JP5346766B2 - 太陽光発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電装置に係り、特に、太陽電池パネルの集光量を上げて発電効率を向上させることのできる太陽光発電装置に関する。

環境破壊を伴うことのない太陽光発電装置は、代替エネルギー源として注目され、既に、公共機関、企業、或いは一般家庭における建物等に設置、導入されている。
上記太陽光発電装置は、太陽電池パネルの面積に比例して集光量を大きく確保でき、これによって大きい発電量を得ることができるが、太陽電池パネルを建物に設置する場合には、その面積に自ずと制約を伴うこととなり、設置面積に応じた発電量に止まることとなる。
特許文献１には、太陽電池パネルの周囲に反射面を形成し、当該反射面によって太陽電池パネルの集光をバックアップして発電効率を改善しようとしたソーラーパネル装置が開示されている。

特開２００８−１４７２２９号公報

特許文献１記載の構成は、太陽電池パネルの外側を通過する太陽光を太陽電池パネルに反射させるものであるが、太陽電池パネルへの反射光の入射角が浅いために反射光の多くが太陽電池パネルの表面で反射してしまい、集光量を多く確保できず、発電効率を向上させることはあまり期待できない。
また、一般的に、太陽電池パネルは平面形状に設けられていることから、その裏面側は日照されない領域となり、従って、太陽光発電装置を農地等に設置したときには、地上の一部領域が日陰になる。この点、特許文献１は、太陽電池パネルの裏面側への日照を全く考慮していないので、農地等への設置には適合できない、という不都合もある。

[発明の目的]
本発明の目的は、太陽電池パネルの外周側を通過する太陽光を反射させたときに、太陽電池パネルへの集光量を相対的に増加させて発電効率を向上させることのできる太陽光発電装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、太陽光を利用した発電を十分に達成する一方で、太陽電池パネルを農地等の屋外に設置しても、太陽電池パネルの裏面側となる地上に太陽光を照射することのできる太陽光発電装置を提供することにある。
更に、本発明の目的は、太陽の位置、すなわち、方位、高度をデータとして用い、当該位置データと、太陽電池パネルの実際の方位、仰角に基づいて太陽電池パネルの角度を制御して発電効率の改善若しくは維持を図りつつ、地上への太陽光の照射をも可能とする太陽光発電装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、複数の太陽電池モジュールを縦横に配列した太陽電池パネルを備えた太陽光発電装置であって、
前記太陽電池パネルは、予め設定された制御基準に基づいて変位可能に設けられているとともに、外周側に、前記太陽電池パネルの面に対して所定角度外側に傾いた反射板と、この反射板の上部に配置された上部反射板を備え、
前記上部反射板の反射面は、上部が下部よりも内側に位置する傾斜角度に配置される、という構成を採っている。

本発明において、前記反射板及び上部反射板は、太陽電池モジュールの外周にそれぞれ設けられる、という構成を採ることが好ましい。

また、前記太陽電池モジュールに設けられた各反射板と、隣接する太陽電池モジュールに設けられた各反射板との間に空間が設けられて太陽光を通過可能とする構成を採ることができる。

更に、前記太陽電池モジュールは、当該太陽電池モジュールを形成するセル間に隙間を備えた採光型であってもよい。

また、前記太陽電池パネルの方位及び仰角を変位させる駆動装置と、太陽電池パネルの出力を検出する積算電力計と、太陽電池パネルの方位、仰角を検出する検出器と、年月日、時刻及び太陽光発電装置の設置緯度、経度に基づいて太陽の位置データが予め設定されるとともに所定の制御を行うコントローラとを更に含み、
前記コントローラは、所定のタイミングで前記位置データを読み出すとともに、前記検出器から与えられる太陽電池パネルの実際の方位、仰角との差に応じて太陽電池パネルを角度変位させる、という構成を採ることができる。

本発明によれば、太陽電池パネルの外側を通過する太陽光は、先ず、反射板を介して上部反射板に反射する。上部反射板は、その反射面の上部が下部よりも内側に位置する傾斜角度となっていることで太陽電池パネルの入射角度を大きく形成できるようになり、反射光の太陽電池パネル表面での反射量が低減される。これにより、上部が下部よりも外側に位置する傾斜角度となる反射板を備えた従来タイプに比べて発電効率の向上を図ることが可能となる。
また、太陽電池モジュールや、反射板間に太陽光の通過を可能とする空間を設けているため、太陽電池パネルによって日陰となる領域に対し、部分的に太陽光を照射することができる。
また、太陽電池パネルを角度変位させる構成を採用することで、発電効率を維持しつつ地上への日照領域を変化させることが可能となる。

本実施形態に係る太陽光発電装置のブロック構成図。 太陽電池発電装置を構成する太陽電池パネルの概略正面図。 前記太陽光発電装置の概略側面。 太陽電池モジュールと反射板との関係を示す説明図。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、本実施形態における太陽光発電装置は、本出願人により既に出願された特願２００８−１７０１９５号のシステムを基本構成として採用したものである。従って、以下の説明において、必要に応じて詳細な説明を省略する。

図１ないし図３において、太陽光発電装置１０は、略方形の外形を有するフレームＦに縦横に配列された多数の太陽電池モジュール１１の集合体である太陽電池パネル１２と、当該太陽電池パネル１２を支持する支持体１３と、太陽電池パネル１２の出力、出力積算値を検出するインバータ表示器からなる積算電力計１４と、風速センサ１５と、感雨センサ１６と、太陽電池パネル１２の方位、仰角を変位させる駆動装置１７と、この駆動装置１７に所定の制御信号を出力して太陽電池パネル１２の方位、仰角を変位させるとともに、前記積算電力計１４、風速センサ１５、感雨センサ１６の検出データを入力として所定の制御を行うコントローラ１８と、当該コントローラ１８に所定の入力を行うとともに、コントローラ１８からの出力に基づいて、出力積算値等を含む各種表示や、外部機器への送受信機能等を備えた入出力装置１９と図示しない蓄電池とを備えて構成されている。

前記フレームＦは、略方形の輪郭を有するとともに、その内側には、縦フレームＦ１及び横フレームＦ２を備え、これらフレームＦ、Ｆ１、Ｆ２を介して合計１２個の太陽電池モジュール１１がそれぞれ配置されている。

前記太陽電池モジュール１１は相互に同一構造のものが採用されている。この太陽電池モジュール１１は平面形状が略方形となる多数のセル１１Ａの集合体からなり、各セル１１Ａ間は図示しない隙間を隔てて配置されており、セル１１Ａ間に太陽光が通過可能な採光型の太陽電池モジュール１１として構成されている。各太陽電池モジュール１１の外周側には、前記太陽電池パネル１２の面に対して所定角度傾いた反射板５０が設けられているとともに、この反射板５０の上部に上部反射板５１がアーム等からなる支持部材５２を介して設けられている。これら反射板５０及び上部反射板５１はそれぞれ長方形状をなし、太陽電池モジュール１１の一辺の長さと略同様の長さを備えたものが用いられている。なお、特に限定されるものでははいが、反射板５０の短寸方向幅は９０ｍｍであり、上部反射板５１の短寸方向幅は約７０ｍｍに設定され、また、反射板５０の反射面の傾斜角度α（図４参照）は１４０度に設定されているとともに、上部反射板５１の反射面は、太陽電池モジュール１１の面と平行な仮想平面に対する傾斜角度α１（図４参照）が７５度に設定されている。また、太陽電池モジュール１１は相互に空間Ｓを隔ててフレームＦに支持されており、反射板５０及び上部反射板５１は、隣接する太陽電池モジュール１１に設けられた反射板５０、上部反射板５１との間に空間Ｓを形成する状態で隣り合っており、これにより、空間Ｓより太陽光が通過可能となっている。

前記支持体１３は、支柱２０と、当該支柱２０の下部に位置するベース２１と、このベース２１を地中に埋設するコンクリート２２とを含む。支持体１３の上部には、水平面内で回転可能な回転部材２５が設けられている。回転部材２５には軸２６が支持されているとともに、当該軸２６にブラケット２７を介して太陽電池パネル１２が図２中矢印ａ方向で回転可能に設けられている。従って、太陽電池パネル１２は、回転部材２５が回転することで太陽に対して受光面が正面に向く方位が変位可能となる一方、前記ブラケット２７が回転することで、水平線に対する太陽光線の入射角となる仰角が変位可能となっている。

前記駆動装置１７は、前記回転部材２５及びブラケット２７を回転させる図示しないモータ等の公知の駆動系２８を含んで構成されているとともに、支柱２０の上部に配置された方位検出器３０と仰角検出器３１とを含む。本実施形態では、エンコーダにより方位検出器３０、仰角検出器３１が構成され、これら方位検出器３０、仰角検出器３１により、太陽電池パネル１２の実際の方位、仰角が検出可能とされ、当該検出データがコントローラ１８に出力される。また、これらの検出器３０，３１は、太陽電池パネル１２が原点位置に復帰したときに、必要に応じてリセット可能に設けられている。本実施形態において、仰角検出器３１は、太陽電池パネル１２が水平位置になる毎に、検出値をリセットするように設定されている。また、方位検出器３０は、日没後に原点位置に復帰したときに検出値をリセットするように設定されている。なお、支柱２０の上部には、方位及び仰角の変位角度範囲を規制する図示しないリミットスイッチが配置されている。方位用のリミットスイッチは、太陽電池パネル１２の受光面が真南に向く方位を０°として東方位に−１３５°、西方位に＋１３５°の位置にそれぞれ設けられている一方、仰角のリミットスイッチは、太陽電池パネル１２が、水平となる位置と、鉛直となる位置とにそれぞれ設けられている。これらのリミットスイッチの位置は、任意に変更することができ、従って、太陽電池パネル１２の方位と仰角の各変位角度も変更可能となっている。

前記コントローラ１８は、年月日、時刻及び太陽光発電装置１０の設置緯度、経度に基づいて太陽の位置データを入出力装置１９を介して設定記憶する機能とタイマー機能等を含む。また、コントローラ１８は、前記方位検出器３０及び仰角検出器３１から与えられる太陽電池パネル１２の方位及び仰角と前記位置データに対応する方位及び仰角とを比較してそれらの角度差を求め、当該角度差に応じて駆動装置１７を制御する機能と、積算電力計１４から出力された太陽電池パネル１２の出力、出力積算値を入力として駆動装置１７を制御する機能と、風速センサ１５から出力された風速値が許容範囲を決定する設定値に比較して駆動装置１７を制御する機能と、感雨センサ１６から出力されたデータに基づいて雨、雪を判定して駆動装置１７を制御する機能と、装置全体をトータルに制御する各種機能とを達成するように構成されている。

本実施形態に係る太陽光発電装置１０は、特願２００８−１７０１９５号に開示した条件で太陽光を追尾システムとなっている。従って、ここでは、そのトラッキングの具体的内容については説明を省略する。

本実施形態の太陽電池パネル１２は、太陽電池モジュール１１に直接入射する太陽光の他に、当該太陽電池モジュール１１の外側を通過する太陽光が反射板５０によって太陽電池モジュール１１に反射される。また、反射板５０で反射した光の成分の一部は上部反射板５１に反射し、その反射光は上部反射板５１によって反射して太陽電池モジュール１１面に入射することとなる。この際、上部反射板５１の傾斜角度α１により太陽電池モジュール１１に対し、約２０度の入射角θで反射光が太陽電池モジュール１１に入射される。この入射角は、上部反射板がないとした場合に比べて太陽電池モジュール１１への集光量を増加させることとなり、これにより、太陽光発電装置１０の発電量を向上させることができる。

また、太陽電池モジュール１１間の空間Ｓ及びモジュールを構成するセル間の隙間を通って太陽光が地上に照射できるものであり、また、予め記録された太陽の位置を示すデータ上の方位、仰角と、太陽電池パネル１２の実際の方位、仰角とを比較し、その差に応じて太陽電池パネル１２を角度変位することから、太陽の位置との関係において太陽電池パネル１２の裏面側に生ずる日陰領域内に太陽光を照射することができる。太陽電池パネル１２の変位に伴って空間Ｓの位置が変化することになる。そのため、一日を通じて考察したときに、日陰領域を殆ど生じさせることなく太陽光を照射する領域を形成することができ、日照がない領域は殆ど発生しない。
従って、本実施形態に係る太陽電池発電装置を農地等に設置した場合において、育成上の妨げを生じさせることがなく、しかも発電を利用した電気設備を農地内で駆動させることが可能となる。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、主に特定の実施の形態に関して特に図示し、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上に述べた実施の形態に対し、形状、材料、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

例えば、前記実施形態では、各太陽電池モジュール１１の各辺に沿って反射板５０、上部反射板５１を配置したが、少なくとも相対する一対の位置に反射板５０、上部反射板５１を配置することでもよい。更に、これら反射板５０、５１の大きさ、傾斜角度は、前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することを妨げない。
また、反射板５０及び上部反射板５１は、各太陽電池モジュール１１に設けたが、これら太陽電池モジュール１１に設けることなく、フレームＦの外周を形成する４辺に、反射板５０及び上部反射板５１を設けることでもよい。
更に前記実施形態では、合計１２個の太陽電池モジュール１１を配置して太陽電池パネル１２を構成した場合を図示、説明したが、太陽電池モジュール１１の採用数は必要に応じて増加、減少させることができる。

更に、前記太陽光発電装置１０のトラッキング制御方法は、実施形態に限定されるものではなく、単純に、日射量や発電量に基づいて太陽光を追尾する方法や、日射方向を検出することで太陽光を追尾する方法としてもよい。

１０ 太陽光発電装置
１１ 太陽電池モジュール
１１Ａ セル
１２ 太陽電池パネル
５０ 反射板
５１ 上部反射板
Ｓ 空間

Claims (5)

1. 複数の太陽電池モジュールを縦横に配列した太陽電池パネルを備えた太陽光発電装置であって、
   前記太陽電池パネルは、予め設定された制御基準に基づいて変位可能に設けられているとともに、外周側に、前記太陽電池パネルの面に対して所定角度外側に傾いた反射板と、この反射板の上部に配置された上部反射板を備え、
   前記上部反射板の反射面は、上部が下部よりも内側に位置する傾斜角度に配置されていることを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記反射板及び上部反射板は、太陽電池モジュールの外周にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置。
3. 前記太陽電池モジュールに設けられた各反射板と、隣接する太陽電池モジュールに設けられた各反射板との間に空間が設けられて太陽光を通過可能としたことを特徴とする請求項１又は２記載の太陽光発電装置。
4. 前記太陽電池モジュールは、当該太陽電池モジュールを形成するセル間に隙間を備えた採光型とされていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の太陽光発電装置。
5. 前記太陽電池パネルの方位及び仰角を変位させる駆動装置と、太陽電池パネルの出力を検出する積算電力計と、太陽電池パネルの方位、仰角を検出する検出器と、年月日、時刻及び太陽光発電装置の設置緯度、経度に基づいて太陽の位置データが予め設定されるとともに所定の制御を行うコントローラとを更に含み、
   前記コントローラは、所定のタイミングで前記位置データを読み出すとともに、前記検出器から与えられる太陽電池パネルの実際の方位、仰角との差に応じて太陽電池パネルを角度変位させることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の太陽光発電装置。

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