JP2003258291A

JP2003258291A - 集光式太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2003258291A
Application number: JP2002379115A
Authority: JP
Inventors: Michio Kondo; 道雄近藤; Kenji Araki; 建次荒木
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】追尾誤差やレンズ組付け誤差等があっても太
陽電池面上の照度を均一に保って発電低下を来さないよ
うにする。【解決手段】太陽光Ｌ１に頂面を向けて配設されたド
ーム型フレネルレンズ１と、太陽電池３と、上記フレネ
ルレンズ１と太陽電池３との間に介設され、フレネルレ
ンズ１によって集光される光束Ｌ２を入射させて内部で
反射させつつ導光する、太陽電池３に向けて小径となる
テーパ状側面２１ａを有する四角形断面のプリズム二次
集光器２とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集光手段によって太
陽電池面に太陽光を集光するようにした集光式太陽光発
電装置に関し、特に、追尾誤差や組付け誤差等の影響や
色収差の影響を受けることなく太陽電池面の照度を均一
に保って安定した発電を行えるようにした集光式太陽光
発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】集光式太陽光発電装置は常に太陽方向へ
向けた集光レンズ等によって比較的小径の太陽電池面に
太陽光を集光して効率的な発電を行うものである。集光
レンズとしてはフレネルレンズを使用することが多く、
このような集光式太陽光発電装置において、追尾誤差や
フレネルレンズの組付け誤差等によって集光レンズの向
きが僅かに太陽方向から外れると太陽電池の受光面上の
照度が急激に低下して発電が大きく損なわれるという問
題があった。そこで、従来は、集光レンズと太陽電池の
間に二次集光器を設けて、集光レンズから射出される光
束が正規方向から多少振れても、二次集光器の内部で反
射させることによって上記光束を太陽電池の受光面へ常
に確実に入射させるようにしている。従来の二次集光器
は、集光レンズから射出される光束の断面と相似した断
面の円筒形や円錐台形としてある（例えば特許文献１や
特許文献２）。

【０００３】

【特許文献１】特開２００１−３６１２０

【特許文献２】特開２００１−１４８５０１

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発明者の実験
によると、円筒形等の上記従来の二次集光器では太陽電
池の受光面上の照度にムラを生じ易く、追尾誤差や組付
け誤差等によって二次集光器への光束の入射角が変わる
と、発電低下を十分には防止できないという問題があっ
た。また、集光レンズとして平板型フレネルレンズを使
用すると、太陽光がレンズを通過する際の色収差によっ
て二次集光器への入射角が光波長によって変化し、長波
長域あるいは短波長域で二次集光器内での反射が十分に
なされないために、太陽電池の受光面上の照度にムラを
生じることがあった。特に、それぞれ異なる波長光で発
電する電池セルを複数積層した多接合型太陽電池を使用
した場合には、殆ど発電しない電池セルが生じて、全体
の発電効率が大きく低下するという問題を生じる。

【０００５】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、その第１の目的は、追尾誤差やレンズ組付け
誤差等があっても太陽電池面上の照度を均一に保って発
電低下を来さない集光式太陽光発電装置を提供すること
にある。また、本発明の第２の目的は、集光時の色収差
を防止して効率的な発電を可能とした集光式太陽光発電
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本第１発明では、太陽光（Ｌ１）に光学軸を向けて
配設されたフレネルレンズ（１）と、太陽電池（３）
と、上記フレネルレンズ（１）と太陽電池（３）との間
に介設され、フレネルレンズ（１）によって集光される
光束（Ｌ２）を入射させて内部で反射させつつ太陽電池
（３）へ導光する低次多角形断面のプリズム二次集光器
（２）とを具備している。ここで、「低次多角形」と
は、万華鏡的に多数の太陽電池虚像がある程度の大きさ
で形成されるようなものをいい、三角形、四角形、五角
形等である。

【０００７】本第１発明において、開口数の大きい上記
フレネルレンズによって太陽光は良好に集光されるとと
もに、続くプリズム二次集光器の側面で多様な方向へ反
射させられる。この結果、追尾誤差やレンズ組付け誤差
等でフレネルレンズに対する太陽光の入射角がある程度
変化しても、太陽電池の受光面における照度の均一性は
保たれ、発電低下を来たすことがない。

【０００８】本第２発明では、太陽光（Ｌ１）に頂面を
向けて配設されたドーム型フレネルレンズ（１）と、太
陽電池（３）と、フレネルレンズ（１）と太陽電池
（３）との間に介設され、フレネルレンズ（１）によっ
て集光される光束を入射させて内部で反射させつつ太陽
電池（３）へ導光する八角形断面のプリズム二次集光器
（５）とを具備し、プリズム二次集光器（５）には光入
射端（５２）に、入射する光を拡散して集光器（５）内
部へ射出する光拡散部（５３）を設ける。

【０００９】本第２発明において、開口数の大きい上記
フレネルレンズによって太陽光は良好に集光される。続
いて、集光された光束はプリズム二次集光器の光拡散部
で屈折拡散させられ、拡散された入射光がプリズムの側
面で多重反射しつつ多様な方向へ向う。この結果、追尾
誤差やレンズ組付け誤差等でフレネルレンズに対する太
陽光の入射角がある程度変化しても、太陽電池の受光面
における照度の均一性が保たれるから、発電低下を来た
すことが避けられる。また、四角形の太陽電池を八角形
断面のプリズム二次集光器の光射出端面に接して設ける
と、太陽電池の４つの隅部を外部に露出させることがで
き、これら隅部を、太陽電池の各セルへのリード線配線
用のスペースとして使用できる。

【００１０】本第３発明では、太陽光（Ｌ１）に一面を
向けて配設された平板型フレネルレンズ（４）と、太陽
電池（３）と、フレネルレンズ（４）と太陽電池（３）
との間に介設され、フレネルレンズ（４）によって集光
される光束（Ｌ２）を入射させて内部で反射させつつ太
陽電池（３）へ導光する低次多角形断面のプリズム二次
集光器（２）とを具備し、プリズム二次集光器（２）に
は光入射端（２２）に、入射する光を拡散して集光器
（２）内部へ射出する光拡散部（２４）を設ける。

【００１１】本第３発明において、追尾誤差やレンズ組
付け誤差等で平板型フレネルレンズに対する太陽光の入
射角が変化すると、フレネルレンズを透過して集光され
た光束にはある程度照度ムラを生じるが、その後、光束
はプリズム二次集光器の光拡散部で拡散させられ、拡散
された入射光がプリズムの側面で多重反射しつつ多様な
方向へ向う。この結果、追尾誤差やレンズ組付け誤差等
があっても太陽電池の受光面における照度の均一性は保
たれ、発電低下を来たすことはない。

【００１２】本第４発明では、太陽光（Ｌ１）に一面を
向けて配設された平板型フレネルレンズ（１１）と、太
陽電池（３）と、フレネルレンズ（１１）と太陽電池
（３）との間に介設され、フレネルレンズ（１１）によ
って集光される光束を入射させて内部で反射させつつ太
陽電池（３）へ導光する低次多角形断面のプリズム二次
集光器（２）とを具備し、かつフレネルレンズ（１１）
とプリズム二次集光器（２）との間に、負の屈折力を有
する第１レンズ部（１２，１４１）と正の屈折力を有す
る第２レンズ部（１３，１４２）とをこの順序で配設す
る。なお、各レンズ部は別体、一体のいずれでも良い。

【００１３】本第４発明において、開口数の大きい平板
型フレネルレンズによって太陽光は良好に集光される
が、この時、色収差を生じる。負の屈折力を有する第１
レンズ部を、短波長光に対するフレネルレンズの焦点位
置に置くと、短波長光は第１レンズ部で屈折させられる
ことなく直進し、当該第１レンズ部で屈折させられる長
波長光と共に正の屈折力を有する第２レンズ部のほぼ同
一位置へ入射する。短波長光は第２レンズ部で長波長光
に比して大きく光軸方向へ屈折させられて、長波長光と
ほぼ同一光路で二次集光器へ入射する。これにより、短
波長光から長波長光までが二次集光器内で充分反射させ
られて太陽電池の受光面に万遍なく入射させられる結
果、追尾誤差やレンズ組付け誤差等による照度ムラのみ
ならず、色収差による受光面上での照度ムラの発生も防
止される。

【００１４】本第５発明では、太陽光（Ｌ１）に一面を
向けて配設された透明板（７１）と、透明板（７１）を
通過した太陽光（Ｌ１）を反射集光する反射鏡（７２）
と、太陽電池（３）と、透明板（７１）側に設けられて
反射鏡（７２）で集光された光束を入射させて内部で反
射させつつ太陽電池（３）へ導光する低次多角形断面の
プリズム二次集光器（９）とを具備している。

【００１５】透明板を通過した太陽光は反射鏡で反射さ
せられてその焦点に向けて集光され、集光された光束は
プリズム二次集光器へ入射してその側面で多様な方向へ
反射させられ、この結果、追尾誤差やレンズ組付け誤差
等で反射鏡に対する太陽光の入射角がある程度変化して
も、太陽電池の受光面における照度の均一性は保たれ、
発電低下を来たすことがない。本発明においては、太陽
光の集光に反射鏡を使用しているから色収差を生じるこ
とが無く、色収差による受光面上での照度ムラの発生は
回避される。

【００１６】本第６発明では、太陽光（Ｌ１）に一面を
向けて配設された透明板（７１）と、透明板（７１）を
通過した太陽光（Ｌ１）を反射集光する第１の反射鏡
（７２）と、透明板（７１）側に設けられて第１の反射
鏡（７２）で集光された光束を入射させて第１の反射鏡
（７２）側へ反射させ集光する第２の反射鏡（７３）
と、太陽電池（３）と、第１の反射鏡（７２）側に設け
られて第２の反射鏡（７３）で集光された光束を入射さ
せて内部で反射させつつ太陽電池（３）へ導光する低次
多角形断面のプリズム二次集光器（９）とを具備してい
る。

【００１７】本第６発明においては、上記した本第５発
明と同様の作用効果が得られる。また、部品点数増、反
射損失増や、光学系としての焦点距離が長くなるために
追尾公差は厳しくなるものの、太陽電池を、透明板側で
はなく第１の反射鏡側に設けることができるから、不透
明な金属基台等に太陽電池を接合してその効率的な放熱
も図ることができる。

【００１８】本第７発明では、プリズム二次集光器
（９）の光入射端面（９ａ）側に平凸レンズ（８３）の
平面を位置させる。また、本第８発明では、上記プリズ
ム二次集光器（２）は太陽電池（３）に向け小幅となっ
たテーパ状側面（２１ａ）を有している。本第８発明に
おいては、プリズム二次集光器内での光束の反射が効率
的になされるから、太陽電池の受光面における照度の均
一性がより向上する。また、プリズムの光入射端側の面
積をより大きくできるから、追尾誤差やレンズ組付誤差
等に対して余裕をとることができる。

【００１９】本第９発明では、プリズム二次集光器
（９）の光入射端面（９ａ）の周囲に、当該光入射端面
（９ａ）から外れた入射光（Ｌ１）を反射する反射板
（８２を設ける。

【００２０】なお、上記カッコ内の符号は、後述する実
施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１、図２に集
光式太陽光発電装置（以下、発電装置という）の構成を
示す。各図において、発電装置はフレネルレンズ１、プ
リズム二次集光器２、および太陽電池３を備えており、
これらは互いの相対位置関係を保って発電ユニット内に
一体化されている。フレネルレンズ１は円形ドーム型の
もので、図略の追尾装置によってレンズ頂面に常に太陽
光Ｌ１が入射するようになっている。フレネルレンズ１
の後方に位置するプリズム二次集光器２は、後端に向け
て小幅となる４つのテーパ状側面２１ａを有する四角錐
台形のプリズム２１よりなり、その後端（光射出端）に
接して四角形の基板を有する太陽電池３が配設されてい
る。

【００２２】このような発電装置において、太陽光Ｌ１
がフレネルレンズ１に入射すると、収束する円形光束Ｌ
２となってプリズム二次集光器２に向けて射出される。
プリズム二次集光器２に入射した円形光束はテーパ状の
４つの側面２１ａで全反射させられつつ光入射端２２か
ら光射出端２３へ向かい、これに接して設けられた太陽
電池３に入射する。ドーム型フレネルレンズ１は開口数
（ＮＡ）が大きく、広い角度範囲の太陽光Ｌ１を集光す
ることができる。そして、二次集光器２の四角錐台形の
プリズム２１内には、万華鏡的に多数の太陽電池虚像が
形成されており、プリズム２１内に入射した光はその側
面２１ａで多様な方向へ反射を繰り返して各虚像方向へ
向う結果、太陽電池３の受光面に万遍なく入射する。し
たがって、追尾誤差やレンズ組付け誤差等でフレネルレ
ンズ１に対する太陽光Ｌ１の入射角がある程度変化して
も、太陽光Ｌ１は良好にフレネルレンズ１を透過して確
実に集光されるとともに、太陽光Ｌ１の入射角変化に伴
って、集光された光束Ｌ２のプリズム二次集光器２への
入射角がある程度変化しても、その後、入射光Ｌ３（図
２）がプリズム二次集光器２の側面で多様な方向へ反射
させられる結果、太陽電池３の受光面における照度の均
一性は保たれ、発電低下を来たすことはない。なお、二
次集光器のプリズムは必ずしも四角錐台形にする必要は
なく、より製造が容易な直方体状のものを使用すること
ができる。

【００２３】（第２実施形態）図３、図４に示すよう
に、本実施形態では平板型フレネルレンズ４を集光レン
ズとして使用する。プリズム二次集光器２の外形は第１
実施形態と同形のテーパ状側面２１ａを有する四角錐台
形であるが、その光入射端２２に、プリズム２１内へ凹
陥する凹球面が形成されて光拡散部２４となっている。
他の構造は第１実施形態と同様であり、同一部分には同
一符号を付してある。

【００２４】このような発電装置において、太陽光Ｌ１
がフレネルレンズ４に入射すると、収束する円形光束Ｌ
２となってプリズム二次集光器２に向けて射出される。
プリズム二次集光器２に入射した円形光束Ｌ２は光拡散
部２４の凹球面で屈折拡散させられ、テーパ状の４つの
側面２１ａで全反射させられつつ光入射端２２から光射
出端２３へ向かい、ここに接して設けられた太陽電池３
に入射する。平板型フレネルレンズ４は第１実施形態の
ドーム型フレネルレンズ１ほど開口数（ＮＡ）を大きく
できないが、プリズム二次集光器２に光拡散部２４を設
けたことにより、ここに入射した光束Ｌ２は大きく拡散
させられ、この結果、プリズム２１内への入射光Ｌ３の
反射回数が増加してさらに多様な反射を生じる。したが
って、追尾誤差やレンズ組付け誤差等でフレネルレンズ
４に対する太陽光Ｌ１の入射角が変化すると、フレネル
レンズ４を透過して集光された光束Ｌ２にはある程度照
度ムラを生じるが、その後、光束Ｌ２はプリズム二次集
光器２の光拡散部２４で屈折拡散させられ、拡散された
入射光Ｌ３がプリズム２１の側面２１ａで多重反射しつ
つ多様な方向へ向うから、太陽電池３の受光面における
照度の均一性は保たれ、発電低下を来たすことが避けら
れる。

【００２５】（第３実施形態）第１実施形態の四角錐台
形のプリズム２１を使用したプリズム二次集光器２に代
えて、図５に示すような、後端に向けて小径となる８つ
のテーパ状側面５１ａを有する八角錐台形のプリズム５
１を使用したプリズム二次集光器５を使用しても良い。
この場合には、プリズム二次集光器５の光入射端５２に
第２実施形態と同様の凹陥する凹球面の光拡散部５３を
形成する。

【００２６】このような発電装置においては、開口数の
大きいドーム型フレネルレンズ１（図１）と、光拡散部
５３を形成したプリズム二次集光器５によって、追尾誤
差やレンズ組付け誤差が生じても太陽電池３の受光面に
おける照度の均一性が保たれ、発電低下を来たすことが
避けられる。この場合、八角形断面のプリズム二次集光
器５の、光射出端面に接して設けられた四角形の太陽電
池３は、図６に示すように、その４つの隅部３１が外部
に露出するから、これら隅部３１を、太陽電池３を二つ
のセルに分割した場合の、各セルへのリード線配線用の
スペースとして使用することができる。

【００２７】（第４実施形態）第２実施形態および第３
実施形態で示した光拡散部２４，５３に代えて、図７に
示すように、プリズム二次集光器６の光入射端６１に、
小径の複数の凹陥する凹球面を形成して光拡散部６２と
しても良い。

【００２８】（第５実施形態）図８に示すように、プリ
ズム二次集光器６の光入射端６２に、小径の複数の突出
する凸球面を形成して光拡散部６３としても良い。

【００２９】（第６実施形態）図９に示す本実施形態で
は、集光用フレネルレンズとして製造容易な平板型を使
用している。平板型フレネルレンズ１１は色収差が生じ
易いため、図９に示すように、フレネルレンズ１１と上
記各実施形態で説明した二次集光器２との間に負の屈折
力を有する凹レンズ１２と、波長分散の大きい正の屈折
力を有する凸レンズ１３が光軸を一致させてこの順序で
配置してある。

【００３０】フレネルレンズ１１に入射した平行太陽光
Ｌ１は長波長光に比して短波長光（図中破線）が大きく
光軸方向へ屈折させられる。凹レンズ１２は短波長光の
焦点位置に置かれており、短波長光は凹レンズ１２の中
心をほぼ直進して、凹レンズ１２で屈折させられる長波
長光と共に凸レンズ１３のほぼ同一位置へ入射する。短
波長光は凸レンズ１３で長波長光に比して大きく光軸方
向へ屈折させられて、長波長光とほぼ同一光路で二次集
光器２へ入射する。これにより、短波長光から長波長光
までが二次集光器２に殆ど同一入射角で入射して、二次
集光器２内で充分反射させられ、太陽電池３（図１）の
受光面に万遍なく入射させられる。この結果、受光面上
での照度ムラの発生が防止される。

【００３１】（第７実施形態）第６実施形態における凹
レンズ１２と凸レンズ１３を図１０に示すような厚肉の
メニスカスレンズ１４に置き換えても良い。すなわち、
メニスカスレンズ１４の前部は凹レンズ部１４１となっ
ており、後部は凸レンズ部１４２となっている。そし
て、前側凹面１４ａの中心が、フレネルレンズ１１（図
９）で屈折させられた短波長光（図１０の破線）の焦点
位置となっており、短波長光は前側凹面１４ａをほぼ直
進透過して、前側凹面１４ａで屈折させられる長波長光
と後側凹面１４ｂのほぼ同一位置へ入射する。短波長光
は後側凹面１４ｂで長波長光に比して大きく光軸方向へ
屈折させられて、長波長光とほぼ同一光路で二次集光器
２（図９）へ入射する。これにより第６実施形態と同様
の効果が得られる。

【００３２】（第８実施形態）本実施形態では集光時の
色収差を防止するために反射鏡を使用した発電装置の一
例を示す。図１１において、発電装置は正六角形の透明
ガラス基板７１と、その裏面中心に設置された発電体８
と、上記ガラス基板７１に対し所定間隔をおいてその後
方に設置された反射鏡としての正六角形の放物面鏡７２
とからなり、ガラス基板７１と放物面鏡７２は互いの相
対位置関係を保って発電ユニット内に一体化されてい
る。放物面鏡７２は図１２に示すようにその凹面がガラ
ス基板７１に向けて位置させられており、ガラス基板７
１の前方から入射した平行太陽光Ｌ１はガラス基板７１
を透過して後方の放物面鏡７２に至る。放物面鏡７２で
反射させられた太陽光Ｌ１は、発電体８付近に設定され
た放物面鏡７２の焦点に向けて集光される。

【００３３】図１３には発電体８の分解斜視図を示す。
図１３において、発電体８を構成する太陽電池３は正方
形のアルミ基板３２を備えており、帯状の下側リード電
極３３が電気絶縁性のエポキシ樹脂シート(図示略)を介
してアルミ基板３２上に形成されてその中央に電池セル
３４が下面を接合して設けてある。電池セル３４の受光
面たる上面には左右位置に、下側リード電極３３と直交
する方向へ基板３２上を延びる帯状の上側リード電極３
５の一端がそれぞれ接合されている。リード電極３３，
３５によって区画された基板３２面上の四隅部にはそれ
ぞれ角柱状のアルミ製支持体８１が立設され、これら支
持体８１上に正方形の透明ガラス製支持板８２が載置固
定されている。支持板８２の上面中心には集光レンズと
しての平凸レンズ８３がその平面側を接合してあり、支
持板８２の下面中心には、平凸レンズ８３と光軸を一致
させて、直方体プリズム９１よりなる二次集光器９がそ
の光入射端面たる上端面９ａ（図１５参照）を接合して
設けてある。プリズム二次集光器９の下端面は電池セル
３４の受光面に接して位置し、これに接合されている。
なお、支持板８２の上面には、二次集光器９の上端面９
ａが接合された下面領域に対応する四角形領域８２１
（図１４）を除いて、アルミの蒸着膜が形成してある
（図１４の斜線）。これにより、支持板８２はプリズム
二次集光器９の光入射端面９ａから外れた入射光を反射
する反射板として機能する。また、電池セル３４をでき
るだけ大きく、集光倍率（放物面鏡７２の反射面積対電
池セル３４の受光面積の比）も大きくした方が、発電体
８の１個あたりの発電電流が大きくなり、発電電流あた
りの部品費、組立工数等が小さくなり、したがって発電
コストを下げられる。発電コスト削減に制限を加えるの
は、電池セル３４の電気抵抗（寸法大ほど抵抗大）と発
電体８の熱抵抗である。つまり、電池セル３４に投入さ
れる光エネルギー密度と、それにより発生する電流密度
が大きくなるほど、電気抵抗による発熱損（ジュール熱
損）、と熱抵抗に起因する昇温による発電効率低下が著
しくなる。図１１の構成を可能たらしめている理由は、
上側リード電極３５をハンダ付けできている（したがっ
て、電気抵抗と熱抵抗が共に小）ことと、発電体８の低
熱抵抗性によるものである。例えば、電池セル３４の受
光寸法７×７mm、アルミ基板３２の外形寸法５０×５０
mm（発電体８の熱抵抗に関係する）、反射鏡７２の６角
形反射面の対角線長さ３４０mmの組合せの場合、集光倍
率は１６００倍弱となるが、その場合でも、アルミ基板
３２の背面を水冷することなく、つまり自然放熱で、十
分実用的な発電効率が得られる。尚、この場合、アルミ
基板３２が反射鏡７２の遮光となり、光学的効率を低下
させるが、その率は４％以下であり、許容できる範囲内
にある。なお、太陽電池３が密閉構造とできる場合は、
循環空冷を導入すると良い。

【００３４】ガラス基板７１（図１２）を透過して放物
面鏡７２で反射させられその焦点に向けて集光された太
陽光Ｌ１は、図１５に示すように平凸レンズ８３内に入
射して、プリズム二次集光器９の一方の端面９ａが接合
された支持板８２面の近傍でその光束が一旦絞られた
後、二次集光器９内へ拡散してその直方体プリズム９１
の側面で全反射させられつつ他方の端面へ向かい、これ
に接合された太陽電池３の電池セル３４に入射する。二
次集光器９の直方体プリズム９１内には、万華鏡的に多
数の電池セル虚像が形成されており、プリズム９１内に
入射した光はその側面で多様な方向へ反射を繰り返して
各虚像方向へ向う結果、電池セル３４の受光面に照度ム
ラを生じることなく万遍なく入射する。なお、追尾誤差
やレンズ組付け誤差等で放物面鏡７２（図１１）に対す
る太陽光Ｌ１の入射角がある程度変化しても、図１６に
示すように、放物面鏡７２で反射された太陽光Ｌ１は平
凸レンズ８３によって確実に、二次集光器９が接合され
た支持板８２面近傍に集光され、二次集光器９の側面で
多様な方向へ反射させられる。この結果、電池セル３４
の受光面における照度の均一性は保たれ、発電低下を来
たすことはない。また、直方体プリズム９１は、長尺プ
リズムを所定長に切断して切断面を研磨することにより
効率よく製作できるので、大量かつ安価に製造できる。

【００３５】なお、追尾誤差等によって、放物面鏡７２
で反射された太陽光Ｌ１が平凸レンズ８３から外れて
も、支持板８２面上のアルミ蒸着膜で反射させられるか
ら、発電体８の他の箇所に太陽光Ｌ１が直接入射してダ
メージを与えることはない。また、追尾（発電）の開始
と終了の前後には、必ず（毎回）、集光された太陽光Ｌ
１が支持板８２を横切る状況が発生するが、その際にも
ダメージを与えることはない。また、電池セル３４の受
光面にプリズム二次集光器９が接合されているから、電
池セル３４からの放熱が効率的になされる。さらに、発
電体８が一体に設けられたガラス基板７１と放物面鏡７
２とからなる発電ユニットは全体が正面視で正六角形に
なるから、図１７に示すように、発電パネルの一定平面
内にハニカム状に多数の発電ユニットＵＴを、充分な構
造強度を保って隙無く効率的に配置することができると
ともに、発電ユニットＵＴを保持する枠体８４の製造も
簡易である。また、図１７によれば、各発電ユニットＵ
Ｔを容易に密閉分離できるので、枠体８４の側面に適当
な穴を設けることにより、外方に連通する一箇所の穴か
ら順次、すべての発電ユニットＵＴに空気を送りこむこ
とができ、最後に空気が送りこまれる発電ユニットＵＴ
の外方に連通する穴から、温められた空気を外に排出す
ることができる。更に、空気ラジエータに接続すれば、
容易に循環空冷系を構成できる。なお、二次集光器９の
直方体プリズム９１の、四辺に比して長い対角線方向を
太陽の方位角方向に一致させておくと、太陽を間欠追尾
する際に余裕を生じて有利である。なお、本実施形態に
おいて、プリズム二次集光器として、上記各実施形態で
説明したテーパ状のものを使用することもできる。

【００３６】（第９実施形態）図１８に示すように、発
電体８の、角柱状のアルミ製支持体８１（図１３参照）
の長手方向複数箇所の外周に矩形のアルミ製放熱フィン
８５を設ける。これによれば、アルミ基板３２上の電池
セル３４の放熱をより効率的に行うことができる。

【００３７】（第１０実施形態）発電体８における支持
体の他の構造としては、図１９に示すようなものでも良
い。すなわち、図１９において、支持体８６は、放熱フ
ィンとなる四角形のアルミ製穴空き平板８６１を、その
四隅の上下位置にアルミ製の角形スペーサ板８６２を介
在させて多数枚積層して構成されており、最上位のスペ
ーサ板８６２上に支持板８２が位置するとともに、最下
位のスペーサ板８６２がアルミ基板３２上に位置してい
る。そして、支持板８２から下方へ突出する二次集光器
９の直方体プリズム９１が、各スペーサ板８６１の矩形
開口８６３を貫通して設けられてプリズム９１下端が電
池セル３４の受光面に接している。このような構造によ
ってもアルミ基板３２上の電池セル３４の放熱を効率的
に行うことができる。図２０には、放熱対策の別例を示
す。図２０では、ガラス基板７１に空けた穴７１１を介
して、発電体８のアルミ基板３２と、それと外形の等し
いアルミ基板３２１を連結させて、これらをガラス基板
７１に固定している。さらにアルミ基板３２１の太陽方
向側に、樹脂製スリーブ等の断熱材３２２を介して遮光
板３２３を例えば樹脂製ネジで固定し、アルミ基板３２
１が太陽光で加熱されないようにしている。これによ
り、反射鏡７２に達する太陽光Ｌ１を減らすことなく放
熱効率を高めることができる。更に、アルミ基板３２１
を図２１の放熱フィン３２４の付いたアルミ基板３２５
に置き換えれば、放熱効率をより高めることができる。

【００３８】（第１１実施形態）本実施形態では、図２
２に示すように、ガラス基板７１の裏面中心に後方へ向
けて楕円面鏡７３が設けられ、一方、放物面鏡７２の中
心部には開口７２１が設けられている。そして、この開
口７２１に臨むように放物面鏡７２の後方に発電体８が
配設されている。発電体８は第８実施形態で説明したも
のと同一構造で、図２３に示すように平凸レンズ８３が
開口７２１に臨み、アルミ基板３２が垂直な金属基台８
６に接合されている。

【００３９】このような構造において、ガラス基板７１
の前方から入射した平行太陽光Ｌ１はガラス基板７１を
透過して後方の放物面鏡７２に至り、放物面鏡７２で反
射されてその焦点Ｆに向けて集光される。放物面鏡７２
の焦点Ｆを楕円面鏡７３の一方の焦点と一致させておく
と、放物面鏡７２の焦点Ｆに集光された太陽光Ｌ１は拡
散しつつ楕円面鏡７３に入射し、ここで反射されて、放
物面鏡７２の開口７２１を経て平凸レンズ８３内の、二
次集光器８の端面近傍に設定された楕円面鏡７３の他方
の焦点に集光される。その後、太陽光Ｌ１は二次集光器
９内へ拡散して直方体プリズム９１の側面で多様な方向
へ反射を繰り返して電池セル３４の受光面に照度ムラを
生じることなく万遍なく入射する。

【００４０】本実施形態によっても第８実施形態と同様
の効果が得られるとともに、発電体８のアルミ基板３２
を金属基台８６に接合しているから、電池セル３４の放
熱を促進する上で有利である。なお、楕円面鏡７３に代
えて双曲面鏡を使用することもできるが、この場合には
放物面鏡７２の焦点をガラス基板７１の前方（図２３の
左方）に設定する必要があり、放物面鏡７２で反射され
た太陽光Ｌ１の光束が双曲面鏡から外れた場合には、太
陽光の直接入射により発電ユニット各部がダメージを受
けるおそれがある。この点で、楕円面鏡を使用する方が
有利である。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明の集光式太陽光発
電装置によれば、追尾誤差やレンズ組付け誤差等があっ
ても太陽電池面上の照度を均一に保つことができるか
ら、発電低下を来すことがない。また、集光時に色収差
が生じないから多接合型太陽電池を使用して効率的な発
電をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における集光式太陽光発
電装置の全体構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１実施形態における集光式太陽光発
電装置の全体構成を示す断面図である。

【図３】本発明の第２実施形態における集光式太陽光発
電装置の全体構成を示す斜視図である。

【図４】本発明の第２実施形態における集光式太陽光発
電装置の全体構成を示す断面図である。

【図５】本発明の第３実施形態におけるプリズム二次集
光器の斜視図である。

【図６】本発明の第３実施形態におけるプリズム二次集
光器の断面図である。

【図７】本発明の第４実施形態におけるプリズム二次集
光器の側面図である。

【図８】本発明の第５実施形態におけるプリズム二次集
光器の側面図である。

【図９】本発明の第６実施形態における集光式太陽光発
電装置の全体構成を示す断面図である。

【図１０】本発明の第７実施形態におけるレンズの断面
図である。

【図１１】本発明の第８実施形態における集光式太陽光
発電装置の全体構成を示す斜視図である。

【図１２】本発明の第８実施形態における集光式太陽光
発電装置の全体構成を示す断面図である。

【図１３】本発明の第８実施形態における発電体の分解
斜視図である。

【図１４】本発明の第８実施形態における支持板の正面
図である。

【図１５】本発明の第８実施形態における発電体要部の
断面図である。

【図１６】本発明の第８実施形態における発電体要部の
断面図である。

【図１７】本発明の第８実施形態における発電装置パネ
ルの概略正面図である。

【図１８】本発明の第９実施形態における支持柱の斜視
図である。

【図１９】本発明の第１０実施形態における発電体の分
解斜視図である。

【図２０】電池セルの放熱構造の他の例を示す要部側面
図である。

【図２１】アルミ基板の他の例を示す側面図である。

【図２２】本発明の第１１実施形態における集光式太陽
光発電装置の全体構成を示す斜視図である。

【図２３】本発明の第１１実施形態における集光式太陽
光発電装置の全体構成を示す断面図である。

【符号の説明】１…ドーム型フレネルレンズ、２…プリズム二次集光
器、２１ａ…側面、２２…光入射端、２４…光拡散部、
３…太陽電池、４…平板型フレネルレンズ、５…プリズ
ム二次集光器、５２…光入射端、５３…光拡散部、６…
プリズム二次集光器、８２…支持板、８３…平凸レン
ズ、９…プリズム二次集光器、９ａ…端面、Ｌ１…太陽
光、Ｌ２…光束。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽光に光学軸を向けて配設されたフレ
ネルレンズと、太陽電池と、前記フレネルレンズと前記
太陽電池との間に介設され、前記フレネルレンズによっ
て集光される光束を入射させて内部で反射させつつ前記
太陽電池へ導光する低次多角形断面のプリズム二次集光
器とを具備する集光式太陽光発電装置。
【請求項２】太陽光に頂面を向けて配設されたドーム
型フレネルレンズと、太陽電池と、前記フレネルレンズ
と前記太陽電池との間に介設され、前記フレネルレンズ
によって集光される光束を入射させて内部で反射させつ
つ前記太陽電池へ導光する八角形断面のプリズム二次集
光器とを具備し、前記プリズム二次集光器には光入射端
に、入射する光を拡散して集光器内部へ射出する光拡散
部を設けた集光式太陽光発電装置。
【請求項３】太陽光に一面を向けて配設された平板型
フレネルレンズと、太陽電池と、前記フレネルレンズと
前記太陽電池との間に介設され、前記フレネルレンズに
よって集光される光束を入射させて内部で反射させつつ
前記太陽電池へ導光する低次多角形断面のプリズム二次
集光器とを具備し、前記プリズム二次集光器には光入射
端に、入射する光を拡散して集光器内部へ射出する光拡
散部を設けた集光式太陽光発電装置。
【請求項４】太陽光に一面を向けて配設された平板型
フレネルレンズと、太陽電池と、前記フレネルレンズと
前記太陽電池との間に介設され、前記フレネルレンズに
よって集光される光束を入射させて内部で反射させつつ
前記太陽電池へ導光する低次多角形断面のプリズム二次
集光器とを具備し、かつ前記フレネルレンズと前記プリ
ズム二次集光器との間に、負の屈折力を有する第１レン
ズ部と正の屈折力を有する第２レンズ部とをこの順序で
配設した集光式太陽光発電装置。
【請求項５】太陽光に一面を向けて配設された透明板
と、透明板を通過した太陽光を反射集光する反射鏡と、
太陽電池と、前記透明板側に設けられて前記反射鏡で集
光された光束を入射させて内部で反射させつつ前記太陽
電池へ導光する低次多角形断面のプリズム二次集光器と
を具備する集光式太陽光発電装置。
【請求項６】太陽光に一面を向けて配設された透明板
と、透明板を通過した太陽光を反射集光する第１の反射
鏡と、前記透明板側に設けられて前記第１の反射鏡で集
光された光束を入射させて前記第１の反射鏡側へ反射さ
せ集光する第２の反射鏡と、太陽電池と、前記第１の反
射鏡側に設けられて前記第２の反射鏡で集光された光束
を入射させて内部で反射させつつ前記太陽電池へ導光す
る低次多角形断面のプリズム二次集光器とを具備する集
光式太陽光発電装置。
【請求項７】前記プリズム二次集光器の光入射端面側
に、平凸レンズの平面を位置させた請求項１，４，５，
６のいずれか一つに記載の集光式太陽光発電装置。
【請求項８】前記プリズム二次集光器は太陽電池に向
け小幅となったテーパ状側面を有している請求項１ない
し７のいずれか一つに記載の集光式太陽光発電装置。
【請求項９】前記プリズム二次集光器の光入射端面の
周囲に、当該光入射端面から外れた入射光を反射する反
射板を設けた請求項１ないし８のいずれか一つに記載の
集光式太陽光発電装置。