JP2008547209A - 個々の関節動作式集光素子を有する平面集光型光起電性太陽電池板 - Google Patents

Abstract

太陽光発電システムであって、ａ）現行の太陽パネル取付けハードウェアと結合するような構造である少なくとも一つのインターフェイスを有する支持体構造体と、ｂ）モジュールが支持体構造体に対して移動可能であるように前記支持体構造体に結合された複数の光起電性集光器モジュールと、ｃ）前記太陽光発電システムと動作可能なように結合された自己電力源とを備え、各集光器モジュールが、ｉ．少なくとも一つの光起電性受光器と、ii．入射する光を少なくとも一つの対応する光起電性受光器上に光学的に集光する少なくとも一つの光学的集光器とを備えることを特徴とする太陽光発電システム。

Description

本発明は、太陽光発電システムと光起電性集光器モジュールと関連する方法とに関する。

太陽電池板は、一般的に周知である。より多くの電力を生み出し且つ／又はコストを低減する太陽電池板を生産することが望まれている。

一つのアプローチとして、例えば２５％効率の電池を使用することから例えば３７％効率の電池を使用することに製品設計を変更するなど効率の良い太陽電池を使用することによってパネル当りより多くの電力を生み出すための試みが行われてきた。

別のアプローチとして、ほぼ同じ電力をなお生み出しながらも、より小さい太陽電池が使用されることが出来るように、太陽光を集光することが行われてきた。先行技術は、様々な程度にこの原理を用いるために試みられてきた光起電性太陽集光器を発達させてきた。

今まで、光起電性太陽集光器は、一般に、二つのアプローチのうちの一方を採用してきた。すなわち、光を中心点に反射する大きな反射性ボウル又はお皿又は関節動作式ミラーの領域を形成し、そこで電力に変換されるアプローチ（例えば、オーストラリアのＶｉｃｔｏｒｉａ州のソーラシステム社の及びＧｒｏｓｓらの、米国特許第２００５／００３４７５１号によって）か、又は多数の小さな集光器を太陽を追跡するように剛的に関節式に動作する大きなパネル内にきつく詰め込む（例えば、Ｃｈｅｎの米国公開第２００３／００７５２１２号又はＳｔｅｗａｒｔの米国公開第２００５／００８１９０８号によって）アプローチを採用してきた。また、参照としてＭａｔｌｏｃｋらの参考文献（米国特許第４，０００，７３４号明細書）を参照されたい。これは、反射体の線形焦点に配置された加熱管と追跡機構との周りを動くように取付けられた細長い反射体を開示している。

先行技術に現れた最近の第三のアプローチ（Ｆｒａａｓらの米国特許出願公開第２００３／０２０１００７号公報）は、集光の利点を一般の太陽電池板の形状因子の利便性と結合する試みである。Ｆｒａａｓらは、コスト、性能、利便性の問題を解決することを試みる複合的なアプローチを示している。

平面太陽集光器を生産するためのアプローチは、”ｌａｚｙ ｓｕｓａｎ”（回転盆）の回転リング（Ｃｌｕｆｆの米国特許第４，２９６，７３１号明細書）内に列をなす小さい集光器を配置することであった。

本発明は、一又は二以上の問題が先行技術の太陽集光器に存在することに打ち勝つ及び／又は問題を多少なりとも解決するために単独又は組合わせることにより非常に有益な多くの解決方法を提供する。

例えば、本発明は、好ましい実施形態では、従来の太陽電池板とほぼ同じ大きさとなり得る集光型太陽電池板を提供することが可能となる。別の例示として、本発明は、多くの典型的な実施形態における同等な大きさの太陽電池板より等しいか又はそれ以上の電力を生み出すことが出来る。

さらに別の例示のように、本発明は、必要に応じて従来の平面パネルの取付け技術の使用を可能とすることが出来る。

さらに別の例示のように、個々の集光器光が互いに隣接して直立されて詰め込まれるというよりはむしろ、本発明の多くの実施形態は、それら個々の集光器が所定の位置に移動するために且つ太陽を追跡するために束縛を受けないように、且つそれら個々の集光器が日中及び年中の大部分を通して互いに遮光されることが無いように操作されるように、必要に応じて個々の集光器の間に若干の間隔を残しておいてもよい。この発明は、パネルが、全体のパネルを太陽に指向させなければならないよりはむしろ屋根に配置することを可能とし、且つ太陽光に対してそれら集光器の全体の日々の照射量を増加させることによって個々の集光器のよりコスト効率の良い使用を可能とさせている。

これらのアイデアは、飛躍的な発明となる、なぜならそれらのアイデアは、それら太陽電池板のより高い変換効率及びより低いコストを備えた集光型太陽電池板が、従来の平面パネル太陽によって現在支配された市場に進出し、コストを大幅に削減し且つ太陽パネルの発達の加速力を市場内で増加させることを可能とさせる。より好ましい実施形態では、本実施形態は、現在の平面パネル太陽設置者がそれら現行の取付けハードウェアと取付け技術を使用することを可能とさせ、さらに売り上げ及びマーケティング技術が駆使され、結果的に集光型太陽が配置される。こうして、本発明は、集光型太陽パネルの利点（例えば、コスト面の利点）を市場で受け入れられることと組み合わせ且つ従来の平面光起電性パネルの形状因子の利点を集光型太陽パネルと組み合わせている。

本発明の一形態によると、太陽光発電システムは、支持体構造体と複数の光起電性集光器モジュールと自己動力源とを含んでいる。複数の光起電性集光型モジュールが、モジュールが支持体構造体に対して移動可能であるように支持体構造体に結合されている。支持体構造体は、現行の太陽電池板取付けハードウェアと結合するための構造である少なくとも一つのインターフェイスを含んでいる。各モジュールは、入射する光を少なくとも一つの対応する光起電性受光器上に光学的に集光する少なくとも一つの光起電性受光器と少なくとも一つの光学的集光器とを備えている。自己電力源が、太陽光発電システムと動作可能なように結合されている。

本発明の別の形態によると、太陽光発電システムは、支持体構造体と複数の光起電性集光器モジュールと熱消散素子とを含んでいる。複数の光起電性集光器モジュールが、モジュールが、支持体構造体に対して独立して移動可能であるように支持体構造体によって支持されている。各モジュールは、入射する光を少なくとも一つの対応する光起電性受光器上に集光するすくなくとも一つの光起電性受光器と少なくとも一つの光学素子とを含んでいる。熱消散素子は、モジュールの光学素子の光軸と平行である少なくとも一つのフィンとを含んでいる。熱消散素子が、モジュールが関節式に動作されるようにモジュールによって掃引される多数のモジュール内に少なくとも部分的に配置されており、入射する光線が、光学のシステム内に存在する集光器の嵩と交差している。

本発明のさらに別の形態によると、光起電性集光器モジュールは、少なくとも一つの光起電性受光器と少なくとも一つの光学的素子と熱消散素子とを含んでいる。少なくとも一つの光起電性受光器は、入射する太陽光を電気的エネルギーに変換する。少なくとも一つの光学的素子は、入射する光を光起電性受光器上に集光する。熱消散素子が、モジュールが関節式に動作されるようにモジュールによって掃引される多数のモジュール内に少なくとも部分的に配置されており、入射する光線が光学的システム内に存在する集光器の嵩と交差している。

本発明のさらに別の形態によると、方法が、従来から存在する非集光性平面太陽電池板と同程度の形状因子を有するような太陽光発電システムの支持体構造体を構成するステップを含んでいる太陽光発電システムを提供することのために規定されいる。太陽光発電システムは、少なくとも一つのモジュールが支持体構造体に対して移動可能であるように支持体構造体によって支持された支持体構造体と複数の光起電性集光器モジュールとを含んでいる。

本発明のさらに別の形態によると、太陽光発電システムを取付けるための方法は、以下のステップを含んで提供されている、１）平面太陽電池板のために取付けハードウェアを提供するステップ、２）平面太陽電池板のための取付けハードウェアと同程度の形状因子を有する太陽光発電システムを提供するステップ、３）平面太陽電池板のための取付けハードウェアを使用する太陽光発電システムを取付けるステップ、である。太陽光発電システムは、１）静止した固定支持体構造体、及び２）静止した固定支持体構造体上に移動可能なように支持された複数の光起電性集光器モジュールを含んでいる。

本発明のさらに別の形態によると、光起電性集光器モジュール組立体は、フレームと光起電性集光器モジュールの配列と追跡システムと電力源とを含んでいる。光起電性集光器モジュールの配列が、モジュールがフレームに対して関節式に動作するようにフレームに取付けられている。各モジュールは、入射する太陽光を電気的エネルギーに変換する少なくとも一つの光起電性受光器と入射する光を光起電性受光器に集光する少なくとも一つの光学的素子とを含んでいる。追跡システムは、動作可能なように組立体に結合され且つ入ってくる太陽光の方向に基づいて少なくとも一つのモジュールを移動させる。電力源が、動作可能なように追跡システムに結合されている。

以下に記載された実施形態では、同じ参照符号が複数の実施形態に共通して同じ特徴を記載するために使用されている。

本発明による太陽光発電システムの第一実施形態が、図１Ａ〜図２Ｃに示されている。太陽光発電システム１は、複数の移動可能な太陽集光器モジュール２を含んでいる。各太陽集光器モジュール２は、直径で約２４．１３ｃｍ（９．５ｉｎｃｈｅｓ）である。示されているように、太陽集光器モジュール２は、電気を作るために使用可能なように太陽光を高い強度に集光させるための光学素子として反射体４を含んでいる。反射体４は、集光された太陽光を受光器６に方向付けており、この受光器は、光を電気に変換する任意の種類の光起電性電気発生器とすることが出来る一または二以上の太陽電池を含んでいる。

この実施形態では、集光された太陽光は、電気を作るために使用されているが、太陽光は、代替的には、任意の目的、例えば、温水暖房または調理のために使用されることが出来る。本発明の集光型光起電性の電気発電器は、光を太陽電池上に集光するために光学を使用しており、電池が通常の照明の下で生み出すよりも比例して多量の電気を生み出す。

太陽集光器モジュール２に加えて、実施形態は、リンク機構（ｌｉｎｋａｇｅ）１２とモータ１４と制御ユニット１６とフレーム２０と自己電力パネル２２と電気回路２６とを含んでいる。

太陽集光器モジュールは、ある程度の有用な機能を実行することが可能な太陽光を標的上に集光するためにレンズ、反射体、またはソーラトラップのようないくつかの光学素子を使用する（例えば、反射体４）任意の装置である。

反射体４に加えて、各太陽集光器モジュール２は、さらに、受光器６とヒートシンク７と拘束機構１０とを含んでいる。図２Ａは、システム１において使用された個々の太陽集光器モジュール２の斜視図を示している一方、図２Ｂは、個々の太陽集光器モジュール２の下方からの斜視図を示している。図２Ａ及び図２Ｂに示された太陽集光器モジュール２は、太陽の位置の情報を電子機器制御ユニット１６に与える、任意選択の追跡センサユニット１８を含むことが可能であり、好ましくはこの追跡センサユニット１８が集光器の一部にのみ、例えば、太陽集光器モジュール２のうちの一つ、二つ、三つ又は四つに与えられている。

個々の太陽集光器モジュール２の反射体４が、丸められた矩形として示されており、実施形態の集光器モジュールが、矩形の格子内に構成されている。代替実施形態では、集光器の反射体は、任意の形状とすることができ、集光器モジュールは、任意のレイアウトに配置されることができ、ダイアモンド形状、六角形状、四角形状、丸い形状、又は楕円形状（図７〜図９参照）が含まれるが、これらに制限されるものではない。図２Ｃに示されるように、入ってくる太陽光５８が、反射体４に反射され且つ受光器６の方向に向けられている。

記載された本発明は、任意の種類の光起電性装置を使用することができ、従来のシリコン太陽電池、いわゆる熱光電池、ハイテクの多接合電池、又は数種類の太陽電池の組み合わせのようなさらに他の技術が含まれるが、これらに限定されるものではない。図１Ａ〜図２Ｃに示された好ましい実施形態は、現在市場で同じ大きさの平面光起電性パネルの出力と同程度の２００ワットピークを超過した電力出力を達成するために、カリフォルニア州シルマーのＳｐｅｃｔｒｏｌａｂ社から商業的に利用可能な三接合電池、または受光器６内の同様なものを使用することを想定している。

太陽電池上に集光された太陽放射エネルギーの強度のため、電池の温度が、望ましくは冷却システムによって管理されている。より好ましい実施形態は、太陽電池と受光器とを冷却するために受動的なヒートシンク７を使用しているが、本発明は、強制空気冷却または強制液体冷却を用いることができる使用される冷却システムの種類に関して限定されるものではない。

ヒートシンク７は、受動的な熱消散のための複数のフィン８と受光器６を取付けるための平面表面と光が受光器６に達することを可能とさせるような切り欠き９を含んでいることを特徴としている。図１Ａ及び図２Ａ〜図２Ｃから分かるように、より好ましい実施形態では、完全なヒートシンク７は、フィン８がモジュールの光軸に平行に配置されるように設計されている。このようにして、エッジ（縁部）のみが、例えばヒートシンクのフィン８の厚みが、実際に太陽光を遮光している。このことは、集光された太陽光の量をほとんど減少させることのない非常に大きなフィン領域を達成することを可能とさせる。有利に、フィン８の少なくとも一部、より好ましくはフィン８の少なくともほとんどすべて８が、集光した照明の下で集光器モジュールの嵩、または例えば図２Ｃを参照することによって分かるように光線が焦点に向かって収束される嵩内に位置決めされている。

例示されたモジュールに対して示されるように、この収束される量は、反射体４の上方と受光器６の下方との両方、並びに受光器の上方の領域の部分であるほぼ筒状の区域を一般に少なくとも含んでいる。より好ましい実施形態では、図２Ｃに示されているように、ヒートシンクのフィン７は、太陽光５８の光線と隣接して平行に整列され且つ集光器モジュールの容積、すなわち「光学的容積体」内に配置され、こうしてモジュール全体の全容積及び風プロファイルを増加させること無しに大きなフィン領域を可能とさせている。より好ましい実施形態では、この配置は、阻止された一般的な光のみが、フィンの薄いエッジ上に影響を及ぼし、全体的な入射する光のほんの一部分を表しているように、フィンを垂直に配置すること及びそれらフィンを受光器周りに半径方向に向き合わせをすることによって成し遂げられている。

この明細書中で使用されているように、用語「光学的容積体」は、そのモジュールが関節式に動作するようにモジュールによって掃引される総量体として、図２Ｃを参照することによって規定され、入射する光線が光学システムに存在する集光器の嵩と交差している。

より好ましい実施形態では、中央の対をなすフィンは、リンク機構１２のための機械的な間隔を可能とさせるために実際に半径方向の向きからわずかに傾斜されている。それ自体は、それらフィンは、集光される光線の少量の太陽光線を阻害する可能性があり、このために、切り欠き９は、太陽光を過度に阻止することをこれら中央のフィンに近接する反射体の部分から回避するために特に形成されている。

図１Ｂ〜図２Ｃに示されるように、システム１における各集光器モジュール２は、集光器モジュール２を保持し且つ関節式に動作する拘束機構１０を含んでいる。システム１は、一組の拘束機構１０を駆動させる単純な機械的なリンク機構１２を含んでいるが、本発明は、使用される機構のタイプに関して限定されるものではない。任意の動力伝達装置とリンク機構と機構の組み合わせが使用されることができ、直接駆動、歯車、送りネジ、ケーブル駆動、ユニバーサルジョイント、ジンバル（ｇｉｍｂａｌｓ）、及びたわみを含んでいるが、これらに限定されるものではない。より好ましい実施形態では、固定されたグループとして一斉に関節式に動作されるというよりはむしろそれらモジュールは、すべて同調性で移動し、さらに各モジュールが所定の位置に個々に関節式に動作するように各モジュールが、リンク機構と相互に結合されている。リンク機構１２は、複数の方位角ロッド３０と複数の仰角ロッド３６とを含んでいる。方位角ロッド３０は、複数の方位角結合リンクによって支持された方位角結合ロッド３２に接続されている。仰角ロッド３６は、仰角結合ロッド３８に接続されている。

典型的な実施形態は、望ましくは電力を発電するために太陽を指向し且つ追跡するために同調して関節式に動作された個々の集光器を組み込んでいる。典型的な実施形態は、任意の多数の追跡アプローチと共に使用してもよく、オープンループの（モデル基づいた）指向性と特定の場所のセンサに基づいたクローズドループ指向性とパネルの電力出力を最大限に活用することに基づいたクローズドループ指向性又は複数のパネルによって共用されたセンサ上に基づいたクローズドループ指向性が含まれるが、これらに限定されるものではない。実施形態の制御は、様々な方法で成し遂げることができ、（冷却に基づいた追跡機のような）受動的な制御、パネルあたりの一の電子機器制御ユニットを使用する能動的制御又は多数のパネルを制御する単一制御ユニットを使用する能動的制御を含んでいる。

同様に、任意の多数の作動法が、使用されることができ、モータ、ソレノイド、ニチノールワイヤが含まれるが、これらに限定されるものではない。各集光器のための個々の作動装置（例えば、それぞれに対する二つモータ）として可能であり、又は、パネルは、単一の作動器セットが二つ以上又はさらにすべての集光器を相互に移動させることを可能とさせるようなリンク機構、ケーブル駆動、または他の機構を使用することが出来る。同様に、旋廻するための技術は、ベアリング、ブッシング、可撓性のある又は他の典型的な実施形態において使用されるために適しているそれらすべてのアプローチに制約されていない。

図１Ａ〜図２Ｃにおける実施形態では、単一の対をなすモータ１４は、すべての集光器２を一斉に移動させるリンク機構１２を駆動させ／作動させる。電子機器制御ユニット１６は、モータ１４を駆動させる。図１Ａ〜図２Ｃの好ましい実施形態は、電子機器制御ユニット１６に統合されるようにパネル当りの能動的な電子機器制御アプローチを使用している。

システム１と同様に、典型的な実施形態は、単一装置内に多数の集光型素子を統合しており、及び好ましくは従来の太陽電池板とほぼ大きさの装置を集めている。従来のパネルは、多くの場合、７６．２ｃｍ（２．５ｆｅｅｔｓ）から１２１．９２ｃｍ（４ｆｅｅｔｓ）の幅であり、１３７．１６ｃｍ（４．５ｆｅｅｔｓ）から１８２．８８ｃｍ（６ｆｅｅｔｓ）の長さである。しかしながら、装置の大きさは、限定されるものでは無く且つ顧客又はエンドユーザーによって現実的な制限内に任意の所望された大きさに構成されることが出来る。上記の制限は、一般に、１５．２４ｃｍ（６ｉｎｃｈｅｓ）ずつ１５．２４ｃｍ（６ｉｎｃｈｅｓ）の小ささから、６０９．６ｃｍ（２０ｆｅｅｔｓ）ずつ６０９．６ｃｍ（２０ｆｅｅｔｓ）の大きさまで又はさらにより大きい大きさがあり、上限は、実際には、顧客が標的部位を容易く操作し且つ取付けることが出来ることによってのみ決めることが出来る。

例えば、好ましい実施形態は、従来の太陽電池板とほぼ大きさであり且つ図１Ａ及び図１Ｂにおいてフレーム２０を含んで示されている。フレーム２０は、１２１．９２ｃｍ（４８ｉｎｃｈｅｓ）の幅Ｗと１８２．８８ｃｍ（７２ｉｎｃｈｅｓ）の長さＬであり、且つシステム１が電気の２００ワットピークを超過して発電されることを可能としてもよい。

フレイム（又はベース、好ましくは平面であり且つ剛体であり）２０は、電子機器制御ユニット１６とモータ１４とリンク機構１２と集光器モジュール２を保持し、自己電力パネル２２のために取付け位置を提供しており、且つ標準的な太陽電池板取付けハードウェアを使用する実施形態の取付けのために提供されている。図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、例示を目的として、システム１は、２４個の個々の光起電性集光器２を含んでいる。必要に応じてこの集光器よりも多数の又はより少数の集光器２が使用され得る。より多数の又はより少数の集光器が、同様に使用され得る。個々の集光器モジュール２は、近接して隣接するというよりはむしろ、好ましくは離間して配置されていることに留意されたい。この間隔は、例えば、太陽を追跡する時に、個々の集光器の結合された移動を容易にし、ユニットが、次に相互に概略遮光する個々の集光器無しに日中と年中の大部分を通して操作し得るので、さらによりコスト効率の良い太陽電池板を容易にしている。

様々な構成要素を配線し且つ電気的に接続されるようなアプローチは、光起電性太陽集光分野の当業者に周知である。任意の種々のアプローチが、使用され得る。個々の集光器の出力が、直列に又は並列になるような任意の所望される方法に配線されても良く、又はいくつかの直列と並列の組み合わせで配線され得る。全体としてユニットは、単一の電力出力を有してもよく、又は一の電力出力より多くてもよい。様々な方法で個々の集光器を配線することによって、実施形態は、電圧と電流の出力の任意の広範囲幅を達成することが出来る。従来の平面パネルの出力電圧にほぼ匹敵するように構成されることができ、又はシステム配線において損失を減じるようにシステムレベルにおいて他の利点を達成するために、出力電流における同時変化と共に、より高い電圧（又はさらにより低い）を出力するように構成することができる。一例として、システム１は、集光器モジュール２から発電した電力を供給するための電気回路２６を含んでいる。電気回路２６は、配線（見えない、連続している内側のリンク機構１２）と出力リード線２８とを含んでいる。配線は、集光器モジュール２を電気回路２６内に相互に接続している。対をなす電力出力リード線２８は、発電した電力を集光器モジュール２から供給している。集光器モジュール２は、ほぼ６５ボルトの出力電圧を生み出すための配線を使用して直列に相互に配線されている、電圧は、電力出力リード線２８で供給されている。

当業者は、バイパス本体が、受光器６内の太陽電池を有害な電圧から防護するように一般に所望されていることを知っている。使用される太陽電池の詳細によると、実施形態は、集光器モジュール当り一のバイパスダイオードを含むことが可能であり、又はいくつかの集光器モジュールは、ダイオードを共有することが可能であり、又は一つのバイパスダイオードが、全体のユニットのために使用され得る。バイパスダイオードは、ユニットの一部であってもよく又はそれらバイパスダイオードは、ユニットに対して外付けであってもよい。好ましい実施形態は、集光器モジュール当り一のバイパスダイオードを有している。

本発明の多くの実施形態は、電動の構成要素（例えば、制御ユニット１６及び／又はモータ１４）を使用するので、たとえパネルが、太陽を未だ捕捉し且つ追跡していなくても、それら電動構成要素を操作するための電力を提供することが望ましい。本発明は、電気を供給するための任意の方法を提供し、以下に示されるステップが含まれるが、これらに制限されるものではない、１）太陽に指向されない時でさえユニットが発電するわずかな量の電力を使用するステップ、２）全体の太陽システムの設置部分として取付けられた外部電力供給によって供給された電力を使用するステップ、３）多数の集光器パネルのための電子機器の電力を提供するための従来の太陽電池板を使用するステップ、４）従来の太陽電池又は小規模のパネルを集光型パネルそれ自体（例えば、フレームの上部表面上に）内に形成することによって電子機器を操作するための電力を提供するステップ、である。図１Ａ〜図２Ｃの実施形態は、これらアプローチの最後が使用される。電子機器制御ユニット１６は、操作するための電気出力を必要としている。任意の適した電力供給が、使用されてもよい。例示のために、この電力は、ユニットのフレームに２０加えられた自己電力パネル２２の太陽電池２３によって例示された実施形態内に供給されている。

典型的な実施形態が、様々な方法で取付けられることが出来る。例えば、図１Ａ〜図２Ｃに示された実施形態は、設置者が従来使用していた技術は何でも使用される標的設置に取付けられることができ、貫通性のない平面屋根上面が、カリフォルニア州、バークレイのＰｏｗｅｒＬｉｇｈｔ社から商業化が可能なＰｏｗｅｒＬｉｇｈｔ（登録商標）ＰｏｗｅｒＧｕａｒｄ（登録商標）システムと同じように取付けられるが、住居の屋根上部に固定された取付け、緯度の傾斜取付け、又は地面への取付けさえ、又は単軸線追跡機上へも取付けられる。設置者及び最終消費者は、取付けアプローチが、それら設置者及び最終消費者のために最も理にかなっているものは何でも選択することが出来る。

太陽発電電力を提供するようなシステム１を使用することが、さらに詳細に記載される。所望された定格電力出力を生み出すための実施形態とするために、個々の集光器モジュール２が、太陽に指向されている。この太陽への指向は、一つのアプローチによれば、以下のように達成されてもよい。追跡センサユニット１８は、太陽の位置を察知し且つ指向エラーシグナルを電子機器制御ユニット１６に提供している。電子機器制御ユニット１６は、リンク機構１２を移動させるために、次に指向エラーを計算し且つ必要に応じて駆動電流をモータ１４に提供している。リンク機構１２は、集光器モジュール２を太陽に指向するように、より好ましくはほんのわずかの程度の正確性をもたらし、拘束機構１０を移動させている。

電子機器制御ユニット１６内のソフトウェアは、日の出と日の入り、雲量、及び操作のための十分な電力を欠いているような事象の際に正しい操作を保証するために役立つ。ソフトウェアは、また望ましく、予め受信されたデータなどに基づく太陽の位置のオープンループ予報を実行する。

本発明による太陽光発電システムのいくつかの代替実施形態が、記載されている。

図３は、本発明による太陽光発電システム１００の代替実施形態の斜視図を示している。システム１００における代替実施形態は、それら集光器モジュールを相互にきつく梱包するというよりはむしろ、個々の集光器モジュール２の間に若干の間隔を空けて置かれている。モジュールがさらに離間して配置された時に、隣接するモジュールによって遮光されること無しに日中及び年中の大部分を通して操作することが出来るので、全体としてユニットがより低い電力を生み出すが、各個々のモジュールがよりコスト効率を高めることが出来る。このことが、受光器６と集光器モジュール２の使用をより効率的にさせているが、フレーム２０とモータ１４とリンク機構１２と電子機器制御ユニット１６などの使用をほとんど効率的に行うことが出来ない。

モジュール間の光学的間隔は、こうして、期待された環状太陽放射エネルギー、期待された電気使用料金、フレームの相対的コスト、リンク機構、受光器、及びモジュールなどのような要因次第で決まる。

図４は、本発明による太陽光発電システム１１０の代替実施形態の斜視図を示している。システム１１０は、モジュール２を小さいグループ５６に相互に移動させる要因となる。システム１１０は、六つのモジュール２のうちの四つのグループ５６を有している。ユニットの外側のフレーム２０は、さらに固定されているが、及び全体のシステム１１０は、さらに平面であり、各グループ５６における個々のモジュール２は、同じグループにおけるそれら隣接するモジュールに対して固定された状態で移動される。しかしながら、モジュールグループ５６は、それらモジュールグループが同様にすべてを移動させるようにリンク機構１２の削減された部分の総数異形体と相互に結合されたモジュールグループと共に、さらに個々に移動する。

図５Ａは、本発明による光起電性電力システム１２０（視覚的に配線２４を構成するために示されていない支持体構造体）の代替実施形態のための電力回路の回路図を示している。好ましい実施形態の電力回路２６は、図５Ａに示されるように、直列接続であり、好ましくは配線２４と電力出力リード線２８とを含んでいる。

図５Ｂは、作動モータ１４と制御ユニット１６とを含んでおり、関連した支持体構造体に示された状態の太陽光発電システム１２０の部分の拡大斜視図を示している。電子機器制御ユニット１６は、モータ１４を駆動する。電子機器制御ユニット１６は、操作のための電気出力を必要とする。任意の適した電力供給が、使用され得る。例示のために、この電力が、ユニットのフレーム２０に取付けられた自己電力パネル２２の太陽電池２３によって例示された実施形態において供給されている。一つの太陽電池２３の拡大部が、図５Ｂに示されている。

図６Ａは、図５Ａに例示された集光器モジュール１２２の側面からの斜視図を示している。図６Ｂは、図６Ａに例示された集光器モジュール１２２の下方からの斜視図を示している。モジュール１２２は、単一の対をなす冷却フィン８のみを有するより単純なヒートシンク１２７を有している。示されるように、ヒートシンク１２７は、対をなす半円のフィン８とギャップ（隙間）９を含んでおり、反射体４からの光を受光器６内の太陽電池に達することを可能とさせている。ヒートシンク１２７は、その後次の図表に例示された片側であり、より単純なヒートシンク１２７により、本発明の他方の側の特徴がより容易く明らかとなる。

図７は、本発明による太陽光発電システム１３０の代替実施形態の斜視図を示している。システム１３０は、モジュール１３２を含んでいる。各モジュール１３２は、ダイアモンド形状である反射体１３４を有している。

図８は、本発明による太陽光発電システム１４０の代替実施形態の斜視図を示している。システム１４０は、モジュール１４２を含んでいる。各モジュール１４２は、六角形の形状である反射体１４４を有している。

図９は、本発明による太陽光発電システム１５０の代替実施形態の斜視図を示している。システム１５０は、モジュール１４２を含んでおり且つ本発明の別の潜在的な特徴を示しており、「波型」の側壁５４は一つの選択肢であり、取付けられた時にユニットのより密集した梱包を可能とさせ、最大限の電力生産の密度（生産性）を一定の空間において可能とさせる。代替実施形態のように、本発明は、また波型の側面壁５４を、側壁上のみであるように、まさに一つの対をなす壁の上に供給することができ、端部を残すことは、パネルの全体の列に且つ取付けの簡便性のためのギザギザの無い（直線的な）縁部に真直ぐに向いている。取付けられた電力密度（生産性）を改良するための波型のフレームを使用する可能性は、本発明の請求項に含まれる。

図１０は、択一的な共用制御のアーキテクチャ（基本設計概念）１６０の線図を示している。アーキテクチャ（基本設計概念）１６０は、共用制御モジュール１６３に接続された三つのパネル１６１を含んでいる。

代替実施形態として記載される本発明は、任意の種類の集光型素子を使用することができ、従来のレンズ、フラネルレンズ、放射物の又は他の反射体、及び反射リング集光器、複合の放物線集光器、又はさらに様々なソーラトラップ（例えば、ピラミッド形の反射体）のような他の特許権を有する技術を含んでいるが、これらに制限されるものではない。

いくつかの任意の特徴が、記載されている。

図１１は、図５Ａに参照された光起電性電力システム１２０のための任意の防護する透明な覆い５０を示している。覆い５０は、ガラス、ポリカーボネート、アクリルのような材料から作られることが出来る。覆い５０は、望ましくは全体のパネル／ユニットを覆っている。

図１２は、図５Ａに例示された個々の集光器モジュール１２２上に任意の防護する透明な覆いパネル５２を示している。覆いパネル５２は、ガラス、ポリカーボネート、又はアクリルのような材料から作られることが出来る。一又は二以上の個々の集光器１２２は、覆いパネル５２を覆うことが出来る。

すべての上述の特許権及び特許出版物は、すべての目的のためにそれら特許権及び特許出版物それぞれの全体において本願と一体のものとして参照される。

本発明による太陽光発電システムの実施形態の上方からの斜視図を示している。 図１Ａにおける太陽光発電システムの下方からの斜視図を示している。 図１Ａにおける太陽光発電システムに例示された集光器モジュールの側面からの斜視図を示している。 図２Ａに例示された集光器モジュールの下方からの斜視図を示している。 入ってくる太陽光に対して図２Ａに例示された集光器モジュールのヒートシンクのフィンの向き合わせを示している。 本発明による太陽光発電システムの代替実施形態の斜視図を示している。 本発明による太陽光発電システムの代替実施形態の斜視図を示している。 本発明による太陽光発電システムの代替実施形態のための電力回路の回路図を示している。 作動モータと制御ユニットを含んでいる図５Ａに参照された太陽光発電システムの部分の拡大斜視図を示している。 図５Ａに例示された集光器モジュールの側面からの斜視図を示している。 図６Ａに例示された集光器モジュールの下方からの斜視図を示している。 本発明による太陽光発電システムの代替実施形態の斜視図を示している。 本発明による太陽光発電システムの代替実施形態の斜視図を示している。 本発明による太陽光発電システムの代替実施形態の斜視図を示している。 択一的な共用の制御のアーキテクチャ（基本設計概念）の線図を示している。 図５Ａに参照された太陽光発電システムのための任意のカバーを示している。 図５Ａに例示された集光器モジュールのための任意のカバーを示している。

Claims (29)

1. 太陽光発電システムであって、
   ａ）現行の太陽パネル取付けハードウェアと結合するような構造である少なくとも一つのインターフェイスを有する支持体構造体と、
   ｂ）モジュールが支持体構造体に対して移動可能であるように前記支持体構造体に結合された複数の光起電性集光器モジュールと、
   ｃ）前記太陽光発電システムと動作可能なように結合された自己電力源と、
   を備え、
   各集光器モジュールが、
   ｉ．少なくとも一つの光起電性受光器と、
   ii．入射する光を少なくとも一つの対応する光起電性受光器上に光学的に集光する少なくとも一つの光学的集光器と、
   を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
2. 前記自己電力源が、少なくとも一つの太陽電池を備えている請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記自己電力源が、太陽電池のパネルを備えている請求項１に記載の太陽光発電システム。
4. 前記太陽電池のパネルが、前記支持体構造体上に支持されている請求項３記載の太陽光発電システム。
5. 前記自己電力源が、前記複数の光起電性集光器モジュールのうちの少なくとも一つを備えている請求項１に記載の太陽光発電システム。
6. 少なくとも一つのモジュールが、該モジュールが太陽を追跡しないときに、少なくとも複数回電力出力を発電する請求項５に記載の太陽光発電システム。
7. 前記支持体構造体が、平面である請求項１に記載の太陽光発電システム。
8. 前記支持体構造体が、剛体であり且つ平面である請求項１に記載の太陽光発電システム。
9. 少なくとも一つの光学的集光器が、反射体とレンズとソーラトラップと反射リング集光器からなるグループから選択された光学的集光器を備えている請求項１に記載の太陽光発電システム。
10. 光起電性集光器モジュールの「光学的容積体」内に少なくとも部分的に配置された熱消散素子をさらに備えている請求項１に記載の太陽光発電システム。
11. 前記「光学的容積体」が、前記モジュールが関節式に動作するように該モジュールによって掃引された多数の前記モジュールとして規定され、入射光線は光学的システム内に存在する前記集光器の嵩と交差している請求項１０に記載の太陽光発電システム。
12. 前記熱消散素子が、前記光学的集光器の前記光軸に平行である熱消散フィンを備えている請求項１０に記載の太陽光発電システム。
13. 前記熱消散素子が、前記受光器周りに半径方向に向き合わせされた複数のフィンを備えている請求項１０に記載の太陽光発電システム。
14. 前記熱消散素子の概略すべてが、光起電性集光器モジュールの前記「光学的容積体」内に配置されている請求項１０に記載の太陽光発電システム。
15. 前記「光学的容積体」が、前記モジュールが関節式に動作するように該モジュールによって掃引された多数の前記モジュールとして規定され、入射する光線が、前記光学システム内に存在する前記集光器の嵩と交差している請求項１４に記載の太陽光発電システム。
16. 集光された照明の下で多数の光起電性集光器モジュール内に少なくとも部分的に配置された熱消散素子をさらに備えている請求項１に記載の太陽光発電システム。
17. 前記熱消散素子の概略すべてが、集光した照明の下で多数の前記光起電性集光器モジュール内に配置されている請求項１６に記載の太陽光発電システム。
18. 前記光起電性集光器モジュールが、離間して配置されている請求項１に記載の太陽光発電システム。
19. 複数の前記光起電性モジュールが、少なくとも一つの軸線内において互いに対して固定された状態で相互に移動するように連動されている請求項１に記載の太陽光発電システム。
20. 太陽光発電システムであって、
    ａ）支持体構造体と、
    ｂ）モジュールが前記支持体構造体に対して独立して移動可能であるように前記支持体構造体によって支持された複数の光起電性集光器モジュールと、
    ｃ）モジュールの前記光軸に平行である少なくとも一つフィンを備える熱消散素子であって、前記モジュールが関節式に動作するように該モジュールによって掃引される多数の前記モジュール内に少なくとも部分的に配置されており、入射する光線が前記光学システム内に存在する前記集光器の嵩と交差する熱消散素子と、
    を備え、
    各集光器モジュールが、
    ｉ．少なくとも一つの光起電性受光器と、
    ii．入射する光を少なくとも一つの対応する光起電性受光器上に集光する少なくとも一つの光学素子と、
    を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
21. 光起電性集光器モジュールであって、
    ａ）入射する太陽光を電気エネルギーに変換する少なくとも一つの光起電性受光器と、
    ｂ）入射する光を前記光起電性受光器上に集光する少なくとも一つの光学素子と、
    ｃ）モジュールが関節式に動作するように該モジュールによって掃引される多数の前記モジュール内に少なくとも部分的に配置されており、入射する光線が前記光学的システム内に存在する前記集光器の嵩と交差している熱消散素子と、
    を備えることを特徴とする光起電性集光器モジュール。
22. 前記光学素子が、反射体とレンズとソーラトラップと反射性リング集光器とからなるグループから選択されている請求項２１に記載の光起電性集光器。
23. 前記熱消散素子が、少なくとも一つの光学素子の前記光軸と平行であるフィンを備えている請求項２１に記載の光起電性集光器。
24. 前記熱消散素子の概略すべてが、前記「光学的容積体」に配置されている請求項２１に記載の光起電性集光器。
25. 前記熱消散素子が、前記受光器周りに半径方向に向き合わせされた複数のフィンを備えている請求項２１に記載の光起電性集光器。
26. 太陽光発電システムを提供するための方法であって、
    既に存在する非集光型平面太陽パネルと同程度の形状因子を有する太陽光発電システムの支持体構造体を構成するためのステップを備え、
    前記太陽光発電システムが、
    ａ）支持体構造体と、
    ｂ）少なくとも一つのモジュールが、前記支持体構造体に対して移動可能であるように前記支持体構造体によって支持された複数の光起電性集光器モジュールと、
    を備えていることを特徴とする太陽光発電システムを提供するための方法。
27. 太陽光発電システムを取付けるための方法であって、
    ａ）平面太陽パネルのための取付けハードウェアを提供するステップと、
    ｂ）平面太陽パネルのための前記取付けハードウェアと同程度の形状因子を有する太陽光発電システムを提供するステップと、
    ｃ）平面太陽パネルのための前記取付けハードウェアを使用する前記太陽光発電システムを取付けるステップと、
    を備え、
    前記太陽光発電システムが、
    ｉ．静止した固定支持体構造体と、
    ii．該静止した固定支持体構造体上に移動可能なように支持された複数の光起電性集中器モジュールと、
    を備えることを特徴とする太陽光発電システムを取付けるための方法。
28. 光起電性集光器モジュール組立体であって、
    ａ）フレームと、
    ｂ）前記モジュールが前記フレームに対して関節式に動作するように前記フレームに取付けられた一連の光起電性集光器モジュールと、
    ｃ）前記組立体と動作可能なように結合され、前記追跡システムが入ってくる太陽光の向きに基づいて少なくとも一つの前記モジュールを移動させる追跡システムと、
    ｄ）前記追跡システムと動作可能なように結合した電力源と、
    を備え、
    各集光器モジュールが、
    ｉ．入射する太陽光線を電気エネルギーに変換する少なくとも一つの光起電性受光器と、
    ii．入射する光を前記光起電性受光器に集光する少なくとも一つの光学素子と、
    を備えることを特徴とする光起電性集光器モジュール組立体。
29. 少なくとも一つモジュールが、該モジュールと関節式に動作するように前記モジュールによって掃引される多数の前記モジュール内に少なくとも部分的に配置された熱消散素子を備え、入射する光線が前記光学システム内に存在する前記集光器の嵩と交差している請求項２８に記載の組立体。

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