JP2005522865A - 加熱から保護される集光太陽電池 - Google Patents

Abstract

本発明は、集光太陽電池に関し、集光太陽電池は、前記生成装置を構成する光起電力セル１０１を励起することができない太陽放射の一部によって生じる加熱から保護される。本発明は、太陽フラックス１０７を光起電力セル１０１に向けて反射する集光器１０６を、放射の不要な部分を排除することを可能にするフィルタ２０６で覆うことである。本発明は、この目的のために、吸収材料、または前記不要な部分を光起電力セル１０１の外部に反射することを可能にする前記透明層の外表面１０７の傾斜構成もしくはフレネルステップ構成を使用することである。

Description

本発明は、入射光を集光し、この集光によって生じる追加の加熱の影響から保護される光起電力生成装置に関する。本発明は、より具体的には、人工衛星において使用され、太陽光によって活性化される光起電力生成装置に適用される。

人工衛星に電気エネルギーを供給するために、図１において一端からの概要が部分的に示されているような光起電力生成装置を使用することが、当技術分野では知られている。

生成装置は、透明プレート１０２によって覆われる１組の光起電力セル１０１を備える。透明プレートは、セルの表面を保護し、望ましい放射１０４のみがセルに到達し、セルが放射を吸収して電気を生成することができない望ましくない（たとえば、赤外線および紫外線）放射１０５を反射することを可能にするように、受け取った直接太陽放射１０３をろ過する。実際には、この分離は不完全であり、反射は完全ではない。したがって、放射１０５の一部が層１０２を通過し、そこで放射１０５のほとんどは吸収され、ごく一部がセルに到達し、そこでやはり吸収されるが、電気は生成しない。

セル１０１によるのと層１０２によるのとが同程度のこの部分吸収は、セルの正規動作（ジュール効果、様々な損失）の結果である加熱を超えて、アセンブリを追加加熱する。この望ましくない加熱により、セルの動作温度は上昇し、したがって光起電力効率は低下するが、その理由は、温度が上昇するにつれ、セルの性能が低下するからである。

光起電力セルは、コストがかかり、繊細で、パネルに組み立てるのに重量が無視できない構造を必要とする。さらに、直接セル照射の作用は、光起電力変換の点で飽和を達成することができない。

したがって、所与の寸法のパネルによって供給される電力を増大させるように太陽光を変換する太陽電池の表面上に太陽光を集光することが、当技術分野では知られている。このために、パネル、またはより局所的にはセルを反射器１０６など傾斜パネル反射器で囲むことである簡単な解決法が、一般に使用される。簡単化のために、図は、これらの反射器の１つのみを示すが、いくつかの反射器を使用することが、標準的な実施であり、少なくとも２つが、パネルの両側またはより局所的にはパネル上のセルの行間にある。

集光器に当たる太陽フラックス１０７は、層１０２の表面に向けて、反射フラックス１０８の形態で反射される。直接フラックス１０３の場合のように、反射された放射の望ましい部分は、セル１０１を励起するように、フラックス１０９の形態で層１０２の中に貫入する。他の部分は、フラックス１００の形態で反射される。集光器から来るフラックスの作用は、直接フラックスの作用と同じであり、したがって、得られる集光に正比例して、太陽パネルを追加加熱する。

この追加加熱は、光起電力変換効率を低下させるが、その理由は、太陽電池の温度が上昇する場合、太陽電池の性能が低下するからである。したがって、この現象は、集光器を使用する利点をある程度打ち消す。

さらに、集光器１０６は、可能な限り軽量とするために、簡単で一般的には金属の反射表面からなる。これらの表面は、実質的には入射フラックス１０７のどれも吸収せず、入射フラックス１０７のすべてを反射フラックス１０８の形態で反射する。

これを実施するために、集光器１０６の動作温度は低温である。

したがって、集光器は、すべての循環分子の大型冷却トラップとなり、その表面は迅速に汚染され、その結果、反射効率は著しく低下し、したがって、全体的な光起電力生成装置の効率が大きく低下することになる。

これらの欠点を克服するために、本発明は、透明保護層によって覆われる少なくとも１つの光起電力セルおよび反射集光器を備え、集光器が、光起電力セルに向けて集光器によって反射される光フラックスにおいて、光起電力セルを励起することができない「望ましくない」放射のほとんどを排除するために、フィルタによって覆われることを特徴とする集光光起電力生成装置を提案する。

本発明の他の特徴によれば、フィルタは、放射の「望ましくない」部分を吸収する材料から作成される層で形成される。

本発明の他の特徴によれば、フィルタを形成する層は、一定の厚さである。

本発明の他の特徴によれば、フィルタは、外面がこの「望ましくない」放射を光起電力セルから逸脱させるように配向される層で形成される。

本発明の他の特徴によれば、透明層は、その外面が集光器の反射表面と平行ではないように、厚さが減少する。

本発明の他の特徴によれば、フィルタを形成する透明層の外面は、フレネルステップを形成するようにエッチングされる。

本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例として、添付の図面を参照して与えられる以下の記述において明確に明らかになるであろう。

したがって、本発明は、光起電力セルが使用することができる波長に、光起電力セルに向けて反射される放射を本質的に限定するフィルタを、集光器パネル１０６の上に配置することである。一変形形態では、このようにして排除される波長の放射は、集光器が冷却トラップになるのを防止するために集光器を加熱するように、集光器において吸収される。

図２に示される第１実施形態では、集光器１０６は、透明層２０６によって覆われ、透明層２０６の外面１１６は、光フラックス１０７が２つの部分に分割されるように、集光器１０６の反射面の平面に対して傾斜している。光電変換に使用される波長に対応する第１部分２０７が、フィルタを貫通し、集光器１０６によってフラックス２１７の形態で反射され、次いでフィルタ２０６の傾斜面から出現し、そこで屈折されて、セル１０１を保護する透明層１０２の上面に向けられるビーム２０８を形成する。

光電変換に使用することができない波長に対応するフラックス１０７の第２部分２１８が、フィルタ２０６の上面において全反射されて、光電デバイスの外に向けられるフラックス２１８を形成する。

不可避の不完全性および遷移効果が想定されるとすると、フラックス２０８は、それにもかかわらず、あるパーセンテージの望ましくない波長を含み、そのうちの一部はフラックス２１０の形態で反射され、残りの部分はセル１０１の望ましくない加熱に寄与する。しかし、この影響は、フィルタがなにもない場合と比較して低減される。

セル１０１に対する集光器１０６の必要な傾斜、および集光器に対するフィルタ２０６の外面１１６の必要な傾斜は、傾斜面１１６において望ましくない波長が全反射し（１つの媒体から他の媒体に通過する際の屈折、およびしたがって適用可能な全反射は、光線の波長に依存し、これにより分離が可能であることを思い出されたい）、また、集光器１０６における反射と面１１６を通過する際の屈折との組合せが、望ましい波長を透明層１０２の外表面に向けるように、選択される。

この図に示される例では、フィルタ２０６は、比較的厚いプレートの形態を取り、その厚さは、必要な傾斜を得るように、集光器１０６の表面の一端から他端まで減少する。これにより、アセンブリの重量は比較的大きく増大し、これは必ずしも望ましくない。

変形形態では、フィルタ２０６は、屈折透明層で形成され、その平均的な厚さは、ほぼ一定であり、可能な限り小さい。この場合に所望の効果を得るために、この層の外面１１６は、フィルタの全体的な厚さを限定しながら必要な効果を局所的に得るために、フレネルステップを形成するように機械加工される。

図３に示される第２実施形態では、フィルタ３０６が、集光器１０６の反射表面の上に配置され、一様な厚さの平面プレートの形態を取る。このプレートは、入射太陽フラックス１０７の「望ましくない」成分を吸収するが、同じフラックスの「望ましい」成分に対しては透過性である材料から作成される（セル１０１に光電変換をおいて得ることを可能にする材料）。

この目的のために、当技術分野において知られているように、固体吸収材料を使用することが可能であり、および／または、やはり当技術分野において知られているように、異なる屈折率を有する薄い反射層の組合せを使用することが可能である。

示された実施形態では、層３０６を構成する材料の角度および屈折率は、層３０６における太陽フラックスの経路３０７が、集光器１０６の表面に垂直な方向に生じる集光器１０６における反射の両方向において同じ長さであるように選択される。これは、単なる１つの例であり、これらの経路は、図２に示すように様々とすることができる。

したがって、フィルタ３０６を出る際に、太陽フラックス３０８は、「望ましくない」成分がほとんどなく、透明層１０２の外表面に当たってセル１０１を励起するまで、屈折によって生じる経路３０９に沿って進行する。

第１実施形態の場合のように、この「望ましくない」フラックスの一部が、透明層１０２の表面において反射されて、空間において失われるフラックス３１０を形成し、この「望ましくない」放射のごく些少の部分が、フラックス３０９に含まれ、セル１０１の望ましくない加熱に対するごく些少の寄与となる。

「望ましい」フラックスと「望ましくない」フラックスとの分離は、この第２実施形態では劣る可能性がある。それにもかかわらず、第２実施形態は好ましいが、その理由は、追加の利点、すなわち、集光器１０６およびそのフィルタ３０６の加熱が得られるからである。このように動作温度が上昇することにより、空間において遭遇される分子および望ましくない粒子をトラップすることが大きく限定され、したがって、集光器の反射能力は、実際には一定に維持される。

従来の技術の生成装置の端面図である。 本発明による生成装置の第１実施形態の同様の図である。 本発明による生成装置の第２実施形態の同様の図である。

Claims (6)

1. 集光光起電力生成装置であって、透明保護層（１０２）によって覆われる少なくとも１つの光起電力セル（１０１）および反射集光器（１０６）を備え、集光器（１０６）が、集光器（１０６）によって光電セル（１０１）に向けて反射される光フラックス（２０８）において、光起電力セル（１０１）を励起することができない「望ましくない」放射（２１８）のほとんどを排除するために、フィルタ（２０６、３０６）によって覆われることを特徴とする生成装置。
2. フィルタが、放射の「望ましくない」部分を吸収する材料から作成される層（３０６）で形成されることを特徴とする請求項１に記載の生成装置。
3. フィルタを形成する層（３０６）が、一定の厚さであることを特徴とする請求項２に記載の生成装置。
4. フィルタ（２０６）が、この「望ましくない」放射（２１８）を光起電力セル（１０１）の外部に逸脱させるように、外面（１１６）が配向される層で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の生成装置。
5. 透明層（２０６）が、その外面（１１６）が集光器（１０６）の反射表面に平行ではないように、厚さが減少することを特徴とする請求項４に記載の生成装置。
6. フィルタ（２０６）を形成する透明層の外面が、フレネルステップを形成するようにエッチングされることを特徴とする請求項４または５に記載の生成装置。

Images