JP3138252U - 太陽追尾パネルを有する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な設備で効率良く太陽光を利用できる太陽追尾パネルを有する装置を提供する。
【解決手段】太陽光発電パネル１１を備えた装置であって、太陽光発電パネル１１を支持する支持部１２と、太陽光発電パネル１１により発電された電力を充放電可能な二次電池１３と、二次電池１３から電力が供給される機器と、二次電池１３の充放電を制御する制御部２１とを備えており、支持部１２には、太陽光発電パネルを水平面内で間欠的に回動させる駆動手段１４が設けられている。太陽光発電パネルを間欠的に回動させるので、太陽光を常時追尾する場合に比べて制御が容易になる。
【選択図】図１

Description

本考案は、太陽追尾パネルを有する装置に関する。

従来から街灯等には、太陽光発電パネル（以下、単にパネルという）を備えた照明灯等が設けられている。かかる街灯では、昼間にパネルが発電した電力を二次電池に充電しておき、夜間には、二次電池に充電した電力により街灯を点灯させている。

パネルは、垂直に太陽光が照射される時刻には効率よく発電できるが、太陽光が斜めから照射される場合には発電効率が低下する。
しかし、街灯に設けられるパネルは支柱等に固定されているので、パネルに対して垂直に太陽光が照射される時刻（例えば正午等）には効率よく発電できるものの、朝や夕方は、パネルに対して太陽光が斜めから照射されるため発電効率が悪いという問題があった。

パネルに対して常に太陽光が垂直に照射されるようにパネルに太陽を追尾させれば、上記問題を解決できる。パネルではないが、太陽光を反射する反射鏡に太陽を追尾させる技術が開発されている（例えば、特許文献１、２）。
特許文献１には、旋回駆動装置と調整器を用いて反射鏡の姿勢を３次元的に制御し、反射鏡に太陽を追尾させる技術が開示されている。
また、特許文献２には、ｙ軸回転モータとｘ軸回転モータを組合せた２軸制御機構により反射鏡の太陽光に対する角度を調整する技術が開示されている。

しかるに、上記技術は、反射鏡に太陽を追尾させる上では好ましいのであるが、いずれも水平方向の回転と垂直方向の揺動を組み合わせて反射鏡の姿勢を調整しているので制御システムが複雑になる。
また、反射鏡を水平方向および垂直方向に移動させる機器が必要となるため設備が大型化する。
しかも、複数の機器を作動させるために消費する電力も多くなるので、パネルの発電量に対して機器の消費電力の割合が多くなり、エネルギ効率も低下する。
以上のごとき事情もあり、特許文献１、２の技術を、太陽光発電を利用する街灯や標識等に採用することは実際上難しい。

特開２００４−３６２８６６ 特開２０００−１１３７０３

本考案は上記事情に鑑み、簡単な設備で効率良く太陽光を利用できる太陽追尾パネルを有する装置を提供することを目的とする。

第１考案の太陽追尾パネルを有する装置は、太陽光発電パネルを備えた装置であって、前記太陽光発電パネルを支持する支持部と、前記太陽光発電パネルにより発電された電力を充放電可能な二次電池と、該二次電池から電力が供給される機器と、前記二次電池の充放電を制御する制御部と、前記支持部と前記太陽光発電パネルとの間に設けられ、該太陽光発電パネルを水平面内で間欠的に回動させる駆動手段とを備えていることを特徴とする。
第２考案の太陽追尾パネルを有する装置は、第１考案において、前記太陽光発電パネルは、その仰角が、該装置が設置される場所における冬至の正午に、該太陽光発電パネルに対して太陽光が垂直に照射される角度となるように調整されていることを特徴とする。
第３考案の太陽追尾パネルを有する装置は、第１または第２考案において、前記機器が照明器具であり、物体の接近を検出するセンサを備えており、前記制御部は、前記センサから物体の接近を検出した信号が送信されると、前記二次電池から前記照明器具に対して電力を供給するように制御するものであることを特徴とする。
第４考案の太陽追尾パネルを有する照明装置は、第１、第２または第３考案において、前記機器が照明器具であり、前記制御部は、前記太陽光発電パネルの発電電圧が所定の値以上になると、前記二次電池から前記照明器具に対する電力の供給を停止するように制御するものであることを特徴とする。

第１考案によれば、太陽光発電パネルを間欠的に回動させるので、太陽光を常時追尾する場合に比べて制御が容易になる。
第２考案によれば、太陽光が最も弱い冬至の時期に最も効率良く太陽光が入射されるように太陽光発電パネルの仰角が調整されているので、太陽の角度に合わせて太陽光発電パネルの仰角を調整してなくても、ある程度の発電量を維持することができる。そして、仰角を調整する機器が不要となるので、装置が大型化することも防ぐことができるし、太陽光発電パネルの移動を制御する機器が使用する電力を抑えることができる。
第３考案によれば、人等が接近したときにのみ、照明器具を点灯させることができるので、二次電池の電力の消費を抑えることができ、二次電池の電力の利用効率を高くすることができる。
第４考案によれば、発電電圧から太陽光の強度を推定し、周囲の状況に応じて適切なタイミングで照明器具を消灯するので、二次電池の電力の利用効率を高くすることができる。

つぎに、本考案の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の太陽追尾パネルを有する装置は、照明器具等の電力によって作動する機器を備え、この機器に供給する電力を太陽追尾パネルによって発電された電力によってまかなう装置である。装置に設ける機器は、照明器具に限られず、モータ等の各種機器を採用することができるが、以下では、代表として照明器具を備えた装置（照明装置）を説明する。

図１は本実施形態の照明装置１０の概略説明図である。図２は本実施形態の照明装置１０のブロック図である。なお、図２において、実線は主要な電力の流れを示しており、破線は主要な信号の流れを示している。

図１に示すように、本実施形態の照明装置１０は、地面等に立設された支柱等の支持部１２を備えており、この支持部１２の上端に取り付けられた太陽光発電パネル１１（以下、単にパネル１１という）と、このパネル１１によって発電された電力によって点灯される照明器具１５とを備えている。

図１に示すように、前記パネル１１は、駆動手段１４を介して支持部１２の上端に取り付けられている。
駆動手段１４は、鉛直に配設され、かつ中心軸まわりに回転可能な回転軸14aを備えており、この回転軸14aの先端にパネル１１が固定される。この回転軸14aは、例えば、ＤＣモータ等の動力源に連結されており、モータ等が駆動するとその中心軸まわりに回転するように配設されている。
つまり、パネル１１は、モータ等が作動すると、駆動手段１４によって水平面内で回動するように設けられているのである。

なお、回転軸14aは、減速機等を介して動力源に接続されることが好ましく、減速機とモータが一体になった駆動源を採用すれば、駆動手段１４の構成を簡単にできる。

図２に示すように、前記パネル１１は、過充電防止回路２２を介して二次電池１３と接続されており、また、二次電池１３は点灯制御回路２３を介して照明器具１５に接続されている。
二次電池１３は、パネル１１により発電された電力を充放電可能な電池であり、公知の電池を使用できる。例えば、充電容量の大きい鉛蓄電池や、充放電できる回数が多く寿命の長いキャパシタ等を採用することができるが、特に制限はない。
過充電防止回路２２は、二次電池１３が適正な電圧までしか充電できなように制御する回路であり、点灯制御回路２３は、二次電池１３から照明器具１５に対して供給する電力を制御するものである。

図２に示すように、前記過充電防止回路２２および前記点灯制御回路２３は、制御部２１に電気的に接続されている。この制御部２１は、電波時計等の時間計測手段２４からの信号および二次電池１３の充電量に基づいて、過充電防止回路２２および点灯制御回路２３が上述した機能を発揮するように制御するものである。
このため、制御部２１によって過充電防止回路２２を制御すれば、夏場等のようにパネル１１における発電量が多いときでも、必要以上の電力が二次電池１３に充電されることを防ぐことができるから、二次電池１３の負担が大きくなり過ぎることを防ぐことができる。
また、制御部２１によって点灯制御回路２３を制御すれば、照明器具１５に対して、適正な値で一定時間電力を供給することが可能となるから、過放電等による二次電池１３の負担が大きくなることを防ぐことができる。

そして、パネル１１の発電量の変化を検知して日ごと・季節ごとの太陽電池による発電量の変化を推定できる機能を制御部２１に設けておけば、予想されるパネル１１の発電量や二次電池１３の残存量から、照明器具１５の点灯時間や照度を調整することも可能である。例えば、発電量が多い日が続くことが予想される場合には、夜間に高照度で照明器具１５を点灯表示させ、発電量の少ない日が続くことが予想される場合には、照度を抑えつつ一定限度の照度で夜間に照明器具１５を点灯させたり、間欠的に点滅点灯させたりすることも可能である。

とくに、本実施形態の照明装置１０が人や車両等の接近や存在を検知するセンサを備えている場合には、センサから物体の接近を検出した信号が送信されると、二次電池１３から照明器具１５に対して電力を供給するように制御することも可能である。つまり、人等が照明装置１０に接近したときにのみ照明器具１５を点灯させるように制御すれば、点灯させる必要がない状況では照明器具１５を消灯しておくことができるので、二次電池１３の電力の消費を抑えることができる。

また、制御部２１は時間計測手段２４から送られる信号に基づいて、所定の時間に照明器具１５を点灯消灯を制御することができるように構成されているが、パネル１１の発電電圧に基づいて、照明器具１５の点灯消灯を制御してもよい。
この場合、発電電圧から太陽光の強度を推定し、周囲の状況に応じて適切なタイミングで照明器具１５を点灯消灯できるから、二次電池１３の電力の利用効率を高くすることができる。例えば、本来照明器具１５が点灯される時間であっても、周囲が明るい場合（パネル１１の発電量が所定の値以上の場合）には照明器具１５を点灯させない等の制御を行うことができる。

また、図２に示すように、前記制御部２１は、時間計測手段２４から送られる信号に基づいて駆動手段１４の作動も制御しており、駆動手段１４を作動させることによってパネル１１が太陽光を受ける姿勢を制御している。

具体的には、図３に示すように、所定の時間になると所定の角度だけ駆動手段１４の回転軸14aが回転して、パネル１１の姿勢が変化するように制御している。例えば、午前中（例えば午前９時）にはパネル１１が東に向いた状態となっているが（図３（Ａ））、正午になるとパネル１１は南に向くように回転され（図３（Ｂ））、また、午後（例えば午後３時）になるとパネル１１が西に向くように回転され（図３（Ｃ））、そして、照明器具１５が点灯すると（太陽が沈むと）パネル１１が東に向くように回転される。
つまり、本実施形態の照明装置１０では、所定のタイミングでパネル１１を間欠的に回動させているので、常時パネル１１に太陽を追尾させる場合に比べて制御が容易になる。そして、常に太陽の位置を検出する装置なども不要であるから、装置の構成も簡単にできる。

なお、上記例では、パネル１１が太陽光を受ける姿勢として３姿勢（図３における（Ａ）〜（Ｃ）の状態）を取る場合を説明しているが、パネル１１が太陽光を受ける姿勢は３姿勢に限定されない。そして、何時にパネル１１がどの方向を向いているかについても特に制限はなく、本実施形態の照明装置１０を設置する場所に応じて、最も効率よくパネル１１が発電できるように調整すればよい。

また、本実施形態の照明装置１０では、パネル１１の仰角θが、照明装置１５が設置される場所における冬至の正午にパネル１１に対して太陽光が垂直に照射される角度に固定されていることが好ましい。この場合、太陽光が最も弱い冬至の時期に最も効率良く太陽光がパネル１１に入射されるから、パネル１１の仰角θを固定していても、常にある程度以上の発電量は維持することができる。
しかも、パネル１１の仰角θを調整せず水平方向の回転角度だけを調整すればよくなるから、パネル１１の姿勢制御が容易になる。
そして、パネル１１の仰角θを調整する機器が不要となるので、照明装置１０が大型化することも防ぐことができる。さらに、照明装置１０における照明器具１５以外の各機器を作動させる電力を抑えることができるから、パネル１１が発電した電力を照明器具１５に使用する効率を高くすることできる。

上述した照明器具１５は、例えば、街灯15aや通路標識15b等であるが、特に制限されない。とくに、照明器具１５の発光体としてＬＥＤを使用すれば、照明器具１５の点灯時における使用電力を少なくすることができるし、また、ＬＥＤが長寿命であるから照明器具１５をメンテナンスする回数を減らすこともできるので、好適である。

さらになお、本発明の装置は、上述した照明装置１０における照明器具１５に代えてモータ等の電動機を設けてもよい。この場合、商用電源が使用できない遠隔地でも、大型のバッテリや発電機に代えてまたこれらと併用することによって電動機を使用することが可能となるので好適である。
また、遠隔地ではないが、商用電源からの配線が困難な場所、例えば、農水路などの小型水門などでも本発明の装置は設置することが可能であるから、モータ等の電動機を備えた本発明の装置を設置すれば、電動機によって小型水門等の開閉できるようになる。

本発明の装置は、街灯や道路標識、商用電源が利用できない遠隔地で使用する標識や照明等の機器、地震などの災害時に使用される非常用の装置や避難灯、人通りの少ない道における防犯灯、農水路などの小型水門を開閉する装置等に適している。

本実施形態の照明装置１０の概略説明図である。 本実施形態の照明装置１０のブロック図である。 太陽光発電パネル１１の回転動作の説明図であり、（Ａ）は例えば午前中の太陽光発電パネル１１の向きを示した図であり、（Ｂ）は正午の太陽光発電パネル１１の向きを示した図であり、（Ｃ）は午後の太陽光発電パネル１１の向きを示した図である。

符号の説明

１０ 照明装置
１１ 太陽光発電パネル
１２ 支持部
１３ 二次電池
１４ 駆動手段
１５ 照明器具
２１ 制御部

Claims (4)

1. 太陽光発電パネルを備えた装置であって、
   前記太陽光発電パネルを支持する支持部と、
   前記太陽光発電パネルにより発電された電力を充放電可能な二次電池と、
   該二次電池から電力が供給される機器と、
   前記二次電池の充放電を制御する制御部と、
   前記支持部と前記太陽光発電パネルとの間に設けられ、該太陽光発電パネルを水平面内で間欠的に回動させる駆動手段とを備えている
   ことを特徴とする太陽追尾パネルを有する装置。
2. 前記太陽光発電パネルは、
   その仰角が、該装置が設置される場所における冬至の正午に、該太陽光発電パネルに対して太陽光が垂直に照射される角度となるように調整されている
   ことを特徴とする請求項１記載の太陽追尾パネルを有する装置。
3. 前記機器が照明器具であり、
   物体の接近を検出するセンサを備えており、
   前記制御部は、
   前記センサから物体の接近を検出した信号が送信されると、前記二次電池から前記照明器具に対して電力を供給するように制御するものである
   ことを特徴とする請求項１または２記載の太陽追尾パネルを有する装置。
4. 前記機器が照明器具であり、
   前記制御部は、
   前記太陽光発電パネルの発電電圧が所定の値以上になると、
   前記二次電池から前記照明器具に対する電力の供給を停止するように制御するものである
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載の太陽追尾パネルを有する装置。

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