JPS5915809A

JPS5915809A - 太陽光方向センサ

Info

Publication number: JPS5915809A
Application number: JP12547482A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mori; 敬森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-07-19
Filing date: 1982-07-19
Publication date: 1984-01-26

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】本発明は、太陽の方向を検出するための太陽光方向セン
サに係シ、特に、太陽光エネルギーを収集する装置に搭
載し、該太陽光エネルギー収集装置を太陽の移動に正確
に追従させるのに好適な太陽光方向センサに関する○ 近時、省エネルギ一時代を迎え、各方面で太陽光エネル
ギーの効果的利用について研究開発が行われているが、
太陽光エネルギーを効果的に利用するためには、まず、
太陽光エネルギーを効果的に収集することが肝要であり
、そのためには、太陽光エネルギー収集装置を太陽の移
動に追従させて常に最も効率のよい状態で太陽光エネル
ギーを収集する必要がある。

本発明は、上述のごとき要請に鑑みて外されたもので、
特に、太陽光エネルギー収集装置に搭載して該太陽光エ
ネルギー収集装置を太陽の移動に自動追尾させるのに好
適な太陽光方向センサに関する。

第１図は、本出願人が先に提案した太陽光方向センサの
全体斜視図、第２図は、第１図の■−■謝断面断面図３
図は平面図、第４図は、第２図のＩＶ　−ＴＶ　ｉ断面
図で、図中、１は角又は丸形の筒体、２は該筒体の上端
部に設けられたフランジ、Ｘ１〜Ｘ４　及びＸｃｆｄ光
センサで、前記フランジ２の中央部には多角形又は円形
の窓３が設けられている。光センサＸ１〜Ｘ４　は、Ｘ
□　とＸ２及びＸ３とＸ４　がそれぞれ対をなして第４
図に示すように相対向して配設され、かつ、その内側端
面が、筒体１を太陽の方向に正確に向けた時にできるフ
ランジ２の陰の線と一致するように配設され、光センサ
Ｘｃは底板４の上面略中央に配設されている。

従って、筒体］が正確に太陽の方向を向いている時、換
言すれば、太陽光がＡの方向からくる時は、光センサＸ
１〜Ｘ４　には直達太陽光（Ｄ）は入射ぜず、間接太陽
光（Ｉ）のみが入射し、光センサＸｃには、直達太陽光
（Ｄ）及び間接太陽光（丁）が入射することになる。し
かし、筒体１が太陽の方向からずれ、例えば、太陽光が
Ｂ方向からくるものとすれば、光センサＸ、は、αの部
分で直達太陽光（Ｉ））を受け、全体で間接太陽光１丁
）を受け、光センサＸ２　は間接太陽光ｍのみを受ける
ことになる。

更に詳細に説明すると、筒体１が太陽の方向と正確に一
致している時は、光センサＸ、とＸ２（又はＸ３　　と
Ｘ４）が受ける太陽光は等しく、筒体１が太陽の方向か
らずれると光センサＸ１　　とＸ２（又はＸ３とＸ４）
に入射する太陽光が相違するので、この差異を検出し７
て光センサＸ、とＸ２　に入る太陽光が等しくなるよう
に、換真″すれば、筒体１が入方向を向くように制御す
れば、筒体１は正確に太陽の方向を向くようになり、従
って、該太陽光方向センサを搭載した太陽光収集装置も
正確に太陽の方向を向くことに々る。しかしながら、上
述のごとき太陽光方向センサにおいて（は、筒体１内に
おける間接太陽光（Ｉ）の分布は、第５図に示すように
、中央部において大きく、外周部は小さいから、この差
を補正しないと、直達太陽光がケＣセンザを横切る位置
すなわち前記αを正確に求めることができない。

・このような欠点を解決するために、本出願人は、先に
、上述のごとき筒体内における間接太陽光の分布をも考
慮して太陽光方向センサの向きと太陽の位置とのずれを
数量として正確に検出し得るようにした太陽光方向セン
サを提案した（特願昭５６−９９９９３号）。

第１図乃至第４図に示した太陽光センサにおいて、今、
フランジ２の上面に光センサＸ。を配設したものと仮定
し、この光センサＸ。に入射する総太陽光量をＳ。、直
達太陽光計をり。、光センサＸ。の電気的出力信号をり
。、該光センサの光電変換係数をδ。（＝Ｓ。／Ｌｏ）
、直達比率をβ。（Ｄｏ／Ｓｏ）とすれば、Ｓｏ　−δ。Ｌｏ　　・・・・・　（１）Ｄｏ　　−β
。Ｓｏ−β。δ。Ｌｏ　　・・・（２）が成立する。

同様に、光センサＸｃについては、Ｓｃ−δｃ　Ｌ　ｃ　　−（３）Ｄｃ−βＣ３Ｃ−βＣδｃ　Ｌ　ｃ　　−（４）が成立
する。

また、光センサＸ１　　については、該光センサＸ１の
全面に直達太陽光が当っている時は、Ｓ　−δ１　”１
　　・・　（５）Ｄ、−β、Ｓ□−β１δ１Ｌ１　・・・・（６）が成立
する。

この時、光センサＸ２　　には、直達太陽光が当つてい
々いので、該光センサＸ２については、Ｓ２二δ２Ｌ２
””１２　　・・（７）Ｄ２＝　０　　・・　（８）が成立する（ただし、■２　　は光センサＸ２　　に入
射する間接太陽光量）。

ここで、今、光センサＸ□の一部に太陽光が当っている
場合、すなわち、光センサＸ、の筒内光束の外周に接す
る側を０とし、核光束の外周が、第２図に示すように、
該光センサＸ１　　を横切る位置の光センサＸ０の全長
に対する比率をαとした時、前記筒内光束の外周が０〈
α〈１の範囲内にある場合は、光センサＸ１　に入る総
太陽光量を８１、その時の電気的出力信号をＬｌ（ｍＶ
）、光電変換係数をδ、とすれば、Ｓｌ　−δＩ　　Ｌ
ｌ　　が成立する。ここで、直達太陽光は・該光センサ
Ｘ１　　のα部分にのみ入射し、間接太陽光は該光セン
サＸ１　の全面に入射するので、Ｓｌ　　−αＤ、　＋Ｉ、　＝αＤ　ｃ　十Ｓ　２　−
　　（９）（ただし、■１　　は光センサＸ１　　に入
射する間接太陽光量で、これは、光センサＸ２　　に入
射する間接太陽光Ｆ７ＨＴ　２　すなわち光センサＸ２
　に入射する総太陽党則Ｓ２　に略等しい）が成立し、第（９）式に第（４）式及び第（力式を代入
すると、ｓ、＝αβＣδｃＬｃ＋δ２Ｌ２−＝　　（１０）が得
られる。而して、Ｓｌ　　−δ１Ｌ１であるから、第１
１０）式は、 δＩ　”１−αβＣδＣＬＣ＋δ２”２”’　　σ１）
となる。

一方、Ｄｃ＝Ｓｃ−Ｉｃ　　・・・（１２であり、ここ
で、 ■２（又はＩ、） □＝λ　　　　θａＩｃ（ただし、Ｉ２＝：Ｉ、　　）とすれば、前記０２式は ■２Ｄｃ　＝　Ｓｃ　−−−（Ｉ’Ｊａ λ となり、これよりを得る。

この第０９式を第（η式に代入するととなり、これより、を得ることができる。

ここで、筒体１の形状、大きさが定まれば、該筒体内に
入射した間接太陽光の相対的分布は一定であるから、予
め、ＩＣ及び■２　　を実測して求め、λ二Ｉ　２　／
　Ｉ　ｃを求めておくと、該λは定数となる。

而して、前記δ　、δ　、δＣは定数であるから、２前述のようにして、λ＝１２／■Ｃを予め゛求めておく
と、各光センサの電気的出力信号のみからαすなわち太
陽光の入射方向と太陽光方向センサのずれを数量的に正
確に求めることができる。

しかしながら、上記本出願人が先に提案した太陽光方向
センサによると、太陽が雲等によって瞬間的に遮ぎられ
ると太陽光が瞬間的に散乱され、その散乱光が筒体内の
光センサＸ１　〜Ｘ４　　に光計的に不均一に或いは時
間差をもって入射し、その間開的な不均衡に太陽光収集
装置が敏感に追従してハンチングを起こす原因を生じる
等の欠点があった。

第６図は、上述のごとき欠点を解決するために本出願人
が先に提案した太陽光方向センサの一例を示す図で、図
示のように、窓３の縁から下した垂線が光センサＸ１〜
Ｘ４　の中間部（第１〜４図に示した先行技術では端部
）にくるように該光センサＸ１　〜Ｘ４　　を配設する
ようにしたものである。

すなわち、先行技術においては、フランジ２の窓３の縁
から下した仮想垂線と光センサＸ１〜Ｘ４の内側の端部
を一致させるようにしていたが、該光センサＸ１〜Ｘ４
の端部を窓３の縁から下した仮想垂線に正確に一致させ
ることは非常に困難であり、また、光センサＸ１　〜Ｘ
４　　の端部を正確に直線仕上げすることも非常に困難
であり、しかも、各光センサの端部が直達光の有無を決
める境界線上にあるため、検出器の動作開始点が非常に
不安定であったが、このようにすると、窓３の縁から下
した仮想垂線が光センサＸ１　〜Ｘ４の任意中間位置に
くるように構成されているので、前記先行技術における
ような不安定材料はなくなり、単に、各センサＸ１〜Ｘ
４　の幅のみを正確に仕上げればよく、従って、非常に
簡単な構成によって正確にかつハンチング等の不安定動
作を生じるとと々く太陽光の方向を検出することができ
る。ただし、αは第６図に示すように窓３の縁から下し
た仮想垂線が当る位置をＯ位置とする。また、この例に
おいては、光センサＸ１〜Ｘ４　の中間位置に直達光の
有無を決める境界線がくるように構成されているので、
該境界線の移動に？Ｊ　して光センサの検出出力の直線
性がよくなり、しかも、直達光が当っている部分の検出
出力が予めバイアスされていることになるため、瞬間的
に外乱が入ってもそれによってあ１り大きな影響は受け
ない。すなわち、Ｎ／Ｓ及び直線性がよくなｐ１コント
ロールが非常に楽になる等の利点があった。

しかしながら、上記本出願人が先に提案した太陽光方向
センサにおいて、雲等によって長時間に亘って太陽光が
遮ぎられ、その間に太陽が移動し、太陽光り、の入射角
がθ□　以上にずれると、光センサＸ、〜Ｘ４のいずれ
も太陽光が当らなくなり、該太陽光方向センサは最早太
陽の方向を検知することができなくなり、従って、太陽
光の入射角が一旦０１　以上にずれてしまうと、それ以
降は全く追尾機能を失ってしまう欠点があった。特に、
南北方向にずれて光センサＸ３、Ｘ４　に直達光が当ら
なくなった場合、天空光のため、上側に位置する光セン
サ（一般的には北側の光センサ）に対して下側に位置す
る光センサ（一般的には南側の光センサ）により多くの
散乱光が入射し、そのため、南北方向のバランスをとる
のが困難であった。

本発明は、上述のごとき先行技術の欠点を解決するため
になされたもので、図示のように、筒体１の内壁（太陽
の移動方向に平行な南北壁面）の中間位置に少なくとも
１対の光センサＸ５、Ｘｃを設けたもので、このように
すると、太陽光方向センサに対する太陽光の入射角がθ
１　以上にずれてしまっても、θ、〜θ２　の範囲なら
ば、光セン４１）すＸ５又はＸｃによって太陽の方向を検知することがで
きるので、前記先行技術に比してかなり長時間に亘って
太陽光が雲によって遮ぎられていても、太陽光追弔機能
を失なうことなく、雲がなくなって太陽光が入射すると
直ちに太陽光追尾動作を開始する。この追尾範囲を史に
広くするためには、例えば、第７図に示すように、前記
光センサＸ５、Ｘｃの上方に更に別の１対の光センサＸ
７、Ｘ８を設ければよく、このようにすれば、θ３の範
囲まで追尾可能となる。

以上の説明から明らかなように、本発明によると、簡単
な構成によって、換言すれば、先行の太陽光方向センサ
に単に光センサを付加するのみで、より広範囲に亘って
太陽光追尾が可能な太陽光方向センサを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本出願人が先に提案した太陽光方向センサの
全体斜視図、第２図は、第１図のＩＩ−ＩＩ純純血面図
側断面図）、第３図は平面図、第４図は、第２図のＩＶ
−ＩＶ線断面図、第５図は、筒体１（１，２内における間接太陽光（Ｉ）の分布図、第６図は、本出
願人が先に提案した太陽光方向センサの他の例を示す側
断面図、第７図は、本発明による太陽光方向センサの一
実施例を説明するための側断面図である。１・・筒体、２・・・第１のフランジ、３・窓、４・・
・底板、５・・窓、６・・第２の７ランジ、Ｘ、〜Ｘ８
及びＸｃ・・光センサ。第　　１　　図第　　６　　図第２図、／第　　３　図第　　５　　図 “１′°ワλ ｌ−−１ｆ−一一

Claims

【特許請求の範囲】

筒体と、該筒体の上端部に設けられ、かつ該筒体の内径
よりも小さい多角形の窓を有する不透明体の７ランジと
、前記筒体の下端部において該筒体の路中央部に設けら
れた第１の光センサと、前記筒体の下端部に設けられか
つその内側端回文１ｄ中間位置が前記７ランジの窓の縁
から下した仮想垂線と交わる位置に対称に配設された少
なくとも１対の第２及び第３の光センサと、前記筒体の
内壁の中間位置に対称に配設された少なくとも１対の第
４及び第５の光センサとを有することを特徴とする太陽
光方向センナ。