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図面 (7)

課題

種々の悪条件下において正確な太陽の方向を検出できる安価な太陽位置センサを提供する。

解決手段

底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第1斜面2aが形成された第1プリズム1aと、該第1プリズムの第1斜面から入射された光を電気信号に変換する第1光検出素子6aと、底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第2斜面2bが形成された第2プリズム1bであって、該第2プリズムを底面に垂直な線を軸として180度回転させるとすれば該第2斜面が前記第1プリズムの第1斜面に平行になるように配置された第2プリズム1bと、該第2プリズムの第2斜面から入射された光を電気信号に変換する第2光検出素子6bと、前記第1光検出素子及び前記第2光検出素子からの信号に基づいて太陽の方向を表す信号を生成する太陽方向信号生成手段8、9、とを備えている。

概要

背景

従来、太陽光発電システムとして、平板発電ステム追尾式発電システムとが知られている。平板式発電システムは、例えば家屋屋根に平面的に配列された太陽電池パネルから電力を取り出すように構成されている。この平板式発電システムでは、光電変換を行うためのソーラーセルは固定的に配置されているので、太陽の方位及び仰角によっては太陽光の多くがロスされ、実質の有効発電時間が短いという欠点がある。

一方、太陽追尾式発電システムは、例えば図4に示すように、支柱10に回動自在に支持されたフレーム11に複数の発電モジュール12から成る発電ユニット13が取り付けられて構成されている。各発電モジュール12は、図示しない複数のソーラーセルを備えており、各ソーラーセルで発生された直流電力は積算されてこの発電モジュール12の外部に出力される。なお、集光式を採用する太陽追尾式発電システムでは、上記発電モジュール12の表面に各ソーラーセルに対応する集光レンズが設けられており、このレンズで集光された光がソーラーセルに照射される。

この太陽追尾式発電システムでは、例えば各発電モジュール12が電気的に直列に接続されている。従って、各発電モジュール12からの直流電力は積算され、発電ユニット13の発生電力として導線14を介してインバータ15に供給される。インバータ15は、入力された直流電力を交流電力に変換する。このインバータ15から出力される交流電力が消費に供される。

支柱10の下端部には、フレーム11全体を方位角方向に回動させるためのアジマスアクチュエータ17が設けられている。このアジマスアクチュエータ17はモータ18によって駆動される。また、支柱10の上端部には、フレーム11全体を仰角方向に回動させるためのリニアアクチュエータ19が設けられている。このリニアアクチュエータ19はモータ20によって駆動される。

また、フレーム11の所定部位(図4中の上方)には、太陽の方向を検出するための太陽位置センサ21が設けられている。この太陽位置センサ21から得られる太陽の方向を表す信号は、制御装置16に供給される。

制御装置16は、太陽位置センサ21からの信号に基づいてアジマスアクチュエータ17及びリニアアクチュエータ19を作動させるための追尾制御信号を生成する。この追尾制御信号は、モータドライバ22を介してモータ18及びモータ20に供給される。モータ18及び20は、この追尾制御信号に応じて回転することによりフレーム11に取り付けられた発電ユニット13を動かす。これにより、発電ユニット13の受光面が常に太陽に垂直に対向するように、つまり太陽を追尾するように制御される。従って、この太陽追尾式発電システムでは、太陽光が存在する限りは発電が行われるので、実質の有効発電時間が長くなるという利点がある。

このような太陽追尾式発電システムで使用される太陽位置センサの一例が、例えば米国特許USP5317145に開示されている。この太陽位置センサは、図5に示すように、遮蔽柱50、光検出素子(Cds)52a及び52b、並びに比較回路53から構成されている。遮蔽柱50は、先端部が四角錐になるように面取りされた四角柱で構成されている。この遮蔽柱50の1つの側面には凹部51aが形成されており、この凹部51aには光検出素子52aが取り付けられている。また、遮蔽柱50の上記側面に対向する側面に凹部51bが形成されており、この凹部51bに光検出素子52bが取り付けられている。

光検出素子52a及び52bは、それぞれ入射された光を電気信号に変換して比較回路53に供給する。比較回路53は、光検出素子52aからの信号と光検出素子52bからの信号とを比較し、比較結果を表す信号を制御装置16に供給する。制御装置16は、この比較結果を表す信号によって太陽の方向を認識し、上述したように、発電ユニット13に太陽を追尾させる。

この太陽位置センサでは、図6(A)に示すように、遮蔽柱50が太陽の方向を向いている時は、太陽光は遮蔽柱50の側面に平行に進む。従って、光検出素子52a及び52bにそれぞれダイレクトに太陽光が入射される。この場合、各光検出素子52a及び52bに入射される光の強さは等しいので、比較回路53は光検出素子52aからの信号と光検出素子52bからの信号とが等しいことを表す信号を出力する。これにより、制御装置16は、遮蔽柱50が太陽の方向を向いていることを認識できる。

一方、図6(B)に示すように、遮蔽柱50の方向が太陽の方向から角度φだけずれているときは、光検出素子52bには光が照射されるが、光検出素子52aは遮蔽柱50の影になる。従って、比較回路53は、光検出素子52bからの信号が光検出素子52aからの信号より大きいことを表す信号を出力する。これにより、制御装置16は、遮蔽柱50の方向が太陽の方向からずれていることを認識できる。この場合、制御装置16は、角度φがゼロになる方向にモータ18及び20を回転させるための追尾制御信号を生成する。

このようにして、制御装置16は、比較回路53からの信号に基づいて発電ユニット13が常に太陽に垂直に対向するように制御し、以て発電ユニット13に太陽を追尾させる。なお、上記の例では、説明を簡単にするために遮蔽柱50の対向する2つの側面に各光検出素子52a及び52bを設ける構成としたが、実際には遮蔽柱50の他の2つの側面にも上記と同様の光検出素子が設けられ、太陽の仰角方向及び方位角方向のずれを検出できるようになっている。

概要

種々の悪条件下において正確な太陽の方向を検出できる安価な太陽位置センサを提供する。

底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第1斜面2aが形成された第1プリズム1aと、該第1プリズムの第1斜面から入射された光を電気信号に変換する第1光検出素子6aと、底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第2斜面2bが形成された第2プリズム1bであって、該第2プリズムを底面に垂直な線を軸として180度回転させるとすれば該第2斜面が前記第1プリズムの第1斜面に平行になるように配置された第2プリズム1bと、該第2プリズムの第2斜面から入射された光を電気信号に変換する第2光検出素子6bと、前記第1光検出素子及び前記第2光検出素子からの信号に基づいて太陽の方向を表す信号を生成する太陽方向信号生成手段8、9、とを備えている。

目的

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、種々の悪条件下において正確な太陽の方向を検出できる安価な太陽位置センサを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
5件

この技術が所属する分野

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請求項1

底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第1斜面が形成された第1プリズムと、該第1プリズムの第1斜面から入射された光を電気信号に変換する第1光検出素子と、底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第2斜面が形成された第2プリズムであって、該第2プリズムを底面に垂直な線を軸として180度回転させるとすれば該第2斜面が前記第1プリズムの第1斜面に平行になるように配置された第2プリズムと、該第2プリズムの第2斜面から入射された光を電気信号に変換する第2光検出素子と、前記第1光検出素子及び前記第2光検出素子からの信号に基づいて太陽の方向を表す信号を生成する太陽方向信号生成手段、とを備えた太陽位置センサ

請求項2

底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第3斜面が形成された第3プリズムであって、該第3プリズムを底面に垂直な線を軸として90度回転させるとすれば該第3斜面が前記第1プリズムの第1斜面又は前記第2プリズムの第2斜面に平行になるように配置された第3プリズムと、該第3プリズムの第3斜面から入射された光を電気信号に変換する第3光検出素子と、底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第4斜面が形成された第4プリズムであって、該第4プリズムを底面に垂直な線を軸として180度回転させるとすれば該第4斜面が前記第3プリズムの第3斜面に平行になるように配置された第4プリズムと、該第4プリズムの第4斜面から入射された光を電気信号に変換する第4光検出素子、とを更に備え、前記太陽方向信号生成手段は、前記第1光検出素子、前記第2光検出素子、前記第3光検出素子及び前記第4光検出素子からの信号に基づいて太陽の方向を表す信号を生成する請求項1に記載の太陽位置センサ。

請求項3

前記第1プリズム、第2プリズム、第3プリズム及び第4プリズムを覆う光透過性カバーを更に備えた請求項2に記載の対応追尾センサ

請求項4

前記第1光検出素子、前記第2光検出素子、前記第3光検出素子及び前記第4光検出素子の各受光面は、それぞれ前記第1プリズム、第2プリズム、第3プリズム及び第4プリズムの底面に密着されている請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の太陽位置センサ。

技術分野

0001

本発明は、太陽を追尾しながら太陽光エネルギー電気エネルギーに変換する太陽追尾発電ステムで使用される太陽位置センサに関し、特に太陽の方向を検出する技術に関する。

背景技術

0002

従来、太陽光発電システムとして、平板式発電システムと追尾式発電システムとが知られている。平板式発電システムは、例えば家屋屋根に平面的に配列された太陽電池パネルから電力を取り出すように構成されている。この平板式発電システムでは、光電変換を行うためのソーラーセルは固定的に配置されているので、太陽の方位及び仰角によっては太陽光の多くがロスされ、実質の有効発電時間が短いという欠点がある。

0003

一方、太陽追尾式発電システムは、例えば図4に示すように、支柱10に回動自在に支持されたフレーム11に複数の発電モジュール12から成る発電ユニット13が取り付けられて構成されている。各発電モジュール12は、図示しない複数のソーラーセルを備えており、各ソーラーセルで発生された直流電力は積算されてこの発電モジュール12の外部に出力される。なお、集光式を採用する太陽追尾式発電システムでは、上記発電モジュール12の表面に各ソーラーセルに対応する集光レンズが設けられており、このレンズで集光された光がソーラーセルに照射される。

0004

この太陽追尾式発電システムでは、例えば各発電モジュール12が電気的に直列に接続されている。従って、各発電モジュール12からの直流電力は積算され、発電ユニット13の発生電力として導線14を介してインバータ15に供給される。インバータ15は、入力された直流電力を交流電力に変換する。このインバータ15から出力される交流電力が消費に供される。

0005

支柱10の下端部には、フレーム11全体を方位角方向に回動させるためのアジマスアクチュエータ17が設けられている。このアジマスアクチュエータ17はモータ18によって駆動される。また、支柱10の上端部には、フレーム11全体を仰角方向に回動させるためのリニアアクチュエータ19が設けられている。このリニアアクチュエータ19はモータ20によって駆動される。

0006

また、フレーム11の所定部位図4中の上方)には、太陽の方向を検出するための太陽位置センサ21が設けられている。この太陽位置センサ21から得られる太陽の方向を表す信号は、制御装置16に供給される。

0007

制御装置16は、太陽位置センサ21からの信号に基づいてアジマスアクチュエータ17及びリニアアクチュエータ19を作動させるための追尾制御信号を生成する。この追尾制御信号は、モータドライバ22を介してモータ18及びモータ20に供給される。モータ18及び20は、この追尾制御信号に応じて回転することによりフレーム11に取り付けられた発電ユニット13を動かす。これにより、発電ユニット13の受光面が常に太陽に垂直に対向するように、つまり太陽を追尾するように制御される。従って、この太陽追尾式発電システムでは、太陽光が存在する限りは発電が行われるので、実質の有効発電時間が長くなるという利点がある。

0008

このような太陽追尾式発電システムで使用される太陽位置センサの一例が、例えば米国特許USP5317145に開示されている。この太陽位置センサは、図5に示すように、遮蔽柱50、光検出素子(Cds)52a及び52b、並びに比較回路53から構成されている。遮蔽柱50は、先端部が四角錐になるように面取りされた四角柱で構成されている。この遮蔽柱50の1つの側面には凹部51aが形成されており、この凹部51aには光検出素子52aが取り付けられている。また、遮蔽柱50の上記側面に対向する側面に凹部51bが形成されており、この凹部51bに光検出素子52bが取り付けられている。

0009

光検出素子52a及び52bは、それぞれ入射された光を電気信号に変換して比較回路53に供給する。比較回路53は、光検出素子52aからの信号と光検出素子52bからの信号とを比較し、比較結果を表す信号を制御装置16に供給する。制御装置16は、この比較結果を表す信号によって太陽の方向を認識し、上述したように、発電ユニット13に太陽を追尾させる。

0010

この太陽位置センサでは、図6(A)に示すように、遮蔽柱50が太陽の方向を向いている時は、太陽光は遮蔽柱50の側面に平行に進む。従って、光検出素子52a及び52bにそれぞれダイレクトに太陽光が入射される。この場合、各光検出素子52a及び52bに入射される光の強さは等しいので、比較回路53は光検出素子52aからの信号と光検出素子52bからの信号とが等しいことを表す信号を出力する。これにより、制御装置16は、遮蔽柱50が太陽の方向を向いていることを認識できる。

0011

一方、図6(B)に示すように、遮蔽柱50の方向が太陽の方向から角度φだけずれているときは、光検出素子52bには光が照射されるが、光検出素子52aは遮蔽柱50の影になる。従って、比較回路53は、光検出素子52bからの信号が光検出素子52aからの信号より大きいことを表す信号を出力する。これにより、制御装置16は、遮蔽柱50の方向が太陽の方向からずれていることを認識できる。この場合、制御装置16は、角度φがゼロになる方向にモータ18及び20を回転させるための追尾制御信号を生成する。

0012

このようにして、制御装置16は、比較回路53からの信号に基づいて発電ユニット13が常に太陽に垂直に対向するように制御し、以て発電ユニット13に太陽を追尾させる。なお、上記の例では、説明を簡単にするために遮蔽柱50の対向する2つの側面に各光検出素子52a及び52bを設ける構成としたが、実際には遮蔽柱50の他の2つの側面にも上記と同様の光検出素子が設けられ、太陽の仰角方向及び方位角方向のずれを検出できるようになっている。

発明が解決しようとする課題

0013

上記のように構成される太陽位置センサは、遮蔽柱の側面に光検出素子を取り付けるための凹部を設けなければならず、製造にコストがかかると共に、一定の品質を確保するのが困難であるという問題がある。また、光検出素子は外界に曝されるので、防水タイプの高価なものを使用しなければならず、光検出素子自体が高価になるという問題がある。

0014

また、光検出素子は、太陽からの直射光のみならず散乱光にも反応するので、2つの光検出素子からの信号の差が小さくなる。そのため、太陽の方向を高精度で検出できないという問題がある。また、例えば建物からの反射光がある環境では、光検出素子は、その反射光に反応してしまうので太陽の方向を検出できないという問題がある。更に、光検出素子は外部に露出するように配置されているので、この光検出素子に異物が付着する場合がある。この場合は、太陽位置センサは太陽の方向を検出できない。

0015

更に、2つの光検出素子からの信号の差に基づいて太陽の方向を検出するために、光検出素子の特性にバラツキがあると正確な太陽の方向を検出できないという問題がある。

0016

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、種々の悪条件下において正確な太陽の方向を検出できる安価な太陽位置センサを提供することにある。

課題を解決するための手段

0017

本発明に係る太陽位置センサは、上記目的を達成するために、底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第1斜面が形成された第1プリズムと、該第1プリズムの第1斜面から入射された光を電気信号に変換する第1光検出素子と、底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第2斜面が形成された第2プリズムであって、該第2プリズムを底面に垂直な線を軸として180度回転させるとすれば該第2斜面が前記第1プリズムの第1斜面に平行になるように配置された第2プリズムと、該第2プリズムの第2斜面から入射された光を電気信号に変換する第2光検出素子と、前記第1光検出素子及び前記第2光検出素子からの信号に基づいて太陽の方向を表す信号を生成する太陽方向信号生成手段、とを備えている。

0018

上記臨界角前後の所定範囲の傾斜としては、この太陽位置センサに要求される精度に応じて任意に定めることができる。例えば、0.1゜毎に太陽の方向を検出する太陽位置センサでは、臨界角の前後0.1゜より小さい傾斜とすることができる。

0019

この太陽位置センサによれば、第1プリズムの第1斜面に照射される光の入射角が臨界角より小さければ、その光は第1プリズムの内部に入射され、そうでなければ、その光は第1斜面で全反射される。第1プリズムに入射された光は、第1光検出素子で電気信号に変換される。同様に、第2プリズムの第2斜面に照射される光の入射角が臨界角より小さければ、その光は第2プリズムの内部に入射され、そうでなければ、その光は第2斜面で全反射される。第2プリズムに入射された光は、第2光検出素子で電気信号に変換される。

0020

ところで、第1プリズムと第2プリズムとは、仮に第2プリズムを底面に垂直な線を軸として180度回転させるとすれば第2斜面が第1プリズムの第1斜面に平行になるように配置されている。

0021

従って、今、第1斜面及び第2斜面の傾斜がそれぞれ底面に対して臨界角に等しくなるように構成(第1の構成という)されているとすれば、この太陽位置センサが太陽の方向を向いている状態(底面に立てた垂線の方向が太陽の方向に一致する状態。以下同じ)では、第1斜面に照射された光は該第1斜面に沿って進行するので第1光検出素子に到達しない。同様に、第2斜面に照射された光は該第2斜面に沿って進行するので第2光検出素子に到達しない。従って、第1及び第2光検出素子の何れからも信号が得られず、これにより、太陽位置センサが太陽に向いていることを認識できる。

0022

太陽位置センサが太陽の方向からずれることにより、照射された光が第1プリズムの第1斜面で全反射される状態になると、第2プリズムの第2斜面に照射された光は該第2プリズム内に入射される。一方、照射された光が第1プリズムの第1斜面から該第1プリズムに入射される状態になると、第2プリズムの第2斜面では照射された光が全反射される。従って、第1光検出素子及び第2光検出素子からの信号を比較することにより、二次元空間における太陽位置センサの方向が太陽の方向からずれているかどうか及びずれの方向を認識できる。

0023

また、第1及び第2斜面がそれぞれ底面に対して臨界角より微少角度θだけ大きくなるように構成(第2の構成という)されている場合は、この太陽位置センサが太陽の方向に向いている状態では、第1及び第2斜面で全反射が起こる。従って、第1及び第2光検出素子の何れからも信号が得られないので、これにより太陽位置センサが太陽に向いていることを認識できる。

0024

また、第1及び第2斜面がそれぞれ底面に対して臨界角より微少角度θだけ小さくなるように構成(第3の構成という)されている場合は、この太陽位置センサが太陽の方向に向いている状態では、第1及び第2斜面に照射された光はそれぞれ第1及び第2プリズムに入射される。従って、第1及び第2光検出素子の何れからも信号が得られるので、これにより太陽位置センサが太陽に向いていることを認識できる。

0025

第2及び第3の構成の場合、太陽位置センサが太陽の方向から微少角度θ以上ずれることにより、上記第1の構成の場合と同様の動作が行われる。これら第2及び第3の構成によれば、太陽位置センサが太陽の方向に向いていることを検出するためのマージンが広がるので、安定して太陽の方向を検出できる。

0026

また、この太陽位置センサは、底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第3斜面が形成された第3プリズムであって、該第3プリズムを底面に垂直な線を軸として90度回転させるとすれば該第3斜面が前記第1プリズムの第1斜面又は前記第2プリズムの第2斜面に平行になるように配置された第3プリズムと、該第3プリズムの第3斜面から入射された光を電気信号に変換する第3光検出素子と、底面に対して臨界角に等しい傾斜又は臨界角前後の所定範囲の傾斜を有する第4斜面が形成された第4プリズムであって、該第4プリズムを底面に垂直な線を軸として180度回転させるとすれば該第4斜面が前記第3プリズムの第3斜面に平行になるように配置された第4プリズムと、該第4プリズムの第4斜面から入射された光を電気信号に変換する第4光検出素子、とを更に備え、前記太陽方向信号生成手段は、前記第1光検出素子、前記第2光検出素子、前記第3光検出素子及び前記第4光検出素子からの信号に基づいて太陽の方向を表す信号を生成するように構成できる。

0027

この太陽位置センサは、上記第1プリズム及び第2プリズムのペアと同様に配置された第3プリズム及び第4プリズムのペアを、第1プリズム及び第2プリズムのペアの配置に直交する方向に配置することにより構成されている。これにより、三次元空間における太陽位置センサが太陽の方向からずれているかどうか及びずれの方向を認識することができる。

0028

また、この太陽位置センサは、前記第1プリズム、第2プリズム、第3プリズム及び第4プリズムを覆う光透過性カバーを更に備えて構成できる。この構成によれば、各プリズムの斜面を傷や汚れから保護することができるので、太陽位置センサの性能低下を防止できる。

0029

更に、前記第1光検出素子、前記第2光検出素子、前記第3光検出素子及び前記第4光検出素子の各受光面は、それぞれ前記第1プリズム、第2プリズム、第3プリズム及び第4プリズムの底面に密着するよう構成できる。この構成によれば、各光検出素子の受光面が外界に曝されないので安価なタイプの光検出素子を使用でき、また、従来のような異物の付着によって太陽の方向を検出できなくなるという事態も発生しない。

発明を実施するための最良の形態

0030

以下、本発明の実施の形態に係る太陽位置センサを、図面を参照しながら詳細に説明する。

0031

この太陽位置センサは、図1(A)の平面図及び図1(B)の側面図に示すように、第1プリズム1a、第2プリズム1b、第3プリズム1c、第4プリズム1d、不透明樹脂4、第1光検出素子6a、第2光検出素子6b、第3光検出素子6c、第4光検出素子6d、基板7、検出回路8及びA/D変換器9から構成されている。

0032

第1プリズム1a、第2プリズム1b、第3プリズム1c及び第4プリズム1dは、それぞれ屈折率が同一の例えば透明樹脂で構成されている。各プリズムは、底面が直角二等辺三角形を有する三角柱に斜面が形成されて構成されている。第1プリズム1a、第2プリズム1b、第3プリズム1c及び第4プリズム1dに形成された斜面を、それぞれ第1斜面2a、第2斜面2b、第3斜面2c及び第4斜面2dと呼ぶ。

0033

第1プリズム1aに形成された第1斜面2aの底面3に対する傾斜は、第1プリズム1aの臨界角に等しい。他の第2プリズム1b、第3プリズム1c及び第4プリズム1dについても同様である。臨界角は、各プリズムを構成する透明樹脂の材質によって決定される。

0034

上記のように構成される第1プリズム1a、第2プリズム1b、第3プリズム1c及び第4プリズム1dは、それぞれの底面3を同一平面上に有するように配置され、図1(A)に示すように、各プリズムの直交する面が、不透明樹脂4を挟んで隣り合うプリズムの直交する面に接着されている。不透明樹脂4は、1つのプリズムに入射された光が、更に他のプリズムに入射されるのを防止する。

0035

第1光検出素子6a、第2光検出素子6b、第3光検出素子6c及び第4光検出素子(Cds)6dは、その受光面に入射された光を電気信号に変換する。第1光検出素子6a、第2光検出素子6b、第3光検出素子6c及び第4光検出素子6dは、例えば表面実装により高い精度で基板7に取り付けられている。この構成により、実装コストの低減が図られている。

0036

また、各光検出素子の受光面は各プリズムの底面3に密着されている。これにより、各光検出素子の受光面が外界に曝されないので安価なタイプの光検出素子を使用でき、また、従来のように異物の付着によって太陽の方向を検出できなくなるという事態も発生しない。各光検出素子で生成された信号は検出回路8に供給される。

0037

検出回路8は、例えばホイートストンブリッジ回路で構成することができる。この検出回路8は、第1光検出素子6a、第2光検出素子6b、第3光検出素子6c及び第4光検出素子6dからの各信号を検出しA/D変換器9に供給する。A/D変換器9は、検出回路8からのアナログ信号デジタル信号に変換して制御装置16に供給する。制御装置16は、この比較結果を表す信号によって太陽の方向を認識し、上述したように、発電ユニット13に太陽を追尾させる。なお、上記検出回路8を省略し、各光検出素子からのアナログ信号を直接デジタル信号に変換するように構成することもできる。

0038

この太陽位置センサは、従来の技術の欄で説明したような太陽追尾式システム(図4参照)のフレーム11の所定部位に取り付けられる。この際、例えば第1斜面2a及び第2斜面2bが仰角方向の面(垂直面)と直交し、第3斜面2c及び第4斜面2dが方位角方向の面(水平面)と直交するように取り付けられる。このように取り付けられた太陽位置センサの動作を図3(A)及び図3(B)を参照しながら説明する。なお、図3(A)及び図3(B)は、図1(A)の矢印AAで切断した側面図である。

0039

この太陽位置センサでは、図3(A)に示すように、太陽位置センサが太陽の方向を向いている時は、第1斜面2a、第2斜面2b、第3斜面2c及び第4斜面2dに照射された太陽光の入射角は、各斜面に対して臨界角となる。従って、太陽光は各斜面に沿って進行するので各プリズム内には入射されない。その結果、各光検出素子から信号は出力されず、A/D変換器9からはその旨の信号が制御装置16に供給される。

0040

一方、図3(B)に示すように、太陽位置センサが方位角が増加する方向(例えば右側方向)に角度αだけ傾いた場合は、第3斜面2cを照射する光は全反射され、第4斜面2dを照射する光は第4プリズム1dに入射される。従って、第3光検出素子6cは信号を出力せず、第4光検出素子6dは信号を出力する。これらの信号の状態は、検出回路8で検出され、A/D変換器9でデジタル信号に変換されて制御装置16に供給される。これにより、制御装置16は、太陽位置センサ(発電ユニット13)が太陽の方向から方位角が増加する方向にずれていることを認識できる。

0041

この場合、制御装置16は、方位角が減少する方向にアジマスアクチュエータ17のモータ18を回転させるための追尾制御信号を生成する。この信号はモータドライバ22を介してモータ18に供給される。これにより、発電ユニット13の仰角が太陽の方向を向くように動かされ、以て太陽が追尾される。なお、以上は方位角について説明したが、仰角についても同様である。

0042

以上説明した実施の形態では、4つのプリズムを使用して三次元空間における太陽の位置を検出できるように構成したが、二次元空間における太陽の方向だけを知ることができればよいアプリケーションでは、第1プリズム1a及び第2プリズム1bだけ、又は第3プリズム1c及び第4プリズム1dだけを備えて構成することもできる。

0043

また、上記の実施の形態では、三角柱に斜面を設けることによりプリズムを構成したが、プリズムの形状は三角柱に限らず、例えば円柱楕円柱、四角柱といった種々の形状の柱に斜面を設けた構成とすることができる。

0044

また、上記傾斜の角度は、臨界角を微少角θだけ増加又は減少させた角度であってもよい。太陽位置センサが太陽の方向に向いていることを検出するためのマージンが広がるので、安定して太陽の方向を検出できる。

0045

また、上記太陽位置センサは、図2に示すように、第1プリズム1a、第2プリズム1b、第3プリズム1c及び第4プリズム1dを覆うようなカバー5を更に設けて構成することができる。このカバー5は、例えば透明樹脂を釣り鐘状成形することにより構成できる。このカバー5を設けることにより、各プリズムの斜面を傷や汚れから保護することができる。また、各プリズムの斜面が外界に露出されている場合は、水に濡れることにより臨界角が変化してしまうおそれがあるが、このカバー5を備えることによりこのような問題は解消される。

発明の効果

0046

以上詳述したように、本発明によれば、種々の悪条件下において正確な太陽の方向を検出できる安価な太陽位置センサを提供できる。

図面の簡単な説明

0047

図1本発明の実施の形態に係る太陽位置センサの構成を示す図である。
図2本発明の実施の形態に係る太陽位置センサの変形例の構成を示す図である。
図3本発明の実施の形態に係る太陽位置センサの動作を説明するための図である。
図4本発明の実施の形態に係る太陽位置センサを適用できる従来の太陽追尾式発電システムの構成を示す図である。
図5従来の太陽位置センサの一例を示す図である。
図6従来の太陽位置センサの動作を説明するための図である。

--

0048

1a、1b、1c、1dプリズム
2a、2b、2c、2d 斜面
3 底面
4 不透明樹脂
5カバー
6a、6b、6c、6d光検出素子
7基板
8検出回路
9 A/D変換器
10支柱
11フレーム
12発電モジュール
13発電ユニット
14導線
15インバータ
16制御装置
17アジマスアクチュエータ
18モータ
19リニアアクチュエータ
20 モータ
21太陽位置センサ
22 モータドライバ

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