(57)【要約】【課題】  太陽を追尾する手段として太陽光発電で得られた電力以外の駆動手段を合わせて利用することで、発電効率を向上させるとともに、追尾のために要する電力の削減を図る。【解決手段】  太陽電池モジュール１０を支持した状態で水面上に浮遊する浮遊体３０と、太陽の方角と太陽電池モジュール１０の受光面の方角とを認識する方角認識装置４０と、水流を受け止めることにより浮遊体３０を水面上で回転させる舵部材３２と、方角認識装置４０の認識結果に基づいて舵部材３２を制御することにより、太陽電池モジュール１０の受光面が太陽に向くように浮遊体３０の回転を制御する制御装置６０とを備えており、前記舵部材３２は、制御手装置６０により制御されるとき以外は水流を受け流すように自由回転可能に設けられている。【選択図】  図１
2006005306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を支持した状態で水面上に浮遊する浮遊体と、
太陽の方角と前記太陽電池の受光面の方角とを認識する方角認識手段と、
水流を受け止めることにより前記浮遊体を水面上で回転させる回転手段と、
前記方角認識手段の認識結果に基づいて前記回転手段を制御することにより、前記太陽電池の受光面が太陽に向くように前記浮遊体の回転を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
水流の向き及び速さを検知する水流検知手段をさらに備えており、前記制御手段は、前記水流検知手段の検知結果も加えて前記回転手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
前記回転手段が舵部材であり、この舵部材は、前記制御手段により制御されるとき以外は水流を受け流すように自由回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記回転手段を回転させる駆動部がステッピングモータであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
太陽の方角を認識する前記方角認識手段が、現在時刻を計測する計測手段と、予め用意されている日付データと前記計測手段による現在時刻とに基づいて太陽の方角を演算により求める演算手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
前記太陽電池で発電された電力を蓄積する蓄電池を備えており、前記回転手段は前記蓄電池の電力を利用して回転させることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【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に係り、より詳細には、水上に浮遊した状態で太陽光を追尾する太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近い将来に化石燃料が枯渇すると予想されることから、近年、自然エネルギーに対する関心が高まっており、その中でも太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池はますます普及する傾向にある。
【０００３】
太陽電池とは、一般に太陽電池セルと呼ばれる光電変換素子を指しており、これを複数個連結してガラスや樹脂などの中に封止したものを太陽電池モジュールと呼んでいる。そして、この太陽電池モジュールを複数個、目的に合った出力電流、出力電圧が得られるように直列もしくは並列に接続し、家庭用の電源として使用できるように直流から交流に変換する装置（インバーター）や蓄電池を備えたものを一般に太陽光発電システムと呼んでいる。
【０００４】
従来の太陽光発電システムは、主に住宅用と産業用とに区別される。住宅用は、太陽電池モジュールを各家庭の屋根の上に支持構造体（架台）を介して固定し、得られた電力を交流電源に変換するインバーターを備えている。また、発電して余った電力は電力会社に売電するシステムとなっているのが一般的である。一方、産業用は、設置の規模や支持構造体の形態が住宅用よりも一般に大きく、また蓄電池を備えており、電力会社から電力供給が受けられない場所に設置される場合が多い。このように太陽光発電システムを陸上に設置する場合の設置方法、発電方法はほぼ確立されてきている。
【０００５】
これに対し、太陽光発電システムの水上での設置例はほとんどなく、最適な設置方法、発電方法は未確立と言える。今後、太陽光発電の設置が陸上だけでなく水上へも拡大していく上で、陸上とは異なる環境での設置、発電方法の最適化が急務である。
【０００６】
陸上はもとより、水上での発電においても、発電効率の向上は重要な課題のひとつである。発電効率を向上させるための方法の一つとして、太陽光を追尾する発電装置ないしシステムが提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。これは、時々刻々と位置を変え続ける太陽の方向に、太陽電池の受光面が常に向くように太陽電池モジュールを取り付けた支持構造体を傾斜、回転させる方法である。
【特許文献１】特開昭６１−１３３６７３号公報
【特許文献２】実開昭６２−４０６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２の太陽電池システム及び太陽光追尾装置は、いずれも太陽を追尾するための回転や傾斜のための手段が、太陽光発電で得られた電力のみで賄われているため、効率的でないといった問題があった。すなわち、太陽光発電で得られた電力を本来の目的とは異なる目的で使用することになり、しかも、回転や傾斜のための手段をどのような部材で構成するのかにもよるが、太陽を追尾することにより得られる電力よりも太陽を追尾するために要した電力の方が大きかった場合には、むしろ逆効果となる。
【０００８】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、太陽を追尾する手段として太陽光発電で得られた電力以外の駆動手段を合わせて利用することで、発電効率を向上させるとともに、追尾のために要する電力の削減を図った太陽光発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では太陽を追尾するための駆動手段として水流を利用する。すなわち、本発明の太陽光発電システムは、太陽電池を支持した状態で水面上に浮遊する浮遊体と、太陽の方角と前記太陽電池の受光面の方角とを認識する方角認識手段と、水流を受け止めることにより前記浮遊体を水面上で回転させる回転手段と、前記方角認識手段の認識結果に基づいて前記回転手段を制御することにより、前記太陽電池の受光面が太陽に向くように前記浮遊体の回転を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。 また、本発明では、水流の向き及び速さを検知する水流検知手段をさらに備えており、前記制御手段は、前記水流検知手段の検知結果も加えて前記回転手段を制御する。
【００１０】
このように、本発明では太陽電池の受光面を常に太陽に向くように追従させることで、発電効率を向上させることができる。また、回転手段を回転させる駆動源として太陽光発電で得られた電力の利用は必要最小限とし、主として水流の力を利用することにより、太陽光発電で得られた電力の利用効率も向上させることができる。
【００１１】
この場合、前記回転手段は板状に形成された舵部材であり、この舵部材は、前記制御手段により制御されるとき以外は水流を受け流すように自由回転可能に設けられている。すなわち、太陽の方角と太陽電池の受光面の方角とが同じ方角を向いているときは、水中の舵部材は自由回転によって水流の力を受け流す。一方、太陽の方角と太陽電池の受光面の方角とが異なる方角となったときは、水流の力を受け止めるように舵部材を回転制御する。これにより、浮遊体が水面に対して鉛直方向を回転軸として回転し、太陽を追尾する。このように、本発明では、太陽光発電により得られた電力のうち、太陽を追尾するために使用する電力は、水流を受け止めるために舵部材を回転させる駆動源に供給する電力のみであり、上記従来技術の場合に比べて電力消費も僅かである。従って、その分、発電効率を向上させることが可能となる。
【００１２】
ここで、前記回転手段を回転させる駆動源として、本発明ではステッピングモータを使用するが、ステッピングモータに限定されるものではない。また、本発明では、太陽電池で発電された電力を蓄積する蓄電池を備えており、前記回転手段の駆動源への電力の供給は、この蓄電池の電力を利用する構成としている。
【００１３】
また、太陽の方角を認識する前記方角認識手段として、本発明では、現在時刻を計測する計測手段と、予め用意されている日付データと前記計測手段による現在時刻とに基づいて太陽の方角を演算により求める演算手段とを用いた構成としている。方角認識手段としては、このような演算により求める方法に限らず、実際に太陽の方角を検出することも可能であるが、その場合には、太陽の方向を検知するためのセンサの制御や、当該センサを例えば左右方向に振らせて受光量の頂点を求めるための制御等に電力を必要とすることから、電力を消費しない方法としては演算による方法が好適である。また、太陽電池モジュールの受光面の方角を認識する手段としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）により方角を認識する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の太陽光発電システムによれば、太陽電池の受光面を常に太陽に向くように追従させることにより、発電効率を向上させることができる。また、回転手段を回転させる駆動源として太陽光発電で得られた電力の利用は必要最小限とし、主として水流の力を利用することにより、太陽光発電で得られた電力の利用効率も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
［実施形態１］
図１は、本発明の太陽光発電システムの実施形態１を示す概略斜視図である。
【００１７】
本実施形態１の太陽光発電システムは、大別すると、太陽電池モジュール１０と、この太陽電池モジュール１０を支持固定する架台２０と、この架台２０が取り付けられた水面上に浮遊する浮遊体３０で構成されている。
【００１８】
太陽電池モジュール１０は、光電変換素子である太陽電池セル１０ａを複数個連結してガラスや樹脂などの中に封止したものであり、本実施形態１では、太陽電池セル１０ａを横方向に４個、縦方向に８個並べて合計３２個配置している。
【００１９】
この太陽電池モジュール１０を支持固定する架台２０は、浮遊体３０上に載置する直方体形状に組まれた枠台２１と、太陽電池モジュール１０を載置して支持固定するために同じく直方体形状に組まれた載置枠２２と、この載置枠２２の後端部と枠台２１の後端部とを連結する左右一対の連結杆２３，２３とからなり、載置枠２２は、この連結杆２３，２３によって、例えば４５度に傾斜して設けられている。この載置枠２２上に太陽電池モジュール１０を載置固定することで、太陽電池モジュール１０の受光面がほぼ太陽に向かうように、４５度の角度で保持されることになる。
【００２０】
また、浮遊体３０の上面には、太陽の方角と太陽電池モジュール１０の受光面の方角とが一致するか否かを認識する方角認識装置４０、太陽電池モジュール１０で発電された電力を蓄積する蓄電池５０、この蓄電池５０の電力を電源として後述する舵部材３２の回転を制御する制御装置６０が設けられている。
【００２１】
一方、浮遊体３０は、水流の抵抗を受けにくい円盤形状に形成されており、水中に位置する下面中央部には、下方に垂下した例えば円柱形状の回転軸３１が浮遊体３０に対して自由回転可能に設けられている。この回転軸３１には、水流を受け止めることにより浮遊体３０を水面上で回転させるための上記した舵部材３２が、回転軸３１の軸心に対して垂直方向に延設する形で設けられている。一方、回転軸３１は、図示は省略しているが駆動源であるステッピングモータに連係可能に設けられており、ステッピングモータに連係されたときには、制御装置６０によるステッピングモータの駆動制御により、時計方向及び反時計方向のいずれにも回転制御されるようになっている。すなわち、この回転軸３１に設けられた舵部材３２を水中で回転制御できるようになっている。また、回転軸３１の下端部には、水流の向き及び速さを検知する水流センサ３３が設けられている。
【００２２】
方角認識装置４０は、本実施形態１では、現在時刻を計測する計測手段と、太陽の方角を演算する演算手段とを備えており、演算手段は、予め用意されている日付データと計測手段による現在時刻とに基づいて太陽の方角を演算により求めるようになっている。また、方角認識装置４０は、太陽電池モジュール１０の受光面が現在向いている方向（方角）も認識するようになっている。太陽電池モジュール１０の受光面の方角を認識する方法としては、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）により方角を認識する方法を採用することができる。なお、方角認識装置４０としては、このような演算により太陽の方角を求める方法に限らず、各種センサを用いて実際に太陽の方角を検出することも可能である。
【００２３】
制御装置６０は、方角認識装置４０による認識結果に基づいて回転軸３１の回転、すなわち舵部材３２の水流方向に対する角度を制御することにより、太陽電池モジュール１０の受光面が常に太陽に向くように、水面上の浮遊体３０の回転を制御する。このとき、制御装置６０は、水流センサ３３の検知結果を考慮して舵部材３２の回転角度の制御や回転速度の制御を行う。
【００２４】
以下、制御装置６０による舵部材３２の制御により、太陽電池モジュール１０の受光面が、移動する太陽の方向に常に向かうように浮遊体３０を回転制御する制御動作について説明する。
【００２５】
まず、方角認識装置４０によって太陽の方角と、太陽電池モジュール１０の受光面が向いている方角とを演算により求める。その演算の結果、この２つの方角が一致する場合には、制御装置６０は、ステッピングモータを回転軸３１に連係させることなく、回転軸３１を自由回転可能のままとする。これにより、図２に示すように、回転軸３１に固定されている舵部材３２は水流の力を受け流し（すなわち、水流の方向に沿うように舵部材３２が自由回転し）、太陽電池モジュール１０の受光面は、太陽７０と同じ方角を向き続けることになる。
【００２６】
一方、演算の結果、太陽７０の方角と太陽電池モジュール１０の受光面の方角とが一致しない場合には、制御装置６０は、その演算結果による角度差に基づき、どちらの方向に浮遊体３０が回転すれば太陽７０を追尾できるかを計算し、さらに、水流センサ３３からの水流の方向及び速さの情報を加味して、回転軸３１に方向と角度の回転指示を出す。これにより、回転軸３１に固定されている舵部材３２が指示通りの方向に指示通りの角度だけ回転することにより、舵部材３２が水流の力を受けて、浮遊体３０が太陽７０を追尾する方向に回転することになる。
【００２７】
具体例を挙げて説明すると、例えば図３に示すように、太陽７０の方角に対して太陽電池モジュール１０の受光面の方角が反時計方向（Ｌ）に角度θだけずれていた場合には、制御装置６０は、水流を受け流すように自由回転していた舵部材３２ａを、同じ反時計方向（Ｌ）に角度θだけ回転（図３中、符号３２ｂで示す位置まで回転）させる。これにより、舵部材３２ｂが水流の力を受けて浮遊体３０が時計方向（Ｒ）に角度θだけ回転し、太陽７０の方角と太陽電池モジュール１０の受光面の方角とが一致することになる。そして、方角が一致したときには、舵部材３２ｂは図３中、符号３２ａで示す位置まで回転しているので、再び水流の力を受け流す状態となり、浮遊体３０は、その方角で回転を停止することになる。また、制御装置６０は、この状態でステッピングモータと回転軸３１との連係を解除する。これにより、回転軸３１は再び自由回転可能となるので、舵部材３２は、その後も水流の力を受け流すように作用することになる。つまり、浮遊体３０に回転力を伝えることはない。
【００２８】
ここで、図４に示すように、太陽７０の方角に対して太陽電池モジュール１０の受光面の方角が反時計方向（Ｌ）に角度θだけずれていた場合において、水流センサ３３が水流無しを検知していた場合には、制御装置６０は、舵部材３２ａをオールのように利用して浮遊体３０を回転させる。すなわち、図４に示すように、舵部材３２ａを、最初の位置Ａ１から反時計方向（Ｌ）に、位置Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、・・・と一定速度で回転させる。これにより、舵部材３２ａと水との抵抗によって浮遊体３０が時計方向（Ｒ）にゆっくりと回転する。そして、方角認識装置４０により太陽電池モジュール１０の受光面の方角と太陽７０の方角が一致する手前で舵部材３２ａの回転速度を減速して行き、方角が一致したときに舵部材３２ａの回転を停止する。これにより、太陽７０の方角と太陽電池モジュール１０の受光面の方角とが一致することになる。この後、制御装置６０は、ステッピングモータと回転軸３１との連係を解除する。これにより、回転軸３１は再び自由回転可能となるので、舵部材３２は、その後に水流が発生したとしてもその力を受け流すように作用することになる。つまり、浮遊体３０に回転力を伝えることはない。
【００２９】
制御装置６０は、このような制御、すなわち角度の一致、不一致の演算と、太陽を追尾するための舵部材３２の回転制御とを、予め設定された所定時間（具体的には、数十秒〜数分）ごとに行っている。これにより、太陽電池モジュール１０の受光面が、常に太陽の方を向くように制御することができる。
【００３０】
また、日沈後は、舵部材３２を制御して、太陽電池モジュール１０の受光面が次の日の朝に太陽が昇る方角を向いているように調整しておく。
【００３１】
なお、上記した角度の一致、不一致の判断は、判断の基準となる閾値にある程度の角度幅（例えば、±５度の幅）を持たせておき、この閾値と演算により求めた角度との比較によって行うようにすればよい。
【００３２】
本実施形態１の太陽光発電システムによれば、太陽電池モジュール１０の受光面が、太陽が東にある朝には東、昼には南、夕方には西を向くように浮遊体３０を回転させることができる。これにより、太陽電池モジュール１０の受光面を太陽光に対して常にほぼ垂直に保つことができるため、発電効率を向上させることが可能となる。
【００３３】
なお、図１では、説明の便宜上、架台２０上に太陽電池モジュール１０を１個しか設置していないが、設置する太陽電池モジュール１０が複数個でも可能であることは当然である。
【００３４】
また、架台２０の材料としてはアルミニウムの使用が可能であり、浮遊体３０の材料としては発泡スチロール樹脂の使用が可能であるが、これらの材料に限らず、例えば木材や金属など、様々な材料が使用可能である。さらに、水流の力を受ける舵部材３２についても、その形状は特に限定されるものではなく、水流の力を受け流し、かつ受けることが可能であればどのような形状であってもよい。
【００３５】
［実施形態２］
図５は、本発明の太陽光発電システムの実施形態２を示す概略斜視図である。
【００３６】
本実施形態２の太陽光発電システムは、浮遊体３０上に、架台２０及び太陽電池モジュール１０を複数個（この例では４×４＝１６個）設置している。この場合、各太陽電池モジュール１０，１０・・の各受光面は全て同じ向きに取り付けられる。また、本実施形態２では、回転軸３１の下端部にロープ８１を介して錨８２が固定されている。これにより、浮遊体３０が水流により所定の範囲外に流されていくことを防止している。その他の構成は、図１に示した実施形態１の太陽光発電システムの構成と同じであるので、ここでは同部材に同符号を付すこととし、詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の太陽光発電システムの実施形態１を示す概略斜視図である。
【図２】太陽電池モジュールの受光面が太陽と同じ方角を向いている場合の説明図である。
【図３】太陽電池モジュールの受光面が太陽と異なる方角を向いており、かつ、水流がある場合の舵部材の回転制御の様子を示す説明図である。
【図４】太陽電池モジュールの受光面が太陽と異なる方角を向いており、かつ、水流がない場合の舵部材の回転制御の様子を示す説明図である。
【図５】本発明の太陽光発電システムの実施形態２を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  太陽電池モジュール
１０太陽電池セル
２０  架台
３０  浮遊体
３１  回転軸
３２  舵部材
３３  水流センサ
４０  方角認識装置
５０  蓄電池
６０  制御装置
【図１】
2006005306.tif 000003
【図２】
2006005306.tif 000004
【図３】
2006005306.tif 000005
【図４】
2006005306.tif 000006
【図５】
2006005306.tif 000007