JP2557051B2 - 太陽光方向センサ - Google Patents
太陽光方向センサInfo
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- JP2557051B2 JP2557051B2 JP61257816A JP25781686A JP2557051B2 JP 2557051 B2 JP2557051 B2 JP 2557051B2 JP 61257816 A JP61257816 A JP 61257816A JP 25781686 A JP25781686 A JP 25781686A JP 2557051 B2 JP2557051 B2 JP 2557051B2
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- Japan
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- optical sensor
- sunlight
- tubular body
- sensor
- flange
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 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。
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。
従来技術 近時、省エネルギー時代を迎え、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。
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−IV線断面図、第５図は、
平面図、第６図は、第４図のVI−VI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、X1〜X4及びXc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が設けられてい
る。光センサX1〜X4はX1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X0,X1〜X4,Xc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っているので、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１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X1〜
X4には直達太陽光（Ｄ）は入射せず、間接太陽光（Ｉ）
のみが入射し、光センサXc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。
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VI−VI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、X1〜X4及びXc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が設けられてい
る。光センサX1〜X4はX1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X0,X1〜X4,Xc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っているので、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１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X1〜
X4には直達太陽光（Ｄ）は入射せず、間接太陽光（Ｉ）
のみが入射し、光センサXc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、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（Ｉ）のみを受けることになる。更に詳細に説明する
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X2（又はX3とX4）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X1とX2（又は
X3とX4）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X2入る太陽光が等しくなるよう
に、換言すれば、筒体１がＡ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内におけ
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、中央部において大きく、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。
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（Ｉ）のみを受けることになる。更に詳細に説明する
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X2（又はX3とX4）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X1とX2（又は
X3とX4）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X2入る太陽光が等しくなるよう
に、換言すれば、筒体１がＡ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内におけ
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、中央部において大きく、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。
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、この光センサX0に入射
する総太陽光量をS0、直達太陽光量をD0、光センサX0の
電気的出力信号をL0、該光センサの光電変換係数をδ０
（＝S0/L0）、直達比率をβ０（＝D0/S0）とすれば、 S0＝δ0L0 ……（１） D0＝β0S0＝β０δ0L0 ……（２） が成立する。
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、この光センサX0に入射
する総太陽光量をS0、直達太陽光量をD0、光センサX0の
電気的出力信号をL0、該光センサの光電変換係数をδ０
（＝S0/L0）、直達比率をβ０（＝D0/S0）とすれば、 S0＝δ0L0 ……（１） D0＝β0S0＝β０δ0L0 ……（２） が成立する。
同様に、光センサXcについては、 Sc＝δcLc ……（３） Dc＝βcSc＝βｃδcLc ……（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、１ ＝１ １ ……（５）１ ＝１ １＝１ １ １ ……（６） が成立する。
直達太陽光が当っている時は、１ ＝１ １ ……（５）１ ＝１ １＝１ １ １ ……（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、該光センサX2については、 S2＝δ2L2＝I2 ……（７） D2＝０ ……（８） が成立する（ただし、I2は光センサX2に入射する間接太
陽光量）。
ので、該光センサX2については、 S2＝δ2L2＝I2 ……（７） D2＝０ ……（８） が成立する（ただし、I2は光センサX2に入射する間接太
陽光量）。
ここで、いま、光センサX1の一部に太陽光が当ってい
る場合、すなわち、光センサX1の筒内光束の外周に接す
る側を０とし、該光束の外周が第２図に示すように、該
光センサX1を横切る位置のセンサX1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０＜α＜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S1、そ
の時の電気的出力信号をL1（mV）、光電変換係数をδ１
とすれば、S1＝δ1L1が成立する。ここで、直達太陽光
は光センサX1のαの部分にのみ入射し、間接太陽光は該
光センサX1の全面に入射するので、 S1＝αD1＋I1＝αDc＋S2 ……（９） （ただし、I1は光センサX1に入射する間接太陽光量で、
これは、光センサX2に入射する間接太陽光量I2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、 S1＝αβｃδcLc＋δ2L2 ……（10） が得られる。而して、S1＝δ1L1であるから、第（10）
式は、 δ1L1＝αβｃδcLc＋δ2L2 ……（11） となる。
る場合、すなわち、光センサX1の筒内光束の外周に接す
る側を０とし、該光束の外周が第２図に示すように、該
光センサX1を横切る位置のセンサX1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０＜α＜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S1、そ
の時の電気的出力信号をL1（mV）、光電変換係数をδ１
とすれば、S1＝δ1L1が成立する。ここで、直達太陽光
は光センサX1のαの部分にのみ入射し、間接太陽光は該
光センサX1の全面に入射するので、 S1＝αD1＋I1＝αDc＋S2 ……（９） （ただし、I1は光センサX1に入射する間接太陽光量で、
これは、光センサX2に入射する間接太陽光量I2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、 S1＝αβｃδcLc＋δ2L2 ……（10） が得られる。而して、S1＝δ1L1であるから、第（10）
式は、 δ1L1＝αβｃδcLc＋δ2L2 ……（11） となる。
一方、Dc＝Sc−Ic ……（12） であり、ここで （ただし、I2≒I1） とすれば、前記（12）式は となり、これより を得る。
この第（15）式を第（11）式に代入すると 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I2を実測して求め、λ＝I2/Icを求めてお
くと、該λは定数となる。而して、前記δ１、δ２、δ
ｃは定数であるから、前述のようにしてλ＝I2/Ic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数
量的に正確に求めることができる。
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I2を実測して求め、λ＝I2/Icを求めてお
くと、該λは定数となる。而して、前記δ１、δ２、δ
ｃは定数であるから、前述のようにしてλ＝I2/Ic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数
量的に正確に求めることができる。
目的 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好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。
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好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。
構成 第１図は、第４図に示した太陽光方向センサを改良し
て、筒体１の中間部に、フランジ２の窓３と同じか又は
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X1−X4に相
当する光センサX1−X4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に到達する間接光が少なく
なり、換言すれば、第７図におけるIcが減り、光センサ
Xcに入射する間接光を光センサX1〜X4に入射する間接光
と略等しくすることができ、従って、第（13）式におけ
るλが１となるので、第（17）式は、 となり、λを予め実測することなく、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）を数量的に求めることができる。
て、筒体１の中間部に、フランジ２の窓３と同じか又は
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X1−X4に相
当する光センサX1−X4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に到達する間接光が少なく
なり、換言すれば、第７図におけるIcが減り、光センサ
Xcに入射する間接光を光センサX1〜X4に入射する間接光
と略等しくすることができ、従って、第（13）式におけ
るλが１となるので、第（17）式は、 となり、λを予め実測することなく、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）を数量的に求めることができる。
第２図は、本発明の一実施例を説明するための図で、
図示のように、筒体１の中間部に、第１図の場合と同様
の第２のフランジ６を設け、筒体１の下端部に前記光セ
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Xcに入射する間接太陽光が更に均等になり、前記第
（18）式をより満足させることができる。
図示のように、筒体１の中間部に、第１図の場合と同様
の第２のフランジ６を設け、筒体１の下端部に前記光セ
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Xcに入射する間接太陽光が更に均等になり、前記第
（18）式をより満足させることができる。
更に、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。
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。
効果 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
取り付けられて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。
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
取り付けられて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。
第１図は、従来技術の改良例を説明するための側断面
図、第２図は、本発明による太陽光方向センサの一実施
例を説明するための側断面図、第３図は、本出願人に係
る太陽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VI−VI線断面図、第７図は、筒体１内における間接太
陽光（Ｉ）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、X1〜X4及びXc
……光センサ。
図、第２図は、本発明による太陽光方向センサの一実施
例を説明するための側断面図、第３図は、本出願人に係
る太陽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VI−VI線断面図、第７図は、筒体１内における間接太
陽光（Ｉ）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、X1〜X4及びXc
……光センサ。
Claims (3)
- 【請求項１】筒体と、該筒体の上端部に設けられかつ該
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、該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。 - 【請求項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Lc（mV）、前記第２の光センサの
光電変換係数をδ１、電気的出力信号をL1（mV）、前記
第３の光センサの光電変換係数をδ２、電気的出力信号
をL2（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、 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。 - 【請求項３】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
（１）又は（２）項に記載の太陽光方向センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61257816A JP2557051B2 (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 太陽光方向センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61257816A JP2557051B2 (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 太陽光方向センサ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56099993A Division JPS581110A (ja) | 1981-05-09 | 1981-06-26 | 太陽光方向センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62254005A JPS62254005A (ja) | 1987-11-05 |
| JP2557051B2 true JP2557051B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=17311521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61257816A Expired - Lifetime JP2557051B2 (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 太陽光方向センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2557051B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02162406A (ja) * | 1988-12-15 | 1990-06-22 | Koo Planning:Kk | 自動制御センサ装置 |
| DE69323618T3 (de) * | 1992-11-06 | 2005-02-03 | Denso Corp., Kariya | Pyrheliometrischer sensor |
| WO2006131028A1 (fr) * | 2005-06-09 | 2006-12-14 | Chengwei Wang | Detecteur de poursuite de lumiere et son systeme de poursuite de lumiere solaire |
| JP5759235B2 (ja) * | 2011-04-06 | 2015-08-05 | 三鷹光器株式会社 | 太陽光検出装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS522454A (en) * | 1975-06-24 | 1977-01-10 | Nippon Buroa Kk | Apparatus for following sun |
-
1986
- 1986-10-29 JP JP61257816A patent/JP2557051B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62254005A (ja) | 1987-11-05 |
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