(57)【要約】ソーラーエネルギー装置のソーラーエネルギー出力を回線するために、熱を利用してソーラーエネルギー装置を回転して太陽の動きを追跡する太陽追跡装置である。熱による運動は、太陽熱コレクタとソーラーレシーバを使って太陽放射を集めることによって得られる。加熱されることで膨張する媒体は、ソーラーレシーバに熱的に接続されており、太陽追跡装置を回転するためのアクチュエータを駆動して太陽の動きを追跡させる。媒体は、パラフィンワックス等の相転移物質である。回転運動は、主ハウジングに設けたヘリカルスロットと主ハウジングから伸出したシャフトに連結されたカムフォロアを用いて行われる。一日の最後に、システムは、重力及び／又は機械的な戻し力の組み合わせによって初期位置に戻され、翌日の太陽放射を受けるように準備される。
2015508634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラーエネルギーシステムに使用される太陽追跡装置であって、前記太陽追跡装置は、
回転軸に回転可能に連結された太陽熱コレクタであって、前記太陽熱コレクタが光軸を有するものと、
中央軸を有するソーラーレシーバであって、前記ソーラーレシーバは、前記中央軸が実質的に前記太陽熱コレクタの焦点に位置するように、前記太陽熱コレクタに対して配置されているものと、 
前記ソーラーレシーバと熱的に接続された媒体であって、前記太陽熱コレクタが太陽の移動方向に回転するように、前記媒体が膨張すると前記太陽熱コレクタが前記回転軸の周りを回転するものを備えた太陽追跡装置。
【請求項２】
前記媒体は相変化物質を有する、請求項１の太陽追跡装置。
【請求項３】
前記相変化物質は、予め決められた温度で固相から液相に相転移する、請求項２の太陽追跡装置。
【請求項４】
前記媒体はパラフィンワックスを含む、請求項１の太陽追跡装置。
【請求項５】
前記媒体は熱的に膨張する媒体を有する、請求項１の太陽追跡装置。
【請求項６】
前記媒体の膨張により、前記ソーラーレシーバに連結されたシャフトが前記シャフトに同心のハウジングから軸方向に伸び出る、請求項１の太陽追跡装置。
【請求項７】
前記ソーラーレシーバ内に部分的に配置されたピストンであって、前記媒体の膨張により前記ソーラーレシーバに対して前記ピストンに力を作用させるものと、
前記ピストンに同心的に且つ前記ピストンにスライド自在に係合された中空シャフトであって、前記中空シャフトは前記ソーラーレシーバに連結されたものと、
前記シャフトに連結されたカムフォロアと、
前記中空シャフトに同心的な環状ハウジングであって、前記ハウジングはカム移動プロファイルを有するものとを備えており、
前記カムフォロアは、前記カム移動プロファイルとスライド自在に係合され、
前記カム移動プロファイルと前記カムフォロアは、前記ソーラーレシーバに対する前記ピストンに作用する力によって、前記ハウジングに対する前記中空シャフトの直線運動を、前記環状ハウジングに対する前記中空シャフトの同時回転運動に変換する、請求項１の太陽追跡装置。
【請求項８】
前記媒体の膨張による前記太陽熱コレクタの前記光軸の回転方向は、太陽方位角の回転方向を含む、請求項１の太陽追跡装置。
【請求項９】
前記回転軸が、太陽の仰角に関連した軸傾斜角度だけ傾斜する、請求項１の太陽追跡装置。
【請求項１０】
前記回転軸の地球表面への投影が実質的に南北方向に向けられている請求項１の太陽追跡装置。
【請求項１１】
前記ソーラーレシーバに同心で且つ隙間によって前記ソーラーレシーバの外面から離されている透明なレシーバ包装を有する、請求項１の太陽追跡装置。
【請求項１２】
前記太陽熱コレクタはパラボラトラフを有する、請求項１のソーラーエネルギー装置。
【請求項１３】
前記回転軸に回転可能に連結されたソーラーエネルギー装置を有する、請求項１の太陽追跡装置を有するソーラーエネルギーシステム。
【請求項１４】
前記ソーラーエネルギー装置は、前記回転軸の周りに、所定のオフセット角をもって、前記太陽熱コレクタに連結されている、請求項１３のソーラーエネルギーシステム。
【請求項１５】
前記所定のオフセット角が前記ソーラーコレクタの受容角にほぼ等しい、請求項１４のソーラーエネルギーシステム。
【請求項１６】
太陽熱コレクタで入射太陽放射を集める工程であって、前記太陽熱コレクタは、前記太陽熱コレクタの光軸に対して前記太陽熱コレクタの受容角よりも小さい又はそれに等しい入射角で太陽放射を受ける焦点軌跡を有するものと、
前記太陽熱コレクタの前記焦点軌跡上に実質的に配置されたソーラーレシーバで前記集められた太陽放射を吸収する工程と、
前記ソーラーレシーバによって吸収された前記集められた太陽放射からのエネルギーを媒体に移す工程であって、前記媒体は前記媒体の温度上昇と共に膨張するものと、
前記媒体の膨張によって前記太陽熱コレクタを回転する工程を備えており、
前記太陽熱コレクタは、前記太陽熱コレクタの前記光軸が太陽の移動方向に回転するように、回転される、太陽追跡方法。
【請求項１７】
少なくとも前記媒体の重さによって、追跡時間の終了後、前記太陽熱コレクタを初期位置に戻す工程を含む、請求項１６の方法。
【請求項１８】
少なくとも機械的なばねの力によって、追跡時間の終了後、前記太陽熱コレクタを初期位置に戻す工程を含む、請求項１６の方法。
【請求項１９】
ソーラーエネルギーシステムに使用される太陽追跡装置であって、前記太陽追跡装置は、
太陽熱コレクタと、
長軸を有するソーラーレシーバと、
前記ソーラーエネルギーレシーバの前記長軸に同心的で且つ前記ソーラーレシーバによって形成されたキャビティ内に少なくとも部分的に進入するピストンと、
前記ソーラーレシーバの前記キャビティ内にある媒体であって、前記媒体の膨張は、前記ソーラーレシーバに対して前記ピストンを前記長軸に沿って直線運動させるものと、
前記ピストンの前記直線運動を前記太陽熱コレクタの回転運動に変化する回転装置とを有する、太陽追跡装置。
【請求項２０】
一日の始めにおける前記太陽熱コレクタの初期位置は、一日の始めにおける太陽の方位角よりも大きい、請求項１９の太陽追跡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略、ソーラーエネルギーの分野に関し、特に、ソーラーエネルギーシステムのエネルギー出力を増加することに関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能なエネルギー源は、温室効果ガスの排出及び化石燃料への依存を減少しながら肥大化するエネルギーの要求に応えるための解決策と見なされている。政府のエネルギー政策が再生可能エネルギー技術の進歩を促進し、また大きな投資が多くの様々な再生可能エネルギー技術の急激な発展に貢献してきた。
【０００３】
ソーラーエネルギー装置は、再生可能エネルギー分野において最も急成長している部分の１つである。例えば、グリッド接続された太陽光発電（ＰＶ）装置は、２００４年から２００９年の間、年平均６０％の割合で伸びている。２００９年だけをとってみると、世界的には、グリッド接続された太陽光発電（ＰＶ）装置の能力は７ＧＷ伸びた。現在使用されるか開発されているその他のソーラーエネルギー技術には、集中式太陽光発電（ＣＳＰ）、太陽熱水加熱システム、太陽調理器、太陽作物乾燥機、太陽蒸留装置、及び太陽蒸留機等が含まれる。
【０００４】
コストは、再生可能なエネルギー設備を導入するための重要な推進力である。具体的に、再生可能エネルギーは、一般に、石炭や天然ガスを含む化石燃料のエネルギーよりも、１ワット当たりの料金が高い。ソーラーエネルギーなどの再生可能エネルギー源の主要コストは、初期資本コストとメンテナンスコストである。太陽光発電のようなソーラーエネルギー技術のコストは技術の進歩とともに減少するものの製造規模や技術の高度化とともに上昇するため、一般的にはソーラーエネルギーは費用面で化石燃料エネルギー源に匹敵するものではない。
【０００５】
ソーラーエネルギーシステムにおいて、該システムの有効エネルギー出力を評価するうえで効率は重要な要素である。例えば、商用の太陽光発電（ＰＶ）セルについてみると、入射ソーラーエネルギーの変換効率は一般に２０％未満である。ソーラーエネルギーの生成に影響を及ぼすその他の要素には、設置場所における入射ソーラーエネルギー量、ソーラーエネルギーシステムに対する太陽放射の入射角度が含まれる。
【０００６】
効率を上げるために、一日中、ソーラーエネルギー装置をソーラーエネルギーを最大に受ける方向に向けることが知られている。この方向付け制御は、太陽追跡として知られており、ソーラーエネルギー装置を一定方向に向けたものに比べて、一日のエネルギー出力を約２０〜４０％向上することができる。一般に、太陽追跡装置は、単一の軸又は２つの軸を使って、太陽の動きを追跡する。単一軸式追跡装置は、水平方向又は垂直方向若しくは設置位置の移動に応じて調整可能な傾斜角をもって水平方向に対してある角度で傾いた１つの回転軸を有する。二軸式追跡装置は、水平方向と垂直方向に関して太陽に追随することができることから、ソーラーエネルギー装置について最適なソーラーエネルギー出力が得られる。しかし、単一軸に基づいて太陽の動きを追跡ものは、方向が固定されたものよりも約３０％出力が向上するが、追跡用の軸を追加してもエネルギー出力は約６％しか向上しない。
【０００７】
一般に、太陽の追跡は能動的又は受動的な制御システムで行われる。能動的太陽追跡装置は、センサー又は予め求めたデータを使って現在の太陽の位置を見いだし、例えば、モータ、歯車、及びコンピュータを使って、ソーラーエネルギー装置を太陽に能動的に向ける。能動的追跡装置は既知の太陽位置を使って方向付けるもので、そのために、ソーラーエネルギーの変動に起因する（例えば通過する雲等に起因する）不確定要素に順応しないものであるにも拘わらず、それらは一般に初期設置のコスト及びメンテナンスのコストが共に高いものである。
【０００８】
受動的太陽追跡装置は、モータを使わずに、ソーラーエネルギー装置を方向付ける。１つの商用の受動式太陽追跡装置は、太陽のエネルギーを利用して、太陽光パネルの一方に設けたキャニスターから太陽光パネルの他方に設けたキャニスターに揮発性液体を移動するもので、重力によってパネルを方向付けている。しかし、この技術は高価で、不正確で、突風によって転倒しやすく、大きなソーラーエネルギーシステムを方向付けるには大きな液体キャニスターが必要であった。また、この主のシステムは西の方向に向いた状態で一日を終えるもので、夜中に東の方向に向きを直すものでない。したがって、液体キャニスター式太陽追跡装置は、朝太陽が現れてからそれが東の方向に向くまでに時間を要する。現在、能動式と受動式の太陽追跡装置はソーラーエネルギーシステムにおいて非常に費用がかかる部分である。これらの理由から、多くの太陽光設備はその向きが固定されており、太陽追跡装置は利用されていない。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の実施例は、一日中太陽の動きに追随する太陽追跡装置に関する。太陽追跡装置は、概略、コレクタを有する。コレクタは、該コレクタのほぼ焦点又はほぼ焦点領域にあるレシーバに太陽放射を集める。レシーバは、集めた太陽放射を吸収し、熱膨張媒体を加熱する。熱膨張媒体によって得られた液圧は、一日中コレクタが太陽の動きを先導するように、回転軸の周りでコレクタを回転する。コレクタの回転はまた、一日中、ソーラーエネルギー装置がほぼ入射太陽放射の方向に向くように該ソーラーエネルギー装置を回転する。種々の構成において、重力及び／又は機械的ばね力によって、太陽追跡装置は翌朝の開始時点で東に向いているようにその初期位置に戻される。
【００１０】
種々の実施例に関する１つの形態によれば、太陽追跡装置は、回転軸に回転可能に連結されたソーラーコレクタ（例えば、パラボラトラフ等）と、中心軸を有し、該中心軸が実質的にソーラーコレクタの焦点軌跡となるように、ソーラーコレクタに対して配置された太陽レシーバと、太陽レシーバに熱的に接続された媒体を含む。媒体の膨張により、ソーラーコレクタが回転軸の周りを回転する。これにより、ソーラーコレクタの光軸が太陽の移動方向に回転する。媒体は、相転移物質又は熱的に膨張する媒体である。例えば、媒体は、所定温度で固相から液相に相転移する、パラフィンワックス等の相転移媒体である。
【００１１】
種々の実施例に基づく他の形態によれば、媒体の膨張により、太陽レシーバに連結されたシャフトが該シャフトと同心のハウジングから伸び出る。実施例では、太陽追跡装置は、前記ソーラーレシーバ内に部分的に配置されたピストンであって前記媒体の膨張により前記ソーラーレシーバに対して前記ピストンに力を作用させるもの、前記ピストンに同心的に且つ前記ピストンにスライド自在に係合された中空シャフトであって前記中空シャフトは前記ソーラーレシーバに連結されたもの、前記シャフトに連結されたカムフォロア、及び／又は、カム移動プロファイルを有する前記中空シャフトに同心的な環状ハウジングを有し、前記カムフォロアは前記カム移動プロファイルにスライド自在に係合し、前記カム移動プロファイルと前記カムフォロアが前記ハウジングに対して前記中空シャフトを直線的に移動し、前記カム移動プロファイルとカムフォロアはソーラーレシーバに対して前記ピストンに作用する力によって前記ハウジングに対する前記中空シャフトの直線運動を前記環状ハウジングに対する前記中空シャフトの同時回転運動に変換する。太陽追跡装置は、前記ソーラーレシーバに同心で且つ所定の隙間だけ前記ソーラーレシーバの外面から離されている透明なレシーバ包装を有する。
【００１２】
種々の実施例に基づく他の形態によれば、媒体の膨張によるソーラーコレクタ光軸の回転方向は、太陽方位角の回転方向である。回転軸は、太陽の仰角に関連した軸傾斜角度だけ傾斜するように、及び／又は、前記回転軸の地球表面への投影が実質的に南北方向に向くように、位置付けられる。
【００１３】
種々の実施例に基づく他の形態によれば、ソーラーエネルギーシステムは、太陽追跡装置と前記回転軸に回転可能に連結されたソーラーエネルギー装置を有する。ソーラーコレクタは、前記回転軸を中心に一定のオフセット角をもってソーラーコレクタに連結される。一定のオフセット角は、ソーラーコレクタの受容角にほぼ等しい。
【００１４】
種々の実施例に基づく他の形態によれば、太陽追跡方法は、太陽熱コレクタで入射太陽放射を集める工程であって前記太陽熱コレクタは前記太陽熱コレクタの光軸に対して前記太陽熱コレクタの受容角よりも小さい又はそれに等しい入射角で太陽放射を受ける焦点軌跡を有する工程と、前記太陽熱コレクタの前記焦点軌跡上に実質的に配置されたソーラーレシーバで前記集められた太陽放射を吸収する工程と、前記ソーラーレシーバによって吸収された前記集められた太陽放射からのエネルギーを媒体に移す工程であって前記媒体は前記媒体の温度上昇と共に膨張する工程と、前記媒体の膨張によって前記太陽熱コレクタを回転する工程とを備えており、前記太陽熱コレクタは前記太陽熱コレクタの前記光軸が太陽の移動方向に回転するように回転される。この方法は、少なくとも一部は重力及び／又は機械的なばねの力によって、追跡時間の終了後、ソーラーコレクタを初期位置に戻す工程を含む。
【００１５】
種々の実施例に基づく他の形態によれば、ソーラーエネルギーシステムに使用される太陽追跡装置は、太陽熱コレクタと、長軸を有するソーラーレシーバと、前記ソーラーエネルギーレシーバの前記長軸に同心的で且つ前記ソーラーレシーバによって形成されたキャビティ内に少なくとも部分的に進入するピストンと、前記ソーラーレシーバの前記キャビティ内にある媒体であって前記媒体の膨張は前記ソーラーレシーバに対して前記ピストンを前記長軸に沿って直線運動させるものと、前記ピストンの前記直線運動を前記太陽熱コレクタの回転運動に変化する回転装置とを有する。一日に始めの時点における前記ソーラーコレクタの初期位置は、一日の始まりの時点における太陽の方位角よりも大きい。
【００１６】
本発明の実施例は、図面を参照して説明されている。そこでは、すべての図面において同一の符号は同一の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
図１ａは、本発明の太陽追跡装置を採用したソーラーエネルギーシステムを示す。
【００１８】
図１ｂは、本発明の太陽追跡装置を採用したソーラーエネルギーシステムの他の構成を示す。
【００１９】
図２は、ソーラーエネルギーシステム用の太陽追跡装置の形態を示す。
【００２０】
図３は、太陽追跡装置用のソーラーコレクタセンブリの形態を示す。
【００２１】
図４ａは、ソーラーコレクタセンブリが一日の太陽経路を追跡するときの該ソーラーコレクタセンブリの動作を示す。
【００２２】
図４ｂは、ソーラーコレクタセンブリが一日の太陽経路を追跡するときの該ソーラーコレクタセンブリの動作を示す。
【００２３】
図４ｃは、ソーラーコレクタセンブリが一日の太陽経路を追跡するときの該ソーラーコレクタセンブリの動作を示す。
【００２４】
図５は、太陽追跡装置のピストンアセンブリを示す。
【００２５】
図６ａは、初期位置における太陽追跡装置の各部の断面を示す。
【００２６】
図６ｂは、伸張位置における太陽追跡装置の各部の断面を示す。
【００２７】
図７ａは、１つの太陽追跡装置で方向付けられる複数のソーラーエネルギー装置を備えたソーラーエネルギーシステムを示す。
【００２８】
図７ｂは、１つの太陽追跡装置で方向付けられる複数のソーラーエネルギー装置を備えたソーラーエネルギーシステムを示す他の図である。
【００２９】
図８ａは、ソーラーエネルギー装置用の他の取付装置を用いたソーラーエネルギーシステムを示す。
【００３０】
図８ｂは、他の構成に係る図８ａのソーラーエネルギーシステムを示す。
【００３１】
図９は、従来の油圧装置と組み合わせた、本発明の実施例に係る太陽追跡装置を採用したソーラーエネルギー装置を示す。
【発明の詳細な説明】
【００３２】
本開示は、ソーラーエネルギー装置（例えば、ソーラーパネル等）を一日中太陽に向ける太陽追跡装置に関する。特に、開示された太陽追跡装置は、熱的作用に基づいて、ソーラーエネルギー装置を回転して太陽の跡を追うソーラーコレクタ（例えば、パラボラ反射器等）を使用する。太陽追跡装置はソーラーエネルギーをレシーバに集める。このエネルギーは、熱膨張媒体を加熱する。その結果、機械的作用に基づいて、太陽放射の入射角度が増加するように、コレクタが回転する。すなわち、太陽が一日中天空を移動する間、熱的作用に基づいて、コレクタが太陽の動きを先導する方向に回転する。一日の終了時、熱媒体が冷え、太陽追跡装置はソーラーエネルギー装置を初期位置に戻す（東に向ける）。その結果、翌日の開始時点でソーラーエネルギー装置は正確に方向付けられている。好ましくは、太陽追跡装置は、傾斜した単一軸式方位角太陽追跡装置として実施される。しかし、他の構成（例えば、水平軸、垂直軸等）で実施することもできる。
【００３３】
図１ａと図１ｂは、本発明の太陽追跡装置１１０を採用した、種々の実施形態に係るソーラーエネルギーシステム１００を示す。一般に、ソーラーエネルギーシステム１００は、固定サポート１３０の上に搭載されており、取付ブラケット１２２，１２４、主ピボットバー１６０，及び傾斜取付ブラケット１４０といったようなもので、サポート１３０に取り付けられたソーラーエネルギー装置１５０を含む。傾斜取付ブラケット１４０は主ピボットバー１６０を所望角度に向けるために使用されている。主ピボットバー１６０は、ソーラーエネルギーシステム１００が太陽の移動を追跡するとき、該ソーラーエネルギーシステム１００の回転軸を形成する。
【００３４】
ソーラーエネルギー装置１５０は、ソーラーエネルギーを捕らえ、及び／又は、ソーラーエネルギーを電気及び／又は熱に変換する種々の装置（限定的ではないが、光起電性（ＰＶ）の集光型太陽熱発電（ＣＳＰ）、太陽熱温水器、太陽室内光システム（例えば、ハイブリッド太陽照明等）、太陽食品調理器、太陽蒸留所、太陽作物乾燥機、太陽蒸留機を含む。）のいずれであってもよい。本説明は概ねソーラーエネルギー装置１５０を太陽ＰＶパネル（ソーラーパネル）として表すが、開示された太陽追跡装置は、太陽追跡性能から恩恵を受けるあらゆるソーラーエネルギーシステムに利用できる。
【００３５】
図１ａは、初期位置（すなわち、朝の状態）にある、太陽追跡装置１１０を備えたソーラーエネルギーシステム１００を示す。主ピボットバー１６０は、ソーラーエネルギー装置１５０の回転軸を提供し、ほぼ南北方向を指している。また、太陽追跡装置１１０は、北半球で使用するために、主ピボットバー１６０の北端にある。主ピボットバー１６０は、傾斜ブラケット１４０を用い、垂直に対して所定角度をもって傾斜させてもよい。この所定角度は、据付緯度における太陽経路の高さに関係している。ソーラーエネルギー装置１５０は、上部ブラケット１２２を介して太陽追跡装置１１０に取り付けられ、下部ブラケット１２４によって主ピボットバー１６０にも取り付けられ、主ピボットバー１６０にスライド可能に且つ回転可能に連結されている。
【００３６】
太陽追跡装置１１０は、ソーラーコレクタアセンブリ２００を有する。ソーラーコレクタアセンブリは、一日中、回転して太陽の運動の前を進む。ソーラーコレクタアセンブリ２００が太陽の移動を追跡（例えば、方位追跡等）する。そのとき、太陽追跡装置１１０は、上部ブラケット１２２を介して、主ピボットバー１６０によって定義された回転軸を中心に、ソーラーエネルギー装置１５０を回転する。ソーラーコレクタアセンブリ２００は、主ハウジング２３０内に伸びるシャフト上で回転する。シャフトは、主ピボットバー１６０に取り付けられている。ソーラーコレクタアセンブリ２００内の媒体の熱膨張によって、シャフトが主ハウジング２３０から伸び出る。また、シャフト上に設けられ、主ハウジング２３０の螺旋溝に位置するカムフォロアにより、ソーラーコレクタアセンブリ２００とソーラーエネルギー装置１５０が回転する。
【００３７】
図１ｂは、図１ａに示すソーラーエネルギーシステム１００よりも、一日のうちで遅い時間のソーラーエネルギーシステム１００の要素を示す。なお、図１ｂにおいて、ソーラーエネルギー装置１５０の位置は点線で示す。例えば、図１ｂは、夕方近くのソーラーエネルギーシステム１００の位置を示す。この場合、シャフト２５４は、主ハウジング２３０から伸び出て、太陽収集熱アセンブリ２００とソーラーエネルギー装置１５０は主ピボットバー１６０を中心に回転して概ね西の方向に向く。図１ｂに示すように、下ブラケット１２４は主ピボットバー１６０上を摺動してその上で回転し、太陽追跡装置１１０によって回転される上ブラケット１２２の移動を追跡する。図１ａ及び図１ｂは、ソーラーエネルギー装置１５０を回転するように太陽追跡装置１１０を設ける技術を示すが、他の取り付け方も本発明の範囲に含まれる。当業者は種々の取付技術を利用することで、太陽追跡装置１１０を使用してソーラーエネルギー装置１５０を回転することができる。
【００３８】
図２は、種々の実施形態に係る、太陽追跡装置１１０を詳細に示す。太陽追跡装置１１０は、ソーラーコレクタアセンブリ２００を含む。ソーラーコレクタアセンブリ２００は、概略、コレクタサポート２１１に支持された集中太陽熱コレクタ２１２と、集中太陽熱コレクタ２１２で反射した太陽熱の放射を受けるように配置されたレシーバ２１４を有する。集中太陽熱コレクタ２１２は、例えば、放物線の対称軸によって定義される光軸を備えた反射型のパラボラトラフ（放物線形状鉢）であってもよい。放物線の光軸にほぼ平行な反射式パラボラトラフに入射する太陽の放射線は、放物線の焦点で定義される線に集められる。実施例では、レシーバ２４は、放物線の焦点又はその近くに設けられる。このように、パラボラトラフの光軸にほぼ平行な太陽の入射放射線は集中太陽熱コレクタ２１２に反射されてレシーバ２１４に吸収される。この場合、レシーバ２１４は、コレクタ２１２に入射する放射線を吸収して該太陽放射線を熱に変換する。
【００３９】
レシーバ２１４が太陽放射線を吸収すると、該レシーバ２１４は媒体に熱を伝達する。これにより、媒体は所定の温度範囲で加熱される。実施例では、媒体は、相転移温度で膨張する相変化物質（ＰＣＭ）である。例えば、パラフィンはＰＣＭの一つである。パラフィンは、固体（すなわち、結晶相）から液相に転移すると約１０〜２０％膨張する。パラフィンワックスはまた、比較的高い溶融熱又は溶融エンタルピー（例えば、２００〜２２０Ｊ/ｇ）を有する。それは、固相又は結晶相から液相に転移する潜熱相中に比較的大量の熱を吸収することを意味する。この特性は、以下に詳細に説明するように、太陽追跡装置１１０に更なる利点をもたらす。
【００４０】
ＰＣＭの相転移温度はまた、所望の操作に基づいて調整される。例えば、パラフィンワックスの溶融点は、当業界で知られているように、広い温度範囲にわたって調整可能である。好ましくは、ＰＣＭの相転移温度は、予想される最も高い大気温度よりも大きい。そのため、相転移によって起こる作用は、レシーバ２１４に集められた太陽放射によって生成される熱がなくして生じることがない。パラフィン：実施例では、ＰＣＭの相転移温度は、ソーラーエネルギーシステムが設置される場所の予想される最大大気温度に依存する。例えば、アリゾナ州フェニックスでは、大気温度は華氏１２０度である。したがって、溶融温度が華氏１４５度のパラフィンワックスを使用する。一年を通じた予想大気温度が華氏８０度の冷たい天候では、溶融温度が華氏１００度のパラフィンワックスを使用する。
【００４１】
種々の実施例では、その他の温度膨張媒体を使用できる。例えば、幾つかの実施例では、太陽追跡装置の動作温度範囲では相変化しない比較的高い正の温度膨張係数を有する媒体が使用される。例えば、その他の実施例では、温度膨張ポリマー、油圧オイル、ミネラルオイル、野菜オイル、及び／又はその他の適当な温度膨張媒体が使用される。
【００４２】
媒体の膨張（例えば、パラフィンワックスの溶融等）により油圧が上昇する。この油圧上昇が、機械的作動を生み出すために使用される。例えば、媒体の膨張は、ピストン又はその他の油圧式アクチュエータを作動させるために利用される。直線的動作（例えば、ピストン等による動作）は、一日中天空を移動して太陽の角度を追跡するように、太陽追跡装置１１０を回転するための回転運動に変換される。ソーラーエネルギー装置１５０は太陽追跡装置１１０に回転可能に連結される。これにより、ソーラーエネルギー装置１１０が回転すると、主ピボットバー１６０を中心にソーラーエネルギー装置が回転し、太陽の移動方向を追跡する。したがって、ソーラーエネルギー装置又はその他の源によって提供される電力を必要とすることなく、太陽追跡装置１１０はソーラーエネルギー装置１５０のエネルギー出力を大幅に改善できる。
【００４３】
図３は、種々の実施形態に係るソーラーコレクタアセンブリ２００の具体例を詳細に示す。特に、図３はソーラーコレクタアセンブリ２００の構成要素の斜視図を、該ソーラーコレクタアセンブリ２００の回転軸と共に示す。例えば、ソーラーコレクタアセンブリ２００は、レシーバ２１４と同心の軸３１０を中心に回転する。太陽熱コレクタ２１２は、概略、光軸３１８に平行な入射太陽放射を反射してレシーバ２１４に集める。例えば、太陽熱コレクタ２１２は、その対称軸が光軸３１８によって定義される反射式パラボラトラフである。このように、光軸３１８に平行な入射太陽光（例えば、太陽光線３３２）は、太陽熱コレクタ２１２から反射されてパラボラ（例えば、例えば光線３４２）の焦点に集められ、レシーバ２１４に吸収される。太陽放射の入射角が大きくなると、もはや太陽放射はパラボラの焦点に集まらない。受容角θＡ３３０は、太陽熱コレクタアセンブリ２００の中で太陽の放射がレシーバ２１４で吸収される角度範囲として定義される。すなわち、受容角θＡ３３０に等しい、光軸３１８に対する入射角で太陽熱コレクタ２１２に入射する太陽光線（例えば、光線３３４，３３６）は、パラボラの焦点から離れた太陽熱コレクタ２１２で反射され（反射光３４４，３４６）、レシーバ２１４に吸収されることがない。したがって、光を受ける円錐形（受容コーン）が±θＡの角度範囲で定義され、その範囲について太陽の放射がレシーバ２１４に集められる。以下に詳細に示すように、受容角θＡ３３０は、太陽熱コレクタ２１２とレシーバ２１４の特性によって決められる。
【００４４】
ソーラーコレクタアセンブリ２００の動作に関連する他のパラメータは集中率Ｃである。集中率Ｃは、公称受容ソーラーエネルギー（非集中）に対する、コレクタ２１２からレシーバ２１４によって受けられる太陽放射の比率として定義される。集中率Ｃは、レシーバの面積で割った、コレクタの幅比率によって求められる。集中率Ｃと受容角θＡ３３０は、以下に詳述するように、太陽追跡システムの所望動作パラメータが得られるように調整される。
【００４５】
図３に示すように、ブラケット１２２は、オフセット角３２２だけ、光軸３１８からオフセットしてもよい。すなわち、ソーラーエネルギー装置１５０をブラケット１２２に取り付けた状態で、ソーラーエネルギー装置１５０の主軸（例えば、最も高い効率が得られる太陽放射の入射軸）は回転軸３１０を中心にブラケットオフセット角度３２２だけオフセットされる。以下に詳細に説明するように、ブラケットオフセット角３２２は、入射太陽放射とソーラーコレクタアセンブリ２００の追跡装置との間の角度オフセットを相殺する。実施例では、オフセット角３２２は、受容角θＡにほぼ等しい。オフセット角３２２は、受容角θＡよりも小さいもの、又はそれよりも大きいものを選択してもよい。他の実施例では、オフセット角３２２はゼロである。すなわち、これらの実施例では、ブラケット１２２は、光軸からオフセットしていない。
【００４６】
図４ａ〜図４ｃは、ソーラーコレクタアセンブリ２００が太陽の経路を一日に亘って追跡する動作を表している。図４ａ〜図４ｃは、ソーラーコレクタアセンブリ２００の太陽方位角（アジマス）追跡設定を表し、太陽方位角に対するソーラーコレクタアセンブリ２００の方向を説明している。このように、ソーラーコレクタアセンブリ２００の傾斜角は、図４ａ〜図４ｃには表していない。図４ａ〜図４ｃは、太陽収集アセンブリ２００を用いた方位角追跡を示す。その他の追跡設定（例えば、仰角等）も図４ａ〜図４ｃで説明するように同様に動作し得る。太陽方位角とは、ここで使用するように、真北から時計回り方向の角度として太陽方位角を測定したものである。この点に関して、図４ａ〜図４ｃは、北半球におけるソーラーコレクタアセンブリ２００の動作を説明している。ここで、ソーラーコレクタアセンブリ２００は、太陽方位角を増す所定経路を描きながら一日中太陽を追跡する。南半球では、太陽は東に登り、一日を通して、天空を移動しつつ方位角を減少しながら円弧を描く。このように、南半球における太陽追跡装置１１０の動作は、適宜説明を改変することによって理解できる。
【００４７】
図４ａに示すように、ソーラーコレクタアセンブリ２００は、ホームアングル４２６ａによって定義されるホームポジションから出発する。ホームアングル４２６ａは、ホームポジション又は初期位置における太陽方位角に対するコレクタ２１２の光軸３１８ａの角度である。図４ａに示すように、太陽方位角は、真北から時計回り方向に測定した入射太陽放射の角度として定義される。実施例において、北半球ではホームアングル４２６ａは太陽方位角が９０度よりも大きい。このことは、ホームポジション又は初期位置で、ソーラーコレクタアセンブリ２００が十分に回転して真東を向かないことを意味する。一般に、日の出の際、ホームアングルは太陽方位角よりも大きく、そのためソーラーコレクタアセンブリ２００を正しく初期化できる。例えば、ソーラーエネルギーシステムが据え付けられる半球に応じて、ホームアングルは一年のうちで日の出時の最大太陽方位角（北半球の場合、最南）に設定される。
【００４８】
実施例において、ホームアングルは、一年のうちの日の出時最大方位角よりも数度大きな太陽方位角に設定される。例えば、大気ロスに起因して、早朝の太陽放射は日中の太陽放射よりも相当低い。したがって、午前中の適当な時間までは、方向に拘わらず、ソーラーエネルギー装置１５０が得る全エネルギー出力は低いため、ソーラーエネルギー装置を日の出時の太陽方位角に完全に向けるように回転することはそれほど重要なことでない。また、早朝の太陽放射は少ないので、太陽追跡装置１１０が追跡開始用動作温度に達しない。すなわち、始動時、熱媒体はほぼ大気温度にある。パラフィンワックスなどのＰＣＭが媒体として使用される場合、太陽追跡装置１１０が追跡を開始する始動条件には、大気温度からほぼ相変化温度まで加熱することが含まれる。始動時の加熱サイクルは、レシーバに焦点が合わされている時間中（すなわち、太陽方位角が光軸３１８の±θＡ内）に行われる。したがって、太陽の放射が大きい程、追跡初期化の信頼性が高まる。
【００４９】
朝の始動条件は、ソーラーコレクタアセンブリ２００の光軸を日の出時の太陽方位角よりも大きな太陽方位角に位置するホームアングルからの恩恵を受ける。しかし、ホームアングルは、所定条件で日の出時の太陽方位角よりも小さくすることができる。例えば、ホームアングルは、日の出時の太陽方位角よりも小さなソーラーコレクタアセンブリ２００の受容角θＡと同適度であってもよい。実施例では、ホームアングルは、緯度に応じて調整可能であるか、又は一年のうちの時期に応じて調整可能である。
【００５０】
図４ａは、太陽が丁度東の水平線上にある状態を示す。この場合、太陽は方位角θＬを有し、太陽の放射４２４ａがソーラーコレクタアセンブリ２００に光軸３１８ａに対して入射角４２８ａをもって入射する。これに関して、太陽放射４２４ａは９０度よりも大きな方位角を有する（すなわち、真東から僅かに南）。これは、北半球の春又は秋に対応している。例えば、３月２０日午前７時、北緯約４０度（例えば、コロラド州シルバーストーン）では、太陽放射の方位角は約９８．５度である。図４ａに示すように、ホームアングル４２６ａを有するソーラーコレクタアセンブリ２００に入射する方位角θ１からの太陽放射４２４ａは、レシーバ２１４に収束せず、レシーバ２１４からオフセットした領域４３４ａに収束する。
【００５１】
図４ｂは、一日のうちで図４ａの状態から僅かに時間が経過したときのソーラーコレクタアセンブリ２００を示す。図４ｂでは、太陽方位角がθ２で示され、光軸３１８ａに対する太陽放射４２４ｂの入射角４２８ｂで、これはソーラーコレクタアセンブリ２００の受容角θＡと同じ又はそれよりも小さい。図４ｂに示すように、入射する太陽放射４２４ｂは、コレクタ２１２でレシーバ２１４に集められる。レシーバ２１４は太陽放射４２４ｂを吸収し、その熱をレシーバ２１４と熱的に連結された熱膨張媒体に移す。媒体は機械的作動力を生み、これがソーラーコレクタアセンブリ２００に回転力を与える。
【００５２】
図４ｃに示すように、その回転力によりソーラーコレクタアセンブリ２００が太陽方位角座標系に対して時計回り方向に回転する。すなわち、太陽熱コレクタ２１２は、光軸３１８ｂがより大きな太陽方位角４２６ｂを含む所定方向を指すように、回転する。ソーラーコレクタアセンブリ２００の回転により、太陽放射４２４ｂが入射角４２８ｃを有する。これは、ソーラーコレクタアセンブリ２００の受容角θＡにほぼ等しい。図４ｃに示すように、ソーラーコレクタアセンブリ２００の回転により、図４ｂに示すように、入射する太陽放射４２４ｂはもはやレシーバ２１４に収束しない。したがって、レシーバ２１４は、集められた太陽放射を吸収しない。このように、レシーバは、吸収した太陽放射を媒体に移し続けることがないので、媒体の膨張が停止する。
【００５３】
上述のように、パラフィンワックス等のＰＣＭが熱膨張媒体として使用される。この場合、媒体の潜熱蓄熱により、ソーラーコレクタアセンブリ２００は、図４ｃに示す位置で安定している。すなわち、ＰＣＭ媒体は比較的大量のエネルギーを潜熱の状態で保存するため、レシーバ２１４がもはや収集された太陽放射を吸収しない状態でも、媒体がその体積を減少してソーラーコレクタアセンブリ２００が逆転し始めることはない。この状態は、一時的に太陽が例えば前を通過する雲等によって遮られるときでもソーラーコレクタアセンブリ２００をその位置に維持するため、太陽を追跡するうえで有効である。一時的に太陽が遮られる状態が無くなった場合、ソーラーコレクタアセンブリ２００は再び太陽放射をレシーバ２１４に収束し、吸収した太陽放射を熱として媒体に移し、ソーラーコレクタアセンブリ２００を太陽移動方向に回転して新しい安定位置（例えば、太陽放射の入射角度がほぼソーラーコレクタアセンブリ２００の受容角θＡの位置）に移動する。
【００５４】
図４ｃは、現在の太陽方位角（ほぼ受容角θＡ）に対して所定角度をなす位置で光軸３１８に対して平衡な関係にソーラーコレクタアセンブリ２００がある状態を示している。すなわち、太陽がその経路上で回転し続けると（その場合、北半球では太陽方位角が増加する）、太陽放射がレシーバ２１４に収束しているときソーラーコレクタアセンブリ２００は回転し続ける。特に、レシーバ２１４が集められた太陽放射を吸収して熱を媒体に移しているとき、媒体は太陽方位角に応じてソーラーコレクタアセンブリ２００を機械的に移動し続ける。このように、ソーラーコレクタアセンブリ２００の光軸３１８は、ソーラーコレクタアセンブリ２００の受容角θＡだけ太陽方位角の先を行く。
【００５５】
ソーラーコレクタアセンブリ２００の複数のパラメータは、太陽追跡装置１１０の所望の動作特性を達成するように調整される。上述のように、ソーラーコレクタアセンブリ２００の光学特性は、受容角θＡと集中度（率）Ｃを含む。集中度Ｃ（レシーバ２１４の表面積で割ったコレクタ２１２の開口面積で近似される）が高いと、高い温度利得が得られ、これにより、素早く追跡を回復できる、及び／又は、素早く追跡を開始できる。受容角θＡはまた、太陽追跡装置１１０の追跡開始及び追跡回復に影響を与える。具体的に、雲が前を通過する又はその他の理由によって太陽が遮られると、その間は太陽の追跡ができない。受容角θＡが大きくなると、ソーラーコレクタアセンブリ２００に入射する太陽の放射が遮られて太陽追跡装置１１０が回復するまでの時間が大きくなる（すなわち、より長時間に亘って遮られる。）。すなわち、太陽方位角が受容角θＡを超えて光軸３１８を先導すると、太陽追跡装置１１０は太陽の移動を追跡し続けなくなる。太陽方位の回転により、レシーバ２１４がコレクタ２１２に焦点合わせされないからである。このような理由から、受容角θＡは大きいことが好ましい。しかし、受容角度θＡと集中度Ｃは一般に逆の関係にある。すなわち、受容角θＡが大きくなるようにソーラーコレクタアセンブリ２００を設計すれば、集中度Ｃが低下する。また、逆に受容角θＡが小さくなれば集中度が増加する。一つの実施例では、ソーラーコレクタアセンブリ２００は、受容角θＡが約２．７５度、集中度Ｃが約１５ｘに設計される。これらの設計特性を考慮すると、太陽追跡装置１１９は、最大２２分間継続する一時的に太陽が遮られる障害から回復できる。
【００５６】
本説明のソーラーコレクタアセンブリ２００では、コレクタ２１２はパラボラトラフで、レシーバ１２４はパラボラトラフの焦線又はその近くに配置された円筒である。ソーラーコレクタアセンブリ２００の他の構成を検討する。例えば、コレクタ２１２は、他の形式の反射集中式コレクタ（複合パラボラ式集光装置（ＣＰＣ）、円筒トラフ、双曲面、フレネル反射器、及び／又は他の型式の集中式コレクタ（レンズを採用したもの等））であってもよい。レシーバ２１４はまた、円筒形以外（例えば、半円径、四角形等の断面を有するもの）でもよい。実施例では、レシーバ２１４はコレクタ２１４に対して非対称に配置してもよい。すなわち、レシーバ２１４は、集中コレクタの焦点からオフセットしてもよい。例えば、レシーバ２１４は、受容弧（すなわち、±θＡ）は、コレクタの幾何学的光軸からオフセットしてもよい。実施例では、受容角θＡだけオフセットしていない、コレクタ追跡用太陽方位角の幾何学的光軸が得られる。
【００５７】
図１ａ、１ｂ、及び２を参照して、太陽追跡装置１１０の実施例の特徴と動作を詳細に説明する。図２に示す実施例では、レシーバ２１４は一時的膨張する媒体（例えば、パラフィンワックス）を含み、媒体の膨張を利用して機械的動作を生み出す。そこでは、レシーバ２１４の内側から主ハウジング２３０に伸びるピストンを使用している。
【００５８】
図５は、種々の実施例に係る太陽追跡装置１１０のピストンアセンブリを詳細に示す。図２と図５を参照すると、ピストン２４６は内側のレシーバ２１４から主ハウジング２３０のベースに伸びる。媒体が膨張する（例えば、パラフィンワックスが固体から液体に転移する）と、この媒体の膨張によりピストン２４６に油圧が作用し、これが中空シャフト２５４を付勢し、主ハウジング２３０から伸出する。中空シャフト２５４が主ハウジング２３０から伸出すると、カムフォロア２４４が主ハウジング２３０のカム移動プロファイル（形状）２４２（例えば、螺旋スロット）を辿り、ガイドカラー２４８と中空シャフト２５４がピストン２４６を中心に回転する。すなわち、カム移動プロファイル２４２とカムフォロア２４４は、中空シャフト２５４に対するピストン２４６の直線運動を、主ハウジング２３０に対する中空シャフト２５４の直線運動と回転運動（両運動は同時に起こる）に変換する。中空シャフト２５４の回転によりソーラーコレクタアセンブリ２００（例えば、コレクタ２１２，コレクタサポート２１１，レシーバ２１４，レシーバスリーブ２１６，カラー２５８，及び／又はキャップ２６０）が回転する。
【００５９】
図６ａと図６ｂは、種々の形態の太陽追跡装置１１０の構成要素の断面を示す。図６ａを参照すると、初期位置又はホームポジションにおける、種々の実施例に係る太陽追跡装置１１０の断面が示してある。この位置で、ピストン２４６は、レシーバ２１４と同軸上に示してあり、レシーバ２１４のほぼ全長に亘って伸びている。レシーバ２１４はまた、レシーバ１２４で形成されたキャビティ内部に媒体２７０（ＰＣＭ材料、パラフィンワックス等）を収容しており、媒体に対してレシーバがエネルギーを移し、媒体が太陽放射を吸収する。レシーバ２１４は、太陽放射を吸収するとともに熱を媒体２７０に伝える材料（例えば、銅、アルミニウム、スチール等）から作られる。レシーバ２１４はまた、太陽放射の吸収を高めるために種々のコーティングで覆ってもよい。
【００６０】
実施例では、ソーラーコレクタアセンブリ２００は、レシーバ２１４をほぼ囲む透明レシーバスリーブ２１６を含む。透明レシーバスリーブ２１６は、例えば、レシーバ２１４と同軸に配置された反射防止コーティングを有するガラス管である。透明レシーバ２１６は、熱対流及び／又は熱伝導により、レシーバ２１４の熱損失を減少する。このように、レシーバスリーブ２１６は、太陽放射集中アセンブリ２００の動作に基づいて、大気温度及びその他の環境要素（例えば、風等）の影響を減らす。実施例では、レシーバ２１４とレシーバスリーブ２１６との間のギャップ２１５は空気、不活性ガス（例えば、アルゴン）が充填されるか、又は脱気される。不活性ガスを隙間２１５に充填するか又は隙間２１５を脱気することによって、隙間２１５を空気で充満している場合に比べて、隙間２１５を通じた熱の対流及び／又は伝導が減少する。
【００６１】
主シールハウジング２５６はレシーバ２１４を中空シャフト２５４に接続する。中空シャフト２５４は、ピストン案内ブッシング２６８と２７２を介して、ピストン２４６にスライド自在に係合している。主シールハウジング２５６は、レシーバ２１４内に媒体２７０を封入するシール２６６を含む。ピストン２４６は、シール２６６と主シールハウジング２５６を介してスライドできる。シャフト案内ブッシング２５０は、中空シャフト２５４に連結されたカラー２４８を案内する。そのとき、カラー２４８に固定されたカムフォロア２４４が主ハウジング２３０の中をカム移動プロファイル２４２を介して移動する。上パネルブラケット１２２は、主シールハウジング２５６が伸ばされてソーラーコレクタアセンブリ２００の動作範囲で回転されるときソーラーエネルギー装置１５０を回転するように、主シールハウジング２５６に固定される。
【００６２】
上述のように、太陽放射が角度のついた受容コーン内に入射すると、媒体２７０が加熱され、ピストン２４６に油圧が発生し、これにより中空シャフト２５４が伸びる。例えば、集中太陽放射を吸収することによって得られた熱を移動する。パラフィンワックス等のＰＣＭ媒体が部分的に溶け始める。ソーラーコレクタアセンブリ２００が回転すると、太陽放射の入射角が増加し、その結果、太陽放射はもはや実質的にレシーバ２１４に集まらなくなる。この状態になると、レシーバ２１４はもはや、媒体２７０に対する追加のエネルギーと同じ太陽放射及び熱を吸収しなくなる。したがって、媒体はもはや膨張しなくなる。例えば、パラフィンワックス等のＰＣＭ媒体は、媒体の一部が液体で一部が固体の状態を維持する。したがって、ピストン２４６に媒体２７０によって作用する力が減少し、太陽追跡装置１１０は現状の位置を維持する。すなわち、入射太陽放射がコレクタ２１２の受容角θＡに等しい角度又はそれよりも大きな角度で入射することによってレシーバ２１４が集中ソーラーエネルギーを受けなくなると、レシーバ２１４によって受けられた集中太陽放射によって媒体２７０は積極的に加熱されなくなる。
【００６３】
太陽が天空を移動するにしたがって、コレクタの光軸に対する太陽放射の入射角が徐々に小さくなる。すなわち、太陽の動きによって太陽放射の入射角が減少する。しかし、その間に、媒体２７０がピストン２４６に力を加えると、カムフォロア２４４と螺旋スロット２４２によって得られる回転により太陽放射の入射角度が増加する。したがって、システムが太陽の動きを追跡し、シャフト２５４が主ハウジング２３０からシャフト２５４が伸び出し続け、シャフト２５４の伸びに応じてソーラーコレクタアセンブリ２００が回転し続ける。
【００６４】
図６ｂには、種々の実施例に係る、伸長位置にある太陽追跡装置１１０が示されている。図６ｂに示された伸長位置は、太陽が空の西側に見える一日のうちの遅い時間における太陽追跡装置１１０の位置に対応している。図６ｂは、一日の遅い時間の伸長位置において、媒体２７０は図６ａに示す初期位置でのレシーバ２１４の体積よりも大きな体積を占めている状態を示している。例えば、図６ｂは太陽追跡装置１１０を示し、そこではパラフィンワックス等のＰＣＭ媒体２７０が実質的に液相状態にある。
【００６５】
入射太陽放射量は、大気の減少により、太陽が天空を下降するに応じて減少し始める。一日のうちのいくつかの時点（例えば、午後の遅い時間、早朝）では、入射太陽放射は実質的に減少し、熱媒体を膨張し続けるために十分な熱をもはや提供できない。その後、太陽は、太陽放射がレシーバ２１４に集中する入射角を通過し、最終的には、光軸３１８を通り、コレクタ２１２の受容角θAよりも大きな角度で入射する。この場合、光軸３１８は、もはや入射太陽放射の角度を先導せず、太陽放射はもはやレシーバ２１４に収束しない。
【００６６】
したがって、一日の終わりに向かって、太陽追跡装置１１０は伸長位置（例えば、図６ｂに示す位置）にあり、レシーバ２１４はもはや収束したソーラーエネルギーを受けることがない。その結果、レシーバ２１４の放射損失や、種々の伝熱部材（例えば、ピストン２４６等）を通るその他の熱損失を含む、種々の経路を介して熱が移動することから、媒体２７０が冷却し始める。媒体２７０が冷えると、その体積が収縮する。例えば、パラフィンワックスが媒体２７０として使用される場合、冷えるにつれて固相に戻る。媒体２７０が冷えることから、太陽追跡装置１１０は、翌朝までに初期位置に戻る種々の手段を採用している。例えば、スプリング２５２がカラー２４８に力を加え、媒体２７０が冷えるにしたがって、それを図６ａに示す位置に戻す。スプリング２５２はコイルスプリングとして示されているが、このスプリング２５２は他の型式の機械的装置（ガススプリング及び/又はその他の引張式又は圧縮式の機械的ばね装置）であってもよい。他の実施例では、ソーラーコレクタアセンブリ２００を初期位置に戻す力は、ソーラーコレクタアセンブリ２００及び/又はソーラーエネルギー装置１５０の重さによってもたらされる。すなわち、傾斜状態にあるとき、太陽追跡装置１１０は部分的にソーラーエネルギー装置１５０の重量を支持する。媒体が冷えるにしたがって、ソーラーエネルギー装置１５０及び/又はソーラーコレクタアセンブリ２００の重さは、太陽追跡装置１１０を図６ａに示す初期位置に戻すための十分な力を提供する。
【００６７】
図１ａ，１ｂ，及び２に戻り、ソーラーエネルギーシステム１００が太陽の移動を追跡する際の、太陽追跡装置１１０の動作を詳細に説明する。一般に、主ピボットバー１６０は、南北方向に向けられ、ソーラーエネルギーシステム１００の据付緯度において、天空を横断する太陽の経路の太陽の仰角に関連する角度で、水平に対して傾斜される。図１ａ、１ｂ、及び２に示すように、ソーラーエネルギー装置は、ブラケット１２２を介して、ソーラーコレクタアセンブリ２００に取り付けられる。午前中、ソーラーエネルギー装置１５０は、通常、主ピボットバー１６０で定義される回転軸を中心に、東に向けて回転される。太陽が天空を移動すると、回転軸を中心に太陽追跡装置１１０がソーラーエネルギー装置１５０を回転し、一日中太陽の方位角を追随する。これに関して、図１に示すソーラーエネルギーシステム１００は、傾斜方位角追跡ソーラーエネルギーシステムと呼ばれ、そこでは、ソーラーエネルギー装置１５０の傾斜角が主ピボットバー１６０によって固定され、ソーラーエネルギー装置１５０が主ピボットバー１６０を中心に回転し、太陽が天空を移動するにしたがって、太陽の方位角を追跡する。
【００６８】
図１ａ、１ｂに示すように、ソーラーエネルギーシステム１００の仰角は、傾斜ブラケット１４０を使って調整可能である。ソーラーエネルギーシステム１００の傾斜方位角追跡構造に対する傾斜角は、種々の方法によって設定される。例えば、傾斜角度は、所与の緯度における、又は、エネルギーの生成が最大になるように選択された、平均最大太陽仰角によって決められる。実施例では、傾斜角は、傾斜ブラケット１４０を使って、一年のうちに何回も調整される。
【００６９】
実施例では、太陽追跡装置１１０は、複数のソーラーエネルギー装置１５０を連動して方向づけるために使用される。図７ａ、７ｂは、本発明の実施例に係る、単一式太陽追跡装置１１０によって方向づけられる複数のソーラーエネルギー装置１５０を備えたソーラーエネルギーシステム７００を示す。具体的に、太陽追跡装置１１０は、ソーラーエネルギーシステム７００の複数のソーラーエネルギーの一つに設けられる。太陽追跡装置１１０が複数のエネルギー装置１５０の一つを移動すると、その方向付け移動は移動システムを介して別の連動するエネルギー装置１５０に伝えられる。例えば、その方向付け移動は、ソーラーエネルギーシステム７００に示されるように、連動した装置間で変換バー７１０に連結された下連動ブラケット７２０を使って伝えられる。図７ｂに示すように、ヘリカル（らせん）状のフォロア７３０が使用される。これにより、他の連動するソーラーエネルギー装置１５０は太陽追跡装置１１０に向けて同じ移動経路（例えば、ヘリカル状の移動）を辿る。これにより、連動ブラケット７２０と変換バー７１０を介して、より少ない摩擦損失をもって、太陽追跡装置１１０が容易に移動できる。このようにして、ソーラーエネルギーシステム７００の各ソーラーエネルギー装置１５０は、各主ピボットバー１６０を中心に回転し、太陽の方位角を追跡する。
【００７０】
図７ａ及び７ｂは、一つの太陽追跡装置１１０によって方向づけられる３つのソーラーエネルギー装置を有する連動構造を示す。ただし、太陽追跡装置１１０は、種々の構造を有する、多数の連動するソーラーエネルギー装置を駆動することができる。具体的に説明すると、太陽追跡装置１１０において熱的に膨張する媒体によって生成される大きな油圧力は、種々の機械式又は油圧式のアクチュエータで連結されたソーラーエネルギー装置を回転するための機械力又は油圧力を提供するように使用される。したがって、所定のソーラーエネルギーを得るために必要な太陽追跡装置の数が減少するので、システム全体の費用が減少する。
【００７１】
図１ａ，１ｂ，２，５，６ａ，６ｂは、太陽追跡装置１１０の実施例を示す。ソーラーコレクタアセンブリ２００の基本動作（太陽の方位角追跡、仰角追跡等）は、図３，４ａ，４ｂ，４ｃに示すように、他の方法及び装置で実施できる。例えば、ピストンの直線運動をソーラーコレクタアセンブリ２００及びソーラーエネルギー装置１５０の回転運動に変換するために、ギヤ、ケーブル、及び／又はその他の油圧機構が使用できる。
【００７２】
図８ａ，８ｂは、種々の実施例に係る、ソーラーエネルギー装置１５０のための他の取付構造を採用したソーラーエネルギーシステム８００を示す。ソーラーエネルギーシステム８００において、ソーラーエネルギー装置１５０は、スライド式ブラケットアセンブリ８２２を介して、太陽追跡装置１１０に取り付けられる。スライド式ブラケットアセンブリ８２２は、ソーラーコレクタアセンブリ２００に取り付けられたブラケット８５２とロッド８５６、及び、ソーラーエネルギー装置１５０に取り付けられるとともにロッド８５６にスライド可能に係合されたカラー８５４を有する図８ａは、初期位置（すなわち、ホームポジション）にあるソーラーエネルギーシステム８００を示す。太陽追跡装置１１０は、太陽動きを追跡する。そして、ソーラーコレクタアセンブリ２００は主ハウジング２３０から伸び出て、主ハウジング２３０と主ピボットバー１６０と同心の軸を中心に回転する。この実施例において、ソーラーエネルギー装置１５０は、スライド式ブラケットアセンブリ８２２によって回転される。しかし、カラー８５４はロッド８５６とスライド自在に係合されるので、ソーラーエネルギー装置１５０はスライド式ブラケットアセンブリ８２２によって持ち上げられることがない。すなわち、ソーラーエネルギー装置１５０は、本実施例では、主ピボットバー１６０に対して軸方向に移動しない。この場合、下ブラケット８２４は、ピボットバー１６０の周りを回転するが、ピボットバー１６０に対して軸方向に移動しない。ロックカラー８２６は、下ブラケット８２４を、主ピボットバー１６０の所定場所に保持する。
【００７３】
図８ｂは、伸長位置にあるソーラーエネルギーシステム８００の構成要素を示す。ソーラーエネルギー装置１５０の位置が点線で示してある。すなわち、図８ｂはソーラーエネルギーシステム８００を示す。ここで、ソーラーエネルギー装置１５０は、一日中太陽の動きを追いながら（例えば、午後は西の方向に向くように）、太陽追跡装置１１０によって回転される。図８ｂに示されるように、ソーラーコレクタアセンブリ２００は上述のように主ハウジング２３０から伸び出されて主ハウジング２３０と同心の軸を中心に回転される。しかし、ソーラーコレクタアセンブリ２００が主ハウジング２３０から伸び出ているので、カラー８５４はロッド８５６上をスライドする。したがって、ソーラーエネルギー装置１５０は、主ピボットバー１６０に対して軸方向に移動することなく、主ピボットバー１６０を中心に回転する。一日の終わりの時点で、スプリング２５２によってもたらされる力及び／又は。ソーラーコレクタアセンブリ２００の重量による重力により、ソーラーエネルギーシステム８００は図８ａに示す位置に戻る。
【００７４】
ソーラーエネルギーシステム８００の取付構造は、図８ａ及び図８ｂに示すように、その他の構成にも、傾斜方位角追跡構造に使用される。スライド式ブラケットアセンブリ８２２はまた、図７ａ及び７ｂに示すように、連結式パネル構造に使用できる。ソーラーエネルギーシステム８００においてソーラーエネルギー装置１５０はスライド式ブラケットアセンブリ８２２で持ち上げられることがないので、スライド式ブラケットアセンブリ８２２を使って一つの太陽追跡装置１１０によって駆動される連動式の複数のソーラーエネルギー装置を方向づけるために、図７ｂに示すらせん（ヘリカル）式のフォロアは不必要である。
【００７５】
図９は、従来の油圧式システムと組み合わせて、本発明の実施例に係る太陽追跡装置を採用する、ソーラーエネルギーシステム９００を示す。ソーラーエネルギーシステム９００の太陽追跡装置は、上述したものと実質的に同じソーラーコレクタアセンブリ２００を有し、そこでは、油圧流体に運ばれる媒体２７０の油圧力が、追跡機構を駆動するために利用される。具体的に、媒体２７０の機械的エネルギーが、公知の油圧式ピストンによって油圧システムに伝えられる。機械的エネルギーが油圧流体に伝えられると、それは油圧ポート９２２を介して伝達され、油圧式分配ボックス９２６で受けられる。油圧システムの機械エネルギーは、その後、下追跡アセンブリ９４０を駆動するためい使用される。
【００７６】
図９に示すように、下追跡アセンブリは、傾斜バー９６０に設けたソーラーエネルギー装置１５０を回転して太陽を追跡するために、らせんスロットとカムフォロアを使用している。したがって、媒体２７０で生成される油圧が上昇すると、下追跡アセンブリ９４０が回転してサポートハウジング９３０からシャフト９５０を伸出させる。一日の最後に、重力及び／又はその他の手段によりソーラーエネルギーシステム９００は初期位置に戻される。これにより、次の朝のために、ソーラーコレクタアセンブリ２００とソーラーエネルギー装置１５０が再びほぼ東の方向に向く。図９は媒体２７０によって生成される油圧を使ってソーラーエネルギーシステム９００を回転する一つの方法を示すものであるが、種々の機構を駆動してソーラーエネルギー装置１５０とソーラーコレクタアセンブリ２００を回転・傾斜・及び／又は伸ばすことにより太陽の動きを一日中追跡するために油圧を使用してもよい。
【００７７】
以上の記述は、説明のために行ったものである。また、以上の記述は、本発明の実施例をそこに記載された形態に限定するものでない。以上では種々の実施形態と実施例を説明したが、当業者はそれらの変形、改変、置換、追加、及び組み合わせを認識するであろう。
【００７８】
ここで説明した方法は、そこに記載した方法を達成するために一つ又はそれ以上の行為を含むものである。上述の方法の種々の動作は、対応する機能を実施できる任意の適当な手段により行われる。その方法及び／又は行為は、特許請求の範囲から逸脱することなく、互いに置換可能である。換言すれば、複数の行為の特定の順序が特定されている場合を除いて、特定の行為の順序及び／又は使用は特許請求の範囲から逸脱することなく改変できる。
【００７９】
その他の実施例は、上述の説明と特許請求の範囲の範囲と精神の範囲内にある。例えば、ソフトウェアの性質により、上述の機能は、プロセッサ・ハードウェア・ファームウェア・又はそれらの組み合わせによって実行されるソフトウェアを使って実施できる。機能を達成するための特徴は種々の位置に物理的に配置される、すなわち、複数の機能部分が物理的に異なる位置で実行されるように配置される。また、特許請求の範囲でも記載されているように、例えば、Ａ，Ｂ，又はＣの少なくとも一つとは、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、又はＡＢＣ（ＡとＢとＣ）のいずれかを意味する。また、「例示」の用語は、実施例が好ましい、または他の実施例よりも優れている、といったことを意味するものでない。
【００８０】
特許請求の範囲に記載された技術の教示から逸脱することなく、上述の技術に対して種々の変更、置換、修正が可能である。また、開示の範囲と特許請求の範囲は、上述のプロセス、機械、製造、組成、手段、方法、及び行為の特定の形態に限定されるものでない。上述の形態と実質的に同じ機能を実行する又は実質的に同じ結果を達成する既存の又は将来開発されるプロセス、機械、製造、組成、手段、方法、又は行為が利用可能である。したがって、特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機械、製造、組成、手段、方法又は行為を含むものである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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