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【発明の名称】太陽光発電装置 【出願人】 【識別番号】302004849 【氏名又は名称】樋田 一弘 【住所又は居所】東京都武蔵野市中町３−１８−６ 【発明者】 【氏名】樋田 一弘 【住所又は居所】東京都武蔵野市中町３−１８−６ 【要約】 （修正有） 【課題】面集光の方法によって光量の増大を行う、向日軸補正機能を持つ機構を付与した太陽光発電装置を提供する。 【解決手段】太陽光発電パネルは円筒形側面に貼付け整形し円錐形内面の空洞部中心軸に配置し円錐形内面４５度斜面に位置した反射鏡と一体となし開口部（底面）を太陽光の襲来方向に向けた場合、光が反射鏡によって９０度偏向し円筒形表面に直角に照射することとなり円周面全域から中心部に向かって集光効果が生じた光量で発電筒パネルに照射され電力を得る方式である。円錐形内面の中央に置く軸体（太陽光発電パネル一体組立て品）は球体を連結した棒状体の上部先端に接合し棒状体が指示した制御角の指示に伴って日照時には全天の何れかの方角から照射される太陽光を追尾する。 【選択図】図１ 【特許請求の範囲】 【請求項１】 太陽光発電パネルを円筒形状に整形し円錐形内面の空洞部中心軸に配置し円錐形内面４５度面に配置した反射鏡と一体となし開口部を太陽光の射方向に向けた場合、９０度偏向し円筒の側面上に直角に均一に照射する、光量は反射鏡凹面によって中心軸上方向に集光される、円筒側面が必要とする奥行き方向は開口面寸法によって定まり中心部に設置する筒直径を小にする方向で集光拡大率が増大する、 点焦点としない集光手段で光量の増幅率を高めた発電電力を得る方式。 【請求項２】 太陽光パネルから得られる電力は設置角度に対し照射がパネル面に垂直に照射される場合が最大であり、此処に示す発電方式は照射される方向を詮索し光軸方向に追従制御させることで常に最大の電力を得る太陽光発電パネルの向日駆動機構についてである、 Ｘ−Ｙ移動方向を固定されている上部の案内機構の中心に自由に回動できる球体を置き同様の球体を垂直方向にさらに１球用意する、上部の球体は発電パネルとそれに伴う保護機構などを含む荷重を受け止めるための棒状体で、球体に貫通させ球体と固定する、 棒はさらにその先の下部球体とも連絡させる、この球体は棒が目指す方角を定めるのみの機構とし棒状体の案内とする、 下方の球体は光軸方向を詮索制御のためにＸ−Ｙ方向が自由に可動できる構造であり連結した軸上を滑り自由に上下動する、機構上、上下間隔は固定のためＸ−Ｙ移動に伴い球体同志間の連結距離も自由伸縮運動する、このとき軸単体に注目すると運動に伴って勝手に軸回転する可能性があり発電した引出し線の選定方法によっては都合が悪く方角を制御したことのみでは満足とはならない、 この不確定要素である軸そのものが向日制御運動に伴って勝手な軸回転する問題は向日動作そのものに不具合が生じる、ここで新しい機構と機能を付与し本来の目的を満足させる手段を付け加える、 軸単体の回転を管理する機構では、下部の球体を貫通した棒の端面に任意な時間に結合し修正できる機構を準備し回転を与え補正する、操作終了後は離脱する、 向日軸補正機能を持つ機構を付与した太陽光発電装置。 【発明の詳細な説明】 【技術分野】 太陽光発電パネルの展開と製作手段に新しい機構の採用と向日操作方法により特定の地域や高緯度地方の設置に意識することなく照射している電磁波（太陽光）から従来には得られない効率で電力を取り出すことを目指した実用的な太陽光発電パネルの構成と駆動機構の発案を示す。 【発明の概要】 【発明が解決しようとする課題】 【０００１】 発電効率とともに発電量を向上する方法の改善は発電用パネルの性能向上が一般的な方法であるが固定設置型は標準発電パネルの大幅な発電効率は限界に近く更なる向上は難があり問題の解決手段として向日（太陽光追尾式）制御が不可欠と考える、 一日当たりの発電量を高める方法として日本では南向きの傾斜面に据え置く発電パネルで日照時間が正午の前後合計３時間程度が実用限度であり平面構造式パネルを南向きの一定角度に設置する方法では発電量が投資費用対経済効果が満足しない、 この問題を解決し効率化を図るための太陽光追尾方法を利用した発電の実用化試験中のものはあるが制御のために可動させる機構は耐候性に対する強度、それに伴う重量が嵩み高価になり追尾のための構造物を制御するのために発電した貴重な電力の流用が発電効率の向上目的に制限がかかる、 発電パネルを太陽光の到来方向に制御回動する方法は採用しながら軽量化と光量の増大で効率を向上する方法を提案し更には高緯度で実用可能な発電量を得る機構を開発し従来ある既知のシステムを根本から見直すことが必要と考えた、 有効とする日照時間は春分、秋分のころの快晴時１１時間以上も利用できるから可能な時間内において小容量でも長時間の発電累積を求め大規模化以外方法で効率を向上させる研究の余地があるとの目算で可能とするための方法を提案する、 此処での効率化とは軽量化、単純化、敷地専有面積を小とする手段である。 【０００２】 本発明は従来の集光レンズや耐候性のための重量加増などに伴う構造物を駆動する制御用電力の無駄を極力減らし軽量化によってどの地域でも活用出来る汎用品として未電化地域や高緯度帯および月基地など衛星にも展開できる方法である。 【課題を解決するための手段】 【０００３】 集光方法の開発 此処に示す方式では発電パネルが高熱になるパネル直近の前置型レンズの集光手段は使わない、面集光の方法によって光量の増大を行う、 円錐形底面から見る円平面から入射した光を中心部へ偏向する方法で円錐形傾斜面に設置した反射鏡が光を中心軸へ集める手段とし、太陽光発電パネル用材（主としてフィルム状の太陽光発電体）を円筒形状に加工し円錐内面に入射する光量を円筒形発電面パネルへ誘導する、 この反射鏡は１ミリ程度の樹脂板で作られ太陽光に含まれる電磁波の帯域から特定の波長の透過や吸収は任意に製作出来る、 有利な部分は実用とする波長帯のみの反射が可能な材料を用いることが出来る、樹脂シートを利用した反射鏡は構造上通常の平面に展開する収束レンズより極端に軽量で加工後の形状が立体的となり強度や保守耐候性が向上する構造で強度が増す。 【０００４】 反射鏡の出発点は１枚の樹脂ミラーシートから円形に切り抜きドウナッツ形とする、円錐形に成形するため決められた角度を切り抜き切断面を張り合わせる、その結果円錐形の円形断面の全ての反射面が円周方向に反射レンズを形成し入射光を集光し中心軸に向かい中心部筒体に照射される、これが光量の濃縮増大に寄与する、 なお円錐形内面の鏡の製作は樹脂ミラーシートを円形に切り出し加温加圧成形等の方法でも目的とした形状の加工が出来る。 【０００５】 太陽光発電パネル可動機構による方角制御 太陽光から得られる電力は太陽光発電パネルの設置角度と照射がその面に垂直に照射される場合が最大である、 その場合の発電量はパネルとして組み上がった構造で１ｍ２当り全照射エネルギーの１１％即ち１１０ワットと考えられる、 発電方式は照射される方向を詮索し光軸方向に追従制御させることで常に最大の発電量を得る事を目的にした機構でありその構造はＸ−Ｙ方向が固定されている上部の案内機構（球面）の中で自由に回動する球体を持ち同様の球体を垂直方向に計２個上下に用意する、上部の球体は発電パネルとその保護機構を含む荷重を受け止める棒状体（軸）に利用し上下が連結する、太陽光に狙いを定める軸の支点となる上部の球体は用意された棒状体を中心に差し込んで固定しこれを保持する。 【０００６】 此処で重要な要素は固定し保持する目的は回転球体の中心１点のために存在しその位置さえ満足すれば保持する案内機構がどのような姿勢（状態）をとっても構わない事に注目する必要がある、 例えば上部球体を保持する内接円部分のための補助材には円盤形状を利用する、 その円盤は中心点を基準とした揺動若しくは回転していても問題とはならない、 この事は本来の運動目的を補佐し低摩擦とするための一方法で支持構造には常に或る程度の荷重が掛かり摩擦抵抗がついてまわるためこの抵抗分を極端に小さくするための工夫を得ることが不可欠な要素となる、 下部に置く球体に関しても同じ問題が伴なっており球体案内はどのような動きを伴っても球体中心を目的の位置へ移動させることが可能であれば支持部分に揺動を加えても構わない、長年月安定な動作を求める重要な要素となる。 【０００７】 下方の球体は光軸方向の詮索制御のためにＸ−Ｙ方向が独立して自由に運動できる案内の中で回動する構造とする、この場合下方と連結した棒体軸は自由に可動し軸方向にも自由に動くことで球体軸間の連結距離も伸縮運動を抵抗なく可動する。 【０００８】 予期せぬ問題も包含している、軸回転補正機構の仕組みは 棒状体として利用する軸は回転しても発電量に影響しないが発電した電気を取り出すに当り配線の引き出しが必要で予期せぬ回転によって線が引っ張られ制御が成り立たない現象もありうる、 この問題の解決手段に軸の管理をする制御が必要となり４つの手段を上げる、 第１は軸を特定の角度位置に定め、後の項目管理の支配を得ること、 第２は軸に向かって篏合する移動機構 第３は篏合するための正確な位置の詮索、 第４は回転しながら元角度に補正する、 １）は球体の直下が機構配置上有利である、 位置の制御は向日制御機構上問題なし ２）は軸を中空の多角形パイプを利用し角穴に篏合させる、 相手パイプに入る尖端治具をモータで押込んで一体化する、 電流値を監視し篏合の完了を確認できる、 ３）は電磁的結合によって中心を詮索する、 軸先端部に共振コイルを置き励振側の電気的特性値で確認できる。 ４）軸に配置した光学的円盤の光の通過量で元角度位置を知ることが出来る、 修正が終われば元の向日点位置に復帰する。 【０００９】 システムの構造説明（集光部反射鏡と太陽光発電パネル） 太陽光発電パネルは円筒形側面に貼付け整形し円錐形内面の空洞部中心軸に配置し円錐形内面４５度斜面に位置した反射鏡と一体となし開口部（底面）を太陽光の襲来方向に向けた場合、光が反射鏡によって９０度偏向し円筒形表面に直角に照射することとなり円周面全域から中心部に向かって集光効果が生じた光量で発電筒パネルに照射され電力を得る方式である。 円錐形内面の中央に置く軸体（太陽光発電パネル一体組立て品）は球体を連結した棒状体の上部先端に接合し棒状体が指示した制御角の指示に伴って日照時には全天の何れかの方角から照射される太陽光を追尾する。 【００１０】 太陽光が照射されている光線軸方向から見た円錐形反射鏡はその軸方向から見ると全ての反射面が円形であるため中心に向かって光が収束される、 その場合の光増幅率は鏡面に当たる円面積に対する円筒発電パネルの面積比で表される、 参考的データでは 直径２メートル受光面積で３ｍ２、瞬時発電量は約３５０Ｗ、効率８０％ １日当り（１１ｈ）３ｋＷｈ（月平均２０日対応）１か月６０ＫＷｈ発電する、 将来、月基地へ持ち込める場合、発電量は３倍以上得られる目途がある。 【００１１】 従来、向日制御の場合平面構造の太陽発電パネルから構成されていたため気候条件に耐える機構の補強やこれに基づく重量のため大変頑丈で重い構造になっていた、 その結果発電量に占めるエネルギーロス（制御電力を消費）が大きく非効率であるが、本案では駆動部が軽量で追従させ有効面を更にドームで覆いそれらを改善できる、 円錐形内面を利用した反射鏡を利用してその内面中心部に発電パネルを設置することで機 械的強度の向上と軽量化を達成し効率の向上と結果を活用して機構が単純化し向日制御方式の効率向上を図ることが可能になった。 【００１２】 ［発電システムの諸元］ ［電池の考察］ このシステムでは電池が必須でありその諸元は一機あたり下記のように考えられる、 ア）利用時端子電圧 ４８Ｖ イ）電池容量 １２Ｖ、１２０ＡＨ ４セット４８Ｖ （５．８ｋＷｈ） ウ）平均充電電流 ５７．６Ｖ、６Ａｘ０．８＝２７７Ｗ エ）瞬時発電出力 ７２Ｖ（２７７Ｗ） （１日 １１ｈｘ０．２７７Ｗ 約３ＫＷｈ） １８０日＝５４０ＫＷｈ （試算 年間発電量） ２４０日＝７２０ＫＷｈ （試算 年間発電量） オ）費用換算 買電 容量５０Ａ（１ＫＷｈ約｜￥１００． ３００ＫＷｈ利用時） （３ｘ１８０ｘ１００＝￥５４，０００ 日照１／２ 年間） （３ｘ２４０ｘ１００＝￥７２，０００ 日照２／３ 年間） カ）設置底面積 円形、約２．６平方メートル キ）専有面積 円形、約７ 平方メートル ク）インバータ（必要時）ＡＣ１００Ｖ ５ｋＷ 【図面の簡単な説明】 【００１３】 【図１】（円錐形反射鏡と太陽光パネルの構成図） １０ページ １円錐形内面の反射鏡正面と側面 ２太陽光発電パネル筒状整形部 ３太陽光受光構造保持部 ４照射太陽光の軌跡 【図２】（向日方向制御の機構図） １１ページ ５上部球体 ６下部球体 ７連結棒状体 ８上部案内位置の固定（球体受） ９下部案内Ｘ−Ｙ移動（球体受） １０連結棒固定ピン １１ひも（位置指定用のもの） ２組 １２各種滑車 ２組 １３張力調整用引張ばね ２組 １４プーリー ２組 １５駆動用モーター（プーリ回転用） ２組 １６プーリー中心軸 ２組 １７張力調整機構 ２組 １８軸回転補正機構 【図３】（操作用電気回路ブロック） １２ページ １９マイクロコンピューター本体と操作機器 ２０−１ モータードライバー ２０−２ Ｘ軸、Ｙ軸操作用モーター ２１−１ 二次電池 ２１−２ 電源システム

【図１】

【図２】

【図３】

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