JPS61194511A - 一軸追尾式太陽光発電方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、夫々にソーラーセルが固定される多数の回
動軸を相互に平行に並べ、変化する太陽位置に応じて各
回動軸を軸周方向に回動させることにより、ソーラーセ
ルに太陽の移動を追尾させてソーラーセル表面への日射
量を増加させる一軸追尾式太陽光発電方法に関し、特に
、太陽位置が低い時間帯においては、ソーラーセル表面
に他のソーラーセルの影が形成されない範囲でソーラー
セル表面を可及的に太陽の方向に近づけるように回動軸
を回動させることにより、ソーラーセル表面への日射量
を可及的に増加させる。

〔従来の技術〕 ソーラーセルの追尾装置は変化する太陽位置を追尾して
ソーラーセルの受光面の増大を図るものであり、これに
よって発電効率を向上させる。かかるソーラーセルの追
尾装置としては、殆どが二輪式と呼ばれるものであり、
時角方向軸と仰角方向軸の夫々を回転制御して、全天空
における太陽の位置を完全に追尾するものであった。し
かしながら、二軸追尾式はソーラーセル架台の機構が複
雑であり、また太陽位置の追尾の制御機構及び追尾に必
要なエネルギ量も多大なものとなり、多くの枚数のソー
ラーセルを用いて発電を行うにはコスト高になる問題点
がある。

これに対して一軸追尾式は仰角方向軸を一定の角度に固
定して、時角方向軸のみの回動制御を行うものである。

そして従来の一軸追尾式太陽光発電方法は、ソーラーセ
ルを固定した回動軸を、ソーラーセル表面が日の出時に
は東に９０度回動し、太陽の移動に伴って順次これが西
に回動して、日没時には西に９０度回動し、以て回動軸
を１８０度の範囲で回動させる方法が採られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、ソーラーセルの発電効率を、ソーラーセルの
所要取付は単位面積で評価するなら、ソーラーセルを高
密度に集積した配列が望ましいものであり、また、ソー
ラーセルはその表面の一部にでも受影した場合には発電
不能になる性質がある。そして、一軸追尾式太鴎光発電
方法では、ソーラーセル取付は密度と回動軸の回動角度
と時刻によっては、隣接する回動軸上のソーラーセルに
より相互に影を生じることになるため、ソーラーセルの
取付は密度にも限界があり、特に、前記従来技術のよ□
うに、回動軸の回動角を１８０度に□も設定しておくと
、朝夕の太陽位置が低い場合にはソーラーセル表面に他
のソーラーセルの影を受けて、発電不能になる問題点が
ある。

この発明は、ソーラーセルの前記性質と前記従来技術の
問題点に着目してなされたものであり、特に太陽位置の
低い時においてソーラーセル相互間で影が発生しないよ
うに回動軸の回動角度を制御しつつ、最大日射量を取得
することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、日の出から日没までの間を太陽の移動にし
たがって順次太陽の上昇前期と上昇後期と下降前期と下
降後期とに分け、ソーラーセルが固定された回動軸を回
動して、太陽の上昇前期に、ソーラーセルを、太陽の上
昇に合わせて上向きの状態から東方向に次第に起こすこ
とによりその角度を順次大にしてソーラーセル表面を太
陽の方向に次第に向け、ソーラーセルが所定の角度まで
起きたとき以降の太陽の上昇後期に、ソーラーセルを上
昇前期と逆方向に回動させることにより次第に上向きに
倒してソーラーセル表面を太陽の移動に対応させて次第
に上向きにし、太陽がその移動軌跡の頂点を通過した後
の下降前期に、ソーラーセルを西方向に次第に起こすこ
とによりその角度を次第に大にしてソーラーセル表面を
太陽の移動に対応させて次第に西向きにし、ソーラーセ
ルが所定の角度まで起きたときからの太陽の下降後期に
、ソーラーセルを下降前期と逆方向に回動させることに
よりその表面が上向きになる方向に次第に倒してその角
度を順次小にする方法とした。

〔作用〕

太陽の上昇前期と上昇後期と下降前期と下降後期のうち
、上昇後期とこれに続く下降前期には、ソーラーセルの
表面は太陽に対して大体において常に正面を向いていて
十分な日射量を受ける。

また、上昇前期と下降後期においては、太陽位置が低い
ため、ソーラーセル表面が隣接する回動軸のソーラーセ
ルの影を受けない範囲で、しかもソーラーセル表面を太
陽光に対して可及的に角度を大きくして、可及的に多く
の日射量を受ける。

ここで、上昇前期においては、ソーラーセル表面が上昇
する太陽を迎えるように太陽に向けて次第に回動する挙
動をし、下降後期においては、ソーラーセル表面が下降
する太陽に離別するように、太陽の下降方向とは反対方
向に回動する挙動を示す。

〔実施例〕

第１図は、この発明の実施に直接使用する一軸追尾式太
陽光発電装置の概略図であり、相互に平行な多数の回動
軸１が一列に設置され、各回動軸ｌには複数のソーラー
セル２が配置固定される。

各回動軸１は、その軸心が南北方向を向き、且つ北側の
端部が南側の端部よりも上位にあって、水平面に対して
約３５度の傾斜角Ｔを有し、このうちの１本の回動軸ｌ
に誘導モータ３が減速機４を介して接続されて、この回
動軸１を駆動軸５としている。この駆動軸５の回動によ
り、連動機構６を介して他の回動軸１が同期して一体に
回動するようになっている。Ｓは太陽を示し、これにか
かる破線は太陽Ｓの軌道を示す。

回動軸１に固定したソーラーセル２は１枚が横４４４ｍ
ｘｉ＆９６１　ｍｍＸ厚み２６ｍｍの寸法をもち、定格
最大出力４４Ｗである。かかるソーラーセル２を１本の
回動軸１に５枚接続させてし）−る。各回動軸１のピッ
チは、これを大にするほど朝夕においてソーラーセル２
表面に他のソーラーセル２の影が形成されない時間を長
くすることができるが、この実施例では設置面積の制約
から回動軸１のピッチを６１０ｍｍとした。

一軸追尾式太陽光発電に際しては、太陽を追尾するとき
ソーラーセル２表面への太陽光日射量が多いほど発電効
率を高めることができ、受照量はソーラーセル２表面へ
の太陽光線に対し・て直角な投影面積に比例する。

この実施例では、回動軸１の傾斜角Ｔは３５度で固定さ
れているため、各回動軸ｌの回転角φによりソーラーセ
ル表面の方位角Ｔ゛及び傾斜角Ｔ。

は第２図に示すように一義的に決定され、ソーラーセル
２表面への太陽光日射量は次式で求められる。なお、第
２図における２ａは基準位置（ソーラーセル２表面が真
上を向いた状態の角度位置・回動角度が０度の位置）に
おけるソーラーセル２を示し、２ｂは回動角φだけ回動
したソーラーセル２を示す。また同図においてＥは東、
Ｗは西、Ｓは南の各方角を示す。

Ｉｒ＝Ｉｂｔ（直達日射）＋ｔｄｔ（散乱日射）ただし
、 Ｉｂｔ＝　Ｉｏ　Ｐ””’　ｃｏｓθ ｃｏｓθ＝ｓｉｎｈ　ｃｏｓＴ’　＋ｃｏｓｈ　５ｉｎ
Ｔ’ｃｏｓ（Ｔ　’−ｒ　）ｃｏｓ　　（９０−Ｔ　） ここで、ｉｏ＝太陽常数（ｋｃａｌ／ｒｄ−ｈ　）ｈ：
太陽高度〔度〕 Ｐ：大気透過率 θ：ソーラーセル表面に対する太陽 光の入射角〔度〕 Ｔ：基準位置でのソーラーセル表面の 傾斜角〔−３５度〕 γ：太陽の方位角 γ゛　：ソーラーセル表面の方位角 Ｔ゛　：ソーラーセル表面の傾斜角 φ：ソーラーセル表面の回転角 これにより、ソーラーセル２表面を、基準位置から東に
９０度、西に９０度の範囲で１０度ごとに間欠回動させ
た場合の年間の各月代表日における日射量の時刻変動を
算定して、午前中の値をグラフとした。１月の代表臼を
２０日としたときの前記グラフが第３図に示される。２
月から１２月までのグラフは省略する。なお、この実施
例において表される時刻は真太陽時で示される。

この実施例では、ソーラーセル２の回動負度を間欠制御
する方法を採り、１回の回動角度は前記の算定と同様に
１０度とした。この間欠回動は、第４図に示す機構によ
り実現される。即ち、駆動軸５及びその他の回動軸１に
は円板７が同軸に固定され、この円板７の外周の、回動
角１０度ごとに凹又は凸が形成され、且つ円板７の外周
にリミットスイッチ（図示せず）が接するようになって
いる。そして１回の１０度の回動をリミットスイッチに
より検出して第１図に示す制御回路８により誘導モータ
３を制御する。このように、ソーラーセル２の回動角度
を１０度として間欠回動させる理由は、誘導モータ３の
起動頻度及び消費電力の低減化と、太陽位置追尾性能の
精度確保との両面からの要求を満足させる回動方法にし
たためである。従って、間欠回動角度は、必ずしも１０
度に限定すべき性質のものではない。

またこの実施例に右ける回動軸１のピッチ及びソーラー
セル２の寸法等の条件は前記した通りであるが、これら
の設置条件においては、ソーラーセル２に他のソーラー
セル２の日影が形成されない角度は、ソーラーセル２が
東に４０度回動した位置から西に４０度回動した位置ま
での８０度の角度であることが分かった。

さらに、この実施例に用いた発電装置によれば、９時１
５分以前及び１４時２５分（６月は１４時３０分）以降
では、ソーラーセル２の回動角が東西に４０度を超える
と、ソーラーセル２表面に他のソーラーセル２の影が形
成されることも分かった。そこで、９時１５分以前及び
１４時２５分以降においてソーラーセル２の回動角を制
御する場合に、ソーラーセル２表面に日影が形成されず
に、しかも日射取得量が最大になる回動角度も、前記各
月のグラフから求め、これにより第５図に示す運転スケ
ジュールを決定した。

而して、この実施例においては、日の出時から９時１５
分までが太陽の上昇前期であり、９時１５分から１１時
４０分までが上昇後期であり、１１時４０分から１４時
２５分（６月は１４時３０分）までが下降前期であり、
１４時２５分（同）から１５時４５分以後までが下降後
期になる。

そして、この運転スケジュールを前記制御回路８に入力
しておくことにより、回動軸ｌを回動させてソーラーセ
ル２を第５図に示す時刻と当該時刻における角度に回動
させる。

第６図は、第５図における１月の運転スケジュールに基
づいてソーラーセル２を回動させた状態の、ソーラーセ
ル２の角度を示す説明図である。

この第６図に基づいてこの実施例におけるソーラーセル
２の回動角度を説明すると、日の出時にはソーラーセル
２の回動角度は０度であって第２図に２ａで示す回動位
置にある。そして、太陽は上昇を続け、８時１５分にな
るとソーラーセル２は東に１０度回動してその表面が僅
かに太陽方向を向き、太陽はさらに上昇を続けて８時５
０分になるとソーラーセル２は東に２０度の角度に回動
してさらに起き上がり、その表面がさらに太陽方向を向
く。このようにして、９時１０分には東に３０度、９時
１５分には東に４０度の角度に回動する。これまでが太
陽の上昇前期であり、この東４０度の角度がソーラーセ
ル２の東方への最大回動角度になる。そして、これまで
のソーラーセル２は前期の回動をして、上昇しつつ西方
に移動を開始した太陽を、ソーラーセル２表面が順次迎
えに行くような形態をとる。

このような上昇前期におけるソーラーセル２の回動によ
って、太陽位置が比較的低くても、ソーラーセル２表面
に他のソーラーセル２の影が形成されることを防止しつ
つ、ソーラーセル２の受光により発電を行う。

そして、ソーラーセル２が東に４０度傾斜する９時１５
・分になると、ソーラーセル２表面は太陽に大体におい
て正対して日射を正面から受けることになり、これ以後
は太陽の移動に伴って、ソーシーセル２表面が太陽方向
を向くようにソーラーセル２を回動させる。これが上昇
後期であり、９時３５分に東３０度、１０時２０分に東
２０度、１１時ＯＯ分に東１０度と、ソーラーセル２は
太陽の移動に伴って順次例れて、１１時４０分に至って
ソーラーセル２の回動角度は初期の０度に戻る。

これ以後は太陽が下降を開始しつつ継続して西方に移動
する。これが下降前期であり、ソーラーセル２は逆に太
陽を追尾して西に回動する。即ち、ソーラーセル２の回
動角は１２時２０分に西１０度、１３時００分に西２０
度、１３時４０分に西３０度、１４時２５分に西４０度
になり、ここで下降前期が終了し、これから下降後期が
開始する。

この西４０度の角度がソーラーセル２の西方への最大回
動角度になる。そして下降前期が終了するまでは、上昇
後期から引続いてソーラーセル２表面が大体において太
陽に正対しているため、この間の東西各４０度、合計８
０度の角度においては日射を正面から受ける。

下降後期にあっては、太陽の位置が次第に低くなるため
、ソーラーセル２表面に他のソーラーセル２の影が形成
されやすくなる。このため、この影が形成されない条件
下で、ソーラーセル２表面が受ける日射量が多いように
、ソーラーセル２の回動角度が制御される。即ち、１４
時４５分にはソーラーセル２の回動角は西３０度に戻り
、１４時５０分には西２０度、１５時１０分には西１０
度となり、１５時４５分以降は０度に戻る。この下降後
期におけるソーラーセル２の挙動は、下降しつつ西方に
移動する太陽に対してソーラーセル２表面が次第に離別
するような挙動になる。そして翌日は前記上昇前期から
前述の動作を繰り返す。

なお、これは１月におけるソーラーセル２の角度と時刻
との関係であって、他の月にあっはこれが第５図の表に
示される通りとなる。

なお、この実施例における発電方法は日本国内の或る地
点におけるものであるから、特に経度が変化すれば、そ
れに対応して時刻と太陽位置との関係が変化するもので
あり、従ってソーラーセル相違することになる。また、
ソーラーセル２の寸法や各回動軸ｌのピッチがこの実施
例とは相違すれば、上昇前期から上昇後期に移行する時
刻、及び下降前期から下降後期に移行する時刻や、その
時刻における東西へのソーラーセル２の回動角度時刻は
、この時刻の前後各５程度度の余裕をもつものとする。

このようにして、この発明においては、上昇前期と下降
後期とにおけるソーラーセルの回動に特徴があり、その
結果、前記実施例における東４０゜度から西４０度の間
のように、ソーラーセルの回動範囲が狭くなって、一軸
追尾式太陽晃発電装置の回動軸の回動機構の簡略化をは
かることができる一方、前記実施例のように回動軸の回
動を間欠７二７ニニ言り：二＝藩：二°°′““パ　　
・□また、前記実施例の日射取得量は、第７図に示　□
すように午前中を忘でも、従来の固定式太陽先発電方法
に比較して８〜９％も増大している。これからも理解で
きるように、この発明における日射取得量は従来技術に
比して大きく増大する効果がある。

〔発明の効果〕 以上説明したように、この発明によれば、日の出から日
没までの間を太陽の移動にしたがって順次太陽の上昇前
期と上昇後期と下降前期と下降後期とに分け、太陽の上
昇前期に、ソーラーセルを上向きの状態から東方向に次
第に起こすことによりその角度を順次大にしてソーラー
セル表面を太陽の方向に次第に向け、太陽の下降後期に
、ソーラーセルをその表面が上向きになって戻る方向に
次第に倒してその角度を順次小にすることとし、且つ上
昇後期と下降前期ではソーラーセル表面を太陽に正対さ
せるようにした。このため、この発・、″ 明に、゛よれば、上昇前期と下降後期にも、ソーラー七
□ノＨＨｙＢ　ｃ＝他のソーラーセルの影が形成される
ことを防止できるから、この間においてもソーラーセル
による発電を行うことができるため、−日における日射
の取得量が増大する効果がある。

またこの発明によれば、−ヒ昇後期と下降前期における
ソーラーセルの回動角度が、−日におけるソーラーセル
の最大回動角度になるから、その角度が小さくなるため
回動軸の回動機構の構造を簡易にすることができる効果
もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施に直接使用する装置の概略説明
図、第２図はソーラーセルの傾斜角と回動角との関係を
表す斜視図、第３図は時刻に対する日射量の変化の一例
を示すグラフ、第４図ｉａｌ〜ＴＯ）は夫々ソーラーセ
ルの回動の様子を示す斜視図、第５図はソーラーセル回
動運転スケジュールをあられす表、第６図は時刻とソー
ラーセル回動角度との関係を示す説明図、第７図は日射
取得量を示す表である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）夫々にソーラーセルが固定される多数の回動軸を
   相互に平行に並べ、変化する太陽位置に応じて各回動軸
   を軸周方向に回動させて、ソーラーセルに太陽の移動を
   追尾させる、一軸追尾式太陽光発電方法において、日の
   出から日没までの間を太陽の移動にしたがって順次太陽
   の上昇前期と上昇後期と下降前期と下降後期とに分け、
   前記回動軸を回動させて、太陽の上昇前期に、ソーラー
   セルを上向きの状態から東方向に次第に起こすことによ
   りその角度を順次大にしてソーラーセル表面を太陽の方
   向に次第に向け、ソーラーセルが所定の角度まで起きた
   とき以降の太陽の上昇後期に、ソーラーセルを上昇前期
   と逆方向に回動させることにより次第に倒してソーラー
   セル表面を太陽の移動に対応させて次第に上向きにし、
   太陽がその移動軌跡の頂点を通過した後の下降前期に、
   ソーラーセルを西方向に次第に起こすことによりその角
   度を次第に大にしてソーラーセル表面を太陽の移動に対
   応させて次第に西向きにし、ソーラーセルが所定の角度
   まで起きたときからの太陽の下降後期に、ソーラーセル
   を下降前期と逆方向に回動させることによりその表面が
   上向きになる方向に次第に倒してその角度を順次小にす
   ることを特徴とする一軸追尾式太陽光発電方法。
2. （２）太陽の上昇前期と下降後期とは、ソーラーセルを
   起こしてその表面を太陽の方向に向けたときに、或る回
   動軸のソーラーセル表面に、隣り合う回動軸のソーラー
   セルの影が形成される太陽位置に基づいて設定され、こ
   の上昇前期と下降後期には、ソーラーセル表面に他のソ
   ーラーセルの影が形成されない範囲でソーラーセル表面
   を可及的に太陽の方向に近づけるように回動軸を回動さ
   せる特許請求の範囲第１項記載の一軸追尾式太陽光発電
   方法。
3. （３）予め１年各月ごとに設定したタイムスケジュール
   に基づいて、回動軸を毎日回動させる特許請求の範囲第
   １項又は同第２項記載の一軸追尾式太陽光発電方法。
4. （４）回動軸の回動を、設定された或る角度ごとの間欠
   回動により行う特許請求の範囲第１項乃至同第３項のい
   ずれかに記載の一軸追尾式太陽光発電方法。