JP2005223164A

JP2005223164A - 太陽光発電システム及びその設置方法

Info

Publication number: JP2005223164A
Application number: JP2004030045A
Authority: JP
Inventors: Toshio Joge; 利男上下; Norihisa Wada; 憲久和田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】
従来の片面受光太陽電池の最適傾斜設置（例えば３０°）では、設置方位が南からずれると年間発電量は低下する。
【解決手段】
両面受光太陽電池をおもて面受光による年間発電量と裏面受光による年間発電量の和が最大となる傾斜角で設置する。
【効果】
年間発電量は片面受光南向き最適傾斜付き設置に比較して１２０％（地点により変化）と大きくなり、且つ、設置方位依存性が殆どない太陽光発電設備が実現できる。これにより、ビル等の屋上を有効に利用することが可能になる。
【選択図】図６

Description

本発明は太陽光発電システム及びその設置方法に係わる。

従来の太陽電池はおもて受光面からの受光で発電する片面受光モジュールを南向き最適傾斜角で設置する方式が一般的である。この方式では、設置方位角が南向きからずれるに従って年間発電量は小さくなり、東面または西面を向くと南面設置時の約７０％程度まで低下する。従って、ビル屋上等に太陽電池を架台設置する場合、ビル等の向きの制限を受け、設置方位が南向きからずれたり、また南向きに拘った場合は設置モジュール数が制限されるばかりでなく景観上も不利になったりする。このような従来技術が特開２００２−７６４１５号公報に開示されている。

特開２００２−７６４１５号公報

本発明は上記の設置上の制限を大幅に緩和し、ビル等の向きに拘わらず、スペースを有効に利用できるようにするものである。

また、両面受光太陽電池を通常の片面受光太陽電池で定義される最適傾斜角設置した場合、片面受光太陽電池に比べて約１５％程度（地点により変わる）大きな年間発電量が得られるが、この発電量増加分では片面受光太陽電池に比べて高価な両面受光太陽電池の適用のメリットは出てこない。本発明は両面受光太陽電池の能力を最大限に引き出す太陽光発電システムおよびその設置方法を与えるものである。

本発明はおもて面及び裏面からの受光で発電する両面受光太陽電池モジュールを備える太陽光発電システムにおいて、両面受光太陽電池モジュールのおもて面受光による年間発電量と裏面受光による年間発電量の和が最大となる傾斜角（以下、両面受光太陽電池最適傾斜角と称す）で両面受光太陽電池モジュールを設置したことを特徴とするものである。

また、本発明の太陽光発電システムは、両面受光太陽電池最適傾斜角に設置された両面受光太陽電池モジュールの設置方位角を、その発生年間発電量をほぼ一定に保った上で、施設場所の設置条件に合わせて設置方位角を設定したことを特徴とするものである。

また、本発明の太陽光発電システムは、上述した太陽光発電システムにおいて、施設場所の周囲にフェンス一体形または手摺一体形両面受光モジュールを垂直設置することを特徴とするものである。

また、本発明の太陽光発電システムは、施設場所として、ビル屋上に前記両面受光太陽電池モジュールを配置したことを特徴とするものである。

更に、本発明はおもて面及び裏面からの受光で発電する両面受光太陽電池モジュールを備える太陽光発電システムの設置方法において、両面受光太陽電池モジュールのおもて面受光による年間発電量と裏面受光による年間発電量の和が最大となる傾斜角（以下、両面受光太陽電池最適傾斜角と称す）で両面受光太陽電池モジュールを設置することを特徴とするものである。

また、本発明の太陽光発電システムの設置方法において、両面受光太陽電池最適傾斜角に設置された両面受光太陽電池モジュールの設置方位角を、その発生年間発電量をほぼ一定に保った上で、施設場所の設置条件に合わせて設置方位角を設定したことを特徴とするものである。

また、本発明の太陽光発電システムの設置方法は、上述した太陽光発電システムの設置方法において、施設場所の周囲にフェンス一体形または手摺一体形両面受光モジュールを垂直設置することを特徴とするものである。

また、本発明の太陽光発電システムの設置方法において施設場所として、ビル屋上に前記両面受光太陽電池モジュールを配置したことを特徴とするものである。

本発明によれば、両面受光太陽電池によって発生する年間発電量を最大にする太陽光発電設備を提供でき、片面受光太陽電池を南向き最適傾斜設置した場合の１２０％程度（設置地点により変化）の年間発電量が得られる。

また、本発明によれば、ビル屋上設置等の場合、年間発電量の方位角依存性が殆どないので、ビルの向きに拘わらず太陽電池をビルの向きに整合させて設置できスペースの有効利用ができると同時に太陽光発電設備を含めたビル屋上の景観を改善することができる。更に、特開２００２−７６４１５号に示されたビル屋上フェンス一体形両面受光発電設備と組合せることにより、ビル屋上周囲に設置するフェンス一体形両面受光太陽光発電設備と屋上スペース部にビル方位に合わせて設置する両面受光最適傾斜架台設置太陽光発電設備が設置でき、ビル屋上スペースを最大限に活用できる太陽光発電設備を提供できる。

また、本発明を降雪地域に適用した場合、太陽電池モジュールへの積雪を防止できる傾斜角は約６０°となっているが、本発明の両面受光太陽電池の最適傾斜角はこの角度と同等又はそれ以上となることから、本発明の太陽光発電システムおよびその設置方法によれば太陽電池への積雪を防止しながら、片面受光太陽電池に対して１２５％程度の年間発電量を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施例を説明する。図１は本発明に適用する両面受光太陽電池モジュール（ａ）を従来の片面受光太陽電池モジュール（ｂ）と比較して示すものである。両面受光太陽電池モジュールは両面受光太陽電池セル１をリボン電線７で直列接続したストリングをおもて面ガラス保護材３と透明バックシート４の間に、封止材６によって封止した構造のパネルであり、太陽電池モジュール（＋）端子８と（−）端子９が備えられている。一方、従来の片面受光太陽電池モジュールは、太陽電池セルとして片面受光太陽電池セル２を使用していること及びバックシートとして白色等の不透明バックシート５を使用している点が異なるだけである。

図２は太陽電池モジュールの架台設置方式を示すものである。架台１１は基礎１２の上に組立てられ、当該架台の上に太陽電池モジュール１０を傾斜角（θ）で並べて取付ける。この基礎１２，架台１１，太陽電池モジュール１０等で構成される設備は太陽電池アレイと呼ばれる。従来技術では、太陽電池モジュールは片面受光形が使用され、太陽電池モジュール１０は、最大の年間発電量を得るために、南向き最適傾斜付き（例えば、θ＝
３０°）で設置される。両面受光太陽電池モジュールを架台設置する場合も、まったく同様な設置方式となる。

図３は、太陽電池の設置方位角・傾斜角と年間の太陽の動きとの関係を表した図である。両面受光太陽電池では、南向き設置された場合においても、その裏面側には、夏季においては、太陽高度の低い朝・夕は散乱光及び反射光の他に直達光が入ることが分かる。また、方位角が南から東（または西）方向に進むと、夏季以外にも午後（または午前）の直達光が裏面側に照射されることになる。

図４は、両面受光太陽電池モジュールのおもて面入射光による年間発電量と裏面入射光による年間発電量の合計を札幌市の位置（緯度４３.０３，経度１４１.２１）でシミュレーションした計算結果を示すものである。この計算では、設置方位は南（両面受光モジュールのおもて面の向き）とし、傾斜角を変化させている。また、両面受光太陽電池の変換効率は、おもて面照射時と裏面照射時で異なる性質があり、おもて面照射時の変換効率に対する裏面照射時の変換効率の比(バイフェイシャリティ：Bifacialityと定義)を０.７から１.０までの３ケースで計算している。図の縦軸は、両面受光太陽電池モジュールのおもて面効率と同じ変換効率を有する片面受光太陽電池モジュールを最適傾斜設置（４０°とした）した場合の年間発電量で正規化した数値を示している。図から分かるように、この範囲のバイフェイシャリティによらず、傾斜角６０°で最大年間発電量が得られ、バイフェイシャリティ８０％の場合において、片面受光モジュール最適傾斜設置の１２０％の年間発電量が得られることが分かる。本発明は、図２に示す太陽電池アレイにおいて、その傾斜角θをその地点での両面受光太陽電池での最大年間発電量が得られる最適傾斜角近傍として設置するものである。

図５は、上記のシミュレーションで得られた両面受光最適傾斜角（６０°），バイフェイシャリティ８０％の条件で、方位角を南（０°）から東西（±９０°）に振った場合の年間発電量の変化をシミュレーションした結果を示すものである。図から分かるように、方位角±４５°までは殆ど変化はなく、±９０°においても、５％程度の低下に留まっている。即ち、本発明は両面受光太陽電池を設置地点で計算される両面受光最適傾斜角に設置することにより、設置方位に依らず最大年間発電量が得られる太陽光発電設備を提供できることが解かる。

図６は、シミュレーション地点水戸市の位置（緯度３６.２２，経度１４０.２８）での片面受光太陽電池の最適傾斜設置（３０°）及び垂直設置（９０°）、両面受光太陽電池の最適傾斜設置（５０°）及び垂直設置の４ケースについて、年間発電量の設置方位依存性を計算した結果を示すものである。両面受光太陽電池の垂直設置方式に関しては、特開２００１−３５８３５３号、および特開２００２−７６４１５号に示されているが同図から分かるように、両面受光太陽電池の垂直設置（９０°）では設置方位角に依らず年間発電量はほぼ一定である。従って、例えばビル屋上フェンス一体形両面受光太陽光発電設備はビルの方位に関係せず最大年間発電量相当を発生することができる。一方、両面受光太陽電池の最適傾斜角(このケースは５０°)設置では、方位角が真南から±４５°以内のずれでは、その年間発電量は一定で且つ片面受光太陽電池の南向き最適傾斜設置時の１２０％近い値を示している。即ち、本発明を適用すれば、限定されたビル屋上等のスペースにビル方位に関係なく、両面受光太陽電池をフェンス一体形及び架台設置形（両面受光最適傾斜設置）の組合せで大容量の太陽光発電設備を設置することができる。

図７は、上述の実施例をビル屋上設置の場合で、（ａ）従来の片面受光太陽電池の設置事例と，（ｂ）本発明の両面受光太陽電池の設置方式を比較して説明する図である。この場合、ビルは向きが真南から４５°ずれているとしており、図（ａ）では、ビル屋上１３に、片面受光太陽電池アレイ１４を南向きに配列している。従って、設置可能なアレイも配置上限定される上、アレイがビルの方向と異なるため景観上も好ましくない。一方、図（ｂ）に示す本発明の実施例では、両面受光フェンス一体形太陽電池アレイ１５は方位依存性がなく、ビルの周囲に省スペースで設置できる。当該アレイ１５に加えて、両面受光架台設置太陽電池アレイ１６をビルの設置方向に沿って両面受光最適傾斜角近傍で設置する。これにより、当該アレイ１６は方位依存性がないことから最大年間発電量を得ることができ、両方式を併用することで、制限のあるビル屋上を有効に活用でき、最大限の発電容量を得ることが可能となる。

本発明を適用する両面受光太陽電池モジュールの構成を説明する図。本発明を適用する架台設置太陽電池アレイの構成を説明する図。本発明で使用する両面受光太陽電池モジュールの裏面が季節でどのように直達光を受光するかを説明する図。本発明のベースとなる両面受光太陽電池の年間発電量の傾斜角依存性を説明する図。本発明のベースとなる両面受光太陽電池の最適傾斜角での年間発電量の方位依存性を説明する図。本発明のベースとなる両面受光太陽電池及び片面受光太陽電池の特徴的傾斜角での年間発電量の方位依存性を説明する図。本発明の実施例として、ビル屋上に効果的に両面受光太陽電池が設置できることを説明する図。

符号の説明

１…両面受光太陽電池セル、２…片面受光太陽電池セル、３…太陽電池モジュールガラス保護材、４…太陽電池モジュール透明バックシート、５…太陽電池モジュール白色バックシート、６…封止材、７…リボン電線、８…太陽電池モジュール（＋）端子、９…太陽電池モジュール（−）端子、１０…太陽電池モジュール、１１…架台、１２…基礎、１３…ビル屋上、１４…片面受光太陽電池アレイ、１５…両面受光フェンス一体形太陽電池アレイ、１６…架台設置両面受光太陽電池アレイ。

Claims

おもて面及び裏面からの受光で発電する両面受光太陽電池モジュールを備える太陽光発電システムにおいて、
前記両面受光太陽電池モジュールのおもて面受光による年間発電量と裏面受光による年間発電量の和が最大となる傾斜角（以下、両面受光太陽電池最適傾斜角と称す）で前記両面受光太陽電池モジュールを設置したことを特徴とする太陽光発電システム。
請求項１の太陽光発電システムにおいて、
両面受光太陽電池最適傾斜角に設置された両面受光太陽電池モジュールの設置方位角を、その発生年間発電量をほぼ一定に保った上で、施設場所の設置条件に合わせて設置方位角を設定したことを特徴とする太陽光発電システム。
請求項１、又は請求項２の太陽光発電システムにおいて、
施設場所の周囲にフェンス一体形または手摺一体形両面受光モジュールを垂直設置すると共に、前記施設場所に請求項１、又は２に示した両面受光太陽電池モジュールを設置したことを特徴とする太陽光発電システム。
請求項２、又は請求項３の太陽光発電システムにおいて、
前記施設場所として、ビル屋上に前記両面受光太陽電池モジュールを配置したことを特徴とする太陽光発電システム。
おもて面及び裏面からの受光で発電する両面受光太陽電池モジュールを備える太陽光発電システムの設置方法において、
前記両面受光太陽電池モジュールのおもて面受光による年間発電量と裏面受光による年間発電量の和が最大となる傾斜角（以下、両面受光太陽電池最適傾斜角と称す）で前記両面受光太陽電池モジュールを設置することを特徴とする太陽光発電システムの設置方法。
請求項５の太陽光発電システムの設置方法において、
両面受光太陽電池最適傾斜角に設置された両面受光太陽電池モジュールの設置方位角を、その発生年間発電量をほぼ一定に保った上で、施設場所の設置条件に合わせて設置方位角を設定したことを特徴とする太陽光発電システムの設置方法。
請求項５、又は請求項６の太陽光発電システムの設置方法において、
施設場所の周囲にフェンス一体形または手摺一体形両面受光モジュールを垂直設置すると共に、前記施設場所に請求項１、又は２に示した両面受光太陽電池モジュールを設置したことを特徴とする太陽光発電システムの設置方法。
請求項６、又は請求項７の太陽光発電システムの設置方法において、
前記施設場所として、ビル屋上に前記両面受光太陽電池モジュールを配置したことを特徴とする太陽光発電システムの設置方法。