JP5098678B2 - Solar tracking device and tracking method for solar tracking device - Google Patents
Solar tracking device and tracking method for solar tracking device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5098678B2 JP5098678B2 JP2008026382A JP2008026382A JP5098678B2 JP 5098678 B2 JP5098678 B2 JP 5098678B2 JP 2008026382 A JP2008026382 A JP 2008026382A JP 2008026382 A JP2008026382 A JP 2008026382A JP 5098678 B2 JP5098678 B2 JP 5098678B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sun
- angle
- solar
- tracking device
- azimuth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
- F24S50/20—Arrangements for controlling solar heat collectors for tracking
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/47—Mountings or tracking
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、太陽追尾装置および太陽追尾装置の追尾方法に関するものであり、詳しくは、発電モジュールが太陽を追尾して(換言すると、太陽の方角を向いて)集光し発電する太陽光発電装置などに好適に適用される太陽追尾装置と、この太陽追尾装置において、太陽の追尾精度の向上を図ることができる追尾方法に関するものである。 The present invention relates to a solar tracking device and a tracking method for a solar tracking device, and more specifically, a solar power generation device in which a power generation module tracks the sun (in other words, faces the direction of the sun) and collects and generates power. The present invention relates to a solar tracking device that is preferably applied to a solar tracking device and a tracking method that can improve the tracking accuracy of the sun in this solar tracking device.
太陽光発電装置の一種として、追尾型の太陽光発電装置が知られている。追尾型の太陽光発電装置は、太陽光を受光することにより発電する単数または複数の発電モジュールと、この発電モジュールを太陽を追尾可能に(すなわち、方位角方向および傾斜角方向に回転等可能に)支持する太陽光追尾装置と、を備える。そして、太陽追尾装置は、発電モジュールを、その受光面が太陽に対向するように(換言すると、発電モジュールの受光面が、太陽からの入射光の軸線に直角になるように)、回転等させる。 As a type of solar power generation device, a tracking type solar power generation device is known. The tracking type solar power generation device is capable of tracking one or a plurality of power generation modules that generate power by receiving sunlight and the power generation module so that the sun can be tracked (that is, capable of rotating in the azimuth and tilt directions). And a supporting solar light tracking device. Then, the solar tracking device rotates the power generation module so that the light receiving surface thereof faces the sun (in other words, the light receiving surface of the power generation module is perpendicular to the axis of incident light from the sun). .
発電モジュールは、具体的には、太陽光を集光する集光レンズと、集光した太陽光を受光して発電する小面積(集光レンズに比較して)の太陽電池(発電セル)と、その他の所定の部材とを備える。集光レンズは、太陽の直射光を集光し、集光した太陽光を太陽電池の表面に収束させる機能を有する。このため、集光レンズ(すなわち、発電モジュールの受光面)が、正確に太陽に対向していないと(換言すると、発電モジュールの受光面が、太陽からの入射光の軸線に対して、正確に直角でないと)、集光した太陽光の収束スポットが、太陽電池の表面から外れる。そうすると、発電の効率が低下するおそれがある。 Specifically, the power generation module includes a condensing lens that collects sunlight, and a solar cell (power generation cell) having a small area (compared to the condensing lens) that receives the collected sunlight and generates power. And other predetermined members. A condensing lens has a function which condenses the direct sunlight of a sun, and converges the condensed sunlight on the surface of a solar cell. For this reason, if the condensing lens (that is, the light receiving surface of the power generation module) does not accurately face the sun (in other words, the light receiving surface of the power generation module is accurate with respect to the axis of incident light from the sun). If it is not a right angle, the focused spot of the concentrated sunlight will deviate from the surface of the solar cell. If it does so, there exists a possibility that the efficiency of electric power generation may fall.
そこで、追尾型の太陽光発電装置においては、太陽追尾装置が太陽を正確に追尾し、発電モジュールの受光面を正確に太陽に対向させることが好ましい。しかしながら、太陽光発電装置の設置時における設置誤差などによって、発電モジュールを正確に太陽に対向させることが困難な場合がある。 Therefore, in the tracking type solar power generation device, it is preferable that the solar tracking device accurately tracks the sun and the light receiving surface of the power generation module is accurately opposed to the sun. However, it may be difficult to cause the power generation module to face the sun accurately due to an installation error at the time of installation of the solar power generation device.
太陽光発電装置の太陽追尾装置が、太陽を追尾する構成としては、たとえば、太陽追尾装置が太陽光を検出するセンサを備え、このセンサが検出する太陽光の強さに基づいて、太陽を追尾する構成が知られている。すなわち、センサが検出する太陽光が最も強くなる方角に太陽が位置するものとみなし、発電モジュールを当該方角に向けるという構成である。このほかにも、日付と時刻に基づいて、太陽の方角(方位角と傾斜角)を算出し、算出した方角に、発電モジュールを向けるという構成も知られている。さらに、これら二つの構成を組み合わせた構成も知られている。 As a configuration in which the solar tracking device of the solar power generation device tracks the sun, for example, the solar tracking device includes a sensor that detects sunlight, and tracks the sun based on the intensity of sunlight detected by the sensor. The structure to do is known. That is, the configuration is such that the sun is positioned in the direction in which the sunlight detected by the sensor is the strongest, and the power generation module is directed in the direction. In addition to this, a configuration is also known in which the sun direction (azimuth angle and inclination angle) is calculated based on the date and time, and the power generation module is directed to the calculated direction. Furthermore, the structure which combined these two structures is also known.
しかしながら、これらの構成は、次のような問題点を有することがある。 However, these configurations may have the following problems.
太陽光を検出するセンサを備える構成は、雲の出方(薄曇りや背景放射が不均一になるなど)や、周辺の建物などの影響によって、太陽が位置する方角を誤認することがある。たとえば、太陽が雲に隠れると、センサは目標物を失う。このため、太陽を追尾することができなくなる。また、太陽の近くに雲が存在すると、太陽の直射光よりも雲からの反射光の方が明るいことがある。このような場合には、センサはこの雲を太陽と誤認することがある。 A configuration including a sensor for detecting sunlight may misidentify the direction in which the sun is located due to the influence of the way the clouds come out (light cloudiness, background radiation becomes uneven, etc.) and surrounding buildings. For example, if the sun is hidden behind a cloud, the sensor loses its target. This makes it impossible to track the sun. In addition, when a cloud is present near the sun, the reflected light from the cloud may be brighter than the direct sunlight. In such cases, the sensor may mistake this cloud as the sun.
また、雲が全体的に厚くなると、雲の薄い部分が太陽の存在する位置よりも明るくなることがある。そうすると、雲が薄く明るい部分や、周辺の建物などからの反射光を、太陽と誤認することがある。このような誤認を防ぐ構成としては、たとえば、所定の閾値以下の光量(の光源)は追尾しないという構成が用いられることがある。ただしこの場合には、太陽光発電装置(太陽追尾装置)ごとに、個別に調整を行う必要がある。 In addition, when the cloud is thick overall, the thin part of the cloud may become brighter than the position where the sun exists. If this happens, the reflected light from thin and bright clouds and surrounding buildings may be mistaken for the sun. As a configuration for preventing such misidentification, for example, a configuration in which a light amount (light source) below a predetermined threshold is not tracked may be used. However, in this case, it is necessary to make individual adjustments for each photovoltaic power generation device (solar tracking device).
一方、日付と時刻に基づいて太陽の方角を算出する構成では、太陽光発電装置(太陽追尾装置)を設置する際に、設置方位などにズレが生じると、その修正が極めて困難となる。そして、たとえば、ある特定の日時においては正確に太陽を追尾するように誤差を修正したとしても、他の日時においては、却って誤差が増大するという場合が生じうる。また、発電モジュールのような重量のある構造物を、方位角や傾斜角を精度良く設置することは困難である。 On the other hand, in the configuration in which the direction of the sun is calculated based on the date and time, when a solar power generation device (solar tracking device) is installed, if there is a deviation in the installation direction or the like, the correction becomes extremely difficult. For example, even if the error is corrected so that the sun is accurately tracked at a specific date and time, the error may increase at other dates and times. In addition, it is difficult to accurately install a heavy structure such as a power generation module with an azimuth angle and an inclination angle.
そこで、太陽光発電装置(太陽追尾装置)が、正確に太陽を追尾できるように、方位角や傾斜角の補正を行う必要が生じる。方位角や傾斜角を補正する構成としては、たとえば特許文献1や非特許文献1に記載の構成がある。
Therefore, it is necessary to correct the azimuth angle and the tilt angle so that the solar power generation device (solar tracking device) can accurately track the sun. As a configuration for correcting the azimuth angle and the inclination angle, for example, there are configurations described in
特許文献1には、日付と時刻に基づいて太陽の方角を算出する構成において、内蔵する時計の誤差を修正することによって、方位角や傾斜角を補正する構成が開示されている。具体的には、太陽光発電装置(太陽追尾装置)が内蔵する時計の南中時刻と、発電モジュールの方位角が真南である時の時刻の差を算出する。そして、この時刻の差に基づいて、内蔵する時計を補正し、発電モジュールが正確に太陽に対向するように補正するものである。
しかしながら、この特許文献1に記載の構成は、太陽光発電装置(太陽追尾装置)の設置時における設置誤差を考慮していない。したがって、前記のように、ある特定の日時においては、正確に太陽を追尾するように誤差を修正できたとしても、他の日時においては、却って誤差が増大するという場合が生じうるものと考えられる。
However, the configuration described in
非特許文献1には、センサを用いる構成において、誤差センサによって太陽の方角を測定し、発電モジュールの向きを補正する構成が開示されている。しかしながらこの非特許文献1に記載の構成では、前記のセンサを用いる構成の問題点を解消することは困難であると考えられる。
Non-Patent
上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、太陽光発電装置(太陽追尾装置)の設置時における設置誤差を補正することができる太陽追尾装置と、この太陽追尾装置の追尾方法を提供すること、または、太陽の方角を常時センシングしなくとも、正確に太陽を追尾できる太陽追尾装置と、この太陽追尾装置の追尾方法を提供することである。 In view of the above situation, the problem to be solved by the present invention is to provide a solar tracking device capable of correcting an installation error at the time of installation of a solar power generation device (solar tracking device), and a tracking method of the solar tracking device. It is to provide a solar tracking device that can accurately track the sun without always sensing the direction of the sun and a tracking method for the solar tracking device.
前記課題を解決するため、本発明は、太陽光を集光して発電する発電モジュールを備えた集光式太陽光発電装置の太陽追尾装置であって、太陽の方位角αを経時的に実測する方位角実測手段と、太陽の傾斜角ηを経時的に実測する傾斜角実測手段と、前記発電モジュールを太陽の方角へ向ける位置制御を行う位置制御手段とを備え、前記位置制御手段は、地上における直交座標系で示される太陽の方向余弦(l,m,n)を理論上の方向余弦(ll,mm,nn)と補正パラメータ(δx,δy,δz)を加味した日時の関数との和として設定する位置計算式設定手段と、前記方位角実測手段と前記傾斜角実測手段からの実測値である方位角α1と傾斜角η1とを取得する角度取得手段と、前記取得した方位角α1と傾斜角η1と、前記太陽の方向余弦(l,m,n)から算出される計算上の方位角α0と傾斜角η0とを比較して前記補正パラメータ(δx,δy,δz)を定数として決定する補正パラメータ決定手段とを有し、前記補正パラメータ(δx,δy,δz)の決定以後の位置制御として、該決定した補正パラメータ(δx,δy,δz)を使用した方位角α0の計算式(1)と傾斜角η0の計算式(2)を用いて太陽の追尾を行うことを要旨とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention is a solar tracking device of a concentrating solar power generation device including a power generation module that collects sunlight to generate power, and measures the azimuth angle α of the sun over time. Azimuth angle measuring means, a tilt angle measuring means for actually measuring the solar inclination angle η over time, and a position control means for performing position control for directing the power generation module toward the sun direction, the position control means, The sun's direction cosine (l, m, n) shown in the Cartesian coordinate system on the ground is a function of date and time that takes into account the theoretical direction cosine (ll, mm, nn) and correction parameters (δx, δy, δz). Position calculation formula setting means for setting as sum, angle acquisition means for acquiring azimuth angle α1 and inclination angle η1 which are actual measurement values from the azimuth angle measurement means and the tilt angle measurement means, and the acquired azimuth angle α1 And tilt angle η1, and the direction of the sun Correction parameter determining means for comparing the calculated azimuth angle α0 calculated from the string (l, m, n) with the inclination angle η0 and determining the correction parameters (δx, δy, δz) as constants. As the position control after the determination of the correction parameters (δx, δy, δz), the calculation formula (1) of the azimuth angle α0 and the calculation formula of the inclination angle η0 using the determined correction parameters (δx, δy, δz). The gist is to track the sun using (2).
ここで、数式(1)中のl、mはそれぞれ数式(3)、数式(4)で表される。また、ωは時角、δは太陽の視赤緯、φは太陽追尾装置の設置場所の緯度である。 Here, l and m in Equation (1) are expressed by Equation (3) and Equation (4), respectively. Ω is the hour angle, δ is the solar declination, and φ is the latitude at which the solar tracking device is installed.
また、本発明は、太陽光を集光して発電する発電モジュールを備えた集光式太陽光発電装置の太陽追尾装置の追尾方法であって、前記太陽追尾装置が太陽の出ている間に現実の太陽の方位角および傾斜角を経時的に実測する段階と、前記実測した方位角および傾斜角を累積的に記憶する段階と、前記実測した太陽の方位角および傾斜角に基づく現実の太陽の方向余弦(l,m,n)を理論上の太陽の方向余弦(ll,mm,nn)と補正パラメータ(δx,δy,δz)を加味した日時の関数との和として設定する段階と、前記補正パラメータ(δx,δy,δz)を初期化する段階と、前記記憶した方位角および傾斜角と前記太陽の方向余弦(l,m,n)から算出される計算上の方位角および傾斜角とを比較して前記補正パラメータ(δx,δy,δz)を定数として決定する段階と、前記初期化した補正パラメータ(δx,δy,δz)を前記決定した補正パラメータ(δx,δy,δz)に置き換える段階と、定数として決定され置き換えられた前記補正パラメータ(δx,δy,δz)を記憶する段階と、を備えるとともに、定数として決定されて置き換えられた前記補正パラメータ(δx,δy,δz)を記憶した以後は、太陽の方位角α0を数式(5)を用いて追尾し、太陽の傾斜角η0を数式(6)を用いて追尾することを要旨とするものである。 Further, the present invention is a tracking method for a solar tracking device of a concentrating solar power generation device including a power generation module that collects sunlight to generate power, while the solar tracking device is in the sun. A step of actually measuring the actual azimuth angle and inclination angle of the sun, a step of cumulatively storing the measured azimuth angle and inclination angle, and a real sun based on the measured sun azimuth angle and inclination angle; Setting the direction cosine of (l, m, n) as the sum of the theoretical sun direction cosine (ll, mm, nn) and the date and time function taking into account the correction parameters (δx, δy, δz); Initializing the correction parameters (δx, δy, δz), calculated azimuth and tilt angles calculated from the stored azimuth and tilt angles and the sun's directional cosine (l, m, n) And the correction parameters (δx, δ determining y, δz) as a constant, replacing the initialized correction parameters (δx, δy, δz) with the determined correction parameters (δx, δy, δz), and determining and replacing as constants Storing the correction parameters (δx, δy, δz), and after storing the corrected correction parameters (δx, δy, δz) determined and replaced as constants, the azimuth angle α0 of the sun is stored. The gist is to track using Equation (5) and track the sun's tilt angle η0 using Equation (6).
ここで、数式(5)中のl、mはそれぞれ数式(7)、数式(8)で表される。また、ωは時角、δは太陽の視赤緯、φは太陽追尾装置の設置場所の緯度である。 Here, l and m in Expression (5) are expressed by Expression (7) and Expression (8), respectively. Ω is the hour angle, δ is the solar declination, and φ is the latitude at which the solar tracking device is installed.
本発明によれば、太陽追尾装置の設置時における設置誤差を補正することができ、たとえば太陽光集電装置に適用した場合には、発電効率の向上を図ることができる。本発明によれば、太陽の追尾誤差をソフトウェア的に補正することになるので、補正が容易である。そして、一度補正パラメータを算出すれば、太陽を常時センシングしなくても、太陽を精度良く追尾することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the installation error at the time of installation of a solar tracking apparatus can be correct | amended, for example, when it applies to a solar power collector, improvement in power generation efficiency can be aimed at. According to the present invention, the tracking error of the sun is corrected by software, so that correction is easy. Once the correction parameter is calculated, the sun can be accurately tracked without constantly sensing the sun.
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1を備える太陽光発電装置の構成を、模式的に示した外観斜視図である。図1に示すように本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1は、支柱11と、水平回転駆動機構12と、左右一組のジャッキ13と、位置制御手段41と、方位角実測手段414と、傾斜角実測手段415と、制御装置(制御盤)14とを備える。そして太陽光発電装置は、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1と、発電モジュール2とを備える。
FIG. 1 is an external perspective view schematically showing a configuration of a solar power generation device including a
支柱11は、地盤(基礎)3上に垂直に立てられる構造物である。水平回転駆動機構12は、支柱11の先端に配設されており、発電モジュール2を水平方向に回転させることができる。具体的にはたとえば、モータとモータの回転軸に嵌合されるウォームと、このウォームに噛合するウォームギアとを備える。モータは支柱11に固定されており、モータおよびウォームの回転軸は、水平方向を向くように配設される。そして、ウォームギアは支柱11に対して水平方向面内を回転できるように(すなわち回転軸が垂直になるように)支持される。また、このウォームギアは発電モジュール2に結合している。したがって、モータの回転動力によりウォームギアが回転すると、発電モジュール2はウォームギアの回転に応じて水平方向面内を回転する。
The
ジャッキ13は支持軸131を備え、この支持軸131が、発電モジュール2を傾斜角を変更可能に支持する。具体的には、ジャッキ13の支持軸131にはボールネジが設けられており、このボールネジの回転によって、支持軸131が伸縮する。支持軸131の先端は発電モジュール2に結合されている。そして、支持軸131の伸縮に応じて、発電モジュール2の傾斜角を変化させることができる。なお、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1は、発電モジュール2を安定して支持するために、左右一組のジャッキ13を備えており、これら一組のジャッキ13によって、発電モジュール2が支持される。これら左右一組のジャッキ13は、同期して動作する。
The
方位角実測手段414は、太陽の方位角を実測できる。傾斜角実測手段415は、太陽の傾斜角を実測することができる。これら方位角実測手段414および傾斜角実測手段415には、公知の各種太陽センサなどが適用できる。 The azimuth angle measuring means 414 can measure the azimuth angle of the sun. The tilt angle measuring means 415 can actually measure the sun tilt angle. Various known sun sensors can be applied to the azimuth angle measuring means 414 and the inclination angle measuring means 415.
位置制御手段41は、さらに補正パラメータ決定手段411と、位置計算式設定手段412と、角度取得手段413とを備える。角度取得手段413には、方位角実測手段414および傾斜角実測手段415が実測した太陽の方位角および傾斜角が伝送される。位置計算式設定手段412は、地上における直交座標系で示される太陽の方向余弦(l,m,n)(列ベクトルで表される)を、理論上の方向余弦(ll,mm,nn)(列ベクトルで表される)と、補正パラメータ(δx,δy,δz)(3つの定数の組合せであり、列ベクトルで表される)と日時の関数(この関数については後述する)の積と、の和として設定する。補正パラメータ決定手段411は、角度取得手段413が取得した現実の方位角と傾斜角と、前記太陽の方向余弦(l,m,n)から算出される計算上の方位角と傾斜角とを比較して前記補正パラメータ(δx,δy,δz)を定数として決定する。
The
なお、位置制御手段41、方位角実測手段414および傾斜角実測手段415は、補正パラメータ(δx,δy,δz)を決定する際には太陽追尾装置1に装着されるが、補正パラメータ決定手段411が補正パラメータ(δx,δy,δz)を決定した後には、太陽追尾装置1に装着されている必要はない。すなわち、補正パラメータを決定するときにのみ必要となるものである。
The position control means 41, the azimuth angle measurement means 414, and the tilt angle measurement means 415 are mounted on the
制御装置14(制御盤)は、水平回転駆動機構12と左右一組のジャッキ13を制御する。すなわち、発電モジュール2の水平方向面内の回転角度(方位角)と、傾斜角を制御する。この制御装置14(制御盤)は、たとえば図1に示すように、支柱11に取り付けられる。この制御装置14は図示しない記憶手段を備える。この記憶手段は補正パラメータ決定手段411が決定した補正パラメータを記憶することができる。そして制御装置14は、記憶手段が記憶する補正パラメータに基づいて、方位角および傾斜角を補正しつつ制御することができる。
The control device 14 (control panel) controls the horizontal
発電モジュール2は、太陽光を集光する集光レンズと、集光した光を受光して発電する太陽電池とを備える。そして、集光レンズと太陽電池の複数の組合せがマトリックス状に配列される構成を備える。この発電モジュール2は、前記のように、太陽追尾装置1の水平回転駆動機構12により水平方向面内を回転可能に支持されるとともに、左右一組のジャッキ13により傾斜角を変更可能に支持される。
The
このような構成によれば、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1は、水平回転駆動機構12の動作(回転角の調整)と左右一組のジャッキ13の動作(傾斜角の調整)により、発電モジュール2を、太陽を追尾可能に支持する。
According to such a configuration, the
本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1は、まず(1)所定の補正パラメータが定義される。(2)地上座標系における太陽の真の(すなわち理論上の)方向余弦と太陽の実際の(すなわち誤差を含んだ)方向余弦とに基づいて、補正パラメータが算出される。(3)算出された補正パラメータに基づいて、太陽追尾装置1の方位角および傾斜角が補正される。という構成を備える。
In the
太陽の方向余弦は、直交座標系において、原点(この場合には、太陽追尾装置1の設置位置)から太陽の方角に向かって引いた直線を想定した場合に、当該直線と、X軸、Y軸、Z軸との角軸とがなす角度の余弦成分を、要素数3のベクトルで示したものである。 The cosine of the sun is assumed to be a straight line drawn from the origin (in this case, the installation position of the solar tracking device 1) toward the sun direction in the orthogonal coordinate system, the X axis, and the Y axis. The cosine component of the angle formed by the axis and the angle axis with the Z axis is represented by a vector having 3 elements.
地上座標系(直交座標系)における太陽の真の方向余弦(すなわち、理論上の、誤差を考慮しない方向余弦)は、次のようにして算出される。 The true direction cosine of the sun in the terrestrial coordinate system (orthogonal coordinate system) (that is, the theoretical direction cosine that does not consider errors) is calculated as follows.
図2は、天球座標系における地球と太陽の位置関係を、模式的に示した図である。天球座標系においては、太陽は、見かけ上一年で地球のまわりを一周する。この太陽の軌道が黄道であり、黄道を含む面を黄道面と称する。この黄道面は、天の赤道を含む面(この面を赤道面と称する)に対して、23.44°の角度で交差している。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the positional relationship between the earth and the sun in the celestial coordinate system. In the celestial coordinate system, the sun apparently goes around the earth in one year. This solar orbit is the ecliptic, and the plane including the ecliptic is called the ecliptic plane. This ecliptic plane intersects with a plane including the celestial equator (this plane is called the equator plane) at an angle of 23.44 °.
この天球座標系において、太陽の真の方向余弦は、数式(9)で与えられる。 In this celestial coordinate system, the true direction cosine of the sun is given by equation (9).
数式(9)および図2における角度δは、楕円軌道上の地球の位置を単位radで示した角度(すなわち視赤緯)である。この視赤緯δは一日に一度算出する。この視赤緯δは、夏至においては23.44°、冬至においては−23.44°、秋分および春分においては0°である。この視赤緯δは、数式(10)によって算出される。 The angle δ in the equation (9) and FIG. 2 is an angle indicating the position of the earth on the elliptical orbit in the unit rad (that is, declination of view). This visual declination δ is calculated once a day. The visual declination δ is 23.44 ° in the summer solstice, −23.44 ° in the winter solstice, and 0 ° in the autumn and spring equities. This visual declination δ is calculated by Equation (10).
数式(10)の単位はradである。単位を°(deg)に変換する場合には、180/π=57.29578を掛ければよい。数式(10)中、Γ=2πn/365である。nは1月1日を0として起算した正月からの日数である。ただし、閏年の2月29日のΓは2月28日と変わらないものとする(すなわち、閏年の場合には、2月29日にnをカウントしない)。この数式(10)は、地球の軌道が楕円であることを近似した近似式である。本近似式における最大誤差は0.05°であり、実用上充分な追尾精度が得られるものと考えられる。なお、この数式(6)はSpencerの式と称され、「新太陽エネルギー利用ハンドブック(日本太陽エネルギー学会編(2001))」に記述される。 The unit of equation (10) is rad. When the unit is converted to ° (deg), 180 / π = 57.29578 may be multiplied. In Equation (10), Γ = 2πn / 365. n is the number of days from the New Year starting from January 1st. However, Γ of February 29 of leap year is not different from that of February 28 (that is, n is not counted on February 29 in leap year). This equation (10) is an approximate equation that approximates that the orbit of the earth is an ellipse. The maximum error in this approximate expression is 0.05 °, and it is considered that tracking accuracy sufficient for practical use can be obtained. This equation (6) is called the Spencer equation, and is described in “New Solar Energy Utilization Handbook (Edited by Japan Solar Energy Society (2001))”.
本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1が、実際に太陽を追尾するためには、地表面(すなわち、太陽追尾装置1の設置場所)からみた太陽の方角を知る必要がある。そこで、太陽の方角を示す座標系を、天球座標系から地上座標系に変換(回転)する。
In order for the
図3は、地上座標系における太陽の方角などを模式的に示した図である。地上座標系における太陽の方角は、天球座標系におけるZ軸を回転軸として(すなわち方位角軸まわりに)、時間の経過とともに変化(回転)する。これは、天体が北極星(すなわち天の北極)を中心として、時間の経過とともに回転することに対応するものである。また、太陽追尾装置1の設置場所の緯度φ°に応じて、天球座標系の天頂を、東西方向の軸線まわりに(90°−φ°)だけ回転させる。この回転させた天頂の方角が、太陽追尾装置1の設置場所(緯度=φ°)における天頂方向になる。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the direction of the sun and the like in the ground coordinate system. The direction of the sun in the ground coordinate system changes (rotates) with the passage of time, with the Z axis in the celestial coordinate system as the rotation axis (that is, around the azimuth axis). This corresponds to the fact that the celestial body rotates with the passage of time around the North Star (ie, the celestial North Pole). Further, the zenith of the celestial coordinate system is rotated around the axis line in the east-west direction by (90 ° −φ °) in accordance with the latitude φ ° of the installation location of the
したがって、地上座標系における太陽の真の方向余弦は、まず、天球座標系における太陽の真の方向余弦を、Z軸方向まわりに時間に応じて回転する座標系に変換する。そして、Y軸方向(傾斜角方向)に、(90°−φ°)だけ回転させた座標系に変換することによって得られる。 Therefore, the true direction cosine of the sun in the ground coordinate system is first converted into a coordinate system that rotates around the Z-axis direction according to time in the true direction cosine of the sun in the celestial coordinate system. Then, it is obtained by converting into a coordinate system rotated by (90 ° −φ °) in the Y-axis direction (inclination angle direction).
前記「Z軸方向まわりに時間に応じて回転する」角度は、時角ωである。時角ωは、太陽の軌道において、太陽の方角を南中の方角から軌道に沿って計測した角度である。具体的には、南中時が0°で、一時間が15°である。また、午前を負(マイナス)、午後を正(プラス)とする。時角ωは、次の数式(11)によって、都度算出される。 The angle “rotates according to time around the Z-axis direction” is the hour angle ω. The hour angle ω is an angle obtained by measuring the direction of the sun along the orbit from the south-central direction in the orbit of the sun. Specifically, the south-central time is 0 ° and the hour is 15 °. Also, the morning is negative (minus) and the afternoon is positive (plus). The hour angle ω is calculated each time by the following equation (11).
数式(11)中のθは均時差(単位:°(deg))、Lは太陽追尾装置1の設置場所の経度(単位:°(deg))、Tは時間である。時間Tは、例えば時刻が8時45分25秒であれば、T=8+45/60+25/3600で与えられる。この均時差θは、日の出および南中時刻の日にちによっての変化である。具体的には均時差θは、次の数式(12)で与えられる。
In Equation (11), θ is a time difference (unit: ° (deg)), L is the longitude (unit: ° (deg)) of the installation location of the
数式(12)の単位はradである。単位を°(deg)に変換する場合には、180/π=57.29578を掛ければよい。この数式(12)はSpencerの式と称され、「新太陽エネルギー利用ハンドブック(日本太陽エネルギー学会編(2001))」に記述される。Γは前記のとおりである。この数式(12)における最大誤差は35秒(角度に換算して0.14°)である。 The unit of equation (12) is rad. When the unit is converted to ° (deg), 180 / π = 57.29578 may be multiplied. This equation (12) is called the Spencer equation and is described in the “New Solar Energy Utilization Handbook (Edited by Solar Energy Society of Japan (2001))”. Γ is as described above. The maximum error in this equation (12) is 35 seconds (0.14 ° in terms of angle).
これらより、天球座標系から地上座標系に変換した太陽の真の方向余弦は、次のようにして算出される。まず、天球座標系における太陽の理論上の方向余弦を、方位角の方向(Z軸まわり)に(−ω°)だけ回転させた座標系に変換し、その後、傾斜角方向(Y軸まわり)に(90°−緯度(φ)°)だけ回転させた座標系に変換する。 From these, the true direction cosine of the sun converted from the celestial coordinate system to the ground coordinate system is calculated as follows. First, the theoretical cosine of the sun in the celestial coordinate system is converted to a coordinate system rotated by (−ω °) in the direction of the azimuth angle (around the Z axis), and then the tilt angle direction (around the Y axis) To a coordinate system rotated by (90 ° -latitude (φ) °).
一般的に、Z軸の正の向きから見て反時計回りに角度Θだけ回転させた新しい座標系での方向余弦への変換行列は、数式(13)で与えられる。同様に、Y軸の正の向きから見て反時計回りに角度Θだけ回転させた新しい座標系での方向余弦への変換行列は、数式(14)で与えられる。 In general, a transformation matrix to a direction cosine in a new coordinate system rotated counterclockwise by an angle Θ as viewed from the positive direction of the Z axis is given by Equation (13). Similarly, the transformation matrix to the direction cosine in the new coordinate system rotated counterclockwise by the angle Θ as seen from the positive direction of the Y axis is given by Equation (14).
したがって、数式(14)中のΘを(−ω)に置き換えた行列と、数式(13)中のΘを(90−φ)に置き換えた行列を、数式(9)に示す行列(天球座標系における太陽の真の方向余弦)に作用させる。これらの変換行列(数式(13)、数式(14))を天球座標系における太陽の理論上の方向余弦に作用させると、数式(15)のとおりになる。この数式(15)を計算すると、数式(16)が得られる。 Therefore, a matrix in which Θ in Equation (14) is replaced with (−ω) and a matrix in which Θ in Equation (13) is replaced with (90−φ) are expressed as a matrix (celestial coordinate system) shown in Equation (9). The true cosine of the sun at (). When these transformation matrices (Equation (13), Equation (14)) are applied to the theoretical cosine of the sun in the celestial coordinate system, Equation (15) is obtained. When this mathematical formula (15) is calculated, the mathematical formula (16) is obtained.
この行列(数式(16))が、地上座標系における太陽の真の(すなわち理論上の)方向余弦である。 This matrix (Equation (16)) is the true (ie, theoretical) direction cosine of the sun in the ground coordinate system.
一方、太陽追尾装置1の設置誤差を考慮した太陽の方向余弦(すなわち、補正パラメータを計算式に含めた方向余弦)は、次のように算出される。図4は、太陽追尾装置1の設置誤差を模式的に示した座標系、およびこの座標系における補正パラメータを模式的に示した図である。図4のうち、実線が真の鉛直軸、東西方向軸および南北方向軸を示す。また、破線が、太陽追尾装置1の現実の鉛直軸(回転軸)および方位角軸を示す。
On the other hand, the direction cosine of the sun considering the installation error of the sun tracking device 1 (that is, the direction cosine including the correction parameter in the calculation formula) is calculated as follows. FIG. 4 is a diagram schematically showing a coordinate system schematically showing an installation error of the
太陽追尾装置1の設置誤差としては、次のようなものが挙げられる。(a)太陽追尾装置1の方位角軸(鉛直軸)の現実の鉛直方向からの傾斜、(b)太陽追尾装置1の傾斜角軸の水平方向からの傾斜、(c)太陽追尾装置1の方位角軸の方向と現実の方位角軸の方向とのずれ、(d)太陽追尾装置1の傾斜角軸の方向と現実の傾斜角軸の方向とのずれ。
Examples of the installation error of the
(a)太陽追尾装置1の方位角軸の鉛直方向からの傾斜は、太陽追尾装置1の設置時において、発電モジュール2を支持する支柱11などの鉛直出しが不充分である場合に生じる誤差である。また、発電モジュール2を水平方向(方位角方向)に回転させるための歯車(前記ウォームギア)が、厳密に水平でない場合などにも生じる。
(A) The inclination of the azimuth axis of the
(b)太陽追尾装置1の傾斜角軸の水平方向からの傾斜は、たとえば、発電モジュール2を支持するジャッキ13のアンバランス(具体的には、左右一組のジャッキ13で発電モジュール2を支持する構成において、左右のジャッキ13のバランスがとれていないなど)によって生じる誤差である。また、発電モジュール2を傾斜角軸まわりに支持する軸受けの取り付け精度が不充分である場合などにも生じる。
(B) The inclination of the inclination angle axis of the
(c)太陽追尾装置1の方位角軸の方向と現実の方位角軸の方向とのずれは、太陽追尾装置1の方位出しが不充分(すなわち、太陽追尾装置1の東西南北の方向の設定が不充分)である場合に生じる誤差である。また、設置場所の緯度の測量誤差や時計の誤差などによっても生じる。
(C) The deviation between the direction of the azimuth angle axis of the
(d)太陽追尾装置1の傾斜角軸と現実の傾斜角軸とのずれは、太陽追尾装置1の水平出しが不充分であったり、設置場所の測量誤差などによって発生する誤差である。
(D) The deviation between the inclination angle axis of the
このように、前記のような設置誤差が発生すると(すなわち、太陽追尾装置1が設置誤差を含むと)、図4に示すように、真の方位角軸、傾斜角軸を基準とする座標系と、太陽追尾装置1に設定される座標系とが一致しない。すなわち、真の方位角軸、傾斜角軸を基準とする座標系と、太陽追尾装置1に設定される座標系との間にズレが生じる。
As described above, when such an installation error occurs (that is, when the
そこで、本発明の実施形態においては、補正パラメータを次のように定義する。(1)方位角軸の鉛直方向からの傾斜のうち、南北方向の方向正弦をδxとする。(2)方位角軸の鉛直方向からの傾斜のうち、東西方向の方向正弦をδyとする。(3)傾斜角軸の水平方向からの傾斜の方向正弦をδzとする。(4)方位角軸のオフセットをΔωとする。(5)傾斜角軸のオフセットをΔφとする。 Therefore, in the embodiment of the present invention, the correction parameter is defined as follows. (1) Of the inclinations of the azimuth axis from the vertical direction, the direction sine in the north-south direction is δx. (2) Of the inclinations of the azimuth axis from the vertical direction, the direction sine in the east-west direction is δy. (3) The direction sine of the inclination angle axis from the horizontal direction is δz. (4) The offset of the azimuth axis is Δω. (5) Let the offset of the tilt angle axis be Δφ.
このうち、(4)方位角軸のオフセットΔωは、南中時刻において、太陽集光スポットが太陽電池(または集光器)の南北方向の中心に位置するように調整することで求められる。(5)傾斜角軸のオフセットΔφも、南中時刻において、太陽集光スポットが太陽電池(または集光器)の東西方向の中心に位置するように方位角が調整することで求められる。したがって、計算によって決定される補正パラメータは、(1)方位角軸の鉛直方向からの傾斜のうちの南北方向の方向正弦δx、(2)方位角軸の鉛直方向からの傾斜のうちの東西方向の方向正弦δy、(3)傾斜角軸の水平方向からの傾斜の方向正弦δzの3つである。 Among these, (4) the offset Δω of the azimuth axis can be obtained by adjusting so that the solar condensing spot is positioned at the center in the north-south direction of the solar cell (or the concentrator) at the time in the south and middle. (5) The tilt angle axis offset Δφ is also obtained by adjusting the azimuth angle so that the solar condensing spot is positioned at the center in the east-west direction of the solar cell (or the concentrator) at the time in the south and middle. Therefore, the correction parameters determined by calculation are (1) the north-south direction sine δx of the inclination from the vertical direction of the azimuth axis, and (2) the east-west direction of the inclination from the vertical direction of the azimuth axis. Direction sine δy, and (3) the direction sine δz of the inclination angle axis from the horizontal direction.
計算によって決定される補正パラメータを前記の3つとした理由は、次のとおりである。図4に示すように、太陽追尾装置1の実際の鉛直軸は、真の鉛直軸からずれる。補正パラメータδx,δyは、真の鉛直軸に対する太陽追尾装置1の実際の傾斜角の追尾誤差の正弦成分と方位角の追尾誤差の正弦成分である。すなわち、鉛直軸のズレをそのまま補正パラメータとして選択する。真の鉛直軸に対して、南北方向の傾斜の正弦成分と、東西方向の傾斜の正弦成分とが分かると、真の鉛直軸に対する太陽追尾装置1の実際の鉛直軸のズレは一義的に定まる。
The reason why the above three correction parameters are determined by calculation is as follows. As shown in FIG. 4, the actual vertical axis of the
これに対して、真の傾斜角と太陽追尾装置1の現実の傾斜角については、一軸分の正弦成分δzを補正パラメータとして選択する。本来であれば、太陽追尾装置1の現実の傾斜角も、他の二軸に対する正弦成分を補正パラメータとして選択すれば、太陽追尾装置1の傾斜角のズレも一義的に決まる。しかしながら、後述するフィッティングによる補正パラメータの決定(算出)において、求めるべき変数の数が多くなると、カップリングが生じるおそれがある。したがって、傾斜角については一軸分の正弦成分に限定し、全体としてδx,δy,δzの3つのパラメータを補正パラメータとして定義する。このように、補正パラメータの数を3つに限定することにより、後の補正パラメータの決定(算出)を容易かつ安定的に行うことができるようになる。
On the other hand, for the true inclination angle and the actual inclination angle of the
補正パラメータδx、δy、δzは、機構上および数学上において、互いに相関を有しない。互いに相関を有しないと、後述する補正パラメータのフィッティングによる算出において、互いに影響を与えることがない。したがって、安定して補正パラメータを算出することができる。また、どのよう誤差が生じたとしても、安定して補正パラメータを決定(算出)することができる必要である。補正パラメータをこの3つにすることによって、フィッティングによる決定(算出)において、安定して補正パラメータを決定(算出)することができる。 The correction parameters δx, δy, and δz are not correlated with each other in terms of mechanism and mathematics. If there is no correlation with each other, there will be no influence on the correction parameter fitting calculation described later. Therefore, the correction parameter can be calculated stably. Moreover, it is necessary to be able to determine (calculate) the correction parameter stably regardless of the error. By using these three correction parameters, the correction parameters can be determined (calculated) stably in the determination (calculation) by fitting.
このような補正パラメータを用いると、太陽追尾装置1の設置誤差を考慮した太陽の方向余弦(すなわち、補正パラメータによって補正された太陽の方向余弦)は、数式(17)で与えられる。
When such a correction parameter is used, the sun direction cosine (that is, the sun direction cosine corrected by the correction parameter) considering the installation error of the
ここで、数式(17)中のA、B、C、Vは、それぞれ次のとおりである。 Here, A, B, C, and V in Expression (17) are as follows.
この数式(17)における右辺第一項(数式(19)のB)は、数式(16)(すなわち、太陽の真の方向余弦)と同一である。右辺第二項の行列(補正パラメータからなる列ベクトル(δx,δy,δz)に作用する行列(数式(20)の行列C))は、視赤緯δおよび時角ωを変数とする関数である。視赤緯δおよび時角ωは、日付や時刻により変化する変数であるから、右辺第二項の行列(補正パラメータからなる列ベクトル(δx,δy,δz)に作用する行列)Cは、時間を変数とする行列である。また、この行列Cは、すべての日時において値が略0(ゼロ)になる特異行列である。 The first term on the right side (B in Equation (19)) in Equation (17) is the same as Equation (16) (that is, the true cosine of the sun). The matrix of the second term on the right side (matrix (matrix C in equation (20)) acting on the column vector (δx, δy, δz) consisting of correction parameters) is a function having the visual declination δ and the time angle ω as variables. is there. Since the declination δ and the time angle ω are variables that change according to the date and time, the matrix of the second term on the right side (matrix that acts on the column vector (δx, δy, δz) consisting of correction parameters) is the time. Is a matrix with The matrix C is a singular matrix whose value is substantially 0 (zero) at all dates and times.
したがって、補正パラメータδx,δy,δzにより補正された太陽の方向余弦(数式(17)および数式(18)のA)は、太陽の真の(理論的な)方向余弦と、「時間tを関数とする行列f(t)」と「補正パラメータからなる列ベクトル(δx,δy,δz)」の積と、の和で表現できる。すなわち、数式(22)に示す一次結合式で表される。数式(22)における左辺の列ベクトル(l,m,n)は、誤差を考慮に入れた太陽の方向余弦である。右辺第一項の列ベクトル(ll,mm,nn)は、理論上の太陽の方向余弦である。 Therefore, the sun direction cosine corrected by the correction parameters δx, δy, and δz (A in Equation (17) and Equation (18)) is the true (theoretical) direction cosine of the sun and “time t is a function. And a product of “column vector (δx, δy, δz) consisting of correction parameters”. That is, it is expressed by a linear combination formula shown in Formula (22). The column vector (l, m, n) on the left side in Equation (22) is the directional cosine of the sun taking into account errors. The column vector (ll, mm, nn) of the first term on the right side is the theoretical sun direction cosine.
数式(17)および数式(22)の算出過程は次のとおりである。 The calculation process of Equation (17) and Equation (22) is as follows.
ある単位ベクトルn(n0,n1,n2)を回転軸とし、そのまわりに正の回転方向に角度Ωだけ回転させた新しい座標系での方向余弦への変換ベクトルは、一般的に数式(23)で表される。 A conversion vector to a direction cosine in a new coordinate system in which a certain unit vector n (n 0 , n 1 , n 2 ) is used as a rotation axis and rotated around the positive rotation direction by an angle Ω is generally expressed by a mathematical expression. (23)
この式を用い、δx、δy、δzだけ傾いた軸で座標変換行列を求める。すなわち、列ベクトル(0,1−δz2,δz)を、数式(23)の(n0,n1,n2)に代入し、Ωに(90°−φ°)を代入する。そうすると次の数式(24)のようになる。 Using this equation, a coordinate transformation matrix is obtained with axes inclined by δx, δy, and δz. That is, the column vector (0, 1-δz 2 , δz) is substituted into (n 0 , n 1 , n 2 ) of Equation (23), and (90 ° −φ °) is substituted into Ω. Then, the following equation (24) is obtained.
これらの行列の各項のうち、二次以上の項を微小として無視すると(二次以上の項の値をゼロとすると)、数式(25)のようになる。 Of these terms in the matrix, if a second-order or higher term is ignored as being minute (assuming the value of the second-order or higher term is zero), Equation (25) is obtained.
また、列ベクトル(δx,δy,(1−δx2−δy2)1/2)を、数式(19)の(n0,n1,n2)に代入し、Ωに(90°−φ°)を代入する。そして、二次以上の項を微小として無視すると(二次以上の項の値をゼロとすると)、数式(26)のようになる。 Also, the column vector (δx, δy, (1-δx 2 -δy 2 ) 1/2 ) is substituted into (n 0 , n 1 , n 2 ) of Equation (19), and (90 ° −φ is substituted for Ω) Substitute °). Then, if a second-order or higher term is ignored as being minute (assuming the value of the second-order or higher term is zero), Equation (26) is obtained.
これらの座標変換行列を、天球座標での太陽位置の方向余弦に作用させると、軸がずれたときの方向余弦が求められる。具体的には、次の数式(27)のように表現される。 When these coordinate transformation matrices are applied to the direction cosine of the sun position in celestial coordinates, the direction cosine when the axis is shifted is obtained. Specifically, it is expressed as the following mathematical formula (27).
このようにして得られた式において、各項のうちの二次以上の項を微小として無視する(二次以上の項の値をゼロとする)とともに、ベクトル(δx,δy,δz)でまとめると、次の数式(28)で表される。 In the expression thus obtained, the second and higher terms of each term are ignored as being minute (the values of the second and higher terms are set to zero), and are combined with a vector (δx, δy, δz). And expressed by the following formula (28).
この数式(28)の右辺第一項の行列は、数式(16)と同一である。すなわち、右辺第一項は、太陽の真の(理論上の)方向余弦である。右辺第二項の補正パラメータからなる列ベクトル(δx,δy,δz)に作用する行列は、視赤緯δおよび時角ωを変数とする関数である。さらに、視赤緯δおよび時角ωは、日付や時刻により定まる変数であるから、右辺第二項の行列(補正パラメータからなる列ベクトル(δx,δy,δz)に作用する行列)は、時間を変数とする行列である。 The matrix of the first term on the right side of Equation (28) is the same as Equation (16). That is, the first term on the right-hand side is the true (theoretical) direction cosine of the sun. The matrix acting on the column vector (δx, δy, δz) consisting of the correction parameter of the second term on the right side is a function having the visual declination δ and the time angle ω as variables. Further, since the visual declination δ and the time angle ω are variables determined by the date and time, the matrix of the second term on the right side (the matrix acting on the column vector (δx, δy, δz) consisting of the correction parameters) is the time. Is a matrix with
このように、設置誤差を考慮に入れた太陽の方向余弦(補正パラメータを計算式に加えた太陽の方向余弦)は、真の(理論的な)方向余弦と、時間を関数とする行列および補正パラメータからなる列ベクトル(δx,δy,δz)の積と、の和に整理できる。 Thus, the direction cosine of the sun taking into account the installation error (the direction cosine of the sun with correction parameters added to the calculation formula) is the true (theoretical) direction cosine, the matrix and the correction as a function of time. It can be organized into the sum of the product of column vectors (δx, δy, δz) consisting of parameters.
そして、補正パラメータにより補正された傾斜角η1は数式(29)で与えられ、補正パラメータにより補正された方位角α1は数式(30)で与えられる。なお、数式(30)中のlとmは、それぞれ数式(31)、数式(32)で与えられる。 Then, the tilt angle η1 corrected by the correction parameter is given by Equation (29), and the azimuth angle α1 corrected by the correction parameter is given by Equation (30). Note that l and m in Equation (30) are given by Equation (31) and Equation (32), respectively.
この傾斜角η1の数式(29)は、数式(27)の右辺の第三行の正弦逆関数である。太陽の方向余弦のZ軸成分は、傾斜角の正弦関数(サイン関数)であるから、方向余弦の正弦関数の逆関数が太陽の傾斜角η1となる。この傾斜角η1は、日の出および日没において0°となる。 Equation (29) of the inclination angle η1 is the inverse sine function of the third row on the right side of Equation (27). Since the Z-axis component of the sun direction cosine is a sine function (sine function) of the tilt angle, the inverse function of the sine function of the direction cosine is the sun tilt angle η1. The inclination angle η1 is 0 ° at sunrise and sunset.
方位角α1の数式(30)は、数式(27)の右辺第二行を右辺第一行で除した値のタンジェント関数の逆関数である。すなわち、一般的に方向余弦は数式(30)で表される。ここで、αは方位角であり、ηは傾斜角である。第二行を第一行で除すると、その値はtanαとなる。したがって、右辺第二行を右辺第一行で除した値のタンジェントの逆関数はatan(tanα)となり、方位角α1となる。なお、右辺第一行が負(マイナス値)の場合には、180°を加えることにより、方位角αの値を正(プラス)にする。 Equation (30) of the azimuth angle α1 is an inverse function of the tangent function of the value obtained by dividing the second row on the right side of the equation (27) by the first row on the right side. That is, in general, the direction cosine is expressed by Equation (30). Here, α is an azimuth angle and η is an inclination angle. Dividing the second row by the first row gives the value tanα. Therefore, the inverse function of the tangent of the value obtained by dividing the second row on the right side by the first row on the right side is atan (tan α), and the azimuth angle α1. When the first line on the right side is negative (minus value), the value of the azimuth angle α is made positive (plus) by adding 180 °.
次に、補正パラメータδx,δy,δzの決定(算出)方法、および本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1の補正方法について説明する。図5は、補正パラメータδx,δy,δzの決定(算出)方法、および本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1の補正方法の手順を示したフローチャートである。
Next, a method for determining (calculating) the correction parameters δx, δy, and δz and a method for correcting the
ステップS1において、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1が設置される。太陽追尾装置1には、位置制御手段41、方位角実測手段414および傾斜角実測手段415が装着される。設置された太陽追尾装置1は、設置誤差を有している場合がある。すなわち、前記のように、方位角軸(鉛直軸)の現実の鉛直方向からの傾斜、傾斜角軸の水平方向からの傾斜、方位角軸の方向と現実の方位角軸の方向とのずれ、傾斜角軸の方向と現実の傾斜角軸の方向とのずれなどを含んでいる場合がある。このため、補正パラメータδx,δy,δzは、現実にはゼロではない場合がある。そこで、補正パラメータδx,δy,δzを決定(算出)するために、このステップS2においては、各補正パラメータδx,δy,δzの値が初期値として0(ゼロ)に設定される。
In step S1, the
ステップS3においては、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1の水平位置の傾斜がゼロになるように調整が行われる。この調整には、たとえば水準器などを用いた調整が適用できる。
In step S3, adjustment is performed so that the inclination of the horizontal position of the
ステップS4においては、傾斜角の調整(傾斜角軸のオフセットΔφの調整)が実行される。具体的には、南中時刻において、太陽集光スポットが太陽電池(または集光器)の南北方向の中心に位置するように、傾斜角が調整される。 In step S4, the tilt angle is adjusted (the tilt angle axis offset Δφ is adjusted). Specifically, the tilt angle is adjusted so that the solar condensing spot is located at the center in the north-south direction of the solar cell (or the concentrator) at the time of south-south.
ステップS5においては、方位角の調整(方位角軸のオフセットΔωの調整)が実行される。具体的には、南中時刻において、太陽集光スポットが太陽電池(または集光器)の東西方向の中心に位置するように、方位角が調整される。これらのステップS4、S5の処理は、一基の追尾架台に対して行われる処理であり、複数の追尾架台に対しては、追尾架台ごとに南中時の方位角と傾斜角とがセットされる。 In step S5, azimuth angle adjustment (adjustment of the azimuth axis offset Δω) is executed. Specifically, the azimuth angle is adjusted so that the solar condensing spot is positioned at the center in the east-west direction of the solar cell (or the concentrator) at the time in the south and middle. The processes in steps S4 and S5 are processes performed on one tracking gantry. For a plurality of tracking gantry, an azimuth angle and an inclination angle are set for each tracking gantry. The
なお、真の南北方向および東西方向は、測量によっても求めることができる。そして、この測量結果に基づいて、傾斜角軸のオフセットΔφの調整、および方位角軸のオフセットΔωの調整を行うことも可能である。ただし、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1においては、前記のとおり、太陽が出ているときに太陽追尾装置1が太陽を追尾し、この追尾結果に基づいて太陽追尾装置1の南北方向と東西方向を調整する構成が好ましい。
The true north-south direction and east-west direction can also be obtained by surveying. Based on the survey result, the tilt angle axis offset Δφ and the azimuth axis offset Δω can be adjusted. However, in the
ステップS6において、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1に、1日を通じて太陽を追尾させ、方位角α0および傾斜角η0を計測する。具体的には、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1に傾斜角実測手段414(傾斜計(たとえば液面傾斜計など))と方位角実測手段415(方位計(たとえばGPS方位計など))を装備させる。そして、これらの方位角実測手段414と傾斜角実測手段415によって、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1の1日を通じた傾斜角η0と方位角α0とを測定する。そして角度取得手段は、これらの一日を通じて実測した方位角と傾斜角とをデータとして蓄積する。
In step S6, the
なお、追尾誤差の測定方法(方位角実測手段414および傾斜角実測手段415)としては、PSD(Position Sensitive Detector:光位置センサ)素子を用い、1日を通じて太陽を追尾し、追尾誤差を測定する方法であっても良い(PSD素子を用いた具体的な追尾誤差の測定方法については、前記非特許文献1を参照)。
As a tracking error measurement method (azimuth angle measurement means 414 and tilt angle measurement means 415), a PSD (Position Sensitive Detector: optical position sensor) element is used to track the sun throughout the day and measure the tracking error. It may be a method (refer to
ステップS7において、位置計算式設定手段412は、ステップS6において蓄積したデータを理論式(モデル式)にフィッティングさせ、補正パラメータδx,δy,δzを算出する。 In step S7, the position calculation formula setting means 412 fits the data accumulated in step S6 to a theoretical formula (model formula) to calculate correction parameters δx, δy, and δz.
具体的には、太陽追尾装置1に装備した傾斜計と方位計の一日を通じた測定結果に基づいて、傾斜角η0と方位角α0のグラフを作成することができる。太陽追尾装置1が設置誤差を含んでいれば、このグラフと理論式のグラフとの間にズレが生じる。このズレを最小二乗法によりフィッティングさせることにより、補正パラメータδx,δy,δzの値が算出される。換言すると、現実の傾斜角および方位角のグラフと、理論式の傾斜角および方位角のグラフとが一致するような(または差が少なくなるような)補正パラメータδx、δy、δzを決定(算出)する。そして算出した補正パラメータδx,δy,δzを、初期値と置き換える。
Specifically, a graph of the inclination angle η0 and the azimuth angle α0 can be created based on the measurement results of the inclinometer and the azimuth meter installed in the
ステップS8において、補正パラメータ決定手段411は、算出した補正パラメータδx,δy,δzの値を用いて追尾の計算を行った結果、その追尾誤差が、所定の値以内にあるか否かを判定する。具体的にはたとえば誤差が0.05°以内であるか否かを判定する。補正パラメータδx,δy,δzの値を用いた誤差が所定値を越える場合には、ステップS3に戻り、ステップS3からステップS8の動作を繰り返す。イレギュラーな測定値などの影響を受けて補正パラメータδx,δy,δzが変動すると、傾斜角軸のオフセットΔφおよび方位角軸のオフセットΔωも変動するので、これらの値を調整しなおす必要がある。このため、補正パラメータδx,δy,δzの値を用いた誤差が所定値を越える場合には、ステップS4に戻る必要がある。
In step S8, the correction
補正パラメータδx,δy,δzの値を用いた誤差が所定値以内であれば、補正パラメータ決定手段411は、補正パラメータが収束したものとみなし、当該収束した補正パラメータを、太陽追尾装置1が太陽の追尾に用いる補正パラメータに決定する。これにより調整は完了する。そして、決定した補正パラメータを、太陽追尾装置1の制御装置14に設けられる記憶手段に記憶させる。この後は、太陽追尾装置1に装着されている位置制御手段41、方位角実測手段414および傾斜角実測手段415を、太陽追尾装置1から取り外してもよい。換言すると、補正パラメータが決定された後には、位置制御手段41、方位角実測手段414および傾斜角実測手段415は必要ない。
If the error using the values of the correction parameters δx, δy, δz is within a predetermined value, the correction parameter determination means 411 regards that the correction parameters have converged, and the
太陽追尾装置1の設置の際に設置誤差が存在すると、太陽追尾装置1に追尾誤差が発生する。この追尾誤差は、時々刻々変化する変化するものであり、また、季節によっても変化することもある。誤差の出方は時間の経過とともに逆転することもある。本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1の補正方法によれば、補正パラメータδx,δy,δzを算出することにより、誤差を考慮に入れた太陽の方向余弦を、時間の関数で表すことができるようになる。そしてこの時間の関数に基づいて、追尾誤差が小さくなるように太陽を追尾することができる。すなわち、追尾誤差が小さくなるように、ソフトウェア的に補正を行うことができる。
If there is an installation error when installing the
また、本発明の実施形態にかかる太陽追尾装置1の補正方法によれば、一度、方位計と傾斜計を用いて追尾誤差の測定を行い、補正パラメータを算出すれば、その後は算出された補正パラメータを含んだ時間の関数に基づいて、誤差を補正することができる。したがって、補正パラメータを含んだ時間の関数を見出すことができれば、常時太陽をモニタリングする必要はなくなる。
Moreover, according to the correction method of the
次に、本発明の実施例について説明する。図6(a),(b)は、太陽追尾装置1の修正前の追尾誤差と修正後の追尾誤差を示したグラフである。このグラフは数値実験の結果を示すものであり、方位角軸の鉛直方向からの傾斜のうちの南北方向の角度、方位角軸の鉛直方向からの傾斜のうちの東西方向の角度、傾斜角軸の水平方向からの傾斜を設置誤差としてそれぞれ乱数で与えたものである。そして、それぞれ、円周方向が太陽電池からみた太陽の方角を示し、半径方向が誤差の大きさを示す。(a)と(b)の共通条件として、経度:34.884°、緯度136.826°の位置に太陽追尾装置1が設置され、夏至の日において一日を通じて追尾誤差を算出する。
Next, examples of the present invention will be described. FIGS. 6A and 6B are graphs showing the tracking error before correction and the tracking error after correction of the
(a)に示すグラフは、それぞれ、方位角軸の鉛直方向からの傾斜のうち、南北方向の角度(δδx)が0.555°、方位角軸の鉛直方向からの傾斜のうち、東西方向の角度(δδy)が1.258°、傾斜角軸の水平方向からの傾斜(δδz)が−1.847°だけ設置誤差があるものとして、追尾誤差を算出したグラフである。(b)は、方位角軸の鉛直方向からの傾斜のうち、南北方向の角度(δδx)が0.732°、方位角軸の鉛直方向からの傾斜のうち、東西方向の角度(δδy)が−1.751°、傾斜角軸の水平方向からの傾斜(δδz)が−1.592°だけ設置誤差があるものとして、追尾誤差を算出したグラフである。 In the graph shown in (a), the north-south angle (δδx) is 0.555 ° out of the inclination from the vertical direction of the azimuth axis, and the east-west direction is out of the inclination from the vertical direction of the azimuth axis. It is a graph in which the tracking error is calculated on the assumption that the angle (δδy) is 1.258 ° and the inclination of the inclination angle axis from the horizontal direction (δδz) is −1.847 °. (B) is that the north-south angle (δδx) of the tilt from the vertical direction of the azimuth axis is 0.732 °, and the east-west angle (δδy) of the tilt from the vertical direction of the azimuth axis is It is the graph which calculated tracking error on the assumption that there is an installation error of −1.551 ° and the inclination (δδz) of the inclination angle axis from the horizontal direction is −1.592 °.
(a)に示すグラフにおいては、補正前の追尾誤差は、追尾誤差が1〜5°の範囲に広く分布しており、追尾誤差が大きい値であるとともに、誤差の幅も大きい。これに対して補正後の追尾誤差は、おおむね0.02°以内に収まっている。(b)に示すグラフにおいては、補正前の追尾誤差は、追尾誤差が1°より大きい値になっている。これに対して補正後の追尾誤差は、おおむね0.02°以内に収まっている。このように、本発明の実施形態にかかる補正方法によれば、追尾誤差を0.02°以内に収めることができる。 In the graph shown in (a), the tracking error before correction is widely distributed in a range of 1 to 5 °, the tracking error is a large value, and the error width is also large. On the other hand, the tracking error after correction is generally within 0.02 °. In the graph shown in (b), the tracking error before correction has a value larger than 1 °. On the other hand, the tracking error after correction is generally within 0.02 °. Thus, according to the correction method according to the embodiment of the present invention, the tracking error can be kept within 0.02 °.
以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は、前記実施形態または実施例に何ら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることはいうまでもない。 The embodiments and examples of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments or examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Needless to say.
1 太陽追尾装置
11 支柱
12 水平回転駆動機構
13 ジャッキ
131 支持軸
14 制御装置
2 発電モジュール
3 基盤
DESCRIPTION OF
Claims (2)
A solar tracking device tracking method for a concentrating solar power generation device including a power generation module that collects sunlight to generate power, wherein the actual solar azimuth angle while the solar tracking device is exposed to the sun And measuring the tilt angle over time, storing the measured azimuth angle and tilt angle cumulatively, and the actual sun direction cosine (l, m, n) is set as the sum of the theoretical sun direction cosine (ll, mm, nn) and the date and time function taking the correction parameters (δx, δy, δz) into account, and the correction parameters (δx, δy, δz) and comparing the stored azimuth and tilt angles with the calculated azimuth and tilt angles calculated from the cosine (l, m, n) of the sun. Correction parameters (δx, δy, δz) are constants And the step of replacing the initialized correction parameters (δx, δy, δz) with the determined correction parameters (δx, δy, δz), and the correction parameters (δx determined and replaced as constants). , Δy, δz), and after storing the corrected parameters (δx, δy, δz) determined and replaced as constants, the azimuth angle α0 of the sun is expressed by Equation (5). A tracking method for a solar tracking device, characterized in that tracking is performed using the following equation (6). Here, l and m in Expression (5) are expressed by Expression (7) and Expression (8), respectively. Ω is the hour angle, δ is the solar declination, and φ is the latitude at which the solar tracking device is installed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008026382A JP5098678B2 (en) | 2008-02-06 | 2008-02-06 | Solar tracking device and tracking method for solar tracking device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008026382A JP5098678B2 (en) | 2008-02-06 | 2008-02-06 | Solar tracking device and tracking method for solar tracking device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009186094A JP2009186094A (en) | 2009-08-20 |
JP5098678B2 true JP5098678B2 (en) | 2012-12-12 |
Family
ID=41069516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008026382A Expired - Fee Related JP5098678B2 (en) | 2008-02-06 | 2008-02-06 | Solar tracking device and tracking method for solar tracking device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5098678B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150357966A1 (en) * | 2012-12-26 | 2015-12-10 | Abengoa Solar New Technologies, S.A. | Method for determining the correction of tracking errors of solar tracking platforms, central processing unit adapted to perform said method and solar tracker comprising said central processing unit |
US10560051B2 (en) | 2014-11-28 | 2020-02-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photovoltaic apparatus |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI408346B (en) * | 2010-05-10 | 2013-09-11 | Univ Nat Formosa | Incident solar power detecting method, apparatus and application thereof |
JP5153953B1 (en) * | 2012-06-12 | 2013-02-27 | 三井造船株式会社 | Heliostat and control method thereof |
CN102930121A (en) * | 2012-11-22 | 2013-02-13 | 宁夏光合能源科技有限公司 | Heliostat subgroup set based on relevant characteristic parameters between heliostats |
JP5503818B1 (en) | 2012-12-25 | 2014-05-28 | パナソニック株式会社 | Solar tracking device and method, solar power generation device, and control device |
WO2014103090A1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-07-03 | パナソニック株式会社 | Solar tracking device and method, solar power generation device, and control device |
KR101562348B1 (en) * | 2013-05-31 | 2015-10-30 | 군산대학교산학협력단 | Sensing device for sensing position of sun, and apparatus and method for collecting sun-light using it |
AU2015235280B2 (en) * | 2014-03-27 | 2017-10-12 | Mitsubishi Power, Ltd. | Heliostat calibration device and heliostat calibration method |
JP2016056965A (en) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 国立大学法人三重大学 | Heliostat, sunlight collection system, and control method of sunlight collection system |
WO2019155877A1 (en) | 2018-02-09 | 2019-08-15 | 住友電気工業株式会社 | Solar power generation device and method of controlling solar power generation device |
CN108917208B (en) * | 2018-07-05 | 2020-06-19 | 常州龙腾光热科技股份有限公司 | Tracking method for trough type heat collector |
CN111966132B (en) * | 2020-08-21 | 2022-09-27 | 嘉兴学院 | Solar full-automatic high-precision tracking closed-loop control method |
CN114353455A (en) * | 2021-12-08 | 2022-04-15 | 亳州职业技术学院 | Drying system and control method thereof |
WO2023159338A1 (en) * | 2022-02-22 | 2023-08-31 | 李�杰 | Vehicle-mounted solar charging device for small vehicle |
CN115793721B (en) * | 2023-01-30 | 2023-06-27 | 中国科学院空天信息创新研究院 | Sun tracking control method, device, calibration device, equipment and storage medium |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5275451A (en) * | 1975-12-19 | 1977-06-24 | Mitsubishi Electric Corp | Device for tracking sun in vertically condensing type heliostat type s olar furnace |
JPS62148913A (en) * | 1985-12-23 | 1987-07-02 | Matsushita Electric Works Ltd | Sunlight tracking and natural lighting device |
JPH0982119A (en) * | 1995-09-11 | 1997-03-28 | Copal Co Ltd | Daylighting device |
JP4320895B2 (en) * | 2000-01-28 | 2009-08-26 | パナソニック電工株式会社 | Daylighting equipment |
JP4651469B2 (en) * | 2005-07-08 | 2011-03-16 | シャープ株式会社 | Solar power generation device installation jig, solar power generation device installation method, and tracking drive solar power generation device |
-
2008
- 2008-02-06 JP JP2008026382A patent/JP5098678B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150357966A1 (en) * | 2012-12-26 | 2015-12-10 | Abengoa Solar New Technologies, S.A. | Method for determining the correction of tracking errors of solar tracking platforms, central processing unit adapted to perform said method and solar tracker comprising said central processing unit |
US10560051B2 (en) | 2014-11-28 | 2020-02-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photovoltaic apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009186094A (en) | 2009-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5098678B2 (en) | Solar tracking device and tracking method for solar tracking device | |
US9182470B2 (en) | Inclinometer for a solar array and associated systems, methods, and computer program products | |
Chong et al. | General formula for on-axis sun-tracking system and its application in improving tracking accuracy of solar collector | |
US8973570B2 (en) | System and method of tracking solar radiation | |
JP4651469B2 (en) | Solar power generation device installation jig, solar power generation device installation method, and tracking drive solar power generation device | |
KR101195740B1 (en) | Solar generating apparatus and tracking method thereof | |
US7895017B2 (en) | System to increase SNR of CPV-generated power signal | |
Chong et al. | General formula for on-axis sun-tracking system | |
CN102242980B (en) | Heliostat tracking control device and tracking control method thereof | |
Zhang et al. | Error analysis and auto correction of hybrid solar tracking system using photo sensors and orientation algorithm | |
CN101859014B (en) | Azimuth-elevation tracking method of heliostat with reflecting mirror surface deviated from rotating center | |
KR20100119007A (en) | Sun tracker with a computation part calculating the location of the sun | |
US20090320827A1 (en) | Solar array tracker controller | |
WO2009048879A2 (en) | Methods, systems, and computer readable media for controlling orientation of a photovoltaic collection system to track apparent movement of the sun | |
US20100018519A1 (en) | Fault monitoring based on solar tracking error | |
CN109062265B (en) | Method for correcting installation error of heliostat in solar photo-thermal power generation | |
JP5503818B1 (en) | Solar tracking device and method, solar power generation device, and control device | |
KR102030963B1 (en) | Solar tracking system using nautical almanac | |
KR20110000895A (en) | Solar generating apparatus and tracking method thereof | |
CN104699116A (en) | Heliostat tracking error correction method | |
US20100018518A1 (en) | Determination of solar tracking error | |
CN106249764A (en) | Heliostat angle zero point automatic calibration device with the sun as object of reference and method | |
KR20090126503A (en) | Method, apparatus and computer-readable recording medium for coltrolling inclination angle of solar cell panel | |
Georgiev et al. | Sun following system adjustment at the UTFSM | |
CN111338392A (en) | Sun tracking method and system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101224 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120817 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120828 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120910 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151005 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |