JP5521528B2 - 太陽光発電システム - Google Patents
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Description
本発明は太陽光発電システムの技術分野に属する。特に、太陽電池の受光面の方向を太陽の方向に追従して適正化し発電効率を高めるための駆動を静電アクチュエータによって行なう太陽光発電システムに関する。
住宅の屋根に太陽電池パネルを設置して太陽光発電を行なうことが普及しつつある。ほとんどの場合において、太陽電池パネルは住宅の屋根の傾斜を考慮して、太陽光を効率良く受光できる屋根の部位に方向を固定して設置される。太陽電池パネルの表面に太陽光が垂直に入射したときに太陽電池パネルは太陽光を最大効率で受光することになる。ところが、太陽は時刻・季節によってその方向を変化させるから、太陽電池パネルの方向を固定したときには、最大効率で受光する時間帯は限られており大部分の時間帯をかなり低い効率で受光していることになる。
その問題を回避するために、太陽を自動追跡して太陽電池パネルの受光面を常に太陽に向けるようにした太陽光発電システムの発明が知られている（特許文献１）。この発明のシステムは、太陽電池が配設された受光面側に設置した複数個の光センサとその光センサに対する入射光を局所化する遮光体とから成る太陽自動追跡センサと、その太陽自動追跡センサの各センサに対する受光量に基づき作動させる駆動手段と、その駆動手段を作動させて各センサに対する受光量を等量となる方向へ太陽自動追跡センサの向きを変える制御装置とを備えている。
その問題を回避するために、太陽を自動追跡して太陽電池パネルの受光面を常に太陽に向けるようにした太陽光発電システムの発明が知られている（特許文献１）。この発明のシステムは、太陽電池が配設された受光面側に設置した複数個の光センサとその光センサに対する入射光を局所化する遮光体とから成る太陽自動追跡センサと、その太陽自動追跡センサの各センサに対する受光量に基づき作動させる駆動手段と、その駆動手段を作動させて各センサに対する受光量を等量となる方向へ太陽自動追跡センサの向きを変える制御装置とを備えている。
しかしながら、従来においては、太陽を自動追跡するために太陽電池パネルの方向を変化させる駆動装置は、その駆動源として電磁界の作用で回転する電動機を使用していた。また駆動装置は、その電動機の回転動作を向きを変える動作に変換し太陽電池パネルに伝達するギア、リンク等の機構を使用していた。そのような機構を使用する駆動装置は複雑で故障し易く、また小型化が困難で広い空間を占有するという問題がある。
本発明は上記の問題を解決するために成されたものである。その目的は、駆動装置の部分の構成が単純で高い信頼性が得られ、その駆動装置のために特別な空間を必要とせずに太陽を自動追跡することができる太陽光発電システムを提供することにある。
本発明の請求項１に係る太陽光発電システムは、住宅の屋根に設置されて光起電力効果によって太陽光エネルギーを電力に直接的に変換する太陽電池と、
前記太陽電池を搭載した可撓性の移動子および前記移動子と対向して配置する可撓性の固定子とを有する静電アクチュエータであって、前記固定子は、屋根の形状に合わせて屋根の表面に沿うように設置され、前記移動子の位置を検出する複数の位置センサを有し、前記移動子は、前記固定子上を移動し、前記複数の位置センサの一つに対応する位置に停止することができるように設置される静電アクチュエータと、
前記静電アクチュエータを駆動するための電力を供給する電源部と、
前記電源部を操作することにより前記太陽電池を搭載した前記移動子の位置を、前記複数の位置センサにより取得した位置から、太陽の方向によって決まる目標位置であり、且つ太陽の方向を複数の方向に区別し、前記太陽電池の配置が前記区別された太陽の方向に適合するように決定された前記目標位置であり、且つ複数の前記位置センサの一つに対応する前記目標位置に移動する操作信号を電源部に出力する制御手段、
を有するようにしたものである。
本発明の請求項２に係る太陽光発電システムは、請求項１に係る太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池は可撓性を有し、その可撓性の太陽電池と前記可撓性の移動子とは互いに面平行となるように配置することを特徴とする太陽光発電システム。
本発明の請求項３に係る太陽光発電システムは、請求項２に係る太陽光発電システムにおいて、前記可撓性の太陽電池の背面を構成する部材そのものを前記移動子とするようにしたものである。
本発明の請求項４に係る太陽光発電システムは、請求項１〜３のいずれかに係る太陽光発電システムにおいて、太陽の方向を検出する太陽センサを有し、前記制御手段は前記太陽センサが検出した太陽の方向に基づいて前記目標位置を決定し前記制御を行うようにしたものである。
本発明の請求項５に係る太陽光発電システムは、請求項１〜４のいずれかに係る太陽光発電システムにおいて、現在の月日時刻を生成する暦付時計を有し、前記制御手段は前記暦付時計が生成する月日時刻に基づいて前記目標位置を決定し前記制御を行うようにしたものである。
本発明の請求項６に係る太陽光発電システムは、請求項１〜５のいずれかに係る太陽光発電システムにおいて、前記固定子は平面を湾曲させた湾曲表面を有する屋根表面に沿って固定して設置するようにしたものである。
前記太陽電池を搭載した可撓性の移動子および前記移動子と対向して配置する可撓性の固定子とを有する静電アクチュエータであって、前記固定子は、屋根の形状に合わせて屋根の表面に沿うように設置され、前記移動子の位置を検出する複数の位置センサを有し、前記移動子は、前記固定子上を移動し、前記複数の位置センサの一つに対応する位置に停止することができるように設置される静電アクチュエータと、
前記静電アクチュエータを駆動するための電力を供給する電源部と、
前記電源部を操作することにより前記太陽電池を搭載した前記移動子の位置を、前記複数の位置センサにより取得した位置から、太陽の方向によって決まる目標位置であり、且つ太陽の方向を複数の方向に区別し、前記太陽電池の配置が前記区別された太陽の方向に適合するように決定された前記目標位置であり、且つ複数の前記位置センサの一つに対応する前記目標位置に移動する操作信号を電源部に出力する制御手段、
を有するようにしたものである。
本発明の請求項２に係る太陽光発電システムは、請求項１に係る太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池は可撓性を有し、その可撓性の太陽電池と前記可撓性の移動子とは互いに面平行となるように配置することを特徴とする太陽光発電システム。
本発明の請求項３に係る太陽光発電システムは、請求項２に係る太陽光発電システムにおいて、前記可撓性の太陽電池の背面を構成する部材そのものを前記移動子とするようにしたものである。
本発明の請求項４に係る太陽光発電システムは、請求項１〜３のいずれかに係る太陽光発電システムにおいて、太陽の方向を検出する太陽センサを有し、前記制御手段は前記太陽センサが検出した太陽の方向に基づいて前記目標位置を決定し前記制御を行うようにしたものである。
本発明の請求項５に係る太陽光発電システムは、請求項１〜４のいずれかに係る太陽光発電システムにおいて、現在の月日時刻を生成する暦付時計を有し、前記制御手段は前記暦付時計が生成する月日時刻に基づいて前記目標位置を決定し前記制御を行うようにしたものである。
本発明の請求項６に係る太陽光発電システムは、請求項１〜５のいずれかに係る太陽光発電システムにおいて、前記固定子は平面を湾曲させた湾曲表面を有する屋根表面に沿って固定して設置するようにしたものである。
本発明によれば、駆動装置の部分の構成が単純で高い信頼性が得られ、その駆動装置のために特別な空間を必要とせずに太陽を自動追跡することができる太陽光発電システムが提供される。
次に、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。最初に、本発明の太陽光発電システムを住宅の屋根に設置した一例について説明する。本発明の太陽光発電システムを住宅の屋根に設置した一例を説明図として図１に示す。図１において、１は固定子、１０は太陽電池、１００は屋根である。
図１に示すように、住宅の屋根１００は東側に傾斜する表面（東側面）と西側に傾斜する表面（西側面）とを有している。それらの東側面と西側面は平面状となっており、また東側面と西側面が交差する部位は直線状に真南に延びている。この図１に示すような住宅においては、午前は住宅の屋根１００の東側面に太陽光が効率的に照射され、午後は住宅の屋根１００の西側面に太陽光が効率的に照射されることになる。したがって、午前は住宅の屋根１００の東側面に太陽電池１０が配置され、午後は住宅の屋根１００の西側面に太陽電池１０が配置されるように太陽電池１０を移動することにより効率的に太陽光発電を行うことができる。
図１に示すように、住宅の屋根１００は東側に傾斜する表面（東側面）と西側に傾斜する表面（西側面）とを有している。それらの東側面と西側面は平面状となっており、また東側面と西側面が交差する部位は直線状に真南に延びている。この図１に示すような住宅においては、午前は住宅の屋根１００の東側面に太陽光が効率的に照射され、午後は住宅の屋根１００の西側面に太陽光が効率的に照射されることになる。したがって、午前は住宅の屋根１００の東側面に太陽電池１０が配置され、午後は住宅の屋根１００の西側面に太陽電池１０が配置されるように太陽電池１０を移動することにより効率的に太陽光発電を行うことができる。
太陽電池１０を移動するための動力源としては、本発明においては、フレキシビリティ（可撓性）を有し湾曲させる（緩やかに折り曲げる）ことができるフィルム状（シート状、平面状と意味は同一）の固定子と移動子とを有する静電アクチュエータ（詳細を後述する）を適用する。
図１に示すように、固定子１は住宅の屋根１００の東側面と西側面の両方に沿うように配置されている。東側面と西側面が交差する部位は概ね直線状に延びており、その交差する部位において固定子１は平面を湾曲させた形状となっている。その湾曲の程度は、当然ながら、固定子１を破壊することなく安全と信頼性を保持し、かつ固定子１に近接して移動する移動子の移動が円滑で支障を生じさせない範囲の曲率に収まるようにする。静電アクチュエータを適用する住宅の屋根１００は、その湾曲の程度に収まるように建築または改築されているものとする。
図１に示すように、固定子１は住宅の屋根１００の東側面と西側面の両方に沿うように配置されている。東側面と西側面が交差する部位は概ね直線状に延びており、その交差する部位において固定子１は平面を湾曲させた形状となっている。その湾曲の程度は、当然ながら、固定子１を破壊することなく安全と信頼性を保持し、かつ固定子１に近接して移動する移動子の移動が円滑で支障を生じさせない範囲の曲率に収まるようにする。静電アクチュエータを適用する住宅の屋根１００は、その湾曲の程度に収まるように建築または改築されているものとする。
続いて、本発明の太陽光発電システムにおける構成の一例について説明する。本発明の太陽光発電システムにおける構成の一例を図２に示す。図２において、１は固定子、２は移動子、３は電源部、４は制御部、５は暦付時計、６は太陽センサ、７はＡ位置センサ、８はＢ位置センサ、９はＣ位置センサ、１０は太陽電池、１００は屋根である。
固定子１は静電アクチュエータのフィルム状の固定子である。固定子１は湾曲した部位を有する住宅の屋根１００の表面に沿うように配置されその屋根１００に固定されている。固定子１の面は移動子２の面に対向して配置している。固定子１の移動子２との対向面に沿う方向に電極線の複数本が互いに平行となるように配列している。その複数本の電極線がその配列の順序にしたがって、たとえば３系統に統合接続されて３系統の端子が設けられた電極郡を形成する。それら３系統の電極郡の端子に所定の電圧波形（たとえば３相の進行波）を印加することにより、固定子１に対向して配置する移動子２を移動することができる。
移動子２は静電アクチュエータのフィルム状の移動子である。移動子２は太陽電池１０と一体化されており、移動子２が移動することにより太陽電池１０が移動する。移動子２の面は固定子１の面に対向して移動可能に配置している。移動子２の固定子１との対向面には固定子１の電極電位に応じた電荷が誘起される。そして、その誘起された電荷と固定子２の電極電位との間に静電力が発生し、その発生した静電力によって固定子１に対して移動を行う。
固定子１は静電アクチュエータのフィルム状の固定子である。固定子１は湾曲した部位を有する住宅の屋根１００の表面に沿うように配置されその屋根１００に固定されている。固定子１の面は移動子２の面に対向して配置している。固定子１の移動子２との対向面に沿う方向に電極線の複数本が互いに平行となるように配列している。その複数本の電極線がその配列の順序にしたがって、たとえば３系統に統合接続されて３系統の端子が設けられた電極郡を形成する。それら３系統の電極郡の端子に所定の電圧波形（たとえば３相の進行波）を印加することにより、固定子１に対向して配置する移動子２を移動することができる。
移動子２は静電アクチュエータのフィルム状の移動子である。移動子２は太陽電池１０と一体化されており、移動子２が移動することにより太陽電池１０が移動する。移動子２の面は固定子１の面に対向して移動可能に配置している。移動子２の固定子１との対向面には固定子１の電極電位に応じた電荷が誘起される。そして、その誘起された電荷と固定子２の電極電位との間に静電力が発生し、その発生した静電力によって固定子１に対して移動を行う。
フィルム状の固定子１と移動子２を有する静電アクチュエータについては、たとえば下記の特許文献１〜４、等によって公知であるから、ここでは詳細な説明を省略する。
特許文献１：特開平２−２８５９７８号公報
特許文献２：特開平４−２７１２８４号公報
特許文献３：特開平５−１９１９８３号公報
特許文献４：特開平７−２２２４６４号公報
特許文献１：特開平２−２８５９７８号公報
特許文献２：特開平４−２７１２８４号公報
特許文献３：特開平５−１９１９８３号公報
特許文献４：特開平７−２２２４６４号公報
電源部３は静電アクチュエータを駆動するために固定子１の電極郡の端子に所定の電圧波形を印加する静電アクチュエータの電源部である。電源部３は制御部４の制御下において動作し、電源部３は複数の電極郡の各端子に対して、制御部４にプログラミングされた所定の時系列パターンで変化する電圧を印加する。
制御部４は電源部３を操作することにより太陽電池１０の位置に関して、太陽光エネルギーを電力に変換する際の変換効率を良くするように制御する。制御部４はすくなくとも２つの制御態様を有している。第１の制御態様は暦付時計５が出力する現在の月日時刻に対応して移動子２の位置を制御する制御態様である。たとえば、月日時刻と移動子２の目標位置との関係を記述したテーブルをＲＯＭ等のメモリに予め記憶しておき、制御部４は現在の月日時刻からそのテーブルを参照して移動子２の目標位置を取得する。そして、制御部４はその取得した目標位置に移動子２が移動するように電源部３を操作する。第２の制御態様は太陽センサ６が出力する太陽方向に対応して移動子２の位置を制御する制御態様である。たとえば、太陽方向と移動子２の目標位置との関係を記述したテーブルをＲＯＭ等のメモリに予め記憶しておき、制御部４は現在の月日時刻からそのテーブルを参照して移動子２の目標位置を取得する。そして、制御部４はその取得した目標位置に移動子２が移動するように電源部３を操作する。制御部４としては、ＰＬＣ（programable logic controller）、マイクロコンピュータ等のデータ処理装置を使用することができる。
制御部４は電源部３を操作することにより太陽電池１０の位置に関して、太陽光エネルギーを電力に変換する際の変換効率を良くするように制御する。制御部４はすくなくとも２つの制御態様を有している。第１の制御態様は暦付時計５が出力する現在の月日時刻に対応して移動子２の位置を制御する制御態様である。たとえば、月日時刻と移動子２の目標位置との関係を記述したテーブルをＲＯＭ等のメモリに予め記憶しておき、制御部４は現在の月日時刻からそのテーブルを参照して移動子２の目標位置を取得する。そして、制御部４はその取得した目標位置に移動子２が移動するように電源部３を操作する。第２の制御態様は太陽センサ６が出力する太陽方向に対応して移動子２の位置を制御する制御態様である。たとえば、太陽方向と移動子２の目標位置との関係を記述したテーブルをＲＯＭ等のメモリに予め記憶しておき、制御部４は現在の月日時刻からそのテーブルを参照して移動子２の目標位置を取得する。そして、制御部４はその取得した目標位置に移動子２が移動するように電源部３を操作する。制御部４としては、ＰＬＣ（programable logic controller）、マイクロコンピュータ等のデータ処理装置を使用することができる。
暦付時計５は月日時刻を出力する暦付時計である。暦付時計５は、勿論、年を含めて年月日時刻を出力し、閏年の補正を自動で行う暦付時計であればさらに好適である。暦付時計５が出力する月日時刻は、前述したように、制御部４が制御する移動子２の目標位置を決定する情報として使用される。
太陽センサ６は太陽方向を検出するセンサである。太陽センサ６としては、複数個を配列した光検出器（太陽電池を含む）と、その光検出器と太陽との間に設けた日除け（遮蔽体）を組み合わせた単純な構成の太陽センサを使用することができる。その太陽センサ６は太陽光を受ける光検出器および／または受けない光検出器がどの位置の光検出器であるかによって太陽方向を特定することができる。勿論、望遠鏡と光検出器とサーボ機構を組み合わせて太陽を追跡するような複雑な構成の太陽センサを使用することもできる。太陽センサ６が出力する太陽方向は、前述したように、制御部４が制御する移動子２の目標位置を決定する情報として使用される。
太陽方向として区別する方向の数は住宅の屋根１００の形状に適合する数、すくなくとも、太陽電池１０を停止させておく位置すなわち停止位置の数とする。たとえば、図１に示す住宅の屋根１００の場合には、東側面の東位置と、西側面の西位置と、東側面と西側面が交叉する部位である南位置の３つの位置を停止位置とする。太陽センサ６は、その場合には、東南、南、南西、の３つの太陽の方向を区別すればよい。
図１に示す住宅の屋根１００はいわゆる「切妻屋根」であるが、東側に急傾斜する表面（東側急斜面）と東側に緩傾斜する表面（東側緩斜面）と西側に緩傾斜する表面（西側緩斜面）と西側に急傾斜する表面（西側急斜面）とがその順で連結する屋根、いわゆる「腰折れ屋根」において太陽光発電を行なうこともある。その場合には、それぞれの傾斜に合わせた方向、たとえば東南、南南東、南南西、南西の４つの太陽の方向を区別するか、それ以上の方向を区別し、太陽電池１０をその方向に適合する配置とする方が明らかにより高い効率で太陽光発電を行うことができる。また、「かまぼこ型屋根」であれば、さらに多くの方向を区別し、太陽電池１０をその方向に適合する配置とすると高い効率を得ることができる。
図１に示す住宅の屋根１００はいわゆる「切妻屋根」であるが、東側に急傾斜する表面（東側急斜面）と東側に緩傾斜する表面（東側緩斜面）と西側に緩傾斜する表面（西側緩斜面）と西側に急傾斜する表面（西側急斜面）とがその順で連結する屋根、いわゆる「腰折れ屋根」において太陽光発電を行なうこともある。その場合には、それぞれの傾斜に合わせた方向、たとえば東南、南南東、南南西、南西の４つの太陽の方向を区別するか、それ以上の方向を区別し、太陽電池１０をその方向に適合する配置とする方が明らかにより高い効率で太陽光発電を行うことができる。また、「かまぼこ型屋根」であれば、さらに多くの方向を区別し、太陽電池１０をその方向に適合する配置とすると高い効率を得ることができる。
Ａ位置センサ７は移動子２が東位置にあることを検出するセンサである。また、Ｂ位置センサ８は移動子２が南位置にあることを検出するセンサである。また、Ｃ位置センサ９は移動子２が西位置にあることを検出するセンサである。これらＡ〜Ｃの位置センサとしては、一般的な投光部と受光部とを有する光電センサを使用することができる。光電センサにおいては投光部から受光部への光線の透過または反射の有無によって所定位置への物体の存在を検出する。また、磁石、鉄片（強磁性体）、金属（導電体）の存在を検出する方式や超音波の反射を検出する方式の近接センサを使用することができる。
太陽電池１０は太陽光等の光が有するエネルギーを直接的に電力に変換するもので、その変換は光起電力効果に基づくものである。太陽電池１０として、シリコンを材料とするシリコン太陽電池が知られている。シリコン太陽電池はその材料の結晶の性質から、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、微結晶シリコン型、アモルファスシリコン型、等に分類することができる。また、シリコン太陽電池はその形態の違いから、薄膜シリコン型、ハイブリッド型、多接合型、球状シリコン型、電界効果型、等に分類することができる。シリコンではなく化合物を材料とする太陽電池も知られている。InGaAs太陽電池、GaAs系太陽電池、CIS系（カルコパイライト系）太陽電池、Cu2ZnSnS4(CZTS)太陽電池、CdTe-CdS系太陽電池、等である。また、有機化合物を材料とする太陽電池も知られている。光によって二酸化チタンに吸着された色素中の電子が励起され、その励起された電子を電流として取出す色素増感太陽電池、導電性ポリマーやフラーレン等を組み合わせた有機薄膜半導体を用いる有機薄膜太陽電池、等である。
以上のように、太陽電池には様々な材料、形態のものが知られているが、本発明における太陽電池１０としては、いずれの材料、形態のものでも使用することができ、それらによって本発明は限定されない。
以上のように、太陽電池には様々な材料、形態のものが知られているが、本発明における太陽電池１０としては、いずれの材料、形態のものでも使用することができ、それらによって本発明は限定されない。
また、太陽電池は最小単位としての太陽電池セルが存在し、その太陽電池セルを電気的に直列接合、並列接合して所望の電圧、電流を得られるようにした太陽電池パネルが存在する。さらに、太陽電池パネルは非フレキシビリティ（非可撓性）を有するものを想像させるが、フレキシビリティ（可撓性）を有するものとして太陽電池フィルムも知られている。本発明における太陽電池１０としては、セル、パネル、フィルムのいずれの形状ものでも使用でき、それらによって本発明は限定されない。
なお、フィルム状（シート状、平面状と意味は同一）の太陽電池としては薄膜シリコン型太陽電池、有機化合物を材料とする太陽電池が知られている。また、フィルム状の太陽電池としては非可撓性の太陽電池セルを可撓性フィルム（シート）によって支持する構造の太陽電池であってもよい。
なお、フィルム状（シート状、平面状と意味は同一）の太陽電池としては薄膜シリコン型太陽電池、有機化合物を材料とする太陽電池が知られている。また、フィルム状の太陽電池としては非可撓性の太陽電池セルを可撓性フィルム（シート）によって支持する構造の太陽電池であってもよい。
フィルム状の太陽電池１０は、図２に示すように、フィルム状の移動子２の表面に互いの表面が近接するように配置されている。フィルム状の太陽電池１０はフィルム状の移動子２によって支持されるが、互いの表面は全面で接着していてもよく、部分的に結合していてもよい。ゴム、コイルバネのような弾性を有する材料で部分的に結合することにより、高い可撓性を得ることができる。
フィルム状の太陽電池１０の基材シートまたはバックシートとしては、接着性、耐久性、電気絶縁性、等が要求され、それらの要求を満たす材料として多層構造のプラスチックフィルムが使用される。その多層構造のプラスチックフィルムの最も外側の層となるプラスチックフィルムに、移動子２の材料として適合するプラスチックフィルム（たとえばＰＥＴ（PolyEthyleneTerephthalate）)を使用することができる。この態様により、フィルム状の太陽電池の背面（固定子１側の面）を構成するフィルムそのものを移動子とすることができる。
フィルム状の太陽電池１０の基材シートまたはバックシートとしては、接着性、耐久性、電気絶縁性、等が要求され、それらの要求を満たす材料として多層構造のプラスチックフィルムが使用される。その多層構造のプラスチックフィルムの最も外側の層となるプラスチックフィルムに、移動子２の材料として適合するプラスチックフィルム（たとえばＰＥＴ（PolyEthyleneTerephthalate）)を使用することができる。この態様により、フィルム状の太陽電池の背面（固定子１側の面）を構成するフィルムそのものを移動子とすることができる。
非可撓性のパネル状の太陽電池１０の場合には、たとえば移動子２に結合する支柱を介して移動子２の上方に配置する。この場合にはパネル状の太陽電池１０は変形しないが、フィルム状の移動子２は固定子１の形状（住宅の屋根１００の形状）に合致するように変形する。住宅の屋根表面が湾曲しているときの本発明の太陽光発電システムにおける移動子の変形を説明図として図３に示す。図３（Ａ）は住宅の屋根における湾曲の大きい（曲率の大きい）部位に太陽電池１０が配置したときの状態を示している。図３（Ｂ）は住宅の屋根における湾曲の小さい（曲率の小さい）部位に太陽電池１０が配置したときの状態を示している。
フィルム状の移動子２は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、固定子１の湾曲した表面に沿って湾曲する。そのことで、フィルム状の移動子２はその全面において固定子１と近接した状態を保持することができる。したがって、フィルム状の移動子２は住宅の屋根における湾曲の程度によらず静電アクチュエータとしての駆動力を屋根のどこの部位においても得ることができる。
一方、非可撓性のパネル状の太陽電池１０は屋根のどこの部位において無理な外力が働かずその形状を安全に保持することができる。また、非可撓性のパネル状の太陽電池１０は移動場所によってその方向を変えることができ、それによって効率的に太陽光発電を行うことができる。
フィルム状の移動子２は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、固定子１の湾曲した表面に沿って湾曲する。そのことで、フィルム状の移動子２はその全面において固定子１と近接した状態を保持することができる。したがって、フィルム状の移動子２は住宅の屋根における湾曲の程度によらず静電アクチュエータとしての駆動力を屋根のどこの部位においても得ることができる。
一方、非可撓性のパネル状の太陽電池１０は屋根のどこの部位において無理な外力が働かずその形状を安全に保持することができる。また、非可撓性のパネル状の太陽電池１０は移動場所によってその方向を変えることができ、それによって効率的に太陽光発電を行うことができる。
以上、構成について説明した。次に、本発明の太陽光発電システムにおける動作について説明する。本発明の太陽光発電システムにおける動作の一例（その１）をフロー図として図４に示す。
まず、図４のステップＳ１（月日時刻取得）において、制御部４は暦付時計５が出力する信号を入力し月日時刻を取得する。
次に、ステップＳ２（目標位置取得）において、制御部４は月日時刻と移動子２の目標位置との関係を記述したテーブルを参照し移動子２の目標位置を取得する。図１に示した住宅の屋根１００の東側面と西側面が交差する部位は直線状に真南に延びている。したがって、たとえば、制御部４は月日と、太陽光発電システムを設置した土地において太陽が真南に来る南中時刻との関係を記述したテーブルを参照し、暦付時計５の月日から南中時刻を取得する。次に、制御部４は暦付時計５の時刻とその南中時刻とを比較する。たとえば、（（暦付時計５の時刻）−（南中時刻））の値が−１時間よりも小さいときには目標位置をＡ位置すなわち東位置とする。また、（（暦付時計５の時刻）−（南中時刻））の値が−１時間以上で＋１時間以下のときには目標位置をＢ位置すなわち南位置とする。また、（（暦付時計５の時刻）−（南中時刻））の値が＋１時間よりも大きいときには目標位置をＣ位置すなわち西位置とする。
次に、ステップＳ３（移動子位置取得）において、制御部４はＡ〜Ｃの位置センサ７〜９の出力信号を入力し移動子２の位置を取得する。取得した移動子２の位置すなわち取得位置はＡ位置すなわち東位置、Ｂ位置すなわち南位置、Ｃ位置すなわち西位置のいずれかの位置である。
次に、ステップＳ４（位置は適正か？）において、制御部４は取得位置と目標位置とを比較する。取得位置が目標位置であるときには制御部４は移動子２の位置をそのままとし、ステップＳ１に戻り、上述した以降のステップを繰返す。また、取得位置が目標位置でないときには制御部４はステップＳ５に進む。
まず、図４のステップＳ１（月日時刻取得）において、制御部４は暦付時計５が出力する信号を入力し月日時刻を取得する。
次に、ステップＳ２（目標位置取得）において、制御部４は月日時刻と移動子２の目標位置との関係を記述したテーブルを参照し移動子２の目標位置を取得する。図１に示した住宅の屋根１００の東側面と西側面が交差する部位は直線状に真南に延びている。したがって、たとえば、制御部４は月日と、太陽光発電システムを設置した土地において太陽が真南に来る南中時刻との関係を記述したテーブルを参照し、暦付時計５の月日から南中時刻を取得する。次に、制御部４は暦付時計５の時刻とその南中時刻とを比較する。たとえば、（（暦付時計５の時刻）−（南中時刻））の値が−１時間よりも小さいときには目標位置をＡ位置すなわち東位置とする。また、（（暦付時計５の時刻）−（南中時刻））の値が−１時間以上で＋１時間以下のときには目標位置をＢ位置すなわち南位置とする。また、（（暦付時計５の時刻）−（南中時刻））の値が＋１時間よりも大きいときには目標位置をＣ位置すなわち西位置とする。
次に、ステップＳ３（移動子位置取得）において、制御部４はＡ〜Ｃの位置センサ７〜９の出力信号を入力し移動子２の位置を取得する。取得した移動子２の位置すなわち取得位置はＡ位置すなわち東位置、Ｂ位置すなわち南位置、Ｃ位置すなわち西位置のいずれかの位置である。
次に、ステップＳ４（位置は適正か？）において、制御部４は取得位置と目標位置とを比較する。取得位置が目標位置であるときには制御部４は移動子２の位置をそのままとし、ステップＳ１に戻り、上述した以降のステップを繰返す。また、取得位置が目標位置でないときには制御部４はステップＳ５に進む。
次に、ステップＳ５（移動子を移動）において、制御部４は電源部３を操作して移動子２を目標位置に移動する処理を行なう。取得位置が東位置で目標位置が南位置であるときには、移動子２を東位置から南位置へと移動する操作信号を電源部３に出力する。取得位置が南位置で目標位置が西位置であるときには、移動子２を南位置から西位置へと移動する操作信号を電源部３に出力する。取得位置が西位置で目標位置が東位置であるときには、移動子２を西位置から東位置へと移動する操作信号を電源部３に出力する。
次に、ステップＳ６（移動子位置取得）において、制御部４はＡ〜Ｃの位置センサ７〜９の出力信号を入力し移動子２の位置を取得する。取得した移動子２の位置すなわち取得位置は東位置、南位置、西位置のいずれかの位置である。
次に、ステップＳ７（目標位置に到達か？）において、制御部４は取得位置と目標位置とを比較する。取得位置が目標位置でないときにはステップＳ４に戻り、上述した以降のステップを繰返す。また、取得位置が目標位置であるときには制御部４はステップＳ８に進む。
次に、ステップＳ８（終了）において、本発明の太陽光発電システムにおける太陽追跡（１）の処理を終了とするか否かを判定する。終了とする入力は、たとえば、太陽光発電システムオペレータによって行われる。そのような終了とする入力があったときには太陽追跡（１）の処理を終了とする。そのような入力がなかったときには、ステップＳ１に戻り、上述した以降のステップを繰返す。
次に、ステップＳ６（移動子位置取得）において、制御部４はＡ〜Ｃの位置センサ７〜９の出力信号を入力し移動子２の位置を取得する。取得した移動子２の位置すなわち取得位置は東位置、南位置、西位置のいずれかの位置である。
次に、ステップＳ７（目標位置に到達か？）において、制御部４は取得位置と目標位置とを比較する。取得位置が目標位置でないときにはステップＳ４に戻り、上述した以降のステップを繰返す。また、取得位置が目標位置であるときには制御部４はステップＳ８に進む。
次に、ステップＳ８（終了）において、本発明の太陽光発電システムにおける太陽追跡（１）の処理を終了とするか否かを判定する。終了とする入力は、たとえば、太陽光発電システムオペレータによって行われる。そのような終了とする入力があったときには太陽追跡（１）の処理を終了とする。そのような入力がなかったときには、ステップＳ１に戻り、上述した以降のステップを繰返す。
次に、本発明の太陽光発電システムにおける動作の別の一例について説明する。本発明の太陽光発電システムにおける動作の一例（その２）をフロー図として図５に示す。
まず、図５のステップＳ１１（太陽方向検出）において、制御部４は太陽センサ６が出力する信号を入力する。
次に、ステップＳ１２（太陽方向検出か？）において、制御部４は太陽センサ６が太陽方向を検出した信号を出力しているか否かを判定する。太陽センサ６が太陽方向を検出した信号を出力するのは太陽が出ているときに限られる。たとえば、夜中には太陽は出ていないから太陽センサ６が太陽方向を検出することはない。また、雨の日、曇りの日には太陽センサ６が太陽方向を検出することはない。太陽センサ６が太陽方向を検出した信号を出力しないときには、ステップＳ１１に戻って、上述した以降のステップを繰返す。太陽センサ６が太陽方向を検出した信号を出力したときには、ステップＳ１３に進む。
次に、ステップＳ１３（目標位置取得）において、制御部４は太陽方向と移動子２の目標位置との関係を記述したテーブルを参照し移動子２の目標位置を取得する。たとえば、太陽方向と目標位置の関係を記述したテーブルには、太陽の方向が北東と南南東との間にあるときには目標位置をＡ位置すなわち東位置とし、太陽の方向が南南東と南南西の間にあるときには目標位置をＢ位置すなわち南位置とし、太陽の方向が南南西と北西の間にあるときには目標位置をＣ位置すなわち西位置とすることが記述されている。
次に、ステップＳ１４（移動子位置取得）において、制御部４はＡ〜Ｃの位置センサ７〜９の出力信号を入力し移動子２の位置を取得する。取得した移動子２の位置すなわち取得位置はＡ位置すなわち東位置、Ｂ位置すなわち南位置、Ｃ位置すなわち西位置のいずれかの位置である。
まず、図５のステップＳ１１（太陽方向検出）において、制御部４は太陽センサ６が出力する信号を入力する。
次に、ステップＳ１２（太陽方向検出か？）において、制御部４は太陽センサ６が太陽方向を検出した信号を出力しているか否かを判定する。太陽センサ６が太陽方向を検出した信号を出力するのは太陽が出ているときに限られる。たとえば、夜中には太陽は出ていないから太陽センサ６が太陽方向を検出することはない。また、雨の日、曇りの日には太陽センサ６が太陽方向を検出することはない。太陽センサ６が太陽方向を検出した信号を出力しないときには、ステップＳ１１に戻って、上述した以降のステップを繰返す。太陽センサ６が太陽方向を検出した信号を出力したときには、ステップＳ１３に進む。
次に、ステップＳ１３（目標位置取得）において、制御部４は太陽方向と移動子２の目標位置との関係を記述したテーブルを参照し移動子２の目標位置を取得する。たとえば、太陽方向と目標位置の関係を記述したテーブルには、太陽の方向が北東と南南東との間にあるときには目標位置をＡ位置すなわち東位置とし、太陽の方向が南南東と南南西の間にあるときには目標位置をＢ位置すなわち南位置とし、太陽の方向が南南西と北西の間にあるときには目標位置をＣ位置すなわち西位置とすることが記述されている。
次に、ステップＳ１４（移動子位置取得）において、制御部４はＡ〜Ｃの位置センサ７〜９の出力信号を入力し移動子２の位置を取得する。取得した移動子２の位置すなわち取得位置はＡ位置すなわち東位置、Ｂ位置すなわち南位置、Ｃ位置すなわち西位置のいずれかの位置である。
次に、ステップＳ１５（位置は適正か？）において、制御部４は取得位置と目標位置とを比較する。取得位置が目標位置であるときには制御部４は移動子２の位置をそのままとし、ステップＳ１１に戻り、上述した以降のステップを繰返す。また、取得位置が目標位置でないときには制御部４はステップＳ１６に進む。
次に、ステップＳ１６（移動子を移動）において、制御部４は電源部３を操作して移動子２を目標位置に移動する処理を行なう。取得位置が東位置で目標位置が南位置であるときには、移動子２を東位置から南位置へと移動する操作信号を電源部３に出力する。取得位置が南位置で目標位置が西位置であるときには、移動子２を南位置から西位置へと移動する操作信号を電源部３に出力する。取得位置が西位置で目標位置が東位置であるときには、移動子２を西位置から東位置へと移動する操作信号を電源部３に出力する。
次に、ステップＳ１７（移動子位置取得）において、制御部４はＡ〜Ｃの位置センサ７〜９の出力信号を入力し移動子２の位置を取得する。取得した移動子２の位置すなわち取得位置は東位置、南位置、西位置のいずれかの位置である。
次に、ステップＳ１８（目標位置に到達か？）において、制御部４は取得位置と目標位置とを比較する。取得位置が目標位置でないときにはステップＳ１６に戻り、上述した以降のステップを繰返す。また、取得位置が目標位置であるときには制御部４はステップＳ１９に進む。
次に、ステップＳ１９（終了）において、本発明の太陽光発電システムにおける太陽追跡（２）の処理を終了とするか否かを判定する。終了とする入力は、たとえば、太陽光発電システムオペレータによって行われる。そのような終了とする入力があったときには太陽追跡（２）の処理を終了とする。そのような入力がなかったときには、ステップＳ１１に戻り、上述した以降のステップを繰返す。
次に、ステップＳ１６（移動子を移動）において、制御部４は電源部３を操作して移動子２を目標位置に移動する処理を行なう。取得位置が東位置で目標位置が南位置であるときには、移動子２を東位置から南位置へと移動する操作信号を電源部３に出力する。取得位置が南位置で目標位置が西位置であるときには、移動子２を南位置から西位置へと移動する操作信号を電源部３に出力する。取得位置が西位置で目標位置が東位置であるときには、移動子２を西位置から東位置へと移動する操作信号を電源部３に出力する。
次に、ステップＳ１７（移動子位置取得）において、制御部４はＡ〜Ｃの位置センサ７〜９の出力信号を入力し移動子２の位置を取得する。取得した移動子２の位置すなわち取得位置は東位置、南位置、西位置のいずれかの位置である。
次に、ステップＳ１８（目標位置に到達か？）において、制御部４は取得位置と目標位置とを比較する。取得位置が目標位置でないときにはステップＳ１６に戻り、上述した以降のステップを繰返す。また、取得位置が目標位置であるときには制御部４はステップＳ１９に進む。
次に、ステップＳ１９（終了）において、本発明の太陽光発電システムにおける太陽追跡（２）の処理を終了とするか否かを判定する。終了とする入力は、たとえば、太陽光発電システムオペレータによって行われる。そのような終了とする入力があったときには太陽追跡（２）の処理を終了とする。そのような入力がなかったときには、ステップＳ１１に戻り、上述した以降のステップを繰返す。
以上、本発明について具体的な一例を挙げて説明したが、本発明はこの一例に限定されるものではなく、様々な態様で実施することができそれらも本発明に含まれる。
たとえば、図１〜図３において、固定子１、移動子２、太陽電池１０、等は住宅の屋根１００に露出して配置されているように図示されているが、実際には、ガラス、透明プラスチック、等の太陽光を透過する覆いを設ける等により風雨に耐える構造を具備する太陽光発電システムとすることができる。
また、図１〜図３において、暦付時計５と太陽センサ６の両方を備えるように図示されているが、いずれか一方だけを備えていてもよい。また、両方を備えいずれか一方を手動切替で使用する構成としてもよい。また、両方を備え太陽センサ６が太陽を検出するときには太陽センサ６を使用し、検出しないときには暦付時計５に自動切換する構成としてもよい。
また、図１〜図３において、太陽電池１０から電力を取出すコード（出力電線）について図示していないが、コードの巻取りと引出しが可能な巻取引出方式のコードリールを設けてコードが絡んで移動の障害がなくなるようにすることができる。
また、東西方向に傾斜が変化する屋根において移動子２が東西方向に直線的（一次元的）に移動する一例を説明した。しかし、静電アクチュエータには直線的な移動だけでなく平面的（二次元的）な移動が可能なものがある。したがって、東西南北方向に傾斜の変化する屋根において東西南北方向に平面的な移動を行って、夏冬によって異なる太陽の高度をも追跡可能な構成を具備する太陽光発電システムとすることができる。
また、東西方向に湾曲した「かまぼこ型屋根」のように、太陽電池１０の移動に対して太陽電池１０の方向が常に変化するような形状の屋根においては、太陽電池１０そのものによって太陽方向を検出する構成とすることができる。たとえば、制御手段４が太陽電池１０を少し移動したときの太陽光発電の電力の変化を測定する電力測定手段を備え、制御手段４は電力の増加する方向に移動子２が移動するように電源部３を操作する方法により太陽を追跡することが可能である。その場合には、暦付時計、太陽センサ、位置センサ、等を省略することができる。
たとえば、図１〜図３において、固定子１、移動子２、太陽電池１０、等は住宅の屋根１００に露出して配置されているように図示されているが、実際には、ガラス、透明プラスチック、等の太陽光を透過する覆いを設ける等により風雨に耐える構造を具備する太陽光発電システムとすることができる。
また、図１〜図３において、暦付時計５と太陽センサ６の両方を備えるように図示されているが、いずれか一方だけを備えていてもよい。また、両方を備えいずれか一方を手動切替で使用する構成としてもよい。また、両方を備え太陽センサ６が太陽を検出するときには太陽センサ６を使用し、検出しないときには暦付時計５に自動切換する構成としてもよい。
また、図１〜図３において、太陽電池１０から電力を取出すコード（出力電線）について図示していないが、コードの巻取りと引出しが可能な巻取引出方式のコードリールを設けてコードが絡んで移動の障害がなくなるようにすることができる。
また、東西方向に傾斜が変化する屋根において移動子２が東西方向に直線的（一次元的）に移動する一例を説明した。しかし、静電アクチュエータには直線的な移動だけでなく平面的（二次元的）な移動が可能なものがある。したがって、東西南北方向に傾斜の変化する屋根において東西南北方向に平面的な移動を行って、夏冬によって異なる太陽の高度をも追跡可能な構成を具備する太陽光発電システムとすることができる。
また、東西方向に湾曲した「かまぼこ型屋根」のように、太陽電池１０の移動に対して太陽電池１０の方向が常に変化するような形状の屋根においては、太陽電池１０そのものによって太陽方向を検出する構成とすることができる。たとえば、制御手段４が太陽電池１０を少し移動したときの太陽光発電の電力の変化を測定する電力測定手段を備え、制御手段４は電力の増加する方向に移動子２が移動するように電源部３を操作する方法により太陽を追跡することが可能である。その場合には、暦付時計、太陽センサ、位置センサ、等を省略することができる。
以上、説明したように、本発明によれば駆動装置の部分の構成が単純で高い信頼性が得られ、その駆動装置のために特別な空間を必要とせずに太陽を自動追跡することができる太陽光発電システムが提供される。
また、太陽電池が可撓性を有し、その可撓性の太陽電池と可撓性の移動子とは互いに面平行となるように配置する本発明によれば、設置空間を最小とすることができ、さらに屋根の形の美しさを損ねることが無い。
また、上記において可撓性を有する太陽電池の背面を構成する部材そのものを移動子とする本発明によれば、構造が単純となり高い信頼性を得ることができる。
また、太陽の方向を検出する太陽センサを有し、太陽センサが検出した太陽の方向に基づいて、太陽の位置をその検出した太陽の方向によって決まる目標とする位置となるように制御手段が制御を行う本発明によれば、太陽を直接追跡するから追跡精度が高く変換の効率を良くすることができる。
また、現在の月日時刻を生成する暦付時計を有し、暦月時計が生成する月日時刻に基づいて、太陽の位置をその月日時刻によって決まる目標とする位置となるように制御手段が制御を行う本発明によれば、月日時刻に基づいて太陽を追跡するから、太陽に雲に隠れるような場合であっても確実に動作する。
また、固定子を平面を湾曲させた湾曲表面を有する屋根表面に沿って固定して設置する本発明によれば、屋根表面そのものの傾斜を利用して太陽電池の方向を変えることができ、固定子の設置構造が簡単で費用を少なく済ませることができる。
また、太陽電池が可撓性を有し、その可撓性の太陽電池と可撓性の移動子とは互いに面平行となるように配置する本発明によれば、設置空間を最小とすることができ、さらに屋根の形の美しさを損ねることが無い。
また、上記において可撓性を有する太陽電池の背面を構成する部材そのものを移動子とする本発明によれば、構造が単純となり高い信頼性を得ることができる。
また、太陽の方向を検出する太陽センサを有し、太陽センサが検出した太陽の方向に基づいて、太陽の位置をその検出した太陽の方向によって決まる目標とする位置となるように制御手段が制御を行う本発明によれば、太陽を直接追跡するから追跡精度が高く変換の効率を良くすることができる。
また、現在の月日時刻を生成する暦付時計を有し、暦月時計が生成する月日時刻に基づいて、太陽の位置をその月日時刻によって決まる目標とする位置となるように制御手段が制御を行う本発明によれば、月日時刻に基づいて太陽を追跡するから、太陽に雲に隠れるような場合であっても確実に動作する。
また、固定子を平面を湾曲させた湾曲表面を有する屋根表面に沿って固定して設置する本発明によれば、屋根表面そのものの傾斜を利用して太陽電池の方向を変えることができ、固定子の設置構造が簡単で費用を少なく済ませることができる。
太陽光を効率良く受光することが要求されるシステムにおいて利用可能である。
１ 固定子
２ 移動子
３ 電源部
４ 制御部
５ 暦付時計
６ 太陽センサ
７ Ａ位置センサ
８ Ｂ位置センサ
９ Ｃ位置センサ
１０ 太陽電池
１００ 屋根
２ 移動子
３ 電源部
４ 制御部
５ 暦付時計
６ 太陽センサ
７ Ａ位置センサ
８ Ｂ位置センサ
９ Ｃ位置センサ
１０ 太陽電池
１００ 屋根
Claims (6)
- 住宅の屋根に設置されて光起電力効果によって太陽光エネルギーを電力に直接的に変換する太陽電池と、
前記太陽電池を搭載した可撓性の移動子および前記移動子と対向して配置する可撓性の固定子とを有する静電アクチュエータであって、前記固定子は、屋根の形状に合わせて屋根の表面に沿うように設置され、前記移動子の位置を検出する複数の位置センサを有し、前記移動子は、前記固定子上を移動し、前記複数の位置センサの一つに対応する位置に停止することができるように設置される静電アクチュエータと、
前記静電アクチュエータを駆動するための電力を供給する電源部と、
前記電源部を操作することにより前記太陽電池を搭載した前記移動子の位置を、前記複数の位置センサにより取得した位置から、太陽の方向によって決まる目標位置であり、且つ太陽の方向を複数の方向に区別し、前記太陽電池の配置が前記区別された太陽の方向に適合するように決定された前記目標位置であり、且つ複数の前記位置センサの一つに対応する前記目標位置に移動する操作信号を電源部に出力する制御手段、を有する
ことを特徴とする太陽光発電システム。 - 請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記太陽電池は可撓性を有し、その可撓性の太陽電池と前記可撓性の移動子とは互いに面平行となるように配置する
ことを特徴とする太陽光発電システム。 - 請求項２に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記可撓性の太陽電池の背面を構成する部材そのものを前記移動子とする
ことを特徴とする太陽光発電システム。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の太陽光発電システムにおいて、太陽の方向を検出する太陽センサを有し、前記制御手段は前記太陽センサが検出した太陽の方向に基づいて前記目標位置を決定し前記制御を行うことを特徴とする太陽光発電システム。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の太陽光発電システムにおいて、現在の月日時刻を生成する暦付時計を有し、前記制御手段は前記暦付時計が生成する月日時刻に基づいて前記目標位置を決定し前記制御を行うことを特徴とする太陽光発電システム。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の太陽光発電システムにおいて、
前記固定子は平面を湾曲させた湾曲表面を有する屋根表面に沿って固定して設置する
ことを特徴とする太陽光発電システム。
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