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公開番号2020182326
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201105
出願番号2019084141
出願日20190425
発明の名称太陽光発電装置
出願人住友電気工業株式会社
代理人特許業務法人サンクレスト国際特許事務所
主分類H02S 20/32 20140101AFI20201009BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】回動範囲が制限されることなく太陽光発電パネルの回動速度を高めることができる技術を提供する。
【解決手段】太陽光発電装置は、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルを支持する支持機構と、を備え、前記支持機構は、支柱と、前記支柱の上端で支持され、前記太陽光発電パネルが固定される水平軸と、前記水平軸を当該水平軸の軸心周りに回動させるための回転力を発生させる駆動部と、前記回転力を前記水平軸に伝達する伝達部と、を備え、前記伝達部は、前記回転力によって前記水平軸の軸心周りに回動する回動部材と、前記回動部材と前記水平軸とを連結し、前記回転力を前記水平軸に伝達して前記太陽光発電パネルを仰角方向に回動させる連結リンクと、を備え、前記連結リンクは、当該連結リンクのリンク長さを変化させる伸縮装置を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
太陽光発電パネルと、
前記太陽光発電パネルを支持する支持機構と、を備え、
前記支持機構は、
支柱と、
前記支柱の上端で支持され、前記太陽光発電パネルが固定される水平軸と、
前記水平軸を当該水平軸の軸心周りに回動させるための回転力を発生させる駆動部と、
前記回転力を前記水平軸に伝達する伝達部と、を備え、
前記伝達部は、
前記回転力によって前記水平軸の軸心周りに回動する回動部材と、
前記回動部材と前記水平軸とを連結し、前記回転力を前記水平軸に伝達して前記太陽光発電パネルを仰角方向に回動させる連結リンクと、を備え、
前記連結リンクは、当該連結リンクのリンク長さを変化させる伸縮装置を備える
太陽光発電装置。
続きを表示(約 450 文字)【請求項2】
前記回動部材は、
前記水平軸に対して相対回転可能に当該水平軸の外周側に配置され、前記回転力によって前記水平軸の軸心周りに回動する円筒部と、
前記円筒部の外周面から突設され前記連結リンクが接続されるレバー部材と、を備える
請求項1に記載の太陽光発電装置。
【請求項3】
前記伝達部は、前記伸縮装置の伸縮動作による前記太陽光発電パネルの仰角方向への回動範囲が少なくとも90度となるように構成されている
請求項1又は請求項2に記載の太陽光発電装置。
【請求項4】
前記支持機構は、前記駆動部と、前記伸縮装置とを制御することで、前記太陽光発電パネルの仰角方向の姿勢を制御する制御部を備えている
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の太陽光発電装置。
【請求項5】
前記制御部は、自装置の周囲の気候の変化に応じて前記太陽光発電パネルの仰角方向の姿勢を制御する
請求項4に記載の太陽光発電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、太陽光発電装置に関する。
続きを表示(約 10,000 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、センサにより風速や風向を把握し、風による荷重が閾値を超える場合には、太陽光発電パネルを水平にした退避姿勢をとるように構成された太陽光発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014−203911号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
集光型太陽光発電モジュールを用いた太陽光発電装置は、太陽光発電パネルに太陽を追尾する動作を行わせるために2軸(仰角方向、方位角方向)の姿勢制御機能を有しており、この姿勢制御機能を利用して退避姿勢をとることができる。
太陽光発電パネルの姿勢制御を行う場合、例えば、減速ギヤにより減速されたモータの回転力を利用して太陽光発電パネルを回動させることが考えられる。
減速されたモータの回転力を利用する場合、太陽光発電パネルを回動させる際の動作速度(回動速度)は比較的遅い。
【0005】
よって、強風が吹くことが予想される場合には、強風が吹く前から事前に太陽光発電パネルの回動を開始させる必要がある。
すると、発電可能な天候であっても、追尾動作を中止し、退避姿勢とするために太陽光発電パネルの回動を開始する必要があり、発電できない時間が増加することとなる。
これに対して、より高速で太陽光発電パネルを回動させることができれば、強風が吹く直前まで追尾動作を継続でき、発電できない時間を圧縮することができる。
【0006】
ここで、例えば、アクチュエータ等の伸縮装置を用いて太陽光発電パネルの姿勢制御を行うことが考えられる。伸縮装置によって太陽光発電パネルを回動させる場合、減速ギヤ等を介することなく太陽光発電パネルを回動させることができるので、より高速に太陽光発電パネルを回動させることができる。
【0007】
その一方、伸縮装置は伸縮動作の範囲に制限があるため、太陽光発電パネルの回動範囲が制限されることがある。
このため、回動範囲が制限されることなく太陽光発電パネルの回動速度を高めることができる技術が望まれる。
【0008】
本開示はこのような事情に鑑みてなされたものであり、回動範囲が制限されることなく太陽光発電パネルの回動速度を高めることができる技術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】
【0009】
一実施形態である太陽光発電装置は、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルを支持する支持機構と、を備え、前記支持機構は、支柱と、前記支柱の上端で支持され、前記太陽光発電パネルが固定される水平軸と、前記水平軸を当該水平軸の軸心周りに回動させるための回転力を発生させる駆動部と、前記回転力を前記水平軸に伝達する伝達部と、を備え、前記伝達部は、前記回転力によって前記水平軸の軸心周りに回動する回動部材と、前記回動部材と前記水平軸とを連結し、前記回転力を前記水平軸に伝達して前記太陽光発電パネルを仰角方向に回動させる連結リンクと、を備え、前記連結リンクは、当該連結リンクのリンク長さを変化させる伸縮装置を備える。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、回動範囲が制限されることなく太陽光発電パネルの回動速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1は、1基分の、集光型の太陽光発電装置の一例を、受光面側から見た斜視図であり、完成した状態での太陽光発電装置を示している。
図2は、1基分の、集光型の太陽光発電装置の一例を、受光面側から見た斜視図であり、組立途中の状態での太陽光発電装置を示している。
図3は、支柱の上端部分を拡大した斜視図である。
図4は、伝達部の構造を示す図である。
図5は、太陽光発電装置の制御装置の構成例を示す図である。
図6は、受光パネルが鉛直方向に平行な姿勢であるときの太陽光発電装置の側面図である。
図7は、図6に示す状態からアクチュエータのみを動作させて退避姿勢に変化させたときの太陽光発電装置の側面図である。
図8は、受光パネルの法線方向が水平に対して45度の角度となっている姿勢であるときの太陽光発電装置の側面図である。
図9は、図8に示す状態からアクチュエータのみを動作させて退避姿勢に変化させたときの太陽光発電装置の側面図である。
図10は、第2駆動部を動作させて受光面を下向きにした水平姿勢の状態の太陽光発電装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
[本開示の実施形態の説明]
最初に実施形態の内容を列記して説明する。
(1)一実施形態である太陽光発電装置は、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルを支持する支持機構と、を備え、前記支持機構は、支柱と、前記支柱の上端で支持され、前記太陽光発電パネルが固定される水平軸と、前記水平軸を当該水平軸の軸心周りに回動させるための回転力を発生させる駆動部と、前記回転力を前記水平軸に伝達する伝達部と、を備え、前記伝達部は、前記回転力によって前記水平軸の軸心周りに回動する回動部材と、前記回動部材と前記水平軸とを連結し、前記回転力を前記水平軸に伝達して前記太陽光発電パネルを仰角方向に回動させる連結リンクと、を備え、前記連結リンクは、当該連結リンクのリンク長さを変化させる伸縮装置を備える。
【0013】
上記構成によれば、連結リンクのリンク長さを伸縮装置によって変化させることで、駆動部によって水平軸を駆動せずとも太陽光発電パネルを回動させることができる。
これにより、回転力を伝達する際に減速ギヤ等を介する必要がある駆動部よりも、より高速に太陽光発電パネルを回動させることができる。
また、駆動部の回転力は伝達部を介して水平軸に伝達され、駆動部の回転力によっても太陽光発電パネルを回動することができるので、太陽光発電パネルの回動範囲が制限されることはない。
【0014】
(2)上記太陽光発電装置において、前記回動部材は、前記水平軸に対して相対回転可能に当該水平軸の外周側に配置され、前記回転力によって前記水平軸の軸心周りに回動する円筒部と、前記円筒部の外周面から突設され前記連結リンクが接続されるレバー部材と、を備えることが好ましい。
この場合、簡易な構造で回動部材を構成することができる。
【0015】
(3)上記太陽光発電装置において、前記伝達部は、前記伸縮装置の伸縮動作による前記太陽光発電パネルの仰角方向への回動範囲が少なくとも90度となるように構成されていることが好ましい。
この場合、伸縮装置の伸縮動作のみで、太陽光発電パネルを鉛直方向に平行な姿勢から水平な姿勢の間で任意に姿勢変化させることができる。よって、太陽光発電パネルが追尾中であるときのどの姿勢であっても、伸縮装置の伸縮動作のみで速やかに太陽光発電パネルの姿勢を、強風に対する退避姿勢である水平な状態に変化させることができる。
【0016】
(4)また、上記太陽光発電装置において、前記支持機構は、前記駆動部と、前記伸縮装置とを制御することで、前記太陽光発電パネルの仰角方向の姿勢を制御する制御部を備えていることが好ましい。
この場合、駆動部による駆動力及び伸縮装置の伸縮の両方で太陽光発電パネルを回動させることで、さらに高速で太陽光発電パネルを回動させることができる。
【0017】
(5)また、上記太陽光発電装置において、前記制御部は、自装置の周囲の気候の変化に応じて前記太陽光発電パネルの仰角方向の姿勢を制御してもよい。
この場合、周囲の気候に応じて、退避姿勢である水平な状態に変化させたり、太陽光発電パネルの受光面を下向きとする姿勢に変化させたりすることができる。
【0018】
[実施形態の詳細]
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【0019】
〔太陽光発電装置の構成〕
図1及び図2はそれぞれ、1基分の、集光型の太陽光発電装置の一例を、受光面1a側から見た斜視図である。図1は、完成した状態での太陽光発電装置100を示し、図2は、組立途中の状態での太陽光発電装置100を示している。図2は、追尾架台25の骨組みが見える状態を右半分に示し、集光型太陽光発電モジュール(以下、単にモジュールとも言う。)1Mが取り付けられた状態を左半分に示している。なお、実際にモジュール1Mを追尾架台25に取り付ける際は、追尾架台25を地面に寝かせた状態で取り付けを行う。
【0020】
図1において、この太陽光発電装置100は、左右に分かれた全体として面状の受光パネル(太陽光発電パネル又はアレイともいう。)1と、その支持機構2とを備えている。
受光パネル1は、背面側の追尾架台25(図2)上にモジュール1Mを整列させて構成されている。図1の例では、左右のウイングを構成する(96(=12×8)×2)個と、中央の渡り部分の8個との、合計200個のモジュール1Mの集合体として、受光パネル1が構成されている。モジュール1M内には、太陽光を集光させて発電素子に導く光学系がマトリックス状に並んで設けられた既知の構成が搭載されている。
【0021】
支持機構2は、水平軸24のほぼ中央を支持することで、面状の受光パネル1のほぼ中央を支持する。支持機構2は、支柱21と、基礎22と、駆動部23と、水平軸24(図2)と、追尾架台25とを備えている。支柱21は、下端が基礎22に固定され、上端に駆動部23を備えている。
【0022】
図1において、基礎22は、上面のみが見える程度に地中に堅固に埋設される。基礎22を地中に埋設した状態で、支柱21は鉛直となり、水平軸24(図2)は水平となる。
図2において、水平軸24には、追尾架台25を補強する補強材25aが取り付けられている。また、補強材25aには、複数本の水平方向へのレール25bが取り付けられている。モジュール1Mは、このレールに嵌め込むように取り付けられる。水平軸24が方位角又は仰角の方向に回動すれば、受光パネル1もその方向に回動する。
【0023】
図3は、支柱21の上端部分を拡大した斜視図である。
駆動部23は、水平軸24を、方位角(支柱21を中心軸とした角度)及び仰角(水平軸24を中心軸とした角度)の2方向に回動させることができる。
駆動部23は、水平軸24を支柱21の上端で支持する本体部50と、水平軸24を方位角方向に回動させるための回転力を発生させる第1駆動部52と、水平軸24を仰角方向(水平軸24の軸心周り)に回動させるための回転力を発生させる第2駆動部54とを備える。
【0024】
本体部50は、水平軸24を仰角方向に回動自在に支持する。また、本体部50は、支柱21に対して方位角方向に回動自在である。
第1駆動部52は、モータや、モータの出力軸に設けられたウォームギヤ、本体部50又は支柱21に設けられたウォームホイールといった減速ギヤを備えている。第1駆動部52は、モータによって水平軸24を方位角方向に回動させるための回転力を発生する。第1駆動部52は、減速ギヤによって減速した回転力によって、水平軸24を方位角方向に回動させる。
【0025】
支持機構2は、第2駆動部54が発生する回転力を水平軸24に伝達する伝達部56をさらに備えている。
第2駆動部54が発生する回転力は、伝達部56によって水平軸24に伝達される。
伝達部56は、水平軸24の外周側に配置された回動部材58と、回動部材58と水平軸24とを連結する連結リンク60とを備える。
【0026】
図4は、伝達部56の構造を示す図である。
図3及び図4を参照して、回動部材58は、水平軸24の外周側に配置された円筒部58aと、円筒部58aの外周面から突出したレバー部材58bとを備える。
【0027】
回動部材58の円筒部58aは、水平軸24に対して相対回転可能に設けられている。円筒部58aは、第2駆動部54が発生する回転力によって、水平軸24の軸心周りに回動する。
なお、図4では、回動部材58の円筒部58aの内周面と、水平軸24の外周面との間には、隙間が設けられているように示しているが、円筒部58aの内周面と、水平軸24の外周面との間には、転がり軸受け等が介在される。
【0028】
また、水平軸24は、上述のように、本体部50によって仰角方向に回動自在に支持される。
【0029】
第2駆動部54は、モータや、モータの出力軸に設けられたウォームギヤ、円筒部58aに一体に設けられたウォームホイールといった減速ギヤを備えている。第2駆動部54は、減速ギヤによって減速されたモータの回転力を円筒部58aに与える。
レバー部材58bは、円筒部58aが回動することで、水平軸24の軸心周りに回動する。レバー部材58bの先端には、連結リンク60が接続されている。
【0030】
連結リンク60は、レバー部材58bと、水平軸24とを連結する。連結リンク60は、支柱21を挟んで隣接する一対の補強材25aを繋ぐ連結部材62と、連結部材62とレバー部材58bとを連結するアクチュエータ64と、を備える。
連結部材62には、アクチュエータ64を連結するためのブラケット62aが設けられている。
【0031】
アクチュエータ64は、胴体部64aと、胴体部64aから出退可能に設けられるロッド部64bとを備える。
ロッド部64bの先端64b1は、ブラケット62aに回動可能に接続されている。また、胴体部64aには、レバー部材58bの先端が回動可能に接続される接続部64a1が設けられている。
【0032】
アクチュエータ64は、油圧制御によってロッド部64bを出退させることができる伸縮装置である。アクチュエータ64は、連結部材62のブラケット62aと、レバー部材58bとの間を、伸縮可能に連結する。
【0033】
レバー部材58bと水平軸24とは、連結リンク60で連結されているので、水平軸24は、レバー部材58bの回動に応じて回動する。レバー部材58bを図中矢印のように揺動させれば、補強材25aを揺動させることができ、水平軸24及び水平軸24に設けられた受光パネル1を回動させることができる。
つまり、第2駆動部54による回転力は、回動部材58と連結リンク60とによって、水平軸24に伝達され、水平軸24及び受光パネル1を回動させる。
【0034】
このように、連結リンク60は、回動部材58と水平軸24とを連結し、第2駆動部54の回転力を水平軸24に伝達して受光パネル1を仰角方向に回動させるリンク機構を構成する。
また、アクチュエータ64の先端64b1と、接続部64a1との間隔は、連結リンク60のリンク長さとなる。
【0035】
ここで、アクチュエータ64を伸縮させれば、連結リンク60のリンク長さを変化させることができる。
連結リンク60のリンク長さをアクチュエータ64によって変化させれば、第2駆動部54の回転力によって水平軸24を駆動せずとも受光パネル1を回動させることができる。
これにより、回転力を伝達する際に減速ギヤ等を介する必要がある第2駆動部54よりも、より高速に受光パネル1を回動させることができる。
なお、第2駆動部54が発生する回転力は伝達部56を介して水平軸24に伝達され、第2駆動部54の回転力によっても受光パネル1を回動することができるので、受光パネル1の回動範囲が制限されることはない。
【0036】
このように、本実施形態によれば、回動範囲が制限されることなく受光パネル1の回動速度を高めることができる。
【0037】
図5は、太陽光発電装置100の制御装置の構成例を示す図である。
制御装置70は、第1駆動部52、第2駆動部54、及びアクチュエータ64を制御し、各種機能に応じて受光パネル1の姿勢を変化させる。
また、駆動部23は、受光パネル1の仰角方向の位置及び方位角方向の位置を検出するための仰角エンコーダ72、及び方位角エンコーダ74を備える。
また、アクチュエータ64は、当該アクチュエータ64の動作範囲内の位置を検出するためのアクチュエータ用エンコーダ76を備える。
これら各エンコーダ72,74,76は、制御装置70へ出力を与える。各エンコーダ72,74,76の出力は、制御装置70が受光パネル1の姿勢制御を行う際に用いられる。
【0038】
また、太陽光発電装置100は、追尾センサ78と、降雨センサ80と、風向風速センサ82と、温湿度センサ84と、通信装置86とを備える。追尾センサ78は太陽の方向を特定し太陽追尾に必要な情報を制御装置70へ与える。降雨センサ80は雨に関する情報を制御装置70へ与える。風向風速センサ82は風に関する情報を制御装置70へ与える。温湿度センサ84は温湿度に関する情報を制御装置70へ与える。通信装置86は、ネットワーク等、外部から気候予測等、気候に関する情報を取得するために用いられる。
【0039】
制御装置70は、プロセッサや、記憶装置等を備えたコンピュータによって構成されている。制御装置70が有する機能は、前記記憶装置に記憶されたプログラムを前記プロセッサが実行することにより実現される。
制御装置70は、追尾機能70aと、退避機能70bと、受光面保護機能70cとを有する。
追尾機能70aは、受光パネル1が常に太陽の方向へ向くように受光パネル1の姿勢を制御する機能である。
追尾機能70aは、追尾センサ78の出力に基づいて、第1駆動部52及び第2駆動部54を制御し、受光パネル1が常に太陽の方向へ向くように受光パネル1の姿勢を制御する。なお、追尾機能70aは、原則として、アクチュエータ64は動作させず、第1駆動部52及び第2駆動部54によって受光パネル1の姿勢を制御する。
【0040】
退避機能70bは、強風の影響を低減するために、受光パネル1を水平な状態にした退避姿勢となるように制御する機能である。
退避機能70bは、風向風速センサ82から与えられる風に関する情報や、通信装置86から取得される気象予測に基づいて、第1駆動部52、第2駆動部54、及びアクチュエータ64を制御する。例えば、強風が吹いている、あるいは強風が吹く予報である場合、退避機能70bは、受光パネル1が退避姿勢(水平な状態)となるように姿勢を制御する。
【0041】
受光面保護機能70cは、雨の場合や、受光面に結露の可能性がある場合に、水分によって受光面に砂等が受光面に固着するのを防止するために受光面が下向きとなる姿勢に制御する機能である。
受光面保護機能70cは、降雨センサ80や、温湿度センサ84から与えられる風に関する情報や、通信装置86から取得される気象予測に基づいて、第1駆動部52、第2駆動部54、及びアクチュエータ64を制御する。例えば、雨が降っている場合、受光面保護機能70cは、受光面が下向きとなる姿勢に制御する。
【0042】
このように制御装置70は、太陽光発電装置100の周囲の気候の変化に応じて受光パネル1の仰角方向及び方位角方向の姿勢を制御する。これにより、周囲の気候の変化に応じて、退避姿勢である水平な状態に変化させたり、受光面を下向きとする姿勢に変化させたりすることができる。
【0043】
〔アクチュエータによる受光パネルの姿勢変化〕
図6は、受光パネル1が鉛直方向に平行な姿勢であるときの太陽光発電装置100の側面図である。
図6のように受光パネル1が鉛直方向に平行になっているのは、通常、夜明け及び日没前である。
図6の姿勢から、例えば、強風が吹いている、あるいは強風が吹く予報であることから、制御装置70の退避機能70bが退避姿勢に姿勢を変化させると決定した場合、退避機能70bは、第2駆動部54を動作させずに、アクチュエータ64のみを制御して受光パネル1の姿勢を制御する。
【0044】
図7は、図6に示す状態からアクチュエータ64のみを動作させて退避姿勢に変化させたときの太陽光発電装置100の側面図である。
図6では、アクチュエータ64のロッド部64bが胴体部64aから最大限進出しており、アクチュエータ64は全長が最も長い状態である。
一方、図7では、ロッド部64bは、ほぼ全体が胴体部64a内に退避しており、アクチュエータ64は全長が最も短い状態となっている。
図6の姿勢から図7の姿勢まで姿勢変化する際に、受光パネル1は90度回動している。
【0045】
図8は、受光パネル1の法線方向が水平に対して45度の角度となっている姿勢であるときの太陽光発電装置100の側面図である。
図8のような姿勢は、太陽に正対する姿勢となるように太陽の追尾動作を行っているときにとられる姿勢である。
【0046】
図8の姿勢から、強風が吹いている、あるいは強風が吹く予報であることから、退避機能70bが退避姿勢に姿勢を変化させると決定した場合、退避機能70bは、この場合も、第2駆動部54を動作させずに、アクチュエータ64のみを制御して受光パネル1の姿勢を制御する。
【0047】
図9は、図8に示す状態からアクチュエータ64のみを動作させて退避姿勢に変化させたときの太陽光発電装置100の側面図である。
図8では、アクチュエータ64のロッド部64bが胴体部64aから最大限進出しており、アクチュエータ64は全長が最も長い状態である。
一方、図9では、ロッド部64bは、その一部が胴体部64a内に退避しており、アクチュエータ64は全長が最も長い状態に対して所定長さだけ収縮している状態となっている。
図8の姿勢から図9の姿勢まで姿勢変化する際に、受光パネル1は45度回動している。
【0048】
制御装置70の退避機能70bは、仰角エンコーダ72、及びアクチュエータ用エンコーダ76の出力に基づき、退避姿勢までに必要なアクチュエータ64の収縮量を求め、求めた収縮量に基づいてアクチュエータ64を制御する。
【0049】
このように、制御装置70は、受光パネル1が追尾動作を行っている姿勢から水平な退避姿勢まで変化させるためにアクチュエータ64を収縮させることで水平軸24を回動させるので、回転力を伝達する際に減速ギヤ等を介する必要がある第2駆動部54よりも、より高速に受光パネル1を回動させることができる。
【0050】
また、ここでは、追尾動作を行っている姿勢から水平な退避姿勢まで変化させるためにアクチュエータ64を収縮させることのみで水平軸24を回動させた場合を示したが、アクチュエータ64の伸縮動作と、第2駆動部54の回転力の両方を同時に用いるように制御装置70に制御させれば、さらに高速で受光パネル1を回動させることができる。
(【0051】以降は省略されています)

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