JPH08126224A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストで実用的な高速道路向けの太陽光発
電システムを提供する。 【構成】 道路５の所定区間ごとに設けられた複数の負
荷３と、該負荷に電力を供給すべく前記道路に併設され
ている送電線４と、前記道路の側端に設置された防音壁
１またはガードレールと概ね一体化された複数の太陽電
池と、該太陽電池からの直流電力を交流に変換して前記
送電線に出力する、それぞれが最大電力点追尾機能を有
した複数のインバータ２と、該送電線と電力を相互融通
する商用電力系統とでシステムを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は太陽光発電システムに関
し、さらに詳しくは、高速道路などの未利用土地を有効
活用するのに好適な太陽光発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】環境への負荷の少ない発電方式として太
陽光発電の持つポテンシャルは大変大きく、世界中から
大きな期待を集めている。太陽エネルギーは、その全照
射量は膨大であるが、密度が低いので大量のエネルギー
を得るためには大面積の土地が必要になる。例えば、変
換効率１０％の太陽電池で１０００ＫＷの発電量を確保
するには１ヘクタールの面積が必要になる。我が国のよ
うな土地面積の狭い国では、こういった広い遊休の土地
（例えば砂漠）の少ないことが、大発電所建設のネック
になっている。

【０００３】さて、我が国のような狭い国土の国におい
て、太陽光発電所を設けるのに適した土地のひとつとし
て高速道路の防音壁があげられる。日本には現実に高速
道路の防音壁に設置された例は無いが、日本と同じよう
に国土の狭いスイスでは、既に実用化されたシステム
（文献Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｖｏｌ．５１，Ｎ
ｏ．２，ｐｐ．１０１−１０７，１９９３）がある。該
システムの電気的接続図とモジュール架台、全体像の様
子をそれぞれ図７、８および９に示す。該システムは、
モジュール直列数２４、並列回路数９２、運転電圧３３
０−４４０Ｖ、定格電流２７０Ａで、一台のインバータ
を介して、交流系統（３相５０Ｈｚ、３８０Ｖ）に電力
を送電する。図７〜９において、８１，８１’は架台を
備えたソーラパネルで、冬は８１の向きに、夏は８１’
の向きに調節される。８２は防音壁、８３はガードレー
ルである。

【０００４】このシステムは、インバータが一台である
ため、インバータのスケールメリットによるコストダウ
ンが見込める。また、集電には直流集電を採用してお
り、かつ防音壁に架台を設置しているところに特徴があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のシス
テムには、以下のような問題点がある。 インバータが一台なので最大電力点追尾制御が全体
でしかできない。特に道路が曲がっている場合は、アレ
イごとの最大電力点が異なるので、ずれによる損失を生
じる。 インバータのメンテナンスの時は、全システムを止
めなければならない。稼動率が下がる。 直流送電線を建設しなければならない。そのために
コストがかかる。 架台を設置しなければならない。そのためのコスト
と手間がかかる。 本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、低コストで実用的な高速道路向けの太陽光発電シス
テムを提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、道路の側端
に設置された防音壁またはガードレールと概ね一体化さ
れた複数の太陽電池、該太陽電池からの直流電力を交流
に変換して出力し、該出力が道路に併設されている送電
線に並列に接続され、かつ、それぞれが最大電力点追尾
機能を有した複数のインバータ、該送電線に接続されて
いる道路照明灯などの所定区間ごとに設けられた複数の
負荷、該送電線と電力を相互融通する商用電力系統から
なる道路壁利用の太陽光発電システムによって解決され
る。

【０００７】

【作用】本発明の太陽光発電システムにおいては、防音
壁またはガードレールに太陽電池を一体化して新たな架
台の設置を不要とし、さらに、それぞれが最大電力点追
尾機能を有した複数のインバータを所定区間ごとに設け
て区間ごとの最大電力点追尾が可能となるように配置し
た。また、インバータの出力を、既設の道路照明灯のた
めの配電線に接続することで、直流送電線の建設も不要
としたのである。このようにして、低コストで高性能な
高速道路発電システムが提供されるのである。

【０００８】

【実施例】以下、実施例に基づき、より詳細に本発明を
説明する。

【０００９】実施例１ 図１は本発明の一実施例に係る太陽光発電システムの外
観を示す。図２は図１のシステムの電気的な接続図を、
図３は太陽電池と一体化された防音壁の断面図を示す。
図１のシステムは太陽電池の専用架台および太陽電池出
力専用の送電線を不要としている。また、いわゆる部分
メンテナンスを可能にしている。図において、１は太陽
電池と一体化された防音壁、２は太陽電池の直流出力を
交流に変換するインバータ、３は道路照明灯、４は道路
照明灯３に電力を供給するための配電線、５は道路、６
はトランス等の受電設備、１０は太陽電池、１１は太陽
電池素子、１２は耐候性樹脂フィルム、１３は透明樹
脂、１４は防音壁基材である。

【００１０】図１のシステムの特徴のひとつは、防音壁
１に太陽電池が一体化されていることであり、そのため
に新たな架台を建設する必要がないことである。まず、
この太陽電池１０と一体化された防音壁１の製造につい
て説明する。防音壁は金属、プラスチック、コンクリー
ト等の材料で作られ、どのようなものであれ本発明を適
用することが可能である。本実施例では、金属壁の場合
について説明する。

【００１１】まず、太陽電池１０を構成するための素子
として、ステンレス基板上にアモルファスシリコンを堆
積して作られた長さ３０ｃｍ、幅１０ｃｍの太陽電池素
子１１を準備した。これは、ＵＳＳＣ社製の太陽電池素
子でタンデム型構造を持ち、標準光下での動作点電圧
１．２Ｖ（電流１．４Ａ）、開放電圧１．７Ｖという性
能を有している。本発明に用いられる太陽電池素子とし
ては、この他にも多結晶シリコンを用いたもの、単結晶
シリコンを用いたもの等があげられるが、アモルファス
太陽電池素子が、以下の２つの観点から好ましい。 （１）アモルファス太陽電池は、高温に強く、冷却に配
慮しなくてよい。 （２）ステンレス基板上に堆積したアモルファス太陽電
池は、曲げても壊れることが無く、また、異物がぶつか
っても壊れない。

【００１２】このアモルファス太陽電池素子１１を数枚
から、数１０枚並べて、直並列に配線し、耐候性を有し
たフッ素樹脂等のプラスチックフィルム１２とＥＶＡ
（エチレンビニルアセテート）等の透明接着剤１３で熱
融着して、太陽電池モジュールを得る。特に、本実施例
にあっては、防音壁に用いられる金属そのものに熱融着
することで、図４のごとき防音壁１４と一体化したモジ
ュールを製造することができる。また、アモルファス太
陽電池を使用したので、特に稼動時の放熱に注意するこ
ともない。結晶太陽電池を用いた場合には、放熱ならび
に太陽電池素子の保護に工夫をする必要がある。

【００１３】本実施例において、防音壁の大きさは長さ
４ｍ、高さ３ｍだったので、その全面に前述の太陽電池
素子４００枚を貼り、これを全部直列にして４８０Ｖ
１．４Ａの出力を得た。

【００１４】このようにして得た防音壁一体化モジュー
ルを道路の側端に６００枚並べる。こうして全長２４０
０ｍにわたる防音壁が構築される。

【００１５】次に、パネル１０枚を並列にしてアレイと
し、インバータへ入力する。アレイ出力は、４８０Ｖ、
１４Ａであり、約６．７ＫＷとなる。インバータとして
は、公知のインバータを用いることができるが、ＩＧＢ
ＴやＭＯＳＦＥＴをスイッチング素子として使用した電
流制御型のインバータが好んで用いられる。本実施例で
は、ＩＧＢＴをスイッチ素子として使用し、太陽電池最
大電力点追尾機能を持ち、かつ、系統連系用保護装置を
内蔵するインバータ６０台を使用した。なお、保護装置
に関しては、個々のインバータに内蔵させる必要は無
い。なんとなれば、単一の保護装置を商用系統との連結
点（受電点）付近に設けてもよい。このようにすること
で、インバータ個々の構成が多少簡単になる。

【００１６】インバータの最大電力点追尾機能は、本発
明の効果を高めるために必須の機能である。本実施例に
示されるように、高速道路に設置される太陽光発電シス
テムは、細長い形状になるのが普通であり、道路の曲が
りや、雲の動きのために、全アレイに対して均一な日射
が得にくい。これによって各アレイごとの最大電力点電
圧がずれてしまうが、本システムではそれぞれが最大電
力点追尾機能を有した複数台のインバータを使用するこ
とで、最大電力点のずれによる損失を防ぐのである。本
発明者らのシミュレーションによる計算によれば、本実
施例実施例で使用したアモルファス太陽電池への入射光
が一様ではなく３０％程度のばらつきを持っていると仮
定した時、従来の単一インバータの系の出力を１００と
すれば、本システムでは１１５の出力が得られる。

【００１７】これら６０台のインバータ２の出力は、道
路照明灯３への配電線（単相２００Ｖ）４に接続され
る。普通、高速道路には道路照明灯が付属しており、そ
の配電線は１０Ｋｍ程度の長さである。配電線４の片端
は、トランスや保護装置からなる受電設備６を通じて、
電力会社の高圧線７に接続されている。本発明のシステ
ムにおいて、インバータ２の交流出力は、この配電線４
を通じて商用系統７に逆潮流される。本発明においては
道路照明用配電線４を太陽電池出力の送電線としても利
用するため、長距離にわたる送電線を新たに敷設する必
要がないのである。

【００１８】以上述べたように、本実施例にかかる太陽
光発電システムでは、防音壁と一体化したモジュールを
用いることで、新たに太陽電池用の架台を設置する必要
をなくし、また、複数台のインバータを使用することで
道路の湾曲等による最大電力点のずれによる損失をなく
し、また道路照明灯への配電線を太陽電池出力の送電線
として使用したので新たな太陽電池用送電線建設の必要
がなく、太陽光発電所の建設コストと損失を減少させる
ことができるのである。

【００１９】実施例２ 図５は本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールの
構成を示す。本実施例は、太陽電池をガードレールと一
体化している。また、保護装置を単一化している。図に
おいて、５０は太陽電池１０と一体化されたガードレー
ル、５１は太陽電池素子、５２はガードレール基材、５
３は支持棒、５４はＵボルトである。なお、システムの
電気接続は実質的に図２と同じである。

【００２０】本実施例では、太陽電池素子としては、実
施例１と同様のアモルファス太陽電池素子を使用して、
ガードレールへの一体化を試みた。ガードレールは、形
状が複雑なので、図５に示されるように、２枚の太陽電
池素子５１を並べるようにした。ガードレール５０の形
状加工には、ローラーフォーマ等が使用できるが、結晶
セルやガラス基板上に堆積されたアモルファス太陽電池
を用いる場合には割れを防止するために格別の対策が必
要となり、加工が大変難しくなる。

【００２１】本実施例において、ガードレールの長さは
３ｍとしたので、２０枚の素子をガードレール上に一体
成型できる。接続は直列接続とし、２４Ｖ１．４Ａの出
力を得た。このようなガードレール一体化太陽電池モジ
ュール１０００枚を３０００ｍにわたって道路の側端に
設置した。総容量は、３３．６ＫＷとなった。このガー
ドレール１０枚を直列接続して２４０Ｖ１．４Ａの出力
を得た。これを電流制御型インバータ２に接続して、そ
の出力を商用変圧器（不図示）を介して前記実施例１と
同様に道路照明用配電線（単相２００Ｖ）４に接続し
た。

【００２２】本実施例においては、インバータに保護装
置を内蔵させずに、商用系統７との接続点（受電設備６
内）に連系保護装置を設置した。このような実施形態の
取れる保護装置として、（株）電気工作から発売されて
いるもの（商品名ウルデンくん）などがある。こうする
ことで、保護装置を単一化し、インバータをより低廉な
ものにできるので、設置費用を小さくできる。

【００２３】このような実施形態でも、本発明の目的が
達せられることは明白であろう。特にガードレールのよ
うな複雑な形状のものに対しては、フレキシブルな導電
性基板上に堆積されたアモルファス太陽電池が、その加
工性のよさのために極めて好適である。

【００２４】実施例３ 図６は本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュ
ールの構成を示す。本実施例は、太陽電池の設置面積を
少なくして、防音壁をシースルー構造としている。本実
施例においては、実施例１と同一寸法の防音壁６０に仕
上げた。ただし、防音壁の材質１４は透明なポリカーボ
ネート樹脂として、また、太陽電池素子１１を図のよう
に並べて透明窓部分６２が残るようにした。空隙の間隔
は２０ｃｍとした。この程度の間隔を開けると、道路を
通行する自動車の運転者から外が見えるので、運転者の
閉塞感を緩和できる。防音壁１枚あたりの太陽電池素子
の枚数を１３３枚とした。これを全部直列にして、１６
０Ｖ１．４Ａの出力を得た。

【００２５】このようにして得た防音壁一体化モジュー
ルを道路の側端に６００枚を並べる。こうして全長２４
００ｍにわたる防音壁が構築される。

【００２６】次に、パネル１０枚を並列にしてアレイと
し、インバータへ入力する。アレイ出力は、１６０Ｖ１
４Ａであり、約２．４ＫＷとなる。インバータとしては
高周波絶縁された電流制御型のものを使用した。本実施
例の場合には太陽電池の出力電圧が低いので、トランス
等の何らかの昇圧手段が必須である。

【００２７】このような構成にすれば、運転者に閉塞感
を与えずに、防音壁を利用した太陽光発電システムが構
築できるのである。また、これは、すべての実施例につ
いて共通の特徴であるが、本発明のシステムは複数台の
インバータを使用しているため、部分的に発電を止めて
点検することが可能であり、稼動率の向上に寄与するこ
とができる。例えば、本実施例においては、インバータ
６０台が稼動しており、全部を止めなくとも、１／６０
を止めるだけで点検できるのである。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、道路の側
端に設置された防音壁またはガードレールと概ね一体化
された複数の太陽電池、該太陽電池からの直流電力を交
流に変換して出力し、該出力が道路に併設されている送
電線に並列に接続され、かつ、それぞれが最大電力点追
尾機能を有した複数のインバータ、該送電線に接続され
ている道路照明灯などの所定区間ごとに設けられた複数
の負荷、該送電線と電力を相互融通する商用電力系統か
らなる道路壁利用の太陽光発電システムであり、以下の
顕著なる効果を有する。 未利用土地の有効活用ができる。 道路照明用配電線を発電出力の送電線として共用でき
るので設置コスト消滅が可能。 複数のインバータを使用するので、部分的に検査が可
能であり、検査のために全部を止めておく必要がない。 防音壁よりも太陽電池を少とした場合には、防音壁に
透明な窓部分を設けることで、自動車の運転者に防音壁
による閉塞感を緩和できる。 アモルファスを用いた場合、それ自体フレキシブルな
ので、防音壁と一体成型しやすく、なおかつ、そのよう
にしても冷却に考慮しなくて良い。 ステンレス基板上に形成されたアモルファス太陽電池
を用いる場合、上記に加えて、ガラスを基材として用い
たものと比べて極めて衝撃に強いので、道路からはね飛
ばされる異物が当たっても発電性能に影響が無い。 防音壁に一体化することで、架台の設置が不要になり
設置コストの消滅が可能。 複数のインバータを使用するので、一定量の太陽電
池ごとに最大電力点追尾制御が可能であり、道路が曲が
っているような場合でも、全体としての効率が落ちな
い。 上記のような優れた特徴を有する本発明は、未利用土地
を有効利用する太陽光発電所として、産業上の利用価値
が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る太陽光発電システム
の外観図である。

【図２】 図１のシステムの電気的な接続図である。

【図３】 図１のシステムで使用される防音壁の断面図
である。

【図４】 図３の防音壁の正面図である。

【図５】 本発明の他の実施例に係る太陽光発電システ
ムで使用される太陽電池を一体化したガードレールの設
置図である。

【図６】 本発明のさらに他の実施例に係る太陽光発電
システムで使用される透明窓部を有した防音壁と一体化
した太陽電池モジュールである。

【図７】 従来の太陽光発電システムの電気的接続図で
ある。

【図８】 従来システムで使用されるモジュール架台で
ある。

【図９】 従来システムの全体図である。

【符号の説明】

１：太陽電池を一体化した防音壁、２：インバータ、
３：道路照明、４：照明灯用配電線、５：道路、６：受
電設備、７：商用系統、１０：太陽電池、５０：太陽電
池を一体化したガードレール、５１：太陽電池、６０：
太陽電池を一体化したシースルー構造の防音壁。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 道路の所定区間ごとに設けられた複数の
   負荷と、該負荷に電力を供給すべく前記道路に併設され
   ている送電線と、前記道路の側端に設置された防音壁ま
   たはガードレールと概ね一体化された複数の太陽電池
   と、該太陽電池からの直流電力を交流に変換して前記送
   電線に出力する、それぞれが最大電力点追尾機能を有し
   た複数のインバータと、該送電線と電力を相互融通する
   商用電力系統とを具備することを特徴とする太陽光発電
   システム。
2. 【請求項２】 前記太陽電池が、金属薄板等の導電性フ
   レキシブル基板上に堆積されたアモルファス半導体から
   構成されている請求項１記載の太陽光発電システム。
3. 【請求項３】 前記太陽電池の設置面積が防音壁または
   ガードレールの面積よりも小さくなっており、なおかつ
   防音壁またはガードレールに光透過部分のある請求項１
   または２記載の太陽光発電システム。
4. 【請求項４】 前記インバータが、個々には保護装置を
   有さず、前記商用電力系統と前記送電線との接続点に全
   インバータに共通の保護装置を有する請求項１〜３のい
   ずれか１つに記載の太陽光発電システム。