(57)【要約】【課題】太陽光の集束密度を大幅に向上し、エネルギーの転換／利用ポイントを集中させ、太陽光追尾機構を更に簡略化し、装置全体の機械信頼性を更に高め、投資および運行コストを抑えた太陽エネルギー集積利用装置を提供する。【解決手段】本発明の太陽エネルギー集積利用装置には太陽光を収集し、それを光点状に集積する放物面採光鏡と、太陽光収集器と、太陽エネルギー貯蔵転換設備と、太陽光追尾設備とを含む。該太陽光追尾設備には、実行機械部分と光電気制御部分とを含む。そのうち太陽光収集器には、光点をほぼ平行の光束に転換してから指向放射する光線ガイド器、および光線ガイド器が射出するほぼ平行の光束を受け、太陽エネルギー貯蔵転換設備に集積する曲面集積鏡を含む。光線ガイド器には光線に対し点集束を行なうガイド鏡を含む。【選択図】図１
2007524055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を採集し、それを光点状に集積する放物面採光鏡と、太陽光収集器と、太陽エネルギー貯蔵転換設備と、実行機械部分と光電気制御部分を有する太陽光追尾設備とを含む太陽エネルギー集積利用装置であって、
前記太陽光収集器には光点をほぼ平行の光束に転換してから指向射出する光線ガイド器と、前記光線ガイド器が射出するほぼ平行の光束を受けて前記太陽エネルギー貯蔵転換設備に集積する曲面集積鏡とを含んでおり、前記光線ガイド器には光線に対し点集束を行なうガイド鏡を含んでおり、前記採光鏡の焦点と該ガイド鏡の焦点は重なり合うことを特徴とする太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項２】
前記の各放物面採光鏡に光線ガイド器が1セットずつ設置され、複数の放物面採光鏡の光線ガイド器は1つの前記曲面集積鏡を共用していることを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項３】
前記光線ガイド器の前記採光鏡上における太陽光の投影面積と、採光鏡の開口面積との比は1.5%以下であり、前記ガイド鏡の前記放物面採光鏡上における太陽光の投影面積は、その採光鏡の開口面積の0.1%〜1.5%であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項４】
前記放物面採光鏡および／あるいはガイド鏡および／あるいは曲面集光鏡は完全な放物回転面式の反射集光鏡であり、あるいは前記放物面採光鏡および／あるいはガイド鏡および／あるいは曲面集光鏡は放物回転面式の反射集光鏡の有効集光部分であり、前記採光鏡の焦点距離とその開口直径との比（F/D比）は0.55〜1.1の間であり、ガイド鏡のF/D比は0.1〜0.3の間であることを特徴とする請求項３に記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項５】
複数の前記曲面集積鏡の鏡軸は南北向きで、かつ東西に沿って並列に隙間なく配置されており、複数の前記ガイド鏡の鏡軸も南北に沿って配置され、かつ列を成す曲面集積鏡のグループを水平指向し、これに対応して、配列された複数の前記採光鏡は南北向きにおいて等高に取り付けられ、また東西向きにおいて直線状に等高に配列されており、同一の曲面集積鏡に指向されるが、距離が異なるガイド鏡の間は水平偏傾方式によって配列されており、あるいは配列された複数の前記採光鏡は南北向きにおいて直線状に配列され、また東西向きにおいて直線状に等高に配列されており同一の曲面集積鏡に指向されるが、距離が異なるガイド鏡の間は上がり段偏傾方式によって取り付け、配列されることを特徴とする請求項４に記載の太陽エネルギー集積利用装置。 
【請求項６】
前記実行機械部分には、動力装置と、剛性の直棒形伝動器と、各放物面採光鏡の開口仰角制御機構とを含み、1本の直棒形伝動器は、同一に直列される各放物面採光鏡の開口仰角制御機構と同時連結され、前記実行機械部分は、さらに液圧駆動器と、各放物面採光鏡の開口視角制御液圧支柱とを含み、1セットの液圧駆動器はそれぞれ同列の各放物面採光鏡の開口視角制御液圧支柱と連結されることを特徴とする請求項５に記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項７】
前記光線ガイド器はガイド器支柱にヒンジで連結され、該ガイド器支柱の下部と採光鏡あるいは採光鏡架台間は連結固定され、該光線ガイド器には東西向きの回転軸と、この回転軸によってガイド器支柱にヒンジで連結された鏡脚と、この鏡脚を駆動してその回転軸を回る回転機構とを含み、前記鏡脚はガイド鏡の焦点と採光鏡の焦点との重ね合わせを保証する構造と寸法を有していることを特徴とする請求項６に記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項８】
前記光電気制御部分は単体あるいは複数の前記直棒形伝動器と、単体あるいは複数の前記液圧駆動器と、単体あるいは複数の前記回転機構を連結し、制御していることを特徴とする請求項７に記載の太陽エネルギー集積利用装置。 
【請求項９】
前記反射式ガイド鏡が構成する光線ガイド器には、更に採光鏡とガイド鏡の間の光路上に設置する凸レンズリングおよび／あるいはガイド鏡と曲面集積鏡の間の光路上に設置する凹レンズリングも含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項１０】
放物面採光鏡と、太陽光収集器と、太陽エネルギー貯蔵転換設備と、太陽光追尾設備とから構成される装置を採用し、その太陽光収集器には、前記光点をほぼ平行な光束に変換してから指向放射する光線ガイド器と、前記光線ガイド器が射出するほぼ平行の光束を受けて前記太陽エネルギー貯蔵転換設備に集積する曲面集積鏡とを含む請求項１に記載の集束式太陽エネルギー利用装置を採用したシステムであって、
前記太陽エネルギー貯蔵転換設備は多層保温の構造であり、その構造は複数の前記曲面集積鏡に対応し、かつそれには曲面集積鏡の集積光線を受ける受光穴が開けられており、その最深部のシェル層にはエネルギーを蓄積および／あるいはエネルギーを転換する作業物質が収容され、前記エネルギーを蓄積および／あるいはエネルギーを転換する作業物質は溶融塩、水、蒸気、溶解原料、光電池であることを特徴とする集束式太陽エネルギー利用装置を採用したシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽エネルギー利用に関し特に集束式太陽エネルギー利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーは無限のエネルギーであり、かつまた何らの汚染も発生しない為、最も理想的な再生可能エネルギー源である。太陽エネルギーの応用には大きな進歩のための幅広いスペースが残されており、無限の可能性を秘めているが、現時点での太陽エネルギーの利用技術は商業的な応用レベルに達するにはまだ遠く及ばないのが現状である。
【０００３】
太陽エネルギーの応用技術の研究は多くの面において行われているが、ひとつの根本的な難点が克服できないでいる。それは太陽光のエネルギー密度が極めて低く、たとえ晴天で太陽が垂直に照射している場合でも、太陽光の最大エネルギー密度の値は1平方メートルあたりわずか1000ワットあまりに過ぎないのである。この根本的な事実が太陽エネルギーの利用技術の発展を大きく制限してしまっている。
【０００４】
例えば、太陽光を集束しない条件で、太陽光エネルギーを直接利用する技術については、太陽電池を通して太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換するものを含め、現在の太陽エネルギー電池の製造コストは依然として高く、発電効率もわずか15%前後に過ぎない。またこの１平方メートルの太陽エネルギー電池板の最大出力はわずか150ワット程度であり、1年間で提供できる電気エネルギーはたったの約200キロワットにすぎない。計算してみると、その電気エネルギーの単位コストは火力発電の10倍にも上ることがわかる。この極端に高い電力価格が、この技術が本格的に商業的応用に進出することが出来ないでいる要因となっている。
【０００５】
また例えば、太陽光エネルギーを直接熱エネルギーに変換する技術は、太陽エネルギーを温水、蒸気あるいはその他の熱溶融体に変換するものである。太陽エネルギーの低温応用技術として徐々に広まりつつある真空管温水器などは、太陽エネルギーの真空管応用の製造コストは現時点ですでに低くなっているが、太陽光のエネルギー密度が低すぎる為、太陽光が直接真空管に照射している条件であっても、夏でやっと80〜90℃、冬にはたった40〜50℃の温水しか作り出すことができない。このような水温では家庭用のシャワー以外では、ほとんど利用に適するものがない。国連の統計調査によると、100℃〜240℃の熱利用が人類のエネルギー総消費量50％を占めているとのことであり、よって太陽エネルギーの光熱応用を幅広い市場に出すためには、太陽エネルギー利用技術における熱生産の温度の向上が必須条件であり、それを250℃ひいてはそれ以上にする必要がある。
【０００６】
問題の重要なポイントは、太陽光のエネルギー密度が低すぎることによる利用の難しさである。集光鏡で太陽光エネルギーを集束し、その密度を何倍かに上げてからそれぞれの対象へと利用するのが実現性のある道筋であると思われる。しかし何年もの間、国内外の多くの専門家がさまざまな集光装置を開発し、この問題の解決を試みたが、現在に至るまで商業的応用が可能で大規模に普及することができた集光装置は1つも現れていない。そうした中で技術経済的に最大の障害となっているのが、集光鏡に最大限の太陽エネルギー集光比率を与える為、集光鏡に太陽の運動を追尾させるシステムが必須になり、これが装置全体の運行コストを大幅に高めてしまっていることである。
【０００７】
太陽光の集束利用について、これまでに光の屈折原理と屈折式レンズを利用して屈折式集光器、あるいは平面鏡を補って太陽エネルギー高温炉を作り出した人たちもいる。しかしガラスレンズは明らかに重く、製造工程が複雑で、コストがかかり過ぎ、大規模なものを作る事が難しかった。よって屈折式集光器は長きにわたり発展を遂げられなかった。1970年代、国外において大型の平面タイプの集光鏡―フレスネルレンズが開発され、これを用いた太陽光集光集熱器の製作が試みられた。フレスネルレンズは軽く、価格も低く、点集束と線集束の区別もできた。通常は有機ガラスまたはその他の透明プラスチックで作られ、あるいはガラスで作られるものもあった。これは主に太陽電池の集光発電システムに用いられたのだが、結果としてどれも満足のいくものはできなかった。
【０００８】
現在に至るまで、比較的普及した太陽光集束利用装置はどれも反射鏡式のものである。これら装置には集光反射鏡以外に、吸収器と追尾システムが含まれている。現在おおまかに3種類があり、それはタンク式集光装置、タワー式集光装置、ボード式集光装置である。（１）タンク式集光装置はまたタンク式線集束システムとも呼ばれる。このシステム装置は放物柱面のタンク方式反射鏡を利用し、太陽光を管状の収集器に集束し、管の中の伝熱作業物質を加熱することで、中温の作業物質を作り出し、熱交換器内で水蒸気を発生させて通常の蒸気タービン発電機構を回すものである。この装置は一次元追尾を行なう必要がある。（２）タワー式集光装置はまたタワー式集束システムとも呼ばれる。タワー式太陽エネルギー熱電システムの基本構造には、多くの平面反射鏡または曲面反射鏡によって構成され、それぞれが独立して太陽を追尾するヘリオスタットが含まれる。これらヘリオスタットはコンピューター制御によって太陽光をタワー頂上部に固定された収集器に反射させて集めるものである。収集器中の作業物質は非常に高い温度に達し、大きなエネルギーが得られる。このタイプの装置は、高温が得られるが、それぞれのヘリオスタットに多次元追尾設備を組付けなければならず、よって追尾設備の機械部品、電子部品は非常に複雑になり、信頼性が低くなってしまう。その他にも、大規模な作業物質またはエネルギー変換設備をタワーの頂上部に組付けなければならず、基礎建設の投資が膨らみ、作業やメンテナンスの運行費用も多くかかってしまう。（３）ボード式集光装置はまたプレート式集束システム、スターリングシステムとも呼ばれる。プレート式集束システムは放物面反射鏡によって構成され、収集器は放物面の焦点上にある。収集器内の伝熱作業物質は約750℃まで加熱され、発動機を回して発電を行なう。このタイプの装置は高温を得ることができるが、二次元追尾を行なう必要がある。
【０００９】
上記三種類の装置には1つの共通点がある。それは全て回転反射鏡によって太陽を追尾することである。太陽エネルギーの平均エネルギー密度は700W/m2程度にすぎず、100万ワットの太陽エネルギーを得る為には、おおよそ1500平方メートルの集光鏡で集光しなければならない。つまり単位面積が10平方メートルの集光鏡を150面必要とし、それぞれの反射鏡に独立した追尾制御装置を１セットずつ組付けて太陽を追尾しなければならない。そしてこれら装置は屋外において運行されるので、常に雨風の浸食を受けることになる。これには最低でも階級8以上の強風に耐えうることが必須となる。風によって鏡が受ける作用力は相当なものになる。てこの原理で計算して分かるとおり、これら作用力は支点または支軸において何十倍にも大きくなる為、相当に大きな破壊作用を持つことになる。よってシステム全体を数年間安定して運行させるためには、その機械の支柱や回転部分を十分に強固なものにする必要がある。このように、機械、電子制御およびその他の組み合わせとなるシステムを含めた使用価値のある追尾設備を搭載するとなると、太陽光追尾システム全体の製造コストは非常に高くなってしまい、経済的にみると往々にして割が合わなくなる。この状況において、その機械ないし電子制御システムについてはその運行およびメンテナンスの問題に対してまだ更なる検討が必要である。各追尾制御システムが平均的に3年間安定して作動すると仮定した場合、つまりは3年に1回故障し、1回メンテナンスを行なわなければならないということになる。（1つの機械システムとしてこの要求はすでに相当に高いものである。これに類似する一部の装置は、1回の強風によってその後通常の運行が不能になってしまうものさえある。）上記の150セットの追尾設備はそれぞれに独立したものであり、平均的に見れば、毎週何れかの1セットに故障が出て、メンテナンスを行なう必要が出てくる。これにより業者は非常に面倒な作業を強いられ、3年、5年後の機械の老朽化や雨風の浸食、サビなどの現象は避けられないものであり、システムの故障は右肩上がりに増え、修理および手入れに大量の労力と物資を消耗しなければならない。製造業者および使用者にしてみれば、とても受け入れがたいものとなってしまう。
【００１０】
このほか、上記の従来型の装置は太陽エネルギー利用においてそれぞれエネルギーの利用ポイントが分散しているため、製造した高品位エネルギーを再度集積する必要がある為、技術的な複雑さが増し、安定した運行が難しくなり、投資コストが高くなり、運行やメンテナンスのコストも高くなるという問題がある。総合的に見た利用コストは石炭、石油、天然ガス等の燃焼による現存のエネルギー源よりもはるかに膨らんでしまい、どれについても低コスト、大規模な工業化の製造要求を満たすことはできない。
【００１１】
現在、このように集光鏡を回転させることにより太陽を追尾する技術プランはおしなべて上記の問題に直面し、かつまた解決を見出すことができず、ここ百年来、太陽エネルギー集光追尾技術の商業化が遅々として進まない原因となっている。上記の問題を根本的に解決する為、業界におけるある技術プランでは集光鏡による太陽回転追尾技術の路線を全面的に放棄した試みが見られる。例えば中国特許96192811.5の特許技術文書には高効率の線集束による非追尾式太陽エネルギー集積器が公開されている。これまでの収集器が線集光鏡の焦線から焦線以外の延長線まで延長する構造とは若干違い、この装置は線集束による非追尾式エネルギー集積器の集光鏡の焦線の両端に、それぞれ焦線と垂直に、集光鏡の両端に連結された側面反射板が追加され、エネルギー集積器と収集器の長さを収縮させるようになっている。この技術改良は小規模低温（≦200℃）での利用にのみ適応しているのは明らかであり、よってエネルギー製造の工業化に対しては意義がない。業界にはまた、追尾制御を簡略化し、太陽エネルギー収集効率の向上を目指した技術プランがある。それは中国特許96192811.5であり、この特許は出所であるアメリカ特許5，289，356の曲面反射鏡を主の太陽エネルギー収集器、そしてアメリカ特許5，274，497に示される曲面反射集束鏡を副の太陽エネルギー収集器として採用している。副太陽エネルギー収集器を主太陽エネルギー収集器に近接する曲率半径1／2の位置に設置し、また副太陽エネルギー収集器の縦向きに、エネルギー伝動流体を収容する導管を付設する。聞くところによると、この装置は思いがけない効果を得ることができるというが、やはり装置に精密な追尾制御システムを残す必要があり、その上光エネルギーの集束においては、この装置は実際には普通の線集束反射鏡と変わらず、太陽光エネルギーに対し集積を1度行なうのみで、最終的にエネルギー伝動流体の導管に入る光エネルギー密度に著しい増加は望めない。よって光エネルギー密度集積の大幅な向上および太陽エネルギー装置の商業化推進においてはあまり意義がない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
現行の太陽エネルギー利用技術の上記欠陥と欠点に対し、本発明が解決を目指す技術問題は、太陽光の集積密度を大幅に向上させ、エネルギーの転換／利用ポイントを集中し、太陽光追尾機構を更に簡略化し、装置全体の機械信頼性を高め、投資コストおよび運行コストを更に抑えることを可能にする太陽エネルギー集積利用装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このため、本発明は太陽エネルギー集積利用装置を提供する。該装置には太陽光を採集し、またそれを光点状に集積する放物面採光鏡を含む。また太陽光収集器、太陽エネルギー貯蔵転換設備、太陽光追尾設備も含まれる。そのうち太陽光追尾設備には、実行機械部分と光電気制御部分を含む。またそのうち太陽光収集器には、光点をほぼ平行の光束に転換してから指向放射する光線ガイド器、および光線ガイド器が射出するほぼ平行の光束を受け、太陽エネルギー貯蔵転換設備に集積する曲面集積鏡を含む。光線ガイド器には光線に対し点集束を行なうガイド鏡を含む。このガイド鏡の焦点と採光鏡の焦点は重なり合う。各放物面採光鏡には光線ガイド器が1セットずつ設置され、複数の放物面採光鏡上の光線ガイド器は1つの曲面集積鏡を共用している。そのうちいくつかの放物面採光鏡上の光線ガイド器は、あるいは長期継続的に同一の曲面集積鏡を共用し、あるいは日光、季節、天候等の情況により、これら光線ガイド器はいくつかの近接した曲面集積鏡を変換して共用する。ただし全体的、実質的に言うと、やはり複数の光線ガイド器が1つの曲面集積鏡を共用するという組み合わせが情況に応じて用いられる。本発明の装置は簡単な光学的原理―つまり光線に対し点集束を行なうことができるレンズ、その焦点位置に設置した光線を屈曲または反射を経て、平行な光束に変換して放射するというもの―を利用して通常の太陽光収集器を改良し、光線ガイド器と曲面集積鏡を含む構造にしたものである。光線ガイド器によってエネルギーは光エネルギー形式で伝達され、また曲面集積鏡を経て二次集積される。まず第一に、本発明の上記改良により、複数の光線ガイド器は同一の曲面集積鏡を共同で指向、共同で使用することができ、そして曲面集積鏡は更に複数の放物面採光鏡および光線ガイド器が転換射出した一次集積光線を再度集積する。このような太陽光の二段ないし多段集積は、つまり複数の大面積の採光鏡が最初に太陽光を集積して、光線ガイド器を通して再度平行に曲面集積鏡に集積させ、曲面集積鏡の二次集束を通してから、太陽エネルギー貯蔵転換設備の、面積が小さく固定された利用空間に取り込むというものであり、太陽光の光エネルギー集積密度は従来のボード式／タンク式ないしタワー式集光装置による光エネルギー集積密度よりもはるかに高くなる。したがって太陽エネルギー貯蔵転換設備において高エネルギー密度の吸収または転換を行なうことができるため、本発明装置で得られる太陽光エネルギー密度は大きく向上し、最終的な太陽輻射エネルギーの収集転換作業物質が加熱されて、大規模な工業および商業的利用の必要に適するような高温になることを保証できる。かつまた高集積比によってエネルギー媒質を高温に加熱することができ、大規模な高温でのエネルギー貯蔵が実現可能となり、熱エネルギー利用装置の年間平均作動時間が増え、システムの経済性が向上する。そして第二に、本発明装置は曲面集積鏡を採用し、複数の放物面採光鏡および光線ガイド器が転換射出した一次集光線を再度集積するという構造である。その実質はエネルギー集積過程において、最初の集積によって得られたエネルギーを光エネルギーの形を用いて伝達するものである。これは従来の熔融体、気体、液体、電線等を用いてエネルギーを伝達する技術方式と比較してエネルギー集積過程でのエネルギー伝達の複雑さ、費用、損耗を大幅に低減している。第三に、本発明装置の二次集束の構造的な特徴により、その光エネルギーの転換／利用ポイント―太陽エネルギー貯蔵転換設備を地上に建設することができ、高いタワーの上に建設する必要がない。かつまた一次採光、二次伝達およびその後の光エネルギー集積段階を全て地上に設置することができる。従来のタワー式集光装置が太陽エネルギー貯蔵転換設備を必ずタワーの上に建設しなければならなかったのに比べ、投資コストおよび運行とメンテナンスのコストを低く抑えられるメリットがある。第四に、二次集束の構造的な特徴により、本発明装置における複数の太陽エネルギー採光鏡はガイド鏡を通して容易に曲面集積鏡に向けることができ、追尾精度要求は低くなり、したがって単体セットの追尾設備の設計によって同時に複数の太陽エネルギー採光鏡を制御することができ、複数の太陽エネルギー採光鏡はシンクロして太陽光を追尾することができる。従来のタワー式集光装置の複数鏡面での多次元追尾設備に比べ、制御システムが大幅に簡略化される。第五に、太陽光収集器の部分について、従来のボード式／タンク式集光の2種類の太陽エネルギー装置と比較すると、本発明装置の太陽エネルギー貯蔵転換設備は地上に建築され、採光鏡上ではない。追尾設備の実行機械部分には太陽エネルギー貯蔵転換装置およびその中の作業物質を搭載する必要がなくなり、追尾設備中の実行機械部分の強度要求を大幅に下げ、装置全体および太陽光追尾機構の機械信頼性が大幅に向上し、組付けとメンテナンスがし易く、運行制御が簡単で、大規模な工業化の要件を満たすことができる。
【００１４】
本発明の実施例にある光線ガイド器は光線を集束できる凹面反射鏡であり、それはまた、凸レンズと平面反射鏡で構成されるレンズの組み合わせでもよい。そのうち凹面反射鏡または凸レンズの焦点と上記の放物面採光鏡の焦点は重なり合う。本発明の集光鏡は光線を集束できる何れかの光学システムでもよい。この光学システムはその焦点位置に設置した光線を、屈曲または反射を経てから、平行な光束に変換して放射することができる能力を持つ。よってそれは上記の具体的な実施例にあるような方式および構造に限られない。
【００１５】
できる限り大きな光エネルギー集積密度にする為、必ず光線ガイド器の放物面採光鏡の採光面積に対する遮蔽を最小化し、それと同時に光線ガイド器において方向転換し、射出される平行な光束の散乱角度を最小化し、射程を最大にし、配列において妨害および遮蔽なく配列される放物面採光鏡および／あるいは光線ガイド器の数量を最大にするため、一定の理論に基づいた計算と実験を経て、本発明の光線ガイド器の採光鏡上における太陽光投影面積と採光鏡の開口面積との比は1.5%以下であり、ガイド鏡の放物面採光鏡上における太陽光投影面積はその採光鏡の開口面積の0.1%〜1.5%である。これに対応して、放物面鏡の集光性能を保証する条件において、放物面採光鏡および／あるいはガイド鏡および／あるいは曲面集光鏡は完全な放物回転面式の反射集光鏡である。あるいは放物面採光鏡および／あるいはガイド鏡および／あるいは曲面集光鏡は放物回転面式の反射集光鏡の有効集光部分、例えば弓形部分、扇形部分、弓形を切り取った残りの曲面部分、扇形を切り取った残りの曲面部分、半曲面である。そのうち採光鏡の焦点距離とその開口直径との比（F/D比）は0.55〜1.1の間であり、ガイド鏡のF/D比は0.1〜0.3の間である。本発明の放物面採光鏡および／あるいは曲面集積鏡はまた、いくつかの非対称曲面の反射集光鏡全体またはその切り取った有効部分でもよい。
【００１６】
太陽光追尾設備の簡略化および本装置の構造の長所を最大限に効率よく引き出す為、本発明の装置は何らかの装置配列システムを構成してもよい。本発明の具体的な実施例において、複数の曲面集積鏡の鏡軸は南北向きで、かつ東西に沿って並列に隙間なく配置されている。複数のガイド鏡の鏡軸も南北に沿って配置され、かつ列を成す曲面集積鏡のグループを水平指向する。これに対応して、配列された複数の採光鏡は南北向きにおいて等高に取り付けられ、また東西向きにおいて直線状に等高に配列される。同一の曲面集積鏡に指向されるが、距離が異なるガイド鏡の間は水平偏傾方式によって配列される。あるいは配列された複数の採光鏡は南北向きにおいて直線状に配列され、また東西向きにおいて直線状に等高に配列される。同一の曲面集積鏡に指向されるが、距離が異なるガイド鏡の間は上がり段偏傾方式によって取り付け、配列される。太陽光追尾設備を簡略化する目的の為、本発明では装置が取り付けられる場所のそれぞれの地形、条件に基づき、放物面採光鏡についてその他の陣形配列、例えば菱形配列、台形配列、三角形配列などを採用してもよい。上記に述べるように、本発明装置において同一の曲面集積鏡に対応する複数の採光鏡はいくつかの行グループに配列することができる。単体の行グループの集光鏡で数十平方メートル以上の太陽光を集積することができる。検索と調査による実証によると、現状の光学反射鏡の製造技術レベルで本発明装置の各要件を満たす製造は可能である。その上、本発明装置の大規模な応用が開始された後、製造業界および光学メッキフィルム技術の更なるデジタル化の進歩を前提として、光学反射鏡の集束精度には更なる向上が期待でき、これにより本発明装置に必要な製造コストを更に抑えることが可能になる。大規模な工業化の応用について試算した場合、発電の投資に基づき計算すると、現在の石炭発電所に対する投資より少し高く、メンテナンス、運行コストは通常の発電所より低くなる。総合的なコストは通常の発電所の生産コストと比較してそれに近づく、または低くなることが期待できる。もし反射鏡の製造工程および取り付け、運行の技術レベルがいっそう向上すれば、単体グループの集光面積は更に大きくすることができる。水蒸気が3000℃の高温条件において水素と酸素に分解されるという原理に基づけば、このシステムには更に水で水素を製造するという見込みもでき、これによって現在の人類社会のエネルギー構造を根本から変え、クリーンエネルギー利用の普及という目的を達する展望を持つことができる。
【００１７】
現在の材料加工技術はすでに相当なレベルに達しており、材料、工程および精度の面において放物鏡面の加工要求を満たすことができ、またメッキフィルム技術も飛躍的な進歩を見せており、現状の技術で反射鏡の反射率99%以上を確保することが可能である。現行の技術基盤において放物鏡などの回転曲面反射鏡の製造は短期間で作りこむことが可能であり、システムの需要を満たすことができる。また現状の技術でシステムの現地取り付けを行なうことも保証される。
【００１８】
簡略化された追尾制御設備システムとして、本発明の実施例にある実行機械部分には動力装置、剛性の直棒形伝動器、および各放物面採光鏡の開口仰角制御機構を含み、1本の直棒形伝動器は、同一に直列される各放物面採光鏡の開口仰角制御機構と同時連結される。実行機械部分は、また液圧駆動器、および各放物面採光鏡の開口視角制御液圧支柱も含む。1セットの液圧駆動器はそれぞれ同列の各放物面採光鏡の開口視角制御液圧支柱と連結される。複数の採光鏡は南北向きおよび／あるいは東西向きにおいて直線の行列に配列される為、上記構造の追尾制御設備システムは1本の直棒形伝動器を適用することができる。例えば平ラック(spur rack)によって同時に同一の行または列の各放物面採光鏡の開口視／仰角制御ハスバ歯車を制御することができる。もちろん直棒形伝動器と開口視／仰角制御機構についても液圧連結制御装置を採用することができる。このようにして同一の行に配列される5〜50面の放物面採光鏡に1セットの本発明装置の実行機械部分と光電気制御部分を共同で使用させ、太陽光追尾設備のソフトウェアおよびハードウェアの規模と複雑さを大幅に低くすることができ、信頼性も大幅に上がり、運行、メンテナンス費用も合理的なレベルに抑えることができる。これによって大規模な商業化運営に向けて堅固な基礎を築くことが可能である。
【００１９】
本発明装置の光線ガイド器はガイド器支柱にヒンジで連結され、このガイド器支柱の下部と採光鏡あるいは採光鏡架台の間は固定連結される。この光線ガイド器には東西向きの回転軸、この回転軸によってガイド器支柱にヒンジで連結された鏡脚、およびこの鏡脚を駆動してその回転軸を回る回転機構を含む。この鏡脚はガイド鏡の焦点と採光鏡の焦点との重ね合わせを保証する構造と寸法を有している。具体的に述べると、鏡脚は長弓形状に切断された放物面ガイド鏡の両端に固定され「Π」形構造となる。「Π」形構造の両腕部分には回転軸に合わせた軸穴が開けられ、この軸穴の中心線はガイド鏡と採光鏡の重なり合った焦点を通っている。これによって放物面ガイド鏡の俯仰角がいかに変動しても、ガイド鏡の焦点と採光鏡の焦点が常に1つに重なり合っている状態を保証することができる。実際においてはガイド鏡の鏡軸が基本的なレベルで何れかの曲面集積鏡の開口への指向を常に保持している。これに対応して、本発明装置の光電気制御部分は複数の直棒形伝動器と複数セットの液圧駆動器と複数の回転機構を連結し、制御している。このような構造は、光線ガイド器と放物面採光鏡および曲面集積鏡との照準レベルの自動的微調整を高効率低コストで実現することを保証できる。太陽の運行軌道はすでに正確に把握されている為、コンピューター技術による制御の下、追尾装置の実行機構のシステム誤差は正確なフィードバックによって効果的に制御される。これによって実行機構の動作正確性の高さを確保し、システムの需要を満たすことができる。
【００２０】
光線ガイド器の光束集中レベルを高め、鏡面品質の限界による光束発散を抑える為、本発明の反射鏡が構成する光線ガイド器は更に採光鏡とガイド鏡の間に設置する凸レンズリングおよび／あるいはガイド鏡と曲面集積鏡の間の光路上に設置する凹レンズリングも含む。このようにしてガイド鏡に入射する、または曲面集積鏡に射出する、ズレ角度の比較的大きい散乱光線の方向角を平行光束が形成できる方向に修正することができる。
【００２１】
本発明の装置は太陽エネルギーの高温利用装置カテゴリーに属し、この為、本発明装置内の、または本発明装置の構造が成すシステム内の太陽エネルギー貯蔵転換設備は多層保温の構造になっている。その構造は複数の曲面集積鏡に対応し、かつそれには曲面集積鏡の集積光線を受ける、直径が曲面集積鏡の焦点よりやや大きい受光穴が開けられており、その最深部のシェル層にはエネルギーを蓄積および／あるいはエネルギーを転換する作業物質が収容されている。ここに述べるエネルギーを蓄積および／あるいはエネルギーを転換する作業物質は溶融塩、水、蒸気、溶解原料、光電池である。上記構造は黒体の構造に類似し、各種のエネルギーを保温および採取する方式において、集積した太陽光エネルギーを効率よく利用するのに有効である。
【００２２】
それぞれの曲面集積鏡は複数の採光鏡の太陽光を集積するため、その対応する最大採光面積は数十平方メートルに達すると思われる。研究資料によると、水蒸気は3000K以上に加熱されると水素と酸素に分解される。もしこのシステムの高集積比の光線が耐高温の媒質を3000K以上に加熱することができれば、水蒸気を媒質内に通し入れ、分解温度まで加熱することができる。熱エネルギーの利用と同時に大量の水素を直接作りだすことができる。水素エネルギーは高品位のエネルギーであり、保存性が安定しており、臨界圧力が低く、液化が容易で、使用に便利である。このような方式において、システムの利用は更に幅広い展望を有している。
【００２３】
次に、図面にあわせて本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１に示すとおり、太陽エネルギー集積利用装置には、太陽光を採集して、それを光点状に集積する放物面採光鏡1を含む。この装置にはまた、太陽光収集器、太陽エネルギー貯蔵転換設備、太陽光追尾設備も含まれる。そのうち太陽光追尾設備には、実行機械部分と光電気制御部分を含み、太陽光収集器には、光点を平行光束に転換してから指向放射する光線ガイド器2、および光線ガイド器2が射出する平行光束を受けて太陽エネルギー貯蔵転換設備3に集積する曲面集積鏡4を含む。
【００２５】
図２、３、４に示すとおり、本実施例の光線ガイド器2には光線を集束することができる反射式ガイド鏡2-1が含まれる。そのうちガイド鏡2-1の焦点と放物面採光鏡1の焦点は重なり合う。それぞれの放物面採光鏡1に光線ガイド器2が1セットずつ設置される。本実施例において、放物面採光鏡1は比較的大きな直径の回転放物面式反射鏡の弓形を切り取った残りの曲面部分である。光線ガイド鏡2-1は比較的小さな直径の回転放物面式反射鏡から切り取って得た弓形部分または半曲面である。曲面集積鏡4は直径の最も大きな回転放物面式反射鏡から切り取って得た曲面部分である。本実施例の光線ガイド器2およびそのガイド鏡2-1の太陽光投影面積は放物面採光鏡1の開口面積の1%と0.8%である。
【００２６】
本発明装置の光線ガイド器2は俯角が調整可能な状態で南北向きのガイド器支柱5の最端部分に取り付けられる。具体的に述べると、光線ガイド器2はガイド器支柱5にヒンジで連結され、このガイド器支柱5の下部と採光鏡架台の間は固定またはヒンジで接続される。この光線ガイド器2には東西向きの回転軸6、この回転軸6によってガイド器支柱5にヒンジで連結された鏡脚7、およびこの鏡脚7を駆動してその回転軸6を回る回転機構（未表示）を含む。この鏡脚7はガイド鏡2-1の焦点と採光鏡1の焦点との重ね合わせを保証する構造と寸法を有している。具体的な構造は、鏡脚7は弓形状に切断された放物面ガイド鏡2-1の両端に固定され「Π」形構造となる。「Π」形構造の両腕部分には回転軸6に合わせた軸穴（未表示）が開けられ、この軸穴および回転軸6の中心線はガイド鏡2-1と採光鏡1の重なり合った焦点を通っている。これによって放物面ガイド鏡2-1の俯仰角がいかに変動しても、ガイド鏡2-1の焦点と採光鏡1の焦点が常に1つに重なり合っている状態を確保する。実際においては、追尾設備において採用する技術が回転機構に対して水平方位を含めた高精度制御を行ない、ガイド鏡2-1の鏡軸が基本的に水平に何れかの曲面集積鏡4の開口への指向を常に保持している。
【００２７】
北回帰線および北部を例に挙げると、この地域の太陽の南北向き仰視角は年中南に偏向している。我々が設計する採光鏡1の焦点距離が採光鏡1の開口半径の0.2〜1.5倍の間にある場合、追尾設備の構造分析に基づき、その焦点距離は最大でも採光鏡1の中心から追尾設備の半円歯車の外側エッジを超えてはならない（図３を参照）。緯度が高い地域において、採光鏡1を冬季に使用する場合は、光線ガイド器2の反射光は自身の採光鏡1によって遮蔽されてしまうと思われる。前述の問題を解決するため、採光鏡1を図２に示すような形式に設計する。つまり回転放物面採光鏡1の１部分を取り除く。取り除く具体的な面積サイズは、採光鏡1の焦点距離、反射精度、採光装置が置かれる地理的位置および採光反射装置の設置方法に基づき決定する。
【００２８】
光線ガイド器2の設計については、まず光線ガイド鏡2-1の温度上昇の問題を検討しなければならず、それは主にガイド鏡2-1の受光面積と放熱面積を指す。冷却装置を取り付けない状況での正常な作動を保証し、光線ガイド器2の採光鏡1における投影を最小限にする為、その基本形状は採光鏡1の最高点と採光鏡1の回転軸が形成する軸平面から回転放物面ガイド鏡2の下部を切り取ったものを採用する。
【００２９】
それと同時に装置システムの取り付け地域の緯度と採光鏡の最大反射夾角に基づき光線ガイド鏡2-1の放物面の具体的形状を設計する。赤道からの距離が遠いほど、光線ガイド鏡2-1のF/D比は小さくなる。
【００３０】
実際において採光鏡1のサイズおよび反射精度は光線集積に大きな影響を与える大きい。なぜなら実際は採光鏡1の反射光線が焦点ポイントにおいて形成するのは円形の焦点であるため、一部の光線には拡散角があり、これによって光線ガイド器2が射出する光束に拡散角を持たせている。光線の発散レベルは単体の曲面集積鏡4が集積する光束の量を決定し、それは重要なキーポイントとなる要素である。
【００３１】
計算によって分かるとおり、光線ガイド鏡2-1の反射精度が高いほど、発散レベルは小さくなる。光線ガイド鏡2-1の何れかのエリアから反射された光線の発散レベルが最大化される。また計算によって、光線ガイド鏡2-1の開口半径が大きいほど、反射ズレは小さくなり、放熱面積は大きくなることも分かる。ただし、光線ガイド鏡2-1の半径が大きいほど、採光鏡1の入射光を遮蔽する面積が大きくなる。その反射する水平光束断面積が大きいほど、同一の水平高さの単体グループに配置できる採光鏡は少なくなり、実際の装置においては上記の条件に基づき適切に選択を行なう。
【００３２】
ガイド鏡2-1から出る水平光束の平行度が要件に満たない場合、光学レンズを利用して平行精度の補正を行なうことができる。採光鏡1とガイド鏡2-1の間に凸レンズリングを設置し、ガイド鏡2-1と曲面集積鏡4の間の光路上に凹レンズリングを設置することで、散乱光線の虚焦点を焦点エリアに修正し、あるいは外向きの散乱光線を光束内部に偏向する。またガイド鏡に入射する、または曲面集積鏡に射出する、ズレ角度が比較的大きい散乱光線の方向角を、平行光束を形成する方向に修正し、このようにして精度補正を行なう。以上の方法により焦点半径を半分に縮小する効果を得ることができる。
【００３３】
図３、４に示すとおり、本発明装置上の実行機械部分には動力装置（未表示）、剛性の直棒形伝動器10、および各放物面採光鏡の開口が南北向きにある仰角制御機構11を含み、1本の直棒形伝動器10は、同一に直列される各放物面採光鏡の開口仰角制御機構11と同時連結される。実行機械部分はまた、液圧駆動器（未表示）、および各放物面採光鏡の開口が東西向きにある視角制御液圧支柱12も含む。1セットの液圧駆動器はそれぞれ同列の各放物面採光鏡の開口視角制御液圧支柱12と連結される。具体的に述べると、採光鏡1およびその架台8と追尾設備の実行機械部分は全て採光鏡1の支持構造9に取り付けられ、架台8の直径を通る2個所を半円歯車枠13に垂直に固定し、架台8は半円歯車枠13の軸中心と同心の架台支持軸9-2を通じて支持構造9に連結される。採光鏡1の支持構造9の一端は固定支持部9-1に連結支持され、支持構造9のもう一端は液圧支柱12上に支持されている。複数の採光鏡1が南北向きおよび／あるいは東西向きにおいて直線の行列に配列される為、追尾制御設備システムは1本の直棒形伝動器10、例えば平ラック(spur rack)によって同時に同一の行または列の各放物面採光鏡1の開口が南北向きにある仰角制御ハスバ歯車11を制御することができる。もちろん直棒形伝動器10と開口仰角制御機構11についても液圧連結制御装置を採用することができる。このようにして、1セットの液圧駆動器はそれぞれ同列の各放物面採光鏡1の開口視角制御液圧支柱12と連結される。同時に、またはそれぞれに採光鏡1の開口視角制御液圧支柱12を駆動し、追尾設備の液圧支柱12の高さを調整することによって、支持構造9の東西向き角度、つまり採光鏡1の開口が東西向きにある視角を動かすことができ、当日の太陽の東西向き視角の変動を追尾することができる。同じ原理で、平ラック(spur rack)10は同一列の複数の採光鏡1のハスバ歯車11を動かしてシンクロ回転させる。ハスバ歯車11は半円歯車枠13を動かし、半円歯車枠13は採光鏡1を動かして太陽の南北向きに対する仰角変動を追尾させる。以上の調整により、太陽光が採光鏡1の主軸に対し平行になり、採光鏡1の表面に入射することを保証する。この装置は複数の追尾設備を一つにつなぎ合わせてシンクロ調整を行なうため、制御システムを簡略化して実行機構の数量を減らすことができ、これにより装置の信頼性が向上する。また運行、メンテナンス費用も合理的なレベルに抑えることができる。
【００３４】
本発明の実施例にある太陽光追尾設備の作動原理は、現在すでに正確に把握されている太陽の運行軌道に基づき、コンピューター技術の応用と結びつけて、実行機構の作動プロセスの正確な予知調整を可能にするものである。レーザーデジタル測定制御装置を採用し、フィードバック調整を行なうことで、温度または機械的な原因などによる調整誤差を適時把握し、適時処置することができる。追尾設備は光学的な要求に基づき作動するため、その作動に関連する部品の加工、取り付け精度要求はとても高い。しかし、機械部品の作動と運行はとても緩やかであり、各採光鏡の風を受ける面積は大きくはならないため、この機構についての機械強度要求は高いものではない。一部の材料にはアルミニウム合金またはプラスチックを使用して、製造コストを低減し、荷重を軽減し、信頼性を高めることができる。
【００３５】
図５に示すとおり、本実施例におけるそれぞれの放物面採光鏡に光線ガイド器2が1セットずつ設置され、複数の放物面採光鏡の光線ガイド器2は、1つの曲面集積鏡4を共用している。3面の曲面集積鏡4の鏡軸は南北向きで、かつ東西に沿って並列に隙間なく配置されている。複数のガイド鏡2-1の鏡軸も南北に沿って配置され、かつ列を成す曲面集積鏡4のグループを水平指向する。これに対応して、配列された複数の採光鏡1（未表示）は南北向きにおいて等高に取り付けられ、また東西向きにおいて直線状に等高に配列される。同一の曲面集積鏡4に指向されるが、距離が異なるガイド鏡2-1の間は水平偏傾方式によって配列される。
【００３６】
図５において、複数の放物面採光鏡1（各自のガイド鏡2-1によって表示される）は3つの曲面集積鏡を共用している。それぞれ3つの曲面集積鏡に平行光束を射出しており、そのうちいくつかの光線ガイド器2は隣り合った行列の曲面集積鏡4に平行光束を射出してもよい。
【００３７】
曲面集積鏡4は固定設置を採用する。各曲面集積鏡4は1つの放物面反射鏡の一部であり、これにより全ての曲面集積鏡4の間を隙間なく配置し、曲面集積鏡4が平行光束エリアをカバーできるようにする。四角枠20に、何れかの曲面集積鏡4に対応する何れかのグループのガイド鏡2-1を示す。このグループの中の光線ガイド鏡2-1が反射する光束はほぼ平行光であるが、やはり拡散角がある。これら準平行光束19は曲面集積鏡4の反射を経て1つの焦点に集積される。焦点位置は固定され、変動しない。これにより、この焦点位置を太陽エネルギー貯蔵転換設備3の受光穴に、より正確に位置決めすることができる。この穴の面積サイズは反射精度により決定する。最終的には、集積された高エネルギーの輻射太陽光が小さな受光穴から固定されたエネルギー吸収スペースに送られる。
【００３８】
本発明装置システムの主な作業目的は、集積光束が曲面集積鏡4に達する際の単位面積の集積光束数量を最大にすることである。これには採光鏡1に対し合理的に配置を行なうことが必須である。図５に示す方法に基づき採光鏡1の南北向きの配置を行なう。この配置方法は同一の水平高さにおいて南北向きに沿って複数の採光鏡を配置させることができる。一定の拡散角を有する準平行光束19が遮蔽されないよう保証することを前提に、採光鏡1の配置数量は以下要素の制約を受ける。まず、その取り付ける地点の緯度の影響を受ける。採光鏡1の形状などの要素が同一である状況において、赤道線から遠く離れるほど、南北向きに沿って配置できる採光鏡1は少なくなる。同じ原理で、採光鏡1とガイド鏡2-1および曲面集積鏡4の反射精度が低いほど、その配置数量は少なくなる。同じ状況において、年間運行時間が異なる場合でも同様の影響を受ける。冬季運行時間が短くなるほど、南北向きの仰視角を満たす必要がある角度は小さくなり、その配置可能数量は多くなる。
【００３９】
反射精度が要求を満たす状況において、採光鏡1は異なる水平高度で上がり段配置を行なうことができる。つまり上記に述べるように同一の水平高度において南北長さを最大限まで配置し、次に同じ方法で更に高い水平面において繰り返し配置を行なうのである。このようにして南北向きに沿って更に大きな範囲で採光鏡1を配置することができ、目標エリアの単位面積の集積光束数量を更に増やし、熱エネルギーシステムは更に大きな範囲で太陽エネルギーを得ることが出来る。これによって単体の熱エネルギーシステムの容量を効果的に高める。熱エネルギー利用システムにおける容量の増加は熱エネルギー利用効率の向上を意味し、発電システムにおいてもユニット発電効率の向上を意味する。
【００４０】
図１、５に示すとおり、太陽エネルギー貯蔵転換設備3は多層保温の構造（未表示）になっている。その構造は複数の曲面集積鏡4に対応し、かつそれには曲面集積鏡4の集積光線を受ける、直径が曲面集積鏡4の焦点よりやや大きい受光穴（未表示）が開けられている。いくつかの曲面集積鏡4から太陽エネルギー貯蔵転換設備3の受光穴に向けて高度に集積された太陽光エネルギーが射出され、その最深部のシェル層に収容された空気の作業物質が太陽光エネルギーを吸収／蓄積する。それぞれの曲面集積鏡4は一部分の導入スペースに対応しており、全てのスペースが1つに連結されれば、1つの太陽光エネルギー利用通路を形成することが出来る。熱学の原理に基づき、通路の表面面積が光線入り口面積よりはるかに大きい場合、太陽光のこの通路内での熱交換は黒体の熱交換に近いものになり、太陽光エネルギーの利用効率は大きく向上する。
【００４１】
採光鏡1で単体グループの配置が比較的多くなる場合、曲面集積鏡4は大きなエネルギーの太陽光を反射しなければならず、おそらく空気では鏡面を安全な作業温度に冷却することができなくなるため、この場合曲面集積鏡4は冷却システムを追加設置する必要があると思われる。もちろん曲面集積鏡4は隙間なく直列に固定配置されているため、冷却システムの追加設置はあまり複雑になることはない。
【００４２】
ボイラー入り口は熱貯蔵通路14に接続され、出口には吸出し送風機15が取り付けられる。吸出し送風機15の運行後、空気が熱貯蔵通路14を経てボイラーシステムに流入し、ボイラーシステム内には伝熱面16が配置される。熱貯蔵通路14を通るプロセスの中で、設計温度に加熱された作業物質の空気は、ボイラー伝熱面16を経て、ボイラーパイプ17の中の水を設計圧力において飽和蒸気、または過飽和蒸気になるよう加熱する。その作業物質の蒸気は組み合わせになっている蒸気タービン発電ユニット18を回す。ボイラーは実際の状況に応じて、一般の工業ボイラー、暖房ボイラーに設計することができる。
【００４３】
本太陽エネルギーボイラーシステムの熱エネルギー利用効率評価は以下の通り。
【００４４】
太陽エネルギーボイラーシステムのエネルギー損失には以下内容を含む。
採光反射鏡の加工精度誤差による反射誤差の損失，試算推定0.2%。
採光反射鏡の反射率による損失，試算推定1%。
集光反射鏡の加工精度誤差による反射誤差の損失，試算推定0.2%。
集光反射鏡の反射率による損失，試算推定1%。
集光導入鏡の反射率による損失，試算推定0.2%。
ボイラーおよび熱貯蔵通路の放熱損失およそ≦0.5%。
吸出し送風機が排出する空気温度が環境温度40℃より高い場合の熱損失は1%。
光システムの損失は、1−99.8％×99％×99.8％×99％＝2.38%
太陽エネルギーボイラーの熱効率は、
100−2.38−0.5−1＝96.12％
【００４５】
この結果は本システムに対する初期段階的な試算に過ぎず、もし各技術支援が予想を超えた場合は、その利用効率は上記試算よりも高くなり、逆の場合は試算よりも低くなる。そのうち空気温度の排出については環境温度よりやや高くなるレベルが実現可能である。
【００４６】
本太陽エネルギー集積蓄熱ボイラーシステムの熱エネルギー発電における応用および経済性の評価は以下の通り。
【００４７】
太陽エネルギーボイラーに100MWの蒸気タービン発電ユニットを1台組み合せたものを例に挙げて説明する。
【００４８】
現有の100MW蒸気タービン発電ユニット定格負荷の設計効率が40%以上、上記ボイラー損失に結び付けてユニットの発電効率が40%とする。
対応する太陽エネルギー採集輻射エネルギーは、100/40%=250 MW  
日照の平均量が0.8kw/m2hの場合、必要な採光面積は、250000/0.8=312400m2
通年の1日の最大採光量に基づきユニットを24時間発電、負荷率100%、日照時間12時間とした場合、必要な採光面積は、
312400×2=624800m2≒62万m2
日照時間が3000時間の場合、ユニットの年間運行時間数が6000時間、平均負荷が70%とすると、
年間発電量は、6000×100000×70%=4.2億kw.h
【００４９】
システム投資評価の説明
太陽エネルギー発電は通常の火力発電と比較して、燃料の積み下ろし、輸送、固体燃料の製粉、燃焼、空気予熱、集塵、灰かす排出、汚染物質処理などの大型設備、およびボイラー工場、煙突、埠頭などの大規模な土木工程が減るため、現有の発電所投資比率に基づき分析すると、太陽エネルギー発電所の光システムの設備スペース投資を除いて、その他の投資は現有の発電所投資のわずか1／3前後になる。つまり1600元（人民元）である。前述の試算で分かるとおり、1000ワット当たりに対応するのは6 m2の採光鏡が1つである。下表は1kw容量あたりの投資試算である。この試算にはある程度の誤差があるが、一定の参考になり得ると思われる。
【００５０】
【表１】
2007524055.tif 000003
【００５１】
以上の試算で分かるとおり、太陽エネルギー発電所の建設投資が通常の発電所より高くなっている。運行とメンテナンスのコストは主に各反射鏡の影響を受けており、平均の使用寿命が5年の場合、年平均コストは420人民元/kwである。その他の点検修理およびメンテナンスおよび労力コストは通常の発電所の250人民元/kwより低くなる。試算推定は130人民元/kwであり、上記の試算によって分かるとおり、1kw容量あたりの年間発電量は4200kw.hである。約2.5%の工場使用電力を除いて、約4100kw.hである。現在の送電価格0.35人民元/kw.hに基づき計算し、利潤と税金は880人民元である。ほとんどの国がクリーンエネルギー使用の税収について特恵政策を行なっているため、投資収益は通常の発電所よりも高くなることが見込まれる。それとともに、その環境に対する効果と利益および社会に対する効果は更に大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例の光路原理全体を示した見取り図である。
【図２】本発明の実施例における放物面採光鏡および光線ガイド器の構造を示した見取り図である。
【図３】本発明の実施例における放物面採光鏡およびその実行機械部分の構造を示した見取り図である。
【図４】図３のA-Aの断面を示す見取り図である。
【図５】本発明の実施例で、複数行の採光鏡配列による光路を示した見取り図である。
【図６】本発明装置を採用した太陽エネルギーボイラーシステムの構造原理を示した見取り図である。
【図１】
2007524055.tif 000004
【図２】
2007524055.tif 000005
【図３】
2007524055.tif 000006
【図４】
2007524055.tif 000007
【図５】
2007524055.tif 000008
【図６】
2007524055.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月13日(2006.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を採集又は集積するための放物面採光鏡と、
前記放物面採光鏡により集積した太陽光線を受け取り、且つそれを水平方向、ほぼ平行の光束に転換するガイド鏡、及びガイド鏡の軸方向を水平に保持することを維持する装置を含む光線ガイド器と、
前記光線ガイド器から一定方向に射出したほぼ平行な光線を受け取るための又は集積するための曲面集積鏡と、
前記曲面集積鏡により集積した太陽光輻射エネルギーを貯蔵又は転換するための太陽エネルギー貯蔵転換設備と、
自動的に太陽光線を追尾し、前記放物面採光鏡の鏡口の表面を常に太陽光線にほぼ直交することを保つための太陽光追尾設備と、
を含む、そのうち、採光鏡の焦点とそれに対応したガイド鏡の焦点が常に重なり合う太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項２】
前記放物面採光鏡は、それぞれに一つの光線ガイド器と対応することを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項３】
前記の複数の光線ガイド器は一つの曲面集積鏡に対応することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項４】
前記ガイド鏡の放物面採光鏡上における太陽光の投影面積は、その採光鏡の開口面積の0.1%〜1.5%であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項５】
前記放物面採光鏡および／あるいはガイド鏡および／あるいは曲面集積鏡は完全な放物回転面式の反射集光鏡であり、あるいは前記放物面採光鏡および／あるいはガイド鏡および／あるいは曲面集積鏡は放物回転面式の反射集光鏡の有効集光部分であり、且つ前記採光鏡の焦点距離とその開口直径との比（F/D比）は0.55〜1.1の間であり、ガイド鏡のF/D比は0.1〜0.3の間であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項６】
前記複数の曲面集積鏡の鏡軸は南北向きで、かつ東西に沿って並列に隙間なく配置されており、複数の前記ガイド鏡の鏡軸も南北に沿って配置され、かつ列を成す曲面集積鏡のグループに指向し、これに対応して、格子状に配列された複数の前記採光鏡は南北向きにおいて等高に取り付けられ、また、東西向きにおいて直線状に等高に配列されており、同一の曲面集積鏡に指向されるが、距離が異なるガイド鏡の間は平面視において相互に干渉しないように水平方向で位置をずらして配列されており、あるいは格子状に配列された複数の前記採光鏡は南北向きにおいて直線状に配列され、東西向きにおいて直線状に等高に配列されており、同一の曲面集積鏡に指向されるが、距離が異なるガイド鏡の間は干渉しないように上下方向で位置をずらして取り付け、配列されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の太陽エネルギー集積利用装置。 
【請求項７】
前記光線ガイド器はガイド器支柱にヒンジで連結され、該ガイド器支柱の下部と採光鏡あるいは採光鏡架台の間は連結固定されており、該光線ガイド器には東西向きの回転軸と、該回転軸によってガイド器支柱にヒンジで連結された鏡脚と、該鏡脚を駆動して該回転軸を回る回転機構とを含み、前記鏡脚はガイド鏡の焦点とそれに対応した採光鏡の焦点と常に重ね合わせを保証する構造と寸法を有していることを特徴とする請求項１から請求項
６のいずれかに記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項８】
前記光線ガイド器には、更に採光鏡とガイド鏡の間の光路上に設置する凸レンズリングおよび／あるいはガイド鏡と曲面集積鏡の間の光路上に設置する凹レンズリングも含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【請求項９】
前記太陽エネルギー貯蔵転換設備は多層保温の構造であり、該構造は複数の前記曲面集積鏡に対応し、かつそれには曲面集積鏡の集積光線を受ける受光穴が開けられており、其中にエネルギーを蓄積および／あるいはエネルギーを転換する作業物質が収容され、前記エネルギーを蓄積および／あるいはエネルギーを転換する作業物質は溶融塩、水、蒸気、溶解原料、光電池であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の太陽エネルギー集積利用装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽エネルギー利用に関し特に集束式太陽エネルギー利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽エネルギーは無限のエネルギーであり、かつまた何らの汚染も発生しない為、最も理想的な再生可能エネルギー源である。太陽エネルギーの応用には大きな進歩のための幅広いスペースが残されており、無限の可能性を秘めているが、現時点での太陽エネルギーの利用技術は商業的な応用レベルに達するにはまだ遠く及ばないのが現状である。
【０００３】
太陽エネルギーの応用技術の研究は多くの面において行われているが、ひとつの根本的な難点が克服できないでいる。それは太陽光のエネルギー密度が極めて低く、垂直に照射している場合でも、太陽光の最大エネルギー密度の値は1平方メートルあたりわずか1000ワットあまりに過ぎないのである。この根本的な事実が太陽エネルギーの利用技術の発展を大きく制限してしまっている。
【０００４】
太陽光を集束しない状態で、太陽光エネルギーを直接利用する技術に含まれるものとして、太陽電池を通して太陽光エネルギーを直接電気エネルギー又は熱エネルギーに変換するものがある。現在の太陽エネルギー電池の製造コストは依然として高く、発電効率もわずか15%前後に過ぎない。またこの１平方メートルの太陽エネルギー電池板の最大出力はわずか150ワット程度であり、1年間で提供できる電気エネルギーはたったの約200キロワットにすぎない。その電気エネルギーの単位コストは火力発電の10倍にも上る。この極端に高い電力価格が、この技術が本格的に商業的応用に進出することが出来ない要因となっている。
【０００５】
太陽光エネルギーを直接熱エネルギーに変換する技術は、太陽エネルギーを温水、蒸気あるいはその他の熱溶融体に変換するものである。太陽エネルギーの低温応用技術として真空管温水器が徐々に広まりつつある。太陽エネルギーの真空管応用の製造コストは現時点ですでに低くなっているが、太陽光のエネルギー密度が低すぎる為、太陽光が直接真空管に照射している条件であっても、夏でやっと80〜90℃、冬にはたった40〜50℃の温水しか作り出すことができない。これらの熱エネルギーは熱力学においては低品位エネルギーと呼ばれ、家庭用のシャワー、暖房以外では、ほとんど使い道はない。
【０００６】
以上の分析から分かるように、高品位エネルギーの生産について根本的な解決を図るポイントは太陽エネルギーを集積することである。多くの人々がさまざまな集光装置を開発し、この問題の解決を試みたが、現在に至るまで商業的応用が可能で大規模に普及することができた集光装置は1つも現れていない。そうした中で最大の障害となっているのが、コストである。
【０００７】
太陽光の集束利用について、これまでに光の屈折原理と屈折式レンズを利用して屈折式集光器、あるいは平面鏡を補って太陽エネルギー高温炉を作り出した人たちもいる。しかしガラスレンズは明らかに重く、製造工程が複雑で、コストがかかり過ぎ、大規模なものを作る事が難しかった。よって屈折式集光器は長きにわたり発展を遂げられなかった。1970年代、国外において大型の平面タイプの集光鏡−フレスネルレンズが開発され、これを用いた太陽光集光集熱器の製作が試みられた。フレスネルレンズは軽く、製造コストも比較的に低く、主に太陽電池の集光発電システムに用いられたのだが、太陽光エネルギーの密度が低いという問題により、最終的にそのコストは合理的なレベルまで抑えることはできなかった。
【０００８】
これまでに応用されてきた太陽光集積利用装置はどれも反射鏡式のものである。これら装置には反射鏡以外に、太陽エネルギー収集器と追尾システムが含まれている。現在おおまかに3種類があり、それはタンク式集光装置、タワー式集光装置、ボード式集光装置である。（１）タンク式集光装置はまたタンク式線集束システムとも呼ばれる。このシステム装置は放物柱面のタンク式反射鏡を利用し、太陽光を管状の収集器に集束し、管の中の伝熱作業物質を加熱することで、中温の作業物質を作り出し、熱交換器内で水蒸気を発生させて通常の蒸気タービン発電機構を回すものである。この装置は一次元追尾を行なう必要がある。（２）タワー式集光装置はまたタワー式集束システムとも呼ばれる。タワー式太陽エネルギー熱電システムの基本構造には多くの平面反射鏡または曲面反射鏡によって構成され、それぞれが独立して太陽を追尾するヘリオスタットが含まれる。これらヘリオスタットはコンピューター制御によって太陽光をタワー頂上部に固定された収集器に反射させて集めるものである。収集器中の作業物質は非常に高い温度に達し、大きなエネルギーが得られる。（３）ボード式集光装置はまたプレート式集束システム、スターリングシステムとも呼ばれる。プレート式集束システムは放物面反射鏡によって構成され、収集器は放物面の焦点上にある。収集器内の伝熱作業物質は約750℃まで加熱され、発動機を回して発電を行なう。このタイプの装置は高温を得ることができ、それには二次元追尾を行なう必要がある。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
上記三種類の装置には共通の欠点が1つある。それは光エネルギー−熱エネルギーの転換プロセスが屋外で行なわれることであり、その放熱損失が大きいことである。タワー式システムの各採光鏡の回転方式はそれぞれに異なるため、制御は複雑になり、反射および追尾精度の要求は高くなる。また設計、取り付けが複雑になり、運行およびメンテナンスコストが高くなる。それと同時にタワーの建設は相当の投資比率を占めることになる。
タンク式システムは集束の変動によって熱変換効率が下がってしまう。追尾装置には比較的大きな面積の反射鏡が必要になると同時に、中間熱交換オイルを流動させるオイルパイプも搭載しなければならない。反射鏡の防風措置およびそのものの重量により、追尾装置の強度には相当の強化が必要であり、搭載する装置の製造コストもこれに応じて高くなる。熱交換オイルも投資コストの重要な構成要素である。オイルの気化温度による制限により、最終的な発電用蒸気温度は低く抑えられてしまい、おおよそ350℃を超えることはない。その発電効率も低く、またシステムの蓄熱能力が低いため、発電装置の利用時間が短くなり、総合的にみた発電コストは従来のエネルギー発電を大きく上回ってしまう。
プレート式は、第一に採光鏡が十分な面積を有することが必須条件であり、そうしてはじめて発電容量の要件を満たすことができる。通常は50平方メートル以上であり、これにより追尾装置の防風強度は相当高いものが求められる。発電装置も追尾装置上に搭載される。よって追尾装置の製造コストはとても高いものになる。また、発電は日照時間のみに限られ、蓄熱ができず、年間有効利用時間（フル稼働）は2000時間以下である。総合的にみた発電コストは従来のエネルギー発電をはるかに上回る。以下は上記3つのシステムの主な技術経済指標をまとめた表である。
2007524055.tif 000010
設計においても、ある技術プランでは集光鏡による太陽回転追尾の路線を避けて通る試みが見られる。例えば中国特許96192811.5の特許技術文献には高効率の線集束による非追尾式太陽エネルギー集積器が公開されている。この技術改良は小規模低温（≦200℃）での利用にのみ適応しており、発電の有効性はあまりない。業界にはまた、追尾制御を簡略化し、太陽エネルギー収集効率の向上を目指した技術プランがある。例えば中国特許96192811.5であり、この特許は出所であるアメリカ特許5，289，356の曲面反射鏡を主の太陽エネルギー収集器、そしてアメリカ特許5，274，497に示される曲面反射集束鏡を副の太陽エネルギー収集器として採用している。副太陽エネルギー収集器を主太陽エネルギー収集器に近接する曲率半径1／2の位置に設置し、また副太陽エネルギー収集器の縦向きに、エネルギー伝動流体を収容する導管を付設する。聞くところによると、この装置は思いがけない効果を得ることができるというが、しかし、この装置は光エネルギーの集束においては、実際には普通の線集束反射鏡と変わらず、太陽光エネルギーに対し集積を1度行なうのみである。ポイントとなるのは、大量の熱交換流体および大量の流体導管を使用しなければならない点で、これら流体と導管は必ず追尾装置に搭載され、熱交換は表面で行なわれなければならず、導管の保温なども経済的な問題に大きな影響を与える。もし温度がかなり高いものになれば、熱導管の可動連結も技術的な難題となる。よってこの装置による発電の商業化は実現不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
現行の太陽エネルギー利用技術の上記欠陥と欠点に対し、本発明が解決を目指す技術問題は、太陽光の集積密度を大幅に向上させ、エネルギーの転換／利用ポイントを集中し、太陽光追尾機構を更に簡略化し、装置全体の機械信頼性を高め、投資コストおよび運行コストを更に抑えることを可能にする太陽エネルギー集積利用装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このため、本発明の技術解決プランとは太陽エネルギー集積利用装置のことである。この装置には太陽光を採集又は集積するための一つ或いは複数放物面採光鏡；前記放物面採光鏡により集積した太陽光線を受け取り、それを指向射出したほぼ平行の光線に転換するガイド鏡を備える光線ガイド器；前記光線ガイド器から指向射出されたほぼ平行の光線を受け取る又は集積するための曲面集積鏡；前記曲面集積鏡から集積した太陽光線のエネルギーを貯蔵又は転換するための太陽エネルギー貯蔵転換設備；及び太陽光線を自動的に追尾して放物面採光鏡の鏡口の表面を常に太陽光線にほぼ直交することを保つための、太陽光追尾設備が含まれる。そのうち、採光鏡の焦点とそれに対応するガイド鏡の焦点を常に重なり合う。各放物面採光鏡には光線ガイド器が1セットずつ設置され、複数の放物面採光鏡上の光線ガイド器は1つの曲面集積鏡を共用している。そのうち、いくつかの放物面採光鏡上の光線ガイド器は、長期連続で一つの曲面集積鏡を共用するか、又は日光、季節、天候などの状況によって、いくつかの隣接した曲面集積鏡を変わって共用する。ただし全体的、実質的に言うと、やはり複数の光線ガイド器が1つの曲面集積鏡を共用している。本発明の装置は簡単な光学的原理−つまり光線に対し点集束を行なうことができるレンズ、その焦点位置に置かれた光線を屈曲または反射を経て、平行な光束に変換して放射するというもの−を利用して通常の太陽光収集器を光線ガイド器と曲面集積鏡を含む構造に改良することができる。つまり光線ガイド器はエネルギーを光エネルギー形式で伝達し、さらに曲面集積鏡を経て二次集積する。まず第一に、本発明の上記改良により、複数の光線ガイド器は同一の曲面集積鏡を共同で指向、共同で使用することができ、そして曲面集積鏡は更に複数の放物面採光鏡および光線ガイド器が転換射出した一次集積光線を再度集積する。このような太陽光の二段ないし多段集積は、つまり複数の大面積の採光鏡により集積した最初の太陽光を光線ガイド器を通して再度平行に曲面集積鏡に集積し、曲面集積鏡の二次集束によって太陽エネルギー貯蔵転換設備にある面積が比較的に小さくて且つ固定された利用空間に取り込んで、これにより太陽光の光エネルギー集積密度は従来のボード式／タンク式ないしタワー式集光装置による光エネルギー集積密度よりもはるかに高くなり、したがって太陽エネルギー貯蔵転換設備において高エネルギー密度の吸収または転換を行なうことができる。本発明装置で得られる太陽光エネルギー密度は大きく向上し、最終的な太陽輻射エネルギーの収集転換作業物質は、大規模な工業および商業的利用の必要に適するような高温に加熱されることができる。かつまた高集積比によってエネルギー媒質を高温に加熱することができ、大規模な高温でのエネルギー貯蔵が実現可能となり、熱エネルギー利用装置の年間平均作動時間が増え、システムの経済性が向上する。そして第二に、本発明装置は曲面集積鏡を採用して複数の放物面採光鏡および光線ガイド器が転換射出した一次集光線を再度集積するという構造である。その実質はエネルギー集積過程において、最初の集積を経たエネルギーを光エネルギーの形式を用いて伝達するものである。これは従来の熔融体、気体、液体、電線等を用いてエネルギーを伝達する技術方式と比較してエネルギー集積過程でのエネルギー伝達の複雑さ、費用、損耗を大幅に低減している。第三に、本発明装置の二次集束の構造的な特徴により、その光エネルギーの転換／利用ポイント−太陽エネルギー貯蔵転換設備を地上に建設することができ、高いタワーの上に建設する必要がない。かつまた一次採光、二次伝達およびその後の光エネルギー集積段階を全て地上に設置することができる。従来のタワー式集光装置が太陽エネルギー貯蔵転換設備を必ずタワーの上に建設しなければならなかったのに比べ、投資コストおよび運行とメンテナンスのコストを低く抑えられるメリットがある。第四に、二次集束の構造的な特徴により、本発明装置における複数の太陽エネルギー採光鏡はガイド鏡を通して容易に曲面集積鏡に向けることができ、追尾精度要求は低くなり、したがって単体セットの追尾設備の設計によって同時に複数の太陽エネルギー採光鏡を制御することができ、複数の太陽エネルギー採光鏡はシンクロして太陽光を追尾することができる。従来のタワー式集光装置の複数鏡面での多次元追尾設備に比べ、制御システムが大幅に簡略化される。第五に、太陽光収集器の部分について、従来のボード式／タンク式集光の2種類の太陽エネルギー装置と比較すると、本発明装置の太陽エネルギー貯蔵転換設備は地上に建築され、採光鏡上ではない。追尾設備の実行機械部分には太陽エネルギー貯蔵転換装置およびその中の作業物質を搭載する必要がなくなり、追尾設備中の実行機械部分の強度要求を大幅に下げ、装置全体および太陽光追尾機構の機械信頼性が大幅に向上し、組付けとメンテナンスがし易く、運行制御が簡単で、大規模な工業化の要件を満たすことができる。
【００１４】
本発明の実施例にある光線ガイド器は光線を集束できる凹面反射鏡であり、それはまた、凸レンズと平面反射鏡で構成されるレンズの組み合わせでもよい。そのうち凹面反射鏡または凸レンズの焦点と上記の放物面採光鏡の焦点は重なり合う。本発明の集光鏡は光線を集束できる何れかの光学システムでもよい。この光学システムはその焦点位置に設置した光線を、屈曲または反射を経てから、平行な光束に変換して放射することができる能力を持つ。よってそれは上記の具体的な実施例にあるような方式および構造に限られない。
【００１５】
できる限り大きな光エネルギー集積密度にする為、必ず光線ガイド器の放物面採光鏡の採光面積に対する遮蔽を最小化し、それと同時に光線ガイド器において方向転換し、射出される平行な光束の散乱角度を最小化し、射程を最大にし、格子状の配列において妨害および遮蔽なく配列される放物面採光鏡および／あるいは光線ガイド器の数量を最大にするため、一定の理論に基づいた計算と実験を経て、本発明の光線ガイド器の採光鏡上における太陽光投影面積と採光鏡の開口面積との比は1.5%以下であり、ガイド鏡の放物面採光鏡上における太陽光投影面積はその採光鏡の開口面積の0.1%〜1.5%である。これに対応して、放物面鏡の集光性能を保証する条件において、放物面採光鏡および／あるいはガイド鏡および／あるいは曲面集積鏡は完全な放物回転面式の反射集光鏡である。あるいは放物面採光鏡および／あるいはガイド鏡および／あるいは曲面集積鏡は放物回転面式の反射集光鏡の有効集光部分、例えば弓形部分、扇形部分、弓形を切り取った残りの曲面部分、扇形を切り取った残りの曲面部分、半曲面である。そのうち採光鏡の焦点距離とその開口直径との比（F/D比）は0.55〜1.1の間であり、ガイド鏡のF/D比は0.1〜0.3の間である。本発明の放物面採光鏡および／あるいは曲面集積鏡はまた、いくつかの非対称曲面の反射集光鏡全体またはその切り取った有効部分でもよい。
【００１６】
太陽光追尾設備の簡略化および本装置の構造の長所を最大限に効率よく引き出す為、本発明の装置は何らかの格子状配列システムを構成してもよい。本発明の具体的な実施例において、複数の曲面集積鏡の鏡軸は南北向きで、かつ東西に沿って並列に隙間なく配置されている。複数のガイド鏡の鏡軸も南北に沿って配置され、かつ列を成す曲面集積鏡のグループを水平指向する。これに対応して、格子状に配列された複数の採光鏡は南北向きにおいて等高に取り付けられ、また東西向きにおいて直線状に等高に配列される。同一の曲面集積鏡に指向されるが、距離が異なるガイド鏡の間は水平偏傾方式によって配列される。あるいは格子状に配列された複数の採光鏡は南北向きにおいて直線状に配列され、また東西向きにおいて直線状に等高に配列される。同一の曲面集積鏡に指向されるが、距離が異なるガイド鏡の間は上下方向で干渉しないように取り付け、配列される。太陽光追尾設備を簡略化する目的の為、本発明では装置が取り付けられる場所のそれぞれの地形、条件に基づき、放物面採光鏡についてその他の格子状に配列、例えば菱形配列、台形配列、三角形配列などを採用してもよい。上記に述べるように、本発明装置において同一の曲面集積鏡に対応する複数の採光鏡はいくつかの行グループに配列することができる。単体の行グループの集光鏡で数十平方メートル以上の太陽光を集積することができる。検索と調査による実証によると、現状の光学反射鏡の製造技術レベルで本発明装置の各要件を満たす製造は可能である。その上、本発明装置の大規模な応用が開始された後、製造業界および光学メッキフィルム技術の更なるデジタル化の進歩を前提として、光学反射鏡の集束精度には更なる向上が期待でき、これにより本発明装置に必要な製造コストを更に抑えることが可能になる。大規模な工業化の応用について試算した場合、発電の投資に基づき計算すると、現在の石炭発電所に対する投資より少し高く、メンテナンス、運行コストは通常の発電所より低くなる。総合的なコストは通常の発電所の生産コストと比較してそれに近づく、または低くなることが期待できる。もし反射鏡の製造工程および取り付け、運行の技術レベルがいっそう向上すれば、単体グループの集光面積は更に大きくすることができる。水蒸気が3000℃の高温条件において水素と酸素に分解されるという原理に基づけば、このシステムには更に水で水素を製造するという見込みもでき、これによって現在の人類社会のエネルギー構造を根本から変え、クリーンエネルギー利用の普及という目的を達する展望を持つことができる。
【００１７】
現在の材料加工技術はすでに相当なレベルに達しており、材料、工程および精度の面において放物鏡面の加工要求を満たすことができ、またメッキフィルム技術も飛躍的な進歩を見せており、現状の技術で反射鏡の反射率99%以上を確保することが可能である。現行の技術基盤において放物鏡などの回転曲面反射鏡は近い将来によりシステムの需要を満たす安定した生産状態に達することができる。また現状の技術でシステムの現地取り付けを行なうことも保証される。  
【００１８】
簡略化された追尾制御設備システムとして、本発明の実施例にある実行機械部分には動力装置、剛性の直棒形伝動器、および各放物面採光鏡の開口仰角制御機構を含み、1本の直棒形伝動器は、同一に直列される各放物面採光鏡の開口仰角制御機構と同時連結される。実行機械部分は、また液圧駆動器、および各放物面採光鏡の開口視角制御液圧支柱も含む。1セットの液圧駆動器はそれぞれ同列の各放物面採光鏡の開口視角制御液圧支柱と連結される。複数の採光鏡は南北向きおよび／あるいは東西向きにおいて直線の行列に配列される為、上記構造の追尾制御設備システムは1本の直棒形伝動器を適用することができる。例えば平ラック(spur rack)によって同時に同一の行または列の各放物面採光鏡の開口視／仰角制御ハスバ歯車を制御することができる。もちろん直棒形伝動器と開口視／仰角制御機構についても液圧連結制御装置を採用することができる。このようにして同一の行に配列される5〜50面の放物面採光鏡に1セットの本発明装置の実行機械部分と光電気制御部分を共同で使用させ、太陽光追尾設備のソフトウェアおよびハードウェアの規模と複雑さを大幅に低くすることができ、信頼性も大幅に上がり、運行、メンテナンス費用も合理的なレベルに抑えることができる。これによって大規模な商業化運営に向けて堅固な基礎を築くことが可能である。  
【００１９】
本発明装置の光線ガイド器はガイド器支柱にヒンジで連結され、このガイド器支柱の下部と採光鏡あるいは採光鏡架台の間は固定連結される。この光線ガイド器には東西向きの回転軸、この回転軸によってガイド器支柱にヒンジで連結された鏡脚、およびこの鏡脚を駆動してその回転軸を回る回転機構を含む。この鏡脚はガイド鏡の焦点と採光鏡の焦点との重ね合わせを保証する構造と寸法を有している。具体的に述べると、鏡脚は長弓形状に切断された放物面ガイド鏡の両端に固定され「Π」形構造となる。「Π」形構造の両腕部分には回転軸に合わせた軸穴が開けられ、この軸穴の中心線はガイド鏡と採光鏡の重なり合った焦点を通っている。これによって放物面ガイド鏡の俯仰角がいかに変動しても、ガイド鏡の焦点と採光鏡の焦点が常に1つに重なり合っている状態を保証することができる。実際においてはガイド鏡の鏡軸は平面視において基本的にある曲面集積鏡の開口への指向を常に保持している。これに対応して、本発明装置の光電気制御部分は複数の直棒形伝動器と複数セットの液圧駆動器と複数の回転機構を連結し、制御している。このような構造は、光線ガイド器と放物面採光鏡および曲面集積鏡との照準レベルの自動的微調整を高効率低コストで実現することを保証できる。太陽の運行軌道はすでに正確に把握されている為、コンピューター技術による制御の下、追尾装置の実行機構のシステム誤差は正確なフィードバックによって効果的に制御される。これによって実行機構の動作正確性の高さを確保し、システムの需要を満たすことができる。
【００２０】
光線ガイド器の光束集中レベルを高め、鏡面品質の限界による光束発散を抑える為、本発明の反射鏡が構成する光線ガイド器は更に採光鏡とガイド鏡の間に設置する凸レンズリングおよび／あるいはガイド鏡と曲面集積鏡の間の光路上に設置する凹レンズリングも含む。このようにしてガイド鏡に入射する、または曲面集積鏡に射出する、ズレ角度の比較的大きい散乱光線の方向角を平行光束が形成できる方向に修正することができる。
【００２１】
本発明の装置は太陽エネルギーの高温利用装置カテゴリーに属し、この為、本発明装置内の、または本発明装置の構造が成すシステム内の太陽エネルギー貯蔵転換設備は多層保温の構造になっている。その構造は複数の曲面集積鏡に対応し、かつそれには曲面集積鏡の集積光線を受ける、直径が曲面集積鏡の焦点よりやや大きい受光穴が開けられており、その最深部のシェル層にはエネルギーを蓄積および／あるいはエネルギーを転換する作業物質が収容されている。ここに述べるエネルギーを蓄積および／あるいはエネルギーを転換する作業物質は溶融塩、水、蒸気、溶解原料、光電池である。上記構造は黒体の構造に類似し、保温および各種のエネルギー方式によって集積した太陽光エネルギーを効率よく利用するのに有効である。
【００２２】
それぞれの曲面集積鏡は複数の採光鏡の太陽光を集積するため、その対応する最大採光面積は数十平方メートルに達すると思われる。研究資料によると、水蒸気は3000K以上に加熱されると水素と酸素に分解される。もしこのシステムの高集積比の光線が耐高温の媒質を3000K以上に加熱することができれば、水蒸気を媒質内に通し入れ、分解温度まで加熱することができる。熱エネルギーの利用と同時に大量の水素を直接作りだすことができる。水素エネルギーは高品位のエネルギーであり、保存性が安定しており、臨界圧力が低く、液化が容易で、使用に便利である。このような方式において、システムの利用は更に幅広い展望を有している。
【００２３】
次に、図面にあわせて本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１に示すとおり、太陽エネルギー集積利用装置には、太陽光を採集して、それを光点状に集積する放物面採光鏡1を含む。この装置にはまた、太陽光収集器、太陽エネルギー貯蔵転換設備、太陽光追尾設備も含まれる。そのうち太陽光追尾設備には、実行機械部分と光電気制御部分を含み、太陽光収集器には、光点を平行光束に転換してから指向放射する光線ガイド器2、および光線ガイド器2が射出する平行光束を受けて太陽エネルギー貯蔵転換設備3に集積する曲面集積鏡4を含む。
【００２５】
図２、３、４に示すとおり、本実施例の光線ガイド器2には光線を集束することができる反射式ガイド鏡2-1が含まれる。そのうちガイド鏡2-1の焦点と放物面採光鏡1の焦点は重なり合う。それぞれの放物面採光鏡1に光線ガイド器2が1セットずつ設置される。本実施例において、放物面採光鏡1は比較的大きな直径の回転放物面式反射鏡の弓形を切り取った残りの曲面部分である。光線ガイド鏡2-1は比較的小さな直径の回転放物面式反射鏡から切り取って得た弓形部分または半曲面である。曲面集積鏡4は直径の最も大きな回転放物面式反射鏡から切り取って得た曲面部分である。本実施例の光線ガイド器2およびそのガイド鏡2-1の太陽光投影面積は放物面採光鏡1の開口面積の1%と0.8%である。
【００２６】
本発明装置の光線ガイド器2は俯角が調整可能な状態で南北向きのガイド器支柱5の最端部分に取り付けられる。具体的に述べると、光線ガイド器2はガイド器支柱5にヒンジで連結され、このガイド器支柱5の下部と採光鏡架台の間は固定またはヒンジで接続される。
この光線ガイド器2には東西向きの回転軸6、この回転軸6によってガイド器支柱5にヒンジで連結された鏡脚7、およびこの鏡脚7を駆動してその回転軸6を回る回転機構（未表示）を含む。この鏡脚7はガイド鏡2-1の焦点と採光鏡1の焦点との重ね合わせを保証する構造と寸法を有している。具体的な構造は、鏡脚7は弓形状に切断された放物面ガイド鏡2-1の両端に固定され「Π」形構造となる。「Π」形構造の両腕部分には回転軸6に合わせた軸穴（未表示）が開けられ、この軸穴および回転軸6の中心線はガイド鏡2-1と採光鏡1の重なり合った焦点を通っている。これによって放物面ガイド鏡2-1の俯仰角がいかに変動しても、ガイド鏡2-1の焦点と採光鏡1の焦点が常に1つに重なり合っている状態を確保する。実際においては、追尾設備において採用する技術が回転機構に対して水平方位を含めた高精度制御を行ない、ガイド鏡2-1の鏡軸が基本的に水平に何れかの曲面集積鏡4の開口への指向を常に保持している。
【００２７】
北回帰線および北部を例に挙げると、この地域の太陽の南北向き仰視角は年中南に偏向している。我々が設計する採光鏡1の焦点距離が採光鏡1の開口半径の0.2〜1.5倍の間にある場合、追尾設備の構造分析に基づき、その焦点距離は最大でも採光鏡1の中心から追尾設備の半円歯車の外側エッジを超えてはならない（図３を参照）。緯度が高い地域において、採光鏡1を冬季に使用する場合は、光線ガイド器2の反射光は自身の採光鏡1によって遮蔽されてしまうと思われる。前述の問題を解決するため、採光鏡1を図２に示すような形式に設計する。つまり回転放物面採光鏡1の１部分を取り除く。取り除く具体的な面積サイズは、採光鏡1の焦点距離、反射精度、採光装置が置かれる地理的位置および採光反射装置の設置方法に基づき決定する。
【００２８】
光線ガイド器2の設計については、まず光線ガイド鏡2-1の温度上昇の問題を検討しなければならず、それは主にガイド鏡2-1の受光面積と放熱面積を指す。冷却装置を取り付けない状況での正常な作動を保証し、光線ガイド器2の採光鏡1における投影を最小限にする為、その基本形状は採光鏡1の最高点と採光鏡1の回転軸が形成する軸平面から回転放物面ガイド鏡2の下部を切り取ったものを採用する。
【００２９】
それと同時に装置システムの取り付け地域の緯度と採光鏡の最大反射夾角に基づき光線ガイド鏡2-1の放物面の具体的形状を設計する。赤道からの距離が遠いほど、光線ガイド鏡2-1のF/D比は小さくなる。
【００３０】
実際において採光鏡1のサイズおよび反射精度は光線集積に大きな影響を与える。なぜなら実際は採光鏡1の反射光線が焦点ポイントにおいて形成するのは円形の焦点であるため、一部の光線には拡散角があり、これによって光線ガイド器2が射出する光束に拡散角を持たせている。光線の発散レベルは単体の曲面集積鏡4が集積する光束の量を決定し、それは重要なキーポイントとなる要素である。
【００３１】
計算によって分かるとおり、光線ガイド鏡2-1の反射精度が高いほど、発散レベルは小さくなる。また計算によって、光線ガイド鏡2-1の開口半径が大きいほど、反射ズレは小さくなり、放熱面積は大きくなることも分かる。ただし、光線ガイド鏡2-1の半径が大きいほど、採光鏡1の入射光を遮蔽する面積が大きくなる。その反射する水平光束断面積が大きいほど、同一の水平高さの単体グループに配置できる採光鏡は少なくなり、実際の装置においては上記の条件に基づき適切に選択を行なう。
【００３２】
ガイド鏡2-1から出る水平光束の平行度が要件に満たない場合、光学レンズを利用して平行精度の補正を行なうことができる。採光鏡1とガイド鏡2-1の間に凸レンズリングを設置し、ガイド鏡2-1と曲面集積鏡4の間の光路上に凹レンズリングを設置することで、散乱光線の虚焦点を焦点エリアに修正し、あるいは外向きの散乱光線を光束内部に偏向する。
またガイド鏡に入射する、または曲面集積鏡に射出する、ズレ角度が比較的大きい散乱光線の方向角を、平行光束を形成する方向に修正し、このようにして精度補正を行なう。以上の方法により焦点半径を半分に縮小する効果を得ることができる。
【００３３】
図３、４に示すとおり、本発明装置上の実行機械部分には動力装置（未表示）、剛性の直棒形伝動器10、および各放物面採光鏡の開口が南北向きにある仰角制御機構11を含み、1本の直棒形伝動器10は、同一に直列される各放物面採光鏡の開口仰角制御機構11と同時連結される。実行機械部分はまた、液圧駆動器（未表示）、および各放物面採光鏡の開口が東西向きにある視角制御液圧支柱12も含む。1セットの液圧駆動器はそれぞれ同列の各放物面採光鏡の開口視角制御液圧支柱12と連結される。具体的に述べると、採光鏡1およびその架台8と追尾設備の実行機械部分は全て採光鏡1の支持構造9に取り付けられ、架台8の直径を通る2個所を半円歯車枠13に垂直に固定し、架台8は半円歯車枠13の軸中心と同心の架台支持軸9-2を通じて支持構造9にヒンジで連結される。採光鏡1の支持構造9の一端は固定支持部9-1にヒンジで連結支持され、支持構造9のもう一端は液圧支柱12上に支持されている。複数の採光鏡1が南北向きおよび／あるいは東西向きにおいて直線の行列に配列される為、追尾制御設備システムは1本の直棒形伝動器10、例えば平ラック(spur rack)によって同時に同一の行または列の各放物面採光鏡1の開口が南北向きにある仰角制御ハスバ歯車11を制御することができる。もちろん直棒形伝動器10と開口仰角制御機構11についても液圧連結制御装置を採用することができる。このようにして、1セットの液圧駆動器はそれぞれ同列の各放物面採光鏡1の開口視角制御液圧支柱12と連結される。同時に、またはそれぞれに採光鏡1の開口視角制御液圧支柱12を駆動し、追尾設備の液圧支柱12の高さを調整することによって、支持構造9の東西向き角度、つまり採光鏡1の開口が東西向きにある視角を動かすことができ、当日の太陽の東西向き視角の変動を追尾することができる。同じ原理で、平ラック(spur rack)10は同一列の複数の採光鏡1のハスバ歯車11を動かしてシンクロ回転させる。ハスバ歯車11は半円歯車枠13を動かし、半円歯車枠13は採光鏡1を動かして太陽の南北向きに対する仰角変動を追尾させる。以上の調整により、太陽光が採光鏡1の主軸に対し平行になり、採光鏡1の表面に入射することを保証する。この装置は複数の追尾設備を一つにつなぎ合わせてシンクロ調整を行なうため、制御システムを簡略化して実行機構の数量を減らすことができ、これにより装置の信頼性が向上する。また運行、メンテナンス費用も合理的なレベルに抑えることができる。  
【００３４】
本発明の実施例にある太陽光追尾設備の作動原理は、現在すでに正確に把握されている太陽の運行軌道に基づき、コンピューター技術の応用と結びつけて、実行機構の作動プロセスの正確な予知調整を可能にするものである。レーザーデジタル測定制御装置を採用し、フィードバック調整を行なうことで、温度または機械的な原因などによる調整誤差を適時把握し、適時処置することができる。追尾設備は光学的な要求に基づき作動するため、その作動に関連する部品の加工、取り付け精度要求はとても高い。しかし、機械部品の作動と運行はとても緩やかであり、また、各採光鏡のそれぞれは風を受ける面積が大きくはならないため、この機構についての機械強度要求は高いものではない。一部の材料にはアルミニウム合金またはプラスチックを使用して、製造コストを低減し、荷重を軽減し、信頼性を高めることができる。
【００３５】
図５に示すとおり、本実施例におけるそれぞれの放物面採光鏡に光線ガイド器2が1セットずつ設置され、複数の放物面採光鏡の光線ガイド器2は、1つの曲面集積鏡4を共用している。3面の曲面集積鏡4の鏡軸は南北向きで、かつ東西に沿って並列に隙間なく配置されている。複数のガイド鏡2-1の鏡軸も南北に沿って配置され、かつ列を成す曲面集積鏡4のグループを水平指向する。これに対応して、格子状に配列された複数の採光鏡1（未表示）は南北向きにおいて等高に取り付けられ、また東西向きにおいて直線状に等高に配列される。同一の曲面集積鏡4に指向されるが、距離が異なるガイド鏡2-1の間は干渉が生じないように平面視で位置をずらせて配列される。
【００３６】
図５において、複数の放物面採光鏡1（各自のガイド鏡2-1によって表示される）は3つの曲面集積鏡を共用している。それぞれ3つの曲面集積鏡に平行光束を射出しており、そのうちいくつかの光線ガイド器2は隣り合った行列の曲面集積鏡4に平行光束を射出してもよい。
【００３７】
曲面集積鏡4は固定設置を採用する。各曲面集積鏡4は1つの放物面反射鏡の一部であり、これにより全ての曲面集積鏡4の間を隙間なく配置し、曲面集積鏡4が平行光束エリアをカバーできるようにする。四角枠20に、何れかの曲面集積鏡4に対応する何れかのグループのガイド鏡2-1を示す。このグループの中の光線ガイド鏡2-1が反射する光束はほぼ平行光であるが、やはり拡散角がある。これら準平行光束19は曲面集積鏡4の反射を経て1つの焦点に集積される。焦点位置は固定され、変動しない。これにより、この焦点位置を太陽エネルギー貯蔵転換設備3の受光穴に、より正確に位置決めすることができる。この穴の面積サイズは反射精度により決定する。最終的には、集積された高エネルギーの輻射太陽光が小さな受光穴から固定されたエネルギー吸収スペースに送られる。
【００３８】
本発明装置システムの主な目的は、集積光束が曲面集積鏡4に達する際の単位面積の集積光束数量を最大にすることである。これには採光鏡1を合理的に配置することが必須である。図５に示すように採光鏡1は南北向きに配置する。この配置方法は同一の水平高さにおいて南北向きに沿って複数の採光鏡を配置させることができる。一定の拡散角を有する準平行光束19が遮蔽されないよう保証することを前提に、採光鏡1の配置数量は以下の要素の制約を受ける。まず、その取り付ける地点の緯度の影響を受ける。採光鏡1の形状などの要素が同一である状況において、赤道線から遠く離れるほど、南北向きに沿って配置できる採光鏡1は少なくなる。同じ原理で、採光鏡1とガイド鏡2-1および曲面集積鏡4の反射精度が低いほど、その配置数量は少なくなる。同じ状況において、年間運行時間が異なる場合でも同様の影響を受ける。冬季運行時間が短くなるほど、南北向きの仰視角を満たす必要がある角度は小さくなるが、しかしその配置可能数量は多くなる。
【００３９】
反射精度が要求を満たす状況において、採光鏡1は異なる水平高度で上がり段配置を行なうことができる。つまり上記に述べるように同一の水平高度において南北長さを最大限まで配置し、次に同じ方法で更に高い水平面において繰り返し配置を行なうのである。このようにして南北向きに沿って更に大きな範囲で採光鏡1を配置することができ、目標エリアの単位面積の集積光束数量を更に増やし、熱エネルギーシステムは更に大きな範囲で太陽エネルギーを得ることが出来る。これによって単体の熱エネルギーシステムの容量を効果的に高める。熱エネルギー利用システムにおける容量の増加は熱エネルギー利用効率の向上を意味し、発電システムにおいてもユニット発電効率の向上を意味する。
【００４０】
図１、５に示すとおり、太陽エネルギー貯蔵転換設備3は多層保温の構造（未表示）になっている。その構造は複数の曲面集積鏡4に対応し、かつそれには曲面集積鏡4の集積光線を受ける、直径が曲面集積鏡4の焦点よりやや大きい受光穴（未表示）が開けられている。いくつかの曲面集積鏡4から太陽エネルギー貯蔵転換設備3の受光穴に向けて高度に集積された太陽光エネルギーが射出され、その最深部のシェル層に収容された空気の作業物質が太陽光エネルギーを吸収／蓄積する。それぞれの曲面集積鏡4は一部分の導入スペースに対応しており、全てのスペースが1つに連結されれば、1つの太陽光エネルギー利用通路を形成することが出来る。熱学の原理に基づき、通路の表面面積が光線入り口面積よりはるかに大きい場合、太陽光のこの通路内での熱交換は黒体の熱交換に近いものになり、太陽光エネルギーの利用効率は大きく向上する。
【００４１】
採光鏡1の単体グループに配置される数が比較的多くなる場合、曲面集積鏡4は大きなエネルギーの太陽光を反射しなければならず、おそらく空気では鏡面を安全な作業温度に冷却することができなくなるため、この場合曲面集積鏡4は冷却システムを追加設置する必要があると思われる。もちろん曲面集積鏡4は隙間なく直列に固定配置されているため、冷却システムの追加設置はあまり複雑になることはない。
【００４２】
ボイラー入り口は熱貯蔵通路14に接続され、出口には吸出し送風機15が取り付けられる。吸出し送風機15の運行後、空気が熱貯蔵通路14を経てボイラーシステムに流入し、ボイラーシステム内には伝熱面16が配置される。熱貯蔵通路14を通るプロセスの中で、設計温度に加熱された作業物質の空気は、ボイラー伝熱面16を経て、ボイラーパイプ17の中の水を設計圧力において飽和蒸気、または過飽和蒸気になるよう加熱する。その作業物質の蒸気は組み合わせになっている蒸気タービン発電ユニット18を回す。ボイラーは実際の状況に応じて、一般の工業ボイラー、暖房ボイラーに設計することができる。
【００４３】
本太陽エネルギーボイラーシステムの熱エネルギー利用効率評価は以下の通り。
【００４４】
太陽エネルギーボイラーシステムのエネルギー損失には以下内容を含む。
採光反射鏡の加工精度誤差による反射誤差の損失、試算推定0.2%。
採光反射鏡の反射率による損失、試算推定1%。
集光反射鏡の加工精度誤差による反射誤差の損失、試算推定0.2%。
集光反射鏡の反射率による損失、試算推定1%。
集光導入鏡の反射率による損失、試算推定0.2%。
ボイラーおよび熱貯蔵通路の放熱損失およそ≦0.5%。
吸出し送風機が排出する空気温度が環境温度40℃より高い場合の熱損失は1%。
光システムの損失は、1−99.8％×99％×99.8％×99％＝2.38%
太陽エネルギーボイラーの熱効率は、
100−2.38−0.5−1＝96.12％
【００４５】
この結果は本システムに対する初期段階的な試算に過ぎず、もし各技術支援が予想を超えた場合は、その利用効率は上記試算よりも高くなり、逆の場合は試算よりも低くなる。
そのうち空気温度の排出については環境温度よりやや高くなるレベルが実現可能である。
【００４６】
本太陽エネルギー集積蓄熱ボイラーシステムの熱エネルギー発電における応用および経済性の評価は以下の通り。
【００４７】
太陽エネルギーボイラーに100MWの蒸気タービン発電ユニットを1台組み合せたものを例に挙げて説明する。
【００４８】
現有の100MW蒸気タービン発電ユニット定格負荷の設計効率が40%以上、上記ボイラー損失に結び付けてユニットの発電効率が40%とする。
対応する太陽エネルギー採集輻射エネルギーは、100/40%=250 MW  
日照の平均量が0.8kw/m2hの場合、必要な採光面積は、250000/0.8=312400m2
通年の1日の最大採光量に基づきユニットを24時間発電、負荷率100%、日照時間12時間とした場合、必要な採光面積は、
312400×2=624800m2≒62万m2
日照時間が3000時間の場合、ユニットの年間運行時間数が6000時間、平均負荷が70%とすると、
年間発電量は、6000×100000×70%=4.2億kw.h
【００４９】
システム投資評価の説明
太陽エネルギー発電は通常の火力発電と比較して、燃料の積み下ろし、輸送、固体燃料の製粉、燃焼、空気予熱、集塵、灰かす排出、汚染物質処理などの大型設備、およびボイラー工場、煙突、埠頭などの大規模な土木工程が減るため、現有の発電所投資比率に基づき分析すると、太陽エネルギー発電所の光システムの設備スペース投資を除いて、その他の投資は現有の発電所投資のわずか1／3前後になる。つまり1600元（人民元）である。前述の試算で分かるとおり、1000ワット当たりに対応するのは6 m2の採光鏡が1つである。
下表は1kw容量あたりの投資試算である。この試算にはある程度の誤差があるが、一定の参考になり得ると思われる。
【００５０】
【表１】
2007524055.tif 000011
【００５１】
以上の試算で分かるとおり、太陽エネルギー発電所の建設投資が通常の発電所より高くなっている。運行とメンテナンスのコストは主に各反射鏡の影響を受けており、平均の使用寿命が5年の場合、年平均コストは420人民元/kwである。その他の点検修理およびメンテナンスおよび労力コストは通常の発電所の250人民元/kwより低くなる。試算推定は130人民元/kwであり、上記の試算によって分かるとおり、1kw容量あたりの年間発電量は4200kw.hである。約2.5%の工場使用電力を除いて、約4100kw.hである。現在の送電価格0.35人民元/kw.hに基づき計算し、利潤と税金は880人民元である。ほとんどの国がクリーンエネルギー使用の税収について特恵政策を行なっているため、投資収益は通常の発電所よりも高くなることが見込まれる。それとともに、環境に対する効果と利益および社会に対する効果は更に大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例の光路原理全体を示した見取り図である。
【図２】本発明の実施例における放物面採光鏡および光線ガイド器の構造を示した見取り図である。
【図３】本発明の実施例における放物面採光鏡およびその実行機械部分の構造を示した見取り図である。
【図４】図３のA-Aの断面を示す見取り図である。
【図５】本発明の実施例で、複数行の採光鏡配列による光路を示した見取り図である。
【図６】本発明装置を採用した太陽エネルギーボイラーシステムの構造原理を示した見取り図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  放物面採光鏡
２  光線ガイド器
４  曲面集積鏡
５  ガイド器支柱
６  回転軸
７  鏡脚
８  架台
９  支持構造
１０  直棒形伝導器
１１  開口仰角制御機構
１２  開口視角制御液圧支柱
１３  半円歯車枠
１４  熱貯蔵通路
１５  送風機
１６  電熱面
１７  ボイラーパイプ
１８  蒸気タービン発電ユニット
１９  準平行光束
２０  四角枠（囲み範囲を示す枠線）
【国際調査報告】
2007524055.tif 000012
2007524055.tif 000013