JPH0556671B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は太陽追尾式光発電装置に係り、特にそ
の追尾装置の構造の簡素化と追尾用動力の低減と
に関する。

〔発明の背景〕

従来の光発電装置には、第３回新エネルギー産
業シンポジウム概要集（昭和58年11月）に記載の
ように、太陽電池面を真南に向け水平から約30°
傾けて設置された固定式の太陽光発電装置と、同
シンポジウム概要集に記載のように、計算機によ
り各時刻の太陽位置を算出し、太陽位置に対応し
た角度だけ駆動モーターを回転させる計算機制御
の太陽追尾式光発電装置と、昭和59年電気学会全
国大会概要集（1414ページ）に記載のように、複
数の光方向検出センサーを用いて太陽方向を検出
し、駆動モーターを回転させるセンサー追尾方式
の太陽追尾式光発電装置がある。

このうち、固定式は構造が簡単であるが、太陽
の入射方向に正しく太陽電池面が向けられていな
いため、太陽エネルギーを有効に利用できない欠
点がある。計算機制御による太陽追尾式光発電装
置は、太陽電池面が正しく太陽の入射方向に向け
られるため、太陽エネルギーを有効に利用できる
が、高価な計算機を用いること、計算結果に対応
した角度だけ回転させるために、これも高価なパ
ルスモーターあるいはサーボモーター等の回転制
御モーターが必要であること、計算機と回転制御
モーターを連結するのに制御用の入出力回路が必
要であること、通常は多数の光発電装置を少数の
計算機で制御するが、個々の光発電装置と計算機
を制御用の配線で連結する必要があるため配線長
が長くなること等で、装置が高価となる欠点があ
る。しかも、多数の追尾装置を計算機で集中制御
しているため、計算機が故障すると、多数の光発
電装置に影響が及ぶ欠点がある。

これらに対し、センサー追尾による太陽追尾式
光発電装置は、太陽を追尾し太陽エネルギーを有
効に利用でき、個々の追尾装置で分散して追尾制
御をするため、配線長が短くなること、計算機制
御のように多数の追尾装置が同時に故障停止する
ことがない長所がある。しかし、個々の追尾装置
に光センサーを備えなければならず、太陽方向の
検出とモーター駆動制御のために高価な電子回路
が必要なこと、この制御回路が曇天時に誤動作し
やすいことなどの欠点がある。

発明者のひとりは、左右または上下の太陽電池
パネルの影によつて生ずる出力差を利用してモー
ターを駆動する発明を提案したが、２枚の太陽電
池パネルの出力差をとつた場合、正しい方向に近
づくにつれで電力差が小さくなり、追尾誤差が約
5°と大きくなる。更に、モーターの駆動には約
10Wの電力が消費される。出力差をとる方法では
そのために各駆動軸ごとに２組の電池パネルを必
要とする問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、追尾装置の構造が簡単で、追
尾用電力が少なくて済み、しかも追尾精度のよい
太陽追尾式光発電装置を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、太陽の位置が一日の間に、方位が東
から西に、太陽高度が午前中は地平線から天頂方
向へ午後は天頂から地平線方向へ移動することを
太陽追尾に利用する。追尾装置本体に固定された
追尾用太陽電池パネル面上に太陽光の影を作り、
この追尾用太陽電池パネルの電気出力端子を追尾
用駆動モーターに直結する。この構成で、太陽が
移動して追尾用太陽電池パネル面上の太陽光照射
面積が増大し、追尾用太陽電池パネル出力が追尾
装置本体の駆動に充分な量に達すると、駆動モー
ターが回転し太陽を追尾する。駆動により、追尾
用太陽電池パネル上の影が増加し逆に太陽が照射
する面積が減少するため、電気出力が低下して、
装置の駆動トルクが不足する位置で駆動モーター
が停止する。この動作の繰り返しで太陽を追尾す
る。

このような構成と作動の本発明装置では、太陽
の方向を検出するための複雑な電子回路と駆動モ
ーターの回転制御回路とが不要となり、太陽追尾
装置が簡単で、装置の製作コストが大幅に低減さ
れる。

更に、追尾駆動制御が個々の装置単独で行わ
れ、しかも個々の装置自身が発生する動力を利用
して追尾がなされるから、落雷等の事故時でも安
定な発電が可能であり、装置の信頼性が向上す
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明す
る。第１図Ａは太陽を２軸の回転で追尾する太陽
追尾式光発電装置に本発明を実施した例を示す。
太陽電池集合体１の表側から見て、左側後方に東
西方向追尾用の太陽電池パネル２を設置し、上側
後方に午前中の太陽高度追尾用の太陽電池パネル
３を設置し、下側後方に午後の太陽高度追尾用の
太陽電池パネル４を設置する。東西方向追尾用の
太陽電池パネル２の出力は、東西方向駆動モータ
ー５に結線される。午前中の太陽高度追尾用の太
陽電池パネル３と午後の太陽高度追尾用の太陽電
池パネル４の出力はタイマー７に結線され、太陽
の南中時（約12時）に、それぞれの出力と極性を
切換え、午前中は太陽電池パネル３の出力で下か
ら上の方向に、午後は太陽電池パネル４の出力で
上から下の方向に太陽高度追尾用の駆動モーター
６を制御する。

太陽電池パネル面上２，３，４の太陽光の影
は、同図Ｂに示すように、太陽位置の動きによ
り、パネル面上を移動する。パネル面の太陽光の
照らす面積が増えると電気出力が増大する。この
出力が停止している個々の駆動モーター５，６を
回転させるのに充分な値に到達すると、太陽電池
集合体１が回転し、太陽を追尾する。太陽電池集
合体１に固定されている太陽電池パネル面を太陽
光が照らす面積は、この追尾動作のために減少
し、電気出力が低下する。電気出力が低下し、駆
動モーターの回転を維持するのに充分でなくなつ
た位置で、太陽電池集合体１は、停止する（第１
図Ｃ）。この停止位置が太陽の入射方向とほぼ一
致するように設定しておく。日の出前に、太陽の
入射方向に一致させて、太陽電池集合体１の面の
角度と方向を設定し待機させると、その日一日の
太陽の追尾ができる。

本実施例によれば、太陽電池パネル出力と駆動
モーターを直結あるいはタイマー切換えを介して
接続するだけの簡単な回路で太陽を追尾できるた
め、追尾制御装置が簡単になる。曇天時は太陽電
池パネル全面が影で覆われる場合に相当し、太陽
電池パネル出力が低下するため駆動モーターが停
止している。その間にも太陽の位置は移動してい
るから、晴れ間があれば追尾動作を開始する。出
力の大きな太陽電池パネルを用いると、太陽位置
と装置の追尾位置に大きなズレがある場合でも追
尾開始が可能である。例えば、駆動モーターの回
転開始に必要な電力の約1.2倍の定格出力を持つ
た太陽電池パネルであれば、太陽光の入射方向と
装置の追尾方向に30°のズレがある場合でも追尾
可能である。また、追尾制御が個々の装置単独で
行われ分散されるため、落雷等の事故でも被害は
局所的である。しかも、装置自身の発生する動力
を利用して追尾駆動が行われ、外部商用電源の停
電時でも発電が可能で装置の信頼性が向上する効
果がある。

本発明の他の実施例を第２図により説明する。
前実施例では、その日一日の追尾を行うために、
日の出前に追尾面を太陽の入射方向に向けて、追
尾待機させる必要がある。この操作をタイマー、
リミツトスイツチ、リレー等を用いて自動的に行
わせるのが本実施例である。第２図に示すよう
に、追尾の開始位置に合わせて、東西方向用のリ
ミツトスイツチ８と高度方向用のリミツトスイツ
チ９を設置する。また、それぞれの太陽電池パネ
ルは駆動モーターが動き出す場合の太陽電池パネ
ル面を太陽光が照らす面積に合わせ、太陽電池集
合体１のやや内側に設置してある。

このような設定により、追尾に充分な日射量が
ある場合は、太陽光の入射方向に追尾面（太陽電
池集合体１の面）を正確に向けることができる。
さらに、ギヤ比が１／10000〜１／20000とギヤ比
の大きな減速機１０，１１を用いると、小さな動
力で駆動可能である。この構成で、追尾駆動に要
する電力は、総発電電力の２〜３％程度で充分で
ある。追尾駆動用のモーターは高価な回転制御用
のモーターである必要はなく、通常の安価な直流
モーターでよい。

第３図と第４図は翌日の追尾開始に備え、追尾
面を自動的に反転させ、追尾面角度を追尾待機状
態に設定する制御回路を本発明に付加する実施例
である。第３図Ａは東西方向を追尾するための制
御回路で、日中は同図Ｂで示すように、インター
バルタイマー１２で、励磁コイルR₂とR₃が励磁
され、追尾と蓄電池１３の充電を繰り返す。日没
時になると、タイマー１４が作動し、励磁コイル
R₅とR₆が励磁され、日中に充電した蓄電池１３
の電力により、駆動モーター５を逆転する。追尾
面が翌日の追尾開始位置まで到達すると、リミツ
トスイツチ９が働き駆動モーター５が停止し、追
尾待機状態となる。翌日、日の出とともに日射量
が増加し、太陽電池パネル２の電気出力が駆動モ
ーター５を駆動するに充分な量に到達するととも
に追尾と蓄電池の充電の動作を繰り返す。

第４図は同様に太陽高度方向を追尾するための
制御回路である。インターバルタイマー１２Ａで
励磁コイルR₂，R₃が励磁され、追尾と蓄電池１
３Ａの充電を繰り返す。太陽の南中時（約12時）
にタイマー７により励磁コイルR₃へのコイル電
流が遮断され、午前中用の太陽電池パネル３から
午後用の太陽電池パネル４に切換えられ、追尾と
蓄電池１３Ａの充電を繰返す。日没時になるとタ
イマー１４Ａが作動し、励磁コイルR₄，R₅が励
磁され、日中に充電した蓄電池１３Ａの電力によ
り、駆動モーター６を逆転する。追尾面が翌日の
追尾開始位置まで到達すると、リミツトスイツチ
８が働き、駆動モーター６が停止し、追尾待機状
態となる。このように、追尾装置５を自動運転で
き、日中の運転中に充電した蓄電池の出力を用い
て翌日の追尾開始位置まで逆転するため、外部か
ら追尾装置への電力供給が不要となる。

第５図は本発明の２軸追尾の追尾式太陽光発電
装置の快晴時の電気出力の測定と計算結果であ
る。同図Ａに追尾した場合と30°の傾きで固定設
置した場合の快晴時の電気出力を示すが、固定設
置した場合に比べ電気出力が増加し、１日の積算
出力値で固定設置に比べ約1.5倍に増加する。ま
た、同図Ｂは追尾した場合と30°の傾きで固定設
置した場合の年間電気出力を日射量から推定した
結果を示すが、追尾した場合は、固定設置した場
合に比べ約1.3倍となり、太陽エネルギーを有効
に利用できる効果がある。

左右または上下の太陽電池パネルの影によつて
生ずる出力差を利用する従来例とは異なり、本発
明は出力の差をとらず、モーターに出力を直接入
力し駆動するため、太陽電池と供給電力を有効に
利用でき、追尾精度が約1°と良い。そのため、装
置の出力増大の一方法である集光型の追尾式光発
電装置にも応用できる。集光型の場合の日射量か
ら推定した年間の電気出力を第６図に示す。なお
集光型とは同図右上に略図で示したように、太陽
電池パネル上側面に反射面を形成して、そこから
の反射光をパネル上に集光する型式の発電装置を
いう。効率は計算機で追尾した場合の約90％であ
り、計算機追尾に比べても遜色はない。また、同
図に太陽電池の出力差で太陽追尾を行う従来例の
追尾方式の計算結果を示すが、追尾精度が約5°と
悪いため、計算機追尾した場合の68％と電気出力
が低下する。

本発明の他の実施例を第７図により説明する。
本実施例は光発電装置全体を円形の浮上体１５上
に設置し、この浮上体１５を水面上に浮上固定さ
れた円環１６内に浮かべる。この円環１６は浮き
袋１７で浮上し、いかり１８で水面上に固定され
る。浮上体１５上には太陽電池集合体１が複数枚
平行に設置され、太陽電池集合体中央の回転軸で
回転可能である。第１列の太陽電池集合体に設置
された東西方向の追尾用太陽電池パネル２の出力
で駆動用モーター５が駆動され、浮上体１５全体
が円環１６内で回転し太陽を追尾する。太陽高度
の追尾は午前中は追尾用太陽電池パネル３の出力
で駆動モーター６を駆動し、午後は追尾用電池パ
ネル４で駆動する。第２列以降の太陽高度の追尾
は連結軸１９で駆動モーター６の回転を伝えて行
う。このようにすれば、従来利用されなかつた湖
面上あるいは海洋上の太陽エネルギーを有効に利
用できる。また、装置全体が水面上に浮上してい
るから、東西方向の追尾動力が小さくてよい効果
がある。さらに、浮上体１５上の複数の太陽電池
集合体１は平行に配列され、連結軸１９で連結さ
れており、第１列の太陽電池集合体１に駆動モー
ター６と太陽高度追尾用の太陽電池パネル３，４
を設置するのみで、太陽電池集合体１の全体の太
陽高度追尾が可能となる。

なお、いずれの実施例においても、追尾してい
ないときの余分な電力は、スイツチの切換え等に
より他の装置に供給できることは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、追尾装置本体に固定された太
陽電池パネルの出力を駆動モーターに直結する構
成で太陽の追尾が可能となるため、追尾装置が簡
単になり、製作コストが低減される効果がある。
しかも、個々の装置自身の発生する動力を利用し
て追尾動作が行われるため、落雷等の事故時でも
被害は局所的であり、外部商用電源の停電時でも
安定な発電が可能で、装置の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による太陽追尾式光発電装置の
一実施例を示す図、第２図は本発明の他の実施例
を示す図、第３図は東西方向で太陽追尾するため
の制御回路の回路図、第４図は南北方向で太陽追
尾するための制御回路の回路図、第５図と第６図
は本発明の効果を示す図、第７図は本発明の他の
実施例を示す図である。 １……太陽電池集合体、２……東西方向追尾用
の太陽電池パネル、３，４……太陽高度追尾用の
太陽電池パネル、５，６……追尾駆動用モータ
ー、７……タイマー、８，９……リミツトスイツ
チ、１０，１１……減速器、１２……インターバ
ルタイマー、１３……蓄電池、１４……タイマ
ー、１５……浮上体、１６……円環、１７……浮
き袋、１８……いかり、１９……連結軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 太陽電池セルの集合体で構成される太陽電池
   集合体面が太陽光の入射方向を駆動モーターによ
   り追尾し電気出力を発生する太陽追尾式光発電装
   置において、 太陽が移動して追尾用太陽電池パネル面上の太
   陽光照射面積が増大し前記追尾用太陽電池パネル
   の出力が駆動に十分な量に達すると前記駆動モー
   ターが回転する一方で追尾により前記追尾用太陽
   電池パネルへの太陽光照射面積が減少すると前記
   駆動モーターが停止するように前記太陽電池集合
   体の部分的に影となる位置に前記追尾用太陽電池
   パネルを設置し、 当該追尾用太陽電池パネルの出力を前記駆動モ
   ーターに直結した ことを特徴とする太陽追尾式光発電装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、 前記追尾が東西方向と南北方向との２軸で行わ
   れ、 東西方向追尾用に太陽電池集合体左側に前記追
   尾用太陽電池パネルを設置し、 南北方向で午前の追尾用として太陽電池集合体
   上側にまた午後の追尾用として同じく下側に前記
   追尾用太陽電池パネルを設置した ことを特徴とする太陽追尾式光発電装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、 日没時に作動し、前記駆動モーターを逆転させ
   翌日の日の出を待機する位置に太陽電池集合体を
   戻すタイマーリレーを備えたことを特徴とする太
   陽追尾式光発電装置。 ４ 特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一
   項において、 光発電装置全体が円形の浮上体上に設置され、
   浮上体全体の回転により東西方向の太陽追尾を行
   うように前記浮上体が水面上に固定された円環内
   に浮ぶことを特徴とする太陽追尾式光発電装置。 ５ 特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一
   項において、 太陽追尾が間欠的になされ、 追尾していない期間中は前記追尾用太陽電池パ
   ネルの電力も負荷装置に供給する切換え手段を備
   えたことを特徴とする太陽追尾式光発電装置。