JP2007019300A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 屋根等に固定するかたちで設置される簡単な構造のものであっても、効率良く受光して十分な光起電力を得ることが出来る太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】 内面に反射加工Ｈを施した仕切壁２により区画された複数の凹室３が隣接して形成される枠体４と、上記凹室３の底部に配設される光発電パネル５と、からなる太陽光発電装置１とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光発電装置、特に、太陽からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する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備えた平板型ソーラーパネルが主体であり、しかも、これら平板型ソーラーパネルを屋根等に固定して使用していた。しかし、ソーラーパネルの出力は、日射量、温度、動作点電圧等に応じて大幅に変動するという性質がある。そのため、ソーラーパネルにおいては、太陽電池から見た負荷を調整して常に最大の電力を取り出し得る様に構成することが強く求められている。そのような背景を踏まえ、以前より、日射を追従する装置を備えて安定的に太陽電池から最大出力を取り出す電力制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そのほか、ソーラーパネルに対する太陽光の入射角度その他を適宜調節することを通じて、ソーラーパネルから常に最大の電力を取り出すことが出来る様に構成された太陽光発電装置も従来より提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
特開平９−１３１０８１号公報 特開平１１−３５４８２４号公報 実開平５−６４１４号公報

しかしながら、上記各特許文献に記載された太陽光発電装置は四季を通じて効率よく光を受光することができるが、日射を追従する装置を備えているため構成が複雑となりコスト高となるため、実用性が低下し一般家庭用には普及できないのが実情である。

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、屋根等に固定するかたちで設置される簡単な構造のものであっても、効率良く受光して十分な光起電力を得ることが出来る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、内面に反射加工を施した仕切壁により区画された複数の凹室が隣接して形成される枠体と、前記凹室の下端部側に配設される光発電パネルと、からなることを特徴とするものである。
本明細書において、「光発電パネル」とは、光起電力効果を発揮する光電素子を備えたパネルを指し示すものとする。なお、光発電パネルが複数個からなる場合、これらは電気的に接続されていることが好ましい。

又本発明は、上記の太陽光発電装置において、（２）前記各凹室は、上端が開口した有底の形状をなしており、前記光発電パネルが、前記各凹室の底部に配設されてなることを特徴とするものである。
同様に本発明は、上記の太陽光発電装置において、（３）前記各凹室は、上端及び下端が夫々開口しており、前記光発電パネルが、前記各凹室内における下端部又は前記枠体の下方に配設されてなることを特徴とするものである。

又本発明は、上記（１）〜（３）の太陽光発電装置において、（４）前記凹室の開口端を略正六角形状に形成したことを特徴とするものである。

又本発明は、上記（１）〜（４）の太陽光発電装置において、（５）前記枠体が廃タイヤの組成物を混練して形成されたものであることを特徴とするものである。

又本発明は、上記（１）〜（５）の太陽光発電装置において、（６）さらに、前記枠体の上方に、前記凹室の上端の開口に対応して設けられるレンズ部材を備えたことを特徴とするものである。ここで、レンズ部材は、中央がへこんだ凹レンズ面又は中央が盛り上がった凸レンズ面を有してもよい。さらに、レンズ部材はフレネルレンズであっても良い。

又本発明は、上記（６）の太陽光発電装置において、（７）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のうち、ソーラーパネル面に直接入射しなかった光は、適宜、仕切壁の内面に備えられた反射加工面部で反射し、或いは更にレンズ部材の鏡面加工部で反射したのち、ソーラーパネル面に入射する。
したがって、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さらに高めることができる。

上記（７）の太陽光発電装置においては、（８）前記レンズ部材の内面において、前記鏡面加工層が、前記各凹室の中央付近に対応する部分を除いて形成されていることが好ましい。
一例によれば、この鏡面加工層は、レンズ部材の内面において、各凹室の中央付近に対応する部分を除き、上記仕切壁に沿って所定幅に亘って形成される（後記図２及び図３参照）。

本発明の構成によれば、ソーラーパネル面への集光率を格段に向上させることが出来、従来装置に比べ、簡素な構造でありながら効率良く受光して十分な光起電力を得ることが出来る。

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平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線に沿った断面を概略的に示す図である。

本実施形態の太陽光発電装置１は、仕切壁２により区画された凹室３が隣接して形成される枠体４と、凹室３の底部に配設される光発電パネル５と、凹室３の開口に対応しその開口端を閉塞するように設けられるレンズ部材６とを備えたものである。図２に示すとおり、本実施形態では、各凹室３は上端が開口した有底の形状をなしており、光発電パネル５は各凹室３の底部に配設されている。また、凹室３を形成する仕切壁２の内面には、光を反射する反射加工が施されている（反射加工部Ｈ）。
枠体４は、本実施形態では廃タイヤの組成物を混練したものからなっており、その内側には複数の凹室３が、真空成形によって形成されている。各凹室３は、開口端が略正六角形状に形成されており、枠体４内において互いにハニカム状に隣接配置されている。
図２に示す通り、レンズ部材６は、対応する凹室３の中央付近で丁度盛り上がった凸状部分が出来る様に形成されており、光を効率よく光発電パネル５に集光し得る様に構成されている。

光発電パネル５は、合成樹脂又はガラス等により形成された基板７の一面側に、板状の太陽電池８が面接触するように配設されたものである。従って、基板７における太陽電池８側の面がソーラーパネル面となる。尚、太陽電池８の外面を保護すべく、太陽電池８の表面は透明のカバー板９で被覆されている。各太陽電池８は、それぞれ電気的に接続されている。

又本実施形態では、図２に示す通り、レンズ部材６の凹室３に対応する内面には、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が施されている。すなわち、この鏡面加工層Ｋは、レンズ部材６の内面に形成されたものであって、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ものである。したがって、外部からの光は、鏡面加工層Ｋを透過して太陽光発電装置１の凹室３内へと何ら制約なくに入ることが出来る。
図２に示す通り、レンズ部材６の内面には、各凹室３の中央付近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。本実施形態では、光透過性を一部備えた鏡面加工層Ｋは、レンズ部材６の内面において、各凹室３の中央付近に対応する部分を除き、仕切壁２に沿って所定幅（実施例において凹室３の開口幅の１／３程度）に亘って施されている。
本実施形態では、レンズ部材６を介して太陽光発電装置１の凹室３内に入った光は、光発電パネル５に直接入射するほか、反射加工部Ｈで反射したりしながら、光発電パネル５に入射する。さらに、このとき光発電パネル５に入射しなかった光は、レンズ部材６の鏡面加工層Ｋで再度反射したのち、光発電パネル５面に入射する。
このため、レンズ部材６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、光発電パネル５への集光率をさらに高めることが出来る。

太陽電池８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８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。

このように、上記構成からなる本発明の太陽光発電装置１では、外部からの光をレンズ部材６で収束して光発電パネル５に集光するほか、光発電パネル５に直接入射しなかった光についても、仕切壁２の内面に備えられた反射加工部Ｈで反射させて光発電パネル５に集光することが出来るため、効率よく受光して十分な光起電力を得ることが可能となる。又レンズ部材６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、光発電パネル５への集光率をさらに高めることが可能となる。
さらに、凹室３の開口端形状を略正六角形とすることで、太陽光発電装置１自体の強度を高めると共に、光の反射効率を、外部から入射する光の入射角とは無関係に高めることが可能になる。

［変形例］
以上、本発明につき一実施形態を用いて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に記載の構成に限定されず、種々の設計変更が可能である。

例えば、上記実施形態における枠体４は、その成形素材について特に限定されるものではないが、廃タイヤの組成物をシリコン等と混練して形成したものを用いることにより、産業廃棄物問題で処理に困っている廃タイヤをリサイクルすることができ、環境問題に寄与することが可能となる。しかもこの場合、廃タイヤから油分を除去した後の組成物はカーボンが主成分となるため、導電性に優れており、枠体４を、適宜非導電層を介して積層構造とすることで、枠体４自身を光発電パネル５の配線の一部として利用することも可能となる。また、廃タイヤの組成物を主原料とした枠体４は蓄熱効果があり、屋根全面に広範囲で一様な熱を有効的に伝達することができ、冬季には積雪によって稼働率が低くなる太陽光発電装置１の融雪を効果的に行なうことができる。

なお、凹室３の開口端形状は、凹室３が縦横に隣接して形成される三角形、四角形等の多角形であってもよい。
又上記構成では、レンズ部材６は凸状のレンズ部を備えるものとしたが、このレンズ部を凹面とし、外部からの光を予め凹室３内に拡散させて反射加工部Ｈに反射させてから、光発電パネル５に集光する構成としても構わない（後記図３に例示）。
さらに、上記実施形態及び図１〜３に例示した太陽光発電装置は、凹室３の上端部側の開口をレンズ部材６で閉塞する構成としたが、レンズ部材６を省略して、太陽光を直接、又は仕切壁２の反射加工部Ｈを利用して光発電パネル５に入射させる構成としても構わない。かかる構成であっても、従来装置に比べてソーラーパネル面への集光率を十分高めることが出来、本発明の目的を十分に達成することが可能である。

その他、枠体４を、上端及び下端の双方が開口した複数の凹室３が縦横に隣接してなるハニカムメッシュ状の構造体とし（この場合、各凹室３の開口端形状は略正六角形）、これを公知の太陽光発電装置を構成するソーラーパネルの上方に設置する構成としても、上記実施形態で説明したのと同様の作用効果を得ることが可能である（図３参照）。また、上端及び下端が夫々開口した各凹室内における下端部に光発電パネル５を備える構成としても、上と同様の作用効果を得ることが可能である。
なお、図３では、レンズ部材６を上記の凹面構造のものとしてあらわしたが、レンズ部材６の構造はこれに限定されない。

このように、本発明は上記実施形態に記載の構成に限定されるものではなく、当業者であれば、以上に開示された基本的技術思想及び教示に基づき、種々の変形例を想到出来る事は自明である。

以上説明した通り、本発明は、従来装置に比べてソーラーパネル面への集光率を格段に向上させることが出来、簡素な構造でありながら効率良く受光して十分な光起電力を得ることが可能な太陽光発電装置を提供する新規かつ有用なるものであることが明らかである。

本発明の太陽光発電装置の一実施形態を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面を概略的に示す図である。 本発明の太陽光発電装置の別の実施形態を示す図であって、図２と同様にその断面を概略的に示す図である。

符号の説明

１ 太陽光発電装置
２ 仕切壁
３ 凹室
４ 枠体
５ 光発電パネル
６ レンズ部材
８ 太陽電池
Ｈ 反射加工部
Ｋ 鏡面加工層

Claims (8)

1. 内面に反射加工を施した仕切壁により区画された複数の凹室が隣接して形成される枠体と、前記凹室の下端部側に配設される光発電パネルと、
   からなることを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記各凹室は、上端が開口した有底の形状をなしており、
   前記光発電パネルが、前記各凹室の底部に配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
3. 前記各凹室は、上端及び下端が夫々開口しており、
   前記光発電パネルが、前記各凹室内における下端部又は前記枠体の下方に配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
4. 前記凹室の開口端を略正六角形状に形成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の太陽光発電装置。
5. 前記枠体が廃タイヤの組成物を混練して形成されたものであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の太陽光発電装置。
6. さらに、前記枠体の上方に、前記凹室の上端の開口に対応して設けられるレンズ部材を備え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. 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６に記載の太陽光発電装置。
8. 前記レンズ部材の内面において、前記鏡面加工層が、前記各凹室の中央付近に対応する部分を除いて形成されていることを特徴とする請求項７に記載の太陽光発電装置。

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