JP4916169B2 - 水上設置用太陽光発電装置およびその連結体 - Google Patents

Description

本発明は、湖沼、プール、ダム、川、海などの水面上に設置して太陽光発電を行い電力を発生させる水上設置用太陽光発電装置およびその連結体（以下、包括的に「太陽光発電装置」と称することもある）に関する。

近年、樹脂発泡体を利用した水上フロートに太陽電池モジュールを搭載してなる水上設置用太陽光発電装置の研究・開発が多くなされ、また、なかには大面積の水上フロートを構成するより小面積のフロート単位毎に太陽電池モジュールを搭載した太陽光発電装置も提案されている（例えば、特許文献１および２）。しかしながら、これら太陽光発電装置においては、比較的小面積のフロート単位を金属製の連結部材（特許文献１）あるいは樹脂製の鍔状の連結部材と紐やロープ等の係止部材との組合せ（特許文献２）により連結するものであって大面積のフロートを構成するには大量の連結部材が必要となり、連結作業も繁雑化して、大容量太陽光発電装置の経済的な構成が困難となる。
特開２００３−２０９２７４号公報 特開２００４−６３４９７号公報

従って、本発明の主要な目的は、大面積であっても経済的に且つ簡易に構成可能な水上設置用太陽光発電装置（連結体）を提供することにある。

上述の目的で研究した結果、本発明者らは、太陽電池モジュールを設置する水上フロートを構成するフロート単位を形成するものとして従来より使用されている樹脂発泡体は、製造過程的にも、また構造強度および剛性の観点でもそれ自体を大面積化することは不適当であるが、熱可塑性樹脂シートは、幅にはある程度制約を受けるとしても長尺化して大面積化することには構造強度的にも、製造面からも制約が少ないことに着目した。

従って、これらを組合せることにより、より具体的には一対の熱可塑性樹脂シート間に、複数の樹脂発泡体を固定・挟持した構造が大面積の水上フロートを形成し、その上に太陽電池モジュールを搭載して太陽光発電装置を構成するのに最適であるとの結論に達した。本発明の水上設置用太陽光発電装置は、このような知見に基づくものであり、平面的に離間して配置された複数の樹脂発泡体を、熱可塑性樹脂からなる一対の表皮シート間に固定・挟持してなる水上フロートの、各樹脂発泡体に対応して形成されたフロート単位毎に１以上の太陽電池モジュールを係止してなることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記のようにして形成された複数の発電装置を連結してより大面積の太陽光発電装置を形成するための発電装置連結体であって、強度的に改善した連結構造を有する発電装置連結体をも提供するものである。より詳しくは、本発明の発電装置連結体は、上記発電装置の複数の平面的に隣接した連結体からなり、隣接する一対の水上フロートの互いに隣接する縁部には、互いに噛合状態に配置した熱可塑性樹脂製の管状体を設け、これら管状体に挿通された延長連結部材により、該隣接水上フロートを連結してなることを特徴とするものである。

以下、本発明をその好ましい実施例について、より具体的に説明する。

図１は、本発明の太陽光発電装置連結体の一実施例の部分切欠き平面図であり；図２は図１のII部の部分拡大図；図３は、図２のIII−III線矢視方向断面図；図４は図２のIV−IV線矢視方向断面図である。

図１〜図４を参照して、該太陽光発電装置連結体１００は、それぞれ本発明の太陽光発電装置に相当する縦長の発電装置１０の複数（この例では５）を連結部Ａで順次連結した構造を有している。また発電装置１０の各々は、より狭幅の単位発電装置列１１の複数（この例では３）からなり、単位発電装置列１１の各々は、複数（この例では２８）の単位発電装置１からなる。結果的に、この例では、太陽光発電装置連結体１００は、計５×３×２８＝４２０の単位発電装置１を有し、総面積約６００ｍ^２を有する。

断面図３および４により良く示されるように、個々の単位発電装置１は、太陽電池モジュール１ａを、係止手段１ｂを介してフロート単位１ｃに係止した構造を有する。またフロート単位１ｃは、樹脂発泡体２を一対の表皮シート３で挟持固定した構造を有する。換言すれば、発電装置１０の各々を構成する水上フロートは、複数（この例では２８×３＝８４）の樹脂発泡体２を一対の表皮シート３で挟持固定してなる。簡単な構成の大面積太陽光発電装置を与えるという本発明の目的に照らして、一般に太陽光発電装置１０の各々を構成する水上フロートは、４個以上、特に１０〜２００個、の樹脂発泡体２からなることが好ましい。

樹脂発泡体２としては、ポリスチレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂の発泡体であり、見かけ比重が０．３以下、より好ましくは０．０１〜０．１（発泡倍率として１００倍〜１０倍）で厚さが２０〜２００ｍｍ程度のものが好ましく用いられる。特に、ポリスチレンが好ましく、ビーズ発泡による発泡ポリスチレン発泡体も用いられるが、比較的大面積かつ高強度の発泡シート体が得られる押出法発泡ポリスチレンがより好ましく用いられる。

一対の表皮シート３を構成する熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアリーレンスルフィド系樹脂などが用いられるほか、耐候性に優れるポリフッ化ビニリデン系樹脂も好ましく用いられる。強度改善のためにポリエステル、ナイロン等の繊維あるいはそれからなる布で補強することが望ましい。表皮シート３は厚さが約０．３ｍｍ〜３ｍｍ程度、好ましくは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度が適当である。また表皮シート３を構成する熱可塑性樹脂製シートの長尺形成性を有利に利用して表皮シートの縦／横の長さ比は２以上、特に４〜２０程度とすることが、本発明の効果の有利に享受するために好ましい。もう一方の表皮シート３に関しては、作業性を考慮して、より小面積あるいは短尺のものとして、これを複数用いることにより、それぞれ一の水上フロート全体を構成する(上記例では８４)より少数の複数の樹脂発泡体２を覆って逆側の表皮シート３との間に挟持・固定する構造としてもよい。

一対の表皮シート３で複数の樹脂発泡体２を挟持固定するためには、離間配置した樹脂発泡体２の間に位置する表皮シート３同士を高周波加熱溶着、溶剤による部分溶解接着、接着剤による接着等の適当な手段により接着するか、これらを縫製によって互いに結合する方法が採られる。より好ましくは、接着剤の使用により、あるいは表皮シート／表皮シート界面および／または表皮シート／樹脂発泡体界面の熱溶融により、表皮シート上下面の５０％以上、より好ましくは８０％以上が接合することが望ましい。逆に言えば、表皮シート相互間あるいは表皮シート−樹脂発泡体間の接着強度が確保される範囲で、これら界面の接着は全面積にわたって行うことを要さない。また表皮シート相互の接着あるいは縫合による連結は容易であるので、発電装置１０の各々を構成する水上フロートを、それぞれ一対の表皮シート間に平面的に離間して配置された複数の樹脂発泡体を固定した構造を、横方向に複数隣接してそれらの隣接縁部で接合することにより、構成することもできる（後述する製造実施例においては、それぞれ一対の表皮シート間に平面的に離間して配置された複数の樹脂発泡体を固定した構造を有する長尺体水上フロート（それぞれ発電装置列１１に対応）の３本を、それらの側部で溶着することにより、発電装置１０に対応する水上フロートを製造している。）。

この例における太陽電池モジュール１ａのフロート単位１ｃへの係止手段１ｂのより詳細について述べると、太陽電池モジュール１ａは、まずその枠部１ａａを、リベットあるいはねじ等の固定手段１ｂａにより、太陽電池モジュール１ａと外周下方に配置した金属あるいは樹脂からなり、外側に開放された係止部材収容空間１ｂｂ１を有するフレーム１ｂｂに固定される。そして、この空間１ｂｂ１には、表皮シート３に、例えば高周波加熱溶着等により接合された表皮シート３と同様な材質の熱可塑性樹脂製シート１ｂｃの他端を捲返して接合することにより形成した管状体１ｂｄ（モジュール１ａの４辺と対応した４辺に沿って設けるが不連続でよい）に、ロープ、ワイヤー、パイプ、棒等の係止部材１ｂｅを挿通し、その両端を結んで締め付けることにより、管状体１ｂｄに、モジュール１ａの面内でフレーム１ｂｂの内側へと向かう張力を印加して、フレーム１ｂｂと管状体１ｂｄを係合させ、もってモジュール１ａをフロート単位１ｃを係止する構造としている。このように本発明において、モジュール１ａをフロート単位１ｃに係止するとは、固定する場合のみならず、モジュール１ａをフロート単位１ｃとの若干の相対的移動を許容しつつ前者を後者に安定的に保持する構造を含む。この例のように両者の若干の相対的移動を許容することにより、金属と熱可塑性樹脂という材質の違う両者間に起る機械的あるいは熱機械的応力を緩和することができる。

図２に示すように、この例では、横に配列した単位発電装置１（より正確にはフロート単位１ｃ）の２列毎に、連設部Ｂを構成する一対の表皮シート３に水抜き孔４を設け、フロート上に溜った雨水の水抜きならびに発電装置１０の下に溜った空気抜きを行い、発電装置１０が、水面上に安定保持されるようにしてある。

また隣接する一対の発電装置１０の互いに隣接する縁部３ａに位置する連結部Ａにおいては、互いに噛合状態に配置した熱可塑性樹脂製の管状体５（図２および３）が、例えばこの例においては、フロート単位１ｃを構成する表皮シート３の縁部３ａを構成する熱可塑性樹脂製シートを巻返して接合することにより形成されている。但し、管状体５は、別途熱可塑性樹脂により形成したものを縁部３ａに接合することで設けてもよい。そして、発電装置１０の延長方向に配置された複数の管状体５に延長連結部材６を挿通することにより、隣接する一対の水上フロート１０連結され、連結部Ａが形成される。連結部材６は、ワイヤー、ロープ、棒、パイプ等の金属製延長部材が好ましく用いられる。このような連結部構造を採る理由は、特許文献２に採用される様な、隣接するフロート間に噛合関係で配置される熱可塑性樹脂シートからなるフロート舌縁部に連結孔を設け、これらにロープ、ワイヤー、チェーン等の紐状部材を挿通して舌縁部相互を係合する構造では、フロートに与えられる風波等のエネルギーが紐状部材を介して連結孔に集中応力を印加することとなり、フロート舌縁部の破断防止が困難となるとの知見が得られていたからである。

上記のようにして形成された発電装置連結体１００の外周縁部Ｃ（図２および４）には、熱可塑性樹脂製の管状体７を配置し、これに水浮上性のパイプ又は／及び棒等からなる係合部材を挿通して、発電装置連結体１００の外周縁部の沈み込みを防止しつつ、その外周形状を規定する。

管状体７は、連結部Ａを構成する管状体５と同様に発電装置１０を構成する表皮シート３の縁部３ｂを捲返して接合するか、あるいは別途熱可塑性樹脂により形成したものを縁部３ｂに接合することで設けてもよい。これら管状体７に挿通するパイプあるいは棒等からなる係合部材は、水浮上性であれば樹脂製、金属製のいずれも可能であり、且つ断面の形状は円形、矩形等の任意の形状でよい。特に両端を封じるか、両端を水上に立上らせることにより、水の侵入を防止するようにしたパイプ構造が発電装置連結体１００の外周縁部Ｃに適当な浮力を与える上で好適である。また、必要に応じて、外周保護または／および容易作業性の観点から、その外周にさらに円形、矩形等の任意の断面形状の水浮上性のパイプ・棒等を接続してもよい。

また、必要に応じて、連結部Ａの隣接する一対の発電装置の少なくとも一方に、該一対の発電装置間に延在する自由端縁部９、または発電装置の外周縁部に延在する自由端縁部（図示せず）を設けて、発電装置（連結体）と水面との間への風の侵入による発電装置（連結体）の浮上りを防止することも好ましい。これら自由端部は、表皮シート３と同様な熱可塑性樹脂製シートの縁部として形成し得る。

上記において、本発明の太陽光発電装置（連結体）をその好ましい態様について説明した。しかしながら、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、モジュール１ａのフロート単位１ｃへの係止手段１ｂを図３で説明したようなものから、図５〜図７に示す構造に変えることができる。

図５を参照して、この係止手段１ｂによれば、モジュール１ａの枠部１ａａをフレーム１ｂｂに固定し、その空間１ｂｂ１には、表皮シート３と接合された熱可塑性樹脂製シート１ｂｃの他端を捲返して接合することにより形成した管状体１ｂｄを収容するところまでは、図３の例と同じであるが、ロープ等の延長係止部材１ｂｅの代りに、エポキシ系、ウレタン系、酢酸ビニル系、ブチラール系等の接着剤１ｂｆを用いることにより、管状体１ｂｄをフレーム１ｂｂに接着することにより、モジュール１ａのフロート単位１ｃへの係止を実現している。

また図６の例においては、モジュール１ａの枠部１ａにリベット等の固定手段１ｂａにより固定されたフレーム１ｂｂをエポキシ系、ウレタン系、酢酸ビニル系、ブチラール系等の接着剤１ｂｇにより直接フロート単位１ｃの表皮シート３に接着することにより、モジュール１ａのフロート単位１ｃへの係止を実現している。

さらに図７の例においては、金属フレーム１ｂｂを表皮シート３と同様な材質の熱可塑性樹脂シート１ｂｃを巻き回して覆った上でモジュール１ａの枠部１ａａにリベット等の固定手段１ｂａにより固定し、他方熱可塑性樹脂シート１ｂｃを熱溶着あるいはエポキシ系、ウレタン系、酢酸ビニル系、ブチラール系等の接着手段１ｂｈにより表皮シート３に接合することにより、モジュール１ａのフロート単位１ｃへの係止を実現している。図６の例に比べて、図７の例では樹脂―金属間の接合部が除かれているので、長期使用における耐久性が改善される。

また図１〜図４で説明した例においては、フロート単位１ｃの１個に、１個の太陽電池モジュール１ａを係止した例を説明したが、フロート単位１ｃの１個に、２以上のモジュール１ａを係止する構成とすることもできる。この際には、２以上のモジュール１ａを共通の枠部材１ａａに固定し、この枠部材１ａａを利用して図３、図５または図６の係止手段１ｂを用いてフロート単位１への係止を行えばよい。

また、上記においては、発電装置１０の各々が、縦に配列した単位発電装置１の列を、３列含む構成としてあるが、１列または２列含むこと、更には製造および搬送、敷設の作業性が許容される範囲で、３よりも多くの列の単位発電装置１を配列することも可能である。

また、上記においては、発電装置１０の複数を連結して、より大面積の発電装置連結体１００を構成する態様を説明したが、発電装置１０は、単独でも使用可能であり、この際には、その発電装置１０の外周縁部Ｃに熱可塑性樹脂製の管状体７を配置し、これに水浮上性のパイプ又は／及び棒等からなる係合部材を挿通して発電装置１０の外周縁部の沈み込みを防止しつつ外周形状を規定することもできる。

逆に、発電装置連結体１００を、必要に応じて外周縁部Ｃを除いて或いは除かずに、縦及び／又は横に隣接して複数配列し、隣接する発電装置連結体１００を、連結部Ａと同様な構成で連結することにより、或いは残る外周縁部を介してロープ等の連結部材を使用して連結することにより、更に大面積の発電装置連結体を形成することもできる。

また、上記したような太陽光発電装置(連結体)を、防水シートを介して、水面上に設置することも場合により好ましい。たとえば、ごみ集積場に形成される調整池においては、汚水あるいは有害廃液が蓄積されることがあるが、防水シートを調整池上に敷設し、その上に太陽光発電装置(連結体)を設置すれば、太陽光発電装置の汚水との接触による劣化が緩和されるだけでなく、防水シートの下には汚水が、また防水シートの上には、雨水を蓄え、雨水は、ポンプ等により排出し、防水シート下の汚水のみを選択的に処理することにより、雨水の混入による汚水処理能力の増大を防止することができる。

以下のようにして、図１〜図４で概容を説明した発電装置連結体１００を製造した。

平面寸法が縦約３０ｍ×横２ｍである表皮シート３上に、平面寸法が約１２００ｍｍ×約９３０ｍｍ、厚さが約１００ｍｍの押出法発泡ポリスチレン製樹脂発泡体２（（株）ＪＳＰ製「ミラフォーム」）を１列に２８個、隣接樹脂発泡体間に約１３０ｍｍの間隔を置くように配列して、両者を高周波加熱溶着により接着固定し、これらの上に更に表皮シート３を接着固定して、発電装置列１１を係止する長尺フロート単位を形成した。隣接する樹脂発泡体２間においては一対の表皮シート３が直接接触するが、この部位においても該一対の表皮シート３を互いに高周波加熱溶着により接着固定して連結部Ｂを構成した。また、これら連結部Ｂには、横方向に形成された一本おきに水抜き孔４を穿設した。さらにこの長尺フロート単位を３列用意し、それらの側面同士を溶着することによって、発電装置１０を構成する一体化した水上フロートを作製した。この場合の水上フロートは８４（＝２８×３）個のフロート単位１ｃから構成されている。なお、表皮シート３としては、エチレン−プロピレン系ゴム成分で補強したポリプロピレンシートをポリエステル繊維で補強した厚さ約１ｍｍの多層シート（筒中シート防水（株）製「ＳＧシート」）を用いた。

上記のようにして形成した水上フロートの各フロート単位１ｃ上に、縦１１３０ｍｍ、横９３０ｍｍ、厚さ約５０ｍｍの太陽電池モジュール１ａの１個を、図３で説明した態様により係止手段１ｂを用いて係止して、単位発電装置１を形成し、この単位発電装置１の８４個を架設した発電装置１０を形成した。

かくして形成した、発電装置１０の外周に沿って延長する表皮シート３の側縁部３ａおよび上下縁部３ｂを切欠き、３ａにおいては縦約６００ｍｍ×横方向約７０ｍｍの凸部と凹部を交互に設け、３ｂにおいては縦約１３００ｍｍ×横方向約２２０ｍｍの凸部と凹部を交互に設け、且つ該凸部を折返して側縁部と高周波加熱溶着により接合することにより管状体５および７を形成した。このようにして左右両側縁部に管状体５を間欠的に設けた長尺発電装置１０の５本を縦方向に平行に、且つ隣接する側縁部に設けた管状体５が噛合関係になるように配列し、これら管状体５に、ＳＵＳ３０４製の径１０ｍｍの丸棒６を挿通して、隣接発電装置１０間に連結部Ａを形成して、発電装置連結体１００の概形を形成し、更にその両側縁部に間欠的に残る管状体５および上下縁部に間欠的に形成した管状体７に、外径４８．６ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのＳＵＳ３０４製パイプを挿通し、且つ該ＳＵＳ製パイプの両端を封止することにより、浮上性の外周縁部Ｃを有する発電装置連結体１００を形成した。更に、連結部Ａの管状体５の下側；および外周縁部Ｃの管状体５および管状体７の下側には、表皮シート３を構成するものと同様な多層熱可塑性樹脂シートを、発電装置１０が延長する形態で接合することにより、発電装置下面の水面との間に風が入り込んで、発電装置が浮上することのないように自由端９を形成した。

上記のようにして、図１〜図４で説明したような構造を有する総面積が約６００ｍ^２の発電装置連結体１００が形成された。かくして形成された発電装置連結体１００は、それを構成する発電装置１０を搭載するための水上フロートが、搬送や設置時の展開が可能な大面積（約１２０ｍ^２）まで溶着等により予め製作工場において製作され、且つ軽量でその結合部および連結部も柔軟性を有するとともに、太陽電池モジュールとフロート単位の係止方法の工夫ともあいまって、フロート単位ごとに太陽電池モジュールを係止する作業が容易に行われ、装置本体の経済性および装置の設置ならびにメンテナンスの経済性の観点から優れた装置である。

上述したように本発明によれば、湖沼等の水面に浮かべて大容量発電の可能な大面積太陽光発電装置あるいはその連結体が、構造的に無理なく、且つ長尺熱可塑性樹脂シートの製造技術を効果的に利用して形成される。

本発明の発電装置連結体の実施例の部分切欠き平面図。 図１のII部の部分拡大図。 図２のIII−III線矢視方向断面図。 図２のIV−IV線矢視方向断面図。 図３に対応する別の太陽電池モジュール係止手段を示す断面図。 図３に対応する別の太陽電池モジュール係止手段を示す断面図。 図３に対応する別の太陽電池モジュール係止手段を示す断面図。

符号の説明

１ 単位発電装置
１ａ 太陽電池モジュール（１ａａ その枠部材）
１ｂ 係止手段（１ｂａ 固定手段、１ｂｂ フレーム、１ｂｃ 熱可塑性樹脂シート、１ｂｄ 管状体、１ｂｅ 係止部材、１ｂｆ，１ｂｇ 接着剤、１ｂｈ 接着剤および／または溶着、１ｂｂ１ 係止部材収容空間）
２ 樹脂発泡体
３ 表皮シート
４ 水抜き孔
５ 管状体
６ 連結部材
７ 管状体
８ 浮上性係合部材
９ 熱可塑性樹脂製自由端縁部
１０ 発電装置
１１ 単位発電装置列
１００ 発電装置連結体
Ａ 連結部
Ｂ 隣接する樹脂発泡体の表皮シートによる連設部
Ｃ 外周縁部

Claims (10)

1. 平面的に離間して配置された複数の樹脂発泡体を、熱可塑性樹脂からなる一対の表皮シート間に固定・挟持してなる水上フロートの、各樹脂発泡体に対応して形成されたフロート単位毎に１以上の太陽電池モジュールを係止してなる水上設置用太陽光発電装置。
2. ４個以上の樹脂発泡体を一対の表皮シート間に固定・挟持してなる請求項１に記載の発電装置。
3. 太陽電池モジュールがフロート単位毎に、外側に開放された係止部材収容空間を有するフレームに固定され、該収容空間に挿通された係止部材を介してフロート単位に係止される請求項１または２に記載の発電装置。
4. 太陽電池モジュールがフロート単位毎にフレームに接合され、該フレームがフロート単位に接合されることにより太陽電池モジュールがフロート単位に係止される請求項１または２に記載の発電装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の発電装置の複数の平面的に隣接した連結体からなり、隣接する一対の水上フロートの互いに隣接する縁部には、互いに噛合状態に配置した熱可塑性樹脂製の管状体を設け、これら管状体に挿通された延長連結部材により、該隣接水上フロートを連結してなる水上設置用太陽光発電装置連結体。
6. 前記熱可塑性樹脂製の管状体が、熱可塑性樹脂シートの捲返しにより形成されている請求項５に記載の発電装置連結体。
7. 隣接する一対の水上フロートの少なくとも一方に該一対の水上フロート間に延在する熱可塑性樹脂製自由端縁部および／または水上フロート連結体の外周縁部に延在する自由端縁部を設け、水上フロート連結体と水面との間への風の侵入による水上フロート連結体の浮上りを防止してなる請求項５または６のいずれかに記載の発電装置連結体。
8. 水上フロート連結体の外周縁部に熱可塑性樹脂製の管状体を配置し、該管状体に水浮上性の係合部材を挿通して、外周形状を規定してなる請求項５〜７のいずれかに記載の発電装置連結体。
9. 管状体が熱可塑性樹脂シートの捲返しにより形成されている請求項８に記載の発電装置連結体。
10. 防水シートを介して水面上に設置される請求項５〜９のいずれかに記載の発電装置連結体。

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