【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然エネルギーの１つである太陽光エネルギーを利用した発電システムに適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光エネルギーを利用した太陽電池は、半導体を積層して電極などを取り付けたデバイスであり、太陽光を吸収することにより半導体中の電子を高エネルギー状態とし、電気として直接外部に取り出す仕組みである。緯度や気候などに発電量は依存するが、太陽電池は地球上どこにでも存在する太陽光を利用できるという利点がある。また太陽電池には様々な形態があり、使用される材料ではシリコン系、化合物半導体、有機半導体、湿式に分けられ、さらにそれぞれの材料についてバルク結晶型、薄膜型などの構造の異なるものが使用されている。
【０００３】
太陽電池をモジュール化し、組み立てたものが太陽電池モジュールである。太陽電池モジュールの構造にも様々なものがあるが、例えば太陽電池用材料にシリコンを用いた太陽電池モジュールでは、一般にスーパストレート構造が用いられている。これは太陽電池の受光面側にガラスなどの透明基板をおいて支持板とし、その下に透明な充填材料と裏面シートとを用いて太陽電池を封止した後、周囲を枠組みするものである（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
この太陽電池モジュールを用いた発電システムが、太陽光発電システムである。太陽光発電システムは、太陽電池モジュール、太陽電池モジュールを屋根などに固定する架台、発電された直流電力を交流に変換して住宅用電源または系統電源に供給するパワーコンディショナおよび配線によって構成され、必要とする電力を得るために、１ｍ×１ｍ程度の大きさの太陽電池モジュールが平面上に数十枚〜数百枚程度並べて設置される（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
山田興一、小宮山宏著、「太陽光発電工学」、日経ＢＰ社、２００２年１０月７日、ｐ．１１２−１１４
【０００６】
【非特許文献２】
「太陽光発電システム」、株式会社日立製作所、株式会社日立エンジニアリングサービス、２０００年８月
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記太陽光発電システムにおいては、１ｍ×１ｍ程度の大きさの太陽電池モジュールを平面上に配置するため、大面積の敷地を必要とする。例えば多結晶シリコンを材料とした最大出力１２０Ｗ、外形寸法１．２ｍ×０．８ｍの太陽電池モジュールを用いて１０ＫＷの出力を得るためには、８４枚の太陽電池モジュールを配置し、２６ｍ×３ｍの設置エリアを必要とする。このため、太陽光発電システムを設置する場所が限定されるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、狭い敷地内に必要とする電力が得られる太陽光発電システムを実現することのできる技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
本発明は、第１の柱と、第１の柱に繋がる複数本の第２の柱と、複数本の第２の柱の各々に繋がる２０ｃｍ×２０ｃｍ以下の相対的に小さい面積を有する複数枚の太陽電池モジュールとで構成され、第１の柱は樹木の幹、複数本の第２の柱は樹木の枝、複数枚の太陽電池モジュールは樹木の葉に擬似されて、複数枚の太陽電池モジュールが空間に３次元配置された太陽光発電システムである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１３】
図１に、本発明の一実施の形態である太陽光発電システムの一例の概略図を示す。
【００１４】
太陽光発電システム１は、パワーコンディショナ、配線などを内蔵する第１の柱２と、この第１の柱２に繋がる配線を内蔵する複数本の第２の柱３と、この第２の柱の各々に繋がる相対的に小さい面積、例えば２０ｃｍ×２０ｃｍ以下の面積を有する複数枚の太陽電池モジュール４とで構成され、例えば葉が茂る樹木に似た外観を成す。すなわち、第１の柱２は樹木の幹、複数本の第２の柱３は樹木の枝、複数枚の太陽電池モジュール４は樹木の葉に擬似されて、樹木に葉が茂るようにこれらが配置されている。
【００１５】
複数枚の太陽電池モジュール４は空間に３次元配置されており、その総面積は太陽光発電システム１の投影面積よりも小さくすることができる。すなわち多数の太陽電池モジュール４を３次元配置することにより、小さい投影面積で発電に必要な面積を得ることができる。太陽光発電システム１の高さおよび幅は、太陽電池モジュール４の枚数、敷地面積などから決まり、太陽電池モジュール４の枚数は発電に必要な面積などから決まる。
【００１６】
図２に、本発明の一実施の形態である周辺機器を含めた太陽光発電システムの一例の模式図を示す。ここでは発電電力が使用電力を越えた場合に、余剰電力を系統電源に流し込む、いわゆる逆潮流のシステムを示したが、系統電源に接続しない独立型システムなどにも用いることができる。
【００１７】
まず、太陽電池モジュール１を構成する複数枚の太陽電池モジュール４に太陽光が照射されると、太陽の光エネルギーが電気エネルギーに変換される。複数枚の太陽電池モジュール４で得られた電気エネルギーは１つに纏められ、第１および第２の柱２，３に内蔵された配線５を介して第１の柱２に内蔵されたパワーコンディショナ６へ供給される。さらにここで電力（直流）を交流に変換した後、電力が家庭用電源などの負荷７または系統電源８へ供給される。なおここでは、パワーコンディショナ６は第１の柱２に内蔵するとしたが、これに限定されるものではなく、パワーコンディショナ６は第１の柱２の外部に設けてもよい。
【００１８】
図３（ａ）に、１つの太陽電池モジュールの一例の上面概略図、図３（ｂ）に、同図のＡ−Ａ′線における断面概略図を示す。
【００１９】
太陽電池モジュール４は、太陽光発電システム１を樹木型とすることから木の葉に似た形をしており、その内部には直列、並列接続された複数個の太陽電池９が配置されている。これら太陽電池９の受光面側にはガラスなどの透明基板１０、裏面側には防湿、絶縁のためのシート１１が置かれている。さらにこれら太陽電池９は、透明基板１０を支持板として透明な充填材料１２によって封止されており、その周囲を外枠１３によって枠組みされている。この外枠１３は、太陽電池モジュール４を屋外で長時間使用する際の機械的強度補強のために設けられる。
【００２０】
なお、太陽電池モジュール４を木の葉に似た形としたが、これに限られるものではなく、太陽光発電システム１が設置される場所に合った形、例えば竹の葉、椰子の葉、バナナの葉のような形、さらには円形、星形などとすることができる。
【００２１】
図４に、本発明の一実施の形態である太陽光発電システムに用いる太陽電池の一例の模式図を示す。なお太陽電池用材料として、シリコン系、化合物半導体、有機半導体、湿式を挙げることができるが、本実施の形態ではシリコン系材料の１つである多結晶シリコンを例示した。
【００２２】
太陽電池９は、ｎ型多結晶シリコン１４とｐ型多結晶シリコン１５とからなるｐｎ接合からなり、ｎ型多結晶シリコン１４側を表面としてｐｎ接合の表面および裏面にそれぞれ電極１６，１７が取り付けられている。太陽光１８が入射する表面側の電極１６は太陽光１８を透過しなければならないので、例えばくし型に配置して太陽光１８を遮る面積を小さく抑えた金属電極により構成される。またｐｎ接合の表面における太陽光１８の反射を低減するために、反射防止膜１９がｎ型多結晶シリコン１４の表面に形成されている。なお表面側の電極１６に、例えば酸化錫等の透明導電膜を用いることもできる。
【００２３】
図５に、本発明の一実施の形態である太陽光発電システムを公園に設置した一例の概略図を示す。
【００２４】
公園に植えられた木々２０の間に樹木型の太陽光発電システム１が設置されている。太陽光発電システム１を樹木型としたことにより、公園の景観を損ねることがなく、また日陰を作り、憩いの場を提供することができる。公園のみならず、例えば一般宅地の庭に設置することもできる。
【００２５】
図６に、本発明の一実施の形態である太陽光発電システムを風力発電と併用して設定した一例の概略図を示す。
【００２６】
風力発電では、複数の風車２１が設置されるが、風車２１の翼の直径は４０ｍ程度あり、またお互いの干渉を避けるため、風車２１の直径をＤとすると風軸方向に１０Ｄ以上、風軸と直角方向に３Ｄ以上離すことが勧められている。このため、広大な土地に距離を置いて複数の風車２１は設置される。そこで隣接する風車２１間に樹木型の太陽光発電システム１を設置する。これにより、隣接する風車２１間の空いた土地を有効活用でき、太陽光発電と風力発電とを合わせた電力供給を行うことができる。また太陽光発電システム１を樹木型としたことにより、景観がよくなる。
【００２７】
このように、本実施の形態によれば、２０ｃｍ×２０ｃｍ以下の相対的に小さい面積の複数枚の太陽電池モジュール４を樹木の葉が茂っているように３次元配置して、太陽光発電システム１を構成することにより、小さい投影面積で発電に必要な面積を得ることができる。これにより、狭い敷地でも太陽光発電システム１を設置することができる。また太陽光発電システム１を樹木型とすることにより、景観を損ねることがないので、例えば公園にも違和感なく設置することができる。
【００２８】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００２９】
例えば、前記実施の形態では、太陽光発電システムを設置する場所として公園、一般宅地または風力発電設置場所を例に挙げて説明したが、太陽光を得られる場所であれば、太陽光発電システムは、場所や規模に関係なくどこにでも設置することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００３１】
面積を相対的に小さくした複数枚の太陽電池モジュールを樹木の葉が茂っているように３次元配置して、太陽光発電システムを構成することにより、小さい投影面積で発電に必要な面積を得ることができるので、狭い敷地内に必要とする電力が得られる太陽光発電システムを設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である太陽光発電システムの一例の概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態である周辺機器を含めた太陽光発電システムの一例の模式図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施の形態である１つの太陽電池モジュールの一例の上面概略図、（ｂ）は、同図のＡ−Ａ′線における断面概略図である。
【図４】本発明の一実施の形態である太陽光発電システムに用いる太陽電池の一例の模式図である。
【図５】本発明の一実施の形態である太陽光発電システムを公園に設置した一例の概略図である。
【図６】本発明の一実施の形態である太陽光発電システムを風力発電と併用して設置した一例の概略図である。
【符号の説明】
１ 太陽光発電システム
２ 第１の柱
３ 第２の柱
４ 太陽電池モジュール
５ 配線
６ パワーコンディショナ
７ 負荷
８ 系統電源
９ 太陽電池
１０ 透明基板
１１ シート
１２ 充填材料
１３ 外枠
１４ ｎ型多結晶シリコン
１５ ｐ型多結晶シリコン
１６ 電極
１７ 電極
１８ 太陽光
１９ 反射防止膜
２０ 木
２１ 風車[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology that is effective when applied to a power generation system that uses solar energy, which is one of natural energy.
[0002]
[Prior art]
A solar cell that utilizes solar energy is a device in which semiconductors are stacked and electrodes are attached, and is a mechanism in which electrons in a semiconductor are brought into a high energy state by absorbing sunlight, and are directly extracted to the outside as electricity. . Although the amount of power generation depends on latitude, climate, etc., solar cells have the advantage of being able to use sunlight that exists anywhere on the earth. There are various types of solar cells, and the materials used are classified into silicon-based, compound semiconductor, organic semiconductor, and wet types, and each material has a different structure, such as a bulk crystal type or a thin film type. ing.
[0003]
A solar cell module is made by assembling solar cells and assembling them. There are various types of solar cell module structures. For example, a solar cell module using silicon as a solar cell material generally uses a superstrate structure. This is a method in which a transparent substrate such as glass is placed on the light receiving surface side of the solar cell as a support plate, the solar cell is sealed with a transparent filling material and a back sheet under the transparent substrate, and then the surroundings are framed. (For example, see Non-Patent Document 1.)
[0004]
A power generation system using this solar cell module is a solar power generation system. The photovoltaic power generation system is composed of a solar cell module, a mount for fixing the solar cell module to a roof or the like, a power conditioner and wiring for converting the generated DC power into AC and supplying the power to a house power supply or a system power supply, In order to obtain required power, tens to hundreds of solar cell modules having a size of about 1 m × 1 m are arranged side by side on a plane (for example, see Non-Patent Document 2).
[0005]
[Non-patent document 1]
Koichi Yamada and Hiroshi Komiyama, "Solar Power Engineering", Nikkei BP, October 7, 2002, p. 112-114
[0006]
[Non-patent document 2]
"Solar power generation system", Hitachi, Ltd., Hitachi Engineering Services, Ltd., August 2000 [0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the photovoltaic power generation system requires a large area for arranging a solar cell module having a size of about 1 m × 1 m on a plane. For example, in order to obtain an output of 10 KW using a solar cell module having a maximum output of 120 W made of polycrystalline silicon and an outer dimension of 1.2 m × 0.8 m, 84 solar cell modules are arranged and 26 m × 3 m Requires an installation area. For this reason, there is a problem that the place where the photovoltaic power generation system is installed is limited.
[0008]
An object of the present invention is to provide a technology capable of realizing a photovoltaic power generation system capable of obtaining required electric power in a narrow site.
[0009]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0011]
The present invention provides a first pillar, a plurality of second pillars connected to the first pillar, and a plurality of sheets having a relatively small area of 20 cm × 20 cm or less connected to each of the plurality of second pillars. A first pillar is a tree trunk, a plurality of second pillars are tree branches, a plurality of solar cell modules are simulated by tree leaves, and a plurality of solar cell modules are provided. Is a photovoltaic power generation system three-dimensionally arranged in space.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.
[0013]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.
[0014]
The photovoltaic power generation system 1 includes a first column 2 containing a power conditioner, wiring, and the like, a plurality of second columns 3 containing wiring connected to the first column 2, and a second column. And a plurality of solar cell modules 4 having a relatively small area, for example, an area of 20 cm × 20 cm or less, each of which has an appearance similar to a tree with leaves. That is, the first pillar 2 is a tree trunk, the plurality of second pillars 3 are tree branches, and the plurality of solar cell modules 4 are simulated by tree leaves, and these are arranged so that the trees have leaves. Have been.
[0015]
The plurality of solar cell modules 4 are three-dimensionally arranged in a space, and the total area thereof can be smaller than the projected area of the solar power generation system 1. That is, by arranging a large number of solar cell modules 4 three-dimensionally, an area required for power generation can be obtained with a small projected area. The height and width of the photovoltaic power generation system 1 are determined by the number of solar cell modules 4 and the site area, and the number of solar cell modules 4 is determined by the area required for power generation.
[0016]
FIG. 2 shows a schematic diagram of an example of a photovoltaic power generation system including peripheral devices according to an embodiment of the present invention. Here, a so-called reverse power flow system in which surplus power flows into the system power supply when the generated power exceeds the used power has been described. However, the present invention can also be used for a stand-alone system that is not connected to the system power supply.
[0017]
First, when a plurality of solar cell modules 4 constituting the solar cell module 1 are irradiated with sunlight, light energy of the sun is converted into electric energy. The electric energy obtained by the plurality of solar cell modules 4 is combined into one, and the power condition built in the first column 2 via the wiring 5 built in the first and second columns 2 and 3. And supplied to the Further, here, after converting the power (DC) into AC, the power is supplied to the load 7 such as a home power supply or the system power supply 8. Here, the power conditioner 6 is built in the first column 2, but the present invention is not limited to this, and the power conditioner 6 may be provided outside the first column 2.
[0018]
FIG. 3A is a schematic top view of an example of one solar cell module, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.
[0019]
The solar cell module 4 has a tree-like shape because the photovoltaic power generation system 1 has a tree shape, and a plurality of solar cells 9 connected in series and in parallel are arranged inside the solar cell module 4. A transparent substrate 10 made of glass or the like is placed on the light receiving surface side of these solar cells 9, and a moisture-proof and insulating sheet 11 is placed on the back surface side. Further, these solar cells 9 are sealed with a transparent filling material 12 using a transparent substrate 10 as a support plate, and the periphery thereof is framed by an outer frame 13. The outer frame 13 is provided for reinforcing mechanical strength when the solar cell module 4 is used outdoors for a long time.
[0020]
Although the solar cell module 4 has a shape similar to a leaf of a tree, the shape is not limited to this, and a shape suitable for a place where the photovoltaic power generation system 1 is installed, for example, a bamboo leaf, a coconut leaf, and a banana It can be leaf-shaped, even circular, star-shaped, and the like.
[0021]
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a solar cell used in a solar power generation system according to an embodiment of the present invention. As a material for a solar cell, a silicon-based material, a compound semiconductor, an organic semiconductor, and a wet type can be given. In this embodiment, polycrystalline silicon, which is one of silicon-based materials, is exemplified.
[0022]
Solar cell 9 is formed of a pn junction composed of n-type polycrystalline silicon 14 and p-type polycrystalline silicon 15, and electrodes 16 and 17 are attached to the front and rear surfaces of the pn junction with n-type polycrystalline silicon 14 as the front surface. Have been. Since the surface-side electrode 16 on which the sunlight 18 is incident must transmit the sunlight 18, the electrode 16 is constituted by, for example, a metal electrode arranged in a comb shape and having a small area for blocking the sunlight 18. In order to reduce the reflection of sunlight 18 on the surface of the pn junction, an antireflection film 19 is formed on the surface of n-type polycrystalline silicon 14. Note that a transparent conductive film such as tin oxide can be used for the electrode 16 on the front side.
[0023]
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example in which a solar power generation system according to an embodiment of the present invention is installed in a park.
[0024]
A tree-type photovoltaic power generation system 1 is installed between trees 20 planted in a park. By making the photovoltaic power generation system 1 a tree type, it is possible to provide a place for relaxation without shading the landscape of the park. It can be installed not only in a park but also in a garden on a general residential land, for example.
[0025]
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example in which the photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention is set together with wind power generation.
[0026]
In wind power generation, a plurality of windmills 21 are installed. The diameter of the blades of the windmill 21 is about 40 m. In order to avoid mutual interference, when the diameter of the windmill 21 is set to D, the windmill is 10D or more in the wind axis direction. It is recommended to be 3D or more in the direction perpendicular to the direction. For this reason, a plurality of windmills 21 are installed on a vast land at a distance. Therefore, the tree-type photovoltaic power generation system 1 is installed between the adjacent windmills 21. Thereby, the vacant land between the adjacent windmills 21 can be effectively used, and power supply combining solar power generation and wind power generation can be performed. In addition, since the photovoltaic power generation system 1 is of a tree type, the landscape is improved.
[0027]
As described above, according to the present embodiment, a plurality of solar cell modules 4 each having a relatively small area of 20 cm × 20 cm or less are three-dimensionally arranged such that the leaves of trees are lush. , The area required for power generation can be obtained with a small projected area. Thereby, the solar power generation system 1 can be installed even in a small site. In addition, since the photovoltaic power generation system 1 is made of a tree type, it does not impair the landscape, and can be installed in a park, for example, without discomfort.
[0028]
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment of the invention. However, the invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say, there is.
[0029]
For example, in the above-described embodiment, a park, a general residential land, or a wind power generation installation place has been described as an example of a place where the solar power generation system is installed. , Can be installed anywhere, regardless of location or size.
[0030]
【The invention's effect】
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0031]
Obtaining an area required for power generation with a small projected area by configuring a solar power generation system by arranging a plurality of photovoltaic modules with relatively small areas in a three-dimensional manner so that the leaves of trees are growing Therefore, it is possible to install a photovoltaic power generation system that can obtain required power in a small site.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an example of a photovoltaic power generation system including peripheral devices according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a schematic top view of an example of one solar cell module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a schematic sectional view taken along line AA ′ in FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram of an example of a solar cell used in a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example in which a solar power generation system according to an embodiment of the present invention is installed in a park.
FIG. 6 is a schematic diagram of an example in which a solar power generation system according to an embodiment of the present invention is installed in combination with wind power generation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photovoltaic power generation system 2 1st pillar 3 2nd pillar 4 Solar cell module 5 Wiring 6 Power conditioner 7 Load 8 System power supply 9 Solar cell 10 Transparent substrate 11 Sheet 12 Filling material 13 Outer frame 14 N-type polycrystalline silicon 15 p-type polycrystalline silicon 16 electrode 17 electrode 18 sunlight 19 anti-reflection film 20 tree 21 windmill