JP2005099802A - 太陽放射線を電気、熱または化学エネルギーに変換する素子のための多焦点集光器 - Google Patents

Abstract

【課題】高い変換効率値（８０％以上）を有するとともに、セル面での多色放射密度の分布が均一となる透過の集光器を提供する。
【解決手段】集光器は、変換素子の表面に向かって太陽放射線を伝搬することが可能である。集光器１０は、回転対称のフレネルレンズの少なくとも１つの部分を備え、その１つの面１１は、フレネルレンズの部分について区分化された横断プロファイルを形成するように、中心と同心円状に配置された複数の峰１２を有する。プロファイルは、フレネルレンズの焦点距離が、レンズ中心からの半径距離に依存して可変となるように形成される。前記フレネルレンズが多色放射線で照射された場合、放射密度の分布の重なり合いが、入射した放射線スペクトルを構成する個々の波長でレンズによって生成され、変換素子において実質的に均一な多色放射密度分布を生成するように、焦点距離の変化が決定されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、太陽が放出した光放射線の放射エネルギーを化学、熱または電気のエネルギーに変換するための装置、例えば、光電池(photovoltaic)セルなどで特に使用されるタイプの集光器に関する。

知られているように、太陽エネルギーの使用は、太陽放射の低いエネルギー密度、不連続性（昼夜の交代、四季の周期、気象条件の変動）、変換効率（典型的には２５％以下）の適度な値に関連した技術的および経済的な問題を提示している。

こうした要因は、潜在的能力と有意な使用の現実的可能性の間の差をもたらす。太陽エネルギーの商業的利用に完成した種々の技術の中で、光電池は、モジュール化、簡単さ、信頼性およびメンテナンス条件の低減という特性により、中期または長期に渡って最も有望である。光電池プロセスは、知られているように、例えばシリコンなど、適切に処理した幾つかの半導体材料について、太陽放射線に露出したとき電気エネルギーを直接に発生する能力に基づいている。

太陽放射線の変換は、光電池セルで１２％〜１５％の変換効率で発生し、各セルは、０．６Ｖで約１．５Ｗを生成する能力がある。電気的に接続された数十個のセルは、モジュール（全体で４０〜５０Ｗ）を形成し、これは光電池システムの基本的な構成要素となる。直列接続及び／又は並列接続されたより多くのモジュールは、種々の応用に必要となる電力を供給する能力がある。

光電池モジュールで現在使用される手法の一つは、太陽放射線の集光である。大きな寸法の光電池セルを用いる代わりに、集光手法は、太陽放射線を小さい寸法のセル上に集束させる大きな寸法の集光器を使用する。これは、放射線に露出したモジュールの面積と等価で、セルの寸法を低減させることを可能にする。経済的な意味で有利となる集光手法のために、光電池セルのコスト節約は、システムのコスト増加によって全部は補われない。集光システムは、実際、集光器に加えて、太陽面(solar disc)を追従または追跡(tracking)するためのシステムを必要とし、モジュールは常に正しい方向に向く。太陽の追跡は、固定した位置での集光器と比較して、捕獲エネルギーの倍増を可能にする。追跡は、モジュールの運動のために配置された電気モータのアナログ制御と、適切にプログラムされたマイクロコントローラを用いたデジタル制御の両方によって実行することができる。同じマイクロコントローラは、時間に関するパネルの動作特性（到達した温度、生成した電力、または単位時間当りの加熱した水の量）を検出することができ、そしてデータの表示および保管のための直列接続によって、あるプロセッサへ定期的に送信することもできる。

さらに、集光手法の場合、セルの効率損失または破損を回避するために、セルに入射する高密度の放射線は、特別に効率的な放熱システムを必要とする。

集光器は、反射でも透過でも機能する。透過式集光器は、典型的にはフレネル(Fresnel)レンズで形成され、フレネルレンズが、等しい直径で従来のレンズと同じ集光能力を保証する限りは、厚さの低減という利点を有する。この要因は、不均一厚さによる材料除去に起因した変形をもたらすことなく、射出成形(injection moulding)プロセスによってレンズ構築が可能になる。

従来、光電池セルでの集光器として使用されるフレネルレンズは、典型的には、単一の焦点距離を有し、すなわち、入射放射線の全部をレンズから所定距離にある光軸の一点に集束する。これは、非球面タイプの微小凹凸(microrelief)プロファイルを有するフラットなフレネルレンズを用いて実現し、すなわち、球面収差(aberration)を補正して、全ての入射光線を一点に集束するのを可能にする。変換セル面で均一な照度(illuminance)を得るために、レンズの焦平面およびセルが一定の距離だけ離れて位置決めされている面にとって一般には充分である。これは、焦点ズレ(defocus)を導入することと等価であり、セル面での放射密度(irradiance)の均一な分布を生成する。

しかしながら、全てのセルが均一に照明されるこの理想的な状況は、集光器での入射放射線の多色性(polychromaticity)を考慮していない。知られているように、透過での光学素子の集光パワーは、材料の屈折率が波長変化とともに変化する限り、波長に強く依存する。

レンズの焦点距離Ｆが定義される波長は、基準波長λ_１と称し、一般の波長λ_２での焦点距離は、近軸近似（すなわち、光軸に関して小さい角度で拡がる光線を持つ）で下記の法則に従って変化する。

一般に、いわゆる「正常分散」によって特徴付けられるスペクトル領域において、屈折率は波長の増加とともに減少するため、焦点距離は増加する。これは、透過の集光器を用いて達成できる集光比（レンズの表面積とセルの表面積との比）での現実的な制限を設定する。実際、例として、もし集光器がグリーン波長がセル面で集束するように計算されている場合、ブルー波長はレンズに近い面で集束することになり、一方、レッド波長はレンズから遠い点で集束することになる。このときグリーンは、セル面での点領域に集光し、レッドおよびブルーは、より拡がった放射密度分布を有することになる。レンズの寸法は決まっており、色分散によってレッド放射線およびブルー放射線の大部分がセルの外側に出てしまい、効率を損ねる限りは、セルの寸法は無限には小さくできない。８０％以上の放射線が変換セルに入るためには、焦点距離の数値が、太陽スペクトルの中間波長についての集光器−セル間距離と極めて近いことが好都合である。その結果、多色放射密度の分布はあまり均一にならず、極めて高い中心ピークを有し、このピークは、集光器−セル間距離を変えた場合（図１ａ、図１ｂ、図１ｃ）でも存続する。

セル面での放射密度ピークの存在は、より高い放射密度のセル領域が極めて高い温度に達して、セルの変換効率およびレンズ自体の完全性(integrity)の両方を損なうことを意味する限り、一般には問題となる。

本発明の目的は、高い変換効率値（８０％以上）を有するとともに、セル面での多色放射密度の分布が均一となる透過の集光器を提供することである。

この目的は、本発明に従って、請求項１で規定された特性を有する放射線変換素子のための集光器によって達成される。それゆえ、この目的は、多焦点または、一定でなく、レンズ自体の中心からの距離に依存して変化する焦点距離を持つフレネルレンズによって達成される。前記焦点距離の変化は、セル面での多色放射密度の分布を最大化するように決定される。

集光器の好ましい実施形態は、従属請求項において規定される。

理解できるように、本発明に係る集光器は、後述する光電池モジュールのみに限定されるものでなく、放射エネルギー変換のための他の可能なシステム、特に、太陽放射線を種々の形態のエネルギーに変換する、例えば、太陽エネルギーを熱エネルギーや化学エネルギーに変換するためのシステムでも使用可能である。実際、太陽の放射エネルギーを加熱用に用いられる熱エネルギーに直接変換したり、あるいは、燃焼反応を反転(invert)する、すなわち、燃焼生成物から燃料および燃焼補助材(comburent)を再生するための太陽熱収集器に使用可能である。

添付した図面を参照して、本発明の好ましい非限定の実施形態について説明する。

図２ａ、図２ｂに関して、本発明に係る集光器１０が図示されており、変換素子（不図示）に入射した発光放射線（必要に応じて赤外線および紫外線）を集光することが可能であり、該変換素子は、こうした放射線を他の形態のエネルギー、例えば、電気エネルギー、熱エネルギー、化学エネルギーに変換可能である。以下、こうした素子として簡単のため、従来の光電池セルを参照することにする。

集光器１０は、この例では四角の形状を有し、実質上、多焦点フレネルレンズで形成されている。用語「多焦点」の意味は、レンズ自体の中心Ｃから距離ｒ_ｌｅｎｓの位置にあるレンズの一般点Ｐが与えられた場合、焦点距離Ｆはｒ_ｌｅｎｓに依存し、点Ｐでの焦点距離Ｆ（ｒ_ｌｅｎｓ）は、レンズ面と、光軸ｘに垂直な面であって、光軸と点Ｐで屈折した光線との間の交差点を通過する面との間の距離で定義される（図４ａ）。

フレネルレンズ１０は、環状突出部１２がレンズ１０の中心と同心円に配置されている面１１を有する。

フレネルレンズの断面（図２ｂを参照）は、典型的なフレネルレンズである峰と谷の順で形成され区分化されたプロファイル１３を有し、最外周の環状突出部１２は、屈折および内部全反射の組合せの効果によって光が偏向するように、配置してもよい。

焦点距離Ｆの変化は、２つのタイプがある。第１のタイプは、焦点距離Ｆは、レンズ中心Ｃ（即ち、ｒ_ｌｅｎｓ＝０）においてゼロに近くなり、エッジ（即ち、ｒ_ｌｅｎｓ＝ｒ_ｍａｘ）において最大値となるものである。この最大値は、集光器−セル間距離の値に近いものである（図３ａ、図３ｄ）。第２のタイプは、焦点距離Ｆは、ｒ_ｌｅｎｓ＝０において最大値（好ましくは、集光器−セル間距離の値の１０％より大きい）となり、ｒ_ｌｅｎｓが増加するにつれて、ｒ_ｌｅｎｓ＝ｒ_ｍａｘで最小値になるまで減少するものである。この最小値は、集光器−セル間距離の値に近いものである（図３ｂ、図３ｃ）。

焦点距離Ｆは、レンズのラジアル(radial)部分での集光器−セル間距離より大きくてもよく、一方、レンズの残りの部分での集光器−セル間距離より小さくてもよく、その逆でもよい（図３ｂ、図３ｃ、図３ｄ）。

変化は、連続的でもよく（図３ｂ、図３ｄ）、不連続でもよい（図３ｃ）。このことは、Ｆ（ｒ_ｌｅｎｓ）がセル表面全体で集光器−セル間距離より小さいまま、あるいは大きいままとなるシステムと比べて、焦点ズレに対してより大きな許容度を達成するのを可能にする。焦点ズレに対して許容度のあるシステムとは、レンズに関するセル面の位置決め誤差が、効率やセル上での放射密度の不均一を損なわないシステムである。

図３ｂを参照して、レンズの中心部分は、ｒ_ｌｅｎｓ＝０の点と、ｒ_ｌｅｎｓ＝Ａの点（そこでは、Ｆ（ｒ_ｌｅｎｓ）が集光器とセルとの間の距離に対応した値Ａ’に達する）との間に包含されており、焦点距離として集光器−セル間距離Ａ’より大きな値を有する。このことは、レンズの中心部分における任意の点に入射した光線が、レンズによって屈折した後、セル面を越えて光軸と交差することを意味する（図４ａで、Ｂ１とＢ２で示す光線）。このことから、もしセルがレンズに近づいて配置された場合（例えば、位置決め誤差による）、光線は当初の位置からより遠くの点でその面と交差することになり、一方、もしセルが遠くに移動した場合、光線はセルの中心により近い点でセル面と交差することになる。ｒ_ｌｅｎｓ＝Ａとｒ_ｌｅｎｓ＝ｒ_ｍａｘの間でレンズに入射した光線は、セル面と出会う前に光軸と交差する（図４ａで、Ｂ４で示す光線）。このことから、もしセルがレンズに近づいて移動した場合、基準光線は、レンズ中心により近い点でセルと交差する傾向があり、一方、もしセルが遠ざかると、光線は、エッジにより近い点でセルと交差する傾向がある。もしレンズの焦点距離をこの規準に従って計算して、セル面において均一な放射密度分布を生成するように最適化した場合、セル面の位置決め誤差は、放射密度の均一性をそれほど改変しない。実際、もしセル面がレンズに近づいて移動した場合、レンズの外側部分から到来する基準光線は、レンズの中心部分の照明に寄与するとともに、レンズの内側部分は、セルの外側部分の照明に寄与する。セル面がレンズから遠ざかる場合も、部品が逆ではあるが、同じ現象が生ずる。物質で得られるものは、焦点ズレに対してより大きな許容度をシステムに付与する最小錯乱(confusion)円である（図４ｂ）。焦点距離の変化は、均一性、効率および焦点ズレ許容度を増加させるために、不連続性を示してもよい（図３ｃ）。

図３ａは、本発明に従って、レンズ中心からの半径距離ｒ_ｌｅｎｓに依存した焦点距離の典型的な変化を示す。観察できるように、集光器１０の中心領域で光軸と平行に入射した光線は、集光器からより小さい距離で集束し、半径距離が増加しつつ入射した光線は、漸近的に集光器−セル間距離Ａ’の値に近い一定の値まで、次第に増加した焦点距離で集束する。レンズ半径に関する焦点距離の変化は、図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図３ｄで示す一般的なプロファイルを有し、セル面で均一な多色放射密度の分布を保証するために、ときどき最適化しなければならない。こうして計算された多焦点レンズは、一般に、個々の波長について不均一な放射密度を生成するが、多色放射密度分布の重なり合いが均一な多色放射密度の分布を保証するように、レンズは最適化される。集光器として従来から用いられたタイプである単一の焦点距離を持つフレネルレンズに関して、図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図３ｄの変化は、単一の焦点距離を持つレンズを用いて、半径距離ｒ_ｌｅｎｓに関する焦点距離の変化が半径ゼロでのステップ関数で定義される点で相違している。従って、半径距離ｒ_ｌｅｎｓに関して焦点距離Ｆ（ｒ）が急速に増加または減少するほど、レンズは、単一の焦点距離を持つレンズの振る舞いに接近してくる。

図１０は、本発明に係る多焦点フレネルレンズを用いて発生した、光電池セルでの多色放射密度の分布を示す。これは、前述した例のように四角形状を有し、レンズの辺は１５６ｍｍに等しく、セルの辺も四角形状で１１ｍｍに等しく、集光器とセルの間の距離は２２０ｍｍに等しい。グラフは、放射密度スペクトルＡＭ１．５Ｄを有し、太陽放射線の典型である、±０．２７５°に等しい発散角を有する多色ビーム（３００ｎｍと１１５０ｎｍの間の周波数）を使用したシミュレーションで得られたものである。この図において、セル上での照度分布は、集光器自体のアパーチャ形状、即ち、四角形状とほぼ同じ形状を持つようになることが判る。

観察できるように、図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図３ｄで示した焦点距離の変化は、変換セルの形状とほぼ等しいレンズの区画(section)形状に関係して、セル面での照度分布の均一性を保証し、こうして集光因子を最適化している。

この分布均一性は、図１１ａ、図１１ｂ、図１１ｃに示しており、これは。図３ｃに示すタイプの焦点距離変化の結果である。図１１ｂは、後者が正しく位置決めされた場合にセル面での照度分布を示す。セルがレンズに向かって３ｍｍ変位した場合、セル面での照度分布は、図１１ａのようになる。ここから判るように、図１１ｂの場合に関して、均一性は維持され、エネルギー量は実質的に変化していない。セルがレンズから３ｍｍ遠ざかった場合、セル面での照度分布は図１１ｃに示している。この場合も、均一性は維持され、セルに入射するエネルギーは変化していない。

本発明に係る集光器の他の変形例は、図５、図７、図８に示しており、これらはセル面での放射密度の均一性および位置決め誤差の許容度を増加させるためのものである。図５は、同じ面積を有するセクタ１４’のｎ×ｍマトリクスによって形成された集光器１０’を示し、各セクタは、図２ａ、図２ｂの例について説明したタイプである多焦点フレネルレンズの一部で構成される。図示した例において、集光器１０’は、４×４マトリクスのセクタ１４’で形成され、各セクタはフレネルレンズの一部から得られ、フレネルレンズの回転軸は、集光器１０’の光軸ｘに対して平行に並進している。こうした配置は、図６に図示しており、集光器１０’の光軸と同軸に配列した四角形状の受光面を持つ光電池セル２０’を概略的に示している。光電池セルが、集光器１０’の辺よりかなり小さい辺を有する場合を考えると、平面投影に従って、集光器１０’の中心Ｃに配置されることになろう。例えば、矢印Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４でそれぞれ示すように、右上において４個のセクタ１４’で形成された４分割の集光器１０’を検討すると、フレネルレンズのセクタについての個々の回転軸は、図６で×印で示すように、セル２０’の表面と交差することになる。これらは、個々のセクタ１４’との対応関係を明確化するように、矢印Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４でも示している。セクタ１４’の回転軸の位置を修正し、各セクタ１４’について焦点距離Ｆの半径方向変化の具体的なプロファイルを選定することによって、セル２０’の面において最大限可能な均一性、およびシステムの光軸に沿ったセルの変位についての最大限可能な許容度が得られるように、照度分布を最適化することができる。

屈折角がより大きくなる集光器１０’のエッジでより目立つようになる、色収差の影響をできる限り減少させるために、より周辺にあるセクタ１４’は、セル２０’と集光器１０’との間の距離に近い値を持つ単一の焦点距離Ｆを持つフレネルレンズとできる限り接近した焦点距離Ｆを有することが好ましい。

図７は、図４の集光器１０’の変形例１０”を示し、これはｎ×ｍマトリクスのセクタ１４’のフレネルレンズで形成されている。この変形例１０”は、図４のものとは、セクタ１４’が別々の面積を有し、別々の形状、すなわち、正方形および長方形である点で相違している。これは、セル２０’での照度分布をより均一化できる更なる自由度をもたらす。

集光器１０，１０’，１０”は、単一の素子として使用してもよく、あるいはＮ×Ｍマトリクスの光電池セルに対応してＮ×Ｍマトリクスの素子に組み立ててもよい（図９、図１２を参照）。

代わりに、集光器として他のタイプの対称性を用いることができる。例えば、図１３ａ、図１３ｂに示すように、集光器１０’’’は、六角形状の対称性を有し、集光器１０’’’の光軸に関して並進した回転軸を持つフレネルレンズの部分に対応したセクタ１４’’’によって形成されており、必要に応じて、これらは焦点距離Ｆの変化した別々のプロファイルを有する。当然ながら、正六角形で形成した集光器１０’’’は、ハニカム(honeycomb)タイプのマトリクス構造（図１３ｂ参照）に配置してもよい。

集光器１０，１０’，１０”，１０’’’は、単に射出成形または、例えば、プラスチックやガラス材料などの透明材料の加熱プレスによって製造できる。Ｎ×Ｍマトリクスの集光器を得るために、こうして製造した集光器を、共通の平面基板（ガラスやプレキシグラス(plexiglass)のもの、傷なし(non-scratch)保護コーティング付き）の上に接着固定したり、これらのエッジに沿って互いに接着固定することが可能である。その代わりに、集光器は、透明基板の上に直接成形してもよく、平面基板から出発して、「ステップ・アンド・リピート」として知られるタイプの加熱プレスのプロセスを行うもので、単一の素子を一度で成形し、１つをプレスしている間、次に基板がダイに関して変位するものである。

前述した単一フレネルレンズの集光器の変形例は、平凸レンズの構成、すなわち、これまで説明したタイプ、あるいは、凹凸レンズ、すなわち、厚さを一定に保つように２つの曲面でほぼ限定されたものに従って製造でき、セルの一部または対向面から遠ざかる凸面形状を持つ（図１４ａ、図１４ｂ参照）。こうした手法は、トラッキング誤差に対する許容度を増加させることが可能である。

当然ながら、本発明の原理を変化させずに、製造および実施形態の詳細は、本発明の範囲から逸脱することなく、ここで説明し図示したものに関して広く変化させることができる。

従来のフレネルレンズを用いた集光器においてレンズから異なる軸上距離についての照度分布を示すグラフである。 従来のフレネルレンズを用いた集光器においてレンズから異なる軸上距離についての照度分布を示すグラフである。 従来のフレネルレンズを用いた集光器においてレンズから異なる軸上距離についての照度分布を示すグラフである。 本発明に係る集光器の一例の平面図である。 本発明に係る集光器の一例の直径断面図である。 図２に係る集光器についてレンズ中心からの半径距離に依存する焦点距離の可能性ある変化を示すグラフである。 図２に係る集光器についてレンズ中心からの半径距離に依存する焦点距離の可能性ある変化を示すグラフである。 図２に係る集光器についてレンズ中心からの半径距離に依存する焦点距離の可能性ある変化を示すグラフである。 図２に係る集光器についてレンズ中心からの半径距離に依存する焦点距離の可能性ある変化を示すグラフである。 図３ｃに示した焦点距離の変化を示す集光器に係る光線の対応関係（基準波長に関する）を図示する。 図３ｃに示した焦点距離の変化を示す集光器に係る光線の対応関係（基準波長に関する）を図示する。 本発明に係る集光器の第２の例を示す平面図である。 図４の集光器のセクター配置を示す図である。 本発明に係る集光器の第３の例を示す平面図である。 図４の集光器の斜視図である。 図４のタイプの集光器によって形成されたマトリクスの平面図である。 本発明に係る集光器に設けたセル上での照度分布を示すグラフである。 レンズに関してセルの位置を変化させながら、多焦点フレネルレンズを有する太陽集光器によって発生した、セル上での照度分布を示す。 レンズに関してセルの位置を変化させながら、多焦点フレネルレンズを有する太陽集光器によって発生した、セル上での照度分布を示す。 レンズに関してセルの位置を変化させながら、多焦点フレネルレンズを有する太陽集光器によって発生した、セル上での照度分布を示す。 図６の集光器マトリクスを用いた光電池集光システムの斜視図である。 本発明に係る集光器および集光器マトリクスの一例を示す。 本発明に係る集光器および集光器マトリクスの一例を示す。 凹凸状の集光器を用いたマトリクスの一例を示す。 凹凸状の集光器を用いたマトリクスの一例を示す。

符号の説明

１０，１０’，１０”，１０’’’ 集光器
１１ 面
１２ 峰
１３ 横断プロファイル
２０’ 変換素子

Claims (21)

1. 放射線変換用の素子、特に、太陽放射線を電気エネルギー、熱エネルギーまたは化学エネルギーに変換する素子のための集光器であって、
   集光器（１０，１０’，１０”，１０’’’）から所定距離（Ａ’）に配置された前記変換素子（２０’）の表面に向かって前記放射線を伝搬することが可能であり、
   前記集光器（１０，１０’，１０”，１０’’’）は、回転対称のフレネルレンズの少なくとも１つの部分を備え、その１つの面（１１）は、フレネルレンズの前記部分について区分化された横断プロファイル（１３）を形成するように、中心（Ｃ）と同心円状に配置された複数の峰（１２）を有し、
   前記区分化されたプロファイル（１３）は、フレネルレンズの焦点距離（Ｆ）が、フレネルレンズの対称中心（Ｃ）からの半径距離（ｒ_ｌｅｎｓ）に依存して可変となるように形成され、
   前記フレネルレンズが多色放射線で照明された場合、放射密度の分布の重なり合いが、入射した放射線スペクトルを構成する個々の波長で前記フレネルレンズによって生成され、変換素子（２０’）の受光面において実質的に均一な多色放射密度分布を生成するように、前記焦点距離（Ｆ）の変化が決定されていることを特徴とする集光器。
2. 前記集光器（１０，１０’，１０”，１０’’’）は、変換素子（２０’）の前記受光面と実質的に等しい形状のアパーチャを有する請求項１記載の集光器。
3. 焦点距離（Ｆ）は、フレネルレンズの中心（Ｃ）でゼロに近くなり、レンズ素子のエッジ（ｒ_ｍａｘ）で最大値に達するまで次第に増加するような変化を示すようにした請求項１または２記載の集光器。
4. 焦点距離（Ｆ）の前記最大値は、集光器と変換素子（２０’）の前記受光面との間の所定距離（Ａ’）の値より少し高い請求項３記載の集光器。
5. 焦点距離（Ｆ）の前記最大値は、集光器と変換素子（２０’）の前記受光面との間の前記所定距離（Ａ’）と実質的に等しい請求項３記載の集光器。
6. 焦点距離（Ｆ）は、フレネルレンズ素子の中心（Ｃ）で最大値と等しくなり、レンズ素子のエッジ（ｒ_ｍａｘ）で最小値に達するまで次第に減少するような変化を示すようにした請求項１または２記載の集光器。
7. 焦点距離（Ｆ）の前記最小値は、集光器と変換素子（２０’）の受光面との間の前記所定距離（Ａ’）と実質的に等しい請求項６記載の集光器。
8. 焦点距離（Ｆ）の前記最大値は、集光器と変換素子（２０’）の受光面との間の所定距離（Ａ’）の値の１０％より大きい請求項６記載の集光器。
9. 焦点距離（Ｆ）の前記最大値は、集光器と変換素子（２０’）の受光面との間の所定距離（Ａ’）の値より大きく、
   前記最小値は、集光器と変換素子（２０’）の受光面との間の所定距離（Ａ’）の値より少し小さい請求項６または８記載の集光器。
10. フレネルレンズは、一定の高さの峰（１２）によって特徴付けられる請求項１〜９のいずれかに記載の集光器。
11. フレネルレンズは、隣接した峰の間で一定値の半径距離によって特徴付けられる請求項１〜１０のいずれかに記載の集光器。
12. 複数の連続したセクタ（１４’，１４”）を備え、
    各セクタ（１４’，１４”）は、回転対称のフレネルレンズの一部で形成され、
    その対称軸は、前記集光器（１０，１０’，１０”，１０’’’）の光軸（ｘ）に対して平行に並進している請求項１〜１１のいずれかに記載の集光器。
13. 各セクタ（１４’，１４”）は、半径距離（ｒ_ｌｅｎｓ）に依存して、対応した焦点距離（Ｆ）の変化プロファイルを有する請求項１２記載の集光器。
14. 前記セクタ（１４’，１４”）は、互いに等しい面積を持つ表面を有する請求項１２または１３記載の集光器。
15. 前記フレネルレンズ素子の形状は、正方形、長方形、六角形または円形である請求項１〜１４のいずれかに記載の集光器。
16. 前記フレネルレンズは、前記レンズの厚さがほぼ一定となるように、一対の曲面で規定された凹凸レンズ構成を有する請求項１〜１５のいずれかに記載の集光器。
17. フレネルレンズの前記峰（１２）は、変換素子（２０’）に面する前記レンズの表面（１１）の上に配置されている請求項１〜１６のいずれかに記載の集光器。
18. 発光放射線変換用の素子、特に、太陽放射線を電気エネルギー、熱エネルギーまたは化学エネルギーに変換する素子であって、請求項１〜１７のいずれかに記載の集光器を備える素子。
19. 前記素子は、光電池セルである請求項１８記載の素子。
20. 前記素子は、太陽放射線を熱エネルギーに直接に変換可能なセルである請求項１８記載の素子。
21. 発光放射線変換用の装置、特に、太陽放射線を電気エネルギー、熱エネルギーまたは化学エネルギーに変換する装置であって、
    マトリクス状に配置された複数の集光器を備え、
    前記集光器は、請求項１〜１７のいずれかに記載されたタイプである装置。
    
    
    

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