JP2011108703A - Photovoltaic power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光を受けることで発電を行う太陽光発電装置に関する。 The present invention relates to a solar power generation device that generates power by receiving sunlight.
従来より、太陽光を受けることで発電を行う太陽光発電装置に関して様々な開発がなされている。
そして、太陽光発電においては、パネルに照射する太陽光の角度によって発電効率が大きく変動することも知られている。そのため、太陽光発電パネルを太陽の動きに追従させる技術も種々の開発がなされている。
Conventionally, various developments have been made on solar power generation devices that generate power by receiving sunlight.
In solar power generation, it is also known that power generation efficiency varies greatly depending on the angle of sunlight irradiated on the panel. For this reason, various developments have been made on techniques for causing the photovoltaic power generation panel to follow the movement of the sun.
例えば、特許文献1には、太陽電池アレイ(パネル)全体を電動ジャッキを用いて押し引きする事により、太陽に向けて追尾させる追尾型太陽光発電装置が提案されている。
For example,
一方、太陽光発電装置の出力を向上させるためには、パネル自体を大型化する必要がある。そのため、大型のパネルを太陽に向けて追尾させるためには、追尾装置自体も大型化することとなり、また、そのためのエネルギー消費も大きなものとなる。 On the other hand, in order to improve the output of the solar power generation device, it is necessary to enlarge the panel itself. Therefore, in order to track a large panel toward the sun, the tracking device itself is also increased in size, and energy consumption for that purpose is also increased.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、簡便な構成によって太陽光パネルの発電効率を向上することが可能であり、またパネルの大型化にも対応可能となる太陽光発電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and it is possible to improve the power generation efficiency of a solar panel with a simple configuration, and to cope with an increase in the size of the panel. An object is to provide a power generator.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、太陽光発電装置であって、長方形状に形成された、複数の発電手段と、前記発電手段の長辺に平行な軸を中心軸とし、前記発電手段を回動可能に支持する基材部と、前記基材部に回動可能に支持された前記複数の発電手段を回動させる回動機構と、前記回動機構に駆動力を与える駆動手段と、を備え、前記発電手段は、当該発電手段のどちらの主面から太陽光を照射されても発電可能に形成されており、前記駆動手段は、太陽光の照射する角度に応じて、前記回動機構を駆動して前記発電手段を前記軸を中心として回動させることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の太陽光発電装置において、前記発電手段を回動させる軸は、略南北方向に沿って配置されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the solar power generation device according to the first aspect, the shaft for rotating the power generation means is disposed substantially along the north-south direction.
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の太陽光発電装置において、前記発電手段は、長方形状に形成された発電基材と、前記発電基材の両主面に複数配置された単位発電手段と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。 According to a third aspect of the present invention, in the solar power generation device according to the first or second aspect, the power generation means includes a power generation base formed in a rectangular shape and both main surfaces of the power generation base. And a plurality of unit power generation means.
請求項1または請求項2に記載の太陽光発電装置において、前記発電手段は、長方形状に形成された光透過性の発電基材と、前記発電基材の表面または内部に複数配置され、その両主面にて発電可能な単位発電手段と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
The solar power generation device according to
請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の太陽光発電装置において、前記回動機構は、回転駆動力を発生するモータと、前記モータに連結されて回転駆動される短軸部材と、前記短軸部材と前記複数の発電手段に連結され、前記短軸部材の回転駆動を前記発電手段に伝える長軸部材と、を備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the solar power generation device according to any one of the first to fourth aspects, the rotating mechanism is connected to the motor that generates a rotational driving force and is rotated by being connected to the motor. A short shaft member that is driven, and a long shaft member that is connected to the short shaft member and the plurality of power generation means and transmits rotational driving of the short shaft member to the power generation means.
請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の太陽光発電装置において、前記回動機構は、回転駆動力を発生するモータと、前記モータに連結されて回転駆動される第1歯車と、前記第1歯車の回転駆動を直進運動に変換するラックと、前記ラックの直進運動を、回転運動に変換する第2歯車と、を備え、前記第2歯車の回転運動を前記発電手段に伝達することにより、前記発電手段を回動させることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the solar power generation device according to any one of the first to fourth aspects, the rotating mechanism includes a motor that generates a rotational driving force, and a rotation that is coupled to the motor. A first gear to be driven; a rack that converts rotational drive of the first gear into linear motion; and a second gear that converts linear motion of the rack into rotational motion. The power generation means is rotated by transmitting motion to the power generation means.
本発明では、簡便な機構により発電手段を太陽光の方角に向けることが可能となり、発電効率を向上させることができる。 In the present invention, the power generation means can be directed to the direction of sunlight by a simple mechanism, and the power generation efficiency can be improved.
特に、請求項2の発明によれば、1軸による回転だけで発電手段の主面を日中の太陽の方角に向けることが可能となる。 In particular, according to the second aspect of the present invention, the main surface of the power generation means can be directed to the direction of the sun during the day only by rotation by one axis.
特に、請求項3、および請求項4の発明によれば、太陽の方角が西方向および東方向のいずれの方向から照射されても、発電を行うことが可能となる。 In particular, according to the third and fourth aspects of the invention, it is possible to generate power regardless of whether the direction of the sun is irradiated from the west or east direction.
特に、請求項5、および請求項6の発明によれば、簡便な機構により複数の発電手段の方角を一斉に変更することが可能となる。 In particular, according to the inventions of claims 5 and 6, it is possible to change the directions of the plurality of power generation means all at once by a simple mechanism.
本発明の実施形態に係る太陽光発電装置1は、太陽光が照射される平地や家屋の屋根などに配置され、太陽光によって発電を行う装置である。以下では、太陽光発電装置1が所定の架台によって水平面に対して傾斜して配置されている構成を例として説明を行う。
The solar
図1は、本発明の第1の実施形態に係る太陽光発電装置1の概略を示す図である。太陽光発電装置1は、基材10が、架台60によって支持されている。基材10は、太陽光発電を行う発電面Sをその主面上に備えている。架台60は、基材10の発電面Sを水平面に対して所定の角度αにて傾斜させるための台であり、アルミフレームなどを用いて形成されている。また架台60は、基材10の発電面Sが全体として南方向を向くように配置されている。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a photovoltaic
ここで所定の角度αは、太陽光発電装置1が設置される地域の緯度などによって厳密に調整されても良いが、一年を通した太陽の平均高度に対して直交するように、20°〜30°程度に設定されていればよい。また、季節によって角度αを調整できる構成であっても良い。
Here, the predetermined angle α may be strictly adjusted according to the latitude or the like of the area where the photovoltaic
図2は、太陽光発電装置を発電面Sに垂直な方向からみた平面図である。なお、図では、紙面上向き方向をY方向、紙面垂直方向(発電面Sに垂直な方向)をZ方向として説明する。以下の他の図においても同様の座標系を用いて説明を行う。 FIG. 2 is a plan view of the solar power generation device viewed from a direction perpendicular to the power generation surface S. In the figure, the upward direction on the paper surface is described as the Y direction, and the vertical direction on the paper surface (the direction perpendicular to the power generation surface S) is described as the Z direction. The following other drawings will be described using the same coordinate system.
図2に示すように、基材10の+Z方向主面上に、発電面Sが形成されている。具体的には、発電面Sは、Y方向に長辺を有する長方形状である発電手段(以下、サブパネル20と呼ぶ)が、所定の間隔をあけて複数、X方向に並行に配置されており、全体として発電面Sを形成する。また、図2の−Y方向が図1の南方向であるため、各サブパネル20の長辺は、すべて南北方向に向けて配列されている。
As shown in FIG. 2, the power generation surface S is formed on the main surface of the
サブパネル20の−Y方向端は、リンク機構30に接続されている。また、リンク機構30は、−X方向端にて駆動機構40に接続されている。
The −Y direction end of the
図3は、図2の点線部Aを拡大した斜視図である。サブパネル20は、Y方向に長辺を有する長方形状である発電基材21と、矩形の単位発電手段(以下、単位パネル22と呼ぶ)と、から構成される。
FIG. 3 is an enlarged perspective view of a dotted line portion A in FIG. The
発電基材21は、その長辺の一方端がヒンジ11に固定されている。ヒンジ11は、発電基材21を回動可能な状態で基材10に連結されている。そのため、サブパネル20は全体として、基材10のZ方向の主面上で長辺側を軸として回動可能となる。なお、発電基材21としては、樹脂や金属、ガラスなど、強度や重量などを考慮して材料を適宜選択することが可能である。
One end of the long side of the power
単位パネル21は、単結晶シリコン型太陽光発電素子、多結晶シリコン型太陽光発電素子、色素増感型太陽光発電素子、薄膜太陽光発電素子など、様々な種類の太陽光発電素子を用いる事ができる。本実施例では、多結晶シリコン型太陽光発電素子を用い、樹脂により発電基材21とモールド成型されることにより、サブパネル20を構成している。
The
リンク機構30は、長軸部材31と短軸部材32とからなり、短軸部材32の一方端が、駆動機構40に接続されている。
The
長軸部材31は、軽量で、また紫外線などによる変質を防止するため、アルミなどが用いられる。また長軸部材31は、図示省略のベアリング機構を介して、軸311と連結されている。軸311はサブパネル20と等ピッチに配置され、そのY方向側で発電基材21と接続されている。そのため、長軸部材31をX方向に駆動させることにより、サブパネル20はヒンジ11を軸として回動する。
The
短軸部材32は長軸部材31と同様にアルミなどが用いられる。短軸部材32の一方端側(+Z方向端)は軸321を介して長軸部材31と接続されている。また、軸321と長軸部材31との間には、図示省略のベアリング機構を備えており、回動自在に接続されている。
As with the
そして、短軸部材32の他方端側(−Z方向端)は、軸322を介して駆動機構40に接続されている。駆動機構40は、内部にモータ、ギヤボックスを備え、短軸部材32に回転駆動力を与える。具体的には、駆動機構40はACサーボモータを備え、ギヤボックスにより減速された後に短軸部材32に回転駆動力を伝達する。また、前述のACサーボモータは図示しないロータリーエンコーダに連結されており、ACサーボモータの回転角を検出する事により、最終的な短軸部材32の回転角を演算することが可能である。
The other end side (−Z direction end) of the
駆動機構40は制御部90と電気的に配線されており、制御部90からの指令を受けて短軸部材32に所定の回転量を与える。また、指示された回転角に短軸部材32を保持する働きも担っている。
The
図4は、図3の拡大部分を−Y方向から見た側面図である。説明の都合上、リンク機構3の長軸部材31を仮想線で描いている。図4に示すように、単位パネル22は発電基材21の両側の主面上に配列されている。便宜上、発電基材21の+X方向に配置されている単位パネルを表面単位パネル22a、−X方向に配置されている単位パネルを裏面単位パネル22bと記載する。配置方向を問わない場合は、合わせて単位パネル22と記載する。
FIG. 4 is a side view of the enlarged portion of FIG. 3 as viewed from the −Y direction. For convenience of explanation, the
また図示は省略するが、両主面に配列された各単位パネル22は各々電気的に配線されており、サブパネル20ごとに電流を発生させる。各サブパネル20から発生された電流は、配線経路50を経由して整流回路60に供給される。
Although not shown, the
次に、制御部90の説明を行う。図5は、制御部90の構成を模式的に表す図である。制御部90は、演算部91、インターフェイス(I/F)部92、タイマー93、入力部94を備え、それぞれが演算部91に電気的に配線されて構成される。演算部91は、一般的なCPU(中央演算装置)などが用いられるが、基板上に形成された電子回路などにより構成されても良い。
Next, the
演算部91は、入力部94から入力された太陽光発電装置1の設置された地点における緯度や経度、またタイマー93から出力された現在時刻の情報を入手する。そして、それらの情報を元に、現在時刻において太陽光発電装置1のサブパネル20が発電を行うに際して好適となる角度を算出する。そして、駆動機構40に与える回転角を演算し、I/F部92を介して駆動機構40を制御する。
The
太陽光発電素子の発電効率を考える場合、素子に対して太陽光が垂直に入射する場合が一番効率は良くなる。しかし、その効率は入射する角度が10°程度変化しても、あまり影響は無い。そのため、前記制御部90は、タイマー93より出力された現在時刻が1時間経過する毎に、太陽光発電装置1のサブパネル20の角度を制御する。
When considering the power generation efficiency of the photovoltaic power generation element, the efficiency is best when sunlight enters the element vertically. However, the efficiency has little influence even if the incident angle changes by about 10 °. Therefore, the
なお、上記制御を行うタイミングは1時間ではなく所定の時間間隔であってもよいし、リアルタイムに制御されてもよい。 The timing for performing the control may be a predetermined time interval instead of 1 hour, or may be controlled in real time.
次に、本発明の第1の実施形態に係る太陽光発電装置1の動作説明を行う。図6〜図9は、本発明の第1の実施形態に係る太陽光発電装置1における、サブパネル20の動作を示す図である。図6は、紙面右手から太陽光Lが射している状態、つまり、南東方向から射している午前10時前後の図を表している。実際には、紙面奥行き方向(Y方向)にも太陽光Lは傾斜している。
Next, operation | movement description of the solar
演算部91は、タイマー93から出力された午前10時を示す信号が入力されると、駆動部40に与える回転角を演算する。この例では、サブパネル20を基材10に対しておよそ45°の角度に配向させるように演算され、そのための回転駆動信号がI/F部92を介して駆動部40に伝達される。駆動部40は演算部91からの信号により、モータを回転させる事により短軸部材32を回転駆動させる。そして、リンク機構30を経由し、サブパネル20を45°に配向させて保持する。
When the signal indicating 10:00 am output from the
その結果、サブパネル20上の+X側にある単位パネル22aに対して、略垂直方向から太陽光Lが照射される。このように単位パネル22aを配向させることにより、単位パネル22aはもっとも効率が良い常態で発電を行うことが可能となる。
As a result, sunlight L is irradiated from a substantially vertical direction to the
さらに図6の状態から時間が経過し、太陽の位置が変化して午前11時(図7の状態)になると、太陽光Lの方向に追従するように、制御部90は駆動部40を駆動させ、サブパネル20の角度を−X方向に変化させる。そのため、太陽光Lの角度が変わってもサブパネル20上の+X側にある単位パネル22aに対して、略垂直方向から太陽光Lが照射される。
Further, when time elapses from the state of FIG. 6 and the position of the sun changes to 11:00 am (state of FIG. 7), the
次に、図8を用いて図7の状態から更に時間が経過した状態の太陽光発電装置1を示す。午後1時前後になると、図8に示すように太陽光Lは垂直方向(Z方向)を越え、太陽光発電装置1の−X側から照射するようになる。
Next, the solar
その場合、制御部90は駆動部40を逆方向に駆動させ、リンク機構を+X方向に駆動させる。そのため、サブパネル20は全体として+X側に傾斜し、サブパネル20上に配置された単位パネル22bが太陽光Lに対して略垂直に向くように配向される。そのため、単位パネル22aに替わり単位パネル22bがもっとも効率が良い常態で発電を行うことが可能となる。
In that case, the
さらに図8の状態から時間が経過し、太陽の位置が変化して図9の状態となると、太陽光Lの方向に追従するように、制御部90は駆動部40を駆動させ、サブパネル20の角度を−X方向に変化させる。そのため、太陽光Lの角度が変わってもサブパネル20上の+X側にある単位パネル22bに対して、略垂直方向から太陽光Lが照射される。
Further, when time elapses from the state of FIG. 8 and the position of the sun changes to the state of FIG. 9, the
なお、図10の二点鎖線で示すように、太陽の位置が太陽光発電装置1に対して平行に近くなる時間(具体的には日の出から午前9時、また、15時から日の入りまで)では、前述のように太陽光Lに対して垂直に近い角度にサブパネル20を配向させると、サブパネル20の影が隣接するサブパネル20にかかってしまうことになり、全体として発電効率が落ちる。
In addition, as shown with the dashed-two dotted line of FIG. 10, in the time (specifically from 9:00 am from sunrise, from 15:00 to sunset) when the position of the sun becomes close to the
そのため、サブパネル20の影が影響する時間となると、制御部90はサブパネル20の角度を制御し、サブパネル20に対して斜め方向から太陽光Lが照射されるようにサブパネル20を配向させる。このように制御する事で、最大限の効率は発揮できないまでも、基材10に平行な方向にサブパネル20を配置する従来の太陽光発電装置に比べて、効率よく発電を行うことが可能となる。
Therefore, when it is time for the shadow of the sub-panel 20 to affect, the
次に、本発明の第2の実施形態に係る太陽光発電装置101について説明する。図11は、本発明の第2の実施形態に係る太陽光発電装置101の概略を示す図である。なお、同じ構成に関しては前述の第1の実施形態と同様の符号を付し、説明を省略する。
Next, the solar
太陽光発電装置101は、基材110上に複数のサブパネル20が配置されている。サブパネル20の−Y方向端には、歯車131が配置されており、歯車131の軸を中心として、サブパネル20が基材110に対して回動自在に取り付けられている。
In the solar
また、各歯車131の下部には、X方向に長軸状のラック133が配置されている。ラック133の上面には歯車131とかみ合うように形成された歯を備えている。また、ラック133はX軸方向に摺動するように基材110に支持されている。
In addition, a long-
ラック133の−X方向には、同じくラック133とかみ合うように形成された駆動歯車132が配置されている。駆動歯車132は、前述の駆動部40の軸に連結されており、駆動部40の駆動力をラック133に伝達する。上記のように、駆動部40が回転駆動する事により、駆動歯車132、ラック133、歯車131を介してサブパネル20がラックアンドピニオンにより、基材110上にて回転駆動される。
In the −X direction of the
サブパネル20の回転駆動は前述の実施形態以外にも、リンク機構やラックアンドピニオンなどを組み合わせることにより構成されてもよい。また、駆動部40は回転駆動だけでなく、前述のラック133を直進運動させる駆動機構(例えばエアシリンダなど)を用いてもよい。
The rotation driving of the
また、サブパネル20は、種々の単位パネル21を発電基材21の両主面に配置する事により形成されていたが、上記に限られるものではない。例えば、その両主面のどちらの主面側に太陽光が照射されても発電が可能な両面受光型太陽光発電素子を用いることが可能となる。両面受光型太陽光発電素子を透明な樹脂でモールドする手法や、2枚のガラス板で挟みこむ手法等により、サブパネル20が形成されてもよい。
Moreover, although the
1、101 ・・・ 太陽光発電装置
10 ・・・ 基材
11 ・・・ ヒンジ
20 ・・・ サブパネル
21 ・・・ 発電基材
22 ・・・ 単位パネル
30 ・・・ リンク機構
31 ・・・ 長軸部材
32 ・・・ 短軸部材
40 ・・・ 駆動機構
90 ・・・ 制御部
131 ・・・ 歯車
132 ・・・ 駆動歯車
133 ・・・ ラック
L ・・・ 太陽光
S ・・・ 発電面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
長方形状に形成された、複数の発電手段と、
前記発電手段の長辺に平行な軸を中心軸とし、前記発電手段を回動可能に支持する基材部と、
前記基材部に回動可能に支持された前記複数の発電手段を回動させる回動機構と、
前記回動機構に駆動力を与える駆動手段と、を備え、
前記発電手段は、当該発電手段のどちらの主面から太陽光を照射されても発電可能に形成されており、
前記駆動手段は、太陽光の照射する角度に応じて、前記回動機構を駆動して前記発電手段を前記軸を中心として回動させることを特徴とする太陽光発電装置。 A solar power generator,
A plurality of power generation means formed in a rectangular shape;
A base portion that pivotally supports the power generation means with an axis parallel to the long side of the power generation means as a central axis;
A rotation mechanism for rotating the plurality of power generation means rotatably supported by the base material portion;
Driving means for applying a driving force to the rotating mechanism,
The power generation means is formed so as to be capable of generating power regardless of which main surface of the power generation means is irradiated with sunlight.
The driving means drives the rotating mechanism to rotate the power generating means about the axis according to the angle of sunlight irradiation.
前記発電手段を回動させる軸は、略南北方向に沿って配置されていることを特徴とする太陽光発電装置。 In the solar power generation device according to claim 1,
A shaft for rotating the power generation means is disposed substantially along the north-south direction.
前記発電手段は、長方形状に形成された発電基材と、
前記発電基材の両主面に複数配置された単位発電手段と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。 In the solar power generation device according to claim 1 or 2,
The power generation means includes a power generation substrate formed in a rectangular shape,
And a plurality of unit power generation means arranged on both main surfaces of the power generation substrate.
前記発電手段は、長方形状に形成された光透過性の発電基材と、
前記発電基材の表面または内部に複数配置され、その両主面にて発電可能な単位発電手段と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。 In the solar power generation device according to claim 1 or 2,
The power generation means includes a light-transmitting power generation base formed in a rectangular shape,
A plurality of unit power generation means arranged on the surface or inside of the power generation base material and capable of generating power on both main surfaces thereof.
前記回動機構は、回転駆動力を発生するモータと、
前記モータに連結されて回転駆動される短軸部材と、
前記短軸部材と前記複数の発電手段に連結され、前記短軸部材の回転駆動を前記発電手段に伝える長軸部材と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。 In the solar power generation device according to any one of claims 1 to 4,
The rotation mechanism includes a motor that generates a rotational driving force;
A short shaft member connected to the motor and driven to rotate;
A solar power generation apparatus comprising: a long shaft member coupled to the short shaft member and the plurality of power generation means, and transmitting rotational driving of the short shaft member to the power generation means.
前記回動機構は、回転駆動力を発生するモータと、
前記モータに連結されて回転駆動される第1歯車と、
前記第1歯車の回転駆動を直進運動に変換するラックと、
前記ラックの直進運動を、回転運動に変換する第2歯車と、を備え、
前記第2歯車の回転運動を前記発電手段に伝達することにより、前記発電手段を回動させることを特徴とする太陽光発電装置。 In the solar power generation device according to any one of claims 1 to 4,
The rotation mechanism includes a motor that generates a rotational driving force;
A first gear coupled to the motor and driven to rotate;
A rack that converts the rotational drive of the first gear into a linear motion;
A second gear that converts the linear movement of the rack into a rotational movement, and
The solar power generation device, wherein the power generation means is rotated by transmitting the rotational movement of the second gear to the power generation means.
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