JP2013162038A - 集光式太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】季節の変化や地理上の位置等に対して最適化することができる集光式太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】太陽電池パネル１２と、太陽電池パネル１２に対して反射光を照射する反射パネル１４と、日時データに関連して、前記反射パネルを制御する制御手段１８と、を備え、反射パネル１４は、その反射面１４２の面積が可変となっており、制御手段１８は、日時データに応じて反射面１４２の面積を変化させるように反射パネル１４を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光による発電において、太陽光を集めて効率化を図ることのできる集光式太陽光発電システムに関する。

近年、環境を汚染することのないクリーンなエネルギーとして太陽光発電が見直されている。かかる太陽光発電は、太陽電池をアレイ化した太陽電池パネルを屋根の上や地面に取り付けて発電を行うものが一般的である。

従来、より効率化を図るために、太陽光を受光する太陽電池や反射板の角度を調整することが種々、提案されている。

例えば、特許文献１では、太陽電池パネルと、時刻情報及び日付情報を含む標準電波信号を受信して時刻を計時し、日付を設定する時計手段と、太陽電池パネルを仰角方向に回動させる駆動手段と、駆動手段を制御する制御手段と、を備えており、制御手段は、時刻情報に基づいて、駆動手段によって太陽電池パネルの角度を変化させ、これによって、太陽電池パネルが季節及び時間によらずに、太陽を追尾するように制御することを提案している。

また、特許文献２では、薄曇りや曇天時といった天候状態が悪いときにでも高い集光能力が得られるようにするために、太陽光追尾装置の追尾架台に太陽電池アレイを配置し、太陽電池アレイの周囲近傍に凹面鏡を配置し、この凹面鏡の焦点位置近傍に反射鏡を配置し、凹面鏡からの反射光を反射鏡で太陽電池アレイに照射することを提案している。

また、特許文献３では、太陽の移動に追従して回転するターンテーブルと、ターンテーブルに支持される凹面鏡と、凹面鏡に対向して配置される太陽電池と、を備えており、凹面鏡を用いて太陽光を太陽電池に集めることを提案している。

特開２００２−２０２８１７号公報 特開２０００−２２７５７３号公報 特開２０００−２４３９８３号公報

かかる従来の集光システムにおいては、凹面鏡は、太陽の移動に追従して移動可能となっているものの、それ自身の形状または構造は固定である。

そのため、季節の変化や太陽電池の取り付けられる地理上の位置に対して必ずしも最適化されていない、という問題がある。

本発明は、かかる従来の問題に鑑みなされたもので、季節の変化や地理上の位置に対して最適化することができる集光式太陽光発電システムを提供することをその目的とする。

前述した目的を達成するために、請求項１記載の発明は、
太陽電池パネルと、
太陽電池パネルに対して反射光を照射する反射パネルと、
現在の日時に対応する日時データに応じて前記反射パネルを制御する制御手段と、
を備えた集光式太陽光発電システムであって、
前記反射パネルは、その反射面の面積が可変となっており、前記制御手段は、日時データに応じて反射面の面積を変化させるように反射パネルを制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記反射パネルは、複数の反射面要素からなり、複数の反射面要素が相対移動可能となっていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
太陽電池パネルと、
太陽電池パネルに対して反射光を照射する反射パネルと、
現在の日時に対応する日時データに関連して、前記反射パネルを制御する制御手段と、
を備えた集光式太陽光発電システムであって、
前記反射パネルは、その反射面の反射率が可変となっており、前記制御手段は、日時データに応じて反射面の反射率を変化させるように反射パネルを制御することを特徴とする。

本発明によれば、反射パネルの反射面の面積または反射率が可変となっているために、太陽光の光密度が高い場合には、反射面または反射率を小さくし、太陽光の光密度が低い場合には、反射面または反射率を大きくすることで、季節の変化や地理上の位置等に拘らず、一定の発電能力を発揮させることができ、システムを最適化することができる。

本発明の第１の実施形態による集光式太陽光発電システムの全体図である。 図１のシステムの作用を表す図であり、（ａ）は太陽の光密度が高い状態のとき、（ｂ）は太陽の光密度が低い状態のときを表す。 本発明の第２の実施形態による集光式太陽光発電システムの全体図である。 図３のシステムの作用を表す図であり、（ａ）は太陽の光密度が高い状態のとき、（ｂ）は太陽の光密度が低い状態のときを表す。 本発明の第３の実施形態による集光式太陽光発電システムの全体図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

図１及び図２は、本発明の第１の実施形態による集光式太陽光発電システムを表す図である。図において、集光式太陽光発電システム１０は、多数の太陽電池がアレイ状に配置されて形成された太陽電池パネル１２と、太陽電池パネル１２と対向して配置された反射パネル１４と、太陽電池パネル１２と反射パネル１４とが搭載されて支持された追尾装置１６と、制御装置１８と、を備える。

反射パネル１４は、反射面１４２を構成する複数の反射面要素１４４、１４６、１４８と、駆動装置１５０とを備えている。反射面１４２は、湾曲した鏡面からなり、その焦点付近に太陽電池パネル１２が位置づけられるようにして、太陽電池パネル１２と対向している。

反射面要素１４４は追尾装置１６のフレームに固定されており、反射面要素１４６と反射面要素１４８とは、反射面要素１４４に対して相対移動可能となっている。即ち、反射面要素１４６、１４８は、反射面要素１４４に対して少なくとも一部が重なり合うことができ、重なり合いが最も多くなった縮合状態（図２（ａ）と、重なり合いが最も少なくなった展開状態（図２（ｂ））との間で摺動可能となっている。駆動装置１５０は、モータ、シリンダ等のアクチュエータ、アクチュエータを駆動するための電気または流体圧駆動回路、アクチュエータの駆動力を伝達する伝達機構等を含み、反射面要素１４６、１４８に作用して、これらを反射面要素１４４に沿って移動させることができるようになっている。

追尾装置１６は、方位方向と仰角方向の２軸で回動可能となったジンバル機構１６２と、各軸をそれぞれ回動するためのモータ等の駆動部１６４、１６６と、を備える。

制御装置１８は、集光式太陽光放電システム１０が設置された地理上の位置（緯度、経度）、その地理上の位置における日時データ（年月日と時刻を含む）と太陽の仰角（高度）と方位角の太陽方向情報との関係を格納しており、これらの情報に基づいて、現在の日時データに対応する太陽方向情報から追尾装置１６がとるべき仰角及び方位角を演算し、駆動部１６４、１６６に制御信号を送出してこれらを制御するものである。さらに、制御装置１８は、後述のように、地理上の位置、現在の日時に対応する日時データと太陽の仰角（高度）に応じて、駆動装置１５０に制御信号を送出して制御するものである。

以上のように構成される集光式太陽光発電システム１０においては、制御装置１８が、基本的に反射面１４２が直達光を受けるように、現在の日時データに応じて追尾装置１６を制御する。この制御は、連続的にまたは一定間隔毎に行ってもよい。

また、制御装置１８が、現在の日時データと、太陽の高度に応じて、適切な反射面要素１４６、１４８の位置を演算する。

例えば、現日時が夏季若しくは日中であり、または地理上の位置の緯度が南中高度の高い位置であり、太陽光の光密度の高い場合には、制御装置１８は、駆動装置１５０を介して、反射面要素１４６、１４８と反射面要素１４４とが縮合するようにして、反射面１４２の面積を小さくなるように制御する（図２（ａ））。これによって、反射面１４２で反射して太陽電池パネル１２へ入射する光量を制限して、太陽電池パネル１２の過熱、効率低下等を防ぐようにする。

一方、現日時が冬季若しくは日出、日没時であり、または地理上位置の緯度が南中高度の低い位置であり、太陽光の光密度が低い場合には、制御装置１８は、駆動装置１５０を介して、反射面要素１４６、１４８を反射面要素１４４に対して展開させて、反射面１４２の面積を大きくなるように制御する（図２（ｂ））。これによって、反射面１４２で反射して太陽電池パネル１２へ入射する光量を増加させて、太陽電池パネル１２の発電効率を高めるようにする。

こうして、季節、日時、地理上の位置等に拘らず、集光式太陽光発電システム１０は常に最適化された状態で、発電を行うことができるようになる。

尚、制御装置１８では、日時、地理上の位置に対応する反射面要素１４６、１４８の位置を予めテーブルにして格納しておくこともできる。

図３は、第２の実施形態による集光式太陽光発電システムを表す図である。図において、第１の実施形態と同一・同様の部材は同一の符号を付してその詳細説明を省略する。

集光式太陽光発電システム２０は、太陽電池がアレイ状に配置されて形成された太陽電池パネル２２と、太陽電池パネル２２の近傍に配置された反射パネル２４と、太陽電池パネル２２及び反射パネル２４に対向するように配置された反射鏡２５と、太陽電池パネル２２と反射パネル２４とが搭載された追尾装置１６と、制御装置１８と、を備える。

反射パネル２４は、反射面２４２を構成する複数の反射面要素２４４、２４５、２４６、２４８と、駆動装置１５０とを備えている。反射面２４２は、湾曲した鏡面からなり、太陽電池パネル２２の周囲に並ぶようにして配置される。

反射面要素２４４、２４５は追尾装置１６のフレームに固定されており、反射面要素２４６、２４８は、反射面要素２４４、２４５に対してそれぞれ相対移動可能となっている。即ち、反射面要素２４６、２４８は、反射面要素２４４に対して少なくとも一部が重なり合うことができ、重なり合いが最も多くなった縮合状態（図４（ａ）と、重なり合いが最も少なくなった展開状態（図４（ｂ））との間で摺動可能となっている。駆動装置１５０は、反射面要素２４６、２４８に作用して、これらを反射面要素２４４、２４５に沿って移動させることができるようになっている。

反射鏡２５は、反射面２４２で反射した光を太陽電池パネル２２に反射するように、反射面２４２及び太陽電池パネル２２に対向して位置づけられる。

以上のように構成される集光式太陽光発電システム２０においては、制御装置１８が、基本的に太陽電池パネル２２と反射面２４２とが直達光を受けるように、現在の日時データに応じて追尾装置１６を制御する。この制御は、連続的にまたは一定間隔毎に行ってもよい。よって、太陽電池パネル２２には、直達光と、反射面２４２と反射鏡２５を反射した反射光とが、到達するようになっている。そして、反射光に関して、第１の実施形態と同様に、制御装置１８が駆動装置１５０を介して、現日時及び地理上の位置に対応して反射面要素２４６、２４８の位置決めを行うために、季節、日時、地理上の位置等に拘らず、集光式太陽光発電システム２０は常に最適化された状態で、発電を行うことができるようになる。

次に、図５は、第３の実施形態による集光式太陽光発電システムを表す図である。図において、第１の実施形態と同一・同様の部材は同一の符号を付してその詳細説明を省略する。

集光式太陽光発電システム３０は、太陽電池がアレイ状に配置されて形成された太陽電池パネル３２と、太陽電池パネル３２と対向して配置された反射パネル３４と、太陽電池パネル３２と反射パネル３４とが搭載された追尾装置１６と、制御装置１８と、を備える。

反射パネル３４は、反射面３４２と、反射率調整回路３４４とを備えている。反射面３４２は、湾曲した鏡面からなり、その焦点付近に太陽電池パネル３２が位置づけられるようにして、太陽電池パネル３２と対向している。また、反射面３４２は反射率が可変となっており、電流または電圧の印加により可逆的に透過率の変化する調光材料を用いたエレクトロクロミック素子等を用いることができ、反射率調整回路３４４は、反射面３４２への電流または電圧の印加を調整することができるようになっている。

以上のように構成される集光式太陽光発電システム３０においては、制御装置１８が、日時データと、太陽の高度に応じて、適切な反射面の反射率を演算する。

例えば、現日時が夏季若しくは日中であり、または地理上の位置の緯度が南中高度の高い位置であり、太陽光の光密度の高い場合には、制御装置１８は、反射率調整回路３４４を介して、反射面３４２の反射率が低くなるように制御する。これによって、反射面３４２で反射して太陽電池パネル１２へ入射する光量を制限して、太陽電池パネル３２の過熱、効率低下等を防ぐようにする。

一方、現日時が冬季若しくは日出、日没時であり、または地理上位置の緯度が南中高度の低い位置であり、太陽光の光密度が低い場合には、制御装置１８は、反射率調整回路３４４を介して反射面３４２の反射率が高くなるように制御する。これによって、反射面３４２で反射して太陽電池パネル３２へ入射する光量を増加させて、太陽電池パネル３２の発電効率を高めるようにする。

こうして、季節、日時、地理上の位置等に拘らず、集光式太陽光発電システム３０は常に最適化された状態で、発電を行うことができるようになる。

１０、２０、３０ 集光式太陽光発電システム
１２、２２、３２ 太陽電池パネル
１４、２４、３４ 反射パネル
１８ 制御装置
１４２、２４２、３４２ 反射面
１４４、１４６、１４８ 反射面要素
２４４、２４５、２４６、２４８ 反射面要素

Claims (3)

1. 太陽電池パネルと、
   太陽電池パネルに対して反射光を照射する反射パネルと、
   現在の日時に対応する日時データに応じて前記反射パネルを制御する制御手段と、
   を備えた集光式太陽光発電システムであって、
   前記反射パネルは、その反射面の面積が可変となっており、前記制御手段は、日時データに応じて反射面の面積を変化させるように反射パネルを制御することを特徴とする集光式太陽光発電システム。
2. 前記反射パネルは、複数の反射面要素からなり、複数の反射面要素が相対移動可能となっていることを特徴とする請求項１記載の集光式太陽光発電システム。
3. 太陽電池パネルと、
   太陽電池パネルに対して反射光を照射する反射パネルと、
   現在の日時に対応する日時データに関連して、前記反射パネルを制御する制御手段と、
   を備えた集光式太陽光発電システムであって、
   前記反射パネルは、その反射面の反射率が可変となっており、前記制御手段は、日時データに応じて反射面の反射率を変化させるように反射パネルを制御することを特徴とする集光式太陽光発電システム。

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