(57)【要約】【課題】  太陽光発電装置において、朝や夕方など太陽光の高度が低い場合、発電面に対して斜め方向から太陽光が入射するために発電効率が低下する。そのためパネル自体を太陽に向ける構成が考えられるが、その場合は装置が大掛かりになる。【解決手段】  両面で発電可能な長方形状の発電手段を、その1軸にて回転駆動可能となるように配置する。複数の発電手段を回動機構により駆動させることにより、太陽の高度が低い場合でも発電面が太陽光に対して垂直に近い角度から入射することにより、全体としての発電効率を高く維持することが可能となる。【選択図】  図３
2011108703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電装置であって、
長方形状に形成された、複数の発電手段と、
前記発電手段の長辺に平行な軸を中心軸とし、前記発電手段を回動可能に支持する基材部と、
前記基材部に回動可能に支持された前記複数の発電手段を回動させる回動機構と、
前記回動機構に駆動力を与える駆動手段と、を備え、
前記発電手段は、当該発電手段のどちらの主面から太陽光を照射されても発電可能に形成されており、
前記駆動手段は、太陽光の照射する角度に応じて、前記回動機構を駆動して前記発電手段を前記軸を中心として回動させることを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光発電装置において、
前記発電手段を回動させる軸は、略南北方向に沿って配置されていることを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の太陽光発電装置において、
前記発電手段は、長方形状に形成された発電基材と、
前記発電基材の両主面に複数配置された単位発電手段と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の太陽光発電装置において、
前記発電手段は、長方形状に形成された光透過性の発電基材と、
前記発電基材の表面または内部に複数配置され、その両主面にて発電可能な単位発電手段と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽光発電装置において、
前記回動機構は、回転駆動力を発生するモータと、
前記モータに連結されて回転駆動される短軸部材と、
前記短軸部材と前記複数の発電手段に連結され、前記短軸部材の回転駆動を前記発電手段に伝える長軸部材と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽光発電装置において、
前記回動機構は、回転駆動力を発生するモータと、
前記モータに連結されて回転駆動される第１歯車と、
前記第１歯車の回転駆動を直進運動に変換するラックと、
前記ラックの直進運動を、回転運動に変換する第２歯車と、を備え、
前記第２歯車の回転運動を前記発電手段に伝達することにより、前記発電手段を回動させることを特徴とする太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を受けることで発電を行う太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、太陽光を受けることで発電を行う太陽光発電装置に関して様々な開発がなされている。
そして、太陽光発電においては、パネルに照射する太陽光の角度によって発電効率が大きく変動することも知られている。そのため、太陽光発電パネルを太陽の動きに追従させる技術も種々の開発がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、太陽電池アレイ（パネル）全体を電動ジャッキを用いて押し引きする事により、太陽に向けて追尾させる追尾型太陽光発電装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７ − ２５８３５７ 号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、太陽光発電装置の出力を向上させるためには、パネル自体を大型化する必要がある。そのため、大型のパネルを太陽に向けて追尾させるためには、追尾装置自体も大型化することとなり、また、そのためのエネルギー消費も大きなものとなる。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、簡便な構成によって太陽光パネルの発電効率を向上することが可能であり、またパネルの大型化にも対応可能となる太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、太陽光発電装置であって、長方形状に形成された、複数の発電手段と、前記発電手段の長辺に平行な軸を中心軸とし、前記発電手段を回動可能に支持する基材部と、前記基材部に回動可能に支持された前記複数の発電手段を回動させる回動機構と、前記回動機構に駆動力を与える駆動手段と、を備え、前記発電手段は、当該発電手段のどちらの主面から太陽光を照射されても発電可能に形成されており、前記駆動手段は、太陽光の照射する角度に応じて、前記回動機構を駆動して前記発電手段を前記軸を中心として回動させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の太陽光発電装置において、前記発電手段を回動させる軸は、略南北方向に沿って配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の太陽光発電装置において、前記発電手段は、長方形状に形成された発電基材と、前記発電基材の両主面に複数配置された単位発電手段と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
【００１０】
請求項１または請求項２に記載の太陽光発電装置において、前記発電手段は、長方形状に形成された光透過性の発電基材と、前記発電基材の表面または内部に複数配置され、その両主面にて発電可能な単位発電手段と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽光発電装置において、前記回動機構は、回転駆動力を発生するモータと、前記モータに連結されて回転駆動される短軸部材と、前記短軸部材と前記複数の発電手段に連結され、前記短軸部材の回転駆動を前記発電手段に伝える長軸部材と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽光発電装置において、前記回動機構は、回転駆動力を発生するモータと、前記モータに連結されて回転駆動される第１歯車と、前記第１歯車の回転駆動を直進運動に変換するラックと、前記ラックの直進運動を、回転運動に変換する第２歯車と、を備え、前記第２歯車の回転運動を前記発電手段に伝達することにより、前記発電手段を回動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、簡便な機構により発電手段を太陽光の方角に向けることが可能となり、発電効率を向上させることができる。
【００１４】
特に、請求項２の発明によれば、１軸による回転だけで発電手段の主面を日中の太陽の方角に向けることが可能となる。
【００１５】
特に、請求項３、および請求項４の発明によれば、太陽の方角が西方向および東方向のいずれの方向から照射されても、発電を行うことが可能となる。
【００１６】
特に、請求項５、および請求項６の発明によれば、簡便な機構により複数の発電手段の方角を一斉に変更することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１の概略を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１の発電面Ｓの平面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１の駆動部を示す斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１の一部を示す側面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１の制御部を示す模式図である。
【図６】第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１の動作を示す側面図である。
【図７】第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１の動作を示す側面図である。
【図８】第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１の動作を示す側面図である。
【図９】第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１の動作を示す側面図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る基板処理装置１のサブパネル２０の位置を示す側面図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る基板処理装置１０１を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る太陽光発電装置１は、太陽光が照射される平地や家屋の屋根などに配置され、太陽光によって発電を行う装置である。以下では、太陽光発電装置１が所定の架台によって水平面に対して傾斜して配置されている構成を例として説明を行う。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電装置１の概略を示す図である。太陽光発電装置１は、基材１０が、架台６０によって支持されている。基材１０は、太陽光発電を行う発電面Ｓをその主面上に備えている。架台６０は、基材１０の発電面Ｓを水平面に対して所定の角度αにて傾斜させるための台であり、アルミフレームなどを用いて形成されている。また架台６０は、基材１０の発電面Ｓが全体として南方向を向くように配置されている。
【００２０】
ここで所定の角度αは、太陽光発電装置１が設置される地域の緯度などによって厳密に調整されても良いが、一年を通した太陽の平均高度に対して直交するように、２０°〜３０°程度に設定されていればよい。また、季節によって角度αを調整できる構成であっても良い。
【００２１】
図２は、太陽光発電装置を発電面Ｓに垂直な方向からみた平面図である。なお、図では、紙面上向き方向をＹ方向、紙面垂直方向（発電面Ｓに垂直な方向）をＺ方向として説明する。以下の他の図においても同様の座標系を用いて説明を行う。
【００２２】
図２に示すように、基材１０の＋Ｚ方向主面上に、発電面Ｓが形成されている。具体的には、発電面Ｓは、Ｙ方向に長辺を有する長方形状である発電手段（以下、サブパネル２０と呼ぶ）が、所定の間隔をあけて複数、Ｘ方向に並行に配置されており、全体として発電面Ｓを形成する。また、図２の−Y方向が図１の南方向であるため、各サブパネル２０の長辺は、すべて南北方向に向けて配列されている。
【００２３】
サブパネル２０の−Ｙ方向端は、リンク機構３０に接続されている。また、リンク機構３０は、−Ｘ方向端にて駆動機構４０に接続されている。
【００２４】
図３は、図２の点線部Ａを拡大した斜視図である。サブパネル２０は、Ｙ方向に長辺を有する長方形状である発電基材２１と、矩形の単位発電手段（以下、単位パネル２２と呼ぶ）と、から構成される。
【００２５】
発電基材２１は、その長辺の一方端がヒンジ１１に固定されている。ヒンジ１１は、発電基材２１を回動可能な状態で基材１０に連結されている。そのため、サブパネル２０は全体として、基材１０のＺ方向の主面上で長辺側を軸として回動可能となる。なお、発電基材２１としては、樹脂や金属、ガラスなど、強度や重量などを考慮して材料を適宜選択することが可能である。
【００２６】
単位パネル２１は、単結晶シリコン型太陽光発電素子、多結晶シリコン型太陽光発電素子、色素増感型太陽光発電素子、薄膜太陽光発電素子など、様々な種類の太陽光発電素子を用いる事ができる。本実施例では、多結晶シリコン型太陽光発電素子を用い、樹脂により発電基材２１とモールド成型されることにより、サブパネル２０を構成している。
【００２７】
リンク機構３０は、長軸部材３１と短軸部材３２とからなり、短軸部材３２の一方端が、駆動機構４０に接続されている。
【００２８】
長軸部材３１は、軽量で、また紫外線などによる変質を防止するため、アルミなどが用いられる。また長軸部材３１は、図示省略のベアリング機構を介して、軸３１１と連結されている。軸３１１はサブパネル２０と等ピッチに配置され、そのＹ方向側で発電基材２１と接続されている。そのため、長軸部材３１をX方向に駆動させることにより、サブパネル２０はヒンジ１１を軸として回動する。
【００２９】
短軸部材３２は長軸部材３１と同様にアルミなどが用いられる。短軸部材３２の一方端側（＋Z方向端）は軸３２１を介して長軸部材３１と接続されている。また、軸３２１と長軸部材３１との間には、図示省略のベアリング機構を備えており、回動自在に接続されている。
【００３０】
そして、短軸部材３２の他方端側（−Z方向端）は、軸３２２を介して駆動機構４０に接続されている。駆動機構４０は、内部にモータ、ギヤボックスを備え、短軸部材３２に回転駆動力を与える。具体的には、駆動機構４０はＡＣサーボモータを備え、ギヤボックスにより減速された後に短軸部材３２に回転駆動力を伝達する。また、前述のＡＣサーボモータは図示しないロータリーエンコーダに連結されており、ＡＣサーボモータの回転角を検出する事により、最終的な短軸部材３２の回転角を演算することが可能である。
【００３１】
駆動機構４０は制御部９０と電気的に配線されており、制御部９０からの指令を受けて短軸部材３２に所定の回転量を与える。また、指示された回転角に短軸部材３２を保持する働きも担っている。
【００３２】
図４は、図３の拡大部分を−Ｙ方向から見た側面図である。説明の都合上、リンク機構３の長軸部材３１を仮想線で描いている。図４に示すように、単位パネル２２は発電基材２１の両側の主面上に配列されている。便宜上、発電基材２１の＋Ｘ方向に配置されている単位パネルを表面単位パネル２２ａ、−Ｘ方向に配置されている単位パネルを裏面単位パネル２２ｂと記載する。配置方向を問わない場合は、合わせて単位パネル２２と記載する。
【００３３】
また図示は省略するが、両主面に配列された各単位パネル２２は各々電気的に配線されており、サブパネル２０ごとに電流を発生させる。各サブパネル２０から発生された電流は、配線経路５０を経由して整流回路６０に供給される。
【００３４】
次に、制御部９０の説明を行う。図５は、制御部９０の構成を模式的に表す図である。制御部９０は、演算部９１、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）部９２、タイマー９３、入力部９４を備え、それぞれが演算部９１に電気的に配線されて構成される。演算部９１は、一般的なＣＰＵ（中央演算装置）などが用いられるが、基板上に形成された電子回路などにより構成されても良い。
【００３５】
演算部９１は、入力部９４から入力された太陽光発電装置１の設置された地点における緯度や経度、またタイマー９３から出力された現在時刻の情報を入手する。そして、それらの情報を元に、現在時刻において太陽光発電装置１のサブパネル２０が発電を行うに際して好適となる角度を算出する。そして、駆動機構４０に与える回転角を演算し、Ｉ／Ｆ部９２を介して駆動機構４０を制御する。
【００３６】
太陽光発電素子の発電効率を考える場合、素子に対して太陽光が垂直に入射する場合が一番効率は良くなる。しかし、その効率は入射する角度が１０°程度変化しても、あまり影響は無い。そのため、前記制御部９０は、タイマー９３より出力された現在時刻が１時間経過する毎に、太陽光発電装置１のサブパネル２０の角度を制御する。
【００３７】
なお、上記制御を行うタイミングは１時間ではなく所定の時間間隔であってもよいし、リアルタイムに制御されてもよい。
【００３８】
次に、本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電装置１の動作説明を行う。図６〜図９は、本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電装置１における、サブパネル２０の動作を示す図である。図６は、紙面右手から太陽光Ｌが射している状態、つまり、南東方向から射している午前１０時前後の図を表している。実際には、紙面奥行き方向（Ｙ方向）にも太陽光Ｌは傾斜している。
【００３９】
演算部９１は、タイマー９３から出力された午前１０時を示す信号が入力されると、駆動部４０に与える回転角を演算する。この例では、サブパネル２０を基材１０に対しておよそ４５°の角度に配向させるように演算され、そのための回転駆動信号がＩ／Ｆ部９２を介して駆動部４０に伝達される。駆動部４０は演算部９１からの信号により、モータを回転させる事により短軸部材３２を回転駆動させる。そして、リンク機構３０を経由し、サブパネル２０を４５°に配向させて保持する。
【００４０】
その結果、サブパネル２０上の＋Ｘ側にある単位パネル２２ａに対して、略垂直方向から太陽光Ｌが照射される。このように単位パネル２２ａを配向させることにより、単位パネル２２ａはもっとも効率が良い常態で発電を行うことが可能となる。
【００４１】
さらに図６の状態から時間が経過し、太陽の位置が変化して午前１１時（図７の状態）になると、太陽光Ｌの方向に追従するように、制御部９０は駆動部４０を駆動させ、サブパネル２０の角度を−Ｘ方向に変化させる。そのため、太陽光Ｌの角度が変わってもサブパネル２０上の＋Ｘ側にある単位パネル２２ａに対して、略垂直方向から太陽光Ｌが照射される。
【００４２】
次に、図８を用いて図７の状態から更に時間が経過した状態の太陽光発電装置１を示す。午後１時前後になると、図８に示すように太陽光Ｌは垂直方向（Ｚ方向）を越え、太陽光発電装置１の−Ｘ側から照射するようになる。
【００４３】
その場合、制御部９０は駆動部４０を逆方向に駆動させ、リンク機構を＋Ｘ方向に駆動させる。そのため、サブパネル２０は全体として＋Ｘ側に傾斜し、サブパネル２０上に配置された単位パネル２２ｂが太陽光Ｌに対して略垂直に向くように配向される。そのため、単位パネル２２ａに替わり単位パネル２２ｂがもっとも効率が良い常態で発電を行うことが可能となる。
【００４４】
さらに図８の状態から時間が経過し、太陽の位置が変化して図９の状態となると、太陽光Ｌの方向に追従するように、制御部９０は駆動部４０を駆動させ、サブパネル２０の角度を−Ｘ方向に変化させる。そのため、太陽光Ｌの角度が変わってもサブパネル２０上の＋Ｘ側にある単位パネル２２ｂに対して、略垂直方向から太陽光Ｌが照射される。
【００４５】
なお、図１０の二点鎖線で示すように、太陽の位置が太陽光発電装置１に対して平行に近くなる時間（具体的には日の出から午前９時、また、１５時から日の入りまで）では、前述のように太陽光Lに対して垂直に近い角度にサブパネル２０を配向させると、サブパネル２０の影が隣接するサブパネル２０にかかってしまうことになり、全体として発電効率が落ちる。
【００４６】
そのため、サブパネル２０の影が影響する時間となると、制御部９０はサブパネル２０の角度を制御し、サブパネル２０に対して斜め方向から太陽光Lが照射されるようにサブパネル２０を配向させる。このように制御する事で、最大限の効率は発揮できないまでも、基材１０に平行な方向にサブパネル２０を配置する従来の太陽光発電装置に比べて、効率よく発電を行うことが可能となる。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電装置１０１について説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電装置１０１の概略を示す図である。なお、同じ構成に関しては前述の第１の実施形態と同様の符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
太陽光発電装置１０１は、基材１１０上に複数のサブパネル２０が配置されている。サブパネル２０の−Ｙ方向端には、歯車１３１が配置されており、歯車１３１の軸を中心として、サブパネル２０が基材１１０に対して回動自在に取り付けられている。
【００４９】
また、各歯車１３１の下部には、Ｘ方向に長軸状のラック１３３が配置されている。ラック１３３の上面には歯車１３１とかみ合うように形成された歯を備えている。また、ラック１３３はX軸方向に摺動するように基材１１０に支持されている。
【００５０】
ラック１３３の−Ｘ方向には、同じくラック１３３とかみ合うように形成された駆動歯車１３２が配置されている。駆動歯車１３２は、前述の駆動部４０の軸に連結されており、駆動部４０の駆動力をラック１３３に伝達する。上記のように、駆動部４０が回転駆動する事により、駆動歯車１３２、ラック１３３、歯車１３１を介してサブパネル２０がラックアンドピニオンにより、基材１１０上にて回転駆動される。
【００５１】
サブパネル２０の回転駆動は前述の実施形態以外にも、リンク機構やラックアンドピニオンなどを組み合わせることにより構成されてもよい。また、駆動部４０は回転駆動だけでなく、前述のラック１３３を直進運動させる駆動機構（例えばエアシリンダなど）を用いてもよい。
【００５２】
また、サブパネル２０は、種々の単位パネル２１を発電基材２１の両主面に配置する事により形成されていたが、上記に限られるものではない。例えば、その両主面のどちらの主面側に太陽光が照射されても発電が可能な両面受光型太陽光発電素子を用いることが可能となる。両面受光型太陽光発電素子を透明な樹脂でモールドする手法や、２枚のガラス板で挟みこむ手法等により、サブパネル２０が形成されてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１、１０１  ・・・  太陽光発電装置
１０  ・・・  基材
１１  ・・・  ヒンジ
２０  ・・・  サブパネル
２１  ・・・  発電基材
２２  ・・・  単位パネル
３０  ・・・  リンク機構
３１  ・・・  長軸部材
３２  ・・・  短軸部材
４０  ・・・  駆動機構
９０  ・・・  制御部
１３１  ・・・  歯車
１３２  ・・・  駆動歯車
１３３  ・・・  ラック
Ｌ  ・・・  太陽光
Ｓ  ・・・  発電面
【図１】
2011108703.tif 000003
【図２】
2011108703.tif 000004
【図３】
2011108703.tif 000005
【図４】
2011108703.tif 000006
【図５】
2011108703.tif 000007
【図６】
2011108703.tif 000008
【図７】
2011108703.tif 000009
【図８】
2011108703.tif 000010
【図９】
2011108703.tif 000011
【図１０】
2011108703.tif 000012
【図１１】
2011108703.tif 000013