(57)【要約】【課題】液体を充填したレンズを提供する。【解決手段】ソーラーパネル集光システムに有益な液体を充填したレンズに関する。内部が空洞の透明固定カバー２０８を備え、透明固定カバー２０８はガラス凸レンズ１０２の形状を呈し、水などの液体を充填しガラス凸レンズ１０２を形成する。ガラス凸レンズ１０２とガラス凸レンズ１０２の焦点Pとの間にソーラーパネル４０６を配置し、太陽光線をガラス凸レンズ１０２を通して太陽電池上に照射し、強力な光線を発生させ、電気エネルギを増大させる。液体を充填したレンズを使用することにより、ガラスの使用量を減少させコストを削減することが可能になった。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が空洞の透明固定カバーを備える液体を充填したレンズであって、
前記透明固定カバーはレンズの形状を呈し、レンズの重量を減少させるため、液体を充填するのに用いられ、前記透明固定カバーは内部に前記液体を充填しレンズを形成することを特徴とする液体を充填したレンズ。
【請求項２】
前記透明固定カバーは、材料がガラスであることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項３】
前記透明固定カバーは、材料が透明プラスチックであることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項４】
前記透明固定カバーは、材料がクオーツガラスであることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項５】
前記透明固定カバーは、材料がアクリルであることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項６】
前記透明固定カバーは、厚さが０.３mm〜８mmであることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項７】
前記レンズは、凸レンズであることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項８】
前記レンズは、凹レンズであることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項９】
前記レンズは、プリズムであることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項１０】
前記液体は、水であることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項１１】
前記液体は、エチルアルコールであることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項１２】
前記液体は、ベンゼンであることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項１３】
前記液体は、杜松油であることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項１４】
前記液体は、二硫化炭素であることを特徴とする請求項１に記載の液体を充填したレンズ。
【請求項１５】
液体を充填した凸レンズおよびソーラーパネルを備えるソーラーパネル集光システムであって、
前記液体を充填した凸レンズは太陽エネルギを前記ソーラーパネル上に集光させるために用いられ、
前記ソーラーパネルは、太陽電池をアレイ状に構成したもので、前記レンズと前記レンズの焦点との間に配置され、集光した太陽光線を電気エネルギに転換することを特徴とするソーラーパネル集光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を充填したレンズ、及び、そのレンズを用いたソーラーパネル集光システムに関し関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラーパネルを使用する太陽光発電は未来の重要なエネルギー源であるが、効率を向上させるために、太陽電池の構造および使用する材料は絶え間なく改良され、効率を２０％以上向上させることが可能になった。現在では電気エネルギを増大させるため、集光および放熱が重要な研究課題になっている。
【０００３】
特許文献１は、太陽電池を液体内に配置し、水に浸すこと、および液体内で屈折および内反射による集光状態を改善することにより、電気エネルギを増大させた。
【０００４】
特許文献２は、太陽電池を液体内に配置し、液体により集光および放熱を行ない、出力電流を増加させた。特許文献３は、太陽電池を液体内に配置するため、太陽電池の形状を改良し、コヒーレント（coherent）光を得ることに成功した。特許文献４は、太陽電池を液体内に配置し、電隔離および液体中の熱伝導構造を改良し、交換および修理を簡単にした。特許文献５は、太陽エネルギー集光器で、収納室に配置された多面（facet）構造を有するフレネル（fresnel）レンズを集光に用いた。
【０００５】
図１は、従来技術のガラス凸レンズによる集光を示す図である。図１に示すように、ガラス凸レンズ１０２が集光する場合は、平行光線１０４がガラス凸レンズ１０２を通して、集光１０６を行ない、その焦点はＰである。ガラス凸レンズ１０２は重く、材料コストが非常に高い。太陽電池を液体中に配置することにより、放熱および集光の効果を有しても、集光状態はなお不充分であった。そこで、集光効果を増加させ、ガラスの使用量を減らしコストを削減させ、同時にレンズの重量も減少させ装着を容易にするソーラーパネルの集光構造が求められていた。
【特許文献１】台湾特許第０９１１１１９１３号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第１０／１５４，６６８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第０５／６４４，１５９号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第０５／８９０，９３５号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第０６／５５９，５０４号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第０９／７５８，８４２号明細書
【特許文献７】特開平６−５１１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の第１の目的は、レンズの形状を呈する内部が空洞の透明固定カバーに、水などの液体を充填しレンズを形成することにより、ガラスの使用量を減少させコストを削減し、同時にレンズの重量を減少させ装着を容易にする液体を充填したレンズであって、特に、ソーラーパネル集光システムに有益な液体を充填したレンズを提供することにある。
本発明の第２の目的は、レンズとレンズの焦点との間にソーラーパネルを配置し、太陽光線を凸レンズを通して太陽電池上に照射し、強力な光線を発生させ、電気エネルギを増大させるソーラーパネル集光システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、液体を充填したレンズを提供する。本発明の液体を充填したレンズは、内部が空洞の透明固定カバーを備え、透明固定カバーはレンズの形状を呈し、液体を充填するのに用いられる。透明固定カバーの材料は、レンズの重量を減少させるため、ガラス、透明プラスチック、クオーツガラスまたはアクリルなどである。透明固定カバーの厚さは、重量および外部からの力を支えるため、０.３mm〜８mmである。レンズは凸レンズ、または凹レンズ、プリズムなど他の機能を有するレンズでも良い。透明固定カバー内の充填液体は、レンズを形成し、充填する液体は水、エチルアルコール、ベンゼン、杜松油（ceder oil）または二硫化炭素である。
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は、ソーラーパネル集光システムをさらに提供する。本発明のソーラーパネル集光システムは、液体を充填した凸レンズおよびソーラーパネルを備える。液体を充填した凸レンズは太陽エネルギをソーラーパネル上に集光させるために用いられる。ソーラーパネルは太陽電池をアレイ状に構成したもので、レンズとレンズの焦点との間に配置され、集光した太陽光線を電気エネルギに転換する。
【発明の効果】
【０００９】
従来技術で解決が待たれていたコストの削減は、レンズの形状を呈する内部が空洞の透明固定カバーに、水などの液体を充填しレンズを形成し、ガラスの使用量を減少させることにより実現すことができた。同時にレンズの重量が減少させたため、レンズの装着が容易になった。
特に、ソーラーパネルのような大きな面積を必要とする凸レンズには有効であり、凸レンズと凸レンズの焦点との間にソーラーパネルを配置し、太陽光線を凸レンズを通して太陽電池上に照射すれば、レンズの重量が減少できてパネルにへのレンズの装着が容易であり、集光効果を増加させ電気エネルギを増大させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態による液体を充填したレンズの断面図である。図２に示すように、本発明の液体を充填したレンズ２０２は内部が空洞の透明固定カバー２０８を備え、透明固定カバー２０８はレンズの形状を呈し、液体を充填するのに用いられる。レンズ２０２は本実施形態では凸レンズを用いる。
上部の曲率半径を第１の半径Ｒ1とし、第１の中心Ｃ1を曲率中心とする。下部の曲率半径を第２の半径Ｒ２とし、第２の中心Ｃ２を曲率中心とする。レンズ２０２は、凹レンズまたはプリズムなど他の機能を有するレンズでも良い。透明固定カバー２０８の材料は、レンズの重量を減少させるため、ガラス、透明プラスチック、クオーツガラスまたはアクリルなどである。透明固定カバー２０８の厚さdは、重量および外部からの力を支えるため、0.3mm〜８mmである。また、上限は余り厚くては重量が大ききなるからである。透明固定カバー２０８内の充填液体２１０は、レンズを形成し、充填する液体は水、エチルアルコール、ベンゼン、杜松油（ceder oil）または二硫化炭素である。光学ガラスの屈折率は1.51201で、水の屈折率は1.344661である。両者の屈折率の差は小さく、曲率半径を調整することにより、差を解消することが可能である。表１は充填液体として使用できる液体を示すものである。
（表１）
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表１に示すように、ガラスの屈折率に近い充填液体は、ベンゼン、杜松油（ceder oil）または二硫化炭素であるが、コストが高いことおよび環境に与える影響が問題であることがわかる。そのため、充填液体は水を利用することが好ましいと考えられる。
【００１１】
図３は、本発明の一実施形態による液体を充填したレンズの集光を示す図である。図３に示すように、透明固定カバー２０８および充填液体２１０を備える液体を充填したレンズ２０２が集光する場合、平行光線３０４は液体を充填したレンズ２０２を通して集光３０６を形成し、その焦点はＰである。
【００１２】
図４は、本発明の一実施形態によるソーラーパネル集光システムを示す図である。図４に示すように、透明固定カバー２０８および充填液体２１０を備える液体を充填したレンズ２０２は、下方でソーラーパネル４０６を液体を充填したレンズ２０２と液体をレンズの焦点との間に配置する。ソーラーパネル４０６は、太陽光線４０２が液体を充填したレンズ２０２を通して光線４０４として集光された後、全ての光線４０４を受光できるようにする。ソーラーパネル４０６は小さくなるに従い、充填したレンズ２０２から離れ、レンズの焦点Pに近づく。これとは逆に、ソーラーパネル４０６が大きくなるに従い、充填したレンズ２０２に近づき、レンズの焦点Pから離れる。充填したレンズ２０２の面積とソーラーパネル４０６の面積との割合は２：１で、ソーラーパネル４０６は充填したレンズ２０２とレンズの焦点Pとの中間に配置されるべきである。
この実施例からも判るように、本発明の凸レンズはソーラーパネルのような大きな面積を必要とする凸レンズには有効であり、凸レンズと凸レンズの焦点との間にソーラーパネルを配置し、太陽光線を凸レンズを通して太陽電池上に照射すれば、レンズの重量が減少できてパネルにへのレンズの装着が容易であり、集光効果を増加させ電気エネルギを増大させることもでき、且つ、レンズは安価に製造できソーラーパネル集光システムに最適である。
【００１３】
本発明では好適な実施形態を前述の通りに開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者は誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術のガラス凸レンズによる集光を示す図である。
【図２】本発明の一実施例による液体を充填したレンズの断面図である。
【図３】本発明の一実施例による液体を充填したレンズの集光を示す図である。
【図４】本発明の一実施例によるソーラーパネル集光システムを示す図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０２  ガラス凸レンズ
１０４  光線
１０６  集光
２０２  液体を充填したレンズ
２０８  透明固定カバー
２１０  充填液体
Ｃ１  第１の中心
Ｃ２  第２の中心
Ｒ１  第１の半径
Ｒ２  第２の半径
ｄ  厚さ
３０４  平行光線
３０６  集光
Ｐ  焦点
４０２  太陽光線
４０４  光線
４０６  ソーラーパネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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