(57)【要約】  本発明は、完全にプラスチック材から作られ、かつ熱に関する用途と光起電性の用途との両方で使用される、３Ｄ一体化構造体又はキャビティを有するソーラーパネルに関する。この組立体は軽量であり、構造体自体により剛性が確保されるため、アルミニウム枠又は外付けの固定システムが必要ない。プラスチック射出成形によりまた、固定システム又は把持システムを直接組み込むことが可能になる。プラスチック射出成形によりさらに、ソーラーセルを互いに相互接続するための開口を加えることが可能になる。３Ｄ一体化構造体のそれぞれは、最終太陽放射線受信器（パイプ（６）又はセル（８））に太陽光を集め、能動的な太陽追尾を必要とすることなく、入射角の季節的なスペクトル及び毎日のスペクトル全体を網羅する。この構造体の厚さは、１つのみでなく３つの光学素子の利点を合わせるという利点をとった結果として小さい。即ち、プラスチックベース（１２）上に、高反射面（１０）と、幅広いスペクトル幅及び角度幅を有する反射ホログラム（９）と、内部全反射（ＴＩＲ）により、内部に光を捕らえるように、ある屈折率及び傾きの角度を有する透明な光学媒体（１１）とが配置されている。したがって、光学的な損失が著しく減少し、太陽スペクトルの大部分が、放射線受信器の方に向けられる。
2016534309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又はいくつかの３Ｄ一体化構造体又はキャビティを形成するポリマー製ベース（１２）と、これらのキャビティの内側を被覆する高反射面（１０）と、前記高反射面（１０）を続いて被覆するホログラム（９）と、熱ソーラーパネルの場合のパイプ（６）か、又は光起電性ソーラーモジュールの場合の光起電性ソーラーセル（８）かのいずれかである放射線受信器と、前記ホログラフィック材料（９）の屈折率と同様の屈折率ｎを有し、そして前記３Ｄ一体化構造体全体を被覆しそして密閉する透明な光学媒体（１１）とから構成されることを特徴とする、熱又は光起電性ソーラーパネル。
【請求項２】
型により押し出されることができる前記ポリマー製ベース（１２）が、その形状に、取り付けシステムに固定するためのすべての考えられるアンカーと、さらなる拡張部、例えば、熱ソーラーパネルにおける、集光器チューブ（１３）を収容するための構造、又は光起電性ソーラーモジュールにおける、前記ソーラーセル（８）間の任意の種類の電気的接続部を形成するために必要な開口とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱又は光起電性ソーラーパネル。
【請求項３】
前記ポリマー製ベース（１２）の３Ｄ構造ユニットが、互いに異なる傾きを有する、変動可能な数の異なる平面又は曲面（７）によって構成されることを特徴とする、請求項１に記載の熱又は光起電性ソーラーパネル。
【請求項４】
入射する太陽放射線が、捕らえられ、かつ入射角に従って異なる光学素子により、前記放射線受信器（６）又は（８）の方に向けられ：ここで、約６０°までは、前記ホログラム（９）によって捕らえられ、そして、前記ホログラム（９）は、適切な回折格子によりこれに応じて設計されなければならず；別の約４０°は、前記高反射面（１０）によって捕らえられ；そして、残りは、前記媒体（１１）と空気との境界面におけるフレネル反射により、前記３Ｄ一体化構造体内に反射されることを特徴とする、請求項１に記載の熱又は光起電性ソーラーパネル。
【請求項５】
前記ホログラム（９）が、前記媒体（１１）と空気とにおける臨界角より大きなデパーチャの角度で回折するように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱又は光起電性ソーラーパネル。
【請求項６】
型により押し出されることもできる前記透明な光学媒体（１１）が、放射線が、内部全反射（ＴＩＲ）により前記媒体（１１）内に捕らえられるように、前記ホログラム（９）によって回折した前記放射線と、前記高反射面（１０）によって反射した前記放射線との両方が、前記媒体と空気とにおける前記臨界角より大きな角度で、前記媒体（１１）の方に再度向けられるように、平面又は曲面（７）の傾きの角度より大きくそして前記平面又は曲面（７）の傾きの角度とは異なる傾きの角度を有することを特徴とする、請求項１に記載の熱又は光起電性ソーラーパネル。
【請求項７】
前記ポリマー製ベース（１２）と、前記透明な光学媒体（１１）との両方が、熱ソーラーパネルの場合には熱伝導性が低い耐環境ポリマー材料から作られており、そして光起電性ソーラーモジュールの場合には熱伝導性が高い耐環境ポリマー材料から作られており、これにより、伝導による熱の保持及び放散がそれぞれ確実になることを特徴とする、請求項１に記載の熱又は光起電性ソーラーパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生可能エネルギーの技術分野に含まれ、より詳細には、太陽熱エネルギーと熱電エネルギーとの両方、並びに光起電性ソーラーエネルギーに関する分野に含まれる。
【背景技術】
【０００２】
今日市場で最も広く入手できる熱ソーラーパネルは、二次元の平面状の構造体であり、ここでは太陽放射線が、放射線を吸収する塗料で覆われた金属フィンにより、流体を搬送するパイプに集められる。放熱は、ロックウール又は同様の素子で絶縁することによって防止されるが、この概念では防止することができない対流損失が依然として存在する。システム全体は、アルミニウム枠内に含まれており、前面は板ガラスである。組立体全体は重く、２ｍ２のパネルに対して３０ｋｇより多い重量がある。
【０００３】
平面集光器と呼ばれるこれらのパネルは、比較的安価であり、温暖な気候、及び熱搬送流体の温度が最大５０℃までで穏やかに上昇する場合には非常に効率的である。このことにより、これらのパネルの用途が、このような気候の領域と、流体の加熱範囲が低い場合とに限定されてしまう。パネルが、より涼しい領域に置かれることになる場合、又は流体が、より高温（１００℃超１５０℃まで）に加熱されることになる場合、２つの他の概念が必要になる。１つには、いわゆる真空管集光器が必要になる。この集光器では、加熱されるべきパイプがガラス管で導入され、このガラス管において真空が形成され、対流による熱損失が最小化される。もう１つには、いわゆる複合パラボラ集光器即ちＣＰＣが必要になる。複合パラボラ集光器は、疑似パラボラミラーによりパイプに光を集める。重いことに加えて、どちらの概念も複雑な技術及び／又は材料を必要とし、平面集光器の価格の２倍、又は３倍にさえ価格を上昇させてしまうため、どちらの概念にも価格という大きな欠点がある。
【０００４】
したがって、異なる領域、及び５０℃〜１５０℃までの温度範囲において非常に効率的であり、同時により軽量で、価格が平面集光器の価格と同等か、又は平面集光器の価格未満である、この分野の製品を開発することが適切である。
【０００５】
光起電性ソーラーモジュールに関して、市場で最も広く入手できる光起電性ソーラーモジュールは、ガラスの前部、アルミニウム枠、及び光起電性ソーラーセルで事実上全体が覆われた表面を有する、平面状のモジュールである。この構造体も重く、従来の２５０Ｗのモジュールに対して約２０ｋｇの重量がある。ソーラーセルが、コストの最も重要な一部であることを考え、理論的により安価で、かつ自身の表面に受けたすべての光を導くことができる集線器素子でソーラーセルを置き換えることにより、光起電性ソーラーモジュールの表面を減らす努力が、数十年にわたりなされている。しかしながら、これまでのところ、多くの異なる種類の光起電性集光システムは、首尾よく市場に進出できていない。主な理由は、価格と、太陽追尾を必要とする、完成したシステムの非常に複雑な最終構造とである。また、高集光システムでの、太陽につき２０倍又は２０Ｘ倍より多く、最大１，０００Ｘ倍まで達成される集光により、通常別の問題が加わる。即ちソーラーセルが過度に熱くなり、能動的又は受動的な冷却システムが検討されなければならない。これにより、これらのシステムに対する複雑性及びコストが増す。
【０００６】
光学技術としてのホログラフィには、他の光学的集線器システム（例えばレンズ又は鏡）と比較して多くの利点がある。即ちホログラフィは、光学的集線器システムよりはるかに用途が広く、安価である。ホログラフィはまた、低集光で使用される場合に太陽追尾の必要性をなくし、これにより、システムの複雑性を減少させる。
【０００７】
ソーラーパネルにホログラフィを使用する試みが早くから存在する。例えば、Ａｆｉａｎらに認められた米国特許第４８６３２２４号明細書では、ホログラム及びプリズム又はプレートを使用する。しかしながら、この集光器は、太陽と整列させておかなければならず、いかなる受動的な追尾能力も有さない。この欠点をまた有する別の発明は、Ａｎｄｏらに認められた米国特許第５２６８９８５号明細書である。この発明は、ホログラム及び全反射面を含む。しかし追尾を必要とすることに加えて、この発明は、単色光を捕らえるように構成されており、太陽スペクトルのほとんどを無駄にしてしまう。Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇに認められた米国特許第５８７７８７４号明細書及び米国特許第６２７４８６０号明細書は、ホログラフィック平面集線器を開示しており、ここでは、高いスペクトル幅及び角度幅を達成する少なくとも１つの多重ホログラフィックフィルムが、同一平面に置かれたソーラーセルに光を集める。本発明は、過度のスペクトルの損失という欠点を有し、両面セルを使用する必要性があり、光起電性ソーラーシステム全体を、アルベドを反射するために地面が白く塗装された平面状の場所に配置する必要性もある。Ｍｉｇｎｏｎ及びＨａｎに認められた米国特許出願公開第２００８０２５７４００号明細書も、ホログラフィック平面集線器を開示しているが、このホログラフィック平面集線器は、２つの異なる表面を有する。ここには、この集光器の表面に垂直なソーラーセルを有する多重化した透過ホログラム及び反射ホログラムが存在する。様々なホログラムにおける様々な反射及び透過による損失に加えて、この設計の主な欠点は、ホログラフィック平面集線器を作る際の困難さであり、この困難さにより、競争力のある価格でホログラフィック平面集線器を製造することが妨げられる恐れがある。最後に、Ｏｒｌａｎｄｉに認められた米国特許出願公開第２０１２０１２５４０３号明細書は、互いに異なる角度から達するいかなる放射線も、モジュールの平面に垂直な放射線として使用されるように、ホログラフィックフィルムを従来の光起電性モジュールに直接取り付けることを提案している。この概念は、元の設計をほとんど変えなくて済むため非常に市場性があるが、現在のモジュールの重量又は製造コストを減少させることがない。
【０００８】
上記の発明には、パネルの重量を減らすことを狙っているものはない。パネルの重量は、コストと取り付ける際の困難とに関する重要な要因である（パネルの重量は、全体的な概念としてのソーラーエネルギーのコストとも関係がある。）。本発明は、パネルを構成するために、市場で広く入手できるプラスチック材を使用する。また、本発明は、集光のために、１つ又は２つの光学素子のみではなく、最大３つの光学素子を組み合わせる。これにより太陽スペクトルの収集量がかなり増える。そして本発明は、このことすべてを、現在の従来からのパネルより低くさえある工業生産コストで実行する。
【発明の説明】
【０００９】
最新の研究は、太陽熱を利用した用途と、太陽を利用した光起電性の用途との両用途でホログラフィを実現する際の主な課題は、できるだけ多くの太陽スペクトルを収集することであることを示している。最新の研究は、１年のうちの異なる季節全体を通じての入射角の変形形態と、収集されなければならない幅広い範囲のエネルギー的に重要な波長との両方に言及している。
【００１０】
波長に関しては、太陽スペクトルの重要な部分を収集するために、ホログラムは、少なくとも５００ナノメートル（ｎｍ）〜１，１００ｎｍの領域を収集できなければならない。この部分が、太陽スペクトルにおけるすべてのエネルギーの７０％を含有している。さらに理想的には、ホログラムは、４００ｎｍ〜１，２００ｎｍ、即ち全スペクトルの８０％を収集できなければならない。しかしながら現在のホログラム、特に反射ホログラムは、各回折格子につき最大３００ｎｍを収集することができ、これは、特別な処理によるものである。したがって、少なくとも２つの重なり合った、即ち多重化した回折格子が、求められている最小の７０％を捕らえるためには必要である。
【００１１】
しかしながら、これらの波長は、１年を通して、朝から晩まで収集されなければならない。一般に、太陽光の入射角の年間変化量は、幅広い地球の緯度において、約６０°に保たれている。図１に見られるように、ある緯度において傾けられた表面（１）は、冬にはより小さな角度で放射線（２）を受け、夏にはより大きな角度で放射線（３）を受ける。春及び秋の放射線（４）は、垂直に非常に近い角度で受け止められる。放射線（２）と（３）との間における角度の変化は、上述のように約６０°である。反射ホログラムは、最大±１５°の変化を捕らえることができ、このため、この場合少なくとも２つの多重回折格子がまた必要である。波長の要求と併せて、少なくとも４つの多重格子が必要とされる。ホログラフィック材料が、多重格子の数が増加するにつれて効率を失うことを考えると、この最小の４つの格子は、材料の物理特性によって課される最大限度でもある。言い換えれば、ホログラムは、効率の損失が防止されるべきである場合、前述の角度変化より少ししか捕らえないことがあってはならないが、これより多く捕らえることもできない。
【００１２】
他方、図１の構成等の平面状の構成では、（熱ソーラーパネルにおけるパイプ（６）として図１に示される）放射線受信器の量が著しく減らされるべきである場合、デパーチャ（５）の放射線角度を、非常に急にしなければならないというさらなる問題が存在する。このことにより、ホログラムの構成において問題が提起される。即ちこのような急な角度は、詳細にはフレネル反射によるホログラムでの過度の光学的な損失なしには、商業的に実現可能な方式で達成することができない。このような反射は、いかなる光学面でも起き、標準と比較して入射角が大きくなるにつれ、このような反射も大きくなる。
【００１３】
最近述べられた解決策のほとんどに提示されているような、平面状のソーラーパネル構成、詳細にはホログラムによる平面での捕捉では不十分であり、性能が常に限定されてしまうことは明らかである。
【００１４】
このため、本発明は、解決策として、数回繰り返される三次元構造体を提案する。熱ソーラーパネルの場合についての本発明の３Ｄ一体化構造体を、図２の前部断面図で見ることができる。この図では、放射線受信器（６）は、疑似パラボラ構造体の中心に配置されたパイプ、例えば銅管である。疑似パラボラ構造体は、それぞれ互いに傾きが異なるいくつかの平面又は曲面（７）によって形成されている。図２に相当する図３は、光起電性ソーラーモジュールを示しており、放射線受信器（８）はこの場合、３Ｄ一体化構造体の底部に収容された光起電性ソーラーセルである。
【００１５】
放射線受信器（６）又は（８）を実質的に減らすことができるシステムが、こうして得られる。言い換えれば、熱ソーラーパネルにおけるパイプ間の距離、及び光起電性ソーラーモジュールにおけるソーラーセルのブランチ間の距離を、より大きくすることができる。パネルがある緯度において傾けられた場合、太陽放射線（２）及び（３）の入射角が、冬と夏とで異なるため、３Ｄ一体化構造体は非対称であることが指摘されなければならない。
【００１６】
図４に見られるように、この構成の唯一の欠点は、互いに異なる平面又は曲面（７）が、ある緯度において傾けられた平面に投影された場合、冬の放射線（２）と夏の放射線（３）との間における入射角の変化が、前述の６０°から１５０°超に実質的に増加することである。角度の変化全体を２つの多重回折格子で捕らえることはもはや不可能である（しかしながら、スペクトル幅の７０％は、上述の２つの波長回折格子により依然として捕らえられることができる）。
【００１７】
角度の変化全体を捕らえることができないため、本発明は、集光する光学素子として反射ホログラム（９）（図５参照、常に前部断面図に存在する）のみではなく、さらなる２つの素子も組み込む。そのうちの１つは高反射面（１０）であり、高反射面（１０）は、構築に使用される絶縁箔等の絶縁部分を有することさえ可能である。他の素子は、例えばシリコーン又は透明なポリウレタン等の、光学品質の高い透明な光学媒体（１１）である。この媒体は、放射線が１つの媒体から別の媒体に進む際、媒体の変化による差異がないように、ホログラフィック材料の屈折率に近い屈折率ｎを有していなければならない。
【００１８】
パネルの３Ｄ一体化構造体は、以下のように定められる（図５参照）：
−パネルの３Ｄ一体化構造体における疑似パラボラ形状を提供する平面又は曲面（７）を内部に有する、ポリマー製又はプラスチック製のベース（１２）、
−パネルの３Ｄ一体化構造体の内側の、このポリマー製又はプラスチック製のベース（１２）上に置かれた高反射面（１０）、
−高反射面（１０）に置かれた、いくつかの多重回折格子を有する反射ホログラム（９）、−パイプ（６）又はソーラーセル（８）のいずれかである放射線受信器、
−３Ｄ一体化構造体の内側を密閉する透明な光学媒体（１１）である。
【００１９】
したがって、３つの光学素子が、１５０°の入射角の変化全体を捕らえるために組み合わされ、以下のように働く：
ａ．）反射ホログラム（９）が、中央の最大で約６０°を捕らえる。反射ホログラム（９）は、回折によって反射したビームが、媒体（１１）の臨界角より大きな角度でホログラムを離れるように構成されている（以下参照）。
ｂ．）高反射面（１０）が、中央の６０°のそれぞれの側における約２０°の範囲について、より大きな角度を捕らえる。言い換えれば、両素子、即ちホログラム（９）及び反射面（１０）により、１００°の入射角のうち少なくとも１つの変形形態を捕らえることができる。デパーチャと同じ角度で媒体（１１）に向かって反射することにより、媒体（１１）で、臨界角（以下参照）より大きな角度が存在することが確実になる。
ｃ．）媒体（１１）には、２つの目的がある。１つには、媒体（１１）は、中央の１００°より大きな角度で到達する放射線を捕らえ、これらの放射線をフレネル反射によって反射させ、プラスチックベース（１２）の別の平面又は曲面（７）の方にこれらの放射線を向ける。ここでは、放射線が、ホログラム（９）か反射面（１０）かのいずれかによって既に捕らえられている。もう１つには、媒体（１１）は、平面又は曲面（７）と平行ではなくかつ平面又は曲面（７）より大きな角度を有するように構成されている（以下の段落参照）。
【００２０】
したがって、媒体（１１）内では、ホログラム（９）による回折か、反射面（１０）による反射かのいずれかの結果として戻されたすべての放射線が、臨界角より大きな角度で媒体の内面に達するため、媒体を離れないことが確実になる。したがって放射線は、内部全反射（ＴＩＲ）により媒体（１１）内に戻される。ここで、ホログラム（９）か反射面（１０）かのいずれかが、放射線受信器（６）（熱ソーラーパネル用のパイプ）、又は放射線受信器（８）（光起電性ソーラーモジュール用の光起電性ソーラーセル）に到達するまで、再度連続して働く。ＴＩＲは効率が１００％であり、このため媒体内での損失は存在しない。ホログラム（９）又は高反射面（１０）に関しては、効率が９５％を超えており、９８％さえも超えている。これにより、各回折又は各反射における損失が最小化される。また、３Ｄ一体化構造体は、放射線受信器（６）又は（８）に到達するまでの回折及び／又は反射の最大回数が、３回以下であるように設計されており、このため損失はさらに小さくなる。
【００２１】
これらの効果をよりよく説明するために、図６〜図８は、入射角が異なる、１年のうちの異なる時間を示している。非排他的な構成では、平面（７ａ）〜平面（７ｅ）と称される５つの平面（７）が存在し、それぞれ傾きが異なる。
【００２２】
図６では、冬の早朝の放射線（２）が、非常に急な角度で、平面又は曲面（７ａ）、及び平面又は曲面（７ｂ）に衝突する。フレネル反射は、主にこれらの平面で起こり、放射線を、平面もしくは曲面（７ｄ）、又は平面もしくは曲面（７ｅ）に送る。媒体（１１）に入ると、放射線は、対応する角度で屈折する。到達した際の前述の角度に応じて、放射線は、ホログラム（９）か反射面（１０）かのいずれかによって捕らえられる。それぞれ回折するか反射するかすると、放射線は、臨界角より大きな角度で媒体（１１）を通る。そして媒体と空気との境界面に到達すると、内部全反射（ＴＩＲ）が起こり、放射線を再度媒体内に送る。数回の回折及び／又は反射（最大３回）が、放射線受信器（６）又は（８）に到達するまで連続して起こる（図は、熱ソーラーパネルの例を示しており、熱ソーラーパネルの放射線受信器は、パイプ（６）である）。
【００２３】
図７では、夏の正午の放射線（３）が、非常に急な角度で、平面又は曲面（７ｄ）、及び平面又は曲面（７ｅ）に衝突している。フレネル反射は、主にこの平面で起こり、放射線を、平面もしくは曲面（７ａ）、又は平面もしくは曲面（７ｂ）に送る媒体（１１）に入ると、放射線は、対応する角度で屈折する。到達した際の角度に応じて、放射線は、ホログラム（９）か反射面（１０）かのいずれかによって捕らえられる。それぞれ回折するか反射するかすると、放射線は、臨界角より大きな角度で媒体（１１）を通る。そして媒体と空気との境界面に到達すると、内部全反射（ＴＩＲ）が起こり、放射線を再度媒体内に送る。数回の回折及び／又は反射（最大３回）が、放射線受信器（６）又は（８）に到達するまで連続して起こる（図は、熱ソーラーパネルの例を示しており、熱ソーラーパネルの放射線受信器は、パイプ（６）である）。
【００２４】
図８では、春又は秋の放射線（４）が、媒体（１１）に入り、対応する角度で屈折する。到達した際の角度に応じて、放射線は、ホログラム（９）か反射面（１０）かのいずれかによって捕らえられる。それぞれ回折するか反射するかすると、放射線は、臨界角より大きな角度で媒体（１１）を通る。そして媒体と空気との境界面に到達すると、内部全反射（ＴＩＲ）が起こり、放射線を再度媒体内に送る。数回の回折及び／又は反射（最大３回）が、放射線受信器（６）又は（８）に到達するまで連続して起こる（図は、熱ソーラーパネルの例を示しており、熱ソーラーパネルの放射線受信器は、パイプ（６）である）。
【００２５】
したがって、この方式では、上述の３Ｄ一体化構造体は、１年のすべての季節で放射線を捕らえ、放射線を、放射線受信器（６）又は（８）の方に非常に効率的に向ける。今日市場で入手できるものと同等の電力を有する熱ソーラーパネル又は光起電性ソーラーモジュール（それぞれ図９及び図１０参照）は、これらの３Ｄ一体化構造体をいくつか、例えば８個〜１０個併せて接合することにより得られる。３Ｄ一体化構造体の非対称性は、左側と右側との両方が同じ高さではないことを意味する。しかしながら、遮光による損失は、冬の早朝には減少し、年間で合計３％にも達しない。
【００２６】
耐環境ポリマー材料から作られたベース（１２）と、耐環境光学ポリマー材料（例えばシリコーン又はポリウレタン）から作られた媒体（１１）との両方は、プラスチック成形型によって押し出されることができる。これにより剛性が確保され、このため枠が不要になり、かなり軽量化されることも確実になる。他方、ベース（１２）が型による押し出し成形によって作られるため、ベース（１２）は、同じ押し出し成形中に、任意の光起電性ソーラーシステムの取り付け構造体にパネルを固定するのに必要な、すべての固定要素を含むことができる。ベース（１２）はまた、例えば、熱ソーラーパネルの場合、直径がより大きな集光器パイプ（１３）（図１１参照）をパネルの端部に収容するのに必要な開口又はキャビティを含んでもよい。光起電性ソーラーモジュールでは、ベース（１２）はまた、セル間におけるすべての種類の電気接続部を作るのに必要な開口を含む。
【００２７】
熱ソーラーパネルと光起電性ソーラーモジュールとの間には、本設計に影響を及ぼす根本的な違いが存在することに言及しておかなければならない。即ち、熱ソーラーパネルでは、損失を最小化し、熱搬送流体を確実に加熱するために、構造体の内側に熱を保持することに関心が集まる（対流による損失は、パイプが固形媒体内に完全に埋まっている場合重要ではないため、伝導による損失に言及している）。しかしながら、光起電性ソーラーモジュールでは、ソーラーセルの効率が、ソーラーセルの温度と共に落ちるため、できる限り多くの熱が、消散されるべきである。
【００２８】
本設計では、この違いは、プラスチックベース（１２）用と媒体（１１）用との両方に、異なるプラスチック材を選択することによって解決される。これらのプラスチック材は、いかなる場合も耐環境性である。詳細には、熱ソーラーパネルのためには、熱伝導性ｋが非常に低い、例えば０．０２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１〜０．０３Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１付近のプラスチック材が対象になる。光起電性ソーラーモジュールのためには、逆が当てはまる。したがって、光起電性ソーラーモジュールのためには、プラスチックベース（１２）と媒体（１１）との両方を作り上げるプラスチック材は、熱伝導率が、０．０５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１より大きくなければならず、例えば０．０７Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１よりさらに大きくならなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】冬（２）と夏（３）との間の、ある緯度において傾けられた表面（１）における、入射する太陽放射線の角度の変化を示す図である。冬の早朝の太陽放射線（２）は、より小さな角度で表面（１）に達し、一方夏の正午の太陽放射線（３）は、より大きな角度でこの同じ表面（１）に達する。両角度の間の差は、多くの緯度に関して、約６０°である。春又は秋の放射線（４）は、事実上垂直にこの表面（１）に達する。この放射線が、熱ソーラーパネル又は光起電性ソーラーモジュールが経済的に利用可能なように、互いから十分に離れて配置された放射線受信器（６）に達すべき場合、デパーチャ（５）の放射線角度を非常に急にしなければならず、このことは現在のホログラフィック技術では非常に高価であり、複雑である。
【図２】提案された熱ソーラーパネルの３Ｄ一体化構造体の前部断面図である。それぞれ傾きが互いに異なるいくつかの平面又は曲面（７）が、疑似パラボラ構造体を形成しており、疑似パラボラ構造体の中心は、放射線受信器、この場合はパイプ（６）によって占められている。
【図３】提案された光起電性ソーラーモジュールの３Ｄ一体化構造体の前部断面図である。それぞれ傾きが互いに異なるいくつかの平面又は曲面（７）が、疑似パラボラ構造体を形成しており、疑似パラボラ構造体の底部は、放射線受信器、この場合は光起電性ソーラーセル（８）によって占められている。
【図４】互いに異なる平面又は曲面（７）が、ある緯度において傾けられた平面に投影された場合の、冬（２）と夏（３）との間における入射放射線角度の変化の図である。角度のこの変化は、１５０°を超えている。
【図５】３Ｄ一体化構造体を作り上げる異なる素子を有する、ソーラーパネル（この場合、熱ソーラーパネル）の３Ｄ一体化構造体の前部断面図である。即ち、内面がそれぞれ互いに傾きが異なる平面又は曲面（７）から作られたプラスチックベース（１２）と、この平面又は曲面（７）を被覆する高反射面（１０）と、前記反射面（１０）を被覆する、いくつかの多重回折格子を有する反射ホログラム（９）と、組立体全体を密閉する透明な光学媒体（１１）とである。放射線受信器、この場合パイプ（６）が、内部に配置されている。
【図６】冬の早朝の入射放射線（２）がソーラーパネル（この場合、熱ソーラーパネル）の３Ｄ一体化構造体に到達する場合の、冬の早朝の入射放射線（２）の光路を示す図である。この放射線（２）は、平面（７ａ）及び平面（７ｂ）において、フレネル反射により、媒体（１１）の表面において直接的に、平面（７ｄ）又は（７ｅ）に向かって反射される。媒体（１１）の内部に到達すると、この放射線（２）は、対応する角度で屈折し、反射ホログラム（９）又は高反射面（１０）に衝突する。ＴＩＲが媒体内で起きるように、後半の衝突により、放射線が、媒体（１１）に向かって、再び臨界角より大きな角度で、それぞれ回折又は反射する。連続する回折及び／又は反射により、放射線が、放射線受信器（この場合、パイプ（６））に向かう。
【図７】夏の正午の入射放射線（３）が、ソーラーパネル（この場合、熱ソーラーパネル）の３Ｄ一体化構造体に到達する場合の、夏の正午の入射放射線（３）の光路を示す図である。この放射線（３）は、平面又は曲面（７ｄ）及び平面又は曲面（７ｅ）で、フレネル反射により、媒体（１１）の表面において直接的に、平面又は曲面（７ａ）又は平面又は曲面（７ｂ）に向かって反射される。媒体（１１）の内部に到達すると、この放射線（２）は、対応する角度で屈折し、反射ホログラム（９）又は高反射面（１０）に衝突する。ＴＩＲが媒体内で起きるように、後半の衝突により、放射線が、媒体（１１）に向かって、再び臨界角より大きな角度で、それぞれ回折又は反射する。連続する回折及び／又は反射により、放射線が、放射線受信器（この場合、パイプ（６））に向かう。
【図８】春又は秋の入射放射線（４）が、ソーラーパネル（この場合、熱ソーラーパネル）の３Ｄ一体化構造体に到達する場合の、春又は秋の入射放射線（４）の光路を示す図である。平面又は曲面（７ａ）〜平面又は曲面（７ｅ）のすべてにおいて、媒体（１１）に到達すると、この放射線は、対応する角度で屈折し、反射ホログラム（９）又は高反射面（１０）に衝突する。ＴＩＲが媒体内で起きるように、後半の衝突により、放射線が、媒体（１１）に向かって、再び臨界角より大きな角度で、それぞれ回折又は反射する。連続する回折及び／又は反射により、放射線が、放射線受信器（この場合、パイプ（６））に向かう。
【図９】いくつかの３Ｄ一体化構造体（この場合８つ）から作り上げられた、完成した熱ソーラーパネルの前部断面図である。熱ソーラーパネルの放射線受信器は、パイプ（６）からなる。
【図１０】いくつかの３Ｄ一体化構造体（この場合８つ）から作り上げられた、完成した光起電性ソーラーモジュールの前部断面図である。光起電性ソーラーモジュールの放射線受信器は、光起電性ソーラーセル（８）からなる。
【図１１】熱ソーラーパネルの可能性のある非排他的な実施形態の図である。８つの３Ｄ一体化構造体が、例えば、直径がより大きい、例えば１８ｍｍの２つの集光器パイプ（１３）に溶接された、外径が８ｍｍの８つのパイプ（６）を含む。
【図１２】光起電性ソーラーモジュールの可能性のある非排他的な実施形態の図である。８つの３Ｄ一体化構造体が、例えば、それぞれ３１ｍｍ×１２５ｍｍの光起電性セル（８）による８つのブランチを含む。これらの間の接続は、セル間のいかなる種類の接続も可能にするプラスチックベース（１２）の開口により、非常に融通が利く。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
好ましいが非排他的な構成では、熱ソーラーパネルと光起電性ソーラーパネルとの両方が、図２〜図１０に説明されるような８つの３Ｄ一体化構造体から構成される。この構造体の寸法は、大体高さ８０ｍｍ、幅１２０ｍｍ、長さ１．５メートルである。したがって、このソーラーパネルは、寸法が大体１，５００ｍｍ×１，０００ｍｍ×８０ｍｍであり、即ち、任意の標準的なパネルの大きさと非常に近い。プラスチックベース（１２）と被覆密閉媒体（１１）との両方は、耐環境プラスチック材から作られており、さらにベースは、いかなる形状にも変化させることができる。これにより使用される材料が減り、重量全体を、標準的な商業用パネルの重量の半分より多く減らすことができる。
【００３１】
プラスチックベース（１２）は、型内で作られ得るため、プラスチックベース（１２）は、取り付けシステム用のアンカ、又は直列と並列との両方で光起電性ソーラーセルを多用途に接続するための開口を含めて、すべての必要な要素を含むことができる。同様に、熱ソーラーパネルの場合には、このプラスチックベース（１２）は、集光器パイプ（１３）（図１１参照）を含む要素に耐えられる必要な拡張部を有するように作られてもよい。
【００３２】
熱ソーラーパネルの場合、放射線受信器は、パイプ（６）である。上述の実施形態では、放射線受信器は、外径が８ｍｍの銅管である可能性がある。集光器パイプ（１３）は、例えば１８ｍｍのようなより大きな直径を有する。全部で８つのパイプ（６）があるため、得られる流体加熱能力は、従来の平面集光器の流体加熱能力と同様である。しかしながら、媒体（１１）での密閉により対流による損失が最小化されるため、この効率は、高温での流体の加熱に関して高まる。さらに、熱伝導性が低い材料で構成することによりまた、伝導による損失がかなり減少する。
【００３３】
この実施形態の光起電性ソーラーモジュールは、１５個のセルが８つのブランチにそれぞれ取り付けられた、３１ｍｍ×１２５ｍｍの１２０個のセルによる配列から構成され得る。したがって、完成するモジュールは、寸法が大体１，８００ｍｍ×１，０００ｍｍ×８０ｍｍになる。１７％の効率を有する従来のセルが使用される場合、この構成は、定格電力が約２５０Ｗのモジュールを含んでいる。同じ電力の従来の光起電性モジュールと同じ電気的パラメータを得るためには、４つのブランチを並列に接続し、さらなる４つのブランチを直列に接続しなければならない。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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