(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した太陽光を集光させる集光装置と、
前記集光装置の後の光路に受光面を有し、受け取った光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置と、
前記光電変換装置と電気的に接続されており、電気エネルギーを貯蔵及び外部給電する充電式電池と、
第１の熱交換経路を介して前記光電変換装置と熱的に結合され、且つ、第２の熱交換経路を介して前記充電式電池と熱的に結合された蓄熱作動媒体を含む熱エネルギー貯蔵装置と、
前記蓄熱作動媒体と外部との熱交換を、制御可能に且つ少なくとも部分的に接続又は分離する放熱-断熱制御機構とを備えており、
前記蓄熱作動媒体は、溶融塩、パラフィン、水、油、アルコール、ジエチルエーテル、フレオン、及び、シリカゲルからなる群より選択された１種類の物質、または少なくとも１種類を含む混合物であること特徴とするエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項２】
前記集光装置が、
透過型または反射型である集光型フレネルレンズ、
板からなる少なくとも２つの層を含み、各層は太陽光の入射方向に沿って、頂部から底部の中心へ傾斜し、且つ各層の少なくとも前記頂部を向いた面が、光線を反射できる反射面であり、複数の前記板が、前記頂部から入射した光線を前記底部の中心に集光させることに用いられる板状導光窓、
一端に大開口を有し且つ他端に小開口を有すると共に、少なくとも一部が反射面である内壁を有しており、前記大開口を有する前記一端から入射した光線を前記小開口を有する前記他端に向けて集光させる集光ホッパー、及び、
水平面に対して垂直に配置された発散型線形フレネルレンズ、
のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項３】
前記光電変換装置または前記充電式電池に電気的に接続された電気加熱器をさらに備えており、前記熱エネルギー貯蔵装置内の蓄熱作動媒体を加熱するために前記電気加熱器が用いられることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項４】
前記熱エネルギー貯蔵装置の少なくとも一つの熱交換経路に配置され、通過する熱量を利用した発電に用いられる熱電変換装置をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項５】
前記熱エネルギー貯蔵装置は、頂壁と、底壁と、前記頂壁と底壁とを接続する側壁とを有する容器を含み、前記頂壁、前記底壁及び前記側壁のうちの少なくとも２つは、少なくとも部分的に熱伝導材料で作製され、且つそれぞれ前記第１の熱交換経路及び前記第２の熱交換経路の一つとして機能し、
前記放熱-断熱制御機構は、断熱材料で作製された可動断熱層を含み、前記充電式電池または前記容器において前記第１の熱交換経路として機能する壁を除いた部分が、少なくとも部分的に前記可動断熱層によって除去可能に覆われていることを特徴とする請求項１
〜４のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項６】
前記光電変換装置が、前記容器の頂壁の外側に配置され、前記充電式電池が、前記容器の底壁の外側に配置され、前記容器の側壁の少なくとも一部が熱伝導材料で作製され、
前記可動断熱層は、前記側壁に沿って軸方向に移動して前記側壁を覆うかまたは前記側壁を露出させることができるスリーブを含むことを特徴とする請求項５に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項７】
前記可動断熱層は、前記スリーブの一端を閉鎖するために用いられる底板をさらに含み、前記スリーブが前記側壁を覆う位置にあるとき、前記充電式電池は、前記容器の底壁と前記底板の間に位置し、
前記底板と前記スリーブとは、固定方式または可動方式で接続され、可動方式で接続されている場合、前記底板は、前記充電式電池を露出させるように開けられることを特徴とする請求項６に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項８】
前記光電変換装置が、前記容器の頂壁の外側に配置され、前記充電式電池が、前記容器の側壁の外側に配置され、前記容器の底壁が、断熱材料で作製され、
前記可動断熱層は、前記充電式電池の表面に沿って軸方向に移動することにより前記充電式電池を覆うかまたは前記充電式電池を露出させることができるスリーブを含むことを特徴とする請求項５に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項９】
前記熱エネルギー貯蔵装置は頂壁と、底壁と、前記頂壁と底壁とを接続する側壁とを有する容器を含み、前記頂壁、前記底壁及び前記側壁の少なくとも２つは少なくとも一部が熱伝導材料で作製され、その中の一つは第１の熱交換経路として機能し、もう一つは外界との熱交換に使用され、
前記充電式電池は、密封された電池室を介して前記容器内に配置され、前記電池室は少なくとも一部が熱伝導材料で作製され、且つ第２の熱交換経路として機能し、
前記放熱-断熱制御機構は、断熱材料で作製された可動断熱層を含み、前記可動断熱層は、外界との熱交換に用いられる容器の壁の外側を除去可能に覆うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項１０】
前記光電変換装置は、前記頂壁の外側に配置され、前記容器の側壁は、外界との熱交換に用いられ、
前記可動断熱層は、前記側壁に沿って軸方向に移動して前記側壁を覆うかまたは側壁を露出させるスリーブを含むことを特徴とする請求項９に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項１１】
前記集光装置は、
一端に大開口を有し且つ他端に小開口を有すると集光ホッパーであって、その内壁が反射面であり、前記大開口を有する前記一端の端面が傾斜しており、当該傾斜した前記端面が南北方向に延びる鉛直面に対して対称であるとともに東西方向に延びる鉛直面に対して非対称であり、前記集光ホッパーの前記小開口を有する前記他端に前記光電変換装置の受光面が配置された集光ホッパーと、
前記集光ホッパーの傾斜した前記端面を覆う集光型透過型フレネルレンズとを含むことを特徴とする請求項５または９に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項１２】
前記集光装置は、
前記集光ホッパーの傾斜した端面上に、水平面に対して垂直に配置された発散型線形フレネルレンズをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【請求項１３】
前記熱エネルギー貯蔵装置に配置された少なくとも一つの検出デバイスに接続するために用いられ、前記検出デバイスは、温度センサおよび圧力センサから選択されたものであり、前記検出デバイスにより収集されたデータに基づいて、前記充電式電池の充放電、及び前記放熱-断熱制御機構の作動の制御を行うために用いられる制御装置、
照明に用いられる照明灯、
画像データの収集に用いられる監視カメラ、
物体の動きを検知すると、他のデバイスの作動制御に用いられる検出信号を生成する動き検知装置、及び、
外部との無線通信を行うための通信装置、
のうち少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンエネルギー技術分野に関し、具体的には、エネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保護が益々重視されるにつれ、太陽エネルギーシステムは益々広範囲に使用されるようになっている。太陽光の供給は時間依存性が著しいため、太陽エネルギーの貯蔵は急務となっている。
【０００３】
現在最も一般的に使用されているエネルギー貯蔵方式は電池を用いるものであるが、ほとんどの種類の電池はいずれも著しい温度特性を有する。一部の電池、例えばリチウムイオン電池は、温度が一定範囲を超えると、正常に動作せず、安全性についてのリスクを生じる可能性がある。従って、様々な気候条件に応じて動作できるエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置は、研究の価値がある。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、入射した太陽光を集光させる集光装置と、前記集光装置の後の光路に受光面を有し、受け取った光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置と、前記光電変換装置と電気的に接続されており、電気エネルギーを貯蔵及び外部給電する充電式電池と、蓄熱作動媒体を備え、前記蓄熱作動媒体が、第１の熱交換経路を介して前記光電変換装置と熱的に結合され、第２の熱交換経路を介して前記充電式電池と熱的に結合された熱エネルギー貯蔵装置と、蓄熱作動媒体と外界との熱交換を、制御可能に且つ少なくとも部分的に接続又は分離するために用いられる放熱-断熱制御機構とを備えるエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置である。前記蓄熱作動媒体は、溶融塩、パラフィン、水、油、アルコール、ジエチルエーテル、フレオン、及び、シリカゲルからなる群より選択された１種類の物質、または少なくとも１種類を含む混合物である。
【０００５】
本発明によるエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置は、熱エネルギー貯蔵装置によって熱エネルギー（例えば、光電変換装置が動作するときに生成された熱エネルギー）を貯蔵し、貯蔵された熱エネルギーと外界環境との熱交換を放熱-断熱制御機構によって制御する。そのため、高温条件下においては光電変換装置の冷却に用いることができ、且つ、低温条件下においては電池を保温することができる。これにより、本発明の装置は、様々な気候条件下で、正常に動作することができ、広い適応能力を有する。
【０００６】
以下、図面と併せて本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１の太陽エネルギー装置の概略図である
【図２】実施例２の太陽エネルギー装置の概略図である
【図３】実施例３の太陽エネルギー装置の概略図である
【図４】実施例４の太陽エネルギー装置の概略図である
【図５】実施例５の太陽エネルギー装置の概略図である
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜実施例１＞
本発明によるエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置の一実施態様は、図１に示すように、集光装置１１０と、光電変換装置１２０と、充電式電池１３０と、熱エネルギー貯蔵装置１４０と、放熱-断熱制御機構１５０とを含む。
【０００９】
集光装置は、入射した太陽光ＬＬを集光させるために用いられ、これにより、太陽光エネルギーの利用を更に効率にさせる。具体的な実現における集光装置は、様々な実現方式を採用してよい。例えば、単一の集光デバイスを採用してもよく、複数の光学デバイスの組合せを採用してもよい。本実施例では、集光装置１１０は様々なデバイスの組合せを採用し、集光型透過型フレネルレンズ１１１、板状導光窓１１２、集光型反射型フレネルレンズ１１３及び反射鏡１１４を備えている。
【００１０】
フレネルレンズ１１１の巨視的形状は、半球形曲面であり、フレネルレンズ１１３の巨視的形状は、平面である。フレネルレンズに関する詳細な紹介は、名称を「フレネルレンズシステム」とする公開日２０１６年６月２日、国際公開番号WO/2016/082097のPCT出願を参照することができ、ここでは詳しく述べない。本明細書に記載の「集光型」（または「発散型」）フレネルレンズとは、歯面が凸レンズ（または凹レンズ）からなるフレネルレンズのことである。フレネルレンズは透過型のものであってもよく、反射型のものであってもよい。反射型レンズは、透過型レンズの一つの面（または両面の間）に反射層または反射コーティングフィルムを配置することにより形成されている。本明細書に係る各フレネルレンズの各歯面は、フレネルユニットのみを含む簡単なレンズ面であってもよく、複数のフレネルユニットからなる複合レンズ面であってもよい。
【００１１】
板状導光窓１１２は、ブラインドと類似の原理を有する新型の集光デバイスであり、入射角度がかなり広い範囲内の光線を導光窓の中心エリアまで導光することができる。板状導光窓１１２は、板からなる少なくとも２つの層１１２１を含む。各層は太陽光の入射方向に沿って、頂部から底部の中心へ傾斜し、且つ各層の少なくとも頂部を向いた面は、光線を反射できる反射面である（本実施例において、板の両面がいずれも反射面である）。複数の板が、頂部から入射された光線を底部の中心に集光させることに用いられる。具体的には、板は、形状が対称な閉環状であってもよく、複数層の複数の板は同軸配置され、大きさが異なる。或いは、板は短冊状であってもよく、複数層の複数の板は、底部の中心に対して対称に配置されていてもよい。図１は、板が傾斜した円形環状の例を示す。
【００１２】
他の実施態様では、デバイス１１１、１１２、１１３は、光線の集光を行うために独立して使用されてもよい。他の実施態様では、集光型透過型フレネルレンズ１１１は、集光効果がない一般的な透明カバーで代替されてもよい。他の実施態様では、他の光学デバイスが代替的にまたは付加的に用いられてもよい。これにより、集光比を増加させ、または光線の入射角度変化に対する適応能力を向上させることができる。
【００１３】
光電変換装置とは、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する全ての光電変換デバイスをいい、各種ソーラーパネル、薄膜太陽電池、量子ドット光電変換装置などを含む。本実施例では、ソーラーパネル１２０を採用し、その受光面は、集光装置１１０の後の光路に配置されている。具体的に、入射した太陽光ＬＬは、レンズ１１１、導光窓１１２を順に経て集光された後、反射型レンズ１１３に到達し、反射型レンズ１１３によって集光され反射された後、反射鏡１１４に到達する。その後、太陽光ＬＬは、反射鏡１１４によってソーラーパネル１２０の受光面（反射型レンズ１１３の中心エリアに配置されている）に向けて反射され、光エネルギー及び熱エネルギーがいずれもさらに集中させられる。
【００１４】
充電式電池１３０は、ソーラーパネル１２０と電気的に接続されており（不図示）、電気エネルギーの貯蔵及び外部給電するために用いられる。
【００１５】
熱エネルギー貯蔵装置１４０は、蓄熱作動媒体１４１を含み、熱エネルギーを吸収して貯蔵するために用いられる。蓄熱作動媒体には、熱容量が大きい任意の作動媒体を選択してよい。蓄熱作動媒体としては、例えば、溶融塩、パラフィン、水、油、アルコール、ジエチルエーテル、フレオン、シリカゲル等から選ばれた１種類の物質、またはこれらのうち少なくとも１種類を含む混合物を採用してもよい。この中でも、冷凍しにくい冷却剤が好ましい。これによって装置がより強い温度適応能力を有する。
【００１６】
蓄熱作動媒体は、第１の熱交換経路を介して光電変換装置と熱的に結合され、第２の熱交換経路を介して充電式電池と熱的に結合されてよい。これに対応して配置された放熱-断熱制御機構は、蓄熱作動媒体と外界との熱交換を、制御可能に且つ少なくとも部分的に接続又は分離するために用いられることにより、充電式電池の冷却または保温作用を実現する。
【００１７】
本発明によれば、具体的には、様々な異なる相対位置関係を採用して、電池、ソーラーパネル及び熱エネルギー貯蔵装置を配置してもよい。これによる、異なる具体的な構造を以下に示す。なお、以下の具体的な構造は、上記で述べた共通の特徴を有している。すなわち、蓄熱作動媒体によりソーラーパネル及び電池が温度調節され、放熱-断熱制御機構により蓄熱作動媒体と外界の熱交換が制御される。
【００１８】
本実施例では、熱エネルギー貯蔵装置１４０は、一つの容器１４２を含む。当該容器は、頂壁と、底壁と、頂壁と底壁とを連結する側壁とを有する（図示を容易にするため、本明細書の図面における容器は透明なものとしているが、実際には、不透明なものであってもよい。以下では説明しない）。頂壁、底壁及び側壁は、いずれも少なくとも一部が熱伝導材料で作製される。例えば、金属で作製されてもよい。ここで、頂壁は第１の熱交換経路として機能し、ソーラーパネル１２０が、頂壁の外側に配置されている。底壁は第２の熱交換経路として機能し、電池１３０が、底壁の外側に配置されている。側壁は、蓄熱作動媒体と外界との熱交換の主経路として機能する。他の実施態様において、電池、ソーラーパネル及び容器の位置関係を変更してもよい。これにより、頂壁、底壁及び側壁の少なくとも２つがそれぞれ第１の熱交換経路及び第２の熱交換経路のうちの一つとして機能する。残りの壁は、熱伝導材料を用いて作製された場合は、蓄熱作動媒体と外界との熱交換の主経路として機能する。もしこれらの壁が全て断熱材料を用いて作製された場合、電池を介して間接的に外界と熱交換を行うことができる。
【００１９】
放熱-断熱制御機構１５０は、断熱材料で作製された可動断熱層を含む。充電式電池または容器において第１の熱交換経路として機能する壁を除いた部分は、少なくとも部分的に可動断熱層によって除去可能に覆われる。本実施例において、可動断熱層は、側壁に沿って軸方向に（図１の双方向矢印に示すように）移動可能なスリーブ１５１を含む。これにより、側壁を覆うか又は側壁を露出させる。スリーブ１５１が下方にスライドすることにより、容器１４２の側壁を露出させたとき、蓄熱作動媒体１４１と外部空気との間で熱交換が行われる。このとき、熱エネルギー貯蔵装置は冷却器として機能する。スリーブ１５１が上方にスライドすることにより、容器１４２の側壁を閉鎖したとき、熱エネルギー貯蔵装置は保湿装置として機能する。
【００２０】
他の実施態様において、可動断熱層は、スリーブの一端を閉鎖するための底板を更に含んでもよく、これにより、スリーブが側壁を覆う箇所に位置するとき、充電式電池が容器の底壁と底板の間に位置する。さらに、底板とスリーブは、固定方式で接続されてもよいし可動方式で接続されてもよい。可動方式で接続される場合、底板を開いて充電式電池を露出させることができる。
【００２１】
好ましい実施態様として、本実施例において、さらに電気加熱器１４３を含む。具体的には、電気加熱器１４３は熱エネルギー貯蔵装置１４０に配置されている。電気加熱器１４３は、光電変換装置または充電式電池と電気的に接続されており、熱エネルギー貯蔵装置内の蓄熱作動媒体を加熱するために用いられる。これにより、温度が低すぎる場合に、電気加熱により所要温度を維持することができる。
【００２２】
他の実施態様において、好ましくは、一または複数の熱電変換装置を配置してもよい。具体的には、一又は複数の熱電変換装置は、熱エネルギー貯蔵装置の少なくとも一つの熱交換経路に配置され、通過する熱量を利用した発電に用いられることにより、より高い太陽エネルギーの利用効率を実現する。熱電変換装置が生成した電気エネルギーも、充電式電池に貯蔵することができる。
【００２３】
他の実施態様において、好ましくは、制御装置をさらに備えていてもよい。制御装置は、熱エネルギー貯蔵装置に配置された少なくとも一つの検出デバイスに接続して用いられ、検出デバイスが収集したデータに基づいて装置内のその他のデバイスの作動を制御する。例えば、制御装置は、充電式電池の充放電の制御、放熱-断熱制御機構の作動の制御、電気加熱器の加熱の制御などを行う。使用される検出デバイスは、温度センサ及び圧力センサから選ばれてもよい。
【００２４】
他の実施態様において、装置の機能を強化または充実するために、各種異なる機能を有するデバイスをさらに統合することが好ましい。例えば、照明灯、動き検知装置、監視カメラ、通信装置などをさらに配置してもよい。
【００２５】
＜実施例２＞
本発明によるエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置のもう一つの実施態様は、図２に示すように、集光装置２１０と、ソーラーパネル２２０と、充電式電池２３０と、熱エネルギー貯蔵装置２４０と、放熱-断熱制御機構２５０とを含む。
【００２６】
本実施例では、集光装置２１０は、単一の集光デバイス、すなわち、板状導光窓２１２を採用している。板状導光窓２１２は、三層の板２１２１を含む。板の両面はいずれも反射面であり、各層の板の形状は、傾斜した閉環状であり、横断面は四角形である。本実施例では、板は閉環状であるため、東西南北４つの方向にいずれも板を配置することに相当する。他の実施態様において、非閉リング状の板を採用してもよく、例えば、東西方向または南北方向のみ対称に短冊状の板を配置してもよく、残りの方向は、簡単な単一の鏡面を採用してもよい。
【００２７】
ソーラーパネル２２０の受光面は、導光窓２１２の底部に配置され、入射した太陽光ＬＬは導光窓により受光面に集光される。
【００２８】
熱エネルギー貯蔵装置２４０は、実施例１と類似し、蓄熱作動媒体２４１及び容器２４２を含む。ソーラーパネル２２０は、容器２４２の頂壁の外側に配置されている。
【００２９】
実施例１と異なる点は、充電式電池２３０が、容器２４２の側壁の外側に配置されている点である（図示しやすくするため、図２において、電池２３０、容器２４２を分離して表示する。実際には、電池２３０は容器２４２の側壁の周りに密着している）。容器２４２の底壁は、断熱材料で作製されてもよい。これにより、蓄熱作動媒体と外界との熱交換は、主に電池２３０を介して間接的に行われる。
【００３０】
放熱-断熱制御機構２５０は、断熱材料で作製された可動断熱層を含む。可動断熱層は、具体的にはスリーブ２５１である。スリーブ２５１は、充電式電池の表面に沿って軸方向に移動可能であり、これにより、充電式電池を覆ったり、露出させたりする。スリーブ２５１が下方にスライドしたとき、蓄熱作動媒体２４１は、容器の側壁及び充電式電池を介して外部空気と熱交換を行う。スリーブ２５１が上方にスライドして閉めたとき、熱エネルギー貯蔵装置は、保温装置として機能する。
【００３１】
＜実施例３＞
本発明によるエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置のもう一つの実施態様は、図３に示すように、集光装置３１０と、ソーラーパネル３２０と、充電式電池３３０と、熱エネルギー貯蔵装置３４０と、放熱-断熱制御機構３５０とを含む。
【００３２】
本実施例における集光装置３１０は、集光型透過型フレネルレンズ３１１及び集光ホッパー３１５を含む２つの光学デバイスを組み合わせて構成されている。これにより、より高い集光比を有し、極めて寒冷な地域で使用することができる。フレネルレンズ３１１の巨視的形状は平面である。好ましい実施態様として、フレネルレンズ３１１は、単軸太陽追尾装置に配置されている。図３には、理解を簡潔にする目的で前記太陽追尾装置の回転軸３１１１のみが示されている。回転軸を回転させることにより、レンズ３１１の傾斜角度を変化させることができ、これにより太陽光の入射角度の変化に対してより効果的に適応することができる。
【００３３】
集光ホッパー３１５は一端に大開口を有し且つ他端に小開口を有すると共に、その内壁は、少なくとも一部が反射面である。集光ホッパー３１５は、大開口を有する一端から入射した光線を小開口を有する他端に向けて集光させる。集光ホッパーと上述した板状導光窓とは、類似の傾斜反射面を有している。集光ホッパーの側壁は、完全に滑らかな連続表面であるのに対して、導光窓の側壁は複数層の板によって重なり合って形成されている点において両者は異なる。一部の実施態様において、導光窓と集光ホッパーとを組み合わせて使用してよい。例えば、東西方向に位置する側壁には、導光窓の複数層板構造を採用し、南北方向に位置する側壁は集光ホッパーの滑らかな鏡面を採用してよい。
【００３４】
ソーラーパネル３２０の受光面は、集光ホッパー３１５の底部に配置されている。入射した太陽光ＬＬは、レンズ３１１、集光ホッパー３１５によって順に集光された後に受光面に照射される。
【００３５】
熱エネルギー貯蔵装置３４０は、実施例１と類似し、蓄熱作動媒体（不図示）及び熱伝導材料で作製された容器３４２を含む。ソーラーパネル３２０は、容器の頂壁の外側に配置されている。電池３３０は、容器の底壁の外側に配置されている。代替的な実施態様として、容器の側壁には、光熱変換装置３４４がさらに配置され、これにより、太陽エネルギーをより効率的に利用して蓄熱作動媒体を加熱する。
【００３６】
放熱-断熱制御機構３５０は、断熱材料で作製されたスリーブ３５１を採用している。スリーブ３５１は、光熱変換装置の表面に沿って軸方向に移動可能であり、これにより光熱変換装置を閉鎖するまたは露出させる。スリーブ３５１は、その一端を閉鎖するための底板（不図示）をさらに有してもよい。充電式電池は、容器の底壁とスリーブの底板の間に位置されることにより、より良好な保温効果が得られ、寒冷気候に適応することができる。
【００３７】
好ましい実施態様として、本実施例において、熱電変換装置３６０をさらに含む。熱電変換装置３６０は、第１の熱交換経路、すなわち、ソーラーパネル３２０と容器３４２の頂壁との間に配置され、通過する熱を利用して発電するために用いられる他の実施態様において、熱電変換装置を熱エネルギー貯蔵装置の他の熱交換経路に配置してもよく、より多くの熱電変換装置を配置してもよい。
【００３８】
＜実施例４＞
本発明によるエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置のもう一つの実施態様は、図４に示すように、集光装置４１０と、ソーラーパネル４２０と、充電式電池４３０と、熱エネルギー貯蔵装置４４０と、放熱-断熱制御機構４５０とを含む。
【００３９】
本実施例における集光装置４１０は、複数の光学デバイスを組み合わせて構成されており、テーパー状の透明トップキャップ４１６と、集光型透過型フレネルレンズ４１１と、逆テーパー状の透明ホッパー４１７とを含む。フレネルレンズ４１１の巨視的形状は平面である。フレネルレンズ４１１は、透明トップキャップ４１６と共に第１の密封キャビティを一体的に形成し、且つ、透明ホッパー４１７と共に第２の密封キャビティを一体的に形成している。好ましい実施態様として、第１及び第２の密封キャビティのうちの一つ（または２つ）に光学気体が充填されていてよい。同一の物理条件で、前記光学気体の屈折率は空気の屈折率より大きい。したがって、光学気体が充填されたキャビティは、気体レンズとなってより良好な集光効果を実現する。
【００４０】
ソーラーパネル４２０の受光面は、透明ホッパー４１７の底部に配置され、入射した太陽光ＬＬは、第１の密封キャビティ（気体レンズ）、レンズ４１１、第２の密封キャビティ（気体レンズ）によって順に集光され、その後受光面に照射される。
【００４１】
熱エネルギー貯蔵装置４４０は実施例３と類似し、蓄熱作動媒体（不図示）及び熱伝導材料で作製された容器４４２を含む。ソーラーパネル４２０は、容器の頂壁の外側に配置されている。電池４３０は、容器の底壁の外側に配置されている。容器の側壁には、光熱変換装置４４４がさらに配置されている。
【００４２】
放熱-断熱制御機構４５０は、実施例３と類似し、断熱材料で作製されたスリーブ４５１を含む。スリーブ４５１は、光熱変換装置の表面に沿って軸方向に移動可能であり、これにより光熱変換装置を閉鎖するまたは露出させる。実施例３と異なる点は、移動可能の底板４５２をさらに含み、電池４３０が容器４４２の底壁と底板４５２との間に配置されている点である。底板４５２は、スリーブ４５１の端面に沿って水平に移動させることができ、これによりスリーブ４５１の端面を開閉し、温度制御をより容易にすることができる。
【００４３】
＜実施例５＞
本発明によるエネルギー貯蔵型太陽エネルギー装置のもう一つの実施態様は、図５に示すように、集光装置５１０と、ソーラーパネル５２０と、充電式電池５３０と、熱エネルギー貯蔵装置５４０と、放熱-断熱制御機構５５０とを含む。
【００４４】
本実施例における集光装置５１０は、複数の光学デバイスを組み合わせて構成されており、集光ホッパー５１５と、集光型透過型フレネルレンズ５１１と、発散型線形フレネルレンズ５１８とを含む。
【００４５】
集光ホッパー５１５は、不規則な長さのホッパーであり、その内壁が反射面であり、大開口を有する一端の端面が傾斜しており、当該傾斜した端面が東西方向に対称であり、南北方向に非対称である。
【００４６】
フレネルレンズ５１１及び５１８の巨視的形状は平面である。レンズ５１１は、集光ホッパーの傾斜した端面を被覆し、集光効果を強化すると共に異物が集光ホッパーに入ることを防止するために用いられている。レンズ５１８は、集光ホッパーの傾斜した端面上に、水平面に対して実質的に垂直に配置されている。具体的には、レンズ５１８は、南北方向に配置されてもよく（すなわち、傾斜した端面の対称軸に沿って配置）、東西方向の集光機能を改善するために用いられる。レンズ５１８は、発散型線形フレネルレンズを採用する。「線形」レンズとは、一般的には、レンズの合焦中心が一本の線であることを言う。本発明において、「線形」の光拡散を応用することにより得られる有利な効果は、光線を一つの方向に発散させることである。例えば、発散型線形レンズは、歯面が凹状円柱面、凹状楕円柱面、または凹状多項式柱面から構成されるフレネルレンズを用いて形成されてもよい。実質的に垂直とは、レンズ５１８と水平面との角度が６０°〜１２０°の間にあることを言う。
【００４７】
ソーラーパネル５２０の受光面は、集光ホッパー５１５の小開口を有する一端に配置されている。本実施例におけるフレネルレンズと集光ホッパーを組み合わせた方式を採用することにより、太陽追尾装置を採用しない場合においても、ソーラーパネルにおいて３倍〜１０倍の集光比を得ることができる。
【００４８】
熱エネルギー貯蔵装置５４０は、蓄熱作動媒体（不図示）及び金属で作製された容器５４２を含む。ソーラーパネル５２０は、容器の頂壁の外側に配置されている。他の実施態様において、容器の頂壁、底壁及び側壁のうち少なくとも２つが少なくとも部分的に熱伝導材料で作製されていればよく、そのうちの一つはソーラーパネルとの間の第１の熱交換経路として機能し、もう一つは外界との熱交換に用いられる。
【００４９】
充電式電池５３０は、密封された電池室５３１を介して容器５４２内に配置されている。電池室は少なくとも一部が熱伝導材料で作製され、且つ第２の熱交換経路として機能する。
【００５０】
放熱-断熱制御機構５５０は、断熱材料で作製された可動断熱層を含む。前記可動断熱層は、外界との熱交換に用いられる容器の壁の外部を除去可能に覆う。本実施例において、可動断熱層は、具体的にはスリーブ５５１であり、駆動機構５５２の制御により、容器５４２の側壁に沿って軸方向に移動して側壁を覆うかまたは側壁を露出させる。
【００５１】
好ましくは、本実施例における太陽エネルギー装置は、様々な異なる機能を有するデバイスをさらに集積してもよく、充電式電池から給電することにより、様々な応用要件に適応する。具体的には、こういったデバイスとして以下のものがある。
【００５２】
照明に用いられる照明灯５７１である。照明灯としては、具体的にＬＥＤ灯またはレーザ灯を採用してもよい。照明灯を配置することにより、本実施例における太陽エネルギー装置は、太陽エネルギー街路灯として機能してもよい。エネルギー貯蔵型太陽エネルギーを使用して給電するため、配線の必要性を省くことができる。
【００５３】
そして、画像データを収集する監視カメラ５７２である。監視カメラとしては、単一反射型または双反射型の３６０°パノラマレンズを採用してもよい。「単一反射型」または「双反射型」とは、入射した光線ＳＳが１回または２回反射して感光性チップに到達することを言う。図５は、双反射型のパノラマレンズ５７２１を示す。
【００５４】
さらに、物体の動きを検出すると検出信号を生成する動き検知装置５７３である。好ましくは、動き検知装置としては、パノラマ運動検知装置を採用してもよい。生成された検出信号は、他のデバイスを制御するために用いられてもよい。例えば、監視カメラ５７２を起動して、写真を撮るまたは撮影を行うために用いられてもよく、または照明灯５７１のスイッチを起動するために用いられてもよい。これにより、電池の消費を削減することができる。
【００５５】
また、外部との無線通信を行うことに用いられる通信装置５７４である。例えば、通信装置５７４は、監視カメラ５７２で生成された映像データを伝送するために用いられてもよく、または近傍の他の太陽エネルギー装置と通信するために用いられてもよく、または無線通信を行う基地局又はホットスポットとなるように用いられてもよい。
【００５６】
以上、具体的な例を用いて本発明の原理及び実施形態について詳述したが、上記の実施形態は、本発明の理解を深めるためのものにすぎず、本発明を限定するものではない。当業者は、本発明の思想に基づいて、上記の具体的な実施形態を変更することができる。 例えば、上述した実施例における各モジュール同士の簡単な交換及び実用性の改善が含まれる。
【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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