JP3172406U - タワー型ソーラー発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ソーラーパネル体の盤面をより広角度に調整することができ、しかも、１本の支柱でも強風に耐えられる支持強度を有し、長期の使用にも耐えられるタワー型ソーラー発電機を提供する。
【解決手段】一本の支柱２を立設させ、この支柱の上端に装着したユニバーサルジョイント３を介してソーラーパネル体１０の中央部裏面を連結支持する。支柱の東西側面から延長された伸縮自在な左右一対の左右角度修正アーム８をソーラーパネル体の裏面左右に間隔をおいて連結支持する。支柱の南北側面から延長された伸縮自在な前後一対の前後角度修正アーム７をソーラーパネル体の裏面前後に間隔をおいて連結支持する。左右角度修正アームの伸縮調整でソーラーパネル体を東西方向に揺動させると共に、前後角度修正アームの伸縮調整でソーラーパネル体を南北方向に揺動させて角度調整する。
【選択図】図１

Description

本考案は、太陽電池を使用して太陽の光エネルギーから電気を得るために設置されるタワー型ソーラー発電機に関するものである。

従来、この種のタワーソーラー発電システムとしては、半導体のＰ−Ｎ接合部に光が当たると電圧を生じる、例えば、太陽光エネルギーと整合性のよいシリコンを用いた複数のソーラーセルを並置させて、矩形平面直立した一本または二本の支柱にあらかじめ設定された傾斜角度である、例えば、夏至の正午の太陽位置と冬至の正午の太陽位置との略中間位置に向けて固定させるようにしたものがある。

しかし、上記従来例によれば、ソーラーパネル面は常に一定方向に向けられているため、日の出時、日の入り時、あるいは夏至から冬至にかけての四季を通じて、ソーラーパネル面に対し太陽光が殆ど斜めに入射される状態となるため、ソーラーセルへの光照射効率が低下して、発電能力が低減してしまうという問題点を有していた。

そこで本考案者は、これらの問題を解消するために、日の出時、日の入り時、あるいは夏至から冬至にかけて四季を通じて、ソーラーパネル面に対し常に太陽光が垂直に入射される状態となるようにシステムを構築することで、ソーラーセルへの光照射効率を向上させて発電能力を高め、しかも強風にも耐えるようにしたタワーソーラー発電システムを先に提案している（例えば、特許文献１参照）。

上掲特許文献１に記載されたタワーソーラー発電システムは、複数のソーラーセルを並置させたソーラーパネル面が直立した一本または複数本の支柱に固定されて屋外または屋根上に設置される固定式のタワーソーラー発電システムであって、前記複数のソーラーセルが、ソーラーパネル面内に隙間を介して簾状となって並置された耐風・防埃構造である点に特徴を有している。

実用新案登録第３０５９８９９号公報（実用新案登録請求の範囲等）

上記考案によれば、ソーラーセルへの光照射効率を向上させて発電能力を高め、しかも強風にも耐えられる発電システムが得られるものである。しかしながら、その一方で、ソーラーパネルの支持強度および角度調整手段については、未だ十分なものではなかった。

すなわち、上記考案に係るタワーソーラー発電システムは、支柱の側面にソーラーパネル面を取り付けるものであるので、垂直に立設した支柱に対して偏心した負荷が掛かるために支持バランスが悪く、長期間の使用には向かないものであった。

また、ソーラーパネルの角度調節手段は、支柱に連結した横架材を伸縮させて調整する手段を採用していたが、この横架材でソーラーパネル全体の重量を支える構造になっていたので、角度調節手段に過大な負荷が掛り、極めて大掛りな角度調整手段が必要になっていた。しかも、複数本の支柱を要するために、調整可能な角度が制限されるという不都合も生じていた。

そこで本考案は、先の考案を改良したもので、ソーラーパネル体の盤面の方向を、東西南北方向に、より広角度で調整することができ、しかも、一本の支柱でも強風に耐えられる支持強度を有し、長期の使用にも耐えられるタワー型ソーラー発電機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本考案のタワー型ソーラー発電機は、複数のソーラーセルをソーラーパネル枠内に並置させたソーラーパネル体を有するタワー型ソーラー発電機において、
一本の支柱を立設し、該支柱の上端に装着したユニバーサルジョイントを介してソーラーパネル体の中央部裏面を連結支持し、該支柱の東西側面から延長された伸縮自在な左右一対の左右角度修正アームを該ソーラーパネル体の裏面左右に間隔をおいて連結支持すると共に、該支柱の南北側面から延長された伸縮自在な前後一対の前後角度修正アームを該ソーラーパネル体の裏面前後に間隔をおいて連結支持し、該左右角度修正アームの伸縮調整により該ソーラーパネル体の盤面を東西方向に揺動させると共に、該前後角度修正アームの伸縮調整により該ソーラーパネル体の盤面を南北方向に揺動させて、該ソーラーパネル体の盤面が四季を通じ常に太陽の位置する方向へ向くように角度調整する方向制御手段を有することを特徴とするものである。

本考案においては、前記ユニバーサルジョイントが、揺動軸と補正軸とを略十字架状に交差させてなり、前記支柱の上端に立設した左右一対の支持片に該補正軸を水平に軸着すると共に、前記ソーラーパネル体の裏面中央部から突出した前後一対の連結片に該揺動軸の両端部を軸着し、該ソーラーパネル体を前後左右にそれぞれ揺動自在に支持していることが好ましい。

また、前記ソーラーパネル体が、前後に長手方向を向けた矩形状を成し、前記ユニバーサルジョイントの揺動軸が、該ソーラーパネル体を東向き仰角６０度から西向き仰角６０度まで揺動させると共に、前記補正軸が、該ソーラーパネル体を南向き仰角６０度乃至１５度の範囲で補正するように設けられていることが好ましい。

さらに、前記左右角度修正アーム及び前後角度修正アームに油圧シリンダーを使用し、前記方向制御手段が、前記ソーラーパネル体の盤面が日の出から日没までの太陽の移動位置を自動的に追尾する東西追尾装置と、夏至から冬至にかけて移動する太陽の位置を補正する南北補正装置とを備えることが好ましい。

さらにまた、前記東西追尾装置が、前記ソーラーパネル体と一体的に移動する円盤状のディスク体と、該ディスク体に穿孔された複数の開孔部と、該開孔部の位置を検出するステップ角検出用センサ及び原点位置検出センサと、東西の原点位置を検出するオーバーラン検出部と、を備えることが好ましい。

さらにまた、前記南北補正装置が、前記ソーラーパネル体を南北方向に前後動させる円盤状のディスク体と、該ディスク体に複数穿孔された季節を示す開孔部と、該開孔部の位置を検出する検出センサ及び原点位置検出センサと、南北の原点位置を検出するオーバーラン検出部と、を備えることが好ましい。

本考案によれば、複数のソーラーセルをソーラーパネル枠内に並置させたソーラーパネル体を有するタワー型ソーラー発電機において、一本の支柱を直立させ、この支柱の上端に装着したユニバーサルジョイントを介してソーラーパネル体の中央裏面を連結支持したので、支柱の側面にソーラーパネル面を取り付けていた従来のソーラーパネル体と比較して、一本の支柱でも安定した支持が可能になり、しかも、角度調整の範囲を高角度にすることが可能になった。

また、支柱の東西側面から延長された伸縮自在な左右一対の左右角度修正アームをソーラーパネル体の裏面左右に間隔をおいて連結支持すると共に、支柱の南北側面から延長された伸縮自在な前後一対の前後角度修正アームをソーラーパネル体の裏面前後に間隔をおいて連結支持し、左右角度修正アームの伸縮調整によりソーラーパネル体の盤面を東西方向に揺動させると共に、前後角度修正アームの伸縮調整によりソーラーパネル体の盤面を南北方向に揺動させて、ソーラーパネル体の盤面が四季を通じ常に太陽の位置する方向へ向くように角度調整することにより、角度調整手段に過大な負荷が掛るといった問題点が解消される。しかも、ソーラーパネル体の盤面より広角度に調整できるので、効率的な発電が可能になる。

また、ユニバーサルジョイントは、揺動軸と補正軸とを略十字架状に交差させ、支柱の上端に立設した左右一対の支持片に補正軸を水平に軸着すると共に、ソーラーパネル体の裏面中央部から突出した前後一対の連結片に揺動軸の両端部を軸着し、ソーラーパネル体を前後左右にそれぞれ揺動自在に支持するものとすることで、一本の支柱でも確実に支持連結すると共に、前後左右の角度調整もスムーズに行うことができる。また、南北に延長された矩形状のソーラーパネルを強固に支持することができる。

さらに、ソーラーパネル体が、前後に長手方向を向けた矩形状を成し、前記ユニバーサルジョイントの揺動軸が、ソーラーパネル体を東向き仰角６０度から西向き仰角６０度まで揺動させると共に、補正軸が、このソーラーパネル体を南向き仰角６０度乃至１５度の範囲で補正するように設けられているものとすることで、日本全国の地域において、効果的な発電が可能になる。

さらにまた、ソーラーパネル体が、左右角度修正アーム及び前後角度修正アームに油圧シリンダーを使用し、方向制御手段が、ソーラーパネル体の盤面が日の出から日没までの太陽の移動位置を自動的に追尾する東西追尾装置と、夏至から冬至にかけて移動する太陽の位置を補正する南北補正装置とを備えるものとすれば、一年を通してソーラーパネル体の操作が容易であり、さらには、支持強度および耐久性に優れた構造とすることができる。

さらにまた、東西追尾装置が、ソーラーパネル体と一体的に移動する円盤状のディスク体と、ディスク体に穿孔された複数の開孔部と、開孔部の位置を検出するステップ角検出センサ及び原点位置検出センサと、東西の原点位置を検出するオーバーラン検出部と、を備えるものとすることで、太陽光から入射される光に対して、より正確に、且つ広角度に微調整することが可能なり、光照射効率を一層高めることができる。

さらにまた、南北補正装置が、ソーラーパネル体を南北方向に前後動させる円盤状のディスク体と、ディスク体に複数穿孔された季節を示す開孔部と、開孔部の位置を検出する検出センサ及び原点位置検出センサと、南北の原点位置を検出するオーバーラン検出部と、を備えるものとすることで、ソーラーパネル体の南北方向の角度を任意に設定することができ、光照射効率をより一層高めることができる。

本考案のタワー型ソーラー発電機の一実施形態を示す側面図である。 前記タワー型ソーラー発電機の正面図である。 ユニバーサルジョイントを連結したソーラーパネル体の底面図である。 ソーラーパネル体を水平に保持した状態の要部正面図である。 ソーラーパネル体を東西に揺動させた状態の要部正面図である。 東西追尾装置の正面図である。 前記東西追尾装置の使用状態である。 南北補正装置の正面図である。 本考案のタワー型ソーラー発電機のブロック図である。

以下、本考案におけるタワー型ソーラー発電機の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すタワー型ソーラー発電機１は、一本の支柱２を垂直に立設し、この支柱２の上端に装着したユニバーサルジョイント３を介してソーラーパネル体１０の中央部裏面を連結支持するものである。ソーラーパネル体１０は、複数のソーラーセル１１をソーラーパネル枠１２内に並置させて構成されている。

ソーラーセル１１には、半導体のＰ−Ｎ接合部に光が当たると電圧を生じる、例えば。太陽光エネルギーと整合性のよいシリコン等を用いた矩形状の複数のソーラーセルが使用され、６，４４８ｍｍ×１２，９５６ｍｍのソーラーパネル枠１２に８１枚併置されている。なお、ソーラーセルの枚数やソーラーパネル枠の寸法形状は任意に設定できるものである。

本考案においては、一本の支柱２を直立させ、この支柱２の上端に装着したユニバーサルジョイント３を介してソーラーパネル体１０の中央部裏面が連結保持されている。このユニバーサルジョイント３は、図１乃至図４に示すように、揺動軸４と補正軸５とを十字架状に交差させたもので、支柱２の上端に立設した左右一対の支持片６に、補正軸５を水平に軸着すると共に、ソーラーパネル体１０の裏面中央部から突出した前後一対の連結片１３に揺動軸４を軸着する。この揺動軸４と補正軸５とによって、支柱２に連結したソーラーパネル体１０の盤面を前後と左右にそれぞれ角度調整自在に調整することができる。

一方、支柱２の東西側面に、伸縮自在な左右一対の左右角度修正アーム８を設け、この左右角度修正アーム８をソーラーパネル体１０の裏面左右に間隔をおいて連結支持する。また、支柱２の南北側面に、伸縮自在な前後一対の前後角度修正アーム７を設け、この前後角度修正アーム７をソーラーパネル体１０の裏面前後に間隔をおいて連結支持する。これら左右角度修正アーム８や前後角度修正アーム７には油圧シリンダーを使用し、支柱２の上端から前後角度修正アーム７を伸縮させることで、南北の傾斜角度を太陽位置に合わせて補正する。すなわち、左右角度修正アーム８の伸縮調整で図５に示すように、ソーラーパネル体１０の盤面を東西方向に揺動させると共に、前後角度修正アーム７の伸縮調整で、図１に示すように、ソーラーパネル体１０の盤面を南北方向に揺動させることができる。

左右角度修正アーム８の先端は、自在継手１５を介してソーラーパネル体１０裏面の連結金具１６に連結されている。一方、前後角度修正アーム７の先端も自在継手１４を介してソーラーパネル体１０の裏面に固定した連結金具１７に連結されており、ユニバーサルジョイント３と、これら左右角度修正アーム８や前後角度修正アーム７によって角度調整自在に設けている。左右角度修正アーム８とユニバーサルジョイント３の揺動軸４によって、図５に示すように、ソーラーパネル体１０を東向き仰角６０度から西向き仰角６０度まで揺動させるように設定している。一方、図１に示すように、前後角度修正アーム７とユニバーサルジョイント３の補正軸５とによって、ソーラーパネル体１０を南向き仰角６０度乃至１５の範囲で補正するように設定している。

東西追尾装置２０は、左右角度修正アーム８を操作し、ソーラーパネル体１０を東西方向に移動させて日の出から日没まで太陽の移動位置を自動的に追尾するもので、左右角度修正アーム８の自在継手１５の近傍に装着されている。

また、東西追尾装置２０は、図６及び図７に示すように、ソーラーパネル体１０と一体的に移動する円盤状のディスク体２１と、ディスク体２１に穿孔された複数の開孔部２２と、ソーラーパネル体１０に具備されたセンサ２３と、開孔部２２の位置を検出する原点位置検出センサ２４とステップ角検出センサ２５とからなる。

さらに、東西追尾装置２０は、東西の原点位置を検出するオーバーラン検出部２６と、ディスク体２１が過移行した際にオーバーラン検出部２６を検出し、ディスク体２１を原点位置まで戻すオーバーラン用センサ２７とを備える。なお、開孔部２２の穿孔数や大きさは任意に設定することができるが、最大広角９７．５度で、開孔部２２の間隔を７．５度の等間隔に穿孔することが好ましい。

次に、図７の（ａ），（ｂ），（ｃ）において、東西追尾装置２０によりソーラーパネル体１０を東西方向に角度修正する状態を示す。

（ａ）は、ソーラーパネル体１０をスタートさせる状態であり、原点位置検出用センサ２４は開孔部２２の左端位置に配置されている。この状態で、タイマーが始動すると、ソーラーパネル体１０と円盤状のディスク体２１とが一体的に移動を始める。

（ｂ）は、太陽が西方向に移行した状態であり、この際、ソーラーパネル体１０とディスク体２２とは、太陽光がソーラーパネル体に直角に入射されるように、太陽を追尾するように一体的に移動する。

（ｃ）は、太陽が西側に沈む日没の状態を示すもので、ソーラーパネル体１０とディスク体２２とは西側に配置される。またこの際、ステップ角検出用センサ２５は、開孔部２２の右端に配置される。太陽が日没状態になると、ステップ角検出用センサにてソーラーパネル体１０とディスク体２２とは、（ａ）に示すスタート位置まで戻される。

南北補正装置３０は、前後角度修正アーム７先端の自在継手１４の近傍に装着されている。南北補正装置３０は、前後角度修正アーム７を操作し、ソーラーパネル体１０を夏至から冬至にかけて移動し太陽の位置を補正するもので、南向き仰角６０度乃至１５度の範囲で補正するように設けられている。なお、南北補正装置３０は、日毎において、南北の角度を自ら調整することもできる。

図８は、南北補正装置３０の詳細を示す正面図であり、ソーラーパネル体１０を南北方向に前後動させる円盤状のディスク体３１と、ディスク体１０に複数穿孔された開孔部３２と、開孔部３２の位置を検出する検出センサ３３及び原点位置検出センサ３４と、南北の原点位置を検出するオーバーラン検出部３５およびオーバーラン用検出センサ３６とを備える。

開孔部３２は、ディスク体３１に四ヶ所穿孔されており、端部には夏至におけるソーラーパネル体１０の南北の傾斜角度が設定され、他の端部には冬至におけソーラーパネル体１０の角度が設定されている。そのため、夏至から冬至にかけて季節が移る毎にディスク体３が移動し、ソーラーパネル体１０の傾斜角度が変更される。また、冬至の時季になると端部の開孔３２に到達し、再度夏至の開孔部３２まで自動的に戻る。上述の南北補正装置３０を備えることにより、ソーラーパネル体１０の南北方向の角度を任意に設定することができ、光照射効率をより一層高めることができる。

図９は、本考案のタワー型ソーラー発電機及びその付属品を示すブロック図であり、タワー型ソーラー発電機１に接続されているコントローラ部４０、コントローラ部４０にケーブルを介して接続されているアンテナ部４１とからなる。

コントローラ部４０は、アンテナ部４１より送信される時刻を設定するクオーツ時計、電波時計、デジタル時計等からなる時計４２と、時計４２に接続されている電源部４３、時計４２へ手動で時刻を設定する手動設定部４４とを具備している。また、コントローラ部４０は、油圧バルブ駆動をタワー型ソーラー発電機１に出力し、一方、タワー型ソーラー発電機１は、コントローラ部４０へ位置検出センサ信号を入力する。

上述の構成とすることで、本考案のタワー型ソーラー発電機１は、東西追尾装置２０により、ソーラーパネル体１０の盤面が日の出から日没まで東西方向に、また、南北補正装置３０により、夏至から冬至まで四季を通じ南北方向に常に太陽の位置する方向へ向くように角度調整できる。そのため、太陽光から入射される光に対して、より正確に、且つ広角度に微調整することが可能になり、光照射効率を一層高めることができる。しかも、一本の支柱でも強風に耐えられる支持強度を有するため、長期の使用にも耐えられるものとなる。

１ タワー型ソーラー発電機
２ 支柱
３ ユニバーサルジョイント
４ 揺動軸
５ 補正軸
６ 支持片
７ 前後角度修正アーム
８ 左右角度修正アーム
１０ ソーラーパネル体
１１ ソーラーセル
１２ ソーラーパネル枠
１３ 連結片
１４ 自在継手
１５ 自在継手
２０ 東西追尾装置
２１ ディスク体
２２ 開孔部
２３ センサ
２４ 原点位置検出用センサ
２５ ステップ角検出センサ
２６ オーバーラン検出部
２７ オーバーラン用センサ
３０ 南北補正装置
３１ ディスク体
３２ 開孔部
３３ 検出センサ
３４ 原点位置検出用センサ
３５ オーバーラン検出部
４０ コントローラ部
４１ アンテナ部
４２ 時計
４３ 電源部
４４ 手動設定部

Claims (6)

1. 複数のソーラーセルをソーラーパネル枠内に並置させたソーラーパネル体を有するタワー型ソーラー発電機において、
   一本の支柱を立設し、該支柱の上端に装着したユニバーサルジョイントを介してソーラーパネル体の中央部裏面を連結支持し、該支柱の東西側面から延長された伸縮自在な左右一対の左右角度修正アームを該ソーラーパネル体の裏面左右に間隔をおいて連結支持すると共に、該支柱の南北側面から延長された伸縮自在な前後一対の前後角度修正アームを該ソーラーパネル体の裏面前後に間隔をおいて連結支持し、該左右角度修正アームの伸縮調整により該ソーラーパネル体の盤面を東西方向に揺動させると共に、該前後角度修正アームの伸縮調整により該ソーラーパネル体の盤面を南北方向に揺動させて、該ソーラーパネル体の盤面が四季を通じ常に太陽の位置する方向へ向くように角度調整する方向制御手段を有することを特徴とするタワー型ソーラー発電機。
2. 前記ユニバーサルジョイントが、揺動軸と補正軸とを略十字架状に交差させてなり、前記支柱の上端に立設した左右一対の支持片に該補正軸を水平に軸着すると共に、前記ソーラーパネル体の裏面中央部から突出した前後一対の連結片に該揺動軸の両端部を軸着し、該ソーラーパネル体を前後左右にそれぞれ揺動自在に支持した請求項１記載のタワー型ソーラー発電機。
3. 前記ソーラーパネル体が、前後に長手方向を向けた矩形状を成し、前記ユニバーサルジョイントの揺動軸が、該ソーラーパネル体を東向き仰角６０度から西向き仰角６０度まで揺動させると共に、前記補正軸が、該ソーラーパネル体を南向き仰角６０度乃至１５度の範囲で補正するように設けられている請求項２記載のタワー型ソーラー発電機。
4. 前記左右角度修正アーム及び前後角度修正アームに油圧シリンダーを使用し、前記方向制御手段が、前記ソーラーパネル体の盤面が日の出から日没までの太陽の移動位置を自動的に追尾する東西追尾装置と、夏至から冬至にかけて移動する太陽の位置を補正する南北補正装置とを備える請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項記載のタワー型ソーラー発電機。
5. 前記東西追尾装置が、前記ソーラーパネル体と一体的に移動する円盤状のディスク体と、該ディスク体に穿孔された複数の開孔部と、該開孔部の位置を検出するステップ角検出用センサ及び原点位置検出センサと、東西の原点位置を検出するオーバーラン検出部と、を備える請求項４記載のタワー型ソーラー発電機。
6. 前記南北補正装置が、前記ソーラーパネル体を南北方向に前後動させる円盤状のディスク体と、該ディスク体に複数穿孔された季節を示す開孔部と、該開孔部の位置を検出する検出センサ及び原点位置検出センサと、南北の原点位置を検出するオーバーラン検出部と、を備える請求項４記載のタワー型ソーラー発電機。

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