JP2011243934A

JP2011243934A - 薄型軽量円形太陽光追跡装置

Info

Publication number: JP2011243934A
Application number: JP2010127277A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yasui; 正安井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-16
Filing date: 2010-05-16
Publication date: 2011-12-01

Abstract

【課題】年間を通して、日中全体の太陽光の軌跡を常に垂直に追跡し、固定式太陽光パネル比べて大幅な発電量の増加が得られる薄型軽量円形太陽光追跡装置を提供する。
【解決手段】円形の太陽光パネルとその上のガラスが平行複数に分割された事により実現出来た、薄型軽量円形太陽光追跡装置を、電動で駆動し、方位及び仰角を、旋回駆動及び揺動駆動で２軸同時制御する事により太陽光軌跡を常に垂直に追跡し、当太陽光追跡装置が、より多い太陽光を受けて最大の発電量を実現できる、装置全体が薄型軽量と成っているので、強風の影響を受けず平地や屋上に限らず、一般住宅の勾配の付いた屋根にも設置場所を広げる事が可能と成った。また薄型円形太陽光パネルが駆動するのが最大の特徴であり、隣接した住宅密集地の多い場所でも問題が発生しない安全面の長所もある。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光を年間を通して電動で、常に垂直に追跡し発電量を大幅に増やす目的に関する。

現在は固定式太陽光パネルをある角度で、屋根に設置したり平面に架台に載せて使用しているのが主流である。日の出からしばらくは、水平に近く太陽光はパネル表面のガラス３８、図９、に反射し太陽光は殆ど入力せず発電量は少ない、それから南中まで反射に比べ徐々に入力が多くなり、南中時に太陽光が垂直に当たり最大発電量となる南中から日の入りまでも同じ事が起こる。年間を通して起こる事は固定式太陽光パネルをある角度で設置した場合、年間平均地軸の傾き２３．４度ずれるので、年間を通した発電量はその分下がってしまう。しかし、本発明は節目である、夏至、春分、秋分、冬至の南中時も太陽光を垂直に当てることが出来る。

なお、下記特許文献１は、太陽光パネル間に大きな隙間が生じており装置の面積が大きく成り、面積当たりの発電効率は悪くなる。又装置を自分の所有地に目一杯の大きさに設置した場合、装置は正方形又は長方形の場合旋回させれば、他の所有者の土地を侵害してしまう。また、電線や電柱その他障害物に接触する危険性も在る。隣接した住宅の多い日本では大いに在る事例である。
特開２００９−４４０２２

本発明は、従来の太陽光追跡装置に上記のような難点があった事を鑑みて改善されるも円形の太陽光パネルには、隙間が上記の物より少なく面積当たりの発電効率は上記の物より高い。太陽光パネルが円形なので、旋回させても他の所有者の土地を侵害しない。又、障害物に接触する心配も無い。駆動系に伝達効率が極端に悪いウォームとウォームホイール機構を使用している上記の物と違い、伝達効率がほぼ落ちない駆動機構を採用している為せっかく増加した発電量も殆ど消費しない。

本発明は、屋根に固定された円形輪形状の土台の上に円形の本体が、防水式旋回用ベアリングで接続され旋回可能で、本体上には円形の太陽光パネルが平行に複数に分割され、それらが貼り付いている部品の名称をフィンと呼ぶ。太陽光パネルが平行に複数に分割されている事により装置全体が薄型軽量と成っているので、強風や台風の影響も受にくく、勾配の付いた住宅の屋根３９、図１３にも設置出来る。複数のフィン上の太陽光パネルは揺動可能なフィンにより強風時や台風時には全体が水平になり、図１３、強風の影響を受けにくく出来る。

本発明は、方位を及び仰角駆動を旋回及び揺動運動同時に行い、２軸同時制御する事により、日中を通してまた、年間を通して、日中全体の太陽軌跡を常に垂直に追跡するよって、固定式太陽光パネルに比べ大幅な発電量が得られる。

本発明は薄型軽量であるため強風の影響も受けにくい為、勾配の付いた住宅の屋根にも設置可能である。隣の住宅と隣接している家が多い日本の住宅では、最大限の発電量を得ようと、屋根いっぱいに、固定式太陽光パネル設置しようとした場合、本発明より遥かに少ない発電量となってしまい目的は果たせない。又、追跡装置付四角形太陽光パネルを使用した場合、隣接した土地を侵害してしまう。また、電線や電柱その他障害物に接触する危険性も有する。この場合隣の土地を侵害せず電線や電柱その他障害物に接触する危険性のない円形薄型追跡装置付円形太陽光パネルが、可動するのに最も有効な形状と言え、最大限の発電量を得ようと言う目的も果たせる。

本発明は、方位及び仰角駆動を仰角駆動を旋回及び揺動駆動を同時に行い、２軸同時制御する事により、年間を通して、日中全体の太陽軌跡を常に垂直に追跡する。よって、固定式太陽光パネルに比べ大幅な発電量が得られる。

しかも、円形の太陽光パネルが平行に複数に分割されフィン上に貼り付いている、その事により装置全体が薄型軽量と成っているので、強風の影響も受けにくく、勾配の付いた住宅の屋根３９、図１３にも設置出来る。

さらに、円形の太陽光パネルは、追跡装置に最も適した形状で在る為、隣接した住宅密集地の多い場所でも問題が発生しない安全面の長所もある。

本実施形態の立体概念図本実施形態の土台及び本体の底面図本実施形態の土台と本体の旋回する仕組みを表したＡ−Ａ断面図及び本体駆動機構図本実施形態の本体を旋回させる防水式旋回用ベアリングを表したＢ−Ｂ断面図本実施形態の本体を上から見たＣ−Ｃ断面図本実施形態の本体つばとフィン取り付け図本実施形態のフィン駆動機構取り付つばにフィン駆動機構が付いた図本実施形態のフィンつばと軸との固定状態を表す図本実施形態の本体つばとフィンつばが合体したＤ−Ｄ断面図本実施形態の本体つばとフィン駆動機構取り付つばにフィン駆動機構が付いたＥ−Ｅ断面図本実施形態のフィン駆動機構を表したＦ−Ｆ断面図本実施形態の様々なフィンを表した図本実施形態の勾配の付いた住宅の屋根に設置した図実施形態の太陽光パネルの強風時や台風時に閉じた状態図夏至、春分、秋分、冬至の太陽軌道図

以下、本実施形態の薄型軽量円形太陽光追跡装置について、図１〜図１４を参照しながら説明する。

本実施形態の薄型軽量円形太陽光追跡装置は図１、円形輪の形状の土台１と、土台上の円形本体２と、太陽光パネル４とガラス３８の貼り付けてある複数のフィン３で構成されている。本体には、本体正面を表す三角印５、図１、が表示してあり南中時の目安となる

土台１は、図２図３、図４、複数のねじ通り穴１１が開いており対照場所、勾配の付いた屋根３９、図１３、屋上、地面等に複数の皿ねじ１２で固定されている。土台１には防水式旋回用ベアリング１０の外輪が一体化しており、また内歯車８も一体化している。

本体２は、図２、図３、防水式旋回用ベアリング１０の内輪と一体化しており、土台１と本体２は、内歯車８に、ベアリング１３に圧入された、ピニオンギヤ９から動力の伝達を受け、本体２は旋回出来る。

本体２、図５、には、本体駆動機構挿入穴１４が複数開いており、その穴の底に複数の、めねじが切ってあり、複数のボルト１６で複数の本体駆動機構３５を固定してある。

本体２上部には図５、図６、本体つば１７及びフィン駆動機構取り付用つば２１が複数、並んでいる。

本体つば１７、図６、には、軸受け穴１９が開いており軸受１８が圧入されています。フインつば２０図８にも穴が開いており、キー溝２４も切ってあります、本体つば１７でフインつば２０を挟み込む様に嵌まり合います図９。本体つば１７とフィン駆動機構取り付つば２１の間にもフインつば２０、を挟み込む様に嵌まり合う。図１０

本体２と、フイン２２図１２、図８、の固定は、本体つば１７でフインつば２０を挟み込む様に嵌まり合った状態で双方の穴に軸２３を通し、フインつば２０のキー溝２４にキー２５をはめ込み、軸２３が抜けない様に軸２３の両端に軸用留め輪２６を嵌める。これで、フイン２２が揺動７、図１可能になる。図９

本体２上にはフィン駆動機構取り付つば２１が複数在り、めねじ２７が複数切ってあり複数のフィン駆動機構３６を複数のボルト２８で固定してある。図１０、図１１

本体駆動機構３５、図３に示す。本体縦穴１５にベアリング１３が圧入されており、出力軸と一体のピニオンギヤ９を保持し、回転可能とする。その上に本体縦穴３０に外力遮断ブレーキ３１が圧入されており、その上に減速機３２が合体、その上にモータ３３が合体、その上にロータリーエンコーダ３４が取り付けてある。外力遮断ブレーキ３１の機能は、モータ３４と減速機３２側からの動力に対して効率１００％で出力軸と一体のピニオンギヤ９に動力を伝え、土台１と一体の内歯車８と噛み合うことにより本体が旋回出来るが、強風時や台風時、電気が来ていない時、本体２と土台１は、勝手な動きをしてしまう。その様な事が無い様に本体に強風時や台風の時強い回転力を受けた場合に出力軸と一体のピニオンギヤ９に外力がかかり、外力遮断ブレーキ３１が働き外力を止める。よって土台１と本体２は、外力によっては全く旋回する事はない。外力遮断ブレーキ３１の効率１００％と減速機３２の効率９０％の構成ですと効率９０％でウォームとウォームホイール機構の一般効率３０％に比べても省エネ性はかなり高い。

フィン駆動機構３６は、図１１に示す。本体２上の、フィン駆動機構取り付用つば２１に軸受１８が圧入されており、出力軸２９を保持し揺動可能と成っている。その隣に外力遮断ブレーキ３１圧入されており、その隣に減速機３２が合体、その隣にモータ３３が合体、その隣にロータリーエンコーダ３４が取り付けてある。外力遮断ブレーキ３１の機能は、モータ３３と減速機３２側からの動力に対して効率１００％で出力軸に動力を伝えるが、出力軸２９とキー２４で固定されたフインからの外力は、外力遮断ブレーキ３１が働き外力を止める。強風時や台風時、電気が来ていない時でもフインがふらふらする事は無い。外力遮断ブレーキ３１の効率１００％と減速機３２の効率９０％の構成ですと効率９０％で、ウォームとウォームホイール機構の一般る効率３０％に比べても省エネ性はかなり高い。

追跡制御方法は、緯度経度と年月日時分秒により太陽の軌道は決まるので、太陽の軌道を前期情報によりマイコンで演算し、複数のフィン状ソーラーパネルの揺機構を複数の本体の旋回機構のロータリーエンコーダの位置情報により２軸同時制御で、太陽光を垂直に追跡する。強風時や台風時には複数のフィンが閉じ水平になり図１４、強風の影響を少なくする制御モードも備えている。春分、秋分は旋回角度は６、図１、東西に１８０度であるが、夏至の時は東西より北側から日の出、日の入りするので、東西の旋回は、夏至で最大２７０度まで制御する３７、図１５。そして夜間に逆方向に旋回し東に戻る。同じ方向に旋回を続けると電線が切れてしまうので。フインの揺動７、図１、による仰角は±３０度まで制御可能である。

太陽光発電は、火力発電のようにＣＯ２を排出しない発電方法で、その発電量に大幅に寄与し、その結果ＣＯ２を排出抑制にも役立つ。

１土台２１フィン駆動機構取り付用つば
２本体２２フイン
３フイン２３軸
４太陽光パネル２４キー溝
５本体正面を表す三角印２５キー
６旋回２６軸用留め輪
７揺動２７めねじ
８内歯車２８ボルト
９ピニオンギヤ２９出力軸
１０防水式旋回用ベアリング３０本体縦穴
１１ねじ通り穴３１外力遮断ブレーキ
１２皿ねじ３２減速機
１３ベアリング３３モータ
１４本体駆動機構挿入穴３４ロータリーエンコーダ
１５本体縦穴３５本体駆動機構
１６ボルト３６フィン駆動機構
１７本体つば３７夏至で最大２７０度まで制御する
１８軸受３８ガラス
１９軸受け穴３９勾配の付いた住宅の屋根
２０フインつば

・・・・

Claims

円形輪形状の土台とその上の、円形の本体が、防水式旋回用ベアリングで接続され、複数の本体駆動機構により旋回可能で太陽光の方位を追跡する。本体上には円形の太陽光パネルと、その上のガラスが平行に複数に分割され、それらが貼り付いている部品の名称をフィンと呼ぶ、太陽光パネルが平行に複数に分割されている事により装置全体が薄型軽量と成っている。複数のフィンにはフィン１枚に対しフィン駆動機構が１台が付いており、揺動可能で、太陽光の仰角を追跡する。方位及び仰角を、２軸同時制御で、太陽光を垂直に追跡する事により発電量を大幅に増やす事が出来る。
すべての駆動機構には、外力遮断ブレーキが備わっており、強風時や台風による外力を受けても土台、本体、フインは固定状態となる剛体に成ると考えても良い。しかし駆動機構側からの内側からの力には無負荷である。ウォームとウォームホイール機構との対比には、本駆動機構の減速機＋外力遮断ブレーキが相当する。ウォームとウォームホイール機構の一般効率３０％と、本駆動機構の減速機効率９０％×外力遮断ブレーキ効率１００％＝効率９０％であり、装置全体の省エネ性はかなり高い。
円形の太陽光パネルとその上のその上のガラスが平行に複数に分割されており、装置全体が薄型軽量である為一般住宅の勾配の付いた屋根、図１４にも設置可能となり、設置範囲を広げる事が出来る。
追跡装置全体が円形薄型である為、出来るだけ多くの発電量を得ようと、置場所に目一杯設置しても隣接した他の所有者の土地を侵害したり、又、電線や電柱その他障害物に接触する危険性もなく、他の形状の追跡装置付太陽光発電装置に比べて安全面においても優れている。よって平地や屋上以外にも、隣接した狭小住宅密集地にも設置範囲を広げる事が出来る。
設置条件は、追跡装置全体を設置場所の緯度±３０度に設置出来れば駆動機構の可動範囲である。例、東京都は、北緯３５．７度である、屋根の勾配が５．７度〜６５．７度であれば設置出来るので殆ど問題は発生しない。もし屋根の勾配が緯度±３０度で収まらない地域や、屋根勾配が上記の角度から出る場所に設置する場合は、追跡装置土台の下に簡単な架台を設置すれば問題は解決出来る。
追跡制御方法は、緯度経度と年月日時分秒により太陽の軌道は決まるので、太陽の軌道を前記情報によりマイコンで演算し、複数の本体の旋回機構と複数のフィン状ソーラーパネルの揺動機構に設けられたロータリーエンコーダの位置情報により旋回及び揺動駆動を同時に２軸同時制御で制御し、太陽光を垂直に追跡する。強風時や台風時には複数のフィンが水平になり、強風の影響を少なくする制御モードも備えている。また雨の日や曇りの日は、電力消費を抑える為に手動スイッチで電気を切る事も出来る。旋回運動７、図１、は日中は東西に旋回し、夜間は西から東に戻る制御とする。同じ方向に旋回し続けると、電線が切れてしまうからである。