JP2013206886A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光を反射する反射板の形状を改良することにより、季節や太陽の向きに関係なく反射光が太陽電池モジュール全体に照射される、高発電効率の太陽光発電装置を供給する。
【解決手段】太陽電池モジュール１１と、太陽光を太陽電池モジュール１１に反射する反射体１２と、太陽電池モジュール１１及び反射体１２を固定する支持体１３とを備え、反射体１２は、太陽電池モジュール１１の側に向かって凸状の１または複数の曲面からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽から照射される光のエネルギーを電力に変換する太陽光発電装置に関し、特に、太陽光を反射する反射体を備えた太陽光発電装置に関する。

太陽光発電装置は、太陽からの光を半導体素子である太陽電池セルに照射することにより電子を放出させ、その電子を外部回路に取り出して電力を得るもので、二酸化炭素などの排出ガスを発生しないクリーンな発電装置である。このような理由から、近年多方面への適用が進みつつある。

ところで、太陽光発電装置では、太陽光を受けて発電する太陽電池部は、平面上に並べられた複数の太陽電池セルを直列に接続することにより、所望の電圧を得るモジュールを構成している（以降、太陽電池モジュールとする）。

そして、太陽電池モジュールの発電量の向上を目的として、特許文献１には、太陽光を反射する反射板を用いる方法が開示されている。

図９に示す、特許文献１における太陽光発電方法は、屋根１０１の上に設置された太陽電池本体１０２に、太陽光１０３の反射光が当る様に反射板１０４をとりつける事により、太陽電池の電流をアップする方法が示されている。

特開平７−７１７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された太陽光発電方法は、反射板として平面反射板を使用しているため、太陽高度が高い場合は、反射光が太陽電池本体と反射板の接続部分付近の領域しか照射されない。また、太陽が太陽電池本体の東または西の方角に有る場合は、反射光が太陽電池本体の左側又は右側の一部領域しか照射されない。このような場合、太陽電池本体内において、反射光が照射される太陽電池セルと反射光が照射されない太陽電池セルとが存在することになり、それぞれの太陽電池セルでの発電量にも差が生じる。直列接続された太陽電池セル間に発電量の差が有ると、発電量の大きい太陽電池セルで発電された正孔または電子の量に対し、発電量の小さい太陽電池セルで発電された電子または正孔の量が不足する。よって、これらの太陽電池セルの間には、発電量の小さい太陽電池セルで発生した電子または正孔の量に相当する電流しか流れる事が出来ない。そして、上記現象は直列接続された他の太陽電池セル間での電流の流れにも影響するため、結果として太陽電池本体全体で発電量が上がらなくなる。

すなわち、特許文献１に開示された太陽光発電方法では、反射光が太陽電池本体の一部にしか照射されない場合には、反射板による発電量の増加効果が得られないという問題がある。

上記問題を回避するため、反射板を縦及び横方向に大きくすると、反射板の面積が増加し風に対する耐久性が低下する上、反射板の重量が増加し反射板の取り付け部における耐久性が低下するという問題がある。

本発明の目的は、太陽光を反射する反射板の形状を改良することにより、太陽高度や太陽の向きに関係なく、反射体に照射した太陽光の反射光が太陽電池本体（太陽電池モジュールに相当）全体に照射される、高発電効率の太陽光発電装置を供給することにある。

本発明の太陽光発電装置は、太陽電池モジュールと、太陽光を太陽電池モジュールに反射する反射体と、太陽電池モジュール及び反射体を固定する支持体と、を備え、反射体は、太陽電池モジュールの側に向かって凸状の１または複数の凸曲面からなることを特徴とする。

ここで、本発明の太陽光発電装置の反射体は、円柱または楕円柱からなることが好ましい。

また、本発明の太陽光発電装置の反射体は、球または楕円球からなることが好ましい。

また、本発明の太陽光発電装置の反射体は、円柱または楕円柱の一部から構成されることが好ましい。

また、本発明の太陽光発電装置の反射体は、球または楕円球の一部から構成されることが好ましい。

本発明によれば、太陽高度や太陽の向きに関係なく、反射体に照射した太陽光の反射光が太陽電池モジュール全体に照射されるため、高発電効率の太陽光発電装置を供給することが出来る。

本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電装置の反射体からの反射光を側面から見た図である。 本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電装置の反射体からの反射光を上面から見た図である。 本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図である。 本発明の第４の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図である。 本発明の第５の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図である。 本発明の第６の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図である。 特許文献１における太陽光発電方法を示す図である。

以下本発明を実施するための形態を図を用いて説明する。

なお、本明細書において、特に言及しない限り、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置は、北緯３５°の場所に設置した場合に基づいて説明する。また、上記設置場所は一例であって設置場所を限定するものではない。また、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置を地球の南半球の場所に設置した場合は、本明細書に記載の方角のうち、北と南が入れ替わることになる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側面図である。

第１の実施形態の太陽光発電装置１０は、太陽電池モジュール１１と、反射体１２と、太陽電池モジュール１１及び反射体１２を固定する支持体１３とから構成されている。

太陽電池モジュール１１は、結晶シリコンなどの半導体を基板に用いた光発電素子である太陽電池セルを平面上に複数枚並べ、それらを直列に接続したものである。また、太陽電池モジュール１１は、太陽光を効率良く受けるため、受光面の上端部が北、下端部が南になるよう、一定の角度をつけた状態で支持体１３に固定されている。なお、太陽電池モジュール１１の設置角度は、地面に対して水平以上直角未満であることが好ましい。

反射体１２は、太陽電池モジュール１１の北側で、かつ反射体１２の反射面が太陽電池モジュール１１の上端部より上になるよう支持体１３に固定されている。そして、反射体１２の反射面は、太陽電池モジュール１１の側に向かって凸状の曲面となっている。なお、図１では反射体１２として円柱の側面が反射面となる形状のものを用いている。また、反射体１２の東西方向の長さは、太陽電池モジュール１１の東西方向の長さ以上であることが好ましい。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電装置の反射体からの反射光を側面から見た図である。

実線矢印で示す太陽光１４が円柱の側面を反射面に持つ反射体１２に照射した場合、破線矢印で示す反射光１５は、反射体１２の影となる部分を除き、反射体１２を中心とした放射状の光となって周辺に照射する。

図２（ａ）は、太陽高度が最も高くなる夏至の日の南中時に、太陽光１４が反射体１２に照射する場合を示している。このとき、太陽光１４は地面に対し７９°の角度から照射する。そして、太陽光１４が反射体１２に照射して反射した反射光１５のうち、反射体１２の断面の中心１６を中心とし、地面と平行な線を基準線とした角度で、反時計回りに３９．５°から時計回りに５．５°までの範囲の反射面に照射した太陽光の反射光が、太陽電池モジュール１１に照射される。

また、図２（ｂ）は、太陽高度が最も低くなる冬至の日の南中時に、太陽光１４が反射体１２に照射する場合を示している。このとき、太陽光１４は地面に対し３２°の角度から照射する。そして、太陽光１４が反射体１２に照射して反射した反射光１５のうち、反射体１２の断面の中心１６を中心とし、地面と平行な線を基準線とした角度で、反時計回りに１６°から時計回りに２９°までの範囲の反射面に照射した太陽光の反射光が、太陽電池モジュール１１に照射される。

よって、第１の実施形態の太陽光発電装置１０は、反射体１２が太陽電池モジュール１１に直接照射する太陽光１４を遮らない位置に設置されていれば、太陽高度に関係なく反射光１５が太陽電池モジュール１１の全面に照射されることになり、これにより反射光１５による太陽電池モジュール１１の発電量の増加効果が年中得られることになる。

なお、反射体１２の形状は円柱の代わりに楕円柱であってもよい。反射体１２を楕円柱とする場合は、楕円柱の底面である楕円の長軸が地面に対して垂直になるように配置することが好ましい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は上面図である。

第２の実施形態の太陽光発電装置２０は、太陽電池モジュール２１と、反射体２２と、太陽電池モジュール２１及び反射体２２を固定する支持体２３とから構成されている。

第１の実施形態の太陽光発電装置との違いは、反射体２２の反射面が、球面となっている点である。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電装置の反射体からの反射光を上面から見た図である。

実線矢印で示す太陽光２４が球面を反射面に持つ反射体２２に照射した場合、破線矢印で示す反射光２５は、反射体２２の影となる部分を除き、反射体２２を中心とした放射状の光となって周辺に照射される。

図４（ａ）は、太陽光が東の方角から照射する場合を示している。太陽光２４の反射光２５は、反射体２２の反射面の中心２６における角度で東方向から南方向までの９０°の範囲の反射面に照射した太陽光の反射光が、太陽電池モジュール２１に照射される。

また、図４（ｂ）は、太陽光が西の方角から照射する場合を示している。太陽光２４の反射光２５は、反射体２２の反射面の中心２６における角度で西方向から南方向までの９０°の範囲の反射面に照射した太陽光の反射光が、太陽電池モジュール２１に照射される。

また、反射体２２は球面のため、図２で説明した、南中時の太陽高度が最高及び最低の場合の反射光の照射領域は、第２の実施形態においても同様にあてはまる。

以上より、第２の実施形態の太陽光発電装置２０は、反射体２２が太陽電池モジュール２１に直接照射する太陽光２４を遮らない位置に設置されていれば、太陽高度及び太陽の方角に関係なく、太陽光２４の反射光２５が太陽電池モジュール２１に照射されることになり、これにより反射光２５による太陽電池モジュール２１の発電量の増加効果が年中かつ全ての太陽の方角において得られることになる。

なお、反射体２２の形状は球の代わりに楕円球であってもよい。反射体２２を楕円球とする場合は、南北方向の断面における楕円の長軸が地面に対して垂直で、かつ東西方向の断面における楕円の長軸が東西方向になるように配置することが好ましい。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は側面図である。

第３の実施形態の太陽光発電装置３０は、太陽電池モジュール３１と、反射体３２と、太陽電池モジュール３１及び反射体３２を固定する支持体３３とから構成されている。

第３の実施形態と第１の実施形態との違いは、反射体が、円柱の反射体３２ａを地面に対して垂直な方向に３段重ねにした形状となっている点であり、その他の仕様は第１の実施形態と同じである。

第３の実施形態の太陽光発電装置３０の場合、反射体３２ａのそれぞれからの反射光が太陽電池モジュール３１に照射されるため、反射体３２ａが１個の時より多くの反射光が太陽電池モジュール３１に照射され、発電効率を上げることができる。

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は上面図である。

第４の実施形態の太陽光発電装置４０は、太陽電池モジュール４１と、反射体４２と、太陽電池モジュール４１及び反射体４２を固定する支持体４３とから構成されている。

第４の実施形態と第２の実施形態との違いは、反射体４２が、球形の反射体４２ａを東西方向に５個横一列に並べた形状なっている点であり、その他の仕様は第２の実施形態と同じである。

第４の実施形態の太陽光発電装置４０の場合、反射体４２ａのそれぞれからの反射光が太陽電池モジュール４１に照射されるため、反射体４２ａが１個の時より多くの反射光が太陽電池モジュール４１に照射され、発電効率を上げることができる。

（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図であり、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は側面図である。

第５の実施形態の太陽光発電装置５０は、太陽電池モジュール５１と、反射体５２と、太陽電池モジュール５１及び反射体５２を固定する支持体５３とから構成されている。

反射体５２は、太陽電池モジュール５１のある側に向かって凸状の曲面からなる反射体５２ａを、地面に対して垂直な方向に３段繋げた構造となっている。そして、反射体５２ａは、円柱の側面の一部であり、その範囲は、円柱の側面の中心５６を中心とし、地面に水平な線を基準線とした角度で、反時計回りに４５°から、時計回りに４５°までの範囲である。

ここで、図２で示した通り、円柱の側面を反射面に持つ第１の実施形態の反射体１２において、反射体１２の反射面の断面の中心１６を中心とし、地面と平行な線を基準線とした角度で、反時計回りに３９．５°から時計回りに２９°までの範囲に照射した太陽光１４の反射光１５が、太陽電池モジュール１１に照射される。これに対し、第５の実施形態の反射体５２ａは、上記範囲内の反射面を含むものであるため、反射体５２ａは、第１の実施形態の反射体１２と同様の太陽光反射効果を有する。

よって、第５の実施形態の太陽光発電装置の反射体５２は、第３の実施形態の反射体３２と同等の機能を有しつつ、原材料の低減と軽量化が可能である。

（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態に係る太陽光発電装置の概略図であり、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は側面図である。

第６の実施形態の太陽光発電装置６０は、太陽電池モジュール６１と、反射体６２と、太陽電池モジュール６１及び反射体６２を固定する支持体６３とから構成されている。

第６の実施形態と第４の実施形態との違いは、第４の実施形態の反射体を地面に対して垂直な方向にも並べ、さらに太陽電池モジュールへの照射に寄与しない太陽電池モジュール側とは反対側の反射面を省いた形状の反射体である。

第６の実施形態の太陽光発電装置６０は、反射体６２を構成する個々の半球型反射体６２ａからの反射光が太陽電池モジュール６１に照射されるため、第４の実施形態よりも多くの反射光が太陽電池モジュール６１に照射され、発電効率を上げることができる。

なお、本発明は、上記第１〜第６の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。

第１の実施形態、第２の実施形態及び第５の実施形態の反射体は、円柱または楕円柱の中心線が太陽電池モジュール側に凸曲線となるよう湾曲した形状にすることにより、太陽が西または東の方角に有る時でも太陽電池モジュール全体に照射される構造となっていてもよい。

また、第３の実施形態及び第５の実施形態の反射体は、個々の凸曲面のつなぎ目の一部に開口部を設けることにより、風による抵抗を緩和する構造であってもよい。

１０，２０，３０，４０，５０，６０：太陽光発電装置、１１，２１，３１，４１，５１，６１：太陽電池モジュール、１２，２２，３２，４２，４２ａ，５２，６２、６２ａ：反射体、１３，２３，３３，４３，５３，６３：支持体、１４，２４：太陽光、１５，２５：反射光、１６，２６，５６：反射体の反射面の中心

Claims (5)

1. 太陽電池モジュールと、太陽光を前記太陽電池モジュールに反射する反射体と、前記太陽電池モジュール及び前記反射体を固定する支持体と、を備え、
   前記反射体は、前記太陽電池モジュールの側に向かって凸状の１または複数の曲面からなることを特徴とする太陽光発電装置。
2. 前記反射体は、円柱または楕円柱からなる請求項１に記載の太陽光発電装置。
3. 前記反射体は、球または楕円球からなる請求項１に記載の太陽光発電装置。
4. 前記反射体は、円柱または楕円柱の一部から構成される請求項１に記載の太陽光発電装置。
5. 前記反射体は、球または楕円球の一部から構成される請求項１に記載の太陽光発電装置。