JP2024053638A - 太陽光発電パネル - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電パネルの表層材である粗面化ガラスに、歩行者の歩行や自動車の走行に必要な滑り抵抗を付与する。【解決手段】サンドブラスト処理をして粗面化した強化ガラスを表層材として使用する。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電パネルに関するもので、特に、従来から公共施設として使用されている道路に、舗装等に代えて敷設することのできる太陽光発電パネルに関する。

我が国においては、電気の需要が高い都市部の地代が高く太陽光発電パネルを経済的に設置できる場所が限られている。このため、民地にあるビルや民家の屋根に設置することが一般的であり、公共の道路の街燈等で使用する電気は民地から供給せざる得ず、コストが高くなってしまうことが問題であった。

そこで、太陽光発電パネルを道路に設置することの検討が始められており、道路の中央分離帯、防音壁、あるいは駐車帯等に設置して発電を行うことが検討されている。
本発明は、太陽光発電パネルを道路の舗装の表層にも設置する為に考案したもので、車道、歩道、自転車道いずれの舗装の表層に敷設しても、道路の使用上において安全性等に問題のない太陽光発電パネルに関するものである。

道路の舗装に太陽光発電パネルを設置する場合に、その表層材にどのような材質のものを選択するかが、まず問題となる。
表層材として合成樹脂を採用した場合には、合成樹脂は、紫外線、埃、酸性雨等に暴露されると変質してしまうため、対候性に劣ることが問題視された。
そこで、本発明者らは、表層材として対候性に優れた強化ガラスを用いることにしたが、強化ガラスを表層材とする太陽光発電パネルを、舗装の代わりに敷設した場合に、安全面の観点から要求される滑り抵抗を確保できないのではないか、と考えられた。すなわち、強化ガラス表面の滑り抵抗が不足するために、歩行者が歩行中に滑りやすく、自動車が走行中にスリップしやすくなってしまう恐れがあった。

一方で、表層材としてガラスを採用し、太陽電池を内蔵した道路用の発電用ブロックに関する技術は、いくつか報告されている。
特許文献１には、ガラス表層材に集光機能と滑り止め機能を付与するために、部分球面、鋸歯状面等に加工することが記載され、特許文献２には、同様の目的のためにガラス表面に凸状の模様を形成することが、特許文献３には、ガラスの路面側表面に凹凸のノンスリップ加工を施す技術が開示されている。

しかし、いずれの特許文献にも、単に表層材として用いるガラスを粗面化することが記載されているのみで、具体的な数値を基準として、歩行者が歩行中に滑ることなく、また、自動車が走行中にスリップを起こすことのない十分な滑り抵抗を確保することができたかについて記載されていない。また、いずれの特許文献にも、太陽光発電パネルの表層材であるガラスの表面の粗面化方法として、サンドブラストにより行うこと、及びサンドブラスト条件を設定することは開示されていない。

特開２００２－１１８２７９号公報 特開平９－１８０４１号公報 特開２００８－３８５６８号公報

本発明者らは、現況の滑り止めガラスでは、道路に要求されるすべり抵抗の指標値を満足することができないので、ガラス基板表面のすべり抵抗の指標値を、歩行者の歩行、あるいは自動車の走行に安全な値とするために、ガラス表面の粗面化技術について検討した。しかし、ガラス表面に削加工により凹をつけても基準とするすべり抵抗の指標値を満足するガラス基板を得ることができなかった。
一般に、無処理のガラスの表面粗さは０．４ｎｍであり、ガラス表面に凹を付けただけでは平滑面が残り、基準とするすべり抵抗の指標値を満足できないことを見い出し、ガラス表面全体のテクスチュアを変える必要があることを発見した。
また、道路敷設用太陽光発電パネルの表層材の滑り抵抗については、歩道に敷設するブロックではＢＰＮが４０以上、車道に敷設するものではＤＦテスターによる動摩擦係数μが０．２５以上であることが求められている。滑り抵抗の評価法については後述する。

道路に敷設するにあたって要求される滑り抵抗特性を達成するため、請求項１に記載の発明は、サンドブラスト処理をして粗面化した強化ガラスを表層材としたことを特徴とする太陽光発電パネルである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、道路舗装に代えて道路上に敷設することを特徴とする太陽光発電パネルである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記サンドブラスト処理として、金剛砂を投射して粗面化したことを特徴とする太陽光発電パネルである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記金剛砂として、粒度Ｆ２０～Ｆ８０のものを使用することを特徴とする太陽光発電パネルである。

請求項１に記載の発明によれば、凸部に平滑面が残らず十分なすべり抵抗が確保される。ガラス表面の凹凸が透過光や反射光の向きを変化させるが、太陽光発電パネルに達する太陽光の総量が大幅に損なわれることはなく、発電効率が年間を通じて一定程度に維持することができる。このため、歩道や車道ばかりではなく、中央分離帯、防音壁あるいは駐車帯や付随する駐車施設等に設置して、効率的な発電を行うことができる。さらに、太陽光の入射角によってもガラス面の反射を拡散する効果があり、通行者が眩しく感じることがない。

請求項２に記載の発明によれば、従来の粗面化ガラスでは十分な滑り抵抗を確保することができなかったので、道路用といってもその設置範囲は限られており、通行がない道路の中央分離帯や防音壁等に用いられるにとどまっていた。
しかし、所定の滑り抵抗を有する粗面化ガラスを得ることで安全性を確保することが可能となったので、歩道の舗装に代えて、あるいは車道の舗装に代えて太陽光発明パネルを敷設することができるようになり、その適用範囲が大幅に拡大されるに至った。

請求項３、４に記載の発明によれば、太陽光発明パネルは、歩道用として、あるいは車道用として必要な滑り抵抗を達成することができる。

本発明の太陽光発電パネルの斜視図とガラス構造を示す断面図 ＤＦテスターによる滑り抵抗測定結果 スキッドレジスタテスターによる滑り抵抗測定結果 サンドブラスト処理後のガラス表面テクスチャー

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（滑り抵抗試験）
道路に求められる滑り抵抗は、路面と自動車タイヤ等との間に発生するすべり抵抗値あるいは摩擦係数で、これが一定値以上でないと自動車等がスリップしやすくなって危険であるといわれている。
そして、測定方法は現在２つの方式が一般的である。振り子式スキッドレジスタンステスターを用いて舗装面の滑り抵抗値（ＢＰＮ）を測定する方法と、ＤＦテスター（回転式滑り抵抗測定器）を用いて舗装路面の動的摩擦係数μを測定する方法である。

一般に、車道では、設計速度における動摩擦係数μが０．２５以上であることが求められている。そして、太陽光発電パネルを敷設する車道の設計速度は、４０ｋｍ／ｈが対象になると考えられるが、本発明では一般道における敷設を想定して設計速度を６０ｋｍ／ｈに設定した。
すなわち、自動車道における動摩擦係数μは、設計速度６０ｋｍ／ｈにおいて０．２５以上であることを基準とする。
また、歩道では、ＢＰＮ値が４０以上であることを基準とすることが一般的である。

（サンドブラスト処理）
コンプレッサー（関西特殊機械社製（０６６６９１－４１１９）を使用して、研磨剤を圧力６気圧で吹き付けることによりサンドブラスト処理をおこなった。
サンドブラスト処理に使用する研磨材には、材質としては、セラミックス、樹脂及び金属製のものが常用されるが、本発明においては、金剛砂を使用した。金剛砂はガーネットからなる天然鉱物で、硬度が高く多角形であることが特徴である。
表１に、「研削といし用研磨剤の粒度分布表」（ＪＩＳ Ｒ ６００１－１）の一部を抜粋したものを示す。粒度番号が大きい方が研磨剤の粒径は小さくなる。本発明では、Ｆ２０～Ｆ８０の粒度分布の研磨剤を使用した。

（太陽光発電パネルの構造）
本発明で製造する太陽光発電パネルの構造の１例を図１に示す。
左側の斜視図が、本発明の太陽光発電パネルの１実施態様である。歩道に敷設する場合には、歩道用コンクリート平板と同じサイズ（４００ｍｍ×４００ｍｍ×６０ｍｍ）にすることにより、これと置き換えて敷設できるので、設置を容易に行うことができる。また、下部フレーム内に配線スペースを確保するので、埋設配管作業を省略することができる。

右側のガラス構造を示す断面図が、本発明で使用する強化ガラスの使用形態を示すものである。フロートガラス５ｍｍ＋中間膜＋ソーラーセル＋中間膜＋フロートガラス５ｍｍの構造となっている。
本発明の太陽光発電パネルは、表面に風冷強化加工を施した強化ガラスを採用しているので、日常的に人が上を歩いても、傷がつきにくいため長期間の使用が可能である。また、表面に傷がつきにくいので、太陽光パネルの発電量を長期間一定に維持することも可能となる。

また、別途開発したバッテリーシステムを採用することで、太陽光パネルの枚数、照射条件、設置場所等の各種条件に適したバッテリーシステムを構築することが必要となる。
これにより、発電された電気は、道路の照明用や非常用電源として有効に活用することが可能となる。

（特性試験結果）
以下では、本件発明で粗面化処理を施した粗面化ガラスについて、各種特性を評価した。試験に用いた装置は、いずれも汎用されているもので、必要であれば、日本道路協会の舗装調査・試験法便覧を参照されたい。

（ａ 滑り抵抗 ＤＦテスターを用いた測定）
研磨剤として粒度Ｆ４０、Ｆ６０及びＦ８０のものを用いてサンドブラストした表層材を有する太陽光発電パネルについて、ＤＦテスターを用いて動摩擦係数μを求めた結果は次のとおりである。

上記表においては、各設定速度（４０ｋｍ／ｈ～８０ｋｍ／ｈ）ごとに動摩擦係数μの変化を測定している。ここで、車輪走行回数は、大型車の車輪が通過する回数、あるいは通過台数を表し、車輪走行回数が増えるにつれて粗面化ガラスの表面が摩耗して動摩擦係数μが減少していることを示している。

本発明では、前記した通り、設定速度を６０ｋｍ／ｈに設定しているので、設定速度を６０ｋｍ／ｈにおける動摩擦係数μの変化を図２にまとめた。
図２に示した曲線から、各粒度における動摩擦係ｙと車輪走行回数ｘの関係を、指数近似で算出すると次の通りとなる。

これらの近似式から、それぞれの粒度の研磨材を使用した場合における、動摩擦係数μが０．２５に低下する車輪走行回数Ｘを算出すると、上記のとおりとなる。
いずれの粒度の研磨剤を使用した場合においても、十分な耐摩耗性を確保することができることが明らかである。このため、本発明による粗面化ガラスを表層材とする太陽光発電パネルは、大型車が走行する一般道に敷設する場合においても、長期にわたり十分な滑り抵抗を保持することで、快適な走行安全性を確保することができる。

（ｂ 滑り抵抗 振り子式スキッドレジスタンステスターを用いた測定）
次に振り子式スキッドレジスタンステスターを用いて滑り抵抗値（ＢＰＮ）を求めた結果を示す。

振り子式スキッドレジスタンステスターを用いて粗面化ガラスの滑り抵抗値（ＢＰＮ）の変化をみても、同様に、車輪走行回数が増えるにつれて表面が摩耗して滑り抵抗は減少していることがわかる。
これらの数値の変化を図３にまとめた。
図３からわかる通り、本発明で粗面化したガラスのＢＰＮ値は、いずれの研磨材を使用した場合においても、４０．０以上であることがわかる。したがって、本件発明による粗面化ガラスを用いた太陽光発電パネルは、歩道の舗装に代えて敷設しても、歩行者の安全な歩行を確保することができることは明かである。

（ｃ 粗面化ガラスの表面テクスチャー）
図４に、研磨剤として粒度がＦ４０、Ｆ６０、Ｆ８０の金剛砂を用いてサンドブラスト処理を行い、その結果、粗面化したガラスの表面テクスチャーを示す。ブラスト面は、非鏡面のためレーザー顕微鏡で測定を実施し、比較のため測定した非ブラスト面については、鏡面のため白色干渉計で、それぞれ、表面テクスチャーを測定した。
研磨剤Ｆ８０から研磨剤の粒径を大きくするにつれて、表面粗さは１３μｍから２６μｍまで増加しており、このことは、表面テクスチャー写真から看取される表面状態と対応している。

本発明の太陽光発電パネルは、安全性の面から必要な滑り抵抗を付与した粗面化ガラスを表層材として備えているので、歩道や車道の舗装に代えて太陽光発電パネルを設置することが可能となり、公共施設として使用される生活道路への適用を格段に推進するものである。

Claims (4)

1. サンドブラスト処理をして粗面化した強化ガラスを表層材とする太陽光発電パネル。
2. 道路舗装に代えて道路上に敷設する請求項１に記載の太陽光発電パネル。
3. 前記サンドブラスト処理として、金剛砂を投射して粗面化した請求項１又は２に記載の太陽光発電パネル。
4. 前記金剛砂として、粒度Ｆ２０～Ｆ８０のものを使用する請求項３に記載の太陽光発電パネル。

Images