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JP2014165387A - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Hiroshi Nishimura
浩 西村
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Shinwa Industry Co Ltd
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Shinwa Industry Co Ltd
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Abstract

【課題】傾斜が異なる場所に設置する場合でも、太陽電池セルの受光面を所望の角度に傾斜させることができる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュールAにおいて、太陽電池セル5と、太陽電池セル5が搭載されるセル搭載部4と、セル搭載部4が収納されるケース1と、セル搭載部4をケース1に対して回動可能に支持する支持軸3とを備えるようにした。セル搭載部4は、おもり43によって水平面41bを水平に維持し、固定面41cに太陽電池セル5の受光面5aの反対側の面を固定している。水平面41bと固定面41cとがなす角度を所定の角度θとすることで、太陽電池セル5の受光面5aが水平に対して所定の角度θとなる状態を維持する。
【選択図】図3

Description

本発明は、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールに関する。
太陽電池セルの出力は太陽光の入射光量に左右されるので、太陽電池セルの受光面ができるだけ入射光に対して垂直になるのが望ましい。太陽の方向は、緯度や季節、時間によって異なる。日本においては、太陽電池モジュール(太陽電池パネル)の受光面を水平に対して30°程度傾斜させて設置することが一般的になっている。太陽電池モジュールを所定の角度に傾斜させるために、太陽電池モジュールを設置するための架台が必要になる。架台は、強風や振動などに十分耐えうる強度が必要とされる。傾斜角度を大きくするほど風の影響を受けやすいので、架台の強度をより高くする必要があり、架台のためのコストが大きくなる。
架台を必要としない太陽電池モジュールとして、断面が鋸歯形状の基盤の斜面に太陽電池セルを形成する太陽電池モジュールが提案されている(特許文献1参照)。斜面の傾斜角度を所定の角度にしておけば、太陽電池モジュールを水平に設置したときに、太陽電池セルの受光面を所定の角度だけ傾斜させることができる。したがって、架台を用いて太陽電池モジュールを傾斜させる必要がない。
特許第2881496号公報
しかしながら、特許文献1に記載の太陽電池モジュールの場合、製造後に斜面の傾斜角度を変更することはできないので、太陽電池モジュールを水平に設置できない場合などに問題が生じる。例えば、斜面の傾斜角度を30°としていた場合に南北に10°の傾斜がある土地にそのまま設置すると、太陽電池セルの受光面は20°(または40°)傾斜させることになる。この場合は、太陽電池セルの受光面の傾斜角度を30°にするためには、架台を用いて太陽電池モジュールを傾斜させる必要がある。また、太陽電池モジュールを水平に設置したとしても、地盤沈下などにより傾斜する場合がある。この場合に対応するためには、太陽電池モジュールを水平に保つための設備が必要になる。
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、傾斜が異なる場所に設置する場合でも、太陽電池セルの受光面を所望の角度に傾斜させることができる太陽電池モジュールを提供することをその目的としている。
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明の第1の側面によって提供される太陽電池モジュールは、太陽電池セルと、前記太陽電池セルが搭載されるセル搭載手段と、前記セル搭載手段が収納されるケースと、前記セル搭載手段を前記ケースに対して回動可能に支持する支持軸とを備えており、前記セル搭載手段は、前記太陽電池セルの受光面が水平に対して所定の角度となる状態を維持することを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記セル搭載手段は、水平に維持される水平面を有する角度調整手段を備えており、前記太陽電池セルの受光面と前記水平面とは、前記所定の角度で固定されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記角度調整手段は、前記水平面を有する水平板と、前記太陽電池セルが固定される固定板とを備えており、前記水平板と前記固定板とがなす角度が前記所定の角度である。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記角度調整手段は、前記所定の角度を変更する角度変更手段をさらに備えている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記角度変更手段は、太陽の南中高度に応じて前記所定の角度を変更する。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記角度調整手段は、前記太陽電池セルが固定される固定面を備えており、前記水平面と前記固定面とがなす角度が前記所定の角度である。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記セル搭載手段は、前記角度調整手段の水平面を水平に維持するための、前記角度調整手段に固定されたおもりを、さらに備えている。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ケース内部には流動体があり、前記セル搭載手段が前記流動体上に浮揚することで、前記角度調整手段の水平面が水平に維持される。
本発明によると、太陽電池セルが搭載されたセル搭載手段が、太陽電池セルの受光面が水平に対して所定の角度となる状態を維持するように、ケースに対して回動する。したがって、ケースがどのような角度に傾斜されたとしても、太陽電池セルの受光面を所望の角度に傾斜させることができる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
第1実施形態に係る太陽電池モジュールを説明するための図である。 第1実施形態に係る太陽電池モジュールを説明するための図であり、図1のII−II線視断面図である。 第1実施形態に係る太陽電池モジュールを説明するための図であり、図1のIII−III線視断面図である。 第1実施形態に係る太陽電池モジュールを斜面に設置した状態を説明するための図である。 第1実施形態に係る太陽電池モジュールを壁面に設置した状態を説明するための図である。 第1実施形態に係るケースおよび蓋の他の実施例を説明するための図である。 第1実施形態に係るセル搭載部の他の実施例を説明するための図である。 第1実施形態に係るセル搭載部の他の実施例を説明するための図である。 第1実施形態に係るセル搭載部の他の実施例を説明するための図である。 第2実施形態に係る太陽電池モジュールを説明するための図である。 第2実施形態に係る太陽電池モジュールを斜面に設置した状態を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図1ないし図3は、第1実施形態に係る太陽電池モジュールを説明するための図である。図1は平面図であり、図2は図1のII−II線視断面図であり、図3は図1のIII−III線視断面図である。
太陽電池モジュールAは、太陽光を電気エネルギーに変換することで発電を行うものである。太陽電池モジュールAは、ケース1、蓋2、支持軸3、セル搭載部4、および太陽電池セル5を備えている。なお、実際には、太陽電池モジュールAは、各太陽電池セル5を接続するための配線などを備えているが、図示を省略している。
ケース1は、アルミなどの金属製の箱であり、内部にセル搭載部4を収納するものである。なお、ケース1の材質は限定されず、ある程度の強度を保てるものであればよい。また、ケース1の形状も限定されない。蓋2は、ケース1の開口部をふさぐものである。蓋2は、太陽光を通過させる必要があるので、例えば、透明なガラス板を用いている。なお、蓋2の材質は限定されず、透明プラスチックなどの太陽光を通過させるものであればよい。支持軸3は、セル搭載部4を回動可能に支持するものである。支持軸3は、ケース1の開放面に平行にケース1に固定されている。また、支持軸3は、所定の間隔を空けて、互いに平行になるように複数設けられている。なお、支持軸3がセル搭載部4に固定され、支持軸3がケース1に対して回動可能になっていてもよい。以下の説明では、支持軸3の軸方向をx軸方向(図1参照)、支持軸3が並ぶ方向をy軸方向、ケース1の開放面の方向をz軸方向(図2参照)とする。
セル搭載部4は、太陽電池セル5を搭載し、支持軸3に支持されて回動するものである。セル搭載部4は、角度調整部41、おもり固定部42、および、おもり43を備えている。
角度調整部41は、略三角柱形状のプラスチック成形品である。角度調整部41の軸方向(略三角柱の軸方向)には貫通孔41aが穿たれている。貫通孔41aには支持軸3が挿通されており、これにより、セル搭載部4は支持軸3を中心に回動可能になっている。角度調整部41の軸方向に平行な3つの側面の内の水平面41b(図3参照)には、おもり固定部42を介して、おもり43が取り付けられている。おもり43は、貫通孔41aの位置から水平面41bに直交するように伸ばした直線上に配置されており、水平面41bが常に水平になるように構成されている。また、本実施形態では、おもり43は、角度調整部41の軸方向の中心に1つだけ取り付けられている(図2参照)。なお、取り付けられるおもり43の数は限定されない。また、角度調整部41の3つの側面の内の固定面41c(図3参照)には、太陽電池セル5が受光面5aとは反対側の面で固定される。水平面41bと固定面41cとがなす角度は、使用される地域の緯度などに応じた所定の角度θになっている。例えば、日本で使用される場合には、θ=30°になっているが、これに限定されない。なお、角度調整部41、おもり固定部42、および、おもり43の材質は限定されない。また、角度調整部41、おもり固定部42、および、おもり43の形状は限定されないが、セル搭載部4が支持軸3の周りを回動しても、ケース1や蓋2に接触しない形状にする必要がある。
太陽電池セル5は、受光面5aに入射される太陽光を電気エネルギーに変換するものである。太陽電池セル5の種類や構造は限定されない。太陽電池セル5は、受光面5aとは反対側の面で、角度調整部41の固定面41cに固定されている。セル搭載部4には、複数の太陽電池セル5が搭載されており、これらの太陽電池セル5は直列接続されている。また、各セル搭載部4に搭載されている直列接続された太陽電池セル5は、並列接続されている。なお、各太陽電池セル5の接続方法は、これに限定されない。例えば、すべての太陽電池セル5を直列接続したり、複数のセル搭載部4に搭載されている太陽電池セル5を直列接続し、これらの直列接続されたものを並列接続するようにしてもよい。また、セル搭載部4に搭載される太陽電池セル5の数や、太陽電池モジュールAに設けられるセル搭載部4の数も限定されない。太陽電池モジュールAが出力する電力や電圧に応じて適宜設計すればよい。なお、本実施形態では、板状の太陽電池セル5を角度調整部41の固定面41cに固定する場合について説明したが、これに限られない。角度調整部41の固定面41cに電極や半導体を直接積層して、太陽電池セル5を構成するようにしてもよい。
次に、太陽電池モジュールAを設置する方法について説明する。
太陽電池モジュールAは、Y軸の正の方向(図1においては、図の上方向)が北を向き、X軸の正の方向(図1においては図の右方向)が東を向くようにして設置される。これにより、太陽電池セル5の受光面5aが、Y軸の負の方向(図3においては、図の左方向)、すなわち、南の方を向くようになるので、太陽光を受光しやすくなる。また、図3に示すように、受光面5aは、水平に対して、所定の角度θだけ傾斜している。したがって、受光面5aが太陽光を垂直に受光できる時間が長くなり、発電効率が良くなる。太陽電池モジュールAは、ケース1が水平になるように設置する必要はなく、ケース1が水平に対して傾斜した状態で設置してもよい。
図4は、太陽電池モジュールAを斜面に設置した状態を説明するための図である。なお、各図は、それぞれ図3に対応する図である。
同図(a)は、太陽電池モジュールAを南北方向に角度αだけ傾斜(北側が高い)した斜面に設置した状態を示している。図に示すように、ケース1が水平に対して角度αだけ傾斜しているが、水平面41bは、おもり43によって水平に維持されている。水平面41bと固定面41cとがなす角度は所定の角度θなので、固定面41cは、水平に対して角度θだけ傾いた状態になる。したがって、固定面41cに固定されている太陽電池セル5の受光面5aは、水平に対して所定の角度θだけ傾いた状態になる。
同図(b)は、太陽電池モジュールAを南北方向に角度βだけ傾斜(南側が高い)した斜面に設置した状態を示している。図に示すように、ケース1が水平に対して角度βだけ傾斜しているが、水平面41bは、おもり43によって水平に維持されている。したがって、同図(a)の場合と同様に、太陽電池セル5の受光面5aは、水平に対して所定の角度θだけ傾いた状態になる。
同図(c)は、太陽電池モジュールAを南北方向に角度γだけ大きく傾斜(北側が高い)した斜面に設置した状態を示している。図に示すように、ケース1が水平に対して角度γだけ傾斜しているが、水平面41bは、おもり43によって水平に維持されている。したがって、同図(a)の場合と同様に、太陽電池セル5の受光面5aは、水平に対して所定の角度θだけ傾いた状態になる。
また、太陽電池モジュールAは、壁面に設置することもできる。図5は、太陽電池モジュールAを壁面に設置した状態を説明するための図である。なお、図5は、図3に対応する図である。
同図は、太陽電池モジュールAを壁面に設置した状態を示している。図に示すように、ケース1の底面(図5においては、図の右側の面)が壁面に固定されている。この場合でも、水平面41bは、おもり43によって水平に維持されている。水平面41bと固定面41cとがなす角度は所定の角度θなので、固定面41cは、水平に対して角度θだけ傾いた状態になる。したがって、固定面41cに固定されている太陽電池セル5の受光面5aは、水平に対して所定の角度θだけ傾いた状態になる。
なお、太陽電池モジュールAは、設置面に直接固定するようにしてもよいし、設置面に取付用の部材を固定し、当該取付用の部材に固定するようにしてもよい。また、設置面から少し離した位置に設置するために架台を設置して、当該架台に固定するようにしてもよい。
本実施形態において、角度調整部41の水平面41bは、おもり43によって常に水平に維持されている。水平面41bと固定面41cとがなす角度は所定の角度θなので、固定面41cは、水平に対して常に角度θだけ傾いた状態になる。したがって、固定面41cに固定されている太陽電池セル5の受光面5aは、水平に対して常に角度θだけ傾いた状態になる。これにより、どのような傾斜の場所に設置した場合でも、太陽電池セル5の受光面5aを、水平に対して角度θだけ傾けた状態にすることができる。
したがって、太陽電池モジュールAは、どのような傾斜の場所に設置する場合でも、傾斜させるための架台を必要とせず、設置面に直接または間接的に固定することができる。また、設置面から少し離した位置に設置するために架台を用いる場合でも、太陽電池モジュールAを傾けて設置する必要はない。したがって、傾けて設置した場合より風の影響を受けにくいので、用意する架台の強度を従来よりも低く抑えることができる。また、傾斜の異なる複数の設置面に設置する場合でも、設置面毎に異なるものを用意する必要がないし、設置面毎に調整する必要もない。したがって、設置作業の効率が良くなる。特に、足場の悪い設置面(例えば、屋根の上など)に設置する場合には、設置時の調整が不要になることで作業時間が短縮し、設置作業の安全性が高まる。
また、太陽電池モジュールAを設置した後に地盤沈下が生じて、設置された地面が傾いた場合でも、太陽電池セル5の受光面5aが水平に対してなす角度を維持することができる。
なお、本実施形態では、箱形のケース1の開口部を板状の蓋2でふさぐ場合について説明したが、これに限られない。箱形のケース1と箱形の蓋2とを、それぞれの開口部を合わせるようにしてもよい(図6(a)参照)し、箱形の蓋2の開口部を板状のケース1でふさぐようにしてもよい(図6(b)参照)。これらの場合、ケース1によって遮光される部分が少なくなるので、発電効率が良くなる。特に、Y軸の負の方向(図においては左側方向)の端に位置するセル搭載部4に搭載された太陽電池セル5において、ケース1による遮光が減少する。また、図3に示す太陽電池モジュールAのケース1のうち、Y軸方向に位置する2つの側面(または、Y軸の負の方向に位置する側面)だけを透明にしてもよい。また、ケース1のY軸の負の方向の端部に空間を設け、ケース1による遮光の影響を抑制するようにしてもよい(図6(c)参照)。なお、図6(a)〜(c)は、図3に対応する図である。
本実施形態においては、角度調整部41の水平面41bに、おもり固定部42を介して、おもり43を取り付ける場合について説明したが、これに限られない。例えば、図7(a)に記載のセル搭載部4のように、水平面41bにおもり43’を直接取り付けるようにしてもよい。水平面41bが常に水平になるように構成されていればよい。なお、図7(a)は、図3と同様に、セル搭載部4をX軸の正の方向から見た状態を示している。以下の図7(b)、(c)、図8、および図9についても同様である。
本実施形態においては、角度調整部41が略三角柱形状である場合について説明したが、これに限られない。例えば、図7(b)に記載のセル搭載部4のように、2枚の板を接合した断面V字形状の角度調整部41’を用いるようにしてもよい。この場合、接合部における2枚の板がなす角度を所定の角度θとすればよい。また、図7(c)に記載のセル搭載部4のように、おもり43を取り付けるための水平板411と、太陽電池セル5を固定するための固定板412とが、所定の角度θをなすように固定されたものを、角度調整部41の代わりに用いるようにしてもよい。固定面41cが水平面41bに対して常に所定の角度θを維持するように構成されていればよい。なお、固定板412を設けずに、水平板411と太陽電池セル5とが、所定の角度θをなすように固定されるようにしてもよい。
また、固定面41cが水平に対して常に所定の角度θを維持するように構成されていればよいので、角度調整部41に水平面41bがなくてもよい。例えば、図8のように、角度調整部41を略四角柱形状として、固定面41cが水平(同図において、破線で示している。)に対して常に所定の角度θを維持するように、おもり固定部42を介して、おもり43を取り付けるようにしてもよい。すなわち、セル搭載部4をX軸の正方向から見た場合(図8参照)に、セル搭載部4全体の重心Gと貫通孔41aとを結ぶ直線が固定面41cとなす角度が(90°−θ)になるように、おもり43の位置を調整すればよい。
図9は、図7(c)に示すセル搭載部4において、水平板411と固定板412とがなす角度を変更できるようにしたものである。すなわち、水平板411と固定板412との固定部分を、例えば蝶番構造とし、水平板411に設けられたガイド部44を固定板412に取り付けた可動部45が図の破線矢印方向に移動して、ロック部46で固定できるようにしている。この場合、水平板411と固定板412とがなす角度を変更することができる。したがって、緯度が異なる地域で用いる場合など、所定の角度θを変更する場合に、ガイド部44における可動部45の位置を調整して固定することで、水平板411と固定板412とがなす角度を所定の角度θに変更することができる。なお、水平板411と固定板412とがなす角度を変更する方法は、限定されない。
さらに、図9に示すセル搭載部4において、可動部45のガイド部44における固定位置を、季節や日付によって自動で変更できるようにしてもよい。例えば、可動部45にガイド部44を移動するための駆動機構を設け、季節や日時に対応したガイド部44上の位置(または、所定の角度θ)をメモリから読み出して、対応する位置に可動部45を移動させればよい。太陽の南中高度に応じて可動部45の固定位置を自動で変更することで、所定の角度θを自動で変更し、太陽電池セル5の受光面5aができるだけ太陽光を垂直に受光できるようにすれば、発電効率をより良くすることができる。
上記第1実施形態においては、おもり43(43’)を用いて水平面41bが水平になるようにしているが、これに限られない。例えば、角度調整部41を絶縁油などの流動体に浮かべるようにして、水平面41bを水平にするようにしてもよい。この場合を、第2実施形態として、以下に説明する。
図10は、第2実施形態に係る太陽電池モジュールを説明するための図であり、図3に対応する図である。図10において、第1実施形態に係る太陽電池モジュールA(図3参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
太陽電池モジュールA’は、おもり43によって水平面41bを水平にする代わりに、角度調整部41を絶縁油に浮かべるようにして、水平面41bを水平にする点で、第1実施形態に係る太陽電池モジュールAと異なる。
ケース1’は、内側に、X軸方向の壁が設けられており、各セル搭載部4’を収納する空間に分けられている。各空間には絶縁油6が入れられており、各セル搭載部4’が絶縁油6の上に浮いている状態になっている。各空間の絶縁油6の表面が水平になるので、角度調整部41の水平面41bも水平になる。水平面41bと固定面41cとがなす角度は所定の角度θなので、固定面41cは、水平に対して角度θだけ傾いた状態になる。したがって、固定面41cに固定されている太陽電池セル5の受光面5aは、水平に対して所定の角度θだけ傾いた状態になる。なお、各空間に入れられる流動体は絶縁油6に限定されず、太陽電池セル5や接続線を完全に絶縁された状態にできるのであれば、水などの他の液体にしてもよい。また、液体に限定されず、例えば、細かい砂やプラスチックの微粉末などの流動体であってもよい。ケース1’を傾けたときに表面が水平になるものであればよい。
図11は、太陽電池モジュールA’を斜面に設置した状態を説明するための図である。なお、各図は、それぞれ図3に対応する図である。
同図(a)は、太陽電池モジュールA’を南北方向に角度αだけ傾斜(北側が高い)した斜面に設置した状態を示している。図に示すように、ケース1’が水平に対して角度αだけ傾斜しているが、絶縁油6によって、水平面41bは水平に維持されている。したがって、太陽電池セル5の受光面5aは、水平に対して所定の角度θだけ傾いた状態になる。
同図(b)は、太陽電池モジュールA’を南北方向に角度βだけ傾斜(南側が高い)した斜面に設置した状態を示している。図に示すように、ケース1’が水平に対して角度βだけ傾斜しているが、絶縁油6によって、水平面41bは水平に維持されている。したがって、太陽電池セル5の受光面5aは、水平に対して所定の角度θだけ傾いた状態になる。
第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、どのような傾斜の場所に設置した場合でも、太陽電池セル5の受光面5aを、水平に対して角度θだけ傾けた状態にすることができる。したがって、第1実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。
本発明に係る太陽電池モジュールは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る太陽電池モジュールの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
A,A’ 太陽電池モジュール
1,1’ ケース
2 蓋
3 支持軸
4,4’ セル搭載部
41,41’ 角度調整部
41a 貫通孔
41b 水平面
41c 固定面
411 水平板
412 固定板
42 おもり固定部
43,43’ おもり
44 ガイド部(角度変更手段)
45 可動部(角度変更手段)
46 ロック部(角度変更手段)
5 太陽電池セル
6 絶縁油(流動体)

Claims (8)

  1. 太陽電池セルと、
    前記太陽電池セルが搭載されるセル搭載手段と、
    前記セル搭載手段が収納されるケースと、
    前記セル搭載手段を前記ケースに対して回動可能に支持する支持軸と、
    を備えており、
    前記セル搭載手段は、前記太陽電池セルの受光面が水平に対して所定の角度となる状態を維持する、
    ことを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記セル搭載手段は、水平に維持される水平面を有する角度調整手段を備えており、
    前記太陽電池セルの受光面と前記水平面とは、前記所定の角度で固定されている、
    請求項1に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記角度調整手段は、前記水平面を有する水平板と、前記太陽電池セルが固定される固定板とを備えており、
    前記水平板と前記固定板とがなす角度が前記所定の角度である、
    請求項2に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記角度調整手段は、前記所定の角度を変更する角度変更手段をさらに備えている、
    請求項3に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記角度変更手段は、太陽の南中高度に応じて前記所定の角度を変更する、
    請求項4に記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記角度調整手段は、前記太陽電池セルが固定される固定面を備えており、
    前記水平面と前記固定面とがなす角度が前記所定の角度である、
    請求項2に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記セル搭載手段は、前記角度調整手段の水平面を水平に維持するための、前記角度調整手段に固定されたおもりを、さらに備えている。
    請求項2ないし6のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記ケース内部には流動体があり、
    前記セル搭載手段が前記流動体上に浮揚することで、前記角度調整手段の水平面が水平に維持される、
    請求項2ないし6のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
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