局所集光及び両面太陽電池を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船

本発明は、両面太陽電池の列を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船に関する。

本発明の分野は、設置の後に飛行船に電気エネルギーを供給し、且つ、その推進と、オンボードで組み込まれているそのシステムの電力供給と、の関係において、エネルギーの観点において、前記飛行船を独立したものとするように意図された、太陽放射集光を使用した太陽発電機に関する。

更に詳しくは、本発明は、「stratobus」と呼称されると共に、永続的に、即ち、昼夜を問わず、高高度の風によって印加される外圧力に耐えることにより、静止位置を維持するように設計された、現在開発中の自律型の成層圏プラットフォームプロジェクトに適用されるものである。図1に示されているように、且つ、既知のように、このタイプの成層圏飛行船2は、大きなサイズを有し、且つ、ハイパワーの電気推進システム4を実装しており、即ち、例えば、非常に大きなソーラーパネル6を使用した、1つ又は複数の電気モーターによって駆動されるプロペラシステムを実装している。例えば、且つ、通常は、飛行船は、長手方向において、細長い形態を有し、且つ、長さが約100メートルであって直径が30メートルである円筒形テンプレート内に収容される外殻8を有する。このような飛行船2のサイズは、約百キロワットに等しい電気エネルギーニーズに対応している。

このような大量の電気エネルギーを提供するべく提案されている現時点の太陽発電機の解決策は、図1に示されているように、両面又は片面の太陽電池を装備したソーラーパネル6と、太陽放射集光器14と、を使用しており、この組立体が、放射集光器を有する太陽発電機を形成している。

これらの既知の解決策と、図1と、によれば、太陽発電機16のソーラーパネル6は、飛行船2の頂点18において配置されており、放射集光器14は、外殻8の頂点18から大きな距離だけ離れた状態において、外殻8の内部に、配置及び設置されている。例えば、放射集光器14は、図1に示されているように、飛行船の長手方向中心軸20に近接した状態において、或いは、外殻8の頂点から離れるように移動した長手方向軸の下方のレベルにおいて、長手方向に配置されている。

図2と、2015年7月15日付けで出願され、且つ、「Airship equipped with a solar generator with concentration and using an arrangement of solar cells, optimized to power said airship in flight」という名称を有する仏国特許出願第1501486号明細書と、によれば、集光を使用した太陽発電機54を有する飛行船52は、その内部から観察された状態において、その外殻60の頂点58において配置された両面太陽電池56を有し、且つ、使用している。太陽発電機54は、外殻60の内部において配置されると共に同一の外殻60の頂点58に対向するように外殻60の第1下部ゾーン64上において曲がりやすい方式で設置された太陽放射集光器62を有する。外殻60は、太陽光線72が放射集光器62に向かって通過することを許容するべく、ストリップ66の形態で配置されている両面太陽電池56の両側において、頂点58に向かって、第2の透明ゾーン70を有する。

この解決策は、以下の欠点を有している。第1に、飛行船の外殻内において設置されると共にこれに対して固定された放射集光器は、一方においては、変形に晒される曲がりやすい外殻内において太陽電池との関係における前記集光器の配置の正確性に関する幾何学的要件を順守する観点において、且つ、他方においては、こちらも封止されている外殻内における統合の観点において、製造が困難である。第2に、飛行船の全体設計の観点において、即ち、システムの最もハイレベルな設計において、この外殻の内部に配置されている放射集光器の構成は、外殻の設計の制約を太陽発電機の設計の制約と結合させており、その結果、実装が簡単である解決策を得ることが複雑になっており、且つ、システムの試験が困難になっている。第3に、発電のレベルにおいて、現時点の太陽発電機システムは、少なくともその上部部分のゾーンにおいては、透明である外殻を必要としており、この結果、外殻の壁を通過する際に発生する太陽放射の吸収に起因して、太陽発電機の効率が低減され、且つ、可視範囲において透明である材料は、赤外線範囲において透明ではないことから、太陽電池の後面の赤外線放射により、冷却が制限されている。更には、外殻の材料は、透明であると共に、長寿命にわたって、即ち、この場合には、少なくとも5年間にわたって、非常に大きな機械的強度を有していなければならないことから、克服を要すると共に問題を悪化させる技術的な製造問題が依然として存在している。第4に、飛行船内への太陽放射の進入を許容することにより、飛行船の内部が加熱され、その結果、その内部圧力が増大し、且つ、外殻の機械的強度の増強が必要となる。

仏国特許出願第1501486号明細書

本発明は、上述の欠点の克服を目的としている。

技術的な課題は、飛行船の外殻との間における最小限の機械的且つ熱的な相互作用を伴う、相対的に軽量であって、製造が簡単であり、太陽電池の単位表面当たりに供給される電気エネルギー供給の効率の観点において相対的に効率的である、太陽発電機を提供する方式である。

これを目的として、本発明の主題は、飛行船であって、太陽放射からの電気エネルギーを飛行中の前記飛行船に供給するべく、集光を使用した小型太陽発電機を装備した飛行船であり、飛行船は、外殻と、外殻内において収容されたガスベアラと、集光を使用した小型太陽発電機と、を有し、外殻は、既定の長手方向中心軸に沿って細長い形態の閉じた外側表面を有する。小型太陽発電機は、 −外側表面の頂点の小さな部分の上方において、且つ、これから既定の高さhにおいて、配置された両面光起電性太陽電池の少なくとも1つの列の第1の組であって、両面太陽電池のそれぞれの列は、前記外側表面の頂点の小さな部分上においてプロットされると共に外側表面の長手方向中心軸を含む半径方向投射プレーン内に含まれている長手方向経路にオーバーハング状態において追随するように構成されている、太陽電池の列の第1の組と、 −太陽光線を第1の組の両面太陽電池の後面に向かって収束させる太陽放射集光器と、 を有する。

飛行船は、 −太陽放射集光器は、少なくとも1つの局所太陽放射集光器の第2の組であり、それぞれの局所集光器は、対応した太陽電池の列とペア化されており、且つ、反射器を有し、反射器の第1反射面は、太陽放射をペア化された列の太陽電池の後面に向かって収束させるのに適した凸状形態の表面を有し、且つ、反射器の第2凹状面は、第1凸状面の背後において、対応した太陽電池の列によってオーバーハングされた長手方向経路に沿って外殻の外側表面に対して固定されており、且つ、 −局所太陽放射集光器の第1及び第2面は、集光器を分離された状態において又は隣接した状態において残すように、寸法設定され、且つ、その間において構成されている、 ことを特徴としている。

特定の実施形態によれば、集光を使用した太陽発電機を装備した飛行船は、 −太陽電池の列の、且つ、局所集光器の面の、形状は、外側表面の一部分上における光起電性太陽電池の位置から独立して、一定であると共に同一の強度を有する太陽束を保証するように、調節されており、 −それぞれの両面電池は、前面と、後面と、を有し、且つ、第1の組の列の両面電池は、電池がその上部において固定されている飛行船の外側表面の一部分との関係における位置決め及び向きの観点において、すべての太陽電池の前面の法線が、飛行船との関係において同一の既定の照明の方向に向かって指し示すように、構成されており、 −それぞれの局所集光器の第1反射凸状面の表面は、関連した列の太陽電池によって隠蔽された第1ストリップと、太陽放射の集光に参加する第2及び第3能動型ストリップと、を有し、第2及び第3能動型ストリップは、光起電性変換に関与する周波数帯域に含まれている放射に対して反射性を有する材料から構成されており、且つ、第1の隠蔽されたストリップは、光起電性電池が有効である際に光起電性電池によって放出される熱放射に対して反射性を有する材料から構成されており、 −それぞれの局所集光器の第1反射凸状面の表面は、全体的に、光起電性変換に関与する周波数帯域に含まれている放射に対する反射性と、光起電性電池及び太陽によって放出される熱放射に対する反射性と、の両方を有する材料から製造されており、 −第1の組の太陽電池のそれぞれの列は、関連した局所集光器と、光起電性電池の列とペア化された局所集光器の間において介在すると共に固定されている柱状体のパイルワークと、を通じて、外殻の外側表面の一部分に対して固定されており、柱状体を形成している材料は、剛性を有し、電気絶縁性を有し、且つ、太陽放射に対する低吸光度を有しており、 −第1反射凸状面の表面は、円錐形部分又は円錐形部分を近似した曲線の形態を有する長手方向断面のアウトラインを有しており、 −第1反射凸状面の表面は、奇数の整数の数N個の円錐形部分を近似したセグメントの連続体の形態における長手方向断面のアウトラインを有し、セグメントの奇数の整数の数Nは、好ましくは、整数3、5、及び7に含まれており、 −外側表面の長手方向中心軸の外側表面の一部分を分離している距離rに対する太陽電池の列のオーバーハングの高さhの比率は、1/15以下であり、好ましくは、1/30以下であり、 −小型太陽発電機は、整数の数NL個の太陽電池の列及び局所集光器を有しており、且つ、それぞれの局所集光器は、第1のケースにおいては、長手方向軸との関係において同一の半径方向レベルの太陽電池のまっすぐな列との間において、或いは、第2のケースにおいては、長手方向軸との関係において異なる半径方向レベルにセグメント化された太陽電池の列に対して、ペア化された、局所集光器の長手方向セクションの、2以上である、整数の数T個の長手方向シーケンスにサブ分割されており、 −それぞれの長手方向セクションは、基本反射器を有し、基本反射器の第1基本反射面は、太陽放射を同一の長手方向レベルのペア化された列の太陽電池の後面に向かって収束させるのに適した凸状形態の表面を有し、且つ、後面であり且つ凹状である基本反射器の第2基本面は、太陽電池のペア化された列によってオーバーハングされた長手方向経路に沿って外殻の外側表面の一部分に対して固定されており、 −太陽電池の列の、且つ、局所集光器の長手方向セクションの面の、形状は、外側表面の一部分上における光起電性太陽電池の位置から独立して、一定であると共に同一の強度を有する太陽束を保証するように、調節されており、 −局所集光器のそれぞれのセクションの第1基本反射面の表面は、ペア化された列の同一の長手方向レベルの太陽電池によって隠蔽された第1基本ストリップと、太陽放射の集光に参加する第2及び第3能動型基本ストリップと、を有し、第2及び第3能動型基本ストリップは、光起電性変換に関与する周波数帯域に含まれている放射に対する反射性を有する材料から製造されており、且つ、第1の隠蔽された基本ストリップは、光起電性電池が有効である際に光起電性電池によって放出される熱放射に対する反射性を有する材料から製造されており、 −第1反射凸状基本面の表面は、円錐形部分又は円錐形部分を近似した曲線の形態における長手方向断面のアウトラインを有し、 −第1反射凸状基本面の表面は、奇数の整数の数N個の円錐形部分を近似したセグメントの連続体の形態における長手方向断面のアウトラインを有しており、セグメントの奇数の整数の数Nは、好ましくは、整数3、5、及び7に含まれている、 という特徴のうちの1つ又は複数を有する。

本発明については、純粋に例として、且つ、添付の図面を参照することにより、付与されているいくつかの実施形態に関する以下の説明を参照することにより、更に十分に理解することができよう。

従来技術による太陽放射集光を使用した太陽発電機を装備及び内蔵した飛行船の外観図である。

飛行船の外殻の内部から取得された、図1の従来技術による飛行船の内部図である。

本発明の一般的な一実施形態による放射集光を使用した小型太陽発電機を装備及び内蔵した飛行船の斜視図である。

図3Aの飛行船に内蔵されている太陽発電機の、飛行船の長手方向軸との関係において、直角における、且つ、端面における、部分正面図である。

小型太陽発電機によってカバーされた外側表面の一部分が、単一の長手方向に延在する円筒体のタイルに例えられうるケースにおける、且つ、飛行船の外殻の頂点における配置の構成における、その太陽電池の列とペア化された、図3の小型太陽発電機の局所集光器の特定の第1実施形態の概略断面図である。

小型太陽発電機によってカバーされた外側表面の一部分が、その直径が変化しうるT個の円筒体のタイルの長手方向の連続体に例えられうるケースにおける、その太陽電池の列とペア化された、数T個の長手方向セクションにサブ分割された、図3の小型太陽発電機の局所集光器の特定の第2実施形態の部分三次元概略図であり、単一の長手方向セクションは、飛行船の外殻の頂点における配置の構成において示されている。

図3Aの切断プレーンVI−VIに沿った図3Aの本発明による小型太陽発電機の部分断面図であり、この場合に、局所集光器は、図4及び図5の実施形態のパターンのうちの1つに従って定義されており、且つ、外殻に対する固定の局所プレーンとの関係における太陽電池の面の、且つ、局所集光器の反射リターン面の、傾斜は、小型太陽発電機の集光効率を最適化するべく、その配置に従って調節されている。

飛行船の最上部から水平方向において更に離れたゾーン内における、且つ、更に大きな倍率における、図6のものと同一の小型太陽発電機の部分断面図である。

太陽電池の列のオーバーハングの高さhと、従って、太陽発電機の厚さと、が、局所集光器の組の効率を増大させるべく、変更されている、図4による局所集光器の第1実施形態の一変形の概略断面図である。

本発明の基礎をなす概念は、その全体的な太陽集光器が飛行船の外殻の内部において内蔵されている従来技術による太陽発電機を飛行船の直径との比較において小さな厚さを有する局所放射集光を使用した小型太陽発電機によって置換するステップを有しており、この場合に、局所集光器の組は、飛行船の外殻の外側において、且つ、その頂点において、配置されている。局所集光器は、両面電池の下方において、且つ、これに対して可能な限り近接した状態において、位置しており、且つ、全体的なソーラーパネルのエネルギー効率を極大化させるべく、太陽電池に向かう太陽放射の効果的な両面集光を保証しつつ、飛行船の表面に寄り添い、且つ、これに追随している。

従って、完全に飛行船の外側において設置されている局所集光を使用したこの小型太陽発電機の解決策は、飛行船の直径との比較における太陽発電機の小さな厚さに起因して、且つ、飛行船の外殻との間における、太陽発電機、即ち、太陽電池、の高温部分の直接的な接触の欠如に起因して、飛行船の空気力学及び熱力学(themics)を決して妨げることなしに、現時点の太陽発電機システムが有する上述の技術的問題点の改善を可能にしている。

図3Aと、本発明の一般的な一実施形態と、によれば、飛行船102は、飛行中の前記飛行船102に太陽放射からの電気エネルギーを供給するべく、局所集光を使用した小型太陽発電機104を装備している。

飛行船102は、外殻108と、外殻108内において収容されたガスベアラ110と、局所太陽放射集光を使用した小型太陽発電機104と、を有する。

外殻108は、既定の長手方向中心軸116に沿った細長い形態の閉じた外側表面114を有する。

図3A及び図3Bによれば、小型太陽発電機は、両面光起電性太陽電池134の少なくとも1つの列124、126、128、130、132の第1の組122と、太陽光線を第1の組122の両面太陽電池134の後面に向かって収束させる太陽放射集光器136と、を有する。

太陽電池134の列124、126、128、130、132の第1の組122は、外側表面114の頂点140の小さな部分138の上方において、且つ、これから既定の高さhにおいて配置されており、この場合に、両面太陽電池134のそれぞれの列124、126、128、130、132は、前記外側表面114の頂点140の小さな部分138上においてプロットされると共に外側表面114の長手方向中心軸116を含む、図3Aには示されていない、対応した半径方向投射プレーン内に含まれる長手方向経路144、146、148、150、152にオーバーハング状態において個別に追随するように、構成されている。

図3A及び図3Bによれば、太陽放射集光器136は、少なくとも1つの局所太陽放射集光器164、166、168、170、172の第2の組156であり、この場合に、それぞれの局所集光器164、166、168、170、172は、反射器174、176、178、180、182を有する状態において、対応した太陽電池の列124、126、128、130、132とペア化されており、これらの反射器174、176、178、180、182の第1反射面は、太陽放射を対応した列124、126、128、130、132の太陽電池の後面に向かって収束させるのに適した、平坦な又は凹状の、或いは、凸状の形態の、この図においては、凸状である、表面を有し、且つ、これらの反射器の第2の平坦な又は凹状の、この図においては、凹状である、面は、第1凸状面の背後において、対応した太陽電池の列124、126、128、130、132によってオーバーハングされた飛行船の外殻の長手方向経路に沿って、外殻の外側表面に対して固定されている。

局所太陽放射集光器164、166、168、170、172の第1及び第2面は、局所集光器164、166、168、170、172を分離された状態又は隣接した状態において残すように、寸法設定されており、且つ、その間において配置されている。

一般に、太陽電池の列の、且つ、局所集光器の面の、形状は、外側表面の一部分上における光起電性太陽電池の位置から独立して、一定であると共に同一の強度を有する太陽束を保証するように、調節されている。

この形状は、特に、局所集光器の反射面の形態及び寸法により、但し、更には、外殻に対する局所集光器の固定の局所接線プレーンとの関係における局所集光器の反射面の傾斜により、定義することができる。

一般に、それぞれの局所集光器の第1反射凸状面の表面は、関連した列の太陽電池によって隠蔽された表面の第1ストリップと、太陽放射の集光に参加する能動型表面の第2及び第3ストリップと、を有する。能動型表面の第2及び第3ストリップは、光起電性変換に関与する周波数帯域に、且つ、熱放射用の赤外線に、含まれている放射に対する反射性を有する放射材料から製造されている。第1の隠蔽された表面のストリップは、光起電性電池が有効である際に光起電性電池によって放出される熱放射に対する反射性を有する材料から製造されている。

具体的には、且つ、好ましくは、それぞれの局所集光器の第1反射凸状面の表面は、全体的に、光起電性変換に関与する周波数帯域に含まれている放射に対する反射性と、光起電性電池及び太陽によって放出される熱放射に対する反射性と、の両方を有する材料から製造されている。例えば、第1凸状面の3つの表面は、同一の銀メッキ(銀の薄膜の堆積)されたプラスチック材料から製造されている。

一般に、第1反射凸状面の表面は、円錐形部分又は円錐形部分を近似した曲線の形態における長手方向の断面のアウトラインを有する。

一般に、第1の組の太陽電池のそれぞれの列は、関連した局所集光器と、光起電性電池の列とペア化された局所集光器の間において介在すると共に固定された、図3A及び図3Bには示されていない、柱状体のパイルワークと、を通じて外殻の外側表面の一部分に結合されている。柱状体を形成している材料は、剛性を有し、電気絶縁性を有し、且つ、太陽放射に対する低吸光度を有する。

従って、且つ、図1及び図2に示されている従来技術の太陽発電機とは異なり、飛行船102の外殻108は、太陽光線の通過を許容すると共にそれらが前記外殻の内部において配置された放射集光器まで到達することを許容するための透明なゾーンの存在を必要としてはいない。

この結果、且つ、太陽光線192、194が飛行船の外殻108を通過していない場合の図1に従って、入射太陽束の減衰が存在しておらず、飛行船の内部加熱も存在していない。同様に、赤外線に対して不透明である飛行船の外殻の壁の通過を伴うことなしに、両面電池の後面の放射冷却が、促進され、且つ、実行される。

更には、両面太陽電池が、機械的に且つ熱的に、飛行船の外殻から結合解除されていることから、両面太陽電池は、伝導によっても、或いは、放射によっても、前記飛行船を直接的に加熱しない。

更には、局所集光を使用した小型太陽発電機は、その全体が、飛行船の外部に位置していることから、外殻によって形成されると共に飛行船の統合の際に後から設置されるサブシステムから独立した状態において、製造及び試験することができる。

図4と、局所集光器202の第1実施形態の概略例と、によれば、局所集光器202は、断面において観察された状態において、この場合には、飛行船の頂点において位置していると共に、外殻の外側表面の一部分にわたって、対応したペア化された両面太陽電池の列206によってオーバーハングされた直線経路204に追随しているものと仮定されている。この場合に、直線経路204の周囲において、且つ、その近傍において、位置している、数10センチメートルの幅を有する、飛行船の外側表面のストリップの曲がりは、平面のものに近いものと仮定されている。列206の電池の直接的な太陽照明は、飛行船の頂点において経路204に接したプレーンに対して直角に、図4においては上方から垂直方向において、到来するものと仮定されている。

局所集光器202は、第1反射面212と、第2後面214と、を有する反射器208を有する。

第1反射面212は、2つの入射ビーム216、218の太陽放射を列206の両面太陽電池の後面220に向かって収束させるのに適した凸状の形態を有する。

第2後面214は、長手方向経路204に沿って固定された凹状の面を有する。

第1反射面212は、関連した列206の太陽電池によって隠蔽された、この場合には平坦である、表面の第1ストリップ224と、この場合には、列206の電池の後面に向かう入射ビーム216、218である、太陽放射の集光に参加する能動型表面の、この場合には平坦である、第2及び第3ストリップ226、228と、を有する。

一変形として、第1反射凸状面の表面は、5つ以上の奇数の整数の数N個の円錐形部分を近似したセグメントの連続体である形態における長手方向断面のアウトラインを有する。

好ましくは、セグメントの整数の数Nは、好ましくは、整数3、5、及び7に含まれている。

局所集光器202は、セグメント化された平坦なミラーの連続体としてのその単純な形態により、例えば、アルミニウムから、或いは、少なくとも光起電性変換について有効である周波数帯域内の、且つ、熱放射帯域内の、太陽放射用のミラーの製造を可能にする任意のその他の材料から、製造された金属フォイルから製造することができる。

第1の隠蔽されたストリップ224との関連において、これは、光起電性放射の集光に関与してはおらず、且つ、その構成材料が、両面光起電性変換太陽電池によって放出される熱放射を反射する能力を有することで十分であろう。実際には、両面太陽電池は、強力な熱流束を外殻に向かって放出し、且つ、反射器208の第1の隠蔽されたストリップ224は、その熱特性により、強力な熱流束を飛行船の外側に向かって反射することを可能にしている。

図4によれば、且つ、例として、列206の光起電性電池の幅は、10cmに等しく、外側表面の一部分に沿って延在する直線経路204との関係におけるオーバーハングの高さhは、10cmに等しい。第1、第2、及び第3ストリップによって形成されたミラーフラップの幅は、それぞれ、10cmに等しい。第2及び第3ストリップの傾斜は、この場合には2.41である、集光係数を極大化させるように、第1ストリップとの関係において調節されており、集光係数は、前面のみによって受け取られる太陽束に対する両面太陽電池の前面及び後面によって受け取られる太陽束の合計の比率として定義されている。

列204及び局所集光器202によって形成されたペアと同一のパターンを有し、且つ、既定の角度αだけ、角度がそれから分離されており、且つ、その列の太陽電池からの電気エネルギーの供給を最適化する、太陽電池の列及び局所集光器によって形成されたペアの形態は、既定の角度αの第1ストリップの長手方向中央軸を中心として太陽電池の列204及び局所集光器202によって形成されたペアを堅固に回動させ、この場合に、直接的な太陽照明の方向は、不変であり、即ち、図4において垂直方向であり、次いで、電池の前面の法線を太陽照明の既定の方向とアライメントさせるように、その共通長手方向中央軸を中心として列204の面を傾斜させ、且つ、次いで、その傾斜が予め調節されている列204の太陽電池の後面上への太陽放射の戻りを極大化させるように、第1ストリップとの関係において第2及び第3ストリップの傾斜を調節することにより、得られることに留意されたい。

図5と、飛行船の外殻の頂点において位置しているものとこの場合には仮定されている局所集光器の第2実施形態の概略例と、によれば、局所集光器302は、第1のケースにおいては、同一の半径方向レベルの太陽電池のまっすぐな列との間において、或いは、第2のケースにおいては、長手方向レベルによる長手方向軸との関係における異なる半径方向レベルにセグメント化された太陽電池の列との間において、ペア化された、局所集光器の長手方向セクションの、2以上である、整数T個の長手方向シーケンスにサブ分割されている。

図4と同様に、第1のケースは、長手方向に延在する円筒体の単一のタイルと同様の、小型太陽発電機によってカバーされた飛行船の外側表面の一部分に対応している。

第2のケースは、その直径が異なると共に長手方向レベルに従って変化するT個の円筒体のタイルの長手方向連続体と同様の、小型太陽発電機によってカバーされた飛行船の外側表面の一部分に対応している。

局所集光器302とペア化された太陽電池の列は、参照符号304によって表記されている。

局所集光器302は、この場合には、外殻の外側表面の一部分にわたって、その半径方向レベルが、一定であるか、或いは、タイルのものと同一の長さのレベルだけ、わずかに変化する経路306に追随しているものと仮定されており、この経路は、太陽電池の対応する列304により、一定の高さhにおいてオーバーハングされている。この場合に、直線経路304の周囲において、且つ、この近傍において、位置した、数10センチメールの幅を有する、飛行船の外側表面のストリップの曲がりは、平面のものに近いものと仮定されている。

図5には、局所集光器302のT個のセクションのうちの単一のセクション312が示されている。セクション312は、局所集光器のその他のセクションとの間において、且つ、その他のローカル集光器のセクションとの間において、同一のパターンを共有している。パターンの形状は、カバーされた外側表面の一部分の第1のケースにおいては、不変であり、且つ、第2のケースにおいては、T個のタイルのうちのカバーされているタイルの直径に従って、変化している。

局所集光器のセクション312は、第1反射基本面322と、第2基本後面324と、を有する基本反射器を有する。

第1基本反射面322は、図5には示されていない、2つの入射ビームの太陽放射を同一の長手方向レベルにおいて位置した列304の両面太陽電池の後面330に向かって収束させるのに適した凸状の形態を有する。

第2基本後面324は、長手方向経路306に沿って外殻の外側表面の一部分に対して固定された凹状面を有する。

第1基本反射面322は、関連した列304の太陽電池によって隠蔽された、この場合には平坦である、表面の第1基本ストリップ334と、列304の電池の後面に向かう太陽放射の集光に参加する能動型の表面の、この場合には平坦である、第2及び第3基本ストリップ336、338と、を有する。

一変形として、第1反射凸状基本面の表面は、5以上である、奇数の整数の数N個の円錐形部分を近似したセグメントの連続体である形態の長手方向断面のアウトラインを有する。

好ましくは、セグメントの整数の数Nは、好ましくは、整数3、5、及び7に含まれている。

局所集光器302のT個の長手方向セクションは、セグメント化された平坦な基本ミラーの連続体としてのその単純な形態により、例えば、アルミニウムから、或いは、少なくとの光起電性変換について有効である周波数帯域内の太陽放射用のミラーの製造を可能にする任意のその他の材料から、製造された金属フォイルにより、製造することができる。

第1の隠蔽された基本ストリップ334との関連において、これは、光起電性放射の集光に関与しておらず、且つ、その構成材料が、両面光起電性変換太陽電池によって放出される熱放射を反射する能力を有するだけで十分であろう。実際には、両面太陽電池は、強力な熱流束を外殻に向かって放出し、且つ、反射器322の第1の隠蔽された基本ストリップ334は、その熱特性により、強力な熱流束を飛行船の外側に反射することを可能にしている。

図5によれば、列304の光起電性電池の幅は、10cmに等しく、外側表面の一部分に沿って延在する直線経路306との関係におけるオーバーハングの高さhは、10cmに等しい。第1、第2、及び第3の基本ストリップによって形成されたミラーフラップの幅は、それぞれ、10cmに等しく、その一般的な長さは、この場合には、1メートルに等しい。第2及び第3の基本ストリップの傾斜は、集光係数を極大化させるように、第1基本ストリップとの関係において調節されている。

図5によれば、局所集光器302とペア化された太陽電池304の列は、局所集光器302のそれぞれのセクションと、光起電性太陽電池の列304とペア化された局所集光器のT個のセクションの間において介在すると共に固定された柱状体356のパイルワーク352と、を通じて、外殻の外側表面の一部分に対して固定されている。柱状体を形成している材料は、機械的剛性を有し、電気絶縁性を有し、且つ、太陽放射に対する低吸光度を有する。

この場合には、局所集光器302のセクション312に対して太陽電池の列304を固定するパイルワークの4つの柱状体356のみが示されている。

局所集光器から、且つ、セクションの長手方向のレベルの組立から、独立したパターンを有するT個のセクションに第2の組のそれぞれの局所集光器を分割することにより、集光器を製造及び組立すると共にこれを太陽発電機に内蔵する方法を単純化させることに加えて、セクションが内蔵されている局所集光器のその長手方向配置及び半径方向位置に従ってセクションの寸法及び形態を調節することによって第1の組の太陽電池に対する太陽放射の戻りを極大化させることができる。

一変形として、互いに隣接すると共に同一の長手方向レベルを有する局所集光器のセクションは、関係している長手方向レベルにおける外側表面の一部分の曲がりがこれを許容している場合には、1つにグループ化することが可能であり、且つ、平坦なパネル上において内蔵することができる。

図6と、設置の特定の幾何学的構成と、によれば、図3A及び図3Bにおいて定義されているもののタイプの、且つ、図4のもののタイプの局所集光器又は図5のもののタイプの集光器のセクションを有する、小型太陽発電機402は、この場合には、タイルの形態を有する円筒形の表面408の一部分の異なる15個の母線(generatrix)のセグメント406をそれぞれオーバーハングしている15個の太陽電池の列404を有する。円筒形表面は、この場合には、15メートルに等しい半径の円筒体であり、且つ、飛行船の外側表面の一部分408の直線経路を形成していると共に、図6においてはドットによって端面において示されているセグメント406は、相互に平行である。それぞれの列404は、外側表面の一部分408上に固定されると共に3つのセグメント化された平坦なミラーを有する反射器414を有する異なる局所集光器412とペア化されている。図4及び図5と同様に、太陽電池のそれぞれの列404は、関連した経路との関係において一定である高さhにより、その関連した経路406及びペア化された局所集光器の反射器の中央ミラーフラップをオーバーハングしている。

それぞれの集光器の寸法及び形態は、両面電池への太陽放射の最適な戻りを保証するべく調節されており、電池の面の傾斜は、その法線を、この場合には図6において垂直である、飛行船との関係における既定の方向に対して平行とするように、予め調節されている。

図7によれば、且つ、飛行船の外殻との関係において太陽電池及び局所集光器の寸法、形態、及び傾斜の調節を相対的に良好に示すために、図6のものに類似した、但し、更に大きな倍率による、太陽電池及び対応した局所集光器の図が提供されており、この場合には、示されている太陽電池及び局所集光器を支持する外殻ゾーンは、−3.6メートル〜−5.2メートルである、xと表記された、代数距離(algebraic distance)だけ、飛行船の最上部ピークラインから水平方向において離隔している。

図8と、図4の局所集光器202の第1実施形態の寸法的な一変形と、によれば、局所集光器の組の効率を増大させるべく、太陽電池の列のオーバーハングの高さhと、従って、太陽発電機の厚さと、が変更されている。図8においては、太陽電池の列206のオーバーハングの高さhを増大させると共に、第1の隠蔽されたストリップ204との関係における第2及び第3ストリップ226、228の傾斜を調節することにより、電池の後面上に反射器212によって返される入射ビーム382、384の幅を増大させており、且つ、その結果、局所集光器202の効率が増大することが示されている。

従って、オーバーハングの高さh、即ち、太陽発電機の厚さ、を調節することにより、局所集光器の第2の組の効率と、従って、小型太陽発電機の厚さと、を最適化することができる。

集光器の複数の変形を使用することが可能であり、この場合には、集光係数を望ましい値に最適化するべく、まずは、局所集光器のサイズ及びその形態が調節される。次いで、太陽電池に向かう太陽束の戻りを極大化させるべく、例えば、「codeV」などの光学演算コードを使用することにより、集光の形態が、投射され、且つ、局所的に再度最適化される。以上において理解されるように、製造の相対的な容易性を目的とした場合に、最も単純な形態は、いくつかのプレーンにセグメント化された平坦なミラーでありうるが、必要に応じて、円錐形の形態又はこれに類似したものを有することもできる。

一般に、外側表面の長手方向中心軸の外側表面の一部分を分離している距離rに対する太陽電池の列のオーバーハングの高さhの比率は、1/30以下である。

例えば、オーバーハングの高さは、長手方向軸との関係において15メートルの飛行船半径の場合には、0.1〜0.2メートルとなり、これは、1/50〜1/75の比率に対応している。

一般に、上述の成層圏飛行船は、本発明の特徴を同一の状態において維持することにより、その他の大気の層内において運動する任意のその他のタイプの飛行船によって置換することができる。

104 小型太陽発電機 108 外殻 114 外側表面 116 長手方向中心軸 122 両面光起電性太陽電池の少なくとも1つの列の第1の組 124、126、128、130、132、206、304 両面光起電性太陽電池の少なくとも1つの列 134 両面光起電性太陽電池 136 太陽放射集光器 138 小さな部分 140 頂点 144、146、148、150、152、204、306 長手方向経路 156 局所太陽放射集光器の第2の組 164、166、168、170、172、202、302 局所太陽放射集光器 174、176、178、180、182、208、318 反射器 212、322 第1反射面 220、330 後面 334 第1基本ストリップ 336、338 第2及び第3能動型基本ストリップ 352 柱状体のパイルワーク 356 柱状体