JP6377503B2 - 空中ワイヤによる太陽光発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、農地などを活用しつつも、極力営農を妨げない空中ワイヤによる太陽光発電設備に関するものである。特に、本発明は、後に明らかにするように、「米と発電の二毛作」を可能とするものである。

東日本大震災及びそれに伴う福島第一原発事故に直面した我が国において、原発に代わる代替エネルギーの提供手段が求められている。

代替エネルギーを得るため、メガソーラーに代表されるように、広い面積に多数の構造体を固定し、これらの構造体に太陽光発電モジュールを取り付けて発電する事業が展開されている。しかしながら、このようにすると発電のためだけに、広い面積を確保する必要があるだけでなく、大規模な構造体を構築せざるを得ず、多大なコストが必要になる。

一方、我が国は６５歳以上の高齢者が人口の４分の１を占める超高齢化に直面し、高齢者を単に社会保障制度で保護するだけでなく、むしろ健常な高齢者が一日あたり約４時間程度働ける職場を作り、そこで４時間程度働いて収入を得てもらうなど、社会的役割を担ってもらい、生きがいを感じるような施策がとられることが望ましい。

このような難しい局面を打開するための一手法として、本発明者は、農地（田んぼ、畑、牧草地等）において農家及び健常な高齢者を中心に作業を行い、太陽光発電を行うことを熟考している。

現在の局面を整理すると、次のような問題点がある。

第１に、東日本大震災に伴う福島第一原子力発電所の事故を契機として、原子力発電の安全神話が破壊され、原子力発電は信頼を失い停止に追い込まれている。

第２に、火力発電所において化石燃料を燃やし、原発の停止による電力不足を補っているが、このようにすると、地球温暖化ガスの大量発生や燃料輸入による貿易赤字等の重大なマイナス作用が避けられない。

第３に、就農者の高齢化の問題に加え、ＴＰＰに関する交渉を進めるなか、我が国の農業あるいは農村の将来が危ぶまれている。

これら諸問題を一挙に解決する方策として、本発明者は「米と発電との二毛作」を提案し、本願において「米と発電との二毛作」を実現するための具体的技術を開示する。本発明者は、農地等においてこの方式による発電量が５年程度で総発電量の１％（金銭ベースで１兆円）を超えれば、「米と発電との二毛作」が社会事業としても認知されるであろうと予想している。

「米と発電との二毛作」といっているのは、農地が太陽光発電に活用され、農地が田んぼであれば、農地で米と電気の両方を生産できるからである。

さて、特許文献１（特開２００３−３１８４３０号公報）は、太陽電池モジュールを蝶番で折畳自在に接続し、さらに太陽電池モジュールの両側部を一対のワイヤロープに係止する技術を開示する。
特開２００３−３１８４３０号公報 特開平１０−１２５９４５号公報 特開平１１−６８１３５号公報 特開平１１−１４５５０３号公報

しかしながら、特許文献１によっても、これを農地に設置すると、日照が著しく妨げられ収穫に与える影響は甚大とならざるを得ない。

従来技術を農地に用いると、農作業を著しく邪魔することになる。つまり、従来技術によると、「米と発電の二毛作」を行えない。

そこで本発明は、ワイヤを使用しながら、営農における収穫減を抑制しつつ発電できる空中ワイヤによる太陽光発電設備を提供することを目的とする。

第１の発明に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備は、地中から所定高さまで起立し、一定方向について所定距離だけ隔てて相対向する一対の架台を設け、一対の架台の上面において一定方向を向く一方の辺に第１ワイヤガイドを、他方の辺に第２ワイヤガイドをそれぞれ設け、第１ワイヤガイドと第２ワイヤガイドにそれぞれ平行に案内される一対のワイヤを、一対の架台に架け渡し、一対のワイヤの張力を調整する張力調整器を一対の架台の少なくとも一方に設け、一対のワイヤのそれぞれを一対のパイプに貫通させ、一対のパイプの所定箇所に一対の布板のフックを係止し、一対の布板に太陽電池モジュールを固定する。

この構成において、一対の架台間には、一対のワイヤが掛け渡され、これらのワイヤは一対のパイプに通される。さらに、一対のパイプには、一対の布板が係止され、一対の布板に太陽電池モジュールが固定される。つまり、太陽電池モジュールは、地面からかなり高い位置にあり、空中に存在していることになる。

太陽電池モジュールの下方には、光が通りうる空間が空けられており、太陽光発電設備が農地に設置されている場合でも、日照が大幅に損なわれることはない。本発明者の試算によれば、太陽光発電設備同士の間隔や一対の架台間に設置される太陽電池モジュールの個数を適切に設定すれば、収穫量に与える影響はほとんど生じず、１反あたり１５ＫＷ程度の発電を行える。

太陽電池モジュールは、地面からかなり高い位置にあり、太陽電池モジュールの下方をたとえば耕運機等のように農作業に使用される機械類を支障なく走行させることができる。

第２の発明に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備では、第１の発明に加え、一対の架台は、複数の足場用の建枠を上下に積み重ねて構成される。

この構成により、入手しやすくかつ安価な市販の枠組足場用の建枠を利用して、架台を構成できる。

第３の発明に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備では、第１の発明に加え、一対の架台の下部は、地中に設置され、内部に水抜孔が開設され、錘が載置されるベースプレートに連結される。

この構成により、架台に耐力が作用するが、水抜孔を介して地中で水が移動することにより、架台の水平を保持することができるし、錘により架台の安定性を向上できる。

第４の発明に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備では、第１の発明に加え、ベースプレートの中央部には、対向する架台へ向く前向部材が延設され、かつベースプレートの両側部には、対向する架台の反対側へ向く後向部材が延設され、後向部材上に側部錘が載置される。

この構成において、前向部材が転倒を防止し、かつ後向部材上の側部錘が転倒モーメントに対するカウンターとして作用するため、ベースプレートがあたかも地中にあるブックスタンドのような作用をなし、前倒れに対する架台の安定性を一層向上できる。

第５の発明に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備では、第１の発明に加え、チェーンブロックである。

この構成により、入手しやすくかつ安価な市販のチェーンブロックを使用して、ワイヤに作用する張力を調整することができる。

第６の発明に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備では、第１の発明に加え、一対の架台は、地面より所定たわみ代だけ嵩上げされ、一対のパイプの長さ方向中央部は、一対の架台よりも所定たわみ代だけ低い高さにおいて支柱に支持されることにより、太陽電池モジュールに一対の架台から支柱に向けて下降する水勾配が付与されている。

この構成により、太陽電池モジュールをことさらに傾けなくても、太陽電池モジュールに十分な水勾配を付与できる。したがって、太陽電池モジュールに雨で濡れても、直ちに雨を排水することができ、太陽電池モジュールのメンテナンスを容易に行える。

第７の発明に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備では、第１の発明に加え、一対の架台は、傾斜地に設けられる水平なピットに配置される。

この構成により、傾斜地においても、平坦地とほぼ同様の構成により、太陽電池モジュールを設置し、発電を行うことができる。つまり、田畑のように平坦な地形のみならず、茶畑、牧草地あるいは林等の傾斜地でも発電でき、本設備の提供範囲を大幅に拡張できる。

第８の発明に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備は、地中において一定方向について所定距離だけ隔てた二つの位置のそれぞれにおいて、フーチングと地中梁とカウンタプレートとを組み合わせて配置される一対の基礎と、一対の基礎のそれぞれに相対向するように固定される一対の補強フレームであって、一対の補強フレームの相手側を向く内側斜辺と一対の補強フレームの相手側の反対を向く外側斜辺とを有するものと、一対の補強フレームのそれぞれに設置される張力調整器と、一対の補強フレームのそれぞれに、一端部が終端されるとともに他端部が張力調整器に接続される一対の操作ワイヤと、一対の操作ワイヤの途中に回転自在に装着される一対の動滑車とを備え、一対の動滑車の一方に一端部が接続され、他端部が一対の動滑車の他方に接続される一対のワイヤを、一対の補強フレーム間にそれぞれ平行に架け渡し、一対のワイヤのそれぞれを一対のパイプに貫通させ、一対のパイプの所定箇所に一対の布板のフックを係止し、一対の布板に太陽電池モジュールを固定して構成される。

この構成により、一対の補強フレームの間に一対のワイヤが架け渡されるスパンを持ち上げる力を強化できるため、第１の発明よりも遙かに耐風性能を向上できる。

本発明によれば、ワイヤを使用しながら、営農により米などをつくりながら発電でき、言い換えれば「米と発電の二毛作」を実現できる。

より具体的には、太陽電池モジュールによる日影の影響を極力少なくしながら、一定程度の発電量を確保することができる。

（実施の形態１）
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備の一部を示す斜視図である。図２（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る架台の正面図、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係るベースプレートの平面図、図３は、本発明の実施の形態１に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備の斜視図である。

本形態における一定方向は、南北方向とする。但し、これは最も好ましい方向であって、南北方向から若干ずれた方向に一定方向を設定しても事実上同様な効果が得られるから、そのような場合であっても、本願発明の保護範囲に包含される。

さて、図３に示されるように、一対の架台１０は南北方向に一定距離隔てられる。本発明者の試算によれば、一定距離の最大値は２０ｍ程度である。例えば、３０ｍ程度の距離に設備を設置しようとするときは、架台１０を２台とするのではなく、３台とし、各架台１０間の距離を１５ｍ程度とするのが望ましい。

各架台１０は、次のように構成される。まず、地中をある程度掘り、図２（ａ）に示すようにベースプレート１を水平に設置する。

図２（ｂ）に示すように、ベースプレート１は横長矩形をなし、ベースプレート１の四隅部分には、市販足場用の建枠の脚部の位置に合わせ、４つの取付部１ｂが形成されている。

また、取付部１ｂの側部には、ワイヤ３、４の終端部分を結合するために、係止部１ｃが４カ所設けられる。係止部１ｃとしては、図示していないが、矩形板の中央部に円孔を設けたものとし、この矩形の側面をベースプレート１の所定箇所上面に溶接したものとすると良い。

ベースプレート１には、左右一対の水抜孔１ａが開設され、水抜孔１ａを介して、地中で水がベースプレート１の上下方向に移動できるようになっている。

ベースプレート１の中央部には、対向する架台１０を向く前向板５（前向部材）の基端部が固着される。またベースプレート１の両側部には、対向する架台１０の反対側を向く後向チャンネル６、７（後向部材）の基端部が固着される。

前向板５の後方でベースプレート１の中央部上には、板を重ねた中央錘８が載置され、左右の後向チャンネル６、７の先端部上には、板を重ねた側部錘９が載置される。

ベースプレート１、前向板５及び左右の後向チャンネル６、７は一体化され、これらの部材は、図２（ｂ）に示すように、平面視でブックスタンドの底部のような形状となる。また、中央錘８及び左右の側部錘９が、一対の架台１０同士が相手の架台１０側へ倒れようとする方向の転倒モーメントに対抗し、一対の架台１０の安定性が向上する。

ベースプレート１、錘８、９等としては、亜鉛メッキした鉄板等が好適に用いられる。

ベースプレート１の深さは、地面Ｇから７０ｃｍ程度とすれば、十分な耐力を有するフーチングとなる。ちなみに、耕耘機（図示せず。）が掘る土の深さは、７０ｃｍよりもかなり浅いから、ベースプレート１を地中に埋めたままで、耕耘機を使用しても何ら支障ない。

ベースプレート１より上部の架台を取り除けば、通常の田んぼに戻すこともできるし、さらには、ベースプレート１そのものを地中から取り除いても良い。また、ベースプレート１ごと（あるいはベースプレート１のみ地中に残して）架台１０そのほかの機材を別の場所に移設することもできる。

図２（ａ）に示すように、ベースプレート１等の設置が完了したら、取付部１ｂに嵩上げ脚１１ａの下端部を連結し、嵩上げ脚１１ａの上端部に下側建枠１１の下端部を連結し、さらに下側建枠１１の上方に上側建枠１２の下端部を連結する。このような組み方は、仮設現場に足場を組む要領と同じでよい。

嵩上げ脚１１ａの有効高さは、外ワイヤ４及びパイプ２１の中央部のたわみ代（例えば８０ｃｍ程度）とし、下側建枠１１及び上側建枠１２の合成高さは例えば３．４ｍ程度とすると良い。

即ち、下側建枠１１及び上側建枠１２に、適宜、筋交い２８を入れて補強したり、下側建枠１１及び上側建枠１２に布板１３、１４を架け渡して補強したりすると良い。

実施の形態１では、農地、特に田んぼに太陽光発電設備を設置することを想定している。そして、外ワイヤ４及びパイプ２１が低くとも（中央部において）田んぼの地面Ｇのレベルよりも３ｍ程度高いレベルに、言い換えれば空中に、太陽電池モジュール２３を設置する。後述するように、太陽光発電設備同士には、平面視で間隔が開けられるのであるが、この他に、３ｍ程度の高低差をつけて、地面に斜めに光が入りうるように考慮してある。

そのため、架台１０は、下から嵩上げ脚１１ａ、下側建枠１１及び上側建枠１２の三段構成としてある。しかしながら、必要ならば、架台１０上面のレベルを変更することもできる。なお、嵩上げは上側建枠１２よりも上方で行っても良い。

図２（ａ）に示すように、架台１０の上面の辺のうち、南北方向を向く辺にそれぞれ第１ワイヤガイド１５、第２ワイヤガイド１６が設けられる。

第１ワイヤガイド１５、第２ワイヤガイド１６には、ワイヤ３、４が周回するローラ１７やワイヤ３、４が跳ねあがらないように規制するワイヤ押さえ１８等を設けるのが好ましい。

図１に示すように、一対の架台１０のうち、南北方向の外側に位置する係止部１ｃから外ワイヤ４が張られ、第１ワイヤガイド１５、第２ワイヤガイド１６に案内されながら、外ワイヤ４が相手の架台１０側へ延長され、相手の架台１０の南北方向の外側に位置する係止部１ｃで外ワイヤ４は終端される。

架台１０の南北方向の外側において、外ワイヤ４にフック１９及びチェーンブロック２０（張力調整器の例）が介装される。チェーンブロック２０を操作することにより、外ワイヤ４に張力を付与して強く張りたるみを少なくすることもできるし、張力を弱めて外ワイヤ４をたわませることもできる。

因みに、外ワイヤ４に１０枚の太陽電池モジュール２３（１枚あたり約１５０ｋｇ）を支持するのであれば、強く張る際の張力は、約１．５ｔ〜２ｔ程度とすれば良い。この程度の張力であれば、市販のチェーンブロックを使用して簡単に得ることができる。

一方、架台１０の南北方向の内側には、外ワイヤ４とのバランスをとるために、内ワイヤ３が張架される。

図１、図３に示すように、本発明では、外ワイヤ４に直接的に太陽電池モジュール２３を固定するものではない。即ち、外ワイヤ４をパイプ２１の内部空洞に通す。パイプ２１としては、水道管が好適に使用できる。

一般に、水道管１本で事足りることはまれであり、図示していないが、水道管の端部にねじ部を形成し、ソケット等の継ぎ手を使用して、軸方向に継ぎ足しつつ使用する。この際、ねじ部にはシールテープを巻いても良いし、巻かなくても良い。

このようにすると、図３に示すように、架台１０同士の間で、低くとも空中約３ｍ程度の高さにおいて、左右一対（南北方向を向く）のパイプ２１のペアができあがる。しかも各パイプ２１の内部には、外ワイヤ４が貫通する状態となる。

図３に示すように、外ワイヤ４、パイプ２１及び太陽電池モジュール２３等からなる空中部材は、その自重により中央部に置いて最も低くなるように下向きに撓む。中央部には、上記たわみ代を考慮した高さを有する支柱Ｐをたて、支柱Ｐにより空中部材の中央部を下支えすることが望ましい。

例えば、架台１０、１０間のスパンが２０ｍ、たわみ代が８０ｃｍ、上側建枠及び下側建枠１２、１１の合成高さが３ｍであるとすると、各太陽電池モジュール２３をことさらに傾けなくても、各太陽電池モジュール２３に十分な水勾配を付与でき、排水やメンテナンスを容易に行える。

そして、図１に示すように、一対のパイプ２１に一対の布板２２のフック２２ａを係止し、さらにこれらの布板２２に太陽電池モジュール２３を固定する。このようにすることにより、地面Ｇよりも約３ｍ高い位置で水勾配が付与された状態の太陽電池モジュール２３が支持されることになり、同モジュール２３による発電が可能となる。

しかも、図３に示すように、高い位置に太陽電池モジュール２３が支持された状態では、その下方では日照が十分得られる限り、営農が可能である。つまり、地面Ｇのレベルにおいて、作物２４を生育することができる。米は、作物２４の代表例であるが、米以外の作物を生育させても良い。

次に、より具体的な設置手順を図４を参照しながら説明する。図４（ａ）、図４（ｃ）、図４（ｅ）、図４（ｇ）は、本発明の実施の形態１における空中ワイヤによる太陽光発電設備の設置手順を示す平面図であり、図４（ｂ）、図４（ｄ）、図４（ｆ）、図４（ｈ）は、同設置手順を示す側面図である。

まず、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、架台１０をくみ上げると共に、外ワイヤ４の張力を低くしておき、パイプ２１に外ワイヤ４を通してゆく。この際、立馬２５を所定間隔を開けて地面Ｇ上に置き、パイプ２１及び外ワイヤ４を下支えするのが望ましい。立馬２５の高さは、例えば１ｍ〜２ｍ程度が望ましい。

次に、立馬２５による下支えをしたまま、図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すように、パイプ２１に、一対となる布板２２のフック２２ａをかけてゆく。さらに、布板２２のペアに対し、一枚の太陽電池モジュール２３を固定する。

以上の準備が完成したら、架台１０に設けられたチェーンブロック２０を操作し、外ワイヤ４の張力を増やす。その結果、図４（ｅ）、図４（ｆ）に示すように、外ワイヤ４に支持される空中部材が上昇する。架台１０、１０間の中央部では、支柱Ｐをたて、空中部材の下支えを行う。

さらに、台風などの強風時に備えるため、図４（ｈ）に示すように、架台１０とパイプ２１の中央部に斜めにブレース２６を張り、風のあおりに対応するため、全体の強度を増加させると良い。

なお、図４（ｆ）の状態において、耕耘機による土の撹拌、田植え等の農作業を行うことができる。さらに、図４（ｈ）の状態では、作物２４が成長して延びても、それとは関係なしに、太陽電池モジュール２３による発電が可能である。

次に、図５〜図９を参照しながら、季節に応じた太陽電池モジュールのレイアウト要領について説明する。

図５は、本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの通年レイアウト図、図６は、本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの追加手順を示す平面図、図７は、本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの冬季レイアウト図である。

実施の形態１では、田んぼで稲に対して１０％以下の収量減となり、かつ、発電は一反あたり１５ｋｗ程度を想定している。

このような場合、年間を通じて、図５に示すようなレイアウトで太陽電池モジュール２３を配置すればよい。この場合の太陽電池モジュール２３は、６０枚であり、各列（一対の架台１０が対応する）間の東西方向の距離は、かなり開けることができるし、各列の太陽電池モジュール２３は、ほぼ同じ南北方向の間隔を開けて設置される。

太陽電池モジュール２３のレイアウトは、真下（つまり作物２４が生えている箇所）に影が生じないように考慮して決定すると良い。

一方、概ね１１月〜翌年の３月頃までは、田んぼには稲は植えられない。このような時期であれば、図６、図７に示すように、太陽電池モジュール２３の間に、追加太陽電池モジュール２７を挿入し、発電力を増やすと良い。

挿入するには、図４（ｈ）〜図４（ｃ）へ上記と逆順に作業を行い、挿入が完成したら再び、図４（ｃ）〜図４（ｈ）の作業を行う。なお、太陽電池モジュール２３の洗浄等メンテナンスを行う場合には、図４（ｈ）〜図４（ｃ）への逆順の作業により容易に対応できる。

図８は、本発明の実施の形態１における春分の日及び秋分の日の日影を示す平面図、図９は、本発明の実施の形態１における夏至の日の日影を示す平面図である。いずれも福岡市近辺の緯度によるものである。

図８、図９において、曲線Ａは１日に４時間影となる領域の境界線であり、曲線Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ１日に、３時間、２時間あるいは１時間影となる領域の境界線である。

図９に示すように、影となる領域は、夏至で最も狭くなり、図８に示すように春分の日、秋分の日では、夏至より広くなる。

太陽電池モジュール２３の高さが３ｍであるとし、春分の日及び秋分の日において１日に３時間影となる境界に基づいて、図５に示す各列間の間隔を定めれば良い。具体的には、高さ３ｍについて８０ｃｍを目安にすると良い。

勿論、以上述べた各数値は、単なる例示であって、実際には必要に応じ、種々変更できるし、そのような変更を伴う場合でも本願発明の保護範囲に含まれる。

（実施の形態２）
次に、図１０、図１１を用いて、本発明の実施の形態２を説明する。なお、重複した説明を避けるため、言及するのは相違点のみとする。即ち、言及がない事項については実施の形態１と同様である。

図１０は、本発明の実施の形態２における空中ワイヤによる太陽光発電設備を示す側面図、図１１は、同設備を示す斜視図である。

実施の形態１では、平坦地である田んぼに発電設備を設置することとした。しかしながら、次のような工夫を追加すれば、傾斜地であっても、実施の形態１とほぼ同様な要領で、太陽光発電を行える。

図１０に示すように、実施の形態１と最も相違するのは、傾斜地４０と平行に架台１０を設置するのではなく、まず、傾斜地４０の途中に複数箇所水平な接地面Ｈを有するピット３０を設ける。

ピット３０に土壌が流れ込まないようにするため、ピット３０の側部に、傾斜地４０の土圧を受けるＬ型擁壁３１を設置する。土圧をワイヤの反力に利用すると良い。

さらに、傾斜地４０に対応するため、ベースプレート１の下方にキール３２を延ばし、架台１０を地面により強固に固着することが望ましい。なお、図１０の例では、架台１０を１段の建枠のみで構成したが、２段以上設けても良いことは言うまでもない。さらに、下端部がＬ型擁壁３１に終端されるワイヤ控え３３を設け、ワイヤ控え３３の上端部を架台１０の上端部に連結すると良い。

ワイヤ４やパイプ２１等は、実施の形態１と同様に構成できるが、ワイヤ４、パイプ２１及びそれらに支持される太陽電池モジュール２３が傾斜地４０に沿って斜めに設置される点が異なる。

傾斜地４０が荒れ地など作物への日照を考慮する必要がない場合には、図１０に示すように、太陽電池モジュール２３を詰めて高密度に配置して差し支えない。

図１１に示すように、傾斜地４１が平坦でなく、凹凸がある場合であっても、ワイヤ４による太陽電池モジュール２３の支持に支障がなければ図１０と同様に実施の形態２の空中ワイヤによる太陽光発電設備を設置し、発電を行える。

その余の点は、実施の形態１と同様である。

（実施の形態３）
次に、図１２〜図１５を用いて、本発明の実施の形態３を説明する。なお、重複した説明を避けるため、同様の要素には、同一符号を付すとともに、言及するのは相違点のみとする。即ち、言及がない事項については実施の形態１と同様である。

図１２は本発明の実施の形態３における空中ワイヤによる太陽光発電設備を示す斜視図、図１３は本発明の実施の形態３における補強フレームの側面図、図１４は本発明の実施の形態３における基礎を示す平面図、図１５は本発明の実施の形態３における発電モジュールの追加要領を示す斜視図である。

実施の形態１では、外ワイヤ４を一対の架台１０に架け渡し、外ワイヤ４に作用する、太陽電池モジュール２３等の荷重を外ワイヤ４から架台１０へ伝達し、最終的にベースプレート１を介して、地中へ流していた。しかしながら、これでは、一対の架台１０の間に一対の外ワイヤ４が架け渡されるスパンを持ち上げる力が不十分となって、耐風性能が不足することがある。

実施の形態３では、実施の形態１に比べ、以下に述べる構造を採用することにより、耐風性能が向上した太陽光発電設備を得ている。

まず、実施の形態３では、外ワイヤ４のみで架台１０まで荷重を伝達するのではなく、外ワイヤ４は、架台１０の前で終端するようにしている。

その上で、図１３に示すように、外ワイヤ４とは別の操作ワイヤ６７の一端部を張力調整器としてのウインチ６６に接続するとともに、操作ワイヤ６７を上方→水平→Ｖ字状に折り返しというように導き、他端部を終端するようにしている。このうちＶ字状に折り返す頂点付近を、動滑車６８に周回させ、動滑車６８に外ワイヤ４の端部を接続している。

次に、実施の形態３の太陽光発電設備の各要素の詳細を説明する。

＜基礎＞
地中において南北方向について所定距離だけ隔てた二つの位置のそれぞれにおいて、図１２〜図１４に示すように、基礎５０を設置する。

基礎５０は、フーチング５１、５２と地中梁５３、５４とカウンタプレート５５、５６とを組み合わせて配置される。より詳しくは、南北方向が長手方向となるように長方形に形成される一対の鉄板プレートを水平に且つ間隔を空けて平行に並べてフーチング５１、５２とする。フーチング５１、５２の幅は、６００ミリメートル程度が望ましい。

それぞれのフーチング５１、５２の上面上に、Ｈ形鋼からなる地中梁でフーチング５１、５２とほぼ等長の地中梁を溶接等により固着する。これにより、基礎５０はスキーの板状となり、地耐力を事実上向上して、地面からの反力に対抗できる。

そして、フーチング５１の両端部内側にカウンタプレート５５、５６の端部を固着する。実施の形態１と同様に、カウンタプレート５５、５６には、それぞれ水抜孔５５ａ、５６ａが開けられている。

地中に基礎５０を設置すると、カウンタプレート５５、５６上の土壌の重さが作用し、後述するワイヤ４、６７の引張力に対抗するための荷重が増加する。なお、前側のカウンタープレート５６は、できるだけ大きい面積を持つようにして、２〜３トン程度の地耐力に合わせ、安定性を高めるのが望ましい。なお、水抜孔５５ａ、５６ａに杭を打ち込み、すべりを止めることも望ましい。

＜架台＞
実施の形態３では、実施の形態１と同様に一対の架台１０が基礎５０の上に設けられる。しかしながら、実施の形態３の架台１０は、上述したように、太陽電池モジュール２３等の荷重を受ける部材というよりも、むしろ外ワイヤ４を案内するガイドとして機能する。なお、図示していないが、架台１０の頂部における２つの角（図１３参照。）には、操作ワイヤ６７の向きを変えるための、滑車又はローラが配設される。

実施の形態３では、外ワイヤ４をパイプ２１’に挿入する点では、実施の形態１と同様であるが、パイプ２１’の端部には、拡径されたフランジ２１’ａが形成されており、フランジ２１’ａ同士を突き合わせてパイプ２１’同士を長手方向に接続する点が異なる。フランジ２１’ａによる接続をするのは、外ワイヤ４がＶ字状に折れ曲がり損傷するのを防止するためである。フランジ２１’ａは、金属材料又は樹脂材料で形成すると良い。

外ワイヤ４の端部には、終端フック４ａが取り付けられ、終端フック４ａにより、外ワイヤ４の端部は終端される。なお、終端フック４ａが動滑車６８の頂部へ係止されることにより、外ワイヤ４の端部が動滑車に接続される。

上述した基礎５０上には、一対の補強フレーム６０、６０’が立設される。補強フレーム６０、６０’は同様の構成よりなるので、以下補強フレーム６０のみについて説明する。

補強フレーム６０は、側面視で略Ａ字状をなし、一対の基礎５０のそれぞれに相対向するように固定される。補強フレーム６０は、一対の補強フレームの相手側を向いて後傾する内側斜辺６２と、一対の補強フレームの相手側の反対を向いて前傾する外側斜辺６１とを有する。

外側斜辺６１の下端部６１ａと内側斜辺６２の下端部６２ａは、それぞれ地中梁５３に固着されるが、各固着箇所は、南北方向にずれている。外側斜辺６１の上端部６１ｂと内側斜辺６２の上端部６２ｂは、補強フレーム６０の頂点付近で互いに固着される。

補強フレーム６０の高さ方向中程には、上側横辺６３と下側横辺６４が上下二段に配置され、これらの横辺６３、６４の両端部がそれぞれ外側斜辺６１と内側斜辺６２の内側に固着されることにより、補強フレーム６０が補強される。特に、これらの横辺６３、６４を設けることにより、補強フレーム６０の全体として、座屈への耐性を向上できる。なお、横辺６３、６４の本数や設置箇所は、必要に応じて種々変更できる。また、上側横辺６３の内側斜辺６２側の端部には、座屈を止める作用がある。

下側横辺６４には、水平な台部６５が取り付けられ、台部６５の上には、張力調整器としてのウインチ６６が設置される。なお、実施の形態１と同様に、張力調整器としては、ウインチの他に、手動式ドラム、手動式チェーンブロックを使用することもできる。

一方、内側斜辺６２の頂部付近には、係止部６９が設けられる。ウインチ６６から繰り出される操作ワイヤ６７は、一旦、上向きに引き出された後、水平な第２ワイヤガイド１６（架台１０上の部材）により水平に、且つ相手の架台１０へ向けて案内される。

操作ワイヤ６７は、第２ワイヤガイド１６から離れると、Ｖ字状に折れ曲がり、操作ワイヤ６７の端部に設けられたフック７０が係止部６９に係止されることにより終端される。

上述したように、操作ワイヤ６７のうち、Ｖ字状に折れ曲がる部分は、動滑車６８を周回しており、動滑車６８には、外ワイヤ４の端部に設けられた終端フック４ａが連結される。

ここで、ウインチ６６を駆動し、操作ワイヤ６７がたるまない状態を維持し、操作ワイヤ６７を長く引き出すと、図１３の最下段に示すように、パイプ２１’及び太陽電池モジュール２３を地面すれすれの高さ（メンテナンス高さ）として、清掃や不良部分の交換というようなメンテナンスを行うことができる。

メンテナンス高さの場合よりも、操作ワイヤ６７が引き出される長さをやや短くすると、図１３の中段に示すように、パイプ２１’及び太陽電池モジュール２３を営農を妨げない（より具体的には、地面の作物への日陰を少なくする）適当な高さ（発電高さ）として、太陽電池モジュール２３による発電を行うことができる。なお、発電時には、動滑車６８と補強フレーム６０の底部との間に、固定ワイヤ７１を張架し、設備の安定性を向上させるとよい。

発電高さの場合よりも、操作ワイヤ６７が引き出される長さをさらに短くすると、図１３の上段に示すように、パイプ２１’及び太陽電池モジュール２３を補強フレーム６０の頂部に近い高さ（農作業高さ）として、たとえば、太陽電池モジュール２３及びパイプ２１’に邪魔されず、耕耘機が太陽電池モジュール２３及びパイプ２１’の下方を通過させる等、農作業を行える。

図１３から明らかなように、太陽電池モジュール２３等による荷重は、外ワイヤ４から動滑車６８に伝わり、操作ワイヤ６７を介して、補強フレーム６０へ伝達され、基礎５０を介して地中へ流れる。

このとき、図１３に示すように、補強フレーム６０の後方（即ち、外側斜辺６１）には、矢印Ｎ１で示すようにめくり上がる方向のモーメントが作用し、補強フレーム６０の前方（即ち、内側斜辺６２）には、矢印Ｎ２でしめすように地中に押し下げられる方向のモーメントが作用する。つまり、補強フレーム６０の全体に作用する荷重は、内側斜辺６２と外側斜辺６１に分散して伝達されることになる。

ここで、基礎５０の上方や下方に位置する土壌の重さが基礎５０にかかることにより、より一層補強フレーム６０の耐風性能が向上する。発明者の試算では、風速６０メートル程度の強風にも耐えうるとの結果を得ている。より具体的には、補強フレーム６０の外側斜辺６１には引張力が作用し、その結果、基礎に図１３の矢印Ｎ１方向に浮き上がる方向のモーメントが作用する。本形態では、カウンタプレート５５の面積を大きくして、より多くの土をカウンタプレート５５上に載せ、土の自重をカウンタプレート５５にかけている。これにより、上記モーメントに対抗させているのである。

以上のように、耐風性能が向上したため、図１５に示すように、実質的な太陽電池モジュール２３の設置枚数を増やすこともできる。

即ち、実施の形態３による太陽光発電設備Ａ、Ｂを、ある程度間隔を空けて平行に設置し、この間隔に中継ワイヤ８０、８１を張り、追加太陽電池モジュール８２を、これらの中継ワイヤ８０、８１に支持させてもよい。中継ワイヤ８０、８１の端部には、足場用の爪を取り付けると良い。

中継ワイヤ８１、８１は、太陽光発電設備Ａ、Ｂそのものに設けておいてもよいし、別途追加してもよい。このようにすれば、太陽電池モジュール間に隙間をあけて強風時に風の抜け道を確保しながら、設置面積あたりの太陽電池モジュールの枚数を顕著に増加させ、発電効率を向上できる。中継ワイヤ８０、８１に代えて、角パイプを梯子状に組み、太陽光発電設備Ａ、Ｂ間に架け渡しても良い。太陽光発電設備Ａ、Ｂ間の距離としては、例えば４２００ミリメートル程度が妥当である。

その余の点は、実施の形態１と同様である。

本発明の実施の形態１に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備の一部を示す斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１に係る布板の拡大図 （ｂ）本発明の実施の形態１に係る架台の平面図 （ｃ）本発明の実施の形態１に係るベースプレートの平面図 （ｄ）本発明の実施の形態１に係る架台の正面図 本発明の実施の形態１に係る空中ワイヤによる太陽光発電設備の斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１における空中ワイヤによる太陽光発電設備の設置手順を示す平面図 （ｂ）本発明の実施の形態１における空中ワイヤによる太陽光発電設備の設置手順を示す側面図 （ｃ）本発明の実施の形態１における空中ワイヤによる太陽光発電設備の設置手順を示す平面図 （ｄ）本発明の実施の形態１における空中ワイヤによる太陽光発電設備の設置手順を示す側面図 （ｅ）本発明の実施の形態１における空中ワイヤによる太陽光発電設備の設置手順を示す平面図 （ｆ）本発明の実施の形態１における空中ワイヤによる太陽光発電設備の設置手順を示す側面図 （ｇ）本発明の実施の形態１における空中ワイヤによる太陽光発電設備の設置手順を示す平面図 （ｈ）本発明の実施の形態１における空中ワイヤによる太陽光発電設備の設置手順を示す側面図 本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの通年レイアウト図 本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの追加手順を示す平面図 本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの冬季レイアウト図 本発明の実施の形態１における春分の日及び秋分の日の日影を示す平面図 本発明の実施の形態１における夏至の日の日影を示す平面図 本発明の実施の形態２における空中ワイヤによる太陽光発電設備を示す側面図 本発明の実施の形態２における空中ワイヤによる太陽光発電設備を示す斜視図 本発明の実施の形態３における空中ワイヤによる太陽光発電設備を示す斜視図 本発明の実施の形態３における補強フレームの側面図 本発明の実施の形態３における基礎を示す平面図 本発明の実施の形態３における発電モジュールの追加要領を示す斜視図

１ ベースプレート
１ａ 水抜孔
１ｂ 取付部
１ｃ 係止部
３ 内ワイヤ
４ 外ワイヤ
４ａ 終端フック
５ 前向板
６、７ 後向チェンネル
８ 中央錘
９ 側部錘
１０ 架台
１１ 下側建枠
１１ａ 嵩上げ脚
１２ 上側建枠
１３、１４、２２ 布板
１５ 第１ワイヤガイド
１６ 第２ワイヤガイド
１７ ローラ
１８ ワイヤ押さえ
１９、２２ａ フック
２０ チェーンブロック
２１、２１’ パイプ
２１’ａ フランジ
２３ 太陽電池モジュール
２４ 作物
２５ 立馬
２６ ブレース
２７、８２ 追加太陽電池モジュール
２８ 筋交い
３０ ピット
３１ Ｌ型擁壁
３２ キール
３３ ワイヤ控え
４０、４１ 傾斜面
５０ 基礎
５１、５２ フーチング
５３、５４ 地中梁
５５、５６ カウンタプレート
５５ａ、５６ａ 水抜孔
６０、６０’ 補強フレーム
６１ 外側斜辺
６２ 内側斜辺
６１ａ、６２ａ 下端部
６１ｂ、６２ｂ 上端部
６３ 上側横辺
６４ 下側横辺
６５ 台部
６６ ウインチ
６７ 操作ワイヤ
６８ 動滑車
６９ 係止部
７０ フック
７１ 固定ワイヤ
８０、８１ 中継ワイヤ
Ａ、Ｂ 太陽光発電設備
Ｇ 地面
Ｈ 接地面
Ｐ 支柱

Claims (8)

1. 地中から所定高さまで起立し、一定方向について所定距離だけ隔てて相対向する一対の架台を設け、
   前記一対の架台の上面において前記一定方向を向く一方の辺に第１ワイヤガイドを、他方の辺に第２ワイヤガイドをそれぞれ設け、
   前記第１ワイヤガイドと前記第２ワイヤガイドにそれぞれ平行に案内される一対のワイヤを、前記一対の架台に架け渡し、
   前記一対のワイヤの張力を調整する張力調整器を前記一対の架台の少なくとも一方に設け、
   前記一対のワイヤのそれぞれを一対のパイプに貫通させ、
   前記一対のパイプの所定箇所に一対の布板のフックを係止し、
   前記一対の布板に太陽電池モジュールを固定することを特徴とする空中ワイヤによる太陽光発電設備。
2. 前記一対の架台は、複数の足場用の建枠を上下に積み重ねて構成される請求項１記載の空中ワイヤによる太陽光発電設備。
3. 前記一対の架台の下部は、前記地中に設置され、内部に水抜孔が開設され、錘が載置されるベースプレートに連結される請求項１又は２記載の空中ワイヤによる太陽光発電設備。
4. 前記ベースプレートの中央部には、対向する前記架台へ向く前向部材が延設され、かつ前記ベースプレートの両側部には、対向する前記架台の反対側へ向く後向部材が延設され、前記後向部材上に側部錘が載置される請求項３記載の空中ワイヤによる太陽光発電設備。
5. 前記張力調整器は、チェーンブロックである請求項１から４のいずれかに記載の空中ワイヤによる太陽光発電設備。
6. 前記一対の架台は、地面より所定たわみ代だけ嵩上げされ、前記一対のパイプの長さ方向中央部は、前記一対の架台よりも前記所定たわみ代だけ低い高さにおいて支柱に支持されることにより、前記太陽電池モジュールに前記一対の架台から前記支柱に向けて下降する水勾配が付与されている請求項１から５のいずれかに記載の空中ワイヤによる太陽光発電設備。
7. 前記一対の架台は、傾斜地に設けられる水平なピットに配置される請求項１から６のいずれかに記載の空中ワイヤによる太陽光発電設備。
8. 地中において一定方向について所定距離だけ隔てた二つの位置のそれぞれにおいて、フーチングと地中梁とカウンタプレートとを組み合わせて配置される一対の基礎と、
   前記一対の基礎のそれぞれに相対向するように固定される一対の補強フレームであって、前記一対の補強フレームの相手側を向く内側斜辺と前記一対の補強フレームの相手側の反対を向く外側斜辺とを有するものと、
   前記一対の補強フレームのそれぞれに設置される張力調整器と、
   前記一対の補強フレームのそれぞれに、一端部が終端されるとともに他端部が前記張力調整器に接続される一対の操作ワイヤと、
   前記一対の操作ワイヤの途中に回転自在に装着される一対の動滑車とを備える太陽光発電設備であって、
   前記一対の動滑車の一方に一端部が接続され、他端部が前記一対の動滑車の他方に接続される一対のワイヤを、前記一対の補強フレーム間にそれぞれ平行に架け渡し、
   前記一対のワイヤのそれぞれを一対のパイプに貫通させ、
   前記一対のパイプの所定箇所に一対の布板のフックを係止し、
   前記一対の布板に太陽電池モジュールを固定することを特徴とする空中ワイヤによる太陽光発電設備。