JP2007258357A

JP2007258357A - 追尾型太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2007258357A
Application number: JP2006079075A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ogoshi; 泰大越; Yoshio Terunuma; 美穂照沼; Toshiaki Miyamae; 利昭宮前
Original assignee: Sharp Corp; Miyamae Co Ltd
Current assignee: Sharp Corp; Miyamae Co Ltd
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】太陽光追尾機構の駆動制御の負担を軽減し、装置の小型化並びに軽量化を図ることが可能な追尾型太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】太陽電池アレイ３の裏側を一軸支持部２の軸８により枢支して、太陽電池アレイ３の裏側に電動ジャッキ４のスピンドル１１を連結し、電動ジャッキ４によりスピンドル１１をリニア駆動して、軸８周りに太陽電池アレイ３を回転駆動している。この電動ジャッキ４は、油圧ジャッキと比較して、十分な駆動力を有するだけではなく、その駆動制御を容易に行うことができる。しかも、太陽電池アレイ３に風圧荷重等がかかる様な状況であっても、電動ジャッキの駆動制御が複雑化することがなく、安定した駆動が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽の日周運動に追従する様に太陽電池アレイを回転移動させる追尾型太陽光発電装置に関する。

周知の様に太陽光発電装置は、通常、電力用としての使用が期待されるため、装置が大掛かりなものになる。

また、太陽光の利用効率を高めるために、太陽電池アレイの受光面を太陽の方向に常に向けながら、太陽電池アレイによる発電を行うという太陽追尾機能を有する太陽光発電装置が実用化されているが、この種の装置は、太陽電池アレイを回転移動させることから、装置全体のサイズ及び重量がより嵩むものとなって、設置場所も限定される。

この様な太陽追尾機能付きの装置には、太陽光と直交する方向に太陽電池アレイの受光面を常に向ける二軸追尾方式と、太陽からの日射の方角に受光面を向ける一軸追尾方式とがある。

例えば、特許文献１には一軸追尾方式の太陽光発電装置が提案されている。ここでは、ソーラーパネル（太陽電池アレイ）を一軸周りに回転移動可能に支持し、２本の油圧ジャッキを用いて、ソーラーパネルを一軸周りに回転駆動している。
実用新案登録第３０７０６３７号公報

ところで、太陽追尾機能付きの装置では、装置全体のサイズ及び重量が極めて嵩むだけではなく、太陽電池アレイにかかる風圧荷重等に耐えながら、太陽電池アレイを回転移動させる必要がある。

しかしながら、特許文献１の様に太陽電池アレイの２箇所をそれぞれの油圧ジャッキで支持しながら、各油圧ジャッキを動作させる場合は、各油圧ジャッキの整合の取れた駆動制御が必要になり、その上、太陽電池アレイに風圧荷重等がかかるので、各油圧ジャッキの駆動制御が複雑になり、安定した駆動が困難であった。

また、油圧ジャッキを用いる場合は、油圧配管やポンプなどの機械類の煩雑なメンテナンスが必要となる。更に、メンテナンス周期が短く、大掛かりな点検保守が必要となるので、装置の稼動率が下がるという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽光追尾機構の駆動制御の負担を軽減し、装置の小型化並びに軽量化を図ることが可能な追尾型太陽光発電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、太陽電池アレイの裏側を一軸により枢支して、該一軸周りに太陽電池アレイを回転移動可能に支持する一軸支持部と、前記一軸支持部の一軸と直交する方向に離間した位置で前記太陽電池アレイの裏側に連結されたスピンドルを有する電動ジャッキとを備え、前記電動ジャッキにより前記スピンドルをリニア駆動して、該スピンドルにより前記太陽電池アレイの裏側を押し引きし、前記一軸周りに太陽電池アレイを回転駆動している。

また、前記電動ジャッキが単一である。

更に、前記太陽電池アレイの裏側を前記一軸支持部を介して支持する支柱を備え、前記電動ジャッキを前記支柱に取り付けている。

また、前記電動ジャッキのスピンドルは、前記支柱の背面側で揺動する。

この様な本発明の追尾型太陽光発電装置によれば、太陽電池アレイの裏側を一軸により枢支して、太陽電池アレイの裏側に電動ジャッキのスピンドルを連結し、電動ジャッキによりスピンドルをリニア駆動して、スピンドルにより太陽電池アレイの裏側を押し引きし、一軸周りに太陽電池アレイを回転駆動している。この電動ジャッキは、油圧ジャッキと比較して、十分な駆動力を有するだけではなく、その駆動制御を容易に行うことができる。しかも、太陽電池アレイに風圧荷重等がかかる様な状況であっても、電動ジャッキの駆動制御が複雑化することがなく、安定した駆動が可能である。更に、油圧ジャッキの様に油圧配管やポンプなどの機械類の煩雑なメンテナンスが必要ではなく、メンテナンスが容易であり、メンテナンス周期が短くもなく、長期のメンテナンスフリー化を図ることができ、かつ大掛かりな点検保守が必要ではないので、装置の稼動率を向上させることができる。

特に、単一の電動ジャッキを用いた場合は、駆動制御が極めて簡単になる。

また、支柱により太陽電池アレイを支持しているので、太陽電池アレイが地面から離間し、設置場所の自由度が高くなる。

更に、電動ジャッキのスピンドルが支柱の背面側で揺動する様にして、支柱へのスピンドルの干渉を防止している。

すなわち、本発明の追尾型太陽光発電装置によれば、電動ジャッキの採用で、太陽電池アレイの駆動が安定し制御が容易になる。また、メンテナンスが容易で長期のメンテナンスフリー化がはかれる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の追尾型太陽光発電装置の一実施形態を示す側面図である。本実施形態の追尾型太陽光発電装置は、地面に突設された支柱１と、支柱１の上端に設けられた一軸支持部２と、一軸支持部２により一軸周りに回転移動可能に支持された太陽電池アレイ３と、太陽電池アレイ３を回転駆動する電動ジャッキ４とを備えている。

支柱１は、地面に穴を掘って、該支柱１の下端部を穴の中に入れ、この穴にコンクリートを流し込んで固めることにより支持されている。

一軸支持部２は、図１、図２、及び図３に示す様に支柱１の上端に傾斜板５を固定し、この傾斜板５の両端にそれぞれの軸持ち部６を固定し、各軸持ち部６により１本の軸８の両端を固定軸支し、また太陽電池アレイ３の裏面に一対の軸受け部７を固定し、各軸受け部７により軸８を回転自在に支持したものであり、軸８周りに太陽電池アレイ３を回転移動可能に支持する。各軸受け部７内周と軸８外周間には円筒状のオイレスブッシュが挿入され、また各軸持ち部６と各軸受け部７間にはオイレスワッシャーが挿入され、これにより軸８周りの各軸受け部７並びに太陽電池アレイ３の円滑な回転を可能にしている。

また、一軸支持部２の軸８が太陽電池アレイ３の中心線沿いに位置し、各軸受け部７が太陽電池アレイ３の中心から等距離のそれぞれの位置に配置され、各軸受け部７の相互間隔が５６０ｍｍ程度に設定されている。これにより、太陽電池アレイ３がその重心で支持されることになり、太陽電池アレイ３が良好なバランスで支持される。

更に、一軸支持部２の軸８が南方向で低くなる様に仰角２３度で傾斜されて支持され、軸８が南北方向に向けられる。このため、太陽電池アレイ３を軸８周りに回転移動させることにより太陽電池アレイ３表側の受光面を東方向から南方向を経て西方向へと順次向けることが可能になり、太陽電池アレイ３表側の受光面を太陽の日周運動に追従させて太陽の方向に常に向けることができる。

太陽電池アレイ３は、平面視すると、図４に示す様な幾何学形状を有している。太陽電池アレイ３は、１２枚の矩形状の太陽電池モジュール３ａと２０枚の三角形状の太陽電池モジュール３ｂをパネルフレーム９上で組み合わせて、ボルト及びナットにより各太陽電池モジュール３ａ、３ｂをパネルフレーム９に固定したものであり、縦横のそれぞれの長さが７８５０ｍｍ×７２３０ｍｍ程度である。この大きさでは、陸送が困難であるため、太陽電池アレイ３を３つのブロック３Ｂ１、３Ｂ２、及び３Ｂ３等に分割して、各ブロックの幅を陸送限界の２５００ｍｍ以下にすることができる様にされており、各ブロック３Ｂ１〜３Ｂ３に分割した状態で、陸送を行い、太陽電池アレイ３の設置現場で各ブロック３Ｂ１〜３Ｂ３を組立てて、電気的な接続を行い、太陽電池アレイ３を完成する。

各ブロック３Ｂ１〜３Ｂ３の継ぎ目では、図２に示す様に該各ブロックの端部をボルト及びナットにより相互に連結固定し、かつ該各ブロック間に補強部材１０を架け渡してネジ止め固定し、これにより該各ブロック間を連結している。補強部材１０の殆どが各太陽電池モジュール間に隠れる状態となっており、太陽電池アレイ３の外観の劣化が防止されている。

電動ジャッキ４は、スピンドル１１を有し、支柱１に取り付けられている。このスピンドル１１の先端は、一軸支持部２の軸８とは直交する方向に該軸８から８６０ｍｍ程度離間した位置で太陽電池アレイ３裏面に連結されている。電動ジャッキ４は、スピンドル１１をリニア駆動して、スピンドル１１を太陽電池アレイ３側に送り出したり、逆に引っ張り込むことができ、これに伴って図５に示す様に太陽電池アレイ３が軸８周りに回転移動する。従って、太陽電池アレイ３の回転角度範囲は、スピンドル１１の直線移動量により決まる。

また、図５に示す様にスピンドル１１を太陽電池アレイ３側に最も長く送り出したときと最も引っ張り込んだときに、スピンドル１１が太陽電池アレイ３と平行になる様に電動ジャッキ４並びにスピンドル１１が位置決めされており、最も長く送り出してから最も引っ張り込むまでに太陽電池アレイ３が１２０度程度回転移動する。すなわち、太陽電池アレイ３の回転角度範囲が１２０度程度に設定されている。

更に、スピンドル１１が太陽電池アレイ３の下側スペースの有効利用の妨げにならない様に、スピンドル１１下端の水平方向の移動量が最大で４３０ｍｍ程度に抑えられている。また、スピンドル１１は、支柱１背面から離れた箇所で移動し、支柱１に干渉することはない。

図６及び図７は、電動ジャッキ４の周辺を拡大して示す側面図及び背面図である。電動ジャッキ４のスピンドル１１の先端には球体１１ａが設けられ、またスピンドル１１の先端が連結される太陽電池アレイ３裏面の位置には継ぎ手部材１２が固定され、スピンドル１１の先端の球体１１ａが継ぎ手部材１２の球面状凹所１２ａに嵌合され、これによりスピンドル１１が太陽電池アレイ３に回転移動可能に連結される。

電動ジャッキ４の本体４ａには２つの軸受け部１５が設けられ、また支柱１には２つの軸持ち部１６が設けられ、２本のピン１７が一軸支持部２の軸８と平行な状態でそれぞれの軸受け部１５と軸持ち部１６を貫通し、これにより電動ジャッキ４の本体４ａが太陽電池アレイ３と同じ方向に回転移動可能に支持される。

また、電動ジャッキ４は、側面から見ると、スピンドル１１が一軸支持部２の軸８に対して垂直になる様に支柱１に位置決め固定されている。太陽電池アレイ３、一軸支持部２の軸８、及び電動ジャッキ４の本体４ａを支持する各ピン１７が相互に平行であるため、太陽電池アレイ３の軸８周りの回転に際し、スピンドル１１が太陽電池アレイ３の裏面に対して常に垂直にされる。これにより、太陽電池アレイ３側に送り出されるスピンドル１１の長さが常に最短に維持され、つまりスピンドル１１の先端の作用点に対して電動ジャッキ４の本体４ａが常に最短距離に位置決めされ、電動ジャッキ４による太陽電池アレイ３の駆動を安定させることができる。

図５に示す様に電動ジャッキ４のスピンドル１１が直線移動して、太陽電池アレイ３が軸８周りに回転移動すると、支柱１に対する太陽電池アレイ３の回転角度が変化する。これに伴って、太陽電池アレイ３の裏面と電動ジャッキ４のスピンドル１１とがなす角度が変化すると共に、スピンドル１１と支柱１とがなす角度が変化して、太陽電池アレイ３が軸８周りに滑らかに回転移動する。

図８は、電動ジャッキ４の主要部を示す断面図である。図８に示す様に電動ジャッキ４の本体４ａ内部には、ウォームホイル２１が回転自在に支持され、このウォームホイル２１中央に雌ネジ孔２１ａが形成されている。スピンドル１１は、その周面に雄ネジが形成されており、このスピンドル１１がウォームホイル２１の雌ネジ孔２１ａに螺合されている。また、スピンドル１１の側面長手方向には溝１１ａが形成されており、この溝１１ａに回転止め片１１ｂが挿入され、この回転止め片１１ｂが本体４ａ側で固定されている。これにより、スピンドル１１の回転が禁止されながらも、その長手方向へのスピンドル１１の移動が可能な状態となる。

また、図５及び図６に示す様に電動ジャッキ４の本体４ａ外側にはモーター２２が取り付けられており、このモーター２２の出力軸が本体４ａ内側に達して、この出力軸の先端に固定されたウォームギア２３がウォームホイル２１に歯合している。

ここで、モーター２２が駆動されると、その出力軸の回転がウォームギア２３を介してウォームホイル２１に伝達され、ウォームホイル２１が回転する。このとき、スピンドル１１は、その回転を禁止されていることからウォームホイル２１と共に回転することはなく、その代わりにウォームホイル２１の回転に伴ってウォームホイル２１の雌ネジ孔２１ａに螺合しているスピンドル１１の雄ネジが送り出されるか引っ張り込まれ、スピンドル１１が直線移動する。

従って、電動ジャッキ４のモーター２２によりスピンドル１１をリニア駆動することができ、スピンドル１１を太陽電池アレイ３側に送り出したり引っ張り込んで、太陽電池アレイ３を軸８周りに回転移動させることができ、太陽電池アレイ３表側の受光面を東方向から南方向を経て西方向へと順次向けることができる。

また、この様な構造の電動ジャッキ４は、スピンドル１１の駆動力が非常に大きく、かつスピンドル１１の移動量の正確な制御が可能である。更に、太陽電池アレイ３に風圧荷重等がかかる様な状況であっても、電動ジャッキ４の駆動制御を安定的に行うことができる。

この様な構成において、太陽電池アレイ３表側の受光面を太陽の日周運動に追従させて太陽の方向に常に向けるには、時刻に応じて、電動ジャッキ４のモーター２２によりスピンドル１１の直線移動量を調節し、太陽電池アレイ３の回転角度を制御する必要がある。例えば、日の出から日没までの時間帯を１４ステップに分けて、各ステップの時刻を設定し、時刻毎に、太陽電池アレイ３表側の受光面が太陽の方向に向く様な太陽電池アレイ３の回転角度を求めて、この太陽電池アレイ３の回転角度を設定するのに必要な電動ジャッキ４のモーター２２の駆動制御量（出力軸の回転角度）を求めておく。そして、時刻毎に、電動ジャッキ４のモーター２２をその駆動制御量だけ駆動して、太陽電池アレイ３を回転移動させ、太陽電池アレイ３表側の受光面を太陽の方向に向ける。これにより、太陽電池アレイ３表側の受光面が太陽の方向に段階的に向けられることになる。

この様に本実施形態では、太陽電池アレイ３の裏側を一軸支持部２の軸８により枢支して、太陽電池アレイ３の裏側に電動ジャッキ４のスピンドル１１を連結し、電動ジャッキ４によりスピンドル１１をリニア駆動して、軸８周りに太陽電池アレイ３を回転駆動している。この電動ジャッキ４は、油圧ジャッキと比較して、十分な駆動力を有するだけではなく、その駆動制御を容易に行うことができる。しかも、太陽電池アレイ３に風圧荷重等がかかる様な状況であっても、電動ジャッキの駆動制御が複雑化することがなく、安定した駆動が可能である。更に、油圧ジャッキの様に油圧配管やポンプなどの機械類の煩雑なメンテナンスが必要ではなく、メンテナンスが容易であり、長期のメンテナンスフリー化を図ることができ、かつ大掛かりな点検保守が必要ではないので、装置の稼動率を向上させることができる。更に、単一の電動ジャッキ３を用いているので、駆動制御が極めて簡単である。また、支柱１により太陽電池アレイ３を支持しているので、太陽電池アレイ３が地面から離間し、設置場所の自由度が高くなり、また太陽電池アレイ３の下方のスペースを有効利用することができる。更に、電動ジャッキ４のスピンドル１１が支柱１背面から離れて移動する様にしているので、スピンドル１１が支柱１に干渉することがない。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、太陽電池アレイの形状及びサイズを適宜に変更することができる。また、太陽電池アレイ３表側の受光面の向きを段階的に変更する代わりに、受光面の向きを滑らかに変更しても構わない。

本発明の追尾型太陽光発電装置の一実施形態を示す側面図である。図１の追尾型太陽光発電装置における一軸支持部の周辺を示す側面図である。図２の一軸支持部の周辺を示す正面図である。図１の追尾型太陽光発電装置における太陽電池アレイを示す平面図である。図１の追尾型太陽光発電装置における太陽電池アレイが回転している状態を示す図である。図１の追尾型太陽光発電装置における電動ジャッキの周辺を拡大して示す側面図である。図６の電動ジャッキの周辺を拡大して示す背面図である。図１の追尾型太陽光発電装置における電動ジャッキの内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１支柱
２一軸支持部
３太陽電池アレイ
４電動ジャッキ
５傾斜板
６軸持ち部
７軸受け部
８軸
９パネルフレーム
１０補強部材
１１スピンドル
１２継ぎ手部材
１５軸受け部
１６軸持ち部
１７ピン
２１ウォームホイル
２２モーター
２３ウォームギア

Claims

太陽電池アレイの裏側を一軸により枢支して、該一軸周りに太陽電池アレイを回転移動可能に支持する一軸支持部と、
前記一軸支持部の一軸と直交する方向に離間した位置で前記太陽電池アレイの裏側に連結されたスピンドルを有する電動ジャッキとを備え、
前記電動ジャッキにより前記スピンドルをリニア駆動して、該スピンドルにより前記太陽電池アレイの裏側を押し引きし、前記一軸周りに太陽電池アレイを回転駆動することを特徴とする追尾型太陽光発電装置。
前記電動ジャッキが単一であることを特徴とする請求項１に記載の追尾型太陽光発電装置。
前記太陽電池アレイの裏側を前記一軸支持部を介して支持する支柱を備え、
前記電動ジャッキを前記支柱に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の追尾型太陽光発電装置。
前記電動ジャッキのスピンドルは、前記支柱の背面側で揺動することを特徴とする請求項１に記載の追尾型太陽光発電装置。