(54)【考案の名称】太陽光発電システム

(51)【国際特許分類】

H01L 31/052

H01L 31/042

(73)【実用新案権者】有限会社吉田エンタープライズ

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図1

【概要説明】

【分野】

【0001】
本考案は、ソーラーパネルを用いた太陽光発電システムに関し、さらに詳しくは、ソーラーパネルによって発電した電力を床暖房設備、給湯設備等の電力に用いる太陽光発電システムに係、特に、単位面積当たりの設置面積を広くすることができ、しかも受光面の総面積に対するソーラーパネルの設置面積を少なくすることができるようにした太陽光発電システムに関する。

【従来の技術】

【0002】
2011年3月に発生した東日本大震災を契機にして原子力発電の安全性が危ぶまれ、これに伴って代替発電の必要性が高まり、風力発電、太陽光発電、潮力発電、火力発電等が見直されている。このうち、太陽光発電システムは無公害で比較的付属部品が少なく無音で動作するため、屋上、屋根、地面等に幅広く設置できることから注目が高まっている。太陽光発電において大きな出力電圧及び発生電力を得るにはソーラーパネルの面積、即ち、ソーラーパネルを構成しているセル(cell:太陽電池)の数をできるだけ多くする必要がある。そのため、太陽光発電システムではセル数を増やすほど設置面積が広くなってしまう。また、太陽光発電システムで発電効率を高めるためには、最大出力を得ることができる位置で太陽光が照射されるようにソーラーパネルを設置する必要がある。そこで、大電力用のシステムでは、通常、最大電力点追従装置(Maximum Power Point Tracker:MPPT)を用いて、日射量や負荷にかかわらず太陽電池側からみた負荷を常に最適に保つような運転が行われている。しかし、小型軽量及びコストダウン等が要求される一般住宅等を対象にした小規模な太陽光発電システムでは、MPPTを含めることができない。
【0003】
そのため、比較的簡単な構成によって太陽光を効果的にソーラーパネルに照射できる太陽光発電システムが提案されている。例えば、特許文献1に示される太陽光発電システムでは、ソーラーパネルを斜めに設置しその立ち上げ部に反射板を垂直に設けたものを複数用意し、これらを太陽から遠い側にあるソーラーパネルの反射板からの反射光が隣接するソーラーパネルに照射されるように順次設置し、さらに、太陽光を各反射板に反射させるブラインドを設置したものである。また、特許文献2に示される太陽光発電システムでは、回転する筒形状の支持体の外周面に太陽電池パネルが取り付けられた太陽電池パネル体、及び反射光が太陽電池パネルに入射するように設置された半円状の反射板を備えて構成されている。
【0004】

【効果】

【0015】
本考案に係る太陽光発電システムによれば、ソーラーパネルの相互に隙間を設けて立設すると共に、反射板によって反射させた反射光をソーラーパネルの隙間に向けて照射させてソーラーパネルの対向面のセル群に対して反射光や太陽光を導くことで、狭い設置面積でありながら単位面積当たりのソーラーパネルの設置面積を広くすることができるという効果がある。
【0016】
また、ソーラーパネルの隙間が太陽光の照射方向に向くように駆動装置によって駆動することで太陽光発電装置を発電効率の高い位置へ位置させることができるという効果が有る。
【0017】
さらに、太陽光発電装置によって発電された電力を蓄電池に貯えると共に、貯えられた電力によって生活用水や熱媒体をヒータ装置で加温することで温水供給や室温調整が可能となるという効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本考案に係る太陽光発電システムの実施形態を示すブロック図である。
【図2】(a)は図1に示すソーラーパネルの正面図、(b)は平面図である。
【図3】本考案に係る太陽光発電システムの動作例を示すフローチャートである。
【図4】図3における日照チエックの処理の詳細を示すフローチャートである。
【図5】本考案に係る太陽光発電システムの他の実施形態を示すブロック図である。

【0019】
[太陽光発電システムの構成]
以下、本考案に係る太陽光発電システムについて好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。図1は本考案に係る太陽光発電システムの一実施形態を示すブロック図である。図示された太陽光発電システム1は、概略として、複数のソーラーパネル11,11を備えたソーラーパネル群からなる太陽光発電装置10と、この太陽光発電装置10の発電電圧によって充電される蓄電池2と、太陽光発電装置10を矢印30方向(水平方向)に回動駆動させるターンテーブル3と、ターンテーブル3内の図示しないモータを駆動する駆動部4と、この駆動部4を制御する制御装置であるコントローラ5と、太陽光発電装置10の設置雰囲気における照度を検出する照度センサ6と、蓄電池2の電源供給先となる給湯設備のヒータ7A及び床暖房設備のヒータ7Bと、ヒータ7A,7Bへの電源供給を個別にON/OFFするスイッチ90A,90B、及び、図示しないヒューズ、ブレーカ等を備えた配電盤9とを備えて構成されている。
【0020】
ここで、コントローラ5は、駆動部4及び照度センサ6と組み合わされてターンテーブル3を回動させる駆動手段を構成している。また、照度センサ6の代わりにソーラーパネル11,11による発電量を計測する図示しない電力計測計を設け、コントローラ5はこの電力計測計によって計測された電力量に基づいて駆動部4を駆動するように構成することもできる。尚、配電盤9及びスイッチ90A,90Bは、設備や機器に電源スイッチ等を備えている場合には不要にすることができる。また、蓄電池2の出力電圧は、負荷(ヒータ7A,7B等)に適合するように1又は複数の二次電池を直列接続して調整し、その蓄電容量(Ah)は製品仕様から選定する。
【0021】
太陽光発電装置10は、図1に示すように、光電変換を行う複数のセルからなるセル群が両面に設けられている平板状のソーラーパネル11を一定間隔に複数配列して基台16上に立設及び固定され、さらに、ソーラーパネル11,11の後側、すなわち太陽20の方向と反対側のソーラーパネル11,11の近傍に反射板12が基台16上に立設及び固定されている。そして、ソーラーパネル11の相互間の隙間17の部分が日中の太陽20の軌道方向に対面できるようにして設置される。つまり、太陽光発電装置10は、ソーラーパネル11の相互間の隙間17が太陽20の方向を向くように位置決めされて、隙間17から射し込んだ太陽光21がソーラーパネル11,11の両面に照射されるように配置される。この場合、ソーラーパネル11,11の高さ方向における配置角度は特に限定されるものではなく、ソーラーパネル11,11を水平に配置してもよく、或いは、太陽20方向に向かって手前側をやや上方に向けて傾斜させて配置してもよい。また、反射板12も太陽光21の反射光22がソーラーパネル11の相互間の隙間17に入射するように取り付け角度等が調整される。図1に示されたソーラーパネル11,11は、基台16に垂直に立設されているが、例えば、2枚で1組としたソーラーパネル11,11の上部側を下部側よりも僅かにV字状に開き、また、太陽20に向かう側をそれとは反対側よりも僅かに開くように配置することで太陽光21が入射しやすいようにしても良い。さらに、基台16の表面に図示しない加温手段であるヒータ装置を配置しておき、ソーラーパネル11,11の間に積もった雪をヒータで溶かすことによって積雪によるソーラーパネル11,11への太陽光21の照射が妨げられることを防止することができる。また、基台16の表面にアルミ箔を敷くことで基台16の表面に照射された太陽光21を反射させてソーラーパネル11,11へ導入することができる。尚、本実施形態ではソーラーパネル11,11の数を七つとしたが、その数及び大きさは設置場所の広さや蓄電池2の充電電圧に応じて適宜に決定することができる。また、太陽光発電システム1の設置場所は、地上の他、住宅の屋根や建築物の屋上等の適宜の場所に設置することができる。
【0022】
図2はソーラーパネル11の詳細を示し、(a)はその正面図、(b)はその平面図である。ソーラーパネル11は、板状の支持体13の表面及び裏面の両面に光電変換を行う多数のセル14,14からなるセル群15a(表面側),15b(裏面側)を備えて構成されている。セル群15a,15bは、いずれも多数のセル(太陽電池)を同一平面上に規則的に配列した構成となっている。そして、各ソーラーパネル11の両面には、反射板12によって照射された入射光を乱反射させ、さらに太陽光21の反射光22を互いに隣接する別のソーラーパネル11のセル群15a,15bへ照射させる乱反射部材(乱反射物)18がソーラーパネル11,11の対向面のセル群15a,15bに配置されている。尚、両端側に配置されたソーラーパネル11,11の外側面は、反射光22を照射する対象が存在しないので乱反射部材18を必要としないが、乱反射部材18を片面のみに設けたものを製作するとソーラーパネル11の製造及び保管の管理が面倒となるので両面に乱反射部材が配置されたソーラーパネル11を両端側に配置してもよい。乱反射部材18は、例えば、透明な細かいビーズ、ガラス片、アクリル片、アルミ薄膜等によって形成され、太陽光21及び反射板12によって反射された反射光22を乱反射してソーラーパネル11,11の相互の対向面に効率よく照射する。これにより、ソーラーパネル11の発電効率をさらに高めることができる。尚、ソーラーパネル11,11の形状の一例を示すと、高さ(h)1m×幅(W)2mの長方形の面を有した薄板状をなしており、厚み(d)(図2参照)は約20mmである。ここで、例えば、4m×1mの広さの場所にソーラーパネル11,11を配置する場合を考えると、ソーラーパネル11の表面を太陽の方向に向けて平面状に配置する一般的な配置方法による場合には、ソーラーパネル11,11を4枚しか配置できない。これに対し、上述の太陽光発電装置10の場合にはソーラーパネル11の厚みが20mmであり、隙間を30mmとすれば、
4,000mm(4m)÷50mm=80枚となり、80枚のソーラーパネル11,11を縦に配置できることになる。そして、ソーラーパネル11,11は両面で発電が可能なので、
80枚×2面=160枚となり、実質的に160枚のパネルを並べたのと同じになる。
このように、従来のような一般的な平面置きの場合であればソーラーパネル11,11を4枚しか置けないが、本考案の太陽光発電装置10によれば160枚のソーラーパネルを置けることになり、
160枚÷4枚=40で、平面に並べた場合に比べて40倍の発電面積を確保することができることになる。尚、上記の寸法はもちろんこれに限定されるものではなく、設置場所の広さ、ソーラーパネル11のサイズ、配置する隙間17のサイズ等により適宜に変更することが可能である。
【0023】
反射板12は、例えば、長板状のステンレス又は成型したメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、化学強化ガラス等を長板状にした片面を研磨、スパッタリング或いはアルミ箔をラミネートする等によって凹面鏡Mが形成されている。尚、反射板12は簡略な構成では平面鏡であるが、他の形状、例えば凹面鏡等であってもよい。また、反射板12の使用数は2以上であってもよいし、太陽20よりも遠い側(図1の手前側)に一つを設置する構成であってもよい。更には、太陽20に対して遠い側に二つ以上を上下に配置する構成であってもよい。
【0024】
コントローラ5は、CPU51、メモリ52及び各種周辺回路(図示せず)等を備え、メモリ52には照度センサ6で検出した隙間17内への太陽光21及び/又は反射光22の受光量に応じてターンテーブル3を制御するための例えば図3に示すような処理を実行するプログラムが格納されている。照度センサ6は隙間17内への太陽光21及び/又は反射光22の受光量を検出する構成並びに配置が理想であるが、太陽光発電装置10の設置雰囲気の照度を検出できる構成並びに配置であってもよい。また、ターンテーブル3は駆動部4によって駆動されるモータと、このモータによって駆動される減速機構(いずれも図示せず)を内蔵し、減速機構の出力軸に取り付けられた基台16を矢印30に示す方向(水平方向)に回動させることができる構成となっている。尚、照度センサ6の代わりに電力計測計を用いる場合にはこの電力計測計によって計測された計測値に応じてターンテーブル3を制御するプログラムをメモリ52に格納しておく。
【0025】
また、給湯設備のヒータ7A及び床暖房設備のヒータ7Bは、蓄電池2の電力によって動作するようになっており、ここでは、ヒータ7A,7Bを給湯設備適用して生活用水を可温し、また、床暖房設備に適用して室内の温度調整を行う熱媒体を可温するように構成したが、直流によって動作する他の設備のための電気機器、例えば、照明器具や電化製品等であってもよい。また、ヒータ7A,7Bは二つとしたが、蓄電池2の供給能力の範囲内で1つとしても或いは3つ以上に増やすことも可能である。尚、インバータ等の変換効率は85〜92%程度であり、この変換効率では電力の8〜15%程度が損失となることからなるべく直流で動作する電機機器を接続することが好ましい。但し、交流を必要とする電気機器を利用する場合にはインバータを設置する必要があるのでインバータを設置して直流電力の一部を交流電力に変換するようにするとよい。インバータによって全ての直流電流を交流電力に変換する構成とすることももちろん可能である。
【0026】
ここで、インバータを用いた構成例を図5に示す。図5に示す太陽光発電システム1は、図1の構成において、蓄電池2にインバータ8を接続し、このインバータ8に交流の機器19を接続するように構成されている。尚、インバータ8を接続した状態で、図1に示すように直流によって動作するヒータ7A,7B等を負荷として蓄電池2に接続することも可能である。つまり、直流機器と交流機器を併用することもできる。交流の機器19の一例を示せば、AC100Vで動作する市販のテレビジョン、照明器具、ポット、温熱器等の一般家庭等で使用されている各種の電気機器及び電子機器である。太陽光発電装置10の発電出力が大きい場合には、冷蔵庫等の大きな電力を消費する機器もインバータ8に接続することができる。尚、悪天候が続いたときには蓄電池2が充電不足や過放電状態になって機器に電力を供給できなくなる。そこで、太陽光発電システム1と電力会社の配電との併用を図ることが望ましい。具体的には、蓄電池2の蓄電容量が低下した場合には電力会社の給電ラインに接続し、蓄電池2の蓄電容量が回復したときにはインバータ8の出力に接続を切り換える制御をコントローラ5によって実施する。また、悪天候が続いたときには、手動又は自動により専用の充電器を電力会社の給電ラインに接続して蓄電池2を充電することも可能である。
【0027】
[太陽光発電システムの動作]
次に、太陽光発電システム1の動作について説明する。図3は太陽光発電システム1の動作例を示すフローチャートであり、図4は図3のステップS200における日照チエックの処理の詳細を示すフローチャートである。以下、図1〜図4を参照して太陽光発電システム1の動作を説明する。初めに、図3に示すように、コントローラ5によって照度センサ6の検出値を基に太陽光発電装置10のソーラーパネル11,11の表面の照度を測定する(ステップS101)。尚、本システムを初めて稼働させる場合には別途バッテリ、ガソリン又はプロパンガス等による発電を行うことによりスタート時の初期電力を確保することもできる。所定以上の照度が得られている場合(ステップS101:Yes)、ソーラーパネル11,11に対する太陽光21及び反射光22の光量がさらに大きくなる位置を探すためにターンテーブル3を右方向へ回動させる(ステップS102)。ここでは右方向への回動から開始するものとしたが、左方向への回動から開始してもよい。
【0028】
ターンテーブル3が右方向(図1に示す矢印30の「右」方向)へ回動するのに伴って照度センサ6の検出値が変化(増加又は減少)し、その検出データが所定の時間間隔でコントローラ5のメモリ52に保存される(ステップS103)。そして、照度センサ6の検出値を基に照度センサ6の検出値が増大しているか否かがCPU51によって判定される(ステップS104)。そして、CPU51はターンテーブル3が右方向へ回動する過程で検出値がピークに達し、その後に減少に転じたか否かを判定する(ステップS105)。照度センサ6の検出値がピークのときがターンテーブル3を停止すべき位置である。そこで、検出値が減少に転じていた場合には検出値からピーク値を判定すると共に(ステップS106)、CPU51は駆動部4を駆動してターンテーブル3を逆方向へ回動(左方向)させ(ステップS107)、その過程でCPU51はメモリ52に保存されているピーク検出値に等しい検出値を照度センサ6が検出した時点でターンテーブル3の回動を停止させる(ステップS108)。その後、処理はステップS200へ移行する。
【0029】
一方、ステップS102においてターンテーブル3を右方向へ回動させる過程で回動開始から減少一途であった(即ち出力増が生じなかった)場合(ステップS104:No)、CPU51は回動方向が逆であると判定し、逆方向へ回動させるために処理をステップS109へ移行し、駆動部4を駆動してターンテーブル3を左方向(矢印30の「左」方向)へ回動させる(ステップS109)。ターンテーブル3の回動に伴って照度センサ6の検出値が変化し、その検出データは所定の時間間隔で保存される(ステップS110)。ターンテーブル3の左方向への回動によって照度センサ6の検出値が増大し(ステップS111:Yes)、その後に減少が検出されると(ステップS112:Yes)、CPU51はステップS107の処理と同様にターンテーブル3を逆方向(右方向)へ回動させ(ステップS114)、その過程でCPU51はメモリ52に保存されているピーク検出値を検出した時点でターンテーブル3の回動を停止させる(ステップS114)。その後、処理はステップS200へ移行する。以上のようにして太陽20の動きに追従して太陽光発電装置10が矢印30の「右」又は「左」方向に回動し、より多くの太陽光21及び反射光22がセル群15a,15bに照射され続ける。
【0030】
[日照チエック処理]
次に、日照チエック処理(S200)について説明する。この処理は、夜、曇天、雨天等に伴ってターンテーブル3の駆動を停止していて、その後に夜が明けたり、天気が晴れになったりして回動の再開が可能になったか否かを判定する処理及びターンテーブル3の回動方向を左、右のいずれから始めた方が最短処理になるかを判別するものである。まず、ターンテーブル3、すなわちソーラーパネル11,11が停止状態にあるとき(ステップS201)、CPU51は停止から一定時間(例えば3分毎等)が経過したか否かを判定する(ステップS202)。一定時間が経過した場合(ステップS202:Yes)、照度センサ6があるレベル以上の照度を検出したか否かを判定する(ステップS203)。そしてCPU51は照度センサ6の検出値と過去の検出データとを比較し、ターンテーブル3の駆動を許可できる状況か否かを判定する(ステップS204)。さらに、CPU51に内蔵する時計情報を基に太陽20が左右のどちらから昇るか、或いは東、南、西のいずれにあるかを判定する(ステップS205)。この結果に基づいてCPU51はターンテーブル3を右方向へ回動させるか左方向へ回動させるかを決定する。右方向への回動が判定されたときには処理をステップS102へ移行し、左方向への回動が判定されたときには処理をステップS109へ移行する。ステップS102の処理は上述した通りである。
【0031】
照度センサ6の代わりに図示しない電力計測計を用いることによっても同様のフローに基づく動作を行うことができる。すなわち、照度センサ6で検出される光量の代わりに電力計測計によって計測される発電量に基づいてコントローラ5による制御を行えばよい。尚、この場合の動作については照度センサ6の場合と同様なのでその詳細な説明は省略する。
【0032】
[実施形態の効果]
本実施形態に係る太陽光発電システム1によれば、相互間に所定の間隙17を持たせて両面にセル群15a,15bを有する複数のソーラーパネル11,11の表面が互いに向かい合うように立設して配置し、少なくとも太陽20より遠い側に1つの反射板12を配設し、反射板12によって反射された反射光22が隙間17内に導くようにしたことにより、狭い設置面積であっても単位面積当たりのソーラーパネル11,11の配置面積を増やすことができるので、効率の良い発電が可能になるという効果がある。
【0033】
また、ソーラーパネル11,11の両面のセル群15a,15bの表面に光を乱反射させる乱反射部材18を設けたことにより、乱反射部材18によって乱反射された太陽光21及び反射光22がソーラーパネル11,11の各セル群15a,15bに対して広範囲に照射されるようになり、これにより効率の良い発電が可能になるという効果がある。
【0034】
さらに、ターンテーブル3によって太陽光発電装置10を回動させることにより、ソーラーパネル11,11の間隙17が太陽20の方向に向くように案内して、ソーラーパネル11,11の各セル群15a,15bに太陽光21が照射される機会を増大させることができ、これにより効率の良い発電が可能になるという効果がある。
【0035】
以上のように、本考案の好ましい実施形態について詳述したが、本考案は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲に記載された本考案の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。例えば、図1においてはソーラーパネル11,11を横長に配置したが、風圧等に対する対策を施せるならば縦長に配置することもできる。
【0036】
1 太陽光発電システム
2 蓄電池
3 ターンテーブル
4 駆動部
5 コントローラ
6 照度センサ
7A,7B ヒータ
9 配電盤
10 太陽光発電装置
11 ソーラーパネル
12 反射板
13 支持体
14 セル
15a,15b セル群
16 基台
17 隙間
18 乱反射部材(乱反射物)
20 太陽
21 太陽光
22 反射光
51 CPU
52 メモリ
90A,90B スイッチ

(57)【要約】

【課題】単位面積当たりのソーラーパネルの設置面積を広くすることが可能な太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽光発電システム10は、間隙17をとりながら基台16上に立設された複数のソーラーパネル11,11、この近傍に配設された反射板12及びターンテーブル3を備えた太陽光発電装置10、蓄電池2、駆動部4、コントローラ5及び照度センサ6を備える。ソーラーパネル11,11は両面にセル群が設けられており、ターンテーブル3を回動させることによって隙間17内に太陽光21や反射光22を時間や季節に伴って太陽20の位置が変化しても太陽光発電装置10の発電能力を維持することができる。そして、複数のソーラーパネル11,11を間隙17をとりながら連続的に立設させたことで、単位面積当たりのソーラーパネルの設置面積を広くすることができる。


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