JP2011035383A - 線形収束を用いる太陽光集光器のための太陽光受光器 - Google Patents

Abstract

【課題】集光器の表面を過度に拡大せずに、高レベルの集光を得ることができる太陽光受光器の提供。
【解決手段】焦線Ａに平行な方向に細長形状の基台であって、前記焦線Ａに対して直交するように配置され、前記焦線Ａに対して平行方向に互いに離間して配置されるストリップ形状のターゲットを有する、前記基台と、前記ストリップ形状のターゲットに太陽放射の焦点を合わせるために配置される光学素子のアレイを含む焦点アセンブリであって、前記焦線Ａに平行な方向に太陽光発電受光器２６の前記基台に対して移動可能な前記焦点アセンブリと、太陽を追跡する機能として前記基台に対して前記焦点アセンブリを移動させるように構成される方位角指示装置５８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して、太陽光発電受光器または太陽光受光器における太陽放射の集光を用いたエネルギーの生成に関する。太陽光集光システムでは、太陽光集光システムの効率および収率を増加させること、および太陽光発電システムの場合に太陽電池材料の量を減少させることの両方のために、太陽エネルギーのより高い集光を得ることが要求される。

太陽光集光システムの効率を増加させるために、天頂方向に応じておよび方位角方向に応じて集光器の指向を実施する必要がある。国際公開第２００５／１１６５３４号パンフレットは、太陽光集光器について説明している。太陽光集光器は、支持構造に水平軸を中心に回転可能に搭載されて、天頂角を変更するための第１のモータにより駆動される１以上の凹面鏡を備え、凹面鏡は、凹面鏡に応じて配置される１以上の集光器の方向に太陽放射を集光する。支持構造は、凹面鏡の方位角を調整するように構成される第２モータを用いて垂直軸を中心に方向付け可能である。

国際公開第２００５／１１６５３４号パンフレットにおいて説明される解決手段は、広範囲の欠点により影響を受ける。第１の欠点では、太陽光エネルギーの集光は、凹面鏡のサイズに独占的に依存して得ることができるため、高レベルの集光を得るために大きな表面を有する鏡を用いる必要がある。周知の国際公開第２００５／１１６５３４号パンフレットの第２の欠点は、配向方位角を変更するために、垂直軸を中心に生成器の支持構造を回転する必要がある。

本発明の課題は、従来技術の問題を克服可能な太陽光受光器を提供することである。特に、本発明の課題は、集光器の表面を過度に拡大せずに、太陽放射の高レベルの集光を得ることができる太陽光受光器を提供することにある。さらに、本発明の課題は、集光器の垂直軸回転を必要としないシンプル、コンパクト、かつ安価なシステムを用いて太陽の方位角追跡を可能とする太陽光受光器を提供する。

本発明によれば、上記の課題は、請求項１の主題を構成する特性を有する太陽光受光器により達成される。

本発明に基づく受光器を用いる太陽エネルギー生成器の斜視図である。 図１における矢印IIにより示される受光器の斜視図である。 図２の受光器の拡大斜視図である。 図２のIV−IV線に基づく断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に基づく断面図である。 図１における矢印VIにより示される部分の拡大詳細図である。

本発明は、添付された図面を参照しつつ詳細に説明されて、図面は、制限しない例として単に提供される。
図１を参照すると、１０により示される高集光太陽光エネルギー生成器は、本発明に基づく太陽光受光器を用いる。その生成器１０は、固定基台１４に固定された支持構造１２を備える。図に示された例では、支持構造１２は、２つの三角形状の側面支持体を備え、その各側面支持体は、上方にて収束する２つの脚部１６により形成される。脚部１６の底部は、基台１４に固定される。各対の脚部１６の上端は、各上部支持体１８に固定される。しかしながら、支持構造１２の形状は、結合していないことが例示され、アプリケーションに応じて変更してもよい。

支持構造１２は、反射体２０を支持し、焦線（focal line）Ａに太陽放射を集中するように構成される。図において示される例では、反射体２０は、放物円筒形状の反射面２２を有する１以上の鏡を備える。反射面２２の焦軸（focal axis）は、焦線Ａと一致する。反射体２０は、焦線Ａと一致する回転軸にて基礎構造１２と結合される２つの側面腕部２４に固定される。回転軸は、上部支持体１８内に収容される軸受け（図示せず）により画定される。図において示される例では、反射体２０の回転軸と一致する焦軸Ａは水平である。

図１−５を参照すると、生成器１０は、細長形状を有し、焦線Ａに対して平行に延出する太陽光受光器２６を備える。
図２及び図３を参照すると、受光器２６は、互いに対向する２つの主平面３０，３２を有する細長い平行六面体形状の基台２８を備える。基台２８は、反射体２０を支持する側面腕部２４の間に固定される。

基台２８の第１表面３０には、ストリップ形状ターゲット３４のアレイが固定される。ターゲット３４は、太陽放射を電気エネルギーに変換するように構成される太陽電池素子、または太陽放射を熱に変換するように構成される他の熱吸収体でもよい。

ターゲット３４は、薄い平行六面体形状を有し、焦線Ａと直交する方向に配向される。ターゲット３４は、焦線Ａと平行方向に互いに離間して設置される。近接したターゲット３４の間の距離は、各ターゲット３４の幅より実質的に大きい。

基台３８の第１表面３０上には、焦線Ａと平行に、かつターゲット３４のアレイと対向する側に配置される２本のガイド部３６が形成される。好ましくは、熱吸収体３８は、基台２８の第２表面３２上に固定される。ターゲットが太陽電池素子により形成される場合では、例えば、熱吸収体は、受光器２６により生成される熱を分散するように形成される微粒子体により構成される。ターゲット３４が熱吸収体により形成される場合では、熱吸収体３８は透熱性液体の通路のための導管により形成される。

太陽光受光器２６は、支持体４２および複数の光学素子４４を備える焦点アセンブリ４０を備える。図面に示される例では、光学素子４４は、円柱レンズにより形成される。代替的には、光学素子は、鏡により形成され得る。

支持体４２は、焦線Ａの方向に細長形状を有し、断面において実質的にＵ字形状であり、互いに平行に配置される２つの側壁４６と底壁４８とを備える。底壁４８は、平坦な長方形状の開口部５０を有し、開口部５０には、互いに当接して配置されるレンズ４４が嵌め込まれる。

各レンズ４４は、太陽放射の焦点を各ターゲット３４に合わせるために配置される。レンズ支持体４２の側壁４６は、基台２８の各ガイド部３６と摺動可能に係合するガイド部５２を有する。ガイド部３６とガイド部５２とが係合することにより、焦点アセンブリ４０は、受光器２６の基台２８に対して焦線Ａと平行な方向に移動する。図２および図３では、基台２８に対するレンズ支持体４２の移動方向は、矢印Ｂにより示される。

図１を参照すると、生成器１０は、太陽の方位角に応じて反射体２０の配向を変更するための天頂指示装置を備える。天頂指示装置は、受光器２６および反射体２０に基づいて設置され、太陽の位置を検出するように構成される光電池センサ５４を備える。例えば、光電池センサ５４は、側面腕部２４の一方に配置される。さらに、天頂指示装置は、センサ５４から受信する信号の作用として軸Ａを中心とする反射体２０の回転を制御する電気モータ５６を備える。天頂指示装置５４，５６は、太陽の天頂方向に応じて反射体２０を配向する。

受光器２６は、受光器２６の基台２８に対して焦点アセンブリ４０を移動するように構成され、アクチュエータ５８を含む方位角指示装置を備える。図６に示されるように、例えば、アクチュエータ５８は、側面腕部２４の一方と、対応する支持体４２の前端部との間に配置可能である。アクチュエータ５８は、太陽の方位角を検出するように構成されるセンサにより制御される。例えば、そのセンサは、焦線Ａと平行方向に、かつターゲット３４の対向する側に配置される２つのフォトダイオード（図５）であり得る。

図５に概略的に示されるように、反射体２０により反射される太陽放射は、レンズ４４に集光される。各レンズ４４は、太陽放射の焦点を各ターゲット３４に合わせる。アクチュエータ５８は、フォトダイオード６０から受信する信号に応じて、レンズ４４により焦点が合わされる放射をターゲット３４に集中した状態に維持するように、受光器２６の基台２８に対して支持体４２を移動する。焦点アセンブリ４０の基台２８に対する移動は、反射体２０の方位角に取って代わる。各レンズ４４の中心と、各ターゲット３４との間の距離がプリセット値を超える場合、当該レンズ４４と以前に連携したターゲットに近接したターゲット３４に隣接する各レンズ４４が太陽放射の焦点を合わせるような方法で、焦点アセンブリ４０が移動するように、焦点アセンブリ４０の移動を制御することにより基台２８に対する焦点アセンブリ４０の移動を減少することができる。

焦点アセンブリ４０は、ターゲット３４に対する太陽放射の集光レベルを極めて増大させることができ、これにより、高いレベルの効率を得ることができる。さらに、焦点アセンブリ４０の軸方向の移動は、反射体２０の方位角の配向に取って代わり、構造の単純化及び生成器１０のコスト削減を可能にする。

さらにまた、焦点アセンブリ４０の移動により得られる方位角追跡により、利用可能な表面の開発における改良が可能となる。
受光器と連携する太陽光集光器は、前述されたことに関して、多くの変形について主題を形成し得る。例えば、反射体２０は、自身の焦軸の向きを変更可能な放物線状の鏡により形成される代わりに、国際公開第２００８／０００５３９号パンフレットに記載されたことと同様な手段により、焦線Ａと平行に配置される複数のストリップ形状の鏡により形成され得る。

２６…太陽光受光器、２８…基台、３４…ターゲット、３６，５２…ガイド部、３８…熱吸収体、４０…焦点アセンブリ、４４…光学素子、５８，６０…方位角指示装置、Ａ…焦線

Claims (6)

1. 線形収束する太陽光集光器のための太陽光受光器（２６）であって、
   焦線（Ａ）に平行な方向に細長形状の基台（２８）であって、前記焦線（Ａ）に対して直交するように配置され、前記焦線（Ａ）に平行な方向に互いに離間して配置されるストリップ形状のターゲット（３４）を有する、前記基台（２８）と、
   前記ストリップ形状のターゲット（３４）に太陽放射の焦点を合わせるために配置される光学素子（４４）のアレイを含む焦点アセンブリ（４０）であって、前記焦線（Ａ）に平行な方向に太陽光発電受光器（２６）の前記基台（２８）に対して移動可能な前記焦点アセンブリ（４０）と、
   太陽を追跡する機能として前記基台（２８）に対して前記焦点アセンブリ４０を移動させるように構成される方位角指示装置（５８，６０）と
   を備えることを特徴とする太陽光受光器（２６）。
2. 前記光学素子（４４）は、各ストリップ形状のターゲット（３４）と連携されることを特徴とする請求項１に記載の太陽光受光器（２６）。
3. 前記ストリップ形状のターゲット（３４）は、前記焦線（Ａ）に平行な方向に、各ストリップ形状のターゲット（３４）の幅より実質的に大きな距離だけ互いに離間して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光受光器（２６）。
4. 前記方位角指示装置は、前記焦線（Ａ）に平行な方向にストリップ形状のターゲット（３４）の対向する側の、前記受光器（２６）の前記基台（２８）に配置される２以上の光検出器（６０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽光受光器（２６）。
5. 前記基台（２８）は、互いに平行に配置される２つの主表面（３０，３２）を有する細長い平行六面体の形状を有し、第１表面（３０）には、ストリップ形状の太陽光発電ターゲット（３４）が配置され、第２表面（３２）には、熱吸収体（３８）が配置されることを特徴とする請求項１に記載の太陽光受光器（２６）。
6. 前記焦点アセンブリ（４０）は、前記光学素子（４４）を支持する支持体（４２）を備え、かつガイド部（３６，５２）により前記基台（２８）と摺動可能に結合されることを特徴とする請求項５に記載の太陽光受光器（２６）。

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