(57)【要約】【課題】複数の追尾型太陽光発電装置を有する追尾型太陽光発電システムの最大消費エネルギーを低減し、供給エネルギー容量を低減するシステム制御方法を提供する。【解決手段】各追尾型太陽光発電装置の駆動部を所定時間間隔で駆動し、かつ、その駆動部を異なった時刻に起動することにより、各追尾型太陽光発電装置の駆動部の起動時に消費される大きなエネルギーを時間的に分散させることができ、供給エネルギー容量を低減することができる。【選択図】図１
2007103713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数台の追尾型太陽光発電装置と、前記複数台の追尾型太陽光発電装置の前記駆動部を制御する集中制御部とを備える追尾型太陽光発電システムであって、
前記追尾型太陽光発電システムは前記追尾型太陽光発電装置からなる複数のユニットにより構成されており、
前記追尾型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ所定時間間隔で駆動され、かつ、前記追尾型太陽光発電装置の前記駆動部は前記各ユニット間でそれぞれ異なった時刻に起動されることにより太陽追尾が行われることを特徴とする追尾型太陽光発電システム。
【請求項２】
前記集中制御部は、年月日、時刻を計時する手段と前記年月日、時刻と前記追尾型太陽光発電装置の設置位置の緯度・経度より太陽方位・高度を計算する手段と、前記太陽方位・高度の計算値に基づいて太陽追尾制御を行う手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項３】
前記駆動部には回転角度検出手段が備えられ、前記集中制御部は前記回転角度検出手段より得られた回転角度情報に基づき前記太陽電池モジュール部の向いている方向を取得し、前記太陽方位・高度の計算値に基づいて前記駆動部を駆動して太陽追尾することを特徴とする請求項２に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項４】
前記追尾型太陽光発電装置は、前記駆動部の駆動量を規定する駆動信号を前記集中制御部から受信する手段と前記駆動部の駆動状態を制御する手段を有する分散制御部を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項５】
前記所定時間は、前記各駆動部の各起動時刻における単位時間当たりの太陽移動角度の計算値に略反比例させて前記各起動時刻毎に設定されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項６】
前記所定時間経過時に現在時刻より前記所定時間の２分の１進んだ時刻の太陽高度・方位の方向に前記太陽電池モジュール部を向けるように太陽追尾することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項７】
前記駆動部は日没後に前記太陽電池モジュール部を翌日の太陽追尾を開始する位置に向けるように起動・駆動され、前記駆動部の起動はそれぞれ異なった時刻に行われ、かつ、同時に駆動される前記駆動部の数は太陽追尾動作時に同時に駆動される駆動部数以下であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項８】
太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数台の追尾型太陽光発電装置と、前記複数台の追尾型太陽光発電装置の前記駆動部を制御する集中制御部とを備える追尾型太陽光発電システムの制御方法であって、
前記追尾型太陽光発電システムは複数台の前記追尾型太陽光発電装置からなる複数のユニットにより構成されており、
前記追尾型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ所定時間間隔で起動・駆動され、かつ、前記各ユニット間の前記追尾型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ異なった時刻に起動されることにより太陽追尾が行われることを特徴とする追尾型太陽光発電システムの制御方法。
【請求項９】
太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数の追尾型太陽光発電装置を備える追尾型太陽光発電システムの制御プログラムであって、
前記追尾型太陽光発電装置のそれぞれには所定時間間隔で前記駆動部を起動・駆動する駆動信号を送信させ、
複数の前記追尾型太陽光発電装置からなり前記追尾型太陽光発電システムを構成する複数のユニットに対してそれぞれ異なった時刻に前記駆動信号を送信させることを特徴とする追尾型太陽光発電システムの制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール部を常に太陽の方向に向け、太陽光を太陽電池に照射して発電する追尾型太陽光発電システム及びその制御方法に関し、更に詳しくは複数の追尾型太陽光発電装置を有する追尾型太陽光発電システム、その制御方法及びその制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー資源枯渇の問題や大気中のＣＯ2増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギーの開発が望まれており、特に太陽電池を用いた太陽光発電が新しいエネルギー源として開発、実用化されている。
【０００３】
太陽光発電システムは、更なる普及のため低コスト化が望まれており、その一つとして、太陽光を追尾する駆動部を備え、太陽電池モジュールを太陽方位・高度に向けることにより、発電量を向上し単位発電量当たりの発電コストを低下する追尾型太陽光発電システムが開発されている。また、さらに、太陽を追尾し入射した太陽光を集光して発電することにより、太陽光発電システムにおいて最も高価な構成物である太陽電池セルの使用量を減らし、システム全体のコストを低減する集光タイプの追尾型太陽光発電システムの開発も行われている。
【０００４】
これらのシステムにおける太陽追尾制御方法として幾つかの方法が知られており、以下に説明する。
【０００５】
追尾型太陽光発電システムの太陽追尾制御方法に関して、特許文献１には、太陽位置センサを用いて太陽の方向を検知し、太陽を追尾する方法が開示されている。また、特許文献２には、システム設置場所の緯度・経度と日付・時刻をもとに太陽の方位と高度を計算し、その方向に太陽電池モジュールの受光面を向ける方法が開示されている。
【０００６】
また、集光タイプの追尾型太陽光発電システムの場合も同様の方法が知られており、特許文献３には、光センサ出力から太陽の方向を検知し、太陽電池モジュールの受光面を太陽方位・高度に向ける方法が開示されている。集光タイプの場合は、レンズにより太陽光を集光して太陽電池に照射する構造のため、追尾ずれ角度の許容角度が小さく、太陽追尾に高い精度が要求される点が異なるのみであり、基本的な太陽追尾動作は追尾型太陽光発電システムの場合と同様である。
【０００７】
従来、追尾型太陽光発電システムの発明としては、上記の特許文献のように単一の追尾型太陽光発電装置において、その制御方法等の発明がなされている。
【特許文献１】特開２０００−１９６１２６号公報
【特許文献２】特開２００２−２０２８１７号公報
【特許文献３】特開２００４−１５３２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
追尾型太陽光発電システムは、広大な場所に複数の追尾型太陽光発電装置を設置し、大電力を発電する設備としての展開が考えられているが、複数の追尾型太陽光発電装置を設置する場合のシステム構成、制御方法はほとんど知られていない。
【０００９】
追尾型太陽光発電装置が１台のみ設置されている場合は、その動作に必要な最大エネルギー以上のエネルギー容量を有するエネルギー供給設備があれば足りるが、複数台設置されておりそれぞれが単独で動作する場合には、それぞれが独自のタイミングで動作するため、場合によっては、同時に起動することも起こりうる。システムが大規模な程、同時に起動する確立も高くなり、追尾型太陽光発電装置台数分の大きな容量のエネルギー供給設備が必要とされるといった問題がある。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は、複数の追尾型太陽光発電装置を有する追尾型太陽光発電システムに必要とされる供給エネルギー容量を低減した追尾型太陽光発電システム、その制御方法及びその制御プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数台の追尾型太陽光発電装置と、前記複数台の追尾型太陽光発電装置の前記駆動部を制御する集中制御部とを備える追尾型太陽光発電システムであって、
前記追尾型太陽光発電システムは複数台の前記追尾型太陽光発電装置からなる複数のユニットにより構成されており、
前記追尾型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ所定時間間隔で駆動され、かつ、前記追尾型太陽光発電装置の前記駆動部は前記各ユニット間でそれぞれ異なった時刻に起動されることにより太陽追尾が行われる追尾型太陽光発電システムとした。
【００１２】
この構成により、同時に起動動作する追尾型太陽光発電装置の駆動部数を低減し、必要とされる供給エネルギー容量を低減することができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記集中制御部は、年月日、時刻を計時する手段と前記年月日、時刻と前記追尾型太陽光発電装置の設置位置の緯度・経度より太陽方位・高度を計算する手段と、前記太陽方位・高度の計算値に基づいて太陽追尾制御を行う手段を備えていることが望ましい。
【００１４】
また、本発明においては、前記駆動部には回転角度検出手段が備えられ、前記集中制御部は前記回転角度検出手段より得られた回転角度情報に基づき前記太陽電池モジュール部の向いている方向を取得し、前記太陽方位・高度の計算値に基づいて前記駆動部を駆動して太陽追尾することが望ましい。
【００１５】
また、本発明においては、前記追尾型太陽光発電装置は、前記駆動部の駆動量を規定する駆動信号を前記集中制御部から受信する手段と前記駆動部の駆動状態を制御する手段を有する分散制御部を備えていることが望ましい。
【００１６】
また、本発明においては、前記所定時間は、前記各駆動部の各起動時刻における単位時間当たりの太陽移動角度の計算値に略反比例させて前記各起動時刻毎に設定されることが望ましい。
【００１７】
また、本発明においては、前記所定時間経過時に現在時刻より前記所定時間の２分の１進んだ時刻の太陽高度・方位の方向に前記太陽電池モジュール部を向けるように太陽追尾することが望ましい。
【００１８】
また、本発明においては、前記駆動部は日没後に前記太陽電池モジュール部を翌日の太陽追尾を開始する位置に向けるように起動・駆動され、前記駆動部の起動はそれぞれ異なった時刻に行われ、かつ、同時に駆動される前記駆動部の数は太陽追尾動作時に同時に駆動される駆動部数以下であることが望ましい。
【００１９】
また、本発明においては、太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数台の追尾型太陽光発電装置と、前記複数台の追尾型太陽光発電装置の前記駆動部を制御する集中制御部とを備える追尾型太陽光発電システムの制御方法であって、
前記追尾型太陽光発電システムは複数台の前記追尾型太陽光発電装置からなる複数のユニットにより構成されており、
前記追尾型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ所定時間間隔で起動・駆動され、かつ、前記各ユニット間の前記追尾型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ異なった時刻に起動されることにより太陽追尾が行われる追尾型太陽光発電システムの制御方法とした。
【００２０】
この制御方法により、同時に起動動作する追尾型太陽光発電装置の駆動部数を低減し、必要とされる供給エネルギー容量を低減することができる。
【００２１】
また、本発明においては、太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数の追尾型太陽光発電装置を備える追尾型太陽光発電システムの制御プログラムであって、
前記追尾型太陽光発電装置のそれぞれには所定時間間隔で前記駆動部を起動・駆動する駆動信号を送信させ、
複数の前記追尾型太陽光発電装置からなり前記追尾型太陽光発電システムを構成する複数のユニットに対してそれぞれ異なった時刻に前記駆動信号を送信させる追尾型太陽光発電システムの制御プログラムとした。
【００２２】
この制御プログラムを実行することにより、同時に起動動作する追尾型太陽光発電装置の駆動部数を低減し、必要とされる供給エネルギー容量を低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明においては、追尾型太陽光発電システムの太陽追尾動作時に、それぞれの追尾型太陽光発電装置を所定時間間隔で駆動し、かつ、１台以上の追尾型太陽光発電装置により構成されるユニット間では異なった時刻に起動する。これにより、同時に起動動作する追尾型太陽光発電装置の台数を減らし、システム全体に必要とされる供給エネルギー容量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本実施形態においては、追尾型太陽光発電システムの一例として、追尾集光型太陽光発電システムについて記述するが、これに限るものではなく、集光型でない場合においても同様の効果を得ることができる。集光型でない場合は、追尾角度ずれの許容角度が大きい点が異なるだけで、他の部分は、集光型の場合と同様に考えることができる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は本実施形態に係る追尾集光型太陽光発電システムの概略図である。本追尾集光型太陽光発電システムは複数の追尾集光型太陽光発電装置１と、これらをまとめて制御する集中制御部９を備えており、集中制御部９は集中管理室１０に設置される。
【００２６】
各追尾集光型太陽光発電装置１の電源は、集中管理室１０に設けられた電源８から電源ケーブル５１を通じてそれぞれに供給される。また、各追尾集光型太陽光発電装置１で発電された電力は、出力電気ケーブル５２を通じて集中管理室１０に集約される。
【００２７】
集中制御部９と各追尾集光型太陽光発電装置１の間は制御用ケーブル５３により接続され、このケーブルを通じて通信することによって各追尾集光型太陽光発電装置１の制御が行われる。通信方式は、一般に使用されているＲＳ２３２Ｃ，ＲＳ４８５、ＵＳＢ、光通信等のシリアル通信やパラレル通信等のどのような通信方式を採用しても良く、また、電源ケーブル５１に制御信号を重畳させて電源ケーブル５１を制御ケーブルとして併用することも可能である。
【００２８】
また、実際にケーブルを配線する際には、電源ケーブル５１、出力電気ケーブル５２と制御用ケーブル５３は、互いに影響の無い状態で同一配線路内に収めることが、施工上望ましい。
【００２９】
図２には、追尾集光型太陽光発電装置１の概略図を示す。太陽電池モジュール部２は、駆動部３により太陽を追尾するように駆動される。駆動部３は方位軸６と傾倒軸７により構成されており、それぞれモータ等の電動機により駆動される。分散制御部５はモータの駆動状態を制御するモータドライバと、集中制御部９からの駆動信号を受信するＩ／Ｆ（インターフェイス）部を少なくとも備えている。
【００３０】
集中制御部９は、各追尾集光型太陽光発電装置１の分散制御部５と接続され、集中制御部９から送信される駆動信号によって各駆動部３の回転量が設定される。この構成により、各追尾型太陽光発電装置にそれぞれエネルギー供給手段を直接接続することができ、エネルギー供給手段の構成が簡易化される。
【００３１】
本システムは、図１に示すように複数のユニット４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅにより構成され、各ユニットは２台の追尾集光型太陽光発電装置１により構成されている。各ユニットは１台以上の追尾集光型太陽光発電装置１により構成されていれば良い。この場合において、それぞれの追尾集光型太陽光発電装置１を所定時間間隔で起動・駆動させ、かつ、同一ユニット内の追尾集光型太陽光発電装置１には略同時に駆動信号を送信し駆動部３を略同時に起動させ、各ユニット毎には異なる時刻に駆動信号を送信し駆動部３を異なる時刻に起動させるように集中制御部９により制御する。
【００３２】
各ユニットの駆動部３は、ユニット毎に異なるタイミングで起動することとなるため、同時に起動する追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３は多くとも１ユニット分に限られる。このような構成、制御方法とすることにより、追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３に要する電源容量を低減することができる。
【００３３】
電源容量をさらに低減するためには、各ユニットを構成する追尾集光型太陽光発電装置１の数を同数にすること、ユニット数をできるだけ多くしユニットを構成する追尾集光型太陽光発電装置１の数を少なくすることがさらに望ましい。また、各ユニットが複数の追尾集光型太陽光発電装置１により構成されている場合には、同一ユニット内の追尾集光型太陽光発電装置１それぞれの駆動部３の起動タイミングをずらす制御とすることが更に望ましく、最も電源容量を低減することができる。
【００３４】
本実施形態においては、ユニット毎に駆動信号の送信を異なった時刻に行い、駆動部３の起動時刻を異なった時刻とする制御を行うが、この場合の時間差は、少しであってもその効果を得ることができる。駆動部３に用いられているモータは、一般的に、起動時に突入電流と呼ばれる大きな電流が流れる特性を有しており、この突入電流のピーク値により必要とされる電源容量が決定される。すなわち、前記突入電流が流れる起動タイミングを各ユニット間でずらすことにより、電源容量低減の効果を得ることができる。突入電流が流れる時間は一般的に数ミリ秒程度と短時間であるので、例えば、０．１秒程度ずらすことによって、その効果を得ることができる。
【００３５】
消費電力をさらに低減する方法として、各追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３の所定時間ごとの起動後の駆動時間を事前に把握しておき、その駆動している各時刻帯を前記所定時間内においてできるだけ分散させるように、各追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３を駆動させる方法が考えられる。この方法により同時に駆動している追尾集光型太陽光発電装置１を減らすことができ、必要とされる電源容量を低減することができる。
【００３６】
集中制御部９は、年月日と時刻を計時する手段と、その年月日、時刻と本システム設置場所の緯度、経度を基に太陽の方位、高度を計算する手段を備えており、その計算された方位、高度の方向に太陽電池モジュール部２が向くように、駆動信号を分散制御部５に送信して、駆動部３を制御する。この集中制御部９は電子計算機により構成される。
【００３７】
この構成により、現在時刻より太陽方位・高度を計算し、その方向に各追尾型太陽光発電装置の太陽電池モジュール部を向ける駆動部の制御を第1制御部一箇所に集約でき、システムの簡易化が図られる。
【００３８】
本システムの設置場所の緯度、経度は集中制御部９に予め入力しておいても良く、ＧＰＳを設置して自動的に取得するようにしても良い。また、ＧＰＳを設置した場合、ＧＰＳにより年月日、時刻を取得することにより集中制御部９の時刻合わせを行うことが可能となる。
【００３９】
太陽電池モジュール部２が向いている方向を検出する方法としては、駆動部３にセンサ、ポテンショメータ、ロータリーエンコーダ等の回転角度検出手段を設け、その回転角度検出手段から得られる回転角度情報により把握する第１の方法と、駆動部３の原点の位置から現在の位置までに送信した駆動信号による変位量を積算することより把握する第２の方法がある。前記第１の方法によれば、駆動部の実際の回転角度を検出することができ、太陽電池モジュール部が向いている方向をより正確に特定することができるといった利点がある。
【００４０】
前記第１の方法による場合は、分散制御部５には駆動部３からの回転角度情報を受信し集中制御部９に送信する手段が必要であり、集中制御部９には当該情報を受信する手段が必要となる。
【００４１】
これらの方法により把握される現在位置と上記計算により求められる値を比較して、その差分に基づいて駆動信号を送信する。
【００４２】
上述のように本実施形態においては、各追尾集光型太陽電池装置１の駆動部３の駆動を所定時間間隔で行うことにより太陽を追尾する。駆動部３を所定時間間隔で動作させることにより常時モータに電力を供給する必要がなくなり、駆動電力の省電力化が図られる。
【００４３】
駆動部３を所定時間間隔で駆動する場合、その所定時間は、追尾集光型太陽光発電装置１が許容する追尾角度ずれと、駆動部３の動作１回あたりの動作時間によって決定される。すなわち、駆動部３が停止している間に太陽電池モジュール部２の出力が大きく低下しない時間以内に設定する必要があり、かつ、駆動部３が動作中に駆動信号をさらに送信することがないように設定する必要がある。この追尾角度ずれの許容範囲は太陽電池モジュール部２の光学系の設計により決定され、駆動部３の動作時間は駆動部３の回転速度の設計により決定される。
【００４４】
所定時間は、太陽移動角度が最大である時刻に基づいて設定した一定値としたが、各時刻における単位時間当たりの太陽移動角度の計算値に略反比例させて各時刻毎にその所定時間を変動させることにより設定することもできる。後者の方法により所定時間を設定した場合は、太陽移動角度が小さい時間帯は所定時間を長くとり、太陽移動角度が大きい時間帯は所定時間を短くとることができ、全体的な駆動回数を減らし駆動電力量を低減できる効果がある。
【００４５】
各時刻における太陽移動角度は、追尾集光型太陽光発電システムの設置位置と年月日、時刻により計算することができる。図３には、奈良県（北緯３４．４８度、東経１３５．７３度）における一秒間当たりの太陽移動角度が最も大きくなる日（６月２２日）の時刻と一秒間当たりの太陽移動角度の計算値の関係を示した。図３に示すように、正午付近の時間帯において、単位時間当たりの太陽移動角度が大きくなる。
【００４６】
本実施形態においては、前記所定時間経過時に現在時刻より前記所定時間の２分の１進んだ時刻の太陽高度・方位の方向に太陽電池モジュール部２を向けるように駆動部３を制御することが望ましい。例えば、所定時間をｔ０とした場合、ある時刻ｔ１にその時刻の太陽高度、方位位置より時間ｔ０／２だけ進んだ太陽高度、方位の計算値の位置に太陽電池モジュール部２を動かし、時刻ｔ１＋ｔ０にも同様の動作を行う。
【００４７】
このような制御により、時刻ｔ１＋ｔ０／２においては、太陽電池モジュール部２は略太陽の方向を向くこととなり、所定時間ｔ０の停止時の追尾ずれ角度範囲は、±ｔ０／２の時間の太陽移動角度内に留めることができる。この制御により、追尾ずれ角度をより低減することができ、発電量を向上することが可能となる。
【００４８】
本実施形態においては、日没後は上記太陽追尾動作を行わず、翌日の日昇時の追尾動作開始位置に待機するように各追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３を駆動する。ここで、日没、日昇の判断は、算出した太陽高度の計算値が０度より大きい場合は日昇とし、０度以下の場合は日没とした。各駆動部３の駆動方法は、太陽追尾動作時と同様に各駆動部３の起動タイミングをずらす方法が望ましく、消費電流、電圧の最大値が電源８の容量を超えなければ良い。
【００４９】
本実施形態においては、各追尾集光型太陽光発電装置１に分散制御部５を設けたが、分散制御部５の機能の一部または全部を集中制御部９に集約した構成としても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
本実施形態においては、駆動部の動力源を電動機としたが、油圧駆動とした場合も、起動時に必要とされるトルクが大きく起動時の消費エネルギーが大きいため、モータの場合と同様に本実施形態の制御方法の効果を得ることができる。
【００５１】
また、さらに大規模な追尾集光型太陽光発電システムを構築するためには、上述した追尾集光型太陽光発電システムを複数個設け、複数の集中制御部９を更に１つの制御部により制御する構成とすることも可能である。
【００５２】
以上のようなシステム構成、制御方法により、システムの簡略化、必要な供給電源容量の低減が可能となり、システムの低コスト化が図られる。
【００５３】
（実施例１）
本発明の実施例１を以下に説明する。基本的な構成は図１と同様であり、追尾集光型太陽光発電システムは追尾集光型太陽光発電装置１が１００台で構成され、２台を１ユニットとし、全体で５０ユニットとなる構成とした。各ユニットの追尾集光型太陽光発電装置１は集中制御部９により集中制御される。
【００５４】
各追尾集光型太陽光発電装置１には、ＡＣインダクションモータにより駆動される方位軸６、傾倒軸７とそれらの駆動制御を行う分散制御部５が設けられる。方位軸６、傾倒軸７にはそれぞれロータリーエンコーダおよびポテンショメータが設けられており、その軸の回転角度情報が分散制御部５を通じて集中制御部９に送信される。分散制御部５はモータドライバと信号送受信用Ｉ／Ｆを備えており、集中制御部９への回転角度情報を送信するとともに、集中制御部９から送信される駆動信号を受信しその信号に従ってＡＣインダクションモータの駆動を制御する機能を有する。
【００５５】
集中制御部９は、各ユニットの分散制御部５から駆動部３の回転角度情報を受信し、それに基づいて分散制御部５に駆動信号を送信し、各追尾集光型太陽光発電装置１の追尾制御を行う。
【００５６】
具体的には、集中制御部９は年月日、時刻をカウントする手段と、本システム設置場所（例えば奈良県（北緯３４．４８度、東経１３５．７３度））の緯度、経度と前記年月日、時刻に基づいて太陽方位・高度を計算する手段と、各追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３の回転角度情報からそれぞれの太陽電池モジュール部２の向いている方向の現在位置を計算する手段を有しており、太陽方位・高度の計算値と現在位置を比較し太陽電池モジュール部２の許容角度ずれ範囲内に前記計算値が入るように駆動部３を駆動する駆動信号を各追尾集光型太陽光発電装置１ごとに発信することにより太陽を追尾する制御を行う。
【００５７】
本システム設置場所の緯度、経度の情報取得と年月日、時刻合わせは、集中管理室１０に設置したＧＰＳから情報を取得することとした。
【００５８】
集中制御部９から各ユニットの分散制御部５に送信される駆動信号は、０．１秒おきに各分散制御部５に対して順番に送信され、各追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３は所定時間６秒ごとに駆動し、太陽を追尾する制御方法とした。
【００５９】
本実施例で使用したＡＣインダクションモータの起動時の突入電流は、モータ起動時から２ミリ秒程度の間流れるだけであり、０．１秒おきに各分散制御部５に対して駆動信号を送信し起動することにより、各駆動部３に同時に突入電流が流れることはない。この駆動信号の送信間隔は、使用したモータの起動時の突入電流が流れる時間より大きければよく、本実施例で規定した０．１秒に限るものではない。
【００６０】
本実施例の設置位置における太陽軌道を計算すると、２００５年一年間の太陽移動角度の最大値は６月２２日である。図３に示した２００５年６月２２日の一秒あたりの太陽移動角度より、太陽移動角度の最大値は約０．０２°／秒である。
【００６１】
本太陽電池モジュール部２には、１８０組の集光レンズと太陽電池の組があり、各組間にいくらかの誤差があるため、各追尾集光型太陽光発電装置１の追尾ずれ許容角度を実際に測定し、駆動部３の動作間隔である所定時間を設定することが本来望ましいが、本実施例においては、より安全をみて停止時の太陽移動角度が光学設計上の追尾ずれ許容角度の５分の１程度になるように設定した。
【００６２】
具体的には、本追尾集光型太陽光発電装置１の光学設計上の追尾ずれ許容角度は±約０．３°であり、この範囲を超えると発電量が９５％以下に低下するため、各追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３は所定時間６秒ごとに駆動することとした。
【００６３】
所定時間は、集中制御部９により単位時間当たりの太陽移動角度の最大値を計算し、その値から自動的に計算、設定するようにしても良い。
【００６４】
上記の制御方法により、各ユニット間の各追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３が同時に起動することが無くなり、モータの起動時に流れる突入電流を時間的に分散して流すことができるため、必要とされる電源容量を小さく抑えることができる。
【００６５】
図４には、本実施例の太陽追尾動作時の駆動部の動作タイミングチャートを示す。図４の横軸は時刻であり、実線で示した時刻の間は各ユニットが駆動していることを示している。駆動部３の追尾駆動時の一回の駆動時間は、一回の駆動で回転する角度と駆動部の回転速度により決定されるが、本実施例の場合その最大値は1秒より小さい。このため、同時に動作するユニットの最大値は１０ユニットであり、そのうちの１ユニットは起動動作を含むこととなる。
【００６６】
１ユニットは２台の追尾集光型太陽光発電装置１により構成されているので、同時に動作する追尾集光型太陽光発電装置１は２０台であり、そのうちの２台は起動動作を含むこととなる。各追尾集光型太陽光発電装置１の最大消費電力を３００Ｗ（電圧１００Ｖ、最大電流３．０Ａ）、定常駆動時９６Ｗ（電圧１００Ｖ、電流０．９６Ａ）としたので、本制御方法を採用しない場合は、追尾集光型太陽光発電装置１の駆動に３０ｋＷ程度（電圧１００Ｖ、電流３００Ａ、電力３００Ｗ×１００台）の最大電力が必要であるが、本制御方法を採用することにより、動作時の最大電力を２．３２８ｋＷ（電圧１００Ｖ、電流２３．２８Ａ）（９６Ｗ×１８台＋３００Ｗ×２台）程度に抑えることができ、必要とされる電源容量を低減することができる。
【００６７】
また、本実施例においては、日没後日昇前に以下の動作を行うこととした。
太陽追尾動作時の集中制御部９における太陽高度の計算値が０度以下になったときに、日没であると判断し、太陽追尾動作を停止する。その後、集中制御部９における太陽高度の計算値が０度より大きくなる日昇時刻を計算する。さらに、翌日の日照時刻に対応する太陽高度・方位（追尾動作開始位置）を計算し、その位置に待機するように各追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３を駆動する。
【００６８】
各駆動部３の駆動方法は、各ユニット毎に同時に起動・駆動し、１つのユニットの駆動が停止した後、別のユニットを駆動する方法とし、それぞれのユニットは異なった時刻に駆動することとした。時刻が計算された日昇時刻になった時に上述した太陽追尾動作を開始し、その後はこれらの動作を繰り返す制御方法とした。
【００６９】
以下に本実施例の制御方法について、図を用いて説明する。本制御は、集中制御部９により行われる。図５には、本実施例に係る制御方法のフローチャートを示す。
【００７０】
日没後に全ての追尾集光型太陽光発電装置１の太陽追尾動作を停止し（ＳＴ５０１）、翌日の日昇時刻を算出、記憶し（ＳＴ５０２）、前記翌日の日昇時刻の太陽方位・高度（追尾動作開始位置）を算出、記憶する（ＳＴ５０３）。
【００７１】
続いて、５０ユニット中の１つのユニットの駆動部３を起動・駆動し太陽電池モジュール部２を追尾動作開始位置に向け（ＳＴ５０４）、当該ユニットの駆動停止を確認後（ＳＴ５０５）、別のユニットの駆動部３を起動・駆動し太陽電池モジュール部２を追尾動作開始位置に向け（ＳＴ５０４）、以降ＳＴ５０４とＳＴ５０５を繰り返し、全ユニットの駆動が完了したことを確認する（ＳＴ５０６）。
【００７２】
その後、ＳＴ５０２で算出した日昇時刻になれば（ＳＴ５０７）、所定時間（６秒）経過を確認し（ＳＴ５０８）、全ての追尾集光型太陽光発電装置１の太陽電池モジュール２の向いている方位・高度を取得し（ＳＴ５０９）、年月日、時刻情報等を取得し（ＳＴ５１０）、その時刻の太陽方位・高度を算出し（ＳＴ５１１）、ＳＴ５１１で算出した太陽方位・高度とＳＴ５０９との差分に基づいて駆動部３の駆動量を計算する（ＳＴ５１２）。
【００７３】
その計算結果に基づいて、１ユニットの駆動部３を駆動し、ＳＴ５１１で算出した太陽方位・高度に各太陽電池モジュール部２を向ける（ＳＴ５１３）。この動作を０．１秒（起動間隔時間）間隔で（ＳＴ５１４）、全ユニットの追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３について繰り返し（ＳＴ５１５）、全ユニットの追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３の駆動が完了したことを確認する（ＳＴ５１５）。
【００７４】
その後、日没したか否かを確認し（ＳＴ５１６）、日没でなければ前回の所定期間経過時から所定時間（６秒）経過後に（ＳＴ５０８）、ＳＴ５０９に戻る。日没になれば（ＳＴ５１６）、全ての追尾集光型太陽光発電装置１の太陽追尾動作を停止する（ＳＴ５０１）。
【００７５】
上記一連のステップを繰り返すことにより、全ユニットの追尾集光型太陽光発電装置１の駆動制御を行うことができる。この制御方法により、同時に起動動作する追尾型太陽光発電装置の駆動部数を低減し、必要とされる供給エネルギー容量を低減することができる。
【００７６】
以下に本実施例の制御プログラム動作について、図を用いて説明する。本制御プログラムは集中制御部９において動作するものである。
【００７７】
図６には、本実施例に係る制御プログラムのフローチャートを示す。なお、各ユニットはＵＴ（１）〜ＵＴ（５０）とし、各ユニットに対する駆動信号はＤＳ（１）〜ＤＳ（５０）、駆動部３の回転角度情報をＲＳ（１）〜ＲＳ（５０）とする。
【００７８】
日没後に待機状態とし（ＳＴ６０１）、高度が０度より大きくなる翌日の日昇時刻を算出、記憶する（ＳＴ６０２）。さらに、前記翌日の日昇時刻の太陽方位・高度を算出、記憶し（ＳＴ６０３）、ＵＴ（１）〜ＵＴ（５０）の駆動部３の回転角度情報ＲＳ（１）〜ＲＳ（５０）を取得し（ＳＴ６０４）、ＵＴ（１）〜ＵＴ（５０）の太陽電池モジュール部２の向いている方向を駆動部の回転角度情報ＲＳ（１）〜ＲＳ（５０）を基に計算し、ＳＴ６０３で得られた翌日の日昇時刻の太陽方位・高度との差分より、駆動信号ＤＳ（１）〜ＤＳ（５０）を生成する（ＳＴ６０５）。
【００７９】
その後、ＵＴ（１）に対して駆動信号ＤＳ（１）を送信し、ＳＴ６０３で算出した太陽方位・高度に各太陽電池モジュール部２を向け、ＵＴ（１）の駆動部３が停止したことをＲＳ（１））により確認後、ＵＴ（２）に駆動信号を送信する。これらの動作を全ユニットに対して繰り返すことによりＵＴ（１）〜ＵＴ（５０）を追尾開始位置に設定する（ＳＴ６０６）。この制御により、追尾開始位置復帰ステップにおいて同時に駆動する駆動部は１ユニット分の追尾集光型太陽光発電装置１となる。
【００８０】
その後、ＳＴ６０２で算出した日昇時刻になれば（ＳＴ６０７）、日昇時刻から所定時間（６秒）経過を確認し（ＳＴ６０８）、回転角度情報ＲＳ（ｎ）（ｎは１〜５０の整数）を取得し（ＳＴ６０９）、ＲＳ（ｎ）に基づいてＵＴ（ｎ）の太陽電池モジュール２の向いている方位・高度を算出する（ＳＴ６１０）。
【００８１】
さらに、年月日、時刻情報等を取得し（ＳＴ６１１）、その時刻の太陽方位・高度を算出し（ＳＴ６１２）、ＳＴ６１０で算出した太陽方位・高度とＳＴ６１２で算出した方位・高度との差分に基づいて駆動部３を駆動する駆動信号ＤＳ（ｎ）を生成する（ＳＴ６１３）。ＵＴ（ｎ）に対して動信号ＤＳ（ｎ）を送信し（ＳＴ６１４）、０．１秒（起動間隔時間）間隔で（ＳＴ６１５）、ｎを１から５０までＳＴ６１１〜ＳＴ６１５を繰り返し（ＳＴ６１６）ＵＴ（１）〜ＵＴ（５０）の駆動部３が駆動停止したことを確認後（ＳＴ６１７）、ＳＴ６１２で算出した太陽高度をもとに日没したか否かを確認し（ＳＴ６１８）、日没でなければ前回の所定時間経過時から所定時間（６秒）経過後に（ＳＴ６０８）、ＳＴ６０９に戻る。
【００８２】
日没になればＵＴ（１）〜ＵＴ（５０）の太陽追尾動作を停止する（ＳＴ６０１）。上記一連のステップを繰り返すことにより、全ユニットの追尾集光型太陽光発電装置１の駆動制御を行うことができる。このプログラムを実行することにより、同時に起動動作する追尾型太陽光発電装置の駆動部数を低減し、必要とされる供給エネルギー容量を低減することができる。
（実施例２）
本発明の実施例２について以下に説明する。本実施例の構成は実施例１と同様であり、制御方法の一部が異なるだけである。本実施例についてフローチャートを用いて説明する。図７は本実施例の制御方法のフローチャートである。実施例１のフローチャート（図５）と同様であるが、以下の点で異なる。
【００８３】
システム起動時に、集中管理室１０に設置されたＧＰＳにより取得された緯度、経度、に基づいて、１年間における単位時間（１秒）あたりの最大太陽移動角度θｍを計算し、その角度と最小所定時間の積が太陽電池モジュール部２の追尾ずれ許容角度設計値の５分の１となるように、最小所定時間Ｔｍを設定する（ＳＴ７０１）。
【００８４】
各追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３の起動時間間隔である所定時間Ｔａを、日昇時刻又は各起動時刻における太陽移動角度の計算値θａと前記最小所定時間Ｔｍ・前記最大太陽移動角度θｍに基づき計算式Ｔａ＝Ｔｍ×（θｍ／θａ）により計算、設定する（ＳＴ７０９、ＳＴ７１３）。ＳＴ７０９は日昇時刻、ＳＴ７１３は各追尾集光型太陽光発電装置１の駆動部３の駆動時刻の場合である。本実施例の場合、最小所定時間Ｔｍ＝６秒、最大太陽移動角度θｍ＝０．０２°／秒であり、この値に基づいて所定時間を設定した。
【００８５】
また、現在時刻より所定時間Ｔａの２分の１進んだ時刻の太陽方位・高度を計算し（ＳＴ７１４）、この値に基づいてＳＴ７１５において駆動部３の駆動量を計算し、ＳＴ７１６において当該太陽方位・高度の方向に太陽電池モジュール部２を向けるように駆動する。
【００８６】
例えば、ある追尾集光型太陽光発電装置１において、午前１０時３０分３０秒に駆動部３を起動・駆動し、その時の所定時間が１０秒である場合は、その駆動により太陽電池モジュール部２を午前１０時３０分３５秒時の太陽方位・高度の計算値の方向に向ける制御を行う。この制御により、午前１０時３０分３５秒には、計算値の太陽方位・高度と太陽電池モジュール部２が向いている方位・高度の設定値は略一致し、所定時間１０秒間の停止時における追尾角度ずれは略±５秒の時間に対応する太陽移動角度に抑えることができる。本制御方法において、駆動部３の駆動時間を考慮していないが、より精度よく制御する場合には、予め、駆動部３の駆動時間を把握しておき、これを考慮して制御することも可能である。この制御方法により、追尾ずれ角度をより低減することができ、発電量を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る追尾集光型太陽光発電システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る追尾集光型太陽光発電装置の概略図である。
【図３】単位時間あたりの太陽移動角度と時刻の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る駆動部の動作タイミングチャートである。
【図５】本発明の実施例１に係る制御方法のフローチャートである。
【図６】本発明の実施例１に係る制御プログラムのフローチャートである。
【図７】本発明の実施例２に係る制御方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８８】
１  追尾集光型太陽光発電装置
２  太陽電池モジュール部
３  駆動部
５  分散制御部
６  方位軸
７  傾倒軸
８  電源
９  集中制御部
１０  集中管理室
【図１】
2007103713.tif 000003
【図２】
2007103713.tif 000004
【図３】
2007103713.tif 000005
【図４】
2007103713.tif 000006
【図５】
2007103713.tif 000007
【図６】
2007103713.tif 000008
【図７】
2007103713.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月21日(2006.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数台の追尾集光型太陽光発電装置と、前記複数台の追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部を制御する集中制御部とを備える追尾型太陽光発電システムであって、
前記追尾型太陽光発電システムは前記追尾集光型太陽光発電装置からなる複数のユニットにより構成されており、
前記追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ、前記駆動部が停止している間に前記太陽電池モジュール部の出力が大きく低下しない時間間隔で駆動され、かつ、前記追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部は前記各ユニット間でそれぞれ異なった時刻に起動されることにより太陽追尾が行われることを特徴とする追尾型太陽光発電システム。
【請求項２】
前記集中制御部は、年月日、時刻を計時する手段と前記年月日、時刻と前記追尾集光型太陽光発電装置の設置位置の緯度・経度より太陽方位・高度を計算する手段と、前記太陽方位・高度の計算値に基づいて太陽追尾制御を行う手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項３】
前記駆動部には回転角度検出手段が備えられ、前記集中制御部は前記回転角度検出手段より得られた回転角度情報に基づき前記太陽電池モジュール部の向いている方向を取得し、前記太陽方位・高度の計算値に基づいて前記駆動部を駆動して太陽追尾することを特徴とする請求項２に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項４】
前記追尾集光型太陽光発電装置は、前記駆動部の駆動量を規定する駆動信号を前記集中制御部から受信する手段と前記駆動部の駆動状態を制御する手段を有する分散制御部を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項５】
前記所定時間は、前記各駆動部の各起動時刻における単位時間当たりの太陽移動角度の計算値に略反比例させて前記各起動時刻毎に設定されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項６】
前記所定時間経過時に現在時刻より前記所定時間の２分の１進んだ時刻の太陽高度・方位の方向に前記太陽電池モジュール部を向けるように太陽追尾することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項７】
前記駆動部は日没後に前記太陽電池モジュール部を翌日の太陽追尾を開始する位置に向けるように起動・駆動され、前記駆動部の起動はそれぞれ異なった時刻に行われ、かつ、同時に駆動される前記駆動部の数は太陽追尾動作時に同時に駆動される駆動部数以下であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の追尾型太陽光発電システム。
【請求項８】
太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数台の追尾集光型太陽光発電装置と、前記複数台の追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部を制御する集中制御部とを備える追尾型太陽光発電システムの制御方法であって、
前記追尾型太陽光発電システムは複数台の前記追尾集光型太陽光発電装置からなる複数のユニットにより構成されており、
前記追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ、前記駆動部が停止している間に前記太陽電池モジュール部の出力が大きく低下しない時間間隔で起動・駆動され、かつ、前記各ユニット間の前記追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ異なった時刻に起動されることにより太陽追尾が行われることを特徴とする追尾型太陽光発電システムの制御方法。
【請求項９】
太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数の追尾集光型太陽光発電装置を備える追尾型太陽光発電システムの制御プログラムであって、
前記追尾集光型太陽光発電装置のそれぞれには前記駆動部が停止している間に前記太陽電池モジュール部の出力が大きく低下しない時間間隔で前記駆動部を起動・駆動する駆動信号を送信させ、
複数の前記追尾集光型太陽光発電装置からなり前記追尾型太陽光発電システムを構成する複数のユニットに対してそれぞれ異なった時刻に前記駆動信号を送信させることを特徴とする追尾型太陽光発電システムの制御プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数台の追尾集光型太陽光発電装置と、前記複数台の追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部を制御する集中制御部とを備える追尾型太陽光発電システムであって、
前記追尾型太陽光発電システムは前記追尾集光型太陽光発電装置からなる複数のユニットにより構成されており、
前記追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ、前記駆動部が停止している間に前記太陽電池モジュール部の出力が大きく低下しない時間間隔で駆動され、かつ、前記追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部は前記各ユニット間でそれぞれ異なった時刻に起動されることにより太陽追尾が行われる追尾型太陽光発電システムとした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、本発明においては、太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数台の追尾集光型太陽光発電装置と、前記複数台の追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部を制御する集中制御部とを備える追尾型太陽光発電システムの制御方法であって、
前記追尾型太陽光発電システムは複数台の前記追尾集光型太陽光発電装置からなる複数のユニットにより構成されており、
前記追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ、前記駆動部が停止している間に前記太陽電池モジュール部の出力が大きく低下しない時間間隔で起動・駆動され、かつ、前記各ユニット間の前記追尾集光型太陽光発電装置の前記駆動部はそれぞれ異なった時刻に起動されることにより太陽追尾が行われる追尾型太陽光発電システムの制御方法とした。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、本発明においては、太陽電池モジュール部と前記太陽電池モジュール部の方向を変える駆動部とを有する複数の追尾集光型太陽光発電装置を備える追尾型太陽光発電システムの制御プログラムであって、
前記追尾集光型太陽光発電装置のそれぞれには前記駆動部が停止している間に前記太陽電池モジュール部の出力が大きく低下しない時間間隔で前記駆動部を起動・駆動する駆動信号を送信させ、
複数の前記追尾集光型太陽光発電装置からなり前記追尾型太陽光発電システムを構成する複数のユニットに対してそれぞれ異なった時刻に前記駆動信号を送信させる追尾型太陽光発電システムの制御プログラムとした。