JP2004022640A - 水上設置用太陽電池発電装置の電気的接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】水面上に敷設して太陽光発電を行い電力を発生させる水上設置型太陽光発電装置において、必ずしも高気密性コネクタを使用しなくても、電気的に安全で安価な電気的接続構造を提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール２に接続する電気ケーブル１１のうち、水に接触する部分及び水に接触するおそれのある部分の少なくとも一部の外周を、導電性材料からなる通路体で被覆する。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湖やダム湖、河川、海洋などの水面上に敷設されて、太陽光発電によって電力を発生させる水上設置型太陽光発電装置における、太陽電池モジュール間を電気的に接続する際の電気ケーブルの敷設構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギー問題の解決のために推進されてきた原子力発電政策も、原子力関連設備の事故などもあり停滞している。さらに、環境問題も社会問題化しており、環境に優しいエネルギーが求められている。この環境に優しいエネルギー技術の一つとして太陽電池が挙げられる。
【０００３】
本発明の出願人は、太陽電池の大規構な設置場所として水上に注目して、水面直上に厚みの薄い箱体状のフロート（浮体）に太陽電池モジュールを積載してなる太陽電池ユニットを、多数個、簡便に敷設可能な水上設置型太陽光発電装置について、先に特許出願（特願２０００−３０５９３８）を行っている。
ここに、大規模な太陽光発電を行うには、多数の太陽電池ユニットを敷設する必要があり、また、各太陽電池モジュールで発電した電力を陸上に送電するためには、水上に敷設された各太陽電池ユニットの太陽電池モジュール同士を、電気ケーブルで電気的に接続する必要がある。
【０００４】
なお、多数の太陽電池ユニット間を電気的に直列若しくは並列に接続することなく、各太陽電池モジュールで発電した電力を個々に陸上まで送電することは非現実的であり、太陽電池モジュール間を電気的に接続し、まとめて陸地まで送電する必要がある。ただし、太陽電池モジュール間の電気的接続は、必ずしも隣り合う太陽電池モジュール間で行われるとは限らない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、水上あるいは水中での電気的接続は、電気ケーブル同士を高価な高気密性のコネクタを使用する必要があるが、大規模な発電を考えた場合、高気密性コネクタが多数必要となり、高コストになる。
また、水中にある電気ケーブルの被覆部に亀裂あるいはピンホール等の損傷が生じると、漏電により周囲の生物が感電する懸念がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、湖やダム湖、河川、海洋などの水面上に敷設して太陽光発電を行い電力を発生させる水上設置型太陽光発電装置において、必ずしも高気密性コネクタを使用しなくても、電気的に安全で安価な電気的接続構造を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、太陽電池モジュールと該太陽電池モジュールを浮上支持する浮体とからなる太陽電池ユニットを、水面に沿って複数個配置してなる水上設置用太陽電池発電装置における、上記太陽電池モジュール間を電気ケーブルで電気的に接続するにあたり、
上記電気ケーブルのうち、水に接触する部分及び水に接触するおそれのある部分の、少なくとも一部の外周を、導電性材料で被覆することを特徴とする水上設置用太陽電池発電装置の電気的接続構造を提供するものである。
【０００８】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記浮体に、導電性材料からなる通路を設け、その通路内を通るように上記電気ケーブルを配線することで上記被覆を行うことを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、導電性材料からなるメッシュ状部材で上記電気ケーブルの外周を覆うことで上記被覆を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載した構成に対し、上記導電性材料で被覆する位置は、少なくとも電気ケーブル同士の接続部を含む位置であることを特徴とするものである。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載した構成に対し、電気的に接続される太陽電池ユニットにそれぞれ、水面よりも上方位置で電気ケーブルを支持可能なケーブル支持部を備え、そのケーブル支持部間に架け渡されている電気ケーブルのうち、ケーブル同士の接続部が水面よりも上方の位置となるように、上記ケーブル支持部によるケーブル支持の高さが設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、各々の太陽電池モジュール間を電気ケーブルを通じて電気的に接続するにあたり、コネクタ部を含む接続配線が水面上および／または水中となる部分を、導電性材料で被覆することで、簡単な手段で電気的シールド性が高まり、電気接続構造の安全性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態の水上設置用太陽電池発電装置（以下、単に発電装置と呼ぶ場合もある。）は、図１に示すように、水面に沿って配置される複数の太陽電池ユニット１と、その太陽電池ユニット１間を相互に揺動自在に連結する連結手段６とを備える。
【００１２】
そして、例えば図２に示すような配置パターンで、多数の太陽電池ユニット１が水上に配置されると共に、各太陽電池ユニット１の太陽電池モジュール２の端子ボックス間が、電気ケーブルによって直列若しくは並列に電気的に接続されている。図２中、符号７は、太陽電池ユニット１間で露出している水面を示している。
【００１３】
なお、図１においては、ケーブル用開口１０が分かるように、後述するシールド筺体１４を省略して図示している。また、電気ケーブルも省略している。
上記各太陽電池ユニット１は、上記図１に示すように、外形が平面視矩形で内部に中空部を有する額縁状の枠を主要部としたフロート３の上面中央部に太陽電池モジュール２が取り付けられて構成される。上記フロート３は浮体を構成する。各太陽電池モジュール２の裏面（下面）には、図３に示すように、電気ケーブル１１ａの一端が接続した端子ボックス１２が設けられている。
【００１４】
上記フロート３は、内部に発泡樹脂を内包する、あるいは中空部とする空間によって所要の浮力が確保され、当該フロート３によって支持される太陽電池モジュール２が水面下に没しないように保持する。なお、各フロート３に取り付けられる太陽電池モジュール２は、１枚でも良いし複数枚であっても良い。発電装置を設定する水面において想定される波の高さや流れ等に応じて決定すればよい。
【００１５】
また、上記フロート３の外周縁における各角部には、それぞれ連結手段を構成する連結金具４が設けられている。この連結金具４は、上記フロート３の角部から外方に張り出した板材からなり、その板材に、連結手段を構成する連結具を取り付けるための穴４ａが設けられている。
図１では、各太陽電池ユニット１をユニットの長辺方向及び短辺方向に沿って格子状に配置した場合のパターン例であり、隣り合う太陽電池ユニット１における対向する連結金具４間をそれぞれ連結具を構成する２つの連結リング５によって揺動自在に連結している。
【００１６】
なお、上記連結リング５は、線材を、平面視円形環状のコイル状に且つ線間が密となるように３回巻束ねた形状からなり、線材の端面５ａが、巻束ね方向から見た場合、つまり線材端部を側方から見た場合、内側よりも外側が短くなるよう斜め（角度は線材の軸に対し約４５°）に切断されたものである。
なお、フロート３、連結金具４及び連結リング５の材質は、鉄やステンレス、アルミ等の金属製が好適であるが、強度・耐摩耗性・耐候性、及び導電性が満足できるものであれば、導電性樹脂等の非金属製であっても良い。
【００１７】
上記構成の発電装置にあっては、隣り合う太陽電池ユニット１間を所定間隔開けて揺動自在に連結できる結果、強度に優れた発電装置を形成することができる。すなわち、連結具を連結リング５とすることで、隣り合う太陽電池ユニット１間が所定以上離れたり、所定以上接近したりすることが防止されると共に、各太陽電池ユニット１間を互いに揺動自在に連結する結果、波や風による太陽電池ユニット１への影響が小さくなる。このため、多数の太陽電池ユニット１を水上に敷設した発電装置とすることができる。なお、太陽電池ユニット１間を揺動可能に接続する連結具は、上記連結リングに限定されず、ワイヤなど導電性であり、且つ揺動可能に接続可能であれば、他の連結具を使用しても良い。
【００１８】
このように、波などによる外力軽減などの目的で、各太陽電池ユニット１を物理的に独立させると共に互いに連結リング５を介して揺動可能に連結することから、太陽電池ユニット１の太陽電池モジュール２間を電気的に接続する電気ケーブル１１のうち、少なくとも太陽電池ユニット１から外方に延びたケーブル部分では、水中に位置したり、水と接触しやすい位置に配置されやすくなる。また、その太陽電池ユニット１から外方に延びた電気ケーブル１１部分の端部はコネクタによって相互に接続されている。
【００１９】
そこで、本実施形態では、上記太陽電池ユニット１外に位置する電気ケーブル１１部分の一部の外周を、後述のシールド筺体１４で被覆している。以下にその構造について説明する。
上記フロート３の４つの側壁のうち少なくとも一つの側壁３ａには、左右両側位置に、電気ケーブル１１を外に引き出すためのケーブル用開口１０がそれぞれ開口している（図１参照）。もっとも、ケーブル用開口１０の形状や開口位置は、これに限定されない。
【００２０】
なお、本実施形態では、図３に示すように、上記ケーブル用開口１０の位置が喫水線よりも下側に位置する、つまり、側壁３ａのやや下側位置に開口している場合を例に説明する。
上記ケーブル用開口１０を有する側壁３ａに沿って延びるように、シールド筺体１４が設けられている。
【００２１】
このシールド筺体１４は、導電性材料から作成されて、図３〜図５に示すように、上方に開口した断面略Ｕ字形状の筺体本体部１５と、該筺体本体部１５に差し込まれる下方に開口した断面略倒立Ｕ字形状の筺体上部材１６とを備える。
上記筺体本体部１５の本体は、喫水線よりも高い位置、つまりケーブル用開口１０よりも高い位置で、かつ上記左右のケーブル用開口１０位置の間において、上記側壁３ａに沿って延在した状態で当該側壁３ａに取り付けられている。ただし、筺体本体部１５のうち外側の縦板は、左右両側に上記ケーブル用開口１０の位置まで側壁３ａに沿って延びると共に下方にも延びることで、当該ケーブル用開口１０と対向する張出部１５ａを有する。該張出部１５ａは、下辺をフロート３の下板に固定されていると共に、内側の辺と側壁３ａとの間を閉塞する第２縦板部１７を有する。
【００２２】
また、上記筺体上部材１６は、側壁３ａに沿って延びると共に、上記筺体本体部１５内に上側から嵌合可能な形状となっている。そして、上記筺体本体部１５に上側から嵌合することで、導電材料からなる中空の通路が上記側壁３ａに沿って形成される。
また、上記導電性の通路となるシールド筺体１４の左右の開口が、ケーブル取出口１８となる。
【００２３】
そして、左右のケーブル用開口１０から引き出された各電気ケーブル１１ａは、上記ケーブル取出口１８から左右に延び、他の太陽電池ユニット１から引き延ばされる電気ケーブル１１とコネクタを介して接続される。また、他の太陽電池ユニット１間を電気的に接続された電気ケーブル１１ｂについては、上記シールド筺体１４による導電性通路内に配置し、当該導電性の通路内で当該電気ケーブル１１間をコネクタ１９によって接続する。
【００２４】
なお、シールド筺体１４の材質としては、鉄板、ステンレス鋼板、アルミ合金等の金属材料が、導電性に富むので好適であるが、導電性に富む材料であれば、これに限定するものではなく、導電有機材料等も適用できる。
上記構成のシールド筺体１４を設けた発電装置の作用・効果などについて説明する。
【００２５】
シールド筺体１４で形成される導電性の通路の下面は、ほぼ喫水線レベルより上であるので、コネクタ１９は喫水線レベルより上に保持され、常時水没しない構造としている。
また、筺体上部材１６は嵌合によって筺体本体部１５に上側から取り付けられるので、着脱が簡単であり、当該シールド筺体１４内への電気ケーブル１１ｂの配置及び、当該該シールド筺体１４内でのコネクタ１９によるケーブル１１ｂ同士の接続が容易となっている。
【００２６】
また、シールド筺体１４は、ケーブル取出口１８があるため、設置後シールド筺体１４内への水の侵入が考えられるが、コネクタ１９部での漏電に対しては、シールド筺体１４あるいはフロート３をアースする事により電気的シールドが確保可能である。また、ケーブル取出口１８にゴムブッシュ等で蓋を施してやることで、上記導電性の通路を水密とする事も可能である。
【００２７】
なお、アースについては、各フロート３の少なくとも外側を導電性部材で構成し、連結具であるリングを導電性部材で構成すれば、シールド筺体１４は、連結具である連結リング５を介して電気的に接続されるので、１基若しくは数基の太陽電池ユニット１にだけアース線を設定すればよい。
上記のように、電気ケーブル１１ｂ同士の接続をそれぞれシールド筺体１４内で行うことで、少なくとも電気ケーブル１１同士を接続するコネクタ１９及びその近傍が、簡易に且つ安価に電気的にシールドされる。この結果、コネクタ１９として高価な高気密性のコネクタを採用しなくても良い。
【００２８】
次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同一の部品などについては同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、図６に示すように、上記第１実施形態と同様であり、各太陽電池ユニット１のケーブル用開口１０が設けられた側壁３ａに対し上記シールド筺体１４が設けられている。
【００２９】
本実施形態は、上記構成に加え、シールド筺体１４のケーブル取出口から別の太陽電池ユニット１に向けて延びる電気ケーブル１１部分の外周も、導電性部材で被覆したものである。すなわち、導電性部材製の筒体であるシールド管２０で上記電気ケーブル１１の外周を覆うことで、上記電気ケーブル１１部分も導電性の通路内に配置したものである。
【００３０】
本実施形態のシールド管２０は、金属線を編んでなるメッシュ状部材をチューブ状にしたもので、当該シールド管２０をシールド筺体１４あるいはフロート３に電気的に接続しアースしたものである。
ここで、メッシュ状部材は、メッシュ目の形状として矩形や円形等が挙げられ、メッシュ目の大きさは、１×１ｍｍ程度から１０×１０ｍｍ程度までが実用上好適である。メッシュ状部材を構成する材料としては、前述した鉄、ステンレス、アルミ合金等の金属材料が、導電性に富むので好適であるが、導電性に富む材料であれば特に限定されるものではなく、導電有機材料等も連用できる。また、導電性材料を、ラスやエキスパンド形状に加工したもの、あるいはハンチング加工したものも好適に使用できる。
【００３１】
上記構造とすることで、本実施形態では、太陽電池ユニット１間、つまり、上記シールド筺体１４のケーブル取出口１８から外方に延びる電気ケーブル１１部分の外周も導電性部材で被覆された状態となり、当該電気ケーブル１１位置の被覆部に亀裂あるいはピンホールなどの損傷が発生し、導電しても周囲の生物が感電する懸念が無くなる。
【００３２】
なお、シールド管２０は、上記シールド筺体１４のケーブル取出口１８から外方に延びる電気ケーブル１１部分の全部に必ずしも取り付ける必要はないが、少なくともコネクタ及びその近傍に取り付けることが好ましい。
また、上記シールド管２０をメッシュ部材から構成すると、電気ケーブル１１に巻き付けるように施工することで容易に取り付けることができると共に、可撓性があるので、任意の配線状態のまま当該電気ケーブル１１の外周を導線性部材で簡単に被覆することができる。
【００３３】
ここで、本実施形態は、第１実施形態で説明したシールド筺体１４を前提として記載したが、上記シールド筺体１４を設けなくても良い。
次に、第３実施形態について図面７を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部品などについては同一の符号を付して説明する。
太陽電池ユニット１の基本構成は、第１実施形態と同様である。
【００３４】
本実施形態では、ケーブル用開口１０の近傍に位置する連結金具４に対し、上方に延びる支持棒２１を設け、ケーブル用開口１０から引き出された電気ケーブル１１を当該支持棒２１で上方に案内してから、別の太陽電池ユニット１に向けて延ばしている。その別の太陽電池ユニット１でも、上記支持棒２１が設けられている。この支持棒２１は、ケーブル支持部を構成する。
【００３５】
上記支持棒２１の高さ、つまり当該支持棒２１で支持する電気ケーブル１１の高さは、２つの支持棒２１間に架け渡されたケーブルの最下端部位置、若しくはコネクタ部位置が水面よりも上方に位置するだけの高さとする。
本実施形態によれば、電気ケーブル１１で電気的に接続される太陽電池ユニット１間に位置する電気ケーブル１１、特にコネクタ部が水上に配置される結果、当該支持棒２１間に位置する電気ケーブル１１部分、特にコネクタ部から漏電しても、水中に電気が漏れることが防止される。なお、上記支持棒２１間の電気ケーブル１１の外周を、上記メッシュ部材からなるシールド管２０で被覆しても良い。
【００３６】
ここで、ケーブル用穴から支持棒２１の上部までに位置する電気ケーブル１１部分、特に喫水線以下に配置される電気ケーブル１１部分で、ケーブル被覆部に亀裂あるいはピンホール等の損傷が発生して漏電する可能性がある。
これを防止するため、図８に示すように、上記第２実施形態と同様な金属製メッシュ部材などからなるシールド管２０で、上記ケーブル用開口１０から支持棒２１の上部までに位置する電気ケーブル１１部分、特に喫水線以下に配置される電気ケーブル１１部分を被覆するようにしても良い。
【００３７】
また、図７に示すように、支持棒２１に直接、電気ケーブル１１を取り付ける代わりに、図９に示すように、上方に延びるシールド管２３を上記支持棒２１に支持させることで、ケーブル用開口１０から引き出された電気ケーブル１１を上方に案内させても良い。ここで、シールド管２３は、電気ケーブル１１を一旦上方に案内することで、電気ケーブル１１間のコネクタ１９を水上に保持できるものであれば特に限定するものではなく、前述したメッシュ部材の他、パイプ材、フレキシブル管等が好適に使用できる。要は、導電性の通路が形成し、電気ケーブルを上方に案内できればよい。
【００３８】
また、上記支持棒２１を連結金具４位置に設けているが、フロート３に設けても良く、フロート３に設ける場合に、下板部分に限定されず、フロート３上面に設けて良い。また、支持棒２１として棒状の場合を例示しているが、棒状である必要はない。電気的に接続する太陽電池ユニット１間に位置する電気ケーブル１１部分が水上に配置するだけの高さまで、電気ケーブル１１を上方で支持できれば、他の形状であっても良い。
【００３９】
次に、第４実施形態について図面１０を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部品には同一の符号を付して説明する。
本実施形態は、ケーブル用開口１０が、フロート３の側壁３ａではなく、底面に設けた場合の例である。太陽電池ユニット１の基本構成は、上記実施形態と同様である。
【００４０】
図１０に示すように、フロート３の底板に開口したケーブル用開口１０に、パイプ材を曲げて構成される導電性のエルボー管２４の一端を連結することで、ケーブル用開口１０から引き出された電気ケーブル１１の延在方向を横方向に案内する。さらに、当該エルボー２４の他端から引き出された電気ケーブル１１のうち、少なくともフロート３の下方に位置する電気ケーブル１１部分の外周に、メッシュ部材をチューブ状にしてなるシールド管２０を取り付けたものである。
【００４１】
フロート３の下方に位置する電気ケーブル１１部分は、水中に配置されると共にフロート３と擦れやすいが、本実施形態によれば、その部分をシールド管２０で被覆することによって、摩耗等によりケーブル被覆部に亀裂あるいはピンホール等の損傷が発生して漏電が発生しても、水中に電流が流れることを防ぐことができる。
【００４２】
なお、フロート３の下方に位置する部分以外の電気ケーブル１１については、適宜、上記各実施形態で示したような構造で、ケーブル外周を導電性部材で被覆すればよい。
また、上記第１実施形態から第３実施形態で説明したシールド筺体１４、シールド管２０などの導電性の通路で電気ケーブル１１を被覆したり、支持棒２１などからなるケーブル支持部を、適宜、併用しても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、従来、水に接触する、若しくは水に接触するおそれのある電気ケーブルの少なくと一部が導電性部材で被覆されることで、当該電気ケーブル部分で漏電があっても、電気的シールドが安価に実施されて、安全性が向上するという効果がある。
【００４４】
特に、コネクタ部に施すことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る水上設置用太陽電池発電装置を説明する斜視図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る太陽電池ユニットの配置パターンの例を示す図である。
【図３】本発明に基づく第１実施形態に係るシールド筺体を説明する図である。
【図４】本発明に基づく第１実施形態に係るシールド筺体を説明する斜視図である。
【図５】本発明に基づく第１実施形態に係る筺体上部材を外した状態のシールド筺体を示す図である。
【図６】本発明に基づく第２実施形態に係る電気的接続構造を説明するための図である。
【図７】本発明に基づく第３実施形態に係る電気的接続構造を説明するための図である。
【図８】本発明に基づく第３実施形態に係る電気的接続構造の別例を説明するための図である。
【図９】本発明に基づく第３実施形態に係る電気的接続構造の別例を説明するための図である。
【図１０】本発明に基づく第４実施形態に係る電気的接続構造を説明するための図である。
【符号の説明】
１　　太陽電池ユニット
２　　太陽電池モジュール
３　　フロート（浮体）
４　　連結金具
５　　連結リング（連結具）
６　　連結手段
７　　水面
１０　ケーブル用開口
１１，１１ａ、１１ｂ　電気ケーブル
１２　端子ボックス
１４　シールド筺体
１５　筺体本体部
１６　筺体上部材
１８　ケーブル取出口
１９　コネクタ
２０　シールド管
２１　支持棒
２３　シールド管

Claims (5)

1. 太陽電池モジュールと該太陽電池モジュールを浮上支持する浮体とからなる太陽電池ユニットを、水面に沿って複数個配置してなる水上設置用太陽電池発電装置における、上記太陽電池モジュール間を電気ケーブルで電気的に接続するにあたり、
   上記電気ケーブルのうち、水に接触する部分及び水に接触するおそれのある部分の、少なくとも一部の外周を、導電性材料で被覆することを特徴とする水上設置用太陽電池発電装置の電気的接続構造。
2. 上記浮体に、導電性材料からなる通路を設け、その通路内を通るように上記電気ケーブルを配線することで上記被覆を行うことを特徴とする請求項１に記載した水上設置用太陽電池発電装置の電気的接続構造。
3. 導電性材料からなるメッシュ状部材で上記電気ケーブルの外周を覆うことで上記被覆を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した水上設置用太陽電池発電装置の電気的接続構造。
4. 上記導電性材料で被覆する位置は、少なくとも電気ケーブル同士の接続部を含む位置であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載した水上設置用太陽電池発電装置の電気的接続構造。
5. 電気的に接続される太陽電池ユニットにそれぞれ、水面よりも上方位置で電気ケーブルを支持可能なケーブル支持部を備え、そのケーブル支持部間に架け渡されている電気ケーブルのうち、ケーブル同士の接続部が水面よりも上方の位置となるように、上記ケーブル支持部によるケーブル支持の高さが設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載した水上設置用太陽電池発電装置の電気的接続構造。

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