JPH095606A - 太陽光追尾装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 太陽の移動を素早く検出できるセンサを備え
た追尾装置を得る。 【構成】 直立する不透明素材からなる軸棒３６と、該
軸棒の回りに等間隔で配設され、該軸棒による影の有無
に応じた信号を出力する複数の受光素子３７ａ〜３７ｄ
とを有するセンサ３１において、上記軸棒３６の一部に
上記影を生じさせるための円形の大径部３６ａを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光集光装置におけ
る集光ヘッドを太陽に追随して自動的に方向調整するた
めの太陽光追尾装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】日当たりの悪い場所の日照を改善した
り、ビル等の建物の内部を太陽光による自然な明るさに
保ったり、消毒や殺菌、植物の育成のような医学的、化
学的、生物学的な用途に太陽光を照射したりするため
に、集光レンズで太陽光を集光し、それを光ファイバー
で受光して目的の場所に導くようにした太陽光集光装置
は、既に公知である。

【０００３】この種の太陽光集光装置においては、移動
する太陽に追随して集光レンズを方向調整することが不
可欠であり、そのために各種の自動追尾装置が提案され
ている。例えば特開昭６０−１１８０８号公報には、直
立する不透明な軸棒と、該軸棒の回りに等間隔で配設さ
れた４つの受光素子とからなるセンサを備え、このセン
サを集光レンズの周縁部に取り付けた自動追尾装置につ
いて開示されている。この自動追尾装置は、上記軸棒の
影がいずれかの受光素子の上にできると受光素子間に出
力差が生じることを利用し、生じた出力差が解消される
ように、即ち、上記軸棒による影がいずれの受光素子の
上にもかからないように集光レンズの向きを調整するこ
とにより、該集光レンズを常に太陽と正対する向きに保
つものである。

【０００４】ところが、上記従来の自動追尾装置におけ
るセンサは、影を生じさせるための軸棒として均一太さ
の丸棒を使用しているため、その太さに応じた影しか生
じさせることができず、このため、上記軸棒の太さや、
受光素子の大きさ、配置、相互間の間隔等によっては、
太陽が大きく移動して影がかなり長く延びた状態でなけ
れば受光素子間に出力差が生じないとか、隣接する２つ
の受光素子上に同時に影ができにくいといった問題があ
り、追尾の応答性に難点があった。上記軸棒の太さを太
くすると、それに応じて受光素子の配設スペースも広が
るため、上記問題は殆ど解決されることなく、センサが
大形化するだけである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、直立
する軸棒と該軸棒の回りに配設された複数の受光素子と
からなるセンサを備えた太陽光追尾装置において、上記
軸棒による影で太陽の移動を素早く検出できるように構
成することにより、センサの応答性を高めることにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の太陽光追尾装置は、集光ヘッドの向きを変
えるための駆動手段と、太陽の位置を検出して信号を出
力するセンサと、該センサからの信号により上記駆動手
段を制御する制御回路とを有し、上記センサが、直立す
る不透明素材からなる軸棒と、該軸棒の回りに等間隔で
配設され、該軸棒による影の有無に応じた信号を出力す
る複数の受光素子とを有していて、上記軸棒の一部に、
上記影を生じさせるための円形の大径部が形成されてい
ることを特徴とするものである。本発明においては、上
記軸棒の頂部に太陽光の明るさにより動作するスイッチ
素子を設け、このスイッチ素子で追尾装置をオン・オフ
させるように構成している。

【０００７】

【作用】太陽の移動により生じる軸棒の影がいずれかの
受光素子の上にできると、それに応じた信号が該受光素
子から出力され、その信号により制御回路が駆動手段を
制御して、集光ヘッドを常に太陽と正対する向きに方向
調整する。この場合、上記軸棒が大径部を有していて、
この大径部による影で上記受光素子を覆うようにしてい
るため、均一径の軸棒を使用する場合よりも大きな影を
得ることができて、太陽の僅かな移動によってもその影
で受光素子を大きく覆い、追尾装置を確実に動作させる
ことができ、その応答性が著しく向上する。しかも、上
記軸棒の太さを小さくすることにより、該軸棒の回りに
配設される受光素子の配設スペースもそれに付随して小
さくすることができ、この結果、センサを小形化するこ
とができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図１は本発明の追尾装置を備えた太
陽光集光装置を示すもので、この集光装置は、太陽光を
集光する集光ヘッド１と、該集光ヘッド１で集光した太
陽光を目的の場所に導く導光ケーブル２と、上記追尾装
置３（図４参照）におけるセンサ３１以外の構成部品を
内蔵した制御ボックス４と、折り畳み式の脚６を備えた
伸縮自在の支柱５とで構成され、該支柱５上に上記制御
ボックス４が、鉛直な該支柱５を中心に回転可能なるよ
うに取り付けられ、上記制御ボックス４に上記集光ヘッ
ド１が、水平な取付軸７を中心に回転可能なるように取
り付けられている。

【０００９】上記集光ヘッド１は、図２及び図３からも
分るように、パンチングメタル等の多孔板１０ａで側面
を囲まれたボックス形のヘッドカバー１０を有してお
り、該ヘッドカバー１０は、前面が広がった四角錐状を
していて、開放する前面に太陽光を集光するための上記
集光レンズ１１が取り付けられ、該ヘッドカバー１０の
後端部に、上記集光レンズ１１で集光した太陽光を受光
する透明な受光部材１２が、その中心軸線を集光レンズ
１１の光軸と一致させると共に、先端の受光面１２ａを
集光レンズ１１の焦点と一致させた状態に取り付けら
れ、該受光部材１２の後端面に、上記導光ケーブル２に
おける光ファイバー１３の先端面が透明な接着剤で一体
に接着されている。上記導光ケーブル２は、石英系ガラ
スファイバーや多成分系ガラスファイバー、あるいはプ
ラスチックファイバー等からなる可撓性の上記光ファイ
バー１３を、可撓性の外皮１４で被覆したものである。

【００１０】一方、上記受光部材１２は、石英系ガラス
のような耐熱性の高いガラス素材からなるもので、実施
例では一本のガラス棒で構成されているが、細い多数の
ガラスファイバーを所望の太さに束ねたものであっても
良い。この受光部材１２は、アルミニウムや銅のような
伝熱性の良好な金属からなる外套１７内に全体が密に挿
入され、該外套１７に、それと同様の伝熱性金属からな
る放熱のためのフィン１８が複数設けられている。この
フィン１８は、図示の例では受光部材１２の先端部（受
光面）に近い位置だけに局部的に設けられているが、外
套全体に設けても良い。

【００１１】上記外套１７の後端部には、該外套１７及
び導光ケーブル２をヘッドカバー１０に取り付けるため
の筒状の取付部材２０が一体に結合されている。この取
付部材２０は、上記外套１７と同様にアルミニウムや銅
のような伝熱性の良好な金属からなるもので、放熱用の
フィン２１を有し、その先端部をヘッドカバー１０の後
端壁の取付孔２２内に挿入してナット２３で締め付ける
ことにより、該ヘッドカバー１０の外部において上記受
光部材１２と光ファイバー１３との接着部１５の回りを
覆うように取り付けられている。そしてこの取付部材２
０には、上記導光ケーブル２を固定するための固定金具
２４が螺着され、該固定金具２４の側面の固定螺子２５
を締め込んで導光ケーブル２に係止させることにより、
該導光ケーブル２が固定されている。

【００１２】また、上記追尾装置３は、図４に示すよう
に、上記集光ヘッド１の向きを上下方向及び左右方向に
変えるための駆動手段３０と、太陽の位置を検出して信
号を出力するセンサ３１と、該センサ３１からの信号に
より上記駆動手段３０を制御する制御回路３２とで構成
され、太陽の移動を上記センサ３１により検出して制御
回路３２で上記駆動手段３０を制御することにより、集
光ヘッド１を常に太陽と正対する向きに自動的に方向調
整するものである。

【００１３】上記駆動手段３０は、集光ヘッド１を水平
な取付軸７を中心に回転させる第１のモータ３０ａと、
該集光ヘッド１を制御ボックス３と共に鉛直な支柱５を
中心に回転させる第２のモータ３０ｂとからなってい
る。一方、上記センサ３１は、図５に詳細に示すよう
に、円形ホルダ３５の中央部に直立する合成樹脂等の不
透明素材からなる軸棒３６と、該軸棒３６の回りに等間
隔で配設され、該軸棒３６による影の有無に応じた信号
を出力する複数（実施例では４個）の太陽電池からなる
受光素子３７ａ〜３７ｄとを有していて、上記軸棒３６
の上端部に、上記影を生じさせるための円形の大径部３
６ａが形成されている。而して上記センサ３１は、集光
ヘッド１におけるヘッドカバ１０ーの前面の上縁中央部
に、上記軸棒３６を集光レンズ１１の光軸と平行に向け
て取り付けられている。

【００１４】更に、上記制御回路３２は、図４に示すよ
うに、各受光素子３７ａ〜３７ｄからの信号に基づいて
２つのモータ３０ａ，３０ｂの駆動信号を出力する論理
回路４０と、該論理回路４０からの駆動信号に基づいて
上記モータ３０ａ，３０ｂを駆動する駆動回路４１とか
らなるもので、上記論理回路４０は、受光素子３７ａ〜
３７ｄに対応する複数のコンパレータ４２ａ〜４２ｄ
と、第１及び第２のオア回路４３ａ，４３ｂと、コンパ
レータと同数のアンド回路４４ａ〜４４ｄとで構成され
ている。

【００１５】第１〜第４のコンパレータ４２ａ〜４２ｄ
は、それぞれ一方の入力端子が対応する受光素子３７ａ
〜３７ｄに個別に接続され、他方の入力端子が可変抵抗
器Ｒを介して基準値設定用の電源Ｖに共通に接続されて
いる。第１のオア回路４３ａは、一方の入力端子が第１
のコンパレータ４２ａの出力端子と第１のアンド回路４
４ａの一方の入力端子とに接続されると共に、他方の入
力端子が第２のコンパレータ４２ｂの出力端子と第２の
アンド回路４４ｂの一方の入力端子とに接続され、該第
１のオア回路４３ａの出力端子は、第１及び第２のアン
ド回路４４ａ及び４４ｂの残りの入力端子に接続されて
いる。

【００１６】また、第２のオア回路４３ｂは、一方の入
力端子が第３のコンパレータ４２ｃの出力端子と第３の
アンド回路４４ｃの一方の入力端子とに接続されると共
に、他方の入力端子が第４のコンパレータ４４ｄの出力
端子と第４のアンド回路４４ｄの一方の入力端子とに接
続され、該第２のオア回路４３ｂの出力端子は、第３及
び第４のアンド回路４４ｃ及び４４ｄの残りの入力端子
に接続されている。

【００１７】上記第１及び第２のアンド回路４４ａ及び
４４ｂからは第１のモータ３０ａの駆動信号が駆動回路
４１に出力され、第３及び第４のアンド回路４４ｃ及び
４４ｄからは第２のモータ３０ｂの駆動信号が駆動回路
４１に出力され、これらの信号により次のようにして集
光ヘッド１の傾きが制御される。

【００１８】即ち、太陽が光軸上従って軸棒３６の軸線
上にあって、各受光素子３７ａ〜３７ｄが均等に太陽光
を受光している状態から、太陽が高度を下げて第１の受
光素子３７ａ上に軸棒３６の影ができると、その受光信
号がコンパレータの基準値より小さくなって、第１のコ
ンパレータ４２ａ及び第１のオア回路４３ａの出力レベ
ルが「１」となるため、第１のアンド回路４４ａから駆
動回路４１に第１のモータ３０ａの駆動信号が出力さ
れ、該第１のモータ３０ａにより集光ヘッド１が取付軸
７を中心に下向きに回転し、太陽が光軸上に復帰して駆
動信号が零になるまでその傾きが制御される。

【００１９】これとは逆に、太陽が高度を上げて第２の
受光素子３７ｂ上へ軸棒３６の影ができると、第２のア
ンド回路４４ｂからの駆動信号により第１のモータ３０
ａが逆方向に回転し、集光ヘッド１は上向きに回転して
その傾きが制御される。また、第３又は第４の受光素子
３７ｃ又は３７ｄ上へ軸棒３６の影ができた場合には、
第３又は第４のアンド回路４４ｃ又は４４ｄから出力さ
れる駆動信号により第２のモータ３０ｂが駆動し、集光
ヘッド１は支柱５を中心に左右方向に回転し、太陽の位
置に合わせてその向きが調整される。

【００２０】更に、太陽が斜めに移動することにより隣
接する２つの受光素子上へ軸棒３６の影ができると、２
つのモータ３０ａ，３０ｂが駆動して集光ヘッド１が縦
及び横方向に複合的に方向調整される。即ち、例えば第
１及び第３の２つの受光素子３７ａ及び３７ｃ上へ軸棒
３６の影ができると、第１及び第３のコンパレータ４２
ａ及び４２ｃと第１及び第２のオア回路４３ａ及び４３
ｂの出力レベルが共に「１」となるため、第１及び第３
のアンド回路４４ａ及び４４ｃから駆動信号が出力さ
れ、２つのモータ３０ａ，３０ｂが駆動して集光ヘッド
１1 の向きが複合的に調整される。

【００２１】日照と共に追尾装置３を自動的にオンさせ
たり、日没時や曇天時あるいは雨天時等に追尾装置３を
自動的にオフさせるため、上記軸棒３６の頂部に太陽光
の明るさにより動作するスイッチ素子３８が設けられ、
このスイッチ素子３８で図示しない電源回路を開閉する
ようになっている。このスイッチ素子３８は、太陽光の
明るさにより抵抗値が変化するもので、その抵抗値と太
陽光の明るさとの関係はボリュームで適宜に調整できる
ようになっており、これにより、一日の内で追尾装置３
がオン・オフする凡その時間を設定することができる。
もちろん、手動スイッチでも追尾装置をオン・オフさせ
ることができるようになっている。

【００２２】なお、上記実施例では、４つの受光素子を
用いる場合について説明したが、それ以上の受光素子を
使用しても良い。また、制御回路３２の構成も上記に限
るものではなく、その他の構成のものを使用することが
できる。

【００２３】上記構成を有する太陽光集光装置におい
て、集光ヘッド１の前面の集光レンズ１１で集光された
太陽光は、受光部材１２により受光され、導光ケーブル
２を通じて目的の場所に導かれる。上記集光ヘッド１の
向きは、移動する太陽に追随して上記追尾装置３により
自動的に方向調整される。即ち、上記集光ヘッド１に取
り付けられたセンサ３１が太陽の移動を検出し、その検
出信号に応じて制御回路３２が上記駆動手段３０を制御
することにより、上記集光ヘッド１を常に太陽と正対す
る向きに方向調整する。

【００２４】上記センサ３１による太陽位置の検出は、
太陽の移動により生じる軸棒３６の影がいずれの受光素
子３７ａ〜３７ｄ上にできるかによって行われるもので
あるが、上記軸棒３６が大径部３６ａを有していて、こ
の大径部３６ａによって上記影が形成されるため、均一
径の軸棒を使用する場合よりも大きな影を得ることがで
きて、太陽の僅かな移動であってもその影により受光素
子を大きく覆い、追尾装置を確実に動作させることがで
き、その応答性が著しく向上する。また、上記大径部３
６ａの大きさとは関係なく軸棒３６を小径にすることが
できるため、該軸棒３６の回りに配設される受光素子３
７ａ〜３７ｄの配設スペースもそれに付随して小さくす
ることができ、この結果、センサ３１を小形化すること
ができる。

【００２５】

【発明の効果】このように本発明によれば、センサにお
ける軸棒に大径部を設け、この大径部による影で受光素
子を覆うようにしているため、均一径の軸棒を使用する
場合よりも大きな影を得ることができ、太陽の僅かな移
動によってもその影で受光素子を大きく覆い、追尾装置
を確実に動作させることができ、これによって該追尾装
置の応答性を著しく向上させることができる。しかも、
上記軸棒の太さを小さくすることにより、該軸棒の回り
に配設される受光素子の配設スペースもそれに付随して
小さくすることができるため、センサを小形化すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の集光装置の一実施例を示す斜視図であ
る。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】図２の要部拡大図である。

【図４】追尾装置の結線図である。

【図５】追尾装置におけるセンサの部分断面図である。

【符合の説明】

１ 集光ヘッド ３ 追尾装置 ３０ 駆動手段 ３１ センサ ３２ 制御回路 ３６ 軸棒 ３６ａ 大径部 ３７ａ〜３７ｄ 受
光素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽光を集光する集光ヘッドを太陽に追随
   して自動的に方向調整するための追尾装置であって、 上記集光ヘッドの向きを変えるための駆動手段と、太陽
   の位置を検出して信号を出力するセンサと、該センサか
   らの信号により上記駆動手段を制御する制御回路とを有
   し、 上記センサが、直立する不透明素材からなる軸棒と、該
   軸棒の回りに等間隔で配設され、該軸棒による影の有無
   に応じた信号を出力する複数の受光素子とを有してい
   て、上記軸棒の一部に、上記影を生じさせるための円形
   の大径部が形成されている、ことを特徴とする太陽光追
   尾装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の太陽光追尾装置におい
   て、上記軸棒の頂部に、太陽光の明るさにより動作する
   スイッチ素子を設け、このスイッチ素子で追尾装置をオ
   ン・オフさせるように構成したもの。