JP2006046001A - 屋根用太陽電池集光装置及び家屋 - Google Patents

Abstract

【課題】 光透過層の厚みを大きくする必要なく、年間を通じて太陽光線を最大量に受光して集光することができる屋根用太陽電池集光装置を提供する。
【解決手段】 屋根設置用の太陽電池集光装置に関する。第一受光面１の傾斜角を水平から夏至の南中時の太陽光線に対して垂直な角度までの間に設定する。第二受光面２の傾斜角を春分の南中時の太陽光線に対して垂直な角度に設定する。第一受光面１と反射面３とのなす角度θ_１を、第一受光面１から入射した太陽光線が反射面３で太陽電池４の側へ向けて反射し、且つこの反射光の第一受光面１への入射角が臨界角以上になるように設定する。第二受光面２と太陽電池４の集光面４ａとを、第二受光面２から入射した太陽光線が光透過層５を透過して太陽電池４の集光面４ａに到達するように対向させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、屋根に設置される太陽電池集光装置及びこの太陽電池集光装置を屋根に設置した家屋に関するものである。

太陽電池に太陽光線を受光して発電するにあたって、太陽光線を効率高く受光することができる場所の一つが家屋の屋根である。このために、太陽電池を住宅の屋根に設置し、発電した電力を住宅内で使用することが行なわれている。そして太陽電池を用いた発電システムにおいて、高価な太陽電池の使用面積をできるだけ小さくするために、太陽光線を集光して太陽電池に入射させる必要があり、このような集光装置が従来から種々提案されている。

図９（ａ）は集光装置の一例を示すものであり、ガラスやアクリル等の透明材料で形成される直角三角形状のプリズム１３を用い、上側に配置される一面を受光面１１とすると共に、下側に配置される一面をミラーを設けた反射面１２とし、他の一面に太陽電池４が設けてある（特許文献１等参照）。

このものにあって、受光面１１からプリズム１３内に入射した太陽光線Ｓは、反射面１２で反射して再度受光面１１に到達するが、受光面１１と反射面１２の間のプリズム角αを所定角度に設定することによって、この反射面１２から受光面１１に進行した太陽光線Ｓの受光面１１への入射角が臨界角以上になり、受光面１１で全反射して太陽電池４へ向かってプリズム１３内を進行し、太陽電池４に集光される。またこのように受光面１１で全反射した太陽光線Ｓが再度反射面１２で反射されるときには、反射角は大きくなるので、反射面１２で再度反射された太陽光線Ｓの受光面１１への入射角は臨界角以上を確保される。従って、太陽光線Ｓに対する受光面１１の受光角度とプリズム角αを適切な角度に設定することによって、受光面１１からプリズム１３内に入射する太陽光線Ｓの総てを太陽電池４に集光させることができるものである。

図９（ｂ）は集光装置の他の一例を示すものであり、断面台形状の透明材料で形成される集光器１５を用い、対向する平行な一対の面のうち上面を受光面１６とすると共に下面に太陽電池４を設け、対向する他の一対の傾斜面をそれぞれ第一反射面１７と第二反射面１８としてある（特許文献２等参照）。

このものにあって、受光面１６から集光器１５内に入射した太陽光線Ｓの一部は直接太陽電池４に受光される。また受光面１６から集光器１５内に入射した太陽光線Ｓのうち、第一反射面１７で反射した太陽光線Ｓは再度受光面１６に到達するが、受光面１６と第一反射面１７の間の角度β_１を所定角度に設定することによって、この第一反射面１７から受光面１６に進行した太陽光線Ｓの受光面１６への入射角が臨界角以上になり、受光面１６で全反射して第二反射面１８へ向かって進行する。さらに第二反射面１８と太陽電池４の間の角度β_２を所定角度に設定することによって、第二反射面１８で反射した太陽光線Ｓは太陽電池４へ向かって進行し、太陽電池４に集光される。このようにして受光面１６から入射する太陽光線Ｓの総てを太陽電池４に集光させることができるものである。
特開平６−２７５８５９号公報 特開２００１−１８９４８７号公報

上記の図９（ａ）のものでは、発電効率を高めるために太陽電池４の面積を大きくすると、それに伴なってプリズム１３の体積が著しく大きくなるものであった。すなわち、太陽電池４が大きくなるとプリズム１３はその相似形で厚みが大きくなるものであり、プリズム１３を構成する透明材料の材料アップを招くものであった。

また上記の図９（ａ）及び図９（ｂ）のものでは、年間を通じた太陽光線Ｓの受光面１１，１６への入射量を最大にするため、春分の南中時の太陽光線Ｓに対して直角なるように受光面１１，１６の角度を設定すると、夏の太陽光線Ｓと冬の太陽光線Ｓを受光面１１，１６で全反射させながら太陽電池４に導くようにするためには、角度αや角度β_１を大きく設定する必要があり、プリズム１３や集光器１５の全体の厚みが大きくなって、同様に透明材料の材料アップを招くものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、光透過層の厚みを大きくする必要なく、年間を通じて太陽光線を最大量に受光して集光することができる屋根用太陽電池集光装置及び家屋を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る屋根用太陽電池集光装置は、屋根設置用の太陽電池集光装置であって、第一受光面１と、第一受光面１と所定角度で交叉する第二受光面２と、第一受光面１と対向して第一受光面１の下側に配置される反射面３と、第二受光面２と対向して第二受光面２の下側に配置される太陽電池４の集光面６と、第一受光面１と第二受光面２と反射面３と太陽電池４の集光面６で囲まれる光透過層５とを備えて形成され、第一受光面１の傾斜角を水平から夏至の南中時の太陽光線に対して垂直な角度までの間に設定すると共に、第二受光面２の傾斜角を春分の南中時の太陽光線に対して垂直な角度に設定し、第一受光面１と反射面３とのなす角度θ_１を、第一受光面１から入射した太陽光線が反射面３で太陽電池４の側へ向けて反射し、且つこの反射光の第一受光面１への入射角が臨界角以上になるように設定すると共に、第二受光面２と太陽電池４の集光面６とを、第二受光面２から入射した太陽光線が光透過層５を透過して太陽電池４の集光面６に到達するように対向させて成ることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１において、第一受光面１と反射面３との間の光透過層５を、透明材料７と空洞部８とから形成し、空洞部８の第一受光面１の側の面８ａ及び反射面３の側の面８ｂはそれぞれ反射面として形成すると共に空洞部８の太陽電池４の側の面８ｃ及びその反対側の面８ｄはそれぞれ光を反射しない無反射面として形成して成ることを特徴とするものである。

また請求項３の発明は、請求項１又は２において、光透過層５の上面部を除いて、金属製の筐体９で囲って成ることを特徴とするものである。

また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、反射面にＶ溝１０を形成して成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項５に係る家屋は、上記の請求項１乃至４のいずれかに記載の屋根用太陽電池集光装置を屋根に取り付けて成ることを特徴とするものである。

第一受光面１から光透過層５内に入射した太陽光線は、反射面３で反射すると共に第一受光面１で全反射して太陽電池４の側へ光透過層５内を進行し、太陽電池４の集光面６に至ると共に、また第二受光面２から光透過層５内に入射した太陽光線は光透過層５を透過してそのまま太陽電池４の集光面６に至るものであり、第一受光面１と第二受光面２から入射した太陽光線の総てをそれぞれ太陽電池４に集光させることができるものである。

また、第一受光面１の傾斜角を水平から夏至の南中時の太陽光線に対して垂直な角度までの間に設定してあるので、第一受光面１から光透過層５内に入射して反射面３で反射した太陽光線を第一受光面１で全反射させるように、第一受光面１と反射面３とのなす角度θ_１を設定するにあたって、この角度θ_１を小さくすることができるものであり、光透過層５の厚みを薄く形成して材料アップを抑えることができるものである。しかも第二受光面２の傾斜角を春分の南中時の太陽光線に対して垂直な角度に設定してあるので、夏の太陽光線も、冬の太陽光線もそれぞれ小さい入射角で第二受光面２から入射させて、太陽電池４の集光面６に到達させることができ、年間を通じて太陽光線を最大量に受光して集光することができるものである。

さらに、第一受光面１は水平から夏至の南中時の太陽光線に対して垂直な角度までの間に。第二受光面２は春分の南中時の太陽光線に対して垂直な角度に、それぞれ設定してあるために、第一受光面１や第二受光面２の境界部に凹部が形成されることがなくなり、屋根に降る雨が滞留して汚れが第一受光面１や第二受光面２に付着することを防ぐことができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１（ａ）は本発明に係る屋根設置用の太陽電池集光装置の太陽電池集光器Ａの概略構成を示すものであり、屋根の軒棟方向と平行な鉛直面での断面形状が全体として略く字形に屈曲した形状の光透過層５で形成してある。そして光透過層５の凹屈曲した上面が第一受光面１と第二受光面２として形成されるものであり、第一受光面１と第二受光面２は所定角度で交叉して連続し、屋根の傾斜の下側（軒側）に第一受光面１が、屋根の傾斜の上側（棟側）に第二受光面２が配置される。

また、光透過層５の凸屈曲した下面が反射面３と太陽電池４の集光面６として形成されるものであり、反射面３は第一受光面１と対向してその下側に位置し、太陽電池４の集光面６は第二受光面２と対向してその下側に位置している。反射面３は第一受光面１と所定の夾角θ_１で交叉しているものであり、この第一受光面１と反射面３の間の角度θ_１については後述する。また太陽電池４は発電のために光を入射させる表面を集光面６に接合してある。この集光面６は第二受光面２と所定の夾角θ_２で交叉しているものであり、この第二受光面２と集光面６の間の角度θ_２については後述する。さらに反射面３と集光面６は所定角度で交叉している。

上記の第一受光面１はその傾斜角を、水平から夏至の南中時の太陽光線Ｓ_１に対して垂直な角度までの間に設定してある。この夏至の南中時の太陽光線Ｓ_１に対して垂直な角度は、厳密に要求されるものではなく、±８°程度の範囲は許容される。ここで、我が国（日本）では、夏至の南中時の太陽光線Ｓ_１の角度（鉛直線に対する傾斜角度）は約１２°であるので、第一受光面１を夏至の南中時の太陽光線Ｓ_１に対して垂直にすると、第一受光面１の水平面に対する傾斜角は、水平な０°から、約１２°±８°の間の範囲に設定されるものである。

また上記の第二受光面２はその傾斜角を、春分の南中時の太陽光線Ｓ_３に対して垂直な角度に設定してある。この春分の南中時の太陽光線Ｓ_３に対して垂直な角度は、厳密に要求されるものではなく、±８°程度の範囲は許容される。ここで、我が国（日本）では、春分の南中時の太陽光線Ｓ_３の角度（鉛直線に対する傾斜角度）は約３５．５°であるので、第二受光面２を春分の南中時の太陽光線Ｓ_３に対して垂直にすると、第二受光面２の水平面に対する傾斜角は、約３５．５°±８°に設定されるものである。尚、一般の住宅において、屋根の傾斜角は約２５°〜３１°程度であるので、第二受光面２の傾斜角度は屋根の傾斜角とほぼ等しくなるように形成することができるものである。

上記のように形成される太陽電池集光装置の太陽電池集光器Ａにあって、第一受光面１と反射面３の間の光透過層５で受光誘導部２１が形成され、第二受光面２と集光面６の間の光透過層５で受光透過部２２が形成される。そして、第一受光面１から屈折を受けて受光誘導部２１の光透過層５内に入射した太陽光線Ｓは、反射面３で反射し、光透過層５内を通過して再度第一受光面１に到達するが、第一受光面１と反射面３の間の角度θ_１を所定角度に設定することによって、この反射面３から第一受光面１に進行した太陽光線Ｓの第一受光面１への光透過層５内での入射角が臨界角以上になるようにすることができ、第一受光面１で全反射させて太陽電池４の側へ向かって受光誘導部２１の光透過層５内を進行させるようにすることができる。また第一受光面１で全反射した太陽光線Ｓが再度反射面３で反射されるときには、反射角は大きくなるので、反射面３で再度反射された太陽光線Ｓの第一受光面１への入射角は臨界角以上を確保される。このように、第一受光面１と反射面３の間の角度θ_１を所定角度に設定することによって、第一受光面１から受光誘導部２１の光透過層５内に入射する太陽光線Ｓの総てを、受光誘導部２１内を太陽電池４の方向に進行させて集光面６に到達させ、太陽電池４に吸収させることができるものである。

ここで、第一受光面１から光透過層５内に入射して反射面３で反射した太陽光線Ｓを第一受光面１で全反射させるように、第一受光面１と反射面３との間の角度θ_１を設定するにあたって、第一受光面１はその傾斜角を、上記のように水平から夏至の南中時の太陽光線Ｓ_１に対して垂直な角度までの間に設定してあるので、この角度θ_１を小さくすることができるものである。すなわち、第一受光面１への太陽光線の入射角が大きいほど反射面３での反射角が大きくなり、この反射光の第一受光面１への入射角もまた大きくなり、全反射を起こさせるためのプリズム角（角度θ_１）を小さくすることが出来る。しかし第一受光面１を水平以上に角度を立てると棟側に下り傾斜し、水が溜まったりゴミが溜まったりするという屋根材としての機能が損なわれるため、水平以上に角度を立てることは望ましくない。よって第一受光面１を水平にすることは屋根材としての機能を満足させ、かつ太陽光線の入射角を大きくし、全反射させるプリズム角（角度θ_１）を小さく設定することができることになるものである。又夏至の太陽光線の入射光を全反射する角度にプリズム角（角度θ_１）を設定することは、最小入射角での全反射角にプリズム角（角度θ_１）が設定されているため年間を通じて入射光を全反射できることになるものである。

第一受光面１と反射面３との間の角度θ_１は、このように第一受光面１の傾斜角を水平から夏至の南中時の太陽光線Ｓ_１に対して垂直な角度までの間に設定すると、光透過層５の屈折率がガラスやアクリル樹脂のように１．５程度の場合、１５．７°〜２０．５°の範囲にすることができる。ちなみに、第一受光面１の傾斜角を春分の南中時の太陽光線Ｓ_３に対して垂直な角度に設定すると、第一受光面１と反射面３との間の角度θ_１は２８．４°程度の大きな角度に設定する必要がある。このように本発明では、第一受光面１と反射面３との間の角度θ_１を小さくすることができるので、受光誘導部２１における光透過層５の厚みを薄く形成することができるものであり、光透過層５を構成する透明材料の使用量を抑制して、材料アップを抑えることができるものである。

また、第二受光面２から屈折を受けて受光透過部２２の光透過層５内に入射した太陽光線Ｓは、光透過層５内を透過してそのまま集光面６に到達し、太陽電池４に吸収させることができるものである。ここで、第二受光面２はその傾斜角を、上記のように春分の南中時の太陽光線Ｓ_３に対して垂直な角度に設定してあるので、夏期の高い角度の太陽光線Ｓ_１も、冬期の低い角度の太陽光線Ｓ_２もそれぞれ、入射角が大きくなることなく比較的小さい入射角で第二受光面２から受光透過部２２の光透過層５に入射させることができるものであり、年間を通じて第二受光面２への太陽光線Ｓの入射量を最大量にすることができるものである。従って、第二受光面２から年間を通じて太陽光線Ｓを最大量に受光して集光面６に到達させ、太陽電池４に吸収させることができるものである。ここで、第二受光面２と太陽電池４の集光面６とのなす角度θ_２は、第二受光面２から受光透過部２２の光透過層５に入射した太陽光線Ｓの総てが集光面６に到達することができればよいものであって、特に限定されるものではなく、第二受光面２と集光面６は平行であってもよい。

図１（ｂ）は、太陽電池集光装置の具体的構成を示すものであり、第一受光面１と第二受光面２をそれぞれ透明の無機ガラス板２４で形成してある。また光透過層５は透明アクリル樹脂等の透明樹脂など透明材料７で形成してある。反射面３は光透過層５の表面にアルミニウムの蒸着などで反射層を設けたり、反射板を張り付けたりして形成してある。さらに光透過層５の集光面６に太陽電池４の光を受光する面を透明接着剤などで貼り付けてある。そしてこのように形成される太陽電池集光器Ａにおいて光透過層５の上面の第一受光面１と第二受光面２を除いた全面、すなわち反射面３と集光面６に設けた太陽電池４及び両側の側面を、鋼板など金属製の筐体９で覆うことによって、太陽電池集光装置Ｂを形成するようにしてある。このように太陽電池集光器Ａの第一受光面１と第二受光面２を除いた全面を金属製の筐体９で覆うことによって、反射面３や太陽電池４を筐体９で保護することができ、また太陽電池集光装置Ｂの強度を高めることができると共に耐火性を高めることができるものである。ここで本発明では、金属製の筐体９は、太陽電池集光器Ａの光透過層５の第一受光面１と第二受光面２、つまり光透過層５の上面を除いた全面を囲うようにしてあるが、筐体９を太陽電池集光器Ａに取り付けるための片などが図１（ｂ）のように光透過層５の上面の端部に被せられることを排除するものではなく、光透過層５の上面に太陽光線Ｓが入射がすることを筐体９で実質的に妨げることにならなければよい。

図２（ａ）は筐体９として、底板２６の軒側端縁に前片２７を垂直に立ち上げて設けると共に棟側端縁に前片２７より低い後片２８を垂直に立ち上げることによって、上面が開口する断面コ字形に形成したものを用いた実施の形態を示すものであり、底板２６に対して第二受光面２がほぼ平行になるように筐体９内に太陽電池集光器Ａを配置し、太陽電池集光器Ａの軒側端縁を前片２７の上端に、棟側端縁を後片２８の上端にそれぞれ取り付けることによって、第一受光面１と第二受光面２を除いた全面を筐体９で覆うようにしてある。

このようにして形成される太陽電池集光装置Ｂは、建物の屋根の上に複数枚を並べて設置されるものであり、図２（ｂ）に示すように、野地板などの屋根下地材２９の上に太陽電池集光装置Ｂを取り付けることによって、瓦の一部を構成するものとして太陽電池集光装置Ｂを設置することができるものであり、太陽電池を設置した建物を形成することができるものである。そして太陽電池集光装置Ｂを屋根に設置するにあたっては、筐体９の底板２６を屋根下地材２９の上に載置して固定することによって行なうことができるものであり、一般的な傾斜を有する屋根であれば、第一受光面１は傾斜角が水平から夏至の南中時の太陽光線Ｓ_１に対して垂直な角度までの間になり、第二受光面２は傾斜角が春分の南中時の太陽光線Ｓ_３に対して垂直な角度になる。尚、屋根の傾斜によっては第一受光面１や第二受光面２がこのような角度にならない場合があるので、筐体９内において太陽電池集光器Ａの角度調整ができるようにするのが望ましい。

上記のように屋根の上に設置される太陽電池集光装置Ｂにおいて、その上面を形成する第一受光面１と第二受光面２は、上記のように第一受光面１の傾斜角が水平から夏至の南中時の太陽光線Ｓ_１に対して垂直な角度、第二受光面２の傾斜角が春分の南中時の太陽光線Ｓ_３に対して垂直な角度であるので、太陽電池集光装置Ｂの上面には水が滞留して流れなくなる凹部が形成されるようなことがなく、屋根に降る雨は太陽電池集光装置Ｂの上面をその傾斜に沿ってスムーズに流れ、汚れやゴミなどを洗い流すことができるものであり、太陽電池集光装置Ｂの上面に雨水が滞留して、汚れやゴミなどが第一受光面１や第二受光面２に付着することを防ぐことができるものである。

また図３の実施の形態では、上記と同様な上面開口略コ字形に形成される筐体９に、複数の太陽電池集光器Ａを軒棟方向に並べて配置して取り付けることによって、太陽電池集光装置Ｂを形成するようにしてある。

図４は太陽電池集光器Ａの他の実施の形態の概略構成を示すものであり、光透過層５の上面を第一受光面１と第二受光面２及び第三受光面３１で形成するようにしてある。第一受光面１と第二受光面２は上記の実施の形態と同様に、第一受光面１の傾斜角が水平から夏至の南中時の太陽光線Ｓ_１に対して垂直な角度、第二受光面２の傾斜角が春分の南中時の太陽光線Ｓ_３に対して垂直な角度になるように形成してある。また第一受光面１と対向する反射面３は上記と同様に形成されるものであり、第一受光面１と反射面３の間の夾角θ_１も上記と同様に形成されるものである。

第三受光面３１は第二受光面２と所定角度で交叉して連続しているものであり、この第三受光面３１の傾斜角は冬至の南中時の太陽光線Ｓ_２に垂直になるように設定してある。冬至の南中時の太陽光線Ｓ_２に対して垂直な角度は、厳密に要求されるものではなく、±８°程度の範囲は許容される。ここで、我が国（日本）では、冬至の南中時の太陽光線Ｓ_２の角度（鉛直線に対する傾斜角度）は約５９°であるので、第三受光面３１を冬至の南中時の太陽光線Ｓ_２に対して垂直にすると、第三受光面３１の水平面に対する傾斜角は、約５９°±８°に設定されるものである。第三受光面３１と対向する光透過層５の背面側に第二反射面３２が形成してある。第二反射面３２は第三受光面３１と所定の夾角θ_３で交叉しているものであり、この第三受光面３１と第二反射面３２の間の角度θ_３については後述する。

太陽電池４の集光面６は反射面３と第二反射面３２の間に形成されるものであり、図４の実施の形態は太陽電池４の集光面６は第二受光面２とほぼ平行に形成してある。従って、第二受光面２と集光面６の間の夾角θ_２は０°となる。

このように形成される太陽電池集光装置の太陽電池集光器Ａにあって、第一受光面１や第二受光面２から光透過層５に入射された太陽光線Ｓは、既述の図１（ａ）の場合と同様に、集光されて集光面６に到達し、太陽電池４に吸収される。また第三受光面３１から屈折を受けて光透過層５内に入射した太陽光線Ｓは、第二反射面３２で反射し、光透過層５内を通過して再度第三受光面３１に到達するが、第三受光面３１と第二反射面３２の間の角度θ_３を所定角度に設定することによって、この第二反射面３２から第三受光面３１に進行した太陽光線Ｓの第三受光面３１への光透過層５内での入射角が臨界角以上になるようにすることができ、第三受光面３１で全反射させて太陽電池４の側へ向けて光透過層５内を進行させるようにすることができる。このように、第三受光面３１と第二反射面３２の間の角度θ_３を所定角度に設定することによって、第三受光面３１から光透過層５内に入射する太陽光線Ｓの総てを太陽電池４の方向に進行させて集光面６に到達させ、太陽電池４に吸収させることができるものである。第三受光面３１と第二反射面３２との間の角度θ_３は、上記のように第三受光面３１の傾斜角を冬至の南中時の太陽光線Ｓ_２に対して垂直な角度までの間に設定すると、１５．７°〜２０．５°の範囲にすることができる。

上記のように図４の実施の形態の太陽電池集光器Ａは、第一受光面１、第二受光面２、第三受光面３１のそれぞれ傾斜角度の異なる三面から太陽光線Ｓを入射させて集光することができるものであり、太陽光線Ｓの照射角度が変化する年間を通じて、太陽光線Ｓを最大量に受光して集光面６に到達させ、太陽電池４に吸収させることができるものである。

図５（ａ）は、筐体９に上記の太陽電池集光器Ａを取り付けて形成した太陽電池集光装置Ｂを示すものであり、底板２６の軒側端縁に前片２７を垂直に立ち上げて設けると共に棟側端縁に後片２８を垂直に立ち上げることによって、上面が開口する断面コ字形に形成した筐体９内に、底板２６に太陽電池４を当接させるように太陽電池集光器Ａが配置してある。そして太陽電池集光器Ａの軒側端縁を前片２７の上端に、棟側端縁を後片２８の上端にそれぞれ取り付けることによって、第一受光面１と第二受光面２と第三受光面３１を除いた全面を筐体９で覆うようにしてある。

そして、このように形成される太陽電池集光装置Ｂを野地板などの屋根下地材２９の上に並べて取り付けることによって、図５（ｂ）のように、瓦の一部を構成するものとして太陽電池集光装置Ｂを屋根上に設置することができるものであり、太陽電池を設置した建物を形成することができるものである。ここで、太陽電池集光装置Ｂの上面を流れる雨水を溜まることなくスムーズに流すために、第一受光面１の軒側先端の屋根面からの高さが、第三受光面３１の棟側先端の屋根面からの高さより高くならないように設定するものである。

また図６の実施の形態では、上記と同様な上面開口略コ字形に形成される一つの筐体９に、複数の太陽電池集光器Ａを軒棟方向に並べて配置して取り付けることによって、太陽電池集光装置Ｂを形成するようにしてある。

図７は本発明の他の実施の形態を示すものであり、第一受光面１と対向して設けた反射面３にＶ溝１０が形成してある。Ｖ溝１０は軒棟方向と平行に形成されるものであり、軒あるいは棟と平行な方向にＶ溝１０を連続させて多数設けるようにしてある。その他の構成は上記の各実施の形態と同じである。このように反射面３にＶ溝１０を形成することによって、第一受光面１から受光誘導部２１に入射する太陽光線Ｓの集光効率を高めることができるものである。また反射面３にＶ溝１０を形成していない場合に比べて、光の入射角度が大きくなるので、第一受光面１と反射面３との間の夾角θ_１を小さくしても高い集光量を得ることができるものであり、第一受光面１と反射面３の間の受光誘導部２１の肉厚を薄くすることが可能になり、材料コストを低減することができるものである。

反射面３にＶ溝１０を形成することによるこれらの効果を確認するためのシミュレーション試験を行ない、その結果を次に示す。

先ず、反射面３にＶ溝１０を設けない太陽電池集光器Ａについて、第一受光面１と反射面３の夾角θ_１＝１７°に設定し、夏至の太陽角度（１２°）、春分・秋分の太陽角度（３５．５°）、冬至の太陽角度（５９°）で光を照射した場合の、集光面６への集光量を測定するシミュレーションを行なったところ、表１の結果が得られた。尚、表１の数値は、太陽電池集光器Ａを備えない太陽電池４に集光される光の量に対する、太陽電池４の集光面６に集光される光の量の比率（百分率）を示すものである。

また、Ｖ溝角度γ＝１５２°のＶ溝１０を１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍのピッチで反射面３に設けた太陽電池集光器Ａ、Ｖ溝角度γ＝１２０°のＶ溝１０を１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍのピッチで反射面３に設けた太陽電池集光器Ａについて、第一受光面１と反射面３の夾角θ_１＝１２°に設定し、同様に光照射した場合の、集光面６への集光量を測定するシミュレーションを行なったところ、表１の結果が得られた。

表１にみられるように、反射面３にＶ溝１０を設けることによって、集光効率を高めることができ、また第一受光面１と反射面３の間の夾角θ_１を小さくすることができることが確認される。しかも、Ｖ溝１０を設けない太陽電池集光器Ａの第一受光面１と反射面３の夾角θ_１＝１７°であるのに対して、Ｖ溝１０を設けた太陽電池集光器Ａの第一受光面１と反射面３の夾角θ_１＝１２°であるが、夾角θ_１が小さくてもＶ溝１０を設けることによって高い集光効率を得ることができるものであった。

図８は太陽電池集光器Ａの他の実施の形態の概略構成を示すものであり、光透過層５は透明アクリル樹脂などの透明材料７で主として形成してあるが、第一受光面１と反射面３の間の受光誘導部２１の光透過層５は、透明材料７と空洞部８とから形成してある。その他の構成は上記の各実施の形態と同じである。

そして図８（ａ）の実施の形態は、空洞部８は受光誘導部２１のうち受光透過部２２寄りの部分に設けてある。この空洞部８は屋根の軒棟方向と平行な鉛直面での断面形状を四角形に形成してあり、空洞部８の第一受光面１の側の面８ａは反射面３と平行に形成してあり、この面８ａは反射膜の蒸着や反射板の接着などで反射面として形成してある。この面８ａの反射面は空洞部８内を進行する光を反射させると共に第一受光面１から透明材料７に入射した光も反射させる両面反射面として形成されるものである。また空洞部８の反射面３の側の面８ｂも反射面３と平行に形成してあり、反射面３を反射板で形成する場合には、反射板で空洞部８の一面を形成することができるので、この面８ａを反射面３と共通のものとすることができるものである。さらに、空洞部８の太陽電池４の側の面８ｃ及びその反対側の面８ｄはそれぞれ、無反射コーティング等を施すことによって、光を反射しない無反射面として形成してある。

このものでは、光透過層５を透明材料７と空洞部８とから形成してあるので、空洞部８の容積分、光透過層５を構成する透明材料７の使用量を低減することができるものあり、材料コストを低減することが可能になるものである。そして図８（ａ）のものにあって、第一受光面１から入射した太陽光線Ｓは既述のように反射面３と第一受光面１の間を全反射しながら太陽電池４に向かって受光誘導部２１内を進行するが、この太陽光線Ｓは面８ｄから空洞部８内に入ると、反射面である面８ａと面８ｂとの間で反射しながら太陽電池４に向かって進行し、面８ｃから空洞部８を出て太陽電池４の集光面６に至るようになっている。また空洞部８の面８ａを反射面３と平行に形成してあるので、第一受光面１から入射した太陽光線Ｓが空洞部８の面８ａで反射され、この反射光が第一受光面１に再度入射すると、この入射角は臨界角以上になり、全反射させることができるものであり、この太陽光線Ｓも面８ａと第一受光面２の間を全反射しながら太陽電池４に向かって進行し、集光面６に至るようになっている。従って、光透過層５に空洞部８を設けても、第一受光面１から入射した光を支障なく太陽電池４の集光面６に集光することができるものである。

図８（ｂ）の実施の形態では、空洞部８の第一受光面１の側の面８ａを、反射面３と平行に形成しながら複数の面に分割し、分割した各面８ａが第一受光面１に沿って階段状になるように形成してある。また空洞部８の第一受光面１の側の面８ａをこのように階段状に分割することによって、空洞部８の太陽電池４と反対側の面８ｄも分割して階段状に形成されるものである。その他の構成は図８（ａ）のものと同じである。このものでは、空洞部８の面８ａと第一受光面１の間が狭くなるようにして空洞部８の容積を大きく形成することができるものであり、光透過層５を構成する透明材料７の使用量をより低減して、材料コストをより低減することが可能になるものである。

本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は概略構成の断面図、（ｂ）は具体的構成の断面図である。 同上の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）太陽電池集光装置の断面図、（ｂ）は太陽電池集光装置を屋根に並べて取り付けた状態の断面図である。 同上の実施の形態のさらに他の一例を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す概略構成の断面図である。 同上の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）太陽電池集光装置の断面図、（ｂ）は太陽電池集光装置を屋根に並べて取り付けた状態の断面図である。 同上の実施の形態のさらに他の一例を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のイ−イ線部分の一部の拡大断面図である。 本発明の他の実施の形態を示すものであり、（ａ）はその一例の概略構成の断面図、（ｂ）は他の一例の概略構成の断面図である。 従来例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ概略断面図である。

符号の説明

１ 第一受光面
２ 第二受光面
３ 反射面
４ 太陽電池
５ 光透過層
６ 集光面
７ 透明材料
８ 空洞部
９ 筐体
１０ Ｖ溝

Claims (5)

1. 屋根設置用の太陽電池集光装置であって、第一受光面と、第一受光面と所定角度で交叉する第二受光面と、第一受光面と対向して第一受光面の下側に配置される反射面と、第二受光面と対向して第二受光面の下側に配置される太陽電池の集光面と、第一受光面と第二受光面と反射面と太陽電池の集光面で囲まれる光透過層とを備えて形成され、第一受光面の傾斜角を水平から夏至の南中時の太陽光線に対して垂直な角度までの間に設定すると共に、第二受光面の傾斜角を春分の南中時の太陽光線に対して垂直な角度に設定し、第一受光面と反射面とのなす角度を、第一受光面から入射した太陽光線が反射面で太陽電池の側へ向けて反射し、且つこの反射光の第一受光面への入射角が臨界角以上になるように設定すると共に、第二受光面と太陽電池の集光面とを、第二受光面から入射した太陽光線が光透過層を透過して太陽電池の集光面に到達するように対向させて成ることを特徴とする屋根用太陽電池集光装置。
2. 第一受光面と反射面との間の光透過層を、透明材料と空洞部とから形成し、空洞部の第一受光面の側の面及び反射面の側の面はそれぞれ反射面として形成すると共に空洞部の太陽電池の側の面及びその反対側の面はそれぞれ光を反射しない無反射面として形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の屋根用太陽電池集光装置。
3. 光透過層の上面部を除いて、金属製の筐体で囲って成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の屋根用太陽電池集光装置。
4. 反射面にＶ溝を形成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の屋根用太陽電池集光装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の屋根用太陽電池集光装置を屋根に取り付けて成ることを特徴とする家屋。

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