JP2012122635A - ヘリオスタットおよび太陽光集光システム - Google Patents

Abstract

【課題】正確かつ簡単に、ミラーの基準位置の設定を行うこと可能なヘリオスタットを提供する。
【解決手段】ヘリオスタット３００は、太陽光を反射するミラー３１０と、ミラー３１０を傾斜させる傾斜部３６０と、ミラー３１０を旋回させる旋回部３７０と、中央塔側に取り付けられた受光部にレーザ光を発光する発光部３２０と、受光部によるレーザ光の受光状態に基づいて、ミラー３１０の基準角の設定を行う基準角設定部と、を備える。
【選択図】図３（ｂ）

Description

本発明は、太陽光を反射するミラーを備えたヘリオスタットおよび太陽光集光システムに関する。

近年、地球環境への関心が高まっており、太陽光、風力、地熱などの再生可能エネルギーが注目されている。特に、太陽光を集光して熱エネルギーに変え、その熱エネルギーを電気エネルギーに変える太陽熱発電システムが注目されている（例えば、特許文献１および２参照）。

上記特許文献１および２に記載される太陽光集光システムでは、発電効率を上げるために、ひとつの中央塔に対して多数のヘリオスタットを並べているので、中央塔から遠く離れた位置にもヘリオスタットを設置する必要がある。現在、実用化されているタワー式の太陽光集光システムでは、中央塔とヘリオスタットとの最長距離が５００ｍ程度であるが、今後は、当該距離が１５００ｍ以上の太陽光熱発電システムが計画されている。

特開２００９−１９８１２０号公報 特開平１１−１１９１０５号公報

上記特許文献１および２に記載される太陽光集光システムにおいて、太陽光の反射光を中央塔のレシーバに正確に当てるためには、ミラーの角度調整に高い精度が要求される。しかしながら、この精度には、製作寸法誤差、経年変化によるヘリオスタット及び中央塔の変形、自重によるミラーの変形などが影響しており、太陽光の反射光を中央塔のレシーバに正確に集光させるのは、困難であった。
また、太陽光集光システムにおいては、中央塔の周囲に多数のヘリオスタットが配置されている。今後計画されている大規模な太陽光集光システムでは、ヘリオスタットが２００００基に達する。そのため、ミラーの傾斜角の調整作業が膨大な作業量となり、今後、ミラーの傾斜角の調整作業が簡単にすることが求められる。

本発明の目的は、正確かつ簡単に、ミラーの基準位置の設定を行うこと可能なヘリオスタットおよび太陽光集光システムを提供することである。

本発明に係るヘリオスタットは、中央塔の周囲に配置されるヘリオスタットであって、
太陽光を反射するミラーと、ミラーを傾斜させる傾斜部と、ミラーを旋回させる旋回部と、中央塔側に取り付けられた受光部にレーザ光を発光する発光部、又は、中央塔側に取り付けられた発光部からのレーザ光を受光する受光部と、受光部によるレーザ光の受光状態に基づいて、ミラーの基準角の設定を行う基準角設定部と、を備える。

上記構成によれば、中央塔から遠く離れたミラーの基準角の設定を行う場合、受光部によるレーザ光の受光状態に基づいて、ミラーの基準角を自動的に変更することができる。その結果、正確かつ簡単に、ミラーの基準角の設定を行うことができる。
なお、ミラーの基準角とは、傾斜部によるミラーの傾斜角と、旋回部によるミラーの旋回角と、によって決定する角度である。

上記したヘリオスタットにおいて、基準角設定部は、予め設定された受光部の基準位置に対する受光部によるレーザ光の受光位置のずれ量に基づいて、ミラーの基準角の設定を行う。

上記構成によれば、受光部の基準位置に対するレーザ光の受光位置のずれ量を測定することにより、正確かつ簡単に、ミラーの基準角の設定を行うことができる。

上記したヘリオスタットにおいて、傾斜部及び旋回部の少なくとも一方は、偏心揺動型減速機を含む。

上記構成によれば、傾斜部及び旋回部の少なくとも一方が、高剛性かつ低バックラッシュの偏心揺動型減速機を含むことにより、ミラーの基準角の設定をより正確に行うことができる。

上記したヘリオスタットにおいて、基準位置設定部は、夜間時間帯にミラーの基準角の設定を行う。

上記構成によれば、昼間時間帯に太陽光の集光を行うことにより太陽エネルギーを得ることができると共に、夜間時間帯にミラーの基準角の設定を行うことができる。つまり、日没後の太陽光を集光できない時間帯を利用して、ミラーの基準角の設定を行うことができる。

上記したヘリオスタットにおいて、太陽の位置に基づいて、ミラーの傾斜角を算出する傾斜角算出部と、傾斜角算出部により算出された傾斜角で配置されるミラーの変形量に基づいて、当該傾斜角を修正する傾斜角修正部と、をさらに備える。

上記構成によれば、ミラーが自重により変形する場合でも、傾斜角算出部により算出された傾斜角を修正することができる。これにより、ミラーを保持する部分やミラーの剛性が、ミラーの重量との関係で相対的に低くなっても、太陽光をレシーバに正確に反射することができる。

上記したヘリオスタットにおいて、ミラー、傾斜部、及び、旋回部を有するミラー組立体は、当該ミラー組立体を所定の高さで支持する支柱に取り付け可能に設けられる。

上記構成によれば、工場で組み立てられてユニット化されたミラー組立体を、現地に設置される支柱に取り付けるだけで、容易にヘリオスタットを設置することができる。すなわち、工場においてミラーの傾斜角および旋回角が正確に組み付けられたミラー組立体を、そのまま現地に設置することができる。
また、工場で組み立てられたミラー組立体を、そのまま現地に設置することができるので、ヘリオスタットを現地で組み立てる場合に比べて、製造誤差が少なくなり、製作精度のばらつきが少ないヘリオスタットの量産が容易になる。

上記したヘリオスタットにおいて、傾斜部および旋回部を手動により操作するための操作スイッチをさらに備える。

上記構成によれば、操作スイッチの操作により作業者がミラーの傾斜角および旋回角を大まかに設定することができる。これにより、レーザ光によるミラーの基準角の自動設定時に、ミラーの移動範囲を小さくすることができる。その結果、例えば、設置時に行う、最初の調整において、ミラーの基準角の設定までに要する時間を短縮することができる。また、受光部の大きさをある程度小さくすることもできる。

本発明に係る太陽光集光システムは、太陽光を反射するミラーと、ミラーを傾斜させる傾斜部と、ミラーを旋回させる旋回部と、レーザ光を発光する発光部と、発光部から発光されたレーザ光を受光する受光部と、受光部によるレーザ光の受光状態に基づいて、ミラーの基準角の設定を行う基準角設定部と、を備える。

この太陽光集光システムは、ヘリオスタット、又は、ヘリオスタット及び中央塔を含むシステムである。すなわち、本発明に係る太陽光集光システムであるヘリオスタットは、上記したミラーと、傾斜部と、旋回部と、発光部と、受光部と、基準角設定部と、を備える。また、本発明に係る太陽光集光システムは、ヘリオスタットおよび中央塔を備えており、そのヘリオスタットは、上記したミラーと、傾斜部と、旋回部と、基準角設定部とを備えると共に、中央塔は、発光部と、受光部と、を備える。なお、基準角設定部は、ヘリオスタットと通信可能に接続して、中央塔に設けても良い。

上記構成によれば、中央塔から遠く離れたミラーの基準角の設定を行う場合、受光部によるレーザ光の受光状態に基づいて、ミラーの基準角を自動的に変更することができる。その結果、正確かつ簡単に、ミラーの基準角の設定を行うことができる。

本発明に係るヘリオスタット及び太陽光集光システムによれば、正確かつ簡単に、ミラーの基準位置の設定を行う。

本発明の一実施形態に係る太陽光集光システムの全体構成を示した概略図である。 図１に示した太陽光集光システムの全体構成を示した斜視図である。 ヘリオスタット側に設けられる発光部（側面）および中央塔側に設けられる受光部とを示した模式図である。 ヘリオスタット側に設けられる発光部（平面）および中央塔側に設けられる受光部とを示した模式図である。 ヘリオスタットの組み付け前の状態を示した背面図である。 ヘリオスタットの組み付け後の状態を示した背面図である。 ミラーの傾斜角の設定方法を説明するための模式図である。 ヘリオスタットおよび中央塔のブロック図である。 ヘリオスタットの個別制御部のブロック図である。 ミラーの基準角を設定する方法を示したフローチャートである。 運用時におけるヘリオスタットの動作を示したフローチャートである。 第１変形例に係る発光部と受光部とを示した模式図である。 第２変形例に係る発光部と受光部とを示した模式図である。 第３変形例に係る発光部と受光部とを示した模式図である。

以下、本発明の一実施形態に係る太陽光集光システムについて図面を参照しながら説明する。

＜太陽光集光システムの全体構成＞
本実施形態に係る太陽光集光システム１００は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、中央塔２００と、中央塔２００の周囲に配置される複数のヘリオスタット３００と、を備えている。この太陽光集光システム１００は、タワー式太陽熱発電方式の発電システムであって、複数のヘリオスタット３００のミラー３１０により反射された太陽光を中央塔２００に配置されるレシーバ２１０に集光し、その集光した太陽光による熱で発電を行う。この太陽光集光システム１００では、太陽の動きに合わせて各ヘリオスタット３００のミラー３１０の傾斜角および旋回角を経時的に変化させることにより、日の出から日の入りまで、ミラー３１０によって反射された太陽光が常時、レシーバ２１０に集光するようにしている。

＜中央塔２００＞
この中央塔２００は、太陽光集光システム１００の略中央に配置されており、ミラー３１０により反射された太陽光を集光するレシーバ２１０を有している。レシーバ２１０は、太陽熱を吸熱して熱媒体へ伝導する熱交換器として機能する。

ここで、本実施形態では、レシーバ２１０の近傍には、レーザ光を受光する受光部２２０が設けられている。この受光部２２０は、図２に示すように、後述するヘリオスタット３００の発光部３２０から発光されるレーザ光Ｌを受光する。受光部２２０は、複数の素子から構成された受光面２２１を有しており、受光面２２１の略中心位置に基準位置Ｐ１が設けられている。なお、受光部２２０が設けられる「レシーバ２１０の近傍」とは、レシーバ２１０と相対位置が変わらない位置である。

また、本実施形態では、図５に示すように、中央塔２００の制御部２３０（以下、中央制御部２３０とする）は、ヘリオスタット３００の制御部３３０（以下、個別制御部３３０とする）と通信可能に接続されている。ヘリオスタット３００の基準角（傾斜角Ｒ１および旋回角Ｒ２（図２（ａ）及び（ｂ）参照））を設定するときに、中央制御部２３０は、当該基準角の設定を実施するヘリオスタット３００の個別制御部３３０に対して、レーザ光Ｌの受光状態を送信する。図２に示すように、本実施形態におけるレーザ光Ｌの『受光状態』とは、受光部２２０の基準位置Ｐ１に対するレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２のずれ量Ｄである。このずれ量Ｄは、基準位置Ｐ１に対する受光位置Ｐ２への方向と、基準位置Ｐ１と受光位置Ｐ２との間の距離と、を含む概念である。

＜ヘリオスタット３００＞
ヘリオスタット３００は、図１（ｂ）に示すように、上記した中央塔２００の周囲に配置されており、太陽光を反射するミラー３１０を備えている。ヘリオスタット３００は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ミラー３１０と、ミラー３１０を支持するフレーム３４０と、フレーム３４０に取り付けられる傾斜軸３５０と、ミラー３１０を水平軸（図中のＨで示す１点鎖線）回りに回転させる電動の傾斜用モータ３６０と、ミラー３１０を鉛直軸（図中のＶで示す１点鎖線）回りに回転させる電動の旋回用モータ３７０と、支柱３８０と、操作スイッチ３９０（図５参照）と、を有している。

ミラー３１０は、太陽光を反射する役目を担う部材である。このミラー３１０の裏面には、当該ミラー３１０を支持するフレーム３４０が設けられている。また、ミラー３１０の表面には、レーザ光Ｌを発光する発光部３２０が設けられている。

ここで、本実施形態では、ミラー３１０の表面には、図２に示すように、中央塔２００のレシーバ２１０の近傍に設けられる受光部２２０に、レーザ光Ｌを発光する発光部３２０が取り付けられている。この発光部３２０は、ミラー３１０の表面（図中のＦで示す点線）の法線（図中のＮで示す点線）方向にレーザ光Ｌを発光するように設けられている。この発光部３２０から発光されたレーザ光Ｌは、中央塔２００の受光部２２０で受光される。なお、発光部３２０は、ミラー３１０の表面以外でも、ミラー３１０が傾斜や旋回しても、ミラー３１０と相対位置が変わらないように取り付けられれば、どこに設けても構わない。

フレーム３４０は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ミラー３１０の裏面において、上下方向（矢印Ｚ方向）および左右方向（矢印Ｘ方向）にわたって設けられている。このフレーム３４０には、後述する傾斜用モータ３６０により回転可能に支持される傾斜軸３５０が取り付けられている。

傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０は、ミラー３１０により反射された太陽光の反射光が中央塔２００のレシーバ２１０に集光するようにミラー３１０の傾斜角および旋回角を変更する役目を担う。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、傾斜用モータ３６０は、水平方向に延びる傾斜軸３５０を水平軸Ｈ回りに回転させることにより、ミラー３１０を水平軸Ｈ回りに回転させる。また、旋回用モータ３７０は、当該旋回用モータ３７０の上部に配置される傾斜用モータ３６０を鉛直軸Ｖ回りに回転させることにより、ミラー３１０を鉛直軸Ｖ回りに回転させる。

図５に示すように、傾斜用モータ３６０には、当該傾斜用モータ３６０の出力部（外側ハブまたはフランジ）の回転角度を感知するエンコーダ３６１が設けられている。また、同様に、旋回用モータ３７０には、当該旋回用モータ３７０の出力部（外側ハブまたはフランジ）の回転角度を感知するエンコーダ３７１が設けられている。

そして、本実施形態では、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、旋回用モータ３７０の下面にはフランジ３７２が形成されると共に、支柱３８０の上面にはフランジ３８１が形成されている。旋回用モータ３７０のフランジ３７２と支柱３８０のフランジ３８１とは、ボルト（図示せず）により締結される。

傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０は、それぞれ偏心揺動型減速機を有している。この偏心揺動型減速機は、内歯歯車と、内歯歯車の軸線の回りを偏心回転すると共に内歯歯車に対して回転する外歯歯車と、外歯歯車を支持するキャリアとを備えている。キャリアは、外歯歯車の回転に伴って、内歯歯車に対して回転する。

また、操作スイッチ３９０は、手動によりミラー３１０の傾斜角および旋回角を変更するために設けられている。具体的には、当該操作スイッチ３９０の操作により、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０が駆動されて、ミラー３１０の傾斜角および旋回角が変更される。

＜ミラー組立体＞
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、上記したミラー３１０、フレーム３４０、傾斜軸３５０、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０は、工場において組み付けられて、ミラー組立体４００として現地に運ばれる。そして、当該ミラー組立体４００は、現地において、地上に設置される支柱３８０に取り付けられる。具体的には、鉛直（矢印Ｚ方向）に設置される支柱３８０のフランジ３８１（この際、フランジ面３８２は水平面となっている）に、ミラー組立体４００の旋回用モータ３７０のフランジ３７２を設置し、両フランジ３７２，３８１をボルトにより締結することにより、支柱３８０にミラー組立体４００が組み付けられる。

＜ヘリオスタット３００の制御部＞
図５に示すように、ヘリオスタット３００の個別制御部３３０は、発光部３２０、傾斜用モータ３６０、旋回用モータ３７０、操作スイッチ３９０と通信可能に接続されている。そして、個別制御部３３０は、作業者による操作スイッチ３９０の操作に応じた信号を受信する。また、個別制御部３３０は、発光部３２０に制御信号を送信して、当該発光部３２０から所望の強度のレーザ光が発光するように、発光部３２０を制御する。また、個別制御部３３０は、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０に制御信号を送信して、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０の駆動を制御する。

また、個別制御部３３０は、中央塔２００に設けられる中央制御部２３０と通信可能に接続されている。これにより、中央塔２００とヘリオスタット３００との間で、情報の送受信が可能となる。そして、本実施形態では、受光部２２０によるレーザ光の受光状態を中央制御部２３０から個別制御部３３０に送信することにより、ヘリオスタット３００では当該受光状態に基づいて、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０の駆動を制御して、ミラー３１０の基準角（傾斜角Ｒ１および旋回角Ｒ２（図２（ａ）および（ｂ）参照））の設定を行うことができる。

図６に示すように、上記した個別制御部３３０は、基準角設定部３３１と、傾斜角算出部３３２と、傾斜角修正部３３３と、レーザ光制御部３３４と、モータ制御部３３５と、記憶部３３６と、タイマ部３３７と、を含んでいる。

本実施形態では、基準角設定部３３１は、受光部２２０によるレーザ光Ｌの受光状態に基づいて、ミラー３１０の基準角の設定を行う。図２に示すように、このミラー３１０の『基準角』とは、太陽の動きに合わせてミラー３１０の傾斜角および旋回角を変化させるときの基準となる角度である。本実施形態では、基準角設定部３３１は、図２に示すように、予め設定された受光部２２０の基準位置Ｐ１（受光部２２０の中心位置）に対するレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２のずれ量Ｄに基づいて、ミラー３１０の基準角の設定を行う。すなわち、基準角設定部３３１は、レーザ光Ｌの受光位置Ｐ２が受光部２２０の基準位置Ｐ１に一致するようにミラー３１０の傾斜角および旋回角を調節し、当該受光位置Ｐ２と基準位置Ｐ１とが一致したときのミラー３１０の傾斜角および旋回角を基準角とする。

傾斜角算出部３３２は、太陽の位置に応じてミラー３１０の傾斜角を算出する。具体的には、図４に示すように、傾斜角算出部３３２は、ミラー３１０の法線方向（図中のＮで示す点線の方向）が、中央塔２００のレシーバ２１０への方向（図中のＴで示す点線の方向）と太陽の方向（図中のＳで示す点線の方向）との中間になるように、ミラー３１０の傾斜角を算出する。これにより、太陽光が当該傾斜角で配置されるミラー３１０で反射されてレシーバ２１０に進行する。上記した太陽の位置は、ヘリオスタット３００の位置情報（緯度、経度）と現在時刻とから算出可能である。なお、太陽の位置の経時的変化である太陽の軌跡データは、記憶部３３６に記憶されている。また、ヘリオスタット３００の位置（緯度、経度）は、ＧＰＳにより取得できる。なお、当該ＧＰＳにより取得したヘリオスタット３００の位置情報は、ヘリオスタット３００の設置時に計測しておけばよいので、必ずしもヘリオスタット３００がＧＰＳを備える必要はない。また、現在時刻は、タイマ部３３７により計時される。

図６に示した傾斜角修正部３３３は、ミラー３１０の自重によるミラー３１０の変形量に基づいて、上記した傾斜角算出部３３２により算出された傾斜角を修正する。ミラー３１０は、自重により下方に変形する。この変形量は、ミラー３１０の傾斜角によって異なっており、当該変形量は、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）などの構造計算により傾斜量との関係が予め算出される。したがって、傾斜角修正部３３３は、傾斜角算出部３３２により算出された傾斜角に基づいて、ミラー３１０の変形量を計算すると共に、当該変形量に応じて当該傾斜角を修正する。なお、ヘリオスタット３００のコストを抑えるため、計算能力の低い演算装置が利用可能なように当該変形量を予め算出するようにしたが、計算能力の高い演算装置を利用し、当該変形量は予め算出せずに、その都度行っても構わない。また構造計算によらず、例えばミラー３１０にひずみゲージを添付し、そのひずみゲージから得られるひずみ量から当該変形量を算出したり、レーザスキャンやカメラ画像に基づくミラー３１０の三次元計測データから、当該変形量を算出したり、しても構わない。

さて、レーザ光制御部３３４は、基準角を設定するときに、発光部３２０を制御して、当該発光部３２０からレーザ光Ｌを発光させる。また、モータ制御部３３５は、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０を制御して、ミラー３１０の傾斜角および旋回角を変更する。

記憶部３３６は、太陽の軌跡データ、ヘリオスタット３００の位置情報（緯度、経度）、昼間時間帯、夜間時間帯などを記憶する。本実施形態における昼間時間帯とは、日の出から日の入りまでの時間帯であって、中央塔２００の位置情報（緯度、経度）および暦に基づいて算出される。また、夜間時間帯とは、日の入りから日の出までの時間帯であって、中央塔２００の位置情報（緯度、経度）および暦に基づいて算出される。

タイマ部３３７は、現在時刻を計時するために設けられている。タイマ部３３７により計時される現在時刻は、傾斜角算出部３３２により太陽の位置を算出する際に用いられる。

＜ヘリオスタットの設置時のフロー＞
次に、図７を参照して、ヘリオスタット３００の設置時におけるミラー３１０の基準角（傾斜角Ｒ１および旋回角Ｒ２（図２（ａ）及び（ｂ）参照））の設定方法について説明する。

まず、作業者は、ヘリオスタット３００に設けられる操作スイッチ３９０の操作により、手動でミラー３１０を中央塔２００の受光部２２０に向ける（ステップＳ１）。そして、ＧＰＳによりレシーバ２１０の位置（緯度、経度、高度）を取得し、記憶部３３６に記憶する（ステップＳ２）。

次に、ヘリオスタット３００の発光部３２０は、上記した位置（緯度、経度、高度）の近傍に配置される受光部２２０に対して、レーザ光Ｌを発光する（ステップＳ３）。そして、中央塔２００の受光部２２０は、発光部３２０から発光されたレーザ光Ｌを受光する（ステップＳ４）。

次に、基準角設定部３３１は、受光部２２０におけるレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２と基準位置Ｐ１とのずれ量Ｄを算出する（ステップＳ５）。そして、ずれ量Ｄが算出されると（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、モータ制御部３３５は、当該ずれ量Ｄに応じて傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０を駆動して、ミラー３１０の傾斜角および旋回角を変更する（ステップＳ７）。そして、再びステップＳ５に戻り、受光部２２０におけるレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２と基準位置Ｐ１とのずれ量Ｄがなくなるまで、ステップＳ５〜ステップＳ７の動作を繰り返す。なお、本実施形態のステップＳ６では、ずれ量Ｄがなくなるか否かの判断を行っているが、当該ずれ量Ｄが所定の値より小さくなった時に、後段のステップＳ８に進むようにしても良い。

ステップＳ６において、受光部２２０におけるレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２と基準位置Ｐ１とのずれ量Ｄが無くなったとき（ステップＳ６：Ｎｏ）、レーザ光制御部３３４は、ヘリオスタット３００の発光部３２０によるレーザ光Ｌの発光を停止する（ステップＳ８）。このとき、受光部２２０におけるレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２と、受光部２２０の基準位置Ｐ１とが一致した状態となっている。そして、基準角設定部３３１は、受光部２２０におけるレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２と基準位置Ｐ１とのずれ量Ｄが無くなったときのミラー３１０の傾斜角および旋回角を基準角に設定する（ステップＳ９）。この基準角は、記憶部３３６に記憶される。

＜ヘリオスタットの運用時のフロー＞
次に、図８を参照して、ヘリオスタット３００の運用時におけるミラー３１０の動作について説明する。

まず、中央制御部２３０は、中央塔２００またはレシーバ２１０の位置（緯度、経度、高度）と、現在時刻と、から太陽の軌跡データを算出する（ステップＳ１０）。中央塔２００の位置は、ＧＰＳ部５００（図５参照）により取得されると共に、現在時刻は、中央制御部２３０のタイマにより取得される。そして、各ヘリオスタット３００において、傾斜角算出部３３２は、当該太陽の位置に基づいて、ミラー３１０の傾斜角と旋回角を算出する（ステップＳ１１）。そして、本実施形態では、傾斜角修正部３３３は、算出した傾斜角からミラー３１０の変形量を算出すると共に、そのミラー３１０の変形量に基づいて修正傾斜角を算出する（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ１２で算出された修正傾斜角に基づいて、モータ制御部３３５は、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０を駆動して、ミラー３１０の傾斜角と旋回角を変化させる（ステップＳ１３）。この際、ミラー３１０は、記憶部３３６に記憶される基準角を基準として、傾斜および旋回される。上記したステップＳ１０〜ステップＳ１３を、日没になるまで繰り返し行う（ステップＳ１４：Ｎｏ）。なお、発光部３２０の取り付け位置との関係から、ミラー３１０の中心からの法線と、発光部３２０からのレーザ光Ｌの光軸とは、必ずしも一致しない。また、レシーバ２１０と受光部２２０も異なる位置に設けられるので、ミラー３１０の中心からの法線がレシーバ２１０に向かうように、基準角または算出される太陽の位置が、一定の係数で補正されるのはいうまでも無い。

そして、日没になると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、基準角設定部３３１は、基準角の設定を行う（ステップＳ２０）。この基準角の設定（ステップＳ２０）は、毎日する必要は無い。例えば、この基準角の設定（ステップＳ２０）は、年に１度行っても良い。

以下、基準角設定部３３１による基準角の設定（ステップＳ２０）の詳細を説明する。
まず、日没後において、記憶部３３６に記憶されている基準角でミラー３１０が配置されるように、モータ制御部３３５は、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０を駆動する（ステップＳ２１）。そして、ヘリオスタット３００の発光部３２０は、中央塔２００の受光部２２０に対して、レーザ光Ｌを発光する（ステップＳ２２）。そして、中央塔２００の受光部２２０は、発光部３２０から発光されたレーザ光Ｌを受光する（ステップＳ２３）。

次に、基準角設定部３３１は、受光部２２０におけるレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２と基準位置Ｐ１とのずれ量Ｄを算出する（ステップＳ２４）。そして、ずれ量Ｄが算出されると（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、モータ制御部３３５は、当該ずれ量Ｄに応じて傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０を駆動して、ミラー３１０の傾斜角および旋回角を変更する（ステップＳ２６）。そして、再びステップＳ２４に戻り、受光部２２０におけるレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２と基準位置Ｐ１とのずれ量Ｄがなくなるまで、ステップＳ２４〜ステップＳ２６の動作を繰り返す。なお、本実施形態のステップＳ２５では、ずれ量Ｄがなくなるか否かの判断を行っているが、当該ずれ量Ｄが所定の値より小さくなった時に、後段のステップＳ２７に進むようにしても良い。

ステップＳ２５において、受光部２２０におけるレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２と基準位置Ｐ１とのずれ量Ｄが無くなったとき（ステップＳ２５：Ｎｏ）、レーザ光制御部３３４は、ヘリオスタット３００の発光部３２０によるレーザ光Ｌの発光を停止する（ステップＳ２７）。このとき、受光部２２０におけるレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２と、受光部２２０の基準位置Ｐ１とが一致した状態となっている。そして、基準角設定部３３１は、受光部２２０におけるレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２と基準位置Ｐ１とのずれ量Ｄが無くなったときのミラー３１０の傾斜角および旋回角を新たな基準角として設定する（ステップＳ２８）。この基準角は、記憶部３３６に記憶される。

次に、翌日の日の出に対応するために、モータ制御部３３５は、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０を駆動して、ミラー３１０の傾斜角および旋回角を設定する（ステップＳ１５）。そして、日の出になったときに（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０に戻り、上記した制御（ステップＳ１０〜Ｓ１４、Ｓ２０、Ｓ１５およびＳ１６）を繰り返す。

（本実施形態における効果）
本実施形態に係るヘリオスタット３００では、レシーバ２１０から遠く離れたミラー３１０の基準角の設定を行う場合、受光部２２０によるレーザ光Ｌの受光状態に基づいて、ミラー３１０の基準角を自動的に変更することができる。その結果、正確かつ簡単に、ミラー３１０の基準位置Ｐ１の設定を行うことができる。

また、本実施形態では、受光部２２０の基準位置Ｐ１に対するレーザ光Ｌの受光位置Ｐ２のずれ量Ｄを測定することにより、正確かつ簡単に、ミラー３１０の基準位置の設定を行うことができる。

また、本実施形態では、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０が、高剛性かつ低バックラッシュの偏心揺動型減速機を含むことにより、ミラー３１０の基準角の設定をより正確に行うことができる。

また、本実施形態では、昼間時間帯に太陽光の集光を行うことにより太陽エネルギーを得ることができると共に、夜間時間帯にミラー３１０の基準角の設定を行うことができる。つまり、日没後の太陽光を集光できない時間帯を利用して、ミラー３１０の基準角の設定を行うことができる。

また、本実施形態では、ミラー３１０が自重により変形する場合でも、傾斜角算出部３３２により算出された傾斜角を修正することができる。これにより、ミラー３１０を保持するフレーム３４０やミラーの剛性が、ミラー３１０の重量との関係で相対的に低くなっても、太陽光をレシーバ２１０に正確に反射することができる。

また、本実施形態では、工場で組み立てられたミラー組立体４００を、現地に設置される支柱３８０に取り付けるだけで、容易にヘリオスタット３００を設置することができる。具体的には、ミラー組立体４００のフランジ３７２と、支柱３８０のフランジ３８１とをボルトにより締結するだけで、容易にヘリオスタット３００を設置することができる。すなわち、工場においてミラー３１０の傾斜角および旋回角が正確に組み付けられたミラー組立体４００を、そのまま現地に設置することができる。

また、本実施形態では、工場で組み立てられたミラー組立体４００を、そのまま現地に設置することができるので、ヘリオスタット３００を現地で組み立てる場合に比べて、製造誤差が少なくなり、製作精度のばらつきが少ないヘリオスタット３００の量産が容易になる。

また、本実施形態では、操作スイッチ３９０の操作により作業者がミラー３１０の傾斜角および旋回角を大まかに設定することができる。これにより、レーザ光Ｌによるミラー３１０の基準角の自動設定時に、ミラー３１０の移動範囲を小さくすることができる。その結果、ヘリオスタット３００の設置時および運用時において、ミラー３１０の基準角の設定までに要する時間を短縮することができる。また、受光部の大きさをある程度小さくすることもできる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、ヘリオスタット３００に発光部３２０を設けると共に、中央塔２００に受光部２２０を設ける例について説明したが、本発明はこれに限らず、図９の第１変形例に示すように、ヘリオスタットに受光部３２０Ａを設けると共に、中央塔に発光部２２０Ａを設けても良い。
つまり、図９に示した第１変形例に係るヘリオスタットは、太陽光を反射するミラー３１０と、ミラー３１０を傾斜させる傾斜部（傾斜用モータ３６０）と、ミラー３１０を旋回させる旋回部（旋回用モータ３７０）と、ミラー３１０により反射された太陽光を集光するレシーバ２１０に取り付けられた発光部２２０Ａからのレーザ光Ｌを受光する受光部３２０Ａと、受光部３２０Ａによるレーザ光Ｌの受光状態に基づいて、ミラー３１０の基準角の設定を行う基準角設定部３３１と、を備える。このヘリオスタットの受光部３２０Ａ以外の構成は、上記実施形態と同様である。

また、上記実施形態および第１変形例では、ヘリオスタットに発光部および受光部のいずれか一方を、中央塔に発光部および受光部のいずれか他方を設ける例について説明したが、本発明はこれに限らず、図１０に示した第２変形例のように、ヘリオスタットに発光部３２０Ｂ１および受光部３２０Ｂ２の両方を設けても良い。この際、中央塔に反射部２２０Ｂを設けることによって、ヘリオスタットの発光部３２０Ｂ１から発光されたレーザ光Ｌは、中央塔の反射部２２０Ｂで反射されて、ヘリオスタットの受光部３２０Ｂ２で受光される。この場合、基準位置Ｐ１（レーザ光Ｌの発光位置Ｐ１）に対して、反射光の受光部３２０Ｂ２における受光位置Ｐ２のずれ量Ｄに基づいて、ヘリオスタットのミラー３１０の基準角の設定を行う。
すなわち、上記したヘリオスタットは、太陽光を反射するミラー３１０と、ミラー３１０を傾斜させる傾斜部（傾斜用モータ３６０）と、ミラー３１０を旋回させる旋回部（旋回用モータ３７０）と、レーザ光Ｌを発光する発光部３２０Ｂ１と、発光部３２０Ｂ１から発光されて、中央塔の反射部２２０Ｂにより反射されたレーザ光Ｌを受光する受光部３２０Ｂ２と、受光部３２０Ｂ２によるレーザ光Ｌの受光状態に基づいて、ミラー３１０の基準角の設定を行う基準角設定部３３１と、を備える。

また、上記した第２変形例では、ヘリオスタットに発光部３２０Ｂ１および受光部３２０Ｂ２の両方を設ける例について説明したが、本発明はこれに限らず、図１１の第３変形例に示すように、中央塔に発光部２２０Ｃ１および受光部２２０Ｃ２の両方を設けても良い。この際、ヘリオスタットに反射部３２０Ｃを設けておき、中央塔の発光部２２０Ｃ１から発光されたレーザ光Ｌは、ヘリオスタットの反射部３２０Ｃで反射されて、中央塔の受光部２２０Ｃ２で受光される。この場合、基準位置Ｐ１（レーザ光Ｌの発光位置Ｐ１）に対して、反射光の受光部２２０Ｃ２における受光位置Ｐ２のずれ量Ｄに基づいて、ヘリオスタットのミラー３１０の基準角の設定を行う。
すなわち、上記した太陽光集光システムは、ヘリオスタットおよび中央塔を備えている。そして、中央塔は、レーザ光Ｌを発光する発光部２２０Ｃ１と、発光部２２０Ｃ１から発光され、ヘリオスタットの反射部３２０Ｃで反射されたレーザ光Ｌを受光する受光部２２０Ｃ２と、を有している。また、当該ヘリオスタットは、太陽光を反射するミラー３１０と、ミラー３１０を傾斜させる傾斜部（傾斜用モータ３６０）と、ミラー３１０を旋回させる旋回部（旋回用モータ３７０）と、レーザ光を反射する反射部３２０Ｃと、受光部２２０Ｃ２によるレーザ光Ｌの受光状態に基づいて、ミラー３１０の基準角の設定を行う基準角設定部３３１と、を備える。

また、上記実施形態では、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０の両方が偏心揺動型減速機を含む例について説明したが、本発明はこれに限らず、傾斜用モータ３６０および旋回用モータ３７０のいずれか一方が、偏心揺動型減速機を含めば良い。

また、上記実施形態では、ミラーの傾斜およびミラーの旋回によりミラーの傾斜角および旋回角を設定する例について説明したが、本発明はこれに限らず、ミラーの傾斜およびミラーの旋回に加えて、ミラーの高さを変更しても良い。

（請求項の各構成要素と上記実施形態の各部との対応関係）
上記実施形態においては、ヘリオスタット３００が「ヘリオスタット」に相当し、ミラー３１０が「ミラー」に相当し、傾斜用モータ３６０が「傾斜部」に相当し、旋回用モータ３７０が「旋回部」に相当し、発光部３２０，２２０Ａ，３２０Ｂ１，２２０Ｃ１が「発光部」に相当し、受光部２２０，３２０Ａ，３２０Ｂ２，２２０Ｃ２が「受光部」に相当し、基準角設定部３３１が「基準角設定部」に相当し、傾斜角算出部３３２が「傾斜角算出部」に相当し、傾斜角修正部３３３が「傾斜角修正部」に相当し、ミラー組立体４００が「ミラー組立体」に相当し、支柱３８０が「支柱」に相当し、操作スイッチ３９０が「操作スイッチ」に相当し、太陽光集光システム１００が「太陽光集光システム」に相当する。

１００ 太陽光集光システム
２００ 中央塔
２２０，３２０Ａ，３２０Ｂ２，２２０Ｃ２ 受光部
３００ ヘリオスタット
３１０ ミラー
３２０，２２０Ａ，３２０Ｂ１，２２０Ｃ１ 発光部
３３１ 基準角設定部
３３２ 傾斜角算出部
３３３ 傾斜角修正部
３６０ 傾斜用モータ
３７０ 旋回用モータ
３８０ 支柱
３９０ 操作スイッチ
４００ ミラー組立体

Claims (8)

1. 中央塔の周囲に配置されるヘリオスタットであって、
   太陽光を反射するミラーと、
   前記ミラーを傾斜させる傾斜部と、
   前記ミラーを旋回させる旋回部と、
   前記中央塔側に取り付けられた受光部にレーザ光を発光する発光部、又は、前記中央塔側に取り付けられた発光部からのレーザ光を受光する受光部と、
   前記受光部による前記レーザ光の受光状態に基づいて、前記ミラーの基準角の設定を行う基準角設定部と、を備えることを特徴とする、ヘリオスタット。
2. 前記基準角設定部は、予め設定された前記受光部の基準位置に対する前記受光部による前記レーザ光の受光位置のずれ量に基づいて、前記ミラーの基準角の設定を行うことを特徴とする、請求項１に記載のヘリオスタット。
3. 前記傾斜部及び前記旋回部の少なくとも一方は、偏心揺動型減速機を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のヘリオスタット。
4. 前記基準角設定部は、夜間時間帯に前記ミラーの基準角の設定を行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘリオスタット。
5. 太陽の位置に基づいて、前記ミラーの傾斜角を算出する傾斜角算出部と、
   前記傾斜角算出部により算出された傾斜角で配置される前記ミラーの変形量に基づいて、当該傾斜角を修正する傾斜角修正部と、をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のヘリオスタット。
6. 前記ミラー、前記傾斜部、及び、前記旋回部を有するミラー組立体は、当該ミラー組立体を所定の高さで支持する支柱に取り付け可能に設けられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のヘリオスタット。
7. 前記傾斜部および前記旋回部を手動により操作するための操作スイッチをさらに備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のヘリオスタット。
8. 太陽光を反射するミラーと、
   前記ミラーを傾斜させる傾斜部と、
   前記ミラーを旋回させる旋回部と、
   レーザ光を発光する発光部と、
   前記発光部から発光されたレーザ光を受光する受光部と、
   前記受光部による前記レーザ光の受光状態に基づいて、前記ミラーの基準角の設定を行う基準角設定部と、を備えることを特徴とする、太陽光集光システム。

Images