JPH06313629A - 太陽光の集光装置 - Google Patents

太陽光の集光装置

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JPH06313629A
JPH06313629A JP5138830A JP13883093A JPH06313629A JP H06313629 A JPH06313629 A JP H06313629A JP 5138830 A JP5138830 A JP 5138830A JP 13883093 A JP13883093 A JP 13883093A JP H06313629 A JPH06313629 A JP H06313629A
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JP
Japan
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sunlight
change
solar beam
angle
reflecting mirror
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JP5138830A
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English (en)
Inventor
Takeshi Iyama
武司 井山
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Individual
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 太陽光の季節変化に応じて、反射鏡の集光器
に対応する角度を調整するだけで、効率的な太陽光線の
収集を可能とする太陽光の集光装置を提供することを目
的とする。 【構成】 断面がパラボラ(放物線)状である反射鏡を
設け、該反射鏡の焦点又はその近傍に沿って、長手方向
において該反射鏡の反斜面と略平行をなす集光器を設
け、大陽光の季節の変化に伴う入射角度変化に対応し
て、該反射鏡と該集光器とが向かい合う前記断面方向に
沿った角度の調整を行うことによって、太陽光のエネル
ギーを最大限に利用することができ、太陽光の一日の入
射角度変化に対応した調整を不要とする太陽光の集光装
置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光を簡単な調整に
よって効率よく集光し、これを利用する太陽光の集光装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】太陽光を集光し、その発熱を利用する装
置又は、太陽光を集光して光電変換によって電気エネル
ギーを得る技術につき、様々な開発が行われているが、
何れにせよ凹面鏡又はレンズ(フレネルレンズ又は通常
のレンズの双方を含む)によって、効率よく太陽光を収
束し、これを受光表面に照射することが不可欠である。
【0003】然るに、太陽の位置は、日の出から日の入
りにかけて一日中東方向から略西方向にかけて変化する
だけでなく、季節に応じて略南方向から北方向にかけて
変化し、これらの変化によって太陽光線の入射角度は2
次元的に変化することになる。
【0004】このような太陽光線の入射角度変化に対応
すべく、従来様々な構成が工夫されていた。
【0005】本願出願人が発明者の一人となっている平
成3年特許願第347577号及び平成3年特許願36
0437号にかかる発明では、リニアフレネルレンズを
使用して、太陽光の入射角度変化に対応して集光器又は
リニアフレネルレンズの位置の調整を行う発明を行っ
た。
【0006】上記発明は、比較的簡単な装置によって効
率的な太陽光の収集を可能とする点において優れてい
る。
【0007】しかしながら、リニアフレネルレンズを使
用した場合には、必然的に太陽光の季節の変化に伴う入
射角度の変化、及び一日の時間経過に伴う入射角度の変
化の双方に対応するように、リニアフレネルレンズと集
光器間との距離及び角度を調整することが不可欠であ
り、このような二つの角度変化に対応した調整は比較的
煩瑳である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の如き
従来の技術の問題点を克服し、リニアフレネルレンズに
代えてパラボラによる反射鏡を利用して、位置の調整が
極めて簡便な太陽光の集光装置を提供することを課題と
している。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する
為、本願発明の構成は、断面がパラボラ(放物線)状で
ある反射鏡を設け、該反射鏡の焦点又はその近傍に沿っ
て、長手方向において該反射鏡の反斜面と略平行をなす
集光器を設け、太陽光の季節の変化に伴う入射角度変化
に対応して、該反射鏡と該集光器とが向かい合う方向に
ついて、前記断面方向に沿った角度の調整を行うことに
基づく太陽光の集光装置からなる。
【0010】
【発明の作用】本願発明の構成の原理について、前記フ
レネルレンズを使用した場合との対比を行いながら説明
する。
【0011】図1は、太陽光の季節の変化及び一日の変
化に対応して、集光器2に対し、太陽光を集光させる為
に、リニアフレネルレンズを移動させることを示す図面
である。
【0012】図1(ロ)は、季節の変化による太陽光線
の南北方向の入射角度変化を示す。
【0013】ライン状の集光器の横幅方向を秋分及び春
分時における太陽光と直交する方向(東西方向)に固定
した場合、季節の変化に応じて太陽光の入射方向が春分
及び秋分時に対し、角度αだけ南北方向に偏角している
場合には、春分時及び秋分時に対しリニヤフレネルレン
ズ1の焦点の位置が、固定された該集光器上に存在する
為には、リニヤフレネルレンズは、縦幅方向(これをX
方向とする)につき、 △X=Fsinα(F:リニヤフレネルレンズの焦点
距離) だけ移動することが要求される(尚、図1(ロ)ではリ
ニヤフレネルレンズ1の縦幅方向の中心点がSからS
の位置に移動することによって前記移動を示す。但
し、図1(ロ)においては、時計方向≪夏至の方向≫を
プラス方向と設定しているので、反時計方向≪冬至の方
向≫はマイナス方向であって、前記△Xの大きさはプ
ラスの値及びマイナスの値の双方を取り得る。以下の数
式においてもこの点は全く同様である。)。
【0014】他方、リニヤフレネルレンズ1の焦点方向
(これをY方向とする)につき、焦点の位置が前記偏角
αによって △Y=F(1−cosα) だけ焦点距離小さくなるので、リニヤフレネルレンズ1
を前記距離だけ移動することが要求される。
【0015】図1においては、フレネルレンズの横幅方
向(図1(ロ)においては、X軸、Y軸 ているが、これは各日の正午における角度方向を示して
いる。
【0016】一日のうちの時刻変化に応じた太陽光の角
度変化について説明するに、図1(ロ)において角度α
だけ偏角した状態であり、しかも東西方向に入射光がβ
だけ偏角した状態を図1(イ)に示す。
【0017】但し、図1(イ)はXY平面と直交するY
Z平面であり、太陽光の入射光はYZ平面に対し、角度
αだけ偏角していることから、図2(イ)では偏角β自
体を表現とすることができない為に、角度βに代えてこ
れを図2(イ)の平面図に射影したことにより、tan
β’=tanβ・cosαを充足する偏角β’によって
表現せざるを得ない。
【0018】この場合Z方向の焦点の位置の変化は、 △Z=Fsinβ となることから、リニヤフレネルレンズをZ方向に前記
距離だけ移動することが要求される。
【0019】ここで、太陽光線が正午の位置よりもβだ
け偏角した場合のX方向及びY方向の焦点の位置の変化
について検討するに、βだけ偏角が生じた場合には、フ
レネルレンズの焦点の長さが図2においてcosβ倍だ
け小さくなったことに他ならない。
【0020】従って、太陽の入射光が秋分及び春分の場
合に比しαだけ偏角し、太陽の入射光が正午の場合に比
しβだけ偏角している場合には、上下方向幅(X方向
幅)に移動すべきリニヤフレネルレンズの距離は、 △X=Fcosβsinα となる(尚、図1(ロ)では、リニヤフレネルレンズ1
の縦方向幅の中心点がSからSに移動することによ
って、距離△Xの移動を示す。)
【0021】同様に、前記の場合における焦点方向にリ
ニヤフレネルレンズを移動すべき距離は、
【0022】△Y=F(1−cosαcosβ) となる。
【0023】このように、リニアフレネルレンズを使用
した場合には、太陽光の入射角度の変化に対応して、太
陽の結像位置もまた変化する為、これに応じてリニアフ
レネルレンズの位置を、季節の変化及び一日の上下変化
に対応して、順次調整しなければならない。
【0024】しかも、前記△X及び△Yの式が示す
ように、季節の変化に伴う偏角α及び位置の時間経過に
伴う偏角βに従う変移量を正しく調整することは極めて
煩雑である(尚この点は、リニアフレネルレンズを固定
させ、集光器の位置を調整する場合においても全く同様
である。)。
【0025】図2は、本願発明の構成原理を示す。
【0026】ライン状の集光器2の横幅方向を、春分及
び秋分時における太陽光と直交する方向(東西方向)に
固定した場合、季節の変化に応じて太陽光の入射方向が
春分及び秋分時に対し、角αだけ南北方向に偏角してい
る場合には、図2(ロ)に示すように、断面をパラボラ
状とし、長手方向がライン状の集光器2と並行をなして
いる反射鏡1の焦点の位置が、集光器上又はその近傍に
存在する為に、反射鏡1をαだけ図2(ロ)に示すよう
に回転移動を行う。
【0027】他方、図2(イ)に示すように、一日の時
刻変化に伴う偏角βは、集光器2及び反射鏡1の長手方
向に対する入射角度の変化であるが、図2(イ)に示す
ように、入射光の入射角度が変化しても、反射鏡1にお
いて等角度反射に基づいた反射が行われ、反射光線は、
反射鏡1のライン状の焦点を通過するので、図2(ロ)
の如き角度調整さえ行っていれば、ライン状の集光器2
に集光するような反射が行われることには変わりはな
い。
【0028】即ち、前記反射鏡1を使用した場合には、
一日の入射光の変化に対応する調整は不要であって、こ
の点において前記の如き2個の偏角に伴う複雑な調整を
行わなければならないリニアフレネルレンズの場合とパ
ラボラ状の反射鏡1を使用した場合とでは全く作動原理
が異なっている。
【0029】
【実施例1】図2では、直線状の集光器2及びこれと並
行をなす反射鏡1の場合を示したが、実施例1では、図
3に示すような、曲線状の集光器2及び長手方向がこれ
と並行をなす反射鏡1の場合を示す。
【0030】
【実施例2】実施例3は、図4に示すように、反射鏡1
の長手方向両端において、焦点方向に沿った反平面を形
成した場合を示す。
【0031】これによって、反射鏡1の両端付近への入
射光は、両端の反射平面11において、2回目の等角度
の反射を行って、集光器2又はその近傍に集光すること
になる。
【0032】
【実施例3】一般に、集光された太陽光は、これに基づ
く熱によって発電を行ったり、或は集光器中の水を沸騰
することに使用されている。
【0033】実施例3は、図5に示すように、集光器2
をパイプ状とし、該パイプ23の反射鏡1に向かう側の
表面に太陽電池素子22を張り付け、パイプ23の内側
に水を収納しているが、発電によって太陽光のエネルギ
ーの全てが費消される訳ではないので、その背後にある
パイプ中の水の高温化を行うことも可能となる。
【0034】
【発明の効果】以上の通り、本願発明においては、太陽
光の季節に伴う入射角度変化に対応して、断面をパラボ
ラ状とする反射鏡の集光に対する角度を変化することに
よって、常に効率的な太陽光の収集を行うことが可能と
なる。
【0035】このような角度の調整の為に、コンピュー
タ等を使用した正確な制御を使用することも無論可能で
あるが、季節に伴う入射角度変化という単なる1パラメ
ータに対応する制御であるから、手動による調整も可能
である。
【0036】しかも実施例2に示すように、両端に反射
鏡を設けることによって、反射鏡の端部付近に入射した
光をも効率的に利用する設計も可能である。
【0037】このように、本願発明は、従来技術に比し
諸々の優位性を有し、その価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(イ)、(ロ) 側面図 太陽光の季節の変動及び一日の時刻変化に伴う入射光の
変化に対応して、リニアフレネルレンズの横幅方向及び
焦点方向の変移、並びに縦幅方向及び焦点方向の変移を
調整する場合を示す。
【図2】(イ)、(ロ) 横方向断面図及び縦方向断面
図 本願発明の作用原理を示す。
【図3】 縦方向断面図 実施例1の構成を示す。
【図4】 縦方向断面図 実施例2の構成を示す。
【図5】 縦方向断面図及び集光器の側面図 実施例3の構成を示す。
【付合の説明】
1:反射鏡 11:反射平面 2:集光器 21:受光表面 22:太陽電池素子 23:パイプ 3:入射光綿

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 断面がパラボラ(放物線)状である反射
    鏡を設け、該反射鏡の焦点又はその近傍に沿って、長手
    方向において該反射鏡の反斜面と略平行をなす集光器を
    設け、太陽光の季節の変化に伴う入射角度変化に対応し
    て、該反射鏡と該集光器とが向かい合う方向について、
    前記断面方向に沿った角度の調整を行うことに基づく太
    陽光の集光装置。
  2. 【請求項2】 集光器が、直線状に伸張していくことを
    特徴とする請求頂1記載の太陽光の集光装置。
  3. 【請求項3】 集光器が、曲線状に伸張していることを
    特徴とする請求項1記載の太陽光の集光装置。
  4. 【請求頂4】 反射鏡の長手方向末端において、該末端
    の焦点方向に沿った反射平面を設けたことを特徴とする
    請求項1記載の太陽光の集光装置。
  5. 【請求項5】 太陽光の集光装置として、水が流通する
    パイプを設け、且つ該パイプの反射鏡に向かう側に光発
    電素子を付着したことを特徴とする請求項1記載の太陽
    光の集光装置。
JP5138830A 1993-04-30 1993-04-30 太陽光の集光装置 Pending JPH06313629A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073665A1 (ja) * 2010-12-01 2012-06-07 株式会社日立プラントテクノロジー 太陽光集熱装置
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JPS5741544A (en) * 1980-08-22 1982-03-08 Eiji Eguchi Heat collector of heat collecting apparatus
JP3093365B2 (ja) * 1990-07-20 2000-10-03 クリティコン・インコーポレイテッド 針ガードを備えたカテーテルアセンブリー

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