JP2005005296A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い発電効率を有し、且つ、太陽電池パネルの設置面積を大幅に縮小することができる太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】太陽電池パネルの受光面が水平面に対して所定の傾斜角を有して南方位に固定された固定パネル１と、固定パネル１の左右端において連動して回動する一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗと、固定パネル１の上下端において連動して回動する一対の可動パネル２Ｎ、２Ｓとを備えている。一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗは、南北方向を回転軸として、太陽電池パネルの受光面が常に太陽に対向するように間欠的に回動する。一方、一対の可動パネル２Ｎ、２Ｓは、東西方向を回転軸として、太陽電池パネルの受光面が常に太陽に対向するように間欠的に回動する。また、一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗと一対の可動パネル２Ｎ、２Ｓは、固定パネル１背面に格納できるようになっている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電装置の技術的課題の一つとして、高い発電効率を有する太陽光発電装置の開発が挙げられる。太陽電池パネルを南方位に固定した場合、太陽方位および太陽傾斜角は変化するため、限られた時間帯しか太陽光発電に必要な日射量を確保することができず、発電効率は低下する。これに対して、発電量を確保するためには、太陽電池パネルが建物屋上や外壁に対して占める面積比率を大きくする必要が生じる。一方、太陽電池パネルを太陽光に追従させることにより、発電効率を上げる太陽光発電装置が考案されている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
実開平６−８２８６５号公報（第１−２頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１０−２５６５８５号公報（第２頁、第１図）
【特許文献３】
特開２０００−１５０９４３号公報（第３−５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、太陽電池パネルを太陽光に追従させる従来の太陽光発電装置では、発電効率を上げることは可能であるが、それのみの方策では太陽光発電装置の設置面積を大幅に縮小することはできない。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、高い発電効率を有し、且つ、太陽電池パネルの設置面積を大幅に縮小することができる太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る太陽光発電装置では、太陽電池パネルの受光面が水平面に対して所定の傾斜角に固定された固定パネルと、太陽電池パネルの受光面が太陽に対向するように間欠的に回動する可動パネルとを備えることを特徴とする。この際、前記可動パネルを複数備え、複数の前記可動パネルが連動して間欠的に回動することが好ましい。
ここで、固定パネルとは、受光面が水平面に対して所定の傾斜角に固定された太陽電池パネルのことであり、可動パネルとは、受光面が太陽に対向するように間欠的に回動する太陽電池パネルのことである。
本発明によれば、太陽電池パネルを可動させるための電力を消費しない固定パネルと、太陽方位および太陽傾斜角に応じて太陽電池パネルの受光面を太陽に対向させる可動パネルとを組み合わせて使用することにより、高い発電効率を実現することができる。
また、本発明に係る太陽光発電装置では、前記可動パネルが、前記固定パネル背面に格納されるようになっていてもよい。
本発明によれば、太陽光発電装置の設置面積を大幅に縮小することができるとともに、異常気象時には、可動パネルを固定パネル背面に格納することにより、可動パネルの損傷を防止することができる。
また、本発明に係る太陽光発電装置では、複数の前記可動パネルが、駆動伝達手段を介して共通の原動機により駆動されるようになっていてもよい。
本発明によれば、共通の原動機を使用することにより、太陽光発電装置のコストを低減することができる。
また、本発明に係る太陽光発電装置では、月日と時間による太陽方位および太陽傾斜角情報を格納する情報記憶手段を備え、当該情報記憶手段が有する太陽方位および太陽傾斜角情報に基づいて、前記可動パネルの受光面を太陽に対向させてもよい。
本発明によれば、太陽を追尾するための複雑な装置を必要とせず、信頼性の高い太陽光発電装置を実現することができる。
また、本発明に係る太陽光発電装置では、前記固定パネルと前記可動パネルに、半球状の突起物および通風孔の少なくともいずれかが配設されていてもよい。
太陽電池パネルの裏面に半球状の突起物を配設することにより、点在する各突起位置で乱流が発生し、大きな剥離流への成長が阻止されるものである。また、太陽電池パネルに通風孔を設けることにより、太陽電池パネルに対する風圧を低減することができる。
本発明によれば、多少の強風時でも安定的に電力を供給することができる。
また、本発明に係る太陽光発電装置では、前記固定パネルと前記可動パネルから得られる電力を蓄えておく蓄電手段が前記太陽光発電装置に備えられていてもよい。
本発明によれば、余剰電力を蓄えておき、必要に応じて前記余剰電力を消費することができるので、エネルギーロスをなくすことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下では、本発明を北半球で使用するものとして説明する。
図１は、本発明に係る太陽光発電装置の実施形態の一例を示すものである。なお、以下の図において、同一の構成要素には同一の符号を用いて説明を省略する。
この図に示すように、本実施形態による太陽光発電装置は、太陽電池パネルの受光面が水平面に対して所定の傾斜角を有して南方位に固定された固定パネル１と、固定パネル１の左右端において連動して回動する一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗと、固定パネル１の上下端において連動して回動する一対の可動パネル２Ｎ、２Ｓとを備えている。一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗは、南北方向を回転軸として、太陽電池パネルの受光面が常に太陽に対向するように間欠的に回動する。一方、一対の可動パネル２Ｎ、２Ｓは、東西方向を回転軸として、太陽電池パネルの受光面が常に太陽に対向するように間欠的に回動する。また、一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗと一対の可動パネル２Ｎ、２Ｓは、それぞれ固定パネル１背面に格納できるようになっている。
本実施形態による太陽光発電装置では、太陽電池パネルを可動させるための電力を消費しない固定パネル１と、太陽方位および太陽傾斜角に応じて太陽電池パネルの受光面を太陽に対向させる可動パネル２（以下、可動パネル２Ｅ、２Ｗ、２Ｎ、２Ｓを総称して可動パネル２と呼ぶ。）とを組み合わせて使用することにより、高い発電効率を実現することができる。
また、本実施形態による太陽光発電装置では、可動パネル２を固定パネル１背面に格納できるため、太陽光発電装置の設置面積を大幅に縮小することができるとともに、異常気象時には、可動パネル２を固定パネル１背面に格納することにより、可動パネル２の損傷を防止することができる。
さらに、本実施形態による太陽光発電装置では、その外形が上下左右対称になっており、機能美、景観上の効果も得られる。
【０００７】
図２は、可動パネル２の駆動装置の概略を示したものである。
固定パネル１背面には、太陽電池パネル格納アーム９が水平一方向に移動可能なように備えられている。太陽電池パネル格納アーム９の先端には、可動パネル２が軸３を回転軸として回動可能なように軸支され、太陽電池パネル格納アーム９の基端には、ウォーム軸６ｂが、太陽電池パネル格納アーム９の中心軸に沿って螺合挿通されている。ウォーム軸６ｂの他端は太陽電池パネル格納用ギアボックス１０に連結されている。
また、太陽電池パネル格納アーム９は、可動パネル２を回動するためのウォーム軸６ａを備えており、ウォーム軸６ａの一端は太陽電池パネル格納アーム９下部に軸支されている。ウォーム軸６ａの他端は、太陽電池パネル伏仰用ギアボックス８に連結されている鞘管７内に挿入されている。ウォーム軸６ａと可動パネル２は、ウォーム軸６ａ上を移動するボールナット４および、ボールナット４と可動パネル２に両端を軸支された太陽電池パネル伏仰リンク機構５を介して連結されている。
鞘管７とウォーム軸６ａとの係合部はネジ山が形成されておらず、六角形の断面形状となっている。可動パネル２を格納あるいは開放するために、太陽電池パネル格納アーム９が前後に移動する際、ウォーム軸６ａも太陽電池パネル格納アーム９とともに移動する。そこで、ウォーム軸６ａを鞘管７内に挿入することにより、ウォーム軸６ａが太陽電池パネル格納アーム９とともに移動できるようにするとともに、鞘管７とウォーム軸６ａとの係合部を六角形の断面形状とし駆動力を伝達できるようにしたものである。ここで、可動パネル２の開放とは、固定パネル１背面に格納された可動パネル２を固定パネル１背面から引き出す操作をいう。
また、太陽電池パネル格納用ギアボックス１０は、伝動軸１１ｂおよび太陽電池パネル格納用電磁クラッチ１３を介して原動機１４に連結されている。一方、太陽電池パネル伏仰用ギアボックス８は、伝動軸１１ａおよび太陽電池パネル伏仰用電磁クラッチ１２を介して共通の原動機１４に連結されている。共通の原動機１４を使用することにより、太陽光発電装置のコストを低減するためである。
【０００８】
なお、一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗを回動するためのウォーム軸６ａは順ネジに形成され、一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗを格納あるいは開放するためのウォーム軸６ｂは逆ネジに形成されている。一対の可動パネル２Ｎ、２Ｓを回動するためのウォーム軸６ａおよび一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗを格納あるいは開放するためのウォーム軸６ｂも同様である。
また、一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗを回動、格納あるいは開放するためのウォーム軸６ａ、６ｂと一対の可動パネル２Ｎ、２Ｓを回動、格納あるいは開放するためのウォーム軸６ａ、６ｂは、太陽電池パネル伏仰用ギアボックス８内および太陽電池パネル格納用ギアボックス１０内において直交して軸支されており、一対の可動パネル２Ｅ、２Ｗと一対の可動パネル２Ｎ、２Ｓが同時に回動、格納あるいは開放される機構になっている。
【０００９】
次に、可動パネル２の開放動作と回動動作を上記駆動装置の構成との関係において説明する。
先ず、可動パネル２が固定パネル１背面に格納されている状態から可動パネル２を開放する動作について説明する。この場合、太陽電池パネル格納用電磁クラッチ１３のみ連結状態にあり、太陽電池パネル伏仰用電磁クラッチ１２は切断状態にある。
原動機１４が駆動すると、その駆動力は、太陽電池パネル格納用電磁クラッチ１３、伝動軸１１ｂおよび太陽電池パネル格納用ギアボックス１０を介してウォーム軸６ｂに伝達される。ウォーム軸６ｂが回転すると、太陽電池パネル格納アーム９が外方に移動し、可動パネル２が開放状態となる。この間、ウォーム軸６ａは鞘管７内を滑動することにより、太陽電池パネル格納アーム９とともに移動する。
次に、可動パネル２の回動動作について説明する。この場合、太陽電池パネル格可動用電磁クラッチ１２のみ連結状態にあり、太陽電池パネル格納用電磁クラッチ１３は切断状態にある。
原動機１４が駆動すると、その駆動力は、太陽電池パネル伏仰用電磁クラッチ１２、伝動軸１１ａおよび太陽電池パネル伏仰用ギアボックス８を介して鞘管７に伝達される。鞘管７の回転に伴い、ウォーム軸６ａも回転し、ウォーム軸６ａに螺合するボールナット４がウォーム軸６ａ上を移動する。ボールナット４がウォーム軸６ａ上を移動すると、ボールナット４と可動パネル２に両端を軸支された太陽電池パネル伏仰リンク機構５を介して、可動パネル２が、太陽電池パネル格納アーム９先端の軸３を回転軸として回動するものである。
【００１０】
図３は、可動パネルの１日の動きを示したものである。
図３（ａ）は、午前８時における可動パネル２の状態を示したものである。太陽高度は未だ低く東方位にあるため、北側の可動パネル２Ｅおよび西側の可動パネル２Ｗの仰角が大きくなるとともに、南側の可動パネル２Ｓおよび東側の可動パネル２Ｅの伏角が大きくなる。
図３（ｂ）は、午前１０時における可動パネル２の状態を示したものである。太陽は南東方位にあり、太陽高度も午前８時に比べて高くなるため、北側の可動パネル２Ｎおよび西側の可動パネル２Ｗの仰角は午前８時の状態に比べて小さくなるとともに、南側の可動パネル２Ｓおよび東側の可動パネル２Ｅの伏角も午前８時の状態に比べて小さくなる。
図３（ｃ）は、正午における可動パネル２の状態を示したものである。太陽は南方位の高い位置にあるため、可動パネル２の伏仰角は０度に近くになる。
図３（ｄ）は、午後２時における可動パネル２の状態を示したものである。太陽は南西方位にあり、太陽高度も正午に比べて低くなるため、北側の可動パネル２Ｎおよび東側の可動パネル２Ｅの仰角が大きくなるとともに、南側の可動パネル２Ｓおよび西側の可動パネル２Ｗの伏角が大きくなる。
図３（ｅ）は、午後５時における可動パネル２の状態を示したものである。太陽高度は低く西方位にあるため、北側の可動パネル２Ｎおよび東側の可動パネル２Ｅの仰角は午後２時の状態より大きくなり、南側の可動パネル２Ｓおよび西側の可動パネル２Ｗの伏角も午後２時の状態より大きくなる。
【００１１】
図４は、本発明に係る太陽光発電装置の１日の主な制御の流れを示したものである。図中、パネル格納駆動装置とは、原動機１４、太陽電池パネル格納用電磁クラッチ１３、伝動軸１１ｂ、太陽電池パネル格納用ギアボックス１０、ウォーム軸６ｂおよび太陽電池パネル格納アーム９から構成される駆動装置のことである。また、パネル伏仰駆動装置とは、原動機１４、太陽電池パネル伏仰用電磁クラッチ１２、伝動軸１１ａ、太陽電池パネル伏仰用ギアボックス８、鞘管７、ウォーム軸６ａ、ボールナット４および太陽電池パネル伏仰リンク機構５から構成される駆動装置のことである。
先ず、時刻測定が行われ（ステップＳ１）、異常気象が確認されない場合、午前７時になると、パネル格納駆動装置を起動する。その後、可動パネル２を開放状態にした後（ステップＳ２）、パネル格納駆動装置を停止する。
次に、パネル伏仰駆動装置を起動し、可動パネル２を回動可能な状態にする（ステップＳ３）。その後、１５分ごとに、パソコンなどの情報記憶手段に格納された月日別・時間別の太陽方位および太陽傾斜角情報に基づいて（ステップＳ４）、可動パネル２の受光面を太陽に対向させるとともに、太陽電池パネル伏仰角状態検知器（ステップＳ５）により可動パネル２の伏仰角の状態を確認する（ステップＳ６）。そして、検知された可動パネル２の伏仰角が月日別・時間別の太陽方位および太陽傾斜角情報と異なる場合には、可動パネル２の伏仰角の補正を行う。本実施形態による太陽光発電装置では、月日別・時間別の太陽方位および太陽傾斜角情報を利用することにより、太陽を追尾するための複雑な装置を必要とせず、信頼性の高い太陽光発電装置を実現することができる。本実施形態による太陽光発電装置では、併せて、降雪量、雨量、風向等を計測し（ステップＳ８）、異常気象の有無をチェックする（ステップＳ７）。
異常気象が確認された場合若しくは１８時（ステップＳ９）になると、パネル伏仰駆動装置を起動し（ステップＳ１０）、可動パネル２の伏仰角を０度にした後（ステップＳ１１）、パネル伏仰駆動装置を停止する。引き続き、パネル格納駆動装置を再び起動し、可動パネル２を固定パネル１背面に格納する（ステップＳ１２）。
なお、制御フローには示していないが、異常気象により可動パネル２を固定パネル１背面に格納した場合は、１５分ごとに異常気象の確認を行い、異常気象が確認されなくなった状態で、再び、可動パネル２を開放し、可動パネル２の受光面を太陽に対向させる動作を行う。
【００１２】
図５は、太陽電池パネルの風対策装置を示したものである。
本実施形態では、固定パネル１および可動パネル２の裏面に半球状の突起物２１を多数配設するとともに、固定パネル１面および可動パネル２面にはスリット状の通風孔２０が平行して多数設けられている。
固定パネル１および可動パネル２の裏面に半球状の突起物２１を配設することにより、点在する各突起位置で乱流が発生し、大きな剥離流への成長が阻止されるものである。また、固定パネル１面および可動パネル２面にスリット状の通風孔２０を多数設けることにより、固定パネル１および可動パネル２に対する風圧を低減することができる。これにより、多少の強風時でも安定的に電力を供給することができる。
【００１３】
なお、本実施形態による太陽光発電装置では、固定パネル１および可動パネル２から得られる電力を蓄えておくことのできる蓄電池などの蓄電手段を太陽光発電装置が備えていてもよい。これにより、余剰電力を蓄えておき、必要に応じて前記余剰電力を消費することができるので、エネルギーロスをなくすことができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高い発電効率を有し、且つ、太陽電池パネルの設置面積を大幅に縮小することができる太陽光発電装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽光発電装置の一例を示したものである。
【図２】可動パネルの駆動装置の概略図である。
【図３】可動パネルの１日の動きを示す図である。
【図４】本発明に係る太陽光発電装置の１日の制御フローを示す図である。
【図５】太陽電池パネルの風対策装置を示す図である。
【符号の説明】
１……固定パネル
２、２Ｎ、２Ｓ、２Ｅ、２Ｗ……可動パネル
４……ボールナット
５……太陽電池パネル伏仰リンク機構
６ａ、６ｂ……ウォーム軸
７……鞘管
８……太陽電池パネル伏仰用ギアボックス
９……太陽電池パネル格納アーム
１０……太陽電池パネル格納用ギアボックス
１１ａ、１１ｂ……伝動軸
１２……太陽電池パネル伏仰用電磁クラッチ
１３……太陽電池パネル格納用電磁クラッチ
１４……原動機
２０……通風孔
２１……半球状突起物

Claims (7)

1. 太陽電池パネルの受光面が水平面に対して所定の傾斜角に固定された固定パネルと、太陽電池パネルの受光面が太陽に対向するように間欠的に回動する可動パネルとを備えることを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記可動パネルを複数備え、複数の前記可動パネルが連動して間欠的に回動することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
3. 前記可動パネルを前記固定パネル背面に格納することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電装置。
4. 複数の前記可動パネルが、駆動伝達手段を介して共通の原動機により駆動されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽光発電装置。
5. 月日別、時間別の太陽方位および太陽傾斜角情報を格納する情報記憶手段を備え、当該情報記憶手段が有する太陽方位および太陽傾斜角情報に基づいて、前記可動パネルの受光面を太陽に対向させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽光発電装置。
6. 前記固定パネルと前記可動パネルに、半球状の突起物および通風孔の少なくともいずれかが配設されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽光発電装置。
7. 前記固定パネルと前記可動パネルから得られる電力を蓄えておく蓄電手段が備えられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の太陽光発電装置。

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