JP3199366U - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】隣接するアレイ間に二つの反射板を設置し、アレイ下端部と基礎部（例えば、地面）との間の空間部に入射する太陽光を、２つの反射板を利用して、アレイの受光面に照射することで、発電効率を向上させることができる太陽光発電システムを提供する。【解決手段】複数のアレイ４と、アレイを傾斜状態で載置して固定する架台６と、架台を支持固定する支柱部７と、支柱部を支持固定する基礎部８とを備えた太陽光発電システムであり、隣接するアレイ間には第１湾曲反射板ｒ１と第２湾曲反射板ｒ２とが設けられ、第１湾曲反射板と第２湾曲反射板とは、アレイと基礎部との間の空間部に入射された太陽光を反射してアレイに照射するように傾斜角度が調節可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本考案は、太陽光発電システムに関するものである。

近年、地球温暖化防止を目的として、温室効果ガスの排出削減の取り組みが地球規模で行われている。これは、温室効果ガスが増え、地球の平均気温が上昇すると、食糧難、疫病の流行、干ばつ・台風・その他の異常気象等、深刻な環境問題が発生することが懸念されているからである。このような環境問題への配慮から、温室効果ガスの一つであるCO2（二酸化炭素）を排出せず、資源が無制限にあるという利点を活かして、太陽光を利用した太陽光発電システムが注目されている。この太陽光発電システムの導入は、世界的に増加し、出力が１メガワット以上の大規模な太陽光発電システムを備えるメガソーラー発電所も世界各地に建設されている。我が国では、メガソーラーは、再生可能エネルギーの基幹電源として期待されている。
太陽光発電システムの構成は、太陽電池の基本単位となるセル、このセルを複数配列したモジュール（ソーラーパネル、または、太陽電池パネル、あるいは、太陽光パネルともいう。）、このモジュールを複数配列したアレイを備え、アレイは、南側が低く北側が高くなるように傾斜した架台上に載置して固定され、架台は基礎部により支持固定されているものが多い。南北方向に隣接するアレイは、南側のアレイの影が北側のアレイの受光面にかからないようにするため、アレイ（架台）の高さ、季節毎に変化する太陽高度、土地面積の有効活用のバランス等を考慮して、一定の間隔を置いて設置されている。
ここで、太陽光発電システムに関する従来技術として、下記の特許文献１〜３を示す。

特開２０１５−０５９４１５号公報 特開２０１５−０３４３８２号公報 特開２０１４−０７５４２６号公報

特許文献１の太陽光発電システム１００は、複数の太陽電池アレイ１１１を含む太陽電池アレイ群１１０を備えている。各太陽電池アレイ１１１は、太陽光を受光して電力を生成する複数の太陽電池パネル１１２と、太陽電池パネル１１２を支持固定する架台部１１３とを備え、架台部１１３は、水平面から所定の角度だけ傾斜した状態で太陽電池パネル１１２を支持する架台１１４と、架台１１４を地面Ｇに固定するコンクリート製の基礎１１５とを備えている。太陽電池パネル１１２の下端部と地面Ｇとの間には、太陽光発電手段のない空間部が設けられている。

ここで、季節毎に変化する太陽高度、例えば、南中高度を考慮してアレイ間隔を設定する際に、アレイの影が長くなる冬期を考慮してアレイ間隔を設定した場合、アレイの影が短くなる夏期には、前記空間部にも太陽光が入射されるが、この空間部にはアレイは設置されていないので、当然、太陽光発電を行うことはできない。また、季節に無関係に、朝方の一定時間は東方向から太陽光が照射され、夕方の一定時間は西側から太陽光が照射されるが、空間部にはアレイ等の太陽光発電手段は設置されていないので、当然、空間部で発電を行うことはできない。

一方、この空間部のような、空きスペースを利用して発電を行い、全体として発電効率を向上させる技術や、直接光だけでなく散乱光を利用して発電を行い、全体として発電効率を向上させる技術がある。

特許文献２には、遊休農地を利用してソーラー発電を行う場合であり、土地の上面に直接太陽電池パネルを設置するようにした場合、土地の使用面積に比して、発電能力はそれほど高くなく、土地の高額性に鑑みて合理的かつ効率的な発電とは言い難いので、受光面を上に向けた状態でセットするための第１ソーラーパネルの下面側に、受光面を下に向けた状態でセットするための第２ソーラーパネルを重ね合せることによって、１単位の受光体を構成し、太陽と第２ソーラーパネルの受光面との間に反射板を介在させることによって、所要の光の屈折回路を形成するようにソーラーパネルを構成することで、ソーラーパネルが２段重状態とされているため、設置面積は文字通り半減化され、低コストでのソーラー発電の実施が許容化されることが記載されている（全文，全図参照。）。

また、特許文献３には、二次元的に複数の太陽電池モジュールを配列した太陽光発電装置を、さらに多数並列させた、メガソーラーと呼ばれる太陽光発電施設において、隣接する太陽光発電装置同士の影を考慮に入れた離間距離を取る必要があるため、その離間距離に起因して、単位設置面積あたりの太陽電池モジュールの設置数が減少する、すなわち、単位設置面積あたりの発電量が低下し、特に、大規模な太陽光発電施設では、太陽電池モジュールの設置数が増えるほど、上記離間部分の数が増えるので、単位設置面積あたりの発電量が低下するという問題を解決するため、太陽光の直接光に加え、散乱光を利用して、太陽光発電装置１ｂの反射鏡１３Ｘを両面鏡とし、南の方角から入射する直接光または散乱光を、大ミラー１５を介して、上記別の太陽光発電装置１ｂが備えた太陽電池モジュール１６の受光面の方向へ反射する構成として、発電量をさらに向上させることが記載されている。

ここで、上記の特許文献２には、第１ソーラーパネル１の下面に、第１ソーラーパネル１と同サイズの第２ソーラーパネル２を重ね合わせることで、設置面積を半減化することが記載されているが、第２ソーラーパネル２に照射される太陽光の量は、反射板Ｂのサイズに応じて異なり、第１ソーラーパネル１に照射される太陽光の量と同じ量を第２ソーラーパネル２に照射するためには、屈折時の損失を考慮すると、反射板Ｂのサイズを、第１ソーラーパネル１と同サイズ以上にしなければならない。つまり、ソーラーパネルと反射板とを合わせた設置面積を削減することは困難であると推量される。そして、反射板Ｂのサイズが小さい場合は、第２ソーラーパネル２に照射される太陽光の量も少なくなるので、全体としての発電効率も向上しないので、第１ソーラーパネル１と同サイズの第２ソーラーパネル２を設置しても、費用はかかるものの、効果が小さいものと推量される。

また、上記特許文献３に記載の太陽光発電装置は、支柱１１の上端部に接続された縦桟１４上に設けられた複数の太陽電池モジュールについて、直接光と散乱光を利用して、発電効率を向上させるものであり、傾斜状態に設置された縦桟１４の下端部と地面Ｇとの間の太陽電池モジュールが設置されていない空間部分に入射される太陽光を利用した発電については何ら記載されていない。

本考案は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、隣接するアレイ間に二つの反射板を設置し、アレイ下端部と基礎部（例えば、地面）との間の空間部に入射する太陽光を、前記２つの反射板を利用して、前記アレイの受光面に照射することで、発電効率を向上させることができる太陽光発電システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本考案は、複数のアレイと、該アレイを傾斜状態で載置して固定する架台と、該架台を支持固定する支柱部と、該支柱部を支持固定する基礎部とを備えた太陽光発電システムであって、隣接するアレイ間には第１湾曲反射板と第２湾曲反射板とが設けられており、該第１湾曲反射板と該第２湾曲反射板とは、前記アレイと前記基礎部との間の空間部に入射された太陽光を、前記第１湾曲反射板及び前記第２湾曲反射板を用いて前記アレイに照射するように構成されていることを第１の特徴とする。

上記の目的を達成するため、本考案は、数のアレイと、該アレイを傾斜状態で載置して固定する架台と、該架台を支持固定する支柱部と、該支柱部を支持固定する基礎部とを備えた太陽光発電システムであって、隣接するアレイ間には第１湾曲反射板と第２湾曲反射板とが設けられており、前記反射部の前記第１湾曲反射板と前記第２湾曲反射板とは、前記アレイと前記基礎部との間の空間部に入射された太陽光を、前記第１湾曲反射板及び前記第２湾曲反射板を用いて前記アレイに照射するように構成されていることを第２の特徴とする。

上記の目的を達成するため、本考案は、複数のアレイと、該アレイを傾斜状態で載置して固定する架台と、該架台を支持固定する基礎部とを備えた太陽光発電システムであって、前記第１湾曲反射板及び前記第２湾曲反射板は凹面を有し、前記第１湾曲反射板の凹面と前記第２湾曲反射板の凹面とは対向して配設されていることを第３の特徴とする。

上記の目的を達成するため、本考案は、複数のアレイと、該アレイを傾斜状態で載置して固定する架台と、該架台を支持固定する基礎部とを備えた太陽光発電システムであって、前記第１湾曲反射板及び前記第２湾曲反射板は、それぞれ、水平面に対する傾斜角度が調整可能に構成されていることを第４の特徴とする。

本考案によれば、複数のアレイと、該アレイを傾斜状態で載置して固定する架台と、該架台を支持固定する基礎部とを備えた太陽光発電システムにおいて、隣接するアレイ間に二つの反射部を設置し、アレイ下端部と基礎部との間の空間部に入射する太陽光を、前記二つの反射部を利用して、前記アレイの受光面に照射することで、前記アレイを備えた主発電部に直接照射される太陽光に加え、反射部から照射される反射光によって、太陽光発電システムの発電効率を向上させることができるという効果を奏する。

本考案の実施形態における太陽光発電システムの模式図である。 図１の要部拡大図である。 本考案の実施形態における太陽光発電システムの反射部の作用を説明する図である。 本考案の実施形態における反射部の正面図である。 本考案の実施形態における反射部の背面図である。 本考案の実施形態における反射部の左側面図である。 本考案の実施形態における反射部の右側面図である。 本考案の実施形態における反射部の平面図である。 本考案の実施形態における反射部の右前方から見た斜視図である。 本考案の実施形態における反射部の右後方から見た斜視図である。 本考案の実施形態における太陽光発電システムを右側から見た斜視図である。 本考案の実施形態における太陽光発電システムの変形例を右側から見た斜視図である。

以下、本考案の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、下記の実施形態は、本考案を具現化したに過ぎず、本考案はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、太陽光発電システム１は、主発電部２と反射部３を備えている。主発電部２は、太陽光ｓｌ１を受光して電力を生成するアレイ４と、アレイ４が生成した直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナー５と、この交流電流を電力系統（不図示）へ送電するケーブル５ａと、アレイ４が載置して固定される架台６と、架台６を支持固定する支柱部７と、支柱部７を支持固定する基礎部８とを備えており、反射部３は、第１反射部９と、第２反射部１０と、土台フレーム１１を備えている。
なお、図１では、南北方向に隣接して設置された二つのアレイ４，４と、このアレイ４，４間に設置された一つの反射部３を示しているが、アレイ４、反射部３は、南北方向、及び、東西方向に、所定の間隔で所定数設置される。

主発電部２において、アレイ４は、モジュール４ａが複数配列されて構成され、架台６に支持固定されている。モジュール４ａには、周知のように複数のセルが配列されている。架台６は、水平面から所定の角度だけ傾斜した状態に設置され、アレイ４は、受光面が南側を向くように、架台６上に載置されて固定される。

架台６を支持する支柱部７は、傾斜した架台６の下側部分を支持する架台下部支持支柱７ａと、上側部分を支持する架台上部支持支柱７ｂと、架台下部支持支柱７ａを基礎部８の前方基礎８ａに固定する前方横支持部７ｃと、架台上部支持支柱７ｂを基礎部８の後方基礎８ｂに固定する後方横支持部７ｄとを備えている。ここで、傾斜した架台６の下側を前方、あるいは、正面側とし、上側を後方、あるいは、背面側とする。

基礎部８は、置き石基礎工法により、地面Ｇ上にコンクリートブロックを載置して形成されている。架台６の下側（前方）のコンクリートブロックが前方基礎８ａであり、架台６の上側（後方）のコンクリートブロックが後方基礎８ｂである。基礎部の工法は、ベタ基礎、あるいは、布基礎等でもよい。アレイと、架台と、支柱部と、基礎部とを備えた太陽光発電システムは、当業者には周知のものである。ここで、本実施形態においては、地面Ｇに太陽光発電システム１を設置することを想定して説明するが、太陽光発電システム１を、建物の屋上や屋根等に設けてもよい。

本考案において、従来技術と異なる点は、図１に示すように、南北方向に隣接するアレイ４，４間に、反射部３を設け、この反射部３を用いて、主発電部２のアレイ４の下端部と、地面Ｇを含む基礎部８との間の空間部Ｓに入射される太陽光ｓｌ２をアレイ４の受光面に照射してアレイの発電量を増やし、太陽光発電システム全体としての発電効率を向上させることである。

図２に示すように、反射部３は、第１反射部９と、第２反射部１０と、土台フレーム１１を備えている。第１反射部９は、空間部Ｓに入射される太陽光ｓｌ２を受光可能なように、主発電部２のアレイ４の下端近傍に配置される。このとき、反射部３の影がアレイ４にかからないように調整される。第１反射部９は、第１湾曲反射板ｒ１と、第１支持部９ａとを備え、第１湾曲反射板ｒ１は、第１支持部９ａに螺設して固定されている。第１支持部９ａの下端部は、第１角度調整螺子９ｂ（図５等参照。）で、土台フレーム１１に螺設されているが、第１角度調整螺子９ｂにより、第１支持部９ａの土台フレーム１１への取付け角度は可変することができる。これにより、第１湾曲反射板ｒ１の水平面に対する傾斜角度を調整することができる。土台フレーム１１は、別の支持手段により、地面Ｇ及び基礎部８に固定されている。

同様に、第２湾曲反射板ｒ２は第２支持部１０ａに螺設して固定されているが、第２支持部１０ａと土台フレーム１１は、第２角度調整螺子１０ｂで螺設されており、第２支持部１０ａの土台フレーム１１への取付け角度を、第２角度調整螺子１０ｂを用いて可変することで、第２湾曲反射板ｒ２の水平面に対する傾斜角度を調整することができる。

第１湾曲反射板ｒ１、第２湾曲反射板ｒ２は、それぞれ、入射光を反射する第１凹面９ｃ，第２凹面１０ｃを有し（図３参照。）、第１湾曲反射板ｒ１の第１凹面９ｃと第２湾曲反射板ｒ２の第２凹面１０ｃとは対向配置され、第２湾曲反射板ｒ２の第２凹面１０ｃは、主発電部２のアレイ４の受光面を向いて配置されている。第１湾曲反射板ｒ１，第２湾曲反射板ｒ２のそれぞれの形状は、第１湾曲反射板ｒ１に入射された太陽光ｓｌ２が、第１凹面９ｃで反射されて第２湾曲反射板ｒ２の第２凹面１０ｃに第１反射光ｒｌ１として入射され、この第１反射光ｒｌ１が第２湾曲反射板ｒ２の第２凹面１０ｃで反射されて、第２反射光ｒｌ２として主発電部２のアレイ４の受光面に照射されるように形成されている。このとき、前述したように、アレイ４（架台５）の高さ、季節毎に変化する太陽高度、土地面積の有効活用のバランス等も考慮して、第１湾曲反射板ｒ１、第２湾曲反射板ｒ２それぞれの水平面に対する傾斜角度が調整される。

図２に示すように、土台フレーム１１は、複数の土台補助フレーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ、及び、複数の反射部支柱１２で支持されている。それぞれの、土台補助フレーム同士、又は、土台補助フレームと反射部支柱とは、ボルト・ナット対で螺着されている。

図３は、反射部の太陽光の反射の様子を示したものである。アレイ４と基礎部８との間の空間部Ｓに入射された太陽光ｓｌ２（図１参照。）は、第１湾曲反射板ｒ１の第１凹面９ｃで反射されて、第１反射光ｒｌ１として第２湾曲反射板ｒ２の第２凹面１０ｃに照射され、この第１反射光ｒｌ１は、第２湾曲反射板ｒｌ２の凹面１０ｃで反射されて、第２反射光ｒｌ２としてアレイ４の所定の受光面に照射される。
なお、太陽光ｒｌ１のアレイ４の受光面への入射方向、太陽光ｒｌ２の第１湾曲反射板ｒ１の第１凹面９ｃへの入射方向は、季節に応じて変化し、また、日の出から日没の間にも変化する。反射部３を実際に構成する際には、第１湾曲反射板ｒ１，第２湾曲反射板ｒ２の水平面に対する角度、第１凹面９ｃ，第２凹面１０ｄの曲率半径等は、入射角と反射角が等しいという反射の法則も考慮して形成される。
また、空間部Ｓの領域は、アレイ４の下端部直下の太陽光が入射される領域だけでなく、南側に隣接するアレイ４の上端部から外れて太陽光が入射される領域も含むものとする。また、第１凹面９ｃ，第２凹面１０ｃは、本実施形態では、鏡面仕上げされているが、所定の効果を奏するように形成されれば、特に鏡面仕上げに限定されない。

以下、反射部３の具体的な構成について、図４〜図１０を参照しながら説明する。反射部３は、前述したように第１反射部９、第２反射部１０、土台フレーム１１とを備えている。第１反射部９は、第１湾曲反射板ｒ１と、第１支持部９ａとを備えている。第１湾曲反射板ｒ１と第１支持部９ａとは、ボルト・ナット対で構成された螺子９ｄ，９ｅで螺着されている。第２反射部１０は、第２湾曲反射板ｒ２と、第２支持部１０ａとを備えている。第２湾曲反射板ｒ２と第２支持部１０ａとは、ボルト・ナット対で構成された螺子１０ｄ，１０ｅで螺着されている。

第１支持部９ａは、ボルト・ナット対で構成された第１角度調整螺子９ｂによって、土台フレーム１１に螺設されている。第１支持部９ａは、第１角度調整螺子９ｂによって、土台フレーム１１への取り付け角度が調整可能である。また、土台フレーム１１には、第２支持部１０ａがボルト・ナット対で構成された第２角度調整螺子１０ｂによって螺設されている。第２支持部１０ａは、第２角度調整螺子１０ｂによって、土台フレーム１１への取り付け角度が調整可能である。従って、第１湾曲反射板ｒ１、及び、第２湾曲反射板ｒ２は、それぞれ、水平面に対する角度調整が可能である。

第１湾曲反射板ｒ１、第２湾曲反射板ｒ２には、それぞれ、入射された太陽光ｓｌ１を反射する第１凹面９ｃ、入射された反射光ｒ１を反射する第２凹面１０ｃが設けられている。第１凹面９ｃに入射された太陽光ｓｌ２は、反射されて第１反射光ｒｌ１として第２凹面１０ｃに入射され、第１反射光ｒｌ１は、第２凹面１０ｃで反射されて第２反射光ｒｌ２としてアレイ４の受光面に入射される。
なお、本実施の形態では、第１反射板ｒ１、第２反射板ｒ２は、ステンレス鋼で形成され、第１凹面９ｃ、第２凹面１０ｃは、それぞれ、鏡面仕上げされている。第１反射板ｒ１は、２枚のステンレス鋼を重ね合わせて形成されているが、一枚のステンレス鋼で形成されてもよい。

第１支持部９ａ、第２支持部１０ａ，土台フレーム１１は、それぞれ、ステンレスのＬ字鋼で形成されているが、他の素材でもよい。また第１湾曲反射板ｒ１、土台フレーム１１には、螺子位置調整用の開孔部が複数設けられている。

次に、図１１、及び、図１２を参照して、本考案の太陽光発電システム全体の構成について説明する。まず、図１１は、図１〜図３で説明したように、反射部３を、空間部Ｓの近傍に配置する場合の構成である。図１１では、南側のアレイ４の下端側の反射部は図示していない。図１１では、東西方向に配列されたモジュール４ａの１つに対して３つの反射部３が設置されている。この反射部３と主発電部２を１セットとして、複数セットが、東西方向及び南北方向に配置されるが、その数は、必要に応じて適宜調整されてよい。

図１１では、反射部２の土台フレーム１１は、複数の土台補助フレーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅで支持されている。これらの土台補助フレーム１１ａのいくつか、及び、土台フレーム１１のいくつかは、適宜、反射部支柱１２によって支持固定されている。また、土台補助フレーム１１ｃ，１１ｄ，１１ｅは、前方基礎８ａに支持固定されている。図１１では、パワーコンディショナー５を固定するための斜め支柱７ｅが設けられている。この斜め支柱７ｅも、ステンレスのＬ字鋼で形成されている。

図１２は、図１１の変形例である。図１１に示す太陽光発電システム１では、反射部３をアレイ４の下端近傍に配置したが、図１２に示すように、変形例の太陽光発電システム１００では、南側に隣接するアレイ４の上端近傍に配置している。図１２の変形例の場合、反射部３が反射光を受光するアレイ４から離れているので、第１湾曲反射板ｒ１、第２湾曲反射板ｒ２の高さを、図１１に示す太陽光発電システム１の反射部３よりも高くすることができるので、アレイ４の受光面に対する角度を急峻にすることができる。ただし、図１１の構成、図１２の構成も、全体として発電量が増加する構成を選択して設置すればよい。

図１２の変形例では、反射部３の土台補助フレーム１１ｃ，１１ｅは、南側に隣接するアレイ４側に設けられた後方基礎８ｂに支持固定されている。図１２では、東西方向に配列されたモジュール４ａの１つに対して３つの反射部３が設置されている。この反射部３と主発電部２を１セットとして、複数セットが、東西方向及び南北方向に配置されるが、その数は、必要に応じて適宜調整されてよい。

１，１００ 太陽光発電システム
２ 主発電部
３ 反射部
４ アレイ
４ａ モジュール
５ パワーコンディショナー
５ａ ケーブル
６ 架台
７ 支柱部
７ａ 架台下部支持支柱
７ｂ 架台上部支持支柱
７ｃ 前方横支持部
７ｄ 後方横支持部
７ｅ 斜め支柱
８ 基礎部
８ａ 前方基礎
８ｂ 後方基礎
９ 第１反射部
９ａ 第１支持部
９ｂ 第１角度調整螺子
９ｃ 第１凹面
９ｄ，９ｅ，１０ｄ，１０ｅ 螺子
１０ 第２反射部
１０ａ 第１支持部
１０ｂ 第２角度調整螺子
１０ｃ 第２凹面
１１ 土台フレーム
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ 土台補助フレーム
１２ 反射部支柱
Ｇ 地面
Ｓ 空間部
ｒ１ 第１湾曲反射板
ｒ２ 第２湾曲反射板
ｒｌ１ 第１反射光
ｒｌ２ 第２反射光
ｓｌ１，ｓｌ２ 太陽光

Claims (4)

1. 複数のアレイと、該アレイを傾斜状態で載置して固定する架台と、該架台を支持固定する支柱部と、該支柱部を支持固定する基礎部とを備えた太陽光発電システムであって、
   隣接するアレイ間には第１湾曲反射板と第２湾曲反射板とを有する反射部が設けられており、
   前記反射部の前記第１湾曲反射板と前記第２湾曲反射板とは、前記アレイと前記基礎部との間の空間部に入射された太陽光を、前記第１湾曲反射板及び前記第２湾曲反射板を用いて前記アレイに照射するように構成されている
   ことを特徴とする太陽光発電システム。
2. 前記第１湾曲反射板及び前記第２湾曲反射板は、前記第１湾曲反射板が、入射された太陽光を反射して前記第２湾曲反射板に照射し、前記第２湾曲反射板が、入射された前記第１湾曲反射板の反射光を前記アレイの受光面に照射するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記第１湾曲反射板及び前記第２湾曲反射板は、それぞれ凹面を有し、前記第１湾曲反射板の凹面と前記第２湾曲反射板の凹面とは対向して配設されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記第１湾曲反射板及び前記第２湾曲反射板は、それぞれ、水平面に対する傾斜角度が調整可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。

Images