JP2010151934A - Optical positioning method and structure of sunlight collection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光集光システムの光学位置合わせ方法に関するものである。 The present invention relates to an optical alignment method for a sunlight collecting system.
太陽光を効率良く一点に集めて熱エネルギーに変え、その熱エネルギーにより、発電や、海水淡水化を行う技術が知られている。この種の太陽光集光装置は、所定の高さに設置された下向きの楕円鏡の第1焦点へ向けて、ヘリオスタットにより太陽光を反射し、第1焦点を通過して楕円鏡にて反射された太陽光を第2焦点に収束させる構造になっている。ヘリオスタットによる反射光の向きはヘリオスタットの土台に固定された不動のセンサーの角度により決定される。楕円鏡で反射される反射光の向きは楕円鏡を構成する複数のミラーの個々の角度により決定される(例えば、特許文献1参照)。
このように従来の技術にあっては、ヘリオスタットのセンサーの角度及び楕円鏡の固定ミラーの角度により、それぞれ反射光の向きが規定されるため、センサー及び固定ミラーの初期設定時にそれらの角度を正確に位置決めする作業が大変に重要である。しかし、現実的には有効な位置決め方法がなく、太陽光を実際に反射しながらセンサー及び固定ミラーの位置決めを試行錯誤により行っていたため、作業が大変に困難であった。 As described above, in the conventional technology, the direction of reflected light is defined by the angle of the sensor of the heliostat and the angle of the fixed mirror of the elliptical mirror, respectively. The work of positioning accurately is very important. However, in reality, there is no effective positioning method, and the positioning of the sensor and the fixed mirror is performed by trial and error while actually reflecting sunlight, so that the work is very difficult.
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、センサー及び固定ミラーを正確な角度に位置決めする作業が容易な太陽光集光システムの光学位置合わせ方法を提供するものである。 The present invention has been made paying attention to such a conventional technique, and provides an optical alignment method of a solar light collecting system that facilitates an operation of positioning a sensor and a fixed mirror at an accurate angle. is there.
請求項1記載の発明は、所定の高さに設置された複数の固定ミラーにより形成された下向きの楕円鏡と、該楕円鏡の周囲の地上に設置されてセンサーにより太陽光を楕円鏡へ向けて反射させる可動ミラーを各々備えた複数のヘリオスタットとから成り、該ヘリオスタットの可動ミラーにて反射された太陽光の焦点を楕円鏡の第1焦点に合わせることで、楕円鏡にて反射した太陽光を楕円鏡の第2焦点に集光させることを特徴とする太陽光集光システムの光学位置合わせ方法であって、1本の直線状に沿って互いに反対方向へレーザー光を照射自在で且つ回動中心を中心に自由方向へ回動自在なレーザー照射器を、その回動中心が楕円鏡の第1焦点に一致するように支持し、一端から照射されるレーザー光により固定ミラー又は可動ミラー用センサーの一方の向きを位置決めし、その一方の向きを位置決めした状態のまま、他方の向きを位置決めすることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a downward-facing elliptical mirror formed by a plurality of fixed mirrors installed at a predetermined height, and sunlight is directed to the elliptical mirror by a sensor installed on the ground around the elliptical mirror. A plurality of heliostats each provided with a movable mirror that reflects the light, and the sunlight reflected by the movable mirror of the heliostat is reflected by the elliptical mirror by adjusting it to the first focal point of the elliptical mirror. An optical alignment method for a solar light collecting system, characterized by concentrating sunlight on a second focal point of an elliptical mirror, wherein laser light can be irradiated in opposite directions along one straight line. A laser irradiator that can freely rotate around the rotation center is supported so that the rotation center coincides with the first focal point of the elliptical mirror, and is fixed or movable by laser light emitted from one end. Mirror center Positioning one orientation Sir, it remains to position the one direction, characterized by positioning the other direction.
請求項2記載の発明は、第2焦点にレーザー光の位置を検出自在なシートを設置することを特徴とする。
The invention according to
請求項3記載の発明は、センサーの背面にミラーを取付け、レーザー照射器のレーザー照射口の周囲にレーザー光の位置を検出自在なシートを設置したことを特徴とする。 The invention described in claim 3 is characterized in that a mirror is attached to the back surface of the sensor, and a sheet capable of detecting the position of the laser beam is provided around the laser irradiation port of the laser irradiator.
請求項4記載の発明は、レーザー照射器のレーザー照射口の周囲にレーザー光の位置を検出自在な検出器を設置したことを特徴とする。
The invention described in
請求項5記載の発明は、所定の高さに設置された複数の固定ミラーにより形成された下向きの楕円鏡と、地上に設置され太陽光を前記楕円鏡へ向けて反射させる可動ミラーを各々備えた複数のヘリオスタットとを具備する太陽光集光システムの光学位置合わせ構造であって、1つの直線状の光路を規定するように第1の方向およびその反対の第2の方向にレーザー光を照射し、前記規定された光路が前記楕円鏡の第1の焦点を通るように位置づけられるレーザー照射器と、地上に位置固定され、各ヘリオスタットの可動ミラーで反射された太陽光の光路の方向を検出する太陽センサーと、前記太陽センサーに位置固定され前記レーザー照射器から照射されたレーザ光を反射するミラーであって反射面が前記太陽センサーの主軸に垂直に位置づけられるものとを具備し、前記太陽センサーが太陽光の光路の方向を検出したときに前記太陽センサーの主軸と太陽光の光路が平行となることを特徴とする。 The invention according to claim 5 includes a downward-facing elliptical mirror formed by a plurality of fixed mirrors installed at a predetermined height, and a movable mirror that is installed on the ground and reflects sunlight toward the elliptical mirror. An optical alignment structure of a solar light collecting system comprising a plurality of heliostats, wherein laser light is emitted in a first direction and a second direction opposite thereto so as to define one linear optical path. A laser irradiator that illuminates and is positioned so that the defined optical path passes through the first focal point of the elliptical mirror, and a direction of the optical path of sunlight reflected on the movable mirror of each heliostat fixed on the ground A solar sensor that detects the position of the solar sensor and a mirror that is fixed to the solar sensor and reflects the laser light emitted from the laser irradiator, the reflective surface of which is positioned perpendicular to the main axis of the solar sensor ; And a what is, the optical path of the spindle and sunlight the solar sensor when the solar sensor detects the direction of the optical path of the sunlight, characterized in that the parallel.
請求項6記載の発明は、前記楕円鏡の第2焦点にレーザー光を検出するシートが設置されることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is characterized in that a sheet for detecting laser light is installed at the second focal point of the elliptical mirror.
請求項7記載の発明は、前記レーザー照射器は前記直線状の光路上に位置づけられる回動軸の廻りに回動自在であることを特徴とする。
The invention according to
請求項1および5記載の発明によれば、互いに反対方向へレーザー光を照射自在なレーザー照射器の回動中心を、楕円鏡の第1焦点に合致させたため、レーザー光により第1焦点を通過する太陽光の光路を知ることができる。従って、このレーザー光をガイドにして、楕円鏡の固定ミラーの角度と、ヘリオスタットからのセンサーの角度を決めることにより、太陽光集光システムの光学位置合わせを容易に行うことができる。 According to the first and fifth aspects of the present invention, the rotation center of the laser irradiator capable of irradiating laser light in opposite directions is made to coincide with the first focus of the elliptical mirror, so that the laser beam passes through the first focus. You can know the light path of sunlight. Therefore, the optical alignment of the solar light collecting system can be easily performed by determining the angle of the fixed mirror of the elliptical mirror and the angle of the sensor from the heliostat using this laser light as a guide.
請求項2および6記載の発明によれば、第2焦点にレーザー光の位置を検出自在なシートを設置したため、シート上でレーザー光の位置を目視で観察することができ、固定ミラーの角度調整を容易に行うことができる。 According to the second and sixth aspects of the invention, since the sheet capable of detecting the position of the laser beam is installed at the second focal point, the position of the laser beam can be visually observed on the sheet, and the angle of the fixed mirror is adjusted. Can be easily performed.
請求項3記載の発明によれば、レーザー照射器のレーザー照射口の周囲に、センサーの背面に取付けられたミラーにて反射されたレーザー光の位置を検出自在なシートを設置したため、シート上でレーザー光の位置を目視で観察することができ、センサーの角度調整を容易に行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, since the sheet capable of detecting the position of the laser beam reflected by the mirror attached to the back surface of the sensor is installed around the laser irradiation port of the laser irradiator, The position of the laser beam can be visually observed, and the angle of the sensor can be easily adjusted.
請求項4記載の発明によれば、レーザー照射器のレーザー照射口の付近に、センサーの背面に取付けられたミラーにて反射されたレーザー光の位置を検出自在な検出器を設置したため、シート上でレーザー光の位置を電気的に検出することができ、センサーの角度調整を容易に行うことができる。
According to the invention described in
請求項7記載の発明によれば、2つのレーザー光の光軸はいずれも回動中心を通る1本の光路に一致するため楕円鏡に入射するあらゆる太陽光線を追跡することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the optical axes of the two laser beams coincide with one optical path passing through the rotation center, it is possible to trace all the sunlight rays incident on the elliptical mirror.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図13に基づいて説明する。図1は太陽集光装置を示している。中心には楕円鏡1が所定の高さ位置に下向き状態で設置されている。楕円鏡1の中央部には開口2が形成され、全体がタワー3にて支持されている。
(First embodiment)
1st Embodiment of this invention is described based on FIGS. FIG. 1 shows a solar concentrator. In the center, the
楕円鏡1は複数の固定ミラー4により形成されている。固定ミラー4はそれぞれ角度を調整可能な構造になっている。楕円鏡1は複数の固定ミラー4により構成される鏡面形状が楕円面の一部を構成しており、下方には第1焦点Aと第2焦点Bが存在する。
The
楕円鏡1の周囲には、多数のヘリオスタット5が設置されている。各ヘリオスタット5は、モーター駆動により向きを変化させることができる可動ミラー6を備えている。ヘリオスタット5には土台に位置固定されたセンサー7が設けられており、このセンサー7の向きにより可動ミラー6の向く方向(反射光の方向)が制御される。すなわち、可動ミラー6にて反射された太陽光Lの一部はセンサー7のスリット9から内部へ入り、内部の二分割センサー本体8に当たる。そして、センサー7内に進入した太陽光Lが常に二分割センサー本体8の中立位置に当たるように可動ミラー6の向きを制御する。このときにセンサー7内に進入した太陽光Lの光路とセンサ7の軸心(主軸)が平行となる。従って、可動ミラー6により反射される太陽光Lの向きはこのセンサー7の向きにより決定される。センサー7の向きは一度決めると不動であり、常に太陽光Lを同じ方向へ導く。センサー7の背面にはセンサー7の軸心に垂直な反射面をもつミラー15が取付けられている。
A large number of heliostats 5 are installed around the
このセンサー7の向きは初期設定時に太陽光Lを楕円鏡1の第1焦点Aに導くように決定される。すなわち、太陽光Lが二分割センサー本体8の中立位置に当たると、可動ミラー6にて反射された太陽光Lが楕円鏡1の第1焦点Aを通過するようになっている。第1焦点Aを通過した太陽光Lは楕円鏡1にて反射され、そして第2焦点Bに集光する。集光した太陽光Lは熱変換装置10に導入されて熱に変換され、発電等に利用される。
The orientation of the
可動ミラー6はセンサー7により制御されるため、センサー7の向きが正確でないと、可動ミラー6で反射された太陽光Lは第1焦点Aから外れることなり、結果的に第2焦点Bに集光しない。
Since the movable mirror 6 is controlled by the
そのために、楕円鏡1を支持するタワー3の頂部には、レーザー照射器11が上下動自在に支持されている。レーザー照射器11はシャフト12に支持され、そのシャフト12を上下動自在に支持している。レーザー光Rは両端のレーザー照射口からレーザー光Rを1本の直線状で且つ反対側へそれぞれ照射することができる。一方の照射口の周辺にはリング状のシート13が形成されている。
For this purpose, a
レーザー照射器11はシャフト12の下端に設けられたジンバル機構14により、回動中心Sを中心にして上下方向へ回動させることができる。ジンバル機構14自体もシャフト12に対して水平方向で回動自在になっている。
The
レーザー照射器11の2つのレーザー光Rの光軸はいずれも回動中心Sを通る1本の仮想直線(光路)に一致する。すなわち、2つのレーザ光は直線状の光路を規定するように第1の方向(たとえばミラー15から楕円鏡1に向かう方向)とその反対の第2の方向(たとえば楕円鏡1からミラー15に向かう方向)に照射される。そして、このレーザー照射器11を楕円鏡1の開口2から下降させ、その回動中心Sを第1焦点Aに合致させると、第1焦点Aを通過する光路を知ることができる。すなわち、レーザー照準器11の2方向に照射されるレーザー光Rは第1焦点Aおよび第2焦点Bを通る太陽光の1つの光路を規定することができる。従って、このレーザー光Rを利用して、楕円鏡1の固定ミラー4と、ヘリオスタット5の可動ミラー6を制御するセンサー7の向きを調整することができる。
The optical axes of the two laser beams R of the
例えば、図10に示すように、まずレーザー照射器11からのレーザー光Rを1つのヘリオスタット5のセンサー7に当てる。センサー7の背面にはミラー15が固定されているため、レーザー光Rはミラー15で反射されて、レーザー照射器11周辺に当たる。レーザー照射口の周囲にはリング状のシート13が設けられているため、センサー7のミラー15で反射されたレーザー光Rはシート13に当たる。レーザー光Rがシート13に当たる位置は、例えば赤い点として目視できるので、そのレーザー光Rの位置を確認しながら、該当するセンサー7の軸心の向きを正確に調整することができる。つまり、図11のようにセンサー7の向きが正確でない場合も、図12のように正確な向きに容易に調整することができる。
For example, as shown in FIG. 10, first, the laser light R from the
次に、その状態のまま、図13に示すように、レーザー照射器11の反対側から照射されるレーザー光Rを楕円鏡1の対応する固定ミラー4に当てる。第2焦点Bにはシート16を設置する。もし、レーザー光Rを当てた固定ミラー4の向きが正確であれば、レーザー光Rはシート16上の第2焦点Bに合致した位置に当たる。レーザー光Rがシート16に当たる位置は、前記同様に目視できるので、そのレーザー光Rの位置を確認しながら、該当する固定ミラー4の向きに正確に調整することができる。以上の作業を繰り返すことにより、全てのセンサー7及び固定ミラー4の向きを正確且つ容易に調整することができる。
Next, in this state, as shown in FIG. 13, the laser light R irradiated from the opposite side of the
(第2実施形態)
図14は、本発明の第2実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第1実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 14 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. This embodiment includes the same components as those in the first embodiment. Therefore, the same constituent elements are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
この実施形態のレーザー照射器11は、一端からのレーザー光Rをハーフミラー17を介して照射する。ハーフミラー17は図示せぬフレームを介してレーザー照射器11に固定されている。そして、ハーフミラー17を通過した後、センサー7のミラー15で反射されたレーザー光Rをハーフミラー17を介して二分割式の検出器18に導き、目視でなく、電気的にレーザー光Rの位置を知ることができる。検出されたレーザー光Rの位置に応じてセンサー7の向きを正しく調整することができる。電気的にレーザー光Rの位置を検出するため、センサー7の角度調整を更に容易に行うことができる。
The
1 楕円鏡
4 固定ミラー
5 ヘリオスタット
6 可動ミラー
7 センサー
11 レーザー照射器
13 シート
15 ミラー
16 シート
17 ハーフミラー
18 検出器
A 第1焦点
B 第2焦点
L 太陽光
R レーザー光
S 回動中心
DESCRIPTION OF
Claims (7)
1本の直線状に沿って互いに反対方向へレーザー光を照射自在で且つ回動中心を中心に自由方向へ回動自在なレーザー照射器を、その回動中心が楕円鏡の第1焦点に一致するように支持し、一端から照射されるレーザー光により固定ミラー又は可動ミラー用センサーの一方の向きを位置決めし、その一方の向きを位置決めした状態のまま、他方の向きを位置決めすることを特徴とする太陽光集光システムの光学位置合わせ方法。 Each includes a downward-facing elliptical mirror formed by a plurality of fixed mirrors installed at a predetermined height, and a movable mirror that is installed on the ground around the elliptical mirror and reflects sunlight toward the elliptical mirror by a sensor A plurality of heliostats, and the sunlight reflected by the movable mirror of the heliostat is focused on the first focus of the elliptical mirror so that the sunlight reflected by the elliptical mirror is the second of the elliptical mirror. A method for optical alignment of a solar light collecting system, characterized by focusing on a focal point,
A laser irradiator that can irradiate laser light in the opposite direction along one straight line and that can rotate in the free direction around the center of rotation. The center of rotation coincides with the first focal point of the elliptical mirror. It is characterized in that one direction of the fixed mirror or the movable mirror sensor is positioned by the laser beam irradiated from one end, and the other direction is positioned while the one direction is positioned. Optical alignment method for solar condensing system.
1つの直線状の光路を規定するように第1の方向およびその反対の第2の方向にレーザー光を照射し、前記規定された光路が前記楕円鏡の第1の焦点を通るように位置づけられるレーザー照射器と、
地上に位置固定され、各ヘリオスタットの可動ミラーで反射された太陽光の光路の方向を検出する太陽センサーと、
前記太陽センサーに位置固定され前記レーザー照射器から照射されたレーザ光を反射するミラーであって、反射面が前記太陽センサーの主軸に垂直に位置づけられるものとを具備し、
前記太陽センサーが太陽光の光路の方向を検出したときに前記太陽センサーの主軸と太陽光の光路が平行となることを特徴とする太陽光集光システムの光学位置合わせ構造。 A downward-facing elliptical mirror formed by a plurality of fixed mirrors installed at a predetermined height, and a plurality of heliostats each provided with a movable mirror installed on the ground and reflecting sunlight toward the elliptical mirror An optical alignment structure for a solar light collecting system
Laser light is irradiated in a first direction and a second direction opposite to the first direction so as to define one straight optical path, and the defined optical path is positioned so as to pass through the first focus of the elliptical mirror. A laser irradiator,
A solar sensor that is fixed on the ground and detects the direction of the light path of sunlight reflected by the movable mirror of each heliostat;
A mirror that is fixed to the sun sensor and reflects the laser light emitted from the laser irradiator, the reflecting surface being positioned perpendicular to the main axis of the sun sensor,
An optical alignment structure of a solar light collecting system, wherein a main axis of the solar sensor and a light path of sunlight are parallel when the sun sensor detects a direction of a light path of sunlight.
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