JP2013199847A

JP2013199847A - 太陽追尾装置及び該太陽追尾装置を備えたソーラー発電装置

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Publication number: JP2013199847A
Application number: JP2012067480A
Authority: JP
Inventors: Isamu Shindo; 勇進藤
Original assignee: Crystal Systems Corp
Current assignee: Crystal Systems Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03

Abstract

【課題】簡易的な装置構成によってソーラー発電装置の放物面鏡や太陽光発電パネルの仰角を調整することができ、低コストで高精度の太陽追尾装置を提供する。
【解決手段】ソーラー発電装置の集光装置に対して太陽光が略垂直に照射されるように、集光装置の仰角を調整するための太陽追尾装置であって、集光装置の仰角を調整するための角度調整機構と、太陽の南中高度に基づいて事前に作成された基準円筒と、集光装置の仰角を調整する基準となるレベラーと、集光装置の一端に接続され、レベラーを吊持するワイヤーとを備え、レベラーを略水平に保つとともに、基準円筒の基準位置にレベラーの一端が接するように、角度調整機構によって集光装置の仰角を調整するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放物面鏡を用いたディッシュ型太陽光集光装置及びそれを用いた太陽熱発電装置や、太陽光発電パネル（ソーラーパネル）を用いた太陽光発電装置などを太陽の動きに合わせて駆動して効率良く集光・発電を出来るようにするための太陽追尾装置及び該太陽追尾装置を備えたソーラー発電装置に関する。

近年、世界的なエネルギー消費量増大に伴う二酸化炭素の空気中への放出量の増大などを抑止するため、二酸化炭素の放出を伴わない太陽エネルギーを利用した発電装置への期待が高まっている。

従来から、太陽光を利用して電気エネルギーを得ようとする方式には、結晶シリコンやアモルファスシリコン、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ化物）やＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）などの無機化合物、有機色素や導電性ポリマーなどの有機化合物などからなる太陽光発電パネル（ソーラーパネル）に太陽光を照射して、太陽光エネルギーを直接、電気エネルギーに変換する太陽光発電方式と、太陽光を効率良く集めて、例えば、スターリングエンジンなどによって電気エネルギーを得る太陽熱発電方式がある。

このような太陽光を用いて発電する発電装置（以下、「ソーラー発電装置」という）では、集光効率・発電効率を向上させるために、放物面鏡や太陽光発電パネルを常に太陽の方向、すなわち、太陽光が放物面鏡や太陽光発電パネルに対して常に略垂直に照射されるように調整するための太陽追尾装置を備えている。

従来の太陽追尾装置１００は、図４に示すように、太陽光発電パネル１０２を太陽の日周運動や年周運動に併せて動作させる駆動装置１０４と、駆動装置１０４を制御するための演算処理装置１０６から構成され、演算処理装置１０６に記憶された予測されている太陽の位置に基づいて、太陽光発電パネル１０２のズレを測定して、太陽光発電パネル１０２の位置補正を行っている。

しかしながら、従来の太陽追尾装置１００は、駆動装置１０４を制御するための演算処理装置１０６を備えているため、生産コストや調整コストが高額になってしまい、実際のソーラー発電装置では、太陽追尾装置を省いた据え置き型となっていることがほとんどである。

このため、高緯度地域などでは、太陽の南中高度の変化に伴って、発電効率も変化してしまい、ソーラー発電装置の放物面鏡や太陽光発電パネルの仰角と、太陽の南中高度とが大きくずれてしまうと、発電効率が大幅に低下してしまうこともあった。

本発明はこのような現状を鑑み、簡易的な装置構成によってソーラー発電装置の放物面鏡や太陽光発電パネルの仰角を調整することができ、低コストで高精度の太陽追尾装置を提供することを目的とする。

さらに本発明は、このような太陽追尾装置を備えることによって、低コストで太陽追尾を行うことができるとともに、集光装置が、常に、太陽光が垂直に照射されるように調整することができ、発電効率を向上させることができるソーラー発電装置を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような目的を達成するために発明されたものであって、本発明の太陽追尾装置は、ソーラー発電装置の集光装置に対して太陽光が略垂直に照射されるように、集光装置の仰角を調整するための太陽追尾装置であって、
前記集光装置の仰角を調整するための角度調整機構と、
太陽の南中高度に基づいて事前に作成された基準円筒と、
前記集光装置の仰角を調整する基準となるレベラーと、
前記集光装置の一端に接続され、前記レベラーを吊持するワイヤーと、
を備え、
前記基準円筒の基準位置に前記レベラーの一端が接する状態において、前記レベラーが略水平となるように、前記角度調整機構によって集光装置の仰角を調整するように構成されていることを特徴とする。

このように構成することによって、基準円筒を回転させ、レベラーの鉛直方向における位置を変動させることによって、集光装置の仰角を調整することができるため、低コストで高精度の太陽追尾装置とすることができる。

また、本発明の太陽追尾装置は、前記レベラーが、該レベラーの傾きを検出するための傾き検出装置を備え、
前記傾き検出装置からの信号に基づいて、前記角度調整機構によって前記集光装置の仰角を調整するように構成されていることを特徴とする。
なお、前記傾き検出装置が、少なくとも２つの転倒スイッチによって構成されていてもよい。

また、本発明の太陽追尾装置は、前記集光装置の仰角の変化に応じて、前記レベラーの水平方向における位置を変動させずに、前記レベラーの鉛直方向における位置だけを変動させるようにするために、前記ワイヤーの方向を変換する方向変換部を備えることを特徴とする。
なお、前記方向変換部が、ベアリング付回転ローラーまたは滑車によって構成されていてもよい。

また、本発明の太陽追尾装置は、前記レベラーが前後左右に振れないようにするための振れ止め機構を備えることを特徴とする。

また、本発明のソーラー発電装置は、上述するいずれかの太陽追尾装置と、
太陽光エネルギーに基づいて、電気エネルギーを得るための集光装置と、
を備えることを特徴とする。

なお、前記集光装置が、太陽光発電パネルであってもよい。
また、前記集光装置が、放物面鏡であり、該放物面鏡の焦点位置にスターリングエンジンを備えていてもよい。

本発明によれば、演算処理装置などを必要とせず、基準円筒とレベラーによってソーラー発電装置の放物面鏡や太陽光発電パネルの角度を調整することができ、低コストで高精度の太陽追尾装置とすることができる。

また、このような太陽追尾装置を備えたソーラー発電装置とすることで、低コストで太陽追尾を行うことができるソーラー発電装置とすることができる。また、集光装置が、常に太陽光が垂直に照射されるように調整することができるため、発電効率も向上させることができる。

図１は、本発明の太陽追尾装置を備えたソーラー発電装置の構成を説明するための概略構成図であって、図１（ａ）は、冬至時のレベラーの位置を説明するための概略構成図、図１（ｂ）は、夏至時のレベラーの位置を説明するための概略構成図である。図２は、北緯３５度付近において、集光装置の仰角の変化が記録された基準板の一例を示す概略図である。図３は、振れ止め機構として振れ止め容器２６を備えたレベラー１８の構成を説明するための概略構成図である。図４は、従来の太陽追尾装置の構成を説明するための概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を、図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明の太陽追尾装置を備えたソーラー発電装置の構成を説明するための概略構成図であって、図１（ａ）は、冬至時のレベラーの位置を説明するための概略構成図、図１（ｂ）は、夏至時のレベラーの位置を説明するための概略構成図である。

図１に示すように、本発明のソーラー発電装置１０は、例えば、放物面鏡や太陽光発電パネルなどの集光装置１２と、太陽追尾装置１１とを備えている。
太陽追尾装置１１は、集光装置１２の角度を調整するための角度調整機構１４と、太陽の南中高度に基づいて作製された基準円筒１６と、集光装置１２の仰角を調整する基準となるレベラー１８及びワイヤー２０とから構成される。

集光装置１２は、例えば、太陽光発電方式で用いられる太陽光発電パネルや、太陽熱発電方式で用いられる放物面鏡によって構成される。本実施例においては、太陽光発電パネルとして説明するが、例えば、放物面鏡であっても同様に構成することができる。
なお、太陽熱発電方式の場合には、放物面鏡の焦点位置にスターリングエンジン（図示せず）が設けられている。

また、集光装置１２に対して太陽光が略垂直に照射されるように、後述する角度調整機構１４によって、太陽の高度に合わせた仰角θとなるように調整されている。
本実施例においては、説明のため、角度調整機構１４は、太陽の年周運動に合わせた調整を行うための仰角調整機構のみを図示しているが、太陽の日周運動に合わせた回転角調整機構も備えていることは言うまでもない。

また、基準円筒１６は、本発明の太陽追尾装置１１を備えたソーラー発電装置１０が設置される場所に応じて作製されるものであって、例えば、設置される場所における太陽の南中高度から想定される太陽の南中時の集光装置１２の仰角θに基づいて作製することができる。

すなわち、後述するようにレベラー１８を水平に保った状態で、太陽の南中高度から想定される太陽の南中時の集光装置１２の仰角θとなるように、集光装置１２の仰角θを調整する。このときのレベラー１８の位置を１年分に亘って記録することにより、集光装置１２の仰角θの変化が記録された基準板１７を作製することができる。

図２は、集光装置１２の仰角θの変化が記録された基準板１７の一例を示す概略図である。図２の基準板１７は、北緯３５度付近において記録されたものであり、冬至における仰角θは小さく、夏至における仰角θは大きくなっている。

このような基準板１７の下部分（図２における斜線部分）を円筒状に加工することによって、基準円筒１６を作製することができる。なお、基準円筒１６の強度を確保するため、基準板１７は金属としてもよいし、後述するような回転機構２４を備えた金属円筒に、基準板１７を貼付するようにしてもよい。

基準円筒１６には、回転機構２４が設けられており、１年に１周する速度で回転するように構成されている。回転機構２４としては、例えば、モーターとギア装置とから構成することができる。なお、１年に１周する速度で回転すればよいため、ギア装置のギア比を大きくすれば、モーターとしてはパワーの小さいモーターであっても構わない。

また、レベラー１８は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、集光装置１２の一端に接続された所定の長さのワイヤー２０によって吊持されるとともに、基準円筒１６の上端側方にレベラー１８の一端が接するように設置されている。なお、レベラー１８を常に基準円筒１６と接するようにするため、レベラー１８の重心が基準円筒側１６側となるようにレベラー１８を構成することもできる。

レベラー１８には、レベラー１８の傾きを検出するための傾き検出装置として、本実施例では、２つの転倒スイッチ１９ａ，１９ｂが設けられている。この転倒スイッチ１９ａ，１９ｂによって、レベラー１８の傾きを検知してレベラー１８が略水平を保つように、転倒スイッチ１９ａ，１９ｂからの信号に基づいて、角度調整機構１４によって集光装置１２の仰角を調整するように構成されている。

なお、傾き検出装置として、転倒スイッチを使う場合、転倒スイッチの数は特に限定されない。また、レベラー１８の傾きを検出できる装置であれば、特に限定されることはなく、例えば、水銀スイッチやジャイロセンサなどを用いることもできる。

なお、転倒スイッチ１９ａ，１９ｂからの信号は、例えば、ワイヤー２０に沿って張られた信号線（図示せず）を介して、角度調整機構１４に送るように構成してもよいし、転倒スイッチ１９ａ，１９ｂに無線通信手段を設けて、無線通信によって角度調整機構１４に送るように構成してもよい。

また、符号２２は、集光装置１２の仰角に変化に応じて、レベラー１８の水平方向における位置を変動させずに、レベラー１８の鉛直方向における位置だけを変動させるようにするために設けられたワイヤー２０の方向変換部である。

なお、方向変換部２２としては、例えば、ベアリング付回転ローラーや滑車などを用いることができる。
また、レベラー１８が前後左右に振れないようにするために、レベラー１８に振れ止め機構を設けることが好ましい。

図３は、振れ止め機構として振れ止め容器２６を備えたレベラー１８の構成を説明するための概略構成図である。なお、図３に示す振れ止め容器２６は、説明のため、一部を省略して示している。

図３に示すレベラー１８は、レベラー本体１８ａと突出部１８ｂとから構成されており、レベラー本体１８ａは、レベラー１８が前後左右に振れないようにするために、レベラー本体１８ａの平面形状と合致する空洞部２６ａを有する振れ止め容器２６内に収容されている。

なお、レベラー１８が静止状態において、レベラー本体１８ａと振れ止め容器２６とが接触しないように、レベラー本体１８ａと振れ止め容器２６の内壁との間には、隙間が設けられている。

また、レベラー１８の突出部１８ｂが、基準円筒１６の上端側方と常に接するように配置されている。なお、基準円筒１６と突出部１８ｂとの接触面積はなるべく小さい方が好ましく、例えば、突出部１８ｂの形状を側面視において半円形とすることができる。

このように構成された本実施例の太陽追尾装置１１では、基準円筒１６の上端、すなわち、基準板１７における基準位置線１７ａが、集光装置１２の仰角を決定するための基準位置の集合となっている、

所定の日の基準位置（図１においては、基準円筒１６の上端側方）にレベラー１８の一端が接する状態において、レベラー１８が略水平となるように角度調整機構１４によって集光装置１２の仰角θを調整することによって、集光装置１２は、太陽の南中高度に応じた仰角θとすることができる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、レベラー１８が風によって揺れることを防止するための風よけを備えるなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１０ソーラー発電装置
１１太陽追尾装置
１２集光装置
１４角度調整機構
１６基準円筒
１７基準板
１７ａ基準位置線
１８レベラー
１８ａレベラー本体
１８ｂ突出部
１９ａ，１９ｂ転倒スイッチ
２０ワイヤー
２２方向変換部
２４回転機構

Claims

ソーラー発電装置の集光装置に対して太陽光が略垂直に照射されるように、集光装置の仰角を調整するための太陽追尾装置であって、
前記集光装置の仰角を調整するための角度調整機構と、
太陽の南中高度に基づいて事前に作製された基準円筒と、
前記集光装置の仰角を調整する基準となるレベラーと、
前記集光装置の一端に接続され、前記レベラーを吊持するワイヤーと、
を備え、
前記基準円筒の基準位置に前記レベラーの一端が接する状態において、前記レベラーが略水平となるように、前記角度調整機構によって集光装置の仰角を調整するように構成されていることを特徴とする太陽追尾装置。
前記レベラーが、該レベラーの傾きを検出するための傾き検出装置を備え、
前記傾き検出装置からの信号に基づいて、前記角度調整機構によって前記集光装置の仰角を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽追尾装置。
前記傾き検出装置が、少なくとも２つの転倒スイッチによって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽追尾装置。
前記集光装置の仰角の変化に応じて、前記レベラーの水平方向における位置を変動させずに、前記レベラーの鉛直方向における位置だけを変動させるようにするために、前記ワイヤーの方向を変換する方向変換部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の太陽追尾装置。
前記方向変換部が、ベアリング付回転ローラーまたは滑車によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽追尾装置。
前記基準円筒を、１年に１周する速度で回転させるための回転機構を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の太陽追尾装置。
前記レベラーが前後左右に振れないようにするための振れ止め機構を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の太陽追尾装置。
請求項１から７のいずれかに記載の太陽追尾装置と、
太陽光エネルギーに基づいて、電気エネルギーを得るための集光装置と、
を備えることを特徴とするソーラー発電装置。
前記集光装置が、太陽光発電パネルであることを特徴とする請求項８に記載のソーラー発電装置。
前記集光装置が、放物面鏡であり、該放物面鏡の焦点位置にスターリングエンジンを備えることを特徴とする請求項８に記載のソーラー発電装置。