JP5980620B2

JP5980620B2 - ソーラーパネルシステム

Info

Publication number: JP5980620B2
Application number: JP2012181839A
Authority: JP
Inventors: 敏窪倉
Original assignee: 窪倉電設株式会社
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: JP2014037749A

Description

本発明はソーラーパネルシステム、特に、暴風や豪雪に耐えることができるソーラーパネルシステムに関するものである。
本発明のソーラーパネルシステムは丈夫で、メンテナンスが容易で、安価に設置でき、設備投資を短期間に回収することができる。

太陽光を利用した方法には種々の方式があるが、複数の単位太陽電池を平面に並べて一枚の板(パネル)の形にしたソーラーパネルを用いる方式（以下、ソーラーパネルシステムという）が広く普及している。このソーラーパネルシステムには小型のソーラーパネルをポールの頂部に固定する簡単なものから、数十枚〜数百枚のソーラーパネルを大面積のグランド上や建物の屋根の上に並べたもの（メガソーラ）や、数万枚のソーラーパネルを砂漠地帯等に設置するという壮大な計画のものまで種々のシステムが提案され、利用されている。

ソーラーパネルシステムでは、ソーラーパネルの表面を太陽光に対して直角に配置したときに発電効率が最大になるように設計されているものが多いので、太陽光に対して直角に向けるために日本ではソーラーパネルを所定の角度だけ傾けて設置することが多い。例えば、ソーラーパネルは地面に対して斜めに傾けて配置されるか、屋根の傾斜面に設置される。

さらに、ソーラーパネルの表面を太陽に対して常に直角に向けるために、一日の太陽の動きに追随してソーラーパネルの向きを変化させる太陽追尾装置も多数提案されている。

特許文献１（実開平６−８２８６５号公報）、特許文献１３（特開２０１０−２３８９６７号公報）にはソーラーパネルの下端をヒンジで支持し、その上端の高さを変えることでソーラーパネルの傾斜角度を変える方法が記載されている。

特許文献２（実用新案登録第３０２６８７６号）、特許文献３（特開２００５−６４１４７号公報）、特許文献１２（特開２０１０−２８３３２３号公報）では、ソーラーパネルの背面の回転軸を支持構造物に軸止してソーラーパネルを回動できるようにしている。

特許文献４（特開２００３−３２４２１０号公報）に記載の太陽追尾式ソーラーパネルシステムでは複数のシャフトをギヤを用いてモータ駆動し、一定間隔を保って縦横に並べた多数のソーラーパネルを同時に駆動して全てのソーラーパネルが太陽を追尾するようにしている。

ソーラーパネルの方位および／または仰角を変化させる機構および／または回転機構をソーラーパネルの背面の取付部に設けたものは多数提案されている。例としては特許文献５（特開２００４−１５３２０２号公報）、特許文献６（特開２００７−８８３４５号公報）、特許文献７（特開２００７−１８０２５７号公報）、特許文献８（特開２００８−２７０６９８号公報）、特許文献９（実用新案登録第３１５６５７７号）、特許文献１０（特開２０１０−４０７７９号公報）、特許文献１１（特開２０１０−５０６４１５号公報）、特許文献１４（特開２０１０−２８３３２４号公報）が挙げられる。

上記のようなソーラーパネルの傾斜角度の調節・制御を目的とするソーラーパネルシステムはアイデアとしては優れたものであるが、コストが安く、実用になるものは少ない。

また、多くのメガソーラ設備ではソーラーパネルの設置にあまり工夫をこらしておらず、通常は鉄骨の骨組みにソーラーパネルを単に固定したものが多い。しかし、南アジアや東アジアのように台風に備える必要のある国や、日本のように豪雪に耐える必要のある国では、ソーラーパネルは数十年の長期間にわたって頑丈でなければならない。

また、遊休地や他に使い道のない土地にメガソーラを設置しなければならないことも多い。そうした土地ではソーラーパネルを丈夫に設置するのが困難になることがある。しかも、ソーラーパネルの設置コストを下げ、メンテナンスが容易であるというニーズにも応えられなければならない。

特に、地方自治体や第３セクターが行う太陽光発電計画では設備投資額をできるだけ減らし、専門のオペレータを特に必要とせずに、地方自治体の職員が自らメンテナンスの大部分を行うことができ、しかも、十数年以上の長期にわたって破損や錆の生じない頑丈なものであることが要求される。事実、高い投資資金を投入して建設したものが短期間の間に破損して使い物にならなくなる、といった事態は許されない。

ソーラーパネルシステムは原則として無人の状態で運転され、メンテナンスは不要であるが、野外に設置した場合、夏場には雑草が成長し、特に蔦や蔓草が伸びてソーラーパネルへの太陽光の入射を遮断することがあり、パネル上に付着した鳥の糞や汚れを清掃する必要もある。また、冬場にはソーラーパネル上に雪が積もって太陽光を遮断し、豪雪地帯では雪の重みでソーラーパネルシステムが破損する危険もある。台風の多い地域では暴風雨に耐える必要もある。

また、ソーラーパネルシステムは初期投資を回収するまでに一般に数年以上の長期間を必要とする。装置が大型になる程、ソーラーパネルシステムの初期投資額が大きくなり、投資リスクも大きくなる。また、装置が複雑になる程、メンテナンスにかける費用も高くなる。

従って、ソーラーパネルシステムを安価に設置でき、設備投資を短期間に回収でき、メンテナンスにかける費用を減らし、しかも、数１０年以上の長期間にわたって丈夫で、台風や豪雪にも耐えることができるソーラーパネルユニットを提供するというニーズがある。

実開平６−８２８６５号公報実用新案登録第３０２６８７６号特開２００５−６４１４７号公報特開２００３−３２４２１０号公報特開２００４−１５３２０２号公報特開２００７−８８３４５号公報特開２００７−１８０２５７号公報特開２００８−２７０６９８号公報実用新案登録第３１５６５７７号特開２０１０−４０７７９号公報特開２０１０−４０７７９号公報特開２０１０−２８３３２３号公報特開２０１０−２３８９６７号公報特開２０１０−２８３３２４号公報

本発明の目的は、長期間、野外に放置され、台風や豪雪に曝されても耐えることができる丈夫なソーラーシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、安価に製作・設置でき、設備投資額を短期間に回収可能なソーラーシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は特に、豪雪地帯に適した構造を有するメガソーラーで使用されるソーラーパネルシステムを提供することにある。
本発明の上記以外の目的は以下の説明から明確になるであろう。

本発明は、ソーラパネルＰと、このソーラパネルＰの背面を支持する支持フレームと、この支持フレームをピボットを介して支持するピボット部材と、このピボット部材を構造フレームに固定する固定部と、構造フレームに対する上記支持フレームの傾斜角度を調節するための角度調節手段とを有するソーラパネルシステムを提供する。

本発明の他の対象は、上記式ソーラパネルシステムと、このソーラパネルシステムを地面に対して斜めに支持する構造フレームとを有するソーラパネル集合体にある。

従来の背面ピボット式ソーラーパネルシステムの概念的断面図。本発明のソーラパネルシステムの基本形を示す概念的斜視図。本発明のソーラパネルシステムの一つの実施例の概念的側面図。本発明のソーラパネルシステムの他の実施例の概念的側面図。本発明のソーラパネルシステムのユニットを複数並べ、斜めの構造フレームに取り付けたソーラパネル集合体の一つの実施例を横から見た時の側面図。［図５］の実施例の概念的正面斜視図。本発明のソーラパネル集合体を土中にアンカーさせるための斜抗の取付け方法を示す概念図。［図７］に示した斜杭のコンクリート内部の構造を示す概念図。

本発明の上記角度調節手段は、支持フレームの左右端部の少なくとも一方の端部にピボットされたバーと、このバーを構造フレームに固定する手段とで構成できる。

本発明の上記角度調節手段は、支持フレームに形成されたバカ穴を貫通して延びて構造フレームと螺合するスクリューネジ棒と、支持フレームと構造フレーム）と間で上記スクリューネジ棒の外側に外挿した圧縮バネと、スクリューネジ棒のヘッドを回転させるハンドルとで構成することもできる。

本発明の上記角度調節手段は、支持フレームまたは構造フレームに固定したロッドと、このロッドを上記ロッドが固定されている側とは反対側の構造フレームまたは支持フレームに固定する、任意の位置に固定可能な固定手段とで構成することができる。この固定手段は公知の可動固定手段、例えばプレス固定、スナップフィット、チチェット等にすることができる。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものではない。なお、各図面を通じて類似の部材には類似の参照符号を付けてある。

［図１］はソーラパネル（Ｐ）の支持体（１）の背面に設けた取付具（２）に回動軸（３）を付け、それをフレーム（４）で軸支する従来公知のソーラパネルシステムの概念的側面図である。例えば、特許文献１４（特開２０１０−２８３３２４号公報）にはソーラーパネル（１０１）の背面に設けた軸線（１０３）を中心にしてソーラーパネルを回動させる従来法が記載されている。この特許ではソーラーパネル（１０１）の上下端がＶ字型に配置された２本の回転押棒（１０６）を介して回転押圧ローラ（１１１）に固定されている。この回転押圧ローラ（１１１）が円形ローラガイドに沿って移動することでソーラーパネル（１０１）に傾斜角度が与えられる。

この従来法では回動軸（３）に大きなストレスが加わり、ソーラパネル（Ｐ）と支持体（１）の組立体を回動させるのに大きな回転トルクを必要とする。また、数１０年以上の長い年月にわたって台風や豪雪に耐えるだけの強度を与えるには頑丈なフレームが必要になり、その建設には多額の投資が必要になる。

本発明者は、外見が「やじろべい」の形をしたソーラパネルシステムにすることによって従来法の上記欠点を解消できるということを見出し、特願２０１０−７２５１号を出願した（平成２４年１月１７号日出願）。その後、研究を重ね、台風や豪雪に耐えることのできるさらに頑丈なソーラパネルシステムを間発し、本発明を完成した。

［図２］は本発明のソーラパネルシステムの一つの基本形を示す概念的斜視図である。ソーラパネル（Ｐ）は本発明の直接の対象ではないので矩形で示してある。この図に示す本発明ソーラパネルシステムの基本形は、ソーラパネルの背面を支持する支持フレーム（２０）と、この支持フレームをピボット（２３）を介して支持するピボット部材（２１）と、このピボット部材を構造フレーム（２）に固定する固定部と、構造フレームに対する上記支持フレームの傾斜角度を調節するための角度調節手段とを有する。

本発明の一つの実施例では、上記ピボット（２３）を上記支持フレーム（２０）の上端近傍に設け、上記支持フレーム（２０）を構造フレーム（２４）に固定することができる。
本発明の他の実施例では、上記ピボット（２３）を上記支持フレーム（２０）の下端近傍に設け、上記支持フレーム（２０）を支持フレーム（２０）に固定することができる。この場合は上記特願２０１０−７２５１号で出願した「やじろべい」形ソーラパネルシステムになる。

支持フレーム（２０）はソーラパネル（Ｐ）を支持できるものればとくに制限されない。ソーラパネル（Ｐ）の外周を支持する単なるＬ型フレームにすることもできるが、ソーラパネル（Ｐ）の背面を保護するための保護プレードを有するのが好ましい。さらにソーラパネル（Ｐ）の接続端子のシール、配線等を考慮した背面パネルを有することもできる。

支持フレーム（２０）はピボット部材（２１）と、構造フレーム（２４）に対する固定手段（２６）を用いて構造フレーム（２４）に対して所定位置で（調節自在に）固定される。構造フレーム（２４）は従来公知の任意の手段で地表面に固定することができる。

［図３］の場合には、支持フレーム（２０）の固定を簡単なバー（２６、２６'）を用いて行う。各バー（２６、２６'）は支持フレーム（２０）にピボット（２６１）されており、各バー（２６、２６'）に形成された孔（２６２）に挿入されたピン（図示せず）を用いて構造フレーム（２４）に対して位置自在に固定される。孔（２６２）の位置を春夏秋冬の季節に応じた太陽に対する平均仰角に合わせて形成するのが好ましい。あるいは、構造フレーム（２４）に複数の孔を形成し、バー（２６、２６'）に固定挿入ピンを取り付けることもできる。

［図４］の場合には、ピボット（２３）を支持フレーム（２０）の上端近傍に配置し、角度調節手段（２６）を支持フレーム（２０）の下端近傍に配置してある。持フレーム（２０）はボルト（２６４）を用いて構造フレーム（２４）に固定する。角度調節手段は（２６）はスクリューネジ棒（３０）とこのスクリューネジ棒（３０）の外側を取り巻く圧縮バネ（３３）とで構成される。このスクリューネジ棒（３０）は、支持フレーム（２０）に形成されたバカ穴を貫通して延び、構造フレーム（２４）と螺合する。圧縮バネ（３３）は支持フレーム（２０）と構造フレーム（２４）と間に反発かららを加える。スクリューネジ棒（３０）のヘッドに固定されたハンドル（３２）を回転させることによって支持フレーム（２０）の角度を調節することができる。

ピボット部材（２１）と構造フレーム（２４）との間の距離に格別な制限はなく、支持フレーム（２０）が構造フレーム（２４）に対して回動できればよい。支持フレーム（２０）に対するピボット部材（２１）（従ってピボット（２３））の位置も任意であるが、一般には支持フレーム（２０）の上下方向の中間位置〜支持フレーム（２０）の上下端のいずれか一方の近傍に配置することができる。

例えば、１２６０×９８０ｃｍのソーラパネル（Ｐ）（図示せず）の場合、４枚のソーラパネル（Ｐ）を並べて配置すると、支持フレーム（２０）の横の長さは約４ｍになる。実際の太陽光発電では上記のソーラパネル（Ｐ）を多数並べて配置する。［図２］は２枚のソーラパネル（Ｐ）を並べて支持フレーム（２０）に固定した場合の概念的側面図である。

日本で使用する場合には、隣接する２列のソーラパネル（Ｐ）セットの間に例えば約４ｍの間隔を開けることで前方のソーラパネル（Ｐ）の影で後方のソーラパネル（Ｐ）が日陰になるのを避けることができる。

［図５］［図６］は本発明の他の観点から提供されるソーラパネル集合体の概念的斜視図である。本発明のソーラパネル集合体では、本発明のソーラパネルシステムの構造フレーム（２４）が地面に対して斜めに支持される。

［図５］［図６］ではソーラパネル（Ｐ）のセットの列を上下３列に並べて配置し、構造フレーム（２４）に固定してある。本発明では各ソーラパネル（Ｐのセットの）列の間に間隔を開けて配置する。そうすることでソーラパネル（Ｐ）上に積もった雪を上記の間隔から下へ容易に落下させることができる、落雪が一カ所に集中することがなくなる。さらに、ソーラパネル（Ｐ）列の間に空間を設けることで、台風の風圧を逃がすことができ、強風に耐えることができる。

［図５］［図６］の実施例では、本発明のソーラパネル集合体のセットを２列に並べた固定基礎部（６）を構造フレームによって地面に対して斜めに支持している。構造フレーム（２４）はソーラパネル（Ｐ）が有効に太陽光を受光できるような高さと角度を有している。この高さは設置する場所の緯度に依存する。

本発明のソーラパネル集合体の一つの特徴は、ソーラパネル（Ｐ）の列が、互いに間隔を開けた状態で、階段状に構造フレーム（２４）に角度自在に取付けられる点にある。［図５］［図６］の実施例では、左右一対の構造フレーム（２４）に２枚一組のソーラパネル（Ｐ）が支持フレーム（２０）を介して構造フレーム（２４）に対して角度自在に取付けられている。構造フレーム（２４）の下端は地面から例えば約十ｃｍの高さにすることができ、その上端は数ｍの所にすることができる。

本発明のソーラパネル集合体のさらに他の一つの特徴は構造フレーム（２４）の地面への固定方法にある。埋め立て地や軟弱な土地にメガソーラを設置しなければならない場合には、台風の強風によってメガソーラ設備が引き抜かれないようにする必要がある。そのために、本発明では基礎に斜杭を利用する。

［図７］は本発明で使用する斜杭の概念図である。図示した実施例では左右および前後に斜めに延びる４本の斜杭（７１、７２）をコンクリートブロック（６）中に埋め込み、コンクリートブロック（６）中で、構造フレーム（２４）を支持する垂直柱に連結されたビーム（６１）を斜杭（７１、７２）と一体化する。コンクリートブロック（６）はグラウンド（Ｇ）中および／または地表上に支持される。腐食を防ぐために斜杭に腐食防止用の被覆等をすることや、強化プラスチック製の斜杭を使用することもできる。［図８］はコンクリートブロック（６）中でピン（７３、７３‘）を用いてビーム（６１）に斜杭（７１、７２）を固定する方法を示す概念図である。

本発明のソーラパネル集合体のさらに他の一つの特徴は上記コンクリートブロック（６）からなる基礎と、ソーラパネル集合体とを連結プレート（６２）を介して連結して一体化できる点にある。すなわち、斜杭（７１、７２）、コンクリートブロック（６）および上記ビーム（６１）を一体化して地面に設置する工事を先ず先行させる。その際に、全ての連結プレート（６２）が所定の平面内に来るようにする（面を合わせる）。そうすることでソーラパネル集合体の取付けを容易かつ完全に行うことができる。

上記連結プレート（６２）には構造フレーム（２４）を支持する柱（６３）に連結された対抗連結プレート（図示せず）が固定される。柱（６３）は斜めビーム（６４）等で補強することができる。

本発明のソーラパネル集合体のさらに他の一つの特徴はソーラーパネルを人の手で容易に動かすことができるようにし、しかも、強度を保持できる点にある。［図５］［図７］に示す実施例では２枚のソーラーパネＰを並べた状態でソーラパネルＰの背面を支持フレーム（２０）に固定する。２枚のソーラーパネＰの両側を上記の可動可能な固定方法で構造フレーム（２４）に位置自在に固定する。２枚のソーラーパネＰとそれを支持する支持フレーム（２０）の重量は人が容易に持ち上げられる程度の重量である。しかも、ソーラーパネＰとそれを支持する支持フレーム（２０）とから成るユニットは左右上下の最低４点で固定されているので上部である。また、単位ユニットに分かれているので清掃等のメンテナンスが容易になり、多数のパネルを効率よくメンテナンスできる。

本発明のソーラーパネルシステムでは、設置後に、資金の余裕ができた時に追加のオプションパーツを取り付けることが容易にできる。例えば、冬場にはソーラーパネル上に雪が積もって太陽光を遮断したり、豪雪地帯で、雪の重みでソーラーパネルシステムが破損する危険がある場合には荷重センサまたは積雪計を用い、モータを駆動して支持フレームを自動的に回動して雪を落下させることもできる。台風の多い地域では風の無機に従って風圧が少なくなる方向へ支持フレームを回動させることもできる。さらに、従来技術に記載の太陽追尾システムと組み合わせて発電効率を上げることもできる。

Ｐソーラパネル
２０支持フレーム
２１ピボット部材
２３ピボット
２４構造フレーム
２６角度調節手段

Claims

ソーラパネルＰと、このソーラパネルＰの背面を支持する支持フレーム（２０）と、この支持フレーム（２０）をピボット（２３）を介して支持するピボット部材（２１）と、このピボット部材（２１）の上記ピボット（２３）とは反対側端部を剛体支持する構造フレーム（２４）と、この構造フレーム（２４）に対する上記支持フレーム（２０）の傾斜角度を調節するための角度調節手段（２６）とを有するソーラパネルシステムを含み、
支持フレーム（２０）の上下両端部の少なくとも一方の端部にピボット（２６１）されたバー（２６）から成る角度調節手段（２６）と、この角度調節手段（２６）を構造フレーム（２４）に固定する手段（２６２）とをさらに有し、
上記構造フレーム（２４）は複数の上記ソーラパネルシステムを地面に対して互いに独立して斜めに支持できるようになっており、
上記構造フレーム（２４）の下端部を土の中にアンカーする斜杭（７１、７２）をさらに有し、この斜杭（７１、７２）の上端部はコンクリートブロック中で互いに連結され、上記コンクリートブロック中から上方へ支柱（６１）が延び、この支柱（６１）に連結プレート（６２）を固定し、この連結プレート（６２）に上記構造フレーム（２４）の下端部が連結されるようになっていることを特徴とするソーラパネル集合体。