JP6155642B2 - 太陽パネルユニット - Google Patents

Description

本発明は、太陽パネルユニットに関し、特に、太陽パネルの角度調節に必要な消費電力を低減する技術に関するものである。

太陽パネルユニットとしては、太陽パネルと、該太陽パネルを回動中心軸を介して回動可能に支持する支持部材と、内圧に応じて伸縮する空気袋の伸縮動作により太陽パネルを回転中心軸の周方向に回動させて太陽パネルの角度を変える空気圧式のアクチュエータと、を備える太陽光追尾型の太陽パネルユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この太陽光追尾型の太陽パネルユニットは、空気袋内に圧縮空気を供給する給気動作と、空気袋内から圧縮空気を排出する排気動作と、を切り替える空気給排機構（給排気機構）を備えている。そして、この太陽パネルユニットは、空気給排機構による圧縮空気の給排気を制御して、太陽パネルの受光面を太陽光の方向に追従させるようにアクチュエータを駆動させることにより、太陽パネルでの受光量を増大させ、太陽パネルの発電量を増大させるようにしている。

特開２０１２−１１７２７３号公報

上記のような空気圧式のアクチュエータを利用して太陽パネルの角度を変える太陽光追尾型の太陽パネルユニットでは、太陽パネルの回動を停止させるときに、空気袋の伸縮応答性が悪いことや太陽パネルにかかる慣性力に起因して、空気袋内への圧縮空気の給排気停止に対しアクチュエータの応答動作、ひいては太陽パネルの回動停止が遅れる。つまり、太陽パネルの受光面が太陽光の方向に向く所定の目標角となった時点で空気袋内に対する圧縮空気の給排気を止めても、太陽パネルは暫く回動し角度を変え続ける。このため、太陽パネルを所定の目標角で正確に止めることは難しく、太陽パネルが回動し過ぎて比較的大きくオーバーシュートしてしまう。また、オーバーシュートにより太陽パネルの角度が目標角から大きくずれた場合には、その角度のずれを補償すべく太陽パネルを目標角に戻す制御が行われるが、この戻し制御でも同じくオーバーシュートしやすい。

このように、上記従来の太陽パネルユニットでは、太陽パネルの角度制御が比較的大きなオーバーシュートの発生に起因して不安定となり、目標角に対し長時間に亘ってハンチングする傾向にある。太陽パネルの角度制御でハンチングが生じると、太陽パネルの受光面を太陽光の方向に速やかに向けることができない上に、その追従動作に要する消費電力が増大する。しかも、空気袋内への給排気の繰り返しにより圧縮空気が浪費されるため、消費された分の圧縮空気を生成すべく空気圧縮機を運転させる時間（頻度）が増える。そうなると、せっかく太陽パネルの受光面を太陽光の方向に追従させて発電量の増大を図っていても発電ロスが大きくなって、太陽光追尾型の太陽パネルユニットで期待される発電量の増大が得られない。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、太陽パネルユニットにおいて、太陽パネルの角度を調節する駆動制御に必要な消費電力を低減することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、太陽パネルの角度制御において、太陽パネルの角度がオーバーシュートすることを見越して空気袋内に対する圧縮空気の給排気を早めに止めるようにした。

具体的には、本発明は、空気圧式のアクチュエータを利用して太陽パネル（20）の角度を変える太陽光追尾型の太陽パネルユニット（10）を対象とし、以下の解決手段を講じたものである。

すなわち、第１の発明は、角度可変に支持された太陽パネル（20）と、圧縮空気の給排気に応じて伸縮する空気袋（41a）を有し、該空気袋（41a）の伸縮動作により前記太陽パ（43）と、前記空気供給源（43）からの圧縮空気を前記空気袋（41a）内に対して給排気ネル（20）の角度を変えるアクチュエータ（41）と、前記太陽パネル（20）の角度を検知する角度検知部（60）と、前記空気袋（41a）内に圧縮空気を供給するための空気供給源する開状態と、前記空気袋（41a）内に対して圧縮空気を給排気しない閉状態とに切り換わる空気給排機構（44）と、前記空気給排機構（44）の開閉状態を制御して、前記角度検知部（60）で検知された検知角が所定の目標角となるように前記アクチュエータ（41）を駆動させる制御部（73）と、を備えている。

前記空気給排機構（44）の開状態には、前記空気袋（41a）内に圧縮空気を供給する給気状態と、前記空気袋（41a）内から圧縮空気を排出する排気状態とがある。前記制御部（73）は、前記空気給排機構（44）を開状態にして前記検知角を所定の目標角に近づけていく。このとき、制御部（73）は、前記空気給排機構（44）を前記給気状態にした場合には、前記検知角が所定の目標角に達する前において前記検知角と所定の目標角との差が第１の閾値に達したときに、前記空気給排機構（44）を閉状態に切り換える。また、制御部（73）は、前記空気給排機構（44）を前記排気状態にした場合には、前記検知角が所定の目標角に達する前において前記検知角と所定の目標角との差が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値に達したときに、前記空気給排機構（44）を閉状態に切り換える。

この第１の発明では、角度検知部（60）で検知された検知角、つまり太陽パネル（20）の角度が所定の目標角となるようにアクチュエータ（41）を駆動させるとき、空気給排機構（44）を開状態にして、空気袋（41a）内に対して圧縮空気を給排気することで、太陽パネル（20）の角度を所定の目標角に近づけていく。そして、太陽パネル（20）の角度が所定の目標角に達する前に、空気給排機構（44）を閉状態に切り換えて、空気袋（41a）内に対する圧縮空気の給排気を止める。これによって、空気袋（41a）内への圧縮空気の給排気を止めた後に太陽パネル（20）の角度が慣性力などの影響で暫く変わり続けても、空気袋（41a）内に対する圧縮空気の給排気を早めに止めるので、太陽パネル（20）の角度が目標角となった時点で空気袋（41a）内に対する圧縮空気の給排気を止める場合に比べて、太陽パネル（20）の角度が目標角を超えてオーバーシュートする度合が抑えられる。

具体的には、空気給排機構（44）を空気袋（41a）内に圧縮空気を供給する給気状態にした場合には、太陽パネル（20）の角度（検知角）と所定の目標角との差が第１の閾値に達したときに、空気給排機構（44）を閉状態に切り換える。また、空気給排機構（44）を空気袋（41a）内から圧縮空気を排出する排気状態にした場合には、太陽パネル（20）の角度（検知角）と所定の目標角との差が第２の閾値に達したときに、空気給排機構（44）を閉状態に切り換える。ここで、第２の閾値は第１の閾値よりも大きい。したがって、空気給排機構（44）は、空気袋（41a）内に圧縮空気を供給して太陽パネル（20）の角度を変えていく場合よりも、空気袋（41a）内から圧縮空気を排出して太陽パネル（20）の角度を変えていく場合の方が、早いタイミングで閉状態に切り換えられる。

第２の発明は、第１の発明の太陽パネルユニット（10）において、前記太陽パネル（20）を角度可変な方向における中程で回動可能に支持する回動中心軸（35）と、前記太陽パネル（20）の角度可変な方向における一端側に取り付けられ、前記太陽パネル（20）の重心を前記回動中心軸（20）に対して偏心させる錘（49）と、をさらに備える。前記錘（49）は、前記空気袋（41a）を収縮させる方向に自重を作用させる。

第２の発明では、空気袋（41a）内からの排気による太陽パネル（20）の角度制御を行う場合に、太陽パネル（20）の自重及び錘（49）の重さで空気袋（41a）が収縮することを利用して太陽パネル（20）を回動させることができる。

第１の発明によれば、太陽パネル（20）の角度を所定の目標角に近づけていき、当該太陽パネル（20）の角度が所定の目標角に達する前に、空気給排機構（44）を閉状態に切り換えて、空気袋（41a）内に対する圧縮空気の給排気を止めるので、太陽パネル（20）の角度が目標角となった時点で空気袋（41a）内に対する圧縮空気の給排気を止める場合に比べて、太陽パネル（20）の角度が目標角を超えてオーバーシュートする度合を抑えることができる。

そして、第１の発明によれば、空気袋（41a）内に圧縮空気を供給して太陽パネル（20）の角度を変えていく給気による角度制御を行う場合よりも、空気袋（41a）内から圧縮空気を排出して太陽パネル（20）の角度を変えていく排気による角度制御を行う場合の方が、早いタイミングで空気給排機構（44）が閉状態に切り換えられるので、給気による角度制御を行う場合よりも排気による角度制御を行う場合の方が太陽パネル（20）の角度制御において生じるオーバーシュートの度合を抑えることができる。

こうした太陽パネル（20）の角度制御におけるオーバーシュートの抑制によって、たとえ太陽パネル（20）の角度が目標角に対しハンチングしても該ハンチングを早期に収束させることができ、太陽パネル（20）の角度を速やかに目標角とすることができる。したがって、アクチュエータ（41）を駆動させる時間を短くすることができると共に、圧縮空気の浪費が抑えられることで空気圧縮機（45）の運転時間を減らすことができるので、太陽パネルユニット（10）において太陽パネル（20）の角度制御に必要な消費電力を減少させることができる。その結果、太陽パネル（20）の追従動作に起因する発電ロスを減少させることができ、太陽光追尾型の太陽パネルユニット（10）で得られる発電量を増大させることができる。

第２の発明によれば、太陽パネル（20）の自重及び錘（49）の重さで空気袋（49）が圧縮することを利用して太陽パネル（20）を回動させることができる。この場合にも、第１の発明の作用により、空気袋（41a）内からの排気による太陽パネル（20）の角度制御において生じるオーバーシュートを好適に抑えることができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る太陽パネルユニットの概略構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る太陽パネルユニットを構成する駆動側のモジュールユニットの概略構成を示す図である。 図３は、本発明の実施形態１に係る制御部での制御フローを示すフローチャートである。 図４（ａ）は、本発明の実施形態１に係る太陽パネルユニットでの空気弁閉鎖のタイミングと太陽パネルの回動停止位置との関係を示すグラフ図である。図４（ｂ）は、比較例に係る太陽パネルユニットでの空気弁閉鎖のタイミングと太陽パネルの回動停止位置との関係を示すグラフ図である。 図５は、本発明の実施形態１の変形例に係る太陽パネルユニットを構成する駆動側のモジュールユニットの概略構成を示す図である。 図６は、本発明のその他の実施形態に係る太陽パネルユニットを構成する駆動側のモジュールユニットの概略構成を示す図である。 図７は、本発明のその他の実施形態に係る太陽パネルユニットを構成する駆動側のモジュールユニットの概略構成を示す図である。 図８は、本発明のその他の実施形態に係る太陽パネルユニットを構成する駆動側のモジュールユニットの概略構成を示す図である。 図９は、本発明のその他の実施形態に係る太陽パネルユニットを構成する駆動側のモジュールユニットの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、或いはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《発明の実施形態》
この実施形態に係る太陽パネルユニット（10）は、図１に示すように、複数枚の太陽パネル（20）を備え、これら各太陽パネル（20）の角度を太陽の位置に合わせて調節するように構成されている。この太陽パネルユニット（10）は、当該太陽パネルユニット（10）同士が複数組み合わされることで、いわゆるメガソーラーシステムと呼ばれる大規模太陽光発電システムを構築することができるものである。

＜太陽パネルユニットの構成＞
太陽パネルユニット（10）は、各々一枚の太陽パネル（20）を有する複数台（図１に示す例では５台）のモジュールユニット（2A, 2B）を備えている。各モジュールユニット（2A, 2B）は、太陽パネル（20）を、その受光面（21）が太陽光の方向を向くように太陽の動きに追従させて、所定の角度範囲において東西方向に回動させるように構成されている。

複数台のモジュールユニット（2A, 2B）は、東西方向に一列に並べて配置されている。各モジュールユニットの太陽パネル（20）は光追尾パネル群（22）を構成している。これら複数台のモジュールユニット（2A, 2B）は、１台の第１モジュールユニット（2A）と、その他の複数台の第２モジュールユニット（2B）と、である。

第１モジュールユニット（2A）には、太陽パネル（20）を回動させて該太陽パネル（20）の角度を変えるアクチュエータユニット（40）と、各モジュールユニット（2A, 2B）における太陽パネル（20）の回動動作を同期させるように構成されたリンク機構（30）とが、駆動機構として設けられている。第２モジュールユニット（2B）には、太陽パネル（20）を回動させるアクチュエータユニット（40）は設けられず、各モジュールユニット（2A, 2B）の太陽パネル（20）の回動動作を同期させるように構成されたリンク機構（30）のみが、駆動機構として設けられている。

これら第１モジュールユニット（2A）と各第２モジュールユニット（2B）とは、アクチュエータユニット（40）の有無を除いては実質的に同じように構成されている。具体的には、各モジュールユニット（2A, 2B）は、太陽パネル（20）と、該太陽パネル（20）を角度可変に支持する支持機構（32）と、太陽の動きに合わせて太陽パネル（20）の角度を変える上述の駆動機構と、を備えている。

太陽パネル（20）は、平板状に形成され、上面が受光面（21）になっている。この太陽パネル（20）は、太陽光を受光面（21）で受けることによって、直流電流を発生するように構成されている。太陽パネル（20）は、角度可変な上下方向を東西方向に、左右方向を南北方向に一致させるように配置され、受光面（21）が太陽光の方向を向くように予め定められた角度で傾斜した姿勢となるように支持機構（32）によって支持されている。

支持機構（32）は、太陽パネル（20）の裏面に固定されたフレーム（33）と、該フレーム（33）が取り付けられた回動中心軸（35）と、該回動中心軸（35）を接地面である地面よりも上方に支持すると共に地面に固定される支持部材（37）と、を備えている。

フレーム（33）は、太陽パネル（20）の上下方向に互いに間隔をあけて平行に延びる一対の横桟（34）で構成されている。一対の横桟（34）は、回動中心軸（35）と直交する姿勢で該回動中心軸（35）の両端部に対応する位置に設けられている。これら各横桟（34）は、その下面に固定された軸受けブロック（36）を介して回動中心軸（35）の対応する端部に連結され、該回動中心軸（35）に対しその軸周りに回動可能に取り付けられている。

回動中心軸（35）は、太陽パネル（20）の左右方向に延びると共に、該太陽パネル（20）の上下方向における中央に位置していて、支持部材（37）の上端部に固定した状態に取り付けられている。この回動中心軸（35）は、支持部材（37）の中心軸に対して予め定められた角度で傾斜するように連結されている。

支持部材（37）は、上端部に設けられた保持部材（37a）を介して回動中心軸（35）を支持すると共に、下端部が地面に埋設される尖端部（37b）になった１本の杭によって構成されている。各モジュールユニット（2A, 2B）は、この支持部材（37）を地面に設けられた固定用のスリーブを使って打ち込み、その周囲をモルタルで固めることで位置が固定される。

上記第１モジュールユニット（2A）及び各第２モジュールユニット（2B）のリンク機構（30）同士は連結ロッド（31）で連結され、アクチュエータユニット（40）の駆動により回動される第１モジュールユニット（2A）の太陽パネル（20）の動きが第２モジュールユニット（2B）の太陽パネル（20）に伝達される。つまり、第１モジュールユニット（2A）は駆動側のユニットとなっており、第２モジュールユニット（2B）は従動側のユニットとなっている。

アクチュエータユニット（40）は、図２に示すように、入力される空気圧に応じたエネルギーを伸縮運動に変換するアクチュエータ（41）と、該アクチュエータ（41）に入力する空気圧を調整する空気圧調整部（42）と、アクチュエータ（41）での空気圧の異常上昇を防ぐリリーフ弁（47）と、を備えている。

アクチュエータ（41）は、空気圧の変化に応じて作動する空気圧式のアクチュエータである。このアクチュエータ（41）は、圧縮空気の給排気に応じて上下方向に伸縮する空気袋（41a）と、該空気袋（41a）の伸縮に伴って上下方向に移動するロッド（41b）と、を備えている。

空気袋（41a）は、ブラケット（38）を介して支持部材（37）の側面に固定されている。この空気袋（41a）は、空気袋（41a）内に供給する圧縮空気と空気袋（41a）内から排出する圧縮空気とが共通に流れる空気給排路（48）を介して、空気圧調整部（42）を構成する空気給排機構としての空気弁（44）に接続されている。

ロッド（41b）は、上下方向に延びる棒状部材である。このロッド（41b）の下端は、空気袋（41a）の上端に連結されている。他方、ロッド（41b）の上端は、回動中心軸（35）の一端部に固定された軸受けブロック（36）において、回動中心軸（35）から片側（例えば東側）に外れた偏心位置に図１に示す連結ピン（39）を介して連結されている。

また、太陽パネル（20）の一端側には、図２に示すように錘（49）が取り付けられている。この錘（49）は、太陽パネル（20）の重心が回動中心軸（35）よりも片側（例えば東側）に位置して、該太陽パネル（20）の片側が重心側になるように取り付けられている。

上記アクチュエータ（41）は、空気圧調整部（42）から空気袋（41a）内に圧縮空気を供給して、空気袋（41a）内に空気圧を作用させると、その空気袋（41a）が上向きに伸長し、それに伴ってロッド（41b）が連結ピン（39）の位置を回動中心軸（35）の周方向に変位させることで、該回動中心軸（35）を中心として一方向、例えば受光面（21）を東側から西側に向ける方向にフレーム（33）ともども太陽パネル（20）を回動させるように構成されている。また、アクチュエータ（41）は、空気袋（41a）内から圧縮空気を空気圧調整部（42）に排出して、空気圧の作用をなくすと、太陽パネル（20）の自重及び錘（49）の重さによって空気袋（41a）が収縮し、それに伴って太陽パネル（20）を上記一方向とは反対方向、例えば受光面（21）を西側から東側に向ける方向に回動させるように構成されている。

空気圧調整部（42）は、空気袋（41a）内に圧縮空気を供給し、又は空気袋（41a）内から圧縮空気を排出して、アクチュエータ（41）を駆動（伸縮）させる構成を有している。この空気圧調整部（42）は、空気袋（41a）内に圧縮空気を供給するための空気供給源（43）と、該空気供給源（43）からの圧縮空気を空気給排路（48）を介して空気袋（41a）内に対し給排気する空気弁（44）と、を備えている。

空気供給源（43）は、高圧に圧縮した空気を吐出する空気圧縮機（45）と、該空気圧縮機（45）に接続された空気タンク（46）と、で構成されている。空気圧縮機（45）から吐出された圧縮空気は空気タンク（46）にて貯留される。

空気タンク（46）は、空気袋（41a）内に供給する圧縮空気が流れる給気路（51）を介して空気弁（44）に接続されている。この空気弁（44）は、三方切換弁であって、空気タンク（46）からの圧縮空気を空気袋（41a）内に対して給排気する開状態と、空気袋（41a）内に対して圧縮空気を給排気しない閉状態とに切り換え可能に構成されている。空気弁（44）の開状態には、空気袋（41a）内に圧縮空気を供給する給気状態と、空気袋（41a）内から圧縮空気を排出する排気状態とがある。また、空気弁（44）は、信号ラインを介して、後述するマイコン部（71）に接続されていて、該マイコン部（71）によって空気弁（44）の開閉状態が制御される。

リリーフ弁（47）は、空気給排路（48）に設けられている。このリリーフ弁（47）は、空気弁（44）が閉状態となって、空気袋（41a）と空気タンク（46）、空気袋（41a）と外部とがそれぞれ連通していない場合において、例えば強風等の外力によって太陽パネル（20）が空気袋（41a）の収縮方向に回動し、空気袋（41a）内で空気が圧縮されて、上昇した空気圧が設定圧に達したときに、空気を外部へ放出し、空気袋（41a）内の空気圧を下げる。

また、太陽パネルユニット（10）は、太陽パネル（20）で発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ（55）と、太陽パネル（20）の角度（傾斜角）を検知する角度検知部としての角度センサ（60）と、アクチュエータユニット（40）を駆動させて太陽パネル（20）の角度を制御するコントローラ（70）と、をさらに備えている。

パワーコンディショナ（55）から出力された交流電力は、所定の負荷（不図示）に供給される。角度センサ（60）は、第１モジュールユニット（2A）の回動中心軸（35）に取り付けられている。この角度センサ（60）は、太陽パネル（20）の角度に応じて出力電圧が変化する角度ポテンションメータで構成される。角度センサ（60）の検知信号は、コントローラ（70）を構成する後述のマイコン部（71）に適宜入力され、演算されて検知角として記憶される。

コントローラ（70）には、太陽パネル（20）から出力された直流電力の一部が供給される。コントローラ（70）は、太陽パネル（20）の所定の目標角である指令角を設定する指令角設定部（72）と、空気弁（44）による圧縮空気の給排気を制御して、太陽パネル（20）の角度（検知角）が指令角設定部（72）で設定された指令角となるようにアクチュエータ（41）を駆動させる制御部（73）と、を有するマイコン部（71）を備えている。

指令角設定部（72）は、指令角を所定時間毎に設定する。指令角は、太陽の方向に応じて定められる太陽パネル（20）の傾斜角であって、例えば、太陽パネル（20）による発電量が最大となるように設定変更される。

具体的には、指令角は、朝方に太陽パネル（20）の受光面（21）が東側を向く角度に設定され、昼間に太陽パネル（20）の受光面（21）がほぼ真上を向く角度に設定され、夕方に太陽パネル（20）の受光面（21）が西側を向く角度に設定される。本実施形態では、朝方から夕方までの間、この指令角の設定が１分毎に行われる。なお、この指令角の設定スパンは、単なる一例であって、これに限るものではない。

制御部（73）は、太陽パネル（20）の受光面（21）が太陽光の方向を向くように太陽の動きに追尾させる追尾制御を行う。追尾制御は、指令角設定部（72）で新たな指令角が設定される毎（１分毎）に行われる。この追尾制御では、太陽パネル（20）の角度（検知角）がその新たな指令角と一致するように、アクチュエータ（41）の駆動制御が行われる。本実施形態では、太陽パネル（20）の角度が指令角に対して±１°の角度（図４（ａ）に示す停止角度範囲）になれば、太陽パネル（20）の角度が指令角と一致したとみなすようになっている。

本実施形態における追尾制御では、図４（ａ）に示すように、空気弁（44）を開状態、つまり給気状態又は排気状態（図４に示す例では給気状態）にして角度センサ（60）で検知された検知角、つまり太陽パネル（20）の角度を指令角に近づいていき、該太陽パネル（20）の角度が指令角に達する前に、空気弁（44）を閉状態に切り換える。

具体的には、追尾制御において、空気弁（44）を給気状態にした場合には、角度センサ（60）で検知された検知角と指令角との差が予め設定された第１の閾値に達し、当該検知角が空気弁（44）を閉鎖すべき角度（図４（ａ）に示す空気弁閉鎖角度）となったときに、当該空気弁（44）を閉状態に切り換える。第１の閾値は、例えば、２°〜３°程度に設定される。また、追尾制御において、空気弁（44）を排気状態にした場合には、角度センサ（60）で検知された検知角と指令角との差が予め設定された第２の閾値に達し、当該検知角が空気弁（44）を閉鎖すべき角度となったときに、当該空気弁（44）を閉状態に切り換える。空気袋（41a）内から圧縮空気を排出して太陽パネル（20）の角度を変えていく排気による角度制御を行う場合には、太陽パネル（20）の自重及び錘（49）の重さで空気袋（41a）が収縮することを利用して太陽パネル（20）を回動させるため、空気袋（41a）内に圧縮空気を供給して太陽パネル（20）の角度を変えていく給気による角度制御を行う場合よりも、オーバーシュートの度合が大きくなりやすい。このことから、第２の閾値は、上記第１の閾値よりも大きな値、例えば４°〜５°程度に設定される。これにより、空気弁（44）は、給気による太陽パネル（20）の角度制御を行う場合よりも、排気による太陽パネル（20）の角度制御を行う場合の方が、早いタイミングで閉状態に切り換えられる。

＜運転動作＞
次に、上記構成の太陽パネルユニット（10）の運転動作について説明する。

朝方において、太陽パネル（20）の受光面（21）に太陽光が射し込むと、該太陽パネル（20）で直流電流が発生し、この直流電流の一部がコントローラ（70）に供給され、太陽パネルユニット（10）の電源が投入される。

太陽パネルユニット（10）では、電源が投入されると、制御部（73）において、太陽パネル（20）の駆動制御が行われる。具体的には、制御部（73）では、追尾制御が図３に示す制御フローに従って行われる。

先ず、制御部（73）では、ステップＳＴ１において、太陽パネル（20）が所望の角度になっているか否かが判定される。具体的には、角度センサ（60）で検知された検知角が、指令角設定部（72）で設定された指令角に等しいか否かが判定される。なお、追尾制御の開始時においては、空気弁（44）は閉状態となっている。

ステップＳＴ１では、指令角設定部（72）において新たな指令角が設定されていない間は、検知角が指令角と等しいと判定され、ステップＳＴ２へと進む。そして、空気弁（44）が閉状態のままステップＳＴ１へと戻り、ステップＳＴ１，ＳＴ２が繰り返される。その後、指令角設定部（72）において新たな指令角が設定されると、検知角と指令角とが異なると判定され、ステップＳＴ３へと進む。

ステップＳＴ３では、検知角と指令角との角度差（指令角−検知角）が０よりも大きい値か小さい値か、すなわち正の値か負の値かが判定される。ここで、当該角度差が正の値であると判定されると、ステップＳＴ４へと進む。他方、当該角度差が負の値であると判定されると、ステップＳＴ７へと進む。

ステップＳＴ４では、検知角と指令角との角度差（指令角−検知角）の絶対値が第１の閾値未満であるか否かが判定される。ここで、当該角度差の絶対値が第１の閾値以上であると判定されると、ステップＳＴ５に進む。他方、ステップＳＴ４で検知角と指令角との角度差の絶対値が第１の閾値未満であると判定されると、ステップＳＴ６に進む。

ステップＳＴ５では、空気弁（44）が閉状態である場合には該空気弁（44）を開状態（給気状態）に切り換え、空気弁（44）が既に開状態である場合には該空気弁（44）を開状態としたまま、ステップＳＴ１へと戻る。

このステップＳＴ５で空気弁（44）が閉状態である場合には、空気弁（44）が給気状態に切り換えられることで、アクチュエータ（41）が駆動する。具体的には、マイコン部（71）から空気弁（44）へ制御信号が出力されると、空気弁（44）では、空気タンク（46）とアクチュエータ（41）の空気袋（41a）とが連通するように切り換えられ、空気タンク（46）から空気袋（41a）内へ圧縮空気が供給される。そして、この圧縮空気の供給による空気圧が空気袋（41a）に作用して該空気袋（41a）が伸長し、それに伴いロッド（41b
）が上昇すると、第１モジュールユニット（2A）では、回動中心軸（35）を中心としてフレーム（33）ともども太陽パネル（20）が回動する。第１モジュールユニット（2A）のフレーム（33）が回動すると、その動作がリンク機構（30）及び連結ロッド（31）を介して第２モジュールユニット（2B）に伝達される。そして、第２モジュールユニット（2B）のフレーム（33）及び太陽パネル（20）が第１モジュールユニット（2A）と同じ動きをし、全てのモジュールユニット（2A, 2B）の太陽パネル（20）が同期して回動する。

ステップＳＴ６では、空気弁（44）が閉状態である場合には該空気弁（44）を閉状態としたまま、空気弁（44）が開状態（給気状態）である場合には該空気弁（44）を閉状態に切り換えて、ステップＳＴ１へと戻る。

このステップＳＴ５で空気弁（44）が開状態である場合、図４に示すように、太陽パネル（20）の角度（検知角）が指令角に達する前に、空気弁（44）が閉状態に切り換えられて、空気袋（41a）内への圧縮空気の供給が止められる。これによって、空気袋（41a）内への圧縮空気の供給を止めた後に太陽パネル（20）が慣性力などの影響で暫く回動し続けても、空気袋（41a）内への圧縮空気の供給を早めに止めるので、図４（ｂ）に示すように太陽パネル（20）の角度（検知角）が指令角となった時点で空気袋（41a）内への圧縮空気の供給を止める場合に比べて、太陽パネル（20）の角度が指令角を超えてオーバーシュートする度合が抑えられる。

ステップＳＴ７では、検知角と指令角との角度差（指令角−検知角）の絶対値が第２の閾値未満であるか否かが判定される。ここで、当該角度差の絶対値が第２の閾値以上であると判定されると、ステップＳＴ８に進む。他方、ステップＳＴ７で検知角と指令角との角度差の絶対値が第２の閾値未満であると判定されると、ステップＳＴ９へと進む。

ステップＳＴ８では、空気弁（44）が閉状態である場合には該空気弁（44）を開状態（排気状態）に切り換え、空気弁（44）が既に開状態（排気状態）である場合には該空気弁（44）を開状態としたまま、ステップＳＴ１へと戻る。

このステップＳＴ８で空気弁（44）が閉状態である場合には、空気弁（44）が排気状態に切り換えられることで、アクチュエータ（41）が駆動する。具体的には、マイコン部（71）から空気弁（44）へ制御信号が出力されると、空気弁（44）では、アクチュエータ（41）の空気袋（41a）が外部と連通するように排気状態に切り換えられ、空気袋（41a）内の圧縮空気が外部に排出される。そして、この圧縮空気の排出により空気袋（41a）内の空気圧の作用がなくなると、第１モジュールユニット（2A）では、太陽パネル（20）の自重及び錘（49）の重さにより回動中心軸（35）を中心としてフレーム（33）ともども太陽パネル（20）が回動する。第１モジュールユニット（2A）のフレーム（33）が回動すると、その動作がリンク機構（30）及び連結ロッド（31）を介して各第２モジュールユニット（2B）に伝達される。そして、第２モジュールユニット（2B）のフレーム（33）及び太陽パネル（20）が第１モジュールユニット（2A）と同じ動きをし、全てのモジュールユニット（2A, 2B）の太陽パネル（20）が同期して回動する。

ステップＳＴ９では、空気弁（44）が閉状態である場合には該空気弁（44）を閉状態としたまま、空気弁（44）が開状態（排気状態）である場合には該空気弁（44）を閉状態に切り換えて、ステップＳＴ１へと戻る。

このステップＳＴ９で空気弁（44）が開状態である場合、太陽パネル（20）の角度（検知角）が指令角に達する前に、空気弁（44）が閉状態に切り換えられて、空気袋（41a）内からの圧縮空気の排出が止められる。これによって、空気袋（41a）内からの圧縮空気の排出を止めた後に太陽パネル（20）が慣性力などの影響で暫く回動し続けても、空気袋（41a）内への圧縮空気の供給を早めに止めるので、太陽パネル（20）の角度（検知角）が指令角となった時点で空気袋（41a）内への圧縮空気の供給を止める場合に比べて、太陽パネル（20）の角度が指令角を超えてオーバーシュートする度合が抑えられる。

こうして、追尾制御では、上記制御フロー（ステップＳＴ１〜ＳＴ９）に従う制御が所定時間毎、例えば１００ミリ秒毎に繰り返し行われる。これにより、全てのモジュールユニット（2A, 2B）の太陽パネル（20）が太陽光の方向に応じて同じ角度に調節される。

−実施形態の効果−
この実施形態によれば、太陽パネル（20）の角度（検知角）を所定の目標角に近づけていき、該太陽パネル（20）の角度が所定の目標角に達する前に、空気弁（44）を閉状態に切り換えて、空気袋（41a）内に対する圧縮空気の給排気を止めるので、太陽パネル（20）の角度（検知角）が目標角となった時点で空気袋（41a）内への圧縮空気の給排気を止める場合に比べて、太陽パネル（20）の角度が目標角を超えてオーバーシュートする度合を抑えることができる。これによって、たとえ太陽パネル（20）の角度が目標角に対しハンチングしても該ハンチングを早期に収束させることができ、太陽パネル（20）の角度を速やかに目標角とすることができる。したがって、アクチュエータ（41）を駆動させる時間を短くすることができると共に、圧縮空気の浪費が抑えられることで空気圧縮機（45）の運転時間を減らすことができるので、太陽パネルユニット（10）において太陽パネル（20）の角度制御に必要な消費電力を減少させることができる。その結果、太陽パネル（20）の追従動作に起因する発電ロスを減少させることができ、太陽光追尾型の太陽パネルユニット（10）で得られる発電量を増大させることができる。

また、この実施形態によれば、空気袋（41a）内からの排気による太陽パネル（20）の角度制御を行う場合には、空気袋（41a）内への給気による太陽パネル（20）の角度制御を行う場合よりも、オーバーシュートの度合が大きくなりやすいが、空気袋（41a）内からの排気による太陽パネル（20）の角度制御を行う場合の方が、空気袋（41a）内への給気による太陽パネル（20）の角度制御を行う場合よりも早いタイミングで空気弁（44）が閉状態に切り換えられるので、空気袋（41a）内からの排気による太陽パネル（20）の角度制御を行う場合に生じるオーバーシュートの度合を充分に抑えることができる。

−実施形態の変形例−
本実施形態の太陽パネルユニット（10）では、図５に示すように、空気給排路（48）と、空気弁（44）の排出口に接続されて該空気弁（44）から圧縮空気を排出する排気路（52）と、にそれぞれ絞り弁（50）が設けられていてもよい。

このような構成によれば、空気袋（41a）内に対し給排気される圧縮空気の流量が制限されて、太陽パネル（20）の角度を変えるアクチュエータ（41）の動作速度が減じられるので、太陽パネル（20）の角度制御において生じるオーバーシュートの度合をよりいっそう抑えることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態では、空気圧調整部（42）の空気弁（44）を１つの三方向切換弁で構成している。しかし、この空気弁（44）は、空気タンク（46）から空気袋（41a）内へ空気を供給する給気状態と、空気袋（41a）内から外部へ空気を排出する排気状態とが切り換わるものであればよく、例えば、図６に示すように、２つの二方向切換弁（44a, 44b）によって構成しても構わない。

上記のように空気弁（44）を２つの二方向切換弁（44a, 44b）によって構成する場合には、例えば、図７に示すように、空気給排路（48）と、給気路（51）と、排気路（52）と、にそれぞれ絞り弁（50）が設けられていてもよい。このような構成によれば、上記実施形態の変形例と同様な効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、１つのアクチュエータ（41）によって、太陽パネル（20）を回動させている。しかし、アクチュエータ（41）の構成は、これに限らず、例えば、図８に示すように、２つのアクチュエータ（41）によって太陽パネル（20）を回動させても構わない。この場合、２つのアクチュエータ（41）は、一方のアクチュエータ（41）の空気袋（41a）が伸長すると、他方のアクチュエータ（41）の空気袋（41a）が収縮するように構成されている。そして、空気弁（44）は、３つのポートを有した２つの切換弁で構成され、空気タンク（46）から一方の空気袋（41a）内へ圧縮空気を供給して該空気袋（41a）を伸長させつつ、他方の空気袋（41a）内から外部へ圧縮空気を排出して該空気袋（41a）を収縮させる状態を交互に形成するように構成されている。

上記のように空気弁（44）が３つのポートを有した２つの切換弁で構成される場合には、２つのアクチュエータ（41）の空気袋（41a）内に対して給排気する圧縮空気が共通に流れる各空気給排路（48）と、一方のアクチュエータ（41）の空気袋（41a）内から圧縮空気を外部へ排出する排気路（52）と、他方のアクチュエータ（41）の空気袋（41a）内から圧縮空気を外部へ排出する排気路（52）と、にそれぞれ絞り弁（50）が設けられていてもよい。このような構成によれば、上記実施形態の変形例と同様な効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態及びその変形例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態及びその変形例に記載の範囲に限定されない。上記実施形態及びその変形例が例示であり、それらの各構成要素や処理プロセスの組合せに、さらにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

以上説明したように、本発明は、空気圧式のアクチュエータを利用して太陽パネルの角度を変える太陽光追尾型の太陽パネルユニットについて有用であり、特に、太陽パネルの角度を調整する駆動制御に必要な消費電力を低減することが要望される太陽パネルユニットに適している。

10 太陽パネルユニット
20 太陽パネル
41 アクチュエータ
41a 空気袋
43 空気供給源
44 空気弁（空気給排機構）
60 角度検知部
73 制御部

Claims (2)

1. 角度可変に支持された太陽パネル（20）と、
   圧縮空気の給排気に応じて伸縮する空気袋（41a）を有し、該空気袋（41a）の伸縮動作により前記太陽パネル（20）の角度を変えるアクチュエータ（41）と、
   前記太陽パネル（20）の角度を検知する角度検知部（60）と、
   前記空気袋（41a）内に圧縮空気を供給するための空気供給源（43）と、
   前記空気供給源（43）からの圧縮空気を前記空気袋（41a）内に対して給排気する開状態と、前記空気袋（41a）内に対して圧縮空気を給排気しない閉状態とに切り換わる空気給排機構（44）と、
   前記空気給排機構（44）の開閉状態を制御して、前記角度検知部（60）で検知された検知角が所定の目標角となるように前記アクチュエータ（41）を駆動させる制御部（73）と、を備え、
   前記空気給排機構（44）の開状態には、前記空気袋（41a）内に圧縮空気を供給する給気状態と、前記空気袋（41a）内から圧縮空気を排出する排気状態とがあり、
   前記制御部（73）は、
   前記空気給排機構（44）を開状態にして前記検知角を所定の目標角に近づけていき、
   前記空気給排機構（44）を前記給気状態にした場合には、前記検知角が所定の目標角に達する前において前記検知角と所定の目標角との差が第１の閾値に達したときに、前記空気給排機構（44）を閉状態に切り換え、
   前記空気給排機構（44）を前記排気状態にした場合には、前記検知角が所定の目標角に達する前において前記検知角と所定の目標角との差が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値に達したときに、前記空気給排機構（44）を閉状態に切り換える
   ことを特徴とする太陽パネルユニット。
2. 請求項１に記載された太陽パネルユニットにおいて、
   前記太陽パネル（20）を角度可変な方向における中程で回動可能に支持する回動中心軸（35）と、
   前記太陽パネル（20）の角度可変な方向における一端側に取り付けられ、前記太陽パネル（20）の重心を前記回動中心軸（20）に対して偏心させる錘（49）と、をさらに備え、
   前記錘（49）は、前記空気袋（41a）を収縮させる方向に自重を作用させる
   ことを特徴とする太陽パネルユニット。
   

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