(57)【要約】【課題】新規構成の太陽光発電装置を定供する。【解決手段】基台２と、周方向へ回転可能なソーラパネル１０と、を備える太陽光発電装置１であって、ソーラパネル１０は基台２に接触するフォロア部１１を備え、該フォロア部１１の下端部が前記基台２へ接触した状態でソーラパネル１０は回転する。【選択図】  図１
2011066218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
周方向へ回転可能なソーラパネルと、を備える太陽光発電装置であって、
前記ソーラパネルは前記基台に接触するフォロア部を備え、該フォロア部の下端部が前記基台へ接触した状態で前記ソーラパネルは回転する、ことを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
前記ソーラパネルには方位方向追尾の支持部が取り付けられて、該支持部の取り付け位置を中心にして前記該ソーラパネルは回転する、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
前記支持部の一端は前記基台へ回転可能に取り付けられ、該支持部の他端側は前記ソーラパネルへその中心から外れた位置に取り付けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
前記支持部が前記ソーラパネルに回転力を付与する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
前記ソーラパネルの周縁部が前記フォロア部となる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽光発電装置。
【請求項６】
前記ソーラパネルの周縁部において前記基台と接触する領域に耐摩耗性の補強部が形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電装置。
【請求項７】
前記ソーラパネルは円板形若しくは楕円板形である、ことを特徴とする請求項６の太陽光発電装置。
【請求項８】
太陽光発電装置に用いられるソーラパネルであって、その周縁部に耐摩耗性の補強部が形成されている、ことを特徴とするソーラパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は太陽光発電装置およびそれに用いられるソーラパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
エコロジーの要請から太陽光発電が注目されている。太陽光発電装置は光電変換デバイスを配列したソーラパネルを備える。発電効率を向上するために、ソーラパネルが常に太陽へ対向するようその向きを調整する太陽光追尾機構を備えることが好ましい。
【０００３】
太陽光追尾機構には一軸追尾型と二軸追尾型とがあり、前者ではソーラパネルの方位（東−南−西）が調整され、後者では方位に加えて仰角（太陽の高度に対応）も調整される（特許文献１、２参照）。いずれのタイプにおいてもソーラパネルは支持部（回転軸）に支えられて、その全周が地面若しくはその基台から浮き上がった状態で使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５８３５７号公報
【特許文献２】特開２００７−１９３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
風雨にさらされる太陽光発電装置には高い機械強度及び耐久性が要求される。特に、太陽を追尾するようにソーラパネルを回転させる支持部には機械的なストレスがかかるので、その構造、材質に高い品質が要求されることとなる。
二軸追尾型になると、更に機構が複雑となるので、太陽光発電装置の製造コストを引き上げる大きな要因となっていた。また、メンテナンスフリーや長寿命化を図る上でのマイナス要因にもなっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その第1の局面は次のように規定される。即ち、
基台と、
周方向へ回転可能なソーラパネルと、を備える太陽光発電装置であって、
前記ソーラパネルは前記基台に接触するフォロア部を備え、該フォロア部の下端部が前記基台へ接触した状態で前記ソーラパネルは回転する、ことを特徴とする太陽光発電装置。
【０００７】
このように規定される第1の局面に規定の太陽光発電装置によればソーラパネルのフォロア部の一部（下端部）が基台へ接触しているので、ソーラパネルは支持部（回転軸）と当該基台とで支えられることとなる。そのため、支持部にかかる負担が軽減されるので、支持部の小型化及びその構造の簡素化が可能となる。よって、支持部の製造コストが低減され、またそのメンテナンスにも手間がかからなくなる。
【０００８】
この発明の第2の局面は次のように規定される。即ち、第1の局面の太陽光発電装置において、前記ソーラパネルには方位方向追尾の支持部が取り付けられて、該支持部の取り付け位置を中心にして前記ソーラパネルは回転する。
このように規定される太陽光発電装置によれば、支持部の取り付け位置を中心にしてソーラパネルを回転させるので、支持部が回転力付与装置としても機能する。よって、装置の簡素化を実現できる。
【０００９】
この発明の第3の局面は次のように規定される。即ち、第２の局面の太陽光発電装置において、前記支持部の一端は前記基台へ回転可能に取り付けられ、該支持部の他端は前記ソーラパネルへその中心から外れた位置に取り付けられている。
このように構成される第3の局面の太陽光発電装置によれば、支持部はその一端（基台取り付け端）を中心に他端（ソーラパネル取り付け端）が太陽に追従して揺動する。この他端の取り付け位置がソーラパネルの回転中心となる。他端の取り付け位置はソーラパネルの中心から偏心している。このようにソーラパネルの回転中心が中心位置からはずれていると、ソーラパネルにおいて基台に接触する周縁部から当該回転中心までの距離Ｌが回転に伴い変化する。支持部の長さＦ（基台へ取り付けられる一端とソーラパネルへ取り付けられる他端との距離）が一定であっても、当該距離Ｌの変化に伴い、ソーラパネルの仰角が変化する（図１、２、５参照、実施形態の欄で詳述する）。
【００１０】
この発明の第４の局面は次のように規定される。即ち、
第２又は第３の局面に規定の太陽光発電装置において、支持部が前記ソーラパネルに回転力を付与する。支持部と回転力付与部材との部品の共通化が図れるので、太陽光発電装置を簡素化できる。
【００１１】
この発明の第５の局面は次のように規定される。即ち、
第１〜４の局面に規定の太陽光発電装置において、前記ソーラパネルの周縁部が前記フォロア部となる。
ソーラパネルの周縁部をフォロア部とすることにより、ソーラパネルの最下端部が基台で支えられることとなり、ソーラパネルの支持が安定する。
【００１２】
周縁部をフォロア部として用いるときは、周縁部において前記基台と接触する領域に耐摩耗性の補強部を形成することが好ましい（第６の局面）。
これにより、ソーラパネルを回転させてもその周縁部は補強部により補強されているので、摩耗しがたくなり、その寿命が延びる。もって、メンテナンスフリーの要請に対応できることとなる。
ソーラパネルの回転に円滑性を担保する見地から、ソーラパネルは円板形若しくは楕円板形とすることが好ましい（第７の局面）。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はこの発明の実施の形態の太陽光発電装置１を示す斜視図である。
【図２】図２は太陽光発電装置１の姿勢を示す図であり、図２（Ａ）はソーラパネルが南向きのとき、図２（Ｂ）は東向きのとき、図２（Ｃ）は西向きのときをそれぞれ示す。
【図３】図３は支持棒２１とソーラパネル１０との結合構造の一例を示す断面図である。
【図４】図４は基台２とソーラパネル１０の周縁部との接触態様を示す模式図である。
【図５】図５はソーラパネル１０の仰角の変化を説明するための模式図である。
【図６】図６は実施の形態の太陽光発電装置１の発電効率を示すグラフである。
【図７】図７はソーラパネル１０を回転させる態様を示す模式図である。
【図８】図８は他の実施の形態の太陽光発電装置を示す側面図である。
【図９】図９は他の実施の形態の太陽光発電装置を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明を実施の形態に基づき更に詳細に説明する。
図１は実施の形態の太陽光発電装置１の動作を説明する斜視図であり、図２は同じく正面図及び側面図を示し、図２（Ａ）は太陽光発電装置１が南向きのときの正面図及び右側面図であり、図２（Ｂ）は同じく東向きのときの正面図及び右側面図であり、図２（Ｃ）は同じく西向きの時の正面図及び右側面図を示す。
これらの図から明らかなとおり、太陽光発電装置１は基台２、ソーラパネル１０及び支持部２０を備える。
【００１５】
基台２はソーラパネル１０や支持部２０を支える基板である。この例では基台表面上を円形のソーラパネル１０が転がるので、当該基台板表面は平坦に形成されている。また、ソーラパネル１０の回転抵抗を低減し、かつ表面の摩耗を抑制する見地から、基台２の表面は補強層３で補強されることが好ましい（図４参照）。補強層３は耐候性かつ耐摩耗性に優れた金属材料、合成樹脂材料、無機材料で形成することができる。
ソーラパネル１０の回転を支えることができれば、基台２の形状は任意に設計できる。図例では矩形平板形状の基台２を採用しているが、円形、四角以外の多角形とすることができる。また、基台２の表面も平坦に限定されるものではなく、ソーラパネルの回転を阻害しない範囲で凹凸を設けることができる。
基台２は、ソーラパネル１０を支える部分と、支持部２０を支える部分とが分離していてもよい。
また、基台２には高さ調整とその水平性を担保するために、長さ調整可能な脚部を３本以上備えることが好ましい。
【００１６】
ソーラパネル１０には光電変換素子、いわゆる太陽光発電素子が配列されている。なお、太陽光発電素子には任意のタイプを利用することでき、この図面では各太陽光発電素子が発電した電気を集約する装置及びその電気を送電若しくは蓄電する装置は省略してある。
この実施例では、ソーラパネル１０には凹部（ここでは複数の貫通孔１３）が設けられている。この貫通孔１３はソーラパネル１０の中心からは偏芯しており、中心から外周へ延びる仮想半径線上に同一ピッチで形成されている。貫通孔１３には支持部２０の支持棒２１が貫通される。なお、貫通孔１３の形成位置は、同一ピッチで形成されているものに限られない。
また、凹部の例として貫通孔１３を連通させてスリット状にすることもできる。また、凹部の例として、図３に示すように、ソーラパネル１０の太陽光発電素子を配列させていない側に有底の溝１３０を設けた形態であっても良い。この溝１３０は、中心から外周側へ延びて、この溝１３０に支持棒２１の先端が嵌合する。溝形状の場合、設置場所や時期等に最適な支持棒２１の位置を任意に設定することができる。また、支持棒２１が可動可能な場合でも、支持棒２１が溝１３０に嵌っているので、構造の簡素化を実現しながら安定性が高い。支持棒２１の嵌合位置をより安定させるため、溝１３０の底部へ更に有底の穴１３１を設け、この穴１３１へ支持棒２１の先端を嵌合させる構成を採ることができる。
【００１７】
この実施例では、ソーラパネル１０の周縁部には補強部１１が取り付けられている（図４参照）。この補強部１１は耐候性かつ耐摩耗性に優れた金属材料、合成樹脂材料、無機材料で形成することができる。また、この補強部１１に充分な重さを確保することにより、例えばその比重をソーラパネル１０本体部の比重より大きくすることにより、ソーラパネル１０の浮き上がりを防止し易い。
ソーラパネル１０がその周縁部を基台２の表面へ接触させて回転する場合、回転抵抗を低減する見地から、円板形若しくは楕円板形とすることが好ましい。勿論回転可能であれば、多角形とすることを制限するものではない。周縁部形状によっても仰角を制御することができる。円板形や楕円板形は、回転の円滑性に優れるため、支持部２０等への機械的ストレスがかかるのを抑制し易い。
【００１８】
支持部２０は支持棒２１とユニバーサルジョイント２３等の回転機構とを備える。貫通孔１３を設けた場合、支持棒２１はソーラパネル１０の任意の貫通孔１３へ挿通され、所定の位置で固定される。固定の方法は特に限定されるものではないが、例えば支持棒２１の周面にねじ溝を形成し、一対のナットを支持棒２１へ螺合してこのナットでソーラパネル１０を挟む。
挿通する貫通孔１３を選択し、また、貫通孔１３へ通した支持棒２１の有効部２１ｖの長さを選択することにより、ソーラパネル１０の仰角αを設定することができる。
この場合、支持棒２１を伸縮可能なものにすることが好ましい。支持棒２１の長さを短くした状態のとき、ソーラパネル１０を設置場所に対して水平にし易い。また、支持棒２１の先端を凹部１３から外して、ソーラパネル１０を設置場所に対して水平にする形態であっても良い。いずれの状態においても、支持棒２１がソーラパネル１０から突出していない形態が、設置上望ましい。
本実施例では、支持棒２１の下端部はユニバーサルジョイント２３に固定される。これにより、支持棒２１はユニバーサルジョイント２３を中心に３６０度任意の角度をとることができる。ユニバーサルジョイント２３は基台２の中心に配設されている。基台２に対するユニバーサルジョイント２３の配設位置は任意に選択できる。
ユニバーサルジョイント２３は、回転力付与手段としてのモータ３０の回転軸へ連結される。これにより、モータ３０の回転力が支持棒２１へ伝達され、支持棒２１の回転に伴いソーラパネル１０が回転することとなる。ソーラパネル１０を回転させることができれば、基台２、ソーラパネル１０、支持棒２１等、モータ３０の配設位置は任意に選択できる。
【００１９】
ソーラパネル１０の回転に伴うソーラパネル１０の仰角αの変化について図１，図２，図５に基づいて説明する。
まず、太陽が南中のときのソーラパネル１０の姿勢を図２（Ａ）に示す。そのときの仰角をα１とする。また、支持棒２１はソーラパネル１０へほぼ直交して固定されておりその角度は実質的に変化しない。また、ここでは、支持棒２１において貫通孔１３での固定部分（他端）とユニバーサルジョイント２３へ連結された下端（一端）まで（この部分を「有効部２１ｖ」という。この明細書で同じ）との距離Ｆは固定である。
図２（Ａ）の状態から、支持棒２１を図１で時計回り方向に回転させると、ソーラパネル１０は太陽の方位を追尾するように西側へ移動する。真西を向いた状態を図１に仮想線で、また図２（Ｃ）に正面図及び側面図で示した。図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）では、南側から北側に見る方向を正面とし、東側から西側に見る方向を側面とした。
図から明らかなように、支持棒２１の有効部２１ｖの長さＦが一定であり、かつ支持棒２１とソーラパネル１０の角度が一定であるとき、支持棒２１とソーラパネル１０の連結部分１４（貫通孔１３）からソーラパネル１０の周縁部までの距離Ｌはソーラパネル１０の回転に伴い変化する。当該距離Ｌ（南向き時：Ｌ１、西向き時及び東向き時：Ｌ２）、支持棒２１の有効部２１ｖの長さＦ及び仰角αの関係を図５に模式的にまとめてある。
【００２０】
ソーラパネル１０が南向きのとき、支持棒２１とソーラパネル１０との連結部分１４（貫通孔１３）からソーラパネル１０の周縁部までの距離Ｌを最長としておけば、即ち、支持棒２１とソーラパネル１０との連結部分１４（貫通孔１３）を最も高い位置に設定しておけば、図１，図２及び図５から、ソーラパネル１０が西向きになったとき、ソーラパネル１０が立ち上がり、その仰角が大きくなることがわかる。
同様な条件でソーラパネル１０が東向きになったときも（図２（Ｂ）参照）、その仰角が大きくなる。
【００２１】
ソーラパネル１０が南向きのときの仰角を太陽南中高度に合わせ、ソーラパネル１０に対する太陽光の入射角度を実質的に垂直状態としても、その後、回転しながら立ち上がるソーラパネル１０への入射角度が垂直状態にならない場合もあり得る。しかしながら、ソーラパネル１０の仰角が全方位において一定の場合（一軸追尾）に比べて発電効率が向上することは明らかである。
【００２２】
図１に示した実施の形態の太陽光発電装置１（実線）及び比較例（一軸追尾：破線、平板固定：点線）での発電効率の結果を図６に示す。
図６は、太陽の方位角度（横軸）と発電効率（縦軸）との関係を示す。なお、太陽光発電装置１はソーラパネル１０を太陽に追尾させ、ソーラパネル１０の方位角度は太陽の方位角度と一致しているものとする。方位角度０が南向き、マイナスが東方を、プラスが西方をそれぞれ示し、太陽の高度及び方位は日本中部地区の春分の日を例にとっている。発電効率は、南中高度にある太陽に対しソーラパネルが南向き、仰角３０°のときの発電電力量を発電効率１００％としている。
【００２３】
また、シミュレーションで使用した太陽光発電装置のスペックは次の通りである。ソーラパネル１０が南向きのときの仰角αを３０°とし、そのときのユニバーサルジョイント２３からソーラパネル１０の周縁と基台２の接点までの距離は８ｍ、支持棒２１の有効部２１ｖの長さＦは４ｍ、連結部分１４からソーラパネル１０の周縁と基台２との接点までの距離Ｌは７ｍとした。
なお、ソーラパネル１０を南向き、仰角３０度に固定したときの発電効率、及びソーラパネルの仰角を３０度に固定してその方位は太陽に追尾させたときの発電効率も図６に示してある。図６において前者（点線）は「平板固定」、後者（破線）は「一軸追尾」を示している。
【００２４】
勿論、ソーラパネルを常に太陽に直面（垂直に対面することをいう）させることが好ましく、そのためには、例えば支持棒２１の有効部２１ｖの長さを変化させる、及び／又はソーラパネル１０に対する支持棒２１の取り付け位置を半径方向に偏移させる等の方策をとることができる。
更には、基台２の表面に傾斜を設けて、ソーラパネル１０の周縁部の高さを変化させ、もってソーラパネルが太陽に直面するように調整することができる。
基台２に脚部を設けた場合、それで基台２の傾きを可変させる構成としても良い。
【００２５】
上記の例では、ソーラパネル１０を回転させるためにモータ３０を配備し、モータ３０の回転駆動力をユニバーサルジョイント２３、支持棒２１、ソーラパネル１０と伝達してきた。
ソーラパネル１０を回転させる他の方策として、図７に示すように、ソーラパネル１０の周縁部にＮ、Ｓの固定磁石、対向する基台２側に可動磁石を配置させる。これによりリニアモータが構成される。
【００２６】
以上の例において、基台２の表面に凹凸を設け、また傾斜部を設けることにより、当該表面を回転するソーラパネル１０の仰角を調整できることがわかる。即ち、基台２をカムとし、ソーラパネル１０の周縁部をフォロア部とするカム構造が形成されている。
図８に示すように、ソーラパネル１０の裏面に膨出部１７を設け、この膨出部１７を基台２の表面へ当接させ、この膨出部１７をフォロア部とすることもできる。これにより、ソーラパネル１０の周縁部は基台２へ接触しなくなる。
他方、図９に示すように基台２の表面へ膨出部１８を設け、この膨出部１８の正面へソーラパネル１０の下面を接触させることにより、ソーラパネル１０の周縁部を基台２から離隔させることができる。
勿論、ソーラパネル１０の裏面に膨出部１７を設け、かつ基台２の表面へ膨出部１８を設け、両者を接触させることにより、ソーラパネル１０の周縁部を基台２から離隔させることがでる。
ソーラパネル１０の周縁部を基台２から離隔させることにより、周縁補強部１１が不要になる。そのため、周縁部の可及的近傍まで光電変換素子を配置可能となる。また、ソーラパネル形状を任意に設計できる。
また、本実施例では、図示しない追尾制御部によって、ソーラパネル１０を太陽位置に対して最適な位置となるように追尾させている。追尾制御部は、光電センサ等のセンサ制御やプログラム制御によってソーラパネル１０の回転量を調整する形態が好ましい。
【００２７】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
【符号の説明】
【００２８】
１  太陽光発電装置
２  基台
１０  ソーラパネル
１１  補強部
１３  貫通孔
２０  支持部
２１  支持棒
２３  ユニバーサルジョイント
３０  モータ
【図１】
2011066218.tif 000003
【図２】
2011066218.tif 000004
【図３】
2011066218.tif 000005
【図４】
2011066218.tif 000006
【図５】
2011066218.tif 000007
【図６】
2011066218.tif 000008
【図７】
2011066218.tif 000009
【図８】
2011066218.tif 000010
【図９】
2011066218.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月4日(2010.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
周方向へ回転可能なソーラパネルと、を備える太陽光発電装置であって、
前記ソーラパネルは前記基台に接触するフォロア部を備え、該フォロア部の下端部が前記基台へ接触した状態で前記ソーラパネルは回転する、ことを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
前記ソーラパネルには方位方向追尾の支持部が取り付けられて、該支持部の取り付け位置を中心にして前記該ソーラパネルは回転する、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
前記支持部の一端は前記基台へ回転可能に取り付けられ、該支持部の他端側は前記ソーラパネルへその中心から外れた位置に取り付けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
前記支持部が前記ソーラパネルに回転力を付与する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
前記ソーラパネルの周縁部が前記フォロア部となる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽光発電装置。
【請求項６】
前記ソーラパネルの周縁部において前記基台と接触する領域に耐摩耗性の補強部が形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電装置。
【請求項７】
前記ソーラパネルは円板形若しくは楕円板形である、ことを特徴とする請求項６の太陽光発電装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の太陽光発電装置に用いられるソーラパネルであって、その周縁部に耐摩耗性の補強部が形成されている、ことを特徴とするソーラパネル。