JPS59104615A - 太陽光受光伝送装置の受光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は太陽光を受光し、これをたとえば光ファイバ
ーを介して任意の場所に伝送し、各種の目的に利用する
太陽光受光伝送装置の太陽光の利用効率を亮めるための
太１ｂの方向を追尾する受光方向検知装置に関するもの
である。。 上記太陽光受光伝送装置は自然の太陽光を電気などの他
のエネルギーに変換世ず、そのまま光をして直接利用す
る装置であり、たとえば日の当らないビル内部や屋内を
太陽光にて照明して電力を節減したり、あるいは寝たき
り老人の日光浴をさせたり、あるいは室内にて植物を栽
培するなど広い範囲にわたり、太陽光線のもつ光と熱と
を併せ利用する装置にはその受光量を最大とするため受
光伝送装置を常に太陽の方向に向けそれを追尾する受光
方向検知装置が必要である。この太陽を追尾する受光方
向検知装置として従来もっとも多く用いられているのは
受光伝送装置をその設置場所の緯度角（装置の太陽に対
する仰角）に傾けて固定し、その随けた角度のまま太陽
の日周運動だけを時計または開明モータを用いて装置の
垂直軸を回転せしめて太陽を連続的に追尾する方式のも
のである。この方法は機構および制御回路が節用である
が、季節ならびに日周運動中における太陽高度の変化が
追１已できず、この追尾は手動操作によらなければなら
ない欠点がある。これに対し太陽の軌道をあらかじめ計
算しておきそれに従って装置が’？ｙＪ　＜ようにした
プログラム方式や、このプログラム方式の指令値を太陽
光センサ警こて補正して太陽を追尾するコンピュータ利
用の方式は四季を通じて自動追尾か可能ではあるが、い
ずれも講造復鉗で高価なものとなり、たとえば家庭用な
どの小規膜な受光伝送装置１台を駆動１−るようなばゐ
い、採算が合オつず適用できない欠点がある。 この発明は以りの現況（こ鑑みてなされｔこもので。 太陽光受光伝送装置の規模の大小にかかわらず。 また季節をとわす、かつ時差の影響もなく正確に太陽を
追尾するについて低価格でかつ簡単な構成の受光装置を
提供しようとするものである。すなわち、指向性をもつ
太陽光の受光器、たとえば光検出器ならびにこの検出信
号によって受光器を太陽の方向（こ指向せしめる機構を
太陽の高度変化ならびに日周運動のすべて、いいかえる
と全天角を網らするように複数個設けるか、または単数
側を前記全大角走査するように設け、その受光器がその
受光量をもつとも大きくする仰角々度ならびに日周角度
の信号を発信し、モータを駆動して太陽光受光伝送装置
を太陽に追尾せしめ゛る受光方向検知装置にかかるもの
。 以下図面によってこの発明の詳細な説明する。 第１図はこの発明の実施例の受光方向検知装置を設けｆ
コ家庭用携帯形太陽光受光伝送装置の外観側面図、第２
図はその正面外観図である。図は集光部（１）を仰角（
θα）を４５″にした状態であり・集光部（１）はＵ字
形水平回転枠（２）の枢軸（３）に回転自在に支承され
かつその軸心（４）を回転中心として最小仰角（θｏ：
２０°）から最大仰角８０°まで可動仰角（θＭ−＋ｅ
ｒＯ°）の間連続的にその集光面（５）を太陽の方向に
向けられるようになっている。この集光部（１）の仰角
駆動は回転枠（２）の内部に設けた垂直方向可逆回転モ
ータ（６）、プーリ＋７１　（８１およびベルト（９）
による動力伝動装置によってなされる。゛さらに上記水
平回転枠（２）はその底部中央に軸心（ＩＩを有し、固
定されｔこ回転軸１１２）を基台（１３１内に設けたた
とえば４個のローラ圓によって回転自在に支承され９か
つ同じく基台０３）円の水平方向可逆回転モータ（１５
１、プーリ０６）口ηおよびベルト（１８１からなる動
力伝動装置によ−・て上記軸心（＋ＩＩを回転中心とし
てたとえば２０００の範囲で水平面を回転する。基台Ｏ
Ｊの第２図１こおける右端１■には操作パネル杷が設け
られ、電唾スイッチ（支））やその他の操作上必要な部
品が配列されるとともに・太陽光を集光した光フアイバ
ー集束ケーブル２１＋が引出されている。操作パネル（
Ｉ９）の近傍の基台上部に磁針（ハ）が設けられ、南北
を指示し、装置設置の際基台に）の長手方向を正しく　
（Ｎ−８）の方向に合わせ、かつパネル面ｆ１！１１を
四とするものである。その後方に上記モータ（６１（１
５１を駆動制御する制御部ｔｌＤ）が設けである。上記
集光部（１）の集光面（５）はたとえば６つ（こ区制さ
れ、その−区劃ごと（こ数ｍｍ厚の平板状レンス（フレ
ネル・レンス）〃が設けられ、その焦点位置にガラスｔ
４にてなる光フアイバ集束ケーブルの受光端面（財）が
正しく位置づけされ、それら６本の光フアイバー集束。 ケーブル（２１８）は図示を省略しているが上記水平回
転枠枢軸（３）の内孔を経て、さらに回転枠軸ａの内孔
を通り上記のとおりパネル血止から装置外部に引出され
ている。つぎにこの発明の要部である指向性を有する太
陽光の受光装置すなわち太陽の全天角を細らした複数個
からなる受光装置を説明する。上記水平回転枠（２）の
両側板（２Ｐ）上部右（または左側′）それぞれ各１個
設けた円筒体（２５１（２ｆｉｌが上記受光装置のうち
太陽に対する仰角検出受光器であり、第３図は側板に設
けた仰角検出受光器（５＋の構造を示す１部破断面であ
り・第４図はその側面図である。図中第１・第２図と同
記号のものは詳説を省く。仰角検出受光器り）婦）は側
板（２Ｐ）に取付けられた円筒部材（２）の円周面上の
一部すなわち前記集光部（１）の可動仰角（ＯλＩ）の
節回にたとえば直径１ｍｍ位の単心光ファイバ（至）の
受光端面＠全数十個等間隙に配列したものであり、これ
ら光フアイバ側は上記円筒部材（５）の内孔（３０１に
集約されて回転枠（２）内部に設けた図示しない光電変
換素子たとえばホトダイオードにその他端の光出射面を
接続する。この構成によって太陽の高さの変化すなわち
日出から日没までならびに季節によって異なる変化に正
確に追尾して太陽光を最大に受光し、上記ホトダイオー
ドによって受光量を電気信号に変換され、後述する電気
信号処理回路によって集光部（１）の集光面（５）を太
陽の方向に直交せしめる仰角（θα）を上記可動仰角（
０Ｍ）の範囲内で調整するものである。上記受光器ｉ１
１２６１は主として仰角検出のものであるのに対し。 太陽の日周運動（こ対する追尾すなわち時角を検出する
受光装置を第２・第５図によって説明する。 この時角４突出受光器Ｇ旧よ第２図の集光部（１）の６
区劃の！先回側のいずれか１つに設けるものであり。 第２図にて点線嬢に囲んだ部分である。第５図はその受
光器（３１１の作動を説明する斜視略図である。 第２図と同記号のものは詳説を省く。フレネル・レンズ
ｃ！１）の焦点位置に受光端面（２４）を設けた前述の
光フアイバ集束ケーブル（２０８）のうちたとえば直径
１　ｍｍ位の単芯光ファイバの受光面ｔ３１）を中心と
しその同一平面のＸ軸上に同じく単芯光ファイ）＜の受
光面Ｇ２］　！３３）を近接して配置するとともに同じ
く同一平面のＹ軸上に単芯光ファイバの受光面０４１　
（３５１を配置したものであり、これら５本の光ファイ
ノく（園）−１０１はその他端の光出射面をそれぞれホ
トダイオードに接続されている。この構成によって今フ
レネルーレンズ（２１）が正しく太陽の方向に向いてい
るときは一つの矢印（−）のように集光されてその焦点
は中心の光ファイバ（３１）に位置し、そのホトダイオ
ードが最大の信号を出力する。しかし太陽がたとえば右
＠）方向に移動したとすればレンズＣａ１ｌの焦点は２
つ矢印（−）の方向に移動して光ファイｔ＜　（３２ｊ
に位置を変える。このＸ軸との３個の受光面の入射光量
を比較して太陽の時角を検出するのである。 この太陽に対する仰角の変化を検出するのカミ上記Ｙ軸
上に配列した（３１１　Ｃ３４１（３５ｉの光ファイノ
く受光向であり、今たとえば太陽が毘くなり、レンズ中
心点（０）と焦点基準点ｃ３１）とを結ぶ直線（４１）
に対し紙面Ｑ〕方向（■）に太陽が移動すればレンズ焦
点は３つ矢印（−）のように移動し価）の受光面Ｇこ移
り・その高度の変化を検出するのである。つぎに第６図
（こよって上記受光向（ハ）□□□）および■）の検出
信号が前述した２つの可逆モータ（６１（１５１を駆動
し、集光部（１）が常に太陽の方向を追尾するｊこめの
制御部ＱＯＩ　ｒ））電気回路を説明する。図の左上の
扇状の（２５１（２６１は第３−４図で示した仰角検出
器の光ファイノく受光部でかつ左右の受光量の差によっ
て時角の粗調を兼ねるものである。左下の５個の丸印は
第５図で説明した時角検出器の光フアイバ受光部（至）
で、かつ仰角の微調を兼ねるものである。七記仰角検出
器師）（４）ｉ　０）最上部の光ファイバ（２５Ｔ）（
２６Ｔ）はそれぞれの受光Ｈ′Ｋをホトダイオード＋４
１１　＋４２１によ−、て電流信号に変換し、　Ｉ／Ｖ
変換器（４３１（４４１によって電圧信号として昼夜判
別比較回路（４５）に入力する。上記光ファイｔ＜　（
２５Ｔｌ（２６Ｔ　）の受光量が平衡して消滅するのが
夜であり。 受光をはじめるのが日の出であり、これらの信号をリセ
ット信号発生回路（佃ならびに太陽探索信号発生回路（
４７）に送信する。すなわち日没とともに集光部（１）
の垂直駆動モータ（６）はリミ・ノトスイ・ソチ団の作
動Ｅこより仰角（θα）−２０°で停止し、水平駆動モ
ータ（１５）はリミットスイッチ（４８）によ−、て日
没方向にて停止する。つぎに日の出にお０てリセ・ブト
スイッチ（５２）ならびにスタートスイッチ（５３）を
ＯＮすることによってリセット回路（４Ｇ）はリセ・ノ
ド信号（４６Ｓ　）をモータ駆り１回路（６４）および
（７０）に入力して上記リミットスイ・ソチ（４８１ω
）による作動封止。を解除するとともに探索回路（４７
）を駆動する。この探索回路（４７）の出力信号（５４
）はモータ駆動回路＋５５）　（５６１（こ入力されモ
ータ（６１（１５１を駆動して集光部（１）を日の出の
方向に回動せしめるとともに太陽の昇る高さに調整する
。この日の出における集光部（１）の操作は上記（２５
Ｔ）（２６Ｔ）　　の受光部だけでなく第３図で示した
扇状配置の光ファイバ（２８Ｌ）　（２８Ｒ）の受光量
をホトダイオード＋５７）　（５８）およびＩ／Ｖ変換
器＋５９１　（６０）にて検出し、左右信号差検出−左
右粗調整出力回路（６１）によって信号（６２）　（６
３）をモータ駆動回路＋５５）　＋６４）に送信し、水
平駆動モータ（１５１を回転させる。これと同時にたと
えば左側仰角受光器（２８Ｌ　）の受光量に対応する信
号を仰角信号比較・仰角粗調整出力回路（６５）に入力
し、あらかじめ設定した最大光量等価信号発生回路（６
６）の信号と比較することによって、集光部（１）の仰
角を太陽の方向（Ｌ）に粗調整する信号（６７）　（６
８）を左右・上下調整速度制御回路（６９）を介してモ
ータ駆動回路＋５６）（７０）に送信し、垂直駆動モー
タ（６）を回転せしめ集光部（１）の仰角（０α）を粗
調整するのである。以上の作動によって東方に上昇をは
じめた太陽の方向にほぼ対向した集光部（１）は時刻の
経過とともに集光部（１）に設けられ、第５図で示した
時角検出受光器ｃ２！Ｉ）光ファイバ（３Ｇ）〜（４０
１それ（こ対応するホトダイオード（７Ｉ）〜（７５）
・１７合′変換器（７６）〜（８０）の作動によって左
右ならびに仰角の調整を行うのである。まず中心の受光
端Ｃ３１１への受光量が所定量以上に達するまではと記
粗調回路＋６１１　（６５）によってモータｆ１５１　
［６１を駆動せしめ、所定量に達したことを判別する回
路（８１）によって左右像調整出力回路（８２）ならび
に仰角微調整出力回路（８３）を作動せしめ集光部時計
方向（Ｌ）の信号（８４）　、反時計方向（旬の信号（
８５）を速度制御回路（６９）を介して（８５５（ｓ６
；信号としてモータ１５１を駆動するとともＥこ集光部
仰角降下方向（Ｄ）の信号（８６）１昇方向０の信号（
８７）を同じく回路（６９）を介して＋８６’）　ｔｓ
７ｉ信号としてモータ（６）を駆動するのである。

【８８】は交流電源で上記モータ１．６１　＋１５１に
電力を給供するとともにトランス（８９）を介して探索
回路（４７１および調整速度制御回１ｉ’８（６９＋に
クロ・ノクノくルスを供給するクロックパルス発生回路
（９０）を駆動するものである。以上の作動によって太
陽の日の出から日没までの全天角を正確に追尾するとと
もに太陽力≦雲などによって遮られたときはより明る０
方向を追尾し、太陽が再び出たときは急速にそＱ）方向
に修正するなど常に受光量の最大となる角度を２つのモ
ータに発信するものである。 以上がこの発明の一実施例装置であるか、受光器は必ず
しも光ファイバを用いなくてもホトダイオードなどの光
電変換素子に直接受光せしめてもよい。また太陽光受光
伝送装置も家庭用小形のものに限定されるものではない
。さらに第６図に示したように複数個の光検出器を用い
なくても、１個の光検出器を日の出から日没までの太陽
の全天角に対応して、常にその受光量が最大値を示すよ
うに自在に追尾する機械的機構を設けても同一の効果が
得られる。なお太陽光再現機構はいろいろのものがあり
９図示や説明を省略した。 し、構成簡単にて低廉に製作でき、しかも季節や天候に
左右されることなく正確に太陽の方向あるいはもっとも
明るい方向を追尾し、太陽光受光伝送装置の利用効率を
向上せしめる便宜な装置を提供しえたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例受光方向検知装置を装着しｔ
コたとえば家庭用携帯形太陽光受光伝送装置の外観側面
図、第２図は上記装置の外信り正面図・第３図は太陽を
追尾する受光方向検知装置のうち仰角ならびに時角粗調
の受光器の構成を示す外観正面（一部破断）図、第４図
は第３図の受光器の外観側面図、第５図は太陽を追尾す
る受光装置のうち仰角ならびに時角微調の受光器の作動
を説明する概略図、第６図は受光装置のモータ駆動の電
気回路のブロック図である。 ■・・・太陽光受光伝送装置の受光機構２・・・水平回
転枠　　３・・・上記（２）の集光部（１）の枢軸６・
・・集光部（１）の仰角駆動モータ１２・・・上記（２
）の枠の回転軸　　１３・・・装置基台１５・・・水平
回転枠（２）の回転駆動モータ２１・・・太陽光伝送機
構の光フアイバ集束ケーブル２２・・・基台（１３Ｉ設
定方向決定用磁針２５−２６・−・仰角・時角粗調整用
受光器θα・・・集光部の仰角　　０Ｍ・−・可動仰角
範囲θ０・・・最小仰角　　２９・・・仰角・時角微調
整用受光器４１・４２．５７・５８−７１〜７５・・・
複数個の光電変換素子４５・・・昼夜の判別・比較回路 ４６・・・リセット信号発生回路 ４７・・・太陽探索信号発生回路 ６１・・・上記（２５１（２６）の信号差検出による時
角微調整出力回路 ６５・・・仰角粗調整出力回路 ６６・・・最大光量等価信号発生回路 ６９・・・仰角・時角調整速度制御回路８１・・・粗・
微調整判別回路 ８２・・・時角微調整出力回路 ８３・・・仰角微調整出力回路 ５５・６４・・・時角調整モータ駆動回路５６・７０・
・・仰角調整モータ駆動回路′を・−′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　指向性をもつ太陽光の受光器をほぼ全天角を網ら
   するよう複数個設けるかまたは単数側を全大角走査する
   ように設け、・そのもっとも受光器の大きい角度を信号
   発信するようにし１こ太陽光受光伝送装置の受光装置。 ２、　太陽光受光伝送装置を太陽光を集光する受光機構
   と、その集光した太陽光を伝送する伝送ａ４ａと、この
   伝送された太陽光を再現する機構とで構成するとともに
   、受光装置からの信号によって前記受光機構の全天角運
   動を制御するようにしてなる特許請求の範囲第１項記載
   の太陽光受光伝送装置の受光装置。 ３　受光機構の集光レンズをフレネル・レンＰしてなる
   特許請求の範囲第１または第２項記載の太陽光受光伝送
   装置の受光装置。 ４、　伝送機構を集光レンズの焦点に受光端を設けたガ
   ラス材にてなる光ファイバーにてなり。 その出射端に任意の場所の太陽光再現機構を設けてなる
   特許請求の範囲第１．または第２または第３項記載の太
   陽光受光伝送装置の受光装置。