(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポール状構造物に、これを軸として旋回可能な両面受光型太陽電池モジュールを有し、前記ポール状構造物はスプリング機能を有した部材で連結され、太陽電池モジュールが受ける風圧とスプリング機能を有した部材の伸び応力とがバランスする角度まで旋回する機構を有する太陽光発電設備。
【請求項２】
フェンス用ポールとフェンス用上部水平支持部材及びフェンス用下部水平支持部に両面受光型太陽電池モジュールを組み込んだフェンス一体型太陽電池モジュールを、ビル，平屋根住宅等の屋上に、屋上の角近辺では太陽電池モジュールを組み込まないフェンス構造物を組合わせるとともに、少なくともその受光面が南北，東西等の４方向からの受光となるように垂直設置した太陽光発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電設備に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な太陽光発電設備は、太陽電池モジュールが、片面受光型であり、その受光面を南向きにし、年間の受光日射量を最大にする為、設置地点での緯度を考慮して、適切な傾斜角を持って設置される。
【０００３】
ポール状構造物に太陽電池モジュールを設置する場合は、ポールの先端等に南向き傾斜角付設置を行うが、ポール及び太陽電池モジュールの構造上、風圧強度等の問題で、設置する太陽電池モジュールの面積は制限される為、発生電力量も制限され、ポール状工作物に電気負荷を搭載する場合は、その負荷も制限され、その応用に限界がある。
【０００４】
また、ビルの屋上または平屋根構造の個人住宅や集合住宅の平屋根上に設置される場合は、太陽電池モジュールは片面受光型であり、専用の架台上に南向き傾斜設置することが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、ポールに取付けられる太陽電池モジュールは、風圧等に対する機械的強度の点から、構造上の制約がある為、数Ｗから数１０Ｗ程度の小容量の発電に制限されている。当該ポールに、工業用テレビカメラ，遠隔情報を表示するディスプレイ装置等の負荷機器を設置する場合、その機器は、太陽電池発電容量に制限され、ポール状ステーションの応用範囲が制限される。
【０００６】
ビル屋上または、住宅・集合住宅用の平屋根上に設置する場合、ビルまたは住宅は必ずしも南向きとは限らず、かつ比較的小規模の設置面積の場合は、南向き傾斜付設置は、その設置容量が大幅に制限される。更に、設置架台は重量的にも大きな建屋荷重となるばかりでなく、コストも大きくなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による太陽光発電設備においては、両面受光型モジュールを使用することを第１の手段とし、当該モジュールを垂直設置することを第２の手段とする。この第１の手段及び第２の手段により、太陽電池システムの発電電力量は、当該太陽電池モジュールの設置方位角に依存することなく、ほぼ一定となる。更に、発電システムの出力特性を平坦化する為、複数の垂直設置の両面受光型太陽電池モジュールを方位角を分散させて設置するということを第３の手段とする。
【０００８】
ポール設置型の太陽光発電設備において、上記の第２の手段を適用すると、従来技術に比較してより大きな風圧を受ける可能性が出てくる。本発明による太陽光発電設備においては、風圧対策として、一つのポールに、複数対の太陽電池モジュールを、それぞれ、方位角を変えて配置し、風圧の影響を分散するということを第４の手段とする。
【０００９】
本発明による太陽光発電設備においては、他の風圧対策として、当該モジュールの取付け構造物をポールの軸方向に旋回できる構造とするということを第５の手段とする。更に、旋回可能な当該モジュールが受けた風圧とバランスして静止するように、ポール構造物と旋回可能モジュール及びその取付け構造物をスプリング機能付き連結材で連結するということを第６の手段とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明するが、複数の実施例を説明する為、まず、本発明の手段となる共通的な事項につき説明する。
【００１１】
図６は、両面受光型太陽電池モジュールをその受光面を東西方向とした場合の年間日射量の日分布をシミュレーションした１例である。本図から分かるように、▲１▼南面傾斜角３０°設置の場合は、正午付近をピークとしたコサイン状の分布となる。一方、▲４▼東西垂直面合計では、▲１▼に比較して、より早朝から夕方遅くまで、より多くの日射を受光し、午前１０時頃と午後３時頃に２つのピークを有する分布となり、かつ、日射量積分値は、ほぼ同等となっている。なお、本シミュレーションは、茨城県水戸市を地点としたものであり、海の近く，積雪の多い地点等では、地上反射，散乱光が多くなり、垂直設置面の受光日射量は、より多くなる。
【００１２】
図７は、垂直設置の両面受光型太陽電池モジュールの設置方位角依存性をシミュレーションした例を示すものである。図において、出力比率は、方位角−90°から＋９０°に振ったときの最大出力で正規化した値を示している。本図から分かるように、垂直設置された片面受光型モジュールは、方位角０°（真南）からずれるとその電気出力は著しく低下してゆく特性を有する。一方、垂直設置の両面受光型モジュールは、方位角依存性が殆ど無視できる程度であるという優れた特性を有する。
【００１３】
図１及び図２は、本発明の実施例の一つを示すものである。図１において、両面受光型太陽電池モジュール４は、ポール１に水平方向に固定された１対の支持構造物、即ち、上部支持構造物２と下部支持構造物３に、複数の取付け金具５によって垂直に取付けられている。ポール１の最上部の当該モジュール対は、その受光面が東西方向を向くように取付けられ、下方に向かって、２段目には東南・北西方向、３段目には南北方向、４段目には北東・南西方向に取付けられている。図２は、前述の４対の太陽電池モジュールの設置方位角を説明する図で、ポール１を中心として、４対の両面受光型太陽電池モジュール４の設置角度を示している。
【００１４】
なお、本実施例は、４対の太陽電池モジュールとし、各対の設置角度は、上方より、順次に４５°ずらした例を説明したが、太陽電池モジュールの数、設置方位角度及びその順番は種々のものがある。
【００１５】
本発明の他の実施例を図３，図４を参照して説明する。１対の両面受光型太陽電池モジュール４は、ポール１を軸にして旋回できる回転支持構造物６に複数の取付け金具５で固定されており、回転支持構造物６は、ポール１に固定された上下２個の軸受け機構７により支えられ、旋回可能な構造となっている。両面受光型太陽電池モジュール４の取付けられた支持回転構造物６は、その構成要素の一つである上部水平支持構造材８及び下部水平支持構造材９に、フック１０を有し、ポール側フック１１とスプリング機構１４（連結棒１２とスプリング・ダッシュポット機能要素１３より構成）で連結されている。当該太陽電池モジュールが風圧を受けると、上記説明の機構により、太陽電池モジュールは、風圧とスプリング伸びによる応力がバランスする角度まで回転し、風圧が開放されたときは、初期の角度に復元することになる。図４は、この太陽電池モジュールの回転角バランスを説明する図で、ポール上方からみた平面図である。本実施例では、両面受光型太陽電池モジュール４は、その受光面を東西方向としている。風圧により、太陽電池モジュール４及び支持回転構造物６は、初期の位置から応力がバランスする位置まで回転する。この回転限界として、メカニカルストッパー１５がポール１または軸受け機構７に取付けられている。
【００１６】
次に、本発明の他の実施例を図５にて説明する。図５は、本発明をビル屋上に適用した例を示すものである。フェンス一体型太陽電池モジュール１７は、フェンス用ポール１９とフェンス用上部水平支持材２０及びフェンス用下部水平支持材２１に両面受光型太陽電池モジュール４を組込んだものである。このフェンス一体型太陽電池モジュール１７を、ビル１６の屋上２２の周辺部全体に亘って垂直に設置する。この設置に当たって、屋上の角近辺では、生じる影の影響を避ける為、太陽電池モジュールを組込まないフェンス構造物１８を組み合わせる。なお、本発明の適用は、平地に設置する場合も含む。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、従来技術に比較して大容量の太陽光発電設備を設置できるポール状構造物設置型発電設備をより低コストで提供できる効果がある。更に、平坦な日間発電出力分布を実現し、独立型電源として、蓄電池，コンバータ，負荷を含めた最適かつ合理的なシステム設計を提供することができる。
【００１８】
本発明によれば、ビルの屋上または平屋根住宅の屋根に、従来技術適用時と同等以上の発電電力量を供給できる太陽光発電設備を低コストで実現できるという効果がある。更に、建屋の方位が南からずれている場合においては、従来技術である南向き傾斜付きの架台設置の方式では、設置可能容量が大幅に縮小されるか、建屋方位に合わせて、太陽電池モジュールを設置することになり、発電電力量の低下を招くが、本発明によれば、方位角依存性が殆どなく、屋上周辺部に沿って垂直設置できる為、建屋周辺部合計長さえあれば、その形状，向きに無関係に大きな発電量が得られる太陽光発電が可能となる。
【００１９】
また、本発明によれば、太陽電池モジュールは、フェンスと一体型になり、垂直設置されるので、従来技術で必要な重量のある架台及びその基礎を割愛でき、かつ、フェンス一体型モジュールは、屋上周辺部即ち、建屋の柱，壁等の位置となるので、その荷重負荷は建屋構造上も有利となり、軽量化が実現でき、低コスト化ができるという効果がある。更に、フェンス一体型の両面受光型モジュールは、一方向ではなく、少なくとも、その受光面は、南北／東西等の４方向からの受光となるので、出力分布は平坦になり、良好な発電特性が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をポール状構造物に適用し、太陽電池モジュールは固定とした場合の実施例。
【図２】図１の実施例を補足説明する図。
【図３】本発明をポール状構造物に適用し、太陽電池モジュールは回転可能とした場合の実施例。
【図４】図３の実施例を補足説明する図。
【図５】本発明をビル屋上設置の太陽光発電に適用した実施例を説明する図。
【図６】垂直設置両面受光型太陽電池モジュールをその受光面を東西面とした場合のシミュレーション結果例を示す図。
【図７】垂直設置両面受光型太陽電池モジュールの方位角依存性のシミュレーション結果の例を示す図。
【図８】太陽光発電設備の発電出力の平坦化の原理を示すシミュレーション結果の例を示す図。
【符号の説明】
１…ポール状構造物、２…上部支持構造物、３…下部支持構造物、４…両面受光型太陽電池モジュール、５…取付け金具、６…支持回転構造物、７…軸受機構、８…上部水平支持構造材、９…下部水平支持構造材、１０…フック、１１…ポール側フック、１２…連結棒、１３…スプリング・ダッシュポット機能要素、
１４…スプリング機構、１５…メカニカルストッパー、１６…ビル、１７…フェンス一体型太陽電池モジュール、１８…フェンス構造物、１９…フェンス用ポール、２０…フェンス用上部支持材、２１…フェンス用下部支持材、２２…ビル屋上。
【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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