JP2022549032A - 農産物の露光量調整及びエネルギー生産のためデバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、入射光８０の高指向性成分８１を変換又は伝送し、入射光８０の拡散成分８２を伝送することによる、農産物の露光量調整及びエネルギー生産、特に電気エネルギー生産のためのデバイス１００であって、第１の光学層４１を備える光学配置４０であって、第１の光学層４１が、複数の１次光学素子４７を備える、光学配置４０と、光に対して少なくとも部分的に透明であり、光エネルギーを出力エネルギーに変換可能な複数の離れた光エネルギー変換素子５１を有する光エネルギー変換層５０と、光エネルギー変換層５０に対して光学配置４０を移動させるための、又は、その逆に移動させるためのシフト機構６０と、光学配置４０又は光エネルギー変換層５０のいずれかが取り付けられたフレーム要素１０とを備え、シフト機構６０は、１つ又は複数の並進要素６５を介して、光学配置４０又は光エネルギー変換層５０をフレーム要素１０に対して並進的に変位させるように配置され、第１の光学層４１の１次光学素子４７及びシフト機構６０は、入射光８０の高指向性成分８１が光エネルギー変換層５０の光エネルギー変換素子５１上への方向付けが可能であるように、且つ、入射光８０の拡散成分８２が、光エネルギー変換素子５１によって覆われていない光エネルギー変換層５０の領域を透過可能であるように設計されており、デバイス１００を透過する光の量は制御可能である、デバイス１００に関する。さらに、本発明は、上述のデバイスを用いた光エネルギーの変換のための対応する方法及び使用にも関する。

Description

本発明は、農業用デバイスの技術分野、特に、農産物を照らす農業用デバイスの分野に関する。より具体的には、本発明は、エネルギーを生産するために、農産物に伝送されない光を収集すると同時に、農産物の露光量を調整して農産物の成長を助けることを可能にするデバイスに関する。本発明は、さらに、農業分野における本発明のデバイスの使用、及び、農産物の露光量調整の方法に関する。

照明は、植物又は作物などの農産物の健康及び成長のための必須要素のうちの１つである。光の強度及びその質は、茎、葉及び花の若い成長細胞の伸長及び拡大に影響を与える。すべての植物にとっての理想的な光量はないが、この理想的な光度は、農産物のそれぞれの種類によって異なる。光強度が十分でない場合、光合成及び成長が低下し、弱々しく小さい葉、変色、褐斑病又はドライスポット、節間の距離が長い弱った茎を有する黄化した植物、昆虫の侵入などが観察されることになる。したがって、農産物の成長を助けるために、農産物の露光量を農産物の各種類にとって最適な露光量に合わせることが基本である。農産物の露光量を調整することによって、農産物の成長にプラスの影響を与えられることが示されている。

農業の技術分野では、シャッター、フラップ又はペインを有するデバイスを使用して、これらのデバイスの下方に配置された農産物の露光量を調整することが知られている。しかし、これらのデバイスは、農産物に到達する光の量を減らすことしかできない。さらに、農産物に伝送されない光は、熱に変換されて失われる。最後に、作物に伝送される光は、通常、地面に均一に分布されず、日向及び日陰の領域を交互に作り出す。

当技術分野では、作物又は温室の上方に従来のシリコン太陽電池（ＰＶ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ）モジュールを設置することも知られている。従来のＰＶモジュールは、非常に安価で、大量生産が可能である。しかし、それらは完全に不透明であるため、十分な間隔がない場合は、その下方に配置された植物は完全に日陰になる。他方、それらの間隔をあけても、日陰を完全に除去するわけではなく、農産物の露光量を調整できずに発電量が減少することになるため、あまり効果的ではない。さらに、日中の太陽の動きにより、植物は完全に日光を奪われることがある。

集光型太陽光発電（ＣＰＶ：ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ）は、従来のシリコンＰＶと比べて、いくつかの利点を有するもう１つの解決策である。第１に、ＣＰＶモジュールは、３０％をはるかに超える光変換効率に達することができるが、高性能のシリコンＰＶは、２０％を超えるのがやっとである。ＣＰＶモジュールが透明基板を備える場合、それは半透明又は透光性であってもよい。したがって、空で散乱されたり、雲によって拡散されたり、自然環境によって反射されたりする日光は、ＣＰＶモジュールを介して、ほとんど陰を作らずに地面に伝送される。最後に、ＣＰＶモジュールは、太陽が移動しているときに太陽電池を光学系の焦点に合わせるための追尾システムを必要とするため、太陽電池によって電気に変換される直射日光の量、及び、妨げられずに透過する日光の量を積極的に調整することができる。

しかし、従来のＣＰＶモジュールは追尾装置が必要で、それが重大な欠点となる。それらは非常に重くて複雑な構造で、空の太陽の軌道をたどるために、２本の軸の周りを回転するための大きな空きスペースが必要である。それらが地面に取り付けられている場合、農業用機械の動きを妨げる可能性がある。そのサイズ及び重量のために、それらは屋上設置には対応しておらず、特に温室構造物としては重すぎる。

最後に、太陽光発電所と農業とは、土地利用をめぐって競合している。それらはエネルギー変換収率が比較的低いため、両方のプロセスは、選択的に電気を生産するか食用植物を育てるために、十分な量の太陽放射照度、ごくわずかな日陰又は障害物がある比較的平坦な地面、都市部に比較的近接していることなど、同様の特徴を有する非常に大きなオープンスペースを必要とする。したがって、同じ土地を共有するために両方を利用することが可能な発明には、強いインセンティブがある。

上記のすべての理由から、農産物の露光量調整及びエネルギー生産、特に電気エネルギー生産のためのデバイスが必要とされている。デバイスは、太陽の視運動を追尾するために、限定された体積内だけを移動するシフト機構を備える。このデバイスを使用すると、農産物に伝送されない光をエネルギー生産のために利用しながら、農産物の成長を助けるために農産物の露光量を正確に制御することができる。

したがって、本発明の目的は、既知のシステム及び方法の上述の欠点が完全に克服されるか、又は少なくとも大幅に減少する、農産物の露光量調整及びエネルギー生産のための新しいデバイスと、対応する方法と、使用とを提案することである。

本発明の目的は、伝送されない光エネルギーをエネルギー生産のために変換すると同時に、デバイスを透過する光量を正確に制御することができる、露光量調整及びエネルギー生産のためのデバイス及び対応する方法を特に提案することである。

本発明によれば、これらの目的は、特に４つの独立請求項の要素を通して達成される。さらなる有利な実施例は、従属請求項及び明細書から生じる。異なる実施例で本明細書において開示される特徴は、当業者によって容易に組み合わせることもできる。

特に、第１の態様では、本発明の目的は、入射光の高指向性成分を変換又は伝送することによって、及び、入射光の拡散成分を伝送するために、農産物の露光量調整及びエネルギー生産、特に電気エネルギー生産のためのデバイスによって達成され、そのデバイスは、
・第１の光学層を備える光学配置であって、上記第１の光学層が複数の１次光学素子を備える光学配置と、
・光に対して少なくとも部分的に透明で、光エネルギーを出力エネルギーに変換可能な複数の離れた光エネルギー変換素子を有する光エネルギー変換層と、
・光エネルギー変換層に対して光学配置を移動させるための、又は、その逆に移動させるためのシフト機構と、
・光学配置又は光エネルギー変換層のいずれかが取り付けられたフレーム要素と、
を備え、
シフト機構は、１つ又は複数の並進要素を介して、光学配置又は光エネルギー変換層をフレーム要素に対して並進的に変位させるように配置され、
第１の光学層の１次光学素子及びシフト機構は、入射光の高指向性成分が光エネルギー変換層の光エネルギー変換素子上への方向付けが可能であるように、且つ、入射光の拡散成分が、光エネルギー変換素子によって覆われていない光エネルギー変換層の領域を透過可能であるように設計されており、デバイスを透過する光の量は制御可能である。

本発明によれば、デバイスを透過する光の量を正確に制御し、入射光の高指向性成分の光エネルギーを効率的に変換することができる。変換された光は、デバイスによるエネルギー生産に使用される一方、透過光は、例えば、システムの下方に配置された植物を照らすために利用でき、したがって、それらの成長を可能にする。図２５に示すように、本発明によるデバイスによれば、一年の特定の期間における植物の成長を促進するために、成長期（点を付した領域）の間に植物に伝送される光の量を増やすことが可能である。

光エネルギー変換素子によって変換された光エネルギーの量及びシステムを透過する光の量を変調及び制御するために、デバイスのシフト機構を使用して、光学配置又は光エネルギー変換層のいずれかを移動することができる。特に、シフト機構により、日中のデバイスに対する太陽の動きを補正し、従来技術から知られているＣＰＶモジュールのように、外部追尾装置を使用する必要なくエネルギーの生産を最大化するために、光学配置の１次光学素子に対して常に最も好ましい位置に光エネルギー変換素子を配置することができる。

それにもかかわらず、シフト機構は、デバイスを透過する光の量を最大化するためにも使用することができ、したがって、植物の成長を助けるために、例えば、システムの下に配置された植物に到達する光の量を最大化するために使用することができるということを理解することが重要である。特に、シフト機構は、入射光の高指向性成分を植物に伝送するために、光エネルギー変換素子に対して光学配置の１次光学素子を意図的にずらすために使用することができる。これは、植物が、拡散太陽光だけで１日の間に提供できるよりも大きな放射照度を必要とする場合に有利である。例えば、デバイスは、太陽が低く、光エネルギー変換の効率がとにかく小さい早朝又は夕方に、光エネルギー変換素子に対して１次光学素子を自動的にずらすように構成されたプログラム可能なシフト機構を提供することができる。より一般的には、デバイスは、日中のいつでも、例えば、手動入力に基づいて、又は植物によって受け取られるエネルギーの量及び／又は光エネルギー変換素子によって生産される電力量を測定する１つ又は複数のセンサのフィードバックに基づいて、光エネルギー変換素子に対して１次光学素子をずらすように構成されたプログラム可能なシフト機構を提供することができる。これは、有利には、透過光の量を農産物の各種類にとって最適な露光量に合わせるように使用することができる。

光エネルギー変換素子は、ＰＶセルであってもよく、例えば、光エネルギーを熱に変換するための熱モジュールのように、光エネルギー変換のための他のタイプのモジュールであってもよい。本発明のデバイスの光エネルギー変換素子は、異なる種類、例えば、ＰＶセル及び熱電池の混合物であってもよい。

本発明の好ましい一実施例では、複数の１次光学素子及び光エネルギー変換素子は、規則的な２次元アレイに配置され、シフト機構は、少なくとも２次元においてフレーム要素に対して並進的に光学配置又は光エネルギー変換層を変位させるように配置される。

本発明の別の好ましい実施例では、シフト機構は、入射光の高指向性成分が光エネルギー変換素子によって覆われていない光エネルギー変換層の領域上への方向付けが可能であるように、光学配置又は光エネルギー変換層を変位させるように配置される。上述のように、これは、植物が、拡散太陽光だけで１日の間に提供できるよりも大きな放射照度を必要とする場合に特に有利である。例えば、デバイスは、太陽が低く、光エネルギー変換の効率がとにかく小さい早朝又は夕方に、光エネルギー変換素子に対して１次光学素子を自動的にずらすように構成されたプログラム可能なシフト機構を提供することができる。これは、有利には、透過光の量を農産物の各種類にとって最適な露光量に合わせるように使用することができる。

本発明の別の好ましい実施例では、シフト機構は、デバイスを透過する光の量が最大化及び最小化できるように、光学配置又は光エネルギー変換層を変位させるように配置される。これにより、デバイスは、農産物に最大の光を伝送するように、又はそれらをほぼ完全に日陰にするように使用することができる。後者は、夏の間、熱に弱い農産物にとって特に有利である。

本発明の別の好ましい実施例では、シフト機構は、ダブル・ユニバーサル・ジョイント、例えばダブル・カルダン・ジョイント、ダブル・ボール・ジョイントのような１つ若しくは複数の案内要素、及び／又は、ばね若しくは板ばねなどの１つ若しくは複数の可撓性案内要素を含み、その結果、１つ若しくは複数の案内要素又は可撓性案内要素が、光学配置及び／又は光エネルギー変換層の自由度を限定することができる。１つ又は複数の並進要素の自由度を限定することができる１つ又は複数の案内要素、有利には、可撓性案内要素は、光学配置及び光エネルギー変換層の相対的な位置をシフト機構によって正確に調整することができ、より具体的には、相対的な回転を回避又は最小化することができるように配置される。このように、シフト機構により、光学配置及び光エネルギー変換層の相対的な移動は、回転なしで、並進においてのみ生じることが確実になる。機械的変形に基づく可撓性案内要素は、摩擦を伴わず、摩耗に見舞われないので、本発明のデバイスのように高い信頼性及び長い寿命を必要とする機械システムにとって有利である。さらに、移動に対して垂直な方向への剛性と、小さい変位を実行する際の精度とは、特にこのタイプのシステムに適している。さらに、光学配置と光エネルギー変換層との間の相対的な回転を回避することは、光エネルギー変換素子に向かう光及び農産物に伝送される光を正確に制御するために重要である。実際、入射光の高指向性成分は、光エネルギー変換素子上、又は光エネルギー変換層の透明領域上のいずれかへ正確に向けることができる。

本発明の別の好ましい実施例では、１つ又は複数の案内要素、及び／又は、１つ又は複数の可撓性案内要素は、光学配置と光エネルギー変換層との間の回転運動を抑制することができる。これは、光学配置と光エネルギー変換層との間のスプリアス回転運動により、光学配置の１次光学素子と光エネルギー変換層との間の位置ずれが生じ、デバイスを透過する光の量を正確に制御することができないため、特に重要である。

本発明のさらに好ましい実施例では、光エネルギー変換層は、案内要素及び／又は可撓性案内要素によって光学配置に直接取り付けられる。これらの案内要素によって提供される直接的な機械的リンクは、光学配置及び光エネルギー変換層のお互いに対するより正確な位置決めを確実にする。

本発明の別の好ましい実施例では、案内要素及び／又は可撓性案内要素は、放物面上又は球面軌道上の光学配置又は光エネルギー変換層の動きを案内するように配置される。これにより、光エネルギー変換素子、又は光エネルギー変換層の透明領域は、入射光の高指向性成分の入射角とは無関係に、１次光学素子の焦点に位置付けることができる。さらに、湾曲した変位軌道は、デバイスの効率及び／又は角度受容性を高めるのに有利であり得る。

さらに好ましい実施例では、デバイスは、デバイス上に降る雨水を収集するためにフレームに取り付けられた樋を備える。樋により、デバイスの前面に降る雨を収集し、収集された水を下方に配置された農産物に分配することができる。これは、デバイスの下方の植物に水が与えられないことを防ぎ、人工的な灌水の必要性がないようにするか、低減するのに有利である。

本発明のさらに別の好ましい実施例では、デバイスは、収集された雨水を分配するための配水システムを備える。これにより、収集された雨水をデバイスの下方又は近くに配置された植物に分配することができる。

本発明の別の好ましい実施例では、屈折型及び／又は反射型の２次光学素子は、光エネルギー変換素子上に入射光の高指向性成分をさらに集束させるために、光エネルギー変換素子上に直接取り付けられる。光エネルギー変換素子上に直接取り付けられた２次光学素子は、２つの主な利点を有する。第１に、２次光学素子は、光エネルギー変換素子によって入射光の高指向性成分をよりうまく確実に収集することができ、これは、２次光学素子でなければ、光エネルギー変換素子を見逃して失われてしまうであろう入射光の高指向性成分の一部を収集することができるからである。第２に、２次光学素子は、１次光学素子と光エネルギー変換素子との間のアライメント公差を増加させることができる。いくつかの光エネルギー変換素子が、光エネルギー変換層上に取り付けられる場合、光学配置の各１次光学素子によって集光され透過された光は、わずかに位置がずれてしまうことがある。２次光学素子は、この位置のずれに関する損失を最小限に抑える。しかし、２次光学素子を使用しても、入射光の拡散成分は、デバイスの下方に配置された農産物に伝送され、デバイスは、入射光の高指向性成分を農産物に伝送するために、意図的にずらすことができるということに留意することが重要である。すなわち、２次光学素子は、より正確な露光量調整と、より効率的なエネルギー生産とを可能にする。

本発明の別の好ましい実施例では、光散乱層は、光エネルギー変換層の下方に、光学配置の反対方向に配置される。光散乱層によって、放射照度をさらに均一化することができ、これは、デバイスの下方に配置された農産物の成長に非常に有利になり得る。

本発明のさらに別の好ましい実施例では、光スペクトル・シフト素子は、光エネルギー変換素子間にある光エネルギー変換層内に組み込まれている。シフト機構により、光学層によって集束された高指向性光は、デバイスによって透過される光のスペクトルを変化させるために、これらの光スペクトル・シフト素子に向かわせることができる。これは、デバイスの下方で成長中の植物に最適化されたスペクトルを有する光（例えば４５０ｎｍ未満の青方偏移光、又は６５０ｎｍを超える赤方偏移光）を伝送するために有利である。

本発明のさらに別の好ましい実施例では、少なくとも１つの発光素子は、光エネルギー変換層の光エネルギー変換素子とは反対側で、光エネルギー変換層上に設けられている。発光素子は、例えば夜間又は曇りの日など、日光がないときに植物に光を提供することができ、又は、成長中の植物に最適化された特定のスペクトル帯域内に追加の光を提供することができる。有利には、発光素子は、発光ダイオードである。透明な光エネルギー変換層上の陰を最小化するために、発光素子と光エネルギー変換素子とを位置合わせすることが有利である。複数の発光素子の場合、それらの素子のそれぞれが、光エネルギー変換素子のうちの１つと位置合わせされることが好ましい。

本発明のさらなる好ましい実施例では、デバイスは、特に光合成に有用な波長の範囲の、典型的には４００～７００ナノメートルの間の複数の発光スペクトルを有する複数の発光素子を備える。複数の発光素子を提供することにより、曇りの日又は夜間に農産物の露光量を増加させることができる。さらに、光素子は、さまざまな種類であってもよく、例えば、それらは、デバイスの下方に配置されたさまざまな種類の植物に適応するために、さまざまな発光スペクトルを有することができる。ここでも、透明な光エネルギー変換層上の陰を最小化するために、発光素子と光エネルギー変換素子とを位置合わせすることが有利である。

本発明の別の好ましい実施例では、デバイスは、光エネルギー変換素子によって生産されるエネルギーを発光素子に供給するように構成される。これにより、デバイスは、エネルギー的に自給自足することができ、このことは、いくつかのデバイスが大きな圃場に配置されるときに好都合である。有利には、デバイスは、光エネルギー変換素子によって再充電可能で発光素子にエネルギーを提供するバッテリーを備える。これにより、発光素子は、例えば夜間に、外部エネルギー源にデバイスを接続する必要なく、植物に光を提供することができる。

本発明のさらなる好ましい実施例では、屈折型及び／又は反射型の４次光学素子は、放射された光を方向付けるために発光素子上に直接取り付けられる。４次光学素子を使用して、発光素子によって放射された光を方向付けることが可能であり、例えば、システムの下方に配置され、互いに離れている植物上に、放射された光を集束させることが可能である。これにより、放射された光は、例えば植物の成長を促進するために最適に使用することができる。

本発明のさらに別の好ましい実施例では、光学配置は、直接、又は接着剤層を用いてのいずれかで第１の光学層に結合される第２の光学層を備える。第２の光学層は、例えば、入射光の高指向性成分を光エネルギー変換層上へうまく向かわせるために、さらなる光学素子を備えることができる。

本発明のさらなる好ましい実施例では、第２の光学層は、第１の光学層の上部に、入射光の源の方向に配置される。この実施例では、第２の光学層は、環境条件に対して第１の光学層を保護することができる。有利には、第２の光学層は、剛性板、例えばガラス板の形態を有し、これはフレーム要素より大きくてもよい。これは、例えば、あられ、霜又は鳥などからデバイス及び農産物を保護するのに有利である。

本発明のさらなる好ましい実施例では、第１の光学層及び第２の光学層は、第１の密閉空間を形成する。これは、第１の光学層が環境条件、特に湿度に対してうまく保護されるため、有利である。さらに、これは、例えばデバイスが温室のファサード又は屋根要素として使用される場合に、断熱を提供する二重ガラスの窓として光学配置を使用するために有利である。

本発明のさらなる好ましい実施例では、第１の光学層は、第１の光学副層及び第２の光学副層を備え、第１の光学副層及び第２の光学副層は、直接、又は接着剤層を用いてのいずれかで第１の光学副層及び第２の光学副層に結合される第３の光学層によって分離されている。これにより、例えばガラスで作られた剛性の第３の光学層を有することができ、例えば、シリコーンゴムなどのポリマーで作られたり、例えば、射出成形によって複雑な光学形状に成形又は鋳造されたりする光学配置、及び、より可撓性のある第１の光学層を構造化することができる。次いで、第１の光学層及び第３の光学層の両方が互いに接着又は結合されて、入射光の高指向性成分を、光エネルギー変換素子上、又は光エネルギー変換層の透明領域上に向けることができる剛性構造を形成する。

本発明の別の好ましい実施例では、光学配置は、直接、又は接着剤層を用いてのいずれかで第１の光学層に結合される第４の光学層を備え、第４の光学層は、第１の光学層の上部に、光エネルギー変換層の方向に配置される。これにより、デバイスは、三重ガラスの窓として使用することができ、デバイスのさらなる断熱性能を可能にし、デバイスが温室のファサード又は屋根要素として使用される場合に有利である。

本発明のさらに別の好ましい実施例では、第１の光学層及び第４の光学層は、第２の密閉空間を形成する。これは、光学配置が環境条件、特に湿度に対してうまく保護されるため、有利である。さらに、それによって良好な断熱が可能になり、したがって、より効率的な三重ガラスの窓を、デバイスを用いて製造することができる。これは、デバイスが温室のファサード又は屋根要素として使用される場合に有利である。

本発明のさらに別の好ましい実施例では、第１の密閉空間及び／又は第２の密閉空間は、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、ラドン、キセノン、クリプトン又はそれらの混合物などの不活性ガスによって充填される。これは、エネルギー変換能力を低下させることなくシステムの断熱性能が向上するため、温室の二重ガラス又は三重ガラスの窓のようなデバイスを使用する場合に有利である。

本発明のさらなる好ましい実施例では、第２の光学層、第３の光学層及び／又は第４の光学層は、ガラス又はアクリル（ＰＭＭＡ）などの剛性材料から作られている。これにより、光学配置の剛性を高め、その後の光学層を機械的衝撃、又はほこりや湿度などの環境汚染から保護することができる。これは、デバイスが圃場で使用される場合、又は、温室のファサード若しくは屋根要素として使用される場合、特に好都合である。第２の光学層は、典型的には平坦である（すなわち、光学素子がない）が、光の経路又は分布を変更するようにパターン形成することもできる。さらに、前面光学層は、光透過率を向上させるために、片面又は両面の反射防止コーティングを塗布することができる。

本発明のさらなる好ましい実施例では、第１の光学層、第２の光学層、第３の光学層及び／又は第４の光学層は、成形、特に射出成形若しくは圧縮成形、又はガラス圧延によって形成される。射出成形は、光学素子を高精度で製造するための良く知られた工業的方法である。ガラス圧延は、通常は、精度は劣るが安価である。

本発明の別の好ましい実施例では、第１の光学層は、シリコーンゴムなどの可撓性材料で作られている。可撓性材料を使用することによって、第１の光学層をパターン形成し、１次光学素子を形成することは特に容易である。

本発明のさらなる好ましい実施例では、１次光学素子の数は、光エネルギー変換素子の数と等しい。これにより、１次光学素子と光エネルギー変換素子との間には、１対１の関係がある。これにより、入射光の高指向性成分の光エネルギーの最大値を交互に変換又は伝送することができる。

本発明のさらなる好ましい実施例では、１次光学素子の数は、光エネルギー変換素子の数よりも多い。これにより、入射光の高指向性成分の一部を、システムに透過させることが可能である。これは、より多くの透過光の量が必要とされる用途において有利である。

本発明のさらなる好ましい実施例では、光エネルギー変換層は、複数の光造形素子を備え、光造形素子は、光エネルギー変換素子の間に位置し、それらに当たる光の経路を変更するように構成される。光造形素子を用いて、光エネルギー変換素子によって覆われていない光エネルギー変換層の領域に当たる入射光の集束高指向性成分の発散角を大きくすることができる。これは、デバイスを透過する光の強度、方向及び／又は発散を制御するために、デバイスの位置がずれている場合に有利である。

本発明の別の好ましい実施例では、光エネルギー変換層は、複数の光拡散素子を備え、光拡散素子は、光エネルギー変換素子の間に位置し、光変換層とは異なる透過率を有する。光エネルギー変換層とは異なるさまざまな透過率を有する光拡散素子を用いて、光学層によって集束された直接光のビームの透過率を制御することが可能である。シフト機構により、制御された透過率で光を透過させるために、集束光を、光拡散素子のうちの１つに当てることもできるし、どれにも当てないこともできる。

本発明の別の好ましい実施例では、光エネルギー変換層は、スペクトル・フィルタ、特に、ＵＶ及び／又は赤外光フィルタを備える。これは、光合成に使用されない波長の放射エネルギーで作物を加熱することを避けるために有利である。

本発明のさらなる好ましい実施例では、デバイスは、光エネルギー変換層と光学配置との間に配置された１つ又は複数の摺動体、及び、１つ又は複数の予備拘束要素を備える。１つ又は複数の摺動体は、その端部のうちのいずれかに固定され、他方上で摺動することができるか、又は、両端上で摺動するように配置することができる。例えば、摺動体は、一端で光学配置に固定することができ、他端で光エネルギー変換層上を摺動することができ、又はその逆にすることができる。ばねなどの予備拘束要素は、摺動体と同軸上に配置することができ、摺動体が、摺動している面と常に接触することが確実になる。適切な数の摺動体を用いて、光学配置と光エネルギー変換層との間の距離は、デバイスの全面にわたって正確且つ確実に維持することができる。さらに、光学配置の表面に対して垂直な軸上のデバイスの剛性が大幅に向上し、シフト機構の他の案内要素の剛性要件を低下させる。摺動体によって、光学配置と光変換層との間の位置合わせの精度が向上し、デバイスを透過する光の量は、より正確に制御することができる。

本発明のさらなる好ましい実施例では、デバイスは、１つの摺動体と、それらが摺動している表面との間に摺動パッドを備える。摺動パッドによって、摩擦を低減することができ、及び／又は、摺動が生じる面の傾斜を局所的に変更することができる。より具体的には、摺動パッドは、摺動体が摺動パッド上を横方向に移動しているときに、光学配置と光エネルギー変換層との間の距離が所望の曲率に応じて変化するように、任意の所望の曲率、例えば球体の一部を有することができる。そうでなければ、横方向の変位が、制御された垂直の変位を誘発する。この構成は、デバイスの光透過率及び変換効率、及び／又は、角度受容性を高めるために有利である。

本発明のさらなる好ましい実施例では、１次光学素子は、鏡などの反射型であるか、又は平凸、平凹、両凸、両凹、凹凸レンズ型、及び多項式形状を有する非球面曲率などを含むレンズなどの屈折型である。非球面曲率を有するレンズ、有利には、３次以上の多項式によって記述される非球面曲率、特に１つ又は複数の変曲点を含む非球面曲率を有するレンズなどの光学素子によって、設計自由度が高くなり、角度受容性を高め、光学収差を減少させることができる。これにより、光エネルギー変換素子上に、又は、光エネルギー変換層の透明領域上に、入射光の高指向性成分を効率よく集光することができる。より高い集光率によって、高価な光エネルギー変換素子の面積を減らすことができるので、高効率なＰＶセルを用いることができ、コストを削減することができる。さらに、集光によって、通常、光エネルギー変換素子の効率が高まる。より小さい光エネルギー変換素子を用いると、光を透過できる光エネルギー変換層の表面は大きくなり、システムの下方に配置された農産物により多くの拡散光を伝送させることができる。

本発明のさらに別の好ましい実施例では、１次光学素子は、六角形又は長方形のタイルの輪郭を有する。これにより、１次光学素子間に隙間を有することなく、光学配置の表面を１次光学素子で完全に覆うことができる。

本発明の別の好ましい実施例では、光エネルギー変換素子は、ＰＶセル、例えば高効率ＰＶセルである。これにより、入射光の高指向性成分は、直接、電気に変換することができる。光学層の集束力により、これらのセルによって覆われる表面は、従来のＰＶモジュールよりも小さく、入射光の拡散成分を透過できる光エネルギー変換層の表面はより大きくなる。したがって、高効率ＰＶセルにより、入射光の高指向性成分は、より効率的に電力に変換することができると同時に、拡散光をデバイスに透過させることができる。これは、デバイスが圃場で使用されるときに特に有利である。

光エネルギー変換素子は、単接合又は多接合ＰＶセルであってもよい。多接合ＰＶセルは、非常に効率的だが高価であり、単接合ＰＶセルは、効率性は低いがはるかに安価である。さらに、光エネルギー変換素子は、有利には、ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ、又はＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＧａＩｎＡｓＮＳｂなどのＩＩＩ－Ｖ族半導体に基づく三重接合セルであってもよく、集光下では４０％を超える効率に達することができる。或いは、光エネルギー変換素子は、デュアル接合セル、又はペロブスカイト－シリコン・タンデム・セルなどのタンデム・セルであってもよく、これらは、より優れた性能対費用比を提供できる可能性を有している。多接合セルの接合部を、エピタキシャル・プロセスによって成長させることができるか、又は機械的に積層させることができることに留意されたい。単接合セルの場合、それらは、有利には、単結晶シリコン・セル、多結晶シリコン・セル、又は、セレン化銅インジウムガリウム（ＣｉＧＳ：Ｃｏｐｐｅｒ Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｓｅｌｅｎｉｄｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ：Ｃａｄｍｉｕｍ Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ）若しくはアモルファスシリコンなどの薄膜太陽電池であってもよく、すべて非常に低コストで大量生産されている。それにもかかわらず、それらは、ヘテロ接合シリコン・セル又はペロブスカイトなどの他の技術／材料から作ることもできる。

本発明のさらに別の好ましい実施例では、光エネルギー変換層は、第１の保護層と第２の保護層との間に挟まれる封入層に封入される。封入層は、例えば、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ：ｅｔｙｌｅｎｅ－ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）又はポリエチレン酢酸ビニル（ＰＥＶＡ：ｐｏｌｙ－ｅｔｙｌｅｎｅ－ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）から作ることができる。封入層並びに第１及び第２の保護層があることにより、光エネルギー変換素子を、湿度又はほこりなどのストレス及び汚染物質から保護することができる。２つの保護層は、有利には、剛性及び耐衝撃性のためにガラスで作られてもよい。或いは、それらは、より軽量のデバイスにするためにＰＥＴなどのポリマーで作られてもよい。

本発明のさらに別の好ましい実施例では、シフト機構の並進要素は、光学配置又は光エネルギー変換層が、並進移動において１つ又は複数の自由度で移動させることができるように、少なくとも１つのアクチュエータ及び制御システムを備える。並進移動は、それに応じて１つ、２つ又は３つの自由度で構成することができる。並進における高い自由度によって、システムの精度及び感度が向上するので、システムのエネルギー変換及び光透過率を最大化することができる。有利には、制御システムは、集中型ユニットから電子コマンドを受信する。

本発明のさらなる好ましい実施例では、シフト機構は、同じ並進軸に対して平行であるが並進要素の両端に配置された２つ以上のアクチュエータと、最初の２つに対して垂直な方向に配置された１つ又は複数のアクチュエータとを備える。この構成によって、光エネルギー変換層と光学配置との間に相対的な回転がないことを確実にするために、光学配置に対して垂直な軸を中心にした並進要素の寄生回転を無効にすることができる。

本発明の好ましい一実施例によれば、アクチュエータは、電気機械アクチュエータ、静電アクチュエータ、圧電アクチュエータ、スティック・スリップ・アクチュエータ又は空気圧アクチュエータである。

本発明の別の好ましい実施例では、デバイスは、放射照度、温度及び／又は湿度などの環境パラメータを監視するためのセンサをさらに備え、農業生産を最適化することができる。この手段により、農産物の最適な成長条件を得ることができる。

本発明のさらなる好ましい実施例では、本発明のデバイスは、並進要素の位置、及び／又は、デバイスの出力電力、及び／又は、デバイスを透過した光の量を監視するためのフィードバック制御ループをさらに備え、フィードバック制御ループは、例えば、光学センサ、磁気センサ又は光起電センサ、電力計、温度センサ又はこれらのセンサのうちのいくつかの組合せである。１つ又は複数のセンサは、並進要素、光学配置、若しくは光エネルギー変換層、又は、それらの組合せの相対的若しくは絶対的な位置に関する情報、又は、デバイスの光エネルギー変換率が最適化されるようなシステムの出力電力の効率性に関する情報を報告することができる。デバイスを透過してシステムの下方に配置された植物に到達する光の量を測定するために、１つ又は複数のセンサを設けることができる。

本発明の別の好ましい実施例では、デバイスは、エネルギー生産、透過光の量、埋め込まれたセンサの出力信号及び／又はシフト機構の位置を測定するように構成されるマイクロコントローラをさらに備える。これは、それ自体の状況を測定するための手段を有するデバイスを提供するため、及び、事前に定義されたアルゴリズムに基づいてデバイスが自律的に動作できるようにするために有利である。

さらなる好ましい実施例では、マイクロコントローラは、好ましくは、光学配置に対向する光エネルギー変換層側に位置する密閉ボックス（ジャンクション・ボックス）内に埋め込まれたプリント回路基板上に設けられる。

さらなる好ましい実施例では、デバイスは、有線又は無線の通信バスを備える。これは、デバイスがその状況及びセンサ測定値をゲートウェイ又はデータベースに通信するために有利である。さらに、これは、通信バスが双方向である場合、設置レベルで光透過及びエネルギー生産を制御するために、中央制御ユニット又はゲートウェイが、同一のバスに接続された１つ又は複数のデバイスにコマンドを送信するための手段を提供する。

本発明の別の好ましい実施例では、可撓性膜は、並進要素とフレームとの間の隙間を密封すると同時に、並進要素が横方向及び縦方向の両方に移動することを可能にする。この構成では、光エネルギー変換層とフレームとの間の隙間が密封されることにより、光が装置を透過することができるのを確実にするとともに、環境条件に対して光学配置を保護することができる。

本発明のさらなる好ましい実施例では、光エネルギー変換素子は、光エネルギー変換層上に設けられた接続線によって相互接続され、接続線は、透明導電性酸化物などの透明導電性材料から作られる。この実施例は、接続線によって吸収される光が最小であることを保証し、光エネルギー変換素子によって捕捉されない光の最大値がデバイスを確実に透過することを確実にするのに有利である。

本発明のさらなる好ましい実施例では、３次光学素子は、光エネルギー変換層の上部に、光学配置の方向に設けられ、３次光学素子は、接続線に当たる光の量が最小になるように構成される。３次光学素子は、例えば、３次光学素子でなければ光エネルギー変換素子の接続線上に当たって失われてしまうであろう光の経路を変更することができる。３次光学素子により、この光は方向転換され、デバイスを透過する。

本発明の別の好ましい実施例では、デバイスは、いくつかの光学配置及びいくつかの光エネルギー変換層を備え、シフト機構は、すべての光エネルギー変換層に対してすべての光学配置を移動させることができるように、又は、その逆に移動させることができるように構成される。

本発明のさらに別の好ましい実施例では、デバイスは、単軸追尾装置又は二軸追尾装置に取り付けられるように配置される。これにより、エネルギー生産を最大化すること、及び／又は、デバイスを好ましい位置に、例えば垂直位置に移動し、農業機械用のスペースを増やすことができる。

第２の態様では、本発明は、本発明によるデバイスを用いて、入射光の高指向性成分を変換又は伝送し、入射光の拡散成分を伝送することによる、農産物の露光量調整及びエネルギー生産のための方法に関し、
・ 光の源と農産物、特に作物との間にデバイスを配置するステップと、
・ 光エネルギー変換層に対して光学配置を移動させる、又は、その逆に移動させるステップと、
を含み、
シフト機構は、デバイスを介して農産物に伝送される光の量が調整されるように、１つ又は複数の並進要素によって、光学配置又は光エネルギー変換層を並進移動させる。

この方法によって、光エネルギー変換素子によってシステムを透過しない光エネルギーを変換すると同時に、デバイスの下方に配置された農産物の露光量を効率的及び正確に調整することが可能である。変換された光は、デバイスによるエネルギーの生産のために使用される一方、透過された拡散光はシステムの下方に配置された植物を照らすために使用可能であるため、それらの成長を可能にする。デバイスのシフト機構は、光エネルギー変換素子によって変換された光エネルギーの量、及び、システムを透過する光の量を変調及び制御するために、光学配置又は光エネルギー変換層のいずれかを移動させるために使用することができる。特に、シフト機構を用いて、日中のデバイスに対する太陽の動きを補正し、光エネルギー変換層を光学配置の１次光学素子に対して常に最も好ましい位置に配置して、システムの露光量を調整すること、及び／又は、エネルギー生産を最大化することが可能である。

本発明のこの態様の好ましい一実施例では、入射光の高指向性成分は、光エネルギー変換層の光エネルギー変換素子上、及び、光エネルギー変換素子によって覆われていない光エネルギー変換層の領域上に交互に向けられ、入射光の拡散成分が、光エネルギー変換素子によって覆われていない光エネルギー変換層の領域を透過する。これにより、例えば日光などの入射光の高指向性成分は、システムを透過することができ、デバイスの下方に配置された農産物のために利用することができる。

本発明のこの態様の別の好ましい実施例では、農産物は、光エネルギー変換層の光エネルギー変換素子とは反対側に設けられた少なくとも１つの発光素子によって追加的に照らされる。発光素子は、例えば夜間又は曇りの日など、日光がないときに植物に光を提供すること、又は、成長中の植物にとって最適な特定のスペクトル帯域内で追加の光を提供することができる。有利には、発光素子は、発光ダイオードである。透明な光エネルギー変換層上の陰を最小化するために、発光素子と光エネルギー変換素子とを位置合わせすることが有利である。

本発明のこの態様のさらに好ましい実施例では、農産物は、複数の発光素子によって照らされ、発光素子が放射する光は、光合成に使用される波長の範囲内、典型的には４００～７００ナノメートルの間の異なるスペクトル成分を有する。

本発明のこの態様のさらに別の好ましい実施例では、発光素子は、光エネルギー変換素子によってエネルギーを提供される。これにより、この方法は、発光素子にエネルギーを提供するための外部源を必要とせず、したがって、外部エネルギー源を提供することができない大きな圃場に適用することができる。

本発明のこの態様のさらなる好ましい実施例では、デバイスを介して農産物に伝送される光の量は、季節による農産物の光の要件に適合するように調整される。これにより、すべての季節にわたって、良好な成長条件が得られる。

本発明のこの態様のさらなる好ましい実施例では、デバイスを介して農産物に伝送される光の量は、１日の初め又は終わりに増加する。これにより、日中の長時間にわたって、良好な露光条件を得ることができる。

本発明のこの態様の別の好ましい実施例では、デバイスを介して農産物に伝送される光の量は、１日中、一定に保たれる。

本発明のこの態様のさらに別の好ましい実施例では、農産物で測定される温度が、１日中、一定に維持される。デバイスを透過する光の量は、植物やその付近で測定される温度に影響を与える。この温度が１日中一定に維持される場合、それは、いくつかの植物にとって有利である。測定された温度に応じて、デバイスを透過する光の量を調整することによって、測定された温度を一定に維持することができる。

本発明のこの態様のさらなる好ましい実施例では、エネルギー生産は最大化される。これは、例えば、デバイスが発光素子のための再充電可能なバッテリーを備える場合に好都合である。バッテリーが空の場合、シフト機構は、バッテリーを急速に再充電するために、エネルギー生産量が最大となる位置にエネルギー変換層を移動させることができる。植物を照らす必要がない場合も有利である。そのような場合、この方法は、最大のエネルギー生産のために使用することができる。

第３の態様では、本発明は、植物などの農産物の露光量調整のための、及び、エネルギー生産のための、本発明によるデバイスの使用に関する。この使用により、光エネルギー変換素子によってシステムを透過しない光エネルギーを変換すると同時に、デバイスの下方に配置された農産物の露光量を効率的及び正確に調整することが可能である。変換された光がデバイスによるエネルギー生産に使用される一方で、透過された拡散光は、システムの下方に配置された植物を照らすために利用でき、したがって、それらの成長を可能にする。光エネルギー変換素子によって変換された光エネルギーの量、及びシステムを透過する光の量を変調及び制御するために、デバイスのシフト機構を使用して、光学配置又は光エネルギー変換層のいずれかを移動することができる。特に、シフト機構を用いて、日中のデバイスに対する太陽の動きを補正し、光エネルギー変換層を光学配置の１次光学素子に対して常に最も好ましい位置に配置して、システムの露光量を調整すること、及び／又は、エネルギー生産を最大化することが可能である。

本発明のこの態様の好ましい一実施例では、太陽からの入射光の高指向性成分の光エネルギーが、光エネルギー変換素子によって捕捉及び変換され、入射光の拡散光成分は、デバイスを介して、太陽と反対の方向に、デバイスの下方に配置された植物などの農産物に伝送される。

第４の態様では、本発明は、温室のファサード又は屋根構成要素としての本発明によるデバイスの使用に関する。

本発明の上記及び他の目的、特徴並びに利点は、添付の図面と組み合わせて得られる以下の詳細な説明から明らかである。

農業用途のための本発明によるデバイスの使用の第１の実施例を示す図である。 農業用途のための本発明によるデバイスの使用の第２の実施例を示す図である。 本発明のこの態様の第１の実施例によるデバイスの概略断面図であり、高指向性の光が、光学配置上に垂直入射角で当たっている。 本発明のこの態様の第１の実施例によるデバイスの概略断面図であり、高指向性の光が、光学配置上に非垂直入射角で当たっている。 本発明のこの態様の第１の実施例によるデバイスの概略断面図であり、光エネルギー変換層が、高指向性光を伝送するために意図的に位置をずらされている。 本発明のこの態様の第２の実施例による光学配置の概略上面図であり、１次光学素子が、六角形の外形を有する。 本発明のこの態様の第３の実施例による光学配置の概略断面図である。 本発明のこの態様の第４の実施例による光学配置の概略断面図である。 本発明のこの態様の第５の実施例による光学配置の概略断面図である。 本発明のこの態様の第６の実施例による光学配置の概略断面図である。 本発明のこの態様の第７の実施例による光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明のこの態様の第８の実施例による光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明のこの態様の第９の実施例による光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明のこの態様の第１０の実施例による光エネルギー変換層の概略断面図である。 光学配置の部分的な位置ずれの場合の集束入射光の光路を示す、光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明のこの態様の第１１の実施例による光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明のこの態様の第１２の実施例による光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明のこの態様の第１３の実施例による光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明のこの態様の第１４の実施例による光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明のこの態様の第１５の実施例による光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明のこの態様の第１６の実施例による光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明の第１７の実施例によるデバイスの概略上面図である。 本発明の第１８の実施例によるデバイスの概略上面図である。 本発明のこの態様の第１９の実施例によるデバイスの概略断面図であり、光エネルギー変換層は、その標準位置にある。 本発明のこの態様の第１９の実施例によるデバイスの概略断面図であり、光エネルギー変換層は、シフトされた位置にある。 本発明のこの態様の第２０の実施例による光学配置及び光エネルギー変換層の概略断面図である。 本発明のこの態様の第２１の実施例によるデバイスの概略断面図である。 本発明のこの態様の第２２の実施例によるデバイスの概略断面図である。 本発明のこの態様の第２３の実施例によるデバイスの概略断面図である。 デバイスが、光学配置に対する光エネルギー変換層の相対的な位置を制御するためのフィードバック・ループを備える実施例を示す図である。 本発明によるいくつかのデバイスを組み合わせて、単一のシステムを形成することができることを示す図である。 本発明によるデバイスによって、植物の露光量をその最適値に合わせることができることを示す図である。

図１Ａ及び図１Ｂは、農業用途のための本発明によるデバイス１００の使用の第１及び第２の実施例を示す。本発明の一般的な原理は、光学配置４０に対して光変換層５０を並進させることができるシフト機構６５により、例えば太陽などの光源からの入射光８０の全体のうち、高指向性光成分８１、すなわち、コリメート光を高効率で収集すること、又は、デバイスの下方に配置された農産物に入射光のこの成分を伝送することのいずれかが可能なデバイスを提供することである。デバイスは、植物に入射光８０の拡散光成分８２を伝送することもできる。以下で詳細に説明するように、デバイス１００は、太陽から「直接」届く高指向性入射光８１からの光エネルギーをＰＶセルによって変換できると同時に、拡散入射光８２がデバイスを透過し、透過された拡散光９２がデバイスの下方に配置される植物に到達できるように構成されている。デバイスは、太陽の位置が空のどこにあろうと、光エネルギー変換又はデバイスを介した透過を最大化することを可能にするシフト機構（図１Ａ及び図１Ｂには示さず）をさらに備える。これらの図からわかるように、デバイスは、システムの側面上又は中央のいずれかのポールに取り付けることができる。以下で詳細に説明するように、デバイス１００のシフト機構により、地面に対するシステム１００への傾斜角は、必ずしも日中に変更される必要はない。図１Ａは、エネルギー生産を最大化するために、又は、デバイスを垂直位置に置いて農業用機械のスペースを増やすために、回転軸Ｒを備える単軸追尾装置上にデバイスを取り付けることができることも示している。

したがって、農業分野では、デバイスによって、デバイスの下方に配置された植物に直接的な拡散光を伝送することができ、したがって、これらの植物の成長を促進することができる。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第１の実施例による光起電デバイス１００を示している。デバイス１００は、透明若しくは半透明の光エネルギー変換層５０上に配置された光エネルギー変換素子５１上に、又は光エネルギー変換層５０の透明領域（光エネルギー変換素子５１間の領域）上に入射光８０の高指向性成分８１を方向付けるように設計された少なくとも１つの第１の光学層４１を備える光学配置４０と、光学配置４０が取り付けられた静的フレーム１０と、静的フレーム６０に相対的に光学配置４０を移動するように配置されたシフト機構６０とを備え、その結果、光エネルギー変換層５０によって変換される光エネルギーの量及びこの層を通る透過光９２の量は、光学層４０及び光エネルギー変換層５０の相対的な位置に応じて、両方とも調整することができる。これらの図からわかるように、光学層４０及び光エネルギー変換層５０は、この特定の実施例では可撓性の案内要素である案内要素２６によって互いに接続されている。案内要素２６、アクチュエータ２５及びシフト要素６５は、シフト機構６０の一部である。シフト機構６０、特に案内要素２６、アクチュエータ２５及び並進要素６５の目的は、方向Ｗに沿った並進のみを可能にしながら、光エネルギー変換層５０を移動させることである。特に、シフト機構６０は、光学配置４０と光エネルギー変換層５０との間で、デバイスの平面に垂直な軸Ｚの周りの相対的な回転を禁止するように構成される。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、光エネルギー変換層５０がフレーム１０に対して移動可能であり、光学配置４０が固定されていても、本発明によるデバイスは、移動可能な光学配置４０及び固定された光エネルギー変換層５０を提供できることに留意することが重要である。さらに、図２Ａ及び図２Ｂに示される実施例では、光学配置４０は、コリメートされた入射光８１を方向付けるように構成された第１の光学層４１のほかに、第２の光学層４２を備える。この実施例では、第２の光学層４２は、環境条件に対して第１の光学層４１を保護することを主に想定した、例えばガラス板などの剛性の透明板の形態を取る。

図２Ａは、直射日光の入射がデバイス１００の平面に垂直である場合の状況を示す。光学配置４０、ここでは、第１の光学層４１は、入射光８０の高指向性成分８１を集光して光エネルギー変換素子５１に伝送することができる一方で、拡散入射８２は、デバイス１００の下方に配置された植物に透過光９２を届けることができる光エネルギー変換層５０を透過する。

それと比べて、図２Ｂは、太陽が日中に空を移動する場合の状況に対応して、入射光８０の高指向性成分８１が、より大きな入射角αでシステム上に当たるときのデバイス１００を示している。シフト機構６０により、入射光８０の高指向性成分８１を光エネルギー変換素子５１上になおも最適に向けることができ、拡散入射光８２は、システムを通って、デバイス１００の下方に配置された植物に向かう。案内要素２６により、光エネルギー変換層５０は、方向Ｗに並進移動するだけでなく、軸Ｚに平行な方向にも移動する（図２Ｂ参照）。これにより、光エネルギー変換素子５１は、入射光の源の位置とは関係なく、第１の光学層４１の集束素子の焦点に位置することができる。

図３は、システム１００を通って入射光８０の高指向性成分８１を伝送するために、デバイス１００が、シフト機構６０が意図的にデバイス１００をずらすことができるように構成され、その結果、入射光８０の拡散成分８２及び高指向性成分８１の両方を下方の植物に伝送することができることを示している。これは、拡散太陽光８２だけが１日にわたって提供できるよりも多い放射照度を植物が必要とする場合に有利である。例えば、デバイス１００は、太陽が低く、光エネルギー変換の効率がとにかく低下する早朝又は夕方に、位置がずらされるように構成することができる。より一般的には、デバイス１００は、日中のいつでも、例えば、手動入力に基づいて、又は植物によって受け取られるエネルギーの量を測定するセンサ（ここでは図示せず）のフィードバックに基づいて、位置をずらされるように構成することができる。この位置ずれは、全体的又は一部のみである可能性があり、光エネルギー変換素子に透過される入射光の量及びモジュールを透過する入射光の量を、いつでも正確に調整することができることに留意されたい。この構成では、デバイスによって伝送される追加の光９１が入射光８０の高指向性成分８１よりも著しく拡散していることに留意することも重要である。より具体的には、光学配置４０の光パワーにより、入射光８０の高指向性成分８１は、デバイスの下方の植物に伝送される前に著しく拡散される。これは、作物上に、より均一な配光を提供するのに有利である。

図４から図２２は、光学配置４０、光エネルギー変換層５０及びシフト機構６０のさまざまな実施例を示す。これらの実施例が組み合わされて、本発明の枠内でさらなる実施例を形成することができるということに留意することが重要である。

図４に示すように、本発明によるデバイスの光学配置４０の第１の光学層４１は、有利には六角形の輪郭４７ａを有する複数の１次光学素子４７、例えばレンズ又は鏡を備えることができる。これにより、１次光学素子４７は並んで配置され、光学配置４０の第１の光学層４１の表面全体を隙間なく覆うことができる。

図５は、光学配置４０が、互いに接着し合う第１の光学層４１と第２の光学層４２とで構成される、本発明の別の実施例を示している。第１及び第２の光学層４１、４２は、例えば鋳造若しくはオーバーモールド工程によって、又は、プラズマ活性化工程（ここでは図示せず）を用いて互いに直接結合することができる。２つの光学層４１、４２は、この図に示すように、中間接着剤層４５、例えば、シリコン接着剤又はＵＶ硬化アクリル接着剤によって、互いに結合することもできる。第２の光学層４２は、有利には、光学配置４０を構成するために非常に剛性がある一方、例えばシリコーンゴム又はＰＭＭＡなどのポリマーから作られた、より可撓性のある第１の光学層４１は、例えば射出成形によって複雑な光学形状に成形又は鋳造される。

図６は、光学配置４０の第１の光学層４１が、第１の光学副層４１ａ及び第２の光学副層４１ｂから成る、本発明のさらなる実施例を示している。第１及び第２の光学副層４１及び４１ｂは、有利には、例えばガラスから作られた剛性の透明基板として形成された第３の光学層４３の両面にオーバーモールド又は結合されたシリコーンゴムなどのポリマーから作られる。

図７に示された実施例の光学配置４０は、第１の光学副層４１ａと、第２の光学副層４１ｂと、第２の光学層４２と、第３の光学層４３とを備える。２つの層４１ａ及び４１ｂは、剛性の第３の光学層４３の両側にオーバーモールド又は結合されたポリマーから作られ、前側に別の剛性の第２の光学層４２に取り付けられる。２つの剛性の第２及び第３の光学層４２、４３内の空間は、有利には密封され、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドン又はそれらの混合物などの不活性ガスで充填され得る。これは、例えば、デバイスが温室のファサード又は屋根要素として使用される場合に、断熱を提供する二重ガラスの窓として光学配置４０を使用するために有益である。同様に、図８に示すように、光学配置４０は、三重ガラスの窓として構成することができる。この目的のために、剛性の第４の光学層４４は、図７に示された光学配置４０の裏側に追加される。これは、デバイスに、さらなる断熱機能を追加するために有利である。

図９Ａは、本発明のさらなる好ましい実施例を示す。この実施例では、光エネルギー変換層５０は、複数の光エネルギー変換素子５１を備え、光エネルギー変換素子５１の数は、光学配置４０内の１次光学素子４７の数よりも意図的に少なく選択される。これにより、より高い光透過能力を備えたデバイスは、容易に製造することができる。以下に説明するように、これは、図９Ａに示される実施例の光エネルギー変換層５０が、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄ及び図１０で示される要素のうちの１つと組み合わされる場合に、特に有利である。

図９Ｂでは、光造形素子５６が、光エネルギー変換素子５１によって覆われていない光エネルギー変換層の領域に当たる入射光８３の集束高指向性成分の発散角を大きくするなどの、いくつかの所望の光学効果を達成するために、光エネルギー変換層５０内に機械加工される。これは、デバイスを透過する光の強度、方向、及び／又は発散を制御するために、デバイスがずれている場合に有利である。

図９Ｃでは、さまざまな透過率を有するいくつかの光拡散素子５７’、５７’’及び５７’’’が、光エネルギー変換層５０内に組み込まれている。これは、光学層４０によって集束された直射日光の光線の拡散度を制御するために有利である。シフト機構６０により、制御された透過率で光を透過させるために、集束光８３を、光拡散素子５７’、５７’’及び５７’’のうちの１つに当てることもできるし、どれにも当てないこともできる。

図９Ｄでは、１次光エネルギー変換素子５１は、例えば、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）又はポリエチレン酢酸ビニル（ＰＥＶＡ）から作られた封入層５８によって封入される。封入層５８は、光エネルギー変換層の第１の保護層５９’と第２の保護層５９’’との間に挟まれ、２つの保護層５９’及び５９’’は、透明又は半透明である。これは、湿度、ほこりなどのストレス及び汚染物質から光エネルギー変換素子を保護するのに有利である。２つの保護層５９’及び５９’’は、有利には、その剛性及び耐衝撃性のためにガラスで作られてもよい。或いは、それらは、より軽量のデバイスにするためにＰＥＴなどのポリマーで作られてもよい。

図９Ｅは、光学配置が、光エネルギー変換層５０に対して意図的に部分的にずれている場合の入射光８３の集束高指向性成分の光路を示す。この位置ずれにより、直接入射光８３の一部が光エネルギー変換素子５１上に当たる一方、別の部分８４は、層５０を透過し、デバイスの下方に配置された農産物に提供され得る。すなわち、意図的に変換層５０を光学配置４０に向かってずらすことによって、デバイスの下方に配置された産物の露光を精密に調整できると同時に、デバイスを透過しない入射光の成分がエネルギー生産に利用される。

図１０では、本発明のさらなる実施例が示されている。この実施例は、図９に示す実施例と同様であるが、例えば、半透明の基板の形態の光散乱層５２が、光エネルギー変換層５０の下に追加されている。これにより、光学配置４０と光エネルギー変換層５０との間に位置ずれがある場合、又は、光エネルギー変換素子５１が１次光学素子４７の数より意図的に少なく選択された場合、入射光８３の集束高指向性成分をさらに拡散させることができる。図１０からわかるように、光散乱層５２の目的は、植物の成長を促進するのに有利であり得る照度を均一化することである。

図１１に示される本発明のさらに別の実施例では、２次光学素子４８は、光エネルギー変換素子５１上に直接設けられる。２次光学素子４８によって、光エネルギー変換素子５１による入射光８３の集束高指向性成分のより良好な収集が確実なものとなる。図１１に示すように、２次光学素子４８は、特に光学配置４０と光エネルギー変換層５０との間のアライメント公差を増加させる。いくつかの光エネルギー変換素子５１が同一の基板上に取り付けられる場合、光学配置４０の各１次光学素子４７によって集光され透過された光８３は、図１１の右側に示すように、わずかに位置がずれてしまうことがある。したがって、２次光学素子４８は、上述の起こり得る位置ずれに関する損失を最小限に抑えることができる。２次光学素子４８の使用によって、デバイスを透過する光をより正確に調整することがさらに可能になる。

図１２は、本発明の別の実施例を示す。ここでは、３次光学素子４９は、光エネルギー変換層５０上に設けられた不透明構造体５３の上部に配置される。３次光学素子４９は、透過光８３が、光エネルギー変換層５０の不透明ではあるがエネルギー生産はしない領域上に当たらないように、透過光８３の経路を変更して、デバイスを通る最適な透過を確保するように構成される。不透明構造体５３の実例には、ＰＶセルの形態で光エネルギー変換素子５１を電気的に相互接続するように設けられるいくつかの接続線、又は光エネルギー変換素子５１若しくは他の電気部品が組み立てられるパッドが含まれる。反射型又は屈折型の３次光学素子４９は、これらの不透明構造体を「マスク」するために使用することができ、光エネルギー変換層５０を通る透過光８３の透過率を向上させることができる。

図１３から図１５に示すように、光エネルギー変換層５０は、発光素子５４を備えることができる。これらの図の実施例では、デバイスは、さまざまなシナリオにおいて有利な照明器具として使用することができる。デバイスが農地の上方に設置される場合、発光素子５４は、例えば夜間又は曇りの日など、日光がないときに植物に光を提供することができ、又は、成長中及び成長段階の植物に最適化された、特定のスペクトル帯域（例えば４５０ｎｍ未満の青方偏移光、又は６５０ｎｍを超える赤方偏移光）内に追加の光を提供することができる。

発光素子５４は、有利には、発光ダイオードであってもよく、図１３から図１５に示すように光エネルギー変換層５０の裏側に配置することができる。図１３から図１５に示すように、透明基板上の陰を最小限にするために、発光素子５４と光エネルギー変換素子５１とを位置合わせすることが有利であり得る。図１４に示すように、追加の光散乱層５２は、発光素子５４の出力を均一化することが想定され得る。或いは、図１５に示すように、４次光学素子５５は、発光素子５４に取り付けられて、これらの素子の光出力を方向付けることができる。有利には、４次光学素子５５は、発光素子５４の光出力をコリメートするコリメータの形態である。

本発明のさらなる実施例によれば、図１６は、シフト機構６０が、ここではアクチュエータ２５の形態の３つのシフト要素を備え、そのうちの２つが同一の軸Ｗ上で平行であるが、ここでは光学配置４０の周りのフレームの形態の並進要素６５の両端に配置され、３つめは、最初の２つに垂直な方向にあることを示している。この構成により、軸Ａの周りの並進要素６５の任意の寄生回転Ｙを制御し、無効にすることができる。

言うまでもなく、本発明のすべての実施例に示すように、シフト機構６０は、光学配置４０又は光エネルギー変換層５０のいずれかを、フレーム要素１０に対して１つ、２つ、又は３つの自由度で並進移動させることができ、それによって、１次光学素子４７は、入射光８０の高指向性成分８１を光エネルギー変換素子５１上に最適に方向付けることができる。

本発明の異なる構成により、デバイスの並進要素６５は、例えば、数マイクロメートルから数センチメートルの範囲の小さなストロークのみを実行することができる。このような変位は、通常、デバイスの外側のサイズよりも少なくとも２桁小さい。この変位は、例えば、１次光学素子４７のサイズと同じ桁の大きさであってもよい。この変位は、１つ、２つ又は３つの軸に沿った（１つ、２つ又は３つの自由度による）並進移動に限定される。１つ又は複数のアクチュエータ２５の配置と組み合わされた案内要素２６の特定の配置によって、回転が阻止されるか、無効にされる。

図１７に示すように、いくつかのデバイスは、一緒に組み合わせることができ、１つのアクチュエータ２５及び１つのシフト要素６５は、すべてのデバイスの光学配置４０が同時に並進することができるように構成される。

図１８Ａ及び図１８Ｂに示された本発明の別の実施例によれば、光エネルギー変換層５０は、いくつかの、ここでは４つの案内要素２６によって光学配置４０に直接取り付けられる。この場合、案内要素２６は、有利には、板ばねなどの可撓性案内要素、又は、ダブル・ボール・ジョイント、ダブル磁気ボール・ジョイント、若しくは、ダブル・カルダン・ジョイントなどのダブル・ユニバーサル・ジョイントのような任意の適切なタイプの可撓性要素である。図１８Ｂで示すように、案内要素２６は、アクチュエータ２５が並進要素６５を方向Ｗに押すか又は引く場合に、並進要素６５上に取り付けられた光エネルギー変換層５０が、例えば、放物面又は球面軌道の一部である曲線軌道Ｗ’に沿って移動するように設計される。すなわち、案内要素２６は、アクチュエータ２５の直線移動を並進要素６５の曲線移動に変換する。もちろん、拡散光を、光学配置の下方に配置されたもの、例えば植物に伝送することができるように、並進要素６５は透明であるか、又は、例えば図１０に示すような散乱層５２の形態である。

図１８Ａ及び図１８Ｂの実施例では、フレーム１０は、底部において少なくとも部分的に開いており、可撓性膜１５は、静的フレーム１０とシフト要素６５との間に設けられている。もちろん、可撓性膜１５は、静的フレーム１０と光エネルギー変換層５０との間にも設けられ得る。可撓性膜１５は、並進要素６５又は光エネルギー変換層５０とフレーム１０との間の隙間を密封するとともに、並進要素６５が横方向及び縦方向の両方に移動することを可能にする。可撓性膜１５により、光エネルギー変換素子５１（これらの図には示されず）及び光学配置４０は、環境条件、特に湿度に対して保護される。

図１９は、本発明の別の実施例を示しており、この実施例では、可撓性案内要素２６は、光学配置４０の一体型部品として想定され得る。この図に示すように、可撓性案内要素２６は、有利には、シフト機構６０が作動されるときに、光学配置４０が曲線軌道Ｗ’に沿って移動するように設計され得る。可撓性案内要素２６は、光エネルギー変換層５０への接着、クランプ、又は直接成形を含むさまざまな手段で、光エネルギー変換層５０に取り付けることができる。

図２０に示された本発明の別の実施例では、複数の摺動体２７は、光学配置４０と光エネルギー変換層との間に想定され、１つ又は複数の予備拘束要素２８と組み合わせて、光エネルギー変換層５０と光学配置４０との間の距離がデバイス全体にわたって一定であることを確実にする。予備拘束要素２８は、例えば、ばね又は板ばねであってもよい。摺動体２７の数は、通常、アクチュエータ２５の移動方向に少なくとも３つあり、パネルのサイズ／表面とともに増加する。複数の摺動体２７を収容するために、光学配置４０の第１の光学層４１は、図２０に示すようないくつかのブロックで作ることができる。

摺動体２７は、必要に応じて、摩擦を低減するためにコーティングを追加して、光学システム１の層のうちの１つの表面上、すなわち光学配置４０若しくは光エネルギー変換層５０のいずれかの表面上で直接摺動することができるか、又は、本発明のさらなる実施例によれば、それらは、図２１に示すように平坦な若しくは湾曲した摺動パッド２９上で摺動することができる。摺動パッド２９の曲率は、並進要素６５が横方向に移動するときに、光エネルギー変換層５０と光学配置４０との間の距離を変更するのに使用することができる。これは、光学配置４０と光エネルギー変換層５０との間の距離を適応させることにより、光エネルギー変換素子５１を１次光学素子４７の焦点に持ってくることができるので、有利である。

図２２は、本発明の別の実施例を示しており、この実施例では、樋１７は、デバイス１００のフレームに取り付けられている。樋は、デバイスの前面に降る雨７０を収集し、収集された水７１を下方の植物に分配する。これは、デバイスの下方の植物に雨水が与えられないことを防ぎ、人工的な灌水の必要性がないようにするのに有利である。

図２３は、デバイス１００が、地表面での光センサ又は温度センサに基づくフィードバック・ループを備えられることを示している。プロセッサは、センサからの測定値を取得し、それに応じて光変換層をシフトさせ、デバイス１００を透過する光の量を増加又は減少させることができる。

図２４に示すように、複数のデバイス１００は、システム内で組み合わせることができる。デバイス１００のそれぞれは、より多くの光又はより少ない光を伝送するように構成することができる。これは、例えば、さまざまな土地面積／さまざまな種類の作物に対してさまざまな光強度を有するために、又は、設備全体にわたる平均的な光透過率を変更するために有利である。

図２５は、１年にわたる本発明によるデバイス１００の例示的な光透過プロットであり、縦軸は平均的な１日当たりの光束、横軸は月である。破線Ａは、その成長期（点を付した領域）の間の任意の種類の作物の典型的な光の必要性を示している。垂直な矢印は、デバイス１００の光透過率を、１年の特定の期間の作物の受光量に一致させるためにどのように増加させることができるかを強調している。

本開示は、特定の手段、材料及び実施例を参照して説明されてきたが、当業者は、前述の説明から本開示の本質的な特徴を容易に確認することができ、一方、下記の特許請求の範囲に記載されたさまざまな使用及び特徴に適応するように、さまざまな変更及び修正を行うことができる。

１０ フレーム要素
１５ 可撓性膜
１７ 樋
２５ アクチュエータ
２６ 案内要素
２７ 摺動体
２８ 予備拘束要素
２９ 摺動要素
４０ 光学配置
４１ 第１の光学層
４２ 第２の光学層
４３ 第３の光学層
４４ 第４の光学層
４５ 接着剤層
４７ １次光学素子
４８ ２次光学素子
４９ ３次光学素子
５０ 光エネルギー変換層
５１ 光エネルギー変換素子
５２ 光散乱層
５３ 接続線
５４ 発光素子
５５ ４次光学素子
５６ 光造形素子
５７’、５７’’、５７’’’ 光拡散素子
５８ 封入層
５９’、５９’’ 第１及び第２の保護層
６０ シフト機構
６５ 並進要素
７０ 雨
７１ 分配された水
８０ 入射光
８１ 入射光の高指向性成分
８２ 入射光の拡散成分
８３ 入射光の集束高指向性成分
９０ 透過光
９１ 高指向性透過光
９２ 拡散透過光
１００ デバイス

Claims (63)

1. 入射光（８０）の高指向性成分（８１）を変換又は伝送し、入射光（８０）の拡散成分（８２）を伝送することによる、農産物の露光量調整及びエネルギー生産、特に電気エネルギー生産のためのデバイス（１００）であって、
   ・第１の光学層（４１）を備える光学配置（４０）であって、前記第１の光学層（４１）が、複数の１次光学素子（４７）を備える、光学配置（４０）と、
   ・光に対して少なくとも部分的に透明であり、光エネルギーを出力エネルギーに変換可能な複数の離れた光エネルギー変換素子（５１）を備える光エネルギー変換層（５０）と、
   ・前記光エネルギー変換層（５０）に対して前記光学配置（４０）を移動させるための、又は、その逆に移動させるためのシフト機構（６０）と、
   ・前記光学配置（４０）又は前記光エネルギー変換層（５０）のいずれかが取り付けられたフレーム要素（１０）と
   を備え、
   前記シフト機構（６０）は、１つ又は複数の並進要素（６５）を介して、前記光学配置（４０）又は前記光エネルギー変換層（５０）を前記フレーム要素（１０）に対して並進的に変位させるように配置され、
   前記第１の光学層（４１）の前記１次光学素子（４７）及び前記シフト機構（６０）は、前記入射光（８０）の高指向性成分（８１）が前記光エネルギー変換層（５０）の前記光エネルギー変換素子（５１）上への方向付けが可能であるように、且つ、前記入射光（８０）の拡散成分（８２）が、前記光エネルギー変換素子（５１）によって覆われていない前記光エネルギー変換層（５０）の領域を透過可能であるように設計されており、前記デバイス（１００）を透過する光の量が制御可能である、デバイス（１００）。
2. 前記複数の１次光学素子（４７）及び前記光エネルギー変換素子（５１）が、規則的な２次元アレイに配置され、前記シフト機構（６０）が、少なくとも２次元において前記フレーム要素（１０）に対して並進的に前記光学配置（４０）又は前記光エネルギー変換層（５０）を変位させるように配置される、請求項１に記載のデバイス（１００）。
3. 前記シフト機構（６０）は、前記入射光（８０）の高指向性成分（８１）が、前記光エネルギー変換素子（５１）によって覆われていない前記光エネルギー変換層（５０）の前記領域上への方向付けが可能であるように、前記光学配置（４０）又は前記光エネルギー変換層（５０）を変位させるように配置される、請求項１又は２のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
4. 前記シフト機構（６０）が、前記デバイス（１００）を透過する光の量が最大化及び最小化され得るように、前記光学配置（４０）又は前記光エネルギー変換層（５０）を変位させるように配置される、請求項１から３までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
5. 前記シフト機構（６０）が、ダブル・ユニバーサル・ジョイント、例えばダブル・カルダン・ジョイント、ダブル・ボール・ジョイントなどの１つ若しくは複数の案内要素（２６）、及び／又は、ばね若しくは板ばねなどの１つ若しくは複数の可撓性案内要素を含み、その結果、前記１つ若しくは複数の案内要素（２６）又は可撓性案内要素が、前記光学配置（４０）及び／又は前記光エネルギー変換層（５０）の自由度を限定することができる、請求項１から４までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
6. 前記１つ若しくは複数の案内要素（２６）、及び／又は、前記１つ若しくは複数の可撓性案内要素が、前記光学配置（４０）と前記光エネルギー変換層（５０）との間の回転運動を抑制することができる、請求項５に記載のデバイス（１００）。
7. 前記光エネルギー変換層（５０）が、前記案内要素（２６）及び／又は前記可撓性案内要素によって前記光学配置（４０）に直接取り付けられる、請求項５又は６のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
8. 前記案内要素（２６）及び／又は前記可撓性案内要素が、放物面上又は球面軌道上の前記光学配置（４０）又は前記光エネルギー変換層（５０）の動きを案内するように配置される、請求項５から７までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
9. 前記デバイスが、前記デバイス（１００）上に降る雨水を収集するために前記フレーム（１０）に取り付けられた樋（１７）を備える、請求項１から８までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
10. 前記デバイスが、前記収集された雨水を分配するための配水システムを備える、請求項９に記載のデバイス（１００）。
11. 屈折型及び／又は反射型の２次光学素子（４８）が、前記光エネルギー変換素子（５１）上に前記入射光（８０）の高指向性成分（８１）をさらに集束させるために、前記光エネルギー変換素子（５１）上に直接取り付けられる、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
12. 光散乱層（５２）が、前記光エネルギー変換層（５０）の下方に、前記光学配置（４０）の反対方向に配置される、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
13. 光スペクトル・シフト素子が、前記光エネルギー変換素子間にある前記光エネルギー変換層内に組み込まれている、請求項１から１２までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
14. 少なくとも１つの発光素子（５４）が、前記光エネルギー変換層（５０）の前記光エネルギー変換素子（５１）とは反対側で、前記光エネルギー変換層（５０）上に設けられている、請求項１から１３までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
15. 特に光合成に有用な波長の範囲の、典型的には４００～７００ナノメートルの間の複数の発光スペクトルを有する複数の発光素子（５４）を備える、請求項１４に記載のデバイス（１００）。
16. 前記デバイスが、前記光エネルギー変換素子（５１）によって生産されるエネルギーを前記発光素子（５４）に供給するように構成される、請求項１４又は１５のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
17. 屈折型及び／又は反射型の４次光学素子（５５）が、放射された光を方向付けるために前記発光素子（５４）上に直接取り付けられる、請求項１４から１６までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
18. 前記光学配置（４０）が、直接、又は接着剤層（４５）を用いてのいずれかで前記第１の光学層（４１）に結合される第２の光学層（４２）を備える、請求項１から１７までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
19. 前記第２の光学層（４２）が、前記第１の光学層（４１）の上部に、前記入射光の源の方向に配置される、請求項１８に記載のデバイス（１００）。
20. 前記第１の光学層（４１）及び前記第２の光学層（４２）が、第１の密閉空間を形成する、請求項１８又は１９のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
21. 前記第１の光学層（４１）が、第１の光学副層（４１ａ）及び第２の光学副層（４１ｂ）を備え、前記第１の光学副層（４１ａ）及び前記第２の光学副層（４１ｂ）が、直接、又は接着剤層（４５）を用いてのいずれかで前記第１の光学副層（４１ａ）及び前記第２の光学副層（４１ｂ）に結合される第３の光学層（４３）によって分離されている、請求項１から２０までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
22. 前記光学配置（４０）が、直接、又は接着剤層（４５）を用いてのいずれかで前記第１の光学層（４１）に結合される第４の光学層（４４）を備え、前記第４の光学層（４４）が、前記第１の光学層（４１）の上部に、前記光エネルギー変換層（５０）の方向に配置される、請求項１から２１までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
23. 前記第１の光学層（４１）及び前記第４の光学層（４４）が、第２の密閉空間を形成する、請求項２２に記載のデバイス（１００）。
24. 前記第１の密閉空間及び／又は前記第２の密閉空間が、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、ラドン、キセノン、クリプトン又はこれらの混合物などの不活性ガスによって充填される、請求項２０又は２３のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
25. 前記第２の光学層（４２）、前記第３の光学層（４３）及び／又は前記第４の光学層（４４）が、ガラス又はアクリル（ＰＭＭＡ）などの剛性材料から作られている、請求項１８から２４までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
26. 前記第１の光学層（４１）、前記第２の光学層（４２）、前記第３の光学層（４３）及び／又は前記第４の光学層（４４）が、成形、特に射出成形若しくは圧縮成形、又はガラス圧延によって形成される、請求項１８から２５までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
27. 前記第１の光学層（４１）が、シリコーンゴムなどの可撓性材料で作られている、請求項１から２６までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
28. １次光学素子（４７）の数が、光エネルギー変換素子（５１）の数と等しい、請求項１から２７までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
29. １次光学素子（４７）の数が、光エネルギー変換素子（５１）の数よりも多い、請求項１から２８までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
30. 前記光エネルギー変換層（５０）が、複数の光造形素子（５６）を備え、前記光造形素子（５６）が、前記光エネルギー変換素子（５１）の間に位置し、それらに当たる前記光の経路を変更するように構成される、請求項１から２９までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
31. 前記光エネルギー変換層（５０）が、複数の光拡散素子（５７’、５７’’、５７’’’）を備え、前記光拡散素子（５７’、５７’’、５７’’’）が、前記光エネルギー変換素子（５１）の間に位置し、前記光変換層（５０）とは異なる透過率を有する、請求項１から３０までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
32. 前記光エネルギー変換層（５０）が、スペクトル・フィルタ、特に、ＵＶフィルタ及び／又は赤外光フィルタを備える、請求項１から３１までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
33. 前記光エネルギー変換層（５０）と前記光学配置（４０）との間に配置された１つ又は複数の摺動体（２７）、及び、１つ又は複数の予備拘束要素（２８）を備える、請求項１から３２までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
34. 摺動体（２７）と、それらが摺動している表面との間に摺動パッド（２９）を備える、請求項３３に記載のデバイス（１００）。
35. 前記１次光学素子（４７）が、鏡などの反射型であるか、又は平凸、平凹、両凸、両凹、凹凸レンズ型、及び多項式形状を有する非球面曲率を含むレンズなどの屈折型である、請求項１から３４までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
36. 前記１次光学素子（４７）が、六角形又は長方形のタイルの輪郭を有する、請求項１から３５までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
37. 前記光エネルギー変換素子（５１）が、ＰＶセル、例えば高効率ＰＶセルである、請求項１から３６までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
38. 前記光エネルギー変換層（５０）が、第１の保護層（５９’）と第２の保護層（５９’’）との間に挟まれる封入層（５８）に封入される、請求項１から３７までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
39. 前記シフト機構（６０）の前記並進要素（６５）が、前記光学配置（４０）又は前記光エネルギー変換層（５０）が、並進移動において２つ以上の自由度で移動可能であるように、少なくとも１つのアクチュエータ（２５）及び制御システムを備える、請求項１から３８までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
40. ２つ以上のアクチュエータ（２５）が、同じ並進軸に対して平行であるが、前記並進要素（６５）の両端に配置され、１つ又は複数のアクチュエータ（２５）が、最初の２つに対して垂直な方向に配置されている、請求項３９に記載のデバイス（１００）。
41. 放射照度、温度及び／又は湿度などの環境パラメータを監視するためのセンサをさらに備え、農業生産を最適化することができる、請求項１から４０までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
42. 前記並進要素（６５）の位置、及び／又は、前記デバイスの出力電力、及び／又は、前記デバイス（１００）を透過した光の量を監視するためのフィードバック制御ループをさらに備え、前記フィードバック制御ループが、例えば、光学センサ、光起電センサ、電力計、温度センサ又はこれらのセンサのうちのいくつかの組合せである、請求項１から４１までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
43. 可撓性膜（１５）が、前記並進要素（６５）と前記フレーム（１０）との間の隙間を密封すると同時に、前記並進要素（６５）が横方向及び縦方向の両方に移動することを可能にする、請求項１から４２までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
44. 前記光エネルギー変換素子（５１）が、前記光エネルギー変換層（５０）上に設けられた接続線（５３）によって相互接続され、前記接続線（５３）が、透明導電性酸化物などの透明導電性材料から作られる、請求項１から４３までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
45. ３次光学素子（４９）が、前記光エネルギー変換層（５０）の上部に、前記光学配置（４０）の方向に設けられ、３次光学素子（４９）が、前記接続線（５３）に当たる光の量が最小になるように構成される、請求項４４に記載のデバイス（１００）。
46. いくつかの光学配置（４０）及びいくつかの光エネルギー変換層（５０）を備え、前記シフト機構（６０）が、すべての光エネルギー変換層（５０）に対してすべての光学配置（４０）を移動させることができるように、又は、その逆に移動させることができるように構成される、請求項１から４５までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
47. 前記デバイスが、単軸追尾装置又は二軸追尾装置に取り付けられるように配置される、請求項１から４６までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
48. 前記デバイスが、前記エネルギー生産、前記透過光の量、埋め込まれたセンサの出力信号及び／又は前記シフト機構の位置を測定するように構成されるマイクロコントローラを備える、請求項１から４７までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
49. 前記マイクロコントローラが、好ましくは、前記光学配置に対向する前記光エネルギー変換層側に位置する密閉ボックス内に埋め込まれたプリント回路基板上に設けられる、請求項４８に記載のデバイス（１００）。
50. 有線又は無線の通信バスを備える、請求項１から４９までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
51. 請求項１から４２までのいずれか一項に記載のデバイス（１００）を用いて、入射光（８０）の高指向性成分（８１）を変換又は伝送し、入射光（８０）の拡散成分（８２）を伝送することによる、農産物の露光量調整及びエネルギー生産のための方法であって、
    ・前記光の源と前記農産物、特に作物との間に前記デバイス（１００）を配置するステップと、
    ・前記光エネルギー変換層（５０）に対して前記光学配置（４０）を移動させる、又は、その逆に移動させるステップと
    を含み、
    前記シフト機構（６０）は、前記デバイス（１００）を介して前記農産物に伝送される光の量が調整されるように、１つ又は複数の並進要素（６５）によって、前記光学配置（４０）又は前記光エネルギー変換層（５０）を並進移動させる、方法。
52. 前記入射光（８０）の高指向性成分（８１）が、前記光エネルギー変換層（５０）の前記光エネルギー変換素子（５１）上に、及び、前記光エネルギー変換素子（５１）によって覆われていない前記光エネルギー変換層（５０）の領域上に交互に向けられ、前記入射光（８０）の拡散成分（８２）が、前記光エネルギー変換素子（５１）によって覆われていない前記光エネルギー変換層（５０）の領域を透過する、請求項５１に記載の方法。
53. 前記農産物が、前記光エネルギー変換層（５０）の前記光エネルギー変換素子（５１）とは反対側に設けられた少なくとも１つの発光素子（５４）によって追加的に照らされる、請求項５１又は５２に記載の方法。
54. 前記農産物が、複数の発光素子（５４）によって照らされ、前記発光素子（５４）が放射する光は、光合成に使用される波長の範囲内、典型的には４００～７００ナノメートルの間の異なるスペクトル成分を有する、請求項５３に記載の方法。
55. 前記発光素子（５４）が、前記光エネルギー変換素子（５１）によってエネルギーを提供される、請求項５３又は５４のいずれか一項に記載の方法。
56. 前記デバイス（１００）を介して前記農産物に伝送される光の量が、季節による農産物の光の要件に適合するように調整される、請求項５１から５５までのいずれか一項に記載の方法。
57. 前記デバイス（１００）を介して前記農産物に伝送される光の量が、１日の初め又は終わりに増加する、請求項５１から５６までのいずれか一項に記載の方法。
58. 前記デバイス（１００）を介して前記農産物に伝送される光の量が、１日中、一定に保たれる、請求項５１から５６までのいずれか一項に記載の方法。
59. 前記農産物において測定される温度が、１日中、一定に維持される、請求項５１から５６までのいずれか一項に記載の方法。
60. 前記エネルギー生産が最大化される、請求項５１から５９までのいずれか一項に記載の方法。
61. 植物などの農産物の露光量調整のための、及び、エネルギー生産のための、請求項１から５０までのいずれか一項に記載のデバイスの使用。
62. 太陽からの前記入射光（８０）の高指向性成分（８１）の前記光エネルギーが、光エネルギー変換素子（５１）によって捕捉及び変換され、前記入射光（８０）の前記拡散光成分（８２）が、前記デバイスを介して、太陽と反対の方向に、前記デバイス（１００）の下方に配置された植物などの農産物に伝送される、請求項６１に記載の使用。
63. 温室のファサード又は屋根要素としての、請求項１から５０までのいずれか一項に記載のデバイスの使用。

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