JPH0814885A - 太陽光方向検知装置及び太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造でありながら太陽高度や照度を検
知することのできる太陽方向検知装置、及び、それを有
する高効率の発電装置を提供する。 【構成】 本発明の太陽光方向検知装置に太陽光を当て
ると、陰影形成部材８の影が発電素子パネル１上に落
ち、影の部分となった発電素子１０の発電出力は低下す
る。この発電出力低下により、陰影形成用棒状部材８の
陰影を検知し、それから太陽光の方向（太陽の角度、方
位）を検知できる。また、陰影の当っている部分以外の
発電素子の出力から太陽光の照度を検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池や空調機の制
御に有用な太陽光方向や太陽光照度を検知する太陽光方
向検知装置及びそれを有する太陽光発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽光発電を行うソーラーパネルは、家
屋の屋上等に設置して固定され、その時の太陽光の強度
と角度に応じた発電を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のソーラーパネル
は、太陽高度等の変化があっても、ソーラーパネル自身
は角度を変更しないため、必ずしも最大出力で運転され
ているわけではない。また、太陽高度や照度を検知する
簡便な検知装置もなかった。

【０００４】本発明は、簡単な構造でありながら太陽高
度や照度を検知することのできる太陽方向検知装置、及
び、それを有する高効率の発電装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明に係る太陽光方向検知装置は、
太陽光によって発電する複数の発電素子が略同一平面上
に配設されると共に、その受光面側に陰影形成用棒状部
材が立設されてなる発電素子パネルと、前記発電素子パ
ネルに太陽光が入射し、前記陰影形成用棒状部材の陰影
が当該発電素子パネル面上に形成された際に、前記発電
素子の出力電圧を基に陰影が形成された発電素子を判定
する陰影位置判定手段と、前記陰影位置判定手段により
陰影が形成されたと判定された発電素子の位置と、前記
陰影形成用棒状部材の長さとから太陽高度を算出する太
陽高度算出手段と、を具備してなるものである。

【０００７】特に、陰影位置判定手段は、前記発電素子
パネルの各発電素子の出力電圧を順次検知する電圧検知
手段と、前記電圧検知手段により検知された電圧と判定
値とを比較することによって陰影発生の有無を判定する
陰影発生判定手段と、を具備してなるものが好適であ
る。

【０００８】請求項３記載の発明に係る太陽光発電装置
は、太陽光によって発電する複数の発電素子が略同一平
面上に配設されると共に、その受光面側に陰影形成用棒
状部材が立設されてなる方向検知用発電素子パネルと、
太陽光によって発電する複数の発電素子が略同一平面上
に配設されてなる電力用発電素子パネルと、前記方向検
知用発電素子パネルに太陽光が入射し、前記陰影形成用
棒状部材の陰影が当該発電素子パネル面上に形成された
際に、前記発電素子の出力電圧を基に陰影が形成された
発電素子を判定する陰影位置判定手段と、前記陰影位置
判定手段により陰影が形成されたと判定された発電素子
の位置と、前記陰影形成用棒状部材の長さとから太陽高
度を算出する太陽高度算出手段と、前記電力用発電素子
パネルの傾斜角度を検出する傾斜検出手段と、前記電力
用発電素子パネルの傾斜角度が前記太陽高度算出手段に
より算出された太陽高度に一致するように前記傾斜検出
手段の検知出力と太陽高度算出手段の算出結果とに基づ
いて前記電力用発電素子パネルの太陽に対する向きを変
える方向変更手段と、を具備してなるものである。

【０００９】

【作用】本発明の太陽光方向検知装置に太陽光を当てる
と、陰影形成部材の影が発電素子パネル上に落ち、影の
部分となった発電素子の発電出力は低下する。この発電
出力低下により、陰影形成用棒状部材の陰影を検知し、
それから太陽光の方向（太陽の角度、包囲）を検知でき
る。また、陰影の当っている部分以外の発電素子の出力
から太陽光の照度を検知できる。

【００１０】本発明の太陽光発電素子には、光を電気に
変換する種々の素子を用いることができる。一例とし
て、アモルファスシリコン、単結晶シリコン等を用いた
素子を挙げることができる。

【００１１】また、本発明の太陽光発電装置において
は、太陽光の方向（高度・方位）に合わせて、一般的に
は発電流を最大とすべく、発電パネルの面と太陽光とが
できるだけ直角になるように、太陽光発電パネルの設置
角度をコントロールしてやれば、その時々の状況に合わ
せて最適の発電を行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る太陽方向照度検知装置の
一実施例について、図１ないし図３を参照しつつ説明す
る。ここで、図１は本発明に係る太陽光方向照度検知装
置の一構成例を示す構成図、図２は本実施例における太
陽方向照度検知装置に使用されるＣＰＵにより実行され
る太陽高度算出処理の手順を示すフローチャート、図３
は太陽高度算出の基本概念を説明するための概念図であ
る。なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定
するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変す
ることができるものである。

【００１３】本実施例における太陽方向照度検知装置
は、発電素子パネル１と、マトリックススイッチ回路２
と、アナログ・ディジタル変換器３と、ＣＰＵ４と、Ｒ
ＯＭ５と、ＲＡＭ６と、インターフェイス回路７と、に
大別されてなるものである。発電素子パネル１は、例え
ば、シリコン単結晶等からなる複数の発電素子１ａを同
一平面上に配設してなり、太陽光を受けることによって
電圧を発生する公知・周知の構成を有するものである。

【００１４】本実施例においては、この発電素子パネル
１の略中央部に、長さＬa の陰影形成用棒状部材として
の指示柱８がこの発電素子パネル１に略垂直に立設され
ている。したがって、この発電素子パネル１を屋外に設
置することによって、太陽９がある場合には、発電素子
パネル１に指示柱８の陰影１０が形成されることとなり
（図１参照）、この陰影１０が生じた発電素子１ａを識
別することにより、後述するようにして太陽高度を知る
ことができるようになっている。そして、この太陽高度
は、発電素子パネル１の発電効率が最上となるように、
発電素子パネル１を常に太陽９へ向ける等の制御に供す
ることができるものである。

【００１５】マトリックススイッチ回路２は、いわゆる
マトリクッス状に構成されたスイッチ回路であって、Ｃ
ＰＵ４の制御に応じて各発電素子１ａの出力電圧信号を
順にアナログ・ディジタル変換器３に出力するようない
わゆるスイッチング動作を行うようになっているもの
で、この回路自体は公知・周知の構成を有するものであ
る。

【００１６】アナログ・ディジタル変換器（図１におい
て「Ａ／Ｄ」と略記すると共に、以下「Ａ／Ｄ変換器」
と言う。）３は、上述のようにしてマトリックススイッ
チ回路２を介して入力された各発電素子１ａのアナログ
出力電圧信号をディジタル値に変換する公知・周知の構
成を有するものである。ＣＰＵ４は、ＩＣ化されたいわ
ゆるマイクロコンピュータであり、ＲＯＭ５に記憶され
た制御プログラムを実行することにより、後述するよう
な太陽高度の演算等の処理を行うものである。

【００１７】ＲＡＭ６は、ＣＰＵ４にディジタル値で読
み込まれた各発電素子１ａの出力電圧データを一時的に
記憶する記憶素子である。また、インターフェイス回路
（図１においては「Ｉ／Ｆ」と略記）７は、ＣＰＵ４に
より算出された太陽高度等のデータを外部回路へ伝達す
るため外部回路とのインターフェイスを図るためのもの
である。

【００１８】図２には、上述したＣＰＵ４による太陽高
度算出処理の手順を説明するためのフローチャートが示
されており、以下、同図を参照しつつその内容について
説明する。先ず、ＣＰＵ４がＲＯＭ５から制御プログラ
ムを読み込むことにより、制御動作を開始し、初めに各
発電素子１ａの出力電圧信号の読み込みが行われる（図
２のステップ１００）。具体的には、ＣＰＵ４の制御信
号に応じてマトリックススイッチ回路２が各発電素子１
ａの出力端子を順に走査して各出力電圧を順にＡ／Ｄ変
換器３へ入力する。そして、Ａ／Ｄ変換器３によりディ
ジタル量に変換された各発電素子１ａの出力電圧値が順
にＣＰＵ４に読み込まれ、さらに、各データはＲＡＭ６
に記憶されることとなる。

【００１９】上述のようにして各発電素子１ａの出力電
圧が読み込まれた後は、指示柱８の陰影１０が発電素子
パネル１のいずれの発電素子１ａに生じているかがＲＡ
Ｍ６に記憶された各発電素子１ａの出力電圧データに基
づいて決定される（図２のステップ１０２）。すなわ
ち、発電素子パネル１に太陽光が照射されている時の発
電素子１ａの標準的な出力電圧値を、各発電素子１ａの
電気的仕様に基づいて或いは実測データに基づいて定め
ておき、先にＲＡＭ６に記憶された各発電素子１ａの現
実のデータをこの標準出力値と比較することで、いずれ
の発電素子１ａに陰影１０が生じているかを決定する。

【００２０】次に、この陰影１０が生じた発電素子１ａ
の位置データ及び指示柱８の長さＬa に基づいて太陽高
度が算出されることとなる（図２のステップ１０４）。
この太陽高度の算出は、基本的に図３に示されたような
概念に基づいて行われるものである。すなわち、太陽光
により発電素子パネル１に指示柱８の陰影が生じたとす
ると、先ず、その陰影が生じた発電素子１ａの位置デー
タを基に、指示柱８の基部から陰影１０の頂部までの距
離Ｌb を求める。そして、距離Ｌb と指示柱８の長さＬ
a とを用いて、ｔａｎΦ＝Ｌa ／Ｌb との関係より太陽
高度は、角度Φとして求められる。

【００２１】上述のようにして求められた太陽高度は、
インターフェイス回路７を介して外部の装置（例えば、
太陽高度に応じて発電素子パネル１の太陽に対する傾斜
を変えるための制御装置等）へ出力されることとなる。
尚、上述のように求められた太陽高度は、必ずしもイン
ターフェイス回路７を介して外部へ出力する必要はな
く、この太陽高度を利用して制御を行おうとする制御対
象の制御に必要な処理（ＣＰＵ４による制御プログラム
の実行）を行って、インターフェイス回路７を介してそ
の制御対象に適した制御信号として出力するようにして
もよい。

【００２２】上述の実施例において、電圧検知手段はマ
トリックススイッチ回路２、Ａ／Ｄ変換器３及びＣＰＵ
４並びに図２のステップ１００の実行により実現され、
また、陰影発生判定手段はＣＰＵ４及び図２のステップ
１０２の実行により実現され、さらに、太陽高度算出手
段はＣＰＵ４及び図２のステップ１０４の実行により実
現されている。

【００２３】図４には第２の実施例における一構成例
が、図５には図４に示された制御部の一構成例を示す構
成図が、図６には第２の実施例における制御の手順を示
すフローチャートが、それぞれ示されており、以下、こ
れらの図を参照しつつ第２の実施例について説明する。
尚、先の図１及び図２で示された構成要素と同一のもの
については、同一の符号を付してその説明を省略し、以
下、異なる点を中心に説明することとする。

【００２４】先ず、図４には太陽光発電装置の一構成例
が示されている。すなわち、この太陽光発電装置は、家
屋の屋根１１の上に配設された方向検知用発電素子パネ
ルとしての発電素子パネル１と、これとは別に設けられ
た電力用発電素子パネルとしての大型の発電素子パネル
（以下、「大型発電素子パネル」と言う。）１２と、こ
の大型発電素子パネル１２の太陽に対する向きを変える
モータ１３と、モータ１３の駆動を制御する制御部１４
と、を主たる構成要素としてなるものである。この太陽
光発電装置は、大型発電素子パネル１２で得られた太陽
光による電力を、例えば図示しない蓄電池を充電しつ
つ、インバータにより交流電源に変換して屋内の各種交
流電源を要する電気機器に供給するためのものである。

【００２５】この太陽光発電装置は、先の太陽方向照度
検知装置を利用し、大型発電素子パネル１２を制御部１
４の制御により常に太陽の方向へ向るようにして、その
発電効率が常に高く維持できるようになっているもので
ある。

【００２６】すなわち、制御部１４は、その内部に先の
太陽方向照度検知装置が含まれてなるもので、さらに、
この太陽方向照度検知装置の出力データと、大型発電素
子パネル１２の傾斜方向を検知するセンサ（図示せず）
のセンサ信号とに基づいて、大型発電素子パネル１２に
常に太陽光が略垂直に当たるように、モータ１３を駆動
して大型発電素子パネル１２の太陽に対する傾斜角度を
変えるようになっているものである。

【００２７】図５には制御部１４の一構成例が示されて
おり、以下、同図を参照しつつその構成について説明す
る。この制御部１４は、一部に先の太陽光照度検知装置
をなす構成要素を含んでおり、その部分については再度
の説明を省略し、以下、太陽光発電装置として新たに加
えられた構成部分について説明することとする。

【００２８】すなわち、制御部１４は、インターフェイ
ス回路７を介してＣＰＵ４からの制御信号によりモータ
１３の駆動を行うモータ駆動回路１５、モータ１３の回
転量を検知する傾斜検出手段としての回転量検知センサ
１６と、この回転量検知センサ１６の出力信号をアナロ
グ・ディジタル変換するアナログ・ディジタル変換器
（図５において「Ａ／Ｄ」と略記すると共に、以下「Ａ
／Ｄ変換器」と言う。）１７と、を有している。

【００２９】モータ１３は、モータ駆動回路１５により
正逆回転自在になっており、その回動力は直接或いは図
示されない機構部分を介して大型発電素子パネル１２に
伝達されるようになっており、これにより大型発電素子
パネル１２は太陽に対する傾斜を変え得るようになって
いる。回転量検知センサ１６は、モータ１３の回動量を
検出するもので、例えば、ポテンショメータ等が用いら
れる。そして、予めこの回転量検知センサ１６の出力値
と大型発電素子パネル１２の傾斜角との関係を測定して
おくことにより、ＣＰＵ４におけるソフトウェア処理に
よって、大型発電素子パネル１２の傾斜角度を認識でき
るようになっている。

【００３０】図６には、ＣＰＵ４により実行される本装
置の制御の流れを示すフローチャートが示されており、
以下、同図を参照しつつその内容を説明する。先ず、図
６のステップ１００ないし１０４までの各処理は、先に
図２で説明した処理内容そのものであるので、ここでの
再度の説明は省略し、ステップ１０６以下の各処理内容
について以下説明することとする。

【００３１】太陽高度が算出された（図６のステップ１
０４）後は、ＣＰＵ４に大型発電素子パネル１２の傾斜
角度が読み込まれる（図６のステップ１０６）。すなわ
ち、回転量検知センサ１６の出力信号がＡ／Ｄ変換器を
介してＣＰＵ４へ読み込まれると同時に、回転量検知セ
ンサ１６の出力値と大型発電素子パネル１２の実際の傾
斜角度との対応関係がこれを記憶しているＲＯＭ５から
ＣＰＵ４へ読み込まれる。

【００３２】尚、発電素子パネル１は、屋根１１に沿っ
て設置されているため、水平からのずれを太陽高度の算
出（図６のステップ１０４）際に考慮に入れる必要があ
る。そして、ＣＰＵ４内では、このとき実際に読み込ま
れた回転量検知センサ１６の出力値とＲＯＭ５から読み
込まれた回転量検知センサ１６の出力値と傾斜角度との
対応関係とを比較することにより、この時点における傾
斜角度が決定されることとなる。

【００３３】次に、ステップ１０４により求められた太
陽高度と、ステップ１０６により求められた傾斜角度と
を比較することにより、大型発電素子パネル１２がその
面に略垂直に太陽光が当たるような傾斜角度に設定され
ているか否かが判定され（図６のステップ１０８）。そ
して、傾斜角度が太陽高度に一致していると判定された
場合には、モータ１３を駆動して大型発電素子パネル１
２の傾斜角度を変える必要がないので、一連の処理を終
了することとなる。

【００３４】一方、大型発電素子パネル１２の傾斜角度
が太陽高度に一致していないと判定された場合には、Ｃ
ＰＵ４からインターフェイス回路７を介してモータ駆動
回路１５に対して動作開始のための制御信号が入力され
る結果、モータ駆動回路１５によりモータ１３が作動
し、大型発電素子パネル１２の傾斜角度が変えられるこ
ととなる（図６のステップ１１０）。なお、この場合、
ＣＰＵ４からモータ駆動回路１５へ出力される制御信号
は、太陽高度と傾斜角度との差に基づいて決定されるモ
ータ１３の駆動量（回動量）及びモータ１３の回転方向
を指定するためのものである。

【００３５】そして、モータ１３の駆動の後、ステップ
１０６へ戻り、再び回転量検知センサ１６による傾斜角
度の判定が行われることにより、最終的には大型発電素
子パネル１２の傾斜角度が太陽高度に一致し、大型発電
素子パネル１２には太陽光が略垂直に入射することとな
り、発電効率が最も高い状態に維持されるようになって
いる。

【００３６】なお、図４にはこの様子が概略的に示され
ており、同図は、太陽光がイの方向から入射する場合、
大型発電素子パネル１２は、同図において太陽光イの脇
から引かれた細い実線で示された位置となり、また、太
陽光がロの方向から入射する場合、大型発電素子パネル
１２は、同図において太陽光ロの脇から引かれた細い実
線で示された位置となることを、それぞれ表しているも
のである。

【００３７】上述の実施例において、方向変更手段は、
ＣＰＵ４、インターフェイス回路７、モータ駆動回路１
５及びモータ１３並びに図６のステップ１０８，１１０
の実行により実現されている。

【００３８】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
太陽光によって発電する発電素子からなる発電素子パネ
ルに生じる陰影形成用棒状部材の陰影の位置を発電素子
の出力電圧により検知し、その発電素子の位置と陰影形
成用棒状部材の長さに基づいて太陽高度を算出できるよ
うにしたので、比較的簡素な構成で手軽に太陽高度を得
ることができるものである。また、太陽光発電装置は、
方向検知用の発電素子パネルを用いて太陽高度を検知
し、電力用発電素子パネルの向きをこの検知された太陽
高度に合うように構成することにより、電力用発電素子
パネルは常に最大の発電効率を発揮でき、太陽の有効利
用が可能となるという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽方向照度検知装置の一実施例
における構成例を示す構成図である。

【図２】本実施例における太陽方向照度検知装置に使用
されるＣＰＵにより実行される太陽高度算出処理の手順
を示すフローチャートである。

【図３】太陽高度算出の基本概念を説明するための概念
図である。

【図４】本発明に係る太陽光発電装置の一実施例におけ
る構成例を示す構成図である。

【図５】本実施例における制御部の一構成例を示す構成
図である。

【図６】制御部により実行される本装置の動作制御の手
順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…発電素子パネル １ａ…発電素子 ２…マトリックススイッチ回路 ４…ＣＰＵ ８…指示柱 １０…陰影 １２…大型発電素子パネル １３…モータ １４…制御部 １５…モータ駆
動回路 １６…回転量検知センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽光によって発電する複数の発電素子
   が略同一平面上に配設されると共に、その受光面側に陰
   影形成用棒状部材が立設されてなる発電素子パネルと、 前記発電素子パネルに太陽光が入射し、前記陰影形成用
   棒状部材の陰影が当該発電素子パネル面上に形成された
   際に、前記発電素子の出力電圧を基に陰影が形成された
   発電素子を判定する陰影位置判定手段と、 前記陰影位置判定手段により陰影が形成されたと判定さ
   れた発電素子の位置と、前記陰影形成用棒状部材の長さ
   とから太陽高度を算出する太陽高度算出手段と、 を具備することを特徴とする太陽光方向検知装置。
2. 【請求項２】 陰影位置判定手段は、前記発電素子パネ
   ルの各発電素子の出力電圧を順次検知する電圧検知手段
   と、 前記電圧検知手段により検知された電圧と判定値とを比
   較することによって陰影発生の有無を判定する陰影発生
   判定手段と、 を具備することを特徴とする請求項１記載の太陽光方向
   検知装置。
3. 【請求項３】 太陽光によって発電する複数の発電素子
   が略同一平面上に配設されると共に、その受光面側に陰
   影形成用棒状部材が立設されてなる方向検知用発電素子
   パネルと、 太陽光によって発電する複数の発電素子が略同一平面上
   に配設されてなる電力用発電素子パネルと、 前記方向検知用発電素子パネルに太陽光が入射し、前記
   陰影形成用棒状部材の陰影が当該発電素子パネル面上に
   形成された際に、前記発電素子の出力電圧を基に陰影が
   形成された発電素子を判定する陰影位置判定手段と、 前記陰影位置判定手段により陰影が形成されたと判定さ
   れた発電素子の位置と、前記陰影形成用棒状部材の長さ
   とから太陽高度を算出する太陽高度算出手段と、 前記電力用発電素子パネルの傾斜角度を検出する傾斜検
   出手段と、 前記電力用発電素子パネルの傾斜角度が前記太陽高度算
   出手段により算出された太陽高度に一致するように前記
   傾斜検出手段の検知出力と太陽高度算出手段の算出結果
   とに基づいて前記電力用発電素子パネルの太陽に対する
   向きを変える方向変更手段と、 を具備することを特徴とする太陽光発電装置。