JP7336044B1 - 太陽光パネルユニット、及び、太陽光パネル設置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】略鉛直方向に配置されて水平方向に向いた外面に設置する場合でも、受光面積を大きくして発電効率を向上させる。【解決手段】太陽光パネルユニット１６は、鉛直外面を構成するように配置される板状のパネル本体２０と、パネル本体２０の板面に鉛直方向に延出し且つ鉛直方向と交差する方向に並ぶように複数列形成され、それぞれ先端から基端に架けて水平方向に対して傾斜する傾斜面２６が構成された凸条部２４と、凸条部２４の各々の傾斜面２６に受光面３２が外向きになるように配置された太陽電池シート３０と、を備えている。【選択図】図２

Description

本願の開示する技術は、太陽光パネルユニット、及び、太陽光パネル設置構造に関する。

従来、再生利用可能エネルギーとして太陽光を利用する、太陽光発電が取り入れられている。一般的に、太陽光発電のための太陽光パネルは、平地や建物の屋根に設置され、３０°程度の傾きで設置して、受光効率を高めている。

一方、平地や建物の屋根以外の場所、建物の壁面や窓などの略鉛直方向に配置されて水平方向に向いた外面への太陽光パネルの設置も検討されている。特許文献１では、２枚の片面受光太陽電池パネルを背中合わせにして両面受光型に加工し、建築物の外壁面から突き出るよう、袖壁状に鉛直設置する太陽光パネルの設置構造が開示されている。当該太陽光パネルにはカバーガラスにセラミックス凸状膨隆部及び表面彩色層の配設があり、反射光が抑制されている。このようにして、建築物の外壁面に太陽光パネルを設置することができる。

特開２０１２－１３４５４６号公報

特許文献１では、太陽電池パネルの受光面が鉛直方向に配置されているので、受光面積が限られてしまう。

本開示は上記事実を考慮し、略鉛直方向に配置されて水平方向に向いた外面に設置する場合でも、受光面積を大きくして発電効率を向上させた、太陽光パネルユニット、及び、太陽光パネル設置構造を提供することを目的とする。

第１態様の太陽光パネルユニットは、鉛直方向に板面が配置され、前記板面の一方面が外面を構成すると共に、他方面が内面を構成する板状のパネル本体と、前記パネル本体の前記他方面に鉛直方向に延出し且つ鉛直方向と交差する方向に並ぶように複数列形成され、それぞれ先端から基端に架けて鉛直方向に見て傾斜する傾斜面が構成された凸条部と、前記凸条部の各々の傾斜面に受光面が外向きになるように配置された太陽電池シートと、を備えている。そして、前記太陽電池シートが凸条部の凸を挟んで一方側の傾斜面と他方側の傾斜面の両方に設けられ、前記パネル本体は、太陽光を透過可能な透明体で形成され、前記一方面は平坦状とされ、前記一方面に対して垂直な方向を垂直方向とすると、前記垂直方向と前記一方面に対して太陽光が入射する方向との角度θよりも、前記垂直方向と前記一方面を通過した後の太陽光の角度φが小さくなるように屈折させる材料で、前記パネル本体が形成されている。

第１態様の太陽光パネルユニットは、鉛直外面を構成するように配置される板状のパネル本体を備えている。パネル本体の板面には、凸条部が形成されている。凸条部は、鉛直方向に延出し且つ鉛直方向と交差する方向に並ぶように複数列形成され、それぞれ先端から基端に架けて鉛直方向に見て傾斜する傾斜面を構成する。この凸条部の各々の傾斜面に受光面が外向きになるように太陽電池シートが配置される。

したがって、太陽電池シートの受光面は、パネル本体の板面に、鉛直方向に延出し且つ鉛直方向と交差する方向に複数列並ぶように、且つ、それぞれ鉛直方向に見て傾斜するように、外向きに傾斜配置される。これにより、受光面が鉛直方向に配置され水平方向に向けられている面一場合と比較して、設置外面当たりの受光面積を大きくすることができ、発電効率を向上させることができる。

第２態様の太陽光パネルユニットは、第１態様の太陽光パネルユニットにおいて、前記凸条部は、前記パネル本体の前記鉛直外面側に、前記パネル本体から突出形成されている。

第２態様の太陽光パネルユニットによれば、パネル本体の外面に凸条部が形成されているので、パネル本体を介さずに太陽光を太陽電池シートへ入射させることができる。したがって、パネル本体は透明部材に限定されず、材料の自由度を高くすることができる。

第３態様の太陽光パネルユニットは、第１態様の太陽光パネルユニットにおいて、前記パネル本体は、太陽光を透過可能な透明体で形成され、前記凸条部は、前記パネル本体の鉛直内面側に形成されている。

第３態様の太陽光パネルユニットによれば、太陽電池シートの受光面を、パネル本体で覆うことができるので、別部材を用いることなく太陽電池シートの受光面を保護することができる。

第４態様の太陽光パネルユニットは、第１態様～第３態様のいずれか１つの太陽光パネルユニットにおいて、複数の前記凸条部は、水平方向にジグザグ状に形成されている。

このように、ジグザグ状にすることにより、パネル本体の一方面に高密度で凸条部を形成することができる。

第５態様の太陽光パネルユニットは、第１態様～第４態様のいずれか１つの太陽光パネルユニットにおいて、前記傾斜面は、前記パネル本体の鉛直内面側に凸の曲面である。

このように、傾斜面をパネル本体の鉛直内面側に凸の曲面とすることにより、受光面積を拡大することができる。

第６態様の太陽光パネルユニットは、第１態様～第５態様のいずれか１つの太陽光パネルユニットにおいて、前記太陽電池シートは、複数列が並列配線されている。

このように、太陽電池シートについて、複数列を並列配線することにより、いずれかの列の太陽電池シートに不具合が生じても、発電を継続することができる。

第７態様の太陽光パネル設置構造は、第１態様～第６態様のいずれか１項の太陽光パネルユニットと、前記パネル本体が取り付けられる被取付部と、を備える。

第７態様の太陽光パネル設置構造によれば、被取付部に取り付けられた太陽光パネルの太陽電池シートの受光面が外向きに傾斜配置される。これにより、受光面が水平方向に向けられている場合と比較して、設置外面当たりの受光面積を大きくすることができ、受光効率を向上させることができる。

本開示によれば、略鉛直方向に配置されて水平方向に向いた外面に設置する場合でも、受光効率を向上させた、太陽光パネルユニット、及び、太陽光パネル設置構造を提供することができる。

第１実施形態の太陽光パネル設置構造が適用された建物を示す図である。 第１実施形態の太陽光パネルユニットの概略斜視図である。 第１実施形態の太陽光パネルユニットの側面図である。 第１実施形態の太陽光パネルユニットを側面から見た一部拡大図である。 第１実施形態の太陽光パネルユニットの一部に配置された並列接続ユニットの概略図である。 第１実施形態の太陽光パネルユニットに配置された並列接続ユニットの全体の接続を説明する概略図である。 複数の太陽電池シートを傾斜面へ配置する手順の一例を示す説明図である。 （Ａ）は、太陽電池シートの受光面が鉛直方向に配置されている場合の直達日射と散乱日射を受ける部分を示す説明図であり、（Ｂ）は、太陽電池シートの受光面が鉛直方向に対して傾斜している場合の直達日射と散乱日射を受ける部分を示す説明図である。 第１実施形態の変形例に係る太陽光パネルユニットを示す側面図である。 図９に示す太陽光パネルユニットの太陽電池シートの受光面が直達日射と散乱日射を受ける部分を示す説明図である。 第２実施形態の太陽光パネルユニットの概略斜視図である。 第２実施形態の太陽光パネルユニットの側面図である。 第２実施形態の太陽光パネルユニットを側面から見た一部拡大図である。 第２実施形態の変形例に係る太陽光パネルユニットを示す側面図である。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して本開示の第１実施形態を詳細に説明する。図１には、第１実施形態の太陽光パネルユニット１６が設置された状態の建物１０が示されている。建物１０の外壁１２に、太陽光パネルユニット１６が設置されている。外壁１２は、壁面が略鉛直方向Ｚに配置されて水平方向を向く壁である。

図２及び図３に示されるように、太陽光パネルユニット１６は、パネル本体２０を備えている。パネル本体２０は、長方形板状とされている。パネル本体２０の板面の一方面２２Ａ側が外向きに配置され、他方面２２Ｂ側が外壁１２に沿って配置される。また、パネル本体２０の長手方向が水平方向Ｘに沿い、短手方向が鉛直方向Ｚに沿うように配置される。本実施形態では、一方面２２Ａが、鉛直方向に配置され水平方向に向いた外面となり、鉛直外面を構成する。なお、ここでの鉛直方向は、略鉛直の方向を意味し、鉛直方向の±５°の範囲を含んでいる。

パネル本体２０の一方面２２Ａには、凸条部２４が一体的に形成されている。凸条部２４は、図３に示されるように断面三角形状とされ、鉛直方向Ｚに延出し（図２参照）且つ水平方向Ｘに複数並ぶように形成されている。凸条部２４は、一方面２２Ａから、パネル本体２０の厚み方向Ｙに突出しており、凸条部２４には、傾斜面２６が形成されている。傾斜面２６は、断面三角形状の頂点を挟んで一方と他方に形成されており、鉛直方向Ｚに見て傾斜している。より詳細には、図４に示されるように、一方面２２Ａから突出した傾斜面２６の先端側に山の稜線２６Ａが形成され、基端側に谷筋に沿った谷線２６Ｂが形成されている。一方面２２Ａと傾斜面２６とのなす角度αは、２５°～３５°であることが好ましい。

水平方向Ｘに隣り合う凸条部２４は、連続して形成されており、全体としてジグザグ状となっている。パネル本体２０は、一例として樹脂材料で形成することができる。なお、ガラスや金属材料で形成してもよい。

傾斜面２６には、太陽電池シート３０が取り付けられている。太陽電池シート３０は、テープ状（帯状）の薄膜とされており、受光面３２が外向きになるように配置されている。太陽電池シート３０は、傾斜面２６の短手方向（鉛直方向Ｚ）に複数枚（図２では３枚）が並べて配置されている。

一例として、太陽電池シート３０は、厚み０．１μｍ～１０μｍ、幅０．５ｍｍ～１０ｍｍ程度のものを用いることができる。

各々の太陽電池シート３０は、図４に示されるように、幅方向の一端辺３０Ａが傾斜面２６の稜線２６Ａ側に配置され、長手方向が稜線２６Ａに沿って配置される。また、幅方向の他端辺３０Ｂは、傾斜面２６の谷線２６Ｂ側に配置される。稜線２６Ａを挟んで一方側の傾斜面２６に配置される太陽電池シート３０の受光面３２をＲ１とし、他方側の傾斜面２６に配置される太陽電池シート３０の受光面３２をＲ２とすると、Ｒ１とＲ２の面積の和は、Ｙ方向から見て同じ領域に、一方面２２Ａと同方向に向く平坦面とした場合の面積と比較して大きくなっている。

なお、太陽から直接地上に到達する太陽放射を直達日射といい、太陽光線に対して垂直な面で受けた単位面積あたりの直達日射エネルギーを「直達日射量」とする。また、大気成分により散乱・反射して天空の全方向から届く太陽放射を（天空）散乱日射といい、水平面で受けた単位面積あたりの散乱日射エネルギーを「散乱日射量」とする。また、直達日射と散乱日射を合わせた天空の全方向からの太陽放射を全天日射といい、水平面で受けた単位面積あたりの全天日射エネルギーを「全天日射量」とする。

太陽電池シート３０としては、ペロブスカイト太陽電池、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池、化合物太陽電池等、フィルム状に加工できるものを用いることができる。また、太陽電池の受光面の一部分に太陽光が直接入射せず影になる場合でも、散乱日射で発電可能な特性を有するものを用いる。

複数枚の太陽電池シート３０は、図５に示されるように、水平方向Ｘに並ぶ複数枚（図５では５枚）が電気的に並列接続されて、並列接続ユニット３６を構成している。そして、図６に示されるように、鉛直方向Ｚに隣り合う並列接続ユニット３６同士が、直列接続され、一端部の鉛直方向Ｚに隣り合う並列接続ユニット３６が直列接続されている。図２では、鉛直方向Ｚに３個の並列接続ユニット３６が、水平方向Ｘに２列、合計６個配置されている。このように、１つの太陽光パネルユニット１６内の複数の並列接続ユニット３６を、直列接続することができる。

なお、太陽電池シート３０は、複数の太陽電池シート３０を個々に傾斜面２６へ配置してもよいし、図７に示されるように、保護膜Ｍ上に並べて配置し、配線を施した後に、保護膜Ｍを傾斜面２６に沿って折り曲げて配置してもよい。

太陽光パネルユニット１６は、カバー１７を備えている（図２、３参照）。カバー１７は、太陽光を透過可能な透明部材で形成されており、パネル本体２０の凸条部２４側を覆うように配置されている。カバー１７の表面は、無反射コーティングを施すことが好ましい。

次に、本実施形態の太陽光パネルユニット１６の作用効果について説明する。

本実施形態の太陽光パネルユニット１６は、受光面３２が、鉛直方向から見て一方面２２Ａに対して傾斜して配置されている。

ここで、直達日射のみを考慮すると同一太陽高度では、太陽電池シート３０を鉛直方向から見て一方面２２Ａに対して傾斜させずに配置した場合に受ける直達日射量（図８（Ａ））と、傾斜させて受ける直達日射量（図８（Ｂ））は、ほぼ同じである。しかしながら、本実施形態では、受光面３２の面積（Ｒ１とＲ２の総和）は、太陽電池シート３０を鉛直方向から見て平坦状に配置した場合よりも大きいため、散乱日射量が多くなる。したがって、受光面を鉛直方向から見て平坦状に配置した場合と比較して、受光面３２で受ける全天日射量を多くすることができ、効率よく発電することができる。

また、本実施形態では、パネル本体２０の外面に凸条部２４が形成されているので、パネル本体２０を介さずに太陽光を太陽電池シート３０へ入射させることができる。したがって、パネル本体２０は透明部材に限定されず、パネル本体２０の材料の選択自由度を高くすることができる。

また、本実施形態では、複数の凸条部２４が、ジグザグ状に形成されているので、パネル本体２０の一方面２２Ａに高密度で凸条部２４を形成し、太陽電池シート３０を配置することができる。

また、本実施形態では、複数の太陽電池シート３０を並列接続したので、並列接続ユニット３６内の一部の太陽電池シート３０に不具合が生じても、発電を継続することができる。

なお、本実施形態では、傾斜面２６を平坦傾斜としてその上に傾斜面２６に沿って太陽電池シート３０を配置したが、図９に示されるように、他方面２２Ｂ側に凸となる曲面の曲傾斜面２７とし、曲傾斜面２７に沿って太陽電池シート３０を配置してもよい。この場合には、太陽電池シート３０の受光面３２が外向きに配置された他方面２２Ｂ側に凸の曲面となる（図１０参照）。また、隣り合う稜線２７Ａの間に形成される谷部分は、緩やかな凹条となる。したがって、平坦状の傾斜面２６に沿って太陽電池シート３０を配置した場合と比較して、受光面３２の面積を大きくすることができ、より発電の効率を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、本開示の第二実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１１に示されるように、本実施形態の太陽光パネルユニット１８は、パネル本体４０を備えている。パネル本体４０は、長方形板状とされている。パネル本体４０の板面の一方面４２Ａ側が外向きに配置され、他方面４２Ｂ側が外壁１２に沿って配置される。また、パネル本体４０の長手方向が水平方向Ｘに沿い、短手方向が鉛直方向Ｚに沿うように配置される。本実施形態では、一方面４２Ａが鉛直方向に配置され、水平方向に向いた外面となり、鉛直外面を構成する。

パネル本体４０の一方面４２Ａは平坦状とされ、鉛直方向Ｚに配置されている。パネル本体４０の他方面４２Ｂには、凸条部４４が一体的に形成されている。凸条部４４は、図１２に示されるように、鉛直方向Ｚに延出し且つ水平方向Ｘに複数並ぶように形成されている。凸条部４４は、他方面４２Ｂから、パネル本体４０の厚み方向Ｙに凹とされた内側に設けられ、凸条部４４には、傾斜面４６が形成されている。傾斜面４６は、断面三角形状の頂点部分の稜線４６Ａを挟んで一方と他方に形成されており、鉛直方向Ｚに見て傾斜している。より詳細には、板面に沿った方向から見て、他方面４４Ｂと同じ高さ位置に山の稜線４６Ａが形成され、他方面４４Ｂから凹の底部の谷筋に沿って谷線４６Ｂが形成されている。一方面４２Ａと傾斜面４６とのなす角度α２は、３５°～４５°であることが好ましい。

水平方向Ｘに隣り合う凸条部４４は、連続して形成されており、全体としてジグザグ状となっている。パネル本体４０は、一例として樹脂材料で形成することができる。なお、ガラス材料で形成してもよい。

パネル本体４０は、太陽光を透過可能な透明体とされている。図１３に示されるように、一方面４２Ａに対して垂直な方向Ｙ（点線）に対する太陽光の入射角度をθ、パネル本体４０の一方面４２Ａを通過した後のＹ方向に対する太陽光の進行角度をφとすると、θよりもφが小さくなるように屈折させる材料で、パネル本体４０を形成する。なお、材料の相対屈折率Ｎは、Ｎ＝ｓｉｎθ／ｓｉｎφで表されることから、高い屈曲率の材料であることが好ましい。

パネル本体４０は、一例として、高透過率、高相対屈折率を有する、樹脂やガラス材料で形成することができる。パネル本体４０の一方面４２Ａには、無反射コーティングが施されている。

傾斜面４６には、太陽電池シート３０が取り付けられている。太陽電池シート３０は、受光面３２が外向きになるように、傾斜面４６に配置されている。すなわち、受光面３２が傾斜面４６と接着し、太陽電池シート３０がパネル本体４０に覆われるように配置されている。太陽電池シート３０は、傾斜面４６の短手方向に複数枚が並べて配置されている。

各々の太陽電池シート３０は、図１３に示されるように、幅方向の一端辺３０Ａが傾斜面４６の稜線４６Ａ側に配置され、長手方向が稜線４６Ａに沿って配置される。また、幅方向の他端辺３０Ｂは、傾斜面４６の谷線４６Ｂ側に配置される。稜線４６Ａを挟んで一方側の傾斜面４６に配置される太陽電池シート３０の受光面３２をＲ１とし、他方側の傾斜面４６に配置される太陽電池シート３０の受光面３２をＲ２とすると、Ｒ１とＲ２の面積の和は、Ｙ方向から見て同じ領域に、一方面４２Ａと同方向に向く平坦面とした場合の面積と比較して大きくなっている。

複数枚の太陽電池シート３０は、幅方向（上下方向）に並ぶ複数本が電気的に並列接続されて、並列接続ユニット３６を構成している。そして、複数の並列接続ユニット３６が、電気的に直列接続されている（図５、６参照）。

次に、本実施形態の太陽光パネルユニット１８の作用効果について説明する。

本実施形態の太陽光パネルユニット１８は、受光面３２が、鉛直方向から見て一方面４２Ａに対して傾斜して配置されている。

ここで、直達日射のみを考慮すると同一太陽高度θでは、太陽電池シート３０を鉛直方向から見て一方面４２Ａに対して傾斜させずに平坦状に配置した場合に受ける直達日射量と、傾斜させて受ける直達日射量は、ほぼ同じである。しかしながら、本実施形態では、受光面３２の面積は、太陽電池シート３０を鉛直方向から見て一方面４２Ａに対して傾斜させずに配置した場合よりも大きいため、散乱日射量が多くなる。したがって、受光面を鉛直方向から見て一方面４２Ａに対して傾斜させずに配置した場合と比較して、受光面３２で受ける全天日射量を多くすることができ、効率よく発電することができる。

また、本実施形態では、パネル本体４０の一方面４２Ａから入射した太陽光が、一方面４２Ａに対して角度が小さくなるように屈折する。したがって、屈折なしの場合と比較して、影になる部分が少なくなり、影ができることにより出力が低下する種類の太陽電池を用いた場合でも、屈折なしの場合と比較して発電量を多くすることができる。

また、本実施形態では、パネル本体４０自体が太陽電池シート３０を覆うので、別途カバーを設けることなく、太陽電池シート３０を保護することができる。

また、本実施形態では、複数の凸条部４４が、ジグザグ状に形成されているので、パネル本体４０の他方面４２Ｂに高密度で凸条部４４を形成し、太陽電池シート３０を配置することができる。

なお、本実施形態では、傾斜面４６を平坦傾斜としてその下に傾斜面４６に沿って太陽電池シート３０を配置したが、図１４に示されるように、他方面４２Ｂ側に凸となる曲面の曲傾斜面４７とし、曲傾斜面４７に沿って太陽電池シート３０を配置してもよい。この場合には、太陽電池シート３０の受光面３２が他方面４２Ｂ側に凸の曲面となる。したがって、平坦状の傾斜面４６に沿って太陽電池シート３０を配置した場合と比較して、受光面３２の面積を大きくすることができ、より発電の効率を向上させることができる。

上記の第１、第２実施形態では、略鉛直の建物の外壁に太陽光パネルユニットを設置した例について説明したが、本開示の太陽光パネルユニットは、他の場所に設置することもできる。また、太陽光パネルユニット自体がバルコニーの目隠し部や窓部などの構造物を構成してもよい。

本開示の技術に係る太陽光パネルユニット、及び太陽光パネル設置構造では、太陽光エネルギーを用いて効率よく発電を行うことで、化石燃料の燃焼による発電を代替し、ＣＯ_２排出量を削減する効果を有するものである。

１６、１８ 太陽光パネルユニット
２０、４０ パネル本体
２４、４４ 凸条部
２６、４６ 傾斜面
２６Ａ、４６Ａ 先端
２６Ｂ、４６Ｂ 基端
３０ 太陽電池シート
３２ 受光面
１２ 外壁（被取付部）

Claims (5)

1. 鉛直方向に板面が配置され、前記板面の一方面が外面を構成すると共に、他方面が内面を構成する板状のパネル本体と、
   前記パネル本体の前記他方面に鉛直方向に延出し且つ鉛直方向と交差する方向に並ぶように複数列形成され、それぞれ先端から基端に架けて傾斜する傾斜面が構成された凸条部と、
   前記凸条部の各々の傾斜面に受光面が外向きになるように配置された太陽電池シートと、
   を備え、
   前記太陽電池シートが凸条部の凸を挟んで一方側の傾斜面と他方側の傾斜面の両方に設けられ、
   前記パネル本体は、太陽光を透過可能な透明体で形成され、
   前記一方面は平坦状とされ、前記一方面に対して垂直な方向を垂直入射方向とすると、前記垂直入射方向と前記一方面に対して太陽光が入射する方向との角度θよりも、前記垂直入射方向と前記一方面を通過した後の太陽光の角度φが小さくなるように屈折させる材料で、前記パネル本体が形成されている、
   太陽光パネルユニット。
2. 複数の前記凸条部は、水平方向にジグザグ状に形成されている、
   請求項１に記載の太陽光パネルユニット。
3. 前記傾斜面は、前記パネル本体の鉛直内面側に凸の曲面である、
   請求項１に記載の太陽光パネルユニット。
4. 前記太陽電池シートは、複数列が並列配線されている、
   請求項１に記載の太陽光パネルユニット。
5. 請求項１～請求項４のいずれか１項の太陽光パネルユニットと、
   前記パネル本体が取り付けられる被取付部と、
   を備えた、太陽光パネル設置構造。