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【発明の名称】 追尾装置及び太陽光採光システム
【発明者】 【氏名】宮本 哲雄

【氏名】山口 正
【要約】 【課題】電力の回復時にプリズムの追尾性を、コストの上昇を伴うことなく向上させること。

【解決手段】採光プリズム１３を備えた採光部１１、この採光部に連設された光ダクト部、及び制御装置１５を備え、当該制御装置が、太陽電池１９から供給される電力を用いて、プリズムを太陽に追尾して移動させるよう制御する太陽光採光システム１０において、制御装置は、電力が不足してから回復した時点で、当該時点における太陽の移動位置に対応するプリズムの追尾位置Ａを算出し、このプリズムを、電力不足の発生時におけるプリズムの追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａへ、最短移動量で移動させるよう構成されたものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電源から供給される電力を用いて、追尾部を目標対象物に追尾して移動させる追尾装置において、上記電力が不足してから回復した時点で、当該時点における上記目標対象物の移動位置に対応する上記追尾部の追尾位置Ａを算出し、この追尾部を、上記電力不足の発生時における当該追尾部の追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａへ、最短移動量で移動させるよう構成されたことを特徴とする追尾装置。
【請求項２】 上記電源から供給される電力が不足した時間が所定時間Ｔ１以下である場合には、上記電力が回復した時点で、追尾部の上記追尾位置Ａを算出することなく、当該追尾部を目標対象物に追尾させることを特徴とする請求項１に記載の追尾装置。
【請求項３】 上記所定時間Ｔ１以下の電力不足が複数回発生し、このうち、最初の電力不足から所定時間Ｔ２を越えても上記電力不足が発生している場合には、この所定時間Ｔ２を越えて発生した最初の電力不足が解消して電力が回復した時に、当該回復時点における追尾部の追尾位置Ａを算出し、この追尾部を、上記追尾位置Ａまで最短の移動量で移動させるよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の追尾装置。
【請求項４】 上記電源が、太陽電池もしくは風力発電等の自然エネルギーによる電源または商用電源であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の追尾装置。
【請求項５】 プリズムを備えた採光部及び制御装置を備え、当該制御装置が、電源から供給される電力を用いて、上記プリズムを太陽に追尾して移動させるよう制御して、当該プリズムから出射される太陽光を所定方向に調整するよう構成された太陽光採光システムにおいて、上記制御装置は、上記電力が不足してから回復した時点で、当該時点における上記太陽の移動位置に対応する上記プリズムの追尾位置Ａを算出し、このプリズムを、上記電力不足の発生時における当該プリズムの追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａへ、最短移動量で移動させるよう構成されたことを特徴とする太陽光採光システム。
【請求項６】 上記制御装置は、電源から供給される電力が不足した時間が所定時間Ｔ１以下である場合には、上記電力が回復した時点で、プリズムの上記追尾位置Ａを算出することなく、当該プリズムを太陽に追尾させることを特徴とする請求項５に記載の太陽光採光システム。
【請求項７】 上記制御装置は、所定時間Ｔ１以下の電力不足が複数回発生し、このうち、最初の電力不足から所定時間Ｔ２を越えても上記電力不足が発生している場合には、この所定時間Ｔ２を越えて発生した最初の電力不足が解消して電力が回復した時に、当該回復時点におけるプリズムの追尾位置Ａを算出し、このプリズムを、上記追尾位置Ａまで最短の移動量で移動させるよう構成されたことを特徴とする請求項５または６に記載の太陽光採光システム。
【請求項８】 上記電源が、太陽電池もしくは風力発電等の自然エネルギーによる電源または商用電源であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の太陽光採光システム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、追尾部を目標対象物に追尾させる追尾装置、及びこの追尾装置の機能を備えた太陽光採光システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽の移動位置を追尾して太陽光を室内へ取り込む太陽光採光システムには、太陽電池を搭載したものがある。この太陽電池の容量と、太陽電池にて発電された電力を充電する充電装置の容量は、太陽に追尾するプリズムの追尾性とコストとのバランスを考慮して決定される。
【０００３】例えば、追尾性を向上させるべく太陽電池や充電装置の容量を過度に大きく設定するとコストが上昇してしまい、また、これらの太陽電池や充電装置の容量を小さくしすぎると、コストは低減されるものの追尾性が犠牲となってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】太陽電池を搭載した太陽光採光システムでは運転中に天候が悪くなり、太陽電池にて発電される電力が不足して運転が停止される場合がある。しかし、このようなときにも太陽は移動しているので、天候が回復して電力も回復したときには、太陽の移動位置を追尾するプリズムの追尾位置を、電力不足発生時の位置から電力回復時の位置まで迅速に移動させる必要がある。
【０００５】ところが、従来、この移動はプリズムを、電力不足時の位置から電力回復時の位置まで、既定の移動経路をたどって順次移動させるものであったため、その移動量が甚大な場合があった。
【０００６】この場合、太陽電池及び充電装置の容量が小さいときには、プリズムを、目標とする電力回復時の追尾位置まで迅速に移動させることができず追尾性が低下してしまう。また、目標の電力回復時の追尾位置までプリズムを迅速に移動させるべく、太陽電池や充電装置の容量を大きくすると、コストが上昇してしまう。
【０００７】本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、電力の回復時に追尾部（プリズム）の追尾性を、コストの上昇を伴うことなく向上させることができる追尾装置及び太陽光採光システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明は、電源から供給される電力を用いて、追尾部を目標対象物に追尾して移動させる追尾装置において、上記電力が不足してから回復した時点で、当該時点における上記目標対象物の移動位置に対応する上記追尾部の追尾位置Ａを算出し、この追尾部を、上記電力不足の発生時における当該追尾部の追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａへ、最短移動量で移動させるよう構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記電源から供給される電力が不足した時間が所定時間Ｔ１以下である場合には、上記電力が回復した時点で、追尾部の上記追尾位置Ａを算出することなく、当該追尾部を目標対象物に追尾させることを特徴とするものである。
【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記所定時間Ｔ１以下の電力不足が複数回発生し、このうち、最初の電力不足から所定時間Ｔ２を越えても上記電力不足が発生している場合には、この所定時間Ｔ２を越えて発生した最初の電力不足が解消して電力が回復した時に、当該回復時点における追尾部の追尾位置Ａを算出し、この追尾部を、上記追尾位置Ａまで最短の移動量で移動させるよう構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、上記電源が、太陽電池または風力発電等の自然エネルギーによる電源または商用電源であることを特徴とするものである。
【００１２】請求項５に記載の発明は、プリズムを備えた採光部及び制御装置を備え、当該制御装置が、電源から供給される電力を用いて、上記プリズムを太陽に追尾して移動させるよう制御して、当該プリズムから出射される太陽光を所定方向に調整するよう構成された太陽光採光システムにおいて、上記制御装置は、上記電力が不足してから回復した時点で、当該時点における上記太陽の移動位置に対応する上記プリズムの追尾位置Ａを算出し、このプリズムを、上記電力不足の発生時における当該プリズムの追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａへ、最短移動量で移動させるよう構成されたことを特徴とするものである。
【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、上記制御装置は、電源から供給される電力が不足した時間が所定時間Ｔ１以下である場合には、上記電力が回復した時点で、プリズムの上記追尾位置Ａを算出することなく、当該プリズムを太陽に追尾させることを特徴とするものである。
【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、上記制御装置は、所定時間Ｔ１以下の電力不足が複数回発生し、このうち、最初の電力不足から所定時間Ｔ２を越えても上記電力不足が発生している場合には、この所定時間Ｔ２を越えて発生した最初の電力不足が解消して電力が回復した時に、当該回復時点におけるプリズムの追尾位置Ａを算出し、このプリズムを、上記追尾位置Ａまで最短の移動量で移動させるよう構成されたことを特徴とするものである。
【００１５】請求項８に記載の発明は、請求項５乃至７のいずれかに記載の発明において、上記電源が、太陽電池もしくは風力発電等の自然エネルギーによる電源または商用電源であることを特徴とするものである。
【００１６】請求項１、４、５または８に記載の発明には、次の作用がある。
【００１７】例えば太陽電池等の電源から供給される電力が不足した後回復した時点において、当該時点における目標対象物（太陽）の移動位置に対応する追尾部（プリズム）の追尾位置Ａを算出し、この追尾部を、上記電力不足の発生時における当該追尾部の追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａへ、最短移動量で移動させるよう構成されたことから、電力が回復した時点において追尾部を、上記追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａまで既定の移動経路を辿って順次移動させる場合に比べ、この追尾部の移動に要する電気エネルギーを減少できるので、電源や充電装置の容量を小さくできコストの上昇を抑制できるとともに、追尾部を短時間に目標位置まで移動させることができるので、追尾部の追尾性を向上させることができる。
【００１８】請求項２または６に記載の発明には、次の作用がある。
【００１９】電力不足が所定時間Ｔ１以下である場合には、この時間内における目標対象物（太陽）の移動量が無視できる程小さいので、電力回復時に、追尾部（プリズム）に追尾動作を直ちに実施させても不都合がない。このときには、電力回復時点において追尾位置Ａを算出しないので、この追尾位置Ａの算出に要する電気エネルギーを節約できる。
【００２０】請求項３または７に記載の発明には、次の作用がある。
【００２１】所定時間Ｔ１以下の電力不足が、この最初の電力不足が解消して電力が回復した時点から所定時間Ｔ２を越えても発生し、この所定時間Ｔ２の間に追尾部（プリズム）の追尾位置Ａが一度も算出されていないときには、上記最初の電力不足から上記所定時間Ｔ２の間において、目標対象物（太陽）の移動量と追尾部の追尾位置とのズレ量が無視できない程大きくなる。このため、所定時間Ｔ２を越えて発生した最初の電力不足が解消して電力が回復した時に、当該回復時点における追尾部の追尾位置Ａを算出し、この追尾部を、上記追尾位置Ａまで最短の移動量で移動させることにより、追尾部の追尾性を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００２３】図１は、本発明に係る太陽光採光システムの一実施の形態を示す側断面図であり、図２は、図１の太陽光採光システムの平面図である。
【００２４】図１及び図２に示す太陽光採光システム１０は、追尾部として複数枚（例えば２枚）の採光プリズム１３を備えた採光部１１と、この採光部１１に連設された光ダクト部１２と、少なくとも１枚の採光プリズム１３を回転駆動させる駆動機構１４の動作を制御する制御装置１５とを有して構成される。
【００２５】制御装置１５は、目標対象物としての太陽の方位角及び高度角に応じて、駆動機構１４を介し採光プリズム１３の回転角を制御して、採光プリズム１３により屈折された太陽光を常に所定方向、例えば鉛直下方に調整して光ダクト部１２内へ出射させる。この光ダクト部１２内に出射された太陽光は、光ダクト部１２の下端部に取り付けられた配光板１８を経て室内に配光される。
【００２６】図２中の符号１９は太陽電池であり、この太陽電池１９にて発電された電力が駆動機構１４及び制御装置１５へ供給される。
【００２７】制御装置１５は、この太陽電池１９からの電力を用い、上述のようにして、採光プリズム１３を太陽１６の移動位置に追尾させる追尾装置としての機能を有する。すなわち、制御装置１５は、太陽１６が図４の点γから点δに至る高度角の範囲内にあるときに、採光プリズム１３を、この範囲内の太陽１６に追尾させる。点γが日の出位置、点δが日没位置である。
【００２８】一方、上述の太陽電池１９により発電された電力は天候の影響を受けやすく、不安定となって電力不足を引き起こすことがある。この電力不足時には、太陽光採光システム１０は運転を停止し、採光プリズム１３による太陽１６の追尾動作も停止する。
【００２９】この電力不足時にも太陽が移動しているので、制御装置１５は、まず電力が不足してから回復した時点で、この時点における太陽１６の移動位置（例えば点α）に対応する採光プリズム１３の追尾位置Ａを算出する。次に、制御装置１５は、採光プリズム１３を、上記電力不足の発生時における太陽１６の移動位置（例えば点β）に対応する採光プリズム１３の追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａへ、最短の移動量で移動させるよう採光プリズム１３を制御する。
【００３０】この制御を詳説する。太陽光採光システム１０では、日没後に採光プリズム１３を翌日位置に戻すが、例えば、日没前の夕方の時間帯で天候が悪くなり、太陽１６の移動位置（点β）で太陽電池１９に電力不足が発生し、翌朝も天候が悪くて電力不足が継続し、正午前の太陽１６の移動位置（点α）で天候が回復して電力も回復したとする。
【００３１】このような場合、太陽１６が点αに到達した時点では、採光プリズム１３は、太陽１６が点βにあったときの追尾位置Ｂに位置する。制御装置１５は、太陽１６が点αに到達し、且つ電力が回復した時点で、採光プリズム１３を追尾位置Ｂから追尾位置Ａまで既定の経路（太陽１６の位置に置き換えると、β→δ→β→α→γ→α）で順次移動させることはせず、まず、電力が回復した時点で、この時点における太陽１６の移動位置（点α）に対応する追尾位置Ａを算出する。次に、制御装置１５は、電力が不足した時点における太陽１６の移動位置（点β）に対応する追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａまで、採光プリズム１３を最短の移動量で移動させうる経路（即ち追尾位置Ｂから追尾位置Ａへ、迂回することなく直接移動させる経路）を選定し、この経路に沿って採光プリズム１３を移動させる。
【００３２】また、制御装置１５は、図５に示すように、電力不足が所定時間Ｔ１以上の長時間継続し、その後に電力が回復したときには（電力不足Ｄ１）、上述の如く、電力回復時におけるプリズム１３の追尾位置Ａを算出して、採光プリズム１３をこの追尾位置Ａに最短経路で移動させる。
【００３３】しかし、制御装置１５は、電力不足が所定時間Ｔ１以下の短時間であるときには（電力不足Ｄ２、Ｄ３）、電力不足が解消して電力が回復した時点における採光プリズム１３の追尾位置Ａを算出せず、電力が回復したときに、採光プリズム１３を電力不足発生時の追尾位置から移動させて、太陽１６に追尾させる。これは、電力不足が所定時間Ｔ１以下の場合には、この間の太陽１６の移動量が無視できるほど小さく、採光プリズム１３の追尾位置を補正する必要が少ないからである。
【００３４】更に、制御装置１５は、同様に図５に示すように、所定時間Ｔ１以下の電力不足が複数回発生し（電力不足Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）、このうち、最初の電力不足（電力不足Ｄ２）が解消して電力が回復した時点から所定時間Ｔ２を越えても上記電力不足（電力不足Ｄ４）が発生している場合には、この所定時間Ｔ２を越えて発生した最初の電力不足（電力不足Ｄ４）が解消して電力が回復したときに、この回復時点における太陽１６に対応する採光プリズム１３の追尾位置Ａを算出する。次に、制御装置１５は、複数回発生した所定時間Ｔ１以下の電力不足のうち、最初の電力不足（電力不足Ｄ２）が発生した時点における太陽１６に対応する採光プリズム１３の追尾位置Ｂから、所定時間Ｔ２を越えて最初に発生した電力不足（電力不足Ｄ４）の電力回復時点の上記追尾位置Ａまで、最短の移動量で採光プリズム１３を移動させる。
【００３５】これは、所定時間Ｔ１以下の電力不足が、この最初の電力不足（電力不足Ｄ２）が解消して電力が回復した時点から所定時間Ｔ２を越えても発生し、この上記所定時間Ｔ２の間に、電力不足時の採光プリズム１３の追尾位置Ａが一度も算出されていないときには、最初の電力不足（電力不足Ｄ２）及び所定時間Ｔ２の間において、太陽１６の移動量と採光プリズム１３の追尾位置とのずれ量が無視できないほど大きくなるからである。このため、所定時間Ｔ２を越えて発生した所定時間Ｔ１以下の最初の電力不足（電力不足Ｄ４）が解消して電力が回復したときに、この回復時点における採光プリズム１３の追尾位置Ａを算出し、採光プリズム１３をこの追尾位置Ａまで移動させることにより、採光プリズム１３の追尾位置を補正するのである。
【００３６】次に、電力回復時の採光プリズム１３の制御装置１５による制御を、図６を用いて説明する。
【００３７】制御装置１５は、電力不足が解消して電力が回復しているか否かを判断する（Ｓ１）。電力が回復しているときには、制御装置１５は、次に、現時点が太陽１６を追尾する時間帯にあるか否か、つまり太陽１６の高度角が所定の範囲（例えば１０〜８０度）にあるか否かを判断する（Ｓ２）。
【００３８】制御装置１５は、現時点が追尾時間内にあると判断したときには、ステップＳ１にて判断した電力不足が所定時間Ｔ１以内であったか否かを判断する（Ｓ３）。
【００３９】電力不足が所定時間Ｔ１以上（長時間）であった場合には、制御装置１５は、電力回復時点における太陽１６の移動位置に対応する採光プリズム１３の追尾位置Ａを算出し、電力不足発生時点における太陽１６の移動位置に対応する採光プリズム１３の追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａまで、最短移動量で採光プリズム１３を移動させる（Ｓ４）。その後、この追尾位置Ａから採光プリズム１３を太陽１６に追尾させる。
【００４０】ステップＳ１にて判断した電力不足が所定時間Ｔ１以内（短時間）であった場合には、制御装置１５は、次に、フラッグ（ＦＧ）が１（ＦＧ＝１）であるか否かを判断し（Ｓ５）、ＦＧ＝１でない場合には、ＦＧ＝１とし、且つタイマをＯＮ動作させてスタートに戻る（Ｓ６）。
【００４１】ステップＳ５においてＦＧ＝１である場合には、制御装置１５は、タイマが所定時間Ｔ２以上であるか否かを判断し（Ｓ７）、タイマが所定時間Ｔ２以内であるときには、スタートに戻る。
【００４２】制御装置１５は、ステップＳ７において、タイマが所定時間Ｔ２以上である場合には、ＦＧを０とし（ＦＧ＝０）、且つタイマをＯＦＦ動作させる。と同時に、制御装置１５は、所定時間Ｔ２を越えて最初に発生した所定時間Ｔ１以内の電力不足が解消して電力が回復した時点における太陽１６の移動位置に対応する採光プリズム１３の追尾位置Ａを算出し、次に、所定時間Ｔ１以内の最初の電力不足発生時点における太陽１６の移動位置に対応する採光プリズム１３の追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａまで、最短移動量で採光プリズム１３を移動させる（Ｓ４）。その後、この追尾位置Ａから採光プリズム１３を太陽１６に追尾させる。
【００４３】従って、上記実施の形態によれば、次の効果■〜■を奏する。
【００４４】■太陽電池１９から供給される電力が不足した後回復した時点において、当該時点における太陽１６の移動位置に対応する採光プリズム１３の追尾位置Ａを算出し、この採光プリズム１３を、上記電力不足の発生時における採光プリズム１３の追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａへ最短移動量で移動させるよう構成されたことから、電力が回復した時点において、採光プリズム１３を、上記追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａまで既定の移動経路をたどって順次移動させる場合に比べ、この採光プリズム１３の移動に要する電気エネルギーを減少できるので、太陽電池１９の容量や充電装置（コンデンサ）の容量を小さくでき、コストを抑制できると共に、採光プリズム１３を短時間に目標位置（追尾位置Ａ）まで移動させることができるので、採光プリズム１３の追尾性を向上させることができる。
【００４５】■太陽電池１９による電力不足が所定時間Ｔ１以下である場合には、この時間内における太陽１６の移動量が無視できるほど小さいので、この電力回復時に、採光プリズム１３に追尾動作を直ちに実施させても不都合がない。このときには、電力回復時点において追尾位置Ａを算出しないので、この追尾位置Ａの算出に要する電気エネルギーを節約できる。
【００４６】■太陽電池１９による所定時間Ｔ１以下の電力不足が複数回発生し、この電力不足が最初の電力不足が解消して電力が回復した時点から所定時間Ｔ２を越えても発生し、この所定時間Ｔ２の間に採光プリズム１３の追尾位置Ａが一度も算出されていないときには、最初の電力不足から所定時間Ｔ２の間において、太陽１６の移動位置と採光プリズム１３の追尾位置とのずれ量が無視できないほど大きくなる。このため、所定時間Ｔ２を越えて発生した最初の電力不足が解消して電力が回復したときに、当該回復時点における採光プリズム１３の追尾位置Ａを算出し、この採光プリズム１３を、上記追尾位置Ａまで最短の移動量で移動させることにより、採光プリズム１３の追尾性を向上させることができる。
【００４７】以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４８】例えば、上記実施の形態によれば、電源が太陽電池１９を用いたものの場合を述べたが、商用電源の場合にも適用できる。この商用電源の場合に駆動機構１４及び制御装置１５などへ供給される電力が不足する事態とは停電の場合である。
【００４９】更に、上記実施の形態では、太陽光採光システムの場合を述べたが、制御装置による太陽などの目標対象物の位置を追尾する必要のある他の装置、例えば天体望遠鏡などに本発明を適用してもよい。更に、追尾部（採光部１１）へ供給される電源としては、太陽電池１９の他に、風力発電、水力発電、地熱発電等の自然エネルギーからのものでも良い。
【００５０】
【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明に係る追尾装置によれば、電源から供給される電力を用いて、追尾部を目標対象物に追尾して移動させる追尾装置において、上記電力が不足してから回復した時点で、当該時点における上記目標対象物の移動位置に対応する上記追尾部の追尾位置Ａを算出し、この追尾部を、上記電力不足の発生時における当該追尾部の追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａへ、最短移動量で移動させるよう構成されたことから、電力の回復時に追尾部の追尾性をコストの上昇を伴うことなく向上させることができる。
【００５１】請求項５に記載の発明に係る太陽光採光システムによれば、プリズムを備えた採光部及び制御装置を備え、当該制御装置が、電源から供給される電力を用いて、上記プリズムを太陽に追尾して移動させるよう制御して、当該プリズムから出射される太陽光を所定方向に調整するよう構成された太陽光採光システムにおいて、上記制御装置は、上記電力が不足してから回復した時点で、当該時点における上記太陽の移動位置に対応する上記プリズムの追尾位置Ａを算出し、このプリズムを、上記電力不足の発生時における当該プリズムの追尾位置Ｂから上記追尾位置Ａへ、最短移動量で移動させるよう構成されたことから、電力の回復時にプリズムの追尾性を、コストの上昇を伴うことなく向上させることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
【出願日】 平成１１年１１月１０日（１９９９．１１．１０）
【代理人】 【識別番号】１０００９１８２３
【弁理士】
【氏名又は名称】櫛渕 昌之 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−１３５１１２（Ｐ２００１−１３５１１２Ａ）
【公開日】 平成１３年５月１８日（２００１．５．１８）
【出願番号】 特願平１１−３１９１２７