(57)【要約】【課題】太陽光発電システムにおいて、太陽の高度が低くなった場合や太陽電池モジュールを移動させた場合に、太陽電池モジュール表面にできる影の影響により発電効率の低下、太陽電池セルの発熱による劣化という課題があった。【解決手段】ヤグラ上に太陽電池モジュール１を配列する太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュール１内の複数の太陽電池セル５２は、前記太陽電池モジュール１の面内において、太陽電池モジュール１の南側に配置された別の太陽電池モジュール１による影の移動方向に対して垂直方向にのみ直列に接続されている構成とした。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面の上にヤグラを組み、当該ヤグラ上に適切な間隔を形成して太陽電池モジュールを配列することによって、前記地面に適度な太陽光を照射させながら同時に太陽光発電を可能とする太陽光発電システムにおいて、
前記太陽電池モジュールは前記ヤグラに傾斜して設置されており、
前記太陽電池モジュール内には複数の太陽電池セルが配置され、
前記太陽電池モジュール内の前記複数の太陽電池セルは、前記太陽電池モジュールの面内において、太陽電池モジュールの南側に配置された別の太陽電池モジュールによる影の移動方向に対して垂直方向にのみ直列に接続されていることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
前記太陽電池モジュール内の直列に接続された前記複数の太陽電池セルが、前記太陽電池モジュール内に複数組配置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
前記太陽光発電システムを設置後においても、前記太陽電池モジュールは、南北方向に移動し固定できることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農地などの地面に適度な太陽光を照射させながら同時に太陽光発電を可能とする太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、国内のエネルギー不足を解決する手段の１つとして、農地の上にヤグラなどの支柱を立て、その上に再生可能エネルギーの１つである太陽光発電システムを設置して営農を継続しながら太陽光発電を行う方法、いわゆるソーラーシェアリングが提唱されてきた。このソーラーシェアリングにおいては、農業を継続しながら太陽光発電を行うことが可能であるため、太陽光発電のために耕作地を放棄したり離農したりする必要はなく、農業生産資源とクリーンなエネルギー資源との両方を同時に獲得していくことが可能である。また、農地への設置だけでなく、駐車場の上部など既に利用されている地面への設置により、今まで利用できなかった場所での太陽光発電も可能となる。
【０００３】
図１に、ソーラーシェアリングと呼ばれる太陽光発電システムの１例を示す。図１に示すように、ヤグラ６は、縦支柱５と横支柱４と支持支柱３で構成されている。このヤグラ６の支持支柱３に支持脚２が取り付けられ、この支持脚２によってヤグラ６の上部に太陽電池モジュール１が取り付けられている。太陽電池モジュールの取り付けは、このような支持脚２以外にも、取り付けバンドとネジとを用いて取り付けることも可能である。支持脚２、支持支柱３、横支柱４、縦支柱５同士は、接続金具などで接続されている。
【０００４】
この太陽電池モジュール１は、行列状あるいは市松状に配列されており、各太陽電池モジュール１の間には、ヤグラ６が設置されている農地に、作物が生育するのに充分な光量の太陽光が到達できるように、充分な隙間が形成されている。
【０００５】
一方、このような支柱を用いたヤグラ構造とすることによって、少ない基礎部分を有する軽量な支柱だけで、太陽電池モジュール１を支持することが可能となった。また、太陽電池モジュール自体も軽量なものを用いることによって、ヤグラ６への負荷を軽減している。また、この軽量な太陽電池モジュールを風に対してよける構造として、耐風圧を実質的に小さくしたものも提案されている（特許文献１）。
【０００６】
ヤグラ６の一部には、発電した電力を利用可能な状態に変換するための電力制御装置７が取り付けられている。また、図示していないが、この電力制御装置７から電気エネルギーを蓄積してから利用するための蓄電池を接続しても良いし、直流／交流変換や昇圧を適切に施して商用電力線に接続しても良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２７７０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、農地などの地面上部にヤグラを用いて太陽光発電システムを設置する場合、発電量を多くするため、太陽電池モジュールはヤグラや地面に対して傾斜させられ、さらに太陽電池モジュール同士も緻密に配置させられる必要がある。そのため、太陽の高度が低い場合には、南側に隣合わせて設置された他の太陽電池モジュールが太陽光の一部を遮断し、設置された太陽電池モジュールに影を落してしまい、発電量が減ってしまうという課題を有する。
【０００９】
その際、図５に示すような従来の太陽電池モジュール５１では、複数の太陽電池セル５２を電気的接続５３によりすべて直列に接続しているため、太陽電池モジュール５１の一部に太陽光が当たらず影になると、その部分の太陽電池セルは高抵抗値となり、他の太陽電池セルが発電した電力を消費し発電効率が悪くなったり、影の部分の太陽電池セルが発熱し、太陽電池セルの寿命が短くなる。その対策のために、太陽電池セルに並列にバイパスダイオードを接続する場合がある、これは部品点数の増加を招き、太陽電池モジュールのコストアップの要因となっているという課題を有する。
【００１０】
さらに、ソーラーシェアリングにおいては、太陽光発電と農業生産とが両立できるとはいえ、天候不順により農作物への十分な量の太陽光が確保できない場合には、太陽光を確保するために、太陽電池モジュールを取り外すことが必要となる。しかし、ヤグラ上部に設置された太陽電池モジュールの取り外し作業は非常に大変なだけでなく、太陽電池モジュール間の電気配線も取り外し、残りの太陽電池モジュールのみを再度電気的に接続する必要があり、容易に対応することができないという課題も有している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、地面の上にヤグラを組み、当該ヤグラ上に適切な間隔を形成して太陽電池モジュールを配列することによって、前記地面に適度な太陽光を照射させながら同時に太陽光発電を可能とする太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池モジュールは前記ヤグラに傾斜して設置されており、前記太陽電池モジュール内には複数の太陽電池セルが配置され、前記太陽電池モジュール内の前記複数の太陽電池セルは、前記太陽電池モジュールの面内において、太陽電池モジュールの南側に配置された別の太陽電池モジュールによる影の移動方向に対して垂直方向にのみ直列に接続されていることを特徴とする太陽光発電システムに関する。
【００１２】
また、前記太陽電池モジュール内の直列に接続された前記複数の太陽電池セルが、前記太陽電池モジュール内に複数組配置されていることが好ましい。
【００１３】
また、前記太陽光発電システムを設置後においても、前記太陽電池モジュールは、南北方向に移動し固定できることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の太陽光発電システムに用いられる太陽電池モジュールにおいては、太陽電池モジュール内の複数の太陽電池セルを、前記太陽電池モジュールの面内において、太陽電池モジュールの南側に配置された別の太陽電池モジュールによる影の移動方向に対して垂直方向にのみ直列に接続している。太陽光高度が低くなった場合、南側に配置された太陽電池モジュールにより遮られない太陽光のみが北側の隣の太陽電池モジュールに照射される。つまり、この太陽光は、太陽電池モジュールの上側に照射され、下側は影となる。このように太陽光が照射された太陽電池セルは、太陽光を電力に変換する。本発明の構成によれば、その電力を効率よく太陽電池モジュール外に取り出すために、太陽電池モジュールの下側の影になる部分の太陽電池セルと、太陽光が照射される太陽電池モジュールの上側の太陽電池セルとに分け、太陽光が照射されている太陽電池セルのみ直列に電気的に接続している。そして、前述のような直列に電気的に接続した複数の太陽電池セルを、同一の太陽電池モジュール内に上下方向（太陽電池モジュールにおいて影が移動する方向）に複数組配置させている。このことにより、太陽光が照射される太陽電池モジュールの上側部分の太陽光が照射された太陽電池セルの電力を有効に太陽電池モジュールの外に取り出すことができる。さらに、影の部分の太陽電池セルには、太陽光が照射されている他の太陽電池セルによる電力が流れることは無いので、高抵抗値になったとしても、発熱することも無い。さらに、従来の太陽電池モジュールで使われていたバイパスダイオードを不要にすることができるため、太陽電池モジュールの製造工程を簡略化でき、低コスト化をはかることができる。
【００１５】
さらに、太陽光発電システムを設置した後においても、太陽電池モジュールは、南北方向に移動し固定した場合にも、上述の太陽高度が低くなる場合と同様に、移動した太陽電池モジュールに影ができる。その場合にも、上述した効果と同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る太陽光発電システムの外観を示す模式的斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る太陽光発電システムに太陽光が降り注ぐ状態を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る太陽光発電システムに高度の低い太陽光が降り注ぐ状態を示す図である。
【図４】第２実施形態に係る太陽光発電システムに太陽光が降り注ぐ状態を示す図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールの構造を示す模式図である。
【図６】第１実施形態に係る太陽電池モジュールの構造を示す模式図である。
【図７】第１実施形態に係る太陽電池モジュールに生じる影の動きを説明する模式図であり、（ａ）は太陽電池モジュールに影が生じていない状態を示す模式図であり、（ｂ）は太陽モジュールの下側６分の１が影になった状態を示す模式図であり、（ｃ）は太陽モジュールの下側３分の１が影になった状態を示す模式図であり、（ｄ）は、太陽電池モジュールの下側３分の２が影になった状態を示す模式図である。
【図８】第１実施形態に係る太陽電池モジュール同士の電気的な接続状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による太陽光発電システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、第１実施形態に係る太陽光発電システムの外観を示す模式的斜視図である。図２は、第１実施形態に係る太陽光発電システムに太陽光が降り注ぐ状態を示す図である。図３は、第１実施形態に係る太陽光発電システムに高度の低い太陽光が降り注ぐ状態を示す図である。図６は、第１実施形態に係る太陽電池モジュールの構造を示す模式図である。図７は、第１実施形態に係る太陽電池モジュールに生じる影の動きを説明する模式図であり、（ａ）は太陽電池モジュールに影が無い状態を示す図であり、（ｂ）は太陽モジュールの下側６分の１が影になった状態を示す図であり、（ｃ）は太陽モジュールの下側３分の１が影になった状態を示す図であり、（ｄ）は、太陽電池モジュールの下側３分の２が影になった状態を示す図である。図８は、第１実施形態に係る太陽電池モジュール同士の電気的な接続状態を示す模式図である。
【００１９】
図１に示す太陽光発電システム８は、ヤグラ６と太陽電池モジュール１とヤグラ６と太陽電池モジュール１とを取り付けるための支持脚２と電力制御装置７とからなる。ヤグラ６は、縦支柱５と横支柱４と支持支柱３とで構成されている。このヤグラ６の支持支柱３に支持脚２を取り付け、この支持脚２によってヤグラ６の上部に太陽電池モジュール１が取り付けられている。太陽電池モジュールの取り付けは、このような支持脚２以外にも、取り付けバンドとネジを用いることも可能である。支持脚２、支持支柱３、横支柱４、縦支柱５同士は、接続金具などで接続されている。太陽電池モジュールは、太陽光を効率よく受けるために、北半球においては南方向（南半球においては逆に北方向）に向けて設置されることが望ましい。しかし、これに限られない。
【００２０】
本実施形態の太陽電池モジュール１は、図１に示すように行列状に配置されている。もちろん、行列状以外にも、たとえば市松状に配列されていてもよいことは言うまでもない。各太陽電池モジュール１の間には、ヤグラ６が設置されている地面（農地）２４に、作物が生育するのに充分な光量の太陽光が到達できるように充分な隙間が形成されている。本実施の形態では、農地の上に太陽光発電システムを設置する場合について説明するが、本太陽光発電システムは、農地以外の駐車場などにも利用可能である。
【００２１】
本実施形態で用いる太陽電池モジュール１を図６に示す。太陽電池モジュール１には、太陽電池セル５２が９列×３行の計２７セル並んでいる。これら複数の太陽電池セル５２は、行方向（横方向）のみ電気的接続５３されており、各行の複数の太陽電池セル５２は、他の行の複数の太陽電池セル５２とは電気的には接続されていない。この太陽電池モジュール１からの電力を取り出すための配線は、太陽電池セル５２の行の数分（３系統）だけ存在する。太陽電池セル５２の数は本実施形態の数に限られないことは言うまでもない。また、太陽電池セルとしても、シリコン単結晶、多結晶、薄膜など各種の太陽電池セルを利用可能である。
【００２２】
次に、太陽電池モジュール１同士の接続方法について図８を用いて説明する。
【００２３】
図６の太陽電池モジュール１を接続するために、太陽電池セルの行の数と同じ３系統の電気配線として接続ケーブル８１を用いる。この接続ケーブル８１は、各太陽電池モジュール１の一番下同士、中央同士、一番上同士を相互に電気的に接続する。本実施形態では、３行の構成であるため、上述の３系統の接続ケーブル８１となるが、行が多くなる場合には、それに応じて接続ケーブルの本数も増えることは言うまでもない。
【００２４】
次に、太陽電池モジュールと影の関係について説明する。
【００２５】
図２において、太陽電池モジュール１は、支持支柱３に支持脚２を介して取り付けられている。その際、発電効率を上げるために、太陽電池モジュール１は、傾斜して取り付けられている。この傾斜の角度は、設置する場所や季節などにより最適な角度は変わるが、本実施形態においては、３０度とされる。太陽の高度がある程度ある場合、太陽電池モジュール１に照射された太陽光２１は、太陽電池モジュール１が無い部分を透過し地面（農地）２４に日なた２３をつくり、或いは太陽電池モジュール１により遮られ地面（農地）２４に日陰２２をつくる。この日なた２３と日陰２２の割合の調整は、太陽電池モジュール１の設置間隔を調整することで可能である。太陽光発電システム８の下で農作物をつくる場合には、農作物の成長に十分な量の太陽光があたるように、日なた２３と日陰２２の割合を調整することが重要である。図２に示すような太陽の高度であれば、太陽電池モジュール１の全面に太陽光が照射される。
【００２６】
図３は、冬や朝、夕方などの太陽の高度が低くなった場合を示す。図３における高度が低い太陽からの太陽光３１は、太陽電池モジュール１に照射されるが、間隔があけられて配置されている太陽電池モジュール１の場合であっても、地面（農地）２４には、太陽光があたらず、地面（農地）２４は日陰２２となる。この場合、南側に配置された太陽電池モジュール１による影が北側に配置された隣の太陽電池モジュール１の下側（つまり、地面（農地）２４側）に形成される。つまり、太陽電池モジュール１には、その上側には太陽光３１が照射される。
【００２７】
次に、その影の動きと、太陽電池モジュール１内の太陽電池セルとの関係を、図７を用いて説明する。
【００２８】
ここで、ある太陽電池モジュール１の南側に配置された別の太陽電池モジュール１による影の移動方向は、ヤグラ６の上部に太陽電池モジュールが設置されることから、図６や図７の図中において、上下方向となる。ここでのこの太陽電池モジュール１での下方向あるいは下側とは、太陽電池モジュール１が設置された場所から地面（農地）２４方向の側である。逆に上方向あるいは上側とは、その反対方向の側である。そして、太陽電池モジュール１には、９列×３行の計２７セルの太陽電池セル５２が配置されており、太陽電池セル５２は、太陽電池モジュール１の面内において、太陽電池モジュール１の南側に配置された別の太陽電池モジュールによる影の移動方向に対して垂直方向にのみ直列に接続している。つまり、太陽電池セル５２は、図７において、行方向（横方向）のみ電気的接続５３されている。
【００２９】
図７（ａ）は、太陽電池モジュール１の全面に太陽光が照射されている場合であり、図２で説明した状態である。図７（ｂ）から図７（ｄ）は、太陽の高度が低くなり、南側に設置した太陽電池モジュール１の影が北側の隣に設置した太陽電池モジュール１の下側に影が落ちた状態である。
【００３０】
図７（ｂ）の状態では、３行ある太陽電池セル５２のうち一番下側の１行の複数の太陽電池セル５２の半分程度に影７０が落ちている。この場合、一番下側の１行の複数の太陽電池セル５２は、ある程度発電することができるが、影７０がおちていない他の太陽電池セル５２の行と比べると、発電量が低くなり、抵抗値が高くなる。図５のような従来の太陽電池モジュール５１では、太陽電池モジュール５１内において、すべての太陽電池セル５２が直列に電気的接続５３されているため、部分的にこのような抵抗値の異なる部分があると、発電効率などが低下する。それを避けるためには、バイパスダイオードなどの部品を付加する必要がある。しかし、本実施形態においては、太陽電池モジュール１内において、各行ごとに直列に電気的接続５３されており、各行間は直列にされていないため、バイパスダイオードなどの付加部品が無くても、発電効率の低下を招くことがない。
【００３１】
図７（ｃ）の状態では、３行ある太陽電池セル５２のうち一番下側の複数の太陽電池セル５２の１行に影が落ちており、一番下側の複数の太陽電池セル５２は、発電できなくなり、高抵抗値となる。しかし、それ以外の２行の複数の太陽電池セル５２には、太陽光が照射され、発電できる状態となる。太陽光が照射された太陽電池セル５２により発電された電力を効率よく太陽電池モジュール１から取り出すために、図６を用いて説明したように、本実施形態の太陽電池モジュール１においては、太陽電池セル５２の行方向（横方向）にのみ電気的接続５３されている。よって、太陽光が照射されている上側の２行からは、それぞれ独立して発電された電力を太陽電池モジュール１の外部に取り出すことができる。下側１行は、発電しないので、高抵抗値となるが、他の２行とは電気的に接続されていないので、この太陽光が照射されていない太陽電池セルが、他の発電している太陽電池セルに影響することは無い。
【００３２】
更に、太陽の高度が下がると、図７（ｄ）の状態となり、下側の２行の太陽電池セルに影が落ち、発電できなくなるが、一番上側の１行目の太陽電池セルが発電する。その際も、上述と同様に、太陽光が照射されている上側の１行からは、それぞれ独立して発電された電力を太陽電池モジュール１の外部に取り出すことができる。下側の２行は、発電しないので、高抵抗値となるが、他の１行とは電気接続されていないので、この太陽光が照射されていない太陽電池セルが、他の発電している太陽電池セルに影響することは無い。
【００３３】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態による太陽光発電システムについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態は、太陽光発電システムを設置した後において、太陽電池モジュールを、南側に配置された別の太陽電池モジュール方向に移動し固定した場合の実施形態である。本実施形態における太陽電池モジュールとしては、第１実施形態の太陽電池モジュールを用いる。よって、構成が同じ部分については、同じ符号をつけ、一部説明を簡略化あるいは省略する。
【００３４】
本実施形態においては、地面で農作物を作成する場合、天候不順により農作物への十分な量の太陽光が確保できない状況を想定している。この場合、農作物に十分な量の太陽光を確保するために、太陽電池モジュールを取り外すことが考えられる。しかし、ヤグラ上部に設置された太陽電池モジュールの取り外し作業は非常に大変なだけでなく、太陽電池モジュール間の電気配線も取り外し、残りの太陽電池モジュールのみを再度電気的に接続する必要があり、容易に対応することができない。そこで、太陽光発電システムを設置した後においても、太陽電池モジュールを、南側に配置された別の太陽電池モジュール方向に移動し固定できるようにした。
【００３５】
図４に示すように、太陽電池モジュール４１を、南側に配置された別の太陽電池モジュール方向（図面においては右側）に移動させ、移動させていない太陽電池モジュール１の下部に、移動させる太陽電池モジュール４１の一部が重なり合うように近接配置させる。太陽電池モジュール４１は、支持脚２が支持支柱３上でスライドさせられることで移動させられる。支持脚２をスライドさせる程度であれば、接続金具を緩め移動させ、移動後改めで固定することで容易に実現できる。
【００３６】
特定の太陽電池モジュール４１を移動させると、この太陽光モジュール同士の重なり合い分だけ、地面（農地）２４につくられる日なた２３の割合が増え、地面（農地）２４に多くの太陽光を照射できるようなり、天候不順により日照時間の少なさをカバーすることができる。しかし、移動させる太陽電池モジュール４１には、この移動により移動させていない太陽電池モジュール１の影ができる。本実施形態のこの影は、太陽電池モジュールにとっては、第１実施形態で説明した太陽の高度が低くなった場合と同様である。つまり、太陽電池モジュール４１に太陽光が照射されている上側の部分は、発電された電力を太陽電池モジュール４１の外部に取り出すことができる。そして、下側の太陽電池モジュール１による影の部分は、発電しないので、高抵抗値となるが、発電している太陽電池セルとは電気接続されていないので、この太陽光が照射されていない太陽電池セルが他の発電している太陽電池セルに影響することは無い。
【００３７】
本実施形態において、南側の太陽電池モジュールを固定し、その北側の隣の太陽電池モジュールを移動させる場合について説明したが、北側の太陽電池モジュールを固定し、その南側の隣の太陽電池モジュールを移動させても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３８】
１  太陽電池モジュール
２  支持脚
３  支持支柱
４  横支柱
５  縦支柱
６  ヤグラ
７  電力制御装置
２１  太陽光
２２  日陰
２３  日なた
２４  地面（農地）
３１  太陽光
４１  移動させた太陽電池モジュール
５１  太陽電池モジュール
５２  太陽電池セル
５３  電気的接続
７０  影
７１  影
７２  影
８１  接続ケーブル
【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７】
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【図８】
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