(57)【要約】      （修正有）【課題】複雑な２組の追尾駆動機構を削減及び簡易化し、追尾制御を間欠追尾信号による追尾センサーを用いて、駆動エネルギーの低減を図り、小型化と発電効率向上の両立を実現する太陽光パネルの回転駆動機構を提供する。【解決手段】太陽光を追尾する駆動機器を１組の回転駆動機構として組み立て、簡易な三脚構造を基台として、可動脚１６の頂部に回転駆動機構を装着する。三脚構造の基台と回転駆動機構が一体化されることにより、小型軽量化を実現する。太陽光追尾センサー２８の頂部に太陽光の仰角変化に対応可能な扇型形状の太陽光入光口を設け、入光口から受ける光と入光口の周囲に配置した遮光壁の影がつくり出す光強度変化を太陽光追尾センサー素子１８への受光信号として与えることにより、オン・オフ制御動作を利用した、間欠追尾により追尾駆動エネルギーの使用比率を低減し、省エネ化を図る。【選択図】図１
0003231220.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
三脚構造の１本の可動脚の頂部に固定板と並行に支持された回転軸に取り付けられて回る歯車型回転円盤の回転面と平行に太陽の直達日射光に正対する向きに取り付けられた太陽光追尾センサーと明暗光検出センサーを設置して、歯車型回転円盤の回転面と直角に太陽光パネルの回転台座の片端が取付けられ、更に回転台座のもう片方の端を回転台座支持アームによって回転軸の末端部に固定され、回転台座の上面に太陽に正対する方向に向けて太陽光パネルを設置して、前記の固定板に取り付けられた発電蓄電電源ユニットから供給される電源と追尾駆動制御ユニットから太陽光追尾の制御信号を受けて回る追尾駆動モーターにより、減速ギヤーユニットと駆動歯車を介して歯車型回転円盤が駆動される回転駆動機構として組み立てて、前記した固定板に一体化して設置されることにより、太陽の仰角変化に対応した太陽光パネルの傾斜角度の設置調整が容易にできる如くして成る太陽光パネルの回転駆動機構。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光追尾センサーに不透明材料で扇型に成型した遮光壁に囲われた長円形断面形状を有する成型パイプを扇の要の位置から扇面に向かって傾斜角度をつけ、遮光壁を斜めに切断して直達日射光の入光口を設けた直達日射ガイドを具備し、内側底部に太陽光追尾センサー素子を組み込んで、該直達日射ガイドの扇の要を下方に向けて、入光口の切断面が太陽光パネルの受光面に対して垂直方向になるように太陽光追尾センサー取付パイプの頂部に設置して、太陽光の入光口を太陽の日周運動の前方側に向けて歯車型回転円盤に取り付けられて、歯車型回転円盤の回転追尾速度が太陽の日周運動による太陽光の回転移動速度を超える如く速度設定された追尾駆動の制御回路に対して、直達日射ガイドの遮光壁で作られる光と影の光強度変化を受けて該太陽光追尾センサーで生成された間欠追尾のためのオン・オフ信号を付加して成る歯車型回転円盤を間欠追尾制御する追尾駆動制御ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽光追尾センサーに備えられた直達日射ガイドは、入光口の開口角度を地軸の傾き角の２倍に相当する開き角度に設定して、太陽の年周運動で生じる仰角の変化方向に対し、直達日射ガイドの入光口を日周運動の西方位に向けて、歯車型回転円盤に取り付けして、請求項１に記載した太陽光パネルの回転駆動機構と一体化された三脚構造の可動脚の調整機構を持たせたことにより、太陽光パネルの傾斜角設定角度を設置場所に応じた緯度に合せて設定作業することによって同時に太陽光追尾センサーの向きを太陽の仰角変化の中間角度である春分・秋分の位置に一括設定が成されるため、夏至から冬至までの太陽の年周運動における仰角変化範囲の直達日射光を太陽光追尾センサー素子が確実に受光可能な設定機構と一体化して成る直達日射ガイドを具備した太陽光追尾センサー。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
太陽光エネルギーの利用における技術分野であり、特に太陽光発電の発電効率向上のための太陽光追尾センサーと発電電源装置の構造形態及び機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光利用における発電や熱利用における効率向上のために、発明あるいは考案されている太陽追尾方式の多くは、地球の自転と公転による、日々及び年間における天球上での太陽の動きに対応して太陽光パネル等の受光面を太陽に正対すべく、東西方向に対して太陽の日周運動による方位角変化に対応した第一の回転軸と、南北方向の地平線と太陽の年周運動による仰角変化に対応した第二の回転軸に対して追尾制御を行う如くして、２組の駆動機構と四方向の受光点を有する太陽位置センサーを具備し、コンピューターを使用して太陽の動きを連続的に追尾し、太陽光パネル等の駆動制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９６１２６
【特許文献２】実用新案登録第３１４９０２６号
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
地震や台風などによる突然の自然災害において長期の停電に遭遇したとき、今では広く普及している携帯照明やスマートフォンなどの電気機器に対する電池切れの問題が、生活不安を増大させる大きな要因になっている。本考案は、このような災害時での明りや情報携帯機器などの二次電池電源等への充電利用などを可能にするために、小型化して災害地へ移動設置し、太陽光エネルギーを効率よく発電及び蓄電して活用しようとするものである。背景技術の［０００２］項で記述した２組の追尾制御の複数の駆動機構は、小型軽量化への障害となり、更に四方向の太陽追尾センサーの制御形態による複雑な動きが追尾駆動機器の消費エネルギーを増加させ、発電効率低下の弱点となる。従って、１組の駆動機構に簡易化し、二方向の追尾センサーで駆動制御を単純化することにより、前述の障害や弱点を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
三脚構造の１本の可動脚の頂部に固定板と並行に支持された回転軸に取り付けられて回る歯車型回転円盤の回転面と平行に太陽の直達日射光に正対する向きに取り付けられた太陽光追尾センサーと明暗光検出センサーを設置して、歯車型回転円盤の回転面と直角に太陽光パネルの回転台座の片端が取付けられ、更に回転台座のもう片方の端を回転台座支持アームによって回転軸の末端部に固定され、回転台座の上面に太陽に正対する方向に向けて太陽光パネルを設置して、前記の固定板に取り付けられた発電蓄電電源ユニットから供給される電源と追尾駆動制御ユニットから太陽光追尾の制御信号を受けて回る追尾駆動モーターにより、減速ギヤーユニットと駆動歯車を介して歯車型回転円盤が駆動される回転駆動機構として組み立てて、前記した固定板に設置され、１組の回転駆動機構と仰角調整機構を一体化することにより、小型軽量化及び消費エネルギーの削減の解決手段とする。
【０００６】
［０００５］項に記載の太陽光追尾センサーに不透明材料で扇型に成型した遮光壁に囲われた長円形断面形状を有する成型パイプを扇の要の位置から扇面に向かって傾斜角度をつけ、遮光壁を斜めに切断して直達日射光の入光口を設けた直達日射ガイドを具備し、内側底部に太陽光追尾センサー素子を組み込んで、該直達日射ガイドの扇の要を下方に向けて、入光口の切断面が太陽光パネルの受光面に対して垂直方向になるように太陽光追尾センサー取付パイプの頂部に設置して、太陽光の入光口を太陽の日周運動の前方側に向けて歯車型回転円盤に取り付けられて、歯車型回転円盤の回転追尾速度が太陽の日周運動による太陽光の回転移動速度を超える如く速度設定された追尾駆動の制御回路に対して、直達日射ガイドの遮光壁で作られる光と影の光強度変化を受けて該太陽光追尾センサーで生成された間欠追尾のためのオン・オフ信号を付加して、歯車型回転円盤を間欠追尾駆動させることによって、追尾駆動モーターの追尾駆動エネルギーの消費比率を低減して、省エネ化を図る手段とする。
【０００７】
［０００６］に記載の太陽光追尾センサーに備えられた直達日射ガイドは、入光口の開口角度を地軸の傾き角の２倍に相当する開き角度に設定して、太陽の年周運動で生じる仰角の変化方向に対し、直達日射ガイドの入光口を日周運動の西方位に向けて、歯車型回転円盤に取り付けして、［０００５］項に記載した太陽光パネルの回転駆動機構と一体化された三脚構造の可動脚の調整機構を持たせたことにより、太陽光パネルの傾斜角設定角度を設置場所に応じた緯度に合せて設定作業することによって同時に太陽光追尾センサーの向きを太陽の仰角変化の中間角度である春分・秋分の位置に一括設定が成されるため、夏至から冬至までの太陽の年周運動における仰角変化範囲の直達日射光を太陽光追尾センサー素子が確実に受光可能となる。従って、本考案による直達日射ガイド具備した太陽光追尾センサーにより、仰角方向の太陽光追尾制御機能を有しない場合にも、太陽の年周運動による仰角変化に対する太陽光の直達日射光の安定的な受光が可能となる。
【考案の効果】
【０００８】
本考案によれば、小型軽量化並びに追尾駆動に要する消費エネルギーの低減効果も大きく、小型軽量の可搬型装置として実現できる。三脚構造の可動脚と回転駆動機構が一体化して組み立てられていることで、太陽光パネルの仰角方向の傾斜角調整調整が三脚構造の一本の可動脚を用いた開閉操作により、簡単に調整できる機構となっており、不慣れな利用者にも簡易な手段で、運搬及び設置作業ができ、運用上での利便性の効果が大である。
【０００９】
本装置の太陽光追尾センサーに取り付けた直達日射ガイドの持つ直達日射光の入光口と遮光壁が作り出す、光と影の条件を利用した間欠追尾動作を１台の太陽光追尾センサーの生成するオン・オフ信号で制御することで、複雑なコンピューター制御を使うことなく、簡易なシーケンス制御方式で自動追尾制御が可能となる。この間欠追尾制御により制御機器及び追尾駆動モーターの消費エネルギーの使用率を軽減することができ省エネ化の効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本考案による装置の全体像を方位に合わせて設置した場合における北西方向の上部から見た斜視図である。
【図２】本考案における太陽光追尾センサーおよび明暗光検出センサーの構成部品の形状と取り付け図である。
【図３】本考案の太陽光追尾センサーによる太陽光追尾動作の説明図である。
【図４】本考案の太陽光追尾センサーの直達日射ガイドの形状と太陽光方向変化に対応する四季の直達日射の説明図である。
【図５】本考案の太陽光追尾センサーと明暗光検出センサーに使用するフォトレジスター素子の特性説明図である
【図６】太陽光追尾センサー回路の接続図。
【図７】明暗光検出センサー回路の接続図。
【図８】本考案における発電及び蓄電と制御及び駆動電源の構成とそれらの接続図である。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
三脚構造の１本の可動脚の頂部に固定板と並行に支持された回転軸に取り付けられて回る歯車型回転円盤の回転面と平行に太陽の直達日射光に正対する向きに取り付けられた太陽光追尾センサーと明暗光検出センサーを設置して、歯車型回転円盤の回転面と直角に太陽光パネルの回転台座の片端が取付けられ、更に回転台座のもう片方の端を回転台座支持アームによって回転軸の末端部に固定され、回転台座の上面に太陽に正対する方向に向けて太陽光パネルを設置して、前記の固定板に取り付けられた発電蓄電電源ユニットから供給される電源と追尾駆動制御ユニットから太陽光追尾の制御信号を受けて回る追尾駆動モーターにより、減速ギヤーユニットと駆動歯車を介して歯車型回転円盤が駆動される回転駆動機構として組み立てて、前記した固定板に一体化して設置されることにより、１組の回転駆動機構と仰角調整機構が一体化され、小型軽量化及び消費エネルギーの削減が実現される。
【００１２】
［００１１］項に記載の太陽光追尾センサーに不透明材料で扇型に成型した遮光壁に囲われた長円形断面形状を有する成型パイプを扇の要の位置から扇面に向かって傾斜角度をつけ、遮光壁を斜めに切断して直達日射光の入光口を設けた直達日射ガイドを具備し、内側底部に太陽光追尾センサー素子を組み込んで、該直達日射ガイドの扇の要を下方に向けて、入光口の切断面が太陽光パネルの受光面に対して垂直方向になるように太陽光追尾センサー取付パイプの頂部に設置して、太陽光の入光口を太陽の日周運動の前方側に向けて歯車型回転円盤に取り付けられて、歯車型回転円盤の回転追尾速度が太陽の日周運動による太陽光の回転移動速度を超える如く速度設定された追尾駆動の制御回路に対して、直達日射ガイドの遮光壁で作られる光と影の光強度変化を受けて該太陽光追尾センサーで生成された間欠追尾のためのオン・オフ信号を付加して、歯車型回転円盤を間欠追尾駆動することで、追尾駆動モーターの追尾駆動エネルギー利用のデユーテイ比率を低減して、運用上での省エネ化を図り効率改善を実現する。
【００１３】
［００１２］項に記載の太陽光追尾センサーに備えられた直達日射ガイドは、入光口の開口角度を地軸の傾き角の２倍に相当する開き角度に設定して、太陽の年周運動で生じる仰角の変化方向に対し、直達日射ガイドの入光口を日周運動の西方位に向けて、歯車型回転円盤に取り付けして、［００１１］項に記載した太陽光パネルの回転駆動機構と一体化された三脚構造の可動脚の調整機構を持たせたことにより、太陽光パネルの傾斜角設定角度を設置場所に応じた緯度に合せて設定作業することによって同時に太陽光追尾センサーの向きを太陽の仰角変化の中間角度である春分・秋分の位置に一括設定が成されるため、夏至から冬至までの太陽の年周運動における仰角変化範囲の直達日射光を太陽光追尾センサー素子が確実に受光可能な設定機構と一体化して成る直達日射ガイドを具備した太陽光追尾センサーにより、仰角方向の太陽光追尾制御機能を有しない場合にも、太陽の年周運動による仰角変化に対する太陽光の直達日射光を確実に受光可能な太陽光追尾センサーを実現し、安定的な太陽光追尾制御を行う。
【実施例】
【００１４】
本考案の実施例を示す図に基づいて詳細に説明する。図１は本考案による本装置の全体像を方位に合わせて設置した場合における北西方向の上部から見た斜視図である。尚、本装置の設置方向は、図１の上部に東・西・南・北の矢印の方向で表示してある。最下部に位置する、Ａ固定脚１４ａとＢ固定脚１４ｂの二本の脚の間に１本の可動脚１６を挟み込み、それらの三本の脚を連結回転軸１７で一体化して組み立てて、脚固定板１５により、Ａ固定脚１４ａとＢ固定脚１４ｂを連結固定して安定化した三脚架台を本装置の基台として利用する。
【００１５】
三脚架台を構成するＡ固定脚１４ａ及びＢ固定脚１４ｂに対して、連結回転軸１７を回転の中心として可動脚１６を動かし、開脚角度を、９０度に開いた状態において、可動脚１６の頂部に水平に成る如く固定台座１３を取り付ける。更に、固定台座１３の上面に固定板３を取り付けて、太陽光パネル２７の回転駆動機構を設置するための固定台座として利用する。この回転駆動機構は、固定板３の上面に取り付けた前方軸受け４と後方軸受け５により、固定板３と平行に支えられた回転軸６の先端に歯車型回転円盤１の回転面を直角に回転軸締結ナット７により固定取り付けし、歯車型回転円盤１の回転面に直角となるように回転台座２の片端を固定して、更に回転台座２のもう片方の端を回転台座支持アーム８によって回転軸６の末端部に固定する形態で一体化して組み立てられている。又、回転軸６に挿入されているねじりばね２６は、ばねの片側を回転軸６に固定し、片方は固定板３に取り付けてあり、太陽光パネルなどの回転負荷の偏芯トルクを補正している。尚、この回転駆動機構は動力伝達部となる追尾駆動モーター１２と減速ギヤーユニット１１と駆動伝達軸１０が連結されて固定板３に取り付けられ、駆動歯車９を介して歯車型回転円盤１に駆動力が伝達される形で構成されている。
【００１６】
また、図１に示す太陽光追尾センサー２８及び明暗光検出センサー２９は、太陽光パネル２７の受光面と直角になるようにして歯車型回転円盤１に取り付けられており、太陽光追尾信号或いは明暗光検出信号を生成して、追尾駆動モーター１２に起動及び停止の信号を送り、太陽光パネル２７と一緒に動くように構成されている。
【００１７】
太陽光追尾センサー２８は、図２に示す如く不透明材料で扇型に成型されて遮光壁に囲われた長円形断面の成型パイプを用い、追尾駆動方向に対して前方側の遮光壁を切断した太陽光の入光口を設けて成る直達日射ガイド１８ｂと、入光口の内側底部に組み込まれた太陽光追尾センサー素子１８と、太陽光追尾センサー取付パイプ１８aおよび太陽光追尾センサー素子信号線保護キャップ３０で構成されている。図２に示す正面図は、太陽光の入光口を太陽の日周運動の前方側に向けて太陽光センサー取付具３４を用いて取り付けた状態を示すものである。また、図２に示す側面図は、歯車型回転円盤１の回転面から見た太陽光追尾センサー２８の形状を示すもので、太陽の日周運動の回転方向に向かって直達日射ガイド１８ｂに、入光口傾斜角度αの傾きをを持たせて取り付けた状態を示すものである。尚、この入光口傾斜角度αは、太陽光パネル２７の受光面に直達日射光が正対したとき、直達日射ガイド１８ｂの入光口の後方にある遮光壁が、入光口から入る直達日射光を遮るように設定されているものである。従って、この入光口から、直達日射光が太陽光追尾センサー素子１８に照射された時、追尾駆動モーター１２への軌道信号が生成されて追尾駆動が開始され、同時に直達日射ガイド１８ｂも回転し、この回転によって直達日射ガイド１８ｂの遮光壁の回転角度が入光口の傾斜角度αを超えたとき、前記の遮光壁の影が太陽光追尾センサー素子１８への直達日射光を遮り、追尾動作を停止する信号を生成する。このセンサー素子１８に与える光と影による交互の動きによってつくり出される間欠追尾制御は本考案の特徴であり、追尾駆動モーター１２による歯車型回転円盤１の回転速度が太陽の日周運動による太陽光の回転移動速度を追い越す形に太陽光追尾センサー２８の回転移動の追尾速度を設定する事により可能となる。
【００１８】
前記した間欠追尾動作について実施例として図３により具体的に説明する。太陽光追尾センサー２８は、前記［００１６］項及び［００１７］項に説明した如く、歯車型回転円盤１に太陽光追尾センサー取付具３４で取り付けられ、駆動歯車９により回転軸６を追尾回転の中心として図３に図示した矢印に示すように追尾回転方向を定めて追尾制御が実施されている。太陽光を間欠追尾するために追尾停止位置３６に示す点に一時停止している太陽光追尾センサー２８に対して一定の時間が経過した後、太陽の日周運動により太陽光が図３に示す、追尾開始太陽光方位３８の位置に移動すると直達日射ガイド１８ｂの入光口から太陽光追尾センサー素子１８に直達日射光が照射され、追尾駆動モーター１２に追尾開始の信号が生成されて追尾駆動が開始され、太陽光追尾センサー２８は入光口傾斜角αの角度だけ回転した時、前記［００１７］項に説明した如く直達日射ガイド１８ｂの入光口の遮光壁により生じる影が太陽光追尾センサー素子１８への入射光を遮るため、太陽光追尾センサー２８から追尾停止の信号が追尾駆動モーター１２に発せられ、太陽光パネル２７と一緒に追尾停止位置３７の点に停止する。尚、この時の太陽光の方位は、追尾停止太陽光方位３９の位置にあり、太陽光追尾センサー素子１８は直達日射ガイド１８ｂの遮光壁の影で直達日射光を遮った位置で停止している状態にある。従って、太陽の日周運動による太陽光の移動角度が入光口傾斜角度αとなる次の追尾開始太陽光方位４０の角度になるまで停止して次の追尾動作開始まで待機する。また、間欠追尾動作を実施する場合の追尾駆動モーター１２による歯車型回転円盤１の回転速度と太陽の日周運動による太陽光の回転速度を入光口傾斜角度αの通過角速度で比較した場合、必ず歯車型回転円盤１の回転角速度が太陽の日周運動による太陽光の方位変化の角速度を超える速度となるように設定されていることが必須条件となる。このような回転速度の設定条件のもとで、直達日射ガイド１８ｂに入光口傾斜角αを持たせることで上記の間欠追尾が可能となる。このように、本考案による間欠追尾動作は、日の出から日の入りまで繰り返されて、日没により太陽光追尾センサー２８は追尾駆動の信号の生成を中断して追尾駆動モーター１２を停止する。尚、日没後の夜間の暗い間に於ける、車両のライトの等の予期しない光による誤動作で駆動機構の破損防止のため、歯車型回転円盤１の過回転防止として、歯車型回転円盤１に取り付けた日の入り側リミットスイッチ用ドグ２３が、固定版３に設置した、日の入り側リミットスイッチ２５を動作させることによる停止信号を受けて追尾駆動モーター１２が停止するように考慮してある。従って、このような誤動作防止の意味からも、本装置の設置場所は道路や駐車場の近くへの設置を避けることが賢明である。
【００１９】
太陽の年周運動によって生じる太陽の仰角変化の最大変化角度が、地球の地軸の傾き角度２３．４度の２倍となる事を考慮し、日周運動の太陽光の動きを検出する太陽光追尾センサー２８は、この仰角の最大変化角度の範囲において直達日射光を確実に捉える機能を持つことが必要となる。従って、太陽光追尾センサー２８が直達日射光を一年中安定的に受光するための手段として、太陽光追尾センサー２８の入光口の角度を仰角の最大角度変化幅に合せて広げる必要がある。本考案では、前記［００１７］項にて記述した直達日射ガイド１８ｂに対し、図４に示す如く、太陽の仰角変化が生じる方向、即ち南中方向に地軸の傾き角度２３．４度に相当する、入光口開口角度βの２倍の扇型形状の入光口を設け、扇の要の位置に太陽光追尾センサー素子１８を設置して、夏至の太陽光方向４１から春分・秋分の太陽光方向４２及び冬至の太陽光方向４３までの太陽の仰角変化範囲に対応した直達日射光を太陽光追尾センサー素子１８が確実に受光できるようにすることで、太陽光の仰角方向の変化が生じても太陽の日周運動に対応した太陽光追尾駆動の制御を安定的に行うことが可能となる。また、本考案による直達日射ガイド１８ｂの入光口の南中方向に向けた傾斜角度の設定は、図１に示す本装置の三脚架台の可動脚１６の調整により、太陽光パネル２７の傾斜角設定角度θを本装置の設置場所における緯度に合致するように設定作業を行うことで、図４に示す太陽の仰角変化幅の中間点となる春分・秋分の太陽光方向４２に直達日射ガイド１８ｂの方向も一括して設定作業を実施できる。
【００２０】
前記［００１６］項に記載した明暗光検出センサー２９は、図１及び図２に示すように、円形断面の明暗光検出センサー取付パイプ１９ａの頂部にはめ込まれた明暗光検出センサー素子１９と明暗光検出センサー素子信号線保護キャップ３１で構成され、直達日射光及び散乱日射光が明暗光検出センサー素子１９の上部及び側面全周方向から明暗光検出センサー素子１９に受光が可能となるように一体化して組み立て、明暗光検出センサー取付具３５により歯車型回転円盤１に取り付けられている。このような形態で本装置に組み込まれた明暗光検出センサー２９の目的機能は、夜の暗さの光強度レベルを明暗光検出センサー素子１９が直接検知し、太陽光追尾動作の終了により日没の位置で停止中の追尾駆動モーター１２に逆転駆動信号を生成して、夜間の暗い間に、太陽光パネル２７の受光面を日の出の位置に逆転移動して戻す追尾駆動モーターの制御信号として利用されるものである。追尾駆動モーター１２の逆転駆動で、歯車型回転円盤１に取り付けてある日の出側リミットスイッチ用ドグ２２が、固定版３に設置してある日の出側リミットスイッチ２４を動作させることによる停止信号を受けて追尾駆動モーター１２が停止し、太陽光パネル２７の受光面を日の出の方向に向けた状態で翌朝の日の出を待って待機する。
【００２１】
太陽光追尾センサー２８及び明暗光検出センサー２９に使用されている太陽光追尾センサー素子１８及び明暗光検出センサー素子１９の２台に適用するセンサー素子は、同一型式のフォトレジスター素子を使用している。図５に示す如く、センサー素子特性曲線４４のように光強度に対応して抵抗値が変化する特性を利用するものである。例えば、太陽光追尾センサー素子１８は、太陽光追尾センサー素子動作点の光強度が（Ｌ２）の場合に太陽光追尾センサー素子動作点の抵抗値が（Ｒ１）となる。又、明暗光検出センサー素子１９は、明暗光検出センサー素動作点の光強度が（Ｌ１）の場合に抵抗値が（Ｒ２）に変化することを示している。この特性を利用した本考案の実施例として、図６に示す太陽光追尾センサー２８及び図７に示す明暗光検出センサー２９の２種類の回路図により、その動きを説明する。尚、図６示す太陽光追尾センサー回路基板２０ａ及び図７に示す明暗光検出センサー回路基板２０ｂは、図１に示す追尾駆動制御ユニット２０に収納され、固定版３に設置してある。
【００２２】
図６に示す太陽光追尾センサー２８の制御回路について説明する。太陽光追尾センサー素子１８は、太陽光追尾センサー２８の直達日射ガイド１８ｂの内部に組み込まれており、太陽光追尾センサー素子正極信号線３２ａと、太陽光追尾センサー素子負極信号線３２ｂが、太陽光追尾センサー回路基板２０ａに引き込まれ、固定抵抗器２８ａと可変抵抗器２８ｂを介してセンサー回路制御電源２１ｃに接続されている。本考案が特徴とする間欠追尾動作を安定して行うために、直達日射ガイド１８ｂを介して太陽光追尾センサー素子１８に照射される直達日射光の受光と遮光による光強度変化で、出力リレーコイル２８ｆのオン・オフ動作が確実に行われるように出力リレー駆動用トランジスター素子２８ｅの入力電圧を可変抵抗器２８ｂで抵抗値を調整する。これは、図５に示す太陽光追尾センサー素子の動作点Ｐ２を間欠追尾におけるオン・オフ動作の閾値として設定するものである。即ち、太陽光追尾センサー素子の動作点Ｐ２を、直達日射光の光強度が超えたとき太陽光追尾センサー２８からの太陽光追尾信号が生成されて、出力リレーコイル２８ｆが励磁され、出力リレー接点２８ｆ１がオンとなり追尾駆動モーター正転リレーコイル２８ｇが励磁されて、追尾駆動モーター１２が追尾を開始し、直達日射ガイド１８ｂの遮光壁の影が太陽光追尾センサー素子１８を覆うことにより、太陽光追尾センサー素子１８の動作点Ｐ２以下に光強度が低下し、太陽光追尾センサー素子１８の抵抗値が増加することで出力リレー駆動用トランジスター素子２８ｅがオフ動作となり、出力リレーコイル２８ｆ及び追尾駆動モーター正転リレーコイル２８ｇの動作がオフとなり追尾動作が停止する。このような形態で間欠追尾動作が行われる。
【００２３】
図７に示す明暗光検出センサー２９の制御回路について説明する。明暗光検出センサー２９の円形断面の明暗光検出センサー取付パイプ１９ａの頂部にはめ込まれており、明暗光検出センサー素子正極信号線３３ａと、明暗光検出センサー素子負極信号線３３ｂが、明暗光検出センサー回路基板２０ｂに引き込まれ、固定抵抗器２９ａと可変抵抗器２９ｂを介してセンサー回路制御電源２１ｃに接続されている。日没になることによって、明暗光検出センサー素子１９に照射される直達日射光および散乱日射光が遮断され光強度低下して、明暗光検出センサー素子１９の抵抗値が増加する。この状態で明暗光検出センサー２９が日没を検出して追尾駆動モーター１２に対して逆転信号出力を確実に生成するために、出力リレー駆動用トランジスター素子２９ｅの入力電圧を可変抵抗器２９ｂで抵抗値を調整する。これは、図５に示す太陽光追尾センサー素子の動作点Ｐ１を明暗光検出センサー素子１９のオン・オフ動作の閾値として設定するものである。即ち、日没後の光強度が低下し、明暗光検出センサー素子１９の動作点Ｐ１の抵抗値Ｒ２が増加した時、明暗光検出センサー２９からの追尾駆動モーター１２への逆転信号が生成されて、出力リレーコイル２９ｆが励磁され、出力リレー接点２９ｆ１がオンとなり追尾駆動モーター逆転リレーコイル２９ｇが励磁されて、追尾駆動モーター１２が逆転動作を開始し、歯車型回転円盤１に取り付けられた日の出側リミットスイッチ用ドグ２２が、固定版３に設置してある日の出側リミットスイッチ２４を動作させることによる停止信号を受けて追尾駆動モーター１２が停止し、太陽光パネル２７の受光面を日の出の方向に向けた状態で翌朝の日の出を待って待機する。
【００２４】
前記［００１６］項に記述した太陽光追尾センサー２８により、日の出から日の入までの昼間に直達日射光を検出して、前記［００１７］及び［００１８］項に記述した、間欠追尾による追尾駆動を実施して、日没により太陽光追尾センサー２８の追尾停止信号の生成によりその日の追尾動作は終了となる。従って、連日の継続した太陽の日周運動に対応して、太陽光追尾制御を行うために、翌朝の追尾動作開始の位置に太陽光パネルと太陽光追尾センサーを戻すことが必要となる。本考案では、この対応手段として、太陽光追尾センサー２８による日没での動作終了の後の夜間の暗さの光強度レベルを検出するための、明暗光検出センサー２９を設けてある。この明暗光検出センサー２９が検出した暗さ条件で生成される駆動信号で、日没の位置で停止している追尾駆動モーター１２を逆転駆動して、太陽光パネルの受光面を日の出の位置に回転移動して戻し、あらかじめ配置された日の出側リミットスイッチ２４の停止信号を受けて追尾駆動モーター１２は、自動的に停止し、日の出の太陽光を待ち、翌朝の太陽光追尾開始の待機状態となる。尚、本装置は太陽光追尾センサー２８と明暗光検出センサー２９の２組のセンサーにより、連日の自動追尾制御を実施することを基本としているが、緊急に停止したい場合や調整のために追尾駆動のモータを動かしたい場合などは、図６と図７に示す追尾駆動モーター正転手動・停止・自動の切り替えスイッチ２８ｈ或いは、追尾駆動モーター逆転手動・停止・自動の切り替えスイッチ２９ｈを使用して追尾駆動モータ正転寸動スイッチ２８ｊ或いは追尾駆動モータ逆転寸動スイッチ２９ｊを使用して、手動の操作が可能である。但し、自動及び手動のいずれの場合も、回転駆動機構の駆動範を制限する日の出側リミットスイッチ２４或いは、日の入側リミットスイッチ２５により追尾駆動モーター１２を停止するように歯車型回転円盤１の回転範囲に制限を設けてある。
【００２５】
実施例では、太陽光の仰角変化に対応した太陽光追尾機構を具備しないため、本装置を設置する場合にはその場所の緯度を加味して太陽光パネル２７の傾斜角を本装置の設置時に手動で設定する必要がある。そのため本考案では、三脚架台の可動脚１６を図１に示す本装置の設置方向において、三脚連結軸１７を回転の中心として南北方向に動かして、回転台座２の回転軸６の中心線を基準とした太陽光パネル２７に対して、傾斜角水平位置６ａから回転台座２の傾斜角設定位置６ｂを傾斜角の目標値として太陽光パネルの傾斜角設定角度θを簡易な手段で固定設定することができる機構が具備されている。
【００２６】
本考案による太陽光追尾センサー２８の頂部に取り付けた直達日射ガイド１８ｂの入光口を扇型形状にすることで、太陽の仰角変化に対応して変化する直達日射光を太陽光追尾センサー２８に確実に導く手段として効果が大きく、仰角方向への追尾動作を省略する形態での自動追尾制御でにおいて直達日射ガイド１８ｂの使用は必須条件となる。また、直達日射ガイド１８ｂの入光口の仰角方向に向ける傾斜角度の設定は、太陽光パネル２７の傾斜角を設置場所の緯度に合せる設定作業と一括した設定が可能となるため、この場合も前記した三脚架台の可動脚１６を有効に利用できる。
【００２７】
北半球の緯度の中間に位置する日本国の場合など、四季の変化による太陽光の仰角変化に対応して、年間の季節の切れ目に三脚架台の可動脚１６を有効に利用して仰角の調整を実施することにより、季節を限定した太陽光発電量の効率を改善することも可能であり、三脚構造の可動脚１６と回転駆動機構が一体化した本考案の仰角の調整機構は、仰角方向の太陽光追尾機構を具備しない場合に於いても簡易な手法で発電量の効率向上手段として利用でき運用上での効果も大きい。
【００２８】
本考案では、外部電源を必要とせず自己の発電および蓄電の電力により自動追尾駆動のエネルギーを賄う形態で利用を可能とするため、図８で示すように発電及び蓄電と制御及び駆動電源で構成されている。太陽光エネルギーを太陽光パネル２７で電気エネルギーに変換されて、発電電力として太陽光充電放電制御器２１ａに取り込まれ、バッテリ−２１ｂに送られて蓄電される。又、バッテリ−２１ｂに蓄電された電力は太陽光充電放電制御器２１ａの出力回路を経由して、センサー回路制御電源２１ｃ及び追尾駆動電源２１ｄに送られる。又、バッテリーに蓄電された電力は、負荷コンセント２１ｅに接続されていて必要な時に負荷電源として利用が可能である。センサー回路制御電源２１ｃは、太陽光追尾センサー回路基板２０ａ及び明暗光検出センサー回路基板２０ｂに接続されてそれらの制御電源として使われる。又、追尾駆動電源２１ｄは、出力を追尾駆動モーター１２が必要とする追尾回転速度に対応する電源電圧に調整されて、追尾駆動モーター１２の回転切り替え回路を経由して、太陽光追尾センサー回路基板２０ａからの回転方向条件のインターロックとなる出力リレー接点２８ｇ１或いは、明暗光検出センサー回路基板２０ｂからの回転方向条件のインターロックとなる出力リレー接点２９ｇ１の条件信号を付加して追尾駆動モーター１２に送られる。このように、本考案では追尾駆動及び制御で消費されるエネルギーは、外部からの電源を一切使わずに運用を可能としている。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本考案は太陽光のエネルギーを電気エネルギーとして効率よく変換できるため、小容量であっても蓄電して利用することで用途を広げることが可能である。また、小型軽量で取り扱いも簡単であり、突然の自然災害による長期の停電も多い災害地域への移動型の非常電源としての利用は生活不安の解消に効果的な技術である。また、登山やキャンプなど無電化の地域における携帯情報機器等のの電池切れの対策にも活用できる装置である。
【符号の説明】
【００３０】
１      歯車型回転円盤  
２      回転台座
３      固定板
４      前方軸受け
５      後方軸受け
６      回転軸
６ａ    傾斜角水平位置
６ｂ    傾斜角設定位置
７      回転軸締結ナット  
８      回転台座支持アーム
９      駆動歯車
１０      駆動伝達軸
１１      減速ギヤーユニット
１２      追尾駆動モーター
１３      固定台座
１４ａ    Ａ固定脚
１４ｂ    Ｂ固定脚
１５      脚固定板
１６      可動脚
１７      三脚連結回転軸
１８      太陽光追尾センサー素子
１８ａ    太陽光追尾センサー取付パイプ
１８ｂ    直達日射ガイド
１９      明暗光検出センサー素子
１９a     明暗光検出センサー取付パイプ
２０      追尾駆動制御ユニット
２０ａ    太陽光追尾センサー回路基板
２０ｂ    明暗光検出センサー回路基板          
２１      発電蓄電電源ユニット
２１ａ    太陽光充電放電制御器
２１ｂ    バッテリー
２１ｃ    センサー回路制御電源
２１ｄ    追尾駆動電源
２１ｅ    負荷コンセント  
２２      日の出側リミットスイッチ用ドグ
２３      日の入り側リミットスイッチ用ドグ
２４      日の出側リミットスイッチ
２５      日の入り側リミットスイッチ
２６      ねじりばね  
２７      太陽光パネル
２８      太陽光追尾センサー
２８ａ    固定抵抗器 
２８ｂ    可変抵抗器
２８ｃ    動作表示発光ダイオード
２８ｄ    動作表示発光ダイオード直列抵抗器  
２８ｅ    出力リレー駆動用トランジスター素子
２８ｆ    出力リレーコイル
２８ｇ    追尾駆動モーター正転リレーコイル
２８ｇ1   出力リレー接点
２８ｈ    追尾駆動モーター正転自動・停止・手動切り替えスイッチ
２８j    追尾駆動モーター正転寸動スイッチ
２８ｆ１  出力リレー接点
２９      明暗光検出センサー
２９ａ    固定抵抗器
２９ｂ    可変抵抗器
２９ｃ    動作表示発光ダイオード
２９ｄ    動作表示発光ダイオード直列抵抗器
２９ｅ    出力リレー駆動用トランジスター素子
２９ｆ     出力リレー
２９ｆ１   出力リレー接点
２９ｇ    追尾駆動モーター逆転リレーコイル
２９ｇ１   出力リレー接点
２９ｈ    追尾駆動モーター逆転自動・停止・手動切り替えスイッチ
２９j    追尾駆動モーター逆転寸動スイッチ
３０      太陽光追尾センサー素子信号線保護キャップ
３１      明暗光検出センサー素子信号線保護キャップ
３２ａ    太陽光追尾センサー素子正極信号線
３２ｂ    太陽光追尾センサー素子負極信号線
３３ａ    明暗光検出センサー素子正極信号線
３３ｂ    明暗光検出センサー素子負極信号線
３４      太陽光追尾センサー取付具
３５      明暗光検出センサー取付具
３６      太陽光追尾駆動停止位置
３７      太陽光追尾駆動停止位置
３８      追尾開始太陽光方位
３９      追尾停止太陽光方位
４０      追尾開始太陽光方位  
４１      夏至の太陽光方向
４２      春分・秋分の太陽光方向
４３      冬至の太陽光方向
４４      センサー素子特性曲線
α        入光口傾斜角度
β        入光口開口角度
θ        太陽光パネルの傾斜角設定角度
Ｌ１      明暗光検出センサー素子動作点の光強度
Ｌ２      太陽光追尾センサー素子動作点の光強度
Ｐ１      明暗光検出センサー素子の動作点
Ｐ２      太陽光追尾センサー素子の動作点
Ｒ１      太陽光追尾センサー素子動作点の抵抗値
Ｒ２      明暗光検出センサー素子動作点の抵抗値
【図１】
0003231220.tif 000003
【図２】
0003231220.tif 000004
【図３】
0003231220.tif 000005
【図４】
0003231220.tif 000006
【図５】
0003231220.tif 000007
【図６】
0003231220.tif 000008
【図７】
0003231220.tif 000009
【図８】
0003231220.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月5日(2021.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記太陽光追尾センサーは、不透明材料で扇型に成型した遮光壁に囲われた長円形断面形状を有する成型パイプを前記遮光壁の扇の要の位置から扇面に向かって傾斜角度をつけ、前記遮光壁を斜めに切断して直達日射光の入光口を設けた直達日射ガイドと、前記入光口の内側底部に組み込まれた太陽光追尾センサー素子と、前記直達日射ガイドの扇の要を下方に向けて、前記入光口の切断面が前記太陽光パネルの受光面に対して垂直方向になるように前記直達日射ガイドをその頂部に設置する太陽光追尾センサー取付パイプを具備し、太陽光の前記入光口を太陽の日周運動の前方側に向けて前記歯車型回転円盤に取り付けられて、前記歯車型回転円盤の回転追尾速度が太陽の日周運動による太陽光の回転移動速度を超えるように速度設定された追尾駆動の制御回路を備え、前記直達日射ガイドの前記遮光壁で作られる光と影の光強度変化を前記太陽光追尾センサー素子が受けて前記太陽光追尾センサーで生成された間欠追尾のためのオン・オフ信号を受信して前記歯車型回転円盤を間欠追尾制御する追尾駆動制御ユニットを備えたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光パネルの回転駆動機構。
【手続補正２】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記太陽光追尾センサーに備えられた前記直達日射ガイドは、前記入光口となる扇面の開口角度を地軸の傾き角の２倍に相当する開き角度に設定して、太陽の年周運動で生じる仰角の変化方向に対し、前記直達日射ガイドの前記入光口を日周運動の西方位に向けて、前記歯車型回転円盤に取り付けして、前記太陽光パネルの前記回転駆動機構と一体化された三脚構造の可動脚の調整機構を持たせたことにより、前記太陽光パネルの傾斜角設定角度を設置場所に応じた緯度に合せて設定作業することによって同時に前記太陽光追尾センサーの向きを太陽の仰角変化の中間角度である春分・秋分の位置に一括設定が成されて、夏至から冬至までの太陽の年周運動における仰角変化範囲の直達日射光を前記太陽光追尾センサー素子が確実に受光可能な前記回転駆動機構と一体化して成る前記直達日射ガイドを備えたことを特徴とする請求項２に記載の太陽光パネルの回転駆動機構。