JP2021508230A - 太陽光パネル出力を増幅するシステムおよび方法 - Google Patents

太陽光パネル出力を増幅するシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

影が表面の一部分に投じられている太陽光パネルによって生成される出力電力を増幅する方法およびシステムが提示される。システムおよび方法が、影を照らすために太陽光を拡散し、それによって太陽光パネルの出力電力を増幅するために、レンチキュラーシートおよび／または回折格子シートなどの屈折−反射シートを利用する。代替で、影がパネルに投じられていないとき、シートは追加の太陽光をパネルへと反射させ、パネルの出力電力を増加させる。シートは、太陽光をパネルへと屈折、反射、または屈折と反射との両方を行うために使用され得る。シートは、追加の太陽光を前記パネルへと反射させて出力をさらに増幅するために、明るいパネルまたは反射パネルとの組み合わせで使用されてもよい。システムおよび方法は、薄膜、単結晶、および多結晶の太陽光パネルなどの様々な種類の太陽光パネルに加えて、太陽光屋根瓦または他の太陽光放射収集器に適用可能である。

Description

関連出願
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれている、２０１７年１２月２２日に出願された米国仮特許出願第６２６０９４２５号からの優先権を主張する。
本発明は、概して、太陽光発電に関し、より詳細には、太陽光パネル出力を増幅するシステムおよび方法に関する。
太陽電池または光起電池は、物理化学的現象である光起電力効果によって、光のエネルギーを電気へと直接的に変換する電気装置である。太陽電池は、光に曝されるときに電圧、電流、または抵抗などの電気特性が変化する装置である光起電池の形態である。薄膜太陽電池は、光起電力材料の１つまたは複数の薄い層または薄い膜を、ガラス、プラスチック、または金属などの基材に蒸着させることで作られる第二世代の太陽電池である。薄膜技術は、従来の結晶シリコンの太陽電池より安価であるが効率的ではない。
太陽光パネルは、電気または熱を発生させるために、太陽光をエネルギーの供給源として吸収する。光起モジュールは、光起太陽電池の一纏めにされて連結された組立体である。ほとんどの光起モジュールが結晶シリコンの太陽電池または薄膜電池を使用する。光起モジュールは、典型的には、その直流（ＤＣ）出力電力によって評価される。
パネルの表面の一部分でも暗くしてしまう影が電力出力を最大で９０％低下させ得るという問題が、太陽光パネルでは生じる。太陽光パネルの別の問題は、太陽の出現がより少ない都市、および、赤道から離れているため太陽光エネルギーが小さい都市において、太陽光パネルはコストが掛かり、生成されるエネルギーが、合理的な時間枠内でパネルのコストを実際に回収するには不十分なことである。
レンチキュラーシートは、一方の側におけるレンチキュールと呼ばれる一連の鉛直に並べられた平凸状の円筒レンズと、他方の側における平坦な表面とを伴い、傾斜および湾曲を伴う独特の正確な押し出しによって作られる半透明のプラスチックシートである。レンチキュールは二次元画像を様々な錯視へと変換するのを助け、レンチキュラーシートの配向が変えられるとき、見る人はレンチキュラーの特別な効果を見ることができる。レンチキュラーシートは、アクリル、ＡＰＥＴ、ＰＥＴＧ、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ＰＶＣ、またはポリスチレンから作られ得る。これらの異なる材料の各々は、温度および紫外線に対して異なる度合いの感受性を有する。
レンチキュラーシートの重要な特性はレンズの密度である。レンズの密度は、１インチ当たりのレンズの数（ＬＰＩ）として表現される。レンチキュラーシートの厚さはＬＰＩと逆相関とされており、ＬＰＩがより小さくなると、レンチキュラーシートはより厚くなる。レンチキュラーシートの別の重要な特性は見る角度である。レンチキュラーシートの見る角度は、レンチキュラー画像が明確に見られ得るＶ字形の領域である。レンチキュラーシートの他の特性はｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ−ｓｈｅｅｔｓ．ｌｐｃｅｕｒｏｐｅ．ｅｕのウェブサイトにおいて見られ、その内容は本明細書において参照によりその全体において組み込まれている。レンチキュラーシートにおける印刷は、ＶｉＣＧＩ．ｃｏｍのドメインにおいて発行されているＣＧ Ｓｈｅｎｇによる記事「Ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｒｉｇｈｔ Ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ Ｓｈｅｅｔ ｆｏｒ Ｉｎｋｊｅｔ Ｐｒｉｎｔｅｒ」に記載されているようなインターレースの手法で、インクジェットプリンタを介して行うことができ、その記事の内容は本明細書において参照によりその全体において組み込まれている。レンチキュラーシートは、ｏｕｔｅｒａｓｐｅｃｔ．ｃｏｍのドメインにおいて発行されているＤａｖｉｄ Ｅ． Ｒｏｂｅｒｔｓによる記事「Ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ Ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｍｅｔｈｏｄｓ」に記載されているような立体画像を表示するためにも使用でき、その記事の内容は本明細書において参照によりその全体において組み込まれている。
インテグラルイメージングは忠実な自動立体方法である（特別な眼鏡を必要とすることなく見ることができる立体画像）。インテグラルイメージは、球状凸面レンズの配列を通じて観察者によって見られる大量の密に詰められた個別の微小画像から成り、微小画像ごとに１つのレンズとなっている。この特別の種類のレンズの配列は、ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｃｏｍのサイトにおける「Ｔｈｅ Ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｐｒｉｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ」において詳細に記載されているフライアイレンズまたはインテグラルレンズの配列として知られており、その記載の内容は本明細書において参照によりその全体において組み込まれている。フライアイレンズシートは、ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ．ｍｏｂｉにおいて入手可能なものなど、市販されており、その内容は本明細書において参照によりその全体において組み込まれている。
Ｋｏｌｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓによって作られており、ｋｏｌｏｎｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．ｃｏｍに示されているＥｖｅｒＲａｙ（登録商標） ＬＣ、ＤＣＳ、ＢＫ、ＬＦなどのプリズム膜は、ポリエステル膜に細かいプリズム構造を形成することで、ＬＣＤ ＢＬＵなどの光源からの光を凝集する。同様に、Ｉｎｇｅｍａｎｎによって作られており、ｉｎｇｅｍａｎｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．ｃｏｍに示されている線状プリズムシートは、両方の主軸においてランプのぎらつきを抑えるその最適化された能力によって印象付けられている。
その内容が本明細書において参照によりその全体において組み込まれているＨｗｉ ＫｉｍおよびＢｙｏｕｎｇｈｏ Ｌｅｅによる論文「Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｏｐｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｌｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｐｒｉｓｍ ｓｈｅｅｔｓ」（Ｏｐｔ． Ｅｎｇ． ４５（８）、０８４００４（２００６年８月２２日）． ｄｏｉ： １０．１ １１７／１．２３３５８７１）では、金属のプリズムシートの光の透過および反射の特性が、幾何光学の手法に基づいて研究されている。任意の放射強度プロフィールを伴う入射光について、単一の金属のプリズムシートによって透過および反射させられる光の放射強度プロフィールを見つけ出すための分析方法が提示されている。隣接するプリズムシート同士の間の簡単な相互作用モデルによって、単一のプリズムシートについての分析方法が、いくつかのプリズムシートから成るプリズムシート層を分析するために一般化させられる。単一のプリズムシートおよびプリズムシート層の光の透過および反射の特性が比較される。金属のプリズムシートが、液晶表示装置のための半透過装置または輝度向上膜に適切に適用可能であり得ることが見られる。
その内容が本明細書において参照によりその全体において組み込まれているＨｏｎｇｅｎ Ｌｉａｏ、Ｍａｋｏｔｏ Ｉｗａｈａｒａ、Ｎｏｂｕｈｉｋｏ Ｈａｔａ、およびＴａｋｅｙｏｓｈｉ Ｄｏｈｉによる論文「Ｈｉｇｈ−ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｖｉｄｅｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｕｌｔｉｐｒｏｊｅｃｔｏｒ」（Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｖｏｌ． １２、Ｉｓｓｕｅ ６、１０６７〜１０７６頁（２００４年））は、インテグラルビデオグラフィのための微小レンズ配列の使用を開示している。
その内容が本明細書において参照によりその全体において組み込まれているｉｏｐｓｃｉｅｎｃｅ．ｉｏｐ．ｏｒｇにおいて入手可能なＪｏｈａｎｎｅｓ ＣｏｕｒｔｉａｌおよびＪｏｈｎ Ｎｅｌｓｏｎによる記事「Ｒａｙ−ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｓｅｕｄｏｓｃｏｐｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｄｏｖｅ−ｐｒｉｓｍ ａｒｒａｙｓ」は、小さな並べられたドーブプリズムの配列から成るシートが、光線方向の一成分を局所的に（プリズムの幅の規模において）反転させることができる。
その内容が本明細書において参照によりその全体において組み込まれているｌａｓｅｒｆｏｃｕｓｗｏｒｌｄ．ｃｏｍにおいて入手可能な２００７年１月９日の日付とされた記事「ＦＬＡＴ−ＰＡＮＥＬ ＤＩＳＰＬＡＹＳ： Ｗａｖｙ ｐｒｉｓｍ ｓｈｅｅｔ ｍａｋｅｓ ＬＣＤｓ ｌｏｏｋ ｂｅｔｔｅｒ」では、ＬＣＤをより良好に見せるための波状プリズムシートの使用が論述されている。
その内容が本明細書において参照によりその全体において組み込まれているＣｏｎｌｅｙへの米国特許第４，４１４，３１６号は、三次元の光学的効果を生み出すための使用に適し、均一な全体厚さを有することと、均一な細かい定義および品質のレンチキュラー形成を有することとによって特徴付けられる柔軟で複合的な透明レンチキュラースクリーンシートを開示している。レンチキュラー形成は、レンチキュラースクリーンシートを通じて高品質な三次元の光学的効果を提供するために、複合シートの全体厚さと正確に相関させられた均一な焦点距離を有する。
その内容が本明細書において参照によりその全体において組み込まれているＣｏｎｌｅｙらへの米国特許第６，９９５，９１４号は、異方性光学特性を有するレンチキュラーシートを製作する方法を開示している。
その内容が本明細書において参照によりその全体において組み込まれているＲａｙｍｏｎｄらへの米国特許第７，７３１，８１３号は、インターレース画像を表示するための装置を作り出す方法を開示している。方法は、透明な材料の膜を提供するステップと、膜の第１の側において平行なレンズセットを形成し、次に、細長い画像要素のセットを含むインターレース画像を膜の第２の側に接合することによって、膜にレンズ配列を作り出すステップとを含む。
その内容が本明細書において参照によりその全体において組み込まれているＮｉｅｍｕｔｈへの米国特許第８，４１１，３６３号は、少なくとも２つの部分を有する第１の表面と、反対の第２の表面と、第１の表面に形成された複数のレンチキュラーレンズとを備えるレンチキュラーシートを開示している。第１の表面の各々部分は、第１の表面の隣接する部分の１センチメートル当たりのレンチキュラーレンズの数と異なる１センチメートル当たりのレンチキュラーレンズの数を含む。
それらの内容が本明細書において参照によりそれらの全体において組み込まれているＧｏｇｇｉｎｓへの米国特許出願公開第２００４／０１３６０７９号および米国特許出願公開第２００５／０２８６１３４号は、レンチキュラーレンズとレンズを製造するための方法とを開示しており、具体的にはレンズがレンチキュラーレンズウェブである場合、それによってレンズの最終的な動作および様々な最終使用用途が、レンズウェブの製造に合わせて達成または適合させられ得る。
回折格子は、光の回析および干渉によってスペクトルを生成する非常に密な平行な線で規定されたガラス、プラスチック、または金属の板である。回折格子は、異なる方向で進むいくつかの光線へと分割および解析する周期的構造を伴う光学的構成要素である。出現した着色は、構造的な着色の形態である。光線の方向は、回析光子が分散要素として作用するように、回析光子の間隔および光の波長に依存する。ホログラフィック回折格子は、非常に効率的なエンボス加工されたホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）である。回折格子は、異なるガス管および他の光源からのスペクトルを直接的に見ること、および、そのようなスペクトルの分析に使用される。
米国特許第４，４１４，３１６号 米国特許第６，９９５，９１４号 米国特許第７，７３１，８１３号 米国特許第８，４１１，３６３号 米国特許出願公開第２００４／０１３６０７９号 米国特許出願公開第２００５／０２８６１３４号
ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ−ｓｈｅｅｔｓ．ｌｐｃｅｕｒｏｐｅ．ｅｕ ＶｉＣＧＩ．ｃｏｍのドメインにおいて発行されているＣＧ Ｓｈｅｎｇによる「Ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｒｉｇｈｔ Ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ Ｓｈｅｅｔ ｆｏｒ Ｉｎｋｊｅｔ Ｐｒｉｎｔｅｒ」 ｏｕｔｅｒａｓｐｅｃｔ．ｃｏｍのドメインにおいて発行されているＤａｖｉｄ Ｅ． Ｒｏｂｅｒｔｓによる「Ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ Ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｍｅｔｈｏｄｓ」 ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｃｏｍのサイトにおける「Ｔｈｅ Ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｐｒｉｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ」 Ｈｗｉ ＫｉｍおよびＢｙｏｕｎｇｈｏ Ｌｅｅによる論文「Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｏｐｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｌｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｐｒｉｓｍ ｓｈｅｅｔｓ」（Ｏｐｔ． Ｅｎｇ． ４５（８）、０８４００４（２００６年８月２２日）． ｄｏｉ： １０．１ １１７／１．２３３５８７１） Ｈｏｎｇｅｎ Ｌｉａｏ、Ｍａｋｏｔｏ Ｉｗａｈａｒａ、Ｎｏｂｕｈｉｋｏ Ｈａｔａ、およびＴａｋｅｙｏｓｈｉ Ｄｏｈｉによる「Ｈｉｇｈ−ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｖｉｄｅｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｕｌｔｉｐｒｏｊｅｃｔｏｒ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｖｏｌ． １２、Ｉｓｓｕｅ ６、１０６７〜１０７６頁（２００４年） ｉｏｐｓｃｉｅｎｃｅ．ｉｏｐ．ｏｒｇにおいて入手可能なＪｏｈａｎｎｅｓ ＣｏｕｒｔｉａｌおよびＪｏｈｎ Ｎｅｌｓｏｎによる「Ｒａｙ−ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｓｅｕｄｏｓｃｏｐｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｄｏｖｅ−ｐｒｉｓｍ ａｒｒａｙｓ」 ｌａｓｅｒｆｏｃｕｓｗｏｒｌｄ．ｃｏｍにおいて入手可能な２００７年１月９日の日付とされた記事「ＦＬＡＴ−ＰＡＮＥＬ ＤＩＳＰＬＡＹＳ： Ｗａｖｙ ｐｒｉｓｍ ｓｈｅｅｔ ｍａｋｅｓ ＬＣＤｓ ｌｏｏｋ ｂｅｔｔｅｒ」
本発明は、太陽光パネルで同定される前述の問題のうちの少なくとも一部を解決するために、レンチキュラーのシートまたは円筒などの屈折−反射構造、鏡などの反射パネル、および回折格子シートを利用することを試みている。
本発明の一態様によれば、受光表面、ならびに、上方縁および下方縁を有するフレームを有する太陽光パネルと、複数の屈折要素を備える第１の側、および第２の側を有する第１の屈折−反射シートとを備える、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムが提供される。第１の屈折−反射シートは、太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力を増幅するために、前記下方縁の前で前記下方縁の近くに配置される。
一実施形態では、第１の屈折−反射シートの第２の側も複数の屈折要素を有する。
第１の屈折−反射シートは、レンチキュラーシート、線状プリズムシート、配列プリズムシート、および、複数の球面レンズを備える配列プリズムシートのうちの１つであり得る。
一実施形態では、第１の屈折−反射シートはレンチキュラーシートを備え、前記複数の屈折要素は複数の線状レンチキュラーレンズを備える。
太陽光パネルは、薄膜太陽光パネル、多結晶太陽光パネル、および単結晶シリコン太陽電池であり得る。
一実施形態では、第１の屈折−反射シートは、複数の線状レンチキュラーレンズが前記太陽光パネルの前記受光表面に対して垂直な方向に延びるように配置される。
一実施形態では、システムは、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、前記第１の屈折−反射シートに隣接して配置される前記第１の屈折−反射シートと同様の第２の屈折−反射シートをさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、前記第１の屈折−反射シートの上に配置される第２の屈折−反射シートをさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、前記太陽光パネルの前記上縁の略上方に配置されて配向される前記第１の屈折−反射シートと同様の第２の屈折−反射シートをさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、太陽光が屈折−反射シートを通過するとともに前記屈折要素の作用によって拡散して前記太陽光パネルの前記表面へと注ぐことによって、前記太陽光パネルの前記受光表面における影を照らし、前記影の結果として低減した前記出力をさらに増幅させるように、前記太陽光パネルの前で位置決めされて配向される立設屈折−反射シートをさらに備える。
一実施形態では、立設屈折−反射シートは、より多くの太陽光を通過させることができるように、反射防止被覆で被覆される、または、反射防止膜を備える。
一実施形態では、第１の屈折−反射シートの第２の側は、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、色または反射媒体で被覆される滑らかな表面を有する。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、前記出力をさらに増幅するために追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させる一方で前記太陽光パネルの焼けを防止するために、前記第１の屈折−反射シートの下に配置される反射パネルをさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、前記出力をさらに増幅するために追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させる一方で前記太陽光パネルの焼けを防止するために、前記第１の屈折−反射シートの下に配置される反射パネルをさらに備える。
一実施形態では、前記反射パネルは、明るい色の付けられた表面を有するパネル、または鏡を備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、前記第１の屈折−反射シートの下に配置される第１の湾曲支持表面をさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、前記第１の屈折−反射シートおよび前記第２の屈折−反射シートの下にそれぞれ配置される第１の湾曲支持表面および第２の湾曲支持表面をさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、反射パネルの上方に配置され、第１の屈折−反射シートを支持する透明湾曲支持表面をさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、前記出力をさらに増幅するように追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させるために、前記太陽光パネルの右および左に位置決めされて配向される右立設屈折−反射シートおよび左立設屈折−反射シートをさらに備える。
一実施形態では、前記出力をさらに増幅するように追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させるために、前記太陽光パネルの右および左に位置決めされて配向される右立設反射パネルおよび左立設反射パネルをさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、前記太陽光パネルの周りに配置されて配向される上反射パネル、左反射パネル、および右反射パネルをさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させるために、前記太陽光パネルの右および左に位置決めされて配向される右立設反射パネルおよび左立設反射パネルと、前記出力をさらに増幅するために前記追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと拡散させる一方で太陽光パネルの焼けを防止するために、前記右立設反射パネルおよび前記左立設反射パネルにそれぞれ位置決めされる右立設屈折−反射シートおよび左立設屈折−反射シートとをさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、前記出力をさらに増幅するために前記追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと拡散させる一方で太陽光パネルの焼けを防止するために、前記右立設反射パネルおよび前記左立設反射パネルにそれぞれ位置決めされる右立設屈折−反射シートおよび左立設屈折−反射シートと、上反射パネル、前記上反射パネルの下方に位置決めされる上湾曲支持表面、および、前記上湾曲支持表面の下方に位置決めされる上屈折−反射シートとをさらに備える。前記上反射パネル、前記上屈折−反射シート、および前記上湾曲支持表面は、前記出力をさらに増幅するために追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させる一方で太陽光パネルの焼けを防止するために、すべて一体に積み重ねられて配向される。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅する一方で太陽光パネルの焼けを防止するために、屈折−反射材料の側方ストリップで覆われて配向される反射材料の少なくとも１つの側方ストリップをさらに備える。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、反射された太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと拡散させることによって前記出力をさらに増幅する一方で前記太陽光パネルの焼けを防止するために、前記屈折−反射シートの上に配置される回折格子シートをさらに備える。
本発明の別の態様では、受光表面、ならびに、上方縁および下方縁を有するフレームを有する太陽光パネルと、複数の屈折要素を備える外側側方表面、および内側表面を有する少なくとも１つの屈折−反射円筒とを備える、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムが提供される。前記少なくとも１つの屈折−反射円筒は、太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力を増幅するために、前記下方縁の前で前記下方縁の近くに配置される。
一実施形態では、前記少なくとも１つの屈折−反射円筒の前記外側表面および前記内側表面の少なくとも一方は、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、反射材料で被覆される。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、前記少なくとも１つの屈折−反射円筒の内側に配置される反射側方外側面を有する反射円筒をさらに備える。
本発明のなおも別の態様では、受光表面、ならびに、上方縁および下方縁を有するフレームを有する太陽光パネルと、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために配向される下反射パネル、右反射パネル、および左反射パネルと、前記太陽光パネルの焼けを防止するように、前記下反射パネル、前記右反射パネル、および前記左反射パネルからの反射された太陽光を拡散するために、前記受光表面の前に位置決めされる屈折−反射シートとを備える太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムが提供される。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために配向される上反射パネルをさらに備える。
本発明のなおも別の態様では、受光表面、ならびに、上方縁および下方縁を有するフレームを有する太陽光パネルと、太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射および拡散させることによって前記出力を増幅するための回折格子シートとを備える太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムが提供される。
一実施形態では、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムは、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって、前記太陽光パネルによって生成される前記出力電力を増幅するために、前記回折格子シートの下に配置される反射パネルをさらに備える。別の実施形態では、前記回折格子の下側が、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって、前記太陽光パネルによって生成される前記出力電力を増幅するために、反射材料で被覆される。
本発明のなおも別の態様によれば、第１の側および第２の側を有する屈折−反射シートを、太陽光がシートの第１の側および第２の側の一方に当たり、太陽光パネルの表面へと反射するように、太陽光パネルの前に近接してその略前に配置するステップを含む、影が表面の一部分に投じられている太陽光パネルによって生成される電力を増幅する方法が提供される。屈折−反射シートは、反射した太陽光を太陽光パネルの表面にわたって拡散し、それによって、太陽光パネルの表面における影を照らすことで、太陽光パネルを暗くさせないようにし、それにより太陽光パネルによって生成される出力電力を増幅する。
一実施形態では、第１の側は複数の屈折要素を有し、第２の側は滑らかな表面を備える。別の実施形態では、第１の側および第２の側は複数の屈折要素を各々有する。
一実施形態では、屈折−反射シートを配置するステップは、太陽光が第１の側に当たり、太陽光パネルの表面に反射するように、複数の屈折要素を有する第１の側を上に向けるように配置することを含む。方法は、屈折−反射シートの第２の側の滑らかな表面を色または反射媒体で被覆するステップを含んでもよい。
別の実施形態では、屈折−反射シートを配置するステップは、太陽光が第２の側に当たり、太陽光パネルの表面に反射するように、滑らかな表面を有する第２の側を上に向けるように配置することを含む。
一実施形態では、屈折−反射シートはレンチキュラーシートであり、前記複数の屈折要素は複数のレンチキュールを備える。複数のレンチキュールは線状または非線状であり得る。
別の実施形態では、屈折−反射シートは線状プリズムシートである。
なおも別の実施形態では、屈折−反射シートは配列プリズムシートである。配列プリズムシートは複数の球面レンズを備えてもよい。
一実施形態では、屈折−反射シートは、追加の太陽光を屈折−反射シートに通して太陽光パネルの表面へと反射する反射パネルの上に配置される。反射パネルは、明るい色の付けられた表面、または、鏡などの反射表面を伴うパネルを備え得る。
一実施形態では、屈折−反射シートは矩形で平坦である。別の実施形態では、屈折−反射シートは円筒へと形成される。なおも別の実施形態では、屈折−反射シートは、太陽光パネルに向かう複数の角度から太陽光を方向付けるための凹状の皿体を形成する。なおも別の実施形態では、屈折−反射シートは、太陽光パネルにわたって太陽光をさらに分散させるために、凸状のパネルを形成する。
一実施形態では、太陽光パネルおよび屈折−反射シートは、太陽光を追跡するために移動可能である。別の実施形態では、屈折−反射シートは、太陽光の収集を向上させるために、主要な時間に太陽に向けて方向付けられる。
一実施形態では、太陽光パネルは、塔に備え付けられる複数の太陽光パネルを備える。
一実施形態では、太陽光パネルは薄膜太陽光パネルを備える。別の実施形態では、太陽光パネルは単結晶シリコン太陽電池を備える。なおも別の実施形態では、太陽光パネルは、太陽光屋根板などの太陽光屋根材を備える。
本発明の別の態様では、太陽光パネルの出力電力を増幅する前述の方法のうちのいずれか１つを実施するための、太陽光パネルおよび屈折−反射シートを備える、太陽光パネルの出力電力を増幅するためのシステムが提供される。
本発明のなおも別の態様では、物体と太陽光パネルとの間に第１の側および第２の側を有する屈折−反射シートを、太陽光がシートの第１の側およびシートの第２の側の一方に入り、反対側を介して太陽光パネルへと出て行くように配置するステップを含む、物体の影が表面の一部分に投じられている太陽光パネルによって生成される出力電力を増幅する方法が提供される。屈折−反射シートは、太陽光を太陽光パネルの表面にわたって拡散し、それによって、太陽光パネルの表面における影を照らすことで、太陽光パネルを暗くさせないようにし、それにより太陽光パネルによって生成される出力電力を増幅する。
一実施形態では、第１の側は複数の屈折要素を有し、第２の側は滑らかな表面を備える。別の実施形態では、第１の側および第２の側は複数の屈折要素を各々有する。
一実施形態では、屈折−反射シートを配置するステップは、太陽光が第１の側に入り、滑らかな表面を有する第２の側を出て行くように、複数の屈折要素を有する第１の側を太陽光の源に向けるように配置することを含む。
別の実施形態では、屈折−反射シートを配置するステップは、太陽光が第２の側に入り、複数の屈折要素を有する第１の側を出て行くように、滑らかな表面を有する第２の側を太陽光の源に向けるように配置することを含む。
一実施形態では、屈折−反射シートはレンチキュラーシートであり、前記複数の屈折要素は複数のレンチキュールを備える。
別の実施形態では、屈折−反射シートは複数の凸レンズを備える。
なおも別の実施形態では、屈折−反射シートはドーブプリズムの配列を備える。
さらなる実施形態では、屈折−反射シートは波状プリズムシートである。
一実施形態では、屈折−反射シートは、太陽光パネルへと略平行な方向で配置される。
一実施形態では、屈折−反射シートは、より多くの太陽光を通過させることができるように、反射防止被覆で被覆される。別の実施形態では、屈折−反射シートは、より多くの太陽光を通過させることができるように、反射防止膜をさらに備える。
本発明のなおも別の態様では、物体と太陽光パネルとの間に第１の側および第２の側を有する第１の屈折−反射シートを、太陽光がシートの第１の側およびシートの第２の側の一方に入り、反対側を介して出て行くように配置するステップと、第１の側および第２の側を有する第２の屈折−反射シートを、第１の屈折−反射シートを出て行く太陽光が第２の屈折−反射シートで跳ねかえって太陽光パネルの表面へと反射するように、太陽光パネルの前に近接してその略前に配置するステップとを含む、影が表面の一部分に投じられている太陽光パネルのために出力電力を増幅する方法が提供される。第１および第２の屈折−反射シートの各々は、太陽光を太陽光パネルの表面にわたって拡散し、それによって、太陽光パネルの表面における影を照らすことで、太陽光パネルを暗くさせないようにし、それにより太陽光パネルによって生成される出力電力を増幅する。
一実施形態では、方法は、追加の太陽光を第１の屈折−反射シートに通して太陽光パネルの表面へと反射するために、反射パネルを第１の屈折−反射シートの下に配置するステップをさらに含む。
本発明のなおも別の態様では、太陽光パネルの出力電力を増幅する前述の方法を実施するために、太陽光パネルと、第１の屈折−反射シートと、第２の屈折−反射シートとを備える、太陽光パネルの出力電力を増幅するためのシステムが提供される。
ここで、実施形態が、添付図を参照して、例だけを用いて説明される。
太陽光パネルによって生成される電流の測定を提供するマルチメータと共に示された、本発明の様々な実施形態を示すための２つの太陽光パネルのシステムの斜視図である。 １つのパネルに物体の影が投じられている太陽光パネルの別のシステムの斜視図である。 先行技術において知られているような、片側が線状レンチキュラーシートの形態での屈折−反射シートの斜視図である。 先行技術において知られているような、線状プリズムシートの形態での屈折−反射シートの斜視図である。 フライアイレンズとして知られている球形の凸レンズ要素を備えるプリズム配列シートの形態での屈折−反射シートの斜視図である。 本発明の実施形態による、太陽光パネルの出力電力を増幅するために、太陽光パネルのうちの１つの下方縁の前においてその下方縁の近くで地面に位置決めされた屈折−反射シートを、太陽光が屈折−反射シートで反射することで太陽光パネルの表面へと反射するように備える、図１Ｂのシステムの斜視図である。 物体の影が２つの太陽光パネルのいずれにも投じられていない状態での図１Ａのシステムの斜視図である。 本発明の実施形態による、太陽光パネルの出力電力を増幅するために、太陽光パネルのうちの１つの下方縁の前においてその下方縁の近くで地面に位置決めされた２つの隣接する屈折−反射シートを、太陽光が屈折−反射シートで反射することで太陽光パネルの表面へと反射するように備える、図１Ａのシステムの斜視図である。 本発明の実施形態による、２つの屈折−反射シートが互いの上に積み重ねられ、太陽光パネルの下方縁の前においてその下方縁の近くで地面に位置決めされていることを除いて、図３に示したようなシステムの斜視図である。 本発明の実施形態による、追加の太陽光を同じ太陽光パネルの表面へと反射するために、第３の屈折−反射シートが２つの積み重ねられた屈折−反射シートに隣接して地面に配置されている、図４に示したようなシステムの斜視図である。 本発明の実施形態による、１つの屈折−反射シートが、太陽光パネルのうちの１つの下方縁の前においてその下方縁の近くで地面に配置されており、別の屈折−反射シートが、太陽光を同じ太陽光パネルの表面へと反射するために、その太陽光パネルの上縁の近くに位置決めされて角度の付けられている、図２Ｂに示したようなシステムの斜視図である。 本発明の実施形態による、太陽光パネルの出力電力を増幅するために、太陽光が屈折−反射シートを貫いて太陽光パネルの表面へと通過するように、影が表面の一部を暗くしている太陽光パネルの前に位置決めされた立設屈折−反射シートを備える、図１Ｂのシステムの斜視図である。 本発明の実施形態による、太陽光パネルの出力電力を増幅するために、太陽光が屈折−反射シートを貫いて太陽光パネルの表面へと通過するように、太陽光パネルの前に位置決めされた立設屈折−反射シートを備える、図１Ａのシステムの斜視図である。 本発明の実施形態による、太陽光パネルの出力電力を増幅するために、太陽光パネルの下方縁の近くで太陽光パネルの前において地面に配置された第１の屈折−反射シートと、その太陽光パネルの前に位置決めされた第２の立設屈折−反射シートとを備える、図１Ｂのシステムの斜視図である。 物体の影が太陽光パネルのいずれにも投じられていない状態での図８Ａの実施形態の斜視図である。 先行技術において知られているような、太陽光パネルの出力電力を増幅するための、陰によって一部が暗くされる太陽光パネルへと太陽光を反射するための鏡などの反射パネルを備える、図１Ｂのシステムの斜視図である。 物体の影が２つの太陽光パネルのいずれにも投じられていない状態での図９Ａのシステムの斜視図である。 反射材料で被覆された屈折−反射シートを使用する、図９Ｂのシステムと同様のシステムの斜視図である。 本発明の実施形態による、太陽光パネルの出力電力を増幅するために、反射パネルに配置された屈折−反射シートを備える、図９Ａのシステムの斜視図である。 物体の影が２つの太陽光パネルのいずれにも投じられていない状態での図１１Ａの実施形態の斜視図である。 本発明の実施形態による、反射パネルの上に配置された反射材料で被覆された屈折−反射シートを追加的に有する、図９Ｂのシステムと同様のシステムの斜視図である。 本発明の実施形態による、１つの屈折−反射シートが、太陽光パネルのうちの１つの下方縁の前においてその下方縁の近くで地面に配置されている反射材料で被覆されており、別の屈折−反射シートが、太陽光を同じ太陽光パネルの表面へと反射するために、その太陽光パネルの上縁の近くに位置決めされて角度の付けられている反射材料で被覆されている、図１２に示したようなシステムの斜視図である。 太陽光パネルによって生成される電力について、立設屈折−反射シートによって投じられた影の影響と、暗くする物体の影響とを比較するための、図１Ａの太陽光パネルのシステムと同様の太陽光パネルのシステムの斜視図である。 比較のための基準値を確立するために、電圧測定で示された２つの薄膜で７ワットの太陽光パネルのシステムの図である。 比較のための基準値を確立するために、電流測定で示された図１５Ａの太陽光パネルのシステムの図である。 電流測定で示された、物体の影が２つの太陽光パネルの一方に投じられている、図１５Ａの太陽光パネルのシステムの図である。 電圧測定で示された図１６Ａの太陽光パネルのシステムの図である。 電流測定で示された、太陽光パネルの下方縁の近くで太陽光パネルの前において地面に配置された鏡などの反射パネルを備える、図１６Ａの太陽光パネルのシステムの図である。 電圧測定で示された図１７Ａの太陽光パネルのシステムの図である。 電流測定で示された、太陽光パネルの下方縁の近くで太陽光パネルの前において地面に配置された屈折−反射シートを備える、図１６Ａの太陽光パネルのシステムの図である。 電圧測定で示された図１８Ａの太陽光パネルのシステムの図である。 電流測定で示された、太陽光パネルの下方縁の近くで太陽光パネルの前において地面に配置された鏡などの反射パネルと、反射パネルの上における屈折−反射シートとを備える、図１６Ａの太陽光パネルのシステムの図である。 電圧測定で示された図１９Ａの太陽光パネルのシステムの図である。 電流測定で示された、太陽光パネルの下方縁の近くで太陽光パネルの前において地面に配置され、太陽光パネルの下方縁の近くで太陽光パネルに対して直角に配置された３つの屈折−反射シートを備える、図１５Ａにおけるような太陽光パネルのシステムの図である。 電圧測定で示された図２０Ａの太陽光パネルのシステムの図である。 第１の太陽光パネルの下方縁の近くで第１の太陽光パネルの前において地面に配置され、第１の太陽光パネルに対して直角を有している３つの反射パネルと、第２の太陽光パネルの下方縁の近くで第２の太陽光パネルの前において地面に配置され、第２の太陽光パネルに最適な角度を有する、各々が屈折−反射シートを上に有する３つの反射パネルとを備える太陽光パネルのシステムの図である。 両方の太陽光パネルが反射パネルに対して最適な角度を有している、図２１のシステムと同様の太陽光パネルのシステムの図である。 両方の太陽光パネルが反射パネルに対して直角を有している、図２１のシステムと同様の太陽光パネルのシステムの図である。 本発明の実施形態による、複数の屈折−反射円筒を伴う太陽光パネルの正面斜視図である。 反射ボール紙材料から作られたボール紙円筒の図である。 太陽光パネルの下方縁の前でその下方縁の近くに位置決めされている屈折−反射円筒を伴う太陽光パネルの電流を対照用太陽光パネルと比較するためのシステムの斜視図である。 図２５Ａに示されているような太陽光パネルの下方縁の前においてその下方縁の近くで位置決めされている屈折−反射円筒を伴う太陽光パネルの電圧を対照用太陽光パネルと比較するためのシステムの斜視図である。 電流測定で示された、図２４Ｂに示されているような反射ボール紙材料から作られた円筒が屈折−反射円筒に追加的に嵌め込まれている、図２５Ａのシステムと同様のシステムの斜視図である。 電圧測定で示された、図２６Ａのシステムと同様のシステムの斜視図である。 電流測定で示された、図２５Ａに示されているような太陽光パネルの下方縁の前においてその下方縁の近くで位置決めされている屈折−反射円筒を伴う太陽光パネルの性能を、太陽光パネルの下方縁の前においてその下方縁の近くで配置されている屈折−反射シートを有する別の太陽光パネルの性能と比較するためのシステムの斜視図である。 電圧測定で示された、図２７Ａのシステムと同様のシステムの斜視図である。 太陽光線を反射するために屈折−反射シートが取り付けられており、太陽光パネルのうちの１つの下方縁の前でその下方縁の近くに配置されている透明ライオットシールドを有する１つのパネルを伴う太陽光パネルのシステムの斜視図である。 追加のライオットシールドが、そのライオットシールドに取り付けられて同じ太陽光パネルの上縁の上方で保持されている屈折−反射シートを有する、図２８のシステムと同様のシステムの斜視図である。 鏡などの反射パネルがライオットシールドの下に配置されている、図２８のシステムと同様のシステムの斜視図である。 ライオットシールドが前に配置されている同じ太陽光パネルの側方に配置された２つの立設屈折−反射シートを追加的に有する、図３０のシステムと同様のシステムの斜視図である。 ライオットシールドが前に配置されている同じ太陽光パネルの側方に配置された２つの立設反射パネルを追加的に有する、図３０のシステムと同様のシステムの斜視図である。 １つのパネルの前でそのパネルの下方縁の近くで配置されている反射材料で被覆された屈折−反射シートと、太陽光線を反射するために同じパネルの側方と上方とに配置された３つの反射パネルとを有する太陽光パネルの斜視図である。 太陽光線を太陽光パネルへと反射させるために、線状レンチキュラーレンズの最適な極性となるようにされている、４つの線状レンチキュラーシートによって包囲された太陽光パネルを示す図である。 ４つの線状レンチキュラーシートが太陽光パネルに対して凸状の様態で湾曲されている、図３４の図と同様の図である。 ４つの線状レンチキュラーシートが太陽光パネルに対して凹状の様態で湾曲されている、図３４の図と同様の図である。 太陽光パネルに対して、２つの線状レンチキュラーシートが凸状の様態で湾曲されており、２つの線状レンチキュラーシートが凹状の様態で湾曲されている、図３４の図と同様の図である。 太陽光線を太陽光パネルへと反射させるために、線状レンチキュラーレンズの最適未満の極性となるようにされている、４つの線状レンチキュラーシートによって包囲された太陽光パネルを示す図である。 ４つの線状レンチキュラーシートが太陽光パネルに対して凸状の様態で湾曲されている、図３８の図と同様の図である。 電流測定で示された、反射パネルによって３つの側から包囲されている１つのパネルが、反射パネルと、反射パネルの上に配置された屈折−反射シートとから各々成る、太陽光パネルのシステムの斜視図である。 電圧測定で示された図４０Ａのシステムの図である。 影が太陽パネルのうちの１つに投じられている、図４０Ａと同様のシステムの図である。 影が太陽パネルのうちの１つに投じられている、図４０Ｂと同様のシステムの図である。 反射パネルで４つの側から包囲されている１つの太陽光パネルを伴い、そのうちの２つは、太陽光パネルの側方に配置されたレンチキュラーシートで覆われた鏡であり、そのうちの２つは、上および下で裏に鏡を有する透明なライオットシールドである、太陽光パネルのシステムの斜視図である。 反射パネルで４つの側から包囲されている１つの太陽光パネルを伴い、そのうちの３つはその太陽光パネルの側方および下に配置されたレンチキュラーシートで覆われた鏡であり、１つはレンチキュラーシートで覆われ、裏に鏡を有するライオットシールドなどの透明な表面である、太陽光パネルのシステムの斜視図である。 屈折−反射シートで覆われた３つの反射パネルが太陽光パネルのうちの１つの下方縁の前でその下方縁の近くに配置されている１つのパネルを伴う、太陽光パネルのシステムの斜視図である。 反射パネルおよび屈折−反射シートカバーを有するパネルの両側に配置された屈折−反射シートカバーを伴う２つ立設反射パネルを追加的に有する、図４４のシステムの斜視図である。 湾曲させられ、反射体パネルを有するパネルの前に配置されたレンチキュラーシートなどの屈折−反射シートを追加的に有する図４０Ａのシステムの斜視図である。 図４６Ａのシステムの上面図である。 屈折−反射シートが３つの反射パネルに配置されていない、図４６Ａのシステムと同様のシステムの斜視図である。 他の反射パネルによって包囲されている太陽光パネルの上縁の上方でその上縁の近くに保持された鏡などの反射パネルを追加的に備える、図４７のシステムと同様のシステムの斜視図である。 屈折−反射シートカバーを伴う４つの反射パネルを１つパネルの下縁の前でその下縁の近くに有し、追加的に、そのパネルの側縁に取り付けられた屈折−反射シートカバーを有する反射材料の２つのストリップを有する１つのパネルを伴う太陽光パネルのシステムの斜視図である。 そのパネルの上縁に取り付けられた屈折−反射カバーを有する反射材料の追加のストリップを特徴とする、図４９のシステムと同様のシステムの斜視図である。 １つのパネルが、屈折−反射シートの上に配置された回折格子シートを追加的に有する、屈折−反射カバーシートを伴う反射パネルを下縁の前でその下縁の近くに各々有する２つの太陽光パネルのシステムの斜視図である。
先に記載された発明の背景は、先行技術において知られている具体的な問題を特定しているが、本発明は、一部では、新規の有用な適用例を提供する。
図１Ａは、２つの３０ワットの単結晶太陽光パネル４０、４５の先行技術のシステムの斜視図である。太陽光パネル４０の出力電流と太陽光パネル４５の出力電流とは実質的に同じであり、これを様々な構成を比較するための良好なシステムにしている。図１Ｂは、２．５ワットの非晶質（薄膜）太陽光パネル４０、４５の別の先行技術のシステムの斜視図であり、一方の太陽光パネル４０は、太陽光１０が太陽光パネルに向けて方向付けられているため、物体２０の影３０が投じられている。２つのマルチメータ６０、６５が、太陽光パネル４０および４５の出力電流をそれぞれ測定するために使用される。太陽光パネル４０の一部分を暗くする部分的な影であっても、出力電流に大きな影響を有し、そのため出力電力にも大きな影響を有することが観測されている。この例では、パネル４０および４５は薄膜太陽光パネルである。図示されているように、マルチメータ６５は、パネル４５については０．１Ａの出力電流を示しており、パネル４０については０．０１Ａ（１０ｍＡ）の出力電流を示している。パネル４０の表面の一部分だけが物体２０の影３０によって暗くされているが、出力電流における低下はおおよそ９０％である。
図１Ｃは、先行技術において知られているような、片側が線状レンチキュラーシート８００の形態での屈折−反射シートの斜視図である。線状レンチキュラーシート８００は、その第１の側における複数の屈折要素を、複数の線状レンチキュール８１０の形態で有する。図１Ｄは、先行技術において知られているような、線状プリズムシート９００の形態での屈折−反射シートの斜視図である。線状プリズムシート９００は、その一方の側における複数の屈折要素を、複数の線状プリズム要素９１０の形態で有する。図１Ｅは、フライアイレンズとして知られている球形の凸レンズ要素を備えるプリズム配列シートの形態での屈折−反射シートの斜視図である。配列プリズムシート１０００は球形要素１０１０を備える。他の実施形態（図示せず）では、プリズム要素は円錐形、ピラミッド形、ドーブプリズムなどであってもよい。さらなる実施形態（図示せず）では、屈折−反射シートは波状プリズムシートであってもよい。上記の実施形態のいずれにおいても、屈折要素は、第１の側に加えて、第２の側（図示せず）に形成または位置されてもよい。
本発明者は、後で説明しているように、影の存在において太陽光パネルの出力を増幅するために、太陽光パネルと併せて図１Ｃ〜図１Ｅに示された屈折−反射シートと、他の反射パネルとを使用している。
図２Ａは図１Ｂのシステムの斜視図であり、本発明の実施形態による、影３０を低減するための屈折−反射シート１００を特徴としている。屈折−反射シート１００は、概して、太陽光パネル４０の下方縁の近くで太陽光パネル４０の前において地面に平坦に配置されている。屈折−反射シート１００は、影３０に覆われた領域の周りの領域から太陽光を受ける。受けた太陽光は、太陽光パネル４０の表面へと反射および拡散させられる。これは、パネル４０における影部分２３０がより照らされ、図１Ｂの元の影３０より暗くならない結果となる。結果として、マルチメータ６０の出力電流が約０．０２Ａになると観測された。太陽光パネルの部分を暗くする影を何ら有していない太陽光パネル４５によって生成される出力電流（０．１０Ａ）よりなおも８０％低いが、太陽光パネル４０の前において地面に配置された屈折−反射シート１００を伴うパネル４０の出力電流は、図１Ｂに示されているような屈折−反射シート１００を使用しない太陽光パネル４０の出力電流の２倍（つまり、１００％の上昇）である。出力電圧におけるわずかな変化が観測された。太陽光パネルの出力電力は出力電圧と出力電流との積に等しいため、出力電流における増加は出力電力における同様の増加を作り出す。したがって、図２Ａについて、屈折−反射シート１００の使用は、影によって部分的に暗くされる太陽光パネルの出力電力を１００％向上させる。
図２Ｂは、２つの太陽光パネル４０および４５のいずれかに投じられる物体の影なしで、図２Ａの実施形態と同じ様態で屈折−反射シート１００が太陽光パネル４０の前において地面に配置されている、図１Ａのシステムの斜視図である。それによって、太陽光に曝されている太陽光パネル４５は、マルチメータ６５によって指示されているように１．１６Ａの電流を生成した。太陽光パネル４０の前における太陽光パネル４０の下方縁の近くで地面での屈折−反射シート１００の配置は、追加の太陽光１０を太陽光パネル４０へと反射させた。結果として、太陽光パネル４０によって生成され、マルチメータ６５によって指示された出力電流は、太陽光パネル４５の出力電流より大きい１．３０Ａで観察された。したがって、太陽光パネル４０の前における地面に配置された屈折−反射シート１００の使用は、同じ量の太陽光１０に曝されるとき、出力電力をおおよそ１２％だけ向上させる。
図３は、本発明の実施形態による、太陽光パネルの出力電力を増幅するために、太陽光パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くで地面に位置決めされた２つの隣接する屈折−反射シート１００および１０２を、太陽光１０が屈折−反射シート１００および１０２で反射することで太陽光パネル４０の表面へと反射するように備える、図２Ｂのシステムの斜視図である。屈折−反射シート１００は太陽光パネル４０に近接しており、シート１０２は太陽光パネル４０から遠位にある。この場合、太陽光パネル４５は１．１８Ａの電流を生成し、太陽光パネル４０は１．３５Ａを生成する。したがって、出力電力における向上は約１４．４％である。そのため、太陽光パネル４０から遠位に位置決めされた追加の屈折−反射シート１０２は、１つの屈折−反射シートが一緒に使用されている太陽光パネルと比較して、太陽光パネル出力電力において控えめながらも追加的な向上を行っている。
図４は、本発明の実施形態による、太陽光１０を太陽光パネル４０の表面へと反射するために、２つの屈折−反射シート１００および１０２が互いの上に積み重ねられ、太陽光パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くで地面に位置決めされていることを除いて、図３に示したようなシステムの斜視図である。この実施形態では、シート１００および１０２は、同じ方向において配向された、つまり、同じ極性を有する線状レンチキュラーレンズを両方とも有する線状レンチキュラーシートである。太陽光パネル４０の出力電流は、太陽光パネル４５からの１．１６Ａの出力電流と比較して、１．３６Ａになると観測された。したがって、１７％超の向上が観測された。したがって、屈折−反射シートの積み重ねは、図２Ｂおよび図３の実施形態においてそれぞれ行われたように、単一のシートを使用することに対して、および、２つの隣接するシートを使用することに対して、好ましいとされる。
図５は、本発明の実施形態による、追加の太陽光を太陽光パネル４０の表面へと反射するために、第３の屈折−反射シート１０４が２つの積み重ねられた屈折−反射シート１００および１０２に隣接して地面に配置されている、図４に示したようなシステムの斜視図である。太陽光パネル４０によって発生させられる観測された電流は、太陽光パネル４５についての１．１６Ａと比較して、１．４２Ａであった。したがって、出力電流／電力における２０％超の向上が、同じ極性を有する線状レンチキュラーシート１００、１０２など２つの積み重ねられたシートと、太陽光パネル４０の下方縁に対して、積み重ねられたシートから遠位に配置された追加の隣接するシート１０４とを用いることによって、達成され得る。
図６は、本発明の実施形態による、１つの屈折−反射シート１００が、太陽光パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くで地面に配置されており、別の屈折−反射シート１０６が、太陽光を同じ太陽光パネルの表面へと反射するために、その太陽光パネル４０の上縁の近くに位置決めされて角度を付けられている、図２Ｂに示したようなシステムの斜視図である。パネル４５の出力電流は１．１７Ａであり、パネル４０の出力電流は１．５２Ａであった。したがって、２つのシート１００および１０６は、より多くの太陽光を反射することで、パネル４０の出力電流を増加させた。向上は、出力電流においておおよそ３０％であった。
一実施形態では、使用された屈折−反射シートは、複数の屈折要素を有する第１の側と、滑らかな表面を有する第２の側とを各々有する。一実施形態では、屈折−反射シートは、太陽光を受けて太陽光パネルに向けて反射するために、屈折要素を含む側が上に向いている状態で地面に配置される。この実施形態では、屈折−反射シートの第２の側の滑らかな表面は、シートの太陽光の反射性を増加させるために色で被覆され得る。代替で、屈折−反射シートの第２の側の滑らかな表面は反射媒体で被覆されてもよい。別の実施形態では、屈折−反射シートは、太陽光を受けて太陽光パネルに向けて反射するために、滑らかな側が上に向いている状態で地面に配置される。
別の実施形態では、屈折要素を含む側が上を向き、屈折要素は、太陽光パネルへの光の反射量を増加させるために反射性被覆で被覆される。被覆は、屈折−反射シートの製造工程の一部であり得る、または、屈折要素の上面に塗布され得る。反射性塗料または鏡被覆は、反射した出力を制御するために、および、構造上の色の選択を増加させるために、銀、クロム、金、プラチナ、ブロンズ、赤、緑、青、任意の他の適切な色、または色の組み合わせであり得る。これらの実施形態の一部は、後で記載されているように、図１０および図１２〜図１３を参照して示されている。結果的にできた屈折−反射シートは、鏡ブースタと幾らか同様に機能するが、後でさらに説明されているように、反射光を太陽光パネルにわたって分散し、機能しない状態を回避するという追加の利点を有する。
図１Ｂのシステムの斜視図である図７Ａを見ると、本発明の別の実施形態による、影を低減するための立設屈折−反射シート２００を特徴としている。この実施形態では、屈折−反射シート２００は、影３０を太陽光パネル４０に投じる物体２０と太陽光パネル４０との間に配置されている。シート２００の配置は、太陽光がシートの一方の側に入り、反対側から太陽光パネルへと出て行くようになっている。一実施形態では、屈折−反射シート２００を物体２０と太陽光パネル４０との間に配置することは、太陽光が滑らかな表面を有する第２の側に入るように屈折−反射シート２００を配置することを含む。別の実施形態では、屈折−反射シート２００を物体２０と太陽光パネル４０との間に配置することは、太陽光が複数の屈折要素を有する第１の側に入るように屈折−反射シート２００を配置することを含む。別の実施形態では、屈折−反射シート２００を物体２０と太陽光パネル４０とのいずれかの側に配置することは、太陽光が滑らかな表面を有する第２の側に入るように屈折−反射シート２００を配置することを含む。なおも別の実施形態では、屈折−反射シート２００は複数の屈折要素を両側に有する。屈折−反射シート２００は、太陽光を太陽光パネルの表面にわたって拡散し、それによって、太陽光パネルの表面における影３３０を照らすことで、太陽光パネルを暗くさせないようにし、それにより太陽光パネル４０の出力電力を増幅する。図７Ａにおいて見られるように、シート２００を使用することから生じる出力電流は、図１Ｂの場合において測定されているようなシート２００のないときに測定された出力電流の６００％の出力電流である。図７Ｂは、図７Ａにおけるような立設屈折−反射シート２００を伴う図１Ａの実施形態の斜視図である。この場合、太陽光パネル４０の（０．９６Ａでの）出力電流は、太陽光パネル４５の（１．２Ａでの）出力電流の約８０％である。したがって、屈折−反射シート２００の使用は、影のない構成において、太陽光パネルの出力電流を約２０％低減するが、影が太陽光パネルに投じられている場合には出力電流を約８００％増加させる。全体として、一日の相当の部分にわたってパネルに影が投じられる領域では、一日を通じての太陽光パネルの平均出力電力が図７Ａおよび図７Ｂにあるような配置を用いることで増加させられることになる。
図１Ｂのシステムの斜視図である図８Ａをここで見ると、本発明のなおも別の実施形態による、太陽光パネル４０へと投じられる影を低減するための２つの屈折−反射シート１００および２００を特徴としている。この実施形態では、太陽光１０は、先のように、物体２０の影３０を太陽光パネル４０に向けて投じている。屈折−反射シート２００は、太陽光１０が第１の屈折−反射シート２００の一方の側に入り、他方からパネル４０へと出て行くように、物体２０とパネル４０との間に配置されている。また、別の屈折−反射シート１００が、シート２００を出る太陽光の一部が屈折−反射シート１００において太陽光パネル４０へと反射されるように、概して太陽光パネル４０の前において太陽光パネル４０に近接して地面に配置されている。シート２００とシート１００との両方による太陽光の拡散の効果は、パネル４０におけるはるかに低減した影４３０をもたらす。パネル４０からの観測された出力電流は、屈折−反射シートが存在しない場合にパネル４５から観測された出力電流より８００％大きくなると観測された。別の言い方をすれば、影がないパネル４５と比較しての電流における低減は２０％だけである。図８Ｂは、物体の影が２つの太陽光パネルのいずれにも投じられていない状態での図８Ａの実施形態の斜視図である。この場合、パネル４０の出力電流（０．０９Ａ）は、パネル４５の出力電流（０．１Ａ）の９０％である。パネル４５とパネル４０との間での出力電圧における小さな低下と組み合わされて、パネル４０の出力電力は、パネル４５の出力電力のおおよそ８８．７６％の出力電力になると観測されている。有利には、この配置は、影が存在しないときにおける性能における実質的な損失なしで、影によって部分的に暗くされた太陽光パネルの性能を大幅に高める。
別の実施形態では、屈折−反射シート１００は、第１の側と第２の側との両方において複数の屈折要素を揺する。概して太陽光パネル４０の前において地面に配置されるとき、太陽光１０はシート１００において太陽光パネル４０に向けて反射される。
図９Ａは図１Ｂのシステムの斜視図であり、先行技術において知られているように、影３０を低減しようとする試みにおいて太陽光パネル４０の前に配置された反射パネル５００を特徴としている。反射パネル５００は、太陽光を太陽光パネル４０の表面へと反射させる。しかしながら、太陽光がパネルの小さい領域へと集中させられるため、影３０における大幅な低減はなかった。マルチメータ６０および６５からの電流読み取りは、図１Ｂにおけるマルチメータ６０および６５の読み取りと同様であった。
図９Ｂは、図９Ａの反射パネル５００と同様の反射パネル５００を有するシステムの斜視図であるが、物体の影が太陽光パネル４０および４５のいずれにも投じられていない状態での図１Ａと同様のパネルのシステムを特徴としている。太陽光パネル４０は１．６６Ａを生成し、太陽光パネル４５は１．１９Ａを生成している。この場合、太陽光パネル４０の出力は、パネル４０が直接の太陽光と反射した太陽光との両方を受けるため、太陽光パネル４５の出力より約３３％大きい。しかしながら、鏡を使用することは、太陽の反射が太陽光パネルにおける小さい領域へと集中させられ、これが電池の焼けを引き起こすため、太陽光パネル４０についての保証を無効にする可能性がある。例えば、図９Ａについて、または、概して図９Ｂについて、太陽光１０が異なる方向にあり、太陽光パネル４０に影がないとき、直接的および反射パネル５００からの反射の両方で太陽光パネル４０へと注ぐ太陽光は、小さい領域で集中させられ、そのため太陽光パネル４０の定格より大きくなり、その領域における電池の焼けを引き起こす。電池の焼けは、概して太陽光パネルの保証に含まれていない。
図１０は、鏡の代わりに反射材料で被覆された屈折−反射シートを使用する、図９Ｂのシステムと同様のシステムの斜視図である。屈折−反射シートは、反射材料で被覆され、レンチキュラーレンズ側が上を向いた状態で太陽光パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くで地面に配置された線状レンチキュラーシート５５０である。太陽光１０は、シート５５０において反射し、それによって太陽光パネル４０の表面へと反射する。太陽光パネルからの観察された出力電流は、太陽光パネル４５の前に配置された屈折−反射シートまたはレンチキュラーシートを有さない太陽光パネル４５についての１．１５Ａと比較して、１．４３Ａであった。したがって、出力電流、延いては出力電力が、２４％増加させられている。太陽光パネル４０についての観察された出力電流は、図９Ｂに記載されているような鏡などの反射パネルの使用を伴って観察された出力電流より小さい。しかしながら、太陽光線を異なる方向に反射する複数のレンチキュラーレンズのため、太陽光パネル４０における反射した光線は、太陽光パネル４０の表面にわたって分散され、特定の領域へと集中させられない。鏡を使用するときに観察された電流より若干小さい電流を生成する間、太陽光線の分散は、太陽光パネル４０の定格が超過させられず、そのため機能しない状態が起こらないことを確保する。有利には、出力電力を相当に増幅する一方で、太陽光パネル４０の損傷が回避される。
図１１Ａは図９Ａのシステムの斜視図であり、本発明の実施形態による、反射パネル５００と、影３０を低減するために反射パネル５００に配置された屈折−反射シート６００を特徴としている。屈折−反射シート６００に注ぐ太陽光は２つの経路を取る。太陽光の一部分は、屈折−反射シート６００においてパネル４０の表面へと反射させられる。太陽光の別の部分は、屈折−反射シート６００を通過し、反射パネル５００において反射させられ、屈折−反射シート６００を再び通過し、そしてパネル４０へと到達する。有利には、より多くの太陽光がパネル４０に注ぐことになり、したがって、出力電流は、図１Ｂにおけるような影によって暗くさせられたパネル４０によって生成される出力電流と比較して、増加させられる。追加で、太陽光パネル４０によって生成される電力は、太陽光パネル４０の一部分に投じられた影にも拘らず、太陽光パネル４５によって生成される電力に近い。例えば、０．２９Ａの出力電流が太陽光パネル４０から観測された。したがって、パネル４０の出力電流（０．２９Ａ）はパネル４５の出力電流の約２４％である。パネル４０へと投じられた同様の影の存在における同じ太陽光パネルで実施された試験（図示せず）は、０．０９Ａだけを生成するパネル４０をもたらす。したがって、反射パネル５００と屈折−反射シート６００とは、出力電力を０．２９Ａ／０．０９Ａ＝３．２倍または３２０％増加させた。
図１１Ｂは、物体の影が２つの太陽光パネルのいずれにも投じられていない状態での図１１Ａの実施形態の斜視図である。この場合、太陽光パネル４０の出力電流が１．４２Ａである一方で太陽光パネル４５の出力電流が１．１９Ａだけであるという事実によって示されているように、太陽光パネル４０は太陽光パネル４５よりおおよそ２０％大きな電力を生成する。図１１Ａおよび図１１Ｂの両方において、屈折−反射シート６００の使用は、反射パネル５００から反射された太陽光を太陽光パネル４０の電池にわたって拡散させ、それによって、電池の焼けを引き起こすことになる過剰な太陽光が太陽光パネル４０の特定の小さい領域に注ぐのを防止し、同時に、直接的な太陽光を使用するだけの太陽光パネルの出力電力に対して出力電力を増加させる。電力増加が、鏡だけが使用されている図９Ｂのシステムの電力増加（電力における４０％の増加があった）より若干小さいが、電池の機能しない状態を回避することと保証を無効にすることとの利点は、電力増加における小さな差を補って余りあるものである。一実施形態では、反射パネル５００は明るい色の付けられた表面を備える。別の実施形態では、反射パネル５００は鏡の反射面を備える。
図１２は、本発明の実施形態による、反射パネル５００の上に配置された反射材料で被覆された屈折−反射シート５５０を追加的に有する、図９Ｂのシステムと同様のシステムの斜視図である。この場合における太陽光パネル４０からの観測された電流出力は１．５３Ａであり、パネル４５は１．１８Ａを生成した。これは、出力電流における（したがって、電圧が大まかには同じであるため、出力電力における）約３０．５％の増加となる。反射材料で覆われた屈折−反射シート５５０が反射パネルなしで単独で使用されていた図１０の場合と比較しての、図１２のシステムにおいて観測された出力電流における小さな増加は、シート５５０における反射スプレーによって得られた反射性に加えて、反射パネル５００からの少量の反射性に起因すると考えられ得る。同様に、図１１Ｂのシステムに対して図１２において観測された出力電流の小さな増加は、反射パネル５００の上に配置された反射性被覆を有していない屈折−反射シートまたは線状レンチキュラーシート６００の使用と比較して、シート５５０に適用された反射性被覆に起因すると考えられ得る。
図１３は、図１２のシステムと同様のシステムの斜視図であるが、シート５５０および５５２の各々の被覆された表面が太陽光を太陽光パネルへと反射するように配向されるように、反射材料で被覆され、太陽光パネル４０の上方に位置決めされた追加の屈折−反射シート５５２を利用している。例えば、屈折−反射シート５５０は、反射材料で被覆されるレンズ側を有する線状レンチキュラーシートとでき、太陽光パネル５０の下方縁の前においてその下方縁の近くで地面に配置される。同様に、屈折−反射シート５５２は、反射材料で被覆されるレンズ側を有する線状レンチキュラーシートとでき、被覆されたレンズ側が太陽光線１０を太陽光パネル４０の表面へと反射するように太陽光パネル４０の上縁の近くに位置決めされて配向される。パネル４０の出力電流は、太陽光パネル４５からの１．２０Ａの出力電流と比較して、１．８７Ａになると観測された。これは、ここでも有利には電池の焼けを引き起こさない太陽光パネル４０の表面における光線の分配によって、５６％の増加となる。
別の実施形態では、被覆の色および／または艶の両方が、屈折要素または屈折−反射シートの滑らかな側のいずれかに適用されてもよい。屈折側を色付けすることは、（屈折側が上を向く状態でシートが地面に配置されているため、）下にあり得る滑らかな側を色付けすることに比べて、パネルへのより多くの反射またはより少ない反射を生成する可能性がある。色は、屈折−反射シートから太陽光パネルへと反射される光の量を制御するために変化させられてもよい。有利には、これは、レンズを制御された反射出力で作り出すことができ、また、太陽光パネルシステムの視認可能な構成要素である屈折−反射シートに見た目の良さを作り出すことができる。着色は製造工程に加えることができ、それによって、材料は、その色で製作され、塗布される必要がない。色はまだらにされてもよく、それによって複数の色が使用され、艶が混合されてもよく、それによって屈折−反射シートのカモフラージュ効果を作り出す。これにより、屈折−反射シートは、背景へと溶け込み、高コントラストの像が屈折−反射シートの輪郭を破壊し得る迷彩カモフラージュとして作用し、または、構造もしくは環境への溶け込みもしくはコントラストを助けるための構造的な色の選択として作用し、あるいはそれらの組み合わせが生じることが可能になる。色付けは、屋根瓦またはブロックなど、宣伝、芸術、模倣の屋根の構造のために使用されてもよい。
図１４は、屈折−反射シートが、物体の影が投じられていないパネル４０の前に配置された符号２００であり、物体２０の影７７０が別のパネル４５に投じられている太陽光パネルのシステムの斜視図である。シート２００はパネル４０に弱い影７３０を投じている。システムは、屈折−反射シート２００が前に配置されている太陽光パネル４０によって発生させられた電流を、物体２０の影７７０が投じられている太陽光パネル４５によって発生させられた電流と比較している。見て取れるように、パネル４０は０．９２Ａを生成し、一方でパネル４５は０．０８Ａしか生成していない。したがって、屈折−反射シート２００をパネル４０の前に配置する結果としての電流の発生における低減は、パネル４５における物体２０の部分的な影７７０によってすら引き起こされる低減と比較して最小限である。
図１５Ａおよび図１５Ｂは、本発明の実施形態を試験するときに使用するための２つの薄膜の７Ｗの太陽光パネルのシステムを示している。図１５Ａでは、マルチメータ６０および６５は電圧測定のために構成された。パネル４０が２７．９Ｖを生成し、パネル４５が２７．５Ｖを生成することが確立された。図１５Ｂでは、マルチメータ６０および６５は電流検出のために構成された。パネル４０が０．２３Ａを生成し、パネル４５が０．２６Ａを生成することが分かった。パネル４０とパネル４５との間での発生させられた電圧および電流のこれらの小さな違いは、製造の違いに起因すると考えられ得る。
図１６Ａおよび図１６Ｂは、物体２０の影が太陽光パネル４０に投じられている図１５Ａおよび図１５Ｂのシステムを示している。図１６Ａでは、太陽光パネル４５が図１５Ｂからの変化なしで０．２６Ａを生成し、物体２０の影によって一部暗くされている太陽光パネル４０は、図１５Ａにおける０．２３Ａと比較して０．０３Ａしか生成しないことが分かった。図１６Ｂを参照すると、パネル４０からの電圧は２７．９Ｖから２６．６Ｖへと低下した一方で、パネル４５は２７．５Ｖに留まったことが観測された。電圧と電流との積である電力を計算することで、太陽光パネル４０について、電力が２６．６Ｖ＊０．０３Ａ＝０．７９８Ｗに等しいことが分かった。比較として、図１５Ａおよび図１５Ｂのシステムにおける同じ太陽光パネル４０についての電力は、２７．９Ｖ＊０．２３Ａ＝６．４１７Ｗであった。したがって、影は、太陽光パネル４０の電力を、影がない場合に生成された電力の約１２．４３％まで低下させた。
図１７Ａおよび図１７Ｂは、鏡などの反射パネル５００が、太陽光１０をパネル４０の表面へと反射させるために、パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くで配置されているシステムを示している。鏡によって、パネル４０によって生成された電圧が２７．０Ｖになることが分かった。しかしながら、図１７Ａに示されているように、電流における変化はなかった。しかしながら、太陽光パネル４０によって生成される電力は、影のない図１５Ａおよび図１５Ｂにおける同じ太陽光パネルによって生成された電力の約１２．６％である２７．０＊０．０３＝０．８１Ｗであった。したがって、鏡は、影の存在においてパネル４０によって生成される電力を相当に向上させることはなかった。
図１８Ａおよび図１８Ｂは、屈折−反射シート１００が、太陽光１０をパネル４０の表面へと反射させるために、パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くで配置されている、図１５Ａおよび図１５Ｂのシステムを示している。この場合、太陽光パネル４０からの測定された電流は０．０５Ａであり、電圧は２６．９Ｖであった。したがって、電力は、図１５Ａおよび図１５Ｂのシステムにおけるパネル４０によって生成された影のないときの電力の約２１％である１．３４５Ｗであった。そのため、線状レンチキュラーシートまたは同様のシートであり得る屈折−反射シート１００は、影の存在においてパネル４０によって生成される電力を向上させる。
図１９Ａおよび図１９Ｂは、屈折−反射シート１００が、反射パネル５００の上に積み重ねられ、太陽光１０をパネル４０の表面へと反射させるために、パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くで両方とも配置されている、図１５Ａおよび図１５Ｂのシステムを示している。この場合、太陽光パネルからの測定された電流は０．０９Ａであり、電圧は２７．４Ｖであった。したがって、太陽光パネル４０によって生成される電力は、図１５Ａおよび図１５Ｂの影のない構成における同じ太陽光パネルによって生成された電力の約３８％である２７．４Ｖ＊０．０９Ａ＝２．４６６Ｗである。そのため、反射パネル５００と、その上に積み重ねられた屈折−反射シートとの組み合わせが、太陽光パネルに投じられる影を有することによって失われる電力をより効果的に低減することが分かる。パネル４０の表面に形成される影６３０は、反射パネル５００による反射と、線状レンチキュラーシートまたは同様の材料であり得る屈折−反射シート１００による屈折／分散とがされた太陽光によって照らされる。
図２０Ａおよび図２０Ｂは、２つの３０ワットの単結晶太陽光パネル４０および４５のシステムを示している。３つの屈折−反射シート１００が太陽光パネル４５の前に配置された。図示されているように、第１のシートが太陽光パネル４５の下方縁の近くに配置されており、２つの隣接するシートが第１のシートに隣接して配置された。また、パネル４５は、シートに対しておおよそ９０度の角度とされた。電流測定は、パネル４０によって生成された１．１３Ａと比較して、パネル４５によって生成された１．７６Ａを示した。パネル４５は２０．４の電圧を示したが、パネル４０は２０．２ボルトを生成した。そのため、パネル４５によって生成された電力は３５．９０Ｗであったが、パネル４０によって生成された電力は２２．８３Ｗだけであった。したがって、３つの屈折−反射シートの使用に加えて、シートに対して垂直に配置された太陽光パネルを有することは、同様の太陽光の条件の下で５７％より大きな電力を生成した。
図２１は、２つの太陽光パネル４０および４５のシステムを示している。３つの反射パネル５００（鏡など）は、図２０Ａおよび図２０Ｂを参照して先に記載したのと同じ様態でパネル４５の前に配置された。屈折−反射シート１００が各々積み重ねられている３つの反射パネル５００（鏡など）は、パネル４５の前に配置された３つの反射パネルと同じ様態でパネル４０の前に配置された。太陽光パネル４５は、反射パネルに対して９０度の角度で配置された。太陽光パネル４０は、シートに対して（より多くの太陽光をパネルに反射する）最適な角度で配置された。太陽光パネル４５は１．６２Ａの電流を生成し、太陽光パネル４０は１．７８Ａの電流を生成することが分かった。太陽光パネル４５が２０．５Ｖの電圧を生成し、太陽光パネル４０が２０．４Ｖの電圧を生成することも分かった。
図２２は、パネル４０とパネル４５との両方が最適な角度（より多くの太陽光をパネルで反射する）で配置されていることを除いて、図２１のシステムと同様の２つの太陽光パネルのシステムを示している。この場合、パネル４５は１．５６Ａおよび２０．８Ｖを生成し、パネル４０は１．６０Ａおよび２０．６Ｖを生成した。したがって、パネル４５は３２．４５Ｗを生成しており、パネル４０はおおよそ３３Ｗを生成した。
図２３は、パネル４０とパネル４５との両方が９０度の角度で配置されていることを除いて、図２１のシステムと同様の２つの太陽光パネルのシステムを示している。パネル４０は１．８Ａを生成し、パネル４５は１．５４Ａを生成した。したがって、それの上に屈折−反射材料を伴う反射パネルは、角度が最適でない場合により多くの電流を生成し、一方、鏡などの反射パネルは、最適な角度を必要とするだけである、または、生成される電流が低減される。また、太陽光パネルと材料との間の９０度の角度は、太陽光パネルおよび鏡ブースタを使用する太陽光発電にとって最適な角度ではなかった。
反射体を追加することで、太陽光パネル出力は最大で３０％まで増加させられ得ることを研究は示しているが、レンチキュラーシートなどの屈折−反射シートの使用は、図２０Ａおよび図２０Ｂのシステムにおいて示されたように、ほとんど５７％の向上を伴う２倍の結果を達成できることが証明されている。それらの図におけるパネルが地面に平坦に置かれた屈折−反射シートに対して９０度であったことは、留意されるべきである。したがって、屈折−反射シートは反射にとって最適な角度ではなかったが、これは典型的には研究で使用されている。９０度が鏡ブースタに関して太陽光パネルを配向するための最適な角度ではないことは、図２０〜図２３の実験からも決定された。
太陽光パネルの後方から、鏡などの反射パネルが太陽光を中心点だけから反射することが立証された。しかしながら、レンチキュラーシートなどの屈折−反射シートをそれの上に有する反射パネルであれば、太陽光の反射は、鏡ほど強くはないが、パネルにわたって分散させられる。そのため、このような反射パネルは、より弱い強さであるが、より大きな表面領域にわたる分散を提供し、鏡だけで達成され得るよりも、太陽光パネルによってより多くの使用可能な太陽光を提供する。
また、鏡の上に配置された屈折−反射材料からの反射した光の角度が、鏡だけで観測された角度より小さいことが分かった。パネルがより９０度近くに配向されているため、電流は１．５６Ａから１．７６Ａへと増加した。しかしながら、パネルをそのように（９０度近くに）配向することは、鏡だけと使用されるとき、電流を１．６２Ａから１．５４Ａへと低下させた。最適な角度は、時間および場所により変化できる一方で、９０度に限定されず、増幅のない太陽光パネルについて標準的な計算を用いて観測された最適な角度と異なってもよい。
屈折−反射材料とその下の反射パネルとがより均一な反射率を生成するためにより剛性のある場合、向上が成され得ることが結論付けられた。そうでない場合、反射における不規則性は、反射パネルの表面および／または反射パネルの上に配置された屈折−反射シートの表面における不規則性の結果として観測され得る。代替で、剛性のある屈折−反射シートは、太陽光パネル表面における太陽光の均一な反射を生成するために、その屈折−反射シートに適用された反射性被覆を有してもよい。
図２４Ａは、本発明のなおも別の実施形態による、複数の屈折−反射円筒を伴う太陽光パネルの正面斜視図である。この実施形態では、３つの屈折−反射円筒１１００が太陽光パネル４０の前に配置されている。円筒１１００は、各々が円筒を形成するために巻かれ、接着剤によってその形で維持された屈折−反射の矩形シートから成り得る。例として、レンチキュラーレンズシートが円筒管１１００へと丸められてもよい。太陽光１０は、円筒１１００の円い外面から反射され、太陽光パネル４０によって受けられる。太陽光パネル４０は、直接の太陽光と反射した太陽光との両方を受けるため、より大きな電力を生成する。４つ以上の円筒１１００の使用も検討されている。コストと太陽光電力の増大とをバランスさせることで、屈折−反射円筒の最適な数および大きさが決定され得る。円筒形は、有利には堅牢性および耐久性を提供する。また、ゴミが円筒１１００に蓄積せず、その外側の湾曲した表面から逸らされやすい。円筒１１００の内側の湾曲した表面は、より多くの太陽光１０をパネル４０へと反射させるために反射材料で被覆されてもよい。円筒は、例えば雨によって、それ自体できれいになるように穿孔されていてもよい。
図２４Ｂは、外側が反射性の表面で作られた円筒１１０２を描写している。反射円筒１１０２は、ボール紙から作られ、光沢のある金属物質で被覆され得る、または、その外側表面に接着させられたアルミニウム箔を有し得る。後で分かるように、円筒１１０２は円筒１１００の内側に嵌まる大きさとされてもよい。
図２５Ａは、屈折−反射円筒１１００が前に配置されている太陽光パネル４０の性能を、通常（対照）の太陽光パネル４５の性能と比較するためのシステムである。下方縁の前においてその下方縁の近くで配置された８つの屈折−反射またはレンチキュラーの円筒１１００を有するパネル４０からの観測された出力電流は、１．３３Ａであった。太陽光パネル４５の出力電流と比較すると、出力電流における増加は約１３．５％であった。図２５Ｂは図２５Ａのシステムについての電圧測定を示しており、測定は、大まかには同様の電圧がパネル４０および４５によって生成されたことを指示している。
図２６Ａは、本発明の実施形態による、屈折−反射円筒１１００が、外部の反射性被覆を有する円筒１１０２に追加的に嵌められている、図２５Ａのシステムと同様のシステムである。８つの屈折−反射円筒１１００の内側に外部の反射性被覆を有する円筒１１０２の追加によって、太陽光パネル４０の出力電力は１．４０Ａになると観測された。したがって、出力電力は、追加的な太陽光線を太陽光パネル４０の表面にさらに反射するために反射パネルを追加することによって、増加させられた。図２６Ｂは図２６Ａのシステムについての電圧測定を示しており、測定は、大まかには同様の電圧がパネル４０および４５によって生成されたことを指示している。
図２７Ａは、図２４に示されているような太陽光パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くで位置決めされている屈折−反射円筒１１００を伴う太陽光パネル４０の性能を、太陽光パネル４５の下方縁の前においてその下方縁の近くで配置されている屈折−反射シート１００を有する太陽光パネルの性能と比較するためのシステムの斜視図である。太陽光パネル４０の出力電流は１．３３Ａになると観測され、太陽光パネル４５の出力電流は１．３０Ａになると観測された。８つだけの円筒が使用されているが、より多くが追加されてもよいという仮定で、円筒の数を増加させることはパネル４０の出力電流も増加させることができることが期待される。図２７Ｂは図２７Ａのシステムについての電圧測定を示しており（８つの円筒を同じく有する）、測定は、大まかには同様の電圧がパネル４０および４５によって生成されたことを指示している。
図２８は、２つの太陽光パネルのシステムの斜視図である。屈折−反射シート１００が上に配置されている透明なライオットシールド４００が、太陽光線１０をパネル４０へと反射させるために、パネル４０の前においてパネル４０の下方縁の近くで配置されている。パネル４０からの測定電流は１．４９Ａであり、パネル４５の測定電流は１．２１Ａであった。したがって、屈折−反射シート１００を伴う湾曲したライオットシールドは出力電流を２３％増加させた。
図２９は、図２８のシステムと同様のシステムの斜視図であるが、両方ともパネル４０の上縁の上方に配置され、太陽光線をパネル４０へと反射させるように配向された追加のライオットシールド４１０と屈折−反射シート１１０とを特徴としている。パネル４０からの観測された電流は、パネル４５によって生成された１．２１Ａを約４２％上回る１．７２Ａであった。
図３０は、追加の反射パネル５００がライオットシールド４００の下に配置されている、図２８のシステムと同様のシステムの斜視図である。パネル４０によって観測された出力電流は、パネル４５によって生成された１．２１Ａの電流より２８％大きい１．５５Ａであった。図２８と比較して、ライオットシールドの下の鏡などの反射パネル５００の配置は、より多くの太陽光線をパネルにおいて輝かせ、それゆえパネル４０により大きな電流を発生させた。
図３１は図３０のシステムと同様のシステムの斜視図であるが、太陽光パネル４０の両側に配置され、太陽光線をパネル４０において反射させるために配向された２つの立設屈折−反射シート２００を追加的に有する。この配置では、パネル４０によって生成された電流は、パネル４５によって生成された１．２１Ａと比較したときに５７％大きい１．９０Ａであった。したがって、線状レンチキュラーシートとして描写されている立設シート２００の追加は、出力電流において相当の増加をもたらした。
図３２は、各々に屈折−反射シート２００が上に備え付けられている２つの立設反射パネル５００が使用されていることを除いて、図３１のシステムと同様のシステムの斜視図である。太陽がそのピークの強さにないときに試験が行われ、そのためパネル４５は０．９９Ａを生成しただけであった。しかしながら、同じ太陽の条件の下で、パネル４０は１．９２Ａを生成した。これは、上における屈折−反射シールドと、下における鏡などの反射シートと、線状レンチキュラーシート２００などの２つの立設屈折−反射シートとを伴うライオットシールドを使用することで、発生した電流における９４％の増加を表している。太陽がより強く輝いている正午のより近くで試験が繰り返されたとき（図示せず）、パネル４５に対して、パネル４０について電力の１０３．２５％の増加が観測された。
図３３は、太陽光パネル４０の４つの側において反射体を有する太陽光パネルのシステムの斜視図である。パネル４５は、物体が前にない対照用パネルである。太陽光パネル４０は、太陽光線を反射するために太陽光パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くに配置されている反射性被覆で被覆された線状レンチキュラーシート５５０の形態で屈折−反射シート５００を有している。また、屈折−反射シート２００が配置されている２つの立設反射パネル５００が、太陽光パネル４０の両側に配置され、太陽光線を反射させるために配向されている。さらに、屈折−反射シート２００を伴う第３の反射パネル５００が太陽光パネル４０の上方に位置決めされ、太陽光線を反射させるために配向されている。太陽光パネル４５によって生成された１．２１Ａと比較して、太陽光パネルによって生成された電流が２．８８Ａであることが分かった。これは、１３８％の出力電流における増加となる。太陽光パネルと屈折−反射シート５００との間の角度を変化させることで、例えば、出力電流における増加は１４２％もの大きさとなった（図示せず）。
図３４〜図３９は、４つの線状レンチキュラーシート１００によって包囲された太陽光パネル４０を描写する概略図である。図３４では、レンチキュラーシートは、線状レンチキュラーレンズが太陽光パネルの表面に対して略垂直に延びるように配向されている。これは、より良好な出力電流の結果を与えるように示されており、レンズについての最適な極性となるように考慮されている。図３５は、レンチキュラーシート１００が太陽光パネルに対して凸状の様態で湾曲されていることを除いて、図３４と同様である。図３６は、レンチキュラーシート１００が太陽光パネルに対して凹状の様態で湾曲されていることを除いて、図３４と同様である。図３７は、２つのレンチキュラーシートが凸状であり、２つのレンチキュラーシートが凹状であることを除いて、図３４と同様である。図３８は、最適未満の極性で配向された４つの線状レンチキュラーシート１００によって包囲された太陽光パネル４０を描写している。この場合、レンチキュラーシートにおける線状レンチキュラーレンズは太陽光パネル４０の表面と平行に延びている。図３９は、レンチキュラーシート１００が太陽光パネル４０に対して凸状であることを除いて、図３８と同様である。
図４０Ａは、図３３のシステムと同様であるが、３つだけの反射パネルを使用する太陽光パネルのシステムの斜視図であるが。上にレンチキュラーシート１００を伴う鏡などの反射パネル５００が、太陽光パネル４５の下縁の近くおよび側方に配置されている。また、上にレンチキュラーシート２００を伴う鏡など２つの立設反射パネルが太陽光を反射させるために太陽光パネル４５のいずれかの側に配置されている。パネル４０が２６．９Ｖを生成し、パネル４５が２５．０Ｖを生成することが分かった。電圧における低下は、パネルに注ぐ追加の太陽光線によるパネルの加熱に起因すると考えられ得る。パネル４５によって生成される電流は０．６３Ａであり、パネル４０の電流は０．２４Ａだけであった。対照用パネル４０は０．２４Ａ＊２６．９Ｖ＝６．４５６Ｗを生成した。３つの反射パネルを伴うパネル４５は０．６３Ａ＊２５．０Ｖ＝１５．７５Ｗを生成した。したがって、本明細書において記載されているように３つに反射パネルを使用するときに生成された電力は、反射パネルがまったくない対照用パネルにおいて生成された電力の２．４４倍である。
次に、影の効果が前述した３つの反射パネルの使用によって完全に無効にされ得るかどうかを知るために、図４０Ａおよび図４０Ｂに記載されたシステムが、物体の影をパネル４５に適用することと併せて使用された。システムと、電圧および電流の両方の測定とは、図４１Ａおよび図４１Ｂにおいて示されている。対照用パネル４０から測定された電圧は２６．８Ｖであり、パネル４５の電圧は２４．８Ｖであった。パネル４５における電圧の低下はパネルの加熱によって起こりやすい。パネル４５によって生成された電流は、対照用パネル４０によって生成された０．２４Ａと比較して０．４４Ａであった。電力を比較するとき、対照用パネル４０は０．２４Ａ＊２６．８Ｖ＝６．４３２Ｗであった。パネル４５は０．４４Ａ＊２４．８Ｖ＝１０．９１Ｗであった。したがって、影の影響が完全に無効にされただけでなく、パネル４５の出力電力は、影が投じられていない対照用パネル４０の電力のおおよそ１．７倍であった。
図４２は、１つのパネル４０が４つの側から反射パネルによって包囲されている太陽光パネルのシステムを描写している。パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くに配置されているのは、鏡５００などの反射パネルが後ろに配置されている透明なライオットシールド４００である。レンチキュラーシート１００が上に配置されている同様のライオットシールド４００および鏡５００が、太陽光パネル４０の上縁の上方で保持された。太陽光パネル４０の左右には、線状レンチキュラーシート１００などの屈折−反射シートを伴う立設鏡５００が、太陽光パネル４０の前において配置されている。パネル４０からの測定された電流は３．３４Ａであり、パネル４５の測定された電流は１．２３Ａであった。したがって、太陽光パネルの出力電流は、前述したような反射パネルを使用することによって、ほとんど３倍にされ得る。
図４３は、１つのパネル４５が反射パネルによって３つの側から包囲されている２つの薄膜太陽光パネルのシステムを描写している。パネル４５の上縁にわたって保持されているのは、線状レンチキュラーシート１００などの屈折−反射シートで覆われ、鏡５００などの反射パネルを後に有する透明なライオットシールド４００である。鏡およびレンチキュラーシートを伴うライオットシールドは、太陽光線をパネル４５へと反射させるために最適な角度で保持された。左右には、レンチキュラーシートの各々１つの後に鏡５００を伴う立設レンチキュラーシート１００が配置されている。パネル４５からの観測された電流は、０．２３Ａであったパネル４０の電流の３倍である０．７８Ａであった。電圧が考慮されるとき、パネル４０は６．１Ｗを生成しており、パネル４５は、パネル４０の電力の３倍であるおおよそ１９Ｗを生成した。
図４３の実験は、単結晶太陽光パネルを用い、上にライオットシールドがない状態で実施された。反射体を有するパネル４５は２．９７Ａおよび１８．８Ｖを生成し、そのため電力はおおよそ５６Ｗであった。対照用パネルである太陽光パネル４０は１．１７Ａおよび２０．４Ｖを生成し、そのため電力はおおよそ２４Ｗであった。したがって、反射体を伴っての電力は、反射体なしでの電力のおおよそ２．３５倍であったが、薄膜太陽光パネルの場合のような３倍ではなかった。これは、単結晶パネルによる電圧低下のためである。研究は、過熱による電圧低下が単結晶と薄膜ＰＶ（「非晶質太陽光パネル」としても知られている）との両方で起こるが、薄膜ＰＶパネルは、より良好に熱に耐え、より高い電圧を保持することができることを示している。
別の実施形態では、２つの単結晶太陽光パネルが使用されており、１つの単結晶太陽光パネルが反射体と対照用太陽光パネルとを伴う。４つの反射体が使用されており、各々のシールドの後に鏡を伴い、各々のシールドの上にレンチキュラーシートを伴うライオットシールドが上と下とに１つずつあり、２つは側方のレンチキュラーシートを伴う立設鏡である。対照用パネルについて観測された値は１．１８Ａ＊２０．４Ｖ＝２４．０７２Ｗであった。反射体を伴うパネルについては、３．５９Ａ＊１８．８Ｖ＝６７．４９２Ｗであった。出力電力は、反射体を伴う太陽光パネルについては２．８倍大きかったが、対照用パネルの出力電力の３倍には到達しなかった。これは、追加の熱が単結晶パネルの出力において電圧低下をもたらすという先の研究結果を裏付けている。
太陽光パネルの性能は、１０００Ｗ／ｍ２の太陽光の最適な定格の下で通常測定される。このような太陽光の条件は、赤道において正午に理想的な空の条件の下で、２５℃の温度において達成可能である。赤道において正午に、太陽は地球表面に対して９０度にある。世界中の他の場所は、太陽光線について異なる入射角を被る。例えば、２０１８年１１月２日におけるカナダのバンクーバでは、太陽はおおよそ２６度の角度にあり、最大の太陽光の強さは正午において４００Ｗ／ｍ２だけであった。午前１０時４０分ごろのその日のより早い時間において、先に図２０Ａおよび図２０Ｂに示された構成を用い、図４４に描写された多結晶太陽光パネルを用いて実験が実施された。
図４４は、太陽光試験を実行するための多結晶太陽光パネル４０および４５のシステムを描写している。パネル４０は、各々が屈折−反射シート１００で覆われた３つの反射パネル５００を有している。パネル４５は対照用パネルである。１日のある時間において、太陽光の定格は、前述した１０００Ｗ／ｍ２の最適な太陽光の定格を十分に下回る約３００Ｗ／ｍ２であった。結果は、パネル４０が２１．５Ｖ＊２．７１Ａ＝５８．２６Ｗを生成し、パネル４５が２１．９Ｖ＊３．９５Ａ＝８６．５０Ｗを生成したことを示している。そのため、増幅されたパネルは４８．４７％大きい電力を生成した。製造者によってパネルについて提供された情報によれば、これらのパネルを負荷のない状態で試験するとき、１０００Ｗ／ｍ２（つまり、理想的な太陽光の条件）の下での最大の達成可能な電力は、２１．８５Ｖの開回路電圧で、３．２Ａの短絡回路電流である。別の言い方をすれば、理想的な太陽光の条件の下での最大電力は、おおよそ２１．８５＊３．２＝７０Ｗである。増幅されたパネルは、３００Ｗ／ｍ２だけの理想的でない太陽光の条件の下で８６．５０Ｗを生成し、これは、理想的な太陽光および負荷の条件において予測されるものよりなおも約２３％大きかった。発生させられる追加の電力と比較して、太陽光パネルおよび材料を追加するコストは取るに足らない。
図４５は、裏に鏡を伴い、太陽光パネル４０の下方縁の前においてその下方縁の近くに配置された３つの屈折−反射シートを伴う図２０のシステムと同様のシステムを描写しているが、各々が裏に鏡を伴い、太陽光パネル４０の左右に配置された追加の立設屈折−反射シートも特徴としている。パネル４０によって生成された電力は２０．７Ｖ＊５．１４Ａ＝１０６．４０Ｗであり、対照用パネル４５によって生成された電力は２１．６Ｖ＊２．６３Ａ＝５６．８１Ｗであった。そのため、増幅された太陽光パネルは、増幅されていない太陽光パネルの電力の１．８７倍を生成した。ここでも、増幅されたパネルで観測された１０６．４Ｗは、先に説明した理想的な太陽光の条件の下でのそれらのパネルについての製造者の定格より大きい（この場合、５０％超より大きい）。
上記の研究結果は、世界中の多くの都市において、生成される電力が比較的小さく、太陽光パネルのシステムのコストを回収するのに非常に長い時間が掛かるという理由で、太陽光パネルの採用が大きく主とされていないため、非常に重大なことである。これは変化し、場所、太陽光の時間、および太陽光の角度に依存する。都市が赤道により近くなると、それらの条件はより良好になる。しかしながら、太陽光パネルの出力電力を相当に増幅する上記の方法は、太陽光パネルのシステムのコストが、生成された電力からより早く回収され得ることを意味する。したがって、世界中の多くの都市は、太陽光パネルにとって実行可能なマーケットになることができる。
図４０Ａおよび図４０Ｂのシステムを用いて実施されたある実験では、対照用パネル４０は２０．２Ｖ＊１．２０Ａ＝２４．４Ｗであり、反射体を伴うパネル４５は１８．４Ｖ＊２．２１Ａ＝４０．６６Ｗ（約６８％より大きな電力）であった。対照用パネル４０とパネル４５との間の１．８Ｖの差は、反射体の増幅システムが作り出す過剰な熱のためである。パネルの各々の温度を測定することで、パネル４０は華氏１２４度であり、パネル４５は華氏１８７．５度であることが分かった。これは、向上した太陽光熱水加熱を可能にするか、または、太陽光パネルを冷却することと水を過熱することとの両方を同時に支援するための、後に搭載された太陽光加熱システムとの組み合わせの太陽光パネルさえも可能にする。
図４６は、図４０Ａおよび図４０Ｂのシステムと同様であるが、カバーとして作用するために増幅された太陽光パネル４５にわたって配置された屈折−反射シート１３０を追加的に有するシステムの斜視図である。使用されたシステムについて、対照用パネル４０は２０．２Ｖ＊１．２０Ａ＝２４．４Ｗの電力を生成した。増幅されたパネル４５は１９．２Ｖ＊２．０６Ａ＝３９．５５Ｗを生成した。対照用パネルの温度は華氏約１１８度であり、増幅されたパネル４５の温度は華氏約１７０度であった。しかしながら、屈折−反射カバーシート１３０を増幅された太陽光パネル４５から除去すると（図示せず）、温度は華氏２００度まで上昇させられた。同時に、カバーを除去すると、増幅されたパネルの電力は１８．９＊２．４７＝４６．７Ｗとさせられた。したがって、カバー１３０は、カバーがない場合と比較して、温度を華氏約３０度低く保つ温度への実質的な影響を有している。カバーは電力を約１８％（３９．５５Ｗ対４６．７Ｗ）低減もしたが、対照用パネルに対して約６３％の実質的な電力ブーストをなおも達成した。電力出力と温度制御との二律背反は、過熱が電池の悪化を時間と共に引き起こし得るため、レンズカバーによってはるかにより長い耐用期間を太陽光パネルに達成させることができる。これは、大きく増幅されたシステムの高温領域を制限することもできる。
図４７は、図４６Ａおよび図４６Ｂと同様のシステムを示しているが、屈折−反射シート１００が鏡５００に配置されていない。代わりに、パネル４５は、反射パネルまたは鏡５００によって包囲されており、線状レンチキュラーカバーシート１３０などの単一の屈折−反射シートがパネル４５の前に配置されている。パネル４５の前にカバーシート１３０を配置する前（図示せず）の温度読み取りは、華氏２１３度の温度読み取りをもたらした。カバーシート１３０をパネル４５の前に配置することで、温度を華氏約１６３度へと低下させ、華氏約５０度の差があった。対照用パネル４０については、温度は華氏１１５度であった。反射体のない対照用パネル４０は、おおよそ２０．２Ｖ＊１．０４Ａ＝２１Ｗの電力であった。カバー１３０のない増幅されたパネル４５は、おおよそ１８．８Ｖ＊２．０２＝３８Ｗ（対照用パネルより８０％超大きな電力）を生成した。カバー１３０が太陽光パネル４５の前に配置されている場合、出力電力はおおよそ１９．２Ｖ＊１．７８Ａ＝３４Ｗ（対照用パネルより５４％超大きい電力）であった。カバー１３０を伴う増幅されたパネル４５は、カバーなしで行った場合より４Ｗ（約１１％）だけ小さい電力を生成した。それにも拘らず、温度低下における向上は華氏約５０度であった。そのため、図４７のシステムはいくつかの利点を有する。第一に、図４６のシステムと比較したとき、３つの代わりに１つだけのレンチキュラーシート１３０が使用されているため、コストが低減される。第二に、５０度での温度の低下は相当であり、電池が短期間で駄目になり難いため、太陽光パネルの寿命に寄与する。第三に、温度における低下は、電力において、約１１％での小さな低下となった。
図４８は、図４７のシステムと同様のシステムを示しているが、太陽光をパネル４５へと追加的に反射させるためにパネル４５の上縁にわたって配置された第４の鏡５００を追加的に有している。この配置は電流を２．３７Ａに向上させた。
太陽光パネルの周りに４つの反射体を使用するときの向上は相当であるが、このような反射体を追加することが実用的ではない例がある。例えば、側方の反射体について太陽光パネルの周りに場所がない可能性がある。さらに、大きな反射体は、太陽が一日を通じて方向を変えるとき、影を作り出すことになる。これは、例えば影が隣接するパネルと干渉しないように、より小さい側方の反射体部品（および、任意選択で上の反射体部品）を有するという考えにつながった。図４９では、側方の反射体が太陽光パネル４５に追加されている。側方の反射体は木材または他の適切な材料の薄板から作られた。薄板は、マイラーまたは箔７００などの反射材料で覆われ、次に、最適な極性の屈折−反射材料７１０で覆われている。薄板は太陽光パネル４５の側方に取り付けられ、追加の太陽光を太陽光パネル４５に反射させるために配向されている。パネル４５の前において下方縁の近くで地面には、線状レンチキュラーシート１００などの屈折−反射シートで覆われた鏡５００などの４つの反射パネルがパネル４５の下方縁の近くで配置された。観察された電力測定は、対照用パネル４０については２１．３Ｖ＊２．６８Ａ＝５７．０８Ｗであり、増幅されたパネル４５については２０．９＊４０．０６＝８４．８５Ｗであった。図５０は、図４９と同様であるが、屈折−反射材料を伴い、最適な極性において線状レンチキュラーシートなどの屈折−反射材料７１０で覆われた第３の同様の薄板７００を追加している。３つの薄板によって、増幅されたパネルについての出力電力は９１．１２Ｗであり、対照用パネルの出力電力は、図４９における構成についての場合のように、おおよそ５７Ｗであった。したがって、第３の薄板を追加することで、２つの薄板（８４．８５Ｗであった）に対して増幅において８％の向上を作り出した。これらの３つの薄板は、薄板のない試験での増幅されたパネル［７８．２８ワット］と比較して、追加の１２．８４ワット（１６％のより多くの電力）［９１．１２ワット］を提供した。
図５１は、２つの異なる構造を使用する２つの太陽光パネルの電力増幅を比較するためのシステムを描写している。パネル４０は、パネル４０の前においてパネル４０の下方縁の近くに、レンチキュラーシートなどの屈折−反射シート６００で覆われた鏡などの反射パネル５００を配置している。パネル４５は、パネル４５の前においてパネル４５の下方縁の近くに、レンチキュラーシート（視認できない）を伴う反射パネル５００と、レンチキュラーシートの上に配置された回折格子シート９００とを配置している。使用された回折格子シート９００は、エンボス加工されたＨＯＥ二重軸シートである。パネル４５は２．９Ａの電流を生成し、パネル４０は２．６６Ａを生成した。両方についての電圧は約２２Ｖでほとんど変化しなかった。したがって、パネル４０についての電力は約５８Ｗであり、パネル４５についての電力は約６３Ｗであった。したがって、回折格子を追加することで、電力出力において９％の増加を作り出した。
回折格子で観測されたことは、回折格子が太陽光の反射をはるかにより大きい領域にわたって分散することであった。二重軸シートについて、太陽光は上下方向に加えて左右方向において分散される。様々な方向における太陽光の分散は、線状レンチキュラーシートの場合のように、太陽光を追跡し、シートとパネルとの間の反射の角度を最適化する必要性を回避する。
１つだけの回折格子シートが試験されたが、より多くの回折格子シートを図５１の構成に加えることは、太陽光パネルの太陽光の電力の増幅を向上させることが期待される。
反射パネルにわたって配置されたレンチキュラーレンズと組み合わされた二重軸の回折格子での試験は、最大の太陽光放射が約３００Ｗ／ｍ２であった２０１８年１２月６日にブリティッシュコロンビア州バンクーバの近くで行われた。春および夏におけるより高い太陽光放射レベルは、潜在的な割合の電力出力を、一年のうちのこの太陽光放射の最小時点において測定されるレベルより高くまで増加させることになることが期待される。
線状レンチキュラーシートと、回折格子と、反射パネルとを１つの材料へと組み合わせることも検討されている。一実施形態では、線状レンチキュラーレンズは、そのレンズ側における回折格子の被覆と、レンズ側の反対の滑らかな側における反射被覆とを有する。
別の実施形態では、３つの別々の材料、すなわち、回折格子シートと、線状レンチキュラーレンズと、鏡などの反射パネルとがある。回折格子は線状レンチキュラーレンズの上に配置され得る。代替で、別の実施形態では、回折格子は線状レンチキュラーレンズの下方であるが鏡の上方に配置され得る。
なおも別の実施形態では、１つが線状レンチキュラーレンズの上で、１つが線状レンチキュラーレンズと反射パネルとの間で、２つの回折格子層が使用されてもよい。
本明細書で提示された様々な屈折−反射シートは、形が矩形で略平坦となるように示されているが、他の構成が検討されている。例えば、屈折−反射シートは、凹状の皿体、半球形、または異なる角度からの太陽光を太陽光パネルに向けて方向付けるための湾曲した矩形を形成してもよい。
ほとんどの実施形態が線状レンチキュラーシートなどの屈折−反射シートを利用しているが、同様の結果は、屈折−反射シートの代わりに回折格子シートを使用することで得られる。
提示された実施形態は静止した太陽光パネルを示しているが、太陽光パネルと屈折−反射シートとの両方が、一日のうちの異なる時間または異なる季節における異なる方向からの太陽光を追跡するための回転プラットフォームまたは他の同等の手段において、各々または両方で移動可能であってもよい。代替で、屈折−反射シートは、太陽光の収集を向上させるために、主要な時間に太陽に向けて方向付けられてもよい。例えば、シートは、影を発生させる物体を含む経路に太陽光がある場合だけ太陽光の経路にあるように配置および配向されてもよい。
実施形態は薄膜太陽光パネル、単結晶太陽電池、多結晶太陽電池を示しているが、提示されている方法は、太陽光屋根瓦などの他の種類の太陽光パネル、または他の形態の太陽光放射収集器にも適用可能である。
単一のパネルが示されているが、提示されている方法は、塔に備え付けられた複数の太陽光パネルにも適用される。隣接する塔同士の間に配置された屈折−反射シートは、隣接する塔への１つの塔の影を拡散および最小限にするのを助け、それによってその隣接する塔の電力出力を増幅する。
先に記載した実施形態は、本発明の例となるように意図されており、変更および改良が、添付の特許請求の範囲によってのみ定められた本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって行われてもよい。
１０ 太陽光
２０ 物体
３０ 影
４０、４５ 太陽光パネル
６０、６５ マルチメータ
１００ 屈折−反射シート、線状レンチキュラーシート
１０２、１０４、１０６、１１０、 屈折−反射シート
１３０ 屈折−反射シート、カバーシート
２００ 立設屈折−反射シート、線状レンチキュラーシート
３３０ 影
４００、４１０ ライオットシールド
５００ 反射パネル、屈折−反射シート、鏡
５５０ 線状レンチキュラーシート、屈折−反射シート
５５２ 屈折−反射シート
６００ 屈折−反射シート、線状レンチキュラーシート
６３０ 影
７００ マイラー、箔、薄板
７１０ 屈折−反射材料
７３０ 弱い影
７７０ 影
８００ 線状レンチキュラーシート
８１０ 線状レンチキュール
９００ 線状プリズムシート、回折格子シート
９１０ 線状プリズム要素
１０００ 配列プリズムシート
１０１０ 球形要素
１１００ 屈折−反射円筒
１１０２ 反射円筒

Claims (41)

  1. 太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムであって、
    受光表面、ならびに、上方縁および下方縁を有するフレームを有する太陽光パネルと、
    複数の屈折要素を備える第１の側、および第２の側を有する第１の屈折−反射シートと
    を備え、
    前記第１の屈折−反射シートは、太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力を増幅するために、前記下方縁の前で前記下方縁の近くに配置される、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  2. 前記第２の側は複数の屈折要素を有する、請求項１に記載の太陽光パネルの出力電力を増幅するためのシステム。
  3. 前記第１の屈折−反射シートは、レンチキュラーシート、線状プリズムシート、配列プリズムシート、および、複数の球面レンズを備える配列プリズムシートのうちの１つである、請求項１に記載の太陽光パネルの出力電力を増幅するためのシステム。
  4. 前記第１の屈折−反射シートはレンチキュラーシートを備え、前記複数の屈折要素は複数の線状レンチキュラーレンズを備える、請求項３に記載の太陽光パネルの出力電力を増幅するためのシステム。
  5. 前記太陽光パネルは、薄膜太陽光パネル、多結晶太陽光パネル、および単結晶シリコン太陽電池のうちの１つを備える、請求項１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  6. 前記第１の屈折−反射シートは、前記複数の線状レンチキュラーレンズが前記太陽光パネルの前記受光表面に対して垂直な方向に延びるように配置される、請求項４に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  7. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、前記第１の屈折−反射シートに隣接して配置される前記第１の屈折−反射シートと同様の第２の屈折−反射シートをさらに備える、請求項１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  8. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、前記第１の屈折−反射シートの上に配置される第２の屈折−反射シートをさらに備える、請求項１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  9. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、前記太陽光パネルの上縁の略上方に配置されて配向される前記第１の屈折−反射シートと同様の第２の屈折−反射シートをさらに備える、請求項１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  10. 太陽光が前記屈折−反射シートを通過するとともに前記屈折要素の作用によって拡散して前記太陽光パネルの表面へと注ぐことによって、前記太陽光パネルの前記受光表面における影を照らし、前記影の結果として低減した前記出力をさらに増幅させるように、前記太陽光パネルの前で位置決めされて配向される立設屈折−反射シートをさらに備える、請求項１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  11. 前記立設屈折−反射シートは、より多くの太陽光を通過させることができるように、反射防止被覆で被覆される、または、反射防止膜を備える、請求項１０に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  12. 前記第２の側は、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、色または反射媒体で被覆される滑らかな表面を有する、請求項１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  13. 前記出力をさらに増幅するために追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させる一方で前記太陽光パネルの焼けを防止するために、前記第１の屈折−反射シートの下に配置される反射パネルをさらに備える、請求項１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  14. 前記出力をさらに増幅するために追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させる一方で前記太陽光パネルの焼けを防止するために、前記第１の屈折−反射シートの下に配置される反射パネルをさらに備える、請求項１２に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  15. 前記反射パネルは、明るい色の付けられた表面を有するパネル、および鏡の一方を備える、請求項１３に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  16. 前記第１の屈折−反射シートの下に配置される第１の湾曲支持表面をさらに備える、請求項１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  17. 前記第１の屈折−反射シートおよび前記第２の屈折−反射シートの下にそれぞれ配置される第１の湾曲支持表面および第２の湾曲支持表面をさらに備える、請求項９に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  18. 前記反射パネルの上方に配置され、前記第１の屈折−反射シートを支持する透明湾曲支持表面をさらに備える、請求項１３に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  19. 前記出力をさらに増幅するように追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させるために、前記太陽光パネルの右および左に位置決めされて配向される右立設屈折−反射シートおよび左立設屈折−反射シートをさらに備える、請求項１８に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  20. 前記出力をさらに増幅するように追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させるために、前記太陽光パネルの右および左に位置決めされて配向される右立設反射パネルおよび左立設反射パネルをさらに備える、請求項１８に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  21. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、前記太陽光パネルの周りに配置されて配向される上反射パネル、左反射パネル、および右反射パネルをさらに備える、請求項２０に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  22. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させるために、前記太陽光パネルの右および左に位置決めされて配向される右立設反射パネルおよび左立設反射パネルと、
    前記出力をさらに増幅するために前記追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと拡散させる一方で前記太陽光パネルの焼けを防止するために、前記右立設反射パネルおよび前記左立設反射パネルにそれぞれ位置決めされる右立設屈折−反射シートおよび左立設屈折−反射シートと
    をさらに備える、請求項１３に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  23. 前記出力をさらに増幅するために前記追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと拡散させる一方で前記太陽光パネルの焼けを防止するために、前記右立設反射パネルおよび前記左立設反射パネルにそれぞれ位置決めされる右立設屈折−反射シートおよび左立設屈折−反射シートと、
    上反射パネル、前記上反射パネルの下方に位置決めされる上湾曲支持表面、および、前記上湾曲支持表面の下方に位置決めされる上屈折−反射シートと
    をさらに備え、
    前記上反射パネル、前記上屈折−反射シート、および前記上湾曲支持表面は、前記出力をさらに増幅するために追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させる一方で前記太陽光パネルの焼けを防止するために、すべて一体に積み重ねられて配向される、請求項２０に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  24. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅する一方で前記太陽光パネルの焼けを防止するために、屈折−反射材料の側方ストリップで覆われて配向される反射材料の少なくとも１つの側方ストリップをさらに備える、請求項１３に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  25. 反射された太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと拡散させることによって前記出力をさらに増幅する一方で前記太陽光パネルの焼けを防止するために、前記屈折−反射シートの上に配置される回折格子シートをさらに備える、請求項１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  26. 太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムであって、
    受光表面、ならびに、上方縁および下方縁を有するフレームを有する太陽光パネルと、
    複数の屈折要素を備える外側側方表面、および内側表面を有する少なくとも１つの屈折−反射円筒と
    を備え、
    前記少なくとも１つの屈折−反射円筒は、太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力を増幅するために、前記下方縁の前で前記下方縁の近くに配置される、太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  27. 前記内側表面および前記外側表面の少なくとも一方は、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、反射材料で被覆される、請求項２６に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  28. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために、前記少なくとも１つの屈折−反射円筒の内側に配置される反射側方外側面を有する反射円筒をさらに備える、請求項２６に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  29. 太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムであって、
    受光表面、ならびに、上方縁および下方縁を有するフレームを有する太陽光パネルと、
    追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力を増幅するために配向される下反射パネル、右反射パネル、および左反射パネルと、
    前記太陽光パネルの焼けを防止するように、前記下反射パネル、前記右反射パネル、および前記左反射パネルからの反射された太陽光を拡散するために、前記受光表面の前に位置決めされる屈折−反射シートと
    を備える太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  30. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって前記出力をさらに増幅するために配向される上反射パネルをさらに備える、請求項２９に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  31. 太陽光パネルの出力を増幅するためのシステムであって、
    受光表面、ならびに、上方縁および下方縁を有するフレームを有する太陽光パネルと、
    太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射および拡散させることによって前記出力を増幅するための回折格子シートと
    を備える太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  32. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記受光表面へと反射させることによって、前記太陽光パネルによって生成される出力電力を増幅するために、前記回折格子シートの下に配置される反射パネルをさらに備える、請求項３１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  33. 回折格子の下側が反射材料で被覆される、請求項３１に記載の太陽光パネルの出力を増幅するためのシステム。
  34. 太陽光を受け入れるための表面を有する太陽光パネルによって生成される出力電力を増幅する方法であって、
    複数の屈折要素を備える第１の側、および第２の側を有する第１の屈折−反射シートを、太陽光が前記第１の側に当たって前記太陽光パネルの前記表面へと反射することによって前記太陽光パネルによって生成される前記出力電力を増幅するように、前記太陽光パネルの下方縁の前で前記下方縁の近くに配置するステップを含む方法。
  35. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記表面へと反射させることによって、前記太陽光パネルによって生成される前記出力電力を増幅するために、第２の屈折−反射シートを前記第１の屈折−反射シートに隣接して配置するステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
  36. 追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記表面へと反射させることによって、前記太陽光パネルによって生成される前記出力電力を増幅するために、第２の屈折−反射シートを前記第１の屈折−反射シートの上に積み重ねるステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
  37. 第２の屈折−反射シートを前記太陽光パネルの上方で前記太陽光パネルの近くに配置するステップであって、前記第２の屈折−反射シートは、追加の太陽光を前記太陽光パネルの前記表面へと反射させることによって、前記太陽光パネルによって生成される前記出力電力を増幅するために配向される、ステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
  38. 第２の立設屈折−反射シートを、太陽光が前記シートの第１の側および前記シートの第２の側の一方に入り、反対側を介して前記太陽光パネルへと出て行くように、前記太陽光パネルの前に配置するステップをさらに含み、
    前記第２の屈折−反射シートは、前記太陽光を前記太陽光パネルの前記表面にわたって拡散することによって前記太陽光パネルの前記表面における影を照らし、結果として、前記太陽光パネルによって生成される前記出力電力をさらに増幅する、請求項３４に記載の方法。
  39. 前記屈折−反射シートを配置するステップは、太陽光が前記第１の側に当たって前記太陽光パネルの表面に反射するように、前記複数の屈折要素を有する前記第１の側を上に向けるように配置することを含む、請求項２９に記載の方法。
  40. 前記第２の側は滑らかな表面を有し、前記方法は、前記滑らかな表面を色または反射媒体で被覆するステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
  41. 前記色または前記反射媒体で被覆された第２の屈折−反射シートを前記太陽光パネルの上方に配置するステップと、追加の太陽光を前記太陽光パネルへと反射させることによって、前記太陽光パネルによって生成される前記出力電力をさらに増幅するように前記第２の屈折−反射シートを配向するステップとをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
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