(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間に内空間を区画する凸の回転体形状を有する第一壁と、第二壁を含む光起電構造体であって、
前記第一壁は、太陽放射に対して少なくとも部分的に透過性を有し、太陽放射に晒されることを意図した外面と、内面とを含み、
前記第二壁は、前記第一壁の内面に向く内面を含み、該第二壁の内面は、太陽放射に関して少なくとも部分的に反射性を有し、
前記第一壁は閉じたエンベロープの一部を形成し、前記第二壁は、該エンベロープの内部に配され、
当該光起電構造体は複数の光起電モジュールを含み、各光起電モジュールは、複数の両面受光型光起電セルを含み、該複数の光起電モジュールは、前記第一壁の外面上にリングを形成するように配されるととともに前記第一壁の外面上に該リングの複数の角度セクタで分配され、一つの同じ角度セクタの複数の光起電モジュールは、直列に結びつけられ、各両面受光型光起電セルは入射する太陽放射に晒されることを意図した外面と、前記第一壁の外面に向く内面を含み、
当該光起電構造体が太陽放射に晒されると、入射放射の第一部分は前記両面受光型光起電セルの外面に向かって伝達され、前記入射放射の第二部分は前記第一壁の部分で透過するともに、前記第二壁の内面で少なくとも部分的に反射し、反射した部分は、前記第一壁を透過し、前記両面受光型光起電セルの内面に向かって伝達されるようにする、光起電構造体。
【請求項２】
前記複数の光起電モジュールは、前記第一壁上で不連続に配され、前記入射放射の一部は、二つの不連続な光起電モジュールの間にある前記第一壁の部分で透過する、請求項1に記載の光起電構造体。
【請求項３】
前記第二壁は平坦である、請求項1又は2に記載の光起電構造体。
【請求項４】
前記第二壁は、前記第一壁の曲率及び前記第一壁上の光起電モジュールの分布の関数として調整された曲率を有して、前記第一壁の領域を透過した前記入射放射が、前記第一壁のうち該領域とは反対の領域にある前記光起電モジュールの両面受光型光起電セルの内面に向かう際の前記入射放射の反射を最適化する、請求項1又は2に記載の光起電構造体。
【請求項５】
前記第二壁を作動する装置であって、太陽に対する当該光起電構造体の位置の関数として、前記第二壁の曲率を調整するように構成された装置をさらに含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の光起電構造体。
【請求項６】
少なくとも一つの対称面又は一つの対称軸を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の光起電構造体。
【請求項７】
前記第一壁の頂点部分には光起電モジュールがない、請求項1に記載の光起電構造体。
【請求項８】
前記第一壁上に配された全ての光起電モジュールは同一である、請求項1から7のいずれか一項に記載の光起電構造体。
【請求項９】
前記光起電モジュールは前記第一壁上でリバーシブルに配される、請求項1から8のいずれか一項に記載の光起電構造体。
【請求項１０】
前記第一壁の素材は、ガラス繊維織物を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の光起電構造体。
【請求項１１】
前記第二壁は、ポリエチレンテレフタレートでできており、内面上で金属化された、請求項1から10のいずれか一項に記載の光起電構造体。
【請求項１２】
請求項1から11のいずれか一項に記載の光起電構造体を含み、前記光起電構造体のエンベロープは搬送ガスで満たされる、レンズ状の飛行船。
【請求項１３】
請求項1から11のいずれか一項に記載の光起電構造体を含み、海又は大洋の表面に特に浮かべることを意図したドーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、間に内空間を区画する、第一壁及び第二壁と、第一壁上に配された複数の光起電モジュールと、を含む光起電構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空セクタでは、素材の明るさ(lightness)が上がることを生かして、光起電モジュールを搭載した飛行物体(例えば、レンズ状の飛行船)用に光起電モジュールを製造し、その物体に電力を供給することが可能となっている。
【０００３】
飛行物体は、間に閉空間を区画する二つの壁を含む搬送構造体を含む。閉空間は、軽いガスを含む。搬送構造体は、太陽放射に晒されることを意図した凸の上側壁(上表面)とその上側壁の曲率とは反対の曲率を有する下側壁(下表面)を含む。
【０００４】
複数の光起電モジュールが、その光起電モジュールを取り外し可能なフックシステムによって、上側壁上に配される。
【０００５】
用いる素材のおかげで、これらの光起電モジュールは非常に軽い。それらは、典型的には、合成素材の裏当て、カプセル材、光起電セル、カプセル材及び前面の保護面の積層体でできている。
【０００６】
物体が回転対称である場合、複数の光起電モジュールは異なる角度セクタに分配される。一つの同じセクタの複数のモジュールは直列に結合され、各セクタは、飛行物体の電源となる電気バッテリに結合される電流変換器に結合される。
【０００７】
しかし、エネルギー生成の観点でこの装置の性能は、照射(lighting)のばらつき(例えば、雲により一つ以上のセクタの部分若しくは全体が暗い、又は太陽に対する物体の傾きに依存する異なるセクタの不均一な照射)による不利がある。
【０００８】
この問題は、その上、飛行物体に特有なものではなく、例えば、光起電モジュールを持ち、海又は大洋に浮かぶ物体、その他イベント(スポーツ等)に用いることを意図した軽い構造体(インフレータブル又は取り外し可能な大テント)にも適応され得る。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、複数の光起電モジュールを含み、異なるモジュールの不均一な照射条件にもかかわらず、エネルギー生成の観点で改善した性能を有する光起電構造体を設計することである。
【００１０】
本発明に従って、間に内空間を区画する第一壁及び第二壁を含む光起電構造体であって、前記第一壁は、太陽放射に対して少なくとも部分的に透過性を有し、太陽放射に晒されることを意図した外面と、内面とを含み、前記第二壁は、前記第一壁の内面に向く内面を含み、該第二壁の内面は、太陽放射に関して少なくとも部分的に反射性を有し、前記第一壁は閉じたエンベロープの一部を形成し、前記第二壁は、該エンベロープの内部に配され、当該光起電構造体は複数の光起電モジュールを含み、各光起電モジュールは、複数の両面受光型の光起電セルを含み、該光起電モジュールは、前記第一壁の外面上に配され、各両面受光型光起電セルは入射する太陽放射に晒されることを意図した外面と、前記第一壁の外面に向く内面を含み、当該構造体が太陽放射に晒されると、入射放射の第一部分は前記両面受光型光起電セルの外面に向かって伝達され、前記入射放射の第二部分は前記第一壁の部分で透過するともに、前記第二壁の内面で少なくとも部分的に反射し、反射した部分は、前記第一壁を透過し、前記両面受光型光起電セルの内面に向かって伝達されるようにする、光起電構造体が提案される。
【００１１】
用語「両面受光型(bifacial)」は、光起電セルの主面のそれぞれが感光性を有する光起電セルを意味するものとする。そのようなセルは、従来のセルの背面のみを局所的に、例えば、例えば、格子の状に又はその他の形状に金属化することによって得ることができる。本発明の実装については、各面の表面の少なくとも50%が入射放射を透過(transmit)するように構成された両面受光型セルを考慮してよい。商業的に現在入手可能な両面受光型セルは、背面から得られる出力は、前面から得られる出力に対して85%から95%の性能比を有する。
【００１２】
用語「少なくとも部分的に透過性を有する(at  least  partly  transparent)」は、第一壁が、太陽放射の強度の少なくとも一部の透過を許容することを意味するものとする。典型的には、太陽放射の強度の40%から90%が第一壁を通過する。
【００１３】
用語「エンベロープの内部に配され(arranged  inside  the  envelope)」は、第二壁がエンベロープを形成する壁とは区別できるものであることを意味するものとする。
【００１４】
前記エンベロープは、気密性及び液密性を有すると、有利である。
【００１５】
前記複数の光起電モジュールは、前記第一壁上で不連続に配され、前記入射放射の一部は、二つの不連続な光起電モジュールの間にある前記第一壁の部分で透過すると、有利である。
【００１６】
実施形態によると、前記第二壁は平坦である。
【００１７】
実施形態によると、前記第二壁は、前記第一壁の曲率及び前記第一壁上の光起電モジュールの分布の関数として調整された曲率を有して、前記第一壁の領域を透過した前記入射放射が、前記第一壁のうち該領域とは反対の領域にある前記光起電モジュールの両面受光型光起電セルの内面(201)に向かう際の前記入射放射の反射を最適化する。
【００１８】
特定の実施形態によると、当該構造体は、前記第二壁を作動する装置であって、太陽に対する当該構造体の位置の関数として、前記第二壁の曲率を調整するように構成された装置をさらに含む。
【００１９】
当該構造体は、少なくとも一つの対称面又は一つの対称軸を有すると、有利である。
【００２０】
実施形態によると、前記第一壁は、凸の回転体形状を有し、前記光起電モジュールは、前記第一壁上で複数の角度セクタに分配されており、一つの同じ角度セクタの複数の光起電モジュールは、直列に結びつけられる。
【００２１】
前記第一壁の頂点部分には光起電モジュールがなくてもよい。
【００２２】
前記第一壁上に配された全ての光起電モジュールは同一であると、特に有利である。
【００２３】
前記光起電モジュールは前記第一壁上でリバーシブルに配されると、好ましい。
【００２４】
前記第一壁の素材は、ガラス繊維織物を含んでよい。前記第二壁は、ポリエチレンテレフタレート(PET)でできており、内面上で金属化されてよい。
【００２５】
本発明の他の主題は、上記の構造体を含み、前記構造体のエンベロープは搬送ガスで満たされる、レンズ状の飛行船に関する。
【００２６】
本発明の他の主題は、上記の構造体を含み、海又は大洋の表面に特に浮かべることを意図したドーム。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明から明らかとなる。
【図１】図1は、本発明の実施形態による、光起電構造体の断面図である。
【図２】図2は、光起電モジュールレベルでの、図1における構造体の断面図である。
【図３】図3は、本発明の実施形態による、光起電構造体の斜視図である。
【図４】図4は、モジュールを光起電構造体の壁に取り付ける手段の斜視図である。
【図５Ａ】図5Aは、ある一日における(8:30a.m.)、構造体の第一壁の表面への太陽放射の放射照度分布を示す。
【図５Ｂ】図5Bは、ある一日における(2:00p.m.)、構造体の第一壁の表面への太陽放射の放射照度分布を示す。
【図５Ｃ】図5Cは、ある一日における(5:00p.m.)、構造体の第一壁の表面への太陽放射の放射照度分布を示す。
【図６】図6は、本発明の他の実施形態による、光起電構造体の断面図である。
【図７】図7は、他の光起電構造体の断面図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態による、光起電構造体の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図1は、光起電構造体が飛行船である実施形態の断面図である。
【００２９】
そのような飛行物体は、観測ミッション若しくは地図製作オペレーション、又は、例えば、街中若しくは山中などのアクセスが困難な場所への荷物の搬送の用途に有利である。
【００３０】
本発明は、このタイプの構造体に限定されず、他の用途を有してよく、例えば、海又は大洋の表面に特に浮かべることを意図したドーム、その他大テント又はテントでもよい。
【００３１】
一般的に、光起電構造体は、内空間をそれらの間に区画する二つの壁を含む。そのうち、第一壁は、太陽放射に対して少なくとも部分的に透過性を有し、太陽放射に晒されることを意図した外面を含む。第二壁は、第一壁の内面に向く内面を含み、その第二壁の内面は、太陽放射に関して少なくとも部分的に反射性を有する。
【００３２】
複数の光起電モジュールのそれぞれは、複数の両面受光型光起電セルを含み前記第一壁の外面上に配される。
【００３３】
構造体が太陽放射に晒されると、入射放射の一部は、その放射に晒されているそれらのセルの外面を通じて両面受光型セルに直接伝達され、入射放射の他の一部は、特に、複数の光起電セルの間隔及び複数のモジュールにあり得る間隔によって、第一壁を透過して、内空間に進入する。
【００３４】
この透過した放射は、第二壁の反射面で反射され、第一壁に向く内面を通じて両面受光型セルに伝達される。
【００３５】
図1において、構造体1は、この特定の実施形態においては、飛行船の上表面を形成する第一壁10と、下表面を形成する第二壁14を含む。操縦室3は、下表面の下に配する。
【００３６】
その二つの壁10及び壁14は共に硬質フレーム13によって保持され、軽い圧縮ガスからなる搬送ガスを含む内空間12の範囲を定める閉じられた防水エンベロープを形成して、構造体を持ち上げるのに必要なその二つの壁の曲率を維持する。
【００３７】
第一壁10は、軽い素材でできているとともに、太陽放射に対して少なくとも部分的に透過性を有する。
【００３８】
この使用に適した素材は種々のものがある。特には、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、特に、Mylar(登録商標)というブランド名で販売されたもの、同様に、Rivertexというブランド名で販売されたテクニカルウィーブ(technical  weave)が含まれる。
【００３９】
壁10は、太陽放射に晒されることを意図した外面100と、内空間12に指向した内面101とを含む。
【００４０】
壁10の厚さは、典型的には0.2mmと1mmの間である。
【００４１】
壁14は、壁10と同じ素材からできていると有利である。
【００４２】
壁10及び壁14によって形成されるエンベロープの内部では、壁10の内面101に向く少なくとも部分的に反射性を有する内面110を有して、壁11が配される。
【００４３】
壁11は、フレーム13によって保持すると有利である。
【００４４】
壁11は、布(cloth)によって形成することができ、壁11の内面は、反射性コーティングで被覆される。
【００４５】
有利な実施形態によれば、壁11には、その面110に金属の裏当てを形成することができる。例えば、壁11は、PET、PMMA、PC等の透明なポリマーでできており、反射層で被覆し得る。反射層は、例えば、アルミ又は銀の金属層であると有利である。
【００４６】
壁10は、太陽放射に晒されることを意図した面100上において、複数の光起電モジュール2で部分的に被覆されている。
【００４７】
これらの光起電モジュールは、一般的に、不連続である(not  contiguous)。
【００４８】
特に、二つの隣接する光起電モジュールには間隔がある。この間隔の理由は、特に、光起電モジュールが一般的には矩形である一方で、本実施形態においては、壁10が回転体形状を有するという事実による。
【００４９】
複数のモジュールに間隔がある他の理由は、モジュールの数が、光起電構造体による重さにより制限され、一般的には、上表面を形成する壁の全体にモジュールを配置する余裕がないことによる。
【００５０】
さらに、構造体の頂点(部分)には、一般的に、光起電モジュールが搭載されていない。実際、複数のモジュールが上表面を形成する壁のある角度セクタで直列に接続される場合、そのセクタで生成される電力は、最も弱い照射を受ける光起電モジュールにより制限される。したがって、上表面の頂点にまで光起電モジュールを配置することは、一般的には、全体の領域に不利益をもたらすこの領域での照射欠損を回避するため、避けられる。
【００５１】
構造体1においては、このため、壁10の表面の大部分102は、光起電モジュールによりマスクされずに、入射放射がその壁を通過できる。
【００５２】
内空間12に伝達された放射のかなりの部分(significant  part)は、壁11の反射面110によって、すくなくとも部分的に戻され(recovered)、両面受光型セル、特にその背面に指向される。
【００５３】
この点、エンベロープ内に配されるとともに、このエンベロープの一部(例えば、下表面)を形成しない、部分的に反射性を有する壁がある事実により、構造的な制約(例えば、構造体の持ち上げを確保する特定の曲率の必要性及び/又はエンベロープは一般的にかなりの機械的ストレスを受けるという事実)及び光学的な制約(例えば、反射現象を最適化するため少なくとも部分的に反射性を有する面のプロファイルを調整するという選択がある)を取り払う(dissociate)ことが可能になる。
【００５４】
したがって、少なくとも部分的に反射性を有する壁にかかる機械的ストレスは、エンベロープそのものよりも低いため、エンベロープの素材とは別の素材を用いることが可能になる。また、その壁の形状及び配置は、エンベロープの形に決定的な影響を与える空気力学的な考慮とは独立して定義することができる。
【００５５】
図2は、図1において図示した構造体1の壁10の詳細図である。
【００５６】
この図において、モジュール2は断面図で表す。
【００５７】
モジュール2は、典型的には、裏当て21上に配置された複数の両面受光型セル20を含む。複数のセルと裏当てのアセンブリは、太陽放射に対して少なくとも部分的に透過性を有するカプセル素材内に封入される(encapsulated)。
【００５８】
裏当て21は、例えば、太陽放射に対して透過なポリマーであって、PMMA、PC、PET、FEP(フッ素化エチレンプロピレン)等がある。用途に依存して、裏当て21は薄膜ガラスでできてもよく、0.8mm以下の厚さと特定の可撓性を有するガラスなどである。
【００５９】
両面受光型セル20は、太陽放射に晒されることを意図した外面200と、壁10の外面100に向く内面201とを含む。その二つの面200と面201は、感光性がある。
【００６０】
太陽Sから到来する入射放射の部分I1は、各セルの外面200を通じて伝達される(transmitted)。
【００６１】
さらに、複数のモジュールの間隔、有利には、一つの同じモジュールの複数のセルの間隔により、壁10の領域102が太陽放射に晒され、その領域がその入射放射の部分T2を内空間12に向けて透過させる。
【００６２】
この透過した放射T2は、内空間12を通過し、壁11に向かい、その壁の反射面110で反射する。
【００６３】
この反射した放射の部分R3は、内空間12を通過し、部分的に透過な壁10で透過され、その壁上に配された両面受光型セル20の内面201を通じて伝達される。
【００６４】
したがって、壁11は、内空間12に進入した放射のかなりの部分を戻し、結果的に構造体により生成される電力を上げることができる。
【００６５】
図3は、図1の構造体の上表面の斜視図である。
【００６６】
複数の光起電モジュール2は、特定の高さを超えるリングを形成するようにドーム状である壁10上に配され、下方部分は下表面に結合して、上表面の頂点は光起電モジュールを支持しない。水平対称軸を有する楕円形状や、垂直対称軸又は対称面を有する他の形状、例えば、ピラミッド形状等の他の形状でもよい。
【００６７】
モジュールは好ましくは、第一壁上でリバーシブルに配されると、好ましい。これにより、モジュールを交換することができる。全てのモジュール2が同一であると、特に有利である。これにより、スペア部品の維持及び管理が簡素化される。
【００６８】
図4は、第一壁(ここでは図示せず)にモジュール2を固定する部品22の例を図示する。
【００６９】
その固定部品22は、第一壁への固定用のベース23と、モジュール2に形成された経路を通じてベース23から延びるニップルを含む。
【００７０】
好ましくは、モジュール2は矩形形状を有する。
【００７１】
光起電モジュールの数及び次元は、構造体1の次元及びそれが搬送することのできる重さに応じて選択されると、有利である。
【００７２】
したがって、上表面の頂点のところと、二つの隣接するモジュールの間隔のところは、下にある層10の表面の部分102を晒されたままにする。
【００７３】
リングの周は、複数の角度セクタに分割され、ここで図示された例においては、セクタS1は26個のモジュールを含む。
【００７４】
一つの同じセクタに属している複数のモジュールは、電気的に直列に接続される。
【００７５】
複数のセクタは、構造体1の電源を構成する少なくとも一つの電気バッテリーに結合した電流変換器に電気的に並列に接続される。
【００７６】
構造体1のこの配置により、太陽放射のかなりの部分を戻すことができ、一定の重さにおいて、各光起電セルの単位出力を上げることができる。
【００７７】
すなわち、本発明は、光起電モジュールにマスクされていない、壁10の領域102を活用して、構造体により生じる重さを増やさずに、各モジュールの光起電変換の出力を上げる。
【００７８】
好ましくは、構造体は、少なくとも一つの対称軸又は一つの対称面を有するとよい。これは、対称性によって構造体への不均一な照射を補償し、二つの反対の角度セクタ間において、角度セクタでの光起電の生成を均一化することができるためである。
【００７９】
複数のモジュールを、少なくとも四つの角度セクタに分配すると、有利であり、これにより、正反対の対となる角度セクタの光起電の生成を均一にする。
【００８０】
角度セクタの数は、特に、構造体の特定の形状、選択した用途のタイプに適応する数であろう。
【００８１】
図5Aから図5Cは、ある一日のうち、午前8:30、午後2:00及び午後5:30の三回における、図1から図3の構造体と類似する構造体の第一壁の表面への太陽放射の放射照度分布をそれぞれ図示する。
【００８２】
明らかに、一日の時刻に応じて、構造体の所与のセクタへの照射―及び、結果として生成される電力―は、著しく異なることが分かる。
【００８３】
例えば、図5Cの場合においては、最も明るい角度セクタAは、これとは正反対にある角度セクタBよりもかなり大きい光起電力を生成することができている。数値シミレーションによると、二つのセクタにより生成される電力の差異は、最もよいシナリオでは数パーセント(二つのセクタが北と南にそれぞれ向いているとき)で変動し、最もよくないシナリオでは5パーセント(二つのセクタが東と西にそれぞれ向いているとき)に届くことが示される。
【００８４】
これらの好ましくないシナリオにおいては、部分的に反射性を有する内面110で反射させることで、強い照射を受けるセクタの放射の一部を弱い照射を受けるセクタに再結合できるようにして、潜在的に、後者が前者とほぼ等価の電力を生成できるようにする。ここで、壁10の透過損失、光線の反射における損失及び前者のセクタのモジュールにより生じる影(shadowing)による損失をも考慮する。二つの正反対のセクタにより生成される電力の差は、それにより、少なくとも半分にまで小さくできる。
【００８５】
当然ながら、本発明の射程を逸脱することなく、構造体は、図3において図示したものとは別のモジュール分布を有してよい。
【００８６】
図1の実施形態においては、壁11は平坦である。このため、フレーム13は、壁11に張力を与え、それを平坦に保つ手段を含む。
【００８７】
図6は、図1の実施形態の変形を図示する。ここでは、壁11は、構造体の一つのセクタを透過した太陽放射を反対のセクタに向けて案内して、一対のセクタによる生成を均一にするように最適化された凹の曲率を有する。光学シミュレーションにより、背面への放射における均一性の要件と任意の集光要件とを考慮しつつ、壁10の複数のモジュールの、特に、セクタにおけるモジュール組織による、位置の関数として壁11の最適な曲率を定義することができる。
【００８８】
壁11は、経時的に一定の平面形状又は曲面形状を有する。
【００８９】
または、電気的性能を即座に最適化することができるように太陽に対する構造体の位置の関数として、壁11の曲率を調整する目的で、壁11を作動させる装置を含むことができる。
【００９０】
図7は、図1及び図6のもののように、光起電構造体を図示し、飛行船を形成する。この構造体においては、壁11は、少なくとも部分的に反射性を有する面を有し、下表面を形成する。つまり、壁11が、エンベロープそのものの一部である。その少なくとも部分的に反射性を有する表面110は、壁10の内面101に向いて配される。二つの壁10及び壁11は共に硬質フレーム13によって保持され、軽い圧縮ガスからなる搬送ガスを含む内空間12の画定する、閉じられた防水エンベロープを形成して、構造体を持ち上げるのに必要な二つの壁の曲率を維持する。壁11は、軽い素材でできており、壁10の素材と同一又は異なり、面110上の反射層で覆われる。
【００９１】
図8は、本発明に従って設計された他の種類の構造体を図示する。この場合においては、大洋Oに浮かべることを意図した構造体である。
【００９２】
そのような構造体は、ドームを形成する少なくとも部分的に透過性を有する第一壁10と、大洋に着水することを意図した他の壁14とを含む。
【００９３】
少なくとも部分的に反射性のある面を含む壁11は、このエンベロープの内部に配される。
【００９４】
壁10は、複数の光起電モジュール2を支持し、好ましくは、これらはセクタに配されるとよい。
【００９５】
この用途に対して、素材は、海の環境による制約、特に、湿気、水中塩分、波のうねり及び風に適していなくてはならない。
【００９６】
本発明は、起電力パネルを搭載し、様々な種類のイベント(スポーツ等)に用いることを意図した軽い構造体(取り外し可能な大テント又はインフレータブル構造体)にも適用可能である。
【図１】
0006735670.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
0006735670.tif 000010
【図８】
0006735670.tif 000011