JP2008543066A - 光起電集光装置及び前記から形成された光起電集光モジュール並びにこれらのための生産方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、光起電装置上の光入射領域より小さい面積の広がりを有する太陽電池と、前記光入射領域を通じて前記太陽電池の比較的小さい領域により決定される所定の領域に入る太陽放射を集光させ又は太陽放射の焦点を合わせるための、前記光入射領域から離れており、かつ前記光入射領域より小さい領域を有する光学ユニットと、前記太陽電池が取り付けられる透明な支持部を使用した、太陽エネルギーを電力に直接的に変換するための光起電装置に関する。より単純かつ経済的な装置の製造のため、前記支持部はこれを通じて集光され又は焦点を合わされた太陽放射が通過可能である透明な光出射体であることと、前記太陽電池は前記光入射領域及び／又は前記光学ユニットから離れた前記光出射体の側面に取り付けられることが提案される。加えて、複数の前記光起電装置から形成される光起電集光モジュールと、そのための有利な生産方法が提案される。

Description

本発明は、エー・ダブリュー・ベット（A.W. Bett）ら著の論文「FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV」（Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition、パリ、フランス、2004年）、2488頁から知られるような、添付の請求項１の前文による光起電装置に関する。特に、本発明は、入射光線が太陽電池（ＰＶ集光器モジュール）上に達する前に集光される、電気エネルギーへの光の直接的変換用の光起電モジュール（ＰＶモジュール）に関する。本発明は、複数の光起電装置により構成されるＰＶ集光器モジュールの形式における光起電装置にも関する。本発明は、最終的に前記のような装置を生産するための方法に関する。

太陽エネルギーの利用の分野において、太陽エネルギーがシリコンを使用することによって電気的に変換されることは約５０年間よく知られている。現在最も使用される太陽電池は、単結晶又は多結晶シリコンにより作られる。これらの太陽電池は、入射する照射の限られたスペクトルだけを電気に変換させるときに、比較的低い出力を有する。近年、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）のような上質の半導体化合物（III‐IV半導体物質）で生成された高い効率性のＰＶセルを使用することによって、太陽照射の３６％より大きい変換率まで効率性を実質的に向上させることにおいて、大きな成功が達成された。

半導体物質を基礎とする前記セルは、従って多層又は三重接合セルのように階段状に形成され、幅広い光の周波数スペクトルを使用し得る。しかしながら、セルの大きい表面を生成することは非常にコストが大きい。従って、例えば１ｍｍ^２未満の非常に小さい表面上に入射する太陽光を集光することが決定された。そのため太陽電池は、この小さい表面のために必要とされるだけである。この方法においては、全体の表面のために必要とされるであろう材料の１％未満の材料が必要とされる。この集光により、高い効率性のＰＶセルによって現在提供される、３６％より大きい高い光効率性から利益を受けることが現在可能である。数個の太陽光ユニットの接続が前記のようなＰＶシステムの経済的利用を可能にするため、前記太陽光ユニットはＰＶ集光器モジュールを形成するために理想的に結合される。

エー・ダブリュー・ベット（A.W. Bett）ら著の論文「FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV」（Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition、パリ、フランス、2004年）、2488頁、及びジー・シーファー（G. Siefer）ら著の論文「ONE YEAR OUTDOOR EVALUATION OF A FLATCON CONCENTRATOR MODULE」（Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition、パリ、フランス、2004年）、2078頁は、添付の特許請求の範囲の請求項１の前文を形成する前記ＰＶ集光器モジュールに関連している技術の現在の状態を説明する。

太陽電池の電気的な相互接続について、接触電極は、太陽電池の上面及び下面上に通常提供される。前記接触電極は、相互に接続し、さらに電気的構成要素に接続する必要がある。技術の上述の状態において、接続は導電材料又はワイヤで生成される接触ブリッジ又は接触ループを使って個々に生産される。この製造は比較的複雑である。

さらに、発生する熱の移転はＰＶモジュールにとってさらに必要であり、それぞれの非常に小さい太陽電池はレンズの焦点において正確に位置付けられなければならない。太陽電池は、外部影響に対する保護のために、閉ざされたＰＶモジュールの中へ組み込まれる。技術の現状によれば、太陽電池は、いくつかのガラス板で構成される透明な覆いの範囲内において、下方のガラス板の内側に実装される。しかしながら、前記実装手法は、熱を外側へ移転する必要性及び繊細な太陽電池を含むモジュール内部の汚染可能性に関する短所を有する。高い複雑性に起因して、比較的大きい光学（一般的に３００ｍｍの長さ）を有するシステム、及びそのため比較的大きい焦点距離は、現在まで使用され尽くされている（詳細は、例えばAntonio Luque及びSteven Hegedus編「Handbook of Photovoltaic science and engineering」（2005年新刷）の11章中の462頁及び463頁参照）。効率的な組み立て品（太陽熱発電所）に対して前記システムを一体化することは、例えば風の場合において太陽光に対してＰＶモジュールを追跡する追跡装置の静電気（static）について高い需要を作り出す巨大な重量を導く。

光起電により生成された電流の増加に関わらず、前記のよく知られる集光器システムの使用は、それらが非常に複雑であるため広範囲に及んでいない。

最近では、日光の５００倍より大きい部分的集光を伴う小領域光学を有する集光器システムも利用可能になった。しかしながらこの場合においては、経済的な太陽熱発電所を提供するために非常に多数の電池が必要とされる。約４０×４０ｍｍの寸法を有するレンズを使用する時、２５０，０００の太陽電池（２５％のシステム効率を有する）が、１００ｋＷの電力を提供する太陽光設備のために必要とされる。焦点における各セルの固定及び正確な位置決めと共に、追加的な回路部品及び非常に多くの極めて小さな太陽電池の配線の構造的な問題から生じる追加的な費用は、提案された節約された費用を上回る。現在までのところ、外側における高熱の集中の伝導と、周囲条件の影響に対する、特に湿気及び気体の浸透に対する繊細な太陽電池の保護に伴う問題は未だ解決されておらず、かつＰＶ集光器モジュールを組み立てる前に太陽電池を試験する機会も有していない。

本発明の目的は、上述された問題を解決するように、ＰＶ集光器技術の進化を利用する添付の請求項１の添付の前文に従って、光起電ユニットを設計することである。特に、低コストによる大規模生産を可能にするような方法によって、複数の前記のような光起電装置から構成される光起電機器、特にＰＶ集光器モジュールを構築し、これにより上述の短所を回避する必要が存在する。

上記問題を解決するために、本発明は添付の特許請求の範囲の請求項１において特定される特徴を有する光起電装置を提供する。有用な実施形態は、その従属請求項において与えられる。複数の光起電装置から形成された、生産が単純である光起電機器は、費用効果が高い生産方法と共に、さらなる独立請求項の主題である。

本発明及び／又はその好適な実施形態の利点は、
・保持体の透明な反対の側面の外面上への太陽電池の配置に起因して、熱伝導及び太陽電池の保護が改善され得ること。
・自動化された配置及び多数のモジュールの太陽電池の配線と共に、それにより可能なモジュールの全ての太陽電池の自動化された位置決めに起因して、組み立て品が実質的に単純化され得ること。
・最終組み立て品の前のモジュールの単純な試験可能性に起因して、欠陥のある太陽電池又は回路構成要素の交換の可能性により早期の品質管理が実行され得ること。
・伝熱板をモジュールの外面上に取り付けることにより、効率的な熱の環境への伝導を可能にすること。
・透明な光出射表面の反対の側面上に、複数の太陽電池の密封したカプセル化が、電気的接触と共に単純に達成され得ること。

費用効果の高いＰＶ集光器モジュールにとって重要な表現された課題を実行するために、とりわけ、複数の太陽電池がモジュールの内部に独立して配置され、独立して接触し、基本的に上方に向かって保護されずに環境の影響に曝されることを特徴とした開発のための方法は諦められた。

本発明は、透明な光出射体の下面上に太陽光線の焦点を絞ることを提供する。この方法により、光出射体の透明な材料は、一方において（複数の）太陽電池の基板として働くことができ、他方において環境の影響に対して高価な（複数の）太陽電池の感知性の光入射領域を保護することができる。好適には透明な光出射表面を板又は皿の形状に形成するために構築された、透明な光出射体の反対の側面上には、電気的接触及び熱伝導の目的のために複数の太陽電池が容易に到達され得る。高効率電子装置から知られるように、例えば波形構造のように熱放散装置が設けられ得る。

好適な実施形態において、光出射体は、光を集光するための所与の領域上に搭載された光学（焦点絞り）ユニットから間隔を空けて取り付けられる。その後、光入射表面は、光出射体及び焦点絞りユニットと共に、互いに間隔を空けて配置され、これにより焦点絞りのための大きな距離が利用可能となる。そして、大きな表面からの全ての光は、比較的平易かつ単純な光学を用いて小さな太陽電池表面上に焦点を合わされ得る。

しかしながら、別の非常に興味深くもある実施形態においては、保持体は一つの側面上に光入射表面を有し、反対の側面上に太陽電池を伴う光出射表面を有する。当該ユニットは、このように単純に構築され、小さな発光ダイオードとして独立して取り扱われ得る。適切な透明な材料から設計された、通常固形物としての保持体の光入射表面は、反対の側面上に搭載された太陽電池上に光の焦点を合わせるために適宜に形成される。

前記実施形態の光起電装置は独立したセルとして、例えば発光ダイオードに類似して作られ、例えば円形の断面を有する。その結果、搭載された保持体を有する多数の前記の独立したセルは、焦点絞りユニットとしてプレート上に取り付けられ、これによりモジュールを形成し得る。

断面が円形でないが長方形又はさらに良い四角形である場合、全体の領域によりよく装着され得る。

しかしながら、保持体が焦点絞りユニットとしてのみ提供される実施形態は、独立した保持体が数個の太陽電池を反対の側面上に保持し、前記保持体が適当な光学ユニットを形成するための光入射表面として作用する前面上に形成されるような方法により、非常に単純にモジュールに組み立てられ得る。太陽電池が規則的パターン、特に四角形のパターンに配置される場合には、太陽電池の搭載は単純に自動化され得る。保持体が回転ガラスとして挿入され、焦点絞りパターンがパターンを有するローラーを用いてパターンを付けられたガラスにおける装飾のように挿入される場合、多数の独立した光学ユニットのパターンを有する光入射表面は非常に単純に製造され得る。

基礎的な両実施形態において、複数の太陽電池は透明な保持体の光出射表面に配置され、これにより以下に説明される複数の太陽電池に接触するための有利な技術が両実施形態に等しく適用可能である。

代替的又は追加的には、透明な光出射表面の反対の側面上の搭載について、（複数の）太陽電池は好適には導電板又は導電ホイル内に組み込まれてこれと電気的に接続される。そのため、全て又は一つのグループの太陽電池のための導電経路は、独立した接触を用いた複雑な製造の代わりに、一つのステップにおいて容易に生産され得る。

電池を浸透する湿気及び空気から保護するために、導電板は好適には、例えばラミネートされて、特に完全にラミネートされて、透明な光出射表面に接続されるべきである。

導電板又は導電ホイルの使用に対する代替法として、電気的接続及び絶縁層が、透明な光出射表面上に直接的に取り付けられ得る。この目的のために、電子及び半導体技術から知られる絶縁中間領域と共に、集積された導電経路を形成する方法が適用可能である。好適には、絶縁層は流れることが可能な塗装を使用して行われる。絶縁層は、太陽電池及び／又はさらなる回路構成要素を組み込み、かつ／又は固定するためにも使用され得る。

好適には、太陽電池はさらに伝熱層を有する下面に接続されるべきであり、伝熱層は太陽電池に影響を与える熱の移転と共に電気的接触を提供するべきである。

従来技術の状態におけるように、間隔を空けて離れて位置付けられた光学ユニットは、照射を直接的に太陽電池上に集光することができる。代替的には、焦点絞り又は収集ユニットは、透明な光出射表面から間隔を空けて離れて位置付けられた第一の光学ユニットと、太陽電池に近い追加の第二の光学ユニットを備え得る。集光は、例えば第一の光学ユニットから第二のレンズ上に向けて起こり得る。これは、次に太陽電池上の投射光の集光に続く。

第一及び／または第二の光学ユニットは、第一の光学ユニットに割り当てられた第一の透明な光入射表面と、第二の光学ユニットに割り当てられた第二の透明な光入射表面のうちの一つと同一の材料から作られ得る。しかしながら、前記光学ユニットは異なる材料から作られ得て、透明な光入射体及び光出射体上に搭載され得る。

非常に小さい太陽電池が上述の本発明のために使用され得るため、多接合太陽電池の高い費用は無関係である。この発明により、電力の生成のための集中された太陽光システムのための投資費用は大幅により低くなり、必要とされる領域は大幅により小さくなる。

本発明の実施形態は、添付の図面に基づいて以下により詳細に説明される。

以下の好適な実施形態の説明において、同一の参照符号は対応する部分について使用される。

図１は、それぞれ少なくとも一つの微小太陽電池５を有する独立した集光ユニットの形態の複数の独立した光起電装置２０を有するＰＶ集光機モジュールの形態の光起電機器２４を示す。図１及び図２に示されるような光起電装置２０の第一の実施形態について、電流の流れにとって好ましい追加の回路構成要素のために加えて、モジュール内の微小太陽電池５の共通の接続のための導電プレート７又は導電ホイルの使用に起因して、高生産性及び自動化された製造が可能にされている。

太陽電池５の接触経路の取り付けは、直流供給への接続により容易に試験され得るような方法により実行され得る。太陽電池５が照らし出す構造原理により、単純な視覚的又は技術的に支援された光制御が有効にされ得る。さらにその上、電気的特性が決定され得て基準値と比較され得る。任意の欠陥のある独立した太陽電池５は交換され得る。

決定的に重要な太陽電池５の位置決めは、導電板７又は導電ホイルにおいて予め正確に決められている。全体がプリントされた導電板７は、太陽光線３の焦点に対して相対的に正確に位置決めされ得る。太陽光線３は、後続の手順において光学ユニット２により集光される。

光起電機器２４の透明筐体２６の外側３４上に、すなわち光出射表面３０を形成する筐体２６の光出射板６の外側上に伝熱層８（図２参照）を取り付けることにより、熱は周囲に伝達される。伝熱層８の熱伝導性は、特に導電材料を使用し、かつ／又は異なる厚さの材料を使用することによって、また後の材料層の追加塗布によっても、選択的に変更され得る。

図３に示される第二の実施形態において、集光された太陽光線３は、最初に第二のレンズ４上に向けられる。次に、第二のレンズ４は、さらなる集光を引き起こし、太陽電池５上に光線を向けさせる。従って、第二のレンズ４は、透明な光出射表面６から直接作られ、又は別の材料から構成され得る。第二のレンズ４の使用は、一方において非常に強烈な光線（over 1000 suns）のより高い集光が到達する利点を有する。このことは、多接合高性能太陽電池の効率性の度合いにおける改善に導く。他方において、第二のレンズ４を使用する場合、モジュールの正確な光源の追跡がより必要とされないことにより、追跡器について設定される要求が削減される。このことにより可能な経済性は、追加の第二のレンズ４の費用を超え得る。効率性の増加は、さらに追加の効果に導く。

図４に示される第三の実施形態において、導電経路１０は、導電板７を使用する代わりに、さらなる回路構成要素（不図示）及び太陽電池５のための接続と共に、透明な光出射表面６の下側／外側３４に直接搭載される。このことは、スクリーン印刷又は他の適切な工程により行われ得る。複数の太陽電池５並びにさらなる回路及び接続構成要素が取り付けられ、接続されて試験される（上記参照）。（接着性の）絶縁層９の塗装の後に、伝熱層８が絶縁層９上かつ太陽電池５の下面に取り付けられる。伝熱層８の熱伝導性は、特に導電材料及び／又は異なる厚さの材料を使用することによって、また後の導電材料層の追加塗布によっても選択的に変更される。

図５に示される第四の実施形態において、集光された光線３は、最初に第二のレンズ４上に向けられる。第二のレンズ４は、その後さらなる集光を提供し、当該光線を太陽電池５上に向ける。従って、第二のレンズ４は、透明な光出射板６を形成する透明な光出射表面３０により全体的又は部分的に形成され得て、又は別の材料により作られ得る。第二のレンズ４の利点は、上述したものと同じである。

本願の新技術の巨大な利点は、要求された領域と性能に関連した大量生産の投資費用の両方が、従来のシリコン製平面パネルシステムの費用の約５０％しかならないことである。このことは、実質的により低い電力の生産費用をもたらす。太陽エネルギーの生成は、主に最高の負荷時間にある太陽に恵まれた国々において起こる（すなわち前記の国々は、空気調和システム及び生産における一日の「暑い（熱い）」時間における能力に向かって競争に参加する）ため、初めて電力生産費用は従来の発電所により達成可能な範囲内にあると現実的に考えられる。

図面に示されるように、太陽光を直接的に電気エネルギーに変換するための光起電装置２０は、透明なユニットとして構築される。光起電装置２０は、光学ユニット２により、透明な光入射表面１を通じて入射する光照射を所定の領域２２内に集光する。この所定の領域２２は、前記透明なユニットの外側に位置付けられ、光入射表面１から方向を変えられる。太陽電池５は、前記所定の領域内に位置付けられる。伝熱層８は、太陽電池５と接続される。

図１に示されるように、複数の前記のような光起電装置２０は、光起電機器２４において結合される。光起電機器２４は、光起電装置２０が配置され、導電板７により接続される筐体２６を有する。このように、光起電機器２４はＰＶ集光器モジュール（ＰＶ光起電手段）を形成する。

独立した光起電装置２０の複数の太陽電池５間の接触と、場合によっては複数の太陽電池５から制御及び変換のために設けられ得るさらなる電気回路構成要素への接触は、透明な光出射板６の外側、又は導電板７上若しくは導電ホイル上に直接搭載される。

一つの実施形態において、光学ユニット２は少なくとも部分的には透明な材料、特にシリコン材料により作られる。前記透明な材料は、光起電機器２４の全体について、一つの手順により筐体２６の前面板３２に直接塗布される。前面板３２は、透明な光入射表面１を形成し、当該層中に効果を与えられる。

代替的な実施形態において、光学ユニット２は例えば研削及び／又は研磨によって透明な光入射表面１から作成され、これにより前記光学ユニットの透明な材料は光入射表面１の透明な材料により一つの部分を形成する。

光起電装置２０及び／又は光起電機器２４全体を試験する方法は、電圧を印加することによって、接続された複数の太陽電池５を試験することにより実行され得る。従って、設置されたユニット全体の試験もまた、電圧を印加することにより実行され得る。

連続した伝熱層８は複数の微小太陽電池５の反対の側面に接続され、これにより複数の太陽電池５から熱を伝達する伝熱層８を形成する。

光学ユニット２により集光された照射３の追加の集光は、透明な光出射板６から直接的に形成された第二のレンズ４（図５）により実行され得る。

代替的には、照射３の追加の集光は、透明な光出射板６上に搭載された第二のレンズ４（図６）により実行され得る。

導電板７又は導電ホイルを設ける代わりに、図５に示されるように、電気的接触及び接続経路、より一般的には導電経路１０が透明な光出射板６の外面上に直接的に搭載され得る。同様に、複数の太陽電池５と可能な電気回路構成要素（容量性、誘導性又は特に抵抗性構成要素、制御部、増幅器、マイクロチップ又はマイクロプロセッサ）が透明な光出射板６の外面上に直接的に搭載され得る。電子の分野から知られるように、このことは異なる方法により行われ得る。好適には、導電経路はスクリーン印刷技術により取り付けられる。代替的には、蒸発手順又はスパッタリング手順等々が使用され得る。前記の手順は、導電経路のコースを予め決めるマスクを用いて実行される。半導体技術から知られる手順も可能であり、ここでは最初に導電層全体が透明な材料に取り付けられ、その後望まれない領域から材料を除去するために、感光性材料（露光後選択的に除去される）が塗布される一方、導電経路の残る領域は残っている材料により保護される。

一つの実施形態によれば、電気的絶縁及び／又は発生する熱放射の反射を引き起こす絶縁層９が、導電経路１０に取り付けられる。

透明な光出射板６は、一つの層又は多層として作成され得る。透明な光出射板６は、例えばガラス板を備え、又はガラス板から構成され得る。加えて、さらなる透明層、例えばシリコン又は流体状態において塗布され得る別の透明な材料の絶縁及び閉鎖層も取り付けられ得る。光出射板６がガラス板を備えている場合、照射３の追加の集光は、ガラスの反対の側面から直接的に生成された第二のレンズ４を用いて実行され得る。

代替的には、光線４の追加の集光のための第二のレンズ４もまた、ガラス上に搭載され得る。

第一の光学ユニット２は、例えば光入射表面１を形成する前面板３２においてガラスにより作られた複数のフレネル（Fresnel）レンズを用いて、前述の技術の状態により説明されたように作られ得る。

図６〜１３に示される第五乃至第七の実施形態において、光入射表面１及び光出射表面３０は、独立した透明な保持体４０，４１の前面及び反対面として作られる。保持体４０，４１は透明な材料、典型的にはガラスの固形物として構築される。（複数の）光学ユニットは、前記保持体４０，４１の光入射表面１に設けられる。（複数の）太陽電池５は、前記保持体４０，４１の光出射表面３０に設けられる。

光学ユニット２及び複数の太陽電池５の接触、組み込み、冷却及び搭載は、上記のさらなる実施形態におけるように製造され得る。

図６〜１０に示される第五及び第六の実施形態において、独立した光起電装置２０は独立セル４２として作られる。各太陽電池５は、太陽電池５の非常により小さい表面上と共に光入射表面１上に発生する光を集光するための焦点絞りユニットとして働く当該太陽電池５自体の保持体４０を有する。

第五の実施形態において、保持体４０は円形の上方の表面（レンズとして作用する）と平坦な下面を有する円形の断面を有する。前記下面は、それによって独立セル４２のそれぞれがカード（不図示）上に重ねられ得る接触ピン４４により搭載され得る。独立したセル４２から構成される配置は、ＰＶモジュールを作るためにこのように組み立てられ得る。

第六の実施形態において、各独立セル４２の保持体４０は、正方形の基礎領域を有する。この方法により、図１１に示されるように、複数の独立セル４２はＰＶ集光器モジュール２４を作るためにより容易に組み立てられ得る。例えば接着又は外部の枠組（不図示）への単純な挿入のような任意の適切な技術が、独立した保持体４０を接続するために使用され得る。

配置のための複数の独立セル４２を有するため、これらの手段は、任意の時点に電圧を印加することにより後でも試験され得る。その後、複数の太陽電池５は、発光ダイオードのようにより弱くにのみ発光する。独立した太陽電池が発光しない場合、より後の段階においてさえ当該太陽電池は容易に交換され得る。

第七の実施形態において、数個の太陽電池５は保持体４１により支持される。複数の太陽電池５は、（他の実施形態について前述されたように）パターンにより配置され、ここでは等間隔を有する正方形の整列パターンにより配置される。保持体４１の光入射表面は、各領域４３内に発生した光について各太陽電池５上に焦点を合わせる光学ユニットに対応するパターンにより形成される。

前記の光学ユニットは、他の実施形態について説明されたようにも作られ得る。全ての実施形態について、光学ユニットの規則的パターンが透明な板の表面上に製造されなければならず、回転ガラス手順によりこれらを製造する追加の可能性が存在する。反転したパターンを設けられたローラー（不図示）は、ガラス製造中にガラス塊に直接パターンを押し付ける。この製造手順は、パターンが付けられたガラスの製造において周知である。特に、第七の実施形態の保持体４１は前記方法により製造される。

第七の実施形態は、特に比較的費用効率が高いＰＶ集光器モジュールの大規模工業生産に適している。

異なる前記実施形態の独立した特徴の任意の組み合わせの結果として、さらなる実施形態が生じ得る。

それぞれ小さい領域の太陽電池上に集光された太陽光を直接的に電気エネルギーに変換する、複数の独立した光起電装置（集光器ユニットとも呼ばれる）を有するＰＶ集光器の形態のＰＶ集光器モジュールの斜視図に加えて、第一の実施形態の光起電装置の模式的詳細図である。 図１の第一の実施形態の光起電機器（導電板を有し第二のレンズを有しない）において使用可能な光起電装置を通った断面図である。 図１の第二の実施形態の光起電機器（導電板を有し第二のレンズを有する）において使用可能な光起電装置を通った断面図である。 図１の第三の実施形態の光起電機器（導電経路を有し第二のレンズを有しない）において使用可能な光起電装置を通った断面図である。 図１の第四の実施形態の光起電機器（導電経路を有し第二のレンズを有する）において使用可能な光起電装置を通った断面図である。 垂直な中央の平面に沿って第五の実施形態による光起電装置を通った断面図である。 第五の実施形態による光起電装置の底面図である。 第六の実施形態による光起電装置の背面図である。 第六の実施形態による光起電装置の底面図である。 第六の実施形態による光起電装置の平面図である。 数個の第六の実施形態の光起電装置から形成された光起電機器を通った断面図である。 第七の実施形態による光起電機器の斜視図である。 第七の実施形態による光起電機器を通った断面図である。

符号の説明

１ 透明な光入射表面
２ 光学ユニット
３ 光学ユニットを通じた光線
４ 第二のレンズ
５ 太陽電池
６ 透明な光出射プレート（後方プレート）
７ 導電プレート／ホイル
８ 熱伝導層
９ 絶縁層
１０ 導電経路
２０ 光起電装置
２２ 所定の領域（焦点）
２４ 光起電装置（ＰＶ集光器モジュール）
２６ 筐体
３０ 透明な光出射表面
３２ 前面プレート
３４ 外側
４０ 保持体（独立した電池）
４１ 保持体（モジュール）
４２ 独立した電池
４３ 領域
４４ 接触ピン

Claims (27)

1. 太陽エネルギーを電気エネルギーに直接的に変換するための光起電装置（２０）であって、
   前記光起電装置（２０）の光入射表面（１）より小さい表面領域を有する太陽電池（５）と、
   前記太陽電池（５）のより小さい表面により定義され、前記光入射表面（１）から間隔を空けて離れて位置付けられ、前記光入射表面（１）より小さい表面を有する所与の領域（２２）上の前記光入射表面（１）を通過する太陽放射（３）を集光するための光学ユニット（２）と、
   前記太陽電池（５）がその上に配置される透明な保持体（６，３０）
   を備え、
   前記保持体が集光された前記太陽放射（３）が通過することが可能な透明な光出射体（６，３０）であることと、
   前記太陽電池（５）が、前記光入射表面（１）及び／又は前記光学ユニット（２）から向きを変えられた前記光出射体（６，３０）の側面上に配置されていること
   を特徴とする光起電装置。
2. 前記光出射体が透明な材料の光出射板（６）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の光起電装置。
3. 前記太陽電池（５）が、前記光入射表面（１）から向きを変えられた前記光出射板（６）の側面（３４）に直接的に接触することを特徴とする、請求項２に記載の光起電装置。
4. 流体状態にて適用された透明な材料の層（９）が、前記光入射表面（１）から向きを変えられた前記光出射板（６）の側面（３４）と、前記太陽電池（５）の間に挿入された、請求項２に記載の光起電装置。
5. 前記光入射表面（１）に割り当てられた第一の光学ユニット（２）に加えて、前記所与の領域（２２）において前記太陽放射（３）をさらに集光するために、前記光出射体（６）に割り当てられた第二の光学ユニット（４）が設けられた、請求項１乃至４のいずれかに記載の光起電装置。
6. 数個の光学ユニット（２，４）のうち少なくとも一つ、又は前記光学ユニット（２）が、前記透明な光入射板（３２）の材料、前記透明な光出射板（６）の材料又は前記保持体の材料から作られた凸レンズ（４）を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の光起電装置。
7. 数個の光学ユニット（２，４）のうち少なくとも一つ、又は前記光学ユニット（２）が、前記透明な光入射板（３２）上、若しくは前記透明な光出射板（６）上に応用され、又は前記保持体上への材料の応用によって応用された凸レンズ（４）を有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の光起電装置。
8. 前記太陽電池（５）に接触するための導電経路（１０）が、物質の塗布、特にプリント又はスパッタリングにより、前記保持体（６）上に直接的に付けられた、太陽エネルギーを電気エネルギーに直接的に変換するための光起電装置、又は請求項１乃至７のいずれかに記載の光起電装置。
9. 熱を運ぶための伝熱ユニット（８）が、前記保持体（６）から方向を変えられた側面上の前記太陽電池（５）に接続された、請求項１乃至８のいずれかに記載の光起電装置。
10. 前記保持体が一つの部分に、光学ユニットを有する前記光入射表面と、前記太陽電池がその上に配置される光出射表面の両方を備えている、請求項１乃至９のいずれかに記載の光起電装置。
11. 前記保持体が、前記光学ユニットを一つの側面上に確立し、反対の側面上に前記光学ユニットの焦点領域内のより小さい前記太陽電池を保持するための、対応して形成された前記光入射表面を備えた透明な材料の固形物として構築されていることを特徴とする、請求項１０に記載の光起電装置。
12. 前記保持体に配置された一つの前記太陽電池と共に、一つの太陽電池について保持体の単一のセルとして作られていることを特徴とする、請求項１１に記載の光起電装置。
13. 前記光入射表面及び前記光出射表面に対して平行に切断されたときに、前記保持体が円形、正方形又は長方形の断面を有することを特徴とする、請求項１２に記載の光起電装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の光起電装置（２０）を複数備えている、光起電機器（２４）。
15. 数個の独立した前記光起電装置からモジュールとして組み立てられた、請求項１４に記載の光起電機器。
16. 少なくとも数個の前記光起電装置のための前記保持体が一つの部品として形成され、そのため数個の前記太陽電池を保持する、請求項１４に記載の光起電機器。
17. 共通の前記保持体が、その光出射表面上に規則的パターンにて前記太陽電池を保持し、対向する側面上に光学ユニットの対応するパターンを構築するために作られた表面を備えている透明な材料の固形物として設計された、請求項１６に記載の光起電機器。
18. 前記光学ユニットの前記パターンが、ガラス製の前記保持体を対応するパターンを有するローラーにより巻くことにより製造されることを特徴とする、請求項１７に記載の光起電機器。
19. その透明な前面板（３２）が前記光起電装置（２０）の前記光入射表面（１）を形成し、その透明な後面板（６）が前記光起電装置（２０）の共通の光出射体を形成する筐体（２６）が設けられていることを特徴とする、請求項１４乃至１８のいずれかに記載の光起電機器。
20. 複数の前記太陽電池（５）及びその接続手段と共に、前記保持体の一つの側面が前記光起電装置（２０）の前記光入射表面（１）であり、前記保持体の反対の側面が前記反対の側面に接触する複数の前記太陽電池（５）を有する光出射表面である固形物として形成された前記保持体により主として構成されていることを特徴とする、請求項１４乃至１８のいずれかに記載の光起電機器。
21. 光起電機器（２４）の複数の前記太陽電池（５）の全て又は少なくともグループが、共に導電板（７）又は導電ホイル内に組み込まれ、導電板（７）又は導電ホイルと電気的に接続されている、太陽エネルギーを電気エネルギーに直接的に変換するための光起電装置、及び／又は請求項１乃至１３のいずれかに記載の光起電装置を数個有する光起電機器（２４）。
22. 前記光起電装置（２０）の前記太陽電池（５）を接触させるための導電経路（１０）が、物質の塗布、特にプリント又はスパッタリングにより、透明な保持体（６）上に付けられ、又はマスク若しくは写真技術により付けられていることを特徴とする、請求項２１に記載の光起電機器。
23. 太陽エネルギーを電気エネルギーに直接的に変換するための複数の光起電装置（２０）を備え、
    前記各光起電装置（２０）が、
    それぞれの光入射表面（１）より小さい表面領域を有する少なくとも一つの太陽電池（５）と、
    前記光入射表面（１）から間隔を空けて離れて位置付けられ、前記光入射表面と比較してより小さい表面を有する、前記太陽電池（５）のより小さい表面によって定義される所与の領域上の前記光入射表面を通過する太陽放射（３）を集光するための光学ユニット（２，４）
    を有し、
    複数の前記太陽電池（５）が透明な保持体（６）上に共通して配置され、
    ａ１）前記透明な保持体（６）の側面（３４）に、前記複数の太陽電池（５）に接触するための導電経路（１０）を設けるステップと、
    ｂ１）導電経路（１０）を設けられた前記保持体（６）の前記側面（３４）上に前記複数の太陽電池（５）を取り付けるステップと、
    ｅ１）前記複数の太陽電池（５）から方向を変えられた前記保持体（６）の側面上に伝熱ユニット（８）を配置するステップ
    の順序のステップを特徴とする、光起電機器（２４）を製造するための方法。
24. 太陽エネルギーを電気エネルギーに直接的に変換するための複数の光起電装置（２０）を備え、
    前記各光起電装置（２０）が、
    それぞれの光入射表面（１）より小さい表面領域を有する少なくとも一つの太陽電池（５）と、
    前記光入射表面（１）から間隔を空けて離れて位置付けられ、前記光入射表面と比較してより小さい表面を有する、前記太陽電池（５）のより小さい表面によって定義される所与の領域上の前記光入射表面を通過する太陽放射（３）を集光するための光学ユニット（２，４）
    を有し、
    複数の前記太陽電池（５）が透明な保持体（６）上に共通して配置され、
    ａ２）前記複数の太陽電池（５）に接触するための加工済の導電経路を有する導電ホイル又は導電板（７）を設けるステップと、
    ｂ２）前記複数の太陽電池（５）を有する前記保持体の一つの側面（３４）、導電ホイル又は導電板（７）を組み立てるステップと、
    ｅ２）前記複数の太陽電池が設けられた又は設けられるべき前記保持体（６）の前記側面（３４）上に導電ホイル又は導電板（７）を配置するステップ
    の順序のステップを特徴とする、光起電機器（２４）を製造するための方法。
25. ステップｄ２）の前又は後に実行されるべき
    ｆ）導電ホイル又は導電板（７）上に伝熱ユニット（８）を取り付けるステップ
    を特徴とする、請求項２４に記載の方法。
26. ステップｅ１）又ｅ２）の前に実行されるべき
    ｄ）前記複数の太陽電池（５）を保護するように覆うために、前記複数の太陽電池（５）が設けられた又は設けられるべき前記保持体（６）の前記側面（３４）上に、好適には硬化材料（９）である透明な流体を塗布するステップ
    を特徴とする、請求項２３乃至２５のいずれかに記載の方法。
27. ステップｂ１）とステップｅ１）の間、又はステップｂ２）とステップｅ２）の間に実行されるべき、
    ｃ）電圧を前記導電経路に印加することによって、組み立てられ接続された前記複数の太陽電池（５）を試験するステップ
    を特徴とする、請求項２３乃至２６のいずれかに記載の方法。