JP4723337B2

JP4723337B2 - ソーラーパネルの回動装置

Info

Publication number: JP4723337B2
Application number: JP2005277614A
Authority: JP
Inventors: 據義内川
Original assignee: 豊瑛電研株式会社; 株式会社ネップ; 株式会社三誠電業社; 株式会社大洋電機工作所; マグパワージャパン株式会社
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP2007088345A

Description

本発明はソーラーパネルの回動装置に関し、時間の経過に応じて効率よく太陽光を受け蓄電及び給電作用を行なえることができるようにするとともに、加えて、風力発電機能も併用してより一層の効率性向上を図ることができるようにしたソーラーパネルの回動装置に関する。

従来より、自然エネルギーを利用して電力を得るものとしていわゆる太陽電池や風車を用いた風力発電装置の存在が知られている。このうち太陽電池は、単体となるソーラーセルを集合させてソーラーパネルを形成しており、その効率はソーラーパネルの表面をできる限り太陽光の照射方向に直角に近く設置することで高められる。

そのため、従来よりソーラーパネルの設置に関しては太陽追跡機能を持たせたり、各月の各時刻における太陽の位置とその太陽光の入射角度をメモリーに入力しておき、このメモリーからの出力でソーラーパネルの位置を可変とすること等の提案がなされている。

しかしながら、従来知られている太陽追跡機能は熱膨張液体を駆動源として利用するため、曇天や雨天等の太陽光の照射がなく、駆動源に熱を与えることができない状況ではソーラーパネルを取り付けた軸の周りを回動させることが困難となる。また、特許文献１として示す従来例にあっては軸とピストンロッドの２箇所が回動部分となっており、円滑な摺動、回動を長期に亘って維持することは困難で、加えて、回動箇所が外気に露呈されているので雨水等の原因で腐食が生じることがあり、製品寿命が短いものとなってしまう。

また、従来知られている別の太陽追跡方法（特許文献２）の場合には、各月の各時刻に対応させて連続的、二次元的にソーラーパネルを変位させるため制御が非常に複雑となり、ソーラーパネルの設置場所も駆動源となるモータは商業電源により作動させる必要があり、屋根上等に限定されざるを得ないものとなっている。また、ソーラーパネルの変位のための摺動箇所も数多く必要となって円滑な作動を長期に亘って故障なく維持することは困難なものとなっている。
特開平６−３０１４２０号公報特開２００３−１２４４９５号公報

本発明が解決しようとする問題点は従来、ソーラーパネルの位置を可変として効率よく太陽光を受けようとするための機構や方法は条件的に制約が多く、複雑なものとなってしまい、長期に亘っての操業は故障も多くなって困難なものとなっており、さらには前記した複雑性のため価格も高騰せざるを得ないものであったという点である。

この問題点を解決するために、本発明に係るソーラーパネルの回動装置は固定された支持ポールに、一部に回転機構を装備したエルボ状の取り付けアームを一体的に突設し、前記回転機構には駆動モータと、その駆動モータのモータ軸に備えられた小歯車と、その小歯車に噛合された大歯車と、その大歯車の中心に挿通されたシャフトと、そのシャフトの一端に固定された回転テーブルと、その回転テーブルに固定されたブラケットと、そのブラケットに仰角調整自在に備えられたホルダと、そのホルダに固定され、表面にソーラーパネルを固着したフレームとを少なくとも有しているソーラーパネルの回動装置において、前記取り付けアームは略直角に屈折し、前記シャフトは上下方向に配置され、そのシャフトの上方端に回転テーブルがシャフトと同期して水平回動する構成としたことを特徴とし、前記したシャフトの周囲にはベアリングを介してケーシングを設けるとともに、前記回転機構を覆うカバーを備え、そのカバーに前記ケーシングを固着してあることを特徴とし、前記シャフトの下端には大歯車の押え板を備え、その押え板に固定された、リミットスイッチの入力釦を操作する弧板を先端に備えた回動アームを取り付けてあることを特徴としている。

また、本発明に係るソーラーパネルの回動装置は前記した回転機構には回転角度の検出用エンコーダを備え、そのエンコーダの回転角度を読み取る高周波センサーを備えていることを特徴とし、前記した支持ポールには風力発電装置が装備されていることを特徴とし、前記した回転機構を覆うカバーの上面にはブラケットとの間にシャフトの上端部分を覆う防雨、防塵用のキャップカバーが設けられていることを特徴としている。

さらに、本発明に係るソーラーパネルの回動装置は前記した支持ポールに近接して制御ボックスを設け、その制御ボックスには前記したソーラーパネル及び風力発電装置からの電力供給がなされるコントロールシステム回路が搭載された基板が収容されていることを特徴とし、前記したコントロールシステム回路は蓄電池と接続され、ソーラーパネル及び風力発電装置からの電力で充電されるものとしたことを特徴とし、前記したエンコーダには原点センサー及び終点センサーが設けられ、その各センサーからの信号及び角度検出センサーからの信号がコントロールシステム回路に入力されることを特徴とし、前記したコントロールシステム回路には時間監視タイマー及び１時間毎の歩進タイマーが組み込まれ、前記した駆動モータの正転、逆転を行なうことを特徴としている。

本発明に係るソーラーパネルの回動装置は上記のように構成されている。そのため、ソーラーアームは季節に合わせ、最も効率のよい方向性を保持して、必要な角度分を回動することができる。その機構や制御に関しても簡易なものとすることができ、故障や誤作動も生じてしまう虞もなく価格的にも安価なものとして需要者に供給することができる。

また、風力発電機構も併用することができるようにしたので、太陽光が十分に得られない時間が続いても、十分に電力供給を補うことができる。

このような本発明にあっては自らの装置にあって得られた電力を無用に消費してしまうことも少なくなり、商業電源から離れた場所にあっても独立して作用させ、各種の照明をはじめとする電気設備の電源として非常に大きな効力を発揮することができるものとなっている。

図として示す実施例のように構成することで実現した。

次に、本発明の好ましい実施の例を図面を参照して説明する。図１は本発明に係るソーラーパネルの回動装置の設置状態を示す正面図、図２は同じく側面図、図３は同じく支持ポールの据え付け底面図、図４は同じく制御ボックスの正面図、図５は同じく側面図、図６は同じく回動機構を示す断面図、図７は同じく取り付けアームの正面図、図８は同じく側面図、図９は同じく先端平面図、図１０は同じくリミットスイッチ機構を示す平面図、図１１はコントロールシステムを示すブロック図、図１２は同じく回路構成図である。

これらの図にあって１は中空状の支持ポールを示しており、実施例における支持ポール１は屋外の地表面にコンクリートによる基礎２を打ち、その基礎２上に支持ポール１の下端フランジ３のボルト孔４、４‥を介し、アンカーボルト５、５‥により固定立設されている。この下端フランジ３の上面には支持ポール１の基端周域を補強する補強リブ６、６‥が放射状に備えられたものとなっている。

また、支持ポール１の上端には上部ポール７が、その下端フランジ８を当接させて固定連結されている。この下端フランジ８の上面にも上部ポール７の基端周域を補強する補強リブ６、６‥が放射状に備えられている。

この上部ポール７の上端には風力発電用のための風車９が上部ポール７を軸として回転し、風を受ける方向性を自在に変更できるように支持軸１０を嵌装した状態で備えられている。１１は風向性を得るための羽根体である。

前記した支持ポール１の上方寄りの外面には後に詳述するエルボ状とした取り付けアーム１２が一体的に突設して備えられており、その取り付けアーム１２の先端には回転機構を介在してソーラーパネル１３が仰伏可能に設けられている。

また、支持ポール１の一部には街灯として作用する蛍光灯１４が取り付けられており、１５はその蛍光灯１４用の端子箱である。

この屋外に固定立設される支持ポール１の近傍地表には風車９による風力発電、ソーラーパネル１３による蓄電、給電とソーラーパネル１３の回動機能を制御する制御盤が収容される制御ボックス１６が設置される。この制御ボックス１６は前面に開閉扉１６ａが設けられ、天面はテーパ状として開閉扉１６ａに対して庇１６ｂを形成したものとなっている。図中１７は支持ポール１に設けられた制御ボックス１６内の制御盤（コントロール基板）への電力引き込み用の端子箱である。

前記したエルボ状の取り付けアーム１２の支持ポール１への取り付け部分は環状のフランジ１８が形成され、このフランジ１８の外方面には取り付けアーム１２の基端を補強する補強リブ６、６‥が放射状に設けられている。このフランジ１８は支持ポール１の外周壁面に設けられた受フランジ１９と面当接され、ボルト等の固定手段により、固定される。尚、受フランジ１９にも支持ポール１との補強をする補強リブ６、６‥が設けられている。

取り付けアーム１２の略直角に上方に曲折された先端部分には補強リブ６、６‥を介して座板２０が一体的に設けられている。この座板２０の上面周縁にはカバー２１がパッキンを介してネジ止め固定されている。このカバー２１は天面中央に透孔が形成され、その透孔に円筒状のケーシング２２が挿通されて備えられている。このケーシング２２の外周上方寄りには係止段部２２ａが一体に形成されており、その係止段部２２と係合させ、上方より固定フランジ２３をパッキンを介してカバー２１にネジ止めすることでケーシング２２の位置決めがなされている。尚、２４はカバー２１に形成された窓蓋を示している。

また、ケーシング２２内の中央には上下端部を突出させて回転シャフト２５が挿通されている。この回転シャフト２５の上方突出部の外周にはＳ形のオイルシール２６が取り付けられるとともに、ケーシング２２内の上下位置ではベアリング２７、２７が、ベアリング押え２８、２８により摺接されている。

回転シャフト２５の上方突出端には回転テーブル２９が、その下方の筒状部によって被冠状態で装着され、回転シャフト２５の側面からネジ２９ａにより固着され、回転シャフト２５と同期して回転するように構成されている。

また、前記したカバー２１の上面にはメカニックを雨風や塵埃から防護するキャップカバー３０が取り付けられており、このキャップカバー３０の天面に取り付けフランジを下端に有するブラケット３１が、前記取り付けフランジにネジを通すことで固着されている。このブラケット３１の上縁は略４５度のテーパが形成されるとともに、壁面には弧状に配列したネジ孔３１ａ、３１ａ‥が穿設されている。

前記したブラケット３１にはソーラーパネル１３のホルダー３２が使用するネジ孔３１ａ、３１ａ‥を選択することで任意の仰角度をもってネジ止め固定される。このホルダー３２の他側にはフランジ３２ｂが設けられ、そのフランジを介してソーラーパネル１３が取り付けられたフレーム３３が固着されることとなる。

一方、前記した回転シャフトの下端には大歯車３４の中心部が嵌着されている。３５はその大歯車３４の押え板である。この大歯車３４はモータ８５のモータ軸に備えられた小歯車３６と噛合され、減速回転しながら回転シャフト２５を回転させ、最終的にソーラーパネル１３を回動させることとなる。３５ａはモータの取り付けベースを示している。

また、前記した回転機構には回転角度を検出するためのエンコーダ３８が装備されており、３７はそのエンコーダ３８と対応する高周波センサーで、この高周波センサー３７はモータ８５の取り付けベース３５ａに備えられた金具３７ａにより取り付けられている。

さらに、図中３９は座板２０上の端部に固着されている取り付け金具で、この取り付け金具３９の上面内方にはリミットスイッチ４０が取り付けられている。一方前記した押え板３５の下面には回動アーム４１の一端が固着されており、この回動アーム４１の先端にはリミットスイッチ４０を操作する弧板４２が備えられている。即ち、回動アーム４１は大歯車３４と同期して回動し、一定角度の回転をするとリミットスイッチ４０を操作し、その回動を制御することができるものとしている。

ここで、前記した制御系を図１１及び図１２を参照して説明すると、その大概のシステム構成は図１１に示すものとなり、ソーラーパネル１３による電力及び風力発電による電力はともにコントローラに入力され、インバータで変換されて前記した蛍光灯１４の点灯やその他パイロット用等のＬＥＤ発光として利用される。また、コントローラからは入力された電力はその一部をシール型鉛蓄電池に充電して確保する構成としている。このコントローラ、インバータ、蓄電池等は前記した制御ボックス１６内に収容され、アースをとられている。

また、ソーラーパネル１３の回動角度制御は図１２に示すように構成される。エンコーダ３８はモータ８５による回転駆動となるが、標準的に取り付けアーム１２に対し、右側に原点センサー４３、左側に終点センサー４４が設けられる。実施例では標準的な日照時間の午前６時〜午後６時までを時間的駆動範囲とし、夏冬はそれぞれ補正をすることが可能とされる。

前記したセンサー４３、４４が入力されて活性化されると、その信号は原点センサー４３の信号発生器４３ａと角度検出センサー（高周波センサー）３７の角度パルス発生器３７ｂに入力され、所定電圧パルスを発生させる。エンコーダ３８の回転は角度検出センサー３７で逐次検出して角度パルス発生器３７ｂに入力し、そのパルス信号を角度検出カウンター４５で計測する。鉛蓄電池からの出力はインバータで変換されてモータ８５に与えられる。

ソーラーパネル１３の初期設定は当該時の太陽位置を緯度経度で算出したうえでなされ、その時刻と合わせセットし、時間設定スイッチと補正スイッチを用いて時間と位置の設定を終了する。時間監視タイマーは水晶発振器で励起されるもので、その１時間毎のパルス信号と１時間歩進タイマーとのアンドを論理上とり、フリップフロップのセット信号とする。角度検出カウンター４５は３６０度を２４時間で割った角度である１５度となるまでパルス信号は発生しないため正転信号としてモータ８５を駆動する。

この正転信号でモータ８５は１５度（１時間分）回動して停止する。この時、時間監視タイマー４６以外は電力を使わず省電力とする。時間監視タイマー４６から１時間経過の信号が入力される歩進タイマーは直前の時間に１時間を加えた時間信号とのアンドによるセット信号となり、再び１５度回動して停止する。

上記した動作を逐次繰り返して、ソーラーパネル１３は実施例で午後６時の位置、即ち、終点センサー４４の位置まで回動する。この終点センサー４４によって終点信号発生器４４ａから逆転のための準備としてフリップフロップの前段アンド回路４７へ入力され、歩進タイマーからのセット信号となって逆転を開始し、初期の原点センサー４３位置まで復元して停止する。この時点で翌日の日の出の待機状態となる。

本実施例に係るソーラーパネルの回動装置は上記のように構成されている。本実施例では支持ポール１を地表に固定立設させたものとし、ソーラーパネル１３を水平回動させるようにしてあるが、これにこだわらず、支持ポール１を横方向に架設し、取り付けアームを立設、垂設する等の設計変更も可能で、かかる構成では幅広く、空中位置における照明や電光表示等を可能とし、一時的な災害地での利用や種々の電源として利用することができる。

本発明に係るソーラーパネルの回動装置の設置状態を示す正面図である。側面図である。支持ポールの据え付け底面図である。制御ボックスの正面図である。側面図である。回動機構を示す断面図である。取り付けアームの正面図である。側面図である。先端平面図である。リミットスイッチ機構を示す平面図である。コントロールシステムを示すブロック図である。回路構成図である。

符号の説明

１支持ポール
２基礎
３下端フランジ
４ボルト孔
５アンカーボルト
６補強リブ
７上部ポール
８下端フランジ
９風車
１０支持軸
１１羽根体
１２取り付けアーム
１３ソーラーパネル
１４蛍光灯
１５端子箱
１６制御ボックス
１７端子箱
１８フランジ
１９受フランジ
２０座板
２１カバー
２２ケーシング
２３固定フランジ
２４窓蓋
２５回転シャフト
２６オイルシール
２７ベアリング
２８ベアリング押え
２９回転テーブル
３０キャップカバー
３１ブラケット
３２ホルダー
３３フレーム
３４大歯車
３５モータ
３６小歯車
３７高周波センサー
３８エンコーダ
３９取り付け金具
４０リミットスイッチ
４１回動アーム
４２弧板
４３原点センサー
４４終点センサー
４５角度検出カウンター
４６時間監視タイマー
４７前段アンド回路
８５モータ

Claims

固定された支持ポールに、一部に回転機構を装備したエルボ状の取り付けアームを一体的に突設し、前記回転機構には駆動モータと、その駆動モータのモータ軸に備えられた小歯車と、その小歯車に噛合された大歯車と、その大歯車の中心に挿通されたシャフトと、そのシャフトの一端に固定された回転テーブルと、その回転テーブルに固定されたブラケットと、そのブラケットに仰角調整自在に備えられたホルダと、そのホルダに固定され、表面にソーラーパネルを固着したフレームとを少なくとも有しているソーラーパネルの回動装置において、前記取り付けアームは略直角に屈折し、前記シャフトは上下方向に配置され、そのシャフトの上方端に回転テーブルがシャフトと同期して水平回動する構成としたことを特徴とするソーラーパネルの回動装置。
前記したシャフトの周囲にはベアリングを介してケーシングを設けるとともに、前記回転機構を覆うカバーを備え、そのカバーに前記ケーシングを固着してあることを特徴とする請求項１に記載のソーラーパネルの回動装置。
前記シャフトの下端には大歯車の押え板を備え、その押え板に固定された、リミットスイッチの入力釦を操作する弧板を先端に備えた回動アームを取り付けてあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のソーラーパネルの回動装置。
前記した回転機構には回転角度の検出用エンコーダを備え、そのエンコーダの回転角度を読み取る高周波センサーを備えていることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載のソーラーパネルの回動装置。
前記した支持ポールには風力発電装置が装備されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載のソーラーパネルの回動装置。
前記した回転機構を覆うカバーの上面にはブラケットとの間にシャフトの上端部分を覆う防雨、防塵用のキャップカバーが設けられていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５に記載のソーラーパネルの回動装置。
前記した支持ポールに近接して制御ボックスを設け、その制御ボックスには前記したソーラーパネル及び風力発電装置からの電力供給がなされるコントロールシステム回路が搭載された基板が収容されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５または請求項６に記載のソーラーパネルの回動装置。
前記したコントロールシステム回路は蓄電池と接続され、ソーラーパネル及び風力発電装置からの電力で充電されるものとしたことを特徴とする請求項７に記載のソーラーパネルの回動装置。
前記したエンコーダには原点センサー及び終点センサーが設けられ、その各センサーからの信号及び角度検出センサーからの信号がコントロールシステム回路に入力されることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のソーラーパネルの回動装置。
前記したコントロールシステム回路には時間監視タイマー及び１時間毎の歩進タイマーが組み込まれ、前記した駆動モータの正転、逆転を行なうことを特徴とする請求項１、請求項７、請求項８または請求項９に記載のソーラーパネルの回動装置。