JP2005217224A

JP2005217224A - 反射型の集光型太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2005217224A
Application number: JP2004022579A
Authority: JP
Inventors: Michio Kondo; 道雄近藤; Kenji Araki; 建次荒木; Hisafumi Uozumi; 久文魚住
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】太陽光が透過または反射する部分に結露が生じにくい反射型の集光型太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】太陽光Ｌを集光するための反射鏡２６と、反射鏡２６により集光された光を受光して発電する太陽電池セル５２とを有する発電ユニット２２を少なくとも１つ備え、その発電ユニット２２が閉じられたケースに収容された反射型の集光型太陽光発電装置１０において、反射鏡２６の裏面に溝４６を形成する。このようにすると、溝４６の底は結露が生じやすい形状であるので、結露は、まず、その溝４６の底に生じ、しかも、その溝４６は太陽光Ｌの経路ではない部分に形成されているために、暖まりにくいので、溝４６の底に生じた結露は解消されにくい。従って、ケース内の湿気が結露として溝４６の底に集中し、しかも長時間にわたってそこに保持されるので、太陽光Ｌが透過または反射される部分には結露が生じにくくなる。
【選択図】図２

Description

本発明は反射型の集光型太陽光発電装置に関し、特に、その装置の結露対策に関する。

集光型太陽光発電装置（以下、単に装置ということもある）は、太陽光を集光させて太陽電池セルに照射することから、太陽電池セルを小さく（または少なく）することができる。そのため、低コスト化が可能である。この集光型太陽光発電装置を太陽光の集光形式で分類すると、凸レンズまたはフレネルレンズなどを透過させて太陽光を集光する透過型と、反射鏡により太陽光を反射させて集光する反射型があり、反射型には、多数の反射板を有し、その多数の反射板が全体として大きな反射板として機能し、それら多数の反射板からの反射太陽光を一箇所に集光するラージディッシュ型と、太陽光を集光する反射鏡とその反射鏡により集光された光を受光する太陽電池セルとを有する発電ユニットを複数備えた分散型（以下、分散反射型という）とがある。たとえば、分散反射型の装置は、非特許文献１に記載されている。
ダニエル・フュールマン（DANIEL FEUERMANNN）、ジェフリー・エム・ゴードン（JEFFREY M. GORDON）、小放物面反射器に基づく高濃度光起電力の設計（HIGH-CONCENTRATION PHOTOVOLATAIC DESIGNS BASED ON MINIATURE PARABOLIC DISHS）、"ソーラーエナジー（Solar Energy）"（英国）、エルセビアサイエンス（Elsevier Science Ltd）、2001、Vol.70、No.5、pp.423-430

上述した種々の集光型式の集光型太陽光発電装置のうち、ラージディッシュ型は解放系であるために結露の問題が生じないが、他の型式、すなわち、透過型の装置および分散反射型の装置は、装置全体がケースに収容されているため、ケース内に結露が生じる場合があるという問題がある。

また、上記ケースには換気口が設けられることが一般的である。その理由は、装置内の温度の変動幅が大きいので、その温度変化に伴う圧力変化によってケースが壊れないようにするためである。しかし、換気口が設けられていると、その換気口から水分が流入してしまう。従って、雨が降り続いた場合には、ケース内の湿度も高くなり、その後、気温が冷え込んだ場合には、特に結露が生じやすい。また、装置内に油分が流入して、その油分が装置内の光学部材に付着すると、発電性能の低下を招くことから、換気口には、油分などの流入を防ぐためにフィルターがはめ込まれることがあるが、フィルターがはめ込まれると、装置内に入り込んだ水分が一層抜けにくくなり、結露がさらに生じやすくなる。ケースを密閉とすれば結露の問題は少なくなるのだが、密閉とするためには装置内の圧力変動に耐えうる高強度のケースを用いなくてはならず、高コストになってしまう。

また、装置の集光型式によっても結露の問題に差があり、透過型の装置においてフレネルレンズを用い、そのフレネルレンズの溝面をケース内側とした場合には、結露の問題が大きい。このような装置ではフレネルレンズの溝の底（溝の頂点）に結露が生じやすく、しかも、このフレネルレンズは、太陽光を屈折させつつ透過させる目的のものであるので、フレネルレンズでは太陽光はほとんど吸収されない。そのため、フレネルレンズは暖まりにくいので、フレネルレンズの溝に生じた結露は解消されにくく、フレネルレンズの溝に結露が生じたままでは、太陽光を目的通りに屈折させることができない。従って、湿気の多い日本において、透過型の装置を使用することは困難である。

これに対して、分散反射型の装置の場合には結露の問題が比較的少ない。その理由は、分散反射型の装置の場合には、反射鏡により太陽光を集光するからであり、反射鏡の反射面に結露が生じたとしても、その反射面は太陽光が照射されるので暖まりやすいことから、反射面の結露は比較的早期に解消する。また、ケースの上面（太陽光の入射面）は、透過型装置のフレネルレンズと同様に太陽光が透過する面であるが、ケースの上面には溝が形成されていないので、フレネルレンズほどは結露が生じない。

このように分散反射型の装置では結露の問題が比較的小さいが、気候条件によっては結露が生じる場合があるので、結露によって発電効率が低下する恐れが全くない訳ではない。従って、分散反射型の装置においても結露対策が望まれるが、仮に結露が生じても、結露が生じた部分が太陽光の経路（すなわち太陽光が透過または反射する部分）でなければ、発電効率が低下することはない。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、太陽光が透過または反射する部分に結露が生じにくい反射型の集光型太陽光発電装置を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために種々検討を重ねる中で、フレネルレンズの溝面には結露が生じやすいという現象に着目した。そして、この現象を逆に利用して、太陽光が透過または反射する部分以外の部分に結露が生じやすい部分を作っておけば、太陽光が透過または反射する部分には結露が生じにくくなることを見いだした。本発明はかかる知見に基づいて成されたものである。

すなわち、前記目的を達成するための第１発明は、太陽光を集光するための反射鏡と、その反射鏡により集光された光を受光して発電する太陽電池セルとを有する発電ユニットを少なくとも１つ備え、その発電ユニットが閉じられたケースに収容された反射型の集光型太陽光発電装置であって、前記ケース内の太陽光の経路とならない部分に、凹部または凸部が形成されていることを特徴とする。

また、第２発明は、太陽光を集光するための反射鏡と、その反射鏡により集光された光を受光して発電する太陽電池セルとを有する発電ユニットを少なくとも１つ備え、その発電ユニットが閉じられたケースに収容された反射型の集光型太陽光発電装置であって、前記ケース内の太陽光の経路とならない部分に溝が形成されていることを特徴とする。

また、第３発明は、第２発明において、前記溝が前記反射鏡の裏面に形成されていることを特徴とする。なお、裏面とは、反射鏡の反射面の裏面だけでなく、反射鏡の外側面の裏面すなわち内側面も含まれる。

また、第４発明は、第３発明において、前記反射鏡の前記溝が形成されている部分がプラスチック製であることを特徴とする。

また、第５発明は、第１発明乃至第４発明のいずれかにおいて、前記ケースに換気口が設けられていることを特徴とする。

第１発明によれば、ケース内に結露の生じやすい形状である凹部または凸部が設けられているので、結露は、まず、その凹部の底や凸部の根元に生じ、しかも、その凹部や凸部は太陽光の経路ではない部分に形成されているために、暖まりにくいので、凹部の底や凸部の根元に生じた結露は解消されにくい。従って、ケース内の湿気が結露として凹部の底や凸部の根元に集中し、しかも長時間にわたってそこに保持されるので、太陽光が透過または反射される部分には結露が生じにくくなる。

第２発明によれば、ケース内に結露の生じやすい形状である溝が設けられているので、結露は、まず、その溝の底に生じ、しかも、その溝は太陽光の経路ではない部分に形成されているために、暖まりにくいので、溝の底に生じた結露は解消されにくい。従って、ケース内の湿気が結露として溝の底に集中し、しかも長時間にわたってそこに保持されるので、太陽光が透過または反射される部分には結露が生じにくくなる。

第３発明では、反射鏡の反射面により太陽光が高反射率で反射されるので、溝が形成されている反射鏡の裏面は特に暖まりにくい。そのため、一層、溝の底に結露が生じやすくなり、また、結露がそこに保持される時間が一層長くなるので、太陽光が透過または反射される部分は、より結露が生じにくくなる。

第４発明のように反射鏡の溝が形成されている部分がプラスチック製とされると、プラスチックは熱伝導率が低いので、反射鏡の裏面が一層暖まりにくくなる。そのため、より一層、溝の底に結露が生じやすくなり、また、結露がそこに保持される時間がより一層長くなるので、太陽光が透過または反射される部分は、より結露が生じにくくなる。

第５発明のようにケースに換気口が形成されている場合、前述のように装置全体の低コスト化が可能である反面、ケースが密閉される場合に比べて結露の問題が大きくなるので、本発明によって結露を防止する意義が大きい。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が適用された反射型の集光型太陽光発電装置１０（以下、単に装置１０という）の斜視図である。図１に示すように、装置１０は、全体として直方体形状を成す閉じられたケース１２を有している。このケース１２は、太陽光の入射面を構成する透明ガラス板１４が、上側に開口する下ケース１６の開口面を塞いでいる構造を有している。この下ケース１６には、ケース１２の内と外とを連通する複数の換気口１８が形成されている。なお、この換気口１８には、装置１０内に油分が流入することを防止するために、図示しないフィルタが嵌め入れられる。また、ケース１２の下面には、脚２０が固定されている。このケース１２内には、図２に示す発電ユニット２２が縦横にそれぞれ複数配列されている。

図２は、図１の装置１０の部分拡大断面図である。発電ユニット２２は、受光装置２４と、その受光装置２４と対を成す反射鏡２６とからなる。この反射鏡２６はプラスチック製であり、図３にその斜視図を示すように、平面形状が円形であり、基部２８と湾曲部３０とを有している。図２に戻って、湾曲部３０は、基部２８側とは反対側の面が中央側ほど基部２８側へ凹む放物面とされ、その放物面に金属反射層すなわち反射面３２が形成されている。また、湾曲部３０の中央には、軸方向に貫通する貫通穴３４が形成されている。

基部２８は円筒状であり、この基部２８の湾曲部３０とは反対側の端部にボルト３６が螺合されることにより、反射鏡２６は下ケース１６に固定される。また、ボルト３６には、バネとして機能する複数の皿バネ座金３８が挿し通されている。

上記ボルト３６は、下ケース１６に形成された貫通穴４０に挿し通されており、この貫通穴４０は、ボルト３６の傾きをある程度許容するような径とされており、また、貫通穴４０およびボルト３６は、反射鏡２６の基部２８の周方向において複数（たとえば３つ、あるいは４つ）設けられているので、各ボルト３６の締め付け具合が調整されることによって反射鏡２６の中心軸ａｘの角度が調整される。このボルト３６は、反射鏡２６の中心軸ａｘの角度が調整された後に、接着剤により下ケース１６に固定される。また、下ケース１６には、反射鏡２６の貫通穴３４と重なる位置にも貫通穴４２が形成されている。この貫通穴４２は、反射鏡２６の角度調整の際に、反射鏡２６が平行方向にずれないようにするための位置固定棒（図示せず）が挿入されるためのものであるが、反射鏡２６の中心軸ａｘの角度が調整された後は、図２に示すように、蓋４４が嵌め入れられており、蓋４４は接着剤により下ケース１６に固定されている。

上記反射鏡２６の湾曲部３０には、金属反射層３２が形成されている側とは反対側の裏面に、多数の溝（すなわち凹部）４６が一体形成されている。図４は、この溝４６の平面形状を示すための反射鏡２６の底面図であり、図４に示されるように、本実施例の溝４６は、貫通穴３４中心とする（すなわち反射鏡２６の中心軸ａｘを中心とする）同心円状に形成されている。この溝４６は、結露を集中的に生じさせるためのものであり、そのために、溝４６の底（頂点）は、溝４６の深さ方向に平行な断面における形状が鋭角となるような形状とされている。なお、溝４６の底の角度が鋭角であるほど、また、溝４６が深いほど結露は生じやすい。

図２に戻って、受光装置２４は、透明ガラス板１４の反射鏡２６側の面（装置１０内部の面）において、その中心軸が反射鏡２６の中心軸ａｘと一致する位置に設けられている。

図５は、上記受光装置２４の分解斜視図である。なお、図５の説明における上下方向は、図５の上下方向を意味し、実際の装置の上下方向とは異なる。

受光装置２４は、正方形のアルミ基板４８を備えており、このアルミ基板４８が透明ガラス板１４に固定される。帯状の下側リード電極５０は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４８上に固定され、その下側リード電極５０の長手方向の中央に太陽電池セル５２の下面が固定されている。太陽電池セル５２は正方形であり、たとえば、７ｍｍ×７ｍｍの外形寸法である。この太陽電池セル５２の上面すなわち受光面には、左右端に、下側リード電極５０と直交する方向にアルミ基板４８上を延びる帯状の上側リード電極５４の一端がそれぞれ接合されている。リード電極５０、５４によって区画されたアルミ基板４８面上の四隅部にはそれぞれ角柱状且つアルミ製の支持体５６が立設され、これら支持体５６の上に正方形の透明ガラス製支持板５８が載置固定されている。この支持板５８は、たとえば、５０ｍｍ×５０ｍｍであり、その上面中心には、集光レンズとしての平凸レンズ６０の平面側が接合されており、支持板５８の下面中心には、平凸レンズ６０と光軸を一致させて、プリズム集光器である直方体プリズム６２の光入射端面が接合されている。この直方体プリズム６２の他方の端面である下端面は太陽電池セル５２の受光面に接している。なお、透明ガラス製支持板５８の上面には、直方体プリズム６２が接続されている下面領域に対応する四角形領域６４（図６）を除いて、アルミの蒸着膜が形成されている（図６の斜線）。これにより、透明ガラス製支持板５８は、直方体プリズム６２の上面（光入射端面）から外れた入射光を反射する反射板として機能する。

このように構成された装置１０では、図２に示すように、太陽光Ｌは、透明ガラス板１４を透過して装置１０内に入射し、反射鏡２６の反射面３２で高反射率で反射されて受光装置２４の平凸レンズ６０に集光される。そして、平凸レンズ６０に集光された太陽光は、直方体プリズム６２に入射し、その内壁面で全反射を繰り返しつつ太陽電池セル５２に照射される。

このように構成された装置１０において結露が生じる場合、まず、溝４６にその結露が生じる。図７は反射鏡２６の湾曲部３０付近の拡大断面図であり、図７に示すように、結露ｄは、溝４６の底（頂点）に生じる。

以上説明したように、本実施例によれば、ケース１２内に結露ｄの生じやすい形状である溝４６が設けられているので、結露ｄは、まず、その溝４６の底に生じ、しかも、その溝４６は、反射鏡２６の裏面すなわち太陽光Ｌの経路ではない部分に形成されているために、暖まりにくいので、溝４６の底に生じた結露ｄは解消されにくい。従って、ケース１２内の湿気が結露ｄとして溝４６の底に集中し、しかも長時間にわたってそこに保持されるので、太陽光Ｌが透過または反射される部分には結露ｄが生じにくくなる。

また、本実施例によれば、反射鏡２６の反射面３２により太陽光Ｌが高反射率で反射されるので、溝４６が形成されている反射鏡２６の裏面は特に暖まりにくい。また、本実施例によれば、反射鏡２６はプラスチック製とされており、プラスチックは熱伝導率が低いので、このことからも、反射鏡２６の裏面は暖まりにくい。そのため、溝４６の底には一層結露ｄが生じやすくなり、また、結露ｄがそこに保持される時間が一層長くなるので、太陽光Ｌが透過または反射される部分は、より結露ｄが生じにくくなる。

また、本実施例の装置１０は、ケース１２に換気口１８が設けられているので、装置１０全体の低コスト化が可能である反面、ケース１２が密閉されている場合に比べて結露の問題が大きくなるので、溝４６を設けて太陽光Ｌが透過または反射される部分の結露を防止する意義が大きい。

以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施できる。

例えば、前述の実施例では、結露を生じさせるための凹部として、同心円状の溝４６が設けられていたが、溝の形状はどのような形状でもよく、たとえば、放射状に多数の溝が形成されていてもよい。また、前述の実施例では、溝４６の底の角度は鋭角であったが、鈍角であってもよい。また、溝４６以外の凹部形状（たとえば、多数の穴）が設けられてもよい。また、溝すなわち凹部ではなく、凸部が設けられていてもよい。凸部の根元は、局所的に見れば、溝の底（特に溝の底の角度が鈍角であるもの）と同じ形状であるので、凸部の根元にも結露が生じやすいからである。なお、凹部と凸部の両方が設けられていてもよい。

また、前述の実施例では、凹部としての溝４６は、湾曲部３０の金属反射層３２が形成されている側とは反対側の面に形成されていたが、凹部または凸部は、ケース１２内であって、太陽光Ｌの経路とならない部分であればよく、たとえば、反射鏡２６の基部２８の内側面または外側面に形成されていてもよいし、下ケース１６の内面に形成されていてもよい。

その他、一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。

本発明が適用された反射型の集光型太陽光発電装置の斜視図である。図１の集光型太陽光発電装置の部分拡大断面図である。図１の集光型太陽光発電装置に備えられている反射鏡の斜視図である。図３の反射鏡の底面図である。図１の集光型太陽光発電装置に備えられている受光装置の分解斜視図である。図５の受光装置に備えられている支持板の平面図である。反射鏡の湾曲部付近の拡大断面図である。

符号の説明

１０：反射型の集光型太陽光発電装置
１２：ケース
１８：換気口
２２：発電ユニット
２６：反射鏡
４６：溝（凹部）
５２：太陽電池セル
Ｌ：太陽光

Claims

太陽光を集光するための反射鏡と、該反射鏡により集光された光を受光して発電する太陽電池セルとを有する発電ユニットを少なくとも１つ備え、該発電ユニットが閉じられたケースに収容された反射型の集光型太陽光発電装置であって、
前記ケース内の太陽光の経路とならない部分に、凹部または凸部が形成されていることを特徴とする反射型の集光型太陽光発電装置。
太陽光を集光するための反射鏡と、該反射鏡により集光された光を受光して発電する太陽電池セルとを有する発電ユニットを少なくとも１つ備え、該発電ユニットが閉じられたケースに収容された反射型の集光型太陽光発電装置であって、
前記ケース内の太陽光の経路とならない部分に溝が形成されていることを特徴とする集光型太陽光発電装置。
前記溝が前記反射鏡の裏面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の反射型の集光型太陽光発電装置。
前記反射鏡の前記溝が形成されている部分がプラスチック製であることを特徴とする請求項３に記載の反射型の集光型太陽光発電装置。
前記ケースに換気口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の反射型の集光型太陽光発電装置。