊ｓｉｎ ７６°／ｔａｎ ５７°である場合に、第１投映高（ＰＨ₁）：第２投映高（ＰＨ₂）＝第１投映距離（ＰＤ₁）：第２投映距離（ＰＤ₂）の比例関係が成立される。したがって、第２投映距離（ＰＤ₂）＝第１投映距離（ＰＤ₁）＊（第２投映高（ＰＨ₂）／第１投映高（ＰＨ₁））＝（Ｌ＊ｓｉｎ ７６°／ｔａｎ ５７°）＊（Ｃ／Ｌ＊ｓｉｎ ７６°）の値が算出される。

ステップＳ２０２後に、太陽光パネルのパネル他端が算出された第２投映距離に位置するように太陽光パネルと第２水平仮想面とのパネル傾斜角を決定するか、太陽光パネルの長さを決定し、該決定された前記パネル傾斜角または前記パネル長に対応して、前記太陽光モジュールを設置する（ステップＳ２０４）。

例えば、第２投映距離（ＰＤ₂）がステップＳ２０２から算出されたように、（Ｌ＊ｓｉｎ ７６°／ｔａｎ ５７°）＊（Ｃ／Ｌ＊ｓｉｎ ７６°）である場合に、太陽光パネル１１０のパネル他端１１０−１が第２投映距離（ＰＤ₂）、すなわち、（Ｌ＊ｓｉｎ ７６°／ｔａｎ ５７°）＊（Ｃ／Ｌ＊ｓｉｎ ７６°）の距離に位置するように太陽光パネルの長さ（ＳＬ）が決定される。また、太陽光パネル１１０のパネル他端１１０−１が（Ｌ＊ｓｉｎ ７６°／ｔａｎ ５７°）＊（Ｃ／Ｌ＊ｓｉｎ ７６°）の距離に位置するように太陽光パネル１１０と第２水平仮想面（ＨＳ₂）とのパネル傾斜角（θ₆）が決定される。このような、太陽光パネルの長さ（ＳＬ）またはパネル傾斜角（θ₆）は、互いに独立して決定され、互いに相補的に決定される。例えば、太陽光パネルの長さ（ＳＬ）が相対的に短い場合には、パネル傾斜角（θ₆）を減少させることにより、太陽光パネル１１０のパネル他端１１０−１が第２投映距離（ＰＤ₂）に位置するように決定し、太陽光パネルの長さ（ＳＬ）が相対的に長い場合には、パネル傾斜角（θ₆）を増加させることにより、太陽光パネル１１０のパネル他端１１０−１が第２投映距離（ＰＤ₂）に位置するように決定することができる。

太陽光パネル１１０のパネル長またはパネル傾斜角が決定されれば、該決定されたパネル長またはパネル傾斜角によって太陽光パネル１１０の長さまたは傾斜角を調整して設置し、また、ステップＳ２００から決定された反射板傾斜角によって太陽光反射板も設置する。これにより、太陽の南中高度の変化に関係なく太陽光が最大限太陽光パネルに伝達され、太陽光モジュール１００は、太陽光を効率的に利用できる。

本発明は、ソフトウェア的なプログラムとして具現してコンピュータで読み取り可能な所定の記録媒体に記録して置くことにより、多様な再生装置に適用することができる。多様な再生装置は、ＰＣ、ノート型パソコン、携帯用端末などである。例えば、記録媒体は、各再生装置の内蔵型としてハードディスク、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどであるか、外装型としてＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷのような光ディスク、コンパクトフラッシュカード、スマートメディア、メモリスティック、マルチメディアカードである。

以上のように、本発明の実施形態を説明したが、本発明の明細書に開示された実施形態は、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって解析されなければならず、それと均等な範囲内にあるあらゆる技術も、本発明の範囲に含まれると解釈しなければならない。

Claims (7)

1. 太陽光パネル及び太陽光反射板を含む太陽光モジュールにおいて、前記太陽光パネルのパネル一端と前記太陽光反射板の反射板一端との連結による接線が水平を成す時の前記接線を含む第１水平仮想面と一定角度ほど傾斜して、前記太陽光反射板の反射板傾斜角を決定することと、
   前記太陽光反射板の反射板他端から前記第１水平仮想面に垂直に延びた垂直線が合う第１基準点と前記反射板他端との距離に対応する第１投映高、前記垂直線が前記太陽光パネルのパネル他端から水平に延びた第２水平仮想面と合う第２基準点と前記反射板他端との距離に対応する第２投映高、及び前記太陽光が前記反射板他端から反射して、前記第１水平仮想面への投影時の前記太陽光と前記第１水平仮想面とが合う第１投映点と前記第１基準点との距離に対応する第１投映距離を用いて、前記太陽光が前記反射板他端から反射して、前記第２水平仮想面への投影時の前記太陽光と前記第２水平仮想面とが合う第２投映点と前記第２基準点との距離に対応する第２投映距離を算出することと、
   前記太陽光パネルの前記パネル他端が、前記算出された第２投映距離に位置するように、前記太陽光パネルと前記第２水平仮想面とのパネル傾斜角を決定するか、前記太陽光パネルの長さを決定し、該決定された前記パネル傾斜角または前記パネル長に対応して、前記太陽光モジュールを設置することと、
   を含むことを特徴とする太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法。
2. 前記反射板傾斜角を決定することは、
   二十四節気のうち、夏至の太陽の南中高度に該当する角度を前記反射板傾斜角として決定することを特徴とする請求項１に記載の太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法。
3. 前記第２投映距離を算出することは、
   前記第１投映高、前記第２投映高、前記第１投映距離及び前記第２投映距離の間の比例関係を用いて、前記第２投映距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法。
4. 前記第２投映距離を算出することは、
   二十四節気のうち、太陽の南中高度が最も低い冬至を基準に前記太陽光が前記太陽光反射板に投映されることを考慮して、前記第２投映距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法。
5. 前記第１投映高は、前記太陽光反射板の反射板長と前記反射板傾斜角とに基づいた三角関数を用いて算出することを特徴とする請求項１に記載の太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法。
6. 前記第１投映距離は、冬至の時の前記太陽光の前記第１水平仮想面または前記第２水平仮想面に対する投映角度と前記第１投映高とに基づいた三角関数を用いて算出することを特徴とする請求項５に記載の太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法。
7. 前記投映角度は、次の数式を用いて算出されることを特徴とする請求項６に記載の太陽光の効率的利用のための太陽光モジュールの設置方法。
   投映角度＝１８０°＋冬至の太陽の南中高度−２＊夏至の太陽の南中高度

Images