JP2005019587A - 採光装置および光発電装置 - Google Patents
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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
【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
【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 (9)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003180623A JP2005019587A (ja) | 2003-06-25 | 2003-06-25 | 採光装置および光発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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