(57)【要約】 【課題】本発明は、日陰の影響、高コストのアセンブリ、及びメンテナンスコストに関する問題を解決した太陽光集中収集器を提供する。【解決手段】太陽電池１２０−１及び１２０−２及びマイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２、及び１３０−３は、光学構造体１１０の裏面１１５を略全体的に被覆して、正面１１２から光学構造体１１０内へ向かう太陽光の略全てが、太陽電池１２０−１又は１２０−２を直接光らせるか、又は、マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２又は１３０−３によって反射されるようにする。裏面１１５を、太陽電池１２０−１及び１２０−２とマイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２、及び１３０−３によって、略全体的に被覆して、日陰領域が除去され、光学構造体１１０に入射する略全ての太陽光のエネルギ変換を容易にすることができる。【選択図】図１
2011101012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光集中収集器であって、
略平坦な正面と、前記正面に対向する裏面を有する固体の光透過性光学構造体であって、前記裏面が、第１の受光面領域と、第２の受光面領域と、前記第１の受光面領域と前記第２の受光面領域の間に配置された第１の反射面領域と、を含む前記固体の光透過性光学構造体と、
前記第１の受光面領域に配置された第１の太陽エネルギ収集素子と、
前記第２の受光面領域に配置された第２の太陽エネルギ収集素子と、
前記第１の反射面領域に配置された第１のマイクロファセットミラー配列であって、前記第１の反射面領域へ向かって前記正面を通過した太陽光が当該記第１のマイクロファセットミラー配列で反射し、当該反射した太陽光が前記正面で反射して、前記第１の受光面領域と第２の受光面領域のいずれか一つの対応する領域を介して、前記第１の太陽エネルギ収集素子又は第２の太陽エネルギ収集素子の一つへ入射されるように予め定められた角度で配置された複数の第１のマイクロファセットミラーを含む前記第１のマイクロファセットミラー配列と、
を含む、太陽光集中収集器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電装置に係り、より詳細には、太陽光集中収集器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力生成に使用される太陽光エネルギ収集器は、フラットパネル（平板状の）収集器及び太陽光集中収集器を含む。一般に、フラットパネル収集器は、半導体（例えば、単結晶シリコン又は多結晶シリコン）基板上に形成された太陽電池アレイ（配列）とこれに対応する電子を含み、フラットパネル収集器から出力される電気エネルギがアレイの面積の直接的関数となるので、大規模で高コストな半導体基板が必要であった。これに対し、太陽光集中収集器は、例えば、光線を集中させ、小規模な太陽電池へ方向付けられる太陽エネルギがより強力な光線を生成する放物線状の反射体又はレンズを使用して光線（即ち、太陽光線）を集中させることによって、大規模な半導体基板を使用する必要性を削減する。従って、太陽光集中収集器は、半導体の使用量が実質的に少量である点で、フラットパネル収集器よりも有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の太陽光集中収集器は、製造、運転、及びメンテナンスのコストが高いという問題があった。従来の収集器において使用される光線を集中させるための反射体及び／又はレンズは、個別に製造されるものであり、また、集中光線と太陽電池の間に適切なアラインメント（位置合わせ）を提供するために、極めて慎重にアセンブリすることが必要であった。また、反射体及び／又はレンズは、経時的に、熱周期や振動によるミスアラインメント（位置合わせ誤り）や周囲空気にさらすことによる汚れも発生していた。反射体及び／又はレンズは、洗浄しにくい非均一な形状で製造されている場合は特に、反射体及び／又はレンズを洗浄して調整する形式のメンテナンスは、並大抵ではなかった。
【０００４】
一般に、従来のトラフ式及びカゼグレン式の太陽光集中収集器において、これらの収集器が、日陰効果を生じる、受光面を覆って配置される構造（例えば、ミラー（鏡面）又は太陽電池）を少なくとも含むことによって、従来の太陽光集中収集器から得られる最大の起電力が削減されるという他の問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明の目的は、日陰の影響、高コストのアセンブリ、及びメンテナンスコストなどの従来の太陽光集中収集器における問題を解決できる太陽光集中収集器を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施の形態による太陽光集中収集器を示す斜視図である。
【図２】本発明の具体的な実施の形態による、図１の太陽光集中収集器によって使用される鋸歯状のマイクロファセットミラー配列を概略的に示す基本図である。
【図２Ａ】図２の鋸歯状のマイクロファセットミラー配列の各部を更に詳細に示す図である。
【図２Ｂ】図２の鋸歯状のマイクロファセットミラー配列の各部を更に詳細に示す図である。
【図２Ｃ】図２の鋸歯状のマイクロファセットミラー配列の各部を更に詳細に示す図である。
【図２Ｄ】図２の鋸歯状のマイクロファセットミラー配列の各部を更に詳細に示す図である。
【図２Ｅ】図２の鋸歯状のマイクロファセットミラー配列の各部を更に詳細に示す図である。
【図２Ｆ】図２の鋸歯状のマイクロファセットミラー配列の座標を更に詳細に示す表である。
【図３Ａ】本発明の他の実施の形態による、マイクロファセットミラー配列に対応する他のミラー形状を概略的に示す断面斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施の形態による、マイクロファセットミラー配列に対応する他のミラー形状を概略的に示す断面斜視図である。
【図３Ｃ】本発明の他の実施の形態による、マイクロファセットミラー配列に対応する他のミラー形状を概略的に示す断面斜視図である。
【図３Ｄ】本発明の他の実施の形態による、マイクロファセットミラー配列に対応する他のミラー形状を概略的に示す断面斜視図である。
【図４】本発明の他の実施の形態による、太陽光集中収集器を示す分解斜視図である。
【図５Ａ】本発明の他の実施の形態による、太陽光集中収集器を示す分解斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の他の実施の形態による、太陽光集中収集器を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の他の実施の形態による、太陽光集中収集器を示す分解斜視図である。
【図７】動作中の図６の太陽光集中収集器を概略的に示す側面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態による、太陽光集中収集器を概略的に示す側面図である。
【図９Ａ】本発明のまた他の実施の形態による、太陽光集中収集器のための光学構造体を示す斜視図である。
【図９Ｂ】本発明のまた他の実施の形態による、太陽光集中収集器のための光学構造体を示す斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態による、太陽光集中収集器を概略的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、太陽光集中収集器の改良に関する。以下の記載は、特定の用途及びその要求条件に関連して、当業者が本発明を作成、使用することができるように提供されている。本明細書中で使用されているように、「正面」、「裏面」、「側面」、「上側」、「下側」、「右」、「左」、「右側」、「左側」、「上方」、「下方」、「上部」及び「下部」などの方向を示す用語は、説明するための相対的位置を提供するために使用されており、絶対的な枠組みを指定することを意図するものではない。更に、「固体の、一体成形の」という表現は、本明細書では、別個に製造され、例えば、接着剤、締結具、クリップ、又は可動接合によって、連結される複数の構造体と区別されるように、単一成形又は単一機械加工された構造体を説明するために、使用されている。本発明の好ましい実施の形態への様々な変更が可能であることを当業者は容易に理解し、また、本明細書中に定義されている基本原理は、他の実施の形態へも適用可能である。従って、本発明は、図示し記載した特定の実施の形態に限定されることを意図しないばかりか、本明細書に開示されている基本原理及び新規性を逸脱しない限りにおいて、本発明が広範囲に適用されることを認めものである。
【０００８】
図１は、光学構造体１１０、２つの太陽電池（ＰＶ）（太陽エネルギ収集素子）１２０−１及び１２０−２、及び三つのマイクロファセット（微小面）ミラー配列１３０−１、１３０−２、及び１３０−３を含む太陽光集中収集器１００の一部を示している。動作中、太陽光集中収集器１００は、破線矢印Ｂ１、Ｂ２及びＢ３によって示されるように、太陽光（日光）が、公知の技術を用いて、正面１１２から、略垂直に、光学構造体１１０へ向うように、配向される。
【０００９】
本発明の一態様によれば、光学構造体１１０は、略平坦な（平面状の）正面１１２とこれに対向する裏面１１５を有する、固体の一体成形の光透過性（例えば、低鉄ガラス、透明プラスチック、又は他の透明な固体誘電体）の構造体である。明細書中で使用されている「略平坦な」という表現は、表面特性によって、平行光が、正面１１２の任意の部分を、あまり屈折せずに、通過できることを意図している。以下に説明されるように、裏面１１５は、太陽電池を支持する「受光面領域」と、光を正面へ戻すように反射させるために使用されかつマイクロファセットミラーによって被覆される「反射面領域」と、に分割される。具体的には、下面１１５は、（第１の）受光面領域１１６−１と（第２の）受光面領域１１６−２の間に配置された（第１の）反射面領域１１７−１と、反射面領域１１７−１から、受光面領域１１６−１を介して、離間された（第２の）反射面領域１１７−２と、反射面領域１１７−１から、受光面領域１１６−２を介して、離間された（第３の）反射面領域１１７−３と、を含む。以下に記載される具体的な実施の形態によって示されるように、光学構造体１１０のサイズは、太陽光での発電を増大させるために、長手方向（ｙ軸）及び幅方向（ｘ軸）のいずれにおいても拡縮可能であり、反復可能である。
【００１０】
図１に示されているように、太陽電池１２０−１及び１２０−２は、それぞれ、受光面領域１１６−１及び１１６−２を通過した太陽光が太陽電池１２０−１及び１２０−２に到達するように、公知の技術を用いて（例えば、光透過性接着剤を用いて）、受光面領域１１６−１及び１１６−２（即ち、空隙のない又はガス入り間隙のない領域）に、光結合されている。太陽電池１２０−１及び１２０−２の光結合は、受光面領域１１６−１及び１１６−２を介して、光通過を達成するために、重要である（即ち、受光面領域１１６−１と太陽電池１２０−１及び１１６−２と１２０−２の間に空隙がある場合、受光面領域１１６−１及び１１６−２に光が通過した時、望ましくないＴＩＲ（内部全反射）が発生する可能性がある）。太陽電池１２０−１及び１２０−２は、それぞれ、好ましくは、受光面領域１１６−１及び１１６−２を全体的に被覆する略矩形で長形の構造体である。以下に説明されるように、太陽電池１２０−１及び１２０−２は、好ましくは、光学的損失や抵抗損失を最小限に抑えて、集中太陽光から生じる電流を処理できる接触型金属化格子によって設計される太陽電池であるが、非集中太陽光に使用するために設計される太陽電池であってもよい。太陽電池１２０−１及び１２０−２は、受光面領域１１６−１及び１１６−２を被覆するように寸法決定され、形付けられる集積回路（ＩＣ）チップ（ダイ）を含むことができ、又は、公知の方法によって配列され、接続された複数の小型チップを含むことができる。太陽電池１２０−１及び１２０−２は、配線又は他の接続子（図示せず）によって電気的接続し、公知の技術に従って、所望の回路を形成することができる。
【００１１】
マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２、及び１３０−３は、それぞれ、反射面領域１１７−１、１１７−２、及び１１７−３の下に配置され、光学構造体１１０に対面する。正面１１２を通過して、反射面領域１１７−１、１１７−２、及び１１７−３のいずれか一つへ向かう太陽光は、マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２及び１３０−３の対応する一つによって反射され、正面１１２へ反射される。マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２及び１３０−３は、以下に記載の他の方法によって、配列され、形成される。
【００１２】
本発明の一つの態様によれば、太陽電池１２０−１及び１２０−２及びマイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２、及び１３０−３は、光学構造体１１０の裏面１１５を略全体的に被覆して、正面１１２から光学構造体１１０内へ方向付けられた太陽光の略全てが、太陽電池１２０−１又は１２０−２に直接到達するか、又は、マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２及び１３０−３のいずれかによって反射されるようにする。「略全体的に被覆する」や「太陽光の略全体」という言葉は、有効電力に変換される太陽光の量を最大にするために、反射も行われず、また、太陽エネルギの受容機能としても作用しない領域、例えば、エッジ効果や製造上の欠陥が原因で太陽光が損失される裏面１１５の面積を最小限（例えば、５％未満）にすることを意味する。以下に更に詳述されるように、裏面１１５を、太陽電池１２０−１及び１２０−２とマイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２、及び１３０−３によって、略全体的に被覆することによって、日陰領域を取り除くことによって、光学構造体１１０に入射する略全ての太陽光のエネルギ変換を容易にすることで、本発明は、従来の太陽光集中収集器よりも有利である。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、各マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２、及び１３０−３は、反射された太陽光が、内部全反射によって、正面１１２から、太陽電池１２０−１及び１２０−２の一つに再反射される（即ち、受光面領域１１６−１及び１１６−２の一つに対応する領域を介して）角度において、太陽光が正面１１２方向に反射されるように配置される多数のマイクロファセットミラーを含む。例えば、正面１１２から、光学構造体１１０へ入射し、ミラー配列１３０−１へ向けられる太陽光線Ｂ１は、ミラー配列１３０−１のマイクロファセットミラー（例えば、マイクロファセットミラー１３０−２は、図１の右側の破線円形内に示されており、光学構造体１１０の一部を断面形で示している）によって、角度θ１で、正面１１２へ向かって、反射されている。この角度θ１は、光線Ｂ１が、（図１の上部に位置する小さい破線円形内に示されるように、）正面１１２に入射して内部全反射されて、（図１の一番下の破線円形内に示されるように、）受光面領域１１６−１を介して、太陽電池１２０−１へ入射されるように、選択される。同様に、正面１１２から入射し、ミラー配列１３０−１へ向かう太陽光線Ｂ２は、角度θ２で、正面１１２へ向かって、他のマイクロファセットミラーによって反射される（例えば、図１の右側の破線円形内には、マイクロファセットミラー１３２−２が示されている）。この角度θ２は、太陽光線Ｂ２が正面１１２で内部全反射され、受光面領域１１６−２を介して、太陽電池１２０−２に入射されるように、選択される。以下に更に詳細に説明されるように、角度θ1とθ２は、大きさが同一でもよいが、内部全反射の目標と選択された太陽電池への再方向付けの達成が異なるのが一般的である。正面１１２の任意点を通過し、マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２、又は１３０−３へ方向付けられる太陽光線は、同様に反射し、選択された太陽電池へ再方向付けられる。正面１１２の任意点を通過し、太陽電池の一つに向けられる太陽光線、例えば、図1において、太陽電池１２０−１に入射している状態が示されている太陽光線Ｂ３が、有効な電力に直接変換されることに注目されたい。光学構造体１１０内へ方向付けられる略全ての太陽光線は、太陽電池に直接入射するか、又は、正面１１２で反射して太陽電池に入射するかのいずれかであるので、太陽光集中収集器１００は、光学構造体１１０に入射する略全ての太陽光の電力への変換を容易にし、日陰になった領域や利用不可能な領域を生じない極めて有効な太陽光集中収集器を提供することができる。
【００１４】
本発明の一実施の形態によれば、マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２及び１３０−３の各マイクロファセットミラーは、反射光線の干渉を最小とする連続した鋸歯状パターンにおいて、配列される。具体的には、図１の一番右の円内には、マイクロファセットミラー配列１３０−１が、２つのマイクロファセットミラー群：マイクロファセットミラー１３１−１、１３１−２、及び１３１−３を含む、左側が下に傾斜する第１の群と、マイクロファセットミラー１３２−１、１３２−２、及び１３２−３を含む、右側が下に傾斜する第２の群からなることが示されている。左側が下に傾斜するマイクロファセット１３１−１、１３１−２及び１３１−３は、太陽光が、図１の左側方向へ、（例えば、以下に更に詳細に説明されるように、太陽電池１２０−１へ、太陽電池１２０−１方向に位置する他の太陽電池へ、又は、ミラー１３２−３の右側に位置する太陽電池へ再方向付けるために、マイクロファセットミラー１３１−１の左側に位置するサイドミラーへ）、上記の方法において、マイクロミラーファセット１３１−１、１３１−２及び１３１−３によって、反射されるように、左側対向（第１の）角度配向において、角度付けされる（必ずしも同じ角度である必要はない）。同様に、右傾のマイクロファセット１３２−１、１３２−２及び１３２−３は、太陽光が、図１の右側方向へ、（例えば、太陽電池１２０−２へ、太陽電池１２０−２方向に位置する他の太陽電池へ、又は、マイクロファセットミラー１３１−１の左側に位置する太陽電池へ再方向付けるために、マイクロファセットミラー１３２−３の右側に位置するサイドミラーへ）、上述された方法において、マイクロファセット１３１−１、１３１−２及び１３１−３によって、反射されるように、右側対面（第２の）角度配向において、（即ち、左側対面角度配向の反対側において、半空間で、）角度付けされる。ここで、各マイクロファセットミラーが、第１の隣接するマイクロファセットミラーと共通の上部（第１の）エッジを共有し、第２の隣接するマイクロファセットミラーと共通の下部（第２の）エッジを共有することに注目されたい。例えば、図１の一番右の円内に示されているように、左側が下に向かって傾斜するマイクロファセットミラー１３１−２は、隣接する右側が下に傾斜するマイクロファセットミラー１３２−１と共に、（図面の平面へ延びる）共通の下方位置のエッジＳ１を共有し、隣接する右側が下に傾斜するマイクロファセットミラー１３２−２と共に、（図面の平面へ延びる）共通の上方位置のエッジＳ２を共有する。各マイクロファセットミラーの任意の点から反射される太陽光は、隣接するマイクロファセットミラーによって妨害されないように、鋸歯状パターンが配列されることに注目されたい。例えば、一番右の円内で破線矢印によって示されるように、左傾マイクロファセットミラー１３１−２の下部、中間、及び上部へそれぞれ方向付けられた平行な太陽光線Ｂ１Ａ、Ｂ１、及びＢ１Ｂは、マイクロファセットミラー１３１−２の左側に位置する「歯」（例えば、マイクロファセットミラー１３２−１）によって妨害されることなく、上方へ方向付けられる。同様に、右傾マイクロファセットミラー１３２−２の上部、中間、及び下部へそれぞれ方向付けられた、平行な太陽光線Ｂ２Ａ、Ｂ２、及びＢ２Ｂは、マイクロファセットミラー１３２−２の右側に位置する「歯」（例えば、マイクロファセットミラー１３１−３によって）によって妨害されることなく、上方へ方向付けされる。ミラー配列１３０−１の形態において使用される例示的な鋸歯状パターンが、図２に示されている。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、及び２Ｅは、ミラー配列１３０−１を更に詳細に示す拡大断面図である。図２Ｆは、鋸歯状パターンの座標を含む。図２に示されるような、反射された太陽光が、隣接するマイクロファセットによって妨害されない、つまりは、基本的に、「継ぎ目のない」鋸歯ミラー配列を使用することによって、太陽光集中収集器１００は、マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２及び１３０−３へ方向付けられた太陽光の略全ての反射が、太陽電池１２０−１及び１２０−２への確実な再方向付けを容易にすることができる。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２、及び１３０−３のミラー配列は、反射された太陽光が、略一様な又は均一な照射分散を有する範囲で太陽電池１２０−１及び１２０−２へ方向付けられるように、配置される。例えば、図１の中央下に示されるように、各ミラーファセット（鏡小面）によって反射された太陽光線（例えば、反射された太陽光線Ｂ１Ａ、Ｂ１、及びＢ１Ｂ）は、コリメート（平行光）方式で、受光面領域１１６-１に到達するように、平行経路に沿って、方向付けられる。この種の光線は、太陽電池１２０−１のピーク集中を最小限に抑え、これにより、太陽電池１２０−１において高い電流密度によって生じるＩ２Ｒ抵抗又は抵抗損失を最小限に抑える。更に、このような光線は、透過性誘電材料への光の集中を最小限に抑え、これにより、材料の劣化を抑制し、寿命の延長を補助する。他の実施の形態において、太陽光線Ｂ１Ａ、Ｂ１、及びＢ１Ｂは、光線が太陽電池１２０−１に到達した時に１つのライン上に焦点合わせ（フォーカス）されず、面状に入射されるように方向付けられる。他の実施の形態において、所望される略一様又は均一な照度分布パターンは、太陽電池の様々な領域上へ様々なミラーファセットからの光線を方向付けることによって、達成され、これにより、一群のマイクロファセットミラーによって反射される太陽光は、目標とされる太陽電池の表面を覆って、拡散される。この種の光線配列によって、太陽電池１２０−１において生成される低い電流密度レベルによるＩ２Ｒの直列抵抗に関連する損失が削減される。現在のところ、略一様又は均一な放射照度分布パターンが好ましいとされるが、この限定について具体的な記載がない限り、添付の請求の範囲は、略一様又は均一な放射照度分布パターンに限定されることを意図していない。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、ミラーファセットの長手方向に平行に（即ち、図１のＸ方向に平行であり、Ｙ方向に垂直な平面において）、方向付けられたマイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２及び１３０−３のミラーファセットへ方向付けられる太陽光はいずれも、収集器の太陽電池へ方向付けられる。即ち、Ｘ軸に平行、Ｙ軸に垂直な平面において、正面１１２に垂直な光線と非垂直な光線の両方が、マイクロファセットミラー配列１３０−１、１３０−２、及び１３０−３によって、対応する太陽電池１２０−１及び１２０−２へ、略同様に反射される。即ち、Ｘ軸に平行、Ｙ軸に垂直な平面にあるが、９０°未満の角度で、正面１１２に入射する光線は、所与のミラーファセットによって、同一角度で、反射されるが、入射角度が垂直ではないので、Ｘ軸方向にずれた位置において、対応する太陽電池１２０-１又は１２０−２に当射する。この特性によって、本発明によって形成される線形の太陽光集中収集器は、アジマス回転追跡ベースシステムと一緒に使用することが特に好適になる。例えば、アジマス回転追跡ベースシステムは、「交換可能な太陽収集コンポーネントを有する２部分太陽エネルギ収集システム（ＴＷＯ−ＰＡＲＴ  ＳＯＬＡＲ  ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＬＬＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＲＥＰＬＡＣＥＡＢＬＥ ＳＯＬＡＲ ＣＯＬＬＥＣＴＯＲ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ）」（事件整理番号２００８１３７６−ＮＰ−ＣＩＰ２（ＸＣＰ−０９８−３ＰＵＳ））と題された特に共同所有され、同時継続中のシステムであり、本発明と同時に出願され、その全体が参照することによって本明細書中に組み込まれている。
【００１７】
本発明の一実施の形態によれば、マイクロファセットミラー配列１３０−１は、非常に低い高さと対応する様々な厚みを含み、トラフ式又はカセグレン式の太陽光集中収集器に対応する湾曲面より、成形又は形成が簡単であり、製造コストも低い。図２の測定ラインによって示されているように、例示的な実施の形態において、各ミラーファセット１３１及び１３２（例えば、図１に示されるミラー（鏡面）１３１−２）は、幅Ｗが、約０.１〜０.４ｍｍであり、公称の高さＨが、約０.１５ｍｍである。これらの寸法を有するミラーファセットを用いた場合、光学素子１１０は、公称厚さＴ（図１に示される）が約１０ｍｍの誘電体シートを使用して作製することができ、これによって、太陽光集中収集器１００の全体的な製造コストの削減が容易になる。他の実施の態様において、幅０.０３〜５０ｍｍ、公称高さ０.０１〜２０ｍｍのミラーファセットは、適切な全体的な製造コストを実現する太陽光集中収集器を生成するために、用いられる。
【００１８】
図３（Ａ）、３（Ｂ）、３（Ｃ）、及び３（Ｄ）は、本発明の様々な他の実施の形態による様々な略一様な又は均一な放射照度分布パターンを生成するための例示的なミラーファセット形状を示す概略化された斜視側断面図である。図３(Ａ)は、平坦な（直線型）交互ミラーファセット１３１Ａ及び１３２Ａが、隣接する「歯」の干渉を回避するために、上記のように、傾斜付けられた第１の三角型の鋸歯状パターンを示している。図３（Ｂ）は、ミラーファセット１３１Ｂの反射面が反射面１３２Ｂよりやや短い第２の三角型の鋸歯状パターンを示している。これらのケースは、それぞれ、平坦な鏡面形状が、３次元空間において、矩形反射面を形成することに注目されたい。図３（Ｃ）は、ミラーファセット１３１Ｃが、直線（平坦な）反射面を有するが、ミラーファセット１３１Ｃの反射面を、入射光を集束するために使用可能なように、湾曲されている（部分的に円筒形）他の鋸歯状パターンを示している。最後に、図３（Ｄ）は、ミラーファセット１３１Ｄの反射面が、直線形（平坦）であり、ミラーファセット１３２Ｄの反射面が、収束光線を生じるためにサブファセット（再分割）された、他の鋸歯状パターンを示している。また、隣接するファセットの反射面各々は、隣接ファセットから生じる干渉を回避する収束光線を生成するために、凹状になっていることに注目されたい。当業者は、これらの例示的なミラーファセット形状は、例示に過ぎないこと、そして、形状について特に具体的な記載がない限り、添付の請求の範囲が、特別な形状に限定されることはないことを理解するであろう。
【００１９】
図４は、本発明の特定の実施の形態による、太陽光集中収集器１００Ａを示す分解斜視図である。（上記の）太陽光集中収集器１００と同様、太陽光集中収集器１００Ａは、光学構造体１１０Ａ、太陽電池１２０Ａ−１及び１２０Ａ−２、及び三つのマイクロファセットミラー配列１３０Ａ−１、１３０Ａ−２、及び１３０Ａ−３を含む。光学構造体１００Ａは、略平坦な正面１１２Ａと、正面１１２Ａに略平行な裏面１１５Ａと、を有する固体の誘電体（例えば、プラスチック又はガラス）シート状構造である。裏面１１５Ａは、太陽電池１２０Ａ−１及び１２０Ａ−２が上記の方法で載置されている平面状の（平坦な）受光面領域１１６Ａ−１及び１１６Ａ−２を含む。本発明の実施の形態によれば、反射面領域１１７Ａ−１、１１７Ａ−２、及び１１７Ａ−３は、公知の技術を用いて、上述した鋸歯状パターンのいずれかにおいて配列された多数の平行なマイクロファセットを含むように処理され、マイクロファセットミラー配列１３０Ａ−１、１３０Ａ−２、及び１３０Ａ−３は、反射鏡材料（例えば、銀（Ａｇ）又はアルミニウム（Ａｌ）又は高効率な多層誘電体反射塗料）をスパッタリングするか、或いは、平行なマイクロファセット面に直接付着させることによって、作製される。この製造技術は、製造コストを削減し、優れた光学特性を提供することができる。即ち、鏡膜をスパッタリングするか、又は、公知の鏡面作製技術を用いて、反射面領域１１７Ａ−１、１１７Ａ−２、及び１１７Ａ−３上に形成することによって、マイクロファセットミラー配列１３０Ａ−１、１３０Ａ−２及び１３０Ａ−３は、平行なマイクロファセット面形状となる。このように、反射面領域１１７Ａ−１、１１７Ａ−２、及び１１７Ａ−３が所望の鏡面形状を作り出せ配列され形付けられるように、光学構造体１１０Ａは成形又は作製される。所望の形状及び所望の位置を有する、反射面領域１１７Ａ−１、１１７Ａ−２、及び１１７Ａ−３及び受光面領域１１６Ａ−１及び１１６Ａ−２を形成することによって、マイクロファセットミラー配列１３０Ａ−１、１３０Ａ−２、及び１３０Ａ−３が、効率的に自己形成し、及び自己位置合わせするので、従来の太陽光集中収集器におけるような高価なアセンブリやアラインメントに掛かるコストを削減することができる。更に、マイクロファセットミラー配列１３０Ａ−１、１３０Ａ−２、及び１３０Ａ−３、正面１１２、及び太陽電池１２０Ａ−１及び１２０Ａ−２が光学構造体１１０Ａに取り付けられたままであるので、これらの相対的位置が永久に設定され、これによって、従来の多数の部品配列において必要とされた調整や再位置合わせの必要性がなくなる。また、ミラーを作製するために光学構造体１１０Ａの平行なマイクロファセット面を使用することによって、光が正面１１２Ａから光学構造体１１０Ａへ入射すると、太陽電池１２０Ａ−１又は１２０Ａ−２に達する前に、この光は、光学構造体１１０Ａの内部に実質的に残留する。このように、光は、空気／ガラス界面（即ち、正面１１２Ａにおいて）へ露出されるにすぎないので、従来の多数部品からなる太陽光集中収集器が受けたような損失を最低限に抑えることができる。
【００２０】
図５(Ａ)は、他の特定の実施の形態による、太陽光集中収集器１００Ｂを示す分解斜視図である。太陽光集中収集器１００Ｂは、光学構造体１１０Ｂ、太陽電池１２０Ｂ−１及び１２０Ｂ−２、及び、それぞれの光透過性誘電膜１４０Ｂ−１、１４０Ｂ−２及び１４０Ｂ−３の上にそれぞれ形成された三つのマイクロファセットミラー配列１３０Ｂ−１、１３０Ｂ−２、及び１３０Ｂ−３を含む。光学構造体１００Ｂは、略平坦な正面１１２Ｂと、この正面１１２Ｂに略平行な裏面１１５Ｂと、を有する固体の誘電体（例えば、プラスチック又はガラス）のシート状構造であり、上記の方法において、太陽電池１２０Ｂ−１及び１２０Ｂ−２を受け取るための平面状（平坦な）受光面領域１１６Ｂ−１及び１１６Ｂ−２、及び平坦な（平面状の）反射面領域１１７Ｂ−１、１１７Ｂ−２、及び１１７Ｂ−３を含む。この実施の形態において、公知の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）作製技術の改良版を用いて、マイクロファセットミラー配列１３０Ｂ−１、１３０Ｂ−２、及び１３０Ｂ−３は、光透過性の誘電膜１４０Ｂ−１、１４０Ｂ−２及び１４０Ｂ−３に作製される。一旦このように処理されると、次に、誘電膜１４０Ｂ−１、１４０Ｂ−２、及び１４０Ｂ−３は、光学構造体１１０Ｂ上の表面領域１１７Ｂ−１、１１７Ｂ−２及び１１７Ｂ−３に、（例えば、接着剤を用いて、）積層されるか、又は、固着される。太陽電池１２０Ｂ−１及び１２０Ｂ−２は、受光面領域１１６Ｂ−１及び１１６Ｂ−２に、直接、光結合される。この製造方法では、図４に関連して上記した直接ミラー形成技術より、製造コスト面では高くなり、また、鏡面膜を光学構造体１１０上へ直接形成することによってもたらされる優れた光学特性を低下させる可能性もあるが、いくつかの例においては、利点をもたらす。
【００２１】
図５（Ｂ）は、他の具体的な実施の形態による、太陽光集中収集器１００Ｂ１を示す分解斜視図である。太陽光集中収集器１００Ｂ１は、光学構造体１１０Ｂ１、太陽電池１２０Ｂ１−１及び１２０Ｂ１−２、及び単一光透過性誘電体１４０Ｂ１に形成される三つのマイクロファセットミラー配列１３０Ｂ−１、１３０Ｂ−２、及び１３０Ｂ−３を含むという点で、太陽光集中収集器１００Ｂ１（図５(Ａ)参照）と類似している。光学構造体１００Ｂ１は、略平坦な正面１１２Ｂ１と、略平面状の、正面１１２Ｂ１に平行な裏面１１５Ｂ１を有する固体誘電体（例えば、プラスチック又はガラス）シート状の構造体である。先の実施の形態におけるように、マイクロファセットミラー配列１３０Ｂ１−１、１３０Ｂ１−２、及び１３０Ｂ１−３は、公知の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）作製方法の改良版を用いて、光透過性誘電膜１４０Ｂ１に作製される。一旦、このように処理されると、誘電膜１４０Ｂ１は、光学構造体１１０Ｂ１上の裏面１１５Ｂ１に、（例えば、接着剤を用いて）積層されるか、又は、固着され、これによって、ミラー配列１３０Ｂ１−１、１３０Ｂ１−２及び１３０Ｂ１−３によって被覆された裏面１１５Ｂ１の領域は、反射面領域１１７Ｂ１−１、１１７Ｂ１−２及び１１７Ｂ１−３として、作用する。太陽電池１２０Ｂ−１及び１２０Ｂ−２は、誘電膜１４０Ｂに光結合し、誘電膜１４０Ｂ１が取り付けられる時、裏面１１５Ｂ１に配置され、これによって、太陽電池１２０Ｂ−１及び１２０Ｂ−２によって被覆される裏面１１５Ｂ１の領域は、受光面領域１１６Ｂ１−１及び１１６Ｂ１−２として、作用する。現在、好ましいとされる構造は、平面状の非構造化受光面が平坦な誘電性プレート（プラスチック又はガラス）に積層された薄膜のマイクロファセット反射シートと、薄膜のマイクロファセット反射シートの受光面に載置された太陽電池を含む。この製造方法は、図４に関して上記した直接ミラー形成技術より製造コストが高くなり、また、光学構造１１０へ鏡面膜を直接形成することによってもたらされる優れた光学特性を低減させる可能性もあるが、利点をもたらす例もいくつかある。
【００２２】
再び、図１に戻ると、マイクロファセットミラー配列１３０−１と太陽電池１２０−１及び１２０−２は、光学構造体１１０の対応部分と一緒に、所望の数の太陽電池と対応する太陽光発電を有する太陽光集中収集器を作り出すために、何度も反復可能な基本設計装置を形成する。以下に、本発明の他の態様及び代替を例示するために、これらの基本設計装置のうちの２つの例を挙げる。基本設計装置の数が特に具体的に記載されていない限り、添付の請求の範囲が、以下に例示される基本設計装置の数に限定されないことが理解されよう。
【００２３】
図６は、他の具体的な実施の形態による太陽光集中収集器１００Ｃを示す分解斜視図である。太陽光集中収集器１００Ｃは、上記の方法と同様に、平坦な正面１１２Ｃと、太陽電池１２０Ｃ−１、１２０Ｃ−２、１２０Ｃ−３をそれぞれ受け取るための３つの平面状（平坦な）受光面領域１１６Ｃ−１、１１６Ｃ−２、１１６Ｃ−３、及び４つのマイクロファセットミラー配列１３０Ｃ−１、１３０Ｃ−２、１３０Ｃ−３、１３０Ｃ−４を含むように上記の方法と同様に処理された４つの反射面領域１１７Ｃ−１、１１７Ｃ−２、１１７Ｃ−３、１１７Ｃ−４を含む正面１１２Ｃに対向する裏面１１５Ｃと、を有する長さが延長された光学構造体１１０Ｃを含む点において、先の実施の形態と異なる。
【００２４】
図６の縦方向の破線矢印によって示されているように、マイクロファセットミラー配列１３０Ｃ−１及び１３０Ｃ−３は、マイクロファセットミラー配列１３０Ｃ−１及び１３０Ｃ−３で反射した反射光が、正面１１２Ｃで内部全反射して太陽電池１２０Ｃ−１、１２０Ｃ−２、及び１２０Ｃ−３へ入射されるという点で、上記の実施の形態と同様に機能する。例えば、マイクロファセットミラー配列１３０Ｃ−３は、ミラー配列１３０Ｃ−３の第１の領域へ方向付けられた第１の太陽光線Ｂ４が、対応するマイクロファセットミラーによって反射され、正面１１２Ｃで反射して、太陽電池１２０Ｃ−１へ入射されるように配置され、また、ミラー配列１３０Ｃ−３の第２の領域へ方向付けられた第２の太陽光線Ｂ５が、対応するマイクロファセットミラーによって反射され、正面１１２Ｃで反射して、太陽電池１２０Ｃ−２へ方向付けられるように配置され、更に、ミラー配列１３０Ｃ−３の第３の領域へ方向付けられる第３の太陽光線Ｂ６が、対応するマイクロファセットミラーによって反射され、正面１１２Ｃで反射して、太陽電池１２０Ｃ−３へ入射されるように、配置される。光が、ミラー配列１３０Ｃ−３から太陽電池１２０Ｃ−１、１２０Ｃ−２、及び１２０Ｃ−３へ反射される領域は、光が正面１１２Ｃから太陽電池へ反射するために必要な角度によって、決定されることに注目されたい（例えば、その領域が特定の太陽電池に近接しすぎている場合、内部全反射が達成されない場合があるので、ミラーファセットは、ミラーファセットから遠く離間している太陽電池へ光を反射するように角度付けする必要がある。）
【００２５】
この実施の形態の光学構造体１１０Ｃは、正面１１２Ｃと反射面領域１１７Ｃ−２に隣接する裏面１１５Ｃの間を延出する（第１の）平坦な垂直側面１１３Ｃを含み、正面１１２Ｃと反射面領域１１７Ｃ−４に隣接する裏面１１５Ｃの間を延出する（第２の）平坦な垂直側面１１４Ｃを含むという点で、上記の実施の形態と異なる。この実施の形態によれば、太陽光集中収集器１００Ｃは、側面１１３Ｃに配置された（第１の）平坦なサイドミラーと側面１１４Ｃに配置された（第２の）平坦なサイドミラー１５０Ｃ−２を更に含み、マイクロファセットミラー配列１３０Ｃ−２及び１３０Ｃ−４は、光が、正面１１２Ｃから選ばれた太陽電池へ内部全反射によって再反射される前に、対応するサイドミラー１５０Ｃ−１又は１５０Ｃ−２によって、反射されるように、少なくともいくらかの太陽光を反射するように、配列される。例えば、サイドミラー１５０Ｃ−１とマイクロファセットミラー配列１３０Ｃ−２は、正面１１２Ｃから左傾ミラーファセットミラー配列１３０Ｃ−２まで通過する太陽光線Ｂ７が、サイドミラー１５０Ｃ−１によって正面１１２Ｃ方向へ再反射され、正面１１２Ｃから、ＴＩＲ（内部全反射）によって、太陽電池１２０Ｃ−１へ再反射されるような角度において、サイドミラー１５０Ｃ−１へ向かって、反射するように、配置される。右傾マイクロファセットミラー配列１３０Ｃ−２に当射する太陽光線Ｂ８は、正面１１２Ｃから太陽電池１２０Ｃ−２へ内部全反射によって再反射される角度において、サイドミラー１５０Ｃ−１から離間されて反射されることに注目されたい。図６の右側を参照すると、サイドミラー１５０Ｃ−２と右傾マイクロファセットミラー配列１３０Ｃ−４も、同様に、太陽光線Ｂ９が右傾マイクロファセットミラー配列１３０Ｃ−４によってサイドミラー１５０Ｃ−２へ反射されるように、即ち、太陽光線Ｂ９が、正面１１２Ｃへ向かって再反射され、正面１１２Ｃから、内部全反射（ＴＩＲ）によって、再び、太陽電池１２０Ｃ−３へ再反射されるように、配置される。左傾マイクロファセットミラー配列１３０Ｃ−４に当射する太陽光線Ｂ１０は、正面１１２Ｃから、太陽電池１２０Ｃ−２へ内部全反射によって再反射される角度で、サイドミラー１５０Ｃ−２から離間されて反射される。先の実施の形態におけるように、光学構造体１００Ｃから直射し、太陽電池まで通過する太陽光は、反射されない（例えば、太陽光線Ｂ３は、太陽電池１２０Ｃ−３へ方向付けられている）。
【００２６】
図７は、動作中の太陽光集中収集器１００Ｃを示す略側面図であり、正面１１２Ｃ上方に配置された垂直線が入射光線を表しており、光学構造体１１０Ｃ内の傾斜線は、光が、ミラー配列１３０Ｃ−１、１３０Ｃ−２、１３０Ｃ−３及び１３０Ｃ−４、及びサイドミラー１５０Ｃ−１及び１５０Ｃ−２によって、太陽電池１２０Ｃ−１、１２０Ｃ−２及び１２０Ｃ−３のうちの１つへ方向付けられたときの光の反射パターンを示している。図示されているように、太陽光集中収集器１００Ｃによって提供されるミラー配列によって、光学構造体１１０Ｃの外縁部に沿って受光される光の損失が最小限に抑えられ、一層、効率を高めることができる。
【００２７】
本発明がいくつかの具体的な実施の形態に関して記載されているが、当業者は、本発明の特徴が、その全てが本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、他の実施の形態にも適用可能であることを理解するであろう。
【００２８】
例えば、上記の実施の形態において使用した光学構造体は、一般に、平坦な裏面を有しているが、当業者は、本明細書中で記載されているマイクロファセットミラー配列が角度付けされた面に配置可能であることを容易に理解するであろう。図８は、光学構造体１１０Ｄが、平坦な正面１１２Ｄと、上記の方法において、反射面領域１１７Ｄ−１〜１１７Ｄ−４上にそれぞれ形成されたミラー配列１３０Ｄ−１、１３０Ｄ−２、１３０Ｄ−３、及び１３０Ｄ−４を有する、一連の角度付けされた（例えば、くさび形の）反射面領域１１７Ｄ−１〜１１７Ｄ−４を含む対向する下面１１５Ｄと、図６及び図７に関して記載したように使用されるサイドミラー１５０Ｄ−１及び１５０Ｄ−２を含む太陽光集中収集器１００Ｄを示している、図７に類似した概略側面図である。図９(Ａ)は、角度付けされた反射面領域１１７Ｄ−１〜１１７Ｄ−４をより明確に示すための光学構造体１１０Ｄを示している。
【００２９】
他の例として、記載されている実施の形態において使用されている光学構造体が、かなり大きな面積の太陽電池に対して拡散される集中光を生成するが、高温の太陽電池を使用し、より高密度の光を使用し、これによって、太陽電子の小型化、ひいては、費用を削減することができる。このような場合、１１６Ｅ−１、１１６Ｅ−２、及び１１６Ｅ−３を細くするために、例えば、図９（Ｂ）に示されるように、変更することができ、反射面領域１１７Ｄ−１〜１１７Ｄ−４の寸法を大きくすることができる。図１０に示されるように、得られる太陽光集中収集器１００Ｄは、より小さな（即ち、より細い）太陽電池１２０Ｅ−１、１２０Ｅ−２及び１２０Ｅ−３を使用し、ミラー配列１３０Ｅ−１、１３０Ｅ−２、１３０Ｅ−３及び１３０Ｅ−４は、図示されるように、光を細い太陽電池へ集中させするように配置される。
【００３０】
他の実施の形態は、内部全反射が正面から空気などのガスなどの環境への界面において発生する保護内部全反射表面、内部全反射が恐らくスペーサー素子を含む閉ガス体積への界面で発生する保護内部全反射表面、ファセット半車体の少なくともいくつかに対して二つのノンガス媒体及び／又はいくつかの化合物の角度の利点を利用するいくつかの入射立面角度の間の界面において内部全反射が発生する保護内部全反射表面、ノンガス媒体の一つが１．３５未満の屈折率を展開する保護内部全反射表面、及び、ノンガス媒体の一つがポリシロキサン（シリコーン）、フッ素化重合体（例えば、テフロン（登録商標））、水溶液、油、その他の材料のクラスから選択される保護内部全反射表面を含む。
【符号の説明】
【００３１】
１００：  太陽光集中収集器
１１０：  光学構造体
１１２：  正面
１１５：  裏面
１１６−１，２，３：  受光面領域
１１７−１，２，３：  反射面領域
１２０−１，２，３：  太陽電池
１３０−１，２，３：  マイクロファセットミラー配列
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
2011101012.tif 000009
【図２Ｆ】
2011101012.tif 000010
【図３Ａ】
2011101012.tif 000011
【図３Ｂ】
2011101012.tif 000012
【図３Ｃ】
2011101012.tif 000013
【図３Ｄ】
2011101012.tif 000014
【図４】
2011101012.tif 000015
【図５Ａ】
2011101012.tif 000016
【図５Ｂ】
2011101012.tif 000017
【図６】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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