JP2008066632A - Mechanism for tracking elevation angle for solar panel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はソーラーパネルの仰角追尾機構、具体的には水平方向に太陽を追尾する機構を設けたソーラーパネルの取付構造に、太陽の高度位置を追尾して、ソーラーパネルの傾斜角度を自動的に変更していくことのできるソーラーパネルの仰角追尾機構に関する。 The present invention automatically adjusts the inclination angle of the solar panel by tracking the altitude position of the solar panel to the solar panel mounting structure provided with a solar panel elevation angle tracking mechanism, specifically a mechanism for tracking the sun in the horizontal direction. The present invention relates to a solar panel elevation tracking mechanism that can be changed.
従前、自然エネルギーを利用した蓄電、発電装置として太陽光を用いるソーラーパネルは最もポピュラーなものとされ、その利用率も大きなものとなっている。このソーラーパネルを最も効率よく使用するにはソーラーパネルを太陽光に対して少しでも直角に設定することである。 Conventionally, a solar panel using sunlight as a power storage and power generation device using natural energy is regarded as the most popular, and its utilization rate is also large. The most efficient use of this solar panel is to set the solar panel at a right angle to the sunlight.
ここで、従来は日の出から日没までの間、天空に位置する太陽の位置を追尾し、水平回転する太陽追尾構造は幾つかのものが開陳され、その高さ位置に関しては予めの計算によってソーラーパネルの仰角を設定し、人為的に固定しておくことが一般的となっていた。
本発明が解決しようとする問題点は、従来、ソーラーパネルの取り付けに関して、水平方向に回動して太陽を追尾する構成のものはあるが、その太陽の高さ位置に対応してこれを追尾し、仰角を自動的に変更する機構は存在していなかったという点である。 The problem to be solved by the present invention is that, with respect to the installation of the solar panel, there is a structure that tracks the sun by rotating in the horizontal direction, but this is tracked corresponding to the height position of the sun. However, there is no mechanism for automatically changing the elevation angle.
この問題点を解決するために、本発明に係るソーラーパネルの仰角追尾機構は支持ポールの一部に太陽の位置を追尾して水平方向に回転するソーラーパネルを備え、そのソーラーパネルはブラケットにホルダーを介して一つの枢動軸で枢動可能に取り付けられ、かつ、前記ホルダーが設けられるフレームの下面には取り付け部材を介して回転体を備え、その回転体を太陽の角度に追随する傾斜を付けたリング状レールの上面と転接させてあることを特徴とし、前記した回転体は防水、防錆型のローラーとしたことを特徴とし、前記したリング状レールはステンレス等の防錆材で成形され、前記した回転体の軌跡に合わせ、捻りを加えてあることを特徴としている。 In order to solve this problem, the elevation angle tracking mechanism of the solar panel according to the present invention is provided with a solar panel that tracks the position of the sun and rotates horizontally in a part of the support pole, and the solar panel is attached to the bracket. The frame is provided with a rotating body on the lower surface of the frame on which the holder is provided, and the rotating body is inclined to follow the angle of the sun. It is characterized in that it is in rolling contact with the upper surface of the attached ring-shaped rail, the aforementioned rotating body is a waterproof, rust-proof type roller, and the aforementioned ring-shaped rail is made of a rust-proof material such as stainless steel. It is formed and twisted in accordance with the locus of the rotating body described above.
また、本発明に係るソーラーパネルの仰角追尾機構は前記したリング状レールの下方には下方からの風圧によりソーラーパネルの反転を防止するストッパーを備えていることを特徴としている。 Further, the elevation angle tracking mechanism of the solar panel according to the present invention is characterized in that a stopper for preventing the solar panel from being reversed by wind pressure from below is provided below the ring-shaped rail.
本発明に係るソーラーパネルの仰角追尾機構は上記のように構成されている。そのため、太陽の軌道を追尾して水平方向へ回動するとともに、この水平方向への回動の始点から終点までの間、この回転運動が垂直運動に変換され、始点部から仰角をプラス角度で増加し、南天(最大点)を境としてマイナス方向へ減じていくように滑らかな動きとなって仰角を変更していく。従って、ソーラーパネルは常に太陽光に対して直角に近く保持され、最大に近い効果を得ることができるものとなっている。 The elevation angle tracking mechanism of the solar panel according to the present invention is configured as described above. For this reason, the sun's trajectory is tracked and rotated in the horizontal direction, and from the start point to the end point of the rotation in the horizontal direction, this rotational motion is converted into a vertical motion, and the elevation angle from the start point is a positive angle. The elevation angle changes with a smooth movement that increases and decreases in the negative direction from the southern sky (maximum point). Therefore, the solar panel is always held close to the right angle with respect to sunlight, and an effect close to the maximum can be obtained.
図面として示す実施例のように構成することで実現した。 This is realized by configuring as in the embodiment shown in the drawings.
次に、本発明の好ましい実施の一例を図面を参照して説明する。図1は本発明を実施したソーラーパネルの仰角追尾機構を示し、南天時位置の状態を示す図、図2は同じくリング状レールを示す平面図、図3は同じくソーラーパネルの日の出、日の入り時位置の状態を示す図、図4は同じくソーラーパネルの水平方向回動機構を示す図、図5は同じく要部を示す図、図6は同じく制御系の回動アームとリミットスイッチの配置を示す平面図である。 Next, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing an elevation angle tracking mechanism of a solar panel embodying the present invention, showing a state at a south sky position, FIG. 2 is a plan view showing the ring-shaped rail, and FIG. 3 is also a position at sunrise and sunset of the solar panel. FIG. 4 is a view showing the horizontal rotation mechanism of the solar panel, FIG. 5 is a view showing the main part, and FIG. 6 is a plan view showing the arrangement of the rotation arm and limit switch of the control system. FIG.
これらの図を参照し、まず、図4乃至図6によって本発明の前提となるソーラーパネルの水平方向の回動機構を説明する。これらの図にあって1は中空状をした支持ポールであり、この支持ポール1は屋外の地表面にコンクリートによる基礎を打ち、その基礎上に下端に形成されたフランジのボルト孔を介し、アンカーボルトによって固定立設されるものとなっている。 With reference to these drawings, first, a horizontal rotation mechanism of a solar panel which is a premise of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, reference numeral 1 denotes a hollow support pole. This support pole 1 hits a concrete foundation on an outdoor ground surface, and is anchored through a bolt hole of a flange formed at the lower end on the foundation. It is fixedly installed by bolts.
また、前記した支持ポール1の上端には風力発電用の風車装置を付加することも可能で、後述するソーラーパネルと併せ、自然エネルギーを利用して電力を得ることができるようにすることができる。 Further, it is possible to add a wind turbine device for wind power generation to the upper end of the support pole 1 described above, and in combination with a solar panel described later, it is possible to obtain electric power using natural energy. .
この支持ポール1の中程にはエルボ状とした取り付けアーム2が一体的に突設されている。この取り付けアーム2の支持ポール1への取り付け部分には環状のフランジ3が形成され、このフランジ3の外方には取り付けアーム2の基端を補強するリブ4、4‥が放射状に設けられている。このフランジ3は支持ポール1の外周壁面に設けられた受フランジ5と面当接され、ボルト等の固定手段によって固定されている。この受フランジ5にも支持ポール1との支持を補強するリブ4、4‥が設けられている。
In the middle of the support pole 1, an elbow mounting arm 2 is integrally projected. An annular flange 3 is formed at a portion of the mounting arm 2 attached to the support pole 1, and
また、前記した取り付けアーム2の直角に上方に曲折された先端部分には補強リブ4、4‥を介して座板6が一体的に設けられており、この座板6の上面周縁にはカバー7がパッキンを介してネジ止め固定されている。このカバー7は天面中央に透孔が形成され、その透孔に円筒状をしたケーシング8が挿通されて備えられている。このケーシング8の外周上方寄りには環状の係止段部8aが一体に形成されており、その係止段部8aと係合させ、上方より固定フランジ9をパッキンを介してカバー7にネジ止めすることでケーシング8の位置決めがなされている。尚、10はカバー7内の点検用窓孔を開閉する窓蓋を示している。
Further, a
前記したケーシング8内の中央には上下端部を各々突出させて回転シャフト11が挿通されている。この回転シャフト11の上下突出部の外周にはS形のオイルシール12、12が取り付けられるとともにケーシング8内の上下位置ではベアリング13、13がベアリング押え14、4により摺接され、回転を補強されている。
A rotating shaft 11 is inserted through the center of the casing 8 with the upper and lower ends protruding from the center. S-
回転シャフト11の上方突出端には回転テーブル15が、その下方の筒状部により被冠状態で装着され、その筒状部に対し、回転シャフト11の側面からネジ15aによって固着され、この回転テーブル15を回転シャフト11と同期して回転するように構成している。 A rotary table 15 is mounted on the upper projecting end of the rotary shaft 11 in a crowned state by a cylindrical portion below the rotary table 11, and is fixed to the cylindrical portion by a screw 15 a from the side surface of the rotary shaft 11. 15 is configured to rotate in synchronization with the rotating shaft 11.
また、前記したカバー7の上面にはその透孔と対応させ、メカニックを風雨や塵埃から防護するキャップカバー16が取り付けられており、このキャップカバー16の天面には、下端に取り付けフランジを有するブラケット17が前記取り付けフランジにネジを挿通し、締結することで固着されている。このブラケット17の上端には略45度のテーパ状部が形成されており、略中央上部位置には単一の枢支軸(パネル回転運動支点)17aによってソーラーパネル18のホルダー19が枢動可能に支持されている。このホルダー19の上側にはフランジ19aが設けられ、そのフランジ19aを介してソーラーパネル18が取り付けられたフレーム20が固着されている。
Further, a cap cover 16 is attached to the upper surface of the cover 7 so as to correspond to the through hole and protect the mechanic from wind and rain and dust. The top surface of the cap cover 16 has a mounting flange at the lower end. The bracket 17 is fixed by inserting a screw through the mounting flange and fastening it. The bracket 17 is formed with a taper portion of approximately 45 degrees at the upper end, and the holder 19 of the
このフレーム20の下面でブラケット17の頂面のテーパ状部の下端側にはローラーホルダー40が取り付けられ、このローラーホルダー40の先下端には防水、防錆型のローラ41が回転自在に備えられている。一方、図中42はカバー7の上面にキャップカバー16を囲むように設けられたリング状レール(仰角検出軌跡板)であり、このリング状レール42は各地域の南天時の太陽最高位置に合わせて傾斜させた形状となっている。また、このリング状レール42は傾斜させた上面に前記ローラ41を転接させるため、完全な円軌道とはならず偏心し、位置ずれを生じる虞があるため捻りを加えたものとなっている。
A roller holder 40 is attached to the lower surface of the tapered portion of the top surface of the bracket 17 on the lower surface of the
また、図中43はリング状レール42の下面とカバー7の上面との間に設けられたストッパーで、このストッパー43はソーラーパネル18が一支軸17aで枢支され、仰角方向に自在に枢動するため、下方からの風で煽られ、上方へ回動してしまうことを未然に防止している。
In the figure, reference numeral 43 denotes a stopper provided between the lower surface of the ring-
一方、前記した回転シャフト11の下端には大歯車21の中心部が嵌着されている。22はその大歯車21の押え板である。この大歯車21はモータ23のモータ軸に備えられた小歯車24と噛合され、減速回転しながら回転シャフト11を回転させ、その回転力を伝達させて最終的にソーラーパネル18を回動させることとなる。23aはモータ23の取り付けベースを示している。
On the other hand, the central portion of the large gear 21 is fitted to the lower end of the rotating shaft 11.
また、前記した回転機構には回転角度を検出するためのエンコーダ25が小歯車24に装着されて備えられており、26はそのエンコーダ25と対応する高周波センサーである。この高周波センサー26はモータ23の取り付けベース23aに備えられた金具により取り付けられるが、本実施例にあってこの金具26aは取り付けベース23aと高周波センサー26との間隔を常に適正に保持するためのスペーサとしても効を奏するようになっている。 The rotating mechanism is provided with an encoder 25 for detecting a rotation angle attached to a small gear 24, and 26 is a high-frequency sensor corresponding to the encoder 25. The high-frequency sensor 26 is attached by a metal fitting provided on the attachment base 23a of the motor 23. In this embodiment, the metal fitting 26a is a spacer for always maintaining an appropriate distance between the attachment base 23a and the high-frequency sensor 26. It has come to be effective as well.
さらに、前記した座板6上にはブレーキホルダー27が固定され、このブレーキホルダー27にはコイルスプリング28が収容され、そのコイルスプリング28の先端には大歯車21の底面と当接摺接するように押し付けられるブレーキシュー29が取り付けられている。このブレーキ機構により大歯車21をディスクとして回転が制御されるので回転機構としての精度はさらに向上する。また、防錆のため、少なくとも大歯車21の底面には防錆処理加工を施すか、大歯車21自体を防錆の金属で成形することとなる。
Further, a brake holder 27 is fixed on the
そして、図中30は座板6の周縁端部近くに固着されている取り付け金具であり、この取り付け金具30の上面にはリミットスイッチ31が取り付けられている。一方、前記した押え板22の下面には回動アーム32の基端が固着されており、この回動アーム32の先端には前記したリミットスイッチ31を操作する屈曲板もしくは操作子33が備えられている。即ち、回動アーム32は大歯車21と同期して回動し、一定角度の回転をするとリミットスイッチ31を操作してその回動を制御することができるものとしている。
In the figure, reference numeral 30 denotes an attachment fitting fixed near the peripheral edge of the
また、本実施例にあってリミットスイッチ31は回転機構の回動原点(0度)位置、及び終点(157.5度)位置、及び非常停止用として原点プラス15度の位置の三箇所に配してあり、正常に作動しない場合の誤動作の防止と修正を図っている。 Further, in this embodiment, the limit switch 31 is arranged at three positions, that is, a rotation origin (0 degree) position and an end point (157.5 degrees) position of the rotation mechanism, and an origin plus 15 degrees position for emergency stop. Therefore, the malfunction is prevented and corrected when it does not operate normally.
ここで、本実施例におけるソーラーパネルの回動装置の制御系について説明すると、ソーラーパネル18による電力や風車の風力発電による電力はともにコントローラに入力され、インバータで変換されて、支持ポール1に取り付けられるメッセージ表示器の稼動やその他パイロット等用のLED発光に利用される。また、コントローラから入力された電力はその一部をシール型鉛蓄電池に充電して確保する構成としてあり、このコントローラ、インバータ、鉛蓄電池等は支持ポール1の近傍に設置されるアースをとられた制御ボックス内に収容される。
Here, the control system of the solar panel rotating device in the present embodiment will be described. Both the electric power by the
また、ソーラーパネル18の回動角度制御について、エンコーダ25はモータ23による回転駆動となるが、標準的に取り付けアーム2に対し、右側に原点センサー、左側に終点センサーが設けられ、標準的に日照時間を午前6時〜午後6時を時間的駆動範囲とするが、夏冬やそれぞれ補正を行うことが可能とされる。
As for the rotation angle control of the
前記した原点センサー、終点センサーが入力されて活性化されると、その信号は原点センサーの信号発生器と角度検出センサー(高周波センサー26)の角度パルス発生器に入力され、所定電圧パルスを発生させる。エンコーダ25の回転は角度検出センサーで逐次検出して角度パルス発生器に入力し、そのパルス信号を角度検出カウンターで計測する。鉛蓄電池からの出力はインバータで変換されてモータ23に与えられる。 When the origin sensor and end point sensor described above are input and activated, the signals are input to the origin sensor signal generator and the angle pulse generator of the angle detection sensor (high frequency sensor 26) to generate a predetermined voltage pulse. . The rotation of the encoder 25 is sequentially detected by an angle detection sensor and input to an angle pulse generator, and the pulse signal is measured by an angle detection counter. The output from the lead storage battery is converted by an inverter and applied to the motor 23.
ソーラーパネル18の初期設定は当該時の太陽位置を緯度経度で算出してなされ、その時刻と合わせてセットし、時間設定スイッチと補正スイッチを用いて時間と位置の設定を終了する。時間監視タイマは水晶発振器で励起されるもので、その一時間毎のパルス信号と一時間歩進タイマとのアンドを理論上とって、フリップフロップのセット信号とする。角度検出カウンターは360度を24時間で割った角度である15度となるまでパルス信号は発生しないため、正転信号としてモータ23を駆動する。
The initial setting of the
この正転信号でモータ23は15度(一時間分)回動して停止する。この時、時間監視タイマ以外では電力を使うことなく省電力となる。時間監視タイマから一時間経過の信号が入力されると歩進タイマは直前の時間に一時間を加えた時間信号とのアンドによるセット信号となり、再び15度回動して停止する。 With this normal rotation signal, the motor 23 rotates 15 degrees (one hour) and stops. At this time, power is saved without using power except for the time monitoring timer. When a signal indicating that one hour has elapsed is input from the time monitoring timer, the stepping timer becomes a set signal by AND with a time signal obtained by adding one hour to the immediately preceding time, and again rotates 15 degrees and stops.
上記した動作を逐次繰り返して、ソーラーパネル18は午後6時の位置、即ち終点センサーの位置まで回動する。この終点センサーによって終点信号発生器から逆転のための準備としてフリップフロップの前段アンド回路へ入力され、歩進タイマからのセット信号となって逆転を開始し、初期の原点センサー位置まで復元して停止する。この時点で翌日の日の出の待機状態となる。
The above-described operation is sequentially repeated, so that the
ここで、回動アーム32(ソーラーパネル18の位置)が原点(0度:午前6時の位置)で信号を捕らえることができなかった場合、この回動アーム32はこの原点位置を過ぎて回動してしまうが、バックアップ用として、その原点位置に15度をプラスした角度位置にもリミットスイッチ31を配備したことで、これを修正し、正規の位置に戻してやることができるようになり、誤動作を未然に防止することができる。 Here, when the rotation arm 32 (position of the solar panel 18) cannot capture the signal at the origin (0 degree: position at 6 am), the rotation arm 32 rotates past the origin position. However, as a backup, the limit switch 31 is also provided at an angular position with 15 degrees added to the origin position, so that this can be corrected and returned to the normal position. It is possible to prevent malfunction.
また、正常運転中にソーラーパネル18に何らかの外力が加わり、原点側へ移動させられた時、絶対時間と装置内部の時計(時間)に遅れが生じてしまう。そして、さらに移動して、午後6時の終点位置で信号が出なかった時、絶対時間の午後7時で原点に復帰する動作とし、原点信号を確認して停止する。その後、待機状態で午前6時まで停止を保持する絶対時間優先処理、即ち、時間差を修正して絶対時間に合わせこみ正常運転とする。
In addition, when some external force is applied to the
上記の制御はソーラーパネル18が終点側に移動させられた時にも対処し、この場合、内部時計1時間に進みが生じるが、そのまま移動して終点信号を確認すると原点に戻る動作をし、原点信号を確認して停止する。そして、絶対時間の午前6時まで停止状態を保持し、時間差を修正して再び起動するものとしている。
The above control is also dealt with when the
更に、ソーラーパネル18の動作が原点と終点の間で停止してしまった際には絶対時間の午後7時で直ちに原点に戻り待機状態とし、その停止状態を保持する。
Further, when the operation of the
そして、ソーラーパネル18が終点信号を捕らえず、その終点を過ぎてしまった時は、午後7時30分(157.5度)のリミットスイッチ31が入力され、原点に戻り、絶対時間の午後7時以降翌朝の午前6時まで待機し、午前7時で正常回転を開始する。
When the
本実施例に係るソーラーパネルの仰角追尾装置は上記のように構成されている。本実施例では支持ポール1を地表に固定立設させたものとし、ソーラーパネル18を水平回動させるようにしてあるが、これにこだわらず、支持ポール1を横方向に架設し、取り付けアームを立設、垂設する等の設計変更も可能ある。
The elevation angle tracking device for a solar panel according to the present embodiment is configured as described above. In this embodiment, it is assumed that the support pole 1 is fixedly erected on the ground surface, and the
1 支持ポール
2 取り付けアーム
3 フランジ
4 補強リブ
5 受フランジ
6 座板
7 カバー
8 ケーシング
9 固定フランジ
10 窓蓋
11 回転シャフト
12 オイルシール
13 ベアリング
14 ベアリング押え
15 回転テーブル
16 キャップカバー
17 ブラケット
18 ソーラーパネル
19 ホルダー
20 フレーム
21 大歯車
22 押え板
23 モータ
24 小歯車
25 エンコーダ
26 高周波センサー
27 ブレーキホルダー
28 コイルスプリング
29 ブレーキシュー
30 取り付け金具
31 リミットスイッチ
32 回動アーム
33 操作子
40 ローラーホルダー
41 ローラ
42 リング状レール
43 ストッパー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support pole 2 Mounting arm 3
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