(57)【要約】【課題】太陽の位置を正確に特定する装置を提供する。【解決手段】太陽追尾装置は、太陽光検知ユニット１０と駆動装置を備える。太陽光検知ユニット１０は、貫通孔１４を有する第１プレート１２と、第１プレート１２に対向配置されているとともに４個の受光部２０を有する第２プレート１８を有する。駆動装置は、太陽光検知ユニット１０の角度を調整する。受光部２０は、貫通孔１４の中心線と第２プレート１８との交点を中心とし、下記式１で算出される半径Ｒ２の円の内側に配置されている。    Ｒ２＝Ｒ１＋Ｌ×ｔａｎ（Ａ／２）・・・（式１）ここで、Ｒ１：貫通孔の半径、Ｌ：第１プレートと第２プレートとの距離、Ａ：太陽の視直径である。【選択図】図２
2013004684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する第１プレートと、第１プレートに対向配置されているとともに少なくとも２個の受光部を有する第２プレートとを含む検知ユニットと、
検知ユニットの角度を調整する駆動装置と、を備えており、
少なくとも２個の受光部が、前記貫通孔の中心線と第２プレートとの交点を中心とし、下記式１で算出される半径Ｒ２の円の内側に配置されていることを特徴とする太陽追尾装置。
Ｒ２＝Ｒ１＋Ｌ×ｔａｎ（Ａ／２）・・・（式１）
ここで、Ｒ１：貫通孔の半径、Ｌ：第１プレートと第２プレートとの距離、Ａ：太陽の視直径である。
【請求項２】
全ての受光部が、前記交点を中心とする円の円周上に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽追尾装置。
【請求項３】
全ての受光部が、半径Ｒ２の円の円周上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽追尾装置。
【請求項４】
受光部間の光量の差が所定範囲内となるように駆動装置を制御するコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽追尾装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽追尾装置を備える太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽追尾装置と、その太陽追尾装置を備える太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光のエネルギーを利用する装置が知られている。そのような装置の一例として、太陽光発電装置がある。太陽光発電装置では、発電効率を高くするために、太陽の動きに従って太陽を追尾するタイプがある。例えば、表面に太陽電池が取り付けられたパネル（ソーラーパネル）を有する太陽光発電装置の場合、パネルを回転させることにより、パネルの表面を太陽に直交する角度に調整することが好ましい。反射鏡を利用して太陽光を集光器に集中させる太陽光発電装置（太陽熱発電装置ともいう）の場合、反射鏡を回転させることにより、太陽光を一箇所に正確に集光させることが好ましい。いずれの太陽光発電装置においても、太陽の位置を正確に特定してパネル（あるいは、反射鏡）の角度を調整することが必要である。
【０００３】
特許文献１には、ソーラーパネルを有する太陽光発電装置が開示されている。その太陽光発電装置は、太陽に対するソーラーパネルの角度を検知するための角度センサ（太陽追尾装置）を備える。特許文献１の角度センサは、第１プレートと、第１プレートに対向配置されている第２プレートで構成されている。第１プレートと第２プレートには、夫々１個の貫通孔が設けられている。第１プレートの貫通孔と第２プレートの貫通孔は、ほぼ一直線上に位置している。その角度センサは、第１プレートがソーラーパネルと平行になるようにソーラーパネルに取り付けられている。特許文献１の技術は、第１プレートの貫通孔を通過した太陽光が第２プレートの貫通孔を通過している場合に、ソーラーパネルが太陽に直交している状態と判断する。特許文献１の技術は、太陽光が第１プレートの貫通孔と第２プレートの貫通孔の双方を通過するように角度センサの角度を調整し、ソーラーパネルを太陽に直交させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４５５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１プレートの貫通孔を通過した太陽光は、広がりながら第２プレートに向かう。第２プレートの表面に当たる太陽光の面積は、太陽の視直径とプレート間の距離に応じて、第１プレートの貫通孔の面積よりも大きくなる。そのため、特許文献１の太陽追尾装置の場合、第１プレートが太陽に直交していなくても、第１プレートの貫通孔を通過した太陽光が第２プレートの貫通孔を通過することがある。すなわち、特許文献１の技術では、ソーラーパネルが太陽に直交していると判断されている状態であっても、実際にはソーラーパネルが太陽に直交していないことがある。特許文献１の技術では、太陽の位置を特定する精度が高くはない。本明細書は、太陽の位置を正確に特定する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する太陽追尾装置は、検知ユニットと駆動装置を備える。検知ユニットは、第１プレートと第２プレートを含む。第１プレートは、貫通孔を有する。第２プレートは、第１プレートに対向配置されており、少なくとも２個の受光部を有する。駆動装置は、検知ユニットの角度を調整する。この太陽追尾装置では、少なくとも２個の受光部が、貫通孔の中心線と第２プレートとの交点を中心とし、下記式１で算出される半径Ｒ２の円の内側に配置されている。下記式において、Ｒ１：貫通孔の半径、Ｌ：第１プレートと第２プレートとの距離、Ａ：太陽の視直径である。
Ｒ２＝Ｒ１＋Ｌ×ｔａｎ（Ａ／２）・・・（式１）
【０００７】
上記の太陽追尾装置において、「第１プレートと第２プレートが対向配置されている」とは、第１プレートの貫通孔が形成されている面と、第２プレートの受光部を備える面とが平行に配置されていることを意味する。従って、第１プレートが太陽に直交しているときは、第２プレートも太陽に直交する。また、「貫通孔の中心線」とは、貫通孔の中心を通り、第１プレートに直交する直線を意味する。また、「第１プレートと第２プレートとの距離」とは、第１プレートの第２プレート側の面（以下、第１プレートの裏面と称することがある）と、第２プレートの第１プレート側の面（以下、第２プレートの表面と称することがある）との距離を意味する。上記式１で算出される半径Ｒ２の円は、第１プレートが太陽に直交しているときに、第１プレートの貫通孔を通過した太陽光が第２プレートの表面に当たる範囲の境界に相当する。
【０００８】
上記の太陽追尾装置では、第１プレートの貫通孔を通過した太陽光は、広がりながら進み、第２プレートに到達する。第２プレートの表面には、上記式１で算出される半径Ｒ２の円の内側に、２個以上の受光部が設けられている。そのため、第１プレートが太陽に直交しているときは、全ての受光部に太陽光が当たる。第１プレートが太陽に直交する角度からずれると、いずれかの受光部に太陽光が当たらなくなる。いずれかの受光部に太陽光が当たっていない場合、第１プレートが太陽に直交していないと判断する。第１プレートが太陽に直交していない場合、駆動装置を用いて検知ユニットの角度を調整する。全ての受光部に太陽光が当たれば、第１プレート（検知ユニット）が太陽に直交していると判断する。上記の太陽追尾装置は、第１プレートを通過した太陽光の広がりを補償して、精度よく太陽の位置を特定することができる。
【０００９】
受光部が配置される位置は、上記した円の内側であれば特に限定されないが、全ての受光部が、上記した交点を中心とする円の円周上に等間隔に配置されているとよい。そのような構成にすることにより、第１プレートが太陽に直交する位置からどの方向にずれても、第１プレートが太陽に直交していないと判断することができる。すなわち、検知精度が太陽方向からのずれの方向に依存しない太陽追尾装置が得られる。また、全ての受光部が、半径Ｒ２の円の円周上に配置されているとよい。そのような位置に受光部を配置すると、第１プレートが太陽に直交する位置から僅かにずれただけで、いずれかの受光部に太陽光が当たらなくなる。より精度よく太陽を追尾することができる。
【００１０】
上記の太陽追尾装置は、駆動装置を制御するコントローラをさらに備えていてよい。そのコントローラは、受光部間の光量の差が所定範囲を超える場合は、受光部間の光量の差が所定範囲内になるまで、検知ユニットの角度を調整する指令値を駆動装置に出力するものであってよい。各受光部間の光量の差を所定範囲内（例えば、ゼロ）にすることにより、太陽に対する検知ユニットの角度の僅かなずれを修正することができる。
【００１１】
本明細書はまた、上記した太陽追尾装置を備える太陽光発電装置も開示する。その太陽光発電装置は、上記した太陽追尾装置によってソーラーパネルが太陽を正確に追尾することができるので、発電効率が高い。
【発明の効果】
【００１２】
本明細書が開示する技術は、太陽の位置を正確に特定する太陽追尾装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】太陽光発電装置の外観を示す。
【図２】太陽光検知ユニットの構造を模式的に示す図である。
【図３】図２のIII-III線に沿った断面図である。
【図４】受光部の配置を説明する図である。
【図５】太陽光検知ユニットが太陽に直交している状態を示す。
【図６】太陽光検知ユニットが太陽に直交していない状態を示す。
【図７】太陽光検知ユニットが太陽に直交する角度からずれている状態を示す（１）。
【図８】太陽光検知ユニットが太陽に直交する角度からずれている状態を示す（２）。
【図９】受光部に達した太陽光の検知方法を示す（１）。
【図１０】受光部に達した太陽光の検知方法を示す（２）。
【図１１】パネルの角度を補正する方法を説明するための図である。
【図１２】太陽光発電装置の制御ブロック図である。
【図１３】受光部の配置の他の実施形態を示す図である。
【図１４】受光部の配置のさらに他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施例を説明する前に、実施例の技術的特徴を以下に簡潔に記す。
（特徴１）第２貫通孔が、第１貫通孔の中心線と第２プレートとの交点を中心として、対称（線対称又は点対称）の位置に形成されている。
（特徴２）検知ユニットは、２枚の第２プレート（上段第２プレートと下段第２プレート）を備えている。上段第２プレートと下段第２プレートは、僅かな距離を隔てて対向配置されている。上段第２プレートには第２貫通孔が形成されており、下段第２プレートには光センサが配置されている。２枚の第２プレートを平面視したときに、第２貫通孔は、光センサとオーバーラップしている。
（特徴３）太陽光発電装置は、パネルの表面に太陽電池を備える。太陽光検知ユニットは、第１プレートがパネルの表面に平行となるようにパネルに固定されている。
（特徴４）パネルを駆動する駆動装置が、太陽光検知ユニットを駆動する駆動装置に相当する。
【実施例】
【００１５】
図１に示す太陽光発電装置１００は、支柱８と、支柱８に対して回転するパネル支持シャフト３と、パネル支持シャフト３に固定されているパネル２を備える。パネル２には、太陽光検知ユニット１０が固定されている。支柱８とパネル支持シャフト３の間に駆動装置５が配置されている。駆動装置５は、第１駆動装置６と第２駆動装置４を備える。駆動装置５は、パネル支持シャフト３を、支柱８に対して矢印Ｘ方向と矢印Ｙ方向に回転する。よって、パネル２は、支柱８に対して矢印Ｘ方向と矢印Ｙ方向に回転することができる。太陽光発電装置１００は、２軸の周りを回転することができる。太陽光発電装置１００では、太陽光検知ユニット１０により太陽の位置を特定し、駆動装置５がパネル２の角度を調整する。
【００１６】
駆動装置５がパネル２を回転すると、太陽光検知ユニット１０が、パネル２とともに回転する。そのため、パネル２を駆動する駆動装置５は、太陽光検知ユニット１０の駆動装置としても機能する。別言すると、太陽光検知ユニット１０と駆動装置５によって、太陽追尾装置１５が構成されているといえる。駆動装置５が太陽光検知ユニット１０を太陽に直交する角度に調整すると、パネル２が太陽に直交する。
【００１７】
太陽光発電装置１００は、太陽の動きに従ってパネル２の角度を変化させる。パネル２は、所定の動作プログラムに従って、常に太陽に直交するように回転する。太陽の軌道は予め分かっているので、パネル２の動作パターンも予めプログラム内に記憶されている。太陽追尾装置１５は、プログラム上で定められたパネル２の角度と、実際のパネル２の角度との差異を修正するために使用される。例えば、太陽光発電装置１００を組み立てたときの初期プログラムを校正したり、パネル２の角度の経時的な変化を補正したりするときに使用される。あるいは、太陽追尾装置１５は、パネル２の動作中にリアルタイムでパネル２の角度を補正し、パネル２を常に太陽に直交させるように使用することもできる。
【００１８】
太陽光検知ユニット１０について説明する。図２に示すように、太陽光検知ユニット１０は、第１プレート１２と、第２プレート１８を備える。第１プレート１２と第２プレート１８は、中空のボディ１６の両端に固定されている。第１プレート１２は、第２プレート１８に対向配置されている。別言すると、第１プレート１２と第２プレート１８は、ボディ１６を介して平行に配置されている。第１プレート１２と第２プレート１８は、ボディ１６の長さＬだけ離れている。より正確には、第１プレート１２の裏面と第２プレート１８の表面が、長さＬだけ離れている（図３を参照）。第１プレート１２には、１個の第１貫通孔１４が形成されている。第２プレート１８には、４個の受光部２０が配置されている。
【００１９】
図４は、第２プレート１８の平面視に相当する。図３及び図４に示すように、受光部２０は、第２プレート１８に形成された貫通孔（以下、第２貫通孔２０と称することがある）である。図中の点２２は、第１貫通孔１４の中心線Ｃ１４と第２プレート１８との交点である。図３に示す通り、中心線Ｃ１４は、第１貫通孔１４の中心を通り、第１プレート１２に直交する直線である。なお、第１貫通孔１４は、半径Ｒ１のピンホールである。４個の第２貫通孔２０は、点２２を中心とする半径ｒの円２４の円周上に等間隔に形成されている。より正確にいうと、第２貫通孔２０の中心が、円２４の円周上に位置している。４個の第２貫通孔２０は、点２２を中心として、距離ｒだけ離れた点対称の位置に形成されているということもできる。夫々の第２貫通孔２０は、点２２を中心とする半径Ｒ２の円２６の円に内接している。正確には、第２貫通孔２０の中心は、点２２を中心とする半径Ｒ２の円２６の内側に位置している。半径ｒは、半径Ｒ２よりも小さい。半径Ｒ２については後述する。
【００２０】
図５は、太陽光検知ユニット１０が太陽３０に直交している状態を示す。この場合、第１プレート１２及び第２プレート１８は、太陽３０に直交する。図５に示すように、第１貫通孔１４を通過した太陽光３２は、太陽の視直径Ａに相当する分だけ、太陽光検知ユニット１０内で広がりながら進み、第２プレート１８に達する。「太陽の視直径」とは、太陽の見かけの直径を、角度で表したものであり、概ね３２′３２″〜３１′２８″の間である。第２プレート１８の表面に当たる太陽光３２の範囲は、直径が２×Ｒ２の円の内側である。上記半径Ｒ２は、第２プレート１８の表面に当たる太陽光３２の半径である。また、円２６は、太陽光検知ユニット１０が太陽３０に直交しているときの、第２プレート１８に当たる太陽光３２の範囲である。以下の説明では、円２６を、基準範囲２６と称することがある。半径Ｒ２は、幾何学的な計算により得られ、下記式１で表すことができる。下記式１において、Ｒ１：第１貫通孔１４の半径、Ｌ：第１プレートと第２プレートとの距離、Ａ：太陽の視直径である。視直径Ａとして３２′を採用すれば、地球上のほぼ全ての場所に対応することができる。
Ｒ２＝Ｒ１＋Ｌ×ｔａｎ（Ａ／２）・・・（式１）
【００２１】
上記したように、４個の第２貫通孔２０は、半径Ｒ２の円２６の内側に形成されている（図４を参照）。そのため、太陽光検知ユニット１０が太陽３０に直交しているときは、太陽光３２は、全ての第２貫通孔２０を通過し、第２プレート１８の裏側まで届く。これにより、太陽光３２が全ての第２貫通孔２０を通過している場合、太陽光検知ユニット１０が太陽３０に直交していると判断することができる。なお、図５には、４個の第２貫通孔２０のうち、２個の第２貫通孔２０ａ，２０ｂが表れている。太陽光３２は、他の２個の第２貫通孔２０も通過している。
【００２２】
図６に示すように、太陽光検知ユニット１０が太陽３０に直交していない場合でも、４個の第２貫通孔２０のうちのいずれかの第２貫通孔２０を太陽光３２が通過することがある。図６では、太陽光３２は、第２貫通孔２０ａを通過しており、第２貫通孔２０ｂを通過していない。太陽光検知ユニット１０では、太陽光３２が４個の第２貫通孔２０のうちのいずれかを通過していない場合、太陽光検知ユニット１０が太陽３０に直交していないと判断する。
【００２３】
太陽光検知ユニット１０の特徴について詳細に説明する。上記したように、太陽光検知ユニット１０は、４個の第２貫通孔（受光部）２０が、点２２を中心とする円２４の円周上に等間隔に形成されている（図４を参照）。そのため、太陽光検知ユニット１０が太陽に直交する位置からずれている「向き」を検出することができる。例えば、図７では、４個の第２貫通孔２０（２０ａ〜２０ｄ）のうち、貫通孔２０ｄにだけ太陽光３２が当たっていない。この場合、例えば、太陽光３２が、基準範囲２６から図１のＹ方向にずれていることを検知することができる。すなわち、太陽追尾装置１５は、図１の太陽光検知ユニット１０（パネル２）が、太陽に直交する位置からＹ方向にずれていることを検知することができる。太陽追尾装置１５の計測結果に基づき、太陽光発電装置１００は、第２駆動装置４によって、太陽光検知ユニット１０（パネル２）を太陽に直交させることができる。また、図８に示すように、太陽光３２が貫通孔２０ａにだけ当たっていない場合、太陽追尾装置１５は、太陽光検知ユニット１０（パネル２）が、太陽に直交する位置からＸ方向にずれていることを検知することができる。太陽追尾装置１５の計測結果に基づき、太陽光発電装置１００は、第１駆動装置６によって、太陽光検知ユニット１０（パネル２）を太陽に直交させることができる。太陽追尾装置１５は、パネル２が太陽に直交する角度からずれているときに、ずれの向きを検知し、ずれを補正することができる。
【００２４】
図９は、太陽光検知ユニットの一実装形態を示す。図９に示す太陽光検知ユニット１０ａは、２枚の第２プレート１８（上段第２プレート１８ａと下段第２プレート１８ｂ）を備えている。上段第２プレート１８ａに第２貫通孔２０が形成されており、下段第２プレート１８ｂに光センサ４０が配置されている。光センサ４０は、受光した光量（光の強さ）を計測するセンサであり、例えばフォトトランジスタである。光センサ４０は、第２貫通孔２０に対応する位置に配置されている。別言すると、第２プレート１８を平面視すると、第２貫通孔２０は、光センサ４０とオーバーラップしている。なお、図面には２つの光センサ４０が示されているが、図９の断面には表れていない第２貫通孔に対応する光センサが存在する。すなわち、太陽光検知ユニット１０ａには、第２貫通孔２０の数と同じ数の光センサ４０が配置されている。
【００２５】
図１０は、太陽光検知ユニットの他の実装形態を示す。太陽光検知ユニット１０ｂでは、光センサ４０が受光部２０そのものである。光センサ４０を配置する位置は、上述した実施形態（太陽光検知ユニット１０）における第２貫通孔２０の位置と同じでよい。
【００２６】
光センサ４０を用いて太陽光３２を検知する場合、その検知信号を利用して、パネル２の動作中にリアルタイムにパネル２の角度を補正することができる。図１１に示すように、太陽光３２が基準範囲２６からずれている場合、光センサ４０ａ〜４０ｄが検知する光量は異なる。光センサ４０ｂ，４０ｃで検知される光量は大きく、光センサ４０ａで検知される光量は中程度であり、光センサ４０ｄで検知される光量は小さい（ほぼゼロ）である。光センサ４０ａ〜４０ｄが検知した光量データは、太陽光検知ユニット１０からコントローラ５０に入力される（図１２を参照）。コントローラ５０は、光センサ４０ａ，４０ｂの光量データより、太陽光検知ユニット１０（パネル２）がＸ方向に僅かにずれていることを判断する。また、コントローラ５０は、光センサ４０ｃ，４０ｄの光量データより、太陽光検知ユニット１０がＹ方向に大きくずれていることを判断する。コントローラ５０は、光センサ４０ａ〜４０ｄの光量の差がほぼゼロになる角度を計算し、駆動装置５に対して、太陽光検知ユニット１０の角度を調整する指令値を出力する。パネル２の動作中にパネル２の角度を補正することにより、パネル２が常に太陽に直交し、発電効率を高くすることができる。
【００２７】
受光部の数は４個に限られない。例えば、パネルが１軸の周りを回転するタイプの太陽光発電装置の場合、図１３に示すように、受光部２０が２個であってもよい。２個の受光部２０は、点２２を中心とする基準範囲２６内に配置されている、あるいは、図１４に示すように、受光部２０が３個であってもよい。図１３、図１４のいずれの場合も、複数の受光部が交点２２を中心とする基準範囲２６内であって、交点２２を中心とする円周上に等間隔に配置されている。なお、受光部の中心が、基準範囲２６の境界上に位置していてもよい。すなわち、受光部が配置されている円２４の半径ｒが、基準範囲２６の半径Ｒ２と同じであってもよい。このような構成にすることにより、より精度よく太陽の位置を特定することができる。
【００２８】
上記実施例では、太陽光検知ユニットがパネルに直接固定されている太陽追尾装置について説明した。そのため、パネルを回転する駆動装置が、太陽光検知ユニットを回転する駆動装置でもある。太陽光検知ユニットを回転する駆動装置は、パネルを回転する駆動装置と別であってもよい。この場合、太陽光検知ユニットを固定する場所の自由度が増す。
【００２９】
上記の太陽追尾装置は、反射鏡を利用して太陽光を集光器に集中させる太陽光発電装置に使用することもできる。この太陽光発電装置の場合、反射鏡は太陽に直交させない。そのため、太陽追尾装置（太陽光検知ユニット）は、反射鏡に直接固定しない。太陽追尾装置を反射鏡とは別に設置し、太陽追尾装置を太陽に直交させることにより太陽の位置を特定する。太陽の位置を正確に特定することにより、その太陽に位置における適切な角度に反射鏡を向けることができる。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３１】
５：駆動装置
１０：検知ユニット（太陽光検知ユニット）
１２：第１プレート
１５：太陽追尾装置
１８：第２プレート
２０：受光部
１００：太陽光発電装置
【図１】
2013004684.tif 000003
【図２】
2013004684.tif 000004
【図３】
2013004684.tif 000005
【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】
2013004684.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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