(57)【要約】  パネルベースに取り付けられた展開式の反射板に基づく宇宙空間用の太陽光集光装置が記載される。各反射板は、ベースとは反対側の表面を反射コーティングで被覆された側面を含む。一実施形態において、反射板の側面は、圧縮力が加わっていないときの展開のための剛性を提供するための厚い部分と、重量及び蓄積エネルギーを削減するための薄い部分とを有する。別の実施形態において、反射板が収納された位置にあるとき、両方の反射性側面は折り曲げられない。展開中、停止側面が両方の反射性側面の展開を制限し、適切な反射位置を確保する。また、これらの実施形態は蓄積エネルギーを低減する。
2008518471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射エネルギーを隣接する太陽電池上へ反射させる折りたたみ可能な反射板の列と交互に配置される太陽電池の列と、該反射板の列及び該太陽電池の列が搭載されるベースとを備える太陽光集光装置であって、該反射板の各列は、
一対の対向表面を有し且つ前記ベースとは反対側の表面に反射コーティングを有するシートを含み、該シートは、
前記ベースに固定され且つ互いに離間している一対の平行な縁部と、
該一対の縁部のうちの一方とそれぞれつながっている第１の側面及び第２の側面と
を含み、外力が加わっていないときは、前記第１の側面は前記ベースから離れる方向へ旋回して前記第２の側面と共に三角形断面を形成し、圧縮力が加わると、前記第１の側面は前記ベースの方向へ旋回し、前記第２の側面は前記ベースの方向へ折り曲げられて、前記シートが折りたたまれることを特徴とする太陽光集光装置。
【請求項２】
前記第１の側面は、第１の厚さの少なくとも１つの一体的なフレーム部分を第２の厚さの肉薄部分と共に含む請求項１に記載の太陽光集光装置。
【請求項３】
前記第２の側面は第３の厚さの領域を含み、前記第２の厚さ及び該第３の厚さは前記第１の厚さよりも薄い請求項２に記載の太陽光集光装置。
【請求項４】
前記第１の厚さは約５０〜１００μｍであり、前記第２の厚さ及び前記第３の厚さはそれぞれ約１５〜２５μｍである請求項３に記載の太陽光集光装置。
【請求項５】
入射エネルギーを隣接する太陽電池上へ反射させる折りたたみ可能な反射板の列と交互に配置される太陽電池の列と、該反射板の列及び該太陽電池の列が搭載されるベースとを備える太陽光集光装置であって、該反射板の各列は、
前記太陽電池の列と平行で、前記ベースに固定され且つ互いに離間している第１の細長い部分及び第２の細長い部分と、
前記ベースとは反対側の表面が反射コーティングで被覆され、前記太陽電池の列に近い前記第１の部分の一方の辺に接続されている第１の側面と、
前記第１の部分に近い前記第２の部分の一方の辺と前記第１の側面とを接続する第２の側面と、
前記ベースとは反対側の表面が反射コーティングで被覆され、前記第１の部分から遠い前記第２の部分の他方の辺に接続されている第３の側面と
を含み、外力が加わっていないときは、前記第１の側面は前記ベースから離れる方向へ旋回して前記第２の側面と共に三角形断面を形成し、前記ベースから離れる方向へ旋回する前記第３の側面を支持し、該ベースから遠い該第３の側面の上部が前記第１の側面と前記第２の側面との間の二面縁と接触するようにし、圧縮力が加わると、前記第１の側面及び前記第３の側面は表面が折り曲げられない状態で前記ベースの方向へ旋回し、該第３の側面は前記ベースとは反対側の該第１の側面の前記表面を覆い、前記第２の側面は、前記反射板が折りたたまれるように前記ベースの方向へ折り曲げられることを特徴とする太陽光集光装置。
【請求項６】
前記反射板の各々の前記第１の部分、前記第１の側面、前記第２の側面、前記第２の部分及び前記第３の側面は、この順に接続されて１枚のシートから作製される請求項５に記載の太陽光集光装置。
【請求項７】
外力が加わっていないときに、前記第３の側面は、前記ベースの方向へ旋回しようとし、前記反射板が展開されると、前記第１の側面が前記ベースから離れる方向へ旋回し、前記第３の側面が前記第１の側面と前記第２の側面との間の前記二面縁に圧力を加える請求項５に記載の太陽光集光装置。
【請求項８】
前記反射板の各々は２枚のシートから作製され、そのうち１枚のシートは、順に接続された前記第１の細長い部分、前記第１の側面、前記第２の側面及び第３の細長い部分を含み、もう１枚のシートは、順に一体的に接続された前記第２の細長い部分及び前記第３の側面を含み、前記第３の部分は前記第２の部分と重ねられ、これら双方の部分が前記ベースに固定される請求項５に記載の太陽光集光装置。
【請求項９】
前記第１の側面は、材料の弾性限界未満の圧縮力により曲げられる請求項５に記載の太陽光集光装置。
【請求項１０】
前記反射板の各々の前記第２の側面は、開口部により分離された複数の細長いストリップを含む請求項５に記載の太陽光集光装置。
【請求項１１】
前記開口部は、修理の目的で前記反射板の下の空間への入口を提供する請求項１０に記載の太陽光集光装置。
【請求項１２】
少なくとも１つのストリップは、断面が湾曲した表面を有する請求項１０に記載の太陽光集光装置。
【請求項１３】
前記第２の側面の前記複数のストリップは互いに平行であり、前記反射板が折りたたまれていない時に前記第１の側面と前記第２の側面との間の前記二面縁に垂直な方向にある請求項１０に記載の太陽光集光装置。
【請求項１４】
前記反射板の各々の前記第１の部分、前記第１の側面、前記第２の側面、前記第２の部分及び前記第３の側面は、この順に接続されて１枚のシートから作製される請求項１０に記載の太陽光集光装置。
【請求項１５】
外力が加わっていないときに、前記第３の側面は、前記ベースの方向へ旋回しようとし、前記反射板が展開されると、前記第１の側面が前記ベースから離れる方向へ旋回し、前記第３の側面が前記第１の側面と前記第２の側面との間の前記二面縁に圧力を加える請求項１０に記載の太陽光集光装置。
【請求項１６】
前記反射板の各々は２枚のシートから作製され、そのうち１枚のシートは、順に一体的に接続された前記第１の細長い部分、前記第１の側面、前記第２の側面及び第３の細長い部分を含み、もう１枚のシートは、順に一体的に接続された前記第２の細長い部分及び前記第３の側面を含み、前記第３の部分は前記第２の部分と重ねられ、これら双方の部分が前記ベースに固定される請求項１０に記載の太陽光集光装置。
【請求項１７】
前記反射板は、０．１Ｊ／ｍ２未満の蓄積エネルギーを有する請求項５に記載の太陽光集光装置。
【請求項１８】
前記１枚のシートは、約２５〜３０μｍの厚さを有する請求項６に記載の太陽光集光装置。
【請求項１９】
前記反射板は、高強度のチタン合金から作製される請求項５に記載の太陽光集光装置。
【請求項２０】
前記反射板は、高強度のチタン合金から作製される請求項４に記載の太陽光集光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の背景］
発明の分野
本発明は太陽光集光装置に関し、特に、太陽電池の列と交互に配置される折りたたみ可能な反射板の列を有する太陽電池パネルを形成するための宇宙空間用の太陽光集光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術の説明
宇宙船は通常、主要エネルギー源として太陽電池を搭載する。太陽電池は、宇宙船上で放射太陽光に曝露されるように配置され、その向きを定められる。
【０００３】
姿勢安定化制御の宇宙船において、太陽電池は通常、平坦なアレイに配列され、宇宙船の船体の両側から延在する太陽電池翼に搭載される。太陽電池翼は、できる限り放射太陽光に直交するように姿勢を保持するために回転することが好ましい。太陽電池翼は、その展開された形状において非常に長くなる可能性があるので、一般には、宇宙船の発射時には、より小さな収納された形状に折りたたまれるように、蛇腹状の配列（一次元展開）又は敷石状の配列（二次元展開）に互いに結合される複数の平坦な太陽電池パネルから形成される。
【０００４】
宇宙船によって搭載されなければならない太陽電池の数は、想定される宇宙船電力需要と太陽電池の効率との関数である。効率の高い太陽電池は、或る特定の宇宙船によって必要とされる電池の数を削減するが、非常にコストが高い。太陽電池の数と共に、重量及び重量に関連するコストも増加するので、宇宙船が搭載しなければならない太陽電池の数を削減することには大きな動機がある。
【０００５】
したがって、太陽電池パネルに隣接して配置され、且つ電池上にさらに多くの放射太陽光を反射するように向きを定められる反射表面を用いることにより、放射太陽光を太陽電池上に集光するための努力が続けられている。こうして、何もしなければ太陽電池翼のそばを通過してしまう放射太陽光が、太陽電池に入射するように向きを変更される。このさらに多くの反射された放射太陽光を有用なエネルギーに変換する際の太陽電池の効率は通常、主に太陽電池温度が上昇すること及び入射角が傾斜することに起因して、直接に入射する放射太陽光の場合よりも小さいが、太陽光を集光することにより、宇宙船の太陽電池の数を著しく低減できるようになり、結果として宇宙船の重量及びコストが削減される。放射太陽光を集光するための硬質反射板及び可撓性反射板が提案されており、一般には可撓性反射板が重量に関して有利である。典型的な可撓性反射板システムは、米国特許第６，０１７，００２号及び米国特許第６，０５０，５２６号に示される。典型的な硬質反射板システムは、米国特許第５，５２０，７４７号に示される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの反射板システムは放射太陽光を集光するが、太陽電池パネルに隣接してこれらの反射板システムを位置決めすることは、いくつかの問題を生じる。太陽電池温度が上昇し、結果として光電変換効率が低下する。指向誤差は、太陽電池パネル上の光束を不均一にし、電力管理が複雑になり、結果としてパネルの電力収集が減少する。
【０００７】
展開式の反射板の場合に、反射板の位置及びその展開は、太陽電池パネルの二次元の展開（敷石状のパネル）と適合させるのが容易ではなく、その一次元の展開（蛇腹状のパネル）とのみ適合する。
【０００８】
反射板による別のタイプの集光は、太陽電池パネル上に小型の反射板を分散させることである。上記のものとは異なり、反射板は太陽電池の列間に配置される。それにより、上記の問題点のうちのいくつかが低減されるか、或いは解消される。本発明はこの種の構成に関連する。米国特許第６，１８８，０１２号、米国特許第６，１７７，６２７号、米国特許第６，５２８，７１６号及び国際公開特許第ＷＯ００／７９５９３Ａ１号も、この幾何学的概念に基づくいくつかの実施形態を記載している。
【０００９】
米国特許第６，１８８，０１２号は展開式の集光装置にのみ当てはまる。反射板の展開は、数種類のばねによって確実に行われる。展開した後、そのばねを用いて、反射フィルムに張力をかけておく。そのような装置の主な問題点は、宇宙空間において長時間経過した後に（食毎に起こる熱サイクルによって）生じる機械的な疲労である。電気通信用の宇宙船の場合、太陽電池アレイは、静止軌道において１５年間完全に動作し続けなければならない。毎日１回の食が生じる。数千日の食によって、数千回の熱サイクルが生じることになる。ばねの弛緩に起因して反射板の張力が次第に変更される場合には、光学特性及び照度の均一性が劣化するであろう。実効的な集光係数がゼロになり、宇宙船の発電に関して著しい損失が生じる。そのため、展開した後に、さらに移動して張力に損失が生じないようにするために、その反射フィルムは固定装置を必要とする。この特許はさらに展開／収納の概念を提示しているが、その有効性は完全ではない。反射板が収納される場合には、その長さは、展開された形状よりも見かけ上短くなる。写実的な図面は確かに、収納された形状の場合に、反射板フィルムが太陽電池を部分的に遮蔽していることを示すであろう。反射板が展開し損ねた場合には、反射フィルムは太陽電池を遮蔽することになり、結果的な発電はゼロになっているであろう。これは、本発明の一態様が回避することを目的とする別の問題点である。
【００１０】
米国特許第６，１７７，６２７号は、可撓性シートと、その下でベースに搭載されるエレクター（起立装置）とを備える圧縮可能な反射板装置を提供する。シートは、光を反射させる反射板として機能する。エレクターはシートを支持する。したがって、２つの別個の部品が必要とされる。
【００１１】
国際公開特許第ＷＯ００／７９５９３Ａ１号は、自己展開式の反射板を用いる概念を提示している。それらは、収納された形状では明らかに電池を遮蔽している。展開した後には、ブロック用の機構は存在しない。格納中には、太陽電池パネルは従来どおりに、その間に小さな空間を残して積層状態で搭載される。収納された反射板はこの利用可能な空間を用いているが、収納された形状では固定機構が存在しないため、パネルｉの反射板は、隣接するパネル（ｉ＋１）からの反射板にぶつかるように折りたたまれる。
【００１２】
この形状は、振動（例えば、輸送中或いは発射時）が反射フィルム上にかき傷を作り出し、光学特性を変更し、後に実効的な太陽光の集光を変更し、発電の損失を生じるようになるため問題である。
【００１３】
米国特許第６，５２８，７１６号は、折りたたみ可能な反射板を有する展開式の太陽光集光装置を提供する。米国特許第６，１８８，０１２号及び米国特許第６，１７７，６２７号と同様に、反射板は、適切に動作するために起立要素と反射要素との両方を必要とする。圧縮可能な反射板はまた、集光装置が収納された位置にある場合に折りたたまれなければならない少なくとも１つの反射板表面を含む。
【００１４】
また、上記引例は全て、比較的大量の展開エネルギーを必要とする集光装置を教示している。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
［発明の概要］
本発明の一態様によれば、鋸歯（又は楔形）反射板は自己展開式であり、収納された位置において、反射板は電池の列に重ならない。また、反射板は展開可能で且つ反射性の１つの要素を含む。したがって、付加的なエレクターが必要ない。
【００１６】
展開した後、反射板は太陽光束を収集し、それを電池に集光する。反射板を展開する前に、好ましい実施の形態の１つは、パネル基板上に折りたたまれた反射板を用いて、折りたたまれた幾何学的形状を維持する。本発明の別の態様によれば、展開式の反射板は、収納された位置にある時に折りたたまれる必要のない２つの反射面を含むことによって、太陽電池の集光装置の形状及び動作効率を改善する。
【００１７】
本発明の一つの目的は、入射エネルギーを隣接する太陽電池上へ反射させる折りたたみ可能な反射板の列と交互に配置される太陽電池の列と、反射板及び太陽電池の列が搭載されるベースとを備える太陽光集光装置であって、反射板の各列は、一対の対向表面を有し且つそのうちベースとは反対側の表面に反射コーティングを有するシートを含む、太陽光集光装置を提供することである。シートは、上記ベースに固定され且つ互いに離間している一対の平行な縁部と、この一対の縁部のうちの一方とそれぞれつながっている第１の側面及び第２の側面とを含む。外力が加わっていないときは、上記第１の側面は上記ベースから離れる方向へ旋回して第２の側面と共に三角形断面を形成する。圧縮力が加わると、上記第１の側面は上記ベースの方向へ旋回し、第２の側面はベースの方向へ折り曲げられ、上記シートが折りたたまれる。好ましくは、第１の側面は、第１の厚さの一体的なフレーム部分を第２の厚さの薄い部分と共に含む。第２の側面は第３の厚さの領域を含み、上記第２の厚さ及び当該第３の厚さは第１の厚さよりも薄い。
【００１８】
本発明の別の目的は、入射エネルギーを隣接する太陽電池上へ反射させる折りたたみ可能な反射板の列と交互に配置される太陽電池の列と、反射板及び太陽電池の列が搭載されるベースとを備える太陽光集光装置であって、反射板の各列は、太陽電池の列と平行であり、上記ベースに固定され且つ互いに離間している第１の細長い部分及び第２の細長い部分と、太陽電池の列に近い第１の部分の一方の辺に接続され且つベースとは反対側の表面が反射コーティングで被覆された第１の側面と、第１の部分に近い第２の部分の一方の辺と第１の側面とを接続する第２の側面と、第１の部分から遠い第２の部分の他方の辺に接続され且つベースとは反対側の表面が反射コーティングで被覆される第３の側面とを含む、太陽光集光装置を提供することである。外力が加わっていないときは、上記第１の側面は上記ベースから離れる方向へ旋回して第２の側面と共に三角形断面を形成し、上記ベースから離れる方向へ旋回する第３の側面を支持し、第３の側面の上縁が第１の側面と第２の側面との間の二面縁（dihedral edge）と接触するようにする。圧縮力が加わると、上記第１の側面及び上記第３の側面は表面が折り曲げられない状態で上記ベースの方向へ旋回する。第２の側面は、上記反射板が折りたたまれるようにベースの方向へ折り曲げられることができる。第２の平坦な側面は、開口部により分離された複数のストリップを含んでもよい。反射板の各々は、１片の材料から作製されても、別個の部品から組み立てられてもよい。このような形状はまた、展開に必要とされる蓄積エネルギーを低減し得る。
【００１９】
上記の目的及び利点並びに後に明らかとなる他の目的及び利点は、以下でより詳しく説明され特許請求される構成及び動作の詳細に含まれ、本明細書の一部を成す添付図面が参照され、図面を通して、同様の符号は同様の部分を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［好適な実施形態の詳細な説明］
図１を参照すると、本発明による太陽光集光装置が示される。鋸歯反射板１３の列と太陽電池１２の列とが交互に並んでいる。それらは、適合した締結具によりハニカムパネル構造等の太陽電池パネル構造１１上に搭載される。この構造は通常、ＣＦＲＰ（炭化繊維強化ポリマー）表面板を両側に有するアルミニウムハニカムから成る。放射太陽光はパネル構造１１に入射する。その放射太陽光は、直接に、或いは反射板１３の反射コーティング上で反射した後に太陽電池１２に達するであろう。好ましい一実施形態では、太陽電池１２及び反射板１３の列の幅は、幾何学的集光係数に応じて同じくらいである。例えば、幾何学的集光係数が２：１である時これらの幅は同じである。幾何学的集光係数に依存する反射板の傾斜角は約６０°であり、幾何学的集光係数が２：１である時にちょうど６０°となる。幾何学的集光係数が２：１であるとは、２平方メートルの放射太陽光が１平方メートルの太陽電池上に集光されることを意味する。効率が高い太陽電池は非常にコストが高いため、太陽電池パネルのコストを削減するための集光は大きな関心を引く。
【００２１】
図２は、同じ集光係数を達成するが、反射板が太陽電池パネルに隣接するトラフ反射板を示す。この形状は、冷却領域が収集領域と比べて大きく減少するため、熱的に不利である。この形状は、米国特許第５，５２０，７４７号、米国特許第６，０１７，００２号及び米国特許第６，０５０，５２６号に記載される概念と同様である。
【００２２】
図１を参照すると、太陽光反射板１３は、反射コーティングが上部に堆積された薄い可撓性の箔から作製される。これらの箔は、チタン、ステンレス鋼、ベリリウム銅、又は任意の機械耐性合金のような高強度の合金で作製することができる。材料の選択は、機械特性及び質量パラメータに依存する。チタン等の軽量材料を用いることによって、反射板は質量の減少が期待できる。カバーガラスを有する３接合太陽電池の重量が１平方メートル当たり約１．１ｋｇであるのに対し、チタン反射板の重量は１平方メートル当たりわずか０．３５ｋｇである。箔の厚さは、必要とされる反射板の剛性及び収納された反射板内部の最大蓄積エネルギー（展開のため及び収納された形状での振動のために重要である）に依存する。好ましい実施形態の１つにおいて、材料は、厚さ１〜２ミル（約２５〜５０μｍ）の高強度のチタン合金である。
【００２３】
太陽電池パネル領域に一体化された太陽光反射板１３を用いることにより、反射板が太陽電池パネルに隣接する従来技術と比べて、展開された太陽電池パネルの設計を、より多目的に、且つモジュール式にできるようになる。実際には、従来技術の場合には、太陽電池パネルの展開は１次元の動き、すなわち蛇腹タイプにおいてのみ、容易に行われるであろう。本発明はさらに、二次元の敷石状のようなより複雑な展開方式に適合する。モジュール性は著しく改善され、発電は様々なレベルに容易に適合されることができる。
【００２４】
本発明では、収集表面／冷却表面により与えられる比は、反射板がパネルに隣接する従来技術と比べて大幅には増加しない。実際、本発明では、収集表面は概ね同じであり、冷却表面は標準的な平坦なパネルの７５％である。冷却には前面（太陽電池の列）の約半分しか効率的に用いられない。従来技術では、収集領域は標準的な平坦なパネルと比べて２倍になるが、冷却領域は同じままである。これは、収集領域に対する冷却領域が平坦なアレイと比べてわずか５０％であると言うことに等しい。冷却領域が従来技術と比べて標準的なアレイの近くに留まるため、従来技術（約４０）と比べて本発明では温度の上昇が少ないことが予期される（わずか約２０）。これは、太陽電池とカバーガラスとの接合に用いられる接着剤の気体放出を減少させるため、大きな利点である。さらに、隣接する反射板を有する従来技術と比べて反射板の温度を大幅に上げることができる。実際に、従来の形状では、反射板の背面は低温の宇宙空間に面しているが、反射板１３がパネル基板１１に面している本発明ではそうではない。したがって、遥かに高温の反射板を達成することができる。これは、隣接する反射板を有する従来のパネルの発電低下を生じる汚染問題に対するもう１つの大きな利点である。さらに、前面の表面板上の温度プロファイルを改善することによって太陽電池温度を大幅に下げることができる。伝導率の高いＣＦＲＰを用いることは、前面板上の集中した太陽熱を分散させるのに役立つ。通常のＣＦＲＰの繊維に沿った熱伝導率は、およそ３５Ｗ／ｍ／Ｋの範囲である。伝導率の高いＣＦＲＰは、伝導率の高い炭素繊維により５００Ｗ／ｍ／Ｋに達し得る。さらに、この種のＣＦＲＰは、従来のＣＦＲＰの９３Ｇｐａと比べて４９０〜５６０Ｇｐａの範囲の高い剛性を示す。太陽電池の列１２と垂直な方向で伝導率を高めるために、伝導性ＣＦＲＰの層を単純に従来のＣＦＲＰ層に加えることもできる。別の方法として、通常のＣＦＲＰの内部又は上部に、太陽電池の列と垂直な方向に熱伝導性フィラメントを追加するか、又はナノチューブバッキー（backy）紙等のカーボンナノチューブ系材料を用いることができる。これを作製することによって、電池１２の下の高温の領域と反射板１３の下の低温の領域との間に或る種の熱架橋が生じる。
【００２５】
宇宙船の指向の精度は太陽光集光装置の設計に直に影響を与える。太陽光集光装置は、太陽電池パネルに対する太陽光線の方向の変動の範囲に適合しなければならない。姿勢安定化制御の宇宙船は、南北追跡機能を備えていない。季節変動は±２３．５°である。このため、集光装置は、その軸上で集光を行うように設計されていない。太陽の追跡は、±２°の範囲の精度で東西軸上において行われる。集光装置は、信頼性を確保するために、わずかに大きな追跡誤差に耐えなければならない。図３を参照すると、指向誤差の結果が示される。このシミュレーションは、トラフ集光装置（図２）だけでなく鋸歯集光装置（図１）にも当てはまる。指向のずれの軸は、パネルの東西方向への回転のみに対応する。図３Ａは、放射太陽光の入射角（α）に対する収集効率（ＣＥ）を示す。効率の損失の第１の理由は余弦則（ＣＬ）に由来する。投影される面積は、入射角が大きくなると余弦則により減少する。これは、太陽に対して傾斜した全ての表面に当てはまり、集光には関係しない。それが、姿勢安定化制御の宇宙船において太陽を追跡する主な理由である。第２の損失の要因は集光に直に関連する（補正された光束（ＣＦ））。それは、太陽光集光装置が太陽に対して約３０°の指向ずれを生じる時に、約５０％までの効率の減少を示す。太陽電池の列が完全に反射板に遮蔽されてしまう約６０°の指向のずれでは全く集光が行われない。図３Ｂは、３°だけ指向ずれが生じる現実的な場合の、指向のずれた電池に沿って正規化された座標（ＮＯ）に対する正規化された光束（ＮＦ）を示す。２つの反射板間の光の分布が示される。本発明の場合には、この領域は太陽電池の列によって占有される。図３Ｂに示される正規化された座標ＮＯは、各個々の太陽電池の幅に相当する。先行発明の場合には（図２を参照）、この領域は、いくつかの隣接する太陽電池を含む太陽電池パネル幅である。あらゆる分布不均一性が、隣接する太陽電池に反映される。いくつかの電池は、公称の光束の６５％しか受光しないことになる。光電変換はこの分布によって影響を及ぼされるであろう。それらの電池によって生成される電流は、公称電流の６５％になるであろう。電池の直列接続は、太陽電池パネル全体から電力を収集するために、均一性の高い生成電流を必要とする。パネルレベルでの光放射の不均一性は、宇宙船が利用可能な電力の著しい減少につながるであろう。本発明（図１）を参照すると、不均一性はやはり存在しているが、電池幅のレベルにおいてのみである。電池の発電の損失は同程度になるであろう。各電池は、同じ損失要因に影響を受ける。生成される電力は依然として電池間で均一である。直列接続は依然として完全に有効であり、付加的な損失はないものと予想される。
【００２６】
ベースパネル１１とは反対側の反射板１３の表面の反射金属コーティングは、アルミニウム、銀又は任意の効率的な太陽光反射コーティングとすることができる。アルミニウムは、製造が容易であり、宇宙空間環境（主に放射線）への耐性が良好であるため、一般的に用いられる。銀は放射線への耐性がない。銀は透明な層で表面を被覆する必要がある。ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３が良好な候補である。表面コーティングの要件に起因して、銀はアルミニウムほど取り扱うのが簡単ではない。銀被覆された反射板が対象になる理由は、可視光領域において反射率が良好であることによる。一般に、可視光スペクトル領域における垂直入射を条件として、ＶＤＡコーティングは約９０％の反射率を有し、銀コーティングは約９５％の反射率に達することが認められている。本願の好ましい一実施形態では、垂直入射ではなく約６０°の入射での反射率を対象とする。対象のスペクトル範囲は可視光領域に限定されず、多接合ＧａＡｓ太陽電池は約３５０ｎｍ〜約１，８００ｎｍの感度を有する。太陽光束はこのスペクトル領域にわたって平坦ではなく、４５０〜５００ｎｍにおいて最大強度に達する。光束の減少は紫外領域において生じる。赤色領域及び赤外領域では、減少がなだらかになることが観測される。図４には、アルミニウムの６０°での反射率と、保護された銀コーティングの反射率とが示される。銀の保護層は１６０ｎｍ厚のＳｉＯ２層から形成される。理解する目的及び計算する目的を果たすために、太陽光束スペクトル（ＳＳＰ）及び太陽電池応答も示される（波長（ＷＬ）に対する任意の単位によって正規化される）。
【００２７】
自己展開式の反射板にはいくつかのオプションが可能である。２つの好ましい実施形態を以下の段落で説明する。これらは共に、反射板の両方の機能（すなわち反射効果及び展開）の結合を可能にする弾性金属箔によって構築される。米国特許第６，１８８，０１２号において、圧縮可能な反射板装置は、反射型集光装置と、この集光装置に結合されたばねとを備える。同様に、米国特許第６，１７７，６２７号において、折りたたみ可能な反射板は、完全に可撓性のシートと、ベースに搭載されるエレクターとを備える。これは、光の反射及び反射板の起立という２つの機能が２つの別個の部品により保証されることを意味する。本発明では、両方の好ましい実施形態について、展開された形状での光の反射及び反射板の起立というこれら２つの機能が単一の要素のみによって保証される。
【００２８】
本発明の第１の実施形態において、装置２０は、ベース１１とは反対側のパネル側面１４、１５の表面の反射性の金属又は他の材料の薄いシートから作製され、展開時（図５Ａ）に光の反射を保証する。このシートは十分に薄いため重量が非常に軽く、収納された形状（図５Ｂ）での蓄積エネルギーが小さい。収納された形状で、従来の固定機構により圧縮力が装置２０に加えられ、両側面１４、１５の跳ね返り及び展開が防止される。ベース１１に面した非反射面のいくつかの特定の位置に小さなリブ１８が存在することで、リブ１８に囲まれた薄い部分１９に高い弾性を与えると共に、構造剛性のための一体的なフレームを形成している（図５Ｃの開いた反射板を参照）。これらのリブ１８は、折り曲げられている時に反射板２０の自己展開を可能にし、展開された時に薄いシートに適切な張力を与えて小じわを防ぐ特定の設計を有する。このモノリシック装置２０は、高強度のチタン合金のような金属又は他の材料の１枚のシートで作製し、反射板の展開及び光学機能のために２つの異なる要素を使用することを防ぐことができる。通常の厚さは、リブ及びフレーム領域１８において５０〜１００μｍであり、薄くなった領域１９において２０〜３０μｍである。とはいえ、適切な厚さは、これらの数値に限定されず、シートの作製に用いる材料、装置２０の構造及び他の要因に応じて変更することができる。薄くなった領域１９を得るためのプロセスとしては、化学エッチング、高速研削、高度な圧延等を用いることができる。また、最小重量を達成するために、シートは、例えば折りたたみパネル側面１５上の領域２１（図５Ｃ）のように、ばね効果が必要なく、反射用の薄い層を単に支持するだけの場所で薄くされる。本発明の実施形態の剛性及びばね効果は、厚い一体的なリブ及びフレーム１８の適切なサイズ決め、幾何学的形状及び位置により、モノリシック装置のより良い反射板形状を保つように調整することができる。この改良は、厚さの均一なシートでは不可能である。また、収納された形状での蓄積エネルギーはパネルの展開のために重要である。この蓄積エネルギーは、安全なパネル展開に適合した値の範囲に調整されなければならない。蓄積エネルギーは、幾何学的形状（一体的なリブの厚さ及び幅）を修正することによって容易に調整することができる。
【００２９】
本発明の第２の好ましい実施形態（図６Ａ：展開された形状）において、金属又は他の材料でできた１枚のシートが特定の方法で折られて空洞化される。反射板３０は、太陽電池１２（図１）の列に平行で、ベース１１（図１）に固定され且つ互いに離間している第１の細長い部分２６及び第２の細長い部分２７と、ベース１１とは反対側の表面を反射コーティングで被覆され且つ第１の部分２６とつながっている第１の側面２４と、第１の部分２６に近い第２の部分２７の一方の辺と第１の側面２４とを接続する第２の側面２３と、ベース１１とは反対側の表面を反射コーティングで被覆され且つ第１の部分２６から遠い第２の部分２７の他方の辺とつながっている第３の側面２５とを含む。したがって、他の装置と異なり、展開された形状の反射板３０の各々の２つの反射性側面２４、２５は、展開位置にある反射板の頂点において分かれており（つながっておらず）、側面２４、２５（図６Ｂ）を取り外すことなく反射板の下への介入を可能にする。これは、特定の電子部品を含み得る反射板３０の下の空間にアクセスすることにより利用及び修理を行うために都合が良い。したがって、反射板側面２４、２５は共に展開中に独立している。展開中、第１の側面２４は、ベース１１から離れる方向へ旋回し、第２の側面２３と共に三角形断面を形成する。このような三角形構造は、上記ベース１１から離れる方向へ旋回する第３の側面２５を支持し、第３の側面２５の上部、例えば上縁が、第１の側面２４と第２の側面２３との間の二面縁２９と接触するようにする。収納された形状（図６Ｃ）において、従来の固定機構により両側面２４、２５を固定しその跳ね返り及び展開を防ごうとする圧縮力が加わると、両側面２４、２５が互いに重ねられ、発射前の長い収納期間中に過大応力又は過剰な曲げ（材料の弾性限界を越える曲げ）はいずれにも加えられない。より具体的には、第１の側面２４及び第３の側面２５は表面が折り曲げられない状態でベース１１の方向へ旋回する。第３の側面２５は第１の側面２４を覆うことになる。第２の側面２３は、反射板３０が折りたたまれるように折り曲げられる。この収納された形状は、収納期間中の蓄積エネルギーを最小化するために有利である。実際に、蓄積エネルギーはいくつかの展開上の問題を生じる。蓄積エネルギーは１平方メートル当たり０．１Ｊ未満、例えば、いずれも折りたたまれた反射板を備える２つの折りたたまれた太陽電池パネルの間の１０ｍｍの間隙内に収納された反射板又は５ｍｍの間隔内に収納された同等の反射板の場合に１平方メートル当たりわずか０．０６３Ｊとすることができる。この収納された形状のために、材料は、他の実施形態ほどの弛緩（ひいては形状誤差）を受けない。これは、展開された反射板のより正確な形状を間違いなく保証する。展開中の慣性により、小さなストリップ２８を含むブロック用システムが、収納された積層体における下側の側面２４の動きを停止させる。上側の側面２５が最初に展開され、他方の側面２４により支持される。次に、上側の側面２５は他方の側面２４上で止まり、側面２３、２４間の二面縁２９と接触する。この装置３０は、不良な最終的反射板形状をもたらす両側面２４、２５の交差を防ぐことを可能にする。停止装置は、元のシートの開口部２２により分離された小さなストリップ２８によって構築することができる。この小さなストリップ２８は、発射前段階でのストリップの弛緩を防ぐため、図６Ｅに示されるように、カーペンター型ヒンジのように、その長さに沿って小さな湾曲を形成することができる。ストリップ２８は展開されると、その湾曲を回復し、展開された形状においてより剛性が高くより真っ直ぐになる。当然ながら、この湾曲は、収納された形状における折りたたみを妨げないように実装されなければならない。薄い元のシートは、高強度のチタン合金のような可撓性の高いシートとすることができる。厚さは約２５〜３０μｍの範囲であろう。この厚さは、使用される材料、構造及び他の要因に応じて変化し得る。反射板３０は、単一の要素で作製するか、又は２つの要素に分離し、その一方を側面２３及び２４に、他方を側面２５にすることができる。後者の場合、図６Ｄに示すように、ストリップ２８は、他方の側面２５のベース部分３２と積層されるベース部分２７に連結される。最後に、この実施形態は、製造し易いという利点を有し、さらに、運動学により整形の不確定性をわずかに補正することができる。実際に、（角度に関する）整形の不確定性により、停止される側面２４は曲げが不十分になり（材料の弾性限界内で曲げられ）、他方の側面２５はわずかに過剰に曲げられる（材料の弾性限界を越えて曲げられる）。このプロセスを用いれば、停止される側面２４がストリップ２８に小さな張力を加え、他方の側面２５が停止される側面２４に小さな圧力を加える。当然ながら、成形の不確定性のために両側面に小さな湾曲が生じるが、最終形状に対するその重要性は整形精度に依存することになる。
【００３０】
上記説明は、本発明の原理の例示としてのみ考察される。さらに、数多くの修正形態及び変更形態が当業者には容易に頭に浮かぶため、本発明を図示し説明した厳密な構成及び動作に制限することは望ましくなく、よって、本発明の範囲に入る全ての好適な修正形態及び均等形態を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の太陽光集光装置の概念図であり、Ｆは太陽光束を示し、反射板は、太陽電池の列を挟んだ列状の鋸歯のように見える。
【図２】従来技術の装置、すなわち太陽電池パネルに隣接する反射板を有するトラフ集光装置の斜視図であり、Ｒは放射太陽光を示し、Ｃは太陽電池を示し、Ｐは太陽電池パネルを示す。
【図３Ａ】図１及び図２に示される集光タイプにおける追跡誤差に起因する収集損失を示すグラフである。
【図３Ｂ】３°の指向のずれから生じる太陽電池パネル上の光の分布を示すグラフである。
【図４】偏光されない光の場合の、反射板の垂直線に対して６０°の入射角を有する反射板フィルムの反射率Ｒを波長ＷＬの関数として示し、多接合形のＧａＡｓ／Ｇｅ太陽電池の典型的な応答ＣＲと、放射太陽光スペクトルＳＳＰも示され、真空蒸着アルミニウムの反射率ＲＥＦ及び表面を保護された（１６０ｎｍの厚さのＳｉＯ２）銀の反射率ＰＲＥＦが比較のために示される。
【図５Ａ】展開された形状の本発明の第１の実施形態の斜視図である。
【図５Ｂ】収納された形状の本発明の第１の実施形態の斜視図である。
【図５Ｃ】水平面に開いた、局所的に薄くした箔又は他の材料から作製された本発明の第１の実施形態の平面図である。
【図５Ｄ】本発明の第１の実施形態の、図５Ｃの線５Ｄ−５Ｄに沿って切断した立面断面図である。
【図６Ａ】展開された形状の本発明の第２の実施形態の斜視図である。
【図６Ｂ】第２の反射側面が除去され、停止ストリップを有する停止側面と、反射板の下の領域への入口とを示す本発明の第２の実施形態の斜視図である。
【図６Ｃ】収納された形状の本発明の第２の実施形態の斜視図である。
【図６Ｄ】２つの部品から作製される本発明の第２の実施形態の斜視図であり、２つの重なった細長い部分の部分拡大図も示す。
【図６Ｅ】本発明の第２の実施形態の、図６Ｂの線６Ｅ−６Ｅに沿って切断した断面図である。
【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４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【国際調査報告】
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