(57)【要約】【課題】背面側から風を受けた時に発生する上向きの風力を低減させることを可能とした太陽光発電装置を提供する。【解決手段】上下方向に並設された複数段あるいは１枚の太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールを支持する支持構造体とを備える太陽光発電装置であって、少なくとも最上段の太陽電池モジュールが、その上端部において回転可能に支持された可動型太陽電池モジュールであって、背面側から風を受けた時に発生する上向きの風力によりその下端部が上昇して風を逃がすように構成されている。【選択図】図１
2013157504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールを支持する支持構造体と、を備える太陽光発電装置であって、
少なくとも一つの前記太陽電池モジュールが、その上端部において回転可能に支持された可動型太陽電池モジュールであることを特徴とする、太陽光発電装置。
【請求項２】
上下方向に並設された複数段の太陽電池モジュールのうち、少なくとも最上段の太陽電池モジュールを前記可動型太陽電池モジュールとすることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
前記可動型太陽電池モジュールの下端部と前記支持構造体との間に、衝撃吸収部材が介設されてい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装置。
【請求項４】
前記可動型太陽電池モジュールの回転速度を減速させるダンパーを備えることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
１枚の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールを支持する支持構造体と、を備える太陽光発電装置であって、
前記太陽電池モジュールが、その上端部において回転可能に支持されていることを特徴とする、太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上や建物の屋上に設置する太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電装置とは、太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールを設置するためのフレーム、フレームを支持する支柱および支柱を固定する基礎とからなる架台とを備え、地上や屋上等に設置されて太陽光により発電を行うものである。
なお、本明細書では、複数の太陽電池モジュールが並設された太陽光発電装置を「太陽電池アレイ」という場合がある。
【０００３】
このような太陽光発電装置においては、フレームを南中方向に向けて傾斜させ、受光面に塵や落ち葉などがつもり発電効率を低下させることを防ぎ、効率的に光エネルギーを吸収している。
【０００４】
このような太陽光発電装置（太陽電池アレイ）に対して、背面側（北）から風が吹くと、図５に示すように、太陽電池アレイの上面には負圧が発生し、太陽電池アレイの下面には正圧が発生する。そのため、図６の（ａ）に示すような上向きの風力Ｗ（上面と下面の圧力差）が太陽電池アレイに作用する。この太陽電池アレイに作用する上向き風力Ｗによって、支柱には引き抜きの力が発生する。そのため、架台の基礎は，この引き抜きの力に対して、十分な耐力を備えている必要があった。
また、フレームも、この太陽電池アレイに作用する上向きの風力Ｗに対して十分な強度を備えている必要があった。
【０００５】
ところが、このような引き抜きの力に耐え得る架台を製作すると、架台が大規模になり、施工に手間がかかる。さらに、埋立地などの軟弱地盤に設置する場合には、太陽電池アレイの沈下等の問題が生じ、既存の建物の屋上に設置する場合には、架台の基礎を含む太陽電池アレイの積載荷重が建物の構造耐力を超えるなどの問題が生じてしまう。
【０００６】
そのため、特許文献１には、図７の（ａ）に示すように、太陽電池モジュール１０１を並設するためのフレーム１０２と、フレーム１０２の背面の上下方向中間部に横架された軸棒１０３と、軸棒１０３を回転可能に軸支する支柱１０４と、支柱１０４を固定する基礎１０５とを備えた太陽電池アレイ１００が開示されている。この太陽電池アレイ１００は、背面側から風が吹いた場合に、アレイ面に作用する上向きの力によって、アレイ面の南側端部が上昇し、風を逃がすことで引き抜き力を低減し、もって、太陽電池アレイ１００の架台の簡略化を図るというものである。
【０００７】
また、特許文献２には、図７の（ｂ）に示すような太陽電池アレイ２００が開示されている。この太陽電池アレイ２００は、アレイ面に風抜き用のスロット孔２１０を形成し、このスロット孔２１０から風を逃がすことで、太陽電池アレイに作用する風力を軽減し、架台の簡略化を図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−５１０１９号公報
【特許文献２】特開２０１１−８２２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
背面側から風が吹いた場合、図６の（ｂ）に示すように、太陽電池アレイの上段（北側端部）に設置された太陽電池モジュールに作用する上向きの風力ｗｕは、中段および下段に設置された太陽電池モジュールに作用する風力ｗｍおよびｗｌ（南側端部）よりも大きいため、特許文献１の太陽電池アレイ１００では、太陽電池モジュール１０１の南側端部を下降させようとする力（軸棒１０３よりも上側の領域に作用する上向きの風力）によって、太陽電池モジュール１０１の南側端部を上昇させようとする力（軸棒１０３よりも下側の領域に作用する上向きの風力）が抑制され、太陽電池アレイに作用する上向きの風力だけでは太陽電池モジュール１０１を動かすことは出来ない。
また、特許文献２の太陽電池アレイ２００では、スロット孔２１０の面積分、発電効率が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、太陽電池モジュールに上向きに作用する風力を低減させることを可能とした太陽光発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールを支持する支持構造体とを備えていて、少なくとも一つの前記太陽電池モジュールが、その上端部において回転可能に支持された可動型太陽電池モジュールであることを特徴としている。
【００１２】
かかる太陽光発電装置によれば、背面側から風を受け、可動型太陽電池モジュールに作用する上向きの風力が、可動型太陽電池モジュールの自重を上回る場合のみ、可動型太陽電池モジュールは、上端部を回転中心として下端部が上昇して風を逃がすため、太陽電池アレイの上面と下面の圧力差を緩和し、太陽電池アレイに作用する上向きの風力を低減させることができる。そのため、架台の簡略化を図ることができる。また、風抜き用の孔を形成する必要もないため、発電効率が低減することもない。
また、上端部を回転中心として下端部が上昇（回転）した可動型太陽電池モジュールは、可動型太陽電池モジュールに作用する上向きの風力が下向きの自重より小さくなると、その自重により自然と元の位置へ戻る。
【００１３】
なお、上下方向に並設された複数段の太陽電池モジュールのうち、少なくとも最上段の太陽電池モジュールを前記可動型太陽電池モジュールとしておけば、太陽電池アレイに作用する上向きの風力が最も大きくなる太陽電池アレイの北側端部において効果的に風を逃がすため、効率よく風荷重を低減させることができる。
【００１４】
前記可動型太陽電池モジュールの下端部と前記支持構造体との間に、衝撃吸収部材が介設されていれば、上方に浮き上がった可動型太陽電池モジュールが閉まる際の衝撃を吸収することが可能となるので、可動型太陽電池モジュールの破損を防止できる。
【００１５】
さらに、前記可動型太陽電池モジュールの上端部に取り付けた回転可能な支持部材にダンパーヒンジを用いたり、モジュールにドアクローザやボンネットダンパーのような回転速度を減衰させるダンパーを備えることによって、自重によりモジュールの下端部が落下する際や、突風等により急激にモジュールの下端部が跳ね上がる際に、モジュールをゆっくりと下降および上昇させることが可能となり、可動型太陽電池モジュールの破損を防止できる。
【００１６】
また、太陽光発電装置は、１枚の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールを支持する支持構造体とを備えるものであって、前記太陽電池モジュールがその上端部において回転可能に支持されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の太陽光発電装置によれば、背面側から風を受けた際に作用する上向きの風力を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽電池アレイを示す側面図である。
【図２】（ａ）は可動型太陽電池モジュールを示す側面図、（ｂ）は風力の作用状況を示す模式図である。
【図３】本実施形態の太陽電池アレイが背面側から風を受けた際の風力および風圧の分布図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は他の形態に係る太陽電池アレイを示す側面図である。
【図５】従来の太陽電池アレイが背面側から風を受けた際の風力および風圧の分布図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、太陽電池アレイに作用する上向きの風力を示す模式図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は従来の太陽電池アレイを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本実施形態の太陽電池アレイ（太陽光発電装置）１について、図面を参照して説明する。
太陽電池アレイ１は、図１に示すように、上下左右に並設された複数の太陽電池モジュール２，２，…と、これらの太陽電池モジュール２，２，…を支持する支持構造体３とを備えている。
【００２０】
本実施形態では、上下方向に３段の太陽電池モジュール２，２，２が配設された太陽光発電装置（太陽電池アレイ１）について説明するが、太陽光発電装置が備える太陽電池モジュール２の数や配置は限定されるものではなく、太陽電池モジュール２は１枚であってもよい。
【００２１】
上下３段に配設された太陽電池モジュール２，２，２のうち、最上段の太陽電池モジュール２は、可動型太陽電池モジュール２０により構成されている。
【００２２】
可動型太陽電池モジュール２０は、その下端部が上下動可能となるように、その上端部において回転可能に支持されている。
【００２３】
可動型太陽電池モジュール２０は、図２の（ａ）に示すように、支持構造体３（支持フレーム３１）に設置されたヒンジ２１を介して、上端部において支持構造体３に取り付けられている。
【００２４】
ヒンジ２１は、一片が太陽電池モジュール２の上端面に固定されており、他片が支持構造体３（支持フレーム３１）の上端面に固定されている。
ヒンジ２１は、太陽電池モジュール２の上端を回動可能に支持する。
【００２５】
なお、可動型太陽電池モジュール２０は、必ずしもヒンジ２１を介して支持構造体３に取り付ける必要はなく、その取付方法は限定されるものではない。例えば、可動型太陽電池モジュール２０の上端の取付構造をピン支持構造とすることで回転可能に支持してもよい。また、ヒンジ２１は、可動型太陽電池モジュール２０の回転速度を減速するダンパー機能を備えているものでも良い。
【００２６】
また、可動型太陽電池モジュール２０の上下方向（南北方向）中間部には、ダンパー２２が取り付けられている。ダンパー２２は、可動型太陽電池モジュール２０の回転速度を減速する。ダンパー２２の構成は限定されるものではないが、例えば、オイルダンパーやエアダンパー等により構成すればよい。なお、ダンパー２２は必要に応じて設置すればよく、省略してもよい。
【００２７】
可動型太陽電池モジュール２０以外の太陽電池モジュール２，２，…（下から１段目と２段目の太陽電池モジュール２，２，…）は、固定型太陽電池モジュールであり、上向きの風力が作用している状態であっても動くことのないように、支持構造体３（支持フレーム３１）に固定されている。
【００２８】
支持構造体３は、図１に示すように、フレーム３１と、支柱３２と、基礎３３とを有している。
【００２９】
フレーム３１は、並設された複数の太陽電池モジュール２，２，２を保持する枠状の部材であって、形鋼を組み合わせることにより構成されている。本実施形態のフレーム３１は、形鋼を格子状に組み合わせることで形成されており、太陽電池モジュール２，２，…を背面側から支持している。
なお、フレーム３１をする材料は限定されるものではないが、本実施形態では、アングル材により構成する。また、フレーム３１の形状は限定されるものではない。
【００３０】
フレーム３１には、可動型太陽電池モジュール２０の下端部の位置に対応して、衝撃吸収部材３４が設置されている。
衝撃吸収部材３４は、可動型太陽電池モジュール２０とフレーム３１との間に介設されていて、上昇した可動型太陽電池モジュール２０が元の状態に戻る際の衝撃を吸収する。      
【００３１】
本実施形態の衝撃吸収部材３４は、バネを有して構成されているが、衝撃吸収部材３４の構成は限定されるものではない。例えば、ゴム板や各種クッション材等であってもよい。
また、ダンパーヒンジやダンパー等の衝撃を抑える対策が講じている場合は、衝撃吸収部材３４はなくてもよい。
【００３２】
支柱３２は、上端においてフレーム３１を支持している部材であって、基礎３３に立設されている。
支柱３２を構成する材料は限定されるものではないが、アングル材や溝形鋼等の形鋼により構成すればよい。
【００３３】
南側に配設された支柱３２の高さは、北側に配設された支柱３２の高さよりも低くなっている（長さが短くなっている）。このようにすると、フレーム３１が傾斜して、太陽電池モジュール２が南中方向に向くようになる。
【００３４】
基礎３３は、地上に設置されたコンクリート製の本体部３３ａと、本体部３３ａの上面に載置された形鋼材からなる土台３３ｂとからなる。
支柱３２の下端は、土台３３ｂの上面に固定されている。
【００３５】
土台３３ｂは、フレーム３１の幅方向に沿って配置されており、フレーム３１の幅方向に沿って並設された複数本の支柱３２，３２，…を支持している。
本実施形態では、土台３３ｂを溝形鋼により構成するが、土台３３ｂを構成する材料は限定されるものではなく、例えばＨ形鋼等の溝形鋼以外の形鋼材により構成してもよいし、コンクリート部材により構成してもよい。
【００３６】
本体部３３ａは、土台３３ｂの両端部を支持するように配置されている。なお、本体部３３ａの配置および形状は限定されるものではない。また、基礎３３は必ずしも土台３３ｂを備える必要はなく、本体部３３ａにより直接支柱３２を支持してもよい。
【００３７】
以上、本実施形態の太陽電池アレイ１によれば、背面側から風を受けると、可動型太陽電池モジュール２０の上端部を回転軸として、可動型太陽電池モジュール２０が上向きに回転し、可動型太陽電池モジュール２０の下端部が上昇して風抜き用の通気口が形成されるため、太陽電池アレイ１の上面と下面に生じた圧力の差を緩和することができる。また、背面からの風が弱まり、可動型太陽電池モジュール２０に作用する上向きの風力が、可動型太陽電池モジュール２０の自重を下回ると、可動型太陽電池モジュール２０は自重によって自動的に元の状態に戻る。
そのため、太陽電池アレイ１に作用する風力を低減させることが可能となり、支持構造体３の簡略化を図ることができる。また、別途、風抜き用の孔を形成する必要もなく、強風時にのみ作動するため、発電効率が大きく低下することもない。
【００３８】
また、太陽電池アレイ１に作用する上向きの風力が最も大きくなる北側端部の太陽電池モジュールを可動型太陽電池モジュール２０として風を逃がすと、可動型太陽電池モジュール２０の下側の固定型太陽電池モジュールの上面と下面に作用する圧力の差が緩和され、差圧（太陽電池アレイ１に作用する上向きの風力）が小さくなるので、基礎３３を含む支持構造体３の全体について簡略化を図ることができ、低コスト化が可能となる（図３および図５参照）。
【００３９】
また、可動型太陽電池モジュール２０は、複雑な制御手段を要することなく、強風時に自動的に作動するため、製造コストやメンテナンス等の費用が安価である。
【００４０】
支持構造体３の簡略化を図ることが可能となるので、設置場所が埋立地などの軟弱地盤であっても太陽電池アレイ１の沈下が低減され、また、既存建物の屋上に設置する場合であっても構造耐力不足等の問題が発生しにくくなるため、太陽電池アレイ１の設置箇所が限定され難い。また、施工時の手間の低減化も可能となる。
【００４１】
また、可動型太陽電池モジュール２０の下端部とフレーム３１との間には、衝撃吸収部材３４が介設されているため、上方に浮き上がった可動型太陽電池モジュール２０が閉まる際の衝撃を吸収することができ、したがって、可動型太陽電池モジュール２０の破損を防止できる。
【００４２】
また、ダンパーヒンジやダンパーを取り付けることによって、可動型太陽電池モジュール２０をゆっくりと回転させることが可能となるため、可動型太陽電池モジュール２０の破損を防止できる。
【００４３】
可動型太陽電池モジュール２０は、その自重Ｗｇを上回る風荷重Ｗ０の鉛直成分Ｗ１が作用することにより回転する（図２の（ｂ）参照）。風荷重Ｗ０の鉛直成分Ｗ１は、式１により算出できる。
ここで、Ｗ０は太陽電池モジュールに平均的に作用する風荷重、θは太陽電池アレイの傾斜角度、Ｗ１はＷ０の鉛直方向成分、ｑｈは高さｈにおける平均速度圧、Ｕｈはアレイ面の平均高さにおける風速である。なお、θ＝１５度の太陽電池アレイ１の北側端部には、−１．６〜−２．４の平均風力係数Ｃｆが発生する。
Ｗ０＝Ｃｆ×ｑｈ
ｑｈ＝０．６×Ｕｈ２
Ｗ１＝ｃｏｓθ×Ｗ０  …  式１
【００４４】
したがって、太陽電池モジュールを回転させるために必要な風速Ｕｈ１は、式２により算出することができる。
Ｕｈ１＞｛Ｗｇ／（０．６×Ｃｆ×ｃｏｓθ）｝０．５  …  式２
【００４５】
なお、仮に可動型太陽電池モジュール２０の自重Ｗｇ＝１３７Ｎ／ｍ２、θ＝１５度、平均風力係数Ｃｆ＝−１．６とすると、回転させるために必要な風速Ｕｈ１＞１２．０ｍ／ｓとなる。
一般的な太陽電池アレイの設計風速は３０ｍ／ｓ程度であるため、一般的な設計風速の半分より小さい風速により、効果が得られることとなる。
【００４６】
以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００４７】
例えば、前記実施形態では、複数段の太陽電池モジュール２，２，…のうち、最上段の太陽電池モジュール２が可動型太陽電池モジュール２０である場合について説明したが、可動型太陽電池モジュール２０の配置は限定されるものではない。例えば、図４の（ａ）に示すように、中間部の太陽電池モジュール２も可動型太陽電池モジュール２０としてもよい。
【００４８】
太陽電池アレイ１の設置箇所は、地上に限定されるものではなく、例えば建物の屋上に設置してもよい。
【００４９】
また、図４の（ｂ）に示すように、必要に応じて可動型太陽電池モジュール２０の開きすぎを防ぐ部材（例えばワイヤー２３）を可動型太陽電池モジュール２０とフレーム３１との間に設置してもよい。例えば、突風などによって可動型太陽電池モジュール２０が開きすぎて集電ケーブルやダンパーヒンジおよびダンパー等に破損が生じることを防ぐには、可動型太陽電池モジュール２０とフレーム３１をワイヤー２３等で繋ぎ、開き過ぎを防止すればよい。
【符号の説明】
【００５０】
１    太陽電池アレイ
２    太陽電池モジュール
２０  可動型太陽電池モジュール
２１  ヒンジ２１
２２  ダンパー
３    支持構造体
３４  衝撃吸収部材
【図１】
2013157504.tif 000003
【図２】
2013157504.tif 000004
【図３】
2013157504.tif 000005
【図４】
2013157504.tif 000006
【図５】
2013157504.tif 000007
【図６】
2013157504.tif 000008
【図７】
2013157504.tif 000009