JP2008198965A - 鏡集光発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光等の平行光線を一定の面積を有する受光面に集光し、受光面の光強度を高くするとともに、太陽光等の光エネルギーを電気エネルギー及び熱エネルギーとしてエネルギー利用効率を高くでき、太陽電池の使用量が少なくて済み、安価な集光器を得る。
【解決手段】鏡集光発電機は、光を受光する受光器と、受光器を設置ずる位置３を焦光点とする反射光の集光を目的として断面（曲面）が調整されたレンズ状の断面（曲面）である同心円状に配置した反射板１とから構成され、受光器に直接当たる光エネルギーに加えて、受光器の周囲の光エネルギーも反射板により受光器に集光する。
【選択図】図１

Description

この発明は、太陽光線等の平行光線を受光器の受光面に集光し、光エネルギーを有効に利用するための集光型太陽光発電装置に関するものである。

この発明は、光を集める為に曲面を有した鏡を利用し、光を集めた面に太陽光発電パネルを設置する。

この発明は、１ｋＷｈ当たりの発電コストを低減、現在最も安いコストの発電手段である原子力発電を下回るコストを実現し、飛躍的に太陽光発電の普及をさせ、発展途上国において電力の普及をさせる事を目的としたものである。

この発明は、心を同じくした円形のミラーを複数重ねて配置することによって、中央に光が集まるように調整した集光型太陽光発電装置である。

本発明は光をミラーによって集光し、発電設備としては他の発電方法と比較して製造費用が非常に高い太陽光発電パネルの面積を減らし、実施費用を低減する発明である。これまでの集光型太陽光発電機はレンズを利用していたが、コストダウンを計るためにドーナツ形ミラーを利用する。

ハニカム型、蜂の巣型に小型の装置を集積して装置単体の幅は数ＣＭから２０ＣＭ位である。装置の幅が広くなると高さも高くなる為、材料費が増えるので、小型で精密に実施するとコストが抑えられる。単体が大型化すると風などが当たる面積が増え強度が必要とされるので、実現性が低くなってしまう。

条件によっては５００倍−１０００倍の集光が可能と考えられる。集光型太陽光発電でガリウムヒ素を用いた素子を利用すると、３６％以上の変換効率が可能と実証されていて、実際にレンズ集光による製品も実用化されている。素子が加熱すると発電効率が下がるので、素子は冷却液に浸す等して、冷却しなければならない。追尾式の設置方法としては、幅２０メートル程度の長方形のモジュールが横長に配置されており、モジュールが回転すると同時にモジュールの裏面の支えが稼働して２つの軸を調整して常に太陽の方向にモジュールが向いているようにしなければならない。ミラーは複数枚を組み合わせるが、内側に位置するミラーである程、高くなる。直射日光を直接当てるために、素子の真上にはミラーは設置しない。

散乱光は集光できないが、赤道直下等、雲が少なく直射日光が多い地域で将来の主要な発電手段となりうる。日本においては従来の分散型家庭用システムでは直射日光による発電しかできない為、本発明は、電気を継続的に得られないため、利用はほぼ不可能であるが、立地条件の見合った集中型システムの導入によってのみ安価でクリーンな電力が得られるのである。太陽追尾式なのでマイクロコントローラー等、多少複雑な部品を必要とするので設計が多少難度が高い。論文「ゴビ砂漠における大規模太陽光発電システムのライフサイクル評価」によると、１Ｗ当たり発電装置（従来ではパネル）コストが１ＵＳＤを下回ると、ゴビ砂漠に於いて１８０ＭＵＳＤで１００ＭＷ級発電所を建設できる。既存で最も安い発電である原子力発電をコストで差し置かない限り先進国で主要な発電手段になる可能性は無い。しかし原子力発電を持たない発展途上国で主要な発電手段になりうる。日本国内に於いて設置する価値は低い本発明ではあるが、海外特に赤道直下の沙漠地域において有効性が発揮される。日本は曇りが多いことから、日本に於いては製品化すら困難であると予想されるので、世界的視点に立った早期の事業化が求められる。２０１０年には日本の太陽光発電市場は１兆円と予想される。輸出産業の成長と、国際社会への貢献のためには本発明のような本流とかけ離れた技術の採用も必要であると考える。

レンズを用いた集光式の場合、精度を高め、集光度を上げる為には鏡を用いた場合より明らかに実施費用が掛かる等の問題、実現性の低さが考えられる。パラボラアンテナ型ミラーによる集光型の場合、発電素子の冷却機構を設置しにくく、部品点数が多くなりがちである。太陽熱で温水を発生する用途では実施例がある。パラボラ型による２回反射型の場合、鏡の反射率が９５％程度であるため、効率が悪化するし、精度の関係で中央に光が集まりにくく、効率を上げにくい。太陽光等の平行光線を一定の面積を有する受光面に均一に集光し、受光面の光強度を高くするとともに、太陽光等の光エネルギーを電気エネルギーまたは熱エネルギーとしてエネルギー利用効率を高くでき、太陽電池の使用量が少なくて済み、安価な集光器を得ることを目的とする。

装置の鏡の曲面の曲がり具合の一例を示した、横方向から見た断面図である。 光入射方向（上方向）から見た装置を示した平面図である。

符号の説明

１ 装置の反射材（鏡）部分
２ 入射してくる光の進む方向を示す線
３ 太陽光発電素子を設置する場所であり、集光点である。

Claims (4)

1. 光を集中させるために、断面が曲面である少なくとも３枚の円形の反射板を組み合わせて、発電を行う集光型太陽光発電装置。
2. 受光器は太陽電池と熱交換器により構成され、受光面が太陽電池であって、前期太陽電池の裏面が冷却媒体により冷却される熱交換器に熱的に接触した受光器を備えたことを特徴とする請求項１記載の集光型太陽光発電装置。
3. 受光器は太陽電池と熱発電素子及び熱交換器により構成され、受光面が太陽電池であって、前期太陽電池の裏面が熱発電素子を挟んで、冷却媒体により冷却される熱交換器に熱的に接触した受光器を備えたことを特徴とする請求項１記載の集光型太陽光発電装置。
4. 複数個の光エネルギー集光器を透明板と熱伝導板との間に固定したことを特徴とする請求項１記載の集光型太陽光発電装置。