JP7227276B2 - 旋回可能かつロック可能なモジュールテーブルを有する太陽光発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの光起電ソーラーモジュール、好ましくは複数の光起電ソーラーモジュールを支持し、少なくとも１つの軸を中心に回動可能な少なくとも１つのモジュールテーブルを有する太陽光発電設備に関する。

このような太陽光発電設備は、例えば、いわゆる水平追跡装置として従来技術から知られている。このような太陽光発電設備のモジュールテーブルが旋回可能であるという事実により、それらは太陽の運動を追跡することができ、その結果、１日の経過中に最適な太陽放射の入射が確保される。

いわゆる水平追跡装置の大部分は、ギアによって中央に支持されたチューブ上に設置される。チューブをその縦軸の周りに回転させることによって、モジュールテーブル及び結果的にソーラーモジュールは旋回される。テーブルの全長は、一般に８０ｍまでである。モジュールテーブルがこの長さのとき、回転チューブからテーブルの自由端まで延びる側翼の全長は約４０ｍである。

技術水準から知られている太陽光発電設備の主要な問題は、風荷重が発生したときのモジュールテーブルの制御不能な旋回である。本出願人によって行われた風洞試験では、最初の水平モジュールテーブルの傾斜が５度変更されると、荷重が２倍になることが分かった。これは、しばしば、風荷重下での振動の危険な蓄積、いわゆるギャロッピング効果に繋がる。

この課題を制御下に置くために、油圧ダンパ又は同様の補助構造を用いて、風によって生じる振動を補償しようとする追跡システムを開発した。しかしながら、これは、上述の欠点を解決するための手段として、限られた範囲でしか適していないことが証明されている。さらに、そのような構造は、設置が困難であり、従って、より高価である。

本発明の目的は、従来技術から知られている上述の欠点を克服する、冒頭に記載した太陽光発電設備を提供することである。本発明の目的は、特に、モジュールテーブルができるだけ風による振動の蓄積を防止する、太陽光発電設備を提供することである。

この目的は、ソーラーモジュールが太陽の運動を追跡するようにモジュールテーブルを旋回させる軸を中心に旋回可能な少なくとも１つの歯車要素にモジュールテーブルが結合され、このようにして、歯車要素が駆動され、従って、電気的に駆動される駆動軸によって枢動され、少なくとも１つの作動要素が駆動軸に一体化され、歯車要素が作動要素によって駆動され、阻止される両方が可能であり、作動要素は、歯車要素を駆動又は阻止するために歯車要素の歯に係合する、導入に記載された太陽電池設備による発明によれば達成される。

従って、駆動軸に一体化された作動要素によって、モジュールテーブルを旋回させてロックすることができ、従って、風荷重の下で旋回しないようにすることができる。駆動軸をその長手方向軸線を中心に回転させることは、歯車要素の歯部に係合し、歯車要素を駆動（枢動）する作動要素によって枢動（作動）される歯車要素に至る。モジュールテーブルがそれ以上旋回しないようにする場合（風が発生した場合など）は、駆動軸の回転運動を停止させて静止させる。ここで、モジュールテーブルをブロックするために、駆動軸がロックされると、作動要素は、歯車要素の歯部に留まり、その結果、歯車要素の更なる枢動、ひいてはモジュールテーブル全体の枢動（例えば、風荷重が発生する場合）を阻止する。

歯車要素が、歯車セグメントであると有利である。このような歯車セグメントは、歯車セグメントの歯部を担持する円弧を有する。歯車要素の円弧の反対側は、一般に、モジュールテーブルに接続され、直接又は接続要素を介して旋回される。接続要素は、例えば、モジュールテーブル又はモジュールフレームの交差支柱とすることができる。

本発明による太陽光発電設備の特に好ましい実施形態では、作動要素は、互いに本質的に平行に配置され、歯車要素を駆動（枢動）又は阻止するために歯車要素の歯部に係合する少なくとも２つの作動ピンを備え、好ましくは、それぞれが異なる歯のスペース、特に隣接する歯のスペースに置かれ、歯車要素を阻止するためにそこに残る両方の作動ピンがそれぞれ異なる歯のスペースに静止する。作動要素のこのような実施形態は、製造が特に容易であり、同時に、歯車要素の駆動及びブロックの両方に理想的に適している。両方の作動ピンが歯車要素の対応する歯のスペース内でそれぞれ不動である場合、歯車要素をさらに旋回させることはできなくなる。これはまた、風荷重下でのモジュールの振動の蓄積を防止する。

作動要素は、例えば、アングル又は丸いリング又はフレームであってもよい。作動要素のこのような実施形態は、製造が特に容易であり、その使用において効果的である。

少なくとも１つのモジュールテーブルは、少なくとも１つの歯車要素に取り付けられると有利である。これは、接続要素を介して直接的又は間接的に行うことができる。

好ましくは、駆動軸の長手方向軸線は、その周囲で回転し、少なくとも１つの歯車要素の歯部を通って延びる。このような実施形態では、作動要素が歯車要素の歯部に係合するので、歯車要素は、駆動軸が静止しているだけでブロックすることができる。

本発明による太陽光発電設備は、少なくとも１つのモジュールテーブルを高さ方向に取り付けるための垂直ポストを備え、垂直ポストは、少なくとも部分的に、駆動軸を支持するための支持板を備えると有利である。このような支持板は、発生する荷重を、駆動軸から直接垂直ポストに、結果的に基礎に分流させる。

本発明の更なる特徴は、図面及び従属クレームに関連する本発明の好ましい例示的な実施形態の以下の説明から得られる。個々の特徴は、単独で、又は互いに組み合わせて実現することができる。

本発明による太陽光発電設備を示す概略図である。 歯車要素の領域における図１の太陽光発電設備の詳細を示す斜視図である。 図２における、駆動軸の操作エレメントの領域を示す拡大詳細図である。 日中の図１の太陽光発電設備の側面図である。 日中の図１の太陽光発電設備の側面図である。 日中の図１の太陽光発電設備の側面図である。 図１の太陽光発電設備の駆動軸の歯車要素と作動要素の平面図である。 図１の太陽光発電設備の駆動軸の作動要素の断面図である。 図１の太陽光発電設備の駆動軸の作動要素の断面図である。

図１は、３つのモジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃを有する太陽光発電設備１を示す。３つのモジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ複数のソーラーモジュール３を支持している。３つのモジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ、歯車セグメント４の様式で４つの歯車要素に連結されている。モジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃと歯車セグメント４との間のこの結合は、歯車セグメント４の旋回を引き起こし、モジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃの旋回を引き起こし、その結果、個々のソーラーモジュール３が太陽の運動を追跡することができる。歯車セグメント４は、電気的に駆動される駆動軸５によって駆動され、従って枢動される。駆動軸５は、変速機ユニット６によって駆動され、３つのモジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃの全てを駆動する。

図２及び図３は、歯車セグメント４の領域における太陽光発電設備１からの詳細を示す。決定的な要素をより明確に描写するために、図示されたソーラーモジュール３に当接するソーラーモジュールは省略されている。図２が明確に示すように、歯車セグメント４は、図示したモジュールテーブル２ａの筋交いの役割を果たす交差支柱７に固定される。この例では、歯車セグメント４は、交差支柱７を横切るようにねじ止めされている。歯車セグメント４及びその結果として交差支柱７は、交差支柱７の横軸Ａを中心に回動可能である。旋回する歯車セグメント４又は交差支柱７は、モジュールテーブル２ａの一体部品である交差支柱７として旋回されるモジュールテーブル２ａに必然的に繋がる。駆動軸５の可能な回転運動及び歯車セグメント４及びその結果としてのモジュールテーブル２ａの旋回運動は、対応する矢印によって示される。

図２及び図３が明確に示すように、駆動軸５には作動要素８が一体化されている。また、図５、図６ａ及び図６ｂには、作動要素８が拡大図で示されている。この例示的な実施形態では、作動要素８は、互いに平行に配置された２つの作動ピン９ａ，９ｂを有する一種の長円形フレームとして実現される。作動ピン９ａ及び９ｂは、２つの連結部１０を介して１つの部品内で互いに連結されている。モジュールテーブル２ａを駆動（旋回）するとき、駆動軸５は、その縦軸Ｌを中心に回転する。作動ピン９ａ及び９ｂは、歯車セグメント４の歯部１１に噛み合うように互いに距離を置いて配置されており、駆動軸の回転運動によって歯車セグメント４が回転（旋回）することがある。駆動軸５が時計回りに回転するか反時計回りに回転するかに応じて、モジュールテーブル２ａも一方又は他方の方向に旋回する。

作動要素８と歯車セグメント４の歯部１１との間の相互作用は、図６ａ及び図６ｂに更に詳細に示されている。図６ａでは、作動ピン９ａと９ｂの両方が、それぞれ、歯部１１の歯スペース１２ａ，１２ｂ内に静止している。歯スペース１２ａ及び１２ｂは、互いに隣接して配置される。符号１３は歯部１１の歯を示す。図６ａ及び図６ｂに示す状況では、駆動軸５は時計回りに回転する。この回転運動の間、作動ピン９ｂは、歯スペース１２ｂから離れ、次いで、作動ピン９ｂが歯スペース１２ａの真下に位置する駆動軸の回転運動のために、このような方法で枢動される（小矢印参照）。同時に、作動ピン９ａは、歯スペース１２ａ内により深く移動する。この状況を図６ｂに示す。その後、作動ピン９ｂは、さらに歯スペース１２ｃに向かって枢動される。作動ピン９ａは、同時に歯スペース１２ａからさらに退避される。駆動軸のこの回転運動、ひいては時計回り方向への作動要素８のために、歯車セグメント４は反時計回り方向（大きい矢印を参照）に回転又は枢動される。次のステップでは、作動ピン９ａは、前に作動ピン９ｂと同じ様式で移動される。これに続いて、作動ピン９ｂが同様に動かされ、以下同様である。

ここで、駆動軸の回転運動が停止されると、２つの作動ピン９ａ，９ｂのうちの少なくとも１つは、歯部１１の歯スペースに留まる。これは、歯車セグメント４をブロックして、歯車要素がもはや枢動又は回転できないようにする。太陽光発電設備１がより大きな風荷重にさらされ、モジュールテーブル２ａの２ｃへの振動の蓄積の危険性がある場合、対応する作動要素８の少なくとも１つの作動ピン９ａ，９ｂが対応する歯車セグメント４の歯部１１に残るように、駆動軸５がロックされる。歯車セグメント４をブロックする場合の作動要素８の最適位置は、図６ａに示されており、これは、作動ピン９ａ及び９ｂの両方が歯スペース１２ａ，１２ｂ内に位置する場合である。この位置では、歯車セグメント４、ひいてはモジュールテーブル２ａ全体が特に安定して遮断される。

大きな風荷重が発生したときに、そのような遮断位置を即座に達成することができるようにするために、例えば、駆動軸５を風センサに連結することができる。この風センサは、大きな風荷重が発生したときに、図６ａに示す位置で駆動軸５のロックを起動することができる。

図１に見られるように、３つのモジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃは全て、同じ駆動軸５によって駆動される。３つのモジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ４つの歯車セグメント４に連結されている。図示の太陽光発電設備１の１２個の歯車要素の全てを作動させることができるように、駆動軸５はまた、合計１２個の作動要素８を含む。この設計は、３つのモジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃの全てが、必要に応じて、同時に旋回又はロック（ブロック）され得ることを保証する。図示されるように、３つのモジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃが、単一の駆動軸５を介して移動される。単一の駆動軸５は、複数のモジュールテーブルを移動させることさえできる。

図４ａ～図４ｃは、日の経過中に太陽光発電設備１が太陽を追尾する様式を示している。図４ａは、朝の状況を示す。ソーラーモジュール３を午前位置から正午位置（図４ｂ参照）に徐々に移動させるために、駆動軸５は時計回りに回される。これにより、モジュールテーブルは、図４ａに示す初期位置から水平位置（正午位置）に旋回する。駆動軸５が時計回りに回転する間、歯車セグメント４は反時計回りに旋回又は回転する。

駆動軸５を時計回り方向にさらに回転させると、最終的に、図４ｃに示す夕方位置に到達するモジュールテーブル及びソーラーモジュール３がもたらされる。

モジュールテーブル及びソーラーモジュール３を夕方位置から正午又は午前位置に戻す場合には、駆動軸５を反時計回りに動かさなければならない。駆動軸５のこのような回転は、歯車セグメント４、従ってそれに結合されたモジュールテーブルに、時計回り方向に旋回又は回転されるように導く。

図示の実施形態では、作動要素８を有する歯車セグメント４及び駆動軸５は鋼製である。

図６ａ及び図６ｂに特に明確に示されているように、駆動軸５の縦軸Ｌは、歯車セグメント４の歯部１１を通って延びている。これは、歯車セグメント４の最適な阻止を達成するために、作動要素８を図６ａに示す位置に移動させるために、駆動軸５の縦軸Ｌの位置を変更する必要がないという利点を有する。

図１から分かるように、太陽光発電設備１は、モジュールテーブル２ａ，２ｂ，２ｃを高所に取り付けるための垂直ポスト１４を備えている。この垂直ポスト１４の数は、本実施形態の歯車セグメント４の数に対応する。垂直ポスト１４も全て、歯車セグメント４の領域に配置されている。

特に図２、図３及び図４ａ～図４ｃに示すように、支持板１５は垂直ポスト１４上に配置されている。これらの支持板１５は、支持板１５を貫通する駆動軸５を支持する役割を果たす。支持板１５は、駆動軸５に作用する力を吸収し、これらを垂直ポスト１４の様式で基礎に分流させる。上述の力は、特に大きな風荷重によって発生し、歯車セグメント４から駆動軸５に伝達されるこのような力である。駆動軸５がロックされると、設備全体の安定性は、静止した上昇取付システムに取り付けられた太陽光発電設備の安定性に匹敵する。従って、大きな風荷重であっても、それを損なうことなく太陽光発電設備１に作用することができる。

図示されるような、本発明による太陽光発電設備１の要素は、異なる方法で実現することができることを理解されたい。例えば、作動要素は、互いに平行に配置された２つの締結ピンを介して接続された２つのプレート、例えば円板状のプレートで構成されることが考えられる。２つのプレートは、例えば駆動軸部の一端にそれぞれ溶接することができる。

１ 太陽光発電設備
２ａ，２ｂ，２ｃ モジュールテーブル
３ ソーラーモジュール
４ 歯車要素
５ 駆動軸
６ トランスミッションユニット
７ 交差支柱
８ 作動要素
９ａ，９ｂ 作動ピン
１０ 連結部
１１ 歯部
１２ａ～１２ｃ 歯スペース
１３ 歯
１４ 垂直ポスト
１５ 支持板
Ａ 横軸
Ｌ 縦軸

Claims (6)

1. 少なくとも１つのソーラーモジュール（３）を支持する少なくとも１つの回動可能なモジュールテーブル（２ａ，２ｂ，２ｃ）を有し、
   前記モジュールテーブル（２ａ，２ｂ，２ｃ）が、歯車要素（４）を枢動させる軸（Ａ）を中心として回動可能な少なくとも１つの前記歯車要素（４）に連結され、
   少なくとも１つの作動要素（８）が、電気駆動される駆動軸（５）内に一体化されており、
   前記ソーラーモジュール（３）が太陽の運動を追跡するように、前記歯車要素（４）が駆動軸（５）の作動要素（８）によって駆動されることで、前記モジュールテーブル（２ａ，２ｂ，２ｃ）が枢動されると共に、
   前記歯車要素（４）が、前記駆動軸（５）の作動要素（８）によってブロックされるように構成されており、
   前記歯車要素（４）を駆動し、又は、ブロックするために、作動要素（８）が、前記歯車要素（４）の歯部（１１）に直接噛み合うように係合し、
   前記駆動軸（５）が長手方向軸（Ｌ）を中心に回転し、該長手方向軸（Ｌ）が、少なくとも１つの歯車要素（４）の歯部（１１）を通って延びる
   ことを特徴とする、太陽光発電設備。
2. 前記歯車要素が歯車セグメント（４）である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電設備。
3. 前記作動要素（８）が、前記歯車要素（４）を駆動、旋回又はブロックするために、互いに本質的に平行に配置され、前記歯車要素（４）の歯部（１１）に係合する少なくとも２つの作動ピン（９ａ，９ｂ）を含み、
   両方の前記作動ピン（９ａ，９ｂ）が、それぞれ、前記歯車要素（４）の歯部（１１）の歯スペースに位置し、前記歯車要素（４）をブロックするために前記歯スペースに残っている
   ことを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載の太陽光発電設備。
4. 前記作動要素（８）は、アングル又は丸リング又はフレームである
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽光発電設備。
5. 前記少なくとも１つのモジュールテーブル（２ａ，２ｂ，２ｃ）は、前記少なくとも１つの歯車要素（４）に取り付けられている
   ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽光発電設備。
6. 前記太陽光発電設備は、前記少なくとも１つのモジュールテーブル（２ａ，２ｂ，２ｃ）を昇降式に取り付けるための垂直ポスト（１４）を備え、
   前記垂直ポスト（１４）は、前記駆動軸（５）を支持するための支持板（１５）を少なくとも部分的に備える
   ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽光発電設備。

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