以下、本発明の一実施形態について、図1~図6を参照しつつ説明する。
本実施形態に係る太陽光発電装置1は、設置面2に設置された架台3と、架台3の上方(図1~図4における紙面上方)に設置された太陽電池パネル群4と、架台3の上方において太陽電池パネル群4を支持する支持部5と、を備える。また、太陽光発電装置1は、支持部5による角度変更を制御する制御部6を備える(図5参照)。さらに、太陽光発電装置1は、太陽電池パネル群4の下方に設置された反射板7を備える(図1~図4参照)。尚、この太陽光発電装置1は、太陽電池パネル群4を三つ備える。太陽電池パネル群4は、それぞれ、両面受光型の太陽電池パネルを有する。具体的に、太陽電池パネル群4は、それぞれ、Y軸方向に並んだ三枚の太陽電池パネルを含むため、本実施形態の太陽光発電装置1に含まれる太陽電池パネルは、九枚である。各太陽電池パネルは、表側に位置する第一受光面41と、裏面に位置する第二受光面42と、を有する。以下では、設置面2に沿う所望の方向を直交座標系におけるX軸方向とし、X軸方向と直交し且つ設置面2に沿った方向を直交座標系におけるY軸方向とし(図2参照)、設置面2に直交する方向(上下方向)をZ軸方向とする。
架台3は、例えば、地面やコンクリート製の床面といった水平な設置面2に設置される。本実施形態の架台3は、Z軸方向視において多角形状(例えば、正八角形状)を有する架台枠部30と、架台枠部30の内側に配置される補強部31と、架台枠部30の外周面から延びる脚部32と、を有する。また、架台3は、架台枠部30、補強部31、及び、脚部32の下面において設置面2に接触している。
補強部31は、架台枠部30の各角から架台枠部30の中央に向かって延びる棒状の部材である。また、補強部31の内側に位置する端縁は、Z軸平面視において、周方向に連続している。この補強部31の内側に位置する端縁は、架台枠部30の中央に位置すると共にZ軸方向において貫通した貫通孔を規定している。脚部32は、設置面2上に広がる平板状の固定部位320と、Z軸方向において延びると共に架台枠部30の外周面と固定部位320とを接続する接続部位321と、を含む。
支持部5は、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの角度(例えば、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角や設置面2に対する太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角)を変更可能な状態で、太陽電池パネル群4を支持している。また、支持部5は、例えば、縦軸(Z軸方向において延びる部位)を回転中心として、太陽電池パネル群4の第一受光面41の方位角を変更可能である。さらに、支持部5は、例えば、横軸(X軸方向やY軸方向において延びる部位)を回転中心として、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を変更可能である。
本実施形態の支持部5は、架台3上に配置される第一支持部51と、第一支持部51と太陽電池パネル群4との間に配置される第二支持部52と、を含む。第一支持部51は、例えば、縦軸を回転中心として、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角を変更可能である。第二支持部52は、例えば、横軸を回転中心として、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を変更可能である。尚、支持部5において、第一支持部51による第一受光面41の方位角の変更や第二支持部52による第一受光面41の仰角の変更は、互いに独立して行うことができる。また、支持部5において、第一支持部51及び第二支持部52の姿勢は、互いに独立して変化することができる。
第一支持部51は、例えば、Z軸方向視において円筒形状を有すると共に上端面(Z軸方向における一方側に位置する端面)及び下端面(Z軸方向における他方側に位置する端面)がそれぞれZ軸方向視において外側に広がった鍔形状を有する枠部位510と、枠部位510の下端面の複数箇所(例えば、8箇所)からそれぞれ下方に延びる車輪部位511と、枠部位510上に載置され且つX-Y平面(X軸方向及びY軸方向を含む面)に広がる矩形板状の部材であってZ軸方向において貫通した貫通孔を有する板部位512と、板部位512の貫通孔から架台3の貫通孔までZ軸方向に挿通した軸部位513と、を有する。また、第一支持部51は、軸部位513を回転軸として枠部位510を回動可能な電動モータ(第一のアクチュエータ)と、枠部位510の位置を検出可能な回転検出器(例えば、ポテンショメータ)と、を有する。尚、第一支持部51では、枠部位510の回動時において、車輪部位511が架台枠部30の上面に沿って移動することにより、第一支持部51は架台枠部30に対して滑らかに移動する。
第二支持部52は、一端部が第一支持部51の枠部位510や板部位512に接続されると共に他端部が太陽電池パネル群4に接続された本体部位520と、設置面2に対する各太陽電池パネル群4の角度(太陽電池パネルの仰角)を一括して変更可能な(連動して変更可能な、リンクして変更可能な)リンク部位521と、リンク部位521と接続される接続部位522と、一端部が第一支持部51の板部位512に接続され他端部が接続部位522と接続された電動シリンダ(第二のアクチュエータ)523と、接続部位522と接続されると共に板部位512に固定された基台部位524(図1、図3、図4参照)と、を有する。
本体部位520は、第一支持部51の板部位512の各角部から各太陽電池パネル群4までそれぞれ伸びる棒状の部位である。具体的に、本体部位520は、第一支持部51の板部位512の各角部から反射板7を貫通して各太陽電池パネル群4まで延びている。本体部位520の延伸方向における一端部は、板部位512の各角部に固定されている。本体部位520の延伸方向における中央部は、反射板7に固定されることで、反射板7のZ軸方向における位置を固定している。本体部位520の延伸方向における他端部は、太陽電池パネル群4に固定されることで、太陽電池パネル群4のZ軸方向における位置を固定している。
電動シリンダ523は略長尺状であり、その長尺方向において伸縮可能である。本実施形態の電動シリンダ523は、完全に伸びた第一状態(図1参照)と、中程度にまで縮んだ第二状態(図3参照)と、完全に縮んだ第三状態(図4参照)との間において、連続して伸縮可能である。換言すると、電動シリンダ523は、第一状態から第三状態の間の所望の長さに伸縮可能である。本実施形態の電動シリンダ523には、電動シリンダ523の状態(電動シリンダ523の長尺方向における長さ)を検知可能なストローク長センサが設けられている。
接続部位522は、電動シリンダ523の他端部(電動シリンダ523の板部位512に接続される一端部と反対側に位置する他端部)からリンク部位521まで延びる棒状の部位である。また、接続部位522は、延伸方向における中央部において基台部位524に接続されている。接続部位522は、基台部位524との接続箇所である回転軸5220を中心に回動可能である。具体的に、接続部位522は、回転軸522を中心に図1、図3、図4における時計回りに0°から略90°まで回動可能である。より具体的に、接続部位522の回転角は、電動シリンダ523が第一状態にあるとき(図1参照)0°であるとすると、電動シリンダ523が第二状態にあるとき(図3参照)略45°となり、電動シリンダ523が第三状態にあるとき(図4参照)略90°となる。
リンク部位521は、接続部位522に接続された本体領域5210と、各太陽電池パネル群4a、4b、4cをそれぞれ支持する三つの支持領域5211と、本体領域5210と各支持領域5211とを接続する接続領域5212と、を有する。本実施形態の支持領域5211は、太陽電池パネル群4の向きを固定した状態で、太陽電池パネル群4を固定している。本実施形態の本体領域5210は、矩形枠状の部位と、長尺方向における中央に配置され且つ短手方向に延びる棒状の部位とを有する。また、本実施形態の本体領域5210には、日射量を検知する日射センサが設けられている。本実施形態の接続領域5212は、本体領域5211の矩形枠状の長尺方向における両端に位置する部位と、長尺方向における中央に配置された棒状の部位と、にそれぞれ接続されている。また、本実施形態の接続領域5212は、本体領域5210との接続箇所を回転軸として回動可能であると共に、支持領域5211に対して固定されている。このような構成により、本実施形態のリンク部位521は、接続領域5212に対して直交する位置において太陽電池パネル群4を支持している。
本実施形態のリンク部位521の姿勢は、電動シリンダ523の伸縮に応じて変化する。具体的に、電動シリンダ523が第一状態にあるとき(図1参照)、接続部位522の回転角は0°となるため、リンク部位521の姿勢は、本体領域5210がX軸方向における他端側に退避すると共に、接続領域5212が設置面2に沿った姿勢となる。また、電動シリンダ523が第二状態にあるとき(図3参照)、接続部位522の回転角は45°となるため、リンク部位521の姿勢は、本体領域5210が接続部位522の45°の回動分だけX軸方向における中央位置まで進出すると共に、接続領域5212が設置面2に対して45°傾いた姿勢となる。さらに、電動シリンダ523が第三状態にあるとき(図4参照)、接続部位522の回転角は90°となるため、リンク部位521の姿勢は、本体領域5210が接続部位522の90°の回動分だけX軸方向における一端側に進出すると共に、接続領域5212が設置面2に対して直交する姿勢となる。
以上の構成により、支持部5は、縦軸を回転中心として太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角を変化させると共に、横軸を回転中心として太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を変化させることができる。具体的に、支持部5は、第一支持部51の軸部位513を回転軸として枠部位510を回動することで、軸部位513を回転中心として太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角を変化させることができる。また、第二支持部52の電動シリンダ523を伸縮させることで、接続領域5212を回転中心として太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を変化させることができる。
本実施形態の太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルには、それぞれ発電による電力を検出するセンサが設けられている。具体的に、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルには、この太陽電池パネルの発電による現時点の電圧及び電流を検出するセンサが設けられている。
本実施形態の太陽電池パネル群4では、第一支持部51の枠部位510が回動することで、X軸方向において並ぶ三つの太陽電池パネル群4a、4b、4cに含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角(太陽電池パネル群4a、4b、4cの向く方向)がまとめて変化する。さらに、本実施形態の太陽電池パネル群4では、上述のように電動シリンダ523が伸縮することで、これら三つの太陽電池パネル群4a、4b、4cに含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角がまとめて変化する(一括で変化する)。具体的に、太陽電池パネル群4a、4b、4cに含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角は、第一支持部51の枠部位510の所定の部位の方位角が北東(45°)である状態(枠部位510の軸部位513から枠部位510の所定の部位に向かって延びる仮想線が北東に向かう状態)から、枠部位510の所定の部位の方位角が南(180°)である状態を経て、枠部位510の所定の部位の方位角が北西(315°)である状態に、軸部位513を回転中心として枠部位510が270°回動することで、北東から南を経て北西に変化する。また、太陽電池パネル群4a、4b、4cに含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角は、電動シリンダ523が第一状態にあるとき(図1参照)、接続領域5212が設置面2に沿った姿勢となるためいずれも90°となり、電動シリンダ523が第二状態にあるとき(図3参照)、接続領域5212が設置面2に対して45°傾いた姿勢となるためいずれも45°となり、電動シリンダ523が第三状態にあるとき(図4参照)、接続領域5212が設置面2に対して直交する姿勢となるためいずれも0°となる。
反射板7は、例えば、矩形状の板材を短手方向における両側で折り曲げて形成されている(図3参照)。反射板7は、例えば、設置面2に対して45°傾斜した姿勢で固定されている。反射板7のZ軸方向における位置は、例えば、支持部5に対して固定されている。本実施形態の反射板7は、短手方向における中央に位置する中央部71と、中央部71の短手方向における両側にそれぞれ位置すると共に中央部71に対して太陽電池パネル群4から遠ざかるように傾斜している端部72と、を含む。反射板7のY軸方向(短手方向)における幅は、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルのY軸方向における幅よりも狭い。尚、中央部71及び端部72はそれぞれ平坦な形状を有する。
具体的に、反射板7の表面73(設置面2と向かい合う面74と反対側の面(裏面)74、太陽電池パネル群4側に位置する面73)には、太陽光の反射率が高い塗料(高日射反射性塗料)が塗布されている。この塗料は、例えば、光の反射率が高い色(銀色、白色、黄色、薄い灰色、薄い青色等)の塗料、各種蛍光塗料、中空ビーズを含む塗料等である。
本実施形態の制御部6は、図5のブロック図に示すように、第一支持部51の電動モータや回転検出器、第二支持部52の電動シリンダ523、及び、太陽電池パネル群4の電力センサにそれぞれ接続されている。尚、本実施形態の制御部6は、支持部5における反射板7の裏側(太陽電池パネル群4と反対側)に設けられている。
本実施形態の制御部6は、自動制御により、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの角度を制御する。制御部6は、自動制御において、まず、少なくとも太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角方向を太陽光の入射方向とするよう、支持部5による第一受光面41の方位角の変更を制御する日出処理(入射角度制御)を行う。また、制御部6は、日出処理(入射角度制御)において、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角を制御すると共に、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角方向が太陽光の仰角方向に一致するよう、支持部5による第一受光面41の仰角の変更を制御する。換言すると、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の法線方向(第一受光面41の方位角方向及び第一受光面41の仰角方向からなる法線方向)が太陽光の入射方向(太陽光の方位角方向及び仰角方向からなる入射方向)に一致するよう、支持部5による第一受光面41の方位角及び仰角の変更を制御する。第一受光面41の方位角方向は、X-Y平面における方向である。第一受光面41の仰角方向は、X-Z平面における方向やY-Z平面における方向である。
さらに、制御部6は、自動制御において、日出処理(入射角度制御)を行った後、必要に応じて、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の法線方向を、第一受光面41において得られる電力である第一電力と、第二受光面42において得られる電力である第二電力との和である総電力が最大となる方向となるよう、支持部5(第一支持部51及び第二支持部52)による太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの角度変更を制御する最大角度制御を行う。具体的に、制御部6は、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの仰角や方位角を最大発電量が得られるような角度とするよう調整する最大角度制御(例えば、最大発電量が得られるように太陽電池パネルの仰角や方位角を太陽の動きに追従させて調整する追従制御である最大角度制御)を行う。より具体的に、本実施形態の制御部6は、第一支持部51の電動モータに枠部位510の回動を制御することにより、枠部位510の方位角を変化させて、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角方向を総電力が最大となる方向とする。また、本実施形態の制御部6は、電動シリンダ523を伸縮させることにより、接続部位522の姿勢(接続部位522の回動角度)を変化させて、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を変更させて、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角方向を総電力が最大となる方向とする。
本実施形態の制御部6は、各種情報の取得や出力、及び、演算を行う処理部60と、各種情報を記憶可能な記憶部61とを含む。具体的に、制御部6は、インターネットと接続するためのルータ(例えば、M2M(Machine to Machine)ルータ)、制御コントローラ(情報を取得や入力する入出力部、演算部、記憶部、アラーム(架台3や支持部5の駆動異常、発電量の異常などに関するアラーム)検知部等を含む制御コントローラ)、タッチパネルモニタ(操作、設定、モニタ(監視)可能なタッチパネルモニタ)、方位角制御コントローラ(第一支持部51を制御可能なコントローラ)、及び、仰角制御コントローラ(第二支持部52を制御可能なコントローラ)を含む。制御部6における制御コントローラは、例えば、アラーム検知部により架台3や支持部5の駆動異常、発電量の異常などを検知した場合、インターネットを介してこの異常を示すメールを、太陽光発電装置1の操作等を担当する担当者が所持する各種端末に送信する。また、制御部6は、現在時刻に関する情報も保持している。記憶部61が記憶可能な各種情報としては、太陽電池パネルの設置場所のパラメータ(例えば、この設置場所の緯度、経度、高度の情報)、所定の処理を前回行った時刻、太陽電池パネルの実際の方位角や仰角と目標とする方位角や仰角との偏差の上限設定値、処理部60による演算結果等がある。本実施形態の処理部60は、時刻情報(現在の年月日と時刻の情報)を保持している。また、本実施形態の処理部60は、制御部6のタッチパネルを介した自動制御のオンオフに関する入力や、端末(タブレット、スマートフォン、パソコン等)からのインターネットを介した自動制御のオンオフに関する入力を検知する。尚、通常、自動制御は実行され続けるが、例えば、台風などの異常時に終了される。以下、制御部6による一連の制御について、図6のフローチャートを用いて説明する。
処理部60は、自動制御を開始するための入力を検知すると、自動制御をオンし(ステップS1)、太陽電池パネルの設置場所のパラメータを取得し、記憶部61に記憶させる(ステップS2)。次に、処理部60は、時刻情報に基づいて、現在の太陽の位置(緯度、経度、高度)を計算し(ステップS3)、記憶部61に記憶させ、計算した太陽の高度が0°よりも大きいか否かを判断する(ステップS4)。尚、処理部60は、今回ステップS3を実行することで得られた太陽の高度に加えて、前回ステップS3を実行することで得られた太陽の高度も記憶部61に記憶させる。
太陽の高度が0°よりも大きい場合には(ステップS4においてYes)、処理部60は、日出であるか否かを判断する(ステップS5)。具体的に、処理部60は、例えば、前回ステップS3を実行することで得られた太陽の高度が0°以下であると共に、今回ステップS3を実行することで得られた太陽の高度が0°よりも大きい場合に、日出に該当すると判断する。一方、処理部60は、前回ステップS3を実行することで得られた太陽の高度、及び、今回ステップS3を実行することで得られた太陽の高度が、いずれも、0°よりも大きい場合に、日出に該当しないと判断する。処理部60は、日出であると判断すると(ステップS5においてYes)、日出処理(入射角度処理)を行う(ステップS6)。
本実施形態の処理部60は、日出処理において、少なくとも太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角方向が、太陽光の方位角方向(太陽光の入射方向のうち方位角成分(水平方向))と一致するよう(平行な向きとするよう)、第一支持部51を制御する。より具体的に、処理部60は、日出処理において、第一支持部51の軸部位513を回転中心として枠部位510を回転させて、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角方向を太陽光の方位角方向(水平方向)と一致するよう、第一支持部51の電動モータを制御する。また、処理部60は、日出処理として、太陽電池パネルの第一受光面41の方位角を制御すると共に、太陽電池パネルの第一受光面41の仰角方向が太陽光の入射方向のうち仰角方向に一致するよう、第二支持部52の電動シリンダ523により第一受光面41の仰角を制御する。換言すると、処理部60は、太陽電池パネルの第一受光面41の法線方向の方位角方向や仰角方向が太陽光の入射方向のうち方位角成分(水平方向)や仰角方向にそれぞれ一致するよう、支持部5による第一受光面41の角度の変更を制御する。
次に、処理部60は、現在の太陽の位置に基づいて、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角の偏差(回転検出器により取得された第一受光面41の実際の方位角と、太陽光の方位角方向と一致する第一受光面41の方位角との偏差)及び太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角の偏差(ストローク長センサにより取得された電動シリンダ523の長さから算出される第一受光面41の実際の仰角と、太陽光の入射方向と第一受光面41の法線方向が一致する場合の第一受光面41の仰角との偏差)をそれぞれ計算する(ステップS7)。処理部60は、計算により求めた2つの偏差が、いずれも、記憶部61に予め設定して記憶されている上限設定値内にあるか否かを判断する(ステップS8)。
計算により求めた太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角や仰角の偏差に上限設定値外であると判断したものがあれば(ステップS8においてNo)、第一受光面41の方位角や仰角のうち上限設定値から外れているものを、第一支持部51の電動モータや第二支持部52の電動シリンダ523を駆動して、上限設定値内になるように太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角や仰角を補正する処理(ステップS9)を、計算により求めた第一受光面41の方位角や仰角の偏差がいずれも上限設定値内になるまで繰り返す(ステップS7、S8、S9)。
計算により求めた太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角や仰角の偏差がいずれも上限設定値内にある場合(ステップS8においてYes)、処理部60は、現時刻がスキャンするタイミングであるか否かを判断する(ステップS10)。具体的に、処理部60は、前回のスキャン時刻についての情報が無い場合、今回の処理が第1回目のスキャンであるものとして、スキャンするタイミングであると判断する。また、処理部60は、前回のスキャン時刻から設定時間(任意の時間、例えば、3分~5分程度)が経過している場合にも、スキャンするタイミングであると判断する。一方、処理部60は、前回のスキャン時刻から設定時間が経過していない場合、スキャンするタイミングではないと判断する。
処理部60は、スキャンするタイミングであると判断すると(ステップS10においてYes)、日射量が一定以上あるかどうかを判断する(ステップS11)。具体的に、処理部60は、日射センサが検知した日射量に基づいて日射量が一定値以上であるか否かを判断する。
処理部60は、日射量が一定以上であると判断した場合(ステップS11においてYes)、スキャン処理を行って最大発電量となる太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の目標仰角を算出する(ステップS12)。具体的に、処理部60は、スキャン処理として、入射角度制御で向けられた太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の向き(角度、例えば、第一受光面41の仰角や、第一受光面41の仰角及び方位角)を基準角度とし、該基準角度から所定角度(以下、スキャン角度とする)だけ角度変更した際の発電量の総和が最大となる目標角度を導出し、該導出した目標角度に、第一受光面41の角度を変更する。また、処理部60は、目標角度を導出する際に、基準角度が大きくなる側(プラス側)や小さくなる側(マイナス側)に所定角度だけ太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の角度を変更する。
より具体的に、処理部60は、スキャン処理として、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の現在の仰角(太陽光の入射方向と第一受光面41の法線方向が一致する場合の第一受光面41の仰角に合わせられた仰角)から仰角が大きくなる側と仰角が小さくなる側とにスキャン角度(例えば、5°)だけ連続的に仰角を変更する(例えば、基準角度が45°であり且つスキャン角度が5°である場合、仰角を40°から50°まで変更する)よう第二支持部52の電動シリンダ523を制御し、仰角を変更する過程において、例えば、太陽電池パネル群4に設けられた電力センサ(例えば、電圧センサや電池センサ)により、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルにおける第一受光面41での発電量と第二受光面42での発電量とを、仰角を1°変更させる毎に取得する。処理部60は、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの仰角毎における第一受光面41、第二受光面42での発電量の総量(第一受光面41において得られる電力である第一電力と第二受光面42において得られる電力である第二電力との和である総電力)を記憶し(例えば、プロットし)、記憶した中で総電力が最大となる仰角(発電量の総量がピークとなる仰角)を、総電力が得られる目標仰角として導出する。処理部60は、導出した目標仰角に、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を一致させるよう、第二支持部52の電動シリンダ523を制御する(ステップS13)。
このように、処理部60は、ステップS12、S13において、太陽電池パネルを、総電力が最大となる角度になるよう支持部5を制御する最大角度制御(例えば、少なくとも、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を総電力が最大となる角度とするよう制御部6を制御する最大角度制御)を実行すると、自動制御を終了するか否かを判断する(ステップS14)。処理部60は、自動制御を終了するためのタッチパネルを介した入力やインターネットを介した入力を検知した場合、自動制御を終了すると判断する。
処理部60は、自動制御を終了しない場合には(ステップS14においてNo)、ステップS3に戻り、自動制御を終了するまで、自動制御(ステップS3~ステップS14)を繰り返すことになる。一方、処理部60は、自動制御を終了する場合には(ステップS14においてYes)、自動制御をオフして、一連の制御を終了する。
尚、処理部60は、スキャンするタイミングではないと判断した場合(S10においてNo)や日射量が一定量未満であると判断した場合(ステップS11においてNo、例えば、天候が曇りか雨であるため日射量が少ないため、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の法線方向が太陽光の入射方向に一致する場合の第一受光面41の仰角から目標仰角に変化させたとしても、この変化により増加する総電力が目標仰角を算出するために要する電力を下回ることが想定される場合)には、自動制御を終了するか否かの判断(ステップS14)に進み、必要に応じて、自動制御を繰り返す。
また、太陽の高度が0°以下である場合には(ステップS4においてNo)、処理部60は、日没であるか否かを判断する(ステップS16)。具体的に、処理部60は、例えば、前回ステップS3を実行することで得られた太陽の高度が0°より大きく且つ今回ステップS3を実行することで得られた太陽の高度が0°以下である場合に、日没に該当すると判断し、前回ステップS3を実行することで得られた太陽の高度及び今回ステップS3を実行することで得られた太陽の高度がいずれも0°以下である場合に、日没に該当しないと判断する。処理部60は、日没であると判断すると(ステップS4においてYes)、日没処理を行う(ステップS7)。具体的に、処理部60は、日没処理において、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角及び仰角を待機状態とするよう支持部5を制御する。待機状態とは、例えば、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角を南向きとすると共に、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を180°(第一受光面41を設置面2と水平な姿勢)とするような状態である。さらに、処理部60は、自動制御を終了するか否かの判断(ステップS14)に進み、必要に応じて、自動制御を繰り返す。
以上の太陽光発電装置1によれば、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの角度が、第一受光面41及び第二受光面42において発電される電力の総和を最大とする角度となるため、発電を効率的に行うことができる。
また、本実施形態の太陽光発電装置1では、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角を制御する入射角度制御の後に最大角度制御が行われるため、太陽電池パネルで発電される電力の総和を最大とする制御が迅速に行われる。
さらに、本実施形態の太陽光発電装置1では、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の法線方向を太陽光の入射方向に一致させる入射角度制御の後に、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角(設置面2に対する第一受光面41の角度)を、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41及び第二受光面42における電力の総和が最大となる角度に合わせる最大角度制御が行われるため、太陽電池パネルで発電される電力の総和を最大とする制御が迅速かつ確実に行われる。
本実施形態の太陽光発電装置1では、反射板7の表面73が高日射反射性塗料の塗布された面を含む場合、高日射反射性塗料の塗布された面が入射した太陽光のうちより多くの光を太陽電池パネルに反射する。このように、反射板7の表面73が太陽電池パネルの第一受光面41や第二受光面42に太陽光を効率的に反射するため、発電をさらに効率的に行うことができる。
本実施形態の太陽光発電装置1では、日射量が一定量以下と少ない場合に、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の法線方向と太陽光の入射方向とが一致するとき総電力が最大と想定される場合として(例えば、天候が曇りや雨の場合に、ステップS11においてNo)、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルを総電力が最大となる角度になるよう支持部5を制御する最大角度制御(目標仰角を導出するためのスキャン処理や目標仰角に太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を合わせる制御(ステップS12、S13))を行わないため、このような場合であっても最大角度制御を行う構成と比べて、発電を効率的に行いつつ、太陽電池パネルの角度の制御に要する電力を低減することができる。
また、本実施形態の太陽光発電装置1では、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を、総電力が最大となる可能性の高いと想定される「太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の法線方向と太陽光の入射方向とが一致する角度」とした(入射角度制御、ステップS7~S9)後に、実際に総電力が最大となるような角度とする(最大角度制御、ステップS12、S13)ため、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの仰角を第一受光面41の法線方向と太陽光の入射方向とが異なる角度とした後に、最大角度制御を行う構成と比べて、最大角度制御に要する電力を低減できる。
さらに、本実施形態の太陽光発電装置1では、反射板7が板材を曲げて形成されているため(例えば、端部72が中央部71に比べて太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルから遠ざかるように傾斜した状態となるよう板材を曲げて形成されるため)、反射板7が湾曲していない構成と比べて、反射板7における反射光の量を増加させることができる。また、反射板7がこのように曲がっているため、反射板7の幅が太陽電池パネルの幅よりも狭くても、反射板7が湾曲していない構成と比べて、反射板7における反射光の量を確保できる。
また、本実施形態の太陽光発電装置1では、処理部60は、日没処理において、太陽電池パネル群4の第一受光面41の方位角及び仰角を待機状態(第一受光面41の方位角を南向きとすると共に、第一受光面41の仰角を180°(第一受光面41を設置面2と水平な姿勢)とするような状態)とするため、例えば、夜間に強風が吹いたとしても、太陽電池パネル群4に強風により負荷がかかることを防ぐことができる。
尚、本発明の太陽光発電装置は、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内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。
例えば、上記実施形態の太陽光発電装置1では、制御部6は、最大角度制御において太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角を変化させていたが、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角のみを変化させたり、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角及び方位角の両方を変化させたりしてもよい。また、上記実施形態の太陽光発電装置1では、制御部6は、入射角度制御を行った後に最大角度制御を行っていたが、入射角度制御を行わずに最大角度制御のみを行ってもよい。さらに、上記実施形態の太陽光発電装置1では、入射角度制御において太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角及び仰角の両方を制御していたが、少なくとも太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角を制御すればよい。また、上記実施形態の太陽光発電装置1では、太陽の高度に応じて日没処理を行っていたが(ステップS4においてNoのとき、ステップS16、S17)、太陽の高度によらず、入射角度制御や最大角度制御を行ってもよい。このような場合においても、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルでの第一受光面41及び第二受光面42において発電される電力の総和を最大とする角度となるため、発電を効率的に行うことができる。
上記実施形態の制御部6は、自動制御のオンオフを、タッチパネルを介した入力やインターネットを介した入力により判断したが、所定のオン時刻(例えば、7時)となったときに自動制御をオンするものとし、所定のオフ時刻(例えば、19時)となったときに自動制御をオフするものとしてもよい。また、上記実施形態の制御部6は、太陽電池パネル群4に設けられた電圧センサや電流センサにより第一受光面41や第二受光面42における発電量を取得したが、別のセンサによりこのような発電量を取得してもよい。さらに、上記実施形態の制御部6は、図6のステップS11において日射量が一定量以上であるかを判断し、必要に応じて最大角度制御を行っていたが、日射量の代わりに実際の発電量(例えば、電力センサにより取得できる第一受光面41や第二受光面42における実際の発電量)が一定量以上であるかを判断し、必要に応じて最大角度制御を行ってもよい。
上記実施形態の反射板7では、その傾斜角度が固定されると共に、そのZ軸方向における位置が支持部5に対して固定されていたが、これらは固定されていなくてもよい。例えば、制御部6が反射板7の動きを制御してもよい。この場合、制御部6は、反射板7を支持部5と連動するよう制御してもよい。また、この場合、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルでの発電をより効率的に行うことができる。また、反射板7の中央b71及び端部72の少なくとも一方は湾曲していてもよい。例えば、反射板7の表面が波型形状として複数の湾曲面を有してもよいし、この表面が階段形状やダイヤモンド形状を有してもよい(複数の傾斜面を有してもよい)。この場合、反射板の表面が湾曲面や傾斜面を含む場合、湾曲面や傾斜面は入射角と異なる角度で太陽光を反射する、換言すると、太陽光を乱反射するため、太陽電池パネルの第二受光面42により多くの光を反射する。さらに、反射板7の表面が鏡面加工されていてもよく、この場合、高日射反射性塗料の塗布された面や鏡面加工がなされた面が入射した太陽光のうちより多くの光を太陽電池パネルに反射する。このように、反射板7の表面が太陽電池パネルの第一受光面41や第二受光面42に太陽光を効率的に反射するため、発電をさらに効率的に行うことができる。
各太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角や方位角は一括して変化する以外に、個別に変化してもよい。また、上記実施形態の太陽光発電装置1は、三つの太陽電池パネル群4を備えていたが、一つ、二つ、或いは、四つ以上の複数の太陽電池パネル群4を備えていてもよい。また、各太陽電池パネル群4は、三枚の太陽電池パネルを含んでいたが、一枚、二枚、或いは、四枚以上の太陽電池パネルを含んでいてもよい。
このような太陽光発電装置1の変形例の一つについて、以下、図7~図12を用いて説明する。太陽光発電装置1は、太陽電池パネル群4を一つ備える。また、太陽光発電装置1は、設置面に設置され且つ中心にZ軸方向において貫通した貫通孔が設けられた架台3と、太陽電池パネル群4の下方に設けられた反射板7と、架台3、太陽電池パネル群4、及び、反射板7にそれぞれ接続された支持部5と、を備える(図8参照)。
支持部5は、架台3の貫通孔にZ軸方向において挿通した軸部位513と、軸部位513に接続された本体部500と、反射板7や太陽電池パネル群4を支持する支持体502と、本体部500及び支持体502を接続すると共に水平方向に延びる仰角変更機器501と、を含む。また、支持部5は、軸部位513を回転軸として本体部500を回動可能な電動モータ(第一のアクチュエータ)と、本体部500の位置を検出可能な回転検出器(例えば、ポテンショメータ)と、を有する。本体部500は、水平方向に延びる(設置面に沿って広がる)平板状の部位と、平板上の部位の水平方向において対向する二箇所からそれぞれ延びる腕状の部位と、を有する。仰角変更機器501は、仰角変更機器501の中心軸を回転軸として支持体502を回動可能である。支持体502は、矩形板状の第一部位503と、第一部位503の外縁から矩形平板上の部位に対して外側に傾いた状態で(例えば、50°傾いた状態で)上方に延びる第二部位504と、第二部位504の上端縁から延び矩形枠状の第三部位505と、第三部位の角からそれぞれ中心に向かって延びる第四部位506と、第四部位506の内側の端縁から延びる矩形枠状の第五部位507と、を含む。第三部位505は、第五部位507の下方に位置しており、平面視(Z軸方向視)において第五部位507を囲むように設けられている(図7参照)。
太陽電池パネル群4は、複数の太陽電池パネル43を含んでいる。複数の太陽電池パネル43は、互いに離間した状態で配置されている。具体的に、隣り合う太陽電池パネル43の間には(例えば、二枚の太陽電池パネル43の間には)、スリット44が設けられている。太陽電池パネル群4の外縁は、支持体502の第四部位506及び第五部位507に支持されている。例えば、太陽電池パネル43の第二受光面42(反射板7と対向する面)の外縁は、第五部位507に載置された状態で固定されている(図8参照)。太陽電池パネル群4は、平面視(Z軸方向視、図7参照)において、支持体502の第三部位505よりも内側に配置されている。また、太陽電池パネル群4は、第三部位505に対して隙間をあけた状態で配置されている。具体的に、太陽電池パネル群4は、太陽電池パネル群4の全周において、第三部位505に対して隙間をあけた状態で配置されている。
太陽電池パネル43の第一受光面41の方位角は、軸部位513を回転軸として支持体502が回動することで変化可能である。また、太陽電池パネル43の第一受光面41の仰角は、仰角変更機器501の中心軸を回転軸として支持体502が回動することで変化可能である。具体的に、太陽電池パネル43の第一受光面41の仰角は、図9、図10、及び図11に示すように、設置面2に対する第一受光面41の仰角が、90°から45°を経て0°まで変化可能である。
反射板7は、支持体502に固定されると共に、支持体502を介して本体部500や太陽電池パネル群4に固定されている。そのため、反射板7は、仰角変更機器501の中心を回転軸とした支持体502の回動に連動して回動する。また、反射板7は、軸体513を回転軸とした本体部500や支持体502の回動に連動して回動する。尚、反射板7の太陽電池パネル群4に対する相対位置は、常に固定されている。
さらに、反射板7は、支持体502の四つの第二部位504の上方領域(例えば、上半分の領域)に連続して配置された第一反射パネル731と、第一反射パネル731と下方で連続し且つ四つの第二部位504の下方領域(例えば、下半分の領域)に連続して配置された第二反射パネル732と、を含む。第一反射パネル731及び第二反射パネル732は、太陽電池パネル群4と支持体502(例えば、第三部位505)との間の隙間の下方に配置されている。第一反射パネル731は、平坦な板形状である。第二反射パネル732は、上方に向かって凸になるよう湾曲した板形状である。従って、太陽電池パネル43の周囲から入射した光(太陽電池パネル43の外側に入射した光)を、第一反射パネル731や第二反射パネル732により太陽電池パネル43の第二受光面42に反射することができる(図12における一点鎖線及び二点鎖線参照)。これにより、太陽光発電装置1での発電を効率的に行うことができる。
これに加えて、反射板7は、例えば、支持体502の第一部位503における中央に配置された第三反射パネル733と、を含む。第三反射パネル733は、太陽電池パネル43の間のスリット44の下方に配置されている。具体的に、第三反射パネル733は、スリット44に沿った長尺の板形状である。第三反射パネル733の太陽電池パネル43の並び方向における幅W2は、例えば、スリット44の幅(太陽電池パネル43の並び方向における幅)W1よりも広い。第三反射パネル733の表面は、上方に向かって凸となるよう湾曲した板形状である。従って、太陽電池パネル43の間のスリット44に入射した光を、第一反射パネル731や第二反射パネル732により太陽電池パネル43の第二受光面42に反射することができる(図12における点線参照)。これにより、太陽光発電装置1での発電をより効率的に行うことができる。
この変形例に係る太陽光発電装置1の主な構成について、以下、まとめて説明する。太陽光発電装置1は、設置面2に設置された架台3と、架台3の上方に配置されると共に、表側に位置する第一受光面41及び裏面に位置する第二受光面42を有する太陽電池パネル43と、架台3の上方において、太陽電池パネル43の角度を変更可能な状態で、太陽電池パネル43を支持する支持部5と、太陽電池パネル43の下方に設置された反射板7と、を備える。この太陽光発電装置1では、太陽電池パネル43と支持部5(例えば、支持体502の第三部位)との間に、隙間が設けられている。平面視において、この隙間と反射板7の少なくとも一部が重なっている。反射板7の一部(第二反射パネル732)は、上方に向かって凸になるように湾曲している。
また、太陽光発電装置1は、複数の太陽電池パネル43を備え、複数の太陽電池パネル43の間にはスリット44が設けられている。このスリット44の下方には、反射板7の第三反射パネル73が配置されている。平面視において、スリット44と第三反射パネル73の少なくとも一部が重なっている。第三反射パネル73の上面は、上方に向かって凸になるように湾曲している。
この太陽光発電装置1も、図6のフローチャートで示した最大角度制御により制御されるため、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの角度が、第一受光面41及び第二受光面42において発電される電力の総和を最大とする角度となるため、発電を効率的に行うことができる。
また、この太陽光発電装置1においても、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の方位角を制御する入射角度制御の後に最大角度制御が行われるため、太陽電池パネルで発電される電力の総和を最大とする制御が迅速に行われる。
さらに、本実施形態の太陽光発電装置1においても、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の法線方向を太陽光の入射方向に一致させる入射角度制御の後に、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41の仰角(設置面2に対する第一受光面41の角度)を、太陽電池パネル群4に含まれる太陽電池パネルの第一受光面41及び第二受光面42における電力の総和が最大となる角度に合わせる最大角度制御が行われるため、太陽電池パネルで発電される電力の総和を最大とする制御が迅速かつ確実に行われる。
尚、反射板7の表面73の一部(例えば、第二反射パネル731)は、鏡面加工されていてもよい。また、太陽光発電装置1の太陽電池パネル43の第一受光面41の方位角や仰角の制御は、場合により自動制御ではなく手動により行ってもよい。
上記実施形態の太陽光発電装置1では、日射センサは支持部5に設けられていたが、別の箇所に設けられていてもよい。