(57)【要約】      （修正有）【課題】自然に、安価に、太陽を追尾する太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽１の太陽光２を追尾する太陽光発電アレイ３の自然追尾には、小型の追尾用太陽電池モジュ−ル５の太陽影８を追尾する方式を採用して、東西方向に追尾するためにアレイ３の西側端の下部に追尾用太陽電池モジュ−ル５を設置し、アレイは夜間には水平に設置しておき、晴天日は朝日によって東方に向いて立上げ、太陽光２で追尾用太陽電池日照部９が発電し、東西方向駆動モ−タ−７とタイマーで間欠的に車輪６を回転して、円の中心点１２の周りを円形４に回転する太陽光発電システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
日射量を有効に利用するために太陽を追尾する新追尾法として、ひまわりのように自然に安価に太陽を追尾する為に、太陽１の太陽光２を追尾する太陽光発電アレイ３の自然追尾には、追尾用太陽電池モジュ−ル５の太陽影８を追尾する方式を採用して、東西方向に追尾するためにアレイ３の西側端の下部 に設置し、太陽光２で追尾用太陽電池日照部９が発電し、東西方向駆動モ−タ−７は架台中のシャフトを回転し、車輪６を回して円形の中心点１２の周りを円形４に回転することを特徴とした太陽影追尾発電システム。
【請求項２】
請求項１において、西方向に追尾するためにアレイ３の西側端の下部 に太陽電池モジュ−ルを設置し、東西方向駆動モ−タ−６はアレイの下部に置き、追尾モータが作動する間隔は、タイマーで約五分ごとに架台１１の車輪７を回転する太陽影追尾発電システム。    
【請求項３】
請求項１において、東西方向に追尾するために、アレイの西側端の下部 に太陽電池モジュ−ルを設置するとともに、東方向にも設置すると、朝日で自然に東に回転する。南北下部に１対の太陽自然追尾パネルを増設すると、南北追尾することが可能となる太陽影追尾システム。 
【請求項４】
大請求項１において、大規模な太陽電池、集光式の太陽熱コレクターやや太陽熱発電では、多数のアレイを配列して、各西端の下に追尾用太陽電池モジュ−ルを配置して、単一の車輪を回転する太陽影追尾システム。このシステムを水上に浮かせて、スクリューやパドルで円形に回転して、太陽を追尾できる太陽影追尾システム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムを電力供給源として有効に実用化するために、自然に円形回転する太陽影追尾の太陽光発電システムである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムを電力供給源として実用化するために、太陽電池の高効率化（低コスト）とシステム構成を最適化する研究開発が、日米欧を中心として進展している。太陽光発電システムは、太陽電池アレイ、パワ−コンディショニング（インバ−タ等）及び負荷で構成され、独立システムでは蓄電池、外部電源としては商用系統やディ−デル発電機がある。太陽電池モジュ−ルは多数のセルを直列にした集合体であり、太陽電池アレイはモジュ−ルを一体化したセットである。太陽電池アレイの設定方式は、従来は固定式（真南に約30度傾斜）が多かったが、日射量を有効に利用するために太陽を追尾するには、太陽センサ法と計算機制御法がある。しかし、計算機制御法は小規模なシステムには高価となり、センサ追尾法は晴天日以外には使用できない。
電子計算機による太陽追尾機構では、マイクロコンピュ−タによってパルスモ−タをプログラム制御する。計算機による太陽追尾例は多数あり、その追尾精度は約±0.5 度以下と高いが、計算機や配線のコストも高くなる。センサ追尾は、１対の太陽電池セルの間に直立した衝立板を設け、２枚のセルに発生した太陽の影による電気出力差を増幅し、モ−タ−の回転方向を制御（太陽を追尾）する方式である。２軸追尾する場合には、１対のセンサを追加すると、約 ±１度の精度で追尾できるが、外部電源が必要であり、曇天日には追尾ができない。
【０００３】
特許公開２０１３−４６８４ の「太陽追尾装置及び太陽光発電装置」では、太陽の位置を正確に特定する装置を提供する為に、太陽追尾装置は、太陽光検知ユニットと駆動装置を備える。太陽光検知ユニットは、貫通孔を有する第１プレートと、第１プレートに対向配置されているとともに４個の受光部を有する第２プレートを有して、駆動装置は太陽光検知ユニットの角度を調整する。 
【０００４】
特許公開２０１２−５４２５６の「無電源太陽追尾装置」によると、太陽の向きを追尾するための駆動電源を必要とせずに、おおよそ太陽の方向を向くような太陽光発電装置用降雪及び積雪対応無電源太陽追尾装置を提供する為に、朝の太陽追尾開始時点で、太陽電池パネルを人力、手動、電動油圧シリンダーなどによって、太陽電池パネルを太陽方向（東方向）に向け、太陽追尾開始の状態とする。次に、太陽電池パネルと可動部の重さによって、油圧シリンダー内のオイルがゆっくり移動することによりピストンが押し込まれて太陽を追尾する。
【０００５】
特許公開２０１１−２５８９０５の「太陽光追尾装置 」によると、高精度で相互干渉が起こらない密集設置できる太陽光発電用太陽方位追尾装置を低コストで提供するには、従来の集光型太陽光発電装置は３次元の太陽追尾が主流のため、風荷重への対応などから追尾装置が高くなる欠点があった。これを解決するために、リニアレンズ集光型で太陽高度を追尾せず太陽方位のみを追尾する２次元追尾を前提とした、既製品の鋼管パイルやローラなどで構成される太陽方位追尾装置を低コストで提供する。太陽高度の追尾を行わないことから必要となる上下方向９０°近い広視野角の太陽光追尾用センサーにより太陽方位の精密追尾を行うとともに、同期したタイマー、太陽運行表から曇天時の追尾制御や日没後の始点復帰作業を行い、密集配置された太陽電池パネルの相互干渉を回避する。 
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池アレイの設定方式は、従来は固定式（真南に約30度傾斜）が多かったが、日射量を有効に利用するために太陽を追尾するには、太陽センサ法と計算機制御法がある。しかし、計算機制御法は小規模なシステムには高価となり、センサ追尾法は晴天日以外には使用できないとともに外部電源が必要である。
【０００７】
そこで図１のように、、新追尾法としての影追尾光発電装置は、アレイの西側下部に追尾用の太陽電池パネルを設置して東西追尾するのが特長である。実験に使用した影追尾光発電装置では、アレイの太陽電池容量は１ｋＷであり、追尾用モジュ−ル（３枚）は１０Ｗである。この新しい太陽追尾機構の実施例を紹介して、従来の制御方法と比較する。新しい追尾方法として、影追尾用の太陽電池モジョ−ルを追加した自己出力式追尾機構を紹介する。
太陽の追尾には、追尾用太陽電池モジュ−ルの影を追尾する方式を新しく採用した。東西方向に追尾するために、アレイの西側端の下部（アレイ面から 1 m下) にアモルファス太陽電池モジュ−ル（面積 0.12 m2 、出力 5W) ２枚を設置した。 その下部１ｍに南北用補助モジュ−ル１対を設けている。西方向駆動モ−タ−は、図２のようにタイマーでシャフトを回転する。追尾モ−タ−は架台１１上に設け、東西用と同様に定格回転数は 2,000 rpm、減速比は 10,800 である。 太陽を西方向に追尾するために、追尾用太陽電池モジュ−ル(補助パネル)をアレイの西側下部（アレイに平行）に少し重ねて設置した。アレイが太陽に直面している時は、モジュ−ル上の一部分に影が発生し、その電気出力ではモ−タ−は起動しない。図３のように、太陽が西側に移方にすると影が小さくなり、電気出力が増加して直流モ−タ−を回転する。
【０００８】
そこで、新追尾法としての影追尾光発電装置は、アレイの西側下部に追尾用の太陽電池パネルを設置して東西追尾するのが特長である。実験に使用した影追尾光発電装置では、アレイの太陽電池容量は１ｋＷであり、追尾用モジュ−ルは１０Ｗで、影追尾用の太陽電池モジョ−ルを追加した自己出力式追尾機構である。試作した影追尾光発電装置は、２０枚の太陽電池モジュ−ルを設置できる架台（アレイ）、太陽追尾用モジュ−ル、駆動用モ−タと支柱で構成している。アレイの太陽電池モジュ−ルは、図４のように、１枚（面積0.5 m2）で日射量１kＷ／m2（セル温度２８℃）の時に、約 50 W の電力を出力できる。負荷抵抗は、放熱フィン付巻線式であり、1.95オーム(15.6オーム, 8本)を用いた。
【発明の効果】
【０００９】
太陽の追尾には、追尾用太陽電池モジュ−ルの影を追尾する方式を新しく採用し。東西方向に追尾するために、アレイの西側端の下部（アレイ面から 1 m下) に、図４のように、アモルファス太陽電池モジュ−ル（面積 0.12 m2 、出力 5W) ２枚を設置した。 その下部１ｍに補助モジュ−ルを設けて、西方向駆動モ−タ−は架台下部に置き、タイマー（蓄電池で作動）を使って、図５のように、間欠的に車輪シャフトを回転した。
アレイは夜間には水平に設置しておき、強風への抵抗を少なくして、朝日によって東方に向いて立上って太陽を追尾して、夕方7時にはスイッチが作動して東方に逆回転して待機させた。  なお、レールを円形に設置して、太陽電池パネルを季節ごとに傾斜して固定し、朝から夕方まで一軸回転すると、図６のように固定の場合と比較して、約20% は多く発電できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】太陽１の太陽光２を追尾する太陽光発電アレイ３の自然追尾には、追尾用太陽電池モジュ−ル５の太陽影８を追尾する方式を採用して、東西方向に追尾するためにアレイ３の西側端の下部 に設置し、アレイは夜間には水平に設置しておき、晴天日は朝日によって東方に向いて立上げ、太陽光２で追尾用太陽電池日照部９が発電し、東西方向駆動モ−タ−７は架台のシャフトを回転し、車輪６を回して円形の中心点１２の周りを円形４に回転することを特徴とした太陽影追尾発電システムである。
【図２】太陽の追尾には、追尾用太陽電池モジュ−ル５の影を追尾する方式を採用し。東西方向に追尾するために、アレイ３の西側端の下部に太陽電池モジュ−ルを設置した。 東西方向駆動モ−タ−６はアレイの下部に置き、架台１１の車輪７を回転した。
【図３】追尾用太陽電池モジュ−ルの特性によると、影が約1/20以下になると追尾モータが作動する。
【図４】影追尾用モジュ−ルの発電特性によると、影が 1/25 出来ると、影追尾用モジュ−ルの発電電力は約半分になる。
【図５】追尾用太陽電池モジュ−ルの追尾モータが作動する間隔は、タイマーで五分ごとにすると良いことが言えた。
【図６】太陽追尾の発電特性を固定の例と比較すると、晴天日には約２割は増加している。
【図７】東西方向に追尾するために、アレイの西側端の下部 に太陽電池モジュ−ルを設置するとともに、東方向にも設置すると、朝日で自然に東に回転する。南北下部に１対の太陽自然追尾パネルを増設すると、南北追尾することが可能となる。 
【図８】大規模な太陽電池アレイの他に、集光式の太陽熱コレクターや太陽熱発電においても、多数のアレイを配列して、各西端の下に追尾用太陽電池モジュ−ルを配置して、単一の車輪を回転して稼働率を向上できる。このシステムを水上に浮かせて、スクリューやパドルで太陽を追尾することもできる。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１１】
図１のように、太陽１の太陽光２を追尾する太陽光発電アレイ３の自然追尾には、追尾用太陽電池モジュ−ル５の太陽影８を追尾する方式を採用して、東西方向に追尾するためにアレイ３の西側端の下部に設置した。南北方向には、季節により３段階(15,30,45度)に固定する。アレイは夜間には水平に設置しておき、晴天日は朝日によって東方に向け、太陽光２で追尾用太陽電池日照部９が発電し、東西方向駆動モ−タ−７は架台中のシャフトを回転し、車輪６を回して円形軌道の中心点１２の周りを円形４に回転した。
【実施例２】
【００１２】
実験に使用した影追尾光発電装置では、アレイの太陽電池容量は１ｋＷであり、追尾用モジュ−ルは１０Ｗで、影追尾用の太陽電池モジョ−ルを追加した自己出力式追尾機構を紹介する。試作した影追尾光発電装置は、図７のように、２０枚の太陽電池モジュ−ルを設置できる架台（アレイ）、太陽追尾用モジュ−ル、駆動用モ−タ（上下１対）と中心支柱１２と車輪で構成している。太陽電池モジュ−ルは、１枚（面積0.5 m2）で日射量１kＷ／m2（セル温度２８℃）の時に、約 50 W の電力を出力できる。負荷抵抗は、放熱フィン付巻線式であり、1.95オーム(15.6オーム, 8本)を用いた。追尾用太陽電池モジュ−ルの追尾モータが作動する間隔は、図５のようにタイマーで五分ごとにすると良いことが言えた。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
大規模な太陽電池、集光式の太陽熱コレクターや太陽熱発電では、多数のアレイを配列して、各西端の下に追尾用太陽電池モジュ−ルを配置して、単一の車輪を回転できる。直射日射のの豊富な砂漠地帯に、レールを円形に設置して、太陽電池パネルを季節ごとに傾斜して固定し、朝から夕方まで回転すると、約25% は多く発電できる。この回転力は、影追尾の小さな補助太陽電池からの電力で得られる。図８のように、このシステムを池や湖の水上に浮かせると、スクリューやパドルを回転して太陽を追尾できる。
【符号の説明】
【００１４】
１  太陽
２  太陽光
３  太陽追尾発電アレイ
４  円形軌道
５  追尾用太陽電池モジュ−ル
６  車輪
７  東西方向駆動モ−タ−  
８  太陽影
９  追尾用太陽電池日照部
１０  追尾用太陽電池の吊下げ棒
１１  架台
１２  円形の中心点
１３  東方向追尾用太陽電池モジュ−ル
１４  北方向追尾用太陽電池モジュ−ル吊り下げ糸レーザーカッタ
１５  南方向追尾用太陽電池モジュ−ル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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