JPWO2013108878A1

JPWO2013108878A1 - 円筒状太陽光発電装置

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Publication number: JPWO2013108878A1
Application number: JP2013554358A
Authority: JP
Inventors: 英世鈴木
Original assignee: OFFS CORPORATION
Current assignee: OFFS CORPORATION
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2015-05-11
Also published as: WO2013108878A1

Abstract

【課題】小さな設置スペースで高い発電効率を実現する太陽光発電装置を提供すること。【解決手段】太陽電池を電柱様の円筒状体側面に配置し、複数のセルから構成された発電単位であるサブモジュールブロックを、該円筒状体の高さ方向の列に複数配列する。このような構成により、同じ方向を向く高さ方向の列ごとへの太陽の照射量が均一となり、各ブロックで光量に応じた効率のよい発電を行うことができる。また、太陽電池への氷雪の付着を防ぐこともできる。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池を用いた発電装置に係り、特にその形状を円筒状とした円筒状太陽光発電装置に関する。

化石燃料を使用した火力発電や原子力発電から、自然エネルギーを利用した発電への転換が求められている。特に、太陽光発電は、太陽光発電パネルの価格の低下、一般住宅の屋根に設置できることなどから、普及が進みつつある。
一方で、平面のパネルではある程度広い設置面積が必要で、設置場所が限られる問題がある。また、太陽光の向きに合わないパネルは発電効率が大きく低下する問題がある。

様々な向きに変化する太陽光に対応することや、表面積をできるだけ多く確保することを目的として、特許文献１〜４のような技術が開示されている。

また、屋上に平面パネルを設置する従来の方法では、積雪などによって発電力が大きく低下することが知られている。特許文献５では、太陽電池セルを表面に設け、鉛直軸に垂直な回転軸に対して、回転自在に設置された太陽電池パネルと、太陽電池パネルの下部に一端が結合されたロープを引き上げ、太陽電池パネルの角度を制御する引き上げ制御部と、太陽電池パネルが所定の角度となるよう、この太陽電池パネルを固定し、所定の積雪による荷重により太陽電池パネルを開放するパネル固定部とを有する技術が開示されている。
この方法によれば、確かに積雪を除去することができるが、動作範囲が必要なため設置には大きな制約が伴う。また、動作部分が大きいため、機器の耐久性の点でも難点があると思われる。

このほか、本発明に関連する特許文献として特許文献６が挙げられるが、太陽電池セル自体は平面パネルであり、上記問題を解決する技術ではない。

特開2003-77550号公報特開2003-347574号公報特開2010-263171号公報特開2011-35356号公報特開2006-269524号公報特開2008-144550号公報

杉本聡一郎、「気象データを用いた送電線着雪タイプの判別手法の提案」電力中央研究所報告報告書番号:N11059、2012年インターネットURL:http://criepi.denken.or.jp/jp/kenkikaku/report/leaflet/N11059.pdf（２０１２年１月１５日検索）

上記特許文献１〜４は、いずれも表面積を大きくし、また太陽電池を曲面としたことで、様々な向きからの照射に対応できることを特徴としている。
しかし、一般的な太陽電池では、１つの発電モジュールの中で光が強く照射する部分と弱い部分とが混在すると発電効率が低下するため、従来技術のように形成したのでは太陽電池の能力を十分に引き出せない。

また、太陽電池は温度が高くなると効率が悪く性質があるが、円筒状に形成して一部分に集中的に太陽光が照射すると、その部分が高熱となって発電効率が悪化したり、太陽電池の劣化の原因となる問題がある。

同時に、多雪地域などで冬期の雪の付着に起因する発電効率の悪化も問題となっている。従来の平面パネルでは、太陽方向に向ければ積雪しやすくなるというジレンマがあるが、これらを両立させて解決することも本発明の課題である。

本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、小さな設置スペースで高い発電効率を実現する太陽光発電装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、次のような円筒状太陽光発電装置を提供する。
すなわち、本発明の円筒状太陽光発電装置は、太陽電池を電柱様の円筒状体側面に配置し、複数のセルから構成された発電単位であるサブモジュールブロックを、該円筒状体の高さ方向の列に複数配列したことを特徴とする。

上記円筒状太陽光発電装置において、円筒状体の中心軸で回転可能に軸支する支持機構を備え、該円筒状太陽光発電装置を所定の周期で回転させる構成でもよい。

上記円筒状太陽光発電装置において、気温、湿度、風速、又は氷雪を検知するセンサの少なくともいずれかのセンサ手段を備えると共に、該センサ手段の検知結果に応じ、前記円筒状太陽光発電装置を回転させる制御を行う制御手段を備える構成でもよい。

上記円筒状太陽光発電装置において、計時手段を備えると共に、時期又は時間に応じて前記円筒状太陽光発電装置を回転させる制御を行う制御手段を備える構成でもよい。

上記の円筒状体の中心軸を略水平方向に向け、複数の該円筒状体を平行に複数配設した円筒状太陽光発電装置を提供することもできる。

上記の円筒状体の中心軸を略垂直方向に向け、複数の該円筒状体を平行に複数配設した円筒状太陽光発電装置を提供することもできる。

前記円筒状太陽光発電装置が、道路の路側又は分離帯に配置される構成でもよい。

本発明は以上の構成をとることによって次のような効果を奏する。
まず、発電単位となるサブモジュールブロックを円筒状体の高さ方向の列に配列することにより、同じ方向を向く高さ方向の列ごとへの太陽の照射量は均一であり、各ブロックで光量に応じた効率のよい発電を行うことができる。

円筒状体の中心軸を中心に所定の周期で回転させることにより、日光の照射する部位が変化するため、表面温度の上昇を抑えることができ発電効率の向上に寄与する。また、各面に均一に照射するため、局所的な劣化を防ぐことができる。

円筒状太陽光発電装置に気温、湿度、風速、又は氷雪を検知するセンサを備えることで、氷雪などの気象状況を検出することができ、例えば着雪しやすい環境では上記回転を行うことで雪の付着を防止することができる。

また、計時手段を備えることで、例えば冬期間には定期的に太陽電池を回転させる、夜間に回転させる、などの制御を行うことができ、これによって着雪の防止を図ることもできる。

円筒状体を水平方向に平行に配設することで、少ないスペースで縦方向に多くの太陽電池を設置できる。また、各円筒状体間の隙間を利用して、上下方向からの視界を遮るスリットを備えた壁体として利用することもできる。

円筒状体を垂直方向に平行に配設することで、道路等の細長い設置スペースに多くの太陽電池を設置できる。また、各円筒状体間の隙間を利用して、左右方向からの視界を遮るスリットを備えた壁体として利用することもできる。例えば、高速道路の中央分離帯に設置すれば、対向車線のライトを遮る遮光壁とすることもできる。

本発明における円筒状太陽光発電装置の斜視図である。同、平面図である。本発明における円筒状太陽光発電装置の別実施例である。同、別実施例である。本発明装置を中央分離帯に設置したときの配置図である。本発明装置を環境に応じて制御する実施例である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。本発明は以下の実施例に限定されず請求項記載の範囲で適宜実施することができる。
図１は、本発明における円筒状太陽光発電装置（１）の斜視図、図２は同平面図である。本装置（１）は、中心軸となる柱状部（１０）と、該柱状部（１０）から十字形の支持部材（１１）を延設して円筒部（１２）を支持している。
円筒部（１２）の側面全周には、複数の太陽電池（１３）〜（１８）・・を貼設している。

本発明において、少なくとも円筒部（１２）の高さ方向の列は複数のセルから構成された発電単位であるサブモジュールブロックからなる。すなわち、太陽電池（１３）（１４）で１つの発電単位、太陽電池（１５）（１６）で１つの発電単位、太陽電池（１７）（１８）で１つの発電単位である。
なお、各太陽電池（１３）（１４）も別々の発電単位でもよい。

このように高さ方向の列にサブモジュールブロックを配置するようにすると、図２で示すように、１方向から日光が照射した際に各ブロックへの光の照射量が一定となる長所がある。
例えば、図示の矢印の向きから日光が射した場合、太陽電池（１３）（１４）には正面から日光が照射するので光量が最大となる。次いで、隣接する太陽電池（１５）（１６）（１９）に多くの照射量がある。その他の太陽電池は主として周辺の散乱光が照射する。

一般的な太陽電池パネルでは、１つのサブモジュールブロックの中で一部分が日陰に入ると、その箇所のセルをバイパスする回路に電流が流れるように設計されているため、急激に発電量が低下する特性がある。
そのため、例えば太陽電池（１３）と太陽電池（１５）を１つの発電単位にしてしまうと、光量の弱い太陽電池（１５）の影響で、正面から日光が照射する太陽電池（１３）の発電量を最大限活かすことができなくなる問題がある。
本発明は、このような特性に鑑み、円筒部（１２）の高さ方向の列で発電単位とすることにより、各発電単位への日光の照射がほぼ均一となり、それぞれで最大限の発電効率を得ることができる。

本実施例では図２に示すように、円筒部（１２）の全周に８分割した太陽電池を配設しているが、本発明では例えば４分割から１６分割程度の列にすることが好ましい。
各太陽電池は、図示のように表面を曲面としてもよいし、分割数が多い場合には、平板の太陽電池パネルを円筒部に貼設してもよい。

本発明は、柱状部（１０）を軸支する図示しない支持機構と、柱状部（１０）を回転させる回転機構とを備えてもよい。
回転機構は例えば電動機で構成し、所定の周期で本装置（１）を回転する。例えば１分で１回転、回転させると、１列の太陽電池に正面から日光が照射する時間は１０秒以下となり、半周期の間は直接日光の当たらない陰に入る。これによって、太陽電池の温度上昇を抑制し、発電効率の向上に寄与する。また、各面に均一に照射するため、局所的な劣化を防ぐことができる。

図３は、上記太陽光発電装置（１）の柱状部（１０）を水平方向に向けて、複数平行に配設した太陽光発電装置（２）を示している。
各太陽光発電装置（１）の柱状部（１０）を軸支するフレーム体（２０）を地面に立設することで、少ない設置スペースで広い表面積を有する太陽光発電装置を設置することができる。

本構成は、各柱状部（１０）同士の隙間により通風性と視認性を有するので、適度に視界を遮ることのできる防風壁としても使用することができる。特にブラインド様に上下方向からの視界を遮る際に好適である。
さらに、この通風性により、太陽電池を空冷する効果も合わせもち、発電効率の向上に寄与する。

本構成においても、各太陽光発電装置（１）を所定の周期で回転させることができる。各装置（１）にそれぞれ回転機構を備えてもよいし、フレーム体（２０）内に伝動機構を備えて１つの動力源で複数の装置（１）を同期回転させる構成でもよい。

図４は、上記太陽光発電装置（１）の柱状部（１０）を垂直方向に向けて、複数平行に配設した太陽光発電装置（３）を示している。
各太陽光発電装置（１）の柱状部（１０）を軸支するフレーム体（３０）を地面に立設することで、細長い設置スペースに多くの太陽電池を設置することができる。

本構成は、各柱状部（１０）同士の隙間により通風性と視認性を有するので、適度に視界を遮ることのできる防風壁としても使用することができる。特にブラインド様に左右方向からの視界を遮る際に好適である。
本構成においても、各太陽光発電装置（１）を回転させることができる。

図５は、図４に示した太陽光発電装置（３）を、道路の中央分離帯に設置した場合の正面図（ａ）と、平面図（ｂ）を示している。
道路（５）の中央分離帯（５０）上に本装置（３）を設置し、発電を行うと共に、対向車同士（５１）（５２）のヘッドライトを遮光する遮光壁として機能させることもできる。

本発明の太陽電池は周知の太陽電池であれば任意に用いることができるが、製造コストの安い多結晶シリコンや、薄膜シリコン型の太陽電池を用いることもできる。また、近年開発が進められているＣＩＳ（カルコパイライト）系の太陽電池は、発電効率が高く、曲面への適用が容易であること、さらに直接日照しない側でも発電が行えることから、本装置（１）において用いることが特に好ましい。

また、上記回転機構について、風力又は水力を利用した回転機構を用いることもできる。すなわち、本装置（１）の回転にはそれほど大きな動力は必要なく、設置環境における風力でも十分に回転させることができる。従って、例えば本装置（１）の上部に小型の風車を付設してその動力で回転させてもよい。
また、本装置を川岸、海辺などに設置する場合には、水力を利用して回転させる構成でもよい。
これらの自然エネルギーによる回転機構においては、所定の回転数以上では回転しないよう、周知の調速機などと組み合わせて配置することが好ましい。

本発明は、上記の構成に加えて、気象条件に応じて回転機構を用い、発電効率の向上を実現することもできる。
図６に示すように、本装置（１）の支持部材（１１）を例えばモータ（６０）などの回転手段で回転させる構成において、モータ（６０）を制御回路（６１）により制御する。
制御回路（６１）には、気温、湿度、風速などの設置場所における環境情報を取得する環境センサ（６２）を接続し、例えば気温が２度以下になった場合、湿度が９５％を超える場合、風速が５ｍ／秒を超える場合、などの条件に応じてモータ（６０）を駆動する。

太陽電池への付着のしやすさは、明確に明らかにはされていないが、例えば非特許文献１の図２では着雪量が増加した際の気温・湿度のデータとして、全風速区分では、気温が−１度〜１度、湿度が９０〜１００％の際、静穏時では、−３度〜０度、湿度が９０〜１００％の際に着雪が多く示されている。
着雪のしやすさは場所によっても異なり、また太陽電池の素材や設置場所の特性によっても変化すると考えられるが、上記した種の環境センサ（６２）を用いれば、着雪のしやすさは把握できることは明らかである。
制御回路（６１）では、単純な回転、非回転に限らず、環境センサ（６２）の検知結果に応じて回転制御間隔、回転角度、回転周期などを変化させてもよい。

環境センサ（６２）としては、降雪や降雨などを直接検知するセンサ手段を用いることもできる。この場合には、検知時に制御回路（６１）で回転制御する。
また、計時手段（６３）を制御回路（６１）に接続し、時間に応じて制御するようにしてもよい。例えば、12月から3月まで回転させることや、日中の9時から16時まで回転させるように制御することもできる。

本発明の実施には必ずしもモータ（６０）を用いなくてもよい。例えば、風車を備えて風力を利用して本装置（１）を回転させる構成でもよい。この場合、温度センサだけを備えて低温時にロックを解除し回転可能にすれば、むやみに回転することを抑制でき、装置の長寿命化に寄与する。

さらに、雪に限らず太陽電池表面の汚れを落とすために回転させることもできる。例えば、降雨時に本装置（１）を回転させることで雨粒を利用して表面の汚れを流れ落とすようにしてもよい。

１太陽光発電装置
１０柱状部
１１支持部材
１２円筒部
１３〜１８太陽電池

Claims

太陽電池を電柱様の円筒状体側面に配置し、
複数のセルから構成された発電単位であるサブモジュールブロックを、該円筒状体の高さ方向の列に複数配列した
ことを特徴とする円筒状太陽光発電装置。
前記円筒状体の中心軸で回転可能に軸支する支持機構を備え、
該円筒状太陽光発電装置を所定の周期で回転させる
請求項１に記載の円筒状太陽光発電装置。
前記円筒状太陽光発電装置において、
気温、湿度、風速、又は氷雪を検知するセンサの少なくともいずれかのセンサ手段を備えると共に、該センサ手段の検知結果に応じ、前記円筒状太陽光発電装置を回転させる制御を行う制御手段を備えた
請求項２に記載の円筒状太陽光発電装置。
前記円筒状太陽光発電装置において、
計時手段を備えると共に、時期又は時間に応じて前記円筒状太陽光発電装置を回転させる制御を行う制御手段を備えた
請求項２又は３に記載の円筒状太陽光発電装置。
前記円筒状体の中心軸を略水平方向に向け、
複数の該円筒状体を平行に複数配設した
請求項1ないし４のいずれかに記載の円筒状太陽光発電装置。
前記円筒状体の中心軸を略垂直方向に向け、
複数の該円筒状体を平行に複数配設した
請求項1ないし４のいずれかに記載の円筒状太陽光発電装置。
前記円筒状太陽光発電装置が、道路の路側又は分離帯に配置される
請求項１ないし６のいずれかに記載の円筒状太陽光発電装置。