(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１パネルと、
前記第１パネルの幅方向の一方の側に配置された第２パネルと、
前記第１パネルの前記幅方向の前記一方の側とは反対側の他方の側に配置された第３パネルとを備え、
前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとは、長さが同じで互いに平行であり、前記第１パネルと前記第２パネルとの間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの間には、それぞれ、各パネルの表面に直交する方向に隙間を有して段を設け、
前記第１パネルの幅を、前記第２パネルの幅の３倍以上及び前記第３パネルの幅の３倍以上とし、
前記第１パネルの幅と前記第２パネルの幅と前記第３パネルの幅との合計であるパネルユニット全体の幅を１とすると、前記第１パネルの表面と前記第２パネルの表面との間の段差の比率を０．０５から０．１の値とする、
太陽光発電パネルユニット。
【請求項２】
前記パネルユニット全体の幅を１とすると、前記第１パネルの表面と前記第２パネルの表面との間の段差から前記第１パネルの厚さを引いた値である、前記隙間の寸法の比率を０．０２から０．０７の値とする、
請求項１に記載の太陽光発電パネルユニット。
【請求項３】
前記パネルユニット全体の幅を１とすると、各パネルの厚さの比率を０．０１から０．０５の値とする、
請求項１又は２に記載の太陽光発電パネルユニット。
【請求項４】
前記第１パネルの前記表面に直交しかつ幅方向の中心軸を通る平面に対して、前記第２パネルと前記第３パネルとが対称に配置されている、請求項１又は２に記載の太陽光発電パネルユニット。
【請求項５】
前記パネル同士の間の支持は、前記パネルの幅方向又は厚さ方向とする、請求項１又は２に記載の太陽光発電パネルユニット。
【請求項６】
前記各パネルは複数の集光型太陽光発電素子で構成されている、請求項１又は２に記載の太陽光発電パネルユニット。
【請求項７】
前記集光型太陽光発電素子を覆う集光部材が各パネルの表面に直交する方向において隣接するパネルとは互いに重ならない、請求項６に記載の太陽光発電パネルユニット。
【請求項８】
前記集光型太陽光発電素子と集光部材との間に空気層を設けない、請求項６に記載の太陽光発電パネルユニット。
【請求項９】
第１パネルと、
前記第１パネルの幅方向の一方の側に配置された第２パネルと、
前記第１パネルの前記幅方向の前記一方の側とは反対側の他方の側に配置された第３パネルとを備え、
前記第１パネルが、前記第２パネル及び前記第３パネルの風上側に配置され、
前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとは、長さが同じで互いに平行であり、前記第１パネルと前記第２パネルとの間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの間には、それぞれ、各パネルの表面に直交する方向に隙間を有して段を設け、
前記第１パネルの幅を、前記第２パネルの幅の３倍以上及び前記第３パネルの幅の３倍以上とし、
前記第１パネルの表面に入射した風が前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう空気流を形成し、前記第２パネル及び前記第３パネルに向かってくる風が、前記第２パネル及び前記第３パネルに到達する前に、前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう前記空気流とそれぞれ衝突して、前記第２パネル及び前記第３パネルにそれぞれ向かってくる風を前記第２パネル及び前記第３パネルよりも外側にそれぞれ吹き飛ばす、太陽光発電パネルユニット。
【請求項１０】
第１パネルと、
前記第１パネルの幅方向の一方の側に配置された第２パネルと、
前記第１パネルの前記幅方向の前記一方の側とは反対側の他方の側に配置された第３パネルとを備え、
前記第１パネルが前記第２パネル及び前記第３パネルの風下側に配置され、
前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとは、長さが同じで互いに平行であり、前記第１パネルと前記第２パネルとの間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの間には、それぞれ、各パネルの表面に直交する方向に隙間を有して段を設け、
前記第１パネルの幅を、前記第２パネルの幅の３倍以上及び前記第３パネルの幅の３倍以上とし、
前記第１パネルの表面に入射した風が前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう空気流を形成し、前記空気流が、前記第１パネルと前記第２パネルとの前記隙間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの前記隙間にそれぞれ入り込み、前記第２パネル及び前記第３パネルのそれぞれの裏面に沿った流れになる、太陽光発電パネルユニット。
【請求項１１】
第１パネルと、
前記第１パネルの幅方向の一方の側に配置された第２パネルと、
前記第１パネルの前記幅方向の前記一方の側とは反対側の他方の側に配置された第３パネルとを備え、
前記第１パネルが、前記第２パネル及び前記第３パネルの風上側に配置され、
前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとは、長さが同じで互いに平行であり、前記第１パネルと前記第２パネルとの間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの間には、それぞれ、各パネルの表面に直交する方向に隙間を有して段を設け、
前記第１パネルの幅を、前記第２パネルの幅の３倍以上及び前記第３パネルの幅の３倍以上とし、
前記第１パネルの表面に入射した風が前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう空気流を形成し、前記空気流が、前記第１パネルと前記第２パネルとの前記隙間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの前記隙間にそれぞれ入り込み、前記第１パネルの裏面に沿った流れとなる、太陽光発電パネルユニット。
【請求項１２】
請求項１又は２に記載の太陽光発電パネルユニットと、
前記太陽光発電パネルユニットを仰角と方位角との方向にそれぞれ独立して動かす姿勢駆動部と、
前記全てのパネルを支える支柱と、
前記姿勢駆動部からの情報を基に、前記姿勢駆動部を制御して前記太陽光発電パネルユニットの向きを太陽の方向に追尾させるコントローラとを備える、太陽光発電装置。
【請求項１３】
前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとのそれぞれの長手方向を前記支柱の長手方向に沿って配する請求項１２に記載の太陽光発電装置。
【請求項１４】
前記第１パネル、前記第２パネル、及び前記第３パネルの表面から見た面における、前記第１パネルと前記第２パネル又は前記第３パネルとの境界線が、前記支柱の長手方向と交差する場合に、前記第１パネルは、前記第２パネル及び前記第３パネルよりも前記支柱に近い位置に配される、請求項１２に記載の太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換するモジュールを搭載した発電パネルユニット及び発電装置において、風の影響を低減する太陽光発電パネルユニット及び太陽光発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電パネルユニットによる発電効率は、パネルの法線方向に太陽が向いている場合が最大である。そこで、パネルが固定の場合はパネルの向きを変えることはできないが、パネルの向きを可変できる場合でも、装置の安全のために退避動作を行う風速を超えない限り、太陽が照って発電できる状態であれば風が吹いていてもパネルの向きを変えることはない。【０００３】
したがって、装置の安全性向上のために、パネルで受ける風荷重を小さくすることが必要である。【０００４】
パネルの受ける力が最大になるのは、パネル面に垂直な方向から風が吹く場合である。この場合に、パネルが受ける風荷重をＦ、空気の密度をρ、風速をＶ、パネルの面積をＳ、抵抗係数をＣとすると、式１の関係がある。【０００５】
（数１）
Ｆ＝１／２  ρＶ２ＳＣ          ．．．．．．（式１）【０００６】
太陽光から照射される単位面積当たりのエネルギーは決まっているので、発電パネルの発電効率が高くなると、同じ発電量を得るために必要なパネルの面積Ｓを小さくできる。一般の発電パネルの発電効率は、シリコン系材料を用いたもので理論発電効率が２７％であるのに対して、集光型の発電パネルの発電効率は現在４０％以上ある。そこで、集光型の発電パネルを用いた方がパネルを小さくできて、パネルが受ける風荷重を下げることができる。【０００７】
パネルの面積が決まれば、一定の風速Ｖに対してパネルが受ける風荷重Ｆを小さくするためには、式１のうちの抵抗係数Ｃを下げる以外にない。この抵抗係数Ｃはパネル形状に依存する。【０００８】
特許文献１には、短冊状の複数のパネルを隣と隙間を有して設ける構造が開示されている。この特許文献１では、パネルの向きを変えるために、個々の短冊状のパネルに個別に長手方向に回転軸がある。そして、個々のパネルが受ける風荷重を下げて、個々の旋回駆動部にかかる荷重を下げている。【０００９】
特許文献２では、短冊型の複数のパネルを、厚さ方向に間隔を置いた２列とし、隣同士で互い違いの配置にすることが開示されている。特許文献２内の図では、パネルの幅と間隔とは一定であり、パネルの側面には冷却用のフィンが形成されている。また、個々のパネルは一体で、パネルの向きを変える回転軸は１つである。集光型太陽光発電において、発電モジュールには光が全体に当り、２列間でフレーム同士が重なることで光入射側からの面積を最小にしている。【００１０】
特許文献３では、風荷重についての記載はないが、正方形のパネルを隣同士で厚さ方向に互い違いに３次元配置することが開示されている。特許文献３でも、特許文献２と同様に、集光型太陽光発電において、発電モジュールには光が全体に当り、隣の発電モジュールのフレーム同士が重なることで、パネルの面積を最小にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公平４−７６２３３号公報
【特許文献２】ＵＳＰ２０１０−０１２６５５４号出願公報
【特許文献３】ＵＳＰ２０１１−００５６５４０号出願公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１では、太陽側からパネルを見ると隙間があるため、パネルの占める床面積が広くなる課題がある。また、個々のパネルに回転駆動部があるため、機構が複雑で装置が大きくなる課題がある。【００１３】
特許文献２では、個々のパネルの幅が狭く、隣接するパネルが互い違いのため、パネル同士を繋ぐ部材が多く必要で、発電パネル部の周辺が重くなり、駆動装置又は支える支柱を大きなものにする必要が生じる。【００１４】
特許文献３でも、パネル同士を繋ぐ部材が多く必要で、発電パネル部の周辺が重くなり、駆動部又は支える支柱を大きなものにする必要が生じる。【００１５】
本発明は、発電パネルが受ける風荷重を低減できる太陽光発電パネルユニット及び太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の１つの態様にかかる太陽光発電パネルユニットは、第１パネルと、
前記第１パネルの幅方向の一方の側に配置された第２パネルと、
前記第１パネルの前記幅方向の前記一方の側とは反対側の他方の側に配置された第３パネルとを備え、
前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとは、長さが同じで互いに平行であり、前記第１パネルと前記第２パネルとの間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの間には、それぞれ、各パネルの表面に直交する方向に隙間を有して段を設け、
前記第１パネルの幅を、前記第２パネルの幅の３倍以上及び前記第３パネルの幅の３倍以上とし、
前記第１パネルの幅と前記第２パネルの幅と前記第３パネルの幅との合計であるパネルユニット全体の幅を１とすると、前記第１パネルの表面と前記第２パネルの表面との間の段差の比率を０．０５から０．１の値とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の前記態様の太陽光発電パネルユニット及び太陽光発電装置によれば、パネルユニットのどちら側から風が吹いてもパネルが受ける風荷重を、より低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の太陽光発電装置を示す斜視図であり、
【図２】図２は、本発明の第１実施形態の太陽光発電パネルユニットに用いる発電モジュール部を示す斜視図であり、
【図３】図３は、本発明の第１実施形態の太陽光発電装置を支柱より手前でパネルを長手方向に切断した側面図であり、
【図４】図４は、本発明の第１実施形態の太陽光発電パネルユニットを図１でパネルを鉛直方向に立てた後に上方から見た平面図であり、
【図５】図５は、本発明の第１実施形態の太陽光発電装置において太陽光発電パネルユニットを太陽の方向に向ける作業のブロック図であり、
【図６】図６は、本発明の第１実施形態を含む太陽光発電パネルユニットが受ける風荷重と中央のパネル１の幅との関係をパネルの表面に垂直に吹く風の向きで比較した関係図であり、
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第１実施形態を含む太陽光発電パネルユニットが受ける最大風荷重と中央のパネル１の幅との関係をパネルの段差で比較した関係図であり、
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａと図９で使用する風荷重のデータの図であり、
【図７Ｃ】図７Ｃは、太陽光発電パネルユニットが２軸対称形の場合の太陽光発電パネルユニットが受ける最大風荷重と中央のパネル１の幅との関係をパネルの段差で比較した関係図であり、
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の第１実施形態の太陽光発電パネルユニットの近傍で流れる空気の方向を示した模式図であり、
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の第１実施形態の太陽光発電パネルユニットの近傍で流れる空気の方向を示した模式図であり、
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の第１実施形態の太陽光発電パネルユニットの近傍で流れる空気の方向を示した模式図であり、
【図８Ｄ】図８Ｄは、本発明の第１実施形態の太陽光発電パネルユニットの段差と隙間とを説明するための説明図であり、
【図９】図９は、本発明の第１実施形態を含む太陽光発電パネルユニットが受ける最大風荷重とパネルの段差との関係を中央のパネル１の幅で比較した関係図であり、
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態を含む太陽光発電パネルユニットが受ける最大風荷重とパネルの厚さとの関係を示した関係図であり、
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態の太陽光発電パネルユニットでの風荷重と風速との関係図であり、
【図１２Ａ】図１２Ａは、風速６０ｍ／ｓでの中央パネルが隣のパネルより風上に位置する場合の流線分布図であり、
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、風速２ｍ／ｓでの中央パネルが隣のパネルより風上に位置する場合の流線分布図であり、
【図１３Ａ】図１３Ａは、風速６０ｍ／ｓでの中央パネルが隣のパネルより風下に位置する場合の流線分布図であり、
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、風速２ｍ／ｓでの中央パネルが隣のパネルより風下に位置する場合の流線分布図であり、
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の第２実施形態の太陽光発電パネルユニットを短手方向に切断した模式断面図であり、
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の第２実施形態の太陽光発電パネルユニットを短手方向に切断した模式断面図であり、
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の第３実施形態の太陽光発電パネルユニットを短手方向に切断した模式断面図であり、
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の第３実施形態の太陽光発電パネルユニットを短手方向に切断した模式断面図であり、
【図１６】図１６は、従来の太陽光発電パネルユニットを短手方向に切断した模式断面図であり、
【図１７】図１７は、本発明の第１実施形態の太陽光発電パネルユニットの正面図であり、
【図１８】図１８は、本発明の第１実施形態にかかる太陽光発電パネルユニットにおいて、第１パネル（第２パネル又は第３パネル）の長手方向から見た発電パネルユニットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
まず、本発明にかかる実施の形態を説明する前に、本発明の基礎となった知見について説明する。
【００２１】
従来よりも、各発電パネルが受ける風荷重を低減するためには、（１）太陽光を受ける方向に各パネルを向けるので、各パネルが受ける風荷重を小さくしたいという課題と、（２）風の吹く方向は不規則なので、各パネルが受ける風荷重が最大になる垂直入射の場合に、各パネルの表裏のどちら側から風がパネルに吹いても風荷重を小さくしたいという課題とを解決する必要がある。
【００２２】
ここで、パネルが受ける風荷重については、特許文献２の場合に、横に配置したパネル同士に厚さ方向の隙間を設けて風荷重を低減したことが記載されている。
【００２３】
そこで、特許文献２について、風荷重がどの程度であるかを実験で確認した。
【００２４】
具体的には、短い方の一辺が１０ｃｍで互い違いに配置したパネル９１同士の隙間が４ｃｍとしている。そこで、後に検討する発明の実施形態の実施例と比べるため、比較例としてパネルユニット全体の大きさを一辺１ｍの正方形とし、厚さ３ｃｍで長さ１ｍの９枚の均等幅の短冊パネル９１を隙間寸法が４ｃｍで互い違いに配置し、風がパネル９１の表面に垂直な方向から２０ｍ／ｓで一様に吹く場合の風荷重を数値解析した。構成図を図１６に示す。図１６中の矢印は風向きを表す。ここで、パネル９１の厚さを３ｃｍとしたのは、後に発明者が検討する実施例の場合のパネルの厚さと同様にするためである。風速２０ｍ／ｓは、発電動作を行う上限であり、この風速を超えると、安全のため退避姿勢を採ることを想定した値である。パネルユニットを風に対して対称形にしたのは、パネル９１を支える支柱に回転モーメントがかからないように、発明者が考慮したものである。
【００２５】
解析ソフトは（株）ソフトクレイドルのＳＣＲＹＵ  ＴＥＴＲＡを用い、ＳＳＴｋ−ωモデルで定常解析を行った。
【００２６】
実験結果としては、パネルが受ける風荷重は２７７Ｎであった。
【００２７】
一方、パネルの一辺が１ｍで厚さが３ｃｍの平板の場合に、同様に風がパネル面に垂直な方向から２０ｍ／ｓで一様に吹く場合は、パネルが受ける風荷重は３０７Ｎであった。
【００２８】
これから、風荷重は特許文献２の構成にしても、平板の場合の１０％ほどしか風荷重が低減しないことがわかった。
【００２９】
そこで、本発明者が鋭意検討したところ、各パネルの幅と、パネルユニット全体の幅と、パネル間の段差との間で特定の配置構造とすれば、従来よりも風荷重を大きく低減させることができることを見出し、本発明に至った。
【００３０】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００３１】
本発明の第１態様によれば、第１パネルと、
前記第１パネルの幅方向の一方の側に配置された第２パネルと、
前記第１パネルの前記幅方向の前記一方の側とは反対側の他方の側に配置された第３パネルとを備え、
前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとは、長さが同じで互いに平行であり、前記第１パネルと前記第２パネルとの間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの間には、それぞれ、各パネルの表面に直交する方向に隙間を有して段を設け、
前記第１パネルの幅を、前記第２パネルの幅の３倍以上及び前記第３パネルの幅の３倍以上とし、
前記第１パネルの幅と前記第２パネルの幅と前記第３パネルの幅との合計であるパネルユニット全体の幅を１とすると、前記第１パネルの表面と前記第２パネルの表面との間の段差の比率を０．０５から０．１の値とする、
太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００３２】
前記態様によれば、パネルユニットのどちら側から風が吹いてもパネルが受ける風荷重を、より低減することができる。
【００３３】
本発明の第２態様によれば、前記パネルユニット全体の幅を１とすると、前記第１パネルの表面と前記第２パネルの表面との間の段差から前記第１パネルの厚さを引いた値である、前記隙間の寸法の比率を０．０２から０．０７の値とする、
第１の態様に記載の太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００３４】
前記態様によれば、前記パネルユニット全体の幅に対する前記隙間の寸法との比率を０．０２から０．０７の値とすることにより、パネルが受ける風荷重を、より確実に、低減することができる。
【００３５】
本発明の第３態様によれば、前記パネルユニット全体の幅を１とすると、各パネルの厚さの比率を０．０１から０．０５の値とする、
第１又は２の態様に記載の太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００３６】
前記態様によれば、前記パネルユニット全体の幅に対する各パネルの厚さの比率を０．０１から０．０５の値とすることにより、パネルが受ける風荷重を、より確実に、低減することができる。
【００３７】
本発明の第４態様によれば、前記第１パネルの前記表面に直交しかつ幅方向の中心軸を通る平面に対して、前記第２パネルと前記第３パネルとが対称に配置されている、第１〜３のいずれか１つの態様に記載の太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００３８】
前記態様によれば、前記第１パネルの前記表面に直交しかつ幅方向の中心軸沿いに支柱などでパネルユニットを支持すれば、中心軸周りの回転モーメントを抑制することができて、パネルが受ける風荷重を、より確実に、低減することができる。
【００３９】
本発明の第５態様によれば、前記パネル同士の間の支持は、前記パネルの幅方向又は厚さ方向とする、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００４０】
前記態様によれば、前記第１パネルと前記第２パネルとの間および前記第１パネルと前記第３パネルとの間でパネルの幅方向に流れる空気が妨げられないため風荷重を低減することができる。
【００４１】
本発明の第６態様によれば、前記各パネルは複数の集光型太陽光発電素子で構成されている、第１〜５のいずれか１つの態様に記載の太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００４２】
前記態様によれば、集光型の発電パネルユニットとすることができて、集光型以外の発電パネルユニットよりも、パネルユニットを小さくすることができる。
【００４３】
本発明の第７態様によれば、前記集光型太陽光発電素子を覆う集光部材が各パネルの表面に直交する方向において隣接するパネルとは互いに重ならない、第６の態様に記載の太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００４４】
前記態様によれば、太陽光発電の効率低下を避けつつ、パネルが受ける風荷重を、より低減することができる。
【００４５】
本発明の第８態様によれば、前記集光型太陽光発電素子と集光部材との間に空気層を設けない、第６又は第７の様態に記載の太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００４６】
前記態様によれば、小型の太陽光発電パネルでもパネルを薄くできるのでパネル間で隙間を有する低い段差を形成できるため、パネルが受ける風荷重を低減することができる。
【００４７】
本発明の第９態様によれば、第１パネルと、
前記第１パネルの幅方向の一方の側に配置された第２パネルと、
前記第１パネルの前記幅方向の前記一方の側とは反対側の他方の側に配置された第３パネルとを備え、
前記第１パネルが、前記第２パネル及び前記第３パネルの風上側に配置され、
前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとは、長さが同じで互いに平行であり、前記第１パネルと前記第２パネルとの間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの間には、それぞれ、各パネルの表面に直交する方向に隙間を有して段を設け、
前記第１パネルの幅を、前記第２パネルの幅の３倍以上及び前記第３パネルの幅の３倍以上とし、
前記第１パネルの表面に入射した風が前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう空気流を形成し、前記第２パネル及び前記第３パネルに向かってくる風が、前記第２パネル及び前記第３パネルに到達する前に、前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう前記空気流とそれぞれ衝突して、前記第２パネル及び前記第３パネルにそれぞれ向かってくる風を前記第２パネル及び前記第３パネルよりも外側にそれぞれ吹き飛ばす、太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００４８】
前記態様によれば、前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう前記空気流が、前記第２パネル及び前記第３パネルにそれぞれ向かってくる風と衝突して、前記第２パネル及び前記第３パネルよりも外側にそれぞれ吹き飛ばすことができ、第２パネル及び第３パネルの表面（風上面）が受ける正圧が小さくなり、パネルユニット全体が受ける風荷重をさらに減少させることができる。
【００４９】
本発明の第１０態様によれば、第１パネルと、
前記第１パネルの幅方向の一方の側に配置された第２パネルと、
前記第１パネルの前記幅方向の前記一方の側とは反対側の他方の側に配置された第３パネルとを備え、
前記第１パネルが前記第２パネル及び前記第３パネルの風下側に配置され、
前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとは、長さが同じで互いに平行であり、前記第１パネルと前記第２パネルとの間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの間には、それぞれ、各パネルの表面に直交する方向に隙間を有して段を設け、
前記第１パネルの幅を、前記第２パネルの幅の３倍以上及び前記第３パネルの幅の３倍以上とし、
前記第１パネルの表面に入射した風が前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう空気流を形成し、前記空気流が、前記第１パネルと前記第２パネルとの前記隙間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの前記隙間にそれぞれ入り込み、前記第２パネル及び前記第３パネルのそれぞれの裏面に沿った流れになる、太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００５０】
前記態様によれば、前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう空気流が、前記隙間に入り込み、前記第２パネル及び前記第３パネルのそれぞれの裏面に沿った流れになるため、第２パネル又は第３パネルの裏面（風下面）が受ける負圧の絶対値が小さくなり、パネルユニット全体が受ける風荷重を減少させることができる。
【００５１】
本発明の第１１態様によれば、第１パネルと、
前記第１パネルの幅方向の一方の側に配置された第２パネルと、
前記第１パネルの前記幅方向の前記一方の側とは反対側の他方の側に配置された第３パネルとを備え、
前記第１パネルが、前記第２パネル及び前記第３パネルの風上側に配置され、
前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとは、長さが同じで互いに平行であり、前記第１パネルと前記第２パネルとの間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの間には、それぞれ、各パネルの表面に直交する方向に隙間を有して段を設け、
前記第１パネルの幅を、前記第２パネルの幅の３倍以上及び前記第３パネルの幅の３倍以上とし、
前記第１パネルの表面に入射した風が前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう空気流を形成し、前記空気流が、前記第１パネルと前記第２パネルとの前記隙間及び前記第１パネルと前記第３パネルとの前記隙間にそれぞれ入り込み、前記第１パネルの裏面に沿った流れとなる、太陽光発電パネルユニットを提供する。
【００５２】
前記態様によれば、前記第１パネルの表面に沿って両側に向かう空気流が、前記隙間に入り込み、前記第１パネルの裏面に沿った流れとなるため、第１パネルの裏面（風下面）が受ける負圧の絶対値が小さくなり、パネルユニット全体が受ける風荷重を減少させることができる。
【００５３】
本発明の第１２態様によれば、第１〜１１のいずれか１つの態様に記載の太陽光発電パネルユニットと、
前記太陽光発電パネルユニットを仰角と方位角との方向にそれぞれ独立して動かす姿勢駆動部と、
前記全てのパネルを支える支柱と、
前記姿勢駆動部からの情報を基に、前記姿勢駆動部を制御して前記太陽光発電パネルユニットの向きを太陽の方向に追尾させるコントローラとを備える、太陽光発電装置を提供する。
【００５４】
前記態様によれば、パネルユニットのどちら側から風が吹いてもパネルが受ける風荷重を、より低減することができる。また、パネルの数が少なく、かつ、パネルが薄くパネル間の段差も小さいことからパネル同士を繋ぐ部材も少なくて良くなり、パネル周辺部も含めたパネルの重量が軽くできる。そこで、パネルを支える支柱への荷重及びモーメントが減って安全性が向上するだけでなく、パネルを動かすエネルギーが低減できる。
【００５５】
本発明の第１３態様によれば、前記第１パネルと前記第２パネルと前記第３パネルとのそれぞれの長手方向を前記支柱の長手方向沿いに配する第１２の態様に記載の太陽光発電装置を提供する。
【００５６】
前記態様によれば、第１パネルが第２パネル又は第３パネルより支柱側にある構造の場合だけでなく、第１パネルより第２パネル又は前記第３パネルの方が支柱側にある構造の場合においても、支柱に最接近するのは第１パネルである。なお、第２パネル及び第３パネルを有するにもかかわらず、第２パネル及び第３パネルは支柱と接触しづらいため、パネルユニットを支えるジョイントの回転中心とパネルユニットとの距離を第１パネルと支柱のみの場合と同様の長さにまで第１パネルと支柱との距離を短くできる。その結果、支柱にかかる回転モーメントが急増することを低減できる。
【００５７】
本発明の第１４態様によれば、前記第１パネル、前記第２パネル、及び前記第３パネルの表面から見た面における、前記第１パネルと前記第２パネル又は前記第３パネルとの境界線が、前記支柱の長手方向と交差する場合に、前記第１パネルは、前記第２パネル及び前記第３パネルよりも前記支柱に近い位置に配される、請求項１２に記載の太陽光発電装置を提供する。
【００５８】
前記態様によれば、支柱に最接近するのは前記第１パネルである。そこで、第２パネルパネル及び第３パネルと支柱とが接触する可能性を低減できる。また、第１パネルと支柱のみの場合と同様の長さにまで第１パネルと支柱との距離を短くできるため、支柱にかかる回転モーメントが急増することを低減できる。
【００５９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００６０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における太陽光発電パネルユニット１０１を搭載した太陽光発電装置８１０の斜視図である。
【００６１】
図１において、１０１は発電パネルユニットである。発電パネルユニット１０１は、中央に配置された四角形（一例として長方形）板状の第１パネル１０２と、第１パネル１０２の幅方向の両側部の外側に隣接して配置された四角形（一例として長方形）板状の第２パネル１０３と四角形（一例として長方形）板状の第３パネル１０４とで構成される。
【００６２】
第１パネル１０２と第２パネル１０３と第３パネル１０４とは長さＰＬが同じで（図１７参照）互いに平行である。
【００６３】
第１パネル１０２と第２パネル１０３との間及び第１パネル１０２と第３パネル１０４との間には、それぞれ、各パネルの表面に直交する方向に隙間Ｇ１，Ｇ２を有して段を設けている。すなわち、第１パネル１０２に対して、第２パネル１０３と第３パネル１０４とが一段下方にずれた状態で配置されるように、第１パネル１０２と第２パネル１０３と第３パネル１０４とが支柱１０７で支持されている。このとき、太陽光発電の効率低下を避けるため、第１パネル１０２に対して、第２パネル１０３と第３パネル１０４とは重ならないように配置している。より具体的には、一例として、図１の上部と下部の２箇所で、第１パネル１０２の幅方向（短辺沿いの方向）沿いに延びた梁１１５で、第１パネル１０２と第２パネル１０３とを連結して支持するとともに、第１パネル１０２と第３パネル１０４とを連結して支持する。第１パネル１０２は、その裏面で、後述するように、支柱１０７に回転可能に支持されている。
【００６４】
また、詳しくは、後述するように、第１パネル１０２の幅Ｗ１を、第２パネル１０３の幅Ｗ２の３倍以上及び第３パネル１０４の幅Ｗ３の３倍以上としている。また、第１パネル１０２の幅Ｗ１と第２パネル１０３の幅Ｗ２と第３パネル１０４の幅Ｗ３との合計であるパネルユニット全体の幅Ｗｔを１とすると、第１パネル１２の表面と第２パネル１０３の表面との間の段差ＤＬの比率を０．０５から０．１の値としている（図１７参照）。ここで、段差ＤＬとは、図８Ｄに示すように、第１パネル１０２の表面と第２パネル１０３又は第３パネル１０４の表面との間の寸法を意味する。
【００６５】
また、３枚のパネル１０２，１０３，１０４は、第１パネル１０２の長手方向の中心軸及び幅方向の中心軸に対して、それぞれ、２段３枚の対称形として、風荷重が第１パネル１０２の中心軸に対して上下対称かつ左右対称に作用するようにしている。
【００６６】
また、各パネルの厚さＴは同じとしている。
【００６７】
第１パネル１０２の一部であるＡ部の拡大図を図２に示す。図２において、１０５は発電モジュール、１０６は発電モジュール１０５を支持する基盤である。見やすくするため、発電モジュール１０５は１個のみ示した。発電パネルユニット１０１の第１パネル１０２と第２パネル１０３と第３パネル１０４とのそれぞれは、基盤１０６上に配置された多数の発電パネルユニット１０１で構成されている。
【００６８】
第１パネル１０２と、第２パネル１０３と、第３パネル１０４とは、それぞれ、発電モジュール１０５と、その発電モジュール１０５の土台である基盤１０６とで構成される。発電モジュール１０５は集光型であり、一例として、１個の大きさが一辺５ｃｍの正方形で厚さ２ｃｍである。発電モジュール１０５は、集光部材と、集光部材で集光された光のエネルギーを電気のエネルギーに変換する発電素子と、発電素子に接続される電気配線とで構成される。発電モジュール１０５に用いる集光部材は、凸レンズの集合体でも、フレネルレンズでも良い。よって、第１パネル１０２に対して、第２パネル１０３と第３パネル１０４とは重ならないように配置しているということは、一例として集光型太陽光発電素子である発電モジュール１０５を覆う集光部材が各パネルの表面に直交する方向において隣接するパネルとは互いに重ならないことを意味している。
【００６９】
発電モジュール１０５の厚さを２ｃｍにするためには集光部材の厚さは更に薄くなる。この場合、焦点距離も発電モジュール１０５の厚さの中に収める必要があるので、一例として、集光部材と発電素子とは直付けとする。そのように構成する理由は、以下の通りである。すなわち、空気の屈折率は１であるので、空気層を挟むと、光学部材だけの場合と比較すると実際の光路長が長くなるだけでなく、界面の数が増える。このため、界面での反射により、発電素子に入射する光量が低下することになるからである。発電モジュールの組立精度又は剛性を向上させる観点からも、一例として、集光部材と発電素子とは直付けとする。
【００７０】
一例として、基盤１０６は、アルミニウム製で構成され、発電モジュール１０５からの放熱も行い、厚さは１ｃｍである。そこで、一例として、発電モジュール１０５と基盤１０６との厚さから、パネル１０２，１０３，１０４の厚さは３ｃｍである。
【００７１】
太陽からの光のエネルギーの全てを発光素子で電気エネルギーに変換できてはいないので、発電素子では熱が発生して、発電素子の温度が上がる。そこで、発電モジュール１０５は、集光部材で集光しない場合より、１個の大きさを小さくする必要が生じる。このような構造にすれば、パネル１０２，１０３，１０４の形の自由度が上がることになる。
【００７２】
発電パネルユニット１０１を横方向から見て支柱１０７より手前で縦に切断後に、支柱１０７より手前から見た側面図を図３に示す。ジョイント１０８は、三角形状板材の底面が第１パネル１０２の裏面に固定され、頂部が支柱１０７に回転可能に接続されている。ジョイント１０８の下には、仰角駆動装置１０９が設けられ、さらに下には方位角駆動装置１１０が設けられて、支柱１０７と連結されている。仰角駆動装置１０９と方位角駆動装置１１０とで姿勢駆動部の一例を構成している。
【００７３】
発電パネルユニット１０１と梁１１５との配置が分かりやすいように、図１で発電パネルユニット１０１を、パネル表面が鉛直方向沿いとなるように立てたのちに、上から見た、発電パネルユニット１０１と梁１１５とのみを記載した平面図を図４に示す。ここで、梁１１５は、中間部が屈曲して棒状の部材で構成し、発電パネルユニット１０１を形成する第１パネル１０２と第２パネル１０３と第３パネル１０４とを裏面（図４の下方向）から支える構造をしている。このように梁１１５で支持された構造では、第１パネル１０２の表面と第２パネル１０３の表面と第３パネル１０４の表面とが互いに平行になっている。
【００７４】
仰角駆動装置１０９は、モータ１１１と、モータ１１１に連結されかつ歯車を用いた減速機構１１３とで構成されている。モータ１１１はコントローラ８００により正逆回転制御される。減速機構１１３は、ジョイント１０８とモータ１１１とを連結して、コントローラ８００のモータ１１１の駆動制御により、減速機構１１３とジョイント１０８とを介して、発電パネルユニット１０１を水平方向に対して上方向に所望の角度だけ傾斜させることができる。
【００７５】
方位角駆動装置１１０は、モータ１１２と、モータ１１２に連結されかつ歯車を用いた減速機構１１４とで構成されている。モータ１１２はコントローラ８００により正逆回転制御される。減速機構１１４は、仰角駆動装置１０９と支柱１０７との間に配置されている。コントローラ８００のモータ１１２の駆動制御により、減速機構１１４を介して、支柱１０７に対して仰角駆動装置１０９を支柱１０７の軸周りに所望の角度だけ正逆回転させることができる。このように、仰角方向及び回転方向を含めてモータ１１１と１１２を制御することで、発電パネルユニット１０１の仰角と方位角とを変更し、発電パネルユニット１０１の表面に対する法線方向に太陽が来るように調整する。そこで、発電パネルユニット１０１を形成する、第１パネル１０２と、第２パネル１０３と、第３パネル１０４とは互いに平行である必要がある。
【００７６】
図５に、発電パネルユニット１０１を太陽の方向に向ける方法をフローチャートで示す。
【００７７】
太陽光発電装置を設置した当初は、狙いの方向とずれたことによる設置誤差又は自重で撓むなどの装置誤差がある。また、時間が経過すると、発電パネルユニット１０１の装置自体が経時変化による誤差を生じる。そこで、調整時は、以下の手順で行う。
【００７８】
太陽の位置は、日時と緯度経度の場所とから公式を用いて計算で求められるので、まず、公式により仰角と方位角とを求める(ステップＳ１参照)。
【００７９】
次に、ステップＳ１で求めた仰角と方位角とに誤差補正量を加える。ただし、誤差補正量の初期値は０とする。
【００８０】
次に、ステップＳ２で求めた仰角と方位角との結果を基に、コントローラ８００で仰角駆動装置１０９と方位角駆動装置１１０とをそれぞれ独立して駆動制御して、発電パネルユニット１０１の表面の向きを太陽の方向に向ける(ステップＳ３参照)。
【００８１】
次に、コントローラ８００により、仰角駆動装置１０９と方位角駆動装置１１０とを駆動制御して、この位置を中心にして発電パネルユニット１０１を仰角方向と方位角方向とに少しずつ動かすディサ動作を行いながら発電量を発電量モニタ装置（図示せず）でモニタする(ステップＳ４参照)。
【００８２】
そして、発電量が最大になる位置と計算による仰角と方位角との誤差量とを求め、誤差補正量として記憶する(ステップＳ５参照)。ここで、計算による仰角と方位角との値は、発電量が最大になった時刻での値を用いる。ディサ動作に時間を要した場合は、時間差による誤差が加わるためである。
【００８３】
以後の通常の稼働時には、太陽軌道の公式から求めた仰角と方位角とにそれぞれの誤差補正量を加えた値を補正後の仰角と方位角として、コントローラ８００から仰角駆動装置１０９と方位角駆動装置１１０とをそれぞれ独立して駆動して、発電パネルユニット１０１の表面の向きを太陽の方向に向けるようにする(ステップＳ１〜ステップＳ３の繰り返しを参照)。
【００８４】
ここでは、ディサ動作をしてパネルによる発電量から太陽の向きを求め、仰角と方位角との誤差補正量を算出したが、別途、太陽光の向きを検出する装置を使って、仰角と方位角との誤差補正量を算出しても良い。
【００８５】
もちろん、太陽の向きを確認する場合には太陽が照っていて発電パネルユニット１０１は陰っていないことが必要である。
【００８６】
一例として、各発電パネル１０２，１０３，１０４の長さを１ｍとし、厚さ３ｃｍの短冊型とし、第１パネル１０２の幅が０．６ｍとし、第２パネル１０３及び第３パネル１０４の幅がそれぞれ０．２ｍで、第１パネル１０２と第２パネル１０３又は第３パネル１０４との段差が７ｃｍで、第１パネル１０２と第２パネル１０３又は第３パネル１０４との隙間寸法が４ｃｍの場合について、風速２０ｍ／ｓの一様流が各パネルの表面に垂直に入射する場合の風荷重を数値解析した。風速２０ｍ／ｓは通常稼動時の最大風速を想定している。
【００８７】
発電パネルユニット１０１は、発電中には風の向きによって発電パネルユニット１０１の向きを変えるわけにはいかないため、発電パネルユニット１０１がどちらの方向を向いていても、風荷重が小さくなる必要がある。そこで、発電パネルユニット１０１に対して風の吹く方向を、発電パネルユニット１０１の表側からと裏側からとの両方の場合について求めた。
【００８８】
第１パネル１０２が第２パネル１０３又は第３パネル１０４より風上にある場合の風荷重は２４９Ｎで、風が反対向きの場合には風荷重は２４２Ｎであった。
【００８９】
その結果、共に比較例の場合の２７７Ｎより、風荷重が小さくなることがわかった。
【００９０】
良好な結果が得られたので、発電パネルユニット１０１の数を同様に、２段３枚の対称形とし、中央の第１パネル１０２の幅を０．２ｍから０．８ｍまで０．１ｍおきに変えた場合の風荷重を求めた結果を、図６に示す。図６中の菱形のマークは、中央の第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風上に位置する場合である。図６中の丸形のマークは、反対に、中央の第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風下に位置する場合を示している。第２パネル１０３と第３パネル１０４との幅は同じで、発電パネルユニット全体の幅は１ｍであり、風速は２０ｍ／ｓである。第１パネル１０２が他のパネル（第２パネル１０３又は第３パネル１０４）より風上側にある場合は、第１パネル１０２の幅が広くなるにつれて、風荷重が下がる傾向にある。一方、第１パネル１０２が他のパネルより風下側にある場合は、第１パネル１０２の幅が０．６ｍのところで最小になる傾向がある。なお、パネルの一辺が１ｍで厚さが３ｃｍの平板の場合には、同様に風がパネル面に垂直な方向から２０ｍ／ｓで一様に吹く場合は、パネルが受ける風荷重は３０７Ｎであった。
【００９１】
この結果、中央の第１パネル１０２の幅をある範囲内とすることで、風が発電パネルユニット１０１のどちら側から吹いても、風荷重を小さくできることが明らかになった。
【００９２】
そこで、別の例として、各発電パネル１０２，１０３，１０４の長さを１ｍとし、厚さ３ｃｍで２段３枚の対称形の短冊型とし、段差が５ｃｍ、７ｃｍ、９ｃｍについて中央の第１パネル１０２の幅を０．２ｍから０．８ｍまで０．１ｍおきに変えた場合の風荷重を求めた。第２パネル１０３と第３パネル１０４との幅は同じで、発電パネルユニット全体の幅は１ｍとし、風速は２０ｍ／ｓとした。図７Ａ中の菱形のマークは段差寸法が５ｃｍであり、四角形のマークは段差寸法が７ｃｍであり、丸形のマークは段差寸法が９ｃｍである。また、中央の第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風上に位置する場合と、逆の場合との両方の風荷重を求めた。結果を図７Ａ及び図７Ｂに示す。図７Ａ及び図７Ｂでの風荷重は、パネルの表裏両面に垂直な方向から風がそれぞれ吹く２通りの場合のうち、大きい方の値を選択した。
【００９３】
図７Ａ及び図７Ｂの結果から、風がパネルのどちらの方向から吹いてもパネルが受ける風荷重が小さくなるのは、中央のパネルの幅が０．６ｍ以上の場合であることがわかる。
【００９４】
これらの検討は１軸方向に対称な形状で起こったが、同様のことが直交する２軸方向に対称な場合、すなわち、中央のパネルは正方形の板で、周囲のパネルが幅一定のロの字型の板の場合にも当てはまることが考えられる。
【００９５】
そこで、中央の正方形の周りを幅一定のロの字型のパネルが囲む厚さ３ｃｍの２段形状について検討した。段差が５ｃｍ、７ｃｍ、９ｃｍについて中央の第１パネルの幅を０．４ｍから０．８ｍまで０．１ｍおきに変えた場合の風荷重を求めた。発電パネルユニット１０１全体の幅は１ｍとし、風速は２０ｍ／ｓとした。中央の第１パネル周囲のパネルより風上に位置する場合と、逆の場合との両方の風荷重を求め、大きい値の方を選択した結果を図７Ｃに示す。図７Ａのように急激に風荷重が下がるところがないことがわかる。特に中央のパネルが風下になる場合にパネルが受ける風荷重が減少する兆しは見られなかった。
【００９６】
次に、この現象の発生メカニズムを明らかにするために、流線分布とパネルユニットの風上面（パネル表面）及び風下面（パネル裏面）が受ける力とを調べた。
【００９７】
発電パネルユニット１０１近傍の風の流れの模式図を図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃに示す。発電パネルユニット１０１は長手方向の中央部で切断した断面図である。図８Ａ及び図８Ｂは、第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風上にある場合を示している。図８Ｃは、第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風下にある場合を示している。
【００９８】
第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風上にある場合、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、まず、第１パネル１０２に当った風Ｗ１は、第１パネル１０２の表面に沿って、矢印ＡＲ１のように、外側に流れる。
【００９９】
第１パネル１０２の幅を徐々に広くしていくと（具体的には、第１パネル１０２の幅が０．５ｍ以上となると）、図８Ａに示すように第１パネル１０２と第２パネル１０３との隙間Ｇ１及び第１パネル１０２と第３パネル１０４との隙間Ｇ２に流入した空気ＡＲ２が、矢印ＡＲ３のように、第１パネル１０２の裏面（風下面）に沿って流れるようになる。その結果、第１パネル１０２の裏面（風下面）が受ける負圧の絶対値が小さくなり、パネルユニット全体が受ける風荷重は減少する。ここで、図８Ｄに示すように、第１パネル１０２と第２パネル１０３との隙間Ｇ１とは、第１パネル１０２の裏面と第２パネル１０３の表面との間の間隔を意味する。よって、第１パネル１０２と第２パネル１０３との段差ＤＬとは、第１パネル１０２の表面と第２パネル１０３の表面との間の寸法であり、言い換えれば、第１パネル１０２の厚さと隙間寸法との合計寸法でもある。
【０１００】
さらに、第１パネル１０２の幅を広くしていくと（具体的には、第１パネル１０２の幅０．７ｍ以上に広くすると）、第１パネル１０２の表面に沿って外側に流れる空気ＡＲ１の量が増していく。そして、図８Ｂに示すように第１パネル１０２と第２パネル１０３との隙間Ｇ１及び第１パネル１０２と第３パネル１０４との隙間Ｇ２に空気が流入しなくなり、第１パネル１０２の表面に沿った空気流ＡＲ１が第２パネル１０３又は第３パネル１０４に向かってきた風Ｗ１と衝突して、矢印ＡＲ４のように、外に吹き飛ばすようになる。その結果、第２パネル１０３及び第３パネル１０４の表面（風上面）が受ける正圧が小さくなり、パネルユニット全体が受ける風荷重はさらに減少する。
【０１０１】
第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風下にある場合（第１パネル１０２の幅は図８Ａと同じでかつ第１パネル１０２の幅は０．４ｍ以上である場合）も、図８Ｃに示すように、第１パネル１０２に当った風Ｗ１は第１パネル１０２の表面に沿って、矢印ＡＲ５のように、外側に流れる。そして、第１パネル１０２と第２パネル１０３との隙間Ｇ１又は第１パネル１０２と第３パネル１０４との隙間Ｇ２を通過して、矢印ＡＲ６のように、第２パネル１０３の裏面（風下面）又は第３パネル１０４の裏面（風下面）に沿ってさらに外向きに流れる。
【０１０２】
このＡＲ６の流れは、第１パネル１０２と第２パネル１０３との隙間Ｇ１及び第１パネル１０２と第３パネル１０４との隙間Ｇ２が狭いために、隙間に流入する空気量が多く流速が増して、発生する。
【０１０３】
第１パネル１０２の幅を徐々に広くしていくと、第１パネル１０２の表面に沿って流れた空気ＡＲ５は第２パネル１０３又は第３パネル１０４の裏面（風下面）に沿って流れるようになる。その結果、第２パネル１０３又は第３パネル１０４の裏面（風下面）が受ける負圧の絶対値が小さくなり、パネルユニット全体が受ける風荷重は減少する。
【０１０４】
以上の結果から、風荷重が小さくなるメカニズムは、中央の第１パネル１０２に当った風Ｗ１が第１パネル１０２の表面に沿って流れた後に、隣のパネル１０３，１０４に向かって流れてきた風Ｗ１と衝突することと、隣のパネル１０３，１０４の裏面（風下面）に沿った流れができることとに起因することがわかった。
【０１０５】
この構成から、隣接するパネル１０２，１０３又は１０２，１０４間の隙間Ｇ１又はＧ２が同じでも、パネルの厚さが異なると、段差が異なることになる。図８Ｃのように、第１パネル１０２が第２パネル１０３又は第３パネル１０４より風下になる配置において、隙間寸法が同じで段差が大きくなる、すなわち、パネルが厚くなる場合を検討すると、図６及び図７Ａ及び図７Ｂで得られたような風荷重の低減は見られなくなった。流線分布を調べると、パネルの外壁で流れの剥離が生じて抵抗が増大することと、中央の第１パネルの表面（風上面）上に空気がよどんで溜まるため、隣接するパネル間の隙間を流れる空気の量も減少し、かつ、パネルの裏面（風下面）に沿って空気が流れなくなることがわかった。
【０１０６】
中央パネルが周囲のパネルより風下にある場合、２軸対称では１軸対称に比べて中央のパネルの面積が小さく、また、中央のパネルと周囲のパネルとの段を形成する中央パネルの端の長さが中央パネルの面積に比べて長い。したがって、中央パネルが周囲のパネルより風下にある場合、中央パネルの面に当った風が周囲のパネルの裏面に流れ込む空気の量が２軸対称では１軸対称の場合より少なくなるため負圧解消まで至らないことがわかった。
【０１０７】
したがって、発明者らが今回創作したパネルユニットにおいて風がどちら側から吹いても風荷重を低減できる現象は、中央パネルと中央パネルの表面と直交する方向に隙間を空けて小さな段を設けて中央パネルの両側に隣接する２枚のパネルとを配する２段３枚が基本のパネル構造に特有の現象であることがわかった。
【０１０８】
先に示したメカニズムから、第１パネル１０２から第２パネル１０３と第３パネル１０４とへ、又は、第２パネル１０３と第３パネル１０４とから第１パネル１０２へとパネルの幅方向に空気が流れることによって風荷重が減少する効果が生じる。したがって、パネルの支持は図４又は図１７に示した梁１１５のように、パネルの幅方向が長手になるようにする必要があり、パネルの長さ方向を長手にして上記パネル間の空気の流れを阻害してはならない。
【０１０９】
パネル同士の段差と風荷重との関係を図９及び図７Ｂに示す。図９及び図７Ｂでは、中央の第１パネル１０２の幅が０．４ｍ、０．５ｍ、０．６ｍ、０．７ｍの場合を示している。各発電パネル１０２，１０３，１０４の長さを１ｍとし、厚さ３ｃｍで２段３枚の対称形の短冊型とし、パネルユニット全体の幅は１ｍ、風速は２０ｍ／ｓである。風荷重としては、パネルの表面及び裏面に垂直な方向から風がそれぞれ吹く２通りの場合のうち、風荷重が大きい方の値を選択した。図９及び図７Ｂから風荷重が小さくなるのは、パネル同士の段差ＤＬが０．０５ｍから０．１ｍの場合であることがわかる。
【０１１０】
次に、パネル厚さと風荷重との関係を図１０に示す。各パネル１０２，１０３，１０４の長さを１ｍとし、２段３枚の対称形の短冊型とし、隣接するパネルの隙間寸法は４ｃｍとし、パネル１０２，１０３，１０４の幅は中央のパネルの幅が０．６ｍとし、両側のパネルの幅が０．２ｍとし、風速は２０ｍ／ｓとした。風荷重としては、パネルの表面と裏面とに垂直な方向から風がそれぞれ吹く２通りの場合のうち、風荷重が大きい方の値を選択した。図１０から、風荷重が小さくなるのは、パネルの厚さが０．０１ｍから０．０５ｍの場合である。
【０１１１】
これまでのパネル形状は、発電パネルユニット１０１の全体幅を１ｍとし、長さを１ｍとすることに対して記述してきた。流体力学では、相似は形状比とレイノルズ数とで決まる。レイノルズ数は、風速と長さとの積を流体の粘度で除した無次元数である。流体の粘度は、物質が決まれば固定される。今回の場合は、空気である。そこで、完全な相似が成立つには、風速と長さとの積を一定にすることになる。
【０１１２】
今まで風速２０ｍ／ｓに対して検討してきたが、風速が２ｍ／ｓから６０ｍ／ｓまで変えた場合の風荷重と流線分布とを検討する。各パネル１０２，１０３，１０４の形状は長さを１ｍとし、厚さ３ｃｍの短冊型とし、第１パネル１０２の幅を０．６ｍとし、第２パネル１０３と第３パネル１０４との幅がそれぞれ０．２ｍとし、かつ、段差を７ｃｍとした。
【０１１３】
風速を変えた場合の風速と風荷重との関係を、図１１に示す。ここで、図１１中の菱形のマークは、中央の第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風上に位置する場合である。図１１中の四角形のマークは、反対に、中央の第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風下に位置する場合を示している。これら２つの場合において、隣接する同じマーク同士を結ぶ線は、共にほぼ重なりあうことが分かる。また、図１１中の破線は、傾き２の原点を通る直線である。それぞれのマークが、この直線と平行に分布することから、隣接する同じマーク同士を結ぶ線の傾きが２であり、風荷重が風速の２乗に比例することもわかる。
【０１１４】
次に、流速分布について比較する。第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風上に位置する場合を、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す。図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、風は上から下向きに吹くとする。ここでは、定常状態を求めているので、発電パネルユニット１０１の構造の対称性を考慮して、発電パネルユニット１０１の構造の半分の部分での流速分布だけを示している。左端の線が対称線である。図１２Ａは風速６０ｍ／ｓの場合で、図１２Ｂは風速２ｍ／ｓの場合である。図１２Ａでも図１２Ｂでも、パネルの間の隙間を通った空気が第１パネル１０２の裏面（風下面）に沿って流れることが分かる。
【０１１５】
第１パネル１０２が第２パネル１０３及び第３パネル１０４より風下に位置する場合を、図１３に示す。ここでも、発電パネルユニット１０１の構造の対称性を考慮して、発電パネルユニット１０１の構造の半分の部分での流速分布だけを示している。左端の線が対称線である。図１３Ａは風速６０ｍ／ｓの場合で、図１３Ｂは風速２ｍ／ｓの場合である。図１３Ａでも図１３Ｂでも、パネルの間の隙間を通った空気が第２パネル１０３及び第３パネル１０４の裏面（風下面）に沿って流れることが分かる。
【０１１６】
以上から、風速が２ｍ／ｓから６０ｍ／ｓまで変わっても、本発明の実施形態にかかる前記現象のメカニズムは維持されることが分かる。
【０１１７】
先の検討は風速２０ｍ／ｓの場合について行ったので、風速は１／１０倍から３倍の範囲で相似であると見做せることになる。そこで、パネルの長さは、少なくとも１／３倍から１０倍までは相似であると見做せる。
【０１１８】
先の検討は、パネルの一辺の長さとパネルユニット全体幅とが１ｍの場合について行ったので、長さは１／３ｍから１０ｍまでは適用できる。相似形では、長さでなく比率が同じであれば成立つ。これは、今までは、長さの単位として「ｍ」を付けて記述していた内容が、「ｍ」を取った比率で成立つことを意味する。
【０１１９】
したがって、各パネルに対して風がどちらの方向から吹いてきても風荷重が小さくなるのは、中央の第１パネル１０２の幅が両側の第２及び第３パネル１０３，１０４のそれぞれの幅の３倍以上あり、隣接するパネル同士の段差は、パネルユニット全体の幅を１として、０．０５から０．１の場合である。
【０１２０】
また、各パネルの厚さは、パネルユニット全体の幅を１として、０．０１から０．０５の場合が良い。
【０１２１】
本発明の第１実施形態の構成の太陽光発電パネルユニット１０１及びこの発電パネルユニット１０１を搭載した太陽光発電装置８１０にすれば、発電パネルユニット１０１の表裏両面のどちらから発電パネルユニット１０１に風が吹いても、各パネルが受ける風荷重を、従来よりも小さくできる。
【０１２２】
また、パネルの数が少なく、かつ、各パネルが薄くかつ隣接するパネル間の段差も小さいことから、パネル同士を繋ぐ部材も少なくて良くなり、パネルの周辺部も含めたパネルの重量が軽くできる。そこで、全てのパネルを支える支柱１０７への荷重及びモーメントが減って安全性が向上するだけでなく、第１〜第３パネル１０２，１０３，１０４を動かすエネルギーが低減できる。
【０１２３】
パネルの長さが１ｍより小さいと、発電モジュール１０５も薄く、集光部材の厚さも薄くなる。この場合、焦点距離も発電モジュール１０５の厚さの中に収める必要があるので、一例として、集光部材と発電素子とは直付けとする。そのように構成する理由は、以下の通りである。すなわち、空気の屈折率は１であるので、空気層を挟むと光学部材だけの場合と比較すると実際の光路長が長くなるだけでなく、界面の数が増える。このため、界面での反射により発電素子に入射する光量が低下することになるからである。発電モジュールの組立精度又は剛性を向上させる観点からも、一例として、集光部材と発電素子とは直付けとする。
【０１２４】
集光部材を透明樹脂で形成する場合は、一例として、特に集光部材は１０ｍｍより薄くする必要があり、集光部材と発電素子とを直付けにする。これは、樹脂が１０００ｎｍ以上の材料固有の波長の光を吸収することに起因する。しかし、透明樹脂のみでは焦点距離が得られなくなる場合もあり、この場合には屈折率が透明樹脂と近いガラスを透明樹脂と一緒に用いることで、界面での反射による透過光量の低下を抑制できる。
【０１２５】
集光部材を透明樹脂で形成すると、集光部材の重量が軽くなり、パネルが小さくて軽量になる効果を更に高めることができる。すなわち、パネルを駆動するモータでの消費電力を低減することができる。
【０１２６】
他方、パネルの長さが５ｍとか大きくなると、発電モジュール１０５の集光部材も大きくなる。この場合は、パネルが重くなる。そこで、集光部材と発電素子との間には長さの余裕があるので、界面での反射による効率低下はあるが、空気層を設けて軽くする方が良くなる。
【０１２７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態における太陽光発電パネルユニット１０１−２の長手方向の中央で切った断面図を図１４に示す。
【０１２８】
本発明の第１実施形態の発電パネルユニット１０１では短冊型の２段３枚であったが、本発明の第２実施形態の発電パネルユニット１０１−２では３段５枚である。すなわち、発電パネルユニット１０１−２では、発電パネルユニット１０１の第２パネル１０３よりも第１パネル１０２とは反対側に第４パネル１２５を配置し、発電パネルユニット１０１の第３パネル１０４よりも第１パネル１０２とは反対側に第５パネル１２６を配置している。第４パネル１２５と第５パネル１２６とも、第１パネル１０２と第２パネル１０３と第３パネル１０４とは長さＰＬが同じで互いに平行である。
【０１２９】
また、第４パネル１２５と第５パネル１２６との幅は、第２パネル１０３と第３パネル１０４との幅以下である。逆に言えば、内側のパネル１０３，１０４の幅は外側のパネル１２５，１２６の幅以上である。
【０１３０】
図１４Ａは、中央の１段目の第１パネル１０２が他のパネル１０３，１０４，１２５，１２６より風上側の場合を示している。図１４Ｂは、中央の１段目の第１パネル１０２が他のパネル１０３，１０４，１２５，１２６より風下側の場合を示している。矢印は風向きを示している。
【０１３１】
各発電パネル１０２〜１２６の長さを１ｍとし、パネルユニット全体幅を１ｍとし、各パネルの厚さ３ｃｍの短冊型とし、段差が７ｃｍとする場合について、風速２０ｍ／ｓの一様流がパネルの表面に垂直に入射する場合の風荷重を数値解析した。１段目の第１パネル１０２の幅、２段目の第２パネル１０３及び第３パネル１０４のそれぞれの幅、３段目の第４パネル１２５及び第５パネル１２６のそれぞれの幅が、それぞれ、０．６ｍ、０．１５ｍ、０．０５ｍとする。この場合、図１４Ａの配置では風荷重２２０Ｎであり、図１４Ｂの配置では風荷重２４９Ｎであった。したがって、段数が２段の場合と同様に、段数が３段の場合も、風が発電パネルユニット１０１−２の表裏両面のどちらの方向から吹いても、従来より低い風荷重を示した。
【０１３２】
この発電パネルユニット１０１−２においても、中央側の第１パネル１０２の幅の方が、外側の第２パネル１０３及び第３パネル１０４の幅よりも広い。１段目の第１パネル１０２の幅は、２段目の第２パネル１０３及び第３パネル１０４のそれぞれの幅の３倍である。また、発電パネルユニット１０１−２の全体幅を１とすると、隣接するパネル間の段差の比率は０．０７であり、隣接するパネル間の隙間寸法の比率は０．０４であり、各パネルの厚さの比率は０．０３であった。
【０１３３】
そこで、１段目の第１パネル１０２の幅は２段目の第２パネル１０３及び第３パネル１０４のそれぞれの幅の３倍以上であり、発電パネルユニット１０１−２の全体幅を１とすると、隣接するパネル間の段差の比率は０．０５から０．１の値の関係を満たす。
【０１３４】
第２実施形態にかかる太陽光発電パネルユニット１０１−２及び太陽光発電装置によれば、段数が２段の第１実施形態の場合と同様に、段数が３段の場合でも、発電パネルユニット１０１−２の表裏両面のどちら側から発電パネルユニット１０１−２に風が吹いても、各パネルが受ける風荷重を、従来より低減することができる。
【０１３５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態における太陽光発電パネルユニット１０１−３の長手方向の中央で切った断面図を図１５に示す。
【０１３６】
本発明の第１実施形態の発電パネルユニット１０１では短冊型の２段３枚であったが、本発明の第３実施形態の発電パネルユニット１０１−３では４段７枚である。すなわち、発電パネルユニット１０１−３では、発電パネルユニット１０１−２の第４パネル１２５よりも第２パネル１０３とは反対側に第６パネル１２７を配置し、発電パネルユニット１０１−２の第５パネル１２６よりも第３パネル１０４とは反対側に第７パネル１２８を配置している。第６パネル１２７と第７パネル１２８とも、第１パネル１０２と第２パネル１０３〜第５パネル１２６とは長さＰＬが同じで互いに平行である。
また、第６パネル１２７と第７パネル１２８との幅は、第２パネル１０３と第３パネル１０４との幅以下でかつ第４パネル１２５と第５パネル１２６との幅以下である。
【０１３７】
図１５Ａは、中央の１段目の第１パネル１０２が他のパネル１０３，１０４，１２５，１２６，１２７，１２８より風上側の場合を示している。図１５Ｂは、中央の１段目の第１パネル１０２が他のパネル１０３，１０４，１２５，１２６，１２７，１２８より風下側の場合を示している。矢印は風向きを示している。
【０１３８】
各発電パネル１０２〜１２８の長さを１ｍとし、パネルユニット全体幅を１ｍとし、各パネルの厚さ３ｃｍの短冊型とし、段差が７ｃｍとする場合について、風速２０ｍ／ｓの一様流がパネルの表面に垂直に入射する場合の風荷重を数値解析した。１段目の第１パネル１０２の幅、２段目の第２パネル１０３及び第３パネル１０４のそれぞれの幅、３段目の第４パネル１２５及び第５パネル１２６のそれぞれの幅、４段目の第６パネル１２７及び第７パネル１２８のそれぞれの幅が、それぞれ、０．５ｍ、０．１５ｍ、０．０５ｍ、０．０５ｍとする。この場合、図１５Ａの配置では風荷重２０２Ｎであり、図１５Ｂの配置では風荷重２４８Ｎであった。したがって、段数が２段の場合得及び３段の場合と同様に、４段の場合も、風が発電パネルユニット１０１−３の表裏両面のどちらの方向から吹いても、従来より低い風荷重を示した。
【０１３９】
この発電パネルユニット１０１−３においても、中央側の第１パネル１０２の幅の方が、外側の第２パネル１０３及び第３パネル１０４の幅よりも広い。１段目の第１パネル１０２の幅は、２段目の第２パネル１０３及び第３パネル１０４のそれぞれの幅の３倍以上である。また、発電パネルユニット１０１−３の全体幅を１とすると、隣接するパネル間の段差の比率は０．０７であり、隣接するパネル間の隙間寸法の比率は０．０４であり、各パネルの厚さの比率は０．０３であった。
【０１４０】
そこで、１段目の第１パネル１０２の幅は２段目の第２パネル１０３及び第３パネル１０４のそれぞれの幅の３倍以上であり、発電パネルユニット１０１−３の全体幅を１とすると、隣接するパネル間の段差の比率は０．０５から０．１の値の関係を満たす。
【０１４１】
前記の結果から、この第３実施形態にかかる発電パネルユニット１０１−３においても、段数が２段及び３段の第１及び第２実施形態の場合と同様に、段数が４段の場合でも、風が発電パネルユニット１０１−３の表裏両面のどちらの方向から吹いても、従来より低い風荷重が得られる。
【０１４２】
従って、第１〜第３実施形態によれば、段数を２段以上の場合に、風が発電パネルユニット１０１−３の表裏両面のどちらの方向から吹いても、従来より低い風荷重が得られる。
【０１４３】
（変形例）
第１〜第３実施形態では、太陽光発電パネルユニットの各パネルの形状は角が直角に尖った場合を示しているが、角は丸めたり、面取りしても構わない。角をなくした方が、パネル表面から空気の流れが剥離しにくくなり、風荷重の低減が見込まれる。一例として、第１実施形態の発電パネルユニット１０１の各パネルの各角を丸めた状態を図１７に示す。
【０１４４】
また、各パネルを支える支柱１０７に回転モーメントがかからない観点から、中央の第１パネル１０２の幅の中心線を通り、第１パネル１０２の広い面でのある表面に垂直方向の面に対して対称とする形状について記しているが、本発明にかかるパネルユニットは、記載条件内であれば、対称でなくとも良い。一例として、具体的には、パネルユニットとしては、対称位置にあるもの同士の寸法差が２倍を超えない範囲で、対称でなくとも良い。
【０１４５】
第１〜第３実施形態では、太陽光発電パネルユニットの発電モジュールが集光型の場合について記載しているが、風がパネルの表裏両面のどちら側から吹いても風荷重が小さくなる効果は、パネルユニットの構造によるもので、各パネル自体が集光型か一般型かに依存するものではない。したがって、一般型の太陽光発電パネルユニットにおいても適用できる。
【０１４６】
第１〜第３実施形態では、第１パネル１０２〜第７パネル１０８は、互いに長さが同じとしているが、これに限られるものではない。例えば、製造上の誤差又は経年変化などを考慮して、第１パネル１０２〜第７パネル１０８の長さが、±０．０１倍の範囲内ならば、互いに長さが同じと解釈してもよい。
【０１４７】
また、第１〜第３実施形態では、第１パネル１０２〜第７パネル１０８の厚さＴは同じとしているが、例えば、製造上の誤差又は経年変化などを考慮して、第１パネル１０２〜第７パネル１０８の厚さＴが、±０．００５倍の範囲内ならば、互いに厚さが同じと解釈してもよい。
【０１４８】
また、第１〜第３実施形態では、第１パネル１０１、第２パネル１０２、及び第３パネル１０３の長手方向が、支柱１０７の長手方向と同じ方向を有している。言い換えれば、発電パネルユニット１０１の表面から面において、第１パネル１０２と、第２パネル１０３又は第３パネル１０４との境界線と、支柱１０７の長手方向とが交差していない。
図２に示す発電パネルユニット１０１を横方向から見た場合に、第２パネル及び第３パネルは、第１パネル１０２よりも支柱に近い位置に配されているが、第２パネル及び第３パネルは、第１〜第３の実施形態で示すパネルの幅及び段差の関係を満たす限り、第１パネル１０２よりも遠い位置に配されても良い。
【０１４９】
また、第１パネル１０１、第２パネル１０２、及び第３パネル１０３の長手方向が、支柱１０７の長手方向と交差する場合がある。図１８に、第１パネル１０１（第２パネル１０２又は第３パネル１０３）の長手方向から見た発電パネルユニット１０１を示す。
【０１５０】
このとき、第１パネル１０２は、第２パネル１０３及び第３パネル１０４より支柱１０７に近い位置に配する。言い換えれば、発電パネルユニット１０１の表面から面において、第１パネル１０２と、第２パネル１０３又は第３パネル１０４との境界線と、支柱１０７の長手方向とが交差する場合には、第１パネル１０２は、第２パネル１０３及び第３パネル１０４より支柱１０７に近い位置に配する。
【０１５１】
もちろん、第１パネル１０２と、第２パネル１０３と、第３パネル１０４とを繋いで固定する梁１１５が、支柱１０７及び支柱に方位角駆動装置１１０を固定するフランジに接触しない距離を設ける必要がある。
【０１５２】
第１パネル１０２と支柱１０７との距離を変更せずに、第２パネル１０３及び第３パネル１０４を第１パネル１０２より支柱１０７に近い位置に配した場合には、仰角駆動装置１０９により発電パネルユニット１０１を駆動した際に、第２パネル１０３及び第３パネル１０４が支柱１０７や支柱１０７に方位角駆動装置１１０を固定するフランジに接触する可能性がある。第１パネル１０２と支柱１０７と距離は、発電パネルユニット１０１を駆動する際の力に影響するため、できる限り短いほうが良い。よって、第１パネル１０２は、第２パネル１０３及び第３パネル１０４より支柱１０７に近い位置に配することにより、発電パネルユニット１０１をより小さい力で駆動し、かつ、第２パネル１０３及び第３パネル１０４が支柱１０７等に接触する可能性を低減できる。
【０１５３】
なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明にかかる太陽光発電パネルユニット及び太陽光発電装置は、パネルユニットのどちら側から風が吹いても風の影響を低減することができて、自然エネルギーである太陽光を利用した発電設備として有用である。【０１５５】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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