JP2019216554A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電パネルの支持機構の損傷を効率的に抑制する。【解決手段】太陽光発電装置は、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルを支持する支持機構と、前記支持機構に作用する応力を測定する応力測定部と、前記応力測定部によって測定された前記応力が、前記支持機構の強度に関する基準値を超える場合に、前記支持機構を保守するための保守処理を実行する制御部と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、太陽光発電装置に関する。

風速計を備え、風速計による計測値が所定の基準値を超えると、太陽光発電パネルを支持する架台が風による損傷を受けることがないよう、太陽光発電パネルに退避姿勢を取らせる太陽光発電装置がある（例えば、特許文献１参照）。退避姿勢に移行する基準値は、太陽光発電パネルに対して垂直方向に風が当たるときに架台が損傷を受ける風速の限界値に、所定の安全率を考慮して定められる。

国際公開第２０１２／０７３７０５号

しかしながら、従来の太陽光発電装置では、太陽光発電パネルの退避姿勢への移行において風向が考慮されていない。風速が基準値を超えても、風向によっては太陽光発電パネルに対して大きな力が作用しない場合がある。このような場合に太陽光発電パネルに退避姿勢を取らせることは、発電効率の低下を招き、架台の損傷を効率的に抑制しているとはいえない。

本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。

本発明の一態様に係る太陽光発電装置は、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルを支持する支持機構と、前記支持機構に作用する応力を測定する応力測定部と、前記応力測定部によって測定された前記応力が、前記支持機構の強度に関する基準値を超える場合に、前記支持機構を保守するための保守処理を実行する制御部と、を備える。

本発明によれば、支持機構の損傷を効率的に抑制することができる。

実施形態に係る太陽光発電装置の構成を示す斜視図である。 実施形態に係る太陽光発電装置の構成を示す側面図である。 実施形態に係る太陽光発電装置のから太陽光発電モジュールを取り除いた状態を示す斜視図である。 実施形態に係る太陽光発電装置の制御部の概要の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る支持機構における歪みゲージの取り付け例を示す図である。 実施形態に係る支持機構における歪みゲージの取り付け例を示す図である。 実施形態に係る支持機構における歪みゲージの取り付け例を示す図である。 実施形態に係る支持機構における歪みゲージの取り付け例を示す図である。 実施形態に係る支持機構における歪みゲージの取り付け例を示す図である。 アレイの太陽追尾姿勢の一例を示す側面図である。 アレイの退避姿勢の一例を示す側面図である。 実施形態に係るアレイの姿勢制御処理の一例を示すフローチャートである。 風の方向と支持機構が受ける応力の強さとの関係を説明する図である。 実施形態に係る退避処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態に係るアレイの仰角方向における回動方向の決定を説明する側面図である。 実施形態に係るアレイの方位角方向における回動方向の決定を説明する平面図である。 実施形態に係る塑性変形軽減処理を説明する図である。 実施形態の第１変形例に係る太陽光発電装置を示す斜視図である。 実施形態の第２変形例に係る太陽光発電装置を示す斜視図である。

＜本発明の実施形態の概要＞
以下、本発明の実施形態の概要を列記して説明する。
（１） 本実施形態に係る太陽光発電装置は、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルを支持する支持機構と、前記支持機構に作用する応力を測定する応力測定部と、前記応力測定部によって測定された前記応力が、前記支持機構の強度に関する基準値を超える場合に、前記支持機構を保守するための保守処理を実行する制御部と、を備える。これにより、支持機構が損傷を受ける応力の基準値を正確に定めることで、支持機構の損傷を効率的に抑制することができる。なお、この場合において、支持機構は太陽光発電パネルを駆動する可動式機構であってもよく、太陽光発電パネルを固定支持する固定式機構であってもよい。また、太陽光発電パネルは、集光型太陽光発電パネルであってもよく、非集光型太陽光発電パネルであってもよい。

（２） また、本実施形態に係る太陽光発電装置において、前記支持機構は、前記太陽光発電パネルの姿勢を変化させる駆動装置を備え、前記保守処理は、前記太陽光発電パネルの姿勢を変化させるよう前記駆動装置を制御する処理であってもよい。これにより、太陽光発電パネルの姿勢を変化させることで、支持機構が受ける損傷を抑制することができる。

（３） また、本実施形態に係る太陽光発電装置において、前記保守処理は、前記太陽光発電パネルを風から退避させるよう前記駆動装置を制御する退避処理であってもよい。これにより、支持機構が風により受ける損傷を抑制することができる。

（４） また、本実施形態に係る太陽光発電装置において、前記制御部は、前記応力測定部によって測定された前記応力に基づき、前記支持機構に塑性変形が生じたことを推定する塑性変形推定処理を実行し、前記保守処理は、前記塑性変形推定処理によって推定された前記塑性変形を軽減するよう前記駆動装置を制御する塑性変形軽減処理であってもよい。これにより、経時的に応力が蓄積されることによる支持機構の塑性変形を軽減することができる。

（５） また、本実施形態に係る太陽光発電装置において、前記太陽光発電装置は、前記応力測定部から出力される時系列の複数の応力測定値を記憶する記憶部を備え、前記塑性変形推定処理は、前記記憶部に記憶された前記時系列の複数の応力測定値に基づき、前記塑性変形が生じたことを推定する処理であってもよい。これにより、応力の経時的な蓄積を把握することができ、正確に塑性変形を推定することが可能となる。

（６） また、本実施形態に係る太陽光発電装置において、前記制御部は、前記応力測定部によって測定された前記応力に基づき、前記支持機構に応力が作用する方向を推定し、前記保守処理は、推定された前記応力が作用する方向から定まる回動方向に、前記太陽光発電パネルを回動させる処理であってもよい。これにより、支持機構に対する応力の作用を軽減するように、太陽光発電パネルを回動させることができ、支持機構が受ける損傷をより一層効果的に抑制できる。

＜本発明の実施形態の詳細＞
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の詳細を説明する。

［１−１．太陽光発電装置の構成］
以下、本実施形態に係る太陽光発電装置の構成について説明する。

［１−１−１．太陽光発電装置の全体構成］
図１は、本実施形態に係る太陽光発電装置の構成を示す斜視図であり、図２は、その側面図である。太陽光発電装置１００は、上部側で連続し、下部側で左右に分かれた形状のアレイ１と、その支持機構２とを備える。アレイ１は、実施形態に係る太陽光発電パネルの一例である。かかるアレイ１は、背面側の架台１１（図２）上に集光型太陽光発電モジュール１Ｍを整列させて構成されている。図１の例では、左右のウイングを構成する１９２（９６（＝１２×８）×２）個と、中央の渡り部分の８個との、合計２００個のモジュール１Ｍの集合体として、アレイ１が構成されている。

図３は、本実施形態に係る太陽光発電装置１００からモジュール１Ｍを取り除いた状態を示す斜視図である。支持機構２は、支柱２１と、基礎２２と、２軸駆動部２３と、駆動軸となる水平軸２４（図２）と、水平軸２４と直交するサポートアーム２５とを備えている。支柱２１は、下端が基礎２２に固定され、上端に２軸駆動部２３を備えている。支柱２１の下端近傍には、電気接続及び電気回路収納のためのボックス１３（図２）が設けられている。

図２において、基礎２２は、上面のみが見える程度に地中に堅固に埋設される。基礎２２を地中に埋設した状態で、支柱２１は鉛直となり、水平軸２４は水平となる。複数のサポートアーム２５のそれぞれは、互いに平行に、且つ、水平軸２４に垂直に配置され、水平軸２４にボルトで固定される。サポートアーム２５には、モジュール１Ｍが取り付けられる。サポートアーム２５には、モジュール１Ｍが一列に並んだユニット１Ｕが取り付けられる。

ユニット１Ｕは、複数のモジュール１Ｍと、モジュール１Ｍを固定する２本のレール２６とを備える。レール２６は、水平軸２４と平行な方向に延びる。２本のレール２６は互いに所定距離を隔てて平行に並び、それぞれのレール２６の一面にモジュール１Ｍが固定される。かかるユニット１Ｕが、サポートアーム２５の長手方向に複数並び、サポートアーム２５に固定される。これにより、モジュール１Ｍがマトリックス状に並ぶアレイ１が構成される（図１参照）。

２軸駆動部２３は、水平軸２４を、方位角（支柱２１を中心軸とした角度）及び仰角（水平軸２４を中心軸とした角度）の２方向に回動させることができる。水平軸２４は、架台１１に固定されている。従って、水平軸２４が方位角又は仰角の方向に回動すれば、アレイ１もその方向に回動する。

なお、図１，図２では１本の支柱２１でアレイ１を支える支持機構２を示したが、支持機構２の構成は、これに限られるものではない。要するに、アレイ１を、２軸（方位角、仰角）で可動なように支持できる支持機構であればよい。

モジュール１Ｍは、集光型の太陽光発電モジュールであり、例えば金属製で長方形の平底容器状の筐体の内部に光電変換素子であるセルが複数配置され、筐体の上に蓋のように取り付けられる集光部に集光レンズが設けられた構成とされる。かかるモジュール１Ｍでは、集光レンズが太陽光を収束し、収束された光をセルが受けることによって発電する。

［１−１−２．太陽光発電装置の制御部の構成例］
図４は、太陽光発電装置１００の制御部の概要の一例を示すブロック図である。制御部５は、例えばボックス１３（図２参照）内に設けられている。制御部５は、ＣＰＵ５１及びメモリ５２を備えている。メモリ５２には、２軸駆動部２３を駆動してアレイ１の姿勢を制御する処理を実行するための制御プログラム５２ａが格納されており、ＣＰＵ５１は、メモリ５２に格納された制御プログラム５２ａを実行することができる。また、例えばボックス１３内には、方位角駆動用のモータ２３ａと、仰角駆動用のモータ２３ｅとのそれぞれを駆動する駆動装置６が設けられており、ＣＰＵ５１は制御プログラム５２ａを実行することにより駆動装置６に制御信号を出力し、モータ２３ａ，２３ｅのそれぞれを制御することができる。これにより、ＣＰＵ５１は、方位角駆動用のモータ２３ａと、仰角駆動用のモータ２３ｅとを駆動して、アレイ１が太陽に正対するように、駆動装置６に太陽追尾動作を行わせる。また、ＣＰＵ５１は、後述するように、所定の条件が成立する場合に、アレイ１の姿勢を退避姿勢に変化させる退避動作を行わせる。

太陽光発電装置１００は、追尾センサ７０１及び応力センサ（応力測定部）７０２とを備える。追尾センサ７０１は、アレイ１の空きスペース、又はアレイ１の近傍に設置される。応力センサ７０２の設置位置については後述する。一例では、制御部５にはＡ／Ｄコンバータ５３が設けられており、ＣＰＵ５１には、Ａ／Ｄコンバータ５３が接続されている。追尾センサ７０１及び応力センサ７０２のそれぞれはＡ／Ｄコンバータ５３に接続され、追尾センサ７０１及び応力センサ７０２のそれぞれの出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ５３によってデジタル信号に変換されて制御部５に入力される。制御部５は、太陽光発電装置１００の設置場所の緯度、経度を記憶し、また、時計機能を有している。制御部５は、追尾センサ７０１の出力信号と、緯度・経度・時刻から演算される太陽の位置とに基づいて、アレイ１が常に太陽に向くよう、駆動装置６に太陽追尾動作を実行させる。

なお、図４に示す太陽光発電装置１００の構成は一例であり、これに限定されない。例えば、追尾センサ７０１及び応力センサ７０２のそれぞれがデジタル式のセンサであってもよい。この場合、追尾センサ７０１及び応力センサ７０２のそれぞれからの出力信号はデジタル信号であり、Ａ／Ｄコンバータ５３は設けられなくてもよい。また、追尾センサ７０１を用いた太陽追尾動作ではなく、例えば予めプログラミングされた太陽軌道を時刻にしたがって追尾する、時計制御による太陽追尾動作であってもよいし、出力電流が最大となる向きにアレイ１を向ける、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御による太陽追尾動作であってもよい。これらの場合には、追尾センサ７０１は設けられなくてもよい。

応力センサ７０２からは、応力の測定値が連続して出力される。制御部５は、時系列の応力測定値を受信し、メモリ５２に記憶させる。メモリ５２には、過去から現在までの一定期間における時系列の応力測定値が記憶される。

［１−１−３．応力センサの構成例］
図４に示す例において、応力センサ７０２は、歪みゲージ７２１と、回路部７２２とを備える。回路部７２２は、歪みゲージ７２１を含むブリッジ回路に入力電圧を印加することによって、歪みゲージ７２１に与えられる歪み（伸縮量）を抵抗値の変化量として検出する。金属材料の歪みは応力に対応しており、応力センサ７０２は、歪みゲージ７２１が貼り付けられた金属製の測定対象物に作用する応力を測定する。

歪みゲージ７２１は、支持機構２に取り付けられる。歪みゲージ７２１は、支持機構２において応力が生じやすい場所に取り付けられる。即ち、支柱２１における基礎２２との接続部、水平軸２４における２軸駆動部２３との接続部、及びサポートアーム２５における水平軸２４との接続部である。

図５Ａ〜図５Ｅは、本実施形態に係る支持機構２における歪みゲージ７２１の取り付け例を示す図である。図５Ａ及び図５Ｂには、支柱２１における歪みゲージ７２１の取付例を示している。図５Ａに示す例では、支柱２１の基礎２２との接続部において周方向に並ぶように複数の歪みゲージ７２１が取り付けられる。具体的には、周方向に９０°ずつ隔てた４箇所それぞれに歪みゲージ７２１が取り付けられる。歪みゲージ７２１は一方向に長い長方形のシート状をなしており、その長手方向が、支柱２１の軸長方向と平行とされる。これにより、支柱２１が周方向の何れの向きに傾倒するように撓む場合でも、対応する位置に貼付された歪みゲージ７２１が伸縮し、支柱２１に作用する応力（曲げ応力）及びその方向が応力センサ７０２によって検出される。なお、歪みゲージ７２１の取付間隔は、９０°以外であってもよい。ただし、精度よく横領が作用する方向を検出するためには、取付間隔を９０°未満（例えば、４５°）とすることが好ましい。

図５Ｂには、支柱２１の基端に補強用のリブ２１ａが設けられる場合の歪みゲージ７２１の取付例が示される。支柱２１にリブ２１ａが設けられる場合、リブ２１ａの端部近傍に大きな応力が作用する。このため、歪みゲージ７２１は、リブ２１ａの端部付近に貼付される。例えば、リブ２１ａが周方向において９０°間隔で４つ設けられている場合、各リブ２１ａの端部近傍に１つずつ歪みゲージ７２１を取り付けることができる。

図５Ｃ及び図５Ｄには、水平軸２４における歪みゲージ７２１の取付例を示している。図５Ｃに示す例では水平軸２４における２軸駆動部２３（つまり、支柱２１）との接続部において周方向に並ぶように複数の歪みゲージが取り付けられる。具体的には、周方向に９０°ずつ隔てた４箇所それぞれに歪みゲージ７２１が取り付けられる。図５Ｃの例では、歪みゲージ７２１の長手方向は、水平軸２４の軸長方向と平行とされる。このように、歪みゲージ７２１の長手方向を、取付対象である水平軸２４の軸長方向と平行にすることで、水平軸２４に湾曲するような応力、即ち曲げ応力が作用すると、湾曲外側面に貼付されたゲージ７２１が伸張し、湾曲内画面に貼付されたゲージ７２１が縮小する。したがって、水平軸２４が周方向の何れの向きに傾倒するように撓む場合でも、対応する位置に貼付された歪みゲージ７２１が伸縮し、水平軸２４に作用する曲げ応力及びその方向が応力センサ７０２によって検出される。

図５Ｄに示す例では、水平軸２４の周方向に９０°ずつ隔てた４箇所それぞれにおいて、水平軸２４の軸長方向に対して４５°傾く方向に歪みゲージ７２１が延びるよう、歪みゲージ７２１が取り付けられる。これにより、水平軸２４に捻れる方向のトルクが作用した場合に、歪みゲージ７２１が伸縮する。例えば、図５Ｄにおいてθ１の方向のトルクが生じた場合、歪みゲージ７２１が伸張し、θ２の方向のトルクが生じた場合、歪みゲージ７２１が縮小する。したがって、このように歪みゲージ７２１を取り付けることで、水平軸２４に作用するねじり応力が、応力センサ７０２によって検出される。

図５Ｅには、サポートアーム２５における歪みゲージ７２１の取付例を示している。図５Ｅに示す例ではサポートアーム２５における水平軸２４との接続部において周方向に並ぶように複数の歪みゲージが取り付けられる。具体的には、周方向に９０°ずつ隔てた４箇所それぞれに歪みゲージ７２１が取り付けられる。図５Ｅの例では、歪みゲージ７２１の長手方向は、水平軸２４の軸長方向と平行とされる。このように、歪みゲージ７２１の長手方向を、取付対象であるサポートアーム２５の軸長方向と平行にすることで、サポートアーム２５に曲げ応力が作用すると、湾曲外側面に貼付されたゲージ７２１が伸張し、湾曲内画面に貼付されたゲージ７２１が縮小する。したがって、サポートアーム２５が周方向の何れの向きに傾倒するように撓む場合でも、対応する位置に貼付された歪みゲージ７２１が伸縮し、サポートアーム２５に作用する曲げ応力及びその方向が応力センサ７０２によって検出される。

また、図５Ｄの例と同様に、サポートアーム２５の軸長方向に対して４５°傾く方向に歪みゲージ７２１を取り付けることもできる。これにより、サポートアーム２５に作用するねじり応力が、応力センサ７０２によって検出される。

［１−２．太陽光発電装置の動作］
次に、本実施形態に係る太陽光発電装置の動作について説明する。

［１−２−１．太陽光発電パネルの姿勢］
アレイ１の左右のウイングの間には空間が設けられている（図１参照）。アレイ１が仰角方向に回動すると支柱２１がこの空間を通るようにアレイ１が回動し、支柱２１とアレイ１との接触が防止される。このように、アレイ１は支柱２１と干渉することなく、受光面を上方に向けた水平姿勢から、受光面を下方に向けた水平姿勢まで、任意の姿勢をとることができる（図２参照）。太陽光発電装置１００では、制御部５による姿勢制御により、アレイ１の姿勢を、受光面を太陽に正対させる太陽追尾姿勢と、受光面を下方又は上方に向ける退避姿勢との間で切り替えることができる。

図６Ａは、アレイ１の太陽追尾姿勢の一例を示す側面図である。駆動装置６が太陽追尾動作を実行すると、受光面１ａが太陽に正対するようにアレイ１の姿勢制御が行われ、アレイ１の姿勢が太陽追尾姿勢となる。例えば、日の出又は日の入りにおいては太陽高度が０°であるため、アレイ１は受光面１ａが鉛直方向と平行になる鉛直姿勢をとる。また、太陽高度が０°を超える日中においては、アレイ１は受光面が上方を向く姿勢をとる。アレイ１が太陽追尾姿勢をとることにより、受光面１ａに対する太陽光の入射角が０°となり、効率的な発電が行われる。

図６Ｂは、アレイ１の退避姿勢の一例を示す側面図である。太陽追尾動作の実行中に所定の基準値を超える応力が検出されると、支持機構２を保守するための保守処理が実行される。本実施形態における保守処理の一例は、駆動装置６がアレイ１の姿勢を退避姿勢へと変化させる退避処理である。図６Ｂに示される例では、退避姿勢はアレイ１の受光面１ａが鉛直下方を向く水平姿勢とされる。なお、本実施形態において、アレイ１の受光面１ａが鉛直上方を向く水平姿勢も退避姿勢とされる。

［１−２−２．太陽光発電装置の制御動作］
図７は、アレイ１の姿勢制御処理の一例を示すフローチャートである。ＣＰＵ５１は、日中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。この処理では、ＣＰＵ５１が、例えば、制御部５が備える時計機能によって得られる時刻情報により日中か夜間かを判定したり、図示しない日射センサによって検出される日射強度により日中か夜間かを判定したりすることができる。

日中であると判定された場合（ステップＳ１０１においてＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、太陽追尾処理を実行する（ステップＳ１０２）。太陽追尾処理は、追尾センサ７０１の出力に基づいて、駆動装置６に太陽追尾動作を実行させる制御処理である。この太陽追尾動作により、アレイ１が太陽に正対する姿勢をとり、受光面１ａに対する太陽光の入射角度が０°となる。この結果、集光レンズによる収束光がセルに導かれ、発電が行われる。

次にＣＰＵ５１は、応力センサ７０２から出力される応力測定値を受信する（ステップＳ１０３）。ＣＰＵ５１は、応力の測定値が基準値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。基準値は、支持機構２の強度に基づき定められる。つまり基準値は、支持機構２が損傷を受ける応力の限界値に、所定の安全率を考慮して定められる。

ステップＳ１０４の処理では、複数の歪みゲージ７２１による応力測定値の何れか１つでも基準値を超えていれば、応力測定値が基準値を超えたと判定され、複数の応力測定値の全てが基準値以下の場合にのみ、応力測定値が基準値を超えていないと判定される。また、基準値は、歪みゲージ７２１の取付部位毎に設定することができる。例えば、支柱２１に取り付けられた歪みゲージ７２１による応力測定値に対しては、支柱２１の強度に基づき第１基準値を設定し、水平軸２４に取り付けられた歪みゲージ７２１による応力測定値に対しては、水平軸２４の強度に基づき第２基準値を設定し、サポートアーム２５に取り付けられた歪みゲージ７２１に対しては、サポートアーム２５の強度に基づき第３基準値を設定することができる。さらに、歪みゲージ７２１の同一の取付部位においても、曲げ応力及びねじり応力によって基準値を異ならせることができる。

図８は、風の方向と支持機構２が受ける応力の強さとの関係を説明する図である。図８は、上方から太陽光発電装置１００を見たときの鳥瞰図である。ここでは、水平方向の風が発生している場合を想定する。アレイ１の受光面１ａに向き合う方向Ａ１の風が生じている場合、風はアレイ１の受光面１ａに当たるため、支持機構２には大きな応力が作用する。同様に、アレイ１の背面に向き合う方向Ａ２の風が生じている場合、風はアレイ１の背面に当たるため、支持機構２には大きな応力が作用する。即ち、アレイ１の受光面１ａに交差する方向の風が発生している場合、支持機構２には大きな応力が作用する。このため、風によって基準値を超える応力が測定される可能性が高い。

他方、アレイ１の受光面１ａに概ね平行な方向、つまり、受光面１ａに沿った方向Ａ３，Ａ４の風が発生した場合、風はアレイ１の受光面１ａ及び背面に沿って流れるため、支持機構２には大きな応力が発生しない。つまり、同一の風速であっても、方向Ａ１，Ａ２の風に比べて、方向Ａ３，Ａ４の風では支持機構２に発生する応力が小さい。このため、風によって基準値を超える応力が測定される可能性は低い。

再び図７を参照する。応力測定値が基準値を超える場合（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、退避処理を実行する（ステップＳ１０５）。これにより、アレイ１の姿勢が退避姿勢に移行する。他方、応力推定値が基準値以下である場合（ステップＳ１０４においてＮＯ）、ＣＰＵ５１は、姿勢制御処理を終了する。

図９は、退避処理の一例を示すフローチャートである。本実施形態における退避処理では、支持機構２に応力が作用する方向を推定し、推定された方向から、支持機構２が損傷を受けにくいアレイ１の回動方向を決定し、決定された回動方向にアレイ１を回動させてアレイ１の姿勢を退避姿勢に移行させる。

ＣＰＵ５１は、複数の応力測定値に基づいて、支持機構２に応力が作用する方向を推定する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１の処理を、支柱２１に作用する応力を例にとって説明する。図５Ａに示す例において、ＣＰＵ５１は、支柱２１に取り付けられた複数の歪みゲージ７２１の測定値を比較し、最も引っ張り応力が大きい周方向の位置と、最も圧縮応力が大きい周方向の位置とを特定する。これにより、支柱２１に作用する曲げ応力において、引っ張り応力が大きい位置が湾曲外側であり、圧縮応力が大きい位置が湾曲内側であると推定できる。つまり、支柱２１には、上端（水平軸２４との接続部分）が、引っ張り応力が大きい位置から圧縮応力が大きい位置へ向かう方向に傾倒する曲げ応力が作用していると推定される。

次にＣＰＵ５１は、推定された応力の方向から、アレイ１の回動方向を決定する（ステップＳ２０２）。図１０Ａ及び図１０Ｂは、アレイ１の回動方向の決定を説明する図であり、図１０Ａは側面図を、図１０Ｂは平面図を示している。アレイ１に対して図中白抜き矢印の方向の風が当たる場合を想定する。ステップＳ２０２の処理では、方位角方向及び仰角方向のそれぞれについて、風の抵抗が小さくなるように回動方向が決定される。仰角方向には、アレイ１が水平となる回動方向が決定される（図１０Ａ）。即ち、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す例では、アレイ１の上側が風の方向の順方向に回動し、アレイ１の下側が風の方向の逆方向に回動するような回動方向（図中実線矢印）が決定される。また、方位角方向には、アレイ１の受光面１ａが風の方向と水平となる回動方向が決定される（図１０Ｂ）。即ち、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す例では、風の方向の下流端である部位Ａが風の方向の順方向に回動し、風の方向の上流端である部位Ｂが風の方向の逆方向に回動するような回動方向（図中実線矢印）が決定される。回動方向をこのように決定することで、アレイ１を風に逆らわずに回動させることができ、支柱２１が損傷を受けにくくすることができる。

再び図９を参照する。回動方向を決定すると、ＣＰＵ５１は、駆動装置６を制御して、決定された回動方向にアレイ１を方位角方向及び仰角方向に回動させ、アレイ１の姿勢を退避姿勢に移行させる（ステップＳ２０３）。このようにアレイ１に水平な退避姿勢を取らせることで、アレイ１の受光面１ａ及び背面において風を受けることが抑制され、支持機構２に作用する応力が低減される。よって、支持機構２が損傷を抑制することができる。以上で、退避処理が終了する。

再び図７を参照する。退避処理が終了すると、ＣＰＵ５１は、アレイ１の姿勢が退避姿勢に移行してから、所定の退避時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。退避時間が経過していない場合（ステップＳ１０６においてＮＯ）、ＣＰＵ５１はステップＳ１０６の処理を繰り返し、退避時間が経過するまでアレイ１を退避姿勢としたまま待機する。退避時間が経過した場合（ステップＳ１０６においてＮＯ）、ＣＰＵ５１は、退避姿勢を解除する退避解除処理を実行する（ステップＳ１０７）。退避解除処理では、駆動装置６が制御され、退避姿勢から太陽追尾姿勢へとアレイ１の姿勢が移行する。退避解除処理が終了すると、アレイ１の姿勢制御処理が終了する。姿勢制御処理が終了すると、再び姿勢制御処理が開始され、ステップＳ１０１以降の処理が実行される。

日中ではないと判定された場合（ステップＳ１０１においてＮＯ）、ＣＰＵ５１は、メモリ５２に記憶された時系列の応力測定値に基づいて、支持機構２の塑性変形量及び塑性変形の方向を推定する（ステップＳ１０８）。継続的に風をアレイ１が受けることにより、水平軸２４及びサポートアーム２５に応力が蓄積される。特にアルミニウム合金等の非鉄金属においては、継続的な応力を受けると常温クリープが生じて塑性変形する場合がある。ステップＳ１０８の処理では、ＣＰＵ５１が時系列の応力測定値を参照して、水平軸２４及びサポートアーム２５に蓄積された歪みの大きさ及び歪みの方向を算出し、水平軸２４及びサポートアーム２５における塑性変形量及び塑性変形の方向を推定する。

次にＣＰＵ５１は、推定された塑性変形量が、所定の基準値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０９）。塑性変形量が基準値を超える場合（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、塑性変形軽減処理を実行する（ステップＳ１１０）。塑性変形軽減処理は、本実施形態に係る保守処理の１つである。塑性変形軽減処理では、ＣＰＵ５１が駆動装置６を制御し、水平軸２４及びサポートアーム２５に対して、推定された塑性変形の方向の反対方向の荷重が作用する向きの水平姿勢を、アレイ１に取らせる。図１１は、塑性変形軽減処理を説明する図である。図１１の左図のようにアレイ１の受光面１ａが反るような塑性変形が生じた場合、右図のように、アレイ１に受光面１ａを下向きにした水平姿勢を取らせる。これにより、反りが解消される方向の荷重が水平軸２４及びサポートアーム２５に作用し、水平軸２４及びサポートアーム２５塑性変形が軽減される。

再び図７を参照する。上記のような塑性変形軽減処理が終了すると、アレイ１の姿勢制御処理が終了する。姿勢制御処理が終了すると、再び姿勢制御処理が開始され、ステップＳ１０１以降の処理が実行される。したがって、日の出までは、塑性変形を軽減する水平姿勢のまま、アレイ１の姿勢が維持される。

また、推定された塑性変形量が基準値以下である場合（ステップＳ１０９においてＮＯ）、ＣＰＵ５１は、駆動装置６を制御し、アレイ１の姿勢を夜間退避姿勢に移行させる（ステップＳ１１１）。夜間退避姿勢は、予め定められた標準の水平姿勢（例えば、受光面１ａを下向きにする水平姿勢）とされる。ステップＳ１１１の処理の後、アレイ１の姿勢制御処理が終了する。

以上のように、基準値を超える応力が測定される場合に、保守処理として退避処理が実行され、アレイ１の姿勢が退避姿勢に移行する。これにより、風による支持機構２の損傷を回避することができる。したがって、支持機構２が損傷を受ける応力の基準値を正確に定めることで、風速が大きくても、大きな応力が生じない向きの風が発生した場合には、退避処理が実行されることがなく、支持機構２の損傷を効率的に抑制することができる。

また、本実施形態に係る保守処理は、塑性変形軽減処理でもある。これにより、経時的に応力が蓄積されることによる支持機構２の塑性変形を軽減することができる。また、本実施形態では、塑性変形推定処理によって、メモリ５２に記憶された時系列の応力測定値を用いて支持機構２の塑性変形が推定される。これにより、応力の経時的な蓄積を把握することができ、正確に塑性変形を推定することが可能となる。

また、本実施形態では、歪みゲージ７２１を含む応力センサ７０２によって支持機構２に作用する応力を測定する。これにより、支持機構２に作用する応力を簡便に測定することができる。

［２．変形例］
以下、本実施形態に係る太陽光発電装置の変形例について説明する。

［２．１ 第１変形例］
図１２は、第１変形例に係る太陽光発電装置を示す斜視図である。本変形例に係る太陽光発電装置２００は、１軸型の可動型支持機構を有する太陽光発電装置である。

太陽光発電装置２００は、非集光型の太陽光発電パネル（アレイ）２０１と、支持機構２０２とを備える。非集光型の太陽光発電パネルとしては、例えば、結晶シリコン型、薄膜シリコン型、化合物型、有機型等がある。支持機構２０２は、水平軸２０３を備え、水平軸２０３を中心としてアレイ２０１を一方向に回動可能である。本変形例では、支持機構２０２の角部、部材の接続部の付近に応力が集中する。このため、これらの箇所（図中破線の円で囲む箇所等）に歪みゲージを取り付け、歪みゲージを含む応力センサによって支持機構２０２に作用する応力を測定する。また、太陽光発電装置２００は、アレイ２０１の姿勢を変化させる駆動装置と、駆動装置を制御する制御部とを備える（何れも図示せず）。

本変形例では、応力センサから出力される応力測定値が、所定の基準値を超える場合に、制御部が保守処理としてアレイ２０１の姿勢を水平姿勢に移行させる退避処理を実行する。これにより、風がアレイ１に当たって強い応力が支持機構２０２に作用した場合でも、アレイ１に退避姿勢を取らせることで、風による支持機構２０２の損傷を回避することができる。

［２．２ 第２変形例］
図１３は、第２変形例に係る太陽光発電装置を示す斜視図である。本変形例に係る太陽光発電装置は、太陽光発電パネルを固定支持する支持機構を有する太陽光発電装置である。

太陽光発電装置３００は、非集光型の太陽光発電パネル（アレイ）３０１と、支持機構３０２とを備える。支持機構３０２は、棒状部材が組み合わされたフレーム状をなしており、アレイ３０１を固定支持する。本変形例では、支持機構３０２の角部、部材の接続部の付近に応力が集中する。このため、これらの箇所（図中破線の円で囲む箇所等）に歪みゲージを取り付け、歪みゲージを含む応力センサによって支持機構３０２に作用する応力を測定する。また、太陽光発電装置３００は、制御部と、表示部とを備える（何れも図示せず）。

本変形例では、応力センサから出力される応力測定値が、所定の基準値を超える場合に、制御部が保守処理として、ユーザにメンテナンスが必要であることを通知する画面を表示部に表示する。これにより、ユーザが、支持機構３０２の応力が集中する箇所を補強したり、支持機構３０２に生じた歪みを除去したり、アレイ３０１が風で飛ばされないようにアレイ１の取り付けを補強したりする等、必要なメンテナンスを行うことができ、支持機構３０２の損傷を抑制することができる。

［２．３ その他の変形例］
なお、歪みゲージによる応力センサ以外の応力センサを用いることができる。例えば、赤外線方式の応力センサであってもよいし、光ファイバ方式の応力センサであってもよい。赤外線方式の応力センサとすることにより、非接触で応力を測定することができ、応力センサを支持機構に取り付ける作業が不要となる。

［３．補記］
なお、今回開示された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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１００，２００，３００ 太陽光発電装置
１，２０１，３０１ アレイ（太陽光発電パネル）
２，２０２，３０２ 支持機構
１１ 架台
１Ｍ 集光型太陽光発電モジュール
１ａ 受光面
２１ 支柱
２１ａ リブ
２２ 基礎
２３ ２軸駆動部
２３ａ，２３ｅ モータ
２４，２０３ 水平軸
２５ サポートアーム
１３ ボックス
１Ｕ ユニット
２６ レール
５ 制御部
５１ ＣＰＵ
５２ メモリ
５２ａ 制御プログラム
５３ Ａ／Ｄコンバータ
６ 駆動装置
７０１ 追尾センサ
７０２ 応力センサ
７２１ 歪みゲージ
７２２ 回路部

Claims (6)

1. 太陽光発電パネルと、
   前記太陽光発電パネルを支持する支持機構と、
   前記支持機構に作用する応力を測定する応力測定部と、
   前記応力測定部によって測定された前記応力が、前記支持機構の強度に関する基準値を超える場合に、前記支持機構を保守するための保守処理を実行する制御部と、
   を備える、
   太陽光発電装置。
2. 前記支持機構は、前記太陽光発電パネルの姿勢を変化させる駆動装置を備え、
   前記保守処理は、前記太陽光発電パネルの姿勢を変化させるよう前記駆動装置を制御する処理である、
   請求項１に記載の太陽光発電装置。
3. 前記保守処理は、前記太陽光発電パネルを風から退避させるよう前記駆動装置を制御する退避処理である、
   請求項２に記載の太陽光発電装置。
4. 前記制御部は、前記応力測定部によって測定された前記応力に基づき、前記支持機構に塑性変形が生じたことを推定する塑性変形推定処理を実行し、
   前記保守処理は、前記塑性変形推定処理によって推定された前記塑性変形を軽減するよう前記駆動装置を制御する塑性変形軽減処理である、
   請求項２に記載の太陽光発電装置。
5. 前記応力測定部から出力される時系列の複数の応力測定値を記憶する記憶部を備え、
   前記塑性変形推定処理は、前記記憶部に記憶された前記時系列の複数の応力測定値に基づき、前記塑性変形が生じたことを推定する処理である、
   請求項４に記載の太陽光発電装置。
6. 前記制御部は、前記応力測定部によって測定された前記応力に基づき、前記支持機構に応力が作用する方向を推定し、
   前記保守処理は、推定された前記応力が作用する方向から定まる回動方向に、前記太陽光発電パネルを回動させる処理である、
   請求項２から請求項５の何れか１項に記載の太陽光発電装置。
   
   

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