WO2015029978A1

WO2015029978A1 - 太陽光追尾装置

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Publication number: WO2015029978A1
Application number: PCT/JP2014/072248
Authority: WO
Inventors: 廣田　淳; 勇介山口; 忠廣川; 博一田續; 容平雨宮
Original assignee: Thk株式会社
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-03-05
Also published as: JP2015181324A

Abstract

　太陽光を受光又は集光するパネルの負の仰角を大きくすることができ、パネルの受光面又は集光面に堆積した砂埃を効率的に落とすことができる追尾装置を提供する。　太陽光追尾装置は、支柱２と、支柱２に支持され、太陽光を受光又は集光するパネル１と、太陽の高度及び方位角の少なくとも一方に追尾するようにパネル１を駆動する駆動装置４と、を備える。パネル１は、支柱２を通過可能な開口部３を有する。パネル１が地面に対向する際、支柱２が開口部３を通過する。

Description

太陽光追尾装置

　本発明は、太陽光発電システム又は太陽熱発電システムに用いられる太陽光追尾装置に関する。

　太陽光発電システムは、太陽電池パネルを用いて太陽のエネルギを直接電気に変換する。石油又は石炭などの化石燃料の枯渇化が進むなか、太陽の光という無尽蔵のエネルギを活用し、しかもクリーンであることから、太陽光発電システムの導入量の増加が年々期待されている。一方、太陽熱発電システムは、太陽光をレンズ、反射鏡等の集光パネルで集光して汽力発電又はスターリングエンジンの熱源として利用する。太陽光発電システムと同様に太陽光がエネルギ源のため太陽熱発電システムも導入量の増加が年々期待されている。

　太陽は東から西へ高度及び方位角を変化させながら移動する。太陽電池パネルの受光面が太陽光に対して直角になるように、太陽電池パネルの受光面を太陽の高度及び方位角に合わせて二軸の回りを傾ける太陽光追尾装置が知られている。太陽電池パネルの受光面が太陽光に対して直角な場合が最も発電効率が高いからである。この太陽光追尾装置は、朝になると東から昇る太陽に合わせて太陽電池パネルの受光面を東に向け、昼になると南にある太陽に合わせて太陽電池パネルの受光面を南に向け、夕方になると西に沈む太陽に合わせて太陽電池パネルの受光面を西に向ける。それと同時に太陽の高度に合わせて太陽電池パネルを傾斜させる。一方、太陽熱発電システムでは、太陽に太陽電池パネルの替わりに集光パネルを追尾させる。

　ところで、太陽光発電システムを日照量の多い砂漠地帯に導入すれば大きな発電量を得ることができる。しかし、太陽光発電システムを砂漠地帯に導入すると、砂埃が風で舞って太陽電池パネルの受光面に堆積し、発電量が低下してしまう。このため、受光面に堆積する砂埃のクリーニングが重要な課題になっている。太陽光発電システムは、土砂や粉末等が飛び散る屋外で使用されるので、砂漠地帯以外に設置される太陽光発電システムにも同様な課題がある。

　この課題を解決するために、特許文献１には、日照量に比較して発電量が低下した場合、駆動装置が太陽電池パネルの法線方向の仰角が０度以下になるように太陽電池パネルを傾け、太陽電池パネルの受光面から砂埃を落とす発明が提案されている。

特開２００８－２１６８３号公報

　しかし、特許文献１に記載の太陽光追尾装置にあっては、太陽電池パネルが支柱の上端部に回転可能に設けられているので、傾けられる太陽電池パネルの負の仰角に制限があるという問題がある。太陽電池パネルが支柱に当たってしまうからである。特許文献１に記載の太陽光追尾装置にあっては、太陽電池パネルの負の仰角を－１５度ぐらいまでしかとることができず、砂埃を効率的に落とすことができない。

　そこで本発明は、太陽光を受光又は集光するパネルの負の仰角を大きくすることができ、パネルの受光面又は集光面に堆積した砂埃を効率的に落とすことができる追尾装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明は、太陽光を追尾する太陽光追尾装置であって、支柱と、前記支柱に支持され、太陽光を受光又は集光するパネルと、太陽の高度及び方位角の少なくとも一方に追尾するように、前記パネルを駆動する駆動装置と、を備え、前記パネルは、前記支柱を通過可能な開口部を有する太陽光追尾装置である。

　本発明によれば、パネルの受光面又は集光面が地面に対向する際に、パネルは支柱を通過可能な開口部を有するので、パネルの負の仰角を大きくすることができ、パネルの受光面又は集光面に堆積した砂埃を効率的に落とすことができる。

本発明の第一の実施形態の太陽光追尾装置の斜視図である（太陽電池パネルを垂直面内に配置した状態を示す）。本発明の第一の実施形態の太陽光追尾装置の斜視図である（太陽電池パネルを地面に対向させた状態を示す）。本発明の第一の実施形態の太陽光追尾装置の斜視図である（太陽電池パネルの受光面を上に向けた状態を示す）。本発明の第二の実施形態の太陽光追尾装置の斜視図である（太陽電池パネルを垂直面内に配置した状態を示す）。本発明の第三の実施形態の太陽光追尾装置の斜視図である（太陽電池パネルを垂直面内に配置した状態を示す）。本発明の第四の実施形態の太陽光追尾装置の斜視図である（太陽電池パネルを垂直面内に配置した状態を示す）。本発明の第四の実施形態の太陽光追尾装置の斜視図である（太陽電池パネルの受光面を地面に対向させた状態を示し、図７（ａ）は下面側斜視図を示し、図７（ｂ）は上面側斜視図を示す）。本発明の第五の実施形態の太陽光追尾装置の斜視図である（太陽電池パネルを垂直面内に配置した状態を示す）。本発明の第五の実施形態の太陽光追尾装置の側面図である（太陽電池パネルを垂直面内に配置した状態を示す）。本発明の第五の実施形態の太陽光追尾装置の斜視図である（太陽電池パネルを地面に対向させた状態を示す）。本発明の第五の実施形態の太陽光追尾装置のフレームの斜視図である。本発明の第五の実施形態の太陽光追尾装置のフレームにたわみ矯正構造を付加した例の斜視図である。図１２の太陽光追尾装置のフレームの側面図である。

　以下添付図面に基づいて、本発明の太陽光追尾装置の実施形態を詳細に説明する。図１ないし図３は、本発明の第一の実施形態の太陽光追尾装置を示す。本実施形態の太陽光追尾装置は太陽光発電システムに用いられる。

　図１はパネルとしての太陽電池パネル１を垂直面内に配置した状態を示す。図２は太陽電池パネル１の受光面が地面に対向する状態を示す。図３は太陽電池パネル１の受光面が上を向いた状態を示す。

　本実施形態の太陽光追尾装置は、支柱２、支柱２に支持される太陽電池パネル１及び太陽電池パネル１を駆動させる駆動装置４を備える。

　支柱２は、地面に構築される基礎に固定され、地面から垂直方向に立ち上がる。支柱２は、地面の基礎に固定される基盤２ａと、基盤２ａに結合される支柱本体２ｂと、を備える。この実施形態の支柱２の数は一本である。

　支柱２の上端部には駆動装置４が設けられる。駆動装置４は、垂直方向を向く旋回軸（図示せず）と、旋回軸に直交し、水平方向を向く傾斜軸５を備える。旋回軸は、モータ、ウォームギヤ等の減速機構によって垂直線ｖの回りを回転駆動する。旋回軸を回転駆動すると、旋回軸に直交する傾斜軸５が垂直線ｖの回りを旋回するようになっている。傾斜軸５には太陽電池パネル１が結合されるので、傾斜軸５と一緒に太陽電池パネル１が垂直線ｖの回りを旋回する。傾斜軸５はモータ、ウォームギヤ等の減速機構によって水平線ｈの回りを回転駆動される。傾斜軸５を回転駆動すると、太陽電池パネル１が水平線ｈの回りを傾斜し、太陽電池パネル１の傾斜角度が調整される。この実施形態では、太陽電池パネル１は、図３に示すように受光面が上を向きかつ太陽電池パネル１が地面に平行な状態（太陽電池パネル１の法線の仰角が＋９０°の状態）から、図２に示すように、受光面が地面に対向し、かつ太陽電池パネル１が地面に平行な状態（太陽電池パネル１の法線の仰角が－９０°の状態）まで回転する。

　駆動装置４は、太陽の方位角及び高度に太陽電池パネル１の法線方向が一致するように、太陽電池パネル１を制御する。太陽の方位角は、太陽光追尾装置が設置される地上の点から太陽を見たときの水平方向標示であり、標準方向からの角度で表される。太陽の高度は、基準となる水平面から太陽の方向を測定した角度である。駆動装置４には、旋回軸を駆動させるモータ及び傾斜軸５を駆動させるモータを制御する制御装置が組み込まれる。制御装置には太陽電池パネル１を追尾させるためのプログラムが記録されている。

　太陽電池パネル１は支柱２の上端部に駆動装置４を介して支持される。太陽電池パネル１は、同一平面内に配置される一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂを備える。太陽電池は、太陽の光エネルギを吸収して直接電気に変えるエネルギ変換器である。太陽電池の基本単位である太陽電池素子はセルと呼ばれる。セルを必要数配列して樹脂又は強化ガラスで保護し、パッケージ化したものはモジュールと呼ばれる。一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂは、モジュールを複数枚並べたものからなる。なお、太陽電池の種類は特に限定されるものではなく、例えばレンズを用いて集光してセルに照射する集光型太陽電池を用いることができる。

　支柱２の左右両側に一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂが設けられる。一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂ間には、支柱２が通過可能な開口部３が設けられる。開口部３の横幅は支柱２及び支柱２の上端部に設けられる駆動装置４の横幅よりも広い。一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂ間には同期フレーム６が連結される。図１に示すように、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂを垂直面内に配置した状態において、駆動装置４の傾斜軸５が一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの上下方向の中央部に結合され、支柱２及び駆動装置４の上方に設けられる同期フレーム６が一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの上端部に結合される。第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂは四角形に形成されていて、その背面に四角形の枠状のフレーム７ａ，７ｂを備える。図２に示すように、フレーム７ａ，７ｂの四隅にはブラケット８が設けられていて、このブラケット８に一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂのパネル本体が取り付けられる。

　本発明の第一の実施形態の太陽光追尾装置の動作は以下のとおりである。太陽光追尾装置は、太陽の方位角に合わせて太陽電池パネル１を旋回軸の回りを旋回させ、太陽の高度に合わせて太陽電池パネル１を傾斜軸５の回りを傾斜させる。この太陽電池パネル１の追尾制御は駆動装置４によって行われる。

　図３に示すように、昼間時に所定風速以上の強風が吹いたとき、太陽電池パネル１を強風から退避させるために、駆動装置４は太陽電池パネル１の受光面が上を向き且つ太陽電池パネル１が地面と平行になるまで、太陽電池パネル１を傾斜軸５の回りを回転させる。昼間時に太陽電池パネルを上に向けるのは、平行にするまでの太陽電池パネル１の回転角度が少なくて済むからである。このときの太陽電池パネル１の法線方向の仰角は＋９０°である。

　図２に示すように、夜間時には、駆動装置４は太陽電池パネル１を受光面が地面に対向するように傾斜軸５の回りを回転させる。また、駆動装置４は太陽電池パネル１の法線方向が南の方位を向くように旋回軸の周りを回転させる。このときの太陽電池パネル１の位置が初期位置である。太陽電池パネル１が初期位置に戻るとき、支柱２は一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂ間の開口部３を通過する。

　本実施形態によれば、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂ間に支柱２が通過可能な開口部３を設け、支柱２が一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの開口部３を通過して、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの受光面が地面に対向するので、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの負の仰角を大きくすることができ、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの受光面に堆積した砂埃を効率的に落とすことができる。

　夜間時に太陽電池パネル１を初期位置に戻すことで、昼間時の発電量を確保したまま、受光面に堆積した砂埃を除去することができる。また、夜間時に風で舞った砂埃が受光面に堆積するのを防止できる。夜間時に受光面に堆積した砂埃は夜間の夜露に濡れて固着し易いが、夜間時の砂埃の堆積を防止することで、夜間時の砂埃の固着を防止できる。さらに、夜間時の強風から太陽光追尾装置を退避させることができる。

　さらに、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂを同期フレーム６で連結することで、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂを同期して傾斜させることができる。

　さらに、駆動装置４を一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの上下方向の中央部に結合することで、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂをバランスよく支持することができ、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの自重モーメントを極力相殺することができる。

　なお、太陽電池パネル１に受光面を掃除するワイパ等の掃除機能を付けることもできる。図２に示すように、太陽電池パネル１の受光面が下を向いた状態で掃除することで、受光面の砂埃の除去効率が向上する。また、太陽電池パネル１の法線方向が南の方位を向いたときにだけ、支柱２が一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの開口部３を通過できるようにすることもできる。

　図４は、本発明の第二の実施形態の太陽光追尾装置を示す。第二の実施形態の太陽光追尾装置では、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂ間に太陽光を受光して発電する第二の太陽電池パネル１ｃを設ける点が第一の実施形態の太陽光追尾装置と異なる。一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂと第二の太陽電池パネル１ｃとは同一平面内に配置される。一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂを垂直面内に配置した状態において、第二の太陽電池パネル１ｃは一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの間に且つ支柱２及び駆動装置４の上方に配置される。その他の構成は第一の実施形態の太陽光追尾装置と同一なので、同一の符号を付してその説明を省略する。

　第二の実施形態の太陽光追尾装置によれば、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの間に第二の太陽電池パネル１ｃを設けるので、発電量を大きくすることができる。

　図５は、本発明の第三の実施形態の太陽光追尾装置を示す。第三の実施形態の太陽光追尾装置では、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂ間に同期フレーム６を連結していない点が、第一の実施形態の太陽光追尾装置と異なる。その他の構成は第一の実施形態の太陽光追尾装置と同一なので、同一の符号を付してその説明を省略する。

　第三の実施形態の太陽光追尾装置によれば、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂが傾斜軸５の回りを３６０度回転する間、支柱を避けることができる。このため、一対の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂの多様な制御が可能になる。

　図６及び図７は、本発明の第四の実施形態の太陽光追尾装置を示す。図６は太陽電池パネル１１を垂直面内に配置した状態を示し、図７は太陽電池パネル１１の受光面が地面に対向した状態を示す。

　第四の実施形態の太陽光追尾装置は、支柱２、支柱２に支持される太陽電池パネル１１、太陽電池パネル１１を駆動する駆動装置４（図７（ｂ）参照）を備える。支柱２、駆動装置４の構成は第一の実施形態の太陽光追尾装置と略同一であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。図７（ｂ）に示すように、駆動装置４の傾斜軸５は太陽電池パネルの全幅に亘って細長く形成される。この傾斜軸５に太陽電池パネル１１が結合される。

　第四の実施形態の太陽光追尾装置では、図６に示すように、太陽電池パネル１１を垂直面内に配置した状態において、太陽電池パネル１１には、その幅方向の中央部にその上下方向の中央部から下端部まで至る切欠き部１３（図７（ａ）参照）が形成される。太陽電池パネル１１は、切欠き部１３の左右両側及び上方に設けられる。切欠き部１３には、切欠き部１３に嵌まると共に、太陽電池パネル１１にヒンジ１４を介して相対的に回転可能に連結される副太陽電池パネル１５（図中斜線で示す）が設けられる。副太陽電池パネル１５は太陽電池パネル１１と同様に太陽光を受光して発電する。

　図６に示すように、太陽電池パネル１１を垂直面内に配置した状態において、太陽電池パネル１１と同一平面内に配置される副太陽電池パネル１５が支柱に当たる。この状態から太陽電池パネル１１をさらに下を向くように回転させると、副太陽電池パネル１５の位置はそのままで、太陽電池パネル１１のみが下を向くように回転するようになる。副太陽電池パネル１５は支柱２に当たったままであるからである。このとき、支柱２は太陽電池パネル１１の切欠き部１３によって形成される開口部を通過する。駆動装置４は夜間時に図７（ａ）に示すように、太陽電池パネル１１がその受光面が地面に対向し、かつその法線方向が南の方位を向くように太陽電池パネル１１を駆動する。

　第四の実施形態の太陽光追尾装置によれば、太陽電池パネル１１に切欠き部１３を設け、支柱２が切欠き部１３によって形成される開口部を通過して、太陽電池パネル１１の受光面が地面に対向するので、太陽電池パネル１１の負の仰角を大きくすることができ、太陽電池パネル１１の受光面に堆積した砂埃を効率的に落とすことができる。また、切欠き部１３に副太陽電池パネル１５を設けることで、発電量を大きくすることができる。

　図８ないし図１０は、本発明の第五の実施形態の太陽光追尾装置を示す。図８及び図９は、太陽電池パネル２１を垂直面内に配置した状態を示し、図１０は太陽電池パネル２１の受光面を下に向けた状態を示す。

　この実施形態の太陽光追尾装置も、第一の実施形態の太陽光追尾装置と同様に、支柱２２、支柱２２に支持される太陽電池パネル２１、及び太陽電池パネル２１を駆動させる駆動装置２４を備える。太陽電池パネル２１は、支柱２２の左右両側に配置される一対の第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂを備える。第一の実施形態の第一の太陽電池パネル１ａ，１ｂと異なり、各第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂは段付きのパネルである。

　支柱２２は、地面に構築される基礎に固定され、地面から垂直方向に立ち上がる。支柱２２の上端部には駆動装置２４が設けられる。駆動装置２４は、垂直方向を向く旋回軸（図示せず）と、旋回軸に直交し、水平方向を向く傾斜軸２５（図９参照）を備える。旋回軸を回転駆動すると、旋回軸に直交する傾斜軸２５が垂直線ｖの回りを旋回し、傾斜軸２５と一緒に太陽電池パネル２１が垂直線ｖの回りを旋回する。傾斜軸２５を回転駆動すると、太陽電池パネル２１が水平線ｈの回りを回転する。太陽電池パネル２１は、受光面が上を向きかつ太陽電池パネル２１が地面に平行な状態（太陽電池パネル２１の法線の仰角が＋９０°の状態）から、図１０に示すように、受光面が地面に対向し、かつ太陽電池パネル２１が地面に平行な状態（太陽電池パネル２１の法線の仰角が－９０°の状態）まで回転する。

　駆動装置２４は、太陽の方位角及び高度に太陽電池パネル２１の法線方向が一致するように、太陽電池パネル２１を制御する。駆動装置２４には、旋回軸を駆動させるモータ、傾斜軸２５を駆動させるモータを制御する制御装置が組み込まれる。

　太陽電池パネル２１は、支柱２２の左右両側に配置される一対の第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂを備える。一対の第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂ間には、支柱２２が通過可能な開口部２３が設けられる。各第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂは、重心Ｗ１が傾斜軸２５の前側にある前側パネル２１－２と、重心Ｗ２が傾斜軸２５の後ろ側にある後ろ側パネル２１－１，２１－３と、を備える（図９参照）。後ろ側パネル２１－１，２１－３は、第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂの上段、及び下段に配置され、この実施形態では、合計四枚のモジュールから構成される。各モジュールは、縦５個、横５個、合計５×５＝２５個のセルから構成される。前側パネル２１－２は、第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂの中段に配置され、この実施形態では、合計二枚のモジュールから構成される。各モジュールは、縦５個、横５個、合計５×５＝２５個のセルから構成される。

　ここで、前側、後ろ側とは、第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂを垂直面内に配置し、かつ第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂの受光面を正面に向けた状態において、第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂを正面から見たときの前側、後ろ側である。また、図９に示すように、後ろ側パネル２１－１，２１－３は、後ろ側パネル本体２７と、後ろ側パネル本体２７を支持する平面的なフレーム２８と、を備えるので、後ろ側パネル２１－１，２１－３の重心Ｗ２は、後ろ側パネル本体２７及び平面的なフレーム２８を合わせたものの重心である。同様に、前側パネル２１－２は、前側パネル本体２９と、前側パネル本体２９を支持する立体的なフレーム３０と、を備えるので、前側パネル２１－２の重心Ｗ１は、前側パネル本体２９及び立体的なフレーム３０を合わせたものの重心である。平面的なフレーム２８及び立体的なフレーム３０については、後述する。

　本実施形態の太陽光追尾装置によれば、支柱２２の左右両側の一対の第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂ間の開口部２３を風が通過するので、風によるモーメントを低減することができ、太陽光追尾装置全体のコンパクト化を図れる。また、支柱２２の左右両側に一対の第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂを配置し、各第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂを傾斜軸２５の前後に配置するので、駆動装置２４の旋回軸、傾斜軸２５の２軸に関して、第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂの自重モーメントが釣り合うようなパネル配置にすることができ、駆動装置２４のコンパクト化が図れる。さらに、後ろ側パネル２１－１，２１－３は、第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂの上段、及び下段に配置され、前側パネル２１－２は、第一の太陽電池パネル２１ａ，２１ｂの中段に配置されるので、傾斜軸２５の軸方向の全長に亘って前側パネル２１－２及び後ろ側パネル２１－１，２１－３の自重モーメントが釣り合うようになる。なお、前側パネル２１－２及び後ろ側パネル２１－１，２１－３の自重モーメントは、完全に相殺されなくても、低減されればよい。

　図１１は、太陽光追尾装置のフレーム３１の斜視図を示す。この図１１には、後ろ側パネル本体２７（図９参照）及び前側パネル本体２９（図９参照）を取り外した状態が示される。傾斜軸２５には、連結ブラケット３２を介して一対のフレーム３１ａ，３１ｂが取り付けられる。各フレーム３１ａ，３１ｂは、上段及び下段に配置される後ろ側パネル本体２７（図９参照）を支持する平面的なフレーム２８と、平面的なフレーム２８に結合され、中段に配置される前側パネル本体２９（図９参照）を支持する立体的なフレーム３０と、を備える。

　平面的なフレーム２８は、一平面内に配置される枠状に形成される。平面的なフレーム２８の上部には、上段の後ろ側パネル本体２７を支持する四角形の後ろ側パネル支持部２８ａが形成される。平面的なフレーム２８の下部には、下段の後ろ側パネル本体２７を支持する四角形の後ろ側パネル支持部２８ｂが形成される。

　立体的なフレーム３０は、箱形状に形成される。立体的なフレーム３０は、平面的なフレーム２８が配置される平面から所定の距離を空けた平行な平面に配置される枠状の前側パネル支持部３０ａと、前側パネル支持部３０ａの四隅と平面的なフレーム２８とを結合する四本の柱部３０ｂと、を備える。枠状の前側パネル支持部３０ａには、補強梁３３が結合される。平面的なフレーム２８の柱部３０ｂが結合される部位にも、補強梁３４が結合される。

　本実施形態の太陽光追尾装置によれば、フレーム３１を平面的なフレーム２８と立体的なフレーム３０から構成することで、フレーム３１の剛性を高くすることができる。したがって、追尾性能を向上させることができる。

　本発明の第五の実施形態の太陽光追尾装置の動作は、第一の実施形態の太陽光追尾装置の動作と同様である。すなわち、太陽光追尾装置は、太陽の方位角に合わせて太陽電池パネル２１を旋回軸の回りを旋回させ、太陽の高度に合わせて太陽電池パネル２１を傾斜軸２５の回りを傾斜させる。昼間時に所定風速以上の強風が吹いたとき、太陽電池パネル２１を強風から退避させるために、駆動装置２４は太陽電池パネル２１の受光面が上を向き且つ太陽電池パネル２１が地面と平行になるまで、太陽電池パネル２１を傾斜軸２５の回りを回転させる。一方、夜間時には、受光面に堆積した砂埃を除去するために、駆動装置２４は、太陽電池パネル２１を受光面が地面に対向するように傾斜軸２５の回りを回転させる。また、駆動装置２４は、太陽電池パネル２１の法線方向が南の方位を向くように旋回軸の周りを回転させる。

　図１２及び図１３は、本発明の第五の実施形態の太陽光追尾装置のフレーム３１ｂにたわみ矯正構造４０ａ～４０ｄを付加した例を示す。図１２はフレーム３１ｂの斜視図を示し、図１３はフレーム３１ｂの側面図を示す。図１２には、図１１の一対のフレーム３１ａ，３１ｂのうちの一方３１ｂにたわみ矯正構造４０ａ～４０ｄを付加した例が示されるが、たわみ矯正構造４０ａ～４０ｄはフレーム３１ａにも付加される。図１２に示すように、平面的なフレーム２８の四隅の位置を調節できるように、合計四個のたわみ矯正構造４０ａ～４０ｄが設けられる。各たわみ矯正構造４０ａ～４０ｄはペアの第一及び第二の張力付与部材４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄを備える。

　図１２に示すように、フレーム３１ｂは、上段及び下段に配置される後ろ側パネル２１－１，２１－３（図８参照）を支持する平面的なフレーム２８と、中段に配置される前側パネル２１－２（図８参照）を支持する箱形状の立体的なフレーム３０と、を備える。平面的なフレーム２８は、上段及び下段の後ろ側パネル２１－１，２１－３（図８参照）が取り付けられる四角形の後ろ側パネル支持部２８ａ，２８ｂを有する。立体的なフレーム３０は、中段の前側パネル２１－２（図８参照）が取り付けられる枠状の前側パネル支持部３０ａを有する。平面的なフレーム２８のパネル取付け面Ｐ１（図１３参照）と立体的なフレーム３０のパネル取付け面Ｐ２（図１３参照）との間には、段差がある。図１２及び図１３には、パネル取付け面Ｐ１，Ｐ２に取り付けられるモジュールのフレーム３６ａ～３６ｃも図示されている。このフレーム３６ａ～３６ｃに複数のセルからなるモジュール本体が載せられる。

　図１２に示すように、たわみ矯正構造４０ａ～４０ｄは、フレーム３１ｂに両端部が連結される紐状又は棒状の第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄと、第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄと同様にフレーム３１ｂに両端部が連結される紐状又は棒状の第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄと、を備える。図１３に示すように、第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄは、平面的なフレーム２８のパネル取付け面Ｐ１によって区画される二つの空間Ｓ１，Ｓ２のうちの一方の側Ｓ１に配置される。第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄは、平面的なフレーム２８のパネル取付け面Ｐ１によって区画される二つの空間Ｓ１，Ｓ２のうちの他方の側Ｓ２に配置される。第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄは、平面的なフレーム２８のパネル取付け面Ｐ１が当該一方の側Ｓ１に変位するように、平面的なフレーム２８を引っ張る。第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄは、平面的なフレーム２８のパネル取付け面Ｐ１が当該他方の側Ｓ２に変位するように、平面的なフレーム２８を引っ張る。第一及び第二の張力付与部材４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄをペアで使用することで、平面的なフレーム２８がＳ１，Ｓ２のいずれの側にたわみ又は歪んでも、平面的なフレーム２８を矯正し、パネル取付け面Ｐ１の平面度を確保することができる。

　たわみ矯正構造４０ａ～４０ｄの詳細な構造は、以下のとおりである。第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄは、立体的なフレーム３０に結合される支柱３７と平面的なフレーム２８の先端部との間に架け渡される。両者３０、２８の間に第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄを架け渡すことで、平面的なフレーム２８の先端部の位置を調節できる。第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄは、太陽電池パネルの採光面に影が出ないように、太陽電池パネルの外側に配置される。第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄは、その張力を調節できるように、張力調節機構としてのターンバックル４３を備える。すなわち、第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄは、支柱３７に支持軸４４を介して回転可能に連結されるブラケット４５と、ブラケット４５に結合されるねじ軸４６と、平面的なフレーム２８に支持軸４９を介して回転可能に連結されるブラケット４８と、ブラケット４８に結合されるねじ軸４７と、ねじ軸４６及びねじ軸４７に螺合するターンバックル４３と、を備える。ねじ軸４６，４７の一方は右ねじ、もう一方は左ねじである。ターンバックル４３を回転させると、ターンバックル４３の両端に螺合するねじ軸４６，４７が締め付けられ、又は緩められ、張力を調節することができる。

　第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄは、立体的なフレーム３０と平面的なフレーム２８の先端部との間に架け渡される。第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄも、太陽電池パネルの採光面に影が出ないように、太陽電池パネルの外側に配置される。立体的なフレーム３０は箱形状に形成されるので、平面的なフレーム２８に比べて剛性が高い。両者３０，２８の間に第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄを架け渡すことで、平面的なフレーム２８の先端部の位置を調節できる。第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄも、その張力を調節できるように、張力調節機構としてのターンバックル５１を備える。すなわち、第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄは、立体的なフレーム３０に支持軸５２を介して回転可能に連結されるブラケット５３と、ブラケット５３に結合されるねじ軸５４と、平面的なフレーム２８の先端部に支持軸５７を介して回転可能に連結されるブラケット５６と、ブラケット５６に結合されるねじ軸５５と、ねじ軸５４及びねじ軸５５に螺合するターンバックル５１と、を備える。ねじ軸５４，５５の一方は右ねじ、もう一方は左ねじである。ターンバックル５１を回転させると、ターンバックル５１の両端に螺合するねじ軸５４，５５が締め付けられ、又は緩められ、張力を調節することができる。

　なお、この図１２には、第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄが第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄよりも平面的なフレーム２８のより先端側に連結される例が示されているが、これは第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄと第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄの長さを等しくしたことに起因する。第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄを第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄよりも長くし、第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄと第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄとを平面的なフレーム２８の先端部の同位置に連結することもできる。

　図１３に示すように、第一の張力付与部材４１ａ～４１ｄのターンバックル４３を例えば時計方向に回転させると、ねじ軸４６，４７が締め付けられ、平面的なフレーム２８の先端部が矢印Ａ１で示す方向に変形する。同様に、第二の張力付与部材４２ａ～４２ｄのターンバックル５１を時計方向に回転させると、ねじ軸５４，５５が締め付けられ、平面的なフレーム２８の先端部が矢印Ａ２で示す方向に変形する。四ペアのたわみ矯正構造４０ａ～４０ｄで平面的なフレーム２８の四隅の位置を調節することで、平面的なフレーム２８の平面度を確保することができる。

　なお、図１２に示すように、平面的なフレーム２８は、上段及び下段の後ろ側パネル支持部２８ａ，２８ｂを有する。各後ろ側パネル支持部２８ａ，２８ｂのパネル取付け面Ｐ１の平面度をより向上させるために、さらに図１２中の二点鎖線で示す第三及び第四の張力付与部材６１，６２を設けることもできる。第三の張力付与部材６１は、立体的なフレーム３０と平面的なフレーム２８の基端部との間に架け渡され、筋交いのようにフレーム３１ｂを補強する。第四の張力付与部材６２は、立体的なフレーム３０に結合された支柱３７と平面的なフレーム２８の基端部との間に架け渡され、筋交いのようにフレーム３１ｂを補強する。図１３に示すように、図示しないターンバックルによって第三及び第四の張力付与部材６１，６２の張力を調整することで、平面的なフレーム２８の基端部を図１３中矢印Ａ３，Ａ４で示す方向に変形させることができる。なお、図１２及び図１３には、分かり易くするために、一ペアの第三及び第四の張力付与部材６１，６２を示しているが、合計四ペアの第三及び第四の張力付与部材６１，６２が設けられる。

　太陽電池パネルは、受光面が太陽光に対して直角でないと、発電効率が落ちるという特性を持つ。特に集光型太陽電池パネルの場合は、受光面と太陽光の高い精度の直角度が要求される。たとえ駆動装置２４（図８参照）で精度よく太陽光を追尾したとしても、フレーム３１ｂ自体にたわみや歪みがあると、直角度を保てなくなる。風荷重や太陽電池パネルの重量を考慮した設計値よりも梁を多くし、柱を太くしたとしても、フレーム３１ｂのたわみや歪みを完全に抑えることはできない。フレーム３１ｂが長尺であったり、フレーム３１ｂにメッキ加工を施したりすると、たわみや歪みがより大きくなる。太陽電池パネルとフレーム３１ｂとの間にシムやスペーサを挟めば、パネル取付け面Ｐ１，Ｐ２の平面度を向上させることができるが、平面度の調節に時間がかかったり、フレーム３１ｂの経時的に変化するたわみや歪みを矯正できなかったりするという新たな課題が生ずる。

　本実施形態のたわみ矯正構造４０ａ～４０ｄのように、平面的なフレーム２８のパネル取付け面Ｐ１の両側に第一及び第二の張力付与部材４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄを配置することで、平面的なフレーム２８のたわみや歪みを矯正でき、平面的なフレーム２８のパネル取付け面Ｐ１の平面度を向上させることができる。また、第一及び第二の張力付与部材４１ａ～４１ｄ，４２ａ～４２ｄにフレーム３１ｂを補強する役割も持たせることができるので、フレーム３１ｂに風荷重等の力が働いたとき、又はフレーム３１ｂに重い太陽電池パネルを載せたときでも、フレーム３１ｂがたわむのを防止できる。

　なお、本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に具現化することができる。

　上記実施形態では、太陽の方位角及び高度の両方に太陽電池パネルを追尾させる二軸タイプの太陽光追尾装置を用いているが、太陽の方位角及び高度のいずれか一方のみに太陽電池パネルを追尾させる一軸タイプの太陽光追尾装置を用いることもできる。

　上記実施形態では、駆動装置の旋回軸を垂直線と平行にしているが、駆動装置の旋回軸を地軸に平行にすることもできる。

　上記実施形態では、駆動装置の旋回軸及び傾斜軸をモータ、ウォームギヤ等の減速機構で回転駆動させているが、リンク、シリンダ、伸縮アクチュエータ等で回転駆動させることもできる。

　上記実施形態では、一台の太陽光追尾装置に一つの駆動装置を設けているが、複数台の太陽光追尾装置に一つの駆動装置を設け、駆動装置を共通化することもできる。

　上記実施形態では、支柱を地面の基礎に固定しているが、支柱を旋回可能な台座の上に固定することもできる。

　上記実施形態では、夜間時の初期位置の太陽電池パネルの法線の仰角を－９０°に設定しているが、砂埃を落下させることができれば－９０°からずらすことができる。

　上記実施形態では、夜間時に太陽電池パネルの受光面を地面に対向させているが、昼間時に太陽電池パネルの受光面を地面に対向させることもできる。

　上記実施形態では、太陽光追尾装置を太陽光発電システムに適用しているが、太陽熱発電システムに適用することもできる。この場合、太陽電池パネルの替わりにレンズ又は反射鏡等からなる集光パネルが用いられる。

　図１２及び図１３に示すうように、本発明の第五の実施形態のたわみ矯正構造４０ａ～４０ｄは、平面的なフレーム２８のパネル取付け面Ｐ１と立体的なフレーム３０のパネル取付け面Ｐ２との間に段差があるフレーム３１ｂに適用されているが、全てのパネル取付け面Ｐ１，Ｐ２が同一の平面内に配置されるフレームにも適用することができる。

　本明細書は、２０１３年８月２６日出願の特願２０１３－１７４７７１、２０１４年３月５日出願の特願２０１４－４２３８３及び２０１４年８月２５日出願の特願２０１４－１７０１５１に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

１…太陽電池パネル，１ａ，１ｂ…第一の太陽電池パネル，１ｃ…第二の太陽電池パネル，２…支柱，３…開口部，４…駆動装置，５…傾斜軸，６…同期フレーム，１１…太陽電池パネル，１３…切欠き部，１５…副太陽電池パネル，２１…太陽電池パネル，２１ａ，２１ｂ…第一の太陽電池パネル，２１-２…前側パネル，２１－１，２１－３…後ろ側パネル，２２…支柱，２３…開口部，２４…駆動装置，２５…傾斜軸，２７…後ろ側パネル本体，２８…平面的なフレーム，２９…前側パネル本体，３０…立体的なフレーム，Ｗ１…前側パネルの重心，Ｗ２…後ろ側パネルの重心

Claims

　太陽光を追尾する太陽光追尾装置であって、
　支柱と、
　前記支柱に支持され、太陽光を受光又は集光するパネルと、
　太陽の高度及び方位角の少なくとも一方に追尾するように、前記パネルを駆動する駆動装置と、を備え、
　前記パネルは、前記支柱を通過可能な開口部を有する太陽光追尾装置。
　前記駆動装置は、夜間時に前記パネルの受光面又は集光面が地面に対向するように前記パネルを駆動する請求項１に記載の太陽光追尾装置。
　前記パネルは、前記支柱の左右両側に一対の第一のパネルを備え、
　前記支柱は、前記一対の第一のパネル間の前記開口部を通過することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光追尾装置。
　前記一対の第一のパネル間には、太陽光を受光又は集光する第二のパネルが設けられることを特徴とする請求項３に記載の太陽光追尾装置。
　前記パネルを垂直面内に配置した状態において、前記一対の第一のパネルの上下方向の中央部が前記駆動装置に連結されることを特徴とする請求項３に記載の太陽光追尾装置。
　前記パネルを垂直面内に配置した状態において、前記パネルには、その幅方向の中央部にその上下方向の中央部から下端部まで至る切欠き部が設けられ、
　前記支柱は、前記パネルの前記切欠き部によって形成される前記開口部を通過することを特徴とする請求項１に記載の太陽光追尾装置。
　前記切欠き部には、前記切欠き部に嵌まり、太陽光を受光又は集光する副パネルが設けられ、
　前記副パネルは、前記パネルに相対的に回転可能に連結されることを特徴とする請求項６に記載の太陽光追尾装置。
　前記駆動装置は、太陽の高度に追尾するように、前記パネルを駆動する傾斜軸を備え、
　前記パネルを垂直面内に配置し、かつ前記パネルの受光面又は集光面を正面に向けた状態において、前記パネルは、重心が前記傾斜軸の前側にある前側パネルと、重心が前記傾斜軸の後ろ側にある後ろ側パネルと、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光追尾装置。
　前記後ろ側パネルは、前記パネルの上段及び下段に配置される後ろ側パネル本体と、前記後ろ側パネル本体を支持する枠形状の平面的なフレームと、を備え、
　前記前側パネルは、前記パネルの中段に配置される前側パネル本体と、前記前側パネル本体を支持し、前記平面的なフレームに結合される箱形状の立体的なフレームと、を備えることを特徴とする請求項８に記載の太陽光追尾装置。