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JP2016103952A - 太陽光発電装置 - Google Patents

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JP2016103952A JP2014242169A JP2014242169A JP2016103952A JP 2016103952 A JP2016103952 A JP 2016103952A JP 2014242169 A JP2014242169 A JP 2014242169A JP 2014242169 A JP2014242169 A JP 2014242169A JP 2016103952 A JP2016103952 A JP 2016103952A
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Abstract

【課題】高温による動作不良を抑制し、より安定した動作を実現することが可能な太陽光発電装置を提供する。【解決手段】太陽光発電装置は、受光量に応じた電力を生成する複数の発電素子を含み、受光面と前記受光面の反対側に位置する裏面とを有する発電部と、前記太陽光発電装置に関する機能を提供し、前記発電部と別個に設けられた機能部と、前記発電部と前記機能部との間に設けられ、前記発電部および前記機能部の位置を変更可能な位置可変部とを備え、前記発電部の前記裏面と前記機能部とが対向しており、前記位置可変部は、前記発電部の前記裏面と前記機能部とが対向している状態を維持したまま前記発電部および前記機能部の位置を変更可能である。【選択図】図3

Description

本発明は、太陽光発電装置に関し、特に、受光面の位置を変更可能な太陽光発電装置に関する。
レンズ等を用いることによって太陽光を発電素子に収束させ、当該発電素子の発電効率を高める集光型の太陽光発電装置の開発が行われている。集光型の太陽光発電装置では、たとえば、支柱の先端部に太陽光発電パネルが取り付けられ、当該太陽光発電パネルにおける受光面が太陽の方向を向くように制御される。
集光型の太陽光発電装置の一例として、特許第5098678号公報(特許文献1)には、以下のような技術が開示されている。すなわち、太陽光発電装置では、支柱が、地盤上に垂直に立てられる。水平回転駆動機構が、支柱の先端に配設され、発電モジュールを水平方向に回転させる。ジャッキが発電モジュールの傾斜角を変更可能に支持する。制御盤が、支柱に取り付けられ、水平回転駆動機構とジャッキとを制御する。
また、特開2011−249667号公報(特許文献2)には、以下のような技術が開示されている。すなわち、太陽光発電装置では、支柱に設けられたコントロールボックスが、パネルが太陽に指向した状態を維持するように、パネルを傾倒させ、かつ水平回転させる。コントロールボックスは、一日の太陽の追尾動作が終了すると、風の影響を考慮してパネルを水平姿勢にして待機させると共に、この待機状態でパネルの受光面を回転ブラシによって清掃するクリーニング動作を実行する。
特許第5098678号公報 特開2011−249667号公報
上記のような太陽光発電装置において、制御盤またはコントロールボックスは、電子部品等を含むため、温度の上昇により正常に動作しなくなる場合がある。
北半球のある地点に太陽光発電装置が設置される場合、たとえば、制御盤は、直射日光による温度上昇および地面からの輻射熱による温度上昇を避けつつ、メンテナンスの容易性を確保できる位置として、太陽光発電パネルを支持する支柱における北側の側面の地面から1m〜2m上方の位置に取り付けられる。
しかしながら、地球上から観測される太陽の位置は時間とともに変化するため、一日中制御盤の全体が直射日光に晒されないようにすることは困難である。
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、高温による動作不良を抑制し、より安定した動作を実現することが可能な太陽光発電装置を提供することである。
(1)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る太陽光発電装置は、受光量に応じた電力を生成する複数の発電素子を含み、受光面と前記受光面の反対側に位置する裏面とを有する発電部と、前記太陽光発電装置に関する機能を提供し、前記発電部と別個に設けられた機能部と、前記発電部と前記機能部との間に設けられ、前記発電部および前記機能部の位置を変更可能な位置可変部とを備え、前記発電部の前記裏面と前記機能部とが対向しており、前記位置可変部は、前記発電部の前記裏面と前記機能部とが対向している状態を維持したまま前記発電部および前記機能部の位置を変更可能である。
本発明は、太陽光発電装置として実現することができるだけでなく、太陽光発電装置を含む太陽光発電システムとして実現することができる。
本発明によれば、高温による動作不良を抑制し、より安定した動作を実現することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例の斜視図である。 図2は、図1に示す太陽光発電装置の側面図である。 図3は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の側面図である。 図4は、図3に示す太陽光発電装置において、太陽光発電パネルの受光面が図3とは異なる方向を向いている状態を示す図である。 図5は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置における太陽光発電パネルの方位角方向の向きの変化の一例を示す図である。 図6は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の太陽光発電パネルにおける太陽光発電モジュールの構成を示す図である。 図7は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の太陽光発電パネルにおける太陽光発電モジュールの、図6におけるVII−VII線に沿う断面を示す断面図である。 図8は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置のアーム部における、図3において点線で示す部分Cの紙面方向に沿う断面を示す断面図である。 図9は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置における太陽光発電パネル、位置可変部および機能部の位置関係を詳細に説明するための図である。 図10は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の変形例を上方から見た図である。 図11は、本発明の第2の実施の形態に係る太陽光発電装置の側面図である。
最初に、本発明の実施の形態の内容を列記して説明する。
(1)本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置は、受光量に応じた電力を生成する複数の発電素子を含み、受光面と前記受光面の反対側に位置する裏面とを有する発電部と、前記太陽光発電装置に関する機能を提供し、前記発電部と別個に設けられた機能部と、前記発電部と前記機能部との間に設けられ、前記発電部および前記機能部の位置を変更可能な位置可変部とを備え、前記発電部の前記裏面と前記機能部とが対向しており、前記位置可変部は、前記発電部の前記裏面と前記機能部とが対向している状態を維持したまま前記発電部および前記機能部の位置を変更可能である。
このような構成により、発電部の受光面が太陽の方向を向いている場合において、機能部は、発電部に対して太陽の反対側に位置することになるため、機能部への直射日光が発電部によって遮られる。また、機能部と発電部とが位置可変部を挟んで離れて設けられるため、機能部は発電部からの輻射熱による影響を受けにくい。これにより、高温になることによって正常な動作を行うことができなくなる場合のある機能部の、温度上昇を防ぐことができる。したがって、高温による動作不良を抑制し、より安定した動作を実現することができる。
(2)好ましくは、前記受光面に下ろした垂線の方向の平面視において、前記機能部の全体が前記受光面に隠れている。
このような構成により、発電部の受光面が太陽の方向を向いている場合において、機能部全体が太陽からの直射日光を受けなくなるため、機能部の温度上昇をより抑えることができる。
(3)好ましくは、前記発電部および前記機能部は、前記位置可変部に結合されており、前記発電部の重心と、前記位置可変部の重心と、前記機能部の重心とが1つの直線に沿って位置するとともに、前記位置可変部の重心が前記発電部の重心と前記機能部の重心との間に位置している。
このような構成により、たとえば、位置可変部を中心とする、発電部における力のモーメントと、機能部における力のモーメントとが互いに打ち消し合う関係となる。このため、位置可変部に含まれ、発電部および機能部の位置を変更するために用いられるモータ、において発生させるべきトルクを小さくすることができる。これにより、たとえば、当該モータを小型化することができ、また、当該モータおよび当該モータの制御回路の消費電力を低減することができる。
(4)好ましくは、前記発電部と前記位置可変部との距離に基づいて前記機能部と前記位置可変部との距離が決められている。
このような構成により、たとえば、位置可変部を中心とする、機能部における力のモーメントおよび発電部における力のモーメントがバランスするように、機能部および位置可変部の距離を決めることができるため、上記モータにおいて発生させるべきトルクをより小さくすることができる。
(5)好ましくは、前記発電部および前記機能部は、前記位置可変部に結合されており、前記発電部と前記位置可変部との結合点および前記発電部間の距離と前記発電部の重さとの積に対する、前記機能部と前記位置可変部との結合点および前記機能部間の距離と前記機能部の重さとの積、の比が1/2以上かつ2以下の範囲に含まれる。
このように、位置可変部を中心とする、発電部における力のモーメントと、機能部における力のモーメントとの比が所定範囲に含まれるような構成により、機能部を発電部のカウンターバランスとして積極的に利用し、発電部における力のモーメントおよび機能部における力のモーメントがバランスした状態に近づけることができる。また、これにより、たとえば、位置可変部における不要なバックラッシュの発生を抑えることができるため、受光面の方向をより安定して制御することができる。
(6)好ましくは、前記太陽光発電装置は、さらに、前記位置可変部および前記機能部を連結するか、前記機能部および前記発電部を連結するか、または、前記発電部および前記位置可変部を連結する中空のアーム部と、前記アーム部の中空部を通り、前記位置可変部および前記機能部を接続するか、前記機能部および前記発電部を接続するか、または、前記発電部および前記位置可変部を接続する配線とを備える。
このように、配線がアーム部の内部を通る構成により、たとえば、太陽光発電装置の機械的な動作に起因して配線に引っ張り応力が掛かり、配線が損傷するようなトラブルを防ぐことができる。また、太陽光発電装置の機械的な動作を配線が妨げないための、配線長の遊びを小さくすることができる。また、アーム部を配線の保護部材として用いることができるため、配線に保護部材を別途装着する必要が無くなる。
(7)好ましくは、前記太陽光発電装置は、さらに、前記位置可変部および前記機能部を連結するか、前記機能部および前記発電部を連結するか、または、前記発電部および前記位置可変部を連結するアーム部を備え、前記アーム部は、FRP(Fiber Reinforced Plastics)により形成されている。
このような構成により、アーム部に高い強度を持たせつつ、アーム部を軽量化することができる。
(8)好ましくは、前記太陽光発電装置は、さらに、前記位置可変部および前記機能部を連結するか、または、前記機能部および前記発電部を連結するアーム部と、前記アーム部および前記機能部の間に設けられた断熱材とを備える。
このような構成により、アーム部から機能部への熱伝導を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、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。
<第1の実施の形態>
[比較例]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例の斜視図である。図2は、図1に示す太陽光発電装置の側面図である。
図1および図2を参照して、太陽光発電装置100は、太陽光発電パネル(発電部)12と、架台40と、パネルアーム89と、位置可変部84と、機能部90とを備える。太陽光発電パネル12は、複数の発電モジュール10と、図示しない太陽方向センサ25と、フレーム部80とを含む。位置可変部84は、仰角駆動部82と、方位角駆動部83とを含む。架台40は、土台46と、支柱48とを含む。また、太陽光発電パネル12は、受光面FLを有する。
太陽光発電パネル12は、たとえば全体として板状である。ここでは、太陽光発電パネル12は、8行8列の発電モジュール10つまり64個の発電モジュール10を含んでいる。各発電モジュール10は、フレーム部80の上部に並んで取り付けられている。発電モジュール10は、太陽光を受けて発電し、発電した電力である直流電力を、図示しない配線を用いて、支柱48の側面に取り付けられた機能部90へ出力する。
パネルアーム89は、太陽光発電パネル12および位置可変部84を連結している。支柱48は、たとえば地面gに設けられた土台46に、地面gに対して垂直に立てられている。
位置可変部84は、支柱48の先端部に取り付けられている。位置可変部84は、機能部90からの制御信号に基づいて、太陽光発電パネル12における受光面FLの方向、つまり矢印Asで示す受光面FLの法線方向を太陽に向け、日の出から日没までの間、受光面FLの方向が太陽を追尾するように動作する。
具体的には、たとえば、位置可変部84における仰角駆動部82は、モータを含み、パネルアーム89を矢印Aanに示すように傾動させることにより、太陽光発電パネル12を仰角方向に駆動する。
方位角駆動部83は、仰角駆動部82の下方に設けられている。たとえば、方位角駆動部83は、モータを含み、矢印Aroに示すように、仰角駆動部82を水平方向に回転させさせることにより、太陽光発電パネル12を方位角方向に駆動する。
図示しない太陽方向センサ25は、太陽の方向を検知するために用いられ、検知結果を示すセンサ信号を機能部90へ出力する。
機能部90は、太陽光発電装置100に関する機能を提供する。具体的には、たとえば、機能部90は、筐体と、当該筐体に収納された各種ユニットとを含む。より具体的には、たとえば、筐体には、太陽光発電装置100に関する機能を提供するユニットとして、各発電モジュール10からの配線を接続する接続箱、発電モジュール10から出力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ、太陽光発電パネル12における受光面FLの向きを制御するための制御ユニット、太陽光発電装置100の動作状況を表示するためのモニタ回路、安全回路、温度計等の計測装置、およびデータロガーのうち、少なくともいずれか1つが収納されている。
太陽光発電パネル12の縦方向の長さL1および横方向の長さL2は、たとえば、いずれも5m〜8mである。支柱48の高さHpは、たとえば、3m〜6mである。機能部90における支柱48側の面の、地面gに垂直な方向の長さLf1、および地面gに平行な方向の長さLf2は、たとえば、いずれも1mである。支柱48の直径φpは、たとえば、0.4m〜1mである。太陽光発電パネル12の重さは、たとえば1000kgである。機能部90の重さは、たとえば100kgである。
[課題の説明]
機能部90を支柱48に取り付ける場合、機能部90は、直射日光に晒されることがある。また、この場合、太陽光発電装置100は、直射日光によって支柱48において生じた熱が、支柱48から機能部90へ伝わりやすい構成となっている。さらに、機能部90は、支柱48の方向からの風を受けにくくなるため、効率的に放熱を行えないことがある。このため、機能部90の温度は高くなりやすい。
たとえば、太陽光発電装置100が砂漠に設置された場合、夜間の気温が放射冷却によりマイナス10℃前後となることがある一方で、昼間の気温は地面からの輻射熱等により50℃前後となることがある。
たとえば、太陽光発電装置100周辺の気温が50℃前後である状態において、機能部90が直射日光を受けると、機能部90の筐体の温度は70℃前後となり、筐体の内部は60℃前後となることがある。たとえば、機能部90の含むユニットの動作保障温度が40℃以下である場合において、筐体の内部の温度が60℃になると、機能部90は、正常な動作を行えなくなることがある。
ここで、太陽光発電パネル12は、上述のように、受光面FLが太陽の方向を向くように制御される。このため、太陽光発電パネル12における受光面FLの反対側の面には、一日中直射日光が当たらないことが分かる。本願発明者らは、この点に着目し、機能部90に直射日光が当たらないように、機能部90を太陽光発電パネル12における受光面FLの反対側の面に取り付ける構成を考案した。
しかしながら、このような構成であっても、機能部90の温度は、たとえば、太陽光発電パネル12からの輻射熱等により上昇することがある。
また、機能部90の筐体にファンを設けることにより機能部90を冷却した場合、機能部90の筐体内部に塵等が入り込み、機能部90の故障の原因になることがある。また、機能部90にクーラーを取りつけ、当該クーラーを用いて機能部90を冷却した場合、太陽光発電装置100の製造コストおよび発電コストが増大してしまう。
そこで、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置では、以下のような構成により、このような課題を解決する。
[構成および基本動作]
図3は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の側面図である。図4は、図3に示す太陽光発電装置において、太陽光発電パネルの受光面が図3とは異なる方向を向いている状態を示す図である。太陽光発電装置101に関し、以下で説明する内容以外は、図1および図2で説明した内容と同様である。
図3および図4を参照して、太陽光発電装置101は、太陽光発電パネル12と、架台40と、アーム部87と、位置可変部84と、機能部90と、断熱材95とを備える。太陽光発電パネル12は、複数の発電モジュール10と、図示しない太陽方向センサ25と、フレーム部80とを含む。
位置可変部84は、仰角駆動部82と、方位角駆動部83とを含む。架台40は、土台46と、支柱48とを含む。アーム部87は、パネルアーム81と、機能部アーム85と、アーム接続部86とを含む。また、太陽光発電パネル12は、受光面FLと、裏面FSとを有する。裏面FSは、太陽光発電パネル12における受光面FLの反対側の面である。
太陽光発電パネル12における各発電モジュール10は、太陽光を受けて発電し、発電した電力である直流電力を、図示しない配線180を用いて機能部90へ出力する。
位置可変部84は、太陽光発電パネル12および機能部90の間に設けられている。太陽光発電パネル12および機能部90は、位置可変部84に結合されている。具体的には、アーム部87は、太陽光発電パネル12、位置可変部84および機能部90を連結している。
言い換えれば、太陽光発電パネル12が固定され、かつ機能部90が固定されたアーム部87が位置可変部84に取り付けられている。
詳細には、たとえば、アーム部87におけるパネルアーム81は、太陽光発電パネル12および位置可変部84を連結している。パネルアーム81は、たとえば、太陽光発電パネル12に、受光面FLに対して垂直に取り付けられている。機能部アーム85の端部には、機能部90が取り付けられている。機能部90は、たとえば、自己の筐体における最も広い面が太陽光発電パネル12の裏面FSと平行になるように、機能部アーム85に取り付けられている。アーム接続部86は、パネルアーム81および機能部アーム85を連結している。
ここで、機能部アーム85および機能部90の間には断熱材95が設けられており、太陽光発電パネル12の熱が機能部90へ伝導することを抑制している。つまり、アーム部87は、断熱材95を介して位置可変部84および機能部90を連結している。
支柱48は、たとえば地面gに設けられた土台46に、地面gに対して垂直に立てられている。位置可変部84は、支柱48の先端部に取り付けられている。
図示しない太陽方向センサ25は、太陽の方向を検知するために用いられ、検知結果を示すセンサ信号を機能部90へ出力する。
機能部90は、太陽光発電パネル12と別個に設けられている。具体的には、たとえば、機能部90は、太陽光発電パネル12とある程度の距離を隔てて設けられている。また、機能部90は、太陽光発電パネル12における裏面FSと対向している。
位置可変部84は、機能部90からの制御信号に基づいて、太陽光発電パネル12における受光面FLの方向、つまり、矢印Asで示す受光面FLの法線方向を太陽に向け、受光面FLの方向が太陽を追尾するように動作する。
このとき、位置可変部84は、アーム部87の角度を変更することにより、機能部90と裏面FSとが対向した状態を維持したまま、太陽光発電パネル12および機能部90の位置すなわち受光面FLおよび機能部90の位置を変更する。
具体的には、たとえば、位置可変部84における仰角駆動部82は、モータを含み、アーム部87を矢印Aanに示すように回動させることにより、太陽光発電パネル12および機能部90を仰角方向に駆動する。
方位角駆動部83は、仰角駆動部82の下方に設けられている。方位角駆動部83は、たとえば、モータを含み、仰角駆動部82を矢印Aroに示すように、水平方向に回転させさせることにより、太陽光発電パネル12および機能部90を方位角方向に駆動する。
これにより、機能部90は、太陽の位置が変化した場合においても、太陽光発電パネル12に対して太陽の反対側に位置する。たとえば、太陽光発電パネル12の受光面FLに下した垂線の方向の平面視において、機能部90は、全体が太陽光発電パネル12の受光面FLに隠れるように位置する。
このため、矢印Sbで示す太陽からの直射日光は、太陽光発電パネル12により遮られ、機能部90に到達しない。すなわち、機能部90には、一日中直射日光が当たらない。
また、機能部90は、太陽光発電パネル12と離れて設けられているため、太陽光発電パネル12からの輻射熱の影響を受けにくい。
また、機能部90は、支柱48から離れて設けられているため、支柱48に取り付けられる場合に比べて、地面に平行な方向へ吹く風を受けやすい。これにより、機能部90は、効果的に空冷される。
図5は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置における太陽光発電パネルの方位角方向の向きの変化の一例を示す図である。
図5は、太陽光発電装置101を上方から見た図であり、太陽光発電パネル12の向きの一日の変化を示している。ここでは、太陽光発電パネル12の方位角方向の向きの変化に着目しており、太陽光発電パネル12は仰角方向に向きを変えないものとする。
図5を参照して、太陽光発電パネル12は、位置可変部84を中心に回動し、朝から夕方まで太陽の方向を向くように制御される。
たとえば、ある時期における北半球のある地点では、太陽光発電パネル12の受光面FLは、朝に東の方角を向き、昼に南の方角を向き、夕方に西の方角を向く。このように、太陽が移動した場合においても、機能部90は、太陽光発電パネル12に対して太陽の反対側に位置するため、矢印Sbで示す直射日光を一日中受けない。
図6は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の太陽光発電パネルにおける太陽光発電モジュールの構成を示す図である。図7は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の太陽光発電パネルにおける太陽光発電モジュールの、図6におけるVII−VII線に沿う断面を示す断面図である。
図6および図7を参照して、発電モジュール10は、筐体13と、複数の発電素子14と、フレキシブルプリント配線板(FPC:Flexible Printed Circuits)15と、受光部17とを備える。受光部17は、複数のフレネルレンズ16を含む。フレキシブルプリント配線板15は、導電部18を含む。
受光部17は、上側の主表面である主表面Foにおいて太陽光を受ける。受光部17において、フレネルレンズ16は、たとえば正方格子状に配置されている。具体的には、各フレネルレンズ16は、互いに隣接するフレネルレンズ16の中心同士の距離が等しくなるように配置されている。フレネルレンズ16は、受光部17の主表面Foに対して垂直に到来する太陽光を発電素子14へ収束させる。受光部17は、筐体13の底部に対して間隔を空けてかつ平行になるように固定されている。
各発電素子14は、対応のフレネルレンズ16の光軸上に位置し、対応のフレネルレンズ16によって収束された太陽光を受けて、受光量に応じた電力を生成する。
また、発電素子14は、帯状のフレキシブルプリント配線板15に実装されている。フレキシブルプリント配線板15において隣接する発電素子14同士は、たとえば、フレキシブルプリント配線板15の含む導電部18によって直列に接続される。各発電素子14において発生した電力は、導電部18を通して発電モジュール10の外部に出力される。
フレネルレンズ16のサイズは、たとえば50mm×50mmである。また、発電素子14のサイズは、たとえば3.2mm×3.2mmである。
ここで、たとえば、図3に示す受光面FLは、太陽光発電パネル12の各発電モジュール10における受光部17の主表面Foの集合である。なお、主表面Foは、平坦であってもよいし、凹凸を有していてもよい。
図8は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置のアーム部における、図3において点線で示す部分Cの紙面方向に沿う断面を示す断面図である。
図8を参照して、アーム部87は、たとえば中空の部材である。具体的には、パネルアーム81、アーム接続部86および機能部アーム85の各々は、中空の部材である。パネルアーム81、アーム接続部86および機能部アーム85は、この順番で連続しており、これら3つの部材における各中空部も連続している。
太陽光発電装置101は、アーム部87の中空部183を通る配線180,181,184を備える。配線180は、太陽光発電パネル12および機能部90を電気的に接続する。配線181は、機能部90および位置可変部84を電気的に接続する。配線184は、太陽光発電パネル12および位置可変部84を電気的に接続する。
配線180,181,184の各々は、たとえば、複数の電線の束である。なお、配線180,181,184の各々は、信号線および電力線のいずれか一方を含んでもよいし、両方を含んでもよい。また、配線180,181,184の各々は、複数の電線に限らず、1つの電線であってもよい。
アーム部87は、たとえば、FRP(Fiber Reinforced Plastics)により形成されている。これにより、アーム部87は、軽量であり、かつ高い強度を有する。
図9は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置における太陽光発電パネル、位置可変部および機能部の位置関係を詳細に説明するための図である。
図9を参照して、太陽光発電パネル12および機能部90は、位置可変部84に結合されている。具体的には、太陽光発電パネル12および機能部90は、アーム部87により、位置可変部84における結合点88において、位置可変部84に結合されている。つまり、結合点88は、太陽光発電パネル12と位置可変部84との結合点であって、かつ機能部90と位置可変部84との結合点である。
たとえば、太陽光発電パネル12の重心であるパネル重心Gpと、機能部90の重心である機能部重心Gcとの間に、位置可変部84の重心である可変部重心Gmが位置している。また、たとえば、パネル重心Gp、可変部重心Gmおよび機能部重心Gcは、直線Liに沿うように位置している。直線Liは、たとえば受光面FLに垂直な直線である。
ここで、機能部90と位置可変部84との距離は、たとえば、太陽光発電パネル12と位置可変部84との距離に基づいて決められている。
たとえば、位置可変部84において太陽光発電パネル12および機能部90を回動させるモータ、つまり位置可変部84の含むアーム部87の角度を変更するモータに掛かる負荷は、太陽光発電パネル12における力のモーメントと、機能部90における力のモーメントとがバランスしている場合に最も小さくなる。
このため、機能部90と位置可変部84との距離は、たとえば、太陽光発電パネル12における力のモーメントと、機能部90における力のモーメントとがバランスするように設定されている。
また、たとえば、結合点88および太陽光発電パネル12間の距離と太陽光発電パネル12の重さとの積に対する、結合点88および機能部90間の距離と機能部90の重さとの積、の比が1/2以上かつ2以下の範囲に含まれるように、太陽光発電パネル12および機能部90の位置および重さが設定されている。
つまり、結合点88および太陽光発電パネル12間の距離をLpとし、太陽光発電パネル12の重さをWpとし、結合点88および機能部90間の距離をLsとし、機能部90の重さをWsとした場合において、以下の式(1)で表される関係を有するように、太陽光発電パネル12および機能部90の位置および重さが設定されている。
1/2≦(Lp×Wp)/(Ls×Ws)≦2 ・・・(1)
具体的には、たとえば、結合点88および太陽光発電パネル12間の距離Lpが0.3mであり、太陽光発電パネル12の重さWpが1000kgであり、機能部90の重さWsが100kgである場合、結合点88および機能部90間の距離Lsをたとえば3mに設定する。
なお、上記のように距離を調整する方法に限らず、たとえば、第1の積に対する第2の積の比が1/2以上かつ2以下の範囲に含まれるように、機能部90または太陽光発電パネル12に重りを取り付けてもよい。
また、たとえばアーム部87は、伸縮することにより、結合点88から太陽光発電パネル12までの距離、または結合点88から太陽光発電パネル12までの距離を変更可能であってもよい。また、たとえば、アーム部87における機能部90の取付位置は変更可能であってもよい。
[変形例]
本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置101では、アーム部に1つの機能部90が固定される構成であるとしたが、これに限定するものではない。たとえば、アーム部に複数の機能部90が固定される構成であってもよい。
図10は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置の変形例を上方から見た図である。
図10を参照して、太陽光発電装置101の変形例は、たとえば図3に示す太陽光発電装置101と比べて、アーム部87の代わりにアーム部187を備え、また、2つの機能部90を備える。アーム部187は、パネルアーム81と、2つの機能部アーム85と、2つのアーム接続部86とを含む。
アーム部187は、位置可変部84に取り付けられている。また、アーム部187には、太陽光発電パネル12および2つの機能部90が取り付けられている。
詳細には、アーム部187におけるパネルアーム81は、太陽光発電パネル12および位置可変部84を連結している。各機能部アーム85には、機能部90が取り付けられている。各アーム接続部86は、パネルアーム81と対応の機能部アーム85とを連結している。
機能部90は、太陽光発電パネル12に関する機能を提供する。各機能部90は、たとえば互いに異なる種類の前述のようなユニットを含む。
たとえば、太陽光発電パネル12の重心であるパネル重心Gpと、2つの機能部90全体の重心である機能部重心Gccとの間に、位置可変部84の重心である可変部重心Gmが位置している。また、たとえば、パネル重心Gp、可変部重心Gmおよび機能部重心Gcは、直線Liに沿うように位置している。直線Liは、たとえば受光面FLに垂直な直線である。
なお、1つの機能部アーム85に1つの機能部90が固定される構成に限らず、1つの機能部アーム85に複数の機能部90が固定される構成であってもよい。
また、本発明の第1の実施の形態では、機能部90は、太陽光発電パネル12および位置可変部84に電気的に接続される構成としたが、これに限定するものではなく、機能部90は、太陽光発電パネル12および位置可変部84のいずれか一方と電気的に接続される構成であってもよいし、太陽光発電パネル12および位置可変部84のいずれとも電気的に接続されない構成であってもよい。
また、本発明の第1の実施の形態では、太陽光発電パネル12の受光面FLに下した垂線の方向の平面視において、機能部90の全体が受光面FLに隠れる構成であるとしたが、これに限定するものではなく、機能部90の一部が受光面FLに隠れる構成であってもよい。
また、本発明の第1の実施の形態では、機能部90は、アーム部87を介して位置可変部84に取り付けられる構成であるとしたが、これに限定するものではなく、位置可変部84に直接取り付けられる構成であってもよいし、アーム部87以外の他の部材を介して位置可変部84に取り付けられる構成であってもよい。
また、本発明の第1の実施の形態では、機能部90および太陽光発電パネル12の位置関係がアーム部87によって固定される構成であるとしたが、これに限定するものではない。たとえば、機能部90は、アーム部87から吊り下げられることによってアーム部87に取り付けられ、太陽光発電パネル12の裏面FSと対向しながら太陽光発電パネル12に対する位置が固定されない構成であってもよい。
また、本発明の第1の実施の形態では、太陽光発電パネル12は、全体として板状であるとしたが、これに限定するものではなく、受光面と受光面の反対側の面とを有する形状であれば、他の形状であってもよい。
また、たとえば、機能部90の温度をより低くしたい場合、機能部90は、筐体にファンまたはクーラーが取り付けられた構成であってもよい。このような構成により、機能部90を、積極的に冷却し、より安定して動作させることができる。
ところで、特許文献1および特許文献2に記載の太陽光発電装置において、制御盤またはコントロールボックスは、電子部品等を含むため、温度の上昇により正常に動作しなくなる場合がある。
北半球のある地点に太陽光発電装置が設置される場合、たとえば、制御盤は、直射日光による温度上昇および地面からの輻射熱による温度上昇を避けつつ、メンテナンスの容易性を確保できる位置として、太陽光発電パネルを支持する支柱における北側の側面の地面から1m〜2m上方の位置に取り付けられる。
しかしながら、地球上から観測される太陽の位置は時間とともに変化するため、一日中制御盤の全体が直射日光に晒されないようにすることは困難である。
これに対して、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置では、太陽光発電パネル12は、受光量に応じた電力を生成する複数の発電素子14を含み、受光面FLと受光面FLの反対側に位置する裏面FSとを有する。機能部90は、太陽光発電装置101に関する機能を提供する。また、機能部90は、太陽光発電パネル12と別個に設けられる。位置可変部84は、太陽光発電パネル12と機能部90との間に設けられ、太陽光発電パネル12および機能部90の位置を変更可能である。太陽光発電パネル12の裏面FSと機能部90とは、対向している。位置可変部84は、太陽光発電パネル12の裏面FSと機能部90とが対向している状態を維持したまま太陽光発電パネル12および機能部90の位置を変更可能である。
このような構成により、太陽光発電パネル12の受光面FLが太陽の方向を向いている場合において、機能部90は、太陽光発電パネル12に対して太陽の反対側に位置することになるため、機能部90への直射日光が太陽光発電パネル12によって遮られる。また、機能部90と太陽光発電パネル12とが位置可変部84を挟んで離れて設けられるため、機能部90は太陽光発電パネル12からの輻射熱による影響を受けにくい。これにより、高温になることによって正常な動作を行うことができなくなる場合のある機能部90の、温度上昇を防ぐことができる。
したがって、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置では、高温による動作不良を抑制し、より安定した動作を実現することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置では、受光面FLに下ろした垂線の方向の平面視において、機能部90の全体が受光面FLに隠れている。
このような構成により、太陽光発電パネル12の受光面FLが太陽の方向を向いている場合において、機能部90全体が太陽からの直射日光を受けなくなるため、機能部90の温度上昇をより抑えることができる。
また、このように、機能部90に直射日光が当たらない構成とすることによって、たとえば、機能部90の筐体の最高温度を70℃から50℃に低下させることができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置では、太陽光発電パネル12および機能部90は、位置可変部84に結合されている。太陽光発電パネル12の重心すなわちパネル重心Gpと、位置可変部84の重心すなわち可変部重心Gmと、機能部90の重心すなわち機能部重心Gcとが1つの直線に沿って位置している。可変部重心Gmの重心がパネル重心Gpと機能部重心Gcとの間に位置している。
このような構成により、たとえば、位置可変部84を中心とする、太陽光発電パネル12における力のモーメントと、機能部90における力のモーメントとが互いに打ち消し合う関係となる。このため、位置可変部84に含まれ、太陽光発電パネル12および機能部90の位置を変更するために用いられるモータ、において発生させるべきトルクを小さくすることができる。これにより、たとえば、当該モータを小型化することができ、また、当該モータおよび当該モータの制御回路の消費電力を低減することができる。
また、たとえば、当該モータの回転を伝えるためのギアに掛かる負荷を小さくすることができるため、位置可変部84における不要なバックラッシュの発生を抑え、太陽光発電装置101のメンテナンスの頻度を下げることができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置では、太陽光発電パネル12と位置可変部84との距離に基づいて機能部90と位置可変部84との距離が決められている。
このような構成により、たとえば、位置可変部84を中心とする、機能部90における力のモーメントおよび太陽光発電パネル12における力のモーメントがバランスするように、機能部90および位置可変部84の距離を決めることができるため、上記モータにおいて発生させるべきトルクをより小さくすることができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置では、太陽光発電パネル12および機能部90は、位置可変部84に結合されている。太陽光発電パネル12と位置可変部84との結合点および太陽光発電パネル12間の距離と太陽光発電パネル12の重さとの積に対する、機能部90と位置可変部84との結合点および機能部90間の距離と機能部90の重さとの積、の比が1/2以上かつ2以下の範囲に含まれる。
このように、位置可変部84を中心とする、太陽光発電パネル12における力のモーメントと、機能部90における力のモーメントとの比が所定範囲に含まれるような構成により、機能部90を太陽光発電パネル12のカウンターバランスとして積極的に利用し、太陽光発電パネル12における力のモーメントおよび機能部90における力のモーメントがバランスした状態に近づけることができる。また、これにより、たとえば、位置可変部84における不要なバックラッシュの発生を抑えることができるため、受光面FLの方向をより安定して制御することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置では、アーム部87は、中空の部材である。アーム部87における各部材は、位置可変部84および機能部90を連結するか、機能部90および太陽光発電パネル12を連結するか、または、太陽光発電パネル12および位置可変部84を連結する。配線181は、アーム部87の中空部を通り、位置可変部84および機能部90を接続する。配線180は、アーム部87の中空部を通り、機能部90および太陽光発電パネル12を接続する。配線184、アーム部87の中空部を通り、太陽光発電パネル12および位置可変部84を接続する。
このように、配線がアーム部87の内部を通る構成により、たとえば、太陽光発電装置101の機械的な動作に起因して配線に引っ張り応力が掛かり、配線が損傷するようなトラブルを防ぐことができる。また、太陽光発電装置101の機械的な動作を配線が妨げないための、配線長の遊びを小さくすることができる。また、アーム部87を配線の保護部材として用いることができるため、配線に保護部材を別途装着する必要が無くなる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置では、アーム部87における各部材は、位置可変部84および機能部90を連結するか、機能部90および太陽光発電パネル12を連結するか、または、太陽光発電パネル12および位置可変部84を連結する。アーム部87は、FRP(Fiber Reinforced Plastics)により形成されている。
このような構成により、アーム部87に高い強度を持たせつつ、アーム部87を軽量化することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置では、アーム部87における各部材は、位置可変部84および機能部90を連結するか、または、機能部90および太陽光発電パネル12を連結する。断熱材95は、アーム部87および機能部90の間に設けられる。
このような構成により、アーム部87から機能部90への熱伝導を抑制することができる。
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
<第2の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態に係る太陽光発電装置と比べて、アーム部の異なる太陽光発電装置に関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係る太陽光発電装置と同一である。
図11は、本発明の第2の実施の形態に係る太陽光発電装置の側面図である。
図11を参照して、太陽光発電装置102は、本発明の第1の実施の形態に係る太陽光発電装置101と比べて、位置可変部84の代わりに位置可変部284を備え、アーム部87の代わりにアーム部287を備える。位置可変部284は、仰角駆動部282と、方位角駆動部283とを含む。仰角駆動部282は、パネル固定板91と、ロッド駆動部92と、プッシュロッド93と、支持部94とを含む。
太陽光発電パネル12は、複数の発電モジュール10と、図示しない太陽方向センサ25と、フレーム部80とを含む。また、太陽光発電パネル12は、受光面FLと、裏面FSとを有する。裏面FSは、太陽光発電パネル12における受光面FLの反対側の面である。
位置可変部284は、太陽光発電パネル12および機能部90の間に設けられている。太陽光発電パネル12および機能部90は、位置可変部284に結合されている。
具体的には、太陽光発電パネル12は、位置可変部284におけるパネル固定板91に取り付けられている。機能部90は、アーム部287を介して位置可変部284に取り付けられている。アーム部287は、位置可変部284および機能部90を連結している。位置可変部284は、支柱48の先端部に取り付けられている。なお、アーム部287は、機能部90および太陽光発電パネル12を連結してもよい。
機能部90は、太陽光発電パネル12と別個に設けられている。具体的には、たとえば、機能部90は、太陽光発電パネル12とある程度の距離を隔てて設けられている。また、機能部90は、太陽光発電パネル12における裏面FSと対向している。
位置可変部284は、機能部90からの制御信号に基づいて、太陽光発電パネル12における受光面FLの方向を太陽に向け、受光面FLの方向が太陽を追尾するように動作する。
このとき、位置可変部284は、機能部90と裏面FSとが対向した状態を維持したまま、太陽光発電パネル12および機能部90の位置を変更する。
具体的には、たとえば、位置可変部284の仰角駆動部282において、支持部94は、パネル固定板91を傾動可能に支持している。太陽光発電パネル12は、パネル固定板91に取り付けられている。プッシュロッド93は、たとえば、ロッド駆動部92の内部を貫通しており、先端部がパネル固定板91に取り付けられている。
ロッド駆動部92は、支持部94に取り付けられており、矢印Apに示すように、プッシュロッド93を太陽光発電パネル12の方向へ押し込むか、または太陽光発電パネル12の方向から引き戻す。これにより、ロッド駆動部92は、矢印Aiに示すようにパネル固定板91を傾動させ、太陽光発電パネル12および機能部90を仰角方向に駆動する。
方位角駆動部283は、仰角駆動部282における支持部94の下方に設けられている。方位角駆動部283は、たとえば、モータを含み、仰角駆動部282を矢印Aroに示すように、水平方向に回転させることにより、太陽光発電パネル12および機能部90を方位角方向に駆動する。
たとえば、太陽光発電パネル12の受光面FLに下した垂線の方向の平面視において、機能部90は、全体が太陽光発電パネル12の受光面に隠れるように位置する。
断熱材95は、たとえば、アーム部287および機能部90の間に設けられており、太陽光発電パネル12から機能部90への熱伝導を抑制している。
また、たとえば、太陽光発電パネル12の重心であるパネル重心Gpと、機能部90の重心である機能部重心Gcとの間に、位置可変部284の重心である可変部重心Gmが位置している。また、パネル重心Gp、可変部重心Gmおよび機能部重心Gcは、直線Liに沿うように位置している。直線Liは、たとえば受光面FLに垂直な直線である。
アーム部287は、たとえば中空の部材である。太陽光発電装置102は、アーム部287の中空部を通る図示しない配線182を備える。配線182は、たとえば、位置可変部284および機能部90を電気的に接続する。また、アーム部287の中空部には、たとえば、太陽光発電パネル12および機能部90を電気的に接続する配線が通ってもよい。
配線182は、たとえば、複数の電線の束である。なお、配線182は、複数の電線に限らず、1つの電線であってもよい。アーム部287は、たとえば、FRPにより形成されている。
その他の構成および動作は第1の実施の形態に係る太陽光発電装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
[付記]
太陽光発電装置であって、
受光量に応じた電力を生成する複数の発電素子を含み、受光面と前記受光面の反対側に位置する裏面とを有する発電部と、
前記太陽光発電装置に関する機能を提供し、前記発電部と別個に設けられた機能部と、
前記発電部と前記機能部との間に設けられ、前記発電部および前記機能部の位置を変更可能な位置可変部とを備え、
前記発電部の前記裏面と前記機能部とが対向しており、
前記位置可変部は、前記発電部の前記裏面と前記機能部とが対向している状態を維持したまま前記発電部および前記機能部の位置を変更可能であり、
前記発電部は、全体として板状であり、
前記位置可変部は、前記受光面が太陽の方向を向くように前記発電部および前記機能部の位置を変更可能であり、
前記機能部は、筐体を含み、自己の筐体における最も広い面が前記発電部の前記裏面と平行になるように取り付けられている、太陽光発電装置。
10 発電モジュール
12 太陽光発電パネル(発電部)
13 筐体
14 発電素子
15 フレキシブルプリント配線板
16 フレネルレンズ
17 受光部
18 導電部
25 太陽方向センサ
40 架台
46 土台
48 支柱
80 フレーム部
81 パネルアーム
82,282 仰角駆動部
83,283 方位角駆動部
84,284 位置可変部
85 機能部アーム
86 アーム接続部
87,187,287 アーム部
88 結合点
89 パネルアーム
90 機能部
91 パネル固定板
92 ロッド駆動部
93 プッシュロッド
94 支持部
95 断熱材
100,101,102 太陽光発電装置
180,181,182,184 配線
183 中空部
FL 受光面
FS 裏面
Fo 主表面
Gc,Gcc 機能部重心
Gm 可変部重心
Gp パネル重心
g 地面

Claims (8)

  1. 太陽光発電装置であって、
    受光量に応じた電力を生成する複数の発電素子を含み、受光面と前記受光面の反対側に位置する裏面とを有する発電部と、
    前記太陽光発電装置に関する機能を提供し、前記発電部と別個に設けられた機能部と、
    前記発電部と前記機能部との間に設けられ、前記発電部および前記機能部の位置を変更可能な位置可変部とを備え、
    前記発電部の前記裏面と前記機能部とが対向しており、
    前記位置可変部は、前記発電部の前記裏面と前記機能部とが対向している状態を維持したまま前記発電部および前記機能部の位置を変更可能である、太陽光発電装置。
  2. 前記受光面に下ろした垂線の方向の平面視において、前記機能部の全体が前記受光面に隠れている、請求項1に記載の太陽光発電装置。
  3. 前記発電部および前記機能部は、前記位置可変部に結合されており、
    前記発電部の重心と、前記位置可変部の重心と、前記機能部の重心とが1つの直線に沿って位置するとともに、前記位置可変部の重心が前記発電部の重心と前記機能部の重心との間に位置している、請求項1または請求項2に記載の太陽光発電装置。
  4. 前記発電部と前記位置可変部との距離に基づいて前記機能部と前記位置可変部との距離が決められている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の太陽光発電装置。
  5. 前記発電部および前記機能部は、前記位置可変部に結合されており、
    前記発電部と前記位置可変部との結合点および前記発電部間の距離と前記発電部の重さとの積に対する、前記機能部と前記位置可変部との結合点および前記機能部間の距離と前記機能部の重さとの積、の比が1/2以上かつ2以下の範囲に含まれる、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の太陽光発電装置。
  6. 前記太陽光発電装置は、さらに、
    前記位置可変部および前記機能部を連結するか、前記機能部および前記発電部を連結するか、または、前記発電部および前記位置可変部を連結する中空のアーム部と、
    前記アーム部の中空部を通り、前記位置可変部および前記機能部を接続するか、前記機能部および前記発電部を接続するか、または、前記発電部および前記位置可変部を接続する配線とを備える、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の太陽光発電装置。
  7. 前記太陽光発電装置は、さらに、
    前記位置可変部および前記機能部を連結するか、前記機能部および前記発電部を連結するか、または、前記発電部および前記位置可変部を連結するアーム部を備え、
    前記アーム部は、FRP(Fiber Reinforced Plastics)により形成されている、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の太陽光発電装置。
  8. 前記太陽光発電装置は、さらに、
    前記位置可変部および前記機能部を連結するか、または、前記機能部および前記発電部を連結するアーム部と、
    前記アーム部および前記機能部の間に設けられた断熱材とを備える、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の太陽光発電装置。
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