(57)【要約】【課題】耕作地上に太陽電池パネルを設置するために、間隔を空ける必要があり、発電の効率を改善するために、太陽電池パネルの受光面を太陽の方角に追尾することによって、軽量で簡易な構造の太陽電池パネル支持架台を提供する。【解決手段】太陽電池パネルを保持するブラケットと支持台として水平面を形成する横梁材の間に、蝶番を固定して回動する軽量な機構を設けることができ、複数の太陽電池パネルを同時に、アクチュエータの駆動によって、太陽の日の出から日没まで受光面を追尾可能に制御することが可能となった。【選択図】図２
2015208067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池パネルを保持する保持部材と、前記太陽電池パネルを支持する
平面を形成するすくなくとも１つの横梁部材との間に、蝶番をすくなくとも
１つ固定して回動することによって、前記太陽電池パネルの受光面を、太
陽光の入射方向に直角になるように追尾する機構を備えることを特徴とす
る太陽電池パネルの支持架台。
【請求項２】
前記太陽電池パネルを回転する回転軸は、水平面内に含まれることを
特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル支持架台。
【請求項３】
前記太陽電池パネルを回動して追尾するため、アクチュエータを含めた
駆動機構部を備え、前記駆動機構部は前記横梁部材に固定されること
を特徴とする請求項１および請求項２に記載の太陽電池パネル支持架台。
【請求項４】
前記横梁部材および前記横梁部材を支持する構造部材は、耕作地に設け
られ耕作地における作業が可能な高さを超える高さに取り付けられ、太陽
電池パネルは回動しても太陽光が遮光しないように、隙間を空けて設置さ
れることを特徴とする請求項１および請求項２および請求項３に記載の太
陽電池パネル支持架台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池パネルを設置する太陽電池パネル支持架台の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、耕作地の上方に太陽電池パネルを設置することが行われている。これは、耕
作地で作物生産が継続できるとともに、太陽光により電力が生成できることから有望
な技術と考えられている。
この場合、太陽電池パネルを設置した耕作地での作業を可能とするため、太陽電
池パネルを高い位置に設置することが必要となるとともに、太陽電池パネルにより
遮光の影響を小さくするため、間隔をあけて太陽電池パネルを設置する必要があり、
太陽電池パネル支持架台を高く、且つ広い面積に設ける必要が生じる。
【０００３】
発電の効率を上げるためには、太陽電池パネルの支持架台は、受光面をできるだ
け太陽に垂直に向けるように、太陽電池パネルを太陽に追尾することが求められる。
一方、耕作地では  土壌を耕して肥料や水などを絶えず供給する必要があるため  
太陽電池パネルの支持架台のための構造は、できる限り簡便に構成することが望ま
れる。従来は、支持架台の上面を傾斜させて太陽電池パネルを取付けたり、
あるいは、一本の足場用パイプに、例えばU字状の取付金具を用いて太陽電池パネ
ルを取付け、太陽電池パネルを足場用パイプに対して傾斜させていた。
なお、耕作地の土壌の上に設置するため、支持架台全体の重さも  軽量である必要
がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３１８４３２２号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１８４３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の例では、足場用パイプなどの簡易な部材を用いて、太陽電池パネ
ルを設置することができたが、支持架台は固定であるため、太陽電池パネルの受光
面が１方向に固定されていて、朝から夕方にかけて絶えず天空を移動する太陽光の
エネルギーを効率よく光電変換できない問題があった。
【０００６】
特許文献２の例では、太陽電池パネルの受光面を太陽に向かって追尾する機
能を備えているため、効率が改善されたが、油圧や空気圧を動力源としたシリンダ
によって  おのおのの太陽光パネルを傾斜追尾させる機構は高価であり、大掛かり
な動力設備も必要であり、長期間の修理やメンテナンスのための費用も高額であり、
追尾のために制御する高度の技術も必要であった。太陽光パネルおよび追尾する
機構を含めた支持架台の自重も大きく、頑丈なコンクリートなどの土台が必要であり、
耕作地の土壌の上に簡単に設置する規模のものではなかった。したがって、耕作地
の上では従来よりも低コストで、しかも  太陽の方向を追尾する太陽電池パネル用
支持架台が望まれている。
【０００７】
本発明は、係る課題を解決するため、追尾型太陽電池パネル用支持架台を、より
コンパクトな構造で、簡単に構築できるだけでなく、メンテナンス費用を低減でき、耕作
地の上でも設置可能な太陽電池パネル用支持架台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】
【０００８】
本発明者は、上記の課題を解決するために、複数の太陽電池パネルを一斉に駆
動する機構と制御部を持ち、足場パイプを使用した軽微な支持架台の上に固定され
た横梁の上に  動力源となるアクチュエータを設置し、アクチュエータとしてモータを使
い、ギア減速伝達機構によって、回転力をラックの往復直線運動に変換する。
太陽電池パネルの追尾の回転機構は  安価な蝶番を使用し、複数の太陽電池パネ
ルを回動させる追尾機構を有する太陽電池パネル用支持架台を見出した。
【０００９】
すなはち、本発明の構成は以下の通りである。
[１]  足場パイプなどを使用した軽微な枠構造体の上に設けられた横梁部材を、
耕作地の上に耕作のための作業空間を確保できる高さに設置する。
横梁の方向は昼間の時間帯に太陽光が天空を移動し、太陽光が遮光しない
範囲の該中央付近の方角に対して直角に配置する。パネルを回転させる軸を
含む面は、春から夏、秋、冬と太陽が移動する公転面に平行に設置すると太
陽電池パネルの受光部の効率は上がるが、本発明では構造の簡単さから、
重力方向と直角の水平面と一致させ、前記中央付近の方角へ軸方向を向ける。
[２]  横梁部材の１面には  蝶番の１面を螺子などで固定させ、蝶番の他面は太陽
光パネルを保持するブラケットに螺子などで固定し、簡便な太陽光パネルの
受光面の回転機構として使用する。摩耗や錆などにより交換などが必要なメン
テナンス時には螺子を外すことによって簡単にブラケットと太陽電池パネル
は交換することが可能であり、重さも数百グラムという軽量で堅固な回転機
構を有する太陽電池パネル用支持架台提供できる。
[３]  太陽電池パネルを保持するブラケットは、回動させるためのアームも兼用で
機能して、アクチュエータであるモータで直線駆動される連結棒材によって、
太陽光パネルを保持する複数のブラケットを一斉に同じ方向に回動させる
太陽電池パネル用支持架台を提供する。
[４]  横梁部材の１面には、アクチュエータであるモータ、およびモータの回転力を
ギアなどによって直線運動に減速変換する伝達機構部、モータを回転駆動
させる制御部が駆動箱内に設置され、太陽に対して追尾制御することができ
る。追尾は  太陽光の向きをセンサーで感知して追尾することも可能であるが、
本発明ではカレンダーと制御部の内蔵時計から時刻を算出して太陽の方向
を計算して  回動させることにした。必要であれば、設置する地域を入力して
適切な回動の制御をさせても良い。かかる自動追尾できる制御部を搭載した
太陽電池パネル用支持架台を提供する。
[５]  夜間は太陽光発電はされないため、翌日の朝までに反転して  翌朝の発電
開始まで回動開始角度まで戻る。
夜間の間に  回動開始位置まで戻る太陽電池パネル用支持架台を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耕作地の上に簡易な足場パイプによる枠構造体を組み立て、
上に固定された横梁の面上に  太陽電池パネル組立部を蝶番を使用して、
安価で軽量な駆動構造で、太陽の向きに追尾する太陽電池パネル用支持
架台を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は  本発明にかかる実施形態の太陽電池パネル支持架台の示す斜視図。
【図２】図２は  同太陽電池パネルとブラケットを組立てた回動構造部の斜視図。
【図３】図３は  同太陽電池パネルの回転追尾する駆動機構の斜視図。
【図４】図４は  同太陽電池パネルを回動させるアクチュエータの透視図。
【図５】図５は  同太陽電池パネルを朝から夕方まで回転追尾する第１の実施例図。
【図６】図６は  同太陽電池パネルを回動する軸を変更した第２の実施例図。
【図７】図７は  従来の耕作地に設置された太陽電池パネル支持架台の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態にかかる太陽電池パネル支持架台について図を用いて説
明する。
図１は、一実施形態にかかる太陽電池パネル支持架台２０を耕作地に設けた状態を
示す斜視図である。図２は、太陽電池パネル６をブラケット８に組み立て、蝶番９a・９b
を使用した回動構造部の斜視図である。図３は、アクチュエータ１３と駆動機構１４に
よって、連結棒１２を直線方向D方向に往復運動することによって、太陽電池パネル
６が  回転することを示す斜視図である。図４は、アクチュエータ９は  交流１００〜２０
０VあるいはDC１２〜２４Vで駆動するモータであって、駆動機構１４で  回転運動を
ギア伝動機構によって、減速して直線運動に変換する透視図である。図５は、朝の日
の出から夕方の日没まで太陽電池パネルを太陽の方向に追尾する駆動の図であり、
回転軸を水平に設置した第１の実施例を説明する。図６は  太陽の仰角の方向に、
傾斜した支持部材を設けることにより、回転軸の角度を変更した第２の実施例である。
【実施例】
【００１３】
図１の矢印の方向を太陽電池パネル支持架台２０の正面とし、それを基準に太陽
電池パネル支持架台２０の後方、および左右を定め、重力の方向を下方、その逆を
上方として説明する。太陽の通過する側を正面として設置してあり、太陽が天空を
移動し、太陽光が遮光しない範囲の該中央付近の方角に設置される。
【００１４】
図７は従来の太陽電池パネル６を  第３部材４と第４部材４に固定した太陽電池
パネル支持架台を示しているが、パネル間の小さな間隔は、耕作地の作物に必要
な日射量を確保するために設けられている。
一方、図１の太陽電池パネル支持架台２０は、従来と同様に４本の脚部と、前後
の脚部を連結する第１部材３と、第１部材３間に渡した第２部材４aおよび第３部材
４bとを備えている。これに  すくなくとも１枚の太陽電池パネル６がブラケット８を介
して、第２部材４aおよび第３部材４bに取り付けられている。
なお、図２に示すように、ブラケット８は  少なくとも１個の蝶番９を使用して、正面
方向の１軸の周りに回動可能に設置される。従来と同様に  耕作地で耕作するため
に、作物に太陽光を照射する必要があり、間隔を空けて太陽電池パネル６を配置す
るが、さらに、回動することによって隣接する太陽電池パネルを遮光しないように、
１枚のパネルの幅以上に  間隔を空ける必要がある。
【００１５】
本発明装置の１実施例では、正面方向の１軸は設備の構成の簡単さから水平方向
であるが、発電効率を上げるためには  太陽の公転方向に仰角を一致させることも
可能である。方法としては  後述される図６に示される実施例２のように  ブラケット８
の形状と第２部材４aと第３部材４bの構成を変えるだけで可能である。
【００１６】
図２に示すように、ブラケット８には螺子穴８a・8bが設けられていて、太陽電池パネ
ル６の外枠には穴６a・６bが設けられ螺子などで固定される。ブラケット８には  螺子
穴８d・8eが設けられ、蝶番９a・９bの一方の面が固定され、蝶番の他方の面の穴に
は  第２部材４aおよび第３部材４bの面に螺子穴が設けられていて固定される。
ブラケット８には  長穴８cが設けられていて、左右方向に伸びた連結棒１２が貫通し
ており、連結棒１２には作動ブロック１０aと反作動ブロック１０bが螺子などで固定さ
れ、ブラケットが回動可能なように適切な隙間をもたせて、左右方向の駆動力を伝え
ることが可能である。
【００１７】
ブラケット８にはバネかけ用の穴８および作動ブロック１０aにはバネ掛け部１０cが
設けられており、バネのフック部を掛けることによって引張りコイルバネ１１による付勢
力を持たせて、太陽電池パネルの回動方向に風圧などによってガタツキ振動するの
を防止している。この振動が繰り返し部材に発生すると、疲労によって太陽電池パネ
ルおよび構造部材の寿命を下げることになり、大きな劣化要因となっている。
【００１８】
図２―１は作動ブロック１０aと逆作動ブロック１０bの連結棒１２との組立を示して
いる。作動ブロック１０aと逆作動ブロック１０bの間にはブラケットの長穴部８cを挟持
して、多少間隙を持たせて螺子などで  連結棒１２に固定される。
【００１９】
図２に示すように、駆動箱５は第２部材４aおよび第３部材４bに螺子で固定されて
おり、駆動箱５の中にはアクチュエータによって連結棒１２を左右に駆動させる駆動
機構が設置されている。なお、第２部材４aおよび第３部材４bはU字ブラケット２１
によって  第３部材に各々螺子によって固定される。
【００２０】
太陽電池パネル８を保持するブラケット８は蝶番９を介して、第２部材４aおよび
第３部材４bに固定されており、駆動機構との位置精度および強度は  駆動箱５を
固定する同一部材の第２部材４aおよび第３部材４bに回動することで確保されて
いる。
【００２１】
図３に示すように、太陽電池パネルの全体の自重はブラケットを介して第２部材
４aおよび第３部材４bで十分に強固に支持されるが、太陽電池パネルに加わる風
圧や太陽電池パネルの不釣り合いなモーメント力から発生する外力は、駆動箱の
中の駆動部から左右方向に伸びる連結棒１２によって反力を受けることが可能に
なっている。モータの駆動トルクは  ウオームギアなどによって高減速され  ５〜
０．５mm/分くらいのゆっくりした駆動で５０〜１００kgfの駆動力で運転される。
【００２２】
バネ力によって、常時右側に付勢されながら、連結棒１２が右へ移動すると逆
作動ブロック１０bはブラケット８を右へ押し付けることになる。この右方向の直線
運動D1は、ブラケット８とブラケット８に固定された太陽電池パネル６を、蝶番９a
と９bの回転軸を中心にA１方向に回動させる。逆に連結棒１２が左へ移動D２
すると、作動ブロック１０aはブラケット８を左へ押し付けA2方向に回動させるこ
とになる。
【００２３】
通常の駆動は  このアクチュエータと構造強度で十分であるが、太陽電池パネ
ル６上の積雪によるめったに発生することのない巨大な荷重に対しては、ブラ
８ケットの曲げ強度を想定して  安全設計してある。つまり、変形した場合は
蝶番９を外してブラケット８を交換することによって、メンテナンスを簡単にする
ことが可能である。
【００２４】
図４に示すように  駆動箱５は第２部材４aおよび第３部材４bに設けられた
穴４cに螺子によって、固定されている。この駆動箱５の中には  アクチュエータ
としてのモータ１３と  複数の減速ギアで構成された駆動機構１４が設置され
ている。モータ１３の回転トルクは  ラック軸１５へ直線駆動に変換される。
ラック軸１５は連結部１７によって連結棒１２と連結され、さらに作動ブロック１０
aと逆作動ブロック１０bに伝達される。駆動機構１４内には  モータ１３を保
護するためトルクリミッタなども  内蔵されていてもよい。
【００２５】
図５は、連結棒１２が左右に移動することによって、太陽電池パネルが蝶番
９を使用した回転軸Aによって、回動する様子を示している。駆動するスピード
と位置精度はモータの回転数を制御することで実現されるが、複数回の往復
運動によって徐々に位置ずれすることになるので、回動の始点位置と終点位置
のセンサとして、ラック軸１５にマイクロスイッチなど（図示せず）を設けることに
よって、逐次位置を修正することが可能である。
【００２６】
図６の実施例２は、太陽電池パネルの回転軸が水平平面内ではなく、太陽の
公転面内に回転軸を一致させ、受光面を太陽の方向に直角にすることによって、
発電の効率を改善した例を示します。実施例１では  第２部材４aおよび第３部
材４bは  第１部材３の上に水平に支持できるようになっているが、実施例２では
太陽の公転面に平行な面を第４部材１８と第５部材１９を追加することによって、
回転軸を仰角分だけ  第２部材４aおよび第３部材４bは傾斜することになる。
第２部材４aおよび第３部材４bの上部構造は  実施例１と同じであるので、
説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
耕作地では、重い支持架台は長期間の間に沈下していくなど、比較的堅固な
土台を形成できず、軽量化が望まれていた。本発明では、回動機構に蝶番を
使用することで、従来のシリンダを使用した駆動機構の４〜５kgの重量が
わずか１〜２kg以下の機構に小型軽量化され、足場パイプなどで構築した
簡易な構造体の上に設置可能になった。しかも、交換や修理のメンテナンス
および設備の費用も安価なものとなり、太陽電池パネル支持架台に  太陽
追尾機能を追加できるメリットも増加することになった。
【００２８】
従来の固定の太陽電池パネルは、太陽は  日の出から  日没まで天空を
移動するため、受光部へ太陽の入射光は  ほとんどの時間帯で垂直に入射
できないため、発電効率が半分近くに低減されています。太陽に追尾する
ことによって、約３割は発電量が改善されることが予想されます。
【００２９】
第２部材４aおよび第３部材４bである水平に形成された面に、太陽電池
パネルの回転軸を一致させて設置しています。厳密には太陽の方角に垂直
に追尾することはできないが、駆動機構や支持架台を水平な簡単な構成と
することで、図６に示す第４部材や第５部材を省略でき、簡単で安価な
信頼性も向上した追尾機構を有する太陽電池パネル支持架台を実現する
ことができる。
【００３０】
実際、本発明において  回動する太陽電池パネルは  大きさが幅２m
長さ１m厚さ５cmの２kgの質量のある外枠がアルミ材で形成したもので
あり、回転軸の蝶番を該中央付近に設置することで、重心の部分で
ほとんどの質量を回転軸で支持することができる。回動の駆動として直線
運動する連結軸と駆動摩擦力、太陽電池パネルに加わる外力を制動する
だけで、簡易に制御が可能な構造となっている。
【００３１】
太陽電池パネル６を回動するブラケット８とアクチュエータからの駆動力
を伝える連結棒１２を含む駆動機構部は、位置精度を高く  剛性も強く構成
する必要があります。本発明では、蝶番を支持固定する横梁材である第２
部材４aおよび第３部材４bに、アクチュエータと駆動機構を内蔵する駆動
箱５を  同じ部材の横梁材に設置することによって、高い位置精度と強い
剛性のある太陽電池パネル支持架台を実現できる。
【００３２】
図１の例では太陽電池パネル６は、千鳥に配置されているが、縦一列に
並べて横方向の隙間を確保するのでもかまわない。
耕作地７に太陽電池パネル６を設置するために間隔を空けて配置する
のは、耕作する作物が太陽の照射が必要なためと  ほとんどの作物が
夏場の強い日射量を制限する必要があるためである。
米を始めとして  トマト・野菜など日射量をコントロールする必要のある作物
が多い。さらに、本発明の太陽電池パネルを回動追尾することにより、隣
接する太陽電池パネルの遮光を防ぐためにも間隔を空ける必要があるが、
作物の生育のため十分な太陽光の照射が必要である場合には、前記隙
間を調整することは可能であり、太陽電池パネルの回動する角度を調整
することも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１    脚部
２    第１部材（左右方向）
３    第１部材（前後方向）
４a   第３部材
４b   第４部材
５    駆動箱
６    太陽電池パネル
７    耕作地
８    ブラケット
９    蝶番
１０  作動ブロックと逆作動ブロック
１１  引張りコイルバネ
１２  連結棒
１３  モータ
１４  駆動機構
１５  ラック軸
１６  制御部
１７  連結部
１８  第４部材
１９  第５部材
２０  太陽電池パネル支持架台
２１  U字ブラケット
３０  耕作地縁
【図１】
2015208067.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015208067.tif 000007
【図６】
2015208067.tif 000008
【図７】
2015208067.tif 000009