JP2024521561A - 太陽エネルギー利用ユニット及びその組合せ構造 - Google Patents

Abstract

太陽エネルギー利用ユニット及びその組合せ構造であって、太陽エネルギー利用ユニットＣは、光エネルギー利用装置１００、凸状液体集光装置２００、第１反射構造３００及び第２反射構造４００を備えている。太陽光は、第１反射構造３００によって反射されて凸状液体集光装置上に達することができる。凸状液体集光装置２００内において、透明液体２０１から透光性凸状側壁２１０への太陽光が全反射現象を起こすことによって、より多くの太陽光が光エネルギー利用装置１００の第１光エネルギー利用部１１０上に集光され得る。第２反射構造４００と第１反射構造３００との間に光反射キャビティが形成されることによって、第１反射構造３００及び凸状液体集光装置２００の受光範囲外の太陽光の一部が反射されて光エネルギー利用装置１００の第２光エネルギー利用部１２０に達することができ、光エネルギー利用装置の集光効率が向上する。

Description

本発明は、光エネルギー変換及び利用構造に関する。

太陽エネルギー利用装置は、例えば太陽電池パネルを介して太陽光発電等を行うように、太陽エネルギーを再生利用するために用いられる。太陽電池パネルのコストの低下及び効率の向上に伴い、太陽エネルギー利用装置の利用はますます多くなっている。しかし、現在の低倍率集光型太陽光発電装置の太陽エネルギーに対する集光効率をさらに向上させることができる。

本開示は主に、新しい太陽エネルギー利用構造を提示するための新型太陽エネルギー利用ユニット及びその組合せ構造を提供する。

上記の目的に基づき、１つの実施形態として、本発明は、光エネルギー利用装置、凸状液体集光装置、第１反射構造及び第２反射構造を備えた太陽エネルギー利用ユニットを提供する。前記光エネルギー利用装置は、太陽光を受光、変換及び利用できる第１光エネルギー利用部及び第２光エネルギー利用部を有する。前記第１光エネルギー利用部と前記第２光エネルギー利用部とは向かい合わせに配置されている。

前記凸状液体集光装置は、透明液体が充填された収容キャビティを有する。前記収容キャビティは、傾斜した透光性凸状側壁を有し、前記太陽光が前記透光性凸状側壁を透過して前記透明液体に達することができる。前記光エネルギー利用装置は、前記収容キャビティの中又は前記収容キャビティの外に配置されていてもよく、前記収容キャビティのキャビティ壁を形成していてもよい。前記第１光エネルギー利用部は、前記凸状液体集光装置又は透明液体に面して配置されており、前記収容キャビティは、前記透明液体から前記透光性凸状側壁への太陽光の少なくとも一部が全反射現象を起こすことができるような構造を形成しており、これによって、太陽光が前記第１光エネルギー利用部上に集光される。

太陽光を前記凸状液体集光装置に向けて反射できるように、前記第１反射構造は、前記凸状液体集光装置の外側に配置されており、太陽光を入射させるための第１入光口を有する。

前記第２反射構造は、前記第１反射構造の外側に配置されている。前記第１反射構造及び前記第２光エネルギー利用部と、前記第２反射構造との間には、太陽光を入射させるための第２入光口を有する光反射キャビティが形成されており、前記光反射キャビティ内に入射した太陽光が前記第２反射構造によって反射されて前記第２光エネルギー利用部上に達する。

１つの実施形態として、前記第１反射構造と前記第２反射構造との間には、前記第２入光口を形成する間隙が設けられている。

１つの実施形態として、前記第２反射構造は、太陽光を前記第２光エネルギー利用部まで反射するための内部反射面を有する溝形状構造であり、前記光エネルギー利用装置、前記凸状液体集光装置及び前記第１反射構造は、前記溝形状構造内に配置されている。

１つの実施形態として、前記溝形状構造の一方の側壁は第１反射構造と重なり合っており、他方の側壁は第１反射構造から離隔して設けられている。

１つの実施形態として、前記溝形状構造の両側の側壁は、いずれも前記第１反射構造から離隔して設けられている。

１つの実施形態として、前記光反射キャビティ内に配置された第２凸状液体集光装置がさらに備えられている。前記第２凸状液体集光装置は、透明液体が充填された第２収容キャビティを有し、前記第２収容キャビティは、下方に向かって凸状となるように傾斜した第２透光性凸状側壁を有し、前記光反射キャビティ内に入射した太陽光が前記透光性凸状側壁を透過して前記透明液体に達することができる。前記光エネルギー利用装置は、前記第２収容キャビティの中又は前記第２収容キャビティの外に配置されていてもよく、前記第２収容キャビティのキャビティ壁を形成していてもよい。前記第２光エネルギー利用部は、前記第２凸状液体集光装置又は前記第２収容キャビティ内の透明液体に面して配置されており、前記第２収容キャビティは、その中の透明液体から前記第２透光性凸状側壁への太陽光の少なくとも一部が全反射現象、鏡面反射又は拡散反射を起こすことができるような構造を形成しており、これによって、太陽光が前記第２光エネルギー利用部上に集光される。

１つの実施形態として、前記凸状液体集光装置は上向きに尖るように配置されており、前記第２凸状液体集光装置は下向きに尖るように配置されている。

１つの実施形態として、前記凸状液体集光装置の垂直断面は三角形であり、前記第２凸状液体集光装置の垂直断面は逆三角形である。

１つの実施形態として、前記第２反射構造の底部と前記第２凸状液体集光装置の尖っている部分とは接続されており、これによって、前記光反射キャビティが少なくとも２つの部分に分割されている。

１つの実施形態として、前記第２凸状液体集光装置は前記第２光エネルギー利用部の下方に位置する。

１つの実施形態として、前記第１反射構造は、前記凸状液体集光装置の両側に配置された少なくとも２つの反射部材を有する。前記反射部材の前記凸状液体集光装置に面する側は反射面を有する、又は、前記反射部材の両面は両方とも反射面である。

１つの実施形態として、前記反射部材は前記凸状液体集光装置の両側に対称に配置されている。

１つの実施形態として、前記第１反射構造及び前記第２反射構造を密閉する透光性カバーがさらに備えられている。

１つの実施形態として、前記光エネルギー利用装置、前記凸状液体集光装置、前記第１反射構造及び前記第２反射構造は、同じ方向に延在して細長形状を形成する。

上記の目的に基づき、１つの実施形態として、本発明は、上記のいずれか１つに記載の少なくとも２つの太陽エネルギー利用ユニットを含む太陽エネルギー利用ユニットの組合せ構造を提供する。前記太陽エネルギー利用ユニットは並列に配置されており、隣接する太陽エネルギー利用ユニットの間には、熱利用作動媒体、二次電池及び／又は制御回路基板を収容したキャビティが形成されている。

１つの実施形態として、前記キャビティは、隔壁によって第１キャビティと第２キャビティとに分割されており、前記第１キャビティ内には前記熱利用作動媒体が充填されており、前記第２キャビティ内には前記二次電池及び前記制御回路基板が配置されている。

上記の実施形態に係る太陽エネルギー利用ユニットであって、光エネルギー利用装置、凸状液体集光装置、第１反射構造及び第２反射構造を備えている。太陽光が当該第１反射構造によって反射されて凸状液体集光装置に達することができる。当該凸状液体集光装置内において、透明液体から透光性凸状側壁への太陽光が全反射現象を起こすことによって、より多くの太陽光が光エネルギー利用装置の第１光エネルギー利用部上に集光され得る。当該第２反射構造と第１反射構造との間に光反射キャビティが形成されることによって、第１反射構造及び凸状液体集光装置の受光範囲外の太陽光の一部が反射されて光エネルギー利用装置の第２光エネルギー利用部に達することができ、光エネルギー利用装置の集光効率が向上する。

本発明の１つの実施形態に係る太陽エネルギー利用ユニットの概略垂直断面図である。 本発明のもう１つの実施形態に係る太陽エネルギー利用ユニットの概略垂直断面図である。 本発明の１つの実施形態に係る太陽エネルギー利用ユニットの組合せ構造の概略垂直断面図である。 本発明のもう１つの実施形態に係る太陽エネルギー利用ユニットの組合せ構造の概略垂直断面図である。

以下、具体的な実施形態を介して図面と併せて本発明について詳細に説明する。異なる実施形態における同様の部品に関しては、関連する同様の部品符号が採用されている。以下の実施形態における多くの詳細な説明は、本発明をよりよく理解できるためのものである。しかしながら、当業者は、特徴の一部について異なる状況で省略できること、又は他の部品、材料及び方法によって置換できることを容易に認識することができる。本発明のコアな部分が過剰な記載によって埋もれてしまうことを回避するために、本発明に係る一部の操作について明細書に示していない、又は説明していない場合がある。当業者にとって、これらの関連する操作について詳細に説明する必要がなく、当業者は、本明細書の記載及び当該分野における一般的な技術知識に従って、関連する操作を十分に理解することができる。

なお、本明細書に記載された特性、操作又は特徴は、任意の適切な方法で組み合わせて様々な実施形態を形成することができる。また、方法の記載における各ステップ又は動作についても、当業者にとって明らかな方法で順序交替又は調整することができる。したがって、明細書及び図面における各順序は、１つの実施形態を明確に説明するためだけにすぎず、特定の順序に従わなければならないことを特に明記していない限り、必須の順序を意味するものではない。

「第１」、「第２」などのような本明細書における部品の番号自体は、記載された対象を区別するためにのみ使用されており、いかなる順序又は技術的な意味を有さない。なお、本発明に記載の「接続」は、特別な説明がない限り、直接的及び間接的な接続を含む。

本明細書における上、下などの位置関係は相対的なものであり、絶対的な意味を有さない。

本実施形態は、太陽光を受光且つ利用してエネルギー変換を行い、人々が利用できるように、太陽光を電気エネルギー、熱エネルギー及び他の形式のエネルギーに変換するために用いられる太陽エネルギー利用ユニットを提供する。

図１～図４を参照されたい。当該実施形態における太陽エネルギー利用ユニットＣは、光エネルギー利用装置１００、凸状液体集光装置２００、第１反射構造３００及び第２反射構造４００を備えている。

光エネルギー利用装置１００は、太陽光を受光して変換及び利用できる第１光エネルギー利用部１１０及び第２光エネルギー利用部１２０を有する。第１光エネルギー利用部１１０と第２光エネルギー利用部１２０とは向かい合わせに配置されている。１つの実施形態として、光エネルギー利用装置１００は、両面太陽電池パネル、光熱利用装置、光電及び熱エネルギー総合利用装置、並びに集光型光エネルギー利用装置の１つ以上であってよい。当該太陽電池パネルは一般的に、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する装置全般をいい、各種の半導体太陽電池パネル、フィルム型太陽電池、量子ドット光電変換素子などを含む。他の実施形態では、第１光エネルギー利用部１１０及び第２光エネルギー利用部１２０は、他の形式の太陽光利用変換構造であってもよい。

凸状液体集光装置２００は、透明液体２０１が充填された収容キャビティを有する。収容キャビティは、傾斜した透光性凸状側壁２１０を有している。太陽光は、透光性凸状側壁２１０を透過して透明液体２０１に達することができる。傾斜した透光性凸状側壁２１０を有する凸状液体集光装置２００は、より大きな偏向角の入射光に適応することができ、太陽光の南北回帰の偏向だけでなく、太陽光の東西方向の偏向にも対応することができる。１つの実施形態として、透光性凸状側壁２１０は、平面、折り曲げ面、曲面又はこれらの組合せから構成されてよい。

光エネルギー利用装置１００は、収容キャビティの中又は収容キャビティの外に配置されていてもよく、収容キャビティのキャビティ壁を形成していてもよい。第１光エネルギー利用部１１０は、凸状液体集光装置２００又は透明液体２０１に面して配置されている。収容キャビティ内において、透明液体２０１から透光性凸状側壁２１０への太陽光が全反射現象を起こすことによって、太陽光が第１光エネルギー利用部１１０上に集光される。ここで、凸状液体集光装置２００の構造は以下のように設定されている。透明液体２０１から透光性凸状側壁２１０への太陽光は、全反射（全内部反射とも呼ぶ）現象を起こすことができる。すなわち、透明液体２０１内に達した太陽光又はその大部分は、透光性凸状側壁２１０から外へ出ることなく、全反射の作用によって凸状液体集光装置２００内を伝播し続けて、最終的に第１光エネルギー利用部１１０上に集光される。つまり、透光性凸状側壁２１０は、光線が両面光エネルギー利用装置１００の第１光エネルギー利用部１１０に向かうことを最終目標として、入射角及び光源の違いに応じて屈折又は全反射の役割を果たす。

当該実施形態において、光伝播媒体として透明液体２０１が用いられており、本実施形態における透光性凸状側壁２１０は光を透過する役割だけでなく全反射の役割をも果たしている。従来技術と比較すると、同じ条件下において、凸状液体集光装置２００は、より多くの太陽光を第１光エネルギー利用部１１０に集光することができ、集光率が向上する。一方、光エネルギー利用装置１００の視点から見れば、全反射された光の入射角が改善されるため、光エネルギー利用装置１００の反射損失が低減され、光エネルギーの利用効率が向上する。

また、より多くの太陽光を凸状液体集光装置２００に集光させるために、第１反射構造３００は、凸状液体集光装置２００の外側に、例えば、凸状液体集光装置２００の周囲又は少なくとも１つの側面に配置されている。第１反射構造３００は、太陽光を凸状液体集光装置２００に向けて反射できる反射面を有する。第１反射構造３００は太陽光を入射させるための第１入光口を有する。第１反射構造３００によって、凸状液体集光装置２００の太陽光を受光する範囲が拡大され、より多くの太陽光が凸状液体集光装置２００に集光される。例えば、太陽光は第１反射構造３００によって反射されて凸状液体集光装置２００の透光性凸状側壁２１０に達して、最終的に第１光エネルギー利用部１１０まで導かれる。

光エネルギー利用装置１００による太陽光の利用をさらに向上させるために、第２反射構造４００を用いてより多くの太陽光を第２光エネルギー利用部１２０に向けて集光することもできる。第２反射構造４００は、第１反射構造３００の外側に配置されている。第１反射構造３００及び第２光エネルギー利用部１２０と、第２反射構造４００との間には、太陽光を入射させるための第２入光口を有する光反射キャビティが形成されており、第２反射構造４００によって、光反射キャビティ内に入射した太陽光が反射されて第２光エネルギー利用部１２０上に達する。第２入光口は、第１反射構造３００の外側に設けられてよく、例えば、第１反射構造３００の周囲に設けられてもよく、第１反射構造３００の一つ以上の側面にのみ設けられてもよい。これによって、これらの領域に達した太陽光を受光することができ、第１反射構造３００及び凸状液体集光装置２００の受光範囲外の太陽光の一部が反射されて光エネルギー利用装置１００の第２光エネルギー利用部１２０に達することができ、光エネルギー利用装置１００の集光効率が向上する。

第１反射構造３００及び第２反射構造４００が配置されることによって、太陽エネルギー利用ユニットＣによる太陽光の受光範囲が拡大し、より多くの太陽光が光エネルギー利用装置１００に集光され得る。ここで、第１反射構造３００及び第２反射構造４００に使用される反射面は、例えば反射型フレネルレンズ、反射鏡、高反射コーティングなど、太陽光を反射できる様々な構造であってよい。

一部の実施形態では、第１反射構造３００の第２反射構造４００に面する側面にも反射面が設けられてよく、これにより、光反射キャビティ内での太陽光の伝播が促進され、最終的に第２光エネルギー利用部への太陽光の集光効率が向上する。

凸状液体集光装置２００は、受け取った太陽光の全部又は大部分を光エネルギー利用装置１００上に集光させる。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１００は、凸状液体集光装置２００の外側に配置されていてよい。凸状液体集光装置２００内の太陽光が第１光エネルギー利用部１１０に集光されるように、第１光エネルギー利用部１１０は、凸状液体集光装置２００に取り付けられている。又は、第１光エネルギー利用部１１０は、収容キャビティ内に配置されていてもよく、集光溝の壁の一部を形成していてもよい。なお、上記構造は、後述する第２凸状液体集光装置２００と第２光エネルギー利用部１２０との間にも用いられて配置されてよい。

具体的には、１つの実施形態として、凸状液体集光装置２００は、透光性材料からなる透光性底壁２２０を有する。第１光エネルギー利用部１１０は、透光性底壁２２０の外側に接合されており、例えば、第１光エネルギー利用部１１０は、透光性底壁２２０の外側と固定接続されている。凸状液体集光装置２００において、太陽光が第１光エネルギー利用部１１０に向かって集光されて、第１光エネルギー利用部１１０に入射する。

もう１つの実施形態として、光エネルギー利用装置１００は、透明液体２０１内に浸漬されていてよく、第１光エネルギー利用部１１０は、透明液体２０１を透過した太陽光を直接受光することができる。

もう１つの実施形態として、第１光エネルギー利用部１１０は、凸状液体集光装置２００の一部として用いられており、第１光エネルギー利用部１１０の外壁（太陽光を受光するための側面）は、透光性凸状側壁２１０と直接的又は間接的に接続されて、収容キャビティの底壁を形成している。

凸状液体集光装置２００（又は第２凸状液体集光装置２００）内の空間の一部又は全部には、透明液体２０１が充填されている。１つの実施形態として、より良い効果を得るために、透明液体２０１は収容キャビティ全体にほぼ満杯に充填されていることが好ましい。

１つの実施形態として、透明液体２０１は、脱イオン精製水、グリセリン、アルコール、エチレングリコール、又はこれらの混合物であってよい。

また、透明液体２０１は、第１光エネルギー利用部１１０及び第２光エネルギー利用部１２０と直接的又は間接的に伝熱構造を形成することもできる。これにより、第１光エネルギー利用部１１０及び第２光エネルギー利用部１２０に対する冷却効果又は吸熱効果が果たされ、光エネルギー利用率が向上する。

さらに、図１～図４を参照されたい。１つの実施形態として、第１反射構造３００と第２反射構造４００との間には、第２入光口を形成する間隙が設けられている。

さらに、図１～図４を参照されたい。より具体的な実施形態として、第２反射構造４００は、太陽光を第２光エネルギー利用部１２０まで反射するための内部反射面を有する溝形状構造であり、光エネルギー利用装置１００、凸状液体集光装置２００及び第１反射構造３００は、溝形状構造内に配置されている。

さらに、図２及び図４を参照されたい。第２光エネルギー利用部１２０の集光効率を向上させるために、１つの実施形態として、凸状液体集光装置２００に類似する構造を有する第２凸状液体集光装置６００がさらに備えられている。第２凸状液体集光装置６００は、光反射キャビティ内に配置されており、透明液体２０１が充填された第２収容キャビティを有する。第２収容キャビティは、下方に向かって凸状となるように傾斜した第２透光性凸状側壁６１０を有し、光反射キャビティ内に入射した太陽光が第２透光性凸状側壁６１０を透過して透明液体２０１に達することができる。光エネルギー利用装置１００は、第２収容キャビティの中又は第２収容キャビティの外に配置されていてもよく、第２収容キャビティのキャビティ壁を形成していてもよい。第２光エネルギー利用部１２０は、第２凸状液体集光装置６００又は第２収容キャビティ内の透明液体２０１に面して配置されており、第２収容キャビティは、その中の透明液体２０１から第２透光性凸状側壁６１０への太陽光の少なくとも一部が全反射現象を起こすことができるような構造を形成しており、これによって、太陽光が第２光エネルギー利用部１２０上に集光される。第２透光性凸状側壁６１０の一部（非入光部分、例えば図４における６００の実線に示す側面）は、鏡面又は高反射コーティングであってもよく、鏡面反射又は拡散反射によって第２透光性凸状側壁６１０からの入射光が第２光エネルギー利用部１２０上に集光される。凸状液体集光装置２００及び第１光エネルギー利用部１１０の構造に類似するように、本実施形態では、第２凸状液体集光装置を用いて、全反射、鏡面反射又は拡散反射の作用により、第２凸状液体集光装置６００に入った光を第２光エネルギー利用部１２０にできるだけ多く集光させる。

１つの実施形態として、図２及び図４を参照されたい。凸状液体集光装置２００は上向きに尖るように配置されており、第２凸状液体集光装置６００は下向きに尖るように配置されている。これにより、透光性凸状側壁２１０及び第２透光性凸状側壁６１０を通してより多くの太陽光が集光され得る。

１つの実施形態として、図２及び図４を参照されたい。凸状液体集光装置２００の垂直断面は三角形であり、第２凸状液体集光装置６００の垂直断面は逆三角形である。もちろん、当該形状は一例に過ぎず、他の凸となるような形状であってもよい。

図１～図４を参照されたい。ほこりを防ぎ、清掃を容易にするために、１つの実施形態として、第１反射構造３００及び第２反射構造４００を密閉して密閉構造を形成する透光性カバー５００がさらに備えられている。透光性カバー５００は、フレネルレンズ面又は他の透光性構造であってよい。

上記の発明概念に基づき、本願の発明をよりよく示すために、いくつかの異なる実施形態を通じて以下にさらに説明する。

＜実施形態１＞
図１を参照されたい。実施形態１は、太陽エネルギー利用ユニットＣを開示しており、図１は太陽エネルギー利用ユニットＣの概略垂直断面図である。なお、実施形態１及び他の実施形態で言及されている垂直方向及び水平方向は、いずれも図示した配置方向を基準とする。太陽エネルギー利用装置を実際に使用する際に、地形及び経緯度によって方向を調整する場合があるため、図示した配置方向は、太陽エネルギー利用装置の実際の配置方向と異なる可能性がある。

太陽エネルギー利用ユニットＣは、光エネルギー利用装置１００、凸状液体集光装置２００、第１反射構造３００及び第２反射構造４００を備えている。凸状液体集光装置２００は、透光性凸状側壁２１０を有する密閉構造であり、透明液体２０１が満杯に充填された密閉状態の収容キャビティを形成している。図１の破線は、透光性凸状側壁２１０が透明な面であることを示している。

光エネルギー利用装置１００は、凸状液体集光装置２００の下方に配置されており、太陽光を受光して変換及び利用できる、上向きの第１光エネルギー利用部１１０及び下向きの第２光エネルギー利用部１２０を有する。太陽光が透光性底壁２２０を透過して第１光エネルギー利用部１１０に入射できるように、第１光エネルギー利用部１１０は、凸状液体集光装置２００の透光性底壁２２０に密着して配置されている。図１では、透光性底壁２２０と第１光エネルギー利用部１１０とが密着しているため、これらを１つとして示している。

もちろん、他の実施形態では、透光性底壁２２０を別途配置しなくてよいように、光エネルギー利用装置１００の第１光エネルギー利用部１１０は、凸状液体集光装置２００の底壁として用いられてもよい。又は、光エネルギー利用装置１００の第１光エネルギー利用部１１０は、凸状液体集光装置２００の収容キャビティ内に配置されていてもよい。

図１を参照されたい。１つの実施形態として、第１反射構造３００は、凸状液体集光装置２００の両側に配置された少なくとも２つの反射部材３１０を有する。反射部材３１０の凸状液体集光装置２００に面する側は反射面を有する。反射部材３１０は、凸状液体集光装置２００又は光エネルギー利用装置１００と接続されて、上方が大きく下方が小さいキャビティを形成することができる。これにより、太陽光が当該キャビティ内に入ることができる。

より具体的な実施形態として、反射部材３１０は、凸状液体集光装置２００の両側に対称に配置されており、その対称軸は、当該垂直断面における凸状液体集光装置２００の中軸線であってよい。もちろん、反射部材３１０は、凸状液体集光装置２００の１つ以上の側面に対称又は非対称に配置され得る。凸状液体集光装置２００による太陽光の受光範囲を拡大し、より多くの太陽光を吸収させることがその目的である。

第２反射構造４００は、第１反射構造３００の外側に配置されている。第１反射構造３００及び第２光エネルギー利用部１２０と、第２反射構造４００との間には、太陽光を入射させるための第２入光口を有する光反射キャビティが形成されており、第２反射構造４００によって、光反射キャビティ内に入射した太陽光が反射されて第２光エネルギー利用部１２０上に達する。具体的には、第１反射構造３００と第２反射構造４００との間には、第２入光口を形成する間隙が設けられている。

図１を参照され続けたい。より具体的な実施形態といて、第２反射構造４００は溝形状構造である。溝形状構造は、太陽光を第２光エネルギー利用部１２０まで反射するための内部反射面を有する。当該溝形状構造の一方の側壁は第１反射構造３００と重なり合っており、他方の側壁は第１反射構造３００から離隔して設けられている。例えば、第２反射構造４００の図示した右側の側壁は、図示した右側の反射部材３１０と重なり合っている又は接続されている。左側の側壁は、図示した左側の反射部材３１０から離隔しており、太陽光が入るための空間が設けられている。

図１は、２つの入射光Ｌ１及びＬ２の収束状況を示している。１つ目は、入射光Ｌ１が反射部材３１０によって反射され、凸状液体集光装置２００によって屈折して、また凸状液体集光装置２００によって全反射されて第１光エネルギー利用部１１０に達する過程である。すなわち、凸状液体集光装置２００内の透明液体２０１の全反射作用を十分に利用することによって集光機能が実現される。また、透明液体２０１は、光エネルギー利用装置１００に対して冷却又は吸熱を行い、光エネルギー利用装置１００の光エネルギー利用率を向上させるためにも用いられてよい。つまり、透光性凸状側壁２１０は、次の２つの機能を同時に有する。まず一箇所の表面を介して外部からの入射光を透過させて、次に当該一箇所の表面において透明液体２０１からの光を全反射する。２つ目として、入射光Ｌ２は第２反射構造４００の側面によって反射されて、次に第２反射構造４００の底部で反射されて第２光エネルギー利用部１２０に達する。

ユニット全体による太陽光の受光範囲を拡張且つ拡大するために、１つの実施形態として、光エネルギー利用装置１００、凸状液体集光装置２００、第１反射構造３００及び第２反射構造４００は、同じ方向（すなわち、図１の紙面に垂直な水平方向）に延在して細長形状を形成する。図１は、その延在方向における不特定の１つの位置の垂直断面を示している。もちろん、当該ユニットは、単純な構造として設計されてよい。例えば、当該ユニットの延在方向における任意の位置の垂直断面は図１に示す形状である。

図１～図４を参照されたい。ほこりを防ぎ、清掃を容易にするために、１つの実施形態として、第１反射構造３００及び第２反射構造４００を密閉して密閉構造を形成する透光性カバープレート５００がさらに備えられている。透光性カバー５００は、フレネルレンズ面又は他の透光性構造であってよい。

実施形態１は、光が強い傾向を有する場面で用いられてよい。例えば、高緯度の場所で垂直又は水平に取り付けることができる。

＜実施形態２＞
図２を参照されたい。実施形態２は、太陽エネルギー利用ユニットＣを開示しており、図２は太陽エネルギー利用ユニットＣの概略垂直断面図である。

太陽エネルギー利用ユニットＣは、光エネルギー利用装置１００、凸状液体集光装置２００、第１反射構造３００、第２反射構造４００及び第２凸状液体集光装置６００を備えている。凸状液体集光装置２００は、透光性凸状側壁２１０を有する密閉構造であり、透明液体２０１が満杯に充填された密閉状態の収容キャビティを形成している。

実施形態１との相違点の１つとして、実施形態２では、光反射キャビティ内に配置された第２凸状液体集光装置６００がさらに備えられている。第２凸状液体集光装置６００は、凸状液体集光装置２００の収容キャビティと同様の第２収容キャビティを有する。第２収容キャビティ内には、透明液体２０１（この透明液体２０１は凸状液体集光装置２００内の透明液体と同じでも異なってもよい。）が充填されている。第２収容キャビティは、下方に向かって凸状となるように傾斜した第２透光性凸状側壁６１０を有している。光反射キャビティ内に入射した太陽光は、第２透光性凸状側壁６１０を透過して透明液体２０１に達することができる。図２の破線は、透光性凸状側壁２１０及び第２透光性凸状側壁６１０が透明な面であることを示している。

光エネルギー利用装置１００は、第２収容キャビティの中又は第２収容キャビティの外に配置されていてもよく、第２収容キャビティのキャビティ壁を形成していてもよい。第２光エネルギー利用部１２０は、第２凸状液体集光装置６００又は第２収容キャビティ内の透明液体２０１に面して配置されており、第２収容キャビティは、その中の透明液体２０１から第２透光性凸状側壁６１０への太陽光の少なくとも一部が全反射現象を起こすことができるような構造を形成しており、これによって、太陽光が第２光エネルギー利用部１２０上に集光され、第２光エネルギー利用部１２０の集光効率、及び、熱エネルギー貯蔵又は放散能力が向上する。

凸状液体集光装置２００と第２凸状液体集光装置６００との形状及び構造は同じであっても異なっていてもよく、中の透明液体も同じであっても異なっていてもよい。図２において、凸状液体集光装置２００及び第２凸状液体集光装置６００は、上下逆に配置されている。より効果的に集光するために、凸状液体集光装置２００は上向きに尖るように配置されており、第２凸状液体集光装置６００は下向きに尖るように配置されている。

第２光エネルギー利用部１２０は、第２凸状液体集光装置６００の透光性天壁６２０の上方に位置してよい。透光性底壁６２０を省略できるように、光エネルギー利用装置１００が第２凸状液体集光装置６００の天壁として機能してもよい。又は、光エネルギー利用装置１００の第２光エネルギー利用部１２０は、第２凸状液体集光装置６００の収容キャビティ内に配置されていてもよい。

図２を参照されたい。１つの実施形態として、透光性天壁６２０の幅（図示の左右方向が幅方向）は、第２光エネルギー利用部１２０の幅よりも大きい。第２光エネルギー利用部１２０からはみ出した透光性天壁６２０の領域は、入射する太陽光を受光するためにも用いられてよい。他の実施形態では、透光性天壁６２０の幅は、第２光エネルギー利用部１２０の幅と同じかそれより小さくてもよい。

さらに、図２を参照されたい。実施形態２において、凸状液体集光装置２００の垂直断面は三角形であり、第２凸状液体集光装置６００の垂直断面は逆三角形である。もちろん、他の実施形態では、凸状液体集光装置２００及び第２凸状液体集光装置６００は他の形状を有してもよい。

また、図２を参照されたい。実施形態２の垂直断面において、光エネルギー利用装置１００、凸状液体集光装置２００、第１反射構造３００、第２反射構造４００及び第２凸状液体集光装置６００は、対称構造であり、その対称軸は、凸状液体集光装置２００と第２凸状液体集光装置６００との中軸線である。他の実施形態では、光エネルギー利用装置１００、凸状液体集光装置２００、第１反射構造３００、第２反射構造４００及び第２凸状液体集光装置６００は、非対称構造であってもよい。

さらに、ユニット全体による太陽光の受光範囲を拡張且つ拡大するために、１つの実施形態として、光エネルギー利用装置１００、凸状液体集光装置２００、第１反射構造３００、第２反射構造４００及び第２凸状液体集光装置６００は、同じ方向（すなわち、図２の紙面に垂直な水平方向）に延在して細長形状を形成する。図２は、その延在方向における不特定の１つの位置の垂直断面を示している。もちろん、当該ユニットは、単純な構造として設計されてよい。例えば、当該ユニットの延在方向における任意の位置の垂直断面は図２に示す形状である。

一方、第２反射構造４００の底部と第２凸状液体集光装置６００の尖っている部分とは接続されており、これによって、光反射キャビティが少なくとも２つの部分に分割されている。

具体的には、図２を参照されたい。第２反射構造４００と透光性カバー５００は、２箇所４１０（図２の断面図では１つの点であるが、３次元構造では１つの線である。）で接続されている。この場合、第２反射構造４００と逆さの第２凸状液体集光装置６００とは、箇所４２０で接触していてもよく接触していなくてもよい。なぜなら、第２反射構造４００と透光性カバー５００とが箇所４１０で接続されることによってすでに密閉構造を形成することができるからである。

＜実施形態３＞
実施形態３は、太陽エネルギー利用ユニットＣが適用される組合せ構造を提示する。当該組合せ構造は、上記のいずれかの実施形態に示した、少なくとも２つの太陽エネルギー利用ユニットＣを備えている。

図３を参照されたい。これらの太陽エネルギー利用ユニットＣは並列に配置されており、隣接する太陽エネルギー利用ユニットＣの第２反射構造４００の間には、熱エネルギーを伝達するための熱利用作動媒体７２１を収容したキャビティ７１０が形成されている。

図３を参照されたい。実施形態３において、２つの太陽エネルギー利用ユニットＣは、鏡像対称に配置されている（他の実施形態では非対称に配置されてもよい）。具体的には、実施形態１に示した太陽エネルギー利用ユニットＣを例として説明するが、太陽エネルギー利用ユニットＣが実施形態２に示した太陽エネルギー利用ユニットＣ又は他の太陽エネルギー利用ユニットに代替され得ることは理解されたい。

実施形態３では、並列する２つの太陽エネルギー利用ユニットＣにおける２つの第２反射構造４００がいずれも外側に位置する。他の実施形態では、特に２つより多い太陽エネルギー利用ユニットＣが並列に配置されるときに、一部の第２反射構造４００が内側に位置する場合もある。

２つの太陽エネルギー利用ユニットＣの間には、キャビティ７１０が設けられている。キャビティは、例えば、隣接する２つの第２反射構造４００又は他の構造の間の領域であってもよい。太陽光が照射されると、キャビティ７１０が高温領域となるため、ここで熱エネルギーを利用することができる。

実施形態３において、２つの太陽エネルギー利用ユニットＣの間の領域の底部には、キャビティ底部７００が設けられており、これによって２つの太陽エネルギー利用ユニットＣの間の領域がキャビティ７１０として密閉され、その内部には熱利用作動媒体７２１が収容されている。熱利用作動媒体７２１は、配管７２２を介して外部と熱交換することで利用され得る。

１つの実施形態として、熱利用作動媒体７２１は冷水である。実施形態３における組合せ構造は、発電と共に熱エネルギー利用のための温水を提供することもできる。

他の実施形態では、キャビティ７１０内には電池及び冬季に保温を必要とする他の装置が配置されていてもよい。

＜実施形態４＞
実施形態４は、太陽エネルギー利用ユニットＣが適用される組合せ構造を提示する。当該組合せ構造は、上記のいずれかの実施形態に示した、少なくとも２つの太陽エネルギー利用ユニットＣを備えている。

図４を参照されたい。実施形態４に開示する組合せ構造も、鏡像対称に配置された２つの太陽エネルギー利用ユニットＣ（他の実施形態では非対称に配置されてもよい）を備えている。具体的には、実施形態２に示した太陽エネルギー利用ユニットＣを例として説明するが、太陽エネルギー利用ユニットＣが実施形態１に示した太陽エネルギー利用ユニットＣ又は他の太陽エネルギー利用ユニットに代替され得ることは理解されたい。

２つの太陽エネルギー利用ユニットＣの間の領域の底部には、キャビティ底部７００が設けられている。実施形態３との相違点の１つとして、実施形態４では、２つの太陽エネルギー利用ユニットＣの間のキャビティ７１０は、隔壁７３０によって第１キャビティ７１１と第２キャビティ７１２と（又はより多くのサブキャビティ）に分割されている。熱利用作動媒体７２１は、第１キャビティ７１１内に充填されており、二次電池７４１及び制御回路基板（プリント回路基板）７４２は第２キャビティ７１２内に配置されており、このように２つの部分に分割されている。制御回路基板７４２には、制御・保護回路及び装置が配置されている。

実施形態４において、逆さの第２凸状液体集光装置６００の透光性天壁６２０の面積は、第２光エネルギー利用部１２０の面積よりも大きい。他の実施形態では、第２凸状液体集光装置６００の透光性天壁６２０の面積は、第２光エネルギー利用部１２０の面積と同じかそれより小さくてもよい。実施形態４において、第２凸状液体集光装置６００の透光性天壁６２０の一部（図４における６００の実線部分）は、主に反射の役割を果たすため、この部分の表面として鏡面又は高反射コーティングが採用されてよい。

実施形態４において、第２反射構造４００と逆さの第２凸状液体集光装置６００の凸状側壁の１つとが重なり合っている。当該凸状側壁は、太陽エネルギー利用ユニットＣに対して外側に位置し、組合せ構造に対して内側に位置する。当該重なり合っている部分（図４における６００の実線部分）は、主に反射の役割を果たすため、この部分の表面として鏡面又は高反射コーティングが採用されてよい。

実施形態４において、第１キャビティ７１１と第２キャビティ７１２との間には隔壁７３０が配置されているが、他の実施形態では、隔壁７３０は必須ではなく、熱利用作動媒体７２１が包装袋内に密閉されていればよい。実施形態４で提示した組合せ構造は、寒冷地で使用可能であり、電池を保温することができる。

以上、具体的な例を用いて本発明について詳述したが、上記の実施形態は、本発明の理解を深めるためのものにすぎず、本発明を限定するものではない。当業者は、本発明の思想に基づいて、上記の具体的な実施形態を変更することができる。

Claims (16)

1. 光エネルギー利用装置、凸状液体集光装置、第１反射構造及び第２反射構造を備えた太陽エネルギー利用ユニットであって、前記光エネルギー利用装置は、太陽光を受光、変換及び利用できる第１光エネルギー利用部及び第２光エネルギー利用部を有し、前記第１光エネルギー利用部と前記第２光エネルギー利用部とは向かい合わせに配置されており、
   前記凸状液体集光装置は、透明液体が充填された収容キャビティを有し、前記収容キャビティは、傾斜した透光性凸状側壁を有し、前記太陽光が前記透光性凸状側壁を透過して前記透明液体に達することができ、前記光エネルギー利用装置は、前記収容キャビティの中若しくは前記収容キャビティの外に配置されている、又は、前記収容キャビティのキャビティ壁を形成しており、前記第１光エネルギー利用部は、前記凸状液体集光装置又は透明液体に面して配置されており、前記収容キャビティは、前記透明液体から前記透光性凸状側壁への太陽光の少なくとも一部が全反射現象を起こすことができるような構造を形成しており、これにより、太陽光が前記第１光エネルギー利用部上に集光され、
   太陽光を前記凸状液体集光装置に向けて反射できるように、前記第１反射構造は、前記凸状液体集光装置の外側に配置されており、太陽光を入射させるための第１入光口を有しており、
   前記第２反射構造は、前記第１反射構造の外側に配置されており、前記第１反射構造及び前記第２光エネルギー利用部と、前記第２反射構造との間には、太陽光を入射させるための第２入光口を有する光反射キャビティが形成されており、前記光反射キャビティ内に入射した太陽光が前記第２反射構造によって反射されて前記第２光エネルギー利用部上に達することを特徴とする太陽エネルギー利用ユニット。
2. 前記第１反射構造と前記第２反射構造との間には、前記第２入光口を形成する間隙が設けられてい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ユニット。
3. 前記第２反射構造は、太陽光を前記第２光エネルギー利用部まで反射するための内部反射面を有する溝形状構造であり、前記光エネルギー利用装置、前記凸状液体集光装置及び前記第１反射構造は、前記溝形状構造内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
4. 前記溝形状構造の一方の側壁は前記第１反射構造と重なり合っており、他方の側壁は前記第１反射構造から離隔して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
5. 前記溝形状構造の両側の側壁は、いずれも前記第１反射構造から離隔して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
6. 前記光反射キャビティ内に配置された第２凸状液体集光装置がさらに備えられており、前記第２凸状液体集光装置は、透明液体が充填された第２収容キャビティを有し、前記第２収容キャビティは、下方に向かって凸状となるように傾斜した第２透光性凸状側壁を有し、前記光反射キャビティ内に入射した太陽光が前記透光性凸状側壁を透過して前記透明液体に達することができ、前記光エネルギー利用装置は、前記第２収容キャビティの中若しくは前記第２収容キャビティの外に配置されている、又は、前記第２収容キャビティのキャビティ壁を形成しており、前記第２光エネルギー利用部は、前記第２凸状液体集光装置又は前記第２収容キャビティ内の透明液体に面して配置されており、前記第２収容キャビティは、その中の透明液体から前記第２透光性凸状側壁への太陽光の少なくとも一部が全反射現象、鏡面反射又は拡散反射を起こすことができるような構造を形成しており、これによって、太陽光が前記第２光エネルギー利用部上に集光されることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
7. 前記凸状液体集光装置は上向きに尖るように配置されており、前記第２凸状液体集光装置は下向きに尖るように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
8. 前記凸状液体集光装置の垂直断面は三角形であり、前記第２凸状液体集光装置の垂直断面は逆三角形であることを特徴とする請求項６又は７に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
9. 前記第２反射構造の底部と前記第２凸状液体集光装置の尖っている部分とは接続されており、これにより、前記光反射キャビティが少なくとも２つの部分に分割されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
10. 前記第２凸状液体集光装置は前記第２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６に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
11. 前記第１反射構造は、前記凸状液体集光装置の両側に配置された少なくとも２つの反射部材を有し、前記反射部材の前記凸状液体集光装置に面する側は反射面を有する、又は、前記反射部材の両面は両方とも反射面であることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
12. 前記反射部材は前記凸状液体集光装置の両側に対称に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
13. 前記第１反射構造及び前記第２反射構造を密閉する透光性カバーをさらに備えていることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
14. 前記光エネルギー利用装置、前記凸状液体集光装置、前記第１反射構造及び前記第２反射構造は、同じ方向に延在して細長形状を形成することを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の太陽エネルギー利用ユニット。
15. 請求項１～１４のいずれか１項に記載の太陽エネルギー利用ユニットを少なくとも２つ備えており、前記太陽エネルギー利用ユニットは並列に配置されており、隣接する太陽エネルギー利用ユニットの間には、熱利用作動媒体、二次電池及び／又は制御回路基板を収容したキャビティが形成されていることを特徴とする太陽エネルギー利用ユニットの組合せ構造。
16. 前記キャビティは、隔壁によって第１キャビティと第２キャビティとに分割されており、前記第１キャビティ内には前記熱利用作動媒体が充填されており、前記第２キャビティ内には前記二次電池及び前記制御回路基板が配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の組合せ構造。
    
    

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