JP6675881B2

JP6675881B2 - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JP6675881B2
Application number: JP2016032253A
Authority: JP
Inventors: 直樹伊▲藤▼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2036-02-23
Also published as: JP2017153213A

Description

本発明は、太陽光により電気的出力を発生させる太陽光発電装置に関する。

太陽光発電装置では、太陽光を電力に変換する太陽電池モジュールが、特許文献１に示すような支持装置に支持される。太陽電池モジュールは、受光面への太陽光の入射量を増やすことで発電電力量を増やすことができる。そこで、支持装置は、太陽電池モジュールの受光面の角度が、太陽光の入射量が多くなる角度で太陽電池モジュールを支持する。

特表２０１４−５１１０４３号公報

しかしながら、支持装置に支持された太陽電池モジュールの姿勢は、季節を通じて一定である。ここで、太陽の高度は季節ごとに異なるため、季節ごとに太陽電池モジュールの受光面の角度を異ならせれば、受光面への入射量をさらに増やして、より一層の発電電力量の増加を図ることができる。そこで、太陽電池モジュールに太陽を追尾させる追尾システムを導入することが考えられるが、追尾システムの導入には購入費用および維持費用が大きくなってしまうという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡便に受光面の角度の変更が可能な太陽光発電装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽光発電装置は、受光面に太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールが載置されるフロートと、太陽電池モジュールおよびフロートに固定され、太陽電池モジュールの受光面がフロートに対して傾いた姿勢になるように太陽電池モジュールを支持する支持具と、を備えており、フロートの内部空間は互いに交差する第１の壁と第２の壁によって複数の部屋に区画され、部屋に液体が注排水され部屋が液体で満たされた状態または空の状態になることにより水上に浮かべられたフロートの傾きが変化し、太陽高度の季節変動に対して受光面の向きが追従することを特徴とする。また、本発明にかかる太陽光発電装置は、受光面に太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールが載置されるフロートを備え、フロートの内部空間は、複数の部屋に互いに交差する第１の壁と第２の壁によって区画され、第１の壁と第２の壁とがなす角度が４６．８±１０度であることを特徴とする。

本発明によれば、簡便に受光面の角度の変更が可能な太陽光発電装置を得ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる太陽光発電装置の斜視図フロートを図１に示す矢視Ａに沿って見た断面図下部屋を液体で満たして水上に浮かべた太陽光発電装置の側面図後部屋と下部屋を液体で満たして水上に浮かべた太陽光発電装置の側面図下部屋と前部屋を液体で満たして水上に浮かべた太陽光発電装置の側面図実施の形態１にかかる太陽光発電装置の発電電力量のシミュレーション結果を示す図実施の形態１にかかる太陽光発電装置の変形例を示す斜視図フロートを図７に示す矢視Ｅに沿って見た断面図

以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽光発電装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽光発電装置の斜視図である。実施の形態１にかかる太陽光発電装置４０は、太陽電池モジュール９０と、支持具５０と、フロート１０と、を備える。

太陽電池モジュール９０では、受光面９０ａ側にガラスからなる透明基板８２を配置し、この透明基板８２の裏面側に、直列あるいは並列に接続された複数の太陽電池セル７０を並べて配置した太陽電池アレイ８１が形成される。また、封止樹脂８３または電気的絶縁材料で太陽電池アレイ８１が封止されて太陽電池パネル８０が形成される。封止樹脂８３は、例えば、ＥＶＡ（ＥｔｈｌｅｎｅＶｉｎｙｌＡｃｅｔａｔｅ、エチレンビニルアセテート）またはポリオレフィンである。電気的絶縁材料は、例えば、ＰＥＴ（ＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ポリエチレンテレフタレート）またはＰＶＦ（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＦｌｕｏｒｉｄｅ、ポリフッ化ビニル）である。また、太陽電池モジュール９０では、アルミニウムなどの押出成型にて作成された枠部材６０が、太陽電池パネル８０の外縁部の一部または全周にわたって、シリコン系の接着剤などを介して固定されている。

支持具５０は、太陽電池モジュール９０の枠部材６０に固定される。例えば、枠部材６０と支持具５０とをボルトおよびナットで固定したり、枠部材６０を支持具５０で直接挟みこむことで固定したりする。支持具５０に固定されることで、太陽電池モジュール９０の受光面９０ａの傾斜角度が決定される。

支持具５０は、フロート１０に固定される。例えば、フロート１０に設けられた固定穴１１と支持具５０の固定穴５２を用いて、ボルト１２およびナット１３を用いて固定したり、フロート１０に設けたボルト形状の成型加工部を、支持具５０に形成された穴に通し、成型加工によって設けられたナットを使用して固定したりする。なお、支持具５０を用いずに、太陽電池モジュール９０を直接フロート１０に固定してもよい。これにより、太陽電池モジュール９０が、支持具５０を介してフロート１０に載置される。支持具５０の材料は、長期の腐食を防止するために、一般的には、溶融亜鉛メッキ鋼板やステンレス鋼板、アルミニウムが使用される。

フロート１０は、内部に空洞である内部空間が形成されており、ＡＡＳ（ＡｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅＡｃｒｙｌａｔｅＳｔｙｒｅｎｅ、アクリロニトリルアクリルゴムスチレン）樹脂やＡＥＳ（ＡｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅＥｔｈｙｌｅｎｅ−ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ−ｄｉｅｎｅＳｔｙｒｅｎｅ、アクリロニトリルエチレン−プロピレン−ジエンスチレン）樹脂などで作製される。フロート１０は、太陽電池モジュール９０および支持具５０を積載した状態で、内部空間にたまった空気による浮力によって水上に浮かべられる。これにより、太陽電池モジュール９０を水上に設置することができる。

図２は、フロート１０を図１に示す矢視Ａに沿って見た断面図である。フロート１０の内部空間は、複数の部屋２０に区画されている。より具体的には、互いに交差する壁（第１の壁）１７と壁（第２の壁）１８によってフロート１０の内部空間が複数の部屋２０に区画されている。壁１７，１８は、平板形状を呈しており、太陽電池モジュール９０の桁行方向（図１に矢印Ｂで示す方向）に沿って延びる。すなわち、複数の部屋２０も太陽電池モジュール９０の桁行方向に沿って延びる。その長さは太陽電池モジュール９０の１台分または複数台分である。なお、以下の説明において、桁行方向と垂直な方向、すなわち図２に矢印Ｃで示す方向を前後方向とする。また、前後方向において、太陽電池モジュール９０とフロート１０の距離が遠いほうから近いほうに向かう方向を前方向とし、太陽電池モジュール９０とフロート１０の距離が近いほうから遠いほうに向かう方向を後方向とする。

複数の部屋２０は、上部屋２０ａ、後部屋２０ｂ、下部屋２０ｃ、前部屋２０ｄを有して構成される。複数の部屋２０のそれぞれには、注排水用の開口部１４（１４ａ〜１４ｄ），１５（１５ａ〜１５ｄ）がそれぞれ設けられており、それぞれの部屋２０に水または水に代わる液体３０を個別に注排水することで、個々の部屋２０を液体３０で満たした状態にしたり、空の状態にしたりすることができる。

フロート１０の外壁と壁１７と壁１８は、太陽電池モジュール９０の桁行方向に平行に延びる。これにより、フロート１０の断面は、太陽電池モジュール９０の桁行方向に沿っていずれの位置においても同一の内部空間を有する。こうすることで、フロート１０を水上に浮かべて部屋に水を満たした際に、太陽電池モジュール９０の桁行方向のバランスが取れるので、フロート１０は桁行方向に水面と水平に浮かぶ。

図２に示すように、桁行方向に沿って見た場合には、フロート１０の内部空間は４つの部屋２０に区画されている。４つの部屋２０のうち、上部屋２０ａおよび下部屋２０ｃは、桁行方向に沿って見た場合に、フロート１０の前後方向における重心を通る鉛直線Ｄに対して対称となる形状で形成される。一方、４つの部屋２０のうち、後部屋２０ｂおよび前部屋２０ｄは、鉛直線Ｄを挟んで互いに対向する位置に形成されている。なお、後部屋２０ｂと下部屋２０ｃと前部屋２０ｄは、同じ体積とされる。そのために、フロート１０の外壁のうち、下部屋２０ｃを構成する部分には、凹み１０ａが形成されている。

図３は、下部屋２０ｃを液体３０で満たして水上に浮かべた太陽光発電装置４０の側面図である。図４は、後部屋２０ｂと下部屋２０ｃを液体３０で満たして水上に浮かべた太陽光発電装置４０の側面図である。図５は、下部屋２０ｃと前部屋２０ｄを液体３０で満たして水上に浮かべた太陽光発電装置４０の側面図である。なお、図３から図５では、フロート１０を断面図で示している。

図３に示すように、下部屋２０ｃを液体３０で満たした場合であっても、水上に浮かべられた太陽光発電装置４０の前後方向への傾きは変化しない。これは上部屋２０ａを液体３０で満たした場合も同様である。

なお、壁１７，１８は、図３に示す状態において水平面と２３．４度の角度となるように形成されている。これは、壁１７と壁１８とが４６．８度の角度で交差するように形成されていると換言できる。また、壁１７と壁１８とは、面同士が４６．８度の角度をなす部分と、１３３．２度の角度をなす部分を有するとも換言できる。なお、壁１７，１８が水平面となす角度である２３．４度は、地軸の傾きである。

また、壁１７と壁１８は、壁１７と壁１８とがなす角度が１３３．２度となる部分が太陽電池モジュール９０と対向するように形成されている。また、太陽電池モジュール９０は、図３に示す状態で、受光面９０ａが、春分の日または秋分の日の南中時の太陽高度に垂直に正対する傾きで支持されている。

図３に示すように下部屋２０ｃを液体３０で満たした状態から、図４または図５に示すように後部屋２０ｂおよび前部屋２０ｄのいずれか一方に注水して液体３０で満たした状態に変化させた場合、水上に浮かべられたフロート１０の前後方向への傾きが変化する。

より具体的には、図４に示すように、後部屋２０ｂと下部屋２０ｃを液体３０で満たした場合、後部屋２０ｂにおいて壁１８よりも上方に位置する壁１７が水平となるように、太陽光発電装置４０の前後方向への傾きが変化する。すなわち、太陽電池モジュール９０の受光面９０ａは、図３に示す状態から後方へ２３．４度傾く。これにより、太陽電池モジュール９０の受光面９０ａを、夏至の日の南中時の太陽高度に垂直に正対させることができる。この状態から、後部屋２０ｂの水を排水すれば、図３に示す状態に戻すことができる。なお、後部屋２０ｂと下部屋２０ｃの体積が等しいため、壁１７が平板上でない場合であっても所望の傾きを得ることが可能となる。

また、図５に示すように、下部屋２０ｃと前部屋２０ｄを液体３０で満たした場合、前部屋２０ｄにおいて壁１７よりも上方に位置する壁１８が水平となるように、太陽光発電装置４０の前後方向への傾きが変化する。すなわち、太陽電池モジュール９０の受光面９０ａは、図３に示す状態から前方へ２３．４度傾く。これにより、太陽電池モジュール９０の受光面９０ａを、冬至の日の南中時の太陽高度に垂直に正対させることができる。なお、下部屋２０ｃと前部屋２０ｄの体積が等しいため、壁１８が平板上でない場合であっても所望の傾きを得ることが可能となる。また、この状態から、前部屋２０ｄの水を排水すれば、図３に示す状態に戻すことができる。

したがって、年に４回の注排水を行うことで、太陽高度の季節変動に対して、太陽電池モジュール９０の受光面９０ａの向きを追従させることが可能となる。また、フロート１０の内部に形成された部屋２０への注排水という簡単な操作で受光面９０ａの向きを太陽高度に追従させることができるため、電気的または機械的に太陽電池モジュール９０の角度を変化させる追尾システムに比べて、購入費用および維持費用を抑えることが可能となる。

なお、春分（秋分）の日の南中時の地平線からの太陽高度（南中高度）は、９０度−（太陽光発電装置４０の設置地域の緯度）となる。したがって、太陽光に垂直に正対させるためには、設置地域の緯度と受光面９０ａの角度とを等しくすればよい。例えば、支持具５０の脚部５０ａの長さを変えて、受光面９０ａの角度を変更すればよい。なお、緯度は北海道で４３度、東京で３６度、鹿児島で３１度であるので、受光面９０ａの角度は北海道で４３度、東京で３６度、鹿児島で３１度とすれば、春分（秋分）の日の南中時に受光面９０ａが太陽高度に正対する。東京に設置する太陽光発電装置４０であれば第２の壁１８と太陽電池モジュール９０の受光面９０ａとがなす角度は、２３．４＋３６で５９．４度となる。

春分（秋分）の日の南中時に太陽高度に正対するように設置すれば、太陽光発電装置４０の設置地域の違いに関わらず、後部屋２０ｂまたは前部屋２０ｄへの注水によって受光面９０ａを前後方向に２３．４度傾けて、夏至の日の南中時または冬至の日の南中時の太陽高度に垂直に受光面９０ａを正対させることができる。すなわち、太陽電池モジュール９０がフロート１０に支持される姿勢を適切に調整することによって、太陽光発電装置４０の設置地域の違いに関わらずに共通の構造を用いて、季節に応じて太陽光の入射を増やして発電量を増やすことが可能となる。

図６は、実施の形態１にかかる太陽光発電装置４０の発電電力量のシミュレーション結果を示す図である。図６では、太陽光発電装置４０を岐阜県に設置し、図３に示す状態での受光面９０ａの角度を３５度としている。図６に示すように、太陽光発電装置４０により得られる発電電力量は、傾斜角度を固定したものに比べて、４〜５％程度向上する。なお、図示は省略するが、仮に図３に示す壁１７と壁１８の交差する角度が４６．８度に対して±１０度の範囲で変動したとしても、太陽光発電装置４０により得られる発電電力量の減少は１％に満たないため、実用的には十分である。

なお、フロート１０の内部での部屋の区画については、上記実施の形態で例示した構成に限られない。複数の部屋が前後に並んで設けられていれば、液体が満たされている部屋を異ならせることで、太陽電池モジュール９０の受光面９０ａの前後方向への傾きを変化させることができる。

図７は、実施の形態１にかかる太陽光発電装置の変形例を示す斜視図である。図８は、フロート１０を図７に示す矢視Ｅに沿って見た断面図である。本変形例では、フロート１０に、後部屋２０ｂと前部屋２０ｄとを連通させる連通路２１が形成されている。連通路２１には、連通路２１を開閉する開閉部２２が設けられている。

本変形例では、開閉部２２を開いて、連通路２１を介して後部屋２０ｂと前部屋２０ｄとの間で液体３０を移動させることで、注排水を行わずに太陽電池モジュール９０の受光面９０ａの角度を変更することができる。したがって、太陽電池モジュール９０の受光面９０ａの角度を変更する作業の容易化を図ることができる。また、液体３０の移動後に開閉部２２を閉じれば、液体３０の移動によって太陽電池モジュール９０の受光面９０ａの角度が意図せずに変更されることを防ぐことができる。なお、上部屋２０ａと下部屋２０ｃとの間のように、液体３０が移動しても受光面９０ａの傾きが変化しない場合には、上部屋２０ａと下部屋２０ｃとを連通させる連通路には開閉部が設けられていなくても構わない。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０フロート、１０ａ凹み、１１固定穴、１２ボルト、１３ナット、１４，１４ａ〜１４ｄ，１５，１５ａ〜１５ｄ開口部、１７，１８壁、２０部屋、２０ａ上部屋、２０ｂ後部屋、２０ｃ下部屋、２０ｄ前部屋、２１連通路、２２開閉部、３０液体、４０太陽光発電装置、５０支持具、５０ａ脚部、５２固定穴、６０枠部材、７０太陽電池セル、８０太陽電池パネル、８１太陽電池アレイ、８２透明基板、８３封止樹脂、９０太陽電池モジュール、９０ａ受光面。

Claims

受光面に太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールが載置されるフロートと、
前記太陽電池モジュールおよび前記フロートに固定され、前記太陽電池モジュールの前記受光面が前記フロートに対して傾いた姿勢になるように前記太陽電池モジュールを支持する支持具と、を備え、
前記フロートの内部空間は互いに交差する第１の壁と第２の壁によって複数の部屋に区画され、前記部屋に液体が注排水され前記部屋が前記液体で満たされた状態または空の状態になることにより水上に浮かべられた前記フロートの傾きが変化し、太陽高度の季節変動に対して前記受光面の向きが追従することを特徴とする太陽光発電装置。
前記フロートの外側面には、前記フロートの外部と前記内部空間とを連通させる開口部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
前記第１の壁と前記第２の壁とがなす角度が４６．８±１０度であ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。
前記フロートには、前記部屋同士を連通させる連通路が形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の太陽光発電装置。
前記連通路を開閉する開閉部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電装置。
前記支持具は前記受光面が春分の日または秋分の日の南中時の太陽高度に垂直に正対する傾きで前記太陽電池モジュールを支持し、
前記フロートは前記部屋が前記液体で満たされた場合に、前記受光面の傾き方向に地軸の傾き角分傾くことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の太陽光発電装置。
受光面に太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールが載置されるフロートと、を備え、
前記フロートの内部空間は、複数の部屋に互いに交差する第１の壁と第２の壁によって区画され、
前記第１の壁と前記第２の壁とがなす角度が４６．８±１０度であることを特徴とする太陽光発電装置。