JP3209221U - 光源追尾装置 - Google Patents

Abstract

【課題】採集光装置の照準を合わせることができるとともに、強風時、積雪時、夜間時等に際し、採集光装置を、予め設定した最適な所定方向に、迅速に移動して向けることを可能とする光源追尾装置を提供する。【解決手段】光源追尾用センサ装置２は、複数の受光素子１８から成る受光センサ１５、傾斜角を計測する加速度センサ１６及び方位センサ１７を備え、傾斜角のデータ及び方位のデータから成る光源追尾用センサ装置２の現時点における対面方向のデータを生成し、制御装置は、対面方向のデータと受光センサ１５からの受光データに基づき、複数の受光素子１８の光検出強度が均等となって受光可能となるように、光源追尾用センサ装置２の光源への対面方向を制御可能とする制御信号を生成する。【選択図】図２

Description

本考案は、全天空領域において、例えば、太陽等の光源の最も明るい方向に向けて採集光装置の照準を合わせる光源追尾装置に関するものである。ここで、採集光装置とは、太陽電池パネル（ソーラパネル）等の太陽発電装置、太陽熱集熱装置等である。

従来、太陽電池パネル（ソーラパネル）等の太陽発電装置、太陽熱集熱装置等の採集光装置を、最も太陽光に対して効果的に対面するために、光センサで追尾する太陽追尾装置は知られている。

例えば、略四角錐状部分内側に光検出光センサを配置し、さらに各光検出光センサへの入射光を限定する遮光板を配置して光センサブロックとし、この光センサブロックへの入射光の角度が変化すると、対向する錐面への入射光量が互いにトレード・オフの関係で変化することから、対向する位置の二つの光検出光センサ間で入射光量の差を一定に保つように制御対象物を駆動制御することで太陽の動きを制御対象物が確実に追尾する太陽追尾装置は公知である（特許文献１参照）。

また、時計と太陽方向を表す信号を出力する太陽方向光センサとを備え、制御装置は、時計で計時している時刻に基づいて太陽が南中に到達する第１時刻を計算し、太陽方向光センサからの信号に基づいて南中方位を検出し、南中方位が検出された時の第２時刻と上記第１時刻との差に基づいて時計を修正し、時計の誤差を自動的に修正することのできる追尾型太陽光発電装置は公知である（特許文献２参照）。

本出願人は、全天空領域において、例えば太陽のような光源の最も明るい方向に採集光装置の照準を合わせるように、位置情報を特定し採集光装置の駆動部に信号を与える為の広い視野角を持った光源追尾装置について考案を提案した（特許文献３参照）。

特開２００４−１４６７４５号公報 特開２００１−２１７４４５号公報 実用新案登録第３１２８０４０号公報

特許文献１に記載の太陽追尾装置は、略四角錐状となるような遮蔽板を設けているが、各光センサの検出精度良くするためには遮蔽板の形状に改良の余地があり、また、太陽方向光センサは、それぞれ平坦な面に対して上方に向けて配置されているが、これでは水平方向からの光はキャッチしにくく、そのために光源からの光を広視野で精度良くキャッチするためには改良の余地がある。

特許文献３に記載の考案（先考案という）は、光源の最も明るい方向に採集光装置の照準を合わせるように、位置情報を特定し採集光装置の駆動部に信号を与える為の広い視野角を持った光源追尾装置を実現する点ではすぐれているが、強風時、積雪時、夜間時等の静止、不使用に際して、採集光装置を、最適位置に迅速に移動させる等、使用に際してのより現実の問題への適応という点では機能を有しておらず、必ずしも十分とはいえない。

本考案は、このような先考案の問題点を解決し、全天空領域において、例えば太陽のような光源の最も明るい方向に採集光装置の照準を合わせることができるとともに、強風時、積雪時、夜間時等に際し、光源追尾装置及び採集光装置を、予め設定した最適な所定方向に、迅速に移動して向けることを可能とする光源追尾装置及び採集光装置を実現することを課題とする。

本考案は上記課題を解決するために、光源追尾用センサ装置と制御装置を備え、採集光装置の採集光パネルの光源に対する対面方向を制御する光源追尾装置であって、光源追尾用センサ装置は、複数の受光素子から成り光検出強度を計測する受光センサと、傾斜角を計測する加速度センサと、方位を計測する方位センサと、を備え、受光センサ、加速度センサ及び方位センサによってそれぞれ得られた受光データ、傾斜角のデータ及び方位のデータを制御装置に送信する構成であり、制御装置は、複数の受光素子からの受光データの光検出強度が均等となって受光可能となるように、光源追尾用センサ装置と採集光パネルの光源への対面方向の補正データを生成するとともに、該対面方向の補正データと、傾斜角のデータ及び方位のデータから成る光源追尾用センサ装置の対面方向のデータに基づいて、光源追尾用センサ装置を光源に正対するように制御可能とする制御信号を生成する構成であることを特徴とする光源追尾装置を提供する。

本考案は上記課題を解決するために、光源追尾用センサ装置と、光源追尾用センサ装置を回動可能とする回動支持機構と、制御装置と、を備え、採集光装置の採集光パネルの光源に対する対面方向を制御し、採集光装置とは独立して設けられた光源追尾装置であって、光源追尾用センサ装置は、基板と、基板に取り付けられた複数の受光素子から成り光検出強度を計測する受光センサと、傾斜角を計測する加速度センサと、方位を計測する方位センサと、を備え、受光センサ、加速度センサ及び方位センサによってそれぞれ得られた受光データ、傾斜角のデータ及び方位のデータを制御装置に送信する構成とし、制御装置は、複数の受光素子からの受光データの光検出強度が均等となって受光可能となるように、光源追尾用センサ装置と採集光パネルの光源への対面方向の補正データを生成するとともに、該対面方向の補正データと、傾斜角のデータ及び方位のデータから成る光源追尾用センサ装置の対面方向のデータに基づいて、光源追尾用センサ装置を光源に正対するように制御可能とする制御信号を生成し、対面方向の補正データを、採集光装置に送信し、採集光パネルの光源への対面方向を制御可能とする構成であることを特徴とする光源追尾装置を提供する。

本考案は上記課題を解決するために、光源追尾用センサ装置と、光源追尾用センサ装置を回動可能とする回動支持機構と、制御装置と、を備え、採集光装置の採集光パネルの光源に対する対面方向を制御し、採集光装置とは独立して設けられた光源追尾装置であって、光源追尾用センサ装置は、基板と、複数の受光素子から成る受光センサと、加速度センサと、方位センサと、を備えており、複数の受光素子は、基板に垂直な軸心を有する仮想の錐体の傾斜に沿って前記軸心の回りに等角度の間隔をおいて基板に取り付けられており、それぞれ光検出強度を示す受光データを制御装置へ送信し、速度センサ及び方位センサは、基板に取り付けられており、加速度センサは水平面に対する前記軸心の傾斜角を計測し傾斜角のデータを、方位センサは前記軸心の方位を計測し方位のデータを、それぞれ制御装置へ送信し、制御装置は、複数の受光素子からの受光データに基づき光検出強度が均等となって受光可能となるように、光源追尾用センサ装置と採集光パネルの光源への対面方向の補正データを生成するとともに、該対面方向の補正データと、傾斜角のデータ及び方位のデータから成る光源追尾用センサ装置の対面方向のデータに基づいて、光源追尾用センサ装置を光源に正対するように制御可能とする制御信号を生成し、対面方向の補正データを、採集光装置に送信し、採集光パネルの光源への対面方向を制御可能とする構成であることを特徴とする光源追尾装置を提供する。

光源追尾装置の制御装置は、光源追尾用センサ装置が静止する所定の対面方向のデータを予め記憶しており、該所定の対面方向のデータと、加速度センサ及び方位センサによって得られる傾斜角のデータ及び方位のデータから成る対面方向のデータに基づき、光源追尾用センサ装置を所定の対面方向に静止するように回動支持機構を制御する構成であることが好ましい。

採集光装置は、光源追尾用センサ装置を有することなく、採集光パネルと、採集光パネルを回動可能とする回動支持機構と、制御装置と、を備え、採集光パネルは、加速度センサと方位センサを有し、該加速度センサと方位センサによってそれぞれ得られた傾斜角のデータ及び方位のデータを採集光装置の制御装置に送信する構成とし、採集光装置の制御装置は、光源追尾装置からの対面方向の補正データと採集光パネルの傾斜角のデータ及び方位のデータから成る対面方向のデータに基づいて、採集光パネルを光源に正対するように制御可能とする制御信号を生成し、該制御信号によって、採集光パネルの受光量が最大となるように、採集光装置の回動支持機構を制御する構成であることが好ましい。

採集光装置の制御装置は、採集光パネルが静止する所定の対面方向のデータを予め記憶しており、該所定の対面方向のデータと、採集光パネルの加速度センサ及び方位センサでそれぞれ得られる傾斜角のデータ及び方位のデータから成る対面方向のデータに基づき、採集光パネルを所定の対面方向に静止するように回動支持機構を制御する構成であることが好ましい。

所定の対面方向は、夜間時の静止方向、強風時の静止方向及び積雪時の静止方向のいずれかであることが好ましい。

受光素子は、３つであることが好ましい。

受光素子は、基板に、ハンダ、導電性接着剤、又は剛性を備えた引き出し線で取り付けられていることが好ましい。

本考案に係る光源追尾装置は、次のような効果を生じる。
（１）光追尾センサ装置に方位センサと加速度センサを設け、光追尾センサ装置の現在の対面方向を計測する構成としたので、光源を精度良く追尾可能とするとともに、強風時、夜間、積雪時等を想定して予め設定した最適な所定の方向に、迅速に向きを変えることが可能となる。

（２）仮想の錐体の傾斜に沿って、錐体の軸心の回りに等角度の間隔で複数の受光素子を設け、複数の受光素子の光検出強度が均等となるように、光源追尾装置及び採集光装置を光源に対面するような構成としたので、光源の追尾が精度良く、効率的に行うことが可能となる。

本考案の光源追尾装置の実施例の全体構成を説明する図である。 上記実施例の要部である光源追尾用センサ装置を説明する図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＢ−Ｏ−Ｂに沿った断面図である。 上記実施例の光源追尾用センサ装置の変形例を説明する図であり、（ａ）変形例１の平面図であり、（ｂ）は変形例２の断面図である。 上記実施例の光源追尾装置と、光源追尾装置によって追尾動作が制御される採集光装置の制御装置を説明するブロック図である。 上記実施例の光源追尾装置によって制御される採集光装置の全体構成を説明する図である。

本考案に係る光源追尾装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。

本考案に係る光源追尾装置の実施例を、図１〜図５において説明する。光源追尾装置１は、図１に示すように、光源追尾用センサ装置２と、光源追尾用センサ装置２を支持し光源追尾用センサ装置２を２軸回り（図１に示すＸ軸とＹ軸回り）にそれぞれ回動させる回動支持機構３と、光源追尾用センサ装置２からの出力を受けて光源追尾用センサ装置２ないし後記する採集光装置８の向きを制御する制御信号を出力する制御装置４と、を備えている。

本考案に係る光源追尾装置１の制御装置４は、図４に示すように、採集光装置８の制御装置９に接続されており、光源追尾装置１の制御装置４から出力された制御信号を採集光装置８の制御装置９に送信し、採集光装置８の採集光パネル（図５の太陽電池パネル１０参照）を、稼働時には常時、光源に対して光を最も効果的に受光する最適状態に対面するように制御する構成である。

本実施例では光源追尾装置１は、採集光装置８とは独立して設けられている構成について説明するが、光源追尾装置１は、図示はしないが採集光装置８に一体に設けられた構成としてもよい。なお、追尾する光源は、太陽等いずれでもよいが、本実施例では、光源は太陽として、以下説明する。

（光源追尾用センサ装置）
光源追尾用センサ装置２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、円形の基板１４と、基板１４に取り付けられた受光センサ１５、加速度センサ１６及び方位センサ１７を備えている。

受光センサ１５は、複数の受光素子から成るが、３つの受光素子がコスト、構造の簡素化、精度（校正も含めて）等の観点からみて最適であるので、本実施例では、受光センサ１５は３つの受光素子１８から成る構成とする。

３つの受光素子１８は、それぞれ受光した光検出強度を電気信号に変換し受光データとして出力するものであり、互いに同じ受光性能を有するものが使用される。受光素子１８は、光検出強度を検出する周知のフォトダイオード、フォトトランジスタ等を利用する。

３つの受光素子１８は、それぞれその感光部１９の表面が、仮想の錐体の傾斜（より詳しくは傾斜線又は傾斜面）に沿って、錐体の軸心を中心として軸心回りに周方向に等間隔（１２０°間隔）で配置されて基板１４に取り付けられている。

仮想の錐体としては、例えば、仮想の円錐、三角錐等であるが、本実施例では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、仮想の円錐とする。３つの受光素子１８は、それぞれその感光部１９の表面が、円形の基板１４上であって、基板１４に垂直かつ中心を通る仮想の軸（Ｚ軸）を軸心とする仮想の円錐における、軸心回りに周方向に等間隔（１２０°間隔）の３つの仮想の傾斜線２４に沿って配置されて基板に取り付けられている。

なお、仮想の三角錐とした場合は、図３（ａ）に光源追尾用センサ装置の変形例１である光源追尾用センサ装置２０を示すが、示すように、３つの受光素子１８は、それぞれその感光部１９の表面が、円形の基板１４上であって、基板１４に垂直かつ中心を通る仮想の軸（Ｚ軸）を軸心とする仮想の三角錐（２点鎖線で示す。）の３つの仮想の傾斜面２５に沿ってそれぞれ面一となるように、配置されて基板１４に取り付けられている。

３つの受光素子１８は、本実施例では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ハンダ２６（他の導電接着剤でも良い）を介して基板１４に取り付けられている。受光素子１８を取り付けたハンダ２６に引き出し線２７の一端部が接続されている。

引き出し線２７は、図２（ｂ）に示すように、基板１４を通して下方に引き出され、他端部が光源追尾装置１の制御装置４に接続されている。３つの受光素子１８からそれぞれ出力される受光データは、引き出し線２７を通して制御装置４に送信される。

なお、図３（ｂ）に光源追尾用センサ装置の変形例２である光源追尾用センサ装置２１を示すが、３つの受光素子１８は、それぞれ剛性を有する引き出し線２８を折り曲げて基板１４に取り付ける構成としてもよい。

このように、３つの受光素子１８を、ハンダ２６又は剛性を有する引き出し線２８によって基板１４上に取り付ける構成とすれば、先考案（特許文献３参照）のように三角錐を形成する３つの面板に、それぞれ受光素子を取り付ける構成に比べると、構造が簡単となり、製造コストが低減できる。

加速度センサ１６及び方位センサ１７は、前記したとおり、それぞれ基板１４に取り付けられているが、具体的には、例えば、図２（ｂ）に示すように、加速度センサ１６及び方位センサ１７は、それぞれ基板１４の下面に、ビス等の固着具、接着剤等で固定されている。加速度センサ１６及び方位センサ１７のそれぞれ引き出し線２９、３０は、基板１４から下方に引き出され、光源追尾装置１の制御装置４に接続されている。

加速度センサ１６は、本考案では水平面からの傾きを計測する傾斜計として使用される。この加速度センサ１６によって、円形の基板１４ないし基板１４に垂直かつ中心を通るＺ軸の水平面からの傾斜角が計測可能となり、その傾斜角のデータが引き出し線２９によって制御装置４に送信される。

方位センサ１７は、Ｚ軸の向く東西南北における方位(方角）を計測し、方位のデータが引き出し線３０によって制御装置４に送信される。

（回動支持機構）
光源追尾用センサ装置２は、回動支持機構３により、図１（ａ）に示すように、後記するＸ軸及びＹ軸をそれぞれ中心に、水平面に対するＺ軸の傾斜角を変化できるように回動可能に支持されている。回動支持機構３は、静止された基台３５に設置され、支持台３６、可動部材３７、固定部材３８及び後記する２つのモータ４３、４５を備えている。

支持台３６は、光源追尾用センサ装置２を支持軸４７を介して支持するものである。支持軸４７は、その軸心が、基板１４に垂直かつ中心を通るＺ軸と一致させて支持台３６から起立して設けられている。

固定部材３８は、基台３５に固定されており、可動部材３７は、固定部材３８に取り付けられたモータ（Ｙ軸用モータという）４３の回転軸４４によって、回転軸４４の軸心（「Ｙ軸」という。）回りに回動可能である。

さらに、支持台３６は、可動部材３７に取り付けられたモータ（Ｘ軸用モータという）４５の回転軸４６によって、回転軸４６の軸心（「Ｘ軸」という。）回りに角度を変えて傾くように回動可能である。

Ｘ軸とＹ軸は、互いに直角であり、Ｘ軸とＹ軸の交点に両者に直角に上記Ｚ軸が延びている。従って、回動支持機構３によって、支持台３６、光源追尾用センサ装置２及びＺ軸は、共にＸ軸及びＹ軸回りに傾斜するように回動可能（傾動可能）となる。

なお、図示はしないが、図１に示す構成において、支持台３６及び支持軸４７を設けずに、Ｘ軸用モータ４５の回転軸４６を直接、基板１４に取り付け、基板１４を直接、Ｘ軸及びＹ軸回りに回動させて傾斜するような構成としてもよい。そのような構成とすれば、別途、支持台３６及び支持軸４７を設ける必要はないので、構造がすっきりする。

（制御装置）
光源追尾装置１の制御装置４は、図４に示すように、ＣＰＵ５１、記憶装置５２、データバス５３、入力部５４及び出力部５５を備えたマイコンから構成されている。制御装置４の設置箇所は、光源追尾用センサ装置２からの配線等考慮して、基台３５等に適宜に設置される。

光源追尾装置１の制御装置４には、３つの受光素子１８がそれぞれ接続され、３つの受光素子１８からそれぞれ出力される光検出強度を示す受光データは、光源追尾用センサ装置２の制御装置４に入力するように構成されている。

光源追尾装置１の制御装置４には、さらに、加速度センサ１６及び方位センサ１７が接続され、加速度センサ１６及び方位センサ１７からそれぞれ出力される傾斜角のデータ及び方位のデータを、光源追尾用センサ装置２の制御装置４に入力するように構成されている。

光源追尾装置１の制御装置４には、さらに、強風センサ５６、夜間検知センサ５８及び積雪センサ５７を接続し、強風、夜間、積雪等の事象を自動的に検知して、それらの検知信号を制御装置４に入力するように構成されている。

光源追尾装置１の制御装置４には、その入力部５４に操作入力装置６０（例えば、操作スイッチ、キーボード、遠隔操作用の操作信号受信器等）を接続可能とし、使用時に、制御装置４の操作や設定を可能とする。あるいは、このような操作入力装置６０を設けることなく、設定の全てを予め工場出荷段階等で行う構成としてもよい。

光源追尾装置１の制御装置４の出力部５５は、モータドライバ６１を介してＹ軸用モータ４３及びＸ軸用モータ４５に接続されているとともに、後記する採集光装置８の制御装置９の入力部に接続されている。

以上の構成からなる光源追尾装置１の制御装置４には、次のように制御装置４を動作させる光源追尾用の制御プログラムが記憶装置５２に記憶されて搭載されている。

（光源追尾装置の動作）
制御装置４は、加速度センサ１６からの傾斜角のデータと方位センサ１７からの方位のデータを受け、ＣＰＵ５１において、現時点における傾斜角のデータ及び方位のデータから成る、光源追尾用センサ装置２の現時点の対面方向のデータを生成し、制御装置４の記憶装置５２に逐次、記憶される。

ここで、本明細書及び考案において、「光源追尾用センサ装置２の対面方向」とは、基板１４に垂直な軸心（Ｚ軸）の先端（上端）が指し示す方向であり、光源追尾用センサ装置２の対面方向のデータは、上記軸心の水平面からの傾斜角と東西南北の方位から成るデータである。なお、Ｚ軸は、円形の基板１４に垂直かつ中心を通る軸であり、光源追尾用センサ装置２における３つの受光素子１８が配置される上記仮想の三角錐の軸心でもある。

光源追尾装置１は、その稼働中は、３つの受光素子１８がそれぞれ検出した光検出強度を示す受光データを、光源追尾装置１の制御装置４に送る。制御装置４は、３つの受光素子１８の受光データを受けて、ＣＰＵ５１において、３つの受光素子１８の光検出強度が互いに均等となるように対面するためには、現時点の対面方向からどの程度傾斜させ、どの方位に移動させるかという傾斜角・方位補正データを生成する。

そして、制御装置４は、加速度センサ１６及び方位センサ１７から得た現時点の対面方向のデータと、傾斜角・方位補正データと、から光源追尾用センサ装置２を太陽に向けて対面（正対）させるための追尾用モータ制御信号を生成し、出力部５５を介してモータドライバ６１に送信する。

モータドライバ６１は、追尾用モータ制御信号により、Ｙ軸用モータ４３及びＸ軸用モータ４５をそれぞれ制御して駆動し、光源追尾用センサ装置２を、Ｘ軸回り及びＹ軸回りにそれぞれ回動させ、３つの受光素子１８の光検出強度が互いに同じとなるように、太陽に対面させる。３つの受光素子１８の光検出強度が同一になれば、Ｚ軸は太陽の方向に指向したことになる。

その結果、光源追尾用センサ装置２は、太陽光を最も多く効果的に受光する方向に対面する。これ等の動作により、光源追尾用センサ装置２は、太陽が移動しても、逐次追尾する事が可能となる。

そして、詳細は後記するが、光源追尾装置１の制御装置４は、傾斜角・方位補正データを、１又は複数の採集光装置８に送り、採集光装置８の制御装置９は、この傾斜角・方位補正データと、採集光装置８の加速度センサ１６及び方位センサ１７で得た傾斜角及び方位から成る現時点での対面方向のデータと、から追尾用モータ制御信号を生成し、モータドライバ７１に送信し、回動支持機構６５を制御して太陽電池パネル１０を、太陽光を最も多く効果的に受光する方向に対面するように制御する。

なお、３つの受光素子１８のいずれかが互いに検出特性の違い（検出性能にバラツキ）があれば、光源の位置とＺ軸とにズレが生ずる事からも受光素子１８の特性を揃える必要があり、また、特性に差がある場合は、受光素子１８に校正をかける必要がある。このような場合は、受光素子１８の数は３個が効率的である。

ところで、記憶装置５２には、目的に応じて予め設定された１又は複数の「所定の対面方向」が記憶装置５２に記憶されている。ここでは、「所定の対面方向」の例として、中立方向、強風時・夜間静止方向（強風時と夜間に適切な光源追尾用センサ装置２の対面方向）、積雪時静止方向（積雪時に適切な光源追尾用センサ装置２の対面方向）について説明する。

中立方向は、光源追尾用センサ装置２が向き得る範囲で最も中心の方向となり、例えば、設置時やメインテナンス等で一時的に静止する場合等に向けておく、基準となる方向である。この中立方向における加速度センサ１６及び方位センサ１７で得られた傾斜角及び方位から成る中立方向静止データが太陽電池パネル１０の中立方向静止データとして予め記憶される。

そして、操作入力装置６０を操作して中立方向への静止指令信号を制御装置４に入力すると、制御装置４のＣＰＵ５２において、記憶された中立方向静止データと、光源追尾用センサ装置２の現時点の対面方向のデータと、に基づき演算し、光源追尾用センサ装置２が中立方向に向けかつその方向で静止する中立方向静止用モータ制御信号を生成し、モータドライバ６１に送信する。

モータドライバ６１は、この中立方向静止用モータ制御信号に基づき回動支持機構３の２つのモータ４３、４５をそれぞれ制御し、光源追尾用センサ装置２を中立方向に向け回動して保持する。

静止を解除する場合は、操作入力装置６０を操作し中立方向の解除指令信号を入力すると、制御装置４において再び、傾斜角・方位補正データと、光源追尾用センサ装置２の現時点での対面方向のデータと、から追尾用モータ制御信号を生成し、モータドライバ６１によって、モータ４３、４５をそれぞれ制御して駆動し太陽に正対する方向に戻す。

このように、光源追尾用センサ装置２を中立方向で静止可能な構成にすれば、中立方向以外で静止する構成とした場合に比べ、最短駆動時間で、迅速に静止可能となるとともに、その静止を解除すれば、光源追尾用センサ装置２を、３つの受光素子１８の出力が均等となる対面方向に、より早く傾動して戻すことが可能となる。

次に、強風時・夜間静止方向について説明する。光源追尾用センサ装置２の強風時と夜間において静止する対面方向のデータ（傾斜角及び方位のデータ）を強風時・夜間静止方向データ（例えば、傾斜角は光源追尾用センサ装置２が水平姿勢となるように水平面に対して０°で、東南方向等）として、予め制御装置４の記憶装置５２に記憶しておく。

このような強風時・夜間静止方向の予めの設定に際しては、光源追尾装置１の設置場所の地形環境（例えば、山沿い、海沿い等）、設置場所に特有な気象環境（東南方向から強い海風がある等）等を考慮し、光源追尾用センサ装置２が比較的に風力の影響を受けないような対面方向とする必要がある。なお、このような考慮は、後記する積雪時静止方向の設定についても同様である。

そして、稼働中、強風センサ５６又は夜間検知センサ５８によって強風又は夜間等の事象を検知すると、その検知信号を制御装置４に入力する。制御装置４は、その検知信号を受けると、光源追尾用センサ装置２についての、現時点での対面方向のデータと予め設定された強風時・夜間静止方向データに基づいて、強風時・夜間静止用モータ制御信号を生成し、モータドライバ６１によって、モータ４３、４５をそれぞれ制御して駆動し、光源追尾用センサ装置２を強風時・夜間静止方向へ対面させる。

なお、このような動作は、強風センサ５６又は夜間検知センサ５８の検知信号によることなく、操作入力装置６０（操作スイッチ、キーボード等）を操作して、強風時・夜間静止方向への静止指令信号を、制御装置４に入力する構成としてもよい。

強風センサ５６はいろいろな構成が考えられるが、所定の風速の強風時に風圧でレバーが傾動してリミットスイッチを動作させ、検知信号を発生させるような簡単な構成がある。また、このような強風センサで検知後、一定時間後に、水平方向に静止した光源追尾用センサ装置２の静止を解除するタイマを組み合わせる構成とすると、強風センサによる強風検知信号の有無によって水平方向への傾動及びその解除を繰り返さなくなるので、好ましい。

次に、積雪静止方向について説明する。光源追尾用センサ装置２の積雪時において静止する対面方向のデータを、積雪時静止方向データ（例えば、傾斜角は光源追尾用センサ装置２が、積雪を落下除雪し易くするために水平面に対して４５°で、西方向等）として、予め制御装置４の記憶装置５２に記憶しておく。

稼働中、積雪時には、積雪検知センサ５７で積雪を検知し、その検知信号を制御装置４に入力するが、制御装置４は、強風時・夜間静止方向の場合と同様に、予め記憶された積雪静止方向データと、現時点の光源追尾用センサ装置２の対面方向のデータと、に基づき積雪静止用モータ制御信号を生成し、これをモータドライバ６１に送信する。

すると、光源追尾装置１の制御装置４において、モータドライバ６１は、積雪静止用モータ制御信号に基づき、回動支持機構３の２つのモータ４３、４５をそれぞれ制御して駆動し、光源追尾用センサ装置２を強風時・夜間静止方向に向け傾動して保持する。

なお、積雪静止方向を解除する場合は、強風時・夜間静止方向の解除と同様に、積雪センサによる積雪検知信号の有無による解除、又は積雪検知信号の有無に加えてタイマによる解除によって行う。

（採集光装置）
光源追尾装置１の制御装置４は、前記のとおり、１又は複数の採集光装置８の制御装置９に接続されており、光源追尾装置１で生成した傾斜角・方位補正データが採集光装置８の制御装置９にも送信される（図４参照）。

そして、採集光装置８の制御装置９は、この傾斜角・方位補正データと、採集光装置８の加速度センサ１６及び方位センサ１７で得た傾斜角及び方位に基づいて生成された現時点での対面方向のデータと、から追尾用モータ制御信号を生成し、モータドライバ７１に送信し、回動支持機構６５を制御して太陽電池パネル１０を、太陽光を最も多く効果的に受光する方向に対面するように制御する。

これによって、１台の光源追尾装置１によって、１又は複数の採集光装置８の追尾動作を一括して同時に行える構成となっている。本実施例では、図４に示すように、光源追尾装置１に２台の採集光装置８を接続した構成を示す。２台の採集光装置８は、互いに同じ構成である。

採集光装置８は、図５に示すように、採集光パネル、回動支持機構６５及び制御装置９を備えている。採集光パネルは、具体的には、例えば、太陽電池パネル（ソーラパネル）、太陽熱集熱パネル、温水器パネル等である。なお、本考案では、採集光パネルのパネル形状は、平板状のものに限定せず、湾曲状等、平板状以外の形状も含む。

例えば、太陽熱集熱パネルとしては、凹面鏡集光装置、半円筒鏡集光装置等があり、このような鏡と、鏡の焦点に配置され鏡の反射光を集光する集光器を備えている。これらの集光器では、集光した光（光エネルギー）は、光ファイバーケーブル又は光ダクトにより図示しない光エネルギーの利用機器（例えば、光発電装置、光熱利用装置、照明装置、光触媒殺菌装置、野菜工場等）に送られる。

本実施例では、採集光パネルとして図５に示すように、太陽電池パネル１０を例に挙げて、以下説明する。

太陽電池パネル１０は、回動支持機構６５で回動可能に支持されている。回動支持機構６５は、図５に示すように静止した基台７０上に設置されており、光源追尾装置１の回動支持機構３と同じ構成であるので説明は省略するが、Ｘ軸及びＹ軸の回りに太陽電池パネル１０を回動可能に支持する構成である。

前記したとおり、光源追尾装置１の制御装置４は追尾用モータ制御信号を生成し、この追尾用モータ制御信号によって、モータドライバ６１が回動支持機構３のＹ軸用モータ４３及びＸ軸用モータ４５を制御して駆動し、光源追尾用センサ装置２が常に太陽に対面（正対）するように制御する。

同時に、光源追尾用センサ装置２で得られた受光データに基づいて光源追尾装置１の制御装置４で生成された傾斜角・方位補正データが、図４において、２つの採集光装置８の制御装置９に送信される。

採集光装置８の制御装置９は、この傾斜角・方位補正データと、採集光装置８の加速度センサ１６及び方位センサ１７で得た傾斜角及び方位から成る現時点での対面方向のデータと、から追尾用モータ制御信号を生成し、モータドライバ７１に送信する。

モータドライブ７１は、追尾用モータ制御信号に基づいて、回動支持機構６５のＹ軸用モータ７２及びＸ軸用モータ７３を制御し、太陽電池パネル１０をＹ軸及びＸ軸を中心に回動して、太陽電池パネル１０を常に太陽光を最も多く効果的に受光する太陽に正面する対面方向となるように制御する。

より正確には、太陽電池パネル１０に垂直であって中心を通る軸（Ｚ軸）が、太陽の方向に向くように制御する。これによって、太陽電池パネル１０は、太陽光の最適かつ効果的な採集光を可能とする。

太陽電池パネル１０には、光源追尾装置１と同様に、加速度センサ１６及び方位センサ１７を備えており採集光装置８の制御装置９の入力部(図示せず）に接続されている。加速度センサ１６及び方位センサ１７は、太陽電池パネル１０の裏面等、取り付けやすい箇所に適宜、設ける。

太陽電池パネル１０における加速度センサ１６及び方位センサ１７は、光源追尾用センサ装置２と同様に、太陽電池パネル１０に垂直であって中心を通る軸（Ｚ軸）の水平面に対する傾斜角のデータ及び方位のデータを取得する機能を奏する。

採集光装置８の制御装置９は、基台７０等に設置されており、その構成は省略するが、基本的には光源追尾装置１の制御装置４と同様に、ＣＰＵ、記憶装置、データバス、入力部及び出力部を備えたマイコンから構成されている。

採集光装置８の制御装置９には、光源追尾装置１と同様に、強風センサ５６、夜間検知センサ５８及び積雪センサ５７が接続されており、それらの検知信号が入力される。制御装置９を次のように動作させる制御プログラムが記憶装置に記憶されて搭載されている。

（採集光装置の動作）
採集光装置８の制御装置９は、採集光装置８に設けられた加速度センサ１６及び方位センサ１７から傾斜角のデータ及び方位のデータを得て、太陽電池パネル１０について、データ及び方位のデータから成る現時点での対面方向のデータを制御装置９の記憶装置に記憶する。

前記したとおり、光源追尾装置１の制御装置４は、３つの受光素子１８の光検出強度を示す受光データに基づき傾斜角・方位補正データを生成し、さらに傾斜角・方位補正データと、加速度センサ１６及び方位センサ１７で得た現時点での対面方向のデータと、に基づいて追尾用モータ制御信号を生成しモータドライバ６１によって２つのモータ４３、４５をそれぞれ制御して駆動し、光源追尾用センサ装置２を太陽に正対させる方向に制御する。

同時に、傾斜角・方位補正データを採集光装置８の制御装置９に送信する。制御装置９は、この傾斜角・方位補正データと、採集光装置８の加速度センサ１６及び方位センサ１７で得た対面方向のデータと、から追尾用モータ制御信号を生成し、モータドライバ７１に送信する。

モータドライバ７１は、追尾用モータ制御信号に基づき、回動支持機構６５の２つのモータ７２、７３を制御して駆動し、太陽電池パネル１０を回動して、最も効率的に太陽光を採集光可能な方向に向ける。

ところで、制御装置９の記憶装置には、光源追尾装置１の制御装置４と同様に、予め設定された１又は複数の所定の対面方向のデータが記憶装置に記憶されている。ここでは、所定の対面方向の例として、中立方向、強風時・夜間静止方向、積雪時静止方向について説明する。

中立方向は、太陽電池パネル１０が向き得る範囲で最も中心となり、メインテナンス等で一時的に静止するのに都合の良い方向である。そして、この中立方向における加速度センサ１６及び方位センサ１７で得られた傾斜角及び方位から成る対面方向のデータを、太陽電池パネル１０の中立方向静止データとして予め制御装置９の記憶装置に記憶し設定しておく。

稼働時に、必要に応じて太陽電池パネル１０を中立方向にする場合は、光追尾装置の操作入力装置等６０から、中立方向への静止指令信号を制御装置４に入力すると、制御装置９に送信される。すると、光源追尾装置１の場合と同様に、制御装置９は、記憶された中立方向静止データと、現時点の太陽電池パネル１０の対面方向のデータと、に基づき中立方向静止用モータ制御信号を生成し、モータドライバ７１に送信する。

モータドライバ７１は、中立方向静止用モータ制御信号に基づき、回動支持機構６５の２つのモータ７２、７３をそれぞれ制御し、太陽電池パネル１０を中立方向に向け回動して静止する。

静止を解除する場合は、操作入力装置６０によって中立方向の解除指令信号を制御装置４に入力し、それを制御装置９に送信する。すると、制御装置９で再び、傾斜角・方位補正データと、太陽電池パネル１０の現時点での対面方向のデータと、から追尾用モータ制御信号を生成し、モータドライバ７１によって、モータ７２、７３をそれぞれ制御して駆動し太陽に正対する方向に戻す。

このように、太陽電池パネル１０を中立方向で静止し、また静止を解除可能な構成にすれば、太陽電池パネル１０を追尾方向から中立方向に、また中立方向から現時点において太陽に対面する追尾方向に、それぞれより迅速に傾動することが可能となる。

次に強風時・夜間静止方向について説明する。光源追尾装置１の場合と同様に、強風時と夜間の非稼働時に太陽電池パネル１０を静止する方向の対面データ（例えば、水平となる水平面に対して０°で、東南方向等）を、強風時・夜間静止方向データとして予め制御装置９に記憶しておく。

そして、採集光装置８の制御装置９は、強風時と夜間時に、強風センサ５６又は夜間検知センサ５８からの検出信号を受けると、予め記憶された強風時・夜間静止方向データと、現時点の太陽電池パネル１０の対面方向のデータ（傾斜角のデータ及び方位のデータ）と、に基づき演算し、強風時・夜間静止用モータ制御信号を生成し、これをモータドライバ７１に送信する。

すると、採集光装置８の制御装置９において、モータドライバ７１は、強風時・夜間静止用モータ制御信号に基づき回動支持機構６５の２つのモータ７２、７３をそれぞれ制御して駆動し、太陽電池パネル１０を強風時・夜間静止方向に向け傾動して保持する。

なお、このような動作は、強風センサ５６、夜間検知センサ５８の検知信号によることなく、光源追尾装置１の操作入力装置６０（操作スイッチ、キーボード等）によって強風時・夜間静止方向の解除指令信号を制御装置４に入力した際に、それを採集光装置８の制御装置９に送信し、この解除指令信号のあった時に、前記のとおり、中立方向静止データと、現時点の太陽電池パネル１０の対面方向のデータと、に基づき演算し、強風時・夜間静止用モータ制御信号を生成する構成としてもよい。

強風時・夜間静止方向の静止を解除する場合は、強風センサ又は夜間センサによる検知信号がなくなった場合に、制御装置９で再び、傾斜角・方位補正データと、太陽電池パネル１０の現時点での対面方向のデータと、から追尾用モータ制御信号を生成し、モータドライバ７１によって、モータ７２、７３をそれぞれ制御して駆動し太陽に正対する方向に戻す構成としてもよい。

しかしながら、強風時・夜間静止用モータ制御信号に基づき太陽電池パネル１０を強風時・夜間静止方向に向け傾動した後、一定時間後に、静止した光源追尾用センサ装置２の静止を解除するタイマを組み合わせる構成とすると、強風センサ又は夜間センサによる検知信号の有無によって水平姿勢及びその停止を繰り返さなくなるので、好ましい。

次に、積雪静止方向について説明する。光源追尾用センサ装置２と同様に、積雪時において太陽電池パネル１０が静止する対面方向のデータ（例えば、４５°の傾斜角度で、西方向等）積雪時静止方向データとして、予め制御装置９の記憶装置に記憶しておく。

積雪時には、積雪検知センサ５７で積雪を検知し積雪の検知信号を採集光装置８の制御装置９に入力するが、制御装置９は、強風時・夜間静止方向の場合と同様に、予め記憶された積雪静止方向データと、現時点の太陽電池パネル１０の対面方向のデータと、に基づき積雪静止用モータ制御信号を生成し、これをモータドライバ７１に送信する。

すると、採集光装置８の制御装置９において、モータドライバ７１は、積雪静止用モータ制御信号に基づき回動支持機構６５の２つのモータ７２、７３をそれぞれ制御して駆動し、太陽電池パネル１０を強風時・夜間静止方向に向け傾動して保持する。

なお、積雪静止方向を解除する場合は、強風時・夜間静止方向の解除と同様に、積雪センサによる積雪検知信号の有無による解除、又は積雪検知信号の有無に加えてタイマによる解除によって行う。

以上、本考案に係る光源追尾装置の最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本考案は特にこのような実施例に限定されることなく、実用新案登録請求の範囲記載の技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることはいうまでもない。

以上の構成から成る本考案に係る光源追尾装置は、全天空領域における太陽等の光源の最も明るい方向に向けて採集光装置の照準を合わせることができ、しかも強風時、積雪時又は夜間時等に応じて迅速に追尾センサ装置及び採集光パネルの対面方向を移動できるから、太陽熱利用装置（例えば、太陽熱発電装置、太陽熱利用温水装置等）、太陽光利用装置（例えば、太陽光発電装置、採光装置等）のような各種の光利用装置に適用可能である。

１ 光源追尾装置
２ 光源追尾用センサ装置
３ 回動支持機構
４ 光源追尾装置の制御装置
８ 採集光装置
９ 採集光装置の制御装置
１０ 太陽電池パネル（採集光パネル）
１４ 基板
１５ 受光センサ
１６ 加速度センサ
１７ 方位センサ
１８ 受光素子
１９ 感光部
２０ 光源追尾用センサ装置の変形例１
２１ 光源追尾用センサ装置の変形例２
２４ 円錐の傾斜線
２５ 三角錐の傾斜面
２６ ハンダ
２７ 引き出し線
２８ 剛性を有する引き出し線
２９ 加速度センサの引き出し線
３０ 方位センサの引き出し線
３５ 基台
３６ 支持台
３７ 可動部材
３８ 固定部材
４３ Ｙ軸用モータ
４４ Ｙ軸用モータの回転軸
４５ Ｘ軸用モータ
４６ Ｘ軸用モータの回転軸
４７ 支持軸
５１ ＣＰＵ
５２ 記憶装置
５３ データバス
５４ 入力部
５５ 出力部
５６ 強風センサ
５７ 積雪センサ
５８ 夜間検知センサ
６０ 操作入力装置
６１ 光源追尾装置モータドライバ
６５ 採集光装置の回動支持機構
７０ 採集光装置の基台
７１ 採集光装置のモータドライバ
７２ 採集光装置のＹ軸用モータ
７３ 採集光装置のＸ軸用モータ

Claims (9)

1. 光源追尾用センサ装置と制御装置を備え、採集光装置の採集光パネルの光源に対する対面方向を制御する光源追尾装置であって、
   光源追尾用センサ装置は、複数の受光素子から成り光検出強度を計測する受光センサと、傾斜角を計測する加速度センサと、方位を計測する方位センサと、を備え、受光センサ、加速度センサ及び方位センサによってそれぞれ得られた受光データ、傾斜角のデータ及び方位のデータを制御装置に送信する構成であり、
   制御装置は、複数の受光素子からの受光データの光検出強度が均等となって受光可能となるように、光源追尾用センサ装置と採集光パネルの光源への対面方向の補正データを生成するとともに、該対面方向の補正データと、傾斜角のデータ及び方位のデータから成る光源追尾用センサ装置の対面方向のデータに基づいて、光源追尾用センサ装置を光源に正対するように制御可能とする制御信号を生成する構成であることを特徴とする光源追尾装置。
2. 光源追尾用センサ装置と、光源追尾用センサ装置を回動可能とする回動支持機構と、制御装置と、を備え、採集光装置の採集光パネルの光源に対する対面方向を制御し、採集光装置とは独立して設けられた光源追尾装置であって、
   光源追尾用センサ装置は、基板と、基板に取り付けられた複数の受光素子から成り光検出強度を計測する受光センサと、傾斜角を計測する加速度センサと、方位を計測する方位センサと、を備え、受光センサ、加速度センサ及び方位センサによってそれぞれ得られた受光データ、傾斜角のデータ及び方位のデータを制御装置に送信する構成とし、
   制御装置は、複数の受光素子からの受光データの光検出強度が均等となって受光可能となるように、光源追尾用センサ装置と採集光パネルの光源への対面方向の補正データを生成するとともに、該対面方向の補正データと、傾斜角のデータ及び方位のデータから成る光源追尾用センサ装置の対面方向のデータに基づいて、光源追尾用センサ装置を光源に正対するように制御可能とする制御信号を生成し、対面方向の補正データを、採集光装置に送信し、採集光パネルの光源への対面方向を制御可能とする構成であることを特徴とする光源追尾装置。
3. 光源追尾用センサ装置と、光源追尾用センサ装置を回動可能とする回動支持機構と、制御装置と、を備え、採集光装置の採集光パネルの光源に対する対面方向を制御し、採集光装置とは独立して設けられた光源追尾装置であって、
   光源追尾用センサ装置は、基板と、複数の受光素子から成る受光センサと、加速度センサと、方位センサと、を備えており、
   複数の受光素子は、基板に垂直な軸心を有する仮想の錐体の傾斜に沿って前記軸心の回りに等角度の間隔をおいて基板に取り付けられており、それぞれ光検出強度を示す受光データを制御装置へ送信し、
   加速度センサ及び方位センサは、基板に取り付けられており、加速度センサは水平面に対する前記軸心の傾斜角を計測し傾斜角のデータを、方位センサは前記軸心の方位を計測し方位のデータを、それぞれ制御装置へ送信し、
   制御装置は、複数の受光素子からの受光データに基づき光検出強度が均等となって受光可能となるように、光源追尾用センサ装置と採集光パネルの光源への対面方向の補正データを生成するとともに、該対面方向の補正データと、傾斜角のデータ及び方位のデータから成る光源追尾用センサ装置の対面方向のデータに基づいて、光源追尾用センサ装置を光源に正対するように制御可能とする制御信号を生成し、対面方向の補正データを、採集光装置に送信し、採集光パネルの光源への対面方向を制御可能とする構成であることを特徴とする光源追尾装置。
4. 光源追尾装置の制御装置は、光源追尾用センサ装置が静止する所定の対面方向のデータを予め記憶しており、該所定の対面方向のデータと、加速度センサ及び方位センサによって得られる傾斜角のデータ及び方位のデータから成る対面方向のデータに基づき、光源追尾用センサ装置を所定の対面方向に静止するように回動支持機構を制御する構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源追尾装置。
5. 採集光装置は、光源追尾用センサ装置を有することなく、採集光パネルと、採集光パネルを回動可能とする回動支持機構と、制御装置と、を備え、
   採集光パネルは、加速度センサと方位センサを有し、該加速度センサと方位センサによってそれぞれ得られた傾斜角のデータ及び方位のデータを採集光装置の制御装置に送信する構成とし、
   採集光装置の制御装置は、光源追尾装置からの対面方向の補正データと採集光パネルの傾斜角のデータ及び方位のデータから成る対面方向のデータに基づいて、採集光パネルを光源に正対するように制御可能とする制御信号を生成し、該制御信号によって、採集光パネルの受光量が最大となるように、採集光装置の回動支持機構を制御する構成であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の光源追尾装置。
6. 採集光装置の制御装置は、採集光パネルが静止する所定の対面方向のデータを予め記憶しており、該所定の対面方向のデータと、採集光パネルの加速度センサ及び方位センサでそれぞれ得られる傾斜角のデータ及び方位のデータから成る対面方向のデータに基づき、採集光パネルを所定の対面方向に静止するように回動支持機構を制御する構成であることを特徴とする請求項５に記載の光源追尾装置。
7. 所定の対面方向は、夜間時の静止方向、強風時の静止方向及び積雪時の静止方向のいずれかであることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の光源追尾装置。
8. 受光素子は、３つであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光源追尾装置。
9. 受光素子は、基板に、ハンダ、導電性接着剤、又は剛性を備えた引き出し線で取り付けられていることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の光源追尾装置。

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