(57)【要約】【課題】ヘリオスタットの設置時に、ヘリオスタットが有する反射装置の基準位置の設定を正確に行なうことが可能なヘリオスタット、太陽光集光システム、および、太陽光集光システムの制御方法を提供する。【解決手段】ヘリオスタットは、集光部の周囲に配置されるヘリオスタット１であって、太陽光を反射する反射装置２と、反射装置２の仰角を調節する傾斜装置３と、反射装置２の方位角を調節する旋回装置４と、画像を撮影する撮影装置５と、撮影装置５によって撮影された太陽位置画像および集光部位置画像に基づき、傾斜装置３および旋回装置４を制御して、反射装置２の向きを制御する制御装置１００とを備える。【選択図】図１
2016056965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光部の周囲に配置されるヘリオスタットであって、
太陽光を反射する反射装置と、
前記反射装置の仰角を調節する傾斜装置と、
前記反射装置の方位角を調節する旋回装置と、
画像を撮影する撮影装置と、
前記撮影装置によって撮影された太陽位置画像および前記集光部位置画像に基づき、前記傾斜装置および前記旋回装置を制御して、前記反射装置の向きを制御する制御装置と、
を備える、ヘリオスタット。
【請求項２】
前記反射装置は、２枚のミラーを含み、
前記傾斜装置、前記旋回装置、および、前記撮影装置は、２枚の前記ミラーの間に配置されている、請求項１に記載のヘリオスタット。
【請求項３】
前記集光部を含む集光塔と、
前記集光塔の周囲を取り囲むように配置される複数の請求項１または請求項２に記載のヘリオスタットと、を備え、
太陽の移動に追従して前記集光部に太陽光を反射させるように、前記ヘリオスタットの前記反射装置の前記仰角および前記方位角を前記制御装置を用いて調節して、前記集光部に、太陽光の反射光を集中させる、太陽光集光システム。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽光集光システムの制御方法であって、
前記ヘリオスタットの設置時において、
前記制御装置は、
太陽位置設定処理ステップと、
集光部位置設定処理ステップと、
反射装置向き調節処理ステップと、
がコンピュータを用いて実行され、
前記太陽位置設定処理ステップは、
設置時における太陽位置の太陽理論座標位置情報を求めるステップと、
前記撮影装置によって太陽を撮影することによって得られた太陽位置情報に基づき、現実の太陽実測座標位置情報を求めるステップと、
前記太陽理論座標位置情報および前記太陽実測座標位置情報とから補正パラメータを求め、前記補正パラメータに基づき、太陽の向き（ＶＳ）を算出するステップと、を含み、
前記集光部位置設定処理ステップは、前記撮影装置によって前記集光部を撮影することによって得られた、設置時における現実の集光部座標位置情報に基づき集光部の向き（ＶＴ）を算出するステップと、を含み、
前記反射装置向き調節処理ステップは、下記の式（１）に基づき、前記反射装置の向き（ＶＨ）が算出されるステップを含む、太陽光集光システムの制御方法。
【数１】
2016056965.tif 000006
【請求項５】
前記制御装置は、
当該太陽光集光システムの通常運転時において、
通常運転時における太陽理論座標位置情報を求めるステップと、
前記太陽理論座標位置情報に前記補正パラメータを適用して、補正後の太陽の向き（ＶＳＡ）を算出し、上記式（１）により、補正後の前記反射装置の向き（ＶＨＡ）が算出されるステップと、
を含む、請求項４に記載の太陽光集光システムの制御方法。
【請求項６】
前記制御装置は、
当該太陽光集光システムの通常運転時において、
設置時における集光部の向き（ＶＴ）に前記撮影装置を移動させるステップと、
前記撮影装置によって前記集光部を撮影し、撮影画像の中心に集光部が存在するかしないかを判別するステップと、
を含む、請求項４または請求項５に記載の太陽光集光システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を反射する反射装置を備えたヘリオスタット、太陽光集光システム、および、太陽光集光システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境への関心が高まっており、再生可能エネルギーが注目されている。特に、太陽光を集光して熱エネルギーに変え、その熱エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光集光システム（太陽熱発電システム）が注目されている。
【０００３】
特開平１１−１１９１０５号公報（特許文献１）、特開２００９−１９８１２０号公報（特許文献２）、および、特開２０１２−１２２６３５号公報（特許文献３）には、それぞれ、複数のヘリオスタットを用いた太陽光集光システムが開示されている。
【０００４】
いずれの特許文献に開示される太陽光集光システムにおいても、発電効率を上げるために、ひとつの集光塔に対して多数（数千台単位）のヘリオスタットが並べられており、中央集光塔から遠く離れた位置にもヘリオスタットが設置されている。
【０００５】
現在、実用化されている太陽光集光システムでは、集光塔とヘリオスタットとの最長距離は５００ｍ程度であるが、今後は、最長距離が１５００ｍ、またはそれ以上の太陽光集光システムの開発が計画されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１１９１０５号公報
【特許文献２】特開２００９−１９８１２０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１２２６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記各特許文献に開示される太陽光集光システムにおいて、太陽光をヘリオスタットを用いて集光塔（集光部）に反射するため、ヘリオスタットのミラーの俯角および方位角（旋回角）を正確に制御する必要がある。なお、俯角は天頂からの角度であり、仰角（水平面からの角度）との関係は、（９０度−俯角）が仰角となる。
【０００８】
しかし、ヘリオスタットの設置時の誤差、経年変化によりこの正確さの維持は困難である。さらに、集光塔を用いる太陽光集光システムにおいては、ヘリオスタットは数千台単位で設置されるため、各ヘリオスタットの精度の維持を手動で行なうことはコスト面から現実的ではない。
【０００９】
上記特許文献３に開示される太陽光集光システムにおいては、この課題をレーザー光を用いた位置補正および位置制御により解決している。ヘリオスタットおよび集光塔の初期位置をＧＰＳ（Global  Positioning  System：全地球測位網）値により設定している。しかし、集光塔とヘリオスタットとの距離が大きくなると、この初期位置入力に要求される精度を充足することが困難になる。さらに、レーザー光を集光塔の受光部に当てなければ補正作業を開始することができない。
【００１０】
本発明の目的は、ヘリオスタットの設置時に、ヘリオスタットが有する反射装置の基準位置の設定を正確に行なうことが可能なヘリオスタット、太陽光集光システム、および、太陽光集光システムの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に基いたヘリオスタットにおいては、太陽光を反射する反射装置と、上記反射装置の仰角を調節する傾斜装置と、上記反射装置の方位角を調節する旋回装置と、画像を撮影する撮影装置と、上記撮影装置によって撮影された太陽位置画像および上記集光部位置画像に基づき、上記傾斜装置および上記旋回装置を制御して、上記反射装置の向きを制御する制御装置とを備える。
【００１２】
この発明に基いた太陽光集光システムにおいては、上記集光部を含む集光塔と、上記集光塔の周囲を取り囲むように配置される複数の上記ヘリオスタットとを備え、太陽の移動に追従して上記集光部に太陽光を反射させるように、上記ヘリオスタットの上記反射装置の上記仰角および上記方位角を上記制御装置を用いて調節して、上記集光部に、太陽光の反射光を集中させる。
【００１３】
この発明に基いた太陽光集光システムの制御方法は、上述に記載の太陽光集光システムの制御方法であって、上記ヘリオスタットの設置時において、上記制御装置は、太陽位置設定処理ステップと、集光部位置設定処理ステップと、反射装置向き調節処理ステップと、がコンピュータを用いて実行され、上記太陽位置設定処理ステップは、設置時における太陽位置の太陽理論座標位置情報を求めるステップと、上記撮影装置によって太陽を撮影することによって得られた太陽位置情報に基づき、現実の太陽実測座標位置情報を求めるステップと、上記太陽理論座標位置情報および上記太陽実測座標位置情報とから補正パラメータを求め、上記補正パラメータに基づき、太陽の向きを算出するステップとを含み、上記集光部位置設定処理ステップは、上記撮影装置によって上記集光部を撮影することによって得られた、設置時における現実の集光部座標位置情報に基づき集光部の向きを算出するステップとを含み、上記反射装置向き調節処理ステップは、下記の式（１）に基づき、上記反射装置の向きが算出されるステップを含む。
【００１４】
【数１】
2016056965.tif 000003
【発明の効果】
【００１５】
この発明においては、ヘリオスタットの設置時に、ヘリオスタットが有する反射装置の基準位置の設定を正確に行なうことが可能なヘリオスタット、太陽光集光システム、および、太陽光集光システムの制御方法を提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態におけるヘリオスタットの構成を示す全体斜視図である。
【図２】ＣＣＤカメラの光軸とミラーの太陽光反射軸と関係を示す模式図である。
【図３】実施の形態における太陽光集光システムの構成を示す全体模式図である。
【図４】実施の形態における太陽光集光システムの構成を側面視した場合の全体模式図である。
【図５】ヘリオスタットの太陽位置と集光塔の集光部との位置関係を模式的に示す図である。
【図６】『太陽位置の計算誤差』の概念図である。
【図７】『ヘリオスタットのミラーの設置位置誤差』の概念図である。
【図８】『集光部の位置誤差』の概念図である。
【図９】実施の形態におけるヘリオスタットの設置時の作業フローを示す図である。
【図１０】（Ａ）は、実施の形態におけるヘリオスタットにおける自動で太陽追尾を行なう模式図、（Ｂ）は、撮影画像の模式図である。
【図１１】（Ａ）は、実施の形態におけるヘリオスタットにおける自動で集光部の位置を検出する模式図、（Ｂ）は、撮影画像の模式図である。
【図１２】実施の形態のヘリオスタットの設置位置誤差の補正、および、太陽位置の算出誤差の補正のためのパラメータを取得するフローを示す図である。
【図１３】（Ａ）は、太陽の理論座標位置を示す概念図、（Ｂ）は、太陽の現実座標位置を示す概念図である。
【図１４】実施の形態における集光部位置設定処理のフローを示す図である。
【図１５】実施の形態における通常運転時における太陽位置の補正のフローを示す図である。
【図１６】実施の形態におけるヘリオスタットの経年変化検出フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に基づいた一例における実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
【００１８】
［ヘリオスタット１および太陽光集光システム１０００］
図１から図４を参照して、実施の形態におけるヘリオスタット１、および、このヘリオスタット１を用いた太陽光集光システム１０００について説明する。
【００１９】
なお、実際の太陽光集光システムにおいては、ヘリオスタットは数千台単位で設置され、また、集光塔の高さに対して、集光塔とヘリオスタットとの最長距離は１５００ｍ程度（図３中半径Ｒ参照）となるため、そのままの寸法関係を維持して図示することは現実的でない。そこで、本明細書に用いる図においては、実際の寸法比率では記載しておらず、システムの理解を容易にするために、比率を異ならせて記載している。
【００２０】
［ヘリオスタット１の構成］
図１を参照して、実施の形態におけるヘリオスタット１は、太陽光を反射する反射装置の一例としてのミラー２、このミラー２の俯角（φ）を調節する傾斜装置３、ミラー２の方位角（θ）を調節する旋回装置４、画像を撮影する撮影装置の一例としてのＣＣＤカメラ５、および、ＣＣＤカメラ５に対して装着状態と脱着状態との選択が可能な遮光フィルタ装置６を備える。傾斜装置３、旋回装置４、ＣＣＤカメラ５、および、遮光フィルタ装置６の駆動は、制御装置１００から制御信号を受けて実行される。
【００２１】
実施の形態では、撮影装置にＣＣＤカメラ５を用い、太陽を直接撮影することから、遮光フィルタ装置６を用いる場合を示しているが、太陽を直接撮影することが可能な撮影装置を用いる場合には、遮光フィルタ装置６は不要である。
【００２２】
ヘリオスタット１は、支持シャフト１０およびこの支持シャフト１０の上端に配置される機器ボックス２０を有する。機器ボックス２０の内部には、高精度スクリュージャッキ等を用いた傾斜装置３が配置され、ミラー２を支持するミラー支持バー２Ｂが、水平軸ＨＡを回転中心として回動可能（図中矢印φ）に設けられている。
【００２３】
また、機器ボックス２０の内部には、ウォームギヤ等を用いた旋回装置４が収納され、機器ボックス２０が、支持シャフト１０に対して鉛直軸ＶＡを回転中心として回動可能（図中矢印θ）に設けられている。
【００２４】
ミラー支持バー２Ｂの水平方向の略中心位置に、機器ボックス２０および支持シャフト１０が位置し、両側に一対のミラー２が、ミラー支持バー２Ｂによって支持されている。図１においては、ミラー２の太陽光反射面の裏側側が図示されている。
【００２５】
実施の形態においては、たとえば、支持シャフト１０の地上からの高さは、約２．０ｍ〜２．５ｍ程度、ミラー２（１枚）の形状は矩形であり、その大きさは、縦０．６ｍ〜０．８ｍ程度、横０．６ｍ〜０．８ｍ程度である。なお、これらの寸法は、あくまでも一例であり、その大きさは設置される場所に応じて適宜設計されるものである。
【００２６】
さらに、一対のミラー２の間において、傾斜装置３には、ミラー支持バー２Ｂの回動と同期して回動するＣＣＤカメラ５および遮光フィルタ装置６が設けられている。遮光フィルタ装置６は駆動装置を用いて、ＣＣＤカメラ５に対して装着状態と脱着状態との選択が可能に設けられている。なお、遮光フィルタ装置６のＣＣＤカメラ５に対する装着状態と脱着状態との選択を作業員が行なってもよい。
【００２７】
図２を参照して、ＣＣＤカメラ５の光軸５ａと一対のミラー２の光反射軸２ａとは、後述する集光塔２００の集光部２１０で交わるように、ＣＣＤカメラ５および一対のミラー２が、ヘリオスタット１に組み込まれる。
【００２８】
なお、実施の形態では、１台のヘリオスタット１に、２枚のミラー２を用いる場合について説明しているが、ミラー２の枚数は限定されない。ミラー２が１枚の場合、および、３枚以上の場合においても、ＣＣＤカメラ５の光軸５ａとミラー２の光反射軸２ａとは、図２で説明したように集光部２１０で交わるように設置されていればよい。
【００２９】
［太陽光集光システム１０００］
図３および図４を参照して、上記ヘリオスタット１を用いた太陽光集光システム１０００について説明する。太陽光集光システム１０００は、太陽の移動に追従して集光部２１０に太陽光を反射させるように、ヘリオスタット１のミラー２の仰角および方位角を制御装置１００を用いて調節して、集光部２１０に太陽光の反射光を集中させるものである。
【００３０】
集光部２１０が設けられた集光塔２００を取り囲むように、複数（数千台単位）のヘリオスタット１が設けられている。実施の形態では、集光塔２００の回りを取り囲むように環状にヘリオスタット１が配置されているが、ヘリオスタット１の配置形態は環状に限定されるものではなく、ヘリオスタット１によって反射された太陽光が集光塔２００の集光部２１０に反射されればどのような配置形態を採用してもよい。
【００３１】
ヘリオスタット１のそれぞれにおいて、集光部２１０に太陽光Ｓを適切に反射させる俯角および方位角は異なることから、ヘリオスタット１のミラー２の俯角および方位角が適切に制御装置１００により位置制御されることで、ミラー２によって反射されるすべての太陽光が集光部２１０に集められる。これにより、たとえば、熱交換器を用いて光エネルギーを熱エネルギーに変換し、さらに、発電装置を用いて熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００３２】
ヘリオスタット１の制御装置１００による姿勢制御は、各ヘリオスタット１のそれぞれに制御装置を設けて制御する場合、１ヶ所に設けられた制御装置により、全てのヘリオスタット１を集中して制御する場合、または、全てのヘリオスタット１を幾つかの区画に分け、各区画ごとに制御する場合を含むものとする。なお、ヘリオスタット１の姿勢制御とは、具体的にはヘリオスタット１のミラー２の向きを制御することを意味するが、以下では、単に「ヘリオスタット１の制御」と称する。
【００３３】
［ヘリオスタット１の向き（ＶＨ）］
次に、図５を参照して、ヘリオスタット１の向きについて説明する。図５は、ヘリオスタット１のミラー２、太陽位置、および、集光塔２００の集光部２１０の位置関係を模式的に示す図である。なお、図５においては、説明の便宜上、ミラー２は、１枚の場合を示している。
【００３４】
ヘリオスタット１の向き、具体的にはミラー２の向き（ＶＨ）は、ヘリオスタット１の設置位置を中心とする座標系において、太陽の向き（ＶＳ）と集光部２１０の向き（ＶＴ）とから、以下の式（１）により算出される。
【００３５】
【数２】
2016056965.tif 000004
【００３６】
ここで、ＶＨ、ＶＳ、ＶＴはヘリオスタット１のミラー２の中心を原点とする座標系中の３次元ベクトルである。
【００３７】
ヘリオスタット１のミラー２の向きを、太陽の移動の合わせて移動させる必要のあるヘリオスタット１の制御においては、太陽の向き（ＶＳ）と集光部２１０の向き（ＶＴ）とが正確であることが重要となる。
【００３８】
［誤差］
所定時刻の太陽の向き（ＶＳ）は、「Solar position algorithm for solar radiation applications（著者：Ibrahim Reda,Afshin Andreas、Solar Energy（Volume 76, Issue 5,Pages57〜589、2004（http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X0300450X）)」に記載のアルゴリズム（以下、単に「Reda&Andreasのアルゴリズム（2004）」と称する。）を用いて、論理的に計算により求めることができる。集光部の向き（ＶＴ）は、既知とすることもできる。
【００３９】
しかし、上記アルゴリズムにより算出された太陽の向き（ＶＳ）は、アルゴリズムに与えるパラメータの精度および計算の誤差を含んでいる。また、ヘリオスタット１と集光部２１０との距離が大きくなればなるほど、この誤差の影響は大きくなる。さらに、正確な集光部２１０の位置を測定し、正確な集光部２１０の向き（ＶＴ）を設定することも重要となる。
【００４０】
ここで、図６に、『太陽位置の計算誤差』の概念図、図７に『ヘリオスタット１のミラー２の設置位置誤差』の概念図、および、図８に『集光部２１０の位置誤差』の概念図を示す。各図中において、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標、および、集光部２１０の向き（ＶＴ）は、理論空間（Φ）における座標を示し、（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）座標、および、集光部２１０の向き（ＶＴ’）は、現実空間（Φ’）における座標を示している。
【００４１】
図６においては、太陽位置に計算誤差が発生し、理論空間（Φ：Ｘ，Ｙ，Ｚ）と現実空間（Φ’：Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）との間に原点０を中心とした誤差（ズレ）が発生している状態を模式的に示している。
【００４２】
図７においては、ヘリオスタット１のミラー２の設置位置において、理論空間（Φ：Ｘ，Ｙ，Ｚ）と現実空間（Φ’：Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）との間にＸ−Ｙ平面内において誤差（ズレ）が発生している状態を模式的に示している。
【００４３】
図８においては、集光部２１０の位置取得において、理論空間（Φ：Ｘ，Ｙ，Ｚ）と現実空間（Φ’：Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）との間に集光部２１０の向き（Φ：ＶＴ、Φ’：ＶＴ’）に誤差（ズレ）が発生している状態を模式的に示している。
【００４４】
そこで、実施の形態におけるヘリオスタット１の制御においては、『太陽位置の計算誤差の補正』、『ヘリオスタット１のミラー２の設置位置誤差の補正』および『集光部２１０の位置情報取得』を、ＣＣＤカメラ５で撮影された撮影画像を用いて行なっている。
【００４５】
上記特許文献３におけるヘリオスタットの姿勢制御との相違としては、『ヘリオスタット１のミラー２の設置位置誤差の補正』は、上記特許文献３においては、ＧＰＳ値（概略値）およびレーザー光で補正値を取得して補正を行なっているが、実施の形態では、ＣＣＤカメラ５で撮影された撮影画像認識に基づき補正を行なっている。
【００４６】
また、『集光部２１０の位置情報取得』についても、上記特許文献３においては、ＧＰＳ値（概略値）およびレーザー光で補正値を取得して補正を行なっているが、実施の形態では、ＣＣＤカメラで撮影された撮影画像認識に基づき補正を行なっている。
【００４７】
さらに、上記特許文献３との相違点として、『太陽位置の計算誤差の補正』については、上記特許文献３においては、そのような補正機能はなく、実施の形態では、ＣＣＤカメラで撮影された撮影画像認識に基づき補正パラメータを取得している。
【００４８】
［ヘリオスタット１の設置時の作業フロー（概要）］
次に、図９から図１１を参照して、ヘリオスタット１の設置時に必要な作業フローの概要について説明する。
【００４９】
図９および図１０を参照して、作業者はヘリオスタット１を所定の設置した後、「太陽位置設定処理（ステップ１（以下、Ｓ１と称する））（Ｓ１）」を実行させる。「太陽位置設定処理」においては、まず、設置位置（緯度、経度、日時）に基づく太陽の理論位置（太陽理論座標位置）を制御装置１００に記憶させておき、この情報に基づき、理論太陽位置に正対するようにヘリオスタット１のミラー２を傾斜装置３および旋回装置４を用いて移動させる。その後、制御装置１００による制御に基づき、ＣＣＤカメラ５に遮光フィルタ装置６を装着した状態で、自動で太陽追尾を行なう。
【００５０】
図１０に示すように、太陽追尾は、ＣＣＤカメラ５で撮影された太陽撮影画像が、制御装置１００に設けられた撮影画像処理部５１で処理され、撮影画像中に太陽撮影画像が存在するように、制御装置１００に設けられた駆動制御部５２により、傾斜装置３に信号が送られ俯角ψが制御されるとともに、旋回装置４に信号が送られ方位角θが制御される。これにより、太陽実測座標位置の情報を取得する。その後、太陽理論座標位置および太陽実測座標位置から、太陽位置の算出誤差の補正のための補正パラメータを取得して、正確な太陽位置（ＶＳ）を算出する。
【００５１】
次に、ヘリオスタット１に対して、「集光部位置設定処理（Ｓ２）」を実行させる。「基準位置設定処理（Ｓ１）」の終了後、制御装置１００による制御に基づき、ＣＣＤカメラ５から遮光フィルタ装置６を着脱した状態で、自動で「集光部位置設定処理（Ｓ２）」が実行される（Ｓ２）。
【００５２】
図１１に示すように、ＣＣＤカメラ５で集光部２１０の撮影画像が撮影されるように、制御装置１００に設けられた駆動制御部５２により、傾斜装置３に信号が送られ俯角ψが制御されるとともに、旋回装置４に信号が送られ方位角θが制御される。その後、撮影画像内に集光部２１０の撮影画像が位置する俯角ψおよび方位角θが計算される。これにより、ヘリオスタット１に対する集光部２１０の向き（ＶＴ）の正確な情報が得られる。なお、ＣＣＤカメラ５への遮光フィルタ装置６の装着および脱着は、作業者が手動で行なってもよい。
【００５３】
ヘリオスタット１の設置作業が完了し、太陽光集光システム１０００の稼働時には、ヘリオスタット１の移動制御は、上記補正パラメータを用いて算出された太陽の向き（ＶＳ）と、正確な集光部２１０の向き（ＶＴ）とが用いられて、上記式（１）を用いてミラー２の向き（ＶＨ）が正確に制御されることとなる。
【００５４】
［太陽位置設定処理（Ｓ１）の詳細：補正パラメータの算出］
次に、図１２を参照して、上述した「太陽位置設定処理（Ｓ１）」について詳細に説明する。準備ステップとして、ヘリオスタット１を所定の位置に設置する。この際、予め、太陽撮影のための減光フィルタ（ＮＤ１０００００以上）を、ＣＣＤカメラ５のレンズに装着する。なお、以下のフローはヘリオスタット１に連結された備えられた制御装置１００において実行される。制御装置１００としては、コンピュータ等が挙げられる。
【００５５】
以下、フローをスタート（Ｓ１０）させることにより、補正パラメータ取得作業を実行する。まず、太陽位置の理論位置が計算される。太陽の理論位置については、上記したように、「Reda&Andreas（2004）のアルゴリズム」を用いて算出する（Ｓ１１）。次に、ヘリオスタット１のミラー２の俯角ψおよび方位角θを指定し、理論太陽位置に正対するよう、ヘリオスタット１のミラー２を稼働させる（Ｓ１２）。
【００５６】
次に、ＣＣＤカメラ５で、理論太陽位置の空の撮影画像を取得する（Ｓ１３）。次に、太陽が、撮影画像の中心に位置しているか否かを判別する（Ｓ１４）。その際、太陽が撮影画像の中心で捉えられているか判断する。太陽が撮影画像の中心に位置すればＳ１５に移行し、太陽が撮影画像の中心に位置しなければＳ１３に戻る。なお、太陽が撮影画像の中心に位置するとは、予め、画面をマトリクス状の区画に区分し（図１０（Ａ）参照）、複数の区画を走査（例えば、７×７の区画をラスタ走査）の中心に太陽が位置するか否かを判別する。
【００５７】
太陽が撮影画像の中心に位置しない場合として、撮影画像の中に太陽が写っていない場合と、撮影画像の中に太陽が写っているものの複数の区画の中心に太陽が写っていない場合とが挙げられる。撮影画像の中に太陽が写っていない場合には、天球上を粗く走査するようにＣＣＤカメラ５の俯角ψおよび方位角θを調節し、撮影画像の中に太陽が写るように調節する。
【００５８】
次に、撮影画像の中に太陽が写っているものの、複数の区画の中心に太陽が写っていない場合には、複数の区画の中心において太陽を捉えるように、ＣＣＤカメラ５の俯角ψおよび方位角θを微調節する。
【００５９】
次に、撮影画像の中心に太陽を捉えた場合には、現実座標上の詳細な太陽実測座標位置を取得する。次に、太陽実測座標位置の取得時点における太陽理論座標位置を再度計算により求め、ＣＣＤカメラ５から得られた太陽実測座標位置と太陽理論座標位置とをペアにして、制御装置１００の記憶部に保存する（Ｓ１５）。
【００６０】
なお、太陽実測座標位置の取得時点における太陽理論座標位置を再度計算により求めるのは、太陽探索開始から太陽発見までに時間が経過してしまう可能性があるため、現在時刻での理論位置を計算し直す必要があるからである。
【００６１】
次に、太陽実測座標位置と太陽理論座標位置とのペアを所定回数取得しているかどうか判別する（Ｓ１６）。所定回数のペアを取得している場合には、Ｓ１７に移行する。所定回数のペアを取得していない場合には、Ｓ１１からＳ１５のフローを、所定回数に達するまで実行する。
【００６２】
複数の太陽実測座標位置と太陽理論座標位置とのペアに対して、最小二乗法により補正パラメータを求め、制御装置１００の記憶部に保存する（Ｓ１７）。以上により、太陽位置の算出誤差の補正のための補正パラメータを取得するフローが完了する（Ｓ１８）。
【００６３】
ここで、図１３を参照して、太陽座標位置の補正概念について説明する。図１３（Ａ）は、太陽の理論座標位置を示す概念図であり、図１３（Ｂ）は、太陽の現実座標位置を示す概念図である。
【００６４】
太陽位置を計算する座標系（理論座標系）とヘリオスタットが設置される座標系（現実座標系）との誤差を線形変換で表現できると仮定する。ここでの線形変換は、主に現実座標系の３次元の回転を含む。この線形変換は、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、３×３の行列演算（９個のパラメータ）で表現可能である。
【００６５】
[補正パラメータを用いた現実空間の角度の計算方法］
次に、補正パラメータを用いた現実空間の角度の計算方法について説明する。太陽光集光システム１０００の通常運転時においては、上記式（１）で示したように、太陽の向きと集光部２１０の向きとからミラー２の向きを算出し、ミラー２の反射による太陽光の的確な集光が重要となる。
【００６６】
しかし、「Reda&Andreas（2004）のアルゴリズム」を用いて算出した太陽理論座標位置には算出誤差が含まれているため、理論値算出空間（理論空間）と現実設置空間（現実空間）との間に誤差が生じる。よって、実施の形態の制御ではこの理論値算出空間と現実設置空間とのズレを線形変換で近似し、補正パラメータを用いて補正を行なっている。
【００６７】
以下、図１２のフローで得られた補正パラメータを用いた、理論空間中の角度（俯角ψ、方位角θ）から現実空間の角度［俯角Ψ、方位角Θ］を算出する手順を説明する。
【００６８】
ヘリオスタット１（ミラー２）の向きは［俯角、方位角］で一意に定めることができる。［俯角、方位角］において、理論空間中のそれぞれの角度を、［俯角ψ、方位角θ］とし、現実空間中のそれぞれの角度を［俯角Ψ、方位角Θ］とすると、理論空間から現実空間への変換は以下の式（２）を用いた線形変換により算出することができる。
【００６９】
【数３】
2016056965.tif 000005
【００７０】
上記式（２）の右辺のａ１１〜ａ３３で表される行列は、図１２のフローで得られた補正パラメータ行列である。
【００７１】
補正処理の手順は以下のとおりである。
（１）  図１２に示したＳ１１〜Ｓ１６のフローにより得られた太陽理論座標位置から、ヘリオスタット１のミラー２の向き（俯角ψ、方位角θ）を算出する。
【００７２】
（２）  式（２）の右辺のベクトル（ｓｉｎψｓｉｎθ、ｓｉｎψｃｏｓθ、ｃｏｓψ、１）Ｔを算出する。
【００７３】
（３）  式（２）から、現実空間中のヘリオスタット１のミラー２の向き、（ｓｉｎΨｓｉｎΘ、ｓｉｎΨｃｏｓΘ、ｃｏｓΨ、１）Ｔ算出する。
【００７４】
（４）  式（２）左辺のベクトルから（Ψ、Θ）を算出する。この時、Θを０〜３６０［度］の範囲にする処理を加える。
【００７５】
（５）  （Ψ、Θ）を、制御装置１００から、ヘリオスタット１の駆動制御部５２に所定の信号が送られ、旋回装置４によってΘが制御されるとともに、傾斜装置３によってΨが制御される。
【００７６】
［補正パラメータの取得］
式（２）の右辺における変換行列に含まれる補正パラメータ行例は、以下の手順で算出する。
【００７７】
（１）  図１２に示したＳ１１〜Ｓ１６のフローにより得られた太陽理論座標位置を（ψ、θ）とする。
【００７８】
（２）  ＣＣＤカメラ５を用いた太陽の現実空間位置の検出により，太陽実測座標位置（Ψ、Θ）を決定する。
【００７９】
（３）  上記を複数回繰り返し，式（２）の右辺、左辺の２乗差が最も小さくなるように補正パラメータを決定する。理論上は３ペアの理論値および実測値があれば補正パラメータは求まるが、外乱の影響を抑制するため、一定間隔で１０ペア程度取得することが望ましい。なお、補正を必要としないと判断した場合には、補正行列を単位行列（ａ１１＝ａ２２＝ａ３３＝１、それ以外は０）とすればよい。
【００８０】
［集光部２１０の集光部位置設定処理（Ｓ２）］
次に、図１４を参照して、図９に示した「集光部位置設定処理（Ｓ２）」の詳細について説明する。ヘリオスタット１の設置時に、まず、図１４に示すフローをスタートさせ（Ｓ２１）、予め、太陽撮影に利用していた遮光フィルタ装置６を、ＣＣＤカメラ５から取り外し（図１１に示す状態）、ヘリオスタット１と集光部２１０との位置関係から、集光部２１０の概略位置情報を決定し、制御装置１００に入力する（Ｓ２２）。
【００８１】
制御装置１００に入力された集光部２１０の概略位置情報に基づきヘリオスタット１の俯角ψおよび方位角θが指定され、駆動制御部５２により、傾斜装置３に信号が送られ俯角ψが制御されるとともに、旋回装置４に信号が送られ方位角θが制御される（図１１参照）。これにより、ヘリオスタット１のミラー２が、入力された概略位置に稼働する（Ｓ２３）。
【００８２】
次に、ＣＣＤカメラ５によりヘリオスタット１のミラー２が向いている方向の画像を撮影する（Ｓ２４）。次に、撮影した撮影画像の中心に集光部２１０が存在するか否か確認する（図１１参照）。撮影画像の中心に集光部２１０が存在するか否かを確認する（Ｓ２５）。なお、集光部２１０が撮影画像の中心に位置するとは、集光部２１０の形状を予めテンプレート画像として制御装置１００に保存しておき、テンプレートマッチングを用いて、集光部２１０の検出を行なう。テンプレートマッチングには、たとえば、正規化相互関数（ＮＣＣ）を用いて、テンプレートの形状と撮影画像中の集光部２１０の形状との類似度の判断を行なう。
【００８３】
撮影画像の中心に集光部２１０が存在しない場合には、集光部２１０が撮影画像の中心に来るようにヘリオスタット１のミラー２の俯角ψおよび方位角θを調節した後に（Ｓ２６）、再びＳ２４に移行し、フローを順次実行する。なお、集光部２１０が撮影画像に含まれない場合には、現在位置の周辺を大きく探索して、集光部２１０が、撮影画像に含まれるように、ミラー２の俯角ψおよび方位角θを調節する。
【００８４】
Ｓ２４からＳ２６のフローを繰り返し実行し、撮影画像の中心に集光部２１０が位置する状態になったら、その時点の俯角ψおよび方位角θを集光部実測位置として保存し（Ｓ２７）、フローを終了する（Ｓ２８）。
【００８５】
以上、実施の形態におけるヘリオスタット１の設置時においては、太陽位置設定処理および集光部位置設定処理を採用することで、上記補正パラメータを用いて算出された太陽の向き（ＶＳ）と、正確な集光部２１０の向き（ＶＴ）とが得られることとなる。その結果、自動化された太陽位置設定処理と集光部位置設定処理とによりヘリオスタット１の設置時の作業者の作業を大幅に軽減させることを可能とする。
【００８６】
さらに、太陽光集光システム１０００の稼働時には、ヘリオスタット１の移動制御は、上記補正パラメータを用いて算出された太陽の向き（ＶＳ）と、正確な集光部２１０の向き（ＶＴ）とが用いられて、上記式（１）を用いてミラー２の向き（ＶＨ）が正確に制御されることとなる。
【００８７】
また、太陽位置設定処理においては、アルゴリズムを用いて算出した太陽理論座標位置だけでなく、ＣＣＤカメラ５を用いて撮影した太陽実測座標位置を用いて補正パラメータを取得し、この補正パラメータを用いて、太陽理論座標位置に対して太陽座標位置の補正処理を行なう。これにより、太陽座標位置を正確に把握し、ミラー２の反射による太陽光の的確な集光を可能とする。たとえば、実験時のヘリオスタット設置条件に置いて、従来の平均誤差は、０．４８度（約１８０ｃｍ）であるのに対して、本実施の形態においける最終的な平均誤差は、０．０７度（約２９．０ｃｍ）となり、補正パラメータを用いないない場合に比較して、ズレを軽減させることが可能となった。
【００８８】
［通常運転時における太陽位置の補正］
上記においては、ヘリオスタット１の設置時について説明しているが、通常運転時においても、太陽位置の補正を適宜行うことが可能である。太陽位置の補正を行なうタイミングとしては、毎朝の太陽光集光システム１０００の稼働の直前、定期的に決定した日時に行なうとよい。
【００８９】
図１５を参照して、太陽光集光システム１０００の通常運転時には、適宜太陽位置の補正を行ないながらヘリオスタット１の稼働制御を行なうことができる。まず、図１５に示すフローをスタートさせ（Ｓ３１）、太陽理論座標位置の計算を行なう（Ｓ３２）。この計算は、上記図１２で説明したＳ１１のステップと同様に、「Reda&Andreas（2004）のアルゴリズム」を用いて算出する。
【００９０】
次に、図１２で説明したＳ１７によって得られた補正パラメータを適用して（Ｓ３３）、補正後の太陽の向き（ＶＳＡ）を算出し、式（１）により補正後のミラー２の向き（ＶＨＡ）を得る。その後、補正後のミラー２の向き（ＶＨＡ）に基づきヘリオスタット１のミラー２の俯角ψおよび方位角θを指定して、ヘリオスタット１のミラー２を稼働させる。
【００９１】
以上により、ヘリオスタット１のミラー２は、太陽の現実座標位置に正対する位置に補正されることとなる（Ｓ３４）。これにより、通常運転時に太陽位置の補正を行ないながらヘリオスタット１を制御する手順が完了する（Ｓ２５）。
【００９２】
［ヘリオスタット１の経年変化検出］
また、太陽光集光システム１０００の通常運転時に、定期的に集光部２１０の位置をＣＣＤカメラ５で撮影し、集光部２１０の位置を確認することで、ヘリオスタット１の経年変化による位置ズレを検出することができる。ここで、ヘリオスタット１の経年変化とは、支持シャフト１０の傾き、ミラー支持バー２Ｂの変形および傾き、ミラー２の変形等に起因して、ミラー２による太陽光の反射角度に影響を与えるようなヘリオスタット１の変形を意味する。ヘリオスタット１の経年変化検出のフローを実施するタイミングとしては、毎月の１日の稼働の直前、定期的に決定した日時に行なうとよい。
【００９３】
図１６に、ヘリオスタット１の経年変化検出のフローを示す。図１６に示すフローをスタートさせ（Ｓ４１）、集光部位置処理として、制御装置１００に保存されている集光部２１０の位置情報（集光部の向き（ＶＴ））に基づきヘリオスタット１の俯角ψおよび方位角θを指定する（Ｓ４２）。
【００９４】
その後、駆動制御部５２により、傾斜装置３に信号が送られ俯角ψが制御されるとともに、旋回装置４に信号が送られ方位角θが制御される。これにより、ヘリオスタット１のミラー２が入力された位置に稼働し、集光部の向き（ＶＴ）に向くこととなる（Ｓ４３）。
【００９５】
次に、ＣＣＤカメラ５によりヘリオスタット１のミラー２が向いている方向の画像を撮影する（Ｓ４４）。次に、撮影した撮影画像の中心に集光部２１０が存在するか否か確認する（Ｓ４５）。撮影画像の中心に集光部２１０が存在する場合には、経年変化は無いと判断し（Ｓ４７）、経年変化検出のフローを終了する（Ｓ４８）。
【００９６】
一方、集光部２１０が撮影画像の中央から外れていた場合は、経年変化により位置ズレが発生していると判断し、図１５に示した、基準位置設定処理フローを実行し、集光部の実測位置を制御装置１００に保存するとともに、補正後の集光部の向き（ＶＴＡ）を算出し、補正後の集光部の向き（ＶＴＡ）から、式（１）により、補正後のミラー２の向き（ＶＨＡ）を得る。
【００９７】
このようにして、実施の形態におけるヘリオスタット１によれば、設置時だけでなく、太陽光集光システム１０００の通常運転時に、太陽位置の補正、および、ヘリオスタット１の経年変化検出を行なうことが可能となり、太陽光集光システム１０００の通常運転時における集光効率の低下を抑制することが可能となる。
【００９８】
以上、各実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９９】
１  ヘリオスタット、２  ミラー、２Ｂ  ミラー支持バー、２ａ  光反射軸、３  傾斜装置、４  旋回装置、５  ＣＣＤカメラ、５ａ  光軸、６  遮光フィルタ装置、１０  支持シャフト、２０  機器ボックス、５１  撮影画像処理部、５２  駆動制御部、１００  制御装置、２００  集光塔、２１０  集光部、１０００  太陽光集光システム。
【図１】
2016056965.tif 000007
【図２】
2016056965.tif 000008
【図３】
2016056965.tif 000009
【図４】
2016056965.tif 000010
【図５】
2016056965.tif 000011
【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】
2016056965.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2016056965.tif 000021
【図１６】
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