太陽光発電設備
【課題】太陽光発電パネルを設置するためのスペースを有効に利用して、電力を貯蔵するための装置を構成することができる太陽光発電設備を提供する。
【解決手段】錘として機能するように質量が設定され、多数の太陽光発電パネルを取り付けることができるパネル取付け面４ａを上部に有する可動ブロック７を鉛直方向に延びる支柱２に沿って上下動し得るように設け、可動ブロック７のパネル取付け面４ａに取り付けた多数の太陽光発電パネル５により太陽光発電部６を構成する。太陽光発電部の出力で駆動される電動機１５の回転を変位伝達機構９により直線変位に変換して可動ブロックに伝達することにより可動ブロック７を上昇させて発電出力を位置エネルギとして貯蔵し、可動ブロック７の下降時の直線変位を変位変換機構９により回転変位に変換して発電機１６に伝達することにより発電を行なわせる。
【解決手段】錘として機能するように質量が設定され、多数の太陽光発電パネルを取り付けることができるパネル取付け面４ａを上部に有する可動ブロック７を鉛直方向に延びる支柱２に沿って上下動し得るように設け、可動ブロック７のパネル取付け面４ａに取り付けた多数の太陽光発電パネル５により太陽光発電部６を構成する。太陽光発電部の出力で駆動される電動機１５の回転を変位伝達機構９により直線変位に変換して可動ブロックに伝達することにより可動ブロック７を上昇させて発電出力を位置エネルギとして貯蔵し、可動ブロック７の下降時の直線変位を変位変換機構９により回転変位に変換して発電機１６に伝達することにより発電を行なわせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電設備は、例えば特許文献１に示されているように、多数の太陽光発電パネルを直並列に接続してなる太陽光発電部と、この太陽光発電部と負荷及び配電系統との間に設けられるパワーコンディショナとにより構成される。パワーコンディショナは、太陽光発電部から得られる直流電力を商用交流電力に変換するインバータと、太陽光発電部の出力が不足するときに配電系統から負荷に電力を供給（買電）し、太陽光発電部の出力が過剰であるときにインバータの出力を配電系統に供給（売電）するように、発電設備を配電系統に連係させる系統連係装置とを備えている。
【０００３】
太陽光発電設備においては、特許文献２に示されているように、雨天時や夜間など、太陽光の照射を受けることができないときに備えて、太陽光発電部の出力をバッテリに蓄積しておくことが行なわれている。
【０００４】
また電力系統においては、電力需要が少なくなる深夜の電力で揚水ポンプを駆動して水を高所に設けた貯水池に上げることにより電力を位置エネルギに変換して蓄積し、電力需要が増加した際に貯水池内の水を落下させて水力発電を行なわせるようにしている。
【０００５】
また深夜電力を温水器に供給して、電力を熱エネルギに変換して蓄積することも行なわれている。
【０００６】
更に電気エネルギを他のエネルギに変換して貯蔵する貯蔵設備として、特許文献３に示されているように、錘に取り付けたピニオンギアを立坑内を上下方向に延びるラックに噛み合わせるとともに、ピニオンギアに発電・電動装置を取り付けた地下式の電力貯蔵装置が知られている。この電力貯蔵装置では、余剰の電気エネルギにより発電・電動装置を電動機として動作させることにより錘を上昇させて電気エネルギを位置エネルギとして蓄積し、錘を落下させる際に生じるピニオンギアの回転により発電・電動装置を発電機として駆動して、位置エネルギを電気エネルギに再変換するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２８４３５５号公報
【特許文献２】特開２０００−１８１５５６号公報
【特許文献３】特開２０００−２６１９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に示されているように、太陽光発電部の出力をバッテリに蓄積するようにした場合には、多数のバッテリのメンテナンスが必要になるため、発電設備のメンテナンスにかかるコストが高くなるのを避けられなかった。
【０００９】
バッテリを用いずに太陽光発電部の出力を貯蔵するために、揚水発電による電力貯蔵設備や、特許文献３に示されたように、錘を上昇させることにより電力を位置エネルギに変換して貯蔵する電力貯蔵設備を用いることが考えられるが、これらの電力貯蔵設備を用いる場合には、多数の太陽光発電パネルを配置するために必要な広大なスペースに加えて、電力貯蔵設備を配置するためのスペースが別途必要になるため、スペースの利用効率が悪くなるのを避けられない。特に特許文献３に示されたように、電力貯蔵設備を地下に構築する場合には、その建設費が著しく高くなるのを避けられない。
【００１０】
設置スペースの有効利用を図るためには、太陽光発電パネルを設置するために必要不可欠なスペースを有効に利用して電力の貯蔵を行なうことができるようにすることが好ましい。
【００１１】
本発明の目的は、太陽光発電パネルを設置するためのスペースを有効に利用して、電力を貯蔵するための装置を構成することができるようにした太陽光発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、太陽光発電部と、太陽光発電部から得られる発電電力または連係する配電系統から受電した商用電力を蓄積するエネルギ貯蔵装置とを備えた太陽光発電設備を対象とする。本発明に係わる太陽光発電設備は電力会社以外の事業者または個人により運営されて分散電源として配電系統に接続されるものでもよく、電力会社の発電設備として配電系統に接続されるものであってもよい。
【００１３】
本発明に係わる太陽光発電設備は、錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックと、回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を前記可動ブロックを上昇させる方向の直線変位に変換して可動ブロックに伝達し、可動ブロックの下方への直線変位を回転変位に変換して前記入出力軸に伝達する変位伝達機構と、可動ブロックのパネル取付け面に縦横に並べて取り付けられて前記太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電パネルと、変位伝達機構の入出力軸に第１の変速機を介して回転軸が結合されて、前記発電電力又は商用電力で駆動されることにより可動ブロックを上昇させる方向に変位伝達機構の入出力軸を回転駆動する電動機と、上昇させられた可動ブロックが有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する可動ブロック位置保持機構と、入出力軸に第２の変速機を介して回転軸が結合されて、可動ブロック位置保持機構による可動ブロックの位置の保持が解除された際に可動ブロックの下降に伴って生じる入出力軸の回転変位により駆動されて可動ブロックが有する位置エネルギを電気エネルギに再変換して出力する発電機とを備えており、上記可動ブロックと、変位伝達機構と、電動機と、可動ブロック位置保持機構と、発電機とにより、前記電力貯蔵装置が構成されている。
【００１４】
上記のように構成すると、太陽光発電部の出力または商用電源の出力により電動機を駆動して可動ブロックを上昇させることにより、電力を位置エネルギに変換することができ、可動ブロック位置保持機構により可動ブロックを上昇させた位置に保持することにより、その位置エネルギを貯蔵することができる。また太陽光発電部の出力が不足するときに可動ブロック位置保持機構による可動ブロックの保持を解除して可動ブロックを下降させることにより、発電機を駆動して、貯蔵された位置エネルギを電気エネルギに再変換して出力させることができる。
【００１５】
上記のように構成すると、太陽光発電パネルを配置するスペースを有効に利用して、太陽光発電部の出力または商用電源の出力を位置エネルギに変換して貯蔵する電力貯蔵装置を構成することができるため、スペースの利用効率を高めて、電力貯蔵能力を有する太陽光発電設備の建設コストの低減を図ることができる。またメンテナンスが面倒な蓄電池を用いずに電力を貯蔵することができるため、蓄電池を用いる場合に比べてメンテナンスを容易にすることができる。
【００１６】
本発明の好ましい態様では、第１の変速機が、電動機の回転軸の回転を減速して入出力軸に伝達する減速機であり、第２の変速機は、入出力軸の回転を増速して発電機の回転軸に伝達する増速機である。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、変位伝達機構が、鉛直方向に伸びるようにして支柱に取り付けられたラックと、このラックに噛み合わされたピニオンギアとを備えていて、このピニオンギアにより前記入出力軸が構成される。この場合、電動機及び発電機はピニオンギアの軸線方向の一端側及び他端側にそれぞれ配置されて可動ブロックに固定され、電動機の回転軸は、第１の変速機を介してピニオンギアの軸線方向の一端に結合される。また発電機の回転軸は、第２の変速機を介してピニオンギアの軸線方向の他端に結合される。
【００１８】
上記のように上下方向に伸びるラックと、該ラックに噛み合わされたピニオンギアとにより変位伝達機構を構成すると、可動ブロック上で変位伝達機構が占めるスペースを狭くして、パネル取付け面を広くすることができるため、太陽光発電部の発電容量を増大させることができる。
【００１９】
本発明の他の好ましい態様では、変位伝達機構が、ワイヤと、前記入出力軸とともに回転するように設けられて前記ワイヤの巻取りと巻き戻しとを行なうドラムとを備えて、ワイヤがドラムに巻き取られる際に可動ブロックを上昇させ、可動ブロックが下降する際にワイヤがドラムから巻き戻されるように、ワイヤが可動ブロックと支柱とに機械的に結合される。
【００２０】
上記のように変位伝達機構を構成すると、重量物を上下させる機構として汎用され、実績があるウィンチの原理を利用して変位伝達機構を構成することができ、変位伝達機構の信頼性の向上を図ることができる。また鉛直方向に長いラックを用いる必要が無いため、変位伝達機構のメンテナンスを容易にすることができる。
【００２１】
上記の各態様では、可動ブロックを上昇させるために電動機を設け、可動ブロックを下降させた際に発電を行なわせるために発電機を設けているが、電動機と発電機とを設ける代わりに、外部から電力が与えられたときに電動機として機能し、回転軸が駆動された際に発電機として機能する回転電機を用いることもできる。
【００２２】
上記のように、電動機と発電機とを兼ねる回転電機を用いて、電力を位置エネルギに変換して貯蔵する際に該回転電機を電動機として機能させ、貯蔵された位置エネルギを電力に再変換して出力させる際に該回転電機を発電機として機能させるようにすると、電力貯蔵装置の構成の簡素化を図ることができる。
【００２３】
本発明の更に他の好ましい態様は、後記する発明の実施形態の説明の中で明らかにされる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックの上部にパネル取付け面を設けて、このパネル取り付け面に太陽光発電パネルを取り付けることにより太陽光発電部を構成すると共に、太陽光発電部の出力又は商用電源の出力で駆動される電動機の回転を変位伝達機構を介して可動ブロックに伝達することにより可動ブロックを上昇させるようにしたので、電力を位置エネルギに変換して貯蔵することができ、メンテナンスが面倒な蓄電池を用いることなく、太陽光発電部から得られる発電電力及び（又は）連係する配電系統から受電した電力の貯蔵を行なうことができる。
【００２５】
また上昇させられた可動ブロックを下降させる際の変位を変位伝達機構を介して発電機に伝達することにより発電機を回転させるようにしたので、電力を必要とするときに可動ブロックを下降させることにより、発電機を駆動して、貯蔵されていた位置エネルギを電力に再変換して利用することができる。
【００２６】
本発明によれば、太陽光発電パネルを取り付けるブロック自体を、電力を位置エネルギに変換して貯蔵するための錘として利用するので、太陽光発電パネルを設置するためのスペースを有効に利用して、電力貯蔵装置を構成することができ、太陽光により発電した電力に余裕があるときにその余剰電力を貯蔵して夜間に利用したり、深夜電力などの安価な電力を貯蔵して、十分な日照が得られない昼間に利用したりすることができる。
【００２７】
また本発明に係わる発電設備を、電力事業者が運営する発電設備として利用する場合には、深夜電力により可動ブロックを上昇させて深夜に生じる余剰電力を可動ブロックの位置エネルギとして貯蔵しておき、昼間の電力需要のピーク時に可動ブロックを下降させて、発電を行なわせるような運用の仕方をすることができ、電力貯蔵装置を電力の需給を調整する手段として活用することができる。
【００２８】
本発明において、電動機及び発電機を用いる代わりに、両者の機能を果たす回転電機を用いた場合には、電力を貯蔵する部分の構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係わる太陽光発電設備の一実施形態の構成を概略的に示した正面図である。
【図２】同実施形態の構成を概略的に示す平面図である。
【図３】同実施形態で用いる電動機及び発電機とラック及びピニオンギアとの関係を示した要部の拡大断面図である。
【図４】図１及び図２に示された太陽光発電設備を１ユニットとして、複数のユニットを縦横に並べて更に大規模な太陽光発電設備を構成した状態を概略的に示した平面図である。
【図５】本発明に係わる太陽光発電設備の他の実施形態で用いる変位伝達機構の構成例を概略的に示した要部の正面図である。
【図６】本発明に係わる太陽光発電設備に設けるパワーコンディショナの構成例を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１及び図２において、１は所定の長さ寸法Ｌ及び幅寸法Ｗと、厚み寸法Ｄとを有して、上面及び下面が長方形又は正方形の輪郭形状を有するように形成された金属製の板状可動フレーム、２は鉛直方向（上下方向）に延びるように設けられて、可動フレーム１の支持とガイドとを行なう４本の支柱である。４本の支柱２は、可動フレーム１の四つのコーナ部付近にそれぞれ設けられた４つの貫通孔１ａをそれぞれゆるく貫通した状態で設けられて、それぞれの下端が設置ベース３に固定されている。４本の支柱２をそれぞれ貫通させるために可動フレームに設けられた４つの貫通孔１ａは、可動フレーム１の長さ方向の端部から等距離離れ、かつ可動フレーム１の幅方向の端部から等距離離れた位置に設けられていて、４つの孔１ａをそれぞれ貫通した４本の支柱２のそれぞれの中心軸線が、水平面上で正方形又は長方形の４つの角部に配置されるようになっている。
【００３１】
可動フレーム１の上には、十分に大きな質量を有する直方体状のブロックからなる金属製のウェイト４が固定されている。図示のウェイト４は、可動フレーム１の幅寸法に等しい幅寸法Ｗと、可動フレーム１の長さ寸法Ｌよりも短い長さ寸法Ｌ′と、可動フレーム１の厚み寸法Ｄよりも大きな厚み寸法Ｄ′とを有して、その長さ方向の両端を可動フレーム１の長さ方向の両端よりも等距離ｙ（図２参照）だけ手前の位置させ、かつその幅方向の両端を可動フレーム１の幅方向の両端に一致させた状態で配置されている。
【００３２】
ウェイト４の上面は、複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けるパネル取付け面４ａとなっていて、このパネル取付け面４ａに多数の矩形状の太陽光発電パネル５，５，…が、縦横に並べて取り付けられている。ウェイト４のパネル取付け面に取り付けられた多数の太陽光発電パネル５，５，…により、太陽光発電部６が構成されている。
【００３３】
本実施形態では、可動フレーム１とウェイト４とにより、所定の電力を位置エネルギとして貯蔵するための錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに、複数の太陽光発電パネル５，５，…を縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面４ａを上部に有して、鉛直方向に延びる支柱２に沿って上下動させられる可動ブロック７が構成されている。本実施形態では、可動ブロック７を上限位置まで上昇させた際に、該可動ブロックが有する位置エネルギが、貯蔵すべき電力値に相当する大きさになるように、可動フレーム１の質量とウェイト４の質量との合計値（可動ブロック７の質量）と、可動ブロック７を上限位置まで上昇させた際の該可動ブロック７の高さとが設定される。
【００３４】
可動ブロック７の長手方向の両端の端面には回転自在なローラ８が取り付けられ、このローラ８が支柱２の側面に当接されている。
【００３５】
本発明においては、回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を可動ブロック７を上昇させる方向の直線変位に変換して可動ブロック７に伝達し、可動ブロック７の下方への直線変位を回転変位に変換して上記入出力軸に伝達する変位伝達機構９が設けられる。本実施形態では、変位伝達機構９が、鉛直方向に伸びるようにして支柱２に取り付けられたラック１１と、このラックに噛み合わされたピニオンギア１２とを備えていて、ピニオンギア１２により、変位伝達機構９の入出力軸が構成されている。
【００３６】
可動フレーム１の四隅には、各支柱２の近傍に位置させて、電動機１５と発電機１６とが配置されている。電動機１５及び発電機１６は、ピニオンギア（入出力軸）１２の軸線方向の一端側及び他端側にそれぞれ配置されて可動ブロック７に固定されている。
【００３７】
電動機１５の回転軸は、エネルギ変換効率調整用の第１の変速機１７と、第１のクラッチ機構１８と、可動ブロック７を上昇させる方向へのピニオンギア１２の回転を許容するが、可動ブロック７を下降させる方向へのピニオンギア１２の回転を阻止する解除可能な可動ブロック位置保持機構１９とを介してピニオンギア１２の軸線方向の一端に結合されている。また発電機１６の回転軸は、可動ブロック７を下降させる際にピニオンギア１２の回転にブレーキを掛けるブレーキ２０と、第２のクラッチ機構２１と、エネルギ変換効率調整用の第２の変速機２２とを介してピニオンギア１２の軸線方向の他端に結合されている。
【００３８】
可動ブロック位置保持機構１９は、上昇させられた可動ブロック７が有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する機構で、この機構は、例えば、ピニオンギア１２に結合されたラチェットホイールと、該ラチェットホイールの歯に噛み合うラチェット爪と、ラチェット爪をラチェットホイール側に付勢するバネとを備えた周知のラッチェット機構により構成することができる。可動ブロック位置保持機構１９をラチェット機構により構成する場合、該位置保持機構１９による可動ブロック７の位置保持を電気信号に応答して解除することができるようにするため、電気信号に応答して動作するアクチュエータを用いてラチェット爪をバネの付勢力に抗してラチェットホイールから引き外すラッチェット爪引外し機構を設けておく。
【００３９】
ブレーキ２０としては、例えば、電磁ブレーキや、ピニオンギア１２と共に回転するように設けられたディスクにブレーキシューを摩擦接触させるようにした摩擦式ブレーキを用いることができる。
【００４０】
第１及び第２のクラッチ機構１８及び２１としては、電磁クラッチのように、電気信号により断続させることができるものを用いる。また可動ブロック７の上昇を容易に行なわせるため、電動機１５とピニオンギア１２との間に設ける第１の変速機１７としては減速機を用いることが好ましい。発電機１６とピニオンギア１２との間に設ける第２の変速機２２としては、通常は増速機を用いる。第１及び第２の変速機としては歯車変速機を用いるのが好ましい。
【００４１】
上記支柱２と、可動ブロック７と、可動ブロックのパネル取付け面に取り付けられた多数の太陽光発電パネル５からなる太陽光発電部６と、ラック１１及びピニオンギア１２からなる変位伝達機構９と、電動機１５及び発電機１６と、可動ブロック位置保持機構１９と、ブレーキ２０と、第１及び第２の変速機１７及び２２と、第１及び第２のクラッチ機構１８及び２１とにより太陽光発電設備３０が構成されている。
【００４２】
本実施形態の太陽光発電設備を運転する際には、太陽光発電部６から得られる発電電力を商用交流電力に変換して負荷に供給する。また太陽光発電部６の出力に余裕があるときには、第１のクラッチ機構１８をつなぎ、第２のクラッチ機構２１を切り離した状態にして、太陽光発電部６の出力を各支柱２毎に設けられた電動機１５に供給し、可動ブロック位置保持機構１９により可動ブロック７の下方への変位を阻止しつつ、各電動機１５の回転を変速機１７により減速してピニオン１２に伝達することにより、可動ブロック７を支柱２に沿ってゆっくりと上昇させる。これにより太陽光発電部６の発電電力を可動ブロック７の位置エネルギに変換して貯蔵する。
【００４３】
太陽光発電部６の出力に余裕がなく、昼間可動ブロック７を上昇させることができなかったとき、又は可動ブロック７を途中までしか上昇させることができなかったときには、連系する配電系統から受電した深夜電力を各電動機１５に供給して可動ブロック７を上昇させることにより、商用電力を位置エネルギに変換して貯蔵する。
【００４４】
可動ブロック７を上昇させることにより貯蔵した位置エネルギは、日照が十分に得られない昼間や、夜間などに電気エネルギに再変換して負荷を駆動するために用いることができる。可動ブロック７に貯蔵された位置エネルギを電気エネルギに変換する際には、第１のクラッチ機構１８を切り離し、第２のクラッチ機構２１をつないだ状態で可動ブロック位置保持機構１９による可動ブロックの位置保持を外して可動ブロック７の下降を許可する。この状態で、可動ブロック７を下方に変位させ、この可動ブロックの下方への変位を、ラック１１及びピニオンギア１２により回転変位に変換して発電機１６の回転軸に伝達する。これにより発電機１６に発電を行なわせ、発電機１６から得られる電力を負荷に供給する。可動ブロック７が下降する際の発電機１６の回転速度は、ブレーキ２０により適宜に調整して、可動ブロック７が有する位置エネルギを、時間をかけて電気エネルギに変換する。
【００４５】
第１の変速機１７の変速比を調整することにより、電気エネルギから位置エネルギへの変換効率を調整することができ、第２の変速機２２の変速比を調整することにより、位置エネルギから電気エネルギへの変換効率を適宜に調整することができる。
【００４６】
上記の説明では、太陽光発電部６で発電した電力を負荷に供給することを優先したが、太陽光発電部６の出力を位置エネルギに変換して貯蔵することを優先し、可動ブロック７が上限位置まで上昇してもなお太陽光発電部６が発電を行なっているときにのみ太陽光発電部６から負荷に電力を供給するような運用の仕方をしてもよい。例えば、本実施形態の太陽光発電設備を電力事業者の発電設備として設置して、電力貯蔵装置を、電力需要のピーク時に備えて電力を貯蔵しておく装置として優先的に用い、電力需要のピーク時に貯蔵しておいた電力を放出する使い方をすることもできる。
【００４７】
本発明に係わる太陽光発電設備は、スマートグリッドのように、電力の需給を効率よく制御する電力網において、電力の需給を調整する手段として役立つことが期待される。大規模な太陽光発電設備を構築する場合には、多数の太陽光発電パネルを並べるために広大な設置面積が必要になるが、本発明においては、太陽光発電パネルを配置するために必要となるスペースに、電力を位置エネルギに変換して貯蔵するための錘を構成する大型の可動ブロックを設けて、この可動ブロックを、太陽光発電パネルを保持する保持体として用いるので、太陽光発電パネルを設置するために必要となるスペースを有効に利用して、電力貯蔵装置を構成することができ、スペースの有効利用を図ることができる。
【００４８】
本発明に係わる太陽光発電設備を構成するに当たり、可動ブロック７の大きさは、電動機１５の能力により決まるため、可動ブロック７の大きさには限界があるが、上記の実施形態で示した太陽光発電設備３０を一単位として、図４に示したように多数の太陽光発電設備３０を並べることにより、利用し得るスペースの範囲で、いくらでも発電設備の大規模化を図ることができる。
【００４９】
本発明に係わる太陽光発電設備は、地上に設置することができるのはもちろんであるが、洋上にも設置することが可能である。洋上では、広大なスペースを確保することが容易であるので、大規模な発電設備を構築することが容易である。太陽光発電設備を洋上に設置すると、その下の海中を魚礁として利用することができるというメリットも得られる。
【００５０】
上記の実施形態では、可動ブロック７を上昇させるための駆動源として電動機１５を設け、可動ブロック７の位置エネルギを電気エネルギに再変換するために発電機１６を設けたが、電動機としても発電機としても動作する回転電機を設けて、この回転電機に上記電動機１５としての機能と、発電機１６としての機能とを持たせることができる。この場合は、回転電機の回転軸を、変速機と位置保持機構とを介して変位伝達機構の入出力軸(上記の実施形態ではピニオンギア）に結合する。変速機は、可動ブロックを上昇させる際と、可動ブロックを下降させる際とで変速比を異ならせるために、変速比を適宜に切り替えることができるように構成しておくのが好ましい。
【００５１】
上記の実施形態では、回転自在な入出力軸(上記の例ではピニオンギア１２）を有して該入出力軸の回転変位を可動ブロック７を上昇させる方向の直線変位に変換して可動ブロック７に伝達し、可動ブロック７の下方への直線変位を回転変位に変換して入出力軸に伝達する変位伝達機構を、ラックとピニオンギアとを用いて構成したが、本発明は、変位伝達機構をこのように構成する場合に限定されるものではない。
【００５２】
例えば、ワイヤと、入出力軸とともに回転するように設けられてワイヤの巻取りと巻戻しとを行なうドラムとを備えて、ワイヤがドラムに巻き取られる際に可動ブロックを上昇させ、可動ブロックの下降に伴ってワイヤがドラムから巻き戻される際にドラムを入出力軸とともに回転させるようにワイヤが可動ブロックと支柱の上端とに機械的に結合されたウィンチ機構により変位伝達機構を構成することができる。この場合、電動機１５の回転軸は、該回転軸の回転を変速する第１の変速機（通常は減速機）と可動ブロック位置保持機構とを介して入出力軸の軸線方向の一端に結合され、発電機１６の回転軸は、入出力軸の回転を変速する第２の変速機（通常は入出力の回転を増速する増速機）とブレーキとを介して入出力軸の軸線方向の他端に結合される。
【００５３】
変位伝達機構をウィンチ機構を用いて構成した例を図５に示した。図５に示した例では、可動フレーム１の端部側面に、各支柱２の側方に位置させて下部滑車４１が取り付けられ、支柱２の上端に支持部材４２を介して上部滑車４３が取り付けられている。また設置ベース３上には、可動ブロック７の下方に位置させて、ワイヤ４４の巻取りと巻き戻しとを行なうドラム４５が固定されている。ドラム４５には、該ドラムに一端が固定されたワイヤ４４が捲かれる。ドラム４５から繰り出されたワイヤ４４は、下部滑車４１を経て上方に導かれた後、上部滑車４３を経由して下方に折り返され、上部滑車４３で折り返されて下方に導かれたワイヤ４４の他端が、可動フレーム１に固定されている。ドラム４５の回転軸が変位伝達機構の入出力軸４６となっていて、入出力軸４６の一端に回転電機４７の回転軸が、変速機と、ラチェット機構などからなる可動ブロック位置保持機構と、ブレーキとを介して結合されている。ドラム４５と、ワイヤ４４と、滑車４１及び４３とにより、変位伝達機構９′が構成されている。
【００５４】
図５に示した変位伝達機構９′においては、入出力軸４６に回転軸が結合された回転電機４７に太陽光発電部の発電出力又は配電系統から受電した商用電力を供給して、該回転電機４７を電動機として動作させることによりワイヤ４４をドラム４５に巻き取って可動ブロック７を上昇させる。これにより、電力を可動ブロック７の位置エネルギに変換して貯蔵する。また可動ブロック７の位置を保持する位置保持機構による可動ブロック７の位置保持を解除して、可動ブロック７を下降させることにより、ドラム４５からワイヤ４４を巻き戻して入出力軸４６を回転させ、これにより回転電機４７を発電機として動作させて、貯蔵されていた位置エネルギを電気エネルギに再変換する。
【００５５】
なお図５に示した実施形態において、ワイヤ４４は、ドラム４５に巻き取られる際に可動ブロック７を上昇させ、可動ブロックが下降する際にドラムから巻き戻されるように、可動ブロック７と支柱２とに機械的に結合されればよく、ワイヤ４４と可動ブロック７及び支柱２との結合の仕方は上記の例に限定されない。例えば、支柱２の上端に一端を固定したワイヤ４４を、下方に導いた後下部滑車４１の外周を経て上方に折り返し、押し返したワイヤ４４を支柱２の上端に取り付けられた上部滑車４３を経て下方に折り返して、折り返したワイヤの他端をドラム４５に固定するようにしてもよい。
【００５６】
ウィンチ機構により変位伝達機構を構成する場合に、図５に示したようにドラム４５及び回転電機４７を設置ベース３上に配置すると、回転電機のメンテナンスを地上で行なうことができ、また上下方向に長いラックを設ける必要が無いため、変位伝達機構のメンテナンスを容易に行なうことができる。またウィンチ機構は、重量物を上下させる機構として汎用されており、信頼性が確立された機構であるため、上記のようにウインチ機構により変位伝達機構を構成すると、変位伝達機構の信頼性を向上させることができる。
【００５７】
上記の実施形態では、長方形または正方形に形成された可動ブロック７の４隅にそれぞれ４本の支柱２を設け、各支柱の位置に変位伝達機構を設けているが、支柱２及び変位伝達機構の数は、適宜に増減することができる。
【００５８】
例えば、三角形の３つの頂点にそれぞれ配置された３本の支柱２を設けて、該３本の支柱に沿って可動フレームを上下させるように構成することもできる。また複数本の支柱を設ける場合に、一部の支柱の箇所にのみ変位伝達機構を設けるようにすることもできる。例えば、支柱２を可動ブロック７の中央部と、４隅とにそれぞれ設けて、４隅の支柱は可動ブロックをガイドするためにのみ用い、中央の１本の支柱の箇所にのみ変位伝達機構と、電動機及び発電機とを設けるようにすることもできる。
【００５９】
図６を参照すると、本発明に係わる太陽光発電設備に設けるパワーコンディショナの構成の一例が示されている。この例では、電動機１５が交流電動機であり、発電機１６が交流発電機であるとする。
【００６０】
図６に示した例では、太陽光発電部６の出力がＤＣ−ＤＣコンバータ５１に入力されて商用交流電圧の波高値に等しい直流電圧に変換される。ＤＣ−ＤＣコンバータ５１から得られる直流電圧はスイッチ５２を通して直流電圧を商用周波数の交流電圧に変換するインバータ５３に入力され、このインバータにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１から得られる直流電圧が商用周波数を有する交流電圧に変換される。インバータ５３の出力はスイッチ５４を通して負荷接続線路５５ａ，５５ｂの間に印加され、負荷接続線路５５ａ，５５ｂに負荷スイッチ５６を通して負荷５７が接続されている。負荷接続線路５５ａ，５５ｂは、スイッチ５８ａ，５８ｂを備えた系統連系装置６０を通して連系する配電系統６１に接続されている。
【００６１】
負荷接続線路５５ａ，５５ｂ間の電圧がスイッチ６２を通して電動機１５に印加され、スイッチ５２，５４及び６２がオン状態にあるときに太陽光発電部６の出力がＤＣ−ＤＣコンバータ５１とインバータ５３とスイッチ５４及び６２とを通して電動機１５に供給されるようになっている。またスイッチ５４がオフし、スイッチ６２がオンした状態で、系統連系装置６０のスイッチ５８ａ，５８ｂがオン状態になったときに、配電系統６１から受電した商用電力が電動機１５に供給されるようになっている。
【００６２】
また発電機１６の出力が整流回路６５を通してＤＣ−ＤＣコンバータ６６に入力され、整流回路６５から得られる発電機１６の整流出力が、ＤＣ−ＤＣコンバータ６６により、商用交流電圧の波高値に等しい直流電圧に変換される。ＤＣ−ＤＣコンバータ６６の出力はスイッチ６７を通してインバータ５３に入力され、インバータ５３により、ＤＣ−ＤＣコンバータ６６の出力が商用周波数を有する交流電力に変換される。ＤＣ−ＤＣコンバータ５１及び６６と、インバータ５３と、スイッチ５２、５４、６２及び６７と、系統連系装置６０とを制御するため、コントローラ６８が設けられている。この例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１，６６、インバータ５３、整流回路６５、スイッチ５２，５４，６２，６７、系統連係装置６０及びコントローラ６８によりパワーコンディショナ７０が構成されている。
【００６３】
図６に示した太陽光発電設備において、太陽光発電部６の出力で負荷５７に供給する電力をまかなうことを優先する場合には、太陽光発電部６が発電しているときにスイッチ６７をオフ状態にし、スイッチ５２及び５４をオン状態にして、太陽光発電部６の出力をＤＣ−ＤＣコンバータ５１とインバータ５３とを通して商用交流電力に変換し、この交流電力をスイッチ５４と５６とを通して負荷５７に供給する。コントローラ６８は、配電系統６１の交流電圧を検出していて、インバータ５３から配電系統の交流電圧と同位相の交流電圧を発生させるようにインバータ５３を制御する。
【００６４】
太陽光発電部６の出力が低く、太陽光発電部６が発電していないとき、又は太陽光発電部６の出力だけでは負荷５７で消費する電力をまかなうことができない場合には、コントローラ６８が系統連系装置６０のスイッチ５８ａ，５８ｂをオン状態にして配電系統６１から買電した電力を負荷５７に供給する。
【００６５】
太陽光発電部６が出力する発電電力が負荷５７の消費電力を上回っているとき、又は負荷スイッチ５６がオフ状態にあるとき(負荷に電力が供給されていないとき）には、コントローラ６８がスイッチ５４及び６２をオン状態にしてインバータ５３の出力を電動機１５に供給する。これにより電動機１５を回転させて可動ブロック７を上昇させ、太陽光発電部６の発電出力を可動ブロック７の位置エネルギに変換する。可動ブロック７は、可動ブロック位置保持機構により下方への変位が阻止されて、上昇させられた位置に保持されるため、可動ブロック７に位置エネルギが貯蔵されていく。
【００６６】
図示してないが、可動ブロック７が上限位置に達したときに検出動作を行なうリミットスイッチが設けられており、コントローラ６８は、このリミットスイッチから与えられる信号により可動ブロック７が上限位置に達したことを検出したときに、スイッチ６２をオフ状態にして電動機１５を停止させる。
【００６７】
コントローラ６８は、可動ブロック７が上限位置に達した状態で太陽光発電部６が発電をしていて、太陽光発電部６の出力が負荷５７で消費する電力を上回っているときに、スイッチ６２をオフ状態にするとともに、スイッチ５４をオン状態にし、系統連系装置６０のスイッチ５８ａ，５８ｂをオン状態にして、負荷接続線路５５ａ，５５ｂを配電系統６１に接続する。これにより、太陽光発電部６の出力を配電系統に売電する。
【００６８】
コントローラ６８はまた、太陽光発電部５１が発電を行なっていないときに、スイッチ６２をオフ状態にするとともに、必要に応じて可動ブロック位置保持機構による可動ブロック７の位置保持を解除して、可動ブロック７を下降させる。これにより発電機１６の回転軸を回転させて、該発電機１６に発電を行なわせる。このときコントローラ６８は、商用交流電圧の波高値に等しい大きさの直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ６６から出力させるように、該ＤＣ−ＤＣコンバータ６６を制御するとともに、スイッチ６７をオフ状態にしてＤＣ−ＤＣコンバータ６６の出力をインバータ５３に入力させ、配電系統の電圧に同期した交流電圧をインバータ５３から出力させるようにインバータ５３を制御する。このときインバータ５３が出力する交流電力は、スイッチ５６を通して負荷５７に供給してもよく、系統連系装置６０を通して配電系統に売電してもよい。
【００６９】
コントローラ６８はまた、深夜電力を利用し得る時間帯にスイッチ５４をオフした状態でスイッチ６２をオン状態にして、配電系統６１から系統連系装置６０を通して電動機１５に商用電力を供給する。これにより電動機１５を回転させて可動ブロック７を上昇させ、深夜電力を可動ブロック７の位置エネルギに変換して貯蔵させる。可動ブロック７の位置エネルギとして貯蔵した深夜電力は、昼間太陽光発電部６の発電出力が不足するときに放出して負荷５７に供給するか、または系統連系装置６０を通して配電系統６１に売電する。
【００７０】
上記の説明では、本発明に係わる太陽光発電設備を、電力事業者以外の事業者または個人が運営する場合を想定したが、本発明に係わる太陽光発電設備を電力事業者が運営する場合には、可動ブロック７を電力の需給を調整する手段として利用することができる。例えば、電力需要が少ないときに太陽光発電部６の出力または系統の余剰電力により電動機１６を駆動して可動ブロック７を上昇させ、電力需要のピーク時に可動ブロック７を下降させて、発電機１６の出力を系統に供給するといった運用の仕方をすることができる。
【００７１】
上記の実施形態では、可動ブロック７を可動フレーム１とウェイト４とにより構成したが、可動ブロック７は、錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられればよく、その構成は上記の例に限定されない。例えば、可動フレーム１が十分な質量を有している場合には、ウェイト４を省略して可動フレーム１のみにより可動ブロックを構成することができる。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本明細書に開示した発明の主な態様をまとめて示すと下記の通りである。
（１）第１の発明
第１の発明は、太陽光発電部と、太陽光発電部から得られる発電電力または連係する配電系統から受電した商用電力を貯蔵する電力貯蔵装置とを備えた太陽光発電設備であって、錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックと、回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を前記可動ブロックを上昇させる方向の直線変位に変換して可動ブロックに伝達し、可動ブロックの下方への直線変位を回転変位に変換して入出力軸に伝達する変位伝達機構と、可動ブロックのパネル取付け面に縦横に並べて取り付けられて太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電パネルと、変位伝達機構の入出力軸に第１の変速機を介して回転軸が結合されて、発電電力又は商用電力で駆動されることにより可動ブロックを上昇させる方向に変位伝達機構の入出力軸を回転駆動する電動機と、上昇させられた可動ブロックが有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する可動ブロック位置保持機構と、入出力軸に第２の変速機を介して回転軸が結合されて、前記可動ブロック位置保持機構による可動フロックの位置の保持が解除された際に可動ブロックの下降に伴って生じる入出力軸の回転変位により駆動されて可動ブロックが有する位置エネルギを電気エネルギに再変換して出力する発電機とを備えていて、可動ブロックと、変位伝達機構と、電動機と、可動ブロック位置保持機構と、発電機とにより、前記電力貯蔵装置が構成されている。
【００７３】
上記のように構成すると、太陽光発電パネルを取り付けるブロック自体を、電力を位置エネルギに変換して貯蔵するための錘として利用することができるので、太陽光発電パネルを設置するためのスペースを有効に利用して、電力貯蔵装置を構成することができ、太陽光により発電した電力に余裕があるときにその余剰電力を貯蔵して夜間に利用したり、深夜電力などの安価な電力を貯蔵して、十分な日照が得られない昼間に利用したりすることができる。またメンテナンスが面倒な蓄電池を用いることなく、電力を貯蔵することができるため、蓄電池を用いる場合に比べてメンテナンスを容易にすることができる。
【００７４】
（２）第２の発明
第２の発明は、第１の発明に適用されるもので、本発明においては、上記第１の変速機が、電動機の回転軸の回転を減速して入出力軸に伝達する減速機であり、第２の変速機は、入出力軸の回転を増速して発電機の回転軸に伝達する増速機である。
【００７５】
上記のように第１の変速機及び第２の変速機を構成すると、電動機を駆動源として可動ブロックを無理なく上昇させることができ、また可動ブロックを下降させて位置エネルギを放出する際に、発電機を十分な回転速度で回転させて発電を行なわせることができる。
【００７６】
（３）第３の発明
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明に適用されるもので、本発明においては、変位伝達機構が、鉛直方向に伸びるようにして支柱に取り付けられたラックと、ラックに噛み合わされたピニオンギアとを備えていて、ピニオンギアにより前記入出力軸が構成されている。電動機及び発電機は上記ピニオンギアの軸線方向の一端側及び他端側にそれぞれ配置されて可動ブロックに固定され、電動機の回転軸は、第１の変速機を介してピニオンギアの軸線方向の一端に結合されている。また発電機の回転軸は第２の変速機を介してピニオンギアの軸線方向の他端に結合されている。
【００７７】
上記のように構成すると、可動ブロック上で変位伝達機構が占めるスペースを狭くして、パネル取付け面を広くとることができるため、太陽光発電部の発電容量を増大させることができる。
【００７８】
（４）第４の発明
第４の発明は、第１の発明又は第２の発明に適用されるもので、本発明においては、変位伝達機構が、ワイヤと、前記入出力軸とともに回転するように設けられて前記ワイヤの巻取りと巻戻しとを行なうドラムとを備えていて、ワイヤがドラムに巻き取られる際に可動ブロックを上昇させ、可動ブロックが下降する際にドラムから巻き戻されるように可動ブロックと支柱とに機械的に結合される。電動機の回転軸は、該回転軸の回転を減速する減速機を介して入出力軸の軸線方向の一端に結合され、発電機の回転軸は入出力軸の回転を増速する増速機を介して入出力軸の軸線方向の他端に結合される。
【００７９】
上記のように変位伝達機構を構成すると、重量物を上下させる機構として実績があるウィンチの原理を利用して変位伝達機構を構成することができるため、変位伝達機構の信頼性の向上を図ることができる。また鉛直方向に長いラックを用いる必要が無いため、変位伝達機構のメンテナンスを容易にすることができる。更に電動機及び発電機を地上に設置することができるため、これらのメンテナンスを容易にすることができる。
【００８０】
（５）第５の発明
第５の発明は、第１ないし第４の発明の何れかに適用されるもので、本発明においては、電動機の回転軸と変位伝達機構の入出力軸との間に第１のクラッチが設けられ、発電機の回転軸と入出力軸との間に第２のクラッチが設けられている。
【００８１】
上記のようにクラッチを設けておくと、電動機を駆動して可動ブロックを上昇させる際に第２のクラッチを切り離しておくことにより、電動機にかかる負荷を軽減して、機械的損失を少なくすることができるため、電力から位置エネルギへの変換効率を高めることができる。
【００８２】
（６）第６の発明
第６の発明は、太陽光発電部と、太陽光発電部から得られる発電電力または連係する配電系統から受電した商用電力を蓄積する電力貯蔵装置とを備えた太陽光発電設備であって、錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックと、回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を前記可動ブロックを上昇させる方向の直線変位に変換して前記可動ブロックに伝達し、前記可動ブロックの下方への直線変位を回転変位に変換して前記入出力軸に伝達する変位伝達機構と、前記可動ブロックのパネル取付け面に縦横に並べて取り付けられて前記太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電パネルと、前記変位伝達機構の入出力軸に変速機を介して結合された回転軸を有して前記太陽光発電部又は商用電源の出力が入力された際に電動機として機能して可動ブロックを上昇させる方向に変位伝達機構の入出力軸を回転駆動し、可動ブロックが下降する際に生じる入出力軸の回転変位により前記回転軸が駆動されたときに発電機として機能する回転電機と、上昇させられた可動ブロックが有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する可動ブロック位置保持機構とを備えていて、可動ブロックと、変位伝達機構と、回転電機と、可動ブロック位置保持機構とにより、蔵装置が構成されている。
【００８３】
上記のように、電動機と発電機とを兼ねる回転電機を用いて、電力を位置エネルギに変換して貯蔵する際に該回転電機を電動機として機能させ、貯蔵された位置エネルギを電力に再変換して出力させる際に該回転電機を発電機として機能させるようにすると、電力貯蔵装置の構成の簡素化を図ることができる
【００８４】
（７）第７の発明
第７の発明は第６の発明に適用されるもので、本発明においては、変速機が、回転電機の回転軸の回転を減速して入出力軸に伝達し、入出力軸の回転を増速して回転電機の回転軸に伝達するように構成される。
【００８５】
（８）第８の発明
第８の発明は、第６の発明又は第７の発明に適用されるもので、本発明においては、回転電機が、可動ブロックに対して固定される。変位伝達機構は、鉛直方向に伸びるようにして支柱に取り付けられたラックと、ラックに噛み合わされたピニオンギアとを備えていて、ピニオンギアにより前記入出力軸が構成されている。回転電機は可動ブロックに固定され、回転電機の回転軸は、回転電機の回転軸の回転を減速し、ピニオンギアの回転を増速する変速機を介してピニオンギアに結合されている。
【００８６】
（９）第９の発明
第９の発明は、第６の発明又は第７の発明に適用されるもので、本発明においては、変位伝達機構が、ワイヤと、前記入出力軸とともに回転するように設けられてワイヤの巻取りと巻き戻しとを行なうドラムとを備えて、ワイヤがドラムに巻き取られる際に可動ブロックを上昇させ、可動ブロックが下降する際にドラムから巻き戻されるように可動ブロックと支柱とに機械的に結合される。回転電機の回転軸は、回転電機の回転軸の回転を減速して入出力軸に伝達し、入出力軸の回転を増速して回転電機の回転軸に伝達する変速機を介して前記入出力軸に結合されている。
【符号の説明】
【００８７】
１ 可動フレーム
２ 支柱
４ ウェイト
４ａ パネル取付け面
５ 太陽光発電パネル
６ 太陽光発電部
７ 可動ブロック
８ ローラ
１５ 電動機
１６ 発電機
１７ 第１の変速機
１８ 第１のクラッチ機構
１９ 第１の位置保持機構
２０ 第２の位置保持機構
２１ 第２のクラッチ機構
２２ 第２の変速機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電設備は、例えば特許文献１に示されているように、多数の太陽光発電パネルを直並列に接続してなる太陽光発電部と、この太陽光発電部と負荷及び配電系統との間に設けられるパワーコンディショナとにより構成される。パワーコンディショナは、太陽光発電部から得られる直流電力を商用交流電力に変換するインバータと、太陽光発電部の出力が不足するときに配電系統から負荷に電力を供給（買電）し、太陽光発電部の出力が過剰であるときにインバータの出力を配電系統に供給（売電）するように、発電設備を配電系統に連係させる系統連係装置とを備えている。
【０００３】
太陽光発電設備においては、特許文献２に示されているように、雨天時や夜間など、太陽光の照射を受けることができないときに備えて、太陽光発電部の出力をバッテリに蓄積しておくことが行なわれている。
【０００４】
また電力系統においては、電力需要が少なくなる深夜の電力で揚水ポンプを駆動して水を高所に設けた貯水池に上げることにより電力を位置エネルギに変換して蓄積し、電力需要が増加した際に貯水池内の水を落下させて水力発電を行なわせるようにしている。
【０００５】
また深夜電力を温水器に供給して、電力を熱エネルギに変換して蓄積することも行なわれている。
【０００６】
更に電気エネルギを他のエネルギに変換して貯蔵する貯蔵設備として、特許文献３に示されているように、錘に取り付けたピニオンギアを立坑内を上下方向に延びるラックに噛み合わせるとともに、ピニオンギアに発電・電動装置を取り付けた地下式の電力貯蔵装置が知られている。この電力貯蔵装置では、余剰の電気エネルギにより発電・電動装置を電動機として動作させることにより錘を上昇させて電気エネルギを位置エネルギとして蓄積し、錘を落下させる際に生じるピニオンギアの回転により発電・電動装置を発電機として駆動して、位置エネルギを電気エネルギに再変換するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２８４３５５号公報
【特許文献２】特開２０００−１８１５５６号公報
【特許文献３】特開２０００−２６１９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に示されているように、太陽光発電部の出力をバッテリに蓄積するようにした場合には、多数のバッテリのメンテナンスが必要になるため、発電設備のメンテナンスにかかるコストが高くなるのを避けられなかった。
【０００９】
バッテリを用いずに太陽光発電部の出力を貯蔵するために、揚水発電による電力貯蔵設備や、特許文献３に示されたように、錘を上昇させることにより電力を位置エネルギに変換して貯蔵する電力貯蔵設備を用いることが考えられるが、これらの電力貯蔵設備を用いる場合には、多数の太陽光発電パネルを配置するために必要な広大なスペースに加えて、電力貯蔵設備を配置するためのスペースが別途必要になるため、スペースの利用効率が悪くなるのを避けられない。特に特許文献３に示されたように、電力貯蔵設備を地下に構築する場合には、その建設費が著しく高くなるのを避けられない。
【００１０】
設置スペースの有効利用を図るためには、太陽光発電パネルを設置するために必要不可欠なスペースを有効に利用して電力の貯蔵を行なうことができるようにすることが好ましい。
【００１１】
本発明の目的は、太陽光発電パネルを設置するためのスペースを有効に利用して、電力を貯蔵するための装置を構成することができるようにした太陽光発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、太陽光発電部と、太陽光発電部から得られる発電電力または連係する配電系統から受電した商用電力を蓄積するエネルギ貯蔵装置とを備えた太陽光発電設備を対象とする。本発明に係わる太陽光発電設備は電力会社以外の事業者または個人により運営されて分散電源として配電系統に接続されるものでもよく、電力会社の発電設備として配電系統に接続されるものであってもよい。
【００１３】
本発明に係わる太陽光発電設備は、錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックと、回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を前記可動ブロックを上昇させる方向の直線変位に変換して可動ブロックに伝達し、可動ブロックの下方への直線変位を回転変位に変換して前記入出力軸に伝達する変位伝達機構と、可動ブロックのパネル取付け面に縦横に並べて取り付けられて前記太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電パネルと、変位伝達機構の入出力軸に第１の変速機を介して回転軸が結合されて、前記発電電力又は商用電力で駆動されることにより可動ブロックを上昇させる方向に変位伝達機構の入出力軸を回転駆動する電動機と、上昇させられた可動ブロックが有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する可動ブロック位置保持機構と、入出力軸に第２の変速機を介して回転軸が結合されて、可動ブロック位置保持機構による可動ブロックの位置の保持が解除された際に可動ブロックの下降に伴って生じる入出力軸の回転変位により駆動されて可動ブロックが有する位置エネルギを電気エネルギに再変換して出力する発電機とを備えており、上記可動ブロックと、変位伝達機構と、電動機と、可動ブロック位置保持機構と、発電機とにより、前記電力貯蔵装置が構成されている。
【００１４】
上記のように構成すると、太陽光発電部の出力または商用電源の出力により電動機を駆動して可動ブロックを上昇させることにより、電力を位置エネルギに変換することができ、可動ブロック位置保持機構により可動ブロックを上昇させた位置に保持することにより、その位置エネルギを貯蔵することができる。また太陽光発電部の出力が不足するときに可動ブロック位置保持機構による可動ブロックの保持を解除して可動ブロックを下降させることにより、発電機を駆動して、貯蔵された位置エネルギを電気エネルギに再変換して出力させることができる。
【００１５】
上記のように構成すると、太陽光発電パネルを配置するスペースを有効に利用して、太陽光発電部の出力または商用電源の出力を位置エネルギに変換して貯蔵する電力貯蔵装置を構成することができるため、スペースの利用効率を高めて、電力貯蔵能力を有する太陽光発電設備の建設コストの低減を図ることができる。またメンテナンスが面倒な蓄電池を用いずに電力を貯蔵することができるため、蓄電池を用いる場合に比べてメンテナンスを容易にすることができる。
【００１６】
本発明の好ましい態様では、第１の変速機が、電動機の回転軸の回転を減速して入出力軸に伝達する減速機であり、第２の変速機は、入出力軸の回転を増速して発電機の回転軸に伝達する増速機である。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、変位伝達機構が、鉛直方向に伸びるようにして支柱に取り付けられたラックと、このラックに噛み合わされたピニオンギアとを備えていて、このピニオンギアにより前記入出力軸が構成される。この場合、電動機及び発電機はピニオンギアの軸線方向の一端側及び他端側にそれぞれ配置されて可動ブロックに固定され、電動機の回転軸は、第１の変速機を介してピニオンギアの軸線方向の一端に結合される。また発電機の回転軸は、第２の変速機を介してピニオンギアの軸線方向の他端に結合される。
【００１８】
上記のように上下方向に伸びるラックと、該ラックに噛み合わされたピニオンギアとにより変位伝達機構を構成すると、可動ブロック上で変位伝達機構が占めるスペースを狭くして、パネル取付け面を広くすることができるため、太陽光発電部の発電容量を増大させることができる。
【００１９】
本発明の他の好ましい態様では、変位伝達機構が、ワイヤと、前記入出力軸とともに回転するように設けられて前記ワイヤの巻取りと巻き戻しとを行なうドラムとを備えて、ワイヤがドラムに巻き取られる際に可動ブロックを上昇させ、可動ブロックが下降する際にワイヤがドラムから巻き戻されるように、ワイヤが可動ブロックと支柱とに機械的に結合される。
【００２０】
上記のように変位伝達機構を構成すると、重量物を上下させる機構として汎用され、実績があるウィンチの原理を利用して変位伝達機構を構成することができ、変位伝達機構の信頼性の向上を図ることができる。また鉛直方向に長いラックを用いる必要が無いため、変位伝達機構のメンテナンスを容易にすることができる。
【００２１】
上記の各態様では、可動ブロックを上昇させるために電動機を設け、可動ブロックを下降させた際に発電を行なわせるために発電機を設けているが、電動機と発電機とを設ける代わりに、外部から電力が与えられたときに電動機として機能し、回転軸が駆動された際に発電機として機能する回転電機を用いることもできる。
【００２２】
上記のように、電動機と発電機とを兼ねる回転電機を用いて、電力を位置エネルギに変換して貯蔵する際に該回転電機を電動機として機能させ、貯蔵された位置エネルギを電力に再変換して出力させる際に該回転電機を発電機として機能させるようにすると、電力貯蔵装置の構成の簡素化を図ることができる。
【００２３】
本発明の更に他の好ましい態様は、後記する発明の実施形態の説明の中で明らかにされる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックの上部にパネル取付け面を設けて、このパネル取り付け面に太陽光発電パネルを取り付けることにより太陽光発電部を構成すると共に、太陽光発電部の出力又は商用電源の出力で駆動される電動機の回転を変位伝達機構を介して可動ブロックに伝達することにより可動ブロックを上昇させるようにしたので、電力を位置エネルギに変換して貯蔵することができ、メンテナンスが面倒な蓄電池を用いることなく、太陽光発電部から得られる発電電力及び（又は）連係する配電系統から受電した電力の貯蔵を行なうことができる。
【００２５】
また上昇させられた可動ブロックを下降させる際の変位を変位伝達機構を介して発電機に伝達することにより発電機を回転させるようにしたので、電力を必要とするときに可動ブロックを下降させることにより、発電機を駆動して、貯蔵されていた位置エネルギを電力に再変換して利用することができる。
【００２６】
本発明によれば、太陽光発電パネルを取り付けるブロック自体を、電力を位置エネルギに変換して貯蔵するための錘として利用するので、太陽光発電パネルを設置するためのスペースを有効に利用して、電力貯蔵装置を構成することができ、太陽光により発電した電力に余裕があるときにその余剰電力を貯蔵して夜間に利用したり、深夜電力などの安価な電力を貯蔵して、十分な日照が得られない昼間に利用したりすることができる。
【００２７】
また本発明に係わる発電設備を、電力事業者が運営する発電設備として利用する場合には、深夜電力により可動ブロックを上昇させて深夜に生じる余剰電力を可動ブロックの位置エネルギとして貯蔵しておき、昼間の電力需要のピーク時に可動ブロックを下降させて、発電を行なわせるような運用の仕方をすることができ、電力貯蔵装置を電力の需給を調整する手段として活用することができる。
【００２８】
本発明において、電動機及び発電機を用いる代わりに、両者の機能を果たす回転電機を用いた場合には、電力を貯蔵する部分の構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係わる太陽光発電設備の一実施形態の構成を概略的に示した正面図である。
【図２】同実施形態の構成を概略的に示す平面図である。
【図３】同実施形態で用いる電動機及び発電機とラック及びピニオンギアとの関係を示した要部の拡大断面図である。
【図４】図１及び図２に示された太陽光発電設備を１ユニットとして、複数のユニットを縦横に並べて更に大規模な太陽光発電設備を構成した状態を概略的に示した平面図である。
【図５】本発明に係わる太陽光発電設備の他の実施形態で用いる変位伝達機構の構成例を概略的に示した要部の正面図である。
【図６】本発明に係わる太陽光発電設備に設けるパワーコンディショナの構成例を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１及び図２において、１は所定の長さ寸法Ｌ及び幅寸法Ｗと、厚み寸法Ｄとを有して、上面及び下面が長方形又は正方形の輪郭形状を有するように形成された金属製の板状可動フレーム、２は鉛直方向（上下方向）に延びるように設けられて、可動フレーム１の支持とガイドとを行なう４本の支柱である。４本の支柱２は、可動フレーム１の四つのコーナ部付近にそれぞれ設けられた４つの貫通孔１ａをそれぞれゆるく貫通した状態で設けられて、それぞれの下端が設置ベース３に固定されている。４本の支柱２をそれぞれ貫通させるために可動フレームに設けられた４つの貫通孔１ａは、可動フレーム１の長さ方向の端部から等距離離れ、かつ可動フレーム１の幅方向の端部から等距離離れた位置に設けられていて、４つの孔１ａをそれぞれ貫通した４本の支柱２のそれぞれの中心軸線が、水平面上で正方形又は長方形の４つの角部に配置されるようになっている。
【００３１】
可動フレーム１の上には、十分に大きな質量を有する直方体状のブロックからなる金属製のウェイト４が固定されている。図示のウェイト４は、可動フレーム１の幅寸法に等しい幅寸法Ｗと、可動フレーム１の長さ寸法Ｌよりも短い長さ寸法Ｌ′と、可動フレーム１の厚み寸法Ｄよりも大きな厚み寸法Ｄ′とを有して、その長さ方向の両端を可動フレーム１の長さ方向の両端よりも等距離ｙ（図２参照）だけ手前の位置させ、かつその幅方向の両端を可動フレーム１の幅方向の両端に一致させた状態で配置されている。
【００３２】
ウェイト４の上面は、複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けるパネル取付け面４ａとなっていて、このパネル取付け面４ａに多数の矩形状の太陽光発電パネル５，５，…が、縦横に並べて取り付けられている。ウェイト４のパネル取付け面に取り付けられた多数の太陽光発電パネル５，５，…により、太陽光発電部６が構成されている。
【００３３】
本実施形態では、可動フレーム１とウェイト４とにより、所定の電力を位置エネルギとして貯蔵するための錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに、複数の太陽光発電パネル５，５，…を縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面４ａを上部に有して、鉛直方向に延びる支柱２に沿って上下動させられる可動ブロック７が構成されている。本実施形態では、可動ブロック７を上限位置まで上昇させた際に、該可動ブロックが有する位置エネルギが、貯蔵すべき電力値に相当する大きさになるように、可動フレーム１の質量とウェイト４の質量との合計値（可動ブロック７の質量）と、可動ブロック７を上限位置まで上昇させた際の該可動ブロック７の高さとが設定される。
【００３４】
可動ブロック７の長手方向の両端の端面には回転自在なローラ８が取り付けられ、このローラ８が支柱２の側面に当接されている。
【００３５】
本発明においては、回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を可動ブロック７を上昇させる方向の直線変位に変換して可動ブロック７に伝達し、可動ブロック７の下方への直線変位を回転変位に変換して上記入出力軸に伝達する変位伝達機構９が設けられる。本実施形態では、変位伝達機構９が、鉛直方向に伸びるようにして支柱２に取り付けられたラック１１と、このラックに噛み合わされたピニオンギア１２とを備えていて、ピニオンギア１２により、変位伝達機構９の入出力軸が構成されている。
【００３６】
可動フレーム１の四隅には、各支柱２の近傍に位置させて、電動機１５と発電機１６とが配置されている。電動機１５及び発電機１６は、ピニオンギア（入出力軸）１２の軸線方向の一端側及び他端側にそれぞれ配置されて可動ブロック７に固定されている。
【００３７】
電動機１５の回転軸は、エネルギ変換効率調整用の第１の変速機１７と、第１のクラッチ機構１８と、可動ブロック７を上昇させる方向へのピニオンギア１２の回転を許容するが、可動ブロック７を下降させる方向へのピニオンギア１２の回転を阻止する解除可能な可動ブロック位置保持機構１９とを介してピニオンギア１２の軸線方向の一端に結合されている。また発電機１６の回転軸は、可動ブロック７を下降させる際にピニオンギア１２の回転にブレーキを掛けるブレーキ２０と、第２のクラッチ機構２１と、エネルギ変換効率調整用の第２の変速機２２とを介してピニオンギア１２の軸線方向の他端に結合されている。
【００３８】
可動ブロック位置保持機構１９は、上昇させられた可動ブロック７が有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する機構で、この機構は、例えば、ピニオンギア１２に結合されたラチェットホイールと、該ラチェットホイールの歯に噛み合うラチェット爪と、ラチェット爪をラチェットホイール側に付勢するバネとを備えた周知のラッチェット機構により構成することができる。可動ブロック位置保持機構１９をラチェット機構により構成する場合、該位置保持機構１９による可動ブロック７の位置保持を電気信号に応答して解除することができるようにするため、電気信号に応答して動作するアクチュエータを用いてラチェット爪をバネの付勢力に抗してラチェットホイールから引き外すラッチェット爪引外し機構を設けておく。
【００３９】
ブレーキ２０としては、例えば、電磁ブレーキや、ピニオンギア１２と共に回転するように設けられたディスクにブレーキシューを摩擦接触させるようにした摩擦式ブレーキを用いることができる。
【００４０】
第１及び第２のクラッチ機構１８及び２１としては、電磁クラッチのように、電気信号により断続させることができるものを用いる。また可動ブロック７の上昇を容易に行なわせるため、電動機１５とピニオンギア１２との間に設ける第１の変速機１７としては減速機を用いることが好ましい。発電機１６とピニオンギア１２との間に設ける第２の変速機２２としては、通常は増速機を用いる。第１及び第２の変速機としては歯車変速機を用いるのが好ましい。
【００４１】
上記支柱２と、可動ブロック７と、可動ブロックのパネル取付け面に取り付けられた多数の太陽光発電パネル５からなる太陽光発電部６と、ラック１１及びピニオンギア１２からなる変位伝達機構９と、電動機１５及び発電機１６と、可動ブロック位置保持機構１９と、ブレーキ２０と、第１及び第２の変速機１７及び２２と、第１及び第２のクラッチ機構１８及び２１とにより太陽光発電設備３０が構成されている。
【００４２】
本実施形態の太陽光発電設備を運転する際には、太陽光発電部６から得られる発電電力を商用交流電力に変換して負荷に供給する。また太陽光発電部６の出力に余裕があるときには、第１のクラッチ機構１８をつなぎ、第２のクラッチ機構２１を切り離した状態にして、太陽光発電部６の出力を各支柱２毎に設けられた電動機１５に供給し、可動ブロック位置保持機構１９により可動ブロック７の下方への変位を阻止しつつ、各電動機１５の回転を変速機１７により減速してピニオン１２に伝達することにより、可動ブロック７を支柱２に沿ってゆっくりと上昇させる。これにより太陽光発電部６の発電電力を可動ブロック７の位置エネルギに変換して貯蔵する。
【００４３】
太陽光発電部６の出力に余裕がなく、昼間可動ブロック７を上昇させることができなかったとき、又は可動ブロック７を途中までしか上昇させることができなかったときには、連系する配電系統から受電した深夜電力を各電動機１５に供給して可動ブロック７を上昇させることにより、商用電力を位置エネルギに変換して貯蔵する。
【００４４】
可動ブロック７を上昇させることにより貯蔵した位置エネルギは、日照が十分に得られない昼間や、夜間などに電気エネルギに再変換して負荷を駆動するために用いることができる。可動ブロック７に貯蔵された位置エネルギを電気エネルギに変換する際には、第１のクラッチ機構１８を切り離し、第２のクラッチ機構２１をつないだ状態で可動ブロック位置保持機構１９による可動ブロックの位置保持を外して可動ブロック７の下降を許可する。この状態で、可動ブロック７を下方に変位させ、この可動ブロックの下方への変位を、ラック１１及びピニオンギア１２により回転変位に変換して発電機１６の回転軸に伝達する。これにより発電機１６に発電を行なわせ、発電機１６から得られる電力を負荷に供給する。可動ブロック７が下降する際の発電機１６の回転速度は、ブレーキ２０により適宜に調整して、可動ブロック７が有する位置エネルギを、時間をかけて電気エネルギに変換する。
【００４５】
第１の変速機１７の変速比を調整することにより、電気エネルギから位置エネルギへの変換効率を調整することができ、第２の変速機２２の変速比を調整することにより、位置エネルギから電気エネルギへの変換効率を適宜に調整することができる。
【００４６】
上記の説明では、太陽光発電部６で発電した電力を負荷に供給することを優先したが、太陽光発電部６の出力を位置エネルギに変換して貯蔵することを優先し、可動ブロック７が上限位置まで上昇してもなお太陽光発電部６が発電を行なっているときにのみ太陽光発電部６から負荷に電力を供給するような運用の仕方をしてもよい。例えば、本実施形態の太陽光発電設備を電力事業者の発電設備として設置して、電力貯蔵装置を、電力需要のピーク時に備えて電力を貯蔵しておく装置として優先的に用い、電力需要のピーク時に貯蔵しておいた電力を放出する使い方をすることもできる。
【００４７】
本発明に係わる太陽光発電設備は、スマートグリッドのように、電力の需給を効率よく制御する電力網において、電力の需給を調整する手段として役立つことが期待される。大規模な太陽光発電設備を構築する場合には、多数の太陽光発電パネルを並べるために広大な設置面積が必要になるが、本発明においては、太陽光発電パネルを配置するために必要となるスペースに、電力を位置エネルギに変換して貯蔵するための錘を構成する大型の可動ブロックを設けて、この可動ブロックを、太陽光発電パネルを保持する保持体として用いるので、太陽光発電パネルを設置するために必要となるスペースを有効に利用して、電力貯蔵装置を構成することができ、スペースの有効利用を図ることができる。
【００４８】
本発明に係わる太陽光発電設備を構成するに当たり、可動ブロック７の大きさは、電動機１５の能力により決まるため、可動ブロック７の大きさには限界があるが、上記の実施形態で示した太陽光発電設備３０を一単位として、図４に示したように多数の太陽光発電設備３０を並べることにより、利用し得るスペースの範囲で、いくらでも発電設備の大規模化を図ることができる。
【００４９】
本発明に係わる太陽光発電設備は、地上に設置することができるのはもちろんであるが、洋上にも設置することが可能である。洋上では、広大なスペースを確保することが容易であるので、大規模な発電設備を構築することが容易である。太陽光発電設備を洋上に設置すると、その下の海中を魚礁として利用することができるというメリットも得られる。
【００５０】
上記の実施形態では、可動ブロック７を上昇させるための駆動源として電動機１５を設け、可動ブロック７の位置エネルギを電気エネルギに再変換するために発電機１６を設けたが、電動機としても発電機としても動作する回転電機を設けて、この回転電機に上記電動機１５としての機能と、発電機１６としての機能とを持たせることができる。この場合は、回転電機の回転軸を、変速機と位置保持機構とを介して変位伝達機構の入出力軸(上記の実施形態ではピニオンギア）に結合する。変速機は、可動ブロックを上昇させる際と、可動ブロックを下降させる際とで変速比を異ならせるために、変速比を適宜に切り替えることができるように構成しておくのが好ましい。
【００５１】
上記の実施形態では、回転自在な入出力軸(上記の例ではピニオンギア１２）を有して該入出力軸の回転変位を可動ブロック７を上昇させる方向の直線変位に変換して可動ブロック７に伝達し、可動ブロック７の下方への直線変位を回転変位に変換して入出力軸に伝達する変位伝達機構を、ラックとピニオンギアとを用いて構成したが、本発明は、変位伝達機構をこのように構成する場合に限定されるものではない。
【００５２】
例えば、ワイヤと、入出力軸とともに回転するように設けられてワイヤの巻取りと巻戻しとを行なうドラムとを備えて、ワイヤがドラムに巻き取られる際に可動ブロックを上昇させ、可動ブロックの下降に伴ってワイヤがドラムから巻き戻される際にドラムを入出力軸とともに回転させるようにワイヤが可動ブロックと支柱の上端とに機械的に結合されたウィンチ機構により変位伝達機構を構成することができる。この場合、電動機１５の回転軸は、該回転軸の回転を変速する第１の変速機（通常は減速機）と可動ブロック位置保持機構とを介して入出力軸の軸線方向の一端に結合され、発電機１６の回転軸は、入出力軸の回転を変速する第２の変速機（通常は入出力の回転を増速する増速機）とブレーキとを介して入出力軸の軸線方向の他端に結合される。
【００５３】
変位伝達機構をウィンチ機構を用いて構成した例を図５に示した。図５に示した例では、可動フレーム１の端部側面に、各支柱２の側方に位置させて下部滑車４１が取り付けられ、支柱２の上端に支持部材４２を介して上部滑車４３が取り付けられている。また設置ベース３上には、可動ブロック７の下方に位置させて、ワイヤ４４の巻取りと巻き戻しとを行なうドラム４５が固定されている。ドラム４５には、該ドラムに一端が固定されたワイヤ４４が捲かれる。ドラム４５から繰り出されたワイヤ４４は、下部滑車４１を経て上方に導かれた後、上部滑車４３を経由して下方に折り返され、上部滑車４３で折り返されて下方に導かれたワイヤ４４の他端が、可動フレーム１に固定されている。ドラム４５の回転軸が変位伝達機構の入出力軸４６となっていて、入出力軸４６の一端に回転電機４７の回転軸が、変速機と、ラチェット機構などからなる可動ブロック位置保持機構と、ブレーキとを介して結合されている。ドラム４５と、ワイヤ４４と、滑車４１及び４３とにより、変位伝達機構９′が構成されている。
【００５４】
図５に示した変位伝達機構９′においては、入出力軸４６に回転軸が結合された回転電機４７に太陽光発電部の発電出力又は配電系統から受電した商用電力を供給して、該回転電機４７を電動機として動作させることによりワイヤ４４をドラム４５に巻き取って可動ブロック７を上昇させる。これにより、電力を可動ブロック７の位置エネルギに変換して貯蔵する。また可動ブロック７の位置を保持する位置保持機構による可動ブロック７の位置保持を解除して、可動ブロック７を下降させることにより、ドラム４５からワイヤ４４を巻き戻して入出力軸４６を回転させ、これにより回転電機４７を発電機として動作させて、貯蔵されていた位置エネルギを電気エネルギに再変換する。
【００５５】
なお図５に示した実施形態において、ワイヤ４４は、ドラム４５に巻き取られる際に可動ブロック７を上昇させ、可動ブロックが下降する際にドラムから巻き戻されるように、可動ブロック７と支柱２とに機械的に結合されればよく、ワイヤ４４と可動ブロック７及び支柱２との結合の仕方は上記の例に限定されない。例えば、支柱２の上端に一端を固定したワイヤ４４を、下方に導いた後下部滑車４１の外周を経て上方に折り返し、押し返したワイヤ４４を支柱２の上端に取り付けられた上部滑車４３を経て下方に折り返して、折り返したワイヤの他端をドラム４５に固定するようにしてもよい。
【００５６】
ウィンチ機構により変位伝達機構を構成する場合に、図５に示したようにドラム４５及び回転電機４７を設置ベース３上に配置すると、回転電機のメンテナンスを地上で行なうことができ、また上下方向に長いラックを設ける必要が無いため、変位伝達機構のメンテナンスを容易に行なうことができる。またウィンチ機構は、重量物を上下させる機構として汎用されており、信頼性が確立された機構であるため、上記のようにウインチ機構により変位伝達機構を構成すると、変位伝達機構の信頼性を向上させることができる。
【００５７】
上記の実施形態では、長方形または正方形に形成された可動ブロック７の４隅にそれぞれ４本の支柱２を設け、各支柱の位置に変位伝達機構を設けているが、支柱２及び変位伝達機構の数は、適宜に増減することができる。
【００５８】
例えば、三角形の３つの頂点にそれぞれ配置された３本の支柱２を設けて、該３本の支柱に沿って可動フレームを上下させるように構成することもできる。また複数本の支柱を設ける場合に、一部の支柱の箇所にのみ変位伝達機構を設けるようにすることもできる。例えば、支柱２を可動ブロック７の中央部と、４隅とにそれぞれ設けて、４隅の支柱は可動ブロックをガイドするためにのみ用い、中央の１本の支柱の箇所にのみ変位伝達機構と、電動機及び発電機とを設けるようにすることもできる。
【００５９】
図６を参照すると、本発明に係わる太陽光発電設備に設けるパワーコンディショナの構成の一例が示されている。この例では、電動機１５が交流電動機であり、発電機１６が交流発電機であるとする。
【００６０】
図６に示した例では、太陽光発電部６の出力がＤＣ−ＤＣコンバータ５１に入力されて商用交流電圧の波高値に等しい直流電圧に変換される。ＤＣ−ＤＣコンバータ５１から得られる直流電圧はスイッチ５２を通して直流電圧を商用周波数の交流電圧に変換するインバータ５３に入力され、このインバータにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１から得られる直流電圧が商用周波数を有する交流電圧に変換される。インバータ５３の出力はスイッチ５４を通して負荷接続線路５５ａ，５５ｂの間に印加され、負荷接続線路５５ａ，５５ｂに負荷スイッチ５６を通して負荷５７が接続されている。負荷接続線路５５ａ，５５ｂは、スイッチ５８ａ，５８ｂを備えた系統連系装置６０を通して連系する配電系統６１に接続されている。
【００６１】
負荷接続線路５５ａ，５５ｂ間の電圧がスイッチ６２を通して電動機１５に印加され、スイッチ５２，５４及び６２がオン状態にあるときに太陽光発電部６の出力がＤＣ−ＤＣコンバータ５１とインバータ５３とスイッチ５４及び６２とを通して電動機１５に供給されるようになっている。またスイッチ５４がオフし、スイッチ６２がオンした状態で、系統連系装置６０のスイッチ５８ａ，５８ｂがオン状態になったときに、配電系統６１から受電した商用電力が電動機１５に供給されるようになっている。
【００６２】
また発電機１６の出力が整流回路６５を通してＤＣ−ＤＣコンバータ６６に入力され、整流回路６５から得られる発電機１６の整流出力が、ＤＣ−ＤＣコンバータ６６により、商用交流電圧の波高値に等しい直流電圧に変換される。ＤＣ−ＤＣコンバータ６６の出力はスイッチ６７を通してインバータ５３に入力され、インバータ５３により、ＤＣ−ＤＣコンバータ６６の出力が商用周波数を有する交流電力に変換される。ＤＣ−ＤＣコンバータ５１及び６６と、インバータ５３と、スイッチ５２、５４、６２及び６７と、系統連系装置６０とを制御するため、コントローラ６８が設けられている。この例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１，６６、インバータ５３、整流回路６５、スイッチ５２，５４，６２，６７、系統連係装置６０及びコントローラ６８によりパワーコンディショナ７０が構成されている。
【００６３】
図６に示した太陽光発電設備において、太陽光発電部６の出力で負荷５７に供給する電力をまかなうことを優先する場合には、太陽光発電部６が発電しているときにスイッチ６７をオフ状態にし、スイッチ５２及び５４をオン状態にして、太陽光発電部６の出力をＤＣ−ＤＣコンバータ５１とインバータ５３とを通して商用交流電力に変換し、この交流電力をスイッチ５４と５６とを通して負荷５７に供給する。コントローラ６８は、配電系統６１の交流電圧を検出していて、インバータ５３から配電系統の交流電圧と同位相の交流電圧を発生させるようにインバータ５３を制御する。
【００６４】
太陽光発電部６の出力が低く、太陽光発電部６が発電していないとき、又は太陽光発電部６の出力だけでは負荷５７で消費する電力をまかなうことができない場合には、コントローラ６８が系統連系装置６０のスイッチ５８ａ，５８ｂをオン状態にして配電系統６１から買電した電力を負荷５７に供給する。
【００６５】
太陽光発電部６が出力する発電電力が負荷５７の消費電力を上回っているとき、又は負荷スイッチ５６がオフ状態にあるとき(負荷に電力が供給されていないとき）には、コントローラ６８がスイッチ５４及び６２をオン状態にしてインバータ５３の出力を電動機１５に供給する。これにより電動機１５を回転させて可動ブロック７を上昇させ、太陽光発電部６の発電出力を可動ブロック７の位置エネルギに変換する。可動ブロック７は、可動ブロック位置保持機構により下方への変位が阻止されて、上昇させられた位置に保持されるため、可動ブロック７に位置エネルギが貯蔵されていく。
【００６６】
図示してないが、可動ブロック７が上限位置に達したときに検出動作を行なうリミットスイッチが設けられており、コントローラ６８は、このリミットスイッチから与えられる信号により可動ブロック７が上限位置に達したことを検出したときに、スイッチ６２をオフ状態にして電動機１５を停止させる。
【００６７】
コントローラ６８は、可動ブロック７が上限位置に達した状態で太陽光発電部６が発電をしていて、太陽光発電部６の出力が負荷５７で消費する電力を上回っているときに、スイッチ６２をオフ状態にするとともに、スイッチ５４をオン状態にし、系統連系装置６０のスイッチ５８ａ，５８ｂをオン状態にして、負荷接続線路５５ａ，５５ｂを配電系統６１に接続する。これにより、太陽光発電部６の出力を配電系統に売電する。
【００６８】
コントローラ６８はまた、太陽光発電部５１が発電を行なっていないときに、スイッチ６２をオフ状態にするとともに、必要に応じて可動ブロック位置保持機構による可動ブロック７の位置保持を解除して、可動ブロック７を下降させる。これにより発電機１６の回転軸を回転させて、該発電機１６に発電を行なわせる。このときコントローラ６８は、商用交流電圧の波高値に等しい大きさの直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ６６から出力させるように、該ＤＣ−ＤＣコンバータ６６を制御するとともに、スイッチ６７をオフ状態にしてＤＣ−ＤＣコンバータ６６の出力をインバータ５３に入力させ、配電系統の電圧に同期した交流電圧をインバータ５３から出力させるようにインバータ５３を制御する。このときインバータ５３が出力する交流電力は、スイッチ５６を通して負荷５７に供給してもよく、系統連系装置６０を通して配電系統に売電してもよい。
【００６９】
コントローラ６８はまた、深夜電力を利用し得る時間帯にスイッチ５４をオフした状態でスイッチ６２をオン状態にして、配電系統６１から系統連系装置６０を通して電動機１５に商用電力を供給する。これにより電動機１５を回転させて可動ブロック７を上昇させ、深夜電力を可動ブロック７の位置エネルギに変換して貯蔵させる。可動ブロック７の位置エネルギとして貯蔵した深夜電力は、昼間太陽光発電部６の発電出力が不足するときに放出して負荷５７に供給するか、または系統連系装置６０を通して配電系統６１に売電する。
【００７０】
上記の説明では、本発明に係わる太陽光発電設備を、電力事業者以外の事業者または個人が運営する場合を想定したが、本発明に係わる太陽光発電設備を電力事業者が運営する場合には、可動ブロック７を電力の需給を調整する手段として利用することができる。例えば、電力需要が少ないときに太陽光発電部６の出力または系統の余剰電力により電動機１６を駆動して可動ブロック７を上昇させ、電力需要のピーク時に可動ブロック７を下降させて、発電機１６の出力を系統に供給するといった運用の仕方をすることができる。
【００７１】
上記の実施形態では、可動ブロック７を可動フレーム１とウェイト４とにより構成したが、可動ブロック７は、錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられればよく、その構成は上記の例に限定されない。例えば、可動フレーム１が十分な質量を有している場合には、ウェイト４を省略して可動フレーム１のみにより可動ブロックを構成することができる。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本明細書に開示した発明の主な態様をまとめて示すと下記の通りである。
（１）第１の発明
第１の発明は、太陽光発電部と、太陽光発電部から得られる発電電力または連係する配電系統から受電した商用電力を貯蔵する電力貯蔵装置とを備えた太陽光発電設備であって、錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックと、回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を前記可動ブロックを上昇させる方向の直線変位に変換して可動ブロックに伝達し、可動ブロックの下方への直線変位を回転変位に変換して入出力軸に伝達する変位伝達機構と、可動ブロックのパネル取付け面に縦横に並べて取り付けられて太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電パネルと、変位伝達機構の入出力軸に第１の変速機を介して回転軸が結合されて、発電電力又は商用電力で駆動されることにより可動ブロックを上昇させる方向に変位伝達機構の入出力軸を回転駆動する電動機と、上昇させられた可動ブロックが有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する可動ブロック位置保持機構と、入出力軸に第２の変速機を介して回転軸が結合されて、前記可動ブロック位置保持機構による可動フロックの位置の保持が解除された際に可動ブロックの下降に伴って生じる入出力軸の回転変位により駆動されて可動ブロックが有する位置エネルギを電気エネルギに再変換して出力する発電機とを備えていて、可動ブロックと、変位伝達機構と、電動機と、可動ブロック位置保持機構と、発電機とにより、前記電力貯蔵装置が構成されている。
【００７３】
上記のように構成すると、太陽光発電パネルを取り付けるブロック自体を、電力を位置エネルギに変換して貯蔵するための錘として利用することができるので、太陽光発電パネルを設置するためのスペースを有効に利用して、電力貯蔵装置を構成することができ、太陽光により発電した電力に余裕があるときにその余剰電力を貯蔵して夜間に利用したり、深夜電力などの安価な電力を貯蔵して、十分な日照が得られない昼間に利用したりすることができる。またメンテナンスが面倒な蓄電池を用いることなく、電力を貯蔵することができるため、蓄電池を用いる場合に比べてメンテナンスを容易にすることができる。
【００７４】
（２）第２の発明
第２の発明は、第１の発明に適用されるもので、本発明においては、上記第１の変速機が、電動機の回転軸の回転を減速して入出力軸に伝達する減速機であり、第２の変速機は、入出力軸の回転を増速して発電機の回転軸に伝達する増速機である。
【００７５】
上記のように第１の変速機及び第２の変速機を構成すると、電動機を駆動源として可動ブロックを無理なく上昇させることができ、また可動ブロックを下降させて位置エネルギを放出する際に、発電機を十分な回転速度で回転させて発電を行なわせることができる。
【００７６】
（３）第３の発明
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明に適用されるもので、本発明においては、変位伝達機構が、鉛直方向に伸びるようにして支柱に取り付けられたラックと、ラックに噛み合わされたピニオンギアとを備えていて、ピニオンギアにより前記入出力軸が構成されている。電動機及び発電機は上記ピニオンギアの軸線方向の一端側及び他端側にそれぞれ配置されて可動ブロックに固定され、電動機の回転軸は、第１の変速機を介してピニオンギアの軸線方向の一端に結合されている。また発電機の回転軸は第２の変速機を介してピニオンギアの軸線方向の他端に結合されている。
【００７７】
上記のように構成すると、可動ブロック上で変位伝達機構が占めるスペースを狭くして、パネル取付け面を広くとることができるため、太陽光発電部の発電容量を増大させることができる。
【００７８】
（４）第４の発明
第４の発明は、第１の発明又は第２の発明に適用されるもので、本発明においては、変位伝達機構が、ワイヤと、前記入出力軸とともに回転するように設けられて前記ワイヤの巻取りと巻戻しとを行なうドラムとを備えていて、ワイヤがドラムに巻き取られる際に可動ブロックを上昇させ、可動ブロックが下降する際にドラムから巻き戻されるように可動ブロックと支柱とに機械的に結合される。電動機の回転軸は、該回転軸の回転を減速する減速機を介して入出力軸の軸線方向の一端に結合され、発電機の回転軸は入出力軸の回転を増速する増速機を介して入出力軸の軸線方向の他端に結合される。
【００７９】
上記のように変位伝達機構を構成すると、重量物を上下させる機構として実績があるウィンチの原理を利用して変位伝達機構を構成することができるため、変位伝達機構の信頼性の向上を図ることができる。また鉛直方向に長いラックを用いる必要が無いため、変位伝達機構のメンテナンスを容易にすることができる。更に電動機及び発電機を地上に設置することができるため、これらのメンテナンスを容易にすることができる。
【００８０】
（５）第５の発明
第５の発明は、第１ないし第４の発明の何れかに適用されるもので、本発明においては、電動機の回転軸と変位伝達機構の入出力軸との間に第１のクラッチが設けられ、発電機の回転軸と入出力軸との間に第２のクラッチが設けられている。
【００８１】
上記のようにクラッチを設けておくと、電動機を駆動して可動ブロックを上昇させる際に第２のクラッチを切り離しておくことにより、電動機にかかる負荷を軽減して、機械的損失を少なくすることができるため、電力から位置エネルギへの変換効率を高めることができる。
【００８２】
（６）第６の発明
第６の発明は、太陽光発電部と、太陽光発電部から得られる発電電力または連係する配電系統から受電した商用電力を蓄積する電力貯蔵装置とを備えた太陽光発電設備であって、錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックと、回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を前記可動ブロックを上昇させる方向の直線変位に変換して前記可動ブロックに伝達し、前記可動ブロックの下方への直線変位を回転変位に変換して前記入出力軸に伝達する変位伝達機構と、前記可動ブロックのパネル取付け面に縦横に並べて取り付けられて前記太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電パネルと、前記変位伝達機構の入出力軸に変速機を介して結合された回転軸を有して前記太陽光発電部又は商用電源の出力が入力された際に電動機として機能して可動ブロックを上昇させる方向に変位伝達機構の入出力軸を回転駆動し、可動ブロックが下降する際に生じる入出力軸の回転変位により前記回転軸が駆動されたときに発電機として機能する回転電機と、上昇させられた可動ブロックが有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する可動ブロック位置保持機構とを備えていて、可動ブロックと、変位伝達機構と、回転電機と、可動ブロック位置保持機構とにより、蔵装置が構成されている。
【００８３】
上記のように、電動機と発電機とを兼ねる回転電機を用いて、電力を位置エネルギに変換して貯蔵する際に該回転電機を電動機として機能させ、貯蔵された位置エネルギを電力に再変換して出力させる際に該回転電機を発電機として機能させるようにすると、電力貯蔵装置の構成の簡素化を図ることができる
【００８４】
（７）第７の発明
第７の発明は第６の発明に適用されるもので、本発明においては、変速機が、回転電機の回転軸の回転を減速して入出力軸に伝達し、入出力軸の回転を増速して回転電機の回転軸に伝達するように構成される。
【００８５】
（８）第８の発明
第８の発明は、第６の発明又は第７の発明に適用されるもので、本発明においては、回転電機が、可動ブロックに対して固定される。変位伝達機構は、鉛直方向に伸びるようにして支柱に取り付けられたラックと、ラックに噛み合わされたピニオンギアとを備えていて、ピニオンギアにより前記入出力軸が構成されている。回転電機は可動ブロックに固定され、回転電機の回転軸は、回転電機の回転軸の回転を減速し、ピニオンギアの回転を増速する変速機を介してピニオンギアに結合されている。
【００８６】
（９）第９の発明
第９の発明は、第６の発明又は第７の発明に適用されるもので、本発明においては、変位伝達機構が、ワイヤと、前記入出力軸とともに回転するように設けられてワイヤの巻取りと巻き戻しとを行なうドラムとを備えて、ワイヤがドラムに巻き取られる際に可動ブロックを上昇させ、可動ブロックが下降する際にドラムから巻き戻されるように可動ブロックと支柱とに機械的に結合される。回転電機の回転軸は、回転電機の回転軸の回転を減速して入出力軸に伝達し、入出力軸の回転を増速して回転電機の回転軸に伝達する変速機を介して前記入出力軸に結合されている。
【符号の説明】
【００８７】
１ 可動フレーム
２ 支柱
４ ウェイト
４ａ パネル取付け面
５ 太陽光発電パネル
６ 太陽光発電部
７ 可動ブロック
８ ローラ
１５ 電動機
１６ 発電機
１７ 第１の変速機
１８ 第１のクラッチ機構
１９ 第１の位置保持機構
２０ 第２の位置保持機構
２１ 第２のクラッチ機構
２２ 第２の変速機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電部と、前記太陽光発電部から得られる発電電力または連係する配電系統から受電した商用電力を貯蔵する電力貯蔵装置とを備えた太陽光発電設備であって、
錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックと、
回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を前記可動ブロックを上昇させる方向の直線変位に変換して前記可動ブロックに伝達し、前記可動ブロックの下方への直線変位を回転変位に変換して前記入出力軸に伝達する変位伝達機構と、
前記可動ブロックのパネル取付け面に縦横に並べて取り付けられて前記太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電パネルと、
前記変位伝達機構の入出力軸に第１の変速機を介して回転軸が結合されて、前記発電電力又は前記商用電力で駆動されることにより前記可動ブロックを上昇させる方向に前記変位伝達機構の入出力軸を回転駆動する電動機と、
上昇させられた可動ブロックが有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する可動ブロック位置保持機構と、
前記入出力軸に第２の変速機を介して回転軸が結合されて、前記可動ブロック位置保持機構による可動フロックの位置の保持が解除された際に前記可動ブロックの下降に伴って生じる前記入出力軸の回転変位により駆動されて前記可動ブロックが有する位置エネルギを電気エネルギに再変換して出力する発電機と、
を具備し、
前記可動ブロックと、変位伝達機構と、電動機と、可動ブロック位置保持機構と、発電機とにより、前記電力貯蔵装置が構成されていること、
を特徴とする太陽光発電設備。
【請求項２】
前記第１の変速機は、前記電動機の回転軸の回転を減速して前記入出力軸に伝達する減速機であり、前記第２の変速機は、前記入出力軸の回転を増速して前記発電機の回転軸に伝達する増速機である請求項１に記載の太陽光発電設備。
【請求項３】
前記変位伝達機構は、鉛直方向に伸びるようにして前記支柱に取り付けられたラックと、前記ラックに噛み合わされたピニオンギアとを備えて前記ピニオンギアにより前記入出力軸が構成され、
前記電動機及び発電機は前記ピニオンギアの軸線方向の一端側及び他端側にそれぞれ配置されて前記可動ブロックに固定され、
前記電動機の回転軸は前記第１の変速機を介して前記ピニオンギアの軸線方向の一端に結合され、
前記発電機の回転軸は前記第２の変速機を介して前記ピニオンギアの軸線方向の他端に結合されていること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電設備。
【請求項４】
前記変位伝達機構は、ワイヤと、前記入出力軸とともに回転するように設けられて前記ワイヤの巻取りと巻戻しとを行なうドラムとを備えて、前記ワイヤがドラムに巻き取られる際に前記可動ブロックを上昇させ、前記可動ブロックが下降する際に前記ワイヤがドラムから巻き戻されるように前記ワイヤが前記可動ブロックと支柱とに機械的に結合され、
前記電動機の回転軸は、該回転軸の回転を減速する減速機を介して前記入出力軸の軸線方向の一端に結合され、
前記発電機の回転軸は前記入出力軸の回転を増速する増速機を介して前記入出力軸の軸線方向の他端に結合されていること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電設備。
【請求項５】
前記電動機の回転軸と前記変位伝達機構の入出力軸との間に第１のクラッチが設けられ、前記発電機の回転軸と前記入出力軸との間に第２のクラッチが設けられていることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の太陽光発電設備。
【請求項６】
太陽光発電部と、前記太陽光発電部から得られる発電電力または連係する配電系統から受電した商用電力を蓄積する電力貯蔵装置とを備えた太陽光発電設備であって、
錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックと、
回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を前記可動ブロックを上昇させる方向の直線変位に変換して前記可動ブロックに伝達し、前記可動ブロックの下方への直線変位を回転変位に変換して前記入出力軸に伝達する変位伝達機構と、
前記可動ブロックのパネル取付け面に縦横に並べて取り付けられて前記太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電パネルと、
前記変位伝達機構の入出力軸に変速機を介して結合された回転軸を有して、前記発電電力又は商用電力が入力された際に電動機として機能して前記可動ブロックを上昇させる方向に前記変位伝達機構の入出力軸を回転駆動し、前記可動ブロックが下降する際に生じる前記入出力軸の回転変位により前記回転軸が駆動されたときに発電機として機能する回転電機と、
上昇させられた可動ブロックが有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する可動ブロック位置保持機構と、
を具備し、
前記可動ブロックと、変位伝達機構と、回転電機と、可動ブロック位置保持機構とにより、前記電力貯蔵装置が構成されていること、
を特徴とする太陽光発電設備。
【請求項７】
前記変速機は、前記回転電機の回転軸の回転を減速して前記入出力軸に伝達し、前記入出力軸の回転を増速して前記回転電機の回転軸に伝達するように構成されている請求項６に記載の太陽光発電設備。
【請求項８】
前記回転電機は、前記可動ブロックに対して固定され、
前記変位伝達機構は、鉛直方向に伸びるようにして前記支柱に取り付けられたラックと、前記ラックに噛み合わされたピニオンギアとを備えて、前記ピニオンギアにより前記入出力軸が構成され、
前記回転電機は前記可動ブロックに固定され、
前記回転電機の回転軸は前記変速機を介して前記ピニオンギアに結合されていること、
を特徴とする請求項６又は７に記載の太陽光発電設備。
【請求項９】
前記変位伝達機構は、ワイヤと、前記入出力軸とともに回転するように設けられて前記ワイヤの巻取りと巻き戻しとを行なうドラムとを備えて、前記ワイヤがドラムに巻き取られる際に前記可動ブロックを上昇させ、前記可動ブロックが下降する際に前記ワイヤが前記ドラムから巻き戻されるように前記ワイヤが前記可動ブロックと支柱とに機械的に結合され、
前記回転電機の回転軸は、前記回転電機の回転軸の回転を減速して前記入出力軸に伝達し、前記入出力軸の回転を増速して前記回転電機の回転軸に伝達する変速機を介して前記入出力軸に結合されていること、
を特徴とする請求項６又は７に記載の太陽光発電設備。
【請求項１】
太陽光発電部と、前記太陽光発電部から得られる発電電力または連係する配電系統から受電した商用電力を貯蔵する電力貯蔵装置とを備えた太陽光発電設備であって、
錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックと、
回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を前記可動ブロックを上昇させる方向の直線変位に変換して前記可動ブロックに伝達し、前記可動ブロックの下方への直線変位を回転変位に変換して前記入出力軸に伝達する変位伝達機構と、
前記可動ブロックのパネル取付け面に縦横に並べて取り付けられて前記太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電パネルと、
前記変位伝達機構の入出力軸に第１の変速機を介して回転軸が結合されて、前記発電電力又は前記商用電力で駆動されることにより前記可動ブロックを上昇させる方向に前記変位伝達機構の入出力軸を回転駆動する電動機と、
上昇させられた可動ブロックが有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する可動ブロック位置保持機構と、
前記入出力軸に第２の変速機を介して回転軸が結合されて、前記可動ブロック位置保持機構による可動フロックの位置の保持が解除された際に前記可動ブロックの下降に伴って生じる前記入出力軸の回転変位により駆動されて前記可動ブロックが有する位置エネルギを電気エネルギに再変換して出力する発電機と、
を具備し、
前記可動ブロックと、変位伝達機構と、電動機と、可動ブロック位置保持機構と、発電機とにより、前記電力貯蔵装置が構成されていること、
を特徴とする太陽光発電設備。
【請求項２】
前記第１の変速機は、前記電動機の回転軸の回転を減速して前記入出力軸に伝達する減速機であり、前記第２の変速機は、前記入出力軸の回転を増速して前記発電機の回転軸に伝達する増速機である請求項１に記載の太陽光発電設備。
【請求項３】
前記変位伝達機構は、鉛直方向に伸びるようにして前記支柱に取り付けられたラックと、前記ラックに噛み合わされたピニオンギアとを備えて前記ピニオンギアにより前記入出力軸が構成され、
前記電動機及び発電機は前記ピニオンギアの軸線方向の一端側及び他端側にそれぞれ配置されて前記可動ブロックに固定され、
前記電動機の回転軸は前記第１の変速機を介して前記ピニオンギアの軸線方向の一端に結合され、
前記発電機の回転軸は前記第２の変速機を介して前記ピニオンギアの軸線方向の他端に結合されていること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電設備。
【請求項４】
前記変位伝達機構は、ワイヤと、前記入出力軸とともに回転するように設けられて前記ワイヤの巻取りと巻戻しとを行なうドラムとを備えて、前記ワイヤがドラムに巻き取られる際に前記可動ブロックを上昇させ、前記可動ブロックが下降する際に前記ワイヤがドラムから巻き戻されるように前記ワイヤが前記可動ブロックと支柱とに機械的に結合され、
前記電動機の回転軸は、該回転軸の回転を減速する減速機を介して前記入出力軸の軸線方向の一端に結合され、
前記発電機の回転軸は前記入出力軸の回転を増速する増速機を介して前記入出力軸の軸線方向の他端に結合されていること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電設備。
【請求項５】
前記電動機の回転軸と前記変位伝達機構の入出力軸との間に第１のクラッチが設けられ、前記発電機の回転軸と前記入出力軸との間に第２のクラッチが設けられていることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の太陽光発電設備。
【請求項６】
太陽光発電部と、前記太陽光発電部から得られる発電電力または連係する配電系統から受電した商用電力を蓄積する電力貯蔵装置とを備えた太陽光発電設備であって、
錘としての機能を有するように質量が設定されるとともに複数の太陽光発電パネルを縦横に並べて取り付けることができるパネル取付け面を上部に有して、鉛直方向に延びる支柱に沿って上下動し得るように設けられた可動ブロックと、
回転自在な入出力軸を有して該入出力軸の回転変位を前記可動ブロックを上昇させる方向の直線変位に変換して前記可動ブロックに伝達し、前記可動ブロックの下方への直線変位を回転変位に変換して前記入出力軸に伝達する変位伝達機構と、
前記可動ブロックのパネル取付け面に縦横に並べて取り付けられて前記太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電パネルと、
前記変位伝達機構の入出力軸に変速機を介して結合された回転軸を有して、前記発電電力又は商用電力が入力された際に電動機として機能して前記可動ブロックを上昇させる方向に前記変位伝達機構の入出力軸を回転駆動し、前記可動ブロックが下降する際に生じる前記入出力軸の回転変位により前記回転軸が駆動されたときに発電機として機能する回転電機と、
上昇させられた可動ブロックが有する位置エネルギを貯蔵するために該可動ブロックの位置を保持する可動ブロック位置保持機構と、
を具備し、
前記可動ブロックと、変位伝達機構と、回転電機と、可動ブロック位置保持機構とにより、前記電力貯蔵装置が構成されていること、
を特徴とする太陽光発電設備。
【請求項７】
前記変速機は、前記回転電機の回転軸の回転を減速して前記入出力軸に伝達し、前記入出力軸の回転を増速して前記回転電機の回転軸に伝達するように構成されている請求項６に記載の太陽光発電設備。
【請求項８】
前記回転電機は、前記可動ブロックに対して固定され、
前記変位伝達機構は、鉛直方向に伸びるようにして前記支柱に取り付けられたラックと、前記ラックに噛み合わされたピニオンギアとを備えて、前記ピニオンギアにより前記入出力軸が構成され、
前記回転電機は前記可動ブロックに固定され、
前記回転電機の回転軸は前記変速機を介して前記ピニオンギアに結合されていること、
を特徴とする請求項６又は７に記載の太陽光発電設備。
【請求項９】
前記変位伝達機構は、ワイヤと、前記入出力軸とともに回転するように設けられて前記ワイヤの巻取りと巻き戻しとを行なうドラムとを備えて、前記ワイヤがドラムに巻き取られる際に前記可動ブロックを上昇させ、前記可動ブロックが下降する際に前記ワイヤが前記ドラムから巻き戻されるように前記ワイヤが前記可動ブロックと支柱とに機械的に結合され、
前記回転電機の回転軸は、前記回転電機の回転軸の回転を減速して前記入出力軸に伝達し、前記入出力軸の回転を増速して前記回転電機の回転軸に伝達する変速機を介して前記入出力軸に結合されていること、
を特徴とする請求項６又は７に記載の太陽光発電設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３８９７６（Ｐ２０１３−３８９７６Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４５０１（Ｐ２０１１−１７４５０１）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（３９９０７４７５４）株式会社ダイ・エレクトロニクス (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（３９９０７４７５４）株式会社ダイ・エレクトロニクス (4)
【Ｆターム（参考）】
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