JP2002261316A

JP2002261316A - 太陽追尾機構を備えた太陽光発電システム

Info

Publication number: JP2002261316A
Application number: JP2001373782A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Fujisaki; 達雄藤崎; Seiki Itoyama; 誠紀糸山; Makoto Sasaoka; 誠笹岡; Hidehisa Makita; 英久牧田; Satoru Shiomi; 哲塩見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2002-09-13
Also published as: US20020116928A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高精度・高効率の太陽追尾機構を備えた太陽光
発電システムを提供する。【解決手段】太陽追尾機構は、前記太陽電池の方向を変
更する駆動手段１０６、該駆動手段を制御する駆動制御
手段１１１、前記太陽電池の出力を検出する出力検出手
段１０９、及び前記駆動制御手段に日時情報を出力する
クロック手段１２１を有し、該太陽追尾機構は、日照
時、前記太陽電池を第１の太陽追尾駆動モードで駆動
し、該太陽電池の出力が第1の所定値を下回ったら、該
出力の値及び前記クロック手段の出力の値に基づいて、
前記第１の太陽追尾駆動モードを第２の太陽追尾駆動モ
ードに切り替え、前記太陽電池を該第２の太陽追尾駆動
モードで駆動し、前記太陽電池の出力が第2の所定値を
上回ったら、該第２の太陽追尾駆動モードを前記第１の
太陽追尾駆動モードに切り替え、前記太陽電池を該第１
の太陽追尾駆動モードで駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光発電システムに
関する。より詳しくは、本発明は、太陽追尾機構を備え
た太陽光発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、安全で環境に負荷をかけないエネ
ルギー源として、太陽電池を利用した太陽光発電システ
ムが注目されてきている。また該太陽光発電システム
は、火力発電等の従来型の発電システムに対して経済性
の観点からも有益であることが一般に認識され、高光電
変換効率を有し且つ安価である太陽電池の開発が盛んに
行われている。こうした状況において、太陽追尾型の太
陽電池が注目を集めている。ところで、通常の太陽光発
電システムでは、太陽電池そのものは一定位置に固定さ
れるが、言うまでもなく太陽と地球との関係は時々刻々
と変化するものであるので、固定された太陽電池と太陽
との相対角度が最適な角度になるのは一瞬に過ぎず、そ
れ以外の場合には、不適切な角度で太陽エネルギーを受
け取っていると言える。このことは、太陽電池側からみ
た太陽の方角(いわゆる時角)だけでなく太陽経路の季節
変化(赤緯の変化)に関しても同様である。また、太陽電
池表面の反射率も太陽光の入射角度が太陽電池の法線か
ら離れるに従って大きくなる。このため、太陽電池の受
光角度が不適切であれば、光損失が生じる。この光損失
は、太陽電池が本来受け取るべきエネルギーの２０〜３
０％にもなると言われている。

【０００３】このような受光角度の不適切さを解消する
ためには、太陽電池が常に太陽に対して最適な角度を維
持するようにすればよい。こうした考え方に立って太陽
電池を太陽追尾を行なえるようにした所謂太陽追尾型の
太陽電池発電システム（太陽光発電システム）が提案さ
れている。太陽光発電システムに使用する太陽電池を、
このように太陽追尾を行なうようにするだけで、上述の
光損失は幾分か解消され、年間の発電量は２５％〜４０
％向上することが見込まれる。また、同様に発電単価の
低減を目指して集光型の太陽電池を使用する太陽光発電
システムも提案されている。集光型の太陽電池を使用す
れば、太陽光発電システムの構成部品のうち最も高価で
ある太陽電池の数を節約できるため、大幅なコスト削減
が可能となる。また、太陽電池を使用した太陽光発電シ
ステムにおいては、該太陽電池に入射する光の強度が大
きくなれば発生電圧が高まり、入射エネルギに対する出
力エネルギの割合、即ち光電変換効率が向上することが
知られている。こうしたことから、同一面積に複数の太
陽電池を敷き詰めた場合、それらに太陽電池を集光形態
にすれば、大きな出力が得られることになる。こうした
効果を十分に得るためには高倍率の集光システムを構築
する必要があり、その場合には太陽追尾機構は不可欠に
なる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】太陽追尾の方法として
は、太陽電池の駆動手段に時計を配置し、その時計から
得られる日時・時刻に基づいて太陽の位置を計算し、該
駆動手段によって太陽電池を太陽の経路位置に正対する
ように駆動する方法が知られている。しかしながら、こ
の太陽追尾方法には、太陽電池の設置時の角度誤差や太
陽電池構造体の製造時の誤差が出力に悪影響を及ぼすの
みならず、通常存在する時計誤差の累積によって徐々に
追尾が不正確になっていくといった問題がある。こうし
た問題を解決するために特開平７−１９８５７号公報、
特公平５−５６６７１号公報、特公平７−３１５４７号
公報等には、追尾用の太陽方向検出センサー(若しくは
太陽電池)を用いて、該太陽方向検出センサーの出力
を極大化する方向に太陽電池を駆動するシステムが提案
されている。ところが、こうしたシステムでは、別段の
太陽方向検出センサーを備えることによるコスト増のみ
ならず、太陽方向検出センサーの取付け誤差や太陽方向
検出センサー取付部が風圧等により経年変形することに
よる方向誤差のために太陽追尾が不正確になる欠点があ
る。この他、こうしたシステムでは、太陽方向検出セン
サーの出力が最大である方向を認識するために、太陽電
池の位置方向あるいは太陽方向検出センサーの位置方向
を大きく変動させる必要性を生じる場合があり、余分の
駆動エネルギーを消費したり発電機能の稼動効率が悪化
する欠点もある。これとは別に、日没時の太陽電池の動
作に関しては、特開平１１−１４９０５９に記載されて
いるように、その初期位置へ回動させたり、特公平５−
５６６７１に記載されているように日没時にタイマーリ
レーによって翌日の日の出を待機する位置へ戻したりす
る動作が提案されている。こうした動作においては、単
に太陽を追尾する機能のみに着目しており、太陽追尾に
よるエネルギー利得と追尾に伴うエネルギー損失まで考
慮して収支を最大化しようという発想は見られない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の太陽光
発電システムにおける太陽追尾に係わる技術状況に鑑み
て、上述した課題を解決することを主目的とする。即
ち、本発明は、太陽光発電システムにおいて、太陽電池
の太陽追尾を高精度で行え且つ該太陽追尾を無駄なく最
適に行えるようにすることを主目的とする。本発明の更
なる目的は、太陽電池の設置誤差や該太陽電池の駆動手
段の時計誤差による太陽に対する追尾性の悪化を回避し
つつ、別段の太陽方向検出センサーを使用することな
く、また太陽方向検出センサーの取付け精度や太陽方向
検出センサー取付部の経年変化を考慮する必要がなく、
太陽の方向を精度よく追尾する安価な太陽追尾機構を備
えた太陽電池発電システムを提供することにある。本発
明が提供する太陽電池発電システムは、代表的には、以
下に述べる二つの態様を包含する。第一の太陽電池発電
システムの態様は、入射する太陽光を光電変換して出力
する太陽電池と、前記太陽電池の出力に基づいて前記太
陽電池を駆動制御する太陽追尾機構を有する太陽光発電
システムであって、前記太陽追尾機構は、前記太陽電池
の方向を変更する駆動手段、該駆動手段を制御する駆動
制御手段、前記太陽電池の出力を検出する出力検出手
段、及び前記駆動制御手段に日時情報を出力するクロッ
ク手段を有し、該太陽追尾機構は、日照時、前記太陽電
池を第１の太陽追尾駆動モードで駆動し、該太陽電池の
出力が第1の所定値を下回ったら、該出力の値及び前記
クロック手段の出力の値に基づいて、前記第１の太陽追
尾駆動モードを第２の太陽追尾駆動モードに切り替え、
前記太陽電池を該第２の太陽追尾駆動モードで駆動し、
前記太陽電池の出力が第2の所定値を上回ったら、該第
２の太陽追尾駆動モードを前記第１の太陽追尾駆動モー
ドに切り替え、前記太陽電池を該第１の太陽追尾駆動モ
ードで駆動するように動作し、前記太陽電池の出力が第
３の所定値を下回った時刻が、前記クロック手段から計
算される日没時刻から第1の所定時間以内であれば前記
太陽電池の太陽追尾動作を停止するように動作すること
を特徴とするものである。第ニの太陽電池発電システム
の態様は、入射する太陽光を光電変換して出力する太陽
電池と、前記太陽電池を駆動制御する太陽追尾機構を有
する太陽光発電システムであって、前記太陽追尾機構
は、前記太陽電池の方向を変更する駆動手段、該駆動手
段を制御する駆動制御手段、及び前記駆動制御手段に日
時情報を出力するクロック手段を有し、該太陽追尾機構
は、日照時、前記太陽電池を第１の太陽追尾駆動モード
で駆動し、日射量が第１の所定値を下回ったら、該日射
量の値及び前記クロック手段の出力の値に基づいて、前
記第１の太陽追尾駆動モードを第２の太陽追尾駆動モー
ドに切り替え、前記太陽電池を該第２の太陽追尾駆動モ
ードで駆動し、前記日射量が第２の所定値を上回った
ら、該第２の太陽追尾駆動モードを前記第１の太陽追尾
駆動モードに切り替え、前記太陽電池を該第１の太陽追
尾駆動モードで駆動するように動作し、前記日射量が第
３の所定値を下回った時刻が、前記クロック手段から計
算される日没時刻から第１の所定時間以内であれば前記
太陽電池の太陽追尾動作を停止するように動作すること
を特徴とするものである。

【０００６】本発明の太陽光発電システムにおける太陽
追尾機構は、具体的には、例えば、以下のように動作す
る。即ち、日照時、該太陽光発電システム中の太陽電池
を上記第１の太陽追尾駆動モードで駆動し、該太陽電池
の出力が第1の所定値を下回ったら、該出力の値及び上
記クロック手段の出力の値に基づいて該第１の太陽追尾
駆動モードを上記第２の太陽追尾駆動モードに切り替
え、該太陽電池を該第２の太陽追尾駆動モードで駆動す
る。当該第２の太陽追尾駆動モードでの太陽電池の駆動
において該太陽電池の出力が第2の所定値を上回った
ら、該第２の太陽追尾駆動モードを前記第１の太陽追尾
駆動モードに切り替え、該太陽電池を該第１の太陽追尾
駆動モードで駆動する。また、該太陽電池の出力が第３
の所定値を下回った時刻が、上記クロック手段から計算
される日没時刻から第1の所定時間以内であれば該太陽
電池の太陽追尾動作を停止させる。また、明朝の日の出
時刻から第2の所定時間後の太陽位置へ該太陽電池を回
転移動し、その後停止待機させてもよい。該待機中、前
記日の出時刻から第２の所定時間後の時刻に至るか、あ
るいは上記出力が第４の所定値を上回った時点で再び該
太陽電池の太陽追尾動作を開始する。尚、前記太陽電池
の出力の代わりに、日射量に基づいて発電システムを制
御するようにしてもよい。

【０００７】即ち、上記構成の太陽光発電システムにお
いては、該システム中の太陽電池が太陽追尾を充分に行
える程度に太陽光の照射量（日射量）が大きい時には、
該太陽電池の出力に基いた第1の太陽追尾駆動モードに
従って該太陽電池を駆動する。太陽光の照射量が前記第
1の太陽追尾駆動モードでの該太陽電池の太陽光を受容
する動作では不十分である程度に低下した場合には、前
記第1の太陽追尾駆動モードをクロック手段に基づいた
第2の太陽追尾駆動モードに切り替え、該第2の太陽追尾
駆動モードに従って該太陽電池を駆動する。その後、太
陽光の照射量が前記第1の太陽追尾駆動モードを実施す
るのに充分な程度に回復した場合には、該第2の太陽追
尾駆動モードを前記第１の太陽追尾駆動モードに切り替
える。このようにすることのより、該太陽光発電システ
ム中の太陽電池を、常に太陽光の照射量に応じた適切な
太陽追尾駆動モードで駆動することができるため、該シ
ステムの発電量を常に最大化するようにすることができ
る。

【０００８】ところで、屋外に設置する太陽光発電シス
テムに対しての太陽光の照射量自体は一日の太陽の時角
に対して一定ではなく、南中時近辺で最大値をとり、早
朝及び夕刻では零に近い。これは、太陽の高度が小さい
時にエアマスが極端に大きくなることによって必然的に
おきる現象である。従って、理論上の日の出から日没ま
で該太陽光発電システムについて太陽追尾を継続するこ
とは該太陽追尾に必要なエネルギーを考慮すると損失と
なる時間帯がある。こうした認識に基づけば、日の出後
には太陽光の照射量が一定値以上になった時点で該太陽
光発電システムについての太陽追尾を始め、日没前には
太陽光の照射量が一定値以下になった時点で該太陽追尾
を止めることで、該太陽光発電システムの出力を最大化
できる。しかしながら、天候の変化による太陽光の照射
量低下と日没時の太陽光の照射量低下は単に該太陽光発
電システムの出力を観察しているだけでは識別できな
い。本発明においては、日没時の太陽光の照射量低下
は、上述したように、クロック手段からの情報に基づい
て検出して該太陽光発電システムの太陽追尾動作を停止
する。太陽追尾を停止した後は明朝の(日の出時刻)＋
(第２の所定時間)における推定太陽位置まで該太陽光発
電システム中の太陽電池を回動した後、該太陽電池の駆
動を停止・待機してもよい。そして、明朝の日の出後該
太陽電池の太陽追尾駆動を再開する際に、上記時刻に至
るか、或いは該太陽光発電システムの出力が第４の所定
値を上回った時点で再び太陽追尾を開始するよう構成す
ることによって、天候が良好な時は太陽追尾することに
よって利得がある出力が得られる条件に至った時を検出
し第１の太陽追尾駆動モードで該太陽光発電システム中
の太陽電池を駆動する。天候の条件がよくない時には、
上記時刻以降は上記第２の太陽追尾駆動モードで該太陽
電池を駆動するようにすることで、天候が回復した際に
は、上記第１の太陽追尾駆動モードへの切り替え条件が
検出でき、それに応じて、該第２の太陽追尾駆動モード
は上記第１の太陽追尾駆動モードに切り替えられ、該太
陽電池は該第１の太陽追尾駆動モードで駆動されるとこ
ろとなる。

【０００９】尚、上記第１の所定時間及び第２の所定時
間に関しては、次に述べるような決め方が可能である。第１の所定時間：平均的な太陽光の照射条件の場合を想
定した太陽光の照射データを用いて、日没時刻から逆方
向に連続する時間範囲において、太陽追尾によって得ら
れるエネルギーを逆方向に累積計算し、また太陽追尾に
費やすエネルギーを逆方向に累積計算した場合に、前者
が後者を追い抜くために必要な時間間隔を計算し第１の
所定時間とする。第２の所定時間：平均的な太陽光の照射条件の場合を想
定した太陽光の照射データを用いて、日の出時刻から連
続する時間範囲において、太陽追尾によって得られるエ
ネルギーを累積計算し、また太陽追尾に費やすエネルギ
ーを累積計算した場合に、前者が後者を追い抜くために
必要な時間間隔を計算し第２の所定時間とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の太陽電池発電システム
（太陽光発電システム）は、太陽電池と、該太陽電池の
方向を変更する駆動手段、該駆動手段を制御する駆動制
御手段、及び前記太陽電池の出力を検出する出力検出手
段を有する太陽追尾機構とからなる。具体的には、前記
太陽電池は前記駆動手段と機械的に接続される。その
際、補助的に該太陽電池を保持するための保持部材、或
いは該太陽電池を回動自在に支持するための支持機構を
取り付けてもよい。また、前記駆動手段に駆動力を伝達
するための伝達機構を取り付けてもよい。前記駆動手段
には前記駆動制御手段が接続される。前記出力検出手段
は、該太陽電池の出力を外部に取出すための電気取出し
線上に直列に配設される。該出力検出手段の前記電気出
力線上への配設は直列配設に限定されるものではなく他
の配設手法であってもよい。前記出力検出手段の出力は
前記駆動手段に接続した前記駆動制御手段に導入され
る。

【００１１】上記駆動制御手段は、例えば、以下の機能
を実現するようにプログラムする。即ち、（１）上記駆
動手段を一方向に駆動する駆動信号に周期的な微動信号
を重畳し該駆動手段に送出する、（２）上記出力検出手
段が検出した出力信号の中の変動成分と自ら発生した前
記微動信号とを比較し、該微動信号と該変動成分との位
相差を検出する等の方法で、出力が増加する方向を判断
する、そして（３）前記判断された方向に上記駆動手段
を駆動する駆動信号を送出する。このようにして得られ
る出力信号を基に所定の動作を行なうよう駆動制御手段
を構成する。以上は便宜上個別の機能毎に個別の手段を
備えているように記載したが、単一の手段で複数の機能
を兼務させるようにできることは勿論である。以下に本
発明の太陽光発電システムの各構成要素について詳述す
る。

【００１２】（太陽電池）本発明において使用する太陽
電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する
光電変換素子を有するものである。該太陽電池は、代表
的には、単体或いは複数のそうした光電変換素子を用い
て入射太陽光を光電変換して出力するよう構成された部
材である。該光電変換素子の具体例としては、適宜の半
導体材料、例えば、結晶質或いは非晶質シリコン半導体
材料、或いはガリウム砒素、カドミウムテルル、銅イン
ジウムセレナイド等の化合物半導体材料で構成された光
電変換素子が挙げられる。これらに限定されず、同様の
機能を奏するものであれば、他の光電変換素子も使用で
きる。本発明において使用する太陽電池が集光型の太陽
電池である場合には、太陽光のエネルギーを電気エネル
ギーに変換する部分、即ち光電変換部（これを狭義の太
陽電池と呼ぶこともある）、のみでは、通常正規の発電
動作を行なうことが可能とはならなく、集光するための
集光光学系が必要となる。この場合、該光電変換部と該
集光光学系との組み合わせを太陽電池と呼ぶことにす
る。該集光光学系としては、従来方式のものが適宜使用
できる。具体的には、例えば、単純なレンズや薄型のフ
レネルレンズを用いた屈折光学系、放物面鏡の反射鏡を
用いた反射光学系、或いはこれらを複合した複合光学系
を使用できる。

【００１３】（駆動手段）上記太陽電池の方向を変更す
る駆動手段としては、太陽電池を太陽の方向に向けて位
置せしめることができるものであれば、いずれのもので
あってもよい。具体的には、ＤＣモータ、ＡＣモータ、
ステッピングモータ、パルスモータ、シンクロナスモー
タ、インダクションモータ、ガソリンエンジン、ディー
ゼルエンジン、あるいはそれらを減速ギアと組み合せた
ものが挙げられる。しかし、これらに限定されず、同様
の機能を奏するものであれば、他の適宜の駆動手段も使
用できる。また、こうした駆動手段による太陽追尾方式
は、回転によって太陽電池の方向を変更する方式である
が、これに限定されるものではない。例えば、左右の支
柱の長さをオイルシリンダー等を用いて変更することに
よって太陽電池の方向を変更する太陽追尾方式も採用で
きる。この場合、オイルシリンダー等が駆動手段とみな
せる。また、必ずしも太陽電池を太陽の方向に方向変更
するものでなくとも、例えば集光光学系の光軸を傾けた
り或いは光電変換素子に平行に移動させたりして、集光
光学系と光電変換部との位置関係を変更することによっ
て、時々刻々変化する太陽の位置に応じて太陽光を最も
有効に光電変換素子へ到達するよう光路を変更する方式
も採用できる。

【００１４】（駆動制御手段）上記駆動制御手段として
は、採用する上記駆動手段に応じて好適な駆動制御手段
を選択することができる。該駆動制御手段に要求される
機能としては、上記駆動手段を駆動するための入力信号
や電力・圧力等を発生し該駆動手段へ送出する機能であ
る。こうした複合的な機能を実現する手段としてはマイ
クロコンピュータを内蔵する機構が最適で、該機構は、
更に、必要なデジタル信号、アナログ信号、若しくは上
記駆動手段を直接駆動するための電力信号を入出力でき
る電気回路が付設されたものであることが好ましい。

【００１５】（出力検出手段）上記出力検出手段は、上
記太陽電池の出力を検出し上記駆動制御手段へ該太陽電
池の出力値を伝達する機能を有する必要がある。この場
合の出力は、該太陽電池から取出せるエネルギーを代表
的に表すもの、即ち電流と電圧の積である出力電力が最
も妥当であるが、より簡単には電流や電圧といった出力
値も代表値として使用しうる。例えば、太陽電池の出力
回路に直列に配設された電気抵抗の両端電圧を出力でき
るものや、より正確に出力値を検出するために太陽電池
の前記両端電圧値と前記電気抵抗の両端電圧値の積を演
算出力できるもの等が挙げられる。この他、既に述べた
ように上記太陽電池の直流出力を交流電圧に変換するた
めの電力変換手段(例えばインバータ)内の適切な信号を
取出すことによって上記出力検出手段となすことも可能
である。この場合、上記出力検出手段が電力変換手段に
含まれるか若しくは兼用されている。勿論、電力変換後
の交流電力を計測する交流電力計等も上記出力検出手段
の範疇に含まれる。尚、発電システムの制御は、出力検
出部の代わりに、日射量に基づいて行ってもよい。

【００１６】

【実施例】以下に、実施例を挙げて、本発明をより詳し
くの説明する。但し、これらの実施例は、本発明の内容
を例証する為のものであり、本発明は、これらの実施例
に限定されるものではない。

【００１７】

【実施例１】本実施例では、本発明の太陽電池発電シス
テム（太陽光発電システム）の一実施例を示す。即ち、
図１は、本発明の反射集光型の太陽電池発電システムの
主要部分を模式的に示すものである。図１において、１
０１は太陽を示す。１０２は、太陽１０１から照射され
入射する光、即ち入射太陽光を電気に変換するための光
電変換部を示す。１０３は反射鏡(集光光学系)を示し、
該反射鏡１０３は、太陽１０１から照射される太陽光を
光電変換部１０２に導き且つ該太陽光のエネルギー密度
を高めるように機能する。反射鏡１０３は、該反射鏡自
身と光電変換部１０２との相対的な位置を固定するため
の支持手段１０４を介して設けられて接続いる。ここで
光電変換部１０２と反射鏡１０３との組み合わせ１２０
は、太陽光を電力に変換する作業を為す観点で広義の太
陽電池と称することができる。

【００１８】図１に示すように、反射鏡１０３は、シス
テム全体を支える架台１０５上に、駆動手段１０６を介
して設置されている。従って、反射鏡１０３は、駆動手
段１０６による駆動によって架台１０５との相対位置を
変更することで、太陽１０１の移動に伴って太陽を追尾
する動作が可能となっている。このようにすることは、
太陽位置を定義する2軸(赤緯、時角)に関して行う必要
があるが、ここでは簡単化の為に1軸のみに関して説明
することとする。また、駆動手段の種類によっては、天
文台の望遠鏡や高射砲のように、方位角と時角を独立の
回動軸のまわりに回動させて追尾を行なうのではなく、
鉛直軸周りの回動と天頂角の2軸で複合的に制御する形
態のものもあるが、最終的には太陽を追尾するために角
変位を発生するという意味合いから同様に扱えるものと
する。

【００１９】光電変換部１０２で発生した電力は、電力
取出し線１０７を介して電力変換部１０８へ送電され
る。光電変換部１０２と電力変換装置１０８との間に
は、出力検出手段１０９が配設されている。この場合、
電力取出し線１０７の中間に直列に挿入された電気抵抗
１１０の両端電圧を取出すことで、光電変換部１０２が
発生した電流をモニターすることができる。出力検出手
段１０９の出力は駆動制御手段１１１に導かれ、駆動制
御手段１１１は上記出力検出手段１０９の出力をモニタ
ーしつつ後述するように駆動手段１０６に対して駆動信
号を送出する。１２１は、駆動制御手段１１１に接続さ
れたクロック手段を示す。クロック手段１２１は、日
付、時刻等の所定の日時情報を駆動制御手段１１１に送
信する。即ち、駆動制御手段１１１では、クロック手段
１２１より送られる日時情報を受けて、予め定められた
式に基づいてその時点での太陽位置を計算し、その方向
へ太陽電池が向くように駆動手段１０６を制御する。

【００２０】駆動制御手段１１１は自律的に駆動手段１
０６を微動させるための微動信号を発生する。該微動信
号の周波数は任意に選択することができるが、駆動系が
微動信号に対して呼応した変動を行なえる、即ち位相遅
れが実質上零となるという観点からは、太陽電池１２０
を含む可動部の固有振動数の１／２以下であることが望
ましい。この理由は、固有振動数において既に45°の位
相遅れが発生しているからである。ここでは、可動部の
固有振動数が0.５Hzであるとして、0.２Hzの微動信号を
発生させる。これによって、太陽電池１２０の方向が微
動するため、光電変換部１０２からの出力値が変動す
る。その様子を図２乃至図４に示す。

【００２１】図２は、太陽電池１２０の角度θが最適な
角度から正方向にずれていた場合の出力変動の様子を示
す。図２(a)から理解できるように、変動の中心は光電
変換部１０２からの出力のピーク位置から正方向にずれ
ているために、図２(b)に示されるような略正弦波で駆
動された時の出力変動は、図２(c)に示されるように逆
位相の振動波形を示す。逆に、図３(a)に示すように、
太陽電池１２０の角度θが最適な角度から負の方向にず
れていた場合には、図３(b)に示されるような微動信号
に対応して図３(c)に示される同位相の振動波形を示す
ことになる。一方、図４(a)に示すように、太陽電池１
２０の角度θが最適な角度であった場合には、容易に想
像されるように出力は全く変動しないか、駆動信号の2
倍の周波数での小さな信号が観察される。以上の説明か
らして明らかなように、図２の場合には負方向に駆動す
るのが妥当であり、図３の場合には正方向に駆動するの
が妥当であり、図４の場合には駆動しないのが妥当であ
ると判断される。

【００２２】以上の判断に基づいて、駆動制御手段１１
１は、判断された方向へ駆動するための直流的な信号を
送出することになるが、上記駆動信号に重畳させて、先
に述べた微動信号をも同時に送出する。これよって太陽
電池１２０は微動しつつある方向に移動するが、その移
動は図４に示される最適な角度に至るまで継続され、最
終的には最適な角度に至る。即ち、上記動作を継続的に
行なうことにより、太陽電池１２０は太陽１０１を継続
的に追尾していくことが可能となる。

【００２３】上記の構成において、駆動制御手段１１１
によって実現される動作フローを、図５に示す。以下、
該動作フローを、図５に徴して各ステップ毎に説明す
る。ステップ１：プログラムが起動される。ステップ2：動作を決定するしきい値P1〜P3、T1〜T2を
設定する。これらの値はプログラム中に記載された固定
値であってもよいし、外部から設定可能な可変値であっ
てもよいし、或いはクロック手段の誤差が累積していく
につれて変化するように時間の経過とともに変化させる
ことができる値であってもよい。ステップ３：駆動制御手段１１１はステップ３で太陽電
池に出力Pを上記出力検出手段より得る。ステップ４：該出力Pの値が第1の所定値P1と比較され
る。ステップ５：P≧P1の時は、出力値Pが太陽電池の出力に
基く太陽追尾駆動モードが可能と判断し該モードで太陽
電池の駆動を行なう。この太陽追尾駆動モードを第１の
太陽追尾駆動モードと呼ぶ。この場合、該第1の太陽追
尾駆動モードで太陽電池の駆動を行なう過程でステップ
３へと繰返し戻りその都度太陽電池の出力が該第１の太
陽追尾駆動モードに適した範囲であるか否かを確認す
る。

【００２４】ステップ６：上記ステップ３の判断におい
て、P＜P1と判断された場合、即ち出力Pが第１の太陽追
尾駆動モードを用いるには不十分であると判断された場
合は、第２の太陽追尾駆動モードに移行する（切り替え
る）ために、駆動制御手段１１１は直ちに現在の日付、
時刻をクロック手段１２１より入手する。ステップ７：ステップ６で入手された日付に基いて、そ
の日の日没時刻Tssを算出する。ステップ８：上記ステップ４の結果が、天候によるもの
か日没前の日射低下によるものかを判定するために、現
在時刻TとTss−T1とを比較する。T1は、第1の所定時間
である。ステップ９：比較の結果、T＜Tss−T1であれば、充分日
没時刻Tssに近づいた時間ではなく、日射量（太陽光の
照射量）が回復する可能があると判断して、第２の太陽
追尾駆動モードでの太陽電池の駆動を行なう。該第２の
太陽追尾駆動モードは、クロック手段１２１の出力よ
り、予め定められた式に基いて現在日時の太陽位置を計
算し、その方向へと太陽電池が向くように駆動手段１０
６を制御する。ステップ１０：次のステップでの判断を行なうために太
陽電池の出力Pを出力検出手段１０９より入手する。

【００２５】ステップ１１：第2の太陽追尾駆動モード
においても出力検出手段１０９より継続的に太陽電池の
出力を入手し、第２の太陽追尾駆動モードを継続すべき
か、或いは第１の太陽追尾駆動モードに移行する（切り
替える）べきか否かを判断する。ここで、P≧P2、即ち
出力Pが第2の所定値P2よりも大きくなったことが確認さ
れた場合、第１の太陽追尾駆動モードに移行する（切り
替える）方が太陽電池の太陽追尾が充分に為され得ると
判断しステップ４へ戻る。また、P＜P2であった場合
は、ステップ６へ戻って繰返しのために日付・時刻の入
手から再度繰返し、第2の太陽追尾駆動モードを継続す
る。ステップ２１：また、ステップ８においてT≧Tss−T1、
即ち日没に近づいているための日射量（太陽光の照射
量）低下であると判断された場合、本ステップにおいて
太陽電池についての太陽追尾駆動の継続限界を表す第３
の所定値P3に対する現在の出力Pの大小を判断する。本
ステップにおいて、P≧P3、即ち出力PがP2よりも小さい
もののP3よりは大きいと判断された場合は、第２の太陽
追尾駆動モードに従って太陽電池についての太陽追尾を
行なうのが妥当と判断しステップ９へ移行する。また逆
に、P＜P3であった場合は、太陽電池についての太陽追
尾を行なうとむしろ損失となると判断し、太陽電池の駆
動停止に至る後続のステップを実行する。

【００２６】ステップ２２：本ステップ以降は追尾動作
を停止するフローを表す。まず、追尾動作そのものを停
止する。ステップ２３：現在保持している日付より、明日の日の
出の時刻Tsrを求める。ステップ２４：上記時刻Tsrと予め与えられた太陽位置
計算式をもとにして、日の出時刻Tsrに第２の所定時間T
2だけ先立つ時刻における太陽方向を演算する。ステップ２５：太陽電池を上記ステップにおいて計算さ
れた方向に駆動し、待機状態に入る。ステップ３１：本ステップ以降は、次の日に太陽電池の
追尾動作を開始する際のフローを表す。まず、太陽電池
の追尾動作を開始するための情報として太陽電池の出力
を得る。ステップ３２：次に、天候不良のために十分な日射量
（太陽光の照射量）が得られていない場合を想定するた
めに現在の日付・時刻を得る。

【００２７】ステップ３３：現在の時刻が、少なくとも
太陽電池の追尾動作を開始しないと太陽を見失うおそれ
のある時刻に達していないかどうかを判定する。即ち、
TとTsr＋T2とを比較する。Ｔ≧Tsr＋T2、即ち前記時刻
に達している場合は、直ちにステップ３へ移行し、太陽
電池の出力に応じた太陽追尾駆動モードを選択して該太
陽電池の太陽追尾動作を開始する。Ｔ＜Tsr＋T2、即ち
未だその時刻に達してない場合は、日射量（太陽光の照
射量）が太陽電池について太陽追尾を行なうに足るほど
大きいかどうかを判定するために次ステップに移行す
る。前記T2は、第2の所定時間である。ステップ３４：本ステップでは、太陽電池の出力が該太
陽電池について太陽追尾を行なうに足るほどに大きいか
どうかを判定する。即ち、P≧P3であればステップ３へ
移行し太陽電池の太陽追尾動作を開始し、P＜P3であれ
ばステップ１６に戻って待機を継続する。

【００２８】以上の動作フローによって、太陽電池の出
力とクロック手段の出力に応じて、いかなる天候変動が
あろうとも最適な太陽追尾および待機が可能となる。

【００２９】以上述べた構成の太陽光発電システムに於
いては、該システム中の太陽電池の出力を検出して該太
陽電池を駆動制御する太陽追尾機構において、上述した
ように所定の動作を実現することにより以下に述べるよ
うな顕著な効果が奏されることが判った。即ち、日照
時、前記太陽電池を第１の太陽追尾駆動モードで駆動
し、該太陽電池の出力が第1の所定値を下回ったら、該
出力の値及び上述したクロック手段の出力の値に基づい
て、前記第１の太陽追尾駆動モードを第２の太陽追尾駆
動モードに切り替え、前記太陽電池を該第２の太陽追尾
駆動モードで駆動することで、不十分な太陽光の照射量
（日射量）での該太陽電池についての不正確な太陽追尾
や誤動作を回避できる。また、前記太陽電池の出力が第
2の所定値を上回ったら、該第２の太陽追尾駆動モード
を前記第１の太陽追尾駆動モードに切り替え、前記太陽
電池を該第１の太陽追尾駆動モードで駆動することで、
前記太陽電池の設置誤差やクロック誤差の影響無くし
て、前記太陽電池の太陽追尾を高精度で行うことができ
る。即ち、前記太陽電池の太陽追尾駆動を常に無駄のな
い最適な方法で行うことができる。

【００３０】また、上記太陽電池の出力が第３の所定値
を下回った時刻が、上記クロック手段から計算される日
没時刻から第1の所定時間以内であれば該太陽電池の太
陽追尾動作を停止させる。また、明朝の日の出時刻から
第2の所定時間後の太陽位置へ該太陽電池を回転移動
し、停止して待機させてもよい。こうすることにより、
日没前の不十分な太陽光の照射量のもとで該太陽電池の
太陽追尾を行うことによるエネルギーの損失を回避でき
る。そして、該待機中、上記日の出時刻から第２の所定
時間後の時刻に至るか、或いは上記太陽電池の出力が第
４の所定値を上回った時点で再び該太陽電池の太陽追尾
動作を開始することによって、明朝の太陽光の照射を機
会損失なく捉えることができるとともに、太陽光の照射
量が小さい時でも太陽を見失うことなく最低限の太陽追
尾を該太陽電池について行なうことができる。即ち、太
陽光の照射量が不十分な状況下での太陽追尾エネルギー
を節約できる。以上のことにより、本発明の太陽光発電
システムにおいては、全体として、該システム中の太陽
電池についてのエネルギー利得を最大化できる。なお、
図６に示されるように、太陽電池の出力の代わりに、日
射量に基づいて発電システムを制御してもよい。図６に
おいて、Ｒは日射量、Ｒ１は第１の所定値、Ｒ２は第２
の所定値、Ｒ３は第３の所定値である。他の構成につい
ては、実施例１（図５）と同様である。尚、実施例にお
いては、簡単のため、１軸に関する追尾制御方法を記載
しているが、２軸の場合は、微動信号の周波数として相
互に異なるものを用いたりすることや交互に微動・検出
を行うこと等の方法により、同時に駆動制御できる。

【００３１】

【発明の効果】上述したように、特定の太陽追尾機構を
有する本発明の太陽光発電システムにおいては、該シス
テム中の太陽電池が太陽追尾を充分に行える程度に太陽
光の照射量（日射量）が大きい時には、該太陽電池の出
力に基いた第1の太陽追尾駆動モードに従って該太陽電
池を駆動する。太陽光の照射量が前記第1の太陽追尾駆
動モードでの該太陽電池の太陽光を受容する動作では不
十分である程度に低下した場合には、前記第1の太陽追
尾駆動モードをクロック手段に基づいた第2の太陽追尾
駆動モードに切り替え、該第2の太陽追尾駆動モードに
従って該太陽電池を駆動する。その後、太陽光の照射量
が前記第1の太陽追尾駆動モードを実施するのに充分な
程度に回復した場合には、該第2の太陽追尾駆動モード
を前記第１の太陽追尾駆動モードに切り替える。このよ
うにすることのより、該太陽光発電システム中の太陽電
池を、常に太陽光の照射量に応じた適切な太陽追尾駆動
モードで駆動することができるため、該システムの発電
量を常に最大化するようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽光発電システムの一例の構成を模
式的に示す図である。

【図２】実施例１おける太陽の駆動方向の検出方法の一
例を説明するための図である。

【図３】実施例１おける太陽の駆動方向の検出方法の一
例を説明するための図である。

【図４】実施例１おける太陽の駆動方向の検出方法の一
例を説明するための図である。

【図５】実施例１における駆動制御手段１１１によって
実現される動作フローを示すフローチャートである。

【図６】実施例１において、太陽電池の出力の代わり
に、日射量に基づいて発電システムを制御する場合の一
例において実現される動作フローを示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１０１太陽１０２光電変換部１０３反射鏡１０５架台１０６駆動手段１０７電力取出し線１０８電力変換手段１０９出力検出手段１１１駆動制御手段１２０太陽電池１２１クロック手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笹岡誠東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者牧田英久東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者塩見哲東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 JA10 JA14 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射する太陽光を光電変換して出力する太
陽電池と、前記太陽電池の出力に基づいて前記太陽電池
を駆動制御する太陽追尾機構を有する太陽光発電システ
ムであって、前記太陽追尾機構は、前記太陽電池の方向
を変更する駆動手段、該駆動手段を制御する駆動制御手
段、前記太陽電池の出力を検出する出力検出手段、及び
前記駆動制御手段に日時情報を出力するクロック手段を
有し、該太陽追尾機構は、日照時、前記太陽電池を第１
の太陽追尾駆動モードで駆動し、該太陽電池の出力が第
1の所定値を下回ったら、該出力の値及び前記クロック
手段の出力の値に基づいて、前記第１の太陽追尾駆動モ
ードを第２の太陽追尾駆動モードに切り替え、前記太陽
電池を該第２の太陽追尾駆動モードで駆動し、前記太陽
電池の出力が第2の所定値を上回ったら、該第２の太陽
追尾駆動モードを前記第１の太陽追尾駆動モードに切り
替え、前記太陽電池を該第１の太陽追尾駆動モードで駆
動するように動作し、前記太陽電池の出力が第３の所定
値を下回った時刻が、前記クロック手段から計算される
日没時刻から第1の所定時間以内であれば前記太陽電池
の太陽追尾動作を停止するように動作することを特徴と
する太陽光発電システム。
【請求項２】前記太陽追尾機構は、明朝の日の出時刻か
ら第2の所定時間後の太陽位置へ前記太陽電池を回転移
動した後停止するように動作することを特徴とする請求
項1に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】前記日の出時刻から第２の所定時間後の時
刻に至るか、或いは前記太陽電池の出力が第４の所定値
を上回るかした時に再び前記太陽電池の太陽追尾動作を
開始するように動作することを特徴とする請求項２に記
載の太陽光発電システム。
【請求項４】第１の所定時間は、平均的な太陽光の照射
条件の場合を想定した太陽光の照射データを用いて、日
没時刻から逆方向に連続する時間範囲において、太陽追
尾によって得られるエネルギーを逆方向に累積計算し、
また太陽追尾に費やすエネルギーを逆方向に累積計算し
た場合に、前者が後者を追い抜くために必要な時間間隔
であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電シ
ステム。
【請求項５】第２の所定時間は、平均的な太陽光の照射
条件の場合を想定した太陽光の照射データを用いて、日
の出時刻から連続する時間範囲において、太陽追尾によ
って得られるエネルギーを累積計算し、また太陽追尾に
費やすエネルギーを累積計算した場合に、前者が後者を
追い抜くために必要な時間間隔であることを特徴とする
請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】入射する太陽光を光電変換して出力する太
陽電池と、前記太陽電池を駆動制御する太陽追尾機構を
有する太陽光発電システムであって、前記太陽追尾機構
は、前記太陽電池の方向を変更する駆動手段、該駆動手
段を制御する駆動制御手段、及び前記駆動制御手段に日
時情報を出力するクロック手段を有し、該太陽追尾機構
は、日照時、前記太陽電池を第１の太陽追尾駆動モード
で駆動し、日射量が第１の所定値を下回ったら、該日射
量の値及び前記クロック手段の出力の値に基づいて、前
記第１の太陽追尾駆動モードを第２の太陽追尾駆動モー
ドに切り替え、前記太陽電池を該第２の太陽追尾駆動モ
ードで駆動し、前記日射量が第２の所定値を上回った
ら、該第２の太陽追尾駆動モードを前記第１の太陽追尾
駆動モードに切り替え、前記太陽電池を該第１の太陽追
尾駆動モードで駆動するように動作し、前記日射量が第
３の所定値を下回った時刻が、前記クロック手段から計
算される日没時刻から第１の所定時間以内であれば前記
太陽電池の太陽追尾動作を停止するように動作すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項７】前記太陽追尾機構は、明朝の日の出時刻か
ら第２の所定時間後の太陽位置へ前記太陽電池を回転移
動した後停止するように動作することを特徴とする請求
項６に記載の太陽光発電システム。
【請求項８】前記日の出時刻から第２の所定時間後の時
刻に至るか、或いは前記日射量が第４の所定値を上回る
かした時に再び前記太陽電池の太陽追尾動作を開始する
ように動作することを特徴とする請求項７に記載の太陽
光発電システム。
【請求項９】第１の所定時間は、平均的な太陽光の照射
条件の場合を想定した太陽光の照射データを用いて、日
没時刻から逆方向に連続する時間範囲において、太陽追
尾によって得られるエネルギーを逆方向に累積計算し、
また太陽追尾に費やすエネルギーを逆方向に累積計算し
た場合に、前者が後者を追い抜くために必要な時間間隔
であることを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電シ
ステム。
【請求項１０】第２の所定時間は、平均的な太陽光の照
射条件の場合を想定した太陽光の照射データを用いて、
日の出時刻から連続する時間範囲において、太陽追尾に
よって得られるエネルギーを累積計算し、また太陽追尾
に費やすエネルギーを累積計算した場合に、前者が後者
を追い抜くために必要な時間間隔であることを特徴とす
る請求項７に記載の太陽光発電システム。