JP2010010543A - 太陽光発電装置のトラッキングシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池パネル12の方位及び仰角を変位させる駆動装置17と、年月日、時刻及び太陽光発電装置10の設置緯度、経度に基づいて太陽の位置データが予め記憶された機能を備えたコントローラ18を含む。コントローラ18は、位置データを読み出し、方位検出器30及び仰角検出器31から与えられる実際の方位、仰角と比較し、その角度差に応じてに前記駆動装置17を介して太陽電池パネル12を角度変位させる。
【選択図】図1
Description
環境破壊を伴うことのない太陽光発電装置は、代替エネルギー源として注目され、既に、公共機関、企業、或いは一般家庭における建物等に設置、導入されている。
特許文献1には、日射量や発電量に基づいて太陽光を追尾(トラッキング)する制御方法が開示されており、また、特許文献2には、日射方向を検出することで太陽光を追尾するシステムが提案されている。
しかしながら、太陽光発電装置を構成する太陽電池パネルの方位、仰角を制御する駆動量は一定となるものであり、太陽の位置が変化する状態が、季節や時間帯によって異なるという特質を考慮したものとは言い難い。
例えば、南中時(太陽が最も高い位置となる正午)の前後数時間の時間帯は、それ以外の時間帯(日の出後数時間、日没前数時間)に比べ、単位時間当たりにおける太陽の方位変化が小さいため、時刻に関係なく太陽電池パネルを一定の角度で変位させることは、当該変位を行うための駆動系に無駄なエネルギーを費やす、という不利益がある。
また、日照計等の計測手段は、過酷な環境下に晒されるものであるため、当該計測手段が故障を起こしたときに、太陽電池パネルの変位基準自体を喪失する、という致命的な不都合を招来する。
そこで、本発明者は、太陽光発電装置の設置位置における緯度、経度毎に、太陽の移動軌跡が予め特定若しくは把握できることに着目し、種々の実験を行った結果、期待する発電量の確保と、エネルギーの無駄な消費を回避できることを知見した。
本発明は、公知のトラッキングシステムにおける前述の不都合に着目し、前記知見に基づいて案出されたものであり、その目的は、予め特定することのできる太陽の位置、すなわち、方位、高度をデータとして用い、当該位置データと、太陽電池パネルの実際の方位、仰角に基づいて太陽電池パネルの角度を制御して発電効率の改善若しくは維持と、省エネルギー化を達成することのできる太陽光発電装置のトラッキングシステムを提供することにある。
前記コントローラは、所定のタイミングで前記位置データを読み出すとともに、前記検出器から与えられる太陽電池パネルの実際の方位、仰角との差に応じて太陽電池パネルを角度変位させる、という構成を採っている。
また、風速センサによる風速値が設定上限値を越えたときに、太陽電池パネルを水平位置に角度変位させる構成を採用した場合には、太陽電池パネルの破壊や、太陽光発電装置が倒壊する等のリスクを低減することができる。
更に、雨、雪を感雨センサが判定したときに、太陽電池パネルを垂直位置に角度変位させる構成では、太陽電池パネルの汚れを雨水によって落とすことができる他、積雪を防止することで、その後の稼動時に駆動装置のモータ負荷を軽減することができる。
また、南中時経過前の出力積算値が前回値以下であるときに、太陽電池パネルの現在仰角を維持した状態で、当該太陽電池パネルを所定角度進んだ方位に変位させる構成では、仰角を変位させないことによる節電を図ることができる。ここで、出力積算値が前回値以下である場合には、日照の弱い曇りが想定されるので、仰角を変位させなくても、発電能力への影響は生じない。また、方位は、現在方位から前記位置データに対応する方位まで変位させ、更に、その角度差の1/2進んだ位置まで太陽電池パネルを変位させることにより、例えば、太陽電池パネルの方位、仰角を検出するエンコーダ等の検出器の値をリセットすることによって生じ得る累積誤差の補正も可能となる。
なお、南中時経過後において、南中時の出力積算値が所定値以下であるときに、太陽電池パネルを水平姿勢に角度変位させる構成とした場合も駆動電力の節電を図ることができる。
また、南中時経過後において、南中時の出力積算値に基づいて曇り判定を行い、曇りと判定したときに、駆動装置を介して太陽電池パネルを水平姿勢に角度変位させることで、駆動電力の節電を図りつつ、発電に支障をきたすことのない状態で発電を継続することが可能となる。
更に、南中時経過後の出力積算値が所定値以下であるとき及び所定値以上であるときも、南中時経過前と同様の制御を行うことで、同様の効果を得ることができる。
また、風速センサと感雨センサとの検出結果に基づく制御が競合したときに、風速センサの検出結果に基づく制御を優先して行うことで、制御を統一的に行うことができる。
更に、日没時刻に達したときに太陽電池パネルを原点復帰させることで、翌日の日昇時に備えることができる。
日昇時刻前の段階では、太陽電池パネルは原点位置に保たれる(ステップS1)。この原点位置は、太陽電池パネルの南中時位置となる方位を0°としたときに、東方位に−135°の位置に設定され、また、仰角は、太陽電池パネル12が水平角度すなわち0°に設定されている。
図4に示されるように、太陽電池パネル12の出力積算値を計測し(ステップS17)、その積算値が所定値、すなわち一定の発電を行ったかどうかの基準として予めコントローラ18に与えられている所定値を越えているか否かを判定する(ステップS18)。積算値が所定値を越えていないときは、太陽電池パネルの仰角が0°となるように水平位置に角度変位させる(ステップS19)。これは、南中時を過ぎると、日射量は次第に少なくなって発電の寄与度が低下する傾向があるため、仰角を実際の太陽の方位、高度に応じて変位させる実益に乏しく、太陽電池パネル12を水平姿勢にしても、発電能力に大きな相違がないためである。このように太陽電池パネル12を水平位置に角度変位させた後、又は、出力積算値が所定値を越えていると判定された時は、前述したステップ4ないしステップ12と同様のステップS21ないしステップ28の制御が行われる。
従って、日昇時には、太陽電池パネル12の仰角が原点位置に存在しない場合も生ずるが、以後の制御を一定に行うために、本実施形態では、日昇時に原点位置に一旦復帰させて、ステップ1ないし31の制御を行うように設定されている。
すなわち、本発明は、主に特定の実施の形態に関して特に図示し、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上に述べた実施の形態に対し、形状、材料、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
11 支持体
12 太陽電池パネル
14 積算電力計
15 風速センサ
16 感雨センサ
17 駆動装置
18 コントローラ
Claims (10)
- 太陽電池パネルと、当該太陽電池パネルを変位可能に支持する支持体と、太陽電池パネルの方位及び仰角を変位させる駆動装置と、太陽電池パネルの出力を検出する積算電力計と、太陽電池パネルの方位、仰角を検出する検出器と、年月日、時刻及び太陽光発電装置の設置緯度、経度に基づいて太陽の位置データが予め設定されるとともに所定の制御を行うコントローラとを含む太陽光発電装置のトラッキングシステムにおいて、
前記コントローラは、所定のタイミングで前記位置データを読み出すとともに、前記検出器から与えられる太陽電池パネルの実際の方位、仰角との差に応じて太陽電池パネルを角度変位させることを特徴とする太陽光発電装置のトラッキングシステム。 - 前記太陽光発電装置は、風速センサを更に含み、前記コントローラは、風速が設定値を越えたときに、前記駆動装置を介して太陽電池パネルを水平位置に角度変位させることを特徴とする請求項1記載の太陽光発電装置のトラッキングシステム。
- 前記太陽光発電装置は、感雨センサを更に含み、前記コントローラは、雨、雪を判定したときに、前記駆動装置を介して太陽電池パネルを垂直位置に角度変位させることを特徴とする請求項1又は2記載の太陽光発電装置のトラッキングシステム。
- 前記コントローラは、南中時経過前において、太陽電池パネルの出力積算値に基づいて曇り判定を行い、曇りと判定したときに、駆動装置を介して太陽電池パネルを水平姿勢に角度変位させることを特徴とする請求項1、2又は3記載の太陽光発電装置のトラッキングシステム。
- 前記コントローラは、南中時経過前の太陽電池パネルの出力値が前回値を越えているか否かを判定し、前回値以下であるときに、太陽電池パネルの現在仰角を維持した状態で、太陽電池パネルを、現在方位から前記位置データに対応する位置となる所定角度まで角度変位させるとともに、更に、その角度差の1/2進んだ位置まで太陽電池パネルを変位させる一方、前記出力値が前回値以上であるときに、前記方位及び仰角を現在方位及び現在仰角に対して、前記所定角度と、更にその1/2進んだ位置となるように太陽電池パネルを角度変位させることを特徴とする請求項1,2又は3記載の太陽光発電装置のトラッキングシステム。
- 前記コントローラは、南中時経過後において、南中時の太陽電池パネルの出力積算値が所定値を越えているか否かを判定し、所定値以下であるときに、駆動装置を介して太陽電池パネルを水平姿勢に角度変位させることを特徴とする請求項1記載の太陽光発電装置のトラッキングシステム。
- 前記コントローラは、南中時の太陽電池パネルの出力積算値が所定値を越えていると判定した後に与え得られる出力積算値に基づいて曇り判定を行い、曇りと判定したときに、駆動装置を介して太陽電池パネルを水平姿勢に角度変位させることを特徴とする請求項6記載の太陽光発電装置のトラッキングシステム。
- 前記コントローラは、南中時経過後の太陽電池パネルの出力積算値が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以下であるときに、太陽電池パネルの現在仰角を維持した状態で、当該太陽電池パネルを、現在方位から前記位置データに対応する方位となる所定角度まで角度変位させるとともに、更に、その角度差の1/2進んだ位置まで太陽電池パネルを変位させる一方、出力積算値が前回値以上であるときに、前記方位及び仰角を現在方位及び現在仰角に対して、前記所定角度と、更にその1/2進んだ位置となるように太陽電池パネルを変位させることを特徴とする請求項1記載の太陽光発電装置のトラッキングシステム。
- 前記太陽光発電装置は、風速センサと感雨センサとを含み、前記コントローラは、風速が設定値を越えたときに駆動装置を介して太陽電池パネルを水平位置に角度変位させる一方、降雨、降雪を判定したときに駆動装置を介して太陽電池パネルを垂直位置に角度変位させ、これらが競合したときに、太陽電池パネルを水平位置に角度変位させる制御を優先的に行うことを特徴とする請求項1ないし8の何れかに記載の太陽光発電装置のトラッキングシステム。
- 前記コントローラは、日没時刻に達したときに、前記駆動装置を介して前記太陽電池パネルを原点復帰させることを特徴とする請求項1ないし9の何れかに記載の太陽光発電装置のトラッキングシステム。
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