(57)【要約】  【目的】太陽の方位並びに日射仰角を正確に検知できる日射方向検知装置と、これを用いた太陽追従性の高い太陽追尾システムの提供。  【構成】  光センサ１３Ａ，１３Ｂが配される底板部１１と、該底板部の表面上で光センサ１３Ａ，１３Ｂの中間位置に立設される仕切部１２とを有する検知装置１である。仕切部１２には光センサ１３Ａの配置側を向く壁面に光センサ１３Ｃが配されると共に、光センサ１３Ｂの配置側を向く壁面に光センサ１３Ｄが配される。そして、係る検知装置の２つ（１Ａ，１Ｂ）を方位及び傾斜角が調整可能とされる太陽電池パネル３０の部位に一体に組み付けて太陽追尾システムを構成する。【選択図】  図１
2006114634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光センサ及び第２の光センサが配される底板部と、該底板部の表面上で第１の光センサ及び第２の光センサの中間位置に立設される仕切部とを有し、該仕切部には前記底板部における第１の光センサの配置側を向く壁面に第３の光センサが配されると共に、第２の光センサの配置側を向く壁面に第４の光センサが配されることを特徴とする日射方向検知装置。
【請求項２】
第１の光センサ及び第２の光センサが配される底板部と、該底板部の表面上で第１の光センサ及び第２の光センサの中間位置に立設される仕切部とを有し、該仕切部には前記底板部における第１の光センサの配置側を向く壁面に第３の光センサが配されると共に、第２の光センサの配置側を向く壁面に第４の光センサが配され、
前記底板部には第１の光センサ及び第２の光センサの並び方向に対して直交する方向に前記仕切部を挟んで第５の光センサ及び第６の光センサが配され、前記仕切部には前記底板部における第５の光センサの配置側を向く壁面に第７の光センサが配されると共に、第６の光センサの配置側を向く壁面に第８の光センサが配されることを特徴とする日射方向検知装置。
【請求項３】
仕切部の各壁面に配される各光センサが、光検出面を外側にして底板部の表面直角方向に対して傾斜状に配される請求項１、又は２記載の日射方向検知装置。
【請求項４】
仕切部には、該仕切部の各壁面に配される各光センサの上方で底板部の表面直角方向から該底板部に配される各光センサに太陽光が入射する領域を残して日除けが設けられる請求項１〜３の何れかに記載の日射方向検知装置。
【請求項５】
底板部の表面上に光透過性を有する防水カバーが設けられ、該防水カバー内に仕切部と該仕切部及び底板部に配した各光センサが収容される請求項１〜３の何れかに記載の日射方向検知装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の日射方向検知装置を備えた太陽追尾システムであって、前記日射方向検知装置が一体として組み付けられる太陽エネルギー収集用モジュールと、該モジュールの水平面に対する傾斜角度を調整可能とする仰角変更手段と、前記モジュールを鉛直軸回りに旋回させる方位角変更手段と、前記日射方向検知装置における各光センサの出力に基づき前記仰角変更手段及び方位角変更手段の駆動制御を行って前記モジュールの表面側を日射方向に正対させる制御手段とを有して構成される太陽追尾システム。
【請求項７】
請求項１記載の日射方向検知装置を２つ備えた太陽追尾システムであって、前記日射方向検知装置が一体として組み付けられる太陽エネルギー収集用モジュールと、該モジュールの水平面に対する傾斜角度を調整可能とする仰角変更手段と、前記モジュールを鉛直軸回りに旋回させる方位角変更手段と、前記日射方向検知装置における各光センサの出力に基づき前記仰角変更手段及び方位角変更手段の駆動制御を行って前記モジュールの表面側を日射方向に正対させる制御手段とを有し、
２つの日射方向検知装置は、それぞれ底板部の表面を前記モジュールの表面中心部を通る垂線に直角な面に平行させて互いに第１の光センサ及び第２の光センサの並び方向が直交する状態で前記モジュールに組み付けられると共に、一方の日射方向検知装置はその第１の光センサ及び第２の光センサの並び方向が前記モジュールの傾斜方向に沿って組み付けられ、
前記制御手段は一方の日射方向検知装置における各光センサの出力に基づいて仰角変更手段の駆動制御を行うと共に、他方の日射方向検知装置における各光センサの出力に基づいて方位角変更手段の駆動制御を行うことを特徴とする太陽追尾システム。
【請求項８】
請求項２記載の日射方向検知装置を備えた太陽追尾システムであって、前記日射方向検知装置が一体として組み付けられる太陽エネルギー収集用モジュールと、該モジュールの水平面に対する傾斜角度を調整可能とする仰角変更手段と、前記モジュールを鉛直軸回りに旋回させる方位角変更手段と、前記日射方向検知装置における各の光センサの出力に基づき前記仰角変更手段及び方位角変更手段の駆動制御を行って前記モジュールの表面側を日射方向に正対させる制御手段とを有し、
前記日射方向検知装置は、底板部の表面を前記モジュールの表面中心部を通る垂線に直角な面と平行させて第１の光センサ及び第２の光センサの並び方向が前記モジュールの傾斜方向に沿う状態で前記モジュールに組み付けられ、
前記制御手段は日射方向検知装置における第１〜第４の光センサの出力に基づいて仰角変更手段の駆動制御を行うと共に、第５〜第８の光センサの出力に基づいて方位角変更手段の駆動制御を行うことを特徴とする太陽追尾システム。
【請求項９】
太陽エネルギー収集用モジュールが太陽電池パネルであり、これにより発電された電気の一部を蓄える蓄電池を備え、その蓄電池が仰角変更手段、方位角変更手段、及び制御手段の動作用電源とされて成る請求項６〜８の何れかに記載の太陽追尾システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽エネルギーを有効利用するための技術に係り、特に方位や仰角が変化する太陽を追尾するのに有用な日射方向検知装置と、これを用いて太陽を追尾しながら太陽エネルギーを効率的に収集して良好な光電変換などを行うのに寄与する太陽追尾システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の枯渇やその燃焼による二酸化炭素等の増加に伴う様々な弊害が叫ばれる中、太陽光や風力といった自然エネルギーの有効利用が盛んに行われている。
【０００３】
特に、無限でクリーンな太陽光を利用するソーラーシステムとして、太陽電池パネル、ヒートパイプを内蔵する温水器などの太陽熱集熱パネル、又はパラボラ形の反射鏡に代表される集光板といった太陽エネルギー収集用モジュールを用い、太陽エネルギーを直接電気エネルギーに変換したり、それを集光、集熱して住宅などに電力、光、熱を供給することが一般に広く行われている。
【０００４】
以上のような太陽エネルギー収集用モジュールには太陽追尾式と定置式があり、太陽電池パネルでは受光エネルギーの１０〜２０％を電力として得ることができるものの、太陽はその方位及び仰角が時々刻々変化するため定置式のものは太陽エネルギーを効率的に収集することができない。
【０００５】
このため、太陽エネルギーを効率的に収集するには定置式よりも太陽追尾式が望まれるところ、太陽追尾式には日射方向を精度良く検知することのできる装置が必要となる。
【０００６】
従来、係る日射方向検知装置として、２つの光センサの間に遮光壁を設け、その遮光壁で分けられた２つの光センサの出力を比較することにより、太陽光の入射方向を判定するという太陽光方向センサが知られる（例えば、特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３２３８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
然しながら、特許文献１に開示されるような日射方向検知装置（太陽光方向センサ）によれば、図１２のように太陽光が一方の光センサＳ１寄りから入射した場合でも、他方の光センサＳ２に太陽光が当たり、双方の光センサＳ１，Ｓ２の出力に差が生じないために日射方向を判定できない虞がある。
【０００９】
これを防止するには、図１２に示すような微小な影部分に収まるような小型にして高感度の光センサが必要となる。又、遮光壁Ｗを高くすることによっても上記の問題を解決することが可能であるものの、これでは装置の大型化を招くという問題を惹起する。
【００１０】
一方、図１３のように、光センサＳ１のみに太陽光が入射する場合でも、係る光センサＳ１の出力の大小だけで入射角θ，δの相違を判定することは難しく、しかも太陽光の一部は遮光壁Ｗにより反射、散乱されるので特許文献１の太陽光方向センサで太陽の方位乃至は日射仰角を正確に判定、検知することは到底不可能である。
【００１１】
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は太陽の方位並びに日射仰角を正確に検知することのできる日射方向検知装置と、これを用いた太陽追従性の高い太陽追尾システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る第１の日射方向検知装置は、第１の光センサ及び第２の光センサが配される底板部と、該底板部の表面上で第１の光センサ及び第２の光センサの中間位置に立設される仕切部とを有し、該仕切部には前記底板部における第１の光センサの配置側を向く壁面に第３の光センサが配されると共に、第２の光センサの配置側を向く壁面に第４の光センサが配されることを特徴とする。
【００１３】
又、本発明に係る第２の日射方向検知装置は、第１の光センサ及び第２の光センサが配される底板部と、該底板部の表面上で第１の光センサ及び第２の光センサの中間位置に立設される仕切部とを有し、該仕切部には前記底板部における第１の光センサの配置側を向く壁面に第３の光センサが配されると共に、第２の光センサの配置側を向く壁面に第４の光センサが配され、前記底板部には第１の光センサ及び第２の光センサの並び方向に対して直交する方向に前記仕切部を挟んで第５の光センサ及び第６の光センサが配され、前記仕切部には前記底板部における第５の光センサの配置側を向く壁面に第７の光センサが配されると共に、第６の光センサの配置側を向く壁面に第８の光センサが配されることを特徴とする。
【００１４】
特に、以上のような装置において、仕切部の各壁面に配される各光センサが、光検出面を外側にして底板部の表面直角方向に対して傾斜状に配されることが好ましい。
【００１５】
又、仕切部には、該仕切部の各壁面に配される各光センサの上方で底板部の表面直角方向から該底板部に配される各光センサに太陽光が入射する領域を残して日除けが設けられることが好ましく、更には底板部の表面上に光透過性を有する防水カバーが設けられ、該防水カバー内に仕切部と該仕切部及び底板部に配した各光センサが収容されることが好ましい。
【００１６】
一方、本発明に係る太陽追尾システムは上記のような日射方向検知装置を備えたものであって、前記日射方向検知装置が一体として組み付けられる太陽エネルギー収集用モジュールと、該モジュールの水平面に対する傾斜角度を調整可能とする仰角変更手段と、前記モジュールを鉛直軸回りに旋回させる方位角変更手段と、前記日射方向検知装置における各光センサの出力に基づき前記仰角変更手段及び方位角変更手段の駆動制御を行って前記モジュールの表面側を日射方向に正対させる制御手段とを有して構成されることを特徴とする。
【００１７】
又、第１の日射方向検知装置を２つ備えた太陽追尾システムであって、前記日射方向検知装置が一体として組み付けられる太陽エネルギー収集用モジュールと、該モジュールの水平面に対する傾斜角度を調整可能とする仰角変更手段と、前記モジュールを鉛直軸回りに旋回させる方位角変更手段と、前記日射方向検知装置における各光センサの出力に基づき前記仰角変更手段及び方位角変更手段の駆動制御を行って前記モジュールの表面側を日射方向に正対させる制御手段とを有し、２つの日射方向検知装置は、それぞれ底板部の表面を前記モジュールの表面中心部を通る垂線に直角な面に平行させて互いに第１の光センサ及び第２の光センサの並び方向が直交する状態で前記モジュールに組み付けられると共に、一方の日射方向検知装置はその第１の光センサ及び第２の光センサの並び方向が前記モジュールの傾斜方向に沿って組み付けられ、前記制御手段は一方の日射方向検知装置における各光センサの出力に基づいて仰角変更手段の駆動制御を行うと共に、他方の日射方向検知装置における各光センサの出力に基づいて方位角変更手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
更に、第２の日射方向検知装置を備えた太陽追尾システムであって、前記日射方向検知装置が一体として組み付けられる太陽エネルギー収集用モジュールと、該モジュールの水平面に対する傾斜角度を調整可能とする仰角変更手段と、前記モジュールを鉛直軸回りに旋回させる方位角変更手段と、前記日射方向検知装置の出力信号に基づき前記仰角変更手段及び方位角変更手段の駆動制御を行って前記モジュールの表面側を日射方向に正対させる制御手段とを有し、前記日射方向検知装置は、底板部の表面を前記モジュールの表面中心部を通る垂線に直角な面と平行させて第１の光センサ及び第２の光センサの並び方向が前記モジュールの傾斜方向に沿う状態で前記モジュールに組み付けられ、前記制御手段は日射方向検知装置における第１〜第４の光センサの出力に基づいて仰角変更手段の駆動制御を行うと共に、第５〜第８の光センサの出力に基づいて方位角変更手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
特に、以上のような太陽追尾システムにおいて、太陽エネルギー収集用モジュールが太陽電池パネルであり、これにより発電された電気の一部を蓄える蓄電池を備え、その蓄電池が仰角変更手段、方位角変更手段、及び制御手段の動作用電源とされて成ることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の日射方向検知装置によれば、第１の光センサ及び第２の光センサが配される底板部と、該底板部の表面上で第１の光センサ及び第２の光センサの中間位置に立設される仕切部とを有し、該仕切部には底板部における第１の光センサの配置側を向く壁面に第３の光センサが配されると共に、第２の光センサの配置側を向く壁面に第４の光センサが配されることから、底板部に対して日射方向が僅かに傾いた場合でも、第１、第３の光センサと第２、第４の光センサと出力に大きな差が生ずるので、これに基づいて日射方向を精度良く検知することができる。
【００２１】
加えて、底板部には第１の光センサ及び第２の光センサの並び方向に対して直交する方向に仕切部を挟んで第５の光センサ及び第６の光センサが配され、仕切部には底板部における第５の光センサの配置側を向く壁面に第７の光センサが配されると共に、第６の光センサの配置側を向く壁面に第８の光センサが配されることから、一つの検知装置で太陽の方位と日射仰角を精度良く検知することができる。
【００２２】
特に、仕切部の各壁面に配される各光センサが、光検出面を外側にして底板部の表面直角方向に対して傾斜状に配されることから、底板部に対して日射方向が僅かに傾いている場合でも、仕切部に配した光センサによって微小な傾きを検知することができる。
【００２３】
又、仕切部には、該仕切部の各壁面に配される各光センサの上方で底板部の表面直角方向から該底板部に配される各光センサに太陽光が入射する領域を残して日除けが設けられることから、底板部に対して日射方向が僅かに傾いた場合、その反対側で仕切部に配された光センサに対する太陽光の入射を良好に遮って、仕切部の各光センサによる日射方向検知精度を上げることができる。
【００２４】
又、底板部の表面上に光透過性を有する防水カバーが設けられることから、各光センサに対する雨水や埃の付着を防止し、長期間に亘って高い日射方向検知精度を維持することができる。
【００２５】
一方、以上のような検知装置を備えた太陽追尾システムによれば、太陽エネルギー収集モジュールの表面側を常に日射方向に正対させて太陽エネルギーを効率よく収集することができる。
【００２６】
特に、太陽エネルギー収集用モジュールに太陽電池パネルを用いていることから、太陽光を効率よく収集しながら大きな電力を得ることができ、しかも太陽電池パネルで発電された電気の一部を蓄える蓄電池を備えていることから、これによりシステムの電力を賄いながら余った電力を電力会社に売却したり住宅に直接供給したりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る日射方向検知装置１を示した斜視図であり、図２にはその横断面を示す。図１、図２において、１１はアクリル樹脂などの透明板から成る長方形状の底板部であり、その表面中央部にはアルミ板などから成る遮光性の仕切部１２が直角に立てられる。尚、底板部１１は透明板に限らず、これを種々の材料から形成することができる。又、本例において、仕切部１２は底板部１１にネジ止めされるが、これを遮光性を有して底板部１１と一体成型することもでき、その形態も板状に限らず台形状の断面などを持つ所定厚の隔壁として差し支えない。
【００２８】
仕切部１２は所定の高さを有して底板部１１の表面側を２つの領域に区分するもので、これにより区分された底板部１１の表面には２つの光センサ１３Ａ，１３Ｂ（第１の光センサ及び第２の光センサ）が仕切部１２を挟んで配される。それら光センサ１３Ａ，１３Ｂは光検出面を外側にして支持板１４Ａ，１４Ｂに固設した光起電力型（太陽電池）で、支持板１４Ａ，１４Ｂは光センサ１３Ａ，１３Ｂの光検出面が底板部１１の表面に平行する状態で底板部１１に固定される。
【００２９】
又、底板部１１には、光センサ１３Ａ，１３Ｂを介して仕切部１２の両壁面に対向する一対の遮光板１５が立てられる。遮光板１５は遮光性を有したアルミ板などから成るもので、その高さは仕切部１２よりも低く設定されると共に、その内壁面は光の反射を防止するために黒色の塗料などによる艶消し塗装を施した吸光面１５Ａとされる。
【００３０】
一方、光センサ１３Ａ，１３Ｂの中間位置で底板部１１の表面に起立する仕切部１２の両壁面には、２つの光センサ１３Ｃ，１３Ｄ（第３の光センサ及び第４の光センサ）が背向かい状態で配される。このうち、一方の光センサ１３Ｃは底板部１１における光センサ１３Ａの配置側を向く壁面に配され、他方の光センサ１３Ｄは底板部１１における光センサ１３Ｂの配置側を向く壁面に配される。それら光センサ１３Ｃ，１３Ｄも光起電力型（太陽電池）で、これを固設した支持板１４Ｃ，１４Ｄが仕切部１２に対してネジ止めされている。
【００３１】
特に、光センサ１３Ｃ，１３Ｄは光検出面を外側にして仕切部１２の壁面及び底板部１１の表面直角方向に対して傾斜状に配されると共に、その傾斜角が角度調整手段により調整可能とされる。尚、本例において、係る角度調整手段は支持板１４Ｃ，１４Ｄを仕切部１２に固定するのに用いられる図示せぬボルト及びナットとされるが、これにはボルト／ナットに限らず種々の機構を適用することができる。又、仕切部１２の両壁面を傾斜面とし、これに沿って光センサ１３Ｃ，１３Ｄを固設するようにしてもよい。
【００３２】
そして、係る光センサ１３Ｃ，１３Ｄの上方で仕切部１２にはその両壁面より張り出す一対の日除け１６が突設される。日除け１６は遮光性を有したアルミ板などから成るもので、それらは底板部１１の表面直角方向から該底板部に配される各光センサ１３Ａ，１３Ｂに太陽光が入射する領域Ｓを残して設けられる。
【００３３】
更に、底板部１１の表面上には光透過性を有する防水カバー１７が設けられ、該防水カバー１７内に仕切部１２と各光センサ１３Ａ〜１３Ｄのほか、遮光板１５や日除け１６が収容される構成としてある。係る防止カバー１７はアクリル樹脂などの透明材料から形成されるアーチ型の構造物で、その両端は半円形の側板１８により密閉される。尚、側板１８には遮光性を付与することが好ましく、これにより光センサ１３Ａ〜１３Ｄに入射する光の方向を制限して日射方向の検知精度を上げることができる。
【００３４】
次に、図３は以上のような日射方向検知装置１を具備して構成される太陽追尾システムを示す。図３において、３０は太陽エネルギー収集用モジュールとして傾斜状に配される太陽電池パネルであり、係る太陽電池パネル３０は表面が所定の面積を有する平面状の受光面３１Ａとされる太陽電池３１と、これを保持する方形枠状のフレーム３２から構成される。フレーム３２はその傾斜方向上部に日射方向検知装置１を固設する台座部３３を有し、この台座部３３に２つの日射方向検知装置１（便宜上、一方の日射方向検知装置を１Ａ、他方の日射方向検知装置を１Ｂとする）を固設することにより、その両検知装置１Ａ，１Ｂが太陽電池パネル３０に一体として組み付けられる構成としてある。
【００３５】
両検知装置１Ａ，１Ｂはそれぞれ底板部１１の表面を、太陽電池パネル３０の表面中心部を通る垂線に対して直角な面（本例において太陽電池の受光面３１Ａ）に平行させて配されると共に、光センサ１３Ａ，１３Ｂの並び方向が互いに直交する状態で太陽電池パネルの上縁部に組み付けられる。
【００３６】
特に、図３及び図４から明らかなように、検知装置１Ａはその光センサ１３Ａ，１３Ｂの並び方向が太陽電池パネル３０の傾斜方向に沿って組み付けられ、検知装置１Ｂは検知装置１Ａに直交する向きで光センサ１３Ａ，１３Ｂの並び方向が太陽電池パネル３０の横幅方向に沿って組み付けられる。尚、受光面３１Ａに対する底板部１１の平行配置は、底板部１１を貫通する図示せぬ取付用ボルトにより微調整することができる。
【００３７】
又、図３において、３４は太陽電池パネルを支持する支柱であり、係る支柱３４はキャスター付の基台３５上に直立する固定軸部３４Ａとその上方に突出する回転軸部３４Ｂとで構成される。そして、固定軸部３４Ａに回転軸部３４Ｂを回転駆動するモータ３６を取り付けることにより、太陽電池パネル３０を鉛直軸（本例において支柱３４）回りに旋回させる方位角変更手段が構成される。尚、基台３５はキャスターを備えることに限らず、実際には地中に埋設されるコンクリート基礎、又は鉄骨などが基台とされる。
【００３８】
又、本例において、モータ３６の駆動軸と回転軸部３４Ｂは巻掛伝動装置により連結されるが、これを歯車伝動装置で連結したり、あるいは固定軸部３４Ａにモータ３６を内蔵してその駆動軸を回転軸部３４Ｂに直結するなどしてもよい。要するに、方位角変更手段としては、上記例に限らず太陽エネルギー収集用モジュール（本例において太陽電池パネル３０)を太陽の移動方向である東西方向に回動させ得る種々の機構を利用することができる。
【００３９】
ここで、回転軸部３４Ｂの上端には水平軸３７を支持する横架材３８が固設されると共に、太陽電池パネル３０の裏面には水平軸３７に結合するブラケット３９を取り付けて水平面に対する太陽電池パネル３０の傾斜角度αが調整可能とされる。そして、横架材３８とフレーム３２の上部とをネジ軸４０で連結すると共に、該ネジ軸４０の一端側にこれを回転駆動するモータ４１を配して太陽電池パネルの傾斜角度αを自動調整可能にする仰角変更手段が構成される。このような仰角変更手段によれば、モータ４１の駆動により太陽電池パネル３０を水平軸３７回りに揺動させて、太陽電池パネルの受光面３１Ａに対する垂線の方向を日射仰角βに一致させることができる。
【００４０】
尚、横架材３８にはモータ４１を固設するフラップ板４２が揺動自在に取り付けられ、そのフラップ板４２にネジ軸４０の一端が回転自在に支持されると共に、フレーム３２の上部にはネジ軸４０の先端部を螺入するナット４３が揺動自在に取り付けられるが、仰角変更手段としてはそのほか種々の機構を採用することができる。
【００４１】
又、図３において、基台３５上には検知装置１Ａ，１Ｂの出力に基づいて仰角変更手段と方位角変更手段との駆動源（モータ３６，４１）の駆動制御を行って太陽電池パネル３０の表面（受光面３１Ａ）側を日射方向に正対させる制御手段（制御部４４）が設けられる。
【００４２】
特に、係る制御部４４は、検知装置１Ａの出力（検知装置１Ａにおける各光センサ１３Ａ〜１３Ｄの出力電圧）に基づいて太陽電池パネル３０の傾斜角度αを調整するようモータ４１の駆動制御を行う一方、検知装置１Ｂの出力（検知装置１Ｂにおける各光センサ１３Ａ〜１３Ｄの出力電圧）に基づいて太陽電池パネル３０の方位角を調整するようモータ３６の駆動制御を行う。
【００４３】
図５は係る制御系のブロック図を示す。ここに、制御部４４には各検知装置１Ａ，１Ｂにおける光センサ１３Ａ，１３Ｃの合成出力電圧と光センサ１３Ｂ，１３Ｄの合成出力電圧が入力される。そして、本例によれば、制御部４４は比較演算回路を有して、検知装置１Ａにおける光センサ１３Ａ，１３Ｃの合成出力電圧と光センサ１３Ｂ，１３Ｄの合成出力電圧とを比較し、両者の合成出力電圧が均衡するよう仰角変更手段のモータ４１を駆動制御して太陽電池パネル３０の傾斜角度を調整する一方、検知装置１Ｂにおける光センサ１３Ａ，１３Ｃの合成出力電圧と光センサ１３Ｂ，１３Ｄの合成出力電圧とを比較し、両者の合成出力電圧が均衡するよう方位角変更手段のモータ３６を駆動制御して太陽電池パネル３０の方位を調整するのである。
【００４４】
尚、図３及び図５において、４５は制御部４４とモータ３６，４１の動作電源と成す蓄電池であり、係る蓄電池４５は基台３５上に装置され、これに太陽電池パネル３０で発電された電気の一部がチャージコントローラ４６を介して蓄えるようにしてある。但し、係る蓄電池４５を省略して商用電源から所要電力を得るようにしてもよい。又、太陽電池パネル３０で発電された電気の大部分はインバータ４７で交流に変換された後、住宅用として分電盤４８に供給され、余剰電力が電力会社に売電されるが、その全てを電力会社に売電したり、特定の住宅に直接供給するようにしてもよい。
【００４５】
ところで、図６のように各検知装置１Ａ，１Ｂにおける光センサ１３Ａ，１３Ｂの光検出面に対して太陽光が直角に入射する場合、光センサ１３Ａ，１３Ｃの合成出力電圧と光センサ１３Ｂ，１３Ｄの合成出力電圧とは均衡するのであり、このため図３に示したモータ３６，４１は停止状態とされる。
【００４６】
又、太陽の方位及び仰角が変化して、例えば図７のように各検知装置１Ａ，１Ｂにおける光センサ１３Ａ，１３Ｃ側から太陽光が入射（本例において入射角８５度）した場合、光センサ１３Ａ，１３Ｃの合成出力電圧が光センサ１３Ｂ，１３Ｄの合成出力電圧よりも大きくなるのであり、このため両者の合成出力電圧が均衡する方向にモータ３６，４１を駆動制御することにより、太陽電池パネル３０の受光面を日射方向に正対させることができる。
【００４７】
尚、光センサ１３Ａ，１３Ｂだけでは、図７のような場合に光センサ１３Ａ，１３Ｂに入射する太陽光が同等となるので、光センサ１３Ａ，１３Ｂの出力電圧の差から日射方向を正確に検知することはできない。又、図７の状態において、日除け１６は光センサ１３Ｄに入射する太陽光を完全に遮蔽し、遮光板１５は日射方向以外からの外乱光の入射を防止しながら内壁面における太陽光の反射を防止するよう作用する。このため、本例によれば、太陽光の入射角度が僅かに傾いている場合でも、光センサ１３Ａ，１３Ｃの合成出力電圧と光センサ１３Ｂ，１３Ｄの合成出力電圧との差を大きくして日射方向を誤差なく正確に検知することができる。又、遮光板１５や日除け１６を設けた構成によれば、曇天、雨天時などにおける外乱光の入射を遮って太陽電池パネル３０が迷走することを防止できる。
【００４８】
因みに、日除け１６を省略して光センサ１３Ｃ，１３Ｄを光センサ１３Ａ，１３Ｂに直交する向きに配置した場合には、光センサ１３Ａ，１３Ｂに対して太陽光が稍傾いて入射した場合でも、光センサ１３Ａ，１３Ｃの合成出力電圧と光センサ１３Ｂ，１３Ｄの合成出力電圧に大差が生じないので日射方向を正確に検知することが難しくなる。よって、検知装置１Ａ，１Ｂは光センサ１３Ｃ，１３Ｄを底板部１１の表面直角方向に対して傾斜させながら、その上方で仕切部１２に日除け１６を配する構成が最も好ましい。
【００４９】
但し、以上のような太陽追尾システムにおいて、検知装置１Ａ，１Ｂの一方を省略し、一つの検知装置１における光センサ１３Ａ，１３Ｂの合成出力電圧が最大となるよう仰角変更手段を駆動制御すると共に、同検知装置１における光センサ１３Ｃ，１３Ｄの合成出力電圧が最大となるよう方位角変更手段を駆動制御する構成とすることもできる。又、一つの検知装置１のみの出力に基づいて仰角変更手段又は方位角変更手段を制御して、太陽をその仰角（高さ方向）又は方位（東西方向）だけで追尾するような使用態様としてもよい。
【００５０】
次に、図８は日射方向検知装置の変更例を示した平面図であり、図９には同検知装置２を部分的に省略した側面を示す。尚、係る検知装置２は２つの検知装置１を一体化したような構成とされる。
【００５１】
図８、図９において、２１はアクリル樹脂などの透明板から成る円形の底板部であり、その表面中央部にはアルミ板などから成る４つの壁面をもつ横断面正方形状の遮光性を有した仕切部２２が直角に立てられる。尚、底板部２１は透明板に限らず、これを種々の材料から形成することができる。又、本例において、仕切部２２は底板部２１にネジ止めされる角柱体であるが、これを遮光性を有して底板部２１と一体成型することもでき、その形態も縦断面台形状として差し支えない。
【００５２】
そして、底板部２１の表面には２つの光センサ２３Ａ，２３Ｂ（第１の光センサ及び第２の光センサ）が仕切部２２を挟んで配される一方、光センサ２３Ａ，２３Ｂの中間位置で底板部２１の表面に起立する仕切部２２の相対向する壁面には、２つの光センサ２３Ｃ，２３Ｄ（第３の光センサ及び第４の光センサ）が背向かい状態で配される。特に、光センサ２３Ｃは底板部２１における光センサ２３Ａの配置側を向く壁面に配され、光センサ２３Ｄは底板部２１における光センサ２３Ｂの配置側を向く壁面に配される。
【００５３】
又、底板部２１の表面には光センサ２３Ａ，２３Ｂの並び方向に対して直交する方向に２つの光センサ２３Ｅ，２３Ｆ（第５の光センサ及び第６の光センサ）が仕切部２２を挟んで配される一方、光センサ２３Ｅ，２３Ｆの中間位置で底板部２１の表面に起立する仕切部２２の相対向する壁面には、２つの光センサ２３Ｇ，２３Ｈが背向かい状態で配される。特に、光センサ２３Ｇは底板部２１における光センサ２３Ｅの配置側を向く壁面に配され、光センサ２３Ｈは底板部２１における光センサ２３Ｆの配置側を向く壁面に配される。
【００５４】
ここで、底板部２１に配される光センサ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｅ，２３Ｆは光検出面を外側にして支持板２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｅ，２４Ｆに固設した光起電力型（太陽電池）で、支持板２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｅ，２４Ｆは光センサ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｅ，２３Ｆの光検出面が底板部２１の表面に平行する状態で底板部２１に固定される。
【００５５】
更に、底板部２１には、光センサ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｅ，２３Ｆを介して仕切部２２の各壁面に対向する４つの遮光板２５が立てられる。遮光板２５は遮光性を有したアルミ板などから成るもので、その高さは仕切部２２よりも低く設定されると共に、その内壁面は光の反射を防止するために黒色の塗料などによる艶消し塗装を施した吸光面２５Ａとされる。
【００５６】
一方、仕切部２２の各壁面に配される光センサ２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｇ，２３Ｈも光起電力型（太陽電池）で、これを固設した支持板２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｇ，２４Ｈ（２４Ｈは不図示）が仕切部２２に対してネジ止めされている。
【００５７】
特に、光センサ２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｇ，２３Ｈは、光検出面を外側にして仕切部２２の壁面及び底板部２１の表面直角方向に対して傾斜状に配されると共に、その傾斜角が角度調整手段により調整可能とされる。尚、本例において、係る角度調整手段は支持板２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｇ，２４Ｈを仕切部２２に固定するのに用いられる図示せぬボルト及びナットとされるが、これにはボルト／ナットに限らず種々の機構を適用できる。又、仕切部２２の各壁面を傾斜面とし、これに沿って光センサ２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｇ，２３Ｈを固設するようにしてもよい。
【００５８】
そして、係る光センサ２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｇ，２３Ｈの上方で仕切部２２にはその各壁面より張り出す日除け２６が突設される。日除け２６は遮光性を有したアルミ板などから成るもので、それらは底板部２１の表面直角方向から該底板部に配される各光センサ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｅ，２３Ｆに太陽光が入射する領域Ｓを残して設けられる。
【００５９】
更に、底板部２１の表面上には光透過性を有する防水カバー２７が設けられる。係る防止カバー２７はアクリル樹脂などの透明材料から形成される半球状の構造物であり、該防水カバー２７内に仕切部２２と各光センサ２３Ａ〜２３Ｈのほか、遮光板２５や日除け２６が収容される構成としてある。尚、本例の検知装置２では、底板部２１に光センサ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｅ，２３Ｆを挟む射光性の側壁板２８が立てられ、その側壁板２８と仕切部２２と遮光板２５により光センサ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｅ，２３Ｆが個別に四方を包囲されると共に、その側壁板２８も防水カバー２７内に収容される構成となっている。
【００６０】
次に、以上のような日射方向検知装置２の使用例について説明すると、係る検知装置２はその一つを検知装置１Ａ，１Ｂに代えて図３の台座部３３に固設することにより上記例と同様の作用効果を示す太陽追尾システムを構成する。
【００６１】
尚、係る検知装置２は、底板部２１を図３における太陽電池パネルの表面中心部を通る垂線に対して直角な面（本例において太陽電池の受光面３１Ａ）に平行させると共に、光センサ２３Ａ，２３Ｂの並び方向が太陽電池パネル３０の傾斜方向に沿う状態（光センサ２３Ｅ，２３Ｆの並び方向は太陽電池パネル３０の横幅方向に沿う状態）で太陽電池パネル３０の上縁部（台座部３３）に一体的に組み付けられるのであり、係る検知装置２を除く太陽追尾システムの構成は上記例と同様である。
【００６２】
但し、検知装置２を備えた太陽追尾システムにおいて、制御部４４は光センサ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄの出力（出力電圧）に基づいて太陽電池パネル３０の傾斜角度を調整するようモータ４１の駆動制御を行う一方、光センサ２３Ｅ，２３Ｆ，２３Ｇ，２３Ｈの出力（出力電圧）に基づいて太陽電池パネル３０の方位角を調整するようモータ３６の駆動制御を行う。
【００６３】
図１０は係る制御系のブロック図を示す。尚、図１０において、図５と変更なき部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。ここに、制御部４４には検知装置２における光センサ２３Ａ，２３Ｃの合成出力電圧、光センサ２３Ｂ，２３Ｄの合成出力電圧、光センサ２３Ｅ，２３Ｇの合成出力電圧、及び光センサ２３Ｆ，２３Ｈの合成出力電圧が入力される。そして、本例によれば、制御部４４は比較演算回路を有して、検知装置２における光センサ２３Ａ，２３Ｃの合成出力電圧と光センサ２３Ｂ，２３Ｄの合成出力電圧とを比較し、両者の合成出力電圧が均衡するよう仰角変更手段のモータ４１を駆動制御して太陽電池パネル３０の傾斜角度αを調整する一方、光センサ２３Ｅ，２３Ｇの合成出力電圧と光センサ２３Ｆ，２３Ｈの合成出力電圧とを比較し、両者の合成出力電圧が均衡するよう方位角変更手段のモータ３６を駆動制御して太陽電池パネル３０の方位を調整するのである。
【００６４】
ところで、係る検知装置２でも光センサ２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｅ，２３Ｆの光検出面に対して太陽光が直角に入射する場合、光センサ２３Ａ，２３Ｃの合成出力電圧と光センサ２３Ｂ，２３Ｄの合成出力電圧、及び光センサ２３Ｅ，２３Ｇの合成出力電圧と光センサ２３Ｆ，２３Ｈの合成出力電圧とは均衡するのであり、このためモータ３６，４１は停止状態とされる。
【００６５】
又、太陽の仰角及び方位が変化して、例えば光センサ２３Ａ，２３Ｃ及び光センサ２３Ｅ，２３Ｇ側から太陽光が入射した場合、光センサ２３Ａ，２３Ｃの合成出力電圧が光センサ２３Ｂ，２３Ｄの合成出力電圧よりも大きくなり、且つ光センサ２３Ｅ，２３Ｇの合成出力電圧が光センサ２３Ｆ，２３Ｈの合成出力電圧よりも大きくなるのであり、このため光センサ２３Ａ，２３Ｃの合成出力電圧と光センサ２３Ｂ，２３Ｄの合成出力電圧が均衡する方向にモータ４１を駆動制御すると共に、光センサ２３Ｅ，２３Ｇの合成出力電圧と光センサ２３Ｆ，２３Ｈの合成出力電圧が均衡する方向にモータ３６を駆動制御することにより、太陽電池パネルの受光面３１Ａを日射方向に正対させることができる。
【００６６】
尚、係る検知装置２でも検知装置１Ａ，１Ｂと同様の理由から、光センサ２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｇ，２３Ｈを底板部２１の表面直角方向に対して傾斜させながら、その上方で仕切部２２に日除け２６を配する構成が最も好ましい。
【００６７】
以上、本発明ついて説明したが、光センサ１３Ａ〜１３Ｄ、２３Ａ〜２３Ｈは太陽電池などの光起電力型に限らず、光電子放出型や光導電型などを利用することもできる。
【００６８】
又、太陽エネルギー収集用モジュールは上記のような太陽電池パネルに限らず、これに温水器などの太陽熱集熱パネルや、図１１に示すようなパラボラ形の反射鏡５１を有する集熱集光装置５０を用いても良い。尚、図１１において反射鏡５１の表面は凹面状の反射用受光面５１Ａとされ、その曲率中心に熱電変換器又は光電変換器５２が配される構成とされるが、図１１のような太陽エネルギー収集用モジュールの場合、その傾斜角度αは反射鏡５１の中心点における接触平面の傾きをいう。
【００６９】
更に、上記例の太陽追尾システムには積雪センサと風速センサが設けられ、積雪センサにより所定量の積雪が検知されたときに太陽エネルギー収集モジュールが起立される一方、風速センサにより所定レベルの風速が検知されたときには太陽エネルギー収集用モジュールが水平状態となるよう制御されるが、本発明はこのような機能は備えることを要件とするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る日射方向検知装置を示す斜視図
【図２】同検知装置の横断面図
【図３】本発明に係る太陽追尾システムの構成例を示す説明図
【図４】太陽電池パネルの一部をその表面直角方向から見た部分拡大図
【図５】太陽追尾システムの制御系を示すブロック図
【図６】本発明に係る検知装置の作用説明図（太陽光直入時）
【図７】本発明に係る検知装置の作用説明図（太陽光斜入時）
【図８】発明に係る他の検知装置を示す平面図
【図９】図８の検知装置を部分的に省略して示した側面図
【図１０】本発明に係る太陽追尾システムの制御系を示すブロック図
【図１１】太陽エネルギー収集用モジュールの変更例を示す側面概略図
【図１２】従来装置の作用説明図
【図１３】従来装置の作用説明図
【符号の説明】
【００７１】
１，２  日射方向検知装置
１１，２１  底板部
１２，２２  仕切部
１３Ａ〜１３Ｄ，２３Ａ〜２３Ｈ  光センサ
１５，２５  遮光板
１６，２６  日除け
１７，２７  防水カバー
３０  太陽電池パネル（太陽エネルギー収集用モジュール）
３１  太陽電池
３１Ａ  受光面
３２  フレーム
３３  台座部
３４  支柱
３６  モータ（方位角変更手段の駆動源）
４０  ネジ軸
４１  モータ（仰角変更手段の駆動源）
４４  制御部
４５  蓄電池
【図１】
2006114634.tif 000003
【図２】
2006114634.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006114634.tif 000006
【図５】
2006114634.tif 000007
【図６】
2006114634.tif 000008
【図７】
2006114634.tif 000009
【図８】
2006114634.tif 000010
【図９】
2006114634.tif 000011
【図１０】
2006114634.tif 000012
【図１１】
2006114634.tif 000013
【図１２】
2006114634.tif 000014
【図１３】
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