(57)【要約】  ハイブリッド型太陽エネルギー回収システムであって、フレームと、フレームに取り付けられる二重機能型太陽エネルギー回収板とを備える。板は、入射太陽放射を板上に集光する複数のレンズを板の上面に備える。板は、熱エネルギーを回収する熱交換器と、複数の太陽電池を備える。太陽電池は、入射する太陽放射に応じて電流を生成する。このように本システム単体で電力温水循環式暖房と家庭用温水との両方を実現できる。
2015505947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド型太陽エネルギー回収システムであって、
フレームと
前記フレームに取り付けられる二重機能型太陽エネルギー回収パネルアセンブリと、を備え、前記二重機能型太陽エネルギー回収パネルアセンブリは、
入射太陽放射を熱交換器上に集光して熱エネルギーを回収する複数のレンズと、
入射する太陽放射に応じて電流を生成する複数の太陽電池と、を備えることを特徴とするハイブリッド太陽エネルギー回収システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記パネルアセンブリは、
二重機能型太陽エネルギー回収板を備え、前記二重機能型太陽エネルギー回収板は、
前記熱交換器を収容する熱交換板上に前記入射太陽放射を集光する前記複数のレンズであって、前記熱交換板は前記二重機能型太陽エネルギー回収板の下に取り付けられる、前記複数のレンズと、
入射する前記太陽放射に応じて前記電流を生成する前記複数の太陽電池と、を備えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムであって、前記フレームは可動フレームであることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、二軸回転機構を作動させて前記可動フレームを太陽の動きを追跡するように動かす制御器を備えることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、太陽の位置を検出し、前記制御器に信号を供給する太陽センサを備えることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステムであって、前記フレームに取り付けられる支持部をさらに備え、前記支持部は固定構造物に接続されるように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステムであって、前記複数のレンズと前記複数の電池は、行及び列に交互に配置されることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステムであって、前記熱交換板は前記フレームの上面に取り付けられることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムであって、前記フレームは、前記二重機能型太陽エネルギー回収板を支持する複数の支持アームを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記二重機能型太陽エネルギー回収板は、前記熱交換板に対して実質的に平行で空間を開けるように前記フレームの前記支持アームに取り付けられ、これによって前記熱交換板と前記二重機能型太陽エネルギー回収板との間に空隙が画定されることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、前記空隙は前記レンズの焦点距離として機能することを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステムであって、前記熱交換板は、熱伝導性合金によって組み込まれる温水循環式暖房導管を備え、前記導管は実質的に前記レンズと揃えて配置されることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステムであって、前記温水循環式暖房導管内の流体の温度を監視して制御器に温度信号を送ってシステムを選択的に作動および停止する温度センサをさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシステムであって、カウンタウェイトフレームをさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１〜１４に記載のシステムであって、前記レンズと前記熱交換器との間の距離を調節する較正機構を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、前記パネルアセンブリ内のセンサからのフィードバック信号に基づき前記較正機構を自動的に制御するマイクロコントローラをさらに備えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１４に記載のシステムであって、前記カウンタウェイトフレームは複数の太陽電池を備え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】
本技術は、全般的に太陽エネルギーに関し、特に温水循環式暖房用ソーラーシステムおよび／または太陽電池を組み込んだソーラーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー価格が上昇し、炭化水素の燃焼によって引き起こされる温室ガスの気象への影響に対する懸念が強まる中、クリーンなエネルギーによる解決法を求める要望がこれまで以上に強くなっている。最も有望な環境にやさしい技術の１つは太陽光発電である。関連技術において多くの太陽エネルギー回収システムが知られている。一般的にそれらは２つのグループに分かれる。電流を直接生成する太陽電池（つまり光電池）と、太陽エネルギーを吸収し、熱を水やその他の流体に伝えるパッシブソーラー暖房システムである。そのようなパッシブシステムの中には、屋根上の導管等、太陽に露出した導管内で水を加熱して貯湯槽用の水を事前に加熱したりプール用の水を温めたりするものもあり、様々な用途に応用される。
【０００３】
太陽光発電技術において、そのようなシステムに太陽の放射を集光し焦点を合わせる手段と、この焦点機構が太陽光線の方向に対して常に直交するように太陽を追跡する機械的手段とを含むことも知られている。これらのシステムは、パラボラ反射鏡、凸レンズ、又はフレネル型レンズ等の反射および／または屈折集束鏡およびレンズを使用して、入射太陽放射の比較的広い範囲を加熱対象の小さな表面範囲に焦点を当て集光する。焦点技術および／または集光技術は、例えば米国特許第４，２５７，４０１、４，１６８，６９６、４，１４８，３００、４，０３８，９７１および４，０１１，８５８に開示され、それらの内容全体を参照によってここに引用したものとする。太陽を追跡する機械的装置は、例えば米国特許第４，１５３，０３９、４，０６８，６５３、３，９９９，３８９および４，２７５，７１０に開示され、それらの内容全体を参照によってここに引用したものとする。
【０００４】
他の例としてのいくつかの太陽技術は、米国特許第３，９２９，１２１、４，３０７，７１０、４，５０９，５０２、４，８２３，７７２、５，６４５，０４５および７，３８８，１４６と米国特許出願公開第２００９／０１１４２１２に開示され、それらすべての内容全体を参照によってここに引用したものとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，２５７，４０１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，１６８，６９６号明細書
【特許文献３】米国特許第４，１４８，３００号明細書
【特許文献４】米国特許第４，０３８，９７１号明細書
【特許文献５】米国特許第４，０１１，８５８号明細書
【特許文献６】米国特許第４，１５３，０３９号明細書
【特許文献７】米国特許第４，０６８，６５３号明細書
【特許文献８】米国特許第３，９９９，３８９号明細書
【特許文献９】米国特許第４，２７５，７１０号明細書
【特許文献１０】米国特許第３，９２９，１２１号明細書
【特許文献１１】米国特許第４，３０７，７１０号明細書
【特許文献１２】米国特許第４，５０９，５０２号明細書
【特許文献１３】米国特許第４，８２３，７７２号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，６４５，０４５号明細書
【特許文献１５】米国特許第７，３８８，１４６号明細書
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００９／０１１４２１２号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２０１１／００４９９９２号明細書
【特許文献１８】米国特許出願公開第２００９／０２２３５１１号明細書
【特許文献１９】米国特許出願公開第２０１０／０１０１６２１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、太陽エネルギーを利用する最も一般的な技術は、太陽電池パネルを使用するか、太陽光線を集光焦点へ反射または集光し、そこで集光された太陽エネルギーを次に従来のエネルギー生成技術によってエネルギーの多様な他の形へ変換する。太陽エネルギー回収に関するこれらの従来技術に共通する問題点は、必要なエネルギーを生成するために広い表面（太陽電池、鏡、レンズ等の形式）を必要とすることである。
【０００７】
９２．９〜１３９．４平方メートル（１，０００〜１，５００平方フィート）の中規模の家を持つ一般的な世帯が必要とする電力を満たすには、約１１，０００ワットのエネルギーが必要であると試算されている。最新式の太陽光パネルの性能によると、１世帯用のエネルギーを生成するには９２９平方メートル（１０，０００平方フィート）の太陽光パネルが必要となるであろう。これは太陽エネルギーの回収に平均的な世帯が許容できるまたは望んで用意するスペースを超えてしまう。パネルや鏡を設置するのにかかる設備投資の問題は言うまでもない。
【０００８】
太陽光パネルの大きさと設置費用の問題によって、多くの人にとって太陽エネルギーは実用的ではなく、投資に見合う経済的な利益を生まない。このためこれらの問題を解決する技術が強く求められている。したがって、多くの技術の進歩にかかわらず、小型装置単体で電力の生成と温水循環式暖房の両方を可能にするハイブリッド型太陽エネルギー回収システムが本産業において依然必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
全般的には、本発明は電力を生成する太陽電池と温水循環式暖房用のパッシブソーラー熱エネルギー回収器の両方を小型装置単体に組み込む新しいシステムを提供する。本装置は太陽の動きを追跡する可動フレームに取り付けられ、エネルギーの回収を最適にする。
【００１０】
このように本開示の発明の態様の１つは、フレームと、フレームに取り付けられた二重機能型太陽光エネルギー回収パネルアセンブリと、を備えるハイブリッド型太陽エネルギー回収システムである。二重機能型パネルアセンブリは、入射する太陽放射を熱交換器に集光し熱エネルギーを回収する複数のレンズと、入射した太陽放射に応じて電流を生成する複数の太陽電池とを備える。実施形態によっては、パネルアセンブリは、レンズと太陽電池を収容する二重機能型太陽エネルギー回収板を備える。二重機能型太陽エネルギー回収板は、熱交換器を収容する熱交換板の上に取り付けられる。そして熱交換板はフレームの上に設けられるかまたはフレームに取り付けられる。実施形態によっては、フレームは太陽の動きを追跡する可動フレームであってもよい。
【００１１】
本発明の他の態様を添付の図に関連させ下記に説明する。
【００１２】
本技術のさらなる特徴事項と効果を添付の図と共に下記の詳細な説明によって明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る新しいハイブリッド型太陽エネルギー回収システムの正面右から見た等角図である。
【図２】図１のハイブリッド型太陽エネルギー回収システムの背面側方から見た別の等角図である。
【図３】図１のハイブリッド型太陽エネルギー回収システムの背面図である。
【図４】図１のハイブリッド型太陽エネルギー回収システムに組み込まれたレンズ板の平面図である。
【図５】図４のレンズ板の底面の等角図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る太陽光パネルと熱交換アセンブリの等角図である。
【図７】図６のアセンブリの正面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るカウンタウェイトフレームを備える太陽光パネルと熱交換器アセンブリの正面図である。
【図９】図８のアセンブリとカウンタウェイトフレームの背面等角図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ここで、すべての添付図を通して類似する特徴要素は類似する参照番号によって表わされる。
【００１５】
図１〜３は、本発明の実施形態に係る新しいハイブリッド型太陽エネルギー回収システムを示す。これらの図に例として示されるハイブリッド型太陽エネルギー回収システムは、参照符号１で示されるフレームと、フレームの上に設けられる熱交換板９、およびフレームに取り付けられる二重機能型太陽光エネルギー回収板４とを備える。二重機能板４は、入射太陽放射を熱交換板へ集光する複数のレンズ１１と、太陽電池に入射する太陽放射に応じて電流を生成する複数の太陽電池１２とを備える。板は二重機能を備え、太陽電池を利用して電力を生成するだけでなく、二重機能板の下に設けられる熱交換板上に入射太陽光を集光する複数のレンズを備える。太陽電池には、高集光太陽電池（ＨＣＰＶ）を利用してもよい。レンズには、マイクロ光学太陽集光器技術を利用してもよい。
【００１６】
本明細書では、二重機能板（レンズと太陽電池を含む）と熱交換器とを合わせたパネルアセンブリ、つまりフレームに取り付けられる二重機能型太陽エネルギー回収パネルアセンブリを定義する。
【００１７】
したがって、ハイブリッド型太陽エネルギー回収システムは、フレームと、フレームに取り付けられる二重機能型太陽エネルギー回収パネルアセンブリとを備え、二重機能型パネルアセンブリは、熱エネルギーを回収する熱交換器（板に組み込んでもよい）に入射太陽放射を集光する複数のレンズと、太陽電池に入射する太陽放射に応じて電流を生成する複数の太陽電池を備えると理解できる。
【００１８】
主要な実施形態では、パネルアセンブリは、二重機能型太陽エネルギー回収板（レンズと太陽電池を含む）と熱交換器を収容する熱交換板とを備える。二重機能板（つまり最上板またはカバー板）の底面は、実施形態によっては、熱反射仕上げやコーティングをして放射熱を熱交換器板に反射し熱交換器の効率を最大にし、二重機能板への不要な熱伝導を最小としてもよい。
【００１９】
実施形態によっては、フレームは可動フレームである。可動フレームは太陽の位置を追跡することによって自動的に動かしてもよい。フレームと二重機能板を入射太陽放射に対して直交に保つことによって太陽エネルギーの回収を最適にできる。システムは、可動フレームを動かして太陽の動きを追跡するように二軸回転機構３を作動させる制御器６を備えてもよい。システムは、太陽の位置を検出し制御器に信号を送る太陽センサ７を備えてもよい。制御器は、二重機能板を太陽光線に対して可能な限り直交に保つことによってエネルギー回収効率を最大にする。試験を実施した実施形態では、制御器は板を太陽光線に対して±１％の誤差内で直交に保つ。制御器は制御信号を二軸回転機構へ送り、二軸回転機構は電動モータと適切な歯車を利用してＸＹ軸に対する可動性をもたらす。任意のカウンタウェイト２を設けて、フレームを動かすために必要な消費電力を最小とするように機構のバランスを取ってもよい。
【００２０】
実施形態によっては、システムは、フレームに取り付けられる支持部８をさらに備えてもよい。支持部は、家、アパート、またはその他の住居、ビル、倉庫、またはそのほかの構造物等の固定構造物に接続されるように構成される。支持部を固定構造物に固定するまたは留めるには適切な機械的な取り付け手段、留め付け手段、固定手段、または接続手段を使用してもよい。他の実施形態において、装置を地面に取り付けてもよい（つまりフレームは、フレーム、土台、台座、または他の支持部材に支持される）。さらに他の実施形態では、装置はＲＶ車、キャンピングカー等の車両に取り付けてもよい。（フレームは車両のどの部分に取り付けてもよい。）さらに他の実施形態では、システムは可搬型としてもよい。システムは、どのような循環式暖房システムにも容易に後付けでき、入口線と出口線を後付けするシステムに接続すればよい。可搬型システムは、例えばキャンプ、別荘やその他の出掛け先や、またはＲＶ車等に幅広く応用して使用できる。
【００２１】
実施形態によっては、複数のレンズと複数の電池は行及び列に交互に配置してもよい。具体的な実施例を図４と５に示す。この具体的な例は、１つの特定の実施例を示すためのみのものであるが、４８個のレンズと３５個の太陽電池を備える。この特定の例では、レンズは８個×６個の配列に配置され、電池は７個×５個の配列に配置される。レンズと電池の行と列は混在する。つまりレンズの行または列の次に電池の行または列が続き、その後にレンズの行または列が続き、それが繰り返される。図４と５に示す実施方法は単なる例であることを強調する。レンズの数が可変であることは明らかであろう。同様に電池の数も可変である。さらにレンズと電池の行と列が交互となる構成またはレイアウトは、単なる例に過ぎないことも理解されたい。他の構成やレイアウトも使用可能である。最後にレンズと電池間の距離が等しいことも例示である。間隔は不規則にしてもよい。
【００２２】
実施形態によっては、太陽光線が通る際に各すべてのレンズ（水晶）が同一の焦点特性を示すように、レンズを蜂の巣状の支持部に組み込んでもよい。レンズの上面から熱交換板上の焦点までの距離は短い（例えば３〜６インチ（７．６２〜１５．２４ｃｍ））が、レンズの大きさ、向きおよび形は用途によって変更可能である。
【００２３】
実施形態によっては、熱交換板はフレームの上面に取り付けられる。フレームは、二重機能板を支える複数の支持アーム１０つまり支柱を備える。二重機能板は熱交換板に対して実質的に平行で空間を開けてフレームの支持アームに取り付けられ、これによって熱交換板と二重機能板との間に空隙を画定する。特定の実施形態では、この空隙がレンズの焦点距離の役目を果たす。具体的には、空隙はレンズの焦点距離と等しく、熱交換板上の特定の目標位置への光エネルギーの集光を最適化する。
【００２４】
実施形態によって熱交換器は、熱伝導性合金によって組み込まれた１つまたは複数の温水循環式暖房導管を備え、導管は実質的にレンズと揃えて配置される。入口及び出口５が熱交換器に設けられる。合金の融点は、レンズによってもたらされる局所的な最高温度よりもかなり高い。合金が太陽放射によって加熱されると、導管内の流体（例えば、水やプロピレングリコール等）も加熱される。この流体は、様々な加熱要素または熱伝導装置に熱を伝え、住居や大規模ビル施設の環境に熱エネルギーを供給する。循環液の余剰熱エネルギーは高断熱の熱貯蔵容器内に保存してもよい。
【００２５】
実施形態によってシステムは、温水循環式暖房導管内の流体の温度を監視して制御器に温度信号を送りシステムを選択的に作動および停止する温度センサをさらに備える。例えば、制御器はフレームを太陽とは違う方向へ向けて移動し、温度が最大作動閾値を下回るまで太陽量を下げてもよい。
【００２６】
他の実施形態では、１つの総合多機能制御器の代わりに、３つの異なる制御器を備えてもよい。第１制御器は太陽の動きを検出／追跡して装置のＸ軸とＹ軸における位置を制御する。第２制御器は温度センサから信号を受け取って熱交換板の温度を監視し、また入口での導管流体の温度を監視し、さらに戻りの導管流体の温度を監視してもよい。第２制御器はポンプ（例えば１２ＶＤＣまたは１２０ＶＡＣポンプ）を制御して、熱交換器に送られ、貯湯槽に供給される流体を制御してもよい。第３制御器は太陽光発電システムからエネルギーを引き出しＤＣ電流（例えば１２ＶＤＣ）を供給して電池（複数可）、コンデンサ（複数可）やその他の蓄電装置に例えばトリクル充電システムを介してエネルギーを与える。この電池／コンデンサ／蓄電装置は、ＤＣ電流（例えば１２ＶＤＣ）を供給してすべての制御器（つまり第１、第２、第３制御器）に電力を与える。必要に応じて、第３制御器によってＤＣ電流（例えば１２ＶＤＣ）をインバータに供給して保存されたエネルギーをＡＣ電流（例えば１２０ＶＡＣ）に変換して家庭用（照明等）および／または緊急用バックアップ電力とすることもできる。
【００２７】
本発明の実施形態は、少なくとも部分的に先行技術の前述の欠点のいくつかを解決する。本ハイブリッド型太陽エネルギー回収システムは太陽光線のエネルギーを取り込んで家庭用または業務用に応用する。
【００２８】
ここに開示され、図１〜５における例を通して説明される本システム（または「装置」または「機器」）は、太陽電池を使用して電力を生成し、さらに太陽光線を１つまたは複数のレンズ（「水晶」とも呼ぶ）を通してパッシブ熱回収板（熱交換器）へ集光する小型太陽エネルギー回収システムである。本システム、特に熱交換板は、多様な素材（ステンレス鋼やその他の金属または合金等）のいずれかによって製造できる。本設計は拡張性があり、本システムは多様な大きさや形によって構築できる。上述したようにレンズと電池は多くの異なる構成とレイアウトによって配置可能である。
【００２９】
一連のレンズは、一連の熱焦点を形成し、そこでは受ける金属、合金またはその他の物質を通して、集光されたエネルギーが吸収され、収集され、伝えられる。熱は、伝導、対流、輻射またはそれらの組み合わせによって伝えられる。熱は既知の技術を利用して他の形式のエネルギーに変換してもよい。例えば、熱エネルギーによって水を蒸気に変換して小型タービンやその他の小型発電機を駆動してもよい。他の実施形態では、本システムの規模を拡大して、水蒸気を生成する効率的で強力な供給源として利用し、タービンを動かして消費者の大量消費用電力を生成するために使用できる。または、他の例としては、太陽電池（複数可）は、ＤＣ電圧を生成しＨ2Ｏを分解し（水素と酸素へ）、結果的に得られた水素を使用して水素燃料電池によって電力を生成できる。
【００３０】
回収された太陽エネルギーは多様な方法で業務用または家庭用の消費に利用できる。実施形態によっては、流体を加熱された合金またはその他の金属内で循環し、それによって熱交換器内で循環する循環液に熱を伝える。次に流体は熱を既存の加熱素子または後付けの循環システムに伝え、消費者が各自の特定の目的にこの熱を使用できるようにする（例えば、暖房、業務用暖房適用事例、家庭用または業務用の貯湯槽暖房、温水循環式輻射床暖房、ロードヒーティング、プールの加熱等）。レンズ増幅型パッシブ暖房に加えて、本発明の実施形態は、光電エネルギー生成も組み入れ、バックアップ蓄電用電気エネルギーを生成し同時に熱エネルギーを回収しながら制御器とモータに電力を供給できる
【００３１】
本発明の実施形態は生成するエネルギー量に対して相対的に小型の面積を利用する。この新しいシステムの主要な用途は、スペースが非常に限られた場所で太陽エネルギーを回収することであるが、本システムは拡張可能であって、本システムの大型版を使用してより大量のエネルギーを生成するように性能を高めることができることを理解されたい。
【００３２】
ここに開示されるシステムは、このようにコスト効率がよく小型（スペース削減型）で環境に優しいユーティリティ装置であって、消費者の出費を抑えるだけでなく、現在の化石燃料消費から環境を守る。本装置はより環境にやさしい展望に貢献する（すなわち大量の鏡やパネルを不必要とする）。本システムが使用される地域の天候によって、平均的なユーザは熱エネルギー代の補助的な３０％〜５０％の節約（家庭用または業務用の暖房と温水使用料からのみ）を期待できる。選択された地域の日照時間が長い場合は、さらに高い経費削減を期待できる。
【００３３】
開示した実施形態では、本発明は、平均的な家庭の消費者や企業が住居やオフィスを暖房する熱エネルギーやより寒冷の気候において常に温水を提供できるようにし、逆に熱エネルギーの電気への変換を含む別の実施形態では、夏期に住居や業務所を冷房する熱エネルギーを確保することができることによって経済的および空間的制限を解決する。本発明は家やビルの改造に利用できる。本システムは、太陽光線を追跡して効率を最適にできる場所であればどこにでも取り付け可能である。
【００３４】
本発明の実施形態は、様々な安全対策を含んでもよい。例えば、過熱状態を検出すると作動する自動停止スイッチ（上記）である。上述したように熱センサを熱交換器の入口と出口に設置し、入る流体と出る流体の温度を監視してもよい。流体貯蔵容器または本システムまたは接続されたシステム内のどこか他の場所にも温度センサを設置できる。自動停止機能は故障状態によって作動してもよい（例えば電気的な故障や制御器からのエラーメッセージによる）。停止は本装置を完全に太陽とは違う方向に向けることによって実施される。
【００３５】
本装置は、適切な保護ケースに入れることによって、耐候性にできる。レンズに保護フィルムをかぶせ、天候からレンズを保護し、熱劣化を防止することも可能である。
【００３６】
本装置には、設置方法、安全な操作および保守に関する説明を示す場所（装置の裏等）を設けてもよい。
【００３７】
本発明の他の実施形態に係る二重機能型熱エネルギー回収パネルアセンブリ（パネルアセンブリ）を図６と７に示す。パネルアセンブリ２０は、複数のレンズ２２と複数の太陽電池２４の両方を備える。図６に示す実施形態では、パネルアセンブリ２０は実質的に長方形であるが、他の形状であってもよい。この実施形態の太陽電池２４は実質的に正方形であってパネルの側辺に対して直交しない。示されている特定の実施形態では、電池２４はパネルアセンブリ２０の側辺に対して約４５度回転している。この配置によって多くのレンズ２２と太陽電池２４とをパネル上に密集させて設けることが可能となる。図６と７に例として示すこの特定の構成では、４８個のレンズ（８個×６個）と３５個の太陽電池（７個×５個）が交互の行と列に配置される。明らかなように、レンズの数と電池の数は、それらの幾何学的配置、相対的な大きさ、間の距離や構成と同様、他の実施形態では変更できる。パネルアセンブリ２０は、図７に示すように温水システム２６への接続に入口管と出口管２５とを備える。図７に示すように、太陽電池はエネルギー貯蔵装置２８へ接続される。太陽電池には、高集光太陽電池（ＨＣＰＶ）を利用してもよい。レンズには、マイクロ光学太陽集光器技術を利用してもよい。
【００３８】
実施形態によっては、太陽電池は二重機能板（最上板）に組み込まれ、パネルアセンブリの二重機能板（最上板）の上面は実質的に平面であって、太陽に直交の向きに配置されると太陽放射の吸収が最大限となる。実施形態によっては、最上板と熱交換板との間に中間板が設けられ、中間板にはレンズと揃えて穴が開いている。このように実施形態によってパネルアセンブリは、最上板と、任意の中間板とを備え、中間板は、熱交換板と空間を挟んで取り付けられ、中間板と熱交換板との間に空隙を形成する。他の実施形態では、空隙はなくてもよい。
【００３９】
本発明の他の実施形態にかかる、カウンタウェイトフレーム３０を備えるソーラパネルと熱交換器アセンブリの正面図を図８と９に示す。このカウンタウェイトフレームは前述のカウンタウェイト２の代わりである。カウンタウェイトフレーム３０は機構の動力性能を向上させ、太陽を追跡するようにパネルアセンブリを回転するために必要なエネルギーを最小とする。パネルアセンブリ２０をカウンタウェイトフレーム３０に取り付ける機構の例を図９に示す。この図に示すように、一対の上部回転支持体３２がカウンタウェイトフレーム３０の裏面に取り付けられる。各上部回転支持体３２は、一対の上部支持アーム３４の一方を収容し回転可能に支持する穴を画定する。上部回転支持体３２は、ジャーナル、軸受筒または軸受を備えてもよい。上部支持アーム３４は、電気モータ３６から延びる駆動シャフト３７に接続する。電気モータ３６は、図１を参照して前述した二軸回転機構３に類似する。電気モータ３６と二軸回転機構３は、回転子として動作し、パネルアセンブリを回転する。明らかであるが、パネルアセンブリを動かすには、適切なモータ、回転子または二軸回転機構を使用できる。他の変形例では、パネルアセンブリは、１つまたは複数のリニアアクチュエータと、リニアアクチュエータの直線運動をパネルアセンブリの回転運動に変換する手段とを備える回転機構を使用して回転させてもよい。図９にさらに示すように、電気モータ３６は駆動シャフト３７を介し一対の下部支持アーム３８にも接続される。下部支持アーム３８は、パネル裏面に取り付けられる一対の下部回転支持体４０の内側で回転する。下部回転支持体４０は、ジャーナル、軸受筒または軸受を備えてもよい。実施形態によっては、上部回転支持体と下部回転支持体は、１本の棒または部材として一体的に形成してもよい。
【００４０】
図９に示すように、上部支持アーム３４と下部支持アーム３８は、それぞれ上部材と下部材を備え、それらの上部材と下部材は両方ともモータから延びる駆動シャフトに直交する。上部支持アーム３４と下部支持アーム３８はさらにモータ３６の駆動シャフト３７に平行である平行部材をそれぞれ備え、回転支持体３２，４０と係合する。このように回転支持体３２，４０は、モータ３６の駆動シャフト３７に平行である。図９に示す通り、上部材と下部材は平行部材へ９０度曲がるか屈折する。作動中、モータ３６はアーム３４，３８にトルクを印加し、それによってパネルアセンブリ２０を回転させ、カウンタウェイトフレーム３０の回転のバランスを取る。実施形態によっては、カウンタウェイトフレームは複数の太陽電池を備えてさらに電気生成能力を追加してもよい。
【００４１】
パネルアセンブリは解放型であっても密閉型であってもよい。後者の場合は、密閉型パネルアセンブリは密閉空間を備えてもよく、その中は、真空または部分的に真空であってもよく、空気以外のガス（例えば不活性ガス）、加圧空気または加圧ガスを含んでもよい。密閉されたガスはレンズと熱交換器の間の熱伝導特性および／または光伝導特性を変化させるために利用できる。
【００４２】
実施形態によっては、本システムは、パネルアセンブリの１つまたは複数の側面に追加の太陽電池を取り付けた翼部を備えても良い。翼部は固定的に取り付けても着脱可能に取り付けてもよい。翼部は折りたたみ可能か、収縮可能か、他の方法でスライドさせて取り外したり、取り付けたりできてもよい。実施形態によっては、翼部は最大太陽量を捉えるために使用し、夜または太陽の強度が所定の閾値を下回る際は閉じてもよい。
【００４３】
本システムの較正は手動で実行できる。例えば装置の各角にあるねじまたはねじ部材を調節する。装置は、ねじまたはねじ部材が回されるとレンズ板を少し上か下に動かし、それによってレンズの焦点を最適にし、装置の熱効率を改善する。このように、回転子はＸ軸Ｙ軸の動きを可能にし、調節機構はＺ軸の動き（上下の動き）を可能にするので、３自由度の動きが生じる。
【００４４】
さらに別の実施形態では、レンズ板焦点の自動精密較正のための自動自己較正を装置内に組み込まれるまたは設置される熱センサからのフィードバック信号に基づき行なってもよい。自動自己較正では、手動のねじに代えて小型モータによって上下の動きを行なう。調節の方向と度合いは内部熱センサのフィードバックと最適な効率を実現するため装置内に設定されたパラメータによって決定される。マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサを設けてパネルアセンブリ内のセンサからのフィードバック信号に応じて装置を自己較正してもよい。
【００４５】
この新しい技術を具体的な実施方法と構成の観点から説明したが、それらは単に例として示しただけである。当業者であれば、本明細書に示される発明の概念から逸脱することなく多くの明らかな変更、改良、修正を実施できることを理解するであろう。したがって出願人が求める排他的権利の範囲は添付の請求項によってのみ制限されるものとする。
【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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【国際調査報告】
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