太陽追尾型太陽光発電：スタジアムのための革新的なソリューション

スポーツ施設における持続可能なエネルギーソリューションへの大きな一歩として、イタリアのサレルノ大学とナポリ・フェデリコ2世大学の研究者らは、中小規模のスポーツスタジアム向けに特別に設計された革新的な太陽光発電（PV）システムを設計しました。この画期的な設計は、スタジアム建築において太陽エネルギーを活用するための斬新なアプローチを提示しています。

新開発の太陽光発電システムは、金属製屋根モジュールと軽量でフレキシブルな太陽光発電パネルを巧みに組み合わせたものです。その最も注目すべき特徴の一つは、その軽量構造と「並外れた」剛性です。本研究の責任著者であるフェルナンド・フラテルナーリ氏によると、太陽追尾機構を作動させるために設計された展開構造は、細心の注意を払って製作されたとのことです。「太陽追尾機構の展開構造は、既存のスタジアムに容易に設置できるように設計されています」とフラテルナーリ氏はpv magazineに語っています。「既存の屋根の上に設置された支持構造にバスケーブルを適切に接続することで、あらゆるスタジアムの屋根にシームレスに統合できます。」

権威ある学術誌『Thin-Walled Structures』に掲載された「太陽追尾機能を備えたソーラースタジアム屋根用テンセグリティ構造」と題された論文の中で、研究チームは提案設計の詳細を詳細に検討しました。彼らはこれをクラス4のテンセグリティシステムに分類し、構造の完全性は張力部材の平衡状態に左右されると述べています。

研究者たちは、Vエクスパンダーと呼ばれる屋根構造についてさらに詳しく説明しました。この用語は、テンセグリティ構造にV字型の剛性支柱を組み込んだものを指します。「ルネ・モトロが著名な教科書で紹介したオリジナルのVエクスパンダーは、8本のバーをそれぞれ4本ずつ2つのグループに分け、それぞれ等しい長さで配置したV字型のシステムです」と研究者たちは説明します。「私たちのバリエーションは、8本のバーと7本のケーブルで構成されるクラス4のテンセグリティ構造です。」

提案された太陽光発電屋根カバーは、太陽追尾型太陽光発電パネルを搭載した三角形の金属屋根モジュールを基盤としています。傾斜機構を駆動する動きは、適切な位置に戦略的に配置されたウインチによって開始されます。バスケーブルの残長を調整することで、システムは驚くほど低いエネルギー消費量で移動を実現します。

「太陽追尾戦略にはテンセグリティ駆動技術が採用されており、これは支柱に連結されたバスケーブルの静止長を調整することで制御されます」と研究者らは指摘しています。「この機構により、PVストリップで覆われた軽量の屋根板が最適な傾斜角を持ち、太陽エネルギーの吸収を最大化することができます。PVストリップは、アモルファス薄膜セル、有機PVセル、またはフレキシブルPVパネルから製造できます。さらに、構造解析時に重量を慎重に考慮すれば、より従来型のPVパネルも使用できます。」

提案されたアプローチは、ソーラールーフの年間発電量を大幅に向上させると言われています。固定傾斜のソーラールーフと比較して、発電量を最大54%増加させることができます。「局所的に太陽を追尾するこの戦略は、冬季に特に有利であることが証明されており、発電量を最大80%増加させます」と研究者らは強調しています。「静止時には、この昇降構造は軽量のテンセグリティシステムとして機能します。」

研究グループは、このシステムにはさらなる最適化の大きな可能性があると考えています。彼らは、サブユニットを様々な傾斜角で配置したり、2軸太陽光トラッカーを使用したりすることで、システムの性能を向上させることができると示唆しています。「ソーラースタジアムの設計戦略をさらに強化するには、最大27～28%の効率を達成できる高効率シリコン太陽電池の採用や、両面発電セルの統合などが考えられます」と研究グループは結論付けています。「さらに、テンセグリティスタジアムのコンセプトは大規模スタジアムにも対応できるようスケールアップ可能であり、スポーツ業界における持続可能なエネルギーソリューションの新たな可能性を切り開くでしょう。」