太陽光発電架台システム

太陽光発電マウントシステム（ソーラーモジュールラックとも呼ばれる）は、屋根、建物のファサード、地面などの表面にソーラーパネルを固定するために使用されます。 ^[1]これらのマウントシステムは通常、屋根にソーラーパネルを後付けしたり、建物の構造の一部として取り付けたりすることを可能にします（BIPVと呼ばれます）。^[2]太陽光発電（PV）モジュールの相対的なコストが低下するにつれて、^[3]ラックのコストがより重要になり、小規模なPVシステムではラックが最も高価な材料コストになる可能性があります。^[4]これにより、DIYアプローチを展開する小規模ユーザーに関心が寄せられています。^[5]これらの傾向により、新しいラックのトレンドが爆発的に増加しました。これらには、最適ではない向きと傾斜角度、新しいタイプの屋根マウント、地上マウント、キャノピー、建物統合、シェーディング、垂直マウント、フェンスシステムが含まれます。

太陽電池は、その表面が太陽光線に対して垂直のときに最もよく機能し（単位時間あたりのエネルギーが最も多く）、太陽光線は一日や季節を通じて絶えず変化します（太陽の軌道を参照）。モジュールの年間エネルギー収量を最大化するために、固定されたPVモジュール（太陽光トラッカーなし）をアレイの位置の緯度と同じ角度に傾けるのが一般的です。たとえば、熱帯地方の屋上PVモジュールは、パネル表面の傾斜が水平方向に近い場合に、年間エネルギー収量が最大になります。熱帯地方での研究では、低傾斜の屋上PVの向きは年間エネルギー収量にほとんど影響を及ぼさないことが示されましたが、PV外部日よけアプリケーションの場合、東向きのファサードと30〜40°のパネル傾斜が最適な場所と傾斜です。^{[6]最近の研究では、東西向きの}両面PVシステムなど、最適ではない向きにもいくつかの利点があることが示されています。^[7]

PV システムのソーラー アレイは、通常、数インチの隙間をあけて、屋根の表面と平行になるように屋上に設置できます。屋上が水平の場合、アレイは各パネルを斜めに並べて設置されます。屋根の建設前にパネルを設置する予定の場合は、屋根の材料を設置する前にパネルのサポート ブラケットを設置することで、それに応じて屋根を設計できます。ソーラー パネルの設置は、屋根の設置を担当する作業員が行うことができます。屋根がすでに建設されている場合は、既存の屋根構造の上に直接パネルを後付けするのは比較的簡単です。屋根の重量しか支えられないように設計されている少数の屋根 (多くの場合、基準に従って建設されていない) の場合、ソーラー パネルを設置するには、事前に屋根構造を強化する必要があります。改修の場合には必ず、耐候性シールに特に配慮する必要がある。傾斜屋根でも平らな屋根でも使用できる軽量のPVシステム設計は数多くあるが（例：プラスチックウェッジやPVポッド）、そのほとんどは押し出し成形されたアルミニウムレール（例：Unirac）に依存している。最近、張力ベースのPVラックソリューションがテストされ、重量とコストを削減することに成功した。^[8] 場合によっては、合成シングルに変更することで、取り除いた屋根材の重量でパネル構造の追加重量を補うことができる。屋根に取り付けられたソーラーパネルの設置では、パネル100ワットごとにサポートブラケットを設置するのが一般的である。^{[9] [10]}

地上設置型PVシステムは、通常、大規模な公共事業規模の太陽光発電所です。PVアレイは、地上設置型支持台に取り付けられたラックまたはフレームで固定された太陽電池モジュールで構成されています。 ^{[11] [12]}一般に、地上設置型PVシステムは、最適な傾斜角度と向きにすることができます（特に改修の場合に最適でない可能性がある屋根設置型システムと比較して）。

地上設置サポートには以下が含まれます。

• ポールマウントは地面に直接打ち込むか、コンクリートに埋め込むものです。
• コンクリートスラブや打設基礎などの基礎架台
• バラスト式基礎マウントは、コンクリートや鋼鉄の土台など、重量を利用して太陽光モジュール システムを所定の位置に固定し、地面を貫通する必要がありません。このタイプのマウント システムは、埋め立て地などの掘削が不可能な場所に適しており、太陽光モジュール システムの廃止や移転を簡素化します。

地上設置型は通常、コンクリートで固定された鋼鉄と、アルミニウムのレールで支えられたアルミニウム モジュールで構成されています。住宅レベルや商業レベルでも地上設置型がありますが、システムは単に小さく、1 列あたりの PV モジュールの数も少ない場合があります (例: 3)。^[13]北米などの一部の地域では、木材を使用した地上設置型 PV ラック (固定傾斜、^[4]トレリス ベース PV 用の固定傾斜^[14]および可変傾斜^[15]角度の両方) が従来の金属製ラックよりも安価になる可能性があるという証拠があります。これは世界的に当てはまるわけではなく、たとえばトーゴでは、金属製ラックは傾斜角度が低く、木製の梁が小さくても、設置単位電力あたりのコストが依然として低くなっています。^[4]木材と金属の相対価格は、世界中で最適な PV ラック材料を根本的にシフトさせます。^[16]木材価格は非常に不安定であるため、これは変化する可能性があります。^[17]

ソーラーパネルは高架ラックに取り付けることができるため、駐車場などの他の土地利用とスペースを共有できます。これにより、車に日陰を提供し、追加の土地利用を減らすことができますが、従来の地上設置型システムよりも、より広範囲の鉄製の支柱、基礎、ラック、および追加の人件費のためにかなり高価です。^{[18] [19] [20]これは、}木材などの低コストの建築材料を使用することで、いくらか削減できます。^[21]駐車場の上のPVキャノピーは、電気自動車の充電用の電力を供給するために使用できます。^[22]駐車場にはPVの潜在的な領域がかなりあります。たとえば、米国のウォルマートスーパーセンターごとに3.1MWのPVと100のEV充電ステーションの可能性があります。^[23] ポピュラーサイエンスは、駐車場の上に構築されたソーラーキャノピーが米国でますます一般的になりつつあり、大学のキャンパス、空港、商業オフィスビルの近くの駐車場に設置されていると報告しています。^{[24]ただし、} フランスはすべての大きな駐車場をソーラーパネルで覆うことを義務付けています。^[25]

さまざまなキャノピー構造も農業用として使用できます。

太陽光追跡装置は、機械的な複雑さとメンテナンスの必要性の増加を犠牲にして、モジュールあたりの生産エネルギーを増加させます。太陽の方向を感知し、光を最大限に当てるために必要に応じてモジュールを傾けたり回転させます。^{[26] [27]}

あるいは、固定ラックは、モジュールを所定の傾斜（天頂角）と所定の方向（方位角）で一日中固定したまま保持することができます。傾斜角は設置場所の緯度に等しいのが一般的です。システムによっては、季節に応じて傾斜角を調整するものもあります。^[28]

一方、東西向きのアレイ（例えば東西向きの屋根を覆うもの）が一般的に導入されています。このような設置では、個々の太陽光パネルから最大平均電力を生成できませんが、パネルのコストは追跡メカニズムよりも安くなっており、朝と夕方のピーク需要時には北向きまたは南向きのシステムよりも経済的に価値のある電力を供給できます。^[29]

建物一体型太陽光発電（BIPV）は、屋根（タイル）、天窓、ファサードなどの建物外壁の一部に従来の建築材料を置き換えるために使用される太陽光発電材料です。既存の建物にBIPVモジュールを後付けすることもできますが、新しい建物の建設に主電源または補助電源として組み込まれるケースが増えています。より一般的な非統合型システムに対する統合型太陽光発電の利点は、通常BIPVモジュールが置き換える建物の一部を建設するために使用される建築材料と労働力の費用を削減することで、初期費用を相殺できることです。^[30]

建物に適応した太陽光発電（BAPV）は、太陽電池モジュールを使用して太陽光発電窓を作成し^[31]、この方法で既存の建物を改造することもできます。いくつかのBIPV製品（例：PVシングル）^{[32] [33]}があり、PVが屋根材のすべてを構成し、従来のモジュールを屋根スレートに変換する方法があります。^[34]

ソーラーパネルは日よけ構造として設置することもできます。この場合、ソーラーパネルはパティオカバーの代わりに日陰を作ることができます。このような日よけシステムのコストは、特に必要な日陰全体をパネルで作る場合、標準的なパティオカバーとは一般的に異なります。標準的な PV アレイの重量は 3 ～ 5 ポンド/平方フィートなので、日よけシステムのサポート構造は通常のシステムでかまいません^。パネルが通常のパティオカバーよりも急な角度で設置されている場合、サポート構造をさらに強化する必要がある可能性があります。考慮されるその他の問題には、次のものがあります。

• メンテナンスのためのアレイ アクセスを簡素化します。
• 遮光構造の美観を維持するために、モジュールの配線を隠すことができます。
• 建物の周囲に蔓を生やすと配線に接触する恐れがあるため、避けなければならない。^{[9] [10]}

両面PVモジュールは垂直に設置してフェンスとして運用できます。たとえば、2005年に日本で開催され愛知万博で、両面PVはグローバルループの外側のフェンスとして機能しました。^[35] PVシステムは防雪フェンスにも使用できます。^[36]片面PVは既存のフェンスに金属製の結束バンドで固定して、非常に低コストのPVラックにすることができます。ある研究では、フェンスの種類と風荷重計算をカタログ化し、米国全土でのフェンスベースのラックの実現可能性を決定したところ、農業用フェンス（羊、ヤギ、豚、牛、アルパカ）の支柱の間に少なくとも1つのPVモジュールを配置できることがわかりました。^[37]フェンスの場合、クロスオーバーフェンスの長さが30m未満の場合、またはシステムが7つ未満の太陽光発電モジュールで設計されている場合（例：庭園）にはマイクロインバータの方がパフォーマンスが優れていましたが、ストリングインバータはより長いフェンス（例：農場）に適しています。^[38]

PVは防音壁や騒音壁の上に設置することも、その一部にすることもできます。スイスでは1989年から防音壁に設置されたPVが使用されています。PVモジュール技術だけでなく、太陽光発電防音壁（PVNB）の建設にもかなりの進歩がありました。^[39]ある州で防音壁に設置されたPVNBの設置容量は、米国最大の太陽光発電所の設置容量に匹敵しますが、PVNBのユニークな設置方法により、このようなシステムは従来の太陽光発電所よりもエネルギー生産のための土地利用率が優れています。^[40]ラックコストが削減されるため、PVNBは大規模なグリッド接続型PV設備を実装する最も安価な方法の1つです。^[41]現在、さまざまなPVNBシステムが機能するという十分な証拠があります。^[42]

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