JP2017034837A - 太陽光発電パネルの旋回機構 - Google Patents

Abstract

【課題】１時間あたり約１５度というわずかな旋回動作を、簡素な構成で確実に行う太陽光発電パネルの旋回機構を実現する。【解決手段】太陽光発電パネルを取り付けた上部フレームを載置した回転円板の縁部１４を把持したまま伸縮して所定角度回転させる油圧シリンダ１５と、ピストンロッド先端に取り付けられた第１の固着手段１６と、この第１の固着手段が解放されている間、回転円板が回転しないよう拘束する第２の固着手段１７とで旋回機構を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、自然エネルギー源として注目されている太陽光発電パネルの発電効率を良好に維持するため、太陽方向を追尾してパネルを常に太陽の方向に向けるよう旋回させる太陽光発電パネルの旋回機構に関する。

太陽光発電は、化石燃料による火力発電や原子力発電等の環境破壊や災害の危険がなく、地球に優しいエネルギー源として注目されている。遊休地を利用するメガソーラーや家庭で普及している屋根上の発電パネルなどは、操業コストの節減等の観点から固定式のパネルが主流である。一方、本格的に発電を行おうとする発電プラント等においては、常に良好な発電効率を維持するため、太陽軌道の高さに合わせるように季節によりパネルの傾斜を変え、かつ、１日のうちでも太陽の方向に追尾するように旋回させるものがいろいろ提案されている。

特許文献１には、発電モジュールを効率よく最適な方向に向けるようにした太陽光発電モジュールの支持装置が記載されている。しかしながら、その旋回機構としては、特許文献１の段落［００２８］に、「モータを回転動作させることにより、歯車及びチェーン等の被動作部材を介して旋回力が伝達され・・・旋回部が旋回する」との説明があるのみで、旋回機構そのものの詳しい説明はない。

特許文献２には、旋回に関する「第１駆動機構」として、特許文献２の図３にチェーンを介してウォーム軸を回転させ支持軸を旋回させる機構、特許文献２の図１７および図１８に硬質タイヤを回転させてリング状の支持レールを旋回させる機構、特許文献２の図２０および図２１に歯車やチェーンによってリング状の支持レールを旋回させる機構などが記載されている。

また特許文献３には、その図６に示されているように、旋回シリンダの先端をパネル枠に固定し、旋回シリンダを伸縮させることによってパネルが旋回する機構が記載されている。

図５は、特許文献１の図２に示された太陽光発電モジュール支持装置である。図５において、支柱１の上に旋回軸２を介して支持台３が載せられており、その上の枢支軸４に傾動自在にモジュール支持枠５が取り付けられ、その表面に複数の太陽光発電モジュールＡが縦横に並べられて敷設されている。

モジュール支持枠５は回動手段により枢支軸４を介して回動され、また支持台から上の部分全体は旋回手段により枢支軸４を軸として水平方向に旋回される。回動手段はモジュール支持枠５を実線の水平姿勢から、想像線の傾斜姿勢まで回動させるもので、特許文献１の［発明の詳細な説明］にはスクリュージャッキが例示されている。同様に、旋回手段は、支持台３に取り付けられた歯車を駆動して回転させる縦型のモータが例示されている。

特開２０１２−２３４８６１号公報 特開２００７−１８０４８４号公報 特開２０１２−５４３８１号公報

地球から見た太陽は、東の地平線から登り西に沈み、翌日また東の地平線から昇るので、およそ２４時間で方位は３６０度変化するから、日時計の盤を想起するまでもなく１時間当たりの方位変化は約１５度であり、発電パネルを常に太陽の方に向けるとしても、短時間に何回も回転させるような旋回は必要ない。しかしこれまで開示された各特許文献、特に特許文献１、２にはこうした点の配慮がなく、連続的に毎分数回転するような一般的な旋回機構しか想定されていない。

本発明は、太陽光発電パネルの実際の旋回速度に則して、簡易な構成でエネルギー消費が少なく、かつ正確な旋回量の管理が可能な太陽光発電パネルにふさわしい旋回機構を実現することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、太陽光発電パネルを取り付けた上部フレームを載置した回転円板を水平方向に回転させる旋回機構であって、前記回転円板の縁部外側に円周方向に配置され、前記回転円板の縁部を把持したまま伸縮することにより前記回転円板所定角度回転させる油圧シリンダと、この油圧シリンダのピストンロッド先端部分に取り付けられていて前記回転円板の縁部を把持したり解放したりする第１の固着手段と、この第１の固着手段が前記回転円板を解放している間、前記回転円板が回転しないように保持する第２の固着手段とで構成されることを特徴とする太陽光発電パネルの旋回機構である。

請求項２に記載の本発明は、前記旋回機構が、太陽方向を検知して発信する方位信号に従い、太陽光発電パネルの向きが所定の方位に合致するまで旋回を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電パネルの旋回機構である。

本発明によれば、簡易な構成で確実に、かつ必要十分の角度旋回させることができるので、無人の発電所でもメンテナンス等に問題はなく、常に効率のよい発電量を保持できるという、すぐれた効果を奏する。

本発明実施例における太陽光発電装置の旋回機構を示す平面図である。 本発明実施例における太陽光発電装置の旋回機構の左側面図である。 本発明実施例における太陽光発電装置の旋回機構を示す正面図である。 本発明における旋回機構の作動範囲を示す説明図である。 従来の太陽光発電装置全体を示す正面図である。

以下、本発明の好適実施例について図面により説明する。

本発明に係る太陽光発電パネルは、季節による太陽軌道の変化と毎日の太陽の移動に対応して常にパネルを太陽の方向に向けるように制御するもので、前掲の図５によって説明した従来公知の機能を有しているが、旋回機構の部分に特徴を有する。なお、パネル面の傾斜、すなわち季節による太陽軌道の高さに対する調整は毎日１回、あるいは数日に１回行えば良いことであって、簡単な機構はさまざまに考えられるので、本発明において特に限定しない。

図１は本発明の実施例における太陽光発電装置の旋回機構部分を示す平面図、図２は同じくその左側から見た側面図、図３は正面図である。

下部フレーム１１は地盤、土台等に固定される動かない部分で、上部に正方形状の枠体を有する。そしてその１辺の外側に、水平方向に油圧シリンダ１５が取り付けられている。

下部フレーム１１の上には旋回軸、あるいは旋回ベアリング等の回転機構を介して旋回自在の上部フレーム１２が載せられ、その下端には回転円板１３が取り付けられている。

油圧シリンダ１５のロッドの先端には第１の固着手段である旋回用ブレーキ１６が取り付けられ、図２に見えるようにこの旋回用ブレーキ１６は上下から回転円板１３の縁部１４を挟むように配置されている。

一方、下部フレーム１１の油圧シリンダ１５からやや離れた位置に、第２の固着手段である保持用ブレーキ１７が同じく回転円板１３の縁部１４を挟むように配置されている。

これら２つのブレーキ１６，１７は、油圧が供給されて解放となり、油圧が排圧されたときは機械的なばね力で回転円板１３の縁部１４を挟んで拘束するディスクブレーキである。

回転円板１３は、通常はいずれのディスクブレーキも油圧が作用しないため拘束されており、風等の外力に対して回転しない。パネルを旋回させる場合は、保持用ディスクブレーキ１７だけをゆるめて解放とし、油圧シリンダ１５を所定ストロークの限度まで伸長させると、回転円板１３は所定距離だけ回転する。回転したら保持用ディスクブレーキ１７で回転円板を保持してから旋回用ディスクブレーキ１６をゆるめて油圧シリンダ１５を後退させ、もとの状態に復帰させる。これと逆の操作をすることにより、円板を逆方向に戻すことも可能である。

１基のシリンダ１５と２基のブレーキ１６，１７を油圧で作動させるわけであるが、さらに別途、パネルの傾斜を油圧で制御するとしても、全体の圧油の使用量は僅かであるから、ごく小規模の油圧ユニットでまかなうことができる。停電や油圧故障に対しては回転円板１３が回転しない状態を保持するから、フェイルセーフを成立させることができる。また、回転円板１３の固定状態は、保持用ブレーキ１７によって維持し、風圧などによる荷重が油圧シリンダ１５や旋回用ディスクブレーキ１６に掛かることが殆どないので、これら油圧シリンダ１５や旋回用ディスクブレーキ１６を容量に小さい小型のものとすることができる。

図４は実施例の旋回機構の作動範囲を示す説明図である。回転円板１３の縁部１４の想定掴み位置の半径Ｒを８００ｍｍとし、シリンダストロークを１３．９６ｍｍとすると、回転円板１３は油圧シリンダ５の１回のストロークでおよそ１度回転する。

円板は回転運動であるから正確にはロッドの先端は直線ではなく横方向にも若干移動するが、その変位は回転１度で０．１２ｍｍであり、問題はない。したがって１時間に１５度回転させるものとすれば、平均４分に１回、１度ずつ回転させれば良いことになる。これを何度分かまとめて旋回させるのも任意である。日の出や日の入りの方位、時刻等は暦日によって決まっているから、タイマの設定等により発電パネルを常に最適な方向に向けて、効率の良い発電を行うことができる。

太陽方向を検知して方位信号を発信するようにし、エンコーダ等で現在の発電モジュールの方位を検出して、方位信号と合致するまで正逆の旋回を繰り返すようにすると、より適切な旋回角度管理が実現できる。

なお、本発明における回転のための油圧シリンダと旋回用ブレーキとは、要は、間欠送り機構を構成している。したがって、油圧シリンダと旋回用ブレーキとは、直線的に往復動するアクチュエータとラチェット機構などの一方向で係合する機構となどからなる間欠送り機構に置き換えてもよい。また、油圧シリンダは電動式のものに置き換えてもよい。

１…支柱、 ２…旋回軸、 ３…支持台、 ４…枢支軸、 ５…モジュール支持枠、 １１…下部フレーム、 １２…上部フレーム、 １３…回転円板、 １４…（回転円板の）縁部、 １５…油圧シリンダ、 １６…旋回用ブレーキ（第１の固着手段）、 １７…保持用ブレーキ（第２の固着手段）、 Ａ…太陽電池モジュール。

Claims (2)

1. 太陽光発電パネルを取り付けた上部フレームを載置した回転円板を水平方向に回転させる旋回機構であって、前記回転円板の縁部外側に円周方向に配置され、前記回転円板の縁部を把持したまま伸縮することにより前記回転円板所定角度回転させる油圧シリンダと、この油圧シリンダのピストンロッド先端部分に取り付けられていて前記回転円板の縁部を把持したり解放したりする第１の固着手段と、この第１の固着手段が前記回転円板を解放している間、前記回転円板が回転しないように保持する第２の固着手段とで構成されることを特徴とする太陽光発電パネルの旋回機構。
2. 前記旋回機構が、太陽方向を検知して発信する方位信号に従い、太陽光発電パネルの向きが所定の方位に合致するまで旋回を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電パネルの旋回機構。