WO2014091990A1 - 光発電装置 - Google Patents

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WO2014091990A1
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incident
photovoltaic device
module
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達也 千賀
達雄 丹羽
巧 斉藤
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株式会社ニコン
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Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic device.
  • a concentrating solar power generation device is known (see Patent Document 1).
  • the position of the sun is calculated based on the installation position of the concentrating solar power generation device and date information, and is collected toward the sun position.
  • Drive control for directing the optical optical system is performed.
  • the condensing optical system cannot be directed in an appropriate direction due to the influence of the installation position error of the device, the displacement of the device, the deflection of the device, etc. There is a fear.
  • the photovoltaic power generation apparatus includes a condensing module that condenses and deflects light incident on the first incident surface to guide the light to the condensing surface, and light guided to the condensing surface.
  • a photoelectric conversion element that generates electric power by photoelectric conversion
  • an attitude control unit that detects the output current of the photoelectric conversion element and controls the attitude of the condensing module so as to maximize the output current.
  • the module has a light guide efficiency that guides light to the light collecting surface gently with respect to a change in the incident angle of the incident light in the first direction of the first incident surface, and the first direction orthogonal to the first direction of the incident surface.
  • the light guide efficiency changes more sensitively than a change in light guide efficiency with respect to a change in incident angle of incident light in the first direction.
  • the attitude control unit controls the condensing module by rotating it around any one axis.
  • the attitude control unit starts the attitude control of the light collecting module based on the time change of the current value of the current. .
  • the posture control unit has a value obtained by time-differentiating the current value of the current to be a predetermined negative value or less.
  • the condensing module condenses the light incident on the first incident surface and emits the light from the output surface. It is preferable to include a member and a second prism member that guides light emitted from the emission surface of the first prism member to the light collection surface.
  • a plurality of condensing structures extending in the first direction are provided side by side in the second direction on the first incident surface of the first prism member.
  • a plurality of deflection structures extending in the first direction are arranged in the second direction on the emission surface of the first prism member, and the second prism member receives the second light that is emitted from the first prism member.
  • An incident surface, an inclined reflecting surface that intersects the second incident surface and the first end at an acute angle, and a condensing surface that is in contact with the second incident surface and the inclined reflecting surface at a second end opposite to the first end It is preferable to have.
  • the attitude control unit is in any one of the directions including the first direction and the normal of the first incident surface of the light collecting module. It is preferable to control the posture of the condensing module so that light enters from the first to the first incident surface, so that the posture of the condensing module is set to a posture where the output current is maximized.
  • a plurality of light collecting modules are provided, and the attitude control unit includes a first direction and a perpendicular to the first incident surface of the light collecting module.
  • the attitude control unit rotates the condensing module about the drive shaft extending in the first direction. It is preferable to control the attitude of the light collecting module.
  • the attitude control unit extends in a third direction orthogonal to the first direction and orthogonal to the second direction.
  • the attitude control unit further includes a gantry on which the light collecting module is installed, and the attitude control unit extends in the vertical direction. It is preferable to control the attitude of the light collecting module by rotating the gantry around the center.
  • at least one pair of concentrating light condensing modules among the plurality of condensing modules has a first end and a second end. The end positions are preferably 180 ° different from each other.
  • the first condensing module and the second condensing module in which the positions of the first end and the second end are different from each other by 180 °. It is preferable to have the same number.
  • the attitude control unit is configured to change the incident angle of sunlight due to the sun performing a diurnal motion for a predetermined time every predetermined time.
  • the attitude of the light collecting module can be changed within a large angle range, the output current during the attitude change can be detected, and the attitude of the light collecting module can be controlled to the attitude where the output current during the attitude change is maximized.
  • the photovoltaic power generation device further includes a solar position calculation unit that calculates the position of the sun based on the installation position of the photovoltaic power generation device.
  • the attitude of the condensing module corresponding to the position of the sun calculated by the solar position calculation unit is corrected based on the output current of the photoelectric conversion element, and the attitude of the condensing module is controlled so that the corrected attitude is obtained. It is preferable to do.
  • the photovoltaic device according to the present invention can direct the condensing optical system in an appropriate direction regardless of the influence of the installation position error of the device, the deviation of the device, the deflection of the device, and the like.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention. It is a side view which shows the installation state of the photovoltaic device by one embodiment of this invention. It is a block block diagram of the photovoltaic device by one embodiment of this invention. It is a schematic block diagram which shows one structural example of a photovoltaic module. It is a figure which shows the light guide efficiency of a photovoltaic module. It is a flowchart regarding the attitude
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of unit rows 10 are installed on a gantry 102.
  • FIG. 1 illustrates the Lx axis, the Ly axis, and the Lz axis along three sides of the rectangular parallelepiped base 102 that are orthogonal to each other.
  • Each of the plurality of unit rows 10 is arranged side by side in the Lx axis direction, and includes a plurality of photovoltaic modules 100 and a driving device 110, respectively.
  • the drive device 110 includes drive shafts 111 extending in parallel to each other in the Ly axis direction.
  • the plurality of photovoltaic modules 100 are respectively arranged along the drive shaft 111 so as to be in the same direction.
  • the drive device 110 rotates the drive shaft 111 to drive the photovoltaic module 100 to rotate around the Ly axis.
  • FIG. 2 is a side view showing the installation state of the photovoltaic device 1.
  • the gantry 102 of the photovoltaic device 1 is installed on the installation surface 200, and the Ly axis direction of the photovoltaic device 1 forms a predetermined inclination angle ⁇ 1 with respect to the installation surface 200. That is, in the photovoltaic device 1, the gantry 102 is in a fixed state, and the photovoltaic module 100 is rotatable only around the Ly axis.
  • the position of the sun is calculated based on the latitude and longitude of the photovoltaic power generation device and the date, time, and time information, and the sun's diurnal motion and median altitude change are tracked.
  • Drive control is performed to drive the incident surface of sunlight.
  • the tilt angle ⁇ 1 and the rotation angle of the drive shaft 111 are adjusted according to the calculated position of the sun. In an ideal environment where no error or secular change occurs, it was possible to track the sun appropriately even with a method of tracking according to the calculated position of the sun.
  • the photovoltaic power generation apparatus may be bent or distorted due to secular change or impact, or the installation surface 200 may be displaced due to aging or a natural disaster.
  • the condensing magnification of the condensing optical system that collects sunlight is high (for example, 500 times or more)
  • there is a decrease in power generation efficiency due to an error in the installation position of the device, displacement of the device, deflection of the device, etc. Appears prominently and may reduce power generation efficiency.
  • the photovoltaic device 1 monitors the current output by photoelectrically converting sunlight, and directs the light-receiving surface of the photovoltaic module 100 in the direction in which the output current is maximized. Tracking with high robustness against misalignment and device deflection.
  • FIG. 3 is a block configuration diagram of the photovoltaic device 1.
  • the photovoltaic device 1 includes a plurality of unit rows 10, a power conditioner 20, a CPU 30, a ROM 40, a RAM 50, an A / D conversion circuit 60, and the like. Is provided.
  • the unit row 10 includes a plurality of photovoltaic modules 100 and a driving device 110.
  • the photovoltaic module 100 includes a first prism member 101, a second prism member 102, and a photoelectric conversion element 103.
  • FIG. 3 a plurality of unit rows 10 and photovoltaic modules 100 are shown one by one for simplification of the drawing.
  • the first prism member 101 and the second prism member 102 are used in combination, and collect sunlight on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 103 as described later.
  • the photoelectric conversion element 103 photoelectrically converts the collected sunlight and outputs a current toward the power conditioner 20.
  • the power conditioner 20 converts the output current of the photoelectric conversion element 103 into an alternating current, and supplies the alternating current to a power system (not shown).
  • the CPU 30 controls the driving device 110 by executing the program stored in the ROM 40 on the RAM 50.
  • the ROM 40 is a non-volatile storage medium that stores a control program of the photovoltaic device 1, information on the latitude and longitude of the installation position of the photovoltaic device 1, information on an orientation in which the Lz axis direction is directed, and the like.
  • the output current of the photoelectric conversion element 103 is also input to the A / D conversion circuit 60.
  • the A / D conversion circuit 60 samples the output current of the photoelectric conversion element 103 at a predetermined sampling frequency and converts it into a digital signal. Based on this digital signal, the current value of the output current of the photoelectric conversion element 103 is stored in the RAM 50.
  • the CPU 30 performs drive control of the drive device 110 based on the current value of the output current stored in the RAM 50.
  • FIG. 4A and 4B are schematic configuration diagrams of the photovoltaic module 100.
  • FIG. FIG. 4A shows a first prism member 101, a second prism member 102, and a photoelectric conversion element 103 that constitute the photovoltaic module 100.
  • the first prism member 101 is configured as follows.
  • the cylindrical lens 104 condenses incident sunlight on the first surface 105 r of the triangular prism 105.
  • the condensed sunlight is totally reflected by the first surface 105r, passes through the second surface 105l, and is emitted toward the second prism member 102 side. That is, the sunlight is deflected and emitted toward the second prism member 102.
  • the second prism member 102 has an incident surface 106, an inclined reflecting surface 107, and a condensing surface 108.
  • the incident surface 106 and the inclined reflecting surface 107 intersect at an acute angle.
  • Sunlight deflected and emitted from the first prism member 101 is incident on the incident surface 106 obliquely from a convex incident portion formed on the incident surface 106, and enters the incident surface inside the second prism member 102.
  • the light is repeatedly totally reflected between the inclined reflection surface 107 and the light-collecting surface 108.
  • the light receiving surface of the photoelectric conversion element 103 is bonded to the condensing surface 108 of the second prism member 102.
  • the photoelectric conversion element 103 receives sunlight condensed on the light condensing surface 108 and performs photoelectric conversion.
  • FIGS. 4A and 4B show the Px axis, the Py axis, and the Pz axis that are orthogonal to each other as coordinates for explaining the first prism member 101 and the second prism member 102.
  • the Pz axis direction represents the thickness direction of the first prism member 101.
  • the first prism member 101 has a plurality of condensing structures such as a cylindrical lens 104 having a uniform cross section in the Py axis direction arranged in the Px axis direction on the sunlight incident surface. Is provided. Further, the first prism member 101 is provided with a plurality of deflection structures such as a triangular prism 105 having a uniform cross section in the Py-axis direction, arranged in the Px-axis direction on the emission surface of sunlight. The light collecting structure and the deflection structure are in a pair relationship.
  • the photovoltaic module 100 is disposed on the drive shaft 111 such that the Py axis direction is parallel to the drive shaft 111. That is, each of the cylindrical lens 104 and the triangular prism 105 is disposed so as to extend in the Ly axis direction.
  • the first prism member 101 and the second prism member 102 fixed to each other rotate integrally around the drive shaft 111.
  • the CPU 30 in FIG. 3 controls the drive unit 110 based on the current value of the output current stored in the RAM 50. That is, by adjusting the Pz axis direction of the photovoltaic module 100, the attitude of the photovoltaic module 100 is controlled so that the incident direction of light is in the PzPy plane including the Pz axis direction and the Py axis direction. In an environment where there is no structure that blocks sunlight around the photovoltaic device 1, the incident direction of light coincides with the direction of the sun.
  • FIG. 5A is a diagram showing the light guide efficiency of the photovoltaic module 100 when the incident angle ⁇ x with respect to the Px axis direction of the photovoltaic module 100 varies.
  • FIG. 5B is a diagram showing the light guide efficiency of the photovoltaic module 100 with respect to the incident angle ⁇ y with respect to the Py axis direction of the photovoltaic module 100. Both ⁇ x and ⁇ y are shown in FIG.
  • the light guide efficiency of the photovoltaic module 100 is the ratio of the amount of light collected on the condensing surface 108 of the second prism member 102 to the amount of light incident on the first prism member 101.
  • the light guide efficiency is reduced, the amount of light incident on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 103 from the light collecting surface 108 is reduced, and the current value of the output current of the photovoltaic device 1 is reduced.
  • influence of the incident angle of the light guide efficiency is greatly different in the incident angle theta x and the incident angle theta y.
  • the angle range of the incident angle ⁇ x where the light guide efficiency is 67% or more is approximately ⁇ 1.5 ° as shown in FIG.
  • the angle range of the incident angle ⁇ y where the light guide efficiency is 67% or more is approximately ⁇ 40 ° as shown in FIG. 5B. That is, the influence on the light guide efficiency of the photovoltaic module 100 is very sensitive to the incident angle ⁇ x , whereas the incident angle ⁇ y is much gentler than the incident angle ⁇ x .
  • the photovoltaic device 1 performs high-precision control using the driving device 110 for the incident angle ⁇ x that has a very sensitive influence on the light guide efficiency, while affecting the light guide efficiency.
  • a high light guide efficiency can be achieved with a simple configuration by adopting a uniaxial tracking method that corresponds by fixing the tilt angle ⁇ 1 shown in FIG. 2 to an appropriate value. Realize.
  • the light guide efficiency changes greatly with a slight change in the incident angle ⁇ x .
  • the CPU 30 rotates the photovoltaic module 100 around the drive shaft 111 while monitoring the output current of the photoelectric conversion element 103 when the current value of the output current of the photoelectric conversion element 103 stored in the RAM 50 decreases by a predetermined value or more. Then, the direction of the photovoltaic module 100 is controlled so that the output current of the photoelectric conversion element 103 is maximized.
  • FIG. 6 is a flowchart relating to the attitude control of the photovoltaic module 100 executed by the CPU 30.
  • the CPU 30 executes the process shown in FIG. 6 when the photovoltaic power generation apparatus 1 is installed or when the sunrise time is reached.
  • step S300 the CPU 30 performs initial setting of the photovoltaic power generation apparatus 1. For example, information related to the latitude and longitude of the installation position of the photovoltaic power generator 1, information related to the Pz axis direction, and the like are read from the ROM 40.
  • step S301 the CPU 30 starts an operation in which the A / D conversion circuit 60 stores the current value of the output current of the photoelectric conversion element 103 in the RAM 50.
  • the output current of the photoelectric conversion element 103 is sampled at a predetermined sampling frequency in the A / D conversion circuit 60, and the output current of the photoelectric conversion element 103 is stored in the RAM 50 based on the A / D converted digital signal.
  • step S302 the CPU 30 controls the drive device 110 to detect the output current of the photoelectric conversion element 103 while rotating the drive shaft 111, and determines the rotation angle of the drive shaft 111 that maximizes the current value of the output current. To detect.
  • step S303 the CPU 30 controls the driving device 110 to adjust the rotation angle of the drive shaft 111 to a rotation angle at which the current value of the output current of the photoelectric conversion element 103 detected in step S302 is maximized.
  • step S305 the CPU 30 controls the drive device 110 to detect the output current of the photoelectric conversion element 103 while rotating the drive shaft 111, and determines the rotation angle of the drive shaft 111 that maximizes the current value of the output current. To detect.
  • step S306 the CPU 30 controls the drive device 110 to adjust the rotation angle of the drive shaft 111 to a rotation angle at which the current value of the output current detected in step S305 is maximized.
  • step S307 the CPU 30 determines whether or not to end the processing shown in FIG. For example, the CPU 30 makes an affirmative determination in step S307 when the sunset time is reached. When the determination at step S307 is negative, the CPU 30 advances the process to step S304, and when the determination at step S307 is affirmative, the CPU 30 ends the process of FIG.
  • the photovoltaic device 1 includes a photovoltaic module 100, a photoelectric conversion element 103, a CPU 30, and a drive unit 110.
  • the photovoltaic module 100 condenses and deflects the light incident on the incident surface of the first prism member 101 using the first prism member 101 and the second prism member 102 to guide it to the light condensing surface 108.
  • the photoelectric conversion element 103 generates electric power by photoelectrically converting the light guided to the light collection surface 108.
  • the CPU 30 detects the output current of the photoelectric conversion element 103 while changing the attitude of the photovoltaic module 100, and controls the attitude of the photovoltaic module 100 so that the output current is maximized.
  • the light guide efficiency guided to the condensing surface 108 changes gently with respect to the change in the incident angle of the incident light in the Px-axis direction on the incident surface of the first prism member 101, and the first prism is changed.
  • the light guide efficiency changes more sensitively than the change in the light guide efficiency with respect to the incident angle change of the incident light in the Px axis direction.
  • the photovoltaic device 1 detects the rotation angle of the drive shaft 111 at which the current value of the output current of the photoelectric conversion element 103 is maximized by scanning, and performs light so that the rotation angle of the drive shaft 111 becomes the detected angle. Since the posture control of the power generation module 100 is performed, the power generation module 100 is not affected by an error in the installation position of the device, a displacement of the device, a deflection of the device, or the like.
  • FIG. 7A shows a simulation result regarding the power generation amount of the photovoltaic power generation apparatus 1.
  • the numerical value in each small circle shown in FIG. 7 shows the simulation result of the power generation rate of the photovoltaic power generation apparatus 1 throughout the year.
  • the simulation results show that when a photovoltaic power generation device is installed on a horizontal plane at 35 ° north latitude and 135 ° east longitude and solar power is generated throughout the year, sunlight is incident vertically on the incident surface of the photovoltaic module by a two-axis tracking method or the like. Are expressed as a percentage of the amount of power generated when the photovoltaic power generation device is controlled.
  • the inclination angle ⁇ 1 is set to 0 to 90 ° for each state in which the photovoltaic power generation device 1 is installed so that the gantry 102 points to eight directions of east, west, south, north, northeast, southeast, northwest, and southwest. This is done at intervals of 15 ° in the range. According to FIG.
  • FIG. 7B shows the first prism member 101 of the photovoltaic module 100 cut along a cutting plane parallel to the LyLz plane when the gantry 102 is directed southward and the inclination angle ⁇ 1 is set at 30 °.
  • FIG. FIG. 7B shows the first prism member 101 of the photovoltaic module 100 cut along a cutting plane parallel to the LyLz plane when the gantry 102 is directed southward and the inclination angle ⁇ 1 is set at 30 °.
  • FIG. 7B schematically shows the first prism member 101, and is parallel to the incident surface 201 of the first prism member 101, the perpendicular 202 of the incident surface 201 of the first prism member 101, and the horizontal plane.
  • a simple auxiliary line 203 and a straight line 204 showing an example of an optical path of sunlight are shown.
  • an inclination angle theta 1 is 30 °, because the sun median altitude in north latitude 35 ° varies in the range of 31.6 ° ⁇ 2 ⁇ 78.4 ° throughout the year, the incidence angle theta y is annual Through ⁇ 18.4 ° ⁇ y ⁇ 28.4 °.
  • the light guide efficiency of the photovoltaic module 100 hardly decreases in the range of ⁇ 18.4 ° ⁇ y ⁇ 28.4 °.
  • the photovoltaic module 100 may have a configuration in which a mirror 400 is provided at a position facing the inclined reflecting surface 107 of the second prism member 102.
  • FIG. 8 shows a case where the light beam incident on the incident surface 106 of the second prism member 102 is reflected once by the mirror 400 and then repeatedly reflected inside the second prism member 102 and guided to the condensing surface 108.
  • An optical path 401 is illustrated.
  • the light beam that has not been totally reflected by the inclined reflection surface 107 passes through the inclined reflection surface 107 and is then reflected by the mirror 400.
  • the light beam reflected by the mirror 400 passes through the inclined reflection surface 107 again and enters the second prism member 102.
  • the light beam incident on the second prism member 102 is repeatedly reflected between the incident surface 106 and the inclined reflecting surface 107 and guided to the condensing surface 108. It is preferable to provide an air layer between the inclined reflecting surface 107 and the mirror 400.
  • Modification 2 In the above embodiment, the light receiving surface of the photoelectric conversion element 103 is bonded to the light collecting surface 108 of the second prism member 102, but the light condensed on the light collecting surface 108 is reflected on the photoelectric conversion element 103.
  • Other configurations may be used as long as they can be guided to the light receiving surface. For example, each configuration as shown in FIGS. 9A to 9D may be employed.
  • FIG. 9A the light emitted from the condensing surface 108 of the second prism member 102 is condensed via the cylindrical lens 81, the condensing rod 82, etc., and the condensed light is collected.
  • the structure which guides to a desired position with the optical fiber 83 is illustrated.
  • FIG. 9B illustrates a configuration in which the photoelectric conversion element 103 is provided on the incident surface side of the second prism member.
  • the second prism member 102a illustrated in FIG. 9B an end facing the inclined reflecting surface 107a is cut obliquely, and an inclined surface 84 is formed.
  • a mirror portion 85 is coupled to the inclined surface 84.
  • the photoelectric conversion element 103 is coupled to the second incident surface 106a of the second prism member 102a.
  • the light incident from the second incident surface 106 a is collected on the inclined surface 84 and reflected by the mirror unit 85.
  • the light reflected by the mirror unit 85 is guided to the light receiving surface of the photoelectric conversion element 103.
  • an air layer may be provided between the inclined surface 84 and the mirror portion 85, or light collected on the inclined surface 84 without the mirror portion 85 being totally reflected by the inclined surface 84. May be.
  • FIG. 9C illustrates a configuration for splitting the light collected on the end of the second prism member.
  • FIG. 9C illustrates the second prism member 102 b having the inclined surface 84 and having the dichroic mirror 86 provided on the inclined surface 84.
  • the light incident from the second incident surface 106 b is collected on the inclined surface 84 and enters the dichroic mirror 86.
  • the dichroic mirror 86 reflects light having a predetermined wavelength out of incident light and separates light by transmitting light having an exceptional wavelength.
  • the light reflected by the dichroic mirror 86 is guided to the light receiving surface of the photoelectric conversion element 103a joined to the second incident surface 106b of the second prism member 102b.
  • the light transmitted through the dichroic mirror 86 is guided to the light receiving surface of the photoelectric conversion element 103b.
  • the dichroic mirror 86 separates the short wavelength light into the long wavelength light, guides the short wavelength light to the light receiving surface of the photoelectric conversion element 103a, and converts the long wavelength light into the photoelectric conversion element 103b.
  • the photoelectric conversion element 103a has an absorption peak in a short wavelength region
  • the photoelectric conversion element 103b has an absorption peak in a long wavelength region.
  • the dichroic mirror 86 can be replaced with a reflective film having wavelength selectivity. Further, any one of the photoelectric conversion elements 103a and 103b may be replaced with a photothermal conversion element.
  • the dichroic mirror 86 may guide light of a wavelength other than the infrared region to the photoelectric conversion element to perform posture control, and guide the infrared region light to the photothermal conversion element to convert it into thermal energy.
  • a heat pipe with a light absorber or the like can be used as the photothermal conversion element.
  • FIG. 9D illustrates the second prism member 102c whose thickness in the vicinity of the light converging surface 108c is reduced in a parabolic manner in the light traveling direction.
  • the light traveling inside the second prism member 102c is totally reflected and collected by the upper and lower surfaces of the second prism member 102c.
  • the second prism member 102c has a parabolic shape, the light collection magnification can be improved with a simple configuration.
  • the light condensed by the second prism member 102c is condensed on the parabolic shape surface before being guided to the photoelectric conversion element 103c, the light on the condensing surface 108c on which the photoelectric conversion element 103c is provided.
  • the size in the thickness direction can be reduced. As a result, it is possible to reduce the size of the photoelectric conversion element 103c and to reduce the manufacturing cost of the photovoltaic module 100.
  • Modification 3 it is determined whether or not the output current of the photoelectric conversion element 103 exceeds a predetermined amount in step S304 in FIG. 6, and the photovoltaic module by the driving device 110 when the determination is affirmed. It was decided to start driving 100.
  • the condition for starting the driving of the photovoltaic module 100 by the driving device 110 is not limited to the fact that the output current of the photoelectric conversion element 103 has decreased beyond a predetermined amount.
  • the CPU 30 calculates a time derivative for the current value of the output current of the photoelectric conversion element 103 stored in the RAM 50, and when the calculation result is equal to or less than a predetermined negative value, the driving device The attitude control of the photovoltaic module 100 by 110 may be started.
  • 10A is a diagram illustrating an example of a temporal change in the current value of the output current of the photoelectric conversion element 103
  • FIG. 10B is a current of the output current of the photoelectric conversion element 103 illustrated in FIG. 10A. It is a figure which illustrates the calculation result of the time differentiation calculated using the value. In the period T1 shown in FIG.
  • the incident angle theta x of the first prism member 101 is a value close to the show + 1.5 ° ⁇ + 2.0 ° FIG. 5 (a), in this time It shows that the light guide efficiency of the photovoltaic module 100 is drastically decreased, and the output current of the photoelectric conversion element 103 is drastically decreased accordingly.
  • FIG. 10B shows that the time derivative of the output current in the period T1 also decreases.
  • the CPU 30 controls the attitude of the photovoltaic module 100 by controlling the drive device 110 when the value of the time derivative of the output current becomes equal to or less than the negative predetermined value Ath.
  • FIGS. 10A and 10B also show a state in which the output current and its time derivative are restored.
  • the CPU 30 may start the attitude control of the photovoltaic module 100 by the driving device 110 at predetermined time intervals.
  • the attitude control of the photovoltaic module 100 by the driving device 110 may be started every 5 minutes. In 5 minutes, the earth rotates about 1.25 ° and the sun moves about 1.25 ° diurnally.
  • the attitude control of the photovoltaic module 100 every five minutes to start the posture control of the photovoltaic module 100 before the incident angle theta x deviates from the angle range of the incident angle theta x that can maintain high light efficiency And the output current of the photoelectric conversion element 103 can be stabilized.
  • the drive shaft 111 is rotated within an angle range of ⁇ 5 ° with respect to the rotation angle at the start of the attitude control.
  • the time required for attitude control of the power generation module 100 can be suppressed.
  • the angle range of ⁇ 5 ° is merely an example, and may be an angle range that is larger than the change in the incident angle of sunlight due to the diurnal motion of the sun during a predetermined time.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a situation in which a building exists around the photovoltaic power generation device 1.
  • a building 510 that shields sunlight 501 between the photovoltaic device 1 and the sun 500
  • a building 511 that reflects sunlight 503 around the photovoltaic device 1. It shows the state.
  • scattered light 520 surrounding the building 510 and reflected light 521 reflected by the building 511 may enter the photovoltaic device 1.
  • sunlight 501 to 503 is blocked by the building 511 or the like, it is most efficient to generate power by directing the photovoltaic module 100 in the direction in which the scattered light 520 or the reflected light 521 enters the photovoltaic device 1 Can be considered.
  • the power generation can be efficiently generated by controlling the attitude of the photovoltaic module 100 by the driving device 110 at predetermined time intervals. can do.
  • the second prism member 102 of each photovoltaic module 100 provided in the unit row 10 has a converging surface 108 of Lx when the rotation angle of the drive shaft 111 is zero degrees. It was set up so that it would face the negative side in the axial direction.
  • the condensing surface 108 of each second prism member 102 provided in the unit row 10 may be installed toward the plus side in the Lx axis direction.
  • both the photovoltaic module 100 in which the condensing surface 108 is directed to the plus side in the Lx axis direction and the photovoltaic module 100 in which the condensing surface 108 is directed to the minus side may be installed.
  • the CPU 30 includes the photovoltaic module 100 in which the condensing surface 108 is directed toward the plus side in the Lx axis direction, and the photovoltaic module 100 in which the condensing surface 108 is disposed toward the minus side in the Lx axis direction. Can be used as a condition for starting the driving of the photovoltaic module 100 by the driving device 110.
  • FIG. 12A and 12B show a photovoltaic module in which the condensing surface 108 of the second prism member 102 is directed to the plus side in the Lx axis direction, and the condensing surface 108 of the second prism member 102 is in the Lx axis direction.
  • column in which both the photovoltaic module orient
  • the unit row 10a illustrated in FIG. 12A includes a photovoltaic module 100p and a light collection surface 108 in which the light collection surface 108 is directed to the plus side in the Lx axis direction when the rotation angle of the drive shaft 111 is zero degrees.
  • the photovoltaic modules 100m directed to the negative side in the Lx axis direction are alternately arranged in the Ly axis direction.
  • the photovoltaic modules 100p in which the condensing surface 108 is directed to the plus side in the Lx axis direction are continuously arranged when the rotation angle of the drive shaft 111 is zero degrees.
  • the photovoltaic modules 100m with the condensing surfaces 108 directed to the negative side in the Lx axis direction are arranged in the Ly axis direction so as to be adjacent to each other.
  • the photoelectric conversion element 103 is joined to each condensing surface 108. Note that the number of photovoltaic modules 100p and the number of photovoltaic modules 100m included in the unit row are preferably the same.
  • FIG. 13 (a) shows the relationship between the light guiding efficiency 600p photovoltaic module 100p and the incident angle theta x, and the relationship between the light guiding efficiency 600m photovoltaic module 100m and the incident angle theta x are illustrated respectively .
  • the gradient at which the light guide efficiency 600p of the photovoltaic module 100p decreases is greater when the incident angle ⁇ x is positive than when it is negative.
  • the light guide efficiency 600m of the photovoltaic module 100m is symmetrical to the light guide efficiency 600p of the photovoltaic module 100p, and the gradient at which the light guide efficiency 600m of the photovoltaic module 100m decreases is such that the incident angle ⁇ x is Negative is greater than positive. This is due to the structure of the photovoltaic module.
  • 13 (b) is a diagram showing the difference of the light guide efficiency 600p and the light guide efficiency 600m photovoltaic module 100m photovoltaic module 100p and the relationship of the incident angle theta x.
  • the CPU 30 calculates the difference between the current values of the output current of the photovoltaic module 100p and the output current of the photovoltaic module 100m, and the rotational drive by the driving device 110 starts when the difference is equal to or greater than a predetermined value. To start. Then, the CPU 30 detects the rotation angle of the drive shaft 111 that maximizes the output current for each unit row, and rotates the drive shaft 111 to the rotation angle. The CPU 30 can also determine the rotation direction of the drive shaft 111 based on the sign of the output current difference, and calculate the rotation angle of the drive shaft 111 based on the value of the output current difference. In addition, by providing the photovoltaic module 100p and the photovoltaic module 100m in the unit row, the weight balance in the unit row is improved, and the accuracy of rotational driving of the unit row is improved.
  • FIG. 14 is a perspective view of a louver-type window 710 provided with a plurality of louvers 700 to which the photovoltaic modules 100 are attached.
  • the louver type window 710 includes a gantry 102 having a plurality of drive shafts 111.
  • the louver 700 rotates around the drive shaft 111 parallel to the Ly axis direction under the control of the CPU 30.
  • the photovoltaic module 100 is rotationally driven around the drive shaft 111 extending in the Ly axis direction.
  • the rotational axis direction when the photovoltaic module 100 is rotationally driven may be other than the above.
  • the Lz axis direction or the vertical direction may be used as the rotation axis.
  • FIG. 15 is an example of a photovoltaic device that rotates each photovoltaic module 100 with the Lz-axis direction as the rotation axis.
  • FIG. 15 shows a photovoltaic device 800 in which a plurality of photovoltaic modules 100 are installed side by side with steps in the Lz axis direction.
  • the photovoltaic module 100 is arranged at two height positions in the Lz axis direction.
  • the photovoltaic modules 100 arranged at two different heights are arranged in a checkered pattern.
  • the photovoltaic power generation apparatus 800 is also installed such that the Ly axis direction forms a predetermined inclination angle ⁇ 1 with respect to the installation surface 200.
  • the photovoltaic module 100 is installed so that the extending direction of the cylindrical lens 104 coincides with the Ly axis direction.
  • the CPU 30 of the photovoltaic power generation device 800 is positioned in a plane including the perpendicular direction Pz-axis direction (in this case, the same as the Lz-axis direction) of the incident surface 109a of the polarizing prism 101 and the Py-axis direction in which the cylindrical lens 104 extends.
  • the position of the photovoltaic module 100 is controlled so that sunlight enters from the bottom. That is, the attitude of the photovoltaic module 100 is controlled so that the sun is located in the PzPy plane.
  • FIG. 16A is a front view of the plurality of photovoltaic modules 100 installed in the photovoltaic device 800 of FIG. 15 as viewed from the Lz-axis direction.
  • each photovoltaic module 100 installed in the photovoltaic device 800 is provided with a rotating shaft 801.
  • the rotation shaft 801 extends in the Lz-axis direction (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 16A).
  • the photovoltaic modules 100 rotate about the rotation axis 801 by the same angle in the same direction.
  • FIG. 16B shows a state where each photovoltaic module 100 is rotated by a certain angle around the rotation axis 801. Since the photovoltaic modules 100 are arranged with a height difference, they do not collide with each other.
  • FIGS. 17A and 17B are diagrams for explaining a photovoltaic device that rotates the photovoltaic module 100 about the vertical direction Gz.
  • FIG. 17A is a diagram illustrating a gantry 900 in which the photovoltaic module 100 is installed on the LxLy plane. Each photovoltaic module 100 is installed such that the direction in which the cylindrical lens 104 of the first prism member 101 extends is parallel to the Ly axis direction.
  • the gantry 900 is rotationally driven around a drive shaft 901 extending from the installation surface 200 in the vertical direction.
  • the drive shaft 901 is driven by the drive device 902.
  • the perpendicular direction of the incident surface 109a of the polarizing prism 101 (Pz axis direction: in this case the same as the Lz axis direction) and the Ly axis direction in which the cylindrical lens 104 extends (this)
  • the posture of the photovoltaic module 100 is controlled so that sunlight enters the first incident surface 109a from a position within a plane including the same as the Py axis direction. That is, the angle at which the gantry 900 faces is controlled so that the sun is located in the LzLy plane.
  • the drive shaft 111 is adjusted to a rotation angle such that the output current of the photoelectric conversion element 103 is maximized.
  • the position of the photovoltaic module 100 may be adjusted by calculating the position of the sun and depending on the position of the sun and the detection result of the output current of the photoelectric conversion element 103.
  • the photovoltaic module 100 may be adjusted to an attitude corresponding to the calculated position of the sun, and the same operation as step S302 in FIG. 6 may be performed at a predetermined timing to correct the attitude of the photovoltaic module. Good.
  • the output current of the photoelectric conversion element 103 is detected by converting the output current of the photoelectric conversion element 103 into a digital signal by the A / D conversion circuit 60 and storing it in the RAM 50.
  • the output current may be detected by other methods.
  • an output current of the photoelectric conversion element 103 may be detected by providing a highly accurate resistor at the output portion of the photoelectric conversion element 103 and measuring a voltage drop due to the resistance.
  • step S303 in FIG. 6 the rotation angle of the drive shaft 111 is adjusted to the rotation angle of the drive shaft 111 detected in step S302.
  • the angle range of the incident angle ⁇ x where the light guide efficiency is good has a margin of about ⁇ 1.5 °, and is detected in step S302.
  • the drive shaft 111 may be adjusted to a rotation angle shifted by about ⁇ 0.5 ° from the rotation angle of the drive shaft 111. 0.5 ° corresponds to a change in the incident angle of sunlight accompanying the diurnal motion of the sun for 2 minutes.
  • the time during which the light guide efficiency is good can be adjusted.
  • Photovoltaic generator 10 Unit row 20 Power conditioner 40 ROM 50 RAM 60 A / D conversion circuit 100 photovoltaic module 101 first prism member 102 second prism member 103 photoelectric conversion element 110 drive device 111 drive shaft 200 installation surface

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Abstract

　光発電装置は、第１入射面に入射した光を集光して偏向することにより集光面に導く集光モジュールと、集光面に導かれた光を光電変換して発電する光電変換素子と、光電変換素子の出力電流を検出して、出力電流が最大となるように、集光モジュールの姿勢を制御する姿勢制御部と、を備え、集光モジュールは、第１入射面の第１方向での入射光の入射角変化に対しては集光面に導光する導光効率が穏やかに変化すると共に、入射面の第１方向と直交する第２方向での入射光の入射角変化に対しては第１方向での入射光の入射角変化に対する導光効率の変化よりも導光効率が敏感に変化する特性を有する。

Description

光発電装置
本発明は光発電装置に関する。
　太陽の日周運動を追尾する駆動軸と、太陽の正中高度の変化を追尾する駆動軸とを備え、集光光学系に太陽光が垂直に入射するように駆動制御を行う二軸追尾式の集光型太陽光発電装置が知られている（特許文献１参照）。二軸追尾式の集光型太陽光発電装置では、太陽の位置を、集光型太陽光発電装置の設置位置と年月日時情報とに基づいて算出して、その太陽の位置に向けて集光光学系を向ける駆動制御が行われる。
日本国特開２００４－１５３２０２号公報
　しかし、太陽の位置を算出してその計算どおりに駆動させる駆動制御では、装置の設置位置の誤差、装置のずれ、装置の撓みなどの影響により、集光光学系を適切な方向に向けられないおそれがある。
　本発明の第１の態様によると、光発電装置は、第１入射面に入射した光を集光して偏向することにより集光面に導く集光モジュールと、集光面に導かれた光を光電変換して発電する光電変換素子と、光電変換素子の出力電流を検出して、出力電流が最大となるように、集光モジュールの姿勢を制御する姿勢制御部と、を備え、集光モジュールは、第１入射面の第１方向での入射光の入射角変化に対しては集光面に導光する導光効率が穏やかに変化すると共に、入射面の第１方向と直交する第２方向での入射光の入射角変化に対しては第１方向での入射光の入射角変化に対する導光効率の変化よりも導光効率が敏感に変化する特性を有する。
　本発明の第２の態様によると、第１の態様の光発電装置において、姿勢制御部は、集光モジュールを任意の一つの軸を中心に回転させて制御することが好ましい。
　本発明の第３の態様によると、第１または２の態様の光発電装置において、姿勢制御部は、電流の電流値の時間変化に基づいて、集光モジュールの姿勢制御を開始することが好ましい。
　本発明の第４の態様によると、第１から３のいずれか一態様の光発電装置において、姿勢制御部は、電流の電流値に対して時間微分した値が負の所定値以下となったとき、集光モジュールの姿勢制御を開始することが好ましい。
　本発明の第５の態様によると、第１から４のいずれか一態様の光発電装置において、集光モジュールは第１入射面に入射した光を集光して出射面から出射する第１プリズム部材と、第１プリズム部材の出射面から出射した光を集光面に導く第２プリズム部材とを有することが好ましい。
　本発明の第６の態様によると、第５の態様の光発電装置において、第１プリズム部材の第１入射面には、第１方向に延在する集光構造が第２方向に複数並べて設けられ、第１プリズム部材の出射面には、第１方向に延在する偏向構造が第２方向に複数並べて設けられ、第２プリズム部材は、第１プリズム部材から出射した光を入射させる第２入射面と、第２入射面と第１端で鋭角に交差する傾斜反射面と、第１端に対向する第２端で第２入射面と傾斜反射面とに接するような集光面とを有することが好ましい。
　本発明の第７の態様によると、第６の態様の光発電装置において、姿勢制御部は、第１方向と、集光モジュールの第１入射面の垂線とを含む面内のいずれかの方向から第１入射面に向けて光が入射するように集光モジュールの姿勢を制御することにより、集光モジュールの姿勢を出力電流が最大となる姿勢にすることが好ましい。
　本発明の第８の態様によると、第６の態様の光発電装置において、集光モジュールを複数備え、姿勢制御部は、第１方向と、集光モジュールの第１入射面の垂線とを含む面内のいずれかの方向から第１入射面に向けて光が入射するように集光モジュールの姿勢を制御することにより、集光モジュールの姿勢を出力電流が最大となる姿勢にすることが好ましい。
　本発明の第９の態様によると、第６から８のいずれか一態様の光発電装置において、姿勢制御部は、第１方向に延在する駆動軸を中心として集光モジュールを回転させることにより、集光モジュールの姿勢を制御することが好ましい。
　本発明の第１０の態様によると、第６から８のいずれか一態様の光発電装置において、姿勢制御部は、第１方向に直交し且つ第２方向に直交する第３方向に延在する駆動軸を中心として集光モジュールを回転させることにより、集光モジュールの姿勢を制御することが好ましい。
　本発明の第１１の態様によると、第６から８のいずれか一態様の光発電装置において、集光モジュールが設置される架台をさらに備え、姿勢制御部は、鉛直方向に延在する駆動軸を中心として架台を回転させることにより、集光モジュールの姿勢を制御することが好ましい。
　本発明の第１２の態様によると、第９から１１のいずれか一態様の光発電装置において、複数の集光モジュールのうち、少なくとも隣接する１組の集光モジュールにおいて、第１端と第２端の位置が互いに１８０°異なることが好ましい。
　本発明の第１３の態様によると、第１２の態様の光発電装置において、第１端と第２端の位置が互いに１８０°異なる関係にある第１の集光モジュールと第２の集光モジュールとを同数有することが好ましい。
　本発明の第１４の態様によると、第１または２の態様の光発電装置において、姿勢制御部は、所定時間ごとに、太陽が日周運動を所定時間したことによる太陽光の入射角変化よりも大きい角度範囲内で集光モジュールの姿勢を変化させ、当該姿勢変化中の出力電流を検出して、当該姿勢変化中の出力電流が最大となる姿勢に集光モジュールの姿勢を制御することが好ましい。
　本発明の第１５の態様によると、第１または２の態様の光発電装置において、光発電装置の設置位置に基づいて、太陽の位置を算出する太陽位置算出部をさらに備え、姿勢制御部は、太陽位置算出部により算出された太陽の位置に応じた集光モジュールの姿勢を、光電変換素子の出力電流に基づいて補正して、補正後の姿勢となるように集光モジュールの姿勢を制御することが好ましい。
　本発明による光発電装置は、装置の設置位置の誤差、装置のずれ、装置の撓みなどの影響によらず、集光光学系を適切な方向に向けることができる。
本発明の一実施の形態による光発電装置の概略斜視図である。 本発明の一実施の形態による光発電装置の設置状態を示す側面図である。 本発明の一実施の形態による光発電装置のブロック構成図である。 光発電モジュールの一構成例を示す概略構成図である。 光発電モジュールの導光効率を示す図である。 ＣＰＵにより実行される光発電モジュールの姿勢制御に関するフローチャートである。 本発明の一実施の形態による光発電装置の発電量に関するシミュレーション結果を示す図である。 光発電モジュールの一構成例を示す概略構成図である。 光電変換素子の受光面への光束を導く構成を例示する概念図である。 光電変換素子の出力電流の電流値の時間変化の一例を示す図である。 光発電装置の周囲に建築物が存在している状況を例示した図である。 第２プリズム部材の集光面が向けられる方向を変えた２種類の光発電モジュールが設置されたユニット列を例示する図である。 第２プリズム部材の集光面が向けられる方向を変えた２種類の光発電モジュールの導光効率の差が示す入射角特性を表す図である。 ルーバ式窓として構成した光発電装置の概略斜視図の一例である。 光発電モジュールを回転駆動させる方向の一例を示す図である。 光発電モジュールを回転駆動させる方向の一例を示す図である。 光発電モジュールを回転駆動させる方向の一例を示す図である。
　図１は、本発明の一実施の形態による光発電装置の概略斜視図である。図１に示される光発電装置１には、複数のユニット列１０が架台１０２に設置されている。図１には、直方体の架台１０２の互いに直交する３辺に沿ってＬｘ軸、Ｌｙ軸、Ｌｚ軸が図示されている。
　複数のユニット列１０の各々は、Ｌｘ軸方向に並べて配置されており、それぞれ複数の光発電モジュール１００と、駆動装置１１０とを備える。駆動装置１１０は、Ｌｙ軸方向に互いに平行に延在する駆動軸１１１を有する。複数の光発電モジュール１００は、同一の向きとなるようにそれぞれ駆動軸１１１に沿って配置されている。駆動装置１１０は、駆動軸１１１を回転させ光発電モジュール１００をＬｙ軸の周りに回転駆動させる。
　図２は、光発電装置１の設置状態を示す側面図である。図２では、光発電装置１の架台１０２が設置面２００の上に設置されており、光発電装置１のＬｙ軸方向が設置面２００に対して所定の傾斜角度θ１を成している。すなわち、光発電装置１において、架台１０２は固定された状態であり、光発電モジュール１００はＬｙ軸の周りにのみ回転可能となっている。
　従来の光発電装置では、光発電装置が設置された緯度・経度と、年月日および時刻の情報により太陽の位置を算出して、その太陽の日周運動や正中高度の変化を追尾するように太陽光の入射面を駆動するような駆動制御を行っている。例えば、算出された太陽の位置に合わせて傾斜角度θ１や駆動軸１１１の回転角度を調整していた。誤差や経年変化が発生しない理想的な環境では、算出された太陽の位置に合わせて追尾する方法であっても適切に太陽の追尾を行うことが可能であった。
　しかし、実際には、光発電装置の設置時に誤差が生じたり、経年変化や衝撃等により光発電装置に撓みや歪みが生じたり、経年変化や自然災害による影響で設置面２００にずれが生じたりする。特に、太陽光を集光する集光光学系の集光倍率が高倍率（例えば、５００倍以上）のとき、装置の設置位置の誤差、装置のずれ、装置の撓みなどに発電効率の低下が顕著に現れ、発電効率を低下させるおそれがある。
　光発電装置１は、太陽光を光電変換して出力した電流をモニタして、その出力電流が最大となる方向に光発電モジュール１００の受光面を向けることにより、装置の設置位置の誤差、装置のずれ、装置の撓みなどに対してロバスト性の高い追尾を行う。
　図３は、光発電装置１のブロック構成図である、光発電装置１は、複数のユニット列１０と、パワーコンディショナ２０と、ＣＰＵ３０と、ＲＯＭ４０と、ＲＡＭ５０と、Ａ／Ｄ変換回路６０とを備える。ユニット列１０は、複数の光発電モジュール１００と、駆動装置１１０とを備える。光発電モジュール１００は、第１プリズム部材１０１と、第２プリズム部材１０２と、光電変換素子１０３とを備える。なお、図３では、図面の簡略化のため、複数個存在するユニット列１０および光発電モジュール１００がそれぞれ一つずつ図示されている。
　第１プリズム部材１０１および第２プリズム部材１０２は、組み合わせて用いられ、後述するように光電変換素子１０３の受光面に太陽光を集光する。光電変換素子１０３は、集光された太陽光を光電変換して、パワーコンディショナ２０に向けて電流を出力する。パワーコンディショナ２０は、光電変換素子１０３の出力電流を交流電流に変換し、不図示の電力系統にその交流電流を供給する。
　ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ４０に記憶されたプログラムをＲＡＭ５０上で実行することにより、駆動装置１１０を制御する。ＲＯＭ４０は、光発電装置１の制御プログラム、光発電装置１の設置位置の緯度および経度に関する情報、Ｌｚ軸方向が向いている方位に関する情報などが記憶されている不揮発性の記憶媒体である。
　光電変換素子１０３の出力電流は、Ａ／Ｄ変換回路６０にも入力される。Ａ／Ｄ変換回路６０は、光電変換素子１０３の出力電流を所定のサンプリング周波数でサンプリングして、デジタル信号に変換する。このデジタル信号に基づいて、光電変換素子１０３の出力電流の電流値がＲＡＭ５０に記憶される。ＣＰＵ３０は、ＲＡＭ５０に記憶された出力電流の電流値に基づいて、駆動装置１１０の駆動制御を行う。
　図４（ａ）および（ｂ）は、光発電モジュール１００の概略構成図である。図４（ａ）には、光発電モジュール１００を構成する第１プリズム部材１０１と、第２プリズム部材１０２と、光電変換素子１０３とが図示されている。
　第１プリズム部材１０１は次のように構成されている。シリンドリカルレンズ１０４は、入射した太陽光を三角プリズム１０５の第１面１０５ｒに集光する。集光された太陽光は、第１面１０５ｒで全反射されて第２面１０５ｌを通過し、第２プリズム部材１０２側に向けて出射される。すなわち、太陽光は、偏向されて第２プリズム部材１０２に向けて出射する。
　第２プリズム部材１０２は、入射面１０６と傾斜反射面１０７と集光面１０８とを有する。入射面１０６と傾斜反射面１０７とは鋭角に交わる。第１プリズム部材１０１から偏向して出射した太陽光は、入射面１０６に形成された凸状の入射部から入射面１０６に対して斜めに入射し、第２プリズム部材１０２の内部において、入射面１０６と傾斜反射面１０７との間で繰り返し全反射され、集光面１０８に導光される。第２プリズム部材１０２の集光面１０８には、光電変換素子１０３の受光面が接着されている。光電変換素子１０３は、集光面１０８に集光された太陽光を受光して、光電変換する。
　第１プリズム部材１０１と第２プリズム部材１０２とは、互いに固定されている。図４（ａ）および（ｂ）には、第１プリズム部材１０１および第２プリズム部材１０２を説明するための座標として、互いに直交するＰｘ軸、Ｐｙ軸およびＰｚ軸を示す。Ｐｚ軸方向は第１プリズム部材１０１の厚さ方向を表す。図１に示した駆動軸１１１の回転角度がゼロ度、すなわち、第１プリズム部材の太陽光入射面がＬｘＬｙ平面に平行となるように光発電モジュール１００が設定されたとき、Ｐｚ軸方向はＬｚ軸方向と平行になる。
　図４（ａ）に示されるように、第１プリズム部材１０１は、太陽光の入射面に、Ｐｙ軸方向に一様な断面を有するシリンドリカルレンズ１０４などの集光構造がＰｘ軸方向に複数並べて設けられている。また、第１プリズム部材１０１は、太陽光の出射面に、Ｐｙ軸方向に一様な断面を有する三角プリズム１０５などの偏向構造がＰｘ軸方向に複数並べて設けられている。集光構造と偏向構造とは一対の関係となっている。
　光発電モジュール１００は、そのＰｙ軸方向が駆動軸１１１と平行となるように駆動軸１１１に配置される。すなわち、シリンドリカルレンズ１０４と三角プリズム１０５の各々はＬｙ軸方向に延在するように配置される。
　図１に示した駆動軸１１１の回転に伴って、互いに固定された第１プリズム部材１０１と第２プリズム部材１０２とは駆動軸１１１を中心に一体で回転する。図３のＣＰＵ３０は、ＲＡＭ５０に記憶された出力電流の電流値に基づいて、駆動部１１０を制御する。すなわち、光発電モジュール１００のＰｚ軸方向を調節することにより、光の入射方向がＰｚ軸方向とＰｙ軸方向とを含むＰｚＰｙ面内となるように、光発電モジュール１００の姿勢を制御する。光発電装置１の周囲に太陽光を遮断する構造物が無い環境にあっては、光の入射方向は太陽の方向と一致する。
　図５（ａ）は、光発電モジュール１００のＰｘ軸方向に対する入射角θｘが変動したときの光発電モジュール１００の導光効率を示す図である。また、図５（ｂ）は、光発電モジュール１００のＰｙ軸方向に対する入射角θｙに対する光発電モジュール１００の導光効率を示す図である。θｘおよびθｙについては、共に図４に示す。光発電モジュール１００の導光効率とは、第１プリズム部材１０１に入射した光量に対する第２プリズム部材１０２の集光面１０８に集光された光量の割合である。導光効率が低下すると集光面１０８から光電変換素子１０３の受光面に入射される光量が低下して、光発電装置１の出力電流の電流値が低下する。
　図５（ａ）および（ｂ）に示されるように、導光効率の入射角による影響は、入射角θｘと入射角θｙとで大きく異なる。例えば、導光効率が６７％以上となる入射角θｘの角度範囲は、図５（ａ）に示されるように、およそ±１．５°である。一方、導光効率が６７％以上となる入射角θｙの角度範囲は、図５（ｂ）に示されるように、およそ±４０°である。すなわち、光発電モジュール１００の導光効率に対する影響は、入射角θｘについては非常に敏感であるのに対して、入射角θｙについては、入射角θｘに比べてはるかに穏やかである。
　光発電装置１は、導光効率に対して非常に敏感に影響を与える入射角θｘに対しては、駆動装置１１０を用いて高精度の制御を行い、一方、導光効率に対して影響が穏やかな入射角θｙに関しては、図２に示した傾斜角度θ１を適当な値に固定することで対応するような１軸追尾方式とすることで、高い導光効率を簡易な構成で実現する。
　図５（ａ）に示されるように、導光効率が大きく変化する入射角θｘの角度範囲においては、わずかの入射角θｘの変動に対して導光効率は大きく変化する。ＣＰＵ３０は、ＲＡＭ５０に記憶される光電変換素子１０３の出力電流の電流値が所定値以上低下したとき、光電変換素子１０３の出力電流をモニタしながら駆動軸１１１を中心にして光発電モジュール１００を回転させ、光電変換素子１０３の出力電流が最大となるように光発電モジュール１００の向きを制御する。
　図６は、ＣＰＵ３０により実行される光発電モジュール１００の姿勢制御に関するフローチャートである。ＣＰＵ３０は、光発電装置１を設置したときや日の出の時刻になったときに、図６に示す処理を実行する。ステップＳ３００では、ＣＰＵ３０は、光発電装置１の初期設定を行う。例えば、光発電装置１の設置位置の緯度および経度に関する情報、Ｐｚ軸方向に関する情報などをＲＯＭ４０から読み出す。
　ステップＳ３０１では、ＣＰＵ３０は、Ａ／Ｄ変換回路６０が光電変換素子１０３の出力電流の電流値をＲＡＭ５０に記憶する動作を開始させる。例えば、Ａ／Ｄ変換回路６０に光電変換素子１０３の出力電流を所定のサンプリング周波数でサンプリングさせて、Ａ／Ｄ変換させたデジタル信号に基づいて光電変換素子１０３の出力電流をＲＡＭ５０に記憶させる。
　ステップＳ３０２では、ＣＰＵ３０は、駆動装置１１０を制御して、駆動軸１１１を回転させながら光電変換素子１０３の出力電流を検出して、出力電流の電流値が最大となる駆動軸１１１の回転角度を検出する。ステップＳ３０３では、ＣＰＵ３０は、駆動装置１１０を制御して、駆動軸１１１の回転角度をステップＳ３０２の検出された光電変換素子１０３の出力電流の電流値が最大となる回転角度に調節する。
　ステップＳ３０４では、ＣＰＵ３０は、光電変換素子１０３の出力電流が所定量を超えて低下したか否かを判定する。例えば、ＣＰＵ３０は、ＲＡＭ５０に記憶された最新の電流値Ａｎと、直前の電流値Ａｎ－１の差ΔＡ＝Ａｎ－Ａｎ－１が最新の電流値Ａｎの－１０％以下となったとき、ステップＳ３０４を肯定判定する。ＣＰＵ３０は、ステップＳ３０４が肯定判定されるまでステップＳ３０４の処理を繰り返し、肯定判定されたとき処理をステップＳ３０５に進める。
　ステップＳ３０５では、ＣＰＵ３０は、駆動装置１１０を制御して、駆動軸１１１を回転させながら光電変換素子１０３の出力電流を検出して、出力電流の電流値が最大となる駆動軸１１１の回転角度を検出する。ステップＳ３０６では、ＣＰＵ３０は、駆動装置１１０を制御して、駆動軸１１１の回転角度をステップＳ３０５で検出された出力電流の電流値が最大となる回転角度に調節する。
　ステップＳ３０７では、ＣＰＵ３０は、図６に示した処理を終了するか否かを判定する。ＣＰＵ３０は、例えば、日の入りの時刻になったとき、ステップＳ３０７の処理を肯定判定する。ＣＰＵ３０は、ステップＳ３０７が否定判定されたとき処理をステップＳ３０４に進め、ステップＳ３０７が肯定判定されたとき図６の処理を終了する。
　以上で説明した実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
　光発電装置１は、光発電モジュール１００と、光電変換素子１０３と、ＣＰＵ３０および駆動部１１０とを備える。光発電モジュール１００は、第１プリズム部材１０１の入射面に入射した光を、第１プリズム部材１０１と第２プリズム部材１０２とを用いて集光し偏向することにより集光面１０８に導く。光電変換素子１０３は、集光面１０８に導かれた光を光電変換して発電する。ＣＰＵ３０は、光発電モジュール１００の姿勢を変化させながら光電変換素子１０３の出力電流を検出して、その出力電流が最大となる姿勢に光発電モジュール１００の姿勢を制御する。光発電モジュール１００は、第１プリズム部材１０１の入射面のＰｘ軸方向の入射光の入射角変化に対しては集光面１０８に導光する導光効率が穏やかに変化すると共に、第１プリズム部材１０１の入射面のＰｙ軸方向の入射光の入射角変化に対してはＰｘ軸方向の入射光の入射角変化に対する導光効率の変化よりも導光効率が敏感に変化する特性を有する。
　光発電装置１は、光電変換素子１０３の出力電流の電流値が最大となる駆動軸１１１の回転角度を走査により検出して、駆動軸１１１の回転角度がその検出された角度となるように光発電モジュール１００の姿勢制御を行うため、装置の設置位置の誤差、装置のずれ、装置の撓みなどの影響を受けない。
　ＣＰＵ３０は、駆動装置１１０を用いて、架台１０２のＬｙ軸方向に平行な駆動軸１１１のみを回転駆動させることにより光発電モジュール１００を回転させて太陽を追尾する。すなわち、一軸のみの制御で追尾を行う。図７（ａ）は、光発電装置１の発電量に関するシミュレーション結果である。図７に示す各小円内の数値は光発電装置１の年間を通じた発電率のシミュレーション結果を示す。シミュレーション結果は、北緯３５°、東経１３５°の水平面に光発電装置を設置して年間を通じて発電する場合において、２軸追尾方式等により光発電モジュールの入射面に対して太陽光が垂直入射するように光発電装置を制御した場合の発電量に対する百分率で表されている。シミュレーションは、架台１０２が、東・西・南・北・北東・南東・北西・南西の８方位をそれぞれ指し示すように光発電装置１を設置した各状態について、傾斜角度θ１を０～９０°の範囲に１５°間隔ごとに行っている。図７（ａ）によれば、架台１０２を南に向けて傾斜角度θ１を３０°の角度で設置した場合には、光発電モジュールの入射面に対して太陽光が垂直入射するように光発電装置を制御した場合に対して、年間を通じて９６％の発電率が得られることがわかる。
　架台１０２を南に向けた場合、架台１０２のＬｘ軸方向は、東西方向の接線に平行となる。このとき、光発電モジュール１００は、駆動軸１１１によりＬｙ軸の周りに回転運動することにより、日周運動による太陽の高度変化を追尾するように姿勢制御される。図７（ｂ）は、架台１０２を南に向けて傾斜角度θ１を３０°の角度で設置した場合において、光発電モジュール１００の第１プリズム部材１０１を、ＬｙＬｚ平面に平行な切断面で切断した概略断面図である。図７（ｂ）には、第１プリズム部材１０１が模式的に図示されると共に、第１プリズム部材１０１の入射面２０１と、第１プリズム部材１０１の入射面２０１の垂線２０２と、水平面に平行な補助線２０３と、太陽光の光路の一例を示す直線２０４とが図示されている。図７（ｂ）より明らかなように、入射角θｙは、θｙ＝９０°－θ２－θ１という関係を成す。ここで、傾斜角度θ１は３０°であり、北緯３５°における太陽の正中高度は年間を通じて３１．６°＜θ２＜７８．４°の範囲で変化するから、入射角θｙは、年間を通じて－１８．４°＜θｙ＜２８．４°の範囲で変化する。図５（ｂ）を見て明らかなように、－１８．４°＜θｙ＜２８．４°の範囲では、光発電モジュール１００の導光効率がほとんど低下しない。そのため、架台１０２を南に向けて傾斜角度θ１を３０°の角度で設置した場合は、入射角θｙを調整するような駆動軸を備えない１軸追尾方式であっても年間を通じて９６％の発電率が得られる。
　以上で説明した実施の形態は、以下のように変形して実施できる。
（変形例１）
　光発電モジュール１００は、図８に示されるように、第２プリズム部材１０２の傾斜反射面１０７に対面する位置にミラー４００を設けた構成にしてもよい。図８には、第２プリズム部材１０２の入射面１０６に入射した光束がミラー４００で一度反射された後に第２プリズム部材１０２の内部で反射を繰り返して集光面１０８に導光される場合の光路４０１が例示されている。第２プリズム部材１０２の入射面１０６に入射した光束のうち傾斜反射面１０７で全反射されなかった光束は傾斜反射面１０７を透過した後、ミラー４００で反射する。ミラー４００で反射した光束は、傾斜反射面１０７を再び透過して、第２プリズム部材１０２に入射する。第２プリズム部材１０２に再入射した光束は、入射面１０６と傾斜反射面１０７との間で反射を繰り返して、集光面１０８に導かれる。傾斜反射面１０７とミラー４００との間には、空気層を設けることが好ましい。ミラー４００を設けることにより、ミラー４００を透過した太陽光をミラー４００で反射させて第２プリズム部材１０２の内部に戻すことができるため、第２プリズム部材１０２をより薄型に設計することができる。
（変形例２）
　上記の実施形態では、光電変換素子１０３の受光面が第２プリズム部材１０２の集光面１０８に接着されているものとしたが、集光面１０８に集光された光を光電変換素子１０３の受光面に導くことが可能な構成であれば他の構成を用いてもよい。例えば、図９（ａ）～（ｄ）に示したような各構成としてもよい。
（２－１）　図９(ａ)には、第２プリズム部材１０２の集光面１０８から出射する光をシリンドリカルレンズ８１や集光ロッド８２等を介して集光し、集光された光を光ファイバー８３により所望位置に導光する構成が例示されている。
（２－２）　図９（ｂ）には、第２プリズム部材の入射面側に光電変換素子１０３が設けられた構成が例示されている。図９（ｂ）に例示された第２プリズム部材１０２ａには、傾斜反射面１０７ａに対向する端部が斜めにカットされており傾斜面８４が形成されている。傾斜面８４には、ミラー部８５が結合されている。第２プリズム部材１０２ａの第２入射面１０６ａには光電変換素子１０３が結合されている。第２プリズム部材１０２ａでは、第２入射面１０６ａから入射した光が傾斜面８４に集光されてミラー部８５で反射される。ミラー部８５で反射された光は光電変換素子１０３の受光面に導かれる。なお、傾斜面８４とミラー部８５との間に空気層を設けることにしてもよいし、ミラー部８５を設けずに傾斜面８４に集光された光を傾斜面８４で全反射することにしてもよい。
（２－３）　図９（ｃ）には、第２プリズム部材の端部に集光された光を分光する構成が例示されている。図９（ｃ）には、傾斜面８４を有し、傾斜面８４にダイクロイックミラー８６が設けられた第２プリズム部材１０２ｂが例示されている。第２プリズム部材１０２ｂでは、第２入射面１０６ｂから入射した光が傾斜面８４に集光されてダイクロイックミラー８６に入射する。ダイクロイックミラー８６は、入射光のうち所定の波長の光は反射し、それ例外の波長の光を透過させることにより光を分離する。ダイクロイックミラー８６により反射された光は、第２プリズム部材１０２ｂの第２入射面１０６ｂに接合された光電変換素子１０３ａの受光面に導かれる。また、ダイクロイックミラー８６を透過した光は、光電変換素子１０３ｂの受光面に導かれる。例えば、ダイクロイックミラー８６は、短波長側の光と長波長側の光とに分離して、短波長側の光を光電変換素子１０３ａの受光面に導き、長波長側の光を光電変換素子１０３ｂの受光面に導く。この場合、光電変換素子１０３ａは吸収ピークが短波長領域とし、光電変換素子１０３ｂは吸収ピークが長波長領域とする。
　ダイクロイックミラー８６は、波長選択性のある反射膜に置き換えることができる。また、光電変換素子１０３ａおよび１０３ｂのいずれか一方を、光熱変換素子に置き換えてもよい。例えば、ダイクロイックミラー８６により、赤外領域以外の波長の光を光電変換素子に導いて姿勢制御を行い、赤外領域の光を光熱変換素子に導いて熱エネルギーに変換することにしてもよい。光熱変換素子としては、光吸収体付きのヒートパイプなどを用いることができる。
（２－４）　図９（ｄ）には、集光面１０８ｃの近傍における厚さが光の進行方向にパラボリック状に薄くなる第２プリズム部材１０２ｃが例示されている。第２プリズム部材１０２ｃの内部を進む光は、第２プリズム部材１０２ｃの上面および下面で全反射され集光される。第２プリズム部材１０２ｃがパラボリック状の形状を有することにより、簡易な構成で集光倍率を向上させることができる。また、第２プリズム部材１０２ｃで集光される光は、光電変換素子１０３ｃへと導光される前にパラボリック状の形状面で集光されるため、光電変換素子１０３ｃを設ける集光面１０８ｃの厚さ方向の大きさを小さくすることができる。その結果、光電変換素子１０３ｃを小型化することができ、光発電モジュール１００の製造コストを低減することが期待できる。
（変形例３）
　上記の実施の形態では、図６のステップＳ３０４にて光電変換素子１０３の出力電流が所定量以上を超えたか否かを判定して、その判定が肯定されたときに駆動装置１１０による光発電モジュール１００の駆動を開始することにした。しかし、駆動装置１１０による光発電モジュール１００の駆動を開始する条件は、光電変換素子１０３の出力電流が所定量を超えて低下したことだけに限定されない。
（３－１）　例えば、ＣＰＵ３０は、ＲＡＭ５０に記憶されている光電変換素子１０３の出力電流の電流値について時間微分を算出して、その算出結果が負の所定値以下となったときに駆動装置１１０による光発電モジュール１００の姿勢制御を開始させることにしてもよい。図１０（ａ）は光電変換素子１０３の出力電流の電流値の時間変化の一例を示す図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す光電変換素子１０３の出力電流の電流値を用いて算出された時間微分の算出結果を例示する図である。図１０（ａ）に示す期間Ｔ１では、第１プリズム部材１０１への入射角θｘは、図５（ａ）に示す＋１．５°～＋２．０°に近い値となって、この時点で光発電モジュール１００の導光効率が急激に低下し、これに伴って、光電変換素子１０３の出力電流が急激に低下していることを示している。図１０（ｂ）は、期間Ｔ１における出力電流の時間微分も低下することを示している。駆動装置１１０においては、ＣＰＵ３０は、出力電流の時間微分の値が負の所定値Ａｔｈ以下となったときに駆動装置１１０を制御して光発電モジュール１００の姿勢制御を行う。これにより、期間Ｔ１終了時点でただちに駆動制御が行われて、入射角θｘが０°近傍の値に戻されるので、光電変換素子１０３の出力電流は期間Ｔ１直前と略同一の値に戻される。図１０（ａ）および（ｂ）には、出力電流およびその時間微分が元に戻る状態も示されている。
（３－２）　ＣＰＵ３０は、所定時間間隔で、駆動装置１１０による光発電モジュール１００の姿勢制御を開始させることにしてもよい。例えば、５分ごとに駆動装置１１０による光発電モジュール１００の姿勢制御を開始させることにしてもよい。５分間に地球は約１．２５°自転して、太陽は約１．２５°日周運動する。５分ごとに光発電モジュール１００の姿勢制御を行うことにより、高い導光効率を維持できる入射角θｘの角度範囲から入射角θｘが逸脱する前に光発電モジュール１００の姿勢制御を開始することができ、光電変換素子１０３の出力電流を安定させることができる。また、５分ごとに光発電モジュール１００の姿勢制御を行う際は、姿勢制御の開始時点での回転角度を基準に±５°の角度範囲で駆動軸１１１を回転させることにより、１回の光発電モジュール１００の姿勢制御に要する時間を抑制することができる。ここで、±５°の角度範囲は、あくまで例示であって、所定時間における太陽の日周運動による太陽光の入射角変化よりも大きい角度範囲であればよい。
　また、光発電装置１が曇天など、散乱光の多い状況ある場合や、光発電装置１が太陽光を反射する建築物の周辺に設置されている場合などにおいても、予め設定された時間間隔で駆動装置１１０による光発電モジュール１００の姿勢制御を開始することで、より柔軟に環境に対応することができる。
　図１１は、光発電装置１の周囲に建築物が存在している状況を例示した図である。図１１は、光発電装置１と太陽５００との間に太陽光５０１を遮蔽する建築物５１０が存在しており、光発電装置１の周辺には、太陽光５０３を反射する建築物５１１が存在している状態を示している。図１１に示した環境では、建築物５１０を周り込んだ散乱光５２０や建築物５１１で反射された反射光５２１が光発電装置１に入射することがある。太陽光５０１～５０３が建築物５１１等に遮断された状態では、散乱光５２０や反射光５２１が光発電装置１に入射する方向に光発電モジュール１００を向けて発電することが最も効率がよい場合が考えられる。散乱光５２０や反射光５２１が光発電装置１に入射する時間が短時間である場合であっても、所定時間間隔で駆動装置１１０による光発電モジュール１００の姿勢制御を行うことにより、効率よく発電することができる。
（３－３）　上記の実施の形態では、ユニット列１０に設けられた各光発電モジュール１００の第２プリズム部材１０２は、駆動軸１１１の回転角度がゼロ度において、その集光面１０８はＬｘ軸方向のマイナス側に向くように、揃えられて設置されていた。しかし、ユニット列１０に設けられた各第２プリズム部材１０２の集光面１０８が、Ｌｘ軸方向のプラス側に向けて設置されてもよい。また、集光面１０８がＬｘ軸方向のプラス側に向けられた光発電モジュール１００と集光面１０８がマイナス側に向けられた光発電モジュール１００との両方が設置されていてもよい。この場合には、ＣＰＵ３０は、集光面１０８がＬｘ軸方向のプラス側に向けられた光発電モジュール１００と、集光面１０８がＬｘ軸方向のマイナス側に向けて設置された光発電モジュール１００との出力差を、駆動装置１１０による光発電モジュール１００の駆動を開始する条件とすることができる。
　図１２（ａ）および（ｂ）は、第２プリズム部材１０２の集光面１０８がＬｘ軸方向のプラス側に向けられた光発電モジュールと第２プリズム部材１０２の集光面１０８がＬｘ軸方向のマイナス側に向けられた光発電モジュールとの両方が設置されたユニット列の一例である。図１２（ａ）に図示されるユニット列１０ａは、駆動軸１１１の回転角度がゼロ度において、集光面１０８がＬｘ軸方向のプラス側に向けられた光発電モジュール１００ｐと集光面１０８がＬｘ軸方向のマイナス側に向けられた光発電モジュール１００ｍとがＬｙ軸方向に交互に並んでいる。図１２（ｂ）に図示されるユニット列１０ｂは、駆動軸１１１の回転角度がゼロ度において、集光面１０８がＬｘ軸方向のプラス側に向けられた光発電モジュール１００ｐを連続して並べたものの両側に、集光面１０８がＬｘ軸方向のマイナス側に向けられた光発電モジュール１００ｍが隣接するようにＬｙ軸方向に並べられている。各集光面１０８には、光電変換素子１０３が接合される。なお、ユニット列に含まれる光発電モジュール１００ｐの個数と光発電モジュール１００ｍの個数とは、同じであることが望ましい。
　図１３（ａ）は、光発電モジュール１００ｐの導光効率６００ｐと入射角θｘとの関係、および、光発電モジュール１００ｍの導光効率６００ｍと入射角θｘとの関係がそれぞれ図示されている。図１３（ａ）に示されるように、光発電モジュール１００ｐの導光効率６００ｐが低下する勾配は、入射角θｘが正のときの方が負のときより大きい。一方、光発電モジュール１００ｍの導光効率６００ｍは、光発電モジュール１００ｐの導光効率６００ｐとは対称の形であり、光発電モジュール１００ｍの導光効率６００ｍが低下する勾配は、入射角θｘが負のときの方が正のときより大きい。これは光発電モジュールの構造によるものである。
　図１３（ｂ）は、光発電モジュール１００ｐの導光効率６００ｐと光発電モジュール１００ｍの導光効率６００ｍの差と入射角θｘの関係を示す図である。導光効率６００ｐと導光効率６００ｍの勾配の差が大きいθｘ＝±２°付近で、導光効率６００ｐと導光効率６００ｍの差の絶対値が大きくなっている。導光効率６００ｐと導光効率６００ｍの差の絶対値が大きいθｘ＝±２°付近では、光発電モジュール１００ｐおよび１００ｍからそれぞれ出力される電流の電流値の差も大きくなる。ＣＰＵ３０は、光発電モジュール１００ｐの出力電流と光発電モジュール１００ｍの出力電流のそれぞれの電流値の差を算出して、その差が所定値以上となったことを開始条件として駆動装置１１０による回転駆動を開始する。そして、ＣＰＵ３０は、ユニット列単位での出力電流が最大となる駆動軸１１１の回転角度を検出して、その回転角度に駆動軸１１１を回転させる。なお、ＣＰＵ３０は、出力電流の差の正負に基づいて駆動軸１１１の回転方向を決定し、出力電流の差の値により駆動軸１１１の回転角度を算出することも可能である。なお、ユニット列に光発電モジュール１００ｐと光発電モジュール１００ｍとを備えることにより、ユニット列における重量のバランスが改善され、ユニット列の回転駆動の精度が向上する。
（変形例４）
　図１４に示すように、光発電装置１は、ルーバ式窓として構成してもよい。図１４は、光発電モジュール１００が装着されたルーバ７００が複数設けられているルーバ式窓７１０の斜視図である。ルーバ式窓７１０は、複数の駆動軸１１１を有する架台１０２を有する。ルーバ７００は、ＣＰＵ３０の制御のもと、Ｌｙ軸方向に平行な駆動軸１１１を中心にして回転する。
（変形例５）
　上記の実施の形態では、光発電モジュール１００をＬｙ軸方向に延在する駆動軸１１１を中心に回転駆動させた。しかし、光発電モジュール１００を回転駆動させる際の回転軸方向は、上記以外でもよい。例えば、Ｌｚ軸方向や鉛直方向を回転軸としてもよい。
（５－１）　図１５は、光発電モジュール１００のぞれぞれを、Ｌｚ軸方向を回転軸として回転させる光発電装置の一例である。図１５は、複数の光発電モジュール１００がＬｚ軸方向に段差を設けて並べて設置された光発電装置８００である。光発電モジュール１００はＬｚ軸方向について二通りの高さ位置に配置される。二通りの高さに配置された光発電モジュール１００は市松模様に配置されている。光発電装置８００も、図２と同様に、Ｌｙ軸方向が設置面２００に対して所定の傾斜角度θ１を成すように設置される。
　図１５では、光発電装置８００においては、初期化状態として、光発電モジュール１００は、それぞれシリンドリカルレンズ１０４が延在する方向がＬｙ軸方向に一致するように設置される。光発電装置８００のＣＰＵ３０は、偏光プリズム１０１の入射面１０９ａの垂線方向Ｐｚ軸方向（この場合にはＬｚ軸方向と同一）とシリンドリカルレンズ１０４が延在するＰｙ軸方向とを含む平面内の位置から太陽光が入射するように光発電モジュール１００の姿勢を制御する。すなわち、ＰｚＰｙ平面内に太陽が位置するように光発電モジュール１００の姿勢を制御する。
　図１６（ａ）は、図１５の光発電装置８００に設置された複数の光発電モジュール１００をＬｚ軸方向から見た正面図である。図１６（ａ）に示されるように光発電装置８００に設置された各光発電モジュール１００には、それぞれ回転軸８０１が設けられている。回転軸８０１は、Ｌｚ軸方向（図１６（ａ）の紙面垂直方向）に延在する。光発電モジュール１００は、回転軸８０１を中心として、それぞれが同一方向に同一角度だけ回転する。図１６（ｂ）は、回転軸８０１を中心として各光発電モジュール１００がある角度だけ回転した様子を示す。光発電モジュール１００が高低差を設けて並べられているため、互いに衝突することはない。
（５－２）　図１７（ａ）および（ｂ）は、光発電モジュール１００を、鉛直方向Ｇｚを中心に回転させる光発電装置について説明するための図である。図１７（ａ）は、光発電モジュール１００がＬｘＬｙ平面に設置された架台９００を図示した図である。各光発電モジュール１００は、第１プリズム部材１０１のシリンドリカルレンズ１０４が延在する方向がＬｙ軸方向に平行になるように設置されている。架台９００は、図１７（ｂ）に示されるように、設置面２００から鉛直方向に延在する駆動軸９０１を中心にして回転駆動される。駆動軸９０１は、駆動装置９０２により駆動される。駆動軸９０１を中心にして回転することにより、偏光プリズム１０１の入射面１０９ａの垂線方向（Ｐｚ軸方向：この場合にはＬｚ軸方向と同一）とシリンドリカルレンズ１０４が延在するＬｙ軸方向（この場合にはＰｙ軸方向と同一）とを含む平面内の位置から第１入射面１０９ａに向けて太陽光が入射するように光発電モジュール１００の姿勢を制御する。すなわち、ＬｚＬｙ平面内に太陽が位置するように架台９００の向く角度を制御する。
（変形例６）
　上記の実施の形態では、駆動軸１１１を光電変換素子１０３の出力電流が最大となるような回転角度に調整したが、光発電装置の設置位置の緯度および経度と年月日時情報とに基づいて太陽の位置を算出して、その太陽の位置と光電変換素子１０３の出力電流の検出結果とに応じて光発電モジュール１００の姿勢を調整することにしてもよい。例えば、算出した太陽の位置に応じた姿勢に光発電モジュール１００を調整することとして、所定のタイミングに図６のステップＳ３０２と同様の動作を行って、光発電モジュールの姿勢を補正することとしてもよい。また、光発電装置１を設置したときにステップＳ３０２と同様の動作を行うことにより、光発電装置１の設置に関する情報を収集することにしてもよい。
（変形例７）
　上記の実施の形態では、光電変換素子１０３の出力電流をＡ／Ｄ変換回路６０によりデジタル信号に変換してＲＡＭ５０に記憶することにより光電変換素子１０３の出力電流を検出したが、光電変換素子１０３の出力電流を他の方法で検出することにしてもよい。例えば、光電変換素子１０３の出力部に高精度な抵抗を設けて、その抵抗による電圧降下を測定することにより、光電変換素子１０３の出力電流を検出することにしてもよい。
（変形例８）
　図６のステップＳ３０３において、駆動軸１１１の回転角度をステップＳ３０２にて検出された駆動軸１１１の回転角度に調節することにした。しかし、図５（ａ）に示されるように導光効率が良好となる入射角θｘの角度範囲はおよそ±１．５°ほどの余裕を有しているため、ステップＳ３０２にて検出された駆動軸１１１の回転角度から±０．５°程度ずらした回転角度に駆動軸１１１を調整することにしてもよい。０．５°とは、２分間分の太陽の日周運動に伴う太陽光の入射角の変化に相当する。このようにステップＳ３０２にて検出された駆動軸１１１の回転角度から所定角度だけずらすことにより、導光効率が良好な状態にある時間を調整することができる。
　以上で説明した実施の形態や変形例はあくまで例示に過ぎず、発明の特徴が損なわれない限り本発明はこれらの内容に限定されない。また、以上で説明した実施の形態や変形例は発明の特徴が損なわれない限り組み合わせて実行してもよい。
　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１２年第２７０４９２号（２０１２年１２月１１日出願）
１　光発電装置
１０　ユニット列
２０　パワーコンディショナ
４０　ＲＯＭ
５０　ＲＡＭ
６０　Ａ／Ｄ変換回路
１００　光発電モジュール
１０１　第１プリズム部材
１０２　第２プリズム部材
１０３　光電変換素子
１１０　駆動装置
１１１　駆動軸
２００　設置面

Claims (15)

  1. 　第１入射面に入射した光を集光して偏向することにより集光面に導く集光モジュールと、
    　前記集光面に導かれた光を光電変換して発電する光電変換素子と、
    　前記光電変換素子の出力電流を検出して、前記出力電流が最大となるように、前記集光モジュールの姿勢を制御する姿勢制御部と、
    　を備え、
    　前記集光モジュールは、前記第１入射面の第１方向での入射光の入射角変化に対しては前記集光面に導光する導光効率が穏やかに変化すると共に、前記入射面の前記第１方向と直交する第２方向での入射光の入射角変化に対しては前記第１方向での入射光の入射角変化に対する導光効率の変化よりも導光効率が敏感に変化する特性を有する光発電装置。
  2. 　請求項１に記載の光発電装置において、
    　前記姿勢制御部は、前記集光モジュールを任意の一つの軸を中心に回転させて制御する光発電装置。
  3. 　請求項１または２に記載の光発電装置において、
    　前記姿勢制御部は、前記電流の電流値の時間変化に基づいて、前記集光モジュールの姿勢制御を開始する光発電装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の光発電装置において、
    　前記姿勢制御部は、前記電流の電流値に対して時間微分した値が負の所定値以下となったとき、前記集光モジュールの姿勢制御を開始する光発電装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の光発電装置において、
    　前記集光モジュールは前記第１入射面に入射した光を集光して出射面から出射する第１プリズム部材と、前記第１プリズム部材の前記出射面から出射した光を前記集光面に導く第２プリズム部材とを有する光発電装置。
  6. 　請求項５に記載の光発電装置において、
    　前記第１プリズム部材の前記第１入射面には、前記第１方向に延在する集光構造が前記第２方向に複数並べて設けられ、
    　前記第１プリズム部材の前記出射面には、前記第１方向に延在する偏向構造が前記第２方向に複数並べて設けられ、
    　前記第２プリズム部材は、前記第１プリズム部材から出射した光を入射させる第２入射面と、前記第２入射面と第１端で鋭角に交差する傾斜反射面と、前記第１端に対向する第２端で前記第２入射面と前記傾斜反射面とに接するような前記集光面とを有する光発電装置。
  7. 　請求項６に記載の光発電装置において、
    　前記姿勢制御部は、前記第１方向と、前記集光モジュールの第１入射面の垂線とを含む面内のいずれかの方向から前記第１入射面に向けて光が入射するように前記集光モジュールの姿勢を制御することにより、前記集光モジュールの姿勢を前記出力電流が最大となる姿勢にする光発電装置。
  8. 　請求項６に記載の光発電装置において、
    　前記集光モジュールを複数備え、
    　前記姿勢制御部は、前記第１方向と、前記集光モジュールの第１入射面の垂線とを含む面内のいずれかの方向から前記第１入射面に向けて光が入射するように前記集光モジュールの姿勢を制御することにより、前記集光モジュールの姿勢を前記出力電流が最大となる姿勢にする光発電装置。
  9. 　請求項６から８のいずれか一項に記載の光発電装置において、
    　前記姿勢制御部は、前記第１方向に延在する駆動軸を中心として前記集光モジュールを回転させることにより、前記集光モジュールの姿勢を制御する光発電装置。
  10. 　請求項６から８のいずれか一項に記載の光発電装置において、
    　前記姿勢制御部は、前記第１方向に直交し且つ前記第２方向に直交する第３方向に延在する駆動軸を中心として前記集光モジュールを回転させることにより、前記集光モジュールの姿勢を制御する光発電装置。
  11. 　請求項６から８のいずれか一項に記載の光発電装置において、
    　前記集光モジュールが設置される架台をさらに備え、
    　前記姿勢制御部は、鉛直方向に延在する駆動軸を中心として前記架台を回転させることにより、前記集光モジュールの姿勢を制御する光発電装置。
  12. 　請求項９から１１のいずれか一項に記載の光発電装置において、
    　複数の前記集光モジュールのうち、少なくとも隣接する１組の前記集光モジュールにおいて、前記第１端と前記第２端の位置が互いに１８０°異なる光発電装置。
  13. 　請求項１２に記載の光発電装置において、
    　前記第１端と前記第２端の位置が互いに１８０°異なる関係にある第１の集光モジュールと第２の集光モジュールとを同数有する光発電装置。
  14. 　請求項１または２に記載の光発電装置において、
    　前記姿勢制御部は、所定時間ごとに、太陽が日周運動を前記所定時間したことによる太陽光の入射角変化よりも大きい角度範囲内で前記集光モジュールの姿勢を変化させ、当該姿勢変化中の前記出力電流を検出して、当該姿勢変化中の前記出力電流が最大となる姿勢に前記集光モジュールの姿勢を制御する光発電装置。
  15. 　請求項１または２に記載の光発電装置において、
    　光発電装置の設置位置に基づいて、太陽の位置を算出する太陽位置算出部をさらに備え、
    　前記姿勢制御部は、
    　前記太陽位置算出部により算出された太陽の位置に応じた前記集光モジュールの姿勢を、前記光電変換素子の出力電流に基づいて補正して、補正後の姿勢となるように前記集光モジュールの姿勢を制御する光発電装置。
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