落雪機能を備えた太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置
【課題】 太陽光パネルの雪を効果的に落下させることにより積雪による太陽光パネルの発電効率の低下を抑制することのできる落雪機能を備えた太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】 複数の太陽光パネル３を複数段に配置してなる太陽光パネル群３，３・・・と、太陽光パネル群３，３・・・を所定の角度に傾斜させて支持するとともに略水平な設置面８に設置される太陽光パネル架台４とを有しており、太陽光パネル群３，３・・・と設置面８との間には、落雪用の空隙９が設けられているとともに、太陽光パネル群３，３・・・のうち下段に配置される下段側太陽光パネル３ａと、これの上段に配置される上段側太陽光パネル３ｂとの間には、下段側太陽光パネル３ａの傾斜面に対して垂直方向に落とし込んだ逆段差１０と、平行方向に形成された平行隙間１１ａと、垂直方向に形成された垂直隙間１１ｂとを有する。
【解決手段】 複数の太陽光パネル３を複数段に配置してなる太陽光パネル群３，３・・・と、太陽光パネル群３，３・・・を所定の角度に傾斜させて支持するとともに略水平な設置面８に設置される太陽光パネル架台４とを有しており、太陽光パネル群３，３・・・と設置面８との間には、落雪用の空隙９が設けられているとともに、太陽光パネル群３，３・・・のうち下段に配置される下段側太陽光パネル３ａと、これの上段に配置される上段側太陽光パネル３ｂとの間には、下段側太陽光パネル３ａの傾斜面に対して垂直方向に落とし込んだ逆段差１０と、平行方向に形成された平行隙間１１ａと、垂直方向に形成された垂直隙間１１ｂとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜をさせた太陽光パネルに降り積もる雪をパッシブに落下させる落雪機能を備えた太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光パネルに雪が降り積もると発電効率が低下するため、太陽光パネルに積もった雪を除去するための発明が種々提案されている。
【０００３】
例えば、図３４に示すような無落雪屋根の上などに設置される一般的な太陽光パネルにおいては、降り積もる雪を滑落させられるように適度な傾斜面をつけて配置されている。
【０００４】
また、特開平１１−２９８０２８号公報において、太陽電池の直流電力を所定の交流電力に変換する電力変換装置を持ち、第１の開閉手段で配電系統と前記電力変換装置を接続する発電システムにおいて、電力変換装置の交流側に抵抗器とこの抵抗器に並列に第２の開閉手段を挿入し、電力変換装置の直流側と太陽電池の間にダイオードとこのダイオードに並列に第３の開閉手段を設け、系統連系運転制御系と融雪運転制御系を備え、系統連系運転と融雪運転を選別して系統連系運転制御と融雪運転制御を切り換える切り換え部と融雪運転の搬送波を生成する搬送波発生部と系統連系運転と融雪運転の搬送波と変調波を切り換える切り換え部を持った太陽光発電システムが提案されている（特許文献１）。特許文献１によれば、この太陽光発電システムは、外部からの信号により運転モードを融雪運転へと切り換え、商用電源の電力を太陽電池パネルに供給し、そのエネルギーでパネルを暖めることにより融雪して積雪を防止することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２９８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、まず図３４に示すような傾斜された一般の太陽光パネルにおいては、図３５に示すように、太陽光パネルから傾斜に沿って滑り落ちた雪が、屋根とパネルとの間やパネルの下側に堆積して凍結し固まってしまうという問題がある。このようにパネル下側で固まった雪は極めて融けにくく、時間経過により上側へと成長しながら太陽光パネルを覆って全く発電しなくなるといった問題の原因になる。この様な問題に対して、太陽光パネルを載置する架台の脚を高くする対処方法がある。しかし、年間の積雪が１ｍを越えるような降雪地域では、それ以上の脚高を必要とするため、特に一般住宅の屋根に設ける場合等では屋根の強度に配慮するとそのような高い脚高にすることは困難である。
【０００７】
また、太陽光パネルの露出面積と発電量との関係は必ずしも比例関係とならず、積雪により露出面積が減少すると急激に発電能力が低下するといった問題がある。一般に、太陽光パネルのセルは電気的に直列接続されており、一部のセルが陰になっても発電能力が低下しないようにバイパス回路を設けているが、陰になるセルが多くなるとそのバイパス回路が機能しなくなり、他のセルに悪影響を及ぼすためである。
【０００８】
また、特許文献１に記載された発明においては、商用電源からの電力を必要とするため運転にかかる電力量が発電量よりも多くなるという問題がある。また、図３４に示すような従来の傾斜させた太陽光パネルに特許文献１に記載された発明等の融雪装置を併用するような場合、上述のように太陽光パネルの上側と下側とでは積雪量や氷結具合が異なるため、上側と下側とで融雪温度や方法を変える等の改善が必要であり、そのためにシステムが複雑になり、かつ製造コストおよびランニングコストが高額になるといった問題もある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、太陽光パネルの雪を効果的に落下させることにより積雪による太陽光パネルの発電効率の低下を抑制することのできる落雪機能を備えた太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る太陽光パネルユニットは、複数の太陽光パネルを複数段に配置してなる太陽光パネル群と、前記太陽光パネル群を所定の角度に傾斜させて支持するとともに略水平な設置面に設置される太陽光パネル架台とを有しており、前記太陽光パネル群と前記設置面との間には、落雪用の空隙が設けられているとともに、前記太陽光パネル群のうち下段に配置される下段側太陽光パネルと、これの上段に配置される上段側太陽光パネルとの間には、前記下段側太陽光パネルの傾斜面に対して垂直方向に落とし込んだ逆段差と、前記傾斜面に対して平行方向に形成された平行隙間と、前記傾斜面に対して垂直方向に形成された垂直隙間とを有している。
【００１１】
また、本発明に係る太陽光パネルユニットの一態様として、前記逆段差、前記平行隙間および前記垂直隙間は、最下段の太陽光パネルとこれの上段側太陽光パネルとの間に形成されていることに加え、少なくともその他の１つ以上の段における太陽光パネル間にも形成されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る太陽光パネルユニットの一態様として、前記太陽光パネル架台と前記太陽光パネルとの間には、前記太陽光パネルをその下端を支点として上端を前記太陽光パネル架台から離間させるように傾斜させて前記逆段差を構成するためのパネル載置部が設けられていてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置は、前記太陽光パネルユニットと、この太陽光パネルユニットで発電した電力を蓄える蓄電設備とを備えている。
【００１４】
また、本発明に係る太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置は、前記太陽光パネルユニットと、この太陽光パネルユニットで発電した直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナとを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、太陽光パネルの雪を効果的に落下させることにより積雪による太陽光パネルの発電効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る太陽光パネルユニットの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図３】本第１実施形態の太陽光パネルユニットにおける太陽光パネルの配置を示す模式図である。
【図４】本発明に係る太陽光パネルユニットの他の実施形態の例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る太陽光パネルユニットにおける落雪のメカニズムを示す模式図である。
【図６】本発明に係る太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る太陽光パネルユニットの第３実施形態を示す側面図である。
【図８】本発明に係る太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図９】本実施例１において架台Ａ〜Ｆの設置態様を示す側面からみた模式図である。
【図１０】本実施例１において架台Ａの設置状態を示す写真である。
【図１１】本実施例１において用いた架台Ａから架台Ｆまでの各傾斜角度、段差および水平・垂直隙間に関する数値を示す表である。
【図１２】実施例１において架台Ａ、架台Ｄおよび架台Ｅの設置状態を示す写真である。
【図１３】実施例１において１年目シーズンにおける試験日毎の測定時間、発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量をまとめた表である。
【図１４】実施例１において１年目シーズンの２月中旬頃の架台Ａ、架台Ｂおよび架台Ｃの積雪状態を示す写真である。
【図１５】実施例１の架台Ｃにおいて最下段の太陽光パネルとこの上段側の太陽光パネルとの段差部分における積雪状態を示す拡大写真である。
【図１６】実施例１において２年目シーズンにおける１２月２５日から２月３日までの各試験日毎の測定時間、発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量をまとめた表である。
【図１７】実施例１において２年目シーズンにおける２月４日から３月９日までの各試験日毎の測定時間、発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量をまとめた表である。
【図１８】実施例１において２年目シーズンにおける架台Ａ、架台Ｅおよび架台Ｆの発電効率を折れ線グラフにしたものである。
【図１９】実施例１における架台Ｄおよび架台Ｆの積雪状態を示す写真である。
【図２０】実施例１における午前８時頃から１１時ごろまでの融雪状態の変化を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２１】実施例１における午前１１時半頃から午後４時半頃までの融雪状態の変化を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２２】実施例２における１月８日の架台Ｇおよび架台Ｈの積雪状態を示す写真である。
【図２３】実施例２における１２月２６日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２４】実施例２における１２月２９日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２５】実施例２における１月１日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２６】実施例２における１月８日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２７】実施例２における１月１５日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２８】実施例２における１月２１日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２９】実施例２における１月２９日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図３０】実施例２における２月２日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図３１】実施例２における試験日毎の測定時間、発電量、段位面積当たりの発電量、単位面積当たりの積算発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量をまとめた表である。
【図３２】実施例２における日射量および架台Ａと架台Ｇと架台Ｈの発電効率を折れ線グラフにしたものである。
【図３３】実施例２における降雪量および架台Ａと架台Ｇと架台Ｈの発電効率を折れ線グラフにしたものである。
【図３４】従来の傾斜配置された太陽光パネルを示す斜視図である。
【図３５】従来の太陽光パネルユニットにおける落雪メカニズムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本第１実施形態の太陽光パネルユニット１Ａを示す斜視図である。また、図２は本第１実施形態の太陽光発電装置２Ａの各構成を示すブロック図である。
【００１８】
本第１実施形態の太陽光パネルユニット１Ａは、複数の太陽光パネル３からなる太陽光パネル群３，３・・・と、この太陽光パネル群３，３・・・を支持する太陽光パネル架台４とから構成されている。また、図２に示すように、本第１実施形態の太陽光発電装置２Ａは、前記太陽光パネルユニット１Ａと、発電された直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ５と、交流電流を建物内の電気器具Ｅ等へ分配する分電盤６と、送電線等の商用電源Ｐと連結された電力量計７とから構成されている。以下、各構成について詳細に説明する。
【００１９】
太陽光パネルユニット１Ａを構成する太陽光パネル３は、太陽光を直接的に電力に変換する薄膜型の素子を板状の基板に貼り付け、樹脂や強化ガラスで表面を保護したものである。本第１実施形態における前記素子には、ｐ型とｎ型の半導体を接合した構造のものを使用しているが、特に限定されるものではなく、有機色素を用いて光起電力を得る色素増感太陽電池等、種々のものの中から適宜選択してよい。また、表面には滑雪しやすくするための加工や薬品の塗布等を施してもよい。
【００２０】
太陽光パネル架台４は、複数の太陽光パネル３からなる太陽光パネル群３，３・・・を所定の角度に傾斜させ、かつ、各太陽光パネル３の間に逆段差１０と、傾斜面に対して垂直方向の垂直隙間１１ａと、傾斜面に対して平行方向の平行隙間１１ｂとを設けて配置するためのものである。前記逆段差１０、垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂは、後述するように、上段側太陽光パネルから滑落する雪を太陽光パネル群３，３・・・裏の設置面８へ落下させて空隙９に収容するために形成されている。
【００２１】
本第１実施形態における太陽光パネル架台４は、図１に示すように、金属製のフレームにより形成されており、無落雪屋根あるいは地面等の略水平な設置面８上に配置される底面フレーム４１と、この底面フレーム４１から略垂直に立ち上げられた縦フレーム４２と、縦３段で各段横２列の太陽光パネル３を所定の角度に傾斜させつつ各段毎に逆段差１０と隙間１１ａ，１１ｂを設けて固定するパネル固定傾斜フレーム４３とにより構成されている。なお、本第１実施形態では、前記各フレーム４１，４２，４３同士の間には、任意の補強フレーム４４が設けられている。
【００２２】
本第１実施形態における太陽光パネルユニット１Ａは、無落雪屋根等の略水平な設置面８に設置され、前記太陽光パネル群３，３・・・と前記設置面８との間に落雪用の空隙９を構成する。なお、設置面８は、無落雪屋根等の建物の屋上に限られず、地面や船舶等の移動物体上でもよく、十分な落雪用の空隙９が確保できるのであれば傾斜している面であってもよい。また、太陽光パネルユニット１Ａは設置面８に対して複数連設させることによりメガソーラー発電に用いてもよい。
【００２３】
次に、太陽光パネル群３，３・・・の傾斜角度θ、逆段差１０、垂直隙間１１ａ、および水平隙間１１ｂについてより詳細に説明する。
【００２４】
図１に示すように、本第１実施形態の太陽光パネル群３，３・・・は縦３段、横２列の太陽光パネル３で構成されているが、その段数や列数は適宜選択されるものである。本第１実施形態においては、最下段の太陽光パネル３，３を第１段太陽光パネル３ａとし、中段の太陽光パネル３，３を第２段太陽光パネル３ｂとし、最上段の太陽光パネル３，３を第３段太陽光パネル３ｃとしている。なお、本第１実施形態において、上段側太陽光パネルと下段側太陽光パネルは、前記第１段太陽光パネル３ａと前記第２段太陽光パネル３ｂとの関係においては、前記第１段太陽光パネル３ａが下段側太陽光パネルに相当し、前記第２段太陽光パネル３ｃが上段側太陽光パネルに相当する。同様に、前記第２段太陽光パネルと前記第３段太陽光パネルとの関係においては、前記第２太陽光パネルが下段側太陽光パネルに相当し、前記第３段太陽光パネルが上段側太陽光パネルに相当する。
【００２５】
以下、本第１実施形態における下段側太陽光パネル３ａは、第１段太陽光パネル３ａないし第２段太陽光パネル３ｂとし、上段側太陽光パネル３ｂは第２段太陽光パネル３ｂないし第３段太陽光パネル３ｃとして説明をする。
【００２６】
本第１実施形態における各太陽光パネル３は、設置面８に対して約３０度の傾斜角度θとなるように設置されている。この傾斜角度θは、縦３段の太陽光パネル３を設置する場合に用いられる一般的な角度であるが、特に限定されるものではなく、太陽光パネル３の段数、設置場所の緯度やその場所で想定される風の強さ等を考慮して適宜選択されるものである。
【００２７】
太陽光パネル群３，３・・・の逆段差１０と各隙間１１ａ，１１ｂは、主に上段側太陽光パネル３ｂから滑り落ちる雪を太陽光パネル群３，３・・・と設置面８との間に形成された落雪用の空隙９へ落下させるための開口部分である。また、後述する実験の結果、太陽光パネル３を縦方向に３段以上並べて太陽光パネル群３，３・・・を構成する場合、前記逆段差１０、前記垂直隙間１１ａ、および前記水平隙間１１ｂは、最下段の太陽光パネル３とこれの上段の太陽光パネル３との間に形成することに加え、少なくともその他の１つ以上の段における太陽光パネル３同士の間にも形成することがより好ましい。
【００２８】
本第１実施形態では、図３に示すように、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃが、下段側太陽光パネル３ａ，３ｂの傾斜面に対して垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差１０となるように、傾斜面に対して略垂直でかつ下方向に段違いで設置されている。本発明ではこのような段差を「逆段差」として定義する。また、本第１実施形態における逆段差１０と隙間１１ａ，１１ｂは、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃが下段側太陽光パネル３ａ，３ｂの陰に隠れないようにするため、前記傾斜面に対して垂直方向の垂直隙間１１ａと、前記傾斜面に対して水平方向の水平隙間１１ｂとを有している。なお、これらの逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂとの位置関係については、後述する実施例１および実施例２において図３を参照して説明する。
【００２９】
なお、逆段差１０と各隙間１１ａ，１１ｂは、図４に示すように、各太陽光パネル３のいずれかの段に形成されていれば一定の効果を発揮できるが、図１に示すように各段毎に形成されている方がより好ましい。すなわち、垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂまでの滑走距離を短くすることで、太陽光パネル上の雪が逐一それらの隙間１１ａ，１１ｂから滑落するようになり、太陽光パネル上を少しでも広くかつ長い間、露出させることができると考えられるからである。また、大きな塊の状態で雪が滑落すると、逆段差１０や各隙間１１ａ，１１ｂを飛び越えて、下段側の太陽光パネル３，３に積雪するおそれがあるが、各段毎に落雪させる構成であれば、積雪を細分割して小さな塊の状態で落下させることができ、より確実に落雪効果を得ることができると考えられるからである。
【００３０】
次に、本第１実施形態の太陽光発電装置２Ａにおける太陽光パネルユニット１Ａ以外の各構成について説明する。
【００３１】
パワーコンディショナ５は、太陽光パネルユニット１Ａにより発電された直流電流を商用電源Ｐと等しい交流電流に変換するためのものである。また、本第１実施形態におけるパワーコンディショナ５は、太陽光パネルユニット１Ａにより発電される電力量が建物等で消費される電力量よりも多い場合には余った電力を商用電源Ｐへと供給し、逆に、発電される電力量が消費される電力量よりも少ない場合には、足りない電力を商用電源Ｐからの供給を受ける等の太陽光発電装置２Ａ全体の運転を管理する機能を有する。なお、商用電源Ｐとは、電力会社の発電所等で発電された電力を建物等に送電する送電線等のことである。
【００３２】
分電盤６は、パワーコンディショナ５によって変換された交流電流を建物内の各所へ分配するためのものである。各部屋のコンセントや照明器具等の電気器具Ｅに接続され、太陽光パネル３によって発電された電力を分配するようになっている。
【００３３】
電力量計７は、分電盤６と商用電源Ｐとの間に設置されており、太陽光パネルユニット１Ａで発電した電力が商用電源Ｐへと供給された電力量および商用電源Ｐから供給された電力量をそれぞれ計測するものである。
【００３４】
次に、本第１実施形態の太陽光パネルユニット１Ａおよびこれを用いた太陽光発電装置２Ａの各構成の作用について詳細に説明する。
【００３５】
まず、太陽光パネルユニット１Ａにおける太陽光パネル群３，３・・・の逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂによる作用について詳しく説明する。
【００３６】
逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂによる主な作用は、図５に示すように、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃから滑り落ちる雪を前記落雪用の空隙９に落下させることである。
【００３７】
また、逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂは、下段側太陽光パネル３ａ，３ｂ上の雪と上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃ上の雪とを分断する作用も有する。各段の太陽光パネル３ａ，３ｂ，３ｃに降り積もった雪は、逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂにより分断されて前記落雪用の空隙９へと落下する。特に、本第１実施形態の太陽光パネルユニット１Ａでは、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃとの逆段差１０を下段側太陽光パネル３ａ，３ｂの傾斜面に対して垂直方向に落とし込んだ下り階段状に構成しているため、より分断されやすい。この様に、各段毎に雪を分断させることにより、滑走距離が短くなるとともに、各段毎に確実に落雪させることができるようになる。
【００３８】
さらに、短時間に大量の雪が降った場合、滑り落ちる前に逆段差１０と各隙間１１ａ，１１ｂを埋める程の雪が積もることもある。しかし、本第２実施形態では、各段の太陽光パネル３ａ，３ｂ，３ｃに降り積もった雪は下段側太陽光パネル３ａ，３ｂにより一旦堰き止められるが、垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂから小塊状になって空隙９へ落下する。また、下段側太陽光パネル３ａ，３ｂにより一旦堰き止められ雪は、太陽光により暖められた太陽光パネル３からの熱を均等に受けるためより速やかに融ける。
【００３９】
その他、一旦堰き止められた上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃ上の雪が小さな塊になると、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃの側方に移動しやすく、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃの側方から落雪することもある。
【００４０】
また、本第１実施形態における隙間１１ａ，１１ｂは、垂直隙間１１ａだけでなく、水平隙間１１ｂを形成することにより、上段側太陽光パル３ｂ，３ｃが下段側太陽光パネル３ａ，３ｂの陰に隠れないようになっている。これにより、落雪効果を高めつつ下段側の太陽光パネル３ａ，３ｂの陰に隠れることによる発電効率の低下を回避できる。また、両方の隙間１１ａ，１１ｂによって太陽光パネルユニット１Ａの高さを低く抑えつつ、落雪のための開口部分を大きくとることができる。
【００４１】
以上のように、下段側太陽光パネル３ａ，３ｂと上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃとの間に逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを設けることにより、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃの雪が下段側太陽光パネル３ａ，３ｂ上に滑落して堆積してしまうのを防止できる。また、各段の太陽光パネル３ａ，３ｂ，３ｃ上に極端に積雪する部分をなくし、できるだけ平均的に雪を降り積もるようにすることもできる。さらに、逆段差１０を形成しても、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃが下段側太陽光パネル３ａ，３ｂの陰に隠れてしまうことがなく、従来のものと比較して基本的な発電能力が低下してしまうこともない。
【００４２】
次に、太陽光パネルユニット１Ａを用いた太陽光発電装置２Ａの発電時における各構成の作用について説明する。
【００４３】
太陽光パネルユニット１Ａの各太陽光パネル３，３・・・は、太陽光を受けて直流電流を発生する。本第１実施形態において、各太陽光パネル３，３・・・で発生した直流電流はパワーコンディショナ５へと送られる。
【００４４】
パワーコンディショナ５では、直流電流を商用電源Ｐと同じ交流電流へと変換する。また、本第１実施形態におけるパワーコンディショナ５では、太陽光パネルユニット１Ａの発電量と消費される電力量との差に応じて、商用電源Ｐからの電力の出入量を制御する。例えば、太陽光パネルユニット１Ａの発電量が消費される電力量よりも多い場合には、余った電力を商用電源Ｐへと供給し、逆に、発電される電力量が消費される電力量よりも少ない場合には、足りない電力を商用電源Ｐからの供給を受けるように制御を行う。
【００４５】
分電盤６は、パワーコンディショナ５から供給された電流を分配して建物内各所の各電気器具Ｅへと供給する。
【００４６】
電力量計７は、太陽光パネルユニット１Ａで発電した電力が商用電源Ｐへと供給された電力量および商用電源Ｐから供給された電力量をそれぞれ計測する。使用者は、それぞれの電力量を比較して、太陽光パネルユニット１Ａで発電した電力量が多ければその分の電力を電力会社に買い取らせ、足りない分の電力があれば買い取りを行う。
【００４７】
以上のような本第１実施形態の落雪機能を備えた太陽光パネルユニット１Ａおよびこれを用いた太陽光発電装置２Ａによれば、以下の効果を得ることができる。
１．太陽光パネル３，３・・・上に降り積もった雪の滑落距離を短くし、を落雪用の空隙９へ落下させて積雪による発電効率の低下を抑制することができる。
２．各太陽光パネル３に降り積もる雪の連続性を分断し、より滑り落ちやすくして太陽光パネル３，３・・・上への積雪を抑制することができる。
３．短時間に大量の雪が降ったとしても、下段側太陽光パネル３ａ，３ｂによって上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃ上の雪を一旦堰き止め、太陽光により暖められた太陽光パネルからの熱により速やかに融かすことができる。
４．短時間に大量の雪が降ったとしても、逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂとによって雪を小さな塊に分断し、雪が上方側太陽光パネル３ｂ，３ｃの側方へ移動してそのまま落下させられることもある。
５．下段側太陽光パネル３ａ，３ｂに大量の雪が滞留してしまうのを回避できるため、時間経過と共に太陽光パネル３上で積雪が凍り固まってしまうのを防止できる。
【００４８】
つぎに、本発明に係る太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の構成のうち、上述した第１実施形態の構成と同等または相当する構成については同一の符号を付し、再度の説明を省略する。図６は、本第２実施形態の太陽光発電装置２Ｂの各構成を示すブロック図である。
【００４９】
図６に示すように、本第２実施形態の太陽光発電装置２Ｂは、太陽光パネルユニット１Ａと、蓄電設備１２とから構成される。以下、蓄電設備１２について詳細について説明する。
【００５０】
本第２実施形態における蓄電設備１２は、ナトリウム・硫黄電池（以下、「ＮＡＳ電池」という）からなり太陽光パネルユニット１Ａと照明器具等の電気器具Ｅに接続される。この蓄電設備１２は、太陽光パネルユニット１Ａで発電した電力を蓄電し、必要に応じて電気器具Ｅ等に供給するように作用する。
【００５１】
なお、本第２実施形態ではＮＡＳ電池を使用したが、特に限定されるものではなくリチウムイオン電池等、種々の蓄電池から適宜選択してよい。
【００５２】
以上のような本第２実施形態の太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置２Ｂは、商用電源Ｐから離れた場所や小規模な夜間照明として利用される場合にその効力を発揮し、安定した電源となる。
【００５３】
次に、本発明に係る太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の構成のうち、上述した第１実施形態および第２実施形態の構成と同等または相当する構成については同一の符号を付し、再度の説明を省略する。
【００５４】
図７は、本第３実施形態における太陽光パネルユニット１Ｃを示す側面図であり、図８は、本第３実施形態の太陽光発電装置２Ｃの各構成を示すブロック図である。
【００５５】
図７に示すように、本第３実施形態の太陽光パネルユニット１Ｃは、太陽光パネル３と太陽光パネル架台４のパネル固定傾斜フレーム４３との間にパネル載置部４５を配置している。このパネル載置部４５は、長辺が前記太陽光パネル３の縦方向の長さに略等しく、その長辺の一方の角部が所定の角度を有するように、長尺の金属板を略三角形状に折り曲げることにより形成されている。このようにパネル載置部４５は側面視で略三角形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、太陽光パネル３を所定の角度で傾斜させられて逆段差１０を構成できるものであれば適当な形状を採用してよい。また、板状やフレーム状等、適当な構造を採用してよい。
【００５６】
よって、本第３実施形態における太陽光パネル３は、そのパネル載置部４５に載置されることにより、その下端を支点として上端が前記太陽光パネル架台４から離れるように傾斜されて固定される。
【００５７】
なお、本第３実施形態では、パネル載置部４５が太陽光パネル３の間に垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを形成するように、各段毎に間隔をあけてパネル固定傾斜フレーム４３に配置されている。これにより太陽光パネル３をパネル載置部４５に固定するだけで、適切な範囲での逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを構成することができ、熟練を要しなくても効率的に設置作業が進められる。
【００５８】
また、本第３実施形態における太陽光パネル３は、図８に示すように、第１段太陽光パネル３ａ、第２段太陽光パネル３ｂおよび第３段太陽光パネル３ｃの各段毎に電気的に直列接続されており、パワーコンディショナ５に接続されている。
【００５９】
以上のような本第３実施形態の太陽光パネルユニット１Ｃおよびこれを用いた太陽光発電装置２Ｃの各構成の作用について説明する。
【００６０】
まず、本第３実施形態におけるパネル載置部４５は、その下端を支点として上端が前記太陽光パネル架台４から離間されるように傾斜させることにより容易に逆段差１０、垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを形成することができる。
【００６１】
すなわち、太陽光パネルユニット１Ｃの逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを設ける場合において、図１に示すような太陽光パネル架台４のパネル固定傾斜フレーム４３と平行になるような載置部を使用する場合、下段ほど高くしなければならず、各段毎に載置部の形状を変えなければならない。
【００６２】
一方、本第３実施形態におけるパネル載置部４５を使用することにより、図７に示すように、各段によってパネル載置部４５の形状を変えずに、逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂとを形成することができる。また、太陽光パネルユニット１Ｃの全体の高さを低く保つことができる。
【００６３】
次に、本第３実施形態では太陽光パネル３は、各段毎に電気的に直列接続されていることによる作用について説明する。
【００６４】
通常、太陽光パネルユニット１Ｃにおける積雪は、下方に流れて積雪するため、下段ほど大きく雪に覆われてしまう。そして、そのような下段側の太陽光パネル３において受光できずに発電量が０になってしまうと、回路の抵抗値が増えた状態となり、全体の発電量に影響を及ぼす場合がある。
【００６５】
そこで、本第３実施形態における太陽光パネル３は、各段毎に電気的に直列接続されることで、全体がダウンすることを回避している。
【００６６】
以上のように、本第３実施形態においては、パネル載置部４５を利用することによって逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを容易に構成することができる。また、各段毎に電気的に直列接続されることで、太陽光パネルユニット１Ｃの一部が雪に覆われたとしても、その影響を最小限にとどめるとができる。
【実施例１】
【００６７】
以下、実施例１において本発明に係る太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置を用いて行った実証実験について説明する。
【００６８】
実証試験は、平成２０年１月１１日から平成２０年３月１３日まで（以下、「１年目シーズン」という）と、平成２０年１２月２５日から平成２１年３月９日まで（以下、「２年目シーズン」という）の２シーズンにおいて行われた。
【００６９】
本実施例１において使用した太陽光パネル発電システムは以下の通りである。
【００７０】
太陽光パネル３は、シャープ株式会社製のＮＤ−１５７ＡＲを用いた。このＮＤ−１５７ＡＲ１枚当たりの外形寸法は縦方向の長さ約１１６５ｍｍ、幅約９９０ｍｍ、厚さ約４５ｍｍである。また、公称最大出力は１５７Ｗ、モジュール変換効率は１３．６％、重量は約１４．５ｋｇである。
【００７１】
太陽光パネル架台には、図９に示す、比較用の架台としての架台Ａ，架台Ｂ、架台Ｃおよび架台Ｄの４種類の架台と、本実施例１の架台として架台Ｅおよび架台Ｆの２種類の架台とを用いた。
【００７２】
架台Ａは、従来からある一般的なものであって、図１０に示すように、縦３段で横４列の計１２枚の太陽光パネルが約３０度の傾斜角度θで段差も隙間もなく略平面状に設置されている。なお、傾斜角度θは架台Ａ〜Ｆの全てにおいて約３０度に設定している。
【００７３】
架台Ｂは、太陽光パネル上を滑りやすくすることにより雪の除去の促進を狙ったものであり、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルを段差も隙間もなく略平面状に設置し、傾斜面から少し間隔をあけて、雪を滑り易くするための透明なビニールを展張してある。
【００７４】
架台Ｃは、各段の太陽光パネル同士の間に上り階段状の段差（「正段差」ともいう）を設けて雪の連続性を分断することにより雪の除去の促進を狙ったものであり、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルに段差のみを設けて設置されている。段差および隙間については図３および図１１に示す通りである。したがって、架台Ｃでは、下段側太陽光パネルに対して上段側太陽光パネルを傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２＝Ｇｙ２３）に約−１５ｍｍ、傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２＝Ｇｘ２３）に間隔を設けず（約０ｍｍ）、上段側に上り階段状の段差（正段差）のみを形成している。
【００７５】
架台Ｄは、架台Ｃよりも大きな上り階段状の段差（正段差）を設けて雪の連続性を分断することにより更なる雪の除去の促進を狙ったものである。つまり、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルに段差のみを設けて、下段側太陽光パネルに対して上段側太陽光パネルを傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２＝Ｇｙ２３）に約−４５ｍｍ、傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２＝Ｇｘ２３）に間隔を設けず（約０ｍｍ）、上段側に上り階段状の段差（正段差）のみを形成している。
【００７６】
架台Ｅは、本発明の太陽光パネルユニットに相当し、各段の太陽光パネル同士の間に垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差を設けて雪の連続性を分断することにより雪の除去の促進を狙ったものである。そして、太陽光パネルユニットは、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルを用い、各段の太陽光パネル同士の間には下段側太陽光パネルに対して上段側太陽光パネルを傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２＝Ｇｙ２３）に約＋４５ｍｍ、傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２＝Ｇｘ２３）に約＋８０ｍｍの垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差および隙間を形成した。
【００７７】
架台Ｆは、本発明の太陽光パネルユニットに相当し、最下段の太陽光パネルとこれに対して上段側の太陽光パネルの間のみに段差および隙間を設けた場合に、架台Ｅとどの程度の効果の差が生じるかを確かめるためのものである。そして、太陽光パネルユニットは、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルを用い、最下段の太陽光パネルとこの上段側の太陽光パネルとの間には傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２）に約＋１５ｍｍ、傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２）に約＋８０ｍｍの垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差および隙間を形成した。
【００７８】
１年目シーズンの実証試験は、架台Ａ、Ｂ、Ｃを用いた。また、２年目シーズンの実証試験は、架台Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆを用い、１年目シーズンと同じ設置位置で行った。但し、２年目シーズの途中で架台Ｅを架台Ｆに交換した。つまり、２年目シーズンの平成２０年１２月２５日〜平成２１年２月１日までは架台Ｅを使用し、同２月２日〜同３月９までは架台Ｆを使用した。これにより段差および隙間の大きさや段数等の違いによる発電効率の影響を確認した。
【００７９】
なお、各架台は、図１２に示すように、無落雪屋根上に互いの陰が干渉しないように適当な距離を隔てて設置した。
【００８０】
本実施例１における実証試験では、デジタルカメラによる写真撮影、ビデオ撮影および架台Ａ〜Ｆのそれぞれにおける発電量の計測を行った。また、試験期間中の日照時間及び降雪量は気象庁のデータベースから得た。発電量から発電効率を計算し、日照時間からは日射量を計算した。
【００８１】
まず、１年目シーズンにおける試験結果について説明する。図１３は、１年目シーズンにおける試験日毎の測定時間、発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量を表にまとめたものである。
【００８２】
図１３より、１年目シーズンの平均の発電効率は、架台Ａで約１．１％、架台Ｂで約０．９％、本実施例１の架台Ｃで約０．８％であり、架台Ｂおよび架台Ｃともに、従来からの架台Ａの発電効率を上回ることができなかった。
【００８３】
１年目シーズンのはじめの平成２０年１月１２日から１月１８日あたりまでは、降雪量も少なく、架台Ａから架台Ｃのすべてにおいて高い発電効率を維持している。しかし、同１９日から３月４日まで、発電効率が約０％の日が続いた。その後、３月５日くらいから徐々に発電効率が上昇していった。
【００８４】
図１４は、発電効率が約０％であったときに撮影された写真である。この写真画像からわかるとおり、下段側へ滑り落ちた雪が徐々に堆積していき、年間で最も気温の低い１月から２月にかけては、融けきることなく溜まって上側へと成長することにより、太陽光パネルの全面にわたって雪が覆い隠してしまっていることが観察される。なお、架台Ｂのビニールシートは雪の重みによって展張状態を維持できず、ほとんど機能しなかった。
【００８５】
また、図１５は、架台Ｃにおける最下段の太陽光パネルと、この上段側の太陽光パネルの雪との段差部分を撮影した写真である。この写真からわかるとおり、下段側から堆積し、上段側へ成長した雪に対しては降り積もった雪の連続性を分断するに至ってないことが観察される。
【００８６】
したがって、１年目シーズンにおいては、ビニールで被覆したり、上り階段状の段差(正段差)を形成したことによって、太陽光パネル上の雪が下段側に滑り落ち易くなったとしても、滑り降りた雪が次第に下側に堆積し、上側へと成長することにより太陽光パネルを覆ってしまい、発電効率が著しく低下することが確認できた。
【００８７】
そこで２年目シーズンでは、１年目シーズンの結果を踏まえ、垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差と、隙間の両方を設けることにより、上段側太陽光パネルから滑り降りてくる雪を太陽光パネル群の下方の空隙に落とし、雪が下側に堆積しないように、架台Ｅおよび架台Ｆを作製して実証試験を行った。また、上り階段状の段差(正段差)の効果を再度調べるため、架台Ｃよりも大きな段差を形成した架台Ｄについても同様に実証試験を行った。
【００８８】
図１６および図１７は、図１３と同様に、２年目シーズンにおける試験日毎の測定時間、発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量を表にまとめたものである。２年目シーズンの平均の発電効率は、２月２日より前では架台Ａで約３．８％、架台Ｄで約３．２％、本実施例１の架台Ｅで約４．５％であった。また、２月２日以降では、架台Ａで約２．７％、架台Ｄで約２．０％、架台Ｆで約２．８％であった。すなわち、２年目シーズンの前半では、本発明に相当する架台Ｅの太陽光パネルの発電効率が最もよく、続いて架台Ａ、そして上り階段状の段差(正段差)を有する架台Ｄが最も悪かった。そして、２年目シーズンの後半では、逆段差および隙間を最下段の太陽光パネルにのみ形成した架台Ｆの発電効率が最もよく、続いて架台Ａ、架台Ｄの順になった。このようにいずれも本発明に相当する架台Ｅないし架台Ｆの発電効率が他の架台Ａ，Ｄよりも高い結果となった。
【００８９】
図１８は、図１６および図１７の中の架台Ａと、本発明に相当する架台Ｅと架台Ｆの発電効率を折れ線グラフにしたものである。図１８に示すように、架台Ａ、架台Ｅ、および架台Ｆの発電効率を比較すると、１２月下旬から１月上旬、および２月下旬頃は架台Ａの方が発電効率のよい期間があるが、本格的な冬季に入った１月下旬から２月上旬においては本実施例１の架台Ｅないし架台Ｆの発電効率が架台Ａの効率に比較して高い水準を維持している。このように冬季シーズンを通して比較すると、本発明に相当する架台Ｅないし架台Ｆの発電効率が高いことがわかる。
【００９０】
図１９は、２月４日以降に本発明に相当する架台Ｆを側面から写した写真である。図１９に示すように、太陽光パネル群の下の空隙に、上段側太陽光パネルから滑り落ちてきた雪が落下しているのが確認できる。また、架台Ｆは隣に設けられている架台Ｄよりも堆積している雪の量が少ないことも観察でき、融雪効果が高いことも確認できる。
【００９１】
図２０は、本実施例１の架台Ｅについて、発電効率が高かった１月２４日の午前８時頃から１１時半頃までの様子をビデオ撮影した画像である。各画像は適当な箇所を抜粋したものである。この日は、明け方に約３ｃｍの積雪があり、その後日中は雪が降らなかった。
【００９２】
図２０より、午前８時頃は架台Ａ、架台Ｄおよび架台Ｅの太陽光パネル上には薄く雪が積もっている。午前９時頃になると、各架台の太陽光パネル上の雪は、太陽光パネルが太陽光により暖められることにより融け始める。午前１１時半頃になると、本発明に相当する架台Ｅの太陽光パネル上の雪は殆ど融けて消失した。しかし、架台Ａおよび架台Ｄの下段側の太陽光パネルには雪が残った。この理由としては、本実施例１の架台Ｅは他の架台Ａや架台Ｄに比べて元々下段側に堆積している雪の量が少ないためと思われる。また、架台Ｅの太陽光パネルに積もっている雪のムラが少なく、平均的に積もっているため、太陽光により暖められた太陽光パネルからの熱を均等に受けてより速く融けるように作用したものと考えられる。
【００９３】
また、架台Ｅにおいて下段側に堆積しないメカニズムとして、大雪のときに太陽光パネル上の雪が側面から落ちることが確認された。図２１は、１月２１日の午前１１時半頃から午後４時半頃までの様子をビデオ撮影した画像である。各画像は適当な箇所を抜粋したものである。この日の前日は積雪量が約３２ｃｍの大雪であった。
【００９４】
図２１より、午前１１時半頃の本発明に相当する架台Ｅの太陽光パネル上には、前日の大雪のためほぼ全面にわたり雪が堆積している。午後１時頃になると、最上段の太陽光パネル上に堆積している雪が重さで耐えられなくなり側方側から垂れ下がり、午後４時半頃は更に垂れ下がっている。
【００９５】
これは、本発明に相当する架台Ｅでは、各太陽光パネルの上側面で上段側太陽光パネルの雪が堰き止められて下段へと滑り落ちにくくなり、一定量に達すると自重に耐えきれなくなって、側方に案内されるように逃げて側面から落ちてしまうものと考えられる。
【００９６】
以上、本実施例１における実証実験により、架台Ｅおよび架台Ｆにおいて、太陽光パネル同士の間の段差と隙間を両方形成することにより、上段側太陽光パネル上に積もった雪が、太陽光パネル群の下方の空隙へ落下し、各太陽光パネル上の雪が融けやすくなり、また、大雪の際には太陽光パネルの側方に逃がして落下させる等の従来の太陽光パネルユニットでは得られない効果を確認することができた。また、上り階段状の段差(正段差)では十分な融雪効果および発電効率の低下の抑制が得られなかった。
【実施例２】
【００９７】
次に、実施例２において太陽光パネルユニットの太陽光パネル群に下り階段状の逆段差を設けた場合における効果について、より詳細な実証実験を行った。実証試験は、平成２１年１２月２４日から平成２２年２月１８日（以下、「３年目シーズン」という）に行った。
【００９８】
本実施例２において使用した太陽光パネル３は、実施例１において使用したものと同じである。また、本実施例２における太陽光パネル架台には、実施例１で使用した架台Ａと、図２２に示す架台Ｇおよび架台Ｈを用いた。
【００９９】
架台Ｇは、架台Ｆと同様に、最下段の太陽光パネルと、それに対する上段側の太陽光パネルの間の一段のみに逆段差および隙間を設けたものである。その太陽光パネルユニットは、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルを用い、最下段の太陽光パネルとこの上段側の太陽光パネルとの間には傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２）に約＋１４５ｍｍ、傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２）に約＋１５５ｍｍの垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差および垂直・水平隙間を形成した。
【０１００】
架台Ｈは、架台Ｅと同様に、太陽光パネルの設置にパネル載置部を使用し、最下段に加えて、その他の各段の太陽光パネルの間にも垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差を設けたものである。その太陽光パネルユニットは、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルを用い、各段の太陽光パネル同士の間には下段側太陽光パネルに対して上段側太陽光パネルを傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２＝Ｇｙ２３）に約＋１１５ｍｍ、最下段の太陽光パネルとその上段側の太陽光パネルの間の傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２）に約＋１６０ｍｍ、２段目の太陽光パネルと最上段の太陽光パネルの間の傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ２３）に約＋１１５ｍｍの垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差および垂直・水平隙間を形成した。
【０１０１】
なお、パネル載置部は載置面に対して約４．５度で傾斜されている。よって、太陽光パネルの傾斜角度θは、略水平な設置面に対しては約３４．５度である。
【０１０２】
以下に、本実施例２における実証実験の結果を示す。
【０１０３】
図２３から図３０までは、１２月２６日、１２月２９日、１月１日、１月８日、１月１５日、１月２１日、１月２９日および２月２日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。また、図３１は、３年目シーズンにおける試験日毎の測定時間、発電量、単位面積当たりの発電量、単位面積当たりの積算発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量を表にまとめたものである。
【０１０４】
図３１より、３年目シーズンの平均の発電効率は、架台Ａが約０．４％、架台Ｇが約０．５％、架台Ｈが約４．７％と、各段に逆段差と垂直・水平隙間を設けた架台Ｈの発電効率が他の架台の場合に比べ非常に高かった。以下、詳細に検討する。
【０１０５】
図３２は各架台の発電効率とアメダスのデータによる日射量を示したものである。この図３２に示すように、架台Ａの場合は、１２月２７日以降はほとんど発電されなかった。図３１および図３３に示すように、実証実験開始の１２月２４から１２月８日にかけては、継続的に雪が降り、トータルで約２７ｃｍの降雪量があったため、図２４から図３０に示すように、雪が太陽光パネル上方まで覆ってしまい、その後落雪しなかったことが原因として考えられる。
【０１０６】
また、架台Ｈの場合は、１２月２９日前後に一旦、発電量が回復している。図２４からわかるように、第２段太陽光パネルおよび第３段太陽光パネルの積雪がほとんどなくなっている。
【０１０７】
しかし、その後１２月３０日以降はほとんど発電されなかった。この架台Ｈの場合は、図２５から図３０に示すように、第２段太陽光パネルの半分以上が雪に覆われており、時折、最上段の第３段太陽光パネルまで覆われる場合があった。
【０１０８】
これは、太陽光パネルの上下段の隙間から落雪せずに、第１段太陽光パネルの上側面で雪が堰き止められ、第２段太陽光パネルを雪が覆ってしまい、太陽光パネルのバイパス回路が機能しなくなって、太陽光パネルユニット全体の発電に悪影響を及ぼしたためであると考えられる。
【０１０９】
一方、架台Ｈの発電効率の変化と日射量の変化とを比較すると、おおよそ一致している。また、図２３から図３０に示すように、３年目シーズンにおいては、第２段太陽光パネルおよび第３段太陽光パネルの雪がほとんど落下していることがわかる。
【０１１０】
なお、１２月３１日〜１月６日、１月１７日前後、１月２１日前後、１月２７日前後においては、日射量が多いにもかかわらず発電効率が低かったが、図３３に示すように、これら日射量の多い日は当日または前日に降雪量が多かった日である。
【０１１１】
以上より、架台Ｈにおいて、降雪があった日またはその直後においては、従来の架台Ａ等と同様に発電量は低下するが、各段に設けた逆段差と垂直・水平隙間により太陽光パネル上の雪が太陽光パネル下の空隙に効果的に落下するため、パッシブに発電量を回復させることができることが証明された。
【０１１２】
ここで、この架台Ｈによってどれくらいの発電効果の向上があったかを数値的に検討してみた。
【０１１３】
架台Ｈにおける３年目シーズンの積算した発電量は約５．２ｋＷｈ／ｍ２である。一方、当該実証実験期間中の積算した日射量は約１００．３ｋＷｈ／ｍ２である。ここで、本実施例２で用いた太陽光パネルのモジュール変換効率は１３．６％であることより、架台Ｈによって得られる発電量は最大で約１３．６ｋＷｈ／ｍ２である。
【０１１４】
ここで、架台Ｈの実際の発電量と最大発電量とを比較すると、最大値の約３８％の発電を行っていた。同様に架台Ａについても計算してみると、その発電量は最大値の約２％しか発電できていなかった。
【０１１５】
この差は大きな差であり、架台Ｈを使用すれば、これまで降雪地域では普及が困難とされてきた太陽光発電を、本発明に係る太陽光パネルユニットおよびそれを用いた太陽光発電装置によって充分に普及させることが可能であることを示すものである。
【０１１６】
なお、本発明に係る太陽光パネルユニットおよびそれを用いた太陽光発電装置は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【０１１７】
例えば、本発明の太陽光パネルユニット、若しくは太陽光発電装置に、特許文献１に記載されている太陽光発電システムのような電力を供給してパネルを暖める融雪装置や、温風や温水でパネルを暖める融雪装置、または雪に直接散水して融雪する融雪装置等と組み合わせてもよい。
【０１１８】
本発明の太陽光パネルユニット、若しくは太陽光発電装置では、各段における太陽光パネル上の積雪量にあまり差がないため、従来の融雪装置による融雪の効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１Ａ，１Ｂ 太陽光パネルユニット
２Ａ，２Ｂ 太陽光発電装置
３ 太陽光パネル
４ 架台
５ パワーコンディショナ
６ 分電盤
７ 電力量計
８ 設置面
９ 空隙
１０ 逆段差
１１ａ 傾斜面に垂直方向の隙間
１１ｂ 傾斜面に平行方向の隙間
１２ 蓄電設備
３ａ 第１段太陽光パネル、下段側太陽光パネル
３ｂ 第２段太陽光パネル、上段側太陽光パネル
３ｃ 第３段太陽光パネル
４１ 底面フレーム
４２ 縦フレーム
４３ パネル固定傾斜フレーム
４４ 補強フレーム
４５ パネル載置部
１１ａ 傾斜面に平行方向の隙間
１１ｂ 傾斜面に垂直方向の隙間
Ｅ 電気器具
Ｐ 商用電源
θ 傾斜角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜をさせた太陽光パネルに降り積もる雪をパッシブに落下させる落雪機能を備えた太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光パネルに雪が降り積もると発電効率が低下するため、太陽光パネルに積もった雪を除去するための発明が種々提案されている。
【０００３】
例えば、図３４に示すような無落雪屋根の上などに設置される一般的な太陽光パネルにおいては、降り積もる雪を滑落させられるように適度な傾斜面をつけて配置されている。
【０００４】
また、特開平１１−２９８０２８号公報において、太陽電池の直流電力を所定の交流電力に変換する電力変換装置を持ち、第１の開閉手段で配電系統と前記電力変換装置を接続する発電システムにおいて、電力変換装置の交流側に抵抗器とこの抵抗器に並列に第２の開閉手段を挿入し、電力変換装置の直流側と太陽電池の間にダイオードとこのダイオードに並列に第３の開閉手段を設け、系統連系運転制御系と融雪運転制御系を備え、系統連系運転と融雪運転を選別して系統連系運転制御と融雪運転制御を切り換える切り換え部と融雪運転の搬送波を生成する搬送波発生部と系統連系運転と融雪運転の搬送波と変調波を切り換える切り換え部を持った太陽光発電システムが提案されている（特許文献１）。特許文献１によれば、この太陽光発電システムは、外部からの信号により運転モードを融雪運転へと切り換え、商用電源の電力を太陽電池パネルに供給し、そのエネルギーでパネルを暖めることにより融雪して積雪を防止することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２９８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、まず図３４に示すような傾斜された一般の太陽光パネルにおいては、図３５に示すように、太陽光パネルから傾斜に沿って滑り落ちた雪が、屋根とパネルとの間やパネルの下側に堆積して凍結し固まってしまうという問題がある。このようにパネル下側で固まった雪は極めて融けにくく、時間経過により上側へと成長しながら太陽光パネルを覆って全く発電しなくなるといった問題の原因になる。この様な問題に対して、太陽光パネルを載置する架台の脚を高くする対処方法がある。しかし、年間の積雪が１ｍを越えるような降雪地域では、それ以上の脚高を必要とするため、特に一般住宅の屋根に設ける場合等では屋根の強度に配慮するとそのような高い脚高にすることは困難である。
【０００７】
また、太陽光パネルの露出面積と発電量との関係は必ずしも比例関係とならず、積雪により露出面積が減少すると急激に発電能力が低下するといった問題がある。一般に、太陽光パネルのセルは電気的に直列接続されており、一部のセルが陰になっても発電能力が低下しないようにバイパス回路を設けているが、陰になるセルが多くなるとそのバイパス回路が機能しなくなり、他のセルに悪影響を及ぼすためである。
【０００８】
また、特許文献１に記載された発明においては、商用電源からの電力を必要とするため運転にかかる電力量が発電量よりも多くなるという問題がある。また、図３４に示すような従来の傾斜させた太陽光パネルに特許文献１に記載された発明等の融雪装置を併用するような場合、上述のように太陽光パネルの上側と下側とでは積雪量や氷結具合が異なるため、上側と下側とで融雪温度や方法を変える等の改善が必要であり、そのためにシステムが複雑になり、かつ製造コストおよびランニングコストが高額になるといった問題もある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、太陽光パネルの雪を効果的に落下させることにより積雪による太陽光パネルの発電効率の低下を抑制することのできる落雪機能を備えた太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る太陽光パネルユニットは、複数の太陽光パネルを複数段に配置してなる太陽光パネル群と、前記太陽光パネル群を所定の角度に傾斜させて支持するとともに略水平な設置面に設置される太陽光パネル架台とを有しており、前記太陽光パネル群と前記設置面との間には、落雪用の空隙が設けられているとともに、前記太陽光パネル群のうち下段に配置される下段側太陽光パネルと、これの上段に配置される上段側太陽光パネルとの間には、前記下段側太陽光パネルの傾斜面に対して垂直方向に落とし込んだ逆段差と、前記傾斜面に対して平行方向に形成された平行隙間と、前記傾斜面に対して垂直方向に形成された垂直隙間とを有している。
【００１１】
また、本発明に係る太陽光パネルユニットの一態様として、前記逆段差、前記平行隙間および前記垂直隙間は、最下段の太陽光パネルとこれの上段側太陽光パネルとの間に形成されていることに加え、少なくともその他の１つ以上の段における太陽光パネル間にも形成されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る太陽光パネルユニットの一態様として、前記太陽光パネル架台と前記太陽光パネルとの間には、前記太陽光パネルをその下端を支点として上端を前記太陽光パネル架台から離間させるように傾斜させて前記逆段差を構成するためのパネル載置部が設けられていてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置は、前記太陽光パネルユニットと、この太陽光パネルユニットで発電した電力を蓄える蓄電設備とを備えている。
【００１４】
また、本発明に係る太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置は、前記太陽光パネルユニットと、この太陽光パネルユニットで発電した直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナとを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、太陽光パネルの雪を効果的に落下させることにより積雪による太陽光パネルの発電効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る太陽光パネルユニットの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図３】本第１実施形態の太陽光パネルユニットにおける太陽光パネルの配置を示す模式図である。
【図４】本発明に係る太陽光パネルユニットの他の実施形態の例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る太陽光パネルユニットにおける落雪のメカニズムを示す模式図である。
【図６】本発明に係る太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る太陽光パネルユニットの第３実施形態を示す側面図である。
【図８】本発明に係る太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図９】本実施例１において架台Ａ〜Ｆの設置態様を示す側面からみた模式図である。
【図１０】本実施例１において架台Ａの設置状態を示す写真である。
【図１１】本実施例１において用いた架台Ａから架台Ｆまでの各傾斜角度、段差および水平・垂直隙間に関する数値を示す表である。
【図１２】実施例１において架台Ａ、架台Ｄおよび架台Ｅの設置状態を示す写真である。
【図１３】実施例１において１年目シーズンにおける試験日毎の測定時間、発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量をまとめた表である。
【図１４】実施例１において１年目シーズンの２月中旬頃の架台Ａ、架台Ｂおよび架台Ｃの積雪状態を示す写真である。
【図１５】実施例１の架台Ｃにおいて最下段の太陽光パネルとこの上段側の太陽光パネルとの段差部分における積雪状態を示す拡大写真である。
【図１６】実施例１において２年目シーズンにおける１２月２５日から２月３日までの各試験日毎の測定時間、発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量をまとめた表である。
【図１７】実施例１において２年目シーズンにおける２月４日から３月９日までの各試験日毎の測定時間、発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量をまとめた表である。
【図１８】実施例１において２年目シーズンにおける架台Ａ、架台Ｅおよび架台Ｆの発電効率を折れ線グラフにしたものである。
【図１９】実施例１における架台Ｄおよび架台Ｆの積雪状態を示す写真である。
【図２０】実施例１における午前８時頃から１１時ごろまでの融雪状態の変化を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２１】実施例１における午前１１時半頃から午後４時半頃までの融雪状態の変化を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２２】実施例２における１月８日の架台Ｇおよび架台Ｈの積雪状態を示す写真である。
【図２３】実施例２における１２月２６日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２４】実施例２における１２月２９日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２５】実施例２における１月１日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２６】実施例２における１月８日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２７】実施例２における１月１５日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２８】実施例２における１月２１日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図２９】実施例２における１月２９日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図３０】実施例２における２月２日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。
【図３１】実施例２における試験日毎の測定時間、発電量、段位面積当たりの発電量、単位面積当たりの積算発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量をまとめた表である。
【図３２】実施例２における日射量および架台Ａと架台Ｇと架台Ｈの発電効率を折れ線グラフにしたものである。
【図３３】実施例２における降雪量および架台Ａと架台Ｇと架台Ｈの発電効率を折れ線グラフにしたものである。
【図３４】従来の傾斜配置された太陽光パネルを示す斜視図である。
【図３５】従来の太陽光パネルユニットにおける落雪メカニズムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本第１実施形態の太陽光パネルユニット１Ａを示す斜視図である。また、図２は本第１実施形態の太陽光発電装置２Ａの各構成を示すブロック図である。
【００１８】
本第１実施形態の太陽光パネルユニット１Ａは、複数の太陽光パネル３からなる太陽光パネル群３，３・・・と、この太陽光パネル群３，３・・・を支持する太陽光パネル架台４とから構成されている。また、図２に示すように、本第１実施形態の太陽光発電装置２Ａは、前記太陽光パネルユニット１Ａと、発電された直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ５と、交流電流を建物内の電気器具Ｅ等へ分配する分電盤６と、送電線等の商用電源Ｐと連結された電力量計７とから構成されている。以下、各構成について詳細に説明する。
【００１９】
太陽光パネルユニット１Ａを構成する太陽光パネル３は、太陽光を直接的に電力に変換する薄膜型の素子を板状の基板に貼り付け、樹脂や強化ガラスで表面を保護したものである。本第１実施形態における前記素子には、ｐ型とｎ型の半導体を接合した構造のものを使用しているが、特に限定されるものではなく、有機色素を用いて光起電力を得る色素増感太陽電池等、種々のものの中から適宜選択してよい。また、表面には滑雪しやすくするための加工や薬品の塗布等を施してもよい。
【００２０】
太陽光パネル架台４は、複数の太陽光パネル３からなる太陽光パネル群３，３・・・を所定の角度に傾斜させ、かつ、各太陽光パネル３の間に逆段差１０と、傾斜面に対して垂直方向の垂直隙間１１ａと、傾斜面に対して平行方向の平行隙間１１ｂとを設けて配置するためのものである。前記逆段差１０、垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂは、後述するように、上段側太陽光パネルから滑落する雪を太陽光パネル群３，３・・・裏の設置面８へ落下させて空隙９に収容するために形成されている。
【００２１】
本第１実施形態における太陽光パネル架台４は、図１に示すように、金属製のフレームにより形成されており、無落雪屋根あるいは地面等の略水平な設置面８上に配置される底面フレーム４１と、この底面フレーム４１から略垂直に立ち上げられた縦フレーム４２と、縦３段で各段横２列の太陽光パネル３を所定の角度に傾斜させつつ各段毎に逆段差１０と隙間１１ａ，１１ｂを設けて固定するパネル固定傾斜フレーム４３とにより構成されている。なお、本第１実施形態では、前記各フレーム４１，４２，４３同士の間には、任意の補強フレーム４４が設けられている。
【００２２】
本第１実施形態における太陽光パネルユニット１Ａは、無落雪屋根等の略水平な設置面８に設置され、前記太陽光パネル群３，３・・・と前記設置面８との間に落雪用の空隙９を構成する。なお、設置面８は、無落雪屋根等の建物の屋上に限られず、地面や船舶等の移動物体上でもよく、十分な落雪用の空隙９が確保できるのであれば傾斜している面であってもよい。また、太陽光パネルユニット１Ａは設置面８に対して複数連設させることによりメガソーラー発電に用いてもよい。
【００２３】
次に、太陽光パネル群３，３・・・の傾斜角度θ、逆段差１０、垂直隙間１１ａ、および水平隙間１１ｂについてより詳細に説明する。
【００２４】
図１に示すように、本第１実施形態の太陽光パネル群３，３・・・は縦３段、横２列の太陽光パネル３で構成されているが、その段数や列数は適宜選択されるものである。本第１実施形態においては、最下段の太陽光パネル３，３を第１段太陽光パネル３ａとし、中段の太陽光パネル３，３を第２段太陽光パネル３ｂとし、最上段の太陽光パネル３，３を第３段太陽光パネル３ｃとしている。なお、本第１実施形態において、上段側太陽光パネルと下段側太陽光パネルは、前記第１段太陽光パネル３ａと前記第２段太陽光パネル３ｂとの関係においては、前記第１段太陽光パネル３ａが下段側太陽光パネルに相当し、前記第２段太陽光パネル３ｃが上段側太陽光パネルに相当する。同様に、前記第２段太陽光パネルと前記第３段太陽光パネルとの関係においては、前記第２太陽光パネルが下段側太陽光パネルに相当し、前記第３段太陽光パネルが上段側太陽光パネルに相当する。
【００２５】
以下、本第１実施形態における下段側太陽光パネル３ａは、第１段太陽光パネル３ａないし第２段太陽光パネル３ｂとし、上段側太陽光パネル３ｂは第２段太陽光パネル３ｂないし第３段太陽光パネル３ｃとして説明をする。
【００２６】
本第１実施形態における各太陽光パネル３は、設置面８に対して約３０度の傾斜角度θとなるように設置されている。この傾斜角度θは、縦３段の太陽光パネル３を設置する場合に用いられる一般的な角度であるが、特に限定されるものではなく、太陽光パネル３の段数、設置場所の緯度やその場所で想定される風の強さ等を考慮して適宜選択されるものである。
【００２７】
太陽光パネル群３，３・・・の逆段差１０と各隙間１１ａ，１１ｂは、主に上段側太陽光パネル３ｂから滑り落ちる雪を太陽光パネル群３，３・・・と設置面８との間に形成された落雪用の空隙９へ落下させるための開口部分である。また、後述する実験の結果、太陽光パネル３を縦方向に３段以上並べて太陽光パネル群３，３・・・を構成する場合、前記逆段差１０、前記垂直隙間１１ａ、および前記水平隙間１１ｂは、最下段の太陽光パネル３とこれの上段の太陽光パネル３との間に形成することに加え、少なくともその他の１つ以上の段における太陽光パネル３同士の間にも形成することがより好ましい。
【００２８】
本第１実施形態では、図３に示すように、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃが、下段側太陽光パネル３ａ，３ｂの傾斜面に対して垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差１０となるように、傾斜面に対して略垂直でかつ下方向に段違いで設置されている。本発明ではこのような段差を「逆段差」として定義する。また、本第１実施形態における逆段差１０と隙間１１ａ，１１ｂは、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃが下段側太陽光パネル３ａ，３ｂの陰に隠れないようにするため、前記傾斜面に対して垂直方向の垂直隙間１１ａと、前記傾斜面に対して水平方向の水平隙間１１ｂとを有している。なお、これらの逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂとの位置関係については、後述する実施例１および実施例２において図３を参照して説明する。
【００２９】
なお、逆段差１０と各隙間１１ａ，１１ｂは、図４に示すように、各太陽光パネル３のいずれかの段に形成されていれば一定の効果を発揮できるが、図１に示すように各段毎に形成されている方がより好ましい。すなわち、垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂまでの滑走距離を短くすることで、太陽光パネル上の雪が逐一それらの隙間１１ａ，１１ｂから滑落するようになり、太陽光パネル上を少しでも広くかつ長い間、露出させることができると考えられるからである。また、大きな塊の状態で雪が滑落すると、逆段差１０や各隙間１１ａ，１１ｂを飛び越えて、下段側の太陽光パネル３，３に積雪するおそれがあるが、各段毎に落雪させる構成であれば、積雪を細分割して小さな塊の状態で落下させることができ、より確実に落雪効果を得ることができると考えられるからである。
【００３０】
次に、本第１実施形態の太陽光発電装置２Ａにおける太陽光パネルユニット１Ａ以外の各構成について説明する。
【００３１】
パワーコンディショナ５は、太陽光パネルユニット１Ａにより発電された直流電流を商用電源Ｐと等しい交流電流に変換するためのものである。また、本第１実施形態におけるパワーコンディショナ５は、太陽光パネルユニット１Ａにより発電される電力量が建物等で消費される電力量よりも多い場合には余った電力を商用電源Ｐへと供給し、逆に、発電される電力量が消費される電力量よりも少ない場合には、足りない電力を商用電源Ｐからの供給を受ける等の太陽光発電装置２Ａ全体の運転を管理する機能を有する。なお、商用電源Ｐとは、電力会社の発電所等で発電された電力を建物等に送電する送電線等のことである。
【００３２】
分電盤６は、パワーコンディショナ５によって変換された交流電流を建物内の各所へ分配するためのものである。各部屋のコンセントや照明器具等の電気器具Ｅに接続され、太陽光パネル３によって発電された電力を分配するようになっている。
【００３３】
電力量計７は、分電盤６と商用電源Ｐとの間に設置されており、太陽光パネルユニット１Ａで発電した電力が商用電源Ｐへと供給された電力量および商用電源Ｐから供給された電力量をそれぞれ計測するものである。
【００３４】
次に、本第１実施形態の太陽光パネルユニット１Ａおよびこれを用いた太陽光発電装置２Ａの各構成の作用について詳細に説明する。
【００３５】
まず、太陽光パネルユニット１Ａにおける太陽光パネル群３，３・・・の逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂによる作用について詳しく説明する。
【００３６】
逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂによる主な作用は、図５に示すように、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃから滑り落ちる雪を前記落雪用の空隙９に落下させることである。
【００３７】
また、逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂは、下段側太陽光パネル３ａ，３ｂ上の雪と上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃ上の雪とを分断する作用も有する。各段の太陽光パネル３ａ，３ｂ，３ｃに降り積もった雪は、逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂにより分断されて前記落雪用の空隙９へと落下する。特に、本第１実施形態の太陽光パネルユニット１Ａでは、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃとの逆段差１０を下段側太陽光パネル３ａ，３ｂの傾斜面に対して垂直方向に落とし込んだ下り階段状に構成しているため、より分断されやすい。この様に、各段毎に雪を分断させることにより、滑走距離が短くなるとともに、各段毎に確実に落雪させることができるようになる。
【００３８】
さらに、短時間に大量の雪が降った場合、滑り落ちる前に逆段差１０と各隙間１１ａ，１１ｂを埋める程の雪が積もることもある。しかし、本第２実施形態では、各段の太陽光パネル３ａ，３ｂ，３ｃに降り積もった雪は下段側太陽光パネル３ａ，３ｂにより一旦堰き止められるが、垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂから小塊状になって空隙９へ落下する。また、下段側太陽光パネル３ａ，３ｂにより一旦堰き止められ雪は、太陽光により暖められた太陽光パネル３からの熱を均等に受けるためより速やかに融ける。
【００３９】
その他、一旦堰き止められた上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃ上の雪が小さな塊になると、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃの側方に移動しやすく、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃの側方から落雪することもある。
【００４０】
また、本第１実施形態における隙間１１ａ，１１ｂは、垂直隙間１１ａだけでなく、水平隙間１１ｂを形成することにより、上段側太陽光パル３ｂ，３ｃが下段側太陽光パネル３ａ，３ｂの陰に隠れないようになっている。これにより、落雪効果を高めつつ下段側の太陽光パネル３ａ，３ｂの陰に隠れることによる発電効率の低下を回避できる。また、両方の隙間１１ａ，１１ｂによって太陽光パネルユニット１Ａの高さを低く抑えつつ、落雪のための開口部分を大きくとることができる。
【００４１】
以上のように、下段側太陽光パネル３ａ，３ｂと上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃとの間に逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを設けることにより、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃの雪が下段側太陽光パネル３ａ，３ｂ上に滑落して堆積してしまうのを防止できる。また、各段の太陽光パネル３ａ，３ｂ，３ｃ上に極端に積雪する部分をなくし、できるだけ平均的に雪を降り積もるようにすることもできる。さらに、逆段差１０を形成しても、上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃが下段側太陽光パネル３ａ，３ｂの陰に隠れてしまうことがなく、従来のものと比較して基本的な発電能力が低下してしまうこともない。
【００４２】
次に、太陽光パネルユニット１Ａを用いた太陽光発電装置２Ａの発電時における各構成の作用について説明する。
【００４３】
太陽光パネルユニット１Ａの各太陽光パネル３，３・・・は、太陽光を受けて直流電流を発生する。本第１実施形態において、各太陽光パネル３，３・・・で発生した直流電流はパワーコンディショナ５へと送られる。
【００４４】
パワーコンディショナ５では、直流電流を商用電源Ｐと同じ交流電流へと変換する。また、本第１実施形態におけるパワーコンディショナ５では、太陽光パネルユニット１Ａの発電量と消費される電力量との差に応じて、商用電源Ｐからの電力の出入量を制御する。例えば、太陽光パネルユニット１Ａの発電量が消費される電力量よりも多い場合には、余った電力を商用電源Ｐへと供給し、逆に、発電される電力量が消費される電力量よりも少ない場合には、足りない電力を商用電源Ｐからの供給を受けるように制御を行う。
【００４５】
分電盤６は、パワーコンディショナ５から供給された電流を分配して建物内各所の各電気器具Ｅへと供給する。
【００４６】
電力量計７は、太陽光パネルユニット１Ａで発電した電力が商用電源Ｐへと供給された電力量および商用電源Ｐから供給された電力量をそれぞれ計測する。使用者は、それぞれの電力量を比較して、太陽光パネルユニット１Ａで発電した電力量が多ければその分の電力を電力会社に買い取らせ、足りない分の電力があれば買い取りを行う。
【００４７】
以上のような本第１実施形態の落雪機能を備えた太陽光パネルユニット１Ａおよびこれを用いた太陽光発電装置２Ａによれば、以下の効果を得ることができる。
１．太陽光パネル３，３・・・上に降り積もった雪の滑落距離を短くし、を落雪用の空隙９へ落下させて積雪による発電効率の低下を抑制することができる。
２．各太陽光パネル３に降り積もる雪の連続性を分断し、より滑り落ちやすくして太陽光パネル３，３・・・上への積雪を抑制することができる。
３．短時間に大量の雪が降ったとしても、下段側太陽光パネル３ａ，３ｂによって上段側太陽光パネル３ｂ，３ｃ上の雪を一旦堰き止め、太陽光により暖められた太陽光パネルからの熱により速やかに融かすことができる。
４．短時間に大量の雪が降ったとしても、逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂとによって雪を小さな塊に分断し、雪が上方側太陽光パネル３ｂ，３ｃの側方へ移動してそのまま落下させられることもある。
５．下段側太陽光パネル３ａ，３ｂに大量の雪が滞留してしまうのを回避できるため、時間経過と共に太陽光パネル３上で積雪が凍り固まってしまうのを防止できる。
【００４８】
つぎに、本発明に係る太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の構成のうち、上述した第１実施形態の構成と同等または相当する構成については同一の符号を付し、再度の説明を省略する。図６は、本第２実施形態の太陽光発電装置２Ｂの各構成を示すブロック図である。
【００４９】
図６に示すように、本第２実施形態の太陽光発電装置２Ｂは、太陽光パネルユニット１Ａと、蓄電設備１２とから構成される。以下、蓄電設備１２について詳細について説明する。
【００５０】
本第２実施形態における蓄電設備１２は、ナトリウム・硫黄電池（以下、「ＮＡＳ電池」という）からなり太陽光パネルユニット１Ａと照明器具等の電気器具Ｅに接続される。この蓄電設備１２は、太陽光パネルユニット１Ａで発電した電力を蓄電し、必要に応じて電気器具Ｅ等に供給するように作用する。
【００５１】
なお、本第２実施形態ではＮＡＳ電池を使用したが、特に限定されるものではなくリチウムイオン電池等、種々の蓄電池から適宜選択してよい。
【００５２】
以上のような本第２実施形態の太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置２Ｂは、商用電源Ｐから離れた場所や小規模な夜間照明として利用される場合にその効力を発揮し、安定した電源となる。
【００５３】
次に、本発明に係る太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の構成のうち、上述した第１実施形態および第２実施形態の構成と同等または相当する構成については同一の符号を付し、再度の説明を省略する。
【００５４】
図７は、本第３実施形態における太陽光パネルユニット１Ｃを示す側面図であり、図８は、本第３実施形態の太陽光発電装置２Ｃの各構成を示すブロック図である。
【００５５】
図７に示すように、本第３実施形態の太陽光パネルユニット１Ｃは、太陽光パネル３と太陽光パネル架台４のパネル固定傾斜フレーム４３との間にパネル載置部４５を配置している。このパネル載置部４５は、長辺が前記太陽光パネル３の縦方向の長さに略等しく、その長辺の一方の角部が所定の角度を有するように、長尺の金属板を略三角形状に折り曲げることにより形成されている。このようにパネル載置部４５は側面視で略三角形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、太陽光パネル３を所定の角度で傾斜させられて逆段差１０を構成できるものであれば適当な形状を採用してよい。また、板状やフレーム状等、適当な構造を採用してよい。
【００５６】
よって、本第３実施形態における太陽光パネル３は、そのパネル載置部４５に載置されることにより、その下端を支点として上端が前記太陽光パネル架台４から離れるように傾斜されて固定される。
【００５７】
なお、本第３実施形態では、パネル載置部４５が太陽光パネル３の間に垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを形成するように、各段毎に間隔をあけてパネル固定傾斜フレーム４３に配置されている。これにより太陽光パネル３をパネル載置部４５に固定するだけで、適切な範囲での逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを構成することができ、熟練を要しなくても効率的に設置作業が進められる。
【００５８】
また、本第３実施形態における太陽光パネル３は、図８に示すように、第１段太陽光パネル３ａ、第２段太陽光パネル３ｂおよび第３段太陽光パネル３ｃの各段毎に電気的に直列接続されており、パワーコンディショナ５に接続されている。
【００５９】
以上のような本第３実施形態の太陽光パネルユニット１Ｃおよびこれを用いた太陽光発電装置２Ｃの各構成の作用について説明する。
【００６０】
まず、本第３実施形態におけるパネル載置部４５は、その下端を支点として上端が前記太陽光パネル架台４から離間されるように傾斜させることにより容易に逆段差１０、垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを形成することができる。
【００６１】
すなわち、太陽光パネルユニット１Ｃの逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを設ける場合において、図１に示すような太陽光パネル架台４のパネル固定傾斜フレーム４３と平行になるような載置部を使用する場合、下段ほど高くしなければならず、各段毎に載置部の形状を変えなければならない。
【００６２】
一方、本第３実施形態におけるパネル載置部４５を使用することにより、図７に示すように、各段によってパネル載置部４５の形状を変えずに、逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂとを形成することができる。また、太陽光パネルユニット１Ｃの全体の高さを低く保つことができる。
【００６３】
次に、本第３実施形態では太陽光パネル３は、各段毎に電気的に直列接続されていることによる作用について説明する。
【００６４】
通常、太陽光パネルユニット１Ｃにおける積雪は、下方に流れて積雪するため、下段ほど大きく雪に覆われてしまう。そして、そのような下段側の太陽光パネル３において受光できずに発電量が０になってしまうと、回路の抵抗値が増えた状態となり、全体の発電量に影響を及ぼす場合がある。
【００６５】
そこで、本第３実施形態における太陽光パネル３は、各段毎に電気的に直列接続されることで、全体がダウンすることを回避している。
【００６６】
以上のように、本第３実施形態においては、パネル載置部４５を利用することによって逆段差１０と垂直隙間１１ａおよび水平隙間１１ｂを容易に構成することができる。また、各段毎に電気的に直列接続されることで、太陽光パネルユニット１Ｃの一部が雪に覆われたとしても、その影響を最小限にとどめるとができる。
【実施例１】
【００６７】
以下、実施例１において本発明に係る太陽光パネルユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置を用いて行った実証実験について説明する。
【００６８】
実証試験は、平成２０年１月１１日から平成２０年３月１３日まで（以下、「１年目シーズン」という）と、平成２０年１２月２５日から平成２１年３月９日まで（以下、「２年目シーズン」という）の２シーズンにおいて行われた。
【００６９】
本実施例１において使用した太陽光パネル発電システムは以下の通りである。
【００７０】
太陽光パネル３は、シャープ株式会社製のＮＤ−１５７ＡＲを用いた。このＮＤ−１５７ＡＲ１枚当たりの外形寸法は縦方向の長さ約１１６５ｍｍ、幅約９９０ｍｍ、厚さ約４５ｍｍである。また、公称最大出力は１５７Ｗ、モジュール変換効率は１３．６％、重量は約１４．５ｋｇである。
【００７１】
太陽光パネル架台には、図９に示す、比較用の架台としての架台Ａ，架台Ｂ、架台Ｃおよび架台Ｄの４種類の架台と、本実施例１の架台として架台Ｅおよび架台Ｆの２種類の架台とを用いた。
【００７２】
架台Ａは、従来からある一般的なものであって、図１０に示すように、縦３段で横４列の計１２枚の太陽光パネルが約３０度の傾斜角度θで段差も隙間もなく略平面状に設置されている。なお、傾斜角度θは架台Ａ〜Ｆの全てにおいて約３０度に設定している。
【００７３】
架台Ｂは、太陽光パネル上を滑りやすくすることにより雪の除去の促進を狙ったものであり、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルを段差も隙間もなく略平面状に設置し、傾斜面から少し間隔をあけて、雪を滑り易くするための透明なビニールを展張してある。
【００７４】
架台Ｃは、各段の太陽光パネル同士の間に上り階段状の段差（「正段差」ともいう）を設けて雪の連続性を分断することにより雪の除去の促進を狙ったものであり、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルに段差のみを設けて設置されている。段差および隙間については図３および図１１に示す通りである。したがって、架台Ｃでは、下段側太陽光パネルに対して上段側太陽光パネルを傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２＝Ｇｙ２３）に約−１５ｍｍ、傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２＝Ｇｘ２３）に間隔を設けず（約０ｍｍ）、上段側に上り階段状の段差（正段差）のみを形成している。
【００７５】
架台Ｄは、架台Ｃよりも大きな上り階段状の段差（正段差）を設けて雪の連続性を分断することにより更なる雪の除去の促進を狙ったものである。つまり、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルに段差のみを設けて、下段側太陽光パネルに対して上段側太陽光パネルを傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２＝Ｇｙ２３）に約−４５ｍｍ、傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２＝Ｇｘ２３）に間隔を設けず（約０ｍｍ）、上段側に上り階段状の段差（正段差）のみを形成している。
【００７６】
架台Ｅは、本発明の太陽光パネルユニットに相当し、各段の太陽光パネル同士の間に垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差を設けて雪の連続性を分断することにより雪の除去の促進を狙ったものである。そして、太陽光パネルユニットは、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルを用い、各段の太陽光パネル同士の間には下段側太陽光パネルに対して上段側太陽光パネルを傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２＝Ｇｙ２３）に約＋４５ｍｍ、傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２＝Ｇｘ２３）に約＋８０ｍｍの垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差および隙間を形成した。
【００７７】
架台Ｆは、本発明の太陽光パネルユニットに相当し、最下段の太陽光パネルとこれに対して上段側の太陽光パネルの間のみに段差および隙間を設けた場合に、架台Ｅとどの程度の効果の差が生じるかを確かめるためのものである。そして、太陽光パネルユニットは、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルを用い、最下段の太陽光パネルとこの上段側の太陽光パネルとの間には傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２）に約＋１５ｍｍ、傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２）に約＋８０ｍｍの垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差および隙間を形成した。
【００７８】
１年目シーズンの実証試験は、架台Ａ、Ｂ、Ｃを用いた。また、２年目シーズンの実証試験は、架台Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆを用い、１年目シーズンと同じ設置位置で行った。但し、２年目シーズの途中で架台Ｅを架台Ｆに交換した。つまり、２年目シーズンの平成２０年１２月２５日〜平成２１年２月１日までは架台Ｅを使用し、同２月２日〜同３月９までは架台Ｆを使用した。これにより段差および隙間の大きさや段数等の違いによる発電効率の影響を確認した。
【００７９】
なお、各架台は、図１２に示すように、無落雪屋根上に互いの陰が干渉しないように適当な距離を隔てて設置した。
【００８０】
本実施例１における実証試験では、デジタルカメラによる写真撮影、ビデオ撮影および架台Ａ〜Ｆのそれぞれにおける発電量の計測を行った。また、試験期間中の日照時間及び降雪量は気象庁のデータベースから得た。発電量から発電効率を計算し、日照時間からは日射量を計算した。
【００８１】
まず、１年目シーズンにおける試験結果について説明する。図１３は、１年目シーズンにおける試験日毎の測定時間、発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量を表にまとめたものである。
【００８２】
図１３より、１年目シーズンの平均の発電効率は、架台Ａで約１．１％、架台Ｂで約０．９％、本実施例１の架台Ｃで約０．８％であり、架台Ｂおよび架台Ｃともに、従来からの架台Ａの発電効率を上回ることができなかった。
【００８３】
１年目シーズンのはじめの平成２０年１月１２日から１月１８日あたりまでは、降雪量も少なく、架台Ａから架台Ｃのすべてにおいて高い発電効率を維持している。しかし、同１９日から３月４日まで、発電効率が約０％の日が続いた。その後、３月５日くらいから徐々に発電効率が上昇していった。
【００８４】
図１４は、発電効率が約０％であったときに撮影された写真である。この写真画像からわかるとおり、下段側へ滑り落ちた雪が徐々に堆積していき、年間で最も気温の低い１月から２月にかけては、融けきることなく溜まって上側へと成長することにより、太陽光パネルの全面にわたって雪が覆い隠してしまっていることが観察される。なお、架台Ｂのビニールシートは雪の重みによって展張状態を維持できず、ほとんど機能しなかった。
【００８５】
また、図１５は、架台Ｃにおける最下段の太陽光パネルと、この上段側の太陽光パネルの雪との段差部分を撮影した写真である。この写真からわかるとおり、下段側から堆積し、上段側へ成長した雪に対しては降り積もった雪の連続性を分断するに至ってないことが観察される。
【００８６】
したがって、１年目シーズンにおいては、ビニールで被覆したり、上り階段状の段差(正段差)を形成したことによって、太陽光パネル上の雪が下段側に滑り落ち易くなったとしても、滑り降りた雪が次第に下側に堆積し、上側へと成長することにより太陽光パネルを覆ってしまい、発電効率が著しく低下することが確認できた。
【００８７】
そこで２年目シーズンでは、１年目シーズンの結果を踏まえ、垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差と、隙間の両方を設けることにより、上段側太陽光パネルから滑り降りてくる雪を太陽光パネル群の下方の空隙に落とし、雪が下側に堆積しないように、架台Ｅおよび架台Ｆを作製して実証試験を行った。また、上り階段状の段差(正段差)の効果を再度調べるため、架台Ｃよりも大きな段差を形成した架台Ｄについても同様に実証試験を行った。
【００８８】
図１６および図１７は、図１３と同様に、２年目シーズンにおける試験日毎の測定時間、発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量を表にまとめたものである。２年目シーズンの平均の発電効率は、２月２日より前では架台Ａで約３．８％、架台Ｄで約３．２％、本実施例１の架台Ｅで約４．５％であった。また、２月２日以降では、架台Ａで約２．７％、架台Ｄで約２．０％、架台Ｆで約２．８％であった。すなわち、２年目シーズンの前半では、本発明に相当する架台Ｅの太陽光パネルの発電効率が最もよく、続いて架台Ａ、そして上り階段状の段差(正段差)を有する架台Ｄが最も悪かった。そして、２年目シーズンの後半では、逆段差および隙間を最下段の太陽光パネルにのみ形成した架台Ｆの発電効率が最もよく、続いて架台Ａ、架台Ｄの順になった。このようにいずれも本発明に相当する架台Ｅないし架台Ｆの発電効率が他の架台Ａ，Ｄよりも高い結果となった。
【００８９】
図１８は、図１６および図１７の中の架台Ａと、本発明に相当する架台Ｅと架台Ｆの発電効率を折れ線グラフにしたものである。図１８に示すように、架台Ａ、架台Ｅ、および架台Ｆの発電効率を比較すると、１２月下旬から１月上旬、および２月下旬頃は架台Ａの方が発電効率のよい期間があるが、本格的な冬季に入った１月下旬から２月上旬においては本実施例１の架台Ｅないし架台Ｆの発電効率が架台Ａの効率に比較して高い水準を維持している。このように冬季シーズンを通して比較すると、本発明に相当する架台Ｅないし架台Ｆの発電効率が高いことがわかる。
【００９０】
図１９は、２月４日以降に本発明に相当する架台Ｆを側面から写した写真である。図１９に示すように、太陽光パネル群の下の空隙に、上段側太陽光パネルから滑り落ちてきた雪が落下しているのが確認できる。また、架台Ｆは隣に設けられている架台Ｄよりも堆積している雪の量が少ないことも観察でき、融雪効果が高いことも確認できる。
【００９１】
図２０は、本実施例１の架台Ｅについて、発電効率が高かった１月２４日の午前８時頃から１１時半頃までの様子をビデオ撮影した画像である。各画像は適当な箇所を抜粋したものである。この日は、明け方に約３ｃｍの積雪があり、その後日中は雪が降らなかった。
【００９２】
図２０より、午前８時頃は架台Ａ、架台Ｄおよび架台Ｅの太陽光パネル上には薄く雪が積もっている。午前９時頃になると、各架台の太陽光パネル上の雪は、太陽光パネルが太陽光により暖められることにより融け始める。午前１１時半頃になると、本発明に相当する架台Ｅの太陽光パネル上の雪は殆ど融けて消失した。しかし、架台Ａおよび架台Ｄの下段側の太陽光パネルには雪が残った。この理由としては、本実施例１の架台Ｅは他の架台Ａや架台Ｄに比べて元々下段側に堆積している雪の量が少ないためと思われる。また、架台Ｅの太陽光パネルに積もっている雪のムラが少なく、平均的に積もっているため、太陽光により暖められた太陽光パネルからの熱を均等に受けてより速く融けるように作用したものと考えられる。
【００９３】
また、架台Ｅにおいて下段側に堆積しないメカニズムとして、大雪のときに太陽光パネル上の雪が側面から落ちることが確認された。図２１は、１月２１日の午前１１時半頃から午後４時半頃までの様子をビデオ撮影した画像である。各画像は適当な箇所を抜粋したものである。この日の前日は積雪量が約３２ｃｍの大雪であった。
【００９４】
図２１より、午前１１時半頃の本発明に相当する架台Ｅの太陽光パネル上には、前日の大雪のためほぼ全面にわたり雪が堆積している。午後１時頃になると、最上段の太陽光パネル上に堆積している雪が重さで耐えられなくなり側方側から垂れ下がり、午後４時半頃は更に垂れ下がっている。
【００９５】
これは、本発明に相当する架台Ｅでは、各太陽光パネルの上側面で上段側太陽光パネルの雪が堰き止められて下段へと滑り落ちにくくなり、一定量に達すると自重に耐えきれなくなって、側方に案内されるように逃げて側面から落ちてしまうものと考えられる。
【００９６】
以上、本実施例１における実証実験により、架台Ｅおよび架台Ｆにおいて、太陽光パネル同士の間の段差と隙間を両方形成することにより、上段側太陽光パネル上に積もった雪が、太陽光パネル群の下方の空隙へ落下し、各太陽光パネル上の雪が融けやすくなり、また、大雪の際には太陽光パネルの側方に逃がして落下させる等の従来の太陽光パネルユニットでは得られない効果を確認することができた。また、上り階段状の段差(正段差)では十分な融雪効果および発電効率の低下の抑制が得られなかった。
【実施例２】
【００９７】
次に、実施例２において太陽光パネルユニットの太陽光パネル群に下り階段状の逆段差を設けた場合における効果について、より詳細な実証実験を行った。実証試験は、平成２１年１２月２４日から平成２２年２月１８日（以下、「３年目シーズン」という）に行った。
【００９８】
本実施例２において使用した太陽光パネル３は、実施例１において使用したものと同じである。また、本実施例２における太陽光パネル架台には、実施例１で使用した架台Ａと、図２２に示す架台Ｇおよび架台Ｈを用いた。
【００９９】
架台Ｇは、架台Ｆと同様に、最下段の太陽光パネルと、それに対する上段側の太陽光パネルの間の一段のみに逆段差および隙間を設けたものである。その太陽光パネルユニットは、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルを用い、最下段の太陽光パネルとこの上段側の太陽光パネルとの間には傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２）に約＋１４５ｍｍ、傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２）に約＋１５５ｍｍの垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差および垂直・水平隙間を形成した。
【０１００】
架台Ｈは、架台Ｅと同様に、太陽光パネルの設置にパネル載置部を使用し、最下段に加えて、その他の各段の太陽光パネルの間にも垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差を設けたものである。その太陽光パネルユニットは、縦３段横２列の計６枚の太陽光パネルを用い、各段の太陽光パネル同士の間には下段側太陽光パネルに対して上段側太陽光パネルを傾斜面に略垂直方向（＝Ｇｙ１２＝Ｇｙ２３）に約＋１１５ｍｍ、最下段の太陽光パネルとその上段側の太陽光パネルの間の傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ１２）に約＋１６０ｍｍ、２段目の太陽光パネルと最上段の太陽光パネルの間の傾斜面に略平行方向（＝Ｇｘ２３）に約＋１１５ｍｍの垂直方向に落とし込んだ下り階段状の逆段差および垂直・水平隙間を形成した。
【０１０１】
なお、パネル載置部は載置面に対して約４．５度で傾斜されている。よって、太陽光パネルの傾斜角度θは、略水平な設置面に対しては約３４．５度である。
【０１０２】
以下に、本実施例２における実証実験の結果を示す。
【０１０３】
図２３から図３０までは、１２月２６日、１２月２９日、１月１日、１月８日、１月１５日、１月２１日、１月２９日および２月２日の午後２時ごろの各架台上の積雪状態を示すビデオ画像の抜粋写真である。また、図３１は、３年目シーズンにおける試験日毎の測定時間、発電量、単位面積当たりの発電量、単位面積当たりの積算発電量、発電効率、日照時間、日射量および降雪量を表にまとめたものである。
【０１０４】
図３１より、３年目シーズンの平均の発電効率は、架台Ａが約０．４％、架台Ｇが約０．５％、架台Ｈが約４．７％と、各段に逆段差と垂直・水平隙間を設けた架台Ｈの発電効率が他の架台の場合に比べ非常に高かった。以下、詳細に検討する。
【０１０５】
図３２は各架台の発電効率とアメダスのデータによる日射量を示したものである。この図３２に示すように、架台Ａの場合は、１２月２７日以降はほとんど発電されなかった。図３１および図３３に示すように、実証実験開始の１２月２４から１２月８日にかけては、継続的に雪が降り、トータルで約２７ｃｍの降雪量があったため、図２４から図３０に示すように、雪が太陽光パネル上方まで覆ってしまい、その後落雪しなかったことが原因として考えられる。
【０１０６】
また、架台Ｈの場合は、１２月２９日前後に一旦、発電量が回復している。図２４からわかるように、第２段太陽光パネルおよび第３段太陽光パネルの積雪がほとんどなくなっている。
【０１０７】
しかし、その後１２月３０日以降はほとんど発電されなかった。この架台Ｈの場合は、図２５から図３０に示すように、第２段太陽光パネルの半分以上が雪に覆われており、時折、最上段の第３段太陽光パネルまで覆われる場合があった。
【０１０８】
これは、太陽光パネルの上下段の隙間から落雪せずに、第１段太陽光パネルの上側面で雪が堰き止められ、第２段太陽光パネルを雪が覆ってしまい、太陽光パネルのバイパス回路が機能しなくなって、太陽光パネルユニット全体の発電に悪影響を及ぼしたためであると考えられる。
【０１０９】
一方、架台Ｈの発電効率の変化と日射量の変化とを比較すると、おおよそ一致している。また、図２３から図３０に示すように、３年目シーズンにおいては、第２段太陽光パネルおよび第３段太陽光パネルの雪がほとんど落下していることがわかる。
【０１１０】
なお、１２月３１日〜１月６日、１月１７日前後、１月２１日前後、１月２７日前後においては、日射量が多いにもかかわらず発電効率が低かったが、図３３に示すように、これら日射量の多い日は当日または前日に降雪量が多かった日である。
【０１１１】
以上より、架台Ｈにおいて、降雪があった日またはその直後においては、従来の架台Ａ等と同様に発電量は低下するが、各段に設けた逆段差と垂直・水平隙間により太陽光パネル上の雪が太陽光パネル下の空隙に効果的に落下するため、パッシブに発電量を回復させることができることが証明された。
【０１１２】
ここで、この架台Ｈによってどれくらいの発電効果の向上があったかを数値的に検討してみた。
【０１１３】
架台Ｈにおける３年目シーズンの積算した発電量は約５．２ｋＷｈ／ｍ２である。一方、当該実証実験期間中の積算した日射量は約１００．３ｋＷｈ／ｍ２である。ここで、本実施例２で用いた太陽光パネルのモジュール変換効率は１３．６％であることより、架台Ｈによって得られる発電量は最大で約１３．６ｋＷｈ／ｍ２である。
【０１１４】
ここで、架台Ｈの実際の発電量と最大発電量とを比較すると、最大値の約３８％の発電を行っていた。同様に架台Ａについても計算してみると、その発電量は最大値の約２％しか発電できていなかった。
【０１１５】
この差は大きな差であり、架台Ｈを使用すれば、これまで降雪地域では普及が困難とされてきた太陽光発電を、本発明に係る太陽光パネルユニットおよびそれを用いた太陽光発電装置によって充分に普及させることが可能であることを示すものである。
【０１１６】
なお、本発明に係る太陽光パネルユニットおよびそれを用いた太陽光発電装置は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【０１１７】
例えば、本発明の太陽光パネルユニット、若しくは太陽光発電装置に、特許文献１に記載されている太陽光発電システムのような電力を供給してパネルを暖める融雪装置や、温風や温水でパネルを暖める融雪装置、または雪に直接散水して融雪する融雪装置等と組み合わせてもよい。
【０１１８】
本発明の太陽光パネルユニット、若しくは太陽光発電装置では、各段における太陽光パネル上の積雪量にあまり差がないため、従来の融雪装置による融雪の効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１Ａ，１Ｂ 太陽光パネルユニット
２Ａ，２Ｂ 太陽光発電装置
３ 太陽光パネル
４ 架台
５ パワーコンディショナ
６ 分電盤
７ 電力量計
８ 設置面
９ 空隙
１０ 逆段差
１１ａ 傾斜面に垂直方向の隙間
１１ｂ 傾斜面に平行方向の隙間
１２ 蓄電設備
３ａ 第１段太陽光パネル、下段側太陽光パネル
３ｂ 第２段太陽光パネル、上段側太陽光パネル
３ｃ 第３段太陽光パネル
４１ 底面フレーム
４２ 縦フレーム
４３ パネル固定傾斜フレーム
４４ 補強フレーム
４５ パネル載置部
１１ａ 傾斜面に平行方向の隙間
１１ｂ 傾斜面に垂直方向の隙間
Ｅ 電気器具
Ｐ 商用電源
θ 傾斜角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽光パネルを複数段に配置してなる太陽光パネル群と、前記太陽光パネル群を所定の角度に傾斜させて支持するとともに略水平な設置面に設置される太陽光パネル架台とを有しており、
前記太陽光パネル群と前記設置面との間には、落雪用の空隙が設けられているとともに、前記太陽光パネル群のうち下段に配置される下段側太陽光パネルと、これの上段に配置される上段側太陽光パネルとの間には、前記下段側太陽光パネルの傾斜面に対して垂直方向に落とし込んだ逆段差と、前記傾斜面に対して平行方向に形成された平行隙間と、前記傾斜面に対して垂直方向に形成された垂直隙間とを有している太陽光パネルユニット。
【請求項２】
前記逆段差、前記平行隙間および前記垂直隙間は、最下段の太陽光パネルとこれの上段側太陽光パネルとの間に形成されていることに加え、少なくともその他の１つ以上の段における太陽光パネル間にも形成されている請求項１に記載の太陽光パネルユニット。
【請求項３】
前記太陽光パネル架台と前記太陽光パネルとの間には、前記太陽光パネルをその下端を支点として上端を前記太陽光パネル架台から離間させるように傾斜させて前記逆段差を構成するためのパネル載置部が設けられている請求項１または請求項２に記載の太陽光パネルユニット。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載される太陽光パネルユニットと、この太陽光パネルユニットで発電した電力を蓄える蓄電設備とを備えた前記太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載される太陽光パネルユニットと、この太陽光パネルユニットで発電した直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナとを備えた前記太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置。
【請求項１】
複数の太陽光パネルを複数段に配置してなる太陽光パネル群と、前記太陽光パネル群を所定の角度に傾斜させて支持するとともに略水平な設置面に設置される太陽光パネル架台とを有しており、
前記太陽光パネル群と前記設置面との間には、落雪用の空隙が設けられているとともに、前記太陽光パネル群のうち下段に配置される下段側太陽光パネルと、これの上段に配置される上段側太陽光パネルとの間には、前記下段側太陽光パネルの傾斜面に対して垂直方向に落とし込んだ逆段差と、前記傾斜面に対して平行方向に形成された平行隙間と、前記傾斜面に対して垂直方向に形成された垂直隙間とを有している太陽光パネルユニット。
【請求項２】
前記逆段差、前記平行隙間および前記垂直隙間は、最下段の太陽光パネルとこれの上段側太陽光パネルとの間に形成されていることに加え、少なくともその他の１つ以上の段における太陽光パネル間にも形成されている請求項１に記載の太陽光パネルユニット。
【請求項３】
前記太陽光パネル架台と前記太陽光パネルとの間には、前記太陽光パネルをその下端を支点として上端を前記太陽光パネル架台から離間させるように傾斜させて前記逆段差を構成するためのパネル載置部が設けられている請求項１または請求項２に記載の太陽光パネルユニット。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載される太陽光パネルユニットと、この太陽光パネルユニットで発電した電力を蓄える蓄電設備とを備えた前記太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載される太陽光パネルユニットと、この太陽光パネルユニットで発電した直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナとを備えた前記太陽光パネルユニットを用いた太陽光発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図３１】
【図３４】
【図５】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３２】
【図３３】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図３１】
【図３４】
【図５】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３２】
【図３３】
【図３５】
【公開番号】特開２０１１−１１９６４３（Ｐ２０１１−１１９６４３Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４０４０４（Ｐ２０１０−１４０４０４）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（５０７０９３５５８）株式会社アクアグレース (1)
【出願人】（３１００１０５７５）地方独立行政法人北海道立総合研究機構 (51)
【出願人】（５０９３０３３７２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（５０７０９３５５８）株式会社アクアグレース (1)
【出願人】（３１００１０５７５）地方独立行政法人北海道立総合研究機構 (51)
【出願人】（５０９３０３３７２）
【Ｆターム（参考）】
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