JP6933596B2 - 太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムに関する。

近年、再生可能エネルギーへの評価が高まるにつれて、太陽光発電システムへの関心も高まっている。太陽光発電システムとしては、住宅の屋根に太陽電池モジュールを設置する小規模のものから、遊休地等に多数の太陽電池モジュールを設置して発電を行うような大規模のものまで様々な形態のものが実施されている。また、いわゆるソーラーシェアリングという考え方のもと、例えば農業用地に設置されたビニルハウスの屋根や側面に太陽電池パネルを設置することで、農作物を栽培しながらも太陽光発電を行うといった試みもなされてきている。

例えば、特許文献１には、光起電パネルの転動によって光起電パネル下方の土地または農業用ハウスの日光照射量を調節可能にし、光起電パネル下方の土地または農業用ハウスの日光照射量を制御しながら植物を栽培するグリッドアセンブリ式インテリジェント光起電システムが提案されている。

実用新案登録第３２１２１７５号公報

前記特許文献１に開示されるようなシステムでは、光起電パネルの転動に要する制御システムが必要とされ、構造が複雑化するうえコストも嵩む。また、図６に示されるような、多数の太陽電池モジュール６０が南北方向に均等な間隔で整然と並べて設置される前記従来のシステム構成では、太陽電池モジュール６０の下方の地面まで届く光にむらができ、一日を通して日射量が多い場所と少ない場所との偏りを生じてしまう。

例えば、複数の太陽電池モジュール６０が配設された敷地６１の辺縁部では、東西南北のいずれかの方向に他の太陽電池モジュール６０が存在しておらず、少なくとも、その方向から地面に太陽光が差し込む時間帯がある。そのため、敷地６１の辺縁部では、太陽電池モジュール６０の隙間と側方との両方から日射が得られる。

一方、敷地６１の中央部では、周囲のいずれの方向にも太陽電池モジュール６０が存在するので、地面に太陽電池モジュール６０が投影されて大きな影ができやすく、太陽電池モジュール６０同士の隙間からでなければ太陽光が差し込まない。そのため、敷地６１の中央部では日射量が少なくなる傾向にあり、一日を通しての温度差も生じやすくなる。農作物の良好な生育のためには、敷地６１の全体で日射量に偏りやむらがないことが好ましく、どの場所に植えられた農作物にも太陽光が届くようにすることが望まれた。

本発明は、上記のような従来の問題点にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは、太陽電池モジュールが設置される敷地への日射量の偏りを少なくするとともに、敷地を有効に活用しつつ発電効率を高めることが可能な太陽光発電システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、敷地の上方に複数の太陽電池モジュールが隙間を有して配置される太陽光発電システムを前提とし、前記複数の太陽電池モジュールは前記敷地における位置によって前記太陽電池モジュールの設置数を異ならせて配置されており、前記複数の太陽電池モジュールは、前記敷地の辺縁部ほど前記隙間が少なくなるように密に配置されるとともに、前記敷地の中央部ほど前記隙間量が多くなるように疎に配置されていることを特徴としている。

この特定事項により、前記敷地の辺縁部寄りと中央部寄りとで日射量に大きな偏りを生じさせないようにすることが可能となり、前記太陽電池モジュールが設置された敷地に太陽光をむらなく届けることが可能となる。

前記太陽光発電システムにおける、より具体的な構成として次のものが挙げられる。すなわち、前記複数の太陽電池モジュールは、前記敷地の南側辺縁部、東側辺縁部、および西側辺縁部では前記隙間が少なく密に配置されていることが好ましい。

これにより、太陽光が差し込む南側辺縁部、東側辺縁部、および西側辺縁部に前記太陽電池モジュールが密に配置されるので、前記敷地への日射量を低下させることなく発電効率を向上させることが可能となる。

また、前記構成の太陽光発電システムにおいて、前記南側辺縁部における東側の隅角部および西側の隅角部では、前記隙間がさらに少なく密に配置されていることが好ましい。

これにより、さらに太陽光が差し込みやすい南側辺縁部における隅角部に前記太陽電池モジュールが密に配置されるので、前記敷地への日射量を低下させることなく発電効率を向上させることが可能となる。

また、前記の目的を達成するため、敷地の上方に複数の太陽電池モジュールが隙間を有して配置される太陽光発電システムであって、前記敷地は、ｎを１以上の整数として、前記敷地を東西方向に（２＋ｎ）および南北方向に（２＋ｎ）の合計（２＋ｎ）^２の均等に分割された分割区画を備え、これらの分割区画の隅角部をそれぞれ南東部、南西部、北西部、および北東部とするとともに、中央に位置する区画を中央部とするとき、前記分割区画のうち、前記中央部には前記太陽電池モジュールの設置数が最も少ないように構成されることも本発明の技術的思想の範疇にある。

この特定事項により、前記太陽電池モジュールが投影されて影が多くできやすい前記中央部において日射量を高めることが可能となり、敷地全体として偏りの少ない日射環境を形成することが可能となる。

より具体的な構成として、前記分割区画のうち、前記南東部、前記南西部、前記北西部および前記北東部に前記太陽電池モジュールの設置数が最も多い構成であることが好ましい。

これにより、日射量を確保しやすい前記南西部と前記南東部に前記太陽電池モジュールの設置数を多くして、敷地全体として偏りの少ない日射環境を形成することが可能になるとともに、前記敷地への日射量を低下させることなく発電効率を向上させることができる。

また、前記分割区画のうち、前記南東部ないし前記北東部に次いで、前記南東部から南西部の間の区間の前記太陽電池モジュールの設置数を多くすることが好ましい。

これにより、敷地全体として偏りの少ない日射環境を形成することが可能になるとともに、前記敷地への日射量を低下させることなく発電効率を向上させることができる。

また、一つの前記太陽電池モジュールの大きさを一単位として、前記隙間は前記太陽電池モジュールの一単位または連続する複数単位に相当する大きさを有することが好ましい。

これにより、前記敷地全体に対して共通の設置架台等を用いて、前記分割区画ごとの太陽電池モジュールの設置数を変更するとともに好適な隙間を形成することが可能となる。そのため、前記太陽電池モジュールの多様な配置形態に対応することができ、前記敷地への日射量を低下させることなく発電効率を向上させることができる。

本発明によれば、太陽電池モジュールが設置される敷地への日射量の偏りを少なくし、敷地の有効活用を実現しつつ発電効率を高めることが可能な太陽光発電システムとすることが可能となる。

本発明の実施形態１に係る太陽光発電システムを示す平面図である。 前記太陽光発電システムの説明図である。 前記太陽光発電システムの下方への太陽光の届きやすさを示す説明図である。 本発明の実施形態２に係る太陽光発電システムを示す平面図である。 前記太陽光発電システムの説明図である。 従来の太陽光発電システムを示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態に係る太陽光発電システムについて、図面を参照しつつ説明する。

（実施形態１）
図１〜図３は本発明の実施形態１に係る太陽光発電システム１を示し、図１は平面図、図２は説明図、図３は敷地への日射の様子を示す説明図である。

この太陽光発電システム１では、複数の太陽電池モジュール１０が多数の隙間２０を有して敷地３０に設置されている。各太陽電池モジュール１０は、敷地３０に立設された図示しない架台上に支持されている。なお、図１では本実施形態における太陽電池モジュール１０の配置形態を示しており、簡単のため、通常は太陽電池モジュール１０の周縁部に設けられるフレーム等の構成部材を省略して模式的に示している。

太陽電池モジュール１０は、例えば矩形状のものとされ、ガラスやフィルム等からなる受光面保護材と裏面保護材との間に図示しない複数の太陽電池を挟み込んで封止された構造を有している。太陽電池モジュール１０に用いられる太陽電池の種類は特に限定されず、例えば、単結晶、多結晶、薄膜等のシリコン系太陽電池、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等の化合物系太陽電池、色素増感、有機薄膜等の有機系太陽電池等が挙げられる。

複数の太陽電池モジュール１０は、敷地３０に立設された架台に対する配設位置によって、同じ面積当たりでの設置数が異なるように備えられている。なお、架台は、従来一般の構造を備えたものを適用することができ、敷地３０が例えば農業用地などであって人による作業を要する場所である場合には、架台の下方に人や農業用機械等の通行が可能な高さの空間を確保できるような高さの支柱で支持されて設置されている。また、架台は、太陽電池モジュール１０に組み合わせることが可能な取付手段を備えて、敷地３０に立設されている。

図１に示す形態では、各太陽電池モジュール１０の長辺は、敷地３０の南北軸に沿って配設される。また、太陽電池モジュール１０は、敷地３０の中央部ほど隙間２０が多くなるように配置されている。

図３に示すように、敷地３０に対する太陽光の差し込み方を検討すると、上方に太陽電池モジュール（１０）が設置されていたとしても、敷地３０の南側辺縁部４１であればその南側から、東側辺縁部４２であればその東側から、また西側辺縁部４３ではその西側から敷地３０への日射が得られやすい。一方、中央部５５は、東西南北のいずれの方向にも太陽電池モジュール１０が存在するので、側方からの日射が得られず、太陽電池モジュール１０が投影されて地面に影ができる。

例えば、図２に示すように、敷地３０に、東西方向に３つ、南北方向に３つの合計９つに均等に分割された分割区画５０を規定する。これらの分割区画５０における隅角部は、時計まわりに、南東部５１、南西部５２、北西部５３、および北東部５４とされている。また、分割区画５０の中央に位置する区画は中央部５５とされている。

このような分割区画５０である場合、敷地３０における南東部５１から南西部５２にかけての区画と、北東部５４から南東部５１にかけての区画と、北西部５３から南西部５２にかけての区画では、比較的、日射を得やすくなる。これらの区画（図３における南側辺縁部４１、東側辺縁部４２および西側辺縁部４３に相当）の外側には太陽電池モジュール１０が配設されておらず、太陽光を遮る構造物が少ないからである。

特に、南側辺縁部４１の隅角部に相当する南東部５１では東側からと南側からの日射が得られ、南西部５２では南側からと西側からの日射が得られることから、一日の日射量は敷地３０の中で最も多くなると考えられる。なお、日射量とは、敷地３０の単位面積において、単位時間に太陽から受ける放射エネルギーの量をいい、直達日射量をさす。

一方、図２に示す分割区画５０のうち、敷地３０の中央部５５では、周囲のいずれの方向にも太陽電池モジュール１０が存在するので、側方から太陽光が差し込むことはなく、敷地３０内で最も日射を得にくい区画となる。

そこで、本実施形態では、図２において灰色の濃淡によって示すように、太陽電池モジュール１０の設置数と隙間２０とが、敷地３０への日射量を考慮して区画ごとに決定される。すなわち、濃い灰色の区画では太陽電池モジュール１０の設置数を多くし、白色の区画では太陽電池モジュール１０の設置数を少なくする。

敷地３０の中央部５５は、太陽電池モジュール１０の設置数が最も少なく、隙間２０が多くなるように太陽電池モジュール１０が配設される。これに対して、敷地３０の南東部５１、南西部５２、北西部５３、および北東部５４は、太陽電池モジュール１０同士の隙間２０が少なく、多くの太陽電池モジュール１０が配設される。

具体例として、図１に示すように、南東部５１、南西部５２、北西部５３、および北東部５４に太陽電池モジュール１０が最も多く、隙間２０が少ない配置形態とされている。一方、中央部５５には、太陽電池モジュール１０が最も少なく、隙間２０が多い配置形態とされている。それ以外の区画には、中央部５５よりも太陽電池モジュール１０多く、隙間２０がより少ない配置形態とされている。

隣り合う太陽電池モジュール１０との間に形成される隙間２０は、太陽電池モジュール１０の設置数に応じて区画ごとに異なっている。隙間２０は、一つの太陽電池モジュール１０の大きさを一単位として形成されており、一単位の隙間２０の大きさと一つの太陽電池モジュール１０の大きさとは共通している。

南東部５１、南西部５２、北西部５３、および北東部５４では、太陽電池モジュール１０同士の間に、隙間２０が一単位ずつ分散して設けられ、隙間２０を有しない太陽電池モジュール１０の列もある。これに対して、南東部５１と南西部５２との間、南西部５２と北西部５３との間、北西部５３と北東部５４との間、および北東部５４と南東部５１との間の区画では、隙間２０が一単位ずつ、または連続する二単位で分散して設けられている。中央部５５には、隙間２０が三単位以上連続して設けられ、太陽電池モジュール１０が隣同士で連続することなく配設されている。

これにより、一定の敷地面積に対する太陽電池モジュール１０の設置数が区画ごとに異なるものとなる。すなわち、分割区画５０を単位面積として、単位面積当たりの太陽電池モジュール１０の設置数を、太陽光発電システム１における各区画の位置に応じて調整している。日射を得にくい敷地３０の中央部５５では太陽電池モジュール１０が疎に配置されて、太陽電池モジュール１０の下方に太陽光が届きやすい環境を形成することができる。また、図３に示した、日射を得やすい敷地３０の南側辺縁部４１、東側辺縁部４２、および西側辺縁部４３では、太陽電池モジュール１０が密に配置され、太陽光が届きやすい環境を確保するとともに発電効率を高めることができる。

なお、北側辺縁部４４において北側に障害物等がない場合には季節によって日射が得られることから、北側辺縁部４４においても東側辺縁部４２等と同様に、太陽電池モジュール１０の設置数が中央部５５よりも多く配置されていてもよい。

以上のように、本実施形態に係る太陽光発電システム１では、敷地３０の区画ごとに影の多い場所や少ない場所が形成されることを防ぐことが可能となり、敷地全体としてほぼ均一な日射環境を形成することが可能となる。

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る太陽光発電システム１を示す平面図であり、図５は、前記太陽光発電システム１の説明図であって太陽電池モジュール１０の配置形態のパターンを示している。

本太陽光発電システム１では、敷地３０の大きさや周辺環境等に応じて、さらに分割区画５０を細分化して、それらの区画ごとに太陽電池モジュール１０の設置数および隙間２０の配置形態等を異ならせて構成されてもよい。

図４に示すように、実施形態２に係る太陽光発電システム１では、敷地３０は東西方向に５つ、南北方向に５つの合計２５区画に分割されている。これらの分割区画５０の隅角部は、それぞれ南東部５１、南西部５２、北西部５３、および北東部５４とされ、中央に位置する区画が中央部５５とされている。そして、このような分割区画５０に対して、５通りの異なる配置形態のパターンにより太陽電池モジュール１０が配設されている。

図５（ａ）〜図５（ｆ）には、分割区画５０のうちの一つの区画を想定し、当該区画での太陽電池モジュール１０の配置形態のパターンを示している。

図５（ａ）は区画全体に隙間なく太陽電池モジュール１０を配置した配置形態Ａを示しており、従来一般の太陽光発電システムにおける太陽電池モジュールの配置形態と共通するものである。

これに対して、図５（ｂ）に示す配置形態Ｂは、図中上方の列から順に、隙間２０なく太陽電池モジュール１０が配設された列と、一つの太陽電池モジュール１０の大きさを一単位として、一単位の隙間２０が分散して太陽電池モジュール１０同士の間に設けられた列とが、交互に配列されている。

図５（ｃ）に示す配置形態Ｃは、図５（ｂ）よりも隙間２０が多く、分散して設けられており、どの列にも一単位の隙間２０と、二つの連続する太陽電池モジュール１０とが交互に配設されている。

図５（ｄ）に示す配置形態Ｄは、図５（ｃ）よりもさらに隙間２０が多く、一単位の隙間２０が分散して設けられた列と、連続する二単位の隙間２０が分散して設けられた列とが交互に配列されている。

図５（ｅ）に示す配置形態Ｅは、図５（ｄ）よりもさらに隙間２０が多く設けられ、どの列にも連続する二単位の隙間２０が分散して設けられている。

図５（ｆ）に示す配置形態Ｆは、図５（ｅ）よりもさらに隙間２０が多く設けられ、太陽電池モジュール１０同士の間に、連続する二単位の隙間２０が分散して設けられた列と、太陽電池モジュール１０が配設されず、隙間２０だけが連続する列とが、交互に配列されている。

これらの配置形態Ｂ〜Ｆのうち、図５（ｂ）に示す配置形態Ｂは、最も隙間２０が少なく太陽電池モジュール１０が密に配置されている。反対に、図５（ｆ）に示す配置形態Ｆは、最も隙間２０が多いものとされている。

配置形態Ｂ〜Ｆを、太陽光発電システム１における分割区画５０にあてはめると、図４に示すように、中央部５５には、図５（ｆ）の配置形態Ｆが適用される。南東部５１、南西部５２、北西部５３および北東部５４には、図５（ｂ）の配置形態Ｂが適用される。

また、図４において、南東部５１と南西部５２との間の３区画、南西部５２と北西部５３との間の３区画、および北東部５４と南東部５１との間の３区画には、図５（ｂ）の配置形態Ｂに次いで隙間２０が多い、図５（ｃ）の配置形態Ｃがそれぞれ適用されている。北西部５３と北東部５４との間の３区画には、図５（ｃ）の配置形態Ｃに次いで隙間２０が多い、図５（ｄ）の配置形態Ｄが適用されている。残る、中央部５５のまわりを取り囲む８区画には、図５（ｄ）に次いで隙間２０が多い、図５（ｅ）の配置形態Ｅが適用されている。

これにより、本実施形態に係る太陽光発電システム１にあっても、敷地３０の分割区画５０の各区画に応じて太陽電池モジュール１０の配置形態を変えて、日射を得にくい敷地３０の中央部５５では太陽電池モジュール１０が疎に配置されて、太陽電池モジュール１０の下方に太陽光が届きやすい環境を形成することができる。また、この形態にあっても、図３に示したように日射を得やすい敷地３０の南側辺縁部４１、東側辺縁部４２、および西側辺縁部４３では、太陽電池モジュール１０が密に配置されて発電効率を高めることができる。その結果、敷地３０に、影の多い場所や少ない場所が形成されることを防ぎ、敷地３０の全体に良好な日射環境を形成することが可能となる。

なお、前記実施形態に係る太陽光発電システム１は例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。本発明の技術的範囲は、前記実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲に基づくものとされる。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、太陽電池モジュール１０が設置される敷地３０は、実施形態２のものよりもさらに細かく区画されてもよい。すなわち、ｎを１以上の整数として、敷地３０を東西方向に（２＋ｎ）および南北方向に（２＋ｎ）の合計（２＋ｎ）^２の均等に分割された分割区画５０を敷地３０に形成し、さらに多様な配置形態により太陽電池モジュール１０を配設したり、区画ごとに隙間２０を増減させたりすることができる。このような場合にあっても前記実施形態１、２と同様に、中央部５５では太陽電池モジュール１０の設置数が最も少なく、隅角部では最も多くなるように配置されることが好ましい。

また、本発明に係る太陽光発電システム１は、敷地３０の南北軸に沿って太陽電池モジュール１０の長辺が配置されるに限らず、南北軸に対して角度を付けて太陽電池モジュール１０が設置されるなど、敷地３０の条件に合わせてどのような配列形態とされてもよい。

本発明は、例えば農業用地等の日射を必要とする場所において太陽電池モジュールを設置する場合に好適に利用可能である。

１ 太陽光発電システム
１０ 太陽電池モジュール
２０ 隙間
３０ 敷地
４１ 南側辺縁部
４２ 東側辺縁部
４３ 西側辺縁部
４４ 北側辺縁部
５０ 分割区画
５１ 南東部
５２ 南西部
５３ 北西部
５４ 北東部
５５ 中央部

Claims (7)

1. 敷地の上方に複数の太陽電池モジュールが、当該太陽電池モジュール同士の間に隙間を有して配置される太陽光発電システムであって、
   前記複数の太陽電池モジュールは前記敷地内の位置によって前記太陽電池モジュールの設置数を異ならせて配置されており、
   前記複数の太陽電池モジュールは、前記敷地の辺縁部ほど前記太陽電池モジュール同士の間に形成される隙間が少なくなるように密に配置されるとともに、前記敷地の中央部ほど前記隙間が多くなるように疎に配置されていることを特徴とする太陽光発電システム。
2. 請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記複数の太陽電池モジュールは、前記敷地の南側辺縁部、東側辺縁部、および西側辺縁部では前記隙間が少なく密に配置されていることを特徴とする太陽光発電システム。
3. 請求項２に記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記南側辺縁部における東側の隅角部および西側の隅角部では、前記隙間がさらに少なく密に配置されていることを特徴とする太陽光発電システム。
4. 敷地の上方に複数の太陽電池モジュールが、当該太陽電池モジュール同士の間に隙間を有して配置される太陽光発電システムであって、
   前記敷地は、ｎを１以上の整数として、前記敷地を東西方向に（２＋ｎ）および南北方向に（２＋ｎ）の合計（２＋ｎ）^２の均等に分割された分割区画を備え、これらの分割区画の隅角部をそれぞれ南東部、南西部、北西部、および北東部とするとともに、前記隅角部の内側の中央に位置する区画を中央部とするとき、
   前記分割区画のうち前記中央部は前記太陽電池モジュールの設置数が最も少ないことを特徴とする太陽光発電システム。
5. 請求項４に記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記分割区画のうち、前記南東部、前記南西部、前記北西部および前記北東部は、前記太陽電池モジュールの設置数が最も多いことを特徴とする太陽光発電システム。
6. 請求項５に記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記分割区画のうち、前記南東部、前記南西部、前記北西部および前記北東部に次いで、前記南東部と前記南西部との間に存する区画における前記太陽電池モジュールの設置数が多いことを特徴とする太陽光発電システム。
7. 請求項４〜６のいずれか一つの請求項に記載の太陽光発電システムにおいて、
   一つの前記太陽電池モジュールの大きさを一単位として、前記隙間は前記太陽電池モジュールの一単位または連続する複数単位に相当する大きさを有することを特徴とする太陽光発電システム。

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