JP6375489B2 - 低床型太陽光追尾装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池パネルによる発電効率を向上させる太陽光追尾装置に関し、特に簡単な機構で低設置コスト化を実現でき、台風や強風時に対して太陽電池パネルが破損しにくい低床型太陽光追尾装置に関する。

例えば特許文献１には、矩形状もしくは正方形状の太陽電池パネルの外周に枠体を設けて成る太陽電池モジュールと、この太陽電池モジュールの対向する辺部に対し、それぞれ太陽電池モジュールを固定する一方の架台および他方の架台とを備え、これら双方の架台間に対し空気流が入るような空間領域を成し、さらにこの空間領域に入る空気流を阻止するような空気流入阻止部材を、前記空間領域の周辺に配置した太陽光発電装置が開示されている。

また、特許文献２には、太陽光を平面で受ける太陽電池パネルを太陽の動きに応じて、仰角の調整を行うと共に、東西方向の方位角を調整し、太陽の動きに追従させる太陽光追従型発電装置において、太陽電池パネルの仰角は、太陽電池パネルの上端辺を昇降可能な構成として調整し、太陽電池パネルの東西方向の方位角は、太陽電池パネルの上端辺を回転可能な構成として調整するようにし、太陽電池パネルの下端辺は上端辺の調整に自在に追従するようにした太陽光自動追従装置が開示されている。

特開２００５−２８１９９５号公報 特開２００５−２５１８６５号公報

特許文献１に記載の発明は、太陽電池パネルが台風や強風で吹き飛ばされないことを目的としているが、太陽電池パネルの向きを、季節によって変わる太陽の高さや日の出から日の入りまでの太陽の東西方向の向きに対応して変えるようにしていないため、太陽を追尾できないことから発電効率が低いという問題があった。

特許文献２に記載の発明は、四季によって変化する太陽の南中角度のその日の角度に追従するように、仰角追従スライド装置および仰角追従昇降装置を年間を通して移動するシーケンス、及び日の出から日の入りまで太陽の東西方向の方位角を追従し、日の入りから日の出までに所定の位置まで太陽電池パネルが戻るシーケンスなどの自動制御をするため、太陽を追尾できることから発電効率が高まるが、設置に要する投資額が高価になり市場への普及が進みにくいという問題があった。

また、台風や強風時に、太陽電池パネルの上端辺は高い位置で固定されていることから、太陽電池パネルと地面や床面との間隔が大きい。よって、強風や突風が太陽電池パネルと地面や床面との間を吹き抜けると太陽電池パネルが吹き飛びやすいという問題があった。

そこで、本発明の課題は、太陽を追尾できて発電効率を向上させ、低投資額で容易にどこでも設置でき、台風や強風にも破損しにくい低床型太陽光追尾装置を提供することである。

請求項１に記載の低床型太陽光追尾装置１は、旋回する台座２と、前記台座２を旋回させる駆動部４と、前記台座２に載設した、太陽電池パネル５を設置するパネル台３とを具備する低床型太陽光追尾装置１であって、前記台座２と前記パネル台３との間に、前記台座２に固定され前記パネル台３の下辺部Ａを前記台座２の上面に沿って前後方向に移動させる前後方向機構部６と、下端部ロを前記パネル台３の後方であって前記台座２の上面に回動自在に軸着され、上端部イを前記パネル台３の裏面及び／又は側面に回動自在に軸着されたリンク部材７とが設けられ、前記駆動部４により前記台座２を太陽が東から西へ移動する方向と同一方向を含む旋回方向に２４時間で３６０°旋回の１サイクルを連続サイクル旋回させて、かつ、前記前後方向機構部６により前記パネル台３の下辺部Ａを前後方向に移動させて、前記パネル台３に軸着した前記リンク部材７の上端部イが前記台座２に回動自在に軸着した下端部ロを中心として側面視で凸状の円弧状の軌跡ａを形成することにより、前記パネル台３を前記台座２に対して任意の角度を成して横設又は斜設させることを特徴とする。

請求項２に記載の低床型太陽光追尾装置１は、請求項１において、前記台座２は、前記台座２の旋回中心に設けた支持杭８と、前記支持杭８と前記台座２の周縁部との間に設けた複数の車輪９とを具備し、前記駆動部４の形態が、第一の形態として、前記車輪９の一つを前記台座２の旋回時に形成される円軌跡の接線方向に固定した固定輪とし前記固定輪を回転させる駆動源を設けた形態、又は、第二の形態として、前記支持杭８を回転させる駆動源を設けた形態であることを特徴とする。

請求項３に記載の低床型太陽光追尾装置１は、請求項１又は２において、前記前後方向機構部６が、第一の形態として、前記台座２に設置された台形ねじ軸１０と該台形ねじ軸１０に螺合し前記パネル台３の下辺部Ａに連結したナット部１１とからなる台形ねじ機構１３、又は、第二の形態として、前記台座２に軸着されたピニオンギアと該ピニオンギアに噛合し前記パネル台３の下辺部Ａと連結したラックギアとからなるラックアンドピニオン機構であることを特徴とする。

請求項４に記載の低床型太陽光追尾装置１は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記前後方向機構部６で前記パネル台３の下辺部Ａの位置を手動で調整することによって、前記パネル台３の傾きを太陽の仰角に応じた傾きにすることができ、又は前記パネル台３を前記台座２に近接させて横設させることができることを特徴とする。

請求項１乃至４のいずれかに記載の本発明の低床型太陽光追尾装置１は、太陽電池パネル５を２４時間で３６０°旋回を、年間を通して連続旋回させることによって制御手段を設けることなく太陽の日の出から日の入りの動きに合わせることができ、太陽電池パネル５の下端をスライドさせて斜設させることによって太陽の高さに合わせることができるので、太陽を追尾できることから発電効率を向上させることができという効果を奏する。

また、シーケンス回路などの電気制御を備えずに、前進後退機構とリンク機構との機械的構造で、太陽電池パネル５を太陽の仰角や方位角に合わせて追尾させることができ、太陽電池パネル５を低い高さで横設させることができるので、簡易な構造で低投資額の低床型太陽光追尾装置１を実現できたという効果を奏する。

そして、太陽電池パネル５を低い高さで横設させることができたので、台風や強風であっても太陽電池パネル５が破損し難いという効果を奏する。さらに、太陽電池パネル５を設置した台座２の任意の部位にフック２０を取り付け、該フック２０にロープ２１や鎖をかけて、該ロープ２１や鎖を張って地面３０等に杭を打ち込むことにより、より強固に太陽電池パネル５の台風や強風による破損を防止できる。

また、シーケンス回路などの自動制御がないので、稼働中に電気トラブルが発生しにくく、簡易な機械的構造であることから、メンテナンスフリーでメンテナンス費用を安価化できるという効果を奏する。

さらに、本願発明の低床型太陽光追尾装置１が床面と接するのは、台座２の旋回中心に設けた支持杭８と、前記支持杭８と前記台座２の周縁部との間に設けた複数の車輪９であるから、容易に持ち運びができ、かつ容易に設置することができる。そして、車輪９の通過する地面３０は凹凸が目立たない舗装面が好ましいが、車輪９がウレタンゴムやジェンゴム等のゴム成分を有する材料から構成されていれば、床面が舗装されていなくても、床面に多少の凹凸面があっても円滑に２４時間で３６０°旋回を連続旋回できるという効果を奏する。

本発明の低床型太陽光追尾装置の太陽電池パネルを斜設時の側面図である。 本発明の低床型太陽光追尾装置の太陽電池パネルを横設時の側面図である。 太陽電池パネルを横設した低床型太陽光追尾装置にフックを設置した側面図である。 低床型太陽光追尾装置の太陽電池パネルを斜設時の平面図である。 低床型太陽光追尾装置の太陽電池パネルを横設時の平面図である。 太陽電池パネルを横設した低床型太陽光追尾装置をフックとロープで固定した側面図である。

本発明の低床型太陽光追尾装置１は、図１乃至図６のいずれかに示すように、旋回する台座２と、前記台座２を旋回させる駆動部４と、前記台座２に載設した、太陽電池パネル５を設置するパネル台３とを具備する低床型太陽光追尾装置１であって、前記台座２と前記パネル台３との間に、前記台座２に固定され前記パネル台３の下辺部Ａを前記台座２の上面に沿って前後方向に移動させる前後方向機構部６と、下端部ロを前記パネル台３の後方であって前記台座２の上面に回動自在に軸着され、上端部イを前記パネル台３の裏面及び／又は側面に回動自在に軸着されたリンク部材７とが設けられ、前記駆動部４により前記台座２を太陽が東から西へ移動する方向と同一方向を含む旋回方向に２４時間で３６０°旋回の１サイクルを連続サイクル旋回させて、かつ、前記前後方向機構部６により前記パネル台３の下辺部Ａを前後方向に移動させて、前記パネル台３に軸着した前記リンク部材７の上端部イが前記台座２に回動自在に軸着した下端部ロを中心として側面視で凸状の円弧状の軌跡ａを形成することにより、前記パネル台３を前記台座２に対して任意の角度を成して横設又は斜設させる構造を有している。

台座２は、平面視で略四角枠形状、多角枠形状、楕円枠形状等で上方に太陽電池パネル５を設置可能な大きさや形状であればよく枠状の他に平板状でもよい。台座２の材料は、鉄等の金属材料、アルミ等の非鉄金属材料、塩ビ等の樹脂やプラスチック材料で、パイプやＬ型などの棒材や平板材であればよい。軽量な材料でパイプなどの内部に中空部を有する材料を使用すれば台座２を軽量化にすることができる。

台座２は、前記台座２の旋回中心に設けた支持杭８と、前記支持杭８と前記台座２の周縁部との間に設けた複数の車輪９とを具備する。前記支持杭８は、前記台座２の旋回中心となり、地面３０や建物などの床面に設けた穴に挿入する。車輪９は例えば３か所に均等間隔で設けることにより、地面３０に多少の凹凸があっても円滑にバランスよく搖動なしで台座２を連続旋回させることができる。車輪９にショックアブソーバーを設けることにより、地面３０にやや大きめの凹凸が存していても円滑にバランスよく搖動なしで台座２を連続旋回させることができる。

車輪９の材質はウレタンゴムやジェンゴム等の耐摩耗性や耐水性を有し走行抵抗の低いゴム材質がよく、幅狭でも幅広でもよい。幅広の方が地面３０の凹凸に搖動しにくいという効果がある。また、車輪９の軸にベアリングを使用してもよく、ベアリングを使用した場合は車輪９の回転時の抵抗が減じられる。

駆動部４の形態は、第一の形態として、車輪９の一つを前記台座２の旋回時に形成される円軌跡の接線方向に固定した固定輪とし前記固定輪を回転させる駆動源を設けた形態、又は、第二の形態として、支持杭８を回転させる駆動源を設けた形態（図示なし）がある。いずれの形態であっても、日々連続的に作動し続ける減速機付モーターを使用する。減速機付モーターによって前記台座２は旋回する。

第一の形態の場合は、一つの固定輪に減速機付モーターを取り付けて固定輪を駆動輪とし、支持杭８は従動的に旋回する形態であり、第二の形態の場合は、支持杭８に伝達用歯車や減速機付モーターを取り付けて駆動軸とし、車輪９は従動的に回転する形態である。

いずれの形態であっても、太陽電池パネル５の表面側を正午に太陽の南中位置に対して垂直に向けるように設置して、太陽が東から西へ移動する方向と同一方向を含む旋回方向に２４時間で３６０°旋回の１サイクルを連続サイクル旋回させるので、日々の日の出時間から日の入り時間までは太陽の方位角に追尾させ、日の入りすると翌日の日の出時間に合わせて作動するような制御を必要としないので、簡易な構造で安価な設備費で太陽の方位角に合わせることができる。

前後方向機構部６によりパネル台３の下辺部Ａを前後方向に移動させて、前記パネル台３に軸着したリンク部材７の上端部イが前記台座２に回動自在に軸着した下端部ロを中心として側面視で凸状の円弧状の軌跡ａを形成することにより、前記パネル台３を前記台座２に対して任意の角度を成して横設又は斜設させる。これにより、太陽電池パネル５を太陽の高さに合わせて、つまり太陽の仰角に合わせた傾きに斜設することができ、台風や強風の際には太陽電池パネル５を地面３０や床面に近い台座２に沿わせて横設させることができる。

そして、図３又は図６に示すように、パネル台３全体を地面３０に向けて押し付ける形態となるように、太陽電池パネル５を設置した台座２の周縁部の任意の部位にフック２０を取り付け、該フック２０にロープ２１や鎖をかけて、該ロープ２１や鎖をしっかりと張って地面３０等に杭を打ち込むことにより、より強固に太陽電池パネル５の台風や強風による破損を防止できる。

前後方向機構部６の形態は、第一の形態として、台座２に設置された台形ねじ軸１０と該台形ねじ軸１０に螺合し前記パネル台３の下辺部Ａに連結したナット部１１とからなる台形ねじ機構１３、又は、第二の形態として、台座２に軸着されたピニオンギアと該ピニオンギアに噛合し前記パネル台３の下辺部Ａと連結したラックギアとからなるラックアンドピニオン機構（図示なし）がある。第一の形態の場合に、前記台形ねじ軸１０の設置位置は、パネル台３の前方、パネル台３の後方又はパネル台３の横側であってもよい。第二の形態の場合に、前記ラックギアの設置位置は、パネル台３の下方又はパネル台３の横側であってもよい。

いずれの形態であっても、スライド部で前記パネル台３の下辺部Ａの位置を手動で調整することによって、前記パネル台３の傾きを太陽の仰角に応じた傾きにすることができ、又は前記パネル台３を前記台座２に近接させて横設させることができる。

第一の形態の場合の手動操作は、台形ねじ軸１０の端部に取り付けたハンドル１２を手動で回転させる。これにより台形ねじ軸１０が回転し、台形ねじ軸１０に螺合したナット部１１が前後方向で移動する。そして、ナット部１１に連結されたパネル台３の下辺部Ａが前後方向で移動しパネル台３や太陽電池パネル５が斜めに傾く。ここで、太陽電池パネル５設置場所の緯度や経度から、あらかじめ太陽の仰角を例えば月初めごと又は週初めごとに計算しておき、仰角に対応した角度に太陽電池パネル５が傾くように、月初めごと又は週初めごとのパネル台３の下辺部Ａの位置又はパネル台３に連結されたナット部１１の位置を印しておく。そして、月初めごと又は週初めごとに人が手動で操作する。

第二の形態の場合の手動操作は、台座２に軸支されたピニオンギアに取り付けたハンドル１２を手動で回転させる。これによりピニオンギアが回転し、ピニオンギアに?合したラックギアが前後方向で移動する。そして、ラックギアに連結されたパネル台３の下辺部Ａが前後方向で移動しパネル台３や太陽電池パネル５が斜めに傾く。ここで、太陽電池パネル５設置場所の緯度や経度から、あらかじめ太陽の仰角を例えば月初めごと又は週初めごとに計算しておき、仰角に対応した角度に太陽電池パネル５が傾くように、月初めごと又は週初めごとのパネル台３の下辺部Ａの位置を印しておく。そして、月初めごと又は週初めごとに人が手動で操作する。

次に、本願発明の低床型太陽光追尾装置１の設置方法や使用方法の実施例について説明する。なお、本願発明の低床型太陽光追尾装置１の設置方法や使用方法は実施例に限定されない。

低床型太陽光追尾装置１は、駆動部４の形態を第一の形態である、車輪９の一つを前記台座２の旋回時に形成される円軌跡ａの接線方向に固定した固定輪とし前記固定輪を回転させる駆動源を設けた形態とし、前後方向機構部６の形態を第一の形態である、台座２に設置された台形ねじ軸１０と該台形ねじ軸１０に螺合し前記パネル台３の下端に連結したナット部１１とからなる台形ねじ機構１３とする。

まず、低床型太陽光追尾装置１を設置する位置に、パネル台３の回転中心の支持杭８を挿入する穴をコンクリート等により形成する。このときにパネル台３旋回用の駆動源である減速機付モーターの電気配線を通すためのパイプを支持杭８用の穴から商用電源の間に埋設しておく。また、パネル台３の下方の地面３０の状態は、現状の地面３０の状態でもよいが、できればコンクリート舗装などの舗装又は防草シート等のシートを敷設した方が、雑草が生えにくいしかつ砂ほこりの発生を抑制することができる。

地面３０や床面に形成した穴に支持杭８を挿入させるようにして低床型太陽光追尾装置１を設置する。このときにパネル台３旋回用の駆動源となる減速機付モーターの電気配線を商用電源から埋設したパイプ内を貫通させて、前記減速機付モーターと商用電源とを接続させる。前記減速機付モーター用の入切スイッチを台座２に取り付ける。

次に、太陽電池パネル５設置場所の緯度や経度から、太陽の仰角を月初めごとに計算し、仰角に対応した角度に太陽電池パネル５が傾くように、月初めごとのナット部１１の位置をパネル台３に印する。そして、設置時に該当する月初めに該当する月の前記印の位置にナット部１１の位置が一致するように、台形ねじ軸１０の端部に取り付けたハンドル１２を手動で回転させる。設置後は毎月の月初に該当する月の印した位置にナット部１１の位置が一致するように、台形ねじ軸１０の端部に取り付けたハンドル１２を手動で回転させる。また、手動でハンドル１２を回転させて行う位置合わせは月初めに限らずいつでも可能である。

次に、太陽電池パネル５の表面側を正午に太陽の南中位置に対して垂直に向けるように台座２の向きを調整する。そして、正午になった時に台座２旋回用の減速機付モーター用の入切スイッチを入にする。また、太陽に対して太陽電池パネル５の表面側を垂直に向けるように台座２の向きを調整する操作は、正午に限らず日中のいつでも可能である。

以上により、低床型太陽光追尾装置１は、太陽の高さに合わせた仰角にでき、太陽の東西方向の方位に合わせた追尾も簡易な構造で実現できるので発電効率を向上させることができる。

また、台風や強風の際には、台座２旋回用の減速機付モーター用の入切スイッチを切にして、台形ねじ軸１０の端部に取り付けたハンドル１２を手動で回転させて、太陽電池パネル５を地面３０や床面に近い台座２に沿わせて横設させる。そして、台座２の周縁部の任意の部位に取り付けられたフック２０にロープ２１や鎖をかけて、該ロープ２１や鎖をしっかりと張って地面３０等に杭を打ち込む。これにより、太陽電池パネル５が台風や強風によってより一層破損にくくなる。なお、地面３０がコンクリート舗装のように杭が打ち込めにくい場合は、地面３０に予めロープ２１止め又は鎖止めを打込んでおく。

１ 低床型太陽光追尾装置
２ 台座
３ パネル台
４ 駆動部
５ 太陽電池パネル
６ 前後方向機構部
７ リンク部材
８ 支持杭
９ 車輪
１０ 台形ねじ軸
１１ ナット部
１２ ハンドル
１３ 台形ねじ機構
２０ フック
２１ ロープ
３０ 地面
Ａ 下辺部
イ 上端部
ロ 下端部
ａ 軌跡

Claims (4)

1. 旋回する台座と、
   前記台座を旋回させる駆動部と、
   前記台座に載設した、太陽電池パネルを設置するパネル台とを具備する低床型太陽光追尾装置であって、
   前記台座と前記パネル台との間に、前記台座に固定され前記パネル台の下辺部を前記台座の上面に沿って前後方向に移動させる前後方向機構部と、下端部を前記パネル台の後方であって前記台座の上面に回動自在に軸着され、上端部を前記パネル台の裏面及び／又は側面に回動自在に軸着されたリンク部材とが設けられ、
   前記駆動部により前記台座を太陽が東から西へ移動する方向と同一方向を含む旋回方向に２４時間で３６０°旋回の１サイクルを連続サイクル旋回させて、かつ、
   前記前後方向機構部により前記パネル台の下辺部を前後方向に移動させて、前記パネル台に軸着した前記リンク部材の上端部が前記台座に回動自在に軸着した下端部を中心として側面視で凸状の円弧状の軌跡を形成することにより、前記パネル台を前記台座に対して任意の角度を成して横設又は斜設させることを特徴とする低床型太陽光追尾装置。
2. 前記台座は、前記台座の旋回中心に設けた支持杭と、前記支持杭と前記台座の周縁部との間に設けた複数の車輪とを具備し、前記駆動部の形態が、第一の形態として、前記車輪の一つを前記台座の旋回時に形成される円軌跡の接線方向に固定した固定輪とし前記固定輪を回転させる駆動源を設けた形態、又は、第二の形態として、前記支持杭を回転させる駆動源を設けた形態であることを特徴とする請求項１に記載の低床型太陽光追尾装置。
3. 前記前後方向機構部が、第一の形態として、前記台座に設置された台形ねじ軸と該台形ねじ軸に螺合し前記パネル台の下辺部に連結したナット部とからなる台形ねじ機構、又は、第二の形態として、前記台座に軸着されたピニオンギアと該ピニオンギアに噛合し前記パネル台の下辺部と連結したラックギアとからなるラックアンドピニオン機構であることを特徴とする請求項１又は２に記載の低床型太陽光追尾装置。
4. 前記前後方向機構部で前記パネル台の下辺部の位置を手動で調整することによって、前記パネル台の傾きを太陽の仰角に応じた傾きにすることができ、又は前記パネル台を前記台座に近接させて横設させることができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の低床型太陽光追尾装置。

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