JP2000031521A - 太陽電池における採光方法及び採光装置 - Google Patents
太陽電池における採光方法及び採光装置Info
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- Y02E10/52—PV systems with concentrators
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Abstract
(57)【要約】
【課題】太陽電池の採光率を高めて発電力を増すこと。
【解決手段】太陽電池パネル（１）上に、プラスチック
や硝子等の透明材料からなる、外向き凸円弧面を形成し
た採光アダプタ（２）を、凸円弧の弦方向を東西に向け
て取り付けて、主として朝・夕時の太陽光を、凸円弧面
により屈折させて、太陽電池パネル（１）の受光量を増
加させるものである。
や硝子等の透明材料からなる、外向き凸円弧面を形成し
た採光アダプタ（２）を、凸円弧の弦方向を東西に向け
て取り付けて、主として朝・夕時の太陽光を、凸円弧面
により屈折させて、太陽電池パネル（１）の受光量を増
加させるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光を効率的に
採光して発電電力量を増す太陽電池における採光方法及
び採光装置に関する。
採光して発電電力量を増す太陽電池における採光方法及
び採光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の太陽電池による発電は、太陽電池
パネルを屋根上等に固定設置して、我が国では緯度の関
係から南向き３０〜３５度の傾斜をもって設置し、パネ
ル面を春分・秋分に南中した太陽に正対させることを基
本としている。
パネルを屋根上等に固定設置して、我が国では緯度の関
係から南向き３０〜３５度の傾斜をもって設置し、パネ
ル面を春分・秋分に南中した太陽に正対させることを基
本としている。
【０００３】太陽電池パネルに対する太陽の位置は、１
日単位では図１に示す如く日の出から日没まで連続的に
変化しており、太陽電池パネル面は日の出からの時間ｔ
に比例した角度θ（ｔ）をもって太陽光エネルギーを受
けている。
日単位では図１に示す如く日の出から日没まで連続的に
変化しており、太陽電池パネル面は日の出からの時間ｔ
に比例した角度θ（ｔ）をもって太陽光エネルギーを受
けている。
【０００４】日射（全て太陽からの直達と仮定）による
太陽エネルギー密度をＩ(KW/m2) ，太陽電池パネルの面
積をＡ(m2)，太陽電池パネルの発電効率をηとすると、
ある時間ｔでの発電電力Ｐ(kw)は次の（１）式で与えら
れる。 Ｐ＝Ｉ・Ａ・η・Sin θ(t) ・・・・・（１） 即ち、１日１２時間（春分、秋分の日基準）の発電電力
カーブは図２の状態となり、正午をピークとして、朝・
夕の日射エネルギー利用率は極めて低いことがわかる。
太陽エネルギー密度をＩ(KW/m2) ，太陽電池パネルの面
積をＡ(m2)，太陽電池パネルの発電効率をηとすると、
ある時間ｔでの発電電力Ｐ(kw)は次の（１）式で与えら
れる。 Ｐ＝Ｉ・Ａ・η・Sin θ(t) ・・・・・（１） 即ち、１日１２時間（春分、秋分の日基準）の発電電力
カーブは図２の状態となり、正午をピークとして、朝・
夕の日射エネルギー利用率は極めて低いことがわかる。
【０００５】上記（１）式から１日の日照時間１２時間
の総発電電力量Ｗ (KWh)を、Ｉ＝１KW/m2,Ａ＝１m2, η
＝１５% として試算すると、次の（２）式となる。
の総発電電力量Ｗ (KWh)を、Ｉ＝１KW/m2,Ａ＝１m2, η
＝１５% として試算すると、次の（２）式となる。
【０００６】
【数１】
【０００７】上記（２）式の１日１２時間の総発電電力
量Ｗ≒１．１５ (KWh)は、太陽が１２時間真上から照射
したと仮定した場合の発電電力量Ｗａ＝１Kw/m2 ×１m2
×０．１５×１２h ＝１．８ (KWh)の６４％に相当す
る。
量Ｗ≒１．１５ (KWh)は、太陽が１２時間真上から照射
したと仮定した場合の発電電力量Ｗａ＝１Kw/m2 ×１m2
×０．１５×１２h ＝１．８ (KWh)の６４％に相当す
る。
【０００８】太陽光を利用する技術分野で、日の出から
日没までの間の太陽との関係位置の変化に対応して、な
るべく多くの太陽光を取り込もうとする試みは、照明目
的の採光技術分野において、採光装置が機械的に太陽を
追尾する方式とか、反射鏡や２枚の平板プリズムの組合
せや、レンズ群などの大掛かりな装置を利用して太陽光
を受光面に導くもの等が知られている。
日没までの間の太陽との関係位置の変化に対応して、な
るべく多くの太陽光を取り込もうとする試みは、照明目
的の採光技術分野において、採光装置が機械的に太陽を
追尾する方式とか、反射鏡や２枚の平板プリズムの組合
せや、レンズ群などの大掛かりな装置を利用して太陽光
を受光面に導くもの等が知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の採光方
法の太陽追尾方式のものは、装置が複雑で設備費が高価
となり、動力費が日日必要となるため発電コストの高騰
を招くといった問題点があり、反射鏡やレンズ・プリズ
ム群を使用するものは装置が嵩張るため、設置の場所の
制約を受けるといった問題点があった。また、太陽電池
パネルは太陽熱による温度上昇で、発電効率が低下する
といった問題点もあった。
法の太陽追尾方式のものは、装置が複雑で設備費が高価
となり、動力費が日日必要となるため発電コストの高騰
を招くといった問題点があり、反射鏡やレンズ・プリズ
ム群を使用するものは装置が嵩張るため、設置の場所の
制約を受けるといった問題点があった。また、太陽電池
パネルは太陽熱による温度上昇で、発電効率が低下する
といった問題点もあった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、太陽電池パネルの上に、単または複
数並列した凸円弧面を持つ透明体からなる採光アダプタ
を重ね合わせ、または太陽電池パネルと一体成形し、或
いは、太陽電池パネルの円形セル上に、欠球面を持つ透
明体からなる採光アダプタを重ね合わせ、または太陽電
池パネルと一体成形して、時刻または季節の推移による
太陽高度の変化に対応して、太陽光を凸円弧面や欠球面
の屈折作用により太陽電池パネル面に導くことで、でき
るだけ多くの太陽光を受光して、発電能力を高めようと
するものである。
ために、本発明は、太陽電池パネルの上に、単または複
数並列した凸円弧面を持つ透明体からなる採光アダプタ
を重ね合わせ、または太陽電池パネルと一体成形し、或
いは、太陽電池パネルの円形セル上に、欠球面を持つ透
明体からなる採光アダプタを重ね合わせ、または太陽電
池パネルと一体成形して、時刻または季節の推移による
太陽高度の変化に対応して、太陽光を凸円弧面や欠球面
の屈折作用により太陽電池パネル面に導くことで、でき
るだけ多くの太陽光を受光して、発電能力を高めようと
するものである。
【００１１】また、上記採光アダプタを中空体として内
部に水を満たし、太陽熱温水器を兼ねる構成として温水
を利用するとともに、太陽熱パネルを冷却して温度上昇
による発電力の低下を防止する、或いは上記採光アダプ
タ付の太陽熱パネルを、陸屋根等の平らな場所に設置し
た水タンク内に水平に支持して冷却させ、太陽熱パネル
の温度上昇による発電力の低下を防止するとともに、南
向き傾斜支持のための架台を不要として、設置を容易に
するものである。
部に水を満たし、太陽熱温水器を兼ねる構成として温水
を利用するとともに、太陽熱パネルを冷却して温度上昇
による発電力の低下を防止する、或いは上記採光アダプ
タ付の太陽熱パネルを、陸屋根等の平らな場所に設置し
た水タンク内に水平に支持して冷却させ、太陽熱パネル
の温度上昇による発電力の低下を防止するとともに、南
向き傾斜支持のための架台を不要として、設置を容易に
するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、上面を凸円弧面または
欠球面とした、透明なプラスチックや硝子等からなる採
光アダプタを、太陽電池パネル上に載置固定、あるいは
太陽電池パネルと一体成形して、一日単位の時刻または
季節の推移による太陽高度の変化に対応して、太陽光を
凸円弧面または欠球面により屈折させて、太陽電池パネ
ルの受光量を増加させる太陽電池における採光方法であ
る。
欠球面とした、透明なプラスチックや硝子等からなる採
光アダプタを、太陽電池パネル上に載置固定、あるいは
太陽電池パネルと一体成形して、一日単位の時刻または
季節の推移による太陽高度の変化に対応して、太陽光を
凸円弧面または欠球面により屈折させて、太陽電池パネ
ルの受光量を増加させる太陽電池における採光方法であ
る。
【００１３】また、プラスチックや硝子等の透明材料か
らなり、円弧の高さを弦の長さの０．３〜０．５倍とす
る、単又は複数並列した凸円弧面からなる受光面を形成
した採光アダプタを、凸円弧の弦方向を東西に向けて、
太陽電池パネルの上面に載置固定した太陽電池における
採光装置である。
らなり、円弧の高さを弦の長さの０．３〜０．５倍とす
る、単又は複数並列した凸円弧面からなる受光面を形成
した採光アダプタを、凸円弧の弦方向を東西に向けて、
太陽電池パネルの上面に載置固定した太陽電池における
採光装置である。
【００１４】また、上記と同様の受光面を上面とし、下
面を平面とした透明材料からなる密封中空体の適所に、
給・排水口を設けた水タンク型採光アダプタを、凸円弧
の弦方向を東西に向けて、太陽電池パネルの上面に載置
固定し、この水タンク型採光アダプタの内部に水を満た
して、太陽電池パネルの温度上昇による発電力の低下を
防止するための冷却、および太陽熱温水器の機能を備え
た太陽電池における採光装置である。
面を平面とした透明材料からなる密封中空体の適所に、
給・排水口を設けた水タンク型採光アダプタを、凸円弧
の弦方向を東西に向けて、太陽電池パネルの上面に載置
固定し、この水タンク型採光アダプタの内部に水を満た
して、太陽電池パネルの温度上昇による発電力の低下を
防止するための冷却、および太陽熱温水器の機能を備え
た太陽電池における採光装置である。
【００１５】また、上記採光アダプタを、凸円弧の弦方
向を南北に向けて、太陽電池パネルの上面に載置固定し
たものを、平らな場所に設置されている冷却水槽内に、
放熱支持板に支持させて水平に固定して、季節による太
陽高度の変化に対応して採光効率を高めるようにした太
陽電池における採光装置である。
向を南北に向けて、太陽電池パネルの上面に載置固定し
たものを、平らな場所に設置されている冷却水槽内に、
放熱支持板に支持させて水平に固定して、季節による太
陽高度の変化に対応して採光効率を高めるようにした太
陽電池における採光装置である。
【００１６】また、透明材料からなる欠球体にして、中
心高さを底面直径の０．３〜０．５倍とする欠球型採光
アダプタを、太陽電池パネルの円形セル上に、太陽電池
パネルと一体成形または載置固定した太陽電池における
集光装置である。
心高さを底面直径の０．３〜０．５倍とする欠球型採光
アダプタを、太陽電池パネルの円形セル上に、太陽電池
パネルと一体成形または載置固定した太陽電池における
集光装置である。
【００１７】
【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図３は本発明の基本的な作用を示す図で、１日単位の時
刻に対する太陽高度の変化に追従する場合を示してい
る。図３において、１は太陽電池パネル、２は採光アダ
プタで、この採光アダプタ２はガラスまたはプラスチッ
クからなる半円柱形の透明体であって、凸円弧面を外側
に円弧の弦方向を東西方向、即ち太陽が東から出て西に
沈む方向に向けて、太陽電池パネル１の上に載せて固定
している。
図３は本発明の基本的な作用を示す図で、１日単位の時
刻に対する太陽高度の変化に追従する場合を示してい
る。図３において、１は太陽電池パネル、２は採光アダ
プタで、この採光アダプタ２はガラスまたはプラスチッ
クからなる半円柱形の透明体であって、凸円弧面を外側
に円弧の弦方向を東西方向、即ち太陽が東から出て西に
沈む方向に向けて、太陽電池パネル１の上に載せて固定
している。
【００１８】図３において、採光アダプタ２を取り付け
ない従来の状態の場合、太陽電池パネル１面に照射角θ
(t) で照射される太陽光の受光幅がＳ1 であるのに対
し、採光アダプタ２を取り付けた場合は、採光アダプタ
２に照射される太陽光は図示の状態に屈折して、太陽電
池パネル１面に届くため、受光幅はＳ2 となって、採光
アダプタ２を設けない場合の受光幅Ｓ1 より大幅に増大
する。
ない従来の状態の場合、太陽電池パネル１面に照射角θ
(t) で照射される太陽光の受光幅がＳ1 であるのに対
し、採光アダプタ２を取り付けた場合は、採光アダプタ
２に照射される太陽光は図示の状態に屈折して、太陽電
池パネル１面に届くため、受光幅はＳ2 となって、採光
アダプタ２を設けない場合の受光幅Ｓ1 より大幅に増大
する。
【００１９】太陽電池パネル１に、円弧半径ｒ、円弧角
φ、の採光アダプタ２を装着した場合の、ある時間ｔで
の所定条件に於ける発電電力Ｐａ（KW) は、次の
（３），（４）式で与えられる。 Ｐａ1 ＝Ｉ・Ａ・η・ｒ・｛１−Cos （θ(t) ＋φ／２）｝・・・（３） 但し、 θ(t) ≦φ／２， θ(t) ≧π−φ／２，を条
件とする。 Ｐａ2 ＝Ｉ・Ａ・η・Sin θ(t) ・・・・・・・・・・・・・・・（４） 但し、 φ／２＜θ(t) ＜π−φ／２，を条件とする。
この（３），（４）式により試算した１日の発電電力カ
ーブを図４に、アダプタ２の無い場合のカーブと比較し
て、正午（ｔ＝６hrs ）を中心とした対称形の日照１２
時間の半日分の図として示している。
φ、の採光アダプタ２を装着した場合の、ある時間ｔで
の所定条件に於ける発電電力Ｐａ（KW) は、次の
（３），（４）式で与えられる。 Ｐａ1 ＝Ｉ・Ａ・η・ｒ・｛１−Cos （θ(t) ＋φ／２）｝・・・（３） 但し、 θ(t) ≦φ／２， θ(t) ≧π−φ／２，を条
件とする。 Ｐａ2 ＝Ｉ・Ａ・η・Sin θ(t) ・・・・・・・・・・・・・・・（４） 但し、 φ／２＜θ(t) ＜π−φ／２，を条件とする。
この（３），（４）式により試算した１日の発電電力カ
ーブを図４に、アダプタ２の無い場合のカーブと比較し
て、正午（ｔ＝６hrs ）を中心とした対称形の日照１２
時間の半日分の図として示している。
【００２０】図４において、縦軸は採光アダプタ無しの
正午の最大電力Ｐmax を１とした時の発電電力Ｐａの比
率を、太陽電池パネル１に装着する採光アダプタ２の弦
の長さＬ＝１とした時の、採光アダプタ２の円弧高さＨ
を０．２〜０．５とした４種類を示しているが、いずれ
も採光アダプタ２の無い場合よりも朝、夕時の発電利用
率が向上していることがわかる。
正午の最大電力Ｐmax を１とした時の発電電力Ｐａの比
率を、太陽電池パネル１に装着する採光アダプタ２の弦
の長さＬ＝１とした時の、採光アダプタ２の円弧高さＨ
を０．２〜０．５とした４種類を示しているが、いずれ
も採光アダプタ２の無い場合よりも朝、夕時の発電利用
率が向上していることがわかる。
【００２１】この図４に示す発電電力量を数字で示すと
表１の通りである。 この表１によると、発電電力量はＨ＝０．４が最大で、
アダプタなしに比べ１７％の向上となっている。但し、
日の出後１時間、日没前１時間の太陽光は、地表近くを
通るため、大気層や地形の関係から減衰が大きく、実用
上はＨ＝０．５が有利と言える。従って、採光アダプタ
２の弦の長さＬに対する円弧の高さＨの比を１：０．４
〜０．５とするのが望ましい。
表１の通りである。 この表１によると、発電電力量はＨ＝０．４が最大で、
アダプタなしに比べ１７％の向上となっている。但し、
日の出後１時間、日没前１時間の太陽光は、地表近くを
通るため、大気層や地形の関係から減衰が大きく、実用
上はＨ＝０．５が有利と言える。従って、採光アダプタ
２の弦の長さＬに対する円弧の高さＨの比を１：０．４
〜０．５とするのが望ましい。
【００２２】（第１実施例）図５は、凸円弧面が複数連
続並列している透明体からなる採光アダプタ２を、太陽
電池パネル１に被せて固定した第１実施例を示す斜視図
であって、こうすることによって採光アダプタ２の円弧
高さＨを低く形成でき、形態をコンパクト化して強度を
増し、採光効率を高めることができる。
続並列している透明体からなる採光アダプタ２を、太陽
電池パネル１に被せて固定した第１実施例を示す斜視図
であって、こうすることによって採光アダプタ２の円弧
高さＨを低く形成でき、形態をコンパクト化して強度を
増し、採光効率を高めることができる。
【００２３】（第２実施例）図６及び図６のＸ−Ｘ線断
面を示す図７は、採光アダプタを水タンク型に構成し
て、太陽熱温水器を兼ねる第２実施例を示し、上面を凸
円弧面が複数並列している受光面とし、下面を平面とし
たものの両端に、連通袖部２ａ′を形成して塞いで、透
明体からなる密封中空体に形成した水タンク型採光アダ
プタ２ａに、給水口３と排水口４及びドレン口（図示省
略）を設けて、太陽電池パネル１上に載置固定し、この
水タンク型採光アダプタ２ａに水Ｗを注入することによ
り、太陽電池パネル１が水冷されて、温度上昇による発
電効率の低下を防止するとともに、温水を利用すること
ができる、太陽の光と熱を共に有効利用しようとするも
のである。
面を示す図７は、採光アダプタを水タンク型に構成し
て、太陽熱温水器を兼ねる第２実施例を示し、上面を凸
円弧面が複数並列している受光面とし、下面を平面とし
たものの両端に、連通袖部２ａ′を形成して塞いで、透
明体からなる密封中空体に形成した水タンク型採光アダ
プタ２ａに、給水口３と排水口４及びドレン口（図示省
略）を設けて、太陽電池パネル１上に載置固定し、この
水タンク型採光アダプタ２ａに水Ｗを注入することによ
り、太陽電池パネル１が水冷されて、温度上昇による発
電効率の低下を防止するとともに、温水を利用すること
ができる、太陽の光と熱を共に有効利用しようとするも
のである。
【００２４】（第３実施例）図８は、陸屋根等に水平設
置する場合の、水冷型の第３実施例の横断面を示し、図
５に示すと同様の、凸円弧面が複数連続並列している、
透明体からなる採光アダプタ２を備えた太陽電池パネル
１を、凸円弧の弦方向を南北に向けて、箱型水槽５内に
放熱支持板６により支持して、太陽電池パネル１の底部
と放熱支持板６が水Ｗに接して冷却される状態とし、春
分、夏至、秋分、冬至と推移する季節による太陽高度の
変化に対応して、太陽光の採光効率を高めるとともに、
太陽電池パネル１が太陽熱により加熱されて発電効率が
低下するのを防止し、さらに設備面で約３５度南向き傾
斜して太陽に正対設置するたための架台を省いて設置経
費を低減できるとともに、水平設置による採光量の低下
を、採光アダプタ２により補うものである。
置する場合の、水冷型の第３実施例の横断面を示し、図
５に示すと同様の、凸円弧面が複数連続並列している、
透明体からなる採光アダプタ２を備えた太陽電池パネル
１を、凸円弧の弦方向を南北に向けて、箱型水槽５内に
放熱支持板６により支持して、太陽電池パネル１の底部
と放熱支持板６が水Ｗに接して冷却される状態とし、春
分、夏至、秋分、冬至と推移する季節による太陽高度の
変化に対応して、太陽光の採光効率を高めるとともに、
太陽電池パネル１が太陽熱により加熱されて発電効率が
低下するのを防止し、さらに設備面で約３５度南向き傾
斜して太陽に正対設置するたための架台を省いて設置経
費を低減できるとともに、水平設置による採光量の低下
を、採光アダプタ２により補うものである。
【００２５】（第４実施例）図９は、円形セルを持つ太
陽電池パネル１ｂの円形セル上に、透明材料からなる欠
球体にして、中心高さを底面直径の０．３〜０．５倍と
する欠球型採光アダプタ２ｂを一体成形したものであ
る。なお、図示を省略しているが、欠球型採光アダプタ
の底部の周囲に取付座を設けた単体に形成して、円形セ
ル上に取り付けてもよい。この欠球型採光アダプタは、
四季を通じての太陽高度の変化と、日の出から日没まで
の間の太陽高度の変化の双方に対応して、太陽光を屈折
させて太陽電池パネルへの受光量を増加させる作用をな
すものである。
陽電池パネル１ｂの円形セル上に、透明材料からなる欠
球体にして、中心高さを底面直径の０．３〜０．５倍と
する欠球型採光アダプタ２ｂを一体成形したものであ
る。なお、図示を省略しているが、欠球型採光アダプタ
の底部の周囲に取付座を設けた単体に形成して、円形セ
ル上に取り付けてもよい。この欠球型採光アダプタは、
四季を通じての太陽高度の変化と、日の出から日没まで
の間の太陽高度の変化の双方に対応して、太陽光を屈折
させて太陽電池パネルへの受光量を増加させる作用をな
すものである。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２７】太陽電池パネルに、透明材料からなる採光
アダプタを載設することにより、日の出から日没までの
間の太陽高度の変化と、四季を通じての太陽高度の変化
により、固定している太陽電池パネル面に正対しない太
陽光を、採光アダプタの屈折作用により、太陽電池パネ
ル面に導くことで、受光量を増大して発電効率を１０〜
１５％程度高めることができる。
アダプタを載設することにより、日の出から日没までの
間の太陽高度の変化と、四季を通じての太陽高度の変化
により、固定している太陽電池パネル面に正対しない太
陽光を、採光アダプタの屈折作用により、太陽電池パネ
ル面に導くことで、受光量を増大して発電効率を１０〜
１５％程度高めることができる。
【００２８】採光アダプタの表面が凸円弧面または欠球
面となっているため、雨水により自然に洗浄されて透明
度を保つことができる。
面となっているため、雨水により自然に洗浄されて透明
度を保つことができる。
【００２９】従来の、コンピュータを使用する等して、
太陽を自動的に追尾する装置に比較して可動部分がない
ため、装置が簡単で故障のおそれもなく、安価に設置で
きるとともに、動力費が不要でランニングコストが掛か
らない。
太陽を自動的に追尾する装置に比較して可動部分がない
ため、装置が簡単で故障のおそれもなく、安価に設置で
きるとともに、動力費が不要でランニングコストが掛か
らない。
【００３０】採光アダプタを、アクリル・ポリカーボネ
ード等のプラスチック製とすれば、長波長域の熱線が吸
収されて、太陽電池パネルの温度上昇を軽減し、加熱に
よる発電電力の低下を防止することができる。
ード等のプラスチック製とすれば、長波長域の熱線が吸
収されて、太陽電池パネルの温度上昇を軽減し、加熱に
よる発電電力の低下を防止することができる。
【００３１】採光アダプタを中空体に形成して水タンク
型とし、太陽熱温水器を兼ねるものとして温水を利用
し、さらにこの水タンク型採光アダプタにより太陽電池
パネルが冷却されて、温度上昇による発電電力の低下を
防止することにより、発電効率を１２％程度高めること
ができる。
型とし、太陽熱温水器を兼ねるものとして温水を利用
し、さらにこの水タンク型採光アダプタにより太陽電池
パネルが冷却されて、温度上昇による発電電力の低下を
防止することにより、発電効率を１２％程度高めること
ができる。
【００３２】太陽電池パネルを陸屋根等に設置する場
合、水槽内で水に触れる状態に水平設置することで、太
陽電池パネルを水冷して、温度上昇による発電力の低下
を防止することができ、さらに、南向き傾斜設置しない
ことによる１０％程度の受光率の低下を採光アダプタに
より補い、南向き傾斜設置のための架台を不要として設
備費を低減することができる。
合、水槽内で水に触れる状態に水平設置することで、太
陽電池パネルを水冷して、温度上昇による発電力の低下
を防止することができ、さらに、南向き傾斜設置しない
ことによる１０％程度の受光率の低下を採光アダプタに
より補い、南向き傾斜設置のための架台を不要として設
備費を低減することができる。
【図１】太陽と太陽電池パネルとの、１日の位置関係の
変化を示す図である。
変化を示す図である。
【図２】太陽電池パネルに太陽光が直接照射される場合
の、１日の発電電力カーブを示す図である。
の、１日の発電電力カーブを示す図である。
【図３】本発明の基本的な作用を説明する図である。
【図４】本発明採光アダプタを使用した場合の発電電力
カーブを、採光アダプタなしの従来方法と比較して示す
図である。
カーブを、採光アダプタなしの従来方法と比較して示す
図である。
【図５】本発明採光装置の第１実施例を示す斜視図であ
る。
る。
【図６】本発明採光装置の第２実施例を示す斜視図であ
る。
る。
【図７】図６のＸ−Ｘ′断面図である。
【図８】本発明採光装置の第３実施例を示す横断面図で
ある。
ある。
【図９】本発明採光装置の第４実施例を示す斜視図であ
る。
る。
１ 太陽電池パネル １ｂ 太陽電池パネル ２ 採光アダプタ ２ａ 水タンク型採光アダプタ ２ａ′ 連通袖部 ２ｂ 欠球型採光アダプタ ３ 給水口 ４ 排水口 ５ 箱型水槽 ６ 放熱支持板 Ｗ 水 Ｓ1 採光アダプタ無しの照射幅 Ｓ2 採光アダプタ有りの照射幅 Ｌ 採光アダプタの弦の長さ Ｈ 採光アダプタの円弧の高さ ｒ 採光アダプタの円弧半径 φ 採光アダプタの円弧角 θ 照射角 Ｐ 発電電力 Ｉ 太陽エネルギー密度 Ａ 太陽電池パネルの面積 η 太陽電池パネルの発電効率
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年７月６日（１９９９．７．６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 太陽電池における採光方法及び採光装
置
置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光を効率的に
採光して発電電力量を増す太陽電池における採光方法及
び採光装置に関する。
採光して発電電力量を増す太陽電池における採光方法及
び採光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の太陽電池による発電は、太陽電池
パネルを屋根上等に固定設置して、我が国では緯度の関
係から南向き３０〜３５度の傾斜をもって設置し、パネ
ル面を春分・秋分に南中した太陽に正対させることを基
本としている。
パネルを屋根上等に固定設置して、我が国では緯度の関
係から南向き３０〜３５度の傾斜をもって設置し、パネ
ル面を春分・秋分に南中した太陽に正対させることを基
本としている。
【０００３】太陽電池パネルに対する太陽の位置は、１
日単位では図１に示す如く日の出から日没まで連続的に
変化しており、太陽電池パネル面は日の出からの時間ｔ
に比例した角度θ（ｔ）をもって太陽光エネルギーを受
けている。
日単位では図１に示す如く日の出から日没まで連続的に
変化しており、太陽電池パネル面は日の出からの時間ｔ
に比例した角度θ（ｔ）をもって太陽光エネルギーを受
けている。
【０００４】日射（全て太陽からの直達と仮定）による
太陽エネルギー密度をＩ(KW/m2) ，太陽電池パネルの面
積をＡ(m2)，太陽電池パネルの発電効率をηとすると、
ある時間ｔでの発電電力Ｐ(kw)は次の（１）式で与えら
れる。 Ｐ＝Ｉ・Ａ・η・Sin θ(t) ・・・・・（１） 即ち、１日１２時間（春分、秋分の日基準）の発電電力
カーブは図２の状態となり、正午をピークとして、朝・
夕の日射エネルギー利用率は極めて低いことがわかる。
太陽エネルギー密度をＩ(KW/m2) ，太陽電池パネルの面
積をＡ(m2)，太陽電池パネルの発電効率をηとすると、
ある時間ｔでの発電電力Ｐ(kw)は次の（１）式で与えら
れる。 Ｐ＝Ｉ・Ａ・η・Sin θ(t) ・・・・・（１） 即ち、１日１２時間（春分、秋分の日基準）の発電電力
カーブは図２の状態となり、正午をピークとして、朝・
夕の日射エネルギー利用率は極めて低いことがわかる。
【０００５】上記（１）式から１日の日照時間１２時間
の総発電電力量Ｗ (KWh)を、Ｉ＝１KW/m2,Ａ＝１m2, η
＝１５% として試算すると、次の（２）式となる。
の総発電電力量Ｗ (KWh)を、Ｉ＝１KW/m2,Ａ＝１m2, η
＝１５% として試算すると、次の（２）式となる。
【０００６】
【数１】
【０００７】上記（２）式の１日１２時間の総発電電力
量Ｗ≒１．１５ (KWh)は、太陽が１２時間真上から照射
したと仮定した場合の発電電力量Ｗａ＝１Kw/m2 ×１m2
×０．１５×１２h ＝１．８ (KWh)の６４％に相当す
る。
量Ｗ≒１．１５ (KWh)は、太陽が１２時間真上から照射
したと仮定した場合の発電電力量Ｗａ＝１Kw/m2 ×１m2
×０．１５×１２h ＝１．８ (KWh)の６４％に相当す
る。
【０００８】太陽光を利用する技術分野で、日の出から
日没までの間の太陽との関係位置の変化に対応して、な
るべく多くの太陽光を取り込もうとする試みは、照明目
的の採光技術分野において、採光装置が機械的に太陽を
追尾する方式とか、反射鏡や２枚の平板プリズムの組合
せや、レンズ群などの大掛かりな装置を利用して太陽光
を受光面に導くもの等が知られている。
日没までの間の太陽との関係位置の変化に対応して、な
るべく多くの太陽光を取り込もうとする試みは、照明目
的の採光技術分野において、採光装置が機械的に太陽を
追尾する方式とか、反射鏡や２枚の平板プリズムの組合
せや、レンズ群などの大掛かりな装置を利用して太陽光
を受光面に導くもの等が知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の採光方
法の太陽追尾方式のものは、装置が複雑で設備費が高価
となり、動力費が日日必要となるため発電コストの高騰
を招くといった問題点があり、反射鏡やレンズ・プリズ
ム群を使用するものは装置が嵩張るため、設置の場所の
制約を受けるといった問題点があった。
法の太陽追尾方式のものは、装置が複雑で設備費が高価
となり、動力費が日日必要となるため発電コストの高騰
を招くといった問題点があり、反射鏡やレンズ・プリズ
ム群を使用するものは装置が嵩張るため、設置の場所の
制約を受けるといった問題点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、太陽電池パネルの上に、単または複
数並列した凸円弧面を持つ透明体からなる採光アダプタ
を重ね合わせ、または太陽電池パネルと一体成形し、日
照時の時刻の推移による太陽高度の変化に対応して、太
陽光を凸円弧面の屈折作用により太陽電池パネル面に導
くことで、できるだけ多くの太陽光を受光して、発電能
力を高めようとするものである。
ために、本発明は、太陽電池パネルの上に、単または複
数並列した凸円弧面を持つ透明体からなる採光アダプタ
を重ね合わせ、または太陽電池パネルと一体成形し、日
照時の時刻の推移による太陽高度の変化に対応して、太
陽光を凸円弧面の屈折作用により太陽電池パネル面に導
くことで、できるだけ多くの太陽光を受光して、発電能
力を高めようとするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は、上面を凸円弧面とし
た、透明なプラスチックや硝子等からなる採光アダプタ
を、太陽電池パネル上に載置固定、あるいは太陽電池パ
ネルと一体成形して、一日単位の時刻の推移による太陽
高度の変化に対応して、太陽光を凸円弧面により屈折さ
せて、太陽電池パネルの受光量を増加させる太陽電池に
おける採光方法である。
た、透明なプラスチックや硝子等からなる採光アダプタ
を、太陽電池パネル上に載置固定、あるいは太陽電池パ
ネルと一体成形して、一日単位の時刻の推移による太陽
高度の変化に対応して、太陽光を凸円弧面により屈折さ
せて、太陽電池パネルの受光量を増加させる太陽電池に
おける採光方法である。
【００１２】 また、プラスチックや硝子等の透明材料か
らなり、円弧の高さを弦の長さの０．３〜０．５倍とす
る、単又は複数並列した凸円弧面からなる受光面を形成
した採光アダプタを、凸円弧の弦方向を東西に向けて、
太陽電池パネルの上面に載置固定した太陽電池における
採光装置である。
らなり、円弧の高さを弦の長さの０．３〜０．５倍とす
る、単又は複数並列した凸円弧面からなる受光面を形成
した採光アダプタを、凸円弧の弦方向を東西に向けて、
太陽電池パネルの上面に載置固定した太陽電池における
採光装置である。
【００１３】
【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図３は本発明の基本的な作用を示す図で、１日単位の時
刻に対する太陽高度の変化に追従する場合を示してい
る。図３において、１は太陽電池パネル、２は採光アダ
プタで、この採光アダプタ２はガラスまたはプラスチッ
クからなる半円柱形の透明体であって、凸円弧面を外側
に円弧の弦方向を東西方向、即ち太陽が東から出て西に
沈む方向に向けて、太陽電池パネル１の上に載せて固定
している。
図３は本発明の基本的な作用を示す図で、１日単位の時
刻に対する太陽高度の変化に追従する場合を示してい
る。図３において、１は太陽電池パネル、２は採光アダ
プタで、この採光アダプタ２はガラスまたはプラスチッ
クからなる半円柱形の透明体であって、凸円弧面を外側
に円弧の弦方向を東西方向、即ち太陽が東から出て西に
沈む方向に向けて、太陽電池パネル１の上に載せて固定
している。
【００１４】 図３において、採光アダプタ２を取り付け
ない従来の状態の場合、太陽電池パネル１面に照射角θ
(t) で照射される太陽光の受光幅がＳ1 であるのに対
し、採光アダプタ２を取り付けた場合は、採光アダプタ
２に照射される太陽光は図示の状態に屈折して、太陽電
池パネル１面に届くため、受光幅はＳ2 となって、採光
アダプタ２を設けない場合の受光幅Ｓ1 より大幅に増大
する。
ない従来の状態の場合、太陽電池パネル１面に照射角θ
(t) で照射される太陽光の受光幅がＳ1 であるのに対
し、採光アダプタ２を取り付けた場合は、採光アダプタ
２に照射される太陽光は図示の状態に屈折して、太陽電
池パネル１面に届くため、受光幅はＳ2 となって、採光
アダプタ２を設けない場合の受光幅Ｓ1 より大幅に増大
する。
【００１５】 太陽電池パネル１に、円弧半径ｒ、円弧角
φ、の採光アダプタ２を装着した場合の、ある時間ｔで
の所定条件に於ける発電電力Ｐａ（KW) は、次の
（３），（４）式で与えられる。 Ｐａ1 ＝Ｉ・Ａ・η・ｒ・｛１−Cos （θ(t) ＋φ／２）｝・・・（３） 但し、 θ(t) ≦φ／２， θ(t) ≧π−φ／２，を条
件とする。 Ｐａ2 ＝Ｉ・Ａ・η・Sin θ(t) ・・・・・・・・・・・・・・・（４） 但し、 φ／２＜θ(t) ＜π−φ／２，を条件とする。
この（３），（４）式により試算した１日の発電電力カ
ーブを図４に、アダプタ２の無い場合のカーブと比較し
て、正午（ｔ＝６hrs ）を中心とした対称形の日照１２
時間の半日分の図として示している。
φ、の採光アダプタ２を装着した場合の、ある時間ｔで
の所定条件に於ける発電電力Ｐａ（KW) は、次の
（３），（４）式で与えられる。 Ｐａ1 ＝Ｉ・Ａ・η・ｒ・｛１−Cos （θ(t) ＋φ／２）｝・・・（３） 但し、 θ(t) ≦φ／２， θ(t) ≧π−φ／２，を条
件とする。 Ｐａ2 ＝Ｉ・Ａ・η・Sin θ(t) ・・・・・・・・・・・・・・・（４） 但し、 φ／２＜θ(t) ＜π−φ／２，を条件とする。
この（３），（４）式により試算した１日の発電電力カ
ーブを図４に、アダプタ２の無い場合のカーブと比較し
て、正午（ｔ＝６hrs ）を中心とした対称形の日照１２
時間の半日分の図として示している。
【００１６】 図４において、縦軸は採光アダプタ無しの
正午の最大電力Ｐmax を１とした時の発電電力Ｐａの比
率を、太陽電池パネル１に装着する採光アダプタ２の弦
の長さＬ＝１とした時の、採光アダプタ２の円弧高さＨ
を０．２〜０．５とした４種類を示しているが、いずれ
も採光アダプタ２の無い場合よりも朝、夕時の発電利用
率が向上していることがわかる。
正午の最大電力Ｐmax を１とした時の発電電力Ｐａの比
率を、太陽電池パネル１に装着する採光アダプタ２の弦
の長さＬ＝１とした時の、採光アダプタ２の円弧高さＨ
を０．２〜０．５とした４種類を示しているが、いずれ
も採光アダプタ２の無い場合よりも朝、夕時の発電利用
率が向上していることがわかる。
【００１７】 この図４に示す発電電力量を数字で示すと
表１の通りである。
表１の通りである。
【００１８】
【表１】
【００１９】この表１によると、発電電力量はＨ＝０．
４が最大で、アダプタなしに比べ１７％の向上となって
いる。但し、日の出後１時間、日没前１時間の太陽光
は、地表近くを通るため、大気層や地形の関係から減衰
が大きく、実用上はＨ＝０．５が有利と言える。従っ
て、採光アダプタ２の弦の長さＬに対する円弧の高さＨ
の比を１：０．４〜０．５とするのが望ましい。
４が最大で、アダプタなしに比べ１７％の向上となって
いる。但し、日の出後１時間、日没前１時間の太陽光
は、地表近くを通るため、大気層や地形の関係から減衰
が大きく、実用上はＨ＝０．５が有利と言える。従っ
て、採光アダプタ２の弦の長さＬに対する円弧の高さＨ
の比を１：０．４〜０．５とするのが望ましい。
【００２０】 図５は、凸円弧面が複数連続並列している
透明体からなる採光アダプタ２を、太陽電池パネル１に
被せて固定した第１実施例を示す斜視図であって、こう
することによって採光アダプタ２の円弧高さＨを低く形
成でき、形態をコンパクト化して強度を増し、採光効率
を高めることができる。
透明体からなる採光アダプタ２を、太陽電池パネル１に
被せて固定した第１実施例を示す斜視図であって、こう
することによって採光アダプタ２の円弧高さＨを低く形
成でき、形態をコンパクト化して強度を増し、採光効率
を高めることができる。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２２】太陽電池パネルに、透明材料からなる採光
アダプタを載設することにより、日の出から日没までの
間の太陽高度の変化により、固定している太陽電池パネ
ル面に正対しない太陽光を、採光アダプタの屈折作用に
より、太陽電池パネル面に導くことで、受光量を増大し
て発電効率を１０〜１５％程度高めることができる。
アダプタを載設することにより、日の出から日没までの
間の太陽高度の変化により、固定している太陽電池パネ
ル面に正対しない太陽光を、採光アダプタの屈折作用に
より、太陽電池パネル面に導くことで、受光量を増大し
て発電効率を１０〜１５％程度高めることができる。
【００２３】採光アダプタの表面が凸円弧面となってい
るため、雨水により自然に洗浄されて透明度を保つこと
ができる。
るため、雨水により自然に洗浄されて透明度を保つこと
ができる。
【００２４】従来の、コンピュータを使用する等して、
太陽を自動的に追尾する装置に比較して可動部分がない
ため、装置が簡単で故障のおそれもなく、安価に設置で
きるとともに、動力費が不要でランニングコストが掛か
らない。
太陽を自動的に追尾する装置に比較して可動部分がない
ため、装置が簡単で故障のおそれもなく、安価に設置で
きるとともに、動力費が不要でランニングコストが掛か
らない。
【００２５】採光アダプタを、アクリル・ポリカーボネ
ード等のプラスチック製とすれば、長波長域の熱線が吸
収されて、太陽電池パネルの温度上昇を軽減し、加熱に
よる発電電力の低下を防止することができる。
ード等のプラスチック製とすれば、長波長域の熱線が吸
収されて、太陽電池パネルの温度上昇を軽減し、加熱に
よる発電電力の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽と太陽電池パネルとの、１日の位置関係の
変化を示す図である。
変化を示す図である。
【図２】太陽電池パネルに太陽光が直接照射される場合
の、１日の発電電力カーブを示す図である。
の、１日の発電電力カーブを示す図である。
【図３】本発明の基本的な作用を説明する図である。
【図４】本発明採光アダプタを使用した場合の発電電力
カーブを、採光アダプタなしの従来方法と比較して示す
図である。
カーブを、採光アダプタなしの従来方法と比較して示す
図である。
【図５】本発明採光装置の第１実施例を示す斜視図であ
る。
る。
【符号の説明】 １ 太陽電池パネル ２ 採光アダプタ Ｓ1 採光アダプタ無しの照射幅 Ｓ2 採光アダプタ有りの照射幅 Ｌ 採光アダプタの弦の長さ Ｈ 採光アダプタの円弧の高さ ｒ 採光アダプタの円弧半径 φ 採光アダプタの円弧角 θ 照射角 Ｐ 発電電力 Ｉ 太陽エネルギー密度 Ａ 太陽電池パネルの面積 η 太陽電池パネルの発電効率
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】削除
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】削除
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】削除
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】削除
Claims (5)
- 【請求項１】上面を凸円弧面または欠球面とした、透明
材料からなる採光アダプタを、太陽電池パネル上に載置
固定、あるいは太陽電池パネルと一体成形して、時刻ま
たは季節の推移による太陽高度の変化に対応して、太陽
光を凸円弧面または欠球面により屈折させて、太陽電池
パネルの受光量を増加させる太陽電池における採光方
法。 - 【請求項２】透明材料からなり、円弧の高さを弦の長さ
の０．３〜０．５倍とする、単又は複数並列した凸円弧
面からなる受光面を形成した採光アダプタ（２）を、凸
円弧の弦方向を東西に向けて、太陽電池パネル（１）の
上面に載置固定した太陽電池における採光装置。 - 【請求項３】透明材料からなり、上面を円弧の高さを弦
の長さの０．３〜０．５倍とする、単又は複数並列した
凸円弧面からなる受光面とし、下面を平面とした密封中
空体に給・排水口を設けた水タンク型採光アダプタ（２
ａ）を、凸円弧の弦方向を東西に向けて、太陽電池パネ
ル（１）の上面に載置固定し、水タンク型採光アダプタ
（２ａ）の内部に水を満たして、太陽電池パネル（１）
の冷却及び太陽熱温水器の機能を備えた太陽電池におけ
る採光装置。 - 【請求項４】透明材料からなり、円弧の高さを弦の長さ
の０．３〜０．５倍とする、単又は複数並列した凸円弧
面からなる受光面を形成した採光アダプタ（２）を、凸
円弧の弦方向を南北に向けて、太陽電池パネル（１）の
上面に載置固定したものを、平らな場所に設置されてい
る冷却水槽（５）内に、放熱支持板（６）に支持させて
水平に固定した太陽電池における集光装置。 - 【請求項５】透明材料からなる欠球体にして、中心高さ
を底面直径の０．３〜０．５倍とする欠球型採光アダプ
タを、太陽電池パネルの円形セル上に、太陽電池パネル
と一体成形または載置固定した太陽電池における集光装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10208620A JP2000031521A (ja) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | 太陽電池における採光方法及び採光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10208620A JP2000031521A (ja) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | 太陽電池における採光方法及び採光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000031521A true JP2000031521A (ja) | 2000-01-28 |
Family
ID=16559248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10208620A Pending JP2000031521A (ja) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | 太陽電池における採光方法及び採光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000031521A (ja) |
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- 1998-07-07 JP JP10208620A patent/JP2000031521A/ja active Pending
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