JP7179201B2

JP7179201B2 - 両面太陽パネルの発電効率向上方法及びその装置

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Publication number: JP7179201B2
Application number: JP2021560620A
Authority: JP
Inventors: ヴケリックマイケル; 志豪陳
Original assignee: Vena Energy Pte Ltd
Current assignee: Vena Energy Pte Ltd
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2022-11-28
Anticipated expiration: 2040-08-19
Also published as: WO2021225515A1; TWI731670B; TW202143629A; JP2022544432A

Description

本発明は、両面太陽パネルの発電効率向上方法及びその装置に関して、特に、両面太陽パネルにおける太陽に背く面の発電効率を向上できる方法及びその装置に関するものである。

近年では、世界中の国々が、化石燃料に代わるために、代替エネルギー、例えば、太陽光・風力・地熱・水力発電などの自然エネルギーを積極的に開発している。その中で最も注目されるのは太陽光発電である。太陽光発電は、枯渇することがなく、建物と結合しやすいというメリットを有し、さらに、近年の半導体材料の飛躍的発展に伴い、太陽エネルギーの光電変換効率が向上し続けるため、太陽光発電が徐々に広く利用されるようになった。

太陽光発電は、最初に片面太陽パネルによる発電として開発され、即ち、太陽パネルの片面（つまり、太陽に面する正面）で太陽光を受け取り、それを電気エネルギーに変換する。しかし、太陽パネルの発電効率をさらに向上させる要望に伴い、近年では、両面（Ｂｉ－ｆａｃｉａｌ）太陽パネルも開発されてきた。両面太陽パネルとは、正面と裏面との両面で太陽光エネルギーを吸収できるものであり、正面の太陽パネルで太陽光を吸収するだけではなく、裏面の太陽パネルで、太陽光の太陽パネル設置面に対する照射による反射光と乱射光を吸収することもできる。これにより、太陽パネルの全体的な発電出力をさらに高めることができる。

現在では、多くの場所に両面太陽パネルでの発電を徐々に採用している。このような両面太陽パネルは、地面や建物の屋根に設置されるだけではなく、例えば、雪地や水上にも適用される場合があり、両面太陽パネルの裏面を利用して、太陽光の雪地や水面に対する照射による反射光を吸収することにより、両面太陽パネルの全体的な発電出力をさらに高めることを図る。

しかし、両面太陽パネルにおける正面側の発電効率を向上することに加えて、裏面側の発電効率を如何に向上するのも、関連業者にとって積極的に考えて解決しようとする課題である。両面太陽パネルの設置場所の違いに応じて、両面太陽パネルにおける裏面側の発電効率を如何に向上する解決策も異なる。

本発明者らは、両面太陽パネルが養魚場や湖などの広い地域に設置される状況に著眼し、両面太陽パネルにおける裏面側の発電効率を向上する方法について積極的に検討するため、多くの資料を参考にした。

例えば、特許文献１には、養魚場に設置されるソーラーエアレーターを開示している。このソーラーエアレーターでは、エアレーター上方の浮体上に太陽光発電装置を備え、前記太陽光発電装置は、ケーブルを介してエアレーターに接続される。太陽光発電装置で生成された電力エネルギーは、ケーブルを介してエアレーターに伝達され、エアレーターが水中での酸素増加を行うための電力源として使用される。ただし、特許文献１で解決しようとするのは、養魚場に設置されるエアレーターの給電方法だけであり、太陽光発電装置の発電効率を如何に向上するのかについて一切触れられておらず、しかも使用される太陽パネルが片面太陽パネルであるため、太陽パネルにおける裏面側の発電効率を如何に向上する内容と教示については全く言及されていない。

中国実用新案第２００３２０１２８５２２．７号公報

両面太陽パネルによる発電は、両面太陽パネルにおける正面と裏面との両面で太陽光からの直射光、反射光や乱射光を吸収することにより、光エネルギーを電力エネルギーに転換するものであるため、太陽パネルにおける裏面側の発電効率が極めて重要である。しかしながら、例えば、特許文献１に開示されるように、太陽エネルギーによる発電をエアレーターの電力源として利用することだけで、両面太陽パネルにおける裏面側の発電効率を向上するという課題が有効的に解決できないため、業界では、水面上に設置される両面太陽パネルの発電装置に対して、両面太陽パネルにおける裏面側の発電効率を向上する提案が有しない。従って、本発明者らは、水面上に設置される両面太陽パネルにおける裏面側の発電効率を如何に向上することについて鋭意に研究した結果、本発明を完成した。

本発明は、両面太陽パネルにおける裏面側に対しての発電効率向上方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、水面上に両面太陽パネルが設置され、前記両面太陽パネルの裏面側における水面に対して水しぶきを発生させることにより、水面に対する太陽光の照射による反射光と散乱光が前記両面太陽パネルの裏面側に入射する入光量を増やすと共に、前記両面太陽パネルの裏面側の発電効率を向上することを特徴とする、両面太陽パネルの発電効率向上方法を提供する。

前記方法において、水面に対して水しぶきを発生させる方式は、水面を乱す方式、水面をバタバタ動かす方式、及び噴射方式のうち、いずれか一つの方式又は複数の前記方式の組合である。

前記方法において、前記水面を乱す方式は、前記両面太陽パネルが設置される場所の水面を物体で左右に往復的に移動することにより、水面に対して水しぶきを発生させることである。

前記方法において、前記水面をバタバタ動かす方式は、前記両面太陽パネルが設置される場所の水面を物体で上下にバタバタ動かすことにより、水面に対して水しぶきを発生させることである。

前記方法において、前記噴射方式は、前記両面太陽パネルが設置される場所の水面に強力なガスジェットを吹き付けて水面に対して水しぶきを発生させること、或は、前記両面太陽パネルが設置される場所の水面下に噴射孔を有する複数の管体を設置して、前記管体からガスを吹き付けて、前記噴射孔から前記ガスを噴射することにより、水しぶきを発生させることである。

前記方法において、前記物体は、プロペラ、水車ブレード、又はシートのうち、いずれか一つ或はそれらの組合である。

前記方法において、前記物体の表面には、グロスペイントでコーティングされている。

前記方法において、前記水しぶきの水面からの高さは、５０～８０センチメートルである。

本発明の他の態様によれば、正面と裏面との両面に光を受けて、光エネルギーを電力エネルギーに転換することにより発電する両面太陽パネルと、
水がある場所に設置されるとともに、前記両面太陽パネルを支持して、前記水がある場所の水面に対する角度及び高さを調整できる支持フレームと、
前記両面太陽パネルを設置する前記水がある場所又はその周囲に設置され、前記両面太陽パネルを設置する前記水がある場所の水面に対して水しぶきを発生させることにより、光の反射率と散乱率を増やす水かき装置と、
を備えることを特徴とする、両面太陽パネルの発電効率向上装置を提供する。

前記装置において、前記水かき装置は、プロペラ、水車ブレード、又はシートのうち、いずれか一つ或はそれらの組合である。

前記装置において、前記水かき装置は、前記両面太陽パネルが設置される場所の水面下に噴射孔を有する複数の管体が設置され、前記管体からガスを吹き付けて、前記噴射孔から前記ガスを噴射することにより、水しぶきを発生させる。

前記装置において、前記水かき装置の表面には、グロスペイントでコーティングされている。

前記装置において、前記両面太陽パネルの前記水面に対する設置高さは、１２０～１５０センチメートルである。

前記装置において、前記両面太陽パネルの前記水面に対する設置角度は、８～１５度である。

前記装置において、前記水かき装置による水しぶきの水面からの高さは、５０～８０センチメートルである。

本発明に係わる両面太陽パネルの発電効率向上方法、及び両面太陽パネルの発電効率向上装置によれば、水面に対して水しぶきを発生させることにより、太陽光の反射率を向上して、さらに太陽パネルの発電効率を向上することができる。

本発明に係わる両面太陽パネルの発電効率向上装置を概略に示す側視図であり、水かき装置による水かきが行われない状態である。本発明に係わる両面太陽パネルの発電効率向上装置を概略に示す側視図であり、水かき装置による水かきが行なわれる状態である。両面太陽パネルが取付けられる支持フレームを概略に示す上面図である。両面太陽パネルが取付けられる支持フレームを概略に示す斜視図である。水かき装置の他の実施形態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係わる両面太陽パネルの発電効率向上方法、及び両面太陽パネルの発電効率向上装置を詳しく説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、本発明に係わる両面太陽パネル１の発電効率向上装置１００を概略に示す側視図である。図１Ａは、水かき装置２０が水かきが行なわれない状態であり、図１Ｂは、水かき装置２０による水かきが行なわれる状態である。図２は、両面太陽パネル１が取付けられる支持フレーム１０を概略に示す上面図であり、図３は、両面太陽パネル１が取付けられる支持フレーム１０を概略に示す斜視図である。

本発明に係わる両面太陽パネル１の発電効率向上方法は、特に、水面上に設置される両面太陽パネルに好適に利用され、前記両面太陽パネルにおける裏面側の水面に対して水しぶきを発生させることにより、太陽光の水面に対する照射による反射光と乱射光から前記両面太陽パネルにおける裏面側に入射する入光量を増やすとともに、前記両面太陽パネルにおける裏面側の発電効率を向上する。

本発明に係わる両面太陽パネル１の発電効率向上方法について、その水面に対して水しぶきを発生させる方式は、水面を乱す方式、水面をバタバタ動かす方式、及び噴射方式のうち、いずれか一つの方式又は複数の前記方式の組合である。

前記方法において、前記水面を乱す方式又は前記水面をバタバタ動かす方式の頻度は、２～３回／秒である。

前記方法において、前記噴射方式による噴出されるガスの圧力は、１８ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ～３５ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ。

＜両面太陽パネルの発電効率向上装置＞
（支持フレーム）
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本発明に係わる両面太陽パネル１の発電効率向上装置１００は、支持フレーム１０と、水かき装置２０とを備える。前記支持フレーム１０は、複数枚の前記両面太陽パネル１を固定して保持するために、水面上に設置される。前記両面太陽パネル１は、正面と裏面との両面に発電モジュールが取付けられる太陽パネルであり、正面に取り付けられる太陽パネルで太陽光を直接的に受けるとともに、裏面に取り付けられる太陽パネルで太陽パネルの設置面（本発明では水面）に対する照射による反射光又は乱射光を受けることにより、太陽パネルの全体的な発電効率を向上することができる。

前記支持フレーム１０に配置される前記両面太陽パネル１の一実施形態が図２及び図３に示される。支持フレーム１０には、複数枚の両面太陽パネル１が配置され、前記両面太陽パネル１の配置又は数量が特に制限されなく、発電量のニーズに応じて設定することができる。

前記両面太陽パネル１が設置される範囲に対応して、前記両面太陽パネル１の下方又は周囲に水かき装置２０を設置する。前記水かき装置２０は、水面に対して水しぶきを発生させることにより、太陽光の水面に対する照射による反射率と散乱率を増やして、さらに、前記両面太陽パネル１における裏面側の発電効率を向上するためのものである。

前記支持フレーム１０は、前記両面太陽パネル１の水面に対する設置高さを調整できるように構成される。本発明において、前記支持フレーム１０は、水面に対する高さ（即ち、図１０の高さＨ１）が１２０～１５０センチメートル、例えば１３０センチメートルの位置に設置される。前記両面太陽パネル１が水面に近すぎると、前記両面太陽パネル１によって太陽光の水面に照射する経路が遮られてしまい、ひいては前記両面太陽パネル１における裏面に吸収される散乱光や拡散光の量に影響を与えてしまう。前記両面太陽パネル１が水面から離れすぎると、より多くの光を受け取ることができるが、前記両面太陽パネル１は、高さの原因で風などにより揺られて不安定な振動状態になり、長時間の振動により前記両面太陽パネル１の寿命が短くなるため、前記両面太陽パネル１の水面に対する高さＨ１は、１２０～１５０センチメートルの範囲であることが好ましい。また、水かき装置２０による水しぶきの高さは、太陽光の反射・拡散の程度に影響を与えるため、本発明者らの実験により、前記水かき装置２０による水しぶきの水面からの高さ（即ち、図１Ｂの高さＨ２）は、５０～８０センチメートルであることが好ましい。

なお、前記両面太陽パネル１の正面が最も多くの太陽光を受け取ることを可能とし、塵埃または溜め水が太陽パネルの発電出力に与える影響を低減するために、前記支持フレーム１０は、前記両面太陽パネル１を水面に対する好適な角度、例えば、８度の傾斜角（即ち、図１の角度ａ）に調整できるように構成される。太陽光の入射角と地球の自転軸の傾斜角を考慮すると、前記両面太陽パネル１の水面に対する傾斜角ａは、８～１５度の範囲であることが好ましい。

（水かき装置）
本発明は、主に、水面に対して水しぶきを発生させることにより、太陽光の水面に対する照射による反射率と散乱率を増やし、さらに、前記両面太陽パネル１における裏面側の発電効率を向上するため、水かき装置２０が水面に対して水しぶきを発生させることができるのであれば、何らかの実施形態に限られるものではない。

水かき装置２０は、前記両面太陽パネル１が設置される場所の下方又は周囲に取付けられる。水しぶきを発生させる方式は、例えば、水面を乱す方式、水面をバタバタ動かす方式、及び噴射方式のうち、いずれか一つの方法又は複数の前記方式の組合であっても良い。

例えば、前記水面を乱す方式は、前記両面太陽パネル１が設置される場所における水面を物体で左右に往復的に移動することにより、水面に対して水しぶきを発生させることであっても良い。
前記水面をバタバタ動かす方式は、前記両面太陽パネル１が設置される場所における水面を物体で上下にバタバタ動かすことにより、水面に対して水しぶきを発生させることであっても良い。
前記噴射方式は、前記両面太陽パネル１が設置される場所における水面に強力なガスジェットを吹き付けて水面に対して水しぶきを発生させること、或は、前記両面太陽パネルが１設置される場所の水面下に噴射孔を有する複数の管体を設置して、前記管体からガスを吹き付けて、前記噴射孔から前記ガスを噴射することにより、水しぶきを発生させることであっても良い。

例えば、図４に示すように、両面太陽パネル１が設置される場所の水面下に複数の管体２１を設置して、前記管体２１は、長さ方向において複数の噴射孔（図示しない）を有し、エアコンプレッサ２２により前記管体２１に対してガスを供給して、前記管体２１の噴射孔からガスを噴出すことにより、水しぶきを発生させる。

又、水しぶきを発生させるための装置（即ち、本発明の水かき装置２０）としては、回転可能なプロペラ、水車ブレード、及び、左右又は上下に水面を乱すシートのうち、少なくとも一つ又は前記それらの組合であっても良い。例えば、図１Ｂに示す水かき装置２０ａは、水車ブレードによって水かき装置本体の下方で水面を乱すものであり、図１Ｂに示す水かき装置２０ｂは、水車ブレードによって水かき装置本体の側辺で水面を乱すものである。

なお、さらに、前記プロペラ、水車ブレード又はシートの表面には、シルバーホワイト又はホワイト色のグロスペイントでコーティングすることにより、それらのプロペラ、水車ブレード又はシートの光反射効果を向上することで、光反射処理後の前記プロペラ、水車ブレード又はシートに照射する太陽光の反射率と散乱率を更に向上することも可能である。

＜評価試験＞
以下、本発明に係わる両面太陽パネル１における裏面側の発電効率向上効果を評価するための評価試験１と評価試験２について説明する。

評価試験１における両面太陽パネル１は、水面からの高さが２．４メートルである位置に設置される。評価試験２における両面太陽パネル１は、水面からの高さが１.８メートルである位置に設置される。評価試験１と評価試験２は、それぞれ、水かきが行なわれる場合、及び水かきが行なわれない場合において、１時間ごとに両面太陽パネルにおける正面側及び裏面側のそれぞれの発電効率を測定した。その測定結果を表１に示す。

評価試験１と評価試験２において、水かきが行なわれる場合では、両面太陽パネル１の、正面側の発電効率に対する裏面側の発電効率の比率（％）は、共に水かきが行なわれない場合よりも高くなっている。詳しく説明すると、評価試験１において、水かきが行なわれる場合では、正面側の発電効率に対する裏面側の発電効率の比率（％）は、水かきが行なわれない場合よりも７．９％から１２．４％に増やした（４．５％増）。評価試験２において、水かきが行なわれる場合では、正面側の発電効率に対する裏面側の発電効率の比率（％）は、水かきが行なわれない場合よりも１１．８％から１７．１％に増やした（５．３％増）。

なお、水かきが行なわれる場合では、両面太陽パネル１の設置高さが１．８ｍである評価試験２において、正面側の発電効率に対する裏面側の発電効率の比率（％）は１７．１％であり、両面太陽パネル１の設置高さが２．４ｍである評価試験１（評価試験１では１２．４％）よりも高くなっている。

従って、表１から、水面に対して水しぶきを発生させることにより、太陽光の水面に対する照射による反射率と散乱率を有効的に増やすことができ、両面太陽パネル１における裏面側の発電効率を更に向上できることが分かる。

以上、本発明に係わる両面太陽パネルの発電効率向上方法、及び両面太陽パネルの発電効率向上装置について説明したが、本発明は、これに限られるものではない。本願特許請求の範囲に限定される内容を脱離しない範囲内に、様々の変換又は変更を行うことができる。

本発明に係わる両面太陽パネルの発電効率向上方法、及び両面太陽パネルの発電効率向上装置によれば、太陽光の水面に対する照射による反射率と散乱率を増やすとともに、さらに両面太陽パネルにおける裏面側の発電効率を向上することができ、両面太陽パネルの全体的な発電効率を向上することができる。

１両面太陽パネル
１０支持フレーム
２０水かき装置
１００発電効率向上装置
Ｈ１高さ
ａ角度

Claims

水面上に両面太陽パネルが設置され、前記両面太陽パネルの裏面側における水面に対して水しぶきを発生させることにより、水面に対する太陽光の照射による反射光と散乱光が前記両面太陽パネルの裏面側に入射する入光量を増やすと共に、前記両面太陽パネルの裏面側の発電効率を向上することを特徴とする、
両面太陽パネルの発電効率向上方法。
水面に対して水しぶきを発生させる方式は、水面を乱す方式、水面をバタバタ動かす方式、及び噴射方式のうち、いずれか一つの方式又は複数の前記方式の組合であることを特徴とする、
請求項１に記載の両面太陽パネルの発電効率向上方法。
前記水面を乱す方式は、前記両面太陽パネルが設置される場所の水面を物体で左右に往復的に移動することにより、水面に対して水しぶきを発生させることを特徴とする、
請求項２に記載の両面太陽パネルの発電効率向上方法。
前記水面をバタバタ動かす方式は、前記両面太陽パネルが設置される場所の水面を物体で上下にバタバタ動かすことにより、水面に対して水しぶきを発生させることを特徴とする、
請求項２に記載の両面太陽パネルの発電効率向上方法。
前記噴射方式は、前記両面太陽パネルが設置される場所の水面に強力なガスジェットを吹き付けて水面に対して水しぶきを発生させること、或は、前記両面太陽パネルが設置される場所の水面下に噴射孔を有する複数の管体を設置して、前記管体からガスを吹き付けて、前記噴射孔から前記ガスを噴射することにより、水しぶきを発生させることを特徴とする、
請求項２に記載の両面太陽パネルの発電効率向上方法。
前記物体は、プロペラ、水車ブレード、又はシートのうち、いずれか一つ或はそれらの組合であることを特徴とする、
請求項３又は４に記載の両面太陽パネルの発電効率向上方法。
前記物体の表面には、グロスペイントでコーティングされていることを特徴とする、
請求項６に記載の両面太陽パネルの発電効率向上方法。
前記水しぶきの水面からの高さは、５０～８０センチメートルであることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の両面太陽パネルの発電効率向上方法。
正面と裏面との両面に光を受けて、光エネルギーを電力エネルギーに転換することにより発電する両面太陽パネルと、
水がある場所に設置されるとともに、前記両面太陽パネルを支持して、前記水がある場所の水面に対する角度及び高さを調整できる支持フレームと、
前記両面太陽パネルを設置する前記水がある場所又はその周囲に設置され、前記両面太陽パネルを設置する前記水がある場所の水面に対して水しぶきを発生させることにより、光の反射率と散乱率を増やす水かき装置と、を備えることを特徴とする、
両面太陽パネルの発電効率向上装置。
前記水かき装置は、プロペラ、水車ブレード、又はシートのうち、いずれか一つ或はそれらの組合であることを特徴とする、
請求項９に記載の両面太陽パネルの発電効率向上装置。
前記水かき装置は、前記両面太陽パネルが設置される場所の水面下に噴射孔を有する複数の管体が設置され、前記管体からガスを吹き付けて、前記噴射孔から前記ガスを噴射することにより、水しぶきを発生させることを特徴とする、
請求項９に記載の両面太陽パネルの発電効率向上装置。
前記水かき装置の表面には、グロスペイントでコーティングされていることを特徴とする、
請求項９又は１０に記載の両面太陽パネルの発電効率向上装置。
前記両面太陽パネルの前記水面に対する設置高さは、１２０～１５０センチメートルであることを特徴とする、
請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の両面太陽パネルの発電効率向上装置。
前記両面太陽パネルの前記水面に対する設置角度は、８～１５度であることを特徴とする、
請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の両面太陽パネルの発電効率向上装置。
前記水かき装置による水しぶきの水面からの高さは、５０～８０センチメートルであることを特徴とする、
請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の両面太陽パネルの発電効率向上装置。