JP2002228272A

JP2002228272A - 太陽光反射装置

Info

Publication number: JP2002228272A
Application number: JP2001020735A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kubota; 直樹久保田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で安価に作成でき、設置も容易で保
守も不要な太陽光反射装置を提供すること。【解決手段】光センサ５１によって反射鏡３１から反射
されてくる光の方向を検出し、反射光が目標物２０の方
向へ向くように制御回路５０が駆動機構３３〜４４を駆
動して反射鏡３１の向きを制御する。光センサ５１は軸
と平行に光が到来した場合に光量が最高値を示し、目標
物２０は光センサの軸の延長線上に配置される。制御回
路５０は、光センサが最高値を示すように駆動機構を制
御し、反射光が常に目標物に当たるようになる。本発明
によれば、構造が簡単で安価に製造でき、設置時には光
センサの軸を目標物に向けて設置するのみで、容易に設
置および方向の修正が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽光反射装置に関
し、特に太陽を追尾し、常に目標物に太陽光を当てるこ
とが可能な太陽光反射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、方向を制御可能な反射鏡を有し、
太陽を追尾して目標物に太陽光を当てる装置が提案され
ている。このような装置においては、例えば太陽光セン
サを使用するか、あるいは時計を使用して太陽の方向を
検出し、コンピュータ等を使用して、反射光が目標物に
当たるように、鏡の姿勢を制御していた。また、特開平
5-346326号公報には、所定時間毎にプログラムされた角
度だけ鏡を移動させる太陽光自動追尾反射装置が記載さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記したような、従来
の装置においては、コンピュータが鏡の姿勢を算出する
ために、反射装置から目標物への方向データが必要であ
り、反射装置の設置時に測量によって方向データを求
め、当該データをＲＯＭ等に書き込んでやらなければな
らないという問題点があり、方向を容易に修正すること
ができなかった。

【０００４】また、光センサを使用する場合には、光セ
ンサの方向と反射鏡の垂直軸の方向が異なるために、そ
れぞれに駆動手段が必要であるという問題点があった。
更に、時計を使用する場合には、時間の経過と共に時計
の誤差が累積して方向がずれてくるので、所定の周期で
時計合わせの保守作業が必要であるという問題点があっ
た。

【０００５】本発明の目的は、前記のような従来技術の
問題点を解決し、簡単な構成で安価に作成でき、設置も
容易で保守も不要な太陽光反射装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、独特の光セン
サによって反射鏡から反射されてくる太陽光の方向を検
出し、反射光が自動的に目標物の方向を向くように駆動
機構によって反射鏡の向きを制御するようにしたもので
ある。

【０００７】光センサはセンサの軸と平行に光が到来し
た場合に光量が最高値を示すような構成を有しており、
目標物は光センサの軸の延長線上に配置される。即ち、
目標物と反射鏡の中心を結ぶ線と光センサの軸とが一致
するかあるいは少なくとも平行となるように光センサを
配置する。制御手段は、光センサが最高値を示すように
駆動機構を制御し、その結果、反射光が常に目標物に当
たるようになる。

【０００８】本発明によれば、構造が簡単で安価に製造
でき、設置時には光センサの軸を目標物に向けて設置す
るのみで、容易に設置および方向の修正が可能である。
更に、太陽電池を電源とすれば、維持費や電源の配線も
不要であり、メンテナンスフリーとなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。図１は、本発明の太陽光反射装置の実施例
の構成を示す側面図である。また、図２は本発明の太陽
光反射装置の実施例の構成を示す背面図、図３は本発明
の太陽光反射装置の実施例の構成を示す平面図である。
なお、図３においては、反射鏡３１を外した状態を示し
ている。

【００１０】反射鏡３１は軸３３に固着されており、軸
３３は、軸受け３７を介して保持部材３２に回動可能に
保持されている。軸３３には歯車３４が固着されてお
り、歯車３４は仰角制御モータ３６によって駆動される
減速ギヤ３５の出力歯車と契合している。

【００１１】保持部材３２は軸受け４４を介して回転可
能に基台４０に保持されている。保持部材の軸４１は減
速ギヤ４２を介して方位制御モータ４３に接続されてい
る。制御基板５０には後述する制御回路が搭載されてい
る。取り付け台４４は本装置をボルト等によって図示し
ない保持台に固着するためのものである。なお、基台４
０が保持台４４に対して手動で任意の方向に回転して固
定できるように構成されていてもよい。なお、軸４１お
よび軸３３には、それぞれ可動範囲の限界位置において
作動する図示しないリミットスイッチが設けられてい
る。

【００１２】光センサ５１は、詳細は後述するが、セン
サ支持部材５２上を手動で摺動可能に保持されており、
基台４０に固着されたセンサ支持部材５２は反射鏡３１
の回転軸３３を中心とする円弧形状になっている。この
構成によって、光センサ５１を摺動させても、センサ５
１の軸が常に反射鏡３１の中心部を向くように設置され
る。

【００１３】本装置の設置時あるいは調整時には、まず
本体を任意の位置に設置（固定）する。設置する場合に
本装置を水平に、あるいは特定の方向を向けて設置する
必要はない。但し、設置場所における太陽の方向および
反射鏡の可動範囲、回転軸の方向、目標物の方向を考慮
して設置する。日本国内において設置する場合には、目
標物が反射鏡と同じ高さ以上であれば、回転軸４１を垂
直にして設置すればよい。

【００１４】なお、目標物に対する本発明の装置の設置
位置は任意であるが、光の入射方向と反射方向が近接し
ているほど反射効率（有効反射面積）が高くなる。従っ
て、例えば北半球であれば、南中時の目標物の陰（北）
の位置、あるいはその少し上部を中心として本発明の装
置を並べて設置するようにしてもよい。

【００１５】次に、反射鏡３１の中心部と光を当てたい
目標物２０とを結ぶ線と光センサ５１の軸とが一致する
かあるいは少なくとも平行となるように光センサ５１の
方位および仰角を調整する。調整が終了した場合には、
図示しないネジ等を締めることによって光センサ５１を
固定する。設置後、制御部５０による後述する制御によ
って、太陽光が目標物２０の方向へ反射されるように反
射鏡３１の方向が制御される。

【００１６】図４は、本発明の太陽光反射装置の回路図
である。マイクロコンピュータ７５は、ＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、入出力ポートを備え、後述する処理を実行
する。光センサ５１を形成する感光素子であるＣｄＳ素
子７７は抵抗７６を介して電源に接続されており、素子
への受光量が多いほど抵抗が小さくなり、低い電圧を出
力する。光センサの出力はマイクロコンピュータ７５の
アナログ入力端子に接続されている。また、リミットス
イッチ７８の出力がマイクロコンピュータ７５のデジタ
ル入力端子に接続されている。

【００１７】更に、ＦＥＴを使用したドライブ回路８３
を２個使用したＨブリッジ回路を介して、２つのモータ
８１、８２が、それぞれマイクロコンピュータ７５のデ
ジタル出力端子により駆動される。モータとしては直流
モータを使用可能である。

【００１８】なお、アナログ、デジタル入力端子、デジ
タル出力端子を備えたワンチップマイクロコンピュータ
は市販されており、必要条件を満足する任意のマイクロ
コンピュータを採用可能である。また、ハードウェア回
路によって本発明の制御手段の機能を実現することも可
能である。

【００１９】電源としては、太陽電池７０を用いる。太
陽電池は反射鏡３１の面に設置してもよいし、基台に対
して固定されていてもよい。太陽電池７０の出力はダイ
オード７９を介して大容量のコンデンサ７１および充電
可能な蓄電池７２の一方あるいは両方、および３端子電
圧レギュレータ７３に接続される。コンデンサ７４は雑
音吸収用である。

【００２０】大容量のコンデンサ７１あるいは充電可能
な蓄電池７２は、例えば日没後に反射鏡を所定の待機方
向へ向けるために必要である。なお、電源としては、上
記の他、商用電源、乾電池等任意の電源を使用可能であ
る。

【００２１】図５は、本発明の反射装置に使用する光セ
ンサの正面図（ａ）および側面の断面図（ｂ）である。
太陽光センサ５１としては、晴れている場合に、光セン
サの軸と入射光とのなす角度に応じた信号を出力する任
意の構成のセンサを採用可能である。一例である図５の
光センサ５１は、感光素子７７として例えばＣｄＳ素子
を使用し、センサの前方には円筒形の遮光筒９０が装着
されている。遮光筒９０の内面は、光を一定の割合で反
射するように塗装あるいはメッキ等の表面処理がなされ
ている。

【００２２】図６は、光センサ５１の特性を示す説明図
である。図６において横軸はセンサ５１の軸を含む任意
の断面におけるセンサの軸と入射光のなす誤差角度を示
しており、縦軸は図４の回路図におけるセンサ（感光素
子７７）の出力電圧を示している。なお、センサ５１の
出力電圧は感光素子７７への受光量が多いほど低くな
る。

【００２３】感光素子としてＣｄＳセルを使用して図５
に示すような回路を採用した場合、光センサの軸が正し
く入射光の方向を向いている場合には、感光素子全体に
入射光が当たるので、出力電圧が最も低くなる。一方、
光センサの軸が入射光の方向とわずかにずれた場合に
は、感光素子７７の一部のみに入射光が当り、受光量は
前記誤差角度が大きくなるほど少なくなる。

【００２４】更に誤差角度が大きくなると、入射光は直
接は感光素子７７に当たらなくなるが、遮光筒の内面に
おいて反射して感光素子７７に届く。誤差角度が小さい
場合には入射光が感光素子７７に届くまでの反射回数が
少ないので受光量は多くなるが、誤差角度が大きくなる
につれて入射光が感光素子７７に届くまでの反射回数が
多くなり、受光量は少なくなる。

【００２５】誤差角度が所定角度以上になると、角度の
変化による出力の変化が殆どなくなる。但し、この場合
においても、夜のレベルに比べると出力電圧は低いの
で、センサや反射鏡がどの方向を向いていても昼夜の識
別は可能である。

【００２６】図７は、本発明の太陽光反射装置の制御処
理を示すフローチャートである。Ｓ１０においては、昼
か否かを判定する。即ち、センサ５１の出力電圧をＡ／
Ｄ変換して取り込み、昼を示す所定値以下であるか否か
を判定する。Ｓ１１においては、センサ感応エリアを探
索する。即ち、詳細は後述するが、方位および仰角モー
タを駆動制御して反射鏡３１を移動させ、センサの出力
電圧が所定の感応エリア検出レベル以下になる方向を探
索する。Ｓ１２においては、センサ感応エリア探索が成
功したか否かが判定され、成功の場合にはＳ１３に移行
するが、失敗の場合にはＳ１０に移行する。

【００２７】Ｓ１３においては、太陽を捕捉する。即
ち、詳細は後述するが、センサ出力が最低となる方向に
反射鏡３１を移動させる。Ｓ１４においては、センサ出
力の最低値が所定の直射検出レベル以下であるか否かが
判定され、成功の場合にはＳ１５に移行するが、失敗の
場合にはＳ１１に移行する。

【００２８】Ｓ１５においては、太陽を追尾する。即
ち、詳細は後述するが、センサの出力電圧が増加した場
合には、再びセンサ出力が最低となる方向に反射鏡３１
を移動させる。Ｓ１６においては、センサ出力の最低値
が所定の直射検出レベル以下であるか否かが判定され、
成功の場合にはＳ１５に移行するが、失敗の場合にはＳ
１３に移行する。

【００２９】図８は、Ｓ１１のセンサ感応エリア探索処
理を示すフローチャートである。Ｓ２０においては、可
動範囲の端に移動する。即ち方位モータ４３および仰角
モータ３６をそれぞれ図示しないリミットスイッチが作
動するまで所定の方向へ駆動して所定の位置に移動させ
る。Ｓ２１においては、例えば仰角モータを所定時間だ
け駆動して一定の角度だけ移動させる。仰角モータが反
対側のリミットスイッチが作動する位置まで移動した場
合には、方位モータを所定時間だけ駆動してから、仰角
モータの駆動方向を反転して処理を続ける。

【００３０】Ｓ２２においては、光センサの出力電圧が
所定の感応エリア検出レベル以下になったか否かを判定
する。そして判定結果が肯定の場合には探索成功である
ので処理を終了する。また、判定結果が否定の場合には
Ｓ２３に移行する。Ｓ２３においては、全方位を探索し
たかを判定する。即ち方位モータが反対側のリミットス
イッチが作動する位置まで移動したか否かを判定する。
そして、そして判定結果が否定の場合にはＳ２１に移行
して探索を続けるが、判定結果が肯定の場合には探索失
敗であるので処理を終了する。

【００３１】図９は、Ｓ１３の太陽補足処理を示すフロ
ーチャートである。まず、移動回数を計数するカウンタ
をリセットし、Ｓ３０においては、センサ出力が最小と
なるように方位モータ４３を駆動して方位を移動させ
る。Ｓ３１においては、センサ出力が所定値以下になっ
たか否かによって、光センサの軸が入射光と平行になっ
たか否かを判定する。そして判定結果が肯定の場合には
処理を終了するが、否定の場合にはＳ３２に移行する。

【００３２】Ｓ３２においては、センサ出力が最小とな
るように仰角モータ３６を駆動して方位を移動させる。
Ｓ３３においては、センサ出力が所定値以下になったか
否かによって、光センサの軸が入射光と平行になったか
否かを判定する。そして判定結果が肯定の場合には処理
を終了するが、否定の場合にはＳ３４に移行する。Ｓ３
４においては、カウンタに１を加算する。Ｓ３５におい
ては、カウンタ値が所定値（例えば８）を越えたか否か
を判定し、結果が否定の場合にはＳ３０に戻るが、肯定
の場合には捕捉失敗として処理を終了する。

【００３３】図１０は、Ｓ１５の太陽追尾処理を示すフ
ローチャートである。Ｓ４０においては、センサ出力電
圧が増加したか否か、即ちセンサの軸と入射光の誤差角
度が増加したか否かが判定され、結果が否定の場合には
Ｓ４０に戻るが、肯定の場合にはＳ４１に移行する。Ｓ
４１においては、一方のモータを直前の追尾処理によっ
て移動した方向へ一定時間だけ駆動して、反射鏡を一定
角度だけ移動させる。

【００３４】Ｓ４２においては、センサ出力電圧が増加
したか否かが判定され、結果が否定の場合にはＳ４１に
戻るが、肯定の場合にはＳ４３に移行する。Ｓ４３にお
いては、移動方向を反転する。

【００３５】Ｓ４４においては、前記反転方向へ一方の
モータを一定時間だけ駆動して反射鏡を一定角度だけ移
動させる。Ｓ４５においては、センサ出力電圧が増加し
たか否かが判定され、結果が否定の場合にはＳ４４に戻
るが、肯定の場合にはＳ４６に移行する。Ｓ４６におい
ては、移動方向を再び反転してモータを所定時間だけ駆
動することにより１つ前の位置へ戻す。

【００３６】Ｓ４７においては、方位と仰角の両方向に
移動したか否かを判定し、判定結果が否定の場合にはＳ
４８に移行して、駆動方向を方位と仰角の内の未制御の
方向に設定してＳ４１に移行する。以上のような構成及
び制御により、本発明の太陽光反射装置は光センサを目
標物に向けて設置するだけで、自律的に太陽を追尾し、
反射光を常に目標物に当てることができる。

【００３７】図１１は、本発明の光センサの他の実施例
の構成を示す正面図である。センサ５１の特性としては
図６に示すような特性を有するものを採用可能である
が、センサ感応エリアはなるべく広い方が好ましい。し
かし、図５に示すセンサの場合には、感応エリアを広く
するためには遮光筒の長さを短くする必要があるが、筒
を短くすると、直射状態の検出精度が低下してしまう。

【００３８】図１１（ａ）は、光センサの第２実施例の
正面図、（ｂ）は側面の断面図である。光センサ５１に
は感光素子７７が設置され、素子の前方には短い円筒形
の遮光筒９５および断面が十字形の黒い遮光板９６が設
置されている。このような構造にすると、入射光が直射
状態の場合には感光素子７７の殆ど全ての領域に光が当
たるが、入射光の誤差角度が増えるに従い、遮光筒９５
および遮光板９６の影が出来てセンサの出力電圧は増加
する。但し、誤差角度が大きくなっても、感光素子の一
部には光が直接あるいは反射して当たるので、図６に示
す感応エリアが広くなる。

【００３９】図１１（ｃ）〜（ｆ）はそれぞれ光センサ
の第３〜６実施例の構成を示す正面図である。図の２重
の円は遮光筒をしめし、その中の黒い線は遮光板の（断
面）形状を示している。図示するように、遮光板の断面
形状としては、円、正多角形、等間隔に配置された任意
個数の中心と円周を結ぶ線分、あるいはそれらを組み合
わせた形状を採用可能である。

【００４０】以上、本発明の実施例を開示したが、本発
明には下記のような変形例も考えられる。実施例におい
ては、直流モータを使用する例を開示したが、圧電モー
タ、ステッピングモータ、あるいは２点間の距離を任意
に変化させ、保持することが可能なアクチュエータを使
用してもよい。ステッピングモータを使用すれば現在の
センサの方向が正確にわかるので、目標方向へ正確に移
動可能である。

【００４１】反射光を検出するセンサ５１以外に昼と夜
を判別する感光センサを設け、夜間は回路への電源供給
を遮断するようにしてもよい。更に、当該感光センサの
受光素子数を２個以上に増やして、太陽の大まかな方向
を検出するようにしてもよい。このようにすれば、反射
鏡を効率よく移動させることができる。

【００４２】反射鏡としては平面鏡を使用する例を開示
したが、より集光率を高めるために凹面鏡あるいは複数
の平面鏡を組み合わせて使用してもよい。あるいは植木
等に日を当てる場合には広い範囲に日が当たるように、
凸面鏡を用いてもよい。

【００４３】目標物の方向が固定されている場合には、
過去の移動軌跡情報を記憶し、追尾に使用することもで
きる。この場合には夜明けからの大まかな時間を計数
し、当該時間情報と方向情報とを組み合わせて記録す
る。そして、例えばエリア探索処理においては、現在の
大まかな時刻と対応した位置からエリア探索を開始す
る。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、構造が簡単で安価に製
造でき、設置時には光センサを目標物に向けて設置する
のみで、容易に設置および方向の修正が可能である。更
に、太陽電池を電源とすれば、維持費や電源の配線も不
要であり、メンテナンスフリーとなるという効果があ
る。本発明の装置を多数設置して、目標物として水タン
クを設置すれば、太陽光温水器となる。また、日陰の植
物に日を当てるこも可能であり、ビルなどの垂直のダク
トへの採光にも利用可能である。更に、目標物として太
陽電池を設置すれば、発電効率が向上する。また、家庭
や道路などにおける日陰部分の融雪、融氷装置としても
利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽光反射装置の実施例の構成を示す
側面図である。

【図２】本発明の太陽光反射装置の実施例の構成を示す
背面図である。

【図３】本発明の太陽光反射装置の実施例の構成を示す
平面図である。

【図４】本発明の太陽光反射装置の回路図である。

【図５】本発明の反射装置の光センサの正面図および側
面の断面図である。

【図６】光センサの特性を示す説明図である。

【図７】本発明の太陽光反射装置の制御処理を示すフロ
ーチャートである。

【図８】Ｓ１１のセンサ感応エリア探索処理を示すフロ
ーチャートである。

【図９】Ｓ１３の太陽補足処理を示すフローチャートで
ある。

【図１０】Ｓ１５の太陽追尾処理を示すフローチャート
である。

【図１１】本発明の光センサの他の実施例の構成を示す
正面図である。

【符号の説明】

１０…太陽、２０…目標物、３１…反射鏡、３２…保持
部材、３３…軸、３４…歯車、３５…減速ギヤ、３６…
仰角制御モータ、３７…軸受け、４０…基台、４１…
軸、４２…減速ギヤ、４３…方位制御モータ、４４…軸
受け、５０…制御基板、５１…光センサ、５２…センサ
支持部材、７０…太陽電池、７１…コンデンサ、７２…
蓄電池、７３…電圧レギュレータ、７４…コンデンサ、
７５…マイクロコンピュータ、７６…抵抗、７７…Ｃｄ
Ｓ素子、７８…リミットスイッチ、７９…ダイオード、
８１、８２…モータ、８３…ドライブ回路、９０、９５
…遮光筒、９６…遮光板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光反射手段と、前記光反射手段を所定の範囲内の任意の方向に向けるこ
とが可能な駆動手段と、前記光反射手段の方向を向けて設置され、光の到来方向
によって出力が変化する光センサ手段と前記光センサ手
段の出力が光量の最大値を示すように前記駆動手段を制
御する制御手段とを備えたことを特徴とする太陽光反射
装置。
【請求項２】前記光センサ手段は、感光素子の前方に、
内面が一定の割合で光を反射するような特性をもった円
筒形の遮光筒を装着したものであり、円筒形の軸が前記
光反射手段の方向を向けて設置されることを特徴とする
請求項１に記載の太陽光反射装置。
【請求項３】更に、前記光センサ手段が前記光反射手段
の中心方向を向きながら方向を調節可能な角度調整手段
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光反射
装置。
【請求項４】更に、電源として太陽電池を備えたことを
特徴とする請求項１に記載の太陽光反射装置。
【請求項５】前記反射鏡は凸面鏡であることを特徴とす
る請求項１に記載の太陽光反射装置。
【請求項６】前記制御手段は、過去の追尾情報を蓄積
し、当該蓄積情報を参照して追尾を行うことを特徴とす
る請求項１に記載の太陽光反射装置。