WO2019044273A1 - 太陽光発電設備 - Google Patents

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塁 三上
義哉 安彦
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健 加嶋
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Definitions

  • the structure of the tracker 2 is not restricted to this.
  • any tracker that can support the array 1 so as to be pivotable in two axes (azimuth, elevation) can be used.
  • the rotation center is preferably in the vicinity of the center of the array 1.
  • FIG. 6 is a bird's-eye view of the four arrays 1 arranged in the manner of FIG. 4 in a state where the posture is not horizontal (the array 1 is directed obliquely to the direction of the sun).
  • the circle of the dashed-two dotted line has shown the same thing as FIG. As illustrated, the movable range over the array 1 at this time is narrower than in the case of FIG.
  • FIG. 9 shows the area [m 2 ] of the installation area E and the annual generated power per unit area while changing the arrangement intervals in the X direction (east-west direction) and the Y direction (north-south direction) for a fixed number of arrays 1 the amount (hereinafter, simply referred to as a power generation amount.) is a graph obtained by simulation the relationship between [kWh / m 2 / y] .
  • the point of CPV1 is the case where the arrangement interval in the X direction and the Y direction is the length Ld of the diagonal of the array 1, and the power generation amount per unit area is the largest.
  • the area of the installation area is 8960 [m 2 ] at the point of CPV 1 and the power generation amount per unit area is 187.5 [kWh / m 2 / y].
  • the arrangement interval is gradually increased to increase the area of the installation area.
  • the area of the installation area is increased, the arrangement interval is increased, so that the light reception loss due to the shadow of one array on the other array is reduced.
  • the area of the installation area increases, the amount of power generation per unit area decreases. Therefore, it can be understood that there is an appropriate arrangement interval to use the land without waste and maintain the power generation amount per unit area at a high level.
  • the area of the installation area is 14000 [m 2 ], and the power generation amount per unit area is 127.7 [kWh / m 2 / y].
  • the arrangement interval from the point of CPV1 to the point of CPV2 is such that the sum of the arrangement interval in the X direction and the arrangement interval in the Y direction is 2 ⁇ Ld in CPV1 and 2.5 ⁇ Ld in CPV2 Change gradually. That is, between CPV1 and CPV2, the total value of the arrangement intervals in the X direction and Y direction is in the range of 2 to 2.5 times the diagonal length Ld.

Abstract

設置エリア内に複数基並べられ各基のアレイにおける最大寸法を成す輪郭形状が四角形である集光型の太陽光発電装置、を備える太陽光発電設備であって、互いに直交するX方向及びY方向の二次元で設置エリアを表した場合、太陽光発電装置のX方向及びY方向の配置間隔は、四角形の対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限されている太陽光発電設備である。

Description

太陽光発電設備
 本発明は太陽光発電設備に関する。
 本出願は、2017年8月28日出願の日本出願第2017-163390号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
 例えば、集光型の太陽光発電装置は、太陽を追尾する動作をしつつ、太陽光をセルに集光して発電する(例えば、特許文献1参照。)。かかる集光型の太陽光発電装置は、高日射で晴天の多い地域に適する。また、このような集光型の太陽光発電装置は、構造上の1単位である集光型太陽光発電モジュールを多数並べて成るアレイを、2軸トラッカーにより方位角及び仰角に回動させる。1基のアレイの影に他基のアレイが入ると受光ロスが生じるので、広大な敷地に、相互に十分な間隔を空けて設置されている。
特開2014-226025号公報
 本発明の一表現に係る太陽光発電設備は、設置エリア内に複数基並べられ各基のアレイにおける最大寸法を成す輪郭形状が四角形である集光型の太陽光発電装置、を備える太陽光発電設備であって、互いに直交するX方向及びY方向の二次元で前記設置エリアを表した場合、前記太陽光発電装置のX方向及びY方向の配置間隔は、前記四角形の対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限されている。
図1は、1基分の、集光型の太陽光発電装置を、受光面側から見た斜視図である。 図2は、1基分の、集光型の太陽光発電装置を、背面側から見た斜視図である。 図3は、一例として、太陽に正対しているアレイの姿勢を示す斜視図である。 図4は、アレイの配置間隔の考え方を示す鳥瞰図である。 図5は、図4の要領で配置された4基の水平な姿勢のアレイについて、それらの可動範囲を二点鎖線の円(以下同様。)で示した鳥瞰図である。 図6は、図4の要領で配置された4基のアレイについて、姿勢が水平ではない(アレイが太陽の方向を向いて斜めに立っている。)状態のときの鳥瞰図である。 図7は、図6の状態から、アレイの方位角が変化した状態を示す鳥瞰図である。 図8は、図4の要領で設置エリア内に、例えば34基のアレイが並んでいる様子を示す鳥瞰図である。 図9は、一定数のアレイについて、X方向(東西方向)、Y方向(南北方向)の配置間隔を変化させながら、設置エリアEの面積[m]と単位面積あたりの年間発電電力量発電量[kWh/m/y]との関係をシミュレーションにより得たグラフである。
 [本開示が解決しようとする課題]
 広大な敷地を使用する集光型太陽光発電装置による太陽光発電設備は、単位面積あたりの発電量という観点では、例えば同じ敷地に固定型の結晶シリコン太陽光発電モジュールを設置する場合と比較すると、必ずしも有利とは言えない面もある。
 かかる課題に鑑み、本開示は、集光型の太陽光発電装置による太陽光発電設備において、単位面積あたりの発電量を高めることを目的とする。
 [本開示の効果]
 本開示によれば、集光型の太陽光発電装置による太陽光発電設備において、単位面積あたりの発電量を高めることができる。
 [実施形態の要旨]
 本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
 (1)これは、設置エリア内に複数基並べられ各基のアレイにおける最大寸法を成す輪郭形状が四角形である集光型の太陽光発電装置、を備える太陽光発電設備であって、互いに直交するX方向及びY方向の二次元で前記設置エリアを表した場合、前記太陽光発電装置のX方向及びY方向の配置間隔は、前記四角形の対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限されている太陽光発電設備である。
 このような太陽光発電設備では、複数基の太陽光発電装置を互いに近接させつつ、隣り合う太陽光発電装置間でアレイの干渉を防止することができる。また、太陽光発電装置同士が互いに近接すると一方のアレイが他方のアレイに影を落とすことによる受光ロスが生じるが、対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限して配置間隔を定めることで、設置エリアの単位面積あたりの発電量を増大させることができるという知見が得られた。
 このようにして、集光型の太陽光発電装置による太陽光発電設備において、単位面積あたりの発電量を高めることができる。
 また、複数基の太陽光発電装置が互いに近接することにより、設備全体がコンパクト化され、ケーブルが短縮化されるとともに、設備の維持管理も容易になる。
 (2)また、(1)の太陽光発電設備において、X方向及びY方向のそれぞれの配置間隔の合計値が、前記対角線の長さの2~2.5倍の範囲にあることが好ましい。
 この場合、同じ設置エリア内に固定型の結晶シリコン太陽光発電モジュールを敷き詰めた場合よりも多くの発電量を得ることができる。
 (3)また、(1)の太陽光発電設備において、前記配置間隔が前記対角線の長さである場合の前記設置エリアの面積を基準値とした場合に、面積が前記基準値の1~1.56倍になるよう前記配置間隔が設定されていることが好ましい。
 この場合、同じ設置エリア内に固定型の結晶シリコン太陽光発電モジュールを敷き詰めた場合よりも多くの発電量を得ることができる。
 (4)また、(1)~(3)のいずれかの太陽光発電設備において、前記設置エリアの外端からX方向及びY方向のそれぞれにおいて最も近い前記太陽光発電装置の配置中心までの距離は、前記配置間隔の1/2であってもよい。
 この場合、設置エリアの外端までの縁の部分を最小面積にすることができる。
 [実施形態の詳細]
 以下、本発明の一実施形態に係る太陽光発電設備について、図面を参照して説明する。
 《太陽光発電装置》
 図1及び図2はそれぞれ、1基分の、集光型の太陽光発電装置を、受光面側及び背面側から見た斜視図である。図1において、太陽光発電装置10は、例えば、上部側で連続し、下部側で左右に分かれた形状のアレイ1と、その支持装置であるトラッカー2とを備えている。アレイ1は、背面側の架台11(図2)上に集光型太陽光発電モジュール1Mを並べて構成されている。図1の例では、例えば合計200個の集光型太陽光発電モジュール1Mの集合体として、アレイ1が構成されている。アレイ1の全体的な最大寸法を図1の「a」、「b」とすると、アレイの輪郭形状はa,bを2辺とする四角形であると言える。
 トラッカー2は、支柱21と、基礎22と、2軸駆動部23と、駆動軸となる水平軸24(図2)とを備えている。支柱21は、下端が基礎22に固定され、上端に2軸駆動部23を備えている。支柱21の下端近傍には、電気接続や電気回路収納のためのボックス13(図2)が設けられている。2軸駆動部23は、アレイ1の四角形の中心近傍にある。
 図2において、基礎22は、上面のみが見える程度に地中に堅固に埋設される。基礎22を地中に埋設した状態で、支柱21は鉛直となり、水平軸24は水平となる。2軸駆動部23は、水平軸24を、方位角(支柱21を中心軸とした角度)及び仰角(水平軸24を中心軸とした角度)の2方向に回動させることができる。水平軸24は、架台11を固定し補強する補強材12に直交するように、固定されている。従って、水平軸24が方位角又は仰角の方向に回動すれば、アレイ1もその方向に回動する。
 なお、図1,図2では1本の支柱21でアレイ1を支えるトラッカー2を示したが、トラッカー2の構成は、これに限られるものではない。要するに、アレイ1を、2軸(方位角、仰角)で回動可動なように支持できるトラッカーであればよい。但し、バランス良く回動させるため、回動中心はアレイ1の中心近傍であることが好ましい。
 図1,図2のようにアレイ1が鉛直になっているのは、夜明け及び日没前である。
 日中は、アレイ1の受光面が常に太陽に正対する姿勢となるよう、2軸駆動部23が動作し、アレイ1は太陽の追尾動作を行う。
 図3は、一例として、太陽に正対しているアレイ1の姿勢を示す斜視図である。また、例えば赤道付近の南中時刻であれば、アレイ1は受光面を太陽に向けて水平な姿勢となる。夜間は、例えば、アレイ1の受光面を地面に向けて水平な姿勢となる。
 《複数基の配置》
 図4は、アレイ1の配置間隔の考え方を示す鳥瞰図である。図中に示すように、地面上で互いに直交する2方向をX方向及びY方向とする。例えば4基のアレイ1が、水平な姿勢になっているとする。水平な姿勢のとき、隣り合うアレイ1同士が最も接近する。まず、中央にあるアレイ1に着目すると、前述のようにアレイ1の輪郭形状は四角形であり、その対角線dの長さをLdとする。この長さLdを、図のX方向及びY方向へのアレイ1の配置間隔とする。なお、厳密には、若干の余裕を見て、対角線の長さより配置間隔を僅かに大きくするが、その差は僅か(例えば数%程度大きい。)であるので、配置間隔は対角線dの長さLdであるとして説明する。
 図5は、図4の要領で配置された4基の水平な姿勢のアレイ1について、それらの可動範囲を二点鎖線の円(以下同様。)で示した鳥瞰図である。アレイ1の配置間隔を、対角線dの長さLdとしたことにより、可動範囲は重ならない。
 図6は、図4の要領で配置された4基のアレイ1について、姿勢が水平ではない(アレイ1が太陽の方向を向いて斜めに立っている。)状態のときの鳥瞰図である。二点鎖線の円は図5と同じものを示している。図示のように、このときのアレイ1を俯瞰した可動範囲は、図5の場合より狭くなる。
 また、図7は、図6の状態から、例えばアレイ1の方位角が変化した状態を示す鳥瞰図である。
 すなわち、図4の要領でアレイ1の配置間隔をとれば、太陽を追尾するアレイ1が隣同士で干渉することはない。
 《太陽光発電設備の一例》
 図8は、図4の要領で設置エリアE内に、例えば34基のアレイ1が並んでいる太陽光発電設備(太陽光発電所)100の様子を示す鳥瞰図である。例えば図のX方向が東西方向、Y方向が南北方向である、とする。図8において、隣り合うアレイ1の配置間隔は、東西方向及び南北方向共に、アレイ1の対角線の長さLdである。また、設置エリアEの外端には例えばフェンスが設けられるが、フェンスの傍のアレイ1の配置中心から外端までの東西方向及び南北方向の配置間隔は共にLd/2である。この場合、設置エリアEの外端までの縁の部分を最小面積にすることができる。
 なお、例えば、設置エリアEの中央には各アレイ1の出力を交流電力に変換するパワーコンディショナ3が設けられる。
 《配置間隔又は設置エリアの面積と単位面積あたりの年間発電電力量》
 次に、アレイ1の配置間隔を、アレイ1の対角線の長さ以上にすると、年間発電電力量がどのように変化するかについて説明する。
 図9は、一定数のアレイ1について、X方向(東西方向)、Y方向(南北方向)の配置間隔を変化させながら、設置エリアEの面積[m]と、単位面積あたりの年間発電電力量(以下、単に発電量ともいう。)[kWh/m/y]との関係をシミュレーションにより得たグラフである。
 図9において、CPV1のポイントは、X方向、Y方向の配置間隔が、アレイ1の対角線の長さLdの場合であり、単位面積あたりの発電量が最大である。この例では、CPV1のポイントで、設置エリアの面積は8960[m]で、単位面積あたりの発電量は187.5[kWh/m/y]ある。ここから、設置エリアの面積が増大するように配置間隔を少しずつ増加させてみる。設置エリアの面積を増大させると、配置間隔は増大するので、1つのアレイが他のアレイに影を落とすことによる受光ロスは減少する。しかし、設置エリアの面積が増えるので、単位面積あたりの発電量は減る。従って、土地を無駄なく使い、単位面積あたりの発電量を高レベルに維持するには、適切な配置間隔があることがわかる。
 例えば、CPV2のポイントでは、設置エリアの面積は14000[m]で、単位面積あたりの発電量は127.7[kWh/m/y]ある。CPV1のポイントからCPV2のポイントまでの配置間隔は、X方向の配置間隔とY方向の配置間隔との合計値が、CPV1において2×Ldであり、CPV2において2.5×Ldとなるように、徐々に変化させる。すなわち、CPV1からCPV2までの間では、X方向及びY方向のそれぞれの配置間隔の合計値が、対角線の長さLdの2~2.5倍の範囲にある。
 また、設置エリアの面積の変化としては、CPV1において8960[m]であり、CPV2において14000[m]であるから、14000/8960=1.56倍となる。すなわち、配置間隔が対角線の長さLdである場合のCPV1の設置エリアを基準値(1倍)とすると、CPV1からCPV2までの設置エリアの面積の変化(増加)は、基準値の1~1.56倍になるように設置間隔が設定されている。
 なお、参考までにCPV3のポイントでは、設置エリアの面積は29260[m]で、発電量は63.5[kWh/m/y]である。
 ここで、前述の、土地を無駄なく使い、単位面積あたりの発電量を高レベルに維持するための適切な配置間隔を考えるにあたって、固定型の結晶シリコン太陽光発電モジュールを設置エリアの面積に合わせて効率的に敷き詰めた場合の発電量を比較対象とし、その10%以上の発電量を目標とする。この発電量のレベルは、グラフ中の横方向への二点鎖線のレベルであり、CPV2がこのレベルにある。従って、好ましい設置エリアの面積と単位面積あたりの発電量は、斜線の範囲となる。
 《まとめ》
 以上のように、このような太陽光発電設備では、太陽光発電装置の各基のアレイにおける最大寸法を成す輪郭形状が四角形であり、互いに直交するX方向及びY方向の二次元で設置エリアを表した場合、X方向及びY方向の配置間隔は、四角形の対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限される。
 かかる太陽光発電設備では、複数基の太陽光発電装置を互いに近接させつつ、隣り合う太陽光発電装置間でアレイの干渉を防止することができる。また、太陽光発電装置同士が互いに近接すると一方のアレイが他方のアレイに影を落とすことによる受光ロスが生じるが、対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限して配置間隔を定めることで、設置エリアの単位面積あたりの発電量を増大させることができるという知見が得られた。
 このようにして、集光型の太陽光発電装置による太陽光発電設備において、単位面積あたりの発電量を高めることができる。
 また、複数基の太陽光発電装置が互いに近接することにより、設備全体がコンパクト化され、ケーブルが短縮化されるとともに、設備の維持管理も容易になる。
 なお、上記の「所定範囲内」の具体的数値としては、例えば、X方向及びY方向のそれぞれの配置間隔の合計値が、対角線の長さの2~2.5倍の範囲にあることである。また、配置間隔が対角線の長さである場合の設置エリアを基準値とした場合に、設置エリアの面積が基準値の1~1.56倍になるよう配置間隔が設定されているようにしてもよい。
 これらの場合、同じ設置エリア内に固定型の結晶シリコン太陽光発電モジュールを敷き詰めた場合よりも多くの発電量を得ることができる。
 なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
 1 アレイ
 1M 集光型太陽光発電モジュール
 2 トラッカー
 3 パワーコンディショナ
 10 太陽光発電装置
 11 架台
 12 補強材
 13 ボックス
 21 支柱
 22 基礎
 23 2軸駆動部
 24 水平軸
 100 太陽光発電設備
 E 設置エリア

Claims (4)

  1.  設置エリア内に複数基並べられ各基のアレイにおける最大寸法を成す輪郭形状が四角形である集光型の太陽光発電装置、を備える太陽光発電設備であって、
     互いに直交するX方向及びY方向の二次元で前記設置エリアを表した場合、前記太陽光発電装置のX方向及びY方向の配置間隔は、前記四角形の対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限されている太陽光発電設備。
  2.  X方向及びY方向のそれぞれの配置間隔の合計値が、前記対角線の長さの2~2.5倍の範囲にある請求項1に記載の太陽光発電設備。
  3.  前記配置間隔が前記対角線の長さである場合の前記設置エリアの面積を基準値とした場合に、面積が前記基準値の1~1.56倍になるよう前記配置間隔が設定されている請求項1に記載の太陽光発電設備。
  4.  前記設置エリアの外端からX方向及びY方向のそれぞれにおいて最も近い前記太陽光発電装置の配置中心までの距離は、前記配置間隔の1/2である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の太陽光発電設備。
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