JP3315454B2 - 太陽光追尾センサと太陽光追尾方法 - Google Patents
太陽光追尾センサと太陽光追尾方法Info
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- JP3315454B2 JP3315454B2 JP04225193A JP4225193A JP3315454B2 JP 3315454 B2 JP3315454 B2 JP 3315454B2 JP 04225193 A JP04225193 A JP 04225193A JP 4225193 A JP4225193 A JP 4225193A JP 3315454 B2 JP3315454 B2 JP 3315454B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽の位置を検出、追
尾するための太陽光追尾センサおよび太陽光追尾方法に
係り、特に、太陽光集光装置に設けられた太陽光追尾セ
ンサおよび太陽光集光装置に関する。
尾するための太陽光追尾センサおよび太陽光追尾方法に
係り、特に、太陽光集光装置に設けられた太陽光追尾セ
ンサおよび太陽光集光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽光を採光し室内に取り込む方法とし
ては、従来は窓や天窓からの直達光を利用するのが一般
的であった。ところが最近の住宅の密集化にともない、
昼間でも太陽の直達光が入射しないような室内空間が出
現している。そこで最近太陽光を集める集光部品とその
集光を移送する搬送路からなる太陽光集光装置が数多く
提案されている。太陽光をより効率よく集光するために
太陽の移動に合わせて太陽光集光装置を高精度で太陽光
追尾させる必要がある。そのため太陽光集光装置には、
例えば太陽の方向を検出する太陽光追尾センサとして特
開昭５７−６７８１４号、特開昭５９−１８４１４号に
示されるように光センサが配設されていた。これら光セ
ンサは、太陽からの直達光、および大気あるいは雲によ
って散乱された散乱光の両方を受光し、その光センサ信
号を電気的処理をして太陽光追尾を行っている。しか
し、散乱光が太陽に対して対称でない場合、すなわち太
陽の高度が低い場合、あるいは雲が太陽に対して対称で
ない形でかかっている場合は、太陽の方向と太陽光追尾
センサの方向にズレが生じる問題があった。
ては、従来は窓や天窓からの直達光を利用するのが一般
的であった。ところが最近の住宅の密集化にともない、
昼間でも太陽の直達光が入射しないような室内空間が出
現している。そこで最近太陽光を集める集光部品とその
集光を移送する搬送路からなる太陽光集光装置が数多く
提案されている。太陽光をより効率よく集光するために
太陽の移動に合わせて太陽光集光装置を高精度で太陽光
追尾させる必要がある。そのため太陽光集光装置には、
例えば太陽の方向を検出する太陽光追尾センサとして特
開昭５７−６７８１４号、特開昭５９−１８４１４号に
示されるように光センサが配設されていた。これら光セ
ンサは、太陽からの直達光、および大気あるいは雲によ
って散乱された散乱光の両方を受光し、その光センサ信
号を電気的処理をして太陽光追尾を行っている。しか
し、散乱光が太陽に対して対称でない場合、すなわち太
陽の高度が低い場合、あるいは雲が太陽に対して対称で
ない形でかかっている場合は、太陽の方向と太陽光追尾
センサの方向にズレが生じる問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術が
有していた前述の問題点を解決しようとするもので、従
来知られていなかった太陽光追尾センサおよび太陽光追
尾方法を新規に提供することを目的とする。
有していた前述の問題点を解決しようとするもので、従
来知られていなかった太陽光追尾センサおよび太陽光追
尾方法を新規に提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、光センサにより太陽光を
受光して、太陽の方向を検出する太陽光追尾センサにお
いて、太陽の直達光成分の信号と散乱光成分の信号とを
出力するメイン光センサと、太陽の散乱光成分の信号の
みを出力する補正用光センサと、を備えることを特徴と
する太陽光追尾センサを提供する。
決すべくなされたものであり、光センサにより太陽光を
受光して、太陽の方向を検出する太陽光追尾センサにお
いて、太陽の直達光成分の信号と散乱光成分の信号とを
出力するメイン光センサと、太陽の散乱光成分の信号の
みを出力する補正用光センサと、を備えることを特徴と
する太陽光追尾センサを提供する。
【０００５】また、不透明な筒体と、該筒体の上端部に
設けられたドーナツ状の不透明な蓋と、前記蓋の内周部
から前記蓋に垂直に下ろしたラインが受光面に落ちるよ
うに配設されたメイン光センサおよび該メイン光センサ
の外側に隣接して配設された補正用光センサからなる一
組の光センサの少なくとも２組と、からなり、かつ少な
くとも２組の前記光センサが前記筒体の下端部におい
て、該下端部の中心を間に挟んで相対向して配設されて
なる上記の太陽光追尾センサを提供する。
設けられたドーナツ状の不透明な蓋と、前記蓋の内周部
から前記蓋に垂直に下ろしたラインが受光面に落ちるよ
うに配設されたメイン光センサおよび該メイン光センサ
の外側に隣接して配設された補正用光センサからなる一
組の光センサの少なくとも２組と、からなり、かつ少な
くとも２組の前記光センサが前記筒体の下端部におい
て、該下端部の中心を間に挟んで相対向して配設されて
なる上記の太陽光追尾センサを提供する。
【０００６】また、太陽の直達光成分の信号と散乱光成
分の信号とを出力するメイン光センサと、太陽の散乱光
成分の信号のみを出力する補正用光センサとから、太陽
の直達光成分の信号のみを取り出し、該直達光成分の信
号を用いて太陽を追尾することを特徴とする太陽光追尾
方法を提供する。本発明においては、メイン光センサの
出力信号と補正用光センサの出力信号とから、太陽の直
達光成分の信号のみを取り出し、該直達光成分の信号に
より駆動部が稼動し太陽光集光部が太陽光を追尾するこ
とが好ましい。 また本発明においては、前記少なくとも
２組の光センサが筒体の下端部において、ドーナツの内
周径と等しい対称位置に配設されてなることが好まし
い。
分の信号とを出力するメイン光センサと、太陽の散乱光
成分の信号のみを出力する補正用光センサとから、太陽
の直達光成分の信号のみを取り出し、該直達光成分の信
号を用いて太陽を追尾することを特徴とする太陽光追尾
方法を提供する。本発明においては、メイン光センサの
出力信号と補正用光センサの出力信号とから、太陽の直
達光成分の信号のみを取り出し、該直達光成分の信号に
より駆動部が稼動し太陽光集光部が太陽光を追尾するこ
とが好ましい。 また本発明においては、前記少なくとも
２組の光センサが筒体の下端部において、ドーナツの内
周径と等しい対称位置に配設されてなることが好まし
い。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を実施例に従って説明する。図
１は本発明の太陽光集光装置に設けた太陽光追尾センサ
の一実施例を示す概略構成図である。図２は図１におけ
るア−ア方向の断面図である。図３は本発明による太陽
光追尾センサを使用した電気回路の一実施例の回路図で
ある。１は不透明な筒体、２は円形の穴を有するドーナ
ツ状の不透明な蓋、３は前記穴の縁（ドーナツ状の内周
部）を前記筒体の下端部まで（前記蓋に）垂直に降ろし
てきた仮想ラインである。メイン光センサである光セン
サＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳ４はその受光面の中心
を仮想ライン３が通るように９０°分割で配設され、前
記各々の光センサの外側に互いの受光面を覆い隠さない
ような位置関係で、補正用光センサである光センサＳＳ
１，ＳＳ２，ＳＳ３，ＳＳ４が各々光センサＭＳ１，Ｍ
Ｓ２，ＭＳ３，ＭＳ４の外側に隣り合わせるように配設
されている。太陽からの直達光がＬ0 の方向にあると
き、光センサＭＳ１はＬ0 の方向からくる直達光、およ
びＬ2 からＬ4 までの間の方向からくる散乱光、すなわ
ち入射角Ａ°の散乱光を受光することになる。これに対
して、光センサＳＳ１は、Ｌ1からＬ3 までの間の方向
からくる散乱光、すなわち入射角Ｂ°の散乱光のみを受
光する。入射角Ａ°の散乱光の強度と入射角Ｂ°の散乱
光の強度はほぼ等しい値であるので、光センサＭＳ１の
出力信号から光センサＳＳ１の出力信号を差動増幅器Ｏ
Ｐ１で減算した信号ＳＧ１は、Ｌ0 の方向から入射する
太陽直達光のみの出力信号とほぼ等しい。同様に、信号
ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ４も、Ｌ0 の方向から入射する太
陽直達光のみの出力信号とほぼ等しくなる。太陽からの
直達光がＬ0 の方向にあるとき、信号ＳＧ１と信号ＳＧ
３はほぼ等しく、信号ＳＧ２と信号ＳＧ４もほぼ等し
い。すなわち、信号ＳＧ１と信号ＳＧ３の値を差動増幅
器ＯＰ６で比較し、それら値が等しくなるように駆動モ
ータＭＸの制御を行い、同時に信号ＳＧ２と信号ＳＧ４
の値を差動増幅器ＯＰ５で比較し、それら値が等しくな
るように駆動モータＭＹを制御して太陽光集光部を駆動
すれば、該太陽光集光部は高精度な太陽光追尾を行う。
太陽光追尾センサの筒体の軸と太陽光集光部を構成する
レンズ等の光学系の軸とが平行または共有するように配
設することができる。
１は本発明の太陽光集光装置に設けた太陽光追尾センサ
の一実施例を示す概略構成図である。図２は図１におけ
るア−ア方向の断面図である。図３は本発明による太陽
光追尾センサを使用した電気回路の一実施例の回路図で
ある。１は不透明な筒体、２は円形の穴を有するドーナ
ツ状の不透明な蓋、３は前記穴の縁（ドーナツ状の内周
部）を前記筒体の下端部まで（前記蓋に）垂直に降ろし
てきた仮想ラインである。メイン光センサである光セン
サＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳ４はその受光面の中心
を仮想ライン３が通るように９０°分割で配設され、前
記各々の光センサの外側に互いの受光面を覆い隠さない
ような位置関係で、補正用光センサである光センサＳＳ
１，ＳＳ２，ＳＳ３，ＳＳ４が各々光センサＭＳ１，Ｍ
Ｓ２，ＭＳ３，ＭＳ４の外側に隣り合わせるように配設
されている。太陽からの直達光がＬ0 の方向にあると
き、光センサＭＳ１はＬ0 の方向からくる直達光、およ
びＬ2 からＬ4 までの間の方向からくる散乱光、すなわ
ち入射角Ａ°の散乱光を受光することになる。これに対
して、光センサＳＳ１は、Ｌ1からＬ3 までの間の方向
からくる散乱光、すなわち入射角Ｂ°の散乱光のみを受
光する。入射角Ａ°の散乱光の強度と入射角Ｂ°の散乱
光の強度はほぼ等しい値であるので、光センサＭＳ１の
出力信号から光センサＳＳ１の出力信号を差動増幅器Ｏ
Ｐ１で減算した信号ＳＧ１は、Ｌ0 の方向から入射する
太陽直達光のみの出力信号とほぼ等しい。同様に、信号
ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ４も、Ｌ0 の方向から入射する太
陽直達光のみの出力信号とほぼ等しくなる。太陽からの
直達光がＬ0 の方向にあるとき、信号ＳＧ１と信号ＳＧ
３はほぼ等しく、信号ＳＧ２と信号ＳＧ４もほぼ等し
い。すなわち、信号ＳＧ１と信号ＳＧ３の値を差動増幅
器ＯＰ６で比較し、それら値が等しくなるように駆動モ
ータＭＸの制御を行い、同時に信号ＳＧ２と信号ＳＧ４
の値を差動増幅器ＯＰ５で比較し、それら値が等しくな
るように駆動モータＭＹを制御して太陽光集光部を駆動
すれば、該太陽光集光部は高精度な太陽光追尾を行う。
太陽光追尾センサの筒体の軸と太陽光集光部を構成する
レンズ等の光学系の軸とが平行または共有するように配
設することができる。
【０００８】［実施例１］ 以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。図１に
示すとおりの太陽光追尾センサを組み立てた。不透明な
筒体１の長さを５０ｍｍ、不透明な蓋２の穴の直径を２
５ｍｍとした。また受光面が２．４ｍｍ×２．４ｍｍの
大きさである光センサＭＳ１〜ＭＳ４を、筒体１の下端
部に直径２５ｍｍの円上に９０°分割で配設した。これ
ら光センサＭＳ１〜ＭＳ４と同じ受光面を持つ光センサ
ＳＳ１〜ＳＳ４を、筒体１の下端部に直径３０ｍｍの円
上に配設した。太陽高度が約１５°でほぼ快晴状態の
時、この太陽光追尾センサを用いて太陽光追尾を行った
ところ、太陽の方向とこの太陽光追尾センサの向きとの
ズレは０．０５°以内であった。
示すとおりの太陽光追尾センサを組み立てた。不透明な
筒体１の長さを５０ｍｍ、不透明な蓋２の穴の直径を２
５ｍｍとした。また受光面が２．４ｍｍ×２．４ｍｍの
大きさである光センサＭＳ１〜ＭＳ４を、筒体１の下端
部に直径２５ｍｍの円上に９０°分割で配設した。これ
ら光センサＭＳ１〜ＭＳ４と同じ受光面を持つ光センサ
ＳＳ１〜ＳＳ４を、筒体１の下端部に直径３０ｍｍの円
上に配設した。太陽高度が約１５°でほぼ快晴状態の
時、この太陽光追尾センサを用いて太陽光追尾を行った
ところ、太陽の方向とこの太陽光追尾センサの向きとの
ズレは０．０５°以内であった。
【０００９】［実施例２］ 実施例１と同じように太陽光追尾センサを組み立て、さ
らに図４に示すような電気回路を設けた。光センサＭＳ
１〜ＭＳ４、ＳＳ１〜ＳＳ４からの信号は増幅回路４で
増幅され、Ａ／Ｄコンバーター回路５でデジタル化され
たのち、中央演算回路ユニット６に送られる。太陽高
度、天候条件等のパラメーターに対して、中央演算回路
ユニット６内で光センサＭＳ１〜ＭＳ４、ＳＳ１〜ＳＳ
４の信号に適切なゲインを与え、減算する。それらの値
を用いて駆動モータＭＸ，ＭＹを制御することで、太陽
散乱光の影響が大きい天候状態の時も精度の高い太陽光
追尾が可能であった。
らに図４に示すような電気回路を設けた。光センサＭＳ
１〜ＭＳ４、ＳＳ１〜ＳＳ４からの信号は増幅回路４で
増幅され、Ａ／Ｄコンバーター回路５でデジタル化され
たのち、中央演算回路ユニット６に送られる。太陽高
度、天候条件等のパラメーターに対して、中央演算回路
ユニット６内で光センサＭＳ１〜ＭＳ４、ＳＳ１〜ＳＳ
４の信号に適切なゲインを与え、減算する。それらの値
を用いて駆動モータＭＸ，ＭＹを制御することで、太陽
散乱光の影響が大きい天候状態の時も精度の高い太陽光
追尾が可能であった。
【００１０】［比較例１］ 実施例１と同様の太陽光追尾センサを用い、また光セン
サＳＳ１〜ＳＳ４に覆いをして、光センサＭＳ１〜ＭＳ
４のみの出力信号で太陽光追尾を行った。太陽高度が約
１５°で、ほぼ快晴状態の時、太陽の方向とこの太陽光
追尾センサの向きとのズレは約２°であった。
サＳＳ１〜ＳＳ４に覆いをして、光センサＭＳ１〜ＭＳ
４のみの出力信号で太陽光追尾を行った。太陽高度が約
１５°で、ほぼ快晴状態の時、太陽の方向とこの太陽光
追尾センサの向きとのズレは約２°であった。
【００１１】［比較例２］ ある薄曇りの夕方に実施例１と同様の太陽光追尾センサ
による太陽光追尾と、前記太陽光追尾センサの光センサ
ＳＳ１〜ＳＳ４に覆いをして光センサＭＳ１〜ＭＳ４の
みの出力信号による太陽光追尾と、を行った。また、こ
の時太陽の方向と太陽光追尾センサのズレ量を明確にす
るために太陽光追尾センサに凸レンズと、その焦点位置
と光ファイバの入射端面が一致するように前記光ファイ
バを取り付けた。太陽光追尾センサの向きと凸レンズの
光軸は一致させた。図５に測定結果をグラフで示す。横
軸は時間、縦軸はファイバ出射端での光量である。Ａは
実施例１と同様の太陽光追尾による光量変化であり、Ｂ
は光センサＭＳ１〜ＭＳ４のみの出力信号での太陽光追
尾による光量変化である。１６時３０分ぐらいまでは出
射光量に殆ど差がないが、それ以降太陽高度が低くなり
散乱光の影響が大きくなるにつれてＢは軸ズレを起こ
し、出射光量が落ちていく。それに対してＡは殆ど軸ズ
レを起こすことがなく、日の入り時刻近くまで追尾をし
ている。
による太陽光追尾と、前記太陽光追尾センサの光センサ
ＳＳ１〜ＳＳ４に覆いをして光センサＭＳ１〜ＭＳ４の
みの出力信号による太陽光追尾と、を行った。また、こ
の時太陽の方向と太陽光追尾センサのズレ量を明確にす
るために太陽光追尾センサに凸レンズと、その焦点位置
と光ファイバの入射端面が一致するように前記光ファイ
バを取り付けた。太陽光追尾センサの向きと凸レンズの
光軸は一致させた。図５に測定結果をグラフで示す。横
軸は時間、縦軸はファイバ出射端での光量である。Ａは
実施例１と同様の太陽光追尾による光量変化であり、Ｂ
は光センサＭＳ１〜ＭＳ４のみの出力信号での太陽光追
尾による光量変化である。１６時３０分ぐらいまでは出
射光量に殆ど差がないが、それ以降太陽高度が低くなり
散乱光の影響が大きくなるにつれてＢは軸ズレを起こ
し、出射光量が落ちていく。それに対してＡは殆ど軸ズ
レを起こすことがなく、日の入り時刻近くまで追尾をし
ている。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、太
陽散乱光のみを受光する光センサを設けることで、太陽
光追尾においては外乱である太陽散乱光の影響をキャン
セルし、太陽直達光の出力信号のみで追尾を行うことが
できるので、太陽散乱光に起因する光軸ズレの極めて小
さい精度の高い太陽光追尾ができる。したがって本発明
の太陽光追尾センサを備えることによって太陽光集光効
率の極めて高い太陽光集光装置が得られる。また、中央
演算装置内のアルゴリズムを最適化することで太陽光追
尾可能範囲が広がるという効果も認められる。また本発
明の太陽光追尾方法は太陽光集光装置に限らず、独立し
て用いることができる。
陽散乱光のみを受光する光センサを設けることで、太陽
光追尾においては外乱である太陽散乱光の影響をキャン
セルし、太陽直達光の出力信号のみで追尾を行うことが
できるので、太陽散乱光に起因する光軸ズレの極めて小
さい精度の高い太陽光追尾ができる。したがって本発明
の太陽光追尾センサを備えることによって太陽光集光効
率の極めて高い太陽光集光装置が得られる。また、中央
演算装置内のアルゴリズムを最適化することで太陽光追
尾可能範囲が広がるという効果も認められる。また本発
明の太陽光追尾方法は太陽光集光装置に限らず、独立し
て用いることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図。
【図２】図１のア−ア方向の断面図。
【図３】本発明の太陽光追尾センサを使用した電気回路
の一実施例の回路図。
の一実施例の回路図。
【図４】本発明の太陽光追尾センサを使用した電気回路
の他の実施例の回路図。
の他の実施例の回路図。
【図５】本発明の太陽光追尾センサの追尾精度を示すグ
ラフ。
ラフ。
１：不透明な筒体 ２：円形の穴を有する不透明な蓋 ３：仮想ライン ４：増幅回路 ５：Ａ／Ｄコンバーター回路 ６：中央演算回路ユニット ＭＳ１〜ＭＳ４、ＳＳ１〜ＳＳ４：光センサ ＯＰ１〜ＯＰ６：差動増幅回路 ＭＸ，ＭＹ：駆動モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−67814（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−18414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−254005（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−97415（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 1/00 F21S 11/00 F24J 2/38
Claims (4)
- 【請求項１】光センサにより太陽光を受光して、太陽の
方向を検出する太陽光追尾センサにおいて、太陽の直達
光成分の信号と散乱光成分の信号とを出力するメイン光
センサと、太陽の散乱光成分の信号のみを出力する補正
用光センサと、を備えることを特徴とする太陽光追尾セ
ンサ。 - 【請求項２】不透明な筒体と、該筒体の上端部に設けら
れたドーナツ状の不透明な蓋と、前記蓋の内周部から前
記蓋に垂直に下ろしたラインが受光面に落ちるように配
設されたメイン光センサおよび該メイン光センサの外側
に隣接して配設された補正用光センサからなる一組の光
センサの少なくとも２組と、からなり、 かつ少なくとも２組の前記光センサが前記筒体の下端部
において、該下端部の中心を間に挟んで相対向して配設
されてなる請求項１に記載の太陽光追尾センサ。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の太陽光追尾セン
サを備える太陽光集光装置。 - 【請求項４】太陽の直達光成分の信号と散乱光成分の信
号とを出力するメイン光センサと、太陽の散乱光成分の
信号のみを出力する補正用光センサとから、太陽の直達
光成分の信号のみを取り出し、該直達光成分の信号を用
いて太陽を追尾することを特徴とする太陽光追尾方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04225193A JP3315454B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 太陽光追尾センサと太陽光追尾方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04225193A JP3315454B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 太陽光追尾センサと太陽光追尾方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06229754A JPH06229754A (ja) | 1994-08-19 |
| JP3315454B2 true JP3315454B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=12630813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04225193A Expired - Fee Related JP3315454B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 太陽光追尾センサと太陽光追尾方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3315454B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5759235B2 (ja) * | 2011-04-06 | 2015-08-05 | 三鷹光器株式会社 | 太陽光検出装置 |
| JP2013004684A (ja) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Nabtesco Corp | 太陽追尾装置及び太陽光発電装置 |
-
1993
- 1993-02-05 JP JP04225193A patent/JP3315454B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06229754A (ja) | 1994-08-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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