JP6211656B1 - ケーブル懸架型空中太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電パネルが振動し難いケーブル懸架型空中太陽光発電装置を提供する。【解決手段】前後対の支柱１ａ、１ｂを左右方向に離して地盤Ｇ上に設け、その支柱１ａ、１ｂの間に前後のケーブル２ａ、２ｂを架設し、そのケーブルにフレーム１０を介して太陽光発電パネルＰを取り付けたケーブル懸架型空中太陽光発電装置である。フレーム１０は、前後のケーブル間に架設された左右対のフレーム杆１１、１１と、その対のフレーム杆の間に、そのフレーム杆の上面に固定された前後対の母屋材１２とからなり、その母屋材上面にパネルＰを設けている。パネルと母屋材の空間を通って空気（風）が流れ、母屋材の存在によって風の流れがスムーズとなり、風向きによって剥離から再付着が促進される。この空間内の流れ、及び再付着によってパネルの振動が抑制され、その振動が抑制されれば、支柱間のケーブ支間を長くし得て種々な地形条件への適用が可能となり、コストダウンにもなる。【選択図】図３

Description

この発明は、太陽光発電パネルをケーブルに支持するケーブル懸架型空中太陽光発電装置に関するものである。

近年、再生可能エネルギーのひとつである太陽エネルギーを利用した太陽光発電は、環境に配慮したシステムとして普及が進んでいる。その太陽光発電のためのモジュール（太陽光発電パネル）は、農耕不適切地や農耕放棄地、空き地等の平地や各種建築物の屋根部分に専用フレームを介した固定設置型（路地置き、野地置き）が主流である。
しかし、国土の狭い我が国においては、太陽光発電パネル（以下、適宜に、単に「パネル」とも称する。）を設置する平地や屋根は限られており、駐車場の上、建造物の上、河川の上等の他の各種の場所（地盤）に設置することが望まれている。

このため、前後対の支柱を左右方向に離して地盤上に設け、その左右の前側の支柱の間、及び左右の後側の支柱の間に、それぞれケーブルを懸架し、その前後のケーブルの間にフレームを架設し、そのフレームに太陽光発電パネルを取り付けたケーブル懸架型空中太陽光発電装置（設備）が提案されている（特許文献１図１等、特許文献２図１等参照）。
このケーブル懸架型空中太陽光発電装置は、支柱さえ構築出来れば、ケーブル下方の態様は選ばないため、駐車場や建造物のみならず、河川、谷などでも設置することができる。

特開２０１２−６０００９５号公報 特開２０１５−３７１６３号公報

太陽光発電パネルは、型式（タイプ）にもよるが、その重量は１２ｋｇ／ｍ^２程度であって、被設置物としては大きな重量ではない。しかし、上記ケーブル懸架型空中太陽光発電装置においては、コスト面もさることながら、風によるパネルの振動（揺れ）等が問題となる。このとき、支柱間のスパンを短くしたり、揺れ防止用ケーブルを張渡したりすれば、その振動を抑制できる。また、パネルのケーブルへの支持構造はシンプルであればコストの低減を図り得るが、上記フレーム等の架台とケーブルとの接続部は複雑な構造のものが多い。

この発明は、以上の実状の下、ケーブル懸架型空中太陽光発電装置において、上記左右の支柱間、すなわち、上記スパンを長くすること等を課題とする。

上記課題を達成するため、この発明は、ケーブルに太陽光発電パネルを懸架する架台の構成に工夫を行って風によるパネルの振動を防止するようにしたのである。
パネルが振動しなければ、上記スパンも長くすることができ、支柱の数も少なくし得てコストの低減を図ることができる。

具体的には、前後対の支柱を左右方向に離して地盤上に設けた吊り構造部と、前記左右の前側の支柱の間、及び左右の後側の支柱の間に、それぞれ懸架されたケーブルと、その前後のケーブルの間に架設されたフレームと、そのフレームに取り付けた太陽光発電パネルと、を備えるケーブル懸架型空中太陽光発電装置において、前記フレーム（架台）は、前後のケーブルの間に架設された左右対のフレーム杆と、その対のフレーム杆の間に、そのフレーム杆の上面に固定された母屋材とからなり、その母屋材の上面に太陽光発電パネルを設けた構成としたのである。
このように構成すると、後述するように、太陽光発電パネルとフレーム杆の間に、母屋材によって空間が形成され、その空間を空気（風）が通り抜けるため、空気力を弱め、パネルの振動は抑制される。

この構成において、上記各太陽光発電パネルは支柱を設けた地盤の傾斜角度に合わせることが好ましい。このようにすれば、風（気流）は、通常、地盤表面に沿って流れるため、パネル（表面）がその方向になっている（地盤の傾斜角度に合わせた）ことにより、風によるパネルへの抗力が少なくなる。
また、上記フレームの前後左右を前後のケーブルにそれぞれ上下方向の支持杆を介して取り付ければ、ケーブルと太陽光発電パネルとの間に空間が形成され、その空間を空気（風）が通り抜けるため、パネルの振動は抑制される。その支持杆によるパネルのケーブルへの取付は、例えば、支持杆の一端がフレームに固定され、支持杆の他端は調整板に不動に固定され、その調整板は、ケーブルを挟持してボルトで締結固定された止め板に長孔を介してボルト・ナットで締結固定されている構成を採用することができる。長孔内のボルトの位置によってパネル表面の水平に対する角度等を調節することができる。
さらに、左右の支柱の間に懸架されたケーブルの中程からのステイケーブルを地盤に固定すれば、風によるフレーム全体が回転するダイバージェンスを抑制し得るため、太陽光発電パネルの不安定現象も抑制される。

この発明は、以上のように構成して、太陽光発電パネルに作用する風の抗力が極力働かないようにしたので、パネルの振動が抑制され、これによって、支柱間のスパンを長くすることができて、コストの低減を図ることができる。スパンを長くし得ることは、支柱間隔を広げることとなり、高低差のある地形に対して太陽光発電装置の設置を可能とし得る。

この発明に係るケーブル懸架型空中太陽光発電装置の一実施形態を示す概略設置説明用正面図 同概略設置説明平面図 図１の要部拡大図であり、（ａ）は太陽光発電パネルの懸架部の正面図、（ｂ）は同側面図 図１の要部側面図 図１のステイケーブル部分を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図 同実施形態の作用図 他の実施形態の太陽光発電パネルの懸架部の正面図 ケーブル懸架型空中太陽光発電装置における支柱の各構成図 他の各実施形態を示す概略設置説明用正面図 この発明に係る太陽光発電パネルの配置態様を示し、（ａ）は概略設置説明用正面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図

以下、この発明に係るケーブル懸架型空中太陽光発電装置（設備）の一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。
この実施形態のケーブル懸架型空中太陽光発電装置は、従来と同様に、図１、図２に示すように、前後対の支柱１ａ、１ａ、１ｂ、１ｂ（総称符号１）を左右方向に離して地盤Ｇ上に設けた吊り構造部と、前記左右の前側の支柱１ａ、１ａの間、及び左右の後側の支柱１ｂ、１ｂの間に、それぞれ懸架されたケーブル２ａ、２ｂ（総称符号２）と、その前後のケーブル２ａ、２ｂの間に架設されたフレーム１０と、そのフレーム１０に取り付けた太陽光発電パネルＰとからなる。

支柱１の設置態様は、図８に示す、単独柱式（同図（ａ））、ラーメン柱式（同図（ｂ））、トラス柱式（同図（ｃ））等が考えられるが、この実施形態においてはトラス柱式を採用した。この支柱１へのケーブル２の懸架は、従来周知の締結・緊張構造を採用する。
上記フレーム１０は、前後のケーブル２ａ、２ｂの間に架設された左右対のフレーム杆（支持梁）１１、１１と、その対のフレーム杆１１、１１の間に、そのフレーム杆１１の上面に固定された対の母屋材１２、１２と、対のフレーム杆１１の両端部を連結固定するアングル材１３とからなる上面母屋材１２、１２付の四角枠である（図２参照）。その対の母屋材１２、１２の上に、その前後（図２においては左右）に二個並列の太陽光発電パネルＰを長さ方向に４行並べて取り付けてある。このパネルＰの取付態様は、４行以外に６行等と任意である。その母屋材１２のフレーム杆１１及びパネルＰの母屋材１２へのそれぞれの取付は、従来の固定設置型と同様にボルト・ナット等によって行う（図４参照）。

その太陽光発電パネルＰ付フレーム１０が上記支柱１間に架設されたケーブル２に懸架（懸垂）される。その懸架は、図３に示すように、対の止め板１５、１５と、調整板１６と、吊りボルト（（支持杆）１７とによって行っている。その構成は、まず、止め板１５、１５をケーブル２に挟持してボルト・ナット１８によって締結する。つぎに、調整板１６に溶接固定された吊りボルト１７をアングル材１３に挿し通してナット１８ａによって締結する。止め板１５には横方向の弧状長孔１９が形成されており、その長孔１９にボルト・ナット１９ａを通して締結することによって止め板１５に調整板１６が締結固定される。このとき、長孔１９内のボルト１９ａの位置を移動させたり、吊りボルト１７の長さや下部ネジ部のアングル材１３との締結位置を調整したりしてパネルＰが地盤Ｇの表面に平行になるようにする。この実施形態では地盤Ｇの表面（地面）が水平のためパネルＰは水平になっている。

この実施形態は、フレーム１０の左右二個所でケーブル２に取り付けているが、三個所以上と任意である。その両懸架個所（吊りボルト１７）間のほぼ中央にも止め板１５が締結固定されており（図３（ａ）参照）、この止め板１５は、ワイヤ１５ａによってフレーム１０（アングル材１３）に連結されて、吊りボルト１７が何らかの事由によってフレーム１０（パネルＰ）から外れた場合、フレーム１０（パネルＰ）が落下することを防止する。
フレーム杆１１と母屋材１２との間、吊りボルト１７とアングル材１３との間には高減衰ゴム片１４を介在してボルト緩みの防止と振動吸収を図っている（図３（ｂ）、図４参照）。

図１、図５に示すように、ケーブル２の中程にステイケーブル３０を接続して地盤Ｇに固定している。そのステイケーブル３０は、上記止め板１５等と同一構成の止め板３１等によってケーブル２に締結固定され、地盤Ｇにはアンカー台３２によって固定されている。このステイケーブル３０によって、風によるフレーム１０全体が回転するダイバージェンスの発生やパネルＰの振動が抑制される。図中、３３はシャックル、３４はワイヤーグリップである。

この実施形態のケーブル懸架型空中太陽光発電装置は以上の構成であり、図１に示すように、ケーブル２は自碇式構造となって、パネルＰが地面（地盤）Ｇと平行となって、太陽光を受けることによって発電する。
一方、風ｗが吹くと（気流ｗが生じると）、通常、その風ｗは地盤表面（地面）に沿って流れるため（図１０参照）、パネルＰ（表面）がその方向になっていることにより、風ｗによるパネルへの抗力が少なくなる。このため、パネルＰの振動が抑制される。すなわち、パネルＰは地盤Ｇの傾斜角度となっている（合わせている）ため、パネルの振動が抑制される。

このとき、左右方向（図２において左右方向）においては、図６（ａ）に示すように、パネルＰの側面に当たった風（気流）ｗは、その側面の角で分流し、パネルＰの下側にも隙間があり、風ｗは流れやすく、抗力は小さく抑えられている。そのパネルＰの表面（上面）を流れる風ｗはパネルＰを押し付け、同裏面（下面）を流れる風ｗは、母屋材１２があるもののフレーム杆１１とパネルＰとに間隙があって、その下側をより速い速度で流れるため、上側より圧力が低下し、パネルＰには大きな揚力を与えない。このため、パネルＰは下方に押し付けられてケーブル２に与える振動は抑えられる。

また、前後方向（図２において上下方向）においては、図６（ｂ）に示すように、パネルＰの側面に当たった気流ｗは、その側面の角で分流し、パネルＰの表裏面を流れる。このとき、パネルＰの表面（上面）を流れる風ｗはパネルＰを押し付け、同裏面（下面）を流れる風ｗは、母屋材１２に当たって母屋材１２への再付着等が生じる。この再付着によってパネルＰへの揚力等が抑えられる。また、この場合も下側の流速が上側より速くなり、下側の圧力は低下し、パネルＰは下方に押し付けられてケーブル２に与える振動は抑えられる。
以上の作用によって、この実施形態のパネルＰは振動することが極めて少ない。
なお、支柱１も、水平断面十字状とすると、一方向において、剥離点と再付着点が生じて耐風対策した構造とし得る。

この実施形態のケーブル懸架型空中太陽光発電装置において、海岸沿いの平地に、図１に示す、ケーブル支間長Ｌ：２２．４ｍ、ケーブル間：７．１１ｍ、支柱１の高さ：４．５ｍ、ケーブル２のサグ（最下降長さ）：１．６５ｍとした実機を製作した。
このケーブル懸架型空中太陽光発電装置に対し、前後ケーブル２ａ、２ｂの端部から１／６×Ｌ（≒３．７ｍ）点に小型３軸加速度計を取り付けた。その加速度計の取り付けは、複数のモードが算出できるように、事前に行なった振動解析により鉛直方向に卓越した低次のモードの振幅が大きくなる位置とした。
計測に当たっては，加振試験により基本的な特性を明らかにするとともに，支柱上部に設置した風向計及び風速計にて風況を確認し、加速度と同時にその計測値を記録させることとした。なお、加速度の計測については加速度計に０．２Ｇ以上の値が検出されてから、約２００秒をサンプリング間隔５０ｍｓｅｃで計測した。

この計測において、風速は瞬間最大で３３ｍ／ｓ程度を記録したが，ダイバージェンスやフラッターなどの不安定現象は発生せず、計測結果より、強風時の振動は、バフェッティング振動であって、強風時においてもその振幅は小さく、十分な耐風安定性能を有していることを確認した。現在、このケーブル懸架型空中太陽光発電装置の運転に特段の問題は生じていない。
この計測により、強風の発生する頻度の高い地域においても，このケーブル懸架型空中太陽光発電装置が同様な耐風安定性能を有することが期待できる。

上記実施形態においては、パネルＰを下方に懸架した（吊り下げ型とした）が、図７に示すように、上掛け型とし得る。このとき、上掛けボルト１７’は鋼棒とし、アングル材１３の下面にフレーム杆１１と同一形状の梁材２１を溶接等によって設け、その梁材２１の側面に筒材２２を溶接固定し、その筒材２１に上掛けボルト１７’を通してナット２３で止める。吊り下げ型にあっては、吊り下げボルト１７は支障が無い限りにおいて可撓性を有するワイヤとすることもでき、上掛け型においても、図３（ａ）に示すワイヤ１５ａによるフレーム１０（パネルＰ）の落下防止構造を採用できる。

このケーブル懸架型空中太陽光発電装置は、図２に示すように、４本の支柱１（１ａ、１ａ、１ｂ、１ｂ）からなるスペースに構成するものであったり、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、左右方向に三本以上の支柱１を立てたり、前後方向に三本以上の支柱１を立てたりして、パネルＰを所要枚数縦横に懸架する構成とし得ることは勿論である。また、支柱１の支え方式も、図９（ａ）に示す方杖式や、同図（ｂ）に示すアンカーレッジ式などを適宜に採用できることは言うまでもない。

この実施形態のケーブル懸架型空中太陽光発電装置は、海岸沿いの平地に構築したが、下側に広い空間を確保出来る場所、例えば、駐車場や、建築物の上方等においても設置でき、また、種々の河川の両護岸間などに設置し得ることは勿論である。河川の場合、山間の谷の両岸間にも設置できる。日照問題に支障がなければ、農地、牧場等においても設置出来る。

その各設置において、上記のように、各太陽光発電パネルＰは支柱１を設けた地盤Ｇの傾斜角度（地盤Ｇの表面に沿う気流）に合わせて傾斜させることが好ましい。例えば、図１０（ａ）に示すように、起伏表面（地面）ｆの地盤Ｇであって、気流ｗの方向が傾くことが予測される場合には、気流ｗの方向に合わせてパネルＰを設置することで風によるパネルＰへの抗力を抑えることができる。そのとき、同図に示すように、支持杆１７は、鉛直方向（重力方向）とするのが好ましく、パネルＰの傾斜角度は、地盤面（地面）ｆの傾斜を考慮して決定した気流解析によって（気流ｗの方向を流体解析等で予測して）適宜に設定し、支持杆１７の長さ調整や長孔１９内のボルト１９ａの位置を移動させる等による調整によって前記設定した傾斜角度にする。また、同図（ｂ）に示すように、各パネルＰとケーブル２との中心（支持杆１７、１７の鎖線で示す中心線）の高さｈは一定とすることが好ましい。地面ｆが平坦な場合、一般的にはパネルＰは地盤面と平行となる。

なお、パネルＰのケーブル２への取付手段としては、フレーム１０とパネルＰを各種の工場で別々に組み立て、クレーンでそれらを所定の位置に吊り込み、ケーブル２の下側に架設時用とメンテナンス時用にケーブルを張り渡し、移動可能な足場によりボルト１８、１９ａの締め等の取付作業をする。
因みに、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されることは言うまでもない。

１、１ａ、１ｂ 支柱
２、２ａ、２ｂ ケーブル
１０ フレーム（架台）
１１ フレーム杆（支持梁）
１２ 母屋材
１３ アングル材
１５ 止め板
１７ 吊りボルト（支持杆）
１９ 長孔
３０ ステイケーブル

Claims (4)

1. 前後対の支柱（１、１ａ、１ｂ）を左右方向に離して地盤（Ｇ）上に設けた吊り構造部と、前記左右の前側の支柱（１ａ、１ａ）の間、及び左右の後側の支柱（１ｂ、１ｂ）の間に、それぞれ懸架されたケーブル（２、２ａ、２ｂ）と、その前後のケーブル（２ａ、２ｂ）の間に架設されたフレーム（１０）と、そのフレーム（１０）に取り付けた太陽光発電パネル（Ｐ）と、を備えるケーブル懸架型空中太陽光発電装置において、
   上記フレーム（１０）は、前後のケーブル（２ａ、２ｂ）の間に架設された左右対のフレーム杆（１１、１１）と、その対のフレーム杆（１１、１１）の間に、そのフレーム杆（１１）の上面に固定された母屋材（１２、１２）とからなり、その母屋材（１２）の上面に上記太陽光発電パネル（Ｐ）を設けたケーブル懸架型空中太陽光発電装置。
2. 上記各太陽光発電パネル（Ｐ）を、上記支柱（１）を設けた地盤（Ｇ）の傾斜角度に合わせた請求項１に記載のケーブル懸架型空中太陽光発電装置。
3. 上記フレーム（１０）の前後左右が上記前後のケーブル（２ａ、２ｂ）にそれぞれ上下方向の支持杆（１７，１７’）を介して取り付けられており、その支持杆の一端は前記フレーム（１０）に固定され、支持杆（１７，１７’）の他端は調整板（１６）に不動に固定され、その調整板（１６）は、ケーブル（２ａ、２ｂ）を挟持してボルト（１８）で締結固定された止め板（１５、１５）に長孔（１９）を介してボルト・ナット（１９ａ）で締結固定されている請求項１又は２に記載のケーブル懸架型空中太陽光発電装置。
4. 左右の支柱（１、１）の間に懸架されたケーブル（２）の中程からのステイケーブル（３０）を地盤（Ｇ）に固定した請求項１乃至３の何れか１つに記載のケーブル懸架型空中太陽光発電装置。

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