JP2009302544A - 太陽電池に強度選択式の間接的光照射を施すためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池に所望の（最適な）光照射を施すことによって、例えば一次光束が大きな強度を有することによるオーバーヒート発生のおそれなどを低減できるようにしたシステムを提供する。
【解決手段】本発明は、太陽電池に光照射を施すためのシステムに関し、このシステムは、少なくとも１つの所与の表面幾何形状を有する少なくとも１つのミラーと、少なくとも１つの太陽電池とを備え、一次光束が、前記少なくとも１つのミラーに入射し、そして、前記少なくとも１つのミラーの表面幾何形状によって、所望の分布をもって、または一様な分布をもって、前記太陽電池に分配されるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池に強度選択式の間接的光照射を施すためのシステムに関する。

従来公知の方式として、発光源からの光束を太陽電池に直接入射させる直接露光という方式があった。この方式には、一次光束（発光源からの光束）の強度が増大したときに、太陽電池の過剰露光及びオーバーヒート（更に、その結果としての変換効率の低下並びに損傷）が発生しやすいという短所があった。従来の太陽光発電パネルの多くは、例えば近太陽衛星軌道上などでは、オーバーヒートのために使用不可能であった。

本発明の目的は、太陽電池に所望の（最適な）光照射を施すことによって、例えば一次光束が大きな強度を有することによるオーバーヒート発生のおそれなどを低減できるようにしたシステムを提供することにある。

上記目的は、請求項１に記載したシステムにより達成され、また、請求項９に記載したシステムの用途により達成される。

従属請求項は、本発明の有利な実施の形態を記載したものである。

太陽電池の露光状態を制御することにより、その利点として、太陽電池温度の低減と、その結果としての変換効率の向上とがもたらされる。

更に、太陽電池の露光状態を制御することによって、一次光束（例えば太陽光束）の強度に応じて太陽電池の照射強度を静的または動的に調節して、その太陽電池の照射照度を適切な大きさにすることができる。これによって特に、太陽光発電パネルを、近太陽軌道上と遠太陽軌道上との両方で使用可能にすることができる。

本発明は、太陽電池に光照射を施すためのシステムを明示するものであり、このシステムは、少なくとも１つの所与の表面幾何形状を有する少なくとも１つのミラーと、少なくとも１つの太陽電池とを備え、一次光束が、前記少なくとも１つのミラーに入射し、そして、前記少なくとも１つのミラーの表面幾何形状によって、所望の分布をもって前記太陽電池に分配されるようにしてあることを特徴とする。

本発明に係るシステムは、更に少なくとも１種類の防護用リフレクタを備え、そして、前記太陽電池が、前記一次光束の方向に対して略々平行に延展するように位置付けられているようにすることができる。これによって、過剰なエネルギが、前記リフレクタないし前記太陽電池を透過若しくは素通りして、または、前記防護用リフレクタ（ＳＲ）により反射されて、発光源の方向へ返され、または、宇宙空間へ放出されるようにすることができる。

また、その場合に、少なくとも２種類の防護用リフレクタを備え、それら防護用リフレクタが、方向制御誤差が存在しているときに前記太陽電池に光束が直射するのを防止するように配設されているようにするのもよい。

本発明の１つの有利な構成例では、前記少なくとも１つの太陽電池の照射強度が、平面形状または成形された表面幾何形状を有する１つまたは複数のミラーを介して制御されるようにしている。更に、本発明によれば、前記成形された前記表面幾何形状は、個々の場合に応じて、太陽電池において照射強度が一様な分布となるような表面形状（場合によって、平面形状、または円筒面形状、または放物面形状、またはその他の設計形状、また更に場合によって、より高次の多項式で記述される表面形状）とされる。更に、その場合に、前記表面形状を、円筒面形状ばかりでなく、放物面形状またはその他の設計形状とするような選択もなされる。

更に、本発明に係るシステムは、前記ミラーによってその全部または一部が反射された光束が低温空間（自由空間）及び／または吸収媒体へ導かれるように構成するのもよい。

また本発明は、形状を可変とした可動のミラーが使用されているようにするのもよい。

本発明に係る更に別の有利な構成例においては、一次側の光束の照射強度と二次側の光束の照射強度との照射強度比が、前記ミラーの回転ないし位置変更によって、静的または動的に制御されるようにしている。

更に、以上に述べたシステムはそのいずれの実施の形態においても、太陽軌道上で使用する場合の使用方法として、太陽光発電パネルを可動とすることにより、間接的光照射も行われ、直接的光照射も行われるようにすることができる。

以下に図面を参照しつつ、本発明について更に詳細に説明して行く。

本発明に係る太陽電池のシステムを示した図である。 本発明に係る太陽電池のシステム（片側実装型）を示した図である。 衛星の太陽光発電パネルに適用した本発明に係る太陽電池のシステムを示した図である。

図１に本発明の基本的な実施の形態を示した。図１のシステムは、図示したごとくメイン・ミラーと太陽電池とを備えている。このシステムは１つだけの太陽電池に対しても適用可能であり、複数の太陽電池（例えば、いわゆる太陽電池ストリングや、太陽光発電パネルの全体など）に対しても適用可能である。また、図１に示した本発明のシステムは、説明を簡明にするために、１つの太陽電池にメイン・ミラーを１つだけ備えた場合を例示したものである。ただし本発明は、このような構成に限定されるものではなく、１つの太陽電池に複数のミラーを備えた場合にも適用可能である。

一次光束（例えば太陽光束）が、前記ミラーに入射し、そして、前記ミラーの表面幾何形状によって、所望の分布をもって前記太陽電池に分配されるようにしてある。

本発明によれば、前記太陽電池の照射強度が、平面形状及び／または立体形状（場合に応じて、円筒面形状、放物面形状、またはその他の立体形状とすることができる）とされた表面幾何形状を有する１つまたは複数のミラーを用いて制御されるようにしている。前記ミラーの表面幾何形状としては、様々な形状を用いることができる。

更に加えて、光束のエネルギを拡散させることによって、或いは光学的手段を用いて、太陽電池に入射する光束のエネルギ流量密度を低下させている。またそのためには、太陽電池とミラーとを備えたこのシステムを、ミラーによってその全部または一部が反射された光束が低温空間（自由空間）及び／または吸収媒体（例えばミラーそれ自体）へ導かれるように構成するとよい。

特に利点が顕著であるのは、太陽電池が、太陽光束の方向に対して略々平行に延展するように位置付けられており、そして、過剰なエネルギが、リフレクタまたはミラーないし太陽電池を透過して、また別の実施の形態においては防護用リフレクタ（ＳＲ）により反射されて、発光源の方向へ返され、または、自由空間へ放出されるようにした場合である。

特に利点が顕著な１つの実施の形態においては、更に、形状を可変とした可動のミラーが使用されている。例えば、複数の形状を有するミラーで構成することができる。この構成とすることによって、一次側の光束の照射強度と二次側の光束の照射強度との間の照射強度比が、前記ミラーの回転ないし位置変更によって静的または動的に制御されるようにすることができる。

太陽電池の動作温度を適当な温度にすることができるため、太陽電池の変換効率を向上させることができる。また特に、それによって一般的に、例えば近太陽衛星軌道や遠太陽衛星軌道などのような、極端な環境条件下においても、太陽電池を使用可能にすることができる。

前記リフレクタまたはミラーの反射面を形成するための材料として、本発明では、従来の一般的な材料を用いることができ、例えば、反射率を所望の大きさに調節することのできる様々なアルミニウム合金（アルファ相／イプシロン相によって調節する）や、種々の半透過性材料などを用いることができる。

図２に本発明の別の実施の形態を示した。同図に示したシステムは、第１の実施の形態の太陽電池及びメイン・ミラーに加えて更に、少なくとも２種類の防護用リフレクタ（ＳＲ１、ＳＲ２）を備えたものである。図２では説明を簡明にするために、２種類だけの防護用リフレクタと、１つのメイン・ミラーと、太陽電池とを備えたものを示した。それら防護用リフレクタは、許容誤差として角度Ａが定められており、これにより方向制御誤差が存在しているときに太陽電池に光束が直射するのを防止する。

本発明は、以上に説明したものに限定されず、以上に言及した構成要素を任意の個数使用している場合にも適用可能である。

図２に示したシステムは、第１の防護用リフレクタが片面実装のシステムである。一次光束（例えば太陽光束）の発光源の方向に対する太陽電池の方向制御が不正確であって、その方向制御に誤差が存在しているときの状態を示したものである（図２に示した状態では、太陽電池が一次光束の方向に対して約４５°の角度を成す方向に延展している）。発光源光束（一次光束）のうちのエネルギ変換に利用される部分の光束は、スリットを通過してミラーへ到達し、そして、その光束のエネルギ流量密度が所望の密度にまで低下させられ、その光束のエネルギ流量密度が太陽電池の表面において一様な分布となるようにして、その光束が太陽電池に分配される。また、一次光束のうちの残りの部分の光束は、防護用リフレクタにより反射されて、発光源の方向へ返され、或いは、自由空間または吸収空間へ放出される。

第２の防護用リフレクタは、両面実装の防護用リフレクタであって、太陽電池に側方から光束が入射するのを防止するものである。左側から到来する光束のエネルギは、防護用リフレクタが彎曲しているために拡散され、そして、そこから太陽電池へ直接入射するか、または、ミラーの反射面を通して入射することにより、太陽電池に分配される。

以上に説明した構成の利点は、（複数の太陽電池を装備した）太陽光発電パネルが、方向制御に誤差が存在する場合にも、また、制御が失われた場合にも、それによって影響を受けることがなく、発光源の方向に対する方向制御が不正確であってもエネルギが変換されて出力されることにある。また、変換されなかった残りのエネルギは、太陽光発電パネルの背面からの放射によって、太陽電池から放出される。

図３に示した本発明の実施の形態は、本発明の方式による光照射を太陽光発電パネルの全体に対して施すことができるようにしたものである。この実施の形態では、（１軸可動の）太陽光発電パネルを、太陽の近くにあるときには太陽光束の方向に対して平行に延展するように位置付けて、ミラーを介した間接的光照射を行えるようにしてあり、一方、太陽から遠く離れた位置にあるときには、それを太陽光束の方向に対して垂直に延展するように位置付けて、直接的光照射を行えるようにしてある。尚、ミラーの形状は、個々の用途に適合する適当な形状としておく。

Claims (9)

1. 太陽電池に光照射を施すためのシステムにおいて、
   少なくとも１つの所与の表面幾何形状を有する少なくとも１つのミラーと、
   少なくとも１つの太陽電池とを備え、
   一次光束が、前記少なくとも１つのミラーに入射し、そして、前記少なくとも１つのミラーの表面幾何形状によって、所望の分布をもって、または一様な分布をもって、前記太陽電池に分配されるようにしてある、
   ことを特徴とするシステム。
2. 少なくとも１種類の防護用リフレクタ（ＳＲ）を更に備えており、前記太陽電池は、前記一次光束の方向に対して略々平行に延展するように配設されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 少なくとも２種類の防護用リフレクタ（ＳＲ１、ＳＲ２）を備えており、それら防護用リフレクタは、方向制御誤差が存在しているときに前記太陽電池に光束が直射するのを防止するように配設されている、
   ことを特徴とする請求項２記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つの太陽電池の照射強度が、平面形状及び／または成形された表面幾何形状を有する１つまたは複数のミラーを用いて制御されるようにしてあることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のシステム。
5. 前記成形された前記表面幾何形状は、平面形状、円筒面形状、及び／または、放物面形状、または、場合によってはその他の設計形状であることを特徴とする請求項４記載のシステム。
6. 前記ミラーによってその全部または一部が反射された光束が低温空間（自由空間）及び／または吸収媒体へ導かれるように前記太陽電池と前記ミラーが構成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載のシステム。
7. 形状を可変とした可動のミラーが使用されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載のシステム。
8. 一次側の光束の照射強度と二次側の光束の照射強度との照射強度比が、前記ミラーの回転ないし位置変更によって静的または動的に制御されるようにしてある、
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載のシステム。
9. 請求項１乃至８の何れか１項記載のシステムを太陽軌道上で使用する場合の使用方法において、
   太陽光発電パネルを可動とすることにより、間接的光照射と直接的光照射とのいずれも行えるようにすることを特徴とする使用方法。

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