特許 7276133 太陽光発電設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-10

(45)【発行日】2023-05-18

(54)【発明の名称】太陽光発電設備

(51)【国際特許分類】

   H02S 20/32 20140101AFI20230511BHJP

   H02S 20/10 20140101ALI20230511BHJP

【ＦＩ】

H02S20/32

H02S20/10 B

H02S20/10 P

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2019539067

(86)(22)【出願日】2018-07-24

(86)【国際出願番号】 JP2018027596

(87)【国際公開番号】W WO2019044273

(87)【国際公開日】2019-03-07

【審査請求日】2021-07-21

(31)【優先権主張番号】P 2017163390

(32)【優先日】2017-08-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉山 開路

(72)【発明者】

【氏名】三上 塁

(72)【発明者】

【氏名】安彦 義哉

(72)【発明者】

【氏名】弘津 研一

(72)【発明者】

【氏名】上山 宗譜

(72)【発明者】

【氏名】加嶋 健

【審査官】兼丸 弘道

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／１５７８２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２２６０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９２９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００７８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０３３１３０６７（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０１５９４７９６（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１０７４６４０３８（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４３２００７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４３６２９３７（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１１４８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｓ ２０／１０－２０／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

設置エリア内に複数基並べられ各基のアレイにおける最大寸法を成す輪郭形状が四角形である集光型の太陽光発電装置、を備える太陽光発電設備であって、
前記複数の太陽光発電装置は、それぞれ、前記四角形の中心に設けられ前記アレイを方位角及び仰角の方向に回動させる２軸駆動部を有し、
前記複数の太陽光発電装置それぞれのアレイの方位角方向の回動中心が、前記四角形の中心を通過し、
互いに直交するＸ方向及びＹ方向の二次元で前記設置エリアを表した場合、
前記複数の太陽光発電装置は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って等間隔に配置され、
複数の前記アレイの方位角方向の回動中心のうち、Ｘ方向及びＹ方向に沿って互いに隣り合う一対の回動中心同士の間隔を配置間隔としたとき、
前記配置間隔は、前記四角形の対角線の長さであり、
複数の前記アレイの出力を交流電力に変換するパワーコンディショナをさらに備え、
前記パワーコンディショナは、前記複数の太陽光発電装置の列内に配置されるとともに、前記設置エリアの中央に配置され、
フェンスが設けられる前記設置エリアの外端からＸ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて最も近い前記太陽光発電装置の配置中心である前記アレイの方位角方向の回動中心までの距離は、前記配置間隔の１／２である
太陽光発電設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は太陽光発電設備に関する。
本出願は、２０１７年８月２８日出願の日本出願第２０１７－１６３３９０号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、集光型の太陽光発電装置は、太陽を追尾する動作をしつつ、太陽光をセルに集光して発電する（例えば、特許文献１参照。）。かかる集光型の太陽光発電装置は、高日射で晴天の多い地域に適する。また、このような集光型の太陽光発電装置は、構造上の１単位である集光型太陽光発電モジュールを多数並べて成るアレイを、２軸トラッカーにより方位角及び仰角に回動させる。１基のアレイの影に他基のアレイが入ると受光ロスが生じるので、広大な敷地に、相互に十分な間隔を空けて設置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２２６０２５号公報

【発明の概要】

【0004】

本発明の一表現に係る太陽光発電設備は、設置エリア内に複数基並べられ各基のアレイにおける最大寸法を成す輪郭形状が四角形である集光型の太陽光発電装置、を備える太陽光発電設備であって、互いに直交するＸ方向及びＹ方向の二次元で前記設置エリアを表した場合、前記太陽光発電装置のＸ方向及びＹ方向の配置間隔は、前記四角形の対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限されている。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】図１は、１基分の、集光型の太陽光発電装置を、受光面側から見た斜視図である。

【図2】図２は、１基分の、集光型の太陽光発電装置を、背面側から見た斜視図である。

【図3】図３は、一例として、太陽に正対しているアレイの姿勢を示す斜視図である。

【図4】図４は、アレイの配置間隔の考え方を示す鳥瞰図である。

【図5】図５は、図４の要領で配置された４基の水平な姿勢のアレイについて、それらの可動範囲を二点鎖線の円（以下同様。）で示した鳥瞰図である。

【図6】図６は、図４の要領で配置された４基のアレイについて、姿勢が水平ではない（アレイが太陽の方向を向いて斜めに立っている。）状態のときの鳥瞰図である。

【図7】図７は、図６の状態から、アレイの方位角が変化した状態を示す鳥瞰図である。

【図8】図８は、図４の要領で設置エリア内に、例えば３４基のアレイが並んでいる様子を示す鳥瞰図である。

【図9】図９は、一定数のアレイについて、Ｘ方向（東西方向）、Ｙ方向（南北方向）の配置間隔を変化させながら、設置エリアＥの面積［ｍ^２］と単位面積あたりの年間発電電力量発電量［ｋＷｈ／ｍ^２／ｙ］との関係をシミュレーションにより得たグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0006】

［本開示が解決しようとする課題］
広大な敷地を使用する集光型太陽光発電装置による太陽光発電設備は、単位面積あたりの発電量という観点では、例えば同じ敷地に固定型の結晶シリコン太陽光発電モジュールを設置する場合と比較すると、必ずしも有利とは言えない面もある。

【0007】

かかる課題に鑑み、本開示は、集光型の太陽光発電装置による太陽光発電設備において、単位面積あたりの発電量を高めることを目的とする。

【0008】

［本開示の効果］
本開示によれば、集光型の太陽光発電装置による太陽光発電設備において、単位面積あたりの発電量を高めることができる。
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。

【0009】

（１）これは、設置エリア内に複数基並べられ各基のアレイにおける最大寸法を成す輪郭形状が四角形である集光型の太陽光発電装置、を備える太陽光発電設備であって、互いに直交するＸ方向及びＹ方向の二次元で前記設置エリアを表した場合、前記太陽光発電装置のＸ方向及びＹ方向の配置間隔は、前記四角形の対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限されている太陽光発電設備である。

【0010】

このような太陽光発電設備では、複数基の太陽光発電装置を互いに近接させつつ、隣り合う太陽光発電装置間でアレイの干渉を防止することができる。また、太陽光発電装置同士が互いに近接すると一方のアレイが他方のアレイに影を落とすことによる受光ロスが生じるが、対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限して配置間隔を定めることで、設置エリアの単位面積あたりの発電量を増大させることができるという知見が得られた。

【0011】

このようにして、集光型の太陽光発電装置による太陽光発電設備において、単位面積あたりの発電量を高めることができる。
また、複数基の太陽光発電装置が互いに近接することにより、設備全体がコンパクト化され、ケーブルが短縮化されるとともに、設備の維持管理も容易になる。

【0012】

（２）また、（１）の太陽光発電設備において、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの配置間隔の合計値が、前記対角線の長さの２～２．５倍の範囲にあることが好ましい。
この場合、同じ設置エリア内に固定型の結晶シリコン太陽光発電モジュールを敷き詰めた場合よりも多くの発電量を得ることができる。

【0013】

（３）また、（１）の太陽光発電設備において、前記配置間隔が前記対角線の長さである場合の前記設置エリアの面積を基準値とした場合に、面積が前記基準値の１～１．５６倍になるよう前記配置間隔が設定されていることが好ましい。
この場合、同じ設置エリア内に固定型の結晶シリコン太陽光発電モジュールを敷き詰めた場合よりも多くの発電量を得ることができる。

【0014】

（４）また、（１）～（３）のいずれかの太陽光発電設備において、前記設置エリアの外端からＸ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて最も近い前記太陽光発電装置の配置中心までの距離は、前記配置間隔の１／２であってもよい。
この場合、設置エリアの外端までの縁の部分を最小面積にすることができる。

【0015】

［実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る太陽光発電設備について、図面を参照して説明する。

【0016】

《太陽光発電装置》
図１及び図２はそれぞれ、１基分の、集光型の太陽光発電装置を、受光面側及び背面側から見た斜視図である。図１において、太陽光発電装置１０は、例えば、上部側で連続し、下部側で左右に分かれた形状のアレイ１と、その支持装置であるトラッカー２とを備えている。アレイ１は、背面側の架台１１（図２）上に集光型太陽光発電モジュール１Ｍを並べて構成されている。図１の例では、例えば合計２００個の集光型太陽光発電モジュール１Ｍの集合体として、アレイ１が構成されている。アレイ１の全体的な最大寸法を図１の「ａ」、「ｂ」とすると、アレイの輪郭形状はａ，ｂを２辺とする四角形であると言える。

【0017】

トラッカー２は、支柱２１と、基礎２２と、２軸駆動部２３と、駆動軸となる水平軸２４（図２）とを備えている。支柱２１は、下端が基礎２２に固定され、上端に２軸駆動部２３を備えている。支柱２１の下端近傍には、電気接続や電気回路収納のためのボックス１３（図２）が設けられている。２軸駆動部２３は、アレイ１の四角形の中心近傍にある。

【0018】

図２において、基礎２２は、上面のみが見える程度に地中に堅固に埋設される。基礎２２を地中に埋設した状態で、支柱２１は鉛直となり、水平軸２４は水平となる。２軸駆動部２３は、水平軸２４を、方位角（支柱２１を中心軸とした角度）及び仰角（水平軸２４を中心軸とした角度）の２方向に回動させることができる。水平軸２４は、架台１１を固定し補強する補強材１２に直交するように、固定されている。従って、水平軸２４が方位角又は仰角の方向に回動すれば、アレイ１もその方向に回動する。

【0019】

なお、図１，図２では１本の支柱２１でアレイ１を支えるトラッカー２を示したが、トラッカー２の構成は、これに限られるものではない。要するに、アレイ１を、２軸（方位角、仰角）で回動可動なように支持できるトラッカーであればよい。但し、バランス良く回動させるため、回動中心はアレイ１の中心近傍であることが好ましい。

【0020】

図１，図２のようにアレイ１が鉛直になっているのは、夜明け及び日没前である。
日中は、アレイ１の受光面が常に太陽に正対する姿勢となるよう、２軸駆動部２３が動作し、アレイ１は太陽の追尾動作を行う。
図３は、一例として、太陽に正対しているアレイ１の姿勢を示す斜視図である。また、例えば赤道付近の南中時刻であれば、アレイ１は受光面を太陽に向けて水平な姿勢となる。夜間は、例えば、アレイ１の受光面を地面に向けて水平な姿勢となる。

【0021】

《複数基の配置》
図４は、アレイ１の配置間隔の考え方を示す鳥瞰図である。図中に示すように、地面上で互いに直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。例えば４基のアレイ１が、水平な姿勢になっているとする。水平な姿勢のとき、隣り合うアレイ１同士が最も接近する。まず、中央にあるアレイ１に着目すると、前述のようにアレイ１の輪郭形状は四角形であり、その対角線ｄの長さをＬｄとする。この長さＬｄを、図のＸ方向及びＹ方向へのアレイ１の配置間隔とする。なお、厳密には、若干の余裕を見て、対角線の長さより配置間隔を僅かに大きくするが、その差は僅か（例えば数％程度大きい。）であるので、配置間隔は対角線ｄの長さＬｄであるとして説明する。

【0022】

図５は、図４の要領で配置された４基の水平な姿勢のアレイ１について、それらの可動範囲を二点鎖線の円（以下同様。）で示した鳥瞰図である。アレイ１の配置間隔を、対角線ｄの長さＬｄとしたことにより、可動範囲は重ならない。

【0023】

図６は、図４の要領で配置された４基のアレイ１について、姿勢が水平ではない（アレイ１が太陽の方向を向いて斜めに立っている。）状態のときの鳥瞰図である。二点鎖線の円は図５と同じものを示している。図示のように、このときのアレイ１を俯瞰した可動範囲は、図５の場合より狭くなる。

【0024】

また、図７は、図６の状態から、例えばアレイ１の方位角が変化した状態を示す鳥瞰図である。
すなわち、図４の要領でアレイ１の配置間隔をとれば、太陽を追尾するアレイ１が隣同士で干渉することはない。

【0025】

《太陽光発電設備の一例》
図８は、図４の要領で設置エリアＥ内に、例えば３４基のアレイ１が並んでいる太陽光発電設備（太陽光発電所）１００の様子を示す鳥瞰図である。例えば図のＸ方向が東西方向、Ｙ方向が南北方向である、とする。図８において、隣り合うアレイ１の配置間隔は、東西方向及び南北方向共に、アレイ１の対角線の長さＬｄである。また、設置エリアＥの外端には例えばフェンスが設けられるが、フェンスの傍のアレイ１の配置中心から外端までの東西方向及び南北方向の配置間隔は共にＬｄ／２である。この場合、設置エリアＥの外端までの縁の部分を最小面積にすることができる。
なお、例えば、設置エリアＥの中央には各アレイ１の出力を交流電力に変換するパワーコンディショナ３が設けられる。

【0026】

《配置間隔又は設置エリアの面積と単位面積あたりの年間発電電力量》
次に、アレイ１の配置間隔を、アレイ１の対角線の長さ以上にすると、年間発電電力量がどのように変化するかについて説明する。
図９は、一定数のアレイ１について、Ｘ方向（東西方向）、Ｙ方向（南北方向）の配置間隔を変化させながら、設置エリアＥの面積［ｍ^２］と、単位面積あたりの年間発電電力量（以下、単に発電量ともいう。）［ｋＷｈ／ｍ^２／ｙ］との関係をシミュレーションにより得たグラフである。

【0027】

図９において、ＣＰＶ１のポイントは、Ｘ方向、Ｙ方向の配置間隔が、アレイ１の対角線の長さＬｄの場合であり、単位面積あたりの発電量が最大である。この例では、ＣＰＶ１のポイントで、設置エリアの面積は８９６０［ｍ^２］で、単位面積あたりの発電量は１８７．５［ｋＷｈ／ｍ^２／ｙ］ある。ここから、設置エリアの面積が増大するように配置間隔を少しずつ増加させてみる。設置エリアの面積を増大させると、配置間隔は増大するので、１つのアレイが他のアレイに影を落とすことによる受光ロスは減少する。しかし、設置エリアの面積が増えるので、単位面積あたりの発電量は減る。従って、土地を無駄なく使い、単位面積あたりの発電量を高レベルに維持するには、適切な配置間隔があることがわかる。

【0028】

例えば、ＣＰＶ２のポイントでは、設置エリアの面積は１４０００［ｍ^２］で、単位面積あたりの発電量は１２７．７［ｋＷｈ／ｍ^２／ｙ］ある。ＣＰＶ１のポイントからＣＰＶ２のポイントまでの配置間隔は、Ｘ方向の配置間隔とＹ方向の配置間隔との合計値が、ＣＰＶ１において２×Ｌｄであり、ＣＰＶ２において２．５×Ｌｄとなるように、徐々に変化させる。すなわち、ＣＰＶ１からＣＰＶ２までの間では、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの配置間隔の合計値が、対角線の長さＬｄの２～２．５倍の範囲にある。

【0029】

また、設置エリアの面積の変化としては、ＣＰＶ１において８９６０［ｍ^２］であり、ＣＰＶ２において１４０００［ｍ^２］であるから、１４０００／８９６０＝１．５６倍となる。すなわち、配置間隔が対角線の長さＬｄである場合のＣＰＶ１の設置エリアを基準値（１倍）とすると、ＣＰＶ１からＣＰＶ２までの設置エリアの面積の変化（増加）は、基準値の１～１．５６倍になるように設置間隔が設定されている。
なお、参考までにＣＰＶ３のポイントでは、設置エリアの面積は２９２６０［ｍ^２］で、発電量は６３．５［ｋＷｈ／ｍ^２／ｙ］である。

【0030】

ここで、前述の、土地を無駄なく使い、単位面積あたりの発電量を高レベルに維持するための適切な配置間隔を考えるにあたって、固定型の結晶シリコン太陽光発電モジュールを設置エリアの面積に合わせて効率的に敷き詰めた場合の発電量を比較対象とし、その１０％以上の発電量を目標とする。この発電量のレベルは、グラフ中の横方向への二点鎖線のレベルであり、ＣＰＶ２がこのレベルにある。従って、好ましい設置エリアの面積と単位面積あたりの発電量は、斜線の範囲となる。

【0031】

《まとめ》
以上のように、このような太陽光発電設備では、太陽光発電装置の各基のアレイにおける最大寸法を成す輪郭形状が四角形であり、互いに直交するＸ方向及びＹ方向の二次元で設置エリアを表した場合、Ｘ方向及びＹ方向の配置間隔は、四角形の対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限される。

【0032】

かかる太陽光発電設備では、複数基の太陽光発電装置を互いに近接させつつ、隣り合う太陽光発電装置間でアレイの干渉を防止することができる。また、太陽光発電装置同士が互いに近接すると一方のアレイが他方のアレイに影を落とすことによる受光ロスが生じるが、対角線の長さ以上で、かつ、所定範囲内に制限して配置間隔を定めることで、設置エリアの単位面積あたりの発電量を増大させることができるという知見が得られた。

【0033】

このようにして、集光型の太陽光発電装置による太陽光発電設備において、単位面積あたりの発電量を高めることができる。
また、複数基の太陽光発電装置が互いに近接することにより、設備全体がコンパクト化され、ケーブルが短縮化されるとともに、設備の維持管理も容易になる。

【0034】

なお、上記の「所定範囲内」の具体的数値としては、例えば、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの配置間隔の合計値が、対角線の長さの２～２．５倍の範囲にあることである。また、配置間隔が対角線の長さである場合の設置エリアを基準値とした場合に、設置エリアの面積が基準値の１～１．５６倍になるよう配置間隔が設定されているようにしてもよい。
これらの場合、同じ設置エリア内に固定型の結晶シリコン太陽光発電モジュールを敷き詰めた場合よりも多くの発電量を得ることができる。

【0035】

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0036】

１ アレイ
１Ｍ 集光型太陽光発電モジュール
２ トラッカー
３ パワーコンディショナ
１０ 太陽光発電装置
１１ 架台
１２ 補強材
１３ ボックス
２１ 支柱
２２ 基礎
２３ ２軸駆動部
２４ 水平軸
１００ 太陽光発電設備
Ｅ 設置エリア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】