JP5524314B2

JP5524314B2 - 太陽電池装置

Info

Publication number: JP5524314B2
Application number: JP2012242372A
Authority: JP
Inventors: 篁博長谷川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-11-02
Also published as: JP2014093382A

Description

この発明は、砂漠地域等、劣悪な気候条件での使用に適した太陽電池装置に関する。

従来、この種の太陽電池装置として、特許文献１に開示のものがある。特許文献１には、回転体と、回転体に開姿勢と閉姿勢との間で姿勢変更可能に支持された複数の太陽電池パネルと、複数の太陽電池パネルを前記閉姿勢と前記開姿勢との間で姿勢変更させる開閉機構部とを備えた太陽電池装置が開示されている。

この太陽電池装置によると、複数の太陽電池パネルを閉姿勢にすることで、複数の太陽電池パネルが風を受け難くなる。このため、強風等による破壊を抑制することができる。しかも、複数の太陽電池パネルを開姿勢にした状態で、当該複数の太陽電池パネルを回転させることで、空中を舞う砂塵等の粒子が太陽電池パネルから落される。これにより、空中を舞う砂塵等の粒子による発電効率の低下も抑制することができる。

特開２０１２−４３９３６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術によると、風によって舞う砂塵等によって、太陽電池パネルの受光面が汚れたり、傷付いたりし易い。これにより、太陽電池パネルの受光面で光が反射等され、太陽電池パネルの発電効率が低下する恐れがある。

そこで、本発明は、太陽電池パネルの発電効率の低下を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の態様に係る太陽電池装置は、主軸部を含む支持部材と、前記主軸部を囲むように配設可能な複数の太陽電池パネルと、前記複数の太陽電池パネルを、前記支持部材に対して、前記主軸部を中心として放射状に延出する開姿勢と前記主軸部に沿って延びる閉姿勢との間で姿勢変更可能で、かつ、表裏反転可能に支持するパネル支持機構部と、前記複数の太陽電池パネルを前記閉姿勢と前記開姿勢との間で姿勢変更させる開閉機構部とを備える。

また、第１の態様では、パネル支持機構部は、前記主軸部に対してなす角度を変更可能なように一端部が前記支持部材に連結されたパネル支持ロッドと、前記パネル支持ロッド周りで前記太陽電池パネルを回転可能に支持する支軸部とを含む。

第２の態様は、第１の態様に係る太陽電池装置であって、前記パネル支持ロッド周りに前記太陽電池パネルを回転駆動する反転駆動部をさらに備える。

第３の態様は、第１又は第２の態様に係る太陽電池装置であって、前記支持部材が、前記主軸部の軸周りに回転可能に支持されている。

第１の態様によると、前記複数の太陽電池パネルが表裏反転可能に支持されているため、強風時等には、太陽電池パネルの受光面を内側に向けて、太陽電池パネルを閉姿勢にしておくことができる。これにより、太陽電池パネルの受光面が汚れたり、傷付いたりすることを抑制でき、太陽電池パネルの発電効率の低下を抑制することができる。

第１の態様によると、前記主軸部に対するパネル支持ロッドの角度を変更することで、複数の太陽電池パネルを開姿勢と閉姿勢との間で姿勢変更させることができる。また、パネル支持ロッド周りで太陽電池パネルを回転させることで、太陽電池パネルを表裏反転させることができる。

第２の態様によると、太陽電池パネルを反転駆動することができる。

第３の態様によると、複数の太陽電池パネルを開姿勢にした状態で、当該複数の太陽電池パネルを回転させることで、空中を舞う砂塵等の粒子が太陽電池パネルから落される。これにより、空中を舞う砂塵等の粒子による発電効率の低下も抑制することができる。

太陽電池パネルが閉じた状態での太陽電池装置を示す斜視図である。太陽電池パネルが開いた状態での太陽電池装置を示す斜視図である。太陽電池装置の部分拡大説明図である。太陽電池パネルが表裏反転されて閉じられた状態での太陽電池装置を示す斜視図である。

以下、実施形態に係る太陽電池装置について説明する。図１は太陽電池パネル３０が閉じた状態での太陽電池装置１０を示す斜視図であり、図２は太陽電池パネル３０が開いた状態での太陽電池装置１０を示す斜視図であり、図３は太陽電池装置１０の部分拡大説明図であり、図４は太陽電池パネル３０が表裏反転されて閉じられた状態での太陽電池装置１０を示す斜視図である。

この太陽電池装置１０は、主軸部２２を含む支持部材２０と、複数の太陽電池パネル３０と、パネル支持機構部４０と、開閉機構部５０とを備える。

支持部材２０は、長尺状の主軸部２２を含む部材であり、前記主軸部２２を鉛直軸に沿わせた姿勢で立設されている。ここでは、支持部材２０は、鉛直軸に沿った回転軸Ｘ（主軸部２２の中心軸でもある）周りに回転可能に支持されている。

より具体的には、支持部材２０は、基台１２上で回転駆動機構部６０を介して回転可能に支持されている。基台１２は、地面或は建物の屋上等の水平面上に一定姿勢で載置可能な形状に形成されている。図１では、基台１２は円板上に形成されているが、その他、多角形板状、複数の脚によって支える構成等であってもよい。また、基台は、建築物の壁、屋上等にボルト等で固定される構成であってもよい。

支持部材２０は、主軸部２２と連結支持部２４とを有している。主軸部２２は、基台１２上で回転駆動機構部６０を介して鉛直姿勢で回転可能に支持されている。連結支持部２４は、主軸部２２の上端部に取付けられており、主軸部２２と共に回転するように構成されている。ここでは、連結支持部２４は、多角形板状（好ましくは正多角形板状、ここでは、正六角形板状）に形成されており、その中心部に、主軸部２２が連結されている。連結支持部２４は、孔が形成された板、若しくは、棒状部材を組合わせた枠組構造であってもよい。これにより、太陽電池装置１０内に風が通りやすくなり、太陽電池装置１０の温度上昇を抑制することができる。

各太陽電池パネル３０は、方形板状に形成されている。そして、太陽電池パネル３０の一主面である受光面に太陽光等の光が照射されることで、各太陽電池パネル３０において発電がなされる。そして、複数の太陽電池パネル３０において生じた電力が、太陽光発電制御装置等を介して総発電電力として取出されるようになっている。

また、複数の太陽電池パネル３０は、上記主軸部２２を囲むように配設可能に構成されている。ここでは、主軸部２２の上方部分と下方部分とのそれぞれを囲むようにして、複数の太陽電池パネル３０が配設される。ここでは、複数の太陽電池パネル３０は、多角柱（ここでは正六角柱）の側面を構成するように配設されて、主軸部２２を囲む。

パネル支持機構部４０は、上記複数の太陽電池パネル３０を前記支持部材２０に対して支持する部材である。ここでは、パネル支持機構部４０は、複数の太陽電池パネル３０を開姿勢と閉姿勢との間で姿勢変更可能に支持すると共に、当該複数の太陽電池パネル３０を表裏反転可能に支持する。ここで、開姿勢とは、各太陽電池パネル３０が主軸部２２を中心として放射状に延出する姿勢であり、閉姿勢とは各太陽電池パネル３０が主軸部２２に沿って延びる姿勢（つまり、主軸部２２を囲んだ姿勢）である。

より具体的には、パネル支持機構部４０は、複数のパネル支持ロッド４２と、支軸部４４とを備える。

複数のパネル支持ロッド４２は、棒状部材であり、主軸部２２に対してなす角度を変更可能なように、その一端部が連結支持部２４の外周囲に連結されている。連結支持部２４に対する各パネル支持ロッド４２の連結位置は、連結支持部２４の外周囲において均等間隔とされている。

支軸部４４は、前記パネル支持ロッド４２周りで太陽電池パネル３０を回転可能に支持するように構成されている。ここでは、太陽電池パネル３０の裏面側に支軸部４４が設けられ、この支軸部４４にパネル支持ロッド４２が挿通されている。そして、パネル支持ロッド４２周りに支軸部４４が回転可能とされることによって、太陽電池パネル３０がパネル支持ロッド４２周りに回転する。これにより、太陽電池パネル３０の受光面を外向き又は上向きにした状態と、太陽電池パネル３０の受光面を内向き又は下向きにした状態との間で、太陽電池パネル３０をパネル支持ロッド４２周りに表裏反転できるようになっている。

ここでは、複数のパネル支持ロッド４２の基端側部分と先端側部分との間の２箇所に、間隔をあけて太陽電池パネル３０が表裏反転可能に支持されている。各パネル支持ロッド４２に対する太陽電池パネル３０の支持数は、１つであっても複数であってもよい。

そして、各太陽電池パネル３０が主軸部２２を中心とする円の接線方向に沿わせた姿勢で各パネル支持ロッド４２にて支持された状態で、各パネル支持ロッド４２が開閉する。各パネル支持ロッド４２が主軸部２２に沿って鉛直方向に沿って延在する姿勢では、上記各太陽電池パネル３０が閉姿勢に配設される。また、各パネル支持ロッド４２がその一端の連結箇所を中心として主軸部２２から遠ざかる方向に傾いた姿勢で、上記各太陽電池パネル３０が開姿勢に配設される。各太陽電池パネル３０は、上記開姿勢と閉姿勢との間の中間の姿勢で維持されてもよい。

また、ここでは、パネル支持ロッド４２周りに太陽電池パネル３０を回転駆動する反転駆動部７０をさらに備える。反転駆動部７０は、各パネル支持ロッド４２に取付けられており、当該パネル支持ロッド４２に対して回転可能に支持された太陽電池パネル３０を回転駆動させるように構成されている。かかる反転駆動部７０としては、例えば、モータの回転駆動力を、ギヤ、プーリ又はそれらの組合わせた回転伝達機構を介して太陽電池パネル３０に伝達する構成により実現することができる。太陽電池パネル３０を表裏反転させるための回転位置規制は、太陽電池パネル３０を１８０度回転させた状態で当接停止させる物理的なストッパにより実現されてもよいし、モータの回転量制御により行われてもよいし、もっとも、反転駆動部７０を省略し、太陽電池パネル３０を人手等で反転させるようにしてもよい。この場合、太陽電池パネル３０の受光面又は裏面を外向き又は上向きにした状態で維持するために、パネル支持ロッド４２にボールプランジャ等の位置保持部品を設けておくとよい。

開閉機構部５０は、複数の太陽電池パネル３０を上記閉姿勢と開姿勢との間で姿勢変更させるように構成されている。ここでは、開閉機構部５０は、主軸部２２に沿って移動可能な可動部５２と、各太陽電池パネル３０と可動部とを連結する複数の連結棒状部５４とを有している。各連結棒状部５４の一端部は可動部５２に揺動可能に連結され、連結棒状部５４の他端部はパネル支持ロッド４２に揺動可能に連結されている。ここでは、連結棒状部５４の他端部は、パネル支持ロッド４２の長手方向中間部、即ち、当該パネル支持ロッド４２に支持された２つの太陽電池パネル３０の間の部分に連結されている。連結棒状部５４の他端部は、パネル支持ロッド４２に対して直接連結されていてもよいし、上記反転駆動部７０等を介して連結されていてもよい。また、連結棒状部５４の他端部は、パネル支持ロッド４２の先端部に連結されていてもよい。この場合、各パネル支持ロッド４２に支持する太陽電池パネル３０を、１つにしてもよい。

そして、可動部５２を下方に移動させると、各連結棒状部５４の他端部が主軸部２２に沿って下方に移動すると共に、各連結棒状部５４の一端部が主軸部２２側に向けて引込まれる。これにより、各太陽電池パネル３０が閉姿勢に姿勢変更される（図１、図３の実線、図４参照）。一方、可動部５２を上方に移動させると、各連結棒状部５４の他端部が主軸部２２に沿って上方に移動すると共に、各連結棒状部５４の一端部が主軸部２２から遠ざかる外方に向けて押込まれる。これにより、各太陽電池パネル３０が開姿勢に姿勢変更される（図２、図３の２点鎖線）。

また、本実施形態では、開閉機構部５０は、複数の太陽電池パネル３０を閉姿勢と開姿勢との間で姿勢変更駆動する開閉駆動部としてリニアアクチュエータ５８を有している。リニアアクチュエータ５８としては、リニアモータ、油圧シリンダ、エアシリンダ等を用いることができる。リニアアクチュエータ５８は、進退駆動可能なロッド部５９を有しており、主軸部２２に取付けられている。また、ロッド部５９の先端は、可動部５２に連結されている。そして、リニアアクチュエータ５８からロッド部５９を進退駆動させることで、可動部５２が主軸部２２に沿って昇降移動し、その昇降に伴って複数の太陽電池パネル３０が上記閉姿勢と開姿勢との間で姿勢変更駆動されるようになっている。

もっとも、開閉駆動部としてのリニアアクチュエータ５８を省略し、可動部５２を人手等で昇降移動させるようにしてもよい。この場合、可動部５２を上方及び下方の各位置で維持するために、主軸部２２にボールプランジャ等の位置保持部品を設けておくとよい。

回転駆動機構部６０は、上記支持部材２０を、上記各パネル支持ロッド４２及び各太陽電池パネル３０と共に回転駆動する。ここでは、回転駆動機構部６０は、モータと、そのモータの回転を主軸部２２に伝達する回転伝達部とを有している。回転伝達部は、複数のギヤの組合わせ等により構成され、モータの回転速度を適宜調整して主軸部２２に伝達するように構成されている。この回転駆動機構部６０は、基台１２上に設けられ、主軸部２２を回転駆動可能に支持している。そして、回転駆動機構部６０によって、支持部材２０が回転駆動され、これに合わせて複数の太陽電池パネル３０が回転駆動されるようになっている。

もっとも、本回転駆動機構部６０が省略され、主軸部２２が基台１２等に回転不能な状態で、又は、回転自在能に支持されていてもよい。

上記リニアアクチュエータ５８、回転駆動機構部６０及び反転駆動部７０は、制御ユニット８０の制御下、図示省略の駆動回路を介して駆動制御される。制御ユニット８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備える一般的なマイクロコンピュータであり、予め格納されたソフトウェアプログラム等に従って、リニアアクチュエータ５８、回転駆動機構部６０及び反転駆動部７０を駆動制御する。ここでは、制御ユニット８０にスイッチ等の入力部８２が接続されており、当該入力部８２を通じて入力される指令に従って、リニアアクチュエータ５８、回転駆動機構部６０及び反転駆動部７０を駆動制御する。例えば、太陽電池パネル３０を閉姿勢或は開姿勢にする指令が入力された場合には、当該指令に従ってリニアアクチュエータ５８を駆動制御して可動部５２を昇降移動させる。また、例えば、太陽電池パネル３０を回転させる指令又は停止させる指令が入力された場合には、当該指令に従って回転駆動機構部６０を回転駆動し、或は、回転停止させる。また、例えば、太陽電池パネル３０を反転させる指令が入力された場合には、当該指令に従って反転駆動部７０を回転駆動し、太陽電池パネル３０をパネル支持ロッド４２周りに回転させる。なお、太陽電池パネル３０の反転は、太陽電池パネル３０と開閉機構部５０との干渉を回避するため、開姿勢にて行うとよい。これにより、入力部８２を通じて入力された指令に応じて、複数の太陽電池パネル３０を開姿勢又は閉姿勢にすること、複数の太陽電池パネル３０を回転状態又は回転停止状態にすること、さらに、複数の太陽電池パネル３０を反転させることができる。

以上のように構成された太陽電池装置１０によると、複数の太陽電池パネル３０が閉姿勢と開姿勢との間で姿勢変更可能に支持されると共に、複数の太陽電池パネル３０が表裏反転可能に支持されている。具体的には、主軸部２２に対するパネル支持ロッド４２の角度を変更することで、複数の太陽電池パネル３０を開姿勢と閉姿勢との間で姿勢変更させることができ、また、パネル支持ロッド４２周りで太陽電池パネルを回転させることで、太陽電池パネル３０を表裏反転させることができる。このため、強風時等には、太陽電池パネル３０の受光面を内側に向けて、太陽電池パネル３０を閉姿勢にしておくことができる。これにより、強風時等によって砂塵等が太陽電池パネル３０に吹付けられたとしても、太陽電池パネル３０の受光面が汚れたり、傷付いたりすることを抑制できる。また、風雪時等に、雪が太陽電池パネル３０に吹付けることを抑制できる。これにより、太陽電池パネル３０の受光面が太陽光受光に適した状態に維持され、太陽電池パネル３０の発電効率の低下を抑制することができる。

なお、本太陽電池装置１０を雪が積りやすい地域に設置する場合、予測される積雪量にあわせて設置高さを変更するとよい。すなわち、積雪量が多いと予測される程、太陽電池装置１０を高い位置に設定するとよい。これにより、積雪に邪魔されずに、太陽電池パネル３０を閉姿勢から開姿勢に円滑に姿勢変更することができる。

また、太陽電池パネル３０は、反転駆動部７０によって反転駆動されるため、手で太陽電池パネル３０を直接反転させなくても、太陽電池パネル３０を反転させることができる。このため、太陽電池パネル３０を高い場所等、手の届き難い場所に設置した場合でも、太陽電池パネル３０を容易に反転させることができる。

なお、複数の太陽電池パネル３０は、強風時（好ましくは夜間も）には複数の太陽電池パネル３０を閉姿勢にしておくことが好ましい。また、昼間でかつ無風時（好ましくは弱風時も）には複数の太陽電池パネル３０を開姿勢にしておくことが好ましい。

すなわち、複数の太陽電池パネル３０を閉姿勢にすることで、複数の太陽電池パネル３０が風を受け難くなるため、強風時等には、複数の太陽電池パネル３０を閉姿勢にしておくことで、太陽電池装置１０の破壊を抑制することができる。なお、昼間には、複数の太陽電池パネル３０を閉姿勢にした状態でも、太陽に面する側の太陽電池パネル３０に太陽光が照射するため、発電を期待することができる。

一方、昼間の無風時或は弱風時等には、複数の太陽電池パネル３０を開姿勢にしておくことで、複数の太陽電池パネル３０によって有効に太陽光を受けて発電することができる。

これらの際、当該複数の太陽電池パネル３０を回転させることで、空中を舞う砂塵等の粒子、雪が太陽電池パネル３０から振り落される。これにより、空中を舞う砂塵等の粒子、雪が太陽電池パネル３０に付着することによる発電効率の低下も抑制することができる。

特に、回転駆動機構部６０によって複数の太陽電池パネル３０の回転を継続した状態とすることにより、空中を舞う砂塵等の粒子がより確実に太陽電池パネル３０から落される。これにより、空中を舞う砂塵等の粒子による発電効率の低下をより確実に抑制することができる。

また、発電時に、複数の太陽電池パネル３０を回転させておくことで、各太陽電池パネル３０が冷却されるため、発熱による劣化が抑制され、耐久性が向上する。しかも、太陽光が時間的に分散して複数の太陽電池パネル３０に照射されるため、太陽電池パネル３０の劣化度合が平均化され、太陽電池装置１０全体としての寿命向上も図られる。

複数の太陽電池パネル３０の回転は、複数の太陽電池パネル３０が開姿勢であるときのみなされてもよいし、開姿勢及び閉姿勢の双方でなされてもよく、また、姿勢に関わりなく一時的になされてもよい。

本実施形態では、本太陽電池装置１０の利用者が昼夜、天候状況等に応じて入力部８２を通じて操作することで、複数の太陽電池パネル３０を閉姿勢及び開姿勢に切替え、また、回転状態及び回転停止状態に切替え、また、太陽電池パネル３０を反転させることを想定している。

もっとも、風の強さを検出する風力センサ、太陽光等の光の照射の有無を検出する照度センサ等の出力に基づいて、強風時（好ましくは夜間も）には複数の太陽電池パネル３０を閉姿勢にすると共に、太陽電池パネル３０の裏面を外側に向けるように太陽電池パネル３０を反転させ、昼間でかつ無風時（好ましくは弱風時も）には複数の太陽電池パネル３０を開姿勢にすると共に、太陽電池パネル３０の受光面を外側又は下向きにするようにしてもよい。その他の場合には、閉姿勢及び開姿勢のいずれであってもよい。

以上のようにこの発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１０太陽電池装置
１２基台
２０支持部材
２２主軸部
２４回転端部
３０太陽電池パネル
４０パネル支持機構部
４２パネル支持ロッド
４４支軸部
６０回転駆動機構部
７０反転駆動部

Claims

主軸部を含む支持部材と、
前記主軸部を囲むように配設可能な複数の太陽電池パネルと、
前記複数の太陽電池パネルを、前記支持部材に対して、前記主軸部を中心として放射状に延出する開姿勢と前記主軸部に沿って延びる閉姿勢との間で姿勢変更可能で、かつ、表裏反転可能に支持するパネル支持機構部と、
前記複数の太陽電池パネルを前記閉姿勢と前記開姿勢との間で姿勢変更させる開閉機構部と、
を備え、
パネル支持機構部は、前記主軸部に対してなす角度を変更可能なように一端部が前記支持部材に連結されたパネル支持ロッドと、前記パネル支持ロッド周りで前記太陽電池パネルを回転可能に支持する支軸部とを含む、太陽電池装置。
請求項１記載の太陽電池装置であって、
前記パネル支持ロッド周りに前記太陽電池パネルを回転駆動する反転駆動部をさらに備える太陽電池装置。
請求項１又は請求項２に記載の太陽電池装置であって、
前記支持部材が、前記主軸部の軸周りに回転可能に支持されている、太陽電池装置。