JP2013214630A

JP2013214630A - 集光太陽電池ハイブリッド水冷集熱器の反射鏡を電極とする金属空気電池

Info

Publication number: JP2013214630A
Application number: JP2012084437A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Nagaura; 善昭長浦; Kazutake Imani; 和武今仁; Kazunori Seike; 一徳清家
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-10-17

Abstract

【課題】一体化したハイブリットソーラー発電・集熱・蓄電システムを提供する。
【解決手段】集光式太陽電池１６と水冷式のハイブリッド太陽集熱器２２の反射鏡２を有し、反射鏡２の上部では透明電極ＺＡＯ膜３６付の円筒形又は平版形集光式のアモルファス等の太陽電池１６で発電するとともに、反射防止膜付の強化ガラス１８の下部にヒートパイプ３７などの円筒形集熱管２２を配置して温水２０も提供する。さらに、反射鏡２の下面を疎状に加工して、マグネシウム、カルシウムやアルミニウムなどの薄型合金の負電極３８付の金属空気電池３１-３４を、エネルギー密度２Ｗｈ／ｇで形成して、反射鏡２を共有するの水冷集光太陽電池及び空気電池の一体化取付構造とするハイブリットソーラー発電・集熱・蓄電システムを提供する。
【選択図】図７

Description

集光式太陽電池とハイブリッド水冷式ハイブリッド太陽集熱器に於いて、太陽集光式の反射鏡(以下略して、反射鏡)に於いて、反射鏡の表面上に、集熱と同時に集光形太陽電池による発電及びマグネシウムなどの金属空気電池を形成する方法に関するもので、当該太陽電池内部を冷却し集熱し、反射鏡下面に金属空気電池を設置する一体化したハイブリットソーラー発電・集熱・蓄電システムである。

太陽電池では、光起電力効果により日射エネルギーを電気エネルギーに変換するために利用される。この目的に使用される太陽電池は、主として従来のｐｎ接合が実現されるプレーナ型ウェハーで作られる。このｐｎ接合と他の機能層を生産するためには、個々の連続した層の表面をフラット平面に形成して処理することに加え、球状や円筒状のフォームにて半導体物質を形成することが、多くの利点を有するということから、実用的であることが実証されている。標準的なシリコン（Ｓｉ）太陽電池は半導体のpn接合に基づいている。 nドープおよびpドープ層の接触は、ｐｎ接合を形成し、ドーピングは、純粋な半導体に不純物を導入するプロセスのことである。当該ｎ型半導体は、過剰な価電子を持つ不純物原子をドーピングすることによって得られる。Ｓｉ（周期表のIV族の元素）の場合には、ｎ型半導体では、グループVの要素のいずれかを使用してドーピングの結果であり、これらの不純物原子が電子供与体と呼ばれている。一方、p型半導体は、周囲の原子よりも小さい1価電子を持つ不純物原子（グループIIIからのSiの場合）でドーピングすることによって得られる。また、これは単にそうでなければ存在しているでしょう電子の不在である過剰な穴を持つ原子と見なすことができます。I族の元素の原子は、この場合、アクセプターで呼び出される。一般的に、リンはn型層を作成するためにドープシリコンに使用されており、ホウ素をドープしたシリコンは、p型層に使用される。

太陽光利用効率が最も高くなるように、集熱及び集光がバランスされたソーラーハイブリッドコジェネレーションシステムが提供される。光熱ハイブリッドシステムは、単一の装置により電気と熱との両方を収集することを目的とした、太陽電池素子と集光装置の組み合わせで構成される太陽エネルギー利用機器である。このような光熱ハイブリッドシステムは、太陽電池素子により発電を行うと同時に集光装置により集熱を行うことが可能なので、太陽光発電のみでは10％程度の効率であった太陽エネルギーの利用率を大幅に高めることが可能である。さらに、温度上昇に対して敏感な太陽電池素子を冷却することにより太陽電池の発電効率を向上させることができると同時に、太陽電池素子から回収された冷却熱を熱エネルギーとして利用することが可能である。さらにまた、太陽電池と集光装置を一体化することにより、ハウジング等の部材費、施工費、設置面積等が共通化され、低コスト化を図ることも可能である。このように、太陽熱コジェネレーションシステムは、高効率低コストの装置であり、しかも環境に対して優しくクリーンなシステムである。

太陽電池素子は、日射量に比例した起電力を得ることができる発電設備であるので、大きな発電量を得るためには、太陽電池の設置面積を拡大するか、光熱ハイブリッドシステム自体を日射量の高い場所に設置することが好ましい。しかしながら、設置可能面積には限界があるし、単位面積当たりに照射される日射量の最大値は緯度により決定されるため、システムの設置面積及び設置場所のみの操作によって、所望の発電量を得ることは困難である。ソーラーシステムの効率を高めるためには、集光装置を設けて、日射量を増幅することが効果的であることが知られているが、集光装置により日射量を増幅すると、太陽電池自体の温度の上昇も増加してしまうため、太陽電池モジュールの最大出力が著しく低下し、発電量（発電効率）の低下を招くことになる。そのため、太陽電池素子の余剰熱の放熱装置などを設置する必要が生じていた。

結晶形太陽電池の場合には、集光装置の集光位置に結晶形太陽電池が平板面状アレイに配列され、一次熱交換系が平板面状に配列された太陽電池アレイの裏面に冷媒を循環させて冷却熱を回収する。アモルファス形太陽電池の場合には、集光装置の集光位置にアモルファス形太陽電池が円筒面状アレイに配列され、一次熱交換系が円筒面状アレイに配列された太陽電池アレイの円筒軸に沿って冷媒を循環させて冷却熱を回収する。シリコン薄膜系に属するアモルファス太陽電池は、大面積セルの大量生産による製造コストの低減が期待されている。アモルファスシリコンは、シリコン原子の配列が不規則で、4本ある結合手が隣同士のシリコンと完全に結合できず、遊んだ手をもつ原子も存在するので、水素を結合させ性能劣化を抑えている。光をある時間照射すると、水素結合が切れ出力が若干（約１０％程度）低下する現象がある。また太陽電池の温度が上昇すると、また水素が結合し出力はほぼ初期値に戻る現象（アニール現象）もある。アモルファス太陽電池の出力は、光劣化後の安定化した出力で表示している。従って、アモルファス太陽電池は設置してから、安定化するまでの数ヶ月の間は表示以上の発電出力を行う。アモルファス系はアニール現象があり出力低下が少なくなるので、同じ定格容量の太陽電池の場合、アモルファス系の年間発電量は結晶系よりも１０％程多くなる傾向にある。非常に薄いため柔軟性がある。アモルファス系は薄膜のため、しなやかで簡単に割れることはない。セルの製造に当たり、セルメーカーにより剛性のあるガラスに製膜する方法と柔軟性のあるステンレス箔やプラスチックフィルムに製膜する方法がある。ガラスに製膜した場合は、結晶系と同じような形態になる。フレキシブル性のある箔やフィルムに製膜した場合は、フレキシブル性を活かすためにフレキシブル性のある鋼板やプラスチック等と貼り合わせている。結晶系に比べセル電圧が高く、更に直列数が多く電圧は高くなるが、結晶系に比べセル面積が小さく電流は小さくなる。

集光装置を設けたことにより、システムの設置面積及び設置場所にかかわらずシステムが受光する日射量を増幅することが可能である。日射量が増幅すると、太陽電池自体の温度も上昇し、太陽電池素子の相対出力が著しく低下し、発電量（発電効率）の低下を招くことになる。しかしながら、セルの温度上昇に対して感度の高い結晶形太陽電池については、相対的にセルの過熱が生じ難く排熱も容易な平板状配列により集光及び集熱できる。これに対して、セルの温度が上昇しても効率の落ちにくいアモルファス形太陽電池については、集光集熱率が高い円筒状配列を用いて、高い光熱総合性能を得ることが可能である。現在市販されている太陽電池モジュールは、結晶系電池とアモルファス電池の２種類であるが、温度上昇による変換効率の低下の程度は、これら２種の太陽電池の間で大きく異なっているのである。すなわち、電気出力の温度変化係数の値は電池の種類に応じて大きく異なっており、一般的に結晶系では０．５％／℃、アモルファス系では０．２％／℃とされている。従って、結晶形太陽電池とアモルファス形太陽電池の間では、素子の温度の上昇に対する感度において２倍以上の差があるため、最適の光熱総合性能を有する光熱ハイブリッドシステムを実際に設計する場合にはこの相違に考慮する必要がある。

従来、太陽電池（１）を設置するのには、例えば図１のように、家屋の屋根の表面上に太陽電池（１）を設置する構造物を形成して、この家屋の屋根の表面上に形成をした構造物に太陽電池（１）を取り付けているのが現状である。また、波板形状をしたトタン板（２）の表面上に太陽電池（１）を形成したあと、波板形状をしたトタン板（２）を家屋の屋根を構成している垂木（３）に、釘（４）を使用して垂木（３）に太陽電池（１）を表面上に形成をしている、波板形状をしたトタン板（２）を垂木（３）に釘（４）を使用して打ち付けると、垂木（３）に釘（４）を使用して波板形状をしたトタン板（２）を打ち付けている部分から雨水が進入をして、波板形状をしたトタン板（２）の表面上に形成をしている太陽電池（１）が剥離をする欠点があるのが、従来の波板形状をしたトタン板（２）の表面上に太陽電池（１）を形成した太陽電池である。

さらに、波板形状をしたトタン板（２）を家屋の屋根を構成している垂木（３）に取り付ける場合、釘（４）を使用して波板形状をしたトタン板（２）の表面上から釘（４）を使用して、波板形状をしたトタン板（２）を家屋を構成している屋根の垂木（３）に釘（４）を使用して波板形状をしたトタン板（２）の表面上から釘（４）を使用して、垂木（３）に釘（４）を使用して波板形状をしたトタン板（２）を垂木（３）に打ち付けている。

複合パラボラ型集熱器ＣＰＣ(ＣｏｍｐｏｕｎｄＰａｒａｂｏｌｉｃＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ)は二つの放物面を組み合わせて、高温集熱を目的としたものであり、１９７４年シカゴ大学のウィンストン博士らから提案された。太陽が高いときも、低いときも複合パラボラ反射鏡にあたった全ての光は集熱管に集まるように設計されている。例えば、冬でも集熱効率が約４０％と、これまで冬期間の太陽熱利用をあきらめていた地域でも太陽エネルギーの高効率利用が期待できる。反射鏡を複合放物面鏡とすれば、それらを回転させなくても太陽高度に対応が可能で、太陽光入射許容角度（太陽光が反射鏡に入射可能な角度の限界）を天頂より±３０°程度とすると約３倍の集光比が得られる。太陽光入射許容角度をこれよりも拡大すると太陽光を受け易くなるが集光比は小さくなり、太陽光の集中する割合は減少するので集熱部の加熱温度は低くなる。また、太陽光入射許容角度をこれよりも縮小すると太陽光を受け難くなるが集光比は大きくなり、太陽光の集中する割合は増加するので集熱部の加熱温度は高くなる。複合放物面鏡は、放物面状の反射鏡に比較して太陽の高度に対して１日の中で長時間、太陽光を入射することができる。

トタンは鉄に亜鉛を鍍金したもので、鋼板には、亜鉛系、アルミニウム系、亜鉛・アルミニウム系の鍍金が主に用いられている。亜鉛（９１％）-アルミニウム（６％）-マグネシウム（３％）の鍍金層を持つ新しいＺＡＭ鋼板(日新製鋼)は、耐食性が従来の溶融亜鉛めっき鋼板に比べ１０〜２０倍、溶融亜鉛-５％アルミニウム合金めっき鋼板に比べ５〜８倍優れている。厳しい腐食環境下でも優れた耐食性を示すことから、溶かした亜鉛に鋼材を漬けてめっきを施す「溶融亜鉛めっき」や、電気亜鉛めっきを施した後に、クロムを含む溶液に漬けて、耐食性向上や外観(装飾性）向上を図るクロメート処理を代替することが可能である。さらに、めっき層が硬いため優れた耐傷付き性を有するとともに様々な加工にも対応できる。

特許文献１(株)クリーンベンチャー２１特許公開２０１０−１９９２３８「集光型太陽電池およびこれを用いた追尾型太陽電池装置」
本発明の集光型太陽電池は、球状の第１半導体およびその表面に形成された第２半導体層を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、並びに、前記光電変換素子を個々に分離して支持する支持体を具備し、前記支持体が、上部を開口し前記各光電変換素子の側面を囲む反射鏡を有する光反射部材、前記第１半導体と電気的に接続された第１導電部材、および前記第２半導体層と電気的に接続された第２導電部材を含み、前記反射鏡の前記光電変換素子に面する内面が放物面状を呈し、前記放物面の焦点が前記光電変換素子の内部に位置するように、前記光電変換素子が配置されていることを特徴とするものである。上記の本発明による代表的形態の集光型太陽電池は、前記光電変換素子の第２半導体層は、第１半導体の一部を露出させる開口部を有し、前記第２導電部材が、前記光電変換素子を収容し、かつ底部の孔から前記光電変換素子の第１半導体の露出部を当該第２導電部材の裏面側に臨ませる凹部を有し、前記第１半導体の露出部が前記第１導電部材に電気的に接続され、前記凹部の内面が前記反射鏡を構成することにより、前記第２導電部材が前記光反射部材を兼ねているものである。

亜鉛又はマグネシウムなどを使う金属空気電池では、プラス極側で電子を奪う物質として、空気中の酸素を活用して、リチウムイオン電池のエネルギー密度(約１Ｗ／ｇ)より高いエネルギー密度を達成できる可能性がある。マグネシウムの理論エネルギー密度は３Ｗ／ｇ、カルシウムエネルギー密度はは２．８Ｗ／ｇである。金属空気電池は、大気中に無尽蔵に存在する酸素を活用するため、プラス極の反応物質の重量を理論上はゼロにできる。電池の重量は、反応物質とこの反応を仲介する電解質の重さが大部分を占めるので、片方の重量をゼロにできる金属空気電池は、エネルギー密度を飛躍的に向上できるために注目を集めている。マグネシウム空気電池では、負極活物質は金属マグネシウム、正極活物質は空気中の酸素である。負極のマグネシウムは、電子を放出してマグネシウムイオンとなり、電解液の中に溶け出す。正極では酸素と水が電子を受け取り、水酸化イオンとなります。全体で、マグネシウムと酸素、水から水酸化マグネシウムが生成される。

特許文献２特許公開２０１１−２４９１７５
「マグネシウム電池用電極材料とその製造方法、および該電極材料を用いた電極を用いる電池」
マグネシウムＭｇと共晶物を含む鋳造材等の初晶の選択的腐食反応を利用し、表面から所定の深さまで粒界に残存したネットワーク状の共晶物からなる多孔質状Ｍｇ合金表面を有する電極材料とその製造方法。この電極材料を用いた電極を負極とし、この負極上に電解質及びセパレータを介して対向して設けられる正極を収容したハウジングからなるＭｇ電池である。

集光式太陽電池とハイブリッド水冷式ハイブリッド太陽集熱器に於いて、太陽集光式の反射鏡(以下略して、反射鏡)を負電極とする金属空気電池を形成する。反射鏡の上面を高い反射率の反射鏡にして、集光形太陽電池を設置し発電すると共に、当該円筒内部を冷却し集熱し、反射鏡下面に金属空気電池を設置する一体化したハイブリットソーラー発電・集熱・蓄電システムを提供する。

薄型鋼板に亜鉛鍍金をした表面にて、マグネシウムを主成分とするアルミニウムなどの表面保護膜を形成した、波板形状をしたトタン板の上面を研磨（凹凸度０．１ミクロン以下Ｐｏｌｉｓｈ）して高反射率樋形反射鏡として集光し、円筒形状太陽電池を設置し発電すると共に、当該円筒内部を不凍水冷却して集熱して総合熱効率を４５％に向上し、表面を疎（凹凸度１ミクロン以上Ｌａｐｐｉｎｇ）にしたトタン板下面をエネルギー密度２Ｗｈ／ｇの金属空気電池の負極とすることを特徴として、一体化したハイブリットソーラー発電・集熱・蓄電システムを提供できる。

従来は、波板形状をしたトタン板（２）の表面上に太陽電池（１）を取り付ける目的のために、波板形状をしたトタン板（２）と太陽電池（１）との中間に、発泡スチロール製板（１１）で出来ている両側面が平板形状で出来ている発泡スチロール製板（１１）を、波板形状をしたトタン板（２）と太陽電池（１）との中間に介在をさせたモジュールを波板形状にしたトタン板（２）の表面上に溶接部分（１３）、又は金属接着剤部分（１３）を使用して接合をしているボルト（５）、及びナット（６）を使用して、発泡スチロール製板（１１）により出来ている両側面が平板形状で出来ている発泡スチロール製板（１１）を中間に介在をさせて、この発泡スチロール製板（１１）の表面上に太陽電池（１）を接着層（１０）を形成して接合をさせた。さらに、ボルト（５）、及びナット（６）を使用して波板形状をしたトタン板（２）に太陽電池（１）を取り付けたあと、波板形状をしたトタン板（２）の裏面にパッドアイ（７）を溶接部分（１３）、又は金属接着剤部分（１３）を形成して、波板形状をしたトタン板（２）の裏面にパッドアイ（７）を取り付けたあと、このパッドアイ（７）に先端部分がｎ字形状をしたナット（６）付きＬ棒（１４）を使用して、家屋を構成している垂木（３）に波板形状をしたトタン板（２）と、発泡スチロール製板（１１）とを介在させて接合させた太陽電池（１）を形成したモジュールを、家屋を構成している垂木（３）に波板形状をしたトタン板（２）の裏面から家屋を構成している垂木（３）に、先端部分がｎ字形状をしたナット（６）付きＬ棒（１４）を使用して取り付けている縦断面図を、図１に示している。波板形状をしたトタン板（２）、例えば、日新鋼板（株）が製造販売をしている商品名がＺＡＭ鋼板を使用した波板形状をしたトタン板の表面上に、約1mm球形太陽電池面（１６）、強化ガラス（１８）と反射鏡（１７）からなる集光形太陽電池（１）を設置して、太陽電池の温度過熱を抑制するために、太陽電池下部（１９）を波板形状トタン板（２）の山部に密着して、トタン板（２）からも放熱することを特徴とした集光形太陽電池（１）、及びトタン板（２）の縦断面図である。波板形状をしたトタン板（２）を桶型の反射鏡（１７）として、約１ｃｍ円筒形太陽電池面（１６）ｐｎ接合と強化ガラス（１８）と反射鏡（１７）負電極からなる集光形太陽電池（１）を一体的に形成して、太陽電池の温度過熱を抑制するために、円筒太陽電池面の内側から水冷して放熱する。さらに、太陽電池下部（１９）を負電極とした太陽電池（１）と波板形状をしたトタン板を一体化した縦断面図である。波板形状をしたトタン板（２）に垂木（３）をボルト（５）、及びナット（６）を使用して、波板形状をしたトタン板の裏面にボルト（５）、及びナット（６）を使用して垂木（３）を取り付けたあと、家屋を構成している屋根材の垂木（３）に再度取り付けることを目的とした、波板形状をしたトタン板（２）に垂木（３）を取り付けている縦断面図を図３に示している。薄型鋼板（２８）の両面に亜鉛鍍金（２７，２９）をした表面にてマグネシウムを主成分とするアルミニウムなどの表面保護膜（２５，３０）を形成した、波板形状のトタン板（２）の表面に於いて、当該トタン板の上部を研磨（凹凸度１ミクロン下Ｐｏｌｉｓｈ）して太陽光反射率を向上して、樋型に複合放物形状(ＣＰＣ)の反射鏡（２）に加工して、トタン板の上面には円筒形集光形太陽電池（１６）ｐｎ接合（２３，２４）、及び透明電極ＺＡＯ（Al−doped Zinc Oxide）膜付の銅製集熱管（２２）を配置して発電するとともに温水（２０）をも提供する。さらに、トタン板の下面を疎状（凹凸度１ミクロン以上Ｌａｐｐｉｎｇ）に加工して、マグネシウムなどの薄型の金属空気電池（２１）を形成して、トタン板を反射鏡とする水冷集光太陽電池及び空気電池の一体化取付構造とするハイブリットソーラー発電集熱蓄電システムを図４に示している。マグネシウムMg空気電池は、空気中の酸素を正極活物質（３４）、Ｍｇを負極活物質（３１）、セパレータ（３３）に電解液(３２)を含浸するものである。マグネシウムＭｇ空気電池は、空気中の酸素を正極活物質（電子を受け取る物質）、Ｍｇを負極活物質（電子を出す物質）、セパレータに電解液を含浸するもので、この電池の反応式、及び標準電極電位を下記する。負極２Ｍｇ ----> ２Ｍｇ＋＋＋４ｅ- （-２．３６３Ｖ）正極Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ- ----> ４ＯＨ- (＋０．４０２Ｖ)マグネシウム空気電池は燃料電池の一種であり、負極に金属マグネシウムを使用し、正極に空気中の酸素を使用し、負極の理論放電容量は２．９５ｋＷｈ／ｋｇである。自己放電を防ぐために電解液をアルカリ性にすると、マグネシウムの表面と反応して不動態になり、発生する水酸化マグネシウムが電解液に溶解しやすくするためのクエン酸を加える。現状で反応（放電）速度を制限しているのはマグネシウムのイオン化速度ではなく、酸素の吸収速度であり、大電流を取り出すためにはより高効率な酸素の吸収を行える空気極が必要である。二次電池化には正極活物質を工夫する必要があり、酸化物は構造が安定しているが、マグネシウムイオンが正極にトラップされやすいため充電が難しく、硫化物は構造が不安定で電解液中に溶解するので、両者を併用することで特性の向上が図られている。現在のところ容量は５５０Ｗｈ／ｋｇであり、１０サイクル後の維持率は９０％である。反射鏡の上部を研磨して太陽光反射率を向上して、樋型に楔形複合放物形状(ＷｅｄｇｅＣＰＣ)の反射鏡（２）に加工して、トタン板の上面には円筒形集光形太陽電池（１６）及び六本のヒートパイプからなる銅製集熱管を配置して発電するとともに温水（２０）をも提供する。さらに、反射鏡の下面を疎状に加工して、マグネシウムなどの薄型の金属空気電池を形成して、反射鏡付きの水冷集光太陽電池及び空気電池を強化ガラスと筐体（３５）で一体化した取付構造とするハイブリットソーラー発電・ヒートパイプ(３７)集熱・蓄電システムの水平設置平面図を図６に示している。集光式太陽電池(１６)と水冷式のハイブリッド太陽集熱器(２２)の反射鏡(２)の表面に於いて、当該反射鏡(２)の上部を研磨(Ｐｏｌｉｓｈｆｉｎｅ凹凸度0.1ミクロン以下)して太陽光反射率を向上して、二次元樋型(Ｔｒｏｕｇｈ)に楔形複合放物形状(ＷｅｄｇｅＣＰＣ，ＣｏｍｐｏｕｎｄＰａｒａｂｏｌａＣｕｒｖｅ)の反射鏡に加工して、又は三次元お椀型(Ｄｉｓｈ)の反射鏡(２５-３１)にして、反射鏡の上部では透明電極ＺＡＯ（Ａｌ−ｄｏｐｅｄＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）膜（３６）付の円筒形又は平版形の集光式の太陽電池(１６)で発電するとともに、反射防止膜付の強化ガラス(１８)の下部にヒートパイプ(３７)などの円筒形集熱管(２２)を配置して温水(２０)をも提供する。さらに、当該反射鏡(２)の下面を疎状（Ｌａｐｐｉｎｇｃｏａｒｓｅ凹凸度１ミクロン以上）に加工して、マグネシウム、カルシウムやアルミニウムなどの薄型合金の負電極(３８)付の金属空気電池(３１-３４)を形成して、反射鏡(２)を共有するの水冷集光太陽電池及び空気電池の一体化取付構造とする４５％の発電・集熱効率のハイブリットソーラー発電・集熱・蓄電システムを図７に示している。集光式太陽電池とハイブリッド水冷式の太陽集熱器の反射鏡の表面に於いて、当該反射鏡の上部を研磨して太陽光反射率を向上して、三次元お椀型(Ｄｉｓｈ)反射鏡にして、反射鏡の上部には透明電極付の平版形集光式のアモルファス太陽電池、及びヒートパイプなどの円筒形集熱管を配置して発電するとともに温水を提供する。さらに、反射鏡の下面を疎状に加工して、マグネシウムの薄型合金の負電極付でエネルギー密度２Ｗｈ／ｇの金属空気電池を一対並列に形成した結果、集熱温度は５０度に達し、集光式太陽電池で充電すると放電電圧は２ボルトを維持できたことを図８に示している。

波板形状をしたトタン板（２）（以下略して、トタン板とする）の表面上に太陽電池（１）を形成した、太陽電池（１）の表面上を一切損傷させることなく、家屋の屋根材として太陽電池（１）を形成している波板形状をしたトタン板（２）の裏面の垂木（３）に、釘（４）、又はボルト（５）、又はナット（６）、又はフック（７）、又はパッドアイ（７）、又はロングアイ（７）、又はオープンパッドアイ（７）、又はアイストラップ（７）、又はＵＫターンバックル（７）、又はナット付Ｌ棒、（以下略して、ナット、又はフック、又はアイとする）、又はその他の手段を使用して、家屋の屋根を構成している垂木（３）に波板形状をしたトタン板（２）の裏面から垂木（３）に取り付けることにより、波板形状をしたトタン板（２）の表面上に形成をした太陽電池（１）を一切損傷させることなく、太陽電池（１）を家屋の屋根材として取り付けることが出来るので、太陽電池（１）を一切損傷させることなく家屋の屋根材として使用をすることが出来る。

波板形状をしたトタン板（２）、例えば、日新鋼板（株）が製造販売をしている商品名がＺＡＭ鋼板を使用した波板形状をしたトタン板の表面上に、(株)クリーンベンチャー２１の約直径の1mm球形シリコンｐｎ接合太陽電池面（１６）、導電性反射防止膜付の強化ガラス（１８）負電極と反射鏡（１７）からなる集光形太陽電池（１）を設置して、太陽電池の温度過熱を抑制するために、正電極の太陽電池下部（１９）を波板形状トタン板（２）の山部に密着して、トタン板（２）からも放熱することを特徴とした太陽電池（１）を形成した波板形状をしたトタン板（２）に取り付けることを実施例２とする。

波板形状をしたトタン板（２）、例えば、日新鋼板（株）が製造販売をしている商品名がＺＡＭ鋼板を使用した波板形状をしたトタン板を反射鏡（１７）として、約1cm外径の円筒形シリコンｐｎ接合太陽電池面（１６）と強化ガラス（１８）と反射鏡（１７）正電極からなる集光形太陽電池（１）を一体的に形成して、太陽電池の温度過熱を抑制するために、トタン板（２）から放熱することを特徴として、太陽電池下部（１９）を正電極とした太陽電池（１）と波板形状をしたトタン板を一体化したことを実施例１８する。円筒形太陽電池面（１６）の内部に水を流すか、又はヒートパイブにして放熱すると、温水も得られる。アモルファスシリコンは1μm以下の厚みで光を吸収することが出来るので、結晶系シリコン太陽電池ほど変換効率が良くないが、価格が安い太陽電池として期待されている。アモルファスシリコン太陽電池は、使用するシリコンの量が結晶系に比べ数百分の一で、製造温度は低く、原料ガスの制御により膜の性質を制御できることから、連続製造プロセスによる低コスト大量生産が期待されている。アモルファス系は薄膜のため、しなやかで簡単に割れることはない。セルの製造に当たり、剛性のあるガラスに製膜する方法と柔軟性のあるステンレス箔やプラスチックフィルムに製膜する方法がある。ガラスに製膜した場合は、結晶系と同じような形態になる。フレキシブル性のある箔やフィルムに製膜した場合は、フレキシブル性を活かすためにフレキシブル性のある鋼板やプラスチック等と貼り合わせている。
夏場の太陽電池モジュールの表面は７０℃近くまで温度が高くなり、結晶シリコンの温度係数はマイナス０．４５％であるため、結晶シリコン太陽電池の基準温度２５℃に対して20パーセントほどさがる。アモルファスシリコンの温度係数はマイナス０．３％のため出力低下が１０パーセント程度で、夏場の出力は結晶系シリコンに比べて１０パーセントくらい大きくなる。７月から９月の夏場時期の差が大きく、具体的にはマイナス０．４５パーセントとは１℃上昇することによって、太陽電池の変動効率が０．４５パーセント低下することになる。例えば、結晶シリコンの場合４０℃上昇すると仮定すると、定格１００Ｗの太陽電池のモジュールが２５℃から６５℃に上昇すると出力が８２Ｗに低下する。アモルファスシリコンの場合は温度係数がマイナス０．３パーセントなので、同じ条件で６５℃まで上昇しても９０Ｗまでしか低下しない。

波板形状をしたトタン板の表面上に、集光形太陽電池及びマグネシウム空気電池を形成する方法に関するものである。トタン板屋根に、トタン板を凹凸０．１ミクロン以下の反射鏡とする水冷集光太陽電池、及び反射鏡下面に金属空気電池を設置する、ハイブリッドソーラーシステム一体化取付方法に関する。波板形状をしたトタン板、例えば、日新鋼板（株）が製造販売をしている商品名がＺＡＭ鋼板を使用した波板形状をしたトタン板を反射鏡（１７）として、約1cm円筒形太陽電池面（１６）ｐｎ接合と強化ガラスと反射鏡負電極からなる集光形太陽電池（１）を一体的に形成して、トタン板（２）から放熱することを特徴として、太陽電池下部（１９）を負電極とした太陽電池と波板形状をしたトタン板を一体化した縦断面図である。フラットパネルとパラボラ式集光器とを組み合わせる試みとして、複合型パラボラ式集光器（以下、ＣＰＣ）がある。該ＣＰＣでは、反射器を使って集光し（ＣＲ）、２次元関係に従って、限定された受光角（ＡＯＡ）に渡って周辺光を集める。この際、ＣＲ＝１／ｓｉｎ（ＡＯＡの半分）が成り立つ。このＣＰＣ反射器の高さは平頭型であり、ＣＲの値が減るが、ＡＯＡの範囲外の光をも集めることが出来る。円筒形水冷集熱管(２２)表面にアモルファスシリコン太陽電池セルｐｎ接合（２３，２４）をグロー放電などで製造するに当たり、円筒形水冷金属管基板にセル形成と同時に、複数個のセルを直列につなぐことができるため、容易に多様な電圧(0.5 Volt の倍数)の電池を作ることができる。太陽電池セルｐｎ表面（２３）に追加した導電性ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）保護膜には、膜厚２００ｎｍ以下でも高信頼性が得られるため、フレキシブル基板を用いた太陽電池を中心に使用されている。赤外領域を高透過率化するために錫添加量を調整したＳｎＯ_２を約5重量％だけ添加したITO膜が用いられる。新しいZAO（Al−doped Zinc Oxide）膜は、ITO膜よりも優れた透明性を示すことから、薄膜シリコン系太陽電池化合物系太陽電池の透明電極材料として広く利用されてきている。基板温度200℃、膜厚1000nmで加熱成膜したAO膜は、Al添加量を低減することで赤外領域の透過率を向上させることが可能である。しかしながら、赤外領域の透過率の向上とともに信頼性が困難であった。このZAO膜は赤外領域の透過率を向上させても、信頼性（温度８５℃−相対湿度８５％の環境下）の悪化を抑止し、赤外領域の高透過率と高信頼性の両立を実現した。さらに、ＺＡＯ−Ｘ膜は希塩酸を用いた湿式エッチングにより、広い波長領域に渡って高ヘイズ率の表面テクスチャ構造を形成することが可能であり、極めて良好な光散乱能を有することが判明した。

図７に示しているように、集光式太陽電池(１６)と水冷式のハイブリッド太陽集熱器(２２)の反射鏡(２)の表面に於いて、当該反射鏡(２)の上部を研磨(Ｐｏｌｉｓｈｆｉｎｅ凹凸度(Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ)０．１ミクロン以下)して太陽光反射率を向上して、二次元樋型(Ｔｒｏｕｇｈ)に楔形複合放物形状(ＷｅｄｇｅＣＰＣ)の反射鏡に加工して、又は三次元お椀型(Ｄｉｓｈ)の反射鏡(２５-３１)にして、反射鏡の上部では透明電極ＺＡＯ(３６)付の円筒形又は平版形の集光式の太陽電池(１６)で発電するとともに、反射防止膜付の強化ガラス(１８)の下部にヒートパイプ(３７)などの円筒形集熱管(２２)を配置して温水(２０)をも提供する。ヒートパイプ(３７)は下端を鼻曲がりにして、凍結対策としていろ。さらに、当該反射鏡(２)の下面を疎状（Ｌａｐｐｉｎｇｃｏａｒｓｅ凹凸度１ミクロン以上）に加工して、マグネシウム、カルシウムやアルミニウムなどの薄型合金の負電極(３８)付で、次亜塩素酸Ｍｇ-ＡＮ(アセトニトリル)電解質の金属空気電池(３１-３４)をエネルギー密度２Ｗｈ／ｇで形成して、反射鏡(２)を共有するの水冷集光太陽電池及び空気電池の一体化取付構造とする４５％の発電・集熱効率のハイブリットソーラー発電・集熱・蓄電システムを図７に示している。

波板形状をしたトタン板（２）の表面上に太陽電池（１）を形成することにより、従来、同じ形状の波板形状をしたトタン板（２）を使用している、同じ縦×横の寸法が全く同じ波板形状をしたトタン板と取り換えることにより、波板形状をしたトタン板（２）の表面上に太陽電池（１）を形成した、発電機能がある波板形状をしたトタン板（２）と取り換えることにより、容易に発電機能がある波板形状をしたトタン板（２）と取り換えることが出来る。円筒形状太陽電池を設置し発電すると共に、当該円筒内部を不凍水冷却して集熱して発電・熱効率を４５％に向上し、表面を疎にしたトタン板下面を金属空気電池の負電極として、一体化したハイブリットソーラー発電・集熱・蓄電システムを提供できる。
集光式太陽電池とハイブリッド水冷式の太陽集熱器の反射鏡の表面に於いて、当該反射鏡の上部を研磨(凹凸度0.1ミクロン以下)して太陽光反射率を向上して、三次元お椀型(Ｄｉｓｈ)反射鏡にして、反射鏡の上部には透明電極ＺＡＯ（Ａｌ−ｄｏｐｅｄＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）膜付の平版形集光式のアモルファス太陽電池、及びヒートパイプなどの円筒形集熱管を配置して発電するとともに温水をも提供する。さらに、反射鏡の下面を疎状（凹凸度１ミクロン以上）に加工して、マグネシウムやアルミニウムなどの薄型合金の負電極付の金属空気電池を形成して、反射鏡式の水冷集光太陽電池及び空気電池の一体化取付構造とするハイブリットソーラー発電・集熱・蓄電システムである。集光式太陽電池とハイブリッド水冷式の太陽集熱器の反射鏡の表面に於いて、当該反射鏡の上部を研磨して太陽光反射率を向上して、三次元お椀型(Ｄｉｓｈ)反射鏡にして、反射鏡の上部には透明電極付の平版形集光式のアモルファス太陽電池、及びヒートパイプなどの円筒形集熱管を配置して発電するとともに温水を、４５％の発電・集熱効率で提供する。さらに、反射鏡の下面を疎状に加工して、マグネシウムの薄型合金の負電極付の金属空気電池を一対並列にエネルギー密度２Ｗｈ／ｇで形成した結果、集熱温度は５０度に達し、集光式太陽電池で充電すると放電電圧は２ボルトを維持できる。

１波板のトタン板
２反射鏡
３垂木
４釘
５ボルト
６ナット
７フック
８平板トタン板
９発泡スチロール
１０接着剤
１１発泡スチロール製板
１２パッキング
１３溶接部分
１４ナット付きＬ棒
１５鋲で鉄板を接合している部分
１６太陽電池面
１７反射板
１８反射防止膜付の強化ガラス、又はプラスチック板（ＰＥＮ）
１９太陽電池下部
２０温水
２１薄型の金属空気電池
２２銅製円筒集熱管、又はヒートパイプ
２３太陽電池Ｐ接合
２４太陽電池ｎ接合
２５表面保護層Ｍｇ
２６保護層Ａｌ
２７保護層Ｚｎ
２８薄型鋼板
２９下面保護層Ｚｎ
３０下面保護層Ａｌ
３１最下面保護層、Ｍｇ合金負極活物質
３２電解液
３３セパレータ
３４正極活物質
３５筐体
３６透明電極（ＩＴ０，ＺＡＯ）
３７鼻曲ヒートパイプ
３８並列負電極
３９金属メッシュ正電極
４０太陽光選択吸収膜

Claims

集光式太陽電池(１６)と水冷式のハイブリッド太陽集熱器(２２)の反射鏡(２)の表面に於いて、当該反射鏡(２)の上部を研磨(Ｐｏｌｉｓｈｆｉｎｅ)して太陽光反射率を向上して、二次元樋型(Ｔｒｏｕｇｈ)の反射鏡に加工するか、又は三次元お椀型(Ｄｉｓｈ)の反射鏡(２５-３１)にして、反射鏡の上部では透明電極膜（３６）付の円筒形又は平版形の集光式の太陽電池(１６)で発電するとともに、反射防止膜付の強化ガラス(１８)の下部にヒートパイプ(３７)などの円筒形集熱管(２２)を配置して温水(２０)を提供すると共に、当該反射鏡(２)の下面を疎状（Ｌａｐｐｉｎｇｃｏａｒｓｅ）に加工して、マグネシウムなどの薄型合金の負電極(３８)付の金属空気電池(３１-３４)を形成して、反射鏡(２)を共有するの水冷集光太陽電池及び空気電池の一体化取付構造とするハイブリットソーラー発電・集熱・蓄電システム。
請求項１において、マグネシウムを主成分とするアルミニウムなどの表面保護膜を形成した反射鏡(２)の表面に於いて、当該反射鏡の上部を凹凸度(Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ)０．１ミクロン以下に研磨して太陽光反射率を向上して、二次元樋形に楔形複合放物形状(ＷｅｄｇｅＣＰＣ，ＣｏｍｐｏｕｎｄＰａｒａｂｏｌａＣｕｒｖｅ)の反射鏡に加工して、反射鏡の上面には円筒形集光形太陽電池及び集熱管を配置して発電すると共に温水をも提供するソーラー発電・集熱コゼネレーション・システム。
請求項１において、水冷集熱管の表面に円筒形又は平板形のアモルファスシリコン太陽電池セルを製造するに当たり、円筒形水冷金属管基板にセル形成と同時に、複数個のセルを直列につなぐことにより、容易に多様な電圧(例えば０．５Ｖｏｌｔの倍数)の電池を作ることができ、セル表面のＩＴＯ膜又は透明電極ＺＡＯ（Ａｌ−ｄｏｐｅｄＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）膜による透明電極を有するアモルファスシリコン太陽電池。
請求項１において、反射鏡の下面保護層を凹凸度１ミクロン以上の疎状に加工して、マグネシウム、カルシウムやアルミニウム合金などの薄型金属空気電池の負電極を形成するとともに、当該負電極の下部に電解質及び炭素正電極の一体化取り付け構造を特徴とするハイブリットソーラー蓄電システム。
請求項１において、三次元お椀形反射鏡の上部には平版形集光式のアモルファス太陽電池、及びヒートパイプなどの集熱管を配置して発電するとともに温水も提供し、請求項４の反射鏡下面を疎状に加工して、マグネシウムやアルミニウムなどの合金負電極付の金属空気電池一対以上を並列に形成して、ソーラー発電集熱・蓄電システム。