JP5089474B2 - 追尾集光型太陽電池装置 - Google Patents

Description

本発明は、低コストであり、追尾精度の高い追尾集光型太陽電池装置に関する。

図６は、従来の追尾集光型太陽電池装置の概略斜視図である。図７は、従来の他の形態の追尾集光型太陽電池装置の概略断面図である。

近年、自然エネルギの利用の観点から太陽電池発電が着目されている。しかしながら、太陽電池発電はその発電量に対し比較的設備コストが高いといった問題があった。そこで、太陽電池装置の設備費を抑えながら発電効率を向上させた太陽電池装置として、太陽光を集光レンズによって太陽電池素子上に集光させる構造を備えるとともに、太陽を追尾する機構を備えた追尾集光型太陽電池装置１０１が提案されている（特許文献１参照）。

具体的には、追尾集光型太陽電池装置１０１は、集光レンズと太陽電池素子からなるサブモジュール１０２と、サブモジュール１０２が複数配列されたモジュール筐体１０３と、モジュール筐体１０３を太陽に追尾させる追尾機構（図示省略）から構成されている。このような構成によれば、集光レンズにより太陽光を集光してエネルギとして利用するので比較的高価な太陽電池素子の小型化を図ることができる。また、部品としては比較的安価な集光レンズを用いて構成するため、全体として構成部品のコストを低減することができる。その上、太陽光をレンズにより集光して利用するため、太陽電池素子自体の発電効率を非集光時よりも向上させることができるといった効果もあった。

ところが、この種の追尾集光型太陽電池装置１０１においては、発電効率の向上を図るため、モジュール筐体１０３に多数のサブモジュール１０２を配置してこれらのサブモジュール１０２を同時に駆動させる構造とされるため、モジュール筐体１０３が大型化、重量化し、太陽に追尾させるための駆動エネルギが増大する結果となっていた。

また、次のような問題もあった。すなわち、当該追尾集光型太陽電池装置１０１においては、集光レンズを用いて太陽光を太陽電池素子に集光する構造を有しているが、太陽光の方向と集光レンズの光軸がずれてしまうと焦点が太陽電池素子から外れてしまい発電効率が低下する。このような発電効率の低下を防止するため、太陽の方向とモジュール筐体１０３の方向（集光レンズの光軸及び受光面が向く方向）のズレが微小範囲（例えば±０．５°）におさまるように制御しつつ太陽を日出から日没時までの広範囲で追尾するように、追尾集光型太陽電池装置１０１の駆動系が構成される。大型のモジュール筐体１０３にあっては、その駆動により重心の変動、重量による位置ズレ等が生じるため、高精度且つ広範囲の駆動を実現するためには、モジュール筐体１０３を位置ズレなく支持する支持機構、位置ズレを補正するフィードバック制御機構等を設ける必要があった。そのため、駆動系が複雑化し、設備コストが増大するという結果となっていた。

そこで、高精度且つ広範囲での太陽の追尾を低コストで可能とするものとして、図７に示すような追尾集光型太陽電池装置１１１が提案されていた（特許文献２参照）。この追尾集光型太陽電池装置１１１では、重量物であるモジュール筐体１１３を追尾駆動するのではなく、個々のサブモジュール１１２を追尾駆動させる構造とされる。これにより、追尾集光型太陽電池装置１１１の追尾駆動系の複雑化を回避することができた。
特開２００１−１４８５０１号公報 特開平１０−１７３２１４号公報

しかしながら、このような構造の追尾集光型太陽電池装置１１１は、個々のサブモジュール１１２を太陽の移動にともなって回転させる構造としているところ、その回転角度によっては、サブモジュール１１２の集光レンズ１２１が隣接しているサブモジュール１１２の陰に隠れてしまう場合があるため、サブモジュール間１１２，１１２の間隔を広げる必要があった。そのため、モジュール筐体１１３に対して発電部分の占める割合（サブモジュール充填率）が低くなり、単位面積あたりの発電効率が低下するという問題があった。したがって、従来と同等の発電量を確保するためには、発電効率が低下した分を補うために、新たな追尾集光型太陽電池装置１１１の導入が必要となり、結果的に、単位発電量当たりの設備コストという観点からみれば、その設備コストの低減は少ないものとなっていた。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、低コストであり、追尾精度の高い追尾集光型太陽電池装置を提供することを目的とする。

本発明に係る追尾集光型太陽電池装置は、太陽光を集光する集光体及び該集光体の焦点付近に配置された太陽電池素子を有するサブモジュールが、モジュール筐体から独立して駆動されるように該モジュール筐体内に配置され、前記サブモジュールの受光面が太陽の方向を向くように、前記サブモジュール及び前記モジュール筐体を追尾駆動系により追尾駆動する追尾集光型太陽電池装置において、前記追尾駆動系は、太陽を追尾するように前記モジュール筐体を駆動して仰角と方位角とを変更する第１追尾駆動系と、前記サブモジュールを追尾駆動して仰角と方位角とを変更する第２追尾駆動系とを備え、前記第１追尾駆動系は、太陽の方向とのズレの許容範囲である角度制御誤差として第１誤差範囲が設定され、前記第２追尾駆動系は、前記角度制御誤差として前記第１誤差範囲よりも小さい第２誤差範囲が設定されており、前記太陽電池素子の角度を調整する第１リンク機構と、前記集光体の位置を調整する第２リンク機構とを備える構成とされ、前記第２リンク機構は、前記太陽電池素子と前記集光体との軸ズレを補正することを特徴とする。

本発明によれば、第１追尾駆動系により、粗精度で太陽を追尾するようにモジュール筐体を駆動するとともに、第２追尾駆動系により、モジュール筐体に対して独立して駆動されうるサブモジュールを、この第１追尾駆動系よりも高い精度で太陽を追尾するように駆動するので、高精度で太陽を追尾することができる。

また、従来にあっては、重量物であるモジュール筐体を高精度に太陽に追尾させる構造としていたため制御機構が複雑化していたが、本発明によれば、第１追尾駆動系は粗精度でモジュール筐体を追尾駆動するものとして構成されるため、第１追尾駆動系の制御機構をシンプル化することができる。

また、第２追尾駆動系は、第１追尾駆動系よりも高い精度でサブモジュールを追尾駆動するものとされているが、サブモジュールは比較的低重量且つ小型であるところ駆動制御の誤差が殆ど生じないため、第２追尾駆動系を複雑な制御機構により構成しなくてもよいといった効果もある。

つまり、本発明に係る追尾集光型太陽電池装置は、第１追尾駆動系と第２追尾駆動系の２つの駆動系を有しているが、太陽の追尾駆動の精度を低下させないで、いずれの駆動系についても構造をシンプル化することができるので、全体として、追尾駆動系をシンプル化、低コスト化することができる。すなわち、追尾集光型太陽電池装置を低コスト且つ高い追尾精度を有するものとすることができる。

また、上記の追尾集光型太陽電池装置において、前記第１追尾駆動系は予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて前記モジュール筐体を駆動するものとされ、前記第２追尾駆動系は前記サブモジュールの出力が最大となるように前記サブモジュールを駆動するものとされたことを特徴としてもよい。

この構成によれば、第１追尾駆動系により、予め設定された太陽の軌跡情報に基づいてモジュール筐体が追尾駆動されるとともに、第２追尾駆動系により、サブモジュールの出力が最大となるようにサブモジュールが駆動されるところ、これにより、モジュール筐体の向きが太陽の方向からずれた場合であってもサブモジュールの出力が最大となるように第２追尾駆動系によりサブモジュールが駆動されるので、追尾集光型太陽電池装置の発電効率を向上させることができる。

また、上記の追尾集光型太陽電池装置において、前記第１追尾駆動系は予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて前記モジュール筐体を駆動するものとされ、前記第２追尾駆動系は前記第２追尾駆動系に組み込まれた光量センサの出力が最大となるように前記サブモジュールを駆動するものとされたことを特徴としてもよい。

この構成によれば、第１追尾駆動系により、予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて、モジュール筐体が追尾駆動されるとともに、第２追尾駆動系により、太陽光センサの出力が最大となるようにサブモジュールが駆動されるところ、これにより、モジュール筐体の向きが太陽の方向からずれた場合であっても光量センサの出力が最大となるように第２追尾駆動系によりサブモジュールが駆動されるので、追尾集光型太陽電池装置の発電効率を向上させることができる。

本発明によれば、追尾集光型太陽電池装置は、粗精度の第１追尾駆動系と第１追尾駆動系よりは高い精度の第２追尾駆動系とからなる追尾駆動系を有していることから、太陽の追尾駆動の精度を低下させないで、追尾駆動系をシンプル化、低コスト化することができる。すなわち、追尾集光型太陽電池装置を低コスト且つ高い追尾精度を有するものとすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る追尾集光型太陽電池装置の概略側面図を示し、図２は、サブモジュールの概略断面図を示し、図３は、サブモジュールを駆動する第２追尾駆動系の模式図を示している。

追尾集光型太陽電池装置１は架台１０の上に設置される。具体的には、地面９０に鉄筋コンクリートの基礎１１が築かれ、その上に架台１０が強固に固定される。そして、この架台１０の上に、追尾集光型太陽電池装置１が設置される。すなわち、追尾集光型太陽電池装置１は太陽の追尾により重心位置が変化するため設置が不安定であればその設置位置のズレが生じうるが、このような強固に地面９０に固定された架台１０に追尾集光型太陽電池装置１を設置することにより、当該追尾集光型太陽電池装置１の位置や向きのズレの発生が防止される。これにより、高精度な太陽の追尾が可能とされる。

追尾集光型太陽電池装置１は、太陽光を受光して発電するサブモジュール２と、サブモジュール２が１又は２以上配置されるモジュール筐体３と、サブモジュール２及びモジュール筐体３を駆動する追尾駆動系とを備えている。追尾駆動系は、モジュール筐体３を追尾駆動する第１追尾駆動系４と、サブモジュール２を追尾駆動する第２追尾駆動系５とを備える。

サブモジュール２は、太陽光により発電を行うものであり、図２に示すように、集光レンズ２１と、太陽電池素子２２と、回路基板２３と、ヒートシンク２４と、これらの構成部材を保持するユニット枠２５とからなる。

集光レンズ２１は、焦点が太陽電池素子２２に当たるように設計されている。この集光レンズ２１は、凸型レンズでもよいし、フルネルレンズで構成してもよい。

太陽電池素子２２は、太陽光を受けて発電するものであり、単結晶シリコン、多結晶シリコン、化合物半導体等から形成される。

回路基板２３は、例えばセラミックス基板から形成され、その表面には、太陽電池素子２２を搭載するランド、太陽電池素子２２の電極に接続される端子、端子に接続される配線等が形成されている。そして、この端子及び配線を介して、太陽電池素子２２から電力が取り出される。

ヒートシンク２４は、太陽電池素子２２の熱を効率的に放熱するものとして、回路基板２３の裏面に接着される。太陽電池素子２２は加熱によって発電効率が低下するという特性を有しているため、集光された太陽光による加熱で発電効率の低下が生じていたが、ヒートシンク２４により効率的に放熱されるので発電効率の低下が防止される。このような構成によれば、太陽電池素子２２に太陽光を集光することにより単位面積あたりの光エネルギ密度が増大することで生じる太陽電池素子２２の過熱を防止し、効率的に発電させることができる。

モジュール筐体３は、サブモジュール２を保持するものである。具体的には、モジュール筐体３の主面３１とサブモジュール２の受光面（集光レンズ面）とが略平行となるように、モジュール筐体３にサブモジュール２が搭載される。また、サブモジュール２は、第２追尾駆動系５により、モジュール筐体３から独立して駆動されるように配置されている。一方、モジュール筐体３は、第１追尾駆動系４により駆動される。

第１追尾駆動系４は、モジュール筐体３を支持するとともに、モジュール筐体３の主面（サブモジュール２が搭載される面）３１が常に太陽の方向を向くように、モジュール筐体３を太陽の軌跡にあわせて駆動させるものとして構成されている。

具体的には、第１追尾駆動系４は、モジュール筐体３を駆動可能に支持するステージ４１と、モジュール筐体３を傾斜させて支持しつつモジュール筐体３の仰角を変えるパワーシリンダ４２と、モジュール筐体３の主面３１を太陽の方向に向くように追尾させる追尾制御装置（図示省略）から構成される。

ステージ４１は、架台１０の上に回動自在に配置される。具体的には、架台１０には回転軸としての支柱９が設けられ、この支柱９に、回動自在に、且つ上面が水平となるようにして、ステージ４１が設けられる。また、ステージ４１は、モータやウォーム減速機等の回転駆動装置（図示省略）により回動するように構成されている。モータやウォーム減速機としては、高精度で駆動するものを用いる必要はない。例えば、ステージ４１を回転させる場合の設定回転角度に対して±５°の精度でステージ４１を回転駆動させるものが用いられる。

ステージ４１には、モジュール筐体３が搭載される。モジュール筐体３は、その下辺に沿って枢軸３５が設けられ、当該枢軸３５の周りに回動自在とされている。また、モジュール筐体３の背面上部とステージ面との間にパワーシリンダ４２が配置され、パワーシリンダ４２の伸縮によって、モジュール筐体３の仰角が変更されるようにされている。なお、パワーシリンダ４２は、油圧式でも電動式でもよい。パワーシリンダ４２もまた、モータやウォーム減速機と同様に、高精度のものは必要とされない。

なお、モジュール筐体３の仰角を変化させる構造としては、枢軸３５を中心とする回動による構造に限定されない。例えば、当該モジュール筐体３の仰角を変更する機構は、平行リンク機構により、構成してもよい。

追尾制御装置は、モジュール筐体３の主面３１（すなわち、サブモジュール２の受光面）が太陽の方向に向くように、回転駆動装置及びパワーシリンダ４２を制御し、太陽軌跡の全範囲にわたってモジュール筐体３を太陽に追尾させるものである。

具体的には、追尾制御装置は、予め登録された太陽の軌跡情報、当該追尾集光型太陽電池装置１の設置場所の緯度、経度、及び太陽の方向を求める時間（年月日、時刻）に基づいて、当該設置場所からの太陽の方向を算出する。そして、モジュール筐体３の主面３１の方向と太陽の方向が一致するモジュール筐体３の仰角と方位角を求め、この仰角と方位角を実現するように回転駆動装置及びパワーシリンダ４２を駆動させる。このときの許容範囲（モジュール筐体３の主面３１の方向（主面に垂直な方向）と太陽の方向とのズレの許容範囲）は、角度制御誤差として、例えば、±５°（第１誤差範囲）とされる。

このような粗い精度であれば、高精度の回転駆動装置や高精度のパワーシリンダ４２を用いずとも、当該許容範囲内でモジュール筐体３を駆動させることができる第１追尾駆動系４を構成することができ、第１追尾駆動系４を安価に構成することができる。

なお、第１追尾駆動系４は、上記の構成に限定されるものではない。例えば、第１追尾駆動系４は、互いに直交し且つ独立して回動する２つの回動軸から構成してもよい。

第２追尾駆動系５は、サブモジュール２をモジュール筐体３から独立させて、太陽に追尾させるように駆動するものである。また、第２追尾駆動系５は、第１追尾駆動系４よりも高い精度で、サブモジュール２を追尾駆動するものとして構成される。例えば、第１追尾駆動系４によるモジュール筐体３の角度制御誤差が±５°（第１誤差範囲）である場合は、第２追尾駆動系５によるサブモジュール２の角度制御誤差は、第１誤差範囲の±５°よりも小さい値（第２誤差範囲）とされる。より好ましくは、発電効率を著しく低下させないために、サブモジュール２の角度制御誤差は±０．５°以下とされる。

また、第２追尾駆動系５によって駆動されるサブモジュール２の駆動範囲（サブモジュール２の回動角度）は、第１追尾駆動系４の第１誤差範囲と同じか又はそれ以上の範囲とされる。例えば、第１追尾駆動系４によるモジュール筐体３の角度制御誤差が±５°である場合は、第２追尾駆動系５によるサブモジュール２の駆動範囲（角度制御範囲）は、±５°以上とされる。このような構成により、第１追尾駆動系４の制御誤差によってモジュール筐体３の方向ズレ（モジュール筐体３の主面３１の方向（主面に垂直な方向）と太陽の方向とのズレ）が生じても、第２追尾駆動系５により当該方向ズレが補正される。

具体的には、第２追尾駆動系５は、図３に示すように、太陽電池素子２２の角度を調整する第１リンク機構５１と、集光レンズ２１の位置を調整する第２リンク機構５２とから構成されている。

第１リンク機構５１は、２軸が独立して回動する２軸リンク機構により構成されている。具体的には、第１リンク機構５１は、太陽電池素子２２を第１回転軸で軸支する第１フレーム５１ａと、当該第１フレーム５１ａを第１回転軸に直交する第２回転軸で軸支する第２フレーム５１ｂとから構成されている。２軸リンク機構の各軸における回転駆動機構は、例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータ、電磁石により駆動し、±０．５°の精度で、±５°の駆動範囲（角度制御範囲）で角度調整ができるように構成される。

そして、第１リンク機構５１により、予め登録された太陽の軌跡情報、当該追尾集光型太陽電池装置１の設置場所の緯度、経度、及び太陽の方向を求める時間（年月日、時刻）に基づいて、太陽電池素子２２の受光面が向く方向と太陽の方向が一致するように、太陽電池素子２２が角度調整される。

第１リンク機構５１による太陽電池素子２２の角度調整は、上記のように太陽の軌跡情報等に基づいて行うのではなく、太陽電池素子２２の出力が最大化するように、太陽電池素子２２の角度調整を行ってもよい。具体的には、所定時間おきに太陽電池素子２２を回動させてその出力が最大となる角度を検出し、その検出された角度に太陽電池素子２２が固定される。

また、第１リンク機構５１による太陽電池素子２２の角度調整は、第２追尾駆動系に組み込まれた光量センサ（図示省略）の出力が最大となるように、太陽電池素子２２の角度調整を行ってもよい。このような場合は、所定時間おきに光量センサを回動させてその出力が最大となる角度を検出し、その検出された角度に太陽電池素子２２が固定される。

第２リンク機構５２は、２方向に互いに独立して摺動自在とされた機構により構成されている。具体的には、第２リンク機構５２は、集光レンズ２１を第１ガイドで摺動自在に支持する第１フレーム５２ａと、当該第１フレーム５２ａを第１ガイドに直交する第２ガイドで摺動自在に支持する第２フレーム５２ｂとから構成されている。第１及び第２フレーム５２ａ，５２ｂの各方向における駆動は、例えばステッピングモータ、サーボモータ、リニアモータにより行われる。そして、第２リンク機構５２は、第１リンク機構５１により太陽電池素子２２を角度調整した際に生じる、太陽電池素子２２の受光面の軸（受光面に対して垂直な方向の軸）と集光レンズ２１の光軸との軸ズレを補正するように、集光レンズ２１を移動させるものとして構成される。

すなわち、第１リンク機構５１によって太陽電池素子２２の角度調整をした場合には、太陽電池素子２２の受光面の軸と集光レンズ２１の光軸とのズレが生じ、集光レンズ２１の焦点が太陽電池素子２２から外れてしまうので、太陽電池素子２２の受光面の軸と集光レンズ２１の光軸とのズレがなくなるように、第２リンク機構５２により、集光レンズ２１の位置が補正される。

具体的には、第２リンク機構５２による集光レンズ２１の制御距離範囲は、サブモジュール２の寸法として、集光レンズ２１の直径が１００ｍｍ、集光レンズ２１と太陽電池素子２２までの距離が１２０ｍｍであり、その駆動範囲（角度制御範囲）が±５°である場合は、上下左右に±１１ｍｍとされる（図４参照）。

ところで、太陽電池素子２２及び集光レンズ２１は、モジュール筐体３と比べると軽重量物であるため、第２追尾駆動系５は、その構造をシンプル、軽量にして、且つ、太陽電池素子２２を高精度、高速に駆動するものとして構成することができる。したがって、サブモジュール２に対して第２追尾駆動系５が設けられるものの、モジュール筐体３に搭載される第２追尾駆動系５の重量は過大とならないため、第２追尾駆動系５の重量によって第１追尾駆動系４の制御精度が低下することもない。また、仮に、第２追尾駆動系５を比較的重量を有する機構としても、第１追尾駆動系４は元々高精度に制御されないので、第１追尾駆動系４に搭載されるものの全体の重量がその許容量を超えない限りは、追尾集光型太陽電池装置１の追尾精度を低下させることもない。

なお、第２追尾駆動系５は、上記のように太陽電池素子２２と集光レンズ２１を独立して駆動させるものに限定されない。例えば、１つのリンク機構により、サブモジュール２を一体のものとして駆動するように構成してもよい。

また、第２追尾駆動系５の構造は、上記の第１リンク機構５１や第２リンク機構５２の構造に限定されるものでもない。例えば、ワイヤフレームなどによるリンク機構、ギアやベルトなどによる回転機構などを組み合わせた機構により、第２追尾駆動系５を構成してもよい。

次に、モジュール筐体３に対するサブモジュール２の充填率について説明する。

図４は、モジュール筐体に対するサブモジュールの充填率を説明するための図を示し、（ａ）はサブモジュールの傾斜角度を５°としたときの模式図であり、（ｂ）はサブモジュールの傾斜角度を２４°としたときの模式図であり、（ｃ）はサブモジュールの傾斜角度を６０°としたときの模式図である。

図５は、モジュール筐体に対するサブモジュールの充填率を示した表であり、図５（ａ）はサブモジュールの角度制御範囲を東西方向で±５°、南北方向で±５°とした場合における充填率を示し、図５（ｂ）はサブモジュールの角度制御範囲を東西方向で±６０°、南北方向で±２４°とした場合における充填率を示している。また、図５においては、モジュール筐体３に搭載するサブモジュール２の搭載数による充填率も示している。

モジュール筐体３に対するサブモジュール２の充填率は、モジュール筐体３の主面面積に対するサブモジュール２の集光レンズ２１が占める面積の比率で示される。モジュール筐体３の大きさは、サブモジュール２を最大角度で傾斜させたときにサブモジュール２が隣接する太陽用電池ユニットの陰に入らないように、定められる（図４参照）。

以下、モジュール筐体３に対するサブモジュール２の充填率の一例を説明する。

集光レンズ２１の直径１００ｍｍ、集光レンズ２１と太陽電池素子２２までの距離が１２０ｍｍであるサブモジュール２（図２参照）を、東西方向及び南北方向ともに±５°回動しうる状態で、モジュール筐体３に密に搭載する場合の充填率は、次のようになる。

上記条件の場合は、図４（ａ）に示すように、サブモジュール同士２，２が互いに陰に入らないように駆動できる間隔（サブモジュール同士２，２の間隔）は約１０１ｍｍ、最端にあるサブモジュール２とモジュール筐体端部３ａとの間隔は約１１ｍｍと算出される。また、東西方向及び南北方向にサブモジュール２をそれぞれ２０個配列した場合、モジュール筐体３のサイズは約２０５０ｍｍ×２０５０ｍｍとなり、このときのモジュール充填率は約９６％となる（図５（ａ）参照）。

ここで、比較の対象として、サブモジュール２のみ太陽を追尾する構造の従来の追尾集光型太陽電池装置において、モジュール筐体３に対してサブモジュール２の充填率を計算した例を示す。

例えば、集光レンズ２１の直径１００ｍｍ、集光レンズ２１と太陽電池素子２２までの距離が１２０ｍｍであるサブモジュール２（図２参照）を東西方向で±６０°、南北方向で±２４°回動しうる状態でモジュール筐体３に密に搭載する場合の充填率は、次のようになる。

この条件の場合は、南北方向においては、図４（ｂ）に示すように、サブモジュール同士２，２が互いに陰に入らないように駆動できる間隔（サブモジュール同士２，２の間隔）は約１１０ｍｍ、最端にあるサブモジュール２とモジュール筐体端部３ａとの間隔は約４５ｍｍと算出される。東西方向においては、図４（ｃ）に示すように、サブモジュール同士２，２が互いに陰に入らないように駆動できる間隔（サブモジュール同士２，２の間隔）は約２００ｍｍ、最端にあるサブモジュール２とモジュール筐体端部３ａとの間隔は約７９ｍｍと算出される。また、東西方向及び南北方向にサブモジュール２をそれぞれ２０個配列した場合、モジュール筐体３のサイズは約４０６０ｍｍ×２２８０ｍｍとなり、このときのモジュール充填率は約４３％となる（図５（ｂ）参照）。

すなわち、本発明に係る追尾集光型太陽電池装置１は、追尾駆動系を第１追尾駆動系４と第２追尾駆動系５の２つの駆動系により構成し、第１追尾駆動系４により太陽の軌跡にあわせて追尾駆動させた構成とされているので、第２追尾駆動系５の角度制御範囲を小さくすることができる。そのため、図５（ａ）と（ｂ）の対比より明らかなように、追尾集光型太陽電池装置１の構成によれば、モジュール筐体３に対するサブモジュール２の充填率を向上させることができ、その分、従来の追尾集光型太陽電池装置に比較し、単位面積あたりの発電効率を向上させることができる。したがって、従来の追尾集光型太陽電池装置による発電量と同等の発電量を確保する場合は、追尾集光型太陽電池装置１の台数を少なくすることができるので、その設備コストを低減することができる。

以上、本発明によれば、第１追尾駆動系４により、粗精度で太陽を追尾するようにモジュール筐体３を駆動するとともに、第２追尾駆動系５により、モジュール筐体３に対して独立して駆動されうるサブモジュール２を、この第１追尾駆動系４よりも高い精度で太陽を追尾するように駆動するので、高精度で太陽を追尾することができる。

また、従来にあっては、重量物であるモジュール筐体３を高精度に太陽に追尾させる構造としていたため制御機構が複雑化していたが、本発明によれば、第１追尾駆動系４は粗精度でモジュール筐体３を追尾駆動するものとして構成されるため、第１追尾駆動系４の制御機構をシンプル化することができる。

また、第２追尾駆動系５は、第１追尾駆動系４よりも高い精度でサブモジュール２を追尾駆動するものとされているが、サブモジュール２は比較的低重量且つ小型であるところ駆動制御の誤差が殆ど生じないため、第２追尾駆動系５を複雑な制御機構により構成しなくてもよいといった効果もある。

つまり、本発明に係る追尾集光型太陽電池装置１は、第１追尾駆動系４と第２追尾駆動系５の２つの駆動系を有しているが、太陽の追尾駆動の精度を低下させないで、いずれの駆動系についても構造をシンプル化することができるので、全体として、追尾駆動系をシンプル化、低コスト化することができる。すなわち、追尾集光型太陽電池装置１を低コスト且つ高い追尾精度を有するものとすることができる。

また、上記の追尾集光型太陽電池装置１において、第１追尾駆動系４は予め設定された太陽の軌跡情報に基づいてモジュール筐体３を駆動するものとされ、第２追尾駆動系５はサブモジュール２の出力が最大となるように前記サブモジュール２を駆動するものとされたことから、第１追尾駆動系４により、予め設定された太陽の軌跡情報に基づいてモジュール筐体３が追尾駆動されるとともに、第２追尾駆動系５により、サブモジュール２の出力が最大となるようにサブモジュール２が駆動されるところ、これにより、モジュール筐体３の向きが太陽の方向からずれた場合であってもサブモジュール２の出力が最大となるように第２追尾駆動系５によりサブモジュール２が駆動されるので、追尾集光型太陽電池装置１の発電効率を向上させることができる。

また、上記の追尾集光型太陽電池装置１において、前記第１追尾駆動系４は予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて前記モジュール筐体３を駆動するものとされ、前記第２追尾駆動系５は前記第２追尾駆動系５に組み込まれた光量センサの出力が最大となるように前記サブモジュール２を駆動するものとされたことから、第１追尾駆動系４により、予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて、モジュール筐体３が追尾駆動されるとともに、第２追尾駆動系５により、太陽光センサの出力が最大となるようにサブモジュール２が駆動されるところ、これにより、モジュール筐体３の向きが太陽の方向からずれた場合であっても光量センサの出力が最大となるように第２追尾駆動系５によりサブモジュール２が駆動されるので、追尾集光型太陽電池装置１の発電効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る追尾集光型太陽電池装置の概略側面図である。 サブモジュールの概略断面図である。 サブモジュールを駆動する第２追尾駆動系の模式図である。 モジュール筐体に対するサブモジュールの充填率を説明するための説明図である。 モジュール筐体に対するサブモジュールの充填率を示した表である。 従来の追尾集光型太陽電池装置の概略斜視図である。 従来の他の形態の追尾集光型太陽電池装置の概略断面図である。

符号の説明

１ 追尾集光型太陽電池装置
２ サブモジュール
３ モジュール筐体
４ 第１追尾駆動系
５ 第２追尾駆動系
２１ 集光レンズ
２２ 太陽電池素子
２３ 回路基板
２４ ヒートシンク
２５ ユニット枠
５１ 第１リンク機構
５２ 第２リンク機構
９０ 地面

Claims (3)

1. 太陽光を集光する集光体及び該集光体の焦点付近に配置された太陽電池素子を有するサブモジュールが、モジュール筐体から独立して駆動されるように該モジュール筐体内に配置され、前記サブモジュールの受光面が太陽の方向を向くように、前記サブモジュール及び前記モジュール筐体を追尾駆動系により追尾駆動する追尾集光型太陽電池装置において、
   前記追尾駆動系は、
   太陽を追尾するように前記モジュール筐体を駆動して仰角と方位角とを変更する第１追尾駆動系と、
   前記サブモジュールを追尾駆動して仰角と方位角とを変更する第２追尾駆動系とを備え、
   前記第１追尾駆動系は、太陽の方向とのズレの許容範囲である角度制御誤差として第１誤差範囲が設定され、
   前記第２追尾駆動系は、前記角度制御誤差として前記第１誤差範囲よりも小さい第２誤差範囲が設定されており、前記太陽電池素子の角度を調整する第１リンク機構と、前記集光体の位置を調整する第２リンク機構とを備える構成とされ、
   前記第２リンク機構は、前記太陽電池素子と前記集光体との軸ズレを補正すること
   を特徴とする追尾集光型太陽電池装置。
2. 請求項１に記載の追尾集光型太陽電池装置において、
   前記第１追尾駆動系は、予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて前記モジュール筐体を駆動するものとされ、
   前記第２追尾駆動系は、前記サブモジュールの出力が最大となるように前記サブモジュールを駆動するものとされたこと
   を特徴とする追尾集光型太陽電池装置。
3. 請求項１に記載の追尾集光型太陽電池装置において、
   前記第１追尾駆動系は、予め設定された太陽の軌跡情報に基づいて前記モジュール筐体を駆動するものとされ、
   前記第２追尾駆動系は、前記第２追尾駆動系に組み込まれた光量センサの出力が最大となるように前記サブモジュールを駆動するものとされたこと
   を特徴とする追尾集光型太陽電池装置。

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