JP2013545065A - 集光型太陽光発電システムの廃熱からの経済的価値の抽出 - Google Patents

Abstract

建造物とともに使用する、太陽エネルギーを取り込むための方法および装置。太陽エネルギーシステムは、太陽エネルギーを収集し、その一部が電気に変換され、またその一部が地下の熱バンクに貯蔵される。廃熱は、太陽エネルギーの電気への変換中に、太陽電池セルの中で形成される。地下層を貫通する掘削孔を介して太陽電池セルから地下層の中へ熱を伝達する、流体フローシステムが設けられる。熱は、地層の中に留まり、流体フローシステムを通して建造物へ選択的に伝達される。

Description

本発明は、概して、効率を向上させた集光型太陽光発電（ＣＰＶ）システムに関する。より具体的には、本発明は、概して、ＣＰＶシステムからの廃熱を地熱で貯蔵するための方法およびシステムに関する。

太陽エネルギーを電気へ変換することは、しばしば、太陽エネルギーを１つ以上の太陽光発電セル上へ向かわせることによって達成される。太陽光発電セルは、典型的に、半導体で作製され、太陽エネルギーからの光子からエネルギーを吸収し、その結果、セル内に電子流を発生させることができる。太陽電池パネルは、電気的に接続され、パネルのアレイを形成することができるようにパッケージ化される、セルのアレイであり、典型的に、フラットパネルシステムと呼ばれる。太陽電池アレイは、典型的に、それらが光源から直接光線を受光するように配置される。

一部の太陽光集光システムは、光を太陽電池セル上へ集光する湾曲した太陽光集光器を用いることによって、太陽エネルギーを集束させる。集光器は、しばしば、凹面側および凸面側を有するパラボラ形状であり、通常、凹面側が反射光を受光器上へ方向付けるように前方を向いている。受光器は、典型的に、フラットパネルシステムで使用されているセルよりも高い性能を有する、太陽光発電セルを含む。反射面は、典型的に、太陽エネルギーを受光器に向かって反射させるように、各集光器の凹面側上にある。反射面の凹面構成は、光線が受光器に接触したときに該光線を集中させるように、太陽エネルギーの反射光線を一点に集める。湾曲した集光器で太陽エネルギーを集束させることで、フラットパネルシステムの強度と比較して、最高で約１５００倍の強度の太陽光を受光器上へ投射することができる。一般に、セルは、受け取った全ての太陽エネルギーを電気へ変換しないので、受光器上ではかなりの発熱が起こり、受光器上に蓄積された熱エネルギーを他の場所に伝達することができない限り、セルを損傷する可能性がある。

太陽エネルギーを集束させる太陽光集光システムは、一般的に、多数の集光器を用いており、それぞれが、太陽光受光器上へ反射光を合焦させるように構成される、反射側面を有する。太陽エネルギーを集束させるので、反射表面積は、変換セル面積を大幅に上回る。太陽光集光および変換システムは、しばしば、太陽電池アレイの中へ集光器を統合し、それによって、変換システムの発電容量を増大させる。アレイ内の集光器は、典型的に、アレイの総面積を最小化するために、局所領域内に位置付けられる。

本明細書では、太陽エネルギーを処理する方法が提供される。１つの例示的な実施形態において、本方法は、太陽光線の経路上の太陽電池セルで、太陽エネルギーを電気および熱に変換することを含む。この例示的な方法はさらに、電気を負荷に向かわせることと、太陽電池セルから地熱井に熱を伝達することとを含む。随意に、本方法はさらに、建造物を暖房するために、地熱井から建造物に熱を伝達することを含む。一実施例において、熱が地熱井に伝達されるときの周囲温度は、地熱井から建造物に熱が伝達されるときの周囲温度を超える。地熱井が加熱地熱井である実施例において、本方法はさらに、建造物から冷却地熱井に熱を伝達して、建造物を冷房することを含み得る。別の実施形態において、セルで発生させた電気は、建造物に給電するために使用される。地熱井からの熱が建造物に伝達される場合の実施例において、建造物に伝達される太陽光線内のエネルギー量は、約３０％〜約８０％増加する。１つの例示的な実施形態において、太陽光集光器は、太陽電池セル上へ太陽光線を反射し、集光する。別の実施形態において、流体の流れは、太陽電池セルと熱的に連通し、地熱井の中へ流れ、それによって、太陽電池セルから地熱井に熱を伝達する。

また、一実施例において、太陽光線の経路上に選択的に配置され、電気負荷と選択的に電気的に連通している太陽電池セルを有する、太陽光受光器を含む、太陽エネルギーシステムも開示されている。太陽エネルギーシステムの実施形態はまた、蓄熱分岐路および消費分岐路を有する、熱伝達回路も含む。この実施形態の蓄熱分岐路は、太陽電池セルと熱的に連通している部分と、地熱井と熱的に連通している部分とを有し、選択的な伝熱経路は、蓄熱分岐路を通して太陽電池セルと地熱井との間に画定される。この実施形態の消費分岐路は、地熱井と熱的に連通している部分と、建造物と熱的に連通している部分とを有し、選択的な伝熱経路は、消費分岐路を通して地熱井と建造物との間に画定される。別の実施形態において、太陽電池セルは、集光させた太陽光線を受光する、集光型太陽光発電セルを含む。随意に、熱伝達回路は、熱伝達流体を輸送する、流体フローラインを含み、熱伝達回路の中の弁が選択的に開閉して、指定された熱伝達経路に沿って熱伝達流体の進路を変える。別の実施形態において、電気負荷は、建造物の中に配置される。例示的な実施形態において、太陽光線中のエネルギーは、熱に変換され、太陽光受光器の中の電気は、約８０％の効率で建造物に伝達される。熱伝達回路は、太陽光受光器の中に形成される導管を通して選択的に流れる、熱伝達流体を含み得る。

さらに、太陽光線を反射し、像へ集光するように成形される反射凸面を有する太陽光集光器から成る、太陽エネルギーシステムがさらに開示されている。この太陽エネルギーシステムの実施形態はまた、像をその上で受容するように計画的に配置される太陽電池セルを有する、太陽光受光器と、建造物の中に配置された電気負荷に太陽電池セルを接続する、導電性導線とを含む。太陽電池セルおよび地熱井と熱的に連通している通電分岐路を含む、熱伝達回路が含まれる。通電分岐路および地熱井は、太陽電池セルと地熱井との間に熱伝達経路を画定する。この実施形態の熱伝達回路はまた、地熱井および建造物と熱的に連通している、放散分岐路も含む。地熱井と建造物との間の熱的連通は、地熱井と建造物との間に熱伝達経路を画定する。１つの随意の実施形態において、通電分岐路および放散分岐路は、それぞれ、熱容量を有する流体を輸送するための導管を有する。随意に、熱伝達回路の中には、流体が通電分岐路または放散分岐路を通して流れるように選択的に開閉する、弁が含まれる。随意の実施形態において、地熱井は、実質的に垂直なボーリング孔であり、熱伝達回路の一部分は、ボーリング孔の中に吊設される導管を有し、熱伝達媒体は、導管とボーリング孔の壁との間に提供される。

本発明の特徴および利点のいくつかが提示されているが、他の特徴および利点は、添付図面を参照しながら説明が進むにつれて明らかになるであろう。

図１は、本発明に係る太陽エネルギーシステムの例示的な実施形態の概略図である。 図２は、図１の太陽エネルギーシステムに使用するアレイの一実施例の側斜視図である。 図３は、図２のアレイの側断面図である。 図４は、本発明に係る、建造物に使用する例示的な太陽エネルギーシステムの部分断面斜視図である。 図５は、図４の太陽エネルギーシステムの代替の実施形態である。 図６は、図１の太陽エネルギーシステムに使用する熱伝達回路の概略図である。

本発明を、好ましい実施形態と関連して説明するが、それらは、本発明をそれらの実施形態に限定することを意図するものではないことを理解されるであろう。それに対して、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨および範囲の範囲内に含まれるような、全ての代替物、変形物、均等物を対象とすることを意図している。

ここで、本開示の方法およびシステムを、実施形態が示されている添付図面を参照して、以下でより完全に説明する。本開示の方法およびシステムは、数多くの異なる形態であってもよく、本明細書に記載される例示的な実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が完璧かつ完全であるように、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提示されている。全体を通して、同じ数字は、同じ要素を指す。

本開示の範囲は、修正物および均等物が当業者に明らかになるように、図示および説明される構造、動作、厳密な材料、または実施形態に限定されないことをさらに理解されたい。図面および明細書には、例示的な実施形態が開示されており、特定の用語を用いているが、それらは、一般的および説明的な意味合いで使用されているに過ぎず、限定を目的としない。故に、本明細書で説明される改善点は、したがって、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。

図１は、湾曲した集光器１２と、集光器１２の凹面側上の反射面１４とを有する、太陽エネルギー収集システム１０の例示的な実施形態を概略図で提供する。１つの例示的な実施形態において、集光器１２は、パラボラ形状を有する。図１の実施例において、集光器１２は、反射面１４に当たって反射光線１７として方向転換される太陽光線１６の経路上に配置される。反射光線１７は、反射面１４から後方へ離間配置されて示されている太陽光受光器１８に向かう経路上を移動するように示されている。集光器１２は、反射光線１７が、太陽光線１６の流束密度よりも集束された流束密度を伴う画定された像１９を形成するように、成形され、輪郭形成される。図１の実施例では、像１９の形成と一致する受光器１８上に、太陽光発電セル２０が示されている。太陽光発電セル２０は、像１９の集束されたエネルギーを太陽光発電セル２０が接続された回路２２の中へ流れる電流に変換する。さらに、図１の実施例では、回路２２内で図式的に表される、電気負荷２４が示されている。電気ライン２６、２７は、太陽光発電セル２０と負荷２４との間に電気的な連通を提供し、それによって、回路２２が完成する。

既知のように、実質的な発熱は、太陽光発電セル２０上に投射されている高流束密度の像１９から、受光器１８内で起こり得る。熱伝達回路２８は、受光器１８からの熱を放散させ、それによって、太陽光発電セル２０および他の付随する電子部品（図示せず）を過熱から保護するように示されている。さらに、太陽光発電セル２０の効率は、温度の上昇とともに低下するので、太陽光発電セル２０内の温度を制御することで、太陽光発電セル２０内の最適な効率を提供する。図１の実施例において、熱伝達回路２８は、受光器１８に接続された端部と、熱交換器３２の入口に取り付けられた対向端部とを有する、流体フローライン３０を含む。図１の実施例において、流体は、受光器１８から流体フローライン３０を通して熱交換器３２の中へ流れ、そこでは、符号Ｑで表される熱が流体から除去される。流体は、熱交換器３２に進入した後に、熱交換器３２内の管を通して熱交換器３２の出口に方向付けられる。流体フローライン３４、３５は、冷却された流体を受光器１８に戻すための経路を提供し、それにより、さらなる熱を受光器１８から除去し、次いで、熱交換器３２内に放散させ得る。ライン３４と３５との間には、熱伝達回路２８を通して流体を循環させるためのポンプ３６が挿入されていることが示されている。

ここで、図２を参照すると、長方形状の筐体３８内に配置された、多数の集光器１２が示され、集光器１２は、筐体３８内のアレイ４０の中へ配設される。筐体３８は、下部底面と、アレイ４０を覆って置かれるその上端部上の透明カバー４２とを有する。図２の集光器１２は、該集光器の凹面が上方に面し、かつカバー４２に向かって面した状態で配向され、筐体３８の長さＬと実質的に平行に整列させた複数対の列４３で配設される。各列内で、図２の集光器１２は、各集光器１２のそれぞれの長さに平行に延びるラインが、筐体３８の長さＬに対して略垂直であるように配設される。集光器１２の長さは、その幅よりも長くすること、その幅と実質的に同じ幅にすること、またはその幅よりも短くすることができる。図２で示されているように、集光器１２は、複数対の列４３の中間区間が筐体３８の底部に近接し、したがって、複数対の列４３の外側の側部側がカバー４２に近接するように傾けられる。実質的に縦方向の梁４４は、筐体３８内で長さ方向に延在し、集光器１２の上側に配置されて示されている。梁４４は、実質的に複数対の列４３の中間部分と整列させられる。受光器１８は、梁４４の傾斜縁部上に提供されて示されている。梁４３を複数対の列４３の中間部分と計画的に配設すること、および受光器１８の傾斜した位置付けは、発電のために、セル２０を像１９（図１）と整列させる。

略平面のブラケット４６は、筐体３８の側部側上、および筐体３８の幅Ｗに対応する側上に載置されて示されている。ブラケット４６は、筐体３８の下部分から上方へ突出する、平面端部分４８を有し、筐体３８の側部に固定されて示されている。端部分４８の上側には、受光器１８を冷却するために冷却液が梁４４に戻される流体フローライン３４_１と３４_２との間の接続部を提供する、嵌合部５０が位置付けられる。フローライン３０_１、３０_２は、フローライン３４_１、３４_２の接続部から遠位の筐体３８の側部に連結されて示されている。ブラケット４６の中間部の上方部分は、切り取られており、切り取られた部分には、接続部５２がライン２６、２７の接続のために、筐体３４の側壁の中へ載置されて示されている。

図３は、図２のアレイ４０の一部分の、線３−３に沿った側断面図である。この実施例において、太陽光線１６は、集光器の反射面に向かって方向付けられ、該反射面からの反射光線１７が、梁４４上に載置された受光器１８に向かって方向付けられるように示されている。図３の実施例において、梁４４は、受光器１８が梁４４の略長方形断面に対してある角度で傾斜して設定されるように、筐体３８の底面と略平行である。流路５４は、嵌合部５０を介してライン３０_１、３０_２および３４_１、３４_２と流体連通している梁４４を通して縦方向に形成されて示されている。図３の実施例において、熱Ｑは、受光器１８から梁４４の中へ進み、そこで、熱交換器３２（図１）に輸送するための流路５４内の流体に伝達される。したがって、アレイ４０を通しての熱伝達流体の強制対流によって、受光器１８内の温度が望ましいレベルに維持され得る。

建造物５６と併せて使用される太陽エネルギー収集システム１０の１つの例示的な実施形態を、図４に側斜視図で示す。図４の実施例において、建造物５６は、電気を消費し、その中に何らかの形態の調整空気を必要とし得る、住居、事務所、または任意の他の施設であってもよい。建造物５６の外部、および太陽光線１６の経路上には、一実施例において、一群の太陽電池アレイ４０（図２）から成る、太陽電池ユニット５８が示されている。また、建造物５６の下の地下層６１の中へ垂直に形成される、一連の掘削孔６０も示されている。加熱フローライン６２は、太陽電池ユニット５８の中の１つ以上の受光器１８（図１）との熱的接触を介して加熱された流体をユニット５８から搬送するように、太陽電池ユニット５８に接続する。加熱フローライン６２は、加熱流体を太陽電池ユニット５８から掘削孔６０に分配するように設計される、供給ヘッダ６４に接続する。フローループ６６は、掘削孔６０のそれぞれの中に吊設され、供給ヘッダ６４と流体連通している入口と、戻りヘッダ６８と流体連通している出口とを有して示されている。流体が、供給ヘッダ６４からフローループ６６を通って戻りヘッダ６８に流れると、流体内の熱Ｑは、地層の中へ伝達され、掘削孔６０のそれぞれの外側に雲形線で表される加熱ゾーン７０を形成する。フローループ６６から地層６１への熱伝達を高めるために、随意の充填材７２が、フローループ６６を伴う掘削孔６０の中に提供されてもよい。充填材７２の例としては、破砕石灰石、金属粒子、半金属粒子、他の鉱物種の物質、またはこれらの組み合わせが挙げられる。例示的な実施形態において、充填材７２は、熱伝達だけでなく、フローループ６６の支持も可能にする。戻りライン７４は、ユニット５８からのさらなる熱の吸収のために、冷却熱伝達流体を戻りヘッダ６８からアレイユニット５８の中へ戻す。１つの例示的な実施形態において、掘削孔６０は、最高で約５００フィート（約１５２．４メートル）の深さを有することができ、加熱ゾーン７０は、それらの標準温度を約１０°Ｆ〜約２０°Ｆ（５．６℃〜１１．２℃）超える温度に加熱することができる。したがって、地層６１の標準地下温度に応じて、加熱ゾーン７０は、加熱流体で加熱された後に、約６０°Ｆ〜約７０°Ｆ（１５．６℃〜２１．１℃）の温度に到達し得る。

図４の実施形態では、ユニット５８で発生する電気を伝送するための電気出力ライン７６が示され、出力ライン７６は、アレイユニット５８に接続される一方の端部と、随意の制御ユニット７８に接続されるもう一方の端部とを有する。制御ユニット７８は、建造物５６内で使用するために、アレイユニット５８内で発生する電気を処理することができる。したがって、制御ユニット７８は、電力を調節するために、インバータ、整流器、波形整形機能、または他のデバイスを含み得る。電流フローの制御はまた、制御ユニット７８内でも達成され得る。供給ライン８０は、建造物５６の中で使用する電力を該建造物に送達するために、制御ユニット７８と建造物５６との間に接続されて示されている。

１つの限定的でない使用例において、より暖かい月または季節の間、熱Ｑは、アレイユニット５８から熱伝達システムを通して加熱ゾーン７０の中へ連続的に伝達される。地下層は、その貯蔵された熱のほぼ全てを保持することができ、建造物５６の周囲温度による影響を殆ど受けず、熱Ｑは、より暖かい月の間に蓄積し、次いで、周囲温度が建造物５６内の暖房の必要性を決定付けたときに取り入れることができる。例えば、熱Ｑは、大まかに５月から９月の期間にアレイユニット５８から取り入れ、次いで、例えば１１月から４月等の、建造物５６内の暖房が必要とされるような時期まで、加熱ゾーン７０内の地層６１内に貯蔵してもよい。掘削孔６０の数および貯蔵される熱Ｑの量に応じて、建造物５６の中の環境を、より涼しい周囲温度の期間中に加熱ゾーン７０内に貯蔵された熱Ｑで調節することができる。

さらに、図４の例示的な実施形態では、建造物５６に隣接して提供され、供給ヘッダ６４および戻りヘッダ６８のそれぞれに接続されて提供される、熱交換器８２が示されている。このように、熱が収集されて加熱ゾーン７０に貯蔵されている期間中に、熱交換器８２は、熱交換器８２をヘッダ６４、６８に接続する導線８４、８６内の弁（図示せず）等によって分離することができる。より涼しい月の間で、暖房が必要とされるときに、ライン６２、７４の中に提供される弁（図示せず）を閉じてフローループ６６からアレイユニット５８を分離し、導線８４、８６の中の弁を開いてもよく、それによって、加熱ゾーン７０から熱交換器８２の中への流体の流れを可能にする。加熱ゾーン７０からの熱は、建造物５６内を暖房するために、熱交換器８２から建造物５６の中へ伝達することができる。１つの例示的な実施形態において、本明細書で説明される太陽電池システムの効率は、太陽電池セル２０（図１）からの廃熱を除去することによって、約３２％から約８０％高められ、よって、効率的な運転を可能にする温度にし、廃熱で建造物５６を暖房する。したがって、図１の熱交換器３２の機能は、熱交換器３２Ａとして動作する、フローループ６６および掘削孔６０によって引き継がれる。全部で８本の掘削孔６０が図４で示されているが、付随するフローループ６６を伴う任意の数の掘削孔６０が、本明細書で説明されるシステムとともに使用されてもよい。例示的な実施形態では、それぞれ約５００フィート（約１５２．４メートル）の２本の掘削孔６０が、約２０００ｆｔ^２（約１８５．８ｍ^２）の居住空間を有する住宅に使用できるものと推定している。２本の掘削孔６０の加熱ゾーン７０に貯蔵された熱Ｑは、寒い天候の季節全体にわたって住居を暖房するための、十分に低い質の熱を提供することができる。さらに、例示的な実施形態において、太陽エネルギー収集システム１０の実施例の一部としての２本の掘削孔６０は、２０００ｆｔ^２（約１８５．８ｍ^２）の住居の標準的なエネルギー使用量の少なくとも約７５％を供給することができる。

図５は、建造物５６を暖房するために、同じく冷却するために掘削孔６０を使用する、太陽エネルギー収集システム１０Ａの随意の実施形態を示す。図５の実施例において、熱Ｑは、必要なときに建造物５６から掘削孔６０Ｃに伝達され、また、熱Ｑは、必要なときに掘削孔６０Ｈから引き出される。掘削孔６０Ｃは、ライン９２、９４を介して掘削孔６０Ｃから建造物５６に熱を伝達する、冷却ヘッダ８８、９０に接続されるフローループ６６を含む。しかしながら、ヘッダ８８、９０は、アレイユニット５８に接続されていない、熱伝達回路の一部であり、したがって、その中の受光器１８（図１）によって提供される熱を受けない。これに対して、より暖かい月、および周囲温度が建造物５６内での冷気の使用を決定付け得るときに、建造物５６内からの熱Ｑは、ライン９２、ヘッダ８８を通して、熱伝達流体を伴う地下層６１の中へ伝達され得る。しかしながら、図５の実施例において、掘削孔６０Ｈは、アレイユニット５８に接続される熱伝達回路の一部であり、よって、地熱井は、より暖かい月に建造物５６に冷房を提供することができ、さらに、より涼しい月に建造物５６に暖房を提供することができる。さらに、随意に、建造物５６から掘削孔６０Ｃを通して地層６１の中へ伝達される熱Ｑは、次いで、後に、より涼しい温度の期間中に、建造物５６の中へ逆に伝達される。

図１を再度参照すると、掘削孔６０（図４）から建造物５６への熱の伝達を表す熱伝達回路は、消費分岐路９６として示されている。同様に、熱交換器３２および付随する配管は、本明細書において、蓄熱分岐路と称される。蓄熱分岐路９６は、フローライン３０に接続し、熱交換器１００の入口で終了するライン９８から成るように示されている。熱Ｑは、建造物５６を暖房するために使用され得る熱交換器１００から抽出される。ライン１０２は、熱交換器１００の出口に接続し、熱交換器３２の下流のライン３４で終了する。弁１０４は、ライン９８の分岐路の上流のフローライン３０の中に提供され、弁１０６は、熱交換器１００の上流のライン９８に組み込まれて示されている。同様に、弁１０８は、熱交換器１００の下流のライン１０２に組み込まれる。最後に、弁１１０は、ライン１０２との分岐路の下流、かつポンプ３６の上流の部分でライン３４の中に組み込まれる。例示的な実施形態において、弁１０４、１０６、１０８、１１０のそれぞれは、モータで動作させ、それによって、選択的に遠隔で（完全に、または部分的に）開口、閉口させてもよい。弁１０４、１０６、１０８、１１０のそれぞれは、テレメトリを介してコントローラ１１２に接続されて示され、該コントローラは、開口および閉口制御信号を送信する機能を果たし得る。さらに、随意に、コントローラ１１２は、テレメトリによってポンプ３６に接続されてもよい。一例において、熱伝達流体のシステムを通しての流れの選択的な制御は、弁１０４、１０６、１０８、１１０の選択的な開口および閉口を通して達成され得、それによって、熱交換器３２および／または熱交換器１００を通しての流れを選択的に方向付ける。さらに、コントローラ１１２は、建造物５６が事前設定された温度に維持されるように、それに応じて流れを方向付けるようにプログラムすることができる。温度センサ（図示せず）は、コントローラ１１２との使用に依存してもよく、該センサは、熱交換器回路（複数可）の中ならびに建造物５６の中のラインの１つ以上の中に配置することができる。建造物５６の中のサーモスタット（図示せず）等からの温度オーバーライドは、コントローラ１１２の動作を制御し得る。

図６は、建造物５６で使用するライン９６中の流体流からどのように熱Ｑが抽出され得るのかという、例示的な実施形態を概略的に表す。この実施例において、熱伝達回路１１４の中の流体は、熱交換器１００Ａの中に提供される管を通って流れる。熱交換器１００Ａの下流の熱伝達回路１１４の中の流体は、熱交換器１００Ａから圧縮器１１８へのライン１１６を介して輸送される、ガスである。ライン１１６の中のガスは、ライン９６Ａ、１０２Ａおよび熱交換器１００Ａのシェル側を通って流れる流体によって加熱される。ライン９６Ａ、１０２Ａの中の流体は、熱交換器３２（図１）、すなわち、掘削孔６０（図４）から流れ得る。加圧ガスは、圧縮器１１８を出て、ライン１２０を通って熱交換器１２２に流れる。図６の実施例において、熱交換器１２２は、ファン冷却器であり、熱Ｑは、加圧され、加熱されたガスから、ガスを搬送する管上を流れる空気に伝達される。加熱空気は、建造物５６を暖房するために直接的に使用することができる。

本明細書での考察の目的で、熱の質は、特定の媒体内の熱エネルギーに関連する、相対的な用語であり、より高い質の熱とは、異なる時間もしくは異なる場所において媒体で加熱する、または異なる媒体で加熱する、より高い熱エネルギーを有する媒体中の熱を表す。一実施例において、受光器１８から熱伝達回路２８（図１）に伝達される熱Ｑは、より高い質の熱と称されてもよく、一方で、掘削孔６０（図４）に貯蔵される熱Ｑは、より低い質の熱と称されてもよい。本明細書では、より高い質の熱がどのようにより低い質の熱に変換され得るのか、およびある期間にわたって貯蔵される、変換されたより低い質の熱について説明する。例えば、受光器１８（図１）からのより高い質の熱Ｑは、熱交換器３２（または図４の掘削孔６０）に伝達され、そこで、熱Ｑは、より低い質の熱として地層の中に貯蔵される。さらに、本明細書では、貯蔵されたより低い質の熱がどのようにより高い質の熱の形態に逆に変換され、そして利用され得るのかを示す。より具体的には、１つの例示的な実施形態において、熱伝達回路１１４は、地層６１に貯蔵されたより低い質の熱Ｑを、建造物を暖房するために使用するより高い質の熱に変換することを可能にする。本明細書で説明される例示的な方法の利点は、より高い質の熱は、より低い質の熱よりも早く放散する傾向があるので、より高い質の熱を取り入れて、その熱を貯蔵するためにより低い質の熱に変換することである。よって、その場合、熱がそのより高い質の形態で貯蔵された場合よりも多い熱量を貯蔵部から利用可能であり得る。

したがって、本明細書で説明される本発明は、目的を実行し、言及される結果および利点、ならびに、その中に内在する他のものを達成するのに十分に適合される。本発明の現時点で好ましい一実施形態を例示する目的で提供したが、所望の結果を達成するための手順の詳細には、数多くの変更点が存在する。これらの、および他の同様の修正自体は、当業者によって容易に提案されるものであり、本明細書に開示されている本発明の趣旨および添付の特許請求の範囲の範囲内に包含されることが意図される。

Claims (17)

1. 太陽光線の経路上の太陽電池セルを使用して、太陽エネルギーを電気および熱に変換することと、
   前記電気を負荷に向かわせることと、
   前記太陽電池セルから地熱井に前記熱を伝達することと、
   を含む、太陽エネルギーを処理する方法。
2. 建造物を暖房するために、前記地熱井から前記建造物に前記熱を伝達することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記熱が前記地熱井に伝達されるときの周囲温度は、前記地熱井から前記建造物に前記熱が伝達されるときの周囲温度を超える、請求項２に記載の方法。
4. 前記地熱井は、加熱地熱井であり、前記方法はさらに、前記建造物から冷却地熱井に熱を伝達して、前記建造物を冷房することを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記電気は、前記建造物に給電するために使用され、前記地熱井から前記建造物に前記熱を伝達するときに、前記建造物に伝達される前記太陽光線内のエネルギー量は、約３０％〜約８０％増加する、請求項２に記載の方法。
6. 太陽光集光器を使用して、前記太陽電池セル上へ前記太陽光線を反射し、集光することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 流体の流れは、前記太陽電池セルと熱的に連通し、前記地熱井の中へ流れ、それによって、前記太陽電池セルから前記地熱井に前記熱を伝達する、請求項１に記載の方法。
8. 太陽光線の経路上に選択的に配置され、電気負荷と選択的に電気的に連通している太陽電池セルを有する、太陽光受光器と、
   熱伝達回路であって、前記太陽電池セルと熱的に連通している部分と、前記太陽電池セルと地熱井との間に選択的な熱伝達経路を画定する前記地熱井と熱的に連通している部分とを有する、蓄熱分岐路、および前記地熱井と熱的に連通している部分と、前記地熱井と建造物との間に熱伝達経路を画定するように前記建造物と熱的に連通している部分とを有する、消費分岐路を備える、熱伝達回路と、
   を備える、太陽エネルギーシステム。
9. 前記太陽電池セルは、集光した太陽光線を受光する、集光型太陽光発電セルを備える、請求項８に記載の太陽エネルギーシステム。
10. 前記熱伝達回路は、熱伝達流体を輸送する、流体フローラインを備え、前記熱伝達回路の中の弁が選択的に開閉して、指定された熱伝達経路に沿って前記熱伝達流体の進路を変える、請求項８に記載の太陽エネルギーシステム。
11. 前記電気負荷は、建造物の中に配置される、請求項８に記載の太陽エネルギーシステム。
12. 前記太陽光線中のエネルギーは、熱に変換され、前記太陽光受光器中の電気は、約８０％の効率で前記建造物に伝達される、請求項８に記載の太陽エネルギーシステム。
13. 前記熱伝達回路は、前記太陽光受光器の中に形成される導管を通して選択的に流れる、熱伝達流体を備える、請求項８に記載の太陽エネルギーシステム。
14. 太陽エネルギーシステムであって、
    太陽光線を反射し、像へ集光するように成形される反射凸面を有する、湾曲した太陽光集光器と、
    前記像をその上で受容するように計画的に配置される太陽電池セルを有する、太陽光受光器と、
    建造物の中に配置された電気負荷に前記太陽電池セルを接続する、導電性導線と、
    熱伝達回路であって、
    前記太陽電池セルと地熱井との間に熱伝達経路が画定されるように、前記太陽電池セルおよび前記地熱井と熱的に連通している、通電分岐路と、
    前記地熱井と前記建造物との間に熱伝達経路が画定されるように、前記地熱井および前記建造物と熱的に連通している、放散分岐路とを備える、
    熱伝達回路と、
    を備える、太陽エネルギーシステム。
15. 前記通電分岐路および放散分岐路は、熱容量を有する流体を輸送するための導管を備える、請求項１４に記載の太陽エネルギーシステム。
16. 前記熱伝達回路の中に、前記流体が前記通電分岐路または前記放散分岐路を通して流れるように選択的に開閉する、弁をさらに備える、請求項１５に記載の太陽エネルギーシステム。
17. 前記地熱井は、実質的に垂直なボーリング孔であり、前記熱伝達回路の一部分は、前記ボーリング孔の中に吊設される導管を備え、熱伝達媒体が前記導管と前記ボーリング孔の壁との間に提供される、請求項１５に記載の太陽エネルギーシステム。

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