JPH063142A - 太陽電池電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電力負担のない自動追尾機構を小規模な装置に
実現することにより発電効率を大幅に改善する。 【構成】方位角追尾機構３に取り付けた集光レンズ３
１、３２は、太陽が太陽パネル１に直面した方向を向い
ていないとき、集熱量に差が出るように光軸３１１、３
２１をずらして互に開くようにする。太陽電池パネル１
が太陽に直面した方向を向いていないと、集光レンズか
らバイメタル３３、３４に当る太陽熱に差が生じる。バ
イメタルの変形量に差が生じ、回転歯車３７に偶力が生
じて方位角方向の回転力が発生する。これにより回転歯
車３７と連動する太陽電池パネル１の方位角が太陽に直
面した方向を向くように変更される。仰角検出追尾機構
も同様な構成となっており、太陽電池パネル１の仰角が
太陽に直面した方向を向くように変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力負担を伴わずに太
陽を自動追尾する機構をもつ太陽電池電源装置に関し、
特に比較的小規模の太陽電池電源装置に好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自然の恵みである太陽光エネルギを利用
して発電する方式は各種考えられるが、現在、太陽電池
が広く利用されている。太陽電池利用電源の規模も、広
大なエリアに太陽電池パネルを多数配列して大電力を発
電するものから、送電線監視用電源として鉄塔に取り付
けられるような比較的小規模な電力を発電するもの、さ
らには極めて小さな電力を発電する腕時計用電源に至る
まで非常に幅広い。

【０００３】太陽電池を最も効率よく利用するために
は、太陽電池パネル面を絶えず太陽の方向に直面するよ
うに向けておく必要があるが、太陽が時間とともに動く
ためにこれを追尾する機構が必要になる。前記した大規
模な太陽電池発電においては、既にこの様な自動追尾機
構を備えているが、これらはモータ等を駆動力としてお
り、そのための電力負担が要求される。

【０００４】一方、比較的小規模の太陽電池電源につい
ては、発電電力自体が少ないために、前記のようなモー
タ等の電源を必要とする駆動系を採用すると電力負担が
大きく、太陽電池による折角の発電を有効利用できな
い。そのため、小規模の太陽電池電源においては、平均
的にみて最も効率が良くなる方向（すなわち、方位角に
ついては南、仰角については設置場所の緯度に相当する
角度）に太陽電池パネルを固定して使用しているのが現
状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特に小規模
な太陽電池電源の場合、太陽電池パネルの大きさに制約
がある場合が多く、太陽電池の発電能力を最大限に引き
出すことが要請される。しかし、上述したように従来の
小規模な太陽電池電源では、駆動系の電力負担のために
自動追尾機構を実現することができなかったので、上記
要請に応えられななかった。

【０００６】本発明の目的は、電力負担を必要とせずに
自動追尾できるようにすることによって、前記した従来
技術の欠陥を解消し、発電効率を大幅に改善することの
できる新規な太陽電池電源装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池電源装
置は、太陽の動きを自動追尾する太陽電池パネルを用い
た太陽電池電源装置において、方位角方向の左右にそれ
ぞれ設けられ上記太陽電池パネルの受光面に直交する方
向に対して所定の角度だけずれた向きに光軸をずらした
２個の集光部と、これら２個の集光部で集光される太陽
熱により変形する２個のバイメタルを有し両バイメタル
が受ける太陽熱の差により、太陽電池パネルの方位角を
太陽に向わせる方位角方向の回転力を太陽電池パネルに
発生させるバイメタル駆動機構とを備えた方位角追尾機
構と、仰角方向の上下にそれぞれ設けられ上記太陽電池
パネルの受光面方向と直交する方向に対して所定の角度
だけずれた向きに光軸をずらした２個の集光部と、これ
ら２個の集光部で集光される太陽熱により変形する２個
のバイメタルを有し両バイメタルが受ける太陽熱の差に
より、太陽電池パネルの仰角を太陽に向わせる仰角方向
の回転力を太陽電池パネルに発生させるバイメタル駆動
機構とを備えた仰角追尾機構とを有するものである。

【０００８】また、本発明の太陽電池電源装置は、太陽
の動きを自動追尾する太陽電池パネルを用いた太陽電池
電源装置において、方位角方向の左右にそれぞれ設けら
れ上記太陽電池パネルの受光面に直交する方向に対して
所定の角度だけずれた向きに光軸をずらした２個の集光
部と、これら２個の集光部で集光される太陽熱により変
形する２個のバイメタルを有し両バイメタルが受ける太
陽熱の差により、太陽電池パネルの方位角を太陽に向わ
せる方位角方向の回転力を太陽電池パネルに発生させる
バイメタル駆動機構とを備えた方位角追尾機構を有する
ものである。

【０００９】また、本発明の太陽電池電源装置は、太陽
の動きを自動追尾する太陽電池パネルを用いた太陽電池
電源装置において、仰角方向の上下にそれぞれ設けられ
上記太陽電池パネルの受光面方向と直交する方向に対し
て所定の角度だけずれた向きに光軸をずらした２個の集
光部と、これら２個の集光部で集光される太陽熱により
変形する２個のバイメタルを有し両バイメタルが受ける
太陽熱の差により、太陽電池パネルの仰角を太陽に向わ
せる仰角方向の回転力を太陽電池パネルに発生させるバ
イメタル駆動機構とを備えた仰角追尾機構を有するもの
である。

【００１０】なお、本発明を適用する太陽電池電源装置
は比較的小規模のものに好適であるが、特にその規模は
問わない。

【００１１】

【作用】方位角追尾機構では、２個の集光部は光軸をず
らしてあるので、太陽電池パネルが太陽に直面した方向
を向いていないと、２個の集光部から各バイメタルに当
る太陽の受光熱に差が生じる。すると、バイメタルの変
形量に差が生じて偶力が生成され、その偶力により方位
角方向の回転力を太陽電池パネルに発生し、これによっ
て太陽電池パネルの方位角が太陽に直面した方向を向く
ように変更される。特に、方位角方向の回転力を発生す
るための適切な偶力を生成されるためには、バイメタル
の変形方向が相反する方向に配置されていることが好ま
しい。

【００１２】同じく仰角検出追尾機構では、２個の集光
部は光軸をずらしてあるので、太陽電池パネルが太陽に
直面した方向を向いていないと、２個の集光部から各バ
イメタルに当る太陽の受光熱に差が生じる。すると、バ
イメタルの変形量に差が生じて偶力が生成され、その偶
力により仰角方向の回転力を太陽電池パネルに発生し、
これによって太陽電池パネルの仰角が太陽に直面した方
向を向くように変更される。

【００１３】この場合において、２個のバイメタルの変
形力は、これらに受光される太陽熱にアンバランスが生
じると太陽電池パネルに作用するので、環境変化とか外
乱とかいった現象では、等量の熱が２個のバイメタルに
同時に加わるため熱バランスは崩れず、そのときのバイ
メタルの変形は偶力が相殺される方向に働き、従って回
転力は発生しない。

【００１４】このようなバイメタルを有するバイメタル
駆動機構は、外部電源を必要とするモータ等の駆動機構
と異なり、外部電源が不要であり、したがって、太陽電
池パネルから発電された電力を自己消費することもな
い。

【００１５】方位角追尾機構のみを備える太陽電池電源
装置にあっては、太陽電池パネルの仰角は設置場所の緯
度に相当する角度などに固定しておくが、太陽電池パネ
ルの方位角の向きは太陽の動きに追随して自動的に変更
される。一方、仰角追尾機構のみを備えている太陽電池
電源装置にあっては、太陽電池パネルの方位角は南など
に固定しておくが、太陽電池パネルの仰角の向きは太陽
の動きに追随して自動的に変更される。特に、方位角追
尾機構と仰角追尾機構の両機構を備えている太陽電池電
源装置にあっては、太陽の動きに追随して太陽電池パネ
ルの向きが方位角及び仰角とも自動的に変更される日向
性機能を有することになり、もっとも効率良く発電する
ことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の向日性を有する太陽電池電源
装置の一実施例を具体的に説明する。図３は、本発明の
向日性を有する太陽電池電源装置の一実施例を示す概略
構成図である。太陽電池パネル１は方位角追尾機構３及
び仰角追尾機構４を備え、これらにより絶えず太陽に直
面するごとく向きが自動的に変えられるように構成され
ている。

【００１７】方位角追尾機構３は、太陽電池パネル１を
支持する固定部材２に対して太陽電池パネル１を方位角
方向に回転させる。その概略構成は、太陽電池パネル１
の受光面の方向に対して、方位角方向の左右の各々に、
所定の角度だけずれた向きに光軸をずらした２個の集光
部３１、３２と、これら２個の集光部３１、３２で集光
される太陽光を受光して、太陽熱の差により方位角方向
の回転力を回転支持部材２１に発生させ、これによって
支持されている太陽電池パネル１の方位角を太陽に向か
うように変更するバイメタル駆動機構とからなる。

【００１８】仰角追尾機構４は、太陽電池パネル１を方
位角方向に回転自在に支持する回転支持部材２１に対し
て太陽電池パネル１を仰角方向に回転させる。その概略
機構は、太陽電池パネル１の受光面の方向に対して、仰
角方向の上下に各々所定の角度だけずれた向きに２個の
集光部４１、４２と、これら２個の集光部で集光される
太陽光を受光して、太陽熱の差により仰角方向の回転力
を回転支持部材２２に発生させ（裏面に隠れて見えない
が、図４の符合２２参照）、これによって支持されてい
る太陽電池パネル１の仰角を太陽に向かうように変更す
るバイメタル駆動機構からなる。

【００１９】なお、図４は上記方位角追尾機構３及び仰
角追尾機構４を備えた太陽電池電源装置の概略背面図で
ある。方位角追尾機構３及び仰角追尾機構４について
は、誇張して描いてあるが、実際はもっと小さい。これ
ら方位角追尾機構３及び仰角追尾機構４は構成が共通し
ているので、方位角追尾機構３を例に挙げて、次に具体
的に説明する。

【００２０】図１は、本実施例の向日性を有する太陽電
池電源装置の方位角追尾機構を示す構造図である。方位
角追尾機構３は、固定部材２に一体的に取り付けられ、
バイメタル駆動機構４１を内蔵した収容ケース４２と、
収容ケース４２内に光を導く２個の集光部３１、３２と
から主に構成される。

【００２１】バイメタル駆動機構４１は収容ケース４２
内に組み込まれ、その収容ケース４２は、太陽電池電源
装置の架台となる柱状の固定部材２１の上部に一体的に
取り付けられる。また、固定部材２には太陽電池パネル
１を支持する柱状の回転支持部材２１が上方から収容ケ
ース４を貫通するように遊着され、固定部材２に対して
回転自在になっている。この回転支持部材２１の収容ケ
ース４１内の部分には回転歯車３７が固着され、この回
転歯車３７に駆動歯車となる２個の扇形歯車３５、３６
が左右両側から齒合されている。扇形歯車３５、３６が
その軸３８、３９を中心に同一方向に回転すると、齒合
部では矢印に示すように互に反対方向に移動する偶力が
発生し、その偶力により回転歯車３７が一方向に回転す
るようになっている。したがって、もし扇形歯車３５、
３６が逆方向に同一回転力で回転しようとすると回転力
が釣り合って回転歯車３７は回転しない。

【００２２】各扇形歯車３５、３６上には、それぞれ係
合孔４３、４４が明けられており、これらの係合孔に一
端を係合し他端を軸３３、３９にそれぞれ固定した２個
のバイメタル３３、３４が取り付けられている。このバ
イメタル３３、３４は、図２にも二点鎖線（３３ａ、３
４ａ）で示すように、弓なりに熱変形する方向が扇歯車
３５、３６の回転方向と一致するように取り付けられ
る。しかも、このバイメタル３３、３４を使って太陽電
池パネル１を有効に回転させるために、相対向する扇形
歯車３５、３６上に、バイメタル３３、３４は同一方向
ではなく、互に逆方向に変形する方向に取り付ける。

【００２３】収納ケース４２の表面に取り付けた２個の
集光部３１、３２は、太陽熱エネルギを取り込む集光レ
ンズからなり、各集光レンズは太陽電池パネル１の受光
面１ａに直交する軸１１と平行な線に対して、それぞれ
＋θ、−θの角度だけ傾けた光軸３１１、３２１になる
ように、方位角方向の左右（図では上下）位置の収容ケ
ース４２表面に設置されている。θに±の符合を付した
ことから分かるように、両光軸３１１、３２１間は太陽
に向って開くように設定する。この角度θの値は、方位
角追尾機構に合せて任意に定めることができる。

【００２４】さて上記したような構成の作用について説
明する。図１において、集光部３１、３２によって集光
された太陽熱エネルギは扇形歯車３５、３６上に取り付
けた各バイメタル３３、３４に導かれる。もし、太陽が
太陽電池パネル１に直面していないと、バイメタル３
３、３４の受ける太陽熱エネルギがアンバランスにな
り、バイメタル３３、３４の変形力に差が生じる。この
変形力の差は扇形歯車３５、３６により回転歯車３７に
偶力を付与して、その偶力にもとづく回転力として伝達
される。回転歯車３７は回転支持部材２１に固着されて
いるので、相対的に太陽電池パネル１が太陽の方向に向
きを変える。この機構により太陽電池パネル１は絶えず
太陽に直面するように方位角の向きが変えられる。

【００２５】ここで、環境の変化や外乱による太陽の運
行以外の要素により、左右のバイメタルに加えられる熱
量にシフトが生じた場合でも、同時に同じ大きさの熱が
加えられることになって回転力が規制されるため、追尾
の障害にはならない。

【００２６】なお、図示していないが、仰角追尾機構４
についても同様の機構を実現している。すなわち、平面
視した図１を側面視して方位角追尾機構３の各部品を仰
角追尾機構４の各部品に置き換えると仰角追尾機構４が
実現できる。この機構により太陽電池パネル１は絶えず
太陽に直面するように仰角の向きが変えられる。したが
って、両機構３、４を同時に備えた本実施例の太陽電池
電源装置によれば、太陽電池パネルが太陽の運行に追尾
して角変位する向日性機能を有するので、発電効率を最
大限に上げることが可能となる。

【００２７】特に、本実施例による太陽電池電源装置
を、配電線からの電源確保が困難な鉄塔部に設置して、
送電線保守監視システムのための比較的小規模な電源と
して利用する太陽電池パネルに適用すれば、小規模であ
りながら常に最大電力を発揮できるのでメリットが大き
い。なお、鉄塔設置環境として強風の問題があるが、こ
の問題は強風に対抗できる変形力を発揮するバイメタル
を特に選定することにより解決できる。また、扇形歯車
と回転歯車機構の小型化により、図４では誇張して描い
た方位角追尾機構及び仰角追尾機構を小型化し、太陽電
池パネルの架台となるパネル支持系全体を小さくするこ
とが望ましい。このとき必要ならば光ファイバを用いて
バイメタルに太陽光を導くようにしてもよい。また、歯
車機構は図示のものに限定されないこと、装置も比較的
小規模のものに限定されないことは勿論である。

【００２８】なお、方位角追尾機構あるいは仰角追尾機
構のいずれか一方のみを適用することはもちろん可能で
ある。また、上記実施例では仰角追尾機構を上方に、方
位角追尾機構を下方に配置したが、上下を逆にしてもよ
い。

【００２９】

【発明の効果】請求項１ないし３に記載の太陽電池電源
装置によれば、太陽光追尾のための駆動機構をバイメタ
ルで実現することにより、電力負担を伴わず簡単な構造
でありながら、方位角方向または仰角方向、さらにはそ
れらの両方の追尾ができ、極めて効率の高い太陽電池発
電が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例による方位角追尾機構を示す平面図。

【図２】本実施例によるバイメタルの取り付け状態を示
す説明図。

【図３】本発明の向日性を有する太陽電池電源装置の一
実施例を示す斜め正面から見た全体構成図。

【図４】本発明の向日性を有する太陽電池電源装置の一
実施例を示す斜め背後から見た全体構成図。

【符号の説明】

１ 太陽電池パネル ２ 固定部材 ３ 方位角追尾機構 ４ 仰角追尾機構 ２１ 回転支持部材 ３１、３２ 集光部（集光レンズ） ３３、３４ バイメタル ３５、３６ 扇形歯車（駆動ギア） ３７ 回転歯車 ３１１、３２１ 太陽光集光部の光軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽の動きを自動追尾する太陽電池パネル
   を用いた太陽電池電源装置において、方位角方向の左右
   にそれぞれ設けられ上記太陽電池パネルの受光面に直交
   する方向に対して所定の角度だけずれた向きに光軸をず
   らした２個の集光部と、これら２個の集光部で集光され
   る太陽熱により変形する２個のバイメタルを有し両バイ
   メタルが受ける太陽熱の差により、太陽電池パネルの方
   位角を太陽に向わせる方位角方向の回転力を太陽電池パ
   ネルに発生させるバイメタル駆動機構とを備えた方位角
   追尾機構と、仰角方向の上下にそれぞれ設けられ上記太
   陽電池パネルの受光面方向と直交する方向に対して所定
   の角度だけずれた向きに光軸をずらした２個の集光部
   と、これら２個の集光部で集光される太陽熱により変形
   する２個のバイメタルを有し両バイメタルが受ける太陽
   熱の差により、太陽電池パネルの仰角を太陽に向わせる
   仰角方向の回転力を太陽電池パネルに発生させるバイメ
   タル駆動機構とを備えた仰角追尾機構とを有することを
   特徴とする太陽電池電源装置。
2. 【請求項２】太陽の動きを自動追尾する太陽電池パネル
   を用いた太陽電池電源装置において、方位角方向の左右
   にそれぞれ設けられ上記太陽電池パネルの受光面に直交
   する方向に対して所定の角度だけずれた向きに光軸をず
   らした２個の集光部と、これら２個の集光部で集光され
   る太陽熱により変形する２個のバイメタルを有し両バイ
   メタルが受ける太陽熱の差により、太陽電池パネルの方
   位角を太陽に向わせる方位角方向の回転力を太陽電池パ
   ネルに発生させるバイメタル駆動機構とを備えた方位角
   追尾機構を有することを特徴とする太陽電池電源装置。
3. 【請求項３】太陽の動きを自動追尾する太陽電池パネル
   を用いた太陽電池電源装置において、仰角方向の上下に
   それぞれ設けられ上記太陽電池パネルの受光面方向と直
   交する方向に対して所定の角度だけずれた向きに光軸を
   ずらした２個の集光部と、これら２個の集光部で集光さ
   れる太陽熱により変形する２個のバイメタルを有し両バ
   イメタルが受ける太陽熱の差により、太陽電池パネルの
   仰角を太陽に向わせる仰角方向の回転力を太陽電池パネ
   ルに発生させるバイメタル駆動機構とを備えた仰角追尾
   機構を有することを特徴とする太陽電池電源装置。