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技術 太陽光発電ユニットおよび太陽光発電システム

出願人 京セラ株式会社
発明者 隅田健一郎
出願日 2004年8月27日 (16年4ヶ月経過) 出願番号 2004-249083
公開日 2006年3月9日 (14年9ヶ月経過) 公開番号 2006-066734
状態 特許登録済
技術分野 光起電力装置 光起電力装置
主要キーワード 空き面積 方向検知装置 衝撃緩衝機構 保安設備 バネレート 曲げ材 支持ポール 独立電源システム
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

構造が簡単で、基礎埋設工事などの大がかりな工事を必要とせず、太陽光発電システム発電容量を増加させることができ、衝撃力がかかる場所への設置を可能とする太陽光発電システムを提供することを目的とする。

解決手段

鉄道軌道内の枕木上に、衝撃を吸収する緩衝緩衝手段を介して、太陽電池を備えた発電部を配置した太陽光発電ユニットを提供する。

概要

背景

近年、地球環境問題への関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギーを利用したシステムへの関心が高く、道路交通標識照明等への独立電源や、太陽光発電システムの住宅への普及が加速されてきている。

太陽光発電システムは、その主要な構成要素である太陽電池により太陽光エネルギー電力に変換して利用することにより、電気負荷への供給電力を得、それをリアルタイムに供給、もしくはバッテリーなどの充電手段に蓄電し、または電力会社の商用電力系統逆潮流して売電し、必要な時に蓄電手段や電力会社から電力を買電するようにしている。

このような機器の一例としては、住宅用ではエアコン冷蔵庫のような昼間でも使用する電力負荷であり、リアルタイムに発電電力消費され、余剰分は電力会社に売電され、夜間は必要分を買うというシステムがある。

また、道路交通標識のように、昼間は蓄電池に電力を蓄えておき、夜間にその電力でLED(発光ダイオード)等の発光体点灯させるものがある。

このような太陽光発電システムに用いられる太陽電池の発電容量は大きいものから小さいものまで様々であるが、住宅用では屋根を利用して3kW程度の太陽光発電装置を載置したり、公園照明においては、基礎埋設して立てた支持ポール上に100W程度の太陽電池モジュールを設置したり、道路交通標識では1W程度の太陽電池を本体ケース上に一体的に配したり、10W程度の太陽電池モジュールを別体としてポールガードレール上に設置される。

ところで、鉄道においても軌道内保安状況などの様々な情報を、管理部門が把握する必要がある。

そのひとつとして鉄道PVシステムがある。

図8はこの鉄道PVシステムの概略を示す。

同図に示すごとく、70は鉄道軌道であり、この鉄道軌道70の外に別途、太陽光発電システムJを設置する敷地を用意し、その敷地にコンクリート製の基礎74を強固に地面に設置する。そして、そのコンクリート製基礎74の上に鉄やステンレスなどの金属により構成したフレームで構成された架台72を設置する。

さらに架台72に太陽電池モジュール71を取り付け、その発電電力を動力源として鉄道設備73、たとえば信号機のような保安設備稼動させるというシステムである。

かかるシステムと同様の太陽光発電によるシステムとして、さらに実施例として、米国のウェストバージニア州における鉄道施設がある。

なお、とくに図示しないが、このようなシステムによれば、夜間の電力確保のために昼間は鉄道設備への電力供給とともに蓄電池に充電を行い、太陽電池が発電しない夜間には蓄電池によるバックアップを行うか、電力会社の商用電力系統から電力供給できるように構成するのが一般的である。

また、太陽電池を電力源として、軌道分岐器開通している方向の確認を自動的に行なうことの出来る開通方向検知装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。

さらにまた、交通信号制御システムとして、鉄道軌道上または道路上またはそれ等の近くで構造的異常が生じた際に、危険箇所への侵入をとめ、危険箇所の確認を敏速にするシステムが提案されている(特許文献2参照)。
特開平09−39793号公報
特開平10−40493号公報

概要

構造が簡単で、基礎の埋設工事などの大がかりな工事を必要とせず、太陽光発電システムの発電容量を増加させることができ、衝撃力がかかる場所への設置を可能とする太陽光発電システムを提供することを目的とする。鉄道軌道内の枕木上に、衝撃を吸収する緩衝緩衝手段を介して、太陽電池を備えた発電部を配置した太陽光発電ユニットを提供する。

目的

そこで、本発明は、このような従来技術の課題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、構造が簡単で、基礎の埋設工事などの大がかりな工事を必要としない太陽光発電システムを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

鉄道軌道内の枕木上に、衝撃を吸収する緩衝緩衝手段を介して、太陽電池を備えた発電部を配置したことを特徴する太陽光発電ユニット

請求項2

請求項1に記載の鉄道軌道内の枕木に代えて、この鉄道軌道に沿って配置した鉄道設備配線ケーブル側溝の蓋上に、衝撃を吸収する緩衝緩衝手段を介して、太陽電池を備えた発電部を配置したことを特徴する太陽光発電ユニット。

請求項3

請求項1に記載の鉄道軌道内の枕木を複数個配列し、これら各発電部の出力電力を一つの制御部に入力し、この制御部を通して負荷したり、蓄電手段に蓄電したり、商用電力系統逆潮流させるように構成したことを特徴とする太陽光発電システム

請求項4

請求項2に記載の鉄道軌道に沿って配置した発電部の出力電力を制御部に入力し、この制御部を通して負荷したり、蓄電手段に蓄電したり、商用電力系統に逆潮流させるように構成したことを特徴とする太陽光発電システム。

技術分野

0001

本発明は、太陽エネルギーを利用して発電を行う太陽光発電装置において、発電部を架台等を用いずに鉄道軌道内の枕木上に設置し、それら複数の発電部からの発電電力集中制御する制御部によって、その発電電力を蓄電したり、もしくは電力会社の商用電力系統逆潮流させ、さらに発電部からの送電経路を用いて発電部に隣接して設置した電力負荷へ制御部から電力供給を行うように成した太陽光発電システムに関するものである。

0002

また、本発明はこの太陽光発電システムに使用するものであって、鉄道軌道内に、もしくは鉄道軌道に沿って設けた太陽光発電ユニットに関するものである。

背景技術

0003

近年、地球環境問題への関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギーを利用したシステムへの関心が高く、道路交通標識照明等への独立電源や、太陽光発電システムの住宅への普及が加速されてきている。

0004

太陽光発電システムは、その主要な構成要素である太陽電池により太陽光エネルギーを電力に変換して利用することにより、電気負荷への供給電力を得、それをリアルタイムに供給、もしくはバッテリーなどの充電手段に蓄電し、または電力会社の商用電力系統に逆潮流して売電し、必要な時に蓄電手段や電力会社から電力を買電するようにしている。

0005

このような機器の一例としては、住宅用ではエアコン冷蔵庫のような昼間でも使用する電力負荷であり、リアルタイムに発電電力が消費され、余剰分は電力会社に売電され、夜間は必要分を買うというシステムがある。

0006

また、道路交通標識のように、昼間は蓄電池に電力を蓄えておき、夜間にその電力でLED(発光ダイオード)等の発光体点灯させるものがある。

0007

このような太陽光発電システムに用いられる太陽電池の発電容量は大きいものから小さいものまで様々であるが、住宅用では屋根を利用して3kW程度の太陽光発電装置を載置したり、公園照明においては、基礎埋設して立てた支持ポール上に100W程度の太陽電池モジュールを設置したり、道路交通標識では1W程度の太陽電池を本体ケース上に一体的に配したり、10W程度の太陽電池モジュールを別体としてポールガードレール上に設置される。

0008

ところで、鉄道においても軌道内保安状況などの様々な情報を、管理部門が把握する必要がある。

0009

そのひとつとして鉄道PVシステムがある。

0010

図8はこの鉄道PVシステムの概略を示す。

0011

同図に示すごとく、70は鉄道軌道であり、この鉄道軌道70の外に別途、太陽光発電システムJを設置する敷地を用意し、その敷地にコンクリート製の基礎74を強固に地面に設置する。そして、そのコンクリート製基礎74の上に鉄やステンレスなどの金属により構成したフレームで構成された架台72を設置する。

0012

さらに架台72に太陽電池モジュール71を取り付け、その発電電力を動力源として鉄道設備73、たとえば信号機のような保安設備稼動させるというシステムである。

0013

かかるシステムと同様の太陽光発電によるシステムとして、さらに実施例として、米国のウェストバージニア州における鉄道施設がある。

0014

なお、とくに図示しないが、このようなシステムによれば、夜間の電力確保のために昼間は鉄道設備への電力供給とともに蓄電池に充電を行い、太陽電池が発電しない夜間には蓄電池によるバックアップを行うか、電力会社の商用電力系統から電力供給できるように構成するのが一般的である。

0015

また、太陽電池を電力源として、軌道分岐器開通している方向の確認を自動的に行なうことの出来る開通方向検知装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。

0016

さらにまた、交通信号制御システムとして、鉄道軌道上または道路上またはそれ等の近くで構造的異常が生じた際に、危険箇所への侵入をとめ、危険箇所の確認を敏速にするシステムが提案されている(特許文献2参照)。
特開平09−39793号公報
特開平10−40493号公報

発明が解決しようとする課題

0017

上述したような太陽光発電システムによれば、太陽電池の設置場所は様々であるが、共通して言えることは、必要な発電容量に応じて、太陽電池の発電面積と、太陽光を必要な時間受光することのできる障害物の無い場所が必要であるということである。

0018

とくに鉄道設備のような重要な保安設備においては、電力不足による設備の停止は有ってはならないので、発電に必要な日照状態の確保は重要である。

0019

このように鉄道設備として太陽光発電システムを用いる場合、良好な日照状態の得られる場所の確保と、太陽電池を設置する架台を置くことのできる敷地を確保するという2つの条件を満たさなくてはならなかった。

0020

しかしながら、太陽電池は夜間発電できないため、蓄電池や商用電力系統のようなバックアップ電源との併用が不可欠であるが、商用電力系統の停電等が生じても、ディーゼル機関列車走行継続が可能であり、特許文献2のような異常が生じたことを検知するシステムを設けても、その情報を交通管制センタや走行する列車へ知らせることができないという問題があった。

0021

かかる事情や状況を鑑みると、蓄電池と太陽電池の組み合わせのような独立電源システムを用いるのが好適である。そして、この場合、太陽光発電システムの他に、蓄電池の設置場所も考慮する必要である。

0022

また、強風でも太陽光発電システムの設備が軌道上に倒れることのないよう、十分な強度を持った基礎と架台が必要であるが、このような太陽光発電システムを支えられる架台や基礎は大型化し、そのための施工や手間を要する。

0023

さらにまた、前述のような大型の太陽光発電システムを列車の走行の支障にならないように軌道外に離れて設置するとなると、軌道の近隣に余分な敷地を確保する必要があるという問題がある。しかも、設置可能な広さを有している場所が山陰などの日照が不十分な場所では設置に適さない。

0024

このような問題を解決する場所としては鉄道軌道内のレール間の枕木上が考えられる。

0025

すなわち、軌道内の枕木は比較的近辺に障害物が無いので、太陽光を受光でき、かつ多数が密集して配されており、これによって十分な発電面積が確保でき、しかも、鉄道軌道周辺の敷地の有無に設置条件を左右されない場所として好適である。しかしながら、その反面、枕木部分は鉄道通過時に強い衝撃力が発生するという問題がある。

0026

以下、この点を図9に示す軌道の一部断面図を用いて、具体的に説明する。

0027

軌道70によれば、地面や砂利やコンクリートである軌道床83上に枕木81が配置され、この枕木81上に車両の車輪が走行するレール80が固定金具等を用いて固定される。

0028

同図によれば、軌道床83にコンクリート製のものを用いているが、このとき列車の通過によって生じる振動や枕木に発生する衝撃力を緩和するために、枕木81の下面に防振部材82を設置すると好適である。

0029

枕木81上に太陽電池を設置する場合、太陽電池面積の確保と日照条件を考慮すると、枕木表面の中央部81aが最も好適である。

0030

ところが、上記の防振構造を使用したとしても、枕木上に太陽電池モジュールを固定した場合、枕木と太陽電池モジュールが直接接触して固定される構造となるため、前述した防振構造部分は枕木と枕木下の固定面間の吸振構造であり、これにより、列車通過時の衝撃力が十分に減衰しないまま、太陽電池モジュールに伝達される。

0031

このとき、太陽電池モジュールに発電効率の良い結晶系の太陽電池素子を使用する場合には、その衝撃によりクラックが発生し、出力不良の要因となるという問題が生じる。

0032

そこで、本発明は、このような従来技術の課題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、構造が簡単で、基礎の埋設工事などの大がかりな工事を必要としない太陽光発電システムを提供することにある。

0033

本発明の他の目的は、日照の良好な場所を選んで設置することができる太陽光発電システムを提供することにある。

0034

本発明のさらに他の目的は、発電容量を容易に増設することができる太陽光発電システムを提供することにある。

0035

また、本発明の他の目的は、列車通過時の衝撃力に耐える長寿命かつ高耐久性の太陽光発電システムを提供することにある。

0036

さらにまた、本発明の目的は、かかる本発明の太陽光発電システムに用いる太陽光発電ユニットを提供することにある。

課題を解決するための手段

0037

本発明の太陽光発電ユニットは、鉄道軌道内の枕木上に、衝撃を吸収する緩衝緩衝手段を介して、太陽電池を備えた発電部を配置したことを特徴する。

0038

本発明の他の太陽光発電ユニットは、前記鉄道軌道内の枕木に代えて、この鉄道軌道に沿って配置した鉄道設備用配線ケーブル側溝の蓋上に、衝撃を吸収する緩衝緩衝手段を介して、太陽電池を備えた発電部を配置したことを特徴する。

0039

本発明の太陽光発電システムは、前記鉄道軌道内の枕木を複数個配列し、これら各発電部の出力電力を一つの制御部に入力し、この制御部を通して負荷したり、蓄電手段に蓄電したり、商用電力系統に逆潮流させるように構成したことを特徴とする。

0040

本発明の他の太陽光発電システムは、前記鉄道軌道に沿って配置した発電部の出力電力を制御部に入力し、この制御部を通して負荷したり、蓄電手段に蓄電したり、商用電力系統に逆潮流させるように構成したことを特徴とする。

発明の効果

0041

以上のとおり、本発明の太陽光発電ユニットおよび太陽光発電システムによれば、鉄道軌道内の枕木上に、太陽電池を備えた発電部を配置したことで、もしくは鉄道軌道に沿って配置した鉄道設備用配線ケーブルの側溝の蓋上に、太陽電池を備えた発電部を配置したことで、発電面積を分散して配置することになり、これにより、太陽光発電ユニットが鉄道軌道内外に架台等を用いずに連続的に設置することができ、その結果、鉄道軌道の周辺に、別途、架台を設置したり、敷地を準備しなくても、大きな電力を得ることができ、そして、発電容量を容易に増設することができる。

0042

すなわち、鉄道軌道周辺という特殊な環境下では、十分な受光面積を確保するために鉄道軌道のレール間の枕木上を使用することにより、容易に受光面積が確保でき、加えて、枕木は一定間隔で並んでいるために、枕木上に設置された太陽電池モジュールを接続することで容易に必要とする出力を確保することができる。

0043

しかも、鉄道の軌道内に設置していることから、雨天時の排水性も確保されており、発電部の冠水などが起こりにくい。さらに鉄道軌道周辺は周辺の建築物などが一定距離離れていることから、日照を得やすく、十分な受光面積を確保しやすいことに加え、設置前に予め日陰となる部分を知ることができ、その場所を避けて太陽電池モジュールを設置することができる。

0044

このような作用効果は、鉄道軌道内の枕木に代えて、この鉄道軌道に沿って配置した鉄道設備用配線ケーブルの側溝の蓋上に、太陽電池を備えた発電部を配置した場合でも同様である。

0045

また、本発明によれば、太陽光発電ユニットが鉄道軌道内の枕木上に設置されるとともに、枕木が発電部の架台と置き基礎の役割を兼ねることで、風圧等による浮き上がりを防止することができ、その結果、埋設基礎や別途置き基礎を必要としなくなった。

0046

さらにまた、本発明においては、上記構成のように、衝撃を吸収する緩衝緩衝手段を介して、太陽電池を備えた発電部を配置したことで、発電部に伝えられる衝撃を緩和する構造になり、その結果、太陽電池モジュールへの衝撃や振動などのストレスが軽減され、寿命を向上させ、さらに列車通過時の衝撃力に耐える長寿命かつ高耐久性の太陽光発電システムが提供できる。

0047

本発明によれば、さらに太陽電池で発電された直流電力を、商用電力系統に逆潮流することにより売電し、夜になると電力負荷が消費する消費電力を商用電力系統から買電することで、その電気代の一部もしくは全部を昼間に売電した電気によって賄うことができ、また、蓄電池を接続した場合、電力供給が遮断されたなどの緊急時にも鉄道保安機器や通信機器を稼動させることが可能であり、たとえば異常発生時には信号機を赤点灯させることによってディーゼルエンジン動力とした列車にも停電による障害が生じており、そのままの進行が危険であることを知らしめることができ、追突などの事故を未然に防止することができる。

0048

また、本発明によれば、発電部と枕木を分離可能とすることで、枕木をすべて設置した後でも、発電部の設置、配線作業が可能であり、また、架台を設置する必要がなく、列車の通過時の風圧や自然風による転倒の危険がないので、短期的な設置・撤去へ対応でき、とくに仮設検知装置警報装置標識表示などの電源に好適である。

0049

また、本発明の太陽光発電ユニットにLEDなどの低消費電力の発光体を組み合わせて軌道のガイドランプとすれば、線路上に人や障害物がある場合に、ガイドランプを遮ることになるので、列車の投光器が届かない遠方から障害物の存在を察知することができ、運行の安全性を向上させる。

発明を実施するための最良の形態

0050

以下に、本発明の実施形態の一例を鉄道軌道内の枕木に太陽光発電システムとして設置した場合を例にとり、模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。

0051

図1は本発明の太陽光発電システムの実施形態の一例について、各部材およびそれらの組み合わせ構成を示す斜視図である。また、図2の(a)はそこに用いられる太陽電池モジュールの構造を示す平面図であり、同図(b)は、その断面図である。

0052

図1に示す本例によれば、太陽光発電システムSは太陽光発電ユニット1と制御ユニット2とから成る。

0053

この太陽光発電ユニット1は、鉄道軌道70内の枕木20と、この枕木20上に設置された太陽電池モジュール11とから成る。

0054

また、制御ユニット2は、発電電力を負荷に供給もしくは逆潮流するコントロール制御を行うものである。

0055

太陽光発電ユニット1は複数隣接して配設されており、その発電電力は送電線3を通じて制御ユニット2に集められ、そのまま直流電力として負荷である鉄道設備7や通信機器6や鉄道軌道監視カメラ5へ供給されるか、もしくは直流交流変換を行った後に交流電力として供給される。

0056

また、余剰の交流電力は系統連系を行って電力会社の商用電力系統4へ逆潮流(売電)されるようにしてもよい。

0057

さらにまた、制御ユニット2内に内蔵したり、もしくは別の設置として蓄電池などの蓄電手段57を設け、これにより、余剰電力を充電に使用し、夜間は蓄電手段57から負荷へ電力供給が行われるようにしてもよい。

0058

本発明の太陽光発電システムSについて、その太陽光発電ユニット1をさらに詳しく述べる。

0059

一般に鉄道の枕木は、軌道に沿って一定間隔で設置され、踏切等がなければ、相当に長い距離が連続して設置できるので、太陽電池素子を多数直列(36〜333直列)にして使用する用途の多い太陽光発電システムに適している。

0060

たとえば、住宅用太陽光発電システムにおいて一般的な系統連系システムへの入力電圧は160Vであるが、これはおよそ333枚の太陽電池素子を直列する構成に相当し、このような構成において、太陽電池素子1個の大きさが100mm角であったとすると、一般的な屋根用太陽電池モジュールとして、太陽電池素子を6枚×6枚の配列で作った場合、0.36平方メートル設置面積が必要であり、この大きさの太陽電池モジュールを支持する架台を有する太陽光発電システムを、鉄道軌道の周辺に新規に設置する場所を確保したり、そのための施工をおこなうことは容易でない。

0061

しかしながら、この配列の仕方を1列で並べたとすると、その長さはおよそ34mとなり、各新幹線および一部私鉄で用いられているレール間隔広軌標準軌)は1.435mであることから、その有効受光面積が約50%の0.7mであるとしても、枕木20本分があれば設置可能であり、太陽電池モジュールの設置場所として確保することは比較的容易である。

0062

また、鉄道軌道は、その性質上、周辺の構造物が一定距離離れているため、太陽電池が鉄道軌道周辺の構造物によって日陰になりにくく、これにより、発電効率の低下が阻止することができ、また、日照を遮蔽する構造物を予め知ることができ、それを避けて太陽電池モジュールを設置することができる点も好適である。

0063

なお、本例によれば、制御ユニット2を電力会社の電柱に取り付けた売電・買電電力量計8を通じて電柱上の送電線(商用電力系統4)へ接続した構成を例にとり説明しているが、電化されていない軌道においてはこれらが無い構成となる。

0064

つぎに太陽光発電システムSの動作について説明する。

0065

太陽光発電ユニット1は隣接する各発電ユニットが何個か毎に直列接続されて1グループを形成する。

0066

具体的には図中の太陽光発電ユニット1は14個であるが、これを7個が直列接続された太陽光発電ユニットのグループが、2つ並列接続され、制御ユニット2へ入力されるというように構成する。

0067

実際には制御ユニット2へ入力する最低電圧は予め決められているので、太陽光発電ユニット1の発電電圧がその電圧以上になるように直並列数は決められる。通常、商用電力系統へ系統連系する場合には、およそ100〜160Vが得られる出力電圧になるような太陽光発電ユニット1の直列数が必要である。

0068

このようにして昼間に太陽光発電ユニット1で発電された電力は制御ユニット2へ入力され、制御ユニット2は、その入力された直流電力を、そのまま直流電力として負荷とする鉄道設備7や通信機器6や鉄道軌道監視カメラ5へ供給する。

0069

もしくは、直流−交流変換を行った後に交流電力として供給する。すなわち、商用電力系統に系統連系可能な交流電力へ変換する機能を有しており、商用電力系統4へ余剰の交流電力を逆潮流(売電)する。または、制御ユニット2内に内蔵もしくは別設置として蓄電池などの蓄電手段57を設けて余剰電力を充電に使用する。

0070

つぎに太陽光発電ユニット1の発電が期待できない夜間について述べる。

0071

夜になると太陽光発電ユニット1の発電は停止し、鉄道設備が使用する消費電力は商用電力系統4から買電されるが、その電気代の一部もしくは全部は昼間に売電した電気によって賄われる。もしくは蓄電手段57から負荷へ電力供給が行われる。

0072

以上詳述したように、太陽光発電システムとして、鉄道軌道内のように日照条件の良い場所は太陽電池モジュールと相性がよく、枕木20の素材自重または地盤機械的締結によって太陽電池モジュール11を風荷重に対して飛びにくく支持されるので、とくに基礎などを埋設する必要なく容易に施工できる。

0073

図2図5は本発明に係る太陽光発電ユニットの構造の実施形態の一例を示す。

0074

図2(a)、(b)はそれぞれ太陽電池モジュールの平面図と断面図であり、図3組立て状態の様子を示す斜視図である。

0075

また、図4(a)は組立て状態の一部拡大図であり、同図(b)は衝撃を吸収する緩衝緩衝手段(衝撃緩衝機構)の働きを説明するモデル図である。

0076

最初に太陽電池モジュールの構成を述べる。

0077

図2(a)、(b)に示すように、太陽電池モジュール11は、受光面にガラス樹脂等の光透過板12が設けられ、この光透過板12に多数の太陽電池素子13がEVA樹脂(Ethylene−Vinyl Acetate)等からなる封止材14によってラミネートされる。

0078

そして、その裏面である非受光面にはテフロン登録商標フィルムPVF(ポリフッ化ビニル)、PET(ポレエチレンテレフタレート)などの耐候性フィルム15が貼着される。

0079

上記太陽電池素子13としては、たとえばシリコン系半導体ガリウムヒ素等から成る化合物半導体などの単結晶、多結晶や非晶質の材料が用いられ、互いに直列及び/または並列に電気的に接続されている。

0080

また、太陽電池モジュール11の裏面、すなわち耐候性フィルム15の上にはABS樹脂などの合成樹脂アルミニウム金属などで構成したジャンクションボックス16を接着し、太陽電池モジュール11の出力電力を取り出すターミナルに接続された送電線17により出力が取り出される。

0081

なお、これら光透過板12、太陽電池素子13および耐候性フィルム15の重ね構造矩形状の本体に対し、各辺周囲をアルミニウム金属やSUS等から成る枠体18を挟み込むように装着し、太陽電池モジュール11の設置用固定部の役割を果たすようにしている。この枠体18は、太陽電池モジュール11の端部保護および全体の強度を高める強度向上の目的にも役立つ。

0082

かかる枠体には鉄やステンレス、アルミニウムのような金属の折り曲げ材押し出し成形FRPなどの樹脂成型品が用いられ、枠体同士の組付けは直接ネジリベットで結合されるものや、連結プレートのような補助部材を介して固定されたり、ガラスや樹脂等の光透過板12に接着することで行われる。また、一体成型された枠に光透過板12をはめ込む構造としてもよい。

0083

つぎに枕木20上に太陽電池モジュール11を設置した太陽光発電ユニット1の太陽電池設置構造の一実施例を示す。

0084

図3に示すごとく、コンクリートや、鉄のような金属、または木で構成された枕木20の上部に太陽電池モジュール11を衝撃緩衝機構25を介して設置する。

0085

この衝撃緩衝機構25は、枕木20への締結用のボルト21と、このボルト21に挿入されたバネ23と、ゴムやバネなどの弾性部材22より成る。

0086

図4(a)は、衝撃緩衝機構が太陽電池モジュール11を支持固定する様子の拡大図である。

0087

同図に示すごとく、太陽電池モジュール11の下面をゴムやバネなどで構成される弾性部材22で支持し、太陽電池モジュール11の貫通穴19にボルト21にバネ23を挿入した状態で差し込まれ、バネ23と太陽電池モジュール11と弾性部材22をボルト23が貫通するようにして枕木20上面に固定される。

0088

このような構成にしたことで、太陽電池モジュール11がボルト21に直接接触しない構造となり、列車通過時の衝撃力が枕木20から太陽電池モジュール11に伝達するまでに弾性部材22およびバネ23によって減衰される。

0089

この減衰が行われる働きを高分子材料やバネの変形を示す粘弾性モデルとして現したものが図4(b)である。

0090

同図に示すごとく、弾性部材22にゴム材料を用いた場合の粘弾性モデルによれば、バネ22aおよびダッシュポット22bを並列に接続したものとなる。

0091

そして、バネ22aとダッシュポット22bが太陽電池モジュール11の裏面側を支持する第二の弾性変形部として配され、太陽電池モジュール11の上面側に第一の弾性変形部であるバネ23が配されたものを、ボルト21と枕木20で挟持固定することにより、太陽電池モジュール11がバネ22aとダッシュポット22bを並列にしたものと、バネ21との間で可動可能に固定される。

0092

このような構成によれば、列車通過初期の大きな衝撃(図中矢印A)はバネ23を引っ張る力やバネ22aを縮める力として働くので、それぞれのバネを介して太陽電池モジュール11を支えることにより、太陽電池モジュール11に加わる衝撃力を緩和させる。

0093

一方、その後、それぞれのバネは初期状態に戻ろうとする反力を働かせるため、太陽電池モジュール11には図中矢印Bのような上下振動が生じ、ストレスとなる。

0094

このような構成にしたことで、それぞれのバネのバネレートバネ定数)は、太陽電池モジュールの重量と大きさに合わせて選択することが好ましい。

0095

なお、本例では弾性部材22をバネのみでなく、ゴム材料のようにバネ22aと並列にダッシュポット22bの要素を有するものとして、バネ22aの縮まる速度および伸びる速度を遅くする作用が働くようにしたので、バネレートのみで調整するよりも容易に上下振動を抑え、太陽電池モジュールへのストレスを軽減させることができる。

0096

このようにバネ定数および粘性減衰係数を適切に選ぶことで、その振動を急速に減衰することができる。

0097

また、太陽電池モジュール部分はボルト21で枕木に締結されているため、太陽電池モジュール11が容易に着脱可能に設置されるので、短期的な設置・撤去へ対応でき、とくに仮設の検知装置、警報装置、標識表示などの電源に好適である。

0098

以下に発電ユニットの他の実施形態について説明する。

0099

図5に示す太陽光発電ユニット51は、衝撃緩衝機構として第二弾性変形部をスポンジ状の多孔性樹脂部材41として、太陽電池モジュール11を枕木20に取り付ける構造としたものである。

0100

さらに枕木20の上面に凹凸をつけることで、樹脂部材41との接触面積を小さくしている。これは第二弾性変形部を太陽電池モジュール11の裏面をより大きい面積で支持することによって、たとえば、図3に示すごとく、両端付近で支持している場合には振動中に太陽電池モジュールの中央部が他よりも大きくたわむといった問題点を解消する。

0101

さらにまた、接触面積をできるだけ小さくすることで、伝播される振動のエネルギーを小さくし、かつ、樹脂部材41部分でそれを吸収し太陽電池モジュールに伝達される衝撃力をできるだけ小さくするものである。

0102

なお、第一弾性変形部とボルト21はとくに図示しないものとする。

0103

図6に示す太陽光発電ユニット61は、衝撃緩衝機構として第二弾性変形部を枕木20に太陽電池固定用ワイヤ31を張ったものとし、その上に太陽電池モジュール11を設置する構造としたものである。

0104

この構造にすることで、太陽電池モジュールに伝達される衝撃を大きく緩和することができる。

0105

すなわち、衝撃は振動の波として物体内を伝播してゆくが、その伝達経路となる断面積をできるだけ小さくすることで伝達される波のエネルギーをできるだけ小さくしようとするものである。

0106

なお、第一弾性変形部とボルト21はとくに図示しないが、枕木20にボルト21で固定されるものとする。

0107

以上、詳述したように、複数の太陽光発電ユニットの設置が完了した後、それらの発電出力を取りまとめて制御ユニットに接続し、太陽光発電システムSとする。

0108

具体的には図7に示すように、複数の太陽光発電ユニットが電気的に接続された各太陽光発電ユニット91の出力電力を送電線3aにより制御ユニット2へ送電する。

0109

図1にて詳述したように、各太陽光発電ユニットのグループは制御ユニット2内に設けられた電力変換装置54へ入力するのに必要な最低電圧を確保できるだけの太陽光発電ユニットを直列したものである。これら太陽光発電ユニットの各グループの出力電力は送電線3aを通じて制御ユニット2で、一旦集められ、並列接続された後、電力変換装置54に入力される。

0110

電力変換装置54では直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統4の電力波形整合するように交流波形を整えた後、送電線3cを通じて逆潮流して売電、もしくは送電線3bを通じて照明灯などの交流負荷7への電力供給が行なわれる。

0111

また、商用電力系統4に系統連係させずに蓄電池などの蓄電手段57を設け、送電線3dを通じて発電電力を充電し、必要に応じて負荷側へ電力供給を行なわせるようにしたシステムとする方法もある。

0112

また、本発明の太陽光発電ユニット91と駅舎屋根上に太陽電池モジュールが載せられた太陽光発電システムを併合させて、屋根上の空き面積があっても、そこへ搭載する太陽電池モジュール数だけでは太陽電池素子の直列数が不足であるために設置できなかった場所へも、軌道設置された太陽光発電ユニットの太陽電池素子による直列数の補充により設置可能とすることができる。

0113

さらにまた、とくに図示しないが、本発明の太陽光発電ユニットにLEDなどの低消費電力の発光体を組み合わせて軌道のガイドランプとすれば、線路上に人や障害物がある場合にはガイドランプを遮ることになるので、列車の投光器が届かない遠方から障害物の存在を察知することができる。

0114

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更や改良等はなんら差し支えない。

0115

たとえば、本例によれば、枕木に太陽電池モジュールを組み込んだ構成を説明したが、これに代えて、鉄道設備用の配線ケーブルの側溝の蓋等のように連続的に直射日光があたる平面において適用可能である。

0116

さらにまた、本発明によれば、踏切周辺の照明や信号機などのように鉄道の安全のために常に使用される場所において、総消費電力を軽減させるシステムとしても有効である。

図面の簡単な説明

0117

本発明の太陽光発電システムの実施形態の一例を模式的に示す斜視図である。
(a)、(b)は本発明に係る太陽光発電システムの太陽電池モジュールの構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。
本発明に係る太陽光発電システムの太陽光発電ユニットの組み立て構造を示す斜視図である。
(a)、(b)は本発明に係る太陽光発電システムの太陽光発電ユニットの固定構造を説明する図であり、(a)は斜視図、(b)は構造をモデル化した断面図である。
本発明に係る太陽光発電システムの太陽光発電ユニットの他の実施形態を示す斜視図である。
本発明に係る太陽光発電システムの太陽光発電ユニットの他の実施形態を示す斜視図である。
本発明に係わる太陽光発電システムの電気的接続を示すブロック図である。
従来の鉄道の軌道脇に設置される太陽光発電システムの実施例を模式的に示す斜視図である。
鉄道の軌道の構造を模式的に説明する断面図である。

符号の説明

0118

1:太陽光発電ユニット
2:制御ユニット
3、3a〜3d:送電線
4:商用電力系統
5:鉄道軌道監視カメラ
6:通信機器
7:鉄道設備
8:売電・買電電力量計
11:太陽電池モジュール
12:光透過板
13:太陽電池素子
14:封止材
15:耐候性フィルム
16:ジャンクションボックス
17:送電線
18:枠体
19:貫通穴
20:枕木
21:ボルト(第一弾性変形部)
22:弾性部材(第二弾性変形部)
22a:バネ
22b:ダッシュポット
23:バネ
25:衝撃緩衝機構
31:ワイヤ
41:樹脂部材
49:凸部
50:枕木
51:発電ユニット
54:電力変換装置
57:蓄電手段
61:太陽光発電ユニット
70:鉄道軌道
71:太陽電池モジュール
72:架台
73:鉄道設備
74:基礎
80:レール
81:枕木
82:防振部材
83:軌道床
91:太陽光発電ユニット
J:太陽光発電システム
S:太陽光発電システム

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