(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で発電効率を高めることができる太陽光発電システムと、太陽光発電システム用の冷却装置を提供する。【解決手段】架台２上に固定される複数の太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄを備えた太陽光発電システムは、太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄの表面を冷却するための貯水タンク６を備え、架台２は貯水タンク６から流路７を経て供給される水を太陽電池モジュール１Ａ〜１Ｄの表面に放出するための複数の散水孔２Ａを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架台上に固定される複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムにおいて、
前記太陽光発電システムはさらに太陽電池モジュールの表面を冷却するための冷却水供給手段を備え、そして前記架台は前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有しているかあるいは前記架台は前記架台に固定する前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有する散水管を有することを特徴とする、太陽光発電システム。
【請求項２】
前記冷却水供給手段から散水孔を介して排出される水の水量は、前記太陽電池モジュールの表面温度に応じて変化す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】
前記前記冷却水供給手段から前記散水孔を介して排出される水は、前記太陽電池モジュールに積雪した雪を溶かす融雪用の水として使用す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。
【請求項４】
前記太陽光発電システムは、水上設置用または水源近傍に設置用の太陽光発電システムであり、前記設置箇所の水を前記冷却水供給手段の水源として利用することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記太陽光発電システムは、水上に設けられた移動手段上に設けられており、前記太陽光発電システムの架台または架台近傍には位置情報、受光情報または両者を測定するセンサが設けられ、前記移動手段は、前記センサの情報に基づいて、移動、旋回または停止することを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
架台上に固定される複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムに接続し、前記太陽電池モジュールの表面を冷却するための太陽光発電システム用の冷却装置であって、
太陽電池モジュールの表面を冷却するための冷却水供給手段と、そして前記架台に接続する前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有している散水枠とから構成された冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、太陽光を太陽電池を用いて直接的に電力に変換する発電方式であり、ソーラー発電とも呼ばれており、再生可能エネルギーである太陽エネルギーの利用方法の1つである。
【０００３】
太陽光発電システムは、工場、大規模施設、マンション、学校等の公共施設等の産業用・工業用のシステムから住宅用のシステムまで幅広く開発され、特に余剰電力を電力会社が買い上げるために住宅用の太陽光発電システムが普及しつつある。
【０００４】
例えば住宅用の太陽光発電システムは、図４に示す通り、光電効果を利用して太陽光から電気を取り出す複数の太陽電池モジュールと１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・と、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・を固定するための架台２と、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・から取り出された電気をとりまとめる接続ユニット３と、接続ユニット３からランダムな量と電力で入力される電気を安定化するためのパワーコンディショナ４と、分電盤５とから構成されており、所望に応じて発電量をモニタするためのモニタ（図示せず）がパワーコンディショナ４を介して接続されている。
【０００５】
太陽光発電は、その光電変換効率が３０％以下であり、また、太陽光に含まれる熱線によって加熱されてその温度が上昇し、その熱によって光電変換効率（発電効率）がさらに低下させられることが知られている。そのため、光電変換効率を向上させるために、太陽光発電装置を冷却することが検討されている。この種の装置の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置は、複数の太陽電池モジュール間をヒートパイプで接続し、日照障害のない太陽電池モジュールから、日照障害のある太陽電池モジュールに熱輸送することにより、太陽電池アレイ全体の温度分布を緩衝するように構成されている。
【０００６】
また、特許文献２では、太陽光発電装置を冷却することにより、光電変換効率（発電効率）を向上させることのできる太陽光発電装置の冷却装置を提供することを架台として、太陽光を電気に変換する太陽光発電装置の冷却装置において、太陽光発電装置の裏面に、自励振動型ヒートパイプの少なくとも一部分が熱伝達可能に接触して設けられ、太陽光発電装置１と自励振動型ヒートパイプとの間で熱交換するとともに、その熱交換によって自励振動型ヒートパイプに輸送された熱を自励振動型ヒートパイプの他の部分から大気中に放熱するように構成された冷却装置を開示している。この技術では、太陽光発電装置に生じた熱を自励振動型ヒートパイプで熱輸送して大気中に放熱することにより、太陽光発電装置を冷却でき、光電変換効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１７４３１９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０３３５０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、特許文献１の方法では冷却効果は不十分であり、特許文献２の方法では太陽電池モジュール上に自励振動型ヒートパイプを固定するので太陽電池モジュールの受光面積が少なくなり、トータルとしての発電量が少なくなる。
【０００９】
したがって、本発明の課題は、簡単な構成で発電効率を高めることができる太陽光発電システムを提供することである。
【００１０】
本発明の他の課題は、簡単な構成で発電効率を高めることができる太陽光発電システム用の冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、太陽光発電システムの太陽電池表面に散水することにより太陽電池表面温度が数度（例えば１から５℃）下がり、太陽電池表面温度の低減により発電効率が上昇することを見出して本発明を創作するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、架台上に固定される複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムにおいて、前記太陽光発電システムはさらに太陽電池モジュールの表面を冷却するための冷却水供給手段を備え、そして前記架台は前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有しているかあるいは前記架台は前記架台に固定する前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有する散水管を有することを特徴とする太陽光発電システムである。
【００１３】
本発明の太陽光発電システムにおいて、前記冷却水供給手段から前記散水孔介して排出される水の水量は、前記太陽電池モジュールの表面温度に応じて変化することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記前記冷却水供給手段から前記散水孔を介して排出される水は、前記太陽電池モジュールに積雪した雪を溶かす融雪用の水として使用することができる。
【００１５】
また、本発明の太陽光発電システムは、水上設置用または水源近傍に設置用の太陽光発電システムであり、前記設置箇所の水を前記冷却水供給手段の水源として利用することができ、好ましくは前記太陽光発電システムは、水上に設けられた移動手段上に設けられており、前記太陽光発電システムの架台または架台近傍には位置情報、受光情報または両者を測定するセンサが設けられ、前記移動手段は、前記センサの情報に基づいて、移動、旋回または停止する。
【００１６】
本発明は、また架台上に固定される複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムに接続し、前記太陽電池モジュールの表面を冷却するための太陽光発電システム用の冷却装置であって、太陽電池モジュールの表面を冷却するための冷却水供給手段と、そして前記架台に接続する前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有している散水管とから構成された冷却装置に関する。
【発明の効果】
【００１７】
架台上に固定される複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムにおいて、前記太陽光発電システムはさらに太陽電池モジュールの表面を冷却するための冷却水供給手段を備え、そして前記架台は前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有する（あるいは架台に固定された散水孔を有する散水管を設ける）という簡単な構成により、太陽電池モジュールの表面温度を低減することが可能となる。太陽電池モジュールの表面温度の低減により、発電効率を上昇させることが可能となる。そのため、同一日照条件で、太陽電池モジュール単位面積当たり、高い発電量の太陽光発電システムが提供可能となる。
【００１８】
また、本発明の太陽光発電システムの冷却装置は、太陽電池モジュールの表面を冷却するための冷却水供給手段と、そして前記架台に接続する前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有している散水管という簡単な構成で、既存の太陽光発電システムに接続して発電効率を上昇させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の太陽光発電システムの一例を示す図面である。
【図２】本発明の太陽光発電システムの別の一例を示す図面である。
【図３】本発明の太陽光発電システム用の冷却装置の一例を示す図面である。
【図４】従来の太陽光発電システムの一例を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムを図１および図２に基づいて説明する。
【００２１】
図１に示す通り、本発明の太陽光発電システムは、光電効果を利用して太陽光から電気を取り出す複数の太陽電池モジュールと１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・と、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・を固定するための架台２と、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・から取り出された電気をとりまとめる接続ユニット３と、接続ユニット３からランダムな量と電力で入力される電気を安定化するためのパワーコンディショナ４と、分電盤５とから構成されており、所望に応じて発電量をモニタするためのモニタ（図示せず）がパワーコンディショナ４を介して接続されている。
【００２２】
本発明の太陽光発電システムにおいて使用可能な太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接電力に変換する電力機器であり、シリコン太陽電池の他、様々な化合物半導体などを素材にした既存の太陽光発電システムで使用されている太陽熱モジュールから適宜選択され、設置個数は、目的とする理論最大発電量、設置面積、価格等の条件に基づいて適宜選択され、架台２により設置場所に固定される。
【００２３】
また、接続ユニット３は、複数の太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄで発生した電気をとりまとめる既存の装置であり、パワーコンディショナ４は、接続ユニット３から出力され入力された直流電流の電気の電圧を一定に昇圧し、交流電流に変換し、安定した電圧で出力する装置である。そして、パワーコンディショナ４で調整された電気は分電盤５を介して、供給される。また、停電時でも日射があれば、パワーコンディショナ４の自立運転機能で通常の電気系統とは別に電気を供給し、完全な停電状態を回避することができる。
【００２４】
本発明は、このような太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面を冷却するために冷却水供給手段と冷却水供給手段からの冷却水を散水するための架台２に設けられた複数の散水孔２Ａにより太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面上に散水する構成を有している。
【００２５】
図１に示す実施形態では、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・は、住宅用の傾斜屋根等の傾斜を有する設置場所に設置することを想定しているので、散水孔２Ａは、冷却水が傾斜に沿って流れるように縦方向に複数所定間隔で配置されている。
【００２６】
一方、図２に示す実施形態では、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・を水平方向に設置することを想定しているものであり、縦方向、横方向それぞれに所定間隔で複数散水孔を設置している。
【００２７】
このように、本発明の太陽光発電システムでは、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の設置箇所に応じて、冷却水を太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面に十分に散水できるように散水孔２Ａを架台に設けている。なお、散水孔の個数、散水孔の開口度、開口向きは、冷却水供給手段からの冷却水が太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面にほぼ均一に流れる構成であれば特に限定されるものではない。
【００２８】
一方、冷却水供給手段は、一般に、冷却水を貯水する貯水タンク６と冷却水を供給するための架台２に接続された流路７、７Ａ、７Ｂと、貯水タンクに貯水された冷却水を流路７、７Ａ、７Ｂを介して散水孔２Ａから太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面に送るためのポンプＰから構成されている。
【００２９】
本発明者等の実験によると、夏季（外気温３１．７℃）の際に散水しない場合の太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面温度は４８．１℃であり、一方本発明のように冷却水供給手段により散水孔から散水した場合には太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面温度は４３．８℃と４．３℃低減した。この際の発電量は、前者が９６４ＫＷｈであったのに対して後者では１２２１Ｋｗｈと発電効率が２１％上昇した。同様に秋季（外気温１２．１℃）の際に散水しない場合の太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面温度は１２．９℃であり、一方本発明のように冷却水供給手段により散水孔から散水した場合には太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面温度は１１．７℃であった。実測値を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
なお、本発明の冷却水供給手段から散水孔２Ａを介して通流する水の量は、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面温度に依存して適宜変更可能であり、通水と通水の終了も適宜変更することが可能である。例えば、本発明の太陽光発電システムにおける発電量をモニタし、発電量が上昇する場合には通水を続け通水を続けても発電量が上昇しない場合には通水を止めることができる。雨天や夜間等の発電しない場合には通水を止めるのは当然である。
【００３２】
また、冬季に太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・上に積雪（２．３ｃｍ）あった際に、冷却水供給手段より散水孔２Ａを介して通流したところ、約２５分で太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・表面上の雪は落雪した。このように本発明の太陽光発電システムでは、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・に積雪した際に冷却水供給手段より散水孔２Ａを介して通流する水は融雪用として機能する。
【００３３】
このように構成された本発明の太陽光発電システムは、通水手段と散水孔という簡単な構成により発電効率を２０％程度まで上昇させることが可能であるので、通水に係るコストよりも発電量の上昇によるメリットの方が大きいと考えられる。しかも、積雪時には融雪機能を有するので積雪後のメンテナンスが容易である。また、例えば本発明の太陽光発電システムを住宅用の発電システムとして屋根に設置した場合、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面の冷却に使用した水は、雨どいを介して用意に排水可能であり、特に排水手段を設ける必要がない。
【００３４】
また、本発明の太陽光発電システムは、例えば船舶、筏等に搭載して、冷却水供給手段の水源として現場の水を利用することも可能である。同様に、用水路、農業用水、河川近傍に設置してこれらの水を水源として利用することも可能である。このような場合、周知の浄水手段を介して浄化した水を利用する。また、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ・・・の表面の冷却に使用した水は、そのまま水源に排水することが可能である。
【００３５】
このように水上で本発明の太陽光発電システムを使用する場合、例えば図３に示すように、浮遊を自在とする架台２の所定位置に、各種センサＳ、Ｓ’、例えば位置情報を示すＧＰＳ受信機、光位置センサ等のセンサＳ、Ｓ’を搭載し、この架台２に移動手段を設けることにより、センサ等の情報に応じて移動または、より太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄに光が受光するように移動させることができる。このように構成することにより、本発明の太陽光発電システムは、水上で利用する場合により発電量を増加させることが可能となる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００３７】
例えば、図１および図２で示す実施形態では架台２に散水孔２Ａを設けて通水したが、架台２に別途散水管を設けて架台２に固定することも本発明の範囲内である。
【００３８】
また、図１および図２に示す実施形態は、新規太陽光発電システムとして説明したが、例えば図３に示す通り既存の太陽光発電システムに、冷却水供給手段と、散水管８を設けることも本発明の範囲内である。
【００３９】
したがって、本発明は架台上に固定される複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムに接続し、前記太陽電池モジュールの表面を冷却するための太陽光発電システム用の冷却装置であって、太陽電池モジュールの表面を冷却するための冷却水供給手段と、そして前記架台に接続する前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有している散水枠とから構成された冷却装置にまで拡大される。
【００４０】
以上、説明を行った太陽光発電システムは、原子力発電プラント等であって現在その運転を停止若しく休止しているプラントにおいては、ほとんどの場合給電設備が整っているとともに、配置地域が沿岸沿いでもあるため、それらの設備等を有効的に活用利用することが可能である。
また、水力発電に供されるダム等においても利用することができるのは勿論であるが、ダムが渇水状態となった際には予備的な発電システムとしての利用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
架台上に固定される複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムにおいて、前記太陽光発電システムはさらに太陽電池モジュールの表面を冷却するための冷却水供給手段を備え、そして前記架台は前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有する（あるいは架台に固定された散水孔を有する散水管を設ける）という簡単な構成により、太陽電池モジュールの表面温度を低減することが可能となる。太陽電池モジュールの表面温度の低減により、発電効率を上昇させることが可能となる。そのため、同一日照条件で、太陽電池モジュール単位面積当たり、高い発電量の太陽光発電システムが提供可能となる。
【００４２】
また、本発明の太陽光発電システムの冷却装置は、太陽電池モジュールの表面を冷却するための冷却水供給手段と、そして前記架台に接続する前記冷却水供給手段から供給される水を前記太陽電池モジュールの表面に放出するための複数の散水孔を有している散水管という簡単な構成で、既存の太陽光発電システムに接続して発電効率を上昇させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ    太陽電池モジュール
２  架台
２Ａ  散水管
３  接続ユニット
４  パワーコンディショナ
５  分電盤
６  貯水タンク
７、７Ａ、７Ｂ  流路
８  散水管
Ｓ、Ｓ’  センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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