JP6764180B2 - Solar radiation measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、日射の状態を計測するための日射計測装置と、この日射計測装置を使用する光の照射状態を分析する分析装置および光分布測定装置に関するものである。 The present invention relates to a solar radiation measuring device for measuring the state of solar radiation, an analyzer for analyzing the irradiation state of light using the solar radiation measuring device, and a light distribution measuring device.
日射を集光するなどして日射エネルギを利用するものには、太陽光発電装置、太陽炉、太陽熱温水器またはビニルハウスもしくは温室などが挙げられる。太陽光発電装置は、広範囲に設置された多数の太陽電池により日射を集光して発電を行うものであり、太陽炉は、日射を多数の鏡面により一点に集光して、生じる熱を供給するものである。また、太陽熱温水器は、集熱器に水を導入し、日射により加熱によって温水を得るものであり、ビニルハウスや温室は、透明な素材の膜または板によって内部に日射を受光させ、内部環境を制御するものであった。 Examples of those that utilize solar energy by condensing solar radiation include photovoltaic power generation devices, solar furnaces, solar water heaters, greenhouses, greenhouses, and the like. A photovoltaic power generation device collects solar radiation by a large number of solar cells installed in a wide range to generate electricity, and a solar furnace collects the solar radiation into a single point by a large number of mirror surfaces and supplies the generated heat. To do. In addition, solar water heaters introduce water into a heat collector and obtain hot water by heating with sunlight, and vinyl greenhouses and greenhouses receive sunlight inside with a transparent material film or plate, and the internal environment. Was to control.
これらのような日射エネルギを利用する各種装置には、日射状態の変更について留意しなければならない。例えば、日射状態は、一年および一日を通して一定ではなく、気象条件により日射の程度は容易に変化し、また、季節や時刻によっても異なる。従って、これらの装置を効率よく使用するためには、日射の状態を確認し、各装置から得られるエネルギが不足するような場合には、代替エネルギによって補充等する必要がある。 For various devices that utilize solar energy such as these, care must be taken regarding changes in the solar radiation state. For example, the state of solar radiation is not constant throughout the year and day, and the degree of solar radiation easily changes depending on the weather conditions, and also varies depending on the season and time of day. Therefore, in order to use these devices efficiently, it is necessary to check the state of solar radiation, and if the energy obtained from each device is insufficient, replenish with alternative energy.
例えば、太陽光発電を利用する場合には、日射が減少する際に、他の電力供給を確保するか、または消費電力を抑えるために電力消費装置の出力を低下させるなどが必要となり、太陽炉や太陽熱温水器を利用する場合には、予備加熱機構を作動させるなどの操作が必要となる。また、ビニルハウスや温室を利用する場合には、日射の減少に伴う温度低下または日射不足を補うために、他の加熱手段によって温度を上昇させ、または他の光源による光の照射を行う必要があった。 For example, in the case of using photovoltaic power generation, when the amount of solar radiation decreases, it is necessary to secure another power supply or reduce the output of the power consuming device in order to reduce the power consumption. When using a solar water heater or a solar water heater, it is necessary to perform operations such as operating a preheating mechanism. In addition, when using a greenhouse or greenhouse, it is necessary to raise the temperature by other heating means or irradiate light with another light source in order to compensate for the temperature drop or lack of sunlight due to the decrease in solar radiation. there were.
ところで、これらの日射の減少による代替エネルギの補充等に際しては、全てを手動で行うことが現実的でなく、各種装置の作動を自動化することが一般的である。そして、これらの装置の自動化には、現実の日射の状態を計測し、その測定結果により制御装置によって制御されることが考えられる。このような自動化を実現するためには、日射状態の計測が不可欠であるが、その計測のために高額な機器を導入する場合には、日射エネルギを利用するための装置に付随する機器としては、不適当と言わざるを得ない。すなわち、日射エネルギ利用装置の価格に対し、日射計測機器が高額となる場合には、日射エネルギ利用装置全体の価格の上昇を招来することとなり、当該日射エネルギ利用装置の普及を阻害することとなるものであった。 By the way, when replenishing alternative energy by reducing the amount of solar radiation, it is not realistic to manually perform all of them, and it is common to automate the operation of various devices. Then, in the automation of these devices, it is conceivable that the actual state of solar radiation is measured and controlled by the control device based on the measurement result. In order to realize such automation, it is indispensable to measure the solar radiation state, but when introducing expensive equipment for the measurement, it is a device attached to the device for utilizing the solar energy. I have to say that it is inappropriate. That is, if the price of the solar radiation measuring device is higher than the price of the solar radiation energy utilization device, the price of the entire solar radiation energy utilization device will increase, which hinders the spread of the solar radiation energy utilization device. It was a thing.
そこで、本願の発明者らにより、光電変換センサを使用し、当該センサの短絡電流を計測することによって、その短絡電流の変化を換算することにより日射の状態を測定し得る日射計測装置を開発した（特許文献１参照）。この日射計測装置は、複数の光電変換センサによるセンサモジュールを異なる位置に配置し、これらを直列に接続するとともに、全体としての短絡電流を換算することにより、一部のセンサモジュールの機能が低下した場合でも全体としての日射の状態を計測できるようにしたものであり、部分的な日陰の発生による一部の陰を検出し、曇天等の状態と区別し得るように構成したものであった。 Therefore, the inventors of the present application have developed a solar radiation measuring device capable of measuring the state of solar radiation by using a photoelectric conversion sensor and measuring the short-circuit current of the sensor to convert the change in the short-circuit current. (See Patent Document 1). In this solar radiation measuring device, the functions of some sensor modules were deteriorated by arranging the sensor modules by a plurality of photoelectric conversion sensors at different positions, connecting them in series, and converting the short-circuit current as a whole. Even in this case, the state of solar radiation as a whole can be measured, and a part of the shade due to the occurrence of partial shade can be detected and distinguished from a state such as cloudy weather.
前掲の日射計測装置は、前記のような構成であるから、日射の状態を計測することについては適しており、比較的安価に製造できる利点を有している。従って、日射エネルギ利用装置に付属される機器として優れたものということができる。ところが、前記日射計測装置は、日射を受けながら計測するものであるため、日射状態によって装置そのものの温度が変化するものであった。そして、その温度変化により、光電変換センサの機能が僅かながら変化するため、計測される日射の状態についても、当該計測値の変化を日射の変化として処理される可能性があった。このことは、光電変換センサの短絡電流から日射の状態を換算する場合には、厳密な意味において正確な日射を計測しているとは言えないものであった。 Since the above-mentioned solar radiation measuring device has the above-mentioned configuration, it is suitable for measuring the state of solar radiation, and has an advantage that it can be manufactured at a relatively low cost. Therefore, it can be said that it is an excellent device attached to the solar energy utilization device. However, since the solar radiation measuring device measures while receiving the solar radiation, the temperature of the device itself changes depending on the solar radiation state. Then, since the function of the photoelectric conversion sensor changes slightly due to the temperature change, there is a possibility that the change in the measured value of the measured solar radiation is treated as the change in the solar radiation. This means that when converting the state of solar radiation from the short-circuit current of the photoelectric conversion sensor, it cannot be said that accurate solar radiation is measured in a strict sense.
他方、照射状態を計測する装置に関しては、格別に先進的に開発されておらず、素材の吸光度を測定するために、被測定材料を通過する光を計測するものがあり、受光素子と発光素子との間にバンドパスフィルタを設置し、当該バンドパスフィルタを通過した特定波長の光について、被測定材料による吸光の程度を計測するもの（特許文献２参照）が存在する程度であった。しかしながら、この技術は、被測定材料の吸光度（特定波長帯の吸光度）を測定するためのものであり、日射等による光の照射の状態を計測するものではなかった。特定波長帯の光の照射の状態を計測することは、例えば、温室等における植物のための有効放射帯域の照射状況を把握することができるものであるが、この種の技術が開発されていないのが現状である。 On the other hand, the device for measuring the irradiation state has not been developed in a particularly advanced manner, and in order to measure the absorbance of the material, there is a device that measures the light passing through the material to be measured, and a light receiving element and a light emitting element. A bandpass filter was installed between the two, and the degree of absorption of light of a specific wavelength that passed through the bandpass filter was measured by the material to be measured (see Patent Document 2). However, this technique is for measuring the absorbance of the material to be measured (absorbance in a specific wavelength band), and is not for measuring the state of light irradiation by solar radiation or the like. Measuring the irradiation state of light in a specific wavelength band, for example, can grasp the irradiation state of the effective radiation band for plants in greenhouses and the like, but this kind of technology has not been developed. is the current situation.
また、光分布装置についても特段の技術が開発されているものではなく、太陽光発電において、発電による電気エネルギと、熱需要を賄うための電気エネルギとの間で、エネルギ需要に係る収支変動を算出するもの（特許文献３参照）が存在する程度であった。特に、照射される入射のエネルギと反射により放出されるエネルギとの収支や、反射光その他の散乱光が日射エネルギ利用装置または温室内の植物等に与える影響を検出するための光分布を測定することは、日射が有効に利用されているか否かの指標として利用できるものであるが、これらの技術は開発されていないのが現状である。 In addition, no special technology has been developed for the light distribution device, and in photovoltaic power generation, the balance fluctuation related to energy demand is caused between the electric energy generated by the power generation and the electric energy for meeting the heat demand. There was only something to calculate (see Patent Document 3). In particular, the balance between the incident energy to be irradiated and the energy emitted by reflection, and the light distribution for detecting the influence of reflected light and other scattered light on the solar energy utilization device or plants in the greenhouse are measured. This can be used as an index of whether or not solar radiation is being used effectively, but the current situation is that these technologies have not been developed.
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、温度変化を補正しつつ日射を計測し得る日射計測装置を提供するとともに、この日射計測装置を使用しつつ、特定波長の照射の状態を計測し、または反射光などの散乱光を含む光の照射分布を測定し得る装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a solar radiation measuring device capable of measuring solar radiation while correcting a temperature change, and while using the solar radiation measuring device. It is an object of the present invention to provide an apparatus capable of measuring an irradiation state of a specific wavelength or measuring an irradiation distribution of light including scattered light such as reflected light.
そこで、まず、日射計測装置に係る本発明は、単一の光電変換センサ、複数の光電変換センサにより形成される光電変換センサ群、または該光電変換センサ群を直列もしくは並列に接続してなる光電変換センサモジュールと、前記光電変換センサ、前記光電変換センサ群、前記光電変換センサモジュール、または前記光電変換センサモジュールを直列もしくは直並列に接続してなる光電変換センサモジュール群の中から選択された１つ以上の両端に接続された抵抗と、該抵抗に対して直列または並列に接続されたサーミスタとを備え、前記抵抗および前記サーミスタによって出力抵抗を形成し、該出力抵抗の両端に発生する電圧からオームの法則に基づく略短絡電流値を得るとともに、該略短絡電流値の変化量により日射を計測することを特徴とするものである。 Therefore, first, the present invention relating to the solar radiation measuring device is a photoelectric conversion sensor group formed by a single photoelectric conversion sensor, a plurality of photoelectric conversion sensors, or a photoelectric conversion sensor group formed by connecting the photoelectric conversion sensors in series or in parallel. 1 selected from the photoelectric conversion sensor module and the photoelectric conversion sensor, the photoelectric conversion sensor group, the photoelectric conversion sensor module, or the photoelectric conversion sensor module in which the photoelectric conversion sensor module is connected in series or serially in parallel. A resistor connected to one or more ends and a thermistor connected in series or in parallel to the resistor are provided, and an output resistor is formed by the resistor and the thermistor, and the voltage generated at both ends of the output resistor is used. It is characterized in that a substantially short-circuit current value based on Ohm's law is obtained and solar radiation is measured by the amount of change in the substantially short-circuit current value.
本発明は、単一の光電変換センサを使用し、もしくは複数の光電変換センサの集合体である光電変換センサ群、または光電変換センサ群を複数接続してなる光電変換センサモジュールを形成し、これら単体またはこれらの集合体に対して、その両端に接続される抵抗と、この抵抗に対して直列または並列に接続されるサーミスタを備えることにより、両者の合成抵抗（出力抵抗）の両端に発生する電圧から略短絡電流を検出し、その変化量により日射に換算するものである。従って、温度変化に伴って抵抗値が変化するサーミスタと、このサーミスタが接続される抵抗との合成抵抗は、温度変化に応じて変化することとなり、略短絡電流の補正を可能にしている。 The present invention forms a photoelectric conversion sensor module using a single photoelectric conversion sensor or connecting a plurality of photoelectric conversion sensor groups or a plurality of photoelectric conversion sensor groups which are an aggregate of a plurality of photoelectric conversion sensors. By providing a resistor connected to both ends of a single unit or an aggregate thereof and a thermistor connected to this resistance in series or in parallel, it is generated at both ends of the combined resistance (output resistance) of both. A substantially short-circuit current is detected from the voltage, and the amount of change is converted into solar radiation. Therefore, the combined resistance of the thermistor whose resistance value changes with the temperature change and the resistance to which the thermistor is connected changes according to the temperature change, and it is possible to correct the substantially short-circuit current.
ここで、略短絡電流とは、光電変換センサ等の両極を短絡させることにより得られる電流（短絡電流）と同じ程度の電流を意味し、当該抵抗の値（合成抵抗の値）を著しく小さくすることにより、略短絡電流の値は光電変換センサ等の短絡電流の値とみなすことができるものである。すなわち、略短絡電流の変化を観察することは、光電変換センサ等から得られる電流の変化を観察することとなり、光電変換センサ等から得られる電流値の変化の状態を得ることができるものである。 Here, the substantially short-circuit current means a current of the same degree as the current (short-circuit current) obtained by short-circuiting both electrodes of a photoelectric conversion sensor or the like, and significantly reduces the value of the resistance (value of the combined resistance). Therefore, the value of the substantially short-circuit current can be regarded as the value of the short-circuit current of the photoelectric conversion sensor or the like. That is, observing the change in the substantially short-circuit current means observing the change in the current obtained from the photoelectric conversion sensor or the like, and the state of the change in the current value obtained from the photoelectric conversion sensor or the like can be obtained. ..
さらに、光電変換センサ等の出力は、それらの両端に接続した抵抗の両端に発生する電圧を計測することにより、オームの法則から電流値を得ることができる。従って、本発明おける抵抗およびサーミスタによる合成抵抗（出力抵抗）の値は、光電変換センサ等の動作点が短絡電流値に近似するように、両者の抵抗値や接続方法が選択されるべきものである。 Further, the output of the photoelectric conversion sensor or the like can obtain a current value from Ohm's law by measuring the voltage generated at both ends of the resistor connected to both ends thereof. Therefore, the resistance and the combined resistance (output resistance) of the thermistor in the present invention should be selected so that the operating point of the photoelectric conversion sensor or the like is close to the short-circuit current value. is there.
ここで使用されるサーミスタは、温度上昇に伴って抵抗値が減少するＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ（負の温度特性・負特性））の性質を有するサーミスタ（これをＮＴＣサーミスタと称する）を使用することが好適である。 As the thermistor used here, a thermistor having the property of NTC (Negative Temperature Coafficient (negative temperature characteristic / negative characteristic)) whose resistance value decreases as the temperature rises (this is called an NTC thermistor) shall be used. Is preferable.
サーミスタを含む出力抵抗の値は、小さい程に短絡電流に近似する値を得ることができる。これは、抵抗が一定の場合における電圧と電流との関係から明らかである。他方、光電変換センサから得られる出力は、温度上昇とともに増大する傾向にある。そのため、光電変換センサが定電流電源として機能するとしても、出力の増大に伴って短絡電流値は当然に上昇する。しかし、略短絡電流を測定するための出力抵抗（合成抵抗）が同じ値である場合には、出力抵抗の両端に発生する電圧と電流との関係は線形となり、測定され得る電圧が大きくなる結果、算出される略短絡電流値は短絡電流に近似しない値（短絡電流の値から離れた電流値）を計測することとなる。そのため、短絡電流値に近似するように合成抵抗の値を減少させるのである。 The smaller the value of the output resistance including the thermistor, the closer to the short-circuit current can be obtained. This is clear from the relationship between voltage and current when the resistance is constant. On the other hand, the output obtained from the photoelectric conversion sensor tends to increase with increasing temperature. Therefore, even if the photoelectric conversion sensor functions as a constant current power source, the short-circuit current value naturally increases as the output increases. However, when the output resistance (combined resistance) for measuring the short-circuit current is the same value, the relationship between the voltage generated across the output resistance and the current becomes linear, and the voltage that can be measured increases. , The calculated substantially short-circuit current value is a value that does not approximate the short-circuit current (current value that is different from the short-circuit current value). Therefore, the value of the combined resistance is reduced so as to approximate the short-circuit current value.
ところで、前記光電変換センサ、前記光電変換センサ群、前記光電変換センサモジュール、または光電変換センサモジュール群は、ケース内部に収納される構成においては、前記サーミスタは、該ケースの壁面に当接した状態で配置することができる。 By the way, in the configuration in which the photoelectric conversion sensor, the photoelectric conversion sensor group, the photoelectric conversion sensor module, or the photoelectric conversion sensor module group is housed inside the case, the thermistor is in contact with the wall surface of the case. Can be placed with.
光電変換センサ等は、センサ素子の受光面に光を照射させる必要があり、当該光の照射によってセンサ素子の温度上昇を招来させる。これらを構成する固体の温度上昇は、周辺空気の温度（気温）の変化とは異なるものであることから、同じく固体の温度に応じて抵抗値を変化させるため、サーミスタをケースの壁面に当接させるものである。また、ケースの内部に設置することにより、サーミスタはケースに内部壁面に当接されるが、これは、壁面の外部に配置する場合には、光が直接照射される状況が想定されるため、固体の温度変化とは異なる変化を示すことがないようにしたものである。 In a photoelectric conversion sensor or the like, it is necessary to irradiate the light receiving surface of the sensor element with light, and the irradiation of the light causes the temperature of the sensor element to rise. Since the temperature rise of the solids that compose these is different from the change in the temperature (air temperature) of the surrounding air, the thermistor is brought into contact with the wall surface of the case in order to change the resistance value according to the temperature of the solid as well. It is something that makes you. In addition, by installing the thermistor inside the case, the thermistor comes into contact with the inner wall surface of the case, but this is because when it is placed outside the wall surface, it is assumed that light is directly irradiated. It is designed so that it does not show a change different from the temperature change of a solid.
また、前記光電変換センサ、前記光電変換センサ群、前記光電変換センサモジュール、または光電変換センサモジュール群は、ケース内部に収納される構成においては、前記サーミスタは、前記光電変換センサ、前記光電変換センサ群、前記光電変換センサモジュールまたは光電変換センサモジュール群の裏面に当接した状態で配置することができる。光電変換センサ群、前記光電変換センサモジュールまたは光電変換センサモジュール群の裏面に配置する場合には、これらを構成するいずれかの光電変換センサの裏面に当接した状態で配置されることが好ましい。 Further, in a configuration in which the photoelectric conversion sensor, the photoelectric conversion sensor group, the photoelectric conversion sensor module, or the photoelectric conversion sensor module group is housed inside the case, the thermistor is the photoelectric conversion sensor and the photoelectric conversion sensor. The group, the photoelectric conversion sensor module, or the photoelectric conversion sensor module group can be arranged in contact with the back surface. When it is arranged on the back surface of the photoelectric conversion sensor group, the photoelectric conversion sensor module, or the photoelectric conversion sensor module group, it is preferable that the photoelectric conversion sensor group is arranged so as to be in contact with the back surface of any of the photoelectric conversion sensors constituting these.
これは、前記と同様に、光の照射の状況により変化する温度の状態を光電変換センサの温度変化に合わせるためである。光電変換センサの裏面とは、センサ素子が実装されるプリント基板等の裏面側という意味であり、光電変換センサに連続する部分の温度変化をもって光電変換センサの温度変化とみなして抵抗値を変化させるためである。 This is because, similarly to the above, the temperature state that changes depending on the light irradiation condition is adjusted to the temperature change of the photoelectric conversion sensor. The back surface of the photoelectric conversion sensor means the back surface side of the printed circuit board or the like on which the sensor element is mounted, and the temperature change of the portion continuous with the photoelectric conversion sensor is regarded as the temperature change of the photoelectric conversion sensor and the resistance value is changed. Because.
前記サーミスタは、ケースの壁面または光電変換センサの裏面のいずれかに１個のみ設置された場合であってもよいが、これに限定されることはなく、双方に設置してもよく、いずれか一方または双方に複数のサーミスタを設置してもよい。特に、前述の出力抵抗（合成抵抗）の変化の範囲を大きくする場合には、複数のサーミスタによって変動範囲を広く設定させることとなる。また、複数の面にサーミスタが当接されることによって、温度変化のブレを矯正するという機能を発揮させ得る。 The thermistor may be installed on either the wall surface of the case or the back surface of the photoelectric conversion sensor, but the present invention is not limited to this, and may be installed on both sides. Multiple thermistors may be installed on one or both. In particular, when increasing the range of change in the output resistance (combined resistance) described above, the range of change is set wide by a plurality of thermistors. Further, by bringing the thermistor into contact with a plurality of surfaces, it is possible to exert the function of correcting the fluctuation of the temperature change.
なお、前記各構成の発明において、前記光電変換センサとしては、太陽電池、フォトダイオード、フォトトランジスタ、焦電素子または光電セルの１種以上を使用することができ、また、前記日射としては、日射強度（W/m2）、日射量（J/m2）、照度（lx）、光量子束密度（μmol・m-2・s-1）、太陽光依存性抵抗（Ω）、太陽光発電電力（kW/m2）または太陽熱集熱量（kW/m2）の１つ以上を選択することができる。 In the invention of each of the above configurations, one or more of a solar cell, a photodiode, a phototransistor, a pyroelectric element or a photoelectric cell can be used as the photoelectric conversion sensor, and the solar radiation is solar radiation. Intensity (W / m 2 ), amount of solar radiation (J / m 2 ), illuminance (lx), photon flux density (μmol ・ m -2・ s -1 ), solar dependence resistance (Ω), photovoltaic power generation One or more of (kW / m 2 ) or solar heat collection (kW / m 2 ) can be selected.
また、本発明の日射計測装置は、前記光電変換センサモジュール群が、日射を計測すべき対象区画内に２個以上の前記光電変換センサモジュールを、間隔を有して接続されたものであり、個々の光電変換センサモジュールの光電変換センサまたは光電変換センサ群にはバイパスダイオードが配置される構成とすることができる。 Further, in the solar radiation measuring device of the present invention, the photoelectric conversion sensor module group is formed by connecting two or more of the photoelectric conversion sensor modules in a target section for measuring solar radiation at intervals. A bypass diode may be arranged in the photoelectric conversion sensor or the photoelectric conversion sensor group of each photoelectric conversion sensor module.
この構成は、対象区画内における日射計測において一時的な影などの影響を排除することができる。すなわち、対象区画内に２個以上の光電変換センサモジュールを配置することにより、そのうちの１個が影などによって一時的に日射が遮断された場合、他の光電変換センサモジュールによる出力の検出が可能となる。ここで、各光電変換センサモジュールを構成する光電変換センサまたは光電変換センサ郡についてバイパスダイオードを配置することにより、日射の遮断により一部の光電変換センサまたは光電変換センサ郡の出力が低下した場合であっても、その出力低下を略短絡電流の値に影響を及ぼさないものとすることができる。 This configuration can eliminate the influence of temporary shadows and the like on the solar radiation measurement in the target section. That is, by arranging two or more photoelectric conversion sensor modules in the target section, if one of them is temporarily blocked from sunlight by a shadow or the like, the output can be detected by another photoelectric conversion sensor module. It becomes. Here, when a bypass diode is arranged for each photoelectric conversion sensor or photoelectric conversion sensor group constituting each photoelectric conversion sensor module, the output of some photoelectric conversion sensors or photoelectric conversion sensor groups is reduced due to the blocking of sunlight. Even if there is, the decrease in output can be made to have almost no effect on the value of the short-circuit current.
ここで、光電変換センサ、光電変換センサ群、光電変換センサモジュール、または光電変換センサモジュール群のいずれかをケース内部に収納する場合、該ケースは、開口部を有し、または波長３００ｎｍ以上における波長帯域の光が透過可能である透光面を有しており、前記光電変換センサの受光面、または前記光電変換センサ群を構成する個々の光電変換センサの各受光面が、前記開口部を介して外方に露出し、または透光面に向かって配置されるように構成することが好ましい。 Here, when any one of the photoelectric conversion sensor, the photoelectric conversion sensor group, the photoelectric conversion sensor module, and the photoelectric conversion sensor module group is housed inside the case, the case has an opening or a wavelength at a wavelength of 300 nm or more. It has a translucent surface through which light in the band can be transmitted, and the light receiving surface of the photoelectric conversion sensor or each light receiving surface of each photoelectric conversion sensor constituting the photoelectric conversion sensor group passes through the opening. It is preferable that the configuration is such that it is exposed to the outside or is arranged toward the translucent surface.
これは、日射計測に際し、光電変換センサの受光面に日射が照射されるための構成であり、ケース開口部から受光面を露出させることは日射を直接受光面に照射させる目的であり、透光面が３００ｎｍ以上の波長帯域の光の透過を可能にしたものは、紫外光から遠赤色光に至る範囲の光を照射させるためである。ケースに収納することにより、基板、抵抗およびサーミスタを保護するためであるが、前記構成により、基板に実装される光電変換センサの受光面に計測すべき波長帯の照射を可能にするものである。 This is a configuration for irradiating the light receiving surface of the photoelectric conversion sensor with solar radiation during solar radiation measurement, and exposing the light receiving surface from the case opening is for the purpose of directly irradiating the light receiving surface with light transmissive light. The reason why the surface is capable of transmitting light in a wavelength band of 300 nm or more is to irradiate light in a range from ultraviolet light to far-red light. The purpose is to protect the substrate, resistor, and thermistor by storing it in a case, but the above configuration enables irradiation of the light receiving surface of the photoelectric conversion sensor mounted on the substrate in the wavelength band to be measured. ..
前記構成においては、前記光電変換センサの受光面、または前記光電変換センサ群を構成する個々の光電変換センサの各受光面は、特定波長帯域の光を限定的に透過するバンドパスフィルタを備え、または前記透光面が、特定波長帯域の光を限定的に透過するバンドパスフィルタによって構成されるものとすることができる。 In the above configuration, the light receiving surface of the photoelectric conversion sensor or each light receiving surface of each photoelectric conversion sensor constituting the photoelectric conversion sensor group includes a bandpass filter that transmits light in a specific wavelength band in a limited manner. Alternatively, the translucent surface may be configured by a bandpass filter that transmits light in a specific wavelength band in a limited manner.
このような構成によれば、光電変換センサは、日射光のうち、バンドパスフィルタを透過した特定波長帯域の光の測定を可能にする。これは、例えば、温室等のように、植物を生育する施設に対する日射計測において、特定波長帯域の光の照射量が植物成長に影響がある場合、日射光に含まれる特定波長帯域の光に限定して照射量を測定することができるのである。 According to such a configuration, the photoelectric conversion sensor enables measurement of light in a specific wavelength band that has passed through a bandpass filter among solar light. This is limited to the light in the specific wavelength band included in the solar light when the irradiation amount of the light in the specific wavelength band affects the plant growth in the solar radiation measurement for the facility where the plant grows, for example, a greenhouse. The irradiation amount can be measured.
照射状態分析装置に係る本発明は、前記受光面が、特定波長帯域の光を限定的に透過するバンドパスフィルタを備える日射計測装置、または前記透光面が、特定波長帯域の光を限定的に透過するバンドパスフィルタによって構成される日射計測装置を使用するものであって、複数の前記日射計測装置を個別に配置するとともに、各日射計測装置に使用される前記バンドパスフィルタが、透過光の波長帯域を相互に異ならせたものであることを特徴とするものである。 In the present invention relating to the irradiation state analyzer, the light receiving surface is a solar radiation measuring device including a bandpass filter that transmits light in a specific wavelength band in a limited manner, or the light transmitting surface limits light in a specific wavelength band. A solar radiation measuring device composed of a bandpass filter that transmits light is used, and a plurality of the solar radiation measuring devices are individually arranged, and the bandpass filter used for each solar radiation measuring device is a transmitted light. It is characterized in that the wavelength bands of the above are different from each other.
上記のような構成によれば、複数の日射計測装置のそれぞれが異なる波長帯域の透過光を計測することとなり、同一光源により照射される光（例えば日射）のうち、各波長帯域の光が照射される状態について分析することが可能となる。このような照射状態分析装置は、特定波長帯域の照射を必要とし、または特定波長帯域の照射を不要とするなど、波長帯域に特化して日射等の照射状態を制御する場合に使用され得るものである。 According to the above configuration, each of the plurality of solar radiation measuring devices measures transmitted light in different wavelength bands, and the light in each wavelength band among the light emitted from the same light source (for example, solar radiation) is irradiated. It becomes possible to analyze the state to be performed. Such an irradiation state analyzer can be used when controlling the irradiation state such as solar radiation by specializing in the wavelength band, such as requiring irradiation in a specific wavelength band or eliminating irradiation in a specific wavelength band. Is.
前記構成においては、複数の日射計測装置が、波長３００ｎｍ以上２８００ｎｍ未満の波長帯域の光を透過するバンドパスフィルタが使用される全域計測装置と、波長３００ｎｍ〜２８００ｎｍの範囲を複数に分割した波長帯域の光を透過するバンドパスフィルタが使用される特定領域計測装置とに区分されるものとすることができる。 In the above configuration, a plurality of solar radiation measuring devices include a bandpass filter that transmits light in a wavelength band of 300 nm or more and less than 2800 nm, and a wavelength band in which a wavelength range of 300 nm to 2800 nm is divided into a plurality of devices. It can be classified into a specific area measuring device in which a bandpass filter that transmits the light of the above is used.
このような構成の場合には、全域計測装置によって紫外光から遠赤色光までの範囲の光の照射状態と、特定領域計測装置によって、特定波長帯域の光の照射状態とが計測できることから、全照射光のうち、特定波長帯域の光の照射状態を分析することが可能となる。特定領域計測装置は、全波長（３００ｎｍ〜２８００ｎｍ）の範囲内において、必ずしも間断なく測定する必要はなく、計測値の差分によって特定波長の照射状態を分析してもよい。例えば、温室における植物の生育に必要な特定波長帯域の照射状態を分析する場合には、３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域の光について適宜間隔で分割計測し、特に、８００ｎｍを超える波長については全域計測装置との差分によって計測することが好ましい。 In the case of such a configuration, the light irradiation state in the range from ultraviolet light to far-red light can be measured by the whole area measuring device, and the light irradiation state in the specific wavelength band can be measured by the specific region measuring device. Of the irradiation light, it is possible to analyze the irradiation state of light in a specific wavelength band. The specific region measuring device does not necessarily have to measure without interruption within the range of all wavelengths (300 nm to 2800 nm), and the irradiation state of the specific wavelength may be analyzed by the difference of the measured values. For example, when analyzing the irradiation state of a specific wavelength band required for plant growth in a greenhouse, light in the wavelength band of 300 nm to 800 nm is divided and measured at appropriate intervals, and in particular, a whole area measuring device is used for wavelengths exceeding 800 nm. It is preferable to measure by the difference between.
また、前記構成における複数の特定領域計測装置としては、５ｎｍ〜１００ｎｍを単位として複数に区分されるものとすることができる。すなわち、５ｎｍ〜１０ｎｍを単位とする限定的な波長領域を計測するほかに、５０ｎｍ〜１００ｎｍを単位として、光の種類ごとの波長領域を計測するように区分することができる。 Further, the plurality of specific region measuring devices in the above configuration can be divided into a plurality of units in units of 5 nm to 100 nm. That is, in addition to measuring a limited wavelength region having a unit of 5 nm to 10 nm, it can be classified so as to measure a wavelength region for each type of light in units of 50 nm to 100 nm.
特定波長帯域としては、５０ｎｍ〜１００ｎｍの波長を単位とすることにより、紫外線、青色光、青緑色光、緑色光、黄色光、橙色光、赤色光、赤外線などに分けて照射される光の状態を計測することができる。なお、７００ｎｍを超える波長についてはすべて赤外線としてまとめた値を計測してもよい。この場合、全域計測装置との差分によって求める方法としてもよい。さらには、測定範囲の領域が５ｎｍ〜１０ｎｍを単位とするものであり、限定的な波長領域の光の状態が計測可能であることにより、例えば、特定種類の葉緑素に対して機能的に作用する光の照射状態を計測するなど、詳細な分析が可能となる。 The specific wavelength band is a state of light that is divided into ultraviolet rays, blue light, blue-green light, green light, yellow light, orange light, red light, infrared light, etc. by using a wavelength of 50 nm to 100 nm as a unit. Can be measured. Note that all wavelengths exceeding 700 nm may be measured as infrared rays. In this case, the method may be obtained by the difference from the whole area measuring device. Furthermore, the region of the measurement range is in units of 5 nm to 10 nm, and the state of light in the limited wavelength region can be measured, so that it acts functionally on, for example, a specific type of chlorophyll. Detailed analysis such as measuring the irradiation state of light becomes possible.
さらに、前記照射状態分析装置においては、特定波長計測装置により計測される透過光の積算値を算出し、日射を計測すべき対象区画内における特定波長帯域の光の照射総量を検出するものと構成してもよい。 Further, the irradiation state analyzer is configured to calculate the integrated value of transmitted light measured by the specific wavelength measuring device and detect the total irradiation amount of light in the specific wavelength band in the target section where the solar radiation should be measured. You may.
上記構成の場合には、特定波長帯域の光の照射総量を検出し得ることから、広い帯域の光が照射される状態において、当該特定波長帯域の光に限定した照射量を得ることができ、所望帯域の光の照射の状態を分析することができる。所望帯域の光とは、農業分野においては、生理的有効放射といわれる３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域の光、または光合成有効放射といわれる４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域の光の照射状態を検知することが重要となるため、これらの帯域に限定して、その照射の総量を得ることにより農産物の発育状況をコントロールすることが可能となる。例えば、これらの帯域における光照射の総量が不足する場合には、特定波長の光を発する光源（ＬＥＤ）などを使用し、照射総量を増加させるなどの対応を可能にすることができる。 In the case of the above configuration, since the total irradiation amount of light in a specific wavelength band can be detected, it is possible to obtain an irradiation amount limited to the light in the specific wavelength band in a state where light in a wide band is irradiated. The state of light irradiation in a desired band can be analyzed. In the field of agriculture, it is important to detect the irradiation state of light in the wavelength band of 300 nm to 800 nm, which is called physiological effective radiation, or light in the wavelength band of 400 nm to 700 nm, which is called photosynthetically active radiation. Therefore, it is possible to control the growth status of agricultural products by obtaining the total amount of irradiation limited to these bands. For example, when the total amount of light irradiation in these bands is insufficient, a light source (LED) or the like that emits light of a specific wavelength can be used to enable measures such as increasing the total amount of light irradiation.
光分布測定装置に係る本発明は、個々の光電変換モジュールの受光面が、特定波長帯域の光を限定的に透過するバンドパスフィルタを備える日射計測装置、または、個々の光電変換モジュールの前記透光面が、特定波長帯域の光を限定的に透過するバンドパスフィルタによって構成される日射計測装置を複数使用するものであって、前記日射計測装置を単位として、個々の日射計測装置を構成する光電変換センサの受光面または透光面が、異なる角度で設置されていることを特徴とするものである。 The present invention relating to the light distribution measuring device is a solar radiation measuring device including a bandpass filter in which the light receiving surface of each photoelectric conversion module transmits light in a specific wavelength band in a limited manner, or the transmission of each photoelectric conversion module. A plurality of solar radiation measuring devices having a light surface composed of a band pass filter that transmits light in a specific wavelength band in a limited manner are used, and each solar radiation measuring device is configured with the solar radiation measuring device as a unit. It is characterized in that the light receiving surface or the translucent surface of the photoelectric conversion sensor is installed at different angles.
上記構成において、日射計測装置が前記光電変換センサ群、前記光電変換センサモジュールまたは光電変換センサモジュール群である場合には、これらを構成する複数の光電変換センサの受光面が同一平面上に配置されるとともに、前記日射計測装置を単位として光電変換センサの受光面が異なる角度で設置されるように構成することができる。 In the above configuration, when the solar radiation measuring device is the photoelectric conversion sensor group, the photoelectric conversion sensor module, or the photoelectric conversion sensor module group, the light receiving surfaces of the plurality of photoelectric conversion sensors constituting these are arranged on the same plane. In addition, the light receiving surface of the photoelectric conversion sensor can be installed at different angles in units of the solar radiation measuring device.
上記構成によれば、個々の日射計測装置は、同じ平面上に設置された光電変換モジュールの受光面または透光面により、当該日射計測装置ごとに特定方向から照射される光（日射等）を計測することとなるが、これら複数の日射計測装置の受光面または透光面が相互に異なる角度を有して配置されることにより、反射光などの散乱光についての計測を可能にするものである。 According to the above configuration, each solar radiation measuring device emits light (solar radiation, etc.) emitted from a specific direction for each solar radiation measuring device by the light receiving surface or the translucent surface of the photoelectric conversion module installed on the same plane. Although it is necessary to measure, by arranging the light receiving surface or the translucent surface of these plurality of solar radiation measuring devices at different angles, it is possible to measure scattered light such as reflected light. is there.
また、上記構成の光分布測定装置において、複数の日射計測装置のうち、いずれか一つの日射計測装置が日射の直射光に対するものとし、他の日射計測装置は、散乱光に対するものとすることが好ましい。 Further, in the light distribution measuring device having the above configuration, one of the plurality of solar radiation measuring devices may be for direct solar radiation, and the other solar radiation measuring device may be for scattered light. preferable.
上記構成は、日射を直接受ける場合の計測装置のみでは計測できない反射光などの散乱光を含めて光分布を測定するものである。例えば、日射光が地上で反射し、その散乱光が十分な光量を有する場合には、日射の直接光以外にも光の効果を受けることができるものであり、農業分野においては、葉の裏面に照射し、光合成に寄与する場合もあることから、これら散乱光を含めた全体の光の分布の状態を把握することができるのである。農業分野における散乱光は、比較的重要視されるものであり、圃場の表面に反射シートを敷設して、散乱光を作物に照射することが日常的に行われている。従って、これらの反射シートの効果を含めた日射の影響を検証する際に有効な測定値を得ることができる。 The above configuration measures the light distribution including scattered light such as reflected light, which cannot be measured only by a measuring device when directly receiving solar radiation. For example, if the solar light is reflected on the ground and the scattered light has a sufficient amount of light, it can be affected by light other than the direct light of the solar radiation. In the agricultural field, the back surface of the leaf. Since it may contribute to photosynthesis by irradiating the light, it is possible to grasp the state of the distribution of the entire light including these scattered lights. Scattered light in the agricultural field is relatively important, and it is common practice to lay a reflective sheet on the surface of the field and irradiate the crop with the scattered light. Therefore, it is possible to obtain effective measured values when verifying the influence of solar radiation including the effect of these reflective sheets.
前記のような日射計測装置の配置角度（受光面または透光面の角度）は、用途に応じて適宜変更・調整すればよく、例えば、受光面または透光面を表裏（相互の角度は１８０度）に配置した二つの日射計測装置を使用してもよい。この場合には、一方の日射測定装置の受光面または透光面を日射に向かって配置することにより、他方の日射計測装置の受光面または透光面は、その裏面側に向かって配置されることとなるから、一方の日射計測装置により直接日射を計測すると同時に、他方の日射計測装置により、裏面側に向かって反射する光を測定することができる。これを農業分野において、植物の葉面に合わせて（葉の向きまたは高さなどに合わせて）設置すれば、植物の葉面に対する表面および裏面に作用する日射の影響を測定することが可能となる。 The arrangement angle (angle of the light receiving surface or the translucent surface) of the solar radiation measuring device as described above may be appropriately changed and adjusted according to the application. For example, the light receiving surface or the translucent surface is front and back (the mutual angle is 180). You may use two solar radiation measuring devices arranged in degree). In this case, by arranging the light receiving surface or the translucent surface of one solar radiation measuring device toward the solar radiation, the light receiving surface or the translucent surface of the other solar radiation measuring device is arranged toward the back surface side thereof. Therefore, one of the solar radiation measuring devices can directly measure the solar radiation, and at the same time, the other solar radiation measuring device can measure the light reflected toward the back surface side. In the agricultural field, if it is installed according to the leaf surface of the plant (according to the direction or height of the leaves, etc.), it is possible to measure the effect of sunlight acting on the front and back surfaces of the plant. Become.
日射計測装置にかかる本発明によれば、複数の光電変換センサにより構成される光電変換センサモジュール等または個々もしくは単体の光電変換センサが、温度上昇に伴って当該センサ等の出力が増大する場合に、サーミスタによる抵抗値の変化により出力抵抗値を調整することにより、短絡電流に近似させた略短絡電流を得ることができ、その温度変化を補正しつつ日射計測を可能にするものである。特に、サーミスタをケースの壁面または光電変換センサの裏面に当接させることにより、温度変化を気温ではなく物体温度に応じて抵抗値を変化させることができるため、光電変換センサそのものの温度変化に応じた補正を可能にするものである。 According to the present invention relating to the solar radiation measuring device, when the output of a photoelectric conversion sensor module or the like composed of a plurality of photoelectric conversion sensors or an individual or a single photoelectric conversion sensor increases as the temperature rises. By adjusting the output resistance value by changing the resistance value by the thermistor, it is possible to obtain a substantially short-circuit current that is close to the short-circuit current, and it is possible to measure solar radiation while correcting the temperature change. In particular, by bringing the thermistor into contact with the wall surface of the case or the back surface of the photoelectric conversion sensor, the resistance value can be changed according to the object temperature instead of the air temperature, so that the resistance value can be changed according to the temperature change of the photoelectric conversion sensor itself. It enables correction.
また、照射状態分析装置にかかる本発明によれば、個々の光電変換センサの受光面には特定波長帯域の光を限定的に透過するバンドパスフィルタが備えられており、特定波長帯域の光ごとの照射状態を測定することができる。波長３００ｎｍ〜２８００ｎｍの範囲にある波長帯域の光について、特定領域計測装置による波長帯域の幅を５ｎｍ〜１００ｎｍの単位で区分することにより、可視光を含む紫外線から赤外線までの広い波長帯における領域を細かく分類して計測することができ、しかも、これらの透過光を積算することにより照射総量を得ることにより、日射全体のうちの特定波長の照射割合を算出することができる。 Further, according to the present invention of the irradiation state analyzer, the light receiving surface of each photoelectric conversion sensor is provided with a bandpass filter that transmits light in a specific wavelength band in a limited manner, and each light in a specific wavelength band is provided. Irradiation state can be measured. For light in the wavelength band in the wavelength range of 300 nm to 2800 nm, by dividing the width of the wavelength band by the specific region measuring device in units of 5 nm to 100 nm, a region in a wide wavelength band from ultraviolet rays including visible light to infrared rays can be obtained. It is possible to classify and measure in detail, and by integrating these transmitted lights to obtain the total irradiation amount, it is possible to calculate the irradiation ratio of a specific wavelength in the total amount of solar radiation.
さらに、光分布測定装置にかかる本発明によれば、日射によって直接照射される光のほかに反射光を含む散乱光の照射状態を測定することができ、所定領域内における光の照射分布を得ることができる。個々の日射計測装置を構成する光電変換センサ等の受光面にバンドパスフィルタを備えていることから、直射光および散乱光等を含む全体の照射光について、特定波長帯域ごとの照射分布を得ることができるとともに、当該特定波長帯域ごとの光エネルギ収支（入射エネルギと放出エネルギとの収支）をも算出することが可能となる。 Further, according to the present invention of the light distribution measuring device, it is possible to measure the irradiation state of scattered light including reflected light in addition to the light directly irradiated by solar radiation, and obtain the irradiation distribution of light within a predetermined region. be able to. Since a bandpass filter is provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion sensor or the like that constitutes each solar radiation measuring device, it is possible to obtain an irradiation distribution for each specific wavelength band for the entire irradiation light including direct light and scattered light. At the same time, it is possible to calculate the light energy balance (balance between incident energy and emitted energy) for each specific wavelength band.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、日射計測装置に係る実施形態を示す概略図である。図１（ａ）は分解した状態を示し、図１（ｂ）は一体化した状態を示す。こられの図に示されるように、本実施形態は、箱形のケース本体１と、蓋部２とで中空のケースが構成され、このケースの内部に、光電変換センサモジュール３と、基板４とを収納する構成としている。本実施形態の光電変換センサモジュール３としては、２個の光電変換センサ３１，３２を備えるものとしており、ケース本体１には光電変換センサ３１，３２と同形状の開口部１１，１２が設けられている。従って、ケース内部に収納された光電変換センサモジュール３の各光電変換センサ３１，３２の表面（受光面）は、当該開口部１１，１２を介してケースから露出させることができる。なお、この開口部１１，１２は、外部から照射される日射を透光させるためのものであるため、特定波長の光が透過できる透光面で構成してもよい。この場合の特定波長の光が透過できるものとして、波長３００ｎｍ以上における波長帯域の光が透過可能である透明なガラス製の板などを使用することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a solar radiation measuring device. FIG. 1 (a) shows a disassembled state, and FIG. 1 (b) shows an integrated state. As shown in these figures, in this embodiment, a hollow case is configured by the box-shaped
サーミスタ５は、基板４から立設して設けられており、光電変換センサモジュール３の横を通過し、または当該光電変換センサモジュール３の近傍において、ケース本体１の内側壁面に当接して設けられる構成としている。なお、ケース本体１の内側壁面に当接できない場合には、光電変換センサモジュール３の裏面に当接させて設置してもよい。このようなサーミスタ５の設置状態は、サーミスタ５が受ける温度変化の対象が、光電変換センサ３１，３２の温度変化に合わせるためである。そのために、基板４を光電変換センサモジュール３とは区別して設け、さらに、ケース本体１の内側壁面（特に開口部１１，１２の近傍）または光電変換センサモジュール３の裏面に当接できるように、基板４から突出するように立設しているのである。
The
ところで、光電変換センサ３１，３２は、直列または並列に接続されており、全体として光電変換センサモジュール３が形成されるものであり、基板４には、前記光電変換センサモジュール３の両側端子間（両端）に抵抗が接続される配線部（図示せず）を有しており、さらに、この抵抗に対して直列または並列に接続される配線と、この配線に接続されたサーミスタ５を備えている。
By the way, the
ここで、光電変換センサ３１，３２としては、太陽電池、フォトダイオード、フォトトランジスタ、焦電素子または光電セルなどを使用することができ、２個を同じ種類のものを使用してもよいが、異なる種類のものを用いてもよい。他方、本実施形態のサーミスタ３としては、温度上昇に伴って抵抗値が減少するＮＴＣサーミスタを使用している。なお、抵抗およびサーミスタは、光電変換センサ３１，３２に対して直列または並列に接続されるものであるが、これらの抵抗等が接続される両端に端子が設けられ、この端子間における電流値（略短絡電流値）を測定することによって、光電変換センサ３１，３２から得られる電流の変化を観察することが可能となり、この電流の変化によって日射の計測を可能としている。また、略短絡電流値を測定するための電流計は、ケース内部に収納してもよいが、別途設ける構成でもよい。
Here, as the
ところで、上述のサーミスタ５は、一般的に先端において温度が検出される。そこで、当該先端を検出すべき部分に当接させることにより、当該部分の温度変化に伴って抵抗値を変化させることができる。従って、サーミスタ５の先端の当接位置については種々の形態が考えられる。
By the way, in the above-mentioned
そこで、図２に各種の形態を示す。この図２は、図１中に記載のＩＩ−ＩＩ線による断面図であるが、サーミスタ５の数および位置については、種々の形態ごとに変更したものである。まず、図２（ａ）は、単一のサーミスタ５の先端をケース本体１の上面部の裏面（壁面）に当接させたものである。ここで、光電変換センサモジュール３は、光電変換センサ３１を前述の開口部１１に嵌合させたものであるが、その際、光電変換センサモジュール３の表面とケース本体１の上面部裏面との間は、シリコーン接着剤Ｘによって貼着させている。この場合には、当該シリコーン接着剤Ｘを利用して、サーミスタ５の先端をケース本体１の裏面に当接しつつ貼着固定させている。
Therefore, FIG. 2 shows various forms. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG. 1, but the number and position of the
上記のように、サーミスタ５の先端をケース本体１の上面部裏面（壁面）に当接させることによって、光電変換センサモジュール３に照射される日射量に応じて生じる温度に応じた抵抗値を得ることができる。すなわち、使用されるサーミスタ５がＮＴＣ型であるため、日射量が大きい場合には、光電変換センサ３１の出力が増大することに応じて、温度上昇による抵抗値の低下を可能にするのである。これにより、サーミスタ５に接続される抵抗（図示省略）との合成抵抗が小さくなり、略短絡電流は短絡電流に近似することとなる。なお、実際の電流値は、抵抗の両端に発生する電圧を計測することにより、オームの法則から電流値を得ることができる。
As described above, by bringing the tip of the
上記のようなサーミスタ５は、単一である必要はなく、複数設置することができる。この状態を図２（ｂ）に示す。この図は、ケース本体１の上面部裏面（壁面）の異なる二個所に、二個のサーミスタ５の先端部分を同様の方法（シリコーン接着剤Ｘの利用）により、当接させつつ固定したものである。このように複数のサーミスタ５を設置することにより、抵抗値が変化できる範囲を広く設定することができるうえ、温度検出の誤差（ムラ）を修正し得ることとなる。
The
さらに、サーミスタ５の先端は、光電変換センサモジュール３の裏面に当接させるように設置してもよい。この状態を図２（ｃ）に示す。この図に示すように、サーミスタ５の先端は、光電変換センサモジュール３の裏面に接着剤Ｙによって貼着されている。ここで使用する接着剤Ｙは、ケース本体１と光電変換センサモジュール３とを接着するものではないため、接着力が協力である必要はない。そのため、シリコーングリス、放熱用シリコーン、熱伝導グリスなどを使用することができる。また、一般的な接着剤を使用してもよい。ところで、光電変換センサモジュール３の裏面に頭部が当接されたサーミスタ５は、日射量を測定する部分における温度変化によって抵抗を変化させるものであることから、日射量によって現実に出力が増減する光電変換センサモジュール３の温度変化に応じた抵抗値の変化を可能にする。なお、この場合には、光電変換センサモジュール３のうち、光電変換センサ３１の裏面が好ましい。日射量計測は、当該光電変換センサ３１によるためである。
Further, the tip of the
上記においては、さらに、複数のサーミスタ５を光電変換センサモジュール３の裏面に設置してもよい。さらに、図２（ｄ）に示すように、ケース本体１の上面部裏面（壁面）と光電変換センサモジュール３の裏面との双方にサーミスタ５の頭部を当接させるように設置してもよい。すなわち、サーミスタ５は、温度上昇時における抵抗値の低下（略短絡電流の補正）のために使用されるものであるため、日射計測装置に対する日射量の変化に応じて昇降する温度変化を反映させることができるように、最適な形態のものを選択すればよいのである。
In the above, a plurality of
なお、計測される日射の指標としては、日射強度（W/m2）、日射量（J/m2）、照度（lx）、光量子束密度（μmol・m-2・s-1）、太陽光依存性抵抗（Ω）、太陽光発電電力（kW/m2）または太陽熱集熱量（kW/m2）などがあり、これらの中から１つ以上をもって、本実施形態が計測し得る日射として定めることができる。 The measured indicators of solar radiation are solar radiation intensity (W / m 2 ), solar radiation amount (J / m 2 ), illuminance (lx), photon flux density (μmol ・ m -2・ s -1 ), and sun. There are light-dependent resistance (Ω), photovoltaic power generation (kW / m 2 ), solar heat collection amount (kW / m 2 ), etc., and one or more of these are used as the solar radiation that can be measured by this embodiment. Can be determined.
次に、個々の光電変換センサ３１，３２とセンサモジュール３ならびにセンサモジュール群について説明する。図３は、個々の光電変換センサ等の配置例を示している。この図に示されているように、光電変換センサモジュール３の配置の形態は、種々の組合せによって使用することができる。例えば、複数の光電変換センサ３１，３２によって一つの光電変換センサモジュール３を構成し、さらに複数の光電変換センサモジュール３によって光電変換センサモジュール群３０を構成し、これらの両端Ａ，Ｂにおける略短絡電流の変化を計測してもよい。略短絡電流を測定するために、これらの光電変換センサモジュール３、光電変換センサ３１，３２、または光電変換センサモジュール群３０のいずれかに対して、サーミスタ５および抵抗６を直列または並列に接続するのである。なお、図示のように、光電変換センサモジュール群３０による場合には、個々の光電変換センサモジュール３を直列もしくは並列に、または直列および並列に接続してもよく、個々の光電変換センサ３１，３２は、さらに、直列もしくは並列に、または直列および並列に接続してもよい。
Next, the individual
なお、図において示される複数の光電変換センサモジュール３を光電変換センサ３１，３２に置換する場合には、光電変換センサモジュール群３０は、光電変換センサ群となり、さらに、光電変換センサモジュール群３０が単一の光電変換センサ３１で構成させることも可能である。また、図中のサーミスタ５と抵抗６は直列に接続しているが、これを並列に接続してもよい。
When the plurality of photoelectric
いずれの形態の場合においても、両端の端子Ａ，Ｂの間における略短絡電流の変化が観察できれば、日照計測が可能となるのである。ここで、略短絡電流とは、光電変換センサモジュール３等の両極Ａ，Ｂを短絡させることにより得られる電流（短絡電流）と同じ程度の電流を意味するものである。すなわち、サーミスタ５による抵抗値と、抵抗６による抵抗値との合成抵抗の値を著しく小さくすることにより、略短絡電流の値は光電変換センサモジュール３等の短絡電流の値とみなすことができる。そして、略短絡電流の変化を観察することは、光電変換センサモジュール３等から得られる電流の変化を観察することとなり、光電変換センサモジュール３等から得られる電流値の変化の状態を得ることができるのである。
In either form, sunshine measurement is possible if a change in the substantially short-circuit current between the terminals A and B at both ends can be observed. Here, the substantially short-circuit current means a current of the same degree as the current (short-circuit current) obtained by short-circuiting both poles A and B of the photoelectric
そのためには、サーミスタ５は、温度上昇に伴って抵抗値が減少するＮＴＣサーミスタであることが好ましい。すなわち、サーミスタ６を含む出力抵抗の値は、小さい程に短絡電流に近似する値を得ることができるからである。このことは、抵抗が一定の場合における電圧と電流との関係から明らかである。そして、光電変換センサモジュール３等から得られる出力は、温度上昇とともに増大する傾向にある。これは太陽電池を例にすれば、照射光が強ければ出力は増大するが同時に温度も上昇することを想定すれば明らかである。そのため、光電変換センサモジュール３等が定電流電源として機能するとしても、出力の増大に伴って短絡電流値は当然に上昇する。しかし、略短絡電流を測定するための出力抵抗（合成抵抗）が同じ値である場合には、出力抵抗の両端に発生する電圧と電流との関係は線形となり、測定され得る電圧が大きくなる結果、算出される略短絡電流値は短絡電流に近似しない値（短絡電流の値から離れた電流値）を計測することとなる。そのため、短絡電流値に近似するように合成抵抗の値を減少させるのである。
For that purpose, the
上記実施形態においては、個々の光電変換センサモジュール３等にバイパスダイオード７を並列に接続する構成としてもよい。この例示を図４（ａ）に示す。この図に例示されるように、個々の光電変換センサモジュール３にバイパスダイオード７を接続することにより、日射計測対象エリア内（対象区画内）に２個以上（図は３個）の光電変換センサモジュール３を配置させることとなり、これら複数の光電変換センサモジュール３のいずれか１個に対する日射が遮断された場合（影になった場合）であっても当該対象エリア内の両端Ａ，Ｂにおける略短絡電流の値を維持させることができるのである。
In the above embodiment, the
また、図４（ｂ）に示すように、複数の光電変換センサモジュール３を組み合わせた場合には、個々の光電変換センサモジュール３のそれぞれにバイパスダイオード７を接続することにより、いずれかの光電変換センサモジュール３に対す日射が遮断された場合であっても、略短絡電流は維持されることとなる。
Further, as shown in FIG. 4B, when a plurality of photoelectric
なお、図４（ｂ）には最小単位を光電変換センサモジュール３としているが、これが光電変換センサ３１，３２である場合には、これらの個々の光電変換センサ３１，３２に対してバイパスダイオード７を接続する構成としてもよい。
In FIG. 4B, the smallest unit is the photoelectric
また、上記構成の日射計測装置にかかる実施形態においては、個々の光電変換センサ３１，３２に、特定の波長帯域透過するバンドパスフィルタを受光面または透光面に設置する構成としてもよい。これは、例えば、温室における日射計測において、植物成長に影響のある特定波長帯域の光の照射量を計測する際に利用し得る。
Further, in the embodiment of the solar radiation measuring device having the above configuration, a bandpass filter that transmits a specific wavelength band may be installed on the light receiving surface or the translucent surface of each of the
そして、上記構成（バンドパスフィルタを使用する構成）の日射計測装置を使用することにより、照射状態分布装置を構成することができる。すなわち、複数の光電変換センサモジュール３について、それぞれに異なる波長帯域を透過する他種類のバンドパスフィルタを個別に設けることにより、特定波長帯域における光の照射分布を計測することが可能となるのである。例えば、単一光（日射など）から照射される光のうち、どの帯域の光の照射が強いか、または弱いかを分析することができ、人工光によって植物栽培を行う場合の必要な波長帯域の光が照射されているかを検出することに利用できる。
Then, the irradiation state distribution device can be configured by using the solar radiation measuring device having the above configuration (a configuration using a bandpass filter). That is, by individually providing other types of bandpass filters that transmit different wavelength bands for each of the plurality of photoelectric
ここで、バンドパスフィルタとして、波長３００ｎｍ以上２８００ｎｍ未満の波長帯域の光を透過するバンドパスフィルタが使用される全域計測装置と、波長３００ｎｍ〜２８００ｎｍの範囲を複数に分割した波長帯域の光を透過するバンドパスフィルタが使用される特定領域計測装置とに区分するように構成することができる。全域計測装置によって紫外光から遠赤色光までの範囲の光の照射状態と、特定領域計測装置によって、特定波長帯域の光の照射状態とが計測できることから、全照射光のうち、特定波長帯域の光の照射状態を分析することが可能となる。特定領域計測装置は、全波長（３００ｎｍ〜２８００ｎｍ）の範囲内において、必ずしも間断なく測定する必要はない。間欠的な波長帯域を測定し、全域計測との計測値の差分によって非測定領域における特定波長の照射状態を算出することも可能となる。例えば、温室における植物の生育に必要な特定波長帯域の照射状態を分析する場合には、３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域の光について適宜間隔で分割計測し、特に、８００ｎｍを超える波長については全域計測装置との差分によって計測することができる。 Here, as a bandpass filter, a bandpass filter that transmits light in a wavelength band of 300 nm or more and less than 2800 nm is used, and a whole area measuring device that transmits light in a wavelength band in which a wavelength range of 300 nm to 2800 nm is divided into a plurality of parts is transmitted. The bandpass filter can be configured to be separated from the specific area measuring device to be used. Since the light irradiation state in the range from ultraviolet light to far-red light can be measured by the whole area measuring device and the light irradiation state in the specific wavelength band can be measured by the specific region measuring device, the light in the specific wavelength band of the total irradiation light can be measured. It is possible to analyze the irradiation state of light. The specific region measuring device does not necessarily have to measure without interruption within the range of all wavelengths (300 nm to 2800 nm). It is also possible to measure the intermittent wavelength band and calculate the irradiation state of a specific wavelength in the non-measurement region by the difference between the measured value and the whole area measurement. For example, when analyzing the irradiation state of a specific wavelength band required for plant growth in a greenhouse, light in the wavelength band of 300 nm to 800 nm is divided and measured at appropriate intervals, and in particular, a whole area measuring device is used for wavelengths exceeding 800 nm. It can be measured by the difference between.
また、特定領域計測装置としては、５０ｎｍ〜１００ｎｍを単位として複数に区分することが想定される。さらに、５ｎｍ〜１０ｎｍを単位として区分することも想定される。５０ｎｍ〜１００ｎｍの波長を単位とする特定領域計測を行うことにより、紫外線、青色光、青緑色光、緑色光、黄色光、橙色光、赤色光、赤外線などに分けて照射される光の状態を計測することができる。ただし、８００ｎｍを超える波長については、全てを赤外線としてまとめた値を計測することも想定される。 Further, it is assumed that the specific region measuring device is divided into a plurality of units in units of 50 nm to 100 nm. Further, it is assumed that the unit is 5 nm to 10 nm. By measuring a specific area with a wavelength of 50 nm to 100 nm as a unit, the state of light emitted separately into ultraviolet rays, blue light, blue-green light, green light, yellow light, orange light, red light, infrared rays, etc. can be determined. Can be measured. However, for wavelengths exceeding 800 nm, it is assumed that all values will be measured as infrared rays.
同様に、特定領域計測装置として、５ｎｍ〜１０ｎｍを単位として区分する場合には、照射される光のうち、特定波長の光の量を測定することが可能となる。このような比較的狭い領域の波長における光を測定することは、例えば、農業分野では、特定の葉緑素における光合成に最適な光の照射量を測定することができるなどの用途があり得る。 Similarly, when the specific region measuring device is divided into units of 5 nm to 10 nm, it is possible to measure the amount of light having a specific wavelength among the emitted light. Measuring light at a wavelength in such a relatively narrow region may have applications such as being able to measure the optimum amount of light for photosynthesis in a specific chlorophyll in the agricultural field, for example.
さらに、照射状態分析装置を構成する場合、特定波長計測装置により計測される透過光の積算値を算出し、日射を計測すべき対象区画内における特定波長帯域の光の照射総量を検出するようにしてもよい。特定波長帯域の光の照射総量を検出することによって、広い帯域の光が照射される状態において、当該特定波長帯域の光に限定した照射量を得ることができ、所望帯域の光の照射の状態を分析することができる。所望帯域の光とは、農業分野においては、生理的有効放射といわれる３００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域の光、または光合成有効放射といわれる４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域の光の照射状態を検知することが重要となるため、これらの帯域に限定して、その照射の総量を得ることにより農産物の発育状況をコントロールすることが可能となる。例えば、これらの帯域における光照射の総量が不足する場合には、特定波長の光を発する光源（ＬＥＤ）などを使用し、照射総量を増加させるなどの対応を可能にすることができる。 Further, when configuring the irradiation state analyzer, the integrated value of the transmitted light measured by the specific wavelength measuring device is calculated, and the total irradiation amount of the light in the specific wavelength band in the target section where the solar radiation should be measured is detected. You may. By detecting the total irradiation amount of light in a specific wavelength band, it is possible to obtain an irradiation amount limited to the light in the specific wavelength band in a state where light in a wide band is irradiated, and a state of irradiation of light in a desired band. Can be analyzed. In the field of agriculture, it is important to detect the irradiation state of light in the wavelength band of 300 nm to 800 nm, which is called physiological effective radiation, or light in the wavelength band of 400 nm to 700 nm, which is called photosynthetically active radiation. Therefore, it is possible to control the growth status of agricultural products by obtaining the total amount of irradiation limited to these bands. For example, when the total amount of light irradiation in these bands is insufficient, a light source (LED) or the like that emits light of a specific wavelength can be used to enable measures such as increasing the total amount of light irradiation.
図５（ａ）には、複数に分割した波長帯域の光を透過するバンドパスフィルタが使用された光電変換センサを集合させてなる日射状態分析装置１００，２００，３００を示している。この図のように、異なる波長帯域の光を透過するバンドパスフィルタが使用された複数の光電変換センサが近接して設けられることにより、同時に照射される日射について同一条件により測定値を得ることができ、その日射の状態を分析することができる。
FIG. 5A shows solar
また、上記の図５（ａ）は、光分布測定装置を示している。すなわち、この図は、複数の日射計測装置１０１，１０２を一つの集合体とする日射状態分析装置１００，２００，３００を三個所に配置したものである。また、図５（ｂ）は、単一の日射計測装置１０１，１０２，１０３，１０４を四個所に設置した例である。このように異なる位置に日射計測装置１０１，１０２が設置され、これら単一で、または集合体としての日射状態分析装置１００〜３００が設置されることにより、各場所における光の分布を測定することができる。
Further, FIG. 5A above shows a light distribution measuring device. That is, in this figure, the solar
上記例は同一平面上に設けているが、これを異なる角度に設ける場合、個々の日射計測装置１０１，１０２，１０３，１０４（または日射状態分析装置１００，２００，３００）に対する特定方向から照射される光を計測することとなり、反射光を含む散乱光についての計測を可能にするものである。従って、日射を直接受ける場合の計測装置のみでは計測できない散乱光を含めて光分布を測定することが可能となる。
The above example is provided on the same plane, but when they are provided at different angles, they are irradiated from a specific direction with respect to the individual solar
例えば、図６に示すように、日射状態分析装置１００，２００を傾斜して配置したものが想定される。ここで示す日射状態分析装置１００，２００は、前述のように、特定の波長帯域の光を透過するバンドパスフィルタが使用されたものであり、個々の日射計測装置が集合したものであるが、単に所定の波長帯域を透過し得る受光面または透光面を有する日射計測装置を配置してもよい。また、図中の日射状態分析装置１００，２００は、いずれも平板状のケースに設置されていることから、このケースを傾斜させることによって、個々の受光面または透光面を相互に傾斜させた状態としている。この種の構成は、以下においても同様である。
For example, as shown in FIG. 6, it is assumed that the solar
そこで、図６（ｂ）には、受光面または透光面を表裏に逆向きとした状態（相互に１８０度の角度で配置する状態）を示す。この場合には、一方の日射測定装置（または日射状態分析装置）１００の受光面を日射に向かって配置することにより、他方の日射計測装置（または日射状態分析装置）２００の受光面は、その裏面側に向かって配置されることとなるから、一方の日射計測装置（または日射状態分析装置）１００により直接日射を計測すると同時に、他方の日射計測装置（または日射状態分析装置）２００により、裏面側に向かって反射する光を測定することができる。 Therefore, FIG. 6B shows a state in which the light receiving surface or the translucent surface is turned upside down (a state in which they are arranged at an angle of 180 degrees to each other). In this case, by arranging the light receiving surface of one of the solar radiation measuring devices (or solar radiation state analyzer) 100 toward the solar radiation, the light receiving surface of the other solar radiation measuring device (or solar radiation state analyzer) 200 can be changed. Since it is arranged toward the back surface side, the solar radiation is directly measured by one solar radiation measuring device (or solar radiation state analyzer) 100, and at the same time, the back surface is measured by the other solar radiation measuring device (or solar radiation state analyzer) 200. The light reflected toward the side can be measured.
さらに、図７（ａ）に示すように、相互に１２０度の角度を有する三方向に日射計測装置（または日射状態分析装置）１００〜３００を配置し、結果としてそれぞれの受光面または透光面を１２０度の角度を有する状態としたものがある。これにより、異なる方向から照射される散乱光を測定し、照射光の分析が可能となる。 Further, as shown in FIG. 7A, 100 to 300 solar radiation measuring devices (or solar radiation state analyzers) are arranged in three directions having an angle of 120 degrees with each other, and as a result, each light receiving surface or translucent surface is arranged. Is in a state of having an angle of 120 degrees. This makes it possible to measure the scattered light emitted from different directions and analyze the irradiation light.
同様に、図７（ｂ）に示すように、相互に９００度の角度に日射計測装置（または日射状態分析装置）１００〜３００を配置し、隣接する受光面または透光面を相互に９０度の角度としてもよい。さらには、図示しないが、６面体の各面に日射計測装置（または日射状態分析装置）を配置してもよく、その他の多面体の各面に設置することも可能である。要するに、測定または状態分析を望む散乱光が照射される方向に、受光面または透光面を合わせて設置することにより、各種の状態における光の照射状態を測定または分析することが可能となるのである。 Similarly, as shown in FIG. 7B, the solar radiation measuring devices (or solar radiation state analyzers) 100 to 300 are arranged at an angle of 900 degrees to each other, and the adjacent light receiving surface or translucent surface is 90 degrees to each other. It may be the angle of. Further, although not shown, a solar radiation measuring device (or a solar radiation state analyzer) may be arranged on each surface of the hexahedron, or may be installed on each surface of other polyhedra. In short, it is possible to measure or analyze the light irradiation state in various states by installing the light receiving surface or the translucent surface in the direction in which the scattered light for which measurement or state analysis is desired is irradiated. is there.
１ ケース本体
２ ケースの蓋部
３ 光電変換センサモジュール
４ 基板
５ サーミスタ
６ 抵抗
７ バイパスダイオード
１１，１２ 開口部
３０ 光電変換センサモジュール群
３１，３１ａ，３１ｂ,３１ｚ,３２,３１ａ,３２ｂ,３２ｚ,３ｉａ,３ｉｂ,３ｉｚ 光電変換センサ
１０１，１０２ 日照計測装置
１００，２００，３００，４００ 日射状態分析装置または日射計測装置
1
Claims (10)
前記光電変換センサ、前記光電変換センサ群、前記光電変換センサモジュール、または前記光電変換センサモジュールを直列もしくは直並列に接続してなる光電変換センサモジュール群の中から選択された１つ以上の両端に接続された抵抗と、該抵抗に対して直列または並列に接続された複数のサーミスタと、
前記光電変換センサ、前記光電変換センサ群、前記光電変換センサモジュール、または光電変換センサモジュール群を収納するケースとを備え、
前記サーミスタは、前記ケース内部に収容される前記光電変換センサ、前記光電変換センサ群、前記光電変換センサモジュールまたは光電変換センサモジュール群の裏面、および、前記ケースの壁面の双方に当接した状態で配置されており、
前記抵抗および前記サーミスタによって出力抵抗を形成し、該出力抵抗の両端に発生する電圧からオームの法則に基づく略短絡電流値を得るとともに、該略短絡電流値の変化量により日射を計測する
ことを特徴とする日射計測装置。 A single photoelectric conversion sensor, a photoelectric conversion sensor group formed by a plurality of photoelectric conversion sensors, or a photoelectric conversion sensor module formed by connecting the photoelectric conversion sensors in series or in parallel.
At one or more ends selected from the photoelectric conversion sensor, the photoelectric conversion sensor group, the photoelectric conversion sensor module, or the photoelectric conversion sensor module group in which the photoelectric conversion sensor module is connected in series or in series or parallel. A connected resistor and multiple thermistors connected in series or in parallel to the resistor
A case for accommodating the photoelectric conversion sensor, the photoelectric conversion sensor group, the photoelectric conversion sensor module, or the photoelectric conversion sensor module group is provided.
The thermistor is in contact with both the photoelectric conversion sensor, the photoelectric conversion sensor group, the back surface of the photoelectric conversion sensor module or the photoelectric conversion sensor module group, and the wall surface of the case housed inside the case. Have been placed and
An output resistor is formed by the resistor and the thermistor, a substantially short-circuit current value based on Ohm's law is obtained from the voltage generated across the output resistor, and solar radiation is measured by the amount of change in the substantially short-circuit current value. A featured solar radiation measuring device.
前記ケースの壁面に当接して設けられるサーミスタは、前記開口部が設けられているケースの上面部の裏面に当接させたものである請求項１または２に記載の日射計測装置。 The case is provided with an opening having the same shape as the photoelectric conversion sensor, and is arranged so that the light receiving surface of the photoelectric conversion sensor is exposed through the opening.
The solar radiation measuring device according to claim 1 or 2, wherein the thermistor provided in contact with the wall surface of the case is in contact with the back surface of an upper surface portion of the case provided with the opening.
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