(57)【要約】  光起電（ＰＶ）アセンブリは支持アセンブリと第１および第２光起電素子とを備え、第１および第２光起電素子はこれらを離間する間隙を設けて支持アセンブリに取付けられる。これら光起電素子は上下に反応性エネルギー生成面を備えた両面受光型の光起電素子である。間隙は透光性の間隙である。アセンブリはさらに光反射面を備え、この光反射面は第１および第２光起電素子の下方で支持アセンブリによって支持されるとともに、これら光起電素子から離間して設けることによって、間隙を通る光を少なくとも一方の光起電素子の下側光起電面で反射可能に構成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のものを有する光起電アセンブリ、
支持アセンブリ、
第１および第２光起電素子、前記第１および第２光起電素子はこれらを離間する間隙を設けて前記支持アセンブリに取付けられ、前記第１および第２光起電素子は上下に反応性エネルギー生成面を備えた両面受光型の光起電素子であり、前記間隙は透光性の間隙である、
光反射面、前記光反射面は前記第１および第２光起電素子の下方で前記支持アセンブリによって支持されるとともに、前記第１および第２光起電素子から離間して設けることによって、前記間隙を通る光を少なくとも一方の光起電素子の下側光起電面で反射可能に構成されている。
【請求項２】
前記支持アセンブリには光反射部材が取付けられ、この光反射部材が前記光反射面を備えている請求項１に記載の光起電アセンブリ。
【請求項３】
前記支持アセンブリおよび光反射部材によって、前記光起電素子の下方に開放領域が形成されている請求項２に記載の光起電アセンブリ。
【請求項４】
前記間隙が開放間隙であり、この開放間隙内にあって前記下側光起電面に対向する第１位置から、前記間隙を介して、上側光起電面に対向する第２位置に空気が流通可能に構成されている請求項３に記載の光起電アセンブリ。
【請求項５】
前記光反射部材が、前記光起電素子の冷却をアシストする通気層である請求項３に記載の光起電アセンブリ。
【請求項６】
前記光起電素子が幅を有し、この幅が、これら光起電素子から前記光反射面までの距離の少なくとも約半分である請求項１に記載の光起電アセンブリ。
【請求項７】
前記光起電素子が幅を有し、この幅が、これら光起電素子から前記光反射面までの距離に略等しい請求項１に記載の光起電アセンブリ。
【請求項８】
前記支持アセンブリが、フレームと、このフレームに固定・支持される第１透光支持層とを有する請求項１に記載の光起電アセンブリ。
【請求項９】
前記支持アセンブリが前記フレームに固定・支持される第２透光支持層を有し、前記第１および第２透光支持層の間に前記光起電素子が配置されている請求項８に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１０】
前記第２透光支持層が上面および下面を有し、前記上面が前記光起電素子に対向するとともに、前記下面が前記光反射面を備える請求項９に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１１】
前記光起電素子が幅を有し、この幅と、前記第２透光支持層の厚みとが略等しい請求項１０に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１２】
前記光起電素子が列状に構成され、列状の光起電素子が、互いに隣接する辺と、複数の透光用間隙を形成する角部領域とを有する請求項１０に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１３】
前記光反射面が、互いに離間した複数の光反射面からなる請求項１０に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１４】
前記第１透光支持層が前記間隙を覆っている請求項８に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１５】
前記光反射部材が前記フレームに取り付けられているとともに、少なくとも前記第１透光支持層の略全体の下方に延設されている請求項８に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１６】
前記第１透光支持層が平行に離間した透光支持層の帯状体から構成され、これら帯状体の端部が前記フレームに取り付けられ前記光起電素子を支持している請求項８に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１７】
前記支持層の帯状体が前記フレームに回転不能に取り付けられている請求項１６に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１８】
前記支持層の帯状体が前記フレームに揺動可能に取り付けられ、さらに、前記支持層の帯状体を揺動させて前記光起電素子を太陽に追従可能にする手段が設けられている請求項１６に記載の光起電アセンブリ。
【請求項１９】
前記光反射部材が略平坦である請求項１に記載の光起電アセンブリ。
【請求項２０】
前記光反射部材が、前記光起電素子の下方に曲線の断面を有する請求項１に記載の光起電アセンブリ。
【請求項２１】
前記光反射部材が、前記光起電素子の下方に凹面の断面を有する請求項１に記載の光起電アセンブリ。
【請求項２２】
以下のものを有する光起電アセンブリ、
支持アセンブリ、前記支持アセンブリはフレームと、このフレームに支持される第１および第２透光支持層を有する、
第１および第２光起電素子、前記第１および第２光起電素子はこれらを離間する間隙を設けて前記第１および第２透光支持層の間に取付けられ、前記第１および第２光起電素子は上下に反応性エネルギー生成面を備えた両面受光型の光起電素子であり、前記間隙は透光性の間隙である、
光反射部材、前記光反射部材は前記支持アセンブリに取付けられ、少なくとも前記第１透光支持層の略全体の下方に延出している、
ここで、前記支持アセンブリおよび光反射部材によって前記光起電素子の下方に開放領域が形成され、
前記間隙の下方に前記光反射部材を取付けることによって、前記間隙を通る光を少なくとも一方の光起電素子の下側光起電面で反射可能に構成され、
前記光反射部材が、前記光起電素子の冷却をアシストする通気層である。
【請求項２３】
前記間隙が開放間隙であり、この開放間隙内にあって前記下側光起電面に対向する第１位置から、前記間隙を介して、上側光起電面に対向する第２位置に空気が流通可能に構成されている請求項２２に記載の光起電アセンブリ。
【請求項２４】
前記支持アセンブリがフレームと、このフレームに支持された第１透光支持層を有し、
前記第１透光支持層が平行に離間した透光支持層の帯状体から構成され、これら帯状体の端部が前記フレームに取り付けられ前記光起電素子を支持している請求項２２に記載の光起電アセンブリ。
【請求項２５】
前記支持層の帯状体が前記フレームに回転不能に取付けられている請求項２４に記載の光起電アセンブリ。
【請求項２６】
前記支持層の帯状体が前記フレームに揺動可能に取り付けられ、さらに、前記支持層の帯状体を揺動させて前記光起電素子を太陽に追従可能にする手段が設けられている請求項２４に記載の光起電アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は太陽エネルギー収集に関するものであり、具体的には、両面受光型の光起電（以下、ＰＶとも称する。）素子を用いた光起電アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
多目的相互作用電力システム、遠隔若しくは無人の現場用電力供給機、携帯電話切換地用電力供給機又は村落地帯用電力供給機などの種々の目的で、光起電アレイが利用されている。これらのアレイは数キロワット〜１００キロワット以上の備蓄能力があり、通常、充分な平地領域があり１日の日照時間がかなり長い場所に設置される。ある種の光起電素子の１つのタイプとして、上下に反応性エネルギー生成用光起電面を備えて構成されたものがある。これらの装置は、一般的に、両面受光型のＰＶ素子又は両面受光型のＰＶモジュールと称される。このように、ＰＶ素子の上面および下面の両方に当たる光が電力を作り出すのに利用され、これにより、装置の効率が向上する。
【発明の開示】
【０００３】
発明の簡単な説明
光起電アセンブリの一例は、支持アセンブリと第１および第２光起電素子とを備え、第１および第２光起電素子はこれらを離間する間隙を設けて支持アセンブリに取付けられる。これら光起電素子は上下に反応性エネルギー生成面を備えた両面受光型の光起電素子である。間隙は透光性の間隙である。アセンブリはさらに光反射面を備え、この光反射面は第１および第２光起電素子の下方で支持アセンブリによって支持されるとともに、これら光起電素子から離間して設けることによって、間隙を通る光を少なくとも一方の光起電素子の下側光起電面で反射可能に構成されている。いくつかの例では、光起電アセンブリの支持アセンブリに光反射部材が取付けられ、この光反射部材が前記光反射面を備えている。前記支持アセンブリおよび光反射部材によって、光起電素子の下方に開放領域が形成されていていてもよい。
両面受光型の光起電装置に係る１つの問題点は、下側反応面の性能を向上させることが、具体的な設置方法および設置向きに大きく依存していることである。このことが、両面受光型モジュールを大きな規模で採用する際の障害となっている。本発明は、これらのような要因から独立して両面受光型モジュールの利点を作り出し、様々な用途のために信頼性のある定量化が可能な性能を、高い信頼性をもって提供するものである。
本発明のその他の特徴、特性および有利な点については、添付した図面、詳細説明および特許請求の範囲から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
発明の詳細な説明
以下の説明は通常、特定の実施形態および方法に関して述べたものである。詳細に開示された実施形態および方法に本発明を限定する意図はなく、他の特徴、部材、方法および実施形態を採用しても本発明が実施可能なことが理解されるべきである。好適実施形態の説明は本発明の例示にすぎないものであり、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を限定するものではない。以下の説明に基づいて、当業者は種々の均等の改変例を認識できるであろう。種々の実施形態においては、同じ部材については同じ参照番号を共通に使用する。
【０００５】
図１〜図３は、両面受光型の光起電（以下、ＰＶとも称する。）アセンブリ１０の第１実施形態を示している。ＰＶアセンブリ１０は、周囲に延設されたフレーム１４と、第１透光層１６および第２透光層１８を有する支持アセンブリ１２からなる。アセンブリ１０はまた、層１６、１８の間に挟持されたＰＶ素子２２の列２０を有する。列２０は、透光間隙２４によって互いに離間している。アセンブリ１０はさらに、フレーム１４に取付けられた下側光反射部材２６を有し、これにより第２層１８と部材２６との間に開放領域２８が形成される。光反射部材２６は、第１透光層１６および第２透光層１８の略全体の下方に延設されている。光反射部材２６の上面３０を光反射面にすることによって、図３において矢印３２によって例示される光が、上面３０から透光間隙２４を通ってＰＶ素子２２の下面３４に反射する。このようにしてＰＶ素子２２は光エネルギーを、その上面３６および下面３４の両方に対して直接変換することができるので、より効率のよい装置を構成する。
【０００６】
ＰＶシステムからのエネルギーのコストは、設置コストおよびＰＶアセンブリの効率によって大きく影響を受ける。ＰＶシステムの設置コストは、ＰＶ素子のコスト、ＰＶアセンブリを構成する他の部材のコスト、搭載ハードウェアのコスト、設置コストその他の様々な要因によって左右される。競合する優先事項同士を比較考量する必要がある。限られたスペース内に最大起電容量のものを設置することが最優先の場合もあれば、各ＰＶアセンブリの出力を最大にすることの方が重要な場合もある。たとえ空間的な制約が重要ではない場合でも、通常はＰＶアセンブリの出力を最大にすることによって、ＰＶアセンブリの数と、必要な搭載ハードウェアの量とを最少に維持することが望ましい。両面受光型モジュールにとっては、もしも空間的な制約が重要でない場合には、ＰＶ素子同士の各間隙を大きくとることによって、各ＰＶ素子の下面に反射する光を最大にすることが有益かも知れない。もしも空間が制約されているなら、最も経済的な方法は、これらの間隙を最小限に維持することかも知れない。
【０００７】
ＰＶアセンブリ１０の各構成要素の材料は、従来のものであってもよいし、従来のものでなくてもよい。例えば第１透光層１６は、例えばガラス製であってもよいし、又は複数の材料層を積層したものであってもよく、また、ひっかき又は破断に対する抵抗を有するフィルム又はコーティングで被覆又は処理されていても、されていなくてもよい。第２層１８は、第１層１６と同じ材料でできていても、異なる材料でできていてもよい。ただし第２層１８には通常、ひっかき又は破断に対する抵抗を有するフィルム又はコーティングは設けない。いくつかの例においては、第２層を省略し、ＰＶ素子２２の下面３４を開放領域２８に直接露出させることができる。フレーム１４は通常は陽極酸化処理されたアルミニウムであるが、他の適切な材料を使用してもよい。光反射部材２６は、光沢を付与した金属シート又は金属製の上面を備えた樹脂製シートなどの、光反射性の高い上面３０を有する種々の材料でできていてもよい。さらに、光反射部材２６は穿孔その他の方法によって通気性を持たせ、開放領域２８およびＰＶ素子２２の冷却をアシスト可能に構成してもよい。このような開放部の分布は等しくてもよいし、又は、下面３４にあまり光が当たらず反射もない領域においては、より多数の又はより大きな開放部を形成していてもよい。
【０００８】
いくつかの例においては、ＰＶ素子２２の下面３４と反射上面３０との間の距離３３は、エネルギー発生を向上させるために、ＰＶ素子２２の幅３５の少なくとも約半分はあることが好ましい。ＰＶ素子２２の下面３４と反射上面３０との間の距離３３は、効率のよいエネルギー発生のために、ＰＶ素子２２の幅３５と略同じであれば、より好ましい。いくつかの例では、幅３５を非常に狭くして、第２透光層１８の厚みと略同じにすることができる。そうすることにより第２透光層１８の下面３７が反射可能になるため、第２層１８がＰＶ素子２２を支持・保護するのみならず、光反射部材としても機能する。この例では、フレーム１４を、第２透光層１８の下方の開放領域２８を略除去するように形成してもよいし、あるいは、他の場合に必要とされるよりもフレーム１４を大きくすることによって、ＰＶ素子２２の冷却をアシストするための開放領域２８を設けてもよい。
【０００９】
図４および図５は、両面受光型ＰＶアセンブリ１０の別実施形態を示す。この例では、第１透光層１６および第２透光層１８を帯状にすることによって、各列２０の間の開放間隙３８によってそれぞれ独立セットの層１６、１８を構成している。この構成では光と空気の両方が列２０の間を自由に通過することができるため、開放間隙３８を通過した空気流がＰＶ素子２２の、下面３４に向いた領域と上面３６に向いた領域との間を通ることができる。これはＰＶ素子２２をより低温に維持するのに有益なため、エネルギー変換効率の向上とＰＶ素子の延命とにも有益である。
【００１０】
図６、図７および図８に示す両面受光型ＰＶアセンブリ１０の別実施形態では、図４および図５の例を改変し、フレーム１４内に各列２０を、日中太陽に追従可能に設置している。各列の端部には、ピボットピン又は軸４０その他の適切な構造が、列２０をフレーム１４に揺動可能に取り付けるのに用いられる。朝夕の間太陽に追従するように列２０を揺動又は傾動させるために用いる駆動機構は、従来の構造であってもよいし、又は従来のものでない構造であってもよい。一例においては、軸４０を揺動するために別体のステッピングモータ４２を各列２０の一端に取付け、これにより各列を独立に揺動可能に構成している。各列２０を揺動させる力は比較的小さくすることが可能なため、ステッピングモータ４２を比較的安価にできる。各列２０のステッピングモータ４２の操作には、図外の単一のコントローラを使用することができる。コントローラは、例えば、日照時間又は太陽の感知位置に基づいて、各ステッピングモータ４２に信号を送ることができる。コントローラと各ステッピングモータ４２との間の接続は、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。単一のコントローラを使用して多数のＰＶアセンブリ１０のステッピングモータ４２その他の駆動機構を操作する場合には、無線接続が特に有利であろう。また単一の駆動機構を用いて、例えば、１つ又は複数のＰＶアセンブリ１０のすべての列２０を回転させてよい。
【００１１】
図９および図１０は、さらに別の実施形態を示す。この例においては光反射部材２６が一連の形状加工した、好ましくは凹状の断面４４を有し、上面３０の凹状反射上面セグメント４６を一連に形成している。各上面セグメント４６はＰＶ素子２２の列２０に沿って延設され、ＰＶ素子２２の下方に略センタリングされている。反射上面セグメント４６の正確な形状およびサイズと、反射上面セグメント４６からＰＶ素子２２の下面３４までの距離は、異なる要件によって最適化することができる。
【００１２】
ほとんどの用途では、ＰＶ素子の最適なサイズはメーカーが製造のために設定した標準サイズである。他のサイズの場合は追加加工が必要となるため、コストも追加される。ただしこのことは、場合によっては価値ある交換条件（trade-off）となるかも知れない。ＰＶ素子のサイズと、ＰＶ素子の下面から反射面までの距離サイズとの最適比率は、試作又は実験によって決められる。この比率は、用途に関係なく、ほとんどの場合一定に維持される。極端な場合には下面と反射面との間の距離が非常に小さくなり製品包装が非常にコンパクトとなる可能性があり、これによりコストを最小限にできる。最適比率を維持するためにはＰＶ素子を非常に小型にしなければならないが、これはコストを増加させる可能性がある。ＰＶ素子間の間隙は、システムの全体目標によって変わる。もし目標が各ＰＶ素子の出力を最大にすることであれば、ＰＶ素子間の間隙を大きくし、より多くの光が各ＰＶ素子の後面に到達できるようにする。もし目標が、最大容量を最小のスペースに納めることなら、ＰＶ素子間の間隙は非常に小さくなる。
【００１３】
図１１および図１２はアセンブリ１０の部分を示し、この実施形態では両面受光型ＰＶ素子２２の列２０が効果的に互いに接触するように間隔設定され、包装密度を高くしている。ＰＶ素子２２は、隣接するＰＶ素子２２の４つの角部が集まる箇所で角部間隙５０を形成するように形状設定されている。両面受光によるエネルギー生成量は、幾分限られるが、角部間隙５０の直下の第２透光層１８の下面３７に反射部材５２を設けることによって達成することができる。反射部材５２は、角部間隙５０と同じ大きさ、又は角部間隙５０よりも多少大きいことが好ましい。あるいは、下面３８全体が反射素材で覆われていてもよい。この例では、フレーム１４は、第２透光層１８の下方の開放領域２８を略除去するように形成してもよいし、又は、その他の場合には必要となる大きさよりも大きく形成して開放領域２８を設け、ＰＶ素子２２の冷却をアシストすることもできる。
【００１４】
以上の説明では上方に（above）、下方に（below）、上面（top）、下面（bottom）、上に（over）、下に（under）その他の文言を使用したかも知れないが、これらの文言は発明の理解を助けるために使用するものであって、限定するためではない。
【００１５】
本発明は、上述した好適な実施形態および例を参照することによって開示されるが、これらの例が、限定を意味するものではなく例示目的であることを理解するべきである。当業者が改変例および組合せを想起することも考えられるが、そのような改変例および組合せも本発明の思想内のものであり、かつ添付した特許請求の範囲内のものである。
【００１６】
上述した特許、特許出願および刊行文献があれば、これらは全て、言及したことによって本願に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】両面受光型光起電（ＰＶ）アセンブリの第１実施形態の平面図
【図２】図１のＰＶアセンブリの部分斜視図
【図３】図１の３−３線に沿う断面のＰＶアセンブリの部分拡大図
【図４】両面受光型ＰＶアセンブリの第２実施形態の斜視図
【図５】図４のアセンブリの部分拡大断面図
【図６】ＰＶ素子の各列が太陽に追従可能に構成された、両面受光型ＰＶアセンブリの第３実施形態の斜視図
【図７】図６のＰＶアセンブリの部分拡大断面図であって、ＰＶ素子の列を太陽に向け傾斜させて示した図
【図８】ステッピングモータおよびピボット軸を示す部分断面図
【図９】両面受光型ＰＶアセンブリの第４実施形態の斜視図であって、光反射素子の湾曲を示すためにフレームの一端を除去して示した図
【図１０】図９のアセンブリの部分拡大断面図
【図１１】隣接するＰＶ素子の角部に間隙を形成した、両面受光型ＰＶ素子アセンブリの第５実施形態の角部の平面図
【図１２】図１１のＰＶアセンブリの一部の部分分解斜視図であって、個々の反射素子を、角部の間隙の下方に離間させて示した図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2009534856.tif 000016