(57)【要約】【課題】設置に係る面積とコストを低減可能な角度可変形太陽光発電システムを提供する。【解決手段】ソーラーパネルと、該ソーラーパネルを所定高さに支持する１本の支柱と、該支柱の上端部に前記ソーラーパネルを揺動自在に接続する自在継手と、ロッドの伸縮動作により前記自在継手を支点として前記ソーラーパネルを任意の傾斜角度に揺動する第一及び第二の油圧シリンダとを備え、第一の油圧シリンダは前記ソーラーパネルの東西方向の傾斜角度を可変する一方、第二の油圧シリンダは前記ソーラーパネルの南北方向の傾斜角度を可変するように、当該第一及び第二の油圧シリンダを独立して設けた。自在継手は、ソーラーパネルの下面側に垂設した支軸部と、該支軸部を中心線上に固定したボールと、該ボールの軸受部とを備えたボールジョイントによって構成することがある。【選択図】図２
2017041981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラーパネルと、該ソーラーパネルを所定高さに支持する１本の支柱と、該支柱の上端部に前記ソーラーパネルを揺動自在に接続する自在継手と、ロッドの伸縮動作により前記自在継手を支点として前記ソーラーパネルを任意の傾斜角度に揺動する第一及び第二の油圧シリンダとを備え、第一の油圧シリンダは前記ソーラーパネルの東西方向の傾斜角度を可変する一方、第二の油圧シリンダは前記ソーラーパネルの南北方向の傾斜角度を可変するように、当該第一及び第二の油圧シリンダを独立して設けたことを特徴としたソーラーパネルの角度可変構造。
【請求項２】
支柱はソーラーパネルの中央を支持する請求項１記載のソーラーパネルの角度可変構造。
【請求項３】
第一及び第二の油圧シリンダそれぞれは、支柱とソーラーパネルとの間に、ロッドとシリンダチューブの各端部を回動自在に取付けた請求項１または２記載のソーラーパネルの角度可変構造。
【請求項４】
自在継手は、ボールジョイントである請求項１、２または３記載のソーラーパネルの角度可変構造。
【請求項５】
ボールジョイントは、ソーラーパネルの下面側に垂設した支軸部と、該支軸部を中心線上に固定したボールと、該ボールの軸受部とを備える請求項４記載のソーラーパネルの角度可変構造。
【請求項６】
ボールの軸受部は、ソーラーパネル側と支柱側とで上下二分割され、両軸受部は潤滑油の充填間隙を介してボールを囲繞する凹面支持部を有する請求項５記載のソーラーパネルの角度可変構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ソーラーパネル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係り、季節に応じた南中高度と、日々の太陽の動きとに応じて、ソーラーパネルの角度を可変する構成を備えたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽の動きに追従してソーラー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が提案されており、特許文献１には、ソーラーパネルの中心を球面滑り軸受けで支持すると共に、東西南北に対応して該球面滑り軸受から等距離の４点を４つの独立したエアシリンダに接続されたロッドで支持する構成が開示されている。
【０００３】
これによれば、各エアシリンダを太陽の向きに応じて駆動させることにより、ソーラーパネルの受光面を太陽光に正対させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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、特許文献１の装置は、エアシリンダを電力ではなく、気体の熱膨張により駆動するもので、その駆動源として気体を封入した集熱タンクを設置し、太陽熱により集熱タンク内の気体を膨張させてエアシリンダを駆動するものである。
【０００６】
そのため、当該装置では、集熱タンクの少なくとも一つに、常時、太陽光が当たるようにソーラーパネルの周囲に集熱タンクを設置しなくてはならず、一システム当たりの設置面積が大きくなる。したがって、当該装置をメガソーラーと言われる広大な敷地に多数のソーラーパネルをマトリクス状に設置する太陽光発電システムに採用した場合には、集熱タンクがデッドスペースとなって、全体として単位面積当たりの発電量が小さいという課題がある。
【０００７】
また、一般的にエアシリンダは油圧シリンダ等比べて使用圧が低いため、相当重量のソーラーパネルを傾斜駆動するのに十分な動力を得にくい。この点、特許文献１では、気体の熱膨張によってエアシリンダを駆動するため、さらに動力確保が困難となる。そのうえ、太陽熱エネルギーは時間帯によって変化し、朝方と夕方には太陽熱エネルギーが弱まることから、特許文献１の装置を実用化するに当たっては、気体の熱膨張が弱まったときの補助動力としてのエアコンプレッサや角度固定用ストッパ等の周辺機器が必要となり、結果的に初期投資が嵩むという課題もある。
【０００８】
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、設置に係る面積とコストを低減可能な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】
【０００９】
上述した目的を達成するために本発明では、ソーラーパネルと、該ソーラーパネルを所定高さに支持する１本の支柱と、該支柱の上端部に前記ソーラーパネルを揺動自在に接続する自在継手と、ロッドの伸縮動作により前記自在継手を支点として前記ソーラーパネルを任意の傾斜角度に揺動する第一及び第二の油圧シリンダとを備え、第一の油圧シリンダは前記ソーラーパネルの東西方向の傾斜角度を可変する一方、第二の油圧シリンダは前記ソーラーパネルの南北方向の傾斜角度を可変するように、当該第一及び第二の油圧シリンダを独立して設けるという手段を用いた。
【００１０】
この手段によれば、油圧シリンダによってソーラーパネルを揺動するのに十分な動力が得られるため、補助動力を必要としない。また、油圧シリンダを駆動するための油圧ポンプや、該油圧ポンプを駆動する電動機はソーラーパネルと地面の間に設置することができるため、一システムの設置面積は最大でもソーラーパネルを水平とした時の投影面積で済む。
【００１１】
そして、本発明では、ソーラーパネルをボールジョイントによって全方向に揺動自在に支持しているところ、二機の油圧シリンダによってソーラーパネルを東西方向と南北方向とに独立して揺動可能としたため、東西方向に対応する油圧シリンダを駆動すればソーラーパネルを一日の太陽の動きに合わせて揺動（傾斜）させることができ、南北方向に対応する油圧シリンダを駆動すればソーラーパネルを南中高度に合わせて揺動（傾斜）させることができる。したがって、一年を通してソーラーパネルを太陽光と垂直な傾斜角度とすることができ、発電効率を高めることができる。
【００１２】
支柱によってソーラーパネルのどの点を支持するかについては、ソーラーパネルの中央を支持することが好ましい。荷重の偏りが無く、ソーラーパネルを安定して揺動することができるからである。
【００１３】
油圧シリンダはシリンダチューブ内を油圧により摺動するピストンにロッドを取付けた構成であるが、第一及び第二の油圧シリンダそれぞれは、支柱とソーラーパネルとの間に、ロッドとシリンダチューブの各端部を回動自在に取付けることで、支柱の基礎とソーラーパネル間に油圧シリンダを設けるよりもロッドの伸縮長（ストローク長）を短くでき、より安定してソーラーパネルを揺動させることができる。
【００１４】
一方、自在継手は、二つの部材（ソーラーパネルと支柱）の角度を自在可変できるユニバーサルジョイントであり、その具体例として、本発明では、ボールジョイントを採用する。その際のボールジョイントは、ソーラーパネルの下面側に垂設した支軸部と、該支軸部を中心線上に固定したボールと、該ボールの軸受部とを備えた構成とすることができる。ここで、ボールはボーリング玉に採用されているエボナイト球を例示することができる。
【００１５】
さらに、ボールの軸受部は、ボールの軸受部は、ソーラーパネル側と支柱側とで上下二分割され、両軸受部は潤滑油の充填間隙を介してボールを囲繞する凹面支持部を有するものによって構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ソーラーパネルを揺動して、その傾斜角度を可変する動力源として油圧シリンダを採用したから、油圧シリンダによる大きな使用圧によってソーラーパネルを安定して揺動させることができるうえ、一システムの設置面積もソーラーパネルの投影面積とすることができて、単位面積当たりの発電量を最大限確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明におけるソーラーパネルの動作を示す概略説明図
【図２】本発明の一実施形態に係る角度可変型ソーラーパネルの側面図
【図３】同、裏面図
【図４】同、主要部の拡大図
【図５】同、支柱の基礎部分の拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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、本発明の一実施形態として、太陽Ｓとソーラーパネル１の関係を示したものである。即ち、本発明では、真南に向けて設置するソーラーパネル１について、その前後（南北方向）の傾斜角度を、その時季（図例では、夏至と冬至）の太陽の南中高度に対応する角度だけ傾斜させると共に、予め決められた時刻に予め決められた角度だけ左右（東西方向）に傾斜させることで、結果的に、一年を通して、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、ソーラーパネル１の前後左右の傾斜角度を可変する。
【００１９】
図２・３は、上述した動作を実現するための構成を示したものであり、図中、２はソーラーパネル１を所定高さに支持する支柱、３は支柱２の上端部２ａにソーラーパネル１を揺動自在に接続する自在継手としてのボールジョイント、４・５はソーラーパネル１と支柱２との間に互いに９０度回転した位置に設けた第１及び第２の油圧シリンダである。
【００２０】
支柱２はソーラーパネル１の中央Ｃを支持しており、ソーラーパネル１は長手方向を東西方向に沿って設置している。そして、第１の油圧シリンダ４は、そのロッド４ａをソーラーパネル１の長手方向の中心線Ｃ１上の一点に接続している。これに対して第２の油圧シリンダ５は、長手方向の中心線Ｃ１と直交する短辺方向の中心線Ｃ２上の一点にロッド５ａを接続している。
【００２１】
また、これら第１及び第２の油圧シリンダ４・５は、ロッド４ａ・５ａを上述した位置にソーラーパネルの裏面側にピン８によって回動自在に接続すると共に、該ロッド４ａ・５ａを油圧により伸縮動作させるピストンを摺動自在に収容したシリンダチューブ４ｂ・５ｂについても支柱２の側面側にピン８によって回動自在に接続している。
【００２２】
一方、ボールジョイント３は、図４に示したとおり、ソーラーパネル１の裏面側に垂設した支軸部３ａと、該支軸部３ａを中心線上に埋設固定して一体化したボール３ｂと、該ボール３ｂを抜け止めの状態で囲繞して回転自在に支持する上下一対の軸受部３ｃ・３ｄとからなる。軸受部３ｃ・３ｄは向かい合う面がボール３ｂの大きさに対応した半球の凹面状となっており、該凹面とボール３ｂの隙間は潤滑油の充填部３ｅとしている。
【００２３】
なお、３ｆは、ボール３ｂの上方において支軸部３ａに設けた凸面状の傘部であり、ボール３ｂや軸受部３ｃを雨水等から保護するものである。また、ボール３ｂは、ボーリング球に採用されているエボナイト製の大玉によって構成することができるが、これに限定するものではない。
【００２４】
上述のボールジョイント３によって、ソーラーパネル１は支柱２に対して揺動自在に支持され、後述するように、第１・第２の油圧シリンダ４・５を駆動することによって、ソーラーパネルの東西と南北の各傾斜角度を任意に変更することができる。
【００２５】
即ち、油圧シリンダ４・５を駆動して、ロッド４ａ・５ａが伸長すれば、これを接続した面が押し上げられ、中心線Ｃ１・Ｃ２を挟んだ反対面は下がることになり、ロッド４ａ・５ａを短縮すれば、ソーラーパネル１はこれと逆に傾斜する。このような動作原理を前提として、最初に、第２の油圧シリンダ５を駆動し、ソーラーパネル１を時季に応じた太陽の南中高度に合わせて、その前後（南北方向）の傾斜角度を設定する。そのうえで、日の出から日の入りにかけて第１の油圧シリンダ４を駆動することにより、ソーラーパネル１を太陽の一日の動きに対応して左右（東西方向）の傾斜角度を可変することができる。
【００２６】
なお、ソーラーパネル１の傾斜角度は、予め時季や時刻ごとの太陽の方位に基づいて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き、このデータを用いて油圧シリンダ４・５を制御することができる。即ち、内部の時計機構が示す時季や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、油圧シリンダ４・５の油圧ポンプや、その発電機をを制御することで、ソーラーパネル１をその時季や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。
【００２７】
ところで、本発明ではソーラーパネル１を１本の支柱２で支持することから、支柱２を単に地盤に差し込んだり埋設しただけでは、ソーラーパネル１が強風に煽られた時に、支柱２が引き抜かれる恐れがある。
【００２８】
そこで、この実施形態では、支柱２の土中側の基礎部分を、図５に示す構造とした。即ち、この構造では、支柱２の土中側に支柱２の周面から斜め上方に向かってアンカー６を複数本設けている。このアンカー６によって支柱２の引き抜き抵抗が高まり、ソーラーパネル１が強風に煽られたとしても支柱２が土中から抜け出すことが防止される。
【００２９】
また、支柱２は、鋼棒の中心に上下貫通する縦穴を開けるか、中空鋼管を採用するかして中空パイプとしたものを所定長さ上方に引き上げ、この状態で、支柱２の上端開口からセメント又はモルタルを土中地盤７との隙間に流し込むことで、支柱２の安定性が増すと共に、硬化したセメント９等によって引き抜き抵抗をさらに高めることができる。
【００３０】
なお、当該基礎構造の施工に当たって支柱２を土中に埋設するには、押し込みによって支柱２を土中地盤まで差し込むほか、採取に土中地盤７まで掘削しておき、支柱２を立設した後に埋め戻すこともできる。
【符号の説明】
【００３１】
１  ソーラーパネル
１ａ  受光面
１ｂ  
２  支柱
３  ボールジョイント
３ａ  支軸部
３ｂ  ボール
３ｃ  軸受部（ソーラーパネル１側）
３ｄ  軸受部（支柱２側）
３ｅ  潤滑油の充填部３ｅ
３ｆ  傘部
４  第１の油圧シリンダ
４ａ  ロッド
４ｂ  シリンダチューブ
５  第２の油圧シリンダ
５ａ  ロッド
５ｂ  シリンダチューブ
【図１】
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【図２】
2017041981.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017041981.tif 000006
【図５】
2017041981.tif 000007