JPH059807B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は、太陽電池による発電装置を、太陽
光に対して、自動的に追尾させるための、太陽光
追尾用検出器に関する。

(イ) 従来技術とその問題点 太陽電池により、太陽光エネルギーを直接電気
に変換することができる。太陽光発電を効率よく
行うために、太陽電池の受光面を、常に太陽光線
の方向と直角になるように向ける必要がある。

太陽の位置は、時々刻々変化する。天空に於け
る軌道も、毎日変化する。

従来は、太陽光を追尾するために、次のような
機構が用いられた。まず、太陽電池の向きを自在
に変化させる太陽電池変位機構がある。太陽の現
在の位置を計算で求める計算機構がある。特定の
日に於ける太陽の軌道は厳密に計算する事ができ
る。この軌道上を、太陽は運行するが、その日の
任意の時刻に於て、軌道上の存在位置を計算でき
る。

計算結果に基いて、太陽電池変位機構を連続的
に動かして、常に太陽電池の受光面を太陽光線に
直角になるように保つ。

このような方法で、太陽光を追尾することがで
きるが、これによると、次のような欠点がある。

(1) 日によつて太陽の軌道が異なるので、毎日の
太陽の軌道を計算機に記憶させておかなければ
ならない。

(2) 設置場所が異なると、その場所から見た太陽
軌道が異なる。従つて、場所ごとに太陽軌道を
計算しなおさなければならない。

(ウ) 発明の目的 本発明は、太陽軌道の計算に基いて、太陽光を
追尾するのではなく、太陽光線の現在の方向を検
出する光学系により、太陽光を追尾するようにす
るのが目的である。

(エ) 発明の構成 太陽電池を使用して、太陽エネルギーから効率
的に発電するためには、太陽電池の受光面を、常
に、太陽光の方向に対して直角に向けなければな
らない。

第１図は本発明の太陽光追尾用検出器の略構成
を示す斜視図である。

太陽電池１はパネル状になつており、このパネ
ルが多数集められて、１枚の集合パネルになつて
いる。集合パネルを、太陽電池変位機構（図示せ
ず）によつて換向できるようにしている。

換向の方向は任意であるが、自由度は２だけ必
要である。例えば、水平方向の回転角Θと、仰角
Φとを独立に変えられるような機構にしてもよ
い。

太陽光追尾のための検出器は、凸レンズ２と、
凸レンズ２から焦点距離ｆだけ離れて設けられる
ピンホール板３と、ピンホール板３の後方に設け
られる光検出器４とよりなる。

これらの凸レンズ２、ピンホール板３、光検出
器４も太陽電池変位機構に対して固定されてお
り、太陽電池１と全く同じ方向を向くようになつ
ている。凸レンズ２、ピンホール板３、光検出器
４の相対位置は変わらない。

太陽光線は平行光であるから、凸レンズ２によ
つて集光すると、必ず焦点距離ｆだけ離れた点Ｍ
に集光する。

ピンホール板３の中心には、ピンホールＰが穿
孔してある。レンズ２の中心をＬとする。レンズ
中心Ｌと、ピンホールＰとを結ぶ直線LPをレン
ズ軸ｐと呼ぶ。

レンズ中心Ｌと、結像点Ｍとを結ぶ直線LMを
光軸ｍと呼ぶ。

Ｍ点は、ピンホール板３の上に生ずるが、ピン
ホールＰに合致することもあり、合致しないこと
もある。

集光点ＭがピンホールＰの中心に合致している
時、光検出器４の受光量が最大になる。つまり、
光軸ｍがレンズ軸ｐに合致する時、受光量Ｗが最
大になるわけである。集光点ＭがピンホールＰか
ら離れると、光検出器４の受光量は殆ど０にな
る。集光点Ｍが、ピンホールＰの中にあるが、中
心から外れている場合は、入射光量が０ではない
が、最大値よりかなり低くなつている。

第２図は、集光点Ｍのピンホール中心からのズ
レに対し、光検出器出力Ｗがどのように変化する
かを示すグラフである。ここでは横軸は光軸ｍと
レンズ軸ｐの挾角Δθとしている。

Δθ＝０の時に、Ｗは最大である。Δθが０から
外れるに従い、Ｗは低下する。

光検出器の出力Ｗを常に監視しておき、常にＷ
が最高値になる方向へ、太陽電池変位機構を動か
し、太陽光を追尾するのである。

(オ) 作用 本発明において、追尾の方向を決定する方式は
動的なものである。レンズ２、ピンホール板３、
光検出器４は一体ではあるが、回転方向、仰角方
向に全体が回動できるようになつている。

そこで、ある方向を向いている光学系を、レン
ズ軸ｐの周囲に於て、範囲を決めて、この範囲内
で動かしてみる。そして、この動きに対して、光
検出器のパワーＷ（θ，φ）を測定する。

Ｗ（θ，φ）＝Ｗ（Θ，Φ） ＋（θ−Θ）Ａ＋（φ−Φ）Ｂ…(1) というように、パワーＷ（θ，φ）が、代表値Ｗ
（Θ−Φ）のまわりのテイラ展開として与えられ
る。

そして、Ｗ（θ，φ）が、Ｗ（Θ，Φ）より大き
くなる方向へ光学系が変位させられる。つまりＡ
が正であれば、θは増加する方向へ運動し、Ｂが
正であれば、φは増加する方向へ運動する。

このように、レンズ軸ｐを、（Θ，Φ）のまわ
りで微少変位させ、∂W／∂θ、∂W／∂φ値を調
べ、Ｗ（θ，φ）が、Ｗ（Θ，Φ）より大きくなる
ようにするのである。

これは光学系を微少変位させて追尾方向を決定
する動的な決定方法である。

Ｗ（θ，φ）が大きくなる方向へ、逐次的に光
学系を変位させてゆくと、Ｗ（θ，φ）が極大と
なる点に達する。ここで、Ａ＝０，Ｂ＝０とな
る。

この時、光軸ｍとレンズ軸ｐ、集光点Ｍとピン
ホールＰが合致し、太陽光と太陽電池とは垂直に
なる。最大入射光量が得られる。

(カ) 効果 (1) 常に太陽電池の受光面を、太陽光線に対して
直角になるように追尾できるから、効率的な太
陽光発電が可能になる。

(2) 実際に、太陽光の光軸と、光学系のなすレン
ズ軸とを合致させることになつているから、高
精度の太陽光自動追尾が可能になる。

(3) 毎日、毎日、太陽軌道を計算する必要がな
い。また異なる場所ごとに軌道計算をやり直す
必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の太陽光追尾用検出器の略構成
斜視図。第２図は太陽光の光軸ｍと、光学系のレ
ンズ軸ｐとの挾角Δθを横軸とし、ピンホールＰ
の中心にある光検出器の出力Ｗを縦軸に示すグラ
フ。 １……太陽電池、２……凸レンズ、３……ピン
ホール板、４……光検出器、Ｌ……レンズ中心、
Ｐ……ピンホール、ｍ……太陽光の光軸、ｐ……
光学系のレンズ軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 凸レンズ２と、凸レンズ２の後方の焦点距離
   ｆの位置に置かれたピンホールＰを有するピンホ
   ール板３と、ピンホールＰの後方に設けられた光
   検出器４とよりなり、凸レンズ２、ピンホール板
   ３、光検出器４は、太陽電池１と一体になつて換
   向できるように構成し、凸レンズ２、ピンホール
   板３、光検出器４よりなる光学系を左右上下に微
   少変位させ、光検出器出力Ｗ（θ，φ）の増加す
   る方向（θ，φ）を求めて、この方向へ光学系と
   太陽電池１とを変位させることを特徴とする太陽
   光追尾用検出器。