(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの太陽光利用素子を有し、入射光を、前記太陽光利用素子に受け渡すための受光器を備え、
前記入射光の光源及び前記受光器の相対位置の時刻に関する変化に依存して、制御されるトラッキング装置を備え、：
前記光学装置が、光を偏向する屈折領域を有する、透明な光学体を有し、
前記光学体は、ホイルの形態にある、及び／または相異なる部分をトラッキング方向に沿って有するとともに、前記ホイルの巻取り及び巻出しを行うことにより前記トラッキング装置を用いて前記受光器に対する相対運動をともなうトラッキングを引き起こすことができるホイル上にあり、
さらに前記光学体の相異なる部分が、前記ホイルの巻取り及び巻き出しと、前記ホイルと太陽光利用素子との相対運動により、作用位置につけること及び作用位置から離すことができる、屈折作用を行う光学装置であって、
前記ホイルが、光が前記太陽光利用素子に受け渡されるような方法で、前記太陽光利用素子と協働し、
トラッキング方向に沿って異なる性質の前記ホイルの前記領域が、少なくとも一つの太陽光利用素子と関係付けられ、第１の領域が１日またはそれ以上の日数の期間にわたり前記太陽光利用素子と協働し、
前記第１の領域に隣接する第２の領域が次の１日またはそれ以上の日数の期間にわたり前記太陽光利用素子と協働可能なように構成されている；
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記屈折領域が、光を集光することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記光学体が、光を偏向する回折領域を有することを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記光学体が、光を集光する回折領域を有することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記光学体が、光を偏向するホログラム領域を有することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記光学体が、光を集光するホログラム領域を有することを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記ホイルが１年または半年の個々の１日に関係付けることができる相異なる領域を有することを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の装置。
【請求項８】
複数の太陽光利用素子が縦列及び横列をもつ格子配列に配置されること、及び／または前記光学体が、縦列及び横列をもつ格子配列に配置された複数の個別領域を有することを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記太陽光利用素子及び／または前記光学体の前記個別領域の前記格子配列が、太陽位置の年周変化を補償するために、前記トラッキング方向及び／または前記光学体の前記移動方向に対して鋭角に傾けられていることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記トラッキング装置が、前記光学体を第１のトラッキング方向に移動させる、第１の搬送装置を有することを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記トラッキング装置が、前記光学体を、前記光学体の主延長方向に対してある角度をなす第２のトラッキング方向に移動させる、及び／または、前記光学体の前記主延長方向に平行な軸のまわりに回転運動させる、第２の搬送装置を有することを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の搬送装置が１日の時刻に依存して制御されることを特徴とする請求項１０または１１記載の装置。
【請求項１３】
前記第１及び／または前記第２の搬送装置が１日の時刻に依存して制御されることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の搬送装置が１年の日時に依存して制御されることを特徴とする請求項１０から１３いずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
前記第１または前記第２の搬送装置が１年の日時に依存して制御されることを特徴とする請求項１１から１４いずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
前記光学体が柔軟なホイルの形態であり、前記搬送装置が、前記ホイルの受取り及び／または送出しのためのホイル格納装置を少なくとも１つ有するホイル搬送装置の形態であることを特徴とする請求項１０から１５いずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
前記トラッキング動作時に前記ホイルを巻き取る第１のドラム及び前記トラッキング動作時に前記ホイルを巻き出す第２のドラムを備え、あるホイル部分が前記第１及び前記第２のドラムの間に前記太陽光利用素子の上方に配置され、前記ホイル部分は前記配置位置において前記ホイルの作用可能な前記部分を有することを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記相異なる部分が前記トラッキング方向に互いに並列関係で前記光学体上に及び／または前記光学体内に配置され、前記部分が連続的に互いに融合する部分の形態あるいは個別に分離された部分の形態にあることを特徴とする請求項１から１７いずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
前記光学体が柔軟体の形態にあることを特徴とする請求項１から１８いずれか１記載の装置。
【請求項２０】
前記光学体または前記ホイルが光を偏向及び／または集光する構造をもつ層化領域を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１から１９いずれか１項記載の装置。
【請求項２１】
前記ホイルの前記光源に向いた面が反射防止処理されていることを特徴とする請求項１から２０いずれか１項記載の装置。
【請求項２２】
前記光学体が、回折レンズの構造を有する集光器ホイルの形態である、光を集光する領域を有することを特徴とする請求項１から２１いずれか１項記載の装置。
【請求項２３】
前記ホイルが前記トラッキング方向に連続して配された複数の個別のレンズ構造領域を有することを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
少なくとも一つの太陽光利用素子を有し、入射光を、前記太陽光利用素子に受け渡すための受光器を備え、
前記入射光の光源及び前記受光器の相対位置の時刻に関する変化に依存して、制御されるトラッキング装置を備え、：
前記光学装置が、光を偏向する回折領域を有する反射光学体を有し、
前記反射光学体は、ホイルの形態にある、及び／または相異なる部分をトラッキング方向に沿って有し、前記ホイルの巻取り及び巻出しを行うことにより前記トラッキング装置を用いて前記受光器に対する相対運動をともなうトラッキングを引き起こすことができるホイル上にあり、
さらに前記反射光学体の相異なる部分が、前記ホイルの巻取り及び巻き出しと、前記ホイルと太陽光利用素子との相対運動により、作用位置につけること及び作用位置から離すことができる回折作用を行う光学装置において、
前記ホイルが、光が前記太陽光利用素子に受け渡されるような方法で、前記太陽光利用素子と協働し、
トラッキング方向に沿って異なる性質の前記ホイルの前記領域が、少なくとも一つの太陽光利用素子と関係付けられ、第１の領域が１日またはそれ以上の日数の期間にわたり前記太陽光利用素子と協働し、
前記第１の領域に隣接する第２の領域が次の１日またはそれ以上の日数の期間にわたり前記太陽光利用素子と協働可能なように構成されている；
ことを特徴とする装置。
【請求項２５】
前記回折領域が、光を集光することを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記反射光学体が、光を偏向するホログラム領域を有することを特徴とする請求項２４または２５記載の装置。
【請求項２７】
前記反射光学体が、光を集光するホログラム領域を有することを特徴とする請求項２４から２６いずれか１項記載の装置。
【請求項２８】
前記ホイルが１年または半年の個々の１日に関係付けることができる相異なる領域を有することを特徴とする請求項２４から２７いずれか１項記載の装置。
【請求項２９】
複数の太陽光利用素子が縦列及び横列をもつ格子配列に配置されること、及び／または前記反射光学体が、縦列及び横列をもつ格子配列に配置された複数の個別領域を有することを特徴とする請求項２４から２８いずれか１項記載の装置。
【請求項３０】
前記太陽光利用素子及び／または前記反射光学体の前記個別領域の前記格子配列が、太陽位置の年周変化を補償するために、前記トラッキング方向及び／または前記反射光学体の前記移動方向に対して鋭角に傾けられていることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
前記トラッキング装置が、前記反射光学体を第１のトラッキング方向に移動させる、第１の搬送装置を有することを特徴とする請求項２４から３０いずれか１項記載の装置。
【請求項３２】
前記トラッキング装置が、前記反射光学体を、前記反射光学体の主延長方向に対してある角度をなす第２のトラッキング方向に移動させる、及び／または、前記反射光学体の前記主延長方向に平行な軸のまわりに回転運動させる、第２の搬送装置を有することを特徴とする請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
前記第１の搬送装置が１日の時刻に依存して制御されることを特徴とする請求項３１または３２記載の装置。
【請求項３４】
前記第１及び／または前記第２の搬送装置が１日の日時に依存して制御されることを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項３５】
前記第１の搬送装置が１年の日時に依存して制御されることを特徴とする請求項３１から３４いずれか１項記載の装置。
【請求項３６】
前記第１または前記第２の搬送装置が１年の日時に依存して制御されることを特徴とする請求項３２から３５いずれか１項記載の装置。
【請求項３７】
前記反射光学体が柔軟なホイルの形態であり、前記搬送装置が、前記ホイルの受取り及び／または送出しのためのホイル格納装置を少なくとも１つ有するホイル搬送装置の形態であることを特徴とする請求項３１から３６いずれか１項記載の装置。
【請求項３８】
前記トラッキング動作時に前記ホイルを巻き取る第１のドラム及び前記トラッキング動作時に前記ホイルを巻き出す第２のドラムを備え、あるホイル部分が前記第１及び前記第２のドラムの間に前記太陽光利用素子の上方に配置され、前記ホイル部分は前記配置位置において前記ホイルの作用可能な前記部分を有することを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項３９】
前記相異なる部分が前記トラッキング方向に互いに並列関係で前記反射光学体上に及び／または前記反射光学体内に配置され、前記部分が連続的に互いに融合する部分の形態あるいは個別に分離された部分の形態にあることを特徴とする請求項２４から３８いずれか１項記載の装置。
【請求項４０】
前記反射光学体が柔軟体の形態にあることを特徴とする請求項２４から３９いずれか１記載の装置。
【請求項４１】
前記反射光学体または前記ホイルが光を偏向及び／または集光する構造をもつ層化領域を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項２４から４０いずれか１項記載の装置。
【請求項４２】
前記反射光学体が、回折鏡の構造を有する集光器ホイルの形態である、光を集光する領域を有していることを特徴とする請求項２４から４１いずれか１項記載の装置。
【請求項４３】
前記ホイルが前記トラッキング方向に連続して配された複数の個別の鏡構造領域を有することを特徴とする請求項４２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は入射光、好ましくは太陽光を、受光器上、好ましくは太陽光利用素子上に受け渡すための、回折及び／または屈折作用を行う光学装置に関し、前記装置は、光源と受光器との相対位置の時間的変化に依存して、好ましくは太陽位置に依存して、制御されるトラッキング装置を備える。
【０００２】
上記のタイプの光学装置は、太陽光利用設備での使用に対する実用状況により知られている。そのような太陽光利用設備は太陽光利用素子を備え、太陽光を最高効率で利用できるようにするために、入射太陽光を可能な限り垂直方向で太陽光利用素子に供給する。太陽光工学の実用状況においては、上記目的は一般に、光を適切に偏向し集光するレンズ及び放物面鏡を備える集束システムを用いることにより果たされる。常時最適な結果を得るために、上記のシステムに太陽の動きをトラッキングさせる。このため、一般に大きくて重い光学装置を精確に移動させる高価な構造体をもつトラッキング装置が必要となる。
【０００３】
１９９４年７月２８日付‘フランクフルター・アルゲマイネ・ツァイトゥング(Frankfurter Allgemeine Zeitung)’新聞の付録第１４４号にあるプレスリリースには太陽電池に太陽光を当てるためのホログラムホイルの利用に関する報告があった。ホログラムホイルは従来のプリズム及びレンズの代わりとなるように考えられている。ホイルの目的は光をスペクトル分割し、そのように分割された光をそれぞれのスペクトル範囲専用に設計された太陽電池に供給することである。
【０００４】
ドイツ国公開特許第３１ ４１ ７８９ Ａ１号は、プリズムの形態にあり、入射面及び反射面のそれぞれにホログラム構造をもつ材料層を有する本体を備える、太陽光線集光器を開示している。ホログラム構造のパラメータは、ホログラムによって、光がプリズムに入り、プリズム内をプリズムの複数の端面で集束されて出てくる結果となって通過するように選ばれる。この態様では、光は集光され、同時に上記構成により光は様々なスペクトル範囲に分割されて、様々な光線出射面に様々なスペクトル範囲の光が集光する。目的は、このようにすれば、それぞれのスペクトル範囲に対して専用の光変換器をあてがえることである。プリズムからなる上記の太陽光線集光器には、トラッキングに関して上述した欠点がある。さらに、プリズムのため、変換率を下げる陰影効果が生じる。
【０００５】
米国特許第４ ０５４ ３５６ Ａ１号は、点光源のホログラムの形態の太陽光線集光器を開示している。しかしホログラムレンズの焦点は非常に大きいので、レンズの焦点に集光光の受光器を配置するためには、受光器をレンズに結合する補助デバイスが必要になる。さらに、この構成は受光器表面におけるエネルギーの不規則分布をともなう。
【０００６】
ドイツ国公開特許第３０ １２ ５００ Ａ１号は、光バリア及び光カーテンに用いるための逆行反射体を開示している。反射体は、感光性材料にホログラム法で形成される回折光子を用いる。
【０００７】
反射体が照射されると、反射体に入射する光は反射され、ホログラムをもつ反射板の外側に集束される。
【０００８】
本発明の目的は、単純な構造を有し、それぞれ所望の光偏向及び／または光集光効果をもたらす、本明細書の冒頭に述べたタイプの光学装置を提供することにある。目的は、光学装置が太陽光利用設備での使用に関して特に効率的な光変換を可能にすることにある。
【０００９】
本発明にしたがえば、上記目的を達成するために、本明細書の冒頭に述べたタイプの光学装置が、回折及び／または屈折及び／またはホログラム領域を有する透明または反射性光学体を光学装置が有するように構成される。この場合、特徴の組合せａ）により、光学体がトラッキング方向に沿って光学特性の１つまたはそれ以上に関して性質の相異なる部分を有し、光学体と受光器との相対運動をともなう光学体及び／または受光器に対するトラッキング装置の作用により光学体の様々な部分を作用位置につけるかまたは作用位置から離すことができる光学装置を提供できる。特徴の組合せｂ）により、光学体がホイルの形態に及び／またはホイル上にあって、ホイルの巻取り及び巻出しを行うことにより受光器に対して相対運動させるトラッキング装置を用いてトラッキングを行うことが可能な光学装置を提供できる。
【００１０】
組合せａ）により回折及び／または屈折及び／またはホログラム領域を有する光学体が光学パラメータに関して性質の相異なる部分をもつという事実による特に単純な態様で、精確なトラッキングを実施できる。光学体及び／または受光器に作用するトラッキング装置は、光学体と受光器との間に相対運動を生じさせる。本態様では、光学体の様々な部分が連続的に作用位置に移動するトラッキング運動がおこる。本態様では、それぞれの時点において作用位置にある光学体部分が、その時点においてそれぞれ作用し、その時点において入射する光を受光器に望ましい照射角または望ましい集光度で供給する部分となる。
【００１１】
組合せｂ）にしたがえば、光学体はトラッキング装置により巻取り及び巻出しを行うことができるホイルの形態に及び／またはホイル上にあり、これにより構造の単純性及びコストに関して基本的な利点が得られる。
【００１２】
特別な利点は太陽光利用設備での使用に関して得られる。受光器は静止したままでいることができる太陽光利用素子の形態にあり、一方光学装置は太陽の位置をトラッキングさせられる。類似の利点が温室での使用に関して得られる。
【００１３】
回折及び／または屈折及び／またはホログラム領域を有する光学装置の本体は平坦な光入射面をもつことが好ましく、平坦な光出射面をもつことも好ましい。太陽光は受光器に対する光源のある瞬間の位置に依存する、すなわち、太陽光利用設備においては、太陽の位置に依存する、ある入射角で光入射面に入射する。そのように入射した光は本体を通過し、光が光出射面において所定の出射角または所定の集光度をもって本体から現れ、よって受光器に受け渡されるように、通過しながら偏向または集光される。本体の光学パラメータは、それぞれの用途に対して望ましい出射角または望ましい集光度が得られるように選ばれる。太陽光工学における使用に関しては、本体の光学パラメータは、本体からの太陽光を最適に利用するのに必要な出射角及び太陽光利用素子への対応する照射角、すなわち可能な限り９０°の照射角が達成されるように、あるいは最大の集光度が得られるように選ばれる。
【００１４】
光学パラメータに関して相異なる光学体部分は、それぞれの光学体部分が互いに連続的に融合している部分の形態あるいはそれぞれが分離している部分の形態となり得る態様で、本体上または本体内に、トラッキング方向に互いに並列関係に配置することができる。それぞれの光学体部分が連続的に遷移する配置により連続トラッキングに関して利点が得られる。この点に関する特別の利点は、トラッキング方向における光学パラメータの変化も連続的に一定の率で進む場合に得られる。
【００１５】
好ましい実施形態において、光学体またはホイルは光偏向及び／または集光構造をもつ層形態の領域を少なくとも１つ有する。光学体はホログラム素子を備えることができる。例えば、光学体はホログラム構造を有する、好ましくは層化領域を備えることができる。光学パラメータに関して相異なる部分は相異なるホログラム構造を有する部分で実施することができる。ホログラム構造に代えてあるいはホログラム構造に加えて、光学体は、光を大幅に集光するための回折レンズまたは回折鏡の構造を有することができる。光学体またはホイルにおける反射損失を最小限に抑えるため、光学体またはホイルは光源に向く面を反射防止処理することができる。
【００１６】
光学体は硬質体または柔軟体の形態とすることができる。特別な利点はホログラムホイルを用いたときに得られる。ホイルは、回折レンズまたは回折鏡の構造をもつ集光器ホイルの形態を取ることもできる。ホイルは相異なるレンズ構造または相異なるミラー構造を含む複数の領域を備えることができ、これらの領域はトラッキング方向に連続して配置される。
【００１７】
トラッキング方向に沿って相異なるホイル領域が少なくとも１つの太陽光利用素子と、第１の領域が１日またはそれ以上の日数の第１の期間にわたり太陽光利用素子と協働し、第１の領域に隣接する第２の領域が次の１日またはそれ以上の日数の第２の期間にわたり太陽光利用素子と協働するように関係付けられる場合に、特に単純な態様でトラッキングを実施することができる。この目的のため、ホイルは１年または半年の個別の一日と関係付けられる領域、好ましくは３６５個または１８２個または１８３個の相異なる領域を有することができる。
【００１８】
非常に多くの太陽光利用素子を備える大型太陽光利用設備の場合には、複数の太陽光利用素子が縦横の列をなす格子配列に配置され、及び／または光学体が、好ましくは太陽光利用素子の格子配列に対応する、縦横の列をなす格子配列に配置された複数の個別領域を有する場合に、特に単純な構造がもたらされる。光源の位置の変化を補償するためのトラッキングを実施するため、太陽光利用素子及び／または光学体の領域の格子配列を、トラッキング方向及び／または光学体の移動方向に対して鋭角に傾けることができる。年間を通しての太陽の位置の変化に対する補償をともなうトラッキングは、０.２５°の角度を採用すれば、達成することができる。
【００１９】
光のスペクトル分割がホイルでおこる場合、好ましくは太陽光がホログラムホイルを通過する場合は、特定スペクトル専用太陽電池を使用することができる。複数のそのような特定スペクトル専用太陽電池を互いに並列関係に配置し、個々の光スペクトルを対応する太陽電池に供給することができる。
【００２０】
柔軟なホイルを用いれば、特に単純な構造からなり、そのような態様であっても確実かつ精確に作動する、トラッキング装置の構造設計を得ることができる。トラッキング装置は、ホイルの受取り及び／または送出しを行う少なくとも１つのホイル格納装置、好ましくはドラムを有するホイル搬送装置の形態とすることができる。トラッキング中にホイルを巻き取る第１のドラム及びトラッキング中にホイルを巻き出す第２のドラムがあることが好ましい。この場合、第１と第２のドラムの間のホイル部分は、好ましくは張力がかけられた状態におかれ、このホイル部分はそれぞれが導光及び／または光集光装置の作用部分を有する。トラッキングを実施するため、第１のドラムはモーター駆動により回転駆動される。第２のドラムは第１のドラムと同期して回転する。
【００２１】
トラッキング装置の特定の構成においては、光学体を主延長に沿って移動させる第１の搬送装置が備えられる。さらに、光学体を主延長に対してある角度で、好ましくは直角に移動させるか、あるいは主延長に平行な軸のまわりに回転移動させる、第２の搬送装置を備えることができる。第１または第２の搬送装置は、１日の時刻に依存して、すなわち１日のその時刻における太陽の位置に依存して(すなわち太陽位置の日周変化にしたがって)制御される。もう一方の搬送装置は１年の日時に依存して、すなわち１年のその日時における太陽の位置に依存して(すなわち太陽位置の年周変化にしたがって)、制御される。
【００２２】
さらなる詳細、特徴及び利点は、図面に簡略に示される多くの実施形態の以降の説明から明らかになるであろう。
【００２３】
図１の太陽光利用設備は太陽光利用素子１を有する。太陽光利用素子１は個別の太陽光利用素子あるいは互いに並列関係に配置された太陽光利用素子列とすることができる。太陽光利用素子１は光起電性太陽電池あるいは太陽熱捕集器とすることができる。太陽光利用素子１上を照射する太陽光２は、太陽光利用素子１により電気または熱エネルギーに変換される。生成されたエネルギーは太陽光利用素子の出力１ａにおいてネットワーク(図示せず)またはエネルギー貯蔵設備に供給される。
【００２４】
太陽位置に依存して角度αで入射する太陽光２を、太陽光の最も有効な利用を可能にするため、常時可能な限り垂直に太陽光利用素子表面上に受け渡す光学装置３が、太陽光利用素子１に関係付けられる。
【００２５】
光学装置３は、太陽光が通過する、図１の場合は太陽光を偏向させる、回折及び／または屈折作用を行う光学体４を有する。図の実施形態において、光学体４は、太陽光利用素子１の表面の上方に間隔をおいて配置された、張力がかけられた透明ホログラムホイルの形態にある。
【００２６】
太陽光利用素子の上方に配される、ホイル４の光入射部のホログラム構造は、ホイル４の表面に角度αで入射する太陽光がホイルを通過する際に偏向されて、ホイルの下側から角度βででてくるような構造である。太陽光利用素子１の配置は、角度βででてくる太陽光が太陽光利用素子１の表面Ａに好ましくは９０°の角度で向けられるように選ばれる。図の実施形態においては、出射角β＝９０°であり、ホイルにはホイル面が太陽光利用素子１の表面Ａに平行になるように、張力がかけられている。
【００２７】
太陽位置がどこであっても太陽光を有効に利用するため、光学装置３は、静止位置に配置された太陽光利用素子１に対する太陽位置をホイル４にトラッキングさせる、トラッキング装置５を備える。トラッキング装置５は２台の同期駆動ドラム５１，５２を有する。ドラム５１，５２は、間隔をおいて互いに平行に配置される。ドラム５１，５２はそれぞれ、静止位置に配された取付台５１ｇ，５２ｇに可回転支持される。ホイル４はドラム５１，５２間で張力がかけられ、ホイル４の対向する２つの端がそれぞれドラム５１，５２に巻かれている。ドラム５１，５２は、それぞれがドラム軸５１ａ，５２ａのまわりを同期回転するように、制御された態様でモーター手段により駆動される。図１における回転方向は、ドラム５１，５２間で張力がかけられたホイル４がＣ方向に左から右に搬送されるように、時計回りである。搬送運動速度は、太陽位置の日周変化に依存して制御される。
【００２８】
トラッキング動作中、ホイル４はＣ方向に連続的に移動する。図１の態様において、ホイルはドラム５２に巻き取られ、ドラム５１から巻き出される。太陽光利用素子１の上方の張力がかけられた部分にその時に配されているそれぞれのホイル部分だけが入射太陽光を通過させ、前記ホイル部分のみが事実上その時に作用可能である。
【００２９】
ホイル４は、主延長に沿って、すなわち表面の方向したがってトラッキング方向Ｃで変化するホログラム構造を有する。ホログラム構造のパラメータの変化は太陽位置に依存する入射角αに対する光偏向作用の連続的適合が、あるあらかじめ定められた搬送速度すなわちトラッキング運動速度で達成されるように選ばれる。ホログラム構造の適合は、太陽位置に依存する入射角αに対して出射角βが１日を通してほぼ一定となるような適合である。このことは、太陽がどの位置にあっても角度β及びγが１日を通してほぼ一定であり、したがって太陽がどの位置にあっても太陽光が等しく有効に利用されることを意味する。
【００３０】
年周変化に関する適合を与えるため、太陽光利用素子１の表面Ａに対するホイル面の角度位置に関するトラッキングがさらに用意される。この場合、ホイル面は、太陽光利用素子の表面にＣ方向に平行に揃えられたピボット軸のまわりに、好ましくはドラム５１，５２とともに軸旋回される。この場合ドラム５１，５２は、例えば取付台５１ｇ，５２ｇの領域に配置された、軸旋回機構(図示せず)を用いる適切な角度トラッキングを含むように用意される。
【００３１】
日周変化に関する、上述したＣ方向へのホイルのトラッキングに対するドラム５１，５２の回転駆動は、別々の駆動モーター５１ｍ，５２ｍを用いて与えられる。駆動モーター５１ｍはドラム回転軸５１ａを駆動する。この目的のため、駆動モーター５１ｍの駆動出力シャフト(図示せず)は伝動装置(図示せず)を用いてドラム回転軸５１ａに結合される。駆動モーター５２ｍは同様の態様でドラム回転軸５２ａを駆動する。２基のモーター５１ｍ，５２ｍは同期制御される。制御システムは、搬送速度、すなわちＣ方向へのホイル４のトラッキングが、太陽位置の日周変化に依存しておこなわれるような性質をもつシステムである。
【００３２】
夜間はホイルが引き込まれている。これは、駆動モーターがドラムを逆方向に回転させ、ホイルをドラム５２から巻き出してドラム５１に巻き戻すことにより行われる。
【００３３】
年周変化に関するトラッキングに必要なドラム５１，５２の軸旋回運動も、上述の軸旋回機構を適切に制御された態様で作動させる駆動モーター(図示せず)を用いる、モーター手段により行うことができる。
【００３４】
上述した実施形態においては、実質的に連続的に変化する光偏向ホログラム構造がホイルすなわち透明光学体上にあり、したがってホイルが太陽光利用素子の上方で連続移動を行うとしたが、例えば同じ構造のストライプの形態にある、類似の光偏向構造をもち、したがってこの場合は、太陽光利用素子に対して対応する不連続なすなわち一段ずつの態様で光学体が移動しなければならない、準不連続な態様の光学体を用意することも可能であることが、理解されよう。
【００３５】
図５及び６に示される実施形態も、太陽光利用素子１の上方を誘導され、簡略にしか示されていないが実際上はかなり大きく互に適当な間隔をおいて取り付けられたドラム５１，５２をもつトラッキング装置５を用いて巻取り及び巻出しが行われることにより太陽位置の日周変化に関するトラッキングがなされる、回折ホイルを備えた太陽光利用設備に関する。先述した実施形態とは異なり、図５及び６に用いられるホイル４は、入射太陽光を集光するホイルである。これは、回折レンズ４ａの形態にあるホイル集光器を含む。レンズ４ａを通過する際に、入射太陽光は、焦点に配置された太陽光利用素子１に太陽の像が生じるように、集光される。直径が１ｃｍから５ｃｍのレンズをもつホイルを用いる場合、太陽光利用素子の表面Ａとホイル４との間隔は１０ｃｍから２０ｃｍである。
【００３６】
日中は、太陽光利用素子１の上方で張力をかけられたホイル４は、トラッキング装置により図５及び６で左から右に、すなわち東西方向に移動させられる。このようにすれば、太陽位置の日周変化に依存して、日中を通して多かれ少なかれ傾いて照りつける太陽の像が、日の出から日没まで、一定の位置に配置された太陽光利用素子１上に落ちるようにトラッキングがなされる。図５は正午に太陽光がほぼ垂直な関係で入射する位置を示す。図６は午後に太陽光が傾いて入射する位置を示す。図６からわかるように、この位置においては、ホイル４すなわちレンズ４ａの位置を光に向けて移動させることによりトラッキングが行われる。
【００３７】
日周変化に関するトラッキングの目的のためのホイル４の搬送速度は１時間あたりｆ×０.２５であり、ここで‘ｆ’はレンズの焦点距離である。このようにすれば、太陽位置の日周変化によっておこり、１時間あたり約１５°である、光入射角の変化が考慮に入れられて、日周変化に関する精確なトラッキングが得られる。
【００３８】
改変された実施形態において、複数の太陽光利用素子１ａ，１ｂがホイル４の移動方向に連続して配置される。図７は２つの太陽光利用素子１ａ，１ｂのそのような配置を示す。太陽光利用素子１ａ，１ｂの上方で張力がかけられたホイル４は、ホイルの移動方向Ｃに連続した配置された２つのレンズ４ａ、４ｂを有する。図７からわかるように、レンズ４ａは太陽光利用素子１ａを照射し、レンズ４ｂは太陽光利用素子１ｂを照射することにより、レンズ４ａは太陽光利用素子１ａに関係付けられ、レンズ４ｂが太陽光利用素子１ｂに関係付けられている。この目的のため、太陽光利用素子１ａ，１ｂの間隔ｓはレンズ４ａ，４ｂの中心線間の間隔に等しい。日周変化にしたがうホイル４のトラッキング運動により、太陽の像は１日のそれぞれの時刻における太陽の位置に関してトラッキング運動を行い、よって太陽の像はそれぞれの時刻に、レンズ４ａを通して一定の位置で太陽光利用素子１ａ上に入射し、レンズ４ｂを通して対応する一定の位置で太陽光利用素子１ｂ上に入射する。
【００３９】
図５，６及び７の実施形態においては、複数の太陽光利用素子１ａ、１ｂ等をそれぞれ、ホイルの移動方向に対して横方向の１つまたはそれ以上の列として互いに並列関係に配置することができる。環状レンズをもつホイルを用いる場合には、この目的のため、ホイル上に複数のレンズ４ａ、４ｂ等が横方向に配置される。横列のそれぞれのレンズ及びそれぞれのレンズに関係付けられた太陽光利用素子は、隣接するレンズの中心線間の間隔が前記レンズのそれぞれに関係付けられた隣接する太陽光利用素子間の間隔に等しいように配置される。このようにすれば、横列のレンズのそれぞれは横列の太陽光利用素子のそれぞれと関係付けられる。この場合、日周変化に関するホイル４のトラッキング運動により、日中はいずれの時刻にも、それぞれの太陽光利用素子がそれぞれの太陽光利用素子に関係付けられたレンズで常時照射されることが保証される。
【００４０】
図８は、ホイル上にラスター配列すなわち格子配列で配置されたレンズ４ａ，４ｂ，４ｃをもつホイル部分を示す。それぞれのレンズは、互いに並列関係で互いに直角に延びる縦列及び横列に配置される。この場合、格子配列は、ホイルが移動し延び広がるＣ方向に対して約０.２５°の角度をなすように傾けられる。０.２５°の角度は、太陽光利用パネル(ソーラーパネル)に対する太陽の角度の日毎の変化に相当し、この変化は１日あたり４７°/１８２である。このようにすれば、太陽の角度の日毎の変化をＣ方向へのホイルの移動によるだけで、すなわち追加の調節無しに、補償することができる。
【００４１】
図９は太陽光利用設備における上記のホイル４の利用を示す。ホイルは格子配列に配置された太陽光利用素子１ａ〜１ｆの上方で張力をかけられ、Ｃ方向すなわち東西方向に巻取り及び巻出しがなされる。この場合、日周変化に関するトラッキングは、日中を通しての図９で左から右へのホイルの移動により先に述べた実施形態と同様に行われる。この場合、日中を通して常に、ある太陽光利用素子に関係付けられた対応するレンズがあり、よってそれぞれの太陽光利用素子は対応するレンズにより照射される。年周変化に関するトラッキングの目的のため、ホイルは１日毎にホイルの移動方向で隣接するレンズ間の中心線間隔だけずらされ、よってそれぞれの太陽光利用素子はあるレンズには１日しか照射されない。次の日は次のレンズにより太陽光利用素子が照射される。トラッキング効果は、角度０.２５°だけ傾けられている格子配列により、Ｃ方向へのホイルの移動で確実に得られる。すなわち、そのように傾けられた格子配列により、年周変化による水平線上の太陽の高さの日毎の変化に関しては、移動方向に垂直な方向へのレンズの相対的なずれが得られ、よって太陽位置の年周変化が補償される。
【００４２】
このことは、図９に示される実施形態において、日周変化に関しても、また年周変化に関しても、トラッキング作用がＣ方向へのホイル４のトラッキング運動により行われることを意味する。この目的のため、ホイル４は、移動方向に連続して配置された１８２個の別々のレンズを有することができ、トラッキング装置５により年間に１回左右への、すなわち図９において、初めの半年間は右への、次の半年間は左への、完全な移動が行われる。
【００４３】
図８及び９とは異なり、ある角度傾けられた格子配列をもたない、改変された実施形態において、年周変化に関するトラッキングは、滑動運動の軸のまわりのホイル面の軸旋回運動によるか、または水平面に対して傾けられ、太陽に向けられた平面内でホイルを移動させることにより実施することもできる。すなわち、太陽光利用素子が、太陽を向いた、家屋の傾斜屋根構体上に配置されている場合には、年周変化に関するトラッキングは傾斜屋根構体に平行なホイルの上方または下方への移動により行われる。
【００４４】
図１０に示される改変された実施形態において、ホイル４は回折レンズの代わりに凹面回折鏡４ｓを有する。太陽光利用素子１は、ホイル４の太陽に向いた側に、ホイル４に対してｆ(＝焦点距離)の間隔をおいて配置される。鏡４ｓに入射する太陽光は、太陽光利用素子の表面Ａ上に太陽の像がくるように集光される。先に述べた実施形態と同様の態様で、ホイルのトラッキングはトラッキング装置５を用いるホイルのＣ方向への移動により行われる。鏡付ホイルは、縦列及び横列に配置された複数の鏡４ｓを有することもできる。この点において、ホイルは図５から９の実施形態を参照して説明したレンズ構造をもつホイルと類似の構造をもつことができる。鏡付ホイルによっても、図４から９と同様の実施形態が可能である。
【００４５】
説明した実施形態で用いられる回折レンズ及び回折鏡の高さ方向のプロファイルは、球面及び放物面の断面をもつ同心帯からなる。上記同心構造の代わりに、または同心構造に加えて、ホイル４は横構造を有することもできる。ホイルは、光の偏向及び集光作用を同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  太陽光利用設備の線図
【図２】  図１の太陽光利用設備を朝の太陽位置とともに示す簡略な様式図
【図３】  図１の太陽光利用設備を正午の太陽位置とともに示す簡略な様式図
【図４】  図１の太陽光利用設備を午後の太陽位置とともに示す簡略な様式図
【図５】  集光器の形態の、回折レンズをもつホイルを備えた太陽光利用設備を、正午の太陽位置とともに示す簡略な様式図
【図６】  図５の太陽光利用設備を午後の太陽位置とともに示す簡略な様式図
【図７】  複数の太陽光利用素子を備えた太陽光利用設備を示す簡略な様式図
【図８】  格子配列のレンズをもつホイルを示す
【図９】  図８のホイルを用いた太陽光利用設備を示す簡略な様式図
【図１０】  集光器の形態の凹面回折鏡をもつホイルを備えた太陽光利用設備を示す簡略な様式図
【符号の説明】
１    太陽光利用素子
２    太陽光
３    光学装置
４    ホイル
４ａ，４ｂ，４ｃ    回折レンズ
４ｓ    凹面回折鏡
５    トラッキング装置
５１，５２    ドラム
【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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【図１０】
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