大型で複数の同軸ディッシュ反射器を伴う太陽集光装置
太陽光を集光するための複数の皿形一体反射器を有する２軸太陽光トラッカー装置を開示する。皿形一体反射器は、可動フレームによって支持されるアレイの中で同軸上に整列している。可動フレームは、空を横断する太陽の移動を辿るための制御手段を有する、２軸トラッカーの仰角構造を形成する。各皿形一体反射器は、太陽エネルギーの生成に好適な集光された太陽光の領域を産生する。発電機は、各反射器の焦点に位置付けられる。好ましい発電機は、皿形一体反射器によって発電機に方向付けられる高い太陽光電力入力により、高出力電力で電気を生成するための太陽電池を使用する。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
気候の変化は、多大な注目を受けている重要な問題として認識されている。化石燃料からのエネルギーの世界的生成の結果として、大量の温室効果ガスが大気中に蓄積している。多くの専門家らは、この蓄積を減速させるか、または無効にするために、すぐに何かが行われなければ、気候および我々が暮らす世界が破滅的結末を被ると考えている。専門家らは、わずか数度の地球の温度の上昇が極氷を融解させ、多くの沿岸都市を水中に沈めるほどの海面の上昇をもたらすと予測している。植物および動物の多くの種の絶滅も、数人の科学者らによって予測されている。エネルギーを生成するために化石燃料を燃やすことによる、これらおよび他の有意な悪影響を考慮すると、有意な温室効果ガスを生成することなく費用効率的な方式でエネルギーを生成することができる、方法および装置の有意な必要性がある。
【０００２】
本発明は、強力に集光された太陽エネルギーを必要とするか、または集光された太陽光によって、より効率的またはより費用効率的になる、工程によって、有用な電気または化学エネルギーへの太陽エネルギーの変換を促進することを対象とする。具体的には、本発明は、光起電または熱工程を通した電気生成のための装置を対象とする。それはまた、熱または熱化学反応によって太陽エネルギーを化学エネルギーに変換するために使用されてもよい。
【０００３】
熱変換の効率は、高変換効率のために、高温、したがって高度に集光された光を必要とする、熱力学の第２法則によって制限される。光起電力変換効率も、高度に集光された光で改善されてもよい。したがって、過去には、高集光度で太陽エネルギーを変換することの問題に、有意な取り組みおよび注意が向けられてきたが、結果は全く満足できるものではなかった。高度に集光された光において、より効率的に動作する太陽光変換デバイスの可用性にもかかわらず、高集光太陽エネルギーシステムは、まだ地球規模の太陽電気生産における主要な要因になっていない。高集光システムにおける従来の試行の有意な欠点は、太陽光変換デバイスに高度に集光された光を提供するために必要とされる、光学機械システムの高い費用であった。従来の取り組みは、部分的には、光学集光器の不利な規模サイズのため、費用競争力がなかった。これらの従来の試行はしばしば、電力の非常に低いレベルまたは非常に高いレベルのいずれか一方で集光された太陽光の入力を必要とする、特定の変換デバイスの使用を伴い、そのような電力要件は、大部分で、太陽光集光器の非常に小さい、または非常に大きい光学的開口をもたらした。この設計アプローチは、生成された電気（または他の形態のエネルギー）の単位あたりの費用を適切に最小限化できなかった。
【０００４】
過去には、小さいユニットサイズが、ほとんどの光起電力変換器に好まれた。これは、非効率および高い費用をもたらした。小型光学集光器を伴う多数の小型ユニットのアレイは、広い面積にわたって配列された、多くの小型光学および電気および熱的構成要素を伴って、大型であるとともに複雑であるため、製造し、組み立て、輸送するのが高価であった。また、小型ユニットのアレイは、大規模で剛性をほとんど与えず、２軸太陽光トラッカー上の重荷として携行される。構造部材の形での多大な追加重量は、重力および風の屈曲を制御するため、およびトラッキング台との接続を行うために必要とされた。この設計アプローチは、そのようなシステムで使用されるトラッカーの費用を有意に増加させ、生成された電気（または他の形態のエネルギー）の単位あたりの適切に最小限化された費用を達成できなかった。
【０００５】
過去には、非常に大きいユニットサイズが、高集光度で非常に高い太陽光電力入力を必要とする太陽熱システムに好まれた。これらの要件を満たすように２次元で集光する大型光学部は、非効率をもたらした。いくつかのシステムでは、熱変換器ユニットが、単一の大型ディッシュの焦点に載置され、ディッシュエンジンアセンブリが、２軸トラッカーによって携行された。他のシステムでは、熱変換器ユニットが、タワーの上に固定され、ヘリオスタット上にある典型的には数千もの平面鏡のフィールドによって、その上に太陽光が集光された。これらの設計アプローチの両方は、送達されたワットあたりの集光器システム費用を最小限化する点で準最適であり、生成された電気（または他の形態のエネルギー）の単位あたりの費用を適切に最小限化できなかった。
【０００６】
大型単一ディッシュについて、構造の複雑性ならびに単位面積あたりの質量および費用は全て、ディッシュの面積とともに上昇する。過去には、多くの小型湾曲反射器セグメントとから組み立てられた大型反射器を使用するために、試行が行われた。多数の湾曲反射器セグメントから作られた大型反射器では、各個別セグメントは、放物面バックアップトラス構造上で整列させられなければならない。この方式で組み立てられた複合大型反射器は、重く、製造し、組み立てるのが高価になる傾向がある。多くの場合において、大型円形ディッシュは、２軸トラッカー上に個別に載置され、大型ソーラーファームに設定された。そのような大型円形ディッシュは、早朝および夕方前の有意な自己遮蔽を回避するように、十分離間しなければならず、土地の準最適利用をもたらす。大型円形ディッシュのさらなる不利点は、単位面積あたりの比較的高い風荷重であり、それは、風荷重に抵抗するために、より重く高価な支持構造を必要とした。
【０００７】
過去には、非常に高い電力の集積が、ヘリオスタットのフィールドを使用することによって試行された。このアプローチの有意な不利点は、所与の反射器面積を持つトラッカーの不十分な使用であった。ヘリオスタット鏡の多くに入射する太陽光が、通常の入射とは程遠い角度にあるため、この非効率性が生じ、したがって、発電塔に送達された太陽光電力の毎日の平均は、太陽に対面するように各鏡を追跡することができた場合に捕捉することができたもののわずかにすぎなかった。別の不利点は、ヘリオスタット用の多くの小型２軸トラッカーの機械的複雑性であった。
【０００８】
多くの従来の太陽集光器システムにおけるさらなる困難は、それらの２軸トラッカー上に置かれた空間的要求であった。垂直台座上のコンパクトな高度対方位角の台が使用されてきた。典型的な設計が仰角軸に関して平衡を保たれ、したがって、典型的には高い集中駆動荷重を被り、その結果として、重い駆動機構を必要とした。当然ながら、重い駆動機構は、そのようなシステムの費用を増加させ、太陽エネルギーシステムにおいて、費用は、成功を失敗から分離する重要な要因である。熱的変換のための大型高集光ディッシュはしばしば、アームが、流体加熱器、エンジンまたはタービン、および電磁発電機を焦点において支持するために、大型放射状開口部によって機械的構造が特に損なわれた。
【０００９】
集光された太陽光を使用するための従来のシステムは、有意な改良の余地を残している。太陽エネルギーシステムは、化石燃料を燃やすことによって生成される電気に対抗する費用で太陽エネルギーを使用して、電気を生成することができるまで、大気中の温室効果ガスの削減に有意な影響を及ぼす可能性が低い。費用は、太陽エネルギーシステムにとって重要である。実際に、費用は、非常に重要であるので費用だけで成功と失敗との違いを生み出すため、強調し過ぎることはない。太陽光発電による電気が、化石燃料を燃やすことによって生成される電気よりも費用がかかる限り、太陽光電力が大気中の温室効果ガスの削減に有意な影響を及ぼす可能性はほとんどない。低い総システム費用を有し、化石燃料を燃やすことによって生成される電気に対抗する費用で電気を生成することができる、太陽光変換システムの製造のための装置および方法の長年にわたる必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発明の目的および特徴
本発明の中心的な目的は、低費用で電気および他の形態の太陽光電力を生成するための装置および方法を提供する。本発明は、単位電力あたり最低費用で、高度に集光された太陽放射を高効率変換ユニットに送達する装置を伴う。この目標を達成するために、設計最適化工程において、太陽光変換システムにおける各個別ユニットに送達された全太陽放射は、可変パラメータとして見なされ、単位光収集システムおよび関連機械構造の開口は、生成された電気のワットあたりの最小費用を見出すように変動された。ワットあたりの最小費用で電力レベルを確立することによって、この電力レベルで極めて効率的な変換ユニットを再び最適化することができ、効率の損失または単位電力あたりの変換費用の増加がほとんどないか、または全くなかった。例えば、本発明に従って使用される集光太陽電池の場合、約５０Ｗ以上の単位レベルに集積される入力電力が、能動冷却とともに複数の高密度に密集した電池を組み込み、全ての電池の平等な照射を提供する、変換ユニットに収容されてもよい。太陽電池を採用するシステムで有用であることに加えて、本発明には、最適化された熱および化学変換ユニットのための低費用入力電力を提供する利点もある。
【００１１】
本発明の１つの特徴は、ワットあたりの費用を最小限化する電力レベルが、以前の太陽光集光システムによって辛うじて届いた範囲である、約１ｋＷから約２０ｋＷの中間範囲で達成可能なことである。
【００１２】
本発明による太陽放射の集光は、２軸トラッカーによって太陽に実質的に直接向けられた、中間サイズ一体ディッシュ反射器の厳格に相互整列させられたアレイによって行われる。各中間サイズディッシュ反射器は、反射器の焦点におけるコンパクトな変換器に電力供給する。本発明の利点は、複数の比較的単純であるが本質的に大型のエネルギー収集要素から、コンパクトなエネルギー変換ユニットを明確に分離することである。このようにして、３つの主要構成要素、すなわち、反射器ディッシュ、トラッカー、および変換ユニットの大量生産、輸送、組み立て、性能向上、および保守の側面を、別々に最適化することができる。本発明によれば、ユニットに電力供給するために必要な反射器ディッシュの面積よりも断面積がはるかに小さい変換ユニットを使用することによって、光学スループットが最大限化される。
【００１３】
日中、太陽は東に昇り、空を横断して移動し、西に沈む。太陽が空を横断して移動するとき、太陽の方向を指すように、反射器の配向を調整する必要性がある。費用競争力がある太陽光発電システムを作るために、太陽を追跡するために使用される支持機械構造の費用を最小限化することが重要である。これは、複数の反射器および変換器ユニットを剛体の軽量空間フレームで支持することによって、本発明に従って達成される。本発明による空間フレームは、収集された光の単位面積あたりの質量を最小限化しながら剛性を最大限化する、剛体で軽量の開放トラス構造である。開放トラス構造は、３つの次元で延在して、重力および風による屈曲に対する高い剛性と、時折の非常に激しい風を乗り切る高い強度との両方を達成する。２つの次元は、収集される太陽光の面積を横断して延在し、第３の次元は、下側の反射器ユニットおよび上側の変換器ユニットを連結する光軸に沿って、垂直方向に延在する。
【００１４】
本発明によれば、反射器およびトラッカーの費用は、ガラスおよび鋼鉄等の安価な材料の使用によって、さらに最小限化される。本発明の特徴は、個々の反射器が、離散隣接セグメントのアレイとは対照的に、大型ガラスモノリスの形を成すことである。一体構造は、ガラス反射器の製造および統合を単純化し、単位面積（面積密度）あたりの所与のガラスの厚さおよび質量に対する、単位面積あたりの支持点の数を最小限化する。
【００１５】
本発明の１つの特徴は、主要なディッシュ光学部が、太陽面の直径によって設定される集光限度において中程度の劣化しかもたらさない光学的品質を有し、短焦点比の略放物面反射器の直接焦点において、好ましくは１０，０００倍の高集光度で太陽放射を送達できることである。そのような高集光度は、実際の変換の時点で常に必要とされるわけではないが、剛体空間フレーム構造の正確な追跡とともに、この集光レベルは、太陽光集光の利点を活用するように、変換ユニットの設計の最大融通性を提供する。
【００１６】
各２軸トラッカーによって携行される反射器のアレイのアスペクト比が幅広く、かつ低いことが、本発明の別の特徴である。この好ましい設計で提供される水平延長は、複数のユニットのフィールドにおける隣接ユニットによる、低い太陽高度における遮蔽を最小限化し、したがって、土地利用を最大限化する。この好ましい設計はまた、風荷重も最小限化する。
【００１７】
本発明の特徴は、駆動部が、駆動モータからの寄生荷重を有利に最小限化する高い機械的利益を有することである。本発明の付加的な特徴は、駆動要素が大きい半径で適用され、それが駆動構成要素の駆動力および質量を有利に最小限化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本開示は、１）変換ユニットによる電気エネルギーの生産のために集光された太陽光を送達する装置と、２）そのような装置を作製する際に使用するために好適な銀めっきされたガラス反射器の製造方法とを含む。
【００１９】
本発明による装置は、各反射器ディッシュより上側にコンパクトな太陽光変換ユニットを担持するための措置とともに、剛体アレイに相互整列させられる複数の大型ディッシュ反射器を組み込む。反射器および変換器ユニット用の支持構造は、３次元空間フレームとして作製され、反射器を変換ユニットに連結する部材が構造に奥行きを提供し、したがって、高い全体的剛性を与える働きもする。空間フレームは、仰角軸受および駆動部とともに、方位角軸受および駆動部を伴う２軸の高度対方位角のトラッカー用の仰角構造を提供する。太陽に対面するよう反射器アレイが配向されるように、トラッカーが位置付けられると、強力に集光された太陽光は、変換ユニットまたは変換器ユニットに送達される。本発明は、光起電または熱工程を通して発電する変換ユニット、または熱あるいは光化学反応によって太陽エネルギーを化学エネルギーとして貯蔵する変換ユニットを含む、種々の変換ユニットとともに有利に使用されてもよい。
【００２０】
好ましくは、装置とともに使用される変換器ユニットは、反射器ディッシュを有意に遮蔽しないよう小型である。一式の変換器および適切な熱交換器を含む、本発明による装置は、内蔵型太陽光電力変換システムを形成する。本発明は特に、大量生産されてもよい、複数のそのような内蔵型太陽光電力変換システムを採用することによって、大規模で太陽エネルギー変換を提供するように適合される。太陽光電力変換システムの大規模アレイは、米国の南西部の砂漠等の強力な直射日光を有する場所で、有利に配置または配備されてもよい。
【００２１】
本発明による、単一の２軸トラッカー上の複数の最適なサイズの反射器ディッシュを使用することから、有意な便益および利点が実現される。この構成は、（集光された太陽光の単位電力あたりの質量に関して）材料の効率的な使用を可能にする。好ましくは、アレイは、風および重力による力およびモーメントを最小限化するように、仰角軸受の周囲で平衡を保たれる。反射器は、好ましくは、剛体空間フレームの中に配列され、空間フレームは、全体的な剛性を最大限化する一方で、同時に、個々の反射器ディッシュ、変換器ユニット、ならびに仰角軸受および駆動部用の載置点を担持するように最適に配置される結節点を提供するように、３つの次元全てに１次支柱を有する。本発明の最も好ましい実施形態では、空間フレームは、大部分が、対角ブレイスを伴う鋼鉄支柱の長方形の枠組みから成る。空間フレームの各大型セルは、下側にディッシュ反射器を、上側にその関連変換ユニットを収納する。
【００２２】
ディッシュ反射器は、好ましくは、裏面が銀めっきされた低鉄フロートガラスの大型モノリスとして作製され、各ディッシュ反射器が開放トラス構造によって支持されている。ガラスの上方保護および構造機能、および銀の非常に高い反射率により、裏面が銀めっきされたガラス反射器がこの発明に好まれる。ガラスは、広範囲の空間規模で反射器の実体を保つ、その剛性ならびに化学および寸法安定性によっても、好まれる。大型反射器は、より小さいセグメントのアレイよりもむしろモノリスとして作製された時に、構造的により効率的であるため、ガラスの一体構造が好まれ、大型ガラスモノリスは、本明細書で開示される製造の方法によれば、低費用で非常に大量に製造されてもよい。銀が好ましい反射材料であるが、アルミニウム等の他の材料が、ある程度の性能の劣化を伴って銀に代替される場合がある。裏面が銀めっきされたガラス反射器の寿命および安定性は、屋外気象条件に暴露された太陽光用途における良好な耐久特性を提供する。その低い太陽エネルギー吸収度により、低鉄ソーダ石灰シリケートガラスが好ましい材料である。しかしながら、当業者であれば、本発明の精神から逸脱することなく、他の材料が代替されてもよいことを理解するであろう。「ガラス」という言葉が以下の説明で使用されるが、特に記述がない限り、低鉄ソーダ石灰フロートガラスが本発明に好まれることを理解されたい。
【００２３】
好ましくは、ディッシュ反射器は、軸対称凹面形態と、実質的に正方形または六角形の周囲とを有する。反射器は、間隙およびエネルギー損失を最小限化するよう、サイズおよび形状が合致した支持空間フレームの隣接したセルの中に配列される。反射器は、好ましくは、単位面積あたり最小費用での製造および費用の両方を促進するように、比較的大きい最適サイズであるとともに一体的である。設計の重要な特徴は、剛性を増加させて支持点の数を削減し、したがって、各ガラスモノリスの製造および設置の費用を削減するように、一体反射器ディッシュに巻かれた縁が提供されることである。巻かれた縁は、構造的利点を提供し、以前は太陽光ガラス反射ディッシュの成形で活用されていなかった。反射器は、好ましくは厚さ約４ｍｍのガラスで作られており、好ましくは約５０センチごとに離間したパッドによって、開放トラス上で支持される。反射器は、好ましくは、柔軟接着剤で支持パッドに接着される。ディッシュは、焦点付近で使用するために選択される発電機または変換器ユニットの設計に従って最適化される、放物面形状または別の凹面形態を有する。
【００２４】
反射器およびそのアセンブリの単位面積あたりの費用を最小限化するために、個々の一体ガラス反射器ディッシュは、ある費用便益トレードオフを使用してサイズが最適化され、好ましくは、他の重要な検討事項と一致して実用的であるくらいに大型に作製される。本発明は、ガラス反射器ディッシュが、概して強く好まれる約３．３ｍである、フロートガラス生産の完全標準幅で作製されることを可能にすることによって、有意な費用節約を有利に提供する。各大型正方形または六角形反射器は、好ましくは、剛体で軽量の鋼鉄トラス支持材に取り付けられる。１つの好ましい実施例では、トラスは、その上面に、厚さ約４ｍｍの実質的に正方形のモノリスの取付のために、４×４グリッド中の１６点のクレードルを提供し、トラスは、長方形の仰角空間フレームの単位セルの下隅に付着するように、下側に延在して正方形の中に４つの結節点を形成する。幅３．３ｍのガラスから形成された好ましい正方形の反射器について、活動面積は約９平方メートルであり、したがって、各ディッシュ焦点に送達される、集積された太陽光電力は、（１平方メートルの日射あたり１０００ワットおよび９０％以上の平均反射率に対して）典型的には約８ｋＷである。本発明のこの好ましい実施例とともに使用するために最も適切な変換ユニットは、ユニットあたり約８．５ｋＷの入力電力で効率的に動作することができるものである。
【００２５】
上記の制約を総合すると、実質的に正方形の皿状反射器用の単位反射器セルは、好ましくは、正方形の断面を伴う直角柱の形を成す。反射器の好ましい実施形態は、単位セルの正方形の下端の隅から支持され、コンパクトな変換器または発電機は、好ましくは張力を受けて、薄い対角要素によって反対の上端の隅から支持される。単位セルは、変換器面だけでなく６面全てを横断する対角部材を有し、３つ全てのたわみ方向および３つ全てのねじり方向で極めて堅くなる。複数のそのような単位反射器セルは、深い剛体仰角空間フレームを形成するようにアレイの中で連結される。２軸トラッカーの仰角構造は、好ましくは、剛体空間フレームを形成するように構成される、セルのｎ×ｍアレイを備える。この空間フレームは、ユニットの横列の間にオフセットを組み込んで、機械的性能を改善してもよい。いずれにしても、ほとんどの構造部材は、関連反射器との堅固な整列でユニット変換器を局所的に担持するとともに、非常に堅い空間フレームを全体的に提供するように作用する。低費用と性能との間の最適なトレードオフを達成するために、トラス支柱の断面は、好ましくは、最大動作荷重下のたわみが、異なるディッシュ軸の曲げの不整合に対する量に近い一方で、最大存続風荷重において、応力が破壊限界に近いように選択される。本発明による空間フレームおよび支持構造の構成は、低費用での有意な構造的完全性を達成するように設計されており、これは太陽光電気を生成するための実用的な競合システムにおける決定的な検討事項となり得る。本発明による空間フレーム構造は、単位電力あたり最小質量で必要な性能を生じ、削減された全体的費用という有意な利点を達成する。
【００２６】
高度対方位角の構成を両方とも採用する、２つの好ましい実施形態を以下で説明する。第１の大型の説明された実施形態は、単位セルが共通光軸に対して垂直な同一平面アレイの中にあり、方位角軸受が地面に固着された水平トラック上で旋回する、構成を例証する。第１の例証された実施形態は、水平面部位上に構築された、より大規模のユニットにより好適である。本発明の例証された大型実施形態は、通常の３×９要素空間フレームの中に２７個の単位セルを有する。剛体仰角構造は、その重心付近で仮想枢軸を形成する、２つのブレイス付きＣリングを伴う空間フレームを含む。Ｃリングからの荷重は、４隅台車を伴うスクワット方位角プラットフォームを介して、地上の円形方位角トラックにほぼ直接運ばれる。各台車は、Ｃリングを支持する上向きの車輪と、方位角トラックに乗る、真下にある下向きの車輪とを有する。
【００２７】
高度対方位角の構成を採用する、第２の説明された実施形態では、仰角構造は、単位セルの２つの交互列を備え、上列が後に設定され、下列が前方にある。最上列の前底縁は、最上列の後底縁と一致して、枠組みの全長に延在し、かつその重心を通過する共通構造部材を形成し、したがって、仰角軸受の支持のための非常に堅い中心部材を提供する。この実施形態の重要な特徴は、完全かつ非常に堅い空間フレームおよび仰角構造を形成するために、２列のセルに加えて、少しの構造しか必要とされないことである。この例証された実施形態では、反射器セルの各列は、仰角軸軸受を収容するように中心の狭いセルも含む。方位角運動は、仰角軸より下側で中心に置かれた台座に関する。この台座は、好ましくは、砕石または収集された地面の粗石がある地面の穴の中に設定された、鋼鉄トラスの形を成す柱の上で枢動し、好ましくは、費用を最小限化するために、アセンブリ全体でのコンクリートの使用を回避する。
【００２８】
上記の実施形態で使用するためであり、かつ他の代替的実施形態で有用性がある、太陽光集光器に組み込むための銀めっきされたガラス反射器は、フロートガラスを使用する低費用方法に従って製造されてもよい。この製造方法は、太陽光電力システムの全体的費用を有意に削減することに貢献する。
【００２９】
反射器製造工程の開始点は、フロートガラスである。フロートガラスは、その高品質および低費用により、強く好まれる。フロートガラスはまた、極めて大量にガラス反射器の生産を可能にすることができる成熟した技術も採用する。大気中の温室効果ガスおよび炭酸ガス汚染の低減に有意な影響を及ぼすために、非常に高い電力レベルの電気の生成のためのシステムの大量生産を促進するように、十分に低費用で、かつ十分に大量に太陽エネルギー変換システム用のガラス反射器を製造する方法を有することが望ましい。ここで説明される工程は、フロートガラス生産ラインからの新たに形成された高温ガラスを、焼鈍または冷却する前に成形することができるように、フロートガラス生産ラインに有利に統合されてもよい。本発明による製造工程は、１つの連続工程または生産ラインで作製されるガラス太陽光反射器を生産するために、フロートガラス工場の生産量全体を利用する能力を提供する。したがって、製造工程は、非常に高速で稼働するように設計され、例えば、新しいガラス反射器が１０秒ごとに作製されることを可能にし、厚さ４ｍｍの３．３平方メートル板のために、フロートガラス工場の典型的な生産速度に適応することが可能である。製造工程は、代替として、所望であれば、より遅い速度にてオフラインで行われてもよいが、開示された製造方法による高い生産速度の能力は、本発明によって提供される重要な利点である。
【００３０】
製造工程における第１のステップは、新たに形成され、依然として高温であるが剛体のフロートガラスリボンを、反射器サイズの断片に切断するステップを含む。この後に、完全体金型より上側に各反射器サイズのガラス片を位置付けるステップが続く。次いで、各反射器サイズのガラス片は、その角が横方向運動に対して拘束されている間に加熱される。反射器サイズのガラス片が加熱環境中で軟化するにつれて、ガラスは、たわんで伸展し、金型の周囲に触れて一致し、そうでなければ、皿状反射器の近似形状を成すように自由に降下する一方で、その平滑な鏡面仕上げを保つ。角の拘束は、ガラスがたわむ際にあらゆるところで伸展させることによって、しわを防止するように提供される。ディッシュの所望の形状は、反射器サイズのガラス片が金型の完全本体に到達し、それを横断して軽く触れると、反射器サイズのガラス片によって獲得される。この方法は、ガラスの前面または裏面のいずれか一方の光学平滑性を有意に低下させることなく、反射器サイズのガラス片の正確な成形の目標を達成する。金型との接触によって損なわれるガラス面積の割合を十分１％以下に保つという利点を提供しながら形態を正確に画定するよう、ステンレス鋼金型が、好ましくは、それに機械加工された尖頭溝とともに使用される。反射器サイズのガラス片が依然として柔らかく、凹面ディッシュが成形されている間に、ガラスを押し戻して、金型の丸みを帯びた縁に対して巻かれた縁を形成するために、形成ツールがガラスの縁で使用される。成形が完成するとすぐに、反射器サイズのガラス片は、有意な歪曲を伴わずに金型から除去することができる時点まで硬化するように、急速に冷却されてもよい。連続生産ラインでは、金型は、生産ラインの始めに戻され、次の反射器を成形するように再利用されてもよい。熱サイクリングが金型の寿命を短縮し得るため、金型の熱サイクリングを最小限化することが望ましい。開示された製造方法は、成形されているガラス片に対応する金型の動作面の尖頭溝を使用することによって、金型の熱サイクリングを最小限化するという望ましい結果を達成し、溝は、ガラスから金型への熱伝導を最小限化する。好ましい製造方法によれば、金型の熱サイクリングは、加熱および冷却中に経験される熱放射束に対して極めて反射性となるよう、成形されているガラス片に近接する動作金型表面を被覆することによって、さらに低減される。
【００３１】
放射熱伝達は、望ましい高い生産速度を達成するために、成形されているフロートガラス片を加熱および冷却する好ましい方法である。好ましくは、例えば、生産ラインにおいて、フロートガラスの板の典型的な工場生産速度に対応するように構成される、多くの金型が同時に使用される。好ましい製造工程による金型サイクルは、反射器サイズのガラス板を、金型との対応する関係に位置付けるステップと、ガラス板を軟化させるように、急速放射加熱によってガラス板を加熱するステップと、金型を横断してガラス板をたわませ、伸展させ、定着させることによって、ガラス板が反射器に成形されるまでガラス板を加熱環境中で維持するステップと、ガラス板の縁を成形するステップと、急速放射冷却によってガラス板を冷却するステップと、焼鈍および冷却するために成形されたガラス反射器を除去するステップと、再装填するために金型を戻すステップとを含む。開示された製造工程は、ガラス反射器の迅速な生産が可能であり、これらのステップの完了のために、約３分の推定処理時間を達成するように適合される。開示された製造工程によって提供される生産速度の利点は、本発明に従って生産ラインで２０個以上の金型を使用することによって、約１０秒ごとに新しいガラス板が成形されたガラス反射器に加工されてもよいことを考慮することによって、より明白となる。２０個の金型を使用する、そのような生産ラインでは、約１００メートルの生産ラインの長さが、金型間の分離の約２０倍以上である生産ラインの長さに基づいて、金型が戻される前に数分の熱処理を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】２軸追跡システムを伴う可動支持材上に載置され、分散型太陽光変換器ユニットを有する、反射器のアレイの斜視図である。
【図２】２軸追跡システムの仰角軸に沿って見られた、図１による実施形態の側面図を示す。
【図３】太陽の方向から見たような、光軸に沿って見られた図１による実施形態の上面図を示す。
【図４】放物面反射器、およびボールレンズを有する特に好ましい変換器ユニットを示す、図１による実施形態の拡大斜視図（部分）である。
【図５】明確にするために支持構造の全てが除去されている、本発明による太陽光変換器ユニットの焦点において使用するためであって、ガラスボールレンズに対して適切に位置付けられた２次集光反射器の特に好ましいアレイを示す、特に好ましいガラスボールレンズの斜視図である。
【図６】ソーラーファームに好適な構成である、図１に示された好ましい実施形態による反射器の複数のアレイの平面図である。
【図７】２軸追跡システムを伴う可動支持材上に載置された代替的実施形態の斜視図である。
【図８】仰角軸に沿って見られた、低仰角で設置された２軸追跡システムを伴う図７による実施形態の側面図を示す。
【図９】仰角軸に沿って見られた、４５°仰角で設置された２軸追跡システムを伴う図７による実施形態の側面図を示す。
【図１０】仰角軸に沿って見られた、高仰角で設置された２軸追跡システムを伴う図７による実施形態の側面図を示す。
【図１１】方位角軸受および台座土台の詳細を示す、光軸に沿って見られた、水平に向いた時の図７による実施形態を示す。
【図１２】方位角軸受および台座土台の詳細を示す、光軸に沿って見られた、水平に向いた代替的実施形態を示す。
【図１３】仰角および方位角駆動部の詳細を示す、図７による実施形態の斜視図である。
【図１４】方位角チェーン駆動部の詳細を示す、図７による実施形態の斜視図である。
【図１５】図７による実施形態に対する仰角軸受の詳細を示す、斜視図である。
【図１６】ソーラーファームに好適な構成である、図１２に示された実施形態による反射器の複数のアレイの平面図である。
【図１７】ソーラーファームに好適な構成である、図１２に示された実施形態による反射器の複数のアレイの斜視図である。
【図１８】ソーラーファームに好適な構成である、図１２に示された実施形態による反射器の複数のアレイの太陽の方向からの図である。
【図１９】正方形の反射器より上側で変換器ユニットを支持する構造の詳細を示す、単一の太陽光変換ユニットの実施形態の斜視図である。
【図２０】六角形の反射器より上側で変換器ユニットを支持する代替的構造の詳細を示す、単一の太陽光変換ユニットの代替的実施形態の斜視図である。
【図２１】ガラス反射器およびその支持構造を示す、本発明の一実施形態による太陽光変換ユニットで使用するための反射器ユニットの好ましい実施形態の斜視図である。
【図２２】ガラス反射器が除去されている、支持支柱および結節点を示す、図２１に図示された実施形態による一体ガラス反射器用の支持構造の斜視図である。
【図２３】支持点のクレードルならびに図２２に示された最上支持支柱および結節点の詳細を示す、図２１に図示された実施形態による一体ガラス反射器用の支持構造の平面図である。
【図２４】荷重傾斜偏差によって引き起こされる、ガラス反射器の表面にわたる傾斜角の変化を示す、厚さ４mmに対する軸方向の１ｇ重力荷重を受けた、計算されたたわみの等高線図の斜視図である。
【図２５】図１および図７に図示された実施形態で使用するための反射器に成形される、平坦ガラス片の断面図である。
【図２６】金型上に配置された、図２５によるガラス片の断面図である。
【図２７】ガラス片が放射伝達熱によって軟化され、部分的に金型に成形されている、図２６に示されたステップ後のガラス片の断面図である。
【図２８】ガラス片が金型形状に完全に一致している、図２７に示されたステップ後のガラス片の断面図である。
【図２９】ガラス片が放射伝達によって冷却されている、図２８に示されたステップ後の成形されたガラス片の断面図である。
【図３０】成形されたガラス片が金型から除去されている、図２９による成形されたガラス片の断面図である。
【図３１】平坦なガラス板が金型より上側に担持されている、正方形の金型を示す斜視図である。
【図３２】部分的に湾曲したガラス板が金型より上側に懸垂されている、正方形の金型を示す斜視図である。
【図３３】角支持材が依然として定位置にあり、完全に形成されたガラス板が金型上に静置している、正方形の金型を示す斜視図である。
【図３４】完全に形成されたガラス板が金型上に静置し、角支持材が除去されている、正方形の金型を示す斜視図である。
【図３５】下層の支持枠組みおよび角支持材を示す、正方形の金型の部分切断平面図である。
【図３６】角支持材およびいくつかの取り付けられたフロントパネルを示す、正方形の金型の部分切断斜視図である。
【図３７】成形する前に平坦なガラス板を担持する、角支持材の断面詳細図である。
【図３８】部分的に形成されたガラス板を担持する、角支持材の断面詳細図である。
【図３９】角支持材が依然として定位置にある、金型上に静置している皿状ガラス板を担持する、角支持材の断面詳細図である。
【図４０】角支持材が除去されている、金型上に静置している皿状ガラス板の断面詳細図である。
【図４１】形成ツールが金型より上側に位置付けられている、金型の縁における一部を詳細に示す、部分切断斜視図である。
【図４２】部分的に成形されたガラスが定位置にある、金型の縁における一部を詳細に示す、部分切断斜視図である。
【図４３】ガラスが定位置にあり、成形ツールによって巻かれた縁に形成されている、金型の縁における一部を詳細に示す、部分切断斜視図である。
【図４４】本発明による成形工程による、巻かれた縁を伴って湾曲および成形されたガラスの一部を詳細に示す、部分切断斜視図である。
【図４５】溝および尖頭を伴う金型表面の一部の切断図を示す、概略図である。
【図４６】成形されたガラスが尖頭に触れている、金型の一部の切断図を示す概略図である。
【図４７】成形の完了後に尖頭上に静置している、成形されたガラスを詳細に示す、尖頭金型の断面図である。
【図４８】フロートガラス生産ラインの生産率に対応する速度でガラス反射器を製造するように適合された生産ラインでガラス反射器を成形するための複数の金型を図示する、概略図である。
【図４９】２軸太陽光トラッカー用の電気制御システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１、図２、および図３は、剛体枠組み１００の中で同軸上に担持された大型放物面反射器１を伴う、複数の単位反射器セル３４を備える、本発明の現在好ましい実施形態を図示する。図示された実施形態では、２７個の単位反射器セル３４のアレイが、３つの横列×９つの縦列である長方形のグリッドの中に示されているが、他の構成および配設が、種々の他の構成で配設された複数の集光器とともに使用されてもよい。太陽が日中に空を横断して移動するにつれて、反射器１のアレイを太陽に向ける能力を有することが望ましい。これを達成するために、反射器１の共通軸が、２軸トラッカー１０７によって太陽に配向される。この例示的実施形態では、平坦な台車１０１が地上の円形トラック１０２の上で旋回して、放物面反射器１を支持する枠組み１００の方位角回転を提供する。仰角運動は、台車の車輪１０５より上側にあり、かつ隣接する上車輪１０４の上の仮想軸１１０の周囲で旋回する、剛体枠組み１００に取り付けられた２つのＣリング１０３によって提供される。仰角リング１０９用の対角支持材および構造４８における斜材が、剛性を提供する。この好ましい実施形態では、単位反射器セル３４のアレイ全体によって遮断された太陽光のほぼ全てが、反射器１のそれぞれの各放物面焦点２８に送達されるように、放物面反射器１は、そうでなければ失われる反射面積を最小限化するために、角１０６が切り取られているほぼ正方形または実質的に正方形であり、正方形または長方形の対称の剛体枠組み１００の中に配列される。
【００３４】
図４および図５は、光起電性発電機４および放物面反射器１の形の変換器を伴う単位反射器セル３４の斜視図である。システムに進入する太陽光は、鏡１によって反射される、入射太陽放射または光線２として進入する。鏡１は、この説明図ではボールレンズ５を含む、光起電性発電機４が位置する焦点２８に向かって、反射した太陽放射または光線３が方向付けられるように成形される。鏡１は、好ましくは、太陽光２の多くを可能な限り反射し、それを発電機４の場所で集光する、実質的に放物面の反射面を有する。鏡１は、好ましくは、低鉄ガラスの裏面に薄い銀被覆を伴って造形される。しかしながら、好ましくはないが、前面被覆された鏡が代替案として提供されてもよく、代替的な反射被覆が、他の金属または誘電体被覆によってガラス上に使用されてもよい。加えて、鏡は、それでもなお発電機４に向かって太陽光の所望の反射を提供する、代替的材料から加工されてもよい。反射器１は、好ましくは、構成が実質的に放物面であるが、ある程度の性能の劣化を伴う他の曲面が同様に採用されてもよい。平行な入射光線２を焦点２８に反射するため、放物面状反射器１が好まれる。入射太陽放射は正確には平行光線２の形ではないため、発電機４が位置する焦点２８に光線３を反射させるために、反射面１の代替的形状が利用されてもよい。しかしながら、本明細書で説明される好ましい実施形態の鏡１を備える要素の組み合わせは、費用と性能との間の最適なトレードオフを提供すると考えられる。反射器１が実質的に放物面である、好ましい実施形態では、所望の放物面形状からの反射面の形状の偏差は、１次放物面鏡１の反射面における表面傾斜誤差として特徴付けられてもよく、本発明を十分に活用する任意の変換器は、そのような誤差に対する何らかの許容範囲ならびにトラッカー指向誤差に対する許容範囲を提供するべきである。これは、製造および操作において、ある程度の費用対効果を達成する際に望ましい特徴である。
【００３５】
放物面鏡１の焦点２８において使用するための光起電性発電機４の形の変換器の実施例が、図５の斜視図に示されている。発電機４は、ボール対物レンズ５を備え、ボール対物レンズ５の周囲で同心円状に位置する複数の２次反射器４５を有し、複数の２次反射器４５は、図５に示されるように、複数の集光器太陽電池１５の上に集光された光を方向付ける。太陽電池１５は、太陽放射から直接発電する。図５の発電機、またはこの種類の他の光起電性発電機の構造、機能、および動作は、その開示全体が参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｒｏｇｅｒ Ｐ． Ａｎｇｅｌによる「Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｌｅｎｓ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｗｉｔｈ ａ Ｐａｒａｂｏｌｏｉｄａｌ Ｓｏｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ」と題された、本願と同時期に出願された出願第１２／４６３，０１６号でより詳細に説明されている。
【００３６】
ボールレンズ５を通過する集光された太陽光３は、２次反射器４５が球面レンズ５と同心円状の位置に位置している凹面球状面９上に、１次放物面反射器１の像を形成する。図５は、ボールレンズ５と、バイパスダイオード３０と、ほぼ正方形の入力を伴う鏡面フレームの形の２次反射器４５のすぐ後に配置された、多数の正方形の太陽電池１５とを示すのみである。全ての他の構造は、明確にするために省略されている。複数の太陽電池１５は、各電池１５によって生産された電力を発電機４からの電気の全体出力に組み入れるように、直列で電気的に一緒に接続される。発電機４は、空気に対する対流冷却のために、ラジエータに送出される水によって電池１５を能動的に冷却するシステム（図示せず）を含む。
【００３７】
発電機４の重要な側面は、１次放物面鏡１の反射面における表面傾斜誤差に耐える設計のために、全ての太陽電池１５にわたる太陽放射３の強度が、トラッカー１０７の指向誤差に対してボールレンズ５によって安定させられることである。たとえトラッカー１０７が太陽に直接向けられていなくても、プリズム反射器４５への進入時にボールレンズ５によって形成される像の光強度は、比較的一定のままであり、指向誤差の有意な範囲にわたって電池１５の全ての平等な照射を提供する。発電機４の別の重要な側面は、誤指向に対する許容範囲をさらに改善し、隣接する電池１５の間にかなりの間隙を開ける際の２次反射器４５の作用である。隣接する電池１５の間に提供される間隙は、光入力または電気および熱出力のいずれか一方を妨害することなく、電池１５にごく接近して、バイパスダイオード３０の配置および相互接続配線を可能にする。したがって、図５の発電機４は、直列に接続された多くの電池１５から高い電力出力を確保するよう、光束安定化によるとともに、強く照射された電池１５の接近アレイから廃熱を除去するように、明確な熱経路によっても、本発明の集光器から高い太陽光電力入力を提供する。
【００３８】
図２は、図面の平面に対して垂直であり、Ｃリング１０３の弧の中心を通過する仰角軸１１０の方向に沿って見られた図で、図１による剛体枠組み１００の仰角支持材および駆動部を図示する。この仰角軸１１０の周囲での回転は、軸１１０上の任意の物理的軸受によってではなく、支持車輪１０４上のＣリング１０３の運動によって画定される。Ｃリング１０３は、剛体枠組み１００の中の単位反射器セル３４の結節点１１に連結する、面内支柱１０９によって固定される。図３は、光軸の方向に沿って見たような、図１による剛体枠組み１００を図示し、仰角空間フレーム１００に入射する太陽光２の大部分を捕捉するように、実質的に正方形のディッシュ反射器１がどのように剛体枠組みまたは空間フレーム１００の中に効率的に密集するかを示す。
【００３９】
図４は、発電機４からの廃熱の受動除去のための熱サイフォンの好ましい実施形態を図示する。発電機４における熱は、作動流体を沸騰させ、対角支持ブレイス３８の上四半分に位置する空気冷却を伴う対流構造２４への熱サイフォン管３９に蒸気を上昇させる。図示された好ましい実施形態では、対流構造２４は、凝縮された流体が重力によって発電機４に戻るように、仰角軸１１０の実践で検討される仰角の範囲全体にわたって発電機４より上側の配向のままである。これは、ポンプの追加費用および保守を追加することなく、熱サイフォン管３９および対流構造２４の中の冷却液の循環のための費用効率的設計を提供する。
【００４０】
図６は、衝突の可能性がない完全方位角回転に対する離間距離を可能にするようにサイズ決定された正三角形のグリッドの中に配置された、この実施形態の複数のトラッカーユニット１０７の好ましい配置を定量的に図示する。突出した高さに対する、突出した水平長さの３の好ましい比は、早朝および夕方前の低い太陽高度における自己遮蔽を最小限化し、また風荷重も最小限化するため、この図示された実施形態で示されるように有利である。南北方向に配向された列を考慮すると、太陽光が真東または真西から来ている時には、ｔａｎ−１（１／３）＝１８．４°以上の太陽光仰角で自己遮蔽損失がなく、単位セルの１／３のみが１２．３°の太陽光仰角で遮蔽される。図示された配置のための土地面積に対する反射器面積の比は、約２５％である。この好ましい実施形態では、全ての反射器１が同一平面上にあり、開放トラス構造１００の中にあるため、非常に激しい風の中で、反射器面が水平である天頂に向いた位置にトラッカー１０７を収容することによって、風荷重が最小限化されてもよい。保守道路１１２が、１つの方向に２列ごとに配置されて示されている。したがって、好適な方位角および仰角回転によって、前面または裏面の点検のための即時アクセスが、全てのトラッカー１０７に提供される。
【００４１】
本発明の第２の現在好ましい実施形態が、図７に示されている。この代替的実施形態は、剛体枠組み５０の中で同軸上に担持された複数の大型放物面反射器１を備えるが、２つの横列５１および５２ならびに４つの縦列の構成である、８個の単位セル３４のより小さいアレイを伴う。反射器１のアレイを太陽に向けるために、反射器１の共通軸が、高度対方位角の軸受を伴う２軸トラッカーによって太陽に配向される。図１１に示されるように、方位角運動が、台座マウント６７上に設定された垂直軸軸受７８および７９によって提供される。反射器アレイは、方位角軸受７８および７９より上側に設定された水平軸仰角軸受５８によって仰角で旋回される。
【００４２】
図７に示された代替的実施形態では、反射器１は、好ましくは、角が切り取られた略正方形または実質的に正方形であり、各反射器１は、焦点２８付近で単位発電機４を支持する措置とともに、正方形の基底の直角柱の形を成す、単位反射器セル３４に収納される。（光軸に沿った図である）図１１でより明確に示されるように、仰角空間フレーム５０は、太陽から見たような輪郭が長方形であり、アレイ全体によって遮断される太陽光のほぼ全てが複数の反射器１の焦点２８に方向付けられるように構成される。
【００４３】
２つの交互列５１および５２の前方／後方変位が、図８、図９、および図１０に示された仰角軸に沿った図で最も明確に図示されている。図８では、仰角が低く、図９では、仰角が４５°であり、図１０では、仰角が高い。上列５１の前下縁が下列５２の後上縁に一致し、共通構造部材５３が枠組み５０の中に提供されるように、セルの上列５１は前方に設定され、下列５２は後に位置付けられる。この共通構造部材５３は、仰角軸と一致させられ、図７で詳細に示されるように、仰角構造全体の重心の近くを通る。それぞれ、セルの上列５２と下列５１との間で、前および後補強部材５６および５７に加えて、仰角空間フレーム５０が完成される。前補強部材５６は、セルの２つの列５１および５２の上側前角１４を連結し、後補強部材５７は、下側後角１１を連結する。
【００４４】
図７を参照すると、セル３４の２つの列５１と５２とをずらすことによって、空間フレーム５０が仰角軸に関して自然に平衡を保たれ、したがって、中心台座６７によって効率的に支持される。さらに、仰角で剛体枠組み５０を移動または回転させるために必要な力が最小限化される。セル３４の交互列５１および５２の第２の利点は、周囲補強支柱５６および５７を含む、結果として生じる空間フレーム５０の列５１および５２に対して垂直である断面が、２次元で最大限化されることである。これは、仰角がどのようであっても、中心軸受５８の周囲の屈曲に対して高い剛性をもたらす。この実施形態における構造は、上列５２に４つの反射器ユニット３４と、下列５１に４つの反射器ユニット３４とを有するが、所与の敷地に所望され、かつ適切な存続風力に応じて、かつ一般的な製造費用に応じて、異なる長さ、例えば、２つまたは６つの交互列が、実践において良好な結果を提供する場合があることも、本開示の便益を有した後に当業者にとって明白になるであろう。例えば、図１２は、図７および図１１に示されたものと同様である代替的実施形態を図示するが、２つの交互列５１および５２のそれぞれに６つの反射器ユニット３４を伴う。
【００４５】
図７および図１１に示された実施形態を参照すると、この実施形態における仰角軸軸受５８は、中心構造軸上の２つの結節点を介して仰角空間フレーム５０に接続し、その詳細は、図１１を参照するとより良く説明することができる。軸受５８のための空間は、４つの単位反射器セル３４の下列５１に狭い中心セル５９を含むことによって、かつ上列５２に狭い中心セル６０を含むことによって作成される。図１５は、仰角軸受５８の端を支持する堅い仰角結節点６１および６２が、反射器１を支持および連結する剛体空間フレーム５０の固有部品として形成されるため、高い構造的効率が達成される方法を示す。明確にするために、図１１は、仰角軸受５８を支持する支柱のうちのいくつかのみを示す。図１５は、仰角軸受５８の２つの端が、４つの内側単位反射器セル３４の角支柱の交差点において形成される、２つの非常に堅い仰角結節点６１および６２において支持される方法を詳細に示す。この支持材６１および６２を強化するために、または仰角軸受５８を重心に配置するために、追加鋼鉄部材は必要とされない。例えば図９に示された、連結部材５６および５７は、２列のセルを強化して、中心台座６７上の仰角軸受５８の周囲で旋回する、完全仰角構造を完成させる。
【００４６】
仰角駆動弧６３が図１３に示されている。仰角駆動弧６３は、２つの下結節点６４および６５（図９に示される）から狭い中心セル５９および６０（図７に示される）の一側面に固定して取り付けられ、図８、図９、および図１０を比較することによって示されるように、天頂から水平まで９０°の範囲にわたって運動を提供する。図示された実施形態では、駆動弧６３は、図示された実施形態と同じである、単位セル３４の幅および奥行きに等しい半径を有する。
【００４７】
図７および図１１に示された実施形態の方位角軸受は、固定垂直シャフト６６の周囲で旋回する中心台座６７の形を成す。軸荷重は、中心台座６７の上部分の中、またはシャフト６６の最上部に位置付けられた、スラスト軸受７８によって受け持たれる。横荷重は、好ましくは、１つはシャフト６６の最上部にあり、もう１つは底部にある、２つのプラスチックジャーナル軸受７８および７９によって受け持たれる。方位角駆動部は、中心台座６７の下端に取り付けられた大型３６０°駆動車輪６８を通して作用する。図示された実施形態では、仰角駆動部と同じ大きい半径を伴う駆動車輪６８が示されている。しかしながら、本発明は、そのように限定されず、当業者であれば、駆動車輪６８の他の半径を使用できることを理解するであろう。
【００４８】
図１３を参照すると、現在好ましい実施形態における方位角運動のための好ましい駆動部は、図１４でより詳細に示される、電気駆動チェーン７０によるものである。方位角シャフト６６の周囲で空間フレーム５０を回転させるために、方位角車輪６８の周囲で伸展させられ、それに固定して取り付けられる方位角駆動チェーン７０を通して、駆動力が作用する。駆動チェーン７０の所望の張力を調整または維持するために、ライダースプロケット車輪７４が使用されてもよい。図１４に示された、図示された実施形態では、方位角車輪６８は、スポーク７６によって支持される。仰角駆動弧６３（図１３に示される）および方位角駆動車輪６８は、好ましくは、図１４に示されるような湾曲構造チャネル７７から、単純に、かつ低費用で構築される。
【００４９】
図示された実施形態における仰角運動のための好ましい駆動部は、図１３に示されるような、電気駆動チェーン６９によるものである。仰角駆動に使用される駆動チェーン６９は、図１４に示された方位角駆動に使用される駆動チェーン７０と同様であってもよい。仰角駆動では、仰角軸受５８の周囲で空間フレーム５０を回転させるために、仰角弧６３の端に取り付けられる仰角駆動チェーン６９を通して、駆動力が作用する。仰角チェーン６９は、弧６３の端に固定して取り付けられる。駆動力は、方位角駆動部について図１４に示されたスプロケット車輪７１ならびに電気モータおよび歯車箱７３と同様に、電気モータおよび歯車箱を通して旋回させられるスプロケット車輪によって、仰角駆動チェーン６９に印加される。仰角弧６３は、小型トラス７５によって支持される。
【００５０】
図１４に示されるように、電気モータおよび歯車箱７３を通して旋回させられるスプロケット車輪７１によって、駆動モーメントが方位角駆動チェーン７０に印加される。チェーン７０の張力を最小限化し、全体的な歯車比を増加させるために、方位角駆動車輪６８の半径は大きく作られる。駆動スプロケット７１上のチェーン７０の係合が１２０度よりも大きくなるように、少なくとも１つの遊動スプロケット７４がチェーン駆動部で必要とされる。このようにして、高トルクにおけるチェーン７０上の摩耗、およびチェーン７０が駆動スプロケット７１の歯の上を滑動する可能性が、両方とも低減される。太陽エネルギー用途では、太陽の移動を追跡するために方位角駆動部および仰角駆動部が動かされる速度が比較的遅く、駆動機構は、高い機械比率低減を利用することができ、より低費用の駆動モータ７３の使用を可能にする。スプロケットを伴う従来のチェーン駆動部よりもほぼ１桁大きい、約１００対１の好ましい機械比率低減を実践で実現することができる。好ましくは、遊動輪７４またはチェーン７０の端が、バネ巻き取り機構によって引っ張られる。詳細に示されていないが、当業者であれば、仰角駆動チェーン６９が同様の配設によって駆動され、方位角駆動車輪６８の半径に大きい半径が提供されるのと同じ理由で、仰角駆動弧６３の半径が大きく作られることを理解するであろう。仰角駆動チェーン６９は、好ましくは、チェーン６９の端に取り付けられたバネ巻き取り機構によって引っ張られる。
【００５１】
総合すると、必要な駆動力を低減するための方位角駆動車輪６８および仰角駆動弧６３の大きい弧半径の使用は、多くのスプロケット歯７１と係合するチェーン駆動部とともに、方位角駆動要素および仰角駆動要素の両方の削減された費用、複雑性、およびサイズをもたらす。
【００５２】
動作中、剛体枠組み１００が入射する太陽放射２の方向に向けられるように、東から西へ太陽の移動を追跡することが望ましい。図４９の概略図を参照すると、枠組み１００に堅く取り付けられる、光学太陽追跡センサ１２１から導出される仰角および方位角誤差信号に合わせて、トラッカー１０７がサーボ作動させられた場合に、正確な太陽光指向が達成されてもよい。好ましい形態の太陽追跡センサ１２１は、シリコンクアッドセルより上側のピンホールに太陽光を通過させることによって照射される、シリコンクアッドセルを備える。好ましくは、配向は、太陽光を必要としない重力および磁界センサ１２２によっても感知される。図４９は、コンピュータ１２０に接続されたセンサ１２１および１２２からの信号を概略的に図示する。コンピュータ１２０からの駆動制御信号は、インターフェース１２５によって駆動力に変換され、電力は、方位角ケーブル１２４によって方位角駆動モータ７３に、仰角ケーブル１２３によって仰角駆動モータ７３に運ばれる。
【００５３】
好ましくは、太陽に向かった枠組み１００の配向は、重力および磁界を読み取るトランスデューサ１２２から絶対指向データを提供するセンサを参照することによって、曇天条件下で維持され、したがって、台座土台４０の定着、チェーン６９または７０の伸展、または強い定常風による屈曲からの誤差を回避する。代替として、各個別トラッカー１０７のＧＰＳ座標に基づき、かつコンピュータ１２０に提供される正確な時間および日付の情報を利用して、太陽の位置を計算するために、従来の望遠鏡駆動アルゴリズムが採用されてもよい。精度は、必要であれば、太陽光が利用可能である時に太陽追跡センサ１２１によって位置が示されている状態で、太陽の計算された位置を同期化することによって改善することができ、そのような同期化は、台座土台４０の定着、チェーン６９または７０の伸展、または強い定常風による屈曲からの誤差に効果的に対処することができる。コンピュータ１２０に方位角情報および仰角情報を提供するエンコーダを含む、従来の望遠鏡ＧＯＴＯシステムと同様である従来のコンピュータ制御された駆動システムが、正しい方向に剛体枠組み１００を向けるため、および太陽の移動を追跡するために使用されてもよい。図４９に示された説明図は概略的であるにすぎず、駆動電気機器は枠組み１００または別の場所に取り付けられてもよいことを理解されたい。好ましくは、方位角および仰角駆動モータ７３ならびに能動冷却システム（もしあれば）に対する電力は、無停電電源によって与えられる。好適な電源は、蓄電池と併せて使用されてもよい、上列の狭い中心セル６０の太陽に対面する側面を覆って光起電性変換器を提供することによって得られてもよい。
【００５４】
この実施形態の方位角軸受を支持する好ましい台座が、図１１および図１２の断面図で示されている。台座は、例えば、従来の台車搭載オーガによって地面４２に穿設されてもよい、穴４１の中に延在する、溶接された三角形の鋼鉄トラス４０の形を成す。代替として、穴は、当業者に公知の多数の従来の手段によって掘削されてもよい。トラスまたは柱４０の挿入後、穴４１は、好ましくは、セメント結合剤を使用せずに、砕石または採掘からの表土等の安価な乾燥材料４３を使用して埋め戻される。穴およびトラスの寸法は、強風の中での存続を確実にするよう、乾燥材料がトラス４０から相対集中荷重を受け持ち、はるかに広い面積の土壌４２にそれを伝達するようにサイズ決定される。そのはるかに低い費用および二酸化炭素排出量により、コンクリートの代わりに非接着石が好まれる。当然ながら、当業者であれば、コンクリートの典型的により高い費用が、特定の用途において許容することができれば、そのような材料を使用できることを理解するであろう。トラッカー駆動部１１１が、剛体枠組み１００を位置付けるために、太陽光トラッカー１２１と、加速度計および／または頻繁に再較正または同期されるセンサ等の絶対センサとを使用するため、台座４０のある程度のわずかな定着運動が容認可能であり、台座４０の初期配置の低い精度が許容されてもよい。代替として、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他のトラス土台設計が使用されてもよいことを理解するであろう。
【００５５】
図１６、図１７、および図１８は、図１２に図示されるディッシュアレイ１１１の実施形態の好ましい配置を示す。図１６は、図６に図示されたレイアウトと同様である、衝突の可能性がない完全方位角回転の離間距離を可能にする、正三角形のグリッドを平面図で示す。比較的小型の柱載置ユニットは、整地または敷地造成をほとんど必要としない。これらは、傾斜地ならびに平地の上、または不整形区画の中での設置のために、有利に好適である。
【００５６】
好ましい寸法
好ましい実施形態の設計における重要な検討事項は、特に費用が重要な要素であるため、１次放物面反射器１のサイズおよび製造である。本発明は、反射器１のサイズの最適化を含む。裏面が銀めっきされた構造ガラスで作られた反射器１については、約３メートル（３ｍ）のサイズが、略最適サイズとして好まれる。このサイズは、従来のフロート工程によって製造される平面ガラスの単一モノリスから作製することができる、最大の船積み可能なサイズであるため、好まれる。このサイズにおける一体反射器１は、本発明による追跡反射器システムの単位面積あたりの最低費用を提供してもよい。
【００５７】
動作中、好ましくは、単位面積あたりの最低総費用を得るように、約３ｍサイズの複数のディッシュ発電機ユニット３４が各トラッカー１０７上に載置される。各正方形反射器１は、約９ｍ２の反射面積を有する。１０００Ｗ／ｍ２の公称太陽束および９４％の反射率について、各変換器ユニット４に送達される公称太陽光電力は、約８．５ｋＷである。
【００５８】
厚さ４ｍｍのガラスの３ｍガラス反射器１を有する、最適な２軸トラッカー１０７の好ましい実施形態用の鋼鉄の支持構造１００は、実践において満足できる性能を提供するべきである。２７個の反射器１の実施形態について、固定トラックを含む全システム用の鋼鉄の質量は、収集面積の１平方メートルあたり３４ｋｇであり、たわみは、天頂を指す時に最大０．１°である。８個の反射器１の実施形態について、固定台座を含む全マウント１０７用の鋼鉄の質量は、収集面積の１平方メートルあたり２５ｋｇであり、天頂を指す時の最大たわみは、０．０６°である。
【００５９】
単位反射器／変換器セルの好ましい構造設計の詳細
本発明の好ましい実施形態は、構成要素として、複数の単位反射器セル３４を使用する。単位反射器セル３４は、焦点領域２８にエネルギーを方向付ける反射ディッシュ１と、ディッシュ１を支持し、焦点領域２８付近で精密な配列で変換器ユニット４を担持する、機械構造とを備える。機械構造の主要な要素は、断面および端面が、好ましくは、図１９および図２０に図示されるように正方形または六角形である、直角柱の形のトラスである。図１９は、上記で説明される好ましい実施形態で採用されるような、正方形の断面を伴う単位セル３４を示し、図２０は、六角形の断面を有する代替的な単位セル３４を示す。実質的に正方形（図１９）または六角形（図２０）の皿状鏡１は、以下で説明される、ディッシュ支持構造によって、下プリズム面の角１１から支持される。ディッシュ軸７は、ディッシュの中心または頂点６を通過する。１次コレクタのわずかのみを覆い隠す、コンパクトな変換器４は、上側に位置し、ディッシュ軸７上に中心があり、部材１３によって上プリズム面の上角１４から支持される。上面は、部材１０によって形成されるものと同じサイズであり、それに並行している。上面および下面の両方は、ディッシュ軸７上に位置する。変換器４は、ディッシュ軸７上に中心があり、好ましくは、中心軸方向変換器支持部材１８の下端で支持される。変換器支持部材１８は、好ましくは、上角１４から対角張力要素１７によって支持される。４つ（図１９）または６つ（図２０）の垂直要素１６が、上下の正方形を連結する。好ましくは、プリズムの側面は、対角要素４８によって固定される。ガラス支持トラス１２は、構造の底部側を閉鎖し、ならびに１次放物面反射器１を支持する。
【００６０】
変換器支持材１８の同心円状配置は、熱サイフォン２４によって受動的よりもむしろ、能動的に送出された冷却液によって廃熱が除去される、実施形態に適切である。能動冷却システムでは、図１９または図２０の発電機４の真上、または対角支持材１７および１８に沿ったパイプが到達する、入射太陽光を覆い隠さない別の場所に位置してもよい、熱交換器を通して、冷却液が循環させられる。
【００６１】
反射器ディッシュ１の最も好ましい実施形態は、開放鋼鉄トラスに取り付けられる、フロートガラスの単一の沈下し、裏面が銀めっきされた反射器である。トラスの十分に離間した上結節点のクレードルは、接着パッドを通して、重力および風力に対して大空間規模でガラス反射器１の形状を保つ。下結節点は、主要仰角枠組み１００の単位セル３４の下角１１に荷重を伝達する。
【００６２】
銀めっきされたガラス反射器１を角支持材１１に連結するガラス支持トラス１２は、任意の所与の実施形態におけるガラス反射器１のサイズ、形状、および厚さに従って最適化される。ガラス１の厚さは、雹害に抵抗する必要性によって、大型サイズに決定される。トラフ熱システムで使用される、４つの支持パッド上の厚さ４ｍｍの裏面が銀めっきされたメートルサイズのパネルは、実践で満足できる結果を出している。本発明のより大型の反射器ディッシュ１について、約４ｍｍの厚さを有するガラス反射器１は、重力および風力下の屈曲が光像を有意に劣化させないように最適に分布した、より多数の支持材を必要とする。好ましくは、大型の深い開放トラスの一部である支持点が、ガラス反射器１に使用され、最小質量および材料費で最大全体剛性を提供する。
【００６３】
図２１に示された、好ましい統合反射器設計は、実質的に正方形で裏面が銀めっきされたガラス反射器１と、支持反射器枠組みとを備える。図２２は、ガラス反射器１を載せる１６個の反射器支持点８６、８７、および８８を明示する、ガラス反射器１が除去されている反射器枠組みまたはトラス９５を示す詳細斜視図である。平面図の図２３では、これらは、４×４パターンでほぼ正方形のデカルトグリッドを形成する。反射器トラス９５は、その基部９６における、単位反射器セル３４の４つの下角点１１への取付のために設計される。単位セル３４の４つの基部支柱１０は、基部平面に４つの三角形を形成するように、基部中心８１で交わる２つの基部斜材８０と結合する。３つの角度付き支柱８２は、上結節点８３がガラス反射器１用のクレードルを形成する主要結節点である、４つの４面体を形成するように、各該三角形の角から立ち上げられている。５つの他の主要上結節点８４および８５は、基部斜材８０から上方に延在し、基部平面に対して垂直である８１と８４とを接続する中心部材９７を共有する、２つの平面枠組みの角において形成される。これらの直交枠組みは、基部中心８１を上結節点８５に接続する、４つの対角部材９８によって固定される。図２３は、台車ビームならびに鏡支持部８６、８７、および８８の上部構造のみを詳細に示す、平面図である。１６個のクレードル支持点は、４つの内側支持部８６と、８つの中間支持部８７と、４つの外側角支持材８８とを備える。内側の４つおよび外側の４つのクレードル点８６および８８はそれぞれ、結節点８４、８５、および９０を通って延在するクレードル支柱８９上に位置する。支柱９１の端における結節点８３および９０は、中間支持材８７を支える。
【００６４】
図２４は、有限要素分析によって計算されるような、図２１、図２２、および図２３に図示された好ましい枠組みによって支持されたガラス反射器１のたわみを示す。たわみは、１．７ｍの焦点距離を伴う３．３ｍの正方形の放物面反射器１について計算された。ガラス１は、厚さ４ｍｍであり、縁が２５ｍｍの半径で９０度まで巻き戻されている。支持トラスは、０．６ｍの中心深さでモデル化され、支柱が２インチの直径および０．０１５インチの壁厚さの丸い鋼鉄管から作製された。断面積および慣性モーメントが同様であれば、他の断面も同様に機能し得る。図２４を参照すると、計算された実施例のトラス重量は、平均して、支持されるガラスの１平方メートルあたり３．５ｋｇとなる。この鋼鉄の面密度は、４ｍｍの厚さで１０．１ｋｇ／ｍ２のガラス面密度よりも有意に小さい。したがって、完成した３ｍの反射器アセンブリの重量は、厚さ４ｍｍのガラスで１３．６ｋｇ／ｍ２である。この実施例について計算された軸方向重力荷重（または同等に３０ｍｐｈの公称風荷重）下のたわみは、図２４に図示されている。表面にわたる等高線図は、荷重によって引き起こされたたわみ角の変化を示す。図２４は、０．０５ラジアンのたわみ角偏差を有する等高線９２を示す。大部分が支持パッドの近くの剪断たわみによって引き起こされる、たわみ角の偏差は、表面の大部分にわたって、等高線Ｂによって印付けられたレベルである０．１ミリラジアン未満に達する。等高線Ａは、０．０５ラジアンのたわみ角偏差に対応する。表面全体にわたって平均すると、ディッシュによって反射された平行光線の９０％が、直径０．２度の像の範囲内に収まる一方で、全ての光は、０．４度の直径内に位置する。
【００６５】
大型の一体深皿状ガラス反射器の好ましい製造方法
最初は平坦なガラス板を成形することによって凹面一体反射器１を生産する、好ましい工程動作の順序は、図２５、図２６、図２７、図２８、図２９、および図３０で順序通り概略的に図示されている。工程動作はまた、図３１、図３２、図３３、および図３４の順序でも斜視図で図示されている。図２５は、工程の開始時に平坦である、ガラス板２００を示す。図２６および図３１は、金型２０１より上側に配置した後の平坦な板２００を示す。金型２０１は、実質的に凹面の表面２０４と、巻かれた縁２０３とを有する。ガラス板２００は最初に、ヒンジ連結されたＬ字形支持材２０２によって一時的に把持される、その角から、金型２０１より上側で支持される。図２７および図３２は、軟化および伸展ステップの始めを図示する。ガラス板２１４の温度は、好ましくは、ガラス板２１４より上側の熱面２０７からの放射加熱によって上昇させられる。好ましくは、放射面２０７は、実質的に連続的であり、高い放射率を有する。好ましくは、ガラス２１４が受ける放射温度は、低い熱慣性の可変温度ラジエータ２０７を使用することによって、または異なる温度の金型２０１と放射面２０７との間に相対運動を提供することによって、急速に上昇または低下させることができる。好ましくは、温度はまた、金型２０１を横断する空間位置の機能として変動させることもでき、例えば、ガラス板２１４の縁２１１をガラス板２１４の中心よりも柔らかくするために、放射面２０７の中心領域の温度と比較して、より高い温度が放射面２０７の縁２０８の周囲に提供される。凹面ディッシュ２１２へのガラス板２００の成形を駆動するために、重力が独占的に使用されてもよいが、金型２０１の形状２１２にガラス板２００を一致させる工程は、圧力によって、例えば、上側から方向付けられる高温ガス噴射によって、または真空ポンプ等の別の様式で生成される圧力差によって加速されてもよい。
【００６６】
ガラス板２１２は、図３３で示されるように、金型２０１の縁または側面２０３に沿って広範囲に接触するほどたわみ、ガラス２１２が、図２８に図示された形状を有すると、角支持材２０２は、図３４に示されるように除去されてもよい。この段階で、図２８に示されるように、ガラス縁２１１を所望の巻き形状に圧迫し、湾曲させるように、縁成形ツール２１０が、ガラス板２１２の外縁２１１と機械的に接触させられてもよい。また、図２７に示されるように、いったんガラス板２１４が金型２０１の湾曲周囲２０３に対して一致し、密閉すると、金型２０１より下側の空気圧を低減することによって、皿形２１２へのたわんだガラス板２１４の成形を加速させるか、あるいは制御することが望ましくてもよい。この目的で、図２７に示されるように、下側に真空マニホールド２０５を伴い、かつマニホールド２０５と流体連通している表面の穴２０６を有する、金型２０１が構築されてもよい。次いで、成形工程は、穴２０６を通して空気を引き下ろし、ポンプ機能によって通気口２０９を通して空気を引き出すことにより、マニホールド２０５の中の空気を低減することによって加速されてもよい。
【００６７】
いったんガラス２１２が金型２０１の本体およびその縁２０３にわたって接触し、したがって、金型の形状を帯びると、急速冷却が開始される。図２９は、ガラス２１２の上面から、ガラス２１２の表面よりもはるかに低温の吸収性黒色表面２１３への放射によって達成される、工程を図示する。ガラス２１２の表面にわたる冷気の強制対流もまた、冷却ステップを加速するために使用されてもよい。いったんガラス２１２が短期処理のために十分堅くなるように十分冷却されると、好ましくは、焼鈍および冷却し、成形される次のガラス片２００のために金型２０１を空にするために、図３０に示されるように金型２０１から除去される。次いで、ガラス片２１２は、強制空気対流によって、加速した速度で室温に冷却されてもよい。
【００６８】
金型２０１は、図３６の斜視切断図で示されるような成形面を作る、精密機械加工プレートのモザイクオーバーレイがある、図３５の平面図に示された下層構造枠組みを伴って構築されてもよい。金型２０１の好ましい材料は、ＡＩＳＩ ３０４ステンレス鋼である。図３５に示された正方形の金型２０１用のエッグクレート型構造枠組み２１５が、強度および剛性のために接合結節点で一緒に溶接される、同一形状のプレート２１５のスロット付き相互係止配列から作られる。その上方でガラス板２００の縁が巻かれる、金型周囲２０３は、好ましくは、丸い管から作られ、構造枠組み２１５に溶接される。管の半径は、成形される巻かれた縁２１１の半径となるように選択される。周囲管２０３は、図４に示されるようなガラス反射器１を生産するように、示されるような正方形の角または切り取られた角を有してもよい。図３５および図３６を参照すると、オーバーレイ成形面２１７は、支持エッグクレート構造２１５に堅く取り付けられる、複数の別個に機械加工され、ひずみが緩和されたセグメント２１７から組み立てられてもよい。代替として、金型面は、単一部品として機械加工される、スピンまたはハイドロフォーム加工された一体ディッシュから１部品で形成されてもよい。この部品は、図３５に示されたもののように支持枠組み２１５上に載置する前に、必要に応じて、ひずみが緩和され、再機械加工されてもよい。金型ディッシュのセグメント２１７または一体単一部品は、位置付けデバイス（図示せず）の形を成す支持材によって枠組み２１５に取り付けられてもよい。これらのデバイスは、図示されていないレーザトラッカー等の計測デバイスを用いて、セグメントを整列させるために使用される。
【００６９】
図３７、図３８、図３９、および図４０は共に、下方に揺れ動くことができるが、半径方向内向きに動かないように、反射器軸に対して垂直な水平軸２３６の周囲でヒンジ連結される、角支持材２０２の作用を図示する。この拘束方法は、ガラス板２１４が軟化してたわむにつれて、ガラス２１４が伸展することを確実にし、したがって、深いディッシュ２１２の中へたわんだ時に、圧縮フープ座屈ひずみによって単純に支持された板２００にしわが寄る傾向を回避する。角支持材２０２およびそれらの動作の詳細は、図３７、図３８、図３９、および図４０を参照して説明されてもよく、その全ては、支持材を通る対角線に沿って得られた垂直断面を示す。図３７は、ガラス板２００の軟化の前の角支持材２０２を示す。支持材は、金型２０１に取り付けられるブラケットと、ガラス２００の角を把持し、かつヒンジ２３６の周囲で旋回する、ヒンジ連結されたＬ字形部品２３８とを備える。図３７は、ヒンジ連結された部品２３８の中で適所にある、実質的に平坦なガラス板２００を示す。図３８は、ガラス２１４が部分的にたわみ、伸展された時の支持材２０２を図示する。図３９は、支持材２０２が依然として適所にある状態で、完全にたわんで伸展され、金型２０１の本体全体に触れている時のガラス２１２を示す。図４０は、支持材２０２の把持Ｌ字形部品２３８の除去後の適合しているガラス２１２を示す。ガラス２１２の軟化した縁２１９は、金型２０１の湾曲縁２０３を覆って屈曲し始めている。
【００７０】
縁巻きツール２１０の動作は、図４１、図４２、図４３、および図４４の順序で斜視図に示されている。図４１は、その管周囲２０３を有する金型プレートセグメント２１７の一部の切断図、および金型２０１より上側に構えられている縁巻きツール２１０の切断図である。図４０および図４２は、部分的に沈下した縁２１９がそれ自体の重量でたわむことによって形成される、依然として高温で柔らかい、沈下ガラス板２１２の切り抜きを示す。図４３は、巻かれた縁２１１を形成するためにガラス２１２と密接に圧迫接触する、縁ツール２１０を示す。図４４は、ガラス２１２の出来上がった巻かれた縁２１１を示す。巻かれたガラス縁２１１の鏡面反射質は重要ではないため、成形ツールは、従来の平滑な機械加工仕上げを有してもよい。
【００７１】
図４５に図示された、１つの好ましい実装では、金型２０１は、金型表面との接触によるガラス２１２の鏡面反射裏面の損傷を最小限化するために、溝付き表面外形２１８を伴って作製される。成形プレート２１７の表面は、尖頭２２１において交差する隣接凹面溝２２０を作成するように、ボールエンドミルツールの通過によって最終機械加工される。尖頭表面外形２２２は、ガラス２１２が採用する形状を画定する。典型的には、金型２０１は、反射器１の局所形状の＋／−１０ミクロン以内に機械加工される。成形中、図４６に示されるように、軟化したガラス板２１２は、尖頭２２１の線に接触し、それらの間に架橋し、尖頭の頂点における表面形状によって画定されるような全体形状を成す。複製の天然忠実度が優れているため、沈下ガラス２１２は、溝の間隔よりも大きい空間規模で金型２０１の形状を採用し、より小規模で最初のフロートガラス２００の天然平滑性および鏡面反射を保存する。
【００７２】
図４７に示された、ガラスと金型との接触の詳細図では、ガラス２１２が尖頭２２１の間でわずかに下垂し２２４、その場合、下垂深度は、接触滞留時間および沈下温度におけるガラスの粘度に依存する。成形工程は、ガラス２１２が金型２１１の尖頭に軽く触れて、尖頭上に静置する前に、自由に伸展し、たわむことによって、皿形状２１２が大部分は形成されるように最適化される。金型２０１にわたって接触が行われるとすぐに、尖頭の間の継続的な下垂を防止する急速冷却が開始される。このようにして、ガラス２１２の損傷が尖頭２２１に沿った小さいくぼみの狭い線に限局され、金型２０１の摩耗が最小限化される。この工程で、尖頭２２１における接触損傷およびガラス２１２の結果として生じるくぼみによる表面傾斜誤差から散乱する、失われた正味の収集面積は、平均して全ガラス表面積のわずか０．２５％となることが分かっており、実践では、１〜３センチメートルの範囲の間隔を有する溝２２１の間で下垂するためのたわみ角は、典型的に０．１度ｒｍｓ未満である。
【００７３】
本発明の尖頭金型表面２１８のさらなる利点は、接触線２２１の面積が極めて小さいため、成形の熱サイクル中に金型２０１からガラス２１２への直接熱伝導が最小限化されることである。金型２０１の最小限の加熱は、温度勾配によって引き起こされる形状の反りが最小限化されることを確実にする。別の利点は、凹面のくぼみ２２０も、微粒子汚染物を収集する領域２２０を提供し、沈下中に微粒子が尖頭２２１と同一平面にならないようにし、それにより、そうでなければ金型２０１の表面２２０上の突出粒子によって引き起こされたかもしれないガラス２１２のくぼみを低減する。
【００７４】
接触損傷を最小限化する第２の好ましい代替案では、ガラス２１２と金型２０１との間の直接接触を防止するために、エアクッションが使用される。好ましい実装は、金型表面より下側に二重マニホールドを有する。一方のマニホールドが加圧される一方で、他方のマニホールドは真空にされる。加圧されたマニホールドがエアクッションに空気を供給する一方で、真空マニホールドは、加圧空気を運び去り、全体的な下方への圧力を確保する。この代替的実施形態では、クッションは、間に排出穴を伴って、１〜４センチメートル離間している。
【００７５】
沈下金型２０１への熱伝達は、好ましくは、熱サイクリングを最小限化するように、かつＡＩＳＩ ３０４ステンレス鋼の温度サイクリングの間、８００℃の臨界酸化物スケール限度を十分下回って金型２０１上の温度を保つように、ガラス成形熱サイクル中に最小限化される。成形プレートセグメントの内側および金型２０１にわたる内部温度勾配は、好ましくは、適正かつ一貫した形状を有するガラス２１２を複製するよう、反り傾向を低減するように最小限化される。金型２０１は、好ましくは、吸収を最小限化するために、ガラス２１２によって伝達および放出される熱放射に対する高い反射率のために被覆される。金型の面板または面シートの残余弓状変形は、剛体枠組みを横断して位置する締結具によって抑制される。ガラス板２００が所望のディッシュ構成２１２に成形された後、金型面は、次のガラス板２００を成形するために使用される前に、強制空気対流によって熱平衡状態にされ、好ましい開始温度に戻される。下層構造は、成形のわずかな放射被曝中に、効果的に無熱のままであり、有意な熱歪曲を受けない。
【００７６】
金型の反射率を増加させるための好ましい方法は、最大で４００℃の温度で数ヶ月使用した後に高い反射率を維持する、１０〜５０ミクロンの対摩耗性、高反射性で、均一に厚く、頑強で高密度の金属膜で表面を被覆することである。電解または無電解めっき、スパッタリング、プラズマおよび溶射、蒸着、およびこれらの方法の組み合わせ等の、被覆方法が好まれる。好ましいめっき金属は、クロム、ニッケル、および金、白金、ロジウム等の貴金属、ならびにニッケル・クロム、ニッケルをドープしたリン、プラチナ・ロジウム、およびプラチナ・イリジウム等の耐熱合金を含む。
【００７７】
可能な限り最低の費用で非常に多数のガラス反射器１を供給するために、上記で説明されるガラス成形および裏面銀めっき工程は、好ましくは、ガラス生産量全体が太陽光反射器１の形となる、フロートガラス工場に組み込まれる。フロートガラス工場に統合するために必要とされる速度での成形工程を提供する、本発明による自動連続工程が、図４８で概略的に示されている。フロートガラス２３１は、溶解炉およびスズフロート槽２３０から引き出され、そこでガラスは、コンベヤシステム２３２上に約６００℃のリボン２３１として出現する。ここで、フロートガラス２３１は、依然として高温である間に正方形の板２００に切断される。生産ラインにおける成形ステップの前に高温ガラス２３１を板２００に切断する、１つの好ましい方法は、全ての切断方法の中で最も古く、最も安価である、スコーリングおよび破断によるものである。これは、切断される領域中で全体的または局所的のいずれかで、ガラス２３１が約３５０℃を下回る脆化温度に冷却されることを要求する。切断するためだけにガラス２３１を冷却する必要性を回避する、代替的な好ましい方法は、レーザ切断である。高温ガラスリボン２３１の高速切断のための好適な高エネルギーレーザシステムは、Ｃｈｕｉの米国特許第３，８８５，９４３号、Ｃｈｕｉの米国特許第３，９３０，８２５号、およびＦｒｅｎｃｈの米国特許第３，９３４，９９５号で開示されており、その全ては参照することにより本明細書に組込まれる。
【００７８】
切断装置２３３（例えば、レーザ切断デバイスまたはスコーリングおよび破断デバイス）を使用してガラスリボン２３１から切断される、実質的に平坦な切断された板２００は、角クランプ２０２による角からの取扱を可能にする剛性まで冷却される。いったんクランプ２０２によって把持されると、板２００は、沈下金型２０１より上側に位置付けられる。次いで、金型２０１および板２００は、成形トンネル２０７に進入し、そこで、８００℃から１２００℃の範囲の温度の拡張黒体からの強力な放射エネルギーがガラス２００の頂面に衝打し、たわんだガラス板２１４をもたらす下垂温度まで急速に引き上げる。上記ですでに説明されているステップによる、高温ガラスの成形は、高温トンネル内で行われる。ガラスを形状２１２にたわませ、伸展させ、成形するステップは、重力によって迅速に達成され、所望であれば、圧力の印加によって加速される。縁成形ツール２１０は、板の角クランプ２０２の除去後の角における縁を含む、巻かれた縁２１１を形成する。成形が完了した後、ガラス２１２は冷却トンネル２１３に進入し、そこで、対流および熱の放射の両方によって、放射を吸収する低温表面まで迅速に冷却される。その形状を保つのに十分な剛性を回復するほど冷却されると、形成されたガラス２１２は、その金型２０１から除去され、焼鈍および冷却のためにガラス２１２を移動させるコンベヤライン２１３に移送される。金型２０１は、循環させられ２３５、生産ラインに再導入される。
【００７９】
生産ライン２３４のはるか下流の端では、好ましくは、低放出建築用窓の製造においてフロートガラス上に銀および誘電体層を堆積させるために使用されるものと同様である、真空プラズマ支援工程によって、銀が塗布される。従来の鏡の加工の実践後、ガラス２１２の銀表面および前縁が、好ましくは、同様にプラズマ堆積によって、銅フィルム酸化障壁で上塗りされる。最後に、銅フィルムおよび鏡の縁は、耐候性ポリマーシールで粉体塗装される。出来上がったガラス反射器１は、積層可能であり、トラッカー１０７およびエネルギー変換器４と統合するため、およびソーラーファーム敷地に設置するために積層され、出荷されてもよい。
【００８０】
フロートガラスの代替的実施形態では、ガラスリボン２３１は、切断装置２３３によって切断された後、１つの生産ラインが故障した、または動作が減速した場合に、継続的な生産を確実にするように、２つ以上の成形ラインに投入される。加えて、全ての成形ラインが故障した場合に、平坦なガラス板２００を冷却し、包装するように、別個の分岐が提供されてもよい。ガラス板２００は、オフラインで成形するために保管されてもよい。
【００８１】
フロートガラス工場で対応可能な全生産率で連続生産を支援するために必要とされる、金型２０１の数および生産ラインの長さは、各金型２０１のサイクル時間に依存する。例えば、このサイクル時間が２００秒であり、処理される新しい板２００が１０秒ごとにスズフロート槽２３０から出現する工程では、２０個の金型２０１が一度に使用されていなければならない。本発明の製造工程は、金型のサイクル時間を最小限化し、したがって、生産ライン上で使用中の金型２０１の数および設備のサイズを最小限化するように設計される。金型のサイクル時間は、大部分は熱平衡および熱伝達係数によって設定される。例えば、ガラス２１４を加熱し、軟化させるステップに関与する、熱平衡および熱伝達時間、ならびに、伸展し、熱平衡し、金型２０１から解放することができるようにガラス２１２を剛体にするよう冷却するために必要とされる時間が、金型のサイクル時間に影響を及ぼす因子となる。
【００８２】
ガラス板２００を成形するために到達される温度は、比較的短い時間でたわみおよび伸展を達成する必要性によって決定される。重力下でガラスが皿形状２１２に伸展する速度を決定するために、たわみとともに失われる重力ポテンシャルエネルギーは、粘性のあるガラスを伸展させることによって消散したエネルギーと等しい。例えば、その角２０２で締め付けられ、ガラスの膜型伸展によって、それ自体の重量でたわんでいる正方形の板２００について、ほぼ以下のように、中心におけるたわみ深度「ｓ」が時間「ｔ」および粘度「η」の立方根とともに増加することを示す。
【００８３】
ｓ＝（ｃｇρｘ４ｔ／η）１／３ （１）
式中、「ｃ」は、定数（約０．０４４）であり、「ｇ」は、重力による加速度であり、「ρ」は、ガラス密度であり、「ｘ」は、金型支持材の間の平均径間長であり、「η」は、剪断粘度である。５００〜７５０℃の温度範囲の典型的な市販のソーダ石灰ガラスの剪断粘度は、η＝ηｏｅｘｐ（Ｂ／Ｔ）として絶対温度Ｔとともに変動し、式中、ηｏ＝１．６×１０−１８ポアズおよびＢ＝５．８×１０４Ｋである。６５０℃から７５０℃の間の好ましい成形温度範囲については、粘度は、４．３×１０９ポアズ（６５０℃）から９×１０６ポアズ（７５０℃）に低下する。
【００８４】
３．１平方メートルの好ましい反射器の具体的な寸法の例として、上記の方程式から中心で好ましい深度ｓ＝０．７９５ｍまでたわむ時間は、７１０℃で約２０秒であり、１０度ずつの温度変化について２の因数だけ変動する。したがって、工程の上側温度は、７１０℃の領域中となる。極端な場合には、１分間の取扱における歪曲は、５００℃未満の温度でごくわずかなレベルまで低減される。
【００８５】
本発明で説明される工程では、これらの温度の間の加熱および冷却は、大部分が放射伝達によって達成される。加熱のためには、これらの温度における熱放射が大部分はガラスによって吸収されるため、８００〜１２００℃の実質的に連続的な黒体からの放射が好まれる。したがって、厚さ４ｍｍのガラス板２００は、片側で９００℃の黒体から放射によって５０秒間、１２００℃の黒体から２０秒間、室温から７１０℃の平均温度まで加熱されてもよい。ガラス２００は、加熱の開始時により熱く、より少ない時間が必要とされる。
【００８６】
急速放射加熱後、ガラス２１４は、はるかに熱く、したがって、加熱側で粘度が低い。ソーダ石灰ガラス板にわたる伝導による平衡のための時定数は、３ｍｍの厚さに対して約１９秒、４ｍｍの厚さに対して約３４秒、５ｍｍの厚さに対して約５３秒である。ガラス２１２が金型形状を帯び、縁２１１が巻かれる際に、ある程度の平衡が好まれる。成形が完了すると、ガラス２１２は、４ｍｍの板については約５０秒かけて、低温吸収面２１３への放射によって約７１０℃から５００℃に冷却され、その後、除去前に平衡のために５００℃で約３０秒続く。
【００８７】
順序通りに行われる上記の操作による、４ｍｍの厚さのガラスを成形するための金型サイクルは、例えば、９００℃の放射による加熱のための約５０秒、たわませるための２０秒、平衡、金型への定着、および縁の成形のための３０秒、放射冷却のための５０秒、除去前の平衡のための３０秒、および再装填のために金型２０１を戻すのに６０秒といった、合計で２４０秒を含んでもよい。１０秒のガラスサイクル時間にわたって、２４個の金型が一度に使用中であり、熱処理部分である、高温成形および冷却は、１８０秒かかる。４メートルの金型間の分離、したがって、０．４ｍ／秒のライン速度について、成形ラインの長さは、約７２メートルとなる。
【００８８】
上記の大量工程の進展中、ガラス反射器１は、積み重ねられた低温ガラス板２００から、より遅い速度にてオフラインで製造されてもよい。初期段階は異なり、低温ガラス板２００が安全に取り扱われ、破損を伴わずに沈下金型２０１に運ばれることを要求する。低温板２００は、低応力状態において数ｍｍ以内でガラス２００をすべてにおいて平坦に保つ、多重カップ真空揚力固定具を伴う垂直積層から選ばれる。次いで、板２００は、水平に旋回させられ、処理フレーム上の角グリップ２０２を使用して角から把持される。真空処理固定具は、板２００を取り外すように解放され、ガラスは、その把持状態でわずかに弛緩する。板装填手順および非平行移動角グリップ２０２は、最大引張応力を３．５ＭＰａの安全限度以下に保つ。
【００８９】
このようにして処理フレームに装填されるガラス板２００は、約５００℃のピーク温度までの従来の予熱トンネルを通して搬送される。そこから、その処理フレームを使用するガラス板２００は、図２６のように、成形金型２０１と噛合され、工程は、前述のように継続する。
【００９０】
当業者であれば、本開示の便益を有した後に、本明細書で説明される実施形態に修正および変更が行われてもよいことを理解するであろう。全て本発明の範囲および説明から逸脱することなく、変更が製造工程のステップに行われてもよく、追加ステップが追加されてもよく、異なる材料が置換されてもよく、同等の特徴が使用されてもよい。本開示は、ある現在好ましい実施形態および実施例のみを記載しており、本発明の範囲内に包含される全ての変化例および実施形態を説明する試行は行われていない。したがって、本発明の範囲は、本明細書に添付の請求項によって定義され、上記の説明で記載される具体的実施例に限定されない。
【背景技術】
【０００１】
気候の変化は、多大な注目を受けている重要な問題として認識されている。化石燃料からのエネルギーの世界的生成の結果として、大量の温室効果ガスが大気中に蓄積している。多くの専門家らは、この蓄積を減速させるか、または無効にするために、すぐに何かが行われなければ、気候および我々が暮らす世界が破滅的結末を被ると考えている。専門家らは、わずか数度の地球の温度の上昇が極氷を融解させ、多くの沿岸都市を水中に沈めるほどの海面の上昇をもたらすと予測している。植物および動物の多くの種の絶滅も、数人の科学者らによって予測されている。エネルギーを生成するために化石燃料を燃やすことによる、これらおよび他の有意な悪影響を考慮すると、有意な温室効果ガスを生成することなく費用効率的な方式でエネルギーを生成することができる、方法および装置の有意な必要性がある。
【０００２】
本発明は、強力に集光された太陽エネルギーを必要とするか、または集光された太陽光によって、より効率的またはより費用効率的になる、工程によって、有用な電気または化学エネルギーへの太陽エネルギーの変換を促進することを対象とする。具体的には、本発明は、光起電または熱工程を通した電気生成のための装置を対象とする。それはまた、熱または熱化学反応によって太陽エネルギーを化学エネルギーに変換するために使用されてもよい。
【０００３】
熱変換の効率は、高変換効率のために、高温、したがって高度に集光された光を必要とする、熱力学の第２法則によって制限される。光起電力変換効率も、高度に集光された光で改善されてもよい。したがって、過去には、高集光度で太陽エネルギーを変換することの問題に、有意な取り組みおよび注意が向けられてきたが、結果は全く満足できるものではなかった。高度に集光された光において、より効率的に動作する太陽光変換デバイスの可用性にもかかわらず、高集光太陽エネルギーシステムは、まだ地球規模の太陽電気生産における主要な要因になっていない。高集光システムにおける従来の試行の有意な欠点は、太陽光変換デバイスに高度に集光された光を提供するために必要とされる、光学機械システムの高い費用であった。従来の取り組みは、部分的には、光学集光器の不利な規模サイズのため、費用競争力がなかった。これらの従来の試行はしばしば、電力の非常に低いレベルまたは非常に高いレベルのいずれか一方で集光された太陽光の入力を必要とする、特定の変換デバイスの使用を伴い、そのような電力要件は、大部分で、太陽光集光器の非常に小さい、または非常に大きい光学的開口をもたらした。この設計アプローチは、生成された電気（または他の形態のエネルギー）の単位あたりの費用を適切に最小限化できなかった。
【０００４】
過去には、小さいユニットサイズが、ほとんどの光起電力変換器に好まれた。これは、非効率および高い費用をもたらした。小型光学集光器を伴う多数の小型ユニットのアレイは、広い面積にわたって配列された、多くの小型光学および電気および熱的構成要素を伴って、大型であるとともに複雑であるため、製造し、組み立て、輸送するのが高価であった。また、小型ユニットのアレイは、大規模で剛性をほとんど与えず、２軸太陽光トラッカー上の重荷として携行される。構造部材の形での多大な追加重量は、重力および風の屈曲を制御するため、およびトラッキング台との接続を行うために必要とされた。この設計アプローチは、そのようなシステムで使用されるトラッカーの費用を有意に増加させ、生成された電気（または他の形態のエネルギー）の単位あたりの適切に最小限化された費用を達成できなかった。
【０００５】
過去には、非常に大きいユニットサイズが、高集光度で非常に高い太陽光電力入力を必要とする太陽熱システムに好まれた。これらの要件を満たすように２次元で集光する大型光学部は、非効率をもたらした。いくつかのシステムでは、熱変換器ユニットが、単一の大型ディッシュの焦点に載置され、ディッシュエンジンアセンブリが、２軸トラッカーによって携行された。他のシステムでは、熱変換器ユニットが、タワーの上に固定され、ヘリオスタット上にある典型的には数千もの平面鏡のフィールドによって、その上に太陽光が集光された。これらの設計アプローチの両方は、送達されたワットあたりの集光器システム費用を最小限化する点で準最適であり、生成された電気（または他の形態のエネルギー）の単位あたりの費用を適切に最小限化できなかった。
【０００６】
大型単一ディッシュについて、構造の複雑性ならびに単位面積あたりの質量および費用は全て、ディッシュの面積とともに上昇する。過去には、多くの小型湾曲反射器セグメントとから組み立てられた大型反射器を使用するために、試行が行われた。多数の湾曲反射器セグメントから作られた大型反射器では、各個別セグメントは、放物面バックアップトラス構造上で整列させられなければならない。この方式で組み立てられた複合大型反射器は、重く、製造し、組み立てるのが高価になる傾向がある。多くの場合において、大型円形ディッシュは、２軸トラッカー上に個別に載置され、大型ソーラーファームに設定された。そのような大型円形ディッシュは、早朝および夕方前の有意な自己遮蔽を回避するように、十分離間しなければならず、土地の準最適利用をもたらす。大型円形ディッシュのさらなる不利点は、単位面積あたりの比較的高い風荷重であり、それは、風荷重に抵抗するために、より重く高価な支持構造を必要とした。
【０００７】
過去には、非常に高い電力の集積が、ヘリオスタットのフィールドを使用することによって試行された。このアプローチの有意な不利点は、所与の反射器面積を持つトラッカーの不十分な使用であった。ヘリオスタット鏡の多くに入射する太陽光が、通常の入射とは程遠い角度にあるため、この非効率性が生じ、したがって、発電塔に送達された太陽光電力の毎日の平均は、太陽に対面するように各鏡を追跡することができた場合に捕捉することができたもののわずかにすぎなかった。別の不利点は、ヘリオスタット用の多くの小型２軸トラッカーの機械的複雑性であった。
【０００８】
多くの従来の太陽集光器システムにおけるさらなる困難は、それらの２軸トラッカー上に置かれた空間的要求であった。垂直台座上のコンパクトな高度対方位角の台が使用されてきた。典型的な設計が仰角軸に関して平衡を保たれ、したがって、典型的には高い集中駆動荷重を被り、その結果として、重い駆動機構を必要とした。当然ながら、重い駆動機構は、そのようなシステムの費用を増加させ、太陽エネルギーシステムにおいて、費用は、成功を失敗から分離する重要な要因である。熱的変換のための大型高集光ディッシュはしばしば、アームが、流体加熱器、エンジンまたはタービン、および電磁発電機を焦点において支持するために、大型放射状開口部によって機械的構造が特に損なわれた。
【０００９】
集光された太陽光を使用するための従来のシステムは、有意な改良の余地を残している。太陽エネルギーシステムは、化石燃料を燃やすことによって生成される電気に対抗する費用で太陽エネルギーを使用して、電気を生成することができるまで、大気中の温室効果ガスの削減に有意な影響を及ぼす可能性が低い。費用は、太陽エネルギーシステムにとって重要である。実際に、費用は、非常に重要であるので費用だけで成功と失敗との違いを生み出すため、強調し過ぎることはない。太陽光発電による電気が、化石燃料を燃やすことによって生成される電気よりも費用がかかる限り、太陽光電力が大気中の温室効果ガスの削減に有意な影響を及ぼす可能性はほとんどない。低い総システム費用を有し、化石燃料を燃やすことによって生成される電気に対抗する費用で電気を生成することができる、太陽光変換システムの製造のための装置および方法の長年にわたる必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発明の目的および特徴
本発明の中心的な目的は、低費用で電気および他の形態の太陽光電力を生成するための装置および方法を提供する。本発明は、単位電力あたり最低費用で、高度に集光された太陽放射を高効率変換ユニットに送達する装置を伴う。この目標を達成するために、設計最適化工程において、太陽光変換システムにおける各個別ユニットに送達された全太陽放射は、可変パラメータとして見なされ、単位光収集システムおよび関連機械構造の開口は、生成された電気のワットあたりの最小費用を見出すように変動された。ワットあたりの最小費用で電力レベルを確立することによって、この電力レベルで極めて効率的な変換ユニットを再び最適化することができ、効率の損失または単位電力あたりの変換費用の増加がほとんどないか、または全くなかった。例えば、本発明に従って使用される集光太陽電池の場合、約５０Ｗ以上の単位レベルに集積される入力電力が、能動冷却とともに複数の高密度に密集した電池を組み込み、全ての電池の平等な照射を提供する、変換ユニットに収容されてもよい。太陽電池を採用するシステムで有用であることに加えて、本発明には、最適化された熱および化学変換ユニットのための低費用入力電力を提供する利点もある。
【００１１】
本発明の１つの特徴は、ワットあたりの費用を最小限化する電力レベルが、以前の太陽光集光システムによって辛うじて届いた範囲である、約１ｋＷから約２０ｋＷの中間範囲で達成可能なことである。
【００１２】
本発明による太陽放射の集光は、２軸トラッカーによって太陽に実質的に直接向けられた、中間サイズ一体ディッシュ反射器の厳格に相互整列させられたアレイによって行われる。各中間サイズディッシュ反射器は、反射器の焦点におけるコンパクトな変換器に電力供給する。本発明の利点は、複数の比較的単純であるが本質的に大型のエネルギー収集要素から、コンパクトなエネルギー変換ユニットを明確に分離することである。このようにして、３つの主要構成要素、すなわち、反射器ディッシュ、トラッカー、および変換ユニットの大量生産、輸送、組み立て、性能向上、および保守の側面を、別々に最適化することができる。本発明によれば、ユニットに電力供給するために必要な反射器ディッシュの面積よりも断面積がはるかに小さい変換ユニットを使用することによって、光学スループットが最大限化される。
【００１３】
日中、太陽は東に昇り、空を横断して移動し、西に沈む。太陽が空を横断して移動するとき、太陽の方向を指すように、反射器の配向を調整する必要性がある。費用競争力がある太陽光発電システムを作るために、太陽を追跡するために使用される支持機械構造の費用を最小限化することが重要である。これは、複数の反射器および変換器ユニットを剛体の軽量空間フレームで支持することによって、本発明に従って達成される。本発明による空間フレームは、収集された光の単位面積あたりの質量を最小限化しながら剛性を最大限化する、剛体で軽量の開放トラス構造である。開放トラス構造は、３つの次元で延在して、重力および風による屈曲に対する高い剛性と、時折の非常に激しい風を乗り切る高い強度との両方を達成する。２つの次元は、収集される太陽光の面積を横断して延在し、第３の次元は、下側の反射器ユニットおよび上側の変換器ユニットを連結する光軸に沿って、垂直方向に延在する。
【００１４】
本発明によれば、反射器およびトラッカーの費用は、ガラスおよび鋼鉄等の安価な材料の使用によって、さらに最小限化される。本発明の特徴は、個々の反射器が、離散隣接セグメントのアレイとは対照的に、大型ガラスモノリスの形を成すことである。一体構造は、ガラス反射器の製造および統合を単純化し、単位面積（面積密度）あたりの所与のガラスの厚さおよび質量に対する、単位面積あたりの支持点の数を最小限化する。
【００１５】
本発明の１つの特徴は、主要なディッシュ光学部が、太陽面の直径によって設定される集光限度において中程度の劣化しかもたらさない光学的品質を有し、短焦点比の略放物面反射器の直接焦点において、好ましくは１０，０００倍の高集光度で太陽放射を送達できることである。そのような高集光度は、実際の変換の時点で常に必要とされるわけではないが、剛体空間フレーム構造の正確な追跡とともに、この集光レベルは、太陽光集光の利点を活用するように、変換ユニットの設計の最大融通性を提供する。
【００１６】
各２軸トラッカーによって携行される反射器のアレイのアスペクト比が幅広く、かつ低いことが、本発明の別の特徴である。この好ましい設計で提供される水平延長は、複数のユニットのフィールドにおける隣接ユニットによる、低い太陽高度における遮蔽を最小限化し、したがって、土地利用を最大限化する。この好ましい設計はまた、風荷重も最小限化する。
【００１７】
本発明の特徴は、駆動部が、駆動モータからの寄生荷重を有利に最小限化する高い機械的利益を有することである。本発明の付加的な特徴は、駆動要素が大きい半径で適用され、それが駆動構成要素の駆動力および質量を有利に最小限化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本開示は、１）変換ユニットによる電気エネルギーの生産のために集光された太陽光を送達する装置と、２）そのような装置を作製する際に使用するために好適な銀めっきされたガラス反射器の製造方法とを含む。
【００１９】
本発明による装置は、各反射器ディッシュより上側にコンパクトな太陽光変換ユニットを担持するための措置とともに、剛体アレイに相互整列させられる複数の大型ディッシュ反射器を組み込む。反射器および変換器ユニット用の支持構造は、３次元空間フレームとして作製され、反射器を変換ユニットに連結する部材が構造に奥行きを提供し、したがって、高い全体的剛性を与える働きもする。空間フレームは、仰角軸受および駆動部とともに、方位角軸受および駆動部を伴う２軸の高度対方位角のトラッカー用の仰角構造を提供する。太陽に対面するよう反射器アレイが配向されるように、トラッカーが位置付けられると、強力に集光された太陽光は、変換ユニットまたは変換器ユニットに送達される。本発明は、光起電または熱工程を通して発電する変換ユニット、または熱あるいは光化学反応によって太陽エネルギーを化学エネルギーとして貯蔵する変換ユニットを含む、種々の変換ユニットとともに有利に使用されてもよい。
【００２０】
好ましくは、装置とともに使用される変換器ユニットは、反射器ディッシュを有意に遮蔽しないよう小型である。一式の変換器および適切な熱交換器を含む、本発明による装置は、内蔵型太陽光電力変換システムを形成する。本発明は特に、大量生産されてもよい、複数のそのような内蔵型太陽光電力変換システムを採用することによって、大規模で太陽エネルギー変換を提供するように適合される。太陽光電力変換システムの大規模アレイは、米国の南西部の砂漠等の強力な直射日光を有する場所で、有利に配置または配備されてもよい。
【００２１】
本発明による、単一の２軸トラッカー上の複数の最適なサイズの反射器ディッシュを使用することから、有意な便益および利点が実現される。この構成は、（集光された太陽光の単位電力あたりの質量に関して）材料の効率的な使用を可能にする。好ましくは、アレイは、風および重力による力およびモーメントを最小限化するように、仰角軸受の周囲で平衡を保たれる。反射器は、好ましくは、剛体空間フレームの中に配列され、空間フレームは、全体的な剛性を最大限化する一方で、同時に、個々の反射器ディッシュ、変換器ユニット、ならびに仰角軸受および駆動部用の載置点を担持するように最適に配置される結節点を提供するように、３つの次元全てに１次支柱を有する。本発明の最も好ましい実施形態では、空間フレームは、大部分が、対角ブレイスを伴う鋼鉄支柱の長方形の枠組みから成る。空間フレームの各大型セルは、下側にディッシュ反射器を、上側にその関連変換ユニットを収納する。
【００２２】
ディッシュ反射器は、好ましくは、裏面が銀めっきされた低鉄フロートガラスの大型モノリスとして作製され、各ディッシュ反射器が開放トラス構造によって支持されている。ガラスの上方保護および構造機能、および銀の非常に高い反射率により、裏面が銀めっきされたガラス反射器がこの発明に好まれる。ガラスは、広範囲の空間規模で反射器の実体を保つ、その剛性ならびに化学および寸法安定性によっても、好まれる。大型反射器は、より小さいセグメントのアレイよりもむしろモノリスとして作製された時に、構造的により効率的であるため、ガラスの一体構造が好まれ、大型ガラスモノリスは、本明細書で開示される製造の方法によれば、低費用で非常に大量に製造されてもよい。銀が好ましい反射材料であるが、アルミニウム等の他の材料が、ある程度の性能の劣化を伴って銀に代替される場合がある。裏面が銀めっきされたガラス反射器の寿命および安定性は、屋外気象条件に暴露された太陽光用途における良好な耐久特性を提供する。その低い太陽エネルギー吸収度により、低鉄ソーダ石灰シリケートガラスが好ましい材料である。しかしながら、当業者であれば、本発明の精神から逸脱することなく、他の材料が代替されてもよいことを理解するであろう。「ガラス」という言葉が以下の説明で使用されるが、特に記述がない限り、低鉄ソーダ石灰フロートガラスが本発明に好まれることを理解されたい。
【００２３】
好ましくは、ディッシュ反射器は、軸対称凹面形態と、実質的に正方形または六角形の周囲とを有する。反射器は、間隙およびエネルギー損失を最小限化するよう、サイズおよび形状が合致した支持空間フレームの隣接したセルの中に配列される。反射器は、好ましくは、単位面積あたり最小費用での製造および費用の両方を促進するように、比較的大きい最適サイズであるとともに一体的である。設計の重要な特徴は、剛性を増加させて支持点の数を削減し、したがって、各ガラスモノリスの製造および設置の費用を削減するように、一体反射器ディッシュに巻かれた縁が提供されることである。巻かれた縁は、構造的利点を提供し、以前は太陽光ガラス反射ディッシュの成形で活用されていなかった。反射器は、好ましくは厚さ約４ｍｍのガラスで作られており、好ましくは約５０センチごとに離間したパッドによって、開放トラス上で支持される。反射器は、好ましくは、柔軟接着剤で支持パッドに接着される。ディッシュは、焦点付近で使用するために選択される発電機または変換器ユニットの設計に従って最適化される、放物面形状または別の凹面形態を有する。
【００２４】
反射器およびそのアセンブリの単位面積あたりの費用を最小限化するために、個々の一体ガラス反射器ディッシュは、ある費用便益トレードオフを使用してサイズが最適化され、好ましくは、他の重要な検討事項と一致して実用的であるくらいに大型に作製される。本発明は、ガラス反射器ディッシュが、概して強く好まれる約３．３ｍである、フロートガラス生産の完全標準幅で作製されることを可能にすることによって、有意な費用節約を有利に提供する。各大型正方形または六角形反射器は、好ましくは、剛体で軽量の鋼鉄トラス支持材に取り付けられる。１つの好ましい実施例では、トラスは、その上面に、厚さ約４ｍｍの実質的に正方形のモノリスの取付のために、４×４グリッド中の１６点のクレードルを提供し、トラスは、長方形の仰角空間フレームの単位セルの下隅に付着するように、下側に延在して正方形の中に４つの結節点を形成する。幅３．３ｍのガラスから形成された好ましい正方形の反射器について、活動面積は約９平方メートルであり、したがって、各ディッシュ焦点に送達される、集積された太陽光電力は、（１平方メートルの日射あたり１０００ワットおよび９０％以上の平均反射率に対して）典型的には約８ｋＷである。本発明のこの好ましい実施例とともに使用するために最も適切な変換ユニットは、ユニットあたり約８．５ｋＷの入力電力で効率的に動作することができるものである。
【００２５】
上記の制約を総合すると、実質的に正方形の皿状反射器用の単位反射器セルは、好ましくは、正方形の断面を伴う直角柱の形を成す。反射器の好ましい実施形態は、単位セルの正方形の下端の隅から支持され、コンパクトな変換器または発電機は、好ましくは張力を受けて、薄い対角要素によって反対の上端の隅から支持される。単位セルは、変換器面だけでなく６面全てを横断する対角部材を有し、３つ全てのたわみ方向および３つ全てのねじり方向で極めて堅くなる。複数のそのような単位反射器セルは、深い剛体仰角空間フレームを形成するようにアレイの中で連結される。２軸トラッカーの仰角構造は、好ましくは、剛体空間フレームを形成するように構成される、セルのｎ×ｍアレイを備える。この空間フレームは、ユニットの横列の間にオフセットを組み込んで、機械的性能を改善してもよい。いずれにしても、ほとんどの構造部材は、関連反射器との堅固な整列でユニット変換器を局所的に担持するとともに、非常に堅い空間フレームを全体的に提供するように作用する。低費用と性能との間の最適なトレードオフを達成するために、トラス支柱の断面は、好ましくは、最大動作荷重下のたわみが、異なるディッシュ軸の曲げの不整合に対する量に近い一方で、最大存続風荷重において、応力が破壊限界に近いように選択される。本発明による空間フレームおよび支持構造の構成は、低費用での有意な構造的完全性を達成するように設計されており、これは太陽光電気を生成するための実用的な競合システムにおける決定的な検討事項となり得る。本発明による空間フレーム構造は、単位電力あたり最小質量で必要な性能を生じ、削減された全体的費用という有意な利点を達成する。
【００２６】
高度対方位角の構成を両方とも採用する、２つの好ましい実施形態を以下で説明する。第１の大型の説明された実施形態は、単位セルが共通光軸に対して垂直な同一平面アレイの中にあり、方位角軸受が地面に固着された水平トラック上で旋回する、構成を例証する。第１の例証された実施形態は、水平面部位上に構築された、より大規模のユニットにより好適である。本発明の例証された大型実施形態は、通常の３×９要素空間フレームの中に２７個の単位セルを有する。剛体仰角構造は、その重心付近で仮想枢軸を形成する、２つのブレイス付きＣリングを伴う空間フレームを含む。Ｃリングからの荷重は、４隅台車を伴うスクワット方位角プラットフォームを介して、地上の円形方位角トラックにほぼ直接運ばれる。各台車は、Ｃリングを支持する上向きの車輪と、方位角トラックに乗る、真下にある下向きの車輪とを有する。
【００２７】
高度対方位角の構成を採用する、第２の説明された実施形態では、仰角構造は、単位セルの２つの交互列を備え、上列が後に設定され、下列が前方にある。最上列の前底縁は、最上列の後底縁と一致して、枠組みの全長に延在し、かつその重心を通過する共通構造部材を形成し、したがって、仰角軸受の支持のための非常に堅い中心部材を提供する。この実施形態の重要な特徴は、完全かつ非常に堅い空間フレームおよび仰角構造を形成するために、２列のセルに加えて、少しの構造しか必要とされないことである。この例証された実施形態では、反射器セルの各列は、仰角軸軸受を収容するように中心の狭いセルも含む。方位角運動は、仰角軸より下側で中心に置かれた台座に関する。この台座は、好ましくは、砕石または収集された地面の粗石がある地面の穴の中に設定された、鋼鉄トラスの形を成す柱の上で枢動し、好ましくは、費用を最小限化するために、アセンブリ全体でのコンクリートの使用を回避する。
【００２８】
上記の実施形態で使用するためであり、かつ他の代替的実施形態で有用性がある、太陽光集光器に組み込むための銀めっきされたガラス反射器は、フロートガラスを使用する低費用方法に従って製造されてもよい。この製造方法は、太陽光電力システムの全体的費用を有意に削減することに貢献する。
【００２９】
反射器製造工程の開始点は、フロートガラスである。フロートガラスは、その高品質および低費用により、強く好まれる。フロートガラスはまた、極めて大量にガラス反射器の生産を可能にすることができる成熟した技術も採用する。大気中の温室効果ガスおよび炭酸ガス汚染の低減に有意な影響を及ぼすために、非常に高い電力レベルの電気の生成のためのシステムの大量生産を促進するように、十分に低費用で、かつ十分に大量に太陽エネルギー変換システム用のガラス反射器を製造する方法を有することが望ましい。ここで説明される工程は、フロートガラス生産ラインからの新たに形成された高温ガラスを、焼鈍または冷却する前に成形することができるように、フロートガラス生産ラインに有利に統合されてもよい。本発明による製造工程は、１つの連続工程または生産ラインで作製されるガラス太陽光反射器を生産するために、フロートガラス工場の生産量全体を利用する能力を提供する。したがって、製造工程は、非常に高速で稼働するように設計され、例えば、新しいガラス反射器が１０秒ごとに作製されることを可能にし、厚さ４ｍｍの３．３平方メートル板のために、フロートガラス工場の典型的な生産速度に適応することが可能である。製造工程は、代替として、所望であれば、より遅い速度にてオフラインで行われてもよいが、開示された製造方法による高い生産速度の能力は、本発明によって提供される重要な利点である。
【００３０】
製造工程における第１のステップは、新たに形成され、依然として高温であるが剛体のフロートガラスリボンを、反射器サイズの断片に切断するステップを含む。この後に、完全体金型より上側に各反射器サイズのガラス片を位置付けるステップが続く。次いで、各反射器サイズのガラス片は、その角が横方向運動に対して拘束されている間に加熱される。反射器サイズのガラス片が加熱環境中で軟化するにつれて、ガラスは、たわんで伸展し、金型の周囲に触れて一致し、そうでなければ、皿状反射器の近似形状を成すように自由に降下する一方で、その平滑な鏡面仕上げを保つ。角の拘束は、ガラスがたわむ際にあらゆるところで伸展させることによって、しわを防止するように提供される。ディッシュの所望の形状は、反射器サイズのガラス片が金型の完全本体に到達し、それを横断して軽く触れると、反射器サイズのガラス片によって獲得される。この方法は、ガラスの前面または裏面のいずれか一方の光学平滑性を有意に低下させることなく、反射器サイズのガラス片の正確な成形の目標を達成する。金型との接触によって損なわれるガラス面積の割合を十分１％以下に保つという利点を提供しながら形態を正確に画定するよう、ステンレス鋼金型が、好ましくは、それに機械加工された尖頭溝とともに使用される。反射器サイズのガラス片が依然として柔らかく、凹面ディッシュが成形されている間に、ガラスを押し戻して、金型の丸みを帯びた縁に対して巻かれた縁を形成するために、形成ツールがガラスの縁で使用される。成形が完成するとすぐに、反射器サイズのガラス片は、有意な歪曲を伴わずに金型から除去することができる時点まで硬化するように、急速に冷却されてもよい。連続生産ラインでは、金型は、生産ラインの始めに戻され、次の反射器を成形するように再利用されてもよい。熱サイクリングが金型の寿命を短縮し得るため、金型の熱サイクリングを最小限化することが望ましい。開示された製造方法は、成形されているガラス片に対応する金型の動作面の尖頭溝を使用することによって、金型の熱サイクリングを最小限化するという望ましい結果を達成し、溝は、ガラスから金型への熱伝導を最小限化する。好ましい製造方法によれば、金型の熱サイクリングは、加熱および冷却中に経験される熱放射束に対して極めて反射性となるよう、成形されているガラス片に近接する動作金型表面を被覆することによって、さらに低減される。
【００３１】
放射熱伝達は、望ましい高い生産速度を達成するために、成形されているフロートガラス片を加熱および冷却する好ましい方法である。好ましくは、例えば、生産ラインにおいて、フロートガラスの板の典型的な工場生産速度に対応するように構成される、多くの金型が同時に使用される。好ましい製造工程による金型サイクルは、反射器サイズのガラス板を、金型との対応する関係に位置付けるステップと、ガラス板を軟化させるように、急速放射加熱によってガラス板を加熱するステップと、金型を横断してガラス板をたわませ、伸展させ、定着させることによって、ガラス板が反射器に成形されるまでガラス板を加熱環境中で維持するステップと、ガラス板の縁を成形するステップと、急速放射冷却によってガラス板を冷却するステップと、焼鈍および冷却するために成形されたガラス反射器を除去するステップと、再装填するために金型を戻すステップとを含む。開示された製造工程は、ガラス反射器の迅速な生産が可能であり、これらのステップの完了のために、約３分の推定処理時間を達成するように適合される。開示された製造工程によって提供される生産速度の利点は、本発明に従って生産ラインで２０個以上の金型を使用することによって、約１０秒ごとに新しいガラス板が成形されたガラス反射器に加工されてもよいことを考慮することによって、より明白となる。２０個の金型を使用する、そのような生産ラインでは、約１００メートルの生産ラインの長さが、金型間の分離の約２０倍以上である生産ラインの長さに基づいて、金型が戻される前に数分の熱処理を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】２軸追跡システムを伴う可動支持材上に載置され、分散型太陽光変換器ユニットを有する、反射器のアレイの斜視図である。
【図２】２軸追跡システムの仰角軸に沿って見られた、図１による実施形態の側面図を示す。
【図３】太陽の方向から見たような、光軸に沿って見られた図１による実施形態の上面図を示す。
【図４】放物面反射器、およびボールレンズを有する特に好ましい変換器ユニットを示す、図１による実施形態の拡大斜視図（部分）である。
【図５】明確にするために支持構造の全てが除去されている、本発明による太陽光変換器ユニットの焦点において使用するためであって、ガラスボールレンズに対して適切に位置付けられた２次集光反射器の特に好ましいアレイを示す、特に好ましいガラスボールレンズの斜視図である。
【図６】ソーラーファームに好適な構成である、図１に示された好ましい実施形態による反射器の複数のアレイの平面図である。
【図７】２軸追跡システムを伴う可動支持材上に載置された代替的実施形態の斜視図である。
【図８】仰角軸に沿って見られた、低仰角で設置された２軸追跡システムを伴う図７による実施形態の側面図を示す。
【図９】仰角軸に沿って見られた、４５°仰角で設置された２軸追跡システムを伴う図７による実施形態の側面図を示す。
【図１０】仰角軸に沿って見られた、高仰角で設置された２軸追跡システムを伴う図７による実施形態の側面図を示す。
【図１１】方位角軸受および台座土台の詳細を示す、光軸に沿って見られた、水平に向いた時の図７による実施形態を示す。
【図１２】方位角軸受および台座土台の詳細を示す、光軸に沿って見られた、水平に向いた代替的実施形態を示す。
【図１３】仰角および方位角駆動部の詳細を示す、図７による実施形態の斜視図である。
【図１４】方位角チェーン駆動部の詳細を示す、図７による実施形態の斜視図である。
【図１５】図７による実施形態に対する仰角軸受の詳細を示す、斜視図である。
【図１６】ソーラーファームに好適な構成である、図１２に示された実施形態による反射器の複数のアレイの平面図である。
【図１７】ソーラーファームに好適な構成である、図１２に示された実施形態による反射器の複数のアレイの斜視図である。
【図１８】ソーラーファームに好適な構成である、図１２に示された実施形態による反射器の複数のアレイの太陽の方向からの図である。
【図１９】正方形の反射器より上側で変換器ユニットを支持する構造の詳細を示す、単一の太陽光変換ユニットの実施形態の斜視図である。
【図２０】六角形の反射器より上側で変換器ユニットを支持する代替的構造の詳細を示す、単一の太陽光変換ユニットの代替的実施形態の斜視図である。
【図２１】ガラス反射器およびその支持構造を示す、本発明の一実施形態による太陽光変換ユニットで使用するための反射器ユニットの好ましい実施形態の斜視図である。
【図２２】ガラス反射器が除去されている、支持支柱および結節点を示す、図２１に図示された実施形態による一体ガラス反射器用の支持構造の斜視図である。
【図２３】支持点のクレードルならびに図２２に示された最上支持支柱および結節点の詳細を示す、図２１に図示された実施形態による一体ガラス反射器用の支持構造の平面図である。
【図２４】荷重傾斜偏差によって引き起こされる、ガラス反射器の表面にわたる傾斜角の変化を示す、厚さ４mmに対する軸方向の１ｇ重力荷重を受けた、計算されたたわみの等高線図の斜視図である。
【図２５】図１および図７に図示された実施形態で使用するための反射器に成形される、平坦ガラス片の断面図である。
【図２６】金型上に配置された、図２５によるガラス片の断面図である。
【図２７】ガラス片が放射伝達熱によって軟化され、部分的に金型に成形されている、図２６に示されたステップ後のガラス片の断面図である。
【図２８】ガラス片が金型形状に完全に一致している、図２７に示されたステップ後のガラス片の断面図である。
【図２９】ガラス片が放射伝達によって冷却されている、図２８に示されたステップ後の成形されたガラス片の断面図である。
【図３０】成形されたガラス片が金型から除去されている、図２９による成形されたガラス片の断面図である。
【図３１】平坦なガラス板が金型より上側に担持されている、正方形の金型を示す斜視図である。
【図３２】部分的に湾曲したガラス板が金型より上側に懸垂されている、正方形の金型を示す斜視図である。
【図３３】角支持材が依然として定位置にあり、完全に形成されたガラス板が金型上に静置している、正方形の金型を示す斜視図である。
【図３４】完全に形成されたガラス板が金型上に静置し、角支持材が除去されている、正方形の金型を示す斜視図である。
【図３５】下層の支持枠組みおよび角支持材を示す、正方形の金型の部分切断平面図である。
【図３６】角支持材およびいくつかの取り付けられたフロントパネルを示す、正方形の金型の部分切断斜視図である。
【図３７】成形する前に平坦なガラス板を担持する、角支持材の断面詳細図である。
【図３８】部分的に形成されたガラス板を担持する、角支持材の断面詳細図である。
【図３９】角支持材が依然として定位置にある、金型上に静置している皿状ガラス板を担持する、角支持材の断面詳細図である。
【図４０】角支持材が除去されている、金型上に静置している皿状ガラス板の断面詳細図である。
【図４１】形成ツールが金型より上側に位置付けられている、金型の縁における一部を詳細に示す、部分切断斜視図である。
【図４２】部分的に成形されたガラスが定位置にある、金型の縁における一部を詳細に示す、部分切断斜視図である。
【図４３】ガラスが定位置にあり、成形ツールによって巻かれた縁に形成されている、金型の縁における一部を詳細に示す、部分切断斜視図である。
【図４４】本発明による成形工程による、巻かれた縁を伴って湾曲および成形されたガラスの一部を詳細に示す、部分切断斜視図である。
【図４５】溝および尖頭を伴う金型表面の一部の切断図を示す、概略図である。
【図４６】成形されたガラスが尖頭に触れている、金型の一部の切断図を示す概略図である。
【図４７】成形の完了後に尖頭上に静置している、成形されたガラスを詳細に示す、尖頭金型の断面図である。
【図４８】フロートガラス生産ラインの生産率に対応する速度でガラス反射器を製造するように適合された生産ラインでガラス反射器を成形するための複数の金型を図示する、概略図である。
【図４９】２軸太陽光トラッカー用の電気制御システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１、図２、および図３は、剛体枠組み１００の中で同軸上に担持された大型放物面反射器１を伴う、複数の単位反射器セル３４を備える、本発明の現在好ましい実施形態を図示する。図示された実施形態では、２７個の単位反射器セル３４のアレイが、３つの横列×９つの縦列である長方形のグリッドの中に示されているが、他の構成および配設が、種々の他の構成で配設された複数の集光器とともに使用されてもよい。太陽が日中に空を横断して移動するにつれて、反射器１のアレイを太陽に向ける能力を有することが望ましい。これを達成するために、反射器１の共通軸が、２軸トラッカー１０７によって太陽に配向される。この例示的実施形態では、平坦な台車１０１が地上の円形トラック１０２の上で旋回して、放物面反射器１を支持する枠組み１００の方位角回転を提供する。仰角運動は、台車の車輪１０５より上側にあり、かつ隣接する上車輪１０４の上の仮想軸１１０の周囲で旋回する、剛体枠組み１００に取り付けられた２つのＣリング１０３によって提供される。仰角リング１０９用の対角支持材および構造４８における斜材が、剛性を提供する。この好ましい実施形態では、単位反射器セル３４のアレイ全体によって遮断された太陽光のほぼ全てが、反射器１のそれぞれの各放物面焦点２８に送達されるように、放物面反射器１は、そうでなければ失われる反射面積を最小限化するために、角１０６が切り取られているほぼ正方形または実質的に正方形であり、正方形または長方形の対称の剛体枠組み１００の中に配列される。
【００３４】
図４および図５は、光起電性発電機４および放物面反射器１の形の変換器を伴う単位反射器セル３４の斜視図である。システムに進入する太陽光は、鏡１によって反射される、入射太陽放射または光線２として進入する。鏡１は、この説明図ではボールレンズ５を含む、光起電性発電機４が位置する焦点２８に向かって、反射した太陽放射または光線３が方向付けられるように成形される。鏡１は、好ましくは、太陽光２の多くを可能な限り反射し、それを発電機４の場所で集光する、実質的に放物面の反射面を有する。鏡１は、好ましくは、低鉄ガラスの裏面に薄い銀被覆を伴って造形される。しかしながら、好ましくはないが、前面被覆された鏡が代替案として提供されてもよく、代替的な反射被覆が、他の金属または誘電体被覆によってガラス上に使用されてもよい。加えて、鏡は、それでもなお発電機４に向かって太陽光の所望の反射を提供する、代替的材料から加工されてもよい。反射器１は、好ましくは、構成が実質的に放物面であるが、ある程度の性能の劣化を伴う他の曲面が同様に採用されてもよい。平行な入射光線２を焦点２８に反射するため、放物面状反射器１が好まれる。入射太陽放射は正確には平行光線２の形ではないため、発電機４が位置する焦点２８に光線３を反射させるために、反射面１の代替的形状が利用されてもよい。しかしながら、本明細書で説明される好ましい実施形態の鏡１を備える要素の組み合わせは、費用と性能との間の最適なトレードオフを提供すると考えられる。反射器１が実質的に放物面である、好ましい実施形態では、所望の放物面形状からの反射面の形状の偏差は、１次放物面鏡１の反射面における表面傾斜誤差として特徴付けられてもよく、本発明を十分に活用する任意の変換器は、そのような誤差に対する何らかの許容範囲ならびにトラッカー指向誤差に対する許容範囲を提供するべきである。これは、製造および操作において、ある程度の費用対効果を達成する際に望ましい特徴である。
【００３５】
放物面鏡１の焦点２８において使用するための光起電性発電機４の形の変換器の実施例が、図５の斜視図に示されている。発電機４は、ボール対物レンズ５を備え、ボール対物レンズ５の周囲で同心円状に位置する複数の２次反射器４５を有し、複数の２次反射器４５は、図５に示されるように、複数の集光器太陽電池１５の上に集光された光を方向付ける。太陽電池１５は、太陽放射から直接発電する。図５の発電機、またはこの種類の他の光起電性発電機の構造、機能、および動作は、その開示全体が参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｒｏｇｅｒ Ｐ． Ａｎｇｅｌによる「Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｌｅｎｓ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｗｉｔｈ ａ Ｐａｒａｂｏｌｏｉｄａｌ Ｓｏｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ」と題された、本願と同時期に出願された出願第１２／４６３，０１６号でより詳細に説明されている。
【００３６】
ボールレンズ５を通過する集光された太陽光３は、２次反射器４５が球面レンズ５と同心円状の位置に位置している凹面球状面９上に、１次放物面反射器１の像を形成する。図５は、ボールレンズ５と、バイパスダイオード３０と、ほぼ正方形の入力を伴う鏡面フレームの形の２次反射器４５のすぐ後に配置された、多数の正方形の太陽電池１５とを示すのみである。全ての他の構造は、明確にするために省略されている。複数の太陽電池１５は、各電池１５によって生産された電力を発電機４からの電気の全体出力に組み入れるように、直列で電気的に一緒に接続される。発電機４は、空気に対する対流冷却のために、ラジエータに送出される水によって電池１５を能動的に冷却するシステム（図示せず）を含む。
【００３７】
発電機４の重要な側面は、１次放物面鏡１の反射面における表面傾斜誤差に耐える設計のために、全ての太陽電池１５にわたる太陽放射３の強度が、トラッカー１０７の指向誤差に対してボールレンズ５によって安定させられることである。たとえトラッカー１０７が太陽に直接向けられていなくても、プリズム反射器４５への進入時にボールレンズ５によって形成される像の光強度は、比較的一定のままであり、指向誤差の有意な範囲にわたって電池１５の全ての平等な照射を提供する。発電機４の別の重要な側面は、誤指向に対する許容範囲をさらに改善し、隣接する電池１５の間にかなりの間隙を開ける際の２次反射器４５の作用である。隣接する電池１５の間に提供される間隙は、光入力または電気および熱出力のいずれか一方を妨害することなく、電池１５にごく接近して、バイパスダイオード３０の配置および相互接続配線を可能にする。したがって、図５の発電機４は、直列に接続された多くの電池１５から高い電力出力を確保するよう、光束安定化によるとともに、強く照射された電池１５の接近アレイから廃熱を除去するように、明確な熱経路によっても、本発明の集光器から高い太陽光電力入力を提供する。
【００３８】
図２は、図面の平面に対して垂直であり、Ｃリング１０３の弧の中心を通過する仰角軸１１０の方向に沿って見られた図で、図１による剛体枠組み１００の仰角支持材および駆動部を図示する。この仰角軸１１０の周囲での回転は、軸１１０上の任意の物理的軸受によってではなく、支持車輪１０４上のＣリング１０３の運動によって画定される。Ｃリング１０３は、剛体枠組み１００の中の単位反射器セル３４の結節点１１に連結する、面内支柱１０９によって固定される。図３は、光軸の方向に沿って見たような、図１による剛体枠組み１００を図示し、仰角空間フレーム１００に入射する太陽光２の大部分を捕捉するように、実質的に正方形のディッシュ反射器１がどのように剛体枠組みまたは空間フレーム１００の中に効率的に密集するかを示す。
【００３９】
図４は、発電機４からの廃熱の受動除去のための熱サイフォンの好ましい実施形態を図示する。発電機４における熱は、作動流体を沸騰させ、対角支持ブレイス３８の上四半分に位置する空気冷却を伴う対流構造２４への熱サイフォン管３９に蒸気を上昇させる。図示された好ましい実施形態では、対流構造２４は、凝縮された流体が重力によって発電機４に戻るように、仰角軸１１０の実践で検討される仰角の範囲全体にわたって発電機４より上側の配向のままである。これは、ポンプの追加費用および保守を追加することなく、熱サイフォン管３９および対流構造２４の中の冷却液の循環のための費用効率的設計を提供する。
【００４０】
図６は、衝突の可能性がない完全方位角回転に対する離間距離を可能にするようにサイズ決定された正三角形のグリッドの中に配置された、この実施形態の複数のトラッカーユニット１０７の好ましい配置を定量的に図示する。突出した高さに対する、突出した水平長さの３の好ましい比は、早朝および夕方前の低い太陽高度における自己遮蔽を最小限化し、また風荷重も最小限化するため、この図示された実施形態で示されるように有利である。南北方向に配向された列を考慮すると、太陽光が真東または真西から来ている時には、ｔａｎ−１（１／３）＝１８．４°以上の太陽光仰角で自己遮蔽損失がなく、単位セルの１／３のみが１２．３°の太陽光仰角で遮蔽される。図示された配置のための土地面積に対する反射器面積の比は、約２５％である。この好ましい実施形態では、全ての反射器１が同一平面上にあり、開放トラス構造１００の中にあるため、非常に激しい風の中で、反射器面が水平である天頂に向いた位置にトラッカー１０７を収容することによって、風荷重が最小限化されてもよい。保守道路１１２が、１つの方向に２列ごとに配置されて示されている。したがって、好適な方位角および仰角回転によって、前面または裏面の点検のための即時アクセスが、全てのトラッカー１０７に提供される。
【００４１】
本発明の第２の現在好ましい実施形態が、図７に示されている。この代替的実施形態は、剛体枠組み５０の中で同軸上に担持された複数の大型放物面反射器１を備えるが、２つの横列５１および５２ならびに４つの縦列の構成である、８個の単位セル３４のより小さいアレイを伴う。反射器１のアレイを太陽に向けるために、反射器１の共通軸が、高度対方位角の軸受を伴う２軸トラッカーによって太陽に配向される。図１１に示されるように、方位角運動が、台座マウント６７上に設定された垂直軸軸受７８および７９によって提供される。反射器アレイは、方位角軸受７８および７９より上側に設定された水平軸仰角軸受５８によって仰角で旋回される。
【００４２】
図７に示された代替的実施形態では、反射器１は、好ましくは、角が切り取られた略正方形または実質的に正方形であり、各反射器１は、焦点２８付近で単位発電機４を支持する措置とともに、正方形の基底の直角柱の形を成す、単位反射器セル３４に収納される。（光軸に沿った図である）図１１でより明確に示されるように、仰角空間フレーム５０は、太陽から見たような輪郭が長方形であり、アレイ全体によって遮断される太陽光のほぼ全てが複数の反射器１の焦点２８に方向付けられるように構成される。
【００４３】
２つの交互列５１および５２の前方／後方変位が、図８、図９、および図１０に示された仰角軸に沿った図で最も明確に図示されている。図８では、仰角が低く、図９では、仰角が４５°であり、図１０では、仰角が高い。上列５１の前下縁が下列５２の後上縁に一致し、共通構造部材５３が枠組み５０の中に提供されるように、セルの上列５１は前方に設定され、下列５２は後に位置付けられる。この共通構造部材５３は、仰角軸と一致させられ、図７で詳細に示されるように、仰角構造全体の重心の近くを通る。それぞれ、セルの上列５２と下列５１との間で、前および後補強部材５６および５７に加えて、仰角空間フレーム５０が完成される。前補強部材５６は、セルの２つの列５１および５２の上側前角１４を連結し、後補強部材５７は、下側後角１１を連結する。
【００４４】
図７を参照すると、セル３４の２つの列５１と５２とをずらすことによって、空間フレーム５０が仰角軸に関して自然に平衡を保たれ、したがって、中心台座６７によって効率的に支持される。さらに、仰角で剛体枠組み５０を移動または回転させるために必要な力が最小限化される。セル３４の交互列５１および５２の第２の利点は、周囲補強支柱５６および５７を含む、結果として生じる空間フレーム５０の列５１および５２に対して垂直である断面が、２次元で最大限化されることである。これは、仰角がどのようであっても、中心軸受５８の周囲の屈曲に対して高い剛性をもたらす。この実施形態における構造は、上列５２に４つの反射器ユニット３４と、下列５１に４つの反射器ユニット３４とを有するが、所与の敷地に所望され、かつ適切な存続風力に応じて、かつ一般的な製造費用に応じて、異なる長さ、例えば、２つまたは６つの交互列が、実践において良好な結果を提供する場合があることも、本開示の便益を有した後に当業者にとって明白になるであろう。例えば、図１２は、図７および図１１に示されたものと同様である代替的実施形態を図示するが、２つの交互列５１および５２のそれぞれに６つの反射器ユニット３４を伴う。
【００４５】
図７および図１１に示された実施形態を参照すると、この実施形態における仰角軸軸受５８は、中心構造軸上の２つの結節点を介して仰角空間フレーム５０に接続し、その詳細は、図１１を参照するとより良く説明することができる。軸受５８のための空間は、４つの単位反射器セル３４の下列５１に狭い中心セル５９を含むことによって、かつ上列５２に狭い中心セル６０を含むことによって作成される。図１５は、仰角軸受５８の端を支持する堅い仰角結節点６１および６２が、反射器１を支持および連結する剛体空間フレーム５０の固有部品として形成されるため、高い構造的効率が達成される方法を示す。明確にするために、図１１は、仰角軸受５８を支持する支柱のうちのいくつかのみを示す。図１５は、仰角軸受５８の２つの端が、４つの内側単位反射器セル３４の角支柱の交差点において形成される、２つの非常に堅い仰角結節点６１および６２において支持される方法を詳細に示す。この支持材６１および６２を強化するために、または仰角軸受５８を重心に配置するために、追加鋼鉄部材は必要とされない。例えば図９に示された、連結部材５６および５７は、２列のセルを強化して、中心台座６７上の仰角軸受５８の周囲で旋回する、完全仰角構造を完成させる。
【００４６】
仰角駆動弧６３が図１３に示されている。仰角駆動弧６３は、２つの下結節点６４および６５（図９に示される）から狭い中心セル５９および６０（図７に示される）の一側面に固定して取り付けられ、図８、図９、および図１０を比較することによって示されるように、天頂から水平まで９０°の範囲にわたって運動を提供する。図示された実施形態では、駆動弧６３は、図示された実施形態と同じである、単位セル３４の幅および奥行きに等しい半径を有する。
【００４７】
図７および図１１に示された実施形態の方位角軸受は、固定垂直シャフト６６の周囲で旋回する中心台座６７の形を成す。軸荷重は、中心台座６７の上部分の中、またはシャフト６６の最上部に位置付けられた、スラスト軸受７８によって受け持たれる。横荷重は、好ましくは、１つはシャフト６６の最上部にあり、もう１つは底部にある、２つのプラスチックジャーナル軸受７８および７９によって受け持たれる。方位角駆動部は、中心台座６７の下端に取り付けられた大型３６０°駆動車輪６８を通して作用する。図示された実施形態では、仰角駆動部と同じ大きい半径を伴う駆動車輪６８が示されている。しかしながら、本発明は、そのように限定されず、当業者であれば、駆動車輪６８の他の半径を使用できることを理解するであろう。
【００４８】
図１３を参照すると、現在好ましい実施形態における方位角運動のための好ましい駆動部は、図１４でより詳細に示される、電気駆動チェーン７０によるものである。方位角シャフト６６の周囲で空間フレーム５０を回転させるために、方位角車輪６８の周囲で伸展させられ、それに固定して取り付けられる方位角駆動チェーン７０を通して、駆動力が作用する。駆動チェーン７０の所望の張力を調整または維持するために、ライダースプロケット車輪７４が使用されてもよい。図１４に示された、図示された実施形態では、方位角車輪６８は、スポーク７６によって支持される。仰角駆動弧６３（図１３に示される）および方位角駆動車輪６８は、好ましくは、図１４に示されるような湾曲構造チャネル７７から、単純に、かつ低費用で構築される。
【００４９】
図示された実施形態における仰角運動のための好ましい駆動部は、図１３に示されるような、電気駆動チェーン６９によるものである。仰角駆動に使用される駆動チェーン６９は、図１４に示された方位角駆動に使用される駆動チェーン７０と同様であってもよい。仰角駆動では、仰角軸受５８の周囲で空間フレーム５０を回転させるために、仰角弧６３の端に取り付けられる仰角駆動チェーン６９を通して、駆動力が作用する。仰角チェーン６９は、弧６３の端に固定して取り付けられる。駆動力は、方位角駆動部について図１４に示されたスプロケット車輪７１ならびに電気モータおよび歯車箱７３と同様に、電気モータおよび歯車箱を通して旋回させられるスプロケット車輪によって、仰角駆動チェーン６９に印加される。仰角弧６３は、小型トラス７５によって支持される。
【００５０】
図１４に示されるように、電気モータおよび歯車箱７３を通して旋回させられるスプロケット車輪７１によって、駆動モーメントが方位角駆動チェーン７０に印加される。チェーン７０の張力を最小限化し、全体的な歯車比を増加させるために、方位角駆動車輪６８の半径は大きく作られる。駆動スプロケット７１上のチェーン７０の係合が１２０度よりも大きくなるように、少なくとも１つの遊動スプロケット７４がチェーン駆動部で必要とされる。このようにして、高トルクにおけるチェーン７０上の摩耗、およびチェーン７０が駆動スプロケット７１の歯の上を滑動する可能性が、両方とも低減される。太陽エネルギー用途では、太陽の移動を追跡するために方位角駆動部および仰角駆動部が動かされる速度が比較的遅く、駆動機構は、高い機械比率低減を利用することができ、より低費用の駆動モータ７３の使用を可能にする。スプロケットを伴う従来のチェーン駆動部よりもほぼ１桁大きい、約１００対１の好ましい機械比率低減を実践で実現することができる。好ましくは、遊動輪７４またはチェーン７０の端が、バネ巻き取り機構によって引っ張られる。詳細に示されていないが、当業者であれば、仰角駆動チェーン６９が同様の配設によって駆動され、方位角駆動車輪６８の半径に大きい半径が提供されるのと同じ理由で、仰角駆動弧６３の半径が大きく作られることを理解するであろう。仰角駆動チェーン６９は、好ましくは、チェーン６９の端に取り付けられたバネ巻き取り機構によって引っ張られる。
【００５１】
総合すると、必要な駆動力を低減するための方位角駆動車輪６８および仰角駆動弧６３の大きい弧半径の使用は、多くのスプロケット歯７１と係合するチェーン駆動部とともに、方位角駆動要素および仰角駆動要素の両方の削減された費用、複雑性、およびサイズをもたらす。
【００５２】
動作中、剛体枠組み１００が入射する太陽放射２の方向に向けられるように、東から西へ太陽の移動を追跡することが望ましい。図４９の概略図を参照すると、枠組み１００に堅く取り付けられる、光学太陽追跡センサ１２１から導出される仰角および方位角誤差信号に合わせて、トラッカー１０７がサーボ作動させられた場合に、正確な太陽光指向が達成されてもよい。好ましい形態の太陽追跡センサ１２１は、シリコンクアッドセルより上側のピンホールに太陽光を通過させることによって照射される、シリコンクアッドセルを備える。好ましくは、配向は、太陽光を必要としない重力および磁界センサ１２２によっても感知される。図４９は、コンピュータ１２０に接続されたセンサ１２１および１２２からの信号を概略的に図示する。コンピュータ１２０からの駆動制御信号は、インターフェース１２５によって駆動力に変換され、電力は、方位角ケーブル１２４によって方位角駆動モータ７３に、仰角ケーブル１２３によって仰角駆動モータ７３に運ばれる。
【００５３】
好ましくは、太陽に向かった枠組み１００の配向は、重力および磁界を読み取るトランスデューサ１２２から絶対指向データを提供するセンサを参照することによって、曇天条件下で維持され、したがって、台座土台４０の定着、チェーン６９または７０の伸展、または強い定常風による屈曲からの誤差を回避する。代替として、各個別トラッカー１０７のＧＰＳ座標に基づき、かつコンピュータ１２０に提供される正確な時間および日付の情報を利用して、太陽の位置を計算するために、従来の望遠鏡駆動アルゴリズムが採用されてもよい。精度は、必要であれば、太陽光が利用可能である時に太陽追跡センサ１２１によって位置が示されている状態で、太陽の計算された位置を同期化することによって改善することができ、そのような同期化は、台座土台４０の定着、チェーン６９または７０の伸展、または強い定常風による屈曲からの誤差に効果的に対処することができる。コンピュータ１２０に方位角情報および仰角情報を提供するエンコーダを含む、従来の望遠鏡ＧＯＴＯシステムと同様である従来のコンピュータ制御された駆動システムが、正しい方向に剛体枠組み１００を向けるため、および太陽の移動を追跡するために使用されてもよい。図４９に示された説明図は概略的であるにすぎず、駆動電気機器は枠組み１００または別の場所に取り付けられてもよいことを理解されたい。好ましくは、方位角および仰角駆動モータ７３ならびに能動冷却システム（もしあれば）に対する電力は、無停電電源によって与えられる。好適な電源は、蓄電池と併せて使用されてもよい、上列の狭い中心セル６０の太陽に対面する側面を覆って光起電性変換器を提供することによって得られてもよい。
【００５４】
この実施形態の方位角軸受を支持する好ましい台座が、図１１および図１２の断面図で示されている。台座は、例えば、従来の台車搭載オーガによって地面４２に穿設されてもよい、穴４１の中に延在する、溶接された三角形の鋼鉄トラス４０の形を成す。代替として、穴は、当業者に公知の多数の従来の手段によって掘削されてもよい。トラスまたは柱４０の挿入後、穴４１は、好ましくは、セメント結合剤を使用せずに、砕石または採掘からの表土等の安価な乾燥材料４３を使用して埋め戻される。穴およびトラスの寸法は、強風の中での存続を確実にするよう、乾燥材料がトラス４０から相対集中荷重を受け持ち、はるかに広い面積の土壌４２にそれを伝達するようにサイズ決定される。そのはるかに低い費用および二酸化炭素排出量により、コンクリートの代わりに非接着石が好まれる。当然ながら、当業者であれば、コンクリートの典型的により高い費用が、特定の用途において許容することができれば、そのような材料を使用できることを理解するであろう。トラッカー駆動部１１１が、剛体枠組み１００を位置付けるために、太陽光トラッカー１２１と、加速度計および／または頻繁に再較正または同期されるセンサ等の絶対センサとを使用するため、台座４０のある程度のわずかな定着運動が容認可能であり、台座４０の初期配置の低い精度が許容されてもよい。代替として、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他のトラス土台設計が使用されてもよいことを理解するであろう。
【００５５】
図１６、図１７、および図１８は、図１２に図示されるディッシュアレイ１１１の実施形態の好ましい配置を示す。図１６は、図６に図示されたレイアウトと同様である、衝突の可能性がない完全方位角回転の離間距離を可能にする、正三角形のグリッドを平面図で示す。比較的小型の柱載置ユニットは、整地または敷地造成をほとんど必要としない。これらは、傾斜地ならびに平地の上、または不整形区画の中での設置のために、有利に好適である。
【００５６】
好ましい寸法
好ましい実施形態の設計における重要な検討事項は、特に費用が重要な要素であるため、１次放物面反射器１のサイズおよび製造である。本発明は、反射器１のサイズの最適化を含む。裏面が銀めっきされた構造ガラスで作られた反射器１については、約３メートル（３ｍ）のサイズが、略最適サイズとして好まれる。このサイズは、従来のフロート工程によって製造される平面ガラスの単一モノリスから作製することができる、最大の船積み可能なサイズであるため、好まれる。このサイズにおける一体反射器１は、本発明による追跡反射器システムの単位面積あたりの最低費用を提供してもよい。
【００５７】
動作中、好ましくは、単位面積あたりの最低総費用を得るように、約３ｍサイズの複数のディッシュ発電機ユニット３４が各トラッカー１０７上に載置される。各正方形反射器１は、約９ｍ２の反射面積を有する。１０００Ｗ／ｍ２の公称太陽束および９４％の反射率について、各変換器ユニット４に送達される公称太陽光電力は、約８．５ｋＷである。
【００５８】
厚さ４ｍｍのガラスの３ｍガラス反射器１を有する、最適な２軸トラッカー１０７の好ましい実施形態用の鋼鉄の支持構造１００は、実践において満足できる性能を提供するべきである。２７個の反射器１の実施形態について、固定トラックを含む全システム用の鋼鉄の質量は、収集面積の１平方メートルあたり３４ｋｇであり、たわみは、天頂を指す時に最大０．１°である。８個の反射器１の実施形態について、固定台座を含む全マウント１０７用の鋼鉄の質量は、収集面積の１平方メートルあたり２５ｋｇであり、天頂を指す時の最大たわみは、０．０６°である。
【００５９】
単位反射器／変換器セルの好ましい構造設計の詳細
本発明の好ましい実施形態は、構成要素として、複数の単位反射器セル３４を使用する。単位反射器セル３４は、焦点領域２８にエネルギーを方向付ける反射ディッシュ１と、ディッシュ１を支持し、焦点領域２８付近で精密な配列で変換器ユニット４を担持する、機械構造とを備える。機械構造の主要な要素は、断面および端面が、好ましくは、図１９および図２０に図示されるように正方形または六角形である、直角柱の形のトラスである。図１９は、上記で説明される好ましい実施形態で採用されるような、正方形の断面を伴う単位セル３４を示し、図２０は、六角形の断面を有する代替的な単位セル３４を示す。実質的に正方形（図１９）または六角形（図２０）の皿状鏡１は、以下で説明される、ディッシュ支持構造によって、下プリズム面の角１１から支持される。ディッシュ軸７は、ディッシュの中心または頂点６を通過する。１次コレクタのわずかのみを覆い隠す、コンパクトな変換器４は、上側に位置し、ディッシュ軸７上に中心があり、部材１３によって上プリズム面の上角１４から支持される。上面は、部材１０によって形成されるものと同じサイズであり、それに並行している。上面および下面の両方は、ディッシュ軸７上に位置する。変換器４は、ディッシュ軸７上に中心があり、好ましくは、中心軸方向変換器支持部材１８の下端で支持される。変換器支持部材１８は、好ましくは、上角１４から対角張力要素１７によって支持される。４つ（図１９）または６つ（図２０）の垂直要素１６が、上下の正方形を連結する。好ましくは、プリズムの側面は、対角要素４８によって固定される。ガラス支持トラス１２は、構造の底部側を閉鎖し、ならびに１次放物面反射器１を支持する。
【００６０】
変換器支持材１８の同心円状配置は、熱サイフォン２４によって受動的よりもむしろ、能動的に送出された冷却液によって廃熱が除去される、実施形態に適切である。能動冷却システムでは、図１９または図２０の発電機４の真上、または対角支持材１７および１８に沿ったパイプが到達する、入射太陽光を覆い隠さない別の場所に位置してもよい、熱交換器を通して、冷却液が循環させられる。
【００６１】
反射器ディッシュ１の最も好ましい実施形態は、開放鋼鉄トラスに取り付けられる、フロートガラスの単一の沈下し、裏面が銀めっきされた反射器である。トラスの十分に離間した上結節点のクレードルは、接着パッドを通して、重力および風力に対して大空間規模でガラス反射器１の形状を保つ。下結節点は、主要仰角枠組み１００の単位セル３４の下角１１に荷重を伝達する。
【００６２】
銀めっきされたガラス反射器１を角支持材１１に連結するガラス支持トラス１２は、任意の所与の実施形態におけるガラス反射器１のサイズ、形状、および厚さに従って最適化される。ガラス１の厚さは、雹害に抵抗する必要性によって、大型サイズに決定される。トラフ熱システムで使用される、４つの支持パッド上の厚さ４ｍｍの裏面が銀めっきされたメートルサイズのパネルは、実践で満足できる結果を出している。本発明のより大型の反射器ディッシュ１について、約４ｍｍの厚さを有するガラス反射器１は、重力および風力下の屈曲が光像を有意に劣化させないように最適に分布した、より多数の支持材を必要とする。好ましくは、大型の深い開放トラスの一部である支持点が、ガラス反射器１に使用され、最小質量および材料費で最大全体剛性を提供する。
【００６３】
図２１に示された、好ましい統合反射器設計は、実質的に正方形で裏面が銀めっきされたガラス反射器１と、支持反射器枠組みとを備える。図２２は、ガラス反射器１を載せる１６個の反射器支持点８６、８７、および８８を明示する、ガラス反射器１が除去されている反射器枠組みまたはトラス９５を示す詳細斜視図である。平面図の図２３では、これらは、４×４パターンでほぼ正方形のデカルトグリッドを形成する。反射器トラス９５は、その基部９６における、単位反射器セル３４の４つの下角点１１への取付のために設計される。単位セル３４の４つの基部支柱１０は、基部平面に４つの三角形を形成するように、基部中心８１で交わる２つの基部斜材８０と結合する。３つの角度付き支柱８２は、上結節点８３がガラス反射器１用のクレードルを形成する主要結節点である、４つの４面体を形成するように、各該三角形の角から立ち上げられている。５つの他の主要上結節点８４および８５は、基部斜材８０から上方に延在し、基部平面に対して垂直である８１と８４とを接続する中心部材９７を共有する、２つの平面枠組みの角において形成される。これらの直交枠組みは、基部中心８１を上結節点８５に接続する、４つの対角部材９８によって固定される。図２３は、台車ビームならびに鏡支持部８６、８７、および８８の上部構造のみを詳細に示す、平面図である。１６個のクレードル支持点は、４つの内側支持部８６と、８つの中間支持部８７と、４つの外側角支持材８８とを備える。内側の４つおよび外側の４つのクレードル点８６および８８はそれぞれ、結節点８４、８５、および９０を通って延在するクレードル支柱８９上に位置する。支柱９１の端における結節点８３および９０は、中間支持材８７を支える。
【００６４】
図２４は、有限要素分析によって計算されるような、図２１、図２２、および図２３に図示された好ましい枠組みによって支持されたガラス反射器１のたわみを示す。たわみは、１．７ｍの焦点距離を伴う３．３ｍの正方形の放物面反射器１について計算された。ガラス１は、厚さ４ｍｍであり、縁が２５ｍｍの半径で９０度まで巻き戻されている。支持トラスは、０．６ｍの中心深さでモデル化され、支柱が２インチの直径および０．０１５インチの壁厚さの丸い鋼鉄管から作製された。断面積および慣性モーメントが同様であれば、他の断面も同様に機能し得る。図２４を参照すると、計算された実施例のトラス重量は、平均して、支持されるガラスの１平方メートルあたり３．５ｋｇとなる。この鋼鉄の面密度は、４ｍｍの厚さで１０．１ｋｇ／ｍ２のガラス面密度よりも有意に小さい。したがって、完成した３ｍの反射器アセンブリの重量は、厚さ４ｍｍのガラスで１３．６ｋｇ／ｍ２である。この実施例について計算された軸方向重力荷重（または同等に３０ｍｐｈの公称風荷重）下のたわみは、図２４に図示されている。表面にわたる等高線図は、荷重によって引き起こされたたわみ角の変化を示す。図２４は、０．０５ラジアンのたわみ角偏差を有する等高線９２を示す。大部分が支持パッドの近くの剪断たわみによって引き起こされる、たわみ角の偏差は、表面の大部分にわたって、等高線Ｂによって印付けられたレベルである０．１ミリラジアン未満に達する。等高線Ａは、０．０５ラジアンのたわみ角偏差に対応する。表面全体にわたって平均すると、ディッシュによって反射された平行光線の９０％が、直径０．２度の像の範囲内に収まる一方で、全ての光は、０．４度の直径内に位置する。
【００６５】
大型の一体深皿状ガラス反射器の好ましい製造方法
最初は平坦なガラス板を成形することによって凹面一体反射器１を生産する、好ましい工程動作の順序は、図２５、図２６、図２７、図２８、図２９、および図３０で順序通り概略的に図示されている。工程動作はまた、図３１、図３２、図３３、および図３４の順序でも斜視図で図示されている。図２５は、工程の開始時に平坦である、ガラス板２００を示す。図２６および図３１は、金型２０１より上側に配置した後の平坦な板２００を示す。金型２０１は、実質的に凹面の表面２０４と、巻かれた縁２０３とを有する。ガラス板２００は最初に、ヒンジ連結されたＬ字形支持材２０２によって一時的に把持される、その角から、金型２０１より上側で支持される。図２７および図３２は、軟化および伸展ステップの始めを図示する。ガラス板２１４の温度は、好ましくは、ガラス板２１４より上側の熱面２０７からの放射加熱によって上昇させられる。好ましくは、放射面２０７は、実質的に連続的であり、高い放射率を有する。好ましくは、ガラス２１４が受ける放射温度は、低い熱慣性の可変温度ラジエータ２０７を使用することによって、または異なる温度の金型２０１と放射面２０７との間に相対運動を提供することによって、急速に上昇または低下させることができる。好ましくは、温度はまた、金型２０１を横断する空間位置の機能として変動させることもでき、例えば、ガラス板２１４の縁２１１をガラス板２１４の中心よりも柔らかくするために、放射面２０７の中心領域の温度と比較して、より高い温度が放射面２０７の縁２０８の周囲に提供される。凹面ディッシュ２１２へのガラス板２００の成形を駆動するために、重力が独占的に使用されてもよいが、金型２０１の形状２１２にガラス板２００を一致させる工程は、圧力によって、例えば、上側から方向付けられる高温ガス噴射によって、または真空ポンプ等の別の様式で生成される圧力差によって加速されてもよい。
【００６６】
ガラス板２１２は、図３３で示されるように、金型２０１の縁または側面２０３に沿って広範囲に接触するほどたわみ、ガラス２１２が、図２８に図示された形状を有すると、角支持材２０２は、図３４に示されるように除去されてもよい。この段階で、図２８に示されるように、ガラス縁２１１を所望の巻き形状に圧迫し、湾曲させるように、縁成形ツール２１０が、ガラス板２１２の外縁２１１と機械的に接触させられてもよい。また、図２７に示されるように、いったんガラス板２１４が金型２０１の湾曲周囲２０３に対して一致し、密閉すると、金型２０１より下側の空気圧を低減することによって、皿形２１２へのたわんだガラス板２１４の成形を加速させるか、あるいは制御することが望ましくてもよい。この目的で、図２７に示されるように、下側に真空マニホールド２０５を伴い、かつマニホールド２０５と流体連通している表面の穴２０６を有する、金型２０１が構築されてもよい。次いで、成形工程は、穴２０６を通して空気を引き下ろし、ポンプ機能によって通気口２０９を通して空気を引き出すことにより、マニホールド２０５の中の空気を低減することによって加速されてもよい。
【００６７】
いったんガラス２１２が金型２０１の本体およびその縁２０３にわたって接触し、したがって、金型の形状を帯びると、急速冷却が開始される。図２９は、ガラス２１２の上面から、ガラス２１２の表面よりもはるかに低温の吸収性黒色表面２１３への放射によって達成される、工程を図示する。ガラス２１２の表面にわたる冷気の強制対流もまた、冷却ステップを加速するために使用されてもよい。いったんガラス２１２が短期処理のために十分堅くなるように十分冷却されると、好ましくは、焼鈍および冷却し、成形される次のガラス片２００のために金型２０１を空にするために、図３０に示されるように金型２０１から除去される。次いで、ガラス片２１２は、強制空気対流によって、加速した速度で室温に冷却されてもよい。
【００６８】
金型２０１は、図３６の斜視切断図で示されるような成形面を作る、精密機械加工プレートのモザイクオーバーレイがある、図３５の平面図に示された下層構造枠組みを伴って構築されてもよい。金型２０１の好ましい材料は、ＡＩＳＩ ３０４ステンレス鋼である。図３５に示された正方形の金型２０１用のエッグクレート型構造枠組み２１５が、強度および剛性のために接合結節点で一緒に溶接される、同一形状のプレート２１５のスロット付き相互係止配列から作られる。その上方でガラス板２００の縁が巻かれる、金型周囲２０３は、好ましくは、丸い管から作られ、構造枠組み２１５に溶接される。管の半径は、成形される巻かれた縁２１１の半径となるように選択される。周囲管２０３は、図４に示されるようなガラス反射器１を生産するように、示されるような正方形の角または切り取られた角を有してもよい。図３５および図３６を参照すると、オーバーレイ成形面２１７は、支持エッグクレート構造２１５に堅く取り付けられる、複数の別個に機械加工され、ひずみが緩和されたセグメント２１７から組み立てられてもよい。代替として、金型面は、単一部品として機械加工される、スピンまたはハイドロフォーム加工された一体ディッシュから１部品で形成されてもよい。この部品は、図３５に示されたもののように支持枠組み２１５上に載置する前に、必要に応じて、ひずみが緩和され、再機械加工されてもよい。金型ディッシュのセグメント２１７または一体単一部品は、位置付けデバイス（図示せず）の形を成す支持材によって枠組み２１５に取り付けられてもよい。これらのデバイスは、図示されていないレーザトラッカー等の計測デバイスを用いて、セグメントを整列させるために使用される。
【００６９】
図３７、図３８、図３９、および図４０は共に、下方に揺れ動くことができるが、半径方向内向きに動かないように、反射器軸に対して垂直な水平軸２３６の周囲でヒンジ連結される、角支持材２０２の作用を図示する。この拘束方法は、ガラス板２１４が軟化してたわむにつれて、ガラス２１４が伸展することを確実にし、したがって、深いディッシュ２１２の中へたわんだ時に、圧縮フープ座屈ひずみによって単純に支持された板２００にしわが寄る傾向を回避する。角支持材２０２およびそれらの動作の詳細は、図３７、図３８、図３９、および図４０を参照して説明されてもよく、その全ては、支持材を通る対角線に沿って得られた垂直断面を示す。図３７は、ガラス板２００の軟化の前の角支持材２０２を示す。支持材は、金型２０１に取り付けられるブラケットと、ガラス２００の角を把持し、かつヒンジ２３６の周囲で旋回する、ヒンジ連結されたＬ字形部品２３８とを備える。図３７は、ヒンジ連結された部品２３８の中で適所にある、実質的に平坦なガラス板２００を示す。図３８は、ガラス２１４が部分的にたわみ、伸展された時の支持材２０２を図示する。図３９は、支持材２０２が依然として適所にある状態で、完全にたわんで伸展され、金型２０１の本体全体に触れている時のガラス２１２を示す。図４０は、支持材２０２の把持Ｌ字形部品２３８の除去後の適合しているガラス２１２を示す。ガラス２１２の軟化した縁２１９は、金型２０１の湾曲縁２０３を覆って屈曲し始めている。
【００７０】
縁巻きツール２１０の動作は、図４１、図４２、図４３、および図４４の順序で斜視図に示されている。図４１は、その管周囲２０３を有する金型プレートセグメント２１７の一部の切断図、および金型２０１より上側に構えられている縁巻きツール２１０の切断図である。図４０および図４２は、部分的に沈下した縁２１９がそれ自体の重量でたわむことによって形成される、依然として高温で柔らかい、沈下ガラス板２１２の切り抜きを示す。図４３は、巻かれた縁２１１を形成するためにガラス２１２と密接に圧迫接触する、縁ツール２１０を示す。図４４は、ガラス２１２の出来上がった巻かれた縁２１１を示す。巻かれたガラス縁２１１の鏡面反射質は重要ではないため、成形ツールは、従来の平滑な機械加工仕上げを有してもよい。
【００７１】
図４５に図示された、１つの好ましい実装では、金型２０１は、金型表面との接触によるガラス２１２の鏡面反射裏面の損傷を最小限化するために、溝付き表面外形２１８を伴って作製される。成形プレート２１７の表面は、尖頭２２１において交差する隣接凹面溝２２０を作成するように、ボールエンドミルツールの通過によって最終機械加工される。尖頭表面外形２２２は、ガラス２１２が採用する形状を画定する。典型的には、金型２０１は、反射器１の局所形状の＋／−１０ミクロン以内に機械加工される。成形中、図４６に示されるように、軟化したガラス板２１２は、尖頭２２１の線に接触し、それらの間に架橋し、尖頭の頂点における表面形状によって画定されるような全体形状を成す。複製の天然忠実度が優れているため、沈下ガラス２１２は、溝の間隔よりも大きい空間規模で金型２０１の形状を採用し、より小規模で最初のフロートガラス２００の天然平滑性および鏡面反射を保存する。
【００７２】
図４７に示された、ガラスと金型との接触の詳細図では、ガラス２１２が尖頭２２１の間でわずかに下垂し２２４、その場合、下垂深度は、接触滞留時間および沈下温度におけるガラスの粘度に依存する。成形工程は、ガラス２１２が金型２１１の尖頭に軽く触れて、尖頭上に静置する前に、自由に伸展し、たわむことによって、皿形状２１２が大部分は形成されるように最適化される。金型２０１にわたって接触が行われるとすぐに、尖頭の間の継続的な下垂を防止する急速冷却が開始される。このようにして、ガラス２１２の損傷が尖頭２２１に沿った小さいくぼみの狭い線に限局され、金型２０１の摩耗が最小限化される。この工程で、尖頭２２１における接触損傷およびガラス２１２の結果として生じるくぼみによる表面傾斜誤差から散乱する、失われた正味の収集面積は、平均して全ガラス表面積のわずか０．２５％となることが分かっており、実践では、１〜３センチメートルの範囲の間隔を有する溝２２１の間で下垂するためのたわみ角は、典型的に０．１度ｒｍｓ未満である。
【００７３】
本発明の尖頭金型表面２１８のさらなる利点は、接触線２２１の面積が極めて小さいため、成形の熱サイクル中に金型２０１からガラス２１２への直接熱伝導が最小限化されることである。金型２０１の最小限の加熱は、温度勾配によって引き起こされる形状の反りが最小限化されることを確実にする。別の利点は、凹面のくぼみ２２０も、微粒子汚染物を収集する領域２２０を提供し、沈下中に微粒子が尖頭２２１と同一平面にならないようにし、それにより、そうでなければ金型２０１の表面２２０上の突出粒子によって引き起こされたかもしれないガラス２１２のくぼみを低減する。
【００７４】
接触損傷を最小限化する第２の好ましい代替案では、ガラス２１２と金型２０１との間の直接接触を防止するために、エアクッションが使用される。好ましい実装は、金型表面より下側に二重マニホールドを有する。一方のマニホールドが加圧される一方で、他方のマニホールドは真空にされる。加圧されたマニホールドがエアクッションに空気を供給する一方で、真空マニホールドは、加圧空気を運び去り、全体的な下方への圧力を確保する。この代替的実施形態では、クッションは、間に排出穴を伴って、１〜４センチメートル離間している。
【００７５】
沈下金型２０１への熱伝達は、好ましくは、熱サイクリングを最小限化するように、かつＡＩＳＩ ３０４ステンレス鋼の温度サイクリングの間、８００℃の臨界酸化物スケール限度を十分下回って金型２０１上の温度を保つように、ガラス成形熱サイクル中に最小限化される。成形プレートセグメントの内側および金型２０１にわたる内部温度勾配は、好ましくは、適正かつ一貫した形状を有するガラス２１２を複製するよう、反り傾向を低減するように最小限化される。金型２０１は、好ましくは、吸収を最小限化するために、ガラス２１２によって伝達および放出される熱放射に対する高い反射率のために被覆される。金型の面板または面シートの残余弓状変形は、剛体枠組みを横断して位置する締結具によって抑制される。ガラス板２００が所望のディッシュ構成２１２に成形された後、金型面は、次のガラス板２００を成形するために使用される前に、強制空気対流によって熱平衡状態にされ、好ましい開始温度に戻される。下層構造は、成形のわずかな放射被曝中に、効果的に無熱のままであり、有意な熱歪曲を受けない。
【００７６】
金型の反射率を増加させるための好ましい方法は、最大で４００℃の温度で数ヶ月使用した後に高い反射率を維持する、１０〜５０ミクロンの対摩耗性、高反射性で、均一に厚く、頑強で高密度の金属膜で表面を被覆することである。電解または無電解めっき、スパッタリング、プラズマおよび溶射、蒸着、およびこれらの方法の組み合わせ等の、被覆方法が好まれる。好ましいめっき金属は、クロム、ニッケル、および金、白金、ロジウム等の貴金属、ならびにニッケル・クロム、ニッケルをドープしたリン、プラチナ・ロジウム、およびプラチナ・イリジウム等の耐熱合金を含む。
【００７７】
可能な限り最低の費用で非常に多数のガラス反射器１を供給するために、上記で説明されるガラス成形および裏面銀めっき工程は、好ましくは、ガラス生産量全体が太陽光反射器１の形となる、フロートガラス工場に組み込まれる。フロートガラス工場に統合するために必要とされる速度での成形工程を提供する、本発明による自動連続工程が、図４８で概略的に示されている。フロートガラス２３１は、溶解炉およびスズフロート槽２３０から引き出され、そこでガラスは、コンベヤシステム２３２上に約６００℃のリボン２３１として出現する。ここで、フロートガラス２３１は、依然として高温である間に正方形の板２００に切断される。生産ラインにおける成形ステップの前に高温ガラス２３１を板２００に切断する、１つの好ましい方法は、全ての切断方法の中で最も古く、最も安価である、スコーリングおよび破断によるものである。これは、切断される領域中で全体的または局所的のいずれかで、ガラス２３１が約３５０℃を下回る脆化温度に冷却されることを要求する。切断するためだけにガラス２３１を冷却する必要性を回避する、代替的な好ましい方法は、レーザ切断である。高温ガラスリボン２３１の高速切断のための好適な高エネルギーレーザシステムは、Ｃｈｕｉの米国特許第３，８８５，９４３号、Ｃｈｕｉの米国特許第３，９３０，８２５号、およびＦｒｅｎｃｈの米国特許第３，９３４，９９５号で開示されており、その全ては参照することにより本明細書に組込まれる。
【００７８】
切断装置２３３（例えば、レーザ切断デバイスまたはスコーリングおよび破断デバイス）を使用してガラスリボン２３１から切断される、実質的に平坦な切断された板２００は、角クランプ２０２による角からの取扱を可能にする剛性まで冷却される。いったんクランプ２０２によって把持されると、板２００は、沈下金型２０１より上側に位置付けられる。次いで、金型２０１および板２００は、成形トンネル２０７に進入し、そこで、８００℃から１２００℃の範囲の温度の拡張黒体からの強力な放射エネルギーがガラス２００の頂面に衝打し、たわんだガラス板２１４をもたらす下垂温度まで急速に引き上げる。上記ですでに説明されているステップによる、高温ガラスの成形は、高温トンネル内で行われる。ガラスを形状２１２にたわませ、伸展させ、成形するステップは、重力によって迅速に達成され、所望であれば、圧力の印加によって加速される。縁成形ツール２１０は、板の角クランプ２０２の除去後の角における縁を含む、巻かれた縁２１１を形成する。成形が完了した後、ガラス２１２は冷却トンネル２１３に進入し、そこで、対流および熱の放射の両方によって、放射を吸収する低温表面まで迅速に冷却される。その形状を保つのに十分な剛性を回復するほど冷却されると、形成されたガラス２１２は、その金型２０１から除去され、焼鈍および冷却のためにガラス２１２を移動させるコンベヤライン２１３に移送される。金型２０１は、循環させられ２３５、生産ラインに再導入される。
【００７９】
生産ライン２３４のはるか下流の端では、好ましくは、低放出建築用窓の製造においてフロートガラス上に銀および誘電体層を堆積させるために使用されるものと同様である、真空プラズマ支援工程によって、銀が塗布される。従来の鏡の加工の実践後、ガラス２１２の銀表面および前縁が、好ましくは、同様にプラズマ堆積によって、銅フィルム酸化障壁で上塗りされる。最後に、銅フィルムおよび鏡の縁は、耐候性ポリマーシールで粉体塗装される。出来上がったガラス反射器１は、積層可能であり、トラッカー１０７およびエネルギー変換器４と統合するため、およびソーラーファーム敷地に設置するために積層され、出荷されてもよい。
【００８０】
フロートガラスの代替的実施形態では、ガラスリボン２３１は、切断装置２３３によって切断された後、１つの生産ラインが故障した、または動作が減速した場合に、継続的な生産を確実にするように、２つ以上の成形ラインに投入される。加えて、全ての成形ラインが故障した場合に、平坦なガラス板２００を冷却し、包装するように、別個の分岐が提供されてもよい。ガラス板２００は、オフラインで成形するために保管されてもよい。
【００８１】
フロートガラス工場で対応可能な全生産率で連続生産を支援するために必要とされる、金型２０１の数および生産ラインの長さは、各金型２０１のサイクル時間に依存する。例えば、このサイクル時間が２００秒であり、処理される新しい板２００が１０秒ごとにスズフロート槽２３０から出現する工程では、２０個の金型２０１が一度に使用されていなければならない。本発明の製造工程は、金型のサイクル時間を最小限化し、したがって、生産ライン上で使用中の金型２０１の数および設備のサイズを最小限化するように設計される。金型のサイクル時間は、大部分は熱平衡および熱伝達係数によって設定される。例えば、ガラス２１４を加熱し、軟化させるステップに関与する、熱平衡および熱伝達時間、ならびに、伸展し、熱平衡し、金型２０１から解放することができるようにガラス２１２を剛体にするよう冷却するために必要とされる時間が、金型のサイクル時間に影響を及ぼす因子となる。
【００８２】
ガラス板２００を成形するために到達される温度は、比較的短い時間でたわみおよび伸展を達成する必要性によって決定される。重力下でガラスが皿形状２１２に伸展する速度を決定するために、たわみとともに失われる重力ポテンシャルエネルギーは、粘性のあるガラスを伸展させることによって消散したエネルギーと等しい。例えば、その角２０２で締め付けられ、ガラスの膜型伸展によって、それ自体の重量でたわんでいる正方形の板２００について、ほぼ以下のように、中心におけるたわみ深度「ｓ」が時間「ｔ」および粘度「η」の立方根とともに増加することを示す。
【００８３】
ｓ＝（ｃｇρｘ４ｔ／η）１／３ （１）
式中、「ｃ」は、定数（約０．０４４）であり、「ｇ」は、重力による加速度であり、「ρ」は、ガラス密度であり、「ｘ」は、金型支持材の間の平均径間長であり、「η」は、剪断粘度である。５００〜７５０℃の温度範囲の典型的な市販のソーダ石灰ガラスの剪断粘度は、η＝ηｏｅｘｐ（Ｂ／Ｔ）として絶対温度Ｔとともに変動し、式中、ηｏ＝１．６×１０−１８ポアズおよびＢ＝５．８×１０４Ｋである。６５０℃から７５０℃の間の好ましい成形温度範囲については、粘度は、４．３×１０９ポアズ（６５０℃）から９×１０６ポアズ（７５０℃）に低下する。
【００８４】
３．１平方メートルの好ましい反射器の具体的な寸法の例として、上記の方程式から中心で好ましい深度ｓ＝０．７９５ｍまでたわむ時間は、７１０℃で約２０秒であり、１０度ずつの温度変化について２の因数だけ変動する。したがって、工程の上側温度は、７１０℃の領域中となる。極端な場合には、１分間の取扱における歪曲は、５００℃未満の温度でごくわずかなレベルまで低減される。
【００８５】
本発明で説明される工程では、これらの温度の間の加熱および冷却は、大部分が放射伝達によって達成される。加熱のためには、これらの温度における熱放射が大部分はガラスによって吸収されるため、８００〜１２００℃の実質的に連続的な黒体からの放射が好まれる。したがって、厚さ４ｍｍのガラス板２００は、片側で９００℃の黒体から放射によって５０秒間、１２００℃の黒体から２０秒間、室温から７１０℃の平均温度まで加熱されてもよい。ガラス２００は、加熱の開始時により熱く、より少ない時間が必要とされる。
【００８６】
急速放射加熱後、ガラス２１４は、はるかに熱く、したがって、加熱側で粘度が低い。ソーダ石灰ガラス板にわたる伝導による平衡のための時定数は、３ｍｍの厚さに対して約１９秒、４ｍｍの厚さに対して約３４秒、５ｍｍの厚さに対して約５３秒である。ガラス２１２が金型形状を帯び、縁２１１が巻かれる際に、ある程度の平衡が好まれる。成形が完了すると、ガラス２１２は、４ｍｍの板については約５０秒かけて、低温吸収面２１３への放射によって約７１０℃から５００℃に冷却され、その後、除去前に平衡のために５００℃で約３０秒続く。
【００８７】
順序通りに行われる上記の操作による、４ｍｍの厚さのガラスを成形するための金型サイクルは、例えば、９００℃の放射による加熱のための約５０秒、たわませるための２０秒、平衡、金型への定着、および縁の成形のための３０秒、放射冷却のための５０秒、除去前の平衡のための３０秒、および再装填のために金型２０１を戻すのに６０秒といった、合計で２４０秒を含んでもよい。１０秒のガラスサイクル時間にわたって、２４個の金型が一度に使用中であり、熱処理部分である、高温成形および冷却は、１８０秒かかる。４メートルの金型間の分離、したがって、０．４ｍ／秒のライン速度について、成形ラインの長さは、約７２メートルとなる。
【００８８】
上記の大量工程の進展中、ガラス反射器１は、積み重ねられた低温ガラス板２００から、より遅い速度にてオフラインで製造されてもよい。初期段階は異なり、低温ガラス板２００が安全に取り扱われ、破損を伴わずに沈下金型２０１に運ばれることを要求する。低温板２００は、低応力状態において数ｍｍ以内でガラス２００をすべてにおいて平坦に保つ、多重カップ真空揚力固定具を伴う垂直積層から選ばれる。次いで、板２００は、水平に旋回させられ、処理フレーム上の角グリップ２０２を使用して角から把持される。真空処理固定具は、板２００を取り外すように解放され、ガラスは、その把持状態でわずかに弛緩する。板装填手順および非平行移動角グリップ２０２は、最大引張応力を３．５ＭＰａの安全限度以下に保つ。
【００８９】
このようにして処理フレームに装填されるガラス板２００は、約５００℃のピーク温度までの従来の予熱トンネルを通して搬送される。そこから、その処理フレームを使用するガラス板２００は、図２６のように、成形金型２０１と噛合され、工程は、前述のように継続する。
【００９０】
当業者であれば、本開示の便益を有した後に、本明細書で説明される実施形態に修正および変更が行われてもよいことを理解するであろう。全て本発明の範囲および説明から逸脱することなく、変更が製造工程のステップに行われてもよく、追加ステップが追加されてもよく、異なる材料が置換されてもよく、同等の特徴が使用されてもよい。本開示は、ある現在好ましい実施形態および実施例のみを記載しており、本発明の範囲内に包含される全ての変化例および実施形態を説明する試行は行われていない。したがって、本発明の範囲は、本明細書に添付の請求項によって定義され、上記の説明で記載される具体的実施例に限定されない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動フレームによって支持されるアレイの中で同軸上に整列させられる、複数の皿形一体反射器であって、複数の前記皿形一体反射器は、焦点を有し、太陽放射を集光するように適合されており、複数の前記皿形一体反射器は、各々、前記皿形一体反射器の前記焦点に位置付けられる変換器を有する、複数の皿形一体反射器と、
前記可動フレームを支持する２軸トラッカーであって、前記２軸トラッカーは、太陽放射を受光するように前記皿形一体反射器のアレイが位置付けられるような方向に、前記可動フレームを向けるように適合される、２軸トラッカーと、
前記２軸トラッカーに連結される制御デバイスであって、前記制御デバイスが、前記２軸トラッカーを動かすように動作することにより、前記皿形一体反射器のアレイは、日中の実質的な部分の間、太陽が空を横断して移動するとき、太陽放射を受光し続ける、制御デバイスと
を備えており、
前記変換器は、太陽放射が、対応する皿形一体反射器によって前記変換器に集束されると、電力を生成するように動作する、太陽集光装置。
【請求項１】
可動フレームによって支持されるアレイの中で同軸上に整列させられる、複数の皿形一体反射器であって、複数の前記皿形一体反射器は、焦点を有し、太陽放射を集光するように適合されており、複数の前記皿形一体反射器は、各々、前記皿形一体反射器の前記焦点に位置付けられる変換器を有する、複数の皿形一体反射器と、
前記可動フレームを支持する２軸トラッカーであって、前記２軸トラッカーは、太陽放射を受光するように前記皿形一体反射器のアレイが位置付けられるような方向に、前記可動フレームを向けるように適合される、２軸トラッカーと、
前記２軸トラッカーに連結される制御デバイスであって、前記制御デバイスが、前記２軸トラッカーを動かすように動作することにより、前記皿形一体反射器のアレイは、日中の実質的な部分の間、太陽が空を横断して移動するとき、太陽放射を受光し続ける、制御デバイスと
を備えており、
前記変換器は、太陽放射が、対応する皿形一体反射器によって前記変換器に集束されると、電力を生成するように動作する、太陽集光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【公表番号】特表２０１１−５２３７７５（Ｐ２０１１−５２３７７５Ａ）
【公表日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０９５７７（Ｐ２０１１−５０９５７７）
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４３３７７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４０１７４
【国際公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５１０２９９５６９）アリゾナ ボード オブ リージェンツ オン ビハーフ オブ ユニバーシティー オブ アリゾナ (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４３３７７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４０１７４
【国際公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５１０２９９５６９）アリゾナ ボード オブ リージェンツ オン ビハーフ オブ ユニバーシティー オブ アリゾナ (3)
【Ｆターム（参考）】
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