(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽光受光面の位置を複数の太陽光受光面調整ホイールの動きに応答して制御するロボットコントローラであって、各太陽光受光面がそれに対応する太陽光受光面調整ホイールを有し、前記ロボットコントローラは軌道上に設置される、前記ロボットコントローラにおいて、
処理ユニットと、
前記処理ユニットに通信可能に連結されて、前記ロボットコントローラの位置を判定する位置判定ユニットと、
前記処理ユニットからの命令に応答して前記ロボットコントローラを前記軌道に沿って移動させる駆動システムと、
前記太陽光受光面調整ホイールを調整し、複数の調整インタフェースを備える係合システムと、
を含み、
前記複数の調整インタフェースは、２以上の前記調整インタフェースの回転軸が２以上の前記太陽光受光面調整ホイールの回転軸に同時に揃うようなパターンで前記ロボットコントローラ上に配置されている、ロボットコントローラ。
【請求項２】
前記位置判定ユニットは、前記軌道上の、前記太陽光受光面調整ホイールに隣接する前記ロボットコントローラの第１の位置を特定し、
前記駆動システムが前記ロボットコントローラを前記第１の位置に位置付ける
ことを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項３】
前記ロボットコントローラはホール効果センサを含み、
前記位置判定ユニットは、前記ホール効果センサと前記太陽光受光面調整ホイールの１つとの間の磁気通信を利用して、前記ロボットコントローラの位置を前記太陽光受光面調整ホイールの前記１つに隣接するものとして特定することを特徴とする
ことを特徴とする請求項２に記載のロボットコントローラ。
【請求項４】
前記ホール効果センサと前記太陽光受光面調整ホイールの１つとの間の前記通信は、前記太陽光受光面調整ホイールの前記１つを前記太陽光受光面調整ホイールとして、また前記位置を前記第１の位置として特定することを特徴とする請求項３に記載のロボットコントローラ。
【請求項５】
前記ロボットコントローラはホール効果センサを含み、
前記係合システムは、前記ホール効果センサと前記太陽光受光面調整ホイールとの間の磁気連結を利用して、前記太陽光受光面調整ホイールを回転させることを特徴とする請求項２に記載のロボットコントローラ。
【請求項６】
前記係合システムは、前記ロボットコントローラの移動中に前記太陽光受光面調整ホイールを調整するラックアンドピニオン機構を含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項７】
前記ロボットコントローラが移動する軌道は密閉され、埃または水の著しい進入が防止されることを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項８】
前記ロボットコントローラを前記軌道に沿って推進させる駆動輪をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項９】
前記ロボットコントローラのための電力を貯蔵する電力貯蔵システムをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項１０】
前記電力貯蔵システムが電気エネルギー貯蔵装置であることを特徴とする請求項９に記載のロボットコントローラ。
【請求項１１】
前記電力貯蔵システムが無線で再充電することを特徴とする請求項９に記載のロボットコントローラ。
【請求項１２】
前記軌道から電力を受け取るエネルギー受取装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項１３】
前記エネルギー受取装置は、前記軌道からのインダクティブ方式、または前記軌道との直接接続の使用のいずれかによって電力を受け取ることを特徴とする請求項１２に記載のロボットコントローラ。
【請求項１４】
前記位置判定ユニットは三角測量法を利用して前記ロボットコントローラの位置を特定し、前記三角測量法は、局所的に近接して位置付けられた、前記ロボットコントローラの外部の少なくとも３つの機器からの信号を受信することを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項１５】
前記位置判定ユニットは、前記ロボットコントローラの前記位置を特定する全地球測位衛星受信器を含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項１６】
前記処理ユニットからの信号を受信するように配置されて、前記ロボットコントローラが動作する環境条件を緩和する環境制御システムをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項１７】
中央サーバ、第２のロボットコントローラ、および／または中央コントローラの少なくとも１つと無線通信する通信システムをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項１８】
前記太陽光受光面の１つまたは複数の向き、および／または前記軌道の異常の少なくとも一方を検出するカメラをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットコントローラ。
【請求項１９】
複数の太陽光受光面の位置を複数の太陽光受光面調整ホイールの動きに応答して制御するロボットコントローラのための方法であって、各太陽光受光面はそれに対応する複数の太陽光受光面調整ホイールを有し、前記ロボットコントローラは軌道上に位置付けられた、前記方法において、
前記ロボットコントローラの位置を判定するステップと、
前記ロボットコントローラを前記軌道に沿って、前記複数の太陽光受光面の第１の太陽光受光面に隣接する位置まで移動させるステップと、
前記ロボットコントローラの２以上の調整インタフェースの回転軸を、前記第１の太陽光受光面の２つ以上の太陽光受光面調整ホイールの回転軸に同時に揃えるステップと、
前記２以上の調整インタフェースを用いて前記２以上の太陽光受光面調整ホイールを回転させることで、前記第１の太陽光受光面の方向を変化させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
中央サーバ、第２のロボットコントローラ、および／または中央コントローラの少なくとも１つと無線通信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１０年７月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／３６４，７２９号と２０１０年１２月３日に出願された米国仮特許出願第６１／４１９，６８５号の優先権を主張し、これらの仮出願の全文を引用によって本願に援用する。本願は米国特許出願第１３／１１８，２７４号に関連し、同出願の全文を引用によって本願に援用する。
【０００２】
本発明は、太陽追尾および校正装置、特に、太陽との正対関係を保持するために継続的な向き調整を必要とする太陽光発電、集光型太陽光発電および集光型太陽熱集熱システムのための追尾システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽光を利用したエネルギーの価格を下げる試みにおいて、２自由度で正確に受光面の向き調整と校正を行うためのコスト低減に関する多くの開発がなされてきた。集光型太陽熱集熱システムにおいて、ヘリオスタットアレイ（heliostat array）は、２軸向き調整機構を利用して、ヘリオスタット反射鏡の法線ベクトルがその時の太陽の位置とターゲットの間の角度を２等分するように調整することによって、太陽光を中央タワーに向け直す。中央タワーによって生成された熱は、その後、工業用の蒸気や送電網用の電気の生成に使用できる。
【０００４】
集光型太陽光発電（ＣＰＶ）システムは、２軸機構を利用して、ＣＰＶ面に対して垂直なベクトルが太陽位置ベクトルと一致する位置を確保する。ＣＰＶ面が太陽と正対すると、内部光学系が太陽光を高効率の小型太陽電池セルに集めることができる。
【０００５】
２軸位置決めシステムによれば、平板太陽光発電（ＰＶ）システムもまた、太陽追尾を通じて、より多くの電力を生成できる。固定型のチルトシステムと比較して、２軸ＰＶシステムが生成するエネルギーは、年間ベースで３５〜４０％増である。このようなエネルギー生産量の増大は魅力的に思えるかもしれないが、現在の技術では、全体的な設備投資額と保守費用が４０〜５０％も増えるため、２軸太陽追尾の価値が過小評価されている。
【０００６】
個々の受光面の制御と校正の問題に対する従来の解決策は大きく分けて、能動型個別駆動、モジュールまたはミラー連結、受動型制御の３種類に分類される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願第１３／１１８，２７４号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｍａｃｋ，Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：  ｈｔｔ＠：ｗｗｗ．ｒｗ−ｅｎｅｒｇｙ．ｃｏｍ／ｐｄｆ／ｙｉｅｌｄ−ｏｆ−ｓ＿ｗｈｅｅｌ−Ａｌｍａｎｓａ−ｇｒａｐｈｉｃｓ．ｐｄｆ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
能動型個別駆動モデルでは、各２軸システムに、２つのモータ、マイクロプロセッサ、バックアップ電源、現場配線、および、各受光面を制御し校正するための電子システムが必要となる。さらに、全ての構成要素の寿命が２０年以上でなければならず、システムを厳しい設置環境から密閉する必要がある。個々の受光面を制御するための固定費用を分散させるために、従来の技術者が個別駆動方式の中で考案しているのは、１５０平方メートル（ｍ２）のヘリオスタットと２２５平方メートルのＰＶ／ＣＰＶ追尾装置を構築することである。この大きさであれば制御費用を下げられるが、大型の追尾装置には、鋼材、基礎、設置の要求が厳しくなるという問題が伴う。
【００１０】
他の方法は、複数の受光面をケーブルまたは機械的連結手段を用いて一体に連結することにより、制御の固定費用の問題の解決を試みるものである。この方法は、モータの駆動コストの削減には効果的であるが、整地の要求が厳しくなり、設置工程が大幅に複雑化し、機械的連結手段に剛性が求められるために鋼材コストが増大する。随時発生する地盤沈下や製造と設置の不完全さにより、ヘリオスタットとＣＰＶシステムには個別の調整が必要となり、これによってシステムが複雑化し、保守費用が増大する。
【００１１】
油圧油、バイメタル板、またはバイオインスパイアード材料を利用して太陽を追尾する受動型システムは、平板太陽光発電用に限定され、個別駆動型または連結型システムと比較して、性能が低い。さらに、このシステムでは、エネルギー収率と地面被覆率の点でソーラフィールドを最適化するバックトラックアルゴリズム（backtracking algorithm）を実行することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
複数の太陽光受光面の位置を複数の太陽光受光面調整ホイールの動きに応答して制御するロボットコントローラが提供され、各太陽光受光面がそれに対応する太陽光受光面調整ホイールを有し、このロボットコントローラは軌道上に設置され、このロボットコントローラは、処理ユニットと、処理ユニットに通信可能に連結されてロボットコントローラの位置を判定する位置判定ユニットと、処理ユニットからの命令に応答してロボットコントローラを軌道に沿って移動させる駆動システムと、複数の太陽光受光面調整ホイールの第１の太陽光受光面調整ホイールのための第１の調整パラメータを決定する調整内容決定システムと、第１の調整パラメータに基づいて、第１の太陽光受光面調整ホイールを調整する係合システムと、を含む。
【００１３】
本発明の具体的な実施形態と用途を本明細書で説明するが、当然のことながら、本発明は本明細書で開示される正確な構成と構成要素に限定されず、本発明の方法と装置の構成、動作、詳細には、特許請求の範囲に記された本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、さまざまな改良、変更、改変を加えてもよい。
【００１４】
ある実施形態において、本発明は、そのマイクロプロセッサ、方位角調整駆動手段、仰角調整駆動手段、中央制御システムおよび配線が設けられていないヘリオスタットまたは太陽追尾装置に関連して使用できる。これらの構成要素を設けないことにより、従来のシステムと比較して大幅な低コスト化が可能であり、第４の駆動方式、すなわち能動型ロボット制御による受動型が実現する。このモデルでは、１つのロボットコントローラが、２つまたはそれ以上の太陽光受光面を３Ｄ空間内で校正し、調整する機能的役割を果たす。
【００１５】
本発明の第２の実施形態において、ロボットコントローラは、受動型太陽光受光面間で移動し、上記受光面の付近にある１つまたは複数の調整ホイールの回転を正確に制御できる。これらの調整ホイールは、剛性または可撓性のシャフトに接続されていてもよく、このシャフトは、歯車、送りねじアセンブリに、または直接、太陽光受光面に連結できる。歯車、送りねじアセンブリまたは直接駆動システムは、回転入力運動を太陽光受光面の運動に変換する。歯車、送りねじアセンブリまたは直接駆動システムが可逆的である場合は、別の調整ホイールを使って制動機構を作動させてもよい。ロボットコントローラは、１つまたは複数の調整ホイールを制御することにより、１つまたは２つの軸上で太陽光受光面の向きを調整できるため、１００セット以上の配線、モータ、中央コントローラ、校正センサの代わりとなる。これはまた、大型のヘリオスタットおよび太陽追尾装置を開発する原動力となった、１受光面あたりコストが比較的固定され、高額であるという、中心的な設計上の前提も崩すことになる。
【００１６】
各ロボットは年間５〜８００万回の調整サイクルに耐えられなければならないため、理想的な調整インタフェースでは、調整ホイールの位置の制御を非接触で行う。第３の実施形態において、本発明は磁気または電磁インタフェースを利用して、調整ホイールの回転を制御することができる。軸方向磁束モータ機構を利用すれば、ロボットコントローラの調整ホイールインタフェースに可動部品は不要となる。
【００１７】
第４の実施形態において、ロボットコントローラは、調整前、調整中および調整後の調整ホイールの位置を検出できる。これは、ロボットコントローラ上に設けたホール効果センサと調整ホイール上に設けた個別の磁石または金属片を使用することによって実現してもよい。金属検出の方法としては、超低周波（ＶＬＦ）、パルスインダクション（ＰＩ）、うなり周波数発振器（ＢＦＯ）があり、これらに限定されない。ロボットはまた、光学、電磁または物理的マーキングシステムや検出方法を使用して、調整ホイールの瞬間位置を判定してもよい。このインタフェースはまた、個々のロボットスのテーション検出メカニズムの複雑さを軽減するために、個々の太陽光受光面ステーションの検出に使用してもよい。
【００１８】
第５の実施形態において、ロボットコントローラは、太陽光受光面を迅速に調整するように最適化される、ロボット調整装置は、１）３Ｄ空間におけるロボットコントローラの位置、２）３Ｄ空間における太陽光受光面とのその関係、３）時刻と場所に基づく太陽の現在位置、４）所望の指向位置、を素早く分析できる。これら４つの可変値がわかると、ロボットコントローラは個々の太陽光受光面について必要な調整量を計算できる。ＰＶおよびＣＰＶ応用では、太陽光受光面を、直接太陽に向かわせても、またはバックトラック制御アルゴリズムにより定義される最適角度に向かわせてもよい。これに加えて、ＰＶ応用の場合、ロボットは場所、日付、時刻情報に依存する既存の方法を利用して太陽の位置を判定し、ＰＶパネルを開ループ式に指向させてもよい。ヘリオスタット発電タワーシステムでは、太陽光受光面が太陽と中央のターゲットの間の角度を２等分する必要となる。太陽光受光面は常に更新されるわけではないため、ある用途において、最適な位置にすると、受光面は調整時と調整時の中間でもその最良の向きとなる。例えば、ある調整時の最適な仰角が２６度で、次の調整時の新たな最大値が２７度であるとすると、ロボットコントローラは受光面を２．６５度に傾けるかもしれない。
【００１９】
計算が終わると、ロボットコントローラは、搭載型の調整インタフェースを使って、太陽光受光面の位置を制御してもよい。ロボットコントローラの工程の最後のステップは、隣接する調整ステーションまでの距離を分析し、搭載されている、または外部の駆動機構を利用して、次の調整に備えた位置に移動することである。
【００２０】
第６の実施形態において、２種類、３種類またはそれ以上の等級のロボットコントローラを使うことより、太陽光受光面のフィールドの向き調整を費用対効果の高い方法で行うことができる。最も高額な上級のロボットコントローラは、太陽光受光面のフィールドを正確に校正し、調整するのに必要な全ての機構を含んでいてもよい。中級のロボットコントローラは、太陽光受光面の向き調整に必要な全ての機構を含んでいてもよく、１０年間以上の現場での動作に耐えられるように構築される。下級のロボットコントローラは、なるべく少ない機能的構成要素を備え、太陽光受光面を素早く調整できるようになされていてもよく、寿命より低コストを重視して設計されていてもよい。
【００２１】
理想的な受動的型フィールドでは、初期校正と再校正には１つの上級のロボットコントローラを利用してもよい。中級のロボットコントローラは通常の作業に使用してもよく、上級のロボットコントローラからの入力に基づいて太陽光受光面を調整する。下級のロボットコントローラは緊急時に使用してもよく、それによって迅速で低コストの緊急時デフォーカス(defocus)および／または強風退避(wind stow)が可能となる。
【００２２】
第７の実施形態において、ロボットコントローラのフィールドは、無線ネットワーク、直接連結システム、外部スイッチを介して、または個々の太陽光受光面または太陽光受光面の集合の付近にデータを保存することによって、相互に、および／または中央制御システムと通信する。
【００２３】
第８の実施形態において、ロボットコントローラは、複数の太陽光受光面を一度に調整できるように、複数の調整ホイールインタフェースを有する。
【００２４】
第９の実施形態において、ロボットコントローラは停止することなく、個々の調整ホイールの１つまたは複数を制御できる。これは、接点、磁力および／または電磁力を使って調整ホイールを回転させるギアラックアンドピニオンシステムにより実現してもよい。
【００２５】
第１０の実施形態において、ロボットコントローラは、密閉されたチューブを通じてステーション間で移動し、大きな異物、水、埃の進入を防止することができる。また、ロボットコントローラを密閉して、さらに厳重な異物進入防止層を追加することも好ましいかもしれない。
【００２６】
第１１の実施形態において、ロボット搬送チューブは、ロボットコントローラが容易に中央位置に戻れるように敷設することができる。
【００２７】
第１２の実施形態において、２つまたはそれ以上のロボットコントローラは、太陽光受光面の１つの集合を調整できる。それによって、１つのロボットが故障した場合にも、冗長的に太陽光受光面の向き調整が行われる。
【００２８】
第１３の実施形態において、ロボットコントローラは、ヒートシンク、能動的な冷却／加熱システム、水分制御機構を利用して、内部構成要素のために一定の温度と環境を保持する環境制御システムを含んでいてもよい。このシステムは、各種の搭載型のエネルギー貯蔵機構の有効寿命を延ばすのに特に有益である。
【００２９】
第１４の実施形態において、ロボットコントローラは無線で充電できる。電磁コイルを使って調整ホイールの回転を制御する場合、このインタフェースは、搭載型のエネルギー貯蔵システムのインダクティブ充電に再利用できる。
【００３０】
第１５の実施形態において、ロボットコントローラは、そこに搭載された構成要素の健全性を他のロボットコントローラおよび／または中央制御システムに中継できる診断システムを含んでいてもよい。この診断システムは、定期的、周期的にメッセージを遠隔オペレータに戻し、または必要に応じてこれにアクセスできるようにしてもよい。このシステムはまた、ロボットが太陽光受光面の調整ホイールの位置を制御するために必要なトルクまたはエネルギーの量を能動的に測定するため、受動型追尾装置またはヘリオスタットの現場での品質を保証するために使用してもよい。このシステムはまた、太陽光受光面の調整ホイールが回転できない場合の欠陥検出に使用してもよい。ロボットコントローラはまた、搭載型のセンサを利用して、ロボット搬送チューブに欠陥がないか判断してもよい。
【００３１】
第１６の実施形態において、ＰＶおよびＣＰＶ用の太陽光受光面の欠陥を検出できる。このモデルでは、ロボットコントローラが中央集電システムと通信して、太陽光受光面のフィールドからの直接的出力を測定してもよい。１枚の太陽光受光面を太陽から背けるように回転させた時に、中央集電システムによって出力の変化が検出されなければ、ロボットコントローラはその太陽光受光面に欠陥があるとみなすことができる。また、太陽光受光面を特別な向きにして、ＰＶまたはＣＰＶシステムの一部に異常があることを現場の保守作業員に伝えてもよい。
【００３２】
第１７の実施形態において、各種の事前プロクラムされた制御プロトコルとアルゴリズムをロボットコントローラの中に組み込み、現場でのさまざまな状況に対処できるようにする。これらのロボット制御アルゴリズムはまた、現場または遠隔オペレータによって更新されてもよい。
【００３３】
第１８の実施形態において、ロボット内に、リバースエンジニアリングや盗難を防止するための各種のセキュリティ機能を組み込むことができる。ロボットはまた、紛失や盗難に遭ったロボットを回収できるような追跡機能を含んでいてもよい。
【００３４】
本明細書に記載された機能と利点は必ずしも網羅的であるとは限らず、特に、当業者にとっては、図面と明細書から、他の多くの特徴や利点が明らかとなるであろう。さらに、当然のことながら、本明細書で使用されている文言は、基本的に読みやすさ、分かりやすさのために選択されており、本発明の主旨を限定と、またはその範囲を画定するために選択されていない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のある実施形態による、個々のマイクロプロセッサ、方位角調整駆動モータ、仰角調整駆動モータ、中央制御システム、バックアップ電源または校正用センサを持たない、正確な向き調整が可能な受動型太陽光受光面の図である。
【図２】本発明のある実施形態による、１つまたは複数の調整ホイールからの回転入力運動を、太陽光受光面の単軸または２軸制御へと変換するためにギア減速を必要としない、受動型太陽追尾装置またはヘリオスタットの図である。
【図３】本発明のある実施形態によるロボットコントローラの図である。
【図４】ロボットコントローラと調整ホイールの間の非接触インタフェースのある実施形態の図である。
【図５】本発明のある実施形態によるロボットコントローラの各種構成要素の図である。
【図６】本発明のある実施形態によるロボットコントローラの動作のフローチャートである。
【図７】本発明のある実施形態による中級のロボットコントローラの動作のフローチャートである。
【図８】本発明のある実施形態による下級のロボットコントローラの動作のフローチャートである。
【図９】本発明のある実施形態によるロボットコントローラによって使用可能ないくつかの通信方法の図である。
【図１０】本発明のある実施形態による、複数の調整ホイールインタフェースを有するロボットコントローラの図である。
【図１１】本発明のある実施形態による、調整ステーションで停止せずに調整ホイールを制御できるロボットコントローラの図である。
【図１２】本発明のある実施形態による、多くの太陽光受光面を有するシステムにロボット搬送チューブを敷設できる方法を示す図である。
【図１３】本発明のある実施形態によるロボットコントローラのための環境制御システムの図である。
【図１４】本発明のある実施形態による、エネルギー貯蔵機構の充電に無線電力伝送インタフェースを利用するロボットコントローラの図である。
【図１５】本発明のある実施形態による、ロボットコントローラに搭載された診断および品質保証システムの動作工程のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図は、あくまでも例示のために、本発明の様々な実施形態を描いたものである。当業者であれば、以下の説明から、本明細書に記載の構造と方法の他の実施形態を、本明細書に記載された本発明の原理から逸脱することなく利用できることが容易に分かるであろう。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、図中、同様の参照番号は同じ、または機能的に類似の要素を示す。また、図中、各参照番号の左端の桁は、その参照番号が最初に使用された図に対応する。
【００３８】
本明細書において、（例えば）「１つの実施形態」、「第１の実施形態」、「第２の実施形態」または「ある実施形態」という言及は、実施形態に関連して説明された具体的な特徴、構造または特色が本発明の少なくとも１つの実施形態の中に含まれることを意味する。本明細書中の異なる箇所で（例えば）「１つの実施形態において」、「第１の実施形態」、「第２の実施形態」または「ある実施形態」という語句が使用されている場合、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているとは限らない。
【００３９】
以下の詳細な説明の中には、アルゴリズム、およびコンピュータメモリ内のデータビットの動作の記号表現が含まれている。これらのアルゴリズムによる説明や表現は、データ処理分野の当業者がその研究内容を当業界の他の人物に最も有効に伝えるために使用する手段である。アルゴリズムは、ここでは、また一般に、所望の結果を導く首尾一貫した一連のステップ（命令）とみなされる。ステップとは、物理的数量の物理的操作を必要とするものである。通常、必ずではないが、これらの数量は、保存、転送、複合、比較、およびその他の方法で操作できる電気、磁気または光信号の形態を採る。基本的に一般的に使用されていることを理由に、これらの信号をビット、数値、要素、記号、文字、用語、数字またはその他として表すことが時として好都合である。さらに、一般性を損なうことなく、物理的数量または物理的数量の表現の物理的操作や変換を必要とするステップの特定の構成をモジュールまたはコードデバイスとして表すことも時として好都合である。
【００４０】
しかしながら、上記および同様の用語は全て、適当な物理的数量に関連付けられるべきものであり、単にこれらの数量に適用される便利なラベルに過ぎない。特に断りがない限り、以下の説明から明らかとなるように、説明全体を通じて、「処理する」または「演算する」または「計算する」または「判定する」またば「表示する」または「判定する」等の用語を使用した記述は、コンピュータシステムまたは同様の電子演算機器（例えば特定演算機）の動作と処理を指し、それは、コンピュータシステムメモリまたはレジスタ、またはその他のこのような情報保存、転送または表示機器の中に、物理的（電子的）数量として表現されたデータを操作し変換する。
【００４１】
本発明の特定の態様は、本明細書においてアルゴリズムの形態で記されている工程ステップや命令を含む。留意すべき点として、本発明の工程ステップと命令は、ソフトウェア、ファームウェアまたはハードウェアで実施でき、ソフトウェアで実施した場合は、ダウンロードして、各種のオペレーティングシステムにより使用される異なるプラットフォーム上に保存し、そこから実行することができる。本発明はまた、演算システムで実行可能なコンピュータプログラム製品とすることもできる。
【００４２】
本発明はまた、本明細書において動作を実行するための装置にも関する。この装置は、例えば、特定コンピュータ等、その目的のために特に構成されていてもよく、またはコンピュータの中に保存されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化または再設定される汎用コンピュータを含んでいてもよい。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ読取可能記憶媒体、例えば、これらに限定されないが、あらゆる種類のディスク、例えばフロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気光学ディスク、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気または光カード、特定用途集積回路（ＡＳＩＣＳ）、または、電子的命令の保存に適したあらゆる種類の媒体の中に保存してもよく、その各々がコンピュータシステムバスに連結される。メモリは、上記のいずれも含んでもよく、および／または、情報／データ／プログラムを保存できるその他のデバイスを含んでいてもよい。さらに、本明細書において言及されるコンピュータは、１つのプロセッサを含んでいてもよく、あるいは演算能力拡大のために複数のプロセッサによる設計を利用したアーキテクチャであってもよい。
【００４３】
本明細書に記載のアルゴリズムと表示は、本来的に、いずれの特定のコンピュータまたはその他の装置にも関係していない。各種の汎用システムもまた、本明細書の教示によるプログラムと使用でき、あるいは、これらの方法ステップの実行により特化させた装置を構築することが好都合であるかもしれない。各種のこれらのシステムの構造は、以下の説明から明らかとなるであろう。これに加えて、本発明は、いずれの特定のプログラム言語に関しても説明されていない。当然のことながら、様々なプログラム言語を使って、本明細書に記載された本発明の教示を実行してもよく、以下に、特定の言語に関する言及がある場合、これは本発明の実施可能性と最良のモードを紹介するために提供されたものである。
【００４４】
さらに、本明細書で使用される文言は基本的に、読みやすさと分かりやすさのために選択されており、本発明の主旨を限定し、またはその範囲を画定するために選択されたものではない。したがって、本発明の開示は本発明の範囲を限定するのではなく、それを説明するものである。
【００４５】
ここで、図面を参照すると、図１は、個々のマイクロプロセッサ、方位角調整駆動モータ、仰角調整駆動モータ、中央制御システム、バックアップ電源または校正用センサなしに、正確な向き調整が可能な受動型受光面（１０１）を示す。１つのロボットコントローラにより制御される２つの調整ホイール（１０２）は、可撓性または剛性の駆動シャフト（１０３）を通じてこのシステムを作動させてもよい。図のシステムは、可撓性ケーブルを使って、固定された調整ホイールからの回転運動を方位角調整歯車（１０４）と仰角調整送りねじアセンブリ（１０５）に伝達する。固定された調整ホイールが好ましいのは、それによって軌道またはチューブ（１０６）に沿って移動可能な比較的単純なロボットコントローラを利用できるからである。しかしながら、この設計上の制約は必須ではなく、それはロボットコントローラを特定の経路に限定する必要がなく、太陽光受光面のフィールド全体を自由に移動させることができるからである。
【００４６】
ロボット搬送軌道は、アルミニウム、スチール、非鉄金属、鉄類、プラスチックまたは複合材料から作製される中空の正方形管または円形管を含んでいてもよい。受動型太陽光受光面を支持できる基礎には様々な種類があり、例えば、従動ピア（１０７）、ねじ杭、バラスト、または剛性表面への単純なボルト留め等があり、これらに限定されない。ロボット搬送チューブはまた、個々の受動型太陽光受光面のための基礎支持部として使用してもよい。
【００４７】
図２は、受動型太陽追尾装置またはヘリオスタットのある実施形態を示し、これは、隣接する１つまたは複数の調整ホイール（１０２）からの回転入力運動を太陽光受光面の単軸または２軸制御へと変換するためにギア減速を必要としない。このシステムは、可撓性駆動シャフト（１０３）によって直接、チップチルト方式で作動されてもよい。１つの実施形態において、可撓性駆動シャフトは、１つの回転軸に剛性に固定されたピン継手（２０１）に直接接続される。したがって調整ホイールの回転は、１つの軸上にて、太陽光受光面の回転を１：１で変化させる。このシステムは、摩擦を利用して太陽光受光面の位置をロックするか、または特許文献１に記載されているその他の能動型制動機構を使用してもよい。
【００４８】
図３は、本発明の中核である、能動型ロボット制御を用いる受動型システムの駆動方式を説明する。ロボットコントローラ（３０１）は軌道（１０６）に沿って前進し、太陽光受光面（１０１）の付近で停止し、上記の太陽光受光面に連結された１つまたは複数の調整ホイール（１０２）の回転を、搭載型の調整ホイールインタフェース（３０２）を使って正確に制御することができる。各調整ホイールは剛性または可撓性シャフトに接続され、シャフトは多様な受動型追尾装置の設計に対応するように配置できる。本発明では、調整ホイールが確実かつ正確に位置調整されるようにするためのロボットコントローラの機能に焦点を当てる。
【００４９】
太陽光受光面の向き調整に必要なギア減速を減少させるために、調整ホイールに大きな入力トルクを供給することが好ましい。接触型の調整方法も使用できるが、ステーションの位置の不十分な整合、機械的疲労の影響を受けやすく、また設置環境からの密閉が難しい。必要に応じて、ロボットコントローラは、噛合いによる機械的係合、摩擦または吸引を利用するシステムを使用して、例えば調整ホイールの回転を機械的に制御してもよい。
【００５０】
図４は、ロボットコントローラと調整ホイール（１０２）の間の非接触インタフェースの１つの実施形態を示す。このシステムは個々に制御される電磁石（４０１）を使って金属製の調整ホイールを回転させる。調整ホイールは、特定の電磁コイル作動パターンでその回転角度を変更できる別の金属製フォーム（４０２）を有していてもよい。他のシステム／実施形態では、調整ホイールに設けられた永久磁石および／またはロボットコントローラ（３０１）に設けられた永久磁石を利用してもよい。永久磁石または接触型の調整インタフェースを利用するシステムは、調整ホイールを回転させるために、回転駆動システムに接続されていてもよい。ロボットコントローラ側の電磁石を利用するシステムは、ソリッドステートであってもよい。多くの実施形態において、電気を使って調整ホイールの回転を制御する調整インタフェースは電磁石を使用し、エネルギー利用とシステム寿命の観点からは、高コストの構成要素をロボットコントローラに取り付け、調整インタフェースを単純な軸方向磁束または誘導モータに縮小させることが最も有効である。
【００５１】
図４はまた、ロボットコントローラに、調整前、調整後、調整中の調整ホイールの向きを検出するシステムを含めてもよいことを示している。これらのシステムは、１つまたは複数のセンサ（４０３）を使用して、調整ホイール上の個別のマーク（４０４）の位置を検出してもよい。マークの種類としては、磁気または金属材料、物理的な戻り止め、または、光、電磁気、または静電感知機構によって認識可能なマークがあり、これらに限定されない。このシステムは、それによってロボットコントローラが、太陽光受光面が異なる入力回転数により正しく向き調整されたことを確認できるため、有益である。また、ロボットが、ホイールが調整時と調整時の合間に回転されていないことを検証することも可能となる。
【００５２】
図５は、本発明のある実施形態によるロボットコントローラの構成要素の概観を示す。この図から、ロボットが遊動輪（５０１）と駆動輪（５０２）を有し、それによってロボットが閉鎖された軌道と整合した状態に保たれ、それに沿って前進できることが分かる。これらの遊動輪は、ロボットコントローラを軌道の片側または両側に付勢するばね仕掛けであってもよい。ロボットコントローラはまた、校正用カメラ（５０３）と構造化された発光機構を含んでいてもよく、これが３Ｄ空間内の太陽光受光面の向きを検出する。閉鎖された軌道を利用するシステム／実施形態の場合、特定の周波数を透過させる窓またはその他の開口部を太陽光受光面の付近の軌道に設けることができる。この窓によって、校正用カメラで太陽光受光面の下面を見ることができる。ロボット搬送チューブに穴を開けることによってこの窓を作ってもよい。軌道の密閉状態を確実に保つために、ガラス、プラスチックまたはその他の透明材料の部品で穴を覆ってもよい。
【００５３】
太陽光受光面の向き調整を行うために、ロボットコントローラは、１つまたは複数の調整ホイールの位置を制御できなければならない。これは、個別にアクティブ化／無効化（activated/deactivated）できる固体電磁コイル（４０１）を含めることのできる調整インタフェースの使用により実現してもよい。調整ホイール回転センサ（４０３）によって、ロボットコントローラは調整ホイールの瞬間位置を判定することが可能となる。ロボットコントローラのその他の構成要素としては、個別ステーション検出ユニット、グローバルまたは相対的位置情報検出ユニット、内部配線、中央処理ユニット、モータドライバコントローラ、駆動モータエンコーダ、搭載型の環境制御システム、バッテリ管理システム、接触型充電システム、インダクティブ充電システム、距離近接センサ、データ記憶システム、回生制動用キャパシタストレージシステム、無線データ送信機／受信機等があり、これらに限定されない。こうした構成要素の正確な配置は、ロボットコントローラの収容範囲内で様々な構成で格納できるため、実施形態によって異なる。
【００５４】
図６は、本発明のある実施形態によるロボットコントローラの動作工程を示す。この動作工程は、１つのロボットコントローラ（３０１）で複数の太陽光受光面（１０１）の向き調整を行う方法を示している。このロボットコントローラの機能的役割は、太陽光受光面付近の１つまたは複数の調整ホイール（１０２）と協働して、個々の太陽光受光面の向きを正しく維持することである。
【００５５】
ロボットコントローラを初めて設置する場合、その最初の目標は、その環境と、制御対象となる受動型追尾装置／ヘリオスタットと、を理解することである。まず、ロボットコントローラは調整ホイールに向かって移動し（６０１）、太陽光受光面の付近に設置された制動地点を継続的に探す（６０２）。この地点は、例えば、梁状部材に設けられた実際のマークでも、磁石でも、あるいは金属片でもよい。梁状部材に実際のマークが付けられている場合、ロボットコントローラにカメラを取り付けて、この地点を検出してもよい。制動点が磁石または金属である場合、ロボットコントローラにホール効果センサまたは金属検出システムを取り付けて、制動地点を検出してもよい。１つの実施形態において、回転検出に使用される調整ホイールまたは調整ホイール上のマーカを制動地点として使用してもよい。制動点の検出後、ロボットコントローラはその制動機構を作動させてもよい（６０３）。制動方法としては、駆動モータの停止、ホイールブレーキの利用、モータブレーキの利用、回生ブレーキの利用、または、これらの制動機構の組み合わせ等があり、これらに限定されない。装置が減速する間に、ロボットコントローラは最終的な調整地点を探す（６０４）。この地点が検出されたら、フルブレーキを掛けて、完全に停止する（６０５）。
【００５６】
ロボットコントローラは、１つまたは複数の調整ホイールとの正しい位置関係になると、太陽光受光面に対するその相対的な向きを検出する。ロボットコントローラがその特定の太陽光受光面調整ステーションに到達したのが初めてである場合、コントローラは、傾き０度、方位角回転０度、またはその他所定の設定に調整することによって、太陽光受光面を「ゼロ化」してもよい。この目標を実現するために、ロボットコントローラは、調整ホイールと係合してもよく（６０６）、それを回転させる（６０７）。回転中、搭載型の調整ホイールセンサ（４０３）を使って、ホイールが適正に回転していることを検証してもよい（６０８）。太陽光受光面は、強制校正停止手段を有していてもよく、これによってホイールがゼロ点を超えて回転することが防止される。このようなシステムでは、ロボットコントローラは、ホイールがそれ以上回転できなくなったところで、システムの調整の試みを停止するようにしてもよい（６０９）。受動型受光面または受動型受光面に取り付けられた歯車列を損傷しないようにするために、ロボットコントローラの調整ホイールインタフェースは、システムが損傷を与えるほど大きなトルクを発生しないようにするための機構を含んでいてもよい。
【００５７】
それほど精度が求められない用途の場合、ロボットコントローラは、上記のような停止手段を使用して、日常の動作中に、初期校正地点からの調整ホイールの回転数を記録し、受光面の現在の向きを推測してもよい。より精度の高い用途では、ロボットはまた、構造化照明または自然光カメラを使用して、太陽光受光面の裏側を分析し、３Ｄ空間内でのその相対的向きを判定してもよい。この情報が得られると、中央プロセッサに中継され、分析される。
【００５８】
太陽光の用途によっては、太陽光受光面の絶対的または相対的位置をＸ、Ｙ、Ｚ座標で検出する必要があるかもしれない。これは、太陽光受光面のフィールドの中の３点を利用する三角測量系を持つ内蔵ＧＰＳユニットで実現してもよい。この第２の方法では、ロボットコントローラは、信号を発生し、フィールド内の所定の各点からの時間遅延を測定してもよい。この情報を使って、太陽光受光面のフィールド内の他の構成要素に対するその相対的位置を判定してもよい。
【００５９】
次に、中央処理ユニットは、校正用カメラ、位置情報検出ユニット、内部クロックからの入力を分析し、これを受動型太陽追尾装置／ヘリオスタットの既知のギア減速および既知のフィールド形状と組み合わせる（６１０）。ロボットの内部クロックからの入力と、検出された、または既知のグローバル位置を使って、現在の太陽のベクトルを計算することができる（６１１）。ロボットの校正用カメラ、位置情報検出ユニット、調整ホイール感知機構からの入力および／または過去の調整からの調整履歴情報を使って、３Ｄ空間内の太陽光受光面の向きを推測できる。１つの実施形態において、調整ホイールによって駆動された受動型太陽追尾装置またはヘリオスタットは、逆転防止機能を有する。このようなシステムの場合、風やその他の力によって調整時と調整時の合間に太陽光受光面が動いてしまうことがないため、１回の校正だけでよい。
【００６０】
ＰＶとＣＰＶ応用では、正しい向き調整に最大５つまでの情報を使用できる。太陽光受光面の向き、太陽の位置、隣接する追尾装置の向き、追尾装置間の距離、そして太陽光受光面の所定の追尾装置の面積と寸法である。標準的な太陽追尾アルゴリズムには、最初の２つの情報だけが必要であるが、このロボットは残り３つも使用して、バックトラック制御アルゴリズムを正しく実行する。これらのアルゴリズムは、追尾装置間にできる影が最小限となるようにソーラフィールドを最適化するため、その時点で隣接する追尾装置により発生されている影と、個々の太陽追尾装置がその隣の装置に与えることになる影が分かる。バックトラックに関する情報は、非特許文献１に掲載されており、その全文を引用によって本願に援用する。
【００６１】
ヘリオスタットの用途では、ロボットが太陽光受光面からソーラーターゲットまでのベクトルを検出することが必要である。これは、ソーラーターゲットと太陽光受光面の両方のグローバルまたは相対座標平面内の位置を検出することによって実現してもよい。太陽光受光面の向きの所望の変化量を計算したら、中央プロセッサは受動型システムの既知のギア減速を分析して、その太陽光受光面に機械的または磁気的に連結された調整ホイールを何度回転させるべきかを判断する（６１２）。
【００６２】
固有の摩擦制動または逆転駆動防止機能を持たない受動型追尾手段またはヘリオスタットの場合、能動型太陽光受光面制動機構（active solar surface braking mechanism）が必要かもしれないない。このようなシステムでは、ロボットコントローラがブレーキを解除してから、１つまたは複数の調整ホイールを回転させる。このブレーキは、他の調整ホイールについて作動させてもよい。ロボットコントローラは次に、その調整ホイールインタフェースを使って、１つまたは複数の調整ホイールを回転させてもよい。１つの実施形態において、ロボットコントローラは、個別に、または集合として作動させることのできる複数の電磁コイルを有する。このシステムは、コイルを軸方向磁束またはインダクションモータとして作動させることによって、金属または磁気調整ホイールの回転を制御できる（６１３）。コイルは、ただ作動させてもよく、あるいは調整ホイールの瞬間回転角度を判定する調整ホイール感知機構からのフィードバックを取得してもよい（６１４）。
【００６３】
調整が完了すると、中央プロセッサは、必要に応じて、制動機構を作動させる信号を送信してもよい。これによって、歯車制動機構が再度かかり、ロボットコントローラによる次の調整まで、外力によって太陽光受光面の向きが変化しないようにする。この工程の最終ステップとして、ロボットコントローラは、搭載されている近接センサまたは過去の動作履歴を使用して、それが現在、列の最後の太陽光受光面であるか否かを判断してもよい（６１５）。イエスであれば、コントローラは、最終的に最初の太陽光受光面調整地点に到達するまで後退してもよい（６１６）。ノーであれば、コントローラはこの調整サイクルを繰り返してもよい（６１７）。また、ロボット搬送チューブの端と端をつないで連続ループとすることも可能である点に留意する。この実施形態では、ロボットコントローラは、夜になるまで、または保守のために停止するまで、ロボット搬送チューブの循環を続けることになる。
【００６４】
ロボットコントローラおよびそのサブコンポーネントの挙動を判定するプロセッサは、ロボットコントローラの上に直接、または中央処理ステーションに、またはその太陽光受光面のフィールドの中の別のロボットコントローラに、設置することができる。プロセッサが搭載されていない場合、ロボットコントローラには、動作命令を受け取るための無線または直接データリンクが必要かもしれない。
【００６５】
太陽光受光面の調整日が終了すると、ロボットコントローラは、そこに搭載されているエネルギー貯蔵機構を再充電する必要があるかもしれない。また、調整日に２回またはそれ以上、このシステムを再充電してもよい。
【００６６】
太陽光受光面のフィールドを３種類またはそれ以上の等級のロボットコントローラによって調整することが望ましいかもしれない。図６は、上級のロボットコントローラ動作工程を示している。このロボットは、より簡略的なロボットコントローラと一緒に使用してもよい。上級のロボットコントローラの目的は、中級および下級のロボットコントローラのどちらにも位置情報検出ユニットと校正用カメラが不要となるようにすることである。ある実施形態において、太陽光受光面のフィールドは１つの上級のロボットコントローラ（もしあれば）を使用するだけでよく、したがって、ユニットから高コストの構成要素を排除することによって、システムとロボットコントローラの交換費用全体を大幅に削減できる。
【００６７】
図７は、本発明のある実施形態による、より簡略的な中級のロボットコントローラの動作工程を示す。このユニットと、図６に示す上級のロボットコントローラと、の主な違いは、この調整手段が校正用カメラまたは位置情報検出ユニットを持たない点である。校正用カメラと位置情報検出ユニットの機能的役割は、他のロボットまたは中央制御ステーションと通信するデータ検出ユニットと、個々の太陽光受光面の最後の既知の向きを保存するデータ記憶ユニットと、が代行する。中級のロボットコントローラが受動型太陽光受光面と相互作用するのが初めてであり、それ以前のデータポイントがない場合、上級のロボットコントローラによって太陽光受光面が正しく「ゼロ化」されていると仮定してもよい。
【００６８】
上級のロボットと異なり、中級のロボットコントローラは、調整地点の位置に関するその入力を、位置情報検出ユニットではなくデータ保存ユニットから取得する（７０１）。また、精密な校正用カメラではなく、搭載されているデータ保存ユニットとホール効果センサから太陽光受光面の相対位置を判定する。データ保存ユニットは、ゼロ地点からの調整ホイールの回転数を保存し、調整ホイール感知機構を使って正確なホイール回転角度を判定する（７０２）。既知のギア減速情報と組み合わせることで、このデータから、中級のロボットコントローラは３Ｄ空間内の太陽光受光面の向きを十分に推測できる。中級のロボットコントローラは、太陽光受光面の正確な向きを直接判定できないため、１つまたは複数の調整ホイールについて行われるべき調整ホイールの回転角度を保存し、その後の調整時に太陽光受光面を適正に向き調整してもよい。
【００６９】
太陽光受光面の調整日が終了すると、ロボットコントローラは、そこに搭載されているエネルギー貯蔵機構を再充電する必要があるかもしれない。また、調整日に２回またはそれ以上、このシステムを再充電してもよい。
【００７０】
図８は、本発明のある実施形態による、さらに簡略的な下級のロボットコントローラの動作工程を示している。下級のロボットコントローラの目的は、車のスペアタイヤと同様に、緊急時のみに使用される。この第３の分類のロボットコントローラにより、低コストで迅速な強風退避手順が可能となる。これによって、ヘリオスタットのための緊急時高速デフォーカス手順も可能となる。このロボットコントローラの動作工程は、図７に示される中級のロボットコントローラと同様であってもよいが、この場合は、受動型太陽追尾装置またはヘリオスタットをその強風退避位置に移動させるために必要な調整インタフェースは１つだけでよく、長い寿命を有するように構築する必要がない。
【００７１】
緊急時手順中、下級のロボットコントローラは、太陽光受光面の現在位置を知る必要がなく、太陽光受光面は、ａ）その現在位置から２〜５度移動されるか、ｂ）水平状態の強風退避位置まで移動されるか、のいずれかでありさえすればよい。これは、現在の風速を測定するための風速計を搭載していてもよく、あるいは下級のロボットコントローラに、緊急強風退避手順を開始させるための信号を送信する中央ネットワークに接続されていてもよい（８０１）。この手順はまず、ロボットコントローラがそれを個別の受光面の付近に移動することから始まり、受光面の調整ホイール付近で停止し（６０５）、調整ホイールを所定の回転数だけ回転させる（８０２）。これはまた、調整ホイール感知機構（４０３）を使用して、調整ホイールが回転を停止したか否かを判断してもよい（６１４）。停止していれば、これは、下級のロボットコントローラが受動型太陽追尾装置またはヘリオスタットをその強風退避位置のハードストップまで移動させたことを示している可能性がある。
【００７２】
緊急時デフォーカス工程は、緊急強風退避工程よりはるかに簡単であってもよい。この手順の目的はヘリオスタットの像を太陽の標的から離れるように移動させることであるため、下級のロボットコントローラは、多数の太陽光受光面の位置を素早く変更できれはよい。
【００７３】
図９は、ロボットコントローラのフィールドが、相互の、および／または中央ネットワークとの通信に使用できる方法のいくつかを示す。これらの方法としては、無線データ通信（９０１）、直接データリンク（９０２）、外部スイッチ、あるいは個々の受動型太陽光受光面または受動型太陽光受光面の集合の付近への情報の保存（９０３）があり、これらに限定されない。無線データ通信の場合、各ロボットコントローラには、電磁周波数送信機および／または受信機（９０４）を設けてもよく、これは他のロボット（３０１）または中央ネットワーク（９０５）と通信できる。
【００７４】
直接データ伝送の場合、各ロボットコントローラには接点を設けてもよく、これは、他のロボットまたは中央データユニットの上の接点と相互作用できる。これらのシステムが物理的に接触すると、データが１つの装置から他の装置に伝送されるようになっていてもよい。
【００７５】
人間またはロボットによる現場オペレータは、特定の事前プログラムされた動作に対応する、上級、中級または下級ロボットの特定の機能を作動させてもよい。外部、磁気、または電磁スイッチを操作することによって、これらの動作を行わせてもよい。例えば、下級ロボットが事前プログラムされた緊急デフォーカス機能を有する場合、中級ロボットは、そこまで行って押しボタンスイッチを押すだけで、その機能を作動させてもよい。
【００７６】
個々の受動型太陽光受光面または受動型太陽光受光面の集合の付近に、関連するデータを保存できることもまた有益である。１つの実施形態において、受光面付近に設置されたＲＦＩＤチップ（９０３）を使って、各太陽光受光面の現場での絶対的または相対的位置と、それが各調整ホイールの初期の位置にどのように対応するかに関する情報を保存してもよい。このようなシステムでは、個々のロボットコントローラがＲＦＩＤ書込み手段および／またはＲＦＩＤ読み出し手段を有することが必要となるであろう。局所的にデータを保存するためのその他の方法としては、半導体、磁気および／または光ベースのデータ保存技術があり、これらに限定されない。
【００７７】
図１０は、複数の調整ホイールインタフェース（３０２）を有するロボットコントローラ（３０１）を示す。より多くの調整インタフェースを追加する目的は、最も高コストの搭載型構成要素のコストを分散し、また同じ期間内でのより頻繁な調整を可能にすることによって、太陽光受光面（１０１）をより正確に制御できるようにすることにある。図の実施形態は１度に２つの太陽光受光面を調整でき、この設計では、ある太陽光受光面のフィールドの開始停止サイクル数を半分にカットできる。
【００７８】
図１１は、調整ステーションで停止せずに調整ホイールを制御できるロボットコントローラ（３０１）を示す。このシステムは、接点、磁力、または電磁力を利用するギアラックアンドピニオンを利用して、調整ダイヤを制御してもよい。ロボットインタフェースは概念的に、ギアラック（１１０１）として機能し、調整ホイール（１０２）はピニオン（１１０２）として機能する。ロボットは、調整ホイールを通過する際、その概念的なギアラックインタフェースを作動させて、物理的、磁気的または電磁的に、調整ホイールの１つの縁辺と連結する。連結すると、ロボットコントローラの直線運動は、直接、調整ホイールの回転運動に変換され得る。ロボットコントローラは、再びそのインタフェース（１１０１）を作動させて、調整ホイールピニオン（１１０２）から外れるようにしてもよい。ロボットコントローラは、その速度と、その調整インタフェースが調整ホイールと連結していた時間を慎重に監視することによって、調整ホイールの回転を正確に制御できる。例えば、ロボットコントローラが１秒に１メートル移動し、直径３．１８ｃｍの調整ホイール（円周１０ｃｍ）の縁辺と１秒間係合している場合、ホイールは約１０回回転される。
【００７９】
ロボットコントローラは、ホイールの瞬間回転角度を測定するセンサ（４０３）の長い列を利用して、調整ホイール（１０２）が係合していたこと、および適正に旋回していることを確認できる。個々の太陽光受光面を停止させない、またはそれと物理的に接触しないロボットコントローラは、５ＭＰＨの一定の速度で移動していれば、最大１．２ＭＷの太陽光発電モジュールを正確に向き調整できる。
【００８０】
図１１に示されるロボットコントローラは、個別に作動させることのできる電磁石（４０１）の長い列を使って、調整ホイールの向きを制御する。これらの電磁石は、（Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ）の配置で起動されると、調整ステーションを通過させるだけで４極磁気調整ホイール（Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ）を回転させることができる。この磁気ギアラックシステムは、ロボットの直線運動を調整ホイールの回転運動に変換する。
【００８１】
図１２は、ロボット搬送チューブ（１０６）を、多数の太陽光受光面（１０１）を含む現場に敷設する方法を示している。ロボット搬送チューブは、大型の異物、水、埃がロボットコントローラ内に進入するのを防止するために密閉してもよい。図の実施形態において、各受動型太陽追尾装置またはヘリオスタットはそれぞれの基礎を有するため、ロボット搬送チューブは、１つまたは複数のロボットコントローラの重量だけを支持できればよい。
【００８２】
この図は、各ロボットコントローラは通常、特定の列の太陽光受光面を調整していてもよいが、搭載された駆動モータを利用して、保守のために中央ステーション（１２０１）に戻れることを示している。このような軌道敷設方式によれば、現場オペレータは、そのうちの２つまたはそれ以上を中央ステーションに格納することによって、ロボットコントローラのフィールドを容易に展開することも可能となる。この中央ステーションは充電または保守サービスにも使用してよい。
【００８３】
図１２はまた、余分なロボットコントローラ（３０１）を冗長的に使用できることを示している。１つの実施形態において、１つまたは複数のバックアップ用ロボットコントローラが中央ステーションに設置される。あるロボットが故障した場合、バックアップ用ロボットコントローラが軌道の正しい区間まで移動し、故障したロボットをチューブの端まで押して、故障したロボットに割り当てられていた太陽光受光面の調整を再開できる。故障したロボットが、それに割り当てられていた太陽光受光面の位置を常に中央データシステムに中継していなかった場合、バックアップ用ロボットは、図６で説明した初期再校正工程を実行する必要があるかもしれない。この情報が正確に中央データシステムに中継されていれば、バックアップ用ロボットは、故障したロボットが調整を停止した動作を再開できる。
【００８４】
太陽光受光面のフィールドが中央ロボット回収システムを持たない場合、２つまたはそれ以上のロボットを軌道の１つの区間に設置してもよい。これらの２つまたはそれ以上のロボットは、定常的なデータ転送リンクを確立してもよい。１つのロボットが日常の動作を担当し（１２０２）、他のロボットが冗長ロボット（１２０３）として機能し、故障したコントローラによる電力損失によって、ある太陽光受光面の調整ホイールの向き調整が適正に行えなくなるのを防止する。
【００８５】
図１３は、ロボットコントローラ（３０１）のための環境制御システムの１つの実施形態を示す。このシステムは、次の構成要素、すなわちファン（１３０１）、ヒートシンク（１３０２）、能動型ヒートポンプ、ペルティエ素子、電気ヒータ、換気システム、冷蔵手段、湿度制御システム、水分センサ、温度センサ、エアフィルタ等を含んでいてもよく、これらに限定されない。こうした環境制御要素はまた、密閉されたロボット搬送チューブへと降ろして、システムが一定の環境を維持できるようにしてもよく、それによってロボットコントローラの重要な構成要素の寿命が延びる。
【００８６】
バッテリ、キャパシタ、スーパーキャパシタおよびその他の形態のエネルギー貯蔵装置を使用して、設備を単純化し、システム全体の費用を削減することは有利かもしれず、これは、１つのバッテリで電気軌道１マイル分に代わることができるからである。図１４は、無線電力伝達インタフェースを利用して、ロボットコントローラに搭載されたエネルギー貯蔵機構を充電する、本発明の１つの実施形態を示している。無線充電機構は、ロボットコントローラに電力を伝送するために露出した接点を必要としないため、望ましいかもしれない。しかしながら、ロボットコントローラが貯蓄エネルギー源を搭載している必要はなく、そこには電気式レールシステムによって、または軌道によってインダクティブ式に電力を供給できる。
【００８７】
ロボット搬送チューブ上のいずれかの場所に設置されたインダクティブ式充電ステーション（１４０１）は、発振する電磁界を発生させることによって、ロボットコントローラにエネルギーを伝送できる。ロボットコントローラ（３０１）に設置されたインダクティブ式コイルループ（１４０２）は、このエネルギーを捕捉して、これを搭載されているエネルギー貯蔵機構の中に保存できる。ロボットコントローラが利用できるその他の形の電力転送手段としては、静電誘導、電磁放射、電気伝導等があり、これらに限定されない。
【００８８】
図１５は、ロボットコントローラに搭載された診断および品質保証システムの動作工程を示す。ロボットコントローラは、この工程の各部分を継続的に実行して、現場または遠隔オペレータがフィールドの瞬間の健全性を判断できるようにしてもよい。この工程の全体または特定の部分はまた、毎日、毎週、毎月または必要に応じて実行し、現場のオペレータがシステムの予防的保守を実行できるようにしてもよい。特に、ロボットコントローラの診断システムは、以下を判断してもよい。ａ）重要な構成要素の状態により推定される個々のロボットコントローラの健全性（１５０１）、ｂ）ロボット搬送チューブの健全性（１５０２）、ｃ）受動型太陽追尾装置またはヘリオスタットの健全性（１５０３）、ｄ）個々のＰＶまたはＣＰＶ受光面の健全性（１５０４）。
【００８９】
この工程ではまず、ロボットコントローラが、保存された全ての作動データを中央処理システムまたはネットワークに中継してよい（１５０５）。このデータとしては、内部および外部センサの温度および水分の測定値の履歴、オンサイトまたはオフサイト監視システムからの測定値データの履歴、搭載された全ての構成要素からの電流および電圧測定値の履歴、搭載されたエネルギー貯蔵機構からのＳＯＣ／ＳＯＳの読取値があり、これらに限定されない。診断システムは次に、この情報を過去の作動データと比較し（１５０６）、事前に設定された動作安全範囲と比較する（１５０７）。異常部分の分析により、個々の構成要素の現在の健全性を判定し、および／またはロボットコントローの予防的保守を実行してもよい（１５０８）。
【００９０】
ロボット搬送チューブの健全性を判定するために（１５０２）、ロボットコントローラは、軌道の物理的特徴を点検できる、搭載されたカメラまたは近接センサからのデータにアクセスしてもよい（１５０９）。何らかの異常、例えば軌道内に物体が入り込んだこと、軌道のある区画の中に埃が大量に堆積したこと、虫が巣を作ったこと、または軌道に穴が開いて異物が進入しうる状態になったこと等が検出されると、ロボットコントローラは、信号を現場または遠隔オペレータに送信してもよい（１５１０）。現場または遠隔オペレータは、ロボットコントローラのカメラから供給されるライブビデオにアクセスして、保守状況をより適正に評価してもよい。
【００９１】
受動型太陽追尾装置またはヘリオスタットの健全性を判定するために、ロボットコントローラは、個々の追尾手段を調整することから得られたデータログにアクセスしてもよい（１５１１）。次に、調整ホイールを回転させるために必要な入力トルク／電流の量を測定するデータログにアクセスしてもよく（１５１２）、これらの数値が時間の経過と共にどのように変化するかを理解する。ロボットが電磁インタフェースを使用する場合、このトルクの数値は、調整中にインタフェースに伝えられた平均電流を記録することによって判断できる。１つの例では、診断システムが、通常は９５±５アンペアを必要とする受動型太陽追尾装置が急に３２０±２０アンペアを必要とし始めたと認識すると、この個別の受動型追尾装置の機能に異常があると判断し、現場の保守作業員に警告を送る（１５１３）。ロボットコントローラはまた、画像ベースのシステムを利用して、各太陽追尾装置またはヘリオスタットの健全性を点検、分析してもよい。この画像入力は、直接現場のオペレータに中継されて、追尾システムの健全性が評価される。受動型追尾装置のトルク／電流の読取値が容認可能な範囲内にあれば、工程のこの部分（１５０３）を、ロボットの制御範囲内の各受動型受光面（１０１）について繰り返してよい。
【００９２】
自律的に個々のＰＣまたはＣＰＶ受光面の健全性を判定するために（１５０４）、ロボットコントローラはまず、個々の追尾装置をその最適な向きに移動させる（１５１５）。次に、セントラルインバータ、接続箱または、一連のソーラモジュールの出力を監視できる装置と通信してもよい（１５１６）。ロボットを利用して制御されるシステムにおいては、ある瞬間にモジュール群のうちの１つのモジュールだけを作動させることができるため、出力の読取値は比較的一定に保たれるはずである。データリンクが確立されると、ロボットは探索アルゴリズムを実行し、そこで、システムの出力を監視しながら、その受動型受光面をらせん状に動かす（１５１７）。次に、最大出力点を記録し（１５１８）、追尾装置を、それが太陽と正対しないように調整する（１５１９）。診断システムは、セントラルインバータ、接続箱、または列レベルの出力の変化を測定してもよい（１５２０）。この情報を使用し、セントラルインバータ、接続箱、または列レベルの出力の正確な差を測定し、これをモジュールの定格出力と比較して（１５２１）、劣化割合を計算する（１５２２）ことにより、各モジュールの劣化割合を判定できる。変化が検出されなければ、これは、個々の太陽光受光面（１０１）がＰＶまたはＣＰＶシステム全体の出力に貢献していないことを意味するかもしれない。このモジュールは故障と分類され、ロボットコントローラはその調整インタフェースを使って、その受光面を、現場の保守作業員に問題の可能性を知らせるための特別な態勢にしてもよい（１５２３）。劣化割合が許容範囲内であれば、ロボットの制御領域内の全ての受光面についてサブプロセス１５０４を繰り返してもよい（１５２４）。
【００９３】
ロボットコントローラはまた、事前プログラムされたアルゴリズムと、盗難および／またはリバースエンジニアリングを防止するセキュリティ機能を含んでいてもよい。搭載されたコントローラとデータ保存ユニットは、ロボットに保存された制御プロトコルとデータへのアクセスを防止するために暗号化されてもよい。これに加えて、ロボットコントローラを開けようとする等、ロボットへの不正アクセスを検出するセンサが設けられていてもよい。コントローラは、このような行為に応答して、遠隔オペレータに通知し、および／または制御アルゴリズムと作動データを消去してもよい。設置時に、各ロボットをその設置場所と固有の識別番号で初期化してもよい。ロボット、現場オペレータ、または遠隔オペレータが、ロボットがそれに割り当てられた場所からなくなったことを検出した場合、紛失または盗難に遭ったロボットコントローラを回収するための適当な対策を講じることができる。
【００９４】
本明細書では、本発明の具体的な実施形態と利用例を図と文章で説明したが、当然のことながら、本発明は本明細書で開示した正確な構成と構成要素に限定されず、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、本発明の方法と装置の配置、動作および詳細には、各種の改良、変更、改変を加えることかできる。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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