WO2016084970A1 - 水上用太陽電池装置 - Google Patents

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WO2016084970A1
WO2016084970A1 PCT/JP2015/083513 JP2015083513W WO2016084970A1 WO 2016084970 A1 WO2016084970 A1 WO 2016084970A1 JP 2015083513 W JP2015083513 W JP 2015083513W WO 2016084970 A1 WO2016084970 A1 WO 2016084970A1
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water
cell device
floating body
floating
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山下　満雄
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京セラ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a floating solar cell device.
  • One type of solar cell device is a floating solar cell device installed on water.
  • the floating solar cell device has a structure in which a solar cell module is mounted on a floating body.
  • a solar cell device for water is attracting attention because it can be installed on the water such as a dam lake or a pond that can easily secure a wide site.
  • stability against the influence of wind or the like is required.
  • a floating solar cell device has been proposed in which the height exposed from the water surface is reduced by arbitrarily adjusting the buoyancy of the floating body and the effect of wind is reduced (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-118925). reference).
  • the position of the draft line is changed by controlling the amount of air fed into the space located below the draft line of the floating body. Therefore, in such a solar cell device for water, a device such as an air pump for controlling the amount of air is essential.
  • an apparatus such as an air pump generally has many components, it requires regular maintenance.
  • One object of the present invention is to provide a floating solar cell device that can improve stability against wind and the like with a simple structure and can reduce the frequency of maintenance.
  • a water solar cell device includes a solar cell module and a floating body on which the solar cell module is arranged.
  • the floating body has an upper surface on which the solar cell module is disposed, a lower surface that is located on the back side of the upper surface and is in contact with water and is recessed toward the upper surface side, and is open on the upper surface.
  • a penetrating portion having a first opening portion and a second opening portion opened at the lower surface, a hollow portion not connected to the penetrating portion, and the first opening portion so as to cover the upper surface from the lower surface side.
  • a check valve that allows passage of the gas moving in the through portion toward the side and prevents passage of the gas moving in the through portion from the upper surface side toward the lower surface side.
  • the stability against wind and the like can be increased with a simple structure, and the frequency of maintenance can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a floating solar cell device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1 (a) is a perspective view, FIG. 1 (b) is a side view, and FIG. 1 (c) is a front view.
  • FIG. 2 is a view for explaining a floating solar cell device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 (a) shows the floating solar cell device floating on the water surface P
  • FIG. 2B is an end view showing a state cut along line A ′
  • FIG. 2B is an end view showing a state cut along line BB ′ in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a solar cell module in a floating solar cell device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a floating solar cell device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 (a) is a plan view seen from the light receiving surface side
  • FIG. 3 (b) is a diagram.
  • FIG. 3A is an end view showing a state where 3 (a) is cut along the line CC ′.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a floating solar cell device according to an embodiment of the present invention, and is a model diagram illustrating how the draft becomes shallow when air enters the concave portion of the floating body.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a water solar cell device according to an embodiment of the present invention, and is a model diagram showing a state when an external force is applied to lift the water solar cell device.
  • FIG. 6 is an end view corresponding to FIG. 2 (b), illustrating a water solar cell device according to another embodiment of the present invention, and FIG.
  • FIG. 6 (a) shows the water solar cell device with respect to the water surface.
  • 6B is an end view showing a state in which the water solar cell device is restored from the state of FIG. 6A to the original state.
  • FIG. 7 is a view for explaining a floating solar cell device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 (a) is a perspective view corresponding to FIG. 1 (a)
  • FIG. 7C is an end view showing a state cut along line DD ′ in FIG. 7A
  • FIG. 7C is a side view of the connecting member.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a floating solar cell device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a state in which two floating solar cell devices shown in FIG. It is the end view seen from the end surface equivalent to 7 (b).
  • the direction along one side parallel to the water surface P of the solar cell module 2 constituting the water solar cell device 1 is defined as the X axis direction
  • the direction orthogonal to the X axis direction and parallel to the water surface P is defined as the X axis direction.
  • the description will be made with a left-handed coordinate axis in which the Y-axis direction is used and the direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction is the Z-axis direction.
  • the Z-axis direction corresponds to the vertical direction.
  • the direction against gravity in the Z-axis direction is defined as + Z-axis direction or upward, and the direction following gravity is defined as -Z-axis direction or downward.
  • the lower side of the solar cell module 2 installed at an inclination is referred to as a lower end side, and the upper side is referred to as an upper end side.
  • the floating solar cell device 1 includes a solar cell module 2 and a floating body 3 to which the solar cell module 2 is attached.
  • the floating solar cell device 1 is installed with the floating body 3 floating on the water surface P. Next, the configuration of the floating solar cell device 1 will be described in detail.
  • the floating body 3 has a shape in which, for example, a rectangular parallelepiped is provided with a recess and a projection.
  • the floating body 3 has a hollow portion 3a inside.
  • the floating body 3 has an upper surface 3b and a lower surface 3c located on the back side of the upper surface 3b.
  • the solar cell module 2 is disposed on the upper surface 3b.
  • the upper surface 3b is provided with a first protrusion 3d at one end of the upper surface 3b and a second protrusion 3e at the other end of the upper surface 3b that is higher on the + Z-axis direction side than the first protrusion 3d. ing.
  • the solar cell module 2 is arrange
  • the first convex portion 3 d supports the lower end side 2 a of the solar cell module 2
  • the second convex portion 3 e supports the upper end side 2 b of the solar cell module 2.
  • the upper surface 3b is farther from the first upper surface 3b1 than the first upper surface 3b1 apart from the solar cell module 2 and the first upper surface 3b1 including the upper surfaces of the first convex portion 3d and the second convex portion 3e where the solar cell module 2 is disposed.
  • a portion located on the lower surface 3c side has a second upper surface 3b2.
  • the lower surface 3c of the floating body 3 is in contact with water and is recessed toward the upper surface 3b side. Therefore, the lower surface 3c has a recess 3c1.
  • the floating body 3 has a first opening 3g that opens to the second upper surface 3b2, and a second opening 3h that opens on the back side of the recess 3c1 on the lower surface 3c (the bottom surface side of the recess 3c1).
  • the first opening 3g and the second opening 3h are connected by a penetrating portion 3i.
  • the penetration part 3i does not need to have the same cross-sectional area over its entire length, and the cross-sectional area may change. In that case, the 2nd opening part 3h becomes a site
  • the hollow portion 3 a is not connected to the penetration portion 3 i and thus is not connected to the penetration portion 3 i. Moreover, since the 1st opening part 3g is located in the 2nd upper surface 3b2, it is not contacting the back surface of the solar cell module 2.
  • FIG. 2 shows that the hollow portion 3 a is not connected to the penetration portion 3 i and thus is not connected to the penetration portion 3 i. Moreover, since the 1st opening part 3g is located in the 2nd upper surface 3b2, it is not contacting the back surface of the solar cell module 2.
  • the volume of the hollow portion 3a of the floating body 3 may be set such that when the floating solar cell device 1 is floated on the water surface P, the buoyancy at which the second upper surface 3b2 is higher than the water line can be obtained. At this time, the total value of the mass of the solar cell module 2 and the mass of the floating body 3 is smaller than the value obtained from the product of the total volume of the floating body 3 and the total volume of the hollow portion 3a and the specific gravity of water. That's fine. Thereby, the floating body 3 can be prevented from sinking too much into the water.
  • the floating solar cell device 1 may be provided with a hollow portion 3a that can obtain a buoyancy in which the water line is located between the first opening 3g and the second opening 3h.
  • the total value of the mass of the solar cell module 2 and the mass of the floating body 3 is The total of the specific gravity of water, the volume of the floating body 3 located below the second opening 3h of the penetrating part 3i, and the volume of the hollow part 3a located below the second opening 3h of the penetrating part 3i What is necessary is just to make larger than the value obtained from the product with a value.
  • the total value of the mass of the solar cell module 2 and the mass of the floating body 3 is the specific gravity of water, the volume of the floating body 3 located below the first opening 3g, and the hollow. It is good to make it smaller than the value obtained from the product with the total value of the volume of the part 3a.
  • the solar cell module 2 can be prevented from being immersed in water, and the weight of water in the recess 3 c 1 can be increased as much as possible. As a result, the stability on the water surface P of the water solar cell device 1 can be further enhanced.
  • the floating body 3 is preferably formed using polyethylene, polypropylene, fiber reinforced plastic (FRP) having strength against water, ultraviolet rays, and external force.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • the thickness is about 5 to 20 mm.
  • the size of the floating body 3 may be determined in consideration of the mass and size of the solar cell module 2 disposed on the floating body 3.
  • the length is 1.3 to 1.5 m and the width is 1 to 1.2 m.
  • the height is preferably about 0.5 to 1 m.
  • the check valve 4 is provided so as to cover at least the first opening 3g of the floating body 3.
  • the check valve 4 includes a plate-shaped valve body 4a larger than the first opening 3g and a fixing member 4b that fixes one end of the valve body 4a in the vicinity of the first opening 3g.
  • the gas in the space (recess 3 c 1) on the lower surface 3 c side of the floating body 3 passes (moves) through the through-hole 3 i and moves to the space on the upper surface 3 b side. Allow that.
  • the check valve 4 prevents the passage of the gas moving in the through portion 3i from the space on the upper surface 3b side of the floating body 3 toward the space on the lower surface 3c side.
  • the valve body 4a closes the first opening 3g.
  • valve body 4a of the check valve 4 for example, a plate material made of a resin having a low elastic modulus such as silicone rubber or polypropylene can be used. Further, for example, a screw or the like can be used for the fixing member 4b of the check valve 4.
  • the solar cell module 2 is fixed to the floating body 3 using the locking member 5. Specifically, the solar cell module 2 is fixed by, for example, connecting the hook-shaped portion 3f1 protruding from the side surface 3f of the floating body 3 and the frame member 12 of the solar cell module 2 described later with the locking member 5. .
  • Such a locking member 5 can be formed, for example, by press-molding stainless steel or extruding aluminum alloy.
  • the solar cell module 2 includes a solar cell panel 11 and a frame member 12 that reinforces the outer edge portion of the solar cell panel 11.
  • the solar cell panel 11 includes a first main surface (light receiving surface) 11a (one main surface of the translucent substrate 13) that mainly receives light, and the first main surface 11a. It has the 2nd main surface (non-light-receiving surface) 11b (one main surface of the back surface protection member 17) equivalent to a back surface.
  • the solar cell panel 11 includes, in order from the first main surface 11a side, a translucent substrate 13 that also serves as a substrate of the solar cell module 10, a pair of sealing materials 14 made of a thermosetting resin, and inner leads 15. And a plurality of solar cell elements 16 electrically connected.
  • the solar cell panel 11 includes a back surface protection member 17 for protecting the back surface of the solar cell module 10 and a terminal box 18 for taking out the output obtained by the solar cell element 16 to the outside.
  • the 2nd main surface 11b of the solar cell panel 11 is the material which has translucency, for example, the sealing material 14 located between the solar cell element 16 and the back surface protection member 17, and the back surface protection member 17, respectively. It may be configured so that light can be received also from the second main surface 11b side.
  • the solar cell element 16 is a flat substrate made of, for example, single crystal silicon or polycrystalline silicon. When such a silicon substrate is used, the adjacent silicon substrates may be electrically connected by the inner leads 15 as described above.
  • the type of the solar cell element 16 is not particularly limited.
  • a thin film solar cell made of amorphous silicon, a CIGS solar cell, a CdTe solar cell, or a solar cell element 16 in which a thin film of amorphous silicon is formed on a crystalline silicon substrate may be used.
  • the solar cell element 16 made of amorphous silicon, CIGS, and CdTe an element in which an amorphous silicon layer, a CIGS layer, or a CdTe layer is appropriately laminated in combination with a transparent electrode or the like on the translucent substrate 13 is used. it can.
  • the terminal box 18 is, for example, a box body of modified polyphenylene ether resin (modified PPE resin) or polyphenylene oxide resin (PPO resin), a terminal plate disposed in the box body, and the electric power to the outside of the box body.
  • Output cable is, for example, a box body of modified polyphenylene ether resin (modified PPE resin) or polyphenylene oxide resin (PPO resin), a terminal plate disposed in the box body, and the electric power to the outside of the box body.
  • the frame member 12 has a function of holding the solar cell panel 11.
  • the frame member 12 includes a fitting portion 12a into which the peripheral edge portion of the solar cell panel 11 is inserted, a frame upper surface 12b positioned on the side receiving sunlight, a frame flange portion 12c positioned on the back surface side of the frame upper surface 12b, A frame side wall portion 12d that connects the frame upper surface 12b and the frame flange portion 12c is provided.
  • the frame flange portion 12 c is a plate-like portion that protrudes from the lower side of the frame side wall portion 12 d toward the inside of the solar cell module 10.
  • Such a frame member 12 can be manufactured, for example, by extruding aluminum.
  • the floating solar cell device 1 when the floating body 3 is tilted by the influence of wind or the like, excess gas enters the recessed portion (recess 3c1) on the lower surface 3c side of the floating body 3. Then, when the draft of the floating body 3 becomes shallower than a predetermined position, the valve body 4a is raised so that the gas that has entered the recess 3c1 can be discharged to the outside. Further, in the floating solar cell device 1, as shown in FIG. 4, even if a gas such as a gas generated from a lake or the like enters the recess 3 c 1, the pressure of the check valve 4 increases due to an increase in the atmospheric pressure in the recess 3 c 1. The body 4a rises.
  • the gas in the recessed part 3c1 can be discharged
  • apparatuses such as an air pump, can be made unnecessary and the position of the waterline of the floating body 3 which became unstable can be returned to the position of a normal state.
  • stability against wind and the like can be improved.
  • the check valve 4 has a mechanism that prevents the movement of the gas that tries to move in the through-hole 3i from the upper surface 3b side to the lower surface 3c-side space of the floating body 3, so that the atmospheric pressure in the through-hole 3i is outside.
  • the check valve 4 (valve body 4a) closes the first opening 3g.
  • the apparent weight of the water solar cell device 1 is increased because the water in the recess 3c1 receives a force lifted together with the water solar cell device 1.
  • the movement of the gas passing through the through-hole 3i along the + Z axis direction is allowed to the first opening 3g connected to the recess 3c1 on the lower surface 3c of the floating body 3. Further, by providing the check valve 4 that prevents the movement of the gas passing through the through portion 3i along the ⁇ Z-axis direction, stability against wind or the like can be improved. In addition, since the present embodiment has a relatively simple structure, the frequency of maintenance can be reduced.
  • the floating solar cell device 1 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the water solar cell device 1 includes a leg portion 3f2 that decreases in width as it goes downward.
  • a portion corresponding to the side surface 3f located on the outer peripheral side of the recess 3c is a leg portion 3f2.
  • variety of the X-axis direction of the hollow part 3a in this leg part 3f2 is small as it goes below.
  • the buoyancy of the leg 3f2 with the deep draft among the legs 3f2 positioned on the left and right of the floating body 3 increases, and the buoyancy of the leg 3f2 with the shallow draft decreases.
  • the force (restoring force) for returning to the original position from the state in which the floating solar cell device 1 is tilted works greatly, the mode (original position) shown in FIG. Easy to restore.
  • the water solar cell device 1 can be easily returned to the normal position, so that the stability can be further improved.
  • the floating solar cell device 1 according to the present embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in that the floating body 3 has connecting portions at both ends. Specifically, in this embodiment, a mechanism for connecting a plurality of the floating solar cell devices 1 is provided.
  • the floating body 3 has a first connecting portion 3f3 protruding from one side surface 3f and a side opposite to the side where the first connecting portion 3f3 is provided. And a second connecting portion 3f4 protruding from the side surface 3f.
  • the first connecting portion 3f3 and the second connecting portion 3f4 are arranged so that the first water solar cell device 1A and the second water solar cell device 1B having the same shape are disposed adjacent to each other.
  • 1st connection part 3f3 of 1A solar cell apparatus 1A is provided in the position overlapped on 2nd connection part 3f4 of the solar cell apparatus 1B for 2nd water.
  • the first connecting portion 3f3 and the second connecting portion 3f4 have different heights in the Z-axis direction.
  • the first connecting portion 3f3 and the second connecting portion 3f4 may be brought into contact with each other when they are superimposed, but there may be a gap between them.
  • the first connecting part 3f3 and the second connecting part 3f4 each have a first connecting hole 3f31 and a second connecting hole 3f42 penetrating in the Z-axis direction.
  • the first connecting hole 3f31 and the second connecting hole 3f42 are provided so as to be continuous when the first connecting part 3f3 and the second connecting part 3f4 are overlapped.
  • the first connecting hole 3f31 has a first portion 3f32 with a large diameter located in the upper part of the inside and a second portion 3f33 with a small diameter located in the lower part. And it has the level
  • the second connection hole 3f4 is a round hole having a smaller diameter than the second portion 3f33 of the first connection hole 3f31, and has a female screw portion 3f43 therein.
  • the rod-shaped connection member 6 is arrange
  • the connecting member 6 has a shaft portion 6a, a head portion 6b provided at one end thereof, and a male screw portion 6c provided at the other end.
  • the head 6b is a cylindrical portion having a diameter smaller than that of the first portion 3f32 of the first connecting hole 3f31 and larger than that of the second portion 3f33.
  • the shaft portion 6a is longer than the distance from the step portion 3f34 in the first connection hole 3f31 to the second connection hole 3f42 when the first connection hole 3f31 and the second connection hole 3f32 are overlapped,
  • the first connecting hole 3f31 has a smaller diameter than the second portion 3f33.
  • the male screw portion 6c engages with a female screw portion 3f43 provided in the second connection hole 3f42.
  • the length of the shaft portion 6a of the connecting member 6 is within the range.
  • the connection can be maintained while allowing the shaking in the Z-axis direction.
  • the coupling can be maintained while allowing the shaking in the X-axis direction and the Y-axis direction within the range of the gap between the shaft portion 6a and the first coupling hole 3f31.
  • Such a connecting member 6 may be formed using polyethylene, polypropylene, FRP (Fiber Reinforced Plastics, fiber reinforced plastic material) or the like having strength against water, ultraviolet rays, and external force as with the floating body 3.
  • FRP Fiber Reinforced Plastics, fiber reinforced plastic material
  • the check valve 4 is not limited to the one in which the plate-like valve body 4a is arranged in the first opening 3g.
  • the first opening 3g is a round hole and the first opening 3g is in the Z-axis direction. It is good also as a form which plugs the movable sphere or cone.
  • Water solar cell device 1A First water solar cell device 1B: Second water solar cell device 2: Solar cell module 2a: Lower end side 2b: Upper end side 3: Floating body 3a: Hollow portion 3b: Upper surface 3b1: 1st upper surface 3b2: 2nd upper surface 3c: Lower surface 3c1: Concave part 3d: 1st convex part 3e: 2nd convex part 3f: Side surface 3f1: Corrugated part 3f2: Leg part 3f3: 1st connection part 3f31: 1st connection hole 3f32: 1st part 3f33: 2nd part 3f34: Step part 3f4: 2nd connection part 3f42: 2nd connection hole 3f43: Female screw part 3g: 1st opening part 3h: 2nd opening part 3i: Through part 4: Reverse Stop valve 4a: Valve body 4b: Fixing member 5: Locking member 6: Connecting member 6a: Shaft portion 6b: Head portion 6c: Male screw portion 11: Solar cell panel

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Abstract

本発明は、簡素な構造で風などに対する安定性を高めた水上用太陽電池装置を提供する。水上用太陽電池装置（１）は、太陽電池モジュール（２）と、太陽電池モジュール（２）が配置された浮体（３）とを備える。浮体（３）は、太陽電池モジュール（２）が配置された上面（３ｂ）と、この上面（３ｂ）の裏側に位置して水に接触するとともに上面（３ｂ）側に向かって窪んだ下面（３ｃ）と、上面（３ｂ）で開口している第１開口部（３ｇ）および下面（３ｃ）で開口している第２開口部（３ｈ）を有する貫通部（３ｉ）と、この貫通部（３ｉ）につながらない中空部（３ａ）と、第１開口部（３ｇ）を覆うように配置され、下面（３ｃ）側から上面（３ｂ）側に向かって貫通部（３ｉ）内を移動する気体の通過を許容するとともに上面（３ｂ）側から下面（３ｃ）側に向かって貫通部（３ｉ）内を移動する気体の通過を規制する逆止弁（４）とを具備する。

Description

水上用太陽電池装置
　本発明は、水上用太陽電池装置に関する。
　近年の環境保護の機運の高まりに伴い、環境負荷の少ない太陽電池装置の普及が進んでいる。太陽電池装置の種類の一つとして、水上に設置する水上用太陽電池装置がある。
　水上用太陽電池装置は、浮体上に太陽電池モジュールを取り付けた構造である。このような水上用太陽電池装置は、広い用地を確保しやすいダム湖または池などの水上に設置できることから注目を集めている。水上用太陽電池装置では、例えば、風などの影響に対する安定性が求められる。このため、例えば、浮体の浮力を任意に調整することで水面から露出する高さを小さくし、風の影響を低減する水上用太陽電池装置が提案されている（特開２００７－１１８９２５号公報を参照）。
　上記の水上用太陽電池装置では、浮体の喫水線よりも下側に位置する空間に送り込む空気量を制御することによって、喫水線の位置を変化させている。よって、このような水上用太陽電池装置では、上記の空気量を制御するためのエアポンプのような装置が必須となる。しかしながら、エアポンプのような装置は、一般的に構成部品が多いので、定期的にメンテナンスを要する。
　本発明の１つの目的は、簡素な構造で風などに対する安定性を高められるとともに、メンテナンス頻度を低減できる水上用太陽電池装置を提供することである。
　本発明の一実施形態に係る水上用太陽電池装置は、太陽電池モジュールと、該太陽電池モジュールが配置された浮体とを備えている。本実施形態において、前記浮体は、前記太陽電池モジュールが配置された上面と、該上面の裏側に位置して水に接触するとともに前記上面側に向かって窪んだ下面と、前記上面で開口している第１開口部および前記下面で開口している第２開口部を有する貫通部と、該貫通部につながらない中空部と、前記第１開口部を覆うように配置され、前記下面側から前記上面側に向かって前記貫通部内を移動する気体の通過を許容するとともに前記上面側から前記下面側に向かって前記貫通部内を移動する気体の通過を妨げる逆止弁とを具備する。
　本実施形態では、簡素な構造で風などに対する安定性を高めることができて、メンテナンスの頻度を低減できる。
図１は、本発明の一実施形態に係る水上用太陽電池装置を説明する図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は正面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る水上用太陽電池装置を説明する図であり、図２（ａ）は水面Ｐに浮かべた水上用太陽電池装置を、図１（ａ）のＡ－Ａ’線で切断した様子を示す端面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ’線で切断した様子を示す端面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る水上用太陽電池装置における太陽電池モジュールを説明する図であり、図３（ａ）は受光面側から見た平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）をＣ－Ｃ’線で切断した様子を示す端面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る水上用太陽電池装置を説明する図であり、浮体の凹部に空気が入った時に喫水が浅くなる様子を示すモデル図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る水上用太陽電池装置を説明する図であり、水上用太陽電池装置を持ち上げようとする外力が加わった時の様子を示すモデル図である。 図６は、本発明の他の実施形態に係る水上用太陽電池装置を説明する、図２（ｂ）に相当する端面図であり、図６（ａ）は水上用太陽電池装置が水面に対して傾いた様子を示す端面図、図６（ｂ）は水上用太陽電池装置が図６（ａ）の状態から元の状態に復元した様子を示す端面図である。 図７は、本発明の他の実施形態に係る水上用太陽電池装置を説明する図であり、図７（ａ）は図１（ａ）に相当する斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤ－Ｄ’線で切断した様子を示す端面図であり、図７（ｃ）は連結部材の側面図である。 図８は、本発明の他の実施形態に係る水上用太陽電池装置を説明する図であり、２台の図７（ａ）に示す水上用太陽電池装置を連結部材で連結した様子を、図７（ｂ）に相当する端面から見た端面図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る水上用太陽電池装置１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面は模式的に示したものである。以下の説明では、水上用太陽電池装置１を構成する太陽電池モジュール２の水面Ｐに対して平行な１辺に沿う方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に直交し水面Ｐに平行な方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向とＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とした、左手系の座標軸で説明する。Ｚ軸方向は鉛直方向に相当する。また、Ｚ軸方向のうち重力に逆らう方向を＋Ｚ軸方向または上とし、重力に従う方向を－Ｚ軸方向または下とする。また、傾斜して設置された太陽電池モジュール２の下方を下端側といい、上方を上端側という。
　＜＜第１実施形態＞＞
　図１および図２に示すように、水上用太陽電池装置１は、太陽電池モジュール２と、太陽電池モジュール２を取り付ける浮体３とを備えている。水上用太陽電池装置１は、浮体３を水面Ｐに浮かべて設置される。次に、水上用太陽電池装置１の構成について詳細に説明する。
　＜浮体＞
　浮体３は、例えば直方体に凹部および凸部を設けた形状である。浮体３は、内部に中空部３ａを有する。浮体３は、上面３ｂと、上面３ｂの裏側に位置する下面３ｃとを有する。上面３ｂには太陽電池モジュール２が配置される。また、上面部３ｂには、上面３ｂの一端部に第１凸部３ｄと、上面３ｂの他端部に第１凸部３ｄよりも＋Ｚ軸方向側に高い第２凸部３ｅとが設けられている。これにより、太陽電池モジュール２は、浮体３の上面３ｂ上において、水平方向に対して傾斜するように配置される。第１凸部３ｄは太陽電池モジュール２の下端側２ａを支持し、第２凸部３ｅは太陽電池モジュール２の上端側２ｂを支持する。また、上面３ｂは、太陽電池モジュール２が配置された第１凸部３ｄおよび第２凸部３ｅの上方の面を含む第１上面３ｂ１と、太陽電池モジュール２から離れて第１上面３ｂ１よりも下面３ｃ側に位置する部分を第２上面３ｂ２と、を有する。
　浮体３の下面３ｃは、水に接触するとともに上面３ｂ側に向かって窪んでいる。よって、下面３ｃは凹部３ｃ１を有している。また、浮体３は、第２上面３ｂ２に開口する第１開口部３ｇと、下面３ｃの凹部３ｃ１の奥側（凹部３ｃ１の底面側）で開口する第２開口部３ｈとを有している。第１開口部３ｇと第２開口部３ｈとは貫通部３ｉでつながっている。貫通部３ｉは、その全長に渡って同じ断面積である必要はなく、断面積が変化していてもよい。その場合、第２開口部３ｈは、凹部３ｃ１から開口径が急に小さくなる境目に位置する部位となる。
　一方、中空部３ａは、図２に示すように、貫通部３ｉにつながっていないため、貫通部３ｉとはつながっていない。また、第１開口部３ｇは、第２上面３ｂ２に位置しているため、太陽電池モジュール２の裏面に接触していない。
　浮体３の中空部３ａの容積は、水上用太陽電池装置１を水面Ｐに浮かべたときに、第２上面３ｂ２が喫水線よりも上の高さとなる浮力を得られる大きさにすればよい。このとき、太陽電池モジュール２の質量と浮体３の質量との合計値は、浮体３全体の体積および中空部３ａ全体の容積の合計値と水の比重との積から得られる値よりも小さくすればよい。これにより、浮体３が水中へ沈み過ぎないようにできる。
　さらに、水上用太陽電池装置１は、喫水線が第１開口部３ｇと第２開口部３ｈとの間に位置する浮力を得られるような中空部３ａを設けるとよい。このように、水上用太陽電池装置１の喫水線を第１開口部３ｇと第２開口部３ｈとの間に位置させるためには、太陽電池モジュール２の質量と浮体３の質量との合計値は、水の比重と、貫通部３ｉの第２開口部３ｈよりも下方側に位置する浮体３の体積および貫通部３ｉの第２開口部３ｈよりも下方側に位置する中空部３ａの容積の合計値との積から得られる値よりも大きくすればよい。
　また、水上用太陽電池装置１において、太陽電池モジュール２の質量と浮体３の質量との合計値は、水の比重と、第１開口部３ｇよりも下方側に位置する浮体３の体積および中空部３ａの容積の合計値との積から得られる値よりも小さくするとよい。このような水上用太陽電池装置１では、太陽電池モジュール２が水に浸されないようにするとともに、凹部３ｃ１内の水の重量を可能な限り多くすることができる。その結果、水上用太陽電池装置１の水面Ｐ上における安定性をさらに高めることができる。
　浮体３は、水、紫外線および外力に対する強度をもつポリエチレン、ポリプロピレンまたは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）等を用いて形成するとよい。例えば、浮体３がポリエチレンで形成される場合には、その厚みは５～２０ｍｍ程度である。また、浮体３の大きさは、浮体３上に配置する太陽電池モジュール２の質量および大きさを考慮して決定すればよいが、例えば縦１．３～１．５ｍ、幅１～１．２ｍ、高さ０．５～１ｍ程度にするとよい。
　＜逆止弁＞
　逆止弁４は、少なくとも浮体３の第１開口部３ｇを覆うように設けられている。逆止弁４は、第１開口部３ｇよりも大きい板状の弁体４ａと、弁体４ａの一端を第１開口部３ｇの近傍に固定する固定部材４ｂとからなる。逆止弁４は、弁体４ａが撓むことによって、浮体３の下面３ｃ側の空間（凹部３ｃ１）にある気体が貫通部３ｉ内を通過（移動）して上面３ｂ側の空間に移動することを許容する。一方、逆止弁４は、浮体３の上面３ｂ側の空間から下面３ｃ側の空間に向かって貫通部３ｉ内を移動する気体の通過を妨げる。この場合、弁体４ａは、第１開口部３ｇを塞ぐようになる。
　逆止弁４の弁体４ａには、例えば、シリコーンゴムまたはポリプロピレンなど弾性率の低い樹脂からなる板材を用いることができる。また、逆止弁４の固定部材４ｂには、例えばネジ等を用いることができる。
　＜係止部材＞
　太陽電池モジュール２は、係止部材５を用いて浮体３に固定される。具体的には、太陽電池モジュール２は、例えば浮体３の側面３ｆから張り出した鉤状部３ｆ１と、後述する太陽電池モジュール２のフレーム部材１２とを係止部材５で接続することによって固定される。このような係止部材５は、例えばステンレスをプレス成形したり、アルミニウム合金を押出成形することによって形成できる。
　＜太陽電池モジュール＞
　図３に示すように、太陽電池モジュール２は、太陽電池パネル１１と、この太陽電池パネル１１の外縁部を補強するフレーム部材１２とを有している。
　図３（ｂ）に示すように、太陽電池パネル１１は、主として光を受光する第１主面（受光面）１１ａ（透光性基板１３の一主面）と、この第１主面１１ａの裏面に相当する第２主面（非受光面）１１ｂ（裏面保護部材１７の一主面）とを有している。そして、太陽電池パネル１１は、第１主面１１ａ側から順に、太陽電池モジュール１０の基板を兼ねる透光性基板１３と、熱硬化性樹脂からなる一対の封止材１４と、インナーリード１５によって電気的に接続された複数の太陽電池素子１６とを備えている。
　さらに、太陽電池パネル１１は、太陽電池モジュール１０の裏面を保護する裏面保護部材１７と、太陽電池素子１６で得られた出力を外部に取り出すための端子ボックス１８とを備えている。
　なお、太陽電池パネル１１の第２主面１１ｂは、例えば、太陽電池素子１６と裏面保護部材１７との間に位置する封止材１４、および裏面保護部材１７を、それぞれ透光性を有する材質で構成して、第２主面１１ｂ側からも光を受けることができる形態にしてもよい。
　太陽電池素子１６は、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等からなる平板状の基板が用いられる。このようなシリコン基板を用いる場合は、上述したように、インナーリード１５で隣接するシリコン基板同士を電気的に接続すればよい。
　また、太陽電池素子１６の種類は特に制限されない。例えば、太陽電池素子１６として、アモルファスシリコンよりなる薄膜太陽電池、ＣＩＧＳ太陽電池、ＣｄＴｅ太陽電池、または、結晶シリコン基板上に薄膜のアモルファスシリコンを形成した太陽電池素子１６等を用いてもよい。例えば、アモルファスシリコン、ＣＩＧＳおよびＣｄＴｅよりなる太陽電池素子１６としては、透光性基板１３上において、アモルファスシリコン層、ＣＩＧＳ層またはＣｄＴｅ層を透明電極等と組み合わせて適宜積層するようにしたものが利用できる。
　また、端子ボックス１８は、例えば、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ樹脂）またはポリフェニレンオキサイド樹脂（ＰＰＯ樹脂）の箱体と、この箱体内に配置されるターミナル板と、箱体の外部へ電力を導出する出力ケーブルとを備えている。
　フレーム部材１２は、太陽電池パネル１１を保持する機能を有する。フレーム部材１２は、太陽電池パネル１１の周縁部を挿入する嵌合部１２ａと、太陽光を受光する側に位置するフレーム上面１２ｂと、フレーム上面１２ｂの裏面側に位置するフレームフランジ部１２ｃと、フレーム上面１２ｂおよびフレームフランジ部１２ｃを接続するフレーム側壁部１２ｄとを備えている。フレームフランジ部１２ｃは、フレーム側壁部１２ｄの下方から太陽電池モジュール１０の内側へ向けて張り出した板状の部分である。このようなフレーム部材１２は、例えばアルミニウムを押出成形すること等によって製造することができる。
　本実施形態に係る水上用太陽電池装置１では、風などの影響で浮体３が傾くことによって、浮体３の下面３ｃ側の窪んだ部分（凹部３ｃ１）に余分な気体が入り込む。そして、浮体３の喫水が所定の位置よりも浅くなった際に、弁体４ａが上がることによって、凹部３ｃ１に入った気体を外部に排出できる。また、水上用太陽電池装置１では、図４に示すように、湖沼等から生じるガス等の気体が凹部３ｃ１に入ったとしても、凹部３ｃ１内の気圧が高まることによって、逆止弁４の弁体４ａが浮き上がる。このため、凹部３ｃ１内の気体を第１開口部３ｇから外部に排出することができる。これにより、本実施形態では、エアポンプ等の装置を不要にできて、不安定になった浮体３の喫水線の位置を正常な状態の位置に戻すことができる。その結果、本実施形態では、水上用太陽電池装置１の転覆等の発生を低減できるため、風などに対する安定性を高めることができる。
　また、図５に示すように、太陽電池モジュール２が風にあおられて、水上用太陽電池装置１が持ち上げられた際に、貫通部３ｉ内の気体が水に引っ張られて気圧が低下する。一方、逆止弁４は、浮体３の上面３ｂ側から下面３ｃ側の空間に向けて貫通部３ｉ内を移動しようとする気体の動きを妨げる機構を有するため、貫通部３ｉ内の気圧が外気圧よりも低下することによって、逆止弁４（弁体４ａ）が第１開口部３ｇを塞ぐようになる。このような場合には、凹部３ｃ１内の水が、水上用太陽電池装置１と一緒に持ち上げられる力を受けることから、水上用太陽電池装置１の見かけの重量が大きくなる。これにより、本実施形態では、水上用太陽電池装置１が、強風等を受けても移動しにくくなるため、安定性を高めることができる。
　このように、本実施形態では、浮体３の下面３ｃの凹部３ｃ１とつながる第１開口部３ｇに、＋Ｚ軸方向に沿って貫通部３ｉを通過する気体の移動を許容する。そして、－Ｚ軸方向に沿って貫通部３ｉを通過する気体の移動を妨げる逆止弁４を設けることよって、風などに対する安定性を高めることができる。また、本実施形態は、比較的簡素な構造であることから、メンテナンスの頻度を低減できる。
　＜＜第２実施形態＞＞
　本実施形態に係る水上用太陽電池装置１は、下方に向かうに従って幅が小さくなる脚部３ｆ２を有する点で第１実施形態と相違する。
　具体的には、図６に示すように、凹部３ｃの外周側に位置する側面３ｆに相当する部分が脚部３ｆ２になる。そして、この脚部３ｆ２は、該脚部３ｆ２内の中空部３ａのＸ軸方向の幅は、下方に向かうに従って小さくなっている。これにより、本実施形態では、図６（ａ）に示すように、水上用太陽電池装置１が水面Ｐに対して傾いたときには、浮体３の左右に位置する脚部３ｆ２の喫水線よりも下方側に位置する中空部３ａの容積の差が大きくなる。これにより、浮体３の左右に位置する脚部３ｆ２のうち、喫水が深い方の脚部３ｆ２の浮力が大きくなり、喫水が浅い方の脚部３ｆ２の浮力が小さくなる。このように、水上用太陽電池装置１の傾きが大きくなれば、左右の脚部３ｆ２における浮力の差が大きくなる。そのため、本実施形態では、水上用太陽電池装置１が傾いた状態から元の位置に戻るための力（復元力）が大きく働くため、速やかに図６（ｂ）に示す態様（元の位置）に復元しやすい。その結果、本実施形態では、風などの外力が発生しても、水上用太陽電池装置１を正常な位置に戻りやすいため、安定性をより高めることができる。
　＜＜第３実施形態＞＞
　本実施形態に係る水上用太陽電池装置１は、浮体３の両端に連結部を有する点で第１実施形態および第２実施形態と相違する。具体的には、本実施形態では、複数の水上用太陽電池装置１を連結するための機構を備えている。
　本実施形態において、浮体３は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、一方の側面３ｆから突出する第１連結部３ｆ３と、第１連結部３ｆ３の設けられた側と反対側の側面３ｆから突出する第２連結部３ｆ４とを有する。
　第１連結部３ｆ３および第２連結部３ｆ４は、図８に示すように、同形の第１水上用太陽電池装置１Ａと第２水上用太陽電池装置１Ｂとを隣接して配置したときに、第１太陽電池装置１Ａの第１連結部３ｆ３を第２水上用太陽電池装置１Ｂの第２連結部３ｆ４の上に重ね合わせられる位置に設けている。そのため、第１連結部３ｆ３と第２連結部３ｆ４とでは、Ｚ軸方向の高さが異なっている。なお、第１連結部３ｆ３および第２連結部３ｆ４は、これらを重ね合せたときに互いに接触させてもよいが、これらの間に隙間があってもよい。
　第１連結部３ｆ３および第２連結部３ｆ４は、それぞれＺ軸方向に貫通する第１連結孔３ｆ３１と第２連結孔３ｆ４２とを有している。第１連結孔３ｆ３１と第２連結孔３ｆ４２とは、第１連結部３ｆ３と第２連結部３ｆ４とを重ね合わせた際に連なるように設けられている。
　第１連結孔３ｆ３１は、その内部の上方に位置する直径の大きい第１部分３ｆ３２と、下方に位置する直径の小さい第２部分３ｆ３３とを有する。そして、第１部分３ｆ３２と第２部分３ｆ３３との境目に段差部３ｆ３４を有する。また、第２連結孔３ｆ４は、第１連結孔３ｆ３１の第２部分３ｆ３３よりも小さな直径の丸孔であり、その内部に雌ネジ部３ｆ４３を有する。
　また、図８に示すように、第１水上用太陽電池装置１Ａの第１連結孔３ｆ３と第２水上用太陽電池装置１Ｂの第２連結孔３ｆ４には、棒状の連結部材６が配置される。
　図７（ｃ）に示すように、連結部材６は軸部６ａと、その一端に設けられた頭部６ｂと、他端に設けられた雄ネジ部６ｃとを有する。頭部６ｂは、第１連結孔３ｆ３１の第１部分３ｆ３２よりも小さな直径でかつ、第２部分３ｆ３３よりも大きな直径の円筒状の部分である。また、軸部６ａは、第１連結孔３ｆ３１と第２連結孔３ｆ３２とを重ね合わせたときに、第１連結孔３ｆ３１内の段差部３ｆ３４から第２連結孔３ｆ４２までの距離よりも長く、第１連結孔３ｆ３１の第２部分３ｆ３３よりも小さな直径を有する。雄ネジ部６ｃは、第２連結孔３ｆ４２内に設けられた雌ネジ部３ｆ４３に係合する。
　これにより、波浪などで第１水上用太陽電池装置１Ａおよび第２水上用太陽電池装置１Ｂにピッチングやローリング等の揺れが生じた場合には、連結部材６の軸部６ａの長さの範囲でＺ軸方向の揺れを許容しつつ連結を維持することができる。また、本実施形態では、軸部６ａと第１連結孔３ｆ３１との間の隙間の範囲でＸ軸方向とＹ軸方向の揺れを許容しつつ連結を維持することもできる。このように、本実施形態では、各水上用太陽電池装置１が、それぞれピッチングまたはローリングの揺動が可能となるため、連結部材６に作用する力を低減できる。その結果、連結部材６が破損しにくくなる。
　このような連結部材６は、浮体３と同様に水、紫外線および外力に対する強度をもつポリエチレン、ポリプロピレンまたはＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics、繊維強化プラスチック材料）等を用いて形成するとよい。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば、逆止弁４は第１開口部３ｇに板状の弁体４ａを配置したものに限られるものではなく、第１開口部３ｇを丸孔とし、第１開口部３ｇをＺ軸方向に移動可能な球体または円錐を塞ぐ形態としてもよい。これにより、凹部３ｃ１の空気量が多くなり浮体３の喫水が浅くなっても、凹部３ｃ１内の気圧が上昇することで弁体４ａが浮き上がり、逆止弁４を介して凹部３ｃ１内の気体（空気）を外部に排出することができる。
１：水上用太陽電池装置
　１Ａ：第１水上用太陽電池装置
　１Ｂ：第２水上用太陽電池装置
２：太陽電池モジュール
　２ａ：下端側
　２ｂ：上端側
３：浮体
　３ａ：中空部
　３ｂ：上面
　　３ｂ１：第１上面
　　３ｂ２：第２上面
　３ｃ：下面
　　３ｃ１：凹部
　３ｄ：第１凸部
　３ｅ：第２凸部
　３ｆ：側面
　　３ｆ１：鉤状部
　　３ｆ２：脚部
　　３ｆ３：第１連結部
　　　３ｆ３１：第１連結孔
　　　３ｆ３２：第１部分
　　　３ｆ３３：第２部分
　　　３ｆ３４：段差部
　　３ｆ４：第２連結部
　　　３ｆ４２：第２連結孔
　　　３ｆ４３：雌ネジ部
　３ｇ：第１開口部
　３ｈ：第２開口部
　３ｉ：貫通部
４：逆止弁
　４ａ：弁体
　４ｂ：固定部材
５：係止部材
６：連結部材
　６ａ：軸部
　６ｂ：頭部
　６ｃ：雄ネジ部
１１：太陽電池パネル
　１１ａ：第１主面
　１１ｂ：第２主面
１２：フレーム部材
　１２ａ：嵌合部
　１２ｂ：フレーム上面
　１２ｃ：フレームフランジ部
　１２ｄ：フレーム側壁部
１３：透光性基板
１４：封止材
１５：インナーリード
１６：太陽電池素子
１７：裏面保護部材
１８：端子ボックス
Ｐ：水面

Claims (4)

  1. 　太陽電池モジュールと、
    該太陽電池モジュールが配置された浮体とを備え、
    該浮体は、
    前記太陽電池モジュールが配置された上面と、
    該上面の裏側に位置して水に接触するとともに前記上面側に向かって窪んだ下面と、
    前記上面で開口している第１開口部および前記下面で開口している第２開口部を有する貫通部と、
    該貫通部につながらない中空部と、
    前記第１開口部を覆うように配置され、前記下面側から前記上面側に向かって前記貫通部内を移動する気体の通過を許容するとともに前記上面側から前記下面側に向かって前記貫通部内を移動する気体の通過を妨げる逆止弁とを具備する、水上用太陽電池装置。
  2. 　前記上面は、前記太陽電池モジュールが配置された第１上面と、該第１上面よりも前記下面側に位置するとともに、前記太陽電池モジュールから離れて位置する第２上面とを有しており、前記第１開口部は前記第２上面で開口している、請求項１に記載の水上用太陽電池装置。
  3. 　前記浮体は、下方に向かって幅が小さくなっている脚部を有する、請求項１または請求項２に記載の水上用太陽電池装置。
  4. 　前記太陽電池モジュールの質量と前記浮体の質量との合計値が、
    前記貫通部よりも下方側に位置する前記浮体の体積および前記貫通部よりも下方側に位置する前記中空部の容積の合計値と水の比重との積から得られる値よりも大きく、
    前記浮体全体の体積および前記中空部全体の容積の合計値と水の比重との積から得られる値よりも小さい、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水上用太陽電池装置。
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