太陽光発電は再生可能エネルギーの主力であるが、従来の平置き型パネルは広大な設置面積を要し、山間部の環境破壊や都市景観の悪化、長距離送電ロス等の課題を抱えている。特に電力需要の大きい都市部では、限られたスペースでの発電量最大化と景観との調和が不可欠だが、既存のモジュール形状ではこれらの両立は困難であった。
本研究は、都市空間に馴染む優れた意匠性と、狭小地における高い実効発電性能を兼ね備えた「ソーラーツリー」の設計論の確立を目的とする。
この課題に対し、自然界の樹木形状を数学的に再現するパラメトリック記述法を提案し、葉の重なりによる自己陰影の影響を最小化する構造および配線設計を取り入れた。多様な日照条件下でのシミュレーションの結果、提案モデルは都市の狭小地において高い空間利用効率を発揮し、美観を維持しつつ十分な発電量が得られることを実証した。
本成果は、未利用空間の有効活用によるエネルギー地産地消を促進し、都市景観と調和した持続可能なエネルギーインフラの実装を可能にする。

Solar photovoltaic (PV) systems are a primary renewable energy source, but conventional flat-panel installations require vast land areas, leading to environmental degradation, landscape deterioration, and transmission losses. In urban areas with high power demand, maximizing power generation within limited spaces while harmonizing with the cityscape is essential, yet difficult to achieve with existing planar module designs. This study aims to establish a design methodology for “Solar Trees” that achieves both superior aesthetics suitable for urban spaces and high power generation efficiency in confined areas.
To address this, we propose a parametric description method that mathematically reproduces natural tree forms, incorporating structural and wiring designs to minimize the effects of self-shading from overlapping leaves. Simulations under various sunlight conditions demonstrated that the proposed models exhibit high spatial utilization efficiency in small urban spaces, securing sufficient power generation while maintaining aesthetic appeal. These results promote local energy generation by utilizing unused spaces, enabling the implementation of sustainable energy infrastructure that harmonizes with the urban landscape.

Akari Shimono, Yoshihiro Kawahara

関連論文/Related Publications
A. Shimono and Y. Kawahara, “Design of Tree-Mimicking Solar Photovoltaic System Achieving Both Power Generation and Acceptability,” Proc. of ACM Buildsys 2023, pp. 252-255, Istanbul, Turkiye, Nov. 2023.

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