(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光照明装置であって、
入射太陽光を受け取り反射するように配置されたプライマリ反射器、
前記プライマリ反射器の反対側の位置に取り付けられ、前記プライマリ反射器から反射された集束光を受け取り反射するセカンダリ反射器、
前記プライマリ反射器に対する固定位置に配置された開口を備え、前記セカンダリ反射器から集束光を受け取り前記集束光を建物内の配光装置へ伝搬するように構成された伝搬導管、
前記伝搬導管に対する位置として、前記伝搬導管内において前記集束光を受け取ることを妨げない第１位置から、前記プライマリ反射器または前記セカンダリ反射器より前記集束光を受け取りこれにより前記集束光を妨げ前記伝搬導管内において前記集束光を受け取ることを妨げる第２位置までにおいて、前記太陽光照明装置内に移動可能に取り付けられた光起電アレイ、
を備えることを特徴とする太陽光照明装置。
【請求項２】
前記光起電アレイに接続され、前記第１位置から前記第２位置まで前記光起電アレイを移動させる、ドライブ機構を備える
ことを特徴とする請求項１記載の太陽光照明装置。
【請求項３】
前記光起電アレイを前記第２位置へバイアスするバイアス機構を備える
ことを特徴とする請求項１記載の太陽光照明装置。
【請求項４】
前記光起電アレイに接続され、前記光起電アレイを前記第１位置へ移動させて前記伝搬導管内において前記集束光を受け取ることができるようにするドライブ機構を備える
ことを特徴とする請求項３記載の太陽光照明装置。
【請求項５】
前記ドライブ機構の電力故障において、前記バイアス機構は前記光起電アレイを前記第２位置へバイアスする
ことを特徴とする請求項４記載の太陽光照明装置。
【請求項６】
前記光起電アレイは、前記第１位置と前記第２位置との間の軸周りで回転するように取り付けられている
ことを特徴とする請求項１記載の太陽光照明装置。
【請求項７】
前記セカンダリ反射器は、前記軸周りで前記光起電アレイの反対側の位置に取り付けられており、
前記セカンダリ反射器は、前記光起電アレイが前記第１位置にあるとき前記第２位置に配置されるように構成されており、
前記セカンダリ反射器は、前記光起電アレイが前記第２位置にあるとき前記第１位置に配置されるように構成されている
ことを特徴とする請求項６記載の太陽光照明装置。
【請求項８】
軸周りで回転して前記伝搬導管をカバーしまたは開放するカバーを備え、
前記光起電アレイは前記カバー上に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１記載の太陽光照明装置。
【請求項９】
平面内において横方向にスライドして前記伝搬導管をカバーしまたは開放するカバーを備え、
前記光起電アレイは前記カバー上に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１記載の太陽光照明装置。
【請求項１０】
前記光起電アレイは、前記プライマリ反射器が反射する前記集束光の焦点距離を基準として配置され、前記セカンダリ反射器が前記プライマリ反射器に対する光入射を遮断することによって生じる、前記プライマリ反射器が反射する集束光内の断裂を最小化する
ことを特徴とする請求項１記載の太陽光照明装置。
【請求項１１】
前記光起電アレイは、入射集束光に対する凹面を有し、
前記凹面は、実質的に前記集束光の焦点距離を超える位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１０記載の太陽光照明装置。
【請求項１２】
前記光起電アレイは、入射集束光に対する凸面を有し、
前記凸面の頂部は、実質的に前記集束光の焦点距離に位置している
ことを特徴とする請求項１０記載の太陽光照明装置。
【請求項１３】
前記光起電アレイは、第１半分部分と第２半分部分に分離しており、
前記第１半分部分は、前記断裂の第１境界に隣接して配置されており、
前記第２半分部分は、前記断裂の第２境界に隣接して配置されており、
前記第１半分部分と前記第２半分部分は、前記断裂の反対側上にある
ことを特徴とする請求項１０記載の太陽光照明装置。
【請求項１４】
前記太陽光照明装置はさらに、前記セカンダリ反射器を支持する取付プラットフォームを備え、
光軸と縦軸の双方に対して垂直な前記プライマリ反射器の幅は、前記伝搬導管に対する反射のため前記セカンダリ反射器の面積よりも大きい面積を前記プライマリ反射器が照射するようなサイズを有しており、
前記セカンダリ反射器の前記取付プラットフォームの幅は、前記プライマリ反射器の幅と平行な方向において前記セカンダリ反射器の幅よりも大きく、前記セカンダリ反射器の外周を超えて延伸する部分を規定し、
前記太陽光照明装置はさらに、前記セカンダリ反射器の外周を超えた前記取付プラットフォームの前記部分に取り付けられた１以上の太陽電池セルを備え、
前記太陽電池セルは、前記プライマリ反射器の幅から反射された前記セカンダリ反射器を照射するため必要な光線を超える集束太陽光線を受け取る
ことを特徴とする請求項１記載の太陽光照明装置。
【請求項１５】
反射により入射光を集束するプライマリ太陽光集光器、
前記プライマリ太陽光集光器から集束光を受け取り、反射コリメータとしての第１方向状態から放射エネルギー集光器としての第２方向状態へシフトする、セカンダリ太陽光集光器、
を備えることを特徴とする太陽光照明装置。
【請求項１６】
太陽光照明システムを構成する方法であって、
前記太陽光照明システムは、伝搬導管内において集束光を受け取ることを妨げない第１位置から、プライマリ反射器またはセカンダリ反射器より前記集束光を受け取りこれにより前記集束光を妨げ前記伝搬導管内において前記集束光を受け取ることを妨げる第２位置までにおいて、前記太陽光照明システム内に移動可能に取り付けられた光起電アレイを有し、
前記方法は、
前記セカンダリ反射器が前記プライマリ反射器に入射する光を妨げることによって生じる、前記プライマリ反射器からの前記集束光内の断裂を識別するステップ、
前記プライマリ反射器から反射された前記集束光の焦点距離に関して前記光起電アレイの構成を調整して前記断裂を最小化するステップ、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記調整するステップは、
前記光起電アレイが入射集束光に対する凹面を有するようにするステップ、
前記凹面を実質的に前記集束光の焦点距離を超える位置に配置するステップ、
を有することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記調整するステップは、
前記光起電アレイが入射集束光に対する凸面を有するようにするステップ、
前記凸面の頂部を実質的に前記集束光の焦点距離に配置するステップ、
を有することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記調整するステップは、
前記光起電アレイを第１半分部分と第２半分部分へ分離するステップ、
前記第１半分部分を前記断裂の第１境界に隣接して配置するステップ、
前記第２半分部分を前記断裂の第２境界に隣接して配置し、これにより前記第１半分部分と前記第２半分部分が前記断裂の反対側上に配置されるようにするステップ、
を有することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
プライマリ反射器、セカンダリ反射器、および伝搬導管を有する太陽光照明システム内における光起電エネルギーの収集を増加させる方法であって、
光軸と縦軸の双方に対して垂直な前記プライマリ反射器の幅を増やすステップ、
前記プライマリ反射器の増加した幅に対して平行な方向において、前記プライマリ反射器の幅の増分と同じだけ、前記セカンダリ反射器のための取付プラットフォームの幅を増やすステップ、
前記セカンダリ反射器周りにおける前記増やした幅に対応する前記取付プラットフォームの領域に、太陽電池セルを充填するステップであって、前記太陽電池セルは前記プライマリ反射器の前記増えた幅から前記セカンダリ反射器を照射するため必要な光線を超える集束太陽光線を受け取る、ステップ、
を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明者
James P. Walsh of Boulder, Colorado
Peter John Novak of Longmont, Colorado
Robert Fenwick-Smith of Boulder, Colorado
William Ross McCluney of Cape Canaveral, Florida
関連出願に対する相互参照
本願は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ  §１１９（ｅ）に基づき、２０１１年１１月１５日に出願された米国仮出願第６１／５５９，９６８号、発明の名称”Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ”の優先権利益を主張する。ＰＣＴ規則２０．６の目的のため、同文献は参照によりその全体が本願に組み込まれる。
【０００２】
本開示の技術は、昼光照明および光起電発電システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
アニドリック照明システムは、アニドリック（または非結像）光学部品（通常は放物面鏡または楕円鏡）を用いて屋外太陽光を取り込んで屋内へ向けるとともに、グレアを抑えるため光線を散乱させる。アニドリック（または非結像）ミラーは従来、産業用太陽光集光器において用いられている。昼光照明アプリケーションにおいてこれらミラーが取り込んで集束させた光は、単一の焦点に集束しない。システムは光源のイメージを形成することができず、したがって非結像またはアニドリックと呼ばれる。アニドリック「メルセンヌ状」反射器システムは、プライマリ反射器およびセカンダリ反射器として、切り取った放物面トラフを用いる。トラフにより、光線の出力ビームは１軸上にのみ集束される。すなわち長軸に沿って測定したトラフの長さに沿った軸である。円形対称皿型システムと同様に、出力ビームはコリメートされる。すなわち、平行光線がプライマリミラー上に軸入射すると、その位置によらず見かけ上平行な光線となる。このように、イメージングアプリケーションには向かないものの、これら反射器システムは昼光照明および太陽光エネルギーシステムには向いている。
【０００４】
本願背景技術欄に含まれる、参照文献や説明文などを含む情報は、技術的参照目的のみのものであり、特許請求範囲が規定する本発明の範囲の主題とみなすべきものではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の技術は、昼光照明が必要なときと必要でないときの双方において動作する、太陽光システムと光起電発電システムとの組み合わせに関するものである。１実施例において、光起電（ＰＶ）アレイを昼光照明システムのセカンダリ反射器の背面に取り付ける。セカンダリ反射器は、太陽光が必要でないときＰＶアレイがプライマリ反射器からの集束太陽光線を集光して電気エネルギーに変換するように配置されるような態様で、ヒンジ留めされる。昼光照明のため太陽光が必要なとき、セカンダリ反射器の背面上のＰＶアレイは集束されていない太陽光線を受け取り、これを電気エネルギーに変換する。ただしこの太陽光線は、太陽光専用モードにおいてプライマリ集束反射器から集束太陽光線を受け取るときほど大量ではない。
【０００６】
他実施例において、昼光照明モードのとき、セカンダリ反射器に到達する集束光線のほとんどはプライマリ反射器の開口を通じて反射され、昼光照明の集束ビームは構造内の拡散システムへ伝搬される。セカンダリ反射器の周辺に小型ＰＶアレイを設けることもできる。セカンダリ反射器周囲の外における集束光線の一部は、周辺ＰＶアレイによって受け取られる。周辺ＰＶアレイは別途電気エネルギーを生成し、セカンダリ反射器の背面上のＰＶアレイが生成した電気エネルギーにこれを追加する。
【０００７】
別実施例において、太陽光が必要である旨を示す制御信号がない場合に備えて、昼光照明システムのフェールセーフ構成を設ける。フェールセーフ構成において、ＰＶアレイは自動的に割り込んで集束光を受け取り、プライマリ反射器下の空間に向かう鏡面反射を防ぐ。電力は太陽光が利用可能である限り生成される。１実施形態において、ばね荷重機構または重力作動機構は、セカンダリ反射器を強制的に日光集光させる電力がない場合または日光を集光する電気信号が存在しない場合において、セカンダリ反射器取付部を強制的にＰＶモードへ移行させる。ＰＶアレイが割り込むとき、プライマリ反射器からの太陽光線のごく一部のみがプライマリミラーの開口に向かって反射して戻され、このように反射された光線は横方向に準拡散的に広がり、プライマリ反射器の開口を通過する太陽光線を大幅に減少させる。
【０００８】
他実施例において、太陽光照明装置は、プライマリ反射器、セカンダリ反射器、伝搬導管、光起電アレイを備える。プライマリ反射器は、入射太陽光を受け取り反射するように配置することができる。セカンダリ反射器をプライマリ反射器とは反対の位置に取り付け、プライマリ反射器から反射された集束光を受け取り反射することができる。伝搬導管は、セカンダリ反射器から反射された集束光を受け取り、これを建物内の配光装置へ伝搬するように構成することができる。光起電アレイは、伝搬導管内において集束光を受け取ることを遮らない第１位置から、プライマリ反射器またはセカンダリ反射器より反射された集束光を受け取る第２位置までにおいて、太陽光照明装置内に着脱可能に取り付けることができる。第２位置において、光起電アレイは集束光を遮り、伝搬導管内において集束光を受け取ることを妨げる。
【０００９】
別実施例において、太陽光照明装置は、プライマリ太陽光集光器とセカンダリ太陽光集光器を備える。プライマリ太陽光集光器は、反射によって入射光を集束させる。セカンダリ太陽光集光器は、プライマリ太陽光集光器から集束光を受け取り、反射集束器から放射エネルギー収集器へシフトする。
【００１０】
代替実施例において、太陽光照明システムを構成する方法を提供する。太陽光照明システムは、伝搬導管内において集束光を受け取ることを遮らない第１位置から、プライマリ反射器またはセカンダリ反射器より反射された集束光を受け取りこれにより集束光を遮り伝搬導管内において集束光を受け取ることを妨げる第２位置までにおいて、システム内に着脱可能に取り付けられた光起電アレイを備えることができる。プライマリ反射器から反射された集束光内において、セカンダリ反射器がプライマリ反射器を遮ることによって生じる断裂部を識別することができる。プライマリ反射器から反射される集束光の焦点距離に関して光起電アレイの構成を調整し、断裂部を最小化することができる。
【００１１】
他実施例において、太陽光照明システムの光起電エネルギーの収集を増加させる方法を提供する。同システムは、プライマリ反射器、セカンダリ反射器、伝搬導管を備える。光軸と長軸の双方に対して垂直なプライマリ反射器の幅を増やすことができる。セカンダリ反射器の取付部の幅を、プライマリ反射器の増加幅と同じだけ、その増加幅と平行な方向において増やすことができる。増加幅に対応するセカンダリ反射器周りの取付部の領域に太陽電池セルを集中させ、プライマリ反射器の増加幅部分から、セカンダリ反射器を照射するのに必要な光線以上の集束太陽光線を太陽電池セルが受け取るようにすることができる。
【００１２】
本概要は、以下の詳細説明において記載する本発明の概念の一部を簡易的に紹介するためのものである。本概要は、特許請求する重要要素または必須要素を特定することを意図するものではなく、特許請求する範囲を限定するため用いることを意図するものでもない。特許請求範囲が規定する本発明のより詳細な機能、構成、利用、利点は、以下の本発明の様々な実施形態および添付する図面において提示される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】昼光照明システムの実施例の概略斜視図である。同システムは、矩形プライマリ反射器、凸面セカンダリ反射器、セカンダリ反射器の反対面上のＰＶアレイパネル、およびセカンダリ反射器の回転ドライブを有するメルセンヌ反射器システムを備える。
【００１４】
【図１Ｂ】図１Ａの昼光照明システムの概略上面図である。
【００１５】
【図１Ｃ】図１Ａの昼光照明システムの概略右面図である。
【００１６】
【図１Ｄ】図１Ａの昼光照明システムの概略前面図である。セカンダリ反射器はプライマリ反射器を向いている。
【００１７】
【図１Ｅ】図１Ａの昼光照明システムの概略立面図である。曲面ＰＶアレイパネルはプライマリ反射器を向いている。
【００１８】
【図２Ａ】昼光照明システムの他実施例の前面等角図である。同システムは、楕円外周を有する凸面プライマリ反射器、セカンダリ反射器、セカンダリ反射器の反対面上におけるＰＣアレイパネル、およびセカンダリ反射器の回転ドライブを有するメルセンヌ反射器システムを備える。
【００１９】
【図２Ｂ】図２Ａの昼光照明システムの上面等角図である。
【００２０】
【図２Ｃ】図２Ａの昼光照明システムの前面立面図である。
【００２１】
【図２Ｄ】図２Ａの昼光照明システムの上面図である。
【００２２】
【図２Ｅ】図２Ａの昼光照明システムの概略斜視図である。プライマリ反射器に向いているＰＶアレイパネルを示している。
【００２３】
【図２Ｆ】図２Ｅの昼光照明システムの概略上面図である。
【００２４】
【図２Ｇ】図２Ｅの昼光照明システムの概略右面立面図である。
【００２５】
【図２Ｈ】図２Ｅの昼光照明システムの概略前面立面図である。セカンダリ反射器はプライマリ反射器に向いている。
【００２６】
【図２Ｉ】図２Ｅの昼光照明システムの概略前面立面図である。ＰＶアレイパネルはプライマリ反射器に向いている。
【００２７】
【図３】楕円プライマリ反射器からのコリメートされた集束光線において形成される断裂パターンを示す光線位置の概略図である。
【００２８】
【図４Ａ】昼光照明システムの代替実施例の概略前面立面図である。同システムは、凸面セカンダリ反射器の反対面に取り付けられ、同反射器から離隔されたＰＶパネルを備える。
【００２９】
【図４Ｂ】図４Ａと類似する昼光照明システムの実施例の概略前面立面図である。ただし、プライマリ反射器の焦点距離を増やすため、平面ＰＶパネルはセカンダリ反射器の背面に近接して配置されている。
【００３０】
【図５】昼光照明システムの実施例の概略前面立面図である。同システムは、凸面セカンダリ反射器の反対面上の凹部領域内に取り付けられ、断裂部の影響による減衰光を受け取る、凹面ＰＶパネルを備える。
【００３１】
【図６】図４と類似する昼光照明システムの実施例の概略前面立面図である。同システムは、光線をより捕捉してプライマリ反射器からの反射における断裂部に対処するための分離ＰＶパネルを備える。
【００３２】
【図７】昼光照明システムの実施例の概略前面立面図である。プライマリ反射器は伝搬空洞に隣接する部分において長さが短くカットされ、プライマリ反射器の半分部分が互いに前進してプライマリ反射器からの反射における断裂部を抑制している。
【００３３】
【図８】昼光照明システムの実施例の概略前面立面図である。プライマリ反射器の光学部品とその凸面セカンダリ反射器および凸面ＰＶアレイに対する焦線との間の関係を概念的に示している。
【００３４】
【図９Ａ】昼光照明システムの代替実施例の概略斜視図である。同システムは、円形セカンダリ反射器の反対面上の凸面ＰＶパネルを備える。さらに、セカンダリ反射器が取り付けられる矩形支持構造の角部上に付加ＰＶパネルを備える。セカンダリ反射器は、重力フェールセーフシステムのため中心軸外で回転する。
【００３５】
【図９Ｂ】図９Ａの昼光システムの概略上面図である。
【００３６】
【図９Ｃ】図９Ａの昼光システムの概略右面立面図である。
【００３７】
【図１０Ａ】図２Ａ〜図２Ｅの昼光システム実施例の変形例の概略上面図である。円形周辺セカンダリ反射器は、付加ＰＶセルを収容できる正方形外周によって囲まれている。
【００３８】
【図１０Ｂ】図１０Ｂのシステムの概略上面図である。ただしプライマリ反射器はより大きい外周まで広げられ、セカンダリ反射器の支持構造はより大きい矩形外周まで広げられている。支持構造にＰＶセルを充填して、より大きい領域とより多い太陽光線の利点を得ることができる。
【００３９】
【図１１Ａ】昼光照明システム実施例の概略斜視図である。同システムは、ヒンジ留めしたカバーを備える。ＰＶアレイは建物の伝搬開口上に取り付けられている。
【００４０】
【図１１Ｂ】図１１Ａの昼光照明システムの概略前面立面図である。
【００４１】
【図１２】昼光照明システム実施例の概略斜視図である。同システムは、スライドカバーを備える。ＰＶアレイは、建物の伝搬開口上に取り付けられている。
【００４２】
【図１３】従来の皿型メルセンヌ反射器システムの概略斜視図である。
【００４３】
【図１４Ａ】皿型メルセンヌ反射器システムの概略斜視図である。同システムは、直径拡張プライマリ反射器、および直径拡張セカンダリ反射器を備える。ＰＶアレイはセカンダリ反射器の拡張部を覆っている。
【００４４】
【図１４Ｂ】図１４Ａのセカンダリ反射器の概略斜視図である。反射面は、プライマリ反射器の開口へ向いている。
【００４５】
【図１４Ｃ】図１４Ａのセカンダリ反射器の概略斜視図である。中央部が反射面からＰＶアレイによってカバーされる面へ移行する様子を示している。
【００４６】
【図１４Ｄ】図１４Ａのセカンダリ反射器の概略斜視図である。中央部がＰＶアレイによってカバーされた面となって、拡張部を覆うＰＶアレイを補完する様子を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本開示は、集束光昼光照明システムに関する。同システムは、昼光照明機能とともにまたはその代わりに、光起電（ＰＶ）発電オプションを付加的に提供する。１実施例において、集光ＰＶセルの光起電（ＰＶ）アレイを、セカンダリ反射器の背面上に取り付けることができる。セカンダリ反射器を回転可能に取り付け、太陽光が昼光照明システムにとって必要でないときにＰＶアレイがプライマリ反射器から集束太陽光線を収集して電気エネルギーへ変換できるようにすることができる。
【００４８】
ＰＶシステムは、昼光照明システムが”スタンバイ”モードのとき利用することができる。すなわち、建物のための光が必要ないときである。例えば、多くの倉庫は常に人が占有しているわけではないので、したがって常に光を必要とするものではない。さらに光が必要でない場合、集光器アレイからの伝搬導管を閉じて伝搬導管を介した冷却損失および反射器による熱エネルギーがもたらす熱ゲインを抑制することが望ましい。この使用しない太陽エネルギーを電力へ変換して、システムバッテリーチャージ、建物需要に対する直接エネルギー供給、建物へ電気サービス（例：一般電力や夜間照明）を提供するためのバッテリーチャージ、および／または収集光をＰＶアレイへ提供することによる電力網に対するエネルギー供給のために提供することができる。
【００４９】
図１Ａ〜図１Ｅは、ＰＶアレイ６５によって拡張された昼光照明システム５の１実施例を示す。本実施形態において昼光照明システム５は、集光部２、伝搬部４、配光部６を備える。集光部２は、太陽追随回転支持部材上に取り付けられメルセンヌ構成となるように配置されている、プライマリ反射器１０とセカンダリ反射器６０を備える。伝搬部４は光伝搬導管１３０を備える。伝搬導管１３０は、支持構造（一般的には建物の屋根）の開口を介して延伸し、照明する部屋の天井１２下の建物内に設置された照明器具または配光構造２０へ向けてビーム偏光光学部品を介して収集光を伝搬する。図１Ｄに示すように、プライマリ反射器１０に入射する光線８ａと８ｂ（プライマリ反射器１０が取り込む光の外側境界と内側境界を示している）は、セカンダリ反射器６０へ向けて反射され集束される。セカンダリ反射器６０は、実質的にコリメートされた光線を図１Ａに示す伝搬導管１３０へ向けて反射する。伝搬導管１３０から出射する集束光線は、図１Ａに示す配光構造２０上に入射し、横方向に外向き偏向および上向き偏向され、建物の壁や天井に照射される。天井と壁は、高反射性を有する拡散反射材料でコートし、部屋全体の光拡散を補助することが望ましい。ただし望ましいケースにおいては、この配光方法は、作業照明（図示せず）により適した代替照明デザインによって置き換えることができる。
【００５０】
プライマリ反射器１０は、中心部を有し反射面を囲む外周を有する凹面放物面トラフとして形成することができる。プライマリ反射器１０は、図１Ｄに示すように、横方向に延伸して長手端部１１において終端となる。プライマリ反射器１０は、縦軸３０に垂直な横軸７５、縦軸と横軸に垂直な光軸３５を有する。これら３軸は、プライマリ反射器の中心における孔または開口１４の中心４０で交わる。３軸が交差する点４０は、プライマリ反射器１０の面と合致する（定義の便宜上、図１Ａに示す中央孔１４まで延伸していると仮定する）。プライマリ反射器１０は、縦軸３０の中心点４０を通過して延伸する光軸３５を有する。光軸３５は縦軸３０と横軸７５の双方に対して垂直である。
【００５１】
図１Ａ〜図２Ａに示すように、プライマリ反射器１０は、光軸３５に対して垂直な平面上への外周投影については、矩形もしくはその他多角形または曲線プロファイルもしくはエッジを有する。プライマリ反射器１０は、縦方向において放物形状を有するが、横軸７５方向においては曲面を有していない。プライマリ反射器１０は、中心点４０を中心とする孔１４を有するように構成することができる。孔１４を介して、セカンダリ反射器６０から反射された疑似コリメート太陽エネルギーの一部が通過し、光伝搬導管１３０へ入射する。代替実施形態において、プライマリ反射器１０は、中心点４０を中心とするギャップまたはスパン１４によって分離された２つの横翼によって形成することができる。セカンダリ反射器６０が反射した太陽エネルギーは、このギャップまたはスパン１４を通過して光伝搬導管１３０に入射する。
【００５２】
この構成の１実施例において、セカンダリ反射器６０の長さは約２３．２インチであり、ギャップまたは孔を含むプライマリ反射器１０の長さは約１５５インチである。昼光照明システム５においてプライマリ反射器１０とセカンダリ反射器６０を組み合わせると、ネット太陽エネルギー集束率を得ることができる。入射光は反射器によって集束される。１構成例において、プライマリ反射器１０のギャップまたは孔１４の平面からセカンダリ反射器６０までの前頂は約３２．５インチである。プライマリ反射器１０のギャップまたは孔１４の平面からのプライマリ反射器１０の焦点は約３８インチであり、したがってセカンダリ反射器６０の頂部の後ろである。１実施例において、セカンダリ反射器６０の長さおよびプライマリ反射器１０の長さは、ネット集束率が３〜７となるように選択することができる。セカンダリ反射器が反射した光線を適切にコリメートするため、プライマリおよびセカンダリ反射器は、共焦点となるように配置することができる。この場合、２つの反射器の焦線は合致し、図１Ｄに示すセカンダリ反射器６０の面の上に配置される。
【００５３】
プライマリ反射器１０とセカンダリ反射器６０は、アジマスドライブ機構１２０（図２Ａ〜図２Ｄ）上に取り付けることができる。アジマスドライブ機構１２０は例えば、カルーセルまたは回転盆ベアリングであり、建物の屋根上または昼光照明システムの領域を互いに対しておよび設置面に対して回転させるモータドライブシステム上の設置面に取り付けられている。アジマスドライブ機構は反射器を回転させ、プライマリおよびセカンダリ反射器を太陽の方位に追随させる。モータ駆動回転トラックおよびベアリング支持部材のホイールに関する任意の従来構成を用いることができる。ただし、摩擦トルクと昼光照明システムを回転させるため必要な電気エネルギーを最小化するシステムを選択することが望ましい。アジマスドライブ機構は、プライマリ反射器１０を太陽の方位へ向けることにより太陽光線の損失を最小化しつつ、プライマリ反射器１０、セカンダリ反射器６０、および光伝搬導管１３０の位置関係を一定に保つ。
【００５４】
プライマリおよびセカンダリ反射器は上記に代えて、水平軸と回転ベアリングを有する高さドライブ機構（図示せず）上に取り付けることができる。高さドライブ機構は、アジマスドライブ機構上に取り付けられる。２軸トラッキングシステムにおける高さ軸とアジマス軸を組み合わせ、トラフ形状集光反射器を有するメルセンヌ状光学システムを太陽に対して常に揃えてさらに太陽損失を最小化するとともに、コリメート集束光線をセカンダリ反射器から垂直下の構造に対して常に配光することができる。
【００５５】
図１Ａと図１Ｃ〜１Ｅに示すように、セカンダリ反射器６０を支持する取付部７０の背面へ曲面ＰＶアレイ６５を取り付けることができる。ドライブ機構１００を用いて、取付部７０を２方向のいずれかに回転することができる。すなわち、セカンダリ反射器６０を開口１４へ向けるか、またはＰＶアレイ６５を開口１４へ向けるかである。セカンダリ反射器６０とＰＶアレイ６５を保持する取付部７０の回転軸８０は、図１Ａの破線で示している。軸方向取付部７０は、図１Ａにおいて実線で示している。１実施形態において、ドライブ機構１００は、取付部７０上の回転ヒンジに連結された軸出力を有するモータである。他実施形態において、ドライブ機構１００は、第１位置と第２位置との間で移動するソレノイドである。ドライブ機構１００は、制御システム（図示せず）によって作動させることができる。制御システムは、建物の需要に応じて取付部７０の位置を選択的に変更する。制御システムの実施例は、コンピュータデバイスを備える。例えばマイクロプロセッサ、集積回路チップ、またはコンピュータである。これらコンピュータデバイスは、日中の任意時刻における特定の緯度経度について上空の太陽位置を判定し（例えばあらかじめ格納しているルックアップテーブルを用いる）、この位置情報をトラッキングモータに対して電気送信するコマンドまたは指示へ変換する。上記システムは、セカンダリ反射器が出力する直射日光強度を測定するセンサからの電気信号を含む。この電気信号は、その強度が最小値以下まで低下するタイミングを示す。照射空間に人が存在することを検知するセンサをコンピュータデバイスに接続し、当該空間において昼光照明が必要であることまたは不要であることを示すことができる。このような信号を用いてコマンドその他の情報を送信し、セカンダリ反射器６０がプライマリ反射器１０に向いている状態とＰＶアレイ６５がプライマリ反射器１０に向いている状態との間で切り替えることができる。
【００５６】
例えば、人が建物に入り屋内光が必要である場合、制御システムは、ドライブ機構１００に取付部７０を回転させ、セカンダリ反射器６０を図１Ｄに示すように開口１４へ向けさせ、集束光を伝搬導管１３０内に向けて建物内へ配光および拡散させる。これに代えて、建物内に人が存在せず屋内光が必要でない場合、制御システムはドライブ機構１００を取付部７０に向けさせ、ＰＶアレイ６５が図１Ｅに示すように開口１４へ向くようにし、プライマリ反射器１０によって偏向された集束光エネルギーを受け取り、昼光照明システム５、ストレージ、その他を動作させるための電力を生成する。不適切な太陽光線が存在することを制御システムが検知した場合、制御システムはセカンダリ反射器支持構造を２つの異なる方向状態の間で切り替えるコマンドを送信し、天候保護その他の設計した目的を実現する。
【００５７】
他実施形態において、ドライブ機構１００は、ばね力または重力に対して取付部７０を回転させてセカンダリ反射器６０がプライマリ反射器１０へ向かい太陽光を配光システムへ送信する方向へ向ける、ソレノイドである。停電時、ソレノイドは停止してエネルギーが与えられ、取付部７０が回転してＰＶアレイ６５をプライマリ反射器１０から反射した光線内へ向ける。ＰＶアレイ６５が生成した電力を用いて、バッテリーをチャージし、または建物内の緊急バックアップ電気照明に電力を供給し、あるいはその他目的で用いる。
【００５８】
ＰＶアレイは、ＰＶセルアレイの短期性能または長期性能に悪影響を与えることなくプライマリ反射器１０の集束電力の利点を利用するように設計されたＰＶセルを備える。集束ＰＶは一般に、低集束率、中集束率、高集束率に分類することができる。低集束は一般に１〜１０倍集束であり、中集束は一般に１０〜１００倍集束であり、高集束は一般に１００倍以上の集束である。低集束ＰＶと中集束ＰＶは一般に、本開示の昼光照明システムのプライマリ反射器によって得られる。上述のように、１構成例において、集創立は３〜７である。高集束ＰＶは可能であるが、昼光照明システムに必要なトラッキング精度のレベルおよび高集束率によって生じ得る危険を回避する必要性を想定すると、非現実的である。
【００５９】
図２Ａ〜図２Ｉに示す代替実施形態において、プライマリ反射器１０ａの外周形状が光軸に対して垂直な平面上に投影されると、縦方向の準主軸を有する楕円が形成される。プライマリ反射器１０ａの投影楕円形状により、集束光はセカンダリ反射器６０に接近する円形ビーム形状となり、セカンダリ反射器からのその反射は図２Ｅに対して疑似コリメート垂直ビームとなり、略円形の断面形状を有する。セカンダリ反射器６０とＰＶアレイ６５はしたがって、光軸３５に対して垂直な平面上に投影されると同等の円形外周を有する。（これに代えて、図２Ｅに示すように正方形投影外周形状を有することもできる。これは例えば光学性能を維持しつつ製造コストを抑えるためのものである。）したがって伝搬導管１３０ａは、矩形断面ではなく円形断面を有する。他の点において、図２Ａ〜図２Ｉの実施形態は図１Ａ〜図１Ｅの実施形態と同様である。
【００６０】
上記に代えて、図１Ａ〜図２Ｉに示すＰＶアレイパネルは、セカンダリ反射器６０と同じ幅を有し集束太陽光線を受け取る矩形ＰＶアレイであってもよい。ただし長手方向はセカンダリ反射器６０の長さと同等またはこれ以下であり、ＰＶアレイパネルは平坦または曲面であり、必要であればセカンダリ反射器６０の背面上の凹面領域に取り付けられる。図４Ａはその平坦アレイの実施例であり、以下に詳細を説明する。
【００６１】
本開示の実施例において、昼光照明システム５は、フェールセーフシステムを備えることができる。フェールセーフシステムは、昼光照明システム５が機械故障した場合において、建物内の人や物が集束太陽光線に曝されることによる影響から保護する。フェールセーフシステムの一部として、伝搬導管１３０は２以上の回路導体１４０と１５０を外周周りに備える。１つの導体でも十分だが、冗長性のため付加導体を設けることが望ましい。昼光照明システム５の集光部２を屋根その他構造物の表面へ取り付ける支持機構の機械故障時（例えば大きな風速による故障）、１以上の回路導体１４０と１５０は負荷の下で集光部２と配光部４を切断し、集光部２が配光部４から確実に分離されるようにする。回路導体１４０と１５０のいずれかが切断されると、制御システムはセカンダリ反射器取付部７０をフェールセーフ位置に配置し、セカンダリ反射器６０ではなくＰＶアレイ６５がプライマリ反射器１０へ向くようにする。このようにして、集束太陽エネルギーが建物に入射することが妨げられ、有用な目的に使用される。
【００６２】
プライマリ反射器１０上のセカンダリ反射器６０の影により、図１Ｄの孔、空隙、または断裂１２０が、セカンダリ反射器６０から反射され開口１４を通過して伝搬導管１３０へ入射する集束光線内において生じる。昼光照明システム５が正方形投影外周セカンダリ反射器１０を備えている場合において、断裂１２０は矩形形状である。その場合における断裂の幅は、セカンダリ反射器の投影幅と略合致する。ただしその縦長さはセカンダリ反射器の縦長さの３〜７倍短く（プライマリ反射器が縦方向のみにおいて生成する集束による）、伝搬導管に向かって通過する光線の矩形断面の中心内において現れる。上記に代えて、昼光照明システム５ａが楕円プライマリ反射器１０ａを備える場合において、断裂１１０は楕円形状であり、伝搬導管に向かって通過する光線の円形断面の中心において現れる。図３はその例を光線追跡スポット図で示す。
【００６３】
図３は、円形外周セカンダリ反射器６０とともに楕円外周プライマリ反射器１０ａを用いる場合における、セカンダリ反射器６０が反射した円形光線を交差する光線位置図を示す。光線内のビーム中心を交差する孔または断裂１１０は、プライマリ反射器上のセカンダリ反射器の影、および伝搬導管１３０に対応するためのプライマリ反射器１０の２つの半分部分における開口１４またはこれらの間のギャップ１４によって生じる。この集束光線内のコリメート光の中心における減衰部分は、建物内の光の配光または拡散において悪影響をもたらす可能性がある。参照によってその全体が本願に組み込まれる米国特許公開第２０１０／００９１３９６号は、この課題に対処するいくつかの方法を開示している。本開示の文脈において、断裂はプライマリ反射器１０からＰＶアレイに対する入射光の光線密度を変化させる可能性がある。これはプライマリ反射器上の取付部７０／セカンダリ反射器６０／ＰＶアレイ６５の影によるものであり、ＰＶアレイ６５の効率に対して悪影響をもたらす可能性がある。例えば断裂により、ＰＶアレイ６５の中心において光の集束が低下し、したがってＰＶアレイ６５全体が均一な高集束光線を受け取るときよりも電気変換出力が低下する可能性がある。
【００６４】
ＰＶアレイ上の断裂の影響に対処してＰＶアレイ６５上の入射光の均一集束を増加させるためのいくつかの可能な方法がある。図４Ａ〜図４Ｂは１つの可能なシナリオを示す。ＰＶアレイ６５は凹面ではなく平坦かつ狭くなっており、凸面セカンダリ反射器６０の背面上の凹形状内の取付部７０上に保持される。図４Ａに示すように、ＰＶアレイ６５ａは図４Ｂよりもプライマリ反射器１０の近くに取り付けられており、断裂１１０は大きい。しかし、平坦ＰＶアレイ６５ａをプライマリ反射器１０から離してプライマリ反射器の焦点よりも僅かに上方に配置すると、高集束を実現するとともにＰＶアレイをより小さくして、コストを削減できる。ＰＶアレイ６５ａの取付部７０は、設置場所への取付時におけるＰＶアレイ６５ａの位置調整のため、あるいはＰＶアレイ６５ａを様々なサイズに対応させてＰＶアレイ６５ａ上の光線を最大化するため、調整可能にすることができる。ＰＶアレイ６５ａの位置によっては、図４Ｂに示すように入射光線内の断裂のサイズを小さくすることができる。
【００６５】
図５は、断裂の影響を緩和する構成例を示す。ＰＶアレイ６５ｂは、プライマリ反射器１０に入射する光線をより取り込むように、凹形状に形成され、通常入射において変換効率を増加させ、セカンダリ反射器６０の背面の凹形状により近くなるようにする。凹面ＰＶアレイ６５ｂは縦長さが狭いが、プライマリ反射器１０およびセカンダリ反射器６０の幅と合致し、プライマリ反射器１０の焦点が横方向中心において僅かにＰＶアレイ６５ｂの面の前方となるように配置し、焦線を通過して拡散する光線がＰＶアレイ６５ｂの縦長さを適切にカバーするようにすることができる。ＰＶアレイ６５ｂが焦線から離れている距離は、ＰＶアレイ６５ｂの縦長さを定める。集束太陽光において用いるＰＶアレイ６５ｂのコスト／利点／性能を最大化するように、集束率をセットすることができる。
【００６６】
断裂の影響を緩和する別のオプションは、図６に示すようにＰＶアレイ６５ａを半分に分離し、２つの半分部分間のギャップを断裂１１０の縦長さと同じにすることである。この実施例において、ＰＶアレイ６５ｃは、当該位置における光線内の断裂１１０の縦長さに等しいギャップによって分離された２つの狭小部品によって形成されている。ＰＶアレイ６５ｃの各部品は、断裂１１０の各側面上の集束光線を受け取る。したがってこの場合も全体効率を高めつつコストを削減できる。ＰＶアレイ６５ｃ内に使用されないＰＶ材料がないからである。
【００６７】
図７は、断裂の影響に対処する昼光照明システム５の他実施例を示す。分離ミラーアプローチを理解するためには、プライマリ反射器が連続面であって孔がないことを考えればよい。セカンダリ反射器の影は、セカンダリ反射器が反射した光線内に断裂を生じさせ、光線とともに伝搬する。この問題を補正するため、プライマリおよびセカンダリ反射器の中心から領域を除去する。この領域の縦長さは断裂の縦長さに等しい。この断裂長はプライマリ反射器１０とセカンダリ反射器６０の幅であり、集束率Ｃで除算するとこれらは等価である。Ｃは、矩形プライマリ反射器外周を仮定すると、プライマリ反射器１０の縦長さ（孔を除く）をセカンダリ反射器６０の縦長さで除算した比に略等しい。これは楕円プライマリ反射器外周の場合よりもいくぶん小さい。これは、太陽光線を遮るプライマリ反射器領域が小さいことによる。
【００６８】
この実施形態において、プライマリ反射器１０は両側の内部横方向端部において切り取られて、開口１４に隣接する２つの半分部分１０ａおよび１０ｂとなっている。対称面にまたがって矩形領域をプライマリ反射器１０の両側から取り除く。各矩形領域は、断裂の縦長さと等しい幅を有する。縦長さは、プライマリ反射器の幅を集束率Ｃで除算したものとして定義される。プライマリ反射器を切り取った半分部分１０ａと１０ｂは、対称面に沿って開口１４のエッジ部分で再結合され、元の角度方向は維持される。
【００６９】
プライマリ反射器の領域を除去したことにともないセカンダリ反射器を補正するため、セカンダリ反射器６０の中央領域を除去する。その幅は、図７の左右方向において、プライマリ反射器１０の除去された部分と同じ幅である。セカンダリ反射器６０の残っている半分部分は中央で再結合され、複合反射器となる。プライマリ反射器１０とセカンダリ反射器６０をこのように切り取ることにより、断裂の影響を大幅に最小化し、ＰＶアレイ６５ａは概ね均一な集束光線を受け取る。ＰＶアレイ６５ａは図４Ｂと同様に狭小平坦アレイであるが、その他の構成も可能である。
【００７０】
図８は、プライマリ反射器１０の光学部品とその焦線との間の関係を概念的に示す。セカンダリ反射器６０からのコリメート反射光線を生成する方法が２つあることを示している。１つ目におけるセカンダリ反射器６０’はプライマリ反射器１０の焦線の前方に配置され、２つ目におけるセカンダリ反射器６０’’は後方に配置されている。
【００７１】
セカンダリ反射器６０’が焦線の前方に配置された凸面放物面として構成されている第１ケースにおいて、セカンダリ反射器６０’は、焦線に向かって集束するプライマリ反射器１０からの光線を焦点に到達する前に遮り、その光線を反射してコリメートする。反射光線は、プライマリ反射器１０およびセカンダリ反射器６０’と同じ横幅を有し、縦長さ（図面の左右方向）はプライマリ反射器１０からのセカンダリ反射器６０’の設計距離によってセットされる。セカンダリ反射器６０’から反射されプライマリ反射器１０の孔１４を通過する正方形光線または円形光線を生成するため、セカンダリ反射器６０’の縦長さは、両反射器の横幅と合致するように選択される。
【００７２】
セカンダリ反射器６０’’が焦線の後方に配置される第２ケースにおいて、上記と同様に同じ縦長さと横幅をもって、凹面放物形状セカンダリ反射器６０’’は入射光をコリメートし、プライマリ反射器１０の孔１４を介してこれを送信する。このことは、セカンダリ反射器６０’’が凹面形状でもよく、ＰＶアレイ６５がセカンダリ反射器６０’’の凸対向面に適応した面であってもよい（あるいはその反対）ことを示している。したがって、この構成におけるセカンダリ反射器６０’’の凹反射面は、プライマリ反射器１０の孔１４を介してコリメート光を所望の方向に向け、反対側になったとき凸ＰＶカバー面６５はプライマリ反射器１０からの集束光線を収集して電気へ変換する。このアプローチは、回転軸がプライマリ反射器１０の焦線を通過する利点を有する。セカンダリ反射器６０’’を用いる場合、回転機構がセカンダリ反射器６０’’の開口外に位置し、影を作らないようにすることが重要である。これは、セカンダリ反射器６０’’／ＰＶアレイ６５の組み合わせの横方向エッジに取り付けられた回転軸の横方向端部において２つのベアリングを用いることにより、容易に実現できる。
【００７３】
図９Ａ〜図９Ｃは、昼光照明システム５ｂの実施例を示す。プライマリ反射器１０は、光軸に対して垂直な平面上に投影すると矩形となる外周プロファイルを有し、正方形外周を有する反射光線を生成する。プライマリ反射器１０から反射された集束光線は、矩形取付部７０上に集束する。この実施例において、放物面セカンダリ反射器６０ａは図９Ａに示す円形外周を有する。昼光照明目的については、凸面セカンダリ反射器６０ａの中央円形（投影時）部のみが鏡面反射されるように、円形反射光線が一般に必要である。取付部７０の残りの非反射角部にはＰＶセル６２が取り付けられ、照射に用いない余剰太陽光線を集光して少量の電気エネルギーを生成できるようにする。これはシステム５ｂのトラッキング機構を駆動して太陽の移動に追随するバッテリーをチャージするために用いることができる。
【００７４】
セカンダリ反射器６０ａを保持しているのと反対側の矩形取付部７０背部の凸面全体にＰＶセル６５を取り付けることができる。したがってセカンダリ反射器６０ａがプライマリ反射器１０に対向すると、反射された集束太陽光はプライマリ反射器１０の開口１４を通過するように向けられ、上記小ＰＶアレイは電力を生成する。システム５ｂからの昼光照明が必要でないとき、制御システムは取付部７０を１８０度反転させ、ＰＶセル６２上の非集束太陽光線が電力を生成してこれをプライマリ反射器１０に面して集束太陽光線を受け取る大ＰＶアレイ６５が生成した電力へ追加できるようにする。
【００７５】
上述のようにこの構成において、セカンダリ取付部７０の背部は、矩形外周（投影時）ＰＶアレイ６５を保持する。取付部７０は、セカンダリ反射器６０ａがプライマリ反射器１０と対向するように回転する。矩形ＰＶアレイ６５を有する取付部７０の背面は太陽と対向し、非集束入射光から電力を生成することができる。セカンダリ反射器６０ａに隣接する太陽電池セル６２は、プライマリ反射器１０からの集束反射光より電力を生成する。したがって、昼光照明システム５ｂが建物の屋内へ太陽光を配光している間およびしていない間の双方において、太陽電力を生成することができる。比較的小規模の電力生成を用いて、昼光照明システム５のトラッキング電子部品およびドライブモータに電力を供給することができる。超過分はバッテリストレージその他の用途に用いることができる。
【００７６】
上述の実施形態のように、導管１４０と１５０は閉回路を形成する。屋根支持部の故障に続く機械破壊によりこの回路が故障すると、損失した電気信号により制御システムはセカンダリ反射器６０ａを安全位置へ回転させ、ＰＶアレイ６５はプライマリ反射器１０と対向し、これにより集束太陽光線が導管１３０を介して下方の建物へ伝搬することを防ぐことができる。これはフェールセーフ機能である。
【００７７】
図９Ａ〜図９Ｃは、昼光照明システム５ｂのデフォルト構成が安全構成であり、集束光が通常は伝搬導管１３０ではなくＰＶアレイ６５へ向けられる、実施例を示している。図９Ａ〜図９Ｃの実施形態において、屋内照明が必要である旨を示す制御信号が存在しない場合、ＰＶアレイ６５は自動的に集束光の経路に配置され、電力は利用できる太陽光から生成される。このデフォルト位置を実現する１実施形態は、セカンダリ反射器６０ａを太陽光集光位置に配置する電力が存在しないときまたは太陽光を集光する電気信号が存在しないとき、ばね荷重機構または重力作動機構を用いてセカンダリ反射器取付部７０をＰＶモードに移行させるものである。
【００７８】
図９Ａと図９Ｃは、セカンダリ反射器取付部７０を移動させる中心ずれ回転軸９０を示している。これにより、プライマリ反射器１０と対向する位置へセカンダリ反射器６０ａを回転または保持するモータまたはソレノイドに供給する電力がないとき、重力によりセカンダリ取付部は安全位置に移動される。軸９０に角度を設け、フレーム７０、セカンダリ反射器６０ａ、ＰＶアレイ６５の質量中心から軸ずれさせてもよい。セカンダリ反射器６０ａがプライマリ反射器１０と対向してコリメート照射光線を下方空間へ配光する構成において、電気作動アクチュエータは、フレーム７０を中心ずれ回転軸上に保持する。ただし回路１４０と１５０を通過する電気信号が機械故障により遮断された場合、重力のみによってＰＶアレイ６５がプライマリ反射器１０と対向する方向へフレーム７０を戻すことができる必要がある。
【００７９】
昼光照明システム５ｂが太陽に追随するように設計されている場合、重力方向はシフトすることに留意されたい。さらに、トラッキング機構が故障した場合、昼光照明システム５ｂに対する重力方向は大幅に異なる可能性がある。その結果、セカンダリ反射器６０ａ／ＰＶアレイ６５の組み合わせに対する回転軸９０の位置と方向を慎重に選択して、故障時の昼光照明システム５ｂの方向によらずフェールセーフ動作が機能するようにする必要がある。これに代えて、その他の機械バイアス機構（例えばばね、釣り合いおもり、偏心おもり、など）を用いて、フェールセーフ構成としてＰＶアレイ６５がプライマリ反射器１０と対向する方向へフレーム７０を戻すことができる。
【００８０】
したがって通常動作において、セカンダリ反射器６０ａはプライマリ反射器１０に対して対向する場合と対向しない場合があり、開口１４に対して集束太陽光線が送られない場合がある。下方の部屋からコマンドを受け取り、または他の制御システムが光を必要とする旨を入力すると、ドライブ機構１００は、セカンダリ反射器６５が開口１４を向く位置まで、フェールセーフバイアス力に対して取付部７０を回転させる。したがって太陽光線は、プライマリ反射器１０からセカンダリ反射器６０ａ上へ反射される。光はセカンダリ反射器６０ａによってさらに反射およびコリメートされ、伝搬導管１３０を介して部屋へ送られる。電気回路１４０と１５０が故障した場合、セカンダリ反射器をプライマリ反射器へ向ける電力が失われ、重力またはばね荷重機構がセカンダリ反射器取付部７０を回転させ、セカンダリ反射器６０ａはプライマリ反射器１０と対向しないようになってフェールセーフ状態となる。
【００８１】
他実施例において、楕円外周を有する通常の放物面トラフプライマリ反射器１０ａと円形セカンダリ反射器６０を図１０Ａの概略平面図に示す。セカンダリ反射器６０の支持構造７０ａは、円形または正方形である。セカンダリ反射器６０を囲む領域６２は、設計選択に応じてＰＶセルを充填してもよいししなくてもよい。図１０Ｂに示すように、プライマリ反射器１０ｂを横方向に広げて、より大きい矩形外周形状を形成し、より多くの太陽光線を収集するようにしてもよい。支持構造７０ｂも同様にプライマリ反射器１０ｂと同じ幅まで広げてもよい。セカンダリ反射器６０から伝搬導管へ反射される光線の直径を増加させることは望ましくないので、セカンダリ反射器６０の表面は図１０Ａと同様の円形放物面トラフ形状のままであり、サイズや形状は変更しない。
【００８２】
セカンダリ支持構造７０ｂ上のセカンダリ反射器６０を囲む追加領域１４ｂに、図１０Ｂに示すようにＰＶセル６２ａを充填することができる。この設計変更の主な結果としては、通常昼光照明モードにおいてセカンダリ反射器６０を囲むＰＶセル６２ａに入射する集束太陽光線が大幅に増加する。支持構造７０ｂの反対面にも太陽電池アレイを充填し、非集束直射光線を受け取って太陽からの光線を拡散させ、これを電力へ変換して、反対側のプライマリ反射器１０ｂと対向するＰＶセル６２ａ上の集束光線により生成される電力を補うようにしてもよい。太陽光が必要でなく支持構造７０ｂが１８０度反対側を向いているとき、ＰＶセルで埋められている支持構造７０ｂの背部は拡大プライマリ反射器１０ｂから集束太陽光線を受け取り、セカンダリ反射器６０を囲む反対側のＰＶセル６２ａの小領域は非集束太陽光を受け取って光線を拡散させる。両構成において、この実施形態は十分な量の太陽電力を生成するとともに、建物用途のための太陽光を生成して電気照明エネルギーを置き換え、高品質な自然昼光照明を提供することができる。
【００８３】
図１１Ａと図１１Ｂは、太陽光照明システム５ｂとともに用いる集束ＰＶ収集器の代替実施例を示す。この実施形態において、プライマリ反射器１０とセカンダリ反射器６０はともに、図１Ａ〜図１Ｅと同様の通常メルセンヌ構成となるように配置されたトラフ形状放物面反射器である。ただし上記実施形態とは異なり、ＰＶアレイ６５ｄは伝搬導管１３０の回転カバー６４の上面に取り付けられている。安全、熱保護、および／または音響保護のため、伝搬導管１３０にカバー６４を提供することが望ましい。この実施形態において、カバー６４を追加的に用いて、昼光照明システム５ｂ下方の構造内で昼光照明が必要でないときにおけるＰＶ電力生成のための機構を提供する。この実施例において、カバー６４は伝搬導管１３０のエッジ（軸８１）に沿ってヒンジ留めされている。図１１Ｂに示すように伝搬導管１３０を覆う位置においてカバー６４が回転すると、ＰＶアレイ６５ｄは、実質的にコリメートされた電力生成のための太陽光線を提供するセカンダリ反射器６０から反射された光線経路に直接的に配置される。図１１Ｂの構成におけるセカンダリ反射器の上面６０は、ＰＶセルを収容してカバー６４上のＰＶアレイ６５ｄが生成した太陽電力を追加してもよい。
【００８４】
図１２に示す代替実施形態において、カバー６４ａは、伝搬導管上のプライマリ反射器１０の開口１４をカバーしまたは開放する平面上で水平移動するスライドトラック上に取り付けられる。カバー６４ａの上面とセカンダリ反射器６０の背部は、ＰＶセル６５ｄと６０ａによって覆われている。伝搬導管１３０および開口１４を覆う位置へカバー６４ａがスライドすると、ＰＶアレイ６５ｄはセカンダリ反射器６０から反射された光線経路に直接配置され、実質的にコリメートされた電力生成のための太陽光線を提供する。
【００８５】
図１３は、通常の皿型メルセンヌ集束反射器システムを示す。同システムは、取付部または支持構造７０に固定されたプライマリ反射器１０とセカンダリ反射器６０を備える。入射光はプライマリ反射器１０から反射され、セカンダリ反射器６０上に集束し、さらにプライマリ反射器１０の開口１４を介してコリメートおよび反射され、下方の構造へ配光するため伝搬導管へ入射する。
【００８６】
図１４Ａは、図１３の通常の皿型メルセンヌ集束反射器システムの変形例を示す。図１４Ａの変形例は、拡張外周領域１６を有するプライマリ反射器１０を提供し、より多くの太陽光線を収集する。この追加光線は、昼光照明にとっては必要ではない。外周領域１６から反射された光はセカンダリ反射器６０の外周外領域に向けられる。セカンダリ反射器６０は、プライマリ反射器１０の開口１４と同サイズの領域へコリメート光を提供するサイズとなっている。ただし図１４Ａの実施形態において、支持構造７０の直径はセカンダリ反射器６０の直径よりも大きく拡大され、ＰＶセルアレイ６３はセカンダリ反射器６０周りの拡張外周領域上に取り付けられている。この構成において支持構造７０は、太陽光を部屋へ伝搬して照射するセカンダリ反射器６０と、追加太陽光線を収集して他目的のための電力へ変換するＰＶアレイ６３とを保持している。
【００８７】
図１４Ｂ〜図１４Ｄに示すように、支持構造７０は２つの部品で形成することができる。外側取付部７１とこれに回転可能に接続された内側取付部７２である。内側取付部７２はセカンダリ反射器６０を支持し、外側取付部は外周ＰＶアレイ６３を支持する。下方構造において昼光照明が必要でない場合、または反射器システムがセーフモードに切り替わった場合、ドライブシステム１００（例えば上述のモータその他のデバイスや構成）は、外側取付部７１の開口内の軸上で内側取付部７２を回転させ、セカンダリ反射器６０がプライマリ反射器へ向かないようにする。セカンダリ反射器６０から反対側の内側取付部７２上に追加ＰＶアレイ６５を取り付け、内側取付部７２が回転したときプライマリ反射器１０からの集束光線を用いる追加電力生成能力を利用できるようにすることができる。セカンダリ反射器６０が上向きでプライマリ反射器１０へ向いていないときとＰＶアレイ６５が上向きのとき双方において、外側取付部７１の上面をＰＶアレイ（不可視）によって覆い、取付部７０の上面への非集束入射太陽光線から電力生成できるようにしてもよいことに留意されたい。
【００８８】
プライマリおよび／またはセカンダリ反射器からの集束光を選択的に遮るＰＶアレイを明示的に示していない昼光照明システムの他構成へ組み込んでもよいことに留意されたい。例えば２つのモードを持つ隣接する２つの焦点を生成する円形皿をプライマリ反射器として備えるとともに、２部品放物凸面皿をセカンダリ反射器として備える皿型昼光照明システムは、ドライブ機構によって回転する対向２部品放物凸面皿上にＰＶアレイを備えることができる。プライマリおよびセカンダリ反射器がその他の形状および構成を有する他実施例も可能である。
【００８９】
全ての方向（例えば近位、遠位、上方、下方、上向き、下向き、左、右、横方向、縦方向、前、背、上面、底面、上、下、垂直、水平、放射方向、軸方向、時計回り、反時計回り）は、本発明を理解することを助ける指標としてのみ用いており、特に位置、方向、本発明における使用方法を限定するためのものではない。接続（例えば取り付ける、連結する、接続する、接合する）は広範に解釈すべきであり、特に明示しない限り部材群間の中間部材や部材間の相対移動を含むこともできる。したがって接続は、２つの部材が直接接続されて互いの関係が固定されていることを必ずしも意味するものではない。図面は図示のためのみのものであり、図面内のサイズ、位置、順序、相対サイズは変化し得る。
【００９０】
上記実施例およびデータは、特許請求範囲が規定する本発明の構造と実施例の使用方法の完全な説明を提供する。特許請求する発明の様々な実施形態をある程度具体的に１以上の実施形態を参照して説明したが、特許請求する発明の要旨および範囲から逸脱することなく、当業者は開示する実施形態に対する多くの変形例を実施することができる。したがってその他の実施形態を考えることもできる。上記説明と図面に含まれる全ての要素は特定実施形態を示すためのみのものであり、限定するためのものではない。特許請求範囲が規定する本発明の基本部分から逸脱することなく、詳細部分や構造を変更することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0006002237.tif 000003
【図１Ｃ】
0006002237.tif 000004
【図１Ｄ】
0006002237.tif 000005
【図１Ｅ】
0006002237.tif 000006
【図２Ａ】
0006002237.tif 000007
【図２Ｂ】
0006002237.tif 000008
【図２Ｃ】
0006002237.tif 000009
【図２Ｄ】
0006002237.tif 000010
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
0006002237.tif 000012
【図２Ｇ】
0006002237.tif 000013
【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
0006002237.tif 000023
【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
0006002237.tif 000026
【図１０Ｂ】
0006002237.tif 000027
【図１１Ａ】
0006002237.tif 000028
【図１１Ｂ】
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【図１２】
0006002237.tif 000030
【図１３】
0006002237.tif 000031
【図１４Ａ】
0006002237.tif 000032
【図１４Ｂ】
0006002237.tif 000033
【図１４Ｃ】
0006002237.tif 000034
【図１４Ｄ】
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