JPS5858582B2 - 太陽追尾装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、太陽追尾装置に関し、特に簡単な構成によっ
て効率のよい集光を可能とするとともに春夏秋冬、日の
出及び日の入り等を問わず、低エネルギーでしかも高精
度の太陽追尾が行ない得る太陽追尾装置を提案すること
を目的とするものである。

太陽エネルギーの利用には、大別して太陽炉で代表され
る熱利用と太陽電池で代表される光利用とがある。

ところで、前者の熱利用としての太陽炉では特に高温を
得るために放物面鏡等を用いることにより高集光のもの
が実現されているが、高集光を得るために不可欠な太陽
追尾機能を具備するようにしているものがなく、または
具備していても十分な効果を上げ゛ているものは存在し
ていない。

一方、後者の光利用としての太陽電池では、従来無集光
方式のものが商品化されて来ているが、この方式のもの
では、シリコンを使用するのでエネルギーの回収に相当
の期間（通常約４〜６年）を要する。

この点は、特にエネルギー開発にとっては致命的な問題
である。

この点を仮に考慮しなくとも、シリコン結晶を大量に使
用する無集光方式のものでは、太陽電池のコストを大幅
に下げるということは困難である。

そこで最近では種々な集光機能をもたせたものが開発さ
れるに至っているが、いずれも１０倍以下の倍率でしか
太陽光を集光し得ないものであった。

この原因は多々考えられるが、集光倍率を上げればそれ
に伴って高精度の太陽追尾が必要とされ、その追尾を行
なうにあたっては低エネルギーで実現することが困難で
あるということがその］ヨであると考えられる。

本発明は、このような従来の欠点を解決し、１０００倍
、１００００倍等の高倍率の集光を可能とするとともに
、春夏秋冬あるいは日の出、日の入りを問わず自動的に
太陽を追尾し得る新規な太陽追尾装置を提供することを
目的とするものである。

本発明は、このような目的を達成するために、太陽光を
集光する集光部と、太陽光を乱反射させる乱反射鏡と、
上記集光部によって集光された太陽光の入射方向を検出
して、駆動手段によって太陽光を所定位置に照射させて
発電させる受光検知手段とを具備して構成するものであ
る。

なち・、本発明者等は、既に高精度でしかも年間を通じ
て太陽追尾を行ない得る太陽追尾装置を提案しているが
、この太陽追尾装置の場合には、集光部を介して集光さ
れた太陽光を所定位置に照射させて発電させるのに先立
って、集光前の太陽光の入射方向を受光検知する受光検
知手段を別個に設けて構成している。

本発明は、このような受光検知手段を不要とし、この検
知手段の代わりに乱反射鏡を設けたことを特徴とするも
のである。

以下本発明に係る太陽追尾装置の好適な一実施例につい
て図面を参煕しながら説明する。

第１図は、一方向（たとえばＸ軸方向）に自由に回動追
尾しうるように構成された太陽追尾装置の概略構成を示
したものである。

なむ、他方向（Ｙ軸方向）にも自由に回動追尾し得るよ
うに構成されているが、ここでは一方向（Ｘ軸方向）に
回動追尾する場合にのみ説明し、他方向（Ｙ軸方向）の
回動追尾については、一方向（Ｘ軸方向）と同様に構成
し得るので省略する。

同図に釦いて、集光部１は、たとえばフレネル型レンズ
等を用いた集光レンズを同一平面上に２枚配置して構成
されている。

この集光部１は、太陽エネルギを高効率に回収するため
、たとえば１０００倍、１００００倍程度の高倍率の集
光が可能な集光レンズを用いている。

なお集光部としては例えば凹面の反射鏡を用いてもよい
。

上記集光部１の各集光レンズによって集光された太陽光
が焦点を結ぶ距離には、上記集光部１０面とほぼ平行に
放熱板２が配設される。

この放熱板２上に釦いて、上記集光部１が太陽に対向し
たときに集光された太陽光が焦点を結ぶ２個の位置には
、２個の発電素子たとえば太陽電池３ ａ ｐ３ｂが配
設される。

この太陽電池３ａ、３ｂの内側あるいは外側（図示の例
では内側）のＸ軸、Ｙ軸上の位置には、それぞれ２個づ
つのフォトダイオード、フォトトランジスタ等の受光素
子４ ａ ｙ４ｂが配設され、これら受光素子４ａ、４
ｂは受光検知手段（以下センサという）を構成する。

これら集光部１、放熱板２等を固定支持する支柱５には
回転軸６が設けられており、この回転軸６を支点として
、上記支柱５かモータ等の駆動手段によって回動するよ
うになっている。

集光部１と放熱板２との間に配設された上記支柱５０両
側面にはアル□箔等の材料により形成された乱反射鏡７
ａ、７ｂが設けられており、集光部１を介して、あるい
は集光部１を介せず（第２図参照）直接に照射された太
陽光を反射するようになっている。

なち・、上記のように、一方向（例えばＸ軸方向）にの
み回動追尾する太陽追尾装置にあっては、集光部を構成
する集光レンズと乱反射鏡は各々２枚、発電素子と受光
素子とは各々２個づつ必要となるが、互いに直交する方
向（Ｘ、Ｙ軸）に自由に回動追尾する太陽追尾装置にあ
っては、集光レンズ、乱反射鏡は各々４枚発電素子と受
光素子とは各々少なくとも３個（通常は４個）づつ必要
となる。

以上の構成を有する太陽追尾装置の動作について説明す
る。

１ず任意の方向、たとえば第２図中矢印Ａ方向から太陽
光が集光部１を介しないで入射した場合には、乱反射鏡
７ｂによって右側の受光素子４ｂの上部あるいはその周
辺に太陽光が照射され、乱反射鏡７ａ、７ｂを介して反
対側すなわち左側の受光素子４ａには、乱反射鏡７ ａ
ｔ７ｂによって太陽光がさえぎられてその光は受光さ
れない。

したがって、乱反射鏡７ａ、７ｂに対して右側の受光素
子４ｂの方が他の受光素子４ａの方よりも、より多くの
出力を生ずる。

そこで、これら受光素子４ａ、４ｂ間の出力差を電気的
に検出し、この検出信号によって、モータ等を駆動する
ことにより、支柱５を回転軸６を支点として矢印Ｒ方向
に回動する。

そして、第３図に示す位置オで移行すると、今度は、太
陽光は集光部１によって集光される。

ところが、とのす昔では集光された太陽光は太陽電池３
ａ、３ｂにスポットされない。

これは、１０００倍、１００００倍の高倍率で太陽光を
集光させるため、任意方向からの太陽光が、上記太陽電
池３ａ、３ｂの近傍にスポットされることの確率が非常
に低くなるからである。

そこで、さらに受光素子４ａ、４ｂ間の出力差を検出し
、この検出信号によってモータ等を駆動する。

これにより、集光部１は次第に太陽方向に向ってゆき、
集光部１０面が太陽に対向した位置に１で移動すると、
各受光素子４ａ、４ｂ間の出力差がほぼＯとなり、第１
図に示すように、集光された太陽光は、太陽電池３ａ、
３ｂ上に正確にスポットされるのである。

その後太陽が第１図中右方向に移動すれば、上記と同様
に、各々の受光素子４ａ、４ｂ間の出力差を電気的に検
出し、出力差が０となるように集光部１を回転軸６を支
点として回動追尾の動作を継続し、常に太陽光が太陽電
池３ａ、３ｂ上に正確にスポットされるように回動追尾
する。

なむ、太陽光を確実に太陽電池上にスポットさせるには
、乱反射鏡等を、次のように変形してもよい。

その一例を示したのが第４図及び第５図である。

第４図は、既存の乱反射鏡７ａ、７ｂとセンサ４ａ、４
ｂとの間の放熱板２上に乱反射鏡８ａ。

８ｂを設けたものである。

第５図は、裾広がり状に形成した乱反射鏡９ ａ ＋９
ｂを雨センサ４ａ、４ｂ間に設けたものである。

このように構成すれば、受光素子４ａ、４ｂ間の太陽光
による出力差が明確となり、集光部１０面が太陽に対向
する直前１で太陽光の入射方向を高精度に検出し得るの
で太陽光を確実に太陽電池３ａｙ ３ｂ上に円滑にスポ
ットさせることができる。

また、上記実施例ではセンサを発電素子の近傍に配設し
た場合を説明したか、センサとしての機能を発電素子で
ある太陽電池にもたせるようにしてもよい。

この場合にはセンサが不要となり構成が簡単となる。

また、発電素子の近傍に配設されるセンサの位置は第１
図に示すように、発電素子３ａ、３ｂに対して内側に隣
接して配設するようにした方が望ましい。

というのは、各発電素子の外側にそれぞれセンサを配設
した場合には、次のような事態が生ずるからである。

例えば、太陽光が一方向（例えば右方向）より 二人射
している場合であっても、集光部を介しないで、太陽光
が直接あるいは乱反射鏡により受光素子に照射される場
合には乱反射鏡に対して右側の受光素子の方がより多く
太陽光の照射を受け、方、集光部を介して太陽光が受光
素子に照射される場合には乱反射鏡に対して左側の受光
素子の方がより多く太陽光の照射を受けることになる。

したがって、集光部を介しないで太陽光が受光素子に照
射される場合と、集光部を介して集光された太陽光が受
光素子に照射される場合とで太陽追尾装置の回転方向と
一対の受光素子間の出力差の極性とが互いに逆となるこ
とがある。

このような事態を防止するため、発電素子よりも内側に
センサを設けるのが望オしいのである。

以上の説明から明らかなように、本発明は、集光部によ
る太陽光の集光前に太陽光の入射方向を検知する受光検
知手段を別途設けることなく、簡単な構成によって、効
率のよい集光を可能とするとともに、年間を通じて高精
度の太陽追尾を行なうことができるなどの効果を有する
。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明の太陽追
尾装置の一実施例を示す概略構成説明図、第２図は集光
部を介しないで太陽光が入射された場合を示す概略説明
図、第３図は集光部を介して太陽光が入射された場合を
示す概略説明図、第４図及び第５図はそれぞれ異なる乱
反射鏡の変形例を示す概略構成図である。 １・・・・・・集光部、２・・・・・・放熱板、３ａ、
３ｂ・・・・・・発電素子（例えば太陽電池）、４ａ、
４ｂ・・・・・・受光素子、７ａ、７ｂ、８ａ、ａｂ、
９ａ、９ｂ・・・・・・乱反射鏡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 太陽光を集光する集光部と、太陽光を乱反射させる
   乱反射鏡と、上記集光部によって集光された太陽光の入
   射方向を検出して１駆動手段によって太陽光を所定位置
   に照射させて発電させる受光検知手段とを具備して成る
   太陽追尾装置。