JP2013080840A

JP2013080840A - 太陽光発電システム

Info

Publication number: JP2013080840A
Application number: JP2011220324A
Authority: JP
Inventors: Shusaku Shimizu; 秀作志水
Original assignee: SHIMIZU DENKI CO Ltd
Current assignee: SHIMIZU DENKI CO Ltd
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2013-05-02

Abstract

【課題】簡単な機構によって太陽を追尾して適切な太陽光発電を行うことができるようにした太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】支柱（２０）の少なくとも上端部を回転自在に設け、上記支柱（２０）の上端には架台（３０）を、夏至における南中高度の太陽を指向するような仰角をもって固定し、架台の搭載面には太陽光を受けて発電する太陽電池モジュール（４０）を搭載し、駆動モータ（５０）を駆動装置によって駆動して支柱の上端部を旋回させる。太陽電池モジュールの追尾の開始時刻から終了時刻までの間を複数に分割した各時刻を設定時刻とし、支柱を中心として追尾の開始位置から終了位置までの間の角度を複数に分割した各角度を設定角度としたとき、追尾の開始位置から終了位置に向けて設定時刻毎に仰角を維持しながら架台を設定角度だけ旋回させ、終了時刻の経過後に開始位置に旋回復帰させる。
【選択図】図２

Description

本発明は太陽光発電システムに関し、特に簡単な機構によって太陽を追尾して適切な太陽光発電を行うことができるようにしたシステムに関する。

太陽光発電は太陽電池モジュールによって太陽光を受け、光エネルギーを電気エネルギーとして変換するものであるが、効率変換させる上で、太陽光を太陽電池モジュールに垂直に入射させるのが望ましい。

そこで、太陽の高さに応じて太陽電池モジュールの傾斜角度を水平軸回りに調整し、日の出から日の入りまでの太陽の動きに応じて太陽電池モジュールを垂直軸回りに旋回させ、太陽を高精度に追尾させ、光・電気の変換効率を高めるようにしたシステムが提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。

特開２００３−３２２４１８号公報特開２００５−２６８６７１号公報特開２００７−１８０２５７号公報

しかし、特許文献１〜３記載の太陽光発電システムでは太陽の動きに応じて仰角及び旋回角を細かくコントロールして追尾を行うようにしていたので、最大でも２０％程度の変換効率しか得られないにもかかわらず、追尾を実現するための機構が複雑であり、コスト高になるという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑み、簡単な機構によって太陽を追尾して適切な太陽光発電を行うことができるようにした太陽光発電システムを提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る太陽光発電システムは、太陽電池モジュールに太陽を追尾させながら、該太陽電池モジュールで太陽光を受けて発電を行うようにした太陽光発電システムにおいて、床面に立設され、少なくとも上端部が回転自在に設けられた支柱と、搭載面が夏至における南中高度の太陽を指向するような仰角をもって上記支柱の上端に固定された架台と、該架台の搭載面に搭載され、太陽光を受けて発電する太陽電池モジュールと、上記支柱の上端部を旋回させる駆動モータと、上記太陽電池モジュールに追尾を開始させる位置及び時刻を開始位置及び開始時刻とするとともに追尾を終了させる位置及び時刻を終了位置及び終了時刻とし、追尾の開始時刻から終了時刻までの間を複数に分割した各時刻を設定時刻とし、上記支柱を中心として追尾の開始位置から終了位置までの間の角度を複数に分割した各角度を設定角度としたとき、追尾の開始位置から終了位置に向けて上記設定時刻毎に上記仰角を維持しながら上記架台を上記設定角度だけ旋回させ、終了時刻の経過後に上記開始位置に旋回復帰させるように上記駆動モータを駆動する駆動装置と、を備えたことを特徴とする。

冬至と夏至における南中高度の差は高々４０°であり、太陽電池モジュールの仰角を変化させても発電効率にそれほど大差がないのに対し、日の出から日の入までの角度は冬至の１４７．５°から夏至の２１７．５°まで、大きな角度範囲であり、太陽電池モジュールの旋回角をコントロールしないと、発電効率が大きく相違する。

本発明の特徴の１つは太陽電池モジュールの仰角を夏至における太陽の南中高度を基準に設定し、その仰角を維持しながら、太陽電池モジュールを設定時刻ごとに設定角度だけ旋回させて太陽を追尾させるようにした点にある。

これにより、太陽電池モジュールの旋回角をコントロールすればよく、仰角のコントロールを行わないので、追尾機構を簡単に構成できる。

また、連続的に旋回させるのではなく、所定時刻ごとに設定角度だけ旋回させればよいので、これによっても追尾機構を、例えばタイマーとシーケンサなどによって簡単かつ安価に構成できる。

さらに、太陽電池モジュールの仰角を夏至における太陽の南中高度を基準に設定したので、太陽電池モジュールが風を受ける抵抗は小さく、太陽電池モジュールを旋回させる動力が少なくて済むばかりでなく、故障のおそれが少ない。

また、太陽電池モジュールを垂直軸回りに回動させる機構を設ければよく、太陽電池モジュールを水平軸回りに回動させる機構が必要ないので、可動部分が少なく、故障のおそれが少ない。

しかも、太陽電池モジュールの荷重を例えば軸受で受けて回動させるように構成すればよく、水平軸回りに太陽電池モジュールを回動させる機構に比較して簡単で、しかも故障のおそれが少ない。その結果、太陽光発電システムの耐久性を大幅に向上できる。

支柱、架台、太陽電池モジュール及び駆動モータの組合せを太陽電池モジュール構造体としたとき、太陽光発電システムは１つの太陽電池モジュール構造体によって構成してもよいが、複数の太陽電池モジュール構造体を相互に所定の距離をあけて設置して構成することもできる。

本発明に係る太陽光発電システムの好ましい実施形態を示す全体構成図である。上記実施形態における概略側面構成図である。上記実施形態における駆動系を示す概略構成図である。上記実施形態の冬至における太陽電池モジュールの旋回動作を示す図である。上記実施形態の春分及び秋分の時期における太陽電池モジュールの旋回動作を示す図である。上記実施形態の夏至における太陽電池モジュールの旋回動作を示す図である。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図６は本発明に係る太陽光発電システムの好ましい実施形態を示す。本例の太陽光発電システムは複数の太陽電池モジュール構造体１０を相互に１０ｍ（又は８ｍ）の間隔をあけて設置して構成されている。

太陽電池モジュール構造体１０では地面ＧＬに基礎２１が埋設して構築され、基礎２１には支柱２０が立設され、支柱２０の上端部にはベース支柱２０Ｂがフランジ２０Ａを介して設けられ、ベース支柱２０Ｂ内には小径の支柱２０Ｃが固定され、小径の支柱２０Ｃの上端にはベアリング２０Ｄが取付けられ、ベアリング２０Ｄには可動支柱２２内の小径支柱２２Ａが搭載して受けられ、これによって可動支柱２２は支柱２０の中心軸線回りに回転自在となっている。

可動支柱２２の上端フランジには架台３０が夏至における南中高度の太陽を指向するような仰角、例えば１０ｍｍ間隔のときには２６．６°（８ｍｍ間隔のときには１７．５°）の仰角をもって傾斜してボルト・ナットなどによって固定され、架台３０の搭載面には太陽電池モジュール４０が搭載され、ボルト・ナットなどによって固定されている。

また、可動支柱２２内の小径支柱２２Ａの下端にはホイールギア５７が固定され、ホイールギア５７にはチェーン５６によってウォームギア５６が連結され、ウォームギア５６はベベルギアなどによって直交する方向のウォームギア５４に連結され、ウォームギア５４はチェーン５２及びピニオンギア５３によってギアードモータ（駆動モータ）５０の回転軸に連結され、ギアードモータ５０は取付けブラケット５１によってベース２０Ｂに取付けられている。

なお、図示しないが、タイマーとシーケンサ又はマイクロコンピュータなどから構成される制御装置が装備され、ギアードモータ５０を駆動するようになっている。

ここで、太陽電池モジュール４０に追尾を開始させる位置を開始位置、開始させる時刻を開始時刻、追尾を終了させる位置を終了位置、終了させる時刻を終了時刻とし、又春分及び秋分における日の出の方向を６時、日の入の方向を１８時とする。そして、太陽電池モジュール４０の追尾の開始位置を６時の位置に、終了位置を１８時の位置になるように、制御装置を設定する。

日の出の直前には、太陽電池モジュール４０のパネルは図４の冬至、図５の春分や秋分の時期、図６の夏至のいずれの場合にも６時の方向を指向されている。

日の出になると、太陽の光は６時の方向を指向する太陽電池モジュール４０で受けられ、発電が開始される。最初の設定時刻である７時になると、制御装置はタイマーの信号を受け、２６秒間だけギアードモータ５０に通電し、太陽電池モジュール４０は２６°だけ旋回し、太陽を追尾しながら太陽光を受けて発電を行う。

次の設定時刻８時３０分になると、制御装置は今度は２３秒間だけギアードモータ５０に通電し、太陽電池モジュール４０は２３°だけ旋回する。

さらに、次の設定時刻１０時になると、制御装置は２３秒間だけギアードモータ５０に通電し、太陽電池モジュール４０は２３°だけ旋回する。

また、設定時刻１１時３０分になると、制御装置は２２秒間だけギアードモータ５０に通電し、太陽電池モジュール４０は２２°だけ旋回する。

同様に、設定時刻１３時、１４時３０分、１６時になると、制御装置はタイマーの信号を受けて２２秒間だけギアードモータ５０に通電し、太陽電池モジュール４０は各設定時刻毎に２２°だけ旋回する。

また、設定時刻１７時３０分になると、制御装置は２０秒間だけギアードモータ５０に通電し、太陽電池モジュール４０は２０°だけ旋回して終了位置に達し、１８時の方向を指向する。その後、設定時刻、例えば２０時になると、制御装置は１８０秒間だけギアードモータ５０に通電し、太陽電池モジュール４０は１８０°だけ旋回復帰し、最初の開始位置に復帰する。

以上のように、太陽電池モジュール４０の仰角を夏至における太陽の南中高度を基準に設定し、その仰角を維持しながら、太陽電池モジュール４０を設定時刻ごとに設定角度だけ旋回させて太陽を追尾させるようにしたので、仰角のコントロール機構を必要とせず、旋回角のコントロール機構を設ければよいので、追尾機構を簡単に構成できる。

さらに、太陽電池モジュール（４０）の仰角を夏至における太陽の南中高度を基準に設定したので、太陽電池モジュール（４０）が風を受ける抵抗は小さく、太陽電池モジュール（４０）を旋回させる動力が少なくて済むばかりでなく、故障のおそれが少ない。

また、太陽電池モジュール（４０）を支柱（２０）回りに回動させる機構を設ければよく、太陽電池モジュール（４０）を水平軸回りに回動させる機構が必要ないので、可動部分が少なく、故障のおそれが少ない。

しかも、太陽電池モジュール（４０）の荷重を軸受（２０Ｄ）で受けて回動させるように構成すればよく、水平軸回りに太陽電池モジュールを回動させる機構に比較して簡単で、しかも故障のおそれが少なく、太陽光発電システムの耐久性を大幅に向上できる。

１０太陽電池モジュール構造体
２０支柱
２２可動支柱
３０架台
４０太陽電池モジュール

Claims

太陽電池モジュールに太陽を追尾させながら、該太陽電池モジュールで太陽光を受けて発電を行うようにした太陽光発電システムにおいて、
床面に立設され、少なくとも上端部が回転自在に設けられた支柱（２０）と、
搭載面が夏至における南中高度の太陽を指向するような仰角をもって上記支柱（２０）の上端に固定された架台（３０）と、
該架台（３０）の搭載面に搭載され、太陽光を受けて発電する太陽電池モジュール（４０）と、
上記支柱（２０）の上端部を旋回させる駆動モータ（５０）と、
上記太陽電池モジュール（４０）に追尾を開始させる位置及び時刻を開始位置及び開始時刻とするとともに追尾を終了させる位置及び時刻を終了位置及び終了時刻とし、追尾の開始時刻から終了時刻までの間を複数に分割した各時刻を設定時刻とし、上記支柱（２０）を中心として追尾の開始位置から終了位置までの間の角度を複数に分割した各角度を設定角度としたとき、追尾の開始位置から終了位置に向けて上記設定時刻毎に上記仰角を維持しながら上記架台（３０）を上記設定角度だけ旋回させ、終了時刻の経過後に上記開始位置に旋回復帰させるように上記駆動モータ（５０）を駆動する駆動装置と、
を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
上記支柱（２０）、架台（３０）、太陽電池モジュール（４０）及び駆動モータ（５０）の組合せを太陽電池モジュール構造体（１０）としたとき、複数の太陽電池モジュール構造体（１０）が相互に所定の距離をあけて設置されている請求項１記載の太陽光発電システム。