(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面内で軸線を中心に回転可能な本体部と、
該本体部の正面側に配設された第１の太陽電池と、
前記本体部の背面側に配設された第２の太陽電池と、
前記第１の太陽電池または前記第２の太陽電池から電力の供給を受け、前記本体部を回転させるための追尾モータと、
前記本体部に設けられ、該本体部の正面が太陽と正対しているか否かを検出するための追尾センサと、
前記第１の太陽電池の発電量が所定の発電量に達している場合には、前記第１の太陽電池から前記追尾モータへ電力を供給し、前記追尾センサからの信号を基に前記追尾モータを制御して前記本体部の正面を太陽に正対させ、
日没になって第１の太陽電池及び第２の太陽電池の出力が零になり、本体部の正面が西方を向き、本体部の背面が東方を向いて停止した後、夜明けになって、西方を向いている第１の太陽電池の発電量が前記所定の発電量に達しておらず、東方を向いている第２の太陽電池の発電量が所定の発電量に達した場合には、第２の太陽電池から前記追尾モータへ電力を供給し、前記本体部の正面を朝日の方向である東方に向けるように所定の回転位置まで回転させる制御手段を具備することを特徴とする太陽追尾装置。
【請求項２】
前記本体部の背面側の両側端部は、前記本体部の各側面へ接続された斜面に形成され、
前記第２の太陽電池は、両斜面上にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１記載の太陽追尾装置。
【請求項３】
前記本体部の正面側は開放され、または透明部材で被覆され、
前記本体部内には、入射した太陽光を前記本体部内の所定の方向へ反射させるための反射鏡が配設されていることを特徴とする請求項１または２記載の太陽追尾装置。
【請求項４】
前記反射鏡の太陽に対する角度を調整するための角度調整手段を設けたことを特徴とする請求項３記載の太陽追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、太陽追尾装置に関し、一層詳細には平面内で軸線を中心に回転可能な本体部と、太陽を追尾するために本体部を回転させるための追尾モータとを具備する太陽追尾装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、平面内で軸線を中心に回転可能な本体部と、太陽を追尾するために本体部を回転させるための追尾モータとを具備する太陽追尾装置としては、実公平４−３６４９７号に開示される技術が有る。この太陽追尾装置は、建造物の内部へ太陽光を導入するために、正面側に反射鏡を備えた本体部を建造物外に設置し、追尾モータで本体部の正面側を常時太陽と正対させ、反射鏡を介して常時太陽光を建造物内へ導入する装置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の太陽追尾装置には次のような課題がある。
追尾モータの電源としては商用電源やバッテリ（乾電池、蓄電池を含む）を使用すると、停電時やバッテリ消耗時には使用不能になることがある。
また、夕方になって追尾が終了したとき、または翌朝追尾を再開する際には西を向いて停止している本体部の正面側を東へ向けるリセット作業が必要がある。このリセット作業を忘れると太陽が出ていても装置を使用することができないという課題がある。
従って、本発明は停電時でも使用可能であり、かつ停止後のリセット作業を自動的に行い得る太陽追尾装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、平面内で軸線を中心に回転可能な本体部と、
該本体部の正面側に配設された第１の太陽電池と、
前記本体部の背面側に配設された第２の太陽電池と、
前記第１の太陽電池または前記第２の太陽電池から電力の供給を受け、前記本体部を回転させるための追尾モータと、
前記本体部に設けられ、該本体部の正面が太陽と正対しているか否かを検出するための追尾センサと、
前記第１の太陽電池の発電量が所定の発電量に達している場合には、前記第１の太陽電池から前記追尾モータへ電力を供給し、前記追尾センサからの信号を基に前記追尾モータを制御して前記本体部の正面を太陽に正対させ、
日没になって第１の太陽電池及び第２の太陽電池の出力が零になり、本体部の正面が西方を向き、本体部の背面が東方を向いて停止した後、夜明けになって、西方を向いている第１の太陽電池の発電量が前記所定の発電量に達しておらず、東方を向いている第２の太陽電池の発電量が所定の発電量に達した場合には、第２の太陽電池から前記追尾モータへ電力を供給し、前記本体部の正面を朝日の方向である東方に向けるように所定の回転位置まで回転させる制御手段を具備することを特徴とする。
【０００５】
また、上記の太陽追尾装置において、前記本体部の背面側の両側端部を、前記本体部の各側面へ接続された斜面に形成し、
前記第２の太陽電池を、両斜面上にそれぞれ配設してもよい。
また、前記本体部の正面側を開放し、または透明部材で被覆し、、
前記本体部内には、入射した太陽光を前記本体部内の所定の方向へ反射させるための反射鏡が配設してもよい。
さらには、前記反射鏡の太陽に対する角度を調整するための角度調整手段を設けてもよい。
【０００６】
【作用】
作用について説明する。
追尾モータは、本体部に設けられた第１の太陽電池または第２の太陽電池から供給される電力で回転させることができる。
また、制御手段は、夜明け時など第１の太陽電池の発電量が所定の発電量に達していない場合には第２の太陽電池から追尾モータへ電力を供給し、本体部の正面を追尾再開を開始する所定の回転位置まで回転させることができる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施例では太陽追尾装置として、建造物内へ太陽光を導入するための太陽光導入装置を例に挙げて説明する。
図１は実施例の太陽光導入装置１０の外嵌を示した斜視図であり、図２はその背面図であり、図３は部分側面断面図である。
各図において、１２は基台部であり、例えば建造物（不図示）の屋上に固定される。基台部１２は内部が中空になっており、建造物内へ連絡している。この基台部１２内へ太陽光が送り込まれ、建造物内へ太陽光が導入される。
【０００８】
１４は本体部であり、側面形状が略三角形の箱型に形成されている。本体部１４の正面は、太陽光１６を効率良く受けるべくに斜め上方を向くよう開放されている。この開放された正面側は、ゴミや雨水が侵入しないように透明部材１８（例えば透明ガラス）で被覆される。本体部１４の内底面には透孔２０が設けられ、基台部１２内部と連絡している。この構造により、太陽光１６を基台部１２経由で建造物内へ導入可能になっている。本体部１４は、基台部１２上面に対して軸線を中心に回転可能になっている。なお、本体部１４の後部には内部に蓄積される熱を放出するための放熱孔２２が透設されている。
【０００９】
２４は反射鏡であり、本体部１４の内側面へ各軸部２６を介して軸支され矢印方向へ揺動可能になっている。各軸部２６は、それぞれ各反射鏡２４の上下方向の中央に配設されており、各反射鏡２４はバランス良く軸支されている。反射鏡２４は、図３に明示されるように本体部１４内へ入射した太陽光１６を、所定の方向の一例である透孔２０方向へ反射することにより基台部１２を経由して建造物内へ導入可能にしている。反射鏡２４は、効率良く太陽光１６を導入するため、複数枚設けられ、各反射面（表面）が互いに平行になっている。さらに、導入効率を上げるために各反射鏡２４の上下幅を順次変化させている。本実施例では下側の反射鏡２４ほど上下幅が狭く、上側の反射鏡２４ほど上下幅が広く形成されている。各反射鏡２４は、それぞれ独立して軸支されているが、上述のように各反射面を常時互いに平行にする必要が有るため、各反射鏡２４の側部が直線のリンク片２８へ軸着されている。リンク片２８は、各反射鏡２４の軸部２６同士を結んだ仮想線分３０に対して常時平行に配設されている。
【００１０】
３２は第１の太陽電池であり、本体部１４の正面側に配設されている。第１の太陽電池３２は、太陽光を効果的に受光するために斜め上方を向く位置で本体部１４内に固定されている。第１の太陽電池３２の起電力は、多少の曇り空であっても後述する追尾モータを駆動可能な程度が好適である。
３４ａ、３４ｂは第２の太陽電池であり、本体部１４の背面側に配設されている。本実施例において、本体部１４の背面側の両側端部は、本体部１４の各側面３６ａ、３６ｂへ接続された斜面３８ａ、３８ｂに形成されている。各第２の太陽電池３４ａ、３４ｂは、その両斜面３８ａ、３８ｂ上にそれぞれ配設されている。第２の太陽電池は、本実施例のように第２の太陽電池３４ａと３４ｂの２つに分割することなく本体部１４の背面中央に配設してもよいが、斜面３８ａ、３８ｂ上へそれぞれ配設するほうが確実に自動リセット作業を行うことができて有利である。この理由については後述する。第２の太陽電池３４ａ、３４ｂの起電力も、多少の曇り空であっても後述する追尾モータを駆動可能な程度が好適である。
【００１１】
４０はリミットスイッチであり、本体部１４の基台部１２に対する所定回転位置を検出するために設けられている。リミットスイッチ４０は、基台部１２上の所定位置に設けられ、本体部１４の下面に垂設されている筒部４２に設けられているドッグ（不図示）と当接したときに、本体部１４が基台部１２に対して所定回転位置に在ることを検出することができる。この所定回転位置は、例えば翌朝太陽の追尾を再開する際に本体部１４の正面側を東へ向けるリセット作業において、本体部１４の正面側が好適に東へ向いたときの回転位置である。
【００１２】
４４は追尾センサであり、本体部１４の正面側に固定されている。追尾センサ４４は、本体部１４の正面が太陽と正対しているか否かを検出するために設けられている。追尾センサ４４の一例を図４に示す。追尾センサ４４は、凸字型の基台４６と、基台４６の中央凸部４８の両側に配設され、受光した光の強さに応じた電圧を出力する１対のフォトダイオード（受光ダイオード）５０とから成る。追尾センサ４４が太陽と正対したときは、両フォトダイオード５０の出力は等しくなるが、追尾センサ４４が太陽と正対していない場合には左右どちらかのフォトダイオード５０は中央凸部４８の影内に在るため、当該影内のフォトダイオード５０の出力は他方のフォトダイオード５０の出力より小さくなるので、太陽は中央凸部４８に対して出力が大きい方のフォトダイオード５０側に偏倚していることが検出可能になる。
【００１３】
５２は角度センサであり、本実施例では最奥の反射鏡２４に固定され（図３では省略）、全ての反射鏡２４と一体に揺動可能になっている。角度センサ５２は、反射鏡２４の太陽に対する角度が、太陽光を透孔２０方向へ反射する好適角度であるか否かを検出するために設けられている。時間、季節により太陽の高度が刻々と変化するからである。角度センサ５２は、例えば図４に示す追尾センサ４４と基本的に同一のセンサを用いることができる。図４に示すセンサを角度センサ５２として使用する場合は、９０度回転した姿勢でセンサをセットする。この姿勢でセンサを配設すると、反射鏡２４が太陽に対して好適な角度の場合、角度センサ５２の両フォトダイオード５０の出力は等しくなるが、反射鏡２４の角度が太陽に対して好適でない場合には上下どちらかのフォトダイオード５０は中央凸部４８の影内に在るため、当該影内のフォトダイオード５０の出力は他方のフォトダイオード５０の出力より小さくなるので、太陽は中央凸部４８に対して出力が大きい方のフォトダイオード５０側に偏倚していることが検出可能になる。
【００１４】
５４は第１のギアであり、本実施例では最奥の反射鏡２４の軸部２６へ固定され、全ての反射鏡２４の揺動と一体に回動可能になっている。
５６は第２のギアであり、本体部１４内壁面へ回転可能に配されると共に、第１のギア５４と噛合している。
５８は第１のプーリであり、第２のギア５６へ同軸に固定されている。第１のプーリ５８は第２のギア５６と一体に回動可能になっている。
６０は角度調整モータであり、本体部１４内に固定されている。角度調整モータ６０は、第１の太陽電池３２から電力の供給を受けて駆動する。
６２は第２のプーリであり、角度調整モータ６０により回転される。
６４はタイミングベルトであり、第１のプーリ５８および第２のプーリ６２へ巻回されている。
本実施例において、上記の第１のギア５４、第２のギア５６、第１のプーリ５８、第２のプーリ６２、角度調整モータ６０、タイミングベルト６４で、反射鏡２４の太陽に対する角度を調整するための角度調整手段が構成されている。なお、角度調整手段としては上記構成に限らず、種々のものを採用することができる。
【００１５】
続いて図５（ブロックダイアグラム）をさらに参照して本実施例の太陽光導入装置１０の制御系について説明する。
６６は追尾モータであり、本体部１４内に設けられている。追尾モータ６６は、第１の太陽電池３２または第２の太陽電池３４ａ、３４ｂから電力の供給を受け、本体部１４を基台部１２上で軸線を中心に回転させる。追尾モータ６６により本体部１４を回転させる方式には種々有るが、例えば本体部１４の下面に垂設されている筒部４２の内周面に周面ギア（不図示）を形成し、追尾モータ６６で当該周面ギアと噛合する駆動ギア（不図示）を回転させる方式や、筒部４２へ巻回したタイミングベルト（不図示）を追尾モータ６６で回転駆動する方式を採用することができる。
６８は切換手段の一例であるリレーであり、追尾モータ６６への電力供給源を、第１の太陽電池３２とする状態（第１の状態）または第２の太陽電池３４ａ、３４ｂとする状態（第２の状態）に切り換える。
【００１６】
７０は制御手段の一例であるＣＰＵであり、マイクロプロセッサを含む。ＣＰＵ７０は、制御手段として第１の太陽電池３２の発電量が追尾モータ６６を駆動するに十分な発電量に達している場合にはリレー６８を介して第１の太陽電池３２から追尾モータ６６へ電力を供給し、追尾センサ４４からの信号を基に追尾モータ６６の駆動量を制御して本体部１４の正面、すなわち反射鏡２４を太陽に正対させる。一方、第１の太陽電池３２の発電量が追尾モータ６６を駆動するに十分な発電量に達しておらず、第２の太陽電池３４ａ、３４ｂの発電量が追尾モータ６６を駆動するに十分な発電量に達している場合、ＣＰＵ７０はリレー６８を介して第２の太陽電池３４ａ、３４ｂ（第１の太陽電池３２と共用にしてもよい）から追尾モータ６６へ電力を供給し、本体部１４の正面、すなわち反射鏡２４を、リミットスイッチ４０を介して検出可能な所定の回転位置である東向きの位置まで回転させる。その他、ＣＰＵ７０は追尾センサ４４からの信号を受信して太陽の自動追尾および角度センサ５２からの信号を受信して反射鏡２４の太陽に対する角度の自動調整を予め定められたプログラムに従って制御する。
【００１７】
次に、図６（ＣＰＵ７０のフローチャート）をさらに参照して本実施例の太陽光導入装置１０の太陽追尾動作について説明する。
前日の夕方に太陽追尾を終了した場合、本体部１４の正面および反射鏡２４は西方を向いて停止している。従って、本体部１４の背面が東方を向いている。
やがて夜明けになり太陽光が差し始めると、東を向いている第２の太陽電池３４ａ、３４ｂが受光し、発電を開始する。本実施例では本体部１４の背面両側部に形成した斜面３８ａ、３８ｂに第２の太陽電池３４ａ、３４ｂを分割して配設しているので確実に朝日を受けることが可能になっている。第２の太陽電池が例えば本体部１４の背面中央のみに在る場合、太陽の昇る位置や本体部１４の前日に停止した回転位置によっては太陽の高度が高くなるまで第１の太陽電池３２および第２の太陽電池が受光不能になる可能性が有るので本実施例のように斜面３８ａ、３８ｂを形成し、第２の太陽電池３４ａ、３４ｂを配設するほうが有利である。
【００１８】
朝になって第１の太陽電池３２が発電を開始すると、ＣＰＵ７０が起動し（ステップ１００）、まず第１の太陽電池３２がＯＮ（所定の発電量、すなわち所定レベル以上の電圧を出力している状態）か否かをチェックする（ステップ１０２）。朝日を受光した場合、通常は上述のように第２の太陽電池３４ａ、３４ｂが受光してＯＮになり、第１の太陽電池３２は受光していないのでＯＦＦ（所定の発電量、すなわち所定レベル以上の電圧を出力していない状態）である。従って、ＣＰＵ７０は第２の太陽電池３４ａ、３４ｂが進みＯＮ（所定レベル以上の電圧を出力している状態）か否かをチェックする（ステップ１０４）。ここで、第２の太陽電池３４ａ、３４ｂもＯＦＦ（所定レベル以上の電圧を出力していない状態）であれば、太陽光の量が不足ということになるのでステップ１０２へ戻る。
【００１９】
一方、ステップ１０４で第２の太陽電池３４ａ、３４ｂがＯＮであると判断したら、ＣＰＵ７０はリレー６８を第２の状態とし、第２の太陽電池３４ａ、３４ｂから追尾モータ６６へ給電可能にする（ステップ１０６）。続いてＣＰＵ７０はリミットスイッチ４０の状態をチェックし（ステップ１０８）、本体部１４の正面および反射鏡２４の方向を確認する。リミットスイッチ４０がＯＮであれば本体部１４の正面および反射鏡２４は東の方向を向いており、リミットスイッチ４０がＯＦＦであれば本体部１４の正面および反射鏡２４は西の方向を向いていることになる。この例では未だ西を向いているため、ＣＰＵ７０は追尾モータ６６を所定量駆動させる（ステップ１１０）。ステップ１０８と１１０の動作を繰り返してリミットスイッチ４０がＯＮになるまで本体部１４を回転させる。
【００２０】
ステップ１０８でリミットスイッチ４０がＯＮになったら、ＣＰＵ７０は再度ステップ１０２へ戻り、第１の太陽電池３２がＯＮか否かをチェックする（ステップ１０２）。この場合、既に本体部１４の正面は朝日の方向である東を向いているため、第１の太陽電池３２がＯＮになっているので、ＣＰＵ７０はリレー６８を第１の状態に切り換え（ステップ１１２）、第１の太陽電池３２から追尾モータ６６へ給電可能にする。ここでリレー６８を第１の状態にして第２の太陽電池３４ａ、３４ｂからの給電を停止させたのは、本実施例の装置では第２の太陽電池３４ａ、３４ｂから給電された際には、リミットスイッチ４０がＯＮになるまで本体部１４を回転させるようプログラムが組まれているため、太陽追尾の途中での誤動作を防止するためである。
【００２１】
第１の太陽電池３２がＯＮになったら、ＣＰＵ７０はステップ１１２に引き続いて追尾センサ４４を使って本体部１４の正面および反射鏡２４が太陽に正対しているかどうかをチェックする（ステップ１１４）。太陽に正対している場合は当該状態を維持すればよいが、もし正対していない場合、ＣＰＵ７０は追尾センサ４４の両フォトダイオード５０の出力レベルの差から太陽の偏倚方向を検出し、追尾方向を判定する（ステップ１１６）。追尾方向が判明したらＣＰＵ７０は、追尾モータ６６を所定量駆動し（ステップ１１８）、ステップ１０２へ戻る。ステップ１０２、１１２〜１１８の動作を、ステップ１１４で本体部１４の正面および反射鏡２４が太陽に正対するまで繰り返し行う。
【００２２】
ＣＰＵ７０は、上記の動作を連続して行うことにより自動的に太陽を追尾することができる。この追尾の間、ＣＰＵ７０は太陽高度の変化を角度センサ５２で連続的に検出し、角度調整モータ６０で反射鏡２４の太陽に対する角度を好適な角度に維持し続けるので、建造物内には日中連続して太陽光を導入することができる。
日没になれば、第１の太陽電池３２および第２の太陽電池３４ａ、３４ｂの出力が零になり、太陽光導入装置１０は自動的に停止する。この停止によりＣＰＵ７０のレジスタの状態もクリアされるので次の日の朝、再び初期状態から自動追尾を開始可能になる。
【００２３】
次に、図７を参照して角度調整手段の他の例について説明する。なお、図１〜図５に示した構成部材と同一の構成部材については、図１〜図５と同一の符号を付し、説明は省略する。
８０はセンサ駆動ギアであり、取付部材８４へ回転可能に配設されている。センサ駆動ギア８０は、第２のプーリ６２と一体に連結されており、両者６２、８０は取付部材８４に対して一体に回転可能になっている。第２のプーリ６２とセンサ駆動ギア８０は、角度調整モータ６０によって回転駆動される。
角度調整モータ６０は、取付部材８４へ取り付けられている。また、取付部材８４は、不図示の手段（例えばアングルやボルト）を介して本体部１４の内壁へ固定されている。
８２はセンサギアであり、取付部材８４へ回転可能に配設されている。センサギア８２は、センサ駆動ギア８０と噛合しており、センサ駆動ギア８０が回転駆動されると、センサギア８２が回転する。角度センサ５２は、センサギア８２と連結されており、センサギア８２が回動すると角度センサ５２が上下方向（矢印Ｘ方向）へ揺動可能になっている。
【００２４】
図７に図示する例では、角度センサ５２が水平の場合、反射鏡２４の水平面に対する角度は４５度であり、角度センサ５２が水平面に対して９０度の角度の場合、反射鏡２４の水平面に対する角度は９０度となる。すなわち、反射鏡２４の揺動角度は、は角度センサ５２の揺動角度の１／２に設定されている。
以上、本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明は上述する実施例に限定されるものではなく、例えば本発明は太陽光導入装置ではなく、太陽を自動追尾して発電するための太陽光発電装置に用いてもよい等、発明の精神を逸脱しない範囲でさらに多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係る太陽追尾装置を用いると、追尾モータは、本体部に設けられた第１の太陽電池または第２の太陽電池から供給される電力で回転させることができるので、停電時でも使用可能になるし、海洋や山岳など外部電源が無い場所でも設置でき、幅広い用途がある。例えば、太陽光発電装置として使用すれば、常時太陽に正対させることができるので、最高発電量を維持できる。
また、制御手段は、夜明け時など第１の太陽電池の発電量が所定発電量に達しない場合には、逆側に配設されている第２の太陽電池から追尾モータへ電力を供給し、本体部の正面を追尾再開を開始する所定の回転位置まで回転させることができるので、ユーザがリセット作業を行う必要がなく、自動的かつ確実にリセット作業を行うことが可能になる。
【００２６】
特に、請求項２の構成を採用すると、リセット時において確実に第２の太陽電池が太陽光を受光でき、リセットミスを防止可能になる。
請求項３の構成を採用すると、本発明に係る太陽追尾装置を太陽光導入装置に応用可能となる。
請求項４の構成を採用すると、請求項３の装置において太陽光を常時効率良く導入可能となる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽追尾装置の実施例である太陽光導入装置の斜視図。
【図２】実施例の装置の背面図。
【図３】実施例の装置の部分側面断面図。
【図４】追尾センザの斜視図。
【図５】制御系を示したブロックダイアグラム。
【図６】太陽追尾の制御動作を示したフローチャート。
【図７】角度調整手段の他の例を示した部分側面図。
【符号の説明】
１０  太陽光導入装置
１４  本体部
１６  太陽光
１８  透明部材
２０  透孔
２４  反射鏡
３２  第１の太陽電池
３４ａ、３４ｂ  第２の太陽電池
３８ａ、３８ｂ  斜面
４４  追尾センサ
５２  角度センサ
５４  第１のギア
５６  第２のギア
５８  第１のプーリ
６０  角度調整モータ
６２  第２のプーリ
６４  タイミングベルト
６６  追尾モータ
６８  リレー
７０  ＣＰＵ
８０  センサ駆動ギア
８２  センサギア
【図１】
0003554041.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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