JP2009545877A - 太陽電池及び反射器を配置する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

モジュール内部で入射太陽光に垂直に（即ち、モジュールの透明なカバープレート又は開口に平行に）配向した典型的な太陽電池を置き換えるための、太陽電池（３，６）及び反射器（４）を配置するためのシステム及び方法。本発明は、好ましい実施形態では、入射する太陽光に対して４５度に配向した太陽電池（３）、及び該電池に垂直に配向しそして入射太陽光に対して４５度の角度で配向した反射性表面（４）を使用する。該太陽電池（３）と反射器（４）は同じ長さ／寸法であり、そしてＶ字形を形成し、ここで傾いた側面間の角度は９０度である。該配置に通常当たる光は太陽電池（３）に直接又は反射後に当たる。別の態様では、２つの隣接する反射器（７，８）を使用して、カバー又は開口（５）に対して約６０度及び約３０度の角度を作ることができる。更に代替の実施形態では、該電池の基部に追加された第２反射器（９）及び該カバー又は開口と約４５度の角度の反射器の対を含むことができる。第１反射器（４）が電池（３）及び第２反射器（９）の両方と９０度の角度を形成することができるように、第２反射器（９）は該電池及び第１反射器の対（３，４）の列全体に沿って延びることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は全体的に、太陽パネルに関し、更に詳しくはモジュール又はパネルにおける太陽電池及び反射器の改良された配置(arrangement)に関する。

太陽エネルギーの商業的適用が著しく興味をもたれている。太陽エネルギーの広く行き渡った使用に対する主な障害は、太陽器具、特に太陽光発電電池のコストが高いことである。何故なら、太陽エネルギーを変換するのに使用される材料が比較的高コスト（特に反射器材料と比べて）であるからである。当業界で、太陽電池を、太陽光を捕らえて熱的又は電気的性質（又は両者の組み合わせ）を有するエネルギーを生成するために使用することは良く知られている。太陽電池は一般に、（太陽の熱的応用のための）受光器又は熱吸収性プレート、又は（太陽の電気的応用のための）太陽光発電電池を意味することができる。電池はしばしば他の電池に、床の上のタイルのような単一平面内で並列又は直列で接続又は結合され、そして一旦、有用な数のそれらが組み立てられると、一般に通常モジュールと呼ばれるものの中に閉じ込められる。

モジュールは通常、太陽電池と平行で且つその平面の上方の透明なカバーを有し、該カバーは太陽光がモジュールに入りそして太陽電池に当たるのを可能にする。モジュールはしばしば、太陽電池を天候構成要素（elements）から遮断するのを助ける風雨防止箱体を規定する側面及び裏打ちプレートを有するであろう。

従来技術は、モジュール内への太陽電池の配置例を含む。反射器はしばしば、入射する太陽光がエネルギーを生成しない、活性太陽電池の間の領域を最小化するために使用される。特許文献１及び特許文献２のように、従来技術の多くは、太陽電池が、入射太陽光に直交しそして該透明なカバーに平行な単一平面内に配置されると仮定する。このタイプの配置の欠点には主として、高価な材料の非効率的で且つ無駄の多い使用が含まれる。

従来技術はまた、入射光のかなりの部分が１つ又はそれ以上の表面から電池に反射される、更に複雑な構造(geometries)の例を含む。この幾つかの例は特許文献３、特許文献４及び特許文献５である。これらのタイプの配置の欠点は、複雑な構造、又は機械的追跡システムを必要とすることであり、これはシステムの製造と維持にコストが加算される。

角度方向の反射器及び太陽光集光器はエプシーによる特許文献６に教示される。特許文献６を本願に参照用に引用して含ませる。エプシーは、複雑で、使用者の位置によって変わる構造を教示するが、これは大量生産を困難にする。更に、エプシーに記載された配置は、反射器又は集光器表面の保護を含まない。その結果、これらの表面の１方又は両方は要素によって容易に損傷される。

ＵＳＰ６，５２８，７１６ ＵＳＰ４，３１６，４４８ ＵＳＰ５，５３８，５６３ ＵＳＰ４，４７１，７６３ ＵＳＰ２，９０４，６１２ ＵＳＰ４，１２０，２８２

本発明は、モジュール内部で入射太陽光に垂直に（即ち、モジュールの透明なカバープレート又は開口に平行に）配向した典型的な太陽電池を置き換えるための太陽電池及び反射器を配置するための方法及び装置に関する。

本発明は、好ましい実施形態では、入射する太陽光に対してほぼ４５度に配向した太陽電池、及び該電池に垂直に配向しそして入射太陽光に対してほぼ４５度に配向した反射器表面を使用する。該太陽電池と鏡は同じ長さ／寸法であり、そしてＶ字形を形成し、ここで傾いた側面間の角度は約９０度である。該配置(arrangement)に通常当たる光は太陽電池に直接又は反射後に当たる。別の実施形態では、２つの隣接する反射器を使用して、カバー又は開口に対して約６０度及び約３０度の角度を作ることができる。更に代替の実施形態では、電池の基部に垂直に置いた第２の反射器、及びカバー又は開口と約４５度の角度の対になった第１の反射器を含む。

本発明は従来技術と比べて、下記を含むがそれに限定されない多くの利点を有する：
１．同じ面積の太陽電池より多量の太陽光を捕らえることができる、又はより小さい太陽電池を用いて同じ量の太陽光を捕らえることができる簡単な配置。
２．より深いモジュール／囲いが必要とされ得ること、並びに反射器と太陽電池を新しい配向で支持する方法であることを除いて、モジュール作製の従来技術の慣行の殆どが本発明と同じに保つことができる。太陽電池又は太陽電池の列の裏表面に沿って典型的には設けられる配線又は配管は一般に、新しい配向によって影響されない。
３．本発明の反射器及び電池の配置は要素から保護され、そしてこの配置は多くの型の太陽電池技術と共に用いることができ、そして太陽電池表面を均一に照らすことができるであろう。
４．該反射器は、（ＰＶ太陽電池については）電気を発生する太陽スペクトルのみを反射し、電池を過熱しそして性能を減少させるであろう赤外部を反射しないように設計することができる。

図１は、モジュールカバーに平行なタイル状構造の従来の配置の太陽電池の斜視図を示す。 図２は、（従来技術の配向の平面の下の）互いに９０度の角度をなす反射器と太陽電池の側面図を示す。 図３は、モジュール内の多列の反射器と電池（鋸歯型）の斜視図を示す。 図４は、元の水平電池面に対して（６０度及び３０度の）反射器、及び４５度の太陽電池の側面図を示す。 図５は、図４の実施形態から作られたアレー（配列）の斜視図を示す。 図６は、別の実施形態を考慮した４５度の角度の別の実施形態を示す。 図７は、更に複雑な反射器−電池構成を有する図６の実施形態を示し、ここで新たな太陽電池配向が、９０度回転したより小さい垂直な鏡と電池の一組で置き換えられている。

図１は、従来の、太陽パネルの製造方法を示す。フレーム（１）は組み立てられ、そして平らな、太陽電池を含むタイル状パネル（２）と共に、屋根に支持又は取り付けられる。タイルは該電池を保護するために耐候性カバーを有してもよい。この配置は電池に当たる光の量について最適な効率を与えない。

図２は、本発明の実施形態の側面図を示す。太陽電池（３）はモジュールカバー（５）に対してほぼ４５度の角度で回転されている。反射器（４）もまた、モジュールカバー（５）に対してほぼ４５度の角度にあり、太陽電池（３）にほぼ垂直に且つ該電池に隣接して置かれる。反射器（４）は長さ及び幅が太陽電池（３）と同等であることができる。反射器（４）及び太陽電池（３）は、モジュールカバー（５）と平行な、開口部を有するＶ字形を形成する。モジュールカバー（５）に垂直にモジュールに入る光は太陽電池（３）に（４５度の角度で）直接当たるか、或いは反射器（４）で反射された後に当たる。この配向で反射器（４）と組合わされた太陽電池（３）は、従来技術の図１に示されたモジュールカバーに平行に配向された３０％大きい電池と同じ量のエネルギーを収集する。

図３は、全てがモジュールカバーに対して４５度の角度で設けられた太陽電池（３）と反射器（４）の対で完全に満たされたアレーを支持するフレーム（１）を有する太陽モジュールのパラメトリック図を示す。各反射器（４）を（明瞭にするために）別個に示すが、図３に示す１列当たり９個の反射器の代わりに、モジュールの一端から他の端まで延びる単一の延長した反射器を使用することができる。

図４は、本発明の別の実施形態の側面図を示す。ここで、太陽電池（６）は図３に示す太陽電池よりも一般に長くすることができる。この太陽電池（６）もまた、モジュールカバー（５）に対してほぼ４５度の角度で回転されている。第１反射器（７）はモジュールカバー（５）に対してほぼ６０度の角度で回転され、そして第２の反射器（８）はモジュールカバー（５）と３０度の角度を作る。第１反射器（７）の上端は第２反射器（８）の下端とほぼ隣接する。第１反射器（７）の下端は太陽電池（６）の下端と隣接して、第１反射器（７）と太陽電池（６）との間でほぼ１０５度の角度を形成する。図５は、図４の電池−反射器配置から作られたアレーの斜視図を示す。フレーム（１）は太陽電池（６）と二つの反射器部品（７、８）を保持する。図４−５の別の実施形態は、そうでなければ電池に当たらない光を太陽電池（６）に反射する、別の構成を提供する。

図６−７は、本発明の別の実施形態を示し、ここで電池（３）及び反射器（４）は図２のように配置されているが、９０度だけ回転され、そして追加の末端反射器（９）を含む。この配置は、いろいろな配向のフレーム（１）に対して、特定の組の一日の太陽角度（朝−昼の太陽光線アーク、又は午前半ばから午後半ばの太陽光線アーク、又は昼−午後の太陽光線アーク）から、より良く光を収集する。図６は、追加の反射器（９）を真直に見下した図であり、そして図７は斜視図である。この実施形態は一日の太陽角度からより多くの光を捕らえる利点を有する。詳しくは、この実施形態は太陽受光器の単位面積当たり従来技術の２倍の太陽光を捕らえることができるが、１日の約半分の間だけである。この実施形態に従って構築された太陽パネルは実際には、従来技術のパネルでは日中陰になり実用的でなかった建物の東向き又は西向きの部分に置くことができるであろう。

本発明の全ての実施形態で、所望により、反射性表面を、場合によっては太陽光の赤外（加熱）波長を太陽電池に反射させないように設計することができる。これは、電池が、電池温度が上がると電気を少ししか生成しない光電池である場合に、特に有用である。このようにして、通常、有用な波長のみが反射器から電池に向けられる。

本発明は太陽電力を電気又は熱流体の形態で消費者用に又は商業的使用のために提供するのに特に有用である。本発明の実施形態の増大した効率は、本発明を従来技術の製品よりも優れたものとする。

１：フレーム
２：タイル状パネル
３，６：太陽電池
４，７，８，９：反射器
５：モジュールカバー

Claims (16)

1. ４つの側面を有する囲い（１）と、有用な太陽光の集光を最大にするように設計された、天候構成要素から内部表面を保護するための透明なカバー（５）とを含む、太陽光を電気に変換するため又は流体を加熱するために使用するタイプの太陽光集光装置であって、下記を従来技術に対する改良点として有する該太陽光集光装置：
   ａ）該透明なカバー（５）に対して４５度の角度で設けられた、少なくとも１つの長方形の太陽光集光表面（３）；
   ｂ）該透明なカバー（５）に対して４５度の角度を形成するように、該太陽光集光表面（３）に隣接して且つ垂直に設けられた少なくとも１つの反射性表面（４）。
2. 上記集光表面（３）が太陽輻射線を吸収し、そしてそれを作用流体に移す、請求項１に記載の太陽光集光装置。
3. 上記集光表面（３）が光を電気に変換するための光電池を含む、請求項１に記載の太陽光集光装置。
4. 上記反射性表面（４）が、該光電池が効率良く電気に変換する光波長帯を主として反射しそして該光電池を加熱する傾向がある赤外波長を反射しない被膜を有する、請求項３に記載の太陽光集光装置。
5. 複数個の太陽光集光表面（３）及び複数個の反射性表面（４）を更に含む、請求項１に記載の太陽光集光装置。
6. 上記光電池が半導体である、請求項３に記載の太陽光集光装置。
7. 上記反射性表面（４）がアルミニウムである、請求項１に記載の太陽光集光装置。
8. ４つの側面を有する囲い（１）と、有用な太陽光の集光を最大にするように設計された、風雨から内部表面を保護するための透明なカバー（５）とを含む、太陽光を電気に変換するため又は流体を加熱するために使用するタイプの太陽光集光装置であって、下記を従来技術に対する改良点として有する該太陽光集光装置：
   ａ）該透明なカバー（５）に対して４５度の角度で設けられた、少なくとも１つの長方形の太陽光集光表面（６）；
   ｂ）該透明なカバーに対して約４６−６０度の間の取付け角度で設けられた第１反射性表面（７）と、該第１反射性表面（７）の底端部に隣接して、該第１反射性表面の取付け角度に相補的な角度で設けられた第２反射性表面（８）とを含む、該太陽光集光表面（３）の近くの１対の反射性表面（７、８）であって、該第１反射性表面（７）は、該第１反射性表面の底端部に垂直な線が該太陽光集光表面の上端部にほぼ接触する点まで下方に延びており、該第２反射性表面（８）は、その底端部が該太陽光集光表面（６）に隣接するまで下方に延びている、該１対の反射性表面（７、８）。
9. 上記反射性表面（７、８）が、光電池が効率良く電気に変換する光波長帯を主として反射しそして該光電池を加熱する傾向がある赤外波長を反射しない被膜を有する、請求項１０に記載の太陽光集光装置。
10. 下記を含む集光システム：
    (a)フレーム（１）；
    (b)該フレーム（１）に固定された第１反射器（９）；
    (c)該フレーム（１）に固定されそして該第１反射器（９）に垂直に配置された少なくとも１つの第２反射器（４）；
    (d)該フレーム（１）に固定されそして該第１反射器（９）及び第２反射器（４）に垂直に配置された少なくとも１つの太陽電池（３）。
11. 複数個の第２反射器（４）を更に含み、第２反射器（４）の各々は該第１反射器（９）に垂直である、請求項１２に記載の集光システム。
12. 複数個の太陽電池（３）を更に含み、該太陽電池（３）の各々は第１反射器（９）及び第２反射器（４）に垂直である、請求項１３に記載の集光システム。
13. 各太陽電池（３）が該第２反射器（４）の一つに隣接している、請求項１４に記載の集光システム。
14. 上記第１反射器（９）及び第２反射器（４）がアルミニウムである、請求項１２に記載の集光システム。
15. 上記太陽電池（３）が光電池である、請求項１２に記載の集光システム。
16. 上記第１反射器（９）又は第２反射器（４）の少なくとも一つが、該光電池が効率良く電気に変換する光波長帯を主として反射しそして該光電池を加熱する傾向がある赤外波長を反射しない被膜を有する、請求項１７に記載の集光システム。

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