JP7168980B2

JP7168980B2 - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JP7168980B2
Application number: JP2019018083A
Authority: JP
Inventors: 和宏西山
Original assignee: 株式会社キャリースルー
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2039-02-04
Also published as: JP2020127284A

Description

本発明は、受光面を有する太陽電池パネルを備えた太陽光発電装置に関する。

従来から、太陽電池パネルを備えた太陽光発電装置が知られている（特許文献１）。この太陽光発電装置は、太陽光発電の発電効率を高めるために、太陽の位置に基づいて太陽電池パネルを回動させるための装置を備えている。この装置として、クランク軸、偏心カム、外歯歯車、内歯歯車等を有する減速装置を用いている。この減速装置からの駆動力を利用して太陽電池パネルを鉛直軸回りに回動させることにより、太陽光の位置（方位方向）に太陽電池パネルの受光面を追従させるようにしている。

特許第５２９２１０８号公報

上記太陽光発電装置の場合には、クランク軸、偏心カム、外歯歯車、内歯歯車等を有する減速装置を備えているため、装置全体が複雑で大型化を招く不都合があり、改善の余地があった。

本発明は、簡素で小型化が実現できる太陽光発電装置を提供することを目的とする。

本発明の太陽光発電装置は、設置面に設けられる支持部材と、該支持部材の上方に鉛直軸回りに回動可能に設けられる回転部材と、該回転部材に取り付けられる受光面を有する太陽電池パネルと、前記回転部材にシリンダケース側が固定され鉛直方向にロッドが伸縮する電動シリンダと、該電動シリンダの駆動を太陽の位置に基づいて制御する制御部と、該電動シリンダのロッドの伸縮運動を前記回転部材の回動運動に変換すべく該ロッドと前記支持部材との間に設けられる変換機構と、を備えていることを特徴としている。

かかる構成によれば、電動シリンダの駆動を制御部により制御することにより、変換機構により電動シリンダの伸縮運動が回転部材の回動運動に変換される。これにより、回転部材が鉛直軸回りに回動して、太陽の位置に基づいて太陽電池パネルの受光面の向き（方位角）を調整することができる。

また、本発明の太陽光発電装置は、前記支持部材が、円筒状又は円柱状に構成され、前記変換機構が、前記支持部材の外面に螺旋状に突出する突出部と、該突出部に沿って移動すべく該突出部の幅方向両側から係合するとともに前記電動シリンダのロッドの先端部に連結される少なくとも一対のカムフォロアと、を備えていてもよい。

かかる構成によれば、電動シリンダのロッドを鉛直方向に伸縮作動させることにより、カムフォロアが螺旋状の突出部に沿ってカムフォロアが移動する。この移動により、カムフォロアにロッドの先端部が連結されている電動シリンダが回動するとともにシリンダケース側が固定されている回転部材も回動して、太陽電池パネルが鉛直軸回りに回動する。

また、本発明の太陽光発電装置は、前記回転部材に回動可能に設けられる水平軸に前記太陽電池パネルが固定され、前記太陽電池パネルを水平軸回りに回動させるための駆動源となる第２の電動シリンダと、該第２の電動シリンダのロッドの先端部と前記太陽電池パネルとを連結するリンク機構と、を備え、前記制御部は、前記電動シリンダ及び前記第２の電動シリンダの駆動を太陽の位置に基づいて制御するように構成され、前記第２の電動シリンダのシリンダケース側及び前記制御部が、前記回転部材に固定されていてもよい。

かかる構成によれば、制御部が太陽の位置に基づいて第２の電動シリンダを伸縮作動することにより、太陽電池パネルを水平軸回りに回動させる。これにより、太陽電池パネルの受光面の向き（仰角）を調整することができる。また、回転部材に、電動シリンダ、第２の電動シリンダ、制御部が固定されることによって、それら３つの構成要素をユニット化できるだけでなく、回転部材が回転しても、制御部から電動シリンダまでの距離及び制御部から第２の電動シリンダまでの距離が常に一定であるため、配線の取り回しを考慮する必要がない。

以上により、電動シリンダ及び電動シリンダのロッドの伸縮運動を回転部材の回動運動に変換する変換機構を備えるだけで、回転部材を鉛直軸回りに回動させることができるので、簡素で小型化が実現できる太陽光発電装置を提供することができる。

本実施形態に係る太陽光発電装置の正面図である。同太陽光発電装置の側面図である。同太陽光発電装置の背面図である。同太陽光発電装置の平面図である。同太陽光発電装置の内部構造を分かり易くするために一部の部材を省略した側面図である。図５の太陽光発電装置の太陽光パネルの仰角を４５度にしたときの側面図である。図５の太陽光発電装置の太陽光パネルの仰角を９０度にしたときの側面図である。第２の電動シリンダを１／２だけ伸長させたときの棒状部材に対する第２の電動シリンダの回動位置を示す要部の斜視図である。第２の電動シリンダを最も短縮したときの棒状部材に対する第２の電動シリンダの回動位置を示す要部の斜視図である。第２の電動シリンダを最も伸長したときの棒状部材に対する第２の電動シリンダの回動位置を示す要部の斜視図である。図８～図１０までの棒状部材に対する第２の電動シリンダの３つの回動位置を示す要部の平面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１～図４を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る太陽光発電装置１は、設置面２に設けられる支持部材３と、支持部材３の上方に鉛直（上下）軸回りに回動可能に設けられる回転部材４と、回転部材４の上面に設けられる水平軸５の軸回りに回動可能に取り付けられる複数枚（ここでは２枚）の太陽電池パネル６，６と、複数枚の太陽電池パネル６，６の方位角を変更するための第１の電動シリンダ７と、太陽電池パネル６，６の仰角を変更するための第２の電動シリンダ８と、第１の電動シリンダ７の駆動及び第２の電動シリンダ８の駆動を太陽の位置に基づいて制御する制御部９が収容される制御ボックス１０と、を備えている。

支持部材３は、金属製で内部が中空の円筒状（内部が詰まった円柱状でもよい）に構成され、下端部が脚部１１に取り付けられて設置面２に上下姿勢に保持されている。脚部１１は、支持部材３の下端部が差し込まれる金属製の円筒部１１Ａと、円筒部１１Ａの側部から放射状に取り付けられた４個の金属製のＨ型鋼１１Ｂと、を備えている。ここでは、支持部材３を別体の脚部１１に取り付けることで、支持部材３を設置面２に自立させるようにしているが、支持部材３に脚部を一体形成により備えたものであってもよい。

回転部材４は、図７、図８及び図９に示すように、支持部材３の上端にベアリング（図示せず）を介して回転自在に複数（ここでは８個）のボルト１２により取り付けられる上板部４１と、上板部４１の周方向に間隔をおいて下方に延びる複数（ここでは４枚）の側板部４２，４３，４４，４５と、それら複数の側板部４２，４３，４４，４５の下端部を周方向で連結する環状の連結板部４６と、連結板部４６の周方向に下方に突出し、かつ、支持部材３の外面に当接する複数（ここでは３個）のローラ４７（図５に１個のローラを図示）と、を備えている。前記ローラ４７を設けることによって、回転部材４の回転時に連結板部４６の内側が支持部材３の外面に当接することを防止することができるとともに、回転部材４を安定良く回転させることができる。回転部材４の上板部４１の上面には、水平方向に延びる前記水平軸５を支持する左右一対のブラケット１３，１３が固定されている。

複数枚の太陽電池パネル６，６は、図１の正面図において、上下方向に長い長方形状に構成され、光を内部へ取り込むための隙間を空けて左右に併設されている。そして、各太陽電池パネル６は、表側に位置する第１受光面６Ａと、裏側に位置する第２受光面６Ｂ（図４参照）と、を備える両面タイプのもので構成されている。なお、前記隙間から内部に入り込んだ光を左右の太陽電池パネル６，６の第２受光面６Ｂ，６Ｂに反射させるための反射板１４（図１、図４参照）を設けている。この反射板１４は、図４の平面視においてＶ字型になっており、２つの反射面１４Ａ，１４Ｂを備えている。また、反射板１４は、太陽電池パネル６，６の上下寸法と略等しい上下寸法を備えている。そして、図１及び図４において、左側の反射面１４Ａに反射した光が左側の太陽電池パネル６の第２受光面６Ｂに入射し、右側の反射面１４Ｂに反射した光が右側の太陽電池パネル６の第２受光面６Ｂに入射する。また、反射板１４は、後述する縦フレーム２０，２０（図１、図３参照）に多数の帯板部材２１（図２参照）を介して連結されている。なお、反射面１４Ａ，１４Ｂには、太陽光の反射率が高い塗料である高日射反射性塗料（他の塗料であってもよい）が塗布されている。

複数枚の太陽電池パネル６，６は、横長で長方形状の第１支持フレーム１５（図２、図４参照）に取り付けられている。この第１支持フレーム１５は、後方に位置し、かつ、第１支持フレーム１５よりも一回り大きな外形寸法を有する略８角形状の第２支持フレーム１６（図１参照）に複数の連結フレーム１７を介して連結されている。また、図３に示すように、第２支持フレーム１６の後方に太陽電池パネル６，６よりも少し小さな開口１８Ｋを形成する２つの縦長で長方形状の左右一対の第３支持フレーム１８，１８を配置し、第２支持フレーム１６と第３支持フレーム１８，１８とが内面に太陽光の反射率が高い塗料である高日射反射性塗料（他の塗料であってもよい）が塗布された多数の反射板にて連結されている。また、第２支持フレーム１６の左右中央部には、上側フレーム部１６Ａと下側フレーム部１６Ｂとを連結するための２本の補強用の縦フレーム２０，２０（図１参照）が所定間隔を空けて配置されている。第３支持フレーム１８，１８は、後述する縦フレーム２０，２０それぞれの上下方向中間部から後方に延びる上下一対の補助フレーム３６，３６の後端に連結されている。

反射板は、図３の後方から見て、４つの角部に配置され２か所で折り曲げられたコーナー反射板１９Ａと、コーナー反射板１９Ａのうちの上下方向で対向する２つのコーナー反射板１９Ａ，１９Ａ間に位置する４枚の第１反射板１９Ｂと、左右方向で対向する２つのコーナー反射板１９Ａ，１９Ａ間に位置する４枚の第２反射板１９Ｃと、を備えている。なお、第２反射板１９Ｃ，１９Ｃ同士の間は、所定距離だけ離して配置されている。これら反射板１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃは、第１支持フレーム１５と第２支持フレーム１６の隙間や後方の開口１８Ｋ，１８Ｋから入射してくる光を太陽電池パネル６，６の第２受光面６Ｂ，６Ｂに入射させる。

図５～図７に示すように、縦フレーム２０，２０の上下方向中央部に後側から当接する板状の取付部材２２が固定されている。取付部材２２は、下部に後方に延びる左右一対の縦板部２２Ａ，２２Ａ（図では一方側のみ図示している）を備えている。左右一対の縦板部２２Ａ，２２Ａのそれぞれは、前記左右一対のブラケット１３，１３（図８参照）を貫通した水平軸５の両端に嵌合するベアリング２３を貫通支持している。また、取付部材２２の上端部には、後方に延びるように取付用アーム２４の前端部が取り付けられている。この取付用アーム２４の後端部と第２の電動シリンダ８のロッド８Ａとが、リンク機構２５を介して連結されている。

第２の電動シリンダ８は、ロッド８Ａと、ロッド８Ａを摺動可能に支持するシリンダケース８Ｂと、ロッド８Ａを伸縮させるためのモータ部８Ｃと、ロッド８Ａの伸縮量を検出するセンサ（図示せず）と、を備えている。第２の電動シリンダ８のロッド８Ａ側の先端側とは反対側の基端側が前記複数の側板部のうちの１つの第４側板部４５に回転可能に連結されている。

リンク機構２５は、前記取付用アーム２４に一端部が回転自在に連結される直線状で板状の第１リンク２６と、第１リンク２６の他端部に回転可能に一端部が連結される略への字状に屈曲した第２リンク２７と、を備えている。第２リンク２７の他端部が第２の電動シリンダ８のロッド８Ａの先端部に回転可能に連結されている。また、第２リンク２７の屈曲部分が、第２の電動シリンダ８の基端側が連結された第４側板部４５の上部から斜め後方に延びる第３リンク２８の先端部に連結されている。したがって、第２の電動シリンダ８の伸縮作動によりリンク機構２５を押し引きすることにより、太陽電池パネル６，６を水平軸５回りに回動させて、太陽電池パネル６，６の第１受光面６Ａ，６Ａの向き（仰角）を調整することができる。第２リンク２７は、屈曲部を挟んで第２の電動シリンダ８の部分を第１リンク２６側の部分に対して短くすることによって、第２の電動シリンダ８の伸縮量の割には太陽電池パネル６，６の仰角の調整量が大きくなるようにしている。

第１の電動シリンダ７は、第２の電動シリンダ８と同様に、ロッド７Ａと、ロッド７Ａを摺動可能に支持するシリンダケース７Ｂと、ロッド７Ａを伸縮させるためのモータ部７Ｃと、ロッド７Ａの伸縮量を検出するセンサ（図示せず）と、を備えている。そして、第１の電動シリンダ７のロッド７Ａの伸縮運動を回転部材４の回動運動に変換すべくロッド７Ａと支持部材３との間に変換機構２９を備えている。

変換機構２９は、図８～図１０に示すように、支持部材３の上端部の外面に螺旋状に巻き付けられて溶接により固定される金属製で断面形状が円形の棒状部材３０と、棒状部材３０に沿って移動すべく棒状部材３０の幅方向両側から係合するとともに第１の電動シリンダ７のロッド７Ａの先端部に連結される金属製の一対のカムフォロア３１，３１と、を備えている。カムフォロア３１，３１は、軸付きベアリングのことである。なお、棒状部材３０が支持部材３の外面に螺旋状に巻き付けられることにより、支持部材３の外面に螺旋状に突出する突出部を構成する。

一対のカムフォロア３１，３１は、平面視においてコの字状の取付部材３２に取り付けられている。具体的には、取付部材３２は、３枚の側面板を備え、相対向するように配置された２枚の第１側面板３２Ａ，３２Ｂと、２枚の側面板３２Ａ，３２Ｂの一端同士を連結する第２側面板３２Ｃと、を備えている。この取付部材３２は、第２側板部４３の内側に一方の第１側面板３２Ａが位置し、かつ、第２側板部４３の外側に他方の第１側面板３２Ｂが位置するように配置され、支持部材３側に位置する一方の第１側面板３２Ａに内側（支持部材３側）に突出するようにカムフォロア３１，３１が取り付けられている。他方の第１側面板３２Ｂの外面には、金属製の断面形状が円形で直線状の棒状体３３の上端部が溶接により固定され、棒状体３３の下端部が第１の電動シリンダ７のロッド７Ａの先端部が連結されている。なお、一対のカムフォロア３１，３１は、棒状部材３０に直交する方向から互いに係合するように取付部材３２に取り付けられ、棒状部材３０の傾き度合い（傾斜角度）に応じて取付部材３２に対する取り付け位置が変更（調整）される。

また、第１の電動シリンダ７のロッド７Ａの伸縮動作によりカムフォロア３１，３１が上下動することを安定させるための案内機構を備えている。案内機構は、第２側板部４３に形成の縦長状の開口４３Ｋに臨むように第２側板部４３に取り付けられた円筒状のガイド部材３４と、このガイド部材３４の外面（円弧面）に摺接する円弧面を有し、かつ、取付部材３２に取り付けられる摺動部材３５と、を備えている。したがって、第１の電動シリンダ７のロッド７Ａの伸縮動作によりカムフォロア３１，３１が上下動する際に、ガイド部材３４に沿って摺動部材３５が摺接しながら移動することによって、カムフォロア３１，３１を支持する取付部材３２の上下動を安定させることができる。そして、カムフォロア３１，３１が螺旋状の棒状部材３０に沿って移動することにより、カムフォロア３１，３１にロッド７Ａの先端部が連結されている第１の電動シリンダ７が回動するとともにシリンダケース７Ｂ側が固定されている回転部材４も回動して、太陽電池パネル６，６が鉛直軸Ｘ回りに回動する。

第２の電動シリンダ８を伸縮させて太陽電池パネル６，６の仰角を変更（調整）する場合を、図５～図７に示している。図５では、第２の電動シリンダ８を最大短縮状態にして、太陽電池パネル６，６の第１受光面６Ａ，６Ａの仰角を０度にした場合であり、図６では、第２の電動シリンダ８を１／２伸長状態にして、太陽電池パネル６，６の第１受光面６Ａ，６Ａの仰角を４５度にした場合であり、図７では、第２の電動シリンダ８を最大伸長状態にして、太陽電池パネル６，６の第１受光面６Ａ，６Ａの仰角を９０度にした場合である。この第２の電動シリンダ８の伸縮動作量は、制御ボックス１０に備えている制御部９からの信号に基づいて行われる。

また、第１の電動シリンダ７を伸縮させて太陽電池パネル６，６の第１受光面６Ａ，６Ａの方位角を変更（調整）する場合を、図８～図１０に示している。図８では、第１の電動シリンダ７を１／２伸長状態にして、図１１に実線で示すように、太陽電池パネル６，６の第１受光面６Ａ，６Ａの方位角を０度にした場合であり、図９では、第１の電動シリンダ７を最大短縮状態して、図１１に２点鎖線で示すように、太陽電池パネル６，６を時計回りに１３５度回転させた場合であり、図１０では、第１の電動シリンダ７を最大伸長状態にして、図１１に２点鎖線で示すように、太陽電池パネル６，６を反時計回りに１３５度回転させた場合である。この第１の電動シリンダ７の伸縮動作量は、制御ボックス１０に備えている制御部９からの信号に基づいて行われる。なお、第１の電動シリンダ７及び第２の電動シリンダ８を駆動するための電力は、別に設けたバッテリから供給してもよいし、太陽電池パネル６，６が発電した電力を利用してもよい。

前記のように構成された太陽光発電装置１は、制御部９からの信号により第１の電動シリンダ７及び第２の電動シリンダ８の駆動を制御することにより、太陽電池パネル６，６の第１受光面６Ａ，６Ａの方位角方向を太陽光の方位角方向に一致させるとともに、太陽電池パネル６，６の第１受光面６Ａ，６Ａの仰角方向が太陽光の仰角方向に一致させるようにしている。また、太陽電池パネル６，６の第１受光面６Ａ，６Ａ及び第２受光面６Ｂ，６Ｂで得られる電力の総和が最大になるように、第１の電動シリンダ７及び第２の電動シリンダ８の駆動を制御する構成であってもよい。なお、制御部９は、現在時刻に関する情報、太陽光発電装置１の設置場所のパラメータ（例えば、この設置場所の緯度、経度、高度の情報）、所定の処理を前回行った時刻、太陽電池パネル６，６の実際の方位角や仰角と目標とする方位角や仰角との偏差の上限設定値等を取得して制御を行う。

尚、本発明の太陽光発電装置１は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、表裏両面に受光面を備えた太陽電池パネルを示したが、表面にのみ受光面を備えた太陽電池パネルであってもよい。また、太陽電池パネルは、２個の他、１個又は３個以上の任意の個数であってもよい。また、太陽電池パネルを複数設ける場合に、同一の大きさの太陽電池パネルであってもよいし、少なくとも一部の大きさが異なる太陽電池パネルであってもよい。

また、上記実施形態では、棒状部材３０を支持部材３の外面に巻き付けることにより、支持部材３の外面から径方向外側に突出する螺旋状の突出部を構成したが、支持部材３の外面から径方向外側に突出す螺旋状の突出部を支持部材３に一体形成してもよい。また、変換機構２９を、支持部材３に形成した螺旋状の凹部（溝部）又は螺旋状の切欠き部と、凹部（溝部）又は切欠き部に入り込んで係合する少なくとも１個のカムフォロアと、を備える構成であってもよい。

また、上記実施形態では、カムフォロア３１，３１が上下動することを安定させるための案内機構を備えたが、案内機構を省略して実施してもよい。

また、上記実施形態では、第１の電動シリンダ７のロッド７Ａの先端部（下端部）を上方に延びる棒状体３３の下端部に連結し、棒状体３３の上端部をカムフォロア３１，３１の取付部材３２に固定したが、螺旋状の棒状部材３０を支持部材３の下部の外面に備え、第１の電動シリンダ７のロッド７Ａの先端部（下端部）にカムフォロア３１，３１の取付部材３２を直接連結し、棒状部材３０にカムフォロア３１，３１を係合させた構成であってもよい。

また、上記実施形態では、太陽電池パネル６，６を鉛直軸Ｘ回りに２７０度回動させる構成を示したが、２７０度を超える角度まで回動させる構成であってもよい。

また、上記実施形態では、第１の電動シリンダ７と第２の電動シリンダ８と、を備えたが、第１の電動シリンダ７のみを設けて、太陽電池パネルの向き（方位角）のみを調整する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、第１の電動シリンダ７のロッド７Ａが下方に伸長するように取り付けたが、第１の電動シリンダ７のロッド７Ａが上方に伸長するように取り付けて実施してもよい。

１…太陽光発電装置、２…設置面、３…支持部材、４…回転部材、５…水平軸、６…太陽電池パネル、６Ａ…第１受光面、６Ｂ…第２受光面、７…第１の電動シリンダ、７Ａ…ロッド、７Ｂ…シリンダケース、７Ｃ…モータ部、８…第２の電動シリンダ、８Ａ…ロッド、８Ｂ…シリンダケース、８Ｃ…モータ部、９…制御部、１０…制御ボックス、１１…脚部、１１Ａ…円筒部、１１Ｂ…Ｈ型鋼、１２…ボルト、１３…ブラケット、１４…反射板、１４Ａ，１４Ｂ…反射面、１５第１支持フレーム、１６…第２支持フレーム、１６Ａ…上側フレーム部、１６Ｂ…下側フレーム部、１７…連結フレーム、１８…第３支持フレーム、１８Ｋ…開口、１９Ａ…コーナー反射板、１９Ｂ…第１反射板、１９Ｃ…第２反射板、２０…縦フレーム、２１…帯板部材、２２…取付部材、２２Ａ…縦板部、２３…ベアリング、２４…取付用アーム、２５…リンク機構、２６…第１リンク、２７…第２リンク、２８…第３リンク、２９…変換機構、３０…棒状部材、３１…カムフォロア、３２…取付部材、３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…側面板、３３…棒状体、３４…ガイド部材、３５…摺動部材、３６…補助フレーム、４１…上板部、４２，４３，４４，４５…側板部、４３Ｋ…開口、４６…連結板部、４７…ローラ、Ｘ…鉛直軸

Claims

設置面に設けられる支持部材と、
該支持部材の上方に鉛直軸回りに回動可能に設けられる回転部材と、
該回転部材に取り付けられる受光面を有する太陽電池パネルと、
前記回転部材にシリンダケース側が固定され鉛直方向にロッドが伸縮する電動シリンダと、
該電動シリンダの駆動を太陽の位置に基づいて制御する制御部と、
該電動シリンダのロッドの伸縮運動を前記回転部材の回動運動に変換すべく該ロッドと前記支持部材との間に設けられる変換機構と、
を備えていることを特徴とする太陽光発電装置。
前記支持部材が、円筒状又は円柱状に構成され、前記変換機構が、前記支持部材の外面に螺旋状に突出する突出部と、該突出部に沿って移動すべく該突出部の幅方向両側から係合するとともに前記電動シリンダのロッドの先端部に連結される少なくとも一対のカムフォロアと、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
前記回転部材に回動可能に設けられる水平軸に前記太陽電池パネルが固定され、前記太陽電池パネルを水平軸回りに回動させるための駆動源となる第２の電動シリンダと、該第２の電動シリンダのロッドの先端部と前記太陽電池パネルとを連結するリンク機構と、を備え、
前記制御部は、前記電動シリンダ及び前記第２の電動シリンダの駆動を太陽の位置に基づいて制御するように構成され、
前記第２の電動シリンダのシリンダケース側及び前記制御部が、前記回転部材に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電装置。