JP2009266890A - Tracking condenser-type solar battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低コストであり、追尾精度の高い追尾集光型太陽電池装置に関する。 The present invention relates to a tracking concentrating solar cell device that is low in cost and has high tracking accuracy.
図6は、従来の追尾集光型太陽電池装置の概略斜視図である。図7は、従来の他の形態の追尾集光型太陽電池装置の概略断面図である。 FIG. 6 is a schematic perspective view of a conventional tracking concentrating solar cell device. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of another conventional tracking and concentrating solar cell device.
近年、自然エネルギの利用の観点から太陽電池発電が着目されている。しかしながら、太陽電池発電はその発電量に対し比較的設備コストが高いといった問題があった。そこで、太陽電池装置の設備費を抑えながら発電効率を向上させた太陽電池装置として、太陽光を集光レンズによって太陽電池素子上に集光させる構造を備えるとともに、太陽を追尾する機構を備えた追尾集光型太陽電池装置101が提案されている(特許文献1参照)。
In recent years, solar cell power generation has attracted attention from the viewpoint of utilization of natural energy. However, solar cell power generation has a problem that the facility cost is relatively high with respect to the amount of power generation. Therefore, as a solar cell device that improves power generation efficiency while suppressing the facility cost of the solar cell device, it has a structure for concentrating sunlight on the solar cell element by a condensing lens, and a mechanism for tracking the sun. A tracking concentrating
具体的には、追尾集光型太陽電池装置101は、集光レンズと太陽電池素子からなるサブモジュール102と、サブモジュール102が複数配列されたモジュール筐体103と、モジュール筐体103を太陽に追尾させる追尾機構(図示省略)から構成されている。このような構成によれば、集光レンズにより太陽光を集光してエネルギとして利用するので比較的高価な太陽電池素子の小型化を図ることができる。また、部品としては比較的安価な集光レンズを用いて構成するため、全体として構成部品のコストを低減することができる。その上、太陽光をレンズにより集光して利用するため、太陽電池素子自体の発電効率を非集光時よりも向上させることができるといった効果もあった。
Specifically, the tracking concentrating
ところが、この種の追尾集光型太陽電池装置101においては、発電効率の向上を図るため、モジュール筐体103に多数のサブモジュール102を配置してこれらのサブモジュール102を同時に駆動させる構造とされるため、モジュール筐体103が大型化、重量化し、太陽に追尾させるための駆動エネルギが増大する結果となっていた。
However, this type of concentrating
また、次のような問題もあった。すなわち、当該追尾集光型太陽電池装置101においては、集光レンズを用いて太陽光を太陽電池素子に集光する構造を有しているが、太陽光の方向と集光レンズの光軸がずれてしまうと焦点が太陽電池素子から外れてしまい発電効率が低下する。このような発電効率の低下を防止するため、太陽の方向とモジュール筐体103の方向(集光レンズの光軸及び受光面が向く方向)のズレが微小範囲(例えば±0.5°)におさまるように制御しつつ太陽を日出から日没時までの広範囲で追尾するように、追尾集光型太陽電池装置101の駆動系が構成される。大型のモジュール筐体103にあっては、その駆動により重心の変動、重量による位置ズレ等が生じるため、高精度且つ広範囲の駆動を実現するためには、モジュール筐体103を位置ズレなく支持する支持機構、位置ズレを補正するフィードバック制御機構等を設ける必要があった。そのため、駆動系が複雑化し、設備コストが増大するという結果となっていた。
There were also the following problems. In other words, the tracking concentrating
そこで、高精度且つ広範囲での太陽の追尾を低コストで可能とするものとして、図7に示すような追尾集光型太陽電池装置111が提案されていた(特許文献2参照)。この追尾集光型太陽電池装置111では、重量物であるモジュール筐体113を追尾駆動するのではなく、個々のサブモジュール112を追尾駆動させる構造とされる。これにより、追尾集光型太陽電池装置111の追尾駆動系の複雑化を回避することができた。
しかしながら、このような構造の追尾集光型太陽電池装置111は、個々のサブモジュール112を太陽の移動にともなって回転させる構造としているところ、その回転角度によっては、サブモジュール112の集光レンズ121が隣接しているサブモジュール112の陰に隠れてしまう場合があるため、サブモジュール間112,112の間隔を広げる必要があった。そのため、モジュール筐体113に対して発電部分の占める割合(サブモジュール充填率)が低くなり、単位面積あたりの発電効率が低下するという問題があった。したがって、従来と同等の発電量を確保するためには、発電効率が低下した分を補うために、新たな追尾集光型太陽電池装置111の導入が必要となり、結果的に、単位発電量当たりの設備コストという観点からみれば、その設備コストの低減は少ないものとなっていた。
However, the tracking concentrating
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、低コストであり、追尾精度の高い追尾集光型太陽電池装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a tracking concentrating solar cell device that is low in cost and has high tracking accuracy.
本発明に係る追尾集光型太陽電池装置は、太陽光を集光する集光体及び該集光体の焦点付近に配置された太陽電池素子を有するサブモジュールが、モジュール筐体から独立して駆動されるように該モジュール筐体内に配置され、前記サブモジュールの受光面が太陽の方向を向くように、前記サブモジュール及び前記モジュール筐体を追尾駆動系により追尾駆動するものであって、前記追尾駆動系は、粗精度で太陽を追尾するように前記モジュール筐体を駆動する第1追尾駆動系と、この第1追尾駆動系よりも高い精度で前記サブモジュールを追尾駆動する第2追尾駆動系とを備えたことを特徴とする。 In the tracking concentrating solar cell device according to the present invention, a sub-module having a condensing body for concentrating sunlight and a solar cell element arranged near the focal point of the condensing body is independent of the module housing. It is arranged in the module housing to be driven, and the submodule and the module housing are driven by a tracking drive system so that the light receiving surface of the submodule faces the sun, The tracking drive system includes a first tracking drive system that drives the module housing to track the sun with coarse accuracy, and a second tracking drive that drives the submodule with higher accuracy than the first tracking drive system. System.
本発明によれば、第1追尾駆動系により、粗精度で太陽を追尾するようにモジュール筐体を駆動するとともに、第2追尾駆動系により、モジュール筐体に対して独立して駆動されうるサブモジュールを、この第1追尾駆動系よりも高い精度で太陽を追尾するように駆動するので、高精度で太陽を追尾することができる。 According to the present invention, the module housing is driven by the first tracking drive system so as to track the sun with coarse accuracy, and the second tracking drive system can be driven independently from the module housing. Since the module is driven so as to track the sun with higher accuracy than the first tracking drive system, the sun can be tracked with high accuracy.
また、従来にあっては、重量物であるモジュール筐体を高精度に太陽に追尾させる構造としていたため制御機構が複雑化していたが、本発明によれば、第1追尾駆動系は粗精度でモジュール筐体を追尾駆動するものとして構成されるため、第1追尾駆動系の制御機構をシンプル化することができる。 Further, in the past, the control mechanism has been complicated because the module housing, which is a heavy object, is configured to track the sun with high accuracy. However, according to the present invention, the first tracking drive system has a coarse accuracy. Therefore, the control mechanism of the first tracking drive system can be simplified.
また、第2追尾駆動系は、第1追尾駆動系よりも高い精度でサブモジュールを追尾駆動するものとされているが、サブモジュールは比較的低重量且つ小型であるところ駆動制御の誤差が殆ど生じないため、第2追尾駆動系を複雑な制御機構により構成しなくてもよいといった効果もある。 In addition, the second tracking drive system is supposed to drive the submodule with higher accuracy than the first tracking drive system, but the submodule is relatively low weight and small in size, so there is almost no drive control error. Since this does not occur, there is an effect that the second tracking drive system need not be configured by a complicated control mechanism.
つまり、本発明に係る追尾集光型太陽電池装置は、第1追尾駆動系と第2追尾駆動系の2つの駆動系を有しているが、太陽の追尾駆動の精度を低下させないで、いずれの駆動系についても構造をシンプル化することができるので、全体として、追尾駆動系をシンプル化、低コスト化することができる。すなわち、追尾集光型太陽電池装置を低コスト且つ高い追尾精度を有するものとすることができる。 That is, the tracking concentrating solar cell device according to the present invention has two drive systems, the first tracking drive system and the second tracking drive system, but without degrading the accuracy of the sun tracking drive, Since the structure of this drive system can be simplified, the tracking drive system can be simplified and reduced in cost as a whole. That is, the tracking concentrating solar cell device can have low cost and high tracking accuracy.
また、上記の追尾集光型太陽電池装置において、前記第1追尾駆動系は予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて前記モジュール筐体を駆動するものとされ、前記第2追尾駆動系は前記サブモジュールの出力が最大となるように前記サブモジュールを駆動するものとされたことを特徴としてもよい。 In the tracking concentrating solar cell device, the first tracking drive system is configured to drive the module housing based on preset sun trajectory information, and the second tracking drive system is the The sub module may be driven so that the output of the sub module is maximized.
この構成によれば、第1追尾駆動系により、予め設定された太陽の軌跡情報に基づいてモジュール筐体が追尾駆動されるとともに、第2追尾駆動系により、サブモジュールの出力が最大となるようにサブモジュールが駆動されるところ、これにより、モジュール筐体の向きが太陽の方向からずれた場合であってもサブモジュールの出力が最大となるように第2追尾駆動系によりサブモジュールが駆動されるので、追尾集光型太陽電池装置の発電効率を向上させることができる。 According to this configuration, the module housing is driven by the first tracking drive system based on preset sun trajectory information, and the output of the submodule is maximized by the second tracking drive system. Thus, the sub module is driven by the second tracking drive system so that the output of the sub module is maximized even when the orientation of the module housing is deviated from the direction of the sun. Therefore, the power generation efficiency of the tracking concentrating solar cell device can be improved.
また、上記の追尾集光型太陽電池装置において、前記第1追尾駆動系は予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて前記モジュール筐体を駆動するものとされ、前記第2追尾駆動系は前記第2追尾駆動系に組み込まれた光量センサの出力が最大となるように前記サブモジュールを駆動するものとされたことを特徴としてもよい。 In the tracking concentrating solar cell device, the first tracking drive system is configured to drive the module housing based on preset sun trajectory information, and the second tracking drive system is the The submodule may be driven so that the output of the light amount sensor incorporated in the second tracking drive system is maximized.
この構成によれば、第1追尾駆動系により、予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて、モジュール筐体が追尾駆動されるとともに、第2追尾駆動系により、太陽光センサの出力が最大となるようにサブモジュールが駆動されるところ、これにより、モジュール筐体の向きが太陽の方向からずれた場合であっても光量センサの出力が最大となるように第2追尾駆動系によりサブモジュールが駆動されるので、追尾集光型太陽電池装置の発電効率を向上させることができる。 According to this configuration, the module housing is driven by the first tracking drive system on the basis of preset sun trajectory information, and the output of the solar sensor is maximized by the second tracking drive system. Thus, the sub-module is driven by the second tracking drive system so that the output of the light quantity sensor is maximized even when the orientation of the module housing is deviated from the direction of the sun. Since it is driven, the power generation efficiency of the tracking concentrating solar cell device can be improved.
本発明によれば、追尾集光型太陽電池装置は、粗精度の第1追尾駆動系と第1追尾駆動系よりは高い精度の第2追尾駆動系とからなる追尾駆動系を有していることから、太陽の追尾駆動の精度を低下させないで、追尾駆動系をシンプル化、低コスト化することができる。すなわち、追尾集光型太陽電池装置を低コスト且つ高い追尾精度を有するものとすることができる。 According to the present invention, the tracking concentrating solar cell device has a tracking drive system including a first tracking drive system with coarse accuracy and a second tracking drive system with higher accuracy than the first tracking drive system. Therefore, the tracking drive system can be simplified and reduced in cost without degrading the accuracy of the sun tracking drive. That is, the tracking concentrating solar cell device can have low cost and high tracking accuracy.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る追尾集光型太陽電池装置の概略側面図を示し、図2は、サブモジュールの概略断面図を示し、図3は、サブモジュールを駆動する第2追尾駆動系の模式図を示している。 FIG. 1 shows a schematic side view of a tracking concentrating solar cell device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a submodule, and FIG. 3 shows a second driving a submodule. The schematic diagram of a tracking drive system is shown.
追尾集光型太陽電池装置1は架台10の上に設置される。具体的には、地面90に鉄筋コンクリートの基礎11が築かれ、その上に架台10が強固に固定される。そして、この架台10の上に、追尾集光型太陽電池装置1が設置される。すなわち、追尾集光型太陽電池装置1は太陽の追尾により重心位置が変化するため設置が不安定であればその設置位置のズレが生じうるが、このような強固に地面90に固定された架台10に追尾集光型太陽電池装置1を設置することにより、当該追尾集光型太陽電池装置1の位置や向きのズレの発生が防止される。これにより、高精度な太陽の追尾が可能とされる。
The tracking concentrating
追尾集光型太陽電池装置1は、太陽光を受光して発電するサブモジュール2と、サブモジュール2が1又は2以上配置されるモジュール筐体3と、サブモジュール2及びモジュール筐体3を駆動する追尾駆動系とを備えている。追尾駆動系は、モジュール筐体3を追尾駆動する第1追尾駆動系4と、サブモジュール2を追尾駆動する第2追尾駆動系5とを備える。
The tracking concentrating
サブモジュール2は、太陽光により発電を行うものであり、図2に示すように、集光レンズ21と、太陽電池素子22と、回路基板23と、ヒートシンク24と、これらの構成部材を保持するユニット枠25とからなる。
The
集光レンズ21は、焦点が太陽電池素子22に当たるように設計されている。この集光レンズ21は、凸型レンズでもよいし、フルネルレンズで構成してもよい。
The condensing
太陽電池素子22は、太陽光を受けて発電するものであり、単結晶シリコン、多結晶シリコン、化合物半導体等から形成される。
The
回路基板23は、例えばセラミックス基板から形成され、その表面には、太陽電池素子22を搭載するランド、太陽電池素子22の電極に接続される端子、端子に接続される配線等が形成されている。そして、この端子及び配線を介して、太陽電池素子22から電力が取り出される。
The
ヒートシンク24は、太陽電池素子22の熱を効率的に放熱するものとして、回路基板23の裏面に接着される。太陽電池素子22は加熱によって発電効率が低下するという特性を有しているため、集光された太陽光による加熱で発電効率の低下が生じていたが、ヒートシンク24により効率的に放熱されるので発電効率の低下が防止される。このような構成によれば、太陽電池素子22に太陽光を集光することにより単位面積あたりの光エネルギ密度が増大することで生じる太陽電池素子22の過熱を防止し、効率的に発電させることができる。
The
モジュール筐体3は、サブモジュール2を保持するものである。具体的には、モジュール筐体3の主面31とサブモジュール2の受光面(集光レンズ面)とが略平行となるように、モジュール筐体3にサブモジュール2が搭載される。また、サブモジュール2は、第2追尾駆動系5により、モジュール筐体3から独立して駆動されるように配置されている。一方、モジュール筐体3は、第1追尾駆動系4により駆動される。
The
第1追尾駆動系4は、モジュール筐体3を支持するとともに、モジュール筐体3の主面(サブモジュール2が搭載される面)31が常に太陽の方向を向くように、モジュール筐体3を太陽の軌跡にあわせて駆動させるものとして構成されている。
The first
具体的には、第1追尾駆動系4は、モジュール筐体3を駆動可能に支持するステージ41と、モジュール筐体3を傾斜させて支持しつつモジュール筐体3の仰角を変えるパワーシリンダ42と、モジュール筐体3の主面31を太陽の方向に向くように追尾させる追尾制御装置(図示省略)から構成される。
Specifically, the first
ステージ41は、架台10の上に回動自在に配置される。具体的には、架台10には回転軸としての支柱9が設けられ、この支柱9に、回動自在に、且つ上面が水平となるようにして、ステージ41が設けられる。また、ステージ41は、モータやウォーム減速機等の回転駆動装置(図示省略)により回動するように構成されている。モータやウォーム減速機としては、高精度で駆動するものを用いる必要はない。例えば、ステージ41を回転させる場合の設定回転角度に対して±5°の精度でステージ41を回転駆動させるものが用いられる。
The
ステージ41には、モジュール筐体3が搭載される。モジュール筐体3は、その下辺に沿って枢軸35が設けられ、当該枢軸35の周りに回動自在とされている。また、モジュール筐体3の背面上部とステージ面との間にパワーシリンダ42が配置され、パワーシリンダ42の伸縮によって、モジュール筐体3の仰角が変更されるようにされている。なお、パワーシリンダ42は、油圧式でも電動式でもよい。パワーシリンダ42もまた、モータやウォーム減速機と同様に、高精度のものは必要とされない。
The
なお、モジュール筐体3の仰角を変化させる構造としては、枢軸35を中心とする回動による構造に限定されない。例えば、当該モジュール筐体3の仰角を変更する機構は、平行リンク機構により、構成してもよい。
Note that the structure for changing the elevation angle of the
追尾制御装置は、モジュール筐体3の主面31(すなわち、サブモジュール2の受光面)が太陽の方向に向くように、回転駆動装置及びパワーシリンダ42を制御し、太陽軌跡の全範囲にわたってモジュール筐体3を太陽に追尾させるものである。
The tracking control device controls the rotary drive device and the
具体的には、追尾制御装置は、予め登録された太陽の軌跡情報、当該追尾集光型太陽電池装置1の設置場所の緯度、経度、及び太陽の方向を求める時間(年月日、時刻)に基づいて、当該設置場所からの太陽の方向を算出する。そして、モジュール筐体3の主面31の方向と太陽の方向が一致するモジュール筐体3の仰角と方位角を求め、この仰角と方位角を実現するように回転駆動装置及びパワーシリンダ42を駆動させる。このときの許容範囲(モジュール筐体3の主面31の方向(主面に垂直な方向)と太陽の方向とのズレの許容範囲)は、角度制御誤差として、例えば、±5°(第1誤差範囲)とされる。
Specifically, the tracking control device obtains the sun trajectory information registered in advance, the latitude and longitude of the installation location of the tracking concentrating
このような粗い精度であれば、高精度の回転駆動装置や高精度のパワーシリンダ42を用いずとも、当該許容範囲内でモジュール筐体3を駆動させることができる第1追尾駆動系4を構成することができ、第1追尾駆動系4を安価に構成することができる。
With such a rough accuracy, the first
なお、第1追尾駆動系4は、上記の構成に限定されるものではない。例えば、第1追尾駆動系4は、互いに直交し且つ独立して回動する2つの回動軸から構成してもよい。
The first
第2追尾駆動系5は、サブモジュール2をモジュール筐体3から独立させて、太陽に追尾させるように駆動するものである。また、第2追尾駆動系5は、第1追尾駆動系4よりも高い精度で、サブモジュール2を追尾駆動するものとして構成される。例えば、第1追尾駆動系4によるモジュール筐体3の角度制御誤差が±5°(第1誤差範囲)である場合は、第2追尾駆動系5によるサブモジュール2の角度制御誤差は、第1誤差範囲の±5°よりも小さい値(第2誤差範囲)とされる。より好ましくは、発電効率を著しく低下させないために、サブモジュール2の角度制御誤差は±0.5°以下とされる。
The second
また、第2追尾駆動系5によって駆動されるサブモジュール2の駆動範囲(サブモジュール2の回動角度)は、第1追尾駆動系4の第1誤差範囲と同じか又はそれ以上の範囲とされる。例えば、第1追尾駆動系4によるモジュール筐体3の角度制御誤差が±5°である場合は、第2追尾駆動系5によるサブモジュール2の駆動範囲(角度制御範囲)は、±5°以上とされる。このような構成により、第1追尾駆動系4の制御誤差によってモジュール筐体3の方向ズレ(モジュール筐体3の主面31の方向(主面に垂直な方向)と太陽の方向とのズレ)が生じても、第2追尾駆動系5により当該方向ズレが補正される。
Further, the driving range of the
具体的には、第2追尾駆動系5は、図3に示すように、太陽電池素子22の角度を調整する第1リンク機構51と、集光レンズ21の位置を調整する第2リンク機構52とから構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 3, the second
第1リンク機構51は、2軸が独立して回動する2軸リンク機構により構成されている。具体的には、第1リンク機構51は、太陽電池素子22を第1回転軸で軸支する第1フレーム51aと、当該第1フレーム51aを第1回転軸に直交する第2回転軸で軸支する第2フレーム51bとから構成されている。2軸リンク機構の各軸における回転駆動機構は、例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータ、電磁石により駆動し、±0.5°の精度で、±5°の駆動範囲(角度制御範囲)で角度調整ができるように構成される。
The
そして、第1リンク機構51により、予め登録された太陽の軌跡情報、当該追尾集光型太陽電池装置1の設置場所の緯度、経度、及び太陽の方向を求める時間(年月日、時刻)に基づいて、太陽電池素子22の受光面が向く方向と太陽の方向が一致するように、太陽電池素子22が角度調整される。
Then, by the
第1リンク機構51による太陽電池素子22の角度調整は、上記のように太陽の軌跡情報等に基づいて行うのではなく、太陽電池素子22の出力が最大化するように、太陽電池素子22の角度調整を行ってもよい。具体的には、所定時間おきに太陽電池素子22を回動させてその出力が最大となる角度を検出し、その検出された角度に太陽電池素子22が固定される。
The angle adjustment of the
また、第1リンク機構51による太陽電池素子22の角度調整は、第2追尾駆動系に組み込まれた光量センサ(図示省略)の出力が最大となるように、太陽電池素子22の角度調整を行ってもよい。このような場合は、所定時間おきに光量センサを回動させてその出力が最大となる角度を検出し、その検出された角度に太陽電池素子22が固定される。
Further, the angle adjustment of the
第2リンク機構52は、2方向に互いに独立して摺動自在とされた機構により構成されている。具体的には、第2リンク機構52は、集光レンズ21を第1ガイドで摺動自在に支持する第1フレーム52aと、当該第1フレーム52aを第1ガイドに直交する第2ガイドで摺動自在に支持する第2フレーム52bとから構成されている。第1及び第2フレーム52a,52bの各方向における駆動は、例えばステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータにより行われる。そして、第2リンク機構52は、第1リンク機構51により太陽電池素子22を角度調整した際に生じる、太陽電池素子22の受光面の軸(受光面に対して垂直な方向の軸)と集光レンズ21の光軸との軸ズレを補正するように、集光レンズ21を移動させるものとして構成される。
The
すなわち、第1リンク機構51によって太陽電池素子22の角度調整をした場合には、太陽電池素子22の受光面の軸と集光レンズ21の光軸とのズレが生じ、集光レンズ21の焦点が太陽電池素子22から外れてしまうので、太陽電池素子22の受光面の軸と集光レンズ21の光軸とのズレがなくなるように、第2リンク機構52により、集光レンズ21の位置が補正される。
That is, when the angle of the
具体的には、第2リンク機構52による集光レンズ21の制御距離範囲は、サブモジュール2の寸法として、集光レンズ21の直径が100mm、集光レンズ21と太陽電池素子22までの距離が120mmであり、その駆動範囲(角度制御範囲)が±5°である場合は、上下左右に±11mmとされる(図4参照)。
Specifically, the control distance range of the
ところで、太陽電池素子22及び集光レンズ21は、モジュール筐体3と比べると軽重量物であるため、第2追尾駆動系5は、その構造をシンプル、軽量にして、且つ、太陽電池素子22を高精度、高速に駆動するものとして構成することができる。したがって、サブモジュール2に対して第2追尾駆動系5が設けられるものの、モジュール筐体3に搭載される第2追尾駆動系5の重量は過大とならないため、第2追尾駆動系5の重量によって第1追尾駆動系4の制御精度が低下することもない。また、仮に、第2追尾駆動系5を比較的重量を有する機構としても、第1追尾駆動系4は元々高精度に制御されないので、第1追尾駆動系4に搭載されるものの全体の重量がその許容量を超えない限りは、追尾集光型太陽電池装置1の追尾精度を低下させることもない。
By the way, since the
なお、第2追尾駆動系5は、上記のように太陽電池素子22と集光レンズ21を独立して駆動させるものに限定されない。例えば、1つのリンク機構により、サブモジュール2を一体のものとして駆動するように構成してもよい。
In addition, the 2nd
また、第2追尾駆動系5の構造は、上記の第1リンク機構51や第2リンク機構52の構造に限定されるものでもない。例えば、ワイヤフレームなどによるリンク機構、ギアやベルトなどによる回転機構などを組み合わせた機構により、第2追尾駆動系5を構成してもよい。
Further, the structure of the second
次に、モジュール筐体3に対するサブモジュール2の充填率について説明する。
Next, the filling rate of the
図4は、モジュール筐体に対するサブモジュールの充填率を説明するための図を示し、(a)はサブモジュールの傾斜角度を5°としたときの模式図であり、(b)はサブモジュールの傾斜角度を24°としたときの模式図であり、(c)はサブモジュールの傾斜角度を60°としたときの模式図である。 4A and 4B are diagrams for explaining the filling rate of the submodule with respect to the module housing. FIG. 4A is a schematic diagram when the inclination angle of the submodule is 5 °, and FIG. It is a schematic diagram when an inclination angle is 24 degrees, (c) is a schematic diagram when the inclination angle of a submodule is 60 degrees.
図5は、モジュール筐体に対するサブモジュールの充填率を示した表であり、図5(a)はサブモジュールの角度制御範囲を東西方向で±5°、南北方向で±5°とした場合における充填率を示し、図5(b)はサブモジュールの角度制御範囲を東西方向で±60°、南北方向で±24°とした場合における充填率を示している。また、図5においては、モジュール筐体3に搭載するサブモジュール2の搭載数による充填率も示している。
FIG. 5 is a table showing the filling rate of the submodule with respect to the module housing. FIG. 5A shows the case where the angle control range of the submodule is ± 5 ° in the east-west direction and ± 5 ° in the north-south direction. FIG. 5B shows the filling rate when the angle control range of the submodule is ± 60 ° in the east-west direction and ± 24 ° in the north-south direction. FIG. 5 also shows the filling rate depending on the number of
モジュール筐体3に対するサブモジュール2の充填率は、モジュール筐体3の主面面積に対するサブモジュール2の集光レンズ21が占める面積の比率で示される。モジュール筐体3の大きさは、サブモジュール2を最大角度で傾斜させたときにサブモジュール2が隣接する太陽用電池ユニットの陰に入らないように、定められる(図4参照)。
The filling rate of the
以下、モジュール筐体3に対するサブモジュール2の充填率の一例を説明する。
Hereinafter, an example of the filling rate of the
集光レンズ21の直径100mm、集光レンズ21と太陽電池素子22までの距離が120mmであるサブモジュール2(図2参照)を、東西方向及び南北方向ともに±5°回動しうる状態で、モジュール筐体3に密に搭載する場合の充填率は、次のようになる。
The submodule 2 (see FIG. 2) having a diameter of the
上記条件の場合は、図4(a)に示すように、サブモジュール同士2,2が互いに陰に入らないように駆動できる間隔(サブモジュール同士2,2の間隔)は約101mm、最端にあるサブモジュール2とモジュール筐体端部3aとの間隔は約11mmと算出される。また、東西方向及び南北方向にサブモジュール2をそれぞれ20個配列した場合、モジュール筐体3のサイズは約2050mm×2050mmとなり、このときのモジュール充填率は約96%となる(図5(a)参照)。
In the case of the above conditions, as shown in FIG. 4 (a), the distance between the sub-modules 2 and 2 that can be driven so as not to be in the shadow of each other (the distance between the sub-modules 2 and 2) is about 101 mm. The distance between a
ここで、比較の対象として、サブモジュール2のみ太陽を追尾する構造の従来の追尾集光型太陽電池装置において、モジュール筐体3に対してサブモジュール2の充填率を計算した例を示す。
Here, as an object for comparison, an example in which the filling rate of the
例えば、集光レンズ21の直径100mm、集光レンズ21と太陽電池素子22までの距離が120mmであるサブモジュール2(図2参照)を東西方向で±60°、南北方向で±24°回動しうる状態でモジュール筐体3に密に搭載する場合の充填率は、次のようになる。
For example, the sub-module 2 (see FIG. 2) whose diameter of the
この条件の場合は、南北方向においては、図4(b)に示すように、サブモジュール同士2,2が互いに陰に入らないように駆動できる間隔(サブモジュール同士2,2の間隔)は約110mm、最端にあるサブモジュール2とモジュール筐体端部3aとの間隔は約45mmと算出される。東西方向においては、図4(c)に示すように、サブモジュール同士2,2が互いに陰に入らないように駆動できる間隔(サブモジュール同士2,2の間隔)は約200mm、最端にあるサブモジュール2とモジュール筐体端部3aとの間隔は約79mmと算出される。また、東西方向及び南北方向にサブモジュール2をそれぞれ20個配列した場合、モジュール筐体3のサイズは約4060mm×2280mmとなり、このときのモジュール充填率は約43%となる(図5(b)参照)。
In the case of this condition, in the north-south direction, as shown in FIG. 4 (b), the distance between the
すなわち、本発明に係る追尾集光型太陽電池装置1は、追尾駆動系を第1追尾駆動系4と第2追尾駆動系5の2つの駆動系により構成し、第1追尾駆動系4により太陽の軌跡にあわせて追尾駆動させた構成とされているので、第2追尾駆動系5の角度制御範囲を小さくすることができる。そのため、図5(a)と(b)の対比より明らかなように、追尾集光型太陽電池装置1の構成によれば、モジュール筐体3に対するサブモジュール2の充填率を向上させることができ、その分、従来の追尾集光型太陽電池装置に比較し、単位面積あたりの発電効率を向上させることができる。したがって、従来の追尾集光型太陽電池装置による発電量と同等の発電量を確保する場合は、追尾集光型太陽電池装置1の台数を少なくすることができるので、その設備コストを低減することができる。
That is, in the tracking concentrating
以上、本発明によれば、第1追尾駆動系4により、粗精度で太陽を追尾するようにモジュール筐体3を駆動するとともに、第2追尾駆動系5により、モジュール筐体3に対して独立して駆動されうるサブモジュール2を、この第1追尾駆動系4よりも高い精度で太陽を追尾するように駆動するので、高精度で太陽を追尾することができる。
As described above, according to the present invention, the
また、従来にあっては、重量物であるモジュール筐体3を高精度に太陽に追尾させる構造としていたため制御機構が複雑化していたが、本発明によれば、第1追尾駆動系4は粗精度でモジュール筐体3を追尾駆動するものとして構成されるため、第1追尾駆動系4の制御機構をシンプル化することができる。
Further, in the past, the control mechanism was complicated because the
また、第2追尾駆動系5は、第1追尾駆動系4よりも高い精度でサブモジュール2を追尾駆動するものとされているが、サブモジュール2は比較的低重量且つ小型であるところ駆動制御の誤差が殆ど生じないため、第2追尾駆動系5を複雑な制御機構により構成しなくてもよいといった効果もある。
In addition, the second
つまり、本発明に係る追尾集光型太陽電池装置1は、第1追尾駆動系4と第2追尾駆動系5の2つの駆動系を有しているが、太陽の追尾駆動の精度を低下させないで、いずれの駆動系についても構造をシンプル化することができるので、全体として、追尾駆動系をシンプル化、低コスト化することができる。すなわち、追尾集光型太陽電池装置1を低コスト且つ高い追尾精度を有するものとすることができる。
That is, the tracking concentrating
また、上記の追尾集光型太陽電池装置1において、第1追尾駆動系4は予め設定された太陽の軌跡情報に基づいてモジュール筐体3を駆動するものとされ、第2追尾駆動系5はサブモジュール2の出力が最大となるように前記サブモジュール2を駆動するものとされたことから、第1追尾駆動系4により、予め設定された太陽の軌跡情報に基づいてモジュール筐体3が追尾駆動されるとともに、第2追尾駆動系5により、サブモジュール2の出力が最大となるようにサブモジュール2が駆動されるところ、これにより、モジュール筐体3の向きが太陽の方向からずれた場合であってもサブモジュール2の出力が最大となるように第2追尾駆動系5によりサブモジュール2が駆動されるので、追尾集光型太陽電池装置1の発電効率を向上させることができる。
In the tracking concentrating
また、上記の追尾集光型太陽電池装置1において、前記第1追尾駆動系4は予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて前記モジュール筐体3を駆動するものとされ、前記第2追尾駆動系5は前記第2追尾駆動系5に組み込まれた光量センサの出力が最大となるように前記サブモジュール2を駆動するものとされたことから、第1追尾駆動系4により、予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて、モジュール筐体3が追尾駆動されるとともに、第2追尾駆動系5により、太陽光センサの出力が最大となるようにサブモジュール2が駆動されるところ、これにより、モジュール筐体3の向きが太陽の方向からずれた場合であっても光量センサの出力が最大となるように第2追尾駆動系5によりサブモジュール2が駆動されるので、追尾集光型太陽電池装置1の発電効率を向上させることができる。
In the tracking concentrating
1 追尾集光型太陽電池装置
2 サブモジュール
3 モジュール筐体
4 第1追尾駆動系
5 第2追尾駆動系
21 集光レンズ
22 太陽電池素子
23 回路基板
24 ヒートシンク
25 ユニット枠
51 第1リンク機構
52 第2リンク機構
90 地面
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記追尾駆動系は、粗精度で太陽を追尾するように前記モジュール筐体を駆動する第1追尾駆動系と、この第1追尾駆動系よりも高い精度で前記サブモジュールを追尾駆動する第2追尾駆動系とを備えたことを特徴とする追尾集光型太陽電池装置。 A sub-module having a light collector for concentrating sunlight and a solar cell element arranged near the focal point of the light collector is disposed in the module housing so as to be driven independently from the module housing, In the tracking concentrator solar cell device that drives the submodule and the module housing by a tracking drive system so that the light receiving surface of the submodule faces the sun,
The tracking drive system includes a first tracking drive system that drives the module housing so as to track the sun with coarse accuracy, and a second tracking that drives the submodule with higher accuracy than the first tracking drive system. A tracking concentrating solar cell device comprising a drive system.
前記第1追尾駆動系は予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて前記モジュール筐体を駆動するものとされ、前記第2追尾駆動系は前記サブモジュールの出力が最大となるように前記サブモジュールを駆動するものとされたことを特徴とする追尾集光型太陽電池装置。 The tracking concentrating solar cell device according to claim 1,
The first tracking drive system is configured to drive the module housing based on preset sun trajectory information, and the second tracking drive system is configured so that the output of the sub module is maximized. A tracking concentrating solar cell device characterized in that it is driven.
前記第1追尾駆動系は予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて前記モジュール筐体を駆動するものとされ、前記第2追尾駆動系は前記第2追尾駆動系に組み込まれた光量センサの出力が最大となるように前記サブモジュールを駆動するものとされたことを特徴とする追尾集光型太陽電池装置。 The tracking concentrating solar cell device according to claim 1,
The first tracking drive system is configured to drive the module housing based on preset sun trajectory information, and the second tracking drive system is an output of a light amount sensor incorporated in the second tracking drive system. The tracking concentrating solar cell device is characterized in that the submodule is driven so that the maximum is.
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