(57)【要約】【課題】太陽追従方式の太陽光発電装置として、太陽光発電パネルが大型化しても、太陽追従機構の作動不良及び故障を生じにくく、構造的に簡素で耐久性に優れ、設置部位の制約が少なく、多数基を密集配置して高いスペース効率を達成できるものを提供する。【解決手段】太陽光発電パネル１と、前後方向に沿って配置して太陽光発電パネル１を支承する回転支軸２と、回転支軸２を前部側及び後部側で各々軸受３を介して回転自在に支持する前後の支柱４，５と、回転支軸２の回転駆動手段６と、太陽位置を検知する太陽追従用センサー７と、回転駆動手段６の駆動を制御する制御装置８とを備え、回転支軸２の回転により、太陽光発電パネル１が太陽位置の日周変化に追従して傾動するように構成されてなる。【選択図】図１
2014116581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電パネルと、その下面側に前後方向に沿って配置して該太陽光発電パネルを支承する回転支軸と、該回転支軸を前部側及び後部側で各々軸受を介して回転自在に支持する前後の支柱と、前記回転支軸の回転駆動手段と、太陽位置を検知する太陽追従用センサーと、該太陽追従用センサーの検知信号に基づいて前記回転駆動手段の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記回転支軸の回転により、太陽光発電パネルが太陽位置の日周変化に追従して傾動するように構成されてなる太陽光発電装置。
【請求項２】
太陽光発電パネルが複数の太陽電池モジュールを平面的に配列した太陽電池ストリング又は太陽電池アレイからなり、前記の前後の支柱の一方が二股状をなす請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
前記回転支軸が前部側を低く傾斜配置し、その前部側が一本の支柱で支持されると共に後部側が前記二股状の支柱で支持され、太陽光発電パネルの前部側が中間部よりも狭幅に形成されてなる請求項２に記載の太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽追従方式の太陽光発電装置、特に太陽光発電パネルが太陽電池ストリングや太陽電池アレイとして大型である場合に好適な該発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、太陽追従方式の太陽光発電装置は、発電効率（受光効率）を高めるために、太陽光発電パネルをパネル面が太陽方向に向くように自動的に変位させる太陽追従機構を備えている。このような太陽追従機構としては、垂直な回転駆動支軸の頂部に太陽光発電パネルを傾動枢支機構を介して支承させ、センサーで検出又は予め制御装置に入力した太陽位置情報に基づいて回転駆動支軸及び傾動枢支機構を作動させることにより、太陽光発電パネルの方位及び仰角を自動的に変化させて太陽の動きに追従させるようにしたものが汎用されている（例えば、特許文献１）。また、前記回転駆動支軸の頂部に大径の水平回転台を取り付け、その上に太陽光発電パネルの傾動枢支枠及び傾動装置を設けると共に、該水平回転台の周辺部の複数箇所でローラーを介して重量を受けるようにしたものも知られる（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０５４３号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、近年においては、発電量を増大するために、太陽光発電パネルを太陽電池ストリングや太陽電池アレイとして大型化したものの需要が拡大する一方、スペース効率を高めるために多数基の太陽光発電装置を限られた敷地内に密集配置する傾向も強まっている。このように太陽光発電パネルが大型化すると、太陽追従方式の太陽光発電装置では、それだけ回転駆動支軸に加わる負荷が増大することから、太陽追従機構の作動不良及び故障を生じ易く、また荷重が集中する回転駆動支軸の軸受部の摩耗や連結部の疲労変形により、耐久性が低下して短寿命化を招くといった問題があった。また、前記の水平回転台を備える構造では、その径が大きくなるため、多数基の太陽光発電装置を設置する際に相互の間隔を広くとる必要があり、スペース効率が低下すると共に、該水平回転台の周辺部の複数箇所で重量を受ける上で凹凸や傾斜のある部位には設置できず、設置部位の制約が大きいという難点もあった。
【０００５】
本発明は、上述の事情に鑑みて、太陽追従方式の太陽光発電装置として、太陽光発電パネルが大型化しても、太陽追従機構の作動不良及び故障を生じにくい上、構造的に非常に簡素で耐久性に優れ、また設置部位の制約が少なく、且つ多数基を密集配置して高いスペース効率を達成できるものを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る太陽光発電装置は、太陽光発電パネル１と、その下面側に前後方向に沿って配置して該太陽光発電パネル１を支承する回転支軸２と、該回転支軸２を前部側及び後部側で各々軸受３を介して回転自在に支持する前後の支柱４，５と、回転支軸２の回転駆動手段（減速機付きモーター６）と、太陽位置を検知する太陽追従用センサー７と、該太陽追従用センサー７の検知信号に基づいて回転駆動手段の駆動を制御する制御装置８とを備え、回転支軸２の回転により、太陽光発電パネル１が太陽位置の日周変化に追従して傾動するように構成されてなる。
【０００７】
請求項２の発明は、上記請求項１の太陽光発電装置において、太陽光発電パネル１が複数の太陽電池モジュール１０を平面的に配列した太陽電池ストリング又は太陽電池アレイからなり、前後の支柱４，５の一方（後部側支柱５）が二股状をなす構成としている。
【０００８】
請求項３の発明は、上記請求項１の太陽光発電装置において、回転支軸２が前部側を低く傾斜配置し、その前部側が一本の支柱（前部側支柱４）で支持されると共に後部側が前記二股状の支柱（後部側支柱５）で支持され、太陽光発電パネル１の前部側１ａが中間部１ｂよりも狭幅に形成されてなるものとしている。
【発明の効果】
【０００９】
以下に本発明の効果について図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る太陽光発電装置では、太陽光発電パネル１を回転支軸２の回転によって太陽位置の日周変化に追従して傾動させることで、常に最大の発電効率が得られるが、荷重を前後の支柱４，５で各々軸受３を介して分担して支承するから、太陽光発電パネル１が大型化しても負荷が分散されて太陽追従機構の作動不良及び故障を生じにくい上、構造的に非常に簡素であることも相俟って優れた耐久性を発揮する。また、この太陽光発電装置は、前後の支柱４，５で支える構造であるから、設置面に凹凸や傾斜があっても支障なく設置できると共に、個々の設置スペースが少なくて済むから、多数基を密集配置して高いスペース効率を確保できる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、太陽光発電パネル１は太陽電池ストリング又は太陽電池アレイとして大型で重量が大きくなるが、前後の支柱４，５の一方（後部側支柱５）が二股状をなすから、重量が三方に分散して支承され、個々の支承部位の負荷が軽減されることで、耐久性がより向上する。また、太陽光発電装置は３点支持で設置されるから、設置面に多少の凹凸や傾斜があっても、安定した設置状態を確保できる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、傾斜配置する回転支軸２の低い前部側が一本の支柱（前部側支柱４）で支持され、高い後部側が二股状の支柱（後部側支柱５）で支持され、且つ太陽光発電パネル１の前部側１ａが中間部１ｂよりも狭幅になっているから、複数基を前後左右に配列して設置する場合に、前後の並びでは前位の装置における後部側の二股状の支柱５の間に後位の装置における前部側の支柱４を位置させ、左右の並びでは隣接する装置同士の前後位置をずらせた千鳥配置にすることにより、互いの太陽光発電パネル１同士が干渉せずに傾動可能な状態で、多数基を密集配置してより高いスペース効率を確保できる。また、個々の装置では、前部側支柱４が低くとも、太陽光発電パネル１の前部側１ａが狭幅であるため、太陽光発電パネル１を設置面に接触させずに大きな傾斜角度まで傾動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る太陽光発電装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】第１実施形態の太陽光発電装置の要部のパネル面方向に沿う正面図である。
【図３】第１実施形態の太陽光発電装置の縦断側面図である。
【図４】第１実施形態の太陽光発電装置の平面図である。
【図５】第１実施形態の太陽光発電装置における太陽光発電パネルと回転支軸との連結部を示す縦断正面図である。
【図６】第１実施形態の太陽光発電装置の密集配置状態を示す模式平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る太陽光発電装置の概略構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図８】第２実施形態の太陽光発電装置の背面図である。
【図９】第２実施形態の太陽光発電装置の後部側の側面図である。
【図１０】第２実施形態の太陽光発電装置の変形例を示す概略側面図である。
【図１１】同変形例における背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る太陽光発電装置の実施形態に係るについて、図面を参照して具体的に説明する。図１〜図６は第１実施形態、図７〜図１１は第２実施形態、のそれぞれ太陽光発電装置を示している。なお、第１実施形態と第２実施形態で共通する構成要素については、形状・寸法が異なっていても同一符号を付している。
【００１４】
第１実施形態の太陽光発電装置は、図１及び図２に示すように、複数枚の太陽電池モジュール１０を平面的に縦横配列した太陽光発電パネル１と、その下面側の中央位置で前後方向に沿って配置して該太陽光発電パネル１を支承する回転支軸２と、該回転支軸２を前部側及び後部側で各々軸受３を介して回転自在に支持する前後の支柱４，５と、前部側支柱４の頂部に付設された回転支軸２の回転駆動手段としての減速機付きモーター６と、太陽光発電パネル１の上面側中央に付設されて太陽位置を検知する太陽追従用センサー７と、該太陽追従用センサー７の検知信号に基づいて減速機付きモーター６の駆動を制御する制御装置８とで構成されている。そして、垂直で低い前部側支柱４に対して後部側支柱５は高く且つ前傾しており、これによって太陽光発電パネル１及び回転支軸２が前部側に低く傾斜配置している。また、後部側支柱５は左右一対の支柱部材５ａ，５ｂより二股状をなし、これら支柱部材５ａ，５ｂと前部側支柱４は各々地面Ｇに下部を埋設した円柱状のコンクリート製アンカー９上に立設されている。
【００１５】
図３及び図４で詳細に示すように、太陽光発電パネル１は、計１５枚の太陽電池モジュール１０を前後５列として、且つ前列から順次、左右方向に２枚、４枚、４枚、３枚、２枚を各々配列したものであり、これによって前部側１ａが中間部１ｂより狭幅になっている。その前後５列の各列は、それぞれ直列に接続して太陽電池ストリングを構成しており、各々左右方向の２本のフレーム１１上に取り付けられ、各フレーム１１において回転支軸２に連結されている。なお、太陽光発電パネル１の全体は太陽電池アレイを構成している。
【００１６】
また、後部側支柱５は、その上部と中間部において左右の支柱部材５ａ，５ｂ間に補強桟５１，５２が架設されると共に、上部の補強桟５１の中間部と前部側支柱４の根元部との間に補強フレーム５３が架設され、更に該補強フレーム５３の中間部と下部の補強桟５２の中間部との間にも補強フレーム５４が架設され  これによって太陽光発電パネル１及び回転支軸２の支承部分全体が強固に一体化されている。
【００１７】
図５に示すように、各フレーム１１は側方に開放したチャンネル材よりなるのに対し、これに直交配置する回転支軸２が角筒状をなし、両者の交叉位置で略Ｕ字状の連結金具１２が下方から回転支軸２に嵌合されている。その嵌合位置で下方から連結ボルト１３が連結金具１２及び回転支軸２とフレーム１１を貫通し、そのフレーム１１内に突出した先端部にナット１４が螺合緊締されると共に、連結金具１２の屈曲した両端部１２ａがフレーム１１の下面に接合され、両接合位置で下方から連結ボルト１５が該連結金具１２及びフレーム１１を貫通し、そのフレーム１１内に突出した先端部にナット１６が螺合緊締され、もって太陽光発電パネル１の全体が回転支軸２に対して強固に連結されている。
【００１８】
上記第１実施形態の太陽光発電装置は、北半球では低い前部側を南、高い後部側を北に向ける配置（南半球では逆の配置）で所要部位に設置される。しかして、稼働状態では、太陽追従用センサー７によって太陽光が最強となる方位を検出し、その検出信号に基づいて制御装置８が太陽光発電パネル１のパネル面を該方位に向けるように減速機付きモーター６の駆動を制御する。従って、太陽光発電パネル１は、回転支軸２の回転によって太陽位置の日周変化に追従して傾動し、常に最大の発電効率が得られる。
【００１９】
そして、この第１実施形態の太陽光発電装置においては、太陽光発電パネル１が太陽電池アレイとして大型で大重量であっても、その回転支軸２を含めた重量を前後の支柱４，５で分担して支承し、更に後部側支柱５が二股状をなすために該重量が三方に分散し、各支承部位の負荷が軽減されるから、太陽追従機構の作動不良及び故障を生じにくい上、構造的に非常に簡素であることも相俟って優れた耐久性が発揮される。また、この太陽光発電装置は、３点支持で設置されるから、設置面に多少の凹凸や傾斜があっても、安定した設置状態を確保できる。
【００２０】
更に、太陽光発電パネル１の全体は回転支軸２と共に前部側を低く傾斜配置しているが、低い前部側支柱４に対して高い後部側支柱５が二股状の支柱をなすと共に、太陽光発電パネル１の低い前部側１ａが中間部１ｂよりも狭幅になっているから、複数基を前後左右に配列して設置する場合に、密集配置によって高いスペース効率を確保できる。すなわち、例えば図６に示すように、前後の並びでは前位の装置Ｍにおける後部側支柱５の二股状をなす支柱部材５ａ，５ｂ間に後位の装置Ｍにおける前部側支柱４を位置させ、左右の並びでは隣接する装置同士の前後位置をずらせた千鳥配置にすることにより、相互に近接した状態で、互いの太陽光発電パネル１同士が干渉せずに傾動可能な状態にできる。また、個々の太陽光発電装置においては、前部側支柱４が低くとも、太陽光発電パネル１の前部側１ａが狭幅であるため、太陽光発電パネル１を設置面に接触させずに大きな傾斜角度まで傾動させることができ、それだけ装置全高を低くして設置作業やメンテナンス作業の容易化を図り得る。
【００２１】
なお、第１実施形態の太陽光発電装置は太陽位置の日周変化に追随するが、支柱４，５の一方を適当な手段で昇降可能に構成することにより、回転支軸２の傾斜角度を可変として太陽光発電パネル１の仰角を調整し、季節変化に伴う太陽高度の変化にも対応する構成としてもよい。しかして、この季節変化に伴う太陽高度の変化は緩慢であるため、この太陽光発電パネル１の仰角調整は一定期間置きに行うようにすればよい。
【００２２】
太陽光発電パネル１は、上記第１実施形態では前部側１ａと共に後部側も狭幅に構成されているが、図６のような千鳥配置のずれを大きくすることで、後部側が中間部同様の広幅であっても隣接する装置Ｍ間の干渉を回避できる。また、該太陽光発電パネル１における太陽電池モジュール１０の形状、配置数及び配置構成、接続構成は、例示以外に種々設定できる。その他、前後の支柱４，５を繋ぐ補強構造、フレーム１１における太陽光発電パネル１の配置構成、回転支軸２とフレーム１１の連結構造、回転支軸２における軸受３の取付位置等、細部構成については例示以外に種々設計変更可能である。
【００２３】
第２実施形態の太陽光発電装置は、図７〜図９に示すように、同高さで垂直な前後の支柱４，５及び中間の支柱１７の頂部に、各々軸受３を介して回転支軸２が水平状態で回転自在に保持されると共に、この回転支軸２に複数枚（図では７枚）の太陽光発電パネル１が一定間隔置きに取り付けられ、その最後部の太陽光発電パネル１の略中央に太陽位置を検知する太陽追従用センサー７が付設されている。そして、後部側支柱５の上部には、回転支軸２の回転駆動手段としての減速機付きモーター６と、太陽追従用センサー７の検知信号に基づいて減速機付きモーター６の駆動を制御する制御装置８とが付設されている。なお、各支柱４，５，１７は、各々地面Ｇに設置したコンクリート製アンカー９上に垂直に立設固定されている。
【００２４】
各太陽光発電パネル１は、左右に長い矩形のフレーム１１に左右一対の太陽電池モジュール１０が嵌装されており、フレーム１１の左右方向中央に設けた開口部１１ａに回転支軸２を挿通する形で、パネル面が太陽側へ向くように所定の仰角（例えば、日本付近の中緯度の場合は２５度前後）をもつて、取付部材１１ｂを介して回転支軸２に固定されている。
【００２５】
また、図８及び図９に示す後部側で代表するように、各コンクリート製アンカー９は装置全体が左右に倒れるのを防止するために左右に長いブロック状をなす一方、各支柱４，５，１７の根元部には放射状リブ１９ａ付きの支持金具１９が溶接固着されると共に、この支持金具１９の下面側にアンカー９の頂部全体に被さる笠木１８がボルト・ナット２０を介して止着されている。
【００２６】
なお、太陽光発電パネル１の左右幅が大きい場合、図１０及び図１１に示すように、各太陽光発電パネル１１毎に，そのフレーム１１の傾斜上縁側の左右両位置と回転支軸２との間に支持杆２０，２０を取り付けて支持強度を高めることができる。
【００２７】
上記第２実施形態の太陽光発電装置は、各太陽光発電パネル１の仰角方向が北半球では南方に向く配置（南半球では逆の北方に向く配置）で所要部位に設置される。しかして、稼働状態では、太陽追従用センサー７によって太陽光が最強となる方位を検出し、その検出信号に基づいて制御装置８が太陽光発電パネル１のパネル面を該方位に向けるように減速機付きモーター６の駆動を制御する。従って、太陽光発電パネル１は、図８の仮想線で示すように、回転支軸２の回転によって太陽位置の日周変化に追従して傾動し、常に最大の発電効率が得られる。
【００２８】
そして、この第２実施形態の太陽光発電装置においては、水平配置した回転支軸２に複数の太陽光発電パネル１を直列状に配置できると共に、複数基の当該装置を相互の太陽光発電パネル１同士が干渉しない範囲で回転支軸２を平行に密集配置できるから、限られた設置場所で高いスペース効率を確保できる。また、複数の太陽光発電パネル１を同じ高さで低く配置することで風圧を受けにくくし、強風による倒壊を防止できる。更に、本実施形態の太陽光発電装置は、構造的に簡素であるため、安価に能率よく組立製作できるという利点もある。
【００２９】
なお、この第２実施形態でも各太陽光発電パネル１は太陽位置の日周変化に追随して傾動するが、回転支軸２に対して太陽光発電パネル１の傾斜角度を可変とし、季節による太陽高度の変化に対応して仰角を調整する構成としてもよい。また、各支柱４，５，１７の頂部に対する軸受３の取付位置を上下調整可能とすれば、地面Ｇの凹凸に応じて該取付位置を調整することで回転支軸２を水平に設定することが容易になる。更に、回転支軸２に対する太陽光発電パネル１の取付枚数及び配置間隔は例示以外に種々設定できると共に、回転支軸２の短い小型装置では中間の支柱１７のない構成としてもよい。
【００３０】
本発明の太陽光発電装置における回転支軸２（太陽光発電パネル１）の回転範囲は、制御装置８へのプログラム入力によって通常１２０°程度に設定されるが、該プログラムや減速機付きモーター６の不具合によって設定以上の過回転が発生するのを回避する上で、適当な部位に回転制限用のリミットスイッチを設けることが推奨される。また、太陽追従用センサー７及び制御装置８は第１及び第２実施形態による例示以外の任意の位置に取り付け可能であり、回転支軸２の回転駆動手段としても例示した減速機付きモーター６以外の種々の駆動機構を採用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１    太陽光発電パネル
１ａ  前部側
１ｂ  中間部
１０  太陽電池モジュール
２    回転支軸
３    軸受
４    前部側支柱
５    後部側支柱
６    減速機付きモーター（回転駆動手段）
７    太陽追従用センサー
８    制御装置
【図１】
2014116581.tif 000003
【図２】
2014116581.tif 000004
【図３】
2014116581.tif 000005
【図４】
2014116581.tif 000006
【図５】
2014116581.tif 000007
【図６】
2014116581.tif 000008
【図７】
2014116581.tif 000009
【図８】
2014116581.tif 000010
【図９】
2014116581.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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