JP2008014508A - 太陽光反射制御法及び採光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽光利用において反射板にて反射光制御の為の反射板を簡便に低コストにて角度制御する方法。
【解決手段】 太陽追尾センサーをリンク機構を用いて立体２倍角にて反射板に連動させ、重力方向を基準として反射光軸を固定することによる設置場所に拘わらず装置固有の固定集光点を持ち、複数反射板の垂直多段ワイヤー支持による反射板の支持及び角度制御を簡素な機構により行う太陽光反射制御法。
及び固定集光点に部に太陽電池、集熱により太陽光を利用する共に二次反射光を採光利用する採光装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光を反射制御して採光利用、あるいは太陽エネルギーを集光してエネルギー密度を高め直接熱源又はエネルギー変換して、有効利用を促進するものに関するものである。

従来，太陽光を集光する方法に複数の平面鏡あるいは凹面鏡の反射角を複数制御して一点に集光するヘリオスタットが大規模集光に利用されている。

それぞれの反射面をそれぞれ既知の太陽高度及び方位に数値制御して、太陽光を反射して一点に集まるよう制御するには、以下の方法によっていた。

反射面の角度を検出して制御する場合、直交する二軸それぞれ駆動装置と制御軸の角度を検出制御しているため、駆動機構は複雑で精度が必要であった。

反射面をリンク機構を用いて等速駆動して行う方法では、制御が簡素になる反面、反射面それぞれに駆動リンク機構を必要として、機構が複雑となり装置コストが高いものとなっていた。（たとえば非特許文献１）

以上のように、太陽光を角度制御するための機構が複雑で有り、また多数必要で支持構造物自身も重く駆動自身も大きな動力を必要とした。

また、太陽光線の平行光を検出して太陽の方向に制御することは比較的簡単である（たとえば特許文献２）が、反射板の角度を制御する場合、光を反射させる反射面の変位角度は太陽の変位角の１／２なので高度及び方位別に歯車などで増減速してセンサーの角度を個別に検出する必要があった。（たとえば特許文献１）

反射光の方向を検出して反射面の角度制御を行う方法では、広範囲の角度検出を行おうとすれば太陽の直接光と干渉するため、反射光のみに検出光を限定すると太陽追尾できる検出範囲が狭く、検出範囲外では他の検出制御を用いる必要があった。（たとえば特許文献３）

また従来、照明用途に用いられる反射光は採光照明としてのみの利用に止まり、太陽追尾駆動用電力などを太陽光から得る場合でも個別の太陽電池パネルで直接光に依っていた。

特開２０００−１４６３１０号公報 太陽光集光システム用のヘリオスタット 特開２００３−２４０３５６号公報 太陽追尾 システム 特開２００４−３３３００３号公報 自律型ヘリオスタット ｓｕｂ７５８ 太陽熱発電１、０００ｋＷパイロットプラント開発 インターネット（http://www1.toptower.ne.jp/~katumata/sub75a.htm）

解決しようとする問題点は、太陽光追尾による反射面の角度制御において、太陽の方向を高度と方位、あるいはＸーＹ軸の別々に検出制御し、また反射面を直列直交２軸にて動作制御しているため、機構が複雑化し構成部品の精度及び構造的強度が必要で設置調整にも労力を要し、これらの問題により太陽光の有効利用も方法が限られていた。

本発明は、太陽光追尾による反射面の角度制御を行うに当たり、太陽の方向と制御方向を立体角度で直交軸を介させず検出制御することを特徴とすることでシステムの構成要素を簡略化及び設置方法を簡略化し、その利用法も拡大させるものである。

請求項１において、光軸検出するセンサーを設けた太陽光と平行となるように制御される直線と、反射光と平行となる直線の交点より、それぞれの線上等長の点を結んだ直線を平面鏡の法線とし,光軸検出により反射面の角度を変位させることにより、太陽光軸と反射光軸およびそれぞれの線上等長の点を結んだ直線は方向に限らず二等辺三角形となり、それぞれの線上等長の点を結んだ直線と太陽光軸および反射光軸は同じ角度をなすことになる。

よって、それぞれの線上等長の点を結んだ直線を法線とする反射面と、太陽光軸のなす角度は反射光軸のなす角度と同じになり、反射光軸を設定し太陽光軸の光軸検出するセンサーの検出量にて反射面角度をフィードバック制御させることで反射面は常に太陽光軸の変位角の１／２変位角度となり太陽追尾する。

尚このリンク機構は平面上の二等辺三角形を形成すればよいので、リンクＡ２１とリンクＢ２２を半径とする同歯数の歯車等の回転噛み合い機構でも構成することが出来る。

請求項２において、反射光と平行となる直線の軸方向を重力方向として、太陽光と重力方向から反射面の法線となる直線の方向と任意の設定角をもって反射面の角度とすることで、太陽の位置と地球の中心を基準として反射面の立体変位角が出力されることになり、反射面を任意の反射角に設定して太陽光軸の立体角変位量を与えれば、任意の設定角を持つ反射面の反射光方向は設定状態にて反射入力方向を太陽光軸に追尾することが可能となる。

請求項３において、直線運動部分を近似直線あるいは直線リンク機構により行うことで、前記二等辺三角形の変形時には必ず、底辺の長さが変わるので機構的に直線運動となるが、これを円弧の一部、あるいは近似直線リンク機構にて動作抵抗の大きい直線案内機構を置き換えることで動作が軽快となり構造も簡単になる。またポースリエーのリンク機構等では完全な直線案内も可能である。

請求項４において、反射面の角度を水平液面に対する複数電極の相対浸積長を静電容量差により検出し、その変位量より反射面を角度制御する方法にて、液面は必ず重力に対して水平になり、場所に寄らず高精度の立体角度の基準面とすることが出来、その基準液面に浸積させた電極は液面との傾きにより相対変化し、その変化量は静電容量の変化として容易に測定が可能であり、反射面の立体角度情報として制御に用いる。

請求項５において、反射面を垂直方向に複数設置し、角度制御部と各反射面を支持する連接棒あるいは連動ワイヤーの連結点を3点以上の自在点として角度制御を各反射面の支持自在点で構成される面を平行に角度を連動伝達し複数反射面の同時制御する。

請求項６において、上記構造の節点である自在点を一対のトーラス面の組み合わせとして、簡易な構造で２直交軸自由度を持つ支持点とする。

請求項７において、集光部にて太陽電池による発電または熱利用を行うと共に、電池面または吸熱部の二次反射光を採光利用することの出来る機能を付加する。

太陽の方向を立体角度のままリンク機構にて、太陽光の検出軸と１／２の角度として反射面を連動させることで、複雑な機構を必要とせず、駆動部の累積誤差も少なくなるので駆動機構自身の精度も不要となり、機構も非常に簡素化され制御も容易になる。

請求項１において、角度制御は軸の方向のみの成分から成り立つので動作中反射面及びセンサー位置が変動しても誤差は生じないため、角度検出機構と駆動機構の制御軸が同心である必要がなく簡単な構造となり、角度検出機構の設置位置も太陽光を直接受ける反射面またはそれと角度連動できる場所でよい。

請求項２において、任意角度にて設定した反射光軸２の方向は装置固有となり、装置の位置、方位と無関係となり、設置場所が変動しても反射光軸２は装置に対して装置固有となり、設置後の調整が不要で移動体に設置することも可能となる。

請求項３において、直線運動を円弧で置き換えて大きな誤差は発生せず、実態としての法線軸２０が不要となり、リンク同士の干渉及びリンクの特異点が無くなり動作方向による不安定動作が無く、直動案内が軸回転となり動作抵抗が少なくなる。
誤差をより少なくするにはリンクの回転半径比を大きくすれば、直線誤差は比に反比例するので必要に応じて回転半径比を設定する。

請求項４において、検出部構造が至って簡易であるので複数の制御点で角度情報を共有、同期することが容易となり、既知の太陽軌道より太陽高度及び方位による光軸に依らない太陽追尾も容易になる。

請求項５において、本構造は特開２００３−３２９９６３における基本構造であるが、反射板の配列を重力の方向に吊り下げ、あるいは吊り上げて反射面を支持することで、支持ワイヤーに構造的な張力を架けずに片持ちで支持及び動作制御が可能で、構造的強度が低くでき、機械構造をワイヤーフレームにて製作することが可能で、設置する場合も吊す、あるいは置くだけと簡単になる。

請求項６において、簡単な構造で２軸自由度の組み合わせが構成でき、トーラスの組み合わせ方向を装置内で同一方向に設定することにより、支持点がなす面が平行に角度変位をする限り軸間の食い違い誤差が相殺され機械的位相誤差無く同期駆動でき、反射面の重心を立体角中心として動作させることで、反射角による照射位置のずれも生じにくく、動作抵抗も小さい。

請求項７において、システムの設置の簡易性より屋内に容易に設置することが可能となり、集光された強く一定方向の太陽光で光電変換あるいは吸熱させて、入光角度が一定で機器を効率よく作動させることが可能である共に、従来利用不能な二次反射光を有効利用することが可能となる。

また、制御するための電源も太陽光から効率よく供給可能で、直達光を集光した場合室内光源として輝度過剰ともなるので、太陽電池に集光させ電池面からの二次反射光で十分に照明を賄うことが可能となる。

以上の様な利点がある。

図１の全体図は本発明の１実施形態を示すものであり、太陽光反射制御法を用いて、太陽光を自動追尾し一定の位置に反射集光する、吊り下げ型採光照明装置であり、以下にその各要素を実施例において説明する。

まず、図２の反射角リンク機構図において、倍角機構として説明する。
反射板３は法線軸２０が反射面の法線とし、法線軸２０となす角度が自在で軸方向に自在案内された滑り自在ジョイントＡ２３及び法線軸２０となす角度を自在に自在ジョイントＣ２５を節点として等長のリンクＢ２２及びリンクＡ２１がリンクＢ２２とリンクＡ２１のなす角度が自在となる自在ジョイントＢ２４を節点として組み合わされる。

リンクＡ２１の軸方向を反射光軸２として設定し、リンクＢ２２の軸方向を太陽光軸１に同期させると、滑り自在ジョイントＡ２３と自在ジョイントＢ２４及び自在ジョイントＣ２５は平面のそれぞれを頂点とする二等辺三角形となり、法線軸２０は太陽光軸１と反射光軸２の二等分線と平行となり、法線軸２０を法線とする反射板３の反射面はリンクＢ２２の方向となる入射角とリンクＡ２１の方向となる反射角が同じとなる。

よってリンクＢ２２を太陽光軸１に一致するように反射板３を角度制御しリンクＡ２１を反射光軸２に固定しておくと、固定点に反射光軸２となる向きに太陽光を反射することが出来る。

尚、滑り自在ジョイントＡ２３と自在ジョイントＢ２４及び自在ジョイントＣ２５で構成される二等辺三角形は底辺を法線軸２０を軸として回転する平面となるので、滑り自在ジョイントＡ２３と自在ジョイントＣ２５が法線軸２０と回転が自在であれば自在ジョイントＢ２４は１軸の自由度があればよく、滑り自在ジョイントＡ２３と自在ジョイントＣ２５の回転軸も交わる必要はないので、簡単なピン結合で構成できる。

また平面上の仮想二等辺三角形は歯車の等速組み合わせにてリンク機構を用いなくとも簡単に構成でき、歯車で構成すると滑り自在ジョイントＡ２３とする節点は、歯車の回転中心は法線軸２０に対して回転する固定点となり直線案内する必要もなくなる。

図３に反射角制御機構図にて重力方向にリンク方向を固定する方法を説明する。
前述のリンク機構に付加して、リンクＡ２１の端点にウェイト３５を固定して反射光軸２と任意角度を設定した仮想反射軸３０が常に重力により一定方向となるようにし、法線軸２０を法線とする仮想反射面３１と反射板３を揺動ブラケット３４を介して法線軸２０と仮想反射軸３０が反射光軸２となる任意角度にて固定し、リンクＢ２２に太陽光軸１を検出するための光量センサー３６を設け、光量センサー３６の光量が平衡になるよう反射板３を角度制御する。

これにより、太陽光軸１は仮想反射面３１にて常に重力と反対方向の仮想反射軸３０に向くこととなり、任意角度の設定角にて仮想反射軸３０は仮想反射面３１に対して任意角度の位相にて反射光軸２の方向となる。
任意角度にて設定した反射光軸２の方向は装置固有となり、装置の位置、方位と無関係となり、設置場所が変動し太陽の位置が変動しても反射光軸２の方向は装置に対して装置固有となる。

自在ジョイントＣ２５と揺動軸３３の位置保持のための揺動ブラケット３４を反射板３に任意角度をもって固定し、揺動軸３３は法線軸２０の軸方向のみに自在に揺動リンク３２を揺動自在とし、揺動リンク３２の他端は滑り自在ジョイントＡ２３の節点としてリンクＢ２２に接続する。

これにより滑り自在ジョイントＡ２３は法線軸２０の軸方向直線運動を円弧運動で擬似的に直線運動を補間することとなり、実態として法線軸２０は不要にて、リンクの特異点も解消される。

図４に反射角制御機構例にて実際の機構例を説明する。
揺動ブラケット３４の一端に揺動リンク３２の揺動軸３３を回転自在に嵌合し、他端に自在ジョイントＣ２５を設けリンクＡ２１が２軸自由度にて自在に嵌合し、固定金具４２にて任意角度に反射板３に固定する。

リンクＡ２１の一端にウェイト３５を設け、他端に自由軸受け４０及び自由軸４１を介して自在ジョイントＢ２４にてリンクＢ２２と直交３軸自由度にて嵌合する。
リンクＢ２２の他端は滑り自在ジョイントＡ２３を介して揺動リンク３２と２軸自由度にて自在に嵌合し、その延長線上に光軸方向に光量センサー３６を設ける。

この構造により、ウェイト３５により鉛直となったリンクＡ２１がリンクＢ２２を揺動ブラケット３４（法線軸２０と同じ作用）の傾きの立体２倍角となり光量センサー３６の傾きとなる。

また滑り自在ジョイントＡ２３及び自在ジョイントＣ２５を２軸自由度としてリンクＢ２２が光軸に対する回転を制限し、光量センサー３６の受光軸の不定回転を防ぎ反射板３の制御方向と一致させ、自在ジョイントＢ２４を３軸自由度とすることで滑り自在ジョイントＡ２３と自在ジョイントＣ２５のお互いの自在軸とねじれの方向となるときの軸方向のねじれ角を吸収する。

光量センサー３６は太陽光軸１に対し３点以上で構成し、砲弾型ＬＥＤを軸に対し１５-４５度の角度にて軸廻りに等分配置する。
光量センサー３６の出力値は各センサーの差分の大きさで比較し、差分０で各センサー受光点で構成される面が太陽光軸１の法線面となり、太陽光軸１廻りに回転しなければリンクで構成される軸と同一平行である必要もなく、繰り返し精度はセンサーの特性が個々に変化しなければ必要精度が得られ、温度等による特性変化があっても複数が同量程度であるときは精度に影響が少ないので安価なＬＥＤでも利用できる。
センサーとしては光強度を電圧、電流または抵抗値にて検出できれば太陽電池であってもよく、砲弾型等のレンズも無くても良い。

また反射板３の角度制御の方向は、光量センサー３６及び反射板３の立体回転の中心より見た方向が同じであれば、光量センサー３６の出力値の差はその方向に対応する反射板３の角度偏差として制御でき、光量センサー３６の出力値の差が０になる点は正面と裏面しかないため３点の入力で半球範囲角度の制御偏差を得ることが可能となる。

このリンク機構には光量センサー３６とその信号線を角度変化させるだけの力が有ればよく、各可動部の荷重は軽微で小型軽量に作成することができ、動作抵抗も小さく軽いウェイト３５にて重力方向に追従する。

図５に支持自在ジョイント詳細にて機構を説明する。
円柱の一端を円弧状に曲げた吊り金具５２と反射板支持金具５１の円柱を円弧状としたトーラス面を勘合し、Ｘ軸揺動角５６及びＹ軸揺動角５７の２軸自由度を持つ自在継ぎ手として、吊り金具５２の他端を吊りワイヤー９に固定、反射板支持金具５１の他端に反射板固定金具５０を介して反射板３に固定する。

以上の構成の支持自在ジョイントにてワイヤー９と反射板３を３点以上にて接続し、それぞれの金具嵌合の方向を一致させることで複数の反射板３はそれぞれの支持自在ジョイント１０にて構成される複数の制御面は正確に平行運動し、制御面に対して反射板３は集光するための角度をオフセットして固定され、各反射板３はオフセット角を保ち同じ角度制御されることになる。

尚、他所の２軸自由節点も同様に利用でき、２軸自由以外の不定回転をより少なくする場合は、一つのトーラス面に２つのトーラス面が嵌合するように構成すれば２つのトーラス面で構成される軸は２軸以外の回転に対してより抗力を持たせ、遊びを小さくすることが可能となる。
上記２つのトーラス面はパイプ側面に通し穴を設けて円弧に曲げた丸棒を嵌合させることで容易に構成することが出来る。

図６に傾斜センサー断面図にて水平からの立体角の検出方法を説明する。
反射板３に固定された封止ケース６１内に作動液６２を液面６５が検出角度以上の傾きを得ることが出来る分量にて封入し、液面６５に対し複数の電極６０が検出角度範囲では一部は浸積している長さとして封止ケース６１に固着し、それぞれの電極６０から信号線６３にて静電容量計６４に接続する。
このとき電極６０は液面６５に三角形の頂点となるように配置しておく。

反射板３の水平からの傾きは液面６５に対し電極６０の液と電極との静電容量として変換でき、各電極６０間の静電容量差を比較することで誤差が少なく容易に角度比として検出可能であり、電極形状は棒、コイルなど断面が一定であればよく、封止ケース６１内面に板電極を成形しても良い。

作動液６２は一般的な水で十分であり、静電容量の計測も計測容量変化が比較的大きいので、直接マイコンから微弱定電流充電し、一定電圧までの時間計測する程度の簡単なもので良く安価に構成できる。静電容量のアースは別個に電極を設けても、電極６０そのものをアースとして切り替えても可能である。

また角度の同期を行う場合、同期させる各静電容量比を同じとなるように実施例３と同様に光量差を静電容量差に置換して角度制御すれば容易に同期が可能であり、既知の太陽高度及び方位から角度制御する水平絶対角度も精度を持たせることで容易で光軸制御と合わせて相互に補正も可能である。

図７に照明発電ユニット概念図機構を説明する。
反射光軸２の集光面に太陽電池１５を設け、電力出力を充放電制御ユニット７２を介して蛍光灯７０及び蓄電池７１に接続する。

充放電制御ユニット７２は照度センサーまたは太陽電池１５により照度を監視して、太陽光が十分太陽電池１５に到達しているときはその電力を蓄電池７１に充電し、太陽光が弱くなり照度低下したときは蓄電池７１より蛍光灯７０に電力を供給し、室内照度を一定に保つ動作をする。

太陽電池１５のシェード７３は入射光側を解放または透明とし、太陽電池１５からの二次反射光を眩しくない程度に散乱透過させ散乱光７３として室内照明とする。
尚シェード７３の形状は反射光軸２を全反射して太陽電池１５の面に二次集光し、太陽電池１５からの二次反射は透過する角度構造を持たせてより効果的にすることも出来る。

また、蓄電池７１の蓄電力は優先的にシステム制御電力として最低限の電力を放電しないよう電力出力を充放電制御ユニット７２にて電圧管理する。これにより初期段階の太陽光追尾を行うことで外部電源は必要がなくなる。
また、システム制御電力は別個小型太陽電池パネルを設けて制御系を独立させても良く、反射板３に太陽電池を設置しておけば、固定パネルよりは発電効率も良くなる。
発電電力の用途として照明以外に利用してもよいし、パネルに代わり集熱器を設置してもよく、電池パネル及び室内温度の上昇を防ぐ場合は、導入光の窓に赤外線反射膜にて赤外線の室内入光を防ぐことで容易に行える。

蓄電池７１をパソコン等の無停電電源として使用する場合は、外部電源より必要量充電可能としておけば、常時無停電源として接続でき、太陽電池の発電量が満たせれば、非常時に於いても情報機器の使用を継続することも出来る。

図１に全体図を示し集光システム例として採光装置を説明する。
吊りブラケット７にアクチュエーターＡ５とアクチュエーターＢ６及び支持軸８にて吊りフレーム４は支持軸８に揺動自在に接続し、吊りフレーム４の３点より吊りワイヤー９を揺動自在に接続し、任意の間隔にて支持自在ジョイント１０（実施例４）を介して揺動自在に反射板３が接続される。

また任意の反射板３の任意の位置に太陽追尾センサー１２（実施例３）を設け、任意の反射板３の任意の位置に傾斜センサー１３（実施例５）を設ける。

複数の反射板３はそれぞれ集光のためのオフセット角度をもって、集光点を設定され、反射光軸２の軸上任意位置に反射光センサー１４を設け、集光位置に太陽電池１５を設けシェード１６にて覆う。

アクチュエーターＡ５及びアクチュエーターＢ６は太陽追尾センサー１２の光量センサー３６が差分電圧が０になるよう伸縮し吊りフレーム４の回転中心軸１１に対する角度を変位させ連動した反射板３の角度を連動制御する。

反射板３の角度を制御された結果が太陽追尾センサー１２にてアクチュエーターＡ５及びアクチュエーターＢ６フィードバックされ太陽追尾センサー１２の光量センサー３６が差分電圧が０になると制御を停止し、再度設定幅以上の差分電圧を検出すると制御を開始する。

太陽追尾センサー１２に対して外乱光の影響が大きい場合、外乱光の影響を受けない反射光センサー１４に制御を移して徴動制御を行う。
複数のユニットを設置する場合傾斜センサー１３にて角度の同期制御とすることも可能であり、太陽追尾センサー１２が影となるような場合でも同期制御が可能で、設置が固定され移動しない場合は太陽の軌道計算より制御することも可能である。

また反射光センサー１４と同じく狭い範囲内の平行光にのみ感度を有する太陽追尾センサー１２の光量センサー３６を付加しても良い。

以上の作用により、太陽光軸１は角度制御された反射板３にて反射光軸２となり、固定点の太陽電池１５面に設置された反射板３の枚数倍の強度の太陽光として到達し発電すると共に、その二次反射光はシェード１６を透過し照明として利用される。

これを設置する場合は、太陽の光が当たる場所に本装置のブラケット７を吊すだけで、予めオフセット角度で設定された点に集光する。なお太陽からの光は直達光に限らず反射光であっても太陽追尾センサー１２は光強度の強い方向に自動的に向き曇りであっても採光効果を持つことが出来る。

反射板３の任意設定角にて、反射光の方向は装置に対して３６０度設定可能で、熱利用などでは反射面効率の良い太陽光軸と同方向に反射させることで効率の良い集光装置となる。

また反射板３を垂直でなく、任意角度にて設置する場合は、吊りワイヤー９下端にも吊りフレーム４を対向して設け、その支持軸８を垂直下よりずらして回転中心軸１１を斜めにすることも可能であり、屋外設置時は風等の外力が加わる場合も対処でき、全体が回転中心軸１１廻りに回転する場合は、適宜吊りワイヤー９に回転方向に規制するガイドを設けることで回避できる。

また駆動制御部を下端として、吊りワイヤー９をパイプなどの剛性のあるものとして、反射板３を支える構造としてもよく、駆動部を植木鉢に見立て、反射板３を植物の葉、あるいは花にたとえた形状としてファッショ性を付加することも可能であり、反射光を任意の定点に照射して絵文字等を描くことも可能である。

以上のように実施例を複合してシステムを構成する。

本発明により構成された装置は、構造が簡単で製造コストは少なく、設置も容易であり、ワイヤー吊り構造であれば折りたたみ携帯も可能であり、制御に要する動力も間欠動作で所用電力は小さく、利用可能用途別に以下に列記する。

光用途として
１ 低価格で製造でき、電気照明の省エネ分で早期に償却が可能。
２ 構造が簡単なため耐久性、メンテナンス性に優れる
３ 設置が容易なため、光の差し込む窓であれば屋内にも容易に設置できる。
４ 光が差し込まない窓でも屋外ベランダより窓に集光させ、建物外壁面であっても吊すのみで設置できる。
５ 容易に太陽光発電と併用できる。
６ 直接光でなく、定点に制御された光なので電気照明と変わらない照明環境が得られる。
７ 集光させなくとも、反射面の数だけ任意の位置に照明点を得られる。
８ 集光部より光ダクト等により、比較的遠隔でも照明が可能となる。
９ 曇天であっても、空からの光を室内に導くので、快晴でなくとも効果がある。
１０ 強風などの場合は洗濯物感覚で取り込める。
１１ 移動しても集光位置が相対的に保持されるので、自動車、船舶等の移動体でも制御の追従できる範囲であれば移動中でも利用できる。
１２ 集光位置を窓ガラス面に設定し、集光通過部位に赤外反射フィルム等にて外部の熱線を遮断し、他所を遮光して採光することで、より少ない資材で断熱効果を高めることが出来る。

熱利用として
１ 太陽熱温水器の効率を上げ、温水器吸熱部を小型化できる。
２ ビル、マンションなど従来設置不可能だった場所でも日差しのある窓さえあれば個別に既存建造物の改造もなく設置が可能となる
２ 設置個数を多くし集光面積を大きくすれば高温の太陽炉も容易に構成できる。
３ 設置場所が緯度経度によらず、自由で携帯することも出来るので携帯設置野外ソーラークッカーにもなる。

発電用途として
１ 効率の良い集光型太陽電池による発電が低コストにて可能となる。
２ 太陽熱利用熱機関の利用が容易になる。
３ 普及型太陽電池の効率を上げることが可能で、集光により冷却の必要性が有る時は、温水器と併用して総合効率を高めることが出来る。
４ 室内集光発電によるバッテリー充電した電源は直流のノイズが少ない安定電源となるので、多くのＤＣ電気機器をＡＣアダプター無くして直接接続でき、さらにバッテリー自体が無停電電源となり、省エネと機器システムの安全性を確保することが出来る。

その他環境保護として
１ 建造物外面、屋上に設置することで、直射光による建造物の温度上昇を防ぐ効果があり、光熱の有効利用で温暖化防止に役立つ。
２ 反射光にて文字図形をビル等の壁面に照射して昼間の自然エネルギーを使った広告として利用可能である。

全体図 （実施例７） 反射角リンク機構図（実施例１） 反射角制御機構図（実施例２） 反射角制御機構例（実施例３） 支持自在ジョイント詳細（実施例４） 傾斜センサー断面図（実施例５） 照明発電ユニット概念図（実施例６）

符号の説明

１ 太陽光軸
２ 反射光軸
３ 反射板
４ 吊りフレーム
５ アクチュエーターＡ
６ アクチュエーターＢ
７ 吊りブラケット
８ 支持軸
９ 吊りワイヤー
１０ 支持自在ジョイント
１１ 回転中心軸
１２ 太陽追尾センサー
１３ 傾斜センサー
１４ 反射光センサー
１５ 太陽電池
１６ シェード


２０ 法線軸
２１ リンクＡ
２２ リンクＢ
２３ 滑り自在ジョイントＡ
２４ 自在ジョイントＢ
２５ 自在ジョイントＣ

３０ 仮想反射軸
３１ 仮想反射面
３２ 揺動リンク
３３ 揺動軸
３４ 揺動ブラケット
３５ ウェイト
３６ 光量センサー
３７ 重力軸

４０ 自由軸受け
４１ 自由軸
４２ 固定金具

５０ 反射板固定金具
５１ 反射板支持金具
５２ 吊り金具
５３ Ｘ軸
５４ Ｙ軸
５５ Ｚ軸
５６ Ｘ軸揺動角
５７ Ｙ軸揺動角

６０ 電極
６１ 封止ケース
６２ 作動液
６３ 信号線
６４ 静電容量計
６５ 液面

７０ 蛍光灯
７１ 蓄電池
７２ 充放電制御ユニット
７３ 散乱光

Claims (7)

1. 太陽光追尾による反射面の角度制御において、光軸検出するセンサーを設けた太陽光と平行となるように制御される直線と、反射光と平行となる直線の交点より、それぞれの線上等長の点を結んだ直線を反射面の法線とし,光軸検出により反射面の角度を変位させる太陽光反射制御法。
2. 反射光と平行となる直線の軸方向を重力方向として、太陽光と重力方向から反射面の法線となる直線の方向と任意の設定角をもって反射面の角度とする請求項１の太陽光反射制御法
3. 直線運動部を近似直線あるいは直線リンク機構により行う請求項１の太陽光反射制御法。
4. 太陽光追尾による反射面の角度制御において、反射面の角度を水平液面に対する複数電極の相対浸積長を静電容量差により検出し、その変位量より反射面を角度制御する太陽光反射制御法。
5. 太陽光追尾による反射面の角度制御において、反射面を垂直方向に複数設置し、角度制御部と各反射面を支持する連接棒あるいは連動ワイヤーの連結点を3点以上の自在点として角度制御を各反射面の支持部に面平行として連動伝達し複数反射面を同時制御する太陽光反射制御法。
6. 自在点を一対のトーラス面の組み合わせとした請求項５の太陽光反射制御法。
7. 太陽光追尾による反射光の太陽光利用において、集光部にて太陽電池による発電または熱利用を行うと共に、電池面または吸熱部の二次反射光を採光利用することを特徴とした採光装置。

Images