(57)【要約】  太陽光および熱エネルギー収集アセンブリの、システムと方法とが開示される。前記システムは、基部上に鉛直に取り付けられた中心柱と、前記中心柱から半径方向に延びる同心のラックを有する支持構造と、各ラックに取り付けられた少なくとも１つのソーラーパネルと、前記中心柱の頂部に配置された気流タービンと、各ソーラーパネル内の光電池および前記発電タービンから得た電力を供給するための電気導体とを含み、前記ラックは、前記中心柱に沿って異なる鉛直距離に位置し、かつ、前記ソーラーパネルを支持する構成を有し、各ラックは前記ラックを通じた空気および光の通過を妨げず、各ソーラーパネルは、前記ソーラーパネルの半径方向縁部に形成される湾曲した反射部を含み、前記中心柱は、加熱された空気を前記気流タービンに向けて導くための１つ以上の開口部およびダクトを有している。
2021534722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽エネルギー収集システムであって、
内部の空洞および中心柱の高さに沿って１つ以上の開口部を含む前記中心柱と、
１つ以上のソーラーパネルアセンブリと、
前記中心柱の頂部に配置され、かつ、回転ハブと、前記開口部を介して前記中心柱の前記内部の空洞に入る気流を受け取るように構成された複数のブレードとを有する発電タービンと、
各ソーラーパネルアセンブリの１つ以上の光電池と前記発電タービンとから得られる電力を供給するための複数の電気導体と、を備えており、
前記１つ以上の開口部は、前記中心柱の前記内部の空洞へ空気が流れることを可能にし、
各ソーラーパネルアセンブリは、
前記１つ以上の光電池を有し、かつ、前記中心柱から半径方向に延在する、第１のソーラーパネルと、
前記１つ以上の光電池を有し、前記中心柱から半径方向に延在し、かつ、前記第１のソーラーパネルの下に配置される、第２のソーラーパネルと、
前記１つ以上の光電池を有し、かつ、前記第１のソーラーパネルと前記第２のソーラーパネルと、の間に縦に配置される、第３のソーラーパネルと、を備え、
前記第３のソーラーパネルは、前記中心柱に近接しており、前記第１のソーラーパネルと前記第２のソーラーパネルとのそれぞれの自由端は、前記第１のソーラーパネルと、前記第２のソーラーパネルと、前記第３のソーラーパネルと、の間に空洞を形成するように離隔されており、光は、前記空洞に入射し、前記第１のソーラーパネルと、前記第２のソーラーパネルと、前記第３のソーラーパネルとの前記１つ以上の光電池により吸収されて、電力を発生させ、
前記気流は、上方に移動し、前記複数のブレードを駆動し、前記回転ハブを回転させ、電力を発生させる、太陽エネルギー収集システム。
【請求項２】
前記第１のソーラーパネルは、熱伝導性の上面を含み、前記１つ以上の光電池は、下面に沿って配置されて、光を吸収および反射し、
前記第２のソーラーパネルの前記１つ以上の光電池は、上面に沿って配置されて、光を吸収および反射し、前記第２のソーラーパネルはまた、熱伝導性の下面を有し、
前記第３のソーラーパネルの前記１つ以上の光電池は、外面に沿って配置されて、光を吸収および反射し、前記第３のソーラーパネルはまた、熱伝導性の内面を有する、請求項１に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項３】
前記中心柱上に異なる高さで同心に積み重ねられた２つ以上のソーラーパネルアセンブリを備え、各ソーラーパネルアセンブリは、前記中心柱内の前記１つ以上の開口部のうちの１つの開口部によって分離される、請求項２に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項４】
前記１つ以上のソーラーパネルアセンブリの各々の前記第２のソーラーパネルは、前記ソーラーパネルアセンブリの前記第１のソーラーパネルを越えて半径方向に延在する、請求項３に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項５】
前記１つ以上の開口部の各々は、前記中心柱の前記内部の空洞内の１つのエアダクトに対応し、前記気流は、各エアダクトを通って移動する、請求項１に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項６】
前記ソーラーパネルの熱伝導性の表面は、前記開口部を通じて前記内部の空洞の中へ、熱気を含む前記気流を導く、請求項３に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項７】
前記内部の空洞内の前記気流は、前記中心柱の頂部に取り付けられたノズルにより濃縮される、請求項６に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項８】
前記ノズルを通る前記気流は、前記タービンの回転を作動させる前記複数のブレードに力を付与する、請求項７に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項９】
前記ソーラーパネルアセンブリは、前記第３のソーラーパネルの少なくとも一端に、熱気が前記空洞から出ていくことを可能にする貫通孔を含む、請求項１に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１０】
前記第１のソーラーパネル及び前記第２のソーラーパネルの前記それぞれの自由端は、それぞれ、各ソーラーパネルアセンブリの前記空洞内に光を反射するように構成された上方への反りを含む、請求項１に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１１】
前記第１のソーラーパネルおよび前記第２のソーラーパネルの前記それぞれの自由端の近傍に、前記空洞内に配置された１つ以上の光分散性の媒体をさらに含む、請求項１に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１２】
隣接する複数のソーラーパネルアセンブリは、１つのソーラーパネルアセンブリのボトムソーラーパネルの周囲が、隣接して下にあるソーラーパネルアセンブリのトップソーラーパネルの周囲を越えて延在しないように配置される、請求項３に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１３】
前記中心柱を取り付けるための基部をさらに備え、
前記基部は、前記システムによって生成された電気エネルギーを蓄えるための少なくとも１つのバッテリと、電力インバータと、エアポンプとを含む、請求項１に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１４】
１つ以上のソーラーパネルアセンブリおよび発電タービンを覆うための、透明なシェルをさらに備える、請求項１に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１５】
前記透明なシェルは、フィルターを通して周囲の空気が流入するのを可能にし、前記周囲の空気が前記システムから出ていくことのできる開口を有し、かつ、前記透明なシェルの外面に、デブリを除去するために気流を噴霧するダクトを含む、請求項１４に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１６】
前記ソーラーパネルアセンブリは、前記中心柱に取り付けられ、前記第１のソーラーパネル、前記第２のソーラーパネルおよび前記第３のソーラーパネルを支持する、１つ以上のラックをさらに備え、
前記１つ以上のラックは、空気および光の通過を妨げない開口を含む、請求項１に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１７】
各ソーラーパネルアセンブリの前記第１のソーラーパネルおよび前記第２のソーラーパネルは、前記１つ以上の光電池のそれぞれを収容する透明なシェルを含む、請求項１に記載の太陽エネルギー収集システム。
【請求項１８】
ソーラーパネルおよび熱気タービンから電力を作り出すための方法であって、
複数のソーラーパネルを中心柱の周囲に同心に積み重ねる工程と、
空気を気流タービンに付与するために、前記中心柱の内部に形成された複数のエアダクトを通じて、前記中心柱の複数の開口部をノズルと接続する工程と、
前記ソーラーパネルおよび気流タービンから収集されたエネルギーを供給する工程と、を含み、
前記複数のソーラーパネルは、鉛直方向に離隔され、円錐構造を形成するように配置される、ソーラーパネルおよび熱気タービンから電力を作り出すための方法。
【請求項１９】
電力を発生させるための装置であって、
ソーラーパネルと、
前記ソーラーパネルの表面に取り付けられた透明な収容部と、
前記ソーラーパネルの前記表面に取り付けられ、かつ、前記透明な収容部内に収容される複数の太陽エネルギー収集システムと、を備えており、
各太陽エネルギー収集システムは、
内部の空洞および中心柱の高さに沿って１つ以上の開口部を含む前記中心柱と、
１つ以上のソーラーパネルアセンブリと、
前記中心柱の頂部に配置され、かつ、回転ハブと、前記開口部を介して前記中心柱の前記内部の空洞に入る気流を受け取るように構成された複数のブレードとを有する発電タービンと、
各ソーラーパネルアセンブリの１つ以上の光電池と前記発電タービンとから得られる電力を供給するための電気導体と、を備えており、
前記１つ以上の開口部は、前記中心柱の前記内部の空洞へ空気が流れることを可能にし、
各ソーラーパネルアセンブリは、
前記１つ以上の光電池を有し、かつ、前記中心柱から半径方向に延在する、第１のソーラーパネルと、
前記１つ以上の光電池を有し、前記中心柱から半径方向に延在し、かつ、前記第１のソーラーパネルの下に配置される、第２のソーラーパネルと、
前記１つ以上の光電池を有し、かつ、前記第１のソーラーパネルと前記第２のソーラーパネルと、の間に縦に配置される、第３のソーラーパネルと、を備え、
前記第３のソーラーパネルは、前記中心柱の近傍にあり、前記第１のソーラーパネルと前記第２のソーラーパネルとのそれぞれの自由端は、前記第１のソーラーパネルと、前記第２のソーラーパネルと、前記第３のソーラーパネルと、の間に空洞を形成するように離隔されており、光は、前記空洞に入射し、前記第１のソーラーパネルと、前記第２のソーラーパネルと、前記第３のソーラーパネルとの前記１つ以上の光電池により吸収されて、電力を発生させ、
前記気流は、上方に移動し、前記複数のブレードを駆動し、前記回転ハブを回転させ、電力を発生させる、電力を発生させるための装置。
【請求項２０】
ソーラーファームシステムであって、
請求項１９に記載の装置を複数備え、
各装置は、各装置の各太陽エネルギー収集システムに取り付けられた一連のダクトによって中央の発電タービンに接続され、
各一連のダクトは、接続エアダクトによって前記中央の発電タービンにさらに接続され、
気流は、各太陽エネルギー収集システムから前記一連のダクト内に進み、前記接続エアダクト内に進み、前記中央の発電タービンを通って発電する、ソーラーファームシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本開示は一般に、光および熱エネルギーを含む、太陽エネルギーを集め、その集められたエネルギーを電力へと変換する、太陽エネルギー変換システムに関するものである。より詳細には、本開示は、周囲条件に開放され、集められる太陽エネルギーを最大とすべく「ツリー」の形に配置される太陽エネルギー収集装置のアセンブリを有する太陽エネルギー収集システムを含んでいる。
【０００２】
〔背景技術〕
再生可能、高効率でかつ費用対効果の大きいエネルギー源は地球規模でますます必要になっている。ますます高価で、信頼性が低く、環境リスクの大きな化石燃料と、電力を含む、エネルギーの世界的な需要の高まりとにより、代替となる、安全でクリーンで広く使用可能で、費用対効果が大きく、環境にやさしく、そして再生可能な形態のエネルギーが必要とされている。太陽電池を用いた太陽光（Ｓｏｌａｒ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ））発電は、住宅用、商業用、産業用そして公益事業での用途のニーズを満たすのに、唯一適している。したがって、一般に太陽電池デバイス、特に太陽電池アレイは、極めて効率的であることが望まれている。太陽電池アレイをできる限り効率的にすることで、その全体的な受け入れはますます拡がるだろう。そのうえ、太陽エネルギーの明らかな環境上の利点は、人々が使用することの利益によって、さらに高められる。
【０００３】
しかしながら、太陽電池デバイスとソーラーパネルアセンブリとは克服すべきある非効率性を持っている。従来、太陽電池は２０％未満の効率であり、これは太陽光の８０％以上が反射されてしまうことを意味している。ソーラーパネルの現在のコスト構造の一端は、太陽電池に反射防止層を加えることにある。従って、反射された光エネルギーを反射するよりもむしろそれを利用し、ソーラーパネル上に高価な反射防止層を必要としないソーラーパネルアセンブリを提供することは有益であろう。
【０００４】
さらに、太陽に長時間曝されたあとで、ソーラーパネルは高温となり、その効率を失い始める。そういうわけで、ソーラーパネルの温度を最適な動作範囲内に保つことは有益であろう。
【０００５】
さらに、ソーラーパネルは典型的には時の経過とともに効率を失う。従って、ソーラーパネルを必要に応じて簡単に交換できる太陽エネルギー収集装置の構造を提供することは有益であろう。
【０００６】
したがって、特にソーラーパネルとソーラーパネルアセンブリの構造との全体的な動作、品質および信頼性を改善することが望まれている。本明細書で説明される技術は、空間のより効率的な活用をもたらし、太陽から放射される熱エネルギーを利用し役立て得る多層的なアプローチを企図している。
【０００７】
〔発明の概要〕
上記課題に対処するため、本発明は多重反射を介して光エネルギーと熱エネルギーとを捕捉し、エネルギーを電気に変換することを目的とする。すなわち、本発明では、高価な反射防止層を必要としない。さらに、本発明では、ソーラーパネルに受け取られた熱エネルギーはタービン発電機を作動させる熱気の煙突効果を通じて、電気エネルギーに変換される。そうすることにより、それは、ソーラーパネルを周囲の温度に近づけることで、ソーラーパネルの効率を維持する。
【０００８】
本発明は、既存の太陽エネルギー収集システムに対して多数の利点を提供する。本発明において、ソーラーパネルはツリーのような構造に配置され、透明な外シェルは風雨等の自然力からの保護を提供する。ソーラーパネルアセンブリをツリー状に配置することで、ソーラーパネルが光エネルギーの大部分を吸収するように、ソーラーパネル間で光を複数回反射させることが可能になる。時の経過により外シェルが変色した場合には、最低限のコストで交換することができる。太陽光発電の技術が常に変化しているが、本発明によってソーラーパネルを簡単に交換したりアップグレードしたりすることができるようになる。更に、外シェルの傾きは従来のソーラーパネル設備と比較してはるかに急である。よって、重力が外シェルから大部分の障害物とごみを除去するのを助け、それゆえ効率が維持される。内蔵の気流システムは、外シェルからより細かなダスト粒子を取り除く。
【０００９】
本発明の一実施形態は、太陽エネルギー収集システムであって、内部の空洞と中心柱の高さに沿った１つ以上の開口部とを含む鉛直（縦）の前記中心柱と、１つ以上のソーラーパネルアセンブリと、前記中心柱の頂部に配置されて、回転ハブと、内部の空洞を介して気流を受け取る複数のブレードとを備える発電タービンと、各ソーラーパネルの複数の光電池および発電タービンから得られる電力を供給するための電気導体と、を備えており、各ソーラーパネルアセンブリは、前記中心柱から半径方向に延びる第１のソーラーパネルと、前記第１のソーラーパネルの下に配置され、前記第１のソーラーパネルを越えるように前記中心柱から延びる第２のソーラーパネルと、前記第１のソーラーパネルと前記第２のソーラーパネルとの間に縦に配置され、前記中心柱に近接する第３のソーラーパネルとを含み、前記第１のソーラーパネルと前記第２のソーラーパネルとのそれぞれの自由端は光の入り口により分離される、太陽エネルギー収集システムに関するものである。
【００１０】
本発明のいくつかの実施形態では、前記第１のソーラーパネルは熱伝導性の上面と、光を吸収および反射する光起電性の下面とを含み、前記第２のソーラーパネルは光を吸収および反射する光起電性の上面と、熱伝導性の下面とを含み、前記第３のソーラーパネルは光を吸収および反射する光起電性の外面と、熱伝導性の内面とを含む。２つ以上のソーラーパネルアセンブリは、前記中心柱上に異なる高さで同心に積層されてもよく、ここで、各ソーラーパネルアセンブリは、前記中心柱内の対応する開口部によって分離される。さらに、各開口部は前記中心柱の前記内部の空洞内の複数のエアダクトのうちの１つに対応してもよく、ここで、前記エアダクトは、その基部よりも狭い頂部を有する煙突を形成する。前記複数のエアダクトは、同心の層に配置され、複数のセグメントに分割される。
【００１１】
本発明の追加の実施形態では、前記ソーラーパネルの熱伝導表面が熱気を、前記開口部を通じて前記内部の空洞に流入させる。前記複数のエアダクトを通って上昇する熱気は、ノズルによって熱気流へと濃縮されてもよい。前記熱気流は、前記タービンの回転を作動させる前記複数のブレードに力を付与することができる。
【００１２】
本発明の他の実施形態では、前記ソーラーパネルアセンブリが前記第３のソーラーパネルの少なくとも一端に、熱気を逃がすことができる貫通孔を含む。さらに、前記第１のソーラーパネル及び前記第２のパネルの各自由端は、それぞれ、前記ソーラーパネルアセンブリに光を反射するように構成された上方への反りを含んでもよい。更に、前記第１及び前記第２のパネルは、光が各ソーラーパネルアセンブリの光起電性表面の間で複数回反射できるように間隔を置いて配置される。１つ以上の光分散性の媒体が、各自由端に近接する前記第１のソーラーパネルと前記第２のソーラーパネルとの間の空間に配置されてもよい。
【００１３】
本発明のいくつかの構成では、全ての隣接するソーラーパネルアセンブリは、１つのソーラーパネルアセンブリのボトムソーラーパネルの周囲が、隣接して下にあるソーラーパネルアセンブリのトップソーラーパネルの周囲を越えて延在しないように配置される。基部は前記中心柱を取り付けるために設けられてもよく、前記基部は電気エネルギーを蓄積するための少なくとも１つのバッテリ、１つの電力インバータ、および１つのエアポンプを含む。透明なシェルは保護のために、１つ以上のソーラーパネルアセンブリ及び発電タービンを覆うことができる。前記透明なシェルは空気フィルターを通して周囲の空気が流入するのを可能にしてもよく、前記透明シェルは、前記流入する周囲の空気が前記システムから出て周囲の空気と混合することができる開口を有する。前記透明シェルは、気流を外面に噴霧するためのダクトを含んでもよい。
【００１４】
本発明の実施形態は、前記第１のソーラーパネル、前記第２のソーラーパネル、及び前記第３のソーラーパネルを支持するラックをさらに含んでもよく、前記ラックは空気と光との通過を妨げない開口を含む。
【００１５】
本発明の他の実施形態は、ソーラーパネルと熱気タービンから電力を作り出すための方法であって、複数のソーラーパネルを中央柱の周囲に同心に積み重ねる工程と、気流タービンに空気を付与するために、前記中心柱内の前記複数の開口部を、前記中心柱内の複数のエアダクトを通じてノズルと接続する工程と、前記ソーラーパネルおよび気流タービンから収集されたエネルギーを供給する工程と、を含み、前記ソーラーパネルが鉛直に離隔され、円錐構造を形成するように配置される、ソーラーパネルと熱気タービンから電力を作り出すための方法に関するものである。
【００１６】
本発明のさらに他の実施形態は、発電のための装置であって、基部上に鉛直（縦）に取り付けられた中心柱と、前記中心柱から半径方向に延びる同心のラックを有する支持構造と、各ラックに取り付けられた少なくとも１つのソーラーパネルと、前記中心柱の頂部に配置された気流タービンと、各ソーラーパネル内の光電池および前記発電タービンから得た電力を供給するための電気導体とを含み、前記ラックは、前記中心柱に沿って異なる鉛直距離に位置し、かつ、前記ソーラーパネルを支持する構成を有し、各ラックは前記ラックを通じた空気および光の通過を妨げず、各ソーラーパネルは、前記ソーラーパネルの半径方向縁部に形成される湾曲した反射部を含み、前記中心柱は、加熱された空気を前記気流タービンに向けて導くための１つ以上の開口部およびダクトを有する、発電のための装置に関するものである。
【００１７】
前述の概要は、例示的なものにすぎず、決して限定的なものであることを意図するものではない。上述の例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、図面および以下の詳細な説明を参照することによって明らかとなるだろう。
【００１８】
〔図面の簡単な説明〕
本発明のさらなる特徴と利点とは、提案されたソーラーパネルのより好ましいものの排他的ではないような実施形態の説明からより明らかになり、添付の図面では、本発明を限定しないような例示のみによって示される。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態による太陽エネルギー収集装置アセンブリの全体構造の概  略図である。
【００２０】
図２は、本発明の他の実施形態による太陽エネルギー収集装置アセンブリの全体構造の概略図である。
【００２１】
図３Ａは、パネル周囲の厚みを示すソーラーパネルの底面図である。
【００２２】
図３Ｂは、図３Ａのソーラーパネルの上面斜視図である。
【００２３】
図３Ｃは、図３Ａのソーラーパネルの底面斜視図である。
【００２４】
図３Ｄは、パネル周囲の厚みを示すサイドソーラーパネルの底面図である。
【００２５】
図３Ｅは、図３Ｄのサイドソーラーパネルの上面斜視図である。
【００２６】
図３Ｆは、図３Ｄのサイドソーラーパネルの底面斜視図である。
【００２７】
図３Ｇは、パネル周囲の厚みを示すソーラーパネルの底面図である。
【００２８】
図３Ｈは、図３Ｇのソーラーパネルの上面斜視図である。
【００２９】
図３Ｉは、図３Ｇのソーラーパネルの底面斜視図である。
【００３０】
図４は、本発明の一実施形態による、それぞれが２つの円錐状のソーラーパネルと１つのサイドソーラーパネルとを有する、２つのソーラーパネルアセンブリの構成の分解図である。
【００３１】
図５は、本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリおよび太陽エネルギー収集装置アセンブリ内の光の相互作用の詳細な断面図である。
【００３２】
図６は、本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリおよび太陽エネルギー収集装置アセンブリ内の光の相互作用の詳細な断面図である。
【００３３】
図７は、本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリおよび太陽エネルギー収集装置アセンブリ内の熱伝導の詳細な断面図である。
【００３４】
図８Ａは、本発明の一実施形態による、前記システム内の太陽エネルギー収集装置アセンブリおよび気流の詳細な断面図である。
【００３５】
図８Ｂは、本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリの中心柱内のエアダクトの上面図である。
【００３６】
図９Ａは、本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリおよびエアダクトの詳細な断面図である。
【００３７】
図９Ｂは、本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリの中心柱内のエアダクトの上面図である。
【００３８】
図９Ｃは、太陽エネルギー収集装置アセンブリにおける太陽光曝露の説明図である。
【００３９】
図１０Ａは、本発明の一実施形態による、タービンが熱気の流れを作動させる様子を示す太陽エネルギー収集装置アセンブリのタービンシステムの詳細な断面図である。
【００４０】
図１０Ｂは、本発明の他の実施形態による、タービンが熱気の流れを作動させる様子を示す太陽エネルギー収集装置アセンブリのタービンシステムの詳細な断面図である。
【００４１】
図１１Ａは、本発明の一実施形態による、ソーラーパネルアセンブリの構成の詳細な断面図である。
【００４２】
図１１Ｂは、本発明の一実施形態による、円形のソーラーパネルの構成の上面図である。
【００４３】
図１１Ｃは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルラックの上面図である。
【００４４】
図１１Ｄは、本発明の一実施形態による、ソーラーパネルおよび透明なケースの構成の部分断面図である。
【００４５】
図１２は、本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置を清浄にするための送風ダクトシステムの概略図である。
【００４６】
図１３Ａは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【００４７】
図１３Ｂは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【００４８】
図１３Ｃは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【００４９】
図１３Ｄは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【００５０】
図１３Ｅは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【００５１】
図１３Ｆは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【００５２】
図１３Ｇは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【００５３】
図１３Ｈは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【００５４】
図１３Ｉは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【００５５】
図１３Ｊは、本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【００５６】
図１４は、本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリおよび光屈折プリズムを伴う光の相互作用の詳細な断面図である。
【００５７】
図１５Ａは、本発明の一実施形態による透明な収容セグメントの斜視図である。
【００５８】
図１５Ｂは、本発明の一実施形態による太陽電池パネルの斜視図である。
【００５９】
図１５Ｃは、本発明の一実施形態による、図１５Ｂの光電池パネルを図１５Ａの透明な収容セグメントに挿入することで形成される、ソーラーパネルアセンブリのパネルセグメントの斜視図である。
【００６０】
図１６は、図１５に示す複数のパネルセグメントからなるソーラーパネルの一実施形態の上面図である。
【００６１】
図１７Ａは、多数の小型ソーラーツリーアセンブリを有し、空気が前記アセンブリに出入りすることを可能にするソーラーパネルアセンブリの実施形態の側面図である。
【００６２】
図１７Ｂは、多数の小型ソーラーツリーアセンブリを有する閉じたソーラーパネルアセンブリの実施形態の側面図である。
【００６３】
図１７Ｃは、多数の小型ソーラーツリーアセンブリを有する閉じたソーラーパネルアセンブリの実施形態の側面図である。
【００６４】
図１８は、前記実施形態の発電ユニットをさらに示す、図１７Ａのソーラーパネルアセンブリの実施形態の斜視図である。
【００６５】
〔発明を実施するための形態〕
さて、以下、本発明の実施形態について、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照しながら、より十分に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載された例示の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、本明細書で説明される実施形態は、本開示が完璧かつ完全であり、本発明の全範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。同じ参照符号は全体を通して同じ要素を指す。添付の図面を参照する際の便宜のために、方向に関わる用語は、参照と例示のみのために使用される。例えば、「上部の」、「下部の」、「上に」、「下に」、「頂部」、「底部」などの方向に関わる用語は、関係位置を示すために使用されている。
【００６６】
ソーラーパネルの説明に関する「略円錐形」は、その形状の頂部から底部へと増加する幅を有し、その除かれた頂部は問題とされず、逆さまの漏斗に類似した、または全体的な円錐形の底面の周りに上向きの反りをもった、全体的な円錐形を意味する。
【００６７】
本発明は、その変形や同等のものは当業者には明らかであろうから、構成、動作、正確な素材、または図示され説明された実施形態の正確な詳細に限定されないことを理解されたい。図面および明細書では、本発明の例示的な実施形態が開示されており、また特定の用語が使用されているけれども、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的とするものではない。
【００６８】
別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明の開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書で定義されるような用語は、関連技術および／または本明細書の文脈においてそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであることが、さらに理解されるであろう。
【００６９】
図１を参照すると、太陽エネルギー収集装置システム１００の好ましい実施形態は、略円錐形であって、地面又は基部１０６に取り付けられてもよい鉛直（縦）の中心柱１８０に同心に配置され取り付けられた、複数のソーラーパネルアセンブリ１１０を備える。中心柱１８０は、システム１００から熱気を集め換気するための熱気ダクト１８１を収容する１つ以上の内部の空洞を含む。太陽１からの、矢印で表される光２は、各ソーラーパネルアセンブリ１１０の複数の反射面で複数回反射される。光の多重反射は、各アセンブリ１１０のパネルによって吸収される熱エネルギーおよび光エネルギーを増加させる。気流タービン１５０の位置する、システム１００の頂部に向かって位置するソーラーパネルアセンブリ１１０の直径は、当該システムの底部に向かって位置するソーラーパネルアセンブリに比べて概して小さく、その結果、太陽エネルギーツリーシステム１００の全体的な形状は略円錐形である。
【００７０】
太陽エネルギー収集装置システム１００はシステムを風雨等の自然力から保護するために、透明な外シェル１０７に封入されてもよい。周囲の空気は、システムに入る空気を濾過するためのエアフィルタ（破線で表される）で構成される開口１０７ａを通ってシェル１０７に入ってもよい。空気がシステムに入ると、ソーラーパネルアセンブリ１１０との接触を通して加熱され、熱気ダクト１８１に至る開口部１４５を通って中心柱１８０に入る。熱気はシステム１００の頂部まで上昇し、「煙突」効果を作り出す。好ましくは略円錐形状を有するノズル１８４は、発電気流タービン１５０を構成するブレード１５４に力が分け与えられるように、気流の力を増幅するために、中心柱１８０を通って上昇する熱い気流を集め濃縮する。この気流によってブレードが回転し、気流タービン１５０の回転エネルギーが電気エネルギーに変換される。続いて、熱気は、排気導管１０７ｂを通ってシステム１００から逃げる。
【００７１】
中心柱１８０は、基部１０６上に鉛直に取り付けられる。基部１０６は、ソーラーパネルを介して捕捉された電気エネルギーと、気流タービン１５０を介して捕捉され変換された気流エネルギーとを蓄積するために、システムの１つ以上のソーラーパネルおよび／または気流タービン１５０に電気的に接続された１つ以上のバッテリ１８５を収容してもよい。基部１０６はさらに、システム１００によって生成されたDCエネルギーを、建物または電力グリッドの従来の電気システムによって使用可能なACエネルギーに変換するためのインバータ１８６を収容してもよい。基部１０６はさらに、図１２により詳細に示すように、外シェル１０７を清浄にする気流１７２（図１の矢印で示される）を生み出すために空気を排出するエアダクト１７１に空気を注入するエアポンプ１７６を収容してもよい。
【００７２】
中心柱１８０は、１つ以上の材料で作ることができる。例えば、このような材料としては、金属、セラミック、コンクリート、樹脂、プラスチック、複合材料、木材、木材複合材料、ガラス、ゴム、カーボンなどが挙げられる。基部１０６は例えば、金属、セラミック、コンクリート、樹脂、プラスチック、複合材料、木材、木材複合材料、ガラス、ゴム、カーボン等のような１つ以上の材料で作ることができる。外シェル１０７は１つ以上の材料で作ることができるが、主として、例えば、ガラス、アクリル樹脂、樹脂、複合材料などの透明材料で作ることができる。シェル１０７は例えば、金属、セラミック、コンクリート、樹脂、プラスチック、複合材料、木材、木材複合材料、ガラス、ゴム、カーボン等のような不透明材料で作られたいくつかの部品を含むことができる。このような不透明材料は、シェル１０７を支持し安定させるフレーム及び複数のフレーム構成要素に使用される複数の部品を形成する。
【００７３】
図２を参照すると、太陽エネルギーツリーシステム１００の代替実施形態が示されており、システムの寸法及び設置が、必要に応じて異なる基準又は選択に適合するように変化してもよいことが示されている。図２に示されるシステムの他の全ての構成要素は図１のシステムと同じであるが、しかしながら、基部１０６および図１で識別されるその構成要素はシステム１００の設置面積を節約するために、地面または地下に配置されてもよい。さらに、中心柱１８０は、様々な高さであってもよく、および／または様々な数のソーラーパネルアセンブリ１１０を含んでもよい。
【００７４】
図３Ａ〜３Ｉは、ソーラーパネルアセンブリ１１０の実施形態の構成要素、すなわち、ボトムパネル１２１、サイドパネル１４１、及びトップパネル１３１の種々の図を提供する。図３Ａ〜３Ｃは、ボトムパネル１２１の種々の図を示す。斜交平行線の表面シェーディングは、光エネルギーを吸収するための光起電性材料を示す。点線の表面シェーディングは熱伝導材料を示す。図３Ａはパネル周囲の厚みを示すボトムパネルの底面図を示し、外側または上部の層１２１ａは光起電性材料であり、内側または下部の層１２１ｂは熱伝導性表面または材料である。図３Ｂは、外側光起電性表面１２１ａを有するボトムパネル１２１の上面図を示す。図３Ｃは、内側熱伝導層１２１ｂを有するボトムパネル１２１の底面図を示す。図３Ｇはパネル周囲の厚みを示すトップソーラーパネル１３１の底面図を示し、外側または上部の層１３１ａは熱伝導性材料層であり、内側または下部の層１３１ｂは光起電性の層または材料である。図３Ｈは、外側熱伝導面１３１ａを有するトップパネル１３１の上面図を示す。図３Ｉは、内側光起電性層１３１ｂを有するトップパネル１３１の底面図を示す。図３Ｄはパネル周囲の厚みを示すサイドソーラーパネル１４１の底面図を示し、外側の層１４１ａは光起電性の層又は材料であり、内側の層１４１ｂは熱伝導性の層又は材料である。サイドソーラーパネル１４１の上面図は、図３Ｄと同じである。図３Ｅ及び図３Ｆでは、サイドソーラーパネルの双曲面構造及び形状が示されており、外面１４１ａは光起電性であり、内面１４１ｂは熱伝導性である。
【００７５】
図４は、２つのソーラーパネルアセンブリ１１０、アセンブリ１１０ａ及びアセンブリ１１０ｂの分解図を示す。各アセンブリ１１０ａおよび１１０ｂにおいて、円形または楕円形のボトムソーラーパネル１２１がサイドソーラーパネル１４１の下に配置され、貫通孔１４６によって少なくとも部分的にサイドソーラーパネルから分離される。円形または楕円形のトップソーラーパネル１３１は同じサイドソーラーパネル１４１の上に配置され、各ソーラーパネルアセンブリ１１０ａおよび１１０ｂの同様の貫通孔１４６によって、少なくとも部分的に、サイドパネルから分離される。図４はアセンブリ１１０ａ及び１１０ｂの分解図を示すが、各アセンブリはトップパネル１３１の頂部開口１４３がサイドパネル１４１の高さだけボトムパネル１２１の頂部開口から鉛直に分離されるように典型的には配置される。各貫通孔１４６は、アセンブリ１１０ａのパネル１２１とアセンブリ１１０ｂのパネル１３１との間のような、システム内に配置された複数のアセンブリ間の通路２１０内へと、空洞１４７から熱を逃がすことを可能にする。いくつかの実施態様において、ソーラーパネル１２１及び／又は１３１は、パネルの中心から周囲へ半径方向に延びるアセンブリ１１０ｂのパネル１２１上などに光反射リッジ１９０を含んでもよい。太陽光への曝露量を最大にするために、１つ以上のリッジ１９０をパネル上に使用してもよい。さらに、各アセンブリ１１０ａおよび１１０ｂのパネル１２１、１３１、および１４１は図３Ａ〜３Ｉによって示され、説明されるように、光起電性および熱伝導性の層または表面を有する。
【００７６】
各アセンブリ１１０ａ及び１１０ｂにおいて、トップソーラーパネル１３１の直径は、ボトムソーラーパネル１２１の直径以下である。ソーラーパネル１２１および１３１が楕円形である場合、直径はパネル１２１および１３１の平均直径を指す。アセンブリが円形又は楕円形に一致しない場合、直径は、アセンブリ１１０のパネル１２１及び１３１が中心柱１８０から半径方向に延びる最大の長さを指す。
【００７７】
さらに、各アセンブリ１１０が光を受け取り、ツリー状の構造を付与することを可能にするために、各連続するアセンブリ１１０の全体の最大直径は、前にあるアセンブリよりも大きく、また地面に近づくにつれて大きくなる。全体の最大直径は、ソーラーパネルアセンブリ１１０のボトムパネル１２１の直径を指す。アセンブリ１１０の形状が楕円形である場合、全体の最大直径は、アセンブリ１１０のボトムソーラーパネル１２１の平均直径を指す。アセンブリが円形又は楕円形に一致しない場合、全体の最大直径は、中心柱１８０から半径方向に延びるアセンブリ１１０のボトムソーラーパネル１２１の最大の長さを指す。一般に、それらが連続的に地面に接近して配置されるにつれ、各アセンブリ１１０のサイズが増大することは、例えば、図１に示されるような三角形の断面形状を与えるだろうことが理解されるだろう。そういうわけで、アセンブリ１１０ｂ内のパネル１２１の直径は、図４のアセンブリ１１０ａ内のパネル１２１の直径よりも大きいだろう。
【００７８】
図５を参照すると、システム１００の一実施形態は中心柱１８０の周囲に配置された略円錐状のソーラーパネル１２１および１３１を有するいくつかのソーラーパネルアセンブリ１１０を有し、各アセンブリ１１０のソーラーパネル１２１および１３１は中心柱の縦軸から半径方向に離れて延在し、中心柱への取り付け点に対して下向きに傾斜する。そういうわけで、アセンブリ１１０のソーラーパネルの各層は略円錐形状を形成してもよく、ここで、各層の自由端は、中心柱の縦軸を基準として、結合点により定義される頂点に対して、円錐の基部によりその外周を画定される。２つの縦に隣接するアセンブリがどのように配置されるかを示すために、上側のアセンブリ１１０は、図５の中心柱の左側面にのみ示されている。システム１００のこの実施形態におけるパネル１２１および１３１は略円錐形であり、頂部開口を通してパネルを中心柱上に挿入することを可能にするために、円錐の頂部が欠けているので、上側のアセンブリは、中心柱の右側にも対称的な構造を有する。
【００７９】
中心柱は、地面に対して鉛直または実質的に鉛直に向けられる。各ソーラーパネル１２１、１３１、及び１４１は少なくとも１つの個々のソーラーパネルを備えるが、各々が好ましくは多数の個々のソーラーパネル部分の設置を含み、これらのソーラーパネル部分は中心柱に取り付けられた１つ以上の剛性構造によって支持される。剛性構造は単一のアセンブリとしてソーラーパネル１２１及び１３１の両方を支持してもよく、又は各ソーラーパネル１２１、１３１は、別個の対応する剛性構造によって支持されてもよい。サイドソーラーパネル１４１は、２つの層の間に縦に配置され、中心柱１８０に近接している。介在するサイドパネル１４１を有するソーラーパネル１２１及び１３１は、単一の構造体を形成してもよく、又は個々の構成要素を形成してもよい。
【００８０】
さらに図５を参照すると、好ましい実施形態では、各ソーラーパネルアセンブリ１１０は同心に積層された２つのソーラーパネル１２１及び１３１と、中心柱１８０に近接してパネル１２１及び１３１の間に配置されたサイドパネル１４１とを備える。各アセンブリ１１０において、下側の又はボトムソーラーパネル１２１は、光起電性面とも呼ばれる光吸収及び反射上面１２１ａと、熱エネルギーを捕捉するための熱伝導下面１２１ｂとを有する。上部ソーラーパネル１３１は、光吸収および反射下面１３１ｂと、熱エネルギーを捕捉するための熱伝導上面１３１ａとを有する。光吸収・反射外面１４１ａと、熱エネルギーを捕捉する熱伝導内面１４１ｂとを提供するサイドソーラーパネル１４１は、中心柱１８０に近接して、パネル１２１と１３１との間に配置される。アセンブリ１１０の下部ソーラーパネル１２１、上部ソーラーパネル１３１、及びサイドパネル１４１によって画定される３つの側面を有し、略U字形状の断面を有する空洞１４７内に光は受けとられる。当該光は、パネル１２１及び１３１の自由端によって画定されるギャップを通って当該空洞に入射する。アセンブリ１１０の好ましい実施形態は、空洞１４７内へのさらなる太陽光の捕捉及び反射を可能にするために、空に向かって上方に湾曲するソーラーパネル１２１及び１３１の各々の自由端に、又は周囲に、連続した反り１６１を含む。反り１６１はソーラーパネルアセンブリ上に光を反射して戻し、太陽１が正午あたりの空高くに位置している間、光を空洞１４７へと反射するのに特に有用である。さもなければ、互いの上部に鉛直に積み重ねられた略水平のソーラーパネルは、その構造の内部が光を受け取らないような時間中、効率を失うだろう。下部パネル１２１の半径方向の長さは、光の捕捉を最大にするために、上部パネル１３１の半径方向の長さよりも長くしてもよい。
【００８１】
図５の太陽１からの矢印で表されるように、太陽光２はアセンブリ１１０の空洞１４７に入射し、同じアセンブリ１１０内のソーラーパネル１３１の下面１３１ｂ、サイドソーラーパネル１４１の外面１４１ａ、およびソーラーパネル１２１の上面１２１ａの間で、複数回反射する。したがって、太陽の光エネルギーの大部分は、これらのパネルによって吸収されるだろう。本発明の実施形態は、平坦な、円錐形の、または凸状のソーラーパネルを利用することができる。ソーラーパネル１２１、１３１、及び１４１は、１つのアセンブリとして構成することができる。サイドパネル１４１は、パネル１２１及び１３１と組み合わせることができる。サイドパネル１４１の一方または両方の端部にある、ソーラーパネルアセンブリ１１０内の孔１４６によって、熱が、ソーラーパネルアセンブリ１１０の空洞１４７から、およびサイドパネル１４１の裏から逃げることができる。各ソーラーパネルアセンブリ１１０は、図１１Ａ〜１１Ｄに関して後述する、ソーラーパネル１２１及び１３１を保持するラック１４０を更に備えることができる。
【００８２】
限定ではなく一例として、２つの隣接するソーラーパネルアセンブリ１１０間の相互作用を、図６、７、及び８Ａ〜８Ｂを参照してさらに説明する。
【００８３】
図６はソーラーパネル１２１および１３１のそれぞれの自由端における反り１６１の有益な特性を示し、太陽１は、システム１００に対して太陽正午（ｓｏｌａｒ  ｎｏｏｎ）またはその近くに位置している。太陽光２は、地面に対して実質的に９０°の角度で下方を向き、真昼の光がアセンブリ１１０およびシステム１００とどのように相互作用するかを表している。各ソーラーパネル１２１及び１３１の自由端は反り１６１を有するので、光は空洞１４７内に向けられる。各ソーラーパネル１２１及び１３１の自由端における反り１６１がなければ、光の吸収は午前及び午後の日中の時間の一部分にのみ最適であり、ここで、ボトムソーラーパネル１２１は、空洞１４７内に太陽光を最適に反射するように角度付けされるだろう。反りがあれば、日中のすべての時間にわたって最適な吸収が可能となるように、ボトムソーラーパネル１２１に沿って角度が提供される。
【００８４】
図７は、太陽光２へのソーラーパネルの曝露及びシステム１００内の対応する熱の移動を示す。太陽光２への直接の曝露の間、直射日光に曝されている各ボトムパネル１２１の曝露長さ１９８は、パネル１２１の非曝露長さ１９９よりも高温である。各パネル１２１の曝露長さ１９８からの熱は、伝導によって残りの非曝露長さ１９９に伝わるだろう。太陽光に曝露しないボトムパネル１２１の残りの非曝露の横方向表面領域は、熱を伝導するためのヒートシンクとしてさらに作用する。パネル１２１、１３１、１４１内の熱は、各空洞１４７内部の空気に伝達され、熱気ダクト１８１に通じる開口部１４５を通る気流を促進する。
【００８５】
図８Ａでは、システム１００内の２つのソーラーパネルアセンブリ１１０の間の熱及び熱気１９１の流れの動きを示すために、第１のソーラーパネルアセンブリ１１０が、第２のソーラーパネルアセンブリ１１０の上方に、隣接して図示されている。本発明の目的のために、熱気１９１は、熱がパネル１２１、１３１、および１４１から、そして空洞１４７に入る太陽光２から伝えられるとき、伝導する熱の移動を通じて空洞１４７および通路２１０内で熱せられる周囲の空気である。通路２１０は上側のアセンブリ１１０の表面１２１ｂと下側のアセンブリ１１０の表面１３１ａとの間に形成され、上記通路は、上側のアセンブリ１１０の下部パネル１２１および下側のアセンブリ１１０の上部パネル１３１の自由端から、中心柱１８０へ、開口部１４５を通って延在する。
【００８６】
さらに図８Ａを参照すると、空洞１４７および通路２１０内の周囲の空気は、パネル１２１、１３１、および１４１の表面に接触するときに加熱され、その結果、熱気１９１の流れを生成する。空洞１４７内の熱気１９１は貫通孔１４６を通って空洞から出て、通路２１０内に入り、中心柱１８０の開口部１４５を通る。各パネル１２１及び１３１の略円錐形状によって、熱気１９１は膨張及び密度差により上昇するため、貫通孔１４６を通り、そして通路２１０の先端に中心柱に沿って位置する開口部１４５を通って、上方に移動することができる。熱気１９１の流れは、中心柱１８０内で鉛直上方に延びる１つ以上の熱気ダクトによって形成される、鉛直な煙突１８２内の複数の熱気ダクト１８１の１つへ導かれる。ソーラーパネルアセンブリ１１０間の各通路２１０は、別個のダクト１８１に対応しており、熱気流は煙突１８２に入ることができる。太陽に曝されるとき、パネル１２１及び１３１の表面は、周囲の空気よりも高温になる。したがって、パネル１２１および１３１の表面の両側で接触する空気は、周囲の空気と比べてより速く加熱され、上昇することになる。
【００８７】
図８Ｂを参照すると、いくつかの実施態様において、熱気ダクト１８１は、中心柱１８０の煙突１８２内に同心円として配置されてもよい。煙突１８２内の熱気ダクト１８１の各層は、２つ以上のセグメント１９２に分割されてもよい。図８Ｂは、４つのセグメント１９２に分割された煙突の実施形態を示す。所与の時間に、各ソーラーパネルの一部が太陽１に曝露される。各ソーラーパネルの非曝露部１９９と比較して、周囲の空気は、曝露部１９８の周囲でより速く加熱され、上昇する。熱気１９１が煙突１８２に流入すると、各セグメント１９２は空気の温度差と空気の速さを維持することになる。図８Ｂの最も内側の円は最下部のパネルアセンブリ１１０と結びつき、最も外側の円は最上部のパネルアセンブリ１１０と結びついている。最下部のパネルアセンブリ１１０は最も幅が広く、したがって、最大の気流を発生させる。その逆もまたしかりである。より多くの熱気１９１の流れを収容するために、最も内側の環に対しては、煙突１８２内のより多くの容積が必要とされる。より狭い頂部に対してより広い基部を有する略円錐形の煙突１８２は、システムの性能を向上させる。しかしながら、煙突１８２は、直管状構造を有する円筒状であり得る。あるいは、より広い頂部に対してより狭い基部を有する煙突１８２が構想される。
【００８８】
図９Ａは、中心柱の内部中空領域内に略円錐形の煙突１８２を有するシステム１００の好ましい実施形態の、中心柱１８０のより詳細な断面図を示す。図９Ｂは中心柱１８０及び煙突１８２の上面図を示し、煙突１８２は、上方に延びるダクトＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、及びＤ５を含む。図９Ａに示されるように、ダクトＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、およびＤ５は、それぞれ、対応する開口部１４５の上方の中心柱１８０の内部表面に取り付けられ、中心柱の内部表面の円周の周りに連続的に延在する。各ダクトは代わりに、同様の方法で、対応する開口部１４５の下方に取り付けてもよい。ダクトをこのように構造化することで、互いに横方向に分離された複数の層を有する中心柱内に、層状の内部を有する煙突１８２が作り出される。各ダクトは空洞１４７および通路２１０からの熱気１９１の流れを煙突１８２を通って上方に導き、システム１００の頂部にあるタービン１５０を働かせて熱エネルギーを電気に変換する。
【００８９】
各ダクトは、図９Ｂのように上下面視において環を形成する。ダクトＤ１なる最も内側の環は底部のパネルアセンブリに対応する。ダクトＤ５なる最も外側の環は頂部のパネルアセンブリに対応する。Ｄ２−Ｄ４の環と対応するアセンブリ１１０は、その間にある。底部のパネルアセンブリは最も幅が広く、したがって、最大の気流を生成する。頂部のパネルアセンブリについては、その逆が然りである。５つのダクトＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、およびＤ５は例としてのみ示されており、システム１００を限定するものと解釈されるべきではない。システム１００は、少なくとも２つのダクト１８１を有する煙突１８２を有してもよい。煙突１８２の代替実施形態は、ダクトを２つ以上の別個の領域に分割する煙突セグメント１９２を含む。
【００９０】
所与の時間に、各パネルアセンブリの一部が直射日光２に曝露し、他の部分は曝露しない。太陽光に曝露しない同一のパネルアセンブリの別の部分（ＮＥ）と比較して、直射日光に曝露するパネルアセンブリの部分（Ｅ）から、空気はより速く上昇する。この曝露の違いを図９Ｃに示す。セグメント１９２は図９Ｂに示すように、煙突１８２内の空気の温度差と空気の速さを維持して、煙突１８２を通る熱気１９１の流れを最大にする。セグメント１９２は、アセンブリ１１０の曝露側（Ｅ）の熱気１９１内の熱が非曝露側（ＮＥ）の冷たい空気中に拡散するのを防止する。冷たい空気は煙突１８２およびタービン１５０を通る気流量を下げてしまうだろう。
【００９１】
図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、開示された発明の実施形態は、１つ以上の気流タービン１５０を含む。図１０Ａは、中心柱１８０の頂部又は頂点の上方に配置されたハブ１５５に接続された、構成ブレード１５４を有する気流タービン１５０の一実施形態を示す。上昇する熱気１９１の流れは、速度と圧力が増加し、気流ノズル１８４によって濃縮され、発電気流タービン１５０のブレード１５４の回転を引き起こし、したがって、タービン１５０により電気に変換される回転エネルギーを生成する。より広い基部とより狭い頂部とを有する煙突は、熱気１９１の流れの速さを増加させるだろう。その熱気の流れは、ノズル１８４で濃縮され、システム１００の頂部のタービン１５０を回転させる。熱気が気流タービン１５０に向かうと、熱気はブレード１５４に当たってブレードを回転させ、上述の実施形態と同様、発電作用によって電力を生み出す。図１０Ｂはタービン１５０の代替実施形態を示している。気流タービン１５０は、システム１００の構造から分離され、熱気１９１が導かれる空気導管１８７を介して接続されてもよい。
【００９２】
図１１Ａは更に、破線で示されるラック１４０上に支持されるように構成された、ソーラーパネル１２１及びソーラーパネル１３１を表す断面図を示す。アセンブリのこの実施形態では、セグメント化されたラック１４０が、システム１００の中心柱１８０に直接、取り付けられる。ソーラーパネル１２１及びソーラーパネル１３１は、下にあるラック１４０の上に敷設され、支持されている。本明細書の他の箇所に記載されるように、ラック１４０は、パネル１２１および１３１の熱伝導／対流または光吸収／反射を妨げないように、フレームを提供するか、そうでなければ複数の開口を含む。図１１Ｂは、図１１Ｃの上面図に図示するラック１４０上に位置づけることができる、ソーラーパネル１２１、及び／又はパネル１３１のセグメントの上面図である。図１１Ｄを参照すると、ソーラーパネル１２１及び１３１は、ソーラーパネルをさらに保護するために、透明なケース又はシェル１８３と、ケース内に収容された太陽電池とを備えてもよい。さらに、このようなケース１８３は、ソーラーパネル１２１／１３１およびラック１４０の上面図に示すように、ラック１４０上に直接、配置されてもよい。
【００９３】
図１２は、システム１００の外側を清浄にするために、ダクト１７１を通して空気を送るためのエアポンプ１７６を示す。気流１７２は、ダクト１７１を通ってポンプで送られ、シェル１０７の外面に吹き付ける。加えて、ダクト１７１は、更なる構造的強度を提供するために、シェル１０７に固定される。図１２は、図示を容易にするために、図１に示されるシステム１００の残りの部分がない状態の、エアダクト１７１と基部１０６内のエアポンプ１７６とを示す。エアダクト１７１は、シェル１０７の表面またはシェル内に固定されてもよい。さらに、ダクト１７１は図１２に示すように、エアダクト１７１の部材間およびシェル１０７の外面へ、空気を移動させるために操作可能に接続された、１つ以上の実質的に円形の部材に加えて、１つ以上の実質的に線形の部材を含んでもよい。エアポンプ１７６は、システム１００の外部を清浄にするために、必要に応じて、断続的に、バースト状に、または常に、気流１７２を提供するように構成してもよい。
【００９４】
ソーラーパネルは、図１３Ａ〜１３Ｊのさまざまな可能なソーラーパネル形状の上面図で図示されているように、種々の形状で実施してもよい。図１３Ａ〜１３Ｊでは、パネルが、完全な円または円の小さな部分、あるいは他の形状であることもできる、ということが示されている。当業者は、第三者によって販売されているような、様々なタイプのソーラーパネルを使用して、特許請求される発明を実施してもよい、ということを認識するだろう。
【００９５】
図１４は、例えばプリズムのような、光屈折装置２０１が太陽光２のスペクトルを分散するために使用される、システム１００の他の実施形態を示す。多くのシリコン系太陽電池は特定のスペクトルの光のみを吸収することができるので、効率を高めるために、スペクトル特異的な電池を使用することができる。したがって、ソーラーパネルは、様々なスペクトル特異的な電池から作ることができる。光を様々な成分に分散させることによって、スペクトル特異的な電池は、それ自体の光スペクトルを容易に吸収することができる。１つ以上の光分散性の媒体を１つ以上の層に加えてもよい。
【００９６】
図１５Ａ〜１５Ｃは、ソーラーパネルの一実施形態のパネルセグメント３００の斜視図である。パネルセグメント３００は、透明な収容セグメント３０１に挿入された太陽電池パネル３０３を備える。図１５Ａは透明な収容セグメント３０１を示し、これは、１つ以上のピン３０５を有する側面を除いて、ほぼ全ての側面が透明である。セグメント３０１の透明性は、太陽電池パネル３０３の上面及び下面の両方に沿った、光の吸収及び／又は反射を可能にする。１つ以上のピン３０５を有する側面は、中心柱の１つ以上の対応する開口に挿入された１つ以上のピン３０５を介して、中心柱１８０の外面に沿ってパネルセグメント３００を固定する。
【００９７】
収容セグメント３０１の理想的な材料は、ガラス、クリスタル、または同様の材料である。これらの材料は透明で熱伝導性がある。パネルセグメント３００の一方の側は光を必要とし、反対の側は周囲の空気に熱を伝達する必要がある。パネル３０３の熱伝導性の側は、透明な収容セグメント３０１に接触することになる。透明な収容セグメント３０１は、パネル３０３のための気密性および水密性のカバーを提供するために必要である。１つ以上のピン３０５を有する表面は透明である必要はなく、最小限の光がセグメント３００の一部と反応または相互作用をすることが予想される。図１５Ｂは、太陽電池パネル３０３を示す。ピン３０５は更に、バッテリ１８５に電気を伝えるために、太陽電池パネル３０３を電気システムに電気的に接続することができる。図１５Ｃは、透明な収容セグメント３０１内に固定された太陽電池パネル３０３を備えた完備のパネルセグメント３００を示す。パネルセグメント３００は電球と同様に、気密かつ水密であるべきである。また、パネルセグメント３００に適切なガスを充填して、太陽電池の寿命を伸ばすことができる。このような構成は、有機太陽電池またはペロブスカイト型太陽電池に有用である。
【００９８】
各パネルセグメント３００は先行の実施形態と同様に、自由縁部に沿って反り１６１をさらに含んでもよい。このような実施形態では、パネル３０３および収容セグメント３０１の両方が反り１６１を含む。
【００９９】
さらに、各パネル３０３は、その対応する透明な収容セグメント３０１から取り外し可能であってもよい。このように、各セグメント３０１は、気密かつ水密の封止を形成するために互いに接続するように形成された２つの別々の部分を含んでもよく、この２つの別々の部分はパネル３０３に対応し、パネル３０３を収容するセグメント内の空洞を形成する。
【０１００】
図１６は、ソーラーパネル３５０の一実施形態の上面図であり、それはボトムパネル１２１及び／又はトップパネル１３１に対応してもよく、図１５Ａ〜１５Ｃに示されるような複数のパネルセグメント３００からなっている。図１６のソーラーパネル３５０の実施形態は、８つのパネルセグメント３００を備える。しかし、円形または楕円形の形状を完成するために、ピン３０５を介して中心柱１８０に取り付けられた、パネル３５０のサイズおよび形状に基づく、合計１つ以上のパネルセグメント３００を含んでもよい。ソーラーパネル３５０は、図１〜８Ａに示され説明されるアセンブリ１１０におけるソーラーパネル１３１及び１２１と同様、ソーラーパネルアセンブリを完成させるためにもう１つのソーラーパネルと共に、中心柱１８０に取り付け可能である。図１６では、パネルセグメントが、ピン３０５を介して矢印で示す方向で、中心柱１８０に取り付けられる様子が示されている。
【０１０１】
図１７Ａ〜１７Ｃは、複数の小型ソーラーツリーアセンブリ４０２を有する、ソーラーパネルアセンブリ４００の実施形態の側面図である。複数のソーラーツリーアセンブリ４０２がソーラーパネル４０６に取り付けられており、ソーラーパネル４０６は、図示され説明された複数の実施形態に記載された基部１０６と同様に働く。ただし、ソーラーパネルそれ自体が、光を吸収、反射して、電気に変換できる点を除く。ソーラーツリーアセンブリ４０２の各々は、示され説明されたソーラーツリーシステム１００のうちの任意のものと同様の構造を備えてもよい。透明カバー４０４は、複数のソーラーツリーアセンブリ４０２及びソーラーパネル４０６上に据えられて、光がなおもカバーを通過することを可能にしながら、内部に収容された太陽電池及び他の構造を保護する。複数のソーラーツリーアセンブリ４０２をソーラーパネル４０６上に含めることによって、光吸収材料の総表面積は、所与の領域内で電気を生成するために最大化される。図１７Ａは、ソーラーパネルアセンブリ４００の一実施形態を示している。そこでは複数の開口４０９が透明カバー４０４の張り出しに存在しており、周囲の空気が該アセンブリ内を出入りできるようになっている。矢印は、ソーラーパネル４０６の周囲の開口４０９から入る周囲の空気と、カバー４０４の頂部から抜ける周囲の空気とを示す。図１７Ｂは、完全に密閉されたカバー４０４を有するアセンブリ４００の一実施形態を示す。そこでは、アセンブリ内への空気の出入りができないようになっている。図１７Ｃでは、完全に密閉されたカバー４０４を有するアセンブリ４００の一実施形態が示されている。そこでは、アセンブリ内への空気の出入りができないようになっている。こちらの実施形態は、円筒形または球形であってもよい。該アセンブリの曝露側が熱くなると、円筒形または球形は、太陽光を吸収するための光起電性表面を絶えず提供しながら、パネルを冷却するため回転をしてもよい。図１７Ｂおよび１７Ｃのアセンブリ４００は、両方とも、宇宙空間での用途に適している。
【０１０２】
図１８は、例えば、より大きな電力生成システム４５０の一部としての、図１７Ａのソーラーパネルアセンブリ４００の実施形態の斜視図である。図１７Ｂおよび１７Ｃのアセンブリ４００の実施形態についても同じく、同様の方法で利用されることができる。図１８では、透明カバー４０４は見やすくするために取り除かれているが、そうでなければ、図１７Ａに示すようにアセンブリ４００を覆うだろう。該ソーラーパネルアセンブリでは、複数のソーラーツリーアセンブリ４０２が１つのソーラーパネル４０６に取り付けられていることを含んでいる。しかしながら、図１８に示すシステム４５０の実施形態では、エアダクト４０８のシステムは、任意選択で、熱気の流れを集め、１つの接続ダクト４１０を介して１つのタービンシステム４１２の１つの発電煙突４１４へ運ぶことができるよう、各ソーラーツリーアセンブリを接続することができる。集められた熱気は、煙突を上昇し、複数のブレードに作用してハブを回し、ハブは回転エネルギーを生み出し、回転エネルギーは電力に変換されることができる。複数の接続ダクト４１０は、図１８に示されるような複数のソーラーパネルアセンブリ４００がシステム４５０に含まれてもよいことを表すに示される。ここで、各接続ダクトは別個のアセンブリ４００に対応している。
【０１０３】
本発明の実施形態は、ソーラーパネルアセンブリ１１０からの電力や、内部の気流タービン１５０によって生み出される電力などの追加の供給源からの電力を得るべく、様々に構成される。出力は、導体（図示せず）を介してバッテリ１８５に供給されてもよい。これらの供給源からの電力は、生み出される電力のパラメータによって許容される場合、適宜、組み合わされてもよい。一実施形態では、ソーラーパネルおよび気流タービンは、太陽エネルギーツリーから出る、単一の電力導体の使用を可能にするＤＣ電力を生成する。ＤＣ電力は、インバータ１８６においてＡＣ電力に変換され、消費者によって直接使用されるか、または配電網に入力される。インバータ１８６および関連する制御装置は、基部１０６に配置することも、別個の近接する構成に配置することもできる。
【０１０４】
気流タービン１５０は、電力を発生させる発電機を回す、回転駆動軸１５５から延びる複数のブレード１５４を備える。発電機は、交流または直流電流を生み出してもよく、当業者に知られているように、整流および誘導原理に従って動作してもよい。本発明は、光源及び熱気流源から電力を発生させるための全てのタイプの装置を包含することを意図している。発電機および気流タービンの当業者は、いくつかの異なる発電機型（およびコイル巻線）のいずれもが、電力を発生させるために気流タービンと共に使用されてもよいことを認識するのであろう。これらの発電機および巻線型のいずれも、本発明の範囲内である。
【０１０５】
記載された実施形態の多くは、同じ全体構造内にソーラーパネルと気流タービンとの両方を含む。しかしながら、本発明の特徴は、光から電力を発生させるための太陽エネルギーツリー、及び、太陽エネルギーツリーアセンブリからの熱気の運動及び換気から電力を発生させる気流タービンのための別個の構成を作り出すために、別々に適用することができるので、このことは必須ではない。
【０１０６】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされてもよく、また、ある要素の代わりにそれと等価な要素を用いてもよいことが、当業者には理解されよう。本発明の範囲は、記載された様々な実施形態からの要素の任意の組み合わせをさらに含む。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況を本発明の教示するところに適合させるように、修正がなされてもよい。したがって、本発明は、本発明を実施するために熟慮さ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るものではなく、添付の特許請求の範囲内にあるすべての実施形態を含むことが、意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の一実施形態による太陽エネルギー収集装置アセンブリの全体構造の概略図である。
【図２】本発明の他の実施形態による太陽エネルギー収集装置アセンブリの全体構造の概略図である。
【図３Ａ】パネル周囲の厚みを示すソーラーパネルの底面図である。
【図３Ｂ】図３Ａのソーラーパネルの上面斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ａのソーラーパネルの底面斜視図である。
【図３Ｄ】パネル周囲の厚みを示すサイドソーラーパネルの底面図である。
【図３Ｅ】図３Ｄのサイドソーラーパネルの上面斜視図である。
【図３Ｆ】図３Ｄのサイドソーラーパネルの底面斜視図である。
【図３Ｇ】パネル周囲の厚みを示すソーラーパネルの底面図である。
【図３Ｈ】図３Ｇのソーラーパネルの上面斜視図である。
【図３Ｉ】図３Ｇのソーラーパネルの底面斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による、それぞれが２つの円錐状のソーラーパネルと１つのサイドソーラーパネルとを有する、２つのソーラーパネルアセンブリの構成の分解図である。
【図５】本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリおよび太陽エネルギー収集装置アセンブリ内の光の相互作用の詳細な断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリおよび太陽エネルギー収集装置アセンブリ内の光の相互作用の詳細な断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリおよび太陽エネルギー収集装置アセンブリ内の熱伝導の詳細な断面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、前記システム内の太陽エネルギー収集装置アセンブリおよび気流の詳細な断面図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリの中心柱内のエアダクトの上面図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリおよびエアダクトの詳細な断面図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリの中心柱内のエアダクトの上面図である。
【図９Ｃ】太陽エネルギー収集装置アセンブリにおける太陽光曝露の説明図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態による、タービンが熱気の流れを作動させる様子を示す太陽エネルギー収集装置アセンブリのタービンシステムの詳細な断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の他の実施形態による、タービンが熱気の流れを作動させる様子を示す太陽エネルギー収集装置アセンブリのタービンシステムの詳細な断面図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態による、ソーラーパネルアセンブリの構成の詳細な断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態による、円形のソーラーパネルの構成の上面図である。
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルラックの上面図である。
【図１１Ｄ】本発明の一実施形態による、ソーラーパネルおよび透明なケースの構成の部分断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置を清浄にするための送風ダクトシステムの概略図である。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【図１３Ｂ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【図１３Ｃ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【図１３Ｄ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【図１３Ｅ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【図１３Ｆ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【図１３Ｇ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【図１３Ｈ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【図１３Ｉ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【図１３Ｊ】本発明の一実施形態によるソーラーパネルの平面図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、太陽エネルギー収集装置アセンブリおよび光屈折プリズムを伴う光の相互作用の詳細な断面図である。
【図１５Ａ】本発明の一実施形態による透明な収容セグメントの斜視図である。
【図１５Ｂ】本発明の一実施形態による太陽電池パネルの斜視図である。
【図１５Ｃ】本発明の一実施形態による、図１５Ｂの光電池パネルを図１５Ａの透明な収容セグメントに挿入することで形成される、ソーラーパネルアセンブリのパネルセグメントの斜視図である。
【図１６】図１５に示す複数のパネルセグメントからなるソーラーパネルの一実施形態の上面図である。
【図１７Ａ】多数の小型ソーラーツリーアセンブリを有し、空気が前記アセンブリに出入りすることを可能にするソーラーパネルアセンブリの実施形態の側面図である。
【図１７Ｂ】多数の小型ソーラーツリーアセンブリを有する閉じたソーラーパネルアセンブリの実施形態の側面図である。
【図１７Ｃ】多数の小型ソーラーツリーアセンブリを有する閉じたソーラーパネルアセンブリの実施形態の側面図である。
【図１８】前記実施形態の発電ユニットをさらに示す、図１７Ａのソーラーパネルアセンブリの実施形態の斜視図である。
【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３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ−９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１３Ｇ】
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【図１３Ｈ】
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【図１３Ｉ】
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【図１３Ｊ】
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【図１４】
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【図１５Ａ−１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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