JP2007019299A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 敷設面積を少なくしても所望の発電要量が得られる、小型で発電能力に優れた太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】 光起電力効果を発揮するソーラーパネル面７を備えた一対の光発電パネル２，２を、ソーラーパネル面７同士が対向するように所定間隔を隔てて立設すると共に、上記光発電パネル２，２間に山形状の鏡面部材４を配設した太陽光発電装置１とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽光発電装置に関する。

従来の太陽光発電装置は、多数の太陽電池を同一平面上に並設する平板型ソーラーパネルをもつものが主体であった。ところが、かかる構成では太陽電池の敷設面積に比して集光率が悪いため、所望の発電量を得るためには、いきおいソーラーパネルを含めた装置全体が大型なものになってしまうという問題があった。そのため、以前から、太陽光を効率よく集光する反射板を備えた太陽光発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特公平６−２９８８３号公報

しかしながら、特許文献１の太陽電装置は太陽光を効率よく集光する反射板を備えているものの、設置面積に比して太陽電池の占める割合が小さいため、平板型ソーラーパネルを備えた従来装置と同レベルの総発電量を得ようとすると結局、それらと変わらぬ程度に装置全体が大型なものになってしまうという問題があった。

本発明はこのような従来技術の問題点を解消する太陽光発電装置を提供するものであって、その目的は、敷設面積を少なくしても所望の発電要量が得られる、小型で発電能力の高い太陽光発電装置を提供することにある。

上記課題を解決可能な本発明の太陽光発電装置は、（１）光起電力効果を発揮するソーラーパネル面を備えた一対の光発電パネルを、前記ソーラーパネル面同士が対向するように所定間隔を隔てて立設すると共に、前記光発電パネル間に山形状の鏡面部材を配設したことを特徴とするものである。
ここでいう「山形状」とは、平面のみならず曲面により、又は曲面を一部含んで形成されたものを含み、又曲面は、中央がへこんだ凹面又は中央が盛り上がった凸面であってもよい。

又本発明は、上記の太陽光発電装置において更に、（２）前記鏡面部材の鏡面側に前記光発電パネルを跨ぐようにレンズ部材を設けたことを特徴とするものである。
又本発明は、上記（２）の太陽光発電装置において更に、（３）前記レンズ部材が、外面側が凸状に形成された凸面レンズであることを特徴とするものである。
又本発明は、上記（２）又は（３）の太陽光発電装置において更に、（４）前記レンズ部材の外面側又は凸面部に、前記光発電パネルの長手方向に延びる単数または並走する複数の凹溝を設けたことを特徴とするものである。

又本発明は、上記（２）〜（４）の太陽光発電装置において更に、（５）前記レンズ部材の内面の少なくとも一部に、外部からの光を透過させる一方で前記鏡面部材からの光を反射する、光透過性を一部備えた鏡面加工層を形成したことを特徴とするものである。
鏡面加工を施すことにより、レンズ部材を介して太陽光発電装置の空間内に入った光は、鏡面部材によって反射してソーラーパネル面へ集光される一方、鏡面部材によって集光されなかった光はレンズ部材の鏡面加工部で再度反射してソーラーパネル面に照射される。それゆえ、レンズ部材の内面に、光透過性を一部備えた鏡面加工層を形成することにより、ソーラーパネル面への集光率を格段に高めることができる。

又本発明は、上記（１）〜（５）の太陽光発電装置において更に、（６）前記所定間隔を隔てて立設された光発電パネル対を、前記光発電パネルの長手方向及び／又は前記光発電パネル対の離間方向に複数配設したことを特徴とするものである。

更に本発明の太陽光発電装置は、（７）両面に光起電力効果を発揮するソーラーパネル面を備えた複数の光発電パネルを、前記ソーラーパネル面が対向するように所定間隔を隔てて連続的に並べ設け、夫々の前記光発電パネル間に山形状の鏡面部材を配設したことを特徴とするものである。
又本発明は、上記（７）の太陽光発電装置において更に、（８）前記鏡面部材の鏡面側に、夫々の前記光発電パネルを跨ぐようにレンズ部材を設けたことを特徴とするものである。
又本発明は、上記（８）の太陽光発電装置において更に、（９）前記レンズ部材は、前記各光発電パネル間の外面側が凸状に形成されており、かつ、その凸面部の頂部の高さが、夫々立設された光発電パネルの上方部分よりも高く形成されていることを特徴とするものである。

その他本発明の太陽光発電装置は、（１０）光起電力効果を発揮するソーラーパネル面を両面に備えた複数の光発電パネルを所定の間隔を隔てて略放射状に設けると共に、夫々の前記光発電パネル間に山形状の鏡面部材を配設したことを特徴とするものである。このとき、得られる太陽光発電装置は全体として円筒状、又は湾曲した形状を成している。

本発明によれば、ソーラーパネル面を有する光発電パネル間に山形状の鏡面部材を配設するようにしたので、平面状にソーラーパネル面を設けた従来装置に比べ、同じ敷設面積であってもソーラーパネルの受光面積を広くでき、限られた面積で効率よく発電することが可能となる。

発明を実施するための形態

［第１実施形態］
以下、添付図面を参照しながら、本発明の太陽光発電装置の一実施形態につき説明する。図１は、本発明の太陽光発電装置の一実施形態を示す斜視図である。
本実施形態の太陽光発電装置１は、光起電力効果を発揮するソーラーパネル面を一面側に形成した一対の光発電パネル２を、双方のソーラーパネル面が対向するように板状のべース３上に立設すると共に、対向する光発電パネル２間に、断面略対称山形状の鏡面部材４を備えたものである。ここで、鏡面部材４は、光発電パネル２の長手方向に延びるものであり、その表面には、入射する太陽光を反射する効率を高めるべく、鏡面加工が施されている。尚本実施形態では、図１の紙面前後方向を、光発電パネル２の長手方向と規定する。
又本実施形態では、鏡面部材４の鏡面側に、透光性を有する板部材５を、べース３と平行に光発電パネル２を跨ぐように設けて開放端を閉塞している。本実施形態の板部材５は、光を効率よく集める凸状のレンズ部材５ａを併せ備えている。

光発電パネル２は、合成樹脂又はガラス等により形成された基板６の一面側に、板状の太陽電池７が面接触するように配設されたものである。従って、基板６における太陽電池７側の面がソーラーパネル面となる。尚、太陽電池７の外面を保護するべく、太陽電池７の表面は透明のカバー板８で被覆されている。

太陽電池７は公知のものであり、ホウ素等のアクセプタを含み「＋」（正孔）をもつ「Ｐ型半導体」と、ホスフィル、ヒ素等のドナーを含み「−」（電子）をもつ「Ｎ型半導体」の光起電力層とを積層して形成され、一般的に、ＰＮ接合をもつ半導体に光が入射することで「Ｐ型半導体」と「Ｎ型半導体」の間に起電力が生じる様に構成されている。太陽電池７の材料としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファス、単結晶化合物（ＧａＡｓ系）、多結晶化合物（ＣｄＳ、ＣｄＴｅ等）などが挙げられる。さらに、「Ｐ型半導体」層と「Ｎ型半導体」層間に、分子レベルで接合する相互作用層を導入してエネルギー交換効率を向上させるようにしてもよい。

鏡面部材４は、メッキ、蒸着、接着等により鏡面加工を施した板部材を夫々、交叉角が略９０°となるように組み合わせたものである。従って本実施形態では、光発電パネル２と鏡面部材４の夫々の鏡面とのなす角度が略４５°となっている。

なお、上記した光発電パネル２と鏡面部材４の夫々の鏡面とのなす角度は任意に設定可能であるが、３０°〜６０°の間の任意の角度が好ましい。この範囲内では、光発電パネル２と鏡面部材４の夫々の鏡面との交叉角が広がるに従って反射効率が高まる。
具体的には、太陽光の主たる入射（進行）方向を光発電パネル２の立設方向に沿うようにし、光発電パネル２に直接太陽光が当たらない様調整した条件の下では、同じ鏡面を介して光発電パネル２に光を当てる際、交叉角が６０°の場合では交叉角が３０°の場合と比べて約１．４倍の反射効率が得られる。

このように、本実施形態の太陽光発電装置１は、外部からの光をレンズ部材５ａで集光したのち鏡面部材４の鏡面で反射させるため、対向する太陽電池７で効率よく受光して光起電力を得ることができる。
なお、所定間隔を隔てて立設された光発電パネル対を、光発電パネル２の長手方向及び／又は光発電パネル対の離間方向に複数配設することにより、太陽光発電装置の出力を適宜増強することが可能である。

［第２実施形態］
次に、図２に基づき、本発明の太陽光発電装置の第２実施形態につき説明する。本実施形態は、上記第１実施形態の変形例に相当する。図２は、図１の太陽光発電装置を示す図であるが、（イ）は鏡面部材を構成する夫々の板部材の断面を凹面としたときの断面図であり、（ロ）は鏡面部材を構成する夫々の板部材の断面を凸面としたときの断面図である。

図２（イ）及び（ロ）に示すように、鏡面部材４の夫々の板部材における鏡面に関しては、中央がへこんだ凹面又は中央が盛り上がった凸面の湾曲状として光を反射させるようにしてもよい。このときの反射面の曲率は任意に変更可能である。また、鏡面部材４を、断面視蒲鉾形状となる様に形成しても構わない。

さらに、図２（イ）及び（ロ）に示すようにレンズ部材５ａの凸面部の頂部に、光発電パネル２の長手方向に延びる凹溝９を設け、一部の光を拡散させるようにしてもよい。図２に示す各構成例では、凹溝９部分で受けた外部からの光は、まず拡散して山形状の鏡面部材４の裾野付近に当たった後、反射してソーラーパネル面で受光されることになる。なお、図２において凹溝９の幅はレンズ部材５ａの幅の１／３程度となっているが、凹溝９の幅はこれに限定されるものではない。
また、レンズ部材５ａの凸面部には、光発電パネル２の長手方向に並走して延びる複数本の凹溝９を設けてもよい。

その他、図２（イ）及び（ロ）に示すようにレンズ部材５ａの内面には、外部からの光を透過させる一方で前記鏡面部材からの光を反射する、光透過性を一部備えた鏡面加工層Ｋを形成してもよい。このとき、外部からの光は鏡面加工層Ｋを透過して光発電装置１の空間内に入ることができる。本実施形態では、レンズ部材５ａの内面に、銀メッキ或いはアルミ蒸着等からなる透過性を有する反射膜によってハーフミラー化する鏡面加工層Ｋが形成されている。
又図２に示す例では、凹溝９に対応する部分を除いて鏡面加工層Ｋが形成されている。従って、凹溝９から入る外部の光のほとんどは、鏡面加工層Ｋを介すことなく直接、太陽光発電装置１の空間内に入光するようになっている。
鏡面加工層Ｋを形成することにより、レンズ部材５ａを介して光発電装置１の空間内に入った光は、鏡面部材４によって反射してソーラーパネル面へ集光される一方、鏡面部材４によって集光されなかった光はレンズ部材５ａの鏡面加工層Ｋで再度反射してソーラーパネル面に照射される。それゆえ、レンズ部材５ａの内面に、光透過性を一部備えた鏡面加工層Ｋを形成することにより、ソーラーパネル面への集光率を格段に高めることができる。なお、鏡面加工層Ｋを形成する際に必ずしも凹溝９を設けなければならない訳ではなく、図１に示す凸状のレンズ部材５ａの内面の任意の位置に鏡面加工層Ｋを形成してもよい。

［第３実施形態］
次に、本発明の太陽光発電装置の他の実施形態につき説明する。図３は、本発明の太陽光発電装置の他の実施形態を示す図である。
第１実施形態と異なる点は、両面に光起電力効果を発揮するソーラーパネル面を備えた複数の光発電パネル２を、ソーラーパネル面が対向するように所定間隔を隔てて連続的に並設した点である。具体的には、本実施形態では板状のべース３に所定ピッチで設けた複数の光発電パネル２間に山形状の鏡面部材４を配設し、さらに開放側に、光発電パネル２間が表面凸状となるように形成したレンズ部材５ａを設けることにより、断面視ブロック状の光発電装置１を形成している。

本実施形態の光発電パネル２では、基板６の両面に板状の太陽電池７が面接触するように配設されているほか、太陽電池７の外面を保護すべく、各面の太陽電池７の表面に透明のカバー板８が被覆されている。なお、本実施形態の太陽光発電装置１の両端に位置する光発電パネル２に関しては、少なくとも内側に来る面にソーラーパネル面を備えていればよい。

このように、本実施形態では、
ｉ） 基板６の両面にソーラーパネル面を備えた複数の光発電パネル２を所定間隔を隔てて対向させるように並設すると共に、
ｉｉ） 各光発電パネル２間に山形状の鏡面部材４を配設し、鏡面部材４での反射を利用してソーラーパネル面へ太陽光を入光させる、
構成としたので、従来の平面状にソーラーパネル面を設けた太陽光発電装置に比べ、同じ敷設面積で略２倍のソーラーパネル面を得ることができる。
このため、本実施形態では、限られた敷設面積の下でも、十分なソーラーパネル受光面積を確保することが可能であり、所望の発電量を効率よく得ることができる。

なお、第２実施形態同様、本実施形態のレンズ部材５ａには、凹溝９が備えられていても良い。ここで、本実施形態の太陽光発電装置１を屋根上に設置した際、レンズ部材５ａの凹溝９は、屋根の勾配に沿って水を流す排水路としての役割を果し得る。
また、図３に示される様に、表面凸状に形成されたレンズ部材５ａの凸面部の頂部の高さが、夫々立設された光発電パネル２の上方部分よりも高くなっている場合には、これら各光発電パネル２の上方部分も、同様に排水路としての役割を果たし得る。
その他本実施形態においても、図２で示した種々の形態の鏡面部材４やレンズ部材５ａを適用し得る。

［第４実施形態］
引き続き、本発明の太陽光発電装置のさらに他の実施形態につき説明する。図４は、本発明の太陽光発電装置のさらに他の実施形態を示す図である。
本実施形態に係る太陽光発電装置１は、光起電力効果を発揮するソーラーパネル面を両面に備えた複数の光発電パネル２を、円筒状のべース３の外周に所定の間隔を隔てて放射状に設けると共に、夫々の光発電パネル２間に山形状の鏡面部材４を配設し、それによって装置１全体を円筒状に構成したものである。
このように装置１全体を円筒状に形成することにより、あらゆる方向から光を受けることが可能となる。それゆえ、本実施形態の太陽光発電装置によれば、設置方向や設置場所を気にしなくても十分な発電量を得ることができる。
なお、べース３を円筒状ではなく湾曲状に形成し、装置１全体を略弧状に形成することも可能である。

本発明の太陽光発電装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１の太陽光発電装置を示す図であるが、（イ）は鏡面部材を構成する夫々の板部材の断面を凹面としたときの断面図であり、（ロ）は鏡面部材を構成する夫々の板部材の断面を凸面としたときの断面図である。 本発明の太陽光発電装置の他の実施形態を示す断面図である。 本発明の太陽光発電装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

Ｋ 鏡面加工層
１ 太陽光発電装置
２ 光発電パネル
３ べース板
４ 鏡面部材
５ａ レンズ部材
６ 基板
７ 太陽電池
８ カバー板
９ 凹溝

Claims (10)

1. 光起電力効果を発揮するソーラーパネル面を備えた一対の光発電パネルを、前記ソーラーパネル面同士が対向するように所定間隔を隔てて立設すると共に、前記光発電パネル間に山形状の鏡面部材を配設したことを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記鏡面部材の鏡面側に前記光発電パネルを跨ぐようにレンズ部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
3. 前記レンズ部材は、外面側が凸状に形成された凸面レンズであることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電装置。
4. 前記レンズ部材の外面側又は凸面部に、前記光発電パネルの長手方向に延びる単数または並走する複数の凹溝を設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載の太陽光発電装置。
5. 前記レンズ部材の内面の少なくとも一部に、外部からの光を透過させる一方で前記鏡面部材からの光を反射する、光透過性を一部備えた鏡面加工層を形成したことを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の太陽光発電装置。
6. 前記所定間隔を隔てて立設された光発電パネル対を、前記光発電パネルの長手方向及び／又は前記光発電パネル対の離間方向に複数配設したことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の太陽光発電装置。
7. 両面に光起電力効果を発揮するソーラーパネル面を備えた複数の光発電パネルを、前記ソーラーパネル面が対向するように所定間隔を隔てて連続的に並べ設け、夫々の前記光発電パネル間に山形状の鏡面部材を配設したことを特徴とする太陽光発電装置。
8. さらに、前記鏡面部材の鏡面側に、夫々の前記光発電パネルを跨ぐようにレンズ部材を設けたことを特徴とする請求項７に記載の太陽光発電装置。
9. 前記レンズ部材は、前記各光発電パネル間の外面側が凸状に形成されており、かつ、その凸面部の頂部の高さが、夫々立設された光発電パネルの上方部分よりも高く形成されていることを特徴とする請求項８に記載の太陽光発電装置。
10. 光起電力効果を発揮するソーラーパネル面を両面に備えた複数の光発電パネルを所定の間隔を隔てて略放射状に設けると共に、夫々の前記光発電パネル間に山形状の鏡面部材を配設したことを特徴とする太陽光発電装置。

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