特表 2021-509801 地下ライトルームを備えた太陽熱発電所の設計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2021-509801(P2021-509801A)

(43)【公表日】2021年4月1日

(54)【発明の名称】地下ライトルームを備えた太陽熱発電所の設計

(51)【国際特許分類】

   H02S 40/42 20140101AFI20210305BHJP

   H02S 40/22 20140101ALI20210305BHJP

【ＦＩ】

   H02S40/42

   H02S40/22

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2020-536751(P2020-536751)

(86)(22)【出願日】2017年12月26日

(85)【翻訳文提出日】2020年6月26日

(86)【国際出願番号】TR2017050695

(87)【国際公開番号】WO2019132788

(87)【国際公開日】20190704

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT

(71)【出願人】

【識別番号】520231212

【氏名又は名称】ユナル，ジャン・バラン

(74)【代理人】

【識別番号】100112988

【弁理士】

【氏名又は名称】瀬戸 一宏

(72)【発明者】

【氏名】ユナル，ジャン・バラン

【テーマコード（参考）】

5F151

【Ｆターム（参考）】

5F151JA14

5F151JA23

(57)【要約】

ＣＳＰ発電所およびＣＰＶ発電所で使用される市販のミラー、ならびに市販のＰＶモジュールが地下に設けられた「ライトルーム」を用いる新しい太陽熱発電所の設計に関する。地下に構築されたライトルームを使用すると、ＰＶモジュールに向けられる太陽光の割合が高くなるため、太陽光から電気への変換効率が大幅に向上し、その結果、ＰＶモジュールがファンによって涼しく清潔に保たれる。建設、運用、メンテナンスがより簡単に、より迅速に及びより安価に実現できる。全体的な土地利用要件、ユニット設置電力あたりの投資コスト、および平準化エネルギーコスト（ＬＣＯＥ）が大幅に削減される。この設計により、地方及び都市部への設置が可能になり、現在の最先端技術では実現できない用途にも対応できる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽光が、湾曲したミラーのアレイを経由して、ＰＶモジュール（１１）で完全に覆われた（１）つの壁を含むように特別に構築された地下の「ライトルーム」９に向けられ、冷却システムの一部として、２つの側壁、床、天井および凸部（１２）がミラー（１０）で覆われ、１つの側壁がファン（１８）で覆われていることを特徴とする、図１〜図４に示す太陽熱発電所の設計。
前記設計には、市販のミラーアレイ、前記ＰＶモジュール、発電所設備のバランス、ファン、冷却およびグリッド接続機器を使用することができる。
前記太陽熱発電所の設計では、前記ＰＶモジュールへの複数の太陽光の反射にさまざまなミラーセット（５，６，１０）を使用することで、太陽光から電気への変換効率を高め、前記ライトルーム（９）内に正の気圧を発生させることにより、前記ＰＶモジュール（１１）の表面からほこりや汚れを遠ざけ、前記ファン（１８）を使用することにより、前記ＰＶモジュールの温度を冷やし続けることができる。選択される場合、追尾機構（１３）を利用することができる。
前記設計を選択すると、前記ＰＶモジュール用のクイックマウントラックを設置することにより、より簡単で安価な建設が可能になり、ほこり、汚れ、大雨、落雷、雪、嵐、砂嵐などから前記ＰＶモジュールを保護できるので、運用及びとメンテナンスコストを削減することができる。
また、前記設計により、現在の最先端の太陽熱発電所が発電に使用している貴重な土地が解放され、前記設計は、農業、インフラストラクチャ又は建物、地方又は都市部、またはその他の公用・私用に利用できる。

【請求項2】

前記設計は、グリッド接続機器を有する地方で、グリッド接続機器またはオフグリッド使用が可能な住宅用または商業用の建物の下で、病院、大学、公園などのレクリエーション地域、または同様の施設で、実現できることを特徴とする、請求項１に記載の産業用、住宅用および商業用の使用。

【請求項3】

地下に構築され、任意の数のＰＶモジュールで覆われた１つの壁を有し、ミラーで覆われた２つの側壁、前記床、前記天井及び前記凸部、冷却システムの一部としての前記ファン（１８）で覆われた１つの側壁、および太陽光が入るゲート（８）を有することを特徴とする、図４に示すライトルーム。
前記ライトルーム（９）の設計により、図２に示すように、前記ＰＶモジュールにより吸収されない太陽光を複数回反射して前記ＰＶモジュールに戻し、発電量を増やすことができる。
前記ゲート（８）の前記調整可能な回転フラップ（７）により、大雨、雷、雪、嵐、砂嵐などのイベントで前記ゲートを閉じることにより、発電を一時停止することができる。
側壁に配置された前記ファン（１８）を有する冷却システムは、前記ＰＶモジュールの温度を低く保ち、且つ、正の差圧を発生させてほこり及び汚れを前記ＰＶモジュールから遠ざけることにより、太陽光の発電効率を高めることができる。
また、前記冷却システムは、前記ＰＶモジュールの表面を清潔に保ち、且つ、前記ＰＶモジュールを大雨、落雷、雪、嵐、砂嵐などの害から保護することにより、運用およびメンテナンスコストを削減することができる。

【請求項4】

正の差圧が請求項３に記載のライトルームの内部に生成され、ほこりや汚れをＰＶモジュールから遠ざけ、その表面を冷やし続けることを特徴とする、請求項３に記載の冷却システム。

【請求項5】

請求項３に記載のライトルームの１つの壁の前で迅速で簡単に設置、及びメンテナンス、サービスまたは交換のための容易なアクセスを行うことを特徴とする、ＰＶモジュール用のクイックマウントラック。

【請求項6】

請求項５に説明された活動を実行するための、請求項３に記載の前記ライトルームの背後に構築されることを特徴とする、サービスチャンバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、集光型太陽熱発電（ＣＳＰ：ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ）所および集光型太陽光発電（ＣＰＶ：Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）所で使用される市販のミラー、ならびに市販の太陽光発電（ＰＶ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）モジュールが地下に設けられた「ライトルーム」を用いる新しい太陽熱発電所の設計に関する。従来のＰＶ発電所およびＣＳＰ発電所とは異なり、ＰＶモジュールは、ライトルームの地下に配置される。太陽光は、さまざまなミラーのアレイを利用することにより、ライトルーム内に向けられて閉じ込められる。この設計は、ＰＶモジュールから反射された太陽光をそれらに戻すことにより、より高い発電を促進し、このとき、ＰＶモジュールの表面を清潔に保ち、その温度を従来の太陽熱発電所の設計への運用値よりも低く保つことで、単位面積あたりの発電量を増やす。ほこり、汚れ、外部要因をＰＶモジュールから遠ざけることにより、メンテナンス及び運用コストが削減され、これにより、定期的なクリーニングの必要性が低減または排除される。この設計により、ＰＶモジュールの壁の後ろに構築されたサービスチャンバから、ＰＶモジュール及びケーブリングへのサービスとアクセスが容易になる。ＰＶモジュールを所定の位置に配置するために搬送する、予め組み立てられたフレームまたはカセットを利用することにより、より簡単でより安価な建設が可能になり、より迅速な設置が可能になる。ＰＶフレームとモジュールを地下に移動すると、環境フットプリントが減少し、３組のミラーアレイと、太陽光を通過させるための調整可能な回転フラップ付きのゲートとだけを地上に残す。従来の太陽熱発電所の設計に関連する土地利用の大部分は、農業やその他の従来の目的のために、地下に構築されたライトルームを用いることにより節約される。

【背景技術】

【0002】

このセクションでは、本開示に関連する背景情報を提供する。

【0003】

ミラーは一般に、さまざまな構成のＣＳＰ発電所およびＣＰＶ発電所で使用される。すべての異なるソーラ設備の設計には、地上の建設要素が組み込まれている。電力は、太陽光（ｓｕｎｌｉｇｈｔ）をＰＶモジュールに直接集中させるか、溶融塩または他の高熱容量流体を運ぶチューブに直接集中させることにより生成され、次に熱を沸騰水に伝達させた後、蒸気タービン（発電機セット）を回して電気を発生させる。

【0004】

ショックレー・クワイサー（Ｓｈｏｃｋｌｅｙ−Ｑｕｅｉｓｓｅｒ）限界または詳細なバランス限界は、単一のＰＮ接合からなる太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）の最大理論効率の計算を指す。Itは、William ShockleyとHans Queisserによって計算された最初のtです。ウィリアム・ショックレー（Ｗｉｌｌｉａｍ Ｓｈｏｃｋｌｅｙ）及びハンス・クワイサー（Ｈａｎｓ Ｑｕｅｉｓｓｅｒ）によって最初に計算された。

【0005】

参照：ウィリアム・ショックレー（William Shockley）及びハンス・クワイサー（Hans Queisser）：「Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells(p-n接合太陽電池の効率の詳細なバランス限界)」、「ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of Applied Physics）」、３２巻(Volume)、５１０?５１９頁（１９６１）

【0006】

理論上のショックレー・クワイサー限界付近で動作する太陽熱発電所の前にある主なハードルは、次の主要なトピックに集まる。

【0007】

光反射の影響：ＰＶモジュールから反射された太陽光（Ｓｕｎｌｉｇｈｔ）は、吸収された太陽光の割合を減らし、発生する電力を低減する。

【0008】

ＰＶモジュールの最大効率を得るためには、入射太陽光が吸収層に向かう途中で反射されないこと、およびこの層に入射する光が後で反射されない、または電池（ｃｅｌｌ）を透過しないことが必要である。

【0009】

さまざまな反射防止技術がＰＶモジュールに採用されており、このトピックは依然として活発な研究の主題である。反射防止技術は、大きく2つのカテゴリに分類できる。1）反射防止コーティング（ＡＲＣｓ：Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ）は、電池（ｃｅｌｌ）の光吸収層上の境界面での反射を低減する。２）テクスチャー化された表面は、光透過率を増加させ、また光を吸収層内に閉じ込めるという二重の目的を果たす。多くの場合、最も効果的な戦略は、これらの手法の組み合わせを採用することである。

【0010】

参照：Dan M.J. Doble, John W. Graff, Fraunhofer Center For Sustainable Energy Systems,マサチューセッツ工科大学、ケンブリッジMA USA, http://www.renewableenergyworld.com/articles/2009/03/minimization-of-reflected-light-in-photovoltaic-modules.html

【0011】

温度の影響：ＰＶモジュールの温度と歩留まりは反比例の関係にあるため、ＰＶモジュールが太陽光にさらされて加熱されると、全体的な効率が低下する。室温（３００°Ｋ）での太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）からの黒体放射は、太陽電池では捕捉できず、利用可能な入射エネルギー（ａｖａｉｌａｂｌｅ ｉｎｃｏｍｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ：有効入射エネルギー）の約７％を占める。電池（ｃｅｌｌ）で失われたエネルギーは一般に熱に変わるため、電池内の非効率性が原因で、太陽光に置かれたときに電池の温度が上昇する。電池の温度が上昇すると、平衡に達するまで黒体放射も増加する。実際には、この平衡は通常３６０°Ｋの高温で到達し、電池は通常、室温定格よりも低い効率で動作する。

【0012】

太陽電池をＰＶモジュールにカプセル化することの望ましくない副作用は、カプセル化によってＰＶモジュールに出入りする熱流が変化し、それによってＰＶモジュールの動作温度が上昇することである。このような温度上昇は、電圧を下げ、それによって出力電力を低下させることにより、ＰＶモジュールの効率に大きな影響を与える。さらに、温度の上昇はＰＶモジュールのいくつかの故障モードまたは劣化モードに関係している。高温になると熱膨張に関連する応力が増加し、温度が１０°Ｃ上がるごとに約２倍ずつ劣化率が上がるからである。

【0013】

参照：http://ph.qmul.ac.uk/sites/default/files/u75/Solar%20cells environmental 0impact.pdf

【0014】

ほこり、汚れ、雨、風、雪、嵐などの外部要素の影響：ＰＶパネルの性能に対する気候パラメータの影響を、気象暴露に関連する２つの既存のＰＶ設備の性能を詳細に分析することで調べた。屋内実験の結果は、少量の微粒子でも光線透過率を11％も低下させる可能性があることを示している。露出したガラスユニットから収集したダスト（ほこり）の分布の分析によれば、粒子サイズは、２０ミクロン未満の最高周波数で４００ミクロン未満であったが、雨が多いため、４週間の露出後、ガラスを通過する太陽光透過（ｓｏｌａｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）への影響はわずか５％であった。統計分析で使用される幅広い気候パラメータの中で、高湿度、雨および雪は２つのＰＶ設備の効率に大きな影響を与えることが判明し、場合によってはシステム出力を消滅させる可能性がある。この調査により、この沿岸都市における鳥の地理的な問題も明らかになった。鳥の糞は、ＰＶパネルに過熱スポットを作り、その出力を低下させる可能性があるからである。

【0015】

参照：英国南東部のＰＶパネルの効率に対する気象条件の影響
https://www.researchqate.net/publication/261218699英国南東部のＰＶパネルの効率に対する湿潤条件での影響

【0016】

土地利用の影響：太陽熱発電（ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ）の効率には直接関係しないが、一般にマイナスの影響を与える第４の要因は、太陽熱発電所（ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔｓ）に必要な大量の土地利用である。

【0017】

従来のＰＶおよびＣＳＰ発電所に必要な土地利用の量は、時々、発電量と引き換えに農業の機会を放棄するという悪影響をもたらすことがある。カーネギーメロン大学のＲｅｂｅｃｃａ Ｒ．Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ（現在ＵＣバークレーおよびローレンス・バークレー国立研究所）、Ｍａｄｉｓｏｎ Ｋ．Ｈｏｆｆａｃｋｅｒ（現在ＵＣリバーサイド校保全生物学センター）および同僚により実施、２０１５年に発表され、全米科学アカデミーの議事録に掲載された１つの研究では、カリフォルニアにある、１６１個の既存の建設中の計画されたユーティリティ規模の太陽エネルギー施設の立地への影響が評価された。

【0018】

調査によれば、このような太陽熱発電所設備の３０％が農地や牧草地にあり、農耕作や食料生産能力に悪影響を及ぼしている。研究により示唆された１つの可能な解決策は、ＰＶモジュールの列とミラーのアレイとの間のスペースを減らすことである。

【0019】

ここで紹介する新しい太陽熱発電所設計による太陽熱発電所の設置の影響は、ＰＶモジュールと発電用の関連設備が地下に移動するため、大幅に軽減され、ミラーの１次元アレイ及び２次元アレイと、調整可能な回転フラップおよびゲートとだけを地上に残す。

【0020】

参照：https://carnegiescience.edu/news/solar-energy's-land-use-impact

【0021】

土地利用の必要性を減らすことには、野生生物への影響が少ないという利点もある。

【発明の概要】

【0022】

このセクションは、開示の一般的な要約を提供するものであり、その全範囲またはそのすべての特徴（機能）の包括的な開示ではない。

【0023】

本開示は、既存の反射ベースの太陽熱発電技術と市販のＰＶモジュールとを組み合わせることにより、現在のＣＳＰおよびＰＶ設計とは異なる太陽熱発電所設計へのアプローチを提供する。互いに向かい合う直線に配置された凹面ミラーの２つの１次元アレイ（ｐｒｉｍａｒｙ ａｒｒａｙ）は、地面より高い位置に配置されてゲートと平行するミラーの２次元アレイ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ａｒｒａｙ）の内部反射側に向けて、太陽光を集めて集束させる。次に、集束された太陽光は、光線をミラーの２次元アレイの焦点に向かせる角度で反射する。このように反射された太陽光は、ゲート、すなわち、ミラーの２次元アレイの投影と交差する線に沿って走る地面に掘られたオープンチャネルを通過して伝達される。ゲートは、一対の調整可能な回転フラップを備え、これらのフラップは、互いに向かい合う内面がミラーで覆われている。太陽光は、ゲートを通り抜けて地下に構築された「ライトルーム」に到達する。これにより、太陽光が「ＰＶモジュールの壁」に向けられて電気が発生する。吸収されずにＰＶモジュールから反射された光は、ライトルームの２つの側壁、床及び天井に設けられたミラーと、調整可能な回転フラップの内面と、ＰＶモジュールの壁に平行し、ライトルームの天井からぶら下がっている凸部の二側面とにより、ライトルーム内に閉じ込められる。このようにして、ＰＶモジュールから反射された光は、事実上無制限の回数、それらに向かって反射され、ＰＶモジュールの変換効率が大幅に向上し、設置ユニットあたりの電力が大幅に増加する。

【0024】

ライトルームは地下に構築されたチャンバであり、以下を収容する：

【0025】

−ミラーの２次元アレイの投影に平行な線に沿って掘られ、
内面がミラーで覆われ、ライトルーム内に向けられる太陽光の最大量のために角度を変更できる一対の調整可能な回転フラップを備える、
ゲート

【0026】

−電気を発生させるために市販のＰＶモジュールで完全に覆われている、１つの壁

【0027】

−室内のＰＶモジュールから反射された太陽光を閉じ込め、ＰＶモジュールに送り返すように設計されたミラーで覆われている、２つの側壁、床および天井。

【0028】

−ゲートと平行し、天井に配置され、その両側もミラーで覆われている、凸部

【0029】

−ほこり、汚れ、その他の外部要素を遠ざけるために、ライトルーム内に正の差圧を発生させるファンで覆われた壁で構成され、
また、発電量を増やすためにＰＶモジュールを冷やし続ける、
冷却および加圧ＨＶＡＣシステム
この冷却および加圧ＨＶＡＣシステムは、従来の設計のものであり得、市販のコンポーネントを使用することができる。
ただし、他の方法で１つの側壁全体を覆わないように設計されている場合は、より多くのミラーを使用してＰＶモジュールに向けられる太陽光を増やし、これにより発電量を増やすことができる。

【0030】

−ＰＶモジュールの壁の背後に配置され、メンテナンス、サービス、定期的なチェック、または交換のためにＰＶモジュールへのアクセスを容易にし、ＰＶモジュールからコンバイナボックスまでのケーブリング（ケーブル配線）を収容する、サービスチャンバ

【0031】

この方法で生成された電気は、コンバイナボックスから昇圧トランスに送られ、最後に従来の送電システム設計のいずれかの方法でグリッドに送られる。その他の使用例には、都市または地方、オングリッドまたはオフグリッド、商業用および住宅用の建物、レクリエーションエリア、病院、大学および同様の施設が含まれる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

本明細書で説明される図面は、すべての可能な実装形態ではなく、選択された実施形態のみを示すためのものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

【0033】

図１は、提示された太陽熱発電所設計の一般的なセットアップを示す。
太陽光線のさまざまな経路は、さまざまなミラー表面から反射し、それらがライトルームの内部に到達する前に、黒い実線および破線で表示されるのがわかる。このシステムは、地面に向かい合って配置された市販の凹面ミラーの２つの１次元アレイ、１次元アレイより上に下向きに配置された凹面ミラーの２次元アレイ、一対の調整可能な回転フラップ、ゲート、およびライトルームを使用する。そのうちの１つの壁はＰＶモジュールで完全に覆われており、２つの側壁、床及び天井はミラーで完全に覆われており、１つの壁には、ほこりや汚れなどの外部要素をＰＶモジュールから遠ざけ、それらを冷却するために正の差圧を生じさせるためのファンが含まれている。

【0034】

図２は、発電の動作原理を示す。同図に示すように、太陽光はライトルーム内で前後に反射され、できるだけ多くの太陽光を効果的に閉じ込める。さまざまな角度でミラーの１次元アレイに最初に到達する太陽光の多くは、ＰＶモジュールで覆われた壁に直接到達するか、または、戻り線として表示されるように、ミラーで覆われたいずれかの表面、調整可能な回転ゲートの内部及び外部表面、又は凸部から反射された後、ＰＶモジュールに到達するまで追跡できる。
ＰＶモジュールで覆われた壁の裏側には、設置、メンテナンスおよび操作の目的でＰＶモジュールへのアクセスを容易にするための、また、ＰＶモジュールからコンバイナボックスまで行うケーブリングのための、サービスチャンバが含まれている。

【0035】

図３は、図２の斜視図であり、このように生成された電気が、一緒に示される２つの異なる例の最終用途用のＰＶモジュールから送電される方法をさらに示す。グリッド接続機器の例は、それぞれストリングインバータ、コンバイナボックス、昇圧トランスおよびグリッドからの経路を含むように示されている。商業用建物の例は、コンバイナボックスから建物への接続を示している。

【0036】

図４は、ＰＶモジュールに面する壁の観点から見たライトルームの斜視断面図を示す。正面の壁はＰＶモジュールで完全に覆われており、左側の壁には、ＰＶモジュールを冷却し、正の差圧を発生させ、ライトルームを外部の要素から保護するのに役立つファンが含まれている。一方、他の２つの壁と天井は、ミラーで覆われていて、内部の太陽光を反射し、閉じ込める。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、添付図面を参照して、例示的な実施形態をより完全に説明する。

【0038】

図１は、地面に互いに向かい合って配置された市販の凹型タイプのミラーの１次元アレイ５の２つのセットを示す。ミラーの１次元アレイ５は、ゲート８に平行に並んでおり、ミラーの２次元アレイ６に向かって太陽光を反射するように曲率及び焦点が調整されており、また、ミラーの２次元アレイ６は、調整可能な回転フラップ７、ゲート８を通過してライトルーム９に太陽光を反射する。調整可能な回転フラップ７の内面もまたミラーで覆われていて、ライトルーム９の内部に向かって反射される太陽光の量を増やす。ミラーの１次元アレイ５、ミラーの２次元アレイ６、調整可能な回転フラップ７、およびゲート８は、太陽熱発電所の設計基準と計画された電力容量に応じて選択された長さだけでなく、量、タイプ、焦点、ミラーのタイプを有することができる。ミラーの１次元アレイ５、ミラーの２次元アレイ６、調整可能な回転フラップ７およびゲート８の地面上の基礎および互いに対する向きは、例示のみを目的としており、太陽熱発電所の設計基準および最適な電力出力に応じて変更できる。ＰＶモジュール１１で覆われたライトルーム９の側壁、およびミラー１０で覆われたライトルーム９の床は、部分的に見える。ライトルーム９の床の長さは、ファンを含む反対側に向かって地下に走っているように描かれ、破線で示されている。ライトルーム9は、地下に構築された長方形の空間として示されているが、太陽熱発電所設計の建設プロセス及び電力出力を最適化するために、別の3次元形状で構築され得る。

【0039】

図２は、太陽光がミラー５の１次元アレイからミラーの２次元アレイ６にそれぞれ移動する方式を示す。同図に示すように、太陽光は、調整可能な回転フラップ７を直接通過するか、調整可能な回転フラップ７からゲート８を通過してライトルーム９に反射され、床、天井、２つの側壁および凸部１２の両側上に覆われたミラー１０からの様々な角度で様々な表面から反射し、最後に、他方の側壁に配置されたＰＶモジュール１１に到達する。実線は、ＰＶモジュール１１に直接到達する太陽光線を表し、戻り線は、ＰＶモジュールから一回反射され、ミラーで覆われた表面から数回反射された後、ＰＶモジュールに戻る太陽光線を表する。ライトルーム９は事実上無制限の量の反射を促進し、それによりその内部の太陽光を効果的に閉じ込め、ＰＶモジュール１１に従来の設計よりもはるかに多くの太陽光を供給する。ミラーの１次元アレイ５、ミラーの２次元アレイ６は追尾機構（ｔｒａｃｋｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）１３を備えても備えなくてもよい。調整可能な回転フラップ７は、昼間、ライトルーム９内の最大量の太陽光を取り込むために、放射状に開閉することにより配置されてもよい。ＰＶモジュール１１のメンテナンス、交換、その他の運用上の理由、または、大雨、雪、嵐、地震、洪水などの緊急事態では、調整可能な回転フラップ７を閉じて発電所を閉鎖し、敏感な機器を保護することができる。ミラー１０は、平面であっても、他の形状であってもよい。そして、最大発電量のために設計されたラインまたは他の向きに配置されてもよい。図２は、床のコーナ側のみが、傾斜して置かれた平面ミラーで覆われている設計例を示す。
サービスチャンバ１４は、ＰＶモジュール１１の後ろからストリングインバータ１５を通過してコンバイナボックス１７に向かって行われるケーブリング１６を収容する。すべての機器も市販タイプであり、従来のレイアウト設計の１つに設けられる。送電機器のレイアウトは、ＰＶモジュール１１とコンバイナボックス１７との間に市販のストリングインバータ１５を含むように示されているが、この構成は、説明のみを目的としており、設計の範囲を制限するものではない。設置には、従来使用されている太陽熱発電所設計のうちのいずれか一種を選択することができる。サービスチャンバ１４は、階段のある平坦な空間、ケーブリング用の適切な通路を有するチャンバ、または、作業員のための空間を有するオンラインエネルギー生産モニタリングを備えた制御室として設計されてもよい。サービスチャンバ１４の主な機能は、設置、メンテナンスまたは交換のためにＰＶモジュール１１への容易なアクセスを提供することである。

【0040】

図3は、上述した太陽熱発電所設計の斜視図であり、生成された電気が送られる経路の最終的な部分を示す。理解を容易にするために、産業用および商業用の２つの例を同じ図面に示している。一方の例はグリッド接続機器を有する地方のアプリケーションで、発電電力は、ＰＶモジュール１１からコンバイナボックス１７、昇圧トランス１９、グリッド接続機器２０にそれぞれ送られる。
他方の例は、詳細には示されていないが、異なる太陽熱発電設備を使用するオフグリッド使用の商業用または住宅用建物２１である。両方のアプリケーション例は、例示のみを目的としたものであり、使用する設計や機器の範囲を制限することを意図したものではない。

【0041】

図４は、ＰＶモジュール１１で覆われた側壁を示す、ライトルーム９の断面図を示す。ＰＶモジュール１１のタイプ、量、数または列および列あたりの量は、太陽熱発電所の設計基準および電力出力要件に関して任意の方法で選択することができる。ライトルーム９の天井、床、右側の壁は、ミラー１０で覆われているのがわかる。そのタイプと向きも、設計基準に基づいて選択できる。左側の壁にファン１８が取り付けられているのがわかる。これは、ライトルーム９内に正の差圧を発生させて、発電所の電力出力に悪影響を及ぼしたり、運用上のリスクをもたらしたりするほこり、汚れ、その他の外部要素を維持するタスクを実行する。また、ＰＶモジュール１１を冷却してそれらの発電効率を高める。ファンの吸気口は、任意の場所に配置できる。ＰＶモジュール１１の変換効率を低下させないように、ＨＥＰＡタイプの適切なフィルター装置を使用する必要がある。この設計レイアウトは例示のみを目的としたものであり、システムの加圧および冷却機能の作成範囲を限定することを意図したものではない。ライトルーム９の１つの側壁でファンを使用すると、ＰＶモジュール１１への太陽光の反射量が減少し、その結果、電力生産が行われる。したがって、正の差圧、及びＰＶモジュールの十分な冷却効果を実現するために、ライトルーム９でのより小さい壁空間を使用し、または、ＰＶモジュール１１で覆われた壁の背後にある、ライトルーム９の外側に完全に配置されたＨＶＡＣシステムを使用する別の設計を採用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0042】

上述した開示は、既存の技術の異なる構成を用いた新しい太陽熱発電所の設計である。

【0043】

太陽熱発電所の設計では、地下ライトルームを使用して、発電用のＰＶモジュールを設置する。背景技術のセクションで説明したように、この設計は、ソーラ産業で現在直面しているさまざまな問題を解決する。

【0044】

第一に、地下のライトルームを使用すると、ミラーを利用することにより、ＰＶモジュールによって電力に変換する太陽光の量が大幅に増加する。

【0045】

第二に、ライトルームの冷却システムは、ＰＶモジュールを所望の温度に冷却することにより、発電量をさらに増やす。

【0046】

第三に、正の差圧によるライトルームの隔離特性により、ほこり、汚れ、および外部の粒子をＰＶモジュールから遠ざけ、これにより発電量をさらに増やす。

【0047】

第四に、ライトルームの設計により、建設と設置をより安価で迅速に行い、サービスを容易に提供し、重要な機器を深刻な自然災害の危険から保護し、なお、太陽熱発電所の稼働期間中の運用及びメンテナンスコストを低減する。

【0048】

第五に、ＰＶモジュール、冷却システム及びサービスチャンバを地下に設けることにより、農業やその他の従来の目的に使用できる貴重な土地を節約する。

【0049】

第六に、このように節約された土地により、この設計は、地方のグリッド接続タイプの投資、および、商用または住宅のグリッド接続タイプまたはオフグリッドタイプの投資の両方に適用できる。

【0050】

これらのすべての要因により、提示された設計に対する平準化エネルギーコスト（ＬＣＯＥ）、ユニット設置電力への投資額、および大規模な土地利用の必要性が大幅に削減される。したがって、提示された設計は、現在の最先端技術では実現不可能な投資の新しい可能性を切り開く。

【0051】

提示された太陽熱発電所の設計は、地方、商業および住宅の建物、病院、大学、公園、レクリエーション地域または同様の施設に適用できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】