JP5870413B1

JP5870413B1 - 太陽光発電設備

Info

Publication number: JP5870413B1
Application number: JP2014154397A
Authority: JP
Inventors: 啓丞馬場
Original assignee: 啓丞馬場; 馬場啓丞
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: JP2016032381A

Abstract

【課題】夏至でも下方の太陽電池に上方の太陽電池による影が生じない太陽光発電設備を提供することを課題とする。【解決手段】支柱に太陽電池を３段配設する太陽光発電設備であって、２本の支柱間に少なくとも１か所で梁を横設したＨ柱型のそれぞれ支柱に、それぞれの太陽電池を、南向きで、３０?〜５０?の傾斜角で、かつ直近の上方及び下方の太陽電池間において、上方の太陽電池の下端と下方の太陽電池の上端とを結んだ線と地面とのなす角度を、設置場所の緯度における夏至における南中高度（仰角）より大きくなるように、支柱を中心にそれぞれ南北方向にずらして配設する太陽光発電設備で課題解決できた。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光パネルを柱を使用して設置する太陽光発電設備に関するものである。

特許文献１には、工場等の敷地内に太陽光発電用支持柱を立設し、太陽電池を複数枚直並列接続して必要な電圧と電流を得られるようにした太陽光発電パネルを横一列に複数枚並べた太陽光発電パネルユニットを、前記太陽光発電用支持柱に縦方向に複数段配置した太陽光発電システムが開示されている。

特開２０１０−５０２０６号公報

特許文献１に記載の太陽光発電システムは、特許文献１の段落［００１８］に「所定の間隔で太陽光発電用支持柱に固定されたので、効率よく大容量の太陽光発電を行うことができる。」と記載され、段落［００３０］に「所定の間隔で太陽光発電用支持柱に固定されているので、太陽光が太陽光発電パネルユニットに照射する際に、上方に配置された太陽光発電パネルユニットによって影になることはない。」と記載されている。しかし、夏至のときの太陽の南中高度は、那覇市で約８７°、兵庫県明石市で約７９°、東京で約７８°であり、特許文献１の図１（ａ）に示す太陽光発電パネルユニットの配設方法では、夏至を中心とした夏場には所定の間隔をかなり拡げかなりの高さにしないと、上方に配置された太陽光発電パネルユニットによる影を下方の太陽光発電パネルユニットに生じないようにすることができないという問題があった。一方、所定の間隔が短いときは、夏至を中心とした夏場には上方に配置された太陽光発電パネルユニットによって下方の太陽光発電パネルユニットに影が長時間生じるという問題があった。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、太陽の南中高度が最も高くなる夏至においても上方に配置された太陽電池によって下方の太陽電池に影が生じない太陽光発電設備を提供することを課題とする。

請求項１に記載の太陽光発電設備１は、支柱３に太陽電池２を３段配設する太陽光発電設備１であって、２本の支柱３間に少なくとも１か所で梁４を横設したＨ柱型のそれぞれ支柱３に、それぞれの太陽電池２を、同一段に並列に配設した複数の太陽電池２をそれぞれ近設する太陽電池２とは非連結の形態で、南向きで、３０°〜５０°の傾斜角９で、かつ直近の上方及び下方の太陽電池２間において、上方の太陽電池２の下端１１と下方の太陽電池２の上端１２とを結んだ線と地面７とのなす角度１５を、設置場所の緯度における夏至における南中高度６（仰角５）より大きくなるように配設し、最下段の太陽電池２と最上段の太陽電池２とを、支柱３を中心にそれぞれ南北方向にずらして配設することを特徴とする。

請求項１に記載の太陽光発電設備１は、複数段の太陽電池２をそれぞれ支柱３を中心にそれぞれ南北方向にずらして配設するので、太陽２０の南中高度６が１年の期間で高くなる夏至においても上方の太陽電池２の影が下方の太陽電池２に生じないという効果を奏する。

本発明の太陽光発電設備１を設置する場所としては、戸建て住宅、集合住宅の一角、スーパーマーケット、ガソリンスタンド、高速道路の中継サービスエリア、ゴルフ場跡地、ビルや工場の緑地、遊休地、農地、農道、畦道、離島、砂漠地などであって、風力発電所の近傍、場所の形状や起伏などの設置環境に左右されない電力設備の必要な個所に、小規模から中・大規模設備までの設置が可能である。

太陽電池１の傾斜角９を３０°〜５０°のうちの所定の傾斜角としているので、３０°未満又は５０°超より日射量が大きくなるという効果を奏する。

太陽電池２は、一般的には方位角は真南が日射量は最大になるが、配設された支柱３の位置により多少最大になる方位角が異なる。よって、方位角を支柱３ごとに自在に回転させられるので、日射量を最大になる方位角にすることができる。

２本の支柱３間に少なくとも１か所で梁４を横設したＨ柱型としたことにより、太陽電池２の受ける風圧荷重強度を高め、太陽電池２の受ける風圧によって支柱３が倒れにくいという効果を奏する。

本発明の太陽光発電設備の側面概要図である。本発明の太陽光発電設備の正面概要図である。下方の太陽電池に上方の太陽電池の影をつくらない太陽電池の配設方法の説明図である・特許文献１に記載の太陽光発電パネルユニットの場合の影の説明図である。方位角と日射量との関係を示す図である。傾斜角と日射量との関係を示す図である。メガソーラー化した場合の概要図である。

本発明に係る太陽光発電設備１は、図１又は図２に示すように、支柱３に太陽電池２を３段配設する太陽光発電設備１であって、２本の支柱２間に少なくとも１か所で梁４を横設したＨ柱型のそれぞれ支柱３に、それぞれの太陽電池２を、同一段に並列に配設した複数の太陽電池２をそれぞれ近設する太陽電池２とは非連結の形態で、南向きで、３０°〜５０°の傾斜角９で、かつ直近の上方及び下方の太陽電池２間において、上方の太陽電池２の下端と下方の太陽電池２の上端とを結んだ線と地面７とのなす角度１５を、設置場所の緯度における夏至における南中高度６より大きくなるように配設し、最下段の太陽電池２と最上段の太陽電池２とを、支柱３を中心にそれぞれ南北方向にずらして配設する。

Ｈ柱型は２本の支柱２間に少なくとも１か所で梁４を架設したものである。支柱３は例えば配電線路用電柱１３（コンクリートポール）であり、この２本の配電線路用電柱１３をコンクリート基礎１０で固めた地中に立設し、２本の配電線路用電柱１３を少なくとも１か所で、例えば梁４で２本の配電線路用電柱１３の両側面から抱合せて固定する。固定した正面視からの形態がＨ字に類似しているのでＨ柱型と名付けた。Ｈ柱型は高強度の構造物であるため、太陽電池２に対する風圧荷重でも倒壊しない強度を確保することができる。また、架線金物類を高強度のＪＩＳ規格品を使用すれば、施工精度が均一でさらに高強度のＨ柱とすることができる。

そして、Ｈ柱型の支柱３に設置アーム１８を取り付け、該設置アーム１８に軽量腕金を井桁に構成した架台８を吊架する。架台８の材質として、例えばＪＩＳに規定された鋼材やアルミニウム合金などの市場で流通している部材を用いた場合にはコスト低減や短納期化を実現できる。また、溶融亜鉛メッキを施工することにより対候性に優れたものにすることができる。

太陽電池２は、例えば前記架台８に２つの太陽電池２を並列に配設し太陽電池モジュールユニット２２とする。そして、１本の支柱３に前記太陽電池モジュールユニット２２を３段に配設する。太陽光エネルギーを効果的に活用するために、太陽電池モジュールユニット２２の方位角、傾斜角を考慮し、上方の太陽電池モジュールユニット２２の影が下方の太陽電池モジュールユニット２２に影響させないために太陽の南中高度である仰角を考慮して、太陽電池モジュールユニット２２を３段に配設する。

まず、方位角である。方位角は、一般的には、図５に示すように、太陽電池２の発電量が最大になる南向きにするのが好ましい。しかし、夏場の午後の電力使用量が最大になることを見込んで、夏期の晴天時の最大出力時刻を午後にしたい場合には、図５に示すように西向きの方が南向きより日射量が一日の内で最大になる時刻が遅いから、方位角を少し西向きに設置する。

次に、傾斜角である。太陽電池２の傾斜角９を３０°〜５０°とする。図６に示すように、傾斜角９が３０°未満になると日射量が徐々に減少し、５０°超になると急激に日射量が減少する。太陽電池２の発電量が最大になる年間最適傾斜角９は、図６に示す傾斜角と日射量との関係を示す図から、４５°が最も好ましく、日射量は傾斜角３０°のときの最大値の９７．５％を確保可能となる。なお、傾斜角を３０°にすると太陽電池をほぼ横置きにした形態となるので敷地の有効か活用に反するため、敷地有効活用と日射量とのバランスから傾斜角を４５°とした。

次に、図３に示すように、直近の上方及び下方の太陽電池２間において、上方の太陽電池２の下端１１と下方の太陽電池２の上端１３とを結んだ線と地面７とのなす角度１５を、設置場所の緯度における夏至における南中高度６の仰角５より大きくなるように、支柱を中心にそれぞれ南北方向にずらして配設する。図３に示すように、角度１５を南中高度６（仰角５）より大きくするほど、下方の太陽電池２に上方の太陽電池２の影ができない。この南北方向にずらす配置を実現させることにより夏至においても上方の太陽電池の影響によって下方の太陽電池に影が生じない。ちなみに、図４に示すように、特許文献１の場合に、図１又は図３に示す太陽光２１の南中高度７８°を当てはめてみると、上方の太陽電池の影響によって下方の太陽電池に影Ｋが生じていることがわかる。

支柱３の縦方向に段を成して配設した場合には、上方の太陽電池２の影が下方の太陽電池２に生じやすい。最も前記影が生じやすいのが夏至に太陽が最も高く昇った高度である南中高度６である。夏至の南中高度６は緯度によって異なり、数式１で求めることができる。

各地の緯度と夏至のときの南中高度６を表１に示す。

表１より、那覇市の場合は夏至の南中高度６が８７．２８°であり、この南中高度６でも下方の太陽電池２に上方の太陽電池２による影を生じさせないのは、太陽電池２を段ごとに南北方向にずらすことによって初めて可能となる。図１の場合は太陽２０の南中高度６が７８°で作成しており、本発明の太陽光発電設備１では南中高度６が７８°でも下方の太陽電池２に上方の太陽電池２による影が生じないことがわかる。那覇市のように南中高度が約８７°に対しては、上方と下方の太陽電池２間の高さ方向の間隔を大きくするか、上方と下方の太陽電池２間の南北方向の間隔を大きくすることで対応できる。

次に、表２に、各地で実施されているメガソーラーの面積と発電容量でデータと本発明の面積と発電容量を比較した。本発明は、上方の太陽電池２の影が下方の太陽電池２に影響しないので、太陽電池２をアレイ配置にすると、３ＫＷ当り設置面積は５．５ｍ×４．０ｍ＝２２平方メートルである。

表２から、図７に示すようにメガソーラー５０などに比較して、大規模な発電所の建設計画の場合に、少なくとも約３０％以上の設置面積の低減効果が見込める。

また、Ｈ柱型太陽光発電設備１は、電柱の側面や基礎部分に、電力量計箱３２、電源切替箱３３、パワーコンディショナー３０、配線ダクト３１、電力貯蔵用バッテリー装置などを設置することが可能であり、避雷針設備等も設置可能であり、発電した電気を電力負荷及び通信線を他の地域との連携に使用する強電電力用電線、弱電電線類を支持し、引き留めるための装柱金具類を接続できる架空線連携することも可能である。

１太陽光発電設備
２太陽電池
３支柱
４梁
５仰角
６南中高度
７地面
８架台
９傾斜角
１０コンクリート基礎
１１下端
１２上端
１３電柱
１５角度
１８設置アーム
２０太陽
２１太陽光
２２太陽電池モジュールユニット
３０パワーコンディショナー
３１配線ダクト
３２電力量計箱
３３電源切替箱
５０メガソーラー
Ｋ影

Claims

支柱に太陽電池を３段配設する太陽光発電設備であって、
２本の支柱間に少なくとも１か所で梁を横設したＨ柱型のそれぞれ支柱に、
それぞれの太陽電池を、
同一段に並列に配設した複数の太陽電池をそれぞれ近設する太陽電池とは非連結の形態で、
南向きで、３０°〜５０°の傾斜角で、かつ
直近の上方及び下方の太陽電池間において、上方の太陽電池の下端と下方の太陽電池の上端とを結んだ線と地面とのなす角度を、設置場所の緯度における夏至における南中高度より大きくなるように配設し、最下段の太陽電池と最上段の太陽電池とを、支柱を中心にそれぞれ南北方向にずらして配設することを特徴とする太陽光発電設備。