CN104662791A - 太阳能板单元 - Google Patents

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Abstract

在太阳能板单元(10)中设有控制部(73)，该控制部(73)使驱动器(41)工作来使太阳能板(20)的角度成为规定的指令角。当太阳能板(20)的角度因强风作用而偏离时，该控制部(73)进行复原控制，在该复原控制中，使太阳能板(20)的角度复原。在复原控制中，在从太阳能板(20)的角度产生偏离起到经过了规定时间为止的这一期间内，不使驱动器(41)工作，而是等待强风停止，在那之后使驱动器(41)开始工作来使太阳能板(20)的角度复原。

Description

太阳能板单元
技术领域
本发明涉及一种太阳光追随式太阳能板单元，特别涉及一种能够降低耗电量的太阳光追随式太阳能板单元。
背景技术
迄今为止，太阳光追随式太阳能板单元已为人所知。例如，在专利文献1中公开的太阳能板单元具备太阳能板和驱动部，该驱动部具有电动机。在该太阳能板单元中，太阳能板转动来使阳光相对于太阳能板以直角照射进来。因此，能够增加太阳能板的光接收量，从而增加太阳能板的发电量。
专利文献1：日本公开专利公报特开2003－324210号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
就现有的太阳光追随式太阳能板单元来说，如果强风等较强的外力作用在太阳能板上，太阳能板的角度就会偏离。因此，当太阳能板的角度偏离时，就进行立即使电动机工作来使太阳能板的角度复原这样的驱动控制。
但是，现有的驱动控制方式存在下述问题，即：在吹着强风的期间内，始终要向电动机供电来使电动机工作，因此耗电量增加。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于：在太阳能板单元中，减少在太阳能板的驱动控制上耗费的电力。
－用以解决技术问题的技术方案－
第一方面的发明是以太阳能板单元为对象，其具备：太阳能板20，其被支承着能自由地转动；驱动器41，其与该太阳能板20连结，并使该太阳能板20转动；角度检测部60，其用于检测上述太阳能板20的角度；以及控制部73，其使上述驱动器41工作来使由该角度检测部60检测到的上述太阳能板20的检测角成为指令角。上述指令角是根据太阳的方向定出的上述太阳能板20的角度，所述太阳能板单元具备指令角设定部72，其用于每隔第一规定时间对该指令角进行设定，每当上述指令角设定部72设定了上述指令角，上述控制部73就进行使上述驱动器41工作来使上述检测角成为上述指令角的追随控制，当上述检测角在上述追随控制和下一次的追随控制之间偏离了上述指令角时，上述控制部73进行复原控制，在该复原控制中，在经过了第二规定时间后使上述驱动器41开始工作来使上述太阳能板20的角度复原。
在上述第一方面的发明中，当太阳能板20的角度因强风作用而偏离了指令角时，进行复原控制。在复原控制中，在从太阳能板20的角度产生偏离的时刻起经过了规定时间(第二规定时间)后，驱动器41开始工作。因此，只要将直到强风停止为止的时间设定为规定时间(第二规定时间)，就能够在强风停止后使驱动器41开始工作来使太阳能板20的角度复原。其结果是，在吹着强风的期间內，不会让驱动器41进行不必要的工作，能够缩短使驱动器41工作的时间。
第二方面的发明是上述第一方面的发明的基础上，具有下述特征：上述驱动器41利用气压来使上述太阳能板20转动。
在上述第二方面的发明中，当太阳能板20受强风作用而转动时，气压式驱动器41就收缩(或是伸长)。当该驱动器41收缩时，驱动器41内的气压就上升，而当该驱动器41伸长时，驱动器41内的气压就下降。因此，驱动器41沿着使太阳能板20的角度复原的方向产生复原力。
在上述第二方面的发明中，当太阳能板20的角度因强风作用而偏离指令角时，在直到经过了规定的时间(第二规定时间)为止的期间内，利用气压式驱动器41的上述复原力来使太阳能板20的角度复原。在那之后，使驱动器41开始工作，使太阳能板未复原的那部分角度复原，因此能够进一步缩短使驱动器41工作的时间。
第三方面的发明是在上述第二方面的发明的基础上，具有下述特征，即所述太阳能板单元具备：气压供给部42，其用于对上述驱动器41供给气压；以及供气路44，其连接在该气压供给部42和上述驱动器41之间，在该供气路44上设有将空气朝外部释放的安全阀43。
在上述第三方面的发明中，当太阳能板20因强风的作用而朝驱动器41的收缩方向转动时，在驱动器41内，有可能因为空气被压缩而使得气压异常地上升。但是，在上述第三方面的发明中，由于空气从设在气压供给部42和驱动器41之间的安全阀43朝外部释放，因此能够抑制驱动器41内的气压异常地上升。
－发明的效果－
根据上述第一方面的发明，当太阳能板20的角度因强风作用而偏离时，进行使该太阳能板20的角度复原的复原控制。在复原控制中，在从太阳能板20的角度产生偏离起到经过了规定的时间(第二规定时间)为止的这段期间内，不使驱动器41工作，而是等待强风停止，在经过了规定的时间(第二规定时间)后，使驱动器41工作来使太阳能板20的角度复原。通过这样的控制，能够在吹着强风的期间内，省去让驱动器41进行不必要的工作，比起在吹着强风的期间内始终让电动机工作的现有的太阳能板单元，能够缩短驱动器41的工作时间，从而减少耗电量。
根据上述第二方面的发明，使用气压式驱动器作为驱动器41。这样一来，在从太阳能板20的角度因强风作用而产生偏离起到经过了规定时间(第二规定时间)为止的这一期间中，能够利用该驱动器41的复原力来使太阳能板20的角度复原。当太阳能板20的角度在规定时间(第二规定时间)内未完全复原时，在那之后使该驱动器41开始工作，使太阳能板未复原的那部分角度复原。因此，能够进一步缩短使驱动器41工作的时间，从而能减少耗电量。
根据上述第三方面的发明，在气压供给部42与驱动器41之间的供气路44设置了安全阀43。这样一来，能够抑制驱动器41内的气压异常上升，能够防止该气压超过驱动器41、气压供给部42能承受的压力，从而能够防止驱动器41、气压供给部42损坏这样的情况发生。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的太阳能板单元的整体简要结构的立体图。
图2是结构略图，示出实施方式所涉及的驱动用支架、太阳能板和驱动器单元等。
图3是流程图，示出实施方式所涉及的控制部的控制流程。
图4是示出实施方式所涉及的、太阳能板的倾斜与由空气袋产生的复原力之间的关系的图。
图5是曲线图，示出实施方式所涉及的、时间与太阳能板的角度之间的关系。
图6是结构略图，示出其它实施方式所涉及的驱动用支架、太阳能板和驱动器单元等。
图7是结构略图，示出其它实施方式所涉及的驱动用支架、太阳能板和驱动器单元等。
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行详细的说明。需要说明的是，以下实施方式是本质上优选的示例，并没有意图对本发明、其应用对象或其用途的范围加以限制。
〈发明的第一实施方式〉
如图1和图2所示，本实施方式的太阳能板单元10具备多个太阳能板20，该太阳能板单元10构成为能使该多个太阳能板20追随太阳的动向。
太阳能板单元10具备：由多个太阳能板20构成的光追随板群2A；支承该光追随板群2A的支承机构30；以及使光追随板群2A做倾斜运动的驱动器单元40。
光追随板群2A具备多个模块单元2B，太阳能板20固定在模块单元2B上。例如，并列设置有五台模块单元2B。这五台模块单元2B沿着东西方向排列。
在各模块单元2B上安装有太阳能板20。各太阳能板20形成为平板状，太阳能板20的上表面为光接收面21。
支承机构30具备按每个模块单元2B设置的支架31、以及连结部件32，该模块单元2B设置在该支架31上，该连结部件32将模块单元2B连结起来。
支架31支承太阳能板20，使该太阳能板20面向北方且朝上倾斜。五个支架31中位于中央的支架31构成驱动用支架31A，该驱动用支架31A用于使位于该驱动用支架31A上的模块单元2B朝东西方向转动。位于中央支架31的左方的两个支架31和右方的两个支架31构成从动用支架31B，该从动用支架31B上的模块单元2B随着驱动用支架31A上的模块单元2B转动而转动。
各支架31具备：底座33(参照图2)；将模块单元2B连结到该底座33上的撑条34；以及连结在该撑条34上，并且安装在模块单元2B上的转轴35。转轴35沿着模块单元2B的长度方向即南北方向延伸，并且安装在模块单元2B上，使模块单元2B朝左右方向即东西方向转动。转轴35位于太阳能板20的左右方向(东西方向)上的中央处。
连结部件32以销连结在五个模块单元2B的一端，连结部件32构成为使从动用支架31B上的模块单元2B随着驱动用支架31A上的模块单元2B转动而转动。
驱动器单元40具备驱动器41、气压供给部42以及安全阀43。
驱动器41与太阳能板20相连结，驱动器41用于使该太阳能板20转动。该驱动器41是受气压驱动而伸缩的气压式驱动器，该驱动器41具备空气袋41a和连杆41b。
空气袋41a设置在驱动用支架31A上，并且形成为能够沿着上下方向自由地伸缩。该空气袋41a的下端经由供气路44与气压供给部42的空气阀42c相连接。
连杆41b是沿着上下方向延伸的棒状部件，连杆41b的上端与太阳能板20相连结，连杆41b的下端与空气袋41a的上端相连结。
驱动器41构成为：若从气压供给部42向空气袋41a供给空气，使气压作用在空气袋41a上，该空气袋41a就会朝上伸长，而且连杆41b随之将太阳能板20朝上推压。并且，驱动器41构成为：若空气从空气袋41a流向气压供给部42，从而作用在空气袋41a上的气压消失，空气袋41a就会因为太阳能板20本身的重量而收缩。
气压供给部42用于对驱动器41供给气压，或者使空气从驱动器41排出，从而使驱动器41工作(伸缩)。气压供给部42具备空气压缩机42a、储气筒42b以及空气阀42c。
空气压缩机42a用于喷出具有规定压力的空气(压力空气)。
储气筒42b与空气压缩机42a相连接，用于储存从空气压缩机42a喷出的压力空气。
空气阀42c与储气筒42b相连接。该空气阀42c是三位换向阀，构成为在下述状态之间切换，即：从储气筒42b向空气袋41a供给空气的状态；以及将空气从空气袋41a向外部排出的状态。空气阀42c经由信号线与微型计算机部71相连接。由该微型计算机部71控制空气阀42c的开闭。
安全阀43设置在供气路44上。该安全阀43用于在空气阀42c关闭，从而空气袋41a与储气筒42b、以及空气袋41a与外部之间分别不连通时，防止空气袋41a内的气压异常上升。在本实施方式的太阳能板单元10中，若太阳能板20受到强风等外力作用而朝空气袋41a的收缩方向转动，空气袋41a内的空气就会被压缩，从而空气袋41a内的气压上升。但是，一旦该气压到达安全阀43的设定压力，空气就会从安全阀43向外部释放，因此能够避免气压异常上升。
太阳能板单元10具备功率调节器50、角度传感器60以及控制器70。
功率调节器50构成功率转换部，该功率转换部用于将从太阳能板20输出的直流电转换成交流电。从功率调节器50输出的交流电供向规定的负载(省略图示)。
角度传感器60用于检测太阳能板20的角度(倾斜角)，该角度传感器60构成本发明的角度检测部。角度传感器60安装在驱动用支架31A的转轴35上。本实施方式的角度传感器60由角度电位计构成，该角度电位计的输出电压根据太阳能板20的角度发生变化。角度传感器60的检测信号适当地输入到微型计算机部71中，由微型计算机部71进行运算并作为检测角储存起来。
从太阳能板20输出的直流电的一部分供向控制器70。控制器70具备微型计算机部71，该微型计算机部71具有指令角设定部72和控制部73。
指令角设定部72用于每隔规定时间(每隔本发明所涉及的第一规定时间)对太阳能板20的指令角进行设定。指令角是根据太阳的方向定出的太阳能板20的角度，例如可以设定、改变为使利用太阳能板20所获得的发电量成为最大值那样的角度。具体而言，将指令角设定为下述那样的角度，即：太阳能板20的光接收面21在早晨时朝向东侧；太阳能板20的光接收面21在中午时朝向几乎正上方；太阳能板20的光接收面21在傍晚时朝向西侧。在本实施方式中，在从早晨到傍晚的这段期间内，每隔一分钟就进行该指令角的设定。需要说明的是，上述规定时间(第一规定时间)的长度只是一例，本发明不局限在上述规定时间。
控制部73用于使驱动器41工作，从而控制太阳能板20的角度。具体而言，控制部73控制驱动器41的工作，使利用角度传感器60检测到的太阳能板20的检测角成为指令角设定部72所设定的指令角。控制部73进行追随控制和复原控制。
追随控制是配合太阳的动向，使太阳能板20追随太阳的动向的控制。每当指令角设定部72设定了新的指令角(每隔一分钟)，就进行追随控制，控制部73控制驱动器41的工作，使太阳能板20的角度(检测角)与该新的指令角一致。
复原控制是当强风等外力作用在太阳能板20上而导致太阳能板20的角度偏离时，使该角度复原的控制。在追随控制和下一次的追随控制之间，当太阳能板20的角度(检测角)偏离了指令角时，进行复原控制。从太阳能板20的角度(检测角)偏离了指令角的时刻起经过了规定时间(本发明所涉及的第二规定时间)后，控制部73使驱动器41开始工作。在本实施方式中，该规定时间(第二规定时间)设定为五秒。需要说明的是，该规定时间(第二规定时间)的长度只是一例，本发明不局限在上述规定时间。
－工作情况－
对太阳能板单元10的工作情况进行说明。
早晨时，当阳光照射到太阳能板20的光接收面21，太阳能板20就会产生直流电，一部分该直流电供向控制器70，从而启动太阳能板单元10。
一旦太阳能板单元10启动，控制部73就进行太阳能板20的驱动控制。控制部73按照图3中所示的控制流程进行追随控制和复原控制。
(追随控制)
对追随控制的动作进行说明。
首先，在步骤ST1中，控制部73对太阳能板20是否成为希望的角度进行判断。具体而言，对利用角度传感器60检测到的检测角是否与由指令角设定部72所设定的指令角相等进行判断。
在步骤ST1中，当指令角设定部72未设定新的指令角时，控制部73就判断为检测角与指令角相等，流程移向步骤ST2。然后，在执行标志未设置好的状态下，回到步骤ST1，反复进行步骤ST1、步骤ST2。之后，一旦指令角设定部72设定了新的指令角，控制部73就判断检测角与指令角不同，流程移向步骤ST3。
在步骤ST3中，对是否设置了执行标志进行判断。当在步骤ST1中判断为检测角与指令角不同时，设置该执行标志。具体而言，在步骤ST1中，一旦判断为检测角与指令角不同，则由于执行标志在刚完成判断后(在第一次的循环中)还未被设置好，因此流程移向步骤ST4，设置执行标志。之后(在第二次以后的循环中)，由于执行标志已设置好，因此流程移向步骤ST5。
在步骤ST5中，进行下述判断，即：从做出了检测角与指令角不同这一判断起是否经过了规定时间以上(在此为五秒以上)。当该经过时间在规定时间内(五秒以内)时，按步骤ST1、ST3、ST5的顺序反复进行这些步骤。当该经过时间到达规定时间(五秒)时，流程移向步骤ST6。
在步骤ST6中，气压供给部42工作，从而驱动器41工作。具体而言，一旦控制信号从微型计算机部71输出到气压供给部42的空气阀42c，空气阀42c就被切换为储气筒42b和驱动器41的空气袋41a相连通，气压从储气筒42b供向空气袋41a。一旦该气压作用在空气袋41a上而使空气袋41a伸长，连杆41b就上升，从而太阳能板20被朝上推压。然后，太阳能板20因为被推压而转动，直到检测角与指令角一致(步骤ST7)。之后，流程从步骤ST7回到步骤ST1，执行标志在步骤ST2中被解除，追随控制结束。
(复原控制)
接着，对复原控制的动作进行说明。在追随控制和下一次的追随控制之间，当太阳能板20受强风等外力的作用而使太阳能板20的角度(检测角)偏离了指令角时，进行复原控制。
一旦太阳能板20的角度(检测角)偏离，在步骤ST1中就判断为检测角与指令角不同，流程移向步骤ST3。
接着，在步骤ST3中，对是否设置了执行标志进行判断。在步骤ST1中，一旦判断为检测角与指令角不同，则由于执行标志在刚完成判断后(在第一次的循环中)还未被设置好，因此流程移向步骤ST4，设置执行标志。之后(在第二次以后的循环中)，由于执行标志已设置好，因此流程移向步骤ST5。
接着，在步骤ST5中，进行下述判断，即：从做出了太阳能板20的角度受外力(强风)作用偏离而使得检测角与指令角不同这一判断起是否经过了规定时间以上(在此为五秒以上)。具体而言，当该经过时间在规定时间内(五秒以内)时，按步骤ST1、ST3、ST5的顺序反复进行这些步骤。当该经过时间到达规定时间(五秒)时，流程移向步骤ST6。如上所述，在步骤ST5中，出现了规定时间(五秒)那样长的待机状态，该待机状态是在步骤ST6中使驱动器41工作之前出现的。
在上述待机时间中(在五秒之间)，空气袋41a产生复原力，该复原力作用在太阳能板20上。详细而言，如图4(a)所示，当太阳能板20相对于指令角的位置(参照图4(b))朝东侧(倾斜角变大的方向)倾斜时，空气袋41a就收缩，空气袋41a内的气压上升。因此，空气袋41a沿着伸长方向产生复原力，太阳能板20受该复原力作用而回到指令角的位置。相反地，如图4(c)所示，当太阳能板20相对于指令角的位置(参照图4(b))朝西侧(倾斜角变小的方向)倾斜时，空气袋41a就伸长，空气袋41a内的气压下降。因此，空气袋41a沿着收缩方向产生复原力，太阳能板20受该复原力作用而回到指令角的位置。其结果是，如图5所示，太阳能板20在受外力作用而倾斜后，在一段时间内会受复原力作用而在指令角附近振动，不久后该振动衰减，太阳能板20逐渐接近指令角的位置。当太阳能板20在上述待机时间中(在五秒之间)完全回到了指令角的位置时，在步骤ST1就判断为检测角与指令角相等，执行标志在步骤ST2中被解除，复原控制结束。
在步骤ST6中，当太阳能板20在上述待机时间中(在五秒之间)未完全回到指令角的位置时(检测角与指令角不一致时)，气压供给部42工作，从而驱动器41工作。
具体而言，当检测角小于指令角时，空气阀42c被切换为储气筒42b与空气袋41a相连通的状态，气压从储气筒42b供向空气袋41a。一旦该气压作用在空气袋41a上而使空气袋41a伸长，连杆41b就上升，从而太阳能板20被朝上推压。然后，太阳能板20因为被推压而转动，直到检测角与指令角一致(步骤ST7)。之后，流程从步骤ST7回到步骤ST1，执行标志在步骤ST2中被解除，复原控制结束。
另一方面，当检测角大于指令角时，空气阀42c被切换为空气袋41a与外部相连通的状态，空气从空气袋41a排向外部。然后，太阳能板20边以其重量使空气袋41a收缩，边转动直到检测角与指令角一致(步骤ST7)。之后，流程从步骤ST7回到步骤ST1，执行标志在步骤ST2中被解除，复原控制结束。
－实施方式的效果－
根据上述实施方式，当太阳能板20的角度因强风作用而偏离时，进行使太阳能板20的角度复原的复原控制。在复原控制中，从太阳能板20的角度产生偏离起到经过了规定时间(五秒)为止的这一期间内，不使驱动器41工作，而是等待强风停止，在经过了规定时间(五秒)后，使驱动器41工作来使太阳能板20的角度复原。通过这样的控制，能够在吹着强风期间中，省去让驱动器41进行不必要的工作，比起在吹着强风的期间中始终让电动机工作的现有的太阳能板单元，能够缩短驱动器41的工作时间，从而减少耗电量。
此外，根据上述实施方式，做到了使用气压式驱动器作为驱动器41。这样一来，在从太阳能板20的角度因强风作用而产生偏离起到经过了规定时间(五秒)为止的这一期间中，能够利用该驱动器41的复原力来使太阳能板20的角度复原。当太阳能板20的角度在规定时间内(五秒以内)未完全复原时，在那之后使该驱动器41开始工作，使太阳能板未复原的那部分角度复原。因此，能够进一步缩短使驱动器41工作的时间，从而能减少耗电量。
此外，根据上述实施方式，在空气阀42c和空气袋41a之间的供气路44上设置了安全阀43。这样一来，即使太阳能板20因强风的作用而朝空气袋41a的收缩方向转动，也能够抑制空气袋41a内的气压异常上升。其结果是，能够防止空气袋41a内的气压超过空气袋41a、空气阀42c能承受的压力，从而能够防止空气袋41a、空气阀42c损坏这样的情况发生。
〈其它实施方式〉
在上述实施方式中，以一个三位换向阀构成气压供给部42的空气阀42c。但是，该空气阀42c只要是能够在从储气筒42b向空气袋41a供给空气的状态和从空气袋41a向外部排出空气的状态之间切换的阀即可，例如，也可以如图6所示那样，以两个二位换向阀来构成空气阀。
在上述实施方式中，利用一个驱动器41来使太阳能板20转动。但是，驱动器41的结构不限于此，例如，也可以如图7所示那样，利用两个驱动器41来使太阳能板20转动。在该情况下，两个驱动器41构成为：一个驱动器41的空气袋41a伸长，另一个驱动器41的空气袋41a就收缩。而且，空气阀42c是由具有三个通口的两个切换阀构成的，并且构成为交替地形成边从储气筒42b向一个空气袋41a供给气压使该空气袋41a伸长，边从另一个空气袋41a向外部排出空气使该空气袋41a收缩的状态。
在上述实施方式中，以与复原控制相同的控制流程(参照图3)来进行追随控制。也就是说，在追随控制中，与复原控制同样地，在从做出了检测角与指令角不同的判断起经过了规定时间后(五秒后)，使驱动器41工作。但是，追随控制的控制流程不局限于此，例如，也可以在刚做出了检测角与指令角不同的判断后，就使驱动器41工作。通过这样，能够提高太阳能板20对太阳的动向的追随性。
在上述实施方式的复原控制中，在从检测角与指令角之间产生偏离起经过了规定时间后使驱动器41开始工作，但本发明不局限于此，例如，也可以在从之前的复原控制结束时起经过了规定时间后使驱动器41开始工作。
－产业实用性－
如以上说明那样，本发明对太阳光追随式太阳能板单元是有用的。
－符号说明－
10    太阳能板单元
20    太阳能板
41    驱动器
42    气压供给部
43    安全阀
44    供气路
60    角度传感器(角度检测部)
72    指令角设定部
73    控制部

Claims (3)

1.一种太阳能板单元，其具备：
太阳能板(20)，其被支承着能自由地转动；
驱动器(41)，其与该太阳能板(20)连结，并使该太阳能板(20)转动；
角度检测部(60)，其用于检测上述太阳能板(20)的角度；以及
控制部(73)，其使上述驱动器(41)工作来使由该角度检测部(60)检测到的上述太阳能板(20)的检测角成为指令角，
其特征在于：
上述指令角是根据太阳的方向定出的上述太阳能板(20)的角度，
所述太阳能板单元具备指令角设定部(72)，其用于每隔第一规定时间对该指令角进行设定，
每当上述指令角设定部(72)设定了上述指令角，上述控制部(73)就进行使上述驱动器(41)工作来使上述检测角成为上述指令角的追随控制，
当上述检测角在上述追随控制和下一次的追随控制之间偏离了上述指令角时，上述控制部(73)进行复原控制，在该复原控制中，在经过了第二规定时间后使上述驱动器(41)开始工作来使上述太阳能板(20)的角度复原。
2.根据权利要求1所述的太阳能板单元，其特征在于：
上述驱动器(41)利用气压来使上述太阳能板(20)转动。
3.根据权利要求2所述的太阳能板单元，其特征在于：
所述太阳能板单元具备：
气压供给部(42)，其用于对上述驱动器(41)供给气压；以及
供气路(44)，其连接在该气压供给部(42)和上述驱动器(41)之间，
在该供气路(44)上设有将空气朝外部释放的安全阀(43)。
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