(57)【要約】【課題】太陽光パネルを地表面や水表面から一定の間隔をあけて上方の空中に設置してなる空中太陽光発電システムを提供する。【解決手段】上に凸状に湾曲して圧縮力が作用するようにしたアーチ型の上弦材１２と、上弦材１２と端部同士で接合し、下に凸状に湾曲して引張力が作用するようにしたサスペンション型の下弦材１４と、上弦材１２と下弦材１４とを連結するラチス材１６と、上弦材１２と下弦材１４とを接合する接合端部２０を支持する支柱１８とからなり、接合端部２０で上弦材１２の圧縮力と下弦材１４の引張力を相殺するサスペンアーチ構造と、上弦材１２に設けた太陽光パネル２２とを備えるようにする。【選択図】図１
2014118749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上に凸状に湾曲して圧縮力が作用するようにしたアーチ型の上弦材と、
前記上弦材と端部同士で接合し、下に凸状に湾曲して引張力が作用するようにしたサスペンション型の下弦材と、
前記上弦材と前記下弦材とを連結するラチス材と、
前記上弦材と前記下弦材とを接合する接合端部を支持する支柱とからなり、
前記接合端部で前記上弦材の圧縮力と前記下弦材の引張力を相殺するサスペンアーチ構造と、
前記上弦材に設けた太陽光パネルとを備えることを特徴とする空中太陽光発電システム。
【請求項２】
前記太陽光パネルを前記上弦材に設けた架台に取り付け、前記架台の傾斜角度を変更することで前記太陽光パネルの受光面の向きを変更自在に構成したことを特徴とする請求項１に記載の空中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、地表面や水表面から一定の間隔をあけて上方の空中に太陽光パネルを配置し、この太陽光パネルで太陽光を受光して発電するようにした空中太陽光発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電事業においては、電力の買取制度が法制化されたことに伴い、２０２０年度までに全国約３０地点で約１４万ｋＷの太陽光発電設備を設置する「メガソーラー発電」計画が電気事業者から公表されている。一般家庭の屋根や屋上などに取り付けられる従来型の太陽光発電設備は、概ね２〜４ｋＷ程度の発電能力であるが、このメガソーラー発電計画ではこれを大規模にして、１ヵ所あたり１千〜２万ｋＷという発電能力を持つ発電施設にすることを想定している。
【０００３】
このようなメガソーラー発電施設の建設方式としては、平坦な土地のグランドレベルに太陽光パネルを直接設置していく地上設置方式が一般的である。しかしながら最近では、平坦で支持力がある事業用地の確保が困難な状態になるとともに、用地の賃料が急激に高騰しており、今後、メガソーラー発電計画を進めるにあたり、事業規模に必要なだけの条件の良い用地を確保することは困難になると予想される。
【０００４】
なお、メガソーラー発電施設などで用いる太陽光パネルの設置方法に関連して、太陽光パネルの取り付け作業を容易にしたもの（例えば、特許文献１を参照）や、太陽光パネルにおける受光面の向きを太陽の動きに追従可能にして発電効率を高めたもの（例えば、特許文献２、３を参照）などがこれまでに提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８５０３０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７４９４４号公報
【特許文献３】特許第３９０６１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、メガソーラー発電計画における太陽光発電施設に必要な用地が不足してきた場合には、傾斜地、地盤条件の悪い土地（田園跡地、沼地等）、津波や高波などの影響を受けやすい土地などを活用することが予想される。そのような条件下では、当該土地のグランドレベルに太陽光パネルを直接設置する地上設置方式の適用は困難である。このため、太陽光パネルを地表面や水表面から一定の間隔をあけて上方の空中に設置する方式の開発が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽光パネルを地表面や水表面から一定の間隔をあけて上方の空中に設置してなる空中太陽光発電システム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】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る空中太陽光発電システムは、上に凸状に湾曲して圧縮力が作用するようにしたアーチ型の上弦材と、前記上弦材と端部同士で接合し、下に凸状に湾曲して引張力が作用するようにしたサスペンション型の下弦材と、前記上弦材と前記下弦材とを連結するラチス材と、前記上弦材と前記下弦材とを接合する接合端部を支持する支柱とからなり、前記接合端部で前記上弦材の圧縮力と前記下弦材の引張力を相殺するサスペンアーチ構造と、前記上弦材に設けた太陽光パネルとを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る他の空中太陽光発電システムは、上述した発明において、前記太陽光パネルを前記上弦材に設けた架台に取り付け、前記架台の傾斜角度を変更することで前記太陽光パネルの受光面の向きを変更自在に構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る空中太陽光発電システムによれば、上に凸状に湾曲して圧縮力が作用するようにしたアーチ型の上弦材と、前記上弦材と端部同士で接合し、下に凸状に湾曲して引張力が作用するようにしたサスペンション型の下弦材と、前記上弦材と前記下弦材とを連結するラチス材と、前記上弦材と前記下弦材とを接合する接合端部を支持する支柱とからなり、前記接合端部で前記上弦材の圧縮力と前記下弦材の引張力を相殺するサスペンアーチ構造と、前記上弦材に設けた太陽光パネルとを備えるので、サスペンアーチ構造の上弦材に太陽光パネルを設けることにより、太陽光パネルを地表面や水表面から一定の間隔をあけて上方の空中に設置してなる空中太陽光発電システムを提供することができるという効果を奏する。
【００１１】
また、立地地点の地盤の傾斜や支持力不足などといった、地上設置方式では不利な地盤条件として適用困難と判断される場合であっても、本発明では太陽光パネルを空中に設置するので立地地点の地盤条件の影響を受けることなく容易に適用可能である。さらに、海岸部における津波、高潮に対する安全性が高いという効果も見込める。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る空中太陽光発電システムの実施例を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明に係る空中太陽光発電システムの実施例を示す図であり、図１のＡ−Ａ平面図である。
【図３】図３は、本発明に係る空中太陽光発電システムの実施例を示す図であり、図１のＢ−Ｂ平面図である。
【図４】図４は、図１のａ部詳細図である。
【図５】図５は、本発明に係る空中太陽光発電システムの実施例を示す図であり、図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図６は、本発明に係る空中太陽光発電システムの実施例を示す図であり、図１のＤ−Ｄ断面図である。
【図７】図７は、図６のｂ部詳細図（正面図）である。
【図８】図８は、図６のｂ部詳細図（側面図）である。
【図９】図９は、図６のｂ部詳細図（平面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る空中太陽光発電システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例では空中太陽光発電システムを地表面の上方の空中に設置する場合を例にとり説明するが、この実施例によりこの発明が限定されるものではなく、例えば、支柱の基礎を海や湖の水底に支持させることにより、太陽光パネルを水表面の上方の空中に設置するようにしてもよい。
【００１４】
図１、図２および図３に示すように、本発明に係る空中太陽光発電システム１０は、アーチ型の上弦材１２と、サスペンション型の下弦材１４と、ラチス材１６と、地表面ＧＬに立設された支柱１８とからなり、上弦材１２と下弦材１４の接合端部２０で上弦材１２の圧縮力と下弦材１４の引張力で水平反力を相殺する、いわゆるサスペンアーチ構造を備えている。この空中太陽光発電システム１０は、上弦材１２に設けた太陽光パネル２２をさらに備えている。
【００１５】
上弦材１２は、上に凸状に湾曲して圧縮力が作用するようにしたアーチ型の部材であり、図２に示すように、橋軸方向に平行に２本配置してある。上弦材１２は例えば矩形断面の集成材で構成することができる。
【００１６】
下弦材１４は、上弦材１２と端部同士で接合し、下に凸状に湾曲して引張力が作用するようにしたサスペンション型の部材である。下弦材１４には大きな引張力が作用するため、例えば引張強度の高い鋼製のフラットバーで構成することが望ましい。図３に示すように、下弦材１４は支柱１８側に配置される第一下弦材１４ａと、中央側に配置される第二下弦材１４ｂ、第三下弦材１４ｃとで構成されている。
【００１７】
第一下弦材１４ａは橋軸方向に間隔をあけて径間を略三等分する位置に設けた２個のヒンジ２４から左右の支柱１８に向けて平面視でＶ字状に配置してある。第二下弦材１４ｂ、第三下弦材１４ｃは、橋軸方向に間隔をあけて径間を略三等分する位置に設けた２個のヒンジ２４間に架設してあり、第二下弦材１４ｂは第三下弦材１４ｃの外側を挟み込む態様でその両側に配置してある。ヒンジ２４近傍における第一下弦材１４ａ、第二下弦材１４ｂ、第三下弦材１４ｃの詳細な位置関係については図６〜図９を用いて後述する。
【００１８】
ラチス材１６は、上弦材１２と下弦材１４とを連結する部材である。図３に示すように、ラチス材１６は、２個のヒンジ２４に４本のラチス材１６の下端を接合し、上端を上弦材１２に接合する態様にて、図１の側面視でＶ字状に、図３の平面視でＸ字状に配置してある。ラチス材１６の材料としては発生する軸力（圧縮力）、曲げモーメントに抵抗可能な鋼管を使用することができる。
【００１９】
支柱１８は、上弦材１２と下弦材１４とを接合する接合端部２０を支持する部材である。本発明ではサスペンアーチ構造を採用したことにより、支柱１８には常時の水平反力は発生しない。しかし、地震力および風荷重に対して安全性を確保することが必要であることから、支柱１８の構造としては例えば角型鋼管などの鋼構造を採用することが望ましい。図３に示すように、支柱１８は上弦材１２と下弦材１４の接合端部２０の数に対応して左右２本ずつの合計４本設けてあり、その下端は地中に埋設したコンクリート基礎２６に固定してある。隣り合う支柱１８の上端部同士は水平材２８で連結してあり、各支柱１８の下端部は鋼製の補強プレート３０で補強してある。
【００２０】
また、図２に示すように、２本の上弦材１２の間には、端横桁３２が外側に、複数の中間横桁３４がその内側に所定の間隔で掛け渡してある。さらに、複数の小梁３６が２本の上弦材１２の間に平行に設けてある。この小梁３６と中間横桁３４とで形成される格子構造の中央領域にパンチングメタル３８が施してあり、これを囲む周囲領域にグレーチング４０が施してある。このグレーチング４０の床は点検用歩廊として利用される。また、小梁３６および上弦材１２上にはパネルサポート５４が立設され、このパネルサポート５４が保持する格子枠状の架台に複数枚の太陽光パネル２２が取り付けてある。
【００２１】
ここで、本実施例のサスペンアーチ構造では、支柱１８間の径間長２５ｍ程度、奥行き幅５ｍ程度、支柱１８の高さ３ｍ程度の規模を想定している。この場合、上弦材１２に設置される太陽光パネル２２の１枚あたりの最大出力が２３３Ｗ程度、その配置枚数が幅方向４枚×橋軸方向１４枚＝５６枚、システム最大出力２３３×５６＝１３ｋＷ程度規模のものを想定することができる。
【００２２】
このように、本発明によれば、太陽光パネル２２を地表面ＧＬから一定の間隔をあけて上方の空中に設置できる形式の空中太陽光発電システムを提供することができるという効果を奏する。また、立地地点の地盤の傾斜や支持力不足などといった、従来の地上設置方式では不利な地盤条件として適用困難と判断される場合であっても、本発明では地表面や水表面から離れた空中に太陽光パネル２２を設置するので立地地点の地盤条件の影響を受けることなく容易に適用可能である。さらに、本発明により太陽光パネルを海岸部などの水辺の上方の空中に設置した場合、太陽光パネルは波浪の影響を受けるおそれがないので、津波、高潮に対する安全性が高いという効果も見込める。
【００２３】
図４は接合端部２０の詳細断面図である。この図４に示す実施例では、接合端部２０は、ＲＣ構造（鉄筋コンクリート構造）で構成されている。この接合端部２０は、下面側に配置されたゴム支承４２を介して支柱１８により支持されている。上弦材１２の端部はスタッドボルト４４を介して接合端部２０に埋設固定されている。また、下弦材１４（１４ａ）の端部にはフランジプレート４６が溶接してあり、貫通鉄筋で補強された孔あき鋼板ジベル４８を介して接合端部２０に埋設固定されている。なお、この接合端部２０は、圧縮力と引張力の伝達を図る部位であることから、ＲＣ構造で構成する代わりに鋼構造で構成してももちろん構わない。
【００２４】
図５および図６に示すように、最外側の小梁３６の上側には手摺５０が設けてあり、最外側の小梁３６と支柱１８との間には傾斜した歩廊支柱５２が設けてある。また、複数本のパネルサポート５４が小梁３６および上弦材１２上に立設してある。このパネルサポート５４上には平面視で格子枠状の架台５６が設けてあり、架台５６には複数枚の矩形平面状の太陽光パネル２２が並設して取り付けてある。ここで、上弦材１２が上に凸状に湾曲した形態であることから、複数枚で構成される太陽光パネル２２も上弦材１２の形態に沿って側面視で近似的に上に凸状に湾曲するように配置してもよいし、受光効率を高めるために、太陽光パネル２２の各受光面２２ａが同一方向を向くように平面的に配置してもよい。
【００２５】
なお、本実施の形態の格子枠状の架台５６では、図示しないアクチュエータで所定のパネルサポート５４を伸縮あるいは回転等させることで架台５６の傾斜角度θを変更し、太陽光パネル２２の受光面２２ａの向きを変更自在に構成してある。ここで、太陽光パネル２２の受光面２２ａを太陽の高度に追従するようにしておくことが発電効率上望ましいことから、予め計算等によって当該地点における時節ごとの太陽の高度を割り出しておき、太陽光パネル２２の受光面２２ａの向きをこの太陽の高度に追従可能に構成するようにしてもよい。
【００２６】
図７、図８および図９はヒンジ２４の部分詳細図である。これらの図に示すように、ヒンジ２４には、下弦材１４を構成する２本の第一下弦材１４ａと、２本の第二下弦材１４ｂと、１本の第三下弦材１４ｃの各端部がそれぞれ回転自在に固定されている。また、各ラチス材１６は、その下端部に設けた連結プレート５８を介してヒンジ２４に接合されている。
【００２７】
上記の実施の形態において、上弦材１２はアーチ材として機能するため、材質としては、例えば環境への配慮より間伐材から製作される集成材を使用することが可能である。このように構成すれば、サスペンアーチ構造による環境に配慮した合理的かつ安定した空中太陽光発電システムを提供することができる。集成材としては、例えばエコアコールウッド（登録商標）などの高耐久性木材を用いるようにしてもよい。また、集成材に取り付けられる接合金物には耐久性を確保するために防錆処理を行うことが好ましい。なお、上弦材１２はアーチ材であることから、集成材を用いる代わりに、例えば圧縮力に優れた軽量鉄骨構造なども採用可能であることはいうまでもない。
【００２８】
以上説明したように、本発明に係る空中太陽光発電システムによれば、上に凸状に湾曲して圧縮力が作用するようにしたアーチ型の上弦材と、前記上弦材と端部同士で接合し、下に凸状に湾曲して引張力が作用するようにしたサスペンション型の下弦材と、前記上弦材と前記下弦材とを連結するラチス材と、前記上弦材と前記下弦材とを接合する接合端部を支持する支柱とからなり、前記接合端部で前記上弦材の圧縮力と前記下弦材の引張力を相殺するサスペンアーチ構造と、前記上弦材に設けた太陽光パネルとを備えるので、サスペンアーチ構造の上弦材に太陽光パネルを設けることにより、太陽光パネルを地表面や水表面から一定の間隔をあけて上方の空中に設置してなる空中太陽光発電システムを提供することができるという効果を奏する。また、立地地点の地盤の傾斜や支持力不足などといった、地上設置方式では不利な地盤条件として適用困難と判断される場合であっても、本発明では太陽光パネルを空中に設置するので立地地点の地盤条件の影響を受けることなく容易に適用可能である。さらに、海岸部における津波、高潮に対する安全性が高いという効果も見込める。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明に係る空中太陽光発電システムは、地表面や水表面から一定の間隔をあけて上方の空中に太陽光パネルを配置し、この太陽光パネルで太陽光を受光して発電するようにした空中太陽光発電に有用であり、特に、発電立地地点の地盤の傾斜や支持力不足などといった、地上設置方式では不利な地盤条件と判断される地点に適している。
【符号の説明】
【００３０】
１０  空中太陽光発電システム
１２  上弦材
１４  下弦材
１４ａ  第一下弦材
１４ｂ  第二下弦材
１４ｃ  第三下弦材
１６  ラチス材
１８  支柱
２０  接合端部
２２  太陽光パネル
２２ａ  受光面
２４  ヒンジ
２６  コンクリート基礎
２８  水平材
３０  補強プレート
３２  端横桁
３４  中間横桁
３６  小梁
３８  パンチングメタル
４０  グレーチング
４２  ゴム支承
４４  スタッドボルト
４６  フランジプレート
４８  孔あき鋼板ジベル
５０  手摺
５２  歩廊支柱
５４  パネルサポート
５６  架台
５８  連結プレート
ＧＬ  地表面
θ  傾斜角度
【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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【図９】
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