JP2016103959A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自然災害に対する持久力を増し、管理費や、撤去費用まで含めた費用をトータルで低減出来るよう、モジュールを回動するためのアクチュエータの固定側の設置位置の制限を無くすこと。【解決手段】モジュールの向きを変更するためのアクチュエータの固定側を、架台の柱のある部分や地面に求めないで、概略水平に設置される架台の水平部材に設定することにより、アクチュエータの固定端を保持する位置の自由度を増して、アクチュエータの駆動力がより効率的に伝達利用出来るようにして、太陽光発電装置全体のアクチュエータの使用数量を減じる。【選択図】図１

Description

本発明は太陽光発電装置の効率を向上すると共に農作上の要求や巨大な台風や地震、積雪に対する耐久性を向上させるためのモジュール傾斜角変更機構に関するものである。

太陽光発電普及促進するためには、導入全経費が売電のkW単価の1万倍が目安になる。例えば、平均買電単価より安い売電単価２０円／kWhを実施するためには導入全経費が２０万円／kW以下になるようにすることが目標となる。太陽光発電は、ソーラーグレードシリコンが量産され、生産量が増大したことによって価格が大きく下がり、今後２００年で尽きると言われる化石燃料を焼却するような現行の安易な利用方を出来る限り早く縮小して、将来の子孫に残す資源として活用されるようその拡大が大きく期待される。しかしモジュールの大型化や追尾形の太陽光発電装置を指向する限りモジュールや電力変換部材（パワーコンディショナ）以外の経費を低減化することは困難であり、総合的な低減をする目標に不十分である。

このような背景の元、太陽光発電が人類エネルギー取得手段の本命となるために、さらに総合的にコストを引き下げる方策が必要であることから、一軸式で間欠駆動をして概略太陽の方向に向ける案が提案されている。この先行技術をより低廉に、あらゆる環境に対応可能となる新たな構造が求められている。

特願２０１４−０９７９１４ 特表２００６−５２１００９ 米国特許 ５２２８９２４

世界のモジュールの価格は大きく下がり、いよいよ太陽光発電がどんな発電方法より安全で安価な時代が到来しつつあるが、自然災害に対する持久力を増し、管理費や、撤去費用まで含めた費用をトータルで低減出来るよう、モジュール以外の架台や、モジュール取付部材、回動部材の設置が容易で安価でなければならない。

従来の技術としての特許文献１は太陽光発電セルを日照の方向に概略(誤差±5度程度)向けて発電量を向上ことと、暴風や積雪の対策を容易にする意図で考えられたものであるが、その効用を生かすため安価な部材が利用できることに加えて、組立も容易で、取付位置の制約を無くして、より力学的にも洗練されて効率良く力を伝達する機構が必要である。

特許文献１ではモジュールの取付部材が比較的剛性の高い、鉄系の材料を使用することを前提にした構造であるが溶接作業が必要で、量産効果を得にくい。また回動用のアクチュエータの取付位置が架台の外周近くであることは一度に回動できるモジュールの枚数を多くして、回動に要する費用を相対的に下げることに関して未だ不十分である。
特許文献２ではアクチュエータが地面に固定されているので除草作業や土地の有効利用等の障害になり、問題がある。
特許文献３ではアクチュエータの一端が地面近くに固定されているので、除草剤の付着や、草刈り時の損傷、洪水時の冠水等に対する対応力が弱く、長年月の使用に耐えるものになりにくいという問題がある。

モジュールの向きを変更するアクチュエータの固定側を、架台の柱のある部分や地面を避けて、概略水平に設置される架台の水平部材に取り付けることにより、アクチュエータ固定端の位置の自由度を増して、アクチュエータの駆動力がより効率的に利用出来るようにして、アクチュエータの使用数量を減じる。

アクチュエータの使用数量が減じられるので、安価に巨大台風や大雪、地震など多くの自然災害に強いソーラーシェアリングシステム（営農形太陽光発電装置）が構築できる。

図１は本案実施例１による全体の斜視図である。 図２は真横から見た本案の構成図で、アクチュエータは中点でモジュールが水平状態になるときの真横から見た投影図である。 図３は本案のモジュールと連結軸、回動アームの相関位置を説明する連結軸を中心にした断面図である。 図４は連結軸の形状を示す斜視図である。 図５はモジュールに回動する力を与える両持ち形の回動アームの斜視図である。 図６は回動機構の全体を示す斜視図である。 図７は回動機構を真横から見た投影図でアクチュエータは「縮」状態を示す。 図８は図７と同じ方向の投影図でアクチュエータの「伸」状態を示す。 図９は水平部材が交叉する部分に設置してアクチュエータ固定部材に成形品を用いた実施例２の斜視図である。 図１０は水平部材の途中部に簡易な金具を用いて固定部材とした実施例３の斜視図である。

モジュールの傾斜角度を変更するためのアクチュエータを柱の位置に制約を受けないよう、アクチュエータの連動ロッドを架台の水平部材の直下に配置して、前記アクチュエータの固定端を水平部材に設置出来るようにする。

図１は、本発明の実施例１の斜視図であって、概略５ｍの間隔に立つ柱２１に水平部材を配置して、モジュール２を直列に(図では左右)に連結軸１によって（図３で示すように）連結されて、モジュール列を構成する。このモジュール列を複数段(図では前後)一度に傾斜角を変更するため、モジュール２と、連結軸１とモジュールの傾斜を変更する力を与えるアーム部材６を一体として締結し(ボルトは不記載)、架台の水平部材５に固着された、直交クランプ３に固定される軸受部材４に対して回動自在に構成して、前記モジュール列にそれぞれ締結されるアーム部材６を連動ロッド８にピン７で多数接合し、連動ロッド８をアクチュエータ１１で動かすことでモジュール２の受光面の傾斜自在に変えられるようにする。

前記アーム部材６はモジュールが複数連なるモジュール列の中でモジュール列全体を駆動するのに適した位置を選び図１に示すように直線上に配置され、連動ロッド８とピン７によって揺動自在に構成される。前記アーム部材６は架台の水平部材５の下をまたぐように左右のモジュール２に対称的に取付られので、連動ロッド８はおおむね水平部材５の中心線に一致している。

図2はアクチュエータ部を拡大して横方向から見た投影図で、モジュールの傾斜角が０度(水平)の状態を示す図である。アクチュエータ１１の伸縮によってモジュールを回動させる力の伝達を説明すると、モジュール２は駆動軸１に取り付けられる。
回動用のアーム部材６はアクチュエータ１１が設置される部分に、連結軸１の継ぎ手部１ａとモジュール２が締結される部分を軸に自由に回動できる状態に組み付けられ、前記アーム部材６は連動ロッド８によって他の列のモジュールと連結され、前記連動ロッド８はアクチュエータ１１の伸縮側端部受け部材８’にあるピン１３により自由に回動できる形で連結されている。

前記アクチュエータ１１は小型直流モータとネジ機構によって連動ロッド伸縮する形式の物が小さな電力で大きな力を発揮して適しているが電動式に限らない。ストロークが概略３００mm、最大伸縮力は概略２５００Ｎが得られる性能のものを用いることが推奨される。使用荷重は概略１２００Ｎ程度を使用するので３mm／秒ほどの伸縮速度が目安になる。

前記アクチュエータ１１の固定側はアクチュエータの伸縮力を作動させるために架台の水平部材部材である２０と５に、Ｕボルト９、９aによって固定されている固定端支持部材１０とピン１２によって軸中心に回動できるように結合される。

図３は、図２で前記アーム部材６の中心部で切断した図で、モジュール２はモジュールとの連結部１aを持つ軸部材１に連結され、軸受部材４をかいしてクランプ部材３によって架台の水平部材５上に支持されている。

アーム部材６は前記連結軸部材１の両端にあるモジュール取付部１aを挟んでモジュールに取り付けられて、アクチュエータ１１によって加わる力が連動ロッド８、支持ピン７から、前記アーム部材６によってモジュール２の傾斜角を変える力を伝達する。

アーム部材６は図５に示す形状をしていて、２本を向かい合わせに使い、連結軸１に締結されたモジュール２に連動ロッド８からの回動力を伝える。

固定側端部支持部材１０は架台の水平部材２０と水平部材５にＵボルト９と９’によって保持し、この固定側端部支持部材１０によってアクチュエータの固定側をピン１２によって支持し、アクチュエータ１１の伸縮側支点をピン部材（伸縮側端部）１３によって、連動ロッド８に連結し、駆動力が連動ロッド８から連結ピン部材７によってアーム部材６に伝わり、モジュール２を傾斜させることを示す。

図７は図８の説明の補完として真横から見た図６の状況を表していてアクチュエータが最も縮状態になったときの寸法Ｌ１によってモジュール２が概略４５度傾斜することを表す。

図９は図７と同じ投影図でアクチュエータ１１が最も伸びた状態を表し、その長さがＬ３になりモジュールの傾斜が図７から概略９０度右回転できることを表す。

図９は実施例２を示す図で、架台の架台の水平部材が十字を形成する内部においてはアクチュエータ１１の固定端に架台水平部材５’を利用することにより、アクチュエータの固定端支持部材１０に代わり成形品１０’を用いてアクチュエータの環境保護を向上した例である。

図１０は、アクチュエータは通常内蔵されるモータの収納部が、伸縮ネジ部の軸芯に対し偏心した位置にあり連動アーム８と干渉するので、アクチュエータ伸縮軸中心に対して９０度回し、上下寸法を小さくして、架台の水平部材の任意の中間部に納めた例である。こうすることによって、架台水平部材５に摩擦固定出来る固定側端部支持部材１０’’を用いることによって、アクチュエータ１１の固定側端部を保持し、アクチュエータ設置位置の自由度をさらに拡大できる。この方法は1本の水平部材に、摩擦力で固定側端部支持部材１０’’が支持されるので、この部材の摩擦力を取付ボルト（図なし）の締結トルクを適切にすることによって、故障などで過大の駆動力が加わるような事態が生じたときに、前記固定端支持部材１０’’が架台水平部材の通常の位置から移動して、アクチュエータの駆動量を減じて、装置を保護する一種の「ヒューズ」として機能させることも出来る。

農地や内水面、ビルの屋上、公園、庭園などの利用価値を下げないで剰余の太陽光を利用して発電を行う空中設置形の発電方法（通称ソーラーシェアリング 原案特開２００５−２７７０３８）は農水省によってその実用性が認められる技術となり、普及が進みつつある。

加えて本案によってモジュールの傾斜角を変更するアクチュエータの設置方法が改善されて、配置の自由度が増すとともに、アクチュエータ駆動力が効率よく伝播できるようになり、アクチュエータ一個あたりの駆動モジュールの数が増して、太陽光発電出力当たりのアクチュエータ設置コスト負担を減じることができることとなって、数十年に一度の強風や積雪に耐えうる強固な設備を安価に設置できることになる。

１ｋWあたり２０万円の費用をかけて２０年間で２０００ｋWｈ発電するので、これは１０円／ｋWｈの電力が得られることを示す。この数字はあらゆる発電方法にくらべて太陽光発電が一番経済的で、また無限のエネルギー取得手段になりつつあることを表している。

太陽光発電の最大の欠点は大面積が必要であり、また昼間のみの発電であることであるが、大面積を確保する方法として、農地でソーラーシェアリングを行い農家がエネルギーと食物両方を供給するという、農業本来の職務を復活させ、電力供給を加えることによって収入を倍増、安定化させて、魅力ある職業として見直される政策により、多くの農村問題解決の端緒になることが期待される。

日本の年間電力使用量は大略１００００億kWh／年であるがソーラーシェアリングの面積当たりの発電量４０ｋW／反として計算すればその必要面積は２５０万ヘクタールに過ぎず、農地の全面積４６０万ヘクタールに比し十分小さく、農地から無限の電力を得る社会によって、農業が本来の魅力ある産業として最重要の産業として甦ることが出来る。

将来、ソーラーシェアリングを前提にした品種改良も進み、また太陽光発電モジュール自体の発電効率も上がることにより電力の需要ばかりでなく化石燃料自体の使用量を漸減させ、化石燃料が尽きる前に再び自然エネルギーのみの社会を築くことも期待できる。

１ 連結軸部材（モジュールを連結支持して回動の軸となる部材）
１a モジュール取付部
２ モジュール
３ 直交クランプ（鋼管を直角に段違いで結合する部材）
３a 直交クランプ下部（架台水平部材取付部）
４ 軸受部材
５ 架台水平部材
５’ 架台の他の水平部材
６ アーム部材
７ 連結ピン部材
８ 連動ロッド
９、９’ アクチュエータの支持部材を締結するＵボルト
１０ 固定側端部支持部材（アクチュエータの支持部材）
１０’ 第2形態の固定側端部支持部材
１０’’ 第3形態の固定側端部支持部材
１１ アクチュエータ
１２ ピン部材（固定側端部）
１３ ピン部材（伸縮側端部）
２０ 架台の水平部材（５に直交）
２１ 柱

Claims (1)

1. 架台上に展開された、傾斜を変更できる複数のモジュール持つ太陽光発電装置において、モジュールの傾斜を行うアクチュエータの固定側端部を、前記架台の柱部分や地面に設置しないで、架台の水平部材に設定しことを特徴とする太陽光発電装置。