JP6407914B2 - 太陽電池架台、太陽光発電システム、および太陽電池架台の操作方法 - Google Patents

太陽電池架台、太陽光発電システム、および太陽電池架台の操作方法 Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池パネルの設置に用いられる太陽電池架台、太陽電池架台および太陽電池パネルを含む太陽光発電システム、および、太陽電池架台の操作方法に関する。
降雪量の多い地域では、太陽電池架台に搭載された太陽電池パネル上に雪が積もり、その結果、太陽電池パネルの受光量が低下したり、太陽電池パネルが積雪の圧力によって損傷したりといった問題が生じる可能性がある。そのため、降雪量の多い地域向けの太陽電池架台には、上記のような問題を回避するための工夫がなされている。
図13は、従来の太陽電池架台900の構成例の概略図である。図13に示すように、太陽電池架台900は、太陽電池パネルを載置される載置台980と、載置台980を支持する支柱930と、を備えている。太陽電池架台900の支柱930は、2本の支柱930A、930Bで構成されている。
図13に示すように、太陽電池架台900では、太陽電池パネル上の雪が自重によってある程度滑落し、積り難くなるように、載置台980が傾斜している。また、地面に積もった雪に太陽電池パネルが埋もれないように、支柱930が長くなっている。より詳細には、短い方の支柱930B、すなわち、太陽電池パネルの地面に近い側を支持する支柱930Bは、太陽電池架台900を設置する土地に積もると予想される統計的な雪の高さよりも長く設計されている。また、載置台980の傾斜を実現するために、支柱930Aは、支柱930Bよりもさらに長く設計されている。
また、特許文献1および2に開示されている太陽電池架台は、(太陽電池パネルを載置される)載置台の傾斜角を調整可能な構造を有する。冬季以外の季節においては、太陽電池パネルの受光量を多くするために、載置台の傾斜角度は小さくされる。一方、冬季には、太陽電池パネル上に雪が積もり難くなるように、また、太陽電池パネル上から雪が滑落し易くなるように、載置台の傾斜角度は大きくされる。ここで、特許文献1および2では、載置台の傾斜角度が大きい場合においても、地面に積もった雪に太陽電池パネルが埋もれないように、支柱が十分に長く設計されている。
特開2013−219174号公報(2013年10月24日公開) 実用新案登録第3183334号明細書(2013年5月16日公開) 特開2015−188296号公報(2015年10月29日公開)
しかしながら、太陽電池架台の支柱が長い場合、太陽電池架台の安定性および強度を高めるために、太陽電池架台の構造が複雑になり、また太陽電池架台に用いる、鋼材のような材料のコストが高くなる。加えて、太陽電池パネルが地面から高い位置に設置されるので、太陽電池架台上で太陽電池パネルを脱着したりメンテナンスをしたりする際の作業性も悪化する。
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構造の架台によって、太陽電池パネルへの積雪を抑制することができる太陽電池架台を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る太陽電池架台は、太陽電池パネルを載置され、屈曲するように変形可能な屈曲部を有する載置部と、上記載置部を保持する保持部と、備え、上記保持部は、上記載置部の変形と連動して動作し、上記載置部が屈曲しているときには上記載置部の上記屈曲部を、上記載置部が屈曲していないときよりも高い位置で保持する。
本発明の一態様によれば、簡単な構造の架台によって、太陽電池パネルへの積雪を抑制することができる。
実施形態1に係る太陽電池架台の構成を示す図であり、太陽電池架台を裏面側から見た斜視図である。 実施形態1に係る太陽電池架台の側面図である。 (a)〜(c)は、実施形態1に係る太陽電池架台の異なる状態を示す斜視図である。 (a)〜(c)は、図3の(a)〜(c)に対応した太陽電池架台の状態を示す側面図である。 実施形態2に係る太陽電池架台の構成を示す図であり、太陽電池架台を裏面側から見た斜視図である。 (a)(b)は、太陽電池架台が備えた回動機構部の変形例を示す図である。 実施形態2に係る太陽電池架台の太陽追尾動作を示す図である。 太陽電池架台を変形させる手段の例1および2を示す図である。 太陽電池架台を変形させる手段の例3および4を示す図である。 太陽電池架台を変形させる手段の例5を示す図である。 複数の補助支持部を備えた太陽電池架台の側面図である。 複数の太陽電池架台が連動する太陽電池架台システムの構成を示す図である。 従来の太陽電池架台の構成例を示す図である。 (a)(b)は、太陽電池アレイ上から滑落した雪が、太陽電池架台の周囲に雪だまりを形成する様子を示す図である。 (a)(b)は、太陽電池架台の周囲の雪だまりが太陽電池架台に対して沈降力を発生させる様子を示す図である。
〔実施形態1〕
本発明の一実施形態について、図1〜図4に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
(太陽電池架台1)
図1〜図4を用いて、本実施形態に係る太陽電池架台1の構成を説明する。図1は、太陽電池架台1の構成を示す図であり、太陽電池架台1を裏面側から見た斜視図である。図2は、太陽電池架台1の側面図である。図3の(a)〜(c)は、太陽電池架台1が取り得る複数の異なる状態を示す斜視図である。図4の(a)〜(c)は、図3の(a)〜(c)に示す太陽電池架台1の状態に対応する側面図である。
図1に示すように、太陽電池架台1は、縦桟20A、横桟20B、支柱30、回動機構部50(屈曲部)、載置台保持部60、およびアーム部70(第1アーム部、第2アーム部)を備えている。太陽電池架台1の上には、複数の太陽電池パネルで構成された太陽電池アレイ80が載置されている。
縦桟20Aおよび横桟20Bは、格子状に組み合わされることによって、太陽電池アレイ80を載置される載置台10を形成している。より詳細には、図4の(a)〜(c)に示すように、載置台10は、分離した載置部10A(第1載置部)および載置部10B(第2載置部)からなる載置台10(載置部)を形成する。載置台10が2つの載置部10A、10Bから成るのに対応して、太陽電池アレイ80も、複数の太陽電池パネルで構成された太陽電池アレイ80A(第1アレイ)、および、複数の太陽電池パネルで構成された太陽電池アレイ80B(第2アレイ)から構成されている。本実施形態において、太陽電池アレイ80Aは、載置部10Aに搭載された4枚の太陽電池パネルで構成され、太陽電池アレイ80Bは、載置部10Bに搭載された4枚の太陽電池パネルで構成されている。
なお、縦桟20Aおよび横桟20Bのいずれか一方は省略されてもよい。また、載置台10が回動機構部50と、縦桟20Aまたは横桟20Bのいずれか一方とで構成されていてもよいし、縦桟20Aまたは横桟20Bのいずれか一方の上にのみ、太陽電池アレイ80が載置されていてもよい。
載置部10Aおよび載置部10Bは、載置台保持部60の上方において、載置台保持部60と並列に延伸する回動機構部50と接続されている。載置台10は、手動で、回動機構部50を中心に屈曲(回動)する。言い換えると、図4の(b)および図4(c)に示すように、回動機構部50が回動することによって、載置台10は、載置部10Aと載置部10Bとが、1つの面を形成するように伸長した状態から、回動機構部50を頂部とする山形を形成した状態へと変形するように屈曲する。回動機構部50は、例えば蝶番機構によって実現される。なお、図1〜図4に示す太陽電池架台1は、縦桟20A、横桟20Bに沿う方向での太陽電池アレイ80全体の中央付近に1つの回動機構部50を備えているが、その代わりに、複数の回動機構部50を備えていてもよい。例えば、隣接する縦桟20Aの間に、それぞれ1つの回動機構部50が配置されていてもよい。この構成では、回動機構部50を境に分離した複数の太陽電池パネルがそれぞれ回動する。
載置部10Aを構成する複数の縦桟20Aおよび載置部10Bを構成する複数の縦桟20Aは、それぞれ回動機構部50と各縦桟20Aの端部で接続されている。さらに、載置部10A側の縦桟20Aと載置部10B側の縦桟20Aとは、載置台保持部60の延伸方向において位置をずらして接続されている。これによって、回動機構部50を回動させた際に、載置部10A側の縦桟20Aと載置部10B側の縦桟20Aとが接触しないので、載置部10Aおよび載置部10Bの角度が地面に対して垂直(すなわち90°)近くまで折り畳むことができ、折り畳んだ状態で載置部10A、10B上に搭載された太陽電池アレイ80の受光面を地面に対して垂直近くまで向けることができ、受光面上へ付着する雪の量を大きく低減することができる。
支柱30は、太陽電池架台1が設置される設置面(本実施形態では地面)上に立てられている。支柱30上には、載置台保持部60が固定されている。本実施形態では、載置台保持部60は、地面に対して傾斜した方向(図2参照)に延伸している。載置台保持部60には、複数のアーム部70が取り付けられている。
載置台保持部60には、アーム部70の一方の端部が回転可能に取り付けられており、アーム部70の他方の端部が縦桟20Aの下面に回動可能に取り付けられている。これによって、載置台保持部60は載置台10を支持している。載置台保持部60から、載置部10A側の縦桟20Aに向けて延設されたアーム部70と、載置部10B側の縦桟20Aに向けて延伸するアーム部70とが一組となって、載置台保持部60に設けられている。対をなす2本のアーム部70は、手動によって、載置台10の変形と連動して、開き角度を変えるように回動する。
なお、載置台保持部60および2本のアーム部70を全て含んだものを保持部と呼称してもよい。その場合、2本のアーム部70が接続される載置台保持部60を保持部本体と呼称してもよい。
図2に示すように、太陽電池架台1では、載置台保持部60が地面(設置面)に対して傾斜した状態で、支柱30に固定されている。そのため、載置台保持部60によって保持される載置台10も、地面(設置面)に対して傾斜している。ここで、図2において、載置台10が傾斜している方向は、載置台保持部60の傾斜に沿った方向である。
本実施形態の構成によれば、(傾斜している載置台10上の)太陽電池アレイ80が南中したときの太陽の方角を向くように、かつ、太陽電池アレイ80が地面に対して数度〜30度の傾斜角度を有するように、太陽電池架台1が固定設置されることによって、太陽電池アレイ80の受光量を増大させることができる。また、太陽電池アレイ80が傾斜していることによって、太陽電池アレイ80上に降った雨が太陽電池アレイ80の傾斜に沿って流れるようになり、太陽電池アレイ80上から雨が流れ落ちる際に太陽電池アレイ80の受光面に付着した汚れが洗い流されるので、太陽電池アレイ80上に汚れが堆積し難くなる。
ここで、図3の(b)、図3の(c)に示すように、太陽電池架台1では、載置台10が山形に変形している場合、太陽電池アレイ80における載置台保持部60に平行な端縁の一方の隅部は、他方の隅部と比べて地面に近くなる。このため、太陽電池架台1の支柱30の長さは、載置台10が任意の角度で山形に変形している場合に、上記一方の隅部と地面との距離A、Bを十分に確保することができるように、設定されることが好ましい。
(太陽電池架台1の動作)
図3の(a)〜(c)および図4の(a)〜(c)を用いて、太陽電池架台1の動作を説明する。図3の(a)は、降雪期を除く通常期における発電時の太陽電池架台1を示す。図4の(a)〜(c)は、太陽電池架台1の側面から見た構成を示す目的で、載置台保持部60を地面に対して水平にした状態を表している。
図3の(a)および図4の(a)において、載置台10および太陽電池アレイ80は平板状に保持される。図3の(a)および図4の(a)では、対をなす2本のアーム部70がなす角が最大になっている。この展開状態から、対をなす2本のアーム部70がなす角を小さくしていくことにより、載置部10Aと載置部10Bとが山形を形成するように、載置台10は折り畳まれる。図3の(a)に示すように、載置台保持部60は、通常期において、太陽電池架台1が折り畳まれた状態であるときよりも、回動機構部50を低い位置で保持している。なお、2本のアーム部70のなす角は、後述する作動手段(図8〜図10参照)によって保持されていてもよいし、図示しない角度固定具によって固定されていてもよい。太陽電池架台1は、図3の(a)および図4の(a)に示す状態において、最も効率的に太陽電池アレイ80を受光させることができる。
図3の(b)および図4の(b)は、降雪期の前に、載置台10が折り畳まれている途中の太陽電池架台1、換言すれば、2本のアーム部70がなす角が最大ではないときの太陽電池架台1を示す。図3の(b)および図4の(b)では、回動機構部50の周りで、縦桟20Aが屈曲することによって、載置台10が、載置部10Aと載置部10Bとに分離した山形に変形するのに合わせて、太陽電池アレイ80A(太陽電池パネル)および太陽電池アレイ80B(他の太陽電池パネル)が、回動機構部50を頂部とする山形を形成する。また、この状態では、対をなす2本のアーム部70がなす角度は、図3の(a)および図4の(a)に示す角度よりも小さい。また、2本のアーム部70がなす角度を小さくすることによって、縦桟20Aが屈曲しながら、アーム部70が縦桟20Aとの連結部を上方に持ち上げる働きをする。この結果、載置台保持部60は、回動機構部50を、図3の(a)および図4の(a)に示す位置よりも高い位置で保持することができる。
また、例えば、載置台保持部60は、地面から太陽電池アレイ80A、80Bの下端部までの高さAが、太陽電池架台1を設置する土地に積もると予想される統計的な雪の高さよりも高くなるようにしてもよい。そうすることで、積雪時期において太陽電池アレイ80の受光面が雪に埋もれずに露出する面積を大きくすることができ、積雪時期の発電量が増加することが期待できる。図3の(b)および図4の(b)のように、太陽電池アレイ80A、80Bが山形を形成することによって、太陽電池アレイ80A、80B上から雪を落下させやすくすることができる。また、太陽電池アレイ80A、80Bは外向きであるので、太陽電池アレイ80A、80Bは、地面に積もった雪からの散乱光を受光して、その散乱光を発電に利用することができる。加えて、太陽電池アレイ80A、80Bの各々の面積は、太陽電池アレイ80の面積よりも小さいので、太陽電池架台1が受ける風の圧力を低減(本実施形態では、約1/2)することもできる。
図3の(c)および図4の(c)は、降雪期における太陽電池架台1、つまり、2本のアーム部70がなす角が小さくなって、載置台10が折り畳まれたときの太陽電池架台1を示す。図3の(c)および図4の(c)では、載置台保持部60の2本のアーム部70のなす角は、図3の(b)および図4の(b)に示した2本のアーム部70のなす角よりもさらに小さい。この結果、太陽電池アレイ80A、80Bが、図3の(b)および図4の(b)に示す太陽電池アレイ80A、80Bよりも急峻な山形を形成している。これにより、太陽電池アレイ80A、80Bの受光面の地面に対する傾きが大きくなり、受光面上から雪をさらに落下させやすくすることができる。なお、降雪期において、載置台10の地面に対する傾斜角は大きいほど好ましい。本実施形態においては、例として、太陽電池アレイ80A、80Bの受光面の地面に対する角度を80°以上とした場合を、太陽電池架台1を折り畳んだ状態としており、降雪期においては太陽電池架台1がこの状態を保持することとしている。載置台10の傾斜角が大きいほど、太陽電池アレイ80A、80B上の雪が地面に落下し易くなる。また、載置台10の地面への投影面積が小さくなるので、太陽電池架台1の周辺に、太陽電池アレイ80A、80Bから落下した雪が集積し難くなる。その結果、太陽電池架台1の周辺に集積した雪が太陽電池アレイ80A、80Bに発生させる沈降力も小さくなる(図14および図15参照)。
図4の(c)に示すように、太陽電池アレイ80A、80Bが急峻な山形を形成しているとき、横桟20Bが支柱30の側面に設けられた補助支持部90に当接することによって、太陽電池アレイ80A、80Bおよび2つの載置部10A、10Bが補助支持部90にて支持されてもよい(図4の(c)参照)。これにより、太陽電池架台1に横から風が吹き付けたとき等に、アーム部70にかかる太陽電池アレイ80A、80Bおよび2つの載置部10A、10Bの支柱30方向への負荷を、補助支持部90で受け止め、分散させることができる。なお、横桟20Bと補助支持部90とに凹凸が嵌まり合うような係合構造を設け、横桟20Bを補助支持部90で固定できるようにしてもよい。それによって、載置部10A、10Bが支柱30に固定されるので、太陽電池架台1を折り畳んだ状態で保持することが容易になる。また、補助支持部90は支柱30に限られず、載置台保持部60に設けられていてもよい。
なお、太陽電池架台1を折り畳んだ状態で保持するために、載置部10A、10Bの動きを規制して、上述のように支柱30に各載置部10A、10Bを固定してもよい。あるいは、例えば、太陽電池架台1を折り畳んだ状態で回動機構部50の回転軸をネジで締め付けるなどの手段を用いて、回動機構部50の回動を規制するようにしてもよいし、太陽電池架台1を折り畳んだ状態で載置部10A、10Bを係合部材を用いて互いに係合することで、載置部10A、10Bそれぞれの動きを規制してもよいし、2本のアーム部70を互いに係合する係合部材を用いたり、2本のアーム部70をシャフト部40や載置台保持部60に係合して固定する係合部材を用いても、回動機構部50の回動を規制することができる。この具体例については、実施形態9において後述する。
以上のように、載置台10は、平板状から山形に変形可能である。そして、載置台10が山形に変形することによって、載置台10に載置された太陽電池アレイ80A、80B上に雪が積もり難くなる。また、載置台10が山形に変形したとき、回動機構部50は、アーム部70の回動によって、載置台10が平板状であるときよりも高い位置で保持される。このように、回動機構部50を高い位置に持ち上げるアーム部70を設けたことにより、支柱30の長さを従来よりも短くすることができる。
また、アーム部70が回動機構部50を高い位置に持ち上げることにより、載置台10が折り畳まれたときの太陽電池アレイ80A、80Bの下端部は、地面から離れた位置Bで保持される。したがって、太陽電池アレイ80A、80Bの下端部は、地面に積もった雪に埋もれ難くなる。
なお、アーム部70の載置部10A、10Bに対する取り付け位置を、太陽電池アレイ80A、80Bの下端部寄りにするほど、載置台10が折り畳まれたときに、太陽電池アレイ80A、80Bの下端部が地面から離れた位置で保持されるので、太陽電池アレイ80A、80Bが積雪に埋もれにくくなる。また、支柱30を短くすることによって、太陽電池架台1は振動または風圧等に対する耐性が向上し、構造的にも安定するので、支柱30を補強するための構成を簡素化するとともに、鋼材のような支柱30に使用する材料を削減することができる。
(太陽電池架台1の操作方法)
前述したように、太陽電池架台1の載置台10は、ユーザの手動操作で、または作動手段によって自動的に、山形を形成するように屈曲される(図8〜図10参照)。ここでは、載置台10を屈曲させるタイミングがどのように決定されるのかを説明する。
(1.過去の降雪に関するデータに基づく決定)
太陽電池架台1が設置される現場を含む地域の過去の一定期間(例えば、直近の20年)の降雪に関するデータに基づいて、現場の降雪期間(雪が降る可能性のある期間)を推定する。そして、降雪期間に入る何日か前に載置台10を屈曲させる。また、降雪期間が終わってから数日後に載置台10を伸張させる。例えば、降雪期間が12月17日から3月9日であると推定された場合、例えば12月10日に載置台10を屈曲させ、また、例えば3月16日に載置台10を伸張させる。なお、参照する過去の降雪に関するデータはそれほど正確でなくてもよい。例えば、参照する過去の降雪に関するデータは、気象庁等が収集した過去の降雪に関するデータおよび気象データや、現地にいる人からのヒアリングや経験に基づいて推定された降雪に関するデータであってもよい。
(2.現場の降雪に関するデータに基づく決定)
上記第1の決定方法において、現場と気象観測地点との位置関係を考慮することにより、現場の降雪期間を従来より精度よく推定することができる。例えば、現場が気象観測地点よりも山奥にある場合、現場は気象観測地点よりも雪が降りやすいため、現場の降雪期間は気象観測地点の降雪期間よりも(例えば、前後1週間ずつ)長いと推定してよい。また、太陽電池架台1の運転管理および保守点検を行うための監視カメラ等の情報を利用して、現場の積雪時期を従来より正確に推定してもよい。
なお、現場で測定された日射量や気温などの気象データに基づいて、現場で雪が降り始めるタイミングを予想してもよく、そのようなデータも降雪に関するデータとして扱うことができる。例えば、現場の最低気温が氷点下を下回った場合、現場で雪が降る可能性が高まっているので、載置台10を屈曲させてもよい。あるいは、一定期間における現場の最低気温の平均値が基準値を下回った場合、現場で雪が降る可能性が高まっていると推定してもよい。
(3.発電量に基づく決定)
一般的に、冬場は通常期よりも発電量が低下する。そのため、発電量の推移を示すデータを、前述の降雪に関するデータとして参照することで、太陽電池アレイ80の発電量に基づいて、載置台10を屈曲させるタイミングを決定してもよい。例えば、太陽電池アレイ80の発電量が基準値を下回る日が多くなったとき、現場で雪が降る可能性が高まっているので、載置台10を屈曲させてもよい。
(4.天気予報情報に基づく決定)
気象庁等が発表する一般的な天気予報情報、または、現場の即時の気象データ(例えば、雲の動き)に基づく独自の気象予測の結果に基づいて、降雪期間を推定してもよい。例えば、気象予測の結果が、翌週に雪が降る確率が高いことを示している場合、すぐに載置台10を屈曲させてもよい。
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図5〜7に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。本実施形態では、載置台10の面の向きが可変である構成を説明する。
図5は、本実施形態に係る太陽電池架台2の構成を説明する。図5は、太陽電池架台2の構成を示す図であり、太陽電池架台2を裏面側から見た斜視図である。太陽電池架台2は、前記実施形態1の太陽電池架台1の構成に加えて、支柱30の上で太陽電池アレイ80の面の向きを変化させるように、長手方向に沿った中心軸周りに回転するシャフト部40を備えている。
図5に示すように、載置台保持部60aは、略台形状の板部材である保持板61と連結バー62とを備えている。なお、上記シャフト部40と載置台保持部60aと2本のアーム部70とを全て含んだものを保持部と呼称してもよい。その場合、2本のアーム部70が接続される載置台保持部60aを保持部本体と呼称してもよい。保持板61は、シャフト部40の地面側に垂下状に取り付けられている。また、複数の保持板61が、シャフト部40の延伸方向に、互いの間隔を空けて設けられている。連結バー62は、隣り合って対をなす2枚の保持板61の各対向面間に差し渡され、各対向面に固定されている。対をなす2枚の保持板61に対して、例えば2本の連結バー62が設けられている。2枚の保持板61と2本の連結バー62によって1組の載置台保持部60aを構成しており、合計4組の載置台保持部60aがシャフト部40に対して設けられている。
複数の載置台保持部60aは、それぞれ、連結バー62の周りに回転可能に取り付けられたアーム部70を介して縦桟20Aと連結されることによって、載置台10を支持している。アーム部70は、1組の載置台保持部60aに対して2本ずつ設けられている。その2本のアーム部70は、縦桟20Aの延伸方向の一端側と他端側とに開くように、連結バー62から上斜めに延び出し、その上端部(連結バー62に取り付けられていない端部)は、縦桟20Aの下面に回動可能に取り付けられている。対をなす2本のアーム部70は、手動によって、載置台10の変形と連動して、開き角度を変えるように連結バー62を中心として回動する。
本実施形態において、屈曲部としての回動機構部50は1つの回転軸を有し、支柱30の太さよりも直径の小さいものが示されているが、本発明は本実施形態の構成に限定されない。
図6の(a)に示すように、太陽電池架台1は、回動機構部50として、支柱30の太さよりも直径の大きい大型の回動機構部50aを備えていてもよい。あるいは、図6の(b)に示すように、回動機構部50として、長尺状の板状部材の2つの長辺に沿って延伸する2つの回転軸を備え、それぞれの回転軸に載置部10A、載置部10Bがそれぞれ接続されている回動機構部50bを備えていてもよい。回動機構部50a、50bのような構造の回動機構部50を用いることによって、載置部10Aおよび載置部10Bの角度が地面に対して90°を超える角度になるように、太陽電池架台1を折り畳むことができるようになる。これにより、太陽電池架台1を折り畳んだ状態において、太陽電池アレイ80の受光面上への雪の付着を更に抑制することができる。なお、前記実施形態1に係る太陽電池架台1にも、図1等に示す回動機構部50の代わりに、図6の(a)(b)に示す回動機構部50a、50bに係る構成を適用することができる。
図7は、本実施形態に係る太陽電池架台2の動作を説明する図である。図7に示すように、太陽電池架台2が備えた載置台保持部60aは、シャフト部40の回転に伴って、例えば東西方向を含む面に沿って、シャフト部40を中心とする回転運動をすることによって、載置台10および太陽電池アレイ80の向きを変化させることができる。言い換えると、載置台保持部60aは、載置台10に載置される太陽電池アレイ80の法線の向きを、例えば東西方向を含む面に沿って変化させることができる。図7は、太陽電池アレイ80の受光面が西向きと東向きとの間で変化する場合を示している。
本実施形態の構成によれば、太陽電池アレイ80が太陽の照射方向を追尾するように、太陽電池アレイ80の向きを調整することによって、太陽電池アレイ80の受光量を増大させることができる。
〔実施形態3〕
実施形態3では、太陽電池架台1、2は、載置台10の屈曲角度を調節するユーザの手動操作を補助する補助作動手段を備えていてもよい。あるいは、載置台10の屈曲角度を自動的に調節する作動手段を備えていてもよい。本実施形態の構成によれば、載置台10を効率的に折り畳むことができる。
〔実施形態4〕
図8に示す例1を用いて、前記実施形態2に係る太陽電池架台2のアーム部70および載置台10を(図3の(a)〜(c)および図4の(a)〜(c)に示すように)動作させる作動手段の例を説明する。なお、前記実施形態1に係る太陽電池架台1にも、本実施形態で説明する作動手段を適用することができる。
(作動手段の例1)
図8の例1に示す作動手段100aは、回動機構部50に当接し、回動機構部50を上方へ押し上げるように動作する棒状の物体であり、例えばボールねじを作動手段100aとして採用することができる。ユーザが、作動手段100aのボールねじを回すなどの操作を行うことにより、作動手段100aに回動機構部50を押し上げさせる。作動手段100aが太陽電池アレイ80A、80Bおよび載置部10A、10Bを押し上げるほど、載置部10A、10Bは、急峻な山形に変形する。すると、2本のアーム部70は、載置部10A、10Bと連動することによって、作動手段100aが回動機構部50を押し上げる前より狭い角度を持ったV字型を形成するように回動するとともに、載置部10A、10Bの少なくとも回動機構部50の位置を上昇させて、載置部10A、10Bが山形に変形する前よりも高い位置で保持するようになる。一方、ユーザが、作動手段100aの位置を下げたとき、載置部10A、10Bは、作動手段100aの位置が下がる前より緩やかな山形に変形する。また、アーム部70は、作動手段100aの位置が下がる前より広い角度を持ったV字型になるように回動するとともに、載置部10A、10Bの少なくとも回動機構部50の位置は下降していく。
〔実施形態5〕
図8に示す例2を用いて、前記実施形態2に係る太陽電池架台2のアーム部70および載置台10を(図3の(a)〜(c)および図4の(a)〜(c)に示すように)動作させる作動手段の例を説明する。なお、前記実施形態1に係る太陽電池架台1にも、本実施形態で説明する作動手段を適用することができる。
(作動手段の例2)
図8の例2に示す他の作動手段100bは、作動端が回動機構部50に当接するようにシャフト部40に設置され、図8の上下方向に伸縮するジャッキである。作動手段100bが図8の上下方向に延伸したとき、載置部10A、10Bは、作動手段100bが延伸する前より急峻な山形に変形する。また、2本のアーム部70は、作動手段100bが延伸する前より狭い角度を持ったV字型を形成するように回動するとともに、載置部10A、10Bの少なくとも回動機構部50の位置を上昇させて、載置部10A、10Bが山形に変形する前より高い位置で保持するようになる。一方、作動手段100bが図8の上下方向に収縮したとき、2本のアーム部70は、作動手段100bが収縮する前より広い角度を持ったV字型を形成するように回動するとともに、載置部10A、10Bの少なくとも回動機構部50の位置は下降していく。
〔実施形態6〕
図9に示す例3を用いて、太陽電池架台2のアーム部70および載置台10を(図3の(a)〜(c)および図4の(a)〜(c)に示すように)動作させる作動手段の他の例を説明する。なお、前記実施形態1に係る太陽電池架台1にも、本実施形態で説明する作動手段を適用することができる。
(作動手段の例3)
図9の例3に示す作動手段100cは、載置台保持部60に取り付けられたアクチュエータ(電動モータおよび歯車機構など)である。作動手段100cは、アーム部70を連結バー62の周りに回動させることによって2本のアーム部70がなす角を変化させる。すると、アーム部70の回動と連動して、載置部10A、10Bの地面に対する角度が変化して傾いていくとともに、地面からの載置部10A、10Bの下端部の高さも変化する。なお、作動手段100cは、少なくとも1対のアーム部70に対して設けられればよい。
〔実施形態7〕
図9に示す例4を用いて、太陽電池架台2のアーム部70および載置台10を(図3の(a)〜(c)および図4の(a)〜(c)に示すように)動作させる作動手段の他の例を説明する。なお、前記実施形態1に係る太陽電池架台1にも、本実施形態で説明する作動手段を適用することができる。
(作動手段の例4)
図9の例4に示す他の作動手段100dは、アーム部70を載置部10A、10Bに取り付けるための取り付け部材に取り付けられたアクチュエータである。作動手段100dは、載置部10A、10Bとアーム部70とがなす角を変化させる。すると、アーム部70の回動と連動して、載置部10A、10Bの地面に対する角度が変化して傾いていくとともに、地面からの載置部10A、10Bの下端部の高さも変化する。なお、作動手段100dは、少なくとも1対のアーム部70に対して設けられればよい。
〔実施形態8〕
図10に示す例5を用いて、太陽電池架台2のアーム部70および載置台10を(図3の(a)〜(c)および図4の(a)〜(c)に示すように)動作させる作動手段の他の例を説明する。なお、前記実施形態1に係る太陽電池架台1にも、本実施形態で説明する作動手段を適用することができる。
(作動手段の例5)
図10の例5に示す作動手段100eは、載置部10A、10Bに当接し、図10の左右方向(支柱30およびシャフト部40の双方に垂直な方向)に伸縮するジャッキである。作動手段100eが図10の左右方向に延伸したとき、載置部10A、10Bとアーム部70とがなす角が狭くなる。すると、2本のアーム部70がなす角が広くなるので、載置部10A、10Bは、作動手段100eが延伸する前より緩やかな山形に変形し、また、回動機構部50は、作動手段100eが延伸する前より低い位置に下がる。一方、作動手段100eが図10の左右方向に収縮したとき、載置部10A、10Bとアーム部70とがなす角が広がるとともに、2本のアーム部70がなす角が狭くなるので、載置部10A、10Bは、作動手段100eが収縮する前より急峻な山形に変形し、また、回動機構部50は、作動手段100eが収縮する前よりも高い位置に上がる。
〔実施形態9〕
前記実施形態2で説明した太陽電池架台2(図5参照)は、太陽電池架台2が折り畳まれた状態であるときに載置部10A、10Bに加わる水平方向の力に対抗するために、前記実施形態1で説明した補助支持部90(図4の(a)〜(c)参照)を備えていてもよい。また、太陽電池架台1および2は、折り畳まれた状態を保持するために、太陽電池架台1および2の各部同士を係合する1つまたは複数の係合具(第1の係合部、第2の係合部)を備えていてもよい。例えば、太陽電池架台1および2は、太陽電池架台1および2が折り畳まれた状態で、一方の載置部10Aと、支柱30、他方の載置部10Bおよび上記保持部(載置台保持部60aおよびアーム部70、または、シャフト部40および載置台保持部60a)のいずれかとを互いに係合する第1の係合部を備えていてもよい。また、太陽電池架台1および2は、太陽電池架台1および2が折り畳まれた状態で、一方のアーム部70と、他方のアーム部70、他方の載置部10Bおよび保持部本体(載置台保持部60、60a)のいずれかとを互いに係合する第2の係合部を備えていてもよい。
図11は、補助支持部90の他に、複数の係合具90A〜90Cを備えた太陽電池架台2の側面図である。図11に示すように、係合具90A(第2の係合部)は、2本のアーム部70と載置台保持部60aとを係合するフックであり、2本のアーム部70が閉じた状態を保持する。また、係合具90Aに代えて、あるいは係合具90Aに加えて、載置台保持部60aの回転軸の回動を規制する部材として、例えば締め付けネジを設けてもよい。係合具90B(第2の係合部)は、アーム部70同士を係合する係合部材であり、例えばフックである。係合具90C(第1の係合部)は、載置部10A、10Bの縦桟20A同士を係合する係合部材であり、例えばフックである。補助支持部90は、太陽電池アレイ80A、80Bおよび2つの載置部10A、10Bを支持する。補助支持部90の先端に設けられたフック等の係合具によって、載置部10A、10Bを支柱30に固定するようにしてもよい。また、補助支持部90は支柱30に限られず、載置台保持部60aに設けられていてもよい。
〔実施形態10〕
本実施形態では、前記実施形態2で説明した太陽電池架台2が複数台で同期する構成を説明する。
図12は、複数の太陽電池架台2および複数の太陽電池アレイ80を備えた太陽光発電システム100の構成を示す概略図である。図12に示すように、太陽光発電システム100において、複数の太陽電池架台2は、設置面上に一列に配列されている。太陽光発電システム100を構成する複数の太陽電池架台2の載置台10同士は接続されている。具体的には、複数の太陽電池架台2がそれぞれ備えた複数の載置台10のシャフト部40(図7参照)同士が機構的に連結され、複数のシャフト部40が連動して回転するように構成されている。これにより、複数の太陽電池架台2の載置台保持部60aは、同期して、一斉に載置台10の向きを変化させるように動作する。これにより、太陽光発電システム100を構成する複数の太陽電池アレイ80の向きを同時に調整することができる。
なお、一変形例に係る太陽光発電システム100は、同期して、載置台10を山形に変形させるように動作してもよい。
(補足説明;載置部の傾斜角の重要性)
従来、積雪地向けの太陽電池架台として、太陽電池パネルから雪が滑落するように、載置部を40度程度の傾斜角に傾けることが可能な架台があるが、その程度の傾斜角では不充分である場合がある。すなわち、雪の特徴や影響を考慮すると、載置部の傾斜角はできるだけ大きくできることが好ましい。以下で、載置部の傾斜角を大きくすることができることが重要である理由を説明する。
(1.太陽電池パネル上の積雪)
載置部の角度が小さい場合、太陽電池パネル上に雪が残る可能性が高くなる。また、太陽電池架台のフレームに雪が引っ掛かることで、太陽電池パネル上に雪が残る可能性がある。
一方、実施形態1〜10に係る太陽電池架台1、2では、載置部10A,10Bの傾斜角を40度よりも遥かに大きくすることができ、より詳細には垂直に近い傾斜角にする(図3の(c)および図4の(c)参照)ことができる。載置部10A,10Bの傾斜角が垂直に近い場合、太陽電池アレイ80A、80B上に雪がほとんど積もらない。
(2.雪だまり)
図14の(a)(b)は、太陽電池アレイ80A、80B上から滑落した雪が、太陽電池架台1、2の周囲に雪だまりを形成する様子を示す。
図14の(a)に示すように、載置部10A、10Bの傾斜角が小さい場合、太陽電池アレイ80A、80Bの地面への投影面積が大きくなるので、太陽電池アレイ80A、80B上に降る雪の量が多い。それゆえ、太陽電池アレイ80A、80B上から地面に滑落する雪の量も多い。このため、太陽電池アレイ80A、80B上から滑落する雪が、載置部10A、10Bの下端部付近に、大きな雪だまりを形成する。この雪だまりによって、太陽電池アレイ80A、80B上から雪が滑落することが妨害されて、太陽電池アレイ80A、80B上に雪が残る可能性がある。また、太陽電池架台1、2が雪だまりに埋没する可能性もある。後述するように、太陽電池架台1、2が雪に埋没しているとき、太陽電池架台1、2に対して、地面方向に沈降力が働く。
一方、図14の(b)に示すように、載置部10A、10Bの傾斜角が大きい場合、太陽電池アレイ80A、80Bの地面への投影面積が小さくなるので、太陽電池アレイ80A、80B上に降る雪の量が少なくなる。それゆえ、太陽電池アレイ80A、80B上から地面に滑落する雪の量も少ないので、載置部10A、10Bの下端部付近に、あまり大きな雪だまりができない。そのため、雪だまりによって、太陽電池アレイ80A、80B上から雪が滑落することが妨害されず、また、太陽電池アレイ80A、80B上に雪が積もり難い。
(3.沈降力)
図15の(a)および図15の(b)は、太陽電池架台1、2の周囲の雪だまりが太陽電池架台1、2に対して沈降力を発生させる様子を示す。図15の(a)および図15の(b)に示すように、太陽電池架台1、2の周囲には、太陽電池アレイ80A、80B上から滑落する雪が、雪だまりを形成する。太陽電池架台1、2は、この雪だまりに埋没する場合がある。
図15の(a)および図15の(b)に示すように、太陽電池架台1、2が雪に埋没している場合、雪解け時に、地面に積もった雪が太陽電池架台1、2に対して、沈降力を発生させる。沈降力は、図15の(a)および図15の(b)の下方向に働く。
図15の(a)に示すように、載置部10A、10Bの傾斜角が小さい場合、太陽電池架台1、2のフレームや支柱30は、沈降力および雪の荷重によって大きな負荷を受ける。一方、図15の(b)に示すように、載置部10A、10Bの傾斜角が大きい場合、太陽電池架台1、2のフレームや支柱30は、沈降力および雪の荷重によってあまり大きな負荷を受けることがない。
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る太陽電池架台(1、2)は、太陽電池パネル(80)を載置され、屈曲するように変形可能な屈曲部(回動機構部50)を有する載置部(載置台10)と、上記載置部を保持する保持部(載置台保持部60)と、を備え、上記保持部は、上記載置部の変形と連動して動作し、上記載置部が屈曲しているときには上記載置部の上記屈曲部を、上記載置部が屈曲していないときよりも高い位置で保持する。
上記の構成によれば、載置部を屈曲させて、(太陽電池架台の設置面に対する)載置部の傾斜を増大させることによって、載置部に載置される太陽電池パネル上に雪が積もり難くすることができる。また、載置部の屈曲部は、屈曲しているときには、屈曲していないときよりも高い位置で保持される。そのため、(載置部が屈曲することによって)屈曲部に対して、載置部の端部の位置が下がっている場合であっても、該端部の位置が低くなりすぎない。したがって、太陽電池パネルが雪に埋もれることを抑制することができる。
本発明の態様2に係る太陽電池架台は、上記態様1において、上記載置部は、上記太陽電池パネル(太陽電池アレイ80A)を載置する第1載置部(載置部10A)と、上記第1載置部と上記屈曲部を介して連結された、他の太陽電池パネル(太陽電池アレイ80B)を載置する第2載置部(載置部10B)とを備え、上記載置部は、上記第1載置部と上記第2載置部とが、上記屈曲部を頂部とする山形を形成するように屈曲してもよい。
上記の構成によれば、載置部が山形を形成するので、載置部に載置される太陽電池パネルに雪が積もり難い。加えて、屈曲した載置部(すなわち、第1載置部および第2載置部)が風を受ける面積は、屈曲する前の載置部が風を受ける面積よりも小さいので、載置部が受ける風圧が低減される。
本発明の態様3に係る太陽電池架台は、上記態様2において、上記保持部は、保持部本体(シャフト部40、載置台保持部60)と第1アーム部(70)と第2アーム部(70)とを備えており、上記第1アーム部の一方の端部と上記第2アーム部の一方の端部とがそれぞれ、上記保持部本体と回動可能に接続されて、上記第1アーム部と上記第2アーム部とが、それぞれ、上記一方の端部から、互いに異なる方向で上方に延設され、上記第1アーム部の他方の端部が上記第1載置部と回動可能に接続され、上記第2アーム部の他方の端部が上記第2載置部と回動可能に接続され、上記第1アーム部と上記第2アーム部との間の角度を小さくすることによって上記屈曲部を屈曲させてもよい。
上記の構成によれば、第1アーム部と第2アーム部との間の角度を調整することによって、屈曲部の高さを調整することができる。
さらに、特許文献3のように、アーム部を備えない構成では、支柱の頂部を中心として、載置部が屈曲する。この場合、載置部上の太陽電池パネルの下端が太陽電池架台の設置面に接しないように、支柱の高さを、太陽電池パネルの幅よりも高くする必要がある。これに対し、上記の構成では、アーム部が、載置部の変形と連動して、屈曲部を高い位置で保持するように働くので、支柱の高さを太陽電池パネルの幅よりも低くすることができる。これにより、太陽電池架台の製造コストを削減することができるとともに、太陽電池架台の施工性や、設置された太陽電池架台のメンテナンス性を向上させることができる。
本発明の態様4に係る太陽電池架台は、上記態様2または3において、当該太陽電池架台が折り畳まれた状態で、上記第1載置部と、当該太陽電池架台の支柱(30)、上記第2載置部および上記保持部のいずれかとを互いに係合する第1の係合部(係合具90C)を有していてもよい。
上記の構成によれば、折り畳んだ太陽電池架台が風などの負荷によって不用意に広がってしまうことを防止でき、太陽電池架台が折り畳まれた状態を保持することができる。
本発明の態様5に係る太陽電池架台は、上記態様3において、当該太陽電池架台が折り畳まれた状態で、上記第1アーム部と、上記第2アーム部、上記第2載置部および上記保持部本体のいずれかとを互いに係合する第2の係合部(係合具90A、90B)を有していてもよい。
上記の構成によれば、折り畳んだ太陽電池架台が風などの負荷によって不用意に広がってしまうことを防止でき、太陽電池架台が折り畳まれた状態を保持することができる。
本発明の態様6に係る太陽電池架台は、上記態様1から5のいずれかにおいて、上記保持部は、上記載置部を、当該太陽電池架台の支柱(30)の延伸方向に対し傾斜させて保持してもよい。
上記の構成によれば、載置部が太陽のある方向(例えば南)を向くように、太陽電池架台を設置することができる。そして、載置部に載置される太陽電池パネルの受光量を増大させることができるし、太陽電池パネル上の雨水が流れるための勾配を得ることもできる。
本発明の態様7に係る太陽電池架台は、上記態様1から6のいずれかにおいて、上記太陽電池架台の支柱(30)の側面に設けられた補助支持部(90)をさらに備え、上記補助支持部は上記載置部が屈曲したときに、上記補助支持部が上記載置部に当接してもよい。上記の構成によれば、載置部の荷重を分散させ安定させることができる。
本発明の態様8に係る太陽電池架台は、上記態様1から7のいずれかにおいて、上記保持部は、上記載置部に載置される上記太陽電池パネルの法線の向きを、当該太陽電池架台の支柱の延伸方向を含む面に沿って変化させてもよい。
上記の構成によれば、1日における太陽の移動に合わせて、載置部に載置される太陽電池パネルが常に太陽のある方角を向くように、載置部の面の向きを変化させることができる。そうすることで、載置部に載置される太陽電池パネルの受光量を増大させることができる。
本発明の態様9に係る太陽電池架台は、上記態様1から8のいずれかにおいて、上記保持部は、他の太陽電池架台が備えた他の保持部と連結されており、連結された他の保持部と同期して連動してもよい。
上記の構成によれば、複数の太陽電池架台がそれぞれ備えた載置部を、互いに連結されたままで、一緒に動作させることができる。
本発明の態様10に係る太陽光発電システム(100)は、上記態様1〜9のいずれかの太陽電池架台と、上記太陽電池架台に固定された上記太陽電池パネルとを含んでいてよい。
本発明の態様11に係る太陽電池架台の操作方法は、上記態様1〜9のいずれかの太陽電池架台の操作方法であって、上記太陽電池架台を設置した地域の降雪に関する情報に基づいて、上記太陽電池架台を屈曲させて折り畳むかまたは伸長させて広げるかの決定を行うステップと、上記決定に基づいて上記屈曲部を屈曲させるステップとを含んでいてよい。
本発明の態様12に係る太陽電池架台の操作方法は、上記態様11の操作方法において、上記太陽電池架台を設置した地域における気象予測の結果に基づいて、上記載置部の屈曲の程度を変えてもよい。
上記の構成によれば、降雪に関する情報(降雪予想の結果)に含まれる降雪確率や降雪量等の情報に基づいて、太陽電池架台(載置部)の屈曲の程度を適切に変えることができる。あるいは、気象予想の結果に含まれる台風の接近や大風の発生等の情報に基づいて、載置部の屈曲の程度を変えてもよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
1、2 太陽電池架台
10 載置台(載置部)
10A 載置部(第1載置部)
10B 載置部(第2載置部)
30 支柱
40 シャフト部(保持部)
50 回動機構部(屈曲部)
60、60a 載置台保持部(保持部、保持部本体)
70 アーム部(保持部)
80 太陽電池アレイ(太陽電池パネル)
80A 太陽電池アレイ(太陽電池パネル)
80B 太陽電池アレイ(太陽電池パネル)
90 補助支持部
90A、90B 係合具(第2の係合部)
90C 係合具(第1の係合部)

Claims (9)

  1. 太陽電池パネルを載置され、屈曲部で屈曲するように変形可能な載置部と、
    上記載置部を保持する保持部と、
    を備え、
    上記保持部は、上記載置部の変形と連動して動作し、上記載置部が屈曲しているときには上記載置部の上記屈曲部を、上記載置部が屈曲していないときよりも高い位置で保持し
    上記載置部は、上記太陽電池パネルを載置する第1載置部と、上記第1載置部と上記屈曲部を介して連結された、他の太陽電池パネルを載置する第2載置部とを備え、
    上記載置部は、上記第1載置部と上記第2載置部とが、上記屈曲部を頂部とする山形を形成するように屈曲し、
    上記保持部は、保持部本体と第1アーム部と第2アーム部とを備えており、
    上記第1アーム部の一方の端部と上記第2アーム部の一方の端部とがそれぞれ、上記保持部本体と回動可能に接続されて、上記第1アーム部と上記第2アーム部とが、それぞれ、上記一方の端部から、互いに異なる方向で上方に延設され、
    上記第1アーム部の他方の端部が上記第1載置部と回動可能に接続され、
    上記第2アーム部の他方の端部が上記第2載置部と回動可能に接続され、
    上記第1アーム部と上記第2アーム部との間の角度を小さくすることによって上記載置部を屈曲させることを特徴とする太陽電池架台。
  2. 当該太陽電池架台が折り畳まれた状態で、
    上記第1載置部と、当該太陽電池架台の支柱、上記第2載置部および上記保持部のいずれかとを互いに係合する第1の係合部を有することを特徴とする請求項に記載の太陽電池架台。
  3. 当該太陽電池架台が折り畳まれた状態で、
    上記第1アーム部と、上記第2アーム部、上記第2載置部および上記保持部本体のいずれかとを互いに係合する第2の係合部を有することを特徴とする請求項に記載の太陽電池架台。
  4. 上記保持部は、上記載置部を、当該太陽電池架台の支柱の延伸方向に対し傾斜させて保持する
    ことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の太陽電池架台。
  5. 上記保持部本体は、上記太陽電池架台の支柱の頂部に固定されており、
    上記第1アーム部及び上記第2アーム部と、上記保持部本体とは、回動可能に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池架台。
  6. 上記太陽電池架台が折り畳まれることにより、上記第1アーム部と上記第1載置部とが接続された部分及び上記第2アーム部と上記第2載置部とが接続された部分の高さが高くなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池架台。
  7. 上記太陽電池架台の支柱または保持部に設けられた補助支持部をさらに備え、
    上記補助支持部は上記載置部が屈曲したときに、上記補助支持部が上記載置部に当接することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の太陽電池架台。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池架台と、
    上記太陽電池架台に固定された上記太陽電池パネルとを含む太陽光発電システム。
  9. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池架台の操作方法であって、
    上記太陽電池架台を設置した地域の降雪に関する情報に基づいて、上記太陽電池架台を屈曲させて折り畳むかまたは伸長させて広げるかの決定を行うステップと、
    上記決定に基づいて上記載置部を屈曲させるステップとを含むことを特徴とする操作方法。
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