JP7203042B2 - 農地に設置可能な、太陽光エネルギーを産生するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、地面に、好ましくは農地に拘束された支持構造物から形成され、例えば太陽電池パネルである、太陽光を受けるように適合されたデバイスの移動システムを維持するように適合された、太陽光エネルギーを産生するための装置に関する。特に、本発明の移動システムは、かかる装置の２つの軸線ＸおよびＹの周りの移動を可能にし、太陽電池パネル、または、太陽光エネルギーを捕集するように適合された他の装置を太陽に正確に向け続けることを可能にする。

かかる装置は農地に設置することができ、かかる土地を本来の目的、すなわち農作物の耕作や動物の放牧のために活用する可能性を残している。

ソーラーパネルを２軸上で移動させるシステムが知られており、専門用語では「ソーラートラッカー」と呼ばれている。

トラッカーの主な目的は、基板に搭載されたデバイスの効率を最大化することである。太陽光発電の分野では、トラッカーに搭載されたモジュールは通常、単一のパネル上に幾何学的に配置される。これは、個々のモジュールごとにトラッカーを使用することを回避する方法である。位置決めが太陽光線に垂直であるほど、変換効率および同一面で生成されるエネルギーが大きくなり、また、同一の電力に必要なソーラーパネル面が小さくなるほど、装置コストは低くなる。

最も洗練されたトラッカーは２自由度を有し、太陽電池パネルの垂直線は、太陽光線と完全にリアルタイムで整列するように配置される。最も費用対効果の高い、しかし唯一ではない方法は、あるトラッカーを別のトラッカーの横に取り付けることである。これらのトラッカーを使用すると、３５％～４５％に達する電気産生の増加が記録されるが、その代償として建設的な複雑さが増す。

かかる種類のソーラートラッカーは、国際公開第２０１０／１０３３７８号に示されており、この文献は、連結棒のネットワークにより所定の位置に保持された支柱から形成され、支柱および連結棒の両方がヒンジピンを介して地面に固定される耐荷重構造を説明している。

ソーラートラッカーは、その軸線を中心に回転できる耐荷重水平主管を備え、主管に垂直に固定され、その軸線を中心に回転できる複数の二次管が主管に接続される。ソーラーパネルはかかる二次管に固定される。トラッカーの主管の端部はかかる支柱の上に載置されて固定される。種々のパネルを接続し、それらによって発生した電流を外部に運ぶための電気ケーブルも、主管の内側に位置する。

トラッカー自体に統合されたトラッカーの制御システムは、太陽がパネルの捕集面に垂直になるように、主管と二次管の両方を回転させて、パネルを常に太陽の方向に向けることができる。

国際公開第２０１３／０７６５７３号は、風力モジュールも支持するような種類の支柱構造を記載している。かかる構造は、「市松状」配列で二次元に作られており、高架であり、かつ、支柱間の距離が大型農業機械でも通過できるようにされているので、農地に設置することもできる。

国際公開第２０１３／１１７７２２号は、農地に設置するのに適した、太陽光エネルギーを産生するための方法および装置を記載している。かかる装置では、太陽電池モジュールと支持構造物は、モジュールの下にある耕作地が部分的に陰になるように配向される。この場合、本発明に従う太陽電池モジュールの向きにより、太陽放射が作物に当たることが可能となる。明らかに、ソーラーパネルとその移動機構はかなり大きな重量を有しており、それ故、どのようにしてシステムを可能な限り軽量にするかが解決すべき問題となる。太陽光が農地の下の地面に届くように、パネルと耐荷重構造の両方の大きさも最小限に抑える必要がある。

さらに、支柱または管に配置される移動機構の数は、構造の大きさ、重量、コストに関して非常に重要なパラメータであり、それが配置される農地が、地上に位置する作物に適切な明暗比を受けることを可能にする。

国際公開第２０１０／１０３３７８号 国際公開第２０１３／０７６５７３号 国際公開第２０１３／１１７７２２号

本発明の目的は、添付の請求項１の特徴を有するシステムを提供することにより、前述の欠点を克服することである。

本発明の特徴および利点は、添付の概略図を参照して、目的を限定するためではなく例として与えられる本発明の実施形態の以下の説明からより明らかになるであろう。

支持構造物および移動システムを備える本発明による装置を示す。 支持構造物の支柱の列に設置された本発明による移動システムを示す図である。 図２の拡大した部分を示し、支持構造物のかかる支柱のそれぞれに配置された、一次管およびかかる一次管の回転機構のための保持および移動支持体を強調する。 一次管の保持および移動支持体を示す。 一次管を外した図４ａの支持体を示す。 一次管の回転機構を示す。 一次管のかかる回転機構に適したアクチュエータを示す。 一次管の内側に配置された二次管の回転機構を示す。 一次管の内側に配置された二次管の回転機構を示す。 一次管の運動のためのウォームねじへのさらなる運動伝達機構を示す。 一次管の運動のためのウォームねじへのさらなる運動伝達機構を示す。 二次管の回転のためのウォームねじ運動伝達機構を示す。

引用した図を参照すると、本発明による太陽光エネルギーを産生するための装置は、太陽光を受光するように適合されたデバイスの、互いに実質的に垂直な第１の軸線Ｘおよび第２の軸線Ｙ上の動きを可能にし、それが太陽に向かって正しい向きを維持することを可能にする。例えば、かかるデバイスは、太陽電池パネル、または、太陽光エネルギーを捕集するよう適合された他のデバイスである。

装置は、連結棒または鋼棒３のネットワークによって好ましくは所定の位置に保持された支柱２から形成された支持構造物を本質的に備え、支柱と連結棒の両方が適切なピン、例えばヒンジピンを介して地面に固定される。かかる構造物は、有利には、例えば「市松状」型で二次元に構成することができ、高架であり、かつ、支柱間の距離が大型農業機械でも通過できるようにされているので、農地に設置することもできる。

あるいは、かかる支持構造物は、地面に打ち込まれる部分と、地面から適切な高さを構造物に与えるように適合された地面の外側の部分とを有するコンクリートまたは鋼製の支柱を介して作ることができる。前記支柱配列を、連結棒または鋼棒によって接続することができる。

かかるソーラーデバイスの移動または配向ためのシステムは、前記支持構造物上、特に支柱の列上に配置される。

各移動システムは、それ自体の軸線の周りに回転する、実質的に水平に設置された主管４を備え、この主管には、複数の二次管５が接続されており、好ましくは主管に垂直に固定され、または代替的に、適当なシステムを介して回転することができるように適合されている。太陽電池パネルＰで例示されている特定の場合、受光装置は、かかる二次管に固定されている。

また、移動システムは、一次管の移動機構と、任意選択で二次管の移動機構も備える。

かかる移動システムは、前記列の各支柱に配置された保持および移動支持体６を介してかかる支柱に固定されており、この保持および移動支持体に前記連結棒３を固定することも可能であり、保持および移動支持体は、移動システムのかかる主管４を受容し、かかる軸線Ｘの周りの回転を可能にする筐体を有する。

支持構造物が打込みコンクリート柱を通して作られる場合、かかる支持体は、平らにされる柱の頭部によって、さらには柱に適切に固定された水平鋼板６３を通して、直接与えられる。

前記代替実施形態では、連結棒を省くことができ、主管は、保持および移動支持体が上に配置された支柱の列に配置される。

かかる支持体６は、それぞれが前記連結棒の１つを拘束するように適合された、互いに垂直な４つの翼部６１を有する、支柱に拘束された下部を備える。上部は、支持体の前記水平板６３上に載置された少なくとも１つのサドル、好ましくは一対のサドル６２から作られたかかる筐体を備える。かかるサドルは、一次管を収容するように適合された実質的に円形の内側輪郭を有し、好ましくは、かかる輪郭に沿って、管の回転を可能にする複数のベアリング６４を備える。各サドル６２のストラップ６５（例えばポリエステルバンド）は、管がサドルから外れるのを防ぐが、その内部での管の回転は防げない。

好ましくは、本発明によれば、２つの隣接する管の間での拘束は、一対のサドル間で生じる。２つの管の間の接合は、特に、管自体の端部に配置されたフランジ４１を接合することにより生じる。

一次管の移動機構７は、一次管に圧着され、それと一体となるブラケット７２を備える。

かかるブラケットは、好ましくは、２つの隣接する管の２つの接合フランジ４１の間に配置され、前記ブラケットと支柱２の間に配置されたリニアアクチュエータ７３がかかるブラケットに拘束される。このように、固定ピンとして支柱を活用して、リニアアクチュエータを動かすことにより、管４の回転運動が生じる。アクチュエータの移動のために、第１の電気モーター７４が有利に使用される。

また、二次管５は、第２の軸線周りの二次管の移動機構８を内部に含むことができ、または含まないことができる。かかる機構は、有利には、２つの隣接する一次管の接合領域に配置され、プレート７１を介して２つの一次管間の接合フランジ４１に拘束される第２のモーター８１および伝達機構８２を備える。

モーターは、適切な伝達機構８２を介して、主管４内に長手方向に配置されたウォームねじ８３を回転させる。

かかるウォームねじは、フランジ４１と、前記伝達システム８２を支持するプレート７１とを横断し、自由に回転し、したがって、２つの隣接する一次管の内側で回転運動を直線的に伝達できる。このようにして、二次管の単一の移動機構は、隣接する一次管にそれぞれ配置された二群の二次管に回転を伝達することができる。

隣接する一次管の両方のかかるウォームねじは、適切なプレート８４とともに、主管の内部に長手方向に配置された直線形状部８５との接続を可能にする、ピン８７の挿入を可能にするように適合されたボールジョイントを有する接続端部８６に接続される。かかる可動プレートに拘束され、ウォームねじが回転するように設定された場合にそれと一体として動くラック８８は、かかる形状部上で案内される。

それらの経路に沿ったラックは、それぞれが主管との交差位置で二次管に取り付けられた複数の歯車８９に当接する。ウォームねじの回転によりラックが移動すると、ラックはギア８９を、したがって二次管も、それ故パネルＰを、軸線Ｙの周りに回転させる。

また、主管には、カバーによって閉じられ、モーターと減速機構に配置された開口部４６も設けられる。

明らかに、さまざまな部品の材料は、重量と強度を正しく均衡させるために適切に選択される。

モーターの動きは、適切な傾斜センサーを介したフィードバックを使用して、１日を通してすべての気象条件でパネルに必要な角度を決定する適切な電子制御器によって制御される。

このシステムは、隣接する移動機構の両方を備える終端で支柱に主管を取り付けることを想定する。

このようにして、単一の電子制御器を使用して、独立して移動を続ける２つのシステムの移動を同時に制御することができる。

かかる制御器の電子基板は、さまざまな通信システム（例えばＷｉ－Ｆｉ、ＲＳ４８５、または光ファイバーケーブル）に対応する。必要に応じて、ある解決策ではなく他の解決策を採用することができる。

Claims (9)

1. 太陽光エネルギーを産生するための装置であって、
   整列され、地面に固定された支柱（２）から形成された支持構造物であって、支柱（２）は連結棒（３）のネットワークによって所定の位置に保持された支持構造物と、
   列をなすように整列された支柱上に配置された、太陽光エネルギーの受光デバイスのための移動システムであって、互いに実質的に垂直な第１の軸線（Ｘ）および第２の軸線（Ｙ）周りのかかるデバイスの移動を可能とするよう適合された移動システムと
   を備え、前記移動システムは、
   かかる第１の軸線（Ｘ）の周りに回転する主管（４）であって、かかる主管には、前記主管に関連付けられた複数の二次管（５）が接続されており、かかる二次管には、受光デバイス（Ｐ）が固定されている、主管（４）と、
   一次管すなわち主管のための移動機構（７）と、
   移動システムのかかる主管（４）を受容しかかる軸線（Ｘ）の周りの回転を可能にする筐体を有する、前記列の各支柱に配置された保持および移動支持体（６）と
   を備え、
   かかる筐体はかかる支持体（６）の上部に作られ、かつ、支持体の水平プレート（６３）上に配置された１対のサドル（６２）を備え、かかるサドルは、一次管を収容するように適合され一次管がサドル内で管の長手方向軸線（Ｘ）の周りに回転することを可能とするように適合された、実質的に円形の内側輪郭を有し、２つの隣接する管の間での結合は、管（４）自体の端部に配置されたフランジ（４１）を接合することにより生じ、
   かかる支持体（６）は、それぞれが前記連結棒の１つを支柱に拘束するように適合された互いに垂直な４つの翼部（６１）を有する、支柱に拘束された下部を備えることを特徴とする装置。
2. かかる輪郭に沿って、管の回転を可能にする複数のベアリング（６４）が存在する、請求項１に記載の装置。
3. 一次管の移動機構は、一次管に圧着され、それに固定的に接続されたブラケット（７２）を備え、ブラケットには、前記ブラケットと支柱（２）の間に配置されたリニアアクチュエータ（７３）が拘束される、請求項１に記載の装置。
4. かかるブラケットは、２つの隣接する管（４）の２つの接合フランジ（４１）の間に配置される、請求項３に記載の装置。
5. 二次管は、移動機構（８）を介して、主管に実質的に垂直な第２の軸線（Ｙ）周りに回転する、請求項１に記載の装置。
6. 二次管の移動機構は、主管（４）内で長手方向に配置され、適切なモーター手段により回転されるウォームねじ（８３）を備え、ウォームねじは、２つのフランジ（４１）の間に配置されたフランジ（７１）を横断し、その中では自由に回転し、かかるウォームねじは、端部継手（８６）および移動プレート（８４）を介して、主管の内部で長手方向に配置された直線形状部（８５）に締められ、ラック（８８）がかかる形状部上に案内され、前記ラックは、かかる移動プレートに拘束され、ウォームねじが回転されると、かかる移動プレートと一体に移動し、その経路に沿ったラックは、それぞれが主管との交差位置で二次管に取り付けられた複数の歯車（８９）に当接する、請求項５に記載の装置。
7. ウォームねじ（８３）は、フランジ（７１）を横断し、２つの隣接する管のラックを移動することができ、回転運動を、１つの同じ支柱に拘束された２つの隣接する一次管上に配置された二次管に伝達することができるようにする、請求項６に記載の装置。
8. 主管は、カバーによって閉じられ、モーターと減速機構に配置された開口部（４６）を備える、請求項１に記載の装置。
9. かかる構造物は、二次元「市松状」型であり、農地に設置される、請求項１に記載の装置。

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