(57)【要約】【課題】連結して同期制御した複数台の集熱装置によって、高効率に太陽光を集熱可能とする。【解決手段】複数台の集熱装置１１が連結された太陽光集熱装置１０は、コレクタを所定時間ごとに一定角度で静止するステップ状の軌道検出試験を行う。前記所定時間に於いて各集熱装置１１の集熱量が最大値となる時刻と、その時刻に於ける集熱装置１１のコレクタ角度を求めることにより、太陽と正対する軌道を検出する。制御装置５０は、基準集熱装置１１の集熱量が最大値となる時刻に於けるコレクタ角度と、それ以外の各集熱装置１１の集熱量が最大値となる時刻のコレクタ角度との差によって、各集熱装置１１の角度ズレ量を算出し、算出した角度ズレ量に基づいて各集熱装置１１のコレクタ角度を補正するように、同期装置５０を制御する。【選択図】図２
2014020567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を吸収して熱に変換するレシーバ、および、太陽光を反射して前記レシーバに集光するコレクタを備えた複数の集熱装置と、
前記複数の集熱装置の各コレクタを同期して駆動する同期装置と、
前記コレクタの回転角度を検出する位置検出器と、
前記複数の集熱装置それぞれの集熱効率を計測する集熱効率計測部と、
前記コレクタが太陽に正対する軌道の検出試験を行う軌道検出試験部と、
基準集熱装置のコレクタに対する前記複数の集熱装置の各コレクタの角度ズレ量を算出する角度ズレ量算出部と、
前記基準集熱装置の集熱効率が最大値となる補正パラメータを算出する補正パラメータ算出部と、
を備えたことを特徴とする太陽光集熱装置。
【請求項２】
前記集熱効率計測部は、太陽光の直達日射量を計測する日射計により、前記集熱装置の集熱効率を補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光集熱装置。
【請求項３】
前記角度ズレ量算出部は、
前記複数の集熱装置の各コレクタの、前記基準集熱装置のコレクタに対する角度ズレ量を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光集熱装置。
【請求項４】
前記軌道検出試験部は、前記複数の集熱装置を太陽と正対する軌道より進めて、所定期間に亘って静止し、
前記集熱効率計測部は、前記所定期間に於ける各前記集熱装置の集熱量を測定し、
前記角度ズレ量算出部は、
各前記補正パラメータとして、前記基準集熱装置の集熱効率最大の時刻に於ける角度と、当該集熱装置の集熱効率最大の時刻に於ける角度との差によって、前記基準集熱装置のコレクタと当該集熱装置のコレクタとの前記角度ズレ量を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光集熱装置。
【請求項５】
請求項１に記載の太陽光集熱装置は、当該集熱装置に流入する熱媒体の入口温度を計測する入口側温度計と、当該集熱装置から流出する当該熱媒体の出口温度を計測する出口側温度計と、を備え、
前記集熱効率計測部は、当該集熱装置の当該熱媒体の出口温度から入口温度を減算して温度差を算出して、集熱効率とする、
ことを特徴とする太陽光集熱装置。
【請求項６】
請求項１に記載の太陽光集熱装置は、当該集熱装置に流れる熱媒体の流量を計測する流量計と、当該集熱装置に流入する当該熱媒体の入口温度を計測する入口側温度計と、当該集熱装置から流出する当該熱媒体の出口温度を計測する出口側温度計と、
を更に備え、
前記集熱効率計測部は、当該集熱装置の当該熱媒体の出口温度から入口温度を減算して温度差を算出し、算出した温度差に前記熱媒体の流量と比熱とを掛けて、集熱効率とする、
ことを特徴とする太陽光集熱装置。
【請求項７】
太陽光集熱装置は、
太陽光を吸収して熱に変換するレシーバ、および、太陽光を反射して前記レシーバに集光するコレクタを備えた複数の集熱装置と、
前記複数の集熱装置のコレクタを同期して駆動する同期装置と、
前記コレクタの回転角度を検出する位置検出器と、
前記複数の集熱装置それぞれの集熱効率を計測する集熱効率計測部と、
前記コレクタが太陽に正対する軌道の検出試験を行う軌道検出試験部と、
基準集熱装置のコレクタに対する前記複数の集熱装置の各コレクタの角度ズレ量を算出する角度ズレ量算出部と、
前記基準集熱装置の集熱効率が最大値となる補正パラメータを算出する補正パラメータ算出部と、
を備え、
前記角度ズレ量算出部は、
いずれかの集熱装置を前記基準集熱装置として選定するステップと、
前記軌道検出試験部が計測した各前記集熱装置の集熱効率最大の時刻をそれぞれ検出するステップと、
前記基準集熱装置の集熱効率最大の時刻に於けるコレクタ角度から、各前記集熱装置の集熱効率最大の時刻に於けるコレクタ角度を減算し、各前記角度ズレ量とするステップと、
を実行することを特徴とする太陽光集熱装置の角度ズレ量算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を集光し、熱媒体を介して熱エネルギに変換する太陽光集熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、温暖化現象が原因と考えられている地球規模での異常気象が問題になってきている。その為、環境負荷の多い石油に代わり、地球に優しい環境負荷の少ない新エネルギが注目されている。その中で特に利用されているのが太陽光である。
太陽光を利用したクリーンエネルギシステムには、太陽電池によって太陽光を電気エネルギに変換する方式と、太陽光を集光して熱エネルギに変換する方式とがある。
【０００３】
特許文献１の課題には「太陽光の反射損失を低下させることで光／電変換効率を向上させた太陽電池を利用した太陽光発電システムを提供する。」と記載されている。解決手段には「ホルダー１２と、このホルダー１２に保持され、入射太陽光線に対して一部吸収・一部反射の表面を形成するシート状の第１の太陽電池１１とから成り、長手方向に延長される焦点線と鏡軸面とを有する２次元反射鏡１０と、太陽の方向を検出して前記２次元反射鏡１０の姿勢を制御することにより、前記光軸面を太陽に向ける太陽追尾ユニットと、前記２次元反射鏡１０の焦点線に沿って延長される熱伝導性の管２０と、この管の外部表面上に受光面を上向きにして保持される第２の太陽電池２１と、前記管２０の内部に流体を循環させ、得た熱を外部に供給する冷却・給熱ユニットとを備えている。」と記載されている。
【０００４】
また、太陽光を集光して熱エネルギに変換する方式のひとつとして、トラフ式の太陽光集熱装置がある。トラフ式とは、雨樋状の曲面鏡を用いて、当該曲面鏡の前に設置されたパイプに太陽光を集中させ、パイプ内を流れる熱媒体（水やオイルなど）を加熱して熱エネルギに変換する方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−００３９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トラフ式の太陽光集熱装置に於いて、太陽光の集熱を高効率で行うためには、太陽の位置にあわせてコレクタ（曲面鏡）を高精度に回転制御する必要がある。
更に複数台の集熱装置を連結して同期制御する場合には、各集熱装置のコレクタ角度ズレが発生する虞がある。これにより、１台の集熱装置のみを高精度に回転制御して高い集熱効率を得ても、他の集熱装置の回転制御の誤差により、全体として集熱効率が低下する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、連結して同期制御した複数台の集熱装置によって、高効率に太陽光を集熱可能とする太陽光集熱装置および太陽光集熱装置の角度ズレ量算出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明では、太陽光を吸収して熱に変換するレシーバ、および、太陽光を反射して前記レシーバに集光するコレクタを備えた複数の集熱装置と、前記複数の集熱装置の各コレクタを同期して駆動する同期装置と、前記コレクタの回転角度を検出する位置検出器と、前記複数の集熱装置それぞれの集熱効率を計測する集熱効率計測部と、前記コレクタが太陽に正対する軌道の検出試験を行う軌道検出試験部と、基準集熱装置のコレクタに対する前記複数の集熱装置の各コレクタの角度ズレ量を算出する角度ズレ量算出部と、前記基準集熱装置の集熱効率が最大値となる補正パラメータを算出する補正パラメータ算出部と、を備えたことを特徴とする太陽光集熱装置とした。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、連結して同期制御した複数台の集熱装置によって、高効率に太陽光を集熱可能とする太陽光集熱装置および太陽光集熱装置の角度ズレ量算出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に於ける太陽光集熱装置を示す概略の構成図である。
【図２】第１の実施形態に於ける集熱装置を示す概略の構成図である。
【図３】第１の実施形態に於ける軌道検出試験時の軌道を示す図である。
【図４】太陽の移動に伴うレシーバ集熱量の変化を示す図である。
【図５】太陽と正対する曲面鏡の軌道とレシーバ集熱量を示す図である。
【図６】第１の実施形態に於ける集熱装置の角度ズレ量算出方法を示す図である。
【図７】集熱装置の太陽追尾精度への誤差要因を示す図である。
【図８】第１の実施形態に於ける誤差要因の補正処理を示すフローチャートである。
【図９】第１の実施形態に於ける角度ズレ量算出処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態の構成）
【００１３】
図１は、第１の実施形態に於ける太陽光集熱装置を示す概略の構成図である。
太陽光集熱装置１０は、複数の集熱装置１１−１〜１１−９と、流量計１５と、ポンプ１６とを有し、空調システム１００に熱媒体路１７を介して環状に接続されている。更に太陽光集熱装置１０は、温度計１２−１〜１２−１２と、集光部であるコレクタ２０（図２）の回転位置を検出する位置検出器１３と、日射計１４と、同期装置５０と、制御装置６０と、演算装置７０と、表示部７４とを有している。
この太陽光集熱装置１０は、集熱装置１１−１〜１１−９が集熱した熱媒体の熱エネルギを、空調システム１００に供給するものである。
【００１４】
制御装置６０は、駆動制御部６１と、集熱効率計測部６２と、軌道検出試験部６３と、補正パラメータ算出部６４と、記憶部６５とを有している。記憶部６５は、太陽位置テーブル６６と、計測データ６７とを格納する。制御装置６０は、温度計１２−１〜１２−１２と、位置検出器１３と、日射計１４と、流量計１５と、同期装置５０と、演算装置７０とに接続されている。
演算装置７０は、角度ズレ量算出部７１と、記憶部７２とを有し、表示部７４と制御装置６０とに接続されている。記憶部７２は、角度ズレ量データ７３を格納する。
【００１５】
集熱装置１１−１〜１１−３は、１列３台で同期して回転するように構成されている。集熱装置１１−４〜１１−６、集熱装置１１−７〜１１−９は、集熱装置１１−１〜１１−３と同様に構成されている。以下、集熱装置１１−１〜１１−９を特に区別しないときには、単に集熱装置１１と記載する。これら集熱装置１１は、それぞれ熱媒体路１７で直列に接続されている。なお、本実施形態では、３台の集熱装置１１を１列とする構成を３列有しているが、１列あたりの台数および設置する列の数に制限はない。
【００１６】
集熱装置１１−１の熱媒体入口側には、温度計１２−１が設置されている。集熱装置１１−１の熱媒体出口側、かつ、集熱装置１１−２の熱媒体入口側には、温度計１２−２が設置されている。集熱装置１１−２の熱媒体出口側、かつ、集熱装置１１−３の熱媒体入口側には、温度計１２−３が設置されている。集熱装置１１−３の熱媒体出口側には、温度計１２−４が設置されている。温度計１２−１は、集熱装置１１−１に流入する熱媒体の入口温度を計測する入口側温度計である。温度計１２−２は、集熱装置１１−１から流出する熱媒体の出口温度を計測する出口側温度計であり、且つ、集熱装置１１−２に流入する熱媒体の入口温度を計測する入口側温度計である。温度計１２−３は、集熱装置１１−２から流出する熱媒体の出口温度を計測する出口側温度計であり、且つ、集熱装置１１−３に流入する熱媒体の入口温度を計測する入口側温度計である。温度計１２−４は、集熱装置１１−３から流出する熱媒体の出口温度を計測する出口側温度計である。
以下、温度計１２−５〜１２−８と、温度計１２−９〜１２−１２とは、温度計１２−１〜１２−４と同様に設置されている。以下、温度計１２−１〜１２−１２を特に区別しないときには、単に温度計１２と記載している場合がある。
なお、本実施形態のように、１台ごとの集熱装置１１の熱媒体出入口に、それぞれ温度計１２を設置すると、正確な集熱量の計測が可能となり、正確な太陽自動追尾が可能となる、しかし、これに限られず、複数台単位の集熱装置１１の熱媒体出入口のみに、それぞれ温度計１２を設置してもよく、更に集熱装置１１の列ごとの熱媒体出入口のみに、それぞれ温度計１２を設置してもよい。
【００１７】
流量計１５は、この熱媒体路１７に流れる熱媒体である水の流量Ｆを計測するものである。流量計１５は、制御装置６０の集熱効率計測部６２に、計測した流量Ｆのデータを出力する。
ポンプ１６は、この熱媒体路１７に流れる熱媒体を、矢印の方向に送出するものである。
熱媒体路１７は、ポンプ１６と、流量計１５と、各集熱装置１１と、空調システム１００とを、それぞれ環状に接続し、熱媒体を循環させる流路である。
【００１８】
位置検出器１３は、集熱装置１１−１に設置されており、集熱装置１１−１のコレクタ２０の回転角度であるコレクタ角度Θを計測して、制御装置６０の駆動制御部６１に出力するものである。
日射計１４は、この太陽光集熱装置１０の設置場所の単位面積あたりの直達日射量を計測し、制御装置６０の集熱効率計測部６２に日射量データを出力するものである。
【００１９】
同期装置５０は、集熱装置１１−１〜１１−３の後記するコレクタ２０（図２）を連動して回転させ、集熱装置１１−４〜１１−６のコレクタ２０（図２）を連動して回転させ、集熱装置１１−７〜１１−９のコレクタ２０（図２）を連動して回転させるものである。更に、同期装置５０は、集熱装置１１間の相対角度を調整する機能を有している。
【００２０】
制御装置６０の駆動制御部６１は、位置検出器１３に接続されていると共に、第１の出力側が同期装置５０に接続され、第２の出力側が集熱効率計測部６２に接続されている。
駆動制御部６１は、同期装置５０によって各集熱装置１１のコレクタ２０（図２）を回転し、位置検出器１３によって計測したコレクタ角度Θが、軌道計算値である目標コレクタ角度Θtに一致したか否かを判断することにより、各集熱装置１１のコレクタ２０（図２）を軌道計算値である目標コレクタ角度Θtまで回転する。更に、駆動制御部６１は、各集熱装置１１間のコレクタ２０（図２）の相対角度を調整するように同期装置５０に指示する機能を有している。
集熱効率計測部６２は、レシーバ３０（図２）の集熱量と、太陽光Ｌの熱エネルギとを測定し、これらに基づいて各集熱装置１１の集熱効率を算出する機能を有している。更に、集熱効率計測部６２は、太陽光の直達日射量を計測する日射計１４により、集熱装置１１の集熱効率を補正する、
具体的には、集熱効率計測部６２は、温度計１２−１〜１２−１２と流量計１５の測定結果に基づいて、各集熱装置１１（レシーバ３０）の集熱量を計算する。集熱効率計測部６２は、日射計１４が測定した太陽光Ｌの熱エネルギと曲面鏡２１の投影面積に基づいて、曲面鏡２１に照射された太陽光Ｌの熱エネルギを算出する。更に、集熱効率計測部６２は、この集熱量を、曲面鏡２１に照射された太陽光Ｌの熱エネルギで除算して、集熱効率を計算する。
【００２１】
軌道検出試験部６３は、駆動制御部６１によって各集熱装置１１のコレクタ２０を間欠的に駆動して、太陽と正対する軌道より進め、所定期間に亘って静止させる軌道検出試験を行うものである。当該所定期間に於いて、集熱効率計測部６２は、集熱量と集熱効率とを含む計測データ６７を計測する。
補正パラメータ算出部６４は、基準となる集熱装置１１−１のコレクタ２０を太陽位置テーブル６６に基づいて太陽に正対して回転させる際に、誤差を打ち消して正確に太陽に正対させるための各補正パラメータを算出するものである。補正パラメータ算出部６４は、軌道検出試験で計測した計測データ６７に基づいて、各補正パラメータを算出する。
【００２２】
記憶部６５は、例えばハードディスクやフラッシュメモリであり、この太陽光集熱装置１０の制御に係る種々のデータを記録している。
太陽位置テーブル６６は、日付および時刻と、当該太陽光集熱装置１０の設置位置（緯度と経度）における太陽位置との関係を示す情報である。
計測データ６７は、集熱効率計測部６２が計測したデータであり、各時刻に於ける集熱量と集熱効率とを含んでいる。
【００２３】
演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、各集熱装置１１の各コレクタ２０の、基準集熱装置１１のコレクタ２０に対する角度ズレ量を算出するものである。角度ズレ量算出部７１は、基準集熱装置１１の集熱効率最大の時刻に於けるコレクタ角度と、各集熱装置の集熱効率最大の時刻に於ける各コレクタ角度との差によって、基準集熱装置のコレクタ２０と各集熱装置のコレクタ２０との角度ズレ量を算出する。算出した角度ズレ量は、記憶部７２の角度ズレ量データ７３に格納され、表示部７４と制御装置６０とに出力される。
【００２４】
図２は、第１の実施形態に於ける集熱装置を示す概略の構成図である。
集熱装置１１−１は、トラフ式の太陽光集熱装置１０のひとつのユニットである。集熱装置１１−１は、南北方向かつ長手方向の両端に設けられた２本の支柱４０（４０−１，４０−２）と、これら支柱４０（４０−１，４０−２）に回転可能に支持されているコレクタ２０と、このコレクタ２０の上部に支持されているレシーバ３０とを有している。
第１の実施形態に於いて、南北方向は長手方向であり、東西方向は短手方向である。
【００２５】
コレクタ２０は、曲面鏡２１と、この曲面鏡２１を支える支持部材である５個の支持フレーム２２（図１では手前側の１個が示されている）と、この支持フレーム２２の長手方向の両端と中央部とに配置されている３本の支持バー２３とを有している。３本の支持バー２３には、それぞれ保持脚３１が固定されており、レシーバ３０を保持している。このコレクタ２０は、太陽光を反射してレシーバ３０に集光するものである。
位置検出器１３とは、例えばロータリーエンコーダであり、コレクタ２０のコレクタ角度Θを計測する機能を有している。制御装置６０（図１）は、同期装置５０（図１）によって、位置検出器１３によって計測されたコレクタ角度Θが、軌道計算値である目標コレクタ角度Θtになるまでコレクタ２０を回転させる。なお、本実施形態の集熱装置１１−２〜１１−９は、この位置検出器１３を有していない。
【００２６】
コレクタ２０は、制御装置６０（図１）と同期装置５０（図１）と位置検出器１３とによって、太陽の方向に正対するよう回転する。コレクタ２０が太陽の方向に正対した状態とは、太陽光Ｌがコレクタ２０に設けられた曲面鏡２１によって反射され、レシーバ３０を焦点として集光している状態である。これにより太陽光Ｌは、このレシーバ３０内部の熱媒体の熱量に変換される。以下、太陽光Ｌを熱媒体の熱量に変換することを、「集熱する」と記載している場合がある。
曲面鏡２１は、例えば、短手方向に凹状の断面を有している反射パネルであり、太陽光Ｌをレシーバ３０に集光させる集光部である。曲面鏡２１の凹状の断面は、集光に適した曲率形状であり、例えば放物面を形成している。
【００２７】
レシーバ３０は、太陽光Ｌを吸収して熱に変換する筒状の集熱部であり、熱媒体である水を内部に有している。レシーバ３０は、出口側と入口側とに熱媒体路１７（図１）が接続され、これら熱媒体路１７（図１）を介して空調システム１００（図１）と接続されている。
【００２８】
熱媒体である水は、ポンプ１６（図１）によって送水されて循環し、レシーバ３０内に於いて太陽光Ｌによって熱せられて熱水または水蒸気となる。熱水または水蒸気となった熱媒体は、熱媒体路１７（図１）によって、空調システム１００（図１）に導かれて熱源として用いられる。熱水または水蒸気は、熱源として用いられることで放熱して再び水となる。水となった熱媒体は、ポンプ１６（図１）によって送水されて循環し、再びレシーバ３０に戻る。
【００２９】
《集熱装置１１の運転中の動作》
図１、図２を参照して、集熱装置１１の運転中の動作を説明する。
集熱装置１１の稼働状態に於いて、ポンプ１６が熱媒体である水を送水し、熱媒体である水は、熱媒体路１７を時計回りに循環する。
制御装置６０は、日時と設置場所（経度および緯度）とに基づいて、太陽の位置を予測計算して、軌道計算値である目標コレクタ角度Θtを算出する。制御装置６０は、位置検出器１３によってコレクタ２０のコレクタ角度Θを計測しながら、計測したコレクタ角度Θが目標コレクタ角度Θtになるまで、同期装置５０によってコレクタ２０を回転させる。
制御装置６０は太陽の位置を予測して同期装置５０に回転指示し、同期装置５０は太陽と正対するようにコレクタ２０を回転する。集熱装置１１は、コレクタ２０の曲面鏡２１によって太陽光Ｌを反射して、レシーバ３０を焦点として集光する。レシーバ３０は、太陽光Ｌを吸収して熱媒体の熱に変換する。
集熱効率計測部６２は、流量計１５によって、運転中の熱媒体の流量Ｆを測定している。集熱効率計測部６２は、レシーバ３０の入口側に設置した温度計１２によって入口側の熱媒体の温度Ｔinを測定し、レシーバ３０の出口側に設置した温度計１２によって熱媒体の温度Ｔoutを測定し、出入口に於ける熱媒体の温度差（Ｔout−Ｔin）を算出する。この熱媒体温度差（Ｔout−Ｔin）と熱媒体の比熱αと流量Ｆとの積が、各集熱装置１１の集熱量となる。
【００３０】
更に集熱効率計測部６２は、日射計１４によって、単位面積あたりの直達日射量（ｋＷ／ｍ２）を計測する。集熱効率計測部６２は、日射計１４で計測した直達日射量から単位面積あたりの熱量（ｋＷ）を換算して曲面鏡２１の面積を乗じて、曲面鏡２１に照射された太陽光Ｌの熱量を求める。更に集熱効率計測部６２は、曲面鏡２１に照射される太陽光Ｌの熱量に対する集熱装置１１の集熱量の比率を求めて、これを集熱効率とする。
このとき、制御装置６０が、計測したコレクタ角度Θと理論的な軌道計算値である目標コレクタ角度Θtとが一致するよう各コレクタ２０を制御しても、集熱効率の最大値が得られない場合がある。その理由は、目標コレクタ角度Θtを算出する際の算出誤差、集熱装置１１を構成する部品寸法の誤差、集熱装置１１の設置位置の誤差、位置検出器１３の検出誤差などである。そのため、集光効率が最大となるコレクタ角度Θmaxと、理論的な軌道計算値である目標コレクタ角度Θtとの差を補正する必要がある。特に、集熱装置１１の設置誤差は、重要な誤差要因である。
【００３１】
本実施形態では、複数台の集熱装置１１を連結しており、１つの回転軸で１列３台の集熱装置１１のコレクタ２０を回転させているので、３台の集熱装置１１のコレクタ２０のねじれなどにより、角度ズレが発生する虞がある。更に、３列の集熱装置１１を、単一の同期装置５０で同期して回転させているので、各列の集熱装置１１ごとに、角度ズレが発生する虞がある。このように、複数台の集熱装置１１を連結して運転し、最適な集熱効率を得るためには、各台のコレクタ２０間の角度ズレを補正しなければならない。
【００３２】
（第１の実施形態の動作）
図３は、軌道検出試験時の軌道を示す図である。図の横軸は時刻を示している。図の縦軸は、コレクタ角度を示している。
実線は、軌道検出試験に於けるコレクタ２０の回転角度設定値を示している。破線は、各時刻に於けるコレクタ２０の曲面鏡２１が実際に太陽と正対する回転角度を示している。以下、これを「誤差０°の軌道」と記載している場合がある。
軌道検出試験に於いて、軌道検出試験部６３は、コレクタ２０を、所定周期（例えば２０分〜３０分）に１回、所定の回転角度設定値になるように間欠的に回転駆動し、次の周期まで静止させている。
軌道検出試験部６３は、コレクタ２０を回転駆動する時刻の更に所定周期の１／２後の時刻に於いて、コレクタ２０の曲面鏡２１が太陽と正対するように計算して回転駆動している。
【００３３】
図４（ａ）〜（ｅ）は、太陽の移動に伴うレシーバ集熱量の変化の例を示す図である。
【００３４】
図４（ａ）は、時刻Ａに於ける集熱装置１１の状態を示している。集熱装置１１は、曲面鏡２１で太陽光Ｌを反射し、レシーバ３０から離れた場所に集光している。
【００３５】
図４（ｂ）は、時刻Ｂに於ける集熱装置１１の状態を示している。集熱装置１１は、曲面鏡２１で太陽光Ｌを反射し、レシーバ３０に集光している。
【００３６】
図４（ｃ）は、時刻Ｃに於ける集熱装置１１の状態を示している。集熱装置１１は、曲面鏡２１で太陽光Ｌを反射し、レシーバ３０から離れた場所に集光している。
【００３７】
図４（ｄ）は、軌道検出試験（図３）の一部期間に於けるコレクタ２０の角度を示す図である。実線は、軌道検出試験に於けるコレクタ２０の角度設定値を示している。破線は、誤差０°の軌道を示している。破線は、コレクタ２０の曲面鏡２１が太陽と正対する角度となる。
【００３８】
図４（ｅ）は、軌道検出試験（図３）の一部期間に於けるレシーバ３０の集熱量を示す図である。
図中の時刻Ａに於いて、図４（ｄ）の実線で示した角度設定値は、破線で示した曲面鏡２１が太陽と正対する角度（誤差０°の軌道）から離れている。そのため、図４（ａ）に示すように、曲面鏡２１の反射光はレシーバ３０に集光せず、集熱量は０である。
図４（ｄ）の実線で示した角度設定値のまま曲面鏡２１を静止させていると、太陽が地球の自転により徐々に移動する。時刻Ｂに於いて、実線で示す軌道は、破線で示す誤差０°の軌道と一致するので、コレクタ２０の曲面鏡２１が太陽と正対する角度となる。このとき、曲面鏡２１の反射光は、レシーバ３０に集光し、集熱量が最大値となる。時刻Ｂは、コレクタ２０が実際に太陽と正対する時刻である。
さらに時間が経過すると、太陽が曲面鏡２１と正対する位置から離れる。時刻Ｃに於いて、図４（ｃ）に示すように曲面鏡２１の反射光はレシーバ３０に集光しなくなり、集熱量は再び０となる。
【００３９】
図５（ａ），（ｂ）は、太陽と正対する曲面鏡の軌道とレシーバ集熱量とを示す図である。
【００４０】
図５（ａ）は、太陽と正対する曲面鏡２１の軌道を示す図である。縦軸は、コレクタ２０の角度を示している。横軸は、共通する時刻を示している。破線は、誤差０°の軌道、すなわち、太陽と正対する曲面鏡２１の軌道を示している。実線は、軌道検出試験に於ける曲面鏡２１の軌道を示している。
実線で示す軌道検出試験に於ける曲面鏡２１の軌道は、間欠的に角度が変更され、所定期間に亘って静止するものである。軌道検出試験に於ける曲面鏡２１の軌道は、所定期間に亘って静止しているときに、誤差０°の軌道である太陽と正対する軌道を通過する。
【００４１】
図５（ｂ）は、レシーバ集熱量を示す図である。縦軸は、レシーバ集熱量を示している。横軸は、共通する時刻を示している。
軌道検出試験に於いて、曲面鏡２１が所定期間に亘って静止しているとき、レシーバ集熱量は、山なりのピークを描く。このレシーバ集熱量のピークの時刻とは、曲面鏡２１が実際に太陽と正対している時刻である。したがって、当該ピークの時刻とコレクタ角度Θとの関係を複数個記録し、これらの関係を満たす直線を算出することにより、曲面鏡２１が実際に太陽と正対する軌道を求めることができる。
【００４２】
図６は、第１の実施形態に於ける曲面鏡の角度ズレ量算出方法を示す図である。縦軸は、レシーバ集熱量を示している。横軸は、時刻を示している。それぞれの実線は、ｍ台の集熱装置１１−１〜１１−ｍのレシーバ集熱量を示している。
集熱量が最大となる時刻は、各集熱装置１１で異なる、これは各集熱装置１１のコレクタ２０にねじれなどが発生し、同一の角度にならなかったためである。この角度のずれは、以下のようにして検出する。
まず、演算装置７０は、基準となる集熱装置１１を選定する。基準となる集熱装置１１には、位置検出器１３が設置されていることが望ましい。ここでは、集熱装置１１−１を基準として選定する。
次に、演算装置７０は、各集熱装置１１−ｍに於けるレシーバ集熱量の最大値となる時刻ｔmを、計測データから求め、時刻ｔmと時刻ｔ0との差であるΔｔmを算出する。
演算装置７０は、時刻ｔ0に於けるコレクタ角度Θ0の計算値と、時刻（ｔ0＋Δｔm）に於けるコレクタ角度Θmを算出する。コレクタ角度Θ0とコレクタ角度Θmとの差である、ΔΘmが、各集熱装置１１−ｍのコレクタ角度Θ0のズレ量である。
【００４３】
図７（ａ），（ｂ）は、曲面鏡の太陽追尾精度への誤差要因を示す図である。
【００４４】
図７（ａ）は、Ｚ軸周り回転角度とＹ軸周り回転角度の定義を示す図である。
Ｚ軸周り回転角度とは、コレクタ２０の回転軸（Ｘ軸方向）の中点からＺ軸方向をみたＸＹ平面上の反時計周りの回転角度のことをいう。
Ｙ軸周り回転角度とは、コレクタ２０の回転軸（Ｘ軸方向）の中点からＹ軸方向をみたＸＺ平面上で反時計周りの回転角度のことをいう。
【００４５】
図７（ｂ）は、集熱装置１１に対するＸ軸方向を示す図である。
誤差パラメータには以下の３つが推定される。
（１）Ｘ軸（コレクタ２０の回転軸）のＺ軸周り回転角度
（２）Ｘ軸（コレクタ２０の回転軸）のＹ軸周り回転角度
（３）設置場所の緯度や経度の誤差
【００４６】
コレクタ２０の回転軸をＸ軸とし、このＸ軸が南北軸と一致している場合を通常とする。この状態に対し、集熱装置１１の設置誤差により、コレクタ２０の回転軸が、（１），（２）で示した角度分ずれる可能性がある。これらの角度により、予測計算による目標コレクタ角度Θtと、実際の集熱効率が最大となる回転角度との間に誤差が生じる。また、予測計算には設置場所の緯度と経度とを用いるため、（３）で示したように緯度や経度が実際の値と異なると、目標コレクタ角度Θtと、実際の集熱効率が最大となる回転角度との間に誤差が生じる。
【００４７】
図８は、第１の実施形態に於ける誤差要因の補正処理を示すフローチャートである。
個々の集熱装置１１を考えると、計算誤差、曲面鏡２１の設置誤差、および、同期装置５０の回転誤差などの影響により、予測計算した回転角度設定値では、集光効率が最大にならない場合がある。そのため、誤差要因を補正する必要がある。
更に、複数台の集熱装置１１を一列に共通の回転軸で連結し、各コレクタ２０を同期して回転させるため、コレクタ２０のねじれなどが発生し、ある設定値になるようにコレクタ２０を回転させても、各集熱装置１１の曲面鏡２１には、相互に角度ズレが発生する。
以上のことから、１台の基準となる集熱装置１１に対する各集熱装置１１のコレクタ２０の角度ズレ量を補正し、基準となる集熱装置１１の集熱効率が最大となる最適設定値を算出して補正することとした。
【００４８】
すなわち、本実施形態の集熱装置１１の誤差要因の補正処理は、以下のステップ１〜３に大別できる。
ステップ１：軌道検出試験
ステップ２：角度ズレ量補正
ステップ３：補正パラメータ算出
ステップ１には処理Ｓ１０〜Ｓ１４が含まれる。ステップ２には処理Ｓ１５，Ｓ１７と、処理Ｓ３０〜Ｓ３９（図９）が含まれる。ステップ３には処理Ｓ１７〜Ｓ２２が含まれる。処理Ｓ２２で求めた補正パラメータ算出後の制御指令は、駆動制御部６１に送信される。以下、各ステップの処理について説明する。
【００４９】
《ステップ１：軌道検出試験》
処理Ｓ１０〜Ｓ１４に於いて、制御装置６０の軌道検出試験部６３は、所定回数の処理を繰り返す。
処理Ｓ１１に於いて、制御装置６０の軌道検出試験部６３は、コレクタ２０が所定の角度設定値になるように、２０分〜３０分程度に１回ずつ間欠的に回転させる。このとき、所定の角度設定値は、計算時の時刻から制御周期の半分先（上記の場合には１０〜１５分先）の時刻に於いて、コレクタ２０の曲面鏡２１が太陽に正対する角度である。
処理Ｓ１２に於いて、制御装置６０の軌道検出試験部６３は、各列で自動制御を開始する。すなわち、制御装置６０の軌道検出試験部６３は、各集熱装置１１のコレクタ２０を前記所定の角度設定値で静止させた状態で、熱媒体路１７に熱媒体を循環させ、各集熱装置１１を運転して、集光集熱を行う。
【００５０】
処理Ｓ１３に於いて、制御装置６０の集熱効率計測部６２は、各集熱装置１１−ｍの熱媒体の入口温度Ｔin、出口温度Ｔout、流量計１５で計測した流量Ｆ、位置検出器１３で計測したコレクタ角度Θをそれぞれ計測する。熱媒体の温度差（Ｔout−Ｔin）と、熱媒体の比熱αと流量Ｆとの積が集熱量となる。
更に、集熱効率計測部６２は、日射計１４で１ｍ２あたりの直達日射量（ｋＷ／ｍ２）を計測する。集熱効率計測部６２は、前記集熱量を曲面鏡２１の１ｍ２あたりの熱量（ｋＷ）に換算し、日射計１４で計測した直達日射量に対する比率を算出し、集熱効率とする。
処理Ｓ１４に於いて、制御装置６０の集熱効率計測部６２は、所定回数の処理を繰り返したか否かを判断する。制御装置６０の集熱効率計測部６２は、当該判断条件が成立しなかったならば、処理Ｓ１０に戻り、当該判断条件が成立したならば、処理Ｓ１５を行う。
【００５１】
《ステップ２：角度ズレ量補正》
処理Ｓ１５に於いて、制御装置６０の集熱効率計測部６２は、演算装置７０に角度ズレ量算出処理（図９）を行わせる。
処理Ｓ１６に於いて、制御装置６０の駆動制御部６１は、角度ズレ量を同期装置５０に設定して、角度ズレ量を補正し、以降の集熱運転に備える。
【００５２】
《ステップ３：基準集熱装置の補正パラメータ算出》
最後に、制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、基準となる集熱装置１１−１の補正パラメータを算出する。
処理Ｓ１７に於いて、制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、当該列の基準集熱装置１１について、集熱量がピークになる時刻ｔ0と、そのときのコレクタ角度Θ0とを検出する。
処理Ｓ１８に於いて、制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、図７で説明した、（１）Ｘ軸（コレクタ２０の回転軸）のＺ軸周り回転角度、（２）Ｘ軸（コレクタ２０の回転軸）のＹ軸周り回転角度、（３）設置場所の緯度、経度の変化の補正パラメータを設定する。
【００５３】
処理Ｓ１９に於いて、制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、入力された補正パラメータを考慮して曲面鏡２１の軌道計算をする。制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、図７に示す軌道を形成する交点の時刻ｔ1〜ｔ4それぞれに於いて、補正パラメータを考慮したコレクタ角度Θcを計算する。
処理Ｓ２０において、制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、補正パラメータを考慮して軌道計算値として求められたコレクタ角度Θcと検出結果（図７）であるコレクタ角度Θxとの差の２乗の合計値を計算する。
すなわち、図５に示す各交点の時刻をｔ1〜ｔ4とすると、制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、４個の時刻ｔ1〜ｔ4に対して、下記の合計値（ＳＵＭ）を算出する。
【数１】
2014020567.tif 000003
【００５４】
処理Ｓ２１に於いて、制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、２乗の合計値が補正パラメータ空間に於ける最小値か否かを判定する。制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、当該判断条件が成立しないならば（Ｎｏ）、処理Ｓ１８に戻り、当該条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、処理Ｓ２２を行う。
処理Ｓ２２に於いて、制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、補正パラメータを決定して駆動制御部６１に送信する。これにより、駆動制御部６１は、次回の運転時から、補正パラメータを使用して正しい角度計算を行うことができる。処理Ｓ２２の処理が終了すると、図８の処理は終了する。
【００５５】
例えば、図５に示すように、軌道検出試験の軌道と誤差０°の軌道との交点が４つあったとき、制御装置６０の補正パラメータ算出部６４は、図７に示す補正パラメータを変化させて、処理Ｓ２１において、その合計値が最小となる補正パラメータを見いだす。制御装置６０の駆動制御部６１は、見いだした補正パラメータによって、コレクタ２０の角度を制御する。これにより、補正値で計算した軌道が、図５に示す破線（誤差０°の軌道）と、ほぼ一致することになる。
【００５６】
図９は、第１の実施形態に於ける角度ズレ量算出処理を示すフローチャートである。
処理Ｓ３０に於いて、演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、まず基準となる集熱装置１１を選定する。位置検出器１３が設置されている集熱装置１１−１を選定することが望ましい。
処理Ｓ３１に於いて、演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、基準となる集熱装置１１−１の集熱量の最大値に於ける時刻ｔ0を検出する。
処理Ｓ３２〜Ｓ３６に於いて、演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、基準の集熱装置１１−１以外の全ての各集熱装置１１−２〜１１−９について処理を繰り返す。
処理Ｓ３３に於いて、演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、当該集熱装置１１の集熱量の最大値に於ける時刻ｔmを検出する。
処理Ｓ３４に於いて、演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、時刻ｔ0と時刻ｔmとの差であるΔｔmを算出する。
【００５７】
処理Ｓ３５に於いて、演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、基準の集熱装置１１−１の時刻ｔ0に於けるコレクタ角度Θ0と、当該集熱装置１１の時刻ｔmに於けるコレクタ角度Θmの差であるΔΘmを算出し、当該集熱装置１１の角度ズレ量データ７３とする。
処理Ｓ３６に於いて、演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、基準の集熱装置１１−１以外の全ての各集熱装置１１−２〜１１−９について処理を繰り返したか否かを判断する。演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、当該判断条件が成立しなかったならば、処理Ｓ３２に戻り、当該判断条件が成立したならば、処理Ｓ３７を行う。
処理Ｓ３７に於いて、演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、各集熱装置１１の角度ズレ量データ７３を制御装置６０に送信する。
処理Ｓ３８に於いて、演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、どの集熱装置１１が基準の集熱装置１１であるかの情報を制御装置６０に送信する。
処理Ｓ３９に於いて、演算装置７０の角度ズレ量算出部７１は、各集熱装置１１の角度ズレ量データ７３を表示部７４に表示する。処理Ｓ３９の処理が終了すると、図９の処理は終了する。
【００５８】
図８に示す誤差要因の補正処理と、図９に示す角度ズレ量算出処理は、原則として実際の運転前に実施するものである。しかし、実際の運転を長期間続けていく過程で、何らかの要因によって誤差が発生し、レシーバ集熱効率が悪化した場合に、適宜これらの処理を実施してもよい。
【００５９】
（第１の実施形態の効果）
以上説明した第１の実施形態では、次の（Ａ），（Ｂ）のような効果がある。
【００６０】
（Ａ）  複数台の集熱装置１１のコレクタ２０を連結して駆動したとき、新たにセンサなどを設けることなく、各集熱装置１１のコレクタ２０の角度ズレを自動かつ容易に検出することができる。
【００６１】
（Ｂ）  複数台の集熱装置１１のコレクタ２０を連結して駆動したとき、演算装置７０は、基準となる集熱装置１１のコレクタ２０との相対的な角度ズレを検出し、更に基準となる集熱装置１１の曲面鏡２１の軌道を調整している。これにより、制御装置６０の駆動制御部６１は、全ての集熱装置１１の曲面鏡２１の軌道を、誤差０°の軌道に近づけて、集熱効率を最大化することができる。
【００６２】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能である。この変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｅ）のようなものがある。
【００６３】
（ａ）  第１の実施形態ではレシーバ集熱量が最大となる点（所定期間毎の極大値）を使い軌道を求めているが、レシーバ３０の出入口温度差もしくはレシーバ集熱効率が最大となる点を用いてもよい。すなわち、図９の処理Ｓ３１、処理Ｓ３３においてレシーバ集熱量が最大となる時刻の代わりに、レシーバ３０の出入口温度差が最大となる時刻や、レシーバ３０の集熱効率が最大となる時刻を用いてもよい。
【００６４】
（ｂ）  コレクタ２０を間欠的に回転させる周期は、必ずしも２０分〜３０分にする必要はなく、レシーバ集熱量やレシーバ集熱効率が最大となる時刻が検出できる周期であればよい。
【００６５】
（ｃ）  処理Ｓ２１に於いて、軌道検出試験で得られた時刻でのコレクタ２０の設定角度と、設置誤差に係るパラメータを変更して得られた軌道計算での設定角度との差が、所定値より小さくなるように判定してもよい。
【００６６】
（ｄ）  第１の実施形態では、熱媒体として水を用いている。しかし、これに限られず、熱媒体は、常温で液体または気体の状態を保つ物質ならばよく、限定されない。
【００６７】
（ｅ）  第１の実施形態の太陽光集熱装置１０は、ステップ２の角度ズレ量補正を行ったのちに、ステップ３の補正パラメータ算出を行っている。しかし、これに限られず、太陽光集熱装置１０は、ステップ３の補正パラメータ算出を行ったのちに、ステップ２の角度ズレ量補正を行ってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０  太陽光集熱装置
１１−１〜１１−９  集熱装置
１２−１〜１２−１２  温度計
１４  日射計
１５  流量計
１６  ポンプ
１７  熱媒体路
２０  コレクタ（集光部）
２１  曲面鏡
２２  支持フレーム
２３  支持バー
３０  集熱管（レシーバあるいは集熱部）
３１  保持脚
５０  同期装置
６０  制御装置
６１  駆動制御部
６２  集熱効率計測部
６３  軌道検出試験部
６４  補正パラメータ算出部
６５  記憶部
６６  太陽位置テーブル
６７  計測データ
７０  演算装置
７１  角度ズレ量算出部
７３  角度ズレ量データ
７４  表示部
１００  空調システム
【図１】
2014020567.tif 000004
【図２】
2014020567.tif 000005
【図３】
2014020567.tif 000006
【図４】
2014020567.tif 000007
【図５】
2014020567.tif 000008
【図６】
2014020567.tif 000009
【図７】
2014020567.tif 000010
【図８】
2014020567.tif 000011
【図９】
2014020567.tif 000012