JP2015122401A - 追尾型太陽光発電装置および追尾型太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電モジュールの回転を制限するソフトリミットをハードリミットに近接した回転角に設けることができるとともに、ソフトリミット作動中におけるハードリミットの作動頻度が抑制された追尾型太陽光発電装置および追尾型太陽光発電システムを提供すること。
【解決手段】発電モジュールの回転位置の変化を制限する駆動制限手段は、第一、第二、第三駆動制限手段を備える。第一駆動制限手段は、発電モジュールの回転位置を第一可動範囲の中に物理的に制限する。第二駆動制限手段は、駆動部を電気的に制御し、発電モジュールの回転位置が、第一可動範囲の内側に存在する第二可動範囲の外に出ると、回転位置の変化を停止する。第三駆動制限手段は、第二駆動制限手段が作動している状態で、発電モジュールの回転位置が第二可動範囲の外縁上の停止位置よりも外側にある時、可動範囲の外縁上または内側に設けられた復帰位置に移動させるように、制御を行う。
【選択図】図４ａ

Description

本発明は、追尾型太陽光発電装置および追尾型太陽光発電システムに関するものであり、さらに詳しくは、発電モジュールの回転位置の変化に制限が設けられた追尾型太陽光発電装置およびそのような追尾型太陽光発電装置を複数備えてなる追尾型太陽光発電システムに関するものである。

集光装置を備える太陽光発電装置においては、発電モジュールの受光面を太陽光の入射方向に垂直に向けることによって、高効率の発電を行うことができる。そこで、天球における太陽の運動に伴って、発電モジュールの受光面を常に太陽光の入射方向に垂直に向けられるように、太陽光発電装置には、太陽追尾架台がしばしば備えられる。太陽追尾架台が、発電モジュールを方位角方向および高度方向に回転可能に支持することにより、発電モジュールの受光面が太陽の位置を追尾することが可能とされる。この時、発電モジュールの受光面の回転位置は、例えば特許文献１に記載されるように、天球における太陽の位置を天文学的知見に基づいて算出することにより、決定することができる。

また、この種の追尾型太陽光発電装置においては、太陽追尾架台を利用して、通常の太陽追尾以外の制御が行われる場合も多い。例えば、特許文献２には強風発生時等の損傷を回避するために、退避動作を行うことが記載されている。

特開２００９−１８６０９４号公報 特開２００９−１７６８４２号公報

追尾型太陽光発電装置において、強風の発生等によって発電モジュールが回転可能な範囲を超えてしまうと、発電モジュールが太陽追尾架台や周囲の発電モジュールと衝突する等の事態が発生し、発電モジュールや太陽追尾架台が損傷を受ける可能性がある。特許文献２に記載されるような退避動作を行う追尾型太陽光発電装置であっても、強風が突然吹いた場合には退避動作を取ることができず、衝突等を起こす場合がある。このような事態を回避するため、太陽光発電モジュールが回転することができる可動範囲を設定し、この可動範囲の外縁に、駆動制限手段（ハードリミット）を設けて、ハードリミットを超える発電モジュールの回転を物理的に制限する場合がある。通常、ハードリミットは、衝突等、太陽光発電モジュールや太陽追尾架台に損傷を与える状態となる限界に近接して設けられる。ハードリミットが作動すると、安全のために、太陽追尾架台への電源供給を強制遮断するなど、自動復帰できない状態とされる。つまり、ハードリミットが一旦作動すると、追尾型太陽光発電装置の再起動のために、電源の復旧等の作業が必要となる。このような再起動のための操作を要する頻度を低くし、またメカニカルスイッチ等、ハードリミットを構成する部材の寿命を維持するために、ハードリミットの作動頻度は低い方が好ましい。そこで、ハードリミットが設けられた可動範囲よりも狭い別の可動範囲で作動するソフトリミットを設け、ソフトウェア上の処理によって発電モジュールの回転を制限する場合がある。ソフトリミットが作動した場合には、ソフトウェア上の操作によって、太陽追尾を再開させることができる。

ハードリミットに加え、ソフトリミットが設けられる場合、発電効率の低下を回避する観点から、ソフトリミットをハードリミットに近接した回転角に設ける場合がある。すると、ソフトリミットが作動して太陽追尾を停止している状態で強風が吹くと、発電モジュールが揺動し、ハードリミットを容易に作動させてしまう可能性がある。しかし、上記のように、ハードリミットが作動する頻度は、なるべく低減することが好ましい。

本発明が解決しようとする課題は、発電モジュールの限界を超える回転を制限するためのハードリミットとソフトリミットを備える追尾型太陽光発電装置において、ソフトリミットをハードリミットに近接した回転角に設けることができるとともに、ソフトリミットが作動している状態におけるハードリミットの作動頻度が抑制された追尾型太陽光発電装置を提供すること、そしてそのような追尾型太陽光発電装置を備えてなる追尾型太陽光発電システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる追尾型太陽光発電装置は、受光面に入射された太陽光によって太陽光発電を行う発電モジュールと、前記発電モジュールの回転位置を変化させ、前記受光面を太陽光の入射方向に略垂直に向ける駆動部と、前記駆動部による前記発電モジュールの回転位置の変化を制御する制御部と、を有してなり、前記制御部は、前記発電モジュールの回転位置の変化を制限する駆動制限手段を備え、前記駆動制限手段は、前記発電モジュールの回転位置を第一可動範囲の中に物理的に制限する第一駆動制限手段と、前記駆動部を電気的に制御し、前記発電モジュールの回転位置が、前記第一可動範囲よりも狭く、前記第一可動範囲の中に含まれる第二可動範囲の外に出ると、前記駆動部による発電モジュールの回転位置の変化を停止する第二駆動制限手段と、前記第二駆動制限手段が前記発電モジュールの回転位置の変化を停止している状態で、前記発電モジュールの回転位置が、前記第二可動範囲の外縁に設けられた停止位置よりも前記第一可動範囲の外縁側にある時、前記発電モジュールを、前記第二可動範囲の外縁上または内側に設けられた復帰位置に移動させるように、前記駆動部を制御する第三駆動制限手段と、を有することを要旨とする。

また、前記第一可動範囲の外縁と前記第二可動範囲の外縁の間の差は、前記発電モジュールの回転中心に対して２度以上５度以下の範囲にあるとよい。

また、前記追尾型太陽光発電装置はさらに、風速を計測する風速計測部を有し、前記制御手段はさらに、前記風速計測部によって計測された風速が退避基準風速以上であると、前記発電モジュールに印加される風圧が小さくなる退避位置に、前記発電モジュールの回転位置を変化させる退避制御手段を有することが好ましい。

この場合に、前記退避位置は、前記受光面が水平に上方を向いた状態から５度以上２０度以下の範囲で傾斜した回転位置であるとよい。

さらに、前記制御部は、前記退避位置から、前記受光面が太陽光の入射方向に略垂直に向いた追尾位置、あるいは日没時または日の出時の太陽光の入射方向に略垂直に向いた待機位置へと、前記発電モジュールの回転位置を変化させる退避解除手段をさらに有し、前記発電モジュールが前記退避位置にある状態で、前記風速計測部が前記退避基準風速以上の風速を検出した後、前記発電モジュールが前記退避位置から前記待機位置まで動くのに要する時間の２倍および前記風速の自己相関の二乗が０．５となる時間のうち長い方の時間が経過するまでの間に、再度前記風速計測部が前記退避基準風速以上の風速を検出しなかった時に、前記退避解除手段による前記駆動部の制御が実行されることが好ましい。

本発明にかかる追尾型太陽光発電システムは、上記のような追尾型太陽光発電装置を複数備えてなることを要旨とする。

ここで、前記複数の追尾型太陽光発電装置は、前記追尾型太陽光発電装置を少なくとも１台含んでなる複数のグループに分けられ、前記第三駆動制限手段、前記退避制御手段、および前記退避解除手段の少なくとも１つによる前記駆動部の制御は、前記グループごとに、時間間隔を設けて実行されることが好ましい。

上記追尾型太陽光発電装置は、ハードリミットとしての第一駆動制限手段と、ソフトリミットとしての第二駆動制限手段とを備え、第二駆動制限手段によって規定される第二可動範囲が、第一駆動制限手段によって規定される第一可動範囲よりも狭くなっている。そして、第二駆動制限手段によって発電モジュールの回転位置の変化が停止されている状態において、発電モジュールの回転位置が、第二可動範囲の外縁にある停止位置から外側に逸脱していれば、第三駆動制限手段によって、発電モジュールの回転位置が、第二可動範囲の外縁または内側に設けられた復帰位置へと戻される。つまり、第二駆動制限手段が作動し、発電モジュールの回転位置の変化が停止されている状況で、強風の発生による揺れ等によって、発電モジュールの回転位置が動いてしまった場合にも、第一駆動制限手段が作動される前に、発電モジュールの位置を内側にある前記復帰位置に戻すことができる。これにより、第二可動範囲を第一可動範囲に近接した角度範囲に設けたとしても、第一駆動制限手段が作動される機会を抑制しながら、発電モジュールおよび駆動部を周囲の物体との衝突等による損傷から保護することができる。

ここで、復帰位置が、第二可動範囲の外縁よりも内側に存在する場合には、復帰位置に復帰させた発電モジュールが強風による揺動等を起こすことで、第一駆動制限手段が作動される確率を、さらに低くすることができる。

また、第一可動範囲の外縁と第二可動範囲の外縁の間の差が、発電モジュールの回転中心に対して２度以上である場合には、第二駆動制限手段が作動した状態で強風による揺れ等のために発電モジュールの回転位置が第二可動範囲の外に出た場合に、第三駆動制限手段が作動して発電パネルが所定の復帰位置に移動される前に第一駆動制限手段が作動するようなことが起こりにくくなる。これにより、第一駆動制限手段が作動する機会をさらに減らすことができる。一方、上記角度差が５度以下である場合には、第二可動範囲が第一可動範囲に近接した広い範囲として設けられることになるので、第二駆動制限手段が作動して太陽追尾が停止される機会を減らすことができる。

また、追尾型太陽光発電装置がさらに、風速を計測する風速計測部を有し、制御手段がさらに、風速計測部によって計測された風速が退避基準風速以上であると、発電モジュールに印加される風圧が小さくなる退避位置に、発電モジュールの回転位置を変化させる退避制御手段を有する場合には、強風が吹いている状況で、発電モジュールが受ける風圧を軽減することができるので、発電モジュール等、追尾型太陽光発電装置の構成部材に風圧による損傷が発生するのを抑制することができる。

この場合に、退避位置が、受光面が水平に上方を向いた状態から５度以上２０度以下の範囲で傾斜した回転位置であれば、受光面が水平に上方を向いている場合と比較して、強風を受けた発電モジュールが、固有振動数で共振することを避けやすく、損傷の発生を一層抑制することができる。また、発電モジュールの内部や周辺部等に溜まった雨水を傾斜によって排出することができる。

さらに、制御部が、退避位置から、受光面が太陽光の入射方向に略垂直に向いた追尾位置、あるいは日没時または日の出時の太陽光の入射方向に略垂直に向いた待機位置へと、発電モジュールの回転位置を変化させる退避解除手段をさらに有し、発電モジュールが退避位置にある状態で、風速計測部が退避基準風速以上の風速を検出した後、発電モジュールが退避位置から待機位置まで動くのに要する時間の２倍および風速の自己相関の二乗が０．５となる時間のうち長い方の時間が経過するまでの間に、再度風速計測部が退避基準風速以上の風速を検出しなかった時に、退避解除手段による駆動部の制御が実行される場合には、強風が継続して吹いている状況で、退避解除を行うことで、退避位置と追尾位置または待機位置との間を移動している状態で、発電モジュールが再度強風を受けて、発電モジュール等、追尾型太陽光発電装置の構成部材に損傷が加えられることを抑制することができる。

上記追尾型太陽光発電システムによれば、上記のような追尾型太陽光発電装置を備えてなるので、システム全体として、第二可動範囲を第一可動範囲に近接して設けるとともに、第一駆動制限手段が作動する機会を少なくすることができるので、高い発電効率と強風とによる損傷からの保護を両立しやすい。

ここで、複数の追尾型太陽光発電装置が、追尾型太陽光発電装置を少なくとも１台含んでなる複数のグループに分けられ、第三駆動制限手段、退避制御手段、および退避解除手段の少なくとも１つによる駆動部の制御が、グループごとに、時間間隔を設けて実行される場合には、発電モジュールを動かし始める際の起動トルクを賄うための駆動部への電源供給が、時間間隔を設けて行われることになるので、全ての追尾型太陽光発電装置の制御が一斉に行われる場合に比べて、過電流状態が発生しにくくなる。

本発明の一実施形態にかかる追尾型太陽光発電装置の一例を示す概略図である。 上記追尾型太陽光発電装置に使用される発電モジュールの斜視図である。 上記追尾型太陽光発電装置における制御方法を説明する概略斜視図である。 上記制御方法を示すフロー図である。 上記制御方法の変形例を示すフロー図である。 退避位置を示す概略側面図であり、（ａ）は発電モジュールが傾斜している場合、（ｂ）は発電モジュールが水平になっている場合を示している。 風速の時間変化と発電モジュールの状態の関係を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる追尾型太陽光発電システムの一例を示す概略図である。 上記追尾型太陽光発電システムの制御方法を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる追尾型太陽光発電装置（以下、単に「太陽光発電装置」と称する場合がある）および追尾型太陽光発電システム（以下、単に「太陽光発電システム」と称する場合がある）について、図面を参照しながら説明する。

＜追尾型太陽光発電装置＞
（追尾型太陽光発電装置の構造）
最初に、本発明の一実施形態にかかる追尾型太陽光発電装置の構造について、図１および図２を参照しながら説明する。

図１に概略を示すように、太陽光発電装置１は、発電モジュール（発電パネル）１０および太陽追尾架台２０を有してなっている。発電モジュール１０は、地盤に固定された太陽追尾架台２０によって支持される。

発電モジュール１０は、受光面１０ａに入射された太陽光の光エネルギーによって発電を行うものである。図２に示すように、発電モジュール１０は、複数の集光レンズ（一次光学系）１３と発電レシーバ１１が、マトリクス状に支持板１９上に配置されてなる。なお、発電モジュール１０においては、昆虫や雨滴の侵入を避けるために外周部に壁面部材が設けられ、発電レシーバ１１が集光レンズ１３および支持板１９と壁面部材によって形成された筐体に収容されてもよく、図２では壁面部材を除いて示している。

集光レンズ１３は、発電レシーバ１１に太陽光を集光する。発電レシーバ１１は、半導体よりなる太陽光発電素子１２を備え、集光された太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する。発電レシーバ１１は、太陽光発電素子１２に加え、集光した太陽光を空間的に均一にして太陽光発電素子１２の表面に導く光学部材（二次光学系またはホモジナイザと称する；図略）、および太陽光発電素子１２によって得られた電流の取り出し等に使用される回路系（図略）などを備える。発電レシーバ１１で得られた電流は、適宜交流に変換されたうえで、商用電源等として利用に供される。

集光レンズ１３としては、高い集光特性と軽量性が両立されるという点において、フレネルレンズが好適に使用される。太陽光発電素子１２は、表面（受光面）の中心が集光レンズ１３の焦点位置となるように、かつ表面が集光レンズ１３の光軸に垂直になるように配置される。太陽光が集光レンズ１３の光軸（回転対称軸）に平行に入射されると、太陽光発電素子１２の表面上の焦点位置にスポット状に集光され、高い電流密度で発電が行われる。よって、集光レンズ１３を備えない平板型の発電モジュールと比較して、小面積の太陽光発電素子１２を用いて高効率の発電を行うことができる。ここで、集光レンズ１３の光軸に垂直つまり太陽光発電素子１２の表面に平行な、集光レンズ１３の頂部を通る平面が、発電モジュール１０の受光面１０ａとなっている。

太陽追尾架台２０は、発電モジュール１０の回転位置を変化させ、受光面１０ａを太陽光の入射方向に略垂直に向けさせる駆動部として、旋回駆動機構２２と傾斜駆動機構２３を備える。旋回駆動機構２２および傾斜駆動機構２３は、地盤に固定された支柱２１の上部に設けられる。旋回駆動機構２２は、発電モジュール１０の方位角方向Ａ１における回転位置を変化させ（発電モジュール１０を旋回させる）、傾斜駆動機構２３は、発電モジュール１０の高度方向Ａ２における回転位置を変化させる（発電モジュール１０を傾斜させる）。

旋回駆動機構２２は、支柱２１の略先端（上端）に配設される。この旋回駆動機構２２は例えば、モータと、モータの回転軸に結合されるウォームと、このウォームに噛合するウォームギアとを備える。モータは支柱２１に固定されており、モータおよびウォームの回転軸は、水平方向を向くように配設される。そして、ウォームギアは、水平方向面内を回転できるように、すなわちウォームギアの回転軸が鉛直方向を向くように支持される。また、このウォームギアは、発電モジュール１０の支持板１９に結合されており、発電モジュール１０は、ウォームギアの回転と一体的に回転する。したがって、モータの回転動力によりウォームギアが回転すると、発電モジュール１０は、ウォームギアの回転に応じて、水平方向面内を旋回する（図１中のＡ１の方向に回転する）。

傾斜駆動機構２３は、支柱２１の上端に取り付けられた連結部材２４の先端に配設される。この傾斜駆動機構２３も、旋回駆動機構２２と同様に、例えば、モータと、モータの回転軸に結合されるウォームと、このウォームに噛合するウォームギアとを備える。旋回駆動機構２２とは異なり、発電モジュール１０に結合されたウォームギアが鉛直方向面内を回転する。これにより、モータの回転動力によってウォームギアが回転すると、ウォームギアの回転に応じて、発電モジュール１０の鉛直方向の傾斜角が変化する（図１中のＡ２の方向に回転する）。

旋回駆動機構２２及び傾斜駆動機構２３には、それぞれ旋回角計測手段２５および傾斜角計測手段２６が備えられる。これらは、例えばロータリーエンコーダよりなる。旋回角計測手段２５および傾斜角計測手段２６は、それぞれ発電モジュール１０の旋回角（旋回運動の中心に対する方向Ａ１への回転角）及び傾斜角（傾斜運動の中心に対する方向Ａ２への回転角）を測定し、発電モジュール１０の回転位置を示す情報として、測定値を処理部３０に送る。

支柱２１に取り付けられた処理部３０は、旋回駆動機構２２と傾斜駆動機構２３を制御することにより、発電モジュール１０の旋回角と傾斜角を制御する。処理部３０は、ＣＰＵ等の演算処理装置よりなり、追尾制御手段３１、ソフトリミット手段（第二駆動制限手段）３２、停止制御手段（第三駆動制限手段）３３を備える。また、処理部３０は、これらの手段に加え、退避制御手段３４、退避解除手段３５を備えてもよい。太陽追尾架台２０は、これら処理部３０に設けられた各手段に加え、処理部３０とは独立して、ハードリミット手段（第一駆動制限手段）４０を有しており、処理部３０の各手段とともに、太陽光発電装置１の制御部として機能する。制御部を構成する各手段の機能については、順次説明する。

処理部３０には、旋回角計測手段２５および傾斜角計測手段２６から発電モジュール１０の回転位置に関する情報が入力されるのに加え、風速計測手段５０から風速に関する情報が入力される。風速計測手段５０は、太陽光発電装置１が設置されている場所の風速を計測するものであり、例えば風速計よりなる。あるいは、風速計測手段５０は、風速風向計よりなり、この場合には、風速および風向に関する情報が処理部３０に入力される。太陽光発電装置１が複数設置される場合に、風速計測手段５０は、全太陽光発電装置１に対して１台備えられれば十分である。

（太陽光の追尾）
処理部３０の追尾制御手段３１は、旋回駆動機構２２および傾斜駆動機構２３を制御することで、発電モジュール１０の受光面１０ａを太陽光の入射方向に向ける機能を果たす。発電モジュール１０は、集光レンズ１３を備え、太陽光を集光して発電を行うものであるので、発電モジュール１０の受光面１０ａが、太陽光の入射方向に垂直に配置されている場合に、発電効率が最も高くなる。このため、発電モジュール１０は方位角方向Ａ１の回転角度（旋回角）および高度方向Ａ２の回転角度（傾斜角）が変化されることで、太陽が天球上で移動しても、太陽追尾架台２０によって、常に受光面１０ａが太陽光の入射方向に略垂直な方向を向くように制御される。これにより、太陽の天球上での位置が変化しても高効率での発電が持続される。

具体的には、追尾制御手段３１は、旋回角計測手段２５と傾斜角計測手段２６から、その時点における発電モジュール１０の回転位置（旋回角および傾斜角）の入力を受け、天文学的知見をもとにした天球上での太陽の位置の情報に基づいて、受光面１０ａを太陽光の入射方向に略垂直に向けるための発電モジュール１０の回転位置として、その時点で取られるべき発電モジュールの回転位置である追尾位置を算出する。そして、その追尾位置に発電モジュール１０を配置するために、旋回角と傾斜角をそれぞれ何度変化させるべきかを判断する。さらに、その変化させるべき角度に応じて旋回駆動機構２２及び傾斜駆動機構２３のモータを回転させる駆動指令を各モータに発する。このような追尾制御手段３１による回転位置の読み取りと駆動制御は、発電効率に対する天球上での太陽の移動が無視できる程度に短い時間間隔を空けて、間歇的に行われる。具体的な追尾位置の算出は、上記のように、天文学的知見に基づいて行えばよく、特許文献１および特許文献２に示されているような公知の追尾方法におけるアルゴリズムを適用することができる。

太陽が天球上に観測される日の出から日没の間（日中）は、追尾制御手段３１は、上記のように発電モジュール１０の回転位置を太陽の位置に応じた所定の追尾位置とするように、間歇制御を行う。一方、太陽が天球上に観測されない日没から日の出までの間（夜間）は、追尾制御手段３１は、発電モジュール１０を所定の待機位置にて停止させたままとする。待機位置は、特に限定されないが、例えば、日没時または日の出時の追尾位置、つまり、日没時または日の出時の太陽光の入射方向に受光面１０ａを略垂直に向けた位置とすることができる。なお、本明細書において、発電モジュール１０の回転位置について、「停止」させるとは、一定の回転位置のまま動かないように積極的に制御を行うことを意味するのではなく、所定の回転位置に移動させた後、処理部３０から旋回・傾斜駆動機構２２，２３を駆動させるための駆動信号を送るのを停止することを意味し、風等の影響で、制御によらずにその所定の回転位置から変化してしまう状態も含むものである。

（発電モジュールの回転の制限）
ハードリミット手段４０、ソフトリミット手段３２、および停止制御手段３３は、旋回駆動機構２２および傾斜駆動機構２３による発電モジュール１０の回転位置の変化を制限する機能を果たす。ハードリミット手段４０、ソフトリミット手段３２および停止制御手段３３は、それぞれ旋回駆動機構２２による旋回方向の運動を制限するものと、傾斜駆動機構２３による傾斜方向の運動を制限するものの２組が設けられ、それらは同様の構成と機能を有する。以下では、傾斜方向の運動を制限するものを例に、説明を行う。

図３に、傾斜方向の回転の制限についての形態を模式的に示す。ハードリミット手段４０は、発電モジュール１０の傾斜方向の運動を、第一可動範囲Ｒ１内に制限するものである。第一可動範囲Ｒ１は、それ以上に発電モジュール１０が傾斜すると、発電モジュール１０が太陽追尾架台２０や隣接する他の太陽光発電装置１の発電モジュール１０に衝突したり、ギア等、傾斜駆動機構２３の構成部材が破損したりして、発電モジュール１０や太陽追尾架台２０に不具合や損傷が起きるような、物理的な限界の間際の傾斜角に設けられている。ハードリミット手段４０は、メカニカルスイッチ等、物理的な駆動制限手段として設けられる。ハードリミット手段４０は、例えば傾斜駆動機構２３の内部に設けられ、発電モジュール１０の傾斜角が第一可動範囲Ｒ１の外縁ＨＬに達すると、メカニカルスイッチの叩打等、物理的な接触によってハードリミット手段４０が作動される。上記のように、ハードリミット手段４０は、処理部３０や傾斜角計測手段２６とは独立して設けられ、処理部３０によるソフトウェア的な処理とは無関係に作動される。ハードリミット手段４０が作動されると、太陽追尾架台２０を含む太陽光発電装置１への電源供給が強制的に遮断され、太陽光発電装置１の全機能が停止される。一旦ハードリミット手段４０が作動されると、太陽光発電装置１の管理者等が、電源の復旧等の作業を行い、太陽光発電装置１を再起動しない限り、太陽光発電装置１の全機能は停止されたままの状態を維持する。このように、ハードリミット手段４０は、傾斜運動の物理的な限界間際の最終保護手段として機能する。なお、第一可動範囲Ｒ１および後述する第二可動範囲Ｒ２について、外側とは、範囲の中央から外縁側に向かう方向を指し、内側とは、範囲の外縁から中央部に向かう方向を指すものとする。

ソフトリミット手段３２は、発電モジュール１０の傾斜方向の運動を、第二可動範囲Ｒ２内に制限するものである。第二可動範囲Ｒ２は、第一可動範囲Ｒ１よりも狭い角度範囲として設けられ、その全範囲が、第一可動範囲Ｒ１の中に含まれている。ソフトリミット手段３２は、ハードリミット手段４０とは異なり、発電モジュール１０の傾斜運動を電気的に制限するものであり、ソフトリミット手段３２の作動および解除は、ソフトウェア上で行われる。具体的には、処理部３０に傾斜角計測手段２６から入力される傾斜角の計測値が、一旦第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬに達すると、あるいは外縁ＳＬを超えると、処理部３０に含まれるソフトリミット手段３２が作動され、追尾制御手段３１による太陽追尾が停止される。具体的には、ソフトリミット手段３２が作動されると、処理部３０は、傾斜駆動機構２３に発電モジュール１０の傾斜角を変化させるための駆動信号を送るのを停止する。つまり、日中に発電モジュール１０の追尾位置が間歇的に変化されている状態でソフトリミット手段３２が作動されると、発電モジュール１０がその時点の回転位置において停止される。ハードリミット手段４０とは異なり、ソフトリミット手段３２が作動されても、太陽光発電装置１への電源供給は継続され、処理部３０は運転されたままの状態を維持する。再び太陽追尾を開始するためには、管理者等が、処理部３０を操作し、復旧信号を入力することで、ソフトリミット手段３２による制限をソフトウェア的に解除すればよい。

停止制御手段３３は、ソフトリミット手段３２が作動されている状態において、傾斜角計測手段２６によって計測された発電モジュール１０の傾斜角が、第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬである停止位置よりも外側にあれば、発電モジュール１０の傾斜角を、復帰位置Ｓとするように、傾斜駆動機構２３を制御する。復帰位置Ｓは、第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬまたはその内側に設けられる。

復帰位置Ｓは、第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬまたはその内側に設けられさえすれば、どのような位置に設けられてよい。また、復帰位置Ｓは常に同じである必要はなく、発電モジュール１０の揺動の大きさ等に応じて、変化されてもよい。

図４ａに、ソフトリミット手段３２と停止制御手段３３による制御の方法を、フロー図として示す。図４ａに示す制御は、日中に発電モジュール１０が所定の追尾位置に配置されている状態、および夜間に発電モジュール１０が待機位置に停止されている状態において、傾斜角計測手段２６が読み取った傾斜角が演算部３０に入力されるたびに、実行される。

ステップＳ０において、傾斜角計測手段２６から演算部３０に発電モジュール１０の傾斜角の値が入力されると、処理が開始される。まず、ステップＳ１において、処理部３０が、読み取られた発電モジュール１０の傾斜角が、第二可動範囲Ｒ２以上であるかどうか、つまり第二可動範囲Ｒ２の外側あるいは外縁ＳＬ上にあるかどうかを判定する。傾斜角が第二可動範囲Ｒ２の内側にあれば（ステップＳ１でＮｏならば）、ステップＳ３において、追尾制御手段３１が、太陽追尾を継続する。つまり、日中であれば、発電モジュール１０が太陽の入射方向に応じた追尾位置に配置され、夜間であれば、発電モジュール１０が待機位置に停止される。

一方、ステップＳ１で発電モジュール１０の傾斜角が第二可動範囲Ｒ２以上であれば（ステップＳ１でＹｅｓならば）、ステップＳ２において、ソフトリミット手段３２が作動され、発電モジュール１０の回転位置の変化が停止される。次いで、ステップＳ４において、ソフトリミット手段３２を解除するための復旧信号が処理部３０に入力されているかどうかが判定される。なお、復旧信号の入力は、管理者等によって任意のタイミングで割り込み処理としてなされるものであり、ステップＳ４は、その入力がなされていれば検出するためのものである。

復旧信号が入力されていなければ（ステップＳ４でＮｏならば）、ステップＳ６に移行し、停止制御手段３３が、傾斜角計測手段２６によって計測される発電モジュール１０の傾斜角が第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬに設けられた停止位置よりも外側にあるかどうかを判定する。傾斜角が停止位置の外側になければ（ステップＳ６でＮｏならば）、つまり、傾斜角が停止位置上または停止位置よりも内側にあれば、傾斜角の変更は行われず、ステップＳ４に回帰する。例えば、ステップＳ２でソフトリミット手段３２の作動によって回転位置の変化が停止された時の発電モジュール１０の傾斜角が、停止位置における傾斜角に一致するかそれよりも内側にあれば、ステップＳ６でＮｏと判定される。

一方、ステップＳ６の判定において、発電モジュール１０の傾斜角が、停止位置における傾斜角より外側にあれば（ステップＳ６においてＹｅｓならば）、ステップＳ７において、停止制御手段３３が傾斜駆動機構２３を制御し、発電モジュール１０の傾斜角を、復帰位置Ｓにおける傾斜角まで変化させる。その後、ステップＳ４に回帰する。ステップＳ２でソフトリミット手段３２の作動によって停止された時の発電モジュール１０の傾斜角が、停止位置よりも外側にあれば、ステップＳ６でＹｅｓと判定され、ステップＳ７において、復帰位置Ｓまで移動される。また、ステップＳ６およびステップＳ７が繰り返されることで、一旦ステップＳ７において復帰位置Ｓに移動された発電モジュール１０が、風による揺動等によって、停止位置よりも外側に動いてしまった場合には、再度発電モジュール１０が復帰位置Ｓに戻される。これによって、ステップＳ２でソフトリミット手段３２が作動した後、後述するように、ステップＳ８でソフトリミット手段３２が解除されるまでの間は、発電モジュール１０の回転位置が停止位置から外側に外れても、停止制御手段３３によって、復帰位置Ｓに戻される状態が維持される。

ステップＳ４で復旧信号の入力の有無が判定された際、復旧信号の入力が検出された場合には、(ステップＳ４でＹｅｓならば)、ステップＳ５において、ステップＳ６と同様に、発電モジュール１０の傾斜角が停止位置よりも外側にあるかどうかが判定される。傾斜角が停止位置よりも外側になければ（ステップＳ５でＮｏならば）、ステップＳ８でソフトリミット手段３２が解除され、追尾制御手段３１による太陽追尾が再開される。ステップＳ５において、発電モジュール１０の傾斜角度が停止位置よりも外側にあると判断されれば（ステップＳ５でＹｅｓならば）、ステップＳ９で一旦発電モジュール１０を復帰位置Ｓまで移動させたうえで、ステップＳ８でソフトリミットの解除と太陽追尾の再開が行われる。

以上で説明した図４ａの制御方法においては、ソフトリミットを解除するための復旧信号の入力の有無を判定してから（ステップＳ４）、傾斜角の判定を行った（ステップＳ５、Ｓ６）。しかし、ソフトリミットを実際に解除する前に、傾斜角の判定によって発電モジュール１０が停止位置よりも外側にないことを保証することができれば、各判定を実行する順番は、図４ａのものに限られない。例えば、図４ｂに示したように、傾斜角の判定を行い（ステップＳ’４）、発電モジュールが停止位置よりも外側にないことを確認したうえで、復旧信号の入力の有無を判定し（ステップＳ’６）、ソフトリミットを解除する（ステップＳ’７）ようにしてもよい。

追尾制御手段３１による通常の太陽追尾において使用される傾斜角の最大範囲である第二可動範囲Ｒ２は、太陽光発電装置１が設置される地域によって異なるが、図３に示すように、この第二可動範囲Ｒ２が、発電モジュール１０の回転の物理的な限界である第一可動範囲Ｒ１よりも十分小さい角度となるように、太陽光発電装置１が設計されていれば、理想的には、追尾制御手段３１による太陽追尾の過程で、ハードリミット手段４０が作動されることはない。しかし、発電モジュール１０が風圧の影響を受けやすいパネル状の構造を有しており、また可動部を有する旋回駆動機構２２および傾斜駆動機構２３によって支持されているため、強風を受けた際等に、処理部３０からの駆動信号によらず、発電モジュール１０が揺動し、第二可動範囲Ｒ２の外側の回転位置をとってしまう場合がある。このような場合に、発電モジュール１０の回転位置が第一可動範囲Ｒ１の外縁ＨＬに達してしまうと、ハードリミット手段４０が作動されることで、発電モジュール１０をはじめとする太陽追尾架台２０の構成部材が、損傷から保護される。ハードリミット手段４０が作動されると、電源の復旧等の操作を行わないかぎり太陽追尾架台２０が自動的に再起動されることはないので、管理者等は、強風や機器の故障等、ハードリミット手段４０を作動させた原因が除かれていることを十分に確認した安全な状態で、太陽追尾架台２０を再起動することができる。このように、ハードリミット手段４０は、太陽光発電装置１の損傷を防ぐ最終保護手段として機能する。特に、ソフトリミット手段３２が傾斜角計測手段２６の故障等の要因によって機能しなくなった時に、ハードリミット手段４０が有効に機能する。

上記のように、ハードリミット手段４０が一旦作動されると、電源の復旧等を行わないかぎり、太陽光発電装置１が再起動されないので、一時的な突風等、長時間継続しないような原因によって発電モジュール１０の回転位置が第二可動範囲Ｒ２を出てしまった場合に、以降再起動のための操作が行われるまで、太陽光発電装置１が停止したままとなり、発電効率に支障をきたす。また、上記のように、ハードリミット手段４０は、メカニカルスイッチ等、機械的接触によって作動する部材を有してなることから、作動の機会が頻繁になると、ハードリミット手段４０の寿命が短くなってしまう可能性がある。これらに鑑み、ハードリミット手段４０の作動頻度を低くするために、ソフトリミット手段３２が設けられている。ソフトリミット手段３２は、ハードリミット手段４０とは異なり、ソフトウェア上で解除することができるため、作動して太陽追尾が停止されたとしても、簡単な操作で太陽追尾を再開することができ、発電効率に与える影響が少なくて済む。ソフトリミット手段３２は、強風を受けることで発電モジュール１０が第二可動範囲Ｒ２の外に出てしまった場合の他、追尾パラメータの設定ミスや、試運転時やメンテナンス時の誤動作等の原因で、発電モジュール１０を第二可動範囲Ｒ２を超えて回転させてしまった場合の保護手段としても有用である。

ソフトリミット手段３２は、ハードリミット手段４０よりも容易に解除できるとはいえ、太陽追尾を停止するものであるので、解除されるまでの間は太陽追尾が停止された状態が維持され、その間に太陽が天球上で移動すると、発電モジュール１０による発電が実質的に行われなくなる。よって、発電効率を確保する観点から、ソフトリミット手段３２が容易には作動しないようにするために、ソフトリミット手段３２が作動する第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬを、ハードリミット手段４０が作動する第一可動範囲Ｒ１の外縁ＨＬに近接させて設けることが望ましい。しかし、その場合に、もし停止制御手段３３がなければ、ソフトリミット手段３２が作動して、第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬ上、または第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬと第一可動範囲Ｒ１の外縁ＨＬの間で停止している状態の発電モジュール１０が、風を受けて揺動した際などに、発電モジュール１０の回転位置が容易に第一可動範囲Ｒ１の外縁ＨＬに達し、ハードリミット手段４０を作動させてしまうことになる。特に日の出付近および日没付近の時間において、発電モジュール１０が鉛直に近い角度で立っている状態においては、このようなことが起こりやすい。しかし、上記のように、ハードリミット手段４０の作動は、極力低減すべきである。

そこで、本太陽光発電装置１においては、停止制御手段３３を備えることで、このような事態を避けながら、第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬを、第一可動範囲Ｒ１の外縁ＨＬに近接させて設けることができる。つまり、ソフトリミット手段３２が作動され、発電モジュール１０の回転位置の変化が停止された後、発電モジュール１０が、第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬである停止位置よりも外側にあることが検出されれば、停止制御手段３３によって、第二可動範囲Ｒ２の外縁または内側に設けられた復帰位置Ｓに移動される。そして、風等を受けて、発電モジュール１０が停止位置（外縁ＳＬ）から外側に動いてしまったとしても、停止制御手段３３によって、復帰位置Ｓに戻される。このように、ソフトリミット手段３２が作動している間は、停止制御手段３３によって、発電モジュール１０の回転位置が復帰位置Ｓに戻される状態が維持される。よって、停止制御手段３３が作動できないほど急に突風が発生し、ハードリミット手段４０が瞬時に作動されることがないかぎり、第二可動範囲Ｒ２の外縁または内側に設けられた復帰位置Ｓ上に戻るように発電モジュール１０の回転位置が制御されるので、ハードリミット手段４０を作動させることがない。

第一可動範囲Ｒ１の外縁ＨＬと第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬの差ｒ１は、発電モジュール１０の傾斜運動の中心軸に対する角度で、２度以上かつ５度以下であることが好ましい。この角度を２度以上とすることで、停止位置と第一可動範囲Ｒ１の外縁ＨＬとの間に余裕をもたせ、ソフトリミット手段３２作動中にハードリミット手段４０が作動される確率を効果的に低減することができる。また、この角度を５度以下とすることで、第二可動範囲Ｒ２を十分に第一可動範囲Ｒ１に近接して設けて、ソフトリミット手段３２が作動する確率を低くすることができる。これにより、ソフトリミット手段３２の作動による太陽追尾の停止のために発電効率が低下することを抑制することができる。また、復帰位置Ｓが第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬよりも内側にある場合、当該復帰位置Ｓと当該外縁ＳＬの差は、特に限定されないが、発電モジュール１０の傾斜運動の中心軸に対する角度で、１度以上５度以下であることが好ましい。

既に述べたように、復帰位置Ｓは、第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬ上またはその内側であれば、どこに設けてもよい。復帰位置Ｓを第二可動範囲Ｒ２の外縁上よりも、第二可動範囲Ｒ２の内側に設ける方が、復帰位置Ｓに移動させた発電モジュール１０が強風による揺動等を起こすことで、ハードリミット手段４０が作動される確率を、低くすることができる。特に、傾斜角計測手段２６によって読み取られる揺動等による発電モジュール１０の回転位置の変化量に等しい角度だけ、第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬよりも内側に復帰位置Ｓを設けるようにすれば、揺動等によって発電モジュール１０の回転位置が変化した際に、第二可動範囲Ｒ２の外側に出にくくなる。なお、復帰位置Ｓを第二可動範囲Ｒ２の内側に定めすぎることも好ましくない。発電モジュール１０の回転位置を第二可動範囲Ｒ２の外側に出させるような要因があるためにソフトリミット手段３２が作動されるのであり、過剰に第二可動範囲Ｒ２の内側において停止させることで、ソフトリミット手段３２の作動要因によっては、太陽光発電装置１に無理な負荷や安全上の不具合を与える可能性があるからである。これらの観点からも、復帰位置Ｓと第二可動範囲Ｒ２の外縁ＳＬとの差は、１度以上５度以下であることが好ましい。

以上の説明は、傾斜方向における回転の制御を例にして行ったが、上記のように、旋回方向の回転についても、同様の構成および制御が適用される。ただし、日の出付近および日没付近の時間において、発電モジュール１０が鉛直に近い角度で立ち上がった状態で風を受け、傾斜方向に揺動する際に、傾斜方向のハードスイッチ手段ＨＬを作動させないようにする停止制御手段３３の役割が最も大きい。よって、旋回方向よりも傾斜方向に上記のような停止制御手段３３が設けられる意義が大きい。また、傾斜方向および旋回方向の両方にソフトリミット手段３２が設けられる場合に、傾斜方向および旋回方向のいずれか一方でのみソフトリミット手段３２が作動された場合に、他方のソフトリミット手段３２も自動的に作動されることが好ましい。

（退避動作）
処理部３０が退避制御手段３４と退避解除手段３５を備える場合、これらはそれぞれ、発電モジュール１０を所定の退避位置に移動させて退避状態とし、またその退避状態を解除する役割を果たす。上記のハードリミット手段４０、ソフトリミット手段３２、停止制御手段３３を用いた発電モジュール１０の回転位置の制限は、突発的な強風から太陽光発電装置１を保護するのに特に有効である。これに対し、退避制御手段３４および退避解除手段３５を用いた退避動作は、ある程度の時間持続する強風から太陽光発電装置１を保護するのに特に有効である。両者を合わせて用いることで、強風に対する太陽光発電装置１の保護を強力に行うことができる。

風速計測手段５０によって所定の退避基準風速以上の風速値が観測され、処理部３０に入力されると、退避制御手段３４が、旋回駆動機構２２および傾斜駆動機構２３を制御し、発電モジュール１０を所定の退避位置へと移動させる。退避位置は、発電モジュール１０に印加される風圧が小さくなるような、発電モジュール１０の回転位置として規定される。具体的な退避位置としては、図５（ａ）のように、発電モジュール１０の受光面１０ａが水平に上方を向いた水平退避位置と、図５（ｂ）のように、水平退避位置から発電モジュール１０が角度θで傾斜した傾斜退避位置を、例示することができる。

図５（ａ）の水平退避位置においては、発電モジュール１０が受ける風圧荷重が最小となる。しかし、図中に模式的に示したように、水平になっている発電モジュール１０の上下において、渦状の風Ｗ１が発生しやすくなっている。発電モジュール１０上面および下面におけるこの渦状の風Ｗ１のバランスの状態によっては、発電モジュール１０を回転させようとするモーメントが働く。これにより、図中点線で示したように、発電モジュール１０が傾斜する。すると、傾斜によって、発電モジュール１０における受風面積が増大し、風圧荷重が高まる。発電モジュール１０自体や、ギア等、旋回・傾斜駆動機構２２，２３の構成部材が弾性を有するため、傾斜した発電モジュール１０は、このように風圧荷重を受けた状態で、水平位置に戻ろうとする。すると、反動により、発電モジュール１０は水平位置を通り越して、反対側に傾斜し、反対向きの高い風圧荷重を再度受けるようになる。これを繰り返すことで、発電モジュール１０は、固有振動数における共振を起こしやすい状態となる。このような共振が起こると、発電モジュール１０や太陽追尾架台２０の各部に損傷が発生しやすくなる。

一方、図５（ｂ）の傾斜退避位置においては、発電モジュール１０の上下に渦状の風の流れが発生しにくく、発電モジュール１０の上下で風量に差がある状態で、風Ｗ２が停滞することなく流れやすい。発電モジュール１０が傾斜していることで、水平である場合よりも、風圧荷重を印加され、風圧荷重の方向に発電モジュール１０を回転させようとするモーメントＭが発生しやすくなっている。しかし、風速および風向が一定であれば、モーメントＭの大きさは、発電モジュール１０の傾斜角θと風速、風向の関係によって決まる値にて安定する。よって、風圧を受けた状態で発電モジュール１０の姿勢が安定し、水平退避位置において起こるような共振が起こりにくくなっている。このように、共振を避けることで、強風による発電モジュール１０や太陽追尾架台２０への損傷が避けられ、安全性が増す。このような観点から、退避制御手段３４は、発電モジュール１０を、図５（ａ）の水平退避位置ではなく、図５（ｂ）の傾斜退避位置とするものであることが好ましい。

傾斜退避位置における発電モジュール１０の傾斜角θは、５度以上かつ２０度以下であることが好ましい。傾斜角θが大きくなるほど風圧荷重が大きくなるが、おおむね、θを５度以上とすることで、発電モジュール１０の共振を避け、退避位置における姿勢を安定化させやすくなる。一方、２０度を超えて傾斜角θを大きくすると、風圧荷重が大きくなりすぎることによって、静的な回転モーメントＭが大きくなりすぎる。すると、ギア等、旋回・傾斜駆動機構２２，２３の構成部材への負担が大きくなり、強風の影響を避けるために退避位置をとることの効果が薄くなってしまう。なお、風速計測装置が、風速に加え、風向まで検出するものであれば、図５（ｂ）のように、風下側を上げ、風上側を下げるように、発電モジュール１０を傾斜させることが好ましい

図５（ａ）のような水平退避位置ではなく図５（ｂ）のような傾斜退避位置を採用することの効果は、上記のように退避位置における発電モジュール１０の姿勢を安定させること以外にもある。台風時など、強風は豪雨を伴うことが多く、発電モジュール１０において、発電レシーバ１１および集光レンズ１３、支持板１９と壁面部材によって形成された筐体の内部や、筐体の周囲に配置されたフレーム部分に、各部材の間の空隙や破損部から雨水が侵入し、蓄積されやすい。このような雨水の蓄積は、漏電につながる可能性がある。図５（ｂ）のように発電モジュール１０が傾斜退避位置をとっていれば、その傾斜により、雨水が自然に排出されやすくなる。上記のように、傾斜角θが５度以上であれば、雨水の排出を効果的に行うことができる。

以上のように、日中に発電モジュール１０が追尾位置に配置されている状態、または夜間に待機位置に停止されている状態で、退避基準風速以上の風速値が観測された際には、退避制御手段３４は、退避位置へと発電モジュール１０を移動させる。一方、突風等によってソフトリミット手段３２が作動され、太陽追尾が停止されている状態で退避基準風速以上の風速値が観測された場合には、処理部３０は、ソフトリミット手段３２を自動的に解除して、発電モジュール１０を退避位置に移動させることができる。なお、ハードリミット手段４０が作動された状態では、太陽追尾架台２０への電源供給が停止されているため、退避位置への移動を行うことはできない。

上記のように、退避基準風速以上の風速が観測されて退避状態とされた後、強風が止むと、退避解除手段３５によって、退避状態が解除される。退避状態が解除されると、発電モジュール１０は、退避解除位置に移動される。退避解除位置は、太陽が天球上に観測される日中であれば、太陽の位置に応じた追尾位置であり、太陽が天球上に観測されない夜間であれば、所定の待機位置である。

退避状態の解除のタイミングとてして、風速計測手段５０によって計測される風速値が、退避動作を行わせる基準値である退避基準風速を下回ると、即座に退避解除を行う形態を例示することができる。しかし、図６に示すように、一般に、風速には経時変動があり、一旦退避基準風速を下回っても、退避基準風速を上回る強風が再度吹くことが多い。特に、日本において観測される春一番や季節風、台風等の気象現象においては、一度突風が止んだ後、しばらく再度突風が吹きやすい状態が継続されることが多い。退避解除のために、追尾位置または待機位置に向かって発電モジュール１０の回転位置が動かされている最中に再度退避基準風速を上回る風が吹くと、発電モジュール１０や太陽追尾架台２０に損傷が加えられる可能性がある。また、一旦追尾位置または待機位置に戻っても、直後に退避基準風速以上の風が観測されれば、すぐに再度退避位置まで移動しなければならないことになる。これは、不要なエネルギー消費につながる。

このような事態を避けるため、図６に示すように、退避基準風速以上の風速が一度観測された後、所定の待機時間δが経過する間に、退避基準風速以上の風速が再度観測されなければ、退避解除手段３５が発電モジュール１０を追尾位置または待機位置に移動させるようにすればよい。つまり、図６では、時刻Ｔ１において、最初に退避基準風速以上の風速が観測され、退避制御手段３４によって、発電モジュール１０が退避位置へと移動される。この時刻Ｔ１から、待機時間δの計測が開始される。時刻Ｔ１’において、風速は一旦退避基準風速を下回る。しかし、時刻Ｔ１’においては、まだ待機時間δが経過していないので、退避解除手段３５は退避状態の解除を行わない。そして、再度時刻Ｔ２において、再度退避基準風速以上の風速が観測され、待機時間δの計測がリセットされる。つまり、時刻Ｔ２から新たに待機時間δの計測が開始される。このようにして、時刻Ｔｎまで、退避基準風速以上の風速の観測と待機時間δの更新が繰り返され、発電モジュール１０は退避位置に配置されたままとなる。風は、強弱の変動を繰り返しながら徐々に弱くなり、時刻Ｔｎを最後に、退避基準風速以上の風速が観測されなくなる。そして、最後に退避基準風速以上の風速が観測された時刻Ｔｎから待機時間δが経過する間に退避基準風速以上の風速が一度も検出されなかったことをもって、時刻（Ｔｎ＋δ）において、退避解除手段３５が退避状態を解除する。

待機時間δは、発電モジュール１０が退避位置から待機位置に戻り、再度退避位置に戻るまでに要する時間δ１と、風速の自己相関（Ｒ）の二乗が０．５になる時間（ラグ）δ２のうち、長い方とするとよい（δ＝ｍａｘ（δ１，δ２））。

待機時間δを、時間δ１と同じかそれよりも長く設定することで、待機時間δを経過した後に、続く時間δ１において、発電モジュール１０を待機位置に戻し、さらに必要があれば再度退避位置へと動かす間に、再度退避基準風速以上の風が吹く確率は低いとみなすことができる。発電モジュール１０が退避位置から待機位置まで移動する時間と、待機位置から退避位置まで移動する時間が同じとみなせる場合には、時間δ１は、片道の移動に要する時間（δ１’）の２倍とすればよい（δ１＝２δ１’）。また、退避解除制御が行われ際に発電モジュール１０が移動する退避解除位置は、追尾位置である場合と待機位置である場合があるが、待機位置は、追尾位置の端にあり、より長い時間を移動に要するため、時間δ１を上記のように待機位置までの移動に要する時間に基づいて定めておけばよい。一方、風速の自己相関Ｒの二乗（Ｒ^２）は、所定時間が経過した後に、当初と同じ風速の風が吹いている確率に対応する。時間δ２は、Ｒ^２＝０．５、つまりＲ＝０．７０７となるように設定される。このことは、時間δ２が経過した時に、当初と同じ風速の風が吹いている確率が０．５となっていることを示している。待機時間δを、時間δ２と同じかそれよりも長く設定することで、発電モジュール１０を退避位置から退避解除位置に向かって動かし始める時に、退避基準風速を有する風が吹いている確率が０．５以下となることを示している。具体的なδ２の値は、太陽光発電装置１が設置された土地における気象観測データの統計に基づいて見積もればよい。

このように、待機時間δを、時間δ１と時間δ２のうちの長い方（ｍａｘ（δ１，δ２））として設定することで、退避位置と退避解除位置の間での移動中に、発電モジュール１０が強風を受け、発電モジュール１０や太陽追尾架台２０に損傷等が発生することが回避される。待機時間δをそれよりも短くすると、この移動中に発電モジュール１０が強風を受ける確率が高まる。一方、退避時間をｍａｘ（δ１，δ２）よりも長くすると、強風が発生する確率が十分に低くなってからも太陽光の追尾が再開されない時間が長くなり、発電効率の観点から好ましくない。待機時間δを厳密にｍａｘ（δ１，δ２）とすることは難しいが、ｍａｘ（δ１，δ２）からの逸脱は、±５０％程度とすることが好ましい。なお、典型的には、δ１は１０分程度であり、日本における台風等の強風時にはδ２が２時間程度であるので、ｍａｘ（δ１，δ２）＝δ２となることが多い。

＜追尾型太陽光発電システム＞
次に、本発明の一実施形態にかかる追尾型太陽光発電システム１００について説明する。追尾型太陽光発電システム１００は、上記本発明の実施形態にかかる追尾型太陽光発電装置１を複数配列した構造を有する。そして、それら複数の太陽光発電装置１がＮ個のグループに分かれて制御される（Ｎは１以上の自然数）。

図７に、太陽光発電システム１００の一例を示す。ここでは、太陽光発電システム１００が、６台の太陽光発電装置１ａ〜１ｆを有している。そして、Ｎ＝３とされ、６台の太陽光発電装置１ａ〜１ｆが、２台ずつ、３つのグループＧ１〜Ｇ３に分けられている。太陽光発電システム１００は他に、総制御部１３０と、１台の風速計測手段５０を有する。総制御部１３０は、ＣＰＵ等の演算処置装置よりなり、各太陽光発電装置１ａ〜１ｆの処理部３０に接続されている。総制御部１３０は、各太陽光発電装置１ａ〜１ｆの処理部３０に制御信号を出力することで、各太陽光発電装置１ａ〜１ｆを統括して制御する。風速計測手段５０の出力部は、総制御部１３０に接続されており、総制御部１３０は、風速計測手段５０によって計測された風速の情報をもとに各太陽光発電装置１ａ〜１ｆを制御する。

本太陽光発電システム１００においては、ソフトリミット手段３２作動時における停止制御手段３３による制御、強風検出時における退避制御手段３４による制御、退避解除時の退避解除手段３５による制御のうちの少なくとも１つが、全太陽光発電装置１ａ〜１ｆにおいて一斉に実行されるのではなく、総制御手段によって、グループＧ１〜Ｇ３ごとに、時間間隔ｔを空けて、順次実行される。

また、所定の停滞基準風速よりも、実際に観測された風速が大きい場合には、各グループＧ１〜Ｇ３の太陽光発電装置１ａ〜１ｆの制御を行わずに待機することが望ましい。停滞基準風速は、それよりも風速が大きい状態で発電モジュール１０の回転角度を変化させると、発電モジュール１０や太陽追尾架台２０に損傷が生じる可能性がある風速として規定され、退避基準風速よりも大きい値を有する。

図８に、上記のような時間間隔ｔを設けた太陽光発電システム１００の制御方法を、退避制御手段３４による追尾位置または待機位置から退避位置への移動を例として、フロー図として示す。太陽光発電システム１００が、日中の太陽追尾位置または夜間の待機位置にある状態において、ステップＳ１０において、風速計測手段５０が退避基準風速以上の風速を観測し、総制御部１３０に入力すると、退避動作が開始される。

そして、ステップＳ１２において、総制御部１３０は、風速計測手段５０によって計測された風速が、停滞基準風速よりも大きいかどうかを判定する。計測された風速が停滞基準風速よりも大きい場合には（ステップＳ１２でＹｅｓ）、ステップＳ１１において、タイマーを用いて所定の時間間隔ｔを計測し、時間間隔ｔが経過した後、再度ステップＳ１２において、風速の計測と判定を行う。ステップＳ１２で計測された風速が停滞基準風速以下である場合には（ステップＳ１２でＮｏ）、ステップＳ１３において、総制御部１３０は、第一グループＧ１の太陽光発電装置１ａ，１ｂの処理部３０を制御し、退避制御手段３４によって、各発電モジュール１０を退避位置へと移動させる。

その後、ステップＳ１４において、タイマーを用いて所定の時間間隔ｔを計測し、時間間隔ｔが経過した後、ステップＳ１５において風速を計測し、停滞基準風速より大きいかどうかの判定を行う。計測された風速が停滞基準風速よりも大きい場合には（ステップＳ１５でＹｅｓ）、ステップＳ１４に回帰する。ステップＳ１５で計測された風速が停滞基準風速以下である場合には（ステップＳ１５でＮｏ）、ステップＳ１６において、総制御部１３０は、第二グループＧ２の太陽光発電装置１ｃ，１ｄの処理部３０を制御し、退避制御手段３４によって、各発電モジュール１０を退避位置へと移動させる。

さらに、ステップＳ１７での時間間隔ｔの計測を経て、ステップＳ１８およびＳ１９において、ステップＳ１２およびＳ１３、ステップＳ１５およびＳ１６と同様に、第三グループＧ３の太陽光発電装置１ｅ，１ｆが、退避位置へと移動される。このようにして、全グループＧ１〜Ｇ３の太陽光発電装置が退避位置へ順次移動され、太陽光発電システム１００全体として、退避状態への移行が完了する。

本太陽光発電システム１００においては、１台の風速計測手段５０によって得られた単一の風速情報に基づいて、全太陽光発電装置１ａ〜１ｆのソフトリミット手段３２の作動、追尾位置または待機位置から退避位置への移動、退避解除による退避位置から追尾位置または待機位置への移動が実行される。また、全太陽光発電装置１ａ〜１ｆのソフトリミット手段３２が作動している状況で、一斉に風の影響を受けて、発電モジュール１０が停止位置から外側に動いてしまうと、全太陽光発電装置１ａ〜１ｆの停止制御手段３３が一斉に発電モジュール１０を復帰位置Ｓに戻そうとする。もし総制御部１３０が各太陽光発電装置１ａ〜１ｆを統括して制御していなければ、退避制御手段３４による退避位置への移動、退避解除手段３５による退避位置からの移動、そしてソフトリミット手段３２作動時における停止制御手段３３による復帰位置Ｓへの移動が、ほぼ一斉に駆動されることになる。発電パネルの回転位置を変化させる際、変化の初期には、大きな起動トルクが必要であり、全太陽光発電装置１ａ〜１ｆを一斉に駆動することで、非常に大きな起動トルクを供給するための電力が一時に必要となる。上記３種の制御のうち、退避位置への移動および復帰位置Ｓへの移動は、強風が吹いている状況で行われることが多く、起動トルクがとりわけ大きくなる。また、上記３種いずれの制御についても、夜間に気温が下がっている状態で行われる場合には、旋回・傾斜駆動機構２２，２３の可動部に使用されているグリースや潤滑油が固化したり粘度が低下したりしており、可動部での摩擦のために、起動トルクが大きくなる。このように、上記３種の制御における発電モジュール１０の回転運動の起動時に、急激に多くの電力が太陽光発電システム１００において必要となる。これにより、過電流状態が発生すると、発電モジュール１０の移動が途中で停止してしまう等の不具合が発生する可能性がある。ところが、上記のように、グループ単位で時間間隔ｔを設けてこれらの制御を行うことで、起動時の電力消費を一時に集中させず、分散することができる。これにより、過電流状態の発生による太陽追尾架台２０の損傷等、各太陽光発電装置１ａ〜１ｆに過剰な負荷や不具合を発生させることなく、安定して太陽光発電システム１００を運転することができる。

時間間隔ｔは、５秒以上とすることが好ましい。これにより、回転運動を起動する際の電力を効果的に分散させることができる。一方、時間間隔ｔにグループ数Ｎを乗じた時間（Ｎｔ）は、１０分以下であることが好ましい。これにより、停止制御手段３３による制御および退避制御手段３４による制御において、発電モジュール１０の回転角度を変化させることで強風の影響を低減する効果、そして退避解除手段３５による制御において、強風が止んだ後に太陽追尾を速やかに再開する効果を、十分に享受することができる。

各グループの太陽光発電装置１を制御する順序は、特に強風の発生下で行われる停止制御手段３３による制御と退避制御手段３４による制御については、強風の影響を最も大きく受けるグループから開始し、順次影響の少ないグループに移行すればよい。このようにすることで、太陽光発電システム１００全体として、強風による影響を小さくすることができる。具体的には、風速計測手段５０が風速のみを与えるものである場合、全太陽光発電装置１の配列において、外側に位置するグループを先に制御し、内側に位置するグループを後から制御すればよい。図７の例では、第一グループＧ１および第三グループＧ３を先に制御し、最後に第二グループＧ２を制御すればよい。また、風速計測手段５０が、風速に加え、風向の情報を与える風速風向計である場合には、風上に位置するグループを先に制御し、風下に位置するグループを後から制御すればよい。図７の例において、風が図中の上方から下方に向けて吹いた場合には、第一グループＧ１→第二グループＧ２→第三グループＧ３の順に制御を行えばよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１ （追尾型）太陽光発電装置
１０ 発電モジュール
１０ａ 受光面
１１ 発電レシーバ
１２ 太陽光発電素子
１３ 集光レンズ
２０ 太陽追尾架台
２１ 支柱
２２ 旋回駆動機構
２３ 傾斜駆動機構
２５ 旋回角計測手段
２６ 傾斜角計測手段
３０ 処理部
３１ 追尾制御手段
３２ ソフトリミット手段（第二駆動制限手段）
３３ 停止制御手段（第三駆動制限手段）
３４ 退避制御手段
３５ 退避解除手段
４０ ハードリミット手段（第一駆動制限手段）
５０ 風速計測手段
１００ （追尾型）太陽光発電システム
１３０ 総制御部
Ｒ１ 第一可動範囲
Ｒ２ 第二可動範囲
Ｓ 復帰位置
ＨＬ 第一可動範囲の外縁
ＳＬ 第二可動範囲の外縁

Claims (7)

1. 受光面に入射された太陽光によって太陽光発電を行う発電モジュールと、前記発電モジュールの回転位置を変化させ、前記受光面を太陽光の入射方向に略垂直に向ける駆動部と、前記駆動部による前記発電モジュールの回転位置の変化を制御する制御部と、を有してなり、
   前記制御部は、前記発電モジュールの回転位置の変化を制限する駆動制限手段を備え、
   前記駆動制限手段は、前記発電モジュールの回転位置を第一可動範囲の中に物理的に制限する第一駆動制限手段と、
   前記駆動部を電気的に制御し、前記発電モジュールの回転位置が、前記第一可動範囲よりも狭く、前記第一可動範囲の中に含まれる第二可動範囲の外に出ると、前記駆動部による発電モジュールの回転位置の変化を停止する第二駆動制限手段と、
   前記第二駆動制限手段が前記発電モジュールの回転位置の変化を停止している状態で、前記発電モジュールの回転位置が、前記第二可動範囲の外縁に設けられた停止位置よりも前記第一可動範囲の外縁側にある時、前記発電モジュールを、前記第二可動範囲の外縁上または内側に設けられた復帰位置に移動させるように、前記駆動部を制御する第三駆動制限手段と、を有することを特徴とする追尾型太陽光発電装置。
2. 前記第一可動範囲の外縁と前記第二可動範囲の外縁の間の差は、前記発電モジュールの回転中心に対して２度以上５度以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の追尾型太陽光発電装置。
3. 前記追尾型太陽光発電装置はさらに、風速を計測する風速計測部を有し、
   前記制御手段はさらに、前記風速計測部によって計測された風速が退避基準風速以上であると、前記発電モジュールに印加される風圧が小さくなる退避位置に、前記発電モジュールの回転位置を変化させる退避制御手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の追尾型太陽光発電装置。
4. 前記退避位置は、前記受光面が水平に上方を向いた状態から５度以上２０度以下の範囲で傾斜した回転位置であることを特徴とする請求項３に記載の追尾型太陽光発電装置。
5. 前記制御部は、前記退避位置から、前記受光面が太陽光の入射方向に略垂直に向いた追尾位置、あるいは日没時または日の出時の太陽光の入射方向に略垂直に向いた待機位置へと、前記発電モジュールの回転位置を変化させる退避解除手段をさらに有し、
   前記発電モジュールが前記退避位置にある状態で、前記風速計測部が前記退避基準風速以上の風速を検出した後、前記発電モジュールが前記退避位置から前記待機位置まで動くのに要する時間の２倍および前記風速の自己相関の二乗が０．５となる時間のうち長い方の時間が経過するまでの間に、再度前記風速計測部が前記退避基準風速以上の風速を検出しなかった時に、前記退避解除手段による前記駆動部の制御が実行されることを特徴とする請求項３または４に記載の追尾型太陽光発電装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の追尾型太陽光発電装置を複数備えてなることを特徴とする追尾型太陽光発電システム。
7. 前記複数の追尾型太陽光発電装置は、前記追尾型太陽光発電装置を少なくとも１台含んでなる複数のグループに分けられ、
   前記第三駆動制限手段、前記退避制御手段、および前記退避解除手段の少なくとも１つによる前記駆動部の制御は、前記グループごとに、時間間隔を設けて実行されることを特徴とする請求項６に記載の追尾型太陽光発電システム。

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