(57)【要約】  太陽エネルギーから電気を生成するためのシステムは、第１の垂直向き２面太陽光発電モジュールと、第１の２面太陽光発電モジュールから水平距離に配置された第２の垂直向き２面太陽光発電モジュールと、第１の２面太陽光発電モジュールと第２の２面太陽光発電モジュールとの間に位置するマクロテクスチャ構造と、を備える。マクロテクスチャ構造は、反射表面を有する複数の突出特徴部を含み、この突出特徴部は、０〜１０度の垂直の範囲内で入射する光を第１および第２の２面太陽光発電モジュールに向けて反射するように動作する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽エネルギーから電気を生成するためのシステムであって、
第１の垂直向き２面太陽光発電モジュールと、
前記第１の２面太陽光発電モジュールから水平距離に配置された第２の垂直向き２面太陽光発電モジュールと、
前記第１の２面太陽光発電モジュールと第２の２面太陽光発電モジュールとの間に位置するマクロテクスチャ構造であって、反射表面を有する複数の突出特徴部を含む表面を有する、マクロテクスチャ構造と、を備え、
前記突出特徴部が、０〜１０度の垂直の範囲内で入射する光を前記第１および第２の２面太陽光発電モジュールに向けて反射するように動作する、システム。
【請求項２】
前記マクロテクスチャの表面上の隣接する突出特徴部間に位置する複数の排水孔であって、前記マクロテクスチャ構造から塵および水分を除去するように適合されている、排水孔をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マクロテクスチャ構造の前記複数の突出特徴部の各々が、反射コーティング層で覆われている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の突出特徴部の一部が、角錐形状である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の突出特徴部の一部が、半球形状である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の突出特徴部が、様々な形状を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の突出特徴部が、前記マクロテクスチャ構造の前記表面上に規則的な周期的パターンを形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
一連の垂直向き２面太陽光発電モジュールを含む太陽エネルギー施設の日中のエネルギー収量を改善するための装置であって、
前記一連の２面太陽光発電モジュールのうちの隣接するモジュール間に位置するように適合されたマクロテクスチャ構造であって、０〜１０度の垂直の範囲内で入射する光を前記第１および第２の２面太陽光発電モジュールに向けて反射するように動作する反射表面を有する複数の突出特徴部を含む表面を有する、マクロテクスチャ構造と、
前記マクロテクスチャの表面上の隣接する突出特徴部間に位置する複数の排水孔であって、前記マクロテクスチャ構造から塵および水分を除去するように適合されている、排水孔と、を備える、装置。
【請求項９】
前記マクロテクスチャ構造の前記複数の突出特徴部が、反射コーティング層で覆われている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の突出特徴部の一部が、角錐形状である、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の突出特徴部の一部が、半球形状である、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数の突出特徴部が様々な形状を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数の突出特徴部が、前記マクロテクスチャ構造の前記表面上に規則的な周期的パターンを形成する、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記複数の突出特徴部が、前記マクロテクスチャ構造の前記表面上に非周期的パターンを形成する、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数の突出特徴部が、変化する高さプロファイルを有し、前記マクロテクスチャ構造の中心付近の突出特徴部が、前記マクロテクスチャ構造の周辺付近の突出特徴部よりも高い高さを有する、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、太陽電池モジュールを使用する太陽エネルギー捕捉に関し、具体的には、垂直に取り付けられた２面太陽光発電モジュールのエネルギー収量を最大化するために使用することができるテクスチャ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２面太陽（ＰＶ）モジュールは、平面の両側に太陽電池を含むパネルである。多くの適用では、２面ＰＶモジュールは垂直配置で取り付けられ、塵の蓄積を低減することに役立つ。斜めに取り付けられた、すなわち垂直ではないパネルは、定期的に洗浄しない限り、塵の蓄積によってエネルギー収量が時間とともに劇的に減少する傾向がある。この利点により、垂直に取り付けられた２面ＰＶモジュールは、砂漠のような環境における発電の候補として特に有望であり、砂漠のような環境では、煙霧質の濃度が年間のかなりの部分で高く、高い割合で塵が蓄積されるためである。
【０００３】
２面ＰＶモジュールを垂直構成で設置する場合の欠点は、太陽放射がモジュールの表面に平行またはほぼ平行である日中に太陽光をあまり受け取らない傾向があることである。
【０００４】
したがって、垂直に取り付けられた２面モジュールに関連する日中の電力損失を補正、軽減、または少なくとも改善することに有利であり、それにより、必要以上に日中の損失に悩まされることなく、塵の蓄積を低減するという点で垂直構成の利点を実現することができる。洗浄作業が妨げられる、または複雑にならないように、垂直に取り付けられた２面モジュールに関連する電力損失を補正、軽減、または改善することはさらなる利点である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、これらのおよび他の問題のうちの１つまたは複数を解決する。
【０００６】
本発明の実施形態は、第１の垂直向き２面太陽光発電モジュールと、第１の２面太陽光発電モジュールから水平距離配置された第２の垂直向き２面太陽光発電モジュールと、第１の２面太陽光発電モジュールと第２の２面太陽光発電モジュールとの間に位置するマクロテクスチャ構造とを備え、マクロテクスチャ構造が、反射表面を有する複数の突出特徴部を含む表面を有する、太陽エネルギーから電気を生成するためのシステムを提供する。突出特徴部は、０〜１０度の垂直の範囲内で入射する光を第１および第２の２面太陽光発電モジュールに向けて反射するように動作する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、マクロテクスチャ表面上の隣接する突出特徴部間に位置する複数の排水孔であって、この排水孔は、マクロテクスチャ構造から塵および水分を除去するように適合されている。いくつかの実装形態では、マクロテクスチャ構造の複数の突出特徴部は、反射コーティング層で覆われている。
いくつかの実施形態では、複数の突出特徴部は角錐形状である。他の実施形態では、複数の突出特徴部は半球形状である。あるいは、複数の突出特徴部は、様々な形状を有することができる。複数の突出特徴部は、マクロテクスチャ構造の表面上に規則的な周期的パターンを形成することができる。
【０００８】
また、本発明の実施形態は、一連の垂直向き２面太陽光発電モジュールを含む太陽エネルギー施設の日中のエネルギー収量を改善するための装置を提供する。この装置は、一連の２面太陽光発電モジュールのうちの隣接するモジュール間に位置するように適合されたマクロテクスチャ構造を備え、マクロテクスチャ構造は、０〜１０度の垂直の範囲内で入射する光を第１および第２の２面太陽光発電モジュールに向けて反射するように動作する反射表面を有する複数の突出特徴部を含む表面を有する。この装置は、マクロテクスチャ構造から塵および水分を除去するように適合されている、マクロテクスチャ表面上の隣接する突出特徴部間に位置する複数の排水孔をさらに含む。いくつかの実施形態では、マクロテクスチャ構造の複数の突出特徴部は、反射コーティング層で覆われている。
【０００９】
いくつかの実施形態では、この装置の複数の突出特徴部は角錐形状である。他の実施形態では、この装置の複数の突出特徴部は半球形状である。あるいは、この装置の複数の突出特徴部は、様々な形状を有することができる。
【００１０】
さらに、いくつかの実装形態では、複数の突出特徴部は、マクロテクスチャ構造の表面上に規則的な周期的パターンを形成する。他の実装形態では、複数の突出特徴部は、マクロテクスチャ構造の表面上に非周期的パターンを形成する。
【００１１】
これらのおよび他の特徴は、付随の図面に関連して述べる本発明の特定の実施形態の付随の説明から理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による、マクロテクスチャ構造を含む垂直に取り付けられた２面ＰＶモジュールシステムの断面図である。
【図２】図２Ａは、本発明の一実施形態による、マクロテクスチャ構造の断面の上面図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ’線に沿って取られた断面図である。
【図３】本発明による、マクロテクスチャ構造を含む垂直に取り付けられた２面ＰＶモジュールシステムの別の実施形態の断面図である。
【図４】図４Ａは、図３に示す実施形態のマクロテクスチャ構造の断面の上面図である。図４Ｂは、図４ＡのＢ−Ｂ’線に沿って取られた断面図である。
【図５】本発明による、マクロテクスチャ構造を含む垂直に取り付けられた２面ＰＶモジュールシステムの別の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
概要として、垂直に取り付けられた２面ＰＶモジュールが受け取る太陽放射量を増やすために、マクロテクスチャ構造は、隣接する２面モジュール間に位置し、入射をＰＶモジュールに再誘導する。マクロテクスチャ構造は、０°〜１０°の垂直の角度範囲において様々な角度で入射する太陽放射（本明細書中では「垂直放射」と呼ぶ）を反射および／または散乱し、入射放射のかなりの部分を再誘導して、２面ＰＶモジュールの光起電力素子が受け取ることを可能にする。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態による、太陽光発電システム１００の断面図である。システム１００には、互いに水平に距離を置いて位置する垂直に取り付けられた２面ＰＶパネルモジュール１１０、１２０が含まれる。２つのモジュール１１０、１２０が示されているが、システム１００は、発電設備内にそのようなモジュールを多数含んでいてよいことを理解されたい。第１の２面ＰＶモジュール１１０には、可視スペクトルの光を透過する平面カバー１１１が含まれる。カバー１１１は、ガラスアクリル、ポリカーボネート、または当技術分野で知られている他の適切で堅牢な透過材料で作製することができる。カバー１１１は、太陽放射に晒されたときに電流を生成するモジュールに沿って配置される複数の光起電力素子、例えば１１２、１１４、１１６を囲んでいる。図示する実施形態では、第１の２面ＰＶモジュール１１０は、カバー１１１の表面の法線がモジュールの垂直な向きに対して水平かつ垂直になる（すなわち、図では北側および南側に向かう）ように位置し、向きが定められる。モジュールの平面の向きに従って、「東西の向き」と呼ばれるこの向きは、通常、最大のエネルギー収量を生成することが分かる。光起電力素子１１２、１１４、１１６の両面には、感光電池が含まれ、モジュールが透過カバー１１１のどちらかの側面を通って受け取った太陽放射から電気を生成することが可能である。
【００１５】
第２の２面ＰＶモジュール１２０は、モジュールの高さを考慮して十分な距離で、第１の２面ＰＶモジュールに対して水平に位置しており、相互遮光効果を避け、したがって太陽放射が各モジュールの底部に到達する。また、第２の２面ＰＶモジュール１２０には、モジュールに沿って配置される平面透明カバー１２１および複数の光起電力素子１２２、１２４、１２６が含まれる。光起電力素子１２２、１２４、１２６には、南側と北側のどちらにも太陽電池が含まれ、カバー１２１の南側または北側のどちらかを通って受け取った放射に基づいて電流を生成することもできる。
【００１６】
マクロテクスチャ構造１３０は、２面ＰＶモジュール１１０と２面ＰＶモジュール１２０との間に位置する。マクロテクスチャ構造１３０は、モジュール１１０とモジュール１２０との間の水平距離のすべてまたは大部分にわたって延在し、モジュールの深さに対応する垂直方向に（ページ内に）も延在するテクスチャマットとして構成することができる。いくつかの実施形態では、マクロテクスチャ構造１３０は、マットまたはタープを敷設するように、２面ＰＶモジュール（図示せず）間の支持構造上の単一ユニットとしてシステム内に便利に設置することができる。マクロテクスチャ構造１３０は、２面モジュールの光起電力素子のすべてまたはかなりの大部分よりも低いレベルに位置していることが好ましい。
【００１７】
マクロテクスチャ構造１３０は、複数の突出特徴部、例えば１３２、１３４、１３６、１３８で「テクスチャ化」される。突出特徴部、例えば、１３２、１３４、１３６、１３８は、示すように規則的な周期的順序を形成することができる、または不規則性または変化する周期性を含むことができる。さらに、図１は、全部で８つの突出特徴部を示しているが、本発明によるマクロテクスチャ構造は、より少数またはより多数の突出特徴部を含むことができる。特徴部の長さ（Ｌ）は、約２．０ｍｍ〜約０．４０００ｍの好ましい範囲で変えることができる。また、マクロテクスチャ構造１３０は、突出特徴部１３２、１３４、１３６、１３８にわたって堆積して覆う反射および／または拡散コーティング層、例えば１３３、１３５、１３７、１３９を含む。図１に示す特定の実施形態では、突出特徴部１３２、１３４、１３６、１３８は角錐形状を有する。他の実施形態では、突出特徴部１３２、１３４、１３６、１３８および反射層１３３、１３５、１３７、１３９は、異なる形状または様々な形状を有することができる。突出特徴部１３２、１３４、１３６、１３８および反射層１３３、１３５、１３７、１３９の目的は、入射する垂直放射を様々な角度で効率的に反射、拡散、および散乱する一組の表面を提供し、２面ＰＶモジュール１１０、１２０、および入射する垂直放射のかなりの部分をそこに含まれる光起電力素子に再誘導する（反射した放射は、図１の破線矢印で示す）。２面ＰＶモジュールが可能な限り多くの反射光および／または拡散光を確実に受け取るために、いくつかの実装形態では、突出特徴部の高さ特性を変えることができ、モジュール間の中心付近の突出特徴部と比較して、モジュールにより近い突出特徴部ほど高さが低い。このようにして、モジュールの高さを変えることにより、隣接する構造から反射した光がモジュールに到達することを突出特徴部自体が妨げないことを保証する。
【００１８】
マクロテクスチャ構造１３０の基材は、軽量構造プラスチックなどの比較的安価な材料から作製されることが好ましい。この基材は、エンボス加工およびリソグラフィなどの既知の技法を使用して、突出特徴部を含むようにテクスチャ化することができる。反射層、例えば１３３、１３５、１３７は、金属または高分子フィルムなどの反射材料および／または拡散材料の１つまたは複数の層を下にあるテクスチャ化された基材上に堆積させることにより作り出すことができる。反射材料は、アルミニウムで作製することができ、湿度による劣化を防止するために酸化アルミニウム層で保護することができる。
【００１９】
図１の断面図に示すように、突出特徴部１３２、１３４、１３６、１３８は完全に連続的ではなく、特徴部間に位置する孔、例えば１４２、１４４、１４６、１４８がある。孔１４２、１４４、１４６、１４８は、構造１３０上に沈殿してシステムから排出され除去される塵または水分のための出口を提供する。
【００２０】
図２Ａは、図１に示すマクロテクスチャ構造の実施形態の断面の上面図であり、突出特徴部の３次元形状、および塵および水分を排出するための孔の輪郭を明白に図示する。示すように、マクロテクスチャ構造１３０の断面には、３行および３列の角錐形状の突出特徴部が含まれる（特徴部は、例示する目的で、図２Ａで明示的に区別されていない反射表面も含む）。マクロテクスチャ構造１３０の中央の列には、角錐の突出特徴部１３４、１３６、１３８が含まれる。上の列には、角錐の突出特徴部１５４、１５６、１５８が含まれ、下の列には、角錐の突出特徴部１６４、１６６、１６８が含まれる。突出特徴部の角錐形状は、反射光および拡散光が最適な形で隣接する２面ＰＶモジュールのどちらにも到達することができるように設計されている。例えば、角錐の特徴部は対称であり、入射する垂直光を２面ＰＶモジュールの両側に向けて反射することができる。
【００２１】
また、図２Ａに示しているものは、突出特徴部１３４と１３６との間に位置する第１の排水孔１４４、および突出特徴部１３６と１３８との間に位置する同じ列にある第２の排水孔１４６である。排水孔１４４、１４６は、図示するように楕円形状であることができ、または他の形状およびサイズを有することができる。例えば、突出特徴部間にある単一の大きい排水孔の代わりに、実施形態には、複数のより小さい排水孔を含むことができる。さらに、図２Ａに示すように、排水孔は、異なる列の突出特徴部間に位置することができる。例えば、排水孔１４５は、突出特徴部１３４と１５４との間に位置し、排水孔１４７は、突出特徴部１３８と１６８との間に位置する。図２Ｂは、図２Ａの線Ａ−Ａ’に沿って取られた断面図であり、突出特徴部のそれぞれの反射コーティング１３５、１３７、１３９および間にある孔１４４、１４６を有する突出特徴部１３４、１３６、１３８の上部（三角形）部分を示す。
【００２２】
図３は、本発明による、２面ＰＶモジュールシステム２００の別の実施形態の断面図であり、マクロテクスチャ構造には、半球形状の突出特徴部が含まれる。示すように、マクロテクスチャ構造２３０には、例えば２３２、２３４、２３６、２３８などの半球形状の突出特徴部が含まれる。半球形状の突出特徴部２３２、２３４、２３６、２３８は、それぞれの反射層２３３、２３５、２３７、２３９（点線で示す）で覆われている。排水孔、例えば３４４、３４６は、突出特徴部間に位置し、マクロテクスチャ構造から塵または水分を除去する。半球形状の突出特徴部は、角錐の突出部と比較して、より広い角度範囲で光を反射する傾向があり、これはいくつかの２面モジュールシステムに有利な特性であり得る。
【００２３】
図４Ａは、図３に示すマクロテクスチャ構造の実施形態の断面の上面図であり、突出特徴部の３次元形状、および塵および水分を排出するための孔の輪郭が明白に図示されている。示すように、マクロテクスチャ構造２３０の断面には、３行および３列の半球形状の突出特徴部が含まれる。マクロテクスチャ構造２３０の中央の列には、半球形状の突出特徴部２３４、２３６、２３８が含まれる。上の列には、半球形状の突出特徴部２５４、２５６、２５８が含まれ、下の列には、半球形状の突出特徴部２６４、２６６、２６８が含まれる。突出特徴部２３４と２３６との間に位置する第１の排水孔２４４および突出特徴部２３６と２３８との間に位置する同じ列にある第２の排水孔２４６。さらに、排水孔２４５は、突出特徴部２３４と２５４との間に位置し、排水孔２４７は、突出特徴部２３８と２６８との間に位置する。図４Ｂは、図４Ａの線Ｂ−Ｂ’に沿って取られた断面図であり、それぞれの反射コーティング２３５、２３７、２３９（点線で示す）および孔２４４、２４６を有する突出特徴部２３４、２３６、２３８の上部部分を示す。
【００２４】
図５は、本発明による、２面ＰＶモジュールシステム３００の別の実施形態の図であり、マクロテクスチャ構造３３０には、異なる形状の突出特徴部が含まれる。図示する例では、マクロテクスチャ構造３３０には、半球形状の特徴部３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、および角錐形状の特徴部３３６、３３７が含まれる。様々な形状の突出特徴部を使用することにより、異なる反射プロファイルを特定の２面モジュールシステムの構成および条件に従って設定することが可能である。例えば、ＰＶモジュールの効率が同等ではなく、容易に取り替えることができない場合、他のモジュールよりも多くの光を１つのモジュールに向けることが有利になり得る。
【００２５】
特定の実施形態では、突出特徴部と反対側のテクスチャマットの表面は、平らであってよい。特定の実施形態では、マットは剛性であってよいが、他の場合では、所望する場合、湾曲表面上への取付けを支持するためにある程度の柔軟性に適応することができる。このマットは、２面ＰＶモジュール１１０と１２０との間にマクロテクスチャ構造を貼り付けるための接触接着剤を含むことができる、または接着剤は、この領域の下表面に適用することができる。特定の実施形態では、排水孔１４２、１４４、１４６、１４８の部分を利用して、２面ＰＶモジュール１１０、１２０を支持する構造にマットを固定することができる。他の実施形態では、このマットは、他の構造と係合してマットを所定位置に固定するように構成される特徴部を含むことができる。
【００２６】
図示する実施形態は、角錐形状および半球形状の突出特徴部を含み、他の形状を使用することができることを理解されたい。例えば、他の可能な形状には、放物線、円錐形状、および塔形状が含まれるが、これらに限定されない。突出特徴部は、中心点から下向きに傾斜して、突出特徴部の表面から塵および水分を除去することを促進することが好ましい。
【００２７】
本明細書に開示されたいずれの構造および機能の詳細も、システムおよび方法を限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ、当業者に、方法を実装するための１つ以上のやり方を教示するための典型的な実施形態および／または構成として提供されていることを理解されたい。
【００２８】
図面中の類似の数字が、いくつかの図を通して類似の要素を表し、図に関連して説明され、示された構成要素および／またはステップのすべてが、すべての実施形態または構成に必要とされるわけではないことをさらに理解されたい。
【００２９】
本明細書に使用されている専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される際、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他の意味を示している場合を除き、複数形も含むことが意図される。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」および／または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」という用語は、本明細書で使用する際、述べた特徴、整数、ステップ、作業、要素、および／または構成要素の存在を明示するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、作業、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。
【００３０】
配向の用語は、本明細書では、単に慣例および参照の目的で使用され、限定するものとして解釈されるべきではない。ただし、これらの用語が見る人を基準にして使用されている可能性があることが分かる。したがって、限定が暗に意味されることもなく、推察されるべきでない。
【００３１】
また、本明細書に使用されている表現および専門用語は、説明目的のものであり、限定するものとみなされるべきではない。本明細書における「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、または「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（伴う）」、およびそれらの変形の使用は、それ以降に挙げられた項目、およびその等価物、ならびに追加項目を包含することを目的としている。
【００３２】
例示的な実施形態に関連して本発明が説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な変更が行われてもよく、その要素を等価物に置き換えてもよいことが、当業者には理解されるであろう。さらに、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、特定の計器、状況、または材料を本発明の教示に適合させるための多くの修正が当業者には理解されるであろう。したがって、本発明が、本発明を実施するために考えられた最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、本発明が、添付の特許請求の範囲内に含まれるすべての実施形態を含むであろうことが意図されている。
【図１】
2021505104.tif 000003
【図２Ａ】
2021505104.tif 000004
【図２Ｂ】
2021505104.tif 000005
【図３】
2021505104.tif 000006
【図４Ａ】
2021505104.tif 000007
【図４Ｂ】
2021505104.tif 000008
【図５】
2021505104.tif 000009
【国際調査報告】
2021505104.tif 000010
2021505104.tif 000011