JPS6176848A - 太陽追尾式光発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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は水平から約３０６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−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、計算機と回転餠御モーターを連
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１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Ｑで故障すると、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
が短かくなること、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１
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
影によっ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
った場合、正しい方向に近づくにつれて電力差が小さく
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、しかし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６
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、太陽が移動してパネル面上
の太陽光照射面積が増大し、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
太陽光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１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（５・、−２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１ｔｌ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４，５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った位置で、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１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−日
の太陽の追尾ができる。

本実施例によれば、太１１１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１例えば、駆動モーターの回転開始に必要な
電力の約１．２倍の定格出方を持っ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
時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おれ、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−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。

リミットスイッチ、リレー等を用いて自動的に行すせる
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、東西方向用のリミットスイ
ッチ８と高度方向用のリミットスイッチ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である。

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の而
）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器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１通常の安価な直流モーターでよい。

第３図と第４図は自動的に翌日の追尾開始に備え、追尾
面を反転させ、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１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Ｒ
２とＲ１が励磁され、追尾と蓄電池１３の充電を繰り返
す０日没時になると、タイマー１４が作動し、励磁コイ
ルＲ３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、リミット
スイッチ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１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
，Ｒ，が励磁され、追尾と蓄電池１３Ａ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Ｒ１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ノλ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Ｒ，，Ｒ。

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。追尾面か翌日の追尾開始
位置まで到達すると、リミットスイッチ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１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Ｈ［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って生ずる出
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１ａ
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丘には太陽
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
なかっ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６
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、スイッ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６

【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・・・東西方向追尾用の穴
場　　。 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・・・リミットスイッチ、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、１
９・・・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、この装置に固定され部分的
   に影となつた追尾用太陽電池パネルの出力を駆動モータ
   ーに直結し、太陽が移動してパネル面上の太陽光照射面
   積が増大しパネルの出力が駆動に充分な量に達すると駆
   動モーターが回転して太陽を追尾する一方、追尾により
   パネルへの太陽光照射面積が減少すると駆動モーターが
   停止する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、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
   集合体左側に追尾用パネルを設置するとともに、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追尾用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、日没時に作動する
   タイマーリレーを有し、このタイマーリレーにより前記
   駆動モーターが逆転して翌日の日の出を待機する位置に
   太陽電池集合体を戻すことを特徴とする太陽追尾式光発
   電装置。 ４、上記特許請求の範囲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、この浮上体が
   水面上に固定された円環内に浮び、円環内での浮上体全
   体の回転により東西方向の太陽追尾を行うことを特徴と
   する太陽追尾式光発電装置。 ５、上記特許請求の範囲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追尾用
   太陽電池パネルの電力も負荷装置に供給することを特徴
   とする太陽追尾式光発電装置。