(57)【要約】  指向性放射エネルギーを、反射光学系およびそのエネルギーを変換する受光器を使用して集光する方法であって、受光器は、放射エネルギーの方向に平行なライザー上の反射器の本体内に位置し、前記各ライザーは、エネルギー源により近くにある少なくとも１つの放物面鏡およびエネルギー源からより遠くにある別の放物面鏡によって境界を付けられ、そこでは前記鏡の１つまたは複数の焦点が、実質的に、前記ライザー内に位置する受光器が向く方向にある。反射器の幾何学形状は、鏡が放物線状のシリンダー部分であり、集束するために１軸だけの追跡を必要とする幾何学形状、および鏡が放物線部分であり、太陽光を集束するために２軸追跡を必要とする幾何学形状を含む。【選択図】図１
2011523217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性放射エネルギーを、反射光学系およびそのエネルギーを変換する受光器を使用して集光する方法であって、改善策は、前記受光器が前記放射エネルギーの方向に平行なライザー上の反射器の本体内に位置し、前記各ライザーが、エネルギー源の近くにある少なくとも１つの放物面鏡、および前記エネルギー源からより遠くある別の放物面鏡によって境界を付けられることを含み、前記鏡の１つまたは複数の焦点が、実質的に、前記ライザー内に位置する前記受光器が面する方向にある方法。
【請求項２】
前記鏡が放物線状のシリンダーの部分である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記鏡が単純な放物線の回転の部分である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記鏡が、放物線軸の少なくとも１つがその回転軸からずれた放物回転面の部分である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
受光器が、光起電性セルを備える、請求項１に記載の反射器。
【請求項６】
受光器が流体の循環を通した熱伝達手段を装備された、請求項１に記載の反射器。
【請求項７】
光起電性素子が太陽の移動を追跡するために個々に装備された、前記光起電性素子を集束する収縮自在のアレイ。
【請求項８】
前記素子が、放物線状のシリンダー鏡、および前記鏡の焦線がライザーの長い軸上または長い軸の近くにある、かかる鏡の対の間に位置する前記ライザーを備える細長い反射器を利用する、請求項７に記載の収縮自在のアレイ。
【請求項９】
それぞれがエネルギー変換受光器に装備され、かつそのそれぞれの軸上に傾斜自在に取り付けられる、一連の細長い集光部材を備える集光光起電性パネルであって、改善策は、前記各部材が、幅がその奥行の約半分であり、受光器上の片側からの光を反対側に位置する受光器に収束し、かつその逆を行うＶ形の形状を有する反射器を備え、そこでは前記受光器が隣接する放物線状のシリンダー鏡の間に位置する集光光起電性パネル。
【請求項１０】
受光器が放射エネルギーの方向に平行なライザー上の受光器本体内に位置する反射器であって、前記各ライザーが前記エネルギー源により近くにある少なくとも１つの放物面鏡および前記エネルギー源からより遠くにある別の放物面鏡によって境界を付けられ、そこでは前記鏡の１つまたは複数の焦点が、実質的に、前記ライザー内に位置する前記受光器が向く方向にある反射器。
【請求項１１】
前記鏡が放物線状のシリンダーの部分である、請求項１０に記載の反射器。
【請求項１２】
前記鏡が、単純な放物線の回転の部分である、請求項１０に記載の反射器。
【請求項１３】
前記鏡が、放物線軸の少なくとも１つがその回転軸からずれた放物回転面の部分である、請求項１０に記載の反射器。
【請求項１４】
反射器表面上または前記反射器表面の近位にある複数のスポット上に、その光軸に平行な光を収束する反射器であって、前記表面が、それぞれが、焦点が前記スポットの内の１つに一致し、かつ光軸が前記反射器の光軸に平行である放物線の回転の一部の形状を有する反射面の組と、前記スポットにまたがる光起電性セルまたは画像センサ等の受光器の組を備える反射器。
【請求項１５】
前記反射面が、前記反射器の垂直方向から見られるときに、その前記受光器をカバーし、かつ隠す、請求項１４に記載の反射器。
【請求項１６】
正方形または六角形のパターンでより広い面積を分割する固定アレイの各セルを形成する、請求項１４に記載の反射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９による優先権の主張
本願は、２００８年６月7日に出願された出願第６１／１３１，２６８号を有する米国仮特許出願、および２００８年６月２０日に出願された出願第６１／１３２，５５０号を有する米国仮特許出願の利益を主張し、両方の前記仮出願の全体は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、太陽を追跡する移動モジュールとともに光学的集光を使用して太陽エネルギーを収集する方法に関し、特に、従来のソーラーパネルに同様のフォームファクターおよび設置特徴を有するシステムの構築に適したかかる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光起電受光器および／または熱吸収器上への指向性のある光の光学的集光は、産業規模の太陽熱発電設備において長い間使用されてきたが、小規模の太陽光を利用した設備は、光学的集光を用いない、ほぼ完全にプレート型の光起電性パネルから構成されていた。かかるパネルは、それらが使用する大量の光起電材料のために高価であり、一般に、それらの材料の生産のエネルギーを回収するためだけでも数年分の作動を要する。光電装置による光学的集光（ＣＰＶ）を使用するソーラーパネルは、使用されている大量の光起電材料を大幅に削減することによってプレート型ソーラーパネルのはるかに安価な代替品を提供できる可能性がある。さらに、ＣＰＶパネルは、集光を使用しないパネルの費用が手が出せないほど高価になるであろう特別に高い効率の光起電セルの経済的な使用を可能にすることによって同程度のプレート型パネルよりもはるかに高い効率を提供できる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽を追跡するためにＣＶＰパネルが取り付けられなければならない場合には、太陽がパネルの垂直軸と整列されたままとなるため、ＣＰＶパネルの設計は容易である。追跡装置がソーラーパネル設備に加える費用および形状を考えると、固定位置設備で機能し、それによって一般的なプレート型ソーラーパネルの実行可能な代替物となることができるＣＰＶパネルを有することが望ましいだろう。かかるパネルの作成は、ソーラーパネルの形状因子の制約と相まって太陽の動きに起因する一連の新たな課題を提示する。明らかな取組み方は、反射光学系／屈折光学系を使用して、浅いエンクロージャーを一列の２つの集光素子で充填することであり、そこでは各素子が太陽を追跡するためにそれ自体の１つまたは複数の軸を中心に枢動する。かかる取組み方の２つの重要な性能測定基準は、捕獲されるパネル表面に降り注ぐ光の部分（その開口効率）および素子の追跡運動の範囲である。明らかに、パネルの上に降り注ぐ光の１００パーセントを捕獲し、最高９０度の入射角度まで太陽を追跡するパネルが最も望ましいであろうが、既存の設計および提案されている設計には、このような性能属性に影響を及ぼす多数の問題点があり、これらの問題点の多くはＣＰＶ素子の光学的形状によって課される制約から生じている。本発明は、効率的なＣＰＶパネルの設計における問題を解決する新規の反射型の光学的形状を提供する。
【０００５】
ＣＰＶシステムは、その受光器に日光が降り注いでいる場所の数として表される集光率によって特徴付けることができる。約３を超える集光率のシステムは、一般に、空全体にわたって太陽の移動を追跡する、移動する光学集束素子の使用を必要とする。かかる光学的な追跡システムは２つの主要な種類、つまり一様な断面形状の細長い素子が、太陽を追跡し、その光を狭帯域に集束させておくように、その長い軸の回りで個々に傾くシステムと、放射状に対称となった素子が、太陽を追跡し、その光を小さいスポットの上に集束させておくように、個々にまたはクラスタとして２つの軸を中心に枢動するシステムに分類される。直径で約０．５度の角度で表される太陽円盤のサイズは、１軸システムおよび２軸システムで達成可能な理論上の集光率を、それぞれ数百および数万に制限するが、実際の制限は、光学部品および追跡の不完全さのためにはるかに小さくなる。
【０００６】
１軸および２軸という用語は、これらの２つの取組み方を示すために使用され、太陽光を集束させておくために必要とされる傾斜軸の数を指している。本発明は両方の取組み方に適用可能であり、両方の取組み方に該当する例示的な実施形態が本明細書に開示される。
【０００７】
本発明は、多岐に渡る規模および一連の集光率の光起電受光器、熱吸収器、およびハイブリッド受光器を使用するシステムに適する。ただし、本発明は、ＣＰＶパネルの適用分野に特に適したシステム効率、熱放散、およびコンパクトさという属性を有するシステムを作成できるようにするため、本明細書で行われる先行技術との比較は、ＣＰＶ素子の最密アレイ（array）の性能に関連した属性に焦点を当てる。
【０００８】
本レビューは、ＣＰＶパネルのその適用分野における先行技術に焦点を当てる。特に、このレビューでは、それぞれがその個別の１つまたは複数の軸の回りで傾くように取り付けられ、それぞれが光学集束手段および光起電受光器を取り込んだ、おもに反射光学系を使用する、複数のＣＰＶ素子を利用する１軸追跡システムおよび２軸追跡システムを調べる。一例が説明され、その欠点は、３つのかかる種類のかかるシステム、つまり、素子が非対称の形状のスラット（slat）であるシステム、素子が対称的な形状のトラフ（traugh）であるシステム、および素子がパラボラアンテナであるシステムのそれぞれについて特徴付けられている。
【０００９】
米国特許出願第１２／１５６，１８９号は、それぞれが同じスラットの表面側に、放物面状のシリンダー鏡の焦線にまたがる光起電性ストリップを取り付ける、枢動可能に取り付けられたスラットのアレイを説明している。
【００１０】
放物面鏡の焦線は、少なくとも放物面状のシリンダーの焦点距離の距離分、鏡の表面上の点から分離されているので、スラットは光起電材料のストリップを支えるためにシリンダーの表面の上方に伸びるライザー（riser）を含まなければならない。光起電性のストリップから熱を逃すために、スラットの鏡部分をヒートシンクとして使用しなければならない場合には、ライザーは、鏡に対してそのストリップを動かないように取り付ける構造上の機能を提供するだけではなく、鏡に熱を伝えなければならず、材料および空間の要件において費用を課す。
【００１１】
また、同発明は、スラットが回転可能な角度の範囲、よってシステムがそれを通して光を捕獲し、操作することができるスラットの軸に垂直な平面上に投射されるその指向性のある入射光の角度の範囲においての制限も有し、最も実際的な変形の場合、その範囲は、垂直方向の右回りのほぼ９０度から、その垂直方向の左回りの約１０度から３０度の間だけとなる。システムの入射光の方向の範囲の制限は、システムの最適な立地の選択肢を制約し、日周期および年周期の一部の対象範囲を犠牲にする可能性がある。
【００１２】
米国特許出願第１１／６５４，２５６号は、一連の細長いモジュールがフレームの中に取り付けられ、その個々の軸を中心に枢動するパネルを説明している。各モジュールは、モジュールの底部に沿って設置された光起電セル、モジュールの側面を形成する対称に配置された反射器、および中心レンズがその上部を形成する透明なカバーを有し、したがって、適切に傾けられたモジュールに入射する平行な光はそのカバーの非レンズ部分を通過し、側壁から光起電性のストリップに反射されるか、またはカバーのレンズ部分を通過し、光起電性のストリップに屈折されるかのどちらかである。
【００１３】
この光学システムによって課される幾何学的制約のため、モジュールの高さ対幅の比率は１よりも大きくなり、トラフの底部はカバーのどちらかの端縁の距離の約３倍の距離、モジュールの開口を画定する透明なカバーの中心線からずれている。結果として、モジュールが任意の認識できる範囲の運動をもつためには、モジュールは、パネルに垂直な指向性のある光の一部がモジュール間に落ち、パネルの有効な開口を減少させるように離間されなければならない。モジュールの運動の範囲を拡大すると、必要となる離間間隔が増加し、さらに開口損失が大きくなる。パネルの垂直方向のどちらかの側への７０度の運動の範囲に対応するには、最高約５０パーセントの開口損失が生じる。
【００１４】
米国特許出願第１１／４５４，４４１号は、ＣＰＶ素子のアレイのうちのそれぞれが、基部構造に枢動自在に取り付けられ、太陽を追跡するために素子を２軸の回りで強制的に揃って動かす移動ブラケットに関節動作するパネルを説明している。各ＣＰＶ素子の本体はおもに２つの半割部から形成され、各半割部が放物面反射器部分および平らな垂直部分を備え、そこではこの２つの半割部の反射器面は同じ放物面に属し、その放物面の焦点はその半割部の垂直部分の間に位置する。
【００１５】
素子を移動ブラケットおよびフレームに関節動作する機械的な連結の詳細は充分に明記されておらず、この連結を鑑みて素子の角運動の範囲も明記されていない。各素子の前記半割部の間の空間によって、開口のかなりの損失は犠牲にするが、１つの軸に沿ったかなりの範囲の運動が可能になるようである。この設計では、ＣＰＶ素子の半割部の垂直部分を使用し、その光起電セルを支えるだけではなく、熱放散用の表面も提供する。形状は薄いが、素子の「光学的な量」のこれらの特徴によってその開口はさらに縮小する。さらに、この垂直部分の基部近くの反射器の部分から反射される光が、その部分によってセルに到達するのを妨げられるという事実から、さらに多くの開口の損失が生じる。
【００１６】
これらの問題点は別として、この設計は、受光器の入射角度と、放物面アンテナ上方の空間内に受光器を取り付ける他の設計によって共有される、ＣＰＶ素子の追跡範囲との兼ね合いに苦しむ。ＣＰＶ素子が幅広い範囲の角度運動をもつためには、その受光器を支える構造は、隣接する素子と衝突しないように相対的に短くなくてはならず、結果的に、受光器上での反射光の平均入射角度が大きくなる。大部分の光起電セルによる光捕獲の効率は、入射角度が約４５度を超えると減少し始めるため、前記タイプのＣＰＶ素子によって捕獲される光のかなりの部分が４５度近傍の入射角度で受光器に達するという事実は、システム効率にとって潜在的にかなりの不利益を意味する。
【００１７】
大部分の２軸ＣＰＶパネル設計は、反射光学系の代わりに屈折光学系を利用する。ただし、太陽光集光のために使用される屈折光学系は、色収差のための焦点の広がり、紫外線劣化に対する光学樹脂の感受性、および光学ガラスの重量、ならびに放物面アンテナの場合と同様に、モジュールが広範囲の角運動をもつほどコンパクトである設計の場合の受光器での高い平均入射角度を含む多くの不利な特徴を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、先行技術の単一軸太陽光集光器および多軸太陽光集光器およびそのアレイに固有の問題を克服するために単独でまたは組み合わされて役立つ、以下を含む多数の解決策を提供する。第１に、本発明は、素子の高密度に充填されたアレイが、素子が傾くように取り付けられている各軸を中心として、９０度の角度までアレイの垂直方向から離れる全範囲を通して個々に追跡できるようにする。第２に、本発明は、この角度範囲全体を通してパネル表面に降り注ぐ実質的にすべての太陽光の捕獲を可能にし、多くの先行技術の設計の対象範囲の欠落部を排除する。第３に、本発明は、隣接する鏡部分の間にエネルギーレシーバーを配置することによって、ヒートシンク効果、構造上のサポート、および単一部分での光反射を組み合わせて優れた材料の経済性を実現する。
【００１９】
前述された先行技術の設備と同様に、本発明の太陽光エネルギー集光に対する応用では、それぞれが反射器、光起電セル等のエネルギー捕獲装置、および一体化したヒートシンクを有する、ＣＰＶ素子のアレイを使用する。先行技術の設備とは異なり、本発明のＣＳＰ素子は、反射器本体のスパンの中にＰＶセルを埋め込み、このスパンは他のかかるスパンとほぼ直角に向き合う。最も簡略なケースでは、第１のセルは、その焦点が第２のセル上にある鏡の間に配置され、第２のセルは、その焦点が第１のセルの上にある鏡の間に配置される。本発明に基づいたＣＰＶ素子は、直径が素子の開口の直径に等しい半円筒形または半球体の中に納まるコンパクトな形状を有するが、ＰＶセル上に入射する光の低い平均入射角度を提供する。
【００２０】
本明細書中に最も詳細に説明される２つの実施形態においては、素子は、ＰＶデバイス用のヒートシンクとして働く細長いスラットであり、それぞれ、そのそれぞれの軸の回りに傾くように枢動自在に取り付けられ、放物面の焦点に沿って入射光の焦点を維持し、したがってエネルギー捕獲装置の上に集束するように、太陽の位置を検知し、軸の傾斜角度を単独でまたは一致して調整する手段を装備する。
【００２１】
本明細書に説明される実施形態の大部分は太陽エネルギーを集光する用途のために設計されているが、本発明は明らかに他の分野にも応用できる。たとえば、放物面鏡を使用する本発明の形式は結像用途で使用されてもよく、そこでは放物体の焦点に位置する受光器が、エネルギー変換装置の代わりに結像装置である。
【００２２】
本発明は、制限するためにではなく一例として、類似する参照番号が同様の要素を指す添付図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
図１：例
【図１】本発明の６つの異なる例を示す図であり、図１Ａおよび図１Ｂは、１軸追跡を必要とする反射器を示す図、図１Ｃから図１Ｆは、２軸追跡が、反射器の受光器の上に太陽光を焦点を合わせることを必要とする反射器を示す図である。
【００２４】
図２から図５：方法の概要
【図２】単一のスラットの断面、およびその隣接物の部分を示す図であり、スラットは指向性のある入射太陽光を吸収するように配向される。
【図３】６つの１軸集光設計の断面を示す図であり、先行技術の５つの代表的な例の光学的形状を本発明の最も簡略な形式の光学的形状と比較する。
【図４】反射器の形状を導出する方法を示す図であり、図４Ａは、反射器の１つの半割部の放物線状の形状の導出を示す図、図４Ｂは、完全な反射器の形状を示す図である。
【図５】６つの異なる反射器の断面を示す図であり、図４に関して説明される形状導出で使用される２つの主要なパラメータの影響を示す。
【００２５】
図６から図１３：屋上集光型光起電性パネル
【図６】屋根の上面での設置に適した集光型ソーラーパネルの実施形態の前部外観の図である。
【図７】組み立てられたスラット、および分解されたスラットの詳細、ならびにそのスラットの断面を示す図である。
【図８】部分的に分解状態にあるパネルを示す図である。
【図９】駆動機構を明らかにするために後ろの壁の一部が切り取られているパネルの下面の図である。
【図１０】電気配線を明らかにするために後ろの壁の一部が切り取られているパネルの下面の図である。
【図１１】エンクロージャの主要な構成要素のすべてが分離されるパネルの分解図である。
【図１２】スラットの光起電性ストリップの詳細を示す図である。
【図１３】パネルの電気概略図である。
【００２６】
図１４：プロトタイプ集光型光起電性パネル
【図１４】組み立てられ、分解されたスラット、およびそのスラットの断面を示す図である。
【００２７】
図１５および図１６：非対称のスラット形状
【図１５】単一受光器ストリップおよびそのストリップに対向する二次鏡を有するスラットの形状を示す図である。
【図１６】６つの放物状の円筒形および４本のライザーの非対称な配置を備えるスラットの形状を示す図である。
【００２８】
図１７から図２６：収縮型起電性集光器を伴う窓
【図１７】その内部光起電性集光器が配備され、追跡する、そのエネルギー収集モードの多機能の窓の実施形態の図である。
【図１８】その集光器が収縮された、その透明窓モードの実施形態の図を示す図である。
【図１９】その光学的形状を示すスラットの断面を示す図である。
【図２０】実施形態の３つの動作モードのそれぞれにある、アレイ内の１対の隣接するスラットの断面を示す図である。
【図２１】スラットおよびその吊り金具の組立図及び分解図を示す図である。
【図２２】スラットが積み重ねられた向きにあり、吊り金具ストラップは緩んでいる、４枚の隣接するスラットおよびその吊り金具のアセンブリを示す図である。
【図２３】スラットがそのシャッターが閉じた向きにあり、吊り金具ストラップが完全に引き延ばされた状態の、図２１に示されるアセンブリを示す図である。
【図２４】収縮された位置にある実施形態の断面を示す図である。
【図２５】配備された位置にある実施形態の断面を示す図であり、スラットの光学軸は、窓の垂直軸の３０度上方に配向されている。
【図２６】窓の外側の枠およびガラスを隠すことによって明らかになる、収縮する集光器システムを示す図である。
【００２９】
図２７および図２８：２軸反射器の例
【図２７】反射器が６枚の回転対称および円形の形状を有する、本発明の２軸実施形態の例を示す図である。
【図２８】反射器におけるライザーの配置を制御するパラメータを変化する効果を示す、反射器の３つの変形を示す図である。
【００３０】
図２９および図３０：最密アレイの実施形態
【図２９】２軸枢動を提供し、反射器が、アレイ内で他のこのようなモジュールと密集するように設計されるモジュールの一部である、本発明の実施形態を示す図である。
【図３０】反射器の複数の図および断面を示す図である。
【００３１】
図３１および図３２：固定幾何学形状のアレイ
【図３１】反射器が、正方形の開口を有する同一のセルの傾斜の結合である、本発明の実施形態を示す図である。
【図３２】反射器が六角形の開口を有する同一のセルの傾斜の集合である、本発明の実施形態を示す図である。
【００３２】
図３３：表面積が縮小された反射器
【図３３】受光器が設置されているところにおけるライザーが、ライザーの代わりに放物面鏡により側面に並べられている、本発明の実施形態の反射器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、用途が、電気および／または加熱された流体等の有用な形のエネルギーへの変換のために太陽光エネルギーを集光することを含む、光を捕獲し、集中させる新規方法である。本発明は、複数の放物線状の鏡面と、前記反射面の焦線、アーク、または点に沿って配置されるエネルギー変換装置または結像装置等の少なくとも１つの受光器を、それを指向性のある入射光に相対的な方向に維持し、その結果前記光が前記受光器（複数の場合がある）上に集中したままとなるために１つまたは複数の軸の上で傾くように取り付けられる不動の素子の中で、組み合わせる。
【００３４】
素子によって集束される入射光の方向から見られると、その素子は前記表面の間に配置され、見る方向に平行に配向されたライザー内での直接的に見られることから受光器を隠す一方、１組の連続面を呈す。各受光器は、素子の反対側の放物面鏡の１つまたは複数の焦線、アーク、または点にまたがり、各放物面の焦線、アークまたは点は受光器によってまたがれている。
【００３５】
反射器の断面は、９０度の角度をなす「Ｖ」にほぼ近似する。別の言い方をすれば、本発明の典型的な反射器は、反射器の対称軸の回りに対称に配置される１対または複数対の対向部分に区分することができ、ある部分に対する平均的な表面法線はその対向する部分の平均的な表面法線にほぼ垂直である。本発明は、その断面が、反射器の開口に等しい直径を有する半分の円盤によって外接することができる反射器の作成を可能にする。
【００３６】
そのコンパクトな幾何学形状のため、複数の素子は、ある領域をカバーし、したがって入射光の方向が斜めになるにつれて大きくなる開口の端縁の周辺の何らかの損失を法として、その領域の開口内に落ちる指向性のある光のすべてが本質的に反射面に落ち、受光器の上に集光されるように、アレイ内で互いに隣接して取り付けることができる。かかるアレイが指向性のある光を捕獲する効率が、素子の形状によって可能となる浅いフォームファクターと相まって、本発明を、従来のソーラーパネルによって必要とされる光起電材料の小さな部分を使用してソーラーパネルを集光するために理想的に適したものにする。
【００３７】
本発明の太陽光エネルギー収集に対する応用での反射器には、太陽が移動するにつれて受光器上に入射光の焦点を維持するために１軸の角運動のみを必要とする形式と、かかる軸を２軸必要とする形式の両方が含まれる。以下の説明および添付図面は、両方のタイプの実施形態の代表的なタイプの簡略が概要から始め、次に本発明の最も簡略な形式の反射器形状を生成する方法を調べ、次に完全な太陽光集光システムの形をとる本発明のいくつかの１軸の実施形態を開示し、最後に本発明の２軸の方法および実施形態を調べる。
【００３８】
図１は、ＡからＥとラベル付けされた本発明の６つの実施形態の反射器を示す。明確にするために、反射器の下面に見える受光器の選択された回転軸及び部分だけがラベル付けされている。受光器は、ストリップ状且つ線形１、ストリップ状且つアーチ形３、および点状５の３つのタイプである。回転軸は、放物線によって一掃される鏡面を画定し、それぞれの放物線の軸４から片寄った軸、およびそのそれぞれの放物線の軸６と一致する軸の２種類である。
【００３９】
この６つの例示的な反射器は、異なる特徴をもつ。反射器ＡおよびＢは１軸追跡に適しており、この場合Ａは、４つの鏡および対称に配置される２つの受光器を有する、本発明の最も簡略な形式を具体化し、Ｂは受光器および介在する鏡の数を増加させる変型である。反射器ＣからＦは、太陽光を焦点があった状態で保つために、２軸追跡を必要とする。６つの組が、３種類の放物面鏡を使用する３種の集光幾何学形状を示し、そのそれぞれは指向性のある光を異なるように集束する。反射器ＡおよびＢは放物円筒形鏡を使用し、光を線形バンド上に集束し、反射器の長さにわたる細長い受光器を必要とする。反射器ＣおよびＤはアーチ形のバンド上に光を集束するために放物体状の鏡を使用し、なんらかの長さの曲線状の細長い受光器を必要とする。反射器ＥおよびＦは、光をスポットの上に集束するために放物面鏡を使用し、非常に小さい受光器だけを必要とする。反射器ＥおよびＦによって使用される回転の簡略な放物体とは異なり、反射器ＣおよびＤは、回転の軸が、生成する放物体の焦点から片寄っている放物体の種類を使用する。
【００４０】
図１に示される異なるタイプの反射器は、それぞれ異なる利点をもたらす。タイプＡおよびＢのような反射器は、その幾何学形状の簡略さおよび１軸追跡だけのニーズ、および潜在的な製造の容易さのため、ＣＰＶパネルの魅力的な候補である。タイプＥおよびＦのような反射器は、それらが非常に高い集光率を実現するので、必要とされる光起電材料が、使用可能な最も効率的な光起電セルを経済的に使用できるようにする点まで削減されるため、魅力的である。タイプＣおよびＤのような反射器は、それらが受光器上の任意の点に向ける光が、本質的に同一平面上にあり、したがって放物円筒形鏡または単純な放物面鏡を有する反射器によって提供される平均入射角度よりも低い平均入射角度を有するため、魅力的である。
【００４１】
以下の５つの項では、１軸反射器を使用する２つの完全な実施形態を詳しく説明する。第１の実施形態、つまり屋上光起電性パネルは、本発明により考慮される形式の群の中の最も簡略な形式に基づき、スラットの上面の２つの向かい合う側面が対称であり、それぞれ、平面状のストリップにより結合される２つの放物円筒形から構成されている。第２の実施形態、つまりマルチモード光起電性窓は、スラットの向かい合う面が対称ではなく、それぞれ、４つの放物円筒形および２つの平面状のストリップから構成されるより複雑な形式を使用する。
【００４２】
その２つの完全な実施形態に加えて、他の実施形態の部分が追加の特徴を示すために提示され、そのうちのいくつかは完全な装置を構成する多岐に渡る機構で交換可能に使用することができる。
【００４３】
方法概要：図２から図５
本項では、上記に定義された本発明の最も簡略な形式の幾何学的作図、先行技術に対するその関係性、および開口効率および追跡運動範囲等の性能基準に基づいて本発明の最適な形式を決定する方法を説明する。図６から図１３に示される実施形態はこれらの方法に基づく。
【００４４】
図２はスラット１２の断面、および平行した点線１０によって示される入射光の低下に適合するためにアレイの垂直方向４０から２０度離れて、そのそれぞれの枢軸１８の回りで回転されるスラットのアレイ内にある、その隣り合った隣接スラット１４および１６の部分を示す。各スラットは、４つの放物シリンダー鏡２２、２４、２６および２８、ならびにその平らな面に光起電性のストリップ６０を装備するライザー３２および３４を有し、この場合鏡２２および２４は、ライザー３４の上のストリップの上に指向性のある光を反射するように形造られ、鏡２６および２８はライザー３２上のストリップの上に指向性のある光を反射するように形造られる。
【００４５】
破線の円形アーク４２は、スラットがその軸１８を中心に枢動するにつれてスラットの端縁３６および３８によって一掃される経路を示し、スラットの空隙形状を表す。線の破線の組４６は、隣接スラットの隙間形状の間の間隔を示す。
【００４６】
断面が図２に描かれているスラットは、完全にその前記隙間形状の中にある。アレイ内のスラットが、スラットの断面の平面上に突出した方向がアレイの水平軸に垂直である光を捕獲するように配向される場合、スラットの端縁はほぼ接触し、それらが光のほぼすべてを捕獲できるようにする。同じスラットが、スラットの断面の平面上に投射される方向が、大きさがゼロを数度上回る角度と９０を数度下回る角度の間である角度分、前記垂直方向から回転される光を捕獲するように配向される場合、スラットは部分的に互いの影になるが、アレイの極端な端縁に降り注ぐ光のいくらかという例外はあるが、アレイの開口に入射する光の本質的にすべてを捕獲し続ける。
【００４７】
断面が図２に描かれているスラットは、アレイの垂直方向のどちらかの側面に完全に９０度まで回転することができ、それらの隣接するスラットの角位置に関係なくこうすることができる。本発明により、同期化されていないスラットでさえ実際的な用途によって必要とされる回転の全体的な範囲上で衝突しない最適（密集した）間隔のスラットアレイの設計が可能になるため、スラットを独自の傾斜駆動機構を有する機械的に独立したモジュールとして設計することが実現可能になる。かかるモジュール式設計を有するパネルでは、１つのスラットが誤動作しても、パネル内の残りのスラットの動作に大幅に影響は及ぼされず、パネルの出力が少しだけ影響を受けるものと思われる。
【００４８】
図３は、先行技術を検討し直すために、１軸反射器を使用する光学集光の６つの方法の断面および代表的な光路を示す。図３Ａから図３Ｅは、先行の５つの代表的な例の光学的形状を示し、図３Ｆは本発明の最も簡略な形式の光学的形状を示す。このレビューは、おもに、本発明と同様に鏡面に隣接する表面上に受光器６４を設置する反射光学系の例に制限される。
【００４９】
図Ａから図Ｅは、（Ａ）米国特許第４，０８８，１２１号、（Ｂ）米国特許出願第１１／６５４，１３１号および第１１／６５４，２５６号、（Ｃ）米国特許第４，２２２，３６８号および米国特許出願第１２／１５６，１８９号、（Ｄ）米国特許第６，２７６，３５９号、および（Ｅ）米国特許出願第１２／１２４，１２４号に開示されている集光器の光学的形状を要約する。例ＡおよびＢは、対称に配置されている鏡から、トラフ上の構造の底部に設置され受光器へ光を下方に反射し、そこでは例Ｂは、よりコンパクトなユニットを達成するために光の中心列を屈折させる。例Ｃは鏡から、スラット状構造の上部近くの対向受光器に光を反射し、例ＤおよびＥは、鏡からトラフ状構造内の鏡の上端に配置された対向受光器に光を上方に反射する。これらのすべてと対照的に、例Ｃは鏡の間に位置する受光器と対向する鏡から下方および上方に光を反射する。
【００５０】
本発明が先行技術のこれらの例に優るいくつかの利点は、密集した素子のアレイの中に素子を個々に枢動自在に取り付けることを要求するＣＰＶパネルの適用に対するそれらの例の適性を考えると明らかになる。図２及び図４を参照すると分かるように、本発明の最も簡略な形式は、かかるアレイの中で、アレイの開口の連続対象範囲を提供しつつ、大きな角運動の範囲を通して移動できる反射器を提供することによって、開口効率および角運動の範囲の２つの性能属性で優れている。これは、本発明によって、それぞれが、幅が反射器の断面を外接させる円の直径に一致する開口を有する反射器を作成することができるためである。先行技術の例のどれにもこの特性はない。例ＡおよびＢは、例Ｂではあまり深刻ではない反射器の奥行のために角運動の範囲と開口効率との間の兼ね合いを課す。例Ｃは、連続開口対象範囲を提供するすべての実施形態にとって大幅に制限された角運動の範囲に悩まされている。例ＤおよびＥは、反射器の外部上縁に取り付けられた受光器の追加の隙間要件のために開口効率で多大な不利益を課す。これらの設計とは対照的に、例示的な実施形態は、トラフに降り注ぐ光のほぼすべてを捕獲する浅いＶ形のトラフを有する。これらとは対照的に、図３Ｅに示される集光器設計は、集光器が、かかる集光器の密集したアレイの中で幅広い角範囲に渡って枢動できるように、その幅が高さのほぼ２倍であるＶ形の形状を有し、受光器を、それらが隙間要求を生じさせない場所に配置し、低く、バランスのとれた入射角で受光器に光を反射する。
【００５１】
図４は、図２から図１６に示されるような反射器の形状を引き出す方法を示す。この方法は、図２から図１６に例示される本発明の最も簡略な形式について図解されているが、当業者は、本発明によって考慮される変形に適したその一般性を開発することができるであろう。この方法は、０．５に等しいまたは０．５に近いｘＣ、通常０．０１と０．０３との間であるｘＤ、および通常０．０８と０．４との間であるｘＥの３つの入力パラメータを有する。この方法は、焦点６８および準線７６から等距離の点の組として放物線７０を画定することによって開始する。頂点が原点６６にある放物線は、焦点６８がＹ軸に沿って原点から０．２５ユニットずれるように縮尺された座標系を考えると、方程式y = x2に対する解でもある。次に、図中に縦の破線によって示されるｘ座標ｘＡ１、ｘＡ２、ｘＢ１およびｘＢ２は、xA2 = xC - xD; xBl = xC + xD; xB2 = xBl + xE; xAl = xA2 * 0.5; xMl = xC／2およびxM2 = xB2 * xC／xBlのように前記入力パラメータから計算される。これらの４つの計算されたｘ座標は、放物線７０の２つのスパン、つまりその縦座標がｘＡ１からｘＡ２に及ぶ下方スパン７２、およびその座標がｘＢ１からｘＢ２に及ぶ上方スパン７４を画定するために使用される。次に、３つの放物線が同じ焦点を共有するように、２つの新しい放物線およびそのスパン、つまり放物線７０およびその下方スパン７２を係数ｘＢ１／ｘＣで縮尺することにより生成されるわずかに大きな放物線９０およびそのスパン９２、ならびに放物線７０およびその上方スパン７４を係数ｘＡ２／ｘＣで縮尺することにより生成されるわずかに小さい放物線８０およびそのスパン８４が、放物線７０をその焦点６８の回りに縮尺することによって画定される。この構造を考えると、新しい下方スパンの最も右側の点９６および新しい上方スパンの最も左側の点８６は、ｘＣの同じｘ座標を共有する。これらの下方スパンおよび上方スパンは、点９６および８６をつなぐ垂直セグメントによって結合される。
【００５２】
この構造によって生成される曲線は、次に、ｘ座標がｘＭ１である垂直線を通るその反射と結合され、スラットの断面の対称的な上部形状を作成する。スラットの下部形状は、全体的に上部形状の下にあり、スラットの隙間形状を拡大しないように相対的に上部形状に近い曲線である。アルミニウム板等の平らな原材料を形成することによって作られるスラットの場合、下部形状は、ほぼ、その原材料の厚さに一致する距離にある上部形状への平行な曲線となる。べベルは、スラットの最も外側の上端の下で切断され、スラットの本体の、その上部反射面の形状を超えるどんな行き過ぎ量も排除する。
【００５３】
図４Ｂは、この方法を使用して生成されるスラットの完全な形状を示す。スラットの左半分上のライザーにある焦点６８は、スラットの右半分上の両方の鏡を画定する放物線、つまり下方鏡９２を画定する大きい方の放物線９０、および上方鏡８４を画定する小さい方の放物線８０によって共有される。同じ関係性は、スラットの右半分上のライザーの上にある焦点およびスラットの左半分上の鏡を画定する放物線の間にも当てはまる。
【００５４】
図５は、図４に関して説明された形状の導出で定められた２つの設計パラメータｘＤおよびｘＥを変える影響を示し、ｘＤの値はページの左から右へ増加し、ｘＥの値はページの上から下に増加する。
【００５５】
ケースＡからＤのそれぞれについて、破線円弧４２は、スラットがその角運動の範囲を通して移動されるときにスラットの端縁３８によって一掃される経路を示し、破線円弧４４はスラットの垂直ベクトル２０によって一掃される経路を示す。その運動の範囲は、垂直線５０によって示されるアレイ内で、スラットがそのゾーンの外部に突出しないという要件によって制約される。左側形状が線５０に相当する壁を考えると、ケースＣからＦでスラットを回転すると、スラットは点５４で壁と衝突し、そこで枢動点１８の回りの線５０の回転された画像を示す線５２がスラットの外面に会う。ケースＡおよびＢでは、スラットはこのような衝突を経験せずに３６０度を通して回転できる。
【００５６】
図５は、ｘＤおよびｘＥの特定の値の範囲が、角運動のさらに優れた範囲をもつスラット形状を生じさせることを示す。ｘＤの値―垂直ライザーの高さを決定するパラメータ―を大きくすると、スラットの端縁の隙間形状の外部に延在するスラット形状の部分が増加し、スラットの運動の範囲を減少させる。同様に、ｘＥ―上方の放物面鏡２２および２８の相対的な幅を決定するパラメータ―のより大きな値は、スラットの端縁の隙間形状の外部に延在するスラット形状の部分を増加し、やはりスラットの運動の範囲を減少させる。示されている６つの異なる形状のうち、ＡおよびＢは、隣接するスラットと衝突する可能性なく、有効な角度の１８０度の範囲全体を通して回転できるという利点を有する。これらのうち、形状Ｂは、一般に、少なくとも３つの理由からより望ましい。第１に、形状Ｂは、ヒートシンク、流体コンダクタ、電子部品、または他のかかる装置を取り付けるための、受光器のすぐ背後で、および円弧４２に相当する円形隙間形状の内部の領域５８内により多くの空間を提供する。第２に、形状Ｂは、低い平均入射角度で受光器に光を反射し、受光器の性能を改善する。そして第３に、形状Ｂは、受光器がスラット本体の質量に平均してより近接する場所に受光器を配置し、スラットをヒートシンクとして使用する実施形態にさらに優れた熱性能を与える。同様に、形状Ｅは、一般に同じ理由からＤおよびＦに好ましい。つまりどちらかよりもはるかに大きな運動範囲をもつことに加えて、それは、ライザーをスラットのそれぞれの側面の中間点近くに配置するという前述された利点を有する。
【００５７】
図５は、本発明の最も簡略な形式が、ライザーを、底部頂点とスラットの上端の中ほど近くに配置することから恩恵を受けることを示す。当業者は、本発明のより複雑な形式が、同様の設計規則により導かれることを理解する。たとえば、ライザー数が増加される場合、ライザーを相対的に等しい間隔で離間することが有益である。
【００５８】
屋上集光型光起電性パネル：図６から図１３
本発明の第１の完全な実施形態、つまり屋上での設置に適した集光型光起電性パネルが、図６から図１３に関して説明される。図６は、パネル３４のスラットがエンクロージャーの透明なガラスの真下に見えるパネルの等角図である。この図の上部を占める詳細図は、エンクロージャーの側壁２１２に一体化したスラットアクスルソケット２１４内でスラットのアクスルペグ１２０を枢動自在に取り付けられることによって前記側壁と関節動作する５枚のスラットの端部を示す。前記ソケットは、スラットを緩やかな力で上方に引っ張ることによってスラットを取り除くことができるように上部で開いている。この図では、各スラットの光起電性ストリップ１６０のうちの１つだけが見える。
【００５９】
図７は、単一スラットの図を示す。図７Ａおよび図７Ｂは、その２つの端部の間のスラットの長さの大部分が省略されたスラットの、組立等角図および分解等角図を示し、図７Ｃは図７Ａに示される断面を示す。このスラットは、鏡面２２、２４、２６および２８、２つの端部キャップ１１６および１１８、光起電性ストリップ１６０、ならびにフラット電気ケーブル１７６および一体化されたコネクタ１７８を有するスラット本体１１２を備える。前記端部キャップのそれぞれは、スラット本体の端部を受け入れ、動かないようにそれと対合するように形作られる１対の溝１２４、および可撓アクスルスペーサを受け入れる同軸空洞１２２を有するアクスルペグ１２０を有する。端部キャップ１１８は、前者の周縁の半円形の部分が、図８、図９、および図１１に示されるウォームシャフトのウォームとかみ合うようにねじれ歯と適合するという点で端部キャップ１１６と異なる。前記スラット本体はその両方の端部に切欠き１１４を有する。適合した端部キャップ１１８と対合する端部で、切欠きによって端部キャップのギアの歯は必要な奥行を有することができるようになる。端部キャップ１１６と対合する端部で、切欠きは、やはりコネクタ１７８を固定する一方で、スラット本体の上側からその下側にコネクタ１７８が通るための開口を提供する。
【００６０】
図８は、部分的な分解状態にあるパネルを示す。図８Ａは、持ち上げられている、透明なガラス２０４およびカバー枠２０６を備える取り外し自在のカバー、パネル上方に吊り下げられている単一のスラット、および設置されている３４のスラットのうちのパネルの完全な補足物のうちの２０を示す。図８Ｂは、シャフト取り付けギアモーター２４２およびそれが取り付けるウォームシャフト２４４のスパンを含む、駆動機構の部分を示す詳細図であり、前記シャフトはキー付きアクスルロッド２４６およびスラットの間隔に一致する間隔でその上に動かないように取り付けられるウォーム２４８を含む。側壁２１２内で溝２１６の中にパチンと嵌まり込むシャフトサポートブロック２５０は、その全長を通して前記ウォームシャフトを正確な位置に維持する。薄い熱伝導性の材料から形成される後壁２２４は、パネルの長い（高さ）寸法およびパネルのより短い（幅）寸法の大部分にわたり、駆動構成部品および電気構成部品を収容するためにパネルの側面のそれぞれの近くでは平らである起伏２２６を有する。この起伏は後壁を硬化させ、熱の放散のために拡大した表面積を提供する働きをする。図８Ｃは、パネルの垂直方向に配向されているいくつかのスラットの部分を示す詳細図である。放物線状のシリンダー２４の狭い部分が見えるように、放物線状のシリンダー２６および２８の幅広い部分が見える。
【００６１】
図９は、ギアモーター２４２を含むパネルの角の下側を示し、そこでは後壁２２４の一部が切り取られ、駆動機構の部分を明らかにしている。スラット端部キャップ１１８のウォームギア歯はウォール２４８と噛み合わせられる。
【００６２】
図１０は、図９に示されているパネルの正反対側のパネルの角の下側を示し、そこでは後壁２２４の一部が切り取られ、パネルの電子部品の部分を明らかにしている。マイクロコントローラを含む電子部品モジュール２６２は、そこから出現する３本の電気ケーブル、つまりギアモーター２４２に電力を供給するモーターケーブル２６６、グロメット２３０によって密封される後壁内の穴を通過する外部電力ケーブル２６４、および各スラットと前記電子部品モジュールとの間に個別の導電性経路を提供する分岐リボンケーブル２７０を有する。前記リボンケーブルはスラットのそれぞれの分岐２７２を有し、各分岐は可撓ストランド、およびスラットコネクタ１７８と対合し、スラットから前記電子部品モジュールまで３つの導電性経路を提供するコネクタを供える。パネルの電子部品は、図１３を参照して以下にさらに詳細に説明される。
【００６３】
図１１は、パネルエンクロージャーの構成部品が分離しているパネルの分解図を示す。このページの上部に示されるパネルのカバーは、透明なガラス２０４から引き離された４個の枠構成部品２０６を有する。ページの中間部分に示されるスラットは、パネルの垂直方向に配向され、パネル内に取り付けられるときに離間されるように離間される。カバー以外のパネルエンクロージャーの部分は、ページの下部に示される。番号が付けられたパーツのすべては、上部枠壁および下部枠壁２２２および２２０内の凹部に嵌合し、その２つの端部でウォームシャフト２４４を回転自在に取り付けるシャフトアクスルソケット２５２の例外はあるが、図６から図１０の説明中で上記に識別される。
【００６４】
図１２は、光起電性ストリップの上に集束される光を電気エネルギーに変換する光エネルギーを光起電性ストリップ１６０の詳細を示す。このストリップは小規模構造を有するため、図１２は２段階の拡大およびストリップの部分の断面を提供する。図１２Ａは、ススラットの２つのトリップのうちの長さのほぼ３２分の１が見えるスラットの端部を示す。図１２Ｂおよび図１２Ｃは、そのストリップの２つの拡大部を示し、図１２Ｄはストリップおよびストリップが取り付けられるスラット本体の断面を示す。図１３に示され、以下に説明されるように、ストリップ内の光起電性セルは、直列で結線された１０個のセルのクラスタ単位で配列され、前記クラスタは並列で結線され、単一ストリップの回路を形成する。連続クラスタの全体を示す図１２Ｂを参照すると、連続クラスタは、ストリップの全長にわたって通された、セルの側面に位置する導電性レール、つまりそれぞれストリップの下部および上部に沿って通る陽のレール１６４および陰のレール１６６に結線されている。各連続クラスタの陰極および陽極は、個々にそれぞれ導電性パッド１８４および１８６を通る陽のレールおよび負のレールに接続されている。単一のセルおよびそのセルの隣接物の部分を示す図１２を参照すると、セルの背部接点１７４がセル下側をカバーし、その前部接点１７２は、その左側のセルの背部接点の一部に重複するＬ形状を有する。導電性パッド１８２は、１つのセルの前部接点からその隣接物の後部接点への導電性経路を提供し、この２つのセルの間に直列接続を提供する。
【００６５】
光起電性ストリップの電気的な構造は、同時に２つの重要な設計要件、つまりその起電力が５ボルトから１０ボルトの所望範囲内にあるスラットから電気的出力を届けること、およびスラットの部分の陰影に起因する多大な損失を回避することを満たす。後者の要件は、完全な陽光での通常動作中、光起電性ストリップの端部の部分は、スラットの端部キャップおよびエンクロージャーの部分によって投じられる影のために、かなりの期間、影になる。光起電性構成部品の直列回路の性能は、どの１つの構成部品が影になっても大幅に低下するが、多くの光起電性構成部品の並列回路の性能は、１つの構成部品が影になることによって最小限にしか影響を受けない。本実施形態の連続クラスタはストリップの長さに比して非常に短いため、スラット端部の遮断はその電気出力に最小限の影響しか及ぼさない。
【００６６】
図１３は、スラットの電気回路の詳細を示すパネルの電気概略図である。図の主要な表示は、エンクロージャーの電気構成部品、および３つのスラットの部分の中に電気構成部分を示し、それぞれはスラットの２つの光起電性ストリップに相当する構成部品の上列および下列を有する。この主要な表示の上に位置する詳細な図は、１つがスラットの２つのストリップのそれぞれに属する、セルの２つの連続クラスタをその全体で示す。図１２を参照して上述されたように、各クラスタの陽極はレール１６４に接続され、各クラスタの陰極はレール１６６に接続される。本実施形態では、各ストリップは７８の連続クラスタを有する。分岐２７２がコネクタ１７８を介してスラットに接続する分岐ケーブル２７０は、スラットごとに３つの専用コンダクタ、つまり共通陰極コンダクタ、およびスラットの２つのストリップのそれぞれに１つの陽極コンダクタを有する。この電気的なアーキテクチャは、いくつかの重要な設計要件を満たす。第１に、電気的アーキテクチャは、マイクロコントローラ２６２が、スラットの垂直軸が入射光の方向からずれる方向を推論する目的で、各スラットの２つのストリップの出力の差を監視できるようにする。第２に、電気的アーキテクチャは、前記マイクロコントローラが、保守または交換を必要とするスラットにフラグを付けるために各スラットの個々の性能を監視できるようにする。第３に、電気的アーキテクチャは、短絡等の電気的な誤動作の場合に、個々のスラットの回路を隔離できるようにする。
【００６７】
プロトタイプ集光光起電性パネル：図１４
本発明のパネル実施形態の単一スラットが、図１４に示される。本実施形態は、テストベッドシステム用に開発され、製造の簡略さおよびフォームファクターの望ましさを含むいくつかの点において、前述された屋上パネルよりも有利ではない。しかしながら、その実施形態は、ある種の例では望ましいことがある、本発明に関連するいくつかの方法を示す。
【００６８】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、スラットの組立等角図および分解等角図を示し、図１４Ｃは図１４Ａに示される断面を示す。スラットが一体成形の本体を有する第１の実施形態とは対照的に、本実施形態は、本体がいくつかのパーツから組み立てられているスラットを有する。透明な端部プレート３２８は、スラット本体、つまり２つの上部鏡セグメント３１２、下部鏡セグメント３１４、ヒートシンク３１６およびガラス棒３１８を備える多様なパーツを受け入れるように形造られた溝３２４を有する。端部プレートは、テンショナーロッド３２０によって互いを関して圧縮保持され、それによってスラット本体の上記パーツのすべてを、端部プレート間の正確な不動位置に保持する。圧縮力は前記ガラスロッドおよびヒートシンクによって完全に支えられ、それによって圧縮力に起因する鏡セグメントの歪みの可能性を回避する。光起電性セルアセンブリ３６０が、前記ヒートシンク上に取り付けられる。
【００６９】
第１の実施形態とは対照的に、本実施形態の各スラットは、スラットの光学軸の入射光の方向との整列を維持するために専用の駆動システムを有する。この駆動システムは、部分的に、ギアモーター３５４、その上に軸に沿って取り付けられるウォーム３５６、前記ウォームと噛み合うウォームギア３５８、前記ウォームギアに取り付けられ、前記ウォームギアと同軸のホイール３６０、アクスルロッド３５０、および前記ホイールおよびウォームギアを回転のために取り付けるアクスルシャフト３５２、前記アクスルロッドおよびギアモーターを取り付ける摺動式内側ハウジング３４４、端部プレート３２８内の溝の中に圧入され、前記内側ハウジングを摺動自在に取り付ける固定外側ハウジング３４２、および前記内側ハウジングおよびその内容物に適用され、かつ外向きの圧力をかけるばね３４６を備える。アクスルボルト３３０は、前記端部プレート内の穴を通過し、パネルエンクロージャー（不図示）の壁にしっかりと固定され、それによってスラットを枢動自在に取り付ける。駆動ホイール３６０は、同じエンクロージャーの対向する壁上でグリップを係合し、前記ギアモーターによって駆動され、エンクロージャーに対してスラットの角移動を達成する。
【００７０】
第１の実施形態のスラットとは異なり、図１３に示されるスラットの隙間形状の直径はその開口幅よりも大きく、そこでは後者は外側鏡端縁によって一掃される円弧３０２の直径に等しい。したがって、密集したアレイの中に配列されたかかるスラットは、衝突せずにアレイの垂直方向から離れて９０度まで傾くことはできない。ただし、円弧３０２の外部にある部分がスラットの下部角部分に制限されるスラットの形状のため、隣接スラットがほぼ同じ度数まで傾斜しているならば、密集したアレイ内のかかるスラットは衝突前に６５度まで回転することができる。
【００７１】
非対称スラット形状：図１５および図１６
図１５および図１６は、図２から図１４に示される最も簡略な形式とは異なる光学的形状を有する本発明の実施形態におけるスラットの形状を示す。それらは、最も簡略な形式よりも対称的ではなく、より複雑である１軸反射器の変形を示す。
【００７２】
図１５は、幾何学形状が第１の実施形態の幾何学形状に類似するが、２つの受光器のうちの１つの代わりに二次鏡を有するスラットを通る断面を示す。二次鏡４３０は、画定する放物線の軸が水平であり、一次鏡４２２、４２４、４２６および４２８のものに垂直である放物線状のシリンダーである。一次鏡４２６と４２８の間のライザー４３２の上に取り付けられる単一受光器６０と同様に、一次鏡４２２と４２４の間の二次鏡４３０の縦配向は、それが、スラットが配向されるときに平行光１０から確実に隠されるようにする。二次鏡４３０は、一次鏡４２６および４２８によって反射される指向性のある光を捕獲し、それを受光器６０の上で集束するためにその指向性のある光を二度目に反射するように配置され、形作られる。したがって、配向されたスラットは、それが入射光を捕獲した場合、すべてを受光器上で集束させ、鏡４２２および４２４から直接反射される光を、二次鏡４３０を介して鏡４２６および４２８から間接的に反射した光を組み合わせる。
【００７３】
二次鏡４３０は、焦点４３６が鏡４２６および４２８の共有焦点４３４のわずかに左側である、放物線状の形状を有する。結果的に、二次鏡により反射された光は、点４３４および４３６が一致する場合に当てはまるように、平行のままとなるのではなくむしろ受光器に近づく前に集束する。
【００７４】
スラットは、１つまたは複数の二次鏡を利用し、それらの鏡は反射した光を受光器上で集束するために放物線状の形状を有する必要はないだろう。たとえば、凸状の楕円形の形状を有する二次鏡のあるスラット幾何学形状を設計することが可能である。
【００７５】
図１６は、９０度の角度をなすＶ形にほぼ近似する非対称形状でその対向する側面のそれぞれに３つの鏡および２つの受光器を有するスラットの断面を示す。本実施形態では、適切に配向されたスラットは、指向性のある入射光１０を以下のように向ける。鏡５２２および５２３に降り注ぐ光は、ライザー５３８上の受光器に向けて反射され、鏡５２４に降り注ぐ光はライザー５３６上の受光器に向けて反射され、鏡５２５および５２６に降り注ぐ光はライザー５３４上の受光器に向けて反射され、鏡５２７に降り注ぐ光はライザー５３２上の受光器に向けて反射される。
【００７６】
より多数の鏡および受光器を有するスラット幾何学形状は、本発明のいくつかの応用例では特定の利点を有することがある。スラットの各横向きの半割部上の単一受光器に比較されると、一連のより小さい、均等に離間された受光器が、焦線のすぐ近傍における感光性材料に対する導電性材料の比率を増加させ、所与のサイズのスラットにさらに効果的な熱伝導放散をもたらすだろう。
【００７７】
収縮型光起電性集光器付きウィンドウ：図１７から図２６
本発明の第２の完全な実施形態、つまり収縮型光起電性集光器付きの多機能窓は、図１７から図２６に関して説明される。図１７は、集光器が配備される窓および太陽を追跡するそのスラットの斜方図を示す。図１８は、集光器が収縮した同じ窓の斜方図を示し、窓を通した遮るもののない図を提供する。図１７および図１８は、その３つのモードの内の２つの実施形態を示す。第３のモードでは、配備された集光器のシャッターは、窓によって区切られる内部空間と外部空間の間の放射熱の損失を防ぐために閉じている。
【００７８】
図１９は、窓の実施形態で使用されるスラットの光学的形状を示し、垂直方向２０が紙面の縦軸、およびスラットに降り注ぐ指向性のある光１０の光線によって取られる経路と整列する、スラットの断面を示す。幾何学形状は図１６に示されるスラットの幾何学形状に類似しているが、６個の代わりに８個の鏡を有するという点で異なり、それによって４つの受光器のそれぞれに集束する光の量をほぼ均一にする。本実施形態では、適切に配向されたスラットは、以下のように指向性のある入射光１０を向ける。鏡６２２および６２３に降り注ぐ光は、ライザー６３８上の受光器に向けて反射され、鏡６２４および６２５に降り注ぐ光は、ライザー６３６上の受光器に向けて反射され、鏡６２６および６２７に降り注ぐ光は、ライザー６３４上の受光器に向けて反射され、鏡６２８および６２９に降り注ぐ光は、ライザー６３２上の受光器に向けて反射される。同じ標的となる受光器を共有する各鏡の対の水平スパンは、入射光を、それが向けられる先の受光器に従ってバンドに区分することによってわかるようにほぼ等しい。したがって、バンド６０２、６０４、６０６、および６０８内の入射光は、それぞれライザー６３８、６３６、６３４および６３２における受光器に向けて反射される。
【００７９】
スラットの幅にまたがる線６４４は、図２１でより明確に見られるスラットの端面プレート６４０の上面の形状である。この端部プレートは、スラットの枢軸を中心として、スラットの垂直方向２０に垂直な平面に関してわずかに傾けられ、隣接するスラットをコンパクトに積み重ねることができるようにし、そこでは１つおきのスラットが、その端部プレートの平面に垂直な軸を中心として１８０度回転される。
【００８０】
図２０は、実施形態の３つのモード、つまりエネルギー捕獲（Ａ）、閉鎖（Ｂ）および収縮（Ｃ）のそれぞれにおける隣接する１対のスラットアセンブリを通る断面を示す。フラットケーブル６５２、ギアモーター６７４、およびチルトホイール６７６は、各スラットの１つの端部だけにこれらの構成部品が装備されており、その端部は上部アセンブリに対して反転された下方スラットアセンブリ内のみでも見られるため、各対の下方のスラットアセンブリにおいてのみ見ることができる。図２０Ａに示されるエネルギー捕獲モードでは、スラットの垂直方向２０は、両方とも入射光の方向と整列されているため平行である。図２０Ｂの閉鎖モードでは、スラットの端部プレートは同一平面上にあり、スラットの端縁が接触し、対流熱および放射熱の損失に対する障壁を作り出す。図２０Ｃに示される収縮モードでは、スラットの端部プレートは平行であり、互いに対して積み重ねられ、断面でみられるスラットの形状は、コンパクトに入れ子になる。
【００８１】
図２１は、単一スラットおよびその組み込まれた吊り金具アセンブリの図を示す。図２１Ａおよび図２１Ｂは、スラットおよび前記アセンブリの組立等角図および分解等角図を示し、その２つの端部の間のスラットの長さの大部分が略されている。スラットアセンブリは、多様な小さな構成部品および一体品のスラット本体から成り、その主要な特徴は、図１９を参照して説明される放物線状のシリンダーおよびライザーを形成する、細長いＶ形のトラフ、前記トラフの傾斜する端部、刻まれた端部プレート６４０、およびアクスルペグ６４２である。スラットアセンブリの構成部品は、光起電性ストリップ６５０と、分岐フラットケーブル６５２と、コンダクタ６６２、マイクロプロセッサ６６４、およびアクスル電気接点６６６を組み込む電子部品モジュール６６０と、ばねブラケット６７２、傾斜ギアモーター６７４、および傾斜ホイール６７６を含む傾斜駆動アセンブリと、を含む。
【００８２】
その１対が後者の２つの端部でスラットアセンブリを枢動自在に取り付けられる吊り金具アセンブリは、アクスルソケット６８４、ストラップ溝６８６、およびケーブルアイレット６８８を有するサポートブラケット６８２と、切り取り部６９２を有する形状保持ストラップ６９０と、ストラップアンカーシム６９６と、を含む。
【００８３】
図２２は、４つの隣接するスラットおよびそれらを接続する吊り金具アセンブリからなるアセンブリの３つの図を示し、そこでは吊り金具ストラップ６９０は、その緩んだ位置にあり、わずかに外向きに曲げられる。ストラップは、チルトホイール６９６から離れるように湾曲するため、ホイールは、スラットが真上を向いているときを除き、牽引力を得ることはできない。その結果、スラットは自動的に整列し、上方を向く。
【００８４】
図２３は、ストラップ６９０にかけられる引張力がストラップをきつく引っ張り、その結果チルトホイール６７６は、それらのスラットの傾斜に関係なくそれらと係合し、前記チルトホイールがそのそれぞれのスラットを任意の傾斜角度まで駆動できる、図２２に示されるアセンブリの２つの図を示す。図中、４つすべてのスラットは真っ直ぐに右を向き、その垂直軸はアレイの垂直軸と整列している。
【００８５】
図２４および図２５は、実施形態の上部を通る断面を示す。図２４は、そのエネルギー捕獲モードで配備される集光器システムを示し、図２５は、その収縮位置にある集光器を示す。両方の図では、切断面が窓の中央平面の上方にある。これらの断面で表示が付けられている集光器システムの特徴は、以下に説明される図２６等の他の図で説明される。エンクロージャーの特徴は、ガラス７８２の平行な羽目板、その上部溝７７８がワイヤに経路を提供する上部枠構成部品７７６、および側面枠構成部品７９０を含む。
【００８６】
図２６は、窓の外部枠およびガラスを隠すことによって明らかになる収縮型集光器システムを示し、そこでは前記システムは部分的に収縮状態にある。システムの主要図は、４つの詳細図によって補足されている。収縮機構はケーブル７２２の単一連続ループを使用し、スラットのアレイを配備し、収縮し、そこではケーブルはシステムの側面および上部に沿って通り、４つのボトムプーリー７３０、４つのクロスプーリー７３４、および４つのコーナープーリー７３８によって誘導され、図の左上部分の詳細図に拡大される駆動機構によって移動される。
【００８７】
どちらかの方向にケーブルを移動し、その引張力を、それが経時的にわずかに伸びるときにも維持するように機能する駆動機構は、２つのアセンブリ、つまり（図２４および図２５の断面に見られる）窓枠７７６の上部構成部品内に動かないように取り付けられる駆動アセンブリ、および前記構成部品内に摺動自在に取り付けられる滑車アセンブリを備える。駆動アセンブリは、駆動ブロック７４４と、前記ブロックに一体のスピンドル上に回転自在に取り付けられる二重溝スプール７４８と、前記スプールの回転を制御するギアモーター７４６と、を含む。滑車アセンブリは、滑車ブロック７５２と、前記滑車ブロックに一体のスピンドル上に回転自在に取り付けられる二重溝スプール７５４と、前記ブロック内のプロセスに取り付けられ、駆動ブロック７４４に対して圧縮負荷されるばね７５６と、を備える。ケーブル７２２は、駆動機構を通る２つの回路を作り、各ケースにおいて第１のスプールのそばを通過し、第２のスプールに約２２０度巻き付き、第１のスプールに交差して戻り、第１のスプールに約２２０度巻き付き、次に第２のスプールのそばを通って戻る。図中に見られるように左前から機構に入るケーブルのスパンは、スプールの下方溝と係合し、右後ろに出て、右前から入るスパンは、スプールの上方溝に係合し、左後ろに出る。
【００８８】
ケーブル７２２は、底部プーリー７３０と上部プーリー７３４または７３８の間を通る８つのスパンを有し、これらは折りたたまれたストラップ６９２の端縁をちょうど越えたところに位置する４つの外側スパン、および吊り金具ブラケット６８２内のアイレット６８８を通り抜ける４つの内側スパンに分けることができる。４つのビーズ状のノード７２４は、同じ高さにある前記内側スパンに沿った４つの点のそれぞれでケーブルに固定され、一番下のスラットを取り付ける吊り金具ブラケットの対は、それらのそれぞれのアイレットを介して、それぞれこれらのノードの内の２つに固定される。ケーブルのルーティングは、ケーブルが駆動機構の影響下で移動するときに、４つすべての前記内側スパンに属する前記ノードが同じ方向で一体となって移動し、同じ高さを維持し、それによって吊り金具ブラケットの一番下の対を保持する４つの点が、平行かつ窓の縦壁に垂直のままとなることを保証するようにするものである。
【００８９】
集光器を配備するために、駆動スプール７４８は、図２６に見られるように右回りの方向に回転し、４つのノード６２４および一番下の吊り金具対を降下するためにそこに固定させる。前記吊り金具がその配備位置に達すると、吊り金具ストラップ６９０がきつくなり、スラットの等しい間隔を保証し、スラットのチルトホイール６７６が牽引力を得ることができる表面を提供する。集光器を収縮するために、駆動スプール７４８は左回り方向に回転し、４つのノードおよび一番下の吊り金具対を上昇させる。吊り金具ストラップは、弛緩すると、それらは外向きに曲がり、スラットのチルトホイールに牽引力を緩めさせ、それによってスラットに、一番下のスラットが上昇すると、スラットがコンパクトに積み重なることができるようにする上向き位置を取らせる。
【００９０】
図２４から図２６を参照すると、窓枠の上部構成部品７７６内に取り付けられる電子部品モジュール７６２は、マイクロプロセッサおよび無線通信装置を含み、ハンドヘルド遠隔制御装置を介してパネルのモードを制御できるようにする。前記モジュールは、電力およびデータを外部電気システムから送受するための電気ケーブル７６４、収縮調整装置駆動モーターに電力を供給するワイヤ７６６、およびそれを、吊り金具ブラケット７０２の上部対の中のコネクタ７０６の中に差し込まれ、スラットアセンブリに電気的な接続性を提供する１対の電気ケーブル７６８内の電気コネクタにリンクする１対の電気ケーブルを装備する。吊り金具ブラケット７０２および６８２内、および吊り金具ストラップ６９０内に埋め込まれるコンダクタは、コネクタ７０６から、スラットアセンブリのアクスル電気接点６６６のそれぞれに導電性経路を提供し、それによってスラットの前記電子部品モジュールと電気システムの間に回路を提供する。これらの回路は平行であり、集光器アセンブリの各側の前記吊り金具ブラケットおよびストラップを横切る２つの導電性経路が、スラットのすべてに供給できるようにし、スラットのエネルギー収集モードで動作中にスラットによって送達される電流を合計する。また、これらの回路は、それらが他のモードにあるときにスラットの電子部品に電力供給するために一定の電圧を提供する。同じ導電性経路は、アナログ出力上に重畳され、アナログ出力の送達に干渉しないデジタル符号化信号を使用して、電子部品モジュール７６２とスラットのマイクロコントローラ６６４との間の双方向通信にも使用される。
【００９１】
集光器アレイがそのエネルギー収集モードにあるとき、スラットは個々に太陽の運動を追跡し、それぞれがその傾斜角度を調整し、その垂直軸を光の方向と整列させる。スラットアセンブリの傾斜制御装置は、自律的にこの機能を実行してもよい、またはパネルの制御装置からの入力により実行してもよい。たとえば、傾斜制御装置は、太陽の現在の角位置のその推定についてパネル制御装置に問い合わせ、スラットをその角度に一致するように移動させ、次にスラットの２つの対向する側面上で受光器の相対出力を繰り返し測定し、太陽により近いより大きな出力に側面を移動させる方向に、少量、スラットを回転する場合がある。
【００９２】
２軸反射器の例：図２７および図２８
図２７は、反射器が６枚の回転対称および円形の形状を有する本発明の実施形態を示す。図２７Ａは、反射器の光学軸の方向からの図であり、図２７Ｂは反射器の６つの焦点のうちの２つを含む、反射器の対称の反射面を通る断面である。
【００９３】
図２７に示される反射器８００は、それぞれが６０度の楔形部分を占有し、それぞれが反射器の対向部分内の２つの放物面鏡およびその２つの放物面鏡の一致する焦点にまたがるライザー内に位置する１つの光起電性セルを有する６個の同一部分を有する。図１では、６つの部分はそれぞれ、大きな放物体鏡面８２１、８２２、８２３、８２４、８２５、および８２６、小さい放物体鏡面８３１、８３２、８３３、８３４、８３５および８３６、ならびに受光器８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、および８４６を有する。
【００９４】
各受光器は、大きな放物面鏡と小さな放物面鏡の間に介在するライザー８０２に埋め込まれる。前記受光器は、反射器の対向部分に面し、その部分の２つの鏡の共通焦点にまたがる、ライザーの３つの小平面のうちの１つに埋め込まれている。したがって、たとえば、セル８４４は焦点８５４にまたがり、６枚の反射器の対向部分内の小さな鏡８３１と大きな鏡８２１の両方から反射光を吸収するように位置する。
【００９５】
点線８６２および８６４は、それぞれが、その光軸に平行に反射器に近づく入射光の２つの光線がどのようにして反射されるのかを示す。光線８６２は、受光器８４４の上に落ちるように放物面８３１によって反射され、光線８６４は、受光器８４４の上に落ちるように放物面８２１によって反射される。
【００９６】
図２８は、その光学軸の方向から見られるような円形の形状、および４枚の回転対称を有する反射器の実施形態で、反射器の頂点とその端縁の間の焦点一致ライザーの位置決めを決定する設計パラメータを変えることの影響を示す。この設計パラメータは、図５を参照して説明されたライザーの位置付けを決定するパラメータと同じパラメータであり、このケースでは放物面鏡付き反射器に適用される。図は、左側に斜方図、および右側に断面図の、それぞれの２つの図として、Ａ、ＢおよびＣと表示が付けられた３つの反射器を示す。各断面図に重ね合わせられた破線の円４２は、反射器が反射器の端縁の一番外側の点のその重心を中心に枢動するときに反射器の端縁によって必要とされる近似隙間形状を示す。
【００９７】
図２８も、反射器の形状の生成を説明する図４に示される幾何学エンティティのいくつかを示す。断面図は、放物面を生成する下方放物線８０および上方放物線９０を示す。図４ＡのＹ軸に相当し、放物線８０および９０の共有焦点６８ならびに頂点８１および９１を含む軸７８は、それらによって生成される放物線の回転軸でもある。
【００９８】
図５で調べられた１軸の反射器の場合と同様に、図２８に示される放物線放射体の簡略な形式のより望ましい例では、ライザーは、ケースＡおよびＣより好ましいケースＢにより、反射器の上端と下方頂点の間の中間距離でライザーを配置する。図２８のケースＢは、図５のケースＢおよびＥと同じ理由の組のために有利である。ケースＡと比較すると、ケースＢは、受光器と関連する電子部品および熱管理装置を取り付けるために、焦点６８の背後にさらに大きな空間を提供する。ケースＣとは異なり、ケースＢは、破線の円４２によって示される反射器を完全に球形の隙間形状の中に嵌め、それが、密集したアレイの中での運動の無制限の範囲で、その上端の重心を中心に枢動できるようにする。ケースＡおよびＣと比較すると、ケースＢは、その受光器上により小さい平均入射角度を提供する。
【００９９】
密集アレイに適した形状の４枚反射器
図２９および図３０は、反射器が２つの反射対称、および反射器の密集アレイ内で使用するために設計された操作隙間形状を有する本発明の実施形態を示し、それぞれのかかる反射器は独立して移動できる。図２９は、反射器およびその関連するサポートおよび角位置決め装置９００を示し、そこでは、後者は、反射器の上端の重心で交差する２つの垂直枢動軸の回りの反射器の移動に影響を与える。図３０は、反射器の図および断面を示し、そこでは図２０Ａは反射器の等角図であり、図３０Ｂはその光学軸から見た図であり、図３０Ｃから図３０Ｅは、図３０Ｂに示される断面である。
【０１００】
反射器９１０は、互いに同一、または互いの鏡像である４つの部分を有し、各部分は図３０Ｂの切断線ＣおよびＥによって分けられる４つの四分円の１つを占有する。各四分円は、光軸、および反射器の側に向かう反対のライザー９３２に位置する一致する焦点９１２を共有する放物面鏡の組を有する。図３０Ｂに見られる右上の四分円の放物面鏡および受光器だけが表示を付けられ、左下の四分円内のライザーの部分だけが表示を付けられる。２つの最大放物線９２２および９２５は、受光器９６０を含むライザー９３２のスパンによって分けられ、５つの他の放物線は前記ライザーのより浅いスパンによって分けられる。減少する規模および増加する高さの順に、放物線は９２２、９２３、９２４、９２５、９２６、９２７および９２８となる。図３０Ｂにおいてのように反射器の垂直軸の方向から見ると、放物面鏡は、完全に反射器の形状をカバーし、そこでは、前記軸に平行である鏡を分けるライザー９３２は、線および円弧の組として表示される。
【０１０１】
放物面の境界形状およびそれらの三次元形状を画定する放物線倍率は、ライザーを、受光器を取り付けるために適した位置および寸法で提供すること、放物面から受光器へ光を遮るものがない経路を提供すること、および反射器全体を所望される隙間形状の中に嵌めることを含む、多岐に渡る目的を達成するために選択される。
【０１０２】
図２９および図３０に示される反射器の形状は、米国仮特許出願第６１／２００，８３３５号に説明される２軸角位置決め手段を使用するモジュールによって必要とされる隙間形状の中に嵌合するように設計された。その文書は平らな形状の１パラメータ群を説明し、そのそれぞれは、前記角位置決め手段を使用して２軸回転のために取り付けられるときに、Ｘ−Ｙ平面上への投射が元の平らな形状内に完全にとどまる三次元形状を描く。Ｘ−Ｙ形状がかかる形状に密接に近似し、リムが角位置ポジショナーの回転重心を含むＸ−Ｙ平面に水平な面からわずかにだけ逸脱する浅いパラボラアンテナ型の反射器は、隣接する反射器が、そのそれぞれのマウントでどれほど移動してもそれらが衝突しないように、密なアレイに詰め込むことができる。
【０１０３】
固定幾何学形状のアレイ：図３１および図３２
図３１および図３２は、反射器が互いに固定関係にある同一セルのアレイから構成される本発明の実施形態を示し、そこでは各セルは本発明の光学的形状の本質的な特徴を有する。図３１Ａは、それぞれが４つの回転対称および４面の反射対称を有する構成で８つの放物面鏡および４つの受光器を有する、９個のセルから成る反射器の斜方図を示し、図３１Ｂは、アレイから取り除かれた受光器アセンブリ対を示す。図３２は、それぞれが６つの回転対称および６面の反射対称を有する構成で１２個の放物面鏡および６つの受光器を有する、１６個のセルから成る反射器の等角図を示す。この図のそれぞれでは、それぞれの実施形態の２種類の鏡の１つの代表的な鏡だけに表示を付けられる。
【０１０４】
図３１に示される実施形態では、反射器本体１０１０は、９個のセルの固定アレイに及ぶ。各セルの４つの部分のそれぞれは、ライザー１０３２によって分けられる２つの放物面鏡、上部鏡１０２２、および下部鏡１０２４を有し、そこでは前記ライザーは、受光器アセンブリの光起電性セル１０６０によって充填される矩形穴によって穴を開けられる。いくつかのかかる受光器アセンブリ１０６２の一部は、アレイの対向面で可視であり、アレイの内部に見られるような、２つのかかるアセンブリの対が図３１Ｂに示される。受信器アセンブリの本体内の円筒形の空洞は、光起電性セルからワイヤ１０６８を通すことを可能にし、前記本体上のフィン１０６４は熱放散を容易にする。
【０１０５】
図３２に示される実施形態では、反射器本体１１１０は、１６個のセルの固定アレイに及ぶ。各セルの６つの部分のそれぞれが、２つの放物面鏡、ライザー１１３２で分けられた上部鏡１１２２および下部鏡１１２４を有し、そこでは前記ライザーは、図３１を参照して説明されたもののような受光器アセンブリの光起電性セルによって充填される矩形穴によって穴を開けられる。この実施形態は、受光器上での光の平均入射角度がより少ないという、以前の実施形態に優る利点を有するのに対し、以前の実施形態は、反射器が正確に矩形領域をカバーし、したがって矩形エンクロージャーの開口を充填できるという利点を有する。
【０１０６】
表面積が縮小された反射器：図３３
図３３は、受光器を有さないそれらのライザー面を放物面鏡で交換することによって縦ライザーの範囲が縮小されている本発明の実施形態の反射器を示す。図３３Ａは、反射器の等角図を示し、図３３Ｂは反射器の垂直軸方向から見た図を示す。反射器は、６つの同一部分のそれぞれが反射対称の平面を有する軸１２２０を中心とする６つの回転対称を有する。図３３では、ただ１つのかかる部分の鏡およびライザーが表示を付けられる。
【０１０７】
前述された実施形態と同様に、反射器は、ライザー１２３２の下により大きな放物面鏡１２２４および前記ライザーの上により小さい放物面鏡１２２２を有し、そこでは両方の鏡とも、反射器の反対部分のライザー内に位置する焦点１２１２を共有する。前述された実施形態とは異なり、本反射器は、それぞれ焦点１２１６および１２１８を有する放物面鏡１２２６および１２２８を有し、前記焦点は、それらの鏡を有する部分と正反対の部分のどちらかの側の反射器部分内にある。したがって、放物面鏡１２２２および１２２４が回転軸１２０２を共有するのに対し、放物面鏡１２２６および１２２８はそれぞれ回転軸１２０６および１２０８を有する。
【０１０８】
また、図３３Ａは、軸１２０６を中心とする回転によって鏡１２２６が属する放物線が生成される放物線１２４６も示し、そこでは点１２４５および１２４７が、前記鏡をカバーする放物線の最小部分を一掃する前記放物線の部分の境界となる。また、図３３Ｂは、破線として、表示が付けられた鏡のそれぞれによって反射される代表的な光線の経路を示す。
【０１０９】
同様な上述された実施形態と比較すると、図３３に示される反射器は、より少ない表面積を必要とし、したがってより少ない材料を必要とし、より少ないライザーを必要とし、したがってライザーと鏡の間により少ない鋭い二面角を必要とする。結果的に、本実施形態は、材料のより大きな節約および製造の容易さを与える可能性がある。本実施形態は、鏡１２２６および１２２８と、それらが光を向ける受光器の間の角関係性のため、受光器上でのわずかに高い平均入射角度を犠牲にしてこれを行う。
【０１１０】
当業者は、説明された実施形態に対する多くの変更を予想できるであろう。たとえば、図３３に示される反射器は、８つの回転対称を有するように変更することができ、反射器の８つの部分のそれぞれでライザー１２３２の側面となる鏡は、正反対の部分のどちらかの側の第１の部分の代わりに第２の部分に位置する焦点を有することができるであろう。上部放物面鏡１２２２は排除できるであろう。反射器は、受光器がそれらの鏡の上方に突出している状態で、最大の放物面鏡１２２４を除くすべてを排除することによってさらに簡略化できるであろうが、かかる変更は反射器の開口効率を削減するであろう。
【０１１１】
本発明の結論、効果および範囲
前記説明は多くの詳細を含んでいるが、これらは本発明の範囲に対する制限として解釈されるべきではなく、むしろそのいくつかの実施形態の例示として解釈されるべきである。多くの他の変型が考えられる。したがって本発明の範囲は、示されている実施形態によってではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの法律的な同等物によって決定されるべきである。
【図１】
2011523217.tif 000003
【図２】
2011523217.tif 000004
【図３】
2011523217.tif 000005
【図４】
2011523217.tif 000006
【図５】
2011523217.tif 000007
【図６】
2011523217.tif 000008
【図７】
2011523217.tif 000009
【図８】
2011523217.tif 000010
【図９】
2011523217.tif 000011
【図１０】
2011523217.tif 000012
【図１１】
2011523217.tif 000013
【図１２】
2011523217.tif 000014
【図１３】
2011523217.tif 000015
【図１４】
2011523217.tif 000016
【図１５】
2011523217.tif 000017
【図１６】
2011523217.tif 000018
【図１７】
2011523217.tif 000019
【図１８】
2011523217.tif 000020
【図１９】
2011523217.tif 000021
【図２０】
2011523217.tif 000022
【図２１】
2011523217.tif 000023
【図２２】
2011523217.tif 000024
【図２３】
2011523217.tif 000025
【図２４】
2011523217.tif 000026
【図２５】
2011523217.tif 000027
【図２６】
2011523217.tif 000028
【図２７】
2011523217.tif 000029
【図２８】
2011523217.tif 000030
【図２９】
2011523217.tif 000031
【図３０】
2011523217.tif 000032
【図３１】
2011523217.tif 000033
【図３２】
2011523217.tif 000034
【図３３】
2011523217.tif 000035
【国際調査報告】
2011523217.tif 000036
2011523217.tif 000037
2011523217.tif 000038