JP2016102591A - Dish type sunlight collection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、球面鏡や放物面鏡を用いて太陽光を効率良く集光して、例えば、球面鏡や放物面鏡の焦点位置に設置された太陽熱発電器を効率良く加熱するためのディッシュ型太陽光集光装置に関する。 The present invention is a dish type for efficiently concentrating sunlight using a spherical mirror or a parabolic mirror and efficiently heating a solar power generator installed at the focal position of the spherical mirror or parabolic mirror, for example. The present invention relates to a solar light collecting device.
近年、世界的なエネルギー消費量増大に伴う二酸化炭素の空気中への放出量の増大などを抑止するため、二酸化炭素の放出を伴わない太陽エネルギーを利用した発電装置への期待が高まっている。 In recent years, in order to suppress an increase in the amount of carbon dioxide released into the air accompanying an increase in global energy consumption, there is an increasing expectation for a power generation device that uses solar energy without the release of carbon dioxide.
従来から、反射鏡を用いて太陽光を集めて熱媒体を加熱し、その熱を電気エネルギーに変えて利用可能にした装置は、日本国内はもとより、世界的にも多くの方式が提案され、世界各地に実証装置、実験装置などが設けられ、一部では商業的利用も開始されている。 Conventionally, many systems have been proposed not only in Japan but also around the world to collect solar light using a reflector and heat the heat medium to convert the heat into electrical energy. Demonstration devices, experimental devices, etc. have been established all over the world, and some have been commercialized.
太陽光を利用して電気エネルギーを得ようとする方式には、結晶シリコンやアモルファスシリコン、InGaAs(インジウムガリウムヒ化物)やGaAs(ヒ化ガリウム)などの無機化合物、有機色素や導電性ポリマーなどの有機化合物などからなる太陽電池(ソーラーパネル)に太陽光を照射して、太陽光エネルギーを直接、電気エネルギーに変換する太陽光発電方式と、太陽光を効率良く集めて、例えば、水、溶解塩、オイルなどの熱媒体を高温に加熱し、その熱エネルギーによって水蒸気を発生させ蒸気タービンを回して電気エネルギーを得る太陽熱発電方式がある。 Methods for obtaining electrical energy using sunlight include crystalline silicon, amorphous silicon, inorganic compounds such as InGaAs (indium gallium arsenide) and GaAs (gallium arsenide), organic dyes and conductive polymers. A solar power generation system that irradiates solar cells (solar panels) made of organic compounds, etc., and converts solar energy directly into electrical energy, and efficiently collects sunlight, for example, water, dissolved salt There is a solar power generation system in which a heat medium such as oil is heated to a high temperature, steam is generated by the heat energy, and a steam turbine is rotated to obtain electric energy.
太陽光発電方式では、太陽光を効率良く電気エネルギーに変換できる安価で高性能な太陽電池(ソーラーパネル)が必要となり、また、水力発電や火力発電などの他の発電方式と比べて、設置面積あたりの発電量が少なく、発電コストも割高となっている。このため、太陽光発電方式の導入には、各種の公的助成を必要としているのが現状である。 The solar power generation method requires inexpensive and high-performance solar cells (solar panels) that can efficiently convert sunlight into electrical energy, and the installation area compared to other power generation methods such as hydroelectric power generation and thermal power generation. The amount of power generation per unit is small, and the power generation cost is also high. For this reason, various public subsidies are required to introduce the solar power generation method.
図4に示すようなディッシュ型の太陽熱発電装置100では、太陽光集光装置として、厚さ数ミリメートルの高光透過性ガラス板を所定の放物面に曲げ加工し、ガラス板の裏面に太陽光反射膜を成膜した反射鏡110が用いられており、この反射鏡110が大型架台130に取り付けられている。
In a dish type solar thermal
反射鏡110の焦点位置には、例えば、スターリングエンジンなどを用いて発電する太陽熱発電器120が設置されている。スターリングエンジンを用いた太陽熱発電器120は、高温部122と低温部124とから構成され、高温部122を反射鏡110によって集光された太陽光によって加熱することによって、スターリングエンジンのフライホイールを回転させ、発電することができる。
At the focal position of the reflecting
しかしながら、反射鏡110としてガラス製の鏡を用いる場合には、球面や放物面に加工するにはコストがかかり、さらには、ガラスは割れやすいため、設置には専用の設置設備が必要であり、設置作業にも細心の注意を払う必要がある。
However, when a glass mirror is used as the reflecting
また、設置後の架台を支える土台の沈下などによる架台の変形、強風による架台の変形、ガラス鏡への風圧などに起因するガラス鏡の破損などの事故を抑止するため、架台を支える土台を頑丈にし、架台の機械的強度を増大させて安全性を高めようとすると、設置コスト及び運用コストの両面で、コストの増大に繋がっていた。 In addition, the base that supports the base is sturdy to prevent accidents such as deformation of the base due to sinking of the base that supports the base after installation, deformation of the base due to strong winds, and damage to the glass mirror due to wind pressure on the glass mirror, etc. If the mechanical strength of the pedestal is increased to increase the safety, the installation cost and the operation cost are both increased.
また、集光効率を高めるためには、集光装置の大型化が好ましいが、集光装置は常に太陽光を最適位置で集光するために、常に太陽を追尾して最適位置を保つ必要がある。このため、集光装置を大型化する程に、装置全体の制御が困難になり、かつ、集光装置の変形による集光効率の悪化やメンテナンスの困難さなどが増すことになってしまう。 In order to increase the light collection efficiency, it is preferable to increase the size of the light collecting device. However, since the light collecting device always collects sunlight at the optimum position, it is necessary to always track the sun and maintain the optimum position. is there. For this reason, the larger the size of the light collecting device, the more difficult it becomes to control the entire device, and the deterioration of light collecting efficiency and the difficulty of maintenance due to deformation of the light collecting device will increase.
しかしながら、集光装置の大半を占めるガラス反射鏡を軽量化するためには、ガラス板の厚さを薄くする必要がある。このように、ガラス板の厚さを薄くすると、製造、移動、設置、及び運転中において、ガラス反射鏡が破損する可能性が高まり、運用コストの増大を招くため、軽量化にも限界がある。 However, in order to reduce the weight of the glass reflecting mirror that occupies most of the light collecting device, it is necessary to reduce the thickness of the glass plate. Thus, if the thickness of the glass plate is reduced, the glass reflector is likely to be damaged during manufacture, movement, installation, and operation, and the operation cost is increased. .
一方で、金属製の鏡を用いた反射鏡も知られているが、大型の球面鏡や放物面鏡を金属製にするには、予め金属板の片面を高反射処理し、この金属板を所定の球面や放物面状に加工して、架台に貼り付けて反射鏡を作製する方法が一般的である。 On the other hand, a reflecting mirror using a metal mirror is also known. However, in order to make a large spherical mirror or a parabolic mirror metallic, one side of the metal plate is pre-reflected and this metal plate is used. A method of manufacturing a reflecting mirror by processing into a predetermined spherical surface or paraboloid and attaching it to a gantry is common.
金属板を球面や放物面に加工する場合には、金型を用いてプレス加工することが一般的であるが、プレス加工の際に、高反射処理済みの金属板表面が傷付き、反射性能が低下してしまう恐れがある。また、大型の反射鏡を製造するためには、プレス加工を行うための金型やプレス装置なども大型のものを用意する必要があり、製造コストが増加してしまう。 When processing a metal plate into a spherical surface or paraboloid, it is common to press using a mold, but the surface of the highly reflective metal plate is scratched and reflected during pressing. There is a risk of performance degradation. In addition, in order to manufacture a large reflector, it is necessary to prepare a large mold or press device for performing press working, which increases the manufacturing cost.
本発明は、このような現状に鑑み、設置費用及びメンテナンス費用等を大幅に削減するとともに、高い集光効率を達成可能で、総コストを抑制することができるディッシュ型太陽光集光装置を提供することを目的とする。 In view of the current situation, the present invention provides a dish-type solar concentrator that can significantly reduce installation costs and maintenance costs, achieve high condensing efficiency, and reduce the total cost. The purpose is to do.
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明のディッシュ型太陽光集光装置は、太陽光を集光するためのディッシュ型太陽光集光装置であって、
球面または放物面を構成するディッシュ型反射鏡台と、
前記反射鏡台の解放面側に貼付けられた複数の金属薄板と、
を備え、
前記金属薄板が、厚さ0.3mm〜0.5mm、幅30cm〜130cm、長さ100cm〜1000cmの方形状の金属平板であり、
前記金属平板が、前記反射鏡台に直接貼付けられていることを特徴とする。
The present invention was invented in order to achieve the above-described problems and objects in the prior art, and the dish-type solar concentrator of the present invention is a dish-type solar for concentrating sunlight. A light concentrator,
A dish-shaped reflector table that forms a spherical or parabolic surface; and
A plurality of metal thin plates attached to the release surface side of the reflector table;
With
The metal thin plate is a rectangular metal flat plate having a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, a width of 30 cm to 130 cm, and a length of 100 cm to 1000 cm,
The metal flat plate is directly attached to the reflector table.
このように複数の平板状の金属薄板を用いることによって、加工コストが過大な球面状や放物面状に金属板を加工しなくともよいので、設置コストの削減を図ることができる。
また、厚さ0.3mm〜0.5mm、幅30cm〜130cm、長さ100cm〜1000cmの金属平板を、反射鏡台の解放面側に貼付けることによって、反射鏡を構成しているため、製造が非常に容易で、低コストで反射鏡を製造することができる。
By using a plurality of flat metal thin plates in this way, it is not necessary to process the metal plate into a spherical shape or a parabolic shape with excessive processing costs, so that the installation cost can be reduced.
Moreover, since the reflecting mirror is constituted by sticking a metal flat plate having a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, a width of 30 cm to 130 cm, and a length of 100 cm to 1000 cm to the release surface side of the reflecting mirror base, the manufacturing is possible. It is very easy to manufacture a reflecting mirror at a low cost.
また、前記金属薄板の表面は、研磨処理または真空蒸着処理されていることが好ましい。
このような表面処理が施されることによって、金属薄板の表面(太陽光の反射面)は、高反射性能を発現し、集光効率が向上される。
Moreover, it is preferable that the surface of the said metal thin plate is grind | polished or vacuum-deposited.
By performing such surface treatment, the surface of the metal thin plate (sunlight reflecting surface) exhibits high reflection performance, and the light collection efficiency is improved.
また、本発明のディッシュ型太陽光集光装置の製造方法は、球面または放物面を構成するディッシュ型反射鏡台を準備する工程と、
厚さ0.3mm〜0.5mm、幅30cm〜130cm、長さ100cm〜1000cmの方形状の金属平板を、前記反射鏡台の解放面側に押しつけながら直接貼付けることにより、球面または放物面を構成する反射鏡とする工程と、
を含むことを特徴とする。
Moreover, the manufacturing method of the dish-type solar concentrator of the present invention includes a step of preparing a dish-type reflector table that forms a spherical surface or a paraboloid,
A spherical or paraboloidal surface is obtained by directly attaching a flat metal plate having a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, a width of 30 cm to 130 cm, and a length of 100 cm to 1000 cm against the release surface side of the reflector table. A step of forming a reflecting mirror;
It is characterized by including.
このように、ガラス反射鏡を用いておらず、また、金属板を事前に球面または放物面の形状に加工する必要もないため、反射鏡の製造コストを抑えることができる。 Thus, since the glass reflector is not used and it is not necessary to process the metal plate into a spherical or parabolic shape in advance, the manufacturing cost of the reflector can be reduced.
本発明に係るディッシュ型太陽光集光装置によれば、従来の集光装置と比べて、装置の製造コストを大幅に削減することができる。さらに、集光装置全体の重量も、従来のガラス反射鏡を使用する集光装置と比べて、大幅に軽量化することができ、太陽を自動追尾して最適位置を保つためのシステムにかかる負担も大幅に低減することができる。 According to the dish type solar light collecting device according to the present invention, the manufacturing cost of the device can be greatly reduced as compared with the conventional light collecting device. In addition, the overall weight of the concentrator can be significantly reduced compared to conventional concentrators that use glass reflectors, and the burden on the system for automatically tracking the sun and maintaining the optimum position. Can also be greatly reduced.
以下、本発明の実施の形態(実施例)を図面に基づいてより詳細に説明する。
図1は、本発明のディッシュ型太陽光集光装置の反射鏡の構造を説明するための概略構成図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は右側面図、図1(c)は正面図である。また、図2は、図1のディッシュ型太陽光集光装置を用いた太陽熱発電装置の概略構成図である。
Hereinafter, embodiments (examples) of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the structure of a reflecting mirror of a dish type solar light collecting apparatus according to the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view, FIG. 1 (b) is a right side view, FIG. 1 (c) is a front view. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a solar thermal power generation apparatus using the dish type solar light collecting apparatus of FIG.
図1,2に示すように、本発明のディッシュ型太陽光集光装置10を用いた太陽熱発電装置11は、太陽光を所定の集光位置に集光するための反射鏡12と、反射鏡12を支持するための基台14と、例えば、スターリングエンジンなどからなる太陽熱発電器16とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a solar thermal
反射鏡12は、図1に示すように、球面または放物面を構成するディッシュ型反射鏡台26を備え、反射鏡台26の解放面側には、複数の金属薄板28が貼付けられている。なお、反射鏡台26の材料は、所定の強度が確保されていれば、特に限定されるものではなく、木製であってもいいし、金属製であっても構わない。
As shown in FIG. 1, the reflecting
なお、反射鏡台26に貼付ける金属薄板28としては、厚さ0.3mm〜0.5mmであり、幅30cm〜130cm、長さ100cm〜1000cm、特に好ましくは、幅30cm〜60cm、長さ100cm〜300cmの方形状の金属平板を用いることができる。
The
また、金属薄板28の材料としては、太陽光を効率良く反射できる金属であれば、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの金属や、これらの金属を含む合金などを用いることができる。なお、製造コストを削減するためには、アルミニウムを用いることが好ましい。
The material of the metal
このような金属平板を、球面または放物面に構成されたディッシュ型反射鏡台26の解放面側に押し付けながら、例えば、ビスなどを用いて取り付けることで、直接貼付けることによって、球面または放物面を構成する反射鏡12を構成することができる。
While pressing such a metal flat plate against the release surface side of the dish-type reflector table 26 formed on a spherical surface or a parabolic surface, for example, by attaching using a screw or the like, it is directly attached to the spherical surface or parabolic surface. The reflecting
なお、ビスなどを用いて取り付ける場合には、金属薄板28を反射鏡台26に取り付けるためのビスなどの取り付け治具と、金属薄板28との間に所定の間隔を設けることが好ましい。
In addition, when attaching using a screw | thread etc., it is preferable to provide a predetermined space | interval between the attachment jig | tool, such as a screw for attaching the metal
すなわち、金属薄板28に設けられた取付用孔の大きさを、ビスなどの取り付け治具のネジ部の直径よりも大きく傘部よりも小さくし、金属薄板28の厚さよりも0.1mm〜0.2mm程度厚い座金を使用することによって、取り付け治具と金属薄板28との間に隙間を設けることによって、高温下において金属薄板28が膨張した場合にも、取り付け治具と金属薄板28との接触による金属薄板28の変形を防止することができる。
That is, the size of the mounting hole provided in the
なお、金属平板において、反射鏡台26からはみ出てしまった部分については、適宜切断することが好ましい。
また、金属薄板28は、互いに、数mm程度の隙間を設けて、反射鏡台26に貼付けることによって、例えば、夏場など温度上昇時に金属薄板28が膨張した場合にも、金属薄板28同士が干渉することなく、反射鏡12の反射面の変形を抑制することができる。
In addition, it is preferable to cut | disconnect suitably the part which protruded from the reflective mirror stand 26 in the metal flat plate.
Further, the metal
なお、金属薄板28を反射鏡台26に貼付ける際には、反射鏡台26の円周方向の取り付け治具の数を増やすことによって、金属薄板28を放物面形状に近い状態で貼付けることができる。
In addition, when affixing the
また、金属薄板28の表面28a(太陽光の反射面)は、高反射性能を発現できるように、例えば、化学研磨、電解研磨などの研磨処理や真空蒸着などの表面処理を施すことが好ましい。
In addition, the surface 28a (sunlight reflecting surface) of the
また、反射鏡12は、保護箱30に収めることができる。このように、反射鏡12全体を保護箱30に収めることによって、例えば、強風などの悪天候であっても、反射鏡自体に影響が及ぶことを防ぐことができ、反射鏡が破損したりするのを防止することができる。さらに、例えば、降雨や結露などによって生じるシミを防止し、また、ほこりなどが反射鏡12表面に付着して反射特性を劣化させることを防止できるため、高反射特性を長期間維持することができる。また、反射鏡台26の機械的強度を小さくすることができるため、太陽光集光装置10全体の製造コストを大幅に削減することができる。
Further, the reflecting
なお、保護箱30と反射鏡12との間に生じる隙間は、蓋31を設けることによって覆うことが好ましい。保護箱30と反射鏡12との間の隙間をそのままにしておくと、例えば、虫が入り込むなどするため、保護箱30と反射鏡12との間の隙間の洗浄作業が発生し、メンテナンス費用が増加してしまう。
In addition, it is preferable to cover the gap generated between the
また、反射鏡12によって集光された太陽光(太陽熱)を用いて発電を行う太陽熱発電器16としては、特に限定されるものではないが、例えば、低温部16aと高温部16bとを有するスターリングエンジンを用いることができる。
Further, the
高温部16bを太陽熱によって加熱することによって、スターリングエンジンのフライホイールを回転させ、発電することができる。なお、低温部16aには、太陽光が照射されないようにすることによって、温度が上がらないようにしてもよいし、例えば、空冷装置や水冷装置などの冷却装置を備えることによって、低温部16aの温度を下げるようにしてもよい。
By heating the
なお、太陽熱発電器16は、反射鏡12の直径方向に設けられた太陽熱発電器用架台32と、この太陽熱発電器用架台32を直交する方向から引っ張って固定するための太陽熱発電器用架台支持部材34とによって、反射鏡12の焦点位置に設置されている。
The
また、太陽熱発電器用架台32を極軸に合わせて設けることによって、後述する太陽追尾機構18によって反射鏡12の角度が変化した場合であっても、太陽熱発電器16の位置を大きく移動させる必要がなくなり、太陽追尾機構18の負荷が減少する。
Further, by providing the solar
なお、本実施例においては、図1に示すように、平面形状が円形状の反射鏡12を用いているが、特に限定されるものではなく、例えば、図3に示すように、平面形状が方形状の反射鏡12を用いてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a circular reflecting
図3は、別の実施例のディッシュ型太陽光集光装置の反射鏡の構造を説明するための概略構成図であり、図3(a)は平面図、図3(b)は右側面図、図3(c)は正面図である。 FIGS. 3A and 3B are schematic configuration diagrams for explaining the structure of a reflecting mirror of a dish type solar light collecting apparatus according to another embodiment. FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a right side view. FIG. 3C is a front view.
このように、球面鏡または放物面鏡の四方を切断したような形状とすることによって、方形状の金属平板を効率良く貼付けることができ、反射鏡の反射効率を向上させることもできる。 Thus, by making it the shape which cut | disconnected the four directions of the spherical mirror or the parabolic mirror, a square-shaped metal flat plate can be affixed efficiently and the reflective efficiency of a reflective mirror can also be improved.
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、上記実施例では、太陽光集光装置10を太陽熱発電装置11に用いた場合のみを説明したが、例えば、太陽熱発電器16の代わりに、反射鏡12の焦点位置に太陽電池を設置することで集光型の太陽光発電装置としたり、給湯設備や暖房・冷房設備、プールの加温などにも使用できるなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
As mentioned above, although the preferable Example of this invention was described, this invention is not limited to this, In the said Example, although only the case where the
10 ディッシュ型太陽光集光装置
11 太陽熱発電装置
12 反射鏡
14 基台
16 太陽熱発電器
16a 低温部
16b 高温部
18 太陽追尾機構
26 ディッシュ型反射鏡台
28 金属薄板
28a 表面
30 保護箱
31 蓋
32 太陽熱発電器用架台
34 太陽熱発電器用架台支持部材
100 太陽熱発電装置
110 反射鏡
120 太陽熱発電器
122 高温部
124 低温部
130 大型架台
DESCRIPTION OF
Claims (3)
球面または放物面を構成するディッシュ型反射鏡台と、
前記反射鏡台の解放面側に貼付けられた複数の金属薄板と、
を備え、
前記金属薄板が、厚さ0.3mm〜0.5mm、幅30cm〜130cm、長さ100cm〜1000cmの方形状の金属平板であり、
前記金属平板が、前記反射鏡台に直接貼付けられていることを特徴とするディッシュ型太陽光集光装置。 A dish type solar concentrator for concentrating sunlight,
A dish-shaped reflector table that forms a spherical or parabolic surface; and
A plurality of metal thin plates attached to the release surface side of the reflector table;
With
The metal thin plate is a rectangular metal flat plate having a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, a width of 30 cm to 130 cm, and a length of 100 cm to 1000 cm,
The dish-type solar concentrator, wherein the metal flat plate is directly attached to the reflector table.
厚さ0.3mm〜0.5mm、幅30cm〜130cm、長さ100cm〜1000cmの方形状の金属平板を、前記反射鏡台の解放面側に押しつけながら直接貼付けることにより、球面または放物面を構成する反射鏡とする工程と、
を含むことを特徴とするディッシュ型太陽光集光装置の製造方法。 Preparing a dish type reflector table that constitutes a spherical surface or paraboloid;
A spherical or paraboloidal surface is obtained by directly attaching a flat metal plate having a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, a width of 30 cm to 130 cm, and a length of 100 cm to 1000 cm against the release surface side of the reflector table. A step of forming a reflecting mirror;
The manufacturing method of the dish type solar condensing device characterized by including.
Priority Applications (2)
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