JP4541395B2 - 太陽光追尾センサの方位設定方法 - Google Patents

太陽光追尾センサの方位設定方法 Download PDF

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Description

本発明は、太陽光追尾センサの方位設定方法に関する。
太陽熱発電装置に適用する太陽光集光装置としては、従来、トラフ型（分散型）集光装置、タワー型（集光型）集光装置およびディッシュ型集光装置の３種類の集光装置が知られている。
トラフ型（分散型）集光装置は、放物曲面鏡（若しくは、平面鏡＋放物曲面鏡）で太陽光を集め、液体（熱媒体）の入ったパイプ（集熱管）を温める方式である。このトラフ型集光装置は、設置場所を規模に応じて変えやすく、また、追加しやすい設計であるが、集める太陽光がタワー型集光装置に比べて少なくなるので、温度が低く、高効率化が望めないという欠点がある。
タワー型集光装置は、地上に並べられた平面鏡で反射させた太陽光を中央のタワーに集めて、液体（熱媒体）の入ったパイプ（集熱管）を温める方式である。ヘリオスタットの設置に場所を取る分、集められる太陽光も多くなり、必然的に熱媒体を高温にすることが可能である。したがって、他の集光装置に比べて高効率の発電が可能であるが、その分、大規模でないと採算が取れない。
ディッシュ型集光装置は、パラボラアンテナのような形をした曲面鏡（ディッシュ）で反射させた太陽光を中央にあるレシーバーに集めて、スターリングエンジン（空気の温度差による圧力を利用した外燃機関）などで発電する方式である。ディッシュ型集光装置は、施設の規模を小さくすることができるが、まだ、初期レベルの研究開発段階である。
上記のように、従来の太陽光集光装置については、一長一短があったり、或いは、研究開発段階であることから、新たにビームダウン式集光装置が提案されている。このビームダウン式集光装置は、図７に示すように、地上１に同心円状に配列した多数のヘリオスタット２の反射光３をタワー（図示せず）の上部に集光し、これを更に第２の反射鏡４で反射して地上に導く方式である。
タワー上部に設けた反射鏡は、イスラエルのWeizmann（ウェッマン）研究所が開発を行なっている凸面鏡（双曲面鏡）を用いる方式と、東京工業大学炭素循環エネルギー研究センターが開発を行なっている凹面鏡（楕円鏡）を用いる方式があるが、いずれの方式も利用可能である。これにより、溶融塩などの熱媒体をタワー上部に循環させる必要がなくなり、太陽熱を吸収するためのレシーバーもタワー上部に設置しなくて良いという利点がある。
地上に導かれた太陽光は、ＣＰＣ（Compound Parabolic Concentrator ) と呼ばれる二次集光器５により更に集光され、溶融塩を加熱するのに用いられる。溶融塩で蓄熱することにより、プラントを２４時間稼働させることが可能となる。
ところで、ヘリオスタット姿勢制御用の太陽光追尾センサを設置する場合、従来は、図８及び図９に示すように、先ず、集光目標位置１０の光軸１１を決定し、その後、この光軸１１に３次元方向を合わせて太陽光追尾センサ１２の取り付けを行っている。図中、符号２はヘリオスタット、１３は太陽光追尾センサ取付架台、Ｓは太陽である。
即ち、従来は、図１０に示すように、目標集光軸１１上に測定機器（例えば、トランシット等）１４を据え付け、更に、必要ポイント、例えば、集光目標１０の中心１５、太陽光追尾センサ１２の前端部中心１６、太陽光追尾センサ１２の後端部中心１７、ヘリオスタット２の中心１８にそれぞれ「印」を付け、そして、肉眼Ｍでトランシット１４を覗いて各ポイントに太陽光追尾センサ１２のセンサ軸（図示せず）が一致するように太陽光追尾センサ１２を設置する方法を取っている。
このセンサ設置方法では、上記にように、測定機器（例えば、トランシット等）１４によるセンサ取付け位置を決定していたが、測量によって「印」を付けたセンサ取付け位置に、太陽光追尾センサ１２を後から正確に設置することが難しかった。
また、上記のような方法により、正確に太陽光追尾センサを取り付けた場合でも、外乱（例えば、風、熱、振動等）による目標光軸に狂い（ズレ）が発生し、結果的に目標の集光性能に狂いが発生したり、あるいは、集光性能の低下につながっていた。また、このズレ量の測定には、多大な作業が必要となる（例えば、多数のヘリオスタットのどの装置が狂っているか調べるには、装置全数の点検が必要になる。）。
また、太陽光追尾センサのセンサ軸と目標光軸との間にズレが発生した場合、その調整方法は、各機器の位置計測を詳細に測量して各々の微調整を必要とし、この作業の効率化が望まれていた。
更に、図１１に示すように、幾つかの鏡を通過して集光する場合は、ヘリオスタット２及び第２の反射鏡２０の位置および向きの調整を必要とし、単独反射鏡の場合の数倍もの設置、調整、計測作業を必要とする。また、従来は、太陽光追尾センサの位置ズレか測定する必要があった。図中、符号Ｎは太陽光照射面を示唆している。
また、従来は、図８および図９に示すように、ヘリオスタット取付台座２１に太陽光追尾センサ取付架台１３を取り付けたため、ヘリオスタット２と太陽光追尾センサ取付架台１３との干渉を回避するための切欠き部２２をヘリオスタット面に設ける必要があり、ヘリオスタット２の面積低減になっていた。
尚、太陽光集光装置の関連技術には、多くの発明がなされているが（例えば、特許文献１及び２参照。）、本件に類似する発明は見当たらない。
特開２００４−３３３００３号公報 実公平５−２４１６５号公報
本発明は、上記ような問題を解消するためになされたものであり、その第１の目的は、太陽光追尾センサを高精度で、かつ、容易に設置できる太陽光追尾センサの方位設定方法を提供することにある。
請求項１に記載の発明に係る太陽光追尾センサの方位設定方法は、ヘリオスタットによって集光された反射光の光軸上に太陽光追尾センサを設置し、該太陽光追尾センサによってヘリオスタットの姿勢を自動制御するに際して、前記光軸上に太陽光追尾ガイドを設置し、該太陽光追尾ガイドのガイド軸と同一軸になるように太陽光追尾ガイドの後端部に光学望遠鏡を装着し、該光学望遠鏡の視野中に設けた＋印が集光目標位置の中心位置になるように前記太陽光追尾ガイドの姿勢を調整して取付台座に固定し、次に、太陽光追尾ガイドから光学望遠鏡を取り外して太陽光追尾ガイドのガイド軸と同一軸になるように太陽光追尾ガイドの後端部に太陽光追尾センサを取り付けることを特徴とするものである。
請求項１に係る発明は、ヘリオスタットによって集光された反射光の光軸上に太陽光追尾センサを設置し、該太陽光追尾センサによってヘリオスタットの姿勢を自動制御するに際して、前記光軸上に太陽光追尾ガイドを設置し、該太陽光追尾ガイドのガイド軸と同一軸になるように太陽光追尾ガイドの後端部に光学望遠鏡を装着し、該光学望遠鏡の視野中に設けた＋印が集光目標位置の中心位置になるように前記太陽光追尾ガイドの姿勢を調整して取付台座に固定し、次に、太陽光追尾ガイドから光学望遠鏡を取り外して太陽光追尾ガイドのガイド軸と同一軸になるように太陽光追尾ガイドの後端部に太陽光追尾センサを取り付けるため、従来のように、トランシット等を用いて光軸上に太陽光追尾ガイドを据え付ける必要がなく、従来に比して容易に、かつ、高精度で光軸上に太陽光追尾ガイドを設置することができるようになった。
以下、本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。図１ではフラット型のヘリオスタットで図示しているが、いわゆるＴボーン型のヘリオスタットでも同様である。
図１に示すように、本発明に関連する太陽光集光装置３０は、太陽光集光用の複数のヘリオスタット２がヘリオスタット台座２４を介して回転台２５の上に設定されている。ヘリオスタットに取り付けられている鏡は、本来、円錐曲線をもった３次元で製作することが望まれるが、製作コストのアップ、精度保持が難しいなどの理由から、小さな鏡（ファセット）を擬似的に円錐曲線に合わせることが行なわれている。
上記回転台２５は、その下面に設けた大歯車２６と一緒に回転するようになっている。大歯車２６は、固定盤２７上に回転自在に設けられている。大歯車２６は、小歯車２８と噛合して時計方向または反時計方向に回転する。小歯車２８は、回転台２５に設置した電動モータ２９によって駆動される。
複数のヘリオスタット２は、連結リンク３１によって互いに連結され、同時に俯仰するようになっている。ヘリオスタット２の俯仰運動は、ヘリオスタット２の背面に取り付けた円弧状の歯車３２と、ヘリオスタット台座２４を設けたピニオン３３との噛み合わせにより行なわれる。
太陽光追尾ガイド３５は、中央のヘリオスタット２の斜め上方に位置しており、設定光軸１１に同一軸になるように設けられる。この太陽光追尾ガイド３５は、門形状に形成された太陽光追尾センサ取付架台３６の水平フレーム３６ａの中央に位置している。このため、太陽光追尾ガイド３５は、左右方向の位置合わせを容易に行なうことができる。この太陽光追尾センサ取付架台３６は、両側の支柱部３６ｂが上記回転台２５の両側に立設されている。
図２に示すように、太陽光追尾ガイド３５は、所定の長さを有する円筒体であり、太陽光追尾ガイド取付台３７に取り付けられている。この太陽光追尾ガイド取付台３７は、台座３８と、その上に回転自在に搭載した支持体３９により形成されている。符号Ｏ1 は、支持体３９の回転中心軸であり、台座３８に対して垂直になっている。
上記太陽光追尾ガイド３５は、その両側に設けた片持軸４０を介して支持体３９に俯仰自在に取り付けられているが、支持体３９のブラケット４１に設けたボルト等の締付具４２を締め付けることによって所定の迎え角θに固定できる。また、この支持体３９は、回転板４３の周囲に設けたボルト等の締付具４４を締め付けることによって回転中心軸Ｏ1 を中心にして所定の回転角度に固定できるようになっている。
太陽光追尾ガイド３５は、その後端部にボス状の連結具４６を有している。この連結具４６は、太陽光追尾センサ１２や光学望遠鏡（フィールドスコープ）４７を装着するものであり、その周囲に設けたボルト等の締付具４８によって太陽光追尾センサ１２やフィールドスコープ４７を太陽光追尾ガイド３５のガイド軸４９と同一軸になるようにすることができる。他方、太陽光追尾ガイド３５の先端部にレーザ光発振機５０を装着できるようになっている。
次に、本発明の太陽光追尾センサの方位設定方法、計測方法および再調整方法に付いて説明する。
（Ａ）太陽光追尾センサの方位設定方法
ヘリオスタットによって集光された光束の光軸上に太陽光追尾センサを設置する場合は、図３に示すように、先ず、太陽光追尾ガイド３５のガイド軸Ｃが光軸１１上に位置するように、太陽光追尾センサー取付架台３６の所定位置に太陽光追尾ガイド３５を設置する。
次に、図４及び図５に示すように、太陽光追尾ガイド３５のガイド軸Ｃと同一軸になるように太陽光追尾ガイド３５の後端部に光学望遠鏡４７を装着する。そして、光学望遠鏡４７を肉眼Ｍで覗いて視野中に設けた＋印が集光目標位置１０の中心位置１０ａになるように太陽光追尾ガイド３５の姿勢を微調整して既に説明した取付台座（図１参照。）に固定する。
しかる後に、太陽光追尾ガイド３５から光学望遠鏡４７を取り外して太陽光追尾ガイド３５のガイド軸Ｃと同一軸になるように太陽光追尾ガイド３５の後端部に太陽光追尾センサ１２を取り付ける（図６参照。）。
そして、ヘリオスタット２によって集束された光束６の光軸１１が太陽光追尾ガイド３５のガイド軸と一致するように太陽光追尾センサ１２によってヘリオスタット２の向きがコンピュータ制御される。
本発明に係る太陽光集光装置の側面図である。 図１のＡ部の太陽光追尾ガイドとこのガイドに装着する各種機器との関連を示す説明図である。 太陽光追尾ガイドの設置方法を示す平面図である。 太陽光追尾ガイドの調整方法を示す平面図である。 太陽光追尾ガイドの調整方法を示す平面図である。 太陽光追尾ガイドの設置方法を示す平面図である。 ダウンビーム型太陽発電方式の説明図である。 従来の太陽光集光装置の平面図である。 従来の太陽光集光装置の側面図である。 従来の太陽光追尾センサの設置方法を示説明図である。 第２の反射鏡がある場合の設置作業等の難しさを示す説明図である。
符号の説明
２ ヘリオスタット
１０ａ 集光目標位置の中心位置
１１ 光軸
１２ 太陽光追尾センサ
３５ 太陽光追尾ガイド
３８ 取付台座
４７ 光学望遠鏡
Ｃ 太陽光追尾ガイドのガイド軸

Claims (1)

  1. ヘリオスタットによって集光された反射光の光軸上に太陽光追尾センサを設置し、該太陽光追尾センサによってヘリオスタットの姿勢を自動制御するに際して、前記光軸上に太陽光追尾ガイドを設置し、該太陽光追尾ガイドのガイド軸と同一軸になるように太陽光追尾ガイドの後端部に光学望遠鏡を装着し、該光学望遠鏡の視野中に設けた＋印が集光目標位置の中心位置になるように前記太陽光追尾ガイドの姿勢を調整して取付台座に固定し、次に、太陽光追尾ガイドから光学望遠鏡を取り外して太陽光追尾ガイドのガイド軸と同一軸になるように太陽光追尾ガイドの後端部に太陽光追尾センサを取り付けることを特徴とする太陽光追尾センサの方位設定方法。
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