(57)【要約】  ハイブリッド太陽光エネルギシステムおよびその製造方法が開示されている。太陽光エネルギ装置は、少なくとも１つの包囲管と、少なくとも１つのヒートパイプと、少なくとも１つの反射板デバイスと、少なくとも１つの反射フィルタと、少なくとも１つの光電起性デバイスとを有する。包囲管は、光透過材料からなる外側表面を有し、真空引きされた空気を含む。ヒートパイプは、少なくとも１つのコレクタ管内で長手方向に延びる。反射板デバイスは、包囲管の内側表面に固定的に取り付けられ、反射フィルタは、反射板デバイスで反射した光が反射フィルタに向けて案内されるように配置される。光電起性デバイスは、反射フィルタによりフィルタ処理された光のうち少なくとも第１の部分光が光電起性デバイスに向けて案内されるように配置され、光電起性デバイスに案内されない部分光が少なくとも１つのヒートパイプ内に捕捉される。
2014517901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光エネルギ装置であって、
光透過材料からなる外側表面を有し、真空引きされた空気を含む少なくとも１つの包囲管と、
少なくとも１つの包囲管内で長手方向に延びる少なくとも１つのヒートパイプと、
包囲管の内側表面に固定的に取り付けられた少なくとも１つの反射板デバイスと、
少なくとも１つの反射フィルタであって、反射板デバイスに照射された光が反射フィルタに向けて案内されるように配置された少なくとも１つ反射フィルタと、
少なくとも１つの光電起性デバイスであって、反射フィルタによりフィルタ処理された光のうち少なくとも第１の部分光が光電起性デバイスに向けて案内されるように配置された少なくとも１つの光電起性デバイスとを備え、
フィルタ処理された光のうち第２の部分光は、ヒートパイプが受け、ヒートパイプを介して伝わる顕熱に変換されることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光エネルギ装置であって、
光電起性デバイスおよび反射フィルタは、光電起性デバイスが反射フィルタによる直接光の影に入るように配置されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の太陽光エネルギ装置であって、
ヒートパイプに流体接続された集熱器を有し、
顕熱はヒートパイプを介して集熱器に伝熱することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の太陽光エネルギ装置であって、
少なくとも１つのヒートパイプに固定的に取り付けられた少なくとも１つの散乱光フィンをさらに有することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の太陽光エネルギ装置であって、
少なくとも１つの反射板デバイス上に少なくとも１つの反射被膜をさらに有することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の太陽光エネルギ装置であって、
包囲管に入射する光は、複数の光束に分割され、垂直直接光および間接光を含み、
垂直直接光および間接光は、異なる割合で集光されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の太陽光エネルギ装置であって、
光の第１の部分光は垂直直接光を含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の太陽光エネルギ装置であって、
光の第２の部分光は、ヒートパイプに入射する垂直直接光および間接光を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１に記載の太陽光エネルギ装置であって、
光の第３の部分光は、散乱光フィンに向かって反射板デバイスで反射する間接光および直接光を含み、間接光がヒートパイプにより吸光されるか、または包囲管から出射することを特徴とする装置。
【請求項１０】
ハイブリッド太陽光エネルギシステムであって、
複数の太陽光エネルギ装置と、複数の太陽光エネルギ装置を保持する支持アセンブリとを備え、
各太陽光エネルギ装置は、
光透過材料からなる外側表面を有し、真空引きされた空気を含む少なくとも１つの包囲管と、
少なくとも１つの包囲管内で長手方向に延びる少なくとも１つのヒートパイプと、
包囲管の内側表面に固定的に取り付けられた少なくとも１つの反射板デバイスと、
少なくとも１つの反射フィルタであって、反射板デバイスに照射された光が反射フィルタに向けて案内されるように配置された少なくとも１つ反射フィルタと、
少なくとも１つの光電起性デバイスであって、反射フィルタによりフィルタ処理された光のうち少なくとも第１の部分光が光電起性デバイスに向けて案内されるように配置された少なくとも１つの光電起性デバイスとを備え、
フィルタ処理された光のうち第２の部分光は、ヒートパイプが受け、ヒートパイプを介して伝わる顕熱に変換されることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のハイブリッド太陽光エネルギシステムであって、
支持アセンブリに接続された熱交換器ハウジングをさらに有することを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のハイブリッド太陽光エネルギシステムであって、
熱交換器ハウジングに接続された軌跡追跡デバイスをさらに有することを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のハイブリッド太陽光エネルギシステムであって、
軌跡追跡デバイスは、複数の太陽光エネルギ装置を回転させるように、支持アセンブリに作動可能に接続された駆動ハブをさらに有することを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１０に記載のハイブリッド太陽光エネルギシステムであって、
支持アセンブリは、実質的に互いに平行な少なくとも２列に複数の太陽光エネルギ装置を保持し、
第２列に保持された太陽光エネルギ装置は、第１列に保持された太陽光エネルギ装置の間の間隙を実質的に塞ぎ、第１列に保持された太陽光エネルギ装置からの表面反射光を捕捉することを特徴とするシステム。
【請求項１５】
太陽光熱エネルギおよび太陽光起電性エネルギを生成する方法であって、
光透過材料からなる外側表面を有し、真空引きされた空気を含む少なくとも１つの包囲管を提供するステップと、
包囲管の内側表面に少なくとも１つの反射板デバイスを固定的に取り付けるステップと、
反射板デバイスで反射した光が少なくとも１つの反射フィルタに向けて案内されるように反射フィルタを構成するステップと、
反射フィルタによりフィルタ処理された光のうち少なくとも第１の部分光が少なくとも１つの光電起性デバイスに向けて案内されるように光電起性デバイスを構成するステップと、
少なくとも１つのヒートパイプが少なくとも１つの包囲管内で長手方向に延び、フィルタ処理された光のうち少なくとも第２の部分光が顕熱に変換され、ヒートパイプを介して伝わるようにヒートパイプを構成するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
少なくとも１つの散乱光フィンを少なくとも１つのヒートパイプに固定的に取り付けるステップをさらに有することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
包囲管への入射光が、複数の光束に分割され、光が垂直直接光および間接光を含むように入射光を案内するステップと、
垂直直接光および間接光を異なる割合で集光するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、
光の第１の部分光は垂直直接光を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
光の第２の部分光は、ヒートパイプに入射する垂直直接光および間接光を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、
光の第３の部分光は、散乱光フィンに向かって反射板デバイスで反射する間接光を含み、間接光がヒートパイプにより吸光されるか、または包囲管から出射することを特徴とする方法。
【請求項２１】
太陽光エネルギ装置であって、
光透過材料からなる外側表面を有し、真空引きされた空気を含む少なくとも１つの包囲管と、
少なくとも１つの包囲管内で長手方向に延びる少なくとも１つのヒートパイプと、
包囲管の内側表面に固定的に取り付けられた少なくとも１つの反射板デバイスと、
少なくとも１つの反射フィルタであって、反射板デバイスに照射された光が反射フィルタに向けて案内されるように配置された少なくとも１つ反射フィルタと、
光電起性デバイスまたは紫外線フィルタが配置される包囲管内の少なくとも１つの位置であって、反射フィルタによりフィルタ処理された光のうち少なくとも第１の部分光が光電起性デバイスまたは紫外線フィルタに向けて案内されるような位置と、
フィルタ処理された光のうち第２の部分光は、ヒートパイプを介して伝わる顕熱に変換されることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１０に記載のハイブリッド太陽光エネルギシステムであって、
支持アセンブリは、実質的に大部分の光が通過しないように、前列および後列の太陽光エネルギ装置を保持し、
大部分の光のうちの第１の部分光は、照明または光電変換による発電のために用いられ、
大部分の光のうちの第２の部分光は、顕熱に変換され、ヒートパイプを介して伝わり、
大部分の光のうちの第３の部分光は、間接光および直接光を含み、散乱光フィンに向かって反射板デバイスで反射し、間接光がヒートパイプにより吸光されるか、または包囲管から出射することを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１１年５月２日付けで出願された米国仮特許出願第61/481,670号、および
２０１１年８月１２日付けで出願された米国仮特許出願第61/523,147号の優先権を主張するものであり、これらの出願の開示内容はここに一体のとして参考に統合される。
【０００２】
（技術分野）
本願開示内容は、一般に、太陽光から電気、熱、および任意的に伝達光の組み合わせを生成するハイブリッド太陽光システム、およびこうした装置を製造する方法、ならびに
ハイブリッド太陽光システムおよび日光を集中させる装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ソーラーエネルギの収集は、無料のエネルギ源として好ましいものと理解されている。しかし、太陽放射は、散乱し（約１３００Ｗ／ｍ２付近でピークを有し）、入射角度および入射強度が刻々と変化して到達するものである。このソーラーエネルギは、不均一で変化する光波長成分を含むため、これを収集することは困難である。さらにソーラーエネルギのさまざまな代替エネルギは、きわめて安価で、エネルギ密度が高く、市場で確立されたものである。
【０００４】
太陽光から発電しようとする場合、半導体の光起電力効果が利用される。市場で最も高い時の電気代（ピーク時の電力小売）に比較しても、規模の経済性（スケールメリット）により、シリコンセルを含む光起電性パネルのコスト競争力が増大してきた。しかしながら依然として、シリコンフラットパネル収集器のコストが高く、純効率が低い（理論的最大値が２５％）ため、太陽光発電の普及が遅れている。電力発電のための太陽光を経済的に活用する上で、半導体材料の価格およびその製造プロセスが解決すべき重要な課題である認識されている。
【０００５】
光電変換効率が最大のものは、さまざまな半導体層が積層され、各半導体層が異なる範囲の波長光を光電変換し、その他の波長光を透過させるマルチ接合型光起電性セルである。こうしたマルチ接合型光起電性セルは、単位平方メートル当たりの価格がきわめて高価であるが、幸いにも、相当に集中させた光に対して十分に対応する（集中光を用いると４０％の純変換効率が得られると主張する者もいる）。
【０００６】
費用の点から対局にあるのは、利用可能な波長光の大半を実用的な熱に変換し、蓄熱するか、または直ちに利用する太陽光集熱器である。（８０％以上の）高い光電変換効率、および（光起電性変換と比較して）安価であることが、太陽熱集光器の主要な利点である。太陽熱集光アプローチの問題点は、天然ガスや木材などのさまざまな安価でエネルギ密度の高い化石燃料と競争しなければならない点にある。さらに高い温度を実現するために、より複雑なメカニズムおよびこれに付随した高いコストが必要となる。
【０００７】
特定の市場の力および物理的技術の力により、熱電併給システム（コージェネレーションシステム）またはＰＶ−Ｔシステム（光起電性−集熱システム）としても知られているハイブリッド型太陽電池／集熱システムが開発されてきた。単一の収集器から得られる電力と利用可能な熱の両方を取り出すことにより、純変換効率（入射日光のエネルギに対して収集されたエネルギの割合）が増大する。一般的な手法は、光起電性セルを循環式冷却チャンネル内に設置し、そのチャンネル内に冷媒を流すことにより、冷媒を流さない場合に光起電性部材が上昇する温度より低温に維持することである。これにより起電圧を上げ、電力量（ワット・アワー出力）を増大させることができる。さらに、いくつかの有用な機能に取り込んだ熱を仕向ける（利用する）ことができる。一般に、熱の経済的価値が低いほど、出力電力が大きいので好ましく、その他は等しい。
【０００８】
既知のＰＶ−Ｔシステム（すなわちハイブリッド集光熱システム）は、便宜上、集中型平板コレクタに分類される。このシステムによれば、光起電性部材の全スペクトラムの光を入射させ、その後に残余分のみを取り除くことができ、熱である光電変換されないエネルギの一部は、両方のコレクタの分類において同等のものである。択一的には、スペクトラムをさまざまな波長光に分割して、物理的に独立した光起電性セルに照射すること、または多少とも安価な（単一型または二層型）光起電性ターゲット（セル）を利用することができることが提案されてきた。これは、変換できないエネルギを掻き集める必要性を抑制するものである。こうしたアプローチの重要な目的は、光起電性部品の動作温度を低くすることにある。この場合に生じる問題点は、収穫逓減の法則であり、利用される各サブアセンブリまたは表面により、その製造コストおよびエネルギ損失が増大することである。さらにマルチ接合型光起電性セルは、高価であるため、高い集光度を有するコレクタが経済的に実現可能であることが求められる。既知の高い集光度を有するコレクタにおいて、二次的な光による無駄、より大量の熱の制御、および太陽の軌跡の精緻な追跡を同時に行うという問題がある。
【０００９】
光学的集光装置の設計者は、焦点が小さい追跡システム（多様ではあるが、太陽円盤からの直接的な垂直経路上にはおよそ集光されない光の大部分を取りこぼすプロセス）において、より大きな最大集光比を求めるか、または関連するアセンブリおよび実装（取り付け、装置搬入）のために、最大集光比を求め、その代償としてのコストを削減（skip）するか、選択しなければならない。前者はカセグレン−フレネル式集中型コレクタであり、後者はローランド・ウィンストン（Roland Winston）により手掛けられ、彼の著書「非結像光学系（Non Imaging Optics）」で開示された非結像光学系を採用したものである場合が多い。
【００１０】
屋根の上に取り付けられるのに適した安価なデバイスにおいて、広範囲の光学的条件において太陽光集光システムの集光度を最大にする必要性が依然としてある。さらに太陽光集光システムは、大気温度より高い温度を提供すると同時に、その光起電性部品の動作環境温度を低くすることが好ましい。またハイブリッド集光熱システムの光起電性部品により収集できなかったエネルギの一部を熱として取り込み、そして／またはその熱または太陽光により、建物の冷却負荷を過剰に増大させることがなく、または光起電性部品の性能を損なわないように、その熱をできるだけ低廉に最終的に排出するハイブリッド集光熱システムに対する要請がある。さらに、変換損失を低減するために、建物のエネルギとさまざまに互換性を有する同一のシステムからさまざまなエネルギを供給し、複数の光を提供することができるハイブリッド集光熱システムに対する要請がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国仮特許出願第61/481,670号明細書
【特許文献２】米国仮特許出願第61/523,147号明細書
【発明の概要】
【００１２】
本願開示内容に係る実施形態は、太陽光エネルギ収集システムおよび光熱エネルギを供給することができる方法を提供することにより、相当な程度において、既知のシステムの問題を解消するものである。特定の実施形態において、このシステムは、赤外線および紫外線をフィルタ除去（処理）した光を、必要な場合には照明用として供給するものである。
とりわけ開示された実施形態は、ハイブリッドＰＶ−Ｔシステムおよび方法を提供するものであり、光の一部が潜熱に変換され、ヒートパイプを介して太陽熱エネルギとして供給されるとともに、少なくとも１つの光電起性セルにより太陽光エネルギを生成するものである。例示的なシステムおよび方法は、真空引きされたコレクタ管を有し、ＤＣ電圧、熱、利用可能な光源、またはこれら３つのものを組み合せたものを出力し、広範囲の日陰を提供する。例示的な実施形態は、真空管内に光路を形成し、所与の光電起性セルに対して有用な光を選択的に反射し、残りの大部分の光をヒートパイプに照射するハンドパスフィルタを有する。コレクタ管は、光学部品を保護する構造体を有する。真空引きされた空気に起因して、コレクタ管は、ヒートパイプから集められた熱の対流損失および伝熱損失を抑制することができる。
【００１３】
地球表面に入射する太陽光は、垂直直接光（ＤＮＩ）および非直接照射光（すなわち散乱光または天空光）に有用に分割することができる。例示的な装置は、２つのエネルギの流れに対して、複雑に入り組んだ異なる光束を維持するものである。この装置、デバイス、および方法は、経済的利点が得られるように両方のタイプの光を利用することを目的とする。まず、ＤＮＩを考慮する。開示された光学部品は、ＤＮＩのエネルギを、第１に光電起性部品のための光束に、第２に集熱のための光路に分割する。光電起性セルに照射される光は、フィルタ処理され、および／またはカセグレイン式システムに集光される。光電起性セルは、このように、性能を落とすことなく、すなわちバンドパス波長フィルタでフィルタ除去された利用できない波長光を吸収することなく、単位平方面積当たりのより多くの光エネルギを受光することができる。開示されたモジュラー式デバイスによれば、熱と電力のプロセス品位のさまざまな混合比だけでなく、昼光利用のためにフィルタ処理光を供給するために実装設計することができる。
【００１４】
光電起性セルから離れる光は、主に、セルにとって不適当な波長を有する光であり、または集光光学部品とは互換性のない入射角で照射される光である。他の既知のハイブリッド収集器において、この光エネルギは、光電起性セルおよび／または付属システムにより吸収される（不必要にその温度を上昇させる。）。択一的には、既知の技術分野において、このエネルギを収集器の背面から排熱する。しかし開示される装置およびデバイスの例示的な実施形態は、散乱光および互換性のない波長光の大部分を熱循環器内で捕捉するように機能する。
【００１５】
例示的な実施形態は、真空管内のヒートパイプに接合された散乱光集光フィンを有する。フィンおよびヒートパイプはとともに、広帯域の吸光・低反射表面（「選択性コーティング」）がコーティングされ、ヒートパイプがエネルギを吸熱するようにしてもよい。真空管の高温端部から集熱器に伝熱する。
【００１６】
次に、散乱光（垂直非直接光）の光束について検討する。熱循環部品は、散乱光の１次および２次の最終的到達ポイントである。散乱光（すなわち、太陽の円板の外から照射される光）の大部分は、フィンまたはヒートパイプに入射し、その残りのわずかな光の部分は、空に向かって発散する。熱循環器に案内されるその他の光部分は、直接垂直光（ＤＮＩ）であり、光電起性セルにとっては不適切な波長光（発電効果の寄与のために利用することができない波長光）である。利用できない光の一部を透過させ、ヒートパイプ、散乱光フィン、および光スピル捕捉キャップに当てる。また散乱光フィンは、同様に、デバイスのさまざまな表面および材料の不完全性により導光されなかった光を捕捉するために配置される。
【００１７】
電気的出力を犠牲にすることなく、（熱エネルギのワット数および電気エネルギのワット数の合計としての）高い純効率を提供する複合的手法で、波長光を分離するものである。光電起性セルは、フィルタアセンブリの焦点位置のうちの１つに配置され、ヒートパイプおよび散乱光フィンの配置位置とは別の断熱されている。すなわち、ヒートパイプおよび散乱光フィンは、光電起性セルを最小限に温め、装置の電気的特性を損なうことなく、より高温で、より有用な動作温度を実現することができる。
【００１８】
例示的な実施形態において、太陽光エネルギ装置（すなわちコレクタ管）は、少なくとも１つの包囲管と、少なくとも１つのヒートパイプと、少なくとも１つの反射板デバイスと、少なくとも１つの反射フィルタと、少なくとも１つの光電起性デバイスまたは紫外線フィルタとを有する。包囲管の外側表面は、光透過材料からなり、真空引きされた空気を含む。ヒートパイプは、少なくとも１つのコレクタ管内で長手方向に延びる。反射板デバイスは、包囲管の内側表面に固定的に取り付けられ、反射フィルタは、反射板デバイスに照射された光が反射フィルタに向けて案内されるように配置される。反射フィルタは、反射被膜を有していてもよい。光電起性デバイスは、反射フィルタによりフィルタ処理された光のうち少なくとも第１の部分光が光電起性デバイスに向けて案内されるように配置される。第１の部分光は、垂直直接光であってもよい。例示的な実施形態において、光電起性デバイスおよび反射フィルタは、光電起性デバイスが反射フィルタによる（垂直）直接光の影に入るように配置される。フィルタ処理された光のうち第２の部分光は、ヒートパイプが受け、ヒートパイプを介して伝わる顕熱に変換される。フィルタ処理された光のうち第２の部分光は、ヒートパイプに入射する垂直直接光および間接光を含むものであってもよい。光の第３の部分光は、散乱光フィンに向かって反射板デバイスで反射する間接光（および直接光のごく一部）を含むものであってもよく、間接光がヒートパイプにより吸光されるか、または包囲管から出射する。
【００１９】
例示的な実施形態において、太陽光エネルギ装置（すなわちコレクタ管）は、ヒートパイプに流体接続された集熱器をさらに有する。顕熱はヒートパイプを介して集熱器に集熱器に伝熱するものであってもよい。太陽光エネルギ装置は、少なくとも１つのヒートパイプに固定的に取り付けられた少なくとも１つの散乱光フィンをさらに有していてもよい。
【００２０】
例示的な実施形態において、太陽光エネルギ装置に入射する光を複数の光束に分割し、集光された（そして制御された）光は、垂直直接光および間接光を含む。垂直直接光および間接光は、異なる割合で集光されてもよい。同様に、この設計上の利点に基づいて、選択波長光および非選択波長光に対して異なる集光比を得ることができる。こうした光束は、反射フィルタを通過して、ヒートパイプおよび／または光スピル捕捉キャップに達する垂直直接光の一部を含むものであってもよい。
【００２１】
例示的な太陽光エネルギ装置は、光透過材料からなる外側表面を有し、真空引きされた空気を含む少なくとも１つの包囲管と、少なくとも１つの包囲管内で長手方向に延びる少なくとも１つのヒートパイプと、包囲管の内側表面に固定的に取り付けられた少なくとも１つの反射板デバイスと、少なくとも１つの反射フィルタであって、反射板デバイスに照射された光が反射フィルタに向けて案内されるように配置された少なくとも１つ反射フィルタと、光電起性デバイスまたは紫外線フィルタが配置される包囲管内の少なくとも１つの位置であって、反射フィルタによりフィルタ処理された光のうち少なくとも第１の部分光が光電起性デバイスまたは紫外線フィルタに向けて案内されるような位置とを有する。
フィルタ処理された光のうち第２の部分光は、ヒートパイプを介して伝わる顕熱に変換される。
【００２２】
ここで開示された装置を用いて構成された例示的なアレイを検討する。例示的な実施形態に係るハイブリッド太陽光エネルギシステム（すなわちハイブリッド太陽光システムまたはハイブリッド太陽光アレイ）は、複数の包囲管と、複数の包囲管を保持する支持アセンブリとを備える。各包囲管は、少なくとも１つのヒートパイプと、少なくとも１つの反射板デバイスと、少なくとも１つ反射フィルタと、少なくとも１つの光電起性デバイスとを備える。包囲管は、光透過材料からなる外側表面を有し、真空引きされた空気を含む。ヒートパイプは、少なくとも１つの包囲管内で長手方向に延びる。反射板デバイスは、包囲管の内側表面に固定的に取り付けられ、反射フィルタは、反射板デバイスで反射された光が反射フィルタに向けて案内されるように配置される。反射板デバイスは反射被膜を有するものであってもよい。光電起性デバイスは、反射フィルタによりフィルタ処理された光のうち少なくとも第１の部分光が光電起性デバイスに向けて案内されるように配置される。例示的な実施形態では、光電起性デバイスおよび反射フィルタは、光電起性デバイスが反射フィルタによる直接光の影に入るように配置されている。フィルタ処理された光のうち第２の部分光は、顕熱に変換され、ヒートパイプを介して伝熱される。
【００２３】
例示的な太陽光エネルギシステムは、支持アセンブリに接続された熱交換器ハウジングをさらに有していてもよい。例示的な太陽光エネルギシステムは、熱交換器ハウジングに接続された軌跡追跡デバイスをさらに有していてもよい。軌跡追跡デバイスは、複数のコレクタ管を回転させるように、支持アセンブリに作動可能に接続された駆動アセンブリをさらに有していてもよい。
【００２４】
例示的な実施形態において、支持アセンブリは、実質的に互いに平行な少なくとも２列に複数のコレクタ管を保持し、第１列に保持されたコレクタ管（第１面のコレクタ管）は、その間隔の中心に配置された第２列に保持されたコレクタ管による影に部分的に入るように配置されている。例示的な実施形態において、太陽光エネルギシステムの支持アセンブリは、９７％の光が通過せず、遮られるように、前列および後列のコレクタ管を保持する。このシステムに入射する大部分の光は、顕熱に変換され、ヒートパイプを介して伝熱される。コレクタ管に入射する垂直直接光の選択された一部は、照明または光電変換による発電に利用され、利用されない光の部分は、収集システムから外側へ空に向かって案内される。
【００２５】
本願開示内容に係る別の態様は、太陽光エネルギシステムの製造方法を提供することである。例示的な実施形態は、太陽光熱エネルギおよび太陽光起電性エネルギを生成する方法を含み、この方法は、少なくとも１つの包囲管を提供するステップと、少なくとも１つの反射板デバイス、少なくとも１つの反射フィルタ、少なくとも１つの光電起性デバイス、および少なくとも１つのヒートパイプを提供するステップとを有する。包囲管は、光透過材料からなる外側表面を有し、真空引きされた空気を含む。反射板デバイスは、包囲管の内側表面に固定的に取り付けられ、反射フィルタは、反射板デバイスで反射した光が反射フィルタに向けて案内されるように構成される。光電起性デバイスは、反射フィルタによりフィルタ処理された光のうち少なくとも第１の部分光が光電起性デバイスに向けて案内されるように構成される。ヒートパイプは、少なくとも１つの包囲管内で長手方向に延び、フィルタ処理された光のうち少なくとも第２の部分光が顕熱に変換され、ヒートパイプを介して伝わるように構成される。例示的な実施形態は、少なくとも１つの散乱光フィンを少なくとも１つのヒートパイプに固定的に取り付けるステップをさらに有する。例示的な実施形態は、反射板を形成するために高速ボトル製造装置を利用する手法を開示し、ガラスおよびその他の部品に関する「完成品（as built）」の表面形状（トポグラフィ）および「完成品（as built）」のデータを用いて、より不完全な製造設備による、より不完全な部品からより完全な装置を製造する手法を開示している。
【００２６】
例示的な方法は、包囲管への入射光が、複数の光束に分割されるように入射光を案内するステップを有する。光は、垂直直接光および間接光を含み、垂直直接光および間接光は異なる割合で集光されてもよい。例示的な方法において、光の第１の部分光は、垂直直接光および間接光のごく一部の光として入射し、光起電性デバイスまたは有用な熱および紫外線除去された光のための出口に出射する。光の第２の部分光は、ヒートパイプに入射し、吸収される垂直直接光および間接光を含むものであってもよい。光の第３の部分光は、散乱光フィン、ヒートパイプ、光スピル捕捉キャップに向かって反射板デバイスで反射する間接光および直接光のごく一部の光（すなわち散乱光フィン上に直接に入射する光）を含み、間接光および直接光のごく一部の光がヒートパイプにより吸光されるか、または包囲管から出射するものであってもよい。
【００２７】
以上のように、太陽光熱エネルギおよび太陽光起電性エネルギを生成するシステム、装置、および方法を開示する。開示したシステム装置、および方法は、周囲温度に比して高温で、光起電性部品のための低温の動作環境を提供するものである。これらの、その他の特徴および利点は、添付図面を参照しながら、以下の詳細な説明を参照すれば明らかとなろう。なお添付図面において、同様の構成部品には同様の参照符号が付されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
上記特徴、ならびにその付随的な構成および特徴は、当業者が以下の明細書を読めば明らかとなるが、本願開示内容および係るシステムおよび製造方法により実現することができ、好適な実施形態が一例として添付図面に図示されている。
【図１】本願開示内容に係る例示的な実施形態によるハイブリッド太陽光エネルギシステムの斜視図である。
【図２】図１のハイブリッド太陽光エネルギシステムのFIG.2&3−FIG.2&3線から見た断面図である。
【図３】図１のハイブリッド太陽光エネルギシステムのFIG.2&3−FIG.2&3線から見た断面図である。
【図４】本願開示内容に係る例示的な実施形態によるハイブリッド太陽光エネルギシステムの断面図である。
【図５】本願開示内容に係る例示的な実施形態によるハイブリッド太陽光エネルギシステムの断面図である。
【図６】図１のハイブリッド太陽光エネルギシステムのFIG.6−FIG.6線から見た長手方向の断面図である。
【図７】図６のFIG.7−FIG.7線から見た太陽光エネルギ装置の断面図である。
【図８】本願開示内容に係る太陽光エネルギ装置の片側半分の断面図であって、光線を示すものである。
【図９】本願開示内容に係る太陽光エネルギ装置の片側半分の断面図であって、光線を示すものである。
【図１０】本願開示内容の別の実施形態に係る太陽光エネルギ装置の断面図である。
【図１１】本願開示内容に係る例示的な実施形態による太陽光反射板のためのプリフォームボトルの斜視図である。
【図１２】図１１のプリフォームボトルのFIG.12−FIG.12線から見た断面図である。
【図１３】図１１のプリフォームボトルのFIG.13−FIG.13線から見た断面図である。
【図１４】本願開示内容に係る熱循環器の側面図である。
【図１５】本願開示内容に係る太陽光エネルギ装置のサブアセンブリ（構成部品）の側方断面図である。
【図１６】図１５の太陽光エネルギ装置のFIG.16−FIG.16線から見た断面図である。
【図１７．１】本願開示内容に係る例示的な太陽光エネルギ装置の製造方法を示すプロセスフロー図である。
【図１７．２】本願開示内容に係る例示的な太陽光エネルギ装置の製造方法を示すプロセスフロー図である。  図中に用いられた参照符号は、ここに図示された特定の構成部品、態様、および特徴を示し、１またはそれ以上の図面に共通する参照符号は、同様の構成部品、態様、および特徴を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下の段落において、添付図面を参照しながら、実施形態を具体例として詳細に説明する。なお、添付図面は、実寸大で記載されたものでなく、必ずしも互いに対して比例的に表されたものではない。ここで説明する本明細書、実施形態、および実施例は、例示的なものであって、本発明を限定するものと解釈すべきではない。ここで用いる「本願発明内容」の用語は、以下説明する明細書のさまざまな実施形態およびその均等物の任意の１つを意味するものである。さらに本願全体の開示内容のさまざまな態様は、すべてのクレームされた実施形態または方法が説明した態様を含むことを意図するものではない。
【００３０】
一般に、開示された実施形態は、集中追跡型のハイブリッド真空管式太陽光エネルギ装置（すなわちコレクタ管）１と、太陽光エネルギシステム１１０とを有する。複数の真空管式コレクタ管１が、太陽光エネルギシステム１１０を含むアセンブリ内に固定され、太陽２００の上下動に合わせるように傾斜するものであってもよい。太陽光エネルギシステム１１０の各コレクタ管１は、内部にアレイ状に配置された集光部品１１に光を当てるために長手方向軸の周りで回転させることができる。開示された実施形態に係るコレクタ管（または太陽光エネルギ装置）１は、出力として、電源電圧、熱、利用可能な光、および広範囲の影の供給の組み合わせを提供するものである。本願では、太陽光エネルギ装置および太陽光エネルギシステムの構成方法および組立方法についても開示する。カセグレンサブユニット（構成要素）１１のリニアアレイ（直線配置アレイ）をコレクタ管１内に配設してもよい。これらの構成要素について以下に詳細に説明する。
【００３１】
こうしたカゼグレン構成要素１１および組立方法は、生産者の許容能力およびリソース（資源）に応じて、仕様に対する柔軟性をもって、実現可能な生産ラインを提供するものである。さらに、高温の熱およびモジュラー式集光器を新規に組み合わせることにより、さまざまな仕様のコレクタ管１を採用する単一の太陽光エネルギシステム１１０で、さまざまなエネルギおよびサービス供給のすべての必要性に応じて構成することができる。電力、処理熱、家庭用温水、空気温度調整、冷凍、暖房、影、熱を伴わない光源のすべてを同じ太陽光エネルギシステムから提供され、および/または電力供給される。
【００３２】
太陽光エネルギシステム１１０の太陽光集光領域（または開口部）において、一対の平行な平面７，８内に保持された複数のコレクタ管１（またはコレクタ装置）が敷き詰められていてもよく、前列７のコレクタ管１は他方の後列のコレクタ管１より太陽により近くに配置される。太陽が軌跡上のピークにあるとき、前列または前面にある（太陽に最も近い）各コレクタ管は、日光および天空光からのすべての光を捕捉するように、コレクタ管１を離間させてもよい。太陽に最も遠い方の後列または後面にある各コレクタ管は、前列にあるコレクタ管によって部分的に影となり、前列のコレクタ管の端部反射光を捕捉し、前列コレクタ管の間に生じる隙間を完全にカバーするものであってもよい。このように、重ね合わせるように配置することにより、前列のコレクタ管１の側面（または外側端部）に沿って生じる相当量の反射損失を補償することができる。前列のコレクタ管１からの反射損失を捕捉し、構造体を通過する端部反射光を防止することにより、太陽光エネルギシステム１１０は、広範囲の影を提供することができる。重ね合わせの度合い（前列後列の各列の東西（横方向）間隔）は、特定の各コレクタ管装置１のコスト（必要とされるエネルギ線束の関数として）と、エネルギ線束（エネルギ供給量）の計画された市場価値との兼ね合いとして設定されるときの設計値として決定される。一般に、コレクタ管の間隔を狭くすると、昼間の太陽光エネルギを捕捉して、発電しやすくなり、より広範囲の影が生じ、後列のコレクタ管からの発電量は減少する。
【００３３】
前列７および後列８にあるコレクタ管１は、実装治具または実装者の手により、太陽に向かう方向において十分に離間するように配置して、空気が循環するようにしてもよい。２つの列を近づけることにより、所与の実装場所（取り付け場所、装置搬入場所）において利用可能な太陽光開口部を最大化することができる。太陽光エネルギシステムを通過して、コレクタ管の下方にある建物の屋根を加熱する太陽光の「漏れ（leakage）」を防止することにより、冷却負荷を低減することができる。また空気循環の間隔を設けることにより、コレクタ面積に比例する風荷重も低減し、上昇気流による後方ヒートシンク４３の冷却機能を改善することができる。コレクタ管１は、独立して、そしてグルーブとして機能させ、太陽光線に対する最も反射的で閉塞的な前後列の層を形成することができる。このように積層構造を採用したことにより、複数のコレクタ管は、包括的に閉塞的で反射的な「冷たい屋根（cool roof）」として機能する。この効果により、日中のエアコンのピーク負荷期間における負荷を実質的に低減することが知られている。開口部を最大にすると、この構成において別の機能が得られる。
【００３４】
カセグレン光学部品１１と組み合わせたヒートパイプ４５および散乱光吸光フィン４６が、各コレクタ管１内に配置されている。コレクタ管１に入射する光スペクトルの一部は、選択された光起電性部材により透過できないものか、カセグレン式反射板１１に適合しない角度で入射したものか、またはフィルタ除去された光７４の出口において不適当なものであり、その大部分がヒートパイプ４５または散乱光吸光フィン４６により吸光され、またはその若干の部分が空に向かって反射する。
【００３５】
この波長光の選択または分離は、カセグレン構成装置１１内の２次的部品、すなわちバンドパス反射フィルタ４１（すなわち「低温ミラー（cold mirror）」）により生じる。光起電性デバイス、すなわち光起電性セル３７は、バンドパス反射フィルタ４１の焦点の１つに設置され、これらに適合する適当な波長に対して選択された光が照射される。
【００３６】
選択された光起電性セル３８により透過できない波長光は、光起電性セル３８から遠ざかるように進む。入射光の特異性に起因して、光起電性セル３８は、所与の光束に対してより低い温度で作動するため、より効率的に機能する。
【００３７】
コレクタ管１は集光光学部品を収容し、本願で開示する光学部品は太陽２００の日中の動きを追跡する必要があるため、コレクタ管１は支持アセンブリ２、および昇降脚部５を自動的に伸縮させるコレクタ管駆動・熱交換インターフェイス１１２を有するラックに固定されている。この伸縮により、太陽の軌跡の季節的な上下の変化に呼応するように、太陽光エネルギシステム１１０の２つの面７，８の全体が上下に傾斜する。各コレクタ管の中心軸の周りで回転させることにより、太陽の日々の（東西方向の）動きの軌跡に沿った太陽の位置を追跡する。集光動作が完了した１日の終わりに、コレクタ管１は、逆回転して東の方向に向き、次の日の集光動作の準備を整える。同様に、次の日の太陽の軌跡を予測して、昇降脚部５を調整して方位角を制御する。コレクタ管の動きを制御するソフトウェアは、意図的に太陽の軌跡から外れて追跡し、「ずれ（off）」のある「熱のみ（heat only）」の追跡パターンおよび配置位置により、収集するエネルギを変えることもでき、すなわち、こうしたオプション（選択肢）は、取り付け、サービス、安全、およびエネルギ生成の制御において有用である。
【００３８】
太陽光エネルギ装置（コレクタ管）の例示的な実施形態において、エンベロープ管（包囲管）３９は、入射光が入射する最初の部分（ポイント）である。これは、垂直方向の直接光（ＤＮＩ）９、および直接光を除き、すべての方向から入射する光と理解される間接光（または散乱光）１０の２つの光源がある場合にも該当する。すなわち、すべての光の軌跡は、太陽２００から由来するものであるか、または太陽以外の空３００からコレクタ管の周囲にある反射材料ドームに由来するものである。これらの２通りに由来する光源は、太陽光コレクタシステム１１０のアレイ状に配置されたコレクタ装置１のエンベロープ管３９に入射した後に、いくつかの機能的に分類される最終的な態様の光となる。すなわちこれらの最終的な到達光には、光起電性デバイス３８を用いたフィルタ処理出射光７４、フィルタ８１、散乱光フィン４６、ヒートパイプ４５および光スピル捕捉キャップ５１（４６，４５，５１、共通ポイントへの熱結合導管およびそのように機能するもの）を介した透過光、散乱光１０として空３００に戻る出射光、散乱光１０として太陽２００に戻る出射光（この場合、これらの出射光は、太陽光コレクタシステムに対しては機能的に同等のものであるが）、または太陽光コレクタシステムにより最終的に吸光される光（上昇気流となって対流として消失する）がある。
【００３９】
図８および図９は、太陽２００からの直接光（ＤＮＩ）９と、空３００からの光（散乱光）１０の特定の光路が示され、さまざまなシーケンスで（例示的に符号を付した光路
を介して）システム構成部品を透過し、主たる最終的な到達点に到達する光路に例示的に符号を付した光路が図示されている。これらの光路は、直接光（ＤＮＩ）９の場合には、２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２１０があり、散乱光の場合には３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８，３０９，３１０，３１１，３１２がある。
【００４０】
この装置の例示的な実施形態における主要な値を有し、最大化された光束を有する光線２０１〜２１０の中で、光路２０２，２０８を通る光がバンドパス反射フィルタ４８に案内され、原則的に、選択された波長光４９だけがフィルタ処理された光７４として出口を通過する。これら（光路２０２，２０８）の光が、光路３０５，３０８を通る光と組み合わされ、第１の光線部分を形成する。光線２０１〜２１０および光線３０１〜３１２の中で、第２の光線部分を形成するのは、ヒートパイプ４５の露出表面に直接的に入射する光である。これらの光線は、光線３０２および光線２０１であり、熱循環器に直接的に寄与するものである。第３の光線部分は、散乱光フィン４６により吸光され、装置１から出射されるものである。この第３の光線部分は、符号２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０９で示す光、および符号３０１，３０３，３０４，３０６，３０７，３０９，３１０，３１１で示す間接光である。第３の光線部分の中で、光路２０７，２０９，３０４，３１０上の光は、既存の光路である。（上記部分により構成されない）残りの光は、装置により吸光されるものであり、光線２１０，３１２で図示されるものである。
【００４１】
第１、第２、および第３の光線部分が光線の大部分を占めるということは、全体的なハイブリッド太陽光システム１１０により、コレクタ管１の相対的な配置位置（および内部の構成部品）に起因して、すべての光源または光路からの最小限の光が各装置１を通り抜けるということを意味する。光線２０１〜２１０および光線３０１〜３１２は、コレクタ管１を通る複数の光路を示すものであるが、包括的に、かつ高い比率で装置およびシステムにより集光されている。第１、第２、および第３の光線部分でない光線は、光線２１０および光線３１２である。
【００４２】
空３００を光源とする散乱光１０のうちの光線３０１〜３１２が図示され、散乱光の中でも特に注目されるのが熱循環器２１に照射される光線である。これは、設計により、間接入射光１０の大部分を占める。光線３０１，３０２，３０３，３０４（光線３０４は、後列の隣接するコレクタ管１に対する間接入射光の一部となる。）、光線３０６，３０７，３０８（部分的に）、および光線３０９が、ハイブリッド太陽光システム１１０を構成するコレクタ管１の領域に入射する間接入射光１０の大部分の光線を示すものである。これらの光線は、幾何学的に集光されるとともに（熱循環器の構成部品４５，５１，４６の光が当たる領域はエンベロープ管３９の開口領域より小さい。）、真空大気４２内の実用的な熱として集熱される。実用的な熱は、温度が上昇するほど蓄積されて、エネルギを長時間にわたって集熱することができる。さらに、ヒートパイプ４５の作動媒体が液化する温度を設計段階で操作してもよい（畜熱設計の自由度をより一層大きくすることができる。）。さほど注目されることではないが、例示的な設計において、（フィルタ処理光７４の出口に入射する光線部分に対する特性を多少とも低減させる）符号３０５で示す本質的に小さい光線部分、および装置１で反射する符号３１０で示す小さい光線部分を最小限に抑えてもよい。この反射する光線部分の一部は、隣接するコレクタ管１に反射し、そのコレクタ管に対する間接入射光１０の別の具体例として取り扱われ、光線部分のその他の部分は空３００の方へ反射する。
【００４３】
例示的な実施形態は、太陽２００からの直接光（ＤＮＩ）９が、バンドパス反射フィルタ４１を介してフィルタ処理された光７４のための出口に案内される光線２０２，２０８に対して最適化され、次に熱循環器２１に当たる光が最適化される。２次的構成部品（バンドパス反射フィルタ）４１からの「反射光線」は、所望する（選択された光起電性セル３８により利用可能な）光線部分４９を（フィルタ処理光の出口としても知られている）微小標的領域７４に反射するものである。このフィルタ処理光の出口からの光は、（照明用光等の）熱を伴わない光として用いられるか、または直流電圧を生成するために光起電性部材３８を励起するために用いられる。１次反射板３７および２次的光学部品（２次反射フィルタ）４１の寸法および形状は、太陽エネルギ装置（コレクタ管）１における数多くの設計自由度のうちの２つの設計自由度であり、１次反射板３７の上、または下方に焦点を形成し、カセグレン光学系の従来式の設計方法により、選択された光起電性部材に適した太陽光を集光し、太陽光の光起電性セル３８を設計し、照明するように、さまざまに構成することができる。さらに、既知のカセグレン光学系の設計理論および設計方法によれば、第１、第２、および第３の光線部分の相対的な強度を調整して、これらの光線部分が同等の強度を有するように製品性能の目標を実現することができる。
【００４４】
採光する選択肢を採用せず、カセグレン光学系の設計理論により構成され、光の３つの光線部分の分割を最適化しない場合の例示的な実施形態において、上記または下記のフォームファクタを用いて、すべてのタイプの２％以外のすべての入射光を利用し、吸光し、または空に向かって反射させることができる。
【００４５】
１次反射デバイス３７の列を、トラフ（樋）または一連のウェル（井戸）として機能するように単一ライン上に保持してもよい。トラフの場合、２次構成部品（バンドパスフィルタ４１）は、ヒートパイプ４５の底面であってもよいし、本願の実施形態で説明したカセグレン光学系のように独立した構成部品であってもよい。浅いウェルまたはボウルの列である場合には、２次構成部品４１を実装部４４により標的領域の上方に固定してもよい。
【００４６】
ヒートパイプ４５および散乱光フィン４６は、熱で結合し、広範スペクトル吸光被膜４８を用いて全体的にコーティングしてもよい。散乱光フィン４６は、太陽とは正反対の方向に、１次反射ウェルまたはトラフ内の下方まで延びている。この散乱光フィン４６は、ヒートパイプに強度を与えるとともに、散乱光１０を集光し、空の像等を地面に鏡面反射する迷光を抑制するものであり、単一構成部品からなる反射システムに比して実質的な利点を与えることができる。散乱光フィン４６を用いることにより、ヒートパイプの東西方向の断面積を小さくして、より多くの直接光（ＤＮＩ）９が入射し、１次反射デバイス３７に当たるようにすることができる。ヒートパイプ４５および散乱光フィン４６は、任意的には、被膜４８を用いることができ、その吸光性は最適なものより劣るが、その代わりに全体的性能に対する最小限のコストで、電気的性能にまったく影響を与えることなく、コレクタの審美的機能が強調されるようにコーティングすることができる。
【００４７】
カセグレン光学サブアセンブリ１１のそれぞれは、製品としての所望の価格または性能に応じて、さまざまな仕様で作製することができる。画像形成しない所与の態様の構成において用いられるため、放物線（パラボラ）断面を有することが好ましいが、球面またはその他の非放物線断面を有するものであっても機能することができ、通常、安価に作製することができる。１次反射デバイス３７で反射された光は、２次反射フィルタデバイス４１の直径に収束させる必要があり、これにより、反射光を再反射させてフィルタ処理光７４の出口に案内するとき、１次光パターンを「修正」するように設計することができる。１次反射鏡の底部にコリメート／ホモジェナイズ５６を用いて、さらなる誤差を調整してもよい。同様に、これは、製造コストおよび目標とする市販価格に対する、ＰＶコスト、収集比、および熱量の兼ね合い（調和）により決まる価値工学の実施である。
【００４８】
フィルタ処理光の通過領域７４は、通常（従来式のカセグレン式望遠鏡の場合、後方出口にあるように）、１次反射デバイスの底部中心にあるが、これは必要条件ではない。太陽光エネルギシステムアレイ１１０が地理的にきわめて高いまたは低い緯度の場所に設置される場合、カセグレンモジュール１１は、（製造時において）アレイの脚部、またはアレイの頭部に向かって傾斜させて、コレクタ管および全体アセンブリに傾斜バイアスを与えることができる。地理的に低緯度の場所に設置される場合には、頭部に傾斜バイアスを設けることにより、ヒートパイプの集熱端部が脚部の上方に配置され、ヒートパイプ４５をより効率的に機能させ、適正に作動させることができる。利用可能な開口部の有効集光面積が多少小さくなる一方、ヒートパイプを適正に作動させるというトレードオフの関係が成り立つ。地理的に高緯度の場所に設置される場合には、脚部に傾斜バイアスを設けることにより、たとえばアセンブリが屋根により近接するように横たえることができるので、実装上の利点が得られる。審美的な制限およびその他の設置困難な場所への運搬上の制限が、傾斜バイアスを有するコレクタ管１に適用される。
【００４９】
本願開示内容に係る実施形態の利点は、建物の屋根上面への適合であることを理解されたい。屋根上面への実装（取り付け、装置搬入）は、実質的な空間を必要とし、配置の向きに制約を与えるものであるが、機能時の負荷に強く関係し、使用に際して、しばしば利用可能となる。この近接は、とりわけ熱生成の追及にとって重要である。熱の提供（たとえば空間と水の加熱）、および熱により提供可能な負荷（空気調和（エアコンディショニング）または食物の冷凍）は、金銭的な観点、および建物のワット時ベースのエネルギ予算の観点から、実質的な割合となっている。
【００５０】
コレクタ管１の形態ファクタは、エネルギ集光比における設計自由度を与え、さまざまな光起電性セル３８を適合させるものである。（たとえば基材ウェハと比較して）小さい光起電性セル３８を採用すると、より高い効率およびより広いスペクトル応答性を有する光起電性部材を安価に仕様に含めることができる。集光部品（ガラスおよび金属の純粋な積層）が安価であることは、この形態ファクタが熱や、選択された光起電性部材および光学部品（おもに反射板およびフィルタ）の精度／設計に依存する電力（任意的には光）のさまざま混合収量をサポートすることができること意味する。フィルタ処理光７４の出口の小さい寸法、１次表面および２次表面からの２つの拡大ステップ、およびコリメート／ホモジェナイズ管５６のために利用可能な空間は、開示された形態ファクタにおいて、セル３８全体に照射される光の分布および集光レベルを相当に制御できること意味する。光起電性セルの効率最適化の手法は、単位平方センチメートル当たりのコストを増大させるが（フラットパネルコレクタ上に採用すると、きわめて高価となるが）、想定される実施形態の集光器に安価に適用することができる
【００５１】
コレクタ管は、コレクタ管駆動部の管駆動・熱交換インターフェイス１１２（「ヘッダ」ともいう。）に係合する駆動ハブまで延びている。コンピュータ制御モータは、太陽の東西方向の軌跡に追随するようにコレクタ管を駆動するものである。コンピュータは、（インターネット上の表データまたは内部に記録された）均時差を用いて、光センサ等に呼応するのではなく、取り付けまたは装置搬入に関する特定の位置情報および方位情報と組み合わせて、予測的にアレイを移動させる。択一的な実施形態は、太陽の軌跡センサを用いて、太陽の明確な動きに合わせて、太陽収光器を駆動してもよい。
【００５２】
ヒートパイプの集熱器１６は、駆動ハブを通って、コレクタ管１の上部から出て、管駆動・熱交換インターフェイス（ヘッダアセンブリ）１１２内に入ってもよい。ヘッダアセンブリは、冷たい冷媒が後列（または後面）８にあるコレクタ管の集熱器１６を通り、前列（または前面）７にあるコレクタ管の集熱器に沿って流れ、高温出口に戻る。図３に示すように、非ピーク時間帯において、前列コレクタ管が実質的な影を後列コレクタ管に落とすとき、冷媒と集熱器との間の温度差は平均値以上となる。このような前列−後列経路を用いると、より大きな熱量を生成することができる。
【００５３】
コレクタ管１の光起電性セルのサブアセンブリ１２は、ヒートシンク４３により形成される配線チェイス（wiring chase）からのＤＣ配線ハーネス７２の出口である。コレクタ管１は、ヘッダ内の少なくとも２つの独立した電気バス３５と接続される。設計により、１日の中で影を落とす時間帯が異なるとき、前列および後列のコレクタ管１は、個別のバス３５および個別のインバータ７９に接続してもよい。その他の別の循環回路の分離も可能であり、影になる場所や条件に対応するものであることが好ましい。コレクタ管を電気的に分類するために、取り付けまたは装置搬入中、この分野において、ヘッダ１１２内の電気バスライン３５の接続および／または切断により実現される。
【００５４】
図１〜図１７を参照して、例示的な実施形態に係る熱−光起電性のハイブリッド太陽光エネルギ収集システム（「ハイブリッド太陽光エネルギシステム」１１０）および製造方法１２８について以下説明する。図１は、例示的な実施形態に係るハイブリッド太陽光エネルギシステム１１０を示し、このシステムは、支持アセンブリ２により支持された複数のコレクタ管１を有し、支持アセンブリ２は、管ピボット３および管駆動・熱交換器（管インターフェイス１１２）を有する。コレクタ管１は、１つの実施形態において、光起電性セル３８とヒートパイプ４５を含む真空管であり、伝熱媒体４７がヒートパイプ内を流れる。管ピボット３は、その回転軸の周りに各コレクタ管１が回転できるようにするものである。管インターフェイス１１２は、熱的収集器（「集熱器」）、各コレクタ管１を回転させる回転機構、管駆動・熱交換器１１２の昇降を調整する制御機構（「太陽光追跡デバイス」および「集熱器」の複合セット）、および１つまたはそれ以上の直流電流（ＤＣ）の電気バス３５を備える。
【００５５】
太陽光エネルギシステム１１０は、通常、太陽の動きに合わせるように傾斜し、方位調整機構５を用いて、適当な目標に保持される。順に説明すると、コレクタ管１は、入射太陽光を各コレクタ管に集光させる光学部品３７，４０，４１，４４，４８，５６を有していてもよい。日中、太陽の動きを追跡するように、コレクタ管をその回転軸の周りに回転させると、より良好な性能が得られる。図１の実施形態は、管インターフェイス１１２および管ピボット３により所定位置に固定されるコレクタ管１を示し、季節変化により太陽の軌跡の高さ位置の変化に対応するようにコレクタ管の面を上下に傾斜させ、一日を通じた太陽の（東西方向の）動きを追跡するように回転させるものである。より具体的には、一日が経過するにつれ、各コレクタ管を中心軸の周りに回転させる。集光した一日の終わり、または集光する翌日に、コレクタ管を東の方向に逆回転させ、翌日の集光の準備を整える。同様に、翌日の太陽の軌跡を予測して集光する日毎に、コレクタ管の方位を調整する。上述のように、図１は、一対の平行な面７，８の間にコレクタ管１をアレイ状に配列した一般的構成を示し、平行な面７，８にあるコレクタ管１の横断面における関係は、管インターフェイス１１２により維持される。管インターフェイス１１２は、管ピボット３とともに支持構造体２により支持される。この平行面構造は図２に示されている。
【００５６】
太陽光の追跡動作は２つの軸、すなわち２つの制御軸を介して行われる。これは、モータ駆動による脚部５の昇降調整動作により、太陽の明白な南北軸の方位移動を追跡し、図４および図５に示す管駆動・熱交換器１１２内で、管ピボット３の長手軸周りのコレクタ管１の回転動作により、太陽の東西方向の動きを追跡するものである。この追跡手法は、当該技術分野において「傾斜と回転（Tip and roll）」として知られている。
【００５７】
各太陽光エネルギシステム１１０は複数のコレクタ管１を有し、各コレクタ管は、広範なスペクトル光が透過するガラス（ホウケイ酸ガラス等）からなる真空引きされた空気（４２）を含むエンベロープ管（包囲管）３９で構成され、その内部には、１つまたはそれ以上のヒートパイプ４５およびカセグレン式サブユニット１１が設けられている。光起電性セル３８は、長い寸法にわたってアレイ状に配置され、光起電性セルサブアセンブリ１２により保持される。光起電性セルサブアセンブリ１２およびヒートシンク４３は、エンベロープ管３９の太陽とは反対側の底部に固定される。これらは一体として、エネルギ収集構造体（ユーティリティ：utility）を構成する。これらの部品およびこれらを含む構造体は、図６〜図１６に詳細に図示されている。
【００５８】
この設計による熱−光起電性のハイブリッド太陽光エネルギ収集システム１１０における各コレクタ管１は、独立したエネルギ供給の流れ、すなわちＡ）冷媒により供給される熱、Ｂ）直流電流（ＤＣ）または交流電流（ＡＣ）の電流、Ｃ）システムの下方または付近にある建物に照射される赤外線（ＩＲ）および紫外線（ＵＶ）のフィルタ処理された光、およびＤ）広範囲の日陰の組み合わせを提供するために構成される。電力を提供する場合、配電網もしくは他の蓄電手段に電力が供給され、または直接的に使用するために電力が供給される。熱を提供する場合、蓄熱し、利用し、または廃熱される。フィルタ処理された光を提供する場合、スカイライトまたはライトパイプ（光ファイバ）等に導光される。広範囲の日陰を提供する場合、日陰は、太陽光エネルギシステム１１０が覆う表面に限定される。
【００５９】
図１は、平坦な屋根または最小限のピッチ間隔を有する屋根等の水平表面上に設置された場合の実施形態に係る太陽光エネルギシステム１１０を示す。開示された実施形態の特徴は、実装脚部の延長部６を追加し、差し引いて、昇降調整用の脚部５の長さを変えることにより、または太陽光パネルの装置搬入（実装）産業で用いられるものと同様の他の取付部品の支援を受けて、支持構造体２が配置場所の要請に単純かつ広範に適用することができる。
【００６０】
図２および図３は、図１のFIG.2&3−FIG.2&3線から見た断面図であって、図１のコレクタ管１の断面図である。コレクタ管１は、（反射デバイス３７および反射フィルタ４１等の）太陽光を集光する光学部品を有し、太陽２００へ向かうようにコレクタ管の軸の周りに回転させてもよい。図２は、太陽２００の高度が最も高い時（「正午」）のコレクタ管１の配向状態を示し、図３は、太陽２００の高度が最も高い位置から離れた時（「正午でない」）のコレクタ管１の配向状態を示す。図示されたように回転させることにより、コレクタ管１は、直交する光９を捕捉し続けるように光学部品の向きが維持される。
【００６１】
ハイブリッド太陽光エネルギ収集システムは、図２および図３の面７，８で示す２つの平行な面において保持されたガラス管を採用する。（前列にあるコレクタ管の）面７は、（後列にあるコレクタ管の）面８に比して、太陽により近い。個々のコレクタ管１は、太陽が正午位置にあるとき、前列７のコレクタ管１全体が太陽光を捕捉し、後列８のコレクタ管１が隣接する前列のコレクタ管１の間に配置され、前列７のコレクタ管１からの端部反射光線２０７，３０４（図８および図９）を追加的に捕捉する。コレクタ管１は、好適には、空気を循環させ、かつ個々のコレクタ管１を取り付けまたは装置搬入（実装）し、作動できるように構成されている。コレクタ管１を２列に配置したことにより、所与の実装場所において、利用可能な太陽光の開口部を最大限に使用することができる。また、コレクタ管を通過して、建物の屋根を熱するため、屋根の下方の冷却負荷を増大させる太陽光の「漏れ」を防止することができる。コレクタ管１は、（図６〜図１０でより詳細に図示され、限定することなく、１次構成部品という）反射板３７上に最高の反射層４０、およびエンベロープ管３９の内壁を含む。この積層構造体または積層列により、デバイス１１０は、建物のための広範囲の反射性の銀製屋根として機能し、空気調和機の負荷が最大となる際に必要な冷却能力を低減することができる
【００６２】
各コレクタ管１は、エンベロープガラス管３９を有し、気体を実質的に真空引きし、円形の断面形状を有するものであってもよい。またコレクタ管は、ヒートパイプ４５と、光起電性セル３８とを包囲する。ヒートパイプ４５は、コレクタ管１に入射し、光起電性セル３８により変換されることなく、集光光路を通ることもなく、またはフィルタ処理光の出口７４から遠ざかる方向に案内されるスペクトル光の一部を受光する。これは、バンドパス反射フィルタ４１で反射した光のみの支配的な光路上に光起電性部材を配置することにより実現することができる。また光起電性セル３８は、ヒートパイプ４５および光スピル捕捉キャップ５１の影が形成される焦点に配置される。光起電性セル３８に入射する光の特異性に起因して（ここでは選択された波長光で主として構成される光）、低い温度で作動させることができるため、より多くの電力を生成することができる。光起電性セル３８の性能を劣化させることなく、ヒートパイプ４５の熱エネルギを高温のまま供給することができる。例示的なコレクタ管（「太陽光エネルギ装置」）１が、図１のFIG.6−FIG.6線から見た長手方向の断面図として、図６のFIG.7−FIG. 7線から見た横方向の断面図として、また部分的に、ヒートパイプ４５およびフィン４６の長手方向の断面図として、より詳細に図示されており、熱循環器２１におけるこれらの役割が説明されている。
【００６３】
以下説明するように、カセグレイン式サブユニット１１の構造により、製造業者の能力および資源（リソース）に適合するように、太陽光集光装置１およびハイブリッド太陽光システム１１０を構成する際のフレキシビリティ（設計自由度）を提供するとともに、単一の実装機でも、さまざまな顧客のエネルギ生成の需要に合致させるフレキシビリティ（設計自由度）を提供するものである。電力、処理熱、家庭用太陽熱温水、エアコン、食材の冷蔵、暖房、影、熱を伴わない光源のすべてを、さまざまに利用される同じデバイスを用いて供給することができる。
【００６４】
エンベロープ管３９は、ガラスで形成され、高い透過率で太陽照射光を透過させるものである。例示的な実施形態において、太陽光エネルギ装置１は、少なくとも２つのエネルギ収集機構を有し、その１つは（エンベロープ管３９の内側表面に固定されたヒートパイプの形態を有する）熱的機構であり、もう１つは光起電性セル３８および／または紫外線フィルタ処理光路（または紫外線フィルタ）８１を有する機構である。特に、太陽光エネルギ装置１は、複数のカセグレイン式サブユニット１１を有し、カセグレイン式サブユニットは、取付部品４４とともに、バンドパス反射フィルタ（例示的な実施形態では「ローパスフィルタ」または「コールドミラー」であってもよい。）４１を支持する反射板デバイス３７を有し、太陽から見てヒートパイプ４５の後方に配設される。反射板デバイス３７は、入射太陽光をバンドパス反射フィルタ４１（ここでは、限定することなく、「２次構成部品」）の上に集光させる。熱標的管４５は、所与のコレクタ管１内のすべてのカセグレイン式サブユニット１１において共有される。
【００６５】
太陽光エネルギの一部は、バンドパス反射フィルタ４１を透過し、直接的な垂直方向の太陽光９を遮るヒートパイプ４５内で吸光される。ヒートパイプ４５は、分離された熱エネルギ（すなわち選択されなかった波長光５０）を、集熱器１６を介して、管インターフェイス１１２の集熱部品に伝熱する。このとき、熱交換器ハウジング３６内の熱交換器１３を用いて、ハイブリッド太陽光エネルギ１１０により熱を取り出すことができる。他方、太陽光エネルギの選択される波長光４９は、バンドパス反射フィルタ４１で反射され、カセグレイン式サブユニット１１の下方にある光起電性セル３８上に照射され、光電変換される。択一的には、光起電性セル３８の配置位置に、昼光のための紫外線フィルタ８１を設けてもよい。各光起電性セル３８の間で電力を複数の配線により送電する。直流電流は、コレクタ管１の上部端部から管インターフェイス１１２内の電気バス３５まで案内される。
【００６６】
直線アレイ状に配列されたカセグレイン式サブユニット１１は、エンベロープ管３９の軸に平行な単一ライン上に保持され、単一のトラフ（樋）または（半分の長さに分割された卵の容器のような）一連のウェル（井戸）として機能する。トラフの実施形態の場合、バンドパス反射フィルタ４１は、２通りに用いられる標的ヒートパイプ４５の底面であってもよい。この表面は、バンドパス反射フィルタのコーティング４８または部材として処理してもよいし、またはバンドパス反射フィルタ材料で処理された下層部材を有するものであってもよい。もう一方の一連のウェルまたはボウルの実施形態の場合、２次構成部品は、図示された実施形態において（潜在的に面取りされた）一連のレンズのようなものとなり、各レンズは、（ヒートパイプの影の中に入る可能性が高い）１次ミラーから延び、または１次ミラーに固定されるマスト（「実装部」）４４の上に固定されている。
【００６７】
ヒートパイプ（または「熱標的管」）４５は、広範囲スペクトル選択性被膜７６でコーティングされたものであってもよい。またヒートパイプ４５は、散乱光フィン４６に熱で固定され、同様に広範囲スペクトル選択性部材として、広範囲スペクトル選択性被膜を含むものであってもよい。図７〜図１０を参考にして、図６に図示されているように、散乱光フィン４６は、熱標的管４５から反射板デバイス３７に向かって延び、バンドパス反射フィルタ４１のための切欠き部分を有し、反射板デバイス３７の形状に適合するような輪郭形状を有する。散乱光フィン４６は、ヒートパイプ４５に強度を与えるとともに、散乱光を集光し、空の像等を地面に鏡面反射する迷光を抑制するものである。また散乱光フィン４６は、ヒートパイプの東西方向の断面積を小さくして、より多くの光が入射し、反射デバイス３７に照射するようにすることができる。任意的には、熱標的管４５および散乱光フィン４６の太陽に向かう面とは反対の面上に被膜をコーティングすることができ、熱的機能より審美的機能が強調される。
【００６８】
各反射板デバイス３７は、製品としての意図した価格または性能に応じて、さまざまな精度で作製することができる。放物線（パラボラ）は理想的な形状であるが、画像形成しない態様の構成においては、球面断面またはその他の非放物線断面を有するものも十分に機能する。（球面断面形状の）製造しやすさを利用することができる。反射板デバイス３７で反射した光をバンドパス反射フィルタ４１の直径におおよそ収束させる必要性のみが生じ、反射光を光起電性セル３８に向かって再反射させるとき、反射板デバイス３７の光パターンを「修正」するように設計することができる。通常、光起電性セル３８は、（従来式のカセグレイン式望遠鏡の後方出口と同様に）反射板デバイス３７の底面中心に位置合わせされている。これにより生じるずれについては後述する。
【００６９】
光路２０２，２０８を通り、バンドパス反射フィルタ４１により選択される光束４９は、フィルタ処理光の出口７４（または「標的領域」）に入り（逆に、選択されない光束は、透過光路２０６を通り、ヒートパイプアレイまたは空からの光等の太陽光収集デバイス１１０から離れて外側へ進み）、フィルタ処理光は、図示のように、光起電性セル３８に入射するか、択一的には、紫外線フィルタに入射し、紫外線フィルタは可視光標的の上方に設置され、散乱板を含むものであってもよい。この熱・光起電性構成によれば、光起電性セル３８が受ける熱衝撃サイクルをより小さくして、限定的な熱衝撃サイクルにおいて、光起電性セルをキャリア４３において「浮遊（float）」させることができる（逆に、平坦なパネルコレクタのようにサンドイッチ構造に真空圧縮されたものとは異なる。）。より多様な寸法を有し（前寸法と横寸法のアスペクト比が高い場合等）、より精巧な（たとえばより薄い）光起電性セル３８を、より安全に採用することができる。コレクタ管のさまざまな表面およびコーティングが真空引きすることにより保護され、環境変化に対して保護する必要がない。光起電性セル３８がエンベロープ管３９内に配置される特定の実施形態によれば、光起電性セルは、真空により保護され、保護被膜を設ける必要もない（そのため、被膜形成に起因するコストおよび損失を削減することができる。）。
【００７０】
光起電性セル３８の集光比の増大および寸法の小型化の要請により、光起電性部材の値段の上昇や、その他、光電変換効率および集光度公差の増大、および／またはより広いスペクトル応答性が求められる。集光部品（ガラスおよび反射薄膜）の経済性および２つのカセグレイン構成部品は、この形態ファクタは、選択した光起電性部材、ならびに設計した光路の精度および集光比に依存して、熱および電力のさまざまな収量率を実現できるということを意味する。面積の小さい標的領域および２つ拡大ステップは、標的領域全体に達する光の分布を制御することができ、光起電性標的の後方に導電性グリルおよびバスを配置し、他の比較的に高価なセルを採用して、フラットパネル式収集器には法外に高価な構成を最適化する動機づけが増大することを意味する。
【００７１】
光起電性セル３８は、（カセグレイン式望遠鏡と同様）太陽２００から最も離れた１次反射板３７より下方に取り付けることができる。その結果、任意的に、内部反射板および／または壁部反射板を採用するために、集光・均一化部品（コリメート／ホモジェナイズ管５６）を介在させることができる。この均一化ユニット（homogenizing unit）５６は、エンベロープ管の壁部に当接させて、熱を外部へ逃がすことにより、光起電性セル３８に蓄熱された残余熱のためのヒートシンクとして機能することができる。
【００７２】
例示的な実施形態において、反射板デバイス３７上に生じるヒートパイプ４５の影は、光起電性セル３８の導電性マスク／グリルのバス領域を影の中に配置することにより最小限に抑制することができる。グリル（後方コンダクタ等）がない場合、光起電性セル３８の活性領域に光を照射することに着目して、２次反射板の表面を粗面化し、および／または配置位置を乱すことにより、エンベロープ管の曲率を調整して得られる非点収差を用いることにより、または光学的原理により実現される他の技術を用いることにより、ヒートパイプ４５の影および２次構成部品４１の支持用マストの影を分散させることができる。
【００７３】
同様に、本願明細書で説明した最適化方法により所定位置に固定される前に、さまざまな位置に固定するために、起電性セル３８をその中心の周りに回転させることにより、光起電性セル３８の位置および向きを調整することができる。最適化を支援するために、起電性セル３８上の導電体を同心タブから出すことができるため、セルを任意の回転位置に配置し、バス（ヒートシンク４３の領域であってもよい起電性セルサブアセンブリ１２上の配線）に接続することができる。
【００７４】
図２および図３は、天空上の太陽の東から西への明確な動きに追随する場合において、太陽光を最大限に集光するための例示的なアプローチ（手法）が図示されている。太陽光エネルギ装置１は、同じものを２つの平行なアレイに保持したときの横断面として図示されている。その１つは前列７のコレクタ管であり、もう１つは、第２の後列８のコレクタ管であり、２つの面を形成している。互い違いの構成の目的は、垂直直接入射光９および間接入射光１０（間接入射光は図２および図３では図示せず、図８および図９参照）の大部分を捕捉するためである。一方、太陽の東から西への明白な動きにカセグレイン式サブユニット１１を追随させるために、図４および図５に詳細に示す太陽東西追跡駆動部１１２を用いて、太陽光エネルギ装置１をその（長手方向の）回転軸の周りに回転させる。
【００７５】
図２は、太陽光エネルギ装置アレイからなる任意の寸法を有する太陽光エネルギ収集システム１１０の一部を示すものである。開示した太陽光エネルギ収集システム１１０は、東西方向の寸法にフレキシビリティ（柔軟性）を与え、より数多くのまたはより数少ない（所望の数の）太陽光エネルギ装置を採用することにより、利用可能な日照面積の最適な活用を可能にするものである。同様に、図示した隣接する太陽光エネルギ装置（コレクタ管１）の間隔は、本願で開示する装置の概念に含まれる数多くの形態における一例である。システムに対する所望される性能およびコスト、ならびに意図する実装環境に依存するが、コレクタ管の間隔をより狭くもしくはより広く、または南北方向軸もしくは東西方向軸の両方に回転可能に固定するように、太陽光エネルギ収集システムを設計することができる。
【００７６】
図３において、太陽光エネルギ装置１が太陽光エネルギ収集装置アレイとして部分的に図示されている。図２とは異なり、図３は、正午以外の時間帯における太陽光を示す。直接入射光９に垂直な方向に配向した集光形態にあるカセグレイン式サブユニット１１が直接入射光９に垂直に入射している。
【００７７】
ハイブリッド太陽光エネルギ収集システム１１０の位置に対する太陽２００の東西方向の動き、および太陽の明白な位置に対する大気レンズの効果は、当該技術分野において「太陽追跡」として知られ、図４および図５に関連して詳細に説明するデジタル制御部２２で計算することができる。
【００７８】
図４は、図１のFIG.4−FIG.4線から見た断面図であって、太陽東西追跡駆動部１１２および熱交換器１３の両方に関する（スケール（目盛）および構造的詳細を省略した）機械的な論理構成および順序を示すものである。また図４は、太陽光エネルギ装置（コレクタ管）１の回転制御方法を教示するものである。パイプのループは、高温出口１５まで循環する低温入口１４として図示され、高温出口は熱交換器１３を駆動し、熱交換器は集熱器１６を包囲するものである（図４の断面図では図示せず、図５に部品１５，１６として図示されている。）。熱交換器１３は、冷媒１２０を、最初に後列８のコレクタ管としての熱交換器の機能する低温入口１４から、冷媒循環ループ７７を経由して、より高温で、より多くの太陽光を受けた前列７のコレクタ管としての熱交換器１３の上部部品および高温出口１５まで循環させる。
【００７９】
例示的な実施形態において、太陽東西追跡駆動部は、ステップモータ２３を駆動するためのデジタル制御部２２により構成され、ステップモータは、減速ギア２４およびワームギア２５を用いて、駆動バー１８を移動させるものである。駆動バー１８の直線運動が、駆動バー１８をアレイの各コレクタ管１の駆動ハブ２８に接続された引込ストラップ２７の回転運動に変換される。択一的な実施形態によれば、前列７のコレクタ管のみを駆動し、後列８のコレクタ管を固定したままにする。別の実施形態では、前列７および後列８のコレクタ管を同様に駆動するが、独立した駆動装置を用いて駆動する。別の実施形態に係る駆動機構は、一日のうち、後列８のコレクタ管が太陽光を十分に受けて相当の効果が得られている時間帯を除いて、回転しないように後列コレクタ管を切り離す。別の実施形態は、後列にあるコレクタ管が熱冷却屋根機能のみを有する場合、後列コレクタ管を固定式の後列コレクタ管１と置換してもよい。
【００８０】
位置検出器３０を用いて位置検出マーキング２９から得たアレイ位置情報を収集するソフトウェアにより、回転精度は維持される。ステップモータ２３を逆回転させることにより（択一的な実施形態では、反転ギアに接続することにより）、および／または主要駆動ばね３１を引っ張って元に戻し、同時にストラップテンショナ３２および復帰ストラップを元に戻すことにより、前方向および後方向に移動させて追跡を開始することができる。デジタル制御部２２は、地理的位置およびハイブリッド太陽光エネルギシステム１１０の配置位置、さらには時計または時刻情報受信器（全地球測位衛星（ＧＰＳ）信号や中央無線時刻信号）を用いて、コンピュータプログラムされたものである。このコンピュータプログラムは、所与の日時における明白な太陽の位置を特定するための、当該技術分野において知られたアルゴリズムを採用したものである。実装データおよび時刻データの組み合わせに基づいて、デジタル制御部２２は、ステップモータ２３および昇降調整脚部５に指令を与える。
【００８１】
図４は、同様に、システム１１０を寸法の点で拡張できることを示すものである。熱交換器１３のパイプは、コレクタ管駆動・熱交換インターフェイス１１２の同一の端部に出口および入口を有し、フィールド内の配管量を低減することにより、循環を促進させる。さらにハイブリッド太陽光エネルギ収集システム１１０は、収集領域を容易に追加または拡張するために、コレクタ管駆動・熱交換インターフェイス１１２の端部に、電気バス２０の結合体、放熱部１７の結合体、駆動部１９の結合体、およびリターンバー３４の結合体を有する。これらの結合体により、同様の、または異なる機能を有する追加的なコレクタ管駆動・熱交換インターフェイス１１２のユニットからなるモジュール式延長部を取り付けて、集光領域を拡張させることができる。
【００８２】
図５は、図４と同様、太陽東西追跡駆動部１１２および熱交換器１３の両方に関する（スケール（目盛）および周辺構造を省略した）機械的な論理構成および順序を示すものであって、コレクタ管１の回転方法、および太陽光エネルギ装置１の端部にある集熱器１６と熱交換器１３との間の関係を示すものである。この熱交換器１３は、集熱器を包囲し、循環冷媒１２０（たとえば水、水グリコール混合物、またはその他の適当な流体）を用いて、コレクタ管１により集熱された熱を取り出して、利用に供するものである。ヒートパイプ４５内の熱エネルギは、集熱器１６に送られ、位相変化により冷媒にエネルギを解放する。熱交換器１３内の冷媒１２０に熱を伝えると、ヒートパイプ内のヒートパイプ作動媒体４７は、凝縮して液体となり、落下し（当業者に広く知られたヒートパイプの適当な内部構造により排熱し）、太陽光エネルギ装置１の部分に太陽光が照射されると、再加熱され、再蒸発する。このサイクルは、太陽光エネルギ装置１に十分な太陽光が入射する限り、繰り返される。
【００８３】
この実施形態において、複数のコレクタ管１の発電電力を集電するための電気バス３５は、ハウジング内でともに保護し、迅速に取り付けまたは装置搬入しやすくするために、コレクタ管駆動・熱交換インターフェイス１１２内に設けられている。各太陽光エネルギ装置１は、複数の光起電性セル３８のための１本またはそれ以上の電気配線７２の束を有し、実装場所および実装のために選択されたインバータ７９に対して最適となるように設計された電気的構成により、その端子はコレクタ管駆動・熱交換インターフェイス１１２内に設けられた１つまたはそれ以上の電気バスに接続される。「ミニ・インバータ」または「マイクロ・インバータ」と呼ばれるワット数の小さいインバータ７９のための複数の接続ポイントが、コレクタ管駆動・熱交換インターフェイス１１２内に設けられている。複数のコレクタ管１の光起電性セル３８の電気回路をさまざまな組み合わせで選択的に接続するか、または機能させることにより、実装場所の予想されるピーク発電電力および利用可能なタイプ及び容量のインバータ７９に対応させるように、電気バス３５をユーザサイドでプログラムすることができる。
【００８４】
熱交換器のハウジング３６は、熱損失を低減するために、コレクタ管駆動・熱交換インターフェイス１１２が形成する環境とは断熱され、支持構造体２を介して電気的に接地されている。同様に支持構造体２を介して、コレクタ管駆動・熱交換インターフェイスを電気的に接地する。
【００８５】
位置検出器３０が読み取る位置検出マーキング２９から位置情報を収集するソフトウェアにより、太陽光エネルギ装置１の回転動作の精度が維持される。動作制御については、図４で上述した通りである。この実施形態に係るハイブリッド熱光電起性収集システム１１０において、光電起性セルサブアセンブリの回路のための電気的バス３４は、コレクタ管駆動・熱交換インターフェイス１１２内に配設されるため、保護ハウジングを共有し、迅速な実装を支援することができる。択一的な実施形態によれば、電気的バスを装置内のどこかに収容するようにしてもよい。２列を区別する上で、後列８のコレクタ管１の出力は弱い。
【００８６】
図６および図７は、例示的な実施形態に係るコレクタ管１の断面図を示し、カセグレインサブユニット１１、およびこれに隣接し、コレクタ管１のコンテンツの反復的な特徴を表す構成部品を示す。ここでは、複雑に入り組んだ光学部品が、分かりやすく２つの方向から図示されている。これらの表面により提供される光路が図８および図９に図示されている。コレクタ管１の長さ全体に対して、カセグレインサブユニット１１は、広帯域スペクトル反射膜４０およびバンドパス反射フィルタ４１からなり、実装のために選択されたさまざまな光電起性セル３８と最も高い互換性を有する波長光を反射するように構成されている。昼光用の紫外線フィルタ８１が、光電起性セル３８が配置されるフィルタ処理光７４のための出口に取り付けられ、ＰＶ配線ハーネス７２は、任意の紫外線フィルタを迂回するものである。
【００８７】
各コレクタ管１のすべてのカセグレインサブユニット１１に共通するのは、コレクタ管１の長さ全体に延びるヒートパイプ４５である。はんだ接合、圧着等の熱による接合方法を用いて、このヒートパイプ４５は、たとえばアルミニウムや銅等の薄い導電性金属からなる散乱光フィン４６に固定される。この散乱光フィン４６は、広帯域スペクトル選択性被膜７６でコーティングされている。ヒートパイプ４５、散乱光フィン４６、集熱器１６に沿った光スピル捕捉キャップ５１、およびスタンドオフ６３が（図１４で独立して示すように）コレクタ管１内の熱循環器２１を構成する。
【００８８】
空気４２が真空引きされ、構成部品としての空気とコレクタ管１のその他の部分との間の物理的接触が限られていることから、熱循環器２１からの対流性損失および伝熱性損失を抑制することができる。スタンドオフ６３、コレクタ−駆動部の集熱ハブ２８の接続部、および主として集熱器１６に対する伝熱を抑制することができる。図５は、集熱器とともにこれを包囲する熱交換器１３を示し、熱交換器は、熱を利用するため、または蓄熱するため、高温の熱エネルギを抽出し、移動させるものである。
【００８９】
図５に示すように、コレクタ管１の最上部は、太陽光収集装置１の光電起性セル３８からのＰＶ配線ハーネス７２のＤＣリード端部である。コレクタ管１は、ヘッダ内の少なくとも２つの独立した電気的バス３５に接続される。日陰となる時間帯が日中を通して異なる場合、前列および後列の面のコレクト管を個別のインバータのための個別のバスに接続してもよい。その他の別の構成および回路が実現され、好ましいこともある。例示的な実施形態におけるヘッダにおいて、電気バスラインを短絡させ、および／または切断することにより、これらのさまざまな回路構成を容易に実現することができる。
【００９０】
全体的なハイブリッド太陽光収集装置１１０は、適正に電圧生成するという目的の要請から、１次反射板３７が態様に面するように、コレクタ管１を回転させる手段を用いて、切断することができる（または切断すべきである）。これは、実装（取り付け）業者および保守管理者の両方にとって、またはアレイの製造において制御することを希望する者すべてにとって好適な「オフ」モードまたは「セーフ」モードを提供するものである。同様に、消防隊員にとっても好ましく、安全にシステムを停止させることができる。電気グリッドが単純な問題として故障した場合に、電池駆動式、静電気駆動式、またはばね駆動式のコレクタ管アレイを「反転（turn down）」機構を自動的に起動することは、簡単なことであり、高価なＤＣアーク放電抑制スイッチを利用せずに済ませることができる。
【００９１】
図１０は、択一的な実施形態に係るカセグレインサブユニット１１であって、ヒートパイプ４５が非対称に配置され、反射板３７に対する高さが異なるものを示す。これらの実施形態において、ヒートパイプ４５および散乱光フィン４６が水平方向に延びる熱導管５８を介して熱的に接続されている。熱導管はヒートパイプ４５の支流管または他の適当な熱的接続管であってもよい。これは、反射板３７を通過し、バンドパス反射フィルタ４１に当たる垂直直接入射光９（光路２０２，２０８）を増大させることにより、電源供給および／または光源供給を選択して、カセグレインサブユニット１１の光エネルギ配分比を変えるものである。これは、（図８の光路２０７のように）反射光の損失がより大きいエンベロープ管３９のより急峻な傾斜領域にヒートパイプ４５を配置するか、別の択一例では、反射板３７の後方にヒートパイプ４５を配置することにより実現することができる。いずれの場合でも、装置は、反射板３７の中心線でより十分に光を受け（反射板３７の中心線上への影を小さくし）、エンベロープ管３９によるレンズ効果を最小限に抑え、反射光損失を最も小さくすることができる。これは、複雑な製造方法によるコストをもたらす。これらの択一的な実施形態の残りの構成部品は、図６および図７で図示したものと同様である。
【００９２】
図１１は、高速ガラスボトル生産装置を用いた大量生産に適した完成前ボトル５９のさまざまな断面図である。凹状くぼみまたは完成前ボトルの形状は、反射板３７を切り出すための原材料形状である。開示された例示的な実施形態において、反射板３７は、水入れ程度の大きさと容量を有し、ワイン用ボトル生産ライン等で製造されるものである。１つの生産方法において、大きめの丸い第１切断部６２を最初に切り出して、表面精度を確認して、最適な反射板の調整ライン６３を設計し、切り出す（表面が最悪の切り出し品を排除するように設計する）。択一的には、完成前ボトル５９を切り出す前に評価してもよい。反射被膜４０を形成する標準的な方法により表面形状（表面形態）を最小限に変化させるとき、こうした表面形態を確認して評価すること（品質管理チェックを含む）は、反射被膜をコーティングする前または後に行うことができる。
【００９３】
図１２は、数多くの回転配向位置のうちの２つの異なる側面において、完成前ボトル５９から突出した完成前ボトル５９からの反射板切り出しライン６１を示すものであり、第１切断部６２のために、同一の原材料完成前ボトル５９をさまざまな寸法を有するものを切り出すことができることを示すものである。図１３は、完成前ボトル５９の中央断面図である。図１２および図１３において、凹状形状は同一であり、回転対称形状であるが、任意の特定の周りで対称的である必要はなく、反射板３７に適した任意の他の形状を有し、高速ガラスボトル生産装置の要求に適合するものであってもよい。
【００９４】
図１４は、理解しやすくするために、個別のコレクタ管１で構成されたアセンブリとしての例示的な熱循環器２１を示すものである。例示的な熱循環器２１は、ヒートパイプ４５、散乱光フィン４６、集熱器１６、スタンドオフ６３、コレクタ管駆動ハブ２８、およびゲッタ７５から構成されるものであってもよい。このサブアセンブリは、スタンドオフ６３、またはきわめて小さい伝熱性を有する封止部およびコレクタ管駆動ハブ２８に接着させるための接着剤を用いて、エンベロープ管３９（図示せず）とは接触しないように固定される。ゲッタ７５は真空を維持するものである。当業者に知られたゲッタは、浮遊ガスおよび蒸気を排出し、封止した後、製品寿命中、コレクタ管１内の材料から遊離させるものである。これらのゲッタ７５は、散乱光フィン４６に固定されている。
【００９５】
図１５および図１６は、ヒートシンク４３を含む光起電性セルサブユニットアセンブリ１２を示すものであり、ヒートシンクは光起電性セル３８（または昼光の紫外線フィルタ８１）の配置位置を、カセグレインサブユニット１１（図示せず）のフィルタ処理光の出口に固定するものであり、その下方に取り付けられるものである。ヒートシンク４３は、シーリングガスケット６５により防水性の膨張ギャップ６４で画定された複数の領域で構成されている。各光起電性セル３８の光起電性セルサブユニットアセンブリ１２内における配置位置は、組み立ての際に個別に最適化するために、位置調整することができる。最適化されると、この配向位置は伝熱性金属を含む接着剤等で固定される。
【００９６】
完成した光熱ハイブリッド太陽光エネルギ収集システムは、日中の動作期間において、暖かくなり、冷たくなる。カセグレインサブユニット１１と光起電性セル３８との間の焦点の位置合わせを維持するために、これは、収縮および膨張により生じる結果を最小限に抑えるように機能する。各光起電性セルサブユニットアセンブリ１２は、フィルタ処理光７４のための出口に一致するように配置されたヒートシンク接合ポスト７１において、コレクタ管１に接合される。構成部品４３および構成部品３９の膨張係数の相違に起因して生じる機械的応力は、膨張ギャップ６４に集中し、膨張ギャップ６４およびシーリングガスケットのフレキシビリティにより吸収される。
【００９７】
図１７は、太陽光エネルギ装置１の組み立て手順を示すものである。最終目標は、コレクタ管１、同様の機能を有するカセグレインサブユニット１１、および光起電性セルサブユニットアセンブリ１２において、一連の電気回路損失（電圧の不整合）を極力抑え、出力に応じた太陽光エネルギ装置（コレクタ管）１を製造することにある。適合しない光電起性セル３８の電流は、カセグレインサブユニット１１および一対の直列配置した光起電性セル３８の最小効率の電流まで低減する。この問題は、フィルタ処理光７４のための出口において計測される収量に基づいて、カセグレインサブユニット１１をビン選別することにより解決することができる。各エンベロープ管３９内に、収量とほぼ同等のカセグレインサブユニットを配置することができる。カセグレインサブユニット１１を含むエンベロープ管を真空引きすることにより、一連の適当な光起電性セルサブユニットアセンブリ１２として特徴付け、適合させ、そして図１５および図１６を参照して上述した機械的構成に従って一体的に接合することができ、上記説明したこのタイプのコレクタ管１を形成することができる。
【００９８】
［製造方法］
図１７のフローチャートを参照しながら、反射板３７を形成し、一連のエンベロープ管３９内に挿入してコレクタ管１を組み立てるとともに、カセグレインサブユニット１１を組み立て、調整するための例示的方法１２８を以下説明する。この開示内容は、説明のためのものであり、本願発明内容を限定するものではない。
【００９９】
ステップ１２９は、ガラス管を製造するステップである。ステップ１３０では、従来のガラス管の製造工程と同様、壁厚について最小壁厚および最大壁厚を管理し、径について内径および外径を管理する。これと同時に、各コレクタ管に対する「完成品（as built）」は、測定され、品質管理のために製造プロセス管理者に送られる（ステップ１３６）。
【０１００】
ステップ１３４は、プリフォームボトル（未完成ボトル）５９の製造ステップである。説明目的において、図１１は、反射板３７を事前形成するためのボトルとしての一般的構成の斜視図であり、図１２は、図１１の中間断面図であり、図１３は、図１１の水平方向の断面図である。プリフォームボトル５９の側面において、最大範囲の鏡の寸法を提供するために十分な大きい凹状へこみを形成することにより、各鏡は、各コレクタ管線用に切り出すことができる。従来式のボトル作製装置を用いて、安価なガラスから、反射板（すなわち「１次鏡」）３７が高速かつ低コストで作製される。通常のボトル製造工程と同様、プリフォームボトルは、ブロー処理、すなわち膨張処理して成形される。ボトル製造装置の形態表面が膨張したガラス塊に反映され、ボトルの外側形状を形成する。ボトル形態およびガラス塊のボトル形態への膨張は、高度に自動化された技術である。球面または放物線タイプの内側凹部を形成することにより、従来式のボトル作製ギアの再目的または従来式のボトル作製ギアとは逆の目的のために、高速で低コストに１次鏡を作製することができる。
【０１０１】
ステップ１３５において、完成したプリフォームボトル５９は、測定された表面精度を有し、ステップ１３６に送られ、全体すべての最良の表面精度を有する反射板を切り出すための配向を決定する。完成したプリフォームボトル５９は、ステップ１３７において、コンピュータ制御されたウォータジェットカッタまたは適当な代替物に供給され、生産プロセス管理システムのステップ１３６により構成されたプランに基づいて切り出される。反射板３７は、ボトル「ブランク」に未だ固定されているとき、またはその後にコーティングが施される。ボトル部材のその他の部分（防護目的として機能したもの）は、ステップ１３４に戻り、カレット（再利用するためのガラス廃棄物）として処理される。
【０１０２】
また反射板３７（すなわち「１次鏡」）は、ステップ１３７において、銀、アルミニウム、または二色性被膜を用いて鏡面仕上げされる。上述のように、真空引きすることにより、変色およびその他の劣化から保護することができるので、ほとんどの場合、高価な保護膜を省略することができる。ステップ１３２において、反射板３７が再度計測され、２次バンドパス反射フィルタ４１の形状を事前に設計する。
【０１０３】
ステップ１３２（バンドパスフィルタ４１の製造の開始）において、準備した例から１つの候補フィルタ基板を研磨するか、選択し、ステップ１３３において、必要に応じて、これにバンドパス反射コーティング４８を形成する。ステップ１３８において、反射板は、２次バンドパスフィルタ４１とともに実装部４４に取り付けられる。この設計は、数多くの第１表面（反射板）を採用しているので、反射板、実装部、またはフィルタの構成において、プラスティック、セラミックス、または金属の使用を排除しない。
これらは、真空環境および光束レベルとともにのみ許容／協働する。
【０１０４】
ステップ１３９において（反射板３７に対する事前設計値に関するステップ１３２からの情報に基づいて）、反射板３７がフィルタ４１に一体化される。フィルタ処理光のための出口における収量を得るために、フィルタ４１は、ステップ１４０で順に再配置され、ステップ１４５でテストされた後、ステップ１５５で所定回数の配置位置を試し終わるまで、反復的にステップ１４０に戻る。
【０１０５】
ステップ１４３において、ここで適合し、得点付与されたカセグレインサブユニット１１が得点グループにビン選別される。エンベロープ管３９を充填するのに十分な数量が準備できたとき、ステップ１４２で位置合わせされる。これと同時に、ステップ１４６において、熱循環器２１（既知の真空集熱管と同様の熱循環器ではあるが、散乱光フィン４６およびヒートパイプ４５の形態を有する熱循環器、および開示された実施形態の非対称的な熱循環器）が作製される。
【０１０６】
ステップ１４３およびステップ１４２において、集められ、位置合わせされた一群のカセグレインサブユニット１１は、ステップ１４６で得た熱循環器２１とともにユニット化され、各カセグレインサブユニット１１に接着剤７３が塗布され、ステップ１４１において、カスタム品として切り出されたカセグレインサブユニットを、その大きさのエンベロープ管３９内に挿入する。カセグレインサブユニット１１上の接着剤がエンベロープ管３９の内側を固定する。コレクタ管駆動ハブ２８をエンベロープ管の開口部に接着し、ステップ１４８において、真空を引いて、封止する。
【０１０７】
その他、ステップ１４９において、接合ポスト７１および膨張ギャップ６４を接合するために、ヒートシンク４３が押出し成形され、研磨され、長さ方向に切断される。光電起性セル３８および配線ハーネス７２、さらに任意的には昼光８１のための紫外線フィルタおよび伝熱性接着剤が、こうして作製されたヒートシンク１５０に取り付けられる。
【０１０８】
次に、ステップ１５１において、ユニット化されたヒートシンク４３（ここでは光電起性セルサブアセンブリ１２）は、接着・封止ガスケット６５の部材が取り付けられ、ステップ１５２に進む。ステップ１５２においては、ステップ１４８で得たプロダクトを合体させ、選択されたコレクタ管のアレイ状カセグレインサブユニットの光電起性セル３８をフィルタ処理光７４の出口に位置合わせする。ステップ１５３においては、品質管理（ＱＣ）テストおよび価格設定を行う。ステップ１５４の品質管理テストデータおよび設定価格データを用いて、スコアにより、完成した収集装置１をビン選別し、出荷のために箱詰めする。所望の製造速度に依存して、ステップ１４０とステップ１４５の間を反復するそのサイクル数により決まるパラメータがステップ１５５において明確になる。ステップ１５６の実線矢印が生産プロダクトフローを示し、ステップ１５７の破線矢印が情報フローを示す。
【０１０９】
フレキシビリティの強力な要素がステップ１３２に存在する。１次鏡、すなわち反射板は、１組単位か、または１個単位で、焦点品質および特性についてテストすることができ、２次鏡（バンドパス反射フィルタ４１）は、独立的に選択するか、または適合するように研磨することができる。これは、人の眼鏡を提供するプロセスに例えることができる。１次光学部品は人の眼であり、２次光学部品は眼鏡のレンズである。（眼鏡の慈善再利用プログラムが行うように）既存の在庫から眼鏡を取り出すか、または（当初の患者のために検眼医が行うように）専用品として研磨することができる。利用可能なリソースに依存するが、いずれの場合も機能させることができる。両方の場合において、眼（すなわち反射板）を所与のものとして受け入れるか、または最適化するように加工する（ただし、より高価であり、よりコストが嵩む。）。
【０１１０】
この生産方法に対して、よりコストを削減する手法を利用することができる。１次フィルタ３７および２次フィルタ４１の対が、許容可能な最低の太陽光エネルギ収量を収集しない場合であっても、この時点で安価に破棄することを回避するか、または非光電起性ハイブリッド部品（外光遮熱部材／外光集熱部材等）として用いることができ（この場合、一般に、低い精度の光学特性が許容される。）、またはハイブリッドアレイ内の他の装置と審美的に適合させた、安売りの「熱専用」管の一部とすることができる。各フィルタ対は、生産コストを低減し、より大きなアセンブリまたは（上述のように「熱専用」装置に）再構成されたアセンブリに接合する前に、不具合部品として経済的にリサイクルすることができる。
【０１１１】
本願明細書において、「１つの実施形態」または「実施形態」の用語を用いた場合には、その実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造物、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意図するものである。すなわち、本願明細書のさまざまな箇所で「１つの実施形態において」または「実施形態において」という表現は、必ずしもすべて同一の実施形態を参照するものではない。さらに、特定の特徴、構造物、または特性は、当業者が本願明細書の１つまたはそれ以上の実施形態を参照すれば明らかなように、任意の適当な手法により組み合わせることができる。
【０１１２】
同様に、例示的な実施形態の上記説明において、開示内容を簡素化し、１つまたはそれ以上のさまざまな態様の理解を支援するために、さまざまな特徴を単一の実施形態、図面、または明細書内容に組み込むことができる場合がある。しかし、本願開示内容に係る方法は、クレームされた実施形態が各クレームで明確に規定する特徴より多くの特徴を要求する意図を反映するものと解釈すべきではない。むしろ添付クレームが定義するように、本発明の態様は、上述の１つの実施形態のすべての特徴より少なく規定するものであってもよい。
【０１１３】
任意の上記構成および特化した構成部品は、上述の実施形態に係る装置またはシステムとともに、置換可能に利用することができる点を留意すべきである。例示した実施形態について本願明細書で説明したが、当業者ならば、本願開示内容の精神を逸脱することなく、さまざまな変形例または変更例が明白であろう。本願開示内容の精神または範疇に含まれる変形例または変更例が添付クレームによりカバーされることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７．１】
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【図１７．２】
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【国際調査報告】
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