JPH0290686A - 傾斜角度調節装置を有する岸辺設置用太陽電池架台 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は風波の影響を受けることの大きい場所に設置さ
れる太陽電池の架台に関するものである。

（従来の技術） 従来海岸或は湖岸等の近傍に太陽電池モジニー／Ｌ／（
以下モジュールともいう）を設置する場合、波浪の影響
を受けないように、波浪を直接浴びない一定の高さに取
り付けていた。例えば灯台用のモジュールの場合である
。このとき強度的には、風速６０〜８０ｍ／秒に相当す
る風圧荷重ａＯＯ〜４００〜／−に耐えるようなモジュ
ール架台の構造設計がなされている。

一方海面或は湖面に設は九浮体或は岩礁等に設置された
モジュールは、波浪の影響を受けることが大きい。浮体
上にモジュールを設置する場合、面積が２０−程度以下
のブイのような小形浮体では、浮体が波に揺られる形に
なるので、比較的影響が少ないが、面積が８０−程度以
上の大形浮体では、波に逆らう形となり、波浪が浮体の
甲板上に衝突する事態が発生する。従って、小型浮体に
設置されるモジュールの架台の構造は、波浪を浴びない
場合の構造と同様のもので充分なことが多いが、大型浮
体に設置する場合は、例えば、波圧荷重１．５　ｔｏｎ
／−に耐えるような構造設計が必要となり、そのために
モジュール自体の裏側に補強材料を組み込む構成が提案
されている（本出願人の昭和６１年１１月１４日出願実
願昭６１−１７５４５４参照）。

（発明が解決しようとする課題） 最近の太陽電池の低価格化と普及に伴なって、従来より
は荷重的に更に厳しい条件となる岸辺への設置が行われ
るようになってきた。これに相当する事例としては、岸
壁或は防波堤、さらＫは孤立した岩礁等を利用してモジ
ュールを取り付け、養殖事業、海洋データ収集、標識等
に必要な電力を供給するシステムがある。

このような場合のモジュール設置位置は、満潮時で海面
上数米の高さになるのが一般的であるが、台風時や津波
発生時には、高波の岸辺での砕波による氷塊がモジュー
ル表面を叩く形となる。このような状況で、モジュール
面に加わる力は次のように見積もることができる。

第２図は、沖合で発生した高波１（波高Ｈ０波長し）が
岸辺に向って伝播し、岸壁２（静水面からの高さＨｄ）
で破砕し、水塊８が岸壁上面にかかる状況を示したもの
である。沖波は岸辺に近づくに従って波高を増し、破砕
直前の波（以下単波と称する）の高さＨｂは２Ｈ０とな
ることが知られており、その静水面４からの高さＨｂｏ
は、図から判るように、次の（１）式で表わされる。

ここでδは、静水時の水面と沖波の高さの１／２の面と
の差で、次の（２）式のように、表わされる。

（２）式と（１）式から次の（３）式が得られる。

このような特性をもつ岸波の破砕による氷塊（以下氷塊
という）が、岸壁上面に違したときの速度Ｖは、岸波の
回転速度Ｖｌと氷塊の落下の終速度ｖ２のベクトル和と
なり、次の（４）式のように表わされる。

■＝〆肩じ可丁　　　（４） ｖｌ、ｖ２と波特性の関係は以下の（５）弐〜（８）式
のように導かれる。

回転速度は、次の（５）式で示される。

ここで、Ｔは波の周期で、重力波の伝播方程式Ｃ２＝ｇ
Ｌ／２π（Ｃ：波の速度、ｇ：重力の加速度）と、波長
り１周期Ｔ、波の速度Ｃの一般的関係し＝ＣＴとから、
次の（６）式で表わされる。

これを（５）式に代入して、（７）式を得る。

されていて、モジュール５に速度Ｖの水塊８が水平面と
の角度βで落下する状態を示したものである。第８図に
記入したベクトル図から、モジュール面に垂直方向の氷
塊の速度ベクトルｖｍは次の（至）式のように表わされ
ることが判る。

Ｖｍ　＝Ｖｓｔｎ（π−（ａ＋β））＝Ｖｄｎ（（Ｚ＋
β）　　αＱこの速度ベクトルｖｒｎから、モジュール
５に加わる圧力強度Ｐｆｆｌは次の（ロ）式から求めら
れる。

一方、落下の終速度は下記の（８）式で示され、これに
（３）式の関係を入れて、次の（９）式が得られる。

ｖ２　＝ｆ五万（ｂｏ　−Ｈｄ　）　　　（８）以上か
ら、氷塊が岸壁上に達した時の速度は、（４）式、（７
）式、（９）式を使って計算できることが判る。

次に水塊の速度から、岸壁上に設置されたモジュールに
加えられる荷重を求める。第８図はモジュール５が水平
面との角度α、岸壁２の上面からモジュール５の中心ま
での高さＨｒｎの条件で設置ここでＫは係数で、経験的
に２の値が得られており、Ｗは水の単位体積重量で、海
水の場合ｌ、０８ｔｏｎ／ｉの値を有する。なお、βは
ＶがＭｌ　とｖ２のベクトル和であることから＠式より
求めることができる。

上述した関係式を用い、海水の場合について、具体的な
数値を入れて計算した結果を第４図に示す。計算に当っ
て、Ｌは経験的ＫＬ＝２０Ｈｏであることか知られてい
るので、この関係を用いた。

また、（９）式では）Ｉｄの代りに、静水面からモジュ
ール面までの高さＨｄ”Ｈｍを用いた。第４図において
、モジュールの中心部の静水面からの高さを８ｍで一定
とし、沖波の高さＨｏが８ｍ、４ｍ。

６ｍ、８ｍの場合のそれぞれの波圧強度を、モジュール
傾斜角との関係として示したものである。

第４図から、通常のモジュール設置角（８０〜４０°〕
では、Ｈｏが３ｍの場合でも８　ｔｏｎβの波圧が加わ
ることになり、この値は現在の補強モジュールの耐圧強
度１．５　ｔｏｎ／−の約２倍となる。Ｈｏが８ｍにな
ると、波圧は約２０　ｔｏｎβという値Ｋまで達する。

以上は岸壁にモジュールを設置した場合の計算例である
が、浮体にモジュールを設置した場合も浮体が固く係留
され静止している場合は同様に計算できる。

従って、モジュールの補強を強化する方向では到底この
ような大きい波圧に耐える構造を得ることは不可能と言
える。

以上は主としてモジュール面に垂直に作用する氷塊の圧
力について述べたが、波の方向、又は風の方向によって
は、モジュールにある角度をもって圧力が加えられ、太
陽電池架台そのものを捩る方向の力が作用することがあ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明においては、前述の問題を解決するために、太陽
電池を設置した枠体に、その取付角度を変更するための
駆動手段を設け、設置場所に近い岸辺に設けた水位また
は波圧の検出手段を備えることによって、その検出手段
の出力によって駆動手段を動作させ、枠体の受ける圧力
を少なくさせるようにした。

（作用） 太陽電池モジュールに加えられる氷塊の圧力がある限度
以上になる場合は、七ジュールの取付角度を変化させ、
氷塊の圧力が最小になるようＫすることができるから、
太陽電池モジュールの損傷を防止することができる。

（実施例） 第１図は本発明による太陽電池架台６の背面図であり、
第２図はその側面図である。これらの図に示されるよう
に、モジュール７はモジュール固定用の枠体８（斜線部
）Ｋ固定され、枠体８を貫通するシャツ）９により、支
柱１０．１０に枢支されている。シャフト９の端部には
歯車１１が取付けられ、台座１４の上に固定された駆動
用のモータ１２の軸に固定された歯車１８と噛合ってい
る。台座１４の内部には、図示されていないセンサから
の出力を処理し、モータ１２の回転を制御し、シャフト
９の回転角度を調節するための制御装置が内蔵されてい
る。支柱１０．１０を共通の基板１５上に固定し、基板
全体を回転させると、風浪の方向が如何なる場合であっ
ても対処できる。

通常は第１図（ａ）及び（ｂ）の実線に示した様な位置
（設置場所の緯度に近い傾斜角）ＶＣモジュール取付用
フレームは固定されている。第１図（ｂ）　Ｋ点線で示
したモジュール７及び枠体８は、これらが回転した場合
の一部を示すものである。

設計に際しては次のようなことが考慮される。

第４図の氷塊の圧力強度とモジュール面傾斜角との関係
を示すグラフに示されるように、一定の傾斜角（臨界角
）以上になると、圧力強度は補強モジュールの耐圧強度
（例えば１．５ｔｏｎ〜）より低くなることが判る。さ
らに、第３図を参照して考えると、圧力強度はモジュー
ル面と氷塊の落下方向が平行になれば（α＝π−β）、
モジュール面ト直角方向の氷塊の速度ベクトルはゼロと
なり、従って圧力もゼロとなる。故に１設置地点での設
計最大波高値に対応する臨界角と、氷塊の落下方向と平
行な角度との間に、モジュール面傾斜角を設定すればよ
い。氷塊の落下方向と水平面のなす角度βは、（７）式
、（９）式、及び（６）式を使って求められ、その結果
を沖波高さＨｏとの関係として＠５図に示す。第５図か
ら、波高８ｍの場合にはβは８０゜となり、モジュール
面傾斜角ａを１００°にすれば、モジュール面の圧力が
ゼロとなることが判る。

゛第４図においては、沖波高さが８ｍ以下の場合につい
てグラフを作製したが、８ｍ以上の場合の臨界角度を正
確に定めるために１波高８ｍ、１２ｍ、１６ｍの場合の
圧力強度をαが８０°から１００゜の間の範囲てついて
求め、その結果を示すものが第６図のグラフである。第
６図から、波高１０ｍ以上では臨界角度の増加は非常に
少なくなり、９０゜以上に設定すれば、どのような高波
にも耐えられることが判る。

高波が接近すると、水中に設けたセンサによる水圧の検
出、又は岸壁に設けたセンサによる波高の検出等により
予知することができる。このセンサの出力により制御装
置が動作し、必要に応じて傾斜角度調節装置のロックを
解き、モータ１２を駆動し、歯車１８．１１を介して枠
体８の傾斜角を変更させ、モジュール面傾斜角を、氷塊
圧力によるモジュール損傷が起らない角度範囲の一定の
角度まで変化させて固定する。図中の点線で示された部
分は、モジュール７及び枠体８が回転した状態の一部を
示すものである。

いま沖波高さ１２ｍに耐える設計を行うものとすると、
高波に備えた設定角度範囲の下限は、モジュール耐圧強
度が１．５　ｔｏｎ／Ｗ？のとき、８８°となり、上限
はモジュール面が氷塊の落下方向と平行になる角度とす
ると、第５図から氷塊の落下角度βは８０°であるから
、傾斜角α＝π−β＝１００゜となる。上限をこのよう
に設定するのは、傾斜角が１００°以上になると、モジ
ュールの背面に氷塊の一部の荷重を受けることになり、
モジュールの信頼性確保上望ましくないからである。

高波の危険が去ったことが、センサの出力から確認でき
た場合は、制御装置からの信号によりモータ１２を逆方
向に回転させることによって、通常の発電時の設定角度
に戻るように、モジュール取付枠体８０角度を変更し固
定する。

枠体８の角度変更のためには、前述の歯車方式の他に内
接歯車式、ウオーム歯車式、スプロケット式等多くの方
法が使用される。

また、前述の圧力の計算の説明は、波の方向がモジュー
ル面の水平方向に対して直角である場合について行っで
ある。モジュール面に対する圧力を最小にするためＫは
、モジュール面を風もしくは波の方向に対して平行にし
た時に最小となる。

従って、風波の方向をセンサにより検出し基板１５を回
転して、シャフト９を風波の方向に平行にし、枠体８の
巾の広い面が地表に垂直になるようにしても圧力を最小
にすることができる。この場合、氷塊の圧力は枠体８の
上方の端部ρて加えられるが、この幅は狭いので枠体８
の強度をある程度にしておけば、充分耐えることができ
る。

（発明の効果） 以上に述べたように、本発明によれば、風波による荷重
（一般に高波による荷重の方が大きい）が、モジュール
の耐圧強度を超えるおそれのある場所に太陽電池を設置
した場合、モジュールを取付けた枠体の角度が変化され
て、荷重が小さくなるようにされるから、風波の条件の
厳しい場所九太［池を設備しても、損傷を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例の背面図、同図（ｂ）
はその側面図、第２図は沖波と単波との主として波高の
関係を示す説明図、第８図は岸壁上のモジュールに氷塊
があたる状態の説明図、第４図はモジュール面傾斜角と
氷塊の圧力強度との関係を示すグラフ、第５図は沖波の
高さＨｏと氷塊の落下角度βとの関係を示すグラフ、第
６図は波高が高いときのモジュール面傾斜角度と氷塊の
圧力強度の関係を示すグラフである。 ７・・・モジュール、８・・・枠体、９・・・シャフト
、１゜・・・支柱、１１．１８・・・歯車、１２・・・
モータ、１５・・・基板 仲痛歯ｚＨｏ（ｍ） 第５図 ＷｌＯｏ 七ジ゛１−ル面傾研斎（０） 第６Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．表面に太陽電池を配置した枠体と、枠体の取付角度
   を変更するための駆動手段と、枠体に加えられる力を予
   知する検出手段とを有し、検出手段の出力により駆動手
   段を動作させ枠体に加えられる力を少なくさせる傾斜角
   度調節装置を有する岸辺設置用太陽電池架台。