(57)【要約】【課題】市販されている安価で高機能なカーポートを組合せることにより、機能の向上をはかった、安価で規模拡張性の高いカーポートを開発し、発電効率の向上した太陽発電システムおよびその運用方法を提供することを目的とする。【解決手段】上記カーポートに設置した太陽光発電システムを提供するため、次の手段等で工夫・発明した。（１）市販されている安価で実用的・機能的なタイプのカーポートを組合せ、できるだけ安価で、元のカーポート本体を改変することなく屋根面が一定角度の面を保つタイプの構造を提供した。（２）安価でカーポートと太陽光発電機能を具備した屋根構造を提供した。（３）カーポートに積載した太陽電池をブロック分け、集電回路を工夫することにより、陰の影響を最小限にして効率向上をはかった方法。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般に市販されている安価でシンプルな基本タイプのカーポート２つの屋根（Ａ（Ｃ），Ｂ（Ｄ））の先端部分を合掌状態で接続（間口方向に連棟）し、補助金具で補強（屋根加重に太陽電池が加わるための補強）したカーポートを１つ単位（１セット）のカーポートとして、間口方向と奥行方向に２個ずつ連棟したカーポートを１つのブロックのカーポートとし、
この１ブロックのカーポートに太陽電池を設置した場合、屋根先端部分が合掌状態で接続されるので、元の屋根（Ａ，（Ｃ））の傾斜角度を的確に定めても、第２の屋根（Ｃ，（Ｄ））の傾斜角度はその逆方向となるため、太陽光発電の効率は低下するので、この逆傾斜角度となる屋根部分（B、（D））の梁の上に、元の屋根の梁と同一傾斜角の梁（主梁）とこれらを保持する補強柱・金具を設け、このカーポートの屋根の上に、太陽電池を設置することにより、
該１ブロックのカーポートの屋根に設置した太陽電池は同一の傾斜角度・方位となるため、その傾斜角度・方位を的確に定めることにより、太陽光発電効率の向上がはかれるカーポート機能のある太陽光発電設備。
【請求項２】
一般に市販されている安価でシンプルな基本タイプのカーポートと、このカーポートの屋根勾配に対して逆勾配の屋根構造を持ったカーポートを製作し、これら２つの屋根先端部分を突合せることにより、屋根が直線状態で接続（間口方向に連棟）し、接続部分を補助金具で補強（屋根加重に太陽電池が加わるための補強）したカーポートを１単位のカーポートとして、間口方向と奥行方向に２個ずつ連棟したカーポートを１つのブロックのカーポートとして、
この１ブロックの屋根に太陽電池を設置することにより、該１ブロックのカーポートに設置した太陽電池は同一の傾斜角度・方位となるため、その傾斜角度・方位を的確に定めることにより、太陽光発電効率の向上がはかれるカーポート機能のある太陽光発電設備。
【請求項３】
請求項１、２に記載したカーポート機能のある太陽光発電システムのカーポートにおける主梁への太陽電池、波板の取付方法に関して、
主梁の上下部分にそれぞれ太陽電池と波板を設置する構造で、太陽電池は主梁の上側に主梁と直角に固定した梁に、また波板は主梁の下側に直接取付る安価で機能的な取付方法。
【請求項４】
太陽光発電システムの全体としての発電効率を低下させないための基本原理である、
「太陽光発電システムの太陽電池モジュールの構成は、太陽電池モジュールを直列に１０〜３０枚程度接続してストリングを構成し、このストリングを並列に集めてインバータの直流入力としているため、ストリングの一部のモジュールに陰がかかってもそのストリングの出力が大幅に落ちるので、陰はできるだけ数少ないストリングにかかるよう太陽電池回路を構成する」という原理を応用し、
請求項１、２の方法によって作成した１つのブロックで構成した太陽光発電システムにおいて、
第１処理過程では、
太陽電池の面が同一の傾斜角・方位角ごとに、太陽電池容量１〜３ｋＷ程度の一定容量に分割したユニットを設け、これらユニットにより自在にストリングを構成できるような電気回路・切替装置を該太陽光発電システムに設置しておき、
第２処理過程では、
同一の傾斜角・方位角ごと、発電に大きい影響をあたえる強い陰（濃、長時間）が同時にかかる可能性のあるユニットを集め、ストリングを構成する電気回路とすることにより、
太陽光発電効率を向上させることを特長とする太陽光発電システムの運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーポートの屋根に設置した太陽光発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽の光エネルギーを電気エネルギーに直接変換するものである。すなわち光電効果の一種である光起電力効果を応用しており、太陽電池中に適当なエネルギー（光子）が入射すると自由な電子と正孔が発生し、それぞれ半導体のｎ型、ｐ型半導体側に拡散し、両電極部に集まるので電力が取り出せ、電圧および電流が発生するというわけである。本発明はこの太陽電池を使った太陽光発電システムに関する。
最近は地球温暖化の問題、原子力発電所事故などにより、国際的にも自然エネルギーの利用が叫ばれている。日本においても太陽光発電システムの普及のため、最近太陽光発電電力の固定価格での電力会社の買取り制度が決定した。特に４２円／ｋWで２０年間の全量買取り制度が決定してからは、メガソーラをはじめとした産業用や家庭用太陽光発電システムの普及が著しい。技術的には特に太陽電池とその関連機器の技術進歩と低価格化は著しいが、メガソーラなどの太陽電池架台についても新技術の適用により、材料・工事費が大幅に低下している。
【０００３】
上記のように、太陽光発電システムの装置・材料・工事費の低価格化は著しいが、市街地や郊外においては、建物・建築物などの陰による太陽光発電量への影響が無視できないことが注目されている。このような場所では、地上に太陽電池を設置するわけにはいかず、建物の屋上や屋根に太陽電池を設置することが多い。そのためこの種の太陽電池の設置の技術が進むと共に、設置価格の低価格化も進んでいる。それに伴い駐車場の車庫・カーポートへの設置が注目されてきている。すなわち、カーポート上への太陽電池の設置は、本来のカーポートとしての役割のほかに、太陽光発電電力の売電によるメリットが加わる。そのため、一般住宅の車庫・カーポート上への太陽電池の設置以外に、青空駐車場に太陽電池を設置したカーポートを設けることが注目されてきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のようなカーポート機能（車庫の屋根としての機能）のある太陽光発電システムを設置・運営していくためには次のような課題がある。
（１）本来のカーポートとしての機能を持ち続けるためには、屋根部分に太陽電池を搭載しても十分な強度を維持し続けることが必要である。そして、最近の太陽電池モジュール価格の低下傾向から考えて、カーポート部分の価格が搭載太陽電池１ｋWあたりで１０万円程度以下であることが理想である。また、カーポート・太陽光発電システムの規模拡大にも適応できることも必要である。
（２）周囲の陰に対して太陽光発電量の低下ができるだけ少なく、また周囲環境の変化による新たな陰に対してもできるだけ対応できる構造であることも必要である。
（３）社会の情勢や売電電力買取り価格・買取り年数などの変化に対して対処できるために、早期の実用化も必須であること。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために実施する手段の方向・方針を述べた後、具体的な手段を「請求項」に基づき述べる。
強度や機能を満足する安価なカーポートを早期に開発するためには、既に販売され実績のあるカーポート・関連部品をベースに応用・活用すると共に、画期的な新規技術・新規組合せ等を含む必要がある。特に設置した太陽電池の向きが揃っている必要があると共に、屋根としての機能と太陽電池としての機能がマッチングしたシンプルな構造であることが必要である。
周囲の陰の影響が少ないとともに、今後の陰の変化にも対応できる太陽光発電システムである必要がある。
これらの点を中心に検討した。
【０００６】
次に、具体的な内容を「請求項」に基づき述べる。
請求項１の設備は、
一般に市販されている安価でシンプルな基本タイプのカーポート２つの屋根（Ａ（Ｃ），Ｂ（Ｄ））の先端部分を合掌状態で接続（間口方向に連棟）し、補助金具で補強（屋根加重に太陽電池が加わるための補強）したカーポートを１つ単位（１セット）のカーポートとして、間口方向と奥行方向に２個ずつ連棟したカーポートを１つのブロックのカーポートとし、
この１ブロックのカーポートに太陽電池を設置した場合、屋根先端部分が合掌状態で接続されるので、元の屋根（Ａ，（Ｃ））の傾斜角度を的確に定めても、第２の屋根（Ｃ，（Ｄ））の傾斜角度はその逆方向となるため、太陽光発電の効率は低下するので、この逆傾斜角度となる屋根部分（B、（D））の梁の上に、元の屋根の梁と同一傾斜角の梁（主梁）とこれらを保持する補強柱・金具を設け、このカーポートの屋根の上に、太陽電池を設置することにより、
該１ブロックのカーポートに設置した太陽電池は同一の傾斜角度・方位となるため、その傾斜角度・方位を的確に定めることにより、太陽光発電効率の向上がはかれるカーポート機能のある太陽光発電設備に特徴がある。
請求項２の設備は、
一般に市販されている安価でシンプルな基本タイプのカーポートと、このカーポートの屋根勾配に対して逆勾配の屋根構造を持ったカーポートを製作し、これら２つの屋根先端部分を突合せることにより、屋根が直線状態で接続（間口方向に連棟）し、接続部分を補助金具で補強（屋根加重に太陽電池が加わるための補強）したカーポートを１単位のカーポートとして、間口方向と奥行方向に２個ずつ連棟したカーポートを１つのブロックのカーポートとして、
この１ブロックの屋根に太陽電池を設置することにより、該１ブロックのカーポートに設置した太陽電池は同一の傾斜角度・方位となるため、その傾斜角度・方位を的確に定めることにより、太陽光発電効率の向上がはかれるカーポート機能のある太陽光発電設備に特徴がある。
請求項３の方法は、
請求項１、２に記載したカーポート機能のある太陽光発電システムのカーポートにおける主梁への太陽電池、波板の取付方法に関して、
主梁の上下部分にそれぞれ太陽電池と波板を設置する構造で、太陽電池は主梁の上側に主梁と直角に固定した梁に、また波板は主梁の下側に直接取付る安価で機能的な取付方法に特長がある。
請求項４の運用方法は、
太陽光発電システムの全体としての発電効率を低下させないための基本原理である、
「太陽光発電システムの太陽電池モジュールの構成は、太陽電池モジュールを直列に１０〜３０枚程度接続してストリングを構成し、このストリングを並列に集めてインバータの直流入力としているため、ストリングの一部のモジュールに陰がかかってもそのストリングの出力が大幅に落ちるので、陰はできるだけ数少ないストリングにかかるよう太陽電池回路を構成する」という原理を応用し、
請求項１、２の方法によって作成した１つのブロックで構成した太陽光発電システムにおいて、
第１処理過程では、
太陽電池の面が同一の傾斜角・方位角ごとに、太陽電池容量１〜３ｋＷ程度の一定容量に分割したユニットを設け、これらユニットにより自在にストリングを構成できるような電気回路・切替装置を該太陽光発電システムに設置しておき、
第２処理過程では、
同一の傾斜角・方位角ごと、発電に大きい影響をあたえる強い陰（濃、長時間）が同時にかかる可能性のあるユニットを集め、ストリングを構成する電気回路とすることにより、
太陽光発電効率を向上させることを特長とする太陽光発電システムの運用方法に特徴がある。
【０００７】
次に、本発明の理解に必要な用語・技術などについて解説する。
・ストリング・・・太陽電池アレイが所定の出力電圧を満足するよう、太陽電池モジュールを直接接続したひとかたまりの回路（図１０参照）
・太陽電池アレイの陰・・・図１１に示すようにストリングに沿って陰ができる場合は陰面積に応じて出力が減るが、多くのストリングに陰がかかると大幅に出力が低下する。そのために、できるだけ陰は多くのストリングにかからないような回路とすることが望まれる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果を列挙する。
（１）本来のカーポートの機能があるため、自動車を雨・雪・雹・強い日射などから守ることができる。又賃貸駐車場では青空駐車場に比べ賃料を高く設定することができる。
（２）既開発で市販されているカーポートの部材を使用しているため、強度・耐久性・デザインなどの信頼性が高く、また量産されていることから価格も安価である。
（３）カーポートの屋根部分は高さがあるために、太陽電池にかかる陰の影響が少なくなる。
（４）本発明のカーポートは、屋根面が同じ方向を向いて、傾斜角も一定であることから、太陽電池を載せれば発電効率の向上がはかられる。
（５）太陽電池をユニットに分割し陰の具合をみて、ストリングの構成を決め、集電回路を構成できるので、陰による影響を少なくして、発電効率の向上がはかれる。
（６）１ブロック（太陽電池容量１０ｋW程度）を単位として、組合せることにより、中・大規模なカーポート機能のある太陽光発電システムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、市販されているシンプルな基本タイプのカーポート、および屋根先端において合掌状態で接続した図である。
【図２】図２は、図１の合掌状態のカーポートを間口方向に２個連棟した図である。合掌状態で接続した部分は補助金具で補強してある。
【図３】図３は、図２の４箇所の屋根部分（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を同一傾斜角の屋根にして、太陽電池を設置した図である。Ｄの部分は右端に追加の柱を設けて主梁を保持している。
【図４】図４は、図２の３箇所の屋根部分（Ａ，Ｂ，Ｃ）を同一傾斜角の屋根にして、太陽電池を設置した図である。当然、図３の場合より発電効率は少し落ちる。
【図５】図５（１）は、上記の基本タイプのカーポートであり、図５（２）は、（１）のカーポートの屋根勾配を逆勾配にしたタイプのカーポートである。図５（３）は、（１）と（２）を屋根先端部で突合せ、屋根が直線状態で接続した状態である。
【図６】図６は、図５（３）の屋根部分を補強し、間口方向に２個を連棟したカーポートの屋根に太陽電池を設置した状態を示す。
【図７】図７（１）は、上記基本タイプのカーポートの主梁に波板と太陽電池を設置する構造を示したものであり、太陽電池は、主梁の上に、この主梁に直角に設けた梁の上に設置している。波板は上記直角に設けた梁に、下側から設置している。そして、図７の（２）は、主梁に設置する太陽電池を２重の梁で支えたものである。
【図８】図８（１）は、上記基本タイプのカーポートの主梁に折板と太陽電池を設置する構造を示したものであり、太陽電池は、主梁の上に設けた折板に沿って設けた梁の上に設けている。図８（２）は上記図８（１）において、折板の上に直角に設けた梁とさらに直角に梁を設け太陽電池を設置したものである。
【図９】図９（１）は、図４のカーポートの場合に設置している太陽電池を０．５〜１ｋＷ程度のユニットに分割していることを示し、障害物の陰がかかっている様子を表している。又、図９（２）、（３）は太陽光発電システムの４つの各ストリングが上記ユニットによってどのように構成されているかをあらわしている。（１）の障害物がある場合は、（３）は（２）に比べ発電量の低下が少なく、かなり効率が高い。
【図１０】図１０は、太陽電池とストリングについて説明した図である。
【図１１】図１１は、ストリングの構成を示すト共に、陰と太陽電池光発電の関係を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
請求項１〜４の内容を図を用いて説明する。
請求項１は図３を最良の形態としているが、Dの部分を支える柱は２本あるが、１本で支えようとすると図４の形態となるが発電効率はやや下がる。状況・諸条件によりどちらを使うかが決められる。ここで合掌部分の補助金具（斜線をほどこした三角形の部分）は最小限の材料で効果的に強度を増すような構造とした。また、元の梁の上に設けた梁を支える補強柱もやはり、最小限の材料で強度を保つような構造としている。なお、図３、４では梁への波板や太陽電池の設置方法は必ずしも正確に表現したものではないため、詳細は、請求項３で述べている。
請求項２は図６のとおり、請求項１の構造に比べてシンプルな構造であるが、基本構造のカーポートに対して逆勾配の屋根を持ったカーポートを開発する必要がある。そのため請求項１とは長短がある。ここでも直線となった梁の部分は加重がかかるため補強剤を使っている。なお、図６でも梁への波板や太陽電池の設置方法は必ずしも正確に表現したものではなく、詳細は、請求項３で述べている。
請求項３は図７のとおり、基本構造のカーポートに波板と太陽電池の取り付け方法を示したもので、主梁の上下にそれぞれ太陽電池と波板を取り付ける方法を示している。図７（１）は最小限の材料を使った場合であり、より安価な構造となる。図７（２）は太陽電池を支えるための材料を２重にした場合である。また、図８は波板の代わりに折板を使った場合である。図８の（１）と（２）の区分は図７の場合と同様である。
請求項４を説明したのが、図９であり、図９（１）のような陰が生じることが多い場合は、図９（２）より図９（３）のように、陰がかかるユニットは一つのストリングにまとめる方が効率がよいことを示している。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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