(57)【要約】【課題】  追跡が簡単で、収集の効率が向上した太陽エネルギー位置合わせ及び収集システムを提供する。【解決手段】  太陽エネルギー位置合わせ及び収集システムは、各々が、受け取った光エネルギーに基づいてエネルギー出力を生成する、中心に焦点がある少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバを含む。作動システムは、少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバに作動可能に接続され、かつ、太陽エネルギー・レシーバを少なくとも１つの軸に沿ってシフトさせるように構成及び配置される。太陽エネルギー・レシーバ及び作動システムに作動可能に接続された制御システムが、各々の太陽エネルギー・レシーバのエネルギー出力を検出し、作動システムを少なくとも１つの軸に沿ってシフトさせ、太陽エネルギーが中心の焦点に向くようにする。太陽エネルギーが中央焦点に向けられると、各々の太陽エネルギー・レシーバのエネルギー出力が実質的に等しくなる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が、受け取った光エネルギーに基づいてエネルギー出力を生成する、中心に焦点がある少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバと、
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバに作動可能に結合され、かつ、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバを少なくとも１つの軸に沿ってシフトさせるように構成及び配置された、作動システムと、
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバ及び前記作動システムに作動可能に接続され、かつ、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの各々のエネルギー出力を検出し、前記作動システムを前記少なくとも１つの軸に沿ってシフトさせて、太陽エネルギーを前記中心の焦点に向ける制御システムであって、前記太陽エネルギーが前記中心の焦点に向けられると、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの各々のエネルギー出力は実質的に同じになる、制御システムと、
を含む太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム。
【請求項２】
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバに作動可能に結合され、かつ、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの各々からエネルギー出力を受け取り、貯蔵するエネルギー貯蔵システムをさらに含む、請求項１に記載の太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム。
【請求項３】
前記作動システムは、第１のアクチュエータと、第２のアクチュエータとを含み、前記第１アクチュエータは、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバを第１の軸に沿ってシフトさせるように構成及び配置され、前記第２アクチュエータは、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバを第２の軸に沿ってシフトさせるように構成及び配置され、前記第１の軸は前記第２の軸に対して実質的に垂直である、請求項１に記載の太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム。
【請求項４】
前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの各々は、電気機械ソレノイドを含む、請求項３に記載の太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム。
【請求項５】
前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの少なくとも１つは、電気モータ及びギア・アセンブリ、油圧アクチュエータ、及び空気圧アクチュエータのうちの１つを含む、請求項３に記載の太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム。
【請求項６】
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバは、少なくとも４つの太陽エネルギー・レシーバを含む、請求項１に記載の太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム
【請求項７】
前記少なくとも４つの太陽エネルギー・レシーバは、４象限パターンで配置される、請求項６に記載の太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム。
【請求項８】
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの各々は太陽電池である、請求項１に記載の太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム。
【請求項９】
前記太陽電池は、３重接合型太陽集光器セルである、請求項８に記載の太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム。
【請求項１０】
前記コントローラは、デジタル・アナログ変換器及びアナログ・デジタル変換器の少なくとも一方を有する、請求項１に記載の太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム
【請求項１１】
太陽エネルギーを追跡し、収集する方法であって、
少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバ上に太陽エネルギーを受け取ることと、
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの各々からのエネルギー出力を測定することと、
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの１つからのエネルギー出力を前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの別のものからのエネルギー出力と比較することと、
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの前記１つからのエネルギー出力が、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの別のものからのものと実質的に等しくなるまで、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバをシフトさせることと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの各々からのエネルギー出力の一部を貯蔵することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバをシフトさせることは、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバを第１の軸及び第２の軸に沿って動かすことを含み、前記第１の軸は前記第２の軸に実質的に垂直である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバをシフトさせることは、中心に焦点がある４象限パターンで配置された少なくとも４つの太陽エネルギー・レシーバを、前記太陽エネルギーが前記中心の焦点に当たるまで、前記第１の軸及び前記第２の軸に沿ってシフトさせることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバをシフトさせるために、電気機械装置を作動させることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバをシフトさせるために、電気モータ及びギア・システム、油圧アクチュエータ、及び空気圧アクチュエータのうちの１つを作動させることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバ上に太陽エネルギーの受け取ることは、少なくとも２つの光電池上に太陽エネルギーを受け取ることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの光電池上に太陽エネルギーを受け取ることは、少なくとも２つの３重接合型太陽集光器セル上に太陽エネルギーを受け取ることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
太陽集光器を太陽と位置合わせするためのシステムであって、前記システムは、
中央処理装置（ＣＰＵ）を含み、前記ＣＰＵは、前記ＣＰＵによって実行されるとき、前記システムに、
少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバ上に太陽エネルギーを受け取らせ、
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの各々からのエネルギー出力を測定させ、
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの１つからのエネルギー出力を前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの別のものからのエネルギー出力と比較させ、
前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの前記１つからのエネルギー出力が、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの別のものからのものと実質的に等しくなるまで、前記少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバをシフトさせる、
１組の命令が格納される少なくとも１つのメモリ・デバイスに、システム・バスを介して機能的に相互接続される、システム。
【請求項２０】
前記命令の組は、前記ＣＰＵによって実行されるとき、前記システムに、
中心に焦点がある４象限パターンで配置された少なくとも４つの太陽エネルギー・レシーバを、前記太陽エネルギーが前記中心の焦点に当たるまで、前記第１の軸及び前記第２の軸に沿ってシフトさせる、請求項１９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽集光器システムに関し、より具体的には、太陽集光器システムのための位置合わせ（alignment）及び収集に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、一般的に、２つのカテゴリー、すなわち固定位置型フラットパネル・システム及び追跡型太陽光収集システムの２つのカテゴリーに分類される。固定位置型フラットパネル・システムは、視界に太陽を遮るものがない領域内に配置された１つ又は複数の固定パネルを用いる。地球が自転するにつれて、太陽光線は、地理的位置、一日のうちの時刻、及び一年のうちの時期に応じて様々な程度の強度で固定パネルの上を動いていく。対照的に、追跡型太陽光収集システムは、太陽光線を１つ又は複数のソーラパネルの上に集光し合焦させる。追跡型太陽集光器は、エネルギー収集を高めるために、太陽の見掛けの経路に従う追跡システムを用いる。簡単に言えば、固定位置型フラットパネル・システムは、受動的な太陽光収集システムを表し、追跡型太陽集光器システムは、より能動的なエネルギー収集システムを表す。
【０００３】
太陽集光器のための追跡システムは、複雑なコンピュータ及び衛星（ＧＰＳ）追跡からフォトダイオードの使用に至るまで、様々な形態をとる。ＧＰＳ追跡は、地上の特定の位置を定め、その位置を一日のうちの所定の既知の時刻における太陽の位置と関連付けることに依存している。より多くの従来のシステムは、フォトダイオードを用いる補助的な位置合わせセンサを利用する。フォトダイオードは、太陽を追跡するために、差動式検出パラメータに依存する。つまり、１つ又は複数のフォトダイオード・セルが太陽光線に曝される。太陽光線がフォトダイオードに当たり、コントローラが、例えば、各フォトダイオード・セルによって生成された電圧の量を判断する。次いで、コントローラは、各セルからの電圧が実質的に同じになるまで、複数のフォトダイオード・セルを配向する。この時点で、オフセット量が計算され、太陽集光器が所望の向きに配向される。オフセット量は、太陽集光器とフォトダイオードとの間の距離を表す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
オフセット量を計算する必要性により、追跡の複雑さが増し、収集の効率が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によれば、太陽集光システムは、各々が受け取った光エネルギーに基づいてエネルギー出力を生成する、中心に焦点がある少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバを含む。作動システムが、少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバに作動可能に結合される。この作動システムは、少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバを少なくとも１つの軸に沿ってシフトさせるように構成及び配置される。制御システムが、少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバ及び作動システムに作動可能に接続される。この制御システムは、少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの各々のエネルギー出力を検出し、作動システムを少なくとも１つの軸に沿ってシフトさせて、太陽エネルギーを中心の焦点に向ける。太陽エネルギーが中心の焦点に向けられると、少なくとも２つの太陽エネルギー・レシーバの各々のエネルギー出力は実質的に等しくなる。
【０００６】
太陽エネルギー・レシーバを太陽と位置合わせするための方法及びシステムも、本明細書において説明され、特許請求される。
【０００７】
付加的な特徴及び利点が、本発明の技術を通して実現される。本発明の他の実施形態及び態様は、本明細書において詳細に説明され、特許請求される本発明の一部分であると見なされる。利点及び特徴を有する本発明をより良く理解するために、説明及び図面を参照する。
【０００８】
本発明と考えられる主題は、本明細書の最後にある特許請求の範囲において具体的に示され、明確に特許請求される。本発明の前述及び他の目的、特徴並びに利点は、添付の図面と併せて説明される以下の詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】太陽エネルギーが、焦点から離れた位置において太陽エネルギー・レシーバに当たることを示す、例示的な実施形態による、中心に焦点がある複数の太陽エネルギー・レシーバを含む太陽エネルギー位置合わせ及び収集システムの概略図である。
【図２】太陽光位置合わせシステムが、太陽エネルギー・レシーバをシフトさせて、太陽エネルギーを太陽エネルギー・レシーバの焦点に位置させることを示す、例示的な実施形態による、太陽エネルギー位置合わせ及び収集システムの概略図である。
【図３】太陽エネルギー・レシーバが、太陽エネルギーを焦点に位置合わせする位置にシフトされたことを示す、例示的な実施形態による、太陽エネルギー位置合わせ及び収集システムの概略図である。
【図４】例示的な実施形態による、太陽集光器位置合わせシステムに接続された汎用コンピュータのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここで図１を参照すると、例示的な実施形態に従って構築された太陽エネルギー位置合わせ及び収集システムが、全体的に２で示される。太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム２は、アレイ状に配置された複数の太陽エネルギー・レシーバ６−９が上に取り付けられたベース部材４を含む。例示的な実施形態によると、太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム２は、４つの太陽エネルギー・レシーバを含むが、レシーバの数は、本発明の範囲から逸脱することなく変化し得る。更に別の例示的な実施形態によると、太陽エネルギー・レシーバ６−９は、４象限パターンで配置された、光電池のような３重接合型太陽電池の形態をとる。太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム２は、太陽エネルギー・レシーバ６−９のアレイに作動可能に結合された第１のアクチュエータ２４及び第２のアクチュエータ２５を有する作動システム２０をさらに含む。第１のアクチュエータ２４及び第２のアクチュエータ２５は、各々のアクチュエータ２４、２５を、第１及び第２の垂直軸の対応するものに沿ってシフトさせるように構成された電子機械システムの形態をとる。勿論、アクチュエータ２４及び２５は、電気モータ及びギア・アセンブリ、油圧アクチュエータ、及び／又は圧電素子のような様々な形をとり得ることを理解すべきである。さらに図１に示すように、太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム２は、コンピュータとして動作するアナログ・デジタル（Ａ−Ｄ）変換器４２及びデジタル・アナログ（Ｄ−Ａ）変換器４４を有する位置合わせコントローラ４０を含む。最後に、太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム２は、下記により十分に述べられるように、太陽エネルギー・レシーバ６−９が受け取った光エネルギーから変換された電気エネルギーを受け取り、貯蔵するエネルギー貯蔵システム５０を含む。
【００１１】
位置合わせコントローラ４０は、信号ライン６０−６３を介して、複数の太陽エネルギー・レシーバ６−９の各々に作動可能に接続される。位置合わせコントローラ４０はまた、対応する制御ライン６５及び５５を介して各アクチュエータ２４、２５にも電気的に接続される。この構成により、コントローラ４０は、太陽に対する太陽エネルギー・レシーバ６−９の最適な位置を判断し、太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム２の最適な位置合わせを保証する。より具体的には、位置合わせコントローラ４０により、太陽からの放射強度が太陽エネルギー・レシーバ６−９のアレイの重心に集まることが保証される。その目的のために、位置合わせコントローラ４０は、太陽エネルギー・レシーバ６−９の各々からのエネルギー出力を監視する。
【００１２】
各太陽エネルギー・レシーバからのエネルギー出力を評価して、複数の太陽エネルギー・レシーバ６−９のいずれか１つが太陽エネルギー・レシーバ６−９の他のものより多くのエネルギーを出力しているかどうかを判断する。例示的な実施形態の１つの様態によると、ホール効果センサを用いる電流検出デバイスを用いて、電流フローに比例する電気的に絶縁された電圧出力を提供する。ホール効果センサは、抵抗が非常に低いため、太陽エネルギー・レシーバ６−９からの電流フローの妨げにはならない。つまり、図１に示すように、太陽エネルギーが、例えば、図１に示すような太陽エネルギー・レシーバ６に集まるイベントにおいては、太陽エネルギー・レシーバ６からのエネルギー出力は、太陽エネルギー・レシーバ７−９からのエネルギー出力よりも高くなる。位置合わせコントローラ４０は、各々のセルからのエネルギー出力の偏りを評価し、次にアクチュエータ２４及び／又は２５を選択的に作動させて、太陽エネルギー・レシーバ６−９のアレイをシフトさせ、太陽放射の強度を重心に再調整し、均衡のとれたエネルギー出力を達成する。エネルギー出力の均衡化を開始するために、位置合わせコントローラ４０は、アクチュエータ２４及び２５を作動させて、ベース部材４を対応する第１及び第２の軸に沿ってシフトさせ、図２に示すように、太陽エネルギー・レシーバ６−９に当たる太陽エネルギーを中心に集める。ベース部材４が移行する際、位置合わせコントローラ４０は、各太陽エネルギー・レシーバ６−９からのエネルギー出力を監視し続ける。位置合わせコントローラ４０は、太陽エネルギーが、図３に示されるように、太陽エネルギー・レシーバ６−９の重心（１つずつは表記されていない）に集まるまで、各太陽エネルギー・レシーバ６−９からのエネルギー出力の判断及び比較を続ける。太陽エネルギーが太陽エネルギー・レシーバ６−９の重心に集まると、各太陽エネルギー・レシーバ６−９からのエネルギー出力が実質的に同じになる。太陽エネルギー・レシーバ６−９が完全に位置決めされず、電力を生成しない場合、エネルギー出力の一部を貯蔵して、追跡システムに電力を供給するのを助けることができる。例示的な貯蔵装置は、バッテリ及びフライホイール貯蔵装置を含むことができる。
【００１３】
この構成を用いて、エネルギー生成を高めるために、例示的な実施形態は、太陽光を受け取るセルを、太陽からの太陽エネルギーと正確に位置合わせするシステムを提供する。特に、集光型太陽エネルギー収集システムを用いる場合、太陽エネルギー集光器を太陽光線と正確に位置合わせすることにより、エネルギー収集が向上する。さらに、太陽エネルギー追跡機能又は位置合わせ機能を、エネルギー生成のために用いられる同じ太陽電池／レシーバと組み合わせることにより、位置合わせを計算するための補助センサに対する必要性がなくなる。このように、例示的な実施形態は、システム全体のコストを低減し、位置合わせ誤差の一因となるオフセット量又は他の要因を計算する必要性を排除する。
【００１４】
本明細書に記載される太陽エネルギー・レシーバを太陽光と位置合わせする方法はまた、図４の４００で示されるような汎用コンピュータを用いて実施することもでき、この方法は、汎用コンピュータ４００によって用いるための、リムーバブル媒体又はハード媒体上の１組の命令としてコード化することができる。図４において、コンピュータ・システム４００は、少なくとも１つのマイクロプロセッサ又は中央処理装置（ＣＰＵ）４０５を有する。ＣＰＵ４０５は、システム・バス４１０を介して、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）４１５と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）４２０と、リムーバブル・データ及び／又はプログラム記憶装置４３０並びに大容量データ及び／又はプログラム記憶装置４３５を接続するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ４２５と、キーボード４４５及びマウス４５０を接続するためのユーザ・インターフェース・アダプタ４４０と、データ・ポート４６０を接続するためのポート・アダプタ４５５と、ディスプレイ装置４７０を接続するためのディスプレイ・アダプタ４６５と、第１及び第２のアクチュエータをシフトさせて太陽エネルギー・レシーバ６−９を太陽からの太陽光線と位置合わせするように構成及び配置された位置合わせコントローラ４０と、に相互接続される。
【００１５】
ＲＯＭ４２０は、コンピュータ・システム４００のための基本オペレーティング・システムを収容する。当技術分野において周知のように、オペレーティング・システムは、代替的に、ＲＡＭ４１５又は他の場所にあってもよい。リムーバブル・データ及び／又はプログラム記憶装置４３０の例は、フロッピー・ドライブ及びテープ・ドライブなどの磁気媒体と、ＣＤ  ＲＯＭドライブなどの光媒体とを含む。大容量データ及び／又はプログラム記憶装置４３５の例は、ハードディスク・ドライブと、フラッシュ・メモリなどの不揮発性メモリとを含む。キーボード４４５及びマウス４５０に加えて、トラックボール、書き込みタブレット、圧力パッド、マイクロフォン、ライトペン、及び位置検出スクリーン・ディスプレイといった他のユーザ入力装置をユーザ・インターフェース４４０に接続することができる。ディスプレイ装置の例は、陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイと、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）とを含む。
【００１６】
本発明の実施を簡略化するために、当業者により、適切なアプリケーション・インターフェースを有するコンピュータ・プログラムを作成し、システム或いはデータ及び／又はプログラム記憶装置に格納することができる。動作にあたっては、本発明を実行するための情報又はそのために作成されたコンピュータ・プログラムは、適切なリムーバブル・データ及び／又はプログラム記憶装置４３０にロードされるか、データ・ポート４６０を介して与えられるか、又はキーボード４４５を用いてタイプ入力される。
【００１７】
本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明する目的だけのためのものであり、本発明を限定することを意図したものではない。本明細書において用いられる場合、文脈から明らかにそうでないことが示されていない限り、単数形「ａ」「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、複数形も同様に含むことが意図される。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、この明細書において使用される場合、言明された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又はコンポーネントの存在を特定するものではあるが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことが、さらに理解されるであろう。
【００１８】
本発明の説明は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、網羅的であること又は開示された形式の発明に限定することを意図するものではない。本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、当業者には、多くの修正及び変形が明らかであろう。実施形態は、本発明の原理及び実際の適用を最も良く説明するために、及び、当業者以外であっても、考えられる特定の用途に適合するような種々の修正を伴う種々の実施形態について本発明を理解することを可能にするように、選択され、説明されたものである。
【００１９】
好ましい実施形態が説明されたが、当業者であれば、現在においても将来においても、以下の特許請求の範囲内に含まれる種々の改良及び向上をなし得ることが理解されるであろう。これらの特許請求の範囲は、最初に説明された本発明に関する適切な保護を維持するように解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００２０】
２：太陽エネルギー位置合わせ及び収集システム
４：ベース部材
６、７、８、９：太陽エネルギー・レシーバ
２０：作動システム
２４、２５：アクチュエータ
４０：位置合わせコントローラ
４２：アナログ・デジタル（Ａ−Ｄ）変換器
４４：デジタル・アナログ（Ｄ−Ａ）変換器
５０：エネルギー貯蔵システム
５５、６５：制御ライン
６０、６１、６２、６３：信号ライン
【図１】
2011109103.tif 000003
【図２】
2011109103.tif 000004
【図３】
2011109103.tif 000005
【図４】
2011109103.tif 000006