JP2007027443A

JP2007027443A - 光電変換装置

Info

Publication number: JP2007027443A
Application number: JP2005207871A
Authority: JP
Inventors: Katsuyasu Kono; 勝泰河野
Original assignee: University of Electro Communications NUC
Current assignee: University of Electro Communications NUC
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】簡易的に高い光電変換効率を実現可能な光電変換装置を提供する。
【解決手段】曲面と平面からなり、この曲面に入射した光を屈折させ、前記の平面から出射させる屈折部材４と、前記の平面から発せられた光を電気に変換する光電変換素子３とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から発せられた光を電気に変換する光電変換装置に関する。

太陽等の光源から発せられた光を電気に変換する光電変換素子を備える光電変換装置は環境配慮型の発電装置として広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
三洋電機住宅用太陽光発電システム

上記のような光電変換装置の光電変換効率は、光が光電変換素子に対して垂直に入射している場合に最も良好となる。

このため、光電変換素子を駆動させることにより太陽（光源）を追尾し、この素子を太陽に正対させ続けるための駆動機構を有するものも存在する。

しかしながら、上記の駆動機構を設けることは装置の複雑化を招いてしまう。

また、この駆動機構を動作させるためには、何らかのエネルギーが必要であり、これを装置自体の光電変換により得られた電気で賄う場合、外部に供給できる電力が減少してしまうという問題がある。

このような事情に鑑み本発明は、簡易的に高い光電変換効率を実現可能な光電変換装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、曲面と平面からなり、曲面に入射した光を屈折させ、平面から出射させる屈折部材と、平面に接触配置され、平面から発せられた光を電気に変換する光電変換素子とを備えることを要旨とする。

請求項２に記載の本発明は、所定の高さを有する基材と、基材の表面上に配置され、照射された光を電気に変換する光電変換素子とを備えることを要旨とする。

請求項３に記載の本発明は、それぞれが所定の高さと曲面を有し、曲面が対向するように隣接配置された複数個の基材と、基材の平面状に配置され、照射された光を電気に変換する光電変換素子とを備えることを要旨とする。

本発明においては、曲面と平面からなり、この曲面に入射した光を屈折させ、前記の平面から出射させる屈折部材と、前記の平面に接触配置され、この平面から発せられた光を電気に変換する光電変換素子とを設ける。

また、所定の高さを有する基材と、基材の表面上に配置され、照射された光を電気に変換する光電変換素子とを設ける。

また、それぞれが所定の高さと曲面を有し、曲面が対向するように隣接配置された複数個の基材と、基材の平面状に配置され、照射された光を電気に変換する光電変換素子とを設ける。

このため、駆動機構を設けずとも高い光電変換効率を実現できる。

以下、本発明の実施例について説明するが、これらの実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。また、下記の実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付与し、これに関する反復説明は省略する。

図１は、本発明の実施例１（第１の実施例）に係る光電変換装置（太陽光発電装置）１ａの斜視図である。

この光電変換装置１ａは、太陽（光源）からの光を電気に変換し、得られた電気を外部に供給するためのものであり、接地部材２と、光電変換素子３と、屈折部材４とからなる。

屈折部材４は、曲面と、平坦な側面及び底面とからなり、曲面に入射した太陽光を屈折又は透過させ、底面から出射させる。

光電変換素子３は、屈折部材４の下部、つまり底面と接触した状態で配置されており、前記の底面から出射された光を電気に変換する。

接地部材２は、光電変換素子３の下部に位置し、この光電変換素子３を所定の高さをもって設置するためのものである。なお、この接地部材の材質としては、ステンレスなどの金属やＦＲＰ(ファイバー強化プラスチック)などが望ましい。

次に、図２を参照しつつ、光電変換装置１ａの機能の詳細について説明する。
なお、以降の説明は、ｘ−ｙ座標空間の原点０を中心とした半径ａの円（ｙ≧０）を用いて行う。

光電変換素子３は、その幅Ｌを常に１に保つように、屈折部材４の高さH（０＜Ｈ≦0０．５）に対応するようにして上記の円に内接している。この際、高さＨによって半径ａが変化することが分かる。

直線ｌは、光電変換素子３が内接している円上の点Ａ（ＡとＡ’はｙ軸に対して対称）を通る接線を表わしており、また、２本の直線で表わした太陽光は、入射角がθである際の太陽光の照射幅Ｓを表わしている。

通常、平板型の光電変換装置（太陽電池モジュール）の場合、一日の総発電電力量Ｗ（kwh）は、太陽光の放射強度をＩ（kw/m²）、太陽電池パネルの面積をＡ（m²）の変換効率をηとし、さらに時刻ｔで変化する太陽光の入射角θ（t）を考慮すると、下記の式（１）のように表される。

この式（１）中のcosθ（t）が、平板型の太陽電池における時刻ｔのときの入射角θ（t）で決まる太陽光の射影量、すなわち太陽電池に照射される光の照射幅を表わしているが、本発明の光電変換装置１ａの場合は、この部分が図２中のＳに相当する部分に変わり、これを基に計算すると、次の式（２−１）及び（２−２）のようになる。

また、総日射量Ｗ（kwh/m²）は、光電変換装置１ａの設置面積(底面積)当たりの太陽光の放射強度をＩ（kw/m^2）として、次の式（３−１）、（３−２）及び（３−３）により表される。なお、総日射量Wは、Ｗ＝Ｗ₁＋Ｗ₂とした。

図３は、従来の平板型太陽電池と本発明の光電変換装置１ａの発電量を示す図であり、高さＨは屈折部材４の直径を１とした値で０．１（図中の線３１）、０．２（線３２）、０．３（線３３）、０．４（線３４）、０．５（線３５）まで変化させた。なお、この際の総電力量を表１に示す。

Ｈが０．５の場合、従来の太陽電池の総電力量９８．９３（Wh）に対して、光電変換装置１ａの総電力量は１１１．４（Wh）であり、１２．６％もの向上を得ている。

上記の結果が示すように、屈折部材４では、絶対的な高さHが必要であることが分かり、通常の太陽電池であれば、Ｓ１に相当する幅の日射量しか得られないが、光電変換装置１ａは、高さＨを有する屈折部材４を備えるため、Ｓ２に相当する幅の日射量が得られる。したがって、高い光電変換効率を実現できる。

図４（ａ）は、本発明の実施例２（第２の実施例）に係る光電変換装置（太陽光発電装置）１ｂの斜視図である。

この光電変換装置１ｂは、所定の高さと曲面を有する湾曲部材５と、この曲面状に配置され、照射された光を電気に変換するシート状の光電変換素子３とからなる。

図５は、光電変換装置１ｂの高さと日射量との関係を示す図である。図示するように、従来の平板型太陽電池への総日射量（図中の線５１）は、５１６．３（kW）であるが、
光電変換装置１ｂの高さがH＝０．５（線５５）、０．４（線５４）、０．３（線５３）、０．２（線５２）である場合は、６８４．５（kW）、６２９．０（kW）、５８２．７（kW）、５４７．１（kW）であり、それぞれおよそ３３％、２２％、１３％、６％の向上を得ている。

次に、図６を参照しつつ、光電変換装置１ｂの断面形状について説明する。
本図では、Ｌ＝１に対して、Ｈ＝０．５の高さを有する３つの形状を示している。なお、図６（ａ）は、片球面(Ｈ＝０．５であるのでここでは半円となる)断面形状を有するのもの（図４の湾曲部材５）を示し、図６（ｂ）は、放物線（y=-2x²）を描くものを示し、図６（ｃ）は、四角形(長方形)であるものを示している。

図７は、上記の各形状と日射量との関係を示す図である。なお、従来の平板型太陽電池への日射量は線７１、放物線型部材への日射量は線７２、片球面型部材への日射量は線７３、四角形部材への日射量は線７４で示されている。

本図からは、四角形型部材の値が非常に高く、次いで片球面型部材の値が高いことがわかる。数値的には、平板型の５１６．３（kW）に対して、長方形型が８１０．１（kW）、半球型が６８４．５（kW）、放物線型が６５７．１（kW）となっており、それぞれ５７％３３％、２７％の向上を得ている。

ただし、光電変換素子３における光の入射角に依存する反射率の影響も考えられため、汎用性の高い形状としては、図１ｂ等に示すような半球型の断面形状を有する部材（湾曲部材５）が望ましく、光電変換素子３の反射率の影響が判明していれば、前記の湾曲部材５のみならず、四角形の部材も用いることができる。

以上のように光電変換装置１ｂにおける日射量は非常に大であるため、高い光電変換効率を実現できる。

図８（ａ）は、本発明の実施例３（第３の実施例）に係る光電変換装置（太陽光発電装置）の斜視図であり、図８（ｂ）は、その断面図である。

本実施例においては、実施例２の光電変換装置１ｂを湾曲面が隣接するように複数個ならべた場合を示している。

このような構成をとることにより反射光６も電気に変換することができるため、光電変換効率をさらに向上させることができる。

本発明の実施例１に係る光電変換装置の斜視図である。図１の光電変換装置の断面図である。光電変換装置の発電量を示す図である。本発明の実施例２に係る光電変換装置の斜視図である。光電変換素子への日射量を示す図である。図４の光電変換装置の断面形状を示す図である。光電変換素子への日射量を示す図である。本発明の実施例３に係る光電変換装置の斜視図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ光電変換装置
２接地部材
３光電変換素子
４屈折部材
５湾曲部材

Claims

曲面と平面からなり、当該曲面に入射した光を屈折させ、前記平面から出射させる屈折部材と、
前記平面に接触配置され、当該平面から発せられた光を電気に変換する光電変換素子と
を備えることを特徴とする光電変換装置。
所定の高さを有する基材と、
前記基材の表面上に配置され、照射された光を電気に変換する光電変換素子と
を備えることを特徴とする光電変換装置。
それぞれが所定の高さと曲面を有し、前記曲面が対向するように隣接配置された複数個の基材と、
前記基材の平面状に配置され、照射された光を電気に変換する光電変換素子と
を備えることを特徴とする光電変換装置。