(54)【考案の名称】太陽光発電装置

(51)【国際特許分類】

H01L 31/042

(73)【実用新案権者】株式会社フリーダムコーポレーション

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図1

【概要説明】

【分野】

【0001】
本発明は、太陽電池パネルの複数が太陽の方位角に沿って追尾しながら一体で回転移動する方式による高い発電効率を有する低コストの太陽光発電装置に関するものである。

【従来の技術】

【0002】
環境問題、資源問題及び安全性の点から、火力発電又は原子力発電に代わって、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電装置の実用化が進められている。太陽光発電装置は、遠隔又は無人サイト用、携帯電話交換サイト又は電力供給が十分でない地域の電力供給源としても用いることができるため、今後の大きな進展が期待できる。
【0003】
この太陽光発電の発電効率を向上するための装置として、太陽電池パネルの受光面の向きを太陽光の入射光に合わせて追尾させ、太陽電池パネルの受光面に太陽光を効率よく受光するための追尾式のものが提案されている。追尾式太陽光発電は、太陽電池パネルの受光面を日の出から日の入りまでの方位角に沿って追尾するように駆動する方位角軸を有する一軸追尾方式と、この方位軸に併せて四季に応じて変化する赤緯に対して追従するように駆動する二軸追尾方式が知られている。
【0004】
二軸追尾方式の太陽電池光発電は、効率的な受光という点では利点があるものの、設置及び管理のためのコストの点で問題がある。一軸追尾方式のものとしては、例えば、特許文献1に開示されるような単一の太陽電池パネルによる光発電装置がある。しかし、単一の太陽電池パネルでは、大きな電力を得るために必要なパネル面積が広くなり、強度の点から設置場所の選定が難しく、さらにコンクリート等による地盤補強のための設置費用及びメンテナンス費用が高額になり、大きな課題となっている。
【0005】
一方、複数の太陽電池パネルで構成した追尾型光発電装置は、個々の太陽電池パネルをより簡便に、且つ低コストで設置することができるため、上記の課題を解決するものとして有効である。例えば、特許文献2〜4には、複数の太陽電池パネルの受光面を方位角方向に同期して一斉に回転できる太陽光発電装置が提案されている。また、前記の特許文献3には、設置スペースを小さくするために、太陽電池パネルの回転・移動軸を太陽の方位角に沿って追尾して回転させるとともに、軸線方向に移動させる移動手段を有する追尾型太陽光発電装置が開示されている。
【0006】

【効果】

【0012】
本発明の太陽光発電装置は、大面積を有する単一の太陽電池パネルによる太陽光発電装置と比べると、高い強度を確保する必要がないため設置場所の選択幅が広がるだけでなく、地盤補強等のための設置費用及びメンテナンス費用の大幅な低減を図ることができる。また、駆動装置としてシリンダを用い、該シリンダを通常は一つ、多くても太陽電池パネルの数より少ない数で設置するため、電動式のモータや水平型アクチュエータで駆動して複数の太陽電池パネルを一斉に回転させる従来の追尾型太陽光発電装置と比べても、構造をコンパクトにできるだけでなく、低コストの太陽光発電装置を構築することができる。
【0013】
本発明の追尾型太陽光発電装置は、設置間隔の最適化によって太陽電池パネルの回転時に影の発生を回避するとともに、複数の太陽電池パネルを仰角方向の最適な位置で傾斜して固定する一軸追尾方式とすることによって、高効率の発電性能を維持しながら、太陽光発電装置のコンパクト化と低コスト化を同時に図ることができる。
【0014】
さらに、本発明の太陽光発電装置において、油圧式シリンダ及び回転自由な太陽電池パネル支持留め具、又は全地球測位システム(GPS)によるマイクロコンピューター制御を採用することによって、発電効率の低下が避けられるだけでなく、装置メンテナンスを従来より簡便に、且つ低コストで行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】シリンダが太陽電池パネルの裏面に当接された本発明による太陽発電装置の正面図と側面図である。
【図2】シリンダが太陽電池パネルの裏面に当接された本発明による太陽発電装置をA方向から見た太陽電池パネルの受光面及びその側面を示す図である。
【図3】シリンダが太陽電池パネルの裏面に当接された本発明による太陽発電装置をB方向から見た太陽電池パネルの回転の様子を示す図である。
【図4】本発明による太陽光発電装置において、太陽電池パネルと支持体とを固定するために使用するピロボール構造を有する留め具の例を示す図である。
【図5】シリンダと接続する前記連結部材が太陽電池パネルの裏面に当接された本発明による太陽発電装置の正面図と側面図である。
【図6】シリンダと接続する前記連結部材が太陽電池パネルの裏面に当接された本発明による太陽発電装置をC方向から見た太陽電池パネルの回転の様子を示す図である。
【図7】本発明による別の実施形態を示す太陽発電装置の側面図である。

【0016】
本発明は、複数の太陽電池パネルを有する太陽光発電装置において、複数の太陽電池を東西方向に相当する方位角方向に同期させて一斉に回転させるための駆動装置としてシリンダを用い、該シリンダの可動によって太陽電池パネルの複数を連結するために設けた連結部材を介して複数の太陽電池を回転し得るようにした点に特徴を有する。前記のシリンダは、駆動装置として軽量でコンパクトな構成であり、地面等の上に余分なスペースを設けて設置する必要がない。そのため、前記のシリンダの一端を太陽電池の支持体の一部に固定し、もう一方の他端は直接若しくは前記の連結部材を介して太陽電池パネルの裏面に固定する構造を採用することによって、コンパクトな駆動装置とすることができる。
【0017】
また、本発明の太陽光発電装置は、大面積を有する単一の太陽電池パネルによる太陽光発電装置と異なり、同じ発電量を得るために、軽量で小面積の太陽電池パネルの複数を用いて太陽光発電を行う。太陽電池パネルの1枚は軽量で相対的に小さな形状を有しているため、前記シリンダによって太陽電池パネルの複数を同時に回転できるだけの十分な駆動性能が得られる。したがって、本発明の太陽光発電装置は、前記シリンダの設置数を太陽電池パネルの数よりも少なくすることができ、設置費用とメンテナンス費用の大幅な低減という効果が得られる。
【0018】
また、本発明の太陽光発電装置を構成する複数の太陽電池パネルは、発電の高効率化を維持する目的を以て、太陽電池パネルの回転時に影の発生を回避するために、それぞれ隣り合う端の間隔がどれも1000mm以上で配置することを特徴とする。この間隔が100mm未満では、太陽電池パネルを回転させたときに、その影が隣接した太陽電池パネルに及ぶため、複数の太陽電池パネルを最大限に有効活用するという目的を達成することができず、発電能力の低下が避けられない。本発明においては、この影響を避けるために、それぞれ隣り合う端の間隔を1000mm以上にする必要があり、好ましくは1500mm以上である。この間隔は、広くとりすぎると太陽光発電装置の設置スペースとして広い面積が必要となるだけでなく、前記の連結部材が長くなるため連結材の撓みが発生したり、前記のシリンダの設置数を多くする必要が生じるため、1800mm以下が実用的である。
【0019】
本発明の太陽光発電装置は、前記シリンダの駆動方式として油圧式のものを使用することによって、太陽光発電装置によって発電される電気の一部を利用する必要がなくなるため、太陽光発電の高効率化という目的を達成できる。それだけでなく、電力会社等へ売電を行う際に、発電して得られる電気の一部を自ら使用することを禁じるという規制に対しても十分に対応することができる。このように、油圧式シリンダを使用することによって大きな効果が得られるが、本発明は油圧式シリンダに限定されるものではない。例えば、売電を目的としない場合や将来的に前記の規制がなくなる場合には、電動式シリンダを使用することができる。
【0020】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて具体的に説明する。各図において、同一、又は相当部材、部位については同一の符号を付している。
【0021】
〈第1の実施形態〉
図1は、シリンダが太陽電池パネルの裏面に当接された本発明による太陽発電装置の図であり、(a)及び(b)はそれぞれ正面図と側面図である。図1に示す太陽発電装置は、5枚の太陽電池パネルを有し、中央の太陽電池パネルに駆動装置としてシリンダを1個配置した構成を有する。図1の(a)は、本実施形態の太陽光発電装置において代表的なものとして中央の太陽電池パネルを抜き出して、その正面図を示したものである。
【0022】
本実施形態の太陽光発電装置1は、図1に示すように、太陽電池パネル2が支持具3によって太陽電池パネル2の裏面に配置する支持体4に、仰角方向に同じ角度で傾斜して固定される。太陽電池パネルの裏面に配置する棒状の支持体4は留め具5によって高さ方向の支持体6、7に固定されている。さらに、この支持体6は水平方向の支持体8及びそれとは垂直方向に設置する支持体9、10によって補強された構造となっている。水平方向の支持体8は、補強効果を高めるために斜め方向の支持体11、12によって垂直方向の支持体6、7と接続されても良い。符号4、6〜12で示す支持体は棒状であっても板状のものであっても良く、本発明においては、太陽電池パネル2を支持するための支持体の構成部品の一つとしてみなす。これらの支持体は、図1の(b)に示す複数の太陽電池パネルにおいて、それぞれ共通して構成される。また、太陽電池パネルの傾きは、いずれのパネルにおいても同一であり、最大の発電効率が得られるように、あらかじめ太陽光に対して最適な受光面となるように傾きを調整する。太陽電池パネル2の仰角方法の傾きは、季節に応じて変えることができる。また、必要であれば、支持体6又は7のどちらかの高さを調整することによって、太陽電池パネルの傾きを、例えば月、日、時間ごとと、より短い時間で変えることも可能である。
【0023】
図1において、駆動装置であるシリンダ13は、一端が水平方向の支持体8に接続され、もう一方の他端は、当接部材14を介して、太陽電池パネル2の南北方向(図1においては縦方向)の中央線から東西方向(図1においては横方向)に離れた位置に当接されている。図1の(b)では、その中央線から東西方向の東方向(図1においては右方向)に離れた位置にシリンダ13を当接した例を示しているが、西方向(図1においては左方向)に離れた位置にシリンダ13を当接することもできる。さらに、太陽電池パネル2の複数は連結部材15によって連結される。図1の(b)には、連絡部材15の垂直部分は支持体6の影に隠されて具体的に表されていないが、太陽電池パネル2の5個を互いに連結する連結部材15の水平部分が明示されている。
【0024】
図2は、図1の(a)においてA方向から見た太陽電池パネルを示す図であり、(a)は太陽光の受光面を示す図であり、(b)は太陽電池パネルの側面を示す図である。図2の(a)に示すように、本実施形態の太陽電池パネルは太陽電池セル16の4枚で構成されている。本発明においては、1枚の太陽電池パネルに使用される太陽電池セル16の枚数は4枚に限定されるものではなく、2〜3枚若しくは5枚以上で構成しても良い。しかしながら、3枚で構成する場合は所望の電力を得るために多くの太陽電池パネルを設置する必要があり、スペース効率がやや低下する。5枚以上で構成する場合は、太陽電池パネルの支持強度が低下するためより多くの支柱が必要になる。したがって、本発明では、太陽電池パネルは4枚の太陽電池セルで構成することが実用的である。図2の(a)に示す太陽電池パネル2の形状は、例えば、6.7m×0.95mのものを使用する。
【0025】
さらに、本実施形態で使用する太陽電池パネルの複数は、図1の(b)に示すように、それぞれ隣り合う端の間隔(D)がどれも1000mm以上、好ましくは1500mm以上となるように配置する。間隔Dは太陽電池パネルの大きさに応じて最適化されるが、例えば、6.7m×0.95mの太陽電池パネル2を使用する場合はD=1000mmであり、さらにD=1500mmであれば余裕を持った間隔にすることができる。このように、間隔Dを1000mm以上とすることによって、太陽電池パネル2を回転させたときに、その影が隣接した太陽電池パネルに及ぶのを避けることができる。
【0026】
次に、本実施形態で使用する太陽電池パネルの方位角方向の回転を説明する。図3は、図1の(a)に示す太陽光発電装置1をB方向から見た太陽電池パネル2の回転の様子を示す図である。図3の(b)が、図1に示す太陽光発電装置1の太陽電池パネル2と同じ位置に相当する。太陽電池パネル2の複数を同期させて一斉に(b)に示す位置から西方向及び東方向(図3においては左及び右の方向)に回転させたときの連結部材15の動きを、それぞれ図3の(a)及び(c)に示す。
【0027】
連結部材15は、複数の太陽電池パネルを連結するとともに、シリンダ13を用いて南北方向(図3においては縦方向)に太陽電池パネル2を可動させたときに、太陽電池パネル2が留め具5によって支持体6、7に固定されている位置を支点にして回転できるように、連結部分が東西方向に水平移動する機能を有するものを使用する。例えば、図3の(a)〜(c)に示すように、連結棒17を回転ピン18によってトルクアーム19と連結したものを連結部材15として使用することができる。このとき、連結棒はリジッドな長手部材としても良いし、関節リンク部材としても良く、本発明で使用する連結部材は図3に示す構造に限定されない。
【0028】
図3には、シリンダ13又は連結部材15を太陽電池パネル2と当接する際に当接部材14を介在する構造を示している。当接部材14は、シリンダ13又は連結部材15から太陽電池パネル2へ受ける衝撃や応力等のダメージを少なくするために使用するものであり、金属又はプラスチック等の素材を使用する。当接部材14には、必要に応じて弾性又は柔軟性を有する材料を使用したり、当接部材14の一部としてそれらの部材を挿入しても良い。また、当接部材14は、シリンダ13の移動を容易にするために、シリンダ13が太陽電池パネルの裏面に沿ってスライド式に移動できる機構を備えても良い。本発明は、当接部材14を使用するのが実用的であるが、当接部材14を使用しないで、シリンダ13又は連結部材15が、太陽電池パネル2の裏面に直接接触する形で当接する構造をも含む。
【0029】
本実施形態において、シリンダ13は油圧式のものを使用する。上記で述べたように、油圧式のシリンダを使用することによって、電動式のものとは異なり、太陽光発電装置によって発電される電気の一部を利用する必要がなくなり、太陽光発電の高効率化という目的を達成できる。また、電力会社等へ売電を行う際に、発電して得られる電気の一部を自ら使用することを禁じるという規制に対しても十分に対応することができる。
【0030】
油圧式シリンダ13の駆動制御は、全地球測位システム(GPS)によってマイクロコンピューター操作によって行う。GPSによって、経度と緯度から太陽の位置を測定し、その情報に基づいて、油圧ポンプから送られてくる圧油の力で油圧シリンダ13に直線運動を行わせて駆動する方法である。それによって、太陽光の精緻な追尾が可能となるだけでなく、太陽追尾のための特別なコンピューターソフト等が不要となり、駆動制御システムそのものが簡単に構築できるため好適である。
【0031】
このように、本発明は油圧式シリンダを使用することによって、高効率発電に対して大きな効果が得られるが、本発明で使用するシリンダとしては油圧式シリンダに限定されるものではない。例えば、売電を目的としない場合や将来的に前記の規制がなくなる場合には、電動式シリンダを使用しても良い。
【0032】
本実施形態で使用する留め具5は、シリンダ13の可動によって太陽電池パネル2が小さな力でスムーズに回転できる構造のものを使用することが好ましい。例えば、図4に示すように、支持具3及び太陽電池パネル背面に配置する支持体4を介して、太陽電池パネル2を支持体6、7に固定するためのピロボール構造を有する留め具20を使用する。ピロボール構造とは、ベアリングで軸受されるものである。図4に示すように、太陽電池パネルが水平状態(図4の(a)に示す状態)から、それぞれ西方向(図4の(b)に示す状態)及び東方向(図4の(c)に示す状態)に回転するときに、留め具20に内蔵されるベアリングによって太陽電池パネル2が小さな力でスムーズに回転する。
【0033】
以上の構造と構成を有する本実施形態の太陽光発電装置は、太陽追尾の時間が8〜12時間と長時間にわたるため、固定式と比べて1.5〜2倍の発電効率が得られる。また、面積を有する単一の太陽電池パネルによる太陽光発電装置と比べると、発電量はほぼ同じ程度に維持した状態で、設置及びメンテナンスのための費用を大幅に低減できる。同様に、電動式のモータや水平型アクチュエータで複数の太陽電池パネルを一斉に回転させる方式の追尾型太陽光発電装置と比べても、発電効率をほぼ同じにして、設置及びメンテナンスのための費用を従来よりも低減できる。
【0034】
〈第2の実施形態〉
図5は、本発明の別の実施形態を示す太陽光発電装置を示す図である。図5に示すように、シリンダ13と接続する連結部材15が太陽電池パネル2の裏面に当接された太陽発電装置を示し、(a)及び(b)はそれぞれ正面図と側面図である。図5に示す太陽光発電装置は、図1に示す第1の実施形態とは、太陽電池パネル2を回転されるための駆動方法が異なるだけで、他の部品及び構成は同じである。
【0035】
図5において、駆動装置であるシリンダ13は、一端が水平方向の支持体8に接続され、もう一方の他端は、連結部材15と接続され、当接部材14を介して太陽電池パネル2の南北方向(図5においては縦方向)の中央線から東西方向(図5においては横方向)に離れた位置に並行に当接されている。図5の(b)では、その中央線から東西方向の東方向(図5においては右方向)に離れた位置にシリンダ13を当接した例を示しているが、西方向(図5においては左方向)に離れた位置にシリンダ13を当接することもできる。さらに、太陽電池パネル2の複数は、シリンダ13を接続した連結部材15によって連結される。図5の(b)には、連絡部材15の垂直部分は支持体6の影に隠されて具体的に表されていないが、太陽電池パネル2の5個を互いに連結する連結部材15の水平部分が明示されている。
【0036】
次に、本実施形態で使用する太陽電池パネルの方位角方向の回転を説明する。図6は、図5の(a)に示す太陽光発電装置1をC方向から見た太陽電池パネル2の駆動回転の様子を示す図である。図6の(b)が、図5に示す太陽光発電装置1の太陽電池パネル2と同じ位置に相当する。太陽電池パネル2の複数を同期させて一斉に(b)に示す位置から西方向及び東方向(図6においては左及び右の方向)に回転させたときの連結部材15の動きを、それぞれ図6の(a)及び(c)に示す。
【0037】
連結部材15は、複数の太陽電池パネルを連結するとともに、シリンダ13によって南北方向(図6においては縦方向)に並行に可動させることによって、連結した複数の太陽電池パネル2が一斉に西又は東の方向に回転する機能を有する。ここで、複数の太陽電池パネル2は、留め具5によって支持体6、7に固定されている位置を支点にして回転する。図6の(b)においては、シリンダ13の回転ネジ部21を連結部材15の内部に挿入して固定した構造を示しているが、本発明は挿入しないで、単に接合して固定することもできる。また、連結部材15は、一体で成形したものを使用しても良いし、長手方向の連結棒17とトルクアーム19の部分をそれぞれ分離して成形した後、両者をボルト等の接合治具で接合したものを使用しても良い。
【0038】
図5及び図6に示す本実施形態の太陽光発電装置は、第1の実施形態による太陽光発電装置と同じように高い発電効率が得られるだけでなく、従来よりも設置及びメンテナンスの費用の低減を図ることができる。
【0039】
〈第3の実施形態〉
本発明による別の実施形態の太陽発電装置を、図7によって説明する。図7に示す本実施形態の太陽光発電装置1は、図1に示すものとは、太陽電池パネル2とシリンダ13の設置数が異なるだけで、それ以外は同じ構造と構成を有する。そのため、図7には、特徴的な違いを表すものとして、太陽光発電装置1の側面図だけを示す。
【0040】
図7に示すように、本実施形態の太陽光発電装置は、7枚の太陽電池パネルと、3個の油圧式のシリンダ13を有し、太陽電池パネル2の2枚ごとに油圧式のシリンダ13の1個が左右対称に配置されている。本発明においては、図7に示すように、必要に応じて太陽電池パネル2の枚数を追加することもできるし、また、シリンダ13の駆動力を増して太陽電池パネル2の回転をスムーズに行わせるために、シリンダの個数を追加することもできる。本発明は、このような特徴を有するため、発電能力と発電効率、設置場所及び設置費用に応じて、様々な形態で太陽光発電装置を設置することができる。それだけでなく、太陽光発電装置を設置した後に、順次、必要な枚数の太陽電池パネルを追加することもできるため、使い勝手の良い太陽光発電システムを構築することが可能となる。
【0041】
以上のように、本発明の太陽光発電装置は、従来の大面積を有する単一の太陽電池パネルによる太陽光発電装置と比べると、高い強度を確保する必要がないため設置場所の選択幅が広がるだけでなく、地盤補強等のための設置費用及びメンテナンス費用の大幅な低減を図ることができる。また、従来の追尾型太陽光発電装置と比べても、構造をコンパクトにできるだけでなく、低コストの太陽光発電装置を構築することができる。
【0042】
さらに、発電性能、設置場所及び設置やメンテナンスの費用に応じて、太陽電池パネルの追加等によって発電能力の増強を容易に行える。したがって、従来では設置困難であった場所や地域での設置が可能となるだけでなく、より低コストの太陽光発電システムを構築することができるようになり、本発明の活用性は非常に高い。
【0043】
1・・・太陽光発電装置、2・・・太陽電池パネル、3・・・支持具、4・・・太陽電池パネルの裏面に配置する支持体、5・・・留め具、6,7・・・高さ方向の支持体、8,9,10・・・水平方向の支持体、11,12・・・斜め方向の支持体、13・・・シリンダ、14・・・当接部材、15・・・連結部材、16・・・太陽電池セル、17・・・連結棒、18・・・回転ピン、19・・・トルクアーム、20・・・ピロボール構造を有する留め具、21・・・シリンダの回転ネジ部。

(57)【要約】

【課題】高い発電効率を維持しながら、よりコンパクトな構造で簡便に構築できるだけでなく、設置及びメンテナンスのための費用を低減できる太陽光発電装置を提供する。【解決手段】支持体に固定した太陽電池パネル2の複数と、支持体の一部に固定され、太陽電池パネルの数よりも少ない数のシリンダ13と、太陽電池パネルの複数を連結するための連結部材15とを有し、シリンダ若しくはシリンダと接続する連結部材が太陽電池パネルの南北方向の中心線から東西方向に離れた位置で太陽電池パネルの裏面に当接され、シリンダを可動させることによって太陽電池パネルの複数を一斉に方位角方向に回転し得るようにした太陽光発電装置1である。さらに複数の太陽電池パネルは、それぞれの隣り合う端が1000mm以上の間隔で配置される。


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