(57)【要約】  光トラッキングセンサ（light tracking sensor）及びその太陽光トラッキングシステムにおいて、光トラッキングセンサは二つ以上の光学チューブ装置を備え、各光学チューブ(light tube)装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホール（single point micro hole）であり、該シングルポイントマイクロホールは方向光の入射口とし、各光学チューブ装置の他端は方向光の出射口とし、それぞれに感光ユニットを設ける。該光トラッキングセンサを備える以外に、更に差分処理ユニットと、Ａ／Ｄユニットと、マイクロプロセッサーユニットと、駆動ユニット及び前記駆動ユニットの出力ポートにより駆動の実行ユニットを備えて太陽光トラッキングシステムを構成する。感光ユニットに採用した複数の光学チューブ装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホールであり且つマイクロホールの周囲表面が凸曲面であるため、太陽光トラッキングシステムが従来の構造に対して更に簡単で、集積性を向上する。また、ソフトウェアとマッチして、速くて精確な太陽光トラッキングを実現できる上に、トラッキング精度に関しては、外部環境の影響をあまり受けることがない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光トラッキングセンサにおいて、二つ以上の光学チューブ装置を備え、各光学チューブ装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホールであり、該シングルポイントマイクロホールは方向光の入射口とし、それぞれ感光ユニットを設けており、各光学チューブ装置は所定の長さを有する方向光伝導装置であることを特徴とする光トラッキングセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載の光トラッキングセンサにおいて、前記光学チューブ装置が二つ設けられ、該二つの光学チューブ装置は同一平面に相互平行しなく、且つ方向光入射口をトップ点とし、該二つの光学チューブ装置の構成する角度が0-180度であることを特徴とする光トラッキングセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載の光トラッキングセンサにおいて、前記光学チューブ装置が三つ設けられ、三つの光学チューブ装置のうちいずれか二つが構成する平面はそれぞれ三つの異なる平面に位置することを特徴とする光トラッキングセンサ。
【請求項４】
請求項１に記載の光トラッキングセンサにおいて、前記光学チューブ装置が四つ設けられ、そのうち二つの光学チューブ装置が同一の平面上に位置し、他の二つの光学チューブ装置は他の一つの平面上に位置することを特徴とする光トラッキングセンサ。
【請求項５】
請求項１−４のいずれか１項に記載の光トラッキングセンサにおいて、前記方向光伝導装置は中空の断面が円形又は四角形又は楕円形の中空管構造であり、前記光学チューブ装置のシングルポイントマイクロホールの周辺に凸曲面の外ケースが設けられ、前記複数の光学チューブ装置は一体化成型されていることを特徴とする光トラッキングセンサ。
【請求項６】
請求項１−４のいずれか１項に記載の光トラッキングセンサにおいて、前記感光ユニットと光学チューブ装置は回路基板に取り付けられることを特徴とする光トラッキングセンサ。
【請求項７】
請求項１−４のいずれか１項に記載の光トラッキングセンサにおいて、複数の感光ユニットはそれぞれの光学チューブ装置の端部に固定されて一体化になっていることを特徴とする光トラッキングセンサ。
【請求項８】
請求項１に記載の光トラッキングセンサを採用した太陽光トラッキングシステムにおいて、前記光トラッキングセンサは二つ以上の光学チューブ装置を備え、各光学チューブ装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホールであり、該シングルポイントマイクロホールは方向光の入射口とし、各光学チューブ装置の他端は方向光の出射口とし、且つそれぞれには感光ユニットを設けており、各光学チューブ装置は所定の長さを有する方向光伝導装置であり、また、前記光トラッキングセンサの外に更に前記感光ユニット情報を拡大する差分処理ユニットと、前記差分処理ユニットが輸出する信号に対してモジュール/データ転換を行うＡ／Ｄユニットと、入力ポートにより前記Ａ／Ｄユニットの出力ポートに連結されたマイクロプロセッサーユニットと、入力ポートが前記マイクロプロセッサーユニットの出力ポートに連結された駆動ユニットと、前記駆動ユニットの出力ポートによって駆動された実行ユニットと、を備えることを特徴とする太陽光トラッキングシステム。
【請求項９】
請求項８に記載の太陽光トラッキングシステムにおいて、前記光学チューブ装置が二つ設けられ、該二つの光学チューブ装置は同一平面に相互平行しなく、且つ方向光入射口をトップ点として、該二つの光学チューブ装置の構成する角度が５−１７０度であることを特徴とする太陽光トラッキングシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載の太陽光トラッキングシステムにおいて、前記光学チューブ装置における方向光伝導装置は中空の断面が円形又は多角形或いは楕円形の中空管構造であることを特徴とする太陽光トラッキングシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の太陽光トラッキングシステムにおいて、前記光学チューブ装置の中空管構造の内壁に吸光層を設けたことを特徴とする太陽光トラッキングシステム。
【請求項１２】
請求項８−１１のいずれか１項に記載の太陽光トラッキングシステムにおいて、前記光学チューブ装置のシングルポイントマイクロホールの周辺に凸曲面の外ケースが設けられ、前記複数の光学チューブ装置は一体化となっていることを特徴とする太陽光トラッキングシステム。
【請求項１３】
請求項８−１１のいずれか１項に記載の太陽光トラッキングシステムにおいて、感光ユニットにおける感光ユニットと光学チューブ装置は、差分処理ユニットと、Ａ／Ｄユニットと、マイクロプロセッサーユニットと、駆動ユニットと同一のモジュール内に設けられることを特徴とする太陽光トラッキングシステム。
【請求項１４】
請求項８−１１のいずれか１項に記載の太陽光トラッキングシステムにおいて、複数の感光ユニットはそれぞれの光学チューブ装置の端部に固定されて一体化になっていることを特徴とする太陽光トラッキングシステム。
【請求項１５】
請求項８−１１のいずれか１項に記載の太陽光トラッキングシステムにおいて、前記駆動ユニットの出力ポートに方向変換を制御する方向変換モータが連結されており、前記太陽光トラッキングシステムは前記方向変換モータによって太陽光に従って移動するように制御する太陽エネルギー利用機器に取り付けされていることを特徴とする太陽光トラッキングシステム。
【請求項１６】
請求項８−１１のいずれか１項に記載の太陽光トラッキングシステムにおいて、前記駆動ユニットの出力ポートはリレー或いはパワー駆動モジュール組合せを介して、太陽エネルギー利用機器の動作を調整する動作モータを駆動し、前記太陽光トラッキングシステムは前記動作モータによって太陽光に従って移動するように制御する太陽エネルギー利用機器に取り付けされていることを特徴とする太陽光トラッキングシステム。
【請求項１７】
請求項８−１１のいずれか１項に記載の太陽光トラッキングシステムにおいて、前記駆動ユニットはMOSFET駆動回路を備えることを特徴とする太陽光トラッキングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光センサ技術に係わり、具体的に、小型で精度が高く、特に太陽光トラッキングに適用の光トラッキングセンサ及びその各太陽エネルぎー機器に応用可能な小型で精度が高く、応答のよい太陽光トラッキングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーの利用は未来の清潔エネルギー利用の発展方向で、太陽エネルギーを応用した多種多様の製品が現れている。現在、太陽エネルギーの高温利用は高いコストの影響を受けるため、太陽エネルギーの利用が普及し難い。もし、太陽エネルギーバッテリがいつも動態的に太陽の移動をトラッキングできると、少なくとも一倍の発電効率を向上できる。また、反射型集光太陽エネルギーの利用において、もし太陽光を直ちに向けることができれば、いっそう多い価値のある高温熱源を獲得できる。太陽光のトラッキングを実現するため、従来の技術として知られた太陽エネルギートラッキング機器は互いに分離され且つ平行しない光学チューブ装置からなり、各光学チューブ装置はそれぞれ光入射口と光出射口を有し、該光出射口にはセンサが設けられて、プロセツサーは二つのセンサに受けられた太陽光エネルギー量により太陽光の角度を計算する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
該装置の欠点と言えば、大型でコストが高く、加工の難度が高い、且つ、太陽エネルギーは露天の環境で用いられるため、外部環境の影響を受けやすい。例えば、鳥、昆虫、落葉、雨水などがその中の一つの光学チューブ装置の光入射口に落ちると、いっそうその測量精度を影響することになる。また、実際の太陽エネルギー利用製品のにおいて、多くの制限を受ける。例えば、太陽エネルギー受取素子が太陽光の変化を考慮ずに、固定位置方向で太陽光を受け取ると、太陽エネルギーの利用率を低下させる。それで、人工で調節すると、面倒である上に、効率も低い。そして、機械で自動的に調節しようとすれば、太陽光トラッキングシステムが必要とされる。しかし、従来技術では、トラッキング性能とシステムのコスト及び大きさなどの条件を同時に満足するのは難しい。トラッキングシステムのコストがずっと低くならず、トラッキング精度と快速応答の面でも理想的にならないで、太陽エネルギーの広い応用を妨げた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は従来技術の光トラッキングセンサの問題点に鑑みて、加工コストが低いだけでなく、加工しやすく、測定精度が高い光トラッキングセンサを提供することを第一目的とする。
【０００５】
本発明の他の目的は従来技術の太陽光トラッキングシステムの問題点に鑑みて、集積度高い、応答早い、コスト低い、精度高い太陽光トラッキングシステムを提供する。
【０００６】
請求項１の発明は、光トラッキングセンサにおいて、二つ以上の光学チューブ装置を備え、各光学チューブ装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホールであり、該シングルポイントマイクロホールは方向光の入射口とし、各光学チューブ装置の他端は方向光の出射口とし、それぞれに感光ユニットを設ける。各光学チューブ装置は所定長さの方向光伝導装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、前記光トラッキングセンサにおいて、前記光学チューブ装置が二つ設けられ、該二つの光学チューブ装置同一平面に相互平行しなく、且つ方向光入射口をトップ点として、該二つの光学チューブ装置の構成する角度が０−１８０度である。
【０００８】
請求項３の発明は、前記光トラッキングセンサにおいて、前記光学チューブ装置が三つ設けられ、三つの光学チューブ装置のうちいずれか二つが構成する平面はそれぞれ三つの異なる平面に位置する。
【０００９】
請求項４の発明は、前記光トラッキングセンサにおいて、前記光学チューブ装置が四つ設けられ、そのうち二つの光学チューブ装置が同一の平面上に位置され、他の二つの光学チューブ装置は他の一つの平面上に位置する。
【００１０】
請求項５の発明は、前記光トラッキングセンサにおいて、前記方向光伝導装置は中空の断面が円形又は四角形或いは楕円形の中空管構造であり、前記光学チューブ装置のシングルポイントマイクロホールの周辺に凸曲面の外ケースが設けられ、前記複数の光学チューブ装置は一体化になっている。
【００１１】
請求項６の発明は、前記光トラッキングセンサにおいて、前記感光ユニットと光学チューブ装置は回路基板に取り付けられる。
【００１２】
請求項７の発明は、前記光トラッキングセンサにおいて、複数の感光ユニットはそれぞれの光学チューブ装置の端部に固定されて一体化になっている。
【００１３】
請求項８の発明は、前記光トラッキングセンサを利用した太陽光トラッキングシステムにおいて、前記光トラッキングセンサは、二つ以上の所定の長さの光学チューブ装置を備え、各光学チューブ装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホールであり、該シングルポイントマイクロホールは方向光の入射口とし、各光学チューブ装置の他端は方向光の出射口とし、それぞれに感光ユニットを設け、各光学チューブ装置は所定の長さの方向光伝導装置である。前記光トラッキングセンサは、前記感光ユニットによる信号を増幅する差分処理ユニットと、前記差分処理ユニットに輸出された信号をアナログ/ディジタル転換を行うＡ／Ｄユニットと、入力ポートが前記Ａ／Ｄユニットの出力ポートに連結されたマイクロプロセッサーユニットと、入力ポートが前記マイクロプロセッサーユニットの出力ポートに連結された駆動ユニットと、前記駆動ユニットの出力ポートによって駆動された実行ユニットと、を更に備える。
【００１４】
請求項９の発明は、前記太陽光トラッキングシステムにおいて、前記光学チューブ装置が二つ設けられ、該二つの光学チューブ装置は同一平面に相互平行しなく、且つ方向光入射口をトップ点として、該二つの光学チューブ装置の構成する角度が5-170度である。
【００１５】
請求項１０の発明は、前記太陽光トラッキングシステムにおいて、前記光学チューブ装置における方向光伝導装置は中空の断面が円形又は多角形或いは楕円形の中空管構造である。
【００１６】
請求項１１の発明は、前記太陽光トラッキングシステムにおいて、前記光学チューブ装置の中空管構造の内壁に吸光層を設けている。
【００１７】
請求項１２の発明は、前記太陽光トラッキングシステムにおいて、前記光学チューブ装置のシングルポイントマイクロホールの周辺に凸曲面の外ケースが設けられ、前記複数の光学チューブ装置は一体化成型されている。
【００１８】
請求項１３の発明は、前記太陽光トラッキングシステムにおいて、感光ユニットにおける感光ユニット及び光学チューブ装置は、差分処理ユニットと、Ａ／Ｄユニットと、マイクロプロセッサーユニットと、駆動ユニットと同一のモジュール内に取り付けられている。
【００１９】
請求項１４の発明は、前記太陽光トラッキングシステムにおいて、複数の感光ユニットはそれぞれの光学チューブ装置の端部に固定されて一体化になっている。
【００２０】
請求項１５の発明は、前記太陽光トラッキングシステムにおいて、前記駆動ユニットの出力ポートに方向変換を制御する方向変換モータが連結されており、前記太陽光トラッキングシステムは前記方向変換モータによって太陽光に従って移動するように制御する太陽エネルギー利用機器に取り付けされている。
【００２１】
請求項１６の発明は、前記太陽光トラッキングシステムにおいて、前記駆動ユニットの出力ポートはリレー或いはパワー駆動モジュールによって、太陽エネルギー利用機器の動作を調整する動作モータを駆動し、前記太陽光トラッキングシステムは前記動作モータによって太陽光に従って移動するように制御する太陽エネルギー利用機器に取り付けされている。
【００２２】
請求項１７の発明は、前記太陽光トラッキングシステムにおいて、前記駆動ユニットはMOSFET駆動回路を備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の効果に関しては、光トラッキングセンサにおいて、各光学チューブ装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホールであるため、装置全体の構造が簡単で、加工しやすくなる。また、本発明の光トラッキングセンサには、球形のトップ部に落水構造を有するため、外部環境の影響が小さく、測定精度が向上する。複数の光学チューブ装置は金型、エッチング、フォトエッチングによって一体化成型されるため、製造プロセスが簡単になり、体積が減少し、普及に有利である。本発明は該センサを利用した太陽光トラッキングシステムであり、感光ユニットに採用された複数の光学チューブ装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホールであり、且つマイクロホールの周囲表面が凸曲面であるため、太陽光トラッキングシステムが、従来の構造に対して更に簡単になり、集積性を更に向上し、ソフトウェアとマッチすると速くて精確な太陽光トラッキングを実現できる上に、トラッキング精度に関して、外部環境の影響をあまり受けることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、図面及び実施例を参照して、本発明について詳細に説明する。
【００２５】
本発明の光トラッキングセンサ（light tracking sensor）は槽形の反射鏡集光太陽エネルギー加熱システム及び蝶型の反射の高温集光太陽エネルギーシステムに適用し、太陽エネルギー光伏発電システムにも適用する。図１に示すように、本発明の光トラッキングセンサを使用する太陽光トラッキングシステムは、所定の長さを有する2つの光チューブ(light tube)装置101と102を備え、各チューブ装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホール（single point micro hole）103であり、該シングルポイントマイクロホール103は方向光の入射口とし、光チューブ装置101と102の他端は方向光の光出射口104と105とし、光出射口104と105にはそれぞれ光センサ素子、例えば、光ダイオード等が設けられている。
【００２６】
図２に示した本発明の光トラッキングセンサの光チューブ装置の実施形態の概略図において、光チューブ装置が二つ設けられ、該二つの光チューブ装置101と102は同一平面に相互に平行しておらず、二つの光チューブ装置101と102の一端は共同のシングルポイントマイクロホール103とし、該シングルポイントマイクロホール103は方向光の入射口とし、二つの光チューブ装置101と102は0-180度の角度を形成し、二つの光チューブ装置101と102他端はそれぞれ二つの光チューブを介して伝導した方向光の光出射口104と105である。ここで、光チューブ装置101と102は所定の長さを有し、中空断面が円形または四角形または楕円形である方向光伝導装置である。複数の光チューブ装置が一体成形されたものがよいのである。光出射口104と105に設置された光センサユニット106と107（図示していない）はそれぞれの光チューブ装置の端部に固定して一体になれ、このような構造はフォトエッチングにより実現すればよいし、組合せ方式により実現してもよい。光チューブ装置に入射する方向光の入射口103のサイズは光出射口104、105のサイズよりも少し小さいであればよい。方向光が光チューブ装置の中に伝送誤差を減少するために、光チューブ装置の光伝送周壁には光吸収層を設けてもよく、よって、周壁からの反射または屈射の光センサ素子への影響を低減する。
【００２７】
図３に示した本発明の光トラッキングセンサの光チューブ装置の第二の実施形態の概略図において、三つの光チューブ装置202〜204が設けられ、三つの光チューブ装置のうちの何れかニつが構成した平面はそれぞれ三つの異なる平面に位置しており、三つの光チューブ装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホール201とし、該シングルポイントマイクロホール201は三つの光チューブ装置202〜204の方向光の入射口とし、三つの光チューブ装置202〜204の他端はそれぞれ三つの光チューブ装置に入射した方向光の光出射口とする。このような実施形態は、前に記載した実施形態に比べ、構造が複雑であるが、検出精度が前の実施形態と比べて高くて、然し計算過程が複雑である。なお、三つの光チューブ装置を同一の平面に設置すればよく、このような実施形態においては比較的簡単で、体積も小さくなる。
【００２８】
図４に示した本発明の光トラッキングセンサの光チューブ装置の第二の実施形態の概略図において、四つの光チューブ装置302〜305が設けられており、そのうちの二つの光チューブ装置が同一の平面上に位置するが、他の２つの光チューブ装置が他の平面上に位置する。四つの光チューブ装置の一端は共同のシングルポイントマイクロホール301であり、該シングルポイントマイクロホール301は該四つの光チューブ装置302〜305に入射した方向光の入射口とし、四つの光チューブ装置302〜305の他端は光チューブ装置に入射した方向光の光出射口306〜309とする。このような実施形態は、構造が比較的に複雑であるが、検出精度が高いのである。また、全ての光チューブ装置は同一の平面に、またはその中の三つの光チューブ装置は同一の平面に設置してもよい。
【００２９】
図１に示すように、本発明の光トラッキングセンサおよびその太陽光トラッキングシステムの実施形態において、光センサユニットは所定の長さを有する二つの光チューブ装置101と102を備え、各チューブ装置101と102の一端は共同のシングルポイントマイクロホール103とし、該シングルポイントマイクロホール103は方向光の入射口とし、光チューブ装置101と102の他端は方向光の光出射口104と105とし、光出射口104と105にそれぞれ光センサユニット106と107（図２を参考）、例えば、光ダイオードが設けられている。光チューブ装置をケース108内に封止し、光チューブ装置シングルポイントマイクロホール103をトップ面に露出させ、その周辺を凸曲面のケースにし、入射口のシングルポイントマイクロホール103が凸曲面のケースのいずれの位置に設置すればよいが、トップ端に設置しないことが好ましい、よって、落葉、雨水、塵埃などが入射口103に落ちにくい、または入射口103に遮られる。光センサ素子と光チューブ装置を回路板に実装できる。また、シングルポイントマイクロホール103の表面に良好の光透過性を有する防塵膜を設けることも考えられる。該光トラッキングセンサは槽形の反射鏡集光太陽エネルギー加熱システム及び蝶型の反射の高温集光太陽エネルギーシステムに適用し、太陽エネルギー光起発電システム（solar photovoltaic system）と他の太陽エネルギーシステムにも適用する。
【００３０】
図５に示した本発明の太陽光トラッキングシステムのロジック図から見られるように、本発明の太陽光トラッキングシステムは原理的には光電感度ダイオードのような二つの感光センサユニット106と107と二つの光チューブ装置101と102を備え、図２に示すように、光チューブ装置101と102の一端は共同のシングルポイントマイクロホール103とし、該シングルポイントマイクロホール103は方向光が各光チュープ装置に入射する入射口とし、二つの光チューブ装置の他端は方向光の光出射口104と105とし、該出射口104と105のそれぞれに光センサユニット106と107が設けられ、二つの光センサユニット106と107の電気信号は差分処理ユニット109の信号入力ポートに入力される。本発明の太陽光トラッキングシステムは、前記差分処理ユニット109が出力した信号に対してアアナログ/ディジタル転換を行うＡ／Ｄユニット110と、Ａ／Ｄユニット110の出力ユニットに対して所定の計算方法による処理するマイクロプロセッサーユニット111と、入力ポートが前記マイクロプロセッサーユニットの出力ポートに連結された駆動ユニット112とを更に備え、駆動ユニット112の出力ポートは実行ユニットを駆動するためであり、実行ユニットはモータであればよい。体積を減少するために、光センサユニット106、107と光チューブ装置101、102は、差分処理ユニット109と、Ａ／Ｄユニット110と、マイクロプロセッサーユニット111と、駆動ユニット112と同一のモジュール内に設けられている。駆動ユニットの出力ポートに方向変換を制御する方向変換モータが連結されており、太陽光トラッキングシステムは方向変換モータによって太陽光に従って移動するように制御する太陽エネルギー利用機器に取り付けされている。つまり、駆動ユニットの出力ポートはリレー或いはパワー駆動モジュール組合せによって、太陽エネルギー利用機器の動作を調整する動作モータを駆動し、太陽光トラッキングシステムは前記動作モータによって太陽光に従って移動するように制御する太陽エネルギー利用機器に取り付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の光トラッキングセンサ及びその太陽光トラッキングシステムの外部構造を示す図である。
【図２】本発明の光学チューブ装置の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の光トラッキングセンサの光学チューブ装置の第二の実施例を示す図である。
【図４】本発明の光トラッキングセンサの光学チューブ装置の第三の実施例を示す図である。
【図５】本発明の太陽光トラッキングシステムのロジック図である。
【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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【国際調査報告】
2008545976.tif 000008
2008545976.tif 000009
2008545976.tif 000010
2008545976.tif 000011