(57)【要約】【課題】            従来ソーラーパネルの周域を通過していく太陽光をソーラーパネルの表面に集光し、より大きなエネルギーを捕らえ、しかもソーラーパネルの表面に影を形成してしまうことのない有効な装置はなかったという点である。【解決手段】        太陽の位置を追尾して回転するソーラーパネルのフレームの外縁に、外上方に向け反射面を拡開した状態でリフレクターを少なくとも一対以上相対向して一体的に備えていることとし、リフレクターの設置角度はソーラーパネルの表面から略１２０度としてあることとし、前記したリフレクターはソーラーパネルの全幅の少なくとも二分の一以上をカバーすることとし、前記したリフレクターの反射面は研磨されたステンレス等の防錆材で形成されていることとし、前記したリフレクターには適宜透孔を穿設することとする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽の位置を追尾して回転するソーラーパネルのフレームの外縁に、外上方に向け反射面を拡開した状態でリフレクターを少なくとも一対以上相対向して一体的に備えていることを特徴とするソーラーパネル装置。
【請求項２】
前記したフレームは矩形のものとし、その各外縁に相対向させて二対のリフレクターを備えたことを特徴とする請求項１に記載のソーラーパネル装置。
【請求項３】
前記したリフレクターの設置角度はソーラーパネルの表面から略１２０度としてあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のソーラーパネル装置。
【請求項４】
前記したリフレクターはソーラーパネルの全幅の少なくとも二分の一以上をカバーすることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載のソーラーパネル装置。
【請求項５】
前記したリフレクターの反射面は研磨されたステンレス等の防錆材で形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載のソーラーパネル装置。
【請求項６】
前記したリフレクターには適宜透孔を穿設することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５に記載のソーラーパネル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はソーラーパネル装置、特に、フレームに取り付けられ、少なくとも太陽の位置を追尾して水平方向に回転する機構を有するソーラーパネル装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従前より、自然エネルギーを利用した蓄電、発電装置として太陽光を用い、セルを集合させたソーラーパネルは最もポピュラーなものとされ、その利用率も大きなものとなっている。このソーラーパネルを最も効率よく使用するにはソーラーパネルの表面を太陽光の照射方向に対して少しでも直角に近く設定することであり、加えて、少しでも多くの光量をソーラーパネル表面に受光することである。
【０００３】
この点に鑑み、従来より、日の出から日没に至るまでの時間帯で、天空に位置する太陽の位置を追尾し、水平回転をさせる太陽追尾構造は幾つかの種類のものが開陳されている。
【０００４】
また、本願発明者はこの水平回転に加え、太陽の高さ位置に関しても従来は人為的に予め固定させる構造であったものを改善し、水平回転と供に自動的に仰角も変位させ、少しでも太陽光の照射方向に対して直角に近い受光ができるようにするものを開発した。
【０００５】
しかしながら、上記した水平回転に加え、仰角を変位させる構造のものであっても、太陽光の集光量は限定特定されてしまい、ソーラーパネルの表面に直に照射される光量のみしか得ることができないものとなっていた。
【特許文献１】本願発明について、出願人は先行する技術文献を調査したが、格別に本願発明と関連、あるいは類似すると思われる文献は発見できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする問題点は、従来のソーラーパネル装置にあって、太陽の位置を追尾する構成のものは存在しているが、ソーラーパネルの周域を通過していく太陽光をソーラーパネルの表面に集光し、より大きなエネルギーを捕らえ、しかもソーラーパネルの表面に影を形成してしまうことのない有効な装置はなかったという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した問題点を解決するために、本発明に係るソーラーパネル装置は太陽の位置を追尾して回転するソーラーパネルのフレームの外縁に、外上方に向け反射面を拡開した状態でリフレクターを少なくとも一対以上相対向して一体的に備えていることを特徴とし、前記したフレームは矩形のものとし、その各外縁に相対向させて二対のリフレクターを備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係るソーラーパネル装置は前記したリフレクターの設置角度はソーラーパネルの表面から略１２０度としてあることを特徴とし、前記したリフレクターはソーラーパネルの全幅の少なくとも二分の一以上をカバーすることを特徴としている。
【０００９】
さらに、本発明に係るソーラーパネル装置は前記したリフレクターの反射面は研磨されたステンレス等の防錆材で形成されていることを特徴とし、前記したリフレクターには適宜透孔を穿設することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るソーラーパネル装置は上記のように構成されている。そのために、ソーラーパネルの周域で本来は通過してしまう太陽光を反射させ、ソーラーパネルの表面にその反射光を受光させることができるようになり、得るエネルギー効率を３５〜５０％近く向上させることができる。
【００１１】
また、前記したソーラーパネルは太陽の位置（軌道）を追尾して回転するものとなっているため、リフレクターによってソーラーパネルの表面に影を形成してしまうこともなくなり、デメリットを有することもない。さらには、このソーラーパネルの回転に仰角追尾の機構も加えることで、より一層太陽光の照射角度の対応性が向上し、集光効率も向上されるものとなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図面として示す実施例のように構成することで実現した。
【実施例１】
【００１３】
次に、本発明の好ましい実施の例を図面を参照して説明する。図１は本発明に係るソーラーパネル装置を実施したリフレクターの配置を示す平面図、図２は同じく太陽光の反射状態を示す図、図３は同じく水平回転機構を示す図、図４は同じく要部を示す図、図５は同じく仰角追尾機構を示し、南天時位置の状態を示す図、図６は同じくリング状レールを示す平面図、図７は同じく制御系の回動アームとリミットスイッチの配置を示す平面図である。
【００１４】
これらの図を参照し、まず、図３、図４によって本発明の前提となり、ソーラーパネルの表面に影を作ることがない効果を得ることができるソーラーパネルの水平方向の回転機構を説明する。図３にあって１は中空状をした支持ポールであり、この支持ポール１は屋外の地表面にコンクリートによる基礎を打ち、その基礎上に下端に形成されているフランジのボルト孔を介してアンカーボルトによって固定立設されるものとなっている。
【００１５】
また、前記した支持ポール１の上端には風力発電装置を付加させることも可能で後述するソーラーパネルと併せ、自然エネルギーを利用して電力を得ることができるようにすることもできる。
【００１６】
この支持ポール１の中程にはエルボ状とした取り付けアーム２が一体的に突設されている。この取り付けアーム２の支持ポール１への取り付け部分には環状のフランジ３が形成され、このフランジ３の外方には取り付けアーム２の基端を補強するリブ４、４‥が放射状に設けられている。このフランジ３は支持ポール１の外周壁面に設けられた受フランジ５と面当接され、ボルト等の固定手段によって固定されている。この受フランジ５にも支持ポール１との支持を補強するリブ４、４‥が設けられている。
【００１７】
また、前記した取り付けアーム２の直角に上方に曲折された先端部分には補強リブ４、４‥を介して座板６が一体的に設けられており、この座板６の上面周縁にはカバー７がパッキンを介してネジ止め固定されている。このカバー７は天面中央に透孔が形成され、その透孔に円筒状をしたケーシング８が挿通されて備えられている。このケーシング８の外周上方寄りには環状の係止段部８ａが一体に形成されており、その係止段部８ａと係合させ、上方より固定フランジ９をパッキンを介してカバー７にネジ止めすることでケーシング８の位置決めがなされている。尚、１０はカバー７内の点検用窓孔を開閉する窓蓋を示している。
【００１８】
前記したケーシング８内の中央には上下端部を各々突出させて回転シャフト１１が挿通されている。この回転シャフト１１の上下突出部の外周にはＳ形のオイルシール１２、１２が取り付けられるとともにケーシング８内の上下位置ではベアリング１３、１３がベアリング押え１４、４により摺接され、回転を補助されている。
【００１９】
回転シャフト１１の上方突出端には回転テーブル１５が、その下方の筒状部により被冠状態で装着され、その筒状部に対し、回転シャフト１１の側面からネジ１５ａによって固着され、この回転テーブル１５を回転シャフト１１と同期して回転するように構成している。
【００２０】
また、前記したカバー７の上面にはその透孔と対応させ、メカニックを風雨や塵埃から防護するキャップカバー１６が取り付けられており、このキャップカバー１６の天面には、下端に取り付けフランジを有するブラケット１７が前記取り付けフランジにネジを挿通し、締結することで固着されている。このブラケット１７の上端には略４５度のテーパ状部が形成されており、略中央上部位置には単一の枢支軸（パネル回転運動支点）１７ａによってソーラーパネル１８のホルダー１９が枢動可能に支持されている。このホルダー１９の上側にはフランジ１９ａが設けられ、そのフランジ１９ａを介してソーラーパネル１８が取り付けられたフレーム２０が固着されている。
【００２１】
このフレーム２０の下面でブラケット１７の頂面のテーパ状部の下端側にはローラーホルダー４０が取り付けられ、このローラーホルダー４０の先下端には防水、防錆型のローラ４１が回転自在に備えられている。一方、図中４２はカバー７の上面にキャップカバー１６を囲むように設けられたリング状レール（仰角検出軌跡板）であり、このリング状レール４２は各地域の南天時の太陽最高位置に合わせて傾斜させた形状となっている。また、このリング状レール４２は傾斜させた上面に前記ローラ４１を転接させるため、完全な円軌道とはならず偏心し、位置ずれを生じる虞があるため捻りを加えたものとなっている。
【００２２】
また、図中４３はリング状レール４２の下面とカバー７の上面との間に設けられたストッパーで、このストッパー４３はソーラーパネル１８が一支軸１７ａで枢支され、仰角方向に自在に枢動するため、下方からの風で煽られ、上方へ回動してしまうことを未然に防止している。
【００２３】
一方、前記した回転シャフト１１の下端には大歯車２１の中心部が嵌着されている。２２はその大歯車２１の押え板である。この大歯車２１はモータ２３のモータ軸に備えられた小歯車２４と噛合され、減速回転しながら回転シャフト１１を回転させ、その回転力を伝達させて最終的にソーラーパネル１８を回動させることとなる。２３ａはモータ２３の取り付けベースを示している。
【００２４】
また、前記した回転機構には回転角度を検出するためのエンコーダ２５が小歯車２４に装着されて備えられており、２６はそのエンコーダ２５と対応する高周波センサーである。この高周波センサー２６はモータ２３の取り付けベース２３ａに備えられた金具により取り付けられるが、本実施例にあってこの金具２６ａは取り付けベース２３ａと高周波センサー２６との間隔を常に適正に保持するためのスペーサとしても効を奏するようになっている。
【００２５】
さらに、前記した座板６上にはブレーキホルダー２７が固定され、このブレーキホルダー２７にはコイルスプリング２８が収容され、そのコイルスプリング２８の先端には大歯車２１の底面と当接摺接するように押し付けられるブレーキシュー２９が取り付けられている。このブレーキ機構により大歯車２１をディスクとして回転が制御されるので回転機構としての精度はさらに向上する。また、防錆のため、少なくとも大歯車２１の底面には防錆処理加工を施すか、大歯車２１自体を防錆の金属で成形することとなる。
【００２６】
そして、図中３０は座板６の周縁端部近くに固着されている取り付け金具であり、この取り付け金具３０の上面にはリミットスイッチ３１が取り付けられている。一方、前記した押え板２２の下面には回動アーム３２の基端が固着されており、この回動アーム３２の先端には前記したリミットスイッチ３１を操作する屈曲板もしくは操作子３３が備えられている。即ち、回動アーム３２は大歯車２１と同期して回動し、一定角度の回転をするとリミットスイッチ３１を操作してその回動を制御することができるものとしている。
【００２７】
また、本実施例にあってリミットスイッチ３１は回転機構の回動原点（０度）位置、及び終点（１５７．５度）位置、及び非常停止用として原点プラス１５度の位置の三箇所に配してあり、正常に作動しない場合の誤動作の防止と修正を図っている。
【００２８】
ここで、本実施例におけるソーラーパネルの回動装置の制御系について説明すると、ソーラーパネル１８による電力や風車の風力発電による電力はともにコントローラに入力され、インバータで変換されて、支持ポール１に取り付けられるメッセージ表示器の稼動やその他パイロット等用のＬＥＤ発光に利用される。また、コントローラから入力された電力はその一部をシール型鉛蓄電池に充電して確保する構成としてあり、このコントローラ、インバータ、鉛蓄電池等は支持ポール１の近傍に設置されるアースをとられた制御ボックス内に収容される。
【００２９】
また、ソーラーパネル１８の回動角度制御について、エンコーダ２５はモータ２３による回転駆動となるが、標準的に取り付けアーム２に対し、右側に原点センサー、左側に終点センサーが設けられ、標準的に日照時間を午前６時〜午後６時を時間的駆動範囲とするが、夏冬やそれぞれ補正を行うことが可能とされる。
【００３０】
前記した原点センサー、終点センサーが入力されて活性化されると、その信号は原点センサーの信号発生器と角度検出センサー（高周波センサー２６）の角度パルス発生器に入力され、所定電圧パルスを発生させる。エンコーダ２５の回転は角度検出センサーで逐次検出して角度パルス発生器に入力し、そのパルス信号を角度検出カウンターで計測する。鉛蓄電池からの出力はインバータで変換されてモータ２３に与えられる。
【００３１】
ソーラーパネル１８の初期設定は当該時の太陽位置を緯度経度で算出してなされ、その時刻と合わせてセットし、時間設定スイッチと補正スイッチを用いて時間と位置の設定を終了する。時間監視タイマは水晶発振器で励起されるもので、その一時間毎のパルス信号と一時間歩進タイマとのアンドを理論上とって、フリップフロップのセット信号とする。角度検出カウンターは３６０度を２４時間で割った角度である１５度となるまでパルス信号は発生しないため、正転信号としてモータ２３を駆動する。
【００３２】
この正転信号でモータ２３は１５度（一時間分）回動して停止する。この時、時間監視タイマ以外では電力を使うことなく省電力となる。時間監視タイマから一時間経過の信号が入力されると歩進タイマは直前の時間に一時間を加えた時間信号とのアンドによるセット信号となり、再び１５度回動して停止する。
【００３３】
上記した動作を逐次繰り返して、ソーラーパネル１８は午後６時の位置、即ち終点センサーの位置まで回動する。この終点センサーによって終点信号発生器から逆転のための準備としてフリップフロップの前段アンド回路へ入力され、歩進タイマからのセット信号となって逆転を開始し、初期の原点センサー位置まで復元して停止する。この時点で翌日の日の出の待機状態となる。
【００３４】
ここで、回動アーム３２（ソーラーパネル１８の位置）が原点（０度：午前６時の位置）で信号を捕らえることができなかった場合、この回動アーム３２はこの原点位置を過ぎて回動してしまうが、バックアップ用として、その原点位置に１５度をプラスした角度位置にもリミットスイッチ３１を配備したことで、これを修正し、正規の位置に戻してやることができるようになり、誤動作を未然に防止することができる。
【００３５】
また、正常運転中にソーラーパネル１８に何らかの外力が加わり、原点側へ移動させられた時、絶対時間と装置内部の時計（時間）に遅れが生じてしまう。そして、さらに移動して、午後６時の終点位置で信号が出なかった時、絶対時間の午後７時で原点に復帰する動作とし、原点信号を確認して停止する。その後、待機状態で午前６時まで停止を保持する絶対時間優先処理、即ち、時間差を修正して絶対時間に合わせこみ正常運転とする。
【００３６】
上記の制御はソーラーパネル１８が終点側に移動させられた時にも対処し、この場合、内部時計１時間に進みが生じるが、そのまま移動して終点信号を確認すると原点に戻る動作をし、原点信号を確認して停止する。そして、絶対時間の午前６時まで停止状態を保持し、時間差を修正して再び起動するものとしている。
【００３７】
更に、ソーラーパネル１８の動作が原点と終点の間で停止してしまった際には絶対時間の午後７時で直ちに原点に戻り待機状態とし、その停止状態を保持する。
【００３８】
そして、ソーラーパネル１８が終点信号を捕らえず、その終点を過ぎてしまった時は、午後７時３０分（１５７．５度）のリミットスイッチ３１が入力され、原点に戻り、絶対時間の午後７時以降翌朝の午前６時まで待機し、午前７時で正常回転を開始する。
【００３９】
一方、本発明に係るソーラーパネル装置にあっては、前記した矩形としたフレーム２０の四つの外縁に各々相対向する二対のリフレクター４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂが一体的に固定して備えられており、この実施例にあって、この各々のリフレクター４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂは矩形の板状とされ、フレーム２０もしくはそのフレーム２０に取り付けられたソーラーパネル１８の表面と略１２０度程度の鈍角を形成して備えられている。
【００４０】
前記した各々のリフレクター４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂは研磨処理されたステンレス等の防錆材によって形成されており、必要に応じて飛来する小石等による損傷から防護するため表面を強化ガラスでカバーすることもできる。
【００４１】
図２として示すように、ソーラーパネル１８の表面には略直角方向から照射された太陽光に加え、各リフレクター４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂからの反射光が加算されて集光され、そのエネルギーの増加により、発生する電力も増加されることとなり、その増量分は、リフレクター４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂが存在せず、ソーラーパネル１８の周域を太陽光が通過してしまう状態と比べ、略３５％〜４５％の上昇となる。
【００４２】
また、前記したリフレクター４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂには強風対策として、一以上の透孔を穿設しておくこともできる。ソーラーパネル１８は前述したように回転するため、そのソーラーパネル１８の表面上には各リフレクター４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂによって影が作られることもなく、悪影響を及ぼす虞もない。
【００４３】
さらに、リフレクター４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂのサイズは少なくともフレーム２０もしくはソーラーパネル１８の幅の二分の一以上あればよく、逆に、対の概念を拡大して無端状にリフレクターを繋ぎ、ソーラーパネル１８の周域を囲むようにしてしまうことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本実施例に係るソーラーパネル装置は上記のように構成されている。本実施例では支持ポール１を地表に固定立設させたものとし、ソーラーパネル１８を水平回動させるようにしてあるが、これにこだわらず、支持ポール１を横方向に架設し、取り付けアームを立設、垂設する等の設計変更も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るソーラーパネル装置を実施したリフレクターの配置を示す平面図である。
【図２】太陽光の反射状態を示す図である。
【図３】水平回転機構を示す図である。
【図４】要部を示す図である。
【図５】仰角追尾機構を示し、南天時位置の状態を示す図である。
【図６】リング状レールを示す平面図である。
【図７】制御系の回動アームとリミットスイッチの配置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    支持ポール
２    取り付けアーム
３    フランジ
４    補強リブ
５    受フランジ
６    座板
７    カバー
８    ケーシング
９    固定フランジ
１０  窓蓋
１１  回転シャフト
１２  オイルシール
１３  ベアリング
１４  ベアリング押え
１５  回転テーブル
１６  キャップカバー
１７  ブラケット
１８  ソーラーパネル
１９  ホルダー
２０  フレーム
２１  大歯車
２２  押え板
２３  モータ
２４  小歯車
２５  エンコーダ
２６  高周波センサー
２７  ブレーキホルダー
２８  コイルスプリング
２９  ブレーキシュー
３０  取り付け金具
３１  リミットスイッチ
３２  回動アーム
３３  操作子
４０  ローラーホルダー
４１  ローラ
４２  リング状レール
４３  ストッパー
４４ａ  リフレクター
４４ｂ  リフレクター
４５ａ  リフレクター
４５ｂ  リフレクター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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