JP6854877B2 - 太陽追尾装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽追尾装置に関し、特に複数の光学センサを備えた太陽追尾装置に関する。

太陽エネルギ収集において、光起電力（ＰＶ）パネルなどの太陽光収集パネルを位置選定用の最適な方位に位置決めすることが望ましい。固定設置において、これは、（北半球では）一般に南方向に、且つ地平線に対して適切な角度に面してパネルを位置決めすることであり得る。しかしながら、かかる固定設置は、可能な限り多くの日光を捕捉するものではない。何故なら、方位が妥協的なものであり、概ね全日にわたって、太陽は、効率的な太陽エネルギ収集のために、パネルに対して最適な位置にないからである。収集効率を改善するために、パネルに対する太陽の位置を感知できる、且つ電動駆動機構を用いて、太陽の方向を指すようにパネルを向けることができる関連太陽追尾装置を太陽電池パネルに設けることが知られている。このようにして、パネルは、一日の任意で所与の時刻に、可能な限り最も効率的な角度に−典型的には太陽に垂直に向けることができる。

例えば特許文献１から、上面に孔を備えたボックスと、ボックスの底部における感光性要素アレイと、アレイ上に入射太陽光を導く凸レンズアレイと、を含む太陽追尾装置を提供することが知られている。その装置は、パネルにおいて太陽エネルギの収集を最大限にするために、感光性要素アレイからの信号に応じて、太陽光収集パネルの方向角を変更するモータを含んでもよい。

特許文献２は、画像取得手段と、前記画像取得手段と一体化されて整合された遮光センサと、処理ユニットと、遮光センサのディバイダを形成する、光放射に対して不透明な収容本体と、を含む太陽追尾システム用のポインティングセンサを示す。

特許文献３は、互いに離れた、且つパネルの中心に対して対称的な２つの位置で太陽電池パネル上に別々に搭載された第１及び第２の光センサを備えた太陽追尾システムを開示する。第１のスリーブが、第１の光センサを囲む。第２のスリーブが、第２の光センサを囲む。スリーブのそれぞれは、パネルの表面に対して傾斜した穴を有する。

特許文献４は、家庭の太陽追尾光起電力発電装置を示す。その装置は、８点４象限光電センサ（eight-point four quadrant photoelectric sensor）、比較器、ステッピングモータ、及びファラドコンデンサを含み、光電センサは、壁本体の座金上に配置され、２つの光電センサが、光電センサの各象限における上部及び下部に配置される。

特許文献５は、対応する光検出器の光検出面の面積より小さい面積を画定する開口部を有する太陽センサアセンブリを開示する。

特許文献６（特許文献７としても知られている）は、関連する開口部を備えた２×２センサアセンブリを開示する。

米国特許出願公開第２０１５０７６３１９ Ａ号明細書 国際公開第２０１５／１０７５５９ Ａ１号パンフレット 米国特許出願公開第２００９／０５６７００ Ａ号明細書 中国実用新案第２０ ２２ １０ ７６３ Ｕ号明細書 国際公開第２００８／０４８４７８号パンフレット 日本公告実用新案第２０５５７３６ Ｙ号公報 日本公開実用新案登録第６３ １６７ ２１２ Ｕ１号公報

本開示は、先行技術の太陽追尾装置に対する少なくとも１つの代替を提供することを追求する。

本発明の一態様に従って、一次光学センサと、少なくとも２つの補助光学センサと、ハウジングと、を含む太陽追尾装置が提供される。ハウジングは、一次センサが下に配置される中央開口部を備えた上面と、中央開口部のまわりで側方に配置された光井であって、それぞれの補助センサの各々が配置される光井と、を有する。各光井は、関連する補助センサが配置される底面と、上面における開口部と、上面及び底面を接続する側壁と、を含む。側壁の１つは、底面と垂直に配置された光反射面であり、全ての他の側壁は、光吸収性である。

単一の反射面を備えた、補助センサのそれぞれの光井に補助センサを設けることは、それらのセンサによって出力された信号を比較することによって、装置に対する太陽の位置の少なくとも大まかな表示を決定することが可能であることを意味する。これは、装置を位置決めして方向付けるための入力として、例えば一次センサが使用可能になる前の初期入力として有用になり得、より広い視野を可能にする。１つのシナリオにおいて、補助センサの視野は、一次センサの視野より広く、その結果、補助センサの１つ又は複数は、一次センサが太陽光を受けることができる位置にない場合でさえ、トリガされ得る。補助センサを設けることが与える別の利点は、冗長性である。一次センサが故障した場合に、補助センサは、事実上の一次センサとして引き継ぐことができる。

各光反射面は、中央開口部に面して、外側の側壁に置かれてもよい。代替として、各光反射面は、中央開口部に背を向けて、内側の側壁に置かれてもよい。

一次光学センサは、位置敏感装置（ＰＳＤ）であってよく、位置敏感装置（ＰＳＤ）は、光電気位置を示すためにフォトダイオード表面抵抗を利用する等方型であってよく、又はＣＭＯＳ、ＣＣＤ、又はＳｉダイオードアレイなどの２Ｄ離散センサアレイを含んでもよい。ＰＳＤは、正確な位置決定を提供することができる。即ち、ＰＳＤのどこに光が入射するかを示す信号を生成することであって、信号は、例えばＰＳＤに光を集中させる目的で、装置の位置を変えるための入力として用いることができ、次にそれは、上面が太陽に垂直であり、太陽光収集には最適であることを意味することである。

太陽追尾装置は、開口部を通過する入射太陽光をＰＳＤ上に合焦させるために、中央開口部とＰＳＤとの間に配置された、レンズのような光学部品を更に含んでもよい。太陽追尾装置は、レンズと中央開口部との間で位置合わせされた、中央孔を備えたマスクを更に含んでもよい。

中央開口部は、面取りされ、上面の方へ広くなってもよい。面取りされたプロファイルは、広い角度範囲からの光が、開口部を通過できることを保証する。例として、一次センサは、およそ１７５度の視野（ＦＯＶ）を有してもよく、その場合に、開口部は、そのＦＯＶ全体を横切る光が、妨げられずにセンサに達し得ることを保証するように面取りされてもよい。

各補助光学センサは、フォトダイオードを含んでもよい。ＰＳＤと比較すると、フォトダイオードは、単純で安価である。また、異なる種類の光学センサの使用は、両方のタイプが故障し得る可能性が、より低いことを意味し、その結果、システムに冗長性をもたらす。

各光井の開口部は、矩形であってもよく、各光井は、上面に垂直な内側の側壁及び外側の側壁を備え、且つ底面の方へ内側に傾斜する隣接する側壁を備えて、略桶状の光井を形成する。これは、広い角度範囲からの光が、底部における補助光学センサに達し得ることを保証する。

太陽追尾装置は、光学センサの全てと動作可能に接続されたチップを更に含んでもよい。チップは、センサの全てから受信された信号と、例えば入射光の位置及び量を示す出力信号とを処理することができる。センサの全てを単一チップに接続することによって、物理的に近い配置が達成され、次には最適化された信号処理と、より少ないコンポーネント較正ドリフトと、マイクロコントローラに対して同期された信号の保証とに帰着し得る。

太陽追尾装置は、検出光に応じて装置を位置決めするように動作可能な少なくとも１つの駆動機構を更に含んでもよい。従って、センサから受信された入力に依存して、装置は、一日の任意で所与の時刻に最適な光収集のために、装置の向きを変えることができる。

本発明の別の態様によれば、太陽追尾装置を位置決めする方法であって、検出光に応じて装置を位置決めするように動作可能な少なくとも１つの駆動機構を含む場合に、第１の態様に従って太陽追尾装置を提供することと、補助光学センサにおける光強度及び一次光学センサ上の、入射光の位置の少なくとも１つを検出することと、補助光学センサにおける光強度の平衡を保ち、且つ一次光学センサに入射光を合焦する目的で、検出光に応じて少なくとも１つの駆動機構を作動させることと、を含む方法が提供される。

本発明の実施形態は、添付の図面を参照して以下で更に説明される。

実施形態による太陽追尾装置の上方からの図である。 装置のハウジングの上部プレートにおける開口部を示す詳細図である。 中央孔と両側における光井のペアとを備えたマスクプレートを示すために、上部プレートが除去されたハウジングの上端斜視図である。 図３に対応するが、下にあるレンズを示すためにマスクプレートが除去され、且つ明確にするために光井ハウジングが除去された上端詳細斜視図である。 図４に対応するが、隣接する光学センサペアと一緒に下にある感光性要素アレイを示すためにレンズが除去されている。 図５に概ね対応するが、下にある集積チップ（ＩＣ）のコンポーネントを表現するために、感光性要素アレイが除去された平面図である。 図６に対応するが、隣接する光学センサが除去され、下にある基板を示す。 装置を通る断面における概略光線図である。 装置を通る断面における概略光線図である。 装置を通る断面における概略光線図である。 上部プレートが除去されたハウジングの斜視図であり、より浅い角度であるが図３に対応する。 ハウジングの更なる斜視図であり、より高くより広い角度からであるが、図９に対応する。 上部プレートの中央開口部及びマスクプレートの下にある孔の上方からの詳細斜視図である。 太陽電池パネルに組み込まれた太陽追尾装置の概略図である。 太陽追尾装置及び太陽電池パネルを回転させ傾斜させるための機構の下からの概略斜視図である。 本発明で使用するための集積回路（ＩＣ）の上端斜視図である。 補助光学センサの代替実施形態の斜視図である。

添付の図面を参照すると、図９で最もよく分かるように、ベース基板１５を備えた略矩形ベース部１４と、自らの内部に中空室１８を画定する略正方形中央部１６と、中央部１６の両側で、ベース部１４の上方の、２つの側方部２０と、で構成されたハウジング１２を含む太陽追尾装置１０の実施形態が示されている。

位置敏感装置（ＰＳＤ）３０は、感光性要素アレイ及び関連するマイクロコントローラ（図示せず）を含み、且つ中空室１８内に収容され、集積回路（又はチップ）（ＩＣ）４０の形をしたプロセッサの直ぐ上のベース基板１５と平行な平面に搭載される。マイクロコントローラは、それらのコンポーネントを分離するために、感光性アレイとは別個のボードに典型的には置かれる。ＰＳＤ３０は、接合接点３２、４２（図５、６及び１４）によって、ＩＣ４０に動作可能に接続される。レンズ５０などの光学部品は、以下でより完全に説明されるように、ＰＳＤ上に入射光を導くために、ＰＳＤ３０の上方で中央に搭載される。レンズ５０の上方には、面取りされた開口部６２を備えたマスクプレート６０が存在し、面取りされた開口部６２は、下にあるレンズ５０及びＰＳＤ３０の方へと、比較的広い直径から比較的狭い直径に先細りになる。マスクプレート６０は、ＰＳＤ３０、ＩＣ４０及びベース基板１５と平行である。

図１及び８に示されているように、ハウジングの上面層８０は、マスクプレート６０の上方に配置され、マスクプレート６０と平行である。上面層８０は、面取りされた中央孔８２を含み、面取りされた中央孔８２は、下にある開口部６２へと、比較的広い直径から比較的狭い直径に先細りになり、且つマスクプレートの中央開口部６２と位置合わせされ、それにより、上面の上方から、マスクプレート６０の下のレンズ５０へと光が通過するための開口部１００を一緒に形成する。レンズ５０は、開口部を通過するかかる入射光をＰＳＤ３０上へと合焦させるように設計される。

面取りは、入射光が、ＰＳＤ３０へと装置の上端を通過できる角度の有効角度範囲を拡大させるために提供されるが、しかし或る実施形態において、マスクプレート６０及び上面層８０のどちらか又は両方が、十分に薄い場合に、それらを通るそれぞれの開口部６２及び孔８２が面取りされることは必要ではなくなり得る。

側方ハウジング部２０は、それぞれ、ベース基板１５及びマスクプレート６０に対して垂直に走る、平行に離間された内側及び外側の側壁２２を含む。隣接する側壁２４は、ベース基板１５の方へ内側に傾斜して、ベース部１４を横切る、上端の比較的広い矩形開口部２６を備えた略桶状の光井と、下端における略正方形開口部２８と、を形成する。矩形開口部２６は、下にある側壁２２、２３、２４の上端と位置合わせされた、上面層８０における対応する矩形開口部又は孔８４によって画定されてもよい。

光学センサ７０は、各光井の下端に搭載され、接合接点７２、４３によってＩＣ４０に動作可能に接続される。光学センサ７０は、フォトダイオードなど、任意の適切な電気光学センサとすることができる。ＰＳＤ３０が、装置１０用の一次光学センサと見なされる場合に、光学センサ７０は、補助光学センサと見なすことができる。幾つかの実施形態において、補助光学センサ７０は、光が光学センサ７０に達するか又は達しないことを示す単純な２進信号を生成してもよい。他の実施形態において、補助光学センサ７０は、どれほどの光量が、光学センサ７０に達しているかを示す信号を生成してもよい。幾つかの実施形態において、光学センサは、領域内、即ち３００ｎｍ〜１２００ｎｍの光を検出することができる。

挿入部２３は、中央部１６から外側に面する光反射面２５を提供するために、内側の側壁２２の外面に搭載される。隣接する側壁２４の内面と同様に、外側の側壁２２の内面も、全て光吸収性であり、特に黒である。或る実施形態において、光吸収性は、表面を粗くすることによって、且つ／又は光吸収材料でコーティングすることによって達成されてもよい。かかるものとして、或る角度で光井に入る光だけが、光学センサ７０に当たることができる。この件及び両方の補助光学センサ７０からの信号が考慮されるという事実から、補助光学センサによって生成された信号に基づいて、装置１０に対する太陽の位置の少なくとも大まかな表示が決定され得る。これは、図８ａ〜ｃの概略光線図を参照することによって、より完全に説明される。或る実施形態において、挿入片上に反射面を設けるのではなく、反射面は、関連する側壁の構造と一体化されてもよい。

図８ａにおいて、太陽は、示されているように装置の右の方にあり、かかるものとして平行光線２００は、およそ４５度の外側角で装置に入射する。この角度において、光線２００の幾らかは、下にあるレンズ５０へと中央開口部１００を通過することができ、レンズ５０において、光線は、曲げられ、ポイントＰ₁においてＰＳＤ３０に合焦される。図５で分かるように、ＰＳＤ３０は、２Ｄセンサアレイを含み、ＰＳＤは、センサアレイの左側においてポイントＰ₁で入射する光を示す信号を生成し、これらの信号は、以下で説明されるように、ＰＳＤ３０のマイクロコントローラにおいて処理される。上面層８０によってブロックされない平行光線２００の他の部分は、矩形開口部８４を介して光井に入ることができる。図示のように、左側の光井において、この角度における光線２００は、外側の側壁２２の内面に当たり、光線２００は、そこで吸収される。従って、光線は、左側の補助センサ７０ａに達することができず、信号は、左側の補助センサ７０ａによって生成されない。右側の光井において、この角度における光線２００は、挿入部２３の光反射面２５に当たり、挿入部２３において光線２００は、反射され、従って、光がセンサ７０ｂに達したことを示す信号をトリガするように、右側の補助センサ７０ｂに達する。

図８ｂにおいて、太陽は、装置の反対側の左側にあり、従って、光線２００は、図８ａにおける光線と反対の意味で、およそ４５度の外側角で装置に入射する。この角度において、光線２００の幾らかは、下にあるレンズ５０へと中央開口部１００を通過することができ、レンズ５０において、光線は、曲げられ、センサアレイの右側におけるポイントＰ₂においてＰＳＤ３０に合焦される。このようにして、ＰＳＤは、ポイントＰ₂で入射する光を示す信号を生成し、それらの信号は、ＰＳＤ３０のマイクロコントローラにおいて処理される。上面層８０によってブロックされない平行光線２００の他の部分は、矩形開口部８４を介して光井に入ることができる。図示のように、左側の光井において、この角度における光線２００は、挿入部２３の光反射面２５に当たり、光線２００は、そこで反射され、従って、光がセンサ７０ａに達したことを示す信号をトリガするように、左側の補助センサ７０ａに達する。右側の光井において、この角度における光線２００は、外側の側壁２２の内面に当たり、光線２００は、そこで吸収される。従って、光線は、右側の補助センサ７０ｂに達することができず、信号は、補助センサ７０ｂによって生成されない。

図８ａ及び８ｂのそれぞれにおいて、光線２００は、光線２００の角度と上面８０のマスキング効果とのために、補助センサ７０ａ、７０ｂに直接達することができない。図８ｃは、光線２００が、急勾配であり、表面８０に対する垂直からおよそ１０度の外側角で装置に入射する状況を示す。このシナリオにおいて、光線２００は、補助センサ７０ａ、ｂに直接達することができ、従って、両方の補助センサ７０ａ、７０ｂは、信号を生成する。また、この角度において、光線２００の幾らかは、下にあるレンズ５０へと中央開口部１００を通過することができ、レンズ５０において、光線は、曲げられ、センサアレイの右側においてポイントＰ₃で、しかしより急勾配の入射角故にポイントＰ₂より中心でＰＳＤ３０に合焦される。従って、ＰＳＤは、ポイントＰ₃で入射する光を示す信号を生成し、それらの信号は、ＰＳＤ３０のマイクロコントローラにおいて処理される。

角度の或る範囲において、装置の右側からの光だけが、右側の補助センサ７０ｂにおいて信号を生成することと、角度の或る範囲において、装置の左側からの光だけが、左側の補助センサ７０ａにおいて信号を生成することが知られているので、補助センサ７０ａ、７０ｂの１つだけがトリガされる場合に、装置のどちらの側から光が来ているかが決定され得る。両方の補助センサ７０ａ、７０ｂがトリガされる場合に、これは、光が、補助センサ７０ａ、７０ｂに直接達することができるように、入射光が、装置に対して十分に急な角度であることを示す。両方の補助センサがトリガされるので、これは、光源（典型的には太陽）が、示されているように装置の右又は左にあるかどうかの表示を提供せず、単に光源が、特定の角度範囲内にあるという表示を提供し得る。従って、太陽の相対的位置の大まかな決定は、補助センサ７０ａ、７０ｂだけによって生成された信号から決定することができる。

次に、太陽の相対的位置のより正確な決定を得るために、ＰＳＤ３０の感光性アレイ上のポイントＰ_1〜3の位置もまた考慮され得る。アレイは、ｘ及びｙ座標に分割され、アレイに入射する光は、相対的に光三角測量を決定するために、関連するマイクロコントローラによって解析できる信号を生成する。補助センサ７０ａ、７０ｂが、それらに達する光量を検出できる場合に、相異なる補助センサ７０ａ、７０ｂに達する相対量は、太陽の相対的位置を決定するために、追加の入力として用いることができる。

広視野（ＦＯＶ）が望ましい。何故なら、装置が、より大きな位置範囲において、特に太陽の位置がまだ知られていない始動モードにおいて、機能できるようにするからである。例として、ＰＳＤ３０は、およそ１７５度のＦＯＶを有してもよい。これを補助センサ７０ａ、７０ｂと結合することによって、ＦＯＶは、およそ２７０度まで拡大することができる。より広いＦＯＶを提供するために、１つより多い装置１０が、例えば２つの同様の装置を一緒に接続することによって、組み合わせて用いられてもよい。

図１２に示されているように、追尾装置１０は、パネル３００と平行で、典型的にはパネル３００と同一平面の上面８０を備えた、光起電力パネル３００などの太陽光収集装置に組み込まれてもよい。当該技術分野において周知のように、太陽エネルギ収集は、パネル３００が、太陽光線に垂直な平面に向けられている場合に、最大限になる。従って、装置の目的は、入射太陽光が、できる限り上面８０に対して垂直に近いように、太陽に対して装置を位置決めすることである。この目的のために、装置１０及び関連するパネル３００は、図１３に概略的に示されているように、駆動機構４００上に搭載されてもよい。一実施形態において、駆動機構４００は、プラットホーム４０２を含み、その上面に追尾装置１０が搭載されてもよい。アーム４０３が、プラットホーム４０２の下側から突き出る。プラットホーム４０２は、プラットホーム４０２の傾斜を調整するための第１の機構４０４であって、ここでは水平軸４１０を中心にアーム４０３及び従ってプラットホーム４０２を回転させるように作動可能な第１の駆動モータ４０６として示されている第１の機構４０４に動作可能に接続される。プラットホーム４０２は、プラットホーム４０２の回転位置を調整するための第２の機構４１４に更に動作可能に接続される。図示のように、第２の機構４１４は、垂直軸４２０を中心に第１の機構４０４及び従ってプラットホーム４０２を回転させるように作動可能な第２の駆動モータ４１６を含む。

動作において、ＩＣ４０は、ＰＳＤ３０及び補助センサ７０ａ、７０ｂから受信された信号を処理し、それによって、装置１０に対する太陽の位置を決定する。ＩＣ４０は、入射太陽光に対してできる限り垂直に近いように装置１０及び従って太陽電池パネル３００を向けるために、必要に応じて第１及び第２の駆動モータ４０６、４１６を作動させるように、駆動信号を駆動機構に送信するように動作可能である。第１に、補助センサ７０ａ、７０ｂだけからの入力を受け取ると、ＩＣ４０の目的は、パネル３００が正確な一般的な方向に面することを示している、補助センサ７０の両方がトリガされる方位に装置を移動させることであろう。これを達成するために必要とされる処理は、比較的単純であり得、任意選択的にヒューリスティック(heuristic)にすることができる。補助センサ７０ａ、７０ｂが、入射光の量を検出できる実施形態において、目的は、各補助センサ７０ａ、７０ｂにおいて検出される量を等しくすることであろう。ひとたび最初の位置決めが行われるや否や、又はそれと同時に、ＩＣ４０は、より正確な位置決めのためにＰＳＤ３０（のマイクロコントローラ）から入力を更に受け取る。

装置１０が、このようにして方向付けられ得る場合に、結合されたセンサ３０、７０の有効なＦＯＶは、増加され、且つ各軸において完全な３６０度のカバレッジまで提供することができる。

光学センサ３０、７０からの、且つ任意選択的に追加の入力からのフィードバック制御の下で、垂直軸（即ち「回転」）及び水平軸（即ち「傾斜」）を中心に装置１０を位置決めするために、他の駆動機構が、容易に実現され得ることが認識されよう。

より多数の補助光学センサ７０が、中央開口部１００のまわりに離間配置されたそれぞれの光井に設けられてもよいことが認識されよう。２つを超える補助センサからの信号が、太陽の相対的位置のより正確な初期決定を提供するために補間されてもよい。例として、３つの補助センサが、１２０度の間隔で、一次センサの周囲に配置されてもよい。各光井の構成は、かかる配置の装置における光井の特定の位置用に適合されてもよい。例えば、反射面２５は、全て、中央開口部１００から放射状に離れて面するように整列させることができる。代替として、反射面２５は、全て、共通の方向に整列されるか、又は向き合うペアであってもよい（即ち、反射面２５は、外側の側壁２２の内面に置かれ、且つ中央開口部１００の方へ内側に面する）。

図１５に示されている別の実施形態において、補助センサ１０７０は、中央部１０１６における開口部１１００を通る軸に対して外側に角度を付けられたそれぞれの側方ハウジング１０２０に収容されてもよい。このようにして、より広い角度範囲（即ちより広い視野）からの光は、センサ１０７０又はＰＳＤの少なくとも１つにおける感光面に入射することができる。

補助センサ７０、１０７０は、一次センサ３０より単純で、一次センサ３０ほど敏感ではないようにすることができる。何故なら、補助センサ７０、１０７０は、或る状況（ＰＳＤの障害又はウェイクアップモードにおいてなど）において、装置１０を方向付けるための一次光学センサとして一緒に作動することができるが、一般にシステムへの追加の入力として動作しているからである。

光学センサ３０、７０に加えて、装置は、ＩＣ４０に追加の入力を提供するために、１つ又は複数の更なるセンサを含むことができる。示されている実施形態において、ハウジング１２は、磁力計モジュール５００を更に含み、磁力計モジュール５００には、磁北に対して装置の方位を示す信号を提供するために、ＩＣ４０に動作可能に接続された磁力計チップ５０２が搭載される。ハウジング１２はまた、傾斜計モジュール５１０を更に含み、傾斜計モジュール５１０には、装置の傾斜を示す信号を提供するために、ＩＣ４０に動作可能に接続された傾斜計チップ５１２が搭載される。磁力計チップ５０２及び傾斜計チップ５１２からの信号によって提供される追加の情報は、太陽の予想された位置に対する装置の位置及び方位に関して別の表示を与えるために、ＩＣチップ４０によって処理することができる。

例として、ＩＣ４０は、特定の時刻及び位置において、装置に対する太陽の予想される位置の表示を提供するために、クロック信号及び任意選択的に位置信号（ＧＳＭチップ（図示せず）からか、又は設置における手動入力としてなど）と協力して、磁力計チップ５０２からの入力を処理することが可能である。そしてＩＣ４０は、パネル３００が太陽エネルギを収集するための、且つ光学センサ３０、７０が、装置をより正確に位置決めするためにＩＣ４０用の入力信号を生成できるように、太陽光が、光学センサ３０、７０の少なくとも１つに達するための適切な方位に装置を位置決めするために、駆動機構４００を作動させることができる。

傾斜計チップ５１２からの追加の入力は、装置の非水平設置を補償するために用いることができる。従って、最適動作のために装置を完全に水平に設置することは、必要ではなくなり得る。

ＩＣ４０、磁力計モジュール５００、及び傾斜計モジュール５１０は、全て基板１５上に搭載され、基板１５は、ＰＣＢ基板を含んでもよい。別個の磁力計モジュール及び傾斜計モジュール５００、５１０の代わりに、又はそれらと同様に、ジャイロスコープモジュール（図示せず）が設けられてもよい。

内側の側壁２２の、それぞれの外面上に反射面を備える代わりに、反射面２５は、結果として信号の処理の適切な適応と共に、外側の側壁の内面に（即ち、互いに背を向けるのではなく、互いに面して）置かれてもよい。これらの配置のどちらが用いられても、それぞれの光井の反射面は、好ましくは中央開口部の接線と平行に整列され、その結果、その配置は、中央開口部１００を中心に回転対称である。対称配置は、光学センサ３０、７０から受信された信号に対して要求される処理を単純化する。

様々なセンサ３０、７０及びモジュール５００、５１０からの入力は、装置１０の位置及び方位を決定するために、初期設置で用いることができる。理論上、ひとたびそれが分かれば、太陽の追尾は、その位置における、且つ所与の時刻及び時節の太陽の移動を読み込まれたルックアップテーブルを参照することによって、達成することが可能である。しかしながら、実際の追尾は、センサ３０、７０から入力を適切な間隔で受け取ることによって達成することができる。例として、読み取りは、４分ごと又は１０分ごとに行うことが可能である。頻度は、光条件に依存してもよい。例えば、より弱い光条件において、間隔は、より明るい条件においてよりも長くてもよい。

各日の始まり（即ち装置の位置にとっての日の出）に、装置は、センサ３０、７０によって検出される太陽光の可能性を向上させるために、前日の起動方位に戻るようにプログラムされてもよい。センサのどれも、トリガされない場合（例えば一面に曇っている場合）は、装置は、光がセンサ３０、７０の少なくとも１つによって検出されるまで、適切な間隔でランダムな動きを実行するようにプログラムすることができる。

本発明は、太陽エネルギ収集用の手段として、主に光起電力パネルの文脈で説明されたが、本発明が、太陽熱集熱器又は太陽集光システムなど、他の形式の太陽エネルギ収集及び変換に等しく適用され得ることが理解されよう。

この明細書の説明及び特許請求の範囲の全体にわたって、「含む」及び「包含する」という用語、並びにそれらの変形は、「〜を含むが、それに限定されない」ことを意味し、それらの用語は、他の部分、付加物、コンポーネント、整数又はステップを排除するようには意図されない（且つ排除しない）。この明細書の説明及び特許請求の範囲の全体にわたって、単数形は、文脈が別段の要求をしない限り、複数を包含する。特に、不定冠詞が用いられる場合に、本明細書は、文脈が別段の要求をしない限り、単数と同様に複数も意図しているものとして理解されるべきである。

本発明の特定の態様、実施形態、又は例に関連して説明される特徴、整数、特性、合成物、化学部分又は化学基は、本明細書で説明される任意の他の態様、実施形態、又は例（それらと両立しないのでなければ）に適用可能であると理解されるべきである。この明細書（いかなる添付の特許請求の範囲、要約及び図面を含む）で開示される特徴の全て、及び／又は同じように開示されるいかなる方法若しくはプロセスのステップの全ては、かかる特徴及び／又はステップの少なくとも幾つかが、相互排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わされてもよい。本発明は、どのような前述の実施形態の詳細にも制限されない。本発明は、この明細書（いかなる添付の特許請求の範囲、要約及び図面を含む）で開示される特徴のどの新規の１つ若しくはどの新規の組み合わせ、又は同じように開示されるどの方法若しくはプロセスのステップのどの新規の１つ若しくはどの新規の組み合わせにも及ぶ。

Claims (14)

1. 一次光学センサ（３０）と、
   少なくとも２つの補助光学センサ（７０；７０ａ，７０ｂ）と、
   ハウジング（１２）であって、前記一次光学センサ（３０）が下に配置される中央孔（１００；６２；８２）を備えた上面（８０）と、前記中央穴（１００；６２；８２）のまわりで側方に配置された光井であって、前記それぞれの補助センサ（７０）の各々が配置される光井と、を有するハウジング（１２）と、
   を含む太陽追尾装置であって、
   各光井が、
   前記関連する補助光学センサ（７０；７０ａ，７０ｂ）が上に配置される底面（１５）と、
   前記上面（８０）における開口部（８４）と、
   前記上面（８０）及び前記底面（１５）を接続する側壁（２２，２４；２５）と、
   を含み、
   前記側壁の１つが、前記底面（１５）と垂直に配置された光反射面（２５）であり、全ての他の側壁（２２，２４）が、光吸収性である太陽追尾装置。
2. 各光反射面の（２５）が、前記中央孔（１００；６２；８２）の方に面して、外側の側壁（２２）に置かれる、請求項１に記載の太陽追尾装置。
3. 各光反射面の（２５）が、前記中央孔（１００；６２；８２）に背を向けて、内側の前記側壁（２２）に置かれる、請求項１に記載の太陽追尾装置。
4. 前記一次光学センサ（３０）が、位置検出素子である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
5. 前記位置検出素子が等方性である、請求項４に記載の太陽追尾装置。
6. 前記位置検出素子が、２Ｄ離散センサアレイを含む、請求項４に記載の太陽追尾装置。
7. 前記中央孔を通過する入射太陽光を前記一次光学センサ（３０）上に合焦するために、前記中央孔と前記一次光学センサ（３０）との間に配置された光学部品を更に含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
8. 前記光学部品と前記上面（８０）の前記中央孔（１００；６２；８２）との間で位置合わせされた開口部（６２）を備えたマスク（６０）を更に含む、請求項７に記載の太陽追尾装置。
9. 前記中央孔（１００；６２；８２）が、前記上面（８０）の方へ広くなるように面取りされる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
10. 各補助光学センサが、フォトダイオードを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
11. 前記各光井の前記開口部（８４）が矩形であり、
    前記各光井は、前記上面（８０）に垂直な内側の側壁及び外側の側壁を備え、
    且つ前記底面（１５）の方へ内側に傾斜する隣接する側壁を備えて、
    略桶状の光井を形成する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
12. 前記一次光学センサ（３０）と、前記少なくとも２つの補助光学センサ（７０；７０ａ，７０ｂ）と動作可能に接続されたプロセッサを更に含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
13. 検出光に応じて前記装置を位置決めするように動作可能な少なくとも１つの駆動機構（４００）を更に含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
14. 太陽追尾装置を位置決めする方法であって、
    請求項１３に記載された太陽追尾装置を提供することと、
    前記補助センサにおける光強度と、前記一次光学センサ（３０）上の入射光の位置との少なくとも１つを検出することと、
    前記補助光学センサ（７０；７０ａ，７０ｂ）における前記光強度の平衡を保ち、且つ前記一次光学センサ（３０）に前記入射光を合焦する目的で、前記検出光に応じて前記少なくとも１つの駆動機構（４００）を作動させることと
    を含む方法。

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