JP2011119498A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風雨などの厳しい環境下での使用が可能であり、かつ小型化軽量化できる太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】複数のソーラパネル３と該ソーラパネル３の姿勢制御装置１０とを備えており、発電モードと退避モードとで各ソーラパネル３の角度を異ならせることができる。退避モードにおいて、姿勢制御装置１０は、各ソーラパネル３において他のソーラパネル３に対向する対向縁６を最も高い位置とする。
【選択図】 図８

Description

この発明は太陽光発電装置に関し、更に詳しくは、風雨などの厳しい環境下での使用に適した太陽光発電装置の改良に関する。

エコロジーの要請から太陽光発電が注目されている。太陽光発電装置はセル（光電変換デバイス）を敷き詰めた太陽電池ユニットを配列したソーラパネルを備える。太陽光線の入射角度を９０度に近くして発電効率を向上させるためソーラパネルを可動とし、その傾斜角度等を調整することが好ましい（特許文献１、２参照）。
かかる可動式のソーラパネルを備える太陽光発電装置では夜間など発電の休止中には、風に対する抵抗を最小化するため、地面に対してソーラパネルを水平にすることが多い。

特開２００７−２５８３５７号公報 特開２００７−１９３３１号公報

可動式のソーラパネルを安定して支えるためその姿勢制御装置には充分な機械的強度と耐久性が要求される。特に強風に曝される場所に設置される場合、ソーラパネルを水平にしておくとその下面から風圧を受けてあおられることがある。
そのため、風雨等の厳しい環境に設置される太陽光発電装置ではその姿勢制御装置は大型化し、かつ頑丈な部品で構成されることとなる。
風雨等の厳しい環境として、例えば沿岸部、山岳地、離島等が挙げられる。かかる場所には車両等で近づくことが困難な場合があり、その結果、太陽光発電装置の部品を運搬し、かつ組み立てることに大きな困難を伴う。このとき、太陽光発電装置の姿勢制御装置が大型化されていると、作業者に大きな負担がかかるばかりか、設置自体が不可能になるおそれがある。

そこで本発明は、風雨等の環境が厳しい場所に設置される場合でも、大きな機械的強度や耐久性を姿勢制御装置に要求することのない太陽光発電装置の提供を目的とする。

この発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その第１の局面は次のように規定される。即ち、
複数のソーラパネルと該ソーラパネルの姿勢制御装置とを備え、前記姿勢制御装置は発電モードと退避モードとで前記各ソーラパネルの角度を異ならせる太陽光発電装置であって、
前記退避モードにおいて、前記姿勢制御装置は、前記各ソーラパネルにおいて他の前記ソーラパネルに対向する対向縁を最も高い位置とする、ことを特徴とする太陽光発電装置。

このように規定される第１の局面の太陽光発電装置では、退避モードにおいて、姿勢制御装置により各ソーラパネルの対向縁がそれぞれ最も高い位置となる。即ち、各ソーラパネルはそれぞれの対向縁を頂部とした屋根構造となる。これにより、ソーラパネルの下面へ風が回りこむことが可能なかぎり防止でき、ソーラパネルが風によりあおられることを防止できる。よって、姿勢制御装置に要求される機械的強度が低減され、当該姿勢制御装置を小型化かつ軽量化できる。太陽電池ユニットをフレームに取付けてソーラパネルとするのが、特に強度面で好ましい。

この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、第１の局面に規定の太陽光発電装置において、前記姿勢制御装置は前記各ソーラパネルの対向縁を実質的に同じ高さに配置する。
このように規定される第２の局面の太陽光発電装置によれば、退避モードにおいて屋根のように畳まれた各ソーラパネルの対向縁が同じ高さにあるので、ソーラパネルの上面を通過する風に対していずれの対向縁も遮蔽物とならず、もって、ソーラパネルの上面をより円滑に風が通過する。これにより、姿勢制御装置に要求される強度がより小さくなる。

この発明の第３の局面は次のように規定される。即ち、第１又は第２の局面に規定の太陽光発電装置において、前記退避モードにおいて少なくとも一つの前記ソーラパネルの下縁を固定する固定手段が更に備えられる。
このように規定される第３の局面の太陽光発電装置によれば、少なくとも１つのソーラパネルは退避モードにおいて、姿勢制御装置で支持されるとともにその下縁が固定手段で固定される。これにより、ソーラパネルの支持の状態が安定する。勿論、全てのソーラパネルの下縁を固定手段で固定することが太陽光発電装置全体として安定性向上につながる。

この発明の第４の局面は次のように規定される。即ち、第３の局面で規定の太陽光発電装置において、前記固定手段はばね弾性を有し、前記姿勢制御装置は前記ソーラパネルの下縁を前記固定手段へ押圧してこれを圧縮し、該圧縮された固定手段の反発力と前記姿勢制御装置による押圧力とで前記下縁を安定させる。
このように規定される第４の局面の太陽光発電装置によれば、固定手段にばね弾性を備えさせることにより、ソーラパネルにかかる無理な荷重を固定手段により吸収することができる。これにより、ソーラパネルの耐久性、ひいては太陽光発電装置自体の耐久性が向上する。

この発明の第５の局面は次のように規定される。即ち、第３又は第４の局面に規定の太陽光発電装置において、固定手段は、前記ソーラパネルの前記下縁から前記対向縁に向いた方向に、貫通孔を有する。
このように規定される第５の局面の太陽光発電装置によれば、固定手段に貫通孔が形成されたので、ソーラパネルの下側に風が回り込んだとしてもこの貫通孔から抜けるので、ソーラパネルの下面にかかる風圧が低減される。また、雨水がこの貫通光から抜けるので、ソーラパネルの下面に雨水が滞留することを防止できる。

この発明の第６の局面は次のように規定される。即ち、第３〜第５の局面に規定の太陽光発電装置において、前記固定手段は、前記ソーラパネルのフレームに接触し、該ソーラパネルに備えられる太陽電池ユニットには接触しない。
このように規定される第６の局面の太陽光発電装置によれば、ソーラパネルにおいて高い機械的強度を得やすいフレームが固定手段と接触しているので、当該フレームを強く固定手段へ押圧可能となり、もってソーラパネルの退避モードでの姿勢が安定する。

この発明の第７の局面は次のように規定される。即ち、第３〜第６の局面に規定の太陽光発電装置において、前記固定手段は前記ソーラパネルと接触する部分の下縁部に水抜き孔が形成されている。
このように規定される第７の局面の太陽光発電装置によれば、固定手段においてソーラパネルの下縁が接触する部分の下縁部に水抜き孔が形成されている。これにより、ソーラパネルの内側に雨水が滞留することをより確実に防止できる。
また、固定手段においてソーラパネルと接触する部分が薄肉となるので、結果的に固定手段に充分なばね弾性を付与できる。

この発明の第８の局面は次のように規定される。第１〜第７の局面に規定の太陽光発電装置において、前記退避モードの前記各ソーラパネルの下縁の外方に、防風部材が更に配置される。
このように規定される第８の局面の太陽光発電装置によれば、防風部材が配置されるので、地面に沿った風がソーラパネルの下側へもぐりこむことを未然に防止できる。
この防風部材に退避モードにおけるソーラパネルの傾斜に沿った傾斜角度の面を具備させると、地面に沿った風をソーラパネルの上面側へ導いて太陽光発電装置へかかる風圧を安定化させ易い。

この発明の第９の局面は次のように規定される。即ち、第１〜第８の局面に規定の太陽光発電装置において、前記複数の前記ソーラパネルの対向縁は共通の支持部で支持されている。
これにより、ソーラパネルを支持する支持部が共通化されて部品点数が減少する。よって、ソーラパネルの製造コストを低減できることはもとより、組立ても容易になるため、沿岸部、山岳部及び離島などの厳しい環境に設置する太陽光発電装置として使い勝手のよいものとなる。

この発明の実施の形態の太陽光発電装置の平面図である。 同じく姿勢制御装置を示す平面図である。 同じく姿勢制御装置を示す正面図である。 この発明の他の実施の形態の太陽光発電装置の平面図である。 同じく姿勢制御装置を示す平面図である。 同じく姿勢制御装置を示す正面図である。 太陽光発電装置の発電動作を示す正面図である。 太陽光発電装置の退避モードを示す正面図である。 固定部材に対するソーラパネルの当接状態を示す断面図である。 図９で示した部分の平面図である。 固定部材の変形態様を示す断面図である。 固定部材の他の変形態様を示す断面図である。 固定部材の他の変形態様を示す断面図である。 固定部材の他の変形態様を示す断面図である。 ソーラパネルに対する防風部材を示す断面図である。

以下、この発明を実施の形態に基づき更に詳細に説明する。
図１は実施形態の太陽光発電装置１の平面図である。
この太陽光発電装置１は一対のソーラパネル３、３を備える。各ソーラパネル３，３はそのフレーム４へ太陽電池ユニット５を組みつけてなる。太陽電池ユニット５にはセルが敷き詰められている。フレーム４は対向縁６、自由端縁８及び梁９を備える。ソーラパネル３，３のフレーム４，４の対向縁６，６の両端が支柱１１，１１で支持されている。
この実施例では各太陽電池ユニット５の周囲にフレーム４を配設することにより、ソーラパネル３の機械的強度を確保しているが、フレーム４の構成はこれに限定されるものではない。例えば、この実施例のフレーム４において対向縁６を省略し、ソーラパネル３，３間において太陽電池ユニット５の一つの縁を直接対向させてもよい。
この例の太陽光発電装置１では、１つのソーラパネル３の大きさを３２００ｍｍ×３３００ｍｍとして、支柱１１の高さを１１００ｍｍとする。

図２は太陽光発電装置１の姿勢制御装置１０を示す平面図であり、ソーラパネル３，３は仮想線で示してある。図３は同じく正面図である。
この姿勢制御装置１０は支柱１１，１１、該支柱１１，１１のほぼ中腹に懸架される梁部材１８、及びリンク機構２０、リンク機構２０の屈折角度を調節するアクチュエータ３０を備えてなる。
支柱１１，１１は地面に設置された基台１３から立設され、その頂部１５は拡径されて、蝶番１７，１７によりソーラパネル３，３のフレーム４，４の各対向縁６，６を回転自在に連結する。
梁部材１８は支柱１１，１１の間に懸架される。梁部材１８は支柱１１，１１を連結して両者の安定性を確保するとともに、この梁部材１８へアクチュエータ３０の端部３４が取り付けられる。アクチュエータ３０は当該端部３４を中心にしてその自由端を上下方向に揺動可能とする。アクチュエータ３０はまた当該端部３４が上下動する形態であっても良い。さらに、この例では油圧シリンダ３１とプランジャ３３とからなる油圧式のアクチュエータ３０を採用し、油圧によりプランジャ３３の突出量を調整している。

リンク機構２０は各ソーラパネル３，３の裏面に配設されている。リンク機構２０は一対のリンク２１，２２を中間ジョイント２３で回転可能に連結し、上側のリンク２１の上端はソーラパネル３の裏面へ上側ジョイント２４により回転可能に連結される。同様に、下側のリンク２２の下端は基台２５へ下側ジョイント２６を介して回転可能に連結される。中間ジョイント２３にはアクチュエータ３０のプランジャ３３が連結されている。プランジャ３３の突出量を制御することにより中間ジョイント２３の位置が変化し、その結果、リンク機構２０において一対のリンク２１，２２の挟角が変化する。このとき、下側ジョイント２６は水平方向に固定されているので、上側ジョイント２４の上下方向の位置が変化する。ソーラパネル３の対向縁６は支柱１１によりその高さが規制されているので、上側ジョイント２４の高さ変化に伴い、ソーラパネル３の傾斜角度が変化する。
下側ジョイント２６が水平方向に固定されかつ下側リンク２２の長さが一定である結果、アクチュエータ３０のプランジャ３３の突出量に応じて中間ジョイント２３はその水平方向と垂直方向との位置を変化させる。従って、中間ジョイント２３の上下方向の位置変化に応じてアクチュエータ３０はその端部３４を中心に揺動することとなる。なお、下側ジョイントが図示左右方向（水平方向）へ滑動可能であれば、アクチュエータ３０の揺動は不要になるので、当該アクチュエータ３０の端部３４を梁部材１８へ所定角度でもって固定できる。
符号２７は制御部であって、手動で若しくは予め定められたプログラムに応じてアクチュエータ３０の動作を制御する。

このように構成されたリンク機構２０によれば、その下端が基台２５に連結されて、かつアクチュエータ３０を介して梁部材１８へ連結されているので、支柱１１，１１の横方向（ソーラパネル配設方向でありここでは図示左右方向）の安定性が確保される。
上記の例では１つのソーラパネル３に対して２つのリンク機構２０を備えたが、リンク機構の配設数は任意に選択できる。ソーラパネル３の裏面において上側ジョイント２４の取り付け位置はソーラパネル３のフレーム４の対向縁６とその反対側の自由端縁８との中央とすることがバランス上好ましいが、勿論その位置に限定されるものではない。
リンク機構２０の伸縮度合いを制御するためアクチュエータ３０も任意の機構のもの、例えば空圧シリンダ、機械式シリンダ等を用いることができる。リンク機構２０に対するアクチュエータ３０のプランジャ３３の先端部の連結位置も中間ジョイント２３に限定されるものではなく、リンク２１又はリンク２２へ連結可能である。更には、アクチュエータ３０においてプランジャ３３の先端をソーラパネル３の裏面へ直接連結してもよい。この場合はリンク機構２０を省略可能である。

以上の例ではリンク機構２０を用いてソーラパネル３の姿勢を制御しているが、支柱１１の頂部１５の蝶番１７へモータを連結し、その開度を制御可能とすることによりリンク機構２０及びアクチュエータ３０を省略可能である。
その他、ソーラパネル３の姿勢を制御する機構は任意に選択することができる。

図４〜図６には他の態様の太陽光発電装置１０１を示す。なお、図１〜３の要素と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この太陽光発電装置１０１は、図４に示す通り、扇形の４つのソーラパネル１０３を備える。ソーラパネル１０３はそのフレーム１０４へ太陽電池ユニット１０５を組み付けてなる。フレーム１０４は対向縁１０６、自由端縁１０８及び梁１０９を備える。４つの扇形のソーラパネル１０３を配列すると、図４に示すように１つの円が構成される。

姿勢制御装置１１０は支柱１１１とリンク機構２０、及びアクチュエータ３０を備える。各ソーラパネル１０３に対して１つのリンク機構２０が取り付けられ、支柱１１１から四方へ突出したアクチュエータ３０が各リンク機構２０へ連結され、その伸縮を調節する。
ソーラパネルの形状は任意に選択できる。また、ソーラパネルの配列方法も任意であるが、各ソーラパネルは相互に対向する対向縁１０６を有するものとする。

図１〜図３に示した太陽光発電装置１の発電動作を図７に基づき説明する。
図７の例では、紙面の厚さ方向を南北方向として、太陽光発電装置１を設置する。そしてリンク機構２０，２０によりソーラパネル３の姿勢を制御して、太陽に対向するようにする。図７の実線は午前中のソーラパネル３の姿勢を示す。即ち、ソーラパネル３，３は東向きとなる。図７の仮想線は午後におけるソーラパネル３の姿勢を示す。即ち、ソーラパネル３，３は西向きとなる。
この例では、個別のソーラパネル３は３つのパターンの姿勢をとることができる。第１の姿勢は水平であり、第２の姿勢は自由端縁８を上側にして水平状態から例えば１０度傾斜し、第３の姿勢は自由端縁８を下側にして水平状態から例えば１０度傾斜する。第３の姿勢において自由端縁８は地面近くに達するようにすることが好ましい。
上記において、ソーラパネル３の傾斜角度を任意に設定できることは言うまでもなく、第３の姿勢において自由端縁８が地面から充分に離隔していてもよい。また、ソーラパネル３の取りうる姿勢を３パターン以上とすることができる。

ソーラパネル３の姿勢を制御するため、図７の例では太陽光センサ装置１２０を用いる。この太陽光センサ装置１２０はその基体１２１に３つの面を備える。第１の面１２２は水平面であり、第２の面１２３は東側に傾斜した面であり、第３の面１２４は西側に傾斜した面である。第１の面１２２〜第３の面１２４には光センサ１２５、１２６、１２７が配設され、各光センサ１２５，１２６，１２７の出力が比較部１２８で比較される。比較部１２８はもっとも強い出力（即ち太陽光の入射角度がもっとも９０度に近いもの）のセンサを特定し、制御部２７へその信号を送る。
制御部２７はアクチュエータ３０へ信号を送り、比較部１２８で特定されたセンサが配設された基体１２１の面と同じ傾斜態様となるようにソーラパネル３の姿勢を制御する。
ここに第２の面１２３と第３の面１２４の傾斜角度をソーラパネル３が取りうる傾斜角度（＝１０度）と一致させることが好ましい。
比較結果によってソーラパネル３の姿勢（傾斜角度）を詳細に制御する形態であっても良い。

以上は、もっぱらソーラパネル３の姿勢に注目して発電モードにおける太陽光発電装置１の動作を説明してきた。発電された電力は図示しない電線を介して送電される。一部の電力は太陽光発電装置１自身の動作に消費させることができる。
図８は太陽光発電装置１の退避モードを示す。なお、図１〜３及び図７と同一の作用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図中の符号１３０は風速計であり、この風速が所定の閾値を超えたとき退避モードがオンとなる。勿論、退避モードへの切り替えは手動やタイマー制御で行うことができる。
この退避モードではソーラパネル３、３はそのフレーム４，４の自由端縁８，８を下げた状態となる。換言すれば、ソーラパネル３，３のフレーム４，４の各対向縁６，６が最も高い位置となるように各ソーラパネル３，３の姿勢が制御される。その結果、図９に示すように、この例では各自由端縁８が地面近くまで降下され、固定部材４０に当接する。アクチュエータ３０を制御することにより自由端縁（下縁）８は固定部材４０を押圧状態とすることができる。図１０は、図９で示した部分の平面図である。

この固定部材４０はばね弾性を有する高分子材料（ウレタン等）で形成することが好ましい。これにより、ソーラパネル３にかかる力などが吸収されてソーラパネル３の不要な応力発生を防止できる。また、アクチュエータ３０により自由端縁８へ下方の押圧力を付与しておくことにより、固定部材４０の反発力と相まって、ソーラパネル３のフレーム４の自由端縁８をより安定して支持できる。
このようにソーラパネル３の下縁（フレーム４の自由端縁８）を固定部材４０で支持することにより、図８に示す退避モードにおいて各ソーラパネル３の安定性が向上する。従って、支柱１１やリンク装置２０から構成される姿勢制御装置１０自体に要求される機械的強度及び耐久性が小さなものですむこととなり、その結果、姿勢制御装置１０の小型軽量化、ひいては低コスト化を達成できる。

図１１は他の態様の固定部材５０を示す。この固定部材５０はシリンダ状の基台５１へプランジャ５２が挿入され、両者の間に圧縮コイルばね５３を介在させた構成である。この固定部材５０においても、自由端縁８はばね弾性力をもって支持される。
図１２には他の態様の固定部材６０を示す。この固定部材６０は高分子材料からなる図９に示した固定部材４０に左右方向（即ちソーラパネル３のフレーム４の自由端縁８から対向縁６への方向）の貫通孔６１を形成したものである。かかる貫通孔６１を設けることにより、固定部材６０の弾性係数を制御可能となり、またソーラパネル３の下側へ風が吹き込んできたときにその風を逃がしてソーラパネル３へ不測の荷重がかかることを未然に防止する。さらには、ソーラパネル３の下側に滞留する雨水を排出することもできる。

図１３には弾性高分子材料性の固定部材６０に形成する他の貫通孔６３、６４を示す。この例ではソーラパネル３のフレーム４の自由端縁８において梁９と交差する部分９Ａが固定部材６０に当接している。そして、自由端縁８において太陽電池ユニット５に対向する部分５Ａでは、貫通孔６４が形成されて自由端縁８は固定部材６０から離隔している。また、固定部材６０において、自由端縁８が当接する部分の下方の下縁部に貫通孔６３が形成されている。
かかる貫通孔６３及び貫通孔６４の作用は既述の貫通孔６１と同じである。

図１４には固定部材６０に形成する他の態様の貫通孔６４、６６の例を示す。なお、図１３と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この例では貫通孔６６を貫通孔６４の下側に設けている。このように固定部材６０において荷重方向（図示上下方向）に貫通孔が無い部分を設けると、前述の効果に加え、固定部材６０に高い形状保形能を与えられる。

図１５には他の実施の形態を示す。なお、図１５において図１２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図１５において符号７０は防風部材である。この防風部材７０は自由端縁８の外方に一定の間隔をとって連続的に又は間欠的に配置される。防風部材７０は斜面７１を有する。この斜面７１の角度は退避モードのソーラパネル３の傾斜角と等しくすることが好ましい。これにより、地面に沿った風が自由端縁８にぶつかることを未然に防止でき、その結果姿勢制御装置１０に要求される機械的強度を更に小さくできる。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

３ ソーラパネル
４ フレーム
８ 自由端縁
１０ 姿勢制御装置
４０ 固定手段
７０ 防風部材

Claims (9)

1. 複数のソーラパネルと該ソーラパネルの姿勢制御装置とを備え、前記姿勢制御装置は発電モードと退避モードとで前記各ソーラパネルの角度を異ならせる太陽光発電装置であって、
   前記退避モードにおいて、前記姿勢制御装置は、前記各ソーラパネルにおいて他の前記ソーラパネルに対向する対向縁を最も高い位置とする、ことを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記姿勢制御装置は前記各ソーラパネルの対向縁を実質的に同じ高さに配置する、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
3. 前記退避モードにおいて少なくとも一つの前記ソーラパネルの下縁を固定する固定手段が更に備えられる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電装置。
4. 前記固定手段はばね弾性を有し、前記姿勢制御装置は前記ソーラパネルの下縁を前記固定手段へ押圧してこれを圧縮し、該圧縮された固定手段の反発力と前記姿勢制御装置による押圧力とで前記下縁を安定させる、ことを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電装置。
5. 前記固定手段は、前記ソーラパネルの前記下縁から前記対向縁に向いた方向に、貫通孔を有する、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の太陽光発電装置。
6. 前記固定手段は、前記ソーラパネルのフレームに接触し、該ソーラパネルに備えられる太陽電池ユニットには接触しない、ことを特徴とする、請求項３から５のいずれかに記載の太陽光発電装置。
7. 前記固定手段は前記ソーラパネルと接触する部分の下縁部に水抜き孔が形成されている、ことを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の太陽光発電装置。
8. 前記退避モードの前記各ソーラパネルの下縁の外方に、防風部材が更に配置される、ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の太陽光発電装置。
9. 前記複数の前記ソーラパネルの対向縁は共通の支持部で支持されている、ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の太陽光発電装置。

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