(57)【要約】【課題】耐風性に優れた追尾型太陽光発電システムを提供する。【解決手段】ソーラパネルと、該ソーラパネルを所定高さに支持する１本の支柱と、該支柱を軸として前記ソーラパネルの傾斜角度を可変自在に連結する回転軸と、前記ソーラパネルの下側に位置し、ワイヤをその両端を引き出した状態で巻回したリールと、該リールを回転駆動するモータと、前記リールから同距離の位置に設けた一対のプーリとを備え、前記ワイヤの両端それぞれを前記プーリを介して前記ソーラパネルの平行する一対の対辺部それぞれの下面に接続し、前記リールを回転駆動して前記ワイヤの一端側を巻き取ると共に他端側を繰り出すことにより、前記ソーラパネルの傾斜角度を日の出から日の入りまでの太陽の動きに追従して可変制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラパネルと、該ソーラパネルを所定高さに支持する１本の支柱と、該支柱に前記ソーラパネルを傾斜角度を可変自在に連結する回転軸と、前記ソーラパネルの下側に位置し、ワイヤをその両端を引き出した状態で巻回したリールと、該リールを回転駆動するモータと、前記リールから同距離の位置に設けた一対のプーリとを備え、前記ワイヤの両端それぞれを前記プーリを介して前記ソーラパネルの平行する一対の対辺部それぞれの下面に接続し、前記リールを回転駆動して前記ワイヤの一端側を巻き取ると共に他端側を繰り出すことにより、前記ソーラパネルの傾斜角度を可変制御することを特徴とした角度可変形太陽光発電システム。
【請求項２】
リールから繰り出されるワイヤの両端をソーラパネルの中心線上に接続する一方、その両側に前記ワイヤとは別のガイドワイヤを一対備え、前記ガイドワイヤそれぞれを前記ワイヤと平行するように別のプーリを介して前記ソーラパネルの対辺部に接続した請求項１記載の角度可変形太陽光発電システム。
【請求項３】
時刻と太陽の位置をパラメータとして、予め前記時刻におけるソーラパネルの傾斜角度を記憶したデータテーブルを有すると共に時計機構を有し、前記ソーラパネルの傾斜角度を前記時計機構で示される時刻に応じた前記データテーブル上の角度となるようにモータを制御する請求項１または２記載の角度可変形太陽光発電システム。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の角度可変形太陽光発電システムをユニットとして、複数のユニットを互いのソーラパネルが干渉しない間隔で設けた角度可変形太陽光発電システム。
【請求項５】
ソーラパネルの角度を太陽の南中高度に対応して可変する請求項１から４のうち何れか一項記載の角度可変形太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ソーラパネルの角度を予め決められた角度範囲で変化させる角度可変形太陽光発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽光発電システムにおいては、ソーラパネルを屋根や架台に固定した固定型が主流であるが、受光面の角度が固定されているため、最も発電効率が高くなる太陽光の垂直入射時間も限られていた。
【０００３】
この課題を解決するために、太陽の動きに追従してソーラパネルの角度を可変制御する追尾型太陽光発電システムも提案されている（特許文献１〜８）。この追尾型では、日の出から日の入りまで、ソーラパネルの受光面を太陽光が垂直に入射する、あるいはそれに近い角度とすることができるため、固定型よりも発電量が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１４−５２２６２４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５３９９７号公報
【特許文献３】特開２０１１−３５３３７号公報
【特許文献４】特開２００３−３２４２１０号公報
【特許文献５】特開２００１−９１８１８号公報
【特許文献６】特許第５０５７４１２号公報
【特許文献７】特許第４８７３２７９号公報
【特許文献８】特許第３５３９７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来提案されている追尾型太陽光発電システムのほとんどは、ソーラパネルの中央を支柱により支持し、両者間にソーラパネルの角度を可変制御する回転駆動機構を設けた構成であったから、ソーラパネルが強風に煽られた際、前記回転駆動機構が破損したり支柱が折れ曲がる恐れがあった。特に、追尾範囲を広くするためにソーラパネルを水平状態から±４５度の範囲で可変しようとすれば、ソーラパネルが設置面と干渉しないように、支柱を相当高くする必要があるが、そうすると重心が不安定となって、上記恐れが高まる。逆に、パネルの面積を小さくすれば、支柱を低くして低重心とすることができるが、そうすると発電量が犠牲となり、追尾型を採用する意味がなくなる。
【０００６】
また、従来は、その都度、現在の座標から太陽光を受光するのに適した角度を求めて、ソーラパネルを傾斜させるものであったから、制御システムが複雑であった。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、耐風性を有し、より簡易にソーラパネルの傾斜角度を制御することができる角度可変形太陽光発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために本発明では、ソーラパネルと、該ソーラパネルを所定高さに支持する１本の支柱と、該支柱を軸として前記ソーラパネルの傾斜角度を可変自在に連結する回転軸と、前記ソーラパネルの下側に位置し、ワイヤをその両端を引き出した状態で巻回したリールと、該リールを回転駆動するモータと、前記リールから同距離の位置に設けた一対のプーリとを備え、前記ワイヤの両端それぞれを前記プーリを介して前記ソーラパネルの平行する一対の対辺部それぞれの下面に接続し、前記リールを回転駆動して前記ワイヤの一端側を巻き取ると共に他端側を繰り出すことにより、前記ソーラパネルの傾斜角度を可変制御するという手段を用いた。
【０００９】
上記手段によれば、モータによりリールを回転駆動することでワイヤ両端のそれぞれの繰り出し量が相対的に変化し、もってリールに巻き取られて繰り出し量が小さくなった側ではソーラパネルを引き下げて、その傾斜角度を可変する。このような動作を行うに当たり、ソーラパネルは、その中央が支柱により支持されると共に、平行する一対の対辺部がワイヤにより浮き上がりが抑制され、耐風性を発揮する。
【００１０】
さらに、本発明ではソーラパネルの耐風性をより向上させる手段として、リールから繰り出されるワイヤの両端をソーラパネルの中心線上に接続する一方、当該ワイヤをドライブワイヤとして、その両側に別のガイドワイヤとガイドプーリを一組備え、前記ガイドワイヤそれぞれを前記ドライブワイヤと互いに平行するように、その両端それぞれを前記ソーラパネルの対辺部に接続する。この手段によれば、ソーラパネルは平行する３本のワイヤで設置面側に固定されることになるので、ドライブワイヤ１本のときよりも耐風性を向上させることができる。
【００１１】
なお、ソーラパネルの傾斜角度は、その受光面に太陽光が垂直入射することが理想的である。そのため、時刻と太陽の位置をパラメータとして、予め前記時刻におけるソーラパネルの傾斜角度を記憶したデータテーブルを有すると共に時計機構を有し、前記ソーラパネルの傾斜角度を前記時計機構で示される時刻に応じた前記データテーブル上の角度となるようにモータを制御することが好ましい。
【００１２】
また、上記追尾型太陽光発電システムをユニットとして、複数のユニットを備えたシステムとすることで、ソーラパネルの枚数に見合った発電量が得られる。その際、互いのソーラパネルが干渉しない間隔で設けることが好ましい。具体的な間隔は、ソーラパネルの傾きが変わる動作中、少なくとも隣合う同士が接触しない他、互いにソーラパネルの影がかからないことも含む。
【００１３】
さらに、ソーラパネルの角度を南中高度に対応して可変することで、季節に対応したシステムとすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ソーラパネルをワイヤの巻き取りによって傾動させる構成としたので、当該ワイヤによってソーラパネルの浮き上がりが抑制され、耐風性を発揮する。また、予め決められた時間に決められた角度だけソーラパネルを傾斜するので、制御が簡単であり、低コストでの設置が可能となり、固定型に代わる太陽光発電システムとして普及に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明システムのソーラパネルの動作を示す概略説明図
【図２】同システムの一実施形態に係る側面図
【図３】同実施形態に係るリールの平面図
【図４】ソーラパネルを上方から見た平面図
【図５】同システムを複数ユニットから構成した場合の側面図
【図６】本発明の別の実施形態を示した説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は、本発明に係る太陽光発電システムにおいて、太陽Ｓとソーラパネル１の関係を示したものである。即ち、本システムでは、予め決められた時刻に予め決められた角度だけソーラパネル１を傾斜させることで、結果的に、日の出から日の入りまでの太陽Ｓの動きに追従して、受光面１ａに太陽光が垂直入射、若しくはそれに近い状態で入射するように、ソーラパネル１の傾斜角度を可変する。
【００１７】
図２は、本発明システムの一実施形態を示したものであり、図中、２はソーラパネル１を所定高さに支持する支柱、３は支柱２にソーラパネル１を傾動自在に連結する回転軸、４はソーラパネル１の下側に設けたドライブリール、５・６はドライブリール４に巻回されたドライブワイヤ、７・８はドライブリール４から同距離の位置に設けたプーリである。この実施形態では、支柱１と共にドライブリール４とプーリ５・６を地面あるいは適当な架台に固定している。
【００１８】
ワイヤ５・６はプーリ７・８を介してソーラパネル１の平行する一対の対辺部それぞれの裏面１ｂ・１ｃに接続している。また、ワイヤ５・６は一本であり、図３に示すように、ドライブリール４から両端を引き出した状態で巻回されている。ドライブリール４には、これを回転駆動するためのモータＭを接続している。モータＭの種別は問わないが、回転角を正確に制御することができるサーボモータやステッピングモータであることが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、モータＭによりドライブリール４を回転駆動することで、ワイヤ５・６の繰り出し量が相対的に変化し、ドライブリール４に巻き取られて繰り出し量が小さくなった側でソーラパネル１の対辺部が下方に引き下げられ、ソーラパネル１が回転軸３を中心として傾く。このとき、反対側のワイヤは、ソーラパネル１の傾きと連動して上記巻き取り量と同じ量だけ繰り出されることになる。
【００２０】
そして、本システムによれば、強風が発生したとしても、ソーラパネル１はワイヤ５・６によって地面や架台と連結された状態にあるため、浮き上がりが抑制され、支柱２や回転軸３に過度の負荷がかからず、これらが破損・折損することが防止される。
【００２１】
なお、ソーラパネル１の傾斜角度は、時刻ごとの太陽の方位に基づいて、予めソーラパネル１の傾斜角度を三角関数等により算出しておき、これをデータテーブル化しておくことができる。本発明の場合、ソーラパネル１の傾斜角度は、ワイヤ５・６の長さによって決定され、これはドライブリール４の回転量と相関する。つまり、ドライブリール４の回転量を調整することでソーラパネル１の傾斜角度を調整することができる。そして、ドライブリール４はモータにより回転駆動するから、モータを制御することでソーラパネル１の傾斜角度を制御することができる。よって、本発明では、時刻と太陽の位置をパラメータとして上記データテーブルを構築しておき、内部の時計機構が示す時刻に対応する角度を前記データテーブルから読み出してモータを制御することで、ソーラパネル１をその時刻における太陽の方位に適した角度に傾斜させることができる。
【００２２】
一方、太陽の軌跡は日中だけでなく、季節によっても南中高度が変わる。そのため、正午におけるソーラパネルの角度を南中高度に対応して可変することが好ましい。具体的には、回転軸３にボールジョイントなどのユニバーサルジョイントを採用し、そのうえで、上記ドライブリール４、ワイヤ５・６、プーリ７・８、及びモータのセットをもう一組用意し、このセットに係るワイヤを、図４に示したように、ソーラパネル１の他の平行する一対の対辺部１ｄ・１ｅそれぞれに接続することで実現することができる。
【００２３】
さらに、上記構成のシステムを一つのユニットとして、これを複数ユニット並設することで、ソーラパネル１の枚数に見合った発電量の増加が見込まれる。その際、各ユニットは互いのソーラパネル１が接触しない間隔で設ける必要がある。さらにいえば、図５に示したように、ソーラパネル１の傾斜角度が大きくなるにつれ、その反対側に影が伸びるため、この影が隣りのソーラパネル１にかからない間隔とすることが好ましい。
【００２４】
ところで、ソーラパネル１の形状は大きさは任意であるが、セルを含めたフレームのサイズはメーカによって規格化されており、上記実施形態では、縦が約４１００ｍｍ、横が３３００ｍｍを想定している。このようなサイズのソーラパネル１は、撓みによってセルが剥がれたり、フレームが曲がってしまう恐れがある。これに鑑み、図６に、さらに別の実施形態を示す。この実施形態では、ワイヤ５・６をソーラパネル１の中心線Ｃに沿って接続する一方、その両側に一対のガイドワイヤ１０・１１を互いに平行に設けている。ガイドワイヤ１０・１１はソーラパネル１の中心線から等距離に位置して、その両端をソーラパネル１の対辺部１ｂ・１ｃに接続している。また、これらガイドワイヤ１０・１１も、地面や架台に固定した一対のプーリ１２・１３を介して両端をソーラパネル１に接続している。ただし、ガイドワイヤ１０・１１についてはドライブリール４やモータＭを設けておらず、ドライブリール４側のワイヤ５・６に連動してプーリ１２・１３とソーラパネル１の間の長さが可変する。
【００２５】
この実施形態によれば、３本のワイヤによってソーラパネル１の浮き上がりが抑制されるため、より高い耐風性能を得ることができる。また、ガイドワイヤ１０・１１によってソーラパネル１の四隅が設置面側に拘束されているから、ソーラパネル１の撓みや捻れも防止される。
【００２６】
さらに、ソーラパネルは強固なフレーム内にセルを配置してモジュール化すると共に、Ｈ形鋼等を用いて架台を構成することも可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ソーラパネル
１ａ  受光面
１ｂ〜１ｅ  対辺部
２  支柱
３  回転軸
４  ドライブリール
５・６  ワイヤ
７・８  プーリ
【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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