JP2003149586A - 集光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】太陽光エネルギーの利用において、太陽光の収
束する集光器を低コストにて製造、軽量化し、且つ搬
送、設置を容易にすること。 【解決手段】光の反射率の高い反射体２０を回転放物面
あるいは放物面断面をもつ角錐状に成型して、その焦点
又は焦点より放物線の頂点側とした集光器、及び構造体
を気膜構造とし、気体を充填した時反射率の高い反射膜
２の形状が放物面またはそれに近似代替する形状又は、
平面になる様に構成された集光器。それらの集光器を複
数一体パネル構造とし、。ワイヤー１３にて支持した追
尾装置よりなる集光発電システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、太陽エネルギーを
集光してエネルギー密度を高めて 電気エネルギーに変
換、又は直接熱源として 有効利用を促進するものに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来，太陽光を集光する方法は、 １ 多数の平面鏡を姿勢制御して、集光する。 ２ 剛性の有る枠に凹面鏡を整形して集光する。 ３ 凸レンズ又はフレネルレンズにより集光する。 ４ 反射板にて太陽光を重複させて集光する。 ５ ホーンアンテナの様に反射板を円錐又は角錐形状の
内面を反射させ集光する。 以上のように 出力を高めるためには集光するための設
備が高価で、大きな集光面積を得るためには堅牢な構造
物も必要となり高コストとなる、また設置及び保守にか
かる手間も有った。また 集光率が高いと太陽電池コス
ト、熱対策も必要となり、太陽追尾の精度も高いものが
要求された。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、光を反射する面形状が比較的低精度で機能し、散
乱光を含めた集光を可能とし、軽量にして製作コストを
下げることであり、 １ 構造の単純化、軽量化で製作コストを低減する。 ２ 搬送、設置時にかさばらないよう、折りたたみ可能
な構造とし、搬送設置時に掛かるエネルギー、コスト、
時間、地理的制約を低減する。 ３ 集光器の軽量化により、支持構造を簡略化して、姿
勢制御装置の小型化、搬送設置時に掛かるコスト、時
間、地理的制約を低減すると共に製造コストも低減す
る。 ４ 姿勢制御装置の追尾精度を下げ、更に散乱光も含め
て集光する。 以上の課題を解決することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、太陽エネルギ
ーを集光させるために、光の強度を高めるために用いら
れる集光器の構造において、光の反射率の高い反射体２
０の形状が受光側より受光面積が減少し、断面が二次曲
線の回転面もしくは多角形の角錐状で構成する事で、図
１の集光器Ａ断面において 集光器に入光した直接光３
は二次曲面よりなる反射体２０で反射され焦点２２に集
光される。このとき二次曲面が回転放物面となる場合
は、焦点２２に一点集中してしまうので、一点集中とな
らない焦点範囲がある程度の広がりをもち、焦点２２位
置の集光面９となるように二次曲面を近似調整するか、
もしくは焦点２２の位置と集光面９の位置を入光側にず
らして焦点をぼかして集光面９とする。また、図２の集
光器Ｂ断面に示すように、焦点２２の位置と集光面９の
位置を入光側より外に集光面９を設定する場合は、放物
面を焦点２２より外側を直接光３に対し平行な部分を成
形し、焦点以降の反射光４を再反射して集光面９に光が
到達する構造とすることで、 １ 平面のみの反射を利用するより、高い集光率が得ら
れる。 ２ 気膜構造とした時内部の気圧により、精度よく反射
膜２の形状を形成する事ができる。 ３ 反射体２０は薄板状の単純形状なのでプラスチッ
ク、金属でも容易にプレス成型可能で量産コストが安く
なり、曲面なので平板より強度が高く成型精度も高く保
てる。 ４ 採光面に透過体２１にて蓋をする事により反射面の
汚れが無くなる。 ５ 直接光３と同じ方向に集光されるので、集光部の機
器の陰が無く集光効率が良い。 ６ 集光度を低く設定すれば、散乱光も良く集光でき
る。 ７ 集光面９の形状を太陽電池の形状に合わせて集光す
る事ができ、面積効率が良い。 ８ 焦点２２位置に非球面レンズにて、焦点以降の反射
光を平行光に近似屈折させれば、平行部の重複反射によ
る光強度の減衰を小さくする事も可能である。 ９ 反射体２０の平行部を集光率を上げるために、更に
ホーンアンテナの形状のようにテーパ状として集光させ
る事もできる。 １０ 透過体２１の材質は光の高透過率を備えていれば
良く、透明樹脂板、繊維強化板などが利用でき、選択吸
収あるいは反射性のある膜を利用すれば特定の波長のみ
選択集光も可能となる。反射体２０の材質は光の高反射
率を備えていれば良く、金属蒸着樹脂、鍍金処理、薄板
金属などが利用でき、選択吸収あるいは反射性のある膜
を利用すれば特定の波長のみ選択集光も可能となる。 １１ 反射体２０の面形状を回転面で無く、直線あるい
は曲線にて引き伸ばして、直線あるいは曲線の溝状面を
成型しても集光可能で、集光率は低くなるが光軸追尾が
１軸で済み、設置条件等によっては 経済コストの上が
る事も有る。 １２ 集光面９を球面、円錐、角錐の立体面としてもよ
く、単純に熱利用であれば球体を熱コレクターとして焦
点２２位置又は反射体２０平行部に設置すればよく、そ
の球体を軸芯として光軸の調整をすれば球体の位置を移
動することなく光軸追尾も可能となる。

【０００５】図４、図５、図６及び図７において、光の
透過率の高い透過膜１と 光の反射率の高い反射膜２を
組み合わせた気密性の気膜構造とし、気体を充填した
時、反射率の高い反射膜２の形状が受光側より受光面積
が減少する円錐、多角錐、ラッパ形状あるいは２次曲面
の形状 及びそれらの複合した形状になる様に構成する
事で、 １ 膜構造のみにより、精度の良い反射面を容易に形成
することが出来る。 ２ 構成材料が膜なので原料コスト、加工コストを低減
する事ができ、非常に軽量にする事ができる。 ３ 充填気体を抜けば 折りたたみ可能となり、設置の
移動、携帯も楽に出来る。 ４ 外気に触れる部分は凸形状なので、埃等の堆積が少
なくメンテナンスが楽になり、内部充填圧力を変化させ
る事で外形を変形又は震動させ埃等の堆積をより少なく
する事も可能である。 ５ 反射膜２の部分に光硬化樹脂をコーティングしてお
くことにより、光を受けた後は反射膜２の部分に剛性が
生じ充填圧力が低くなっても形状を保持する事も可能で
ある。 ６ 宇宙空間で利用する場合、無重力、無気圧なので
少量のガスで形状をなすことが出来、風、重力等の荷重
を受けないために大きな物でも安定した設置が可能とな
り、反射膜２の部分に光硬化樹脂をコーティング固体化
し成形後に透過膜１をはずしてしまうことも可能であ
る。また透過膜１の材質は光の高透過率と充填気体の不
透過率を備えていれば良く、透明樹脂膜、繊維強化膜な
どが利用でき、選択吸収あるいは反射性のある膜を利用
すれば特定の波長のみ選択集光も可能となる。反射膜２
の材質は光の高反射率と充填気体の不透過率を備えてい
れば良く、金属蒸着樹脂膜、アルミ箔、金属樹脂積層膜
などが利用でき、選択吸収あるいは反射性のある膜を利
用すれば特定の波長のみ選択集光も可能となる。 ７ 太陽電池の特性に合わせた集光度、集光面を設定で
きる。

【０００６】図１、図２、図４、図５、図６及び図７に
おいて光の強度が高められる集光面９に気膜構造の内面
あるいは外面より太陽電池１０を具備する構造とするこ
とで、 １ 太陽電池１０のフレーム、保護ガラスの役割を透過
膜１と反射膜２の気膜構造体で固定支持する事ができ
る。 ２ 太陽電池１０の部分のみプラスチック、金属で補強
しておけば、気膜構造の充填気体を抜けば小さく折りた
たみが可能で、設置場所にて気体を充填するだけで設置
か容易であり、補強を金属のフィン状にしておくことで
太陽電池１０の温度上昇を防ぐことも可能である。 ３ 太陽電池１０の貼り付けは可逆性接着剤、可逆性貼
り付けテープ、マグネットを利用しておけば容易に交換
も可能である。

【０００７】図３において、単体の透過体２１あるいは
図１２に示すように透過膜１と外形膜６にて形成される
気膜構造体に集光部を複数配列形成して単体構造物とす
ることで、 １ 反射体２０または反射膜２がハニカム構造と同様な
補強効果を持ち、パネル形状で軽量、高強度にて大型の
物が低コストで製造可能となる。 ２ 反射体２０または反射膜２の配列の仕方により、四
角、円形など外形形状の自由度が大きい。 ３ 集光パネルが軽量に大面積の物ができるので、容易
に設置でき、設置場所の重量負荷も少ない。

【０００８】図１３において、集光部を複数配列形成し
て単体構造物とした集光器１１又は単体の集光器を複数
ワイヤー１３にて支持し、支持すると共に各ワイヤー１
３の行き違い長さ及び回転角度各を回転アーム１２の角
度を調節して、複数の集光器１１を同時角度追尾を行な
うことで、 １ 容易に複数の集光器１１を太陽光の方向に同時に追
従させる事が出来る。 ２ 集光器１１自身が軽量なので、ワイヤー１３の負荷
も少なく駆動動力も少なくて済み、設置も簡単なので設
備コストが低減できる。 ３ ワイヤー１３を張る事が可能であれば、集光器１１
は空間に浮いた状態なので設置場所の自由度が非常に大
きい。 ４ 地面に対して垂直でも水平にでもワイヤー１３を張
る事ができるので、設置面積効率が良くなる。 ５ 宇宙空間で利用する場合はワイヤー１３を剛性の有
るロッドを利用することにより、回転アーム１２を片側
のみにすることも可能である。

【０００９】以上のような手段を単独又は組み合わせて
講じる。また 太陽電池１０を 熱電変換素子、各種集
熱器、電波受容器、光信号センサーに置換する事で、温
水器及びソーラークッキング、アンテナ、光通信に応用
も可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施形態の違いにより、その構造
特徴を説明する。

【００１１】１ 図１に集光器Ａ断面を示し、これを説
明する。焦点の拡散を調整された二次曲線断面をもつ回
転面もしくは多角形の角錐状に成型された反射体２０の
二次曲線のなす近似された焦点２２位置を水平に切断し
た面を集光面９とする。これにより、開口部より平行な
直接光３が入光した時、集光面９に垂直となる直接光３
を除き 反射体２０に反射された反射光４は集光面９に
集光される。このとき、反射光４が焦点２２付近の二次
曲線に再反射しないように二次曲線頂点からの焦点距離
より集光面９の断面位置を長くとり、再反射を少なくす
ると外部へ反射する反射光が少なくなり光の収集効率が
上がる。

【００１２】２ 図２に集光器Ｂ断面を示し、これを説
明する。放物二次曲線をなす回転面もしくは多角形の角
錐状に成型された反射体２０の放物曲線のなす焦点２２
より開口部に近い位置を水平に切断した面より平行な円
柱面もしくは多角形の角柱面にて、開口部端部より反射
した光線が集光面９の端部となる長さまで延長した位置
を集光面９とする。また 平行部の再反射による効率低
下を考えなければ集光面９は平行部の任意位置、角度に
取る事ができる。これにより、開口部より平行な集光面
９が入光した時、集光面９に垂直となる直接光３を除き
反射体２０に反射された反射光４は平行な円柱面もし
くは多角形の角柱面にて再反射されて集光面９に集光さ
れる。このとき直接光３の角度がある角度にずれを生じ
ても、光の焦点位置が平行部の範囲内であれば反射光４
は平行な円柱面もしくは多角形の角柱面にて再反射され
て集光面９に集光され、その範囲内の散乱光も合わせて
集光される事となる。

【００１３】３ 図３に複合型外形を示し、これを説明
する。図１又は図２に示した形状の反射体２０を複数平
面上に配列して、採光面となる透過体２１と、反射体２
０の集光面９に位置に複数の太陽電池１０を配置した電
池プレート２３にて反射体２０を挟み込み固着する。こ
れにより複数の集光体が一体となり、合わせて構成され
た構造体はハニカムパネルと似た構造となり、反射体２
０の構造材が十分に薄くとも十分な強度を持ちえる事が
でき、軽量且つ製作の簡単な集光発電パネルが作成でき
る。パネルの形状として 配列の組合せにより円盤、多
角形など任意の形状に形づくる事が可能である。

【００１４】４ 図４に膜集光器Ａ断面を示し、これを
説明する。これは図１の構造を気膜構造にしたもので、
反射膜２と透過膜１よりなる気室Ａ７に気体を充填した
時に、図１の反射体２０と同形状をなすようにしたもの
である。外形を補助的に任意の形状とするためその周囲
を外形膜６にて包み込む構図としてあるが、機能上は外
形膜６は無くても良い。外形膜６を設ける場合は反射膜
２の形状維持の為、気室Ａ７の充填圧力を気室Ｂ８より
高くする必要があるが、外形膜６と反射膜２とで形成さ
れる気室Ｂ８の充填圧力を低くする事で、つぶれたビー
チボールのように任意の角度にて座らせることも可能と
なる。

【００１５】５ 図５に膜集光器Ｂ断面を示し、これを
説明する。これは図２の構造を気膜構造にしたもので、
反射膜２と透過膜１よりなる気室Ａ７に気体を充填した
時に、図１の反射体２０と同形状をなすようにしたもの
である。外形を補助的に任意の形状とするためその周囲
を外形膜６にて包み込む構図としてあるが、機能上は外
形膜６は無くても良い。外形膜６を設ける場合は反射膜
２の形状維持の為、気室Ａ７の充填圧力を気室Ｂ８より
高くする必要があるが、外形膜６と反射膜２とで形成さ
れる気室Ｂ８の充填圧力を低くする事で、つぶれたビー
チボールのように任意の角度にて座らせることも可能と
なる。

【００１６】６ 図６に膜集光器Ｃ断面を示し、これを
説明する。反射膜２を平面の組合せ、又は円錐状とした
構造で、気体を充填した時、反射率の高い反射膜２の形
状が受光側より受光面積が減少する平面の組合せ、又は
円錐状とし、開口部を透過膜１、他の部位を外形膜６に
て気密構造として反射膜２自体に気密構造を取らなくと
も気室Ａ７と気室Ｂ８が同気圧となるようにしたもので
ある。透過膜１より入光した直接光３は反射膜２に反射
され反射光４は集光面９に到達し、開口部面積と集光面
９の面積比の集光率を得る事ができるが、反射面が同一
角度で反射するため反射される度に反射面の角度の２倍
で入射光が反射され、重複して反射された場合は集光面
９に到達せず、集光率の設定には制限が生じるが、６倍
以下程度の低集光率では構造が簡単となる。特に配列構
造の気膜構造とした場合は気体充填圧力が同じで良いの
で、より構造が簡単となる。

【００１７】７ 図７に膜集光器Ｄ断面を示し、これを
説明する。反射膜２を伸縮性の材質で形成し、気室Ａ７
と気室Ｂ８を充填圧力に差を設け圧力の制御にて、気室
Ａ７側に凸曲面としたり、図４のように凹曲面と任意に
形状制御できる構造としたもので、状況に応じて集光
率、集光指向性を制御可能とするものである。太陽電池
１０の特性によっては、散乱光が多い時は集光率を上
げ、強い直射光の時は集光率を下げて、太陽電池１０の
破壊、劣化を防ぐことが可能となる。また 電力需要に
よっての発電制御も可能である。

【００１８】８ 図１、図２、図５、図６及び図７にお
ける 反射体２０又は反射膜２の立体的形状として、図
８に円錐型正面を示し円錐状に受光側より受光断面積を
減少させる、図９に六角錐型正面を示し多角錐状に受光
側より受光断面積を減少させる、図１０に四角錐型正面
を示し四角錐状に受光側より受光断面積を減少させる、
図１１に角丸錐型正面を示し角型より円形に徐々に変形
させながら受光側より受光断面積を減少させる等、多く
の形状をとる事が可能である。

【００１９】９ 図１２に気膜複合型外形を示し、これ
を説明する。図５、図６及び図７に示した形状の反射膜
２を複数平面配列して外形膜６の内部に設け、一体の透
過膜１に複数の反射膜２及び集光面９相当の位置に複数
の太陽電池１０を外形膜６に配置し、外形膜６と透過膜
１を気密構造とする。これにより複数の集光体が一体と
なり、合わせて構成された気膜構造体は気膜内部にリブ
で補強した構造となり、気体充填圧力により十分な強度
を持ちえる事ができ、軽量且つ製作の簡単な集光発電パ
ネルが作成できる。パネルの形状として 配列の組合せ
により円盤、多角形など任意の形状に形づくる事が可能
である。

【００２０】１０ 図１３に多重連動太陽光追尾機構図
を示し、これを説明する。集光器１１の外周部４箇所に
ワイヤー１３と回転自在となる取り付け具１４にて、複
数の集光器１１を４本のワイヤー１３に結合し、そのワ
イヤー１３の両端部を それぞれの回転アーム１２に取
り付ける。一端の回転アーム１２は任意あるいは自動的
に制御されるＹ軸１５とＸ軸１６を持ち、回転アーム１
２がＸ軸１６の回転制御されると４本のワイヤー１３に
点接合されている集光器１１も複数連動して Ｘの方向
に揺動する。回転アーム１２がY軸１５の回転制御され
ると４本のワイヤー１３は回転方向に行違いになり、点
接合されている集光器１１それぞれが並行にYの方向に
動揺する。これを復列に配置する場合は、Ｙ軸１５とＸ
軸１６をリンク等で連結して復列同時制御する事も可能
である。この機構により、軽量な複数の集光器１１はワ
イヤー１３に吊られた状態で同時に方向制御され、太陽
あるいは電波の方向へ追尾させる事が簡単な設備で可能
となる。また このワイヤー１３の引張り方向は地面に
対して並行、垂直、斜めどのような方向でも設置可能
で、屋根の傾斜面、山の傾斜面、建造物の合間など あ
らゆる所に設置可能であり機能的にはワイヤー１３は３
本で二軸の姿勢制御も可能である。気膜構造の場合は台
風など 構造物あるいは集光器１１に被害が起きそうな
時には、集光器１１の充填圧力を抜き、集光器１１を収
納する事も可能であり、もし事故がおきて集光器１１が
風に飛ばされるような事が起こっても集光器１１は非常
に軽く２次災害を起こすこともない。また 集光率を下
げて設定する場合などは、コスト低減のため一軸のみの
追尾システムとすることも可能である。一軸の場合ワイ
ヤー１３は最低で２本で角度制御可能である。

【００２１】１１ 図１５にソーラークッカーを示し、
簡単に熱利用が計れる例を説明する。透過膜１と反射膜
２にバルブ５を設けて気膜構造とし、焦点部に球体の熱
伝導率及び吸光率の高い集熱コレクター２４を熱伝導の
低い材質で作られた球面保持具２７にて自在に角度変更
可能に保持し、太陽光の方向へ反射膜２の角度を合わせ
る。集熱コレクター２４の位置は反射膜２の反射平行部
でも集熱されるので球面保持具２７は円筒形で有っても
良い。太陽からの光が反射膜２にて集熱コレクター２４
に集光し熱となり加熱部２５に伝熱される。このとき加
熱部２５に被加熱物２６を乗せると加熱される事とな
る。収納時はバルブ５より充填空気を抜けばコンパクト
になり持ち運びも楽なのものとなり、キャンプなどで手
軽に太陽を利用した調理などが可能となる。加熱部２５
を断熱室などに導入すれば、簡易太陽炉ともなる。透過
膜１及び反射膜２が温度的に問題があるとき反射膜２を
金属成形物又は金属板の折りたたみ構造として球面保持
具２７に固定すればよい。

【００２２】１２ 図１６に偏心多重連動太陽光追尾機
構図を示し、これを説明する。反射体２０の外周部４箇
所にワイヤー１３と回転自在となる取り付け具１４に
て、複数の反射体２０を４本のワイヤー１３に結合し、
そのワイヤー１３の両端部を それぞれの回転アーム１
２に取り付け、集熱コレクター２４の位置を反射体２０
の焦点又は反射平行部とし、回転アーム１２のＹ軸１５
とＸ軸１６の交点をＸ軸上にとる。一端の回転アーム１
２は任意あるいは自動的に制御されるＹ軸１５とＸ軸１
６を持ち、回転アーム１２がＸ軸１６の回転制御される
と４本のワイヤー１３に点接合されている反射体２０も
集熱コレクター２４を回転中心として複数連動しＸの方
向に揺動する。回転アーム１２がY軸１５の回転制御さ
れると４本のワイヤー１３は回転方向に行違いになり、
反射体２０は点接合されている集熱コレクター２４を回
転中心として それぞれが並行にYの方向に動揺する。
これを復列に配置する場合は、Ｙ軸１５とＸ軸１６をリ
ンク等で連結して復列同時制御する事も可能である。こ
の機構により、軽量な複数の反射体２０はワイヤー１３
に吊られた状態で同時に方向制御され、集熱コレクター
２４を回転中心として、太陽あるいは電波の方向へ追尾
させる事が簡単な設備で可能となり、集熱部は移動する
ことなく固定されたままなので 高伝熱材の加熱部２５
を複数の集熱コレクター２４に接続して、容易に集める
事ができる。また このワイヤー１３の引張り方向は地
面に対して並行、垂直、斜めどのような方向でも設置可
能で、屋根の傾斜面、山の傾斜面、建造物の合間など
あらゆる所に設置可能であり機能的にはワイヤー１３は
３本で二軸の姿勢制御も可能である。また 集光率を下
げて設定する場合などは、コスト低減のため一軸のみの
追尾システムとすることも可能である。一軸の場合ワイ
ヤー１３は最低で２本で角度制御可能である。集熱コレ
クター２４は球体に限らず、ヒートパイプあるいは、液
体加熱の場合などコイル状のパイプに流体を流しながら
の加熱、熱移動も容易であり、集熱コレクター２４を反
射体２０あるいは反射膜２の反射平行部に固定して、角
度の動きを可撓配管、ロータリージョイントにて接続も
可能である。

【００２３】以上のようにそれぞれの構造と特徴をも
ち、各構造、機能の組合せ、構成材質により、さまざま
な環境に合わせることが可能である。

【００２４】

【実施例】

【００２５】Ａ、 図１４に反射詳細を示し、これに表
わされている反射体２０の断面形状を回転面として図形
展開しステンレス箔にて試作しその性能を確認した。各
寸法を開口部直径 Ｄ＝１１０ｍｍ、集光面直径 ｄ＝
４０ｍｍ、放物面距離Ｈ＝６８．５ｍｍ、平行部距離Ｌ
＝２４．５ｍｍ、設計焦点距離Ｆ＝１０ｍｍとする試作
において、計算集光率は(Ｄの二乗/ｄの二乗)にて約
７．５倍、ステンレス反射率約６０％、集光部に１５ｍ
ｍ角の太陽電池でその出力電力にて比較効果を検証す
る。 １ 曇天の垂直太陽光では、直接光：集光の比率が 約
１：２で 太陽光の角度＋−３０度程度の方向きの対し
て大きな変化は無かったが、１５度以上の方向きにて集
光した場合の電力は急激に減少した。 ２ 薄曇の垂直太陽光では、直接光：集光の比率が 約
１：３で 太陽光の角度＋−１５度程度の方向きの対し
て大きな変化は無かったが、１５度以上の方向きにて集
光した場合の電力は急激に減少した。 ３ 晴れの垂直太陽光では、直接光：集光の比率が
約１：４で 太陽光の角度＋−１５度程度の方向きの対
して大きな変化は無かったが、１５度以上の方向きにて
集光した場合の電力は急激に減少した。 １，２，３の結果より反射面の反射率 曲面の精度不
足、太陽電池特性などより効率は低下したが、同面積の
太陽電池にて２倍以上の電力を出力できることは確認で
きた。

【００２６】Ｂ、 図１４に反射詳細を示し、これに表
わされている反射体２０の断面形状を四角錐として図形
展開しステンレス箔にて試作しその性能を確認した。各
寸法を開口部角 Ｄ＝１００ｍｍ、集光面角 ｄ＝２０
ｍｍ、放物面距離Ｈ＝１２０ｍｍ、平行部距離Ｌ＝２４
ｍｍ、設計焦点距離Ｆ＝５ｍｍとする試作において、計
算集光率は(Ｄの二乗/ｄの二乗)にて約２５倍、ステン
レス反射率約６０％、集光部に15ｍｍ角の太陽電池でそ
の出力電力にて比較効果を検証する。 １ 曇天の垂直太陽光では、直接光：集光の比率が 約
１：２で 太陽光の角度＋−１５度程度の方向きの対し
て大きな変化は無かったが、１５度以上の方向きにて集
光した場合の電力は急激に減少した。 ２ 薄曇の垂直太陽光では、直接光：集光の比率が 約
１：３で 太陽光の角度＋−５度程度の方向きの対して
大きな変化は無かったが、１０度以上の方向きにて集光
した場合の電力は急激に減少した。 ３ 晴れの垂直太陽光では、直接光：集光の比率が
約１：４で 太陽光の角度＋−５度程度の方向きの対し
て大きな変化は無かったが、５度以上の方向きにて集光
した場合の電力は急激に減少し、徴少角度の指向性が顕
著に表れる。 １，２，３の結果より反射面の反射率 曲面の精度不
足、太陽電池特性などより効率は低下したが、同面積の
太陽電池にて２倍以上の電力を出力できることは確認で
きたが、集光率を大きくとっても効果が現れていない原
因は曲面の精度不足であり、集光率を上げるには集光率
に見合った曲面精度が必要である。また 晴れの直接光
を集光した場合は太陽電池の出力が飽和に近いと想像さ
れ、反射材を反射率を高く、曲面の精度を上げ、太陽電
池の特性を集光用の特性にて作成する事で、効率は十分
に改善が可能である。

【００２７】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明の効果を
以下に列記する。

【００２８】装置及び設備の製造コストの低減により １ 集光器及び追尾装置の製造コストが激減するするた
め高価な太陽電池の使用量を少なくして低コストで太陽
光発電が可能となる。 ２ 高効率温水器など良質な高温エネルギーを簡単に低
コストにて利用できるようになる。 ３ 高効率な太陽熱発電においても、コスト要因の集光
部のコストが下がる事によりシステム全体のコストが低
減する。

【００２９】気膜構造の場合は、装置、設備の設置及び
復元の容易性により １ 移動を伴う設置でキャンプなど、電源、熱源のない
場所で電源、熱源の確保が容易に出来る。 ２ 緊急災害時など電力、動力が利用不可能になったと
き、容易に設置して緊急電源、緊急動力とする事ができ
る。 ３ 搬送が困難なために設置する事ができなかった場所
でも設置が可能となる。 ４ 台風等の非常時には、即座に撤去でき、設備の安全
性を確保する事が容易である。 ５ 宇宙空間で利用する場合も、積載重量が軽く、大型
太陽光集光器を低コストで作成することが出来る。

【００３０】設備の軽量化により １ 気膜構造の場合、設備が何らかの異常で破壊されて
も、硬く重い部品がなく、破壊 故障による二次災害が
防止できる。これにより、人が集まる場所でも安全に設
置が可能となる。 ２ 設備の移動及び携帯が容易である。 ３ 設備の製造にかかる原料が少なく、設備廃止時に排
出される廃棄物も減少する。

【００３１】気膜構造の場合、未利用時コンパクトな状
態とすることで １ 移動を伴う設置でキャンプなど、電源、熱源のない
所での電源、熱源の確保が容易に出来る。 ２ 災害時に復旧に時間がかかる場合など、電源、熱源
の確保が容易に出来る。 ３ 宇宙空間に打ち上げる場合、ロケットの積載重量、
積載空間が大幅に軽減される。

【００３２】熱エネルギーの場合、直接光より高い温度
を得る事が可能なので １ 温水器では、冬又は曇天で温水の温度が上がりにく
い状態でも、より高温に加熱する事ができる。 ２ 天窓等にて採光する場合、採光するための光取り入
れ口を小さくすることができる。 ３ 調理器、太陽炉、乾燥炉などに利用する場合、採光
側に影となるものが無く、熱利用点を動かすことなく太
陽追尾が可能。

【００３３】以上のように本発明の効果はさまざまな環
境に対応でき、装置、設備のコストが削減出来る。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】集光器Ａ断面

【図２】集光器Ｂ断面

【図３】複合型外形

【図４】膜集光器Ａ断面

【図５】膜集光器Ｂ断面

【図６】膜集光器Ｃ断面

【図７】膜集光器Ｄ断面

【図８】円錐型正面

【図９】六角錐型正面

【図１０】四角錐型正面

【図１１】角丸錐型正面

【図１２】気膜複合型外形

【図１３】多重連動太陽光追尾機構図

【図１４】反射詳細

【図１５】ソーラークッカー

【図１６】偏心多重連動太陽光追尾機構図

【符号の説明】

１ 透過膜 ２ 反射膜 ３ 直接光 ４ 反射光 ５ バルブ ６ 外形膜 ７ 気室Ａ ８ 気室Ｂ ９ 集光面 １０ 太陽電池 １１ 集光器 １２ 回転アーム １３ ワイヤー １４ 取り付け具 １５ Ｙ軸 １６ X軸 ２０ 反射体 ２１ 透過体 ２２ 焦点 ２３ 電池プレート ２４ 集熱コレクター ２５ 加熱部 ２６ 被加熱物 ２７ 球面保持具

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光の強度を高めるために用いられる集光器
   の構造において、光の反射率の高い反射体２０の形状が
   受光側より受光面積が減少し、断面が二次曲線の回転面
   もしくは多角形の角錐状で構成され、焦点又は焦点より
   二次曲線頂点方向に反射体２０が対向する面を平行に構
   成して、焦点位置及び焦点位置平面又は平行部及び平行
   部底面を集光面９とする集光器。
2. 【請求項２】光の強度を高めるために用いられる集光器
   の構造において、光の透過率の高い透過膜１と 光の反
   射率の高い反射膜２を組み合わせた気密性の気膜構造と
   し、気体を充填した時、反射率の高い反射膜２の形状が
   受光側より受光面積が減少する円錐、多角錐、あるいは
   請求項１の形状 及びそれらの複合した形状になる様に
   構成された集光器。
3. 【請求項３】光の強度が高められる集光面９に内面ある
   いは外面より太陽電池１０を具備する構造とした請求項
   １及び請求項２の集光器。
4. 【請求項４】請求項１又は請求項２によりなる集光部を
   複数配列形成して単体構造物とした集光器。
5. 【請求項５】請求項１又は請求項２及び請求項４にて、
   構成される複数の集光器１１をワイヤー１３にて支持
   し、支持すると共に各ワイヤー１３の行き違い長さ及び
   回転角度各を回転アーム１２の角度を調節して、複数の
   集光器１１、反射膜２及び反射体２０を同時角度追尾を
   行なう集光システム。