(57)【要約】  本発明は、太陽放射線を集光するための軽量反射システムであり、この反射システムにおいて、反射光学系の断面はほぼ正弦波であり、支持フレームと最小限の接触によりこの形が維持される。この反射器は、固定された又は調節可能な両端の支持材の間の加圧により変形して一般的に正弦波の凹面になる柔軟性の長方形のシートであってもよい。この正弦波は、柔軟性シートの各端に加えられるねじれにより半周期以下に調節することができる。反射器表面上の反射フィルム、磨いた金属、又は類似の材料は、太陽光をシャープなラインとしてではなく拡散したバンドとして集光することができて、光電池に対する改良された集光レベルを提供する。集光器を太陽の方向に向けることにより、瞬間出力を最大にするような追跡装置上に、この反射器及びこの支持材フレームを、単独に又は数個据え付けることができる。  【選択図】    なし
2009545186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）片面が反射面である柔軟性の平板、
（ｂ）該柔軟性の平板の対向する両端に連結する複数の支持材、
（ｃ）該柔軟性の平板は支持材に連結する両端に対して垂直方向に加圧されることにより湾曲し、該柔軟性の平板が湾曲してない時の対向する両端間の間隔より短い径間で該支持材を固定するフレーム、
（ｄ）反射面から予め定めた距離に電磁放射線源のぼやけた反射像を形成することを目的として、該柔軟性の平板の断面が実質的に正弦波曲線を形成するように該両端にトルクを加えるために、該支持材に連結する柔軟性の平板の両端に連結する複数のトルキングメンバー、及び
（ｅ）電磁放射線源のぼやけた像が、光電池列の受光面の大部分を覆うように、反射面から予め定めた距離に光電池列を支持するための光電池列支持材、
を備えた太陽エネルギー反射器組立体。
【請求項２】
前記柔軟性の平板の湾曲を変えることができるように支持材間の径間を調節することが可能である請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記曲線が非パラボラ型（非放物線状）である請求項１に記載の組立体。
【請求項４】
前記曲線が正弦曲線であり、かつ前記トルキングメンバーが、該曲線が正弦波の半周期より小さくなるようなトルクを加える請求項３に記載の組立体。
【請求項５】
前記複数のトルキングメンバーが、それぞれ、支持材を回転させて角度を規定するための１個のアングリングメンバーを備え、該アングリングメンバーにより規定された角度で支持材を固定するために、前記柔軟性の平板の端が、フレーム及びロッキングメンバーの内部に連結される請求項１に記載の組立体。
【請求項６】
前記複数のトルキングメンバーが、それぞれ、柔軟性の平板の端を支持材に連結させるための留め金を備え、この留め金が絞られるに従って、柔軟性の平板が、支持材に沿って自由に平行移動する請求項１に記載の組立体。
【請求項７】
前記柔軟性の平板がその両端のみでフレームと連結する請求項１に記載の組立体。
【請求項８】
フレームによる加圧とトルキングメンバーによるねじりにより規定される柔軟性の平板の形が、組立体の外からの力によって変えられないように、該柔軟性の平板が１又はそれ以上の箇所でフレームに支持される請求項１に記載の組立体。
【請求項９】
電磁放射線源について反射板に影ができないように、前記トルキングメンバーが位置合わせをされた請求項１に記載の組立体。
【請求項１０】
（ａ）フレーム、
（ｂ）フレームの両端に取り付けられた支持材、
（ｃ）柔軟性の平板が支持材に連結する両端に対して垂直方向に加圧されることにより湾曲し、湾曲してない時の柔軟性の平板の両端間の距離が支持材間の径間より長く、両端で支持材に固定されて、片面が反射面である柔軟性の平板、
（ｄ）電磁放射線源のぼやけた反射像を形成するために、該柔軟性の平板の断面が実質的に正弦波曲線を形成するように、両端にトルクを加えるために支持材に連結する柔軟性の平板の両端に連結するトルキングメンバー、
（ｅ）電磁放射線源のぼやけた像が、光電池列の受光面の大部分を覆うように、反射面から予め定めた距離にある光電池列を支持する光電池列支持材、及び
（ｆ）電磁放射線を電気エネルギーに変換する受光器であって、光電池列支持材に連結する光起電装置列を含む受光器、
を備える光発電用の集光型太陽エネルギー捕集システム。
【請求項１１】
前記曲線が正弦曲線であり、かつ前記トルキングメンバーが、該曲線が正弦波の半周期より小さくなるようなトルクを加える請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
柔軟性の平板に対する受光器の位置が、光起電装置列の出力を最適化するよう調節可能である請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
更に、受光器から熱を散逸させるための放熱板を備える請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記光起電装置が太陽電池から成る請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
電磁放射線源について反射板に影ができないように、前記トルキングメンバーが位置合わせをされた請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
（ａ）片面が反射面である柔軟性の平板の対向する両端に加圧力を加える工程、
（ｂ）該加圧力を保持するために、湾曲してない時の両端間の距離より短い径間で、該柔軟性の平板の両端をフレームに固定する工程、
（ｃ）反射面から予め定めた距離に放射線源のぼやけた反射像を形成することを目的として、該柔軟性の平板の断面が実質的に正弦波曲線を形成するように該両端にトルクを加える工程、及び
（ｄ）放射線源のぼやけた反射を受光するために、光起電捕集器を予め定めた距離にフレームに固定する工程、
から成る、集光型太陽エネルギー捕集システムを構築する方法。
【請求項１７】
前記柔軟性の平板をフレームに固定する工程が、支持材を柔軟性の平板の両端に連結する工程、及び支持材をフレームに連結する工程から成る請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記トルクを加える工程が、柔軟性の平板の各端がフレームに連結する角度を規定するために支持材を回転する工程、及び柔軟性の平板の断面が正弦波の半周期より小さい曲線を形成するように、支持材をこの角度に固定する工程から成る請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記トルクを加える工程が、支持材により規定された角度で、留め金を用いて柔軟性の平板の両端を支持材に留める工程、及び柔軟性の平板の断面が正弦波の半周期より小さい曲線を形成するように、留め金を絞めることにより柔軟性の平板を支持材に沿って平行移動させる工程から成る請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
更に、光起電捕集器から熱を散逸させるために、放熱板を光起電捕集器に接触させる工程を含む請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この特許出願は２００６年7月２８日出願の合衆国特許申請番号60/834,143の優先権を主張するものであり、この開示の全体は参考文献として本明細書に取り込まれている。
この発明は、一般的に太陽エネルギー捕集及び変換の分野に関し、より詳細には、光発電のために太陽放射線を集めるための反射器組立体、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電池は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する。しかし、光電池が発明される前には、太陽エネルギーは様々な物質を加熱するための熱源として用いられていた。例えば、太陽エネルギーは、温水器又は熱機関内の作動媒体を加熱するために用いられる。太陽加熱システムの目標は、熱エネルギーを媒体に転送することであるので、反射器は、通常は太陽である熱源からの放射線を加熱される物質に集光させるために設計された。これらの反射器の多くはシャープな直線収束を得るために、凹型であり、これにより高密度の熱エネルギーの伝搬が可能となった。
【０００３】
光電池が発明された後、加熱用に太陽エネルギーを集中させるために従来用いられていた凹型反射体を、光電池に光を集中させて電池の性能を上げるために用いた。しかし、凹型捕集技術の初期の採用者は、可視及び近赤外放射（すなわち、１ミクロン以下の波長）を電力に変換する太陽電池が最適に機能する条件が、熱エネルギーを最適に捕集するために必要な照射条件と非常に異なると言うことを認識できなかった。特に、太陽像をシリコン太陽電池に収束する際に取り込まれた熱負荷は電池の効率を低下させた。更に、今日大量生産される大部分の太陽電池は、実用的な焦点距離の反射器に焦点を合わせて作られた太陽像より大きい。結果として、電池の全表面が太陽エネルギーに露出されないので、光電池が光を電気力に変換する性能は過小利用された、また露出された部分は、電池効率に影響がある程、非常に高密度の熱負荷を受けた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在の太陽電池のより多くの表面積を利用し、また熱負荷による性能減退効果を減らす反射器システムを設計する小数の試みが為されてきた。例えば、パラボラ型（放物線状）の反射器のシャープな焦点から受光器（レシーバー）を一定距離移動することにより、太陽放射線が電池の表面上に分散され、その結果熱負荷が電池の表面上に分散される。
このような開発にも拘わらず、太陽放射線反射器に関する光電池の位置取りは、太陽エネルギー捕集システムの性能及び望ましさに影響する唯の一因子にしか過ぎない。大量生産が直ちに可能であり、太陽エネルギーの捕集及び変換のためにコスト効率の高いシステムを作り出すために、他の多くの検討が為されなければならない。例えば、このような検討の一つが、システムの全重量である。集光型太陽捕集システムが有効であるためには、高密度の太陽エネルギーを光電池受光器上に維持するために、システムは太陽追跡デバイス（装置）を備え付けなければならないことを当業者は認識している。集光型太陽捕集システムが軽い程、システムを動かす支持材の要求度は低く、またシステムを太陽の方向へ向けるためのパワーの要求度も低い。従って、支持材構造のための材料コストを節約し、また追跡システムにエネルギーを与える出力損失を制限するために、システムの移動重量を最低にすることは有利である。
【０００５】
太陽エネルギー捕集システムを設計する上で考慮すべき他の因子としては、加工の容易さ、製品のコスト及び耐久性がある。例えば、光起電効率を増す反射器システムを作成するために、鋳型への注入、精密な機械加工を要求する捕集システムは、大量生産のためのコスト効率が低い。更に、ガラス又は他の脆弱な材料を要求する反射器システムは、風又は他の損傷の可能性があるので、野外の使用に適さない。
集光型太陽捕集システムを作成する上で考慮すべき因子の観点から、太陽光発電のための太陽放射線を捕集するための反射器組立体、システム及び方法に対する要求性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、太陽光発電のために太陽放射線を集めるための反射器組立体、システム及び方法を含む。
一態様によると、本発明は、（ａ）片面が反射面である柔軟性の平板、（ｂ）該柔軟性の平板の対向する両端に連結する複数の支持材、（ｃ）該柔軟性の平板は支持材に連結する両端に対して垂直方向に加圧されることにより湾曲し、該柔軟性の平板が湾曲してない時の対向する両端間の間隔より短い径間で該支持材を固定するフレーム、（ｄ）反射面から予め定めた距離に電磁放射線源のぼやけた反射像を形成することを目的として、該柔軟性の平板の断面が実質的に正弦波曲線を形成するように該両端にトルクを加えるために、該支持材に連結する柔軟性の平板の両端に連結する複数のトルキングメンバー、及び（ｅ）電磁放射線源のぼやけた像が、光電池列の受光面の大部分を覆うように、反射面から予め定めた距離に光電池列を支持するための光電池列支持材、を備えた太陽エネルギー反射器組立体である。
即ち、本発明は、片面で反射する柔軟性の平板を含む太陽エネルギー反射器組立体である。柔軟性の平板の両端に連結した支持材はフレームに固定され、支持材間の径間（スパン）は、湾曲していない時の柔軟性の平板の縦方向の距離以下である。このようにして、末端を支持材に連結する柔軟性の平板は、末端に垂直な方向に沿った加圧により撓む。更に、トルキングメンバー（トルク（ねじれ）を与える部材）を、支持材に連結する柔軟性の平板の末端に連結する。このメンバー（部材）により、柔軟性の平板両端にはトルクが与えられ、柔軟性の平板の断面は実質的に正弦波曲線を形成し、反射面から定められた距離に、電磁放射線源のぼやけた反射をもたらす。一連の光電池支持材は反射面から指定された距離に一連の光電池を支持し、その結果、電磁放射線のぼやけた像が、一連の光電池の大部分の受光表面を覆う。
【０００７】
他の態様によると、本発明は、（ａ）フレーム、（ｂ）フレームの両端に取り付けられた支持材、（ｃ）柔軟性の平板が支持材に連結する両端に対して垂直方向に加圧されることにより湾曲し、湾曲してない時の柔軟性の平板の両端間の距離が支持材間の径間より長く、両端で支持材に固定されて、片面が反射面である柔軟性の平板、（ｄ）電磁放射線源のぼやけた反射像を形成するために、該柔軟性の平板の断面が実質的に正弦波曲線を形成するように、両端にトルクを加えるために支持材に連結する柔軟性の平板の両端に連結するトルキングメンバー、（ｅ）電磁放射線源のぼやけた像が、光電池列の受光面の大部分を覆うように、反射面から予め定めた距離にある光電池列を支持する光電池列支持材、及び（ｆ）電磁放射線を電気エネルギーに変換する受光器であって、光電池列支持材に連結する光起電装置列を含む受光器、を備える光発電用の集光型太陽エネルギー捕集システムである。
即ち、本発明は、フレーム、フレームの両端に固定された支持材及び両端を支持材に連結し、片面が反射する柔軟性の平板を備えた、光発電に対する集光型太陽エネルギー捕集システムである。撓みのない時には柔軟性の平板の両端間の距離は支持材間の径間よりも長いので、柔軟性の平板は、支持材に連結する両端に垂直方向の加圧により撓む。トルキングメンバーを、支持材に連結する柔軟性の平板の両端に連結する。このメンバーにより、末端にトルクが加えられ、柔軟性の平板の断面は実質的に正弦波曲線を形成し、電磁放射線源のぼやけた反射をもたらす。一連の光電池支持材は反射面から指定された距離に一連の光電池を支持し、その結果、電磁放射線のぼやけた像が、一連の光電池の大部分の受光器表面を覆う。一連の光起電装置を含む受光器は一連の光電池支持材と連結し、受光器は電磁放射線を電気エネルギーに変換する。
【０００８】
他の態様によると、本発明は、（ａ）片面が反射面である柔軟性の平板の対向する両端に加圧力を加える工程、（ｂ）該加圧力を保持するために、湾曲してない時の両端間の距離より短い径間で、該柔軟性の平板の両端をフレームに固定する工程、（ｃ）反射面から予め定めた距離に放射線源のぼやけた反射像を形成することを目的として、該柔軟性の平板の断面が実質的に正弦波曲線を形成するように該両端にトルクを加える工程、及び（ｄ）放射線源のぼやけた反射を受光するために、光起電捕集器を予め定めた距離にフレームに固定する工程、から成る、集光型太陽エネルギー捕集システムを構築する方法である。
即ち、本発明は、集光型太陽エネルギー捕集システムを組み立てる方法である。加圧力を片面が反射面である柔軟性の平板の両端に加える。柔軟性の平板の両端をフレームに連結するが、フレームの径間は柔軟性の平板に加圧力が加わってない場合の柔軟性の平板の両端間の長さより短い。柔軟性の平板の両端にトルクが加えられ、その結果柔軟性の平板の横断面は実質的に正弦波曲線を形成し、反射面から指定された距離に、放射線源からのぼやけた反射を作り出す。光起電捕集器を、放射線源からのぼやけた反射を受光するために、指定された距離のところで、フレームに連結する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の態様の透視図である。
【図２】図２ａ及び２ｂは本発明の態様に従う光電池受光器の透視図であり、また分解立体図である。
【図３ａ】末端から加圧された時スレンダープレート（細長い平板）により想定される形のグラフである。
【図３ｂ】末端から加圧された時スレンダープレートから形成される反射器から反射した光線を描写する線図である。
【図３ｃ】末端から加圧された時スレンダープレートから形成される鏡のエネルギー密度のグラフである。
【図４ａ】本発明の態様に従い、プレートの両端が、プレートの両端から湾曲する方向に、加圧及びトルクの両者を加えられた時、スレンダープレートに推定される形の線図である。
【図４ｂ】本発明の態様に従い、プレートの両端が、プレートの両端から湾曲する方向に、加圧及びトルクの両者を加えられた時、スレンダープレートから作られる反射器から反射された光線を描写する線図である。
【図４ｃ】プレートの両端が、プレートの両端が、プレートの両端から湾曲する方向に、加圧及びトルクの両者を加えられた時、スレンダープレートにより形成される鏡のエネルギー密度のグラフである。
【図５】正弦波鏡、パラボラ型（放物線状）鏡及び部分的正弦波鏡により伝搬されるエネルギー密度を比較するグラフである。
【図６】図６ａ及び６ｂは、それぞれ本明細書に記載する発明の態様に従い、太陽エネルギー捕集反射器の末端にトルクを加えるために、トルキングメンバーが作動して無い時及び作動している時、太陽エネルギー反射器を支持する支持材の一つの態様の断面図である。
【図７ａ】しっかりと据え付けた橋脚に据え付けた複数の太陽エネルギー捕集システムの透視図である。
【図７ｂ】太陽エネルギー捕集システムを傾けたり、回転できる追跡システムに据え付けられた複数の太陽エネルギー捕集システムの透視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明物の可能な実施態様を詳細に参照するが、１又は２以上の実施例を図に示す。本発明を説明するために各実施例を提供するもので、制限するためではない。実際、一態様の部分として描写又は記載される特徴を、更なる態様を生むために他の態様においても用いることができる。本発明はそのような改変又は変化をカバーすることを意図する。
【００１１】
天体望遠鏡設計者により用いられた有名な経験則（即ち、van Belle, Meinel, & Meinel, proc. SPIE, 5489, 563）によると、ある直径を持つモノリシック望遠鏡スケールのコストは
【数１】
2009545186.tif 000003
と表わされる。ここでＣはコストであり、Ｄは一次光学の直径である。
この指数が大きいことは、反射鏡の寸法が増すに従い、光学的許容値を維持することが困難になることを示す。この法則によれば、小さな光捕集装置の列は、単一の大きな光捕集装置より安価である。しかし、この法則は小直径エンドで壊れ、個々の部品のコストがサイズと共に減少しなくなり、部品を集合させる労力が拡大する。このコストとサイズ間の関係の崩壊により、大量生産及び据え付けの際の容易な取り扱いに相応する最小スケールの捕集鏡の製造が支持される。
【００１２】
同様に、光電池のスケールは、関与する製造により決められる。通常の加工機器は６インチ（=15.24cm）半導体ウェハーを取り扱うので、このサイズのウェハーを作るためにストックが必要である。従って、幾つかの製造会社は、最終的な寸法にトリムして、約５インチ×５インチ（=約12.7cm×12.7cm）の太陽電池を製造する。これらの電池の中には、正常の太陽光束の１０から５０倍照射した時作動可能な電池が幾つかある。結果として、このような電池を一列に配置した多くの凹型の捕集器は、５０インチ（=127cm）及び２５０インチ（=635cm）の間のサイズである。大量生産で合成される表示ボードの標準的寸法はこの範囲内であり、この安価な技術に基づく捕集器の設計を示唆する。
【００１３】
従って、一態様において、本発明は、大量生産及び据え付けの際取り扱いが容易であり、また標準サイズの集光光電池を伴う使用に良く適した、軽量の反射光学部品を提供する。特に、図１を参照すると、太陽エネルギー反射器組立体１００は光発電のための軽量太陽放射線集光システムの例として図示された。片面が反射面である柔軟性の平板１０２の両端を支持材１０４に連結する。柔軟性の平板１０２のために、金属、ポリマー、紙、木材、グラスファイバー、カーボンファイバー及び合成物、又は波形の合成物を含むこれらの組合せ、又は空気層を取り込んだ他の合成物を含む、様々な材料を用いることができる。
【００１４】
支持材１０４をエロンゲートメンバー（細長い部材）１０６に連結し柔軟性の平板１０２のためのフレームを作ることができて、支持材１０４間の径間は、たわみ（フレックス）のない柔軟性の平板１０２の長さ（即ち、支持材に連結する両端に垂直な方向）より短い。支持材１０４間の径間は、固定できる、又は柔軟性の平板１０２に加えられる加圧力を変えることができるように調節可能にできる、従って、柔軟性の平板１０２のフレクシャー量を変えることができる。エロンゲートメンバー（細長い部材）１０６により規定される、柔軟性の平板１０２をフレーム内に固定するに必要な、柔軟性の平板１０２の長辺方向の加圧力により、柔軟性の平板１０２はたわむ（フレックス）（即ち、曲がる）。この加圧によるフレクシャーにより、柔軟性の平板１０２はその長辺方向の断面にそって（即ち、支持材１０４に連結する柔軟性の平板１０２の両端に垂直な面内で）一般的に正弦波形（即ち、非パラボラ型）がもたらされる。
【００１５】
この曲がった断面形の結果として、柔軟性の平板１０２に入射した太陽放射線は受光器１１２の受光表面に反射され、電磁放射線（例えば、太陽エネルギー）は電気エネルギーに変換される。受光器１１２を柔軟性の平板１０２の反射面から指定された距離に位置する光電池列の支持材１１６に連結することができて、その結果として、柔軟性の平板１０２からの太陽放射線の反射は受光器１１２の受光表面上に電磁放射線源（即ち、太陽）のぼやけた反射を作り出す。この太陽エネルギーのぼやけた反射は、受光表面の大部分の上に広がり、受光器１１２による太陽エネルギーから電気エネルギーへの変換を最適化する。
【００１６】
例えば、ある実施例において、柔軟性の平板１０２は約４フィート（=約122cm）の幅と８フィート（=約244cm）の長さを持つ柔軟性シートであることができて、これが少なくとも僅かに８フィートのシート（例えば、約９４インチ（約７．８フィート（=約238cm））幅）より短いフレームに収まるように両端から加圧される。このような配置で、反射した太陽放射線を捕集するために、受光器１１２を、柔軟性の平板１０２の反射面より約５フィート（例えば、約６１インチ（=約1859cm））上に設置することができる。
【００１７】
支持材１０４による加圧だけが実質的正弦波形を規定するために必要であるので、柔軟性の平板１０２はその両端のみ支持する必要がある。あるいは、柔軟性の平板１０２は、支持材バー１１０に連結して、柔軟性の平板１０２の正弦波形が太陽放射線捕集システムの方向に無関係に維持できるようにすることができる。この付加的な支持材により、柔軟性の平板１０２の形が、重力又は風負荷のような外力により変形することを阻止する。例えば、太陽放射線捕集システムが、太陽が空を横切るに従い、受光器１１２の効率を最適化するために太陽を追跡するよう構築されるならば、重力が働いて、柔軟性の平板１０２の曲がった断面形を一方又は他方へ歪める。この変形を阻止するために、支持材バー１１０を柔軟性の平板１０２に１又は２以上の箇所で連結し、柔軟性の平板１０２が、エロンゲートメンバー１０６により規定されたフレームに柔軟性の平板１０２を取り付けることによる加圧力で規定された形を維持することを補助する。
【００１８】
受光器１１２は、太陽放射線を電気エネルギーに変換するに適したいかなる光起電装置であることもできる。図2a及び2bは、受光器１１２の一つの可能な実施例である。図2aに関して、受光器１１２に対する一つの可能な実施例が受光表面が見えるように、上方に向けた方向で描写されている。受光器１１２は、受光器１１２の操作を最適化するように、様々な層を組み込んだ積層設計を備えることができる。例えば、図2bに示したように、受光器１１２は、透明なカバープレート２０６（例えば、低鉄ガラス）、カバープレートを太陽電池に光学的に連結するポリマーカプセル材料２０８、集光型光電池からなる線型配列２１０（例えば、各１２５ｍｍ幅の９個の電池、又は９個の電池から切り出された多数の要素）、熱伝導性だが電気的絶縁フィルム２１２，及び放熱板１１４を含む"サンドイッチ"を支えるアルミニウムフレーム２０４から構築することができる。カバープレート２０６は、線型配列２１０上に入射するパワーを最大化する抗反射被覆及び／又は線型配列２１０の感受性帯の外にある波長の光を拒絶する被覆を含むことができる。線型配列２１０を、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶型シリコン、レーザー溝加工埋め込みコンタクト型、裏面コンタクト型、又は多接合型のような如何なる光電池からでも構成することができる。
【００１９】
放熱板１１４に関しては、他の経験則によると、捕集システムを効率よく操作するために必要な熱分散表面の面積は、捕集面積とほぼ等しい。従って、図１，2a及び2bに示すように、押し出し加工されたアルミニウムのヒレを持つ構造、又はヒレ装置を固定し放熱板１１４として働き、比較的小さいスペースを占めて熱負荷を有効に放散するに必要な表面面積を作り出す。あるいは、もし太陽電池（例えば、線型配列２１０）からの熱負荷が柔軟性の平板１０２の表面と連結されているならば、放熱板１１４に伴うコスト及び重量は、除かれる。例えば、受光器１１２をメタノール又は他の作動媒体を用いる受動ヒートパイプにより、柔軟性の平板１０２の背面と連結することができる。更に他の態様において、太陽電池に光を向けるために第２の光学（例えば、平らな、又は曲がった鏡）の使用の必要下に、受光器１１２を柔軟性の平板１０２の前面に据え付けることもできる。特別な配置を考慮せず、放熱を助けるために、受光器１１２及び／又は放熱板１１４に強制的に風又は水を送ることができる。
【００２０】
柔軟性の平板１０２の作動中の形は、反射光を受光器１１２の表面の大部分に分布させることにより、過剰な熱負荷が発達することを妨げる一助となる。上述のように柔軟性の平板１０２の加圧により決められたような、正弦波形は、太陽集光器として多くの設計に支持された通常のパラボラ（放物線状）より有利である。この利点は、中庸な焦点距離（例えば、２メートル以下）及び比較的大きなサイズの太陽電池（例えば、５０ｍｍより大）の反射器を使うシステムにおいて特に明らかとなる。パラボラ型反射器は反射イメージが単一点（又は凹型反射器に対しては線）に反射像を集束するように設計されている。この設計のために、パラボラ型反射器による作られた像のサイズ及び比較的大きな太陽電池のサイズ間にミスマッチがある。
【００２１】
これに対して、正弦波型鏡は、単一な焦点（又は、焦点線）を持たない。その代わり、正弦波型鏡がぼやけた像を作る。結果として、正弦波型鏡は、パラボラ型により作られるシャープな像よりもっと拡散した集光を作り出す。更に、このような形を持つ太陽放射線捕集ステムは、他の装置より利点を有し、捕集システムに太陽エネルギーの広がりを持つ反射を作り出す方法は、反射器と受光器の距離を変えることなく、集光因子の調節を可能にする。
【００２２】
上記利点を現実化するために一般的に正弦波型形を有する太陽放射線捕集システムを作るために、本明細書に記載した対象は、その端を加圧したストラクチュラルメンバー（構造的メンバー（部材））の本来の曲げ特性に依存する。一様な弾性率及び断面を備えた材料シートは、他の力なしに両端から加圧された時、有名なBernoulli-Eulerビーム負荷公式により一般的に正弦波形を仮定する。曲がった反射プレートの両端が自由に回転する限り、湾曲部の深さは、シートの長さに比べて小さく、また重力負荷による歪みは無視できて、また曲がった方向に沿うシートの理論形は、正弦波である。
【００２３】
この形は、両端から力Ｐで加圧されたプレートの曲げモーメントを考慮することで説明できる。ベンディングモーメント（曲がりモーメント）Ｍ＝Ｐｙは、曲率半径Ｒｃに、Ｍ＝―ＹＩ／Ｒｃとして関係し、ここでＹは平面のＹｏｕｎｇ係数であり、Ｉは慣性モーメントであり、またｙは端から所与の距離ｘにおけるプレートのたわみ（ディフレクション）量である。小さなディフレクション量に対して、ディフレクション量の２次微分は、曲率半径の逆数であり、Eulerの式：
【数２】
2009545186.tif 000004
を導く。
【００２４】
この式の解は次のものである：
【数３】
2009545186.tif 000005
両端（ｘ＝０、Ｌ）はディフレクションが無い（しかし自由回転する）という境界条件を適用し、余弦解を除くと、以下の関係が導かれる：
【数４】
2009545186.tif 000006
【００２５】
その結果、湾曲プレートの形は、図３ａに示すように、半周期の正弦波である。しかし、図３ｂは、この形の光学は、幾つかの応用に対して、余りに拡散した像を作ることができることを示す。図３ｂに示すように、この形の湾曲したプレートから反射したエネルギーを全て捉えるには、比較的に広い受光表面（即ち、描写された受光面より広い）が要求される。他の観点によると、図３ｃに示すように、半周期の正弦波の形の湾曲反射器は光電池効率を最大にする程大きな光束密度を作り出さない。
【００２６】
しかし、湾曲プレートの両端は、湾曲が導入されたと同じ方向に大きさは等しいが、逆向きのトルクを受け、従って湾曲プレートの形は、小さな撓み限界内で、半周期の正弦波よりも小さな線分となる。例えば、図４ａは図１における柔軟性の平板１０２の断面を示す。支持材１０４に連結する柔軟性の平板１０２の末端が自由に回転する場合、これら末端は、湾曲ゼロの湾曲点である。両端のトルクは、湾曲を導入し、湾曲点を柔軟性の平板１０２端を超えて、仮想末端４０４まで移動させる。異なる見方をすると、両端が仮想末端４０４に位置するようにより長いプレートを据え付ける、その後、より長いプレートの正弦波形を変えることなしに、より長いプレートを支持材１０４の位置に対応する点で掴むと、シートの仮想部分４０６を切り取りにより、半周期の正弦波より小さな線分が作り出される。残されたものは正弦波画分であり、これはその形を維持するために両端にトルクを必要とする。例えば、図４ａから図４ｃに用いられる部分は、全正弦波の０．１１８５７である（トルク無しで末端を蝶番で取り付けた鏡に対する全周期の０．５と比較のこと）。図４ｂに示すように、この配置により、半周期正弦波より小さいが、パラボラ型（放物線状）分布よりはなお大きな拡散した像を作り出し、光電池の通常のサイズ（例えば、１２５ｍｍ）に対して適切となる。図４ｃに示すように、この形により、正弦波の半周期より、受光面上に比較的高い密度のエネルギー束が作り出される。
【００２７】
図５は、本発明の太陽捕集反射器の形により提供される照度を、完全なパラボラ及び半周期正弦波のものと比較する。本発明の太陽受光表面（例えば、光電池）は、０．１２５ｍ線型幅にわたって光を遮るが、この幅は半周期正弦波により作られる光分布よりも狭い。これに対して、パラボラ型反射器は、余りにも狭い焦点ラインを作り、局所的加熱及びより高いオーム（Ｏｈｍ）散逸を引き起こし、光起電装置の効率を下げる。この比較から判るように、一般的に部分的正弦波の形の断面を持つ太陽反射器は、パラボラ型反射器より広い表面にわたって、しかし半周期正弦波反射器より強い相対束を伴って、有効に入射太陽放射線を集光することができる。このようにして、このような形により、光電池の出力を最大にするための太陽エネルギーの集光及び光電池の効率の低下を避けるための光の拡散の間にバランスが生まれる。
【００２８】
従って、再び図１に関しては、トルキングメンバー１０８が与えられて、柔軟性の平板１０２の形を変えることができる。トルキングメンバー１０８は、柔軟性の平板１０２の両端にトルクを与え、その結果柔軟性の平板１０２は実質的に正弦波湾曲を形作り、又は、より詳細には半周期以下の正弦波の湾曲を形作る。例えば、トルキングメンバー１０８は、柔軟性の平板１０２の末端を支持材１０４に連結するための留め金具を含み、この留め金具は、エロンゲートメンバー１０６により規定されたフレーム上を回転できる。この点で、支持材１０４は、望みのトルク量を柔軟性の平板１０２の両端に適用する角度だけ回転できる。角度が定められると、留め金により柔軟性の平板１０２末端は予め定められた位置に固定される。このような配置はレバー（てこ棒）及びクランプ（締め具）、ラチェット（歯止め）及びパール（つめ）、レバー及び手動で調節可能なスクリュー（ネジ）、又は適切に方向付けられたスロット（溝）及びキー（鍵）を含むことができる。
【００２９】
代替案として、支持材１０４を、特定の角度でフレームに固定することができる。固定角度は、好ましい形を作り出すように柔軟性の平板１０２上にトルクを加えるように設計できる。この反対に、トルキングメンバー（トルクを加える部材）１０８は、柔軟性の平板１０２の端部条件を定めるアングリングメンバー（角度をつける部材）及び柔軟性の平板１０２の両端をアングリングメンバーに合わせて予め定められた位置に連結するロッキングメンバー（固定する部材）を含むことができる。図６ａに示したように、柔軟性の平板１０２の両端は、固定角度のアングリングメンバー及び固定するロッキングメンバーの間に置かれる。ファスナー（留め具）（例えば、ボルト、クランプ）により、ロッキングメンバーを柔軟性の平板１０２に対して押さえつけて、柔軟性の平板１０２をアングリングメンバーに合わせる。更に、図６ｂに示したように、ロッキングメンバーを柔軟性の平板１０２に押さえつけるためにボルトを用いるならば、ボルトが通るアングリングメンバーを開けて延ばすことにより、連結する留め金の回転及び角度メンバーに沿うシートの横運動が起こる。
【００３０】
どちらの配置においても、トルキングメンバー１０８を設定して、トルキングメンバー１０８が完全に嵌め込まれ、望ましいトルクが固定されるまで、柔軟性の平板１０２の両端が支持材１０４に沿って平行移動可能にできる。言い換えると、柔軟性の平板１０２の長さは固定されているので、柔軟性の平板１０２の両端は支持材１０４に連結する角度が変わるに従い、柔軟性の平板１０２の各端は、内部に向かって滑る傾向（例えば、他の端の方向に）があり、定まった端部条件にともなう自然の湾曲を維持する。そうでなければ、柔軟性の平板１０２の両端をトルクすることにより張力が働き、柔軟性の平板１０２に部分的正弦波形を与えることが阻害される。この滑りが可能になることで、柔軟性の平板１０２の形は、トルキングメンバー１０８により定められた端部条件により定められ、支持材１０４間に、柔軟性の平板１０２を伸長することにより定められた端部条件により定められない。
【００３１】
更に、支持材１０４及びトルキングメンバー１０８の設計により、柔軟性の平板１０２は、清掃、修理又は取り換えに対して自由に取り除き、また前回両端に捻れを与えた元のの位置に戻すことができる。また、トルキングメンバー１０８は、柔軟性の平板１０２上に影を投げかけず、従って太陽放射線捕集システムの効率を損ねないように設定することができる。
【００３２】
本明細書に記載した太陽エネルギー反射器組立体のある特別な例として、柔軟性の平板１０２を、厚さ４ｍｍ、湾曲部の寸法が９６"及び垂直方向の寸法が４８"である、アルミニウム表面シートを伴うポリカーボネートの複合物であってもよい。これらの寸法は、大量生産掲示板として標準サイズであり、また結果として、この成分の材料は広く入手できる。例えば、ブランド名Dibond（ディボンド）で、このサイズで売られている商品を、柔軟性の平板１０２として用いる様本明細書以下に記載するように据え付けた時、十分な光学像を維持する十分な堅牢さを有する。
【００３３】
4 ft×8 ft（=122cm×224cm）, 4 mm Dibondの標準的シートは、鏡面仕上がりを持つまでアルミニウム表面の一つを磨くことができる。又は、St. Paul, Minnesotaの3M Corporationから売られている亢進したスペクトル用反射（ＥＳＲ）フィルムのような反射フィルムを柔軟性の平板１０２に貼ることができる、又は何か他の反射用コーティング（塗布）を行った柔軟性の平板１０２を提供することができる。更に、柔軟性の平板１０２を、透明な防御層（例えば、ポリウレタンコーティング）で覆い、下の反射面の腐食及び／又は酸化を防ぐことができる。柔軟性の平板１０２の両端に据え付けた支持材１０４として働く２本の硬いバーを使って、柔軟性の平板を曲げて、前もって作られたフレームに嵌め込むまで、両端から柔軟性の平板１０２を加圧することができる。図１に表された態様において、支持材１０４は、トルキングメンバー１０８として働く固定ナット（即ち、留め金）が硬くなるまで、その軸の周りに自由に回転できる。フレームによる加圧及びトルキングメンバー１０８による捻れ（トーションtorsion）により規定された柔軟性の平板１０２の自然の形を邪魔しないように、支持材バー１１０を、柔軟性の平板の中心を横切る単一のラインに沿って、柔軟性の平板１０２に取り付けることができる。支持材バー１１０の使用により、プレートが１又は２以上の軸（例えば、太陽の日周期運動に従う回転）の周りを回転する時の、重力負荷による変化効果を相殺することができる。この態様において、受光器１１２は、下向きであり、柔軟性の平板１０２の湾曲した反射面から反射する放射線を捕集する。
【００３４】
図１において表されるこの実施例において、支持材１０４にトルクを与えて、柔軟性の平板１０２を望まれる正弦波形と見なされるようにすることができる。その後、トルキングメンバー１０８（例えば、留め金を固くする）を使って、支持材１０４を、この向きで固定することができる。次いで、フレームが水平方向にある時に、支持材バー１１０を柔軟性の平板１０２の中心に丁度接触するように取り付けることができる。その後、留め金を用いて支持材バー１１０を柔軟性の平板１０２に、両部品が互いに接触するラインに沿って、取り付けることができる。
【００３５】
他の態様において、軽量発泡体鏡を柔軟性の平板１０２として用いることができる。このような軽量発泡体鏡が、望まれる正弦波断面を持つように成型するために、図１に示した配置の逆の形に（例えば、下方向きに凹型の正弦波曲面）に曲げた柔軟性材料（例えば、Dibond）のシートからなる底を有する、長方形の流し型を提供することができる。流し型に、ポリウレタン又はポリスチレンのような、拡張性発泡体を流し込んで、本明細書上記の一般的に正弦波形の軽量、安価な鏡を作ることができる。
【００３６】
他の態様において、本発明は、集光及び太陽放射線を電気エネルギーに変換するための一列の軽量太陽放射線捕集器を提供する。図７ａ及び７ｂにおいては、複数の捕集組立体１００を、堅固に据え付けた橋脚又は追跡システム６０２に据え付ける。捕集組立体１００は、電気的制御されたモーターにより駆動されて、方位角上及び仰角上を回転することができる。この堅固に据え付けられた橋脚又は追跡システム６０２は、十分高くできて（例えば、駆動頭部が地上から１０〜１２フィート（=約305〜366cm）に据えられる。）、複数の捕集組立体１００が広い範囲で運動可能となる。コンピューター制御システムにより、出力発生量のかたちでフィードバックを受け、従って、瞬間的出力産生を最大にするために太陽追跡を最適化することができる。
【００３７】
更に、本発明は、受光器１１２の集光表面に集まるエネルギーの最適な分布を維持するために、柔軟性の平板１０２に想定されている正弦部分を変化させる制御システムを含む。あるいは、受光器１１２の位置を、柔軟性の平板１０２に対して調節して、一列の光電池の出力を最適化することができる。一つの例として、受光器１１２からの瞬間的出力により、最適な出力分布を維持するために、柔軟性の平板１０２を望ましい形に曲げるためにモーターを駆動する、電気制御ユニットに入力できる。受光器１１２から電気制御ユニットへの瞬間的出力を測定すること及びこの同一電気制御ユニットからモーターを駆動することにより、このシステムにほとんど最適のトルクを連続的に提供することが可能である。この配置は、常に最適な正弦波画分を維持することができる。
【００３８】
このような配置を実施する一つの方法は、プログラム化したコンピューター制御である。このプログラムは、特定の周期（例えば、１Ｈｚ）でトルク力を上下に変えることができる。例えば、各掃引からの最大値を新しい最適トルクとして選択できる。ノイズ及び外界の事象（例えば、雲の量、風）に対してより鈍感な、他の扱い方としては、駆動振動数に対応するシグナルの変化の成分を摘出することができる。例えば、この方法はシグナルのフーリエ変換を実行し、適当な窓関数を用いて駆動振動数から遠い成分をゼロにし、その後、フィルターを通したシグナル上に逆フーリエ変換を実行することを含む。
【００３９】
更に他の態様として、本発明は、片面が反射面である柔軟性の平板の両端に加圧力を加える、集光型太陽エネルギー捕集システムを構築する方法を提供する。柔軟性の平板の両端を、柔軟性の平板が曲げられてない時の両端間の径間（寸法）より短い間隔のフレームに連結することができる。柔軟性の平板をフレームに固定することにより、適用された加圧力が維持される。トルク力が両端に加えられ、柔軟性の平板の断面は、実質的に正弦波曲線を形成し、この正弦波曲線により反射面から予め定められた距離に、放射線源のぼやけた反射を作り出す。その後、放射線源からのぼやけた反射を受光するために、光起電捕集器をフレームに対し、予め定められた距離に、連結する。光起電捕集器からの熱を散逸させるために、光起電捕集器とやりとりするように放熱板を取り付ける。
【００４０】
柔軟性の平板をフレームに固定する工程は、支持材を柔軟性の平板の両端に連結する工程、及び支持材をフレームに連結する工程を伴うことができる。支持材が提供された時、トルクを加える工程は、柔軟性の平板の各端がフレームに連結する角度を規定するために支持材を回転する工程、及び支持材をこの角度に固定する工程を含むことができる。代替として、トルクを加える工程は、支持材により規定された角度で、留め金を用いて柔軟性の平板の両端を支持材に留める工程、及び柔軟性の平板の断面が正弦波の半周期より小さい曲線を形成するように、留め金を絞めることにより柔軟性の平板を支持材に沿って平行移動させる工程を含むことができる。これら代替案のいずれかの結果として、柔軟性の平板の断面は、半周期以下の正弦波の曲線を形成する。
本発明の様々な詳細は本発明の範囲から離れることなく変更することができる。更に、上記の記載は説明の目的で為されたものであり、制限する目的ではない。
【符号の説明】
【００４１】
１００  太陽エネルギー反射器組立体
１０２  柔軟性の平板
１０４  支持材
１０６  エロンゲートメンバー（細長い部材）
１０８  トルキングメンバー（トルクを加える部材）
１１０  支持材バー
１１２  受光器
１１４  放熱板
１１６  光電池列支持材
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【国際調査報告】
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