JPS62254005A - 太陽光方向センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 弦１しと」 本発明は、太陽の方向を検出するための太陽光方向セン
サに係り、特に、太陽光エネルギーを収集する装置に搭
載し、該太陽光エネルギー収集装置を太陽の移動に正確
に追従するさせるのに好適な太陽光方向センサに関する
。

従迷、筑乳 近時、省エネルギ一時代を迎え、各方面で太陽光エネル
ギーの効果的利用について研究開発が行なわれているが
、太陽光エネルギーを効果的に利用するためには、まず
、太陽光エネルギーを効果的に収集することが肝要であ
り、そのためには、太陽光エネルギー収集装置を太陽の
移動に追従させて常に最も効率のよい状態で太陽光エネ
ルギーを収集する必要がある。

第３図は、本出願人に係る太陽光方向センサの全体斜視
図、第４図は、第３図のＩＶ−ｒＶ線断面図、第５図は
、平面図、第６図は、第４図の■〜■線断面図で、図中
、１は角又は丸形の筒体、２は該筒体の上端部に設けら
れたフランジ、Ｘ、〜Ｘ４及びＸｅは光センサで、前記
フランジ２の中央部には多角形又は円形の窓３が設けら
れでいる。光センサＸ１〜Ｘ、はＸｏとＸ２及びＸ３と
Ｘ４がそれぞれ対をなして第６図に示めすように相対向
して配設され、かつ、その内側端面が、筒体１を太陽の
方向に正確に向けた時にできるフランジ２の陰の線と一
致するように配設され、光センサＸｃは底板４の上面略
中央部に配設されている（なお、以下、光センサＸ−＝
　Ｘｉ〜Ｘ４．Ｘｅの寸法、形状等は全て等しいものと
して説明するが、これら寸法。

形状の違いは予め分かつているので、特別な形状なもの
を除き、予め補正を施すことができるので、必ずしも同
一寸法、同一形状のものに限定されるものではない）。

従って、筒体］が正確に太陽の方向を向いている時、換
言すれば、太陽光がＡの方向からくる時は、光センサＸ
□〜Ｘ、には直達太陽光（Ｄ）は入射せず２間接太陽光
（Ｉ）のみが入射し、光センサＸｅには、直達太陽光（
Ｄ）及び間接太陽光（Ｉ）が入射することになる。

しかし、筒体１が太陽の方向からずれ９例えば、太陽光
がＢ方向からくるものとすれば、光センサＸ１は、αの
部分で直達太陽光（Ｄ）を受け、光センサＸ２は間接太
陽光（１）のみを受けることになる。更に詳細１こ説明
すると、筒体１が太陽の方向と正確に一致している時は
、光センサｘ１とＸ。

（又はＸ、とＸ、）が受ける太陽光は等しく、筒体１が
太陽の方向からずれると光センサＸ０とＸ２（又はＸ３
とｘ２．）に入射する太陽光が相違するので、この差異
を検出して光センサＸ１とＸ８人る太陽光が等しくなる
ように、換言すれば、筒体１がへ方向を向くように制御
すれば、筒体１は正確に太陽の方向を向くようになり、
従って、該太陽光方向センサを搭載した太陽光収集装置
も正確に太陽の方向を向くことになる。しかしながら、
上述のごとき太陽光方向センサにおいては、筒体１内１
こおける間接太陽光（Ｉ）の分布は、該筒体１内に入っ
た間接太陽光の該筒体１−の内壁による反射等によって
第７図に示すように、中央部１こおいて大きく、外周部
は小さいから、この差を補正しないと、直達太陽光が光
センサを横切る位置すなわち前記αを正確に求めること
ができない７ 第３図乃至第６図に示した例は、上述のごとき筒体内に
おける間接太陽光の分布をも考慮して太陽光方向センサ
の向きと太陽の位置とのずれを数量として正確に検出し
得るようにしたもので、今、フランジ２の上面に光セン
サｘ０を配設したものと仮定し、この先センサＸ０に入
射する総太陽光量をＳ。、直達太陽光量をり。、光セン
サＸ。の電気的出力信号をＩ、。、該光センサの光電変
換係数をδ。（＝Ｓ、／ＬＯ）、直達比率をβ、（＝Ｄ
、／Ｓ、）とすれば、 Ｓ、＝δ、Ｌ０・・・（１） Ｄ、＝βａ　Ｓ　Ｑ　””β。δ、Ｔ、０−（２）が成
立する。

ＩＩ＋１様に、光センサＸ、　ｃについては。

Ｓｅ＝δｅＬｃ・・　（３） １）　ｅ　：βｅｓｃ＝βｃ　８　ｃ　Ｌ　ｅ−（４）
が成立する。

また、光センサｘ１については、該光センサｘ１の全面
に直達太陽光が当っている時は、Ｓよ＝δＨ，Ｌｌ・・
・（５） Ｄ、＝β、＄１＝β、Ｌπ１・・・（６）が成立する。

この時、光センサＸ２には、直達太陽光が当っていない
ので、Ｓ真先センサＸ２については、Ｓ２＝δ、Ｌ、＝
Ｉ、・・・（７） Ｄ２＝０・・・（８） が成立する（ただし、■２は光センサｘ２に入射すン間
接太陽光量）。

ここで、いま、光センサＸ□の一部に太陽光が当ってい
る場合、すなわち、光センサＸｉの筒内光束の外周に接
する側を０とし、該光束の外周ガ第２図に示すように、
該光センサＸ１”を横切る位置のセンサス工の全長に対
する比率をαとした時、前記筒内光束の外周がｏくαく
１の範囲内にある場合は、光センサＸ１に入る総太陽光
量を８１、その時の電気的出方信号をＬ２（ｍＶ）、光
電変換係数をδ、とすれば、Ｓ１＝δ、Ｌｌが成立する
。ここで、直達太陽光は光センサＸＬのαの部分にのみ
入射し１間接太陽光は該光センサｘ１の全面に入射する
ので。

Ｓ、＝αＤ、＋Ｉ、＝ａＤｃ＋Ｓ、−（９）（ただし、
■□は光センサＸＬに入射する間接太陽光破で、これは
、光センサＸ、に入射する間接太陽光ｆｆ１Ｉ、すなわ
ち光センサＸ２に入射する総太陽光量Ｓ２に等しい） が成立し、第（９）式に第（４）式及び第（７）式を代
入すると、 ｓ、＝ａβＣδｃＬｃ＋δ２　Ｌ、−（１ｏ）が得ら九
る。而して、ｓｉ；δｌＬ□であるから、第（１０）式
は、 δ、［，１＝αβＣδｃＬｃ＋δ２Ｌ２−（１１）とな
る。

一方、Ｄｅ＝Ｓｅ−Ｉｃ−（１２）であり、ここで、 （ただし、■、キエ、） どすれば、前記（１２）式は ■ Ｄｃ＝Ｓｃ　−−−−（１４） λ となり、これより δａｐａＬｃ＝δｃＬ　ｃ−１１４，、、ｃ　１　ｓ　
）λ を得る。

この第（１５）式を第（１１）式に代入するとδ、Ｌ、
＝α（δｃＬｃ−籏）＋δｚＬｚ”’（ｚ６）λ となり、これより、 を得ることができる。

ここで、筒体１の形状、大きさが定まれば、該筒体内に
入射した間接太陽光の相対的分布は一定であるから、予
め、Ｉｃ及びＩ、を実測して求め。

λ”　Ｉ　２／　Ｉ　ｃを求めておくと、該λは定数と
なる。而して、前記δい　δ２、δＣは定数であるから
、前述のようにしてλ”Ｉｓ／Ｉ　ｃを求めておくと、
各光センサの電気的出力信号のみからαすなわち太陽光
の入射方向と太陽光方向センサのずれを敷延的に正確に
求めることができる。

、几−一」寛 本発明は、上述のごとき太陽光方向センサを更に改良し
て太陽光エネルギー収集装置を太陽の移動により正確に
自動追尾させるのにｆｊｆ適な太陽光方向センサを提供
することを目的としてなされたものである。

構　　暖 第１図は、本発明の一実施例を説明するための側断面図
で、該実施例は、第４図に示した太陽光方向センサを改
良して、図示のように、筒体１の中１１１７部に、乃ン
ジ２の窓３と同じが又は該窓３より小さい窓５を有する
第２のフランジ６を設け。

′この第２のフランジ６上に前記光センサＸ□−Ｘ。

に相当する光センサＸ□−Ｘ、を設け、筒体１の下端部
に前記光センサＸｃに相当する光センサＸｃを設けたも
のである。このようにすると、光センサＸｃに入射する
間接光を光センサＸ工〜Ｘ４に入射する間接光と略等し
くすることができ、従って。

この実施例においては、第（１３）式におけるλが１と
なるので、第（１７）式は。

となり、λを予め実ｉｌ＋ｑすることなく、光センサの
電気的出力信号のみから太陽光の入射方向と太陽光方向
センサのずれ（α）を数量的ｌこ求めることができる。

第２図は、本発明の他の実施例を説明するための図で、
この実施例は、図示のように、筒体１の中間部に、第１
図に示した実施例と同様の第２のフランジ６を設け、筒
体ｌの下端部に市記光センサｘ１〜Ｘ４及びＸｃに相当
する光センサＸ１〜Ｘ４及びＸｃを設けたもので（ただ
し、この場合、光センサＸ１〜Ｘ４はその内側の端部が
第２のフランジの窓の縁と等しい位置に配設されている
）、このようにすると、光センサＸ１〜ｘ４及びＸ、　
ｅに入射する間接太陽光が更に均等になり、前記第（１
８）式をより満足させることができる。

更に、第２図に示した実施例において、第２のフランジ
６を筒体１の軸方向（矢印Ｚ方向）に調整可能にすると
、光センサの検出精度を所望の値に調整することが可能
となり、特に、第２図に示した実施例においては、第２
のフランジ６上に光センサを具備していないので、光セ
ンサのリード線に対する配慮をする必要がなく、好都合
である。

僧−一一一米。

以上の説明から明らかなように、本発明によると、本発
明による太陽光方向センサが略太陽の方向を向いている
時の太陽光の入射方向からの偏りをより正確に数量的に
検知することができ、従って、該太陽光方向センサが取
り付けられでいる太陽光収集装置を迅速かつより正確に
太陽の方向に向けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ本発明による太陽光方向
センサの実施例を説明するための側断面図、第３図は、
本出願人に係る太１場光方向センサの全体斜視図、第４
図は、第３図のＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は、平面図
、第６図は、第４図の■−■線断面図、第７図は、筒体
１−内における間接太陽光ＣＩ）の分布図である。 １・・・筒体、２・・・第１のフランジ、３・・・窓、
４・・・底板、５・・・窓、６・・・第２のフランジ、
ｘ見〜ｘ４及びＸｃ・・・光センサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、筒体と、該筒体の上端部に設けられたかつ該筒
   体の内径よりも小さい径の窓を有する不透明体の第１の
   フランジと、前記筒体の中間部に設けられかつ該筒体の
   内径よりも小径の窓を有する不透明体の第２のフランジ
   と、前記筒体の下端部において該筒体の略中央部に設け
   られた第１の光センサと、前記第２のフランジの上面に
   設けられかつ内側の端部が前記第１のフランジの窓の縁
   と等しい対称位置に配設された少なくとも１対の第２及
   び第３の光センサとを有し、前記第２及び第３の光セン
   サの出力が等しくなるように前記筒体の向きを制御する
   とともに、前記第１の光センサの出力によって前記筒体
   内における間接太陽光の不均一分布に起因する誤差を補
   正するようにしたことを特徴とする太陽光方向センサ。
2. （２）、前記第１の光センサの光電変換係数をδ＿ｃ、
   電気的出力信号をＬ＿ｃ（ｍＶ）、前記第２の光センサ
   の光電変換係数をδ＿１、電気的出力信号をＬ＿１（ｍ
   Ｖ）、前記第３の光センサの光電変換係数をδ＿２、電
   気的出力信号をＬ＿２（ｍＶ）とし、かつ、前記第２の
   光センサの筒内光束の外周が前記第２の光センサを横切
   る位置の当該センサの全長に対する比をαとしたとき、
   該αが、 α＝δ＿１Ｌ＿１−δ＿２Ｌ＿２／δ＿ｃ−Ｌ＿ｃ−δ
   ＿２Ｌ＿２表わされることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項に記載の太陽光方向センサ。
3. （３）、前記第２及び第３の光センサが前記筒体の下端
   部に設けられかつ内側の端部が前記第２のフランジの窓
   の縁と等しい対称位置に配設されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項に記載の太陽光方向センサ
   。
4. （４）、前記第２のフランジを前記筒体の軸方向に調節
   可能にしたことを特徴とする特許請求の範囲第（３）項
   に記載の太陽光方向センサ。