JP2024502147A - 太陽エネルギー利用装置 - Google Patents

Abstract

本発明の太陽エネルギー利用装置は、光エネルギー利用装置と、凸型集光装置とを備えている。当該凸型集光装置には透明液体が充填されている。凸型集光装置は、傾斜して配置された光透過性凸状側壁を有し、光透過性凸状側壁から透明液体中に太陽光を透過させることができる。第一光エネルギー利用部は収容キャビティの底部に配置されており、透明液体から光透過性凸状側壁に入射した太陽光は全反射現象となり、凸型集光装置が太陽光を第一光エネルギー利用部に集光しやすくなる。これにより、太陽光が凸型集光装置の内壁で透明液体に反射された後、光透過性凸状側壁から屈折することを回避し、より多くの太陽光を第一光エネルギー利用部に集光し、集光効率を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光エネルギー変換利用装置に関する。

太陽光発電パネルの低コスト化及び高効率化に伴い、太陽光発電システムの適用が増加している。しかしながら、太陽光発電システムが広く使用されるにつれて、関連する問題、例えば、土地のコストの増加、発電所のメンテナンス（埃の洗浄及び雪の除去を含む）のコストの問題、及び太陽光発電パネルの回収の困難さの問題が生じる。

本発明は、新規な太陽エネルギー利用構造を示す新規な太陽エネルギー利用装置を提供することを主な目的とする。

上述した目的に基づいて、本発明の一実施例では、太陽エネルギー利用装置を提供し、上記太陽エネルギー利用装置は、
光エネルギー利用装置と、凸型集光装置とを含む。上記光エネルギー利用装置は、太陽光を受光して変換利用可能な第一光エネルギー利用部を有する。
上記凸型集光装置は、固体レンズ、又は透明液体が充填された収容キャビティである。上記凸型集光装置は、傾斜して配置された光透過性凸状側壁を有する。上記太陽光は、上記光透過性凸状側壁から上記固体レンズ又は透明液体に透過することができる。上記第一光エネルギー利用部は、上記凸型集光装置の底部に設けられている。上記凸型集光装置において上記固体レンズ又は透明液体から上記光透過性凸状側壁に向けて入射した太陽光は全反射現象を形成し、上記太陽光を上記第一光エネルギー利用部に向けて集光する。

一実施例において、上記凸型集光装置は光透過性底壁を有し、上記第一光エネルギー利用部は上記光透過性底壁の下方に位置する。

一実施例において、上記第一光エネルギー利用部は、上記光透過性凸状側壁に接続され、上記収容キャビティの底壁を形成する。

一実施例において、上記凸型集光装置内に第一導光部材が設けられ、上記第一導光部材は太陽光を上記第一光エネルギー利用部に向けて導く。

一実施例において、上記第一導光部材はフレネルレンズであり、上記フレネルレンズは、上記凸型集光装置内に垂直方向に配置されている。

一実施例において、上記フレネルレンズは、上記第一光エネルギー利用部の受光面に対して垂直に配置されている。

一実施例において、上記凸型集光装置の外側に配置され、太陽光を上記凸型集光装置の光透過性凸状側壁に向けて導く第二導光部材を更に含む。

一実施例において、上記第二導光部材は、上記凸型集光装置の片側又は両側に配置された反射部材であり、上記反射部材の反射面は上記凸型集光装置に向けられている。

一実施例において、上記第二導光部材は、凸型集光装置又は光エネルギー利用装置に固定的に接続される。上記第二導光部材は、上記太陽エネルギー利用装置を取り付けるための引っ掛け耳を有する。

一実施例において、密閉容器を更に含む。上記光エネルギー利用装置と凸型集光装置は、上記密閉容器内に配置されている。上記密閉容器は、光透過面を有し、上記光透過面から上記太陽光が上記凸型集光装置に入射できる。上記密閉容器内に作業物質を備え、上記作業物質を上記光エネルギー利用装置に接触させる。

一実施例において、上記凸型集光装置は上記密閉容器と連通している。上記作業物質は、上記凸型集光装置内の透明液体と同じである。上記透明液体は、上記凸型集光装置を覆う。

一実施例において、上記凸型集光装置は密閉して配置されている。上記密閉容器は、上記作業物質を利用するために、上記作業物質が上記密閉容器に出入りするための第一外部インタフェースを有する。

一実施例において、第三導光部材を更に含む。上記第三導光部材は、収容キャビティを有する。上記収容キャビティは、光反射性側壁と光反射性底壁とを有する。上記光エネルギー利用装置及び凸型集光装置は、上記収容キャビティ内に配置されている。上記光エネルギー利用装置は、上記第一光エネルギー利用部と逆向きに配置された第二光エネルギー利用部を有する。上記第二光エネルギー利用部は上記光反射性底壁に対向して設けられている。上記光反射性側壁及び上記光反射性底壁は、太陽光の一部を上記第二光エネルギー利用部に反射させる。

一実施例において、上記光反射性底壁はＷ字状の反射面を有する。

一実施例において、上記第三導光部材は、光透過性頂壁を有する。上記光透過性頂壁、光反射性側壁及び光反射性底壁は、密閉された収容キャビティを囲んでいる。

一実施例において、反射部材及び支持構造を更に含む。上記凸型集光装置及び上記光エネルギー利用装置は、正立又は倒立して配置され、上記支持構造体により支持されている。上記光エネルギー利用装置は、上記第一光エネルギー利用部と逆向きに配置された第二光エネルギー利用部を有する。上記反射部材は、上記凸型集光装置及び光エネルギー利用装置の下方に位置し、太陽光を上記凸型集光装置及び／又は上記第二光エネルギー利用部と第一光エネルギー利用部の一方に反射する。

一実施例において、各光エネルギー利用装置に対応して２つの凸型集光装置が設けられている。上記２つの凸型集光装置は、それぞれ第一凸型集光装置と第二凸型集光装置である。上記第一凸型集光装置は、上記第一光エネルギー利用部の上方に位置する。上記第二凸型集光装置は、上記第二光エネルギー利用部の下方に位置する。

一実施例において、上記反射部材はフレネルレンズ反射面又は曲面反射鏡である。一実施例において、凸型集光装置は液体レンズである。上記第一凸型集光装置及び／又は第二凸型集光装置には、上記透明液体が出入りするための第二外部インタフェースが設けられている。

一実施例において、防塵装置を更に備え、上記防塵装置の中には、上記反射部材、支持構造、及び凸型集光装置が配置されている。

一実施例において、上記凸型集光装置の長手方向の断面は多角形であり、上記多角形の辺の数は３以上である。

上述した実施例に係る太陽エネルギー利用装置は、光エネルギー利用装置と、凸型集光装置とを備えている。当該凸型集光装置は固体レンズ又は内部に透明液体が充填された液体レンズである。凸型集光装置は、傾斜して配置された光透過性凸状側壁を有し、光透過性凸状側壁から固体レンズ又は透明液体中に太陽光を透過させることができる。第一光エネルギー利用部は凸型集光装置の底部に設けられ、固体レンズ又は透明液体から光透過性凸状側壁に向けて照射された太陽光は全反射現象を形成し、凸型集光装置が太陽光を第一光エネルギー利用部に集光しやすくなるので、太陽光が凸型集光装置の内壁で凸型集光装置に反射された後、光透過性凸状側壁から屈折されるのを回避し、より多くの太陽光を第一光エネルギー利用部に集光させ、集光効率を向上させることができる。全反射は通常、太陽光の光エネルギー利用装置への入射角を改善し、反射損失を減少させる。

本発明の第１の実施例における太陽エネルギー利用装置の縦断面図である。 本発明の第２の実施例における太陽エネルギー利用装置の縦断面図である。 本発明の第３の実施例における太陽エネルギー利用装置の縦断面図であり、高緯度地域に横たわって設置することができる。 本発明の第４の実施例における太陽エネルギー利用装置の縦断面図であり、両面集光構造を示している。 本発明の第５の実施例における太陽エネルギー利用装置の縦断面図であり、アレイ型両面集光構造を示している。

以下、具体的な実施形態により図面を参照しながら本発明について更に詳細に説明する。異なる実施形態における類似の要素は、関連する類似の要素番号を使用する。以下の実施形態では、本発明をよりよく理解できるように、多くの詳細を説明する。しかしながら、当業者であれば、様々な状況において特徴の一部が省略されてもよく、又は他の要素、材料、方法によって置き換えられてもよいことを容易に認識することができる。幾つかの場合において、本発明に関連する幾つかの操作は明細書に表示又は説明されず、これは本発明のコア部分が過剰な説明に埋もれることを回避するためであり、当業者にとって、これらの関連操作を詳細に説明する必要がなく、彼らは明細書の説明及び本分野の一般的な技術知識に基づいて関連操作を完全に理解することができる。

また、明細書に記載された特性、操作又は特徴は、適宜な組合せにより種々の実施形態を形成できる。同時に、方法の説明における各ステップ又は動作は、当業者に明らかな方式で順序を入れ替え又は調整することができる。そのため、明細書と添付図面における様々な順序は、特定の実施例を明瞭に説明するためのものに過ぎず、その特定の順序に従わなければならないと特に明記しない限り、必須の順序であることを意味するものではない。

本明細書において、「第一」、「第二」などのように、構成要素に付けられた番号自体は、記載された対象を区別するためだけに使用され、いかなる順序又は技術的意味も持たない。なお、本発明でいう「接続」、「連結」とは、特に指定がない限り、直接及び間接的な接続（連結）を含む。

本明細書における上、下などの位置関係は、何れも相対的なものであり、絶対的な意味を持つものではない。

本実施例は太陽エネルギー利用装置を提供し、それは太陽光を受光して利用してエネルギー変換を行い、太陽光を電気エネルギー、熱エネルギー及び他の形態のエネルギーに変換し、人々に使用される。

本実施例で示される太陽エネルギー利用装置は、少なくとも１つの光エネルギー利用装置と、少なくとも１つの凸型集光装置とを含む。

当該光エネルギー利用装置は、太陽光を受光して変換利用可能な第一光エネルギー利用部を備えている。一実施例において、当該第一光エネルギー利用部及び他の光エネルギー利用部（後述する第二光エネルギー利用部など）は、太陽光発電パネル、光熱利用装置、光電及び熱エネルギー総合利用装置、集光型光エネルギー利用装置のうちの１つ又は複数であってもよい。当該太陽光発電パネルは一般的に光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する任意のデバイスを指し、様々な半導体太陽光発電パネル、太陽光発電薄膜、量子ドット光電変換デバイスなどを含む。他の実施例において、当該第一光エネルギー利用部は更に他の形態の太陽光利用変換構造であってもよい。

当該凸型集光装置は固体レンズ又は内部に透明液体が充填される収容キャビティを有する。凸型集光装置は、傾斜して配置された光透過性凸状側壁を有し、光透過性凸状側壁から凸型集光装置内に太陽光を透過させることができる。傾斜光透過性凸状側壁を有する凸型集光装置は、より大きな偏向角の入射光に対応でき、太陽光の南北回帰偏向だけでなく東西偏向にも対応できる。一実施例において、当該光透過性凸状側壁は、平面、折れ面、曲面、又はこれらの各面の組み合わせによって形成されてもよい。

当該第一光エネルギー利用部は、凸型集光装置の底部に設けられている。凸型集光装置において固体レンズ又は透明液体から光透過性凸状側壁に入射した太陽光は全反射現象を形成し、太陽光を第一光エネルギー利用部に集光する。ここで、当該凸型集光装置の構造は、透明液体から光透過性凸状側壁に入射する太陽光は全反射（又は内部全反射と呼ばれる）現象を形成する。即ち、透明液体に反射された太陽光は光透過性凸状側壁からは出ないか、或いは大部分は出ず、全反射によって凸型集光装置内を伝播し続け、最終的に第一光エネルギー利用部に集光されるように設定されている。

本実施例において、光透過性凸状側壁は、光透過性と全反射性の両方の役割を果たす。従来技術と比較して、当該凸型集光装置は、同条件でより多くの太陽光を第一光エネルギー利用部に集光することができ、集光比を大きくすることができる。また、光エネルギー利用装置に対して、全反射される光の入射角が改善される。これにより、光エネルギー利用装置の反射損失が減少し、光エネルギーの利用効率が向上する。

更に、当該凸型集光装置は、透過してきた太陽光の全部又は大部分を光エネルギー利用装置に集光する。これらの太陽光を受光するために、光エネルギー利用装置を凸型集光装置の外側に位置させ、第一光エネルギー利用部を凸型集光装置に取り付けて、凸型集光装置内の太陽光を第一光エネルギー利用部に集光させるようにしてもよい。或いは、第一光エネルギー利用部を収容キャビティに直接設置するか、或いは、第一光エネルギー利用部が集光溝体の一部のキャビティ壁を構成する。

具体的には、一実施例において、当該凸型集光装置は、光透過性底壁を有する。第一光エネルギー利用部は、当該光透過性底壁の外側に取り付けられ、例えば、第一光エネルギー利用部は、凸型集光装置の外側に固定的に接続される。凸型集光装置において、太陽光は第一光エネルギー利用部に集光され、第一光エネルギー利用部に入射する。

別の実施例において、凸型集光装置は液体レンズであり、光エネルギー利用装置は透明液体に直接浸漬可能であり、第一光エネルギー利用部は透明液体から透過してきた太陽光を直接受光可能である。

別の実施例において、当該第一光エネルギー利用部は、凸型集光装置の一部として機能し、第一光エネルギー利用部の外壁（太陽光を受ける側の面）は、光透過性凸状側壁に直接又は間接的に接続され、収容キャビティの底壁を形成する。

当該凸型集光装置の内部空間の一部又は全部には透明液体が充填されている。好ましい実施例において、透明液体は、より良い効果を得るために、収容キャビティ全体を実質的に満たす。

当該凸型集光装置を利用する場合には、１つ又は複数の凸型集光装置を用いて集光することができる。これに対応して、当該光エネルギー利用装置は、１つ又は複数の第一光エネルギー利用部を有していてもよく、或いは、１つ又は複数の光エネルギー利用装置が、凸型集光装置と組み合わせて使用されるように設けられていてもよい。或いは、光エネルギー利用装置は、集光器を有する光エネルギー利用装置であってもよい。例えば、当該光エネルギー利用装置は、片面に第一光エネルギー利用部を備えているか、両面に第一光エネルギー利用部を備えている。

一実施例において、当該凸型集光装置は、透明なガラス又はプラスチックを使用してソリッドレンズを形成するか、或いは透明なガラス、プラスチックを使用して透明な収容キャビティを形成する。透明液体は、精製水（水）、不凍液（水とエチレングリコールとの混合物）、又は他の環境に優しい透明液体（水とグリセリンとの混合物など）であってもよく、収容キャビティ内に充填される。

また、当該透明液体は、第一光エネルギー利用部と直接又は間接的に熱伝達構造を形成することができ、更に、第一光エネルギー利用部に対して温度低下又は吸熱の役割を果たし、光エネルギー利用率を向上させることができる。

上述した発明の構想に基づいて、以下では、本発明の創造をより良く示すために、幾つかの異なる実施例によって更に説明する。

実施例１
図１を参照すると、本実施例で開示される太陽エネルギー利用装置は、凸型集光装置１００と光エネルギー利用装置２００とを備えている。当該凸型集光装置１００は、密閉構造であり、密閉された収容キャビティを囲んでおり、収容キャビティには透明液体１３０が充填されている。当該収容キャビティは、光透過性凸状側壁１１０と光透過性底壁１２０とを有する。当該光エネルギー利用装置２００は、光透過性底壁１２０の外側に位置し、当該光透過性底壁１２０に密着して、太陽光を受光して変換利用可能な第一光エネルギー利用部２１０（図中、第一光エネルギー利用部２１０は、光透過性底壁１２０と密着しているので併記する）を有する。

無論、他の実施例において、当該光エネルギー利用装置２００の第一光エネルギー利用部２１０を凸型集光装置１００の底壁とし、光エネルギー利用装置２００と凸型集光装置１００とを一体的に構成してもよい。

図１は、光透過性凸状側壁１１０によって光エネルギー利用装置２００まで入射光Ｌが全反射される過程を示している。これは、凸型集光装置１００における透明液体１３０の全反射機能を十分に利用して集光機能を実現している点であり、本発明が他の集光装置と大きく異なる点の１つである。同時に、透明液体１３０は、光エネルギー利用装置２００を冷却又は吸熱するためにも使用され、光エネルギー利用装置２００の光エネルギー利用率を向上させることができる。即ち、光透過性凸状側壁１１０は、外部からの入射光を１箇所の表面で透過させ、透明液体１３０からの光を１箇所の表面で全反射させるという２つの機能を同時に備えている。

図１を参照し、本実施例において、凸型集光装置１００の長手方向（垂直方向は長手方向、以下同じ）の断面は三角形状の折れ面となっている。他の実施例において、凸型集光装置１００のキャビティ壁は、曲面又は他の形状の折れ面であってもよく、例えば、断面が四角形又は五角形の折れ面であってもよい。凸型集光装置１００の長手方向の断面形状は、上方に凸状に配置された他の形状であってもよい。

図１を引き続き参照すると、本実施例において、凸型集光装置１００は、光エネルギー利用装置２００の中心線Ｃに沿って対称な構造となっており、光エネルギー利用装置２００は、凸型集光装置１００の光透過性底壁１２０の中央に設けられている。一方、他の実施例において、凸型集光装置１００は非対称構造であってもよい。他の実施例において、光エネルギー利用装置２００は、光透過性底壁１２０の一方に偏った位置に設けられてもよく、光透過性底壁１２０の中央に位置する必要はない。

図１を引き続き参照すると、本実施例において、光透過性底壁１２０の大きさは、第一光エネルギー利用部２１０の受光面（太陽光を受光する面）の大きさと同じである。他の実施例において、光透過性底壁１２０は、第一光エネルギー利用部２１０の受光面面積よりも大きくてもよく、第一光エネルギー利用部２１０の受光面面積よりも小さくてもよい。

図１を引き続き参照すると、本実施例において、光透過性凸状側壁１１０は（光エネルギー利用装置２００の中心線Ｃに沿って）対称な構造を有しているが、他の実施例では、光透過性凸状側壁１１０は非対称な構造であってもよい。

実施例２
図２を参照すると、本実施例で開示される太陽エネルギー利用装置は、凸型集光装置１００と光エネルギー利用装置２００とを備えている。

本実施例に示す太陽エネルギー利用装置は、当該凸型集光装置１００内に第一導光部材１４０が設けられており、第一導光部材１４０は、太陽光を第一光エネルギー利用部２１０に向けて導く点で実施例１と区別される。誘導方法は屈折又は反射の何れかである。

図２を参照すると、本実施例において、当該第一導光部材１４０は、光透過性底壁１２０に対して実質的に垂直であり、入射光を光透過性底壁１２０の方向に偏向するフレネルレンズである。一実施例において、フレネルレンズは、線形フレネルレンズ、両面フレネルレンズ、又は両面線形フレネルレンズを用いることができる。

この垂直に配置されたフレネルレンズは、本実施例における凸型集光装置１００の光線偏向能力を大幅に向上させ、太陽の東西方向の偏向に適応するために使用することができ、太陽追跡システムを節約することができる。

更に、他の実施例において、当該第一導光部材１４０は、反射部材（例えば、反射型フィネルレンズ）であってもよい。当該第一導光部材１４０は、垂直方向に対して一定の角度だけ傾斜しているなど、他の角度で凸型集光装置１００内に配置されてもよい。

一方、図２を引き続き参照すると、本実施例に示されている太陽エネルギー利用装置は、第二導光部材３００を更に含む点で、実施例１とも異なる。第二導光部材３００は、凸型集光装置１００の外側に設けられ、凸型集光装置１００の光透過性凸側壁１１０に向けて太陽光を導くものである。

図２を引き続き参照すると、本実施例において、第二導光部材３００は、凸型集光装置１００の片側又は両側に配置された反射体であり、反射体の反射面が凸型集光装置１００に向けられて、太陽光を凸型集光装置１００に反射する。図２において、当該２つの第二導光部材３００は、上部が大きく下部が小さい開口構造を形成しており、開口からこの開口構造内に、より多くの太陽光が照射され、より多くの太陽光が集光されるようになっている。

他の実施例において、当該誘導方法は、反射であってもよく、透過であってもよい。

更に図２を参照すると、本実施例において、当該第二導光部材３００は、凸型集光装置１００又は光エネルギー利用装置に固定的に接続されており、当該第二導光部材３００は、太陽エネルギー利用装置を取り付けるための引っ掛け耳３１０を有しており、引っ掛け耳３１０を介して太陽エネルギー利用装置全体を他の物体又は他の太陽エネルギー利用装置に引っ掛けるようなものである。

実施例３
図３を参照すると、本実施例で開示される太陽エネルギー利用装置は、凸型集光装置１００と光エネルギー利用装置２００とを備えている。更に、当該太陽エネルギー利用装置は、密閉容器５００を備える。凸型集光装置１００と光エネルギー利用装置２００は、密閉容器５００内に配置されている。当該密閉容器５００は、凸型集光装置１００と光エネルギー利用装置２００の両方に対して防塵、防水などの保護を同時に形成することができる。当該密閉容器５００は、光透過性材料で形成された光透過面５３０を有し、光透過面５３０から凸型集光装置１００内に太陽光を入射させることができる。当該光透過面５３０は、密閉容器５００の上面であってもよいし、密閉容器５００の１つ又は複数の面であってもよい。当該密閉容器５００内には、光エネルギー利用装置２００に接触し、光エネルギー利用装置２００の放熱及び冷却を行うことができ、その熱を利用することができる作業物質５１０が備えられている。

一実施例において、凸型集光装置１００は透明液体が充填された収容キャビティであり、収容キャビティは、密閉容器５００と連通している。例えば、凸型集光装置１００の底部又は側面から密閉容器５００と連通している。当該作業物質５１０は、透明液体１３０が密閉容器５００のキャビティと凸型集光装置１００との間を流れることができるように、凸型集光装置１００内と同じ透明液体１３０である。一実施例において、当該透明液体１３０は、凸型集光装置１００を覆うことができ、その液面は凸型集光装置１００より高く、凸型集光装置１００内に透明液体１３０を充填することができ、しかも、凸型集光装置１００内の液体が減少することを防止することができる。

別の実施例において、当該凸型集光装置１００は固体レンズである。このとき、密閉容器５００内に作業物質５１０を収容することができ、例えば、空気、水、又は他の液体とすることができる。同時に、当該密閉容器５００は、作業物質５１０が密閉容器５００に出入りするための外部管路にドッキングする第一外部インタフェース５２０を有していてもよく、作業物質５１０を利用して、外部との熱サイクルを達成し、発電しながら温水を提供するなどの他の運用を行うことができる。

更に、図３を参照すると、本実施例では、光エネルギー利用装置２００の中心線Ｃに対して非対称構造の凸型集光装置１００と光透過性凸状側壁１１０により、太陽光の指向性のずれに対応する場合を示している。本実施例は、高緯度地域に横たわって設置することができる。

無論、当該凸型集光装置１００又は光透過性凸状側壁１１０は、光エネルギー利用装置２００の中心線Ｃに対して対称的に設計されていてもよい。

更に、図２を参照すると、当該凸型集光装置１００内には、太陽光を第一光エネルギー利用部２１０に導く第一導光部材１４０が配置されていてもよい。誘導方法は屈折又は反射の何れかである。

更に、図３を参照すると、当該太陽エネルギー利用装置は、第二導光部材３００を更に含む。第二導光部材３００は、凸型集光装置１００の外側であって、且つ密閉容器５００内に配置され、凸型集光装置１００の光透過性凸状側壁１１０に向けて太陽光を導く。

実施例４
図４を参照すると、本実施例で開示される太陽エネルギー利用装置は、凸型集光装置１００と光エネルギー利用装置２００とを備えている。更に、当該太陽エネルギー利用装置は、第三導光部材６００を備える。第三導光部材６００は、収容キャビティを有する。収容キャビティは、光反射性側壁６１０と光反射性底壁６２０とを有し、収容キャビティ内には、凸型集光装置１００と光エネルギー利用装置２００とが配置されている。光エネルギー利用装置２００は、第一光エネルギー利用部２１０と逆向きに配置された第二光エネルギー利用部２２０を有し、第二光エネルギー利用部２２０は、光反射性底壁６２０に対向して配置され、光反射性側壁６１０及び光反射性底壁６２０は、太陽光の一部を第二光エネルギー利用部２２０に反射させる。当該光反射性側壁６１０及び光反射性底壁は、反射鏡又は反射型フレネルレンズ面などの反射可能な種々の材料及び構造を用いて形成することができる。

図４を参照すると、一実施例において、当該光エネルギー利用装置２００において、第一光エネルギー利用部２１０が上を向いて設けられ、第二光エネルギー利用部２２０が下を向いて設けられている。光反射性側壁６１０は、太陽光の一部を凸型集光装置１００に反射させることができる。太陽光の一部は、第二光エネルギー利用部２２０の下方に入射し、光反射性側壁６１０及び光反射性底壁６２０によって第二光エネルギー利用部２２０に反射される。

図４を引き続き参照すると、第二光エネルギー利用部２２０に太陽光をよりよく反射させるために、一実施例において、当該光反射性底壁６２０は、Ｗ字状の反射面を有する。無論、当該光反射性底壁６２０は、Ｖ字状やＵ字状などの他の形状であってもよい。本実施例において、当該光反射性底壁６２０は、単純なＷ字状の反射面である。他の実施例では、このＷ型反射面を反射型フレネルレンズ面に置き換えてもよい。

別の実施例において、図４を参照すると、当該第三導光部材６００は光透過性頂壁６３０を有し、光透過性頂壁６３０、光反射性側壁６１０、及び光反射性底壁６２０を密閉された収容キャビティとして囲んでおり、これにより、第三導光部材６００が、凸型集光装置１００及び光エネルギー利用装置２００に対して防塵、防水などの保護機能を果たすことができる。

なお、当該光透過性底壁１２０の面積は、第一光エネルギー利用部２１０の受光面面積と一致していてもよいし、異なっていてもよい。図４を参照すると、当該光透過性底壁１２０の面積は第二光エネルギー利用部２２０の受光面の面積より大きく、透明液体１３０からこの部分に入射する太陽光は第二光エネルギー利用部２２０の下方の空間に入ることができ、それにより光反射性底壁６２０の反射により、太陽光を第二光エネルギー利用部２２０に反射し、第二光エネルギー利用部２２０に入射する太陽光を増加させる。

本実施例に示す太陽エネルギー利用装置は二つの光エネルギー利用部２１０、２２０、及び第三導光部材６００を有し、更に集光効率を向上させることができ、同時に太陽エネルギー利用装置のコンパクト性及び小型性を向上させることに有利である。

実施例５
図５を参照すると、本実施例で開示される太陽エネルギー利用装置は、凸型集光装置１００と光エネルギー利用装置２００とを備えている。更に、当該太陽エネルギー利用装置は、反射部材８００と支持構造９００とを備える。

当該凸型集光装置１００は、第一凸型集光装置１０１と第二凸型集光装置１０２という２つであり、光エネルギー利用装置２００は、第一光エネルギー利用部２１０とは離反した第二光エネルギー利用部２２０を有する。第一光エネルギー利用部２１０の上方に第一凸型集光装置１０１が位置し、第二光エネルギー利用部２２０の下方に第二凸型集光装置１０２が位置する。支持構造９００には、第一凸型集光装置１０１、第二凸型集光装置１０２、及び光エネルギー利用装置２００が取り付けられている。反射部材８００は、第二凸型集光装置１０２及び光エネルギー利用装置２００の下方に位置し、太陽光を第二凸型集光装置１０２及び／又は第二光エネルギー利用部２２０に反射する。本実施例において、第二凸型集光装置１０２は、透明液体１３０が充填される液体レンズである。反射部材８００は、Ｕ型反射鏡又は反射型フレネルレンズなど、太陽光の反射を可能にする様々な構造を採用することができる。

具体的には、図５を参照すると、本実施例では、アレイ型の構造を示している。図５のＬは太陽光であり、図５は底部の反射部材８００が太陽光を第二凸型集光装置１０２に反射する過程を示しており、当該第二凸型集光装置１０２も内部で同様に全反射現象を形成している。第二凸型集光装置１０２の光透過性凸状側壁１１０から第二凸型集光装置１０２内の透明液体１３０に入射した太陽光も同様に、光透過性凸状側壁１１０に入射する際に全反射され、最終的に第二光エネルギー利用部２２０に集光することができる。当該第二光エネルギー利用部２２０は、第二凸型集光装置１０２の光透過性底壁１２０の外側に設けてもよく、第二凸型集光装置１０２と一体構造をなすように第二凸型集光装置１０２の底壁としてもよい。

図５を参照すると、一実施例において、当該第一凸型集光装置１０１及び／又は第二凸型集光装置１０２には、透明液体１３０が外部の熱循環システムと熱交換するように透明液体１３０を適用し、透明液体１３０から得られる熱エネルギーを最大限に利用するために、透明液体１３０が出入りするための外部配管に接続可能な第二外部インタフェース１０３が設けられている。

反射部材は、単一の凸型集光装置と組み合わせて使用することもできる。図５を参照すると、一実施例において、第二凸型集光装置１０２を廃止し、第一光エネルギー利用部２１０と第二光エネルギー利用部２２０とを有する光エネルギー利用装置２００に第一凸型集光装置１０１のみを設けるようにしてもよい。この場合（光エネルギー利用装置２００の上に凸形集光装置１０１を配置すること）を正立配置と呼ぶ。別の実施例において、第一凸型集光装置１０１を廃止し、第一光エネルギー利用部２１０と第二光エネルギー利用部２２０とを有する光エネルギー利用装置２００の下に第二凸型集光装置１０２のみを配置してもよい。この場合（光エネルギー利用装置２００が凸型集光装置１０２の上に配置されていること）を倒立設置と呼ぶ。光エネルギー利用装置２００の両側に凸型集光装置１０１、１０２が配置されている場合を両面設置と呼ぶ。図５は両面設置の場合を示している。

更に、図５を参照すると、一実施例において、防塵装置１０００（ダストカバーなど）を更に備え、反射部材８００、支持構造９００、及び凸型集光装置１００は、塵埃の清掃を容易にするために、防塵装置１０００の中に配置されている。

更に、一実施例において、図５を参照すると、当該凸型集光装置１００及び光エネルギー利用装置２００は、２つ以上の組とすることができ、組として使用することが可能である。異なる組の凸型集光装置１００と光エネルギー利用装置２００との間で、１つの反射部材８００と防塵装置１０００とを共有してもよいし、対応する反射部材８００と防塵装置１０００とを個別に設けてもよい。

以上では、特定の例を適用して本明細書を説明したが、本発明の理解を助けるためにのみ使用され、本発明を限定するために使用されるものではない。当業者であれば、上記の具体的な実施例を本発明の主旨に基づいて変更することができる。

Claims (21)

1. 光エネルギー利用装置と、凸型集光装置とを含み、
   前記光エネルギー利用装置は、太陽光を受光して変換利用可能な第一光エネルギー利用部を有し、
   前記凸型集光装置は、固体レンズ、又は透明液体が充填された収容キャビティであり、
   前記凸型集光装置は、傾斜して配置された光透過性凸状側壁を有し、太陽光は、前記光透過性凸状側壁から前記固体レンズ又は透明液体に透過することができ、
   前記第一光エネルギー利用部は、前記凸型集光装置の底部に設けられ、
   前記凸型集光装置においては、前記固体レンズ又は前記透明液体から前記光透過性凸状側壁に向けて入射した太陽光は全反射現象を形成し、当該太陽光を前記第一光エネルギー利用部に向けて集光する、
   ことを特徴とする太陽エネルギー利用装置。
2. 前記凸型集光装置は光透過性底壁を有し、
   前記第一光エネルギー利用部は前記光透過性底壁の下方に位置する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー利用装置。
3. 前記第一光エネルギー利用部は前記光透過性凸状側壁に接続され、前記凸型集光装置の底壁を形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー利用装置。
4. 前記凸型集光装置内に第一導光部材が設けられ、
   前記第一導光部材は太陽光を前記第一光エネルギー利用部に向けて導く、
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の太陽エネルギー利用装置。
5. 前記第一導光部材はフレネルレンズであり、
   前記フレネルレンズは、前記凸型集光装置内に垂直方向に配置されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の太陽エネルギー利用装置。
6. 前記フレネルレンズは、前記第一光エネルギー利用部の受光面に対して垂直に配置されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の太陽エネルギー利用装置。
7. 第二導光部材を更に含み、
   前記第二導光部材は、前記凸型集光装置の外側に配置され、太陽光を前記凸型集光装置の前記光透過性凸状側壁に向けて導く、
   ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の太陽エネルギー利用装置。
8. 前記第二導光部材は、前記凸型集光装置の片側又は両側に配置された反射部材であり、
   前記反射部材の反射面は前記凸型集光装置に向けられている、
   ことを特徴とする請求項７に記載の太陽エネルギー利用装置。
9. 前記第二導光部材は、前記凸型集光装置又は前記光エネルギー利用装置に固定的に接続され、
   前記第二導光部材は、前記太陽エネルギー利用装置を取り付けるための引っ掛け耳を有する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の太陽エネルギー利用装置。
10. 密閉容器を更に含み、
    前記光エネルギー利用装置と前記凸型集光装置は、前記密閉容器内に設けられ、
    前記密閉容器は、光透過面を有し、前記光透過面から太陽光が前記凸型集光装置に入射でき、前記密閉容器内に作業物質を備え、前記作業物質を前記光エネルギー利用装置に接触させる、
    ことを特徴とする請求項１～９の何れか一項に記載の太陽エネルギー利用装置。
11. 前記凸型集光装置は前記密閉容器と連通しており、
    前記作業物質は、前記凸型集光装置内の前記透明液体と同じであり、
    前記透明液体は前記凸型集光装置を覆う、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の太陽エネルギー利用装置。
12. 前記凸型集光装置は密閉して配置されており、
    前記密閉容器は、前記作業物質を利用するために、前記作業物質が前記密閉容器に出入りするための第一外部インタフェースを有する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の太陽エネルギー利用装置。
13. 第三導光部材を更に含み、
    前記第三導光部材は、収容キャビティを有し、前記収容キャビティは、光反射性側壁と光反射性底壁とを有し、
    前記光エネルギー利用装置及び前記凸型集光装置は、前記収容キャビティ内に配置され、
    前記光エネルギー利用装置は、前記第一光エネルギー利用部と逆向きに配置された第二光エネルギー利用部を有し、
    前記第二光エネルギー利用部は前記光反射性底壁に対向して設けられ、
    前記光反射性側壁及び前記光反射性底壁は、太陽光の一部を前記第二光エネルギー利用部に反射させる、
    ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の太陽エネルギー利用装置。
14. 前記光反射性底壁はＷ字状の反射面を有する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の太陽エネルギー利用装置。
15. 前記第三導光部材は光透過性頂壁を有し、前記光透過性頂壁、前記光反射性側壁及び前記光反射性底壁は、密閉された前記収容キャビティを囲んでいる、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の太陽エネルギー利用装置。
16. 反射部材及び支持構造を更に含み、
    前記凸型集光装置及び前記光エネルギー利用装置は、正立又は倒立して配置され、且つ前記支持構造体により支持され、
    前記光エネルギー利用装置は、前記第一光エネルギー利用部と逆向きに配置された第二光エネルギー利用部を有し、
    前記反射部材は、前記凸型集光装置及び前記光エネルギー利用装置の下方に位置し、太陽光を前記凸型集光装置及び／又は前記第二光エネルギー利用部と前記第一光エネルギー利用部との一方に反射する、
    ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の太陽エネルギー利用装置。
17. 各光エネルギー利用装置に対応して２つの前記凸型集光装置が設けられ、前記２つの凸型集光装置は、それぞれ第一凸型集光装置と第二凸型集光装置であり、
    前記第一凸型集光装置は、前記第一光エネルギー利用部の上方に位置し、
    前記第二凸型集光装置は、前記第二光エネルギー利用部の下方に位置する、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の太陽エネルギー利用装置。
18. 前記反射部材はフレネルレンズ反射面又は曲面反射鏡である、
    ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の太陽エネルギー利用装置。
19. 前記第一凸型集光装置及び／又は前記第二凸型集光装置には、前記透明液体が出入りするための第二外部インタフェースが設けられている、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の太陽エネルギー利用装置。
20. 防塵装置を更に備え、
    前記防塵装置の中には、前記反射部材、前記支持構造、及び前記凸型集光装置が配置されている、
    ことを特徴とする請求項１６～１９の何れか一項に記載の太陽エネルギー利用装置。
21. 前記凸型集光装置の長手方向の断面は多角形であり、前記多角形の辺の数は３以上である、
    ことを特徴とする請求項１～２０の何れか一項に記載の太陽エネルギー利用装置。
    

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