JP6452222B2 - 太陽光発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、建物の屋根に設置される伸縮可能な太陽光発電装置に関するものである。

複数の太陽電池モジュールが組み込まれた装置を、折り畳んだり移動させたりすることで、固定式とは異なる効果が得られることが知られている（特許文献１−６など参照）。

例えば特許文献１には、鉛直方向に伸縮可能となるように複数の太陽電池パネルをジグザグに繋いだ太陽電池装置が開示されている。このような太陽電池装置であれば、太陽光発電を行いたいときに上向きに太陽電池装置を伸ばすことで、狭い場所でも効率的に発電を行うことができる。

また、特許文献２には、ソーラーパネルを晴れの日には日当たりのよい高い位置に移動させ、雨の日には駐車スペースの庇に利用するなど、天気によってソーラーパネルの位置を移動させることができる建物が開示されている。

さらに、特許文献３には、シート状の巻き取られた太陽光発電シートを、任意の場所で引き伸ばして発電させることができる太陽光発電装置が開示されている。

また、特許文献４，５には、携帯用の折り畳み可能な太陽電池セット又は太陽電池パネルが開示されている。そして、特許文献６には、屋根の修繕時などに、レール上に設置された太陽電池モジュールを移動させて１箇所に収容することができる可動式架台が開示されている。

特開２００５−１０１１０３号公報 特開２００９−１５５８０３号公報 特開２００６−８６２０３号公報 特開昭６４−１１３７３号公報 実開平２−４２４５０号公報 特開２００１−７３７３号公報

しかしながら、特許文献１−６に開示された太陽光発電装置は、建物の屋根の上から側方に向けて張り出させることができる構造とはなっていない。発電を行うときにだけ屋根の側方空間を利用できれば、発電量を増加させることができる。

そこで、本発明は、簡単な構造で建物の屋根の上から側方に向けて張り出させることによって発電量を増加させることが可能な太陽光発電装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュールが組み込まれた建物の屋根に設置される伸縮可能な太陽光発電装置であって、前記複数の太陽電池モジュールは前記建物の屋根面と略平行する方向に伸縮可能な支持構造体に取り付けられるとともに、前記支持構造体は、風荷重が所定値以下の場合にのみ前記屋根から側方に向けて張り出させることが可能となるように製作され、かつ駆動装置の作動によって収縮可能に構成されていることを特徴とする。

ここで、前記支持構造体は、前記太陽電池モジュールの側縁を含めて構成されるパンタグラフ機構と、前記太陽電池モジュールの両側に配置される前記パンタグラフ機構の下側節点間を繋ぐ横材と、前記張り出させる部分の支点となる位置の前記横材に取り付けられる移動支点部と、前記移動支点部の軌道とするために前記屋根に敷設されるレール部と、少なくとも前記パンタグラフ機構を収縮させる駆動装置とを備えた構成とすることができる。

また、前記屋根には風速計が設置されるとともに、前記駆動装置は前記風速計の測定値が所定値以上となった場合に前記支持構造体を縮めるように制御させることもできる。

このように構成された本発明の太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュールが屋根面と略平行する方向に伸縮可能な支持構造体に取り付けられる。この支持構造体は、風荷重が所定値以下の場合にのみ屋根から張り出させることが可能となるように製作されている。また、駆動装置の作動によって収縮可能に構成されている。

このため、太陽光発電装置を建物の屋根の上から側方に向けて張り出させることで発電量を増加させることができる。また、風が強いときには駆動装置によって収縮させて屋根の上に収容させるのであれば、簡単な構造にすることができる。

さらに、屋根面と略平行する方向に伸縮可能な支持構造体は、パンタグラフ機構を利用することによって容易に構築することができる。さらに、駆動装置の制御に風速計の測定値を利用することによって、風が急に強くなっても自動的に収容させることができる。

本実施の形態の太陽光発電装置の屋根から側方に向けて張り出させた状態を示した説明図である。 本実施の形態の太陽光発電装置の屋根上で収容させた状態を示した説明図である。 本実施の形態の太陽光発電装置の屋根上でのみ発電させる状態を示した説明図である。 実施例の太陽光発電装置の屋根から側方に向けて張り出させた状態を示した側面図である。 実施例の太陽光発電装置の屋根から側方に向けて張り出させた状態を示した平面図である。 実施例の太陽光発電装置の屋根上で収容させた状態を示した説明図である。 図６の一部を拡大して示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１−３は、本実施の形態の太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂの概念を説明するための図である。

この太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂは、建物としての住宅１の屋根の上に設置される。本実施の形態で説明する住宅１は、陸屋根が形成される２階建ての住宅である。

ここで、住宅１の１階の屋根を下屋根１１とし、２階の屋根を上屋根１２とする。下屋根１１と上屋根１２の屋根面は、排水勾配は設けられているが略水平な平坦面となっている。

そして、下屋根１１には太陽光発電装置２０Ａを設置し、上屋根１２には太陽光発電装置２０Ｂを設置する。２つの太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂは、屋根面の広さに合わせた大きさが異なるだけで同様の構造となるため、以下では太陽光発電装置２０Ａの符号を使ってまとめて説明する。

太陽光発電装置２０Ａは、住宅１の屋根面（１１）と略平行する方向に伸縮可能な支持構造体３と、その支持構造体３に組み込まれる複数の太陽電池モジュール２，・・・とによって主に構成される。

太陽電池モジュール２は、太陽エネルギーとしての太陽光を、太陽電池を利用することによって、直接、電力に変換して発電をおこなう装置である。太陽電池モジュール２は、長方形のパネル状に形成されている。

また、太陽電池モジュール２は、太陽光を受けることができる時間帯にのみ電力を供給することが可能な装置である。さらに、太陽電池モジュール２によって発電された直流電力は、通常、パワーコンディショナ（図示省略）によって交流電力に変換されて使用される。

このような太陽電池モジュール２が複数枚組み込まれる支持構造体３は、パンタグラフ機構によって伸縮可能な構成となっている。パンダグラフ機構の具体的な構成については実施例で説明するが、太陽電池モジュール２の両側にそれぞれパンタグラフ機構が取り付けられる。

また、支持構造体３は、図１に示すように、伸長時（展開時）に下屋根１１から張り出される部分が張出部３ａとなり、下屋根１１の上に残される部分が本体部３ｂとなる。

詳細には、支持構造体３の途中には、下方から支持させるための移動支点部３１が取り付けられており、移動支点部３１よりも軒先側が張出部３ａとなり、移動支点部３１よりも軒元側が本体部３ｂとなる。要するに移動支点部３１は、下屋根１１から張り出させる張出部３ａの支点となる。

また、この移動支点部３１の軌道とするために、下屋根１１の屋根面にはレール部３２が敷設される。この移動支点部３１は、レール部３２を移動可能な手段であればよく、車輪、スライダーなどが使用できる。

さらに、太陽光発電装置２０Ａは、支持構造体３を伸縮させるための駆動装置を備えている。この駆動装置は、少なくとも支持構造体３を収縮させることができればよい。

例えば駆動装置には、移動支点部３１をレール部３２の軒先側端部とは反対側（軒元側）の端部に引き寄せることが可能な電動ウインチ、電動スクリュージャッキ、油圧シリンダなどが使用できる。

本実施の形態では、駆動装置として電動スクリュージャッキ３３について説明する。この電動スクリュージャッキ３３は、支持構造体３の端部に取り付けられる。

詳細には、パンタグラフ機構を伸縮方向と直交する方向に開閉させる向きで電動スクリュージャッキ３３を取り付ける。このように取り付けられた電動スクリュージャッキ３３を縮める方向に作動させてパンタグラフ機構の端部を閉じると、図１に示すように支持構造体３が伸びることになる。

これに対して、電動スクリュージャッキ３３を伸ばすことでパンタグラフ機構の端部を開くと、図２に示すように支持構造体３が縮むことになる。このように電動スクリュージャッキ３３であれば、太陽光発電装置２０Ａの伸縮の両方を自動的に行わせることができる。

このような支持構造体３の伸縮は、スイッチのオン又はオフによって人の手を介して行うことができる。これに対して、風速計４と連動させた自動制御にすることもできる。

本実施の形態では、住宅１の上屋根１２の上に風速計４を設置する。この風速計４によって測定された測定値は、電動スクリュージャッキ３３の制御部に送信される。

そして、電動スクリュージャッキ３３の制御部では、所定値以上の測定値を受信したときに、電動スクリュージャッキ３３を伸ばす信号を電動スクリュージャッキ３３に送ることで、支持構造体３を収縮させる。

次に、本実施の形態の太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂの使用方法及び作用について、図１−３を参照しながら説明する。

図１は、晴天時の日中の使用状態を示している。また、このときに風速計４によって測定される測定値は、太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂの設計風荷重以下である。

このように風も弱く、太陽光発電が可能な時間帯及び天気のときには、電動スクリュージャッキ３３を縮めて、下屋根１１又は上屋根１２から張り出される状態になるまで、太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂを広げる。

要するに建築基準法が求める風荷重や積雪荷重が作用しない状態のときには、太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂを最大限に展開して、下屋根１１又は上屋根１２から張り出させることができる。

また、太陽電池モジュール２の支持構造体３への取り付け角度は、この最大伸長時に最も発電効率が良くなる角度に設定する。なお、太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂの張り出し量は、住宅１の敷地内に収まる範囲にする。

これに対して、図２に示すように台風が接近しているときや、風速計４によって設計風荷重以上の風速が測定されたときには、風速計４から制御部に送られた測定値に基づく信号によって、電動スクリュージャッキ３３を伸ばす。

図２は、太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂが最も折り畳まれた状態を示している。なお、降雪時など積雪荷重が太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂに作用しそうな天候の場合にも、電動スクリュージャッキ３３を伸ばして、支持構造体３が最も折り畳まれる状態にする。

一方、図３は、曇りや雨の日、又は夜間など、太陽光発電がそれほど行われない又はまったく発電しないときの状態を示している。このような発電量が少ないときであっても、風が弱い場合は、下屋根１１及び上屋根１２の範囲で太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂを展開しておくことができる。

また、この状態からであれば、太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂの支持構造体３を少し伸ばすだけで、迅速に下屋根１１又は上屋根１２から張り出された状態に切り替えることができる。

このように構成された本実施の形態の太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂは、複数の太陽電池モジュール２，・・・が屋根面と略平行する方向に伸縮可能な支持構造体３に取り付けられる。

この支持構造体３は、風荷重が所定値以下の場合にのみ屋根（１１，１２）から張り出させることが可能となるように製作されている。また、電動スクリュージャッキ３３の作動によって収縮可能に構成されている。

このため、太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂを住宅１の屋根（１１，１２）の上から側方に向けて張り出させることで発電量を増加させることができる。また、風が強いときには電動スクリュージャッキ３３によって収縮させて屋根（１１，１２）の上に収容するようにすれば、大きな風荷重や積雪荷重に抵抗可能な構造にする必要がなく、簡単な構造にすることができる。

特に、電動スクリュージャッキ３３の制御に風速計４の測定値を利用することによって、例えば留守中に風が急に強くなっても自動的に支持構造体３を縮めて、太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂを屋根（１１，１２）の上に収容させることができる。

また、太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂを折り畳めるようにすることで、下屋根１１及び上屋根１２の修繕工事や、装置の維持管理などを容易に行うことができるようになる。

以下、前記した実施の形態の実施例について、図４−７を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一符号又は同一用語を使って説明する。

本実施例では、パンタグラフ機構となる支持構造体６の具体的な構成について説明する。本実施例の太陽光発電装置５０は、支持構造体６に複数の太陽電池モジュール５，・・・が取り付けられる。

この太陽電池モジュール５は、図６に示すように、両側に側縁５１，５１が取り付けられるとともに、上方及び下方の縁部にも端縁５２，５３が取り付けられる。この側縁５１及び端縁５２，５３は、形鋼などの鋼材によって形成することができる。

そして、支持構造体６は、図４，５に示すように、移動支点部６１よりも軒先側の張出部６ａと、移動支点部６１よりも軒元側の本体部６ｂとによって構成される。

また、支持構造体６のパンタグラフ機構は、太陽電池モジュール２の両側に配置される。このパンタグラフ機構は、太陽電池モジュール２の側縁５１、短アーム６３及び長アーム６４を組み合わせることによって構成される。

詳細には、短アーム６３及び長アーム６４と太陽電池モジュール２の側縁５１とが、中央節点６５、上側節点６６Ａ及び下側節点６６Ｂにおいて回動可能となるように接続される。

この短アーム６３、長アーム６４及び側縁５１には、溝形鋼、リップ付き溝形鋼、角形鋼管などの鋼材が使用できる。また、長アーム６４は側縁５１と略同じ長さに成形され、短アーム６３は長アーム６４の略半分の長さに成形される。

この短アーム６３及び長アーム６４と側縁５１との接続について、図４，５を参照しながら具体的に説明すると、張出部６ａの軒先側においては、最も張り出される太陽電池モジュール５Ａの側縁５１の略中央となる中央節点６５において、短アーム６３の一端が接続される。

そして、太陽電池モジュール５Ａの軒元側に隣接する太陽電池モジュール５Ｂの側縁５１の下がった側の端部となる下側節点６６Ｂに、短アーム６３の他端が接続される。

一方、太陽電池モジュール５Ａの側縁５１の上がった側の端部となる上側節点６６Ａには、長アーム６４の一端が接続される。この長アーム６４の中央は、太陽電池モジュール５Ｂの側縁５１の中央節点６５に接続される。さらに、この長アーム６４の他端は、太陽電池モジュール５Ｃの側縁５１の下側節点６６Ｂに接続される。以下、この繰り返しとなる。

また、中央節点６５における接続は、図７に示すように、長アーム６４と側縁５１との間にスペーサ６５ａを介在させるとともに、それらを貫通させる軸部６５１によって回動自在となるように行われる。

さらに、上側節点６６Ａ又は下側節点６６Ｂによる接続は、長アーム６４と側縁５１との間にスペーサ６６ａ又はスペーサ６６ｂを介在させるとともに、それらを貫通させる軸部６６１によって回動自在となるように行われる。

一方、図６，７に示すように太陽電池モジュール５の両側に取り付けられるパンタグラフ機構の下側節点６６Ｂ，６６Ｂ間は、横材６７によって連結される。本実施例では、２列の太陽電池モジュール５，・・・群に対して、連続した横材６７が配置されている。

この横材６７の上面には、上述した下側節点６６Ｂのスペーサ６６ｂの下方に突出された下端が固着される。すなわち、太陽電池モジュール５の両側のパンタグラフ機構は、下側節点６６Ｂを介して横材６７に支持されることになる。

この横材６７は、すべての下側節点６６Ｂ，６６Ｂ間を繋ぐように、支持構造体６の伸縮方向に間隔を置いて複数、設けられる。そして、張出部６ａの支点となる位置の横材６７の端部に、図４に示すように移動支点部６１が取り付けられる。

また、この移動支点部６１の軌道とするために、屋根１３の上面にはレール部６２が敷設される。このレール部６２は、図７に示すように断面視略Ｌ字形のＬ形鋼によって形成される。そして、レール部６２は、屋根１３の上に設置された台座６２ａに固定される。

一方、このレール部６２を移動させる移動支点部６１は、車輪６１ａと、その回転軸となる車軸６１ｂと、車軸６１ｂを横材６７の端部に支持させるための支持台６１ｃとによって主に構成される。

また、横材６７には、移動時の脱落を防止するための脱輪防止具６７１が取り付けられる。この下方に垂下した脱輪防止具６７１がレール部６２の側縁に接触することによって、それ以上の側方へのずれ（移動）が制限されて脱輪が防止される。

このように屋根１３面と略平行する方向に伸縮可能な支持構造体６は、パンタグラフ機構を利用することによって容易に製作することができる。また、このように構成された支持構造体６であれば、屋根１３から側方に向けて張り出させることができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例では、陸屋根が形成された建物に太陽光発電装置２０Ａ，２０Ｂ，５０を設置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、切妻屋根や片流れ屋根等の傾斜屋根にも本発明の太陽光発電装置を設置することができる。

また、前記実施の形態では、風速計４による測定結果によって電動スクリュージャッキ３３を伸長させて支持構造体３を収縮させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば地震予測を取り込んで駆動装置を作動させることもできる。

１ 住宅（建物）
１１ 下屋根（屋根）
１２ 上屋根（屋根）
１３ 屋根
２ 太陽電池モジュール
２０Ａ，２０Ｂ 太陽光発電装置
３ 支持構造体
３ａ 張出部
３１ 移動支点部
３２ レール部
３３ 電動スクリュージャッキ（駆動装置）
４ 風速計
５ 太陽電池モジュール
５０ 太陽光発電装置
５１ 側縁
６ 支持構造体
６ａ 張出部
６１ 移動支点部
６２ レール部

Claims (2)

1. 複数の太陽電池モジュールが組み込まれた建物の屋根に設置される伸縮可能な太陽光発電装置であって、
   前記複数の太陽電池モジュールは前記建物の屋根面と略平行する方向に伸縮可能な支持構造体に取り付けられるとともに、
   前記支持構造体は、風荷重が所定値以下の場合にのみ前記屋根から側方に向けて張り出させることが可能となるように製作され、かつ駆動装置の作動によって収縮可能に構成されているものであって、
   前記張り出させる部分の支点となる位置に移動支点部が取り付けられていて、
   前記支持構造体は、前記太陽電池モジュールの側縁を含めて構成されるパンタグラフ機構と、前記太陽電池モジュールの両側に配置される前記パンタグラフ機構の下側節点間を繋ぐ横材と、前記張り出させる部分の支点となる位置の前記横材に取り付けられる前記移動支点部と、前記移動支点部の軌道とするために前記屋根に敷設されるレール部と、少なくとも前記パンタグラフ機構を収縮させる前記駆動装置とを備えたことを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記屋根には風速計が設置されるとともに、前記駆動装置は前記風速計の測定値が所定値以上となった場合に前記支持構造体を縮めるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。