JP2005019587A

JP2005019587A - 採光装置および光発電装置

Info

Publication number: JP2005019587A
Application number: JP2003180623A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Onishi; 伊久雄大西
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】低コストと薄型化を図ることを可能にする。
【解決手段】入射光制御板４の出射側面４ｂに、内部で光反射し、かつ頂部５ａが導光体３の入射面３ａに密着し、前記頂部５ａを通して前記導光体３に光入射させる凸部５を複数突設する。前記入射光制御板４へ入射した光Ｌは、前記凸部５における内壁面で全反射して、前記凸部５の頂部５ａから前記導光体３内に入射して導光体３内部を全反射を繰り返して伝搬していき、前記導光体３の光出射部３ｂから出射する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電灯類，太陽などの光源から出射させる光を所定の位置まで導光する採光装置、および採光装置を搭載して太陽電池を用いることによって発電する光発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光から電気エネルギを得るために太陽電池を用いる技術が各方面にて採用されており、この種の光発電装置において、図６に示すように、複数個の太陽電池セル１１における入射面１１ａが同一平面上に並設される構成のものでは、所望の発電量を得るために受光面積に相当する多数の太陽電池セルが必要となり、コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載された集光型太陽電池装置には、受光効率を向上させるため、レンズを用いて太陽電池セルに対して入射光を１点に集光させるようにした採光装置を搭載することにより、太陽電池セルの使用面積を小さく抑えようとする技術が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３２１６３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の光発電装置のように、レンズを用いて集光させる採光装置を搭載する構成のものでは、装置においてレンズ焦点距離分の厚みが必要となり、このことが装置の大型化を招くことになる。また、レンズ径を小さくして焦点距離を小さくした場合には、多数の太陽電池セルが必要となる。
【０００６】
そこで本発明は、前記従来技術の課題を解消し、低コストと薄型化を図ることが可能な構成の採光装置、および採光装置を搭載した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】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明に係る採光装置は、入射した光を光出射部まで導光する導光体と、入射面と前記導光体の入射面に対向する出射側面とが設けられた入射光制御板と、前記入射光制御板の出射側面に複数設けられ、内部で光反射して頂部が導光体と密着し、該頂部を通して前記導光体に対して光入射させる凸部とを備えたことを特徴とし、この構成によって、従来のようにレンズを用いずに、導光体と密着する複数の凸部を有する入射光制御板により、光を効率的に導光体に対して導くことができるため、装置全体として構成の簡素化と薄型化を図ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の採光装置において、入射光制御板の出射側面に、凸部を２次元的に複数配列したことを特徴とし、この構成によって、集光効率を高めることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の採光装置において、入射光制御板の凸部を最密構造にて配設したことを特徴とし、この構成によって、さらに集光効率を高めることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３いずれか１項記載の採光装置において、入射光制御板の凸部における断面形状を外形放物線状にし、凸部の頂部における焦点位置で導光体と密着させることを特徴とし、この構成によって、入射光制御板の凸部と導光体との接触部が小さくなるため、導光体から入射光制御板に対して逆入射するような光をなくすことができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の採光装置において、導光体における入射面の法線が光源を追尾するように、追尾センサおよび追尾駆動手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、常に最大受光量が得られるような受光状態にすることが可能になる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、採光装置と、該採光装置における光出射部に太陽電池セルを設置してなる光発電装置において、前記採光装置として、請求項１〜６いずれか１項記載の採光装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、従来のように集光のためにレンズを用いずに、導光体と密着する複数の凸部を有する入射光制御板により、光を効率的に導光体に対して導くことができるため、装置全体として構成の簡素化と薄型化を図ることができる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の光発電装置において、採光装置を構成する導光体の複数の端面を光出射部とする平板状体にし、各端面に太陽電池セルを対向設置したことを特徴とし、この構成によって、薄型化を図ることができると共に、発電効率が向上する。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７記載の光発電装置において、導光体における入射面の法線が太陽方向を追尾するように、追尾センサおよび追尾駆動手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、常に最大受光量が得られるような受光状態にすることが可能になり、発電効率が高まる。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項６〜８いずれか１項記載の光発電装置において、導光体が赤外線遮断機能を有していることを特徴とし、この構成によって、太陽電池セルにおける赤外線による温度上昇を防ぐことができ、太陽電池における光−電気エネルギ変換効率が低減することを防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態を説明するための太陽光発電装置の概略構成を示す斜視図、図２は実施形態の要部構成を示す一部断面図であり、１は採光装置、２は採光装置１の周囲に後述するように複数設置された太陽電池セル（本例では４個）を示す。
【００１８】
図１，図２において、採光装置１は、入射面３ａから入射した光を、内部において全反射して側端部の光出射部３ｂまで導光する導光体３と、上部が外部入射面４ａとなり、かつ導光体３の入射面３ａに対向する側面が出射側面４ｂとなる入射光制御板４とからなる。入射光制御板４の出射側面４ｂ側には、内部で光反射し、かつ頂部５ａが導光体３の入射面３ａに密着し、頂部５ａを通して導光体３に光入射させる凸部５が複数突設（本例では２０個のものを例示している）されている。凸部５の頂部５ａ部分と導光体３の入射面３ａとは、図示しない接着層または粘着層を介して固着されている。
【００１９】
導光体３は、本例では平面視矩形の板状をなしており、光出射部３ｂである各側端面に太陽電池セル２がそれぞれ対向設置されている。
【００２０】
前記構成の実施形態では、図２に示すように、入射光制御板４へ入射した光Ｌは、凸部５における内壁面で全反射して、凸部５の頂部５ａから導光体３内に入射し、導光体３内部を全反射を繰り返して伝搬していき、導光体３の光出射部３ｂから出射して、太陽電池セル２の受光面に入射する。
【００２１】
太陽電池セル２の必要面積は、導光板３の光出射部３ｂである側端面に対応する面積のみでよいため、光を受光する導光板３の入射面３ａの面積に対して大幅に小さくすることができる。
【００２２】
本実施形態を構成する導光体３は、一例としてアクリル樹脂の板材から適宜切り出すことで作製することができ、また入射光制御板４は、例えば以下の手順により作製することができる。
【００２３】
すなわち、先ずガラス基板上にポジ型感光性樹脂を膜厚が均一になるように塗布し、ポジ型感光性樹脂層の上に透過および遮光機能を有するマスクを置き、斜め方向から紫外線を照射する。その後、ガラス基板を現像することにより、凹凸パターンが形成され、これを熱処理することにより断面形状が放物線状で、かつ２次元的に凸形状が配列するマルチレンズアレイタイプのパターンが得られる。このパターンからニッケル電鋳により金型を作製し、その後、基材となるポリエチレンテレフタレートフィルム上にアクリル系の紫外線硬化型樹脂を塗布して、金型に押し当てた後、フィルム側から紫外線照射することによって、図示したような入射光制御板４が得られる。
【００２４】
この後、前記のようにして作製した導光体３の片面に接着材をコートし、前記のようにして作製した入射光制御板４の凸部５における頂部５ａ部分を貼り付けることによって採光装置１が完成する。
【００２５】
なお、導光体３の材料としては、前記アクリル樹脂の外にポリカーボネート樹脂，ポリスチレン樹脂などの透明性に優れるものを採用することができる。また、入射光制御板４および出射光制御板４の表面形状は、熱プレス法，紫外線硬化法，熱硬化法，雌金型を用いた射出成形法，押出し成形法などによっても形成することができる。
【００２６】
また、入射光制御板４は、特に厚い板状である必要はなく、シート状の平板状のものであってもよい。板状およびシート状の何れでも量産性に富むため、安価に大量に製造することが可能である。
【００２７】
ところで、図３に示すように、入射光制御板４の形状によっては、導光体３内に一旦入射した光Ｌが、再度、凸部５に入射して外部に出射してしまう現象が生じることが考えられる。この現象により光の利用効率が低減してしまうため、凸部５と導光体３との密着面積をできるだけ小さくすることが望ましい。
【００２８】
前記のように凸部５と導光体３との密着面積をできるだけ小さくするための具体例としては、図４に示すように、凸部５における断面形状を外形放物線状とし、かつ当該放物線の頂部５ａに焦点位置Ｆを設定し、この焦点位置Ｆ近傍でのみ導光体３と密着させるように構成することが考えられる。
【００２９】
また、集光効率をさらに高めるためには、図５に示すように、凸部５を最密構造にて配置させることが好ましい。
【００３０】
また、太陽電池セル２は、温度が上昇するに従って光−電気エネルギー変換効率が低下することが知られている。そこで導光体３を赤外線吸収材料で成型したり、導光体３に赤外線遮断部材を具備させたりすることにより、光が導光体３内を伝播する光路において赤外線を吸収し、太陽電池セル２に赤外線がほとんど入射しないようにすることにより、赤外線による太陽電池セル２の温度上昇を防止することができる。
【００３１】
また、入射光制御板４は、本実施形態で例示したレンズアレイタイプのように円柱形状の凸部を２次元的に配列した構造のみでなく、レンチキュラレンズタイプのかまぼこ形状の凸部構造も採用することができる。
【００３２】
さらに本実施形態における採光装置および太陽光発電装置における受光効率を向上させるため、少なくとも導光体３における入射面３ａの法線方向が太陽（光源）の向きに一致するように、追尾センサおよび追尾のための駆動装置を設置して、光源追尾が可能である構成にするとよい。この構成にすることにより、太陽電池における光−電気エネルギの変換効率を向上させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る採光装置および光発電装置によれば、従来のようにレンズを用いずに、導光体と密着する複数の凸部を有する入射光制御板を設けたことにより、光を効率的に導光体に対して導くことができるため、従来に比較して装置全体として構成の簡素化を図ることができコストダウンが実現し、しかも薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための太陽光発電装置の概略構成を示す斜視図
【図２】本実施形態における要部構成を示す一部断面図
【図３】本実施形態における光利用効率を低減させる現象の説明図
【図４】本実施形態における入射光制御板の変形例の構成を示す一部断面図
【図５】本実施形態における凸部の配列例を示す入射光制御板の底面図
【図６】従来の太陽光発電装置における基本構成を示す斜視図
【符号の説明】
１採光装置
２太陽電池セル
３導光体
３ａ導光体の入射面
３ｂ導光体の光出射部
４入射光制御板
４ａ入射光制御板の外部入射面
４ｂ入射光制御板の出射側面
５凸部
５ａ凸部の頂部

Claims

入射した光を光出射部まで導光する導光体と、
入射面と前記導光体の入射面に対向する出射側面とが設けられた入射光制御板と、
前記入射光制御板の出射側面に複数設けられ、内部で光反射して頂部が導光体と密着し、該頂部を通して前記導光体に対して光入射させる凸部と、
を備えたことを特徴とする採光装置。
前記入射光制御板の出射側面に、前記凸部を２次元的に複数配列したことを特徴とする請求項１記載の採光装置。
前記入射光制御板の凸部を最密構造にて配設したことを特徴とする請求項１または２記載の採光装置。
前記入射光制御板の凸部における断面形状を外形放物線状にし、前記凸部の頂部における焦点位置で前記導光体と密着させることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の採光装置。
前記導光体における入射面の法線が光源を追尾するように、追尾センサおよび追尾駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の採光装置。
採光装置と、該採光装置における光出射部に太陽電池セルを設置してなる光発電装置において、
前記採光装置として、請求項１〜５いずれか１項記載の採光装置を搭載したことを特徴とする光発電装置。
前記採光装置を構成する導光体の複数の端面を光出射部とする平板状体にし、前記各端面に太陽電池セルを対向設置したことを特徴とする請求項６記載の光発電装置。
前記導光体における入射面の法線が太陽方向を追尾するように、追尾センサおよび追尾駆動手段を備えたことを特徴とする請求項６または７記載の光発電装置。
前記導光体が赤外線遮断機能を有していることを特徴とする請求項６〜８いずれか１項記載の光発電装置。