CN105075108A - 太阳跟踪型太阳能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳跟踪型太阳能发电系统，被构成为：通过旋转机构，使以彼此接近的方式装载有多张太阳能发电板的底座追随太阳方位角的变化而水平旋转。上述旋转机构包括成同心圆状铺设在上述底座的下表面的多条轨道和设置在地基侧的基台上的车轮。由此，与在宽广的设置空间内水平铺设轨道相比，在同一水平面支撑车轮较为容易，所以能够削减施工成本、缩短工期，能够实现大型系统。另外，因为底座被多条轨道成同心圆状地加固，所以，可由金属制的L型角铁等装配该底座，能够轻质且廉价地制作大面积的底座。

Description

太阳跟踪型太阳能发电系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能发电系统，特别涉及跟踪太阳方位(东西)的移动的太阳能发电系统。

背景技术

近些年，为了削减CO₂排放、限制原子能发电等，使用可再生能源的新型电源的必要性提高。在新型电源中，太阳能发电因发电效率提高和太阳能发电板的低价化而备受关注。太阳能发电是将入射到太阳能发电板的太阳光的能量转化为电能而进行发电，其光电转换效率如图12(A)所示，用实际上能够从太阳能发电板10取得的电能相对于垂直入射到太阳能发电板10的太阳光20的能量的比例表示。

如果将上述太阳能发电板10的发电效率(光电转换效率)表示为EF、入射到该太阳能发电板10的太阳光20的平均能量表示为ES、太阳光20的入射时间表示为T，则太阳能发电板10的输出能量Po的计算值如下。

Po＝ES×EF×T

但是，太阳与太阳能发电板10正对时才能够得到上式的输出能量Po。实际上，因为太阳光20的入射角每时每刻都在变化，所以，在太阳能发电板10放置(固定)不动的情况下，得到的输出能量Po平均为上式的一半以下。上述入射角用方位角和俯仰角这样2个角度表示。

具体而言，一般的太阳能发电板的设置例，例如设置在住宅的屋顶等的固定型、即并非太阳跟踪型的太阳能发电系统的情况下，入射到太阳能发电板10的太阳光20的入射角随着季节、时刻而大幅变化。例如图12(B)所示，入射角为45度时，实际上入射到太阳能发电板10的太阳光20的能量为正对时的cos45°＝0.707。进而，如图12(C)所示，入射角为60度时，成为正对时的cos60°＝0.5，下降至一半。而且，太阳光20对太阳能发电板10的入射角越大，越倾斜地入射，在该太阳能发电板10的玻璃表面被反射的光的比例越增加，实际上入射到太阳能发电板10的太阳光20的能量相比上述数值大幅降低。

因此，为了避免这样的太阳能发电板10的入射能量、即上述发电效率EF降低，可以进行驱动，使太阳能发电板10正对太阳。例如图12(B)所示，太阳光20的入射角为(自板的法线偏离)45度时，如果如图13(A)所示，将太阳能发电板10旋转45度，使其与太阳正对，则太阳光20在玻璃表面的反射也被抑制，几乎百分之百入射到太阳能发电板，能够将发电量最大化。同样，如图12(C)所示，入射角为60度时，如果如图13(B)所示，将太阳能发电板10旋转60度，则太阳光20所具有的能量百分之百入射到太阳能发电板10，能够将发电量最大化。人们提出了一种太阳跟踪型太阳能发电装置，所述太阳跟踪型太阳能发电装置被构成为通过像这样地旋转太阳能发电板10来解决输出降低的问题(例如参见专利文献1等)。

可以认为目前提出的这种太阳能发电系统，在使用多张太阳能发电板的情况下，是通过使各太阳能发电板旋转来增加发电量。但是，如图14所示，各太阳能发电板从拉平排列的状态旋转幅度越大，相对靠近太阳的前侧的太阳能发电板越会在相对远离太阳的后侧的太阳能发电板上投下阴影。因此，必须如图15所示，隔开适当的距离来设置各太阳能发电板，以减小阴影的影响。因此，使用多张太阳能发电板、且使它们分别旋转的太阳能发电装置，与固定型相比，相同占地面积内能够设置的太阳能发电板的数量(面积)减少。结果，即使分成多张太阳能发电板，每单位占地面积的发电量也并不怎么增加。

另外，上述太阳能发电系统中，必须在每一张或每几张太阳能发电板上设置跟踪装置。因此，该跟踪装置的费用、用于跟踪的能量增加，结果，利用太阳能获得的经济效果减小，现状是只能用于大厦屋顶之类设置面积有限的极小规模发电。

此处，为了准确地表示太阳光20入射到太阳能发电板10的角度，必须使用方位角和俯仰角这样2个角度。但是，与随季节而改变的俯仰角相比，1天都在变化的方位角对发电效率的影响更大，所以，在图12～图15的说明中，主要假定方位角的变化。

考虑到上述阴影等的影响，可以考虑将多张太阳能发电板设置在共同的底座上，使该底座绕垂直轴线旋转，从而跟踪太阳的方位角的变化。这种情况下，考虑如下装置：在设置场所的地基上，进行基础施工以及铺装施工，修建基台，在该基台上铺设圆形的轨道，另一方面，在架设有上述多张太阳能发电板的底座上，设置能够在上述轨道上转动的多个车轮，使上述底座在上述轨道上旋转，由此能够跟踪太阳。根据这样的装置，成同心圆状设置多条上述轨道，还设置多个上述车轮，由此能够支撑大的载荷。因此，能够实现使用总板面积大的大型太阳能发电板的太阳跟踪型太阳能发电系统。另外，多张太阳能发电板共用跟踪装置，所以也能够削减该跟踪装置的装置成本、用于跟踪的能量。这样的太阳跟踪型太阳能发电系统已经由本申请的申请人提交了专利申请(日本特开2013－74037号)。

根据上述日本特开2013－74037号的发明，即使是大载荷的太阳能发电板，也能够构成太阳跟踪型太阳能发电系统。但是，因为是大规模的系统，所以，上述轨道的铺设范围大，精度良好地水平铺设整条轨道的工程非常不容易。即，要求高精度的施工。因此，虽然如上所述板以及用于跟踪的成本得以抑制，但是施工成本反而增加，另外，也难以缩短工期。

专利文献1:日本特开2007－258357号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供对于大型的太阳跟踪型太阳能发电系统，可削减施工成本以及缩短工期的技术。

为了实现上述目的，本发明的一个方式所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统是对上述日本特开2013－74037号的发明的进一步改进，所述太阳跟踪型太阳能发电系统构成为通过旋转机构，使以彼此接近的方式装载有多张太阳能发电板的底座在水平面上旋转，使得上述太阳能发电板与太阳正对，其特征在于，上述旋转机构具备：成同心圆状铺设在装载有上述太阳能发电板的底座的下表面的多条轨道、承载并支撑上述轨道的多个车轮、在设置于设置场所的基台上支撑上述车轮的车轮支撑机构、使上述底座在上述车轮上旋转的驱动机构，上述底座是将L型角铁组装成棋盘格状而构成的，被上述多条轨道以上述同心圆状加固。

根据上述构成，因为在装载有多张太阳能发电板的底座的下表面设置多条轨道，将承载上述轨道的车轮配设在设置场所的基台的上表面，所以，与水平铺设整条轨道相比，能够容易地进行以高度、水平一致的方式配设车轮的工程，能够削减施工成本、缩短工期，可促进大型太阳跟踪型太阳能发电系统的普及。

附图说明

图1是本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统中使用的、装载有多张太阳能发电板的底座的示意图。

图2是使图1的底座旋转后的状态的示意图。

图3是示意性地表示本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统的一个实施方式的立体图。

图4是示意性地表示为了有效利用设置空间而针对上述底座配置尺寸不同的底座的例子的俯视图。

图5是表示装载有本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统中使用的太阳能发电板的底座和配设在其下表面的多条轨道的仰视图。

图6是表示配设在本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统中使用的基台的上表面的多个车轮的配置例的俯视图。

图7A以及图7B是构成本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统中使用的旋转机构之一例的轨道和车轮的主要部分的侧视图。

图8是构成本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统中使用的旋转机构的其他例的轨道和车轮的主要部分的侧视图。

图9是构成本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统中使用的旋转机构的又一其他例的轨道和车轮的主要部分的侧视图。

图10A以及图10B是构成本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统中使用的驱动机构的轨道和驱动轮的主要部分的侧视图以及俯视图。

图11是表示能够调整进行支撑的车轮的高度的车轮支撑机构之一例的立体图。

图12A、图12B以及图12C是用于说明入射到太阳能发电板的太阳光的入射角不同导致的发电量差异的图。

图13A以及图13B是用于说明使太阳能发电板正对太阳方向的样子的图。

图14是用于说明现有的太阳能发电系统中使太阳能发电板追随太阳方向的情况下产生的阴影的图。

图15是用于说明消除上述阴影的方法的图。

图16是具备俯仰角联动机构的底座的俯视图。

图17是用于说明俯仰角联动机构的侧视图。

图18是用于说明俯仰角联动机构的侧视图。

图19是用于说明俯仰角联动机构的侧视图。

图20是太阳能发电板的后视图。

图21是表示具备俯仰角联动机构的底座的其他例的俯视图。

具体实施方式

本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统如图1所示，构成为使以密排方式装载有多张太阳能发电板10的底座进行移动，使得正对太阳。因此，即使太阳的方位发生变化，如图2所示，通过使多张太阳能发电板10以正对太阳的方式进行跟踪，也能够使照射到太阳能发电板10的表面的太阳光所具有的能量效率良好地入射到该太阳能发电板10。进而，因为能够以密排方式装载太阳能发电板10，所以，能够大幅提高每单位面积的发电量。

以下，将本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统的一个实施方式示于图3，说明其构成和作用效果。如图3所示，将多张太阳能发电板10以分别按照规定的仰角倾斜的状态装载于底座30。图3是示意图，示出30张太阳能发电板10，但实际使用中，若为大规模，则也有由200张以上构成的情况。在对应于太阳的正中(北半球的南中)位置的底座30的旋转位置，太阳能发电板10以在东西方向彼此接近、在南北方向隔开规定间隔的方式被装载在上述底座30上。底座30构成为如箭头所示，在水平面内被后述旋转机构旋转驱动。上述规定的仰角、规定的间隔主要是根据设置场所的纬度，按综合来说发电效率最高的方式进行设定。特别是上述规定的间隔，根据各太阳能发电板10的大小、纬度，按前述图14所示的阴影的影响变小的方式进行选择。上述规定的仰角、规定的间隔在前列侧和后列侧可以彼此不同。

通过像这样地由1个旋转机构，使装载有多张太阳能发电板10的单个底座30配合太阳的方位角进行旋转(跟踪)，能够削减太阳跟踪型太阳能发电系统中的用于跟踪的装置成本以及能量，提高作为系统整体的性价比。

上述底座30例如制作成直径30m、面积约700m²，使用多张(台)该底座30的大规模太阳能发电厂的例子示于图4。底座30因为水平旋转，所以，被形成为圆形。因此，如果仅使用多张(台)一种直径的底座30，则在底座30间会产生空置空间。于是，如图4所示，组合使用直径不同的底座30、31，例如在上述空置空间内配设直径12m的底座31，由此能够大幅减少空置空间。这样就能够在有限的设置空间内效率良好地配设多个底座。应予说明，也可以在直径30m的多个底座30和直径12m的底座31之间的间隙内，配设直径更小的底座。底座30为直径10m的情况下，底座31为直径4m。

接下来，作为本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统的一个实施方式，使用图5～11说明底座、基台以及旋转机构的具体构成。图5为底座30的仰视图。图5给出底座30和设置在其下表面的同心圆状的多条轨道40～44、60的构成例。底座30是连接由金属制的挤压材料、轧制部件构成的梁状结构材料(建筑结构用钢材)，如图所示，构筑成矩阵状。应予说明，图3如上所述为示意图，底座30显示为圆盘状，但实际上是如图5所示，将上述梁状结构材料组装成矩阵状而构成的。上述梁状结构材料是L型角铁、C型槽铁、H型钢、I型钢、角管、圆管等。

在这样的底座30上，通过从上述梁状结构材料立起的支柱等，以分别按照规定的仰角倾斜的状态装载上述多张太阳能发电板10。在底座30的下表面，轨道40～44成同心圆状配设并固定于底座30，并且对上述矩阵状的底座30进行加固。在底座30的旋转中心没有设置旋转轴部件。

图6是表示配设在基台70上的多个车轮50～52的配置状态的俯视图。车轮50～52沿着用双点划线表示的上述同心圆状的轨道40～44配设在水平面上。上述水平面是如下所述地实现的，即，将示于图7A、8、9的车轮50～52形成在基台70或者车轮支撑机构53上，设置成多个各车轮50～52的高度一致，并且各车轮50～52的车轴水平。图11是表示车轮支撑机构53之一例的立体图。该车轮支撑机构53竖直设置在地基上，是为了使上表面所支撑的车轮50～52的高度一致、并且水平支撑车轴而设置的。

作为通过上述车轮50～52和轨道40～44实现的功能，可以举出支撑底座30的载荷的载荷支撑功能、防止轨道40～44与车轮50～52分离的防脱轨功能、防止轨道40～44从车轮50～52上浮起的防浮起功能。

上述载荷支撑功能如图7A所示，可通过支撑载荷的轨道40和构成为与该轨道40的底面接触并承受载荷而转动的车轮50的结构而实现。用于实现上述载荷支撑功能的车轮50的数目可对应于上述底座30的重量进行增减。这样的实现载荷支撑功能的车轮50被构成为支撑底座30的载荷，并且对于底座30的以旋转中心为中心旋转的方向的动作，作为车轮，阻力小，能够轻盈地旋转。即，车轮50的旋转轴配置在轨道40～44所形成的同心圆的半径方向。

上述防脱轨功能可以通过接近上述轨道41的侧面而配设的、限制该轨道41的横向偏转的限制机构来实现。作为限制机构，如图8所示，可以在车轮51侧设置凸缘511、512，也可以在轨道41侧设置引导件。这样的实现防脱轨功能的车轮51，对于旋转方向以外的力，通过由以包夹L型角铁状轨道41的方式设置的凸缘511、512承受应力，防止轨道41与该车轮51分离。该图8中示出的轨道41具有作为防脱轨轨道的功能，并且在具有载荷负载的情况下，也具有作为载荷支撑轨道的功能。

上述防浮起功能通过接近轨道40的一部分的上表面而配设的、限制该轨道40向上方方向浮起的限制机构来实现。作为实现上述防浮起功能的限制机构，如图7A所示，可以通过在底座30的下表面铺设C型槽铁状的轨道40，并将倒L字型的防浮体501设置在基台70、车轮支撑机构53侧来实现，该防浮体501从上方覆盖该C型槽铁状的轨道40中与固定在底座30的下表面的片相反侧的片。通过像这样地以拥抱C型槽铁的方式将防浮体501延伸设置成延续至轨道40的上侧，即使底座30以及轨道40因强风、地震等而要自车轮50浮起，也能够进行阻止。

应予说明，在多条轨道40～44中，可将图7A所示结构的轨道40和图8所示结构的轨道41组合使用。图7A以及图8中，给出使用2种形状的轨道40、41的例子，但只要能够实现上述3个目的(载荷支撑功能、防脱轨功能、防浮起功能)即可，无需对形状进行限定，例如也可以如图9所示，通过1种轨道40和车轮52实现3个目的，或者如图7B所示，通过1种轨道40和2个车轮50、50a实现3个目的。

图9的例子中，设置防浮体523，并且车轮52不仅支撑载荷，还通过在其两端设置凸缘521、522来防止脱轨。图7B的例子中，并未使用带有凸缘的特殊车轮，而是通过从上述基台70、车轮支撑机构53竖直设置的支柱55，以旋转轴垂直的方式支撑与车轮50同样的车轮50a。车轮50a在C型槽铁状的轨道40的外周面上转动，这样，通过廉价的部件也能够防止脱轨。

像这样地通过固定在基台70、车轮支撑机构53上的多个车轮50～52和固定在底座30的下表面的多条轨道40～44支撑底座30，能够稳定地支撑装载多张太阳能电池板10而达到相当大重量的底座30，并且可使其以低阻力进行旋转。本实施方式的太阳跟踪型太阳能发电系统因为在装载有太阳能发电板10的底座30侧设置轨道40～44，在地基侧的基台70、车轮支撑机构53上设置车轮50～52，所以，与在宽广的设置空间内水平铺设轨道40～44的情况相比，容易在同一水平面支撑车轮50～52。由此能够削减施工成本、缩短工期，能够促进大型太阳跟踪型太阳能发电系统的普及。另外，通过设置防浮体501、523以及凸缘511、512、521、522，还能够防止因台风等强风、地震导致轨道40～44脱离车轮50～52的不良情况。

进而，底座30被多条轨道40～44成同心圆状地加固，即轨道40～44构成底座30的一部分，所以，可以不用刚性高的金属材料制作该底座30本身，而是如上所述，将金属制的L型角铁、H型钢等连接成矩阵状来制作，能够轻质且廉价地制作大面积的底座。例如能够低价格地实现底座30的直径为30m以上、发电功率为50kw以上的目前没有的超大型系统。其中，通过上述轨道40～44对底座30进行加固，由此非常有助于将太阳能电池板10加上该底座30后的旋转体的重量限制在大约20吨。进而，即使是像这样的大型底座30，因为轻质，所以能够将用于跟踪的能量(功耗功耗)限制在平均低于10w这样的极低水平。

上述的50kw，在日本，按照设置在普通家庭中的太阳能发电装置的发电功率5kw计算，相当于10户的发电功率，按照普通家庭的功耗功耗3kw计算，相当于16户的功耗。在为固定型太阳能发电装置的情况下，发电量超过峰值时的9成的时间是3小时左右，但为本发明的太阳跟踪型太阳能发电装置的情况下，即使是二者之差最不小的春分和秋分附近，若进行跟踪，也能达到6小时以上。特别是夏季日照时间长，而且日出、日落的纬度更偏北侧，所以，跟踪效果提高，可以预计达到9成以上发电的时间接近9个小时。详细而言，朝南设置的固定的太阳能发电板在夏季的早晚，太阳有时会绕到板的背面侧，而如果如本发明所述进行跟踪，则一整天都能够使太阳光入射到板面。由此，与固定型相比，有效发电时间长的太阳跟踪型太阳能发电装置作为电源的品质高，能够低成本地将这样的太阳跟踪型太阳能发电装置超大型化的本发明具有显著的优势。

接下来，对在本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统中用于跟踪太阳的驱动机构之一例进行说明。图10是用于说明该驱动机构之一例的图，图10(A)是侧视图，图10(B)是俯视图。大体来说，该驱动机构是将驱动轮61推抵在安装于底座30的下表面的作为从动轮的轨道60上，通过马达63驱动该驱动轮61，实现驱动功能。轨道60是将L型角铁弯曲成圆弧状而构成的。驱动轮61由作为在轨道60上难以滑动的材质的橡胶等材料构成。需要增大对轨道60的摩擦的情况下，例如可以在轨道60侧形成齿条，在驱动轮61侧形成滚花。

马达63被保持在臂62的一端，臂62的另一端被销64以绕垂直轴线自由摇动的方式支撑在基台70上。臂62构成为通过没有图示的弹簧等施力机构，以规定压力将马达63、即驱动轮61推抵在轨道60的侧面。由此，通过使马达63旋转，能够使底座30旋转，使该底座30跟踪太阳的方位变化。应予说明，在上述例子中，轨道60由L型角铁构成，但是也可以由铺设在底座30的下表面的带状板构成，驱动轮61绕水平轴线旋转。另外，轨道60可以不形成为圆形、即圆环状，也可以形成为跟踪范围所需的圆弧状。进而，轨道60可以兼有上述轨道40、41。另外，为了使底座30旋转，可以使用带、齿条带等。

此处，若将轨道60的直径表示为Dm1、驱动轮61的直径表示为Dm2，则减速比为Dm1/Dm2，能够获得大的减速比，马达63的转矩为Dm2/Dm1，即使为小马达，也能够使大底座30旋转。例如，如上所述，以平均功率为10w左右的微小功率就能够使直径30m的底座30旋转。

接下来，对本发明所涉及的系统的施工方法的主要部分进行说明。在实施本发明的情况下，首先，在设置场所的地基上，用混凝土、柏油等进行基础施工以及铺装施工，形成基台70，在该基台70上配置多个车轮支撑机构53，在其上配设车轮50～52。这些车轮50～52，如图6所示，对应于底座30侧的圆形状的轨道40～44，沿着圆周进行配设，并且通过车轮支撑机构53的高度调整机构调整成高度一定、并且旋转轴水平。

图11中给出车轮支撑机构53之一例。在该车轮支撑机构53中，下部具备用于使用地脚螺栓等固定于基台70的固定板531，在上部具备支撑车轮50～52(图11的例子中为50)的高度调整机构533，它们之间设有高度适当的支柱532。高度调整机构533例如图11所示，通过组合螺栓和螺母，可对高度进行微调。

将这样的车轮支撑机构53用于支撑各车轮50～52，对高度调整机构533进行调整，由此能够容易且迅速地进行微调操作，使得车轮50～52的上表面以足够高的精度达到同一高度。应予说明，作为高度微调机构533，可以通过使隔板等介于车轮50～52的托架和支柱532之间来实现。另外，基台70的表面以足够高的精度施工成水平面状的情况下，也可以将车轮50～52直接固定在该基台70的上表面。使这些车轮50～52的旋转轴水平，各旋转轴的延长线配设成在上述同心圆的中心交叉。应予说明，在上述同心圆的中心没有设置中心轴部件。

此处，对能够适用于设置场所的地基是岩石或干燥地区的硬质地基的情况或者底座30并非上述30m那样的大型、而是中～小型的情况的简易施工例进行说明。简单来说，将上述车轮支撑机构53中的比高度调整机构533靠下的固定板531以及支柱532部分搭载在作为上述由混凝土、柏油等形成的基台70埋入到没有平整过的地基内而形成的基础上。作为上述基础，具体而言，可以使用外周面形成为螺旋状、旋入地基内的管(螺旋桩)、翻掘上述地基并埋入后再回填的块状的混凝土基础等。由此仅对支撑车轮50～52的部位进行基础施工，省略对设置场所中的剩余区域的基础施工，从而能够大幅降低施工成本。

以上，对本实施方式的太阳跟踪型太阳能发电系统追随太阳的方位角变化的情况进行了说明，优选具备使太阳能发电板10的俯仰角能够配合从日出到日落随着时间经过而变化的太阳的高度(仰角)而改变的俯仰角联动机构。这种情况下，也可以使用马达等专用的驱动器实现太阳能发电板10的俯仰角的变化，也可以利用追随上述方位角变化的底座30的旋转(进行联动)来实现。

图16是具备俯仰角联动机构的底座30b的俯视图，图17～图19是用于说明俯仰角联动机构的侧视图，图20是太阳能发电板10的后视图。图16中，与图5的构成类似并且对应的部分带有相同的参考符号，省略说明。该底座30b中，作为南北延伸的梁状结构材料，在东西方向的靠近中心的位置设置有4根结构材料34、35、37、38，在靠近东西的位置分别设置有2根结构材料331、332和391、392。另一方面，没有设置在东西方向延伸的梁状结构材料。

此处，如图3所示，太阳能发电板10被形成为带状(长条状)、由具有规定刚性的框架支撑的情况下，该带的长度方向的框架材料也可以用作上述梁状结构材料的一部分，本实施方式采用这样的结构。图3的例子中，给出分别将4张、7张、8张、7张、4张太阳能发电板10联结制成单元或组件的例子。该单元在东西方向延伸，在南北方向隔开上述规定间隔，在图3的例子中，如上所述排列5列。太阳能发电板10可使用大型基板制作的情况下，也可以由更少张数形成为带状，还可以为1张。

如上所述，带(长条)状的太阳能发电板10的背面搭载并支撑于带两侧的框架101、102以及中央的框架103这样在东西(长度)方向延伸的3个框架、以及设置在南北(宽度)方向的适当部位的横框架104。在中央的框架103、即太阳能发电板10的大致重心点的适当部位，设置有旋转支撑机构12，通过该旋转支撑机构12，使太阳能发电板10绕水平轴线旋转，由此能够改变俯仰角。

另一方面，俯仰角联动机构构成为具有框架32、齿条&小齿轮部11、上述旋转支撑机构12、联动轴13、齿轮箱15、驱动轴16、带齿轮的马达17。

框架32具备上述在东西方向延伸的3根梁状结构材料321～323、在上下方向延伸的多根支柱326、在南北方向延伸的多根横构件324、1根或多根加固件325而构成，构成太阳能发电板10的支脚。图17～图19是从西侧观察框架32以及太阳能发电板10而得到的侧视图。框架32以第一结构材料321为基准，第二结构材料322通过横构件324配置在偏南或北(北半球的情况下为偏北)方向，第三结构材料323通过支柱326配置在偏上方向，支柱326和横构件324之间被倾斜的加固件325加固而构成。太阳能发电板的宽度方向的大致中央位置(大致重心点)的背面被旋转支撑机构12以自由摇动的方式支撑于上方的第三结构材料323。因此，微小的力量就能够调整太阳能发电板10的斜率(仰角)。本实施方式中，结构材料321～323、支柱326、横构件324以及加固件325由L型角铁构成。

为了调整各太阳能发电板10的单元的斜率(仰角)，除了旋转支撑机构12，还设置有齿条&小齿轮部11以及联动轴13。联动轴13如图16所示，是在太阳能发电板10的背面侧沿东西方向延伸的1根轴，如图20所示，在支柱326的下端附近，通过轴承14，可自由转动地支撑于该支柱326。在该联动轴13的适当部位，设置有齿条&小齿轮部11。图16的例子中，齿条&小齿轮部11在对应于南北端短的太阳能发电板10的联动轴13上设置有4处，在对应于南北端长的太阳能发电板10的联动轴13上设置有8处。

齿条&小齿轮部11构成为包括基体114、小齿轮110、支承辊111、112、齿条齿轮113。基体114中插通并支撑联动轴13，该基体114在联动轴13的圆周方向自由旋转。该联动轴13上固定有小齿轮110。在基体114上，与小齿轮110相对设置有一对支承辊111、112。辊111、112形成为在一条直径线上的截面大致为I字状或H字状，在该I字或H字的槽部分，保持齿条齿轮113的齿轮面的相反侧。小齿轮110啮合在齿条齿轮113的齿轮面侧。齿条齿轮113的一端被销部115以自由摇动的方式联结在太阳能发电板10的下端附近。

因此，如果联动轴13旋转，则固定在其上的多个小齿轮110联动旋转，啮合在该小齿轮110上的齿条齿轮113被陆续送出或者拉入。由此，如图17所示，在齿条齿轮113被全部拉入的状态下，太阳能发电板10处于仰角最大的直立状态，如果齿条齿轮113陆续送出，则如图18所示，太阳能发电板10的仰角变小，如果如图19所示，全部被送出，则太阳能发电板10处于仰角最小的水平状态。

参照图16，各联动轴13凭借齿轮箱15，通过共同的驱动轴16被旋转驱动。驱动轴16被带齿轮的马达17旋转驱动。这样，通过配合从日出到日落的太阳高度而驱动带齿轮的马达17，能够一并调整该太阳能发电板10的仰角，使得太阳能发电板10始终正对太阳。此时，如前所述，太阳能发电板10的大致中央(重心)被旋转支撑机构12可自由摇动地支撑，并且通过带齿轮的马达17、齿轮箱15以及齿条&小齿轮部11的齿轮比，以小转矩就能够一并调整多张太阳能发电板10的仰角。

像这样地支撑太阳能发电板10的单元的框架、即3根结构材料321～323被用作构成底座30b的东西方向的梁状结构材料，与构成底座主体的南北方向的梁状结构材料331、332、34、35、37、38、391、392组合成矩阵状，进而被同心圆状的轨道40、41、43、44加固，构成底座30b。通过像这样地构成，底座30b能够在确保规定强度的同时，进一步削减结构材料。

另外，在该底座30b上，没有设置驱动轨道60，将最外周的轨道44兼用作驱动轨道。在该轨道44的圆周方向，大致等间隔设置在多个部位的图7A所示的辊50支撑载荷，并且作为驱动轮起作用。另外，为了限制该底座30b在圆周方向的位置、即防脱轨，使用在圆周方向大致等间隔地设置在多个部位的图7B所示的辊50a。辊50、50a只要设置有与底座30b的规模相对应的数量即可，另外，也可以使任一条轨道具有驱动和防脱轨功能。

此处，因为地球的自转轴倾斜大约23.4度，所以，北纬35度位置的夏至的正中高度为78.4度，与其正对的太阳能发电板10的仰角为11.6度。因此，太阳能发电板10的仰角必须有在日出时为90度、正中时为11.6度、日落时为90度这样大幅度的变化，优选使用上述的俯仰角联动机构。另一方面，因为在太阳低的状态下，阴影也变长，所以，在北侧及/或东西两侧存在其他底座30b的情况下，只要对应于上述太阳能发电板10的南北方向的间隔等，设定日出时以及日落时的仰角即可。例如，从日出到太阳的高度达到30度为止、以及从太阳的高度为30度到日落为止，将仰角设定为5度。

但是，太阳能发电板10会受到风的压力。这种情况下，风压所产生的应力主要由旋转轴垂直的齿轮箱15承受。因此，齿轮箱15只要设计成达到不是驱动时的强度、而是在停止时能够耐受强风等所产生的应力的强度的大小、结构即可。另外，基板30b大型化或者设置在风力强的地区的情况下，可以如图21的基板30c所示，将联动轴131、132、齿轮箱151、152、驱动轴161、162以及带齿轮的马达171、172分割成多个系统等。图21的例子中，分割成2个系统。这样能够提高对强风等的耐力。

应予说明，对于方位角、俯仰角，可以预先通过计算机构求出一年中各时期或者各日期的太阳的方位、高度，并存储在存储机构中，利用控制上述马达63等的微型计算机等控制装置的日历功能，读取对应于当天日期的数据，对上述马达63等进行控制。或者，上述方位角、俯仰角也可以每天随时计算。

上述图16～图21所示的俯仰角联动机构可以通过扩大其活动范围而用作倒伏机构、直立机构。倒伏机构是使太阳能发电板10倒伏成图19所示的大致水平状态并进行支撑的机构，直立机构是使太阳能发电板10立起成图17所示的、大致直立状态并进行支撑的机构。这些倒伏机构、直立机构可以通过从例如外部的控制装置等向带齿轮的马达17、171、172输入倒伏控制信号、直立控制信号而进行动作。

例如上述倒伏控制信号是在根据设置在上述太阳能发电板10的附近、太阳跟踪型太阳能发电系统设置地内的风速计、或者由气象信息系统得到的风速的数据，观测到超过规定阈值的强风的情况下产生的。因此，在这样的情况下，通过使太阳能发电板10倒伏成大致水平状态，能够将车轮50～52受风压影响而自轨道40～44脱轨或太阳能发电板10破损的情况防患于未然，并且没有必要过分提高底座30c、用于在其上装载该太阳能发电板10的结构材料的强度，能够抑制结构材料的成本。应予说明，上述风速的数据不限定于实际的观测值，在台风等情况下也可以为预测值。另外，上述阈值也可以是在发电量少的早晚时间段、夜晚设定在较低水平，进一步防止上述不良情况。

另一方面，上述直立控制信号是在检测或者预测到例如降雪、火山灰落灰的情况下产生的。因此，在这样的情况下，通过使太阳能发电板10为大致直立状态，能够将上述降雪、落灰导致的发电效率降低、无法发电的情况防患于未然，并且还能够将雪、灰的重量导致的太阳能发电板10的损伤防患于未然。

应予说明，上述倒伏机构、直立机构也可以不由上述俯仰角联动机构承担，而是由独立的专用构成来实现。

产业上的可利用性

本发明所涉及的太阳跟踪型太阳能发电系统能够大规模且低成本地实现可跟踪太阳方位角的构成，能够有助于太阳能发电的普及。

Claims (13)

1.一种太阳跟踪型太阳能发电系统，构成为通过旋转机构，使以彼此接近的方式装载有多张太阳能发电板的底座在水平面上旋转，使得所述太阳能发电板与太阳正对，其特征在于，

所述旋转机构具有：

多条轨道，所述多条轨道成同心圆状铺设在装载有所述太阳能发电板的底座的下表面，

多个车轮，所述多个车轮承载并支撑所述轨道，

车轮支撑机构，所述车轮支撑机构在设置于设置场所的基台上支撑所述车轮，

驱动机构，所述驱动机构使所述底座在所述车轮上旋转；

所述底座是组合梁状结构材料而构成的，被所述多条轨道以同心圆状加固。

2.根据权利要求1所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能发电板被形成为带状，并且被具有规定刚性的框架支撑，

在对应于太阳的正中位置的底座的旋转位置，所述太阳能发电板的带以在东西方向延伸的方式被装载，

所述底座具有：

底座主体，所述底座主体由在南北方向延伸的梁状结构材料构成，

框架，所述框架用作在所述东西方向延伸的梁状结构材料，

所述同心圆状的轨道。

3.根据权利要求2所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，具有俯仰角联动机构，所述俯仰角联动机构使所装载的太阳能发电板的俯仰角对应于太阳高度发生改变。

4.根据权利要求3所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，在所述俯仰角联动机构中，作为所述太阳能发电板的支脚起作用的框架中在东西方向延伸的梁状结构材料与由所述在南北方向延伸的梁状结构材料构成的底座主体以及同心圆状的轨道相组合。

5.根据权利要求4所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，所述支脚具有：所述在东西方向延伸的3根梁状结构材料、在上下方向延伸的多根支柱、在南北方向延伸的多根横构件、1根或多根加固件，

以第一结构材料为基准，通过所述横构件在偏南或偏北方向配置第二结构材料，通过所述支柱在偏上方向配置第三结构材料，所述支柱和横构件之间被倾斜的加固件加固，

所述带状太阳能发电板的宽度方向的大致中央位置的背面被旋转支撑机构可自由摇动地支撑在所述第三结构材料上。

6.根据权利要求5所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，在所述支脚的下端附近设置有小齿轮，齿条齿轮的一端可自由摇动地联结在所述太阳能发电板的下端附近，小齿轮旋转而陆续送出齿条齿轮，使得所述太阳能发电板的仰角逐渐变大。

7.根据权利要求6所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，所述小齿轮以及齿条齿轮被设置在所述太阳能发电板的背侧的多个部位，

所述多个小齿轮通过联动轴而彼此联动旋转，

所述联动轴通过齿轮箱被驱动轴旋转驱动，

所述太阳能发电板受到的风压所产生的应力由所述齿轮箱承受。

8.根据权利要求7所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，所述联动轴、齿轮箱及驱动轴被分割成多个系统等。

9.根据权利要求1所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，所述铺设成同心圆状的多条轨道具有：构成为支撑所述底座重量的载荷支撑轨道、和防止所述车轮脱轨的防脱轨轨道这样2种轨道。

10.根据权利要求1所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，具有控制装置，所述控制装置使所述底座在所述旋转机构上旋转，从而使得所述太阳能发电板的方位与通过计算机构算出的太阳的方位相一致。

11.根据权利要求3所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，具有控制装置，所述控制装置驱动所述俯仰角联动机构，使得所述太阳能发电板的仰俯角与通过计算机构算出的太阳的高度相一致。

12.根据权利要求11所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，在从外部输入倒伏控制信号时，所述控制装置使所述俯仰角联动机构作为倒伏机构起作用，该倒伏机构使所述太阳能发电板倒伏成基本平坦的倒伏状态。

13.根据权利要求11所述的太阳跟踪型太阳能发电系统，其特征在于，在从外部输入直立控制信号时，所述控制装置使所述俯仰角联动机构作为直立机构起作用，该直立机构使所述太阳能发电板立起成为基本直立的状态。