JP2004259783A

JP2004259783A - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2004259783A
Application number: JP2003046451A
Authority: JP
Inventors: Soichi Hamamoto; 総一濱本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】太陽光の利用効率を高めた太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】太陽光発電素子１として平面状の一または複数の受光面１１あるいは曲面状の受光面１１を有するものを用い、パラボラ反射主鏡２１のような第一集光装置２により太陽光を集光して受光面１１にそれを照射し、受光面１１で反射した反射光を第一反射鏡３１と第二反射鏡３２とを備えた反射鏡３や内面が鏡面の太陽光発電素子収容装置４や太陽光発電素子収容装置５のような第二集光装置で集光して受光面１１に再照射する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電装置に関し、詳しくは太陽光発電素子と集光装置とを用いた太陽光発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギー需要の恒常的な増大傾向の趨勢下にあって、化石燃料の消費に基づく炭酸ガスの増加の問題や原子力発電の安全性の問題から、最近では太陽光発電や風力発電などの無公害にして安全性の高い自然エネルギーを利用した発電、就中、太陽光発電の比率を高めることの重要性が再認識されている。
【０００３】
従来、太陽光発電においては、太陽光発電体として多数の太陽光発電素子をマトリックス状に配列した平板状のパネルが専ら採用されており、かかる平板状パネルの据付面積を広げることにより発電量を増加させている。その際、一般民家の屋根などでは据付面積に限りがあり、しかも上記パネルの太陽光受光面に照射された太陽光の一部は、発電に寄与することなく反射するので、太陽光が有効に利用されていない問題がある。かかる事情が、太陽光発電の普及を妨げる一要因となっている。
【０００４】
なお太陽光の有効利用に関して、光を補足する機能を有する集光装置、光エネルギーを電気に変換するエネルギー変換装置、上記エネルギー変換装置により得られた二次エネルギーを貯蔵する貯蔵装置などを備えた光エネルギー変換システムは、後記の特許文献１から従来公知である。また太陽光をパラボラ反射鏡で集光して太陽電池などの所望の物体に照射する技術も後記の特許文献２や特許文献３から従来公知である。しかしながら、いずれの特許文献も上記パネルの太陽光受光面に照射された太陽光の一部が反射して無駄になること、およびその対策に就き認識がない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１３４２２４号公報（請求項１、図１）
【特許文献２】
特開平９−７４７７６号公報（請求項１、段落番号０００４〜００１０、図１）
【特許文献３】
特開平１１−２３２９１５号公報（請求項１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、斯界における如上の実情に鑑みて、太陽光の利用効率を高めた太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る太陽光発電装置は、太陽光発電素子、太陽光を集光して上記太陽光発電素子の受光面に供給する第一集光装置、上記受光面で反射した反射光を集光して上記受光面に供給する第二集光装置を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の太陽光発電装置における実施の形態１を説明するものであって、図１は実施の形態１の概略断面図、図２は図１における第一集光装置２の一例の概略説明図、図３は図１における第一集光装置２の他の例の概略説明図である。図１〜図３において、実施の形態１の太陽光発電装置は、前記太陽光発電素子の一例としての平面状の受光面１１を有する太陽光発電素子１、第一集光装置２、前記第二集光装置の一例としてのパラボラ型の反射鏡３を含んでいる。また、図１〜図３および後続の図において、第一集光装置２により集光され、上記受光面１１に供給照射される光は実線で示し、受光面１１や反射鏡３などで反射した光は点線で示す。
【０００９】
太陽光発電素子１は、一枚の製造単位素子であってもよく、あるいは上記製造単位素子の複数枚をマトリックス状に配列したパネルであってもよい。本発明において、この平板状の当該素子１および後記の実施の形態において用いられる素子を含めて、太陽光発電素子としては、斯界において従来から所謂、太陽電池として周知あるいは公知のもの、例えば光電変換を行う半導体材料が単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、アモルファスＳｉＣ、アモルファスＳｉＧｅなどのシリコン系類のもの、ＧｅＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅなどの二元系化合物半導体類のもの、ＣｕＩｎＳｅ２などの三元系化合物半導体類のもの、メタロシアニン、フタロシアニンなどの有機化合物半導体類のもの、さらにかかる半導体材料の層を多層構造としたものなどが例示される。
【００１０】
図２の第一集光装置２は、パラボラ反射主鏡２１と当該主鏡２１の焦点位置あるいは焦点位置の近傍に設置された副鏡２２とを含み、パラボラ反射主鏡２１にて集光された太陽光は、副鏡２２で反射して当該主鏡２１の中心部に設けられた開口を通過して太陽光発電素子１の受光面１１に供給される。図３の第一集光装置２は、複数枚の平板状反射鏡２３を含み、各平板状反射鏡２３は太陽光が受光面１１に集まるように傾斜して設置されている。実施の形態１の太陽光発電装置は、あるいは少なくとも第一集光装置２は、太陽の運行を追跡し得るトラッキング装置を備えたものが好ましい。
【００１１】
ところで第一集光装置２に限らず、集光された太陽光は一般的に温度上昇しており、多くの太陽光発電素子は加熱されることにより発電能力が低下する。発電能力の低下の程度は太陽光発電素子の種類によって異なるが、発電能力の低下を防止するために、必要に応じて太陽光発電素子１の受光面１１の裏面に水などの冷却媒体を循環可能な冷却装置（図示せず）を設けて太陽光発電素子１を冷却することが好ましい。周知のように、晴天時における１平方メートルあたりの太陽光の仕事率は１ｋＷであるので、第一集光装置２としては、太陽光発電素子１の受光面１１が過度に加熱されないように、上記仕事率が１．１〜２ｋＷ程度、特に１．２〜１．５ｋＷ程度となるような集光能力を有するものが好ましい。集光能力のかかる調節は、図２の第一集光装置２では副鏡２２の設置位置をパラボラ反射主鏡２１の焦点位置から適当距離だけずらすことにより、一方、図３の第一集光装置２では平板状反射鏡２３の設置枚数や傾斜角度を変えることにより達成可能である。
【００１２】
第二集光装置の一例としての反射鏡３は、第一反射鏡３１と第二反射鏡３２とを含み、両反射鏡３１、３２は、図１に示すように、互いの鏡面が対向するように適当な支持具（図示せず）に固定されている。太陽光発電素子１は、第一反射鏡３１の凹面中央の底部に、且つその受光面１１が第一集光装置２と対向するように設置固定されている。一方、第二反射鏡３２は、その凹面中央の底部に開口３２１を有し、開口３２１に第一集光装置２が設置されている。
【００１３】
第一集光装置２により集光された太陽光は、矢印Ａの方向に進んで受光面１１を照射する。受光面１１を照射した太陽光の一部は太陽光発電素子１内に取り込まれて発電に寄与し、残余の部分は受光面１１で反射して矢印Ｂの方向に進んで第二反射鏡３２で反射して受光面１１または第一反射鏡３１の方向に進む。残余の部分の一部は、直ちに太陽光発電素子１内に取り込まれて発電に寄与し、上記残余の部分の他の部分は、第一反射鏡３１と第二反射鏡３２との間で反射を繰り返すうちに、やがては太陽光発電素子１内に取り込まれて発電に寄与する。かくして第一集光装置２により集光された太陽光の大部分は、発電に寄与することになって、太陽光の利用率が向上して太陽光発電素子１の受光面１１の単位面積あたりの発電量が増大する。
【００１４】
実施の形態２．
図４は、本発明の太陽光発電装置における実施の形態２の概略断面図であって、この太陽光発電装置は、太陽光発電素子１、第一集光装置２、前記第二集光装置の一例としての太陽光発電素子収容装置４を含んでいる。太陽光発電素子１は、平面状の受光面部分１１１と受光面部分１１１に対して非平行な平面状の受光面部分１１２、受光面部分１１２に対して非平行な平面状の受光面部分１１３、・・・１１４、・・・１１５・・・などの複数の受光面部分を含む受光面１１を有する多面体、例えば２４面体の形状を有するものであり、太陽光発電素子収容装置４は、その内面が鏡面４１である球状のものである。太陽光発電素子１は、太陽光発電素子収容装置４の内部に設けられた支持装置（図示せず）により太陽光発電素子収容装置４の中央に固定されており、また第一集光装置２は、その太陽光を放射する先端部２１が発電素子収容装置４の一部の壁を貫通する状態で当該収容装置４に近接して設置されている。
【００１５】
実施の形態２では、発電素子収容装置４内に供給された太陽光は、受光面部分１１１、１１２、１１３・・・・と鏡面４１との間での反射の繰り返しにより、いずれかの受光面部分１１１、１１２．１１３・・において太陽光発電素子１内に取り込まれる。また実施の形態１では、第一反射鏡３１と第二反射鏡３２との間に隙間があって、第一集光装置２から放射された太陽光の一部は、その隙間から外部に漏れ出す問題があるが、発電素子収容装置４ではかかる隙間が実質的にないので、太陽光の利用率が一層向上する効果がある。
【００１６】
実施の形態３．
図５は、本発明の太陽光発電装置における実施の形態３の概略断面図であって、この太陽光発電装置は、太陽光発電素子１、第一集光装置２、太陽光発電素子収容装置５、および前記光伝送手段の一例としての光伝送ケーブル６を含んでいる。太陽光発電素子１は、複数の球状素子１２から構成されており、各球状素子１２は、球状の受光面１１を有する。
【００１７】
太陽光発電素子収容装置５は、内筒５１と外筒５２との間に円筒状の空間５３を有する円筒状のものであって、内筒５１の内面は鏡面５１１となっており、外筒５２の内面は鏡面５２１となっている。複数の球状素子１２は、空間５３内にほぼ均一に分散して設置されている。その際、複数の球状素子１２は、球状素子１２同士を接合する接合具（図示せず）および、かく接合された球状素子１２の集団を内筒５１と外筒５２とに固定する固定具（図示せず）により空間５３内に設置されている。
【００１８】
複数本の光伝送ケーブル６の各一端は第一集光装置２に接続され、各他端部は太陽光発電素子収容装置５の外筒５２を貫通し、それらの先端が空間５３内に開口している。しかして第一集光装置２により集光された太陽光は、複数本の光伝送ケーブル６により太陽光発電素子収容装置５の空間５３内に供給され、複数の球状素子１２の各受光面１１、鏡面５１１、および鏡面５２１の間での反射の繰り返しにより、いずれかの球状素子１２内に取り込まれる。
【００１９】
実施の形態３では、太陽光発電素子１が複数の球状素子１２から構成されており、各球状素子１２は球状の受光面１１を有するので受光面積が広く、しかも太陽光発電素子収容装置５が鏡面５１１と鏡面５２１とを有するので、球状素子１２による太陽光の取り込みが良好となって太陽光の利用率が一層向上する効果がある。
【００２０】
実施の形態４．
図６は、本発明の太陽光発電装置における実施の形態４の概略説明図であって、この太陽光発電装置は、第一集光装置２、前記の太陽光発電素子収容装置４、当該収容装置４内に収容された太陽光発電素子１（図示せず）、および第一集光装置２で集光された太陽光を当該収容装置４内に伝送する、前記光伝送手段の一例としての光伝送ケーブル６を含んでいる。建物の屋根上や敷地内に太陽光発電素子収容装置４を設置できない場合、光伝送ケーブル６を用いることにより太陽光発電素子収容装置４を任意の所望個所、例えば床下や地下に設置可能となる。よって床下や地下など、通常では非有効スペースとされている個所の有効利用して、且つ美観を考慮することなく太陽光発電素子収容装置４を設置することができる。
【００２１】
本発明の太陽光発電装置は、前記実施の形態１〜実施の形態４に限定されるものではなく、本発明の課題並びに解決手段の精神に沿った種々の変形形態を包含する。例えば実施の形態４において用いられた太陽光発電素子収容装置４に代えて、あるいは太陽光発電素子収容装置４と共に実施の形態３において用いられた太陽光発電素子収容装置５が用いられてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の太陽光発電装置は、以上説明した通り、太陽光発電素子、太陽光を集光して上記太陽光発電素子の受光面に供給する第一集光装置、上記受光面で反射した反射光を集光して上記受光面に供給する第二集光装置を備えたことを特徴とするものであるので、第一集光装置により集光された太陽光の大部分は、発電に寄与することになって太陽光の利用率が向上して太陽光発電素子の受光面の単位面積あたりの発電量が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による太陽光発電装置の概略断面図である。
【図２】図１における第一集光装置２の一例の概略説明図である。
【図３】図１における第一集光装置２の他の例の概略説明図である。
【図４】実施の形態２による太陽光発電装置の概略断面図である。
【図５】実施の形態３による太陽光発電装置の概略断面図である。
【図６】実施の形態４による太陽光発電装置の概略説明図である。
【符号の説明】
１太陽光発電素子２第一集光装置
３反射鏡４太陽光発電素子収容装置
５太陽光発電素子収容装置６光伝送ケーブル
１１受光面１２球状素子
２１パラボラ反射主鏡２２副鏡
２３平板状反射鏡３１第一反射鏡
３２第二反射鏡３２１開口
４１鏡面
５１内筒５１１鏡面
５２外筒５２１鏡面
５３空間

Claims

太陽光発電素子、太陽光を集光して上記太陽光発電素子の受光面に供給する第一集光装置、上記受光面で反射した反射光を集光して上記受光面に供給する第二集光装置を備えたことを特徴とする太陽光発電装置。
上記太陽光発電素子は、一の平面状受光面と上記平面状受光面に対して非平行な他の平面状受光面を有するか、または曲面状受光面を有し、上記第二集光装置は、上記太陽光発電素子を収容すると共に内面が鏡面の太陽光発電素子収容装置であることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置。
上記曲面状受光面は、円筒状または球状であることを特徴とする請求項２記載の太陽光発電装置。
上記太陽光発電素子収容装置は、円筒状または球状であることを特徴とする請求項２または請求項３記載の太陽光発電装置。
上記第一集光装置により集光された太陽光を太陽光発電素子の設置位置まで伝送する光伝送手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の太陽光発電装置。
上記光伝送手段は、光伝送ケーブルであることを特徴とする請求項５記載の太陽光発電装置。