JP2000196126A

JP2000196126A - 太陽追尾式発電システムの太陽追尾装置及び太陽追尾方法

Info

Publication number: JP2000196126A
Application number: JP10371247A
Authority: JP
Inventors: Makoto Makino; 誠牧野; Masatoshi Shibata; 匡利柴田; Hiroyuki Aiba; 裕之相場; Mitsuhiro Sanuki; 光洋佐貫
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストであるにも拘わらず最大の発電効率を
維持しながら太陽を追尾することのできる太陽追尾式発
電システムの太陽追尾装置及び方法を提供する。【解決手段】１又は２以上のソーラーセルを含む発電ユ
ニット１３と、該発電ユニットから出力される電力を検
出する電力検出手段３０、３１と、該電力検出手段で検
出される電力が最大になる前記発電ユニットの方向を検
出する最大電力方向検出手段１６と、太陽の方向を検出
する太陽方向検出手段２１と、該太陽方向検出手段で検
出された太陽の方向と前記最大電力方向検出手段で検出
された電力が最大になる方向との差分を算出する算出手
段１６と、前記太陽方向検出手段で検出された太陽の方
向を該算出手段で算出された差分だけ補正した方向に、
前記発電ユニットを所定時間間隔で動かし、以て太陽を
追尾する追尾制御手段１６、とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽を追尾しなが
ら太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽追
尾式発電システムの太陽追尾装置及び太陽追尾方法に関
し、特に、常に最大電力が得られるように太陽を追尾す
る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽光発電システムとして、平板
式発電システムと追尾式発電システムとが知られてい
る。平板式発電システムは、例えば家屋の屋根に平面的
に配列された太陽電池パネルから電力を取り出すように
構成されている。この平板式発電システムでは、光電変
換を行うためのソーラーセルは固定的に配置されている
ので、太陽の方位及び仰角によっては太陽光の多くがロ
スされ、実質の有効発電時間が短いという欠点がある。

【０００３】一方、太陽追尾式発電システムは、例えば
図１６に示すように、支柱１０に回動自在に支持された
フレーム１１に複数の発電モジュール１２から成る発電
ユニット１３が取り付けられて構成されている。各発電
モジュール１２は、図示しない複数のソーラーセルを備
えており、各ソーラーセルで発生された直流電力は積算
されてこの発電モジュール１２の外部に出力される。な
お、集光式を採用する太陽追尾式発電システムでは、上
記発電モジュール１２の表面に各ソーラーセルに対応す
る集光レンズが設けられており、このレンズで集光され
た光がソーラーセルに照射される。

【０００４】この太陽追尾式発電システムでは、例えば
各発電モジュール１２が電気的に直列に接続されてい
る。従って、各発電モジュール１２からの直流電力は積
算され、発電ユニット１３の発生電力として導線１４を
介してインバータ１５に供給される。インバータ１５
は、入力された直流電力を交流電力に変換する。このイ
ンバータ１５から出力される交流電力が消費に供され
る。

【０００５】支柱１０の下端部には、フレーム１１全体
を方位角方向に回動させるためのアジマスアクチュエー
タ１７が設けられている。このアジマスアクチュエータ
１７はモータ１８によって駆動される。また、支柱１０
の上端部には、フレーム１１全体を仰角方向に回動させ
るためのリニアアクチュエータ１９が設けられている。
このリニアアクチュエータ１９はモータ２０によって駆
動される。モータ１８及び２０は、回転方向及び回転量
を制御可能な例えばステッピングモータで構成されてい
る。

【０００６】また、フレーム１１の所定部位（図１６中
の上方）には、太陽位置を検出するための太陽位置セン
サ２１が設けられている。この太陽位置センサ２１から
得られる太陽の方向を表す信号は、制御装置１６に供給
される。

【０００７】制御装置１６は、後述するようにして検出
される太陽の方向に応じてアジマスアクチュエータ１７
及びリニアアクチュエータ１９を作動させるための追尾
制御信号を生成する。この追尾制御信号は、例えばステ
ッピングモータを回転させるためのパルス列信号で構成
されており、モータドライバ２２を介してモータ１８及
びモータ２０に供給される。モータ１８及び２０は、こ
の追尾制御信号で指定された方向に指定された量だけ回
転することによりフレーム１１に取り付けられた発電ユ
ニット１３を動かす。これにより、発電ユニット１３の
受光面が常に太陽に垂直に対向するように、つまり太陽
を追尾するように制御される。従って、この太陽追尾式
発電システムでは、太陽光が存在する限りは発電が行わ
れるので、実質の有効発電時間が長くなるという利点が
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の太陽追尾式発電システムでは、太陽を追尾するため
に、上記制御装置１６は、次の何れかの方法によって太
陽の方向を検出している。第１は、太陽位置センサ２１
からの信号に基づいて太陽の方向を検出する方法であ
る。第２は、太陽追尾式発電システムが設置されている
位置（経度及び緯度）、年月日及び時刻に基づく計算
（以下、「太陽位置計算」と略する）により太陽の方向
を検出する方法である。制御装置１６は、これらの方法
によって検出された太陽の方向に基づいて追尾制御信号
を生成している。

【０００９】このような太陽追尾式発電システムの発電
ユニット１３に備えられたソーラーセルは、その全てが
同一平行光軸になるように取り付けられ、且つ太陽から
の光を垂直に受けるように制御されるのが発電効率上最
も望ましい。

【００１０】しかしながら、太陽追尾式発電システム
は、例えば部品自体の誤差、組立時に発生する誤差、設
置時に発生する誤差といった種々の構造的誤差を有する
ので、全てのソーラーセルが同一平行光軸になるように
取り付けられている訳ではない。その結果、上記第１及
び第２の方法で検出された太陽の方向に基づいて制御さ
れる発電ユニットの方向は、必ずしも最大発電量が得ら
れる方向であるとは言えない。

【００１１】また、従来の追尾制御方法では、多くの構
造的誤差からくる追尾誤差を数値として定量化できない
ため、追尾座標には常に一定の誤差が含まれたまま追尾
制御が行われている。従って、従来の太陽追尾式発電シ
ステムは、最大効率で発電するように運転されていると
は言えない。これらの構造的誤差をなくすためには技術
的に相当の困難を伴うと共に、組立や調整に相当の時間
が必要になるので、太陽追尾式発電システム全体として
のコストが高くなるという問題がある。

【００１２】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、その目的は、低コストであるに
も拘わらず最大の発電効率を維持しながら太陽を追尾す
ることのできる太陽追尾式発電システムの太陽追尾装置
及び太陽追尾方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様に係
る太陽追尾式発電システムの太陽追尾装置は、上記目的
を達成するために、１又は２以上のソーラーセルを含む
発電ユニットと、該発電ユニットから出力される電力を
検出する電力検出手段と、該電力検出手段で検出される
電力が最大になる前記発電ユニットの方向を検出する最
大電力方向検出手段と、太陽の方向を検出する太陽方向
検出手段と、該太陽方向検出手段で検出された太陽の方
向と前記最大電力方向検出手段で検出された電力が最大
になる方向との差分を算出する算出手段と、前記太陽方
向検出手段で検出された太陽の方向を該算出手段で算出
された差分だけ補正した方向に、前記発電ユニットを所
定時間間隔で動かし、以て太陽を追尾する追尾制御手
段、とを備えている。

【００１４】この太陽追尾装置が適用される太陽追尾式
発電システムは、太陽を追尾しながら発電するシステム
であれば、レンズによって集光された光をソーラーセル
で光電変換するといった集光式であると否とを問わな
い。この太陽追尾装置の電力検出手段としては、発電ユ
ニットから出力される電圧を検出する電圧計及び電流を
検出する電流計で構成できる。この場合、検出された電
圧と電流との積が、検出された電力として使用される。
また、上記最大電力方向検出手段、算出手段及び追尾制
御手段は、例えば中央処理装置（以下、「ＣＰＵ」とい
う）で構成できる。

【００１５】この第１の態様に係る太陽追尾装置におい
ては、前記太陽方向検出手段は、太陽位置を検出する太
陽位置センサからの信号に基づいて、又は前記太陽追尾
式発電システムが設置されている位置並びに年月日及び
時刻に基づいて、太陽の方向を検出するように構成でき
る。また、前記算出手段で差分が算出される時間間隔
は、前記追尾制御手段で前記発電ユニットが動かされる
所定時間間隔に比べて大きくなるように構成できる。ま
た、前記最大電力方向検出手段は、前記発電ユニットの
仰角及び方位角を、該発電ユニットが可動範囲の中心に
ある場合の仰角及び方位角からそれぞれ所定角度の範囲
で変化させることにより前記電力検出手段で検出される
電力が最大になる該発電ユニットの方向を検出するよう
に構成できる。

【００１６】この太陽追尾装置においては、太陽方向検
出手段によって従来と同様の方法で検出された現在の太
陽方向と最大電力方向検出手段で検出された最大発電量
が得られる方向との差分が予め算出される。そして、実
際に太陽を追尾制御する場合は、所定時間間隔毎に、太
陽方向検出手段で太陽の方向を検出する。そして、この
検出された太陽の方向を、上記差分を用いて補正するこ
とにより最大発電量が得られる方向を求め、この求めら
れた方向に発電ユニットを向けて発電する。従って、発
電ユニットは、太陽追尾式発電システムに構造的誤差が
あるかどうかとは無関係に、常に最大発電量が得られる
状態で発電することになる。

【００１７】また、最大電力方向検出手段は、発電ユニ
ットを動かしながら電力検出手段で検出される電力が最
大になる、換言すれば最大発電量が得られる発電ユニッ
トの方向を検出する。従って、仮に、この最大電力方向
検出手段による検出結果だけを用いて太陽を追尾すれば
常に最大効率で発電できる反面、電力が最大になる発電
ユニットの方向の検出に時間がかかると共に多くの電力
を消費する。

【００１８】そこで、この第１の態様に係る太陽追尾装
置では、実際の追尾に先だって上記差分を算出し、実際
の追尾の際は、所定時間間隔で太陽方向検出手段で検出
される太陽の方向をこの差分で補正することにより最大
発電量が得られる方向を求め、以て追尾を行うようにし
ている。上記差分は、例えば１日に１回、１月に１回、
１年に１回、太陽追尾式発電システムの設置時に１回等
のタイミングで算出するように構成できる。従って、最
大電力方向検出手段によって最大発電量が得られる発電
ユニットの方向を検出する回数を少なくできるので、上
述した問題は発生しない。

【００１９】また、この第１の態様に係る太陽追尾装置
では、前記最大電力方向検出手段は、前記発電ユニット
の仰角及び方位角を、前記太陽方向検出手段で検出され
た太陽の方向を表す仰角及び方位角からそれぞれ所定角
度の範囲で変化させることにより前記電力検出手段で検
出される電力が最大になる該発電ユニットの方向を検出
するように構成できる。この構成によれば、最大電力方
向検出手段は、太陽方向検出手段で検出された太陽の方
向から狭い範囲で発電ユニットを動かすことにより電力
が最大になる方向を検出できるので、検出にかかる時間
及び検出ために消費される電力を低減できる。

【００２０】本発明の第２の態様に係る太陽追尾式発電
システムの太陽追尾方法は、上記と同様の目的で、１又
は２以上のソーラーセルを含む発電ユニットから出力さ
れる電力が最大になる該発電ユニットの方向を検出し、
太陽の方向を検出し、該検出された太陽の方向と前記検
出された発電ユニットの方向との差分を算出し、前記検
出された太陽の方向を該算出された差分だけ補正した方
向に、前記発電ユニットを所定時間間隔で動かし、以て
太陽を追尾するように構成されている。

【００２１】この第２の態様に係る太陽追尾方法におい
ては、前記太陽の方向を検出するステップは、太陽位置
を検出する太陽位置センサからの信号に基づいて、又は
太陽追尾式発電システムが設置されている位置並びに年
月日及び時刻に基づいて、太陽の方向を検出するように
構成できる。また、前記差分が算出される時間間隔は、
前記発電ユニットが動かされる所定時間間隔に比べて大
きくなるように構成できる。

【００２２】また、前記発電ユニットから出力される電
力が最大になる該発電ユニットの方向を検出するステッ
プは、前記発電ユニットの仰角及び方位角を、該発電ユ
ニットが可動範囲の中心にある場合の仰角及び方位角か
らそれぞれ所定角度の範囲で変化させることにより該発
電ユニットから出力される電力が最大になる該発電ユニ
ットの方向を検出するように構成できる。更に、前記発
電ユニットから出力される電力が最大になる該発電ユニ
ットの方向を検出するステップは、前記発電ユニットの
仰角及び方位角を、前記検出された太陽の方向を表す仰
角及び方位角からそれぞれ所定角度の範囲で変化させる
ことにより該発電ユニットから出力される電力が最大に
なる該発電ユニットの方向を検出するように構成でき
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、本
発明の太陽追尾装置が適用された太陽追尾式発電システ
ムを例に挙げて、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、従来の技術の欄で説明した部分と同一又は相当部
分には同一の符号を付して説明を省略乃至簡略化する。

【００２４】図１は、本発明が適用された太陽追尾式発
電システムの全体の構成示す図である。従来の太陽追尾
式発電システムと異なる点は、発電ユニット１３からイ
ンバータ１５に導かれる導線１４の途中に、電圧計３０
及び電流計３１が設けられている点である。この電圧計
３０及び電流計３１は、本発明の電力検出手段に対応す
る。この電圧計３０で検出された電圧値及び電流計３１
で検出された電流値は、制御装置１６に供給される。

【００２５】制御装置１６は、本発明の最大電力方向検
出手段、算出手段及び追尾制御手段に対応する。この制
御装置１６は、例えばＣＰＵで構成されている。この制
御装置１６には、例えばＲＯＭで構成されたプログラム
メモリ４０及びＲＡＭで構成されたワークメモリ４１が
接続されている。プログラムメモリ４０には、この制御
装置１６を動作させるための制御プログラム、固定デー
タ等が記憶されている。

【００２６】また、ワークメモリ４１は、制御装置１６
が各種処理を行う際のテンポラリのメモリとして使用さ
れる。このワークメモリ４１には、後述する原点仰角レ
ジスタ、原点方位角レジスタ、最大発電量レジスタ、最
適仰角レジスタ、最適方位角レジスタ、差分仰角レジス
タ、差分方位角レジスタ等が定義されている。

【００２７】次に、制御装置１６で行われる処理のう
ち、最大電力方向検出手段を実現するための処理（以
下、「最大電力方向検出処理」という）を、図２〜図５
に示したフローチャートを参照しながら説明する。

【００２８】この最大電力方向検出処理では、先ず追尾
可能であるかどうかが調べられる（ステップＳ１０）。
これは、一定以上の照度が一定時間継続して得られるか
どうかを照度計（図示しない）で計測することにより行
われる。ここで、例えば曇天のために一定以上の照度が
得られない場合、移動する雲の塊によって太陽光が遮ら
れることにより一定以上の照度が間欠的にしか得られな
い場合等は、追尾不可能であることが判断され、最大電
力方向検出処理は終了する。

【００２９】なお、追尾可能であるかどうかは、他の方
法で判断することもできる。例えば太陽位置センサ２１
からの信号に基づいて現在の太陽の方向を表す仰角及び
方位角を算出し、この算出された仰角及び方位角方向に
発電ユニット１３を向け、この状態で発電ユニット１３
から一定以上の電力が一定時間継続して得られるかどう
かを調べることにより判断することもできる。この場
合、太陽の現在の仰角及び方位角は、太陽位置センサ２
１からの信号に基づいて算出する代わりに、太陽位置計
算により求めることもできる（このことは、以下におい
ても同じである）。

【００３０】上記ステップＳ１０で追尾可能であること
が判断されると、次いで、仰角と方位角とにより特定さ
れる原点が算出される（ステップＳ１１）。具体的に
は、発電ユニット１３（フレーム１１）の仰角方向の可
動範囲の中心方向が算出されて、原点の仰角とされる。
同様に、方位角方向の可動範囲の中心方向が算出されて
原点の方位角とされる。ここで得られた原点の仰角を表
すデータは原点仰角レジスタ及び最適仰角レジスタに格
納され、方位角を表すデータは原点方位角レジスタ及び
最適方位角レジスタに格納される。

【００３１】次いで、発電ユニット１３を原点に移動さ
せる処理が行われる（ステップＳ１２）。即ち、制御装
置１６は、発電ユニット１３の現在の仰角から上記原点
仰角レジスタの内容を例えば減算する。その結果、正の
値が得られた場合は、発電ユニット１３をその値に応じ
た角度だけ仰角が減少する方向に動かすための追尾制御
信号を生成する。一方、負の値が得られた場合は、発電
ユニット１３をその値に応じた角度だけ仰角が増加する
方向に動かすための追尾制御信号を生成する。この追尾
制御信号がモータ２０に供給されることにより、リニア
アクチュエータ１９が駆動され、発電ユニット１３は原
点の仰角方向に向けられる。

【００３２】同様に、制御装置１６は、発電ユニット１
３の現在の方位角から上記原点方位角レジスタの内容を
例えば減算する。その結果、正の値が得られた場合は、
発電ユニット１３をその値に応じた角度だけ方位角が減
少する方向（例えば左方向、以下同じ）に動かすための
追尾制御信号を生成する。一方、負の値が得られた場合
は、発電ユニット１３をその値に応じた角度だけ方位角
が増加する方向（例えば右方向、以下同じ）に動かすた
めの追尾制御信号を生成する。この追尾制御信号がモー
タ１８に供給されることにより、アジマスアクチュエー
タ１７が駆動され、発電ユニット１３は原点の方位角方
向に向けられる。

【００３３】以上のようにして原点への移動が完了する
と、次いで、現在の発電量が算出される（ステップＳ１
３）。即ち、電圧計３０から現在の電圧値が、電流計３
１から現在の電流値がそれぞれ取り込まれ、これらが乗
算される。この乗算結果は、原点における発電量とし
て、最大発電量レジスタに格納される。

【００３４】以下、最適仰角を検索する処理が実行され
る。先ず、発電ユニット１３の仰角が０．１゜だけ増加
される（ステップＳ１４）。即ち、制御装置１６は、発
電ユニット１３を０．１゜だけ仰角が増加する方向に動
かすための追尾制御信号を生成してモータ２０に供給す
る。これにより、リニアアクチュエータ１９が駆動さ
れ、発電ユニット１３の仰角が０．１゜だけ増加する。

【００３５】次いで、上記ステップＳ１４で仰角が０．
１゜だけ増加された結果、仰角が上限角度を越えたかど
うかが調べられる（ステップＳ１５）。仰角の上限角度
としては、例えば９０゜（発電ユニット１３が水平にさ
れた状態）を用いることができる。ここで上限角度を越
えていないことが判断されると、現在の発電量が算出さ
れる（ステップＳ１６）。この処理は、上記ステップＳ
１３の処理と同じである。

【００３６】次いで、最大発電量を更新すべきかどうか
が調べられる（ステップＳ１７）。具体的には、上記ス
テップＳ１６で算出された現在発電量と、最大発電量レ
ジスタの内容とが比較される。ここで最大発電量を更新
すべき、つまり現在発電量が最大発電量レジスタの内容
より大きいことが判断されると、その現在発電量が過去
に算出された発電量の中で最も大きいことが認識され、
最大発電量レジスタに格納される（ステップＳ１８）。

【００３７】次いで、現在の仰角を表すデータが最適仰
角レジスタに格納される（ステップＳ１９）。これによ
り、最大発電量が得られる仰角が最適仰角レジスタに格
納される。その後、シーケンスはステップＳ１４に戻
る。上記ステップＳ１７で最大発電量を更新すべきでな
い、つまり現在発電量が最大発電量レジスタの内容以下
であることが判断された場合も、シーケンスはステップ
Ｓ１４に戻る。

【００３８】以下、ステップＳ１４〜Ｓ１９が繰り返し
実行されることにより、原点から仰角が増加する方向に
０．１゜毎に発電量が調べられ、最大発電量が更新され
る毎に、その最大発電量が最大発電量レジスタに、その
時の仰角を表すデータが最適仰角レジスタにそれぞれ格
納される。上記ステップＳ１４〜Ｓ１９の繰り返し実行
の過程で、ステップＳ１５において上限角度を越えたこ
とが判断されると、シーケンスはステップＳ２０に分岐
する。

【００３９】ステップＳ２０では、発電ユニット１３を
原点に移動させる処理が行われる。この処理は上述した
ステップＳ１２の処理と同じである。次いで、発電ユニ
ット１３の仰角が０．１゜だけ減少される（ステップＳ
２１）。即ち、制御装置１６は、発電ユニット１３を
０．１゜だけ仰角が減少する方向に動かすための追尾制
御信号を生成してモータ２０に供給する。これにより、
リニアアクチュエータ１９が駆動され、発電ユニット１
３の仰角が０．１゜だけ減少する。

【００４０】次いで、上記ステップＳ１４で仰角が０．
１゜だけ減少された結果、仰角が下限角度を越えたかど
うかが調べられる（ステップＳ２２）。仰角の下限角度
としては、例えば０゜（発電ユニット１３が垂直にされ
た状態）を用いることができる。

【００４１】ここで下限角度を越えていないことが判断
されると、現在の発電量が算出される（ステップＳ２
３）。次いで、最大発電量を更新すべきかどうかが調べ
られ（ステップＳ２４）、最大発電量を更新すべきこと
が判断されると、ステップＳ２３で得られた発電量が最
大発電量レジスタに格納され（ステップＳ２５）、次い
でその時の仰角を表すデータが最適仰角レジスタに格納
される（ステップＳ２６）。その後、シーケンスはステ
ップＳ２１に戻る。上記ステップＳ２４で最大発電量を
更新すべきでないことが判断された場合も、シーケンス
はステップＳ２１に戻る。ステップＳ２３〜Ｓ２６の処
理は、上述したステップＳ１６〜Ｓ１９の処理とそれぞ
れ同じである。

【００４２】以下、ステップＳ２１〜Ｓ２６が繰り返し
実行されることにより、原点から仰角が減少する方向に
０．１゜毎に発電量が調べられ、最大発電量が更新され
る毎に、その最大発電量が最大発電量レジスタに、その
時の仰角を表すデータが最適仰角レジスタにそれぞれ格
納される。上記ステップＳ２０〜Ｓ２６の繰り返し実行
の過程で、ステップＳ２２において下限角度を越えたこ
とが判断されると、シーケンスはステップＳ２７に分岐
する。以上の処理により、最適仰角レジスタには、最大
発電量が得られる仰角を表すデータが残ることになる。

【００４３】ステップＳ２７以下では最適方位角を検索
する処理が実行される。即ち、先ず発電ユニット１３が
方位角方向の原点に移動される（ステップＳ２７）。こ
こで方位角方向の原点は、最適仰角（最適仰角レジスタ
に格納されている）と上記ステップＳ１１で得られた方
位角とで特定される方向（角度）をいう。

【００４４】このステップＳ２７の処理では、制御装置
１６は、例えば発電ユニット１３の現在の仰角から上記
最適仰角レジスタの内容を減算する。その結果、正の値
が得られた場合は、発電ユニット１３をその値に応じた
角度だけ仰角が減少する方向に動かすための追尾制御信
号を生成する。一方、負の値が得られた場合は、発電ユ
ニット１３をその値に応じた角度だけ仰角が増加する方
向に動かすための追尾制御信号を生成する。この追尾制
御信号がモータ２０に供給されることにより、リニアア
クチュエータ１９が駆動され、発電ユニット１３は最適
仰角方向に向けられる。

【００４５】また、制御装置１６は、例えば発電ユニッ
ト１３の現在の方位角から上記原点方位角レジスタの内
容を減算する。その結果、正の値が得られた場合は、発
電ユニット１３をその値に応じた角度だけ方位角が減少
する方向に動かすための追尾制御信号を生成する。一
方、負の値が得られた場合は、発電ユニット１３をその
値に応じた角度だけ方位角が増加する方向に動かすため
の追尾制御信号を生成する。この追尾制御信号がモータ
１８に供給されることにより、アジマスアクチュエータ
１７が駆動され、発電ユニット１３が原点の方位角方向
に向けられる。

【００４６】以上のようにして方位角方向の原点への移
動が完了すると、次いで、現在の発電量が算出される
（ステップＳ２８）。この処理は、上述したステップＳ
１３の処理と同じである。この処理で得られた現在の発
電量は、方位角方向の原点における発電量として、最大
発電量レジスタに格納される。

【００４７】次いで、発電ユニット１３の方位角が０．
１゜だけ増加される（ステップＳ２９）。即ち、制御装
置１６は、発電ユニット１３を０．１゜だけ方位角が増
加する方向に動かすための追尾制御信号を生成してモー
タ１８に供給する。これにより、アジマスアクチュエー
タ１７が駆動され、発電ユニット１３の方位角が０．１
゜だけ増加する。

【００４８】次いで、上記ステップＳ２９で方位角が
０．１゜だけ増加された結果、方位角が上限角度を越え
たかどうかが調べられる（ステップＳ３０）。この方位
角の上限角度としては、原点の方位角を０゜とした場合
の＋９０゜（発電ユニット１３が右側に９０゜回転され
た状態）を用いることができる。

【００４９】ここで上限角度を越えていないことが判断
されると、現在の発電量が算出される（ステップＳ３
１）。次いで、最大発電量を更新すべきかどうかが調べ
られ（ステップＳ３２）、最大発電量を更新すべきこと
が判断されると、ステップＳ３１で得られた発電量が最
大発電量レジスタに格納され（ステップＳ３３）、次い
でその時の方位角を表すデータが最適方位角レジスタに
格納される（ステップＳ３４）。これにより、最大発電
量が得られる方位角が最適方位角レジスタに格納され
る。その後、シーケンスはステップＳ２９に戻る。上記
ステップＳ３２で最大発電量を更新すべきでないことが
判断された場合も、シーケンスはステップＳ２９に戻
る。ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理は、上述したステッ
プＳ１６〜Ｓ１８の処理とそれぞれ同じである。

【００５０】以下、ステップＳ２９〜Ｓ３４が繰り返し
実行されることにより、方位角方向の原点から方位角が
増加される方向に０．１゜毎に発電量が調べられ、最大
発電量が更新される毎に、その最大発電量が最大発電量
レジスタに、その時の方位角を表すデータが最適方位角
レジスタにそれぞれ格納される。上記ステップＳ２９〜
Ｓ３４の繰り返し実行の過程で、ステップＳ３０におい
て上限角度を越えたことが判断されると、シーケンスは
ステップＳ３５に分岐する。

【００５１】ステップＳ３５では、発電ユニット１３を
方位角方向の原点に移動させる処理が行われる。この処
理は上述したステップＳ２７の処理と同じである。次い
で、発電ユニット１３の方位角が０．１゜だけ減少され
る（ステップＳ３６）。即ち、制御装置１６は、発電ユ
ニット１３を０．１゜だけ方位角が減少する方向に動か
すための追尾制御信号を生成してモータ１８に供給す
る。これにより、アジマスアクチュエータ１７が駆動さ
れ、発電ユニット１３の方位角が０．１゜だけ減少す
る。

【００５２】次いで、上記ステップＳ１４で方位角が
０．１゜だけ減少された結果、方位角が下限角度を越え
たかどうかが調べられる（ステップＳ３７）。この方位
角の下限角度としては、原点の方位角を０゜とした場合
の−９０゜（発電ユニット１３が左側に９０゜回転され
た状態）を用いることができる。

【００５３】ここで下限角度を越えていないことが判断
されると、現在の発電量が算出される（ステップＳ３
８）。次いで、最大発電量を更新すべきかどうかが調べ
られ（ステップＳ３９）、最大発電量を更新すべきこと
が判断されると、ステップＳ３８で得られた発電量が最
大発電量レジスタに格納され（ステップＳ４０）、次い
でその時の方位角を表すデータが最適方位角レジスタに
格納される（ステップＳ４１）。その後、シーケンスは
ステップＳ３６に戻る。上記ステップＳ３９で最大発電
量を更新すべきでないことが判断された場合も、シーケ
ンスはステップＳ３６に戻る。ステップＳ３８〜Ｓ４１
の処理は、上述したステップＳ３１〜Ｓ３４の処理とそ
れぞれ同じである。

【００５４】以下、ステップＳ３６〜Ｓ４１が繰り返し
実行されることにより、方位角方向の原点から方位角が
減少される方向に０．１゜毎に発電量が調べられ、最大
発電量が更新される毎に、その最大発電量が最大発電量
レジスタに、その時の方位角が最適方位角レジスタにそ
れぞれ格納される。上記ステップＳ３６〜Ｓ４１の繰り
返し実行の過程で、ステップＳ３７において下限角度を
越えたことが判断されると、シーケンスはステップＳ４
２に分岐する。この時点では、最大発電量が得られる仰
角及び方位角を表すデータが、それぞれ最適仰角レジス
タ及び最適方位角レジスタに残されている。

【００５５】ステップＳ４２では、現在の太陽の方向を
表す仰角及び方位角が算出される。この処理では、従来
と同様に、太陽位置センサ２１からの信号に基づいて現
在の太陽の方向を表す仰角及び方位角が算出される。次
いで、このステップＳ４２で得られた太陽の方向と最大
発電量が得られる方向との差分が算出される（ステップ
Ｓ４３）。

【００５６】具体的には、ステップＳ４２で算出された
太陽の方向の仰角と最適仰角レジスタの内容との差がと
られ、仰角の差分として差分仰角レジスタに格納され
る。また、ステップＳ４２で算出された太陽の方向の方
位角と最適方位角レジスタの内容との差がとられ、方位
角の差分として差分方位角レジスタに格納される。これ
ら差分仰角レジスタ及び差分方位角レジスタの内容は、
実際の追尾制御が行われる際に参照される。次いで、上
記最適仰角レジスタ及び最適方位角レジスタの内容に対
応する仰角及び方位角方向に発電ユニット１３が動かさ
れる（ステップＳ４４）。以上により、最大電力方向検
出処理を終了する。

【００５７】図６は、太陽位置センサ２１によって検出
される太陽の方向と、上述した最大電力方向検出処理に
よって検出された、発電電力が最大になる方向とを比較
して説明するための図である。なお、図６では仰角に対
する発電量の特性を示してあるが、方位角に対する発電
特性も同様の傾向を有する。

【００５８】従来は、太陽位置センサ２１からの信号に
基づいて算出された仰角及び方位角で決定される方向を
太陽の方向としてしている。ところが、太陽追尾式発電
システムに構造的誤差があると、図６に破線で示すよう
に、最大発電量が得られる位置は、太陽位置センサ２１
によって検出される太陽の方向と異なる位置（角度）に
存在する。そこで、この実施の形態では、これらの差分
を予め算出しておき、実際の追尾制御の際に、この差分
を用いて補正することにより、発電ユニット１３が最大
発電量が得られる方向に向くように制御している（詳細
は後述する）。

【００５９】なお、上述した最大電力方向検出処理で
は、発電ユニット１３（フレーム１１）の可動範囲の中
心を原点とし、仰角方向に０゜〜９０゜、方位角方向
に、原点の方位角を０゜とした場合の−９０゜〜＋９０
゜といった広範囲で仰角及び方位角を変化させながら最
大発電量が得られる方向を検出している。これは、最大
電力方向検出処理が開始される時点では太陽の方向は不
明だからである。従って、最大発電量が得られる方向を
検出するために時間がかかり、また消費電力が大きくな
るという問題がある。

【００６０】この問題を解決するために、太陽位置セン
サ２１で検出された現在の太陽の方向を原点とすること
ができる。この場合、図２〜図５に示したフローチャー
トの一部が以下のように変更される。

【００６１】即ち、上記ステップＳ１１で行われる原点
の算出処理では、発電ユニット１３の可動範囲の中心を
求める代わりに、太陽位置センサ２１からの信号に基づ
いて太陽の現在の仰角及び方位角を算出する。また、上
記ステップＳ１５で使用される仰角の上限角度、ステッ
プＳ２２で使用される仰角の下限角度、ステップＳ３０
で使用される方位角の上限角度及びステップＳ３７で使
用される方位角の下限角度としては、構造的誤差によっ
て発電量のピークが移動する可能性がある限界の角度が
それぞれ用いる。これら仰角及び方位角のそれぞれの上
限角度及び下限角度は経験値に基づいて決定することが
できる。

【００６２】また、ステップＳ２７及びＳ３５で行われ
る、発電ユニット１３を方位角方向の原点に移動させる
処理では、発電ユニット１３は、既に求められている最
適仰角（最適仰角レジスタに格納されている仰角）と、
太陽位置センサ２１からの信号に基づいて算出された方
位角とにより決定される方向（角度）に移動される。

【００６３】以上の変更がなされた最大電力方向検出処
理によれば、発電ユニット１３は、先ず現在の太陽の方
向に向けられ、その後、上限角度と下限角度とで規定さ
れる検索範囲で仰角及び方位角を変更しながら最適方位
角及び最適仰角が検索される。この場合、現在の太陽の
方向と、最大発電量を発生する方向とが大きくかけ離れ
ることはないので、上記検索範囲を狭くすることができ
る。従って、最大発電量が得られる方向を検出するため
の時間を短くできると共に、その検出に消費する電力を
抑えることができる。

【００６４】ところで、太陽追尾式発電システムの構造
的誤差の形態によっては、発電量のピークが複数存在す
るような発電特性が得られる場合がある。この場合は、
上述した最大電力方向検出処理で最適仰角及び最適方位
角を求めることが困難になる場合があるが、この問題
は、制御装置１６で下記のような処理を行うことによっ
て解決できる。

【００６５】即ち、制御装置１６は、先ず、図６に示す
ような上限角度から下限角度までの範囲（検索範囲）に
ついて０．１゜毎に発電量を算出し、ワークメモリ４１
に順次記憶する。同様に、方位角の上限角度から下限角
度までの範囲（検索範囲）について０．１゜毎に発電量
を算出し、ワークメモリ４１に順次記憶する。以上の処
理が完了すると、次いで、ワークメモリ４１に記憶され
た発電量を表すデータを逐次調べて最適仰角及び最適方
位角を求める。この場合、構造的誤差の形態によって種
々の発電特性が得られるので、各発電特性に応じた方法
で最適仰角及び最適方位角が求められる。以下、幾つか
の発電特性に対応する最適仰角及び最適方位角の求め方
を説明する。

【００６６】図７は１つのピークを有する発電特性を示
す。この特性は、太陽追尾式発電システムが理想的に組
み立てられている場合に得られる。この場合は、単純に
最大発電量の位置を検出し、この検出された位置の仰角
及び方位角で決定される方向を最大電力量が得られる方
向とすることができる。そして、この最大電力量が得ら
れる方向と太陽位置センサ２１で検出された太陽の方向
との差が算出され、後述する追尾制御が行われる際の差
分として使用される。

【００６７】図８は２つのピークを有する発電特性を示
す。この特性は、例えばソーラーセルの取り付け精度不
良により、その向きが２つのグループに分けられている
場合に得られる。この場合は、大きい方のピークを採用
し、その最大発電量の位置の仰角及び方位角で決定され
る方向を最大電力量が得られる方向とすることができ
る。両方のピークが等しい場合は、各ピークの最大発電
量の位置から前後所定範囲を積分して面積を求め、求め
られた面積が大きい方のピークを採用し、上記と同様に
して最大電力量が得られる方向を求めることができる。

【００６８】図９は多数のピークを有する発電特性を示
す。この特性は、例えばソーラーセルの取り付け精度不
良により、その向きが区々になっている場合に得られ
る。この場合は、最も大きいピークを採用し、その最大
発電量の位置の仰角及び方位角で決定される方向を最大
電力量が得られる方向とすることができる。複数のピー
クの大きさが等しい場合は、ピークの密度が高い部分の
１つのピークを採用し、上記と同様にして最大電力量が
得られる方向を求めることができる。

【００６９】図１０は顕著なピークが存在しない発電特
性を示す。この特性は、例えば薄曇りによって太陽の照
度が不足している場合に得られる。この場合は、最大発
電量の例えば７０％の位置でスライスし、スライスされ
た部分の中心位置の仰角及び方位角で決定される方向を
最大電力量が得られる方向とすることができる。

【００７０】なお、上述した実施の形態では、仰角方向
及び方位角方向の検索範囲を上限角度と下限角度とで規
定される固定範囲としたが、この検索範囲を固定にする
必要はない。例えば、初回は、図１１に示すように、広
い範囲でピークの検索を行い、２回目以降は、図１２に
示すように、前回の検索により得られた最大発電量の位
置を中心とする狭い範囲でピークの検索を行うように構
成できる。この構成によれば、２回目以降は太陽の方向
を検出する時間を短くできると共に、太陽の方向を検出
するために消費する電力を抑えることができる。なお、
狭い範囲でピークの検索を行う場合、環境の変化によっ
て該範囲にピークが存在しなくなる場合が発生する。こ
の場合は、初回と同様に再度広い範囲でピークの検索を
行うように構成すればよい。

【００７１】次に、この太陽追尾装置で行われる追尾制
御を、図１３に示したフローチャートを参照しながら説
明する。この追尾制御処理ルーチンは、上述した最大電
力方向検出処理に引き続いて実行される。

【００７２】この追尾制御処理では、先ず、現在の太陽
の方向が検出される（ステップＳ５０）。具体的には、
太陽位置センサ２１からの信号に基づいて現在の太陽の
方向を表す仰角及び方位角が算出される。次いで、上記
ステップＳ５０で得られた太陽の現在の仰角及び方位角
が補正される（ステップＳ５１）。即ち、太陽の現在の
仰角に差分仰角レジスタの内容が加算されて最適仰角レ
ジスタに格納される。同様に、太陽の現在の方位角に差
分方位角レジスタの内容が加算されて最適方位角レジス
タに格納される。

【００７３】また、太陽位置センサ２１からの信号に基
づいて得られた太陽の方向と最大発電量が得られる方向
との差は時間帯によって変化する。そこで、このステッ
プＳ５１では、この時間帯によって変化する差によって
生じるズレの補正も行われる。この補正のために、プロ
グラムメモリ４０には、時刻毎の仰角のズレの量を表す
仰角ズレ量データ及び方位角のズレの量を表す仰角ズレ
量データが記憶されている。そして、上記補正で得られ
た最適仰角レジスタの内容に仰角ズレ量データが加算さ
れると共に、最適方位角レジスタの内容に方位角ズレ量
データが加算される。以上の補正により得られた最適仰
角レジスタ及び最適方位角レジスタの内容で決定される
方向は、発電ユニット１３で発電される電力が最大にな
る方向である。

【００７４】次いで、発電ユニット１３を最適方向へ移
動させる処理が行われる（ステップＳ５２）。即ち、発
電ユニット１３が、最適仰角レジスタに格納されている
仰角及び最適方位角レジスタに格納されている方位角の
方向に向けられる。これにより、最大効率で発電が行わ
れることになる。

【００７５】次いで、所定時間が経過したかどうかが調
べられる（ステップＳ５３）。そして、経過していない
ことが判断されると、このステップＳ５３を繰り返し実
行しながら所定時間が経過するまで待機する。そして、
この繰り返し実行の過程で所定時間が経過したことが判
断されると、次いで、追尾を終了すべきかどうかが調べ
られる（ステップＳ５４）。これは、例えば所定の電力
が得られなくなったかどうか、又は所定時刻になったか
どうかを調べることにより行われる。

【００７６】ここで、追尾を終了すべきでないことが判
断されると、シーケンスはステップＳ５０に戻り再度同
様の処理が繰り返される。これにより、所定時間間隔で
発電ユニット１３を最大発電量が得られる方向に向ける
機能が実現されている。一方、ステップＳ５４で追尾を
終了すべきことが判断されると、追尾制御処理は終了す
る。

【００７７】図１４は方位角方向の追尾の様子を示す。
この図１４において、実線は太陽位置センサ２１で検出
された現在の太陽の方位角を表し、破線は補正により得
られた最大発電量が得られる方位角を表す。同様に、図
１５は仰角方向の追尾の様子を示す。この図１５におい
て、実線は太陽位置センサ２１で検出された現在の太陽
の仰角を表し、破線は補正により得られた最大発電量が
得られる仰角を表す。

【００７８】以上説明したように、この実施の形態によ
れば、発電ユニット１３を常に最大発電量が得られる方
向に向けながら追尾制御が行われるので、最大効率で発
電を行うことができる。

【００７９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
低コストであるにも拘わらず最大の発電効率を維持しな
がら太陽を追尾することのできる太陽追尾式発電システ
ムの太陽追尾装置及び太陽追尾方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される太陽追尾式発電システムの
太陽追尾装置の構成を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置の最大
電力方向検出処理を示すフローチャート（その１）であ
る。

【図３】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置の最大
電力方向検出処理を示すフローチャート（その２）であ
る。

【図４】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置の最大
電力方向検出処理を示すフローチャート（その３）であ
る。

【図５】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置の最大
電力方向検出処理を示すフローチャート（その４）であ
る。

【図６】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置の太陽
位置センサで検出される太陽の方向と最大電力方向検出
処理で検出される最大電力量が得られる方向とを比較し
て説明するための図である。

【図７】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置におけ
る１つのピークを有する発電特性の例を示す図である。

【図８】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置におけ
る２つのピークを有する発電特性の例を示す図である。

【図９】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置におけ
る多数のピークを有する発電特性の例を示す図である。

【図１０】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置にお
ける顕著なピークを有しない発電特性の例を示す図であ
る。

【図１１】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置にお
ける初回の検索範囲を説明するための図である。

【図１２】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置にお
ける２回目以降の検索範囲を説明するための図である。

【図１３】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置の追
尾制御処理を示すフローチャートである。

【図１４】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置の方
位角方向の追尾の様子を説明するための図である。

【図１５】本発明の実施の形態に係る太陽追尾装置の仰
角方向の追尾の様子を説明するための図である。

【図１６】従来の太陽追尾式発電システムの太陽追尾装
置を説明するための図である。

【符号の説明】

１０支柱１１フレーム１２発電モジュール１３発電ユニット１４導線１５インバータ１６制御装置１７アジマスアクチュエータ１８モータ１９リニアアクチュエータ２０モータ２１太陽位置センサ２２モータドライバ３０電圧計３１電流計４０プログラムメモリ４１ワークメモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者相場裕之埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者佐貫光洋埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 JA10 KA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１又は２以上のソーラーセルを含む発電ユ
ニットと、該発電ユニットから出力される電力を検出する電力検出
手段と、該電力検出手段で検出される電力が最大になる前記発電
ユニットの方向を検出する最大電力方向検出手段と、太陽の方向を検出する太陽方向検出手段と、該太陽方向検出手段で検出された太陽の方向と前記最大
電力方向検出手段で検出された電力が最大になる方向と
の差分を算出する算出手段と、前記太陽方向検出手段で検出された太陽の方向を該算出
手段で算出された差分だけ補正した方向に、前記発電ユ
ニットを所定時間間隔で動かし、以て太陽を追尾する追
尾制御手段、とを備えた太陽追尾式発電システムの太陽
追尾装置。
【請求項２】前記太陽方向検出手段は、太陽位置を検出
する太陽位置センサからの信号に基づいて、又は前記太
陽追尾式発電システムが設置されている位置並びに年月
日及び時刻に基づいて、太陽の方向を検出する請求項１
に記載の太陽追尾式発電システムの太陽追尾装置。
【請求項３】前記算出手段で差分が算出される時間間隔
は、前記追尾制御手段で前記発電ユニットが動かされる
所定時間間隔に比べて大きい請求項１又は請求項２に記
載の太陽追尾式発電システムの太陽追尾装置。
【請求項４】前記最大電力方向検出手段は、前記発電ユ
ニットの仰角及び方位角を、該発電ユニットが可動範囲
の中心にある場合の仰角及び方位角からそれぞれ所定角
度の範囲で変化させることにより前記電力検出手段で検
出される電力が最大になる該発電ユニットの方向を検出
する請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の太陽追
尾式発電システムの太陽追尾装置。
【請求項５】前記最大電力方向検出手段は、前記発電ユ
ニットの仰角及び方位角を、前記太陽方向検出手段で検
出された太陽の方向を表す仰角及び方位角からそれぞれ
所定角度の範囲で変化させることにより前記電力検出手
段で検出される電力が最大になる該発電ユニットの方向
を検出する請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の
太陽追尾式発電システムの太陽追尾装置。
【請求項６】１又は２以上のソーラーセルを含む発電ユ
ニットから出力される電力が最大になる該発電ユニット
の方向を検出し、太陽の方向を検出し、該検出された太陽の方向と前記検出された発電ユニット
の方向との差分を算出し、前記検出された太陽の方向を該算出された差分だけ補正
した方向に、前記発電ユニットを所定時間間隔で動か
し、以て太陽を追尾する太陽追尾式発電システムの太陽
追尾方法。
【請求項７】前記太陽の方向を検出するステップは、太
陽位置を検出する太陽位置センサからの信号に基づい
て、又は太陽追尾式発電システムが設置されている位置
並びに年月日及び時刻に基づいて、太陽の方向を検出す
る請求項６に記載の太陽追尾式発電システムの太陽追尾
方法。
【請求項８】前記差分が算出される時間間隔は、前記発
電ユニットが動かされる所定時間間隔に比べて大きい請
求項６又は請求項７に記載の太陽追尾式発電システムの
太陽追尾方法。
【請求項９】前記発電ユニットから出力される電力が最
大になる該発電ユニットの方向を検出するステップは、
前記発電ユニットの仰角及び方位角を、該発電ユニット
が可動範囲の中心にある場合の仰角及び方位角からそれ
ぞれ所定角度の範囲で変化させることにより該発電ユニ
ットから出力される電力が最大になる該発電ユニットの
方向を検出する請求項６乃至請求項８の何れか１項に記
載の太陽追尾式発電システムの太陽追尾方法。
【請求項１０】前記発電ユニットから出力される電力が
最大になる該発電ユニットの方向を検出するステップ
は、前記発電ユニットの仰角及び方位角を、前記検出さ
れた太陽の方向を表す仰角及び方位角からそれぞれ所定
角度の範囲で変化させることにより該発電ユニットから
出力される電力が最大になる該発電ユニットの方向を検
出する請求項６乃至請求項８の何れか１項に記載の太陽
追尾式発電システムの太陽追尾方法。