JP2016092969A - Variable angle solar power system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ソーラパネルの角度を予め決められた角度範囲で変化させる角度可変形太陽光発電システムに関するものである。 The present invention relates to a variable angle solar power generation system that changes the angle of a solar panel within a predetermined angle range.
現在、太陽光発電システムにおいては、ソーラパネルを屋根や架台に固定した固定型が主流であるが、受光面の角度が固定されているため、最も発電効率が高くなる太陽光の垂直入射時間も限られていた。 At present, in solar power generation systems, the fixed type with a solar panel fixed to the roof or mount is the mainstream, but the angle of the light receiving surface is fixed, so the vertical incident time of sunlight with the highest power generation efficiency is also possible. It was limited.
この課題を解決するために、太陽の動きに追従してソーラパネルの角度を可変制御する追尾型太陽光発電システムも提案されている(特許文献1〜8)。この追尾型では、日の出から日の入りまで、ソーラパネルの受光面を太陽光が垂直に入射する、あるいはそれに近い角度とすることができるため、固定型よりも発電量が大きくなる。
In order to solve this problem, tracking solar power generation systems that variably control the angle of the solar panel following the movement of the sun have also been proposed (
しかしながら、従来提案されている追尾型太陽光発電システムのほとんどは、ソーラパネルの中央を支柱により支持し、両者間にソーラパネルの角度を可変制御する回転駆動機構を設けた構成であったから、ソーラパネルが強風に煽られた際、前記回転駆動機構が破損したり支柱が折れ曲がる恐れがあった。特に、追尾範囲を広くするためにソーラパネルを水平状態から±45度の範囲で可変しようとすれば、ソーラパネルが設置面と干渉しないように、支柱を相当高くする必要があるが、そうすると重心が不安定となって、上記恐れが高まる。逆に、パネルの面積を小さくすれば、支柱を低くして低重心とすることができるが、そうすると発電量が犠牲となり、追尾型を採用する意味がなくなる。 However, most of the tracking type photovoltaic power generation systems that have been proposed in the past have a configuration in which the center of the solar panel is supported by a support column and a rotary drive mechanism that variably controls the angle of the solar panel is provided between them. When the panel is struck by strong wind, the rotary drive mechanism may be damaged or the support may be bent. In particular, if the solar panel is to be changed within a range of ± 45 degrees from the horizontal state in order to widen the tracking range, it is necessary to make the column considerably high so that the solar panel does not interfere with the installation surface. Becomes unstable and the fear increases. Conversely, if the area of the panel is reduced, the column can be lowered and the center of gravity can be lowered. However, if this is done, the amount of power generation is sacrificed and there is no point in adopting the tracking type.
また、従来は、その都度、現在の座標から太陽光を受光するのに適した角度を求めて、ソーラパネルを傾斜させるものであったから、制御システムが複雑であった。 Conventionally, the control system is complicated because the solar panel is tilted by obtaining an angle suitable for receiving sunlight from the current coordinates each time.
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、耐風性を有し、より簡易にソーラパネルの傾斜角度を制御することができる角度可変形太陽光発電システムを提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an angle variable solar power generation system that has wind resistance and can control the inclination angle of the solar panel more easily. Is to provide.
上述した目的を達成するために本発明では、ソーラパネルと、該ソーラパネルを所定高さに支持する1本の支柱と、該支柱を軸として前記ソーラパネルの傾斜角度を可変自在に連結する回転軸と、前記ソーラパネルの下側に位置し、ワイヤをその両端を引き出した状態で巻回したリールと、該リールを回転駆動するモータと、前記リールから同距離の位置に設けた一対のプーリとを備え、前記ワイヤの両端それぞれを前記プーリを介して前記ソーラパネルの平行する一対の対辺部それぞれの下面に接続し、前記リールを回転駆動して前記ワイヤの一端側を巻き取ると共に他端側を繰り出すことにより、前記ソーラパネルの傾斜角度を可変制御するという手段を用いた。 In order to achieve the above-described object, in the present invention, a solar panel, a single column that supports the solar panel at a predetermined height, and a rotation that variably connects the inclination angle of the solar panel about the column. A shaft, a reel positioned below the solar panel and wound with a wire with both ends pulled out, a motor for driving the reel to rotate, and a pair of pulleys provided at the same distance from the reel Each end of the wire is connected to the lower surface of each of a pair of opposite sides of the solar panel via the pulley, and the reel is driven to rotate to wind one end side of the wire and the other end The means of variably controlling the inclination angle of the solar panel by extending the side was used.
上記手段によれば、モータによりリールを回転駆動することでワイヤ両端のそれぞれの繰り出し量が相対的に変化し、もってリールに巻き取られて繰り出し量が小さくなった側ではソーラパネルを引き下げて、その傾斜角度を可変する。このような動作を行うに当たり、ソーラパネルは、その中央が支柱により支持されると共に、平行する一対の対辺部がワイヤにより浮き上がりが抑制され、耐風性を発揮する。 According to the above means, the reels are driven to rotate by the motor, so that the respective feed amounts at both ends of the wire are relatively changed, and the solar panel is pulled down on the side where the feed amount is reduced by being wound around the reel, The inclination angle is varied. In performing such an operation, the center of the solar panel is supported by a support column, and a pair of parallel opposite sides are prevented from being lifted by a wire, thereby exhibiting wind resistance.
さらに、本発明ではソーラパネルの耐風性をより向上させる手段として、リールから繰り出されるワイヤの両端をソーラパネルの中心線上に接続する一方、当該ワイヤをドライブワイヤとして、その両側に別のガイドワイヤとガイドプーリを一組備え、前記ガイドワイヤそれぞれを前記ドライブワイヤと互いに平行するように、その両端それぞれを前記ソーラパネルの対辺部に接続する。この手段によれば、ソーラパネルは平行する3本のワイヤで設置面側に固定されることになるので、ドライブワイヤ1本のときよりも耐風性を向上させることができる。 Further, in the present invention, as a means for further improving the wind resistance of the solar panel, both ends of the wire fed from the reel are connected to the center line of the solar panel, while the wire is used as a drive wire and another guide wire is provided on both sides thereof. One set of guide pulleys is provided, and both ends thereof are connected to opposite sides of the solar panel so that each of the guide wires is parallel to the drive wire. According to this means, since the solar panel is fixed to the installation surface side with three parallel wires, wind resistance can be improved as compared with the case of one drive wire.
なお、ソーラパネルの傾斜角度は、その受光面に太陽光が垂直入射することが理想的である。そのため、時刻と太陽の位置をパラメータとして、予め前記時刻におけるソーラパネルの傾斜角度を記憶したデータテーブルを有すると共に時計機構を有し、前記ソーラパネルの傾斜角度を前記時計機構で示される時刻に応じた前記データテーブル上の角度となるようにモータを制御することが好ましい。 It should be noted that the solar panel is ideally inclined so that sunlight enters the light receiving surface vertically. Therefore, using the time and the position of the sun as parameters, it has a data table in which the inclination angle of the solar panel at the time is stored in advance and has a clock mechanism, and the inclination angle of the solar panel is determined according to the time indicated by the clock mechanism. It is preferable to control the motor so that the angle is on the data table.
また、上記追尾型太陽光発電システムをユニットとして、複数のユニットを備えたシステムとすることで、ソーラパネルの枚数に見合った発電量が得られる。その際、互いのソーラパネルが干渉しない間隔で設けることが好ましい。具体的な間隔は、ソーラパネルの傾きが変わる動作中、少なくとも隣合う同士が接触しない他、互いにソーラパネルの影がかからないことも含む。 In addition, by using the tracking solar power generation system as a unit and a system including a plurality of units, a power generation amount corresponding to the number of solar panels can be obtained. In that case, it is preferable to provide at the space | interval which a mutual solar panel does not interfere. The specific interval includes not only that the neighboring panels do not contact each other during the operation of changing the inclination of the solar panel, but also that the solar panel is not shaded.
さらに、ソーラパネルの角度を南中高度に対応して可変することで、季節に対応したシステムとすることができる。 Furthermore, by changing the angle of the solar panel according to the South, Middle, and High altitudes, a system corresponding to the season can be obtained.
本発明によれば、ソーラパネルをワイヤの巻き取りによって傾動させる構成としたので、当該ワイヤによってソーラパネルの浮き上がりが抑制され、耐風性を発揮する。また、予め決められた時間に決められた角度だけソーラパネルを傾斜するので、制御が簡単であり、低コストでの設置が可能となり、固定型に代わる太陽光発電システムとして普及に寄与することができる。 According to the present invention, since the solar panel is tilted by winding the wire, the solar panel is prevented from being lifted by the wire and exhibits wind resistance. In addition, since the solar panel is tilted by a predetermined angle at a predetermined time, it is easy to control, can be installed at a low cost, and contributes to the popularization as a photovoltaic power generation system replacing the fixed type. it can.
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図1は、本発明に係る太陽光発電システムにおいて、太陽Sとソーラパネル1の関係を示したものである。即ち、本システムでは、予め決められた時刻に予め決められた角度だけソーラパネル1を傾斜させることで、結果的に、日の出から日の入りまでの太陽Sの動きに追従して、受光面1aに太陽光が垂直入射、若しくはそれに近い状態で入射するように、ソーラパネル1の傾斜角度を可変する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows the relationship between the sun S and the
図2は、本発明システムの一実施形態を示したものであり、図中、2はソーラパネル1を所定高さに支持する支柱、3は支柱2にソーラパネル1を傾動自在に連結する回転軸、4はソーラパネル1の下側に設けたドライブリール、5・6はドライブリール4に巻回されたドライブワイヤ、7・8はドライブリール4から同距離の位置に設けたプーリである。この実施形態では、支柱1と共にドライブリール4とプーリ5・6を地面あるいは適当な架台に固定している。
FIG. 2 shows an embodiment of the system of the present invention. In the figure, 2 is a support for supporting the
ワイヤ5・6はプーリ7・8を介してソーラパネル1の平行する一対の対辺部それぞれの裏面1b・1cに接続している。また、ワイヤ5・6は一本であり、図3に示すように、ドライブリール4から両端を引き出した状態で巻回されている。ドライブリール4には、これを回転駆動するためのモータMを接続している。モータMの種別は問わないが、回転角を正確に制御することができるサーボモータやステッピングモータであることが好ましい。
The
上記構成によれば、モータMによりドライブリール4を回転駆動することで、ワイヤ5・6の繰り出し量が相対的に変化し、ドライブリール4に巻き取られて繰り出し量が小さくなった側でソーラパネル1の対辺部が下方に引き下げられ、ソーラパネル1が回転軸3を中心として傾く。このとき、反対側のワイヤは、ソーラパネル1の傾きと連動して上記巻き取り量と同じ量だけ繰り出されることになる。
According to the above configuration, when the
そして、本システムによれば、強風が発生したとしても、ソーラパネル1はワイヤ5・6によって地面や架台と連結された状態にあるため、浮き上がりが抑制され、支柱2や回転軸3に過度の負荷がかからず、これらが破損・折損することが防止される。
According to this system, even if a strong wind is generated, the
なお、ソーラパネル1の傾斜角度は、時刻ごとの太陽の方位に基づいて、予めソーラパネル1の傾斜角度を三角関数等により算出しておき、これをデータテーブル化しておくことができる。本発明の場合、ソーラパネル1の傾斜角度は、ワイヤ5・6の長さによって決定され、これはドライブリール4の回転量と相関する。つまり、ドライブリール4の回転量を調整することでソーラパネル1の傾斜角度を調整することができる。そして、ドライブリール4はモータにより回転駆動するから、モータを制御することでソーラパネル1の傾斜角度を制御することができる。よって、本発明では、時刻と太陽の位置をパラメータとして上記データテーブルを構築しておき、内部の時計機構が示す時刻に対応する角度を前記データテーブルから読み出してモータを制御することで、ソーラパネル1をその時刻における太陽の方位に適した角度に傾斜させることができる。
Note that the inclination angle of the
一方、太陽の軌跡は日中だけでなく、季節によっても南中高度が変わる。そのため、正午におけるソーラパネルの角度を南中高度に対応して可変することが好ましい。具体的には、回転軸3にボールジョイントなどのユニバーサルジョイントを採用し、そのうえで、上記ドライブリール4、ワイヤ5・6、プーリ7・8、及びモータのセットをもう一組用意し、このセットに係るワイヤを、図4に示したように、ソーラパネル1の他の平行する一対の対辺部1d・1eそれぞれに接続することで実現することができる。
On the other hand, the sun trajectory changes not only during the day, but also depending on the season. Therefore, it is preferable to change the angle of the solar panel at noon according to the south-central altitude. Specifically, a universal joint such as a ball joint is used for the rotating shaft 3, and another set of the
さらに、上記構成のシステムを一つのユニットとして、これを複数ユニット並設することで、ソーラパネル1の枚数に見合った発電量の増加が見込まれる。その際、各ユニットは互いのソーラパネル1が接触しない間隔で設ける必要がある。さらにいえば、図5に示したように、ソーラパネル1の傾斜角度が大きくなるにつれ、その反対側に影が伸びるため、この影が隣りのソーラパネル1にかからない間隔とすることが好ましい。
Furthermore, by arranging the system having the above configuration as one unit and arranging a plurality of units in parallel, an increase in the amount of power generation corresponding to the number of
ところで、ソーラパネル1の形状は大きさは任意であるが、セルを含めたフレームのサイズはメーカによって規格化されており、上記実施形態では、縦が約4100mm、横が3300mmを想定している。このようなサイズのソーラパネル1は、撓みによってセルが剥がれたり、フレームが曲がってしまう恐れがある。これに鑑み、図6に、さらに別の実施形態を示す。この実施形態では、ワイヤ5・6をソーラパネル1の中心線Cに沿って接続する一方、その両側に一対のガイドワイヤ10・11を互いに平行に設けている。ガイドワイヤ10・11はソーラパネル1の中心線から等距離に位置して、その両端をソーラパネル1の対辺部1b・1cに接続している。また、これらガイドワイヤ10・11も、地面や架台に固定した一対のプーリ12・13を介して両端をソーラパネル1に接続している。ただし、ガイドワイヤ10・11についてはドライブリール4やモータMを設けておらず、ドライブリール4側のワイヤ5・6に連動してプーリ12・13とソーラパネル1の間の長さが可変する。
By the way, although the size of the shape of the
この実施形態によれば、3本のワイヤによってソーラパネル1の浮き上がりが抑制されるため、より高い耐風性能を得ることができる。また、ガイドワイヤ10・11によってソーラパネル1の四隅が設置面側に拘束されているから、ソーラパネル1の撓みや捻れも防止される。
According to this embodiment, since the floating of the
さらに、ソーラパネルは強固なフレーム内にセルを配置してモジュール化すると共に、H形鋼等を用いて架台を構成することも可能である。 Furthermore, the solar panel can be modularized by arranging cells in a strong frame, and a pedestal can be configured using H-shaped steel or the like.
1 ソーラパネル
1a 受光面
1b〜1e 対辺部
2 支柱
3 回転軸
4 ドライブリール
5・6 ワイヤ
7・8 プーリ
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