JP2017011067A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な発電を行うことが可能な太陽光発電装置を提供する。【解決手段】太陽光発電装置は、受光量に応じた電力を生成する発電素子と、前記発電素子に対応して設けられ、受けた光を前記発電素子へ集光する集光レンズと、前記発電素子の周囲に設けられ、前記発電素子に対する集光位置のずれを検出するセンサとを備える。【選択図】図８

Description

本発明は、太陽光発電装置に関し、特に、集光型の太陽光発電装置に関する。

レンズ等を用いることによって太陽光を発電素子に収束させ、当該発電素子の発電効率を高める集光型の太陽光発電装置の開発が行われている。

集光型の太陽光発電装置の一例として、たとえば、特開２００４−１５３２０２号公報（特許文献１）には、以下のような技術が開示されている。すなわち、集光式太陽光発電装置は、集光式太陽電池パネルを地球自転軸とほぼ平行な回転軸のまわりに方位角方向へ回動させる駆動手段と、前記集光式太陽電池パネルと同方向を向きこれと一体に回動させられる検出面を備え、当該検出面上への太陽スポット光の入射位置より方位角方向での太陽の相対位置を検出する位置検出手段と、前記太陽スポット光が前記検出面上の所定位置を越えた時から一定時間経過後に、前記駆動手段を所定時間作動させて前記太陽スポット光が前記所定位置を反対側へ越えるように前記検出面を回動させ、その後、前記太陽スポット光が前記所定位置へ戻るまでの戻り時間を計測し、前記一定時間経過後に、前記戻り時間によって補正した所定時間だけ前記駆動手段を作動させる駆動制御手段とを具備する。

特開２００４−１５３２０２号公報 特許第３８７７６３７号公報 特開２００３−１４２７０２号公報 特許第３１６３９６９号公報

特許文献１に記載の、集光式太陽光発電装置等、従来の技術を超えて、効率的な発電を行うことが可能な技術が望まれる。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、効率的な発電を行うことが可能な太陽光発電装置を提供することである。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る太陽光発電装置は、受光量に応じた電力を生成する発電素子と、前記発電素子に対応して設けられ、受けた光を前記発電素子へ集光する集光レンズと、前記発電素子の周囲に設けられ、前記発電素子に対する集光位置のずれを検出するセンサとを備える。

本発明によれば、効率的な発電を行うことができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例の斜視図である。 図２は、図１に示す太陽光発電装置の側面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例における発電モジュールの構成を示す図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例における発電モジュールの、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面を示す断面図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例における発電モジュールの受光部に太陽光が斜めに到来する状態を示す図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例における発電回路ユニットを示す平面図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置を示す図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置における、集光ずれセンサを含む発電モジュールの発電回路ユニットを示す平面図である。 図９は、図８に示す発電回路ユニットの一部を詳細に示す図である。 図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置における発電回路ユニットの、図９に示すＸ−Ｘ線に沿う断面を示す断面図である。 図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置における集光ずれセンサを含む発電モジュールの、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に相当する直線に沿う断面を示す断面図である。 図１２は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の構成の一部を示すブロック図である。 図１３は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置における、集光ずれセンサが設けられた発電モジュールの位置を示す図である。 図１４は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の変形例における発電回路ユニットの一部の詳細を示す図である。 図１５は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の変形例における発電回路ユニットの一部の詳細を示す図である。 図１６は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の変形例における発電回路ユニットの一部の詳細を示す図である。 図１７は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の変形例における発電回路ユニットの一部の詳細を示す図である。 図１８は、本発明の第２の実施の形態に係る太陽光発電装置において、集光ずれセンサが設けられた発電モジュールの位置を示す図である。 図１９は、本発明の第３の実施の形態に係る太陽光発電装置の設置状態の一例を示す図である。 図２０は、本発明の第３の実施の形態に係る太陽光発電装置において、集光ずれセンサが設けられた発電モジュールの配置を示す図である。

最初に、本発明の実施の形態の内容を列記して説明する。

（１）本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置は、受光量に応じた電力を生成する発電素子と、前記発電素子に対応して設けられ、受けた光を前記発電素子へ集光する集光レンズと、前記発電素子の周囲に設けられ、前記発電素子に対する集光位置のずれを検出可能なセンサとを備える。

このような構成により、集光レンズによって集光された太陽光のセンサにおける受光量に基づいて、集光レンズの光軸に対する太陽の方向のずれを検出することができる。これにより、たとえば、集光レンズの光軸上に太陽が位置するように、集光レンズ、発電素子およびセンサを含む太陽光発電パネルの向きを制御することができるため、太陽光発電装置の発電効率を高めることができる。ここで、太陽の位置を検出するためのセンサユニットを太陽光発電パネルに別途取付け、取り付けたセンサユニットの出力信号に基づいて太陽光発電パネルの向きを制御する構成では、センサユニットの取付け角度のずれにより、太陽光発電パネルを正確に太陽に向けることができなくなる可能性がある。これに対して、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置では、たとえば、発電素子、集光レンズ、および集光位置のずれを検出するセンサを一体化した太陽光発電パネルを用いることができるため、太陽光発電パネルをより正確に太陽に向けることができる。したがって、効率的な発電を行うことができる。

（２）好ましくは、前記センサは、前記発電素子の周囲に設けられた複数の光電変換素子を含む。

このような構成により、各光電変換素子の出力信号のレベルに基づいて、太陽光が集光レンズの光軸に対して斜めに到来しているか否かをより確実に検出することができる。具体的には、たとえば、各光電変換素子を、発電素子を囲むように、かつ当該発電素子からの距離が等しくなるように配置した構成において、各光電変換素子の出力信号のレベルが不均一である場合、太陽光が集光レンズの光軸に対して斜めに到来していると判断することができる。

（３）好ましくは、前記太陽光発電装置は、前記発電素子および前記集光レンズの組を複数備え、さらに、各前記組が配置された平板状の１または複数の第１のベース部を備え、前記第１のベース部において前記各組のうちの少なくともいずれか１つの前記発電素子の周囲に前記センサが設けられている。

このような構成により、ベース部の傾きを変えることで上記各組の傾きを同じ角度で変えることができる。これにより、簡易な制御で太陽光発電装置の発電効率を高めることができる。

（４）より好ましくは、前記太陽光発電装置は、さらに、前記発電素子および前記集光レンズの組が複数配置され、かつ前記センサが設けられていない平板状の１または複数の第２のベース部を備え、前記第１のベース部および前記第２のベース部は、並べて配置され、前記第１のベース部は、前記第１のベース部および前記第２のベース部の配置における中央部または重心位置のベース部である。

このような構成により、複数のベース部を含む太陽光発電パネルがたわんだり、反ったりした場合であっても、太陽光発電パネルの中央部または重心位置付近に位置する発電素子が集光レンズによって集光された太陽光を受光するように、太陽光発電パネルの向きを制御することができるため、太陽光発電装置の発電効率が大きく低下することを回避することができる。

（５）より好ましくは、前記第１のベース部は、前記第１のベース部および前記第２のベース部の配置における中央部または重心位置のベース部および前記配置における端部のベース部である。

このような構成により、太陽光発電パネルがたわんだり反ったりした場合に、太陽光発電パネルの端部付近のセンサを用いて、たわみおよび反りの発生を容易に検知することができる。また、太陽光発電パネルの中心部付近のセンサおよび端部付近のセンサを用いて太陽光発電パネルの向きを決めることができるため、太陽光発電パネルにたわみまたは反りがある場合であっても、太陽光発電装置の発電効率の低下が抑制されるように、太陽光発電パネルの向きを調整することができる。

（６）より好ましくは、前記太陽光発電装置は、並べて配置された複数の前記第１のベース部を備える。

このような構成により、太陽光発電装置を組み立てる際、または太陽光発電装置の設置後におけるメンテナンスの際に、太陽または太陽に見立てた光源からの照射光を用いて各ベース部の向きを正確にそろえることができるため、太陽光発電装置の発電効率をより高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

＜第１の実施の形態＞
［比較例］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例の斜視図である。図２は、図１に示す太陽光発電装置の側面図である。

図１および図２を参照して、太陽光発電装置１００は、太陽光発電パネル１２と、架台４０と、連結部８９と、位置可変部８４と、機能部９０とを備える。太陽光発電パネル１２は、複数の発電モジュール１０と、太陽センサユニット１１と、フレーム部８０とを含む。位置可変部８４は、仰角駆動部８２と、方位角駆動部８３とを含む。架台４０は、土台４６と、支柱４８とを含む。また、太陽光発電パネル１２は、受光面ＦＬを有する。

ここでは、太陽光発電パネル１２は、５行５列の発電モジュール１０つまり２５個の発電モジュール１０を含んでいる。各発電モジュール１０は、フレーム部８０の上部に並べて配置されている。発電モジュール１０は、太陽光を受けて発電し、発電した電力である直流電力を、図示しない配線を用いて、支柱４８の側面に取り付けられた機能部９０へ出力する。

連結部８９は、太陽光発電パネル１２および位置可変部８４を連結している。支柱４８は、たとえば地面に設けられた土台４６に、地面に対して垂直に立てられている。

位置可変部８４は、支柱４８の先端部に取り付けられている。位置可変部８４は、機能部９０からのパネル制御信号に基づいて、太陽光発電パネル１２の方向、つまり矢印Ａｓで示す受光面ＦＬの法線方向を太陽に向け、日の出から日没までの間、受光面ＦＬの方向が太陽を追尾するように動作する。

具体的には、たとえば、位置可変部８４における仰角駆動部８２は、モータを含み、連結部８９を矢印Ａａｎで示すように傾動させることにより、太陽光発電パネル１２を仰角方向に駆動する。

方位角駆動部８３は、仰角駆動部８２の下方に設けられている。たとえば、方位角駆動部８３は、モータを含み、矢印Ａｒｏで示すように、仰角駆動部８２を水平方向に回転させさせることにより、太陽光発電パネル１２を方位角方向に駆動する。

太陽センサユニット１１は、太陽の方向すなわち太陽光の入射方向を検知するために用いられ、検知結果を示すセンサ信号を機能部９０へ出力する。太陽センサユニット１１は、太陽光発電パネル１２に外部から固定されている。

機能部９０は、太陽光発電装置１００に関する機能を提供する。具体的には、たとえば、機能部９０は、筐体と、当該筐体に収納された各種ユニットとを含む。より具体的には、たとえば、当該筐体には、太陽光発電装置１００に関する機能を提供するユニットとして、各発電モジュール１０からの配線を接続する接続箱、発電モジュール１０から出力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ、太陽センサユニットから出力されるセンサ信号に基づいて太陽の方向を検出する太陽方向検出部、太陽光発電パネル１２の向きを制御するためのパネル制御部、太陽光発電装置１００の動作状況を表示するためのモニタ回路、安全回路、および温度計等の計測装置等が収納されている。

図３は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例における発電モジュールの構成を示す図である。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例における発電モジュールの、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面を示す断面図である。

図３および図４を参照して、発電モジュール１０は、受光部１７と、筐体２４と、発電回路ユニット１１８とを含む。筐体２４は、底部である平板状のベース部１３と、側壁部１９とを含む。受光部１７は、複数の集光レンズ１６を含む。発電回路ユニット１１８は、複数の発電素子１４と、基板１１５とを含む。集光レンズ１６は、たとえば、フレネルレンズである。基板１１５は、たとえばプリント基板である。

受光部１７は、たとえば板状であり、ベース部１３に対して間隔を空けてかつ平行になるように固定されている。

受光部１７において、集光レンズ１６は、たとえば正方格子状に配置されている。具体的には、各集光レンズ１６は、互いに隣接する集光レンズ１６の中心同士の距離が等しくなるように配置されている。集光レンズ１６は、自己の光軸に平行に到来する太陽光すなわち発電モジュール１０の受光面Ｆｍに対して垂直に到来する太陽光を発電素子１４へ集光する。なお、上述した太陽光発電パネル１２の受光面ＦＬは、複数の発電モジュール１０の受光面Ｆｍの集合である。

各発電素子１４は、対応の集光レンズ１６の光軸上に位置し、対応の集光レンズ１６によって集光された太陽光を受けて受光量に応じた電力を生成する。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例における発電モジュールの受光部に太陽光が斜めに到来する状態を示す図である。

図５を参照して、発電モジュール１０の受光面Ｆｍに対して太陽光が斜めに到来した場合、集光レンズ１６によって集光された太陽光は、発電素子１４のたとえば中心から外れた位置に集光される。このような場合、発電素子１４の受光量が低下するため、発電モジュール１０の発電量が低下する。

図６は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の比較例における発電回路ユニットを示す平面図である。

図６を参照して、発電回路ユニット１１８において、基板１１５は、各々が平行になるように配置された複数の帯状部２２と、隣り合う帯状部２２の端部同士を連結する複数の連結部２３とを含む。

また、基板１１５は、複数の導電部２１を有する。基板１１５において、導電部２１は、基板１１５の延伸方向に沿って並んで配置されている。

基板１１５における帯状部２２に複数の発電素子１４が並んで実装されている。具体的には、たとえば、発電素子１４の有する正側および負側の２つの電極のうち、発電素子１４の底部に設けられた負側の電極が導電部２１にはんだ付けされている。そして、当該導電部２１の隣の導電部２１と当該発電素子１４の上部に設けられた正側の電極とがワイヤ２０によって接続されている。各発電素子１４は、ここでは直列に接続されている。なお、発電素子１４が並列に接続される構成であってもよい。

［本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置］
図７は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置を示す図である。

図７を参照して、太陽光発電装置１０１は、太陽光発電パネル１２と、架台４０と、図示しない連結部８９と、図示しない位置可変部８４と、機能部９０とを備える。

すなわち、太陽光発電装置１０１は、図１において示した太陽光発電装置１００と比べて、太陽センサユニット１１を備えない。また、太陽光発電装置１０１において、複数の発電モジュール１０のうちのたとえば１つが、発電素子１４に対する集光位置のずれを検出する集光ずれセンサを含んでいる。

詳細には、集光ずれセンサは、集光レンズ１６によって集光された光の発電素子１４に対するずれを検出する。

以下、集光ずれセンサを含む発電モジュール１０を発電モジュール１０Ｋとも称し、集光ずれセンサを含まない発電モジュール１０を発電モジュール１０Ｎとも称する。つまり、たとえば図３において示した発電モジュール１０は、発電モジュール１０Ｎである。また、発電モジュール１０Ｋにおけるベース部１３を第１のベース部とも称し、発電モジュール１０Ｎにおけるベース部１３を第２のベース部とも称する。

発電モジュール１０Ｋは、発電モジュール１０Ｎと比べて、発電回路ユニット１１８の代わりに、発電回路ユニット１８を含む。発電回路ユニット１８の構成は、以下で説明する内容以外は、発電回路ユニット１１８と同様である。

図８は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置における、集光ずれセンサを含む発電モジュールの発電回路ユニットを示す平面図である。図９は、図８に示す発電回路ユニットの一部を詳細に示す図である。

図８および図９を参照して、発電回路ユニット１８は、複数の発電素子１４と、基板１５と、集光ずれセンサ２９とを含む。すなわち、発電回路ユニット１８は、図６に示した発電回路ユニット１１８と比べて、基板１１５の代わりに基板１５を含み、さらに、集光ずれセンサ２９を含む。基板１５は、たとえばプリント基板である。

集光ずれセンサ２９は、発電素子１４である発電素子１４Ａの周囲に設けられている。詳細には、集光ずれセンサ２９は、発電素子１４Ａの周囲に設けられた４つの光電変換素子２５を含む。

なお、集光ずれセンサ２９は、４つの光電変換素子２５を含む構成に限らず、さらに多数または少数の光電変換素子２５を含む構成であってもよい。たとえば、集光ずれセンサ２９は、１つの光電変換素子２５を含む構成であってもよい。

基板１５は、各々が平行になるように配置された複数の帯状部２２と、隣り合う帯状部２２の端部同士を連結する複数の連結部２３とを含む。

また、図９において、基板１５は、複数の導電部２１、２つの導電部２６および４つの導電部２７を含む。すなわち、基板１５は、図５に示した基板１１５と比べて、さらに、２つの導電部２６および４つの導電部２７を含む。また、導電部２６および導電部２７の各々には、ビアホール３０が設けられている。

４つの光電変換素子２５は、基板１５の集光レンズ１６側の主表面において、発電素子１４Ａの周囲に配置されている。詳細には、光電変換素子２５は、基板１５の集光レンズ１６側の主表面において、集光レンズ１６の光軸を囲むように、かつ当該光軸からの距離が等しくなるように配置されている。

具体的には、発電素子１４Ａの周囲に配置された導電部２６に、光電変換素子２５の有する正側および負側の２つの電極のうち、光電変換素子２５の底部に設けられた負側の電極がはんだ付けされている。そして、光電変換素子２５の上部に設けられた正側の電極と、導電部２６の隣に配置された導電部２７とがワイヤ２０によって接続されている。

なお、発電回路ユニット１８は、１つの発電素子１４に対応して設けられた１つの集光ずれセンサ２９に限らず、複数の発電素子１４の各々に対応して設けられた複数の集光ずれセンサ２９を含む構成であってもよい。

図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置における発電回路ユニットの、図９に示すＸ−Ｘ線に沿う断面を示す断面図である。

図１０を参照して、光電変換素子２５がはんだ付けされた導電部２６は、ビアホール３０を介して、基板１５の反対側の主表面に設けられた導電部１２６に接続されている。光電変換素子２５とワイヤ２０を介して接続された導電部２７は、ビアホール３０を介して、基板１５の反対側の主表面に設けられた導電部１２７と接続されている。

導電部１２６および導電部１２７の各々は、ケーブル３１を介して、機能部９０における太陽方向検出部に接続されている。すなわち、発電回路ユニット１８における各光電変換素子２５は、太陽方向検出部に接続されている。

図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置における集光ずれセンサを含む発電モジュールの、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に相当する直線に沿う断面を示す断面図である。

図１１を参照して、発電モジュール１０Ｋは、発電素子１４および当該発電素子１４に対応して設けられた集光レンズ１６の組ＤＲを複数含む。

発電モジュール１０Ｋにおいて、複数の組ＤＲが平板状のベース部１３つまり第１のベース部に配置されている。

具体的には、たとえば、ベース部１３の主表面に複数の発電素子１４を含む発電回路ユニット１８が載置されている。各発電素子１４に対応する集光レンズ１６が、発電回路ユニット１８に対してベース部１３の反対側に位置している。

発電モジュール１０Ｋでは、複数の組ＤＲのうちのたとえば１つの組ＤＲにおける、発電素子１４である発電素子１４Ａの周囲に集光ずれセンサ２９が設けられている。具体的には、発電素子１４Ａの周囲に複数の光電変換素子２５が設けられている。

なお、発電モジュール１０Ｋは、集光ずれセンサ２９が周囲に設けられる発電素子１４Ａを複数含む構成であってもよい。

集光ずれセンサ２９において、各光電変換素子２５は、太陽光が発電モジュール１０の受光面Ｆｍに対して斜めに到来した場合すなわち太陽光が集光レンズ１６の光軸に対して斜めに到来した場合において、集光レンズ１６によって集光された太陽光を受光可能な位置に配置される。

また、たとえば、集光レンズ１６による照射面積は、集光ずれセンサ２９の面積より大きい。

一方、たとえば図４に示した発電モジュール１０すなわち発電モジュール１０Ｎも、発電モジュール１０Ｋと同様に発電素子１４および当該発電素子１４に対応して設けられた集光レンズ１６の複数の組ＤＲを含む。

発電モジュール１０Ｎにおいて、複数の組ＤＲは、ベース部１３すなわち第２のベース部に配置される。発電モジュール１０Ｎでは、発電素子１４の周囲に集光ずれセンサ２９は設けられていない。

図１２は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の構成の一部を示すブロック図である。

図１２を参照して、太陽光発電装置１０１は、発電回路ユニット１８と、機能部９０と、位置可変部８４とを含む。機能部９０は、太陽方向検出部９１と、パネル制御部９２とを含む。

太陽光発電装置１０１は、発電モジュール１０Ｋにおける各光電変換素子２５のセンサ信号に基づいて太陽光発電パネル１２の向きを太陽に追尾させる。具体的には、たとえば、太陽光発電装置１０１は、各光電変換素子２５のセンサ信号のレベルが等しくなるように、すなわち発電モジュール１０Ｋの受光面Ｆｍが太陽の方向を向くように太陽光発電パネル１２の向きを制御する。

より具体的には、たとえば、発電回路ユニット１８における各光電変換素子２５は、自己の受けた太陽光の光量に応じたレベルのセンサ信号を太陽方向検出部９１へ出力する。

太陽方向検出部９１は、各光電変換素子２５から受けたセンサ信号のレベルに基づいて、太陽の方向を検出し、検出した太陽の方向と発電モジュール１０Ｋの受光面Ｆｍの向きとのずれを算出する。そして、太陽方向検出部９１は、算出した当該ずれを示す太陽方向情報をパネル制御部９２へ出力する。

パネル制御部９２は、太陽方向検出部９１から受けた太陽方向情報に基づいて、上記ずれを解消するためのパネル制御信号を位置可変部８４へ出力する。位置可変部８４は、パネル制御部９２から受けたパネル制御信号に従って太陽光発電パネル１２の方向を変更する。

図１３は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置における、集光ずれセンサが設けられた発電モジュールの位置を示す図である。

図１３を参照して、太陽光発電装置１０１における太陽光発電パネル１２は、並べて配置された２５個の発電モジュール１０を含む。図１３における「Ａ」は、各発電モジュール１０Ｋおよび発電モジュール１０Ｎのうちの発電モジュール１０Ｋを示している。つまり、太陽光発電パネル１２は、２４個の発電モジュール１０Ｎと、１個の発電モジュール１０Ｋとを含む。

すなわち、太陽光発電パネル１２は、並べて配置された２５個のベース部１３を含む。具体的には、太陽光発電パネル１２は、集光ずれセンサ２９が設けられていない２４個のベース部１３すなわち２４個の第２のベース部と、集光ずれセンサ２９が発電素子１４の周囲に設けられた１個のベース部１３すなわち１個の第１のベース部とを含む。

発電モジュール１０Ｋは、太陽光発電パネル１２の中央部、つまり各発電モジュール１０の配置における中央部に位置している。

すなわち、集光ずれセンサ２９が発電素子１４Ａの周囲に設けられたベース部１３である第１のベース部は、各ベース部１３の配置における中央部、つまり第１のベース部および第２のベース部の配置における中央部に配置されている。なお、第１のベース部は、各ベース部１３の配置における中央部に限らず、各ベース部１３の重心位置に配置される構成であってもよい。

また、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１０１は、上述の比較例における太陽センサユニット１１を含まない構成であるとしたが、これに限定するものではなく、太陽センサユニット１１を含む構成であってもよい。

また、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１０１は、発電モジュール１０において複数の発電素子１４を含む構成であるとしたが、これに限定するものではなく、１つの発電素子１４を含む構成であってもよい。

また、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１０１は、複数の発電モジュール１０を含む構成であるとしたが、これに限定するものではなく、１つの発電モジュール１０を含む構成であってもよい。すなわち、太陽光発電装置１０１は、複数のベース部１３を含む構成に限らず、１つのベース部１３を含む構成であってもよい。

また、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置１０１は、発電モジュール１０Ｋにおける各光電変換素子２５のセンサ信号に基づいて、太陽を追尾するように太陽光発電パネル１２の向きを制御する構成であるとしたが、これに限定するものではない。

たとえば、太陽光発電装置１０１は、現在の日時を用いて太陽の大まかな方向を演算し、演算した太陽の方向に発電モジュール１０Ｋの受光面Ｆｍを向ける構成であってもよい。この場合、たとえば、太陽光発電装置１０１は、各光電変換素子２５のセンサ信号を用いて、太陽光発電パネル１２の向きを微調整する。

［変形例］
図１４〜図１７は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置の変形例における発電回路ユニットの一部の詳細を示す図である。

図１４〜図１７では、図９に示した発電回路ユニット１８におけるワイヤ２０の一部、導電部２７およびビアホール３０に相当する部分は示していない。

図１４を参照して、発電回路ユニット１８は、発電素子１４Ａと、基板１５と、６つの光電変換素子２５とを含む。各光電変換素子２５は、発電素子１４Ａを囲むように基板１５に実装されている。

図１５を参照して、発電回路ユニット１８は、発電素子１４Ａと、基板１５と、４つの光電変換素子２５とを含む。図１５に示す導電部２６および光電変換素子２５は、図９に示した導電部２６および光電変換素子２５と比べてそれぞれ形状が異なっている。

具体的には、発電回路ユニット１８の上方すなわち集光レンズ１６側から視た光電変換素子２５の形状はＬ字状である。各光電変換素子２５は、発電素子１４Ａを囲むように形成された導電部２６にはんだ付けされている。

図１６を参照して、発電回路ユニット１８は、発電素子１４Ａと、基板１５と、４つの光電変換素子２５とを含む。図１６に示す導電部２６および光電変換素子２５は、図９に示した導電部２６および光電変換素子２５と比べてそれぞれ形状が異なっている。

具体的には、発電回路ユニット１８の上方から視た光電変換素子２５の形状は半円状である。各光電変換素子２５は、発電素子１４Ａを囲むように形成された導電部２６にはんだ付けされている。

図１７を参照して、発電回路ユニット１８は、発電素子１４Ａと、基板１５と、８つの光電変換素子２５とを含む。基板１５は、図示しない絶縁層６０を含む。導電部２６は、絶縁層６０の上面を覆っている。絶縁層６０および導電部２６には、開口部６１が設けられている。導電部２１の一部は、絶縁層６０の下に位置している。発電素子１４Ａおよび発電素子１４Ａの周囲の導電部２１が開口部６１において露出している。導電部２６には、８つの光電変換素子２５がはんだ付けされている。

ところで、特許文献１に記載の集光式太陽光発電装置等、従来の技術を超えて、効率的な発電を行うことが可能な技術が望まれる。

これに対して、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置では、発電素子１４は、受光量に応じた電力を生成する。集光レンズ１６は、発電素子１４に対応して設けられ、受けた光を発電素子１４へ集光する。集光ずれセンサ２９は、発電素子１４の周囲に設けられ、発電素子１４に対する集光位置のずれを検出する。

このような構成により、集光レンズ１６によって集光された太陽光の集光ずれセンサ２９における受光量に基づいて、集光レンズ１６の光軸に対する太陽の方向のずれを検出することができる。これにより、たとえば、集光レンズ１６の光軸上に太陽が位置するように、集光レンズ１６、発電素子１４および集光ずれセンサ２９を含む太陽光発電パネル１２の向きを制御することができるため、太陽光発電装置１０１の発電効率を高めることができる。ここで、太陽の位置を検出するための太陽センサユニット１１を太陽光発電パネルに別途取付け、取り付けた太陽センサユニット１１の出力信号に基づいて太陽光発電パネルの向きを制御する場合、太陽センサユニット１１の取付け角度のずれにより、太陽光発電パネルを正確に太陽に向けることができなくなる可能性がある。これに対して、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置では、発電素子１４、集光レンズ１６、および集光ずれセンサ２９を一体化した太陽光発電パネル１２を用いることができるため、太陽光発電パネル１２をより正確に太陽に向けることができる。

したがって、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置では、効率的な発電を行うことができる。

また、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置では、集光ずれセンサ２９は、発電素子１４の周囲に設けられた複数の光電変換素子２５を含む。

このような構成により、各光電変換素子２５の出力信号のレベルに基づいて、太陽光が集光レンズ１６の光軸に対して斜めに到来しているか否かをより確実に検出することができる。具体的には、たとえば、各光電変換素子２５を、発電素子１４Ａを囲むように、かつ発電素子１４Ａからの距離が等しくなるように配置した構成において、各光電変換素子２５の出力信号のレベルが不均一である場合、太陽光が集光レンズ１６の光軸に対して斜めに到来していると判断することができる。

また、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置は、発電素子１４および集光レンズ１６の組ＤＲを複数備える。平板状のベース部１３である第１のベース部には、配置された各組ＤＲのうちの少なくともいずれか１つの発電素子１４の周囲に集光ずれセンサ２９が設けられている。

このような構成により、ベース部１３の傾きを変えることで各組ＤＲの傾きを同じ角度で変えることができる。これにより、簡易な制御で太陽光発電装置１０１の発電効率を高めることができる。

また、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電装置は、ベース部１３である第２のベース部を複数備える。第２のベース部には、組ＤＲが複数配置され、かつ集光ずれセンサ２９が設けられていない。第１のベース部および第２のベース部は、並べて配置される。集光ずれセンサ２９が発電素子１４の周囲に設けられている第１のベース部は、第１のベース部および第２のベース部の配置における中央部または重心位置のベース部である。

このような構成により、複数のベース部１３を含む太陽光発電パネル１２がたわんだり、反ったりした場合であっても、太陽光発電パネル１２の中央部または重心位置付近に位置する発電素子１４Ａが対応の集光レンズ１６によって集光された太陽光を受光するように、太陽光発電パネル１２の向きを制御することができるため、太陽光発電装置の発電効率が大きく低下することを回避することができる。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る太陽光発電装置と比べて、集光ずれセンサを含む発電モジュールの配置が異なる太陽光発電装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る太陽光発電装置と同一である。

［課題の説明］
たとえば、太陽光発電装置１００の設置後において、太陽光発電パネル１２には、自重によるたわみ、および日中の温度上昇等による反りが生じる場合がある。このような場合、たとえば複数の発電モジュール１０の受光面Ｆｍに太陽光が斜めに到来することになるため、太陽光発電装置１００の出力電力が大きく低下してしまう。このため、太陽光発電パネル１２のたわみおよび反りを検出することが望まれる。

［本発明の第２の実施の形態に係る太陽光発電装置］
図１８は、本発明の第２の実施の形態に係る太陽光発電装置において、集光ずれセンサが設けられた発電モジュールの位置を示す図である。

図１８を参照して、太陽光発電装置１０１における太陽光発電パネル１２は、並べて配置された２５個の発電モジュール１０を含む。具体的には、太陽光発電パネル１２は、２０個の発電モジュール１０Ｎと、５個の発電モジュール１０Ｋとを含む。

発電モジュール１０Ｋは、太陽光発電パネル１２の中央部および端部、つまり各発電モジュール１０の配置における中央部および端部に位置している。

つまり、集光ずれセンサ２９が発電素子１４Ａの周囲に設けられたベース部１３つまり第１のベース部は、各ベース部１３の配置における中央部のベース部１３および当該配置における端部のベース部１３である。

たとえば、太陽光発電装置１００は、太陽光発電パネル１２の中央部に位置する発電モジュール１０Ｋにおける集光ずれセンサ２９のセンサ信号を用いて、太陽光発電パネル１２の向きを制御する。

また、たとえば、太陽光発電装置１０１は、太陽光発電パネル１２の端部に位置する発電モジュール１０Ｋにおける集光ずれセンサ２９のセンサ信号に基づいて、当該端部に位置する発電モジュール１０Ｋの受光面が太陽の方向を向いているか否かを定期的または不定期に確認する。

そして、太陽光発電装置１０１は、当該端部に位置する発電モジュール１０Ｋが太陽の方向を向いていないと判断した場合、太陽光発電パネル１２に、たわみまたは反りが生じている旨を示す情報を他の装置へ送信する。

なお、第１のベース部は、各ベース部１３の配置における重心位置のベース部１３および当該配置における端部のベース部１３であってもよい。

また、太陽光発電装置１０１は、太陽光発電パネル１２の中央部に位置する発電モジュール１０Ｋにおける集光ずれセンサ２９のセンサ信号に加え、太陽光発電パネル１２の端部に位置する各発電モジュール１０Ｋにおける集光ずれセンサ２９のセンサ信号を用いて、太陽光発電パネル１２の向きを制御する構成であってもよい。

上記のように、本発明の第２の実施の形態に係る太陽光発電装置では、集光ずれセンサ２９が発電素子１４の周囲に設けられている第１のベース部は、第１のベース部および第２のベース部の配置における中央部または重心位置のベース部１３、および当該配置における端部のベース部１３である。

このような構成により、太陽光発電パネル１２がたわんだり反ったりした場合に、太陽光発電パネル１２の端部付近の集光ずれセンサ２９を用いて、たわみおよび反りの発生を容易に検知することができる。また、太陽光発電パネル１２の中心部付近の集光ずれセンサ２９および端部付近の集光ずれセンサ２９を用いて太陽光発電パネル１２の向きを決めることができるため、太陽光発電パネル１２にたわみまたは反りがある場合であっても、太陽光発電装置の発電効率の低下が抑制されるように、太陽光発電パネル１２の向きを調整することができる。

その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る太陽光発電装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る太陽光発電装置と比べて、集光ずれセンサを含む発電モジュールの配置が異なる太陽光発電装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る太陽光発電装置と同一である。

［課題の説明］
たとえば、太陽光発電装置１０１の組み立て時において、各発電モジュール１０の向きを正確に一致させることが困難な場合がある。また、太陽光発電装置１０１の設置後において、温度および湿度の変化、ならびに振動等の影響により、各発電モジュール１０の向きにばらつきが生じる場合がある。

［本発明の第３の実施の形態に係る太陽光発電装置］
図１９は、本発明の第３の実施の形態に係る太陽光発電装置の設置状態の一例を示す図である。

図１９を参照して、太陽光発電パネル１２における各発電モジュール１０の向き、すなわち、矢印Ａｍで示す各発電モジュール１０の受光面Ｆｍの法線方向がばらついている。

このように、各発電モジュール１０の向きがばらつくと、たとえば複数の発電モジュール１０が太陽の方向を向いていない状態になるため、太陽光発電装置１０１の出力電力が低下する可能性がある。

図２０は、本発明の第３の実施の形態に係る太陽光発電装置において、集光ずれセンサが設けられた発電モジュールの配置を示す図である。

図２０を参照して、太陽光発電装置１０１における太陽光発電パネル１２は、並べて配置された２５個の発電モジュール１０Ｋを含む。つまり、太陽光発電パネル１２における発電モジュール１０の全部が発電モジュール１０Ｋであり、各発電モジュール１０Ｋは太陽光発電パネル１２において縦方向および横方向に並べて配置されている。

詳細には、太陽光発電パネル１２において、発電素子１４Ａの周囲に集光ずれセンサ２９が設けられているベース部１３つまり第１のベース部が並べて配置されている。

このような構成により、太陽光発電装置１０１を組み立てる際、または設置後の太陽光発電装置１０１をメンテナンスする際に、たとえば、太陽または太陽に見立てた光源からの照射光を用いて、各発電モジュール１０の向きを正確にそろえることができる。

以上のように、本発明の第３の実施の形態に係る太陽光発電装置では、複数の第１のベース部は、並べて配置される。

このような構成により、太陽光発電装置１０１を組み立てる際、または太陽光発電装置１０１の設置後におけるメンテナンスの際に、太陽または太陽に見立てた光源からの照射光を用いて各発電モジュール１０すなわち各ベース部１３の向きを正確にそろえることができるため、太陽光発電装置１０１の発電効率をより高めることができる。

その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る太陽光発電装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。

［付記］
太陽光発電パネルと、
機能部とを備え、
前記太陽光発電パネルは、
受光量に応じた電力を生成する発電素子と、
前記発電素子に対応して設けられ、受けた光を前記発電素子へ集光する集光レンズと、
前記発電素子の周囲に設けられ、前記発電素子に対する集光位置のずれを検出するセンサとを含み、
前記機能部は、前記センサの検出結果に基づいて、前記太陽光発電パネルの向きを制御する、太陽光発電装置。

１０，１０Ｋ，１０Ｎ 発電モジュール
１１ 太陽センサユニット
１２ 太陽光発電パネル
１３ ベース部
１４，１４Ａ 発電素子
１５ 基板
１６ 集光レンズ
１７ 受光部
１８ 発電回路ユニット
１９ 側壁部
２０ ワイヤ
２１，２６，２７，１２６，１２７ 導電部
２２ 帯状部
２３ 連結部
２４ 筐体
２５ 光電変換素子
２９ 集光ずれセンサ
３０ ビアホール
３１ ケーブル
４０ 架台
４６ 土台
４８ 支柱
５１ 集光レンズ
５２ センサ筐体
６０ 絶縁層
６１ 開口部
８０ フレーム部
８２ 仰角駆動部
８３ 方位角駆動部
８４ 位置可変部
８９ 連結部
９０ 機能部
９１ 太陽方向検出部
９２ パネル制御部
１００，１０１ 太陽光発電装置
１１５ 基板
１１８ 発電回路ユニット
ＤＲ 組
ＦＬ 受光面
Ｆｍ 受光面

Claims (6)

1. 受光量に応じた電力を生成する発電素子と、
   前記発電素子に対応して設けられ、受けた光を前記発電素子へ集光する集光レンズと、
   前記発電素子の周囲に設けられ、前記発電素子に対する集光位置のずれを検出可能なセンサとを備える、太陽光発電装置。
2. 前記センサは、前記発電素子の周囲に設けられた複数の光電変換素子を含む、請求項１に記載の太陽光発電装置。
3. 前記太陽光発電装置は、前記発電素子および前記集光レンズの組を複数備え、
   さらに、
   各前記組が配置された平板状の１または複数の第１のベース部を備え、
   前記第１のベース部において前記各組のうちの少なくともいずれか１つの前記発電素子の周囲に前記センサが設けられている、請求項１または請求項２に記載の太陽光発電装置。
4. 前記太陽光発電装置は、さらに、
   前記発電素子および前記集光レンズの組が複数配置され、かつ前記センサが設けられていない平板状の１または複数の第２のベース部を備え、
   前記第１のベース部および前記第２のベース部は、並べて配置され、
   前記第１のベース部は、前記第１のベース部および前記第２のベース部の配置における中央部または重心位置のベース部である、請求項３に記載の太陽光発電装置。
5. 前記第１のベース部は、
   前記第１のベース部および前記第２のベース部の配置における中央部または重心位置のベース部および前記配置における端部のベース部である、請求項４に記載の太陽光発電装置。
6. 前記太陽光発電装置は、並べて配置された複数の前記第１のベース部を備える、請求項３に記載の太陽光発電装置。

Images