(57)【要約】【課題】任意の屋根材で構成された屋根面へ、任意の太陽電池モジュールを最適配置する場合、ユーザーの要求に応じた種々の太陽光発電装置を容易かつ迅速に設計でき、その見積書等の作成をも簡便に行うこと。【解決手段】太陽光発電装置の構成要素の組合せを、コンピュータを用いて決定できるようにした太陽光発電装置の設計方法であって、太陽光発電を行なう太陽電池モジュールを設置する地域を入力または選択する工程と、前記太陽電池モジュールの種類を入力または選択する工程と、前記太陽電池モジュールを設置させる屋根面を入力または選択する屋根面選択工程と、太陽電池モジュールを支持する方式を入力はまた選択する工程とを含み、前記屋根面の寸法・形状等の仕様に基づいて、前記屋根面に設置させる太陽電池モジュールの数及び太陽電池モジュールの配置態様を決定するようにしたことを特徴とする。【選択図】　図１
2004143912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電装置の構成要素の組合せを、コンピュータを用いて決定できるようにした太陽光発電装置の設計方法であって、太陽光発電を行なう太陽電池モジュールを設置する地域を入力または選択する工程と、前記太陽電池モジュールの種類を入力または選択する工程と、前記太陽電池モジュールを設置させる屋根面を入力または選択する屋根面選択工程と、太陽電池モジュールを支持する方式を入力はまた選択する工程とを含み、前記太陽電池モジュールを設置する地域と前記屋根面における風圧力の解析に基づいて、前記屋根面に設置させる太陽電池モジュールの数及び太陽電池モジュールの配置態様を決定するようにしたことを特徴とする太陽光発電装置の設計方法。
【請求項２】
決定された太陽電池モジュールの数及び太陽電池モジュールの配置態様に基づいて、前記太陽電池発電装置の構成要素の種類及び／または数量を、前記太陽光発電装置全体のコスト及び／または発電効率を最適化して出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置の設計方法。
【請求項３】
前記屋根面における風圧力の解析は、前記屋根面の風圧分布を考慮して、前記太陽電池モジュールの設置の安全性をより高めるように、前記太陽電池モジュールの再配置を行うようにしたことを特徴とする太陽光発電装置の設計方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池発電装置の設計方法をネットワーク上で実行可能としたことを特徴とするコンピュータシステム。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽光発電装置の設計方法を、コンピュータにより実行可能としたプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物の屋根に設置する太陽電池モジュール、これに用いる固定金具などの固定用部材、及び電力変換手段等の太陽光発電装置に最小限必要な構成要素を決定可能な太陽光発電装置の設計方法、及びこの方法を利用させるコンピュータシステム、並びにプログラムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
近年、太陽光発電装置は住宅の屋根に設置できるものが提案され普及が進みつつある。太陽光発電装置の最も重要な構成要素である太陽電池モジュールの複数を建物の屋根に設置する場合に、既設の屋根上に架台や固定用部材を設置し、その上に太陽電池モジュールを固定する方法や、太陽電池モジュールを瓦などと一体化したものを屋根に設置するものなどが提案されている。
【０００３】
屋根に配設された太陽電池モジュールは、その非受光面側から発電電力を取り出す構造になっており、太陽電池モジュールどうしはケーブル等の配線部材により互いに接続されている。また、このケーブル等の終端部は、一般的には、接続箱と呼ばれるケース内に収容された並列接続を行なう端子台等に接続される。そして、この接続箱で並列接続された太陽電池モジュール群の直流出力は、例えばインバータやパワーコンディショナ等の電力変換手段によって、交流に変換されて建物内の負荷装置で使用されたり、電力会社に逆潮流される。
【０００４】
このように、太陽光発電装置はその構成要素に応じた発電を行い、さらに負荷への給電を行うものであるが、適当な種類（外形寸法、形状、配置態様等により区別）の太陽電池モジュールを、建物の屋根面の種類（外形寸法、形状、屋根材等により区別）に応じて設置させようとする場合、最適な太陽光発電装置を構成する各種構成要素の選択、及びそれらの配置態様、支持方式、太陽電池モジュールどうしの配線等について考慮しなければならない。
【０００５】
ここで、太陽電池モジュール自体が屋根材であれば、それを設置する屋根面に対して、屋根面の外形に応じて任意形状の太陽電池モジュールを最適配置することはそれほど困難ではない。しかし、任意の屋根材で構成された屋根面へ、任意の太陽電池モジュールを最適配置する場合、それぞれの屋根材に応じた太陽光発電装置の構成を検討しなければならない。
【０００６】
また、屋根面を構成する屋根材は多種多様であり、これら屋根材の種類に応じて、任意の太陽電池モジュールを対応させ、太陽光発電装置の構成を自動的に最適化できるものがなかった。
【０００７】
また、太陽電池モジュールを設置する地域により風の吹き方が異なるため、地域毎に考慮すべき風圧条件も異なる。また、屋根面の場所によって風圧条件が異なり、例えば屋根面の周囲部分と中央部分とで風圧条件が異なる。
【０００８】
さらに、上述の場合において、ユーザーの要求に応じて太陽光発電装置を設計し、その見積り等を行うことも容易ではなく、これまで、家屋毎に作成された図面を対照しながら、主に手作業により設計及びそれに基づいた見積書の作成を行なっていた。
【０００９】
そこで、本発明では少なくとも太陽電池モジュールの種類及び該太陽電池モジュールを設置する建物の屋根の種類に基づいて、太陽光発電装置の構成要素の組合せをデータとして出力できるようにし、ユーザーの要求に応じた種々の太陽光発電装置を容易かつ迅速に設計でき、その見積書等の作成をもきわめて簡便に行うことが可能な、優れた太陽光発電装置の設計方法及びそれを用いたコンピュータシステム並びにプログラムを提供することを目的とする。
【００１０】
【特許文献１】
特願２００１−３８０４２０号
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の太陽光発電装置の設計方法は、太陽光発電装置の構成要素の組合せを、コンピュータを用いて決定できるようにした太陽光発電装置の設計方法であって、太陽光発電を行なう太陽電池モジュールを設置する地域を入力または選択する工程と、前記太陽電池モジュールの種類を入力または選択する工程と、前記太陽電池モジュールを設置させる屋根面を入力または選択する屋根面選択工程と、太陽電池モジュールを支持する方式を入力はまた選択する工程とを含み、前記太陽電池モジュールを設置する地域と前記屋根面における風圧力の解析に基づいて、前記屋根面に設置させる太陽電池モジュールの数及び太陽電池モジュールの配置態様を決定するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
また、決定された太陽電池モジュールの数及び太陽電池モジュールの配置態様に基づいて、前記太陽電池発電装置の構成要素の種類及び／または数量を、前記太陽光発電装置全体のコスト及び／または発電効率を最適化して出力するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記屋根面における風圧力の解析は、前記屋根面の風圧分布を考慮して、前記太陽電池モジュールの設置の安全性をより高めるように、前記太陽電池モジュールの再配置を行うようにしたことを特徴とする。
【００１４】
また、上述した太陽電池発電装置の設計方法をネットワーク上で実行可能としたことを特徴とするコンピュータシステムとする。
【００１５】
さらに、上述した太陽光発電装置の設計方法を、コンピュータにより実行可能としたプログラムとする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に、少なくとも太陽電池モジュールの種類及び太陽電池モジュールを設置する建物の屋根の種類に基づいて、パーソナルコンピュータやネットワークに接続された端末等を用いて、太陽光発電装置の構成要素（システム機器・部品）の組合せを決定し、決定された太陽電池モジュールの数及び太陽電池モジュールの配置態様に基づいて、太陽電池発電装置の構成要素の種類及び／または数量を、前記太陽光発電装置全体のコスト及び／または発電効率を最適化して、モニタ画面や印刷媒体等へ表示出力を行ない、太陽光発電装置の販売及び作製の支援を行なうプログラム、すなわち、太陽光発電装置の設計方法を行なうプログラムの概略フローチャートを示す。
【００１８】
このプログラムは、コンピュータで実行可能に例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等のディスクメモリ等の記憶媒体に格納されていてもよく、また、この記憶媒体はコンピュータ本体と入出力インターフェースを介して接続されている外部記憶手段としてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、例えば太陽電池素子（セル）の複数を直列及び／または並列に接続したものとするが、太陽電池素子は単結晶、多結晶、微結晶、アモルファス、化合物半導体等いずれから成るものでよい。そして、これら太陽電池素子は例えば樹脂材料などの封止材中に配設され、さらに受光面となるガラスや樹脂等から成るフロントカバーと、樹脂、セラミックス、または金属材料等から成る裏面カバーとで挟んだ構造としている。また、太陽電池モジュールの外周部に金属材料等から成る枠体を設けてもよい。
【００２０】
図１に示すように、まず、ステップ１００で太陽光発電装置を成す各種構成要素の仕様（出力・接続可能なユニット数の範囲・名称・単価など）を入力（以下、特に説明等がない場合は選択を含むものとする）するための要素情報入力工程を行う。これにより、構成要素のデータベースを構築したり、データベースに情報の追加や変更等をできるようにし、後工程であるプログラムの実行の際に利用できるようにしている。なお、この要素情報入力工程において不要な情報の削除も行なえるようにしてもよい。さらに、上記構成要素仕様のデータベースを、モニタ画面及び／または印刷媒体等に表形式で表示出力するようにしている。
【００２１】
ステップ１００では、一つの構成要素に対し複数種類の仕様（例えば、単価においては発注単価及び受注単価のように互いに単価が異なるもの）を入力できるようにしており、さらに、太陽光発電装置の種類（形態や発電容量等を含む）に応じて構成要素の単価を変えられるようにしている。すなわち、発注用及び／または見積用として、太陽電池モジュールやシステム部品等の主要部品の単価を入力し、単価の変化があれば、そのデータを書換えることも可能にしている。
【００２２】
ステップ１１０では太陽光発電装置を設置する地域（例えば、日本国内であればどの都道府県で、その都道府県の場所（海岸側、山側等））がどこであるか入力または画面上で選択できるようにしている。すなわち、各地域により１年間の風の吹き方が異なるため、それぞれ地域に応じた耐風圧設計をする必要があり、この設計でより安価な設計が可能となる。
【００２３】
具体的には、風圧力Ｗ（単位：１平方メートルにつきニュートン）とピーク風力係数Ｃｆとは、Ｗ＝ｑ・Ｃｆの関係にあり、ｑは平均速度圧（単位：１平方メートルにつきニュートン）である。図１９に示すように、屋根面Ｒは風力係数の高い領域（ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ、ただし、図示されている数値は分りやすくするために表わした例であり、必ずしも正確ではない）と風力係数の最も低い領域（ゾーンＤ）に分けている。速度圧ｑは「平均風速の高さ方向の分布を表す係数Ｅｒ」・「ガスト影響係数Ｇｆ」・「過去の風害の程度から建設大臣が定める基準風速Ｖｏ」の関数として求めることができる。この内ＥｒとＧｆは地表面祖度区分と建築物の高さから求められる係数に基づいて算出される。また、Ｖｏは設置地点によって制定されている。このため、速度圧ｑを算出するためには、設置場所の地表祖度区分と設置地点の２つの情報を入力する必要がある。
【００２４】
本発明では、設置地点を都道府県名・市区町村名から選択し、４段階の地表面祖度区分を４種類の写真と内容説明を参考にして選択するように構成している。
【００２５】
なお、地表面祖度区分は都市開発状況などに応じた風への影響度合いに対する指標であり、「極めて平坦で障害物がない地域：Ｉ」から「都市化が極めて著しい：ＩＶ」までの４段階に分類されている。
【００２６】
ステップ１２０では、太陽電池モジュールの種類（外形寸法、形状、配置態様、容量（ワット数）等により区別）を入力または選択するモジュール選択工程、太陽電池モジュールを設置させるための屋根面を選択し、その屋根面の高さやその方位、屋根面の寸法（図８，図９におけるＨ１、Ｈ２、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）等を入力または選択する屋根面選択工程、この屋根面選択工程で得た屋根面に応じて太陽電池モジュールを支持するための後記する支持方式を入力または選択する支持方式選択工程等を行なう。なお、屋根面の寸法等の入力は、例えば３Ｄ方式のＣＣＤカメラで撮影し、記憶させたデータを用いるようにしてもよい。
【００２７】
ここで、ステップ１２０における屋根面は、例えば、図１０（ａ）に示すような切妻屋根、図１０（ｂ）に示すような寄棟屋根、図１０（ｃ）に示すように、図１０（ｂ）の寄棟屋根のある屋根面にさらに突出させた屋根が形成されているような変形寄棟屋根、図１０（ｄ）に示すような方形寄棟屋根、及び図１０（ｅ）に示すような入母屋屋根等であって、これら屋根面に太陽電池モジュールを最適配置させるように自動計算を行なう。すなわち、ひとつの屋根面の標準領域（この領域はたとえばシステムの容量、風により受ける負荷、影の影響等により算出される。）に太陽電池モジュールを最密に配設させるように計算を行なう。
【００２８】
また、例えば、図１０（ａ）に示すように、切妻屋根の矩形状をなす屋根面の全体面積と、それに配設する複数の太陽電池モジュール１が屋根面からはみ出ないように位置させ、また、全体システムの容量、風による影響等を考慮する。なお、図中、Ｈで示す破線領域ははみ出た複数の太陽電池モジュール１’の外形を示す。同様にして、図１０（ｂ）に示す寄棟屋根の場合も最適に配置させることができる。このようにして、他の種々の形状を有する屋根面に対して太陽電池モジュール１の最適配置を行なわせることが可能である。また、図１０（ｃ）に示す変形寄棟屋根の場合は、太陽電池モジュール１を配設する屋根面Ｒ１と配設させない屋根面Ｒ２を選択できるようにして屋根面Ｒ１にのみ太陽電池モジュール１を配設させることも可能である。
【００２９】
また、支持方式には、例えば図１１に示す支持金具方式、図１２に示す直金具方式、図１３に示す瓦金具方式、図１４に示す支持瓦方式、図１５に示すラックレス方式、図１６に示す瓦棒方式等がある。
【００３０】
支持金具方式は、石綿スレート屋根材に適用可能であり、例えば新築時やリフォーム時に屋根材の施工の際に、架台を固定するために設ける方式である。図１１（ａ），（ｂ）に示すように、まず、例えば金属等から成る支持金具の本体１１に皿ボルト１２、ばね座金、及びナットを取付ける。取付けた支持金具１０は屋根構造材である野地板や垂木に堅固に固定する前に、アスファルト、合成ゴム、プラスチィクなどから成る屋根下葺き材や防水シート１５をはさみ釘等で固定する。図中、１６は下段の石綿スレート等の屋根材であり、１７はその上段に位置する屋根材である。そして、図１１（ｃ）に示すように、支持金具１０の両端に屋根材を配設し、図１１（ｄ）に示すように、支持金具１０の釘打ち抜き部及び支持金具１０と屋根材との継ぎ目をコーキングし、防水シート１５を折り返してさらに上段に位置させる屋根材Ｃを配設する。
【００３１】
また、直金具方式は、石綿スレート屋根材に適用可能であり、例えば既築住宅等において、屋根材の上から直接、架台を固定するために設ける方式である。図１２（ａ）に示すように、図１１に示した支持金具の本体１１と同様な材料から成る本体２１に、後記する架台のひとつである縦ラックを取り付けるための皿ボルト２２を、ばね座金、ばね座金、及びナットなどで固定し、さらに図１２（ｂ）に示すように、本体１１の裏面にシール材２６を貼り付けて、図１２（ｃ）に示すように、これらを屋根材２７にネジ等で固定する。
【００３２】
また、瓦金具方式は、各種瓦材に適用可能であり、例えば屋根材施工時に、野地板面に固定した金具を瓦と瓦の間から出して架台を固定するために取り付ける方式である。図１３（ａ）に示すように、ステンレス等から成る金属板３４にボルト３３を長孔３２に設けた瓦金具３０を、図１３（ｂ）に示すように、野地板の上にタルキに固定する為のベース合板３６や瓦との段差を合わせるスペーサー合板３１の上に瓦金具３０を配置し固定する。
【００３３】
また、支持瓦方式は、和瓦に適用させる方式であり、例えば屋根材施工時に架台固定用の支持瓦を取り付ける方式である。この方式は、既築住宅に容易に適用可能である。全体が和瓦とほぼ同一形状をなした金具であり、この金具を通常の瓦と取り替えて施工する。すなわち、図１４（ａ）に示すように、通常の和瓦と同一の瓦形状を成し、上面に断面コ字状の架台取り付け部４０ａを備えた支持瓦４０を通常の瓦４１の配設部分に置換するのである。
【００３４】
また、ラックレス方式は、屋根材の上から直接、図１５（ａ）に示す固定用金具を図５（ｂ）のように屋根面へ取付ける支持方式であり、太陽電池モジュールを固定するための長いラックを必要としないため、屋根面からの仕上がり高さを低くできる上に、外観もスマートとなる。また、従来の支持方式に比べて部材を小型・軽量にでき、取付け部材のコスト低減と屋根への重量負担を軽減することができる。
【００３５】
また、瓦棒方式は、太陽電池モジュールの設置部分の屋根を板金瓦棒葺きに仕上げ、瓦棒金具を図１６に示すように取付ける方式であり、新築時や屋根の葺き替え時などに好適に使用可能な方式である。
【００３６】
以上のような支持方式によれば、架台を構成し形態や寸法等が共通化された縦ラックや横ラックをこれら支持金具に取り付けて、架台上に太陽電池モジュールを配設することにより、太陽電池モジュールの施工を簡便に行なわせることができ、また太陽光発電装置の設計も容易に行なうことができる。すなわち、図１７（ａ）に示すように、まず、複数の縦ラック５１を屋根面５３に取り付けた支持金具上に固定し、さらに、これら縦ラック５１上に複数の横ラック５２を固定する。次に、図１８に示すように、複数の太陽電池モジュール１を横ラック５２どうしの間に順次配設していくだけで太陽電池モジュール１の配設を行なうことができる。なお、図中５４は縦ラック５１に横ラック５２を固定するための金具である。
【００３７】
ステップ１３０では、図８に示すように太陽電池モジュールの有効設置領域（破線領域）を屋根面いっぱいの領域とするのか、図９に示すように屋根面のある領域とするのかを入力または選択する。
【００３８】
ステップ１３５では太陽光発電システムの容量を入力または選択する。すなわち、屋根面の有効領域に最大太陽電池枚数設置するか、システム容量による太陽電池枚数決定するか、入力または選択する。
【００３９】
ステップ１４０では、太陽電池モジュールの設置枚数及びその配置を解析するサブプログラムを実行する。すなわち、ステップ１３０で入力された太陽電池モジュール設置可能範囲中に、ステップ１３５で入力または選択されたシステムの容量に従って、ステップ１２０で入力された形状の太陽電池モジュールの枚数と配置を決定していく。このとき、ステップ１２０で入力された太陽電池モジュール支持方法に応じて、例えば１段目と２段目のモジュールの左右方向のズレ寸法の許容値など、支持方法特有の設計制約条件を加味しては位置決定がなされる。
【００４０】
ステップ１４５では前ステップ１４０で決定された太陽電池モジュールの配置を変更せず風圧力の解析を行ない、使用する固定金具の最適数とその位置について出力するか、または風圧力の解析による別の配置の最適化（デザイン・固定金具点数）を検討するか、選択する。
【００４１】
ステップ１４６では、前ステップ１４５で配置の再最適化をもとめるように選択した場合、太陽電池モジュール群全体が屋根面における風力係数の最も低い領域、もしくはより低い領域に配置されるように、または、太陽電池モジュール群を構成するできるだけ多くの太陽電池モジュールが、風力係数の最も低い領域もしくはより低い領域に配置されるように、太陽電池モジュールを再配置または移動させる。
【００４２】
ステップ１５０では、風圧力の解析を行ない、使用する固定金具の最適数とその位置について出力する。
【００４３】
ここで、ステップ１５０の詳細について、図２に基づき説明する。ステップ３００で前プログラムで入力または選択した屋根面の形状を座標データに変換し、ステップ３１０で屋根面を風圧力が異なるいくつかの範囲に分割してその範囲の座標データを記憶する。ステップ３２０で屋根面に太陽電池モジュールの仮想配置を画面上に出力して、その仮想配置でよい場合は次のステップへ進むが、その際に、画面上で太陽電池モジュールの配置をユーザーの希望により移動させることも可能である。
【００４４】
次に、ステップ３３０で各太陽電池モジュール毎の負圧力計算を行う。ステップ３４０で当該太陽電池モジュールの座標データを記憶する。ステップ３５０では、当該太陽電池モジュールが風圧力が大きい屋根端部範囲を除いた範囲に設置されている場合はステップ３９０に進み、風圧力が大きい屋根端部範囲に入っている場合はステップ３６０に進む。ステップ３６０では有限要素法により、当該太陽電池モジュールにかかる風圧力を計算する。ここで有限要素法を用いるのは、当該太陽電池モジュールが複数の風圧力範囲にまたがって配置される場合があるためである。具体的には、ステップ３７０で当該太陽電池モジュールを、高精度で解析が可能となる数量の要素に分割し各要素の座標を記録する。ステップ３８０では分割した各要素ごとの風圧力を各要素の座標に基づいて算出し積分する。ステップ３９０では当該太陽電池モジュールの合計風圧力を算出・記録する。ここで、ステップ３３０〜３９０はシステムの太陽電池モジュール枚数に応じて太陽電池モジュール枚数分の回数実行する。また、ステップ３６０〜３８０は複数の風圧力範囲にまたがって配置された太陽電池モジュール枚数に応じてその数量分だけの回数実行する。
【００４５】
ステップ４００ではシステム全体の風圧力を算出し、ステップ４１０では支持金具の数量を算出し、ステップ４２０は支持金具の座標を算出する。
【００４６】
ステップ１４６の詳細な一例を以下に示す。図２０に示すように、屋根面Ｒにおいて風圧係数の高い領域（ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ、ただし、図示されている数値は分りやすくするために表わした例であり、必ずしも正確ではない）に、太陽電池モジュール群２を構成する太陽電池モジュールのいずれか（図２０では８個の太陽電池モジュール３）が配置された場合には、太陽電池モジュール群２全体が風圧係数の最も低い領域（ゾーンＤ）もしくはより低い領域に配置されるように、または、太陽電池モジュール群２を構成するできるだけ多くの太陽電池モジュールが、風圧係数の最も低い領域またはより低い領域に配置されるように、太陽電池モジュールを最適に再配置、または移動させる。すなわち図２１に示すように、太陽電池モジュール群または特定の太陽電池モジュールを最適領域に再配置させて太陽電池モジュール群２’とする。このようにすることにより、屋根面Ｒにおける風圧に対してできるだけ安全性・信頼性の高い設計が可能となる上に、太陽電池モジュールを支持するための後記する支持金具の数を低減させたり、より安価な支持金具の使用を可能にする等の作用・効果を期待できる。
【００４７】
次に、図１に示すステップ１６０では、太陽電池モジュールの設置枚数とその屋根面での位置を決定してデータベースを構築する。
【００４８】
ステップ１７０では、設置図面を画面等に出力する。ステップ１８０では太陽電池モジュールを設置する屋根面が複数ある場合は、ステップ１２０〜１８０を繰り返す。
【００４９】
ステップ１９０では太陽電池発電装置の最適な電気回路とするべく解析を行なう。すなわち、図３に示すように、ステップ５００で太陽電池モジュールの最大出力、各種パワーコンディショナに接続できる太陽電池モジュール枚数の許容範囲、パワーコンディショナの最大入力電力・最大入力電流、昇圧ユニットに接続できる太陽電池モジュールの許容範囲、昇圧ユニットの昇圧比、接続箱の最大回路数・最大入力電流などのデータベースからデータを読み込む。
【００５０】
一般に、太陽電池モジュールを複数のブロックに分割して並列にパワーコンディショナに入力する場合は、各ブロックの太陽電池モジュール直列枚数を等しくする必要がある（標準直列枚数）。直列数が異なる複数の系統を接続した状態では、入力電圧の違いから出力を十分に取り出すことができないため、異なる直列数の系統どうしを接続できないが、上記昇圧ユニットを用いることによりこれが可能となる。また、昇圧ユニットにより、太陽電池モジュールの直列数が少ない系統の低い入力電圧を昇圧し、太陽電池モジュールの直列数が多い（標準直列枚数の）系統の電圧に合わせることができるため、異なる種類の太陽電池モジュールの並列接続なども可能となる。
【００５１】
ステップ５１０において、何パターンかある標準直列枚数の内から１つを選択する。以下のステップ５１０からステップ７００までは、標準直列枚数のパターンの数だけ繰り返し実行される。また、その各々の繰り返しの中で、複数の屋根面に太陽電池が設置される場合は、太陽電池モジュールを設置する全ての屋根面について上記データベースを構築するまで、ステップ５２０〜５９０を繰り返す。
【００５２】
まず、ステップ５２０において最初にとりあげた屋根面に搭載される太陽電池モジュール枚数を標準直列枚数で除し、太陽電池モジュールブロック並列数と余り太陽電池モジュール枚数を算出する。ステップ５３０において余り太陽電池モジュール枚数が昇圧ユニットの許容枚数範囲未満である場合は、ステップ５４０において余り太陽電池モジュール枚数を非接続太陽電池モジュール枚数とする。ステップ５５０において余り太陽電池モジュール枚数が昇圧ユニットの許容枚数範囲内である場合は、ステップ５６０においてに昇圧する太陽電池モジュールブロック数に１を加算する。ステップ５７０において余り太陽電池モジュール枚数が昇圧ユニットの許容枚数範囲より大きい場合は、ステップ５８０において昇圧する太陽電池モジュールブロック数に１を加算した上で、余り太陽電池モジュール枚数から昇圧ユニットに接続される太陽電池モジュール枚数を減じる。ステップ５９０において、太陽電池モジュールブロック並列数、昇圧する太陽電池モジュールブロック数、昇圧ユニットに接続される太陽電池モジュール枚数、非接続太陽電池モジュール枚数などに基づいてデータベースを構築する。
【００５３】
ステップ６００において、太陽電池モジュールを設置する全ての屋根面について上記データベースを構築するまで、ステップ５２０〜５９０を繰り返す。
【００５４】
ステップ６００においてデータベースが構築できた場合、ステップ６１０のサブプログラムにおいては、太陽電池モジュールブロック並列数やシステム電流値に基づいて最低コストの接続箱の組み合わせを選出する。ステップ６２０のサブプログラムにおいては、システム出力・システム電流に基づいて最低コストのパワーコンディショナの組み合わせを選出する。
【００５５】
ステップ６３０において、電気システムの構成要素の合計コストを算出する。これによって、当該標準直列枚数における非接続太陽電池モジュール枚数と電気システムの構成要素の合計コストがデータベース化される。
【００５６】
以下のステップは、「最適な標準直列枚数は何枚か？」を判断するために実行される。最適な標準直列枚数の判断基準及びその優先順位の一例は以下の通りである。
【００５７】
条件１：非接続太陽電池モジュール枚数が少ないほどよい。
【００５８】
条件２：非接続太陽電池モジュール枚数が同じになる標準直列枚数が複数ある場合は、電気システムコストが安いほうがよい。
【００５９】
条件３：非接続太陽電池モジュール枚数も電気システムコストも同じになる標準直列枚数が複数ある場合は、標準直列枚数が大きいほうがよい。
【００６０】
図３でステップ６４０において、非接続太陽電池モジュール枚数が最小非接続太陽電池モジュール枚数と同じ場合、ステップ６５０で電気システムコストと標準直列枚数に基づく判断を行なう。すなわち、図５に示すように、ステップ７５０で電気システムコストを読み込み、ステップ７６０で前回の試算と同コストならば、ステップ７７０で標準直列枚数のデータを読み込む。ステップ７８０で標準直列枚数を前回の試算と比較する。ステップ７８０で前回の試算より標準直列枚数が大きいか、ステップ７６０で前回の試算より電気システムコストが低コストならば、今回試算のケースが今までのベストケースであるとして、ステップ７９０でデータを書き換える。
【００６１】
図３でステップ６６０において非接続太陽電池モジュール枚数が０である場合、ステップ６７０で電気システムコストと標準直列枚数に基づく判断を行なう。すなわち、図６に示すように、ステップ８００で電気システムコストを読み込み、ステップ８１０で前回の試算と同コストならば、ステップ８２０で標準直列枚数のデータを読み込む。ステップ８３０で標準直列枚数を前回の試算と比較する。ステップ８３０で前回の試算より標準直列枚数が大きいか、ステップ８１０で前回の試算より電気システムコストが低コストならば、今回試算のケースが今までのベストケースであるとして、ステップ８４０でデータを書き換える。
【００６２】
図３のステップ６８０において、非接続太陽電池モジュール枚数が最小非接続太陽電池モジュール枚数より小さい場合、ステップ６９０で最小非接続太陽電池モジュール枚数を更新する。すなわち図６に示すようにステップ８５０で今回の試算のデータをベストケースとしてデータ変更を行う。
【００６３】
全ての標準直列枚数を計算するまで、ステップ５１０〜７００を繰り返す。一方、ステップ７００で全ての標準直列枚数を計算した場合は、図４に示すように、ステップ７１０で非接続太陽電池モジュール枚数が０ならばステップ７２０で最終決定したベストケースのデータを記録し、非接続太陽電池モジュール枚数が０でないならば、ステップ７３０で最終決定したベストケースのデータを記録した上で、非接続太陽電池モジュール枚数について表示変更を行う。ステップ７４０で決定したシステムをまとめて、図面・価格表等の表示を行い、見積書の画像出力や印刷出力等を可能にしている。
【００６４】
かくして、本発明では多種多様な屋根材に応じて、任意種類の太陽電池モジュールを迅速・簡便にかつ最適に配置させ、太陽光発電装置の最適な構成要素の決定及びその表示や出力を簡便に且つ自動的に行なわせることができる。
【００６５】
また、屋根設計や電気等の知識が無くとも複雑な太陽光発電装置の設計が容易にかつ迅速に行なえ、複数の見積書や発注書などのリストを簡単に出力できる。
【００６６】
さらに、決定された太陽電池モジュールの数及び太陽電池モジュールの配置態様に基づいて、太陽電池発電装置の構成要素の種類及び／または数量を、前記太陽光発電装置全体のコスト及び／または発電効率を最適化して出力できる。
【００６７】
なお、本発明では屋根置きタイプの太陽電池モジュールに関して説明したが、集熱パネルを備えた太陽電池モジュール、屋根材一体型の太陽電池モジュールに対しても適用が可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更実施が可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、太陽光発電装置の構成要素の組合せを、コンピュータを用いて決定できるようにした太陽光発電装置の設計方法において、太陽光発電を行なう太陽電池モジュールを設置する地域を入力または選択する工程と、前記太陽電池モジュールの種類を入力または選択する工程と、前記太陽電池モジュールを設置させる屋根面を入力または選択する屋根面選択工程と、太陽電池モジュールを支持する方式を入力はまた選択する工程とを含み、前記屋根面の寸法・形状等の仕様に基づいて、前記屋根面に設置させる太陽電池モジュールの数及び太陽電池モジュールの配置態様を決定するようにし、決定された太陽電池モジュールの数及び太陽電池モジュールの配置態様に基づいて、太陽電池発電装置の構成要素の組合わせを最適に出力できるようにし、これらを単体のコンピュータ上及びネットワーク上で実行可能としたので、ユーザーの要求に応じた種々の太陽光発電装置を容易かつ迅速に設計でき、その見積書等の表作成をもきわめて簡便に行うことが可能な、優れた太陽光発電装置の設計方法及びそれを用いたコンピュータシステム並びにプログラムを提供することができる。
【００６９】
また、屋根設計や電気の知識が無くとも、複雑な太陽光発電装置の設計が容易かつ迅速に行なえ、複数の見積書等の太陽光発電装置の構成要素のリストを簡単に出力できる。
【００７０】
さらに、太陽光発電装置の構成要素の情報を入力して構成要素のデータベースを構築できるようにし、このデータベースを利用して、表形式にて表示出力するようにすることにより、見積書等のリストを簡便かつ迅速に出力でき、これらリストの出力に至るまでの複雑な作業労力の大幅な軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理プログラムを説明するための概略フローチャートである。
【図２】本発明の処理プログラムを説明するための概略フローチャートである。
【図３】本発明の処理プログラムを説明するための概略フローチャートである。
【図４】本発明の処理プログラムを説明するための概略フローチャートである。
【図５】本発明の処理プログラムを説明するための概略フローチャートである。
【図６】本発明の処理プログラムを説明するための概略フローチャートである。
【図７】本発明の処理プログラムを説明するための概略フローチャートである。
【図８】屋根面の一例を説明するための平面図である。
【図９】屋根面の一例を説明するための平面図である。
【図１０】各種屋根面へ太陽電池モジュールを配置する一例を模式的に説明する図（斜視図及び平面図）であり、（ａ）切妻屋根の一例を示す図、（ｂ）は寄棟屋根の一例を示す図、（ｃ）は変形寄棟屋根の一例を示す図、（ｄ）は方形屋根の一例を示す図、（ｅ）は入母屋屋根の一例を示す図である。
【図１１】支持金具方式について模式的に説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）は一連の作業工程を示す斜視図である。
【図１２】直金具方式について模式的に説明する図であり、（ａ）〜（ｂ）は一連の作業工程を示す斜視図であり、（ｃ）は直金具を屋根に取り付けた様子を示す平面図である。
【図１３】瓦金具方式について模式的に説明する図であり、（ａ）は瓦金具の斜視図であり、（ｂ）は瓦金具を屋根に取り付けた様子を示す斜視図である。
【図１４】支持瓦方式について模式的に説明する図であり、（ａ）は支持瓦を屋根に取り付ける様子を示す斜視図であり、（ｂ）は支持瓦の断面図、（ｃ）は支持瓦の斜視である。
【図１５】ラックレス方式について模式的に説明する図であり、（ａ）は固定用金具の斜視図であり、（ｂ）は固定用金具を屋根に取り付けた様子を示す斜視図である。
【図１６】瓦棒方式について模式的に説明する図であり、瓦棒金具を屋根に取り付けた様子を示す斜視図である。
【図１７】屋根に太陽電池モジュール用架台を取り付ける様子を模式的に説明する図であり、（ａ）は縦ラックを固定した様子を、（ｂ）は縦ラック及び横ラックを固定した様子を示す斜視図である。
【図１８】複数の太陽電池モジュールを横ラックどうしの間に順次配設していく様子を示す図である。
【図１９】屋根面における風圧係数が異なる領域を示す例を説明する平面図である。
【図２０】屋根面における風圧係数の分布を考慮して、太陽電池モジュールを屋根面に最適配置させる様子を模式的に説明するための平面図である（太陽電池モジュールの再配置前）。
【図２１】屋根面における風圧係数の分布を考慮して、太陽電池モジュールを屋根面に最適配置させる様子を模式的に説明するための平面図である（太陽電池モジュールの再配置後）。
【符号の説明】
１：太陽電池モジュール
２：太陽電池モジュール群（再配置前）
２‘：太陽電池モジュール群（再配置後）
３：太陽電池モジュール（風圧係数の高い領域に配置）
Ｒ１：屋根面
１０：支持金具
２０：直金具
３０：瓦金具
４０：支持瓦
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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