JP2016217566A

JP2016217566A - 太陽光パネルの回動機構

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Publication number: JP2016217566A
Application number: JP2015100064A
Authority: JP
Inventors: 弘伸鈴木; Hironobu Suzuki; 敏博山田; Toshihiro Yamada
Original assignee: Techno Toei Kk
Current assignee: Techno Toei Kk
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2035-05-15
Also published as: JP5834323B1

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら、回動部分に高耐久性を備えた太陽光パネルの回動機構を提供する。【解決手段】太陽光パネルの回動機構を、基盤３と、該基盤上に配置され、一方向に直線移動する直動手段４と、該直動手段の直動面と、その移動方向と接線を成す所定幅の円弧面５１を形成して当接するフレーム５と、該フレームの円弧面と上記直動手段の直動面に峡持させて平行配置する２本のベルト６と、上記フレームで保持する太陽光パネル１１と、から成り、上記ベルトを、フレームの円弧面に沿って当接させた、換言すればフレームの円弧面に巻回させて、その一端側をフレームに固定すると共に他端側を直動面に固定し、かつ、ベルト間で両端部の固定関係を逆転させた構成とする。上記フレームには、円弧面の回転中心となり、かつ外部に突出する軸部５３を形成し、該軸部を上記基盤に立設したブラケット３１で保持する。【選択図】図１

Description

本願発明は、太陽光追尾装置の技術分野に属し、特に太陽光パネルを保持すると共に回動させる回動機構に関する。

昨今、原子力発電利用率の低下又は温室効果ガス削減の観点からクリーンエネルギーによる発電が求められている。特に、太陽光を吸収して電気や熱に変換する太陽光パネルを利用した発電装置が注目されている。

かかる発電装置には、太陽光の吸収効率を向上させるために、太陽光を追尾する回動機構を備えている装置がある。回動機構の例として、特許文献１に太陽光パネルの方向検出ユニットが開示されている。当該ユニットは太陽光パネルを保持すると共に、太陽光を垂直に受けるべく太陽光パネルの回動を制御する駆動機構を備えて構成している。この駆動機構はモータのトルクを、太陽光パネルを保持する脚部材に複数のギアを介して伝達し、太陽光パネルを適宜に傾動させるものである。

また、特許文献２には太陽光パネルユニットが開示されている。当該ユニットは搖動軸を介して保持した太陽光パネルの裏面側であって、前記搖動軸を挟んだ２箇所にワイヤを取り付け、このワイヤを２方向から回転プーリーに巻回させた構成である。そして、回動プーリーの回動によって２本のワイヤを巻回又は送り出しを行い、２本のワイヤ長さの変化によって、搖動軸中心に太陽光パネルを回動させるものである。

さらに、特許文献３には太陽光追尾装置が開示されている。この装置は太陽光の熱量によって伸縮する２本のバネ部材によってワイヤ等の伝達部材を押し引きし、伝達部材を巻回させた回転部を適宜に回転させ、この回転部に太陽光パネルを設置して太陽光の追尾を行うものである。

特開平１１−２５８０４２号公報特開２０１４−２３４９７３号公報特開２０１５−２３１０６号公報

しかし、上記特許文献に開示された回動機構には、次のような問題点があった。
まず、太陽光パネルは、屋外に設置すると共に太陽光吸収を効率化するために矩形平板状（中にはパラボラ型もあり）を成し、通常は１メートルを超える寸法部分を含んだ大きめの板状体に形成されている。このため、追尾機能として回動機構を備えた太陽光パネルは風による影響を受け易く、台風のような強風によっては回動機構の回動軸やトルク伝達機構に過大な負荷が発生する場合があった。

例えば、特許文献１の回動機構では、強風を受けた場合に太陽光パネルの回転軸やモータに付随するギアの一部に過大な負荷が発生する。この結果、ギアの歯先が破損して回動機構の機能を損なうおそれがあった。また、このような事態に備え、ギアの耐久性向上のためのコストアップも無視できない問題であった。

特許文献２、３の回動機構はワイヤの巻回や送り出しを、実質的な回動のための駆動源としているため、特許文献１のようなギアに関する問題はない。しかし、太陽光パネルを回動又は傾動させる回動軸を備える構成であることは同じであるため、かかる回動軸への過大な負荷の発生が避けられないものであった。

そこで、本願発明はかかる課題に着目してなされたものであり、簡易な構成でありながら太陽光パネルを保持する回動部分に高耐久性を備えた太陽光パネルの回動機構を提供するものである。

上記の課題を解決するため本願発明に係る太陽光パネルの回動機構は、以下のように構成している。

すなわち、基盤と、該基盤上に配置され、一方向に直線移動する直動手段と、該直動手段の直動面と、その移動方向と接線を成す所定幅の円弧面を形成して当接するフレームと、該フレームの円弧面と上記直動手段の直動面に峡持させて平行配置する２本のベルトと、上記フレームで保持する太陽光パネルと、から成り、上記ベルトは、フレームの円弧面に沿って当接させた、換言すればフレームの円弧面に巻回させて、その一端側をフレームに固定すると共に他端側を直動面に固定し、かつ、ベルト間で両端部の固定関係を逆転させたことを特徴としている。

また、上記フレームに円弧面の回転中心となる軸部を形成し、該軸部を、上記基盤を基礎として保持したことを特徴としている。

上記構成の回動機構は、太陽光パネルを太陽光と垂直を成して受光できるように傾斜方向（上下方向）に回動させることを主眼としている。しかし、太陽位置に連動して水平方向（左右方向又は東西方向）に回動する機構としても用いることも可能である。

また、上記回動機構をいわゆる２段重ねとし、例えば、１段目を水平方向の回動として、２段目に傾斜方向の回動として配置する形態として、２方向に回動して太陽光を追尾する機構を構築することも可能である。

さらに、上記ベルトをその両面に歯を形成した歯形ベルトとすると共に、上記フレームの円弧面及び上記直動手段の直動面に、上記歯形ベルトが噛合する歯溝を形成しても良い。

次に、上記構成の太陽光パネルの回動機構の作用について説明する。なお、この説明においては、太陽光パネルを上下方向に傾斜させる回動形態として説明する。

まず、照射される太陽光の入射角を確認し、これと垂直面を成すように太陽光パネルを傾斜させる。かかる傾斜を実現するためには、直動手段を特定の一方向、すなわち、太陽光パネルを下方へ傾斜させるべく太陽が位置する方向とは逆方向に動かす。

直動手段を上記方向に動かすと、移動方向側（太陽位置とは逆側方向）の直動面に端部を固定した一方のベルトについては、円弧面に巻回している部分が直動面に対して繰り出され、この時の直動面からの張力とベルトと円弧面の摩擦力によりフレームが下方傾斜する方向に直動面を転がることとなる。他方のベルトは、直動手段及び円弧面への固定関係が逆であるため、直動面から円弧面にベルトが巻回されることとなり、この巻回時の張力と摩擦力によりフレームが下方傾斜する同じ方向に直動面を転がることとなる。

なお、フレームは直動手段の移動と連動して回転するが、その回動中心位置は基盤に対しては移動しない。このため、この回動中心位置に軸部を形成すると共に、この軸部を基盤により軸支持する形態であれば、フレームをより円滑に回動させることができる。

本願発明の太陽光パネルの回動機構による太陽光パネルの保持及び回動は、上記構成のフレームの円弧面に対し、２本のベルトの反対方向の張力、及びベルトが円弧面に巻回している面部分の接触による摩擦力が担っている。

これにより、太陽光パネルに作用する風圧による負荷を、従来のギアの噛合せ形態のように一つの機械要素の狭い範囲の面積で負担することがなく、フレームの円弧面にベルトが当接（巻回）した広い面積で分散させて負担することが可能となる。この結果、回動機構の耐久性が格段に向上する。

また、フレームの円弧面の形成については、ギア等を形成する機械加工と異なり、それほどの高精度を必要としない板金加工で十分に構築可能な簡易な構造である。この結果、太陽光パネルの大きさに併せた柔軟な設計や改修も容易な上、さらにはベルト交換等のメンテナンスも容易であるため、イニシャルコスト及びランニングコストの削減への寄与も大きいものである。

本実施形態例の太陽光パネルの回動機構を備えた太陽光追尾装置を示す一部切欠き斜視図である。図１を太陽光パネルの受光面側から示す斜視図である。本実施形態例の太陽光パネルの回動機構を示す組立斜視図である。本実施形態例の太陽光パネルの回動機構の作用の説明図（Ａ）、（Ｂ）である。

以下に、本願発明の実施形態例（以下「本実施例」と略称。）に係る太陽光パネルの回動機構（以下、「本回動機構」と称する。）について、図面に基づき詳細に説明する。

図１の図符号１は、太陽光追尾装置である。当該装置１は適宜な太陽光パネル１１（以下、「パネル」と略称する。）と、これを保持して太陽光Ｌに垂直となる向き、別言すれば太陽光Ｌと垂直に対峙するようにパネル１１を傾斜させる方向（以下、「傾斜方向」と称する。）に回動する本回動機構２から構成している。

パネル１１は、所定厚さを有して端面１１ｂを成すと共に、上下面が幅広な平坦面となる矩形板状に形成されており、太陽光Ｌの入射側の上面（図面上側）を受光面１１ａとしている。そして、太陽光Ｌを受けることによって、内部で直流電力を発生させるように構成している。なお、本実施例でのパネル１１は、公知技術で構成した既存品を採用しているため、これ以上の詳細な説明は省略する。

本回動機構２は、基盤３、直動手段４、フレーム５、そして、フレーム５と直動手段４を連携させる２本のベルト６から構成している。

まず、基盤３は矩形板状を呈し、本回動機構全体を支持する基礎部材である。基盤３の長手方向の両側にはブラケット３１を立設している。このブラケット３１の上側部分は後述するフレーム５の軸部５３を保持している。

基盤３の上部には直動手段４を配設している。直動手段４は基盤上の長手方向に２本のレール４１を平行に設置し、この一方側のレール上に円滑移動用の２個の台座ブロック４２ｂを配設し、合計４個の台座ブロック上に矩形板状のステージ４２を設置して構成している。なお、ステージ４２の上面側は、直動面４２ａとして後述するフレーム５の円弧面５１の載置場所となると共に転がり面としても機能する。

２本のレール間には、ほぼ同じ長さの送りネジ４３をレール４１と平行に配設している。この送りネジ４３は基盤３に固定したモータ４３ａを駆動源として回転すると共に、その所定位置に送りナット４４を螺合させている。送りナット４４の上部はステージ４２の下面側と接続している。この構成により、ステージ４２は送りネジ４３の回転によってレール４１に沿った一方向に直線往復移動させることが可能となっている。なお、回転駆動源としては本実施例のようにモータ４３ａに限定するものではなく、これに代えて、例えば、ブレーキ付の手動ハンドル（図示省略）に変更しても良い。

ステージ４２の上面である直動面４２ａには、その移動方向に転がり面を成す円弧面５１を備えたフレーム５を、後述する２本のベルト６を挟むようにして載置している。フレーム５は、上述したように下部側が所定幅をもって半円を呈する円弧面５１を形成し、上部側にはパネル１１の下面側及び各辺部の端面１１ｂを保持及び固定する略十字形を呈するホルダ５２を配設して構成している。

上記円弧面５１の内側には補強用の板状のスポーク５１ａを３箇所に配設し、円弧面５１の形状維持を図っている。また、このホルダ５２の円弧面５１と直交方向の両側には、外側に突出する軸部５３を形成している。この軸部５３は円弧面５１の回転中心であって、上述したように基盤３のブラケット３１によって回転自在に軸支されている。

図符号６はベルトである。ベルト６は上述のようにステージ４２の直動面４２ａとフレーム５の円弧面５１に峡持される状態で平行を成して２本が配置されている。両ベルト６、６は、一端側をフレーム５の円弧面５１の終端部に止め具６１によって固定されると共に、円弧面５１及び直動面４２ａに沿わした他端側を、直動面４２ａの端部付近に同様に止め具６１によって固定されている。つまり、ベルト６は円弧面５１と直動面４２ａの当接部分を境に一方が円弧面５１に巻回するように円弧面５１に沿って当接し、他方が直動面４２ａの長手方向に沿って当接した配置となっている。

そして、両ベルト間においては円弧面５１及び直動面４２ａへの止め具６１の配置関係を逆転させ、直動面４２ａの端部においてベルト延長方向に向かって同程度の張力を付与している（矢印ａ）。この構成により、フレーム５は直動面上に停止状態を維持する一方で、直動面４２ａの移動に伴って直動面上を往復可能に転がることとなる。なお、ベルト６の材質は摩擦力の高い樹脂（例えば、ウレタンゴム）が好適であるが、いわゆるスチールベルトを採用しても良い。

次に、本実施例の太陽光追尾装置１の作用を本回動機構２の作用に基づいて、以下に詳細に説明する。

まずは、フレーム５のホルダ５２が上側を向いた状態で所望のパネル１１を固定し、太陽光追尾装置１を完成させる。

そして、パネル１１を太陽光Ｌと垂直を成すように対峙させるため、本回動機構２を起動して傾斜させる。

このパネル１１の傾斜について詳述すると、モータ４３ａを起動して送りネジ４３に螺合した直動手段４のステージ４２を、図４に示すように、太陽光Ｌの照射される方向（太陽の位置）とは逆であるモータ側に直線移動（矢印ｂ）させる。このステージ４２の移動により、モータ側の直動面４２ａに端部を固定した一方のベルト（図面上、奥側）は、フレーム５の円弧面５１に巻回している部分が円弧面５１から直動面４２ａに対して送り出される。この結果、ベルト６と円弧面５１の巻回した部分の摩擦力が作用した円弧面５１は、フレーム５が太陽方向に傾斜する方向に直動面４２ａを転がり、パネル１１が傾斜することになる（矢印ｃ）。他方のベルト６（図面上、手前側）は、ステージ４２及び円弧面５１への固定関係が逆であるため、直動面４２ａから円弧面５１に巻回されることとなり、円弧面５１は巻回時の摩擦力によってフレーム５を傾斜させる同じ方向に直動面４２ａを転がり、同様にパネル１１を傾斜させるように作用する（矢印ｃ）。

このフレーム５の円弧面５１の直動面４２ａに対する転がりは、基盤内での相対的なものであるため、基盤３に対してはフレーム５の回動中心位置は移動せず、フレーム５は軸部５３を中心に回動することになる。

そして、回動後に停止したフレーム５は、その円弧面５１に巻回した２本のベルト６の摩擦力及び直動面４２ａの移動方向の前後に作用する張力により停止状態が維持されることとなる。

なお、パネル１１の傾斜に伴うモータ４３ａの起動及び回転量については、パネル１１に付加した受光センサー、入射光の角度を事前に計測したタイマー、又は手動の何れかで適宜に設定すれば良い。
［他の実施形態例］

上記の本実施例では、円弧面５１、ベルト６、直動面４２ａの表面に突起物を設ける形態ではなく、当接した互いの摩擦力でそれぞれの力の伝達を行うことによって、傾斜の回動と傾斜後の状態を維持している。しかし、本願発明はこの形態に限定するものでない。

すなわち、上記ベルト６をその両面に歯を形成した歯形ベルトとすると共に、フレーム５の円弧面５１及びステージ４２の直動面４２ａに、上記歯形ベルトが噛合する歯溝を形成する形態である（図示省略）。

かかる形態を採用する場合、歯溝加工等のイニシャルコストが嵩むこととなるが、摩擦力によって回動及び傾斜位置を行う上記の本実施例よりも力の伝達効率や耐久性が向上する。このため、当該形態は台風の通り道など強風が発生し易い場所に設置する場合に好適な形態となる。

１太陽光追尾装置
１１パネル
１１ａ受光面
１１ｂ端面
２本回動機構
３基盤
３１ブラケット
４直動手段
４１レール
４２ステージ
４２ａ直動面
４２ｂ台座ブロック
４３送りネジ
４３ａモータ
４４送りナット
５フレーム
５１円弧面
５１ａスポーク
５２ホルダ
５３軸部
６ベルト
６１止め具
Ｌ太陽光

Claims

基盤と、
該基盤上に配置され、一方向に直線移動する直動手段と、
該直動手段の直動面と、その移動方向と接線を成す所定幅の円弧面を形成して当接するフレームと、
該フレームの円弧面と上記直動手段の直動面に峡持させて平行配置する２本のベルトと、
上記フレームで保持する太陽光パネルと、
から成り、
上記ベルトは、フレームの円弧面に沿って当接させた一端側をフレームに固定すると共に他端側を直動面に固定し、かつ、ベルト間で両端部の固定関係を逆転させたことを特徴とする太陽光パネルの回動機構。
上記フレームに円弧面の回転中心となる軸部を形成し、
該軸部を、上記基盤を基礎として保持したことを特徴とする請求項１記載の太陽光パネルの回動機構。
上記ベルトをその両面に歯を形成した歯形ベルトとすると共に、
上記フレームの円弧面及び上記直動手段の直動面に、上記歯形ベルトが噛合する歯溝を形成したことを特徴とする請求項１、又は２記載の太陽光パネルの回動機構。