JP2017180982A - 集光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光を、太陽電池等の入光対象に効率よく入射させる。
【解決手段】第２集光装置４０は、太陽電池１２の北側に位置する第１反射板１６、東側に位置する第２反射板４２、西側に位置する第３反射板４４を備える。第１反射板１６、第２反射板４２、第３反射板４４の各傾斜角度は、それぞれ、第１追尾機構、第２追尾機構、第３追尾機構の作用下に、時間の経過に伴う太陽の位置変動に追従して変化する。従って、第１反射板及び第３反射板４４からの反射光、又は、第１反射板及び第２反射板４２からの反射光が太陽電池１２に入射する。
【選択図】図６

Description

本発明は、太陽光を直射光及び反射光として入光対象に入射する集光装置に関する。

近時、太陽電池を電源として自動車車体に搭載することが提案されている。太陽電池は太陽光を起電力に変換するものであり、このため、発電を行う際には太陽光を入射する必要がある。そして、発電の効率化を図るべく集光装置が用いられる。例えば、特許文献１には、ルーフに設置された太陽電池に対し、反射板で反射された太陽光を入射するための集光装置が開示されている。

具体的には、この集光装置は車庫型であり、その屋根部に反射光を通過させるための光通過孔が形成されている。この光通過孔の上方には反射板が設けられており、該反射板で太陽光を反射させるとともに、光通過孔を通過した反射光を太陽電池に入射させるようにしている。

特許文献１記載の集光装置は、反射光を入射するのみであり、直射光を太陽電池に入射する構成は設けられていない。このため、太陽電池の発電効率を向上させることは容易ではない。

一方、特許文献２には、太陽からの直射光と、反射板からの反射光との双方を集光面に入射させる集光構造が提案されている。ここで、太陽光の入射角度は季節の移り変わりに伴って変動するが、特許文献２には、その変動に対応させて反射板の角度を調整することが記載されている。

特開平６−８６４０６号公報 特開平１１−５１４９６号公報

特許文献２記載の集光構造では、太陽電池の幅と同等幅の反射板が設けられている。この場合、春分から夏至を経て秋分に至る期間では、反射板からの反射光は、太陽方位角が９０°よりも大きく１８０°よりも小さい範囲であるときには西側に偏倚し、１８０°よりも大きく２７０°よりも小さい範囲であるときには東側に偏倚してしまう。

また、秋分から冬至を経て春分に至る期間では、反射光は、太陽方位角が日の出時の角度から１８０°よりも小さい範囲であるときには西側に偏倚し、１８０°よりも大きく日の入り時の角度までの範囲であるときには東側に偏倚してしまう。

このように、特許文献２記載の技術には、如何なる季節であるかに関わらず、日の出から日の入りに至るまでの間、反射光を継続して太陽電池に入射することができないという不具合が顕在化している。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、年間を通じて、さらには日中を通じて、太陽光を効率よく集光することが可能な集光装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、太陽からの直射光と、反射板によって反射された反射光とを入光対象に入射させるための集光装置であって、
前記反射板の東西方向に沿う寸法が、前記入光対象の東西方向に沿う寸法に比して大きく、且つ、春分又は秋分において、日の出時に反射板の東側端に入射した太陽光が反射された反射光が前記入光対象に入射する一方、日の入り時に反射板の西側端に入射した太陽光が反射された反射光が前記入光対象に入射する最大長さ以下であり、
反射板の高さ方向の寸法が、１年の中で太陽が最も高く位置するときに反射板に入射した太陽光が反射された反射光が、前記入光対象に入射するように設定された長さであり、
前記反射板の下端が前記入光対象の上方に位置し、
さらに、太陽の位置に対応して前記反射板を傾斜させる追尾機構を有し、
前記追尾機構は、前記反射板を、前記入光対象の北側に設けられ且つ東西方向に沿って延在する回転軸を中心に回転させて傾斜させる駆動部と、
緯度及び経度で規定される前記入光対象の位置データと、前記反射板と前記入光対象との位置関係データと、１年の中での日付及び時刻と前記回転軸の回転角度との相関データとに基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記位置データと、前記位置関係データと、前記相関データとに基づいて前記回転軸の回転角度を求め、
前記駆動部は、前記制御部によって求められた前記回転軸の回転角度に基づいて前記反射板を傾斜させることを特徴とする。

上記したように、この構成では、回転軸が入光対象から北側に位置するとともに、反射板の下端が入光対象の上方となる。従って、太陽からの直射光が入光対象にそのまま入射する。その一方で、追尾機構は、前記位置データ、前記位置関係データ及び前記相関データに基づいて反射板を回動（傾斜）させる。従って、時間の経過に伴う太陽の位置変動に追従し、反射板が適切な角度となるように傾斜する。このため、年間及び１日を通して、太陽の高度や入射角が変化しても反射光を入光対象に入射させることができる。

しかも、この場合、太陽方位角が９０°以上１８０°まででは、反射板の東側端面からの反射光を入光対象に入射させることができるとともに、１８０°から２７０°以下では、西側端面からの反射光を入射させることができる。従って、１日を通じて、反射光が入光対象の東西方向から入射する。

さらに、反射板の高さ方向寸法が上記のように設定されていることから、反射光の南北方向に沿う寸法が最短となるときであっても、反射光が入光対象の南北方向から入射する。従って、１年を通じて、反射光が入光対象の南北方向から入射する。

従って、年間及び１日を通じ、直射光のみを入光する場合に比して多くの太陽光を入光することが可能となる。換言すれば、集光効率が向上する。

なお、反射板の東西方向に沿う寸法は、冬至の日の出において反射板の東側端からの反射光が入光対象に入射する一方、冬至の日の入りにおいて反射板の西側端からの反射光が入光対象に入射する最小長さ以上であることが好ましい。

この構成を採用することにより、冬至の日の出から太陽方位角１８０°となるまでは、反射板の東側端からの反射光が入光対象に入射し、太陽方位角１８０°から日の入りとなるまでは、反射板の西側端からの反射光が入光対象に入射する。従って、日の出から日の入りまでの時間が最も短い冬至においても、反射光を確実に入光対象の東西方向からに入射することができる。

反射板を複数個設けるようにしてもよい。すなわち、第２反射板及び第３反射板と、
太陽の位置に対応して前記第２反射板、前記第３反射板のそれぞれを傾斜させる第２追尾機構及び第３追尾機構と、
を有し、
前記第２反射板は、前記入光対象の東側に設置され且つ南北に沿って延在するとともに、北端及び下端が、それぞれ、前記入光対象の北端の南側、上方に配置され、
前記第３反射板は、前記入光対象の西側に設置され且つ南北に沿って延在するとともに、北端及び下端が、それぞれ、前記入光対象の北端の南側、上方に配置され、
前記第２追尾機構は、前記第２反射板を、前記入光対象の東側に設けられ且つ南北方向に沿って延在する第２回転軸を中心に回転させて傾斜させる第２駆動部と、
前記第２反射板と前記入光対象との第２位置関係データと、１年の中での日付及び時刻と前記第２回転軸の回転角度との第２相関データとに基づいて前記第２駆動部を制御する第２制御部と、
を備え、
前記第３追尾機構は、前記第３反射板を、前記入光対象の西側に設けられ且つ南北方向に沿って延在する第３回転軸を中心に回転させて傾斜させる第３駆動部と、
前記第３反射板と前記入光対象との第３位置関係データと、１年の中での日付及び時刻と前記第３回転軸の回転角度との第３相関データとに基づいて前記第３駆動部を制御する第３制御部と、
を備え、
前記第２制御部が、前記第２位置関係データと、前記第２相関データとに基づいて前記第２回転軸の回転角度を求めるとともに、前記第３制御部が、前記第３位置関係データと、前記第３相関データとに基づいて前記第３回転軸の回転角度を求め、
前記第２駆動部が、前記第２制御部によって求められた前記第２回転軸の回転角度に基づいて前記第２反射板を傾斜させるとともに、前記第３駆動部が、前記第３制御部によって求められた前記第３回転軸の回転角度に基づいて前記第３反射板を傾斜させる構成としてもよい。

この構成では、上記の反射板からの反射光に加え、第２反射板又は第３反射板の少なくともいずれかからの反射光が入光対象に入光する。従って、一層多くの太陽光を入射させることが可能となる。すなわち、集光効率がさらに向上する。

なお、第２反射板及び第３反射板が太陽の位置変動に追従して傾斜することは勿論である。

第２反射板は、南北方向に沿う寸法が入光対象の南北方向に沿う寸法以上であり、且つ高さ方向寸法が、１年の中で太陽が最も高く位置するときに該第２反射板に入射する太陽光の反射光が前記入光対象に入射するように設定された長さであり、
第３反射板は、南北方向に沿う寸法が入光対象の南北方向に沿う寸法以上であり、且つ高さ方向寸法が、１年の中で太陽が最も高く位置するときに該第３反射板に入射する太陽光の反射光が前記入光対象に入射するように設定された長さであることが好ましい。

しかも、この場合、太陽方位角が９０°以上１８０°まででは、第３反射板からの反射光の南北方向に沿う寸法を、入光対象の南北方向に沿う寸法よりも大きくすることができる。また、太陽方位角が１８０°から２７０°まででは、第２反射板からの反射光の南北方向に沿う寸法を、入光対象の南北方向に沿う寸法よりも大きくすることができる。従って、１日を通じて、反射光が入光対象の案僕方向から入射する。

さらに、第２反射板及び第３反射板の高さ方向寸法が上記のように設定されていることから、第２反射光及び第３反射板の東西方向に沿う寸法が最短となるときであっても、反射光が入光対象の東西方向から入射する。従って、１年を通じて、反射光が入光対象の東西方向から入射する。

これにより、年間及び１日を通じ、直射光のみを入光する場合に比して多くの太陽光を入光することが可能となる。換言すれば、集光効率が向上する。

なお、太陽方位角が９０°よりも大きく１８０°よりも小さいときには、第２反射板が直射光を遮るので第２反射板の近傍に影が生じる。一方、太陽方位角が１８０°よりも大きく２７０°よりも小さいときには、第３反射板が直射光を遮るので第３反射板の近傍に影が生じる。これらの影は、第２反射板ないし第３反射板の傾斜角度を、直射光が入光対象に入射する際の入射角度としたときに最小面積となる。

従って、太陽方位角が９０°よりも大きく１８０°よりも小さいときには、第２反射板の傾斜角度を、直射光が入光対象に入射する際の入射角度とし、太陽方位角が１８０°よりも大きく２７０°よりも小さいときには、第３反射板の傾斜角度を、直射光が入光対象に入射する際の入射角度とすることが好ましい。これにより、影が入光対象に差し掛かったとしても、入射光に対する影響を最小とすることができる。

本発明によれば、反射板と入光対象との間に所定の位置関係を設定し、且つ反射板を、時間の経過に伴う太陽の位置変動に応じて傾斜させるようにしている。このため、入光対象に対し、直射光と、反射板からの反射光とが入光する。すなわち、直射光のみを入光対象に入射する場合に比して多くの太陽光を入射することができる。この効果は、反射板を複数個設けたときに一層顕著となる。

従って、集光効率が向上する。特に、入光対象が太陽電池であるときには、その発電効率を向上させることができる。

太陽方位角の定義を説明するための天球図である。 本発明の第１実施形態に係る第１集光装置の全体概略斜視図である。 第１反射板の東西方向寸法が過度に小さいときの反射光と、太陽電池との位置関係を示す要部概略平面図である。 第１反射板の東西方向寸法と、太陽電池の東西方向寸法との関係を示す要部概略平面図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、太陽の位置変動に応じて第１反射板の傾斜角度を変更した状態を示す要部概略側面図である。 本発明の第２実施形態に係る第２集光装置の全体概略斜視図である。 第２集光装置を構成する第２反射板の傾斜角度が、直射光が太陽電池に入射する際の入射角度θと同等となったときの要部概略側面図である。 太陽方位角が９０°以上であり且つ１８０°よりも小さいときの、太陽電池への入光状態を示す要部概略平面図である。 太陽方位角が１８０°近傍であるときの、太陽電池への入光状態を示す要部概略平面図である。 太陽方位角が１８０°よりも大きく且つ２７０°以下であるときの、太陽電池への入光状態を示す要部概略平面図である。

以下、本発明に係る第１集光装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図面中に「Ｎ」、「Ｓ」、「Ｅ」、「Ｗ」が表示されているときには、それぞれ、「北」、「南」、「東」、「西」を意味する。

先ず、図１を参照して太陽方位角につき説明する。入光対象は、図１中の中心Ｏに位置する。太陽方位角は、北を０°とし、Ｏを中心として東回りに１周する円を３６０等分した角度として求められる。従って、東、南及び西の太陽方位角は、それぞれ、９０°、１８０°、２７０°となる。なお、太陽光の入射角θは、地表（Ｏ）と太陽Ｓｎとのなす角度であり、仰角に等しい。また、高度ｈは、太陽から地表に下ろした垂線の長さである。

次に、本実施の形態に係る集光装置につき説明する。

図２は、第１実施形態に係る第１集光装置１０の全体概略斜視図である。この第１集光装置１０は、図示しない自動車のルーフに搭載された太陽電池１２に太陽光を入射する（入光する）ためのものであり、従って、入光対象は太陽電池１２である。図１では、自動車が駐車されたときの太陽電池１２の位置を示している。

第１集光装置１０は、平坦な地面上に設置された２本の第１脚部１４ａ、１４６ｂを有する。第１脚部１４ａは西側、第１脚部１４ｂは東側に配設され、従って、第１脚部１４ａと第１脚部１４ｂを結ぶ仮想線は東西方向に沿って延在する。

第１脚部１４ａ、１４ｂには、図示しない枠部材を介して第１反射板１６が支持される。該第１反射板１６は、太陽光を反射して太陽電池１２に照射するためのものであり、好適には、反射面が鏡状加工された板からなる。その具体例としては、アルミ鏡面板や銀蒸着反射板が挙げられる。

第１脚部１４ａ、１４ｂが上記した方角に配設されていることから、第１反射板１６は、東西方向に沿って延在する。第１反射板１６の東西方向に沿う寸法（東西方向寸法）Ｄ１は、太陽電池１２の東西方向寸法Ｄ２よりも大きく設定される。

ここで、図３に示すように、東西方向寸法Ｄ１が過度に小さいと、冬至における日の出時の第１反射板１６の東側端からの反射光や、日の入り時の第１反射板１６の西側端からの反射光が太陽電池１２に入射することが困難となる。また、東西方向寸法Ｄ１が過度に大きいと、第１集光装置１０の大型化・重量増加を招く。

従って、東西方向寸法Ｄ１は、図４に示すように、冬至において、日の出時に第１反射板１６の東側端からの反射光が太陽電池１２に入射し、且つ日の入り時に第１反射板１６の西側端からの反射光が太陽電池１２に入射する最小長さｄ１以上とすることが好ましい。また、春分又は秋分において、日の出時に第１反射板１６の東側端からの反射光が太陽電池１２に入射し、且つ日の入り時に第１反射板１６の西側端からの反射光が太陽電池１２に入射する最大長さｄ２以下に設定される。

また、第１反射板１６は太陽電池１２よりも北側に位置しており、このため、反射面は南側に臨む。さらに、該第１反射板１６の最下端部は、太陽電池１２よりも上方に位置する。

第１反射板１６の高さ方向寸法Ｔ１は、図５Ａに示すように、１年の中で太陽が最も高く位置する（高度ｈが最高高度となる）とき、すなわち、夏至に第１反射板１６からの反射光が太陽電池１２に入射するように設定される。このため、太陽の高度ｈが最高高度よりも低いときであっても、図５Ｂに示すように、第１反射板１６からの反射光が太陽電池１２に入射することになる。

第１脚部１４ａの上端面には、第１Ｌ字型ステー１８ａが設けられている。該第１Ｌ字型ステー１８ａには、第１軸受２０が回転可能に軸支されている。一方、第１脚部１４ｂの上端面には、第１駆動軸２２（回転軸）を有する第１モータ２４が第１Ｌ字型ステー１８ｂを介して支持される。第１軸受２０及び第１駆動軸２２はいずれも、第１反射板１６に向かって延在する。従って、第１軸受２０及び第１駆動軸２２の延在方向は東西方向である。また、第１反射板１６が太陽電池１２の北側に位置することから、第１軸受２０及び第１駆動軸２２も太陽電池１２の北側に位置する。

第１モータ２４は、信号線２６を介して該第１モータ２４に電気的に接続された第１制御部２８の制御作用下に駆動され、第１駆動軸２２を所定角度回転させる。これにより、第１反射板１６が、太陽の位置変動に追従するべく、高さ方向略中腹部を中心に所定角度だけ回動する。すなわち、第１モータ２４及び第１制御部２８は、第１追尾機構を構成する。

第１制御部２８には、緯度及び経度で規定される太陽電池１２の位置データと、第１反射板１６と太陽電池１２との位置関係データと、日付及び時刻と第１駆動軸２２の回転角度との相関データが予め入力されている。すなわち、第１制御部２８には、太陽光の入光を行う入光位置（太陽電池１２の発電を行う発電位置）の緯度及び経度、第１反射板１６と太陽電池１２との離間距離等が設定されている。また、第１制御部２８は、日付及び時刻を自動的に更新するタイマ機能を有する。

第１実施形態に係る第１集光装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき説明する。

自動車のルーフに搭載された太陽電池１２に対して発電を行う際には、自動車を、第１集光装置１０内の所定位置に駐車する。このとき、太陽電池１２が、第１反射板１６の南側で且つ該第１反射板１６の最下端よりも下方となるようにする。このため、太陽からの直射光が太陽電池１２に入射する。また、入射光の中、第１反射板１６に入射した分は、該第１反射板１６に反射され、反射光となって太陽電池１２に入射する。

ここで、第１制御部２８は、上記した位置データに基づき、時間の経過に対応して変化する太陽の位置を割り出す。すなわち、発電を行っているその日時における太陽の太陽方位角、入射角θ及び高度ｈを、予め入力された位置データに基づいて求める。そして、このときの太陽方位角、入射角θ及び高度ｈから、第１駆動軸２２を如何なる程度回転させればよいのかを算出する。第１制御部２８は、この算出結果に従い、第１モータ２４の作用下に第１駆動軸２２を所定回転角度で回転させる。

この回転に伴い、図５Ａと図５Ｂを対比して諒解されるように、第１反射板１６が回動（傾斜）する。このため、１年間を通じて、日の出から日の入りまで反射光を太陽電池１２に入射させることができる。

また、第１反射板１６の東西方向寸法Ｄ１は、太陽電池１２の東西方向寸法Ｄ２に比して長い。しかも、東西方向寸法Ｄ１は、春分又は秋分における日の出時、すなわち、太陽方位角が９０°であるときに第１反射板１６の東側端からの反射光が太陽電池１２に入射し、且つ日の入り時、すなわち、太陽方位角が２７０°であるときに第１反射板１６の西側端からの反射光が太陽電池１２に入射するように設定された最大長さｄ２以下に設定されている（図４参照）。

このため、太陽方位角が９０°（特にその直後）〜１８０°までの間は、第１反射板１６の東側端からの反射光が太陽電池１２に入射する。一方、太陽方位角が１８０°〜２７０°（特にその直前）までの間は、第１反射板１６の西側端からの反射光が太陽電池１２に入射する。従って、日の出から日の入りまで、第１反射板１６からの反射光を太陽電池１２に入射することができる。

加えて、好ましくは、冬至において、日の出時に第１反射板１６の東側端からの反射光が太陽電池１２に入射し、且つ日の入り時に第１反射板１６の西側端からの反射光が太陽電池１２に入射する最小長さｄ１以上に設定されている。このため、冬至の日の出から太陽方位角が１８０°となるまでは、第１反射板１６の東側面からの反射光が入光対象に入射する。一方、冬至の太陽方位角１８０°から日の入りまでは、第１反射板１６の西側面からの反射光が太陽電池１２に入射する。

このように、この場合、1年の中で日の出から日の入りまでの時間（昼間）が最も短い冬至においても、１日を通じて多くの反射光を太陽電池１２に入射することができる。

しかも、第１反射板１６の高さ方向寸法Ｔ１は、１年の中で太陽の高度ｈが最高となるとき（夏至）に、第１反射板１６からの反射光が太陽電池１２に入射するように設定されている。このとき、反射光の南北方向の長さが１年の中で最も短くなるが、この場合においても反射光が太陽電池１２に入射する。

結局、東西方向寸法Ｄ１及び高さ方向寸法Ｔ１を上記のように設定することにより、年間を通じて、第１反射板１６からの反射光が日の出から日の入りまで太陽電池１２に入射するようになる。すなわち、第１実施形態においては、太陽電池１２の姿勢を変更することなく、多量の太陽光を太陽電池１２に入射することができる。結局、簡素な構成でありながら、移動型の太陽電池１２に対して効率よく発電を行うことが容易である。

次に、第２実施形態につき説明する。図６は、第２実施形態に係る第２集光装置４０の全体概略斜視図である。第２集光装置４０は、上記の第１反射板１６に加え、第２反射板４２と第３反射板４４を有する。第１反射板１６及びその付帯設備の構成は、上記した通りである。

第２反射板４２は、平坦な地面上に設置された２本の第２脚部４６ａ、４６ｂに支持される。第２脚部４６ａは北側、第２脚部４６ｂは南側に配設され、従って、第２脚部４６ａと第２脚部４６ｂを結ぶ仮想線は南北方向に沿って延在する。

第２脚部４６ａ、４６ｂには、図示しない枠部材を介して第２反射板４２が支持される。該第２反射板４２は、第１反射板１６と同様に反射面が鏡状加工された板からなり、その具体例としては、アルミ鏡面板や銀蒸着反射板が挙げられる。

第２脚部４６ａ、４６ｂの仮想線が南北方向に沿って延在するため、第２反射板４２も南北方向に沿って延在する。第２反射板４２の南北方向に沿う寸法（南北方向寸法）Ｄ３は、太陽電池１２の東西方向寸法Ｄ４よりも大きく設定される。また、第２反射板４２は太陽電池１２よりも東側に位置しており、このため、反射面は西側に臨む。さらに、該第２反射板４２の最下端部は、太陽電池１２よりも上方に位置する。

加えて、第２反射板４２の高さ方向寸法Ｔ２は、１年の中で太陽の高度ｈが最大となるとき（夏至）に第２反射板４２からの反射光が太陽電池１２に入射するように設定される。

第２脚部４６ａの上端面には、第２Ｌ字型ステー４８ａが設けられている。該第２Ｌ字型ステー４８ａには、第２軸受５０が回転可能に軸支されている。一方、第２脚部４６ｂの上端面には、第２駆動軸５２（回転軸）を有し、第２追尾機構を構成する第２モータ５４が第２Ｌ字型ステー４８ｂを介して支持される。第２軸受５０及び第２駆動軸５２はいずれも、第２反射板４２の側面に向かって延在する。従って、第２軸受５０及び第２駆動軸５２の延在方向は南北方向である。また、第２反射板４２が太陽電池１２の東側に位置することから、第２軸受５０及び第２駆動軸５２も太陽電池１２の東側に位置する。

第２モータ５４は、該第２モータ５４とともに第２追尾機構を構成する第２制御部５６に対し、信号線５８を介して電気的に接続される。第２モータ５４が第２制御部５６の制御作用下に駆動されることに伴い、第２駆動軸５２が所定角度だけ回転する。これにより、第２反射板４２が、太陽の位置変動に追従するべく、高さ方向略中腹部を中心に所定角度だけ回動する。

残余の第３反射板４４は、第２反射板４２と回転対称の関係にある。すなわち、第３反射板４４は、平坦な地面上に設置された２本の第３脚部６０ａ、６０ｂに支持される。第３脚部６０ａは南側、第３脚部６０ｂは北側に配設され、従って、第３脚部６０ａと第３脚部６０ｂを結ぶ仮想線も南北方向に沿って延在する。

第３脚部６０ａ、６０ｂには、図示しない枠部材を介して第３反射板４４が支持される。該第３反射板４４は、第１反射板１６、第２反射板４２と同様にアルミ鏡面板や銀蒸着反射板等からなる。

第３脚部６０ａ、６０ｂの仮想線が南北方向に沿って延在するため、第３反射板４４も南北方向に沿って延在する。第３反射板４４の南北方向に沿う寸法（南北方向寸法）Ｄ５は、太陽電池１２の東西方向寸法Ｄ４よりも大きく設定される。また、第３反射板４４は太陽電池１２よりも西側に位置しており、このため、反射面は東側に臨む。さらに、該第２反射板４２の最下端部は、太陽電池１２よりも上方に位置する。

加えて、第３反射板４４の高さ方向寸法Ｔ３は、１年の中で太陽の高度ｈが最大となるとき（夏至）に第３反射板４４からの反射光が太陽電池１２に入射するように設定される。

第３脚部６０ａの上端面には、第３Ｌ字型ステー６２ａが設けられている。該第３Ｌ字型ステー６２ａには、第３軸受６４が回転可能に軸支されている。一方、第３脚部６０ｂの上端面には、第３駆動軸６６（回転軸）を有するとともに第３追尾機構を構成する第３モータ６８が第３Ｌ字型ステー６２ｂを介して支持される。第３軸受６４及び第３駆動軸６６はいずれも、第３反射板４４の側面に向かって延在する。従って、第３軸受６４及び第３駆動軸６６の延在方向は南北方向である。また、第３反射板４４が太陽電池１２の西側に位置することから、第３軸受６４及び第３駆動軸６６も太陽電池１２の西側に位置する。

第３モータ６８は、該第３モータ６８とともに第３追尾機構を構成する第３制御部７０に対し、信号線７２を介して電気的に接続される。第３モータ６８が第３制御部７０の制御作用下に駆動されることに伴い、第３駆動軸６６が所定角度回転する。これにより、第３反射板４４が、太陽の位置変動に追従するべく、高さ方向略中腹部を中心に所定角度だけ回動する。

以上の構成において、第２制御部５６には、緯度及び経度で規定される太陽電池１２の位置データと、第２反射板４２と太陽電池１２との位置関係データと、日付及び時刻と第２駆動軸５２の回転角度との相関データが予め入力されている。同様に、第３制御部７０には、緯度及び経度で規定される太陽電池１２の位置データと、第３反射板４４と太陽電池１２との位置関係データと、日付及び時刻と第３駆動軸６６の回転角度との相関データが予め入力されている。

すなわち、第２制御部５６及び第３制御部７０には、第１制御部２８と同様に、太陽光の入光を行う入光位置（太陽電池１２の発電を行う発電位置）の緯度及び経度、第１反射板１６と太陽電池１２との離間距離等が設定されている。また、第２制御部５６及び第３制御部７０は、日付及び時刻を自動的に更新するタイマ機能を有する。

第２制御部５６は、さらに、太陽方位角が９０°よりも大きく１８０°よりも小さいときには、第２反射板４２の傾斜角度が、直射光が太陽電池１２に入射する際の入射角度θと同等となるように制御を行う（図７参照）。一方、第３制御部７０は、太陽方位角が１８０°よりも大きく２７０°よりも小さいとき、第３反射板４４の傾斜角度が、直射光が太陽電池１２に入射する際の入射角度θと同等となるように制御を行う。

次に、基本的には以上のように構成される第２集光装置４０の作用効果につき説明する。

自動車のルーフに搭載された太陽電池１２に対して発電を行う際には、自動車を、第１反射板１６、第２反射板４２及び第３反射板４４で囲繞される所定位置に駐車する。このとき、太陽電池１２は、第１反射板１６の南側、第２反射板４２の西側、第３反射板４４の東側に位置するとともに、第１反射板１６〜第３反射板４４の最下端よりも下方となる。

太陽方位角が９０°以上であり且つ１８０°よりも小さいときには、図８に示すように、第１反射板１６と第２反射板４２の間から直射光が太陽電池１２に入射する。さらに、第１反射板１６からの反射光と、第３反射板４４からの反射光とが太陽電池１２に入射する。このため、第１反射板１６のみの場合に比して多くの太陽光を集光できる。

勿論、第１制御部２８及び第３制御部７０は、上記した位置データに基づき、時間の経過に対応して変化する太陽の位置を割り出す。すなわち、発電を行っているその日時における太陽の太陽方位角、入射角θ及び高度ｈを、予め入力された位置データに基づいて求める。そして、このときの太陽方位角、入射角θ及び高度ｈから、第１駆動軸２２及び第３駆動軸６６を如何なる程度回転させればよいのかを個々に算出する。第１制御部２８及び第３制御部７０は、以上の算出結果に従い、第１モータ２４、第３モータ６８の作用下に、第１駆動軸２２、第３駆動軸６６を所定回転角度で個別に回転させる。

この回転に伴い、第１反射板１６及び第３反射板４４の各々が回動（傾斜）する。このため、１年間を通じて、日の出から日の入りまで反射光を太陽電池１２に入射させることができる。

しかも、第３反射板４４の南北方向寸法Ｄ５が、太陽電池１２の東西方向寸法Ｄ４よりも大きく設定されている。従って、第３反射板４４からの反射光が太陽電池１２に入射する際の南北方向の長さを、該太陽電池１２の南北方向寸法Ｄ４以上にすることができる。従って、１年を通じて、第３反射板４４からの南北方向反射光を太陽電池１２に入射することができる。

その上、第３反射板４４の高さ方向寸法Ｔ３は、１年の中で太陽の高度ｈが最高となるとき（夏至）に、第３反射板４４からの反射光が太陽電池１２に入射するように設定されている。このとき、反射光の東西方向の長さが１年の中で最も短くなるが、この場合においても反射光が太陽電池１２に入射する。従って、１年を通じて、第３反射板４４からの東西方向反射光を太陽電池１２に入射することができる。

なお、太陽方位角が９０°以上であり且つ１８０°よりも小さいことから、太陽光が第２反射板４２に入射することはほとんどない。この場合には、第２反射板４２によって直射光が遮られるので、第２反射板４２の西側に影が生じる。第２反射板４２は、この影が太陽電池１２に重ならない位置に配設するようにしてもよい。

ここで、第２実施形態では、第２反射板４２が直射光を遮るときにも、第２制御部５６で第２モータ５４の第２駆動軸５２を制御するようにしている。具体的には、図７に示すように、第２反射板４２の傾斜角度を、直射光が太陽電池１２に入射する際の入射角度θと同等とする。このため、第２反射板４２の影の面積が最小となる。従って、影が太陽電池１２に差し掛かったとしても、太陽電池１２への入射光に対する影響が最小となる。

すなわち、上記した制御を行うことにより、第２反射板４２を、影が太陽電池１２に重なる位置に配設することも可能となる。その結果、第２反射板４２の設置位置の自由度が向上する。

日の出から時間が経過し、太陽方位角が１８０°近傍となると、図９に示すように、第２反射板４２と第３反射板４４との間に進入した直射光が太陽電池１２に入射する。また、散乱光が第２反射板４２、第３反射板４４によって反射され、この反射光が太陽電池１２に入射する。同時に、第１反射板１６からの反射光が太陽電池１２に入射する。従って、この場合においても、１日の間、及び年間を通して、第１反射板１６のみの場合に比して多くの太陽光を集光できる。

さらに時間が経過し、太陽方位角が１８０°よりも大きく２７０°以下となったときには、図１０に示すように、第１反射板１６と第３反射板４４の間から直射光が太陽電池１２に入射する。さらに、第１反射板１６からの反射光と、第２反射板４２からの反射光とが太陽電池１２に入射する。このため、第１反射板１６のみの場合に比して多くの太陽光を集光できる。

この間、第１制御部２８及び第２制御部５６は、上記した位置データに基づき、時間の経過に対応して変化する太陽の位置を割り出す。すなわち、発電を行っているその日時における太陽の太陽方位角、入射角θ及び高度ｈを、予め入力された位置データに基づいて求める。そして、このときの太陽方位角、入射角θ及び高度ｈから、第１駆動軸２２及び第２駆動軸５２を如何なる程度回転させればよいのかを個々に算出する。第１制御部２８及び第２制御部５６は、以上の算出結果に従い、第１モータ２４、第２モータ５４の作用下に、第１駆動軸２２、第２駆動軸５２を所定回転角度で個別に回転させる。

この回転に伴い、第１反射板１６及び第２反射板４２の各々が回動（傾斜）する。このため、１年間を通じて、日の出から日の入りまで反射光を太陽電池１２に入射させることができる。

しかも、第２反射板４２の南北方向寸法Ｄ３が、太陽電池１２の南北方向寸法Ｄ４よりも大きく設定されている。従って、第２反射板４２からの反射光が太陽電池１２に入射する際の南北方向の長さを、該太陽電池１２の南北方向寸法Ｄ４以上にすることができる。従って、１年を通じて、第２反射板４２からの南北方向反射光を太陽電池１２に入射することができる。

その上、第２反射板４２の高さ方向寸法Ｔ２は、１年の中で太陽の高度ｈが最高となるとき（夏至）に、第２反射板４２からの反射光が太陽電池１２に入射するように設定されている。このとき、反射光の東西方向の長さが１年の中で最も短くなるが、この場合においても反射光が太陽電池１２に入射する。従って、１年を通じて、第２反射板４２からの東西方向反射光を太陽電池１２に入射することができる。

太陽方位角が１８０°よりも大きく且つ２７０°以下であることから、太陽光が第３反射板４４に入射することはほとんどない。この場合には、第３反射板４４によって直射光が遮られるので、第３反射板４４の東側に影が生じる。第３反射板４４は、この影が太陽電池１２に重ならない位置に配設するようにしてもよい。

ここで、第２実施形態では、第３反射板４４が直射光を遮るときにも、第３制御部７０で第３モータ６８の第３駆動軸６６を制御するようにしている。すなわち、図７に示す第２反射板４２の場合と同様に、第３反射板４４の傾斜角度を、直射光が太陽電池１２に入射する際の入射角度θと同等とする。このため、第３反射板４４の影の面積が最小となる。従って、影が太陽電池１２に差し掛かったとしても、太陽電池１２への入射光に対する影響が最小となる。

すなわち、上記した制御を行うことにより、第３反射板４４を、影が太陽電池１２に重なる位置に配設することも可能となる。その結果、第３反射板４４の設置位置の自由度が向上する。

以上のように、第２反射板４２及び第３反射板４４を設けることにより、年間を通じて、第１反射板１６〜第３反射板４４からの反射光が日の出から日の入りまで太陽電池１２に入射するようになる。結局、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、第１反射板１６、第２反射板４２及び第３反射板４４の傾動は、連続的に行うようにしてもよいし、所定時間（例えば、１分〜１０分程度）の経過後に行うようにしてもよい。

照明ＳＩＭＵＬＡＴＯＲ（株式会社ベストメディア製の光学解析ソフト）を用い、第１集光装置１０による入射状態を、春分、夏至、秋分及び冬至のそれぞれについて、１０時〜１４時まで１時間毎にシミュレーションした。

なお、シミュレーションのための前提条件、換言すれば、第１制御部２８に入力する諸条件は、以下のように設定した。すなわち、先ず、入光対象（太陽電池１２等）の位置データにつき、北緯３６°、東経１４０°の地点である東京に位置するものと設定した。

次に、位置関係データとして、入光対象の寸法及び位置、第１反射板１６の寸法及び位置、互いの離間距離を設定した。すなわち、入光対象を、南北方向寸法が１２５０ｍｍ、東西方向寸法が６００ｍｍの長方形とし、且つ地表からの高さを１５６０ｍｍとした。

第１反射板１６については、東西方向寸法を３４００ｍｍ、高さ方向寸法を１９００ｍｍに設定した。東西方向寸法は、夏至における時刻１０時（太陽方位角１１２°）に第１反射板１６の東側端からの反射光が入光対象に入射し、且つ時刻１５時（太陽方位角２６８°）に第１反射板１６の西側端からの反射光が入光対象に入射する長さである。また、高さ方向寸法は、１年の中で太陽が最も高く位置する夏至の南中時に、第１反射板１６からの反射光が入光対象に入射する長さである。さらに、第１反射板１６の回動中心を高さ方向中腹部に設定し、該回動中心の地表からの高さを２５６０ｍｍとした。

その上で、平面視における第１反射板１６の第１駆動軸２２と、入光対象の中心との最短直線距離を１０００ｍｍに設定するとともに、第１反射板１６の反射率を１００％に設定した。

また、第１制御部２８のタイマ機能に日付及び時刻を規定し、自動的に更新するように設定した。入光対象の緯度及び経度が既に規定されているので、日付及び時刻から、太陽の太陽方位角、高度ｈ及び入射角θが自動的に算出される。第１制御部２８は、この結果に基づき、所定の日付及び時刻における第１反射板１６の最適傾斜角度、換言すれば、前記回転軸の回転角度を演算する。以上により、１年の中での日付及び時刻と、前記回転軸の回転角度との相関データが得られる。

春分、夏至、秋分及び冬至の１０時〜１５時における第１反射板１６の傾斜角度を表１に一括して示す。角度の「＋」は最上端が入光対象に近接する側に傾斜することを表し、「−（マイナス）」は最上端が入光対象から離間する側に傾斜することを表す。

このような前提条件を設定したときの集光比を、１０時〜１４時の間で１時間毎に求めた。ここで、集光比は、直射光のみが入光対象に入射したときの入射量と、第１集光装置１０を介して入光対象に入射したときとの比であり、前者を分母、後者を分子として算出される。

結果を、表２に示す。集光比の平均値は１．７〜２．４であり、全ての時期及び時間帯において集光比が向上していることが明らかである。

このことから、第１集光装置１０を用いるとともに第１反射板１６の傾斜角度を太陽の位置変動に応じて適宜変更することにより、集光比が向上すること、換言すれば、太陽光が効率よく入射するようになることが認められる。

上記と同一の第１反射板１６に対して第２反射板４２及び第３反射板４４を付設した第２集光装置４０につき、上記と同一の入光対象に対する入射状態を調べた。具体的には、照明ＳＩＭＵＬＡＴＯＲを用い、春分、夏至、秋分及び冬至のそれぞれについて、１０時〜１４時まで１時間毎にシミュレーションした。

ここで、第２反射板４２は、南北方向寸法を２７００ｍｍ、高さ方向寸法を１０００ｍｍとした。南北方向寸法は入光対象の南北方向寸法以上であり、且つ高さ方向寸法は、１年の中で太陽が最も高く位置する夏至の南中時に、第２反射板４２に入射する太陽光の反射光が入光対象に入射する長さである。

また、第２駆動軸５２を、第２反射板４２の高さ方向の中央位置で且つ地表から２５６０ｍｍの高さに設定した。さらに、平面視において、第２反射板４２の北端を、入光対象の北端から南方向へ１７５ｍｍ、東端から東方向へ７００ｍｍの位置に設定した。

第３反射板４４についても上記と同様に、南北方向寸法を２７００ｍｍ、高さ方向寸法を１０００ｍｍとした。また、第３駆動軸６６を、第３反射板４４の高さ方向の中央位置で且つ地表から２５６０ｍｍの高さに設定した。さらに、平面視において、第３反射板４４の北端を、入光対象の北端から南方向へ１７５ｍｍ、西端から西方向へ７００ｍｍの位置に設定した。

位置関係データが以上のように規定される第２反射板４２及び第３反射板４４につき、反射率を１００％に設定した。なお、第１制御部２８に入力する諸条件、及び第２制御部５６、第３制御部７０に入力する位置データは上記と同一である。

また、第１制御部２８〜第３制御部７０のタイマ機能に日付及び時刻を規定し、自動的に更新するように設定した。入光対象の緯度及び経度が既に規定されているので、日付及び時刻から、太陽の太陽方位角、高度ｈ及び入射角θが自動的に算出される。第１制御部２８〜第３制御部７０は、この結果に基づき、所定の日付及び時刻における第１反射板１６〜第３反射板４４の最適傾斜角度、換言すれば、前記３個の回転軸の回転角度をそれぞれ演算する。以上により、１年の中での日付及び時刻と、前記３個の回転軸の回転角度との相関データが個別に得られる。

春分、夏至、秋分及び冬至の１０時〜１５時における第１反射板１６、第２反射板４２及び第３反射板４４の傾斜角度を表３に一括して示す。角度の「＋」は各反射板の最上端が入光対象に近接する側に傾斜することを表し、「−（マイナス）」は各反射板の最上端が入光対象から離間する側に傾斜することを表す。

このような前提条件を設定したときの集光比を、１０時〜１４時の間で１時間毎に求めた。集光比は、直射光のみが入光対象に入射したときの入射量と、第２集光装置４０を介して入光対象に入射したときとの比であり、前者を分母、後者を分子として算出される。

結果を、表４に示す。集光比の平均値は２．３〜３．１であり、全ての時期及び時間帯において集光比が一層向上していることが明らかである。

このことから、第１反射板１６に併せて第２反射板４２及び第３反射板４４を用い、且つ第１反射板１６〜第３反射板４４の傾斜角度を太陽の位置変動に応じて個別に適宜変更することにより、集光比が大きく向上すること、換言すれば、太陽光がさらに効率よく入射するようになることが明らかである。

１０…第１集光装置 １２…太陽電池
１６…第１反射板 ２０…第１軸受
２２…第１駆動軸 ２４…第１モータ
２８…第１制御部 ４０…第２集光装置
４２…第２反射板 ４４…第３反射板
５０…第２軸受 ５２…第２駆動軸
５４…第２モータ ５６…第２制御部
６４…第３軸受 ６６…第３駆動軸
６８…第３モータ ７０…第３制御部

Claims (5)

1. 太陽からの直射光と、反射板によって反射された反射光とを入光対象に入射させるための集光装置であって、
   前記反射板の東西方向に沿う寸法が、前記入光対象の東西方向に沿う寸法に比して大きく、且つ、春分又は秋分において、日の出時に反射板の東側端に入射した太陽光が反射された反射光が前記入光対象に入射する一方、日の入り時に反射板の西側端に入射した太陽光が反射された反射光が前記入光対象に入射する最大長さ以下であり、
   反射板の高さ方向の寸法が、１年の中で太陽が最も高く位置するときに反射板に入射した太陽光が反射された反射光が、前記入光対象に入射するように設定された長さであり、
   前記反射板の下端が前記入光対象の上方に位置し、
   さらに、太陽の位置に対応して前記反射板を傾斜させる追尾機構を有し、
   前記追尾機構は、前記反射板を、前記入光対象の北側に設けられ且つ東西方向に沿って延在する回転軸を中心に回転させて傾斜させる駆動部と、
   緯度及び経度で規定される前記入光対象の位置データと、前記反射板と前記入光対象との位置関係データと、１年の中での日付及び時刻と前記回転軸の回転角度との相関データとに基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記位置データと、前記位置関係データと、前記相関データとに基づいて前記回転軸の回転角度を求め、
   前記駆動部は、前記制御部によって求められた前記回転軸の回転角度に基づいて前記反射板を傾斜させることを特徴とする集光装置。
2. 請求項１記載の集光装置において、
   前記反射板の東西方向に沿う寸法が、冬至の日の出において前記反射板の東側端からの反射光が前記入光対象に入射する一方、冬至の日の入りにおいて前記反射板の西側端からの反射光が前記入光対象に入射する最小長さ以上であることを特徴とする集光装置。
3. 請求項１又は２記載の集光装置において、
   第２反射板及び第３反射板と、
   太陽の位置に対応して前記第２反射板、前記第３反射板のそれぞれを傾斜させる第２追尾機構及び第３追尾機構と、
   を有し、
   前記第２反射板は、前記入光対象の東側に設置され且つ南北に沿って延在するとともに、北端及び下端が、それぞれ、前記入光対象の北端の南側、上方に配置され、
   前記第３反射板は、前記入光対象の西側に設置され且つ南北に沿って延在するとともに、北端及び下端が、それぞれ、前記入光対象の北端の南側、上方に配置され、
   前記第２追尾機構は、前記第２反射板を、前記入光対象の東側に設けられ且つ南北方向に沿って延在する第２回転軸を中心に回転させて傾斜させる第２駆動部と、
   前記第２反射板と前記入光対象との第２位置関係データと、１年の中での日付及び時刻と前記第２回転軸の回転角度との第２相関データとに基づいて前記第２駆動部を制御する第２制御部と、
   を備え、
   前記第３追尾機構は、前記第３反射板を、前記入光対象の西側に設けられ且つ南北方向に沿って延在する第３回転軸を中心に回転させて傾斜させる第３駆動部と、
   前記第３反射板と前記入光対象との第３位置関係データと、１年の中での日付及び時刻と前記第３回転軸の回転角度との第３相関データとに基づいて前記第３駆動部を制御する第３制御部と、
   を備え、
   前記第２制御部が、前記第２位置関係データと、前記第２相関データとに基づいて前記第２回転軸の回転角度を求めるとともに、前記第３制御部が、前記第３位置関係データと、前記第３相関データとに基づいて前記第３回転軸の回転角度を求め、
   前記第２駆動部が、前記第２制御部によって求められた前記第２回転軸の回転角度に基づいて前記第２反射板を傾斜させるとともに、前記第３駆動部が、前記第３制御部によって求められた前記第３回転軸の回転角度に基づいて前記第３反射板を傾斜させることを特徴とする集光装置。
4. 請求項３記載の集光装置において、
   前記第２反射板は、南北方向に沿う寸法が前記入光対象の南北方向に沿う寸法以上であり、且つ高さ方向寸法が、１年の中で太陽が最も高く位置するときに前記第２反射板に入射する太陽光の反射光が前記入光対象に入射するように設定された長さであり、
   前記第３反射板は、南北方向に沿う寸法が前記入光対象の南北方向に沿う寸法以上であり、且つ高さ方向寸法が、１年の中で太陽が最も高く位置するときに前記第３反射板に入射する太陽光の反射光が前記入光対象に入射するように設定された長さであることを特徴とする集光装置。
5. 請求項４記載の集光装置において、
   太陽方位角が９０°よりも大きく１８０°よりも小さいとき、前記第２反射板を傾斜させる角度が、直射光が前記入光対象に入射する際の入射角度とされ、
   太陽方位角が１８０°よりも大きく２７０°よりも小さいとき、前記第３反射板を傾斜させる角度が、直射光が前記入光対象に入射する際の入射角度とされることを特徴とする集光装置。

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