JP2010238967A - 太陽光発電パネルの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の太陽光発電パネルの設置作業及びメンテナンスが容易な太陽光発電パネルの駆動装置を提供する。
【解決手段】太陽光発電パネル５がフレーム体６に対して高度方向Ｖに角度変更自在で、且つフレーム体６がベース部２上で方位方向Ｈに回転自在なため、結果として、太陽光発電パネル５の向きを高度方向Ｖ及び方位方向Ｈへ確実に駆動させることができる。ベース部２上にフレーム体６載せ、そのフレーム体６上に太陽光発電パネル５載せる構造のため、太陽光発電パネル５大型でも設置作業が容易である。また、太陽光発電パネル５が比較的低い位置にあるため、メンテナンスも容易である。
【選択図】 図４

Description

本発明は太陽光発電パネルの駆動装置に関するものである。

太陽光を受光して発電する太陽光発電パネルは、太陽に真っ直ぐ向けることで発電効率が高まることが知られている。そのため、太陽光発電パネルを支柱の頂部に設置し、それを高度方向及び方位方向へ回転自在に支持して、太陽を追尾するように制御している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１８０４８４号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、太陽光発電パネルを支柱の頂部の高い位置に設置するため、大型の太陽光発電パネルを設置しようとすると、作業が大変に困難なものとなる。また、太陽光発電パネルが高い位置にあるため、太陽光発電パネルの表面の清浄作業などのメンテナンスが面倒である。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、大型の太陽光発電パネルの設置作業及びメンテナンスが容易な太陽光発電パネルの駆動装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、地面に形成されたベース部上に方位方向で回転自在なフレーム体を設け、該フレーム体に対して、太陽光発電パネルを下辺部付近を中心として高度方向へ角度変更自在に支持したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、フレーム体の一端にヒンジ部を介して太陽光発電パネルの下辺部付近を高度方向へ回動自在に支持し、フレーム体の他端に上下方向に延びるアーム部の下端を上下方向で回動自在に支持し、該アーム部の上下間にループ状で正逆方向へ回転駆動可能な線状体を巻回し、該線状体の一部に太陽光発電パネルの上辺部付近を結合したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、線状体が、長円状のリングを縦横交互に連結したチェーンで、該チェーンが回転ブロックと係合して正逆方向に駆動することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、太陽光発電パネルがフレーム体に対して下辺部付近を中心に高度方向に角度変更自在で、且つフレーム体が太陽光発電パネルと一緒に地面に形成したベース部上で方位方向に回転自在なため、結果として、太陽光発電パネルの向きを高度方向及び方位方向へ確実に駆動させることができる。ベース部の上にフレーム体を載せ、そのフレーム体の上に太陽光発電パネルを載せる構造のため、太陽光発電パネルが大型でも設置作業が容易である。また、太陽光発電パネルが比較的低い位置にあるため、メンテナンスも容易である。

請求項２記載の発明によれば、アーム部に巻回した線状体に太陽光発電パネルの上辺部付近を結合したため、線状体を正逆方向へ回転させることにより、太陽光発電パネルの上辺部がアーム部に沿って上下動する。従って、太陽光発電パネルの高度方向での角度を、下辺部を中心にして、変化させることができる。アーム部における駆動プーリの回転駆動力は、線状体に対して引っ張り方向へ作用するため、線状体は確実に回転駆動力を伝達することができ、大きな回転駆動力を加えられても、破損、変形することなくミラー構成体を傾動させることができる。

請求項３記載の発明によれば、線状体がチェーンであり、駆動プーリがチェーンと係合する凹部が形成された回転ブロックであるため、給油が不要で、砂が混入しても作動中に排出されて問題なく、多少錆びても回転駆動力伝達性能には問題ないため、砂漠地帯などでの使用に好適である。

本発明の実施形態に係る太陽光発電パネルの駆動装置を示す全体斜視図。 太陽光発電パネルの駆動装置を示す分解斜視図。 太陽光発電パネルの駆動装置を示す側面図。 太陽光発電パネルが傾動した状態を示す太陽光発電パネルの駆動装置の側面図。 アーム部の内部構造を示す側面部。 チェーンが係合した状態を示す回転ブロックの側面部。 チェーンを外した状態を示す回転ブロックの側面図。 チェーンの縦リングが縦溝内に位置した状態を示す回転ブロックの横断面図。 チェーンの横リングが凹部内に係合した状態を示す回転ブロックの横断面図。 図８中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。 センサーを示す斜視図。

図１〜図１１は、本発明の好適な実施形態を示す図である。この実施形態の太陽光発電パネルの駆動装置１は、北半球の中緯度または低緯度における砂漠地帯で使用されるものとして説明する。

表面が砂で形成された地面Ｇには、地中に杭を打った後にコンクリート製のベース部２が形成されている。ベース部２は大きな径の円柱状で、上面２ａは略平坦になっている。この上面２ａに砂が掛からないように、ベース部２は地面Ｇから所定の高さを有している。ベース部２は円柱状に形成したが角柱状で良い。ベース部２の高さは、風が吹いた時に地面Ｇの表層を流れる砂埃層を越えた高さにするのが好ましい。

ベース部２の上面２ａの中央には、ベース部２よりも少し小径の円柱部３が突出形成されている。ベース部２及び円柱部３は基礎工事としてコンクリートにより一体形成されたものである。円柱部３の上面中央には金属製の軸部４が突出形成されている。軸部４の先端はネジになっている。

ベース部２と円柱部３は基礎工事としてコンクリートで一体形成するため、安価に形成することができる。ベース部２及び円柱部３は、土台としての強度を有していれば、寸法的にあまり正確に形成する必要がない。例えば、円柱部３の周辺に残されたベース部２の上面２ａが多少傾斜していたり、円周方向で緩やかな凹凸になっていても構わない。そのようになっていても、後述する本実施形態の制御方式によれば、太陽光発電パネル５の方位方向Ｈ及び高度方向Ｖへの制御を正確に行える。

このような砂の地面Ｇに形成されたベース部２に、方位方向へ回転自在なフレーム体６が載せられ、その上に、高度方向へ角度変更自在な太陽光発電パネル５が載せられている。この太陽光発電パネル５は大型で、一辺が１０ｍの正方形状を有している。この太陽光発電パネル５は、その下面に固定される補強用のパイプフレーム部１０を一体的に有している。

太陽光発電パネル５は、図３中左側の下辺部付近を中心にして全体が上方へ傾動するもので、その下辺部の片側の隅部にはセンサー１５が設置されている。センサー１５は、図１１に示すように、上面に円形の窓５４をもち、内部底面に四分割センサー５５を有している。四分割センサー５５は、４つの光センサー５５ａ、５５ａ、５５ｂ、５５ｂを有している。この４つの光センサー５５ａ、５５ａ、５５ｂ、５５ｂのうち、方位方向Ｈで対向する一対の光センサー５５ａ同士が「方位センサー」として機能し、高度方向Ｖで対向する一対の光センサー５５ｂ同士が「高度センサー」として機能する。

そして、それぞれ窓５４から導入された太陽光線Ｌが、それぞれ一対の光センサー５５ａ同士、５５ｂ同士の中立位置を指向するように（対向する一対の太陽センサー５５ａ同士、５５ｂ同士の受光量が等しくなるように）、後述する方位側モータ１７及び高度側モータ１８へ信号を出力する。すなわち、四分割センサ５５によって窓５４を通過した太陽光ビームの光学的重心の位置を差動増幅により検出するので太陽の移動を高分解能で検出することができる。

太陽光発電パネル５の裏側のパイプフレーム部１０には、左右一対のヒンジパネル２１が固定されている。また、パイプフレーム部１０におけるヒンジパネル２１とは反対側には先端に連結リング２２を備えた延長部２３が形成されている。

フレーム体６は鋼製の構造材を概略三角形状に構成したもので、その中心には支持孔２４が形成されている。フレーム体６の一方側にはヒンジアーム２５が形成され、そのヒンジアーム２５の先端には、太陽光発電パネル５側のヒンジパネル２１がヒンジピン２６を介して回動自在に軸支される。この実施形態では、ヒンジパネル２１、ヒンジアーム２５、ヒンジピン２６により、「ヒンジ部」が構成される。

フレーム体６の他方側の先端には、一対のレバー２７が突出している。レバー２７には、アーム部２８の下端が支持ピン２９により回動自在に軸支されている。アーム部２８の下端には回転ブロック（駆動プーリ）３０が回動自在に設けられ、上端には従動プーリ３１が回動自在に設けられている。この回転ブロック３０と従動プーリ３１との間には、チェーン（線状体）３２がループ状に巻回されている。チェーン３２の一部には、前記パイプフレーム部１０の延長部２３の先端に形成された連結リング２２が結合されている。

回転ブロック３０はウォームホイール３３の軸ピン３４と結合されている。ウォームホイール３３には高度側モータ１８により回転するウォームギア３５が噛合しており、高度側モータ１８の回転駆動力により回転ブロック３０が回転する。高度側モータ１８とウォームホイール３３はアーム部２８の下端付近に固定され、アーム部２８と一体的に動く。アーム部２８の回転ブロック３０は、後述する別の回転ブロック３６と同じ構造で、チェーン３２と長手方向で係合する関係になっており、回転ブロック３０を正逆方向へ回転させることにより、チェーン３２を上下に駆動（送出）させることができる。

このチェーン３２の一部には、太陽光発電パネル５と一体のパイプフレーム部１０に形成された連結リング２２が結合されているため、回転ブロック３０を回転させて、チェーン３２を上方に移動させれば、太陽光発電パネル５全体が下辺側のヒンジピン２６を中心に持ち上がると共に、アーム部２８が太陽光発電パネル５側に倒れるように傾動する。チェーン３２を下側に移動させれば、太陽光発電パネル５がヒンジピン２６を中心に下がると共に、アーム部２８が真っ直ぐ立った状態に戻る。

すなわち、ヒンジピン２６、支持ピン２９および連結リング２２で規定される三角形が連結リング２２と支持ピン２９で規定される辺の長さの変更に応じて変形する。その結果としてヒンジピン２６と連結リング２２で規定される辺が位置固定されているミラー構造体５の傾斜をフレーム体６に位置固定された底辺２６−２９に対して変更することができる。このように、高度側モータ１８により回転ブロック３０を正逆方向へ回転させることにより、太陽光発電パネル５の角度を変更することができる。

フレーム体６のレバー２７の付近には、軸孔３７が形成されている。この軸孔３７の上部には、ウォームホイール３８と、それに係合するウォームギア３９を回転させる方位側モータ１７が設置されている。ウォームホイール３８の軸ピン４０は軸孔３７を貫通して下方へ突出している。

フレーム体６の軸孔３７付近には、下面側にキャスター部４１が設けられている。キャスター部４１は支持孔２４を中心に円周方向に回転自在な２つのローラ４２をカバー４３で覆った構造をしている（図２ではカバーを省略）。フレーム体６の反対側にも、同じ構造のキャスター部４１が延長片４４、４５に支持されている。キャスター部４１は合計３つ形成されている。

一方の延長片４４は長く延びており、その先端に前述のセンサー１５が取付けられている。

ベース部２の円柱部３には、その側面にチェーン４８が掛け回れている。円柱部３の側面の全周にわたって少し余裕をもった状態で掛け回されており、本実施形態ではその両端４８ａ、４８ｂは東側において、９０°に相当する角度範囲でオーバラップさせ、円柱部３の側面に固定されている。チェーン４８の両端４８ａ、４８ｂは上下位置を相違させ、オーバラップ部分でチェーン４８同士が相互に干渉しないようにされている。

このようにチェーン４８が巻かれた円柱部３の頂部の軸部４に、前記太陽光発電パネル５を載せた状態のフレーム体６の支持孔２４を通して、軸部４の先端にナット４９を締結する。これにより、フレーム体６はベース部２の上面２ａに３つのキャスター部４１により３点支持された状態で、軸部４を中心にして方位方向Ｈへ回動自在となる。

一方、円柱部３に掛け回されたチェーン４８には内側から回転ブロック３６が係合され、その回転ブロック３６にはフレーム体６の軸孔３７を貫通したウォームホイール３８の軸ピン４０が固定される。従って、回転ブロック３６は方位側モータ１７により正逆方向へ回転自在となる。

ここでチェーン３２、４８と、回転ブロック３０、３６の構造について説明する。アーム部２８側のチェーン３２及び回転ブロック３０と、円柱部３側のチェーン４８及び回転ブロック３６とは、構造が基本的に同じなので、以下、円柱部３側のチェーン４８及び回転ブロック３６を代表して説明する。

図６〜図１０に示すように、チェーン４８は金属製で長円状のリング５０を縦横交互に向きを変えて連結したものである。回転ブロック３６は円柱状本体の周面に、チェーン４８と係合する凹部５１を形成したものである。具体的には、回転ブロック３６の周面には、チェーン４８の縦向きのリング５０を収納する縦溝５２が円周方向に連続形成され、その途中に横向きのリング５０に相応する形状の凹部５１が形成されている。従って、チェーン４８のうち、横向きのリング５０がこの凹部５１内に収納されて、チェーン４８の長手方向で係合した状態となり、回転ブロック３６を回転させることにより、回転ブロック３６が固定されたチェーン４８に沿って移動する。アーム部２８のように回転ブロック３０が固定されているタイプでは、チェーン３２を回転方向に送り出す。

チェーン４８が縦溝５２や凹部５１内に収納されているだけなので、砂が混入しても作動中にすぐに排出されて蓄積されない。また、チェーン４８や回転ブロック３６が多少錆びても回転駆動力伝達性能には問題ない。チェーン４８と回転ブロック３６が長手方向で直接係合するため、大きな回転伝達力も確実に伝達でき、強度的に問題ない。また、金属製のリング５０を連結した単純構造のチェーン４８であり、自転車やバイクで使用されているローラチェーンのように給油が必要になることがなく、砂漠での使用に好適である。

次に、この実施形態の作用を説明する。朝、太陽が東から出ると、その太陽光線Ｌが平行光としてセンサー１５に入る。初期の時点では、図示せぬリミットスイッチにより、概ね東から出る太陽の向きに合わせられているが、方位方向Ｈも、高度方向Ｖも、完全に一致した状態ではない。そのため、センサー１５では、内部の光センサー５５ａ、５５ａ、５５ｂ、５５ｂのいずれかに多く太陽光線Ｌが当たっている状態となっている。

そのずれた状態を是正するように、センサー１５から制御信号が方位側モータ１７及び高度側モータ１８に送られるため、太陽光発電パネル５の向きを太陽に対して真っ直ぐ向けることができる。

太陽光発電パネル５がいったん太陽に向いた状態になると、太陽光発電パネル５は太陽を追尾した状態で、常に太陽に向いた状態が維持される。

太陽光発電パネル５の方位方向Ｈでの駆動は、太陽光発電パネル５を載せた状態のフレーム体６全体を、円柱部３の軸部４を中心に回動させることで行われる。方位側モータ１７が回転し、その回転駆動力がウォームギア３９からウォームホイール３８に伝達され、チェーン４８と係合した回転ブロック３６が回転することにより、回転ブロック３６がチェーン４８に沿って円柱部３の回りを移動するため、回転ブロック３６が支持されているフレーム体６が方位方向Ｈへ回転する。

すなわち、回転ブロック３６の回転軸はフレーム体６に位置固定され、チェーン４８の両端が円柱部３に固定されるため、回転ブロック３６が可撓案内部材としてのチェーン４８と係合して転動することによりフレーム体６が軸部４のまわりに回転する。

回転ブロック３６は円柱部３の側面の近傍に位置づけられるので、回転ブロック３６がチェーン４８を介して円柱部３に引っ張り力を作用させることにより、軸ピン４０に作用する回転中心４のまわりのトルクを効率よくかつ安定して供給することができる。さらに、チェーン４８の引っ張り方向に働く張力を利用して回転駆動力を伝達するため、チェーン４８に大きな回転駆動力を加えても、破損、変形することなくフレーム体６を回転させることができる。

なお、チェーンがオーバーラップする所定の角度範囲は本実施例では９０°としたが円柱部３の直径および円柱部３と回転ブロック３６との距離等を考慮して適宜設定することができる。

更に、フレーム体６が方位方向Ｈに回転する際、フレーム体６に形成されたキャスター部４１により、ベース部２の上面２ａに対して３点支持になるため、キャスター部４１の全てがベース部２の上面２ａに接することとなり、フレーム体６が方位方向Ｈへ回転する際に揺動やガタつきが生じない。すなわち、キャスター部４１を４点支持すると、各点間での位置調整が不十分の場合、いずれか１点が浮いた状態となってガタつきが生じるおそれがあるが、この実施形態のように３点支持すると、全ての点が接するため、不安定な姿勢による衝撃や揺動が生じない。

次に、太陽光発電パネル５の高度方向Ｖでの駆動は、太陽光発電パネル５を、ヒンジピン２６を中心に、フレーム体６に対して、角度変更させることで行われる。高度側モータ１８が回転し、その回転駆動力がウォームギア３５からウォームホイール３３に伝達され、チェーン３２と係合した回転ブロック３０が回転することにより、ループ状に巻回されたチェーン３２が、回転ブロック３０の回転方向に応じて上下に回転移動する。

たとえば、図５において、回転ブロック３０が時計回りに転動する場合には連結リング２２がチェーン３２により引き上げられる。なお、ミラー構成体５の重量が連結リング２２に付与されるため回転ブロック３０および従動プーリ３１の軸点を介して支点２９に対するアーム２８の姿勢が安定に維持される。

そして、このチェーン３２の一部に太陽光発電パネル５の延長部２３の連結リング２２が結合されているため、チェーン３２を上方を移動させれば、太陽光発電パネル５全体が下辺部側のヒンジピン２６を中心に持ち上がると共に、アーム部２８が太陽光発電パネル５側に倒れるように傾動し、チェーン３２を逆側に移動させれば、太陽光発電パネル５がヒンジピン２６を中心に下がると共に、アーム部２８が真っ直ぐ立った状態に戻る。このように太陽光発電パネル５がヒンジピン２６を中心に角度変化するため、太陽光発電パネル５の向きを高度方向Ｖで変化させることができる。

この太陽光発電パネル５の高度方向Ｖでの駆動も、アーム部２８における回転ブロック３０の回転駆動力が、チェーン３２に対して引っ張り方向で作用するため、強度が強く、大きな回転駆動力を加えても、無理なくアーム部２８を傾動させることができる。

このように、太陽光発電パネル５の向きを、常時センサー１５でモニターしながら制御しているため、仮に、フレーム体６のキャスター部４１が接している上面２ａの表面状態が傾斜していたり、或いは、円周方向でゆるやかな凹凸があったりしても、問題ない。すなわち、太陽光発電パネル５の向きは、太陽から平行光として照射される太陽光線Ｌを基準にして制御されるため、フレーム体６がどのような動きをしても、最終的にセンサー１５により動きの狂いがキャンセルされて、太陽光発電パネル５は太陽光線Ｌに対して真っ直ぐ向いた状態となる。

また、駆動装置１の方位方向Ｈ及び高度方向Ｖでの駆動を、それぞれウォームギア３５、３９とウォームホイール３３、３８による駆動手段を用いているため、例えば、太陽光発電パネル５に強風が当たり、太陽光発電パネル５やフレーム体６を正しくない向きに変えようとする外力が加わっても、この外力がウォームホイール３３、３８からウォームギア３５、３９へ伝達されないため、太陽光発電パネル５を正しい位置に維持することができる。すなわち、ウォームギア３５、３９とウォームホイール３３、３８の機械的噛合関係から、ウォームギア３５、３９側からウォームホイール３３、３８への回転力伝達は容易だが、その逆は抵抗が大きく無理である。すなわち、逆方向にはストッパとして機能し、太陽光発電パネル５の姿勢を確実に維持する。尚、ウォームギア３５、３９とウォームホイール３３、３８は、方位側モータ１７及び高度側モータ１８も含めて、それぞれの組み合わせにおいて、図示せぬ防塵カバーにより覆われている。これらは小型のため、防塵カバーの設置も容易であり、コスト的な負担とならない。

そして、方位方向Ｈ及び高度方向Ｖでの駆動力伝達に、チェーン３２、４８と回転ブロック３０、３６によるチェーンブロック方式を利用したため、大きな駆動力の伝達が可能である。また、給油が不要で、砂が回転ブロック３０、３６の凹部５１内に混入しても作動中に排出されるため問題ない。また、チェーン３２、４８や回転ブロック３０、３６が多少錆びても破損しなければ問題ない。このようにチェーンブロック方式は、厳しい環境でも、駆動力を確実に伝達することができるため、漠地帯などでの使用に好適である。

以上説明したように、この実施形態によれば、太陽光発電パネル５がフレーム体６に対して下辺部付近を中心に高度方向Ｖに角度変更自在で、且つフレーム体６が太陽光発電パネル５と一緒に地面Ｇに形成したベース部２上で方位方向Ｈに回転自在なため、結果として、太陽光発電パネル５の向きを高度方向Ｖ及び方位方向Ｈへ確実に駆動させることができる。ベース部２上にフレーム体６載せ、そのフレーム体６上に太陽光発電パネル５載せる構造のため、太陽光発電パネル５大型でも設置作業が容易である。また、太陽光発電パネル５が比較的低い位置にあるため、メンテナンスも容易である。

尚、以上の実施形態においては、線状体としてチェーン３２、４８を例にしたが、これに限定されず、タイミングベルトやワイヤなどでも良く、その場合の駆動プーリは、それらと係合する歯車などが用いられる。

１ 駆動装置
２ ベース部
５ 太陽光発電パネル
６ フレーム体
２８ アーム部
３２ チェーン（線状体）
Ｇ 地面
Ｈ 方位方向
Ｌ 太陽光線
Ｖ 高度方向

Claims (3)

1. 地面に形成されたベース部上に方位方向で回転自在なフレーム体を設け、該フレーム体に対して、太陽光発電パネルを下辺部付近を中心として高度方向へ角度変更自在に支持したことを特徴とする太陽光発電パネルの駆動装置。
2. フレーム体の一端にヒンジ部を介して太陽光発電パネルの下辺部付近を高度方向へ回動自在に支持し、フレーム体の他端に上下方向に延びるアーム部の下端を上下方向で回動自在に支持し、該アーム部の上下間にループ状で正逆方向へ回転駆動可能な線状体を巻回し、該線状体の一部に太陽光発電パネルの上辺部付近を結合したことを特徴とする請求項１記載の太陽光発電パネルの駆動装置。
3. 線状体が、長円状のリングを縦横交互に連結したチェーンで、該チェーンが回転ブロックと係合して正逆方向に駆動することを特徴とする請求項２記載の太陽光発電パネルの駆動装置。

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