JP6336809B2

JP6336809B2 - 太陽光発電装置

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Publication number: JP6336809B2
Application number: JP2014081567A
Authority: JP
Inventors: 知子相原
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP2015204645A

Description

本発明は、太陽光により発電する太陽光発電装置に関する。

従来より、太陽光により発電を行う太陽光発電装置がある。この太陽光発電装置は、太陽光発電パネルの集合体である矩形平板状の太陽光発電アレイと、この太陽光発電アレイを傾斜した状態で支持する架台と、を備える。
ここで、この太陽光発電アレイは、受光面積を極力増大させるために、南側の辺縁が北側の辺縁よりも下がった状態で配置される。

ところで、以上の太陽光発電アレイに対して、北風が作用すると、太陽光発電アレイに対して浮き上がる方向に風力が加わり、太陽光発電アレイの安定性が低下する、という問題がある。
そこで、以下のような対策が提案されている。

例えば、太陽光発電アレイの前端縁および後端縁に、太陽光発電パネルのパネル面に対して傾斜する風制御板を備えることが提案されている（特許文献１参照）。この風制御板は、太陽光発電パネルに対して、北から南に向かう風向き０°の北風（逆風）に対して、風力による太陽光発電アレイの浮き上がりを防止する。

また、太陽光発電アレイの上端縁に整流板を設けることが提案されている（特許文献２参照）。この整流板によれば、太陽光発電アレイの裏面に侵入する風量を低減できる。

特開２０１３−１７９２５０号公報特開２０１３−７３９５８号公報

しかしながら、特許文献１、２に示された太陽光発電装置では、北から所定の角度で吹き付ける風向き０度〜９０度の北から北西の風に対しては、検討されていない。現実には、北風であっても風向が一定することはなく、北から北西の風は、太陽光発電アレイの隅角部付近において上向きに作用して、ねじれが加わり、太陽光発電アレイが損傷するおそれがあった。
また、このような北から北西の風に抵抗するために、架台の寸法や重量を大きく必要があり、太陽光発電装置の建設費用が高額となるおそれがあった。

本発明は、低コストで太陽光発電パネルの損傷を防止できる太陽光発電装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の太陽光発電パネル構造（例えば、後述の太陽光発電装置１）は、矩形状の太陽光発電パネル（例えば、後述の太陽光発電アレイ２０）と、当該太陽光発電パネルを傾斜した状態で支持する支持部（例えば、後述の架台３０）と、前記太陽光発電パネルの上辺縁（例えば、後述の上辺縁２１）および側辺縁（例えば、後述の側辺縁２４）に上向きに突出して設けられた板状の風制御部（例えば、後述の風制御部４０、４０Ａ）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、板状の風制御部により、北西からの風のように、矩形状の太陽光発電パネルに対して斜め方向から吹き付ける風に対して、太陽光発電パネルに作用する風力を十分に低減して、太陽光発電パネルの損傷を防止できる。
また、風制御部は簡易な構造であるので、製造容易であるうえに、支持部の剛性をそれほど高める必要はないので、低コストとなる。

請求項２に記載の太陽光発電パネル構造は、前記風制御部は、前記太陽光発電パネルの辺縁に略平行な方向を回転軸として回転可能であることを特徴とする。

この発明によれば、風制御部を、太陽光発電パネルの辺縁に略平行な方向を回転軸として回転可能とした。したがって、風制御部が回転することで、風の勢いを弱めて、太陽光発電パネルに作用する風力をより低減できる。

請求項３に記載の太陽光発電パネル構造は、前記風制御部は、前記太陽光発電パネルの上辺縁と側辺縁とが交差する出隅部（例えば、後述の出隅部２５）に、所定長さに亘って設けられることを特徴とする。

本発明の太陽光発電パネル構造は、前記風制御部の高さは、前記太陽光発電パネルの側辺縁の長さの１／１５以上であることが好ましい。

本発明によれば、低コストで太陽光発電パネルの損傷を防止できる。

本発明の第１実施形態に係る太陽光発電装置の斜視図である。前記実施形態に係る太陽光発電装置の側面図である。前記実施形態に係る太陽光発電アレイの平面図である。風圧実験により得られる風力係数の負のピークの風向変化を示す図である。風圧実験により得られる風力係数の分布を示す図（その１）である。風圧実験により得られる風力係数の分布を示す図（その２）である。風圧実験により得られる風力係数の分布を示す図（その３）である。風圧実験により得られる風力係数の分布を示す図（その４）である。風圧実験により得られる風力係数の分布を示す図（その５）である。本発明の第２実施形態に係る太陽光発電装置の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽光発電パネル構造としての太陽光発電装置１の斜視図である。図２は、太陽光発電装置１の側面図である。
この太陽光発電装置１は、太陽光発電パネル１０の集合体である矩形平板状の太陽光発電アレイ２０と、この太陽光発電アレイ２０を傾斜した状態で支持する支持部としての架台３０と、太陽光発電アレイ２０の上辺縁２１および側辺縁２４に上向きに突出して設けられた板状の風制御部４０と、を備える。

図３は、太陽光発電アレイ２０の平面図である。
太陽光発電アレイ２０は、太陽光発電パネル１０を縦方向に９列、横方向に４列並べたものである。
この矩形状の太陽光発電アレイ２０の４つの辺縁は、北側の辺縁２１、東側の辺縁２２、南側の辺縁２３、および西側の辺縁２４で構成される。
このうち、この太陽光発電アレイ２０は、受光面積を極力増大させるために、南側の辺縁２３が北側の辺縁２１よりも下がった状態で配置される。
したがって、北側の辺縁２１は、上辺縁であり、南側の辺縁２３は、下辺縁であり、東側の辺縁２２および西側の辺縁２４は、側辺縁となる。

風制御部４０は、平面視で略Ｌ字形状であり、上辺縁２１と側辺縁２４とが交差する出隅部２５に、所定長さに亘って設けられる。

以下、図３に示すように、風向について、真北を基準つまり風向０°として、西を９０°、南を１８０°、東を２７０°のように、風向を反時計回りに角度で表す。
つまり、北から南に向かう風は風向き０°であり、南から北に向かう風は風向き１８０°とする。

また、実大寸法では、太陽光発電アレイ２０は、約１ｍ×１ｍの太陽光発電モジュールを複数枚並べて一体化したものであり、その大きさは、４ｍ×９ｍである。また、太陽光発電アレイ２０の受光面の傾斜角度は、水平面に対して３０°である。
さらに、風制御部４０の高さは３０ｃｍ、風制御部４０の上辺縁２１に沿った長さは２ｍ、側辺縁２４に沿った長さは２ｍである。

［実施例］
以下、本発明の比較例および実施例について、風圧実験を行った。
上述の太陽光発電アレイ２０の１/４０の縮小模型を製作した。つまり、太陽光発電アレイ２０の縮小模型の大きさを、１００ｍｍ×２２５ｍｍとした。また、風制御部４０の長さは、５０ｍｍ（実大寸法で２ｍ相当）とした。また、風制御部４０の高さは、７.５ｍｍ（実大寸法で３０ｃｍ相当）、あるいは、５ｍｍ（実大寸法で２０ｃｍ相当）とした。また、太陽光発電アレイ２０の傾斜角度は、３０°とした。

そして、太陽光発電アレイ２０に風制御部を設けないものを、比較例１とした（図５参照）。
また、太陽光発電アレイ２０の上辺縁２１のみに風制御部４０を設けたものを、比較例２とした（図６参照）。この比較例２では、風制御部の長さは、５０ｍｍ（実大寸法で２ｍ相当）とし、高さは７.５ｍｍ（実大寸法で３０ｃｍ相当）とした。

また、太陽光発電アレイ２０の出隅部２５の上辺縁２１および側辺縁２４に風制御部４０を設けたものを、実施例１、２とした。
このうち、実施例１では、風制御部４０の上辺縁２１に沿った長さは、２２５ｍｍ（実大寸法で９ｍ相当）、側辺縁２４に沿った長さは、５０ｍｍ（実大寸法で２ｍ相当）とした（図７参照）、風制御部４０の高さは、７.５ｍｍ（実大寸法で３０ｃｍ相当）とした。

また、実施例２では、風制御部の上辺縁２１に沿った長さは、５０ｍｍ（実大寸法で２ｍ相当）、側辺縁２４に沿った長さは、５０ｍｍ（実大寸法で２ｍ相当）とした（図８参照）、風制御部４０の高さは、７.５ｍｍ（実大寸法で３０ｃｍ相当）とした。

すなわち、縮小模型の長辺方向の長さをａとし、短辺方向の長さをｂと仮定すると、実施例１では、風制御部４０の上辺縁の長さはａとなり、側辺縁の長さは０.５ｂとなる。また、実施例２では、風制御部４０の上辺縁の長さは０.２ａ（＝０.５ｂ）で、側辺縁の長さは０.５ｂとなる。

以上の比較例１、２および実施例１、２の縮小模型に対して、地表面粗度区分ＩＩで風圧実験を行い、風力係数を測定した。風圧実験における風の風向を、０〜９０°の範囲で１０°刻みで変化させた。

図４は、風圧実験により得られる風力係数の負のピークの風向変化を示す図である（風制御部４０の高さが７.５ｍｍの場合）。図４中、横軸は、風向であり、縦軸は、風力係数の負のピークである。すなわち、０〜９０°の範囲の風向で風圧実験を行った結果、負の方向つまり太陽光発電アレイが浮き上がる方向に作用する風力係数のピーク値は、図４のように変化する。
風力係数とは、風力の大きさを示す係数であり、プラスは下向きの風、マイナスは上向きの風を意味する。この風力係数がゼロに近いほど、風力が小さいことを意味する。

図５〜図８は、比較例１、２および実施例１、２について、風圧実験により得られる風力係数の分布を示す図である。図５〜図８は、風圧実験の結果、風力係数のピーク値が最大となった風向を特定して、この特定の風向における風力係数の分布を示したものである。
なお、これら図５〜図８では、風力係数を１００倍して表示している。

比較例１では、図４に示すように、風向５０°の場合に、負側の風力係数のピーク値が最大となり、その値は−６．６３となる。この風力係数の符号はマイナスであるので、上向きの風力であることが判る。また、この風力係数が−６．６３となる位置は、図５より、太陽光発電アレイ２０の上辺縁２１の出隅部２５寄りの位置であることが判る。

比較例２では、図４より、風向４０°の場合に、負側の風力係数のピーク値が最大となり、その値は−８．６５となる。この風力係数の符号はマイナスであるので、上向きの風力であることが判る。また、この風力係数が−８．６５となる位置は、図６より、太陽光発電アレイ２０の出隅部２５付近であることが判る。

実施例１では、図４より、風向４５°の場合に、負側の風力係数のピーク値が最大となり、その値は−５．７４となる。この風力係数の符号はマイナスであるので、上向きの風力であることが判る。また、この風力係数が−５．７４となる位置は、図７より、太陽光発電アレイ２０の出隅部２５付近であることが判る。

実施例２では、図４より、風向４０°の場合に、負側の風力係数のピーク値が最大となり、その値は−５．３８となる。この風力係数の符号はマイナスであるので、上向きの風力であることが判る。また、この風力係数が−５．３８となる位置は、図８より、太陽光発電アレイ２０の出隅部２５付近であることが判る。

以上のように、比較例１に比べて、実施例１は、１３％、実施例２は、１９％風力を低減できることが判る。

また、北風が太陽光発電パネル１０に及ぼす影響を確認する目的で、実施例２の縮小模型において風制御部４０の高さを５ｍｍとしたものを、実施例３として製作し、風圧実験を行った。
図９は、比較例１、実施例２、および実施例３について、風圧実験により得られる風力係数の負のピークの風向変化を示す図である。

実施例３では、図９に示すように、風向４０°の場合に、負側の風力係数のピークが最大となり、その値は−６.３８となる。
したがって、実施例３は、実施例２に比べて、風力係数の最大値が１８％程度大きい。よって、風制御部４０の高さが７.５ｍｍ（実大寸法で３０ｃｍ相当）である実施例２は、風制御部４０の高さが５ｍｍ（実大寸法で２０ｃｍ相当）である実施例３よりも、風力を低減できることが判る。

以上より、風制御部４０は、太陽光発電アレイ２０の出隅部２５付近の上辺縁２１および側辺縁２４に沿って、それぞれ、短辺である側辺縁２４の５０％程度の長さとし、高さを実大寸法で３０ｃｍ程度とすることで、太陽光発電アレイ２０に作用する風力を大きく低減できることが判る。
また、無孔壁では、この無孔壁の高さの１０倍以上も風下側まで風速低減効果が及ぶことが判っている（「ビル風の基礎知識」、鹿島出版会、２００５年１２月１０日発行、ＰＰ．７４〜ＰＰ．７９）。したがって、実施例２のように、無孔壁である風制御部４０の高さが実大寸法で３０ｃｍ程度であれば、十分な風力低減効果を得られると推定される。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）板状の風制御部４０により、北西からの風のように、矩形状の太陽光発電アレイ２０に対して斜め方向から吹き付ける風に対して、太陽光発電アレイ２０に作用する風力を十分に低減して、太陽光発電パネル１０の損傷を防止できる。
また、風制御部４０は簡易な構造であるので、製造容易であるうえに、架台３０の剛性をそれほど高める必要はないので、低コストとなる。

（２）太陽光発電パネル１０の側辺縁２４の長さは４ｍであり、風制御部４０の高さを、この側辺縁２４の長さの１／１５以上の３０ｃｍとしたので、風力の低減効果が大きく、太陽光発電パネル１０の損傷を防止できる。

〔第２実施形態〕
図１０は、本発明の第２実施形態に係る太陽光発電装置１Ａの斜視図である。
本実施形態では、風制御部４０Ａの構造が、第１実施形態と異なる。
すなわち、風制御部４０Ａは、所定間隔おきに設けられた複数の支柱４１と、これら支柱４１同士の間に回転軸４３で回転可能に設けられた回転板４２と、を備える。
回転板４２は、太陽光発電アレイ２０の上辺縁２１および側辺縁２４に略平行な方向を回転軸として、回転可能である。

本実施形態によれば、上述の（１）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（２）風制御部４０Ａを、太陽光発電アレイ２０の辺縁２１、２４に略平行な方向を回転軸として回転可能とした。したがって、風制御部４０Ａが回転することで、太陽光発電パネル風の勢いを弱めて、太陽光発電アレイ２０に作用する風力をより低減できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１、１Ａ…太陽光発電装置（太陽光発電パネル構造）
１０…太陽光発電パネル
２０…太陽光発電アレイ
２１…上辺縁
２２、２４…側辺縁
２３…下辺縁
２５…出隅部
３０…架台（支持部）
４０、４０Ａ…風制御部
４１…支柱
４２…回転板
４３…回転軸

Claims

矩形状の太陽光発電パネルと、
当該太陽光発電パネルを傾斜した状態で支持する支持部と、
前記太陽光発電パネルの上辺縁および側辺縁に上向きに突出して設けられた板状の風制御部と、を備え、
当該風制御部のうち前記側辺縁に設けられた部分は、前記側辺縁の一部にのみ設けられることを特徴とする太陽光発電装置。
前記風制御部は、前記太陽光発電パネルの辺縁に略平行な方向を回転軸として回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
前記風制御部は、前記太陽光発電パネルの上辺縁と側辺縁とが交差する出隅部に、所定長さに亘って設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電装置。