(57)【要約】      （修正有）【課題】ソーラーパネルの角度を一定に保持した角度固定型の太陽光発電装置において、朝夕いずれの時間帯においても発電効率を改善することができる技術を提供する。【解決手段】ソーラーパネル１の角度を一定に保持した角度固定型の太陽光発電装置において、ソーラーパネル１の上面側にパネル縁部に沿って長尺な断面略四分円状の乱反射鏡３を突設し、太陽光を乱反射鏡３で乱反射して、乱反射光の一部がソーラーパネル１に入射可能とした。ここで乱反射鏡３は、断面略四分円状のレンズ体を本体として、レンズ体における断面略四分円弧状の曲面部をパネルに向け、曲面部から半径方向に形成される水平面部と垂直面部のうち水平面部を設置面としてパネル縁部に設置すると共に、水平面部と垂直面部のうち少なくとも垂直面部に乱反射面を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラーパネルの角度を一定に保持した角度固定型の太陽光発電装置において、前記ソーラーパネルの上面側にパネル縁部に沿って長尺な乱反射鏡を突設し、太陽光を前記乱反射鏡で乱反射して、当該乱反射光の一部を前記ソーラーパネルに入射可能としたことを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
乱反射鏡は、断面略四分円状とした横長柱状のレンズ体を本体として、当該レンズ体における断面略四分円弧状の曲面部をパネル側に向け、該曲面部から半径方向に形成される水平面部と垂直面部のうち前記水平面部を設置面としてパネル縁部に設置すると共に、前記水平面部と垂直面部のうち少なくとも前記垂直面部に乱反射面を設けた請求項１記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
矩形状のソーラーパネルの四辺部にパネル縁部を囲繞するように乱反射鏡を設けた請求項１または２記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
ソーラーパネルの上面中央に、断面略四分円状の乱反射鏡を一対、垂直面部同士を接合してなる断面略半円状の乱反射鏡を設けた請求項１、２または３記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
少なくとも二枚のソーラーパネルを角度を一定に保持して列設した角度固定型の太陽光発電装置において、前記ソーラーパネルのうち前列側のソーラーパネルの下面側にパネル縁部に沿って長尺な反射体を吊設し、当該前列側のソーラーパネルに隣接する後列側のソーラーパネルの反射光を前記反射体により反射して、当該反射光の一部を、再び、前記後列側のソーラーパネルに入射可能としたことを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項６】
反射体は平面鏡である請求項５記載の太陽光発電装置。
【請求項７】
反射体は曲面鏡である請求項５記載の太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ソーラパネルの角度を一定に保持した角度固定型の太陽光発電装置において、本来、前記ソーラーパネルに入光しない光を反射鏡を利用して当該ソーラーパネルに集光することで発電効率向上に有効な構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムには、予め決定した角度に受光面が向くようにソーラパネルの角度を一定に保持した角度固定型と、受光面が太陽の動きに追従するようにソーラーパネルの角度を可変する追尾型とがある。前者の角度固定型では、日中の時間の経過や季節の移り変わりによって太陽光の入射角が刻々と変化するのに対して、後者の追尾型は、太陽の傾きに応じてソーラーパネルの角度を可変することで、受光面に対する太陽光の入射角がほぼ一定となることから、追尾型は前者の角度固定型よりも発電効率が高いとされ、本出願人もこれまでに数種の追尾型を提案してきた（特許文献１〜３）。
【０００３】
しかしながら、追尾型では、相当重量のソーラーパネルを角度可変に支持するために、その基礎や架台に相当強度を持たせる必要があり、設置可能な場所やコスト的に角度固定型システムよりも制約が大きく、その普及には未だ多くの課題が残っている。
【０００４】
そこで、角度固定型における課題、即ち、経時的・季節的な太陽光の入射角の変化による発電効率の低下を改善する一つの例として、隣接するソーラーパネル（アレイ）の間に二つの反射板を反射面を向き合わせて設置し、両パネルの間の空間部に差し込む太陽光をまず後列側の第１湾曲反射板で集光し前列側の第２湾曲反射板に向けて反射した後、当該反射光を第２湾曲反射板でさらに反射して、これを後列側のソーラーパネルの受光面に照射するようにした太陽光発電システムが提案されている（特許文献４）。このシステムによれば、反射板がなければ前記空間部に向けてソーラーパネルの外側を素通りする光を集光するものであるから、受光面には直接光に加えて反射板による反射光が入射し、直接光単独よりも発電効率が高まるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−９２９６９号公報
【特許文献２】特開２０１６−１６３５２２号公報
【特許文献３】特開２０１７−４１９８１号公報
【特許文献４】登録実用新案第３１９９３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、特許文献１〜３に代表される追尾型の太陽光発電システムは、経時的・季節的な太陽の傾きに影響されず、高い発電効率を安定して得られるが、一般住宅はもちろん、これをメガソーラーと称される大規模な発電システムに適用するには、さらなる改良が望まれる。
【０００７】
これに対して、特許文献４のシステムによれば、従来の角度固定型システムに反射板を追加するだけであるから、少なくとも追尾型システムよりも簡易且つ安価に設置することができる。しかしながら、特許文献４のシステムでは、ソーラーパネルを例えば東向きに設置した場合、反射板で集光できるのは午前中の太陽光のみで、正午から日の入りまでの太陽光は、最初に集光機能を発揮する第１湾曲反射板の背面側に回り込むため、これを集光することができない。また、午前中であっても、第１湾曲反射板が前列のソーラーパネルの陰となる時間帯は太陽光を集光することができない。こうした現象は、ソーラーパネルを東向きに設置した場合に限らず、南向きに設置した場合であっても同様に起こり得ることである。したがって、特許文献４のシステムは、ごく限られた時間帯でしか太陽光を集光することができず、発電効率を改善するものではない。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ソーラーパネルの角度を一定に保持した角度固定型の太陽光発電装置において、より確実に発電効率を改善することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために本発明では、本来、ソーラーパネルに入光することがない光を反射体によりソーラーパネルの受光面に集光することで、より確実に発電効率を高めようとするものであり、次の二つのうちの何れかを採用する。
【００１０】
即ち、本発明における第１の手段では、ソーラーパネルの上面（受光面）側にパネル縁部に沿って長尺な乱反射鏡を突設する一方、第２の手段では、ソーラパネルの下面側にパネル縁部に沿って長尺な平面鏡または凹面鏡を吊設する。
【００１１】
第１手段における乱反射鏡は、断面略四分円状とした横長柱状のレンズ体を本体として、当該レンズ体における四分円弧状の曲面部をパネル側に向け、該曲面部から半径方向に形成される水平面部と垂直面部のうち前記水平面部を設置面としてパネル縁部に設置し、前記水平面部と垂直面部のうち少なくとも前記垂直面部に乱反射面を設けた構成である。
【００１２】
当該第１手段によれば、乱反射鏡の曲面部から入光した光が垂直面部の乱反射面で乱反射し、その一部はパネル受光面に入射する。特に、ソーラーパネルを南向きに傾けて固定した場合、太陽が大きく傾き、パネル受光面への入射角が大きい朝夕の太陽光を集光することができる。したがって、当該乱反射鏡がなければ、本来、パネル外側を素通りするはずの朝夕の光が乱反射鏡によって集光され、その乱反射光の一部が曲面部を介してパネル受光面に入射する。これが直接光の入光と相まって、直接光単独の場合よりも発電効率が高まる。
【００１３】
また、乱反射鏡は矩形状のソーラーパネルのパネル縁部を囲繞するように四辺部に設けられることから、太陽の傾きが東西南北の何れにあっても、四辺部に設けた乱反射鏡の何れかによって、上述した集光効果が得られる。また、当該乱反射鏡を一対、垂直面部同士を接合して断面略半円状とし、該半円状の乱反射鏡をパネルの上面中央に設けることによって、パネル中央に対する乱反射光の光量を増加させることができる。
【００１４】
一方、南中前後の太陽光は、パネル受光面への入射角が小さくなるため、乱反射鏡に入光する光は上空に向けて乱反射される量が多くなることから、パネルが過熱することなく、熱による発電効率の低下も防がれる。
【００１５】
なお、乱反射面は水平面部に設けるよりも垂直面部に設ける方がパネル受光面への乱反射光の量を大きくすることができるが、垂直面部に加えて水平面部に乱反射面を設けた構成であってもよい。
【００１６】
次に、本発明の第２手段では、ソーラパネルの下面側にパネル縁部に沿って長尺な平面鏡または曲面鏡からなる反射体を吊設することで、当該ソーラーパネルの後列に位置する別のソーラーパネルの反射光をこれら反射体の何れかで集光し、再度、後列側ソーラーパネルの受光面に入光させるものである。つまり、この第２手段は、反射体の光源確保のために、少なくとも二枚のソーラーパネルを列設した装置に適用するものであり、乱反射体の光源を他のソーラーパネルの反射光に依存せず、直接光により確保する上記第１手段とは、装置の前提構成が異なる。
【００１７】
そして、この第２手段においても、太陽が大きく傾く朝夕において、パネル受光面には直接光と反射体による反射光の二つの光が入光し、直接光単独による場合よりも発電効率を高めることができる一方、南中前後の太陽光は反射体にほとんど入光せず、その結果、パネル受光面には直接光のみが入光することから、この時間帯のパネル過熱も防止することができる。
【００１８】
なお、反射体は平面鏡と曲面鏡の何れであってもよいが、平面鏡であれば、予めソーラーパネルの端部を斜めに形成しておき、その傾斜端部に平面鏡をあてがうように固定するだけで、平面鏡の設置角度が決定され、角度調整の手間を省くことができる。これに対して、曲面鏡として凹面鏡を採用すれば、任意のブラケットを用いて凹面鏡の角度を設定することができるうえ、平面鏡に比べて集光効果を高くすることができる。ただし、何れの反射体においても、設置後、任意に角度を調整できるものであってもよい。
【００１９】
他方、曲面鏡の他の例として凸面鏡や球体鏡があり、これらは光を拡散させるため、平面鏡や凹面鏡と比べて、パネル受光面に対する有効反射光量が小さくなるが、本発明では、これを反射体として用いることを排除するものではく、ソーラーパネルの反射光を集光し、再び、当該ソーラーパネルの受光面に向けて反射するものであれば、ここに例示した以外の反射体であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、特に朝夕の時間帯にソーラーパネルに入射する光量を増加して発電量を向上することができる。また、新設の装置はもちろん、既設の装置にも容易に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第一実施形態に係る本発明装置の側面図
【図２】同、平面図
【図３】同、乱反射鏡の要部拡大断面図
【図４】同、乱反射鏡による乱反射の説明図（朝夕）
【図５】同、乱反射鏡による乱反射の説明図（南中前後）
【図６】同、パネル中央部に設けた乱反射鏡の要部拡大断面図
【図７】同、変形例を示す本発明装置の正面図
【図８】第二実施形態に係る本発明装置の側面図
【図９】同、反射体としての平面鏡の斜視図
【図１０】同、反射体としての凹面鏡の斜視図
【図１１】同、平面鏡による反射の説明図（朝夕）
【図１２】同、凹面鏡による反射の説明図（朝夕）
【図１３】同、平面鏡による反射の説明図（南中前後）
【図１４】同、凹面鏡による反射の説明図（南中前後）
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る太陽光発電装置の側面図であり、上述した第一手段（請求項１〜４）に対応した実施形態を示している。図中、１はソーラーパネル、２は架台を示し、ソーラーパネル１は架台２により予め設定した所定角度を保持して支持されている。このような角度固定型の太陽光発電装置において、本発明では、ソーラーパネルの上面側にパネル縁部に沿って乱反射鏡３を突設している。
【００２３】
この乱反射鏡３は、ソーラーパネル１の平面図を示す図２のとおり、ソーラーパネル１のパネル縁部に対応した長さの長尺物であり、この実施形態の場合、該ソーラーパネル１の四辺部それぞれに設けて、パネル縁部を囲繞している。
【００２４】
図３は、乱反射鏡３の要部拡大断面図であり、断面略四分円状のレンズ体３ａを本体として、その曲面部３ｂから半径方向に形成される水平面部３ｃをパネルへの設置面とし、少なくとも該水平面部３ｃから立ち上がる垂直面部３ｄに乱反射面３ｅを設けた構成としている。
【００２５】
レンズ体３ａは、ガラスの他、アクリルやポリカーボネートなどの高い光透過性と、一定の強度・剛性を合わせ持つ透明プラスチックによっても成型することができる。
【００２６】
乱反射面３ｅは、表面に微細な凹凸が形成されるように、アルミ箔を接着したり、サンドブラスト後にアルミ蒸着したり、金属製の微細な粒状体を接着して構成する他、レンズ体３ａの素材に応じて、メッキ、スプレー、エッチングその他の公知の方法で構成することができる。また、この乱反射面３ｅを水平面部３ｃにも設けることも可能であり、さらに、レンズ体３ａの左右両端面に設けることで、より多くの乱反射光をソーラーパネル１に入射することができるようになる。
【００２７】
当該構成によれば、図４に示すように、朝夕のように太陽が大きく傾く時間帯において、もし乱反射鏡３がなければソーラーパネル１の外側に素通りするはずの光が曲面部３ｂで捕捉され、垂直面部３ｄの裏面に設けた乱反射面３ｅで乱反射する。そして、乱反射光は曲面部３ｂを介してその一部がソーラーパネル１の上面（受光面）に入射する。この入射面には、通常どおり、直接光も入射しているため、そこに乱反射光と相まって、発電効率を高めることができる。つまり、一般的に発電量が小さい朝夕の発電効率を改善することができる。
【００２８】
一方、太陽が南中前後に位置するときは一般的に発電量が大きく、これを改善するよりも温度上昇による発電効率の低下を予防する必要がある。この点については、図５に示すように、乱反射鏡３による乱反射光のほとんどが上空に向かうため、乱反射光によってパネルが過熱することがない。したがって、そもそも発電量が大きい南中前後の時間帯では温度上昇に伴う発電効率の低下を回避することができる。
【００２９】
なお、この実施形態では、図２に示したように、ソーラーパネル１の上面中央にも乱反射鏡４を設けている。この乱反射鏡４は、図６に示すように、上述した断面略四半円状の乱反射鏡３を一対、垂直面部３ｄ同士を接合することで断面略半円状としたものである。したがって、この中央の乱反射鏡４によって、四辺部の乱反射鏡３では乱反射光が届かないソーラーパネル１の中央部分の光量を増加することができ、四辺部のみに乱反射鏡３を設けるよりも、ソーラーパネル全体の発電効率をさらに向上することができる。
【００３０】
図７は、第一実施形態の変形例として、ソーラーパネル１の前側に設置した乱反射鏡３について、ソーラーパネル１との間に複数のスペーサ２ａを長手方向に適宜間隔で配列し、ソーラーパネル１と乱反射鏡３の間に空間Ｓ（隙間）を設けたものである。この変形例によれば、ソーラーパネル１の上面に降る雨や埃などを空間Ｓから排出することができる。なお、このような構成は、傾斜するソーラーパネル１の前側だけでなく、ソーラーパネル１の他の辺縁にも適用することができる。
【００３１】
次に、図８は、本発明の第二実施形態に係る太陽光発電装置を示したもので、本発明の第２の手段（請求項５〜７）に対応している。即ち、この第二実施形態では、上記第一実施形態と、ソーラーパネル１を架台２上に予め設定した所定角度で保持した角度固定型の装置で共通するが、上記第一実施形態は一枚のソーラーパネル１で装置構成が完成するのに対して、この第二実施形態では、少なくとも二枚のソーラーパネル１を列設することが装置構成の前提となる。
【００３２】
具体的には、二枚のソーラーパネル１を同じ傾斜角度を保持して前後方向（例えば南北）に列設している。なお、ソーラーパネル１をどの方角に傾けるかは、従来の角度固定型装置と同じ要領に従う。
【００３３】
そして、前後するソーラーパネル１のうち前列側のソーラーパネル１の下面側にパネル縁部に沿って反射体５を設けている。この反射体５は、図９に示すように、長尺な平面鏡５Ａ、若しくは、図１０に示すように、樋状をなす長尺な凹面鏡５Ｂから選択することができる。
【００３４】
これら何れの反射体５の場合も、図１１・１２にそれぞれ示すように、後列側のソーラーパネル１の反射光を集光し、再度、後列側のソーラーパネル１に入射するように反射するものである。したがって、この第二実施形態においても、ソーラーパネル１に直接光と反射体５による反射光の二つの光が入射し、直接光単独の場合よりも発電効率を向上させることができる。
【００３５】
一方、南中前後では、図１３・１４に示すように、後列側のソーラーパネル１の反射光は上空に照射され、そのほとんどが反射体５に入射しないため、やはり、本来的に発電量が大きい南中前後の時間帯では温度上昇に伴う発電効率の低下を回避することができる。
【００３６】
ここで反射体５は、平面鏡５Ａと凹面鏡５Ｂの何れも採用しうるが、平面鏡５Ａであれば、図９に示したように、ソーラーパネル１の後縁端部を斜め加工しておけば、予め設定した角度に平面鏡５Ａを容易に取付けることができるし、凹面鏡５Ｂを採用すれば、より高い集光効果が得られ、平面鏡５Ａよりも高い発電効率を期待することができる。
【００３７】
ただし、反射体５は光を後列側のソーラーパネル１に向けて反射するものであれば、上述した平面鏡５Ａ・凹面鏡５Ｂ以外、凸面鏡や球体鏡であってもよく、さらには乱反射体その他の反射体を採用することもできる。
【００３８】
さらに、反射体５を前列のソーラーパネル１に対して角度調整可能に取り付けることで、当該装置を設置する場所や、四季の移り変わりによる南中高度の変移に応じて、反射体５の向きを最適な角度に調整することもできる。
【００３９】
なお、第二実施形態では、説明の便宜上、ソーラーパネル１を二枚列設した最も簡易な装置を説明したが、その列数は三列以上であってもよいことはもちろんであり、この場合、最後列を除くソーラーパネル１に反射体５を取付けることで発電効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ソーラーパネル
２  架台
３  乱反射鏡（断面略四半円状）
３ａ  レンズ体
３ｂ  曲面部
３ｃ  水平面部
３ｄ  垂直面部
３ｅ  乱反射面
４  乱反射鏡（断面略半円状）
５  反射体
５Ａ  平面鏡
５Ｂ  凹面鏡
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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