JP3048553B2 - 回折面を持つ集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュール - Google Patents
回折面を持つ集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュールInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回折面を持つ集光
型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュールに関
する。
型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュールに関
する。
【０００２】
【従来の技術】受光面と、正反射面及びこの受光面と正
反射面とで囲まれた空間内に少なくともその一部が位置
するように設置された受光装置と、前記空間を充填して
いる媒体を有する集光装置の構造としては、例えば、
「ニューファミリー オブ ２−Ｄノンイメージング コ
ンセントレーターズ ザ コンパウンド トゥリアンギュ
ラー コンセントレーター（ New family 2-D nonimagin
g concentrators the compound triangular concentrat
or）」、アプライドオプティックス（APPLIED OPTIC
S）、Ｖｏｌ.２４、Ｎｏ.２２（１９８５）、３８７２
〜３８７６頁に開示されている。このような従来構造で
は、図２１（ａ）に示すように、入射光１が集光装置の
受光面４に入射し、入射光２に垂直な正反射面３２で反
射すると、媒体５の屈折率に拘わらず反射光３は入射光
２と同じ光路を逆向きに通って受光面４から外部へ出て
しまう。
反射面とで囲まれた空間内に少なくともその一部が位置
するように設置された受光装置と、前記空間を充填して
いる媒体を有する集光装置の構造としては、例えば、
「ニューファミリー オブ ２−Ｄノンイメージング コ
ンセントレーターズ ザ コンパウンド トゥリアンギュ
ラー コンセントレーター（ New family 2-D nonimagin
g concentrators the compound triangular concentrat
or）」、アプライドオプティックス（APPLIED OPTIC
S）、Ｖｏｌ.２４、Ｎｏ.２２（１９８５）、３８７２
〜３８７６頁に開示されている。このような従来構造で
は、図２１（ａ）に示すように、入射光１が集光装置の
受光面４に入射し、入射光２に垂直な正反射面３２で反
射すると、媒体５の屈折率に拘わらず反射光３は入射光
２と同じ光路を逆向きに通って受光面４から外部へ出て
しまう。
【０００３】これをさけるために、例えば、図２１
（ｂ）に示すように正反射面３２を受光面４に対して傾
けて、集光装置に入射した光２が正反射面３２で反射さ
れ、再び受光面４に入射する時の入射角３３を大きくす
る。このような構造では、媒体５の屈折率を受光面４の
外部の屈折率より大きくすることにより、受光面で全反
射させることができる。このように傾斜面での正反射及
び受光面での全反射を利用して入射光を集光装置の内部
に閉じ込めて最終的に受光装置６に入射させることがで
きる。しかし、図２１（ｃ）のように、入射光１の入射
角度によっては反射光の受光面４への入射角３３を十分
に大きくすることができずに集光装置外部に光が逃げて
しまう。
（ｂ）に示すように正反射面３２を受光面４に対して傾
けて、集光装置に入射した光２が正反射面３２で反射さ
れ、再び受光面４に入射する時の入射角３３を大きくす
る。このような構造では、媒体５の屈折率を受光面４の
外部の屈折率より大きくすることにより、受光面で全反
射させることができる。このように傾斜面での正反射及
び受光面での全反射を利用して入射光を集光装置の内部
に閉じ込めて最終的に受光装置６に入射させることがで
きる。しかし、図２１（ｃ）のように、入射光１の入射
角度によっては反射光の受光面４への入射角３３を十分
に大きくすることができずに集光装置外部に光が逃げて
しまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術では、正
反射面を用いているため、受光装置の受光面の面積に対
する集光装置の入射面の面積の比、すなわち、受光装置
の受光面の面積をＡとし、集光装置の入射面の面積Ｂと
すると、Ｂ／Ａは集光倍率となる。この集光倍率を大き
くした場合に光利用効率を高めることが困難である。
反射面を用いているため、受光装置の受光面の面積に対
する集光装置の入射面の面積の比、すなわち、受光装置
の受光面の面積をＡとし、集光装置の入射面の面積Ｂと
すると、Ｂ／Ａは集光倍率となる。この集光倍率を大き
くした場合に光利用効率を高めることが困難である。
【０００５】本発明の目的は、集光型太陽光発電装置の
巨視的な構造を簡便化することが可能な技術を提供する
ことにある。
巨視的な構造を簡便化することが可能な技術を提供する
ことにある。
【０００６】本発明の他の目的は、集光型太陽光発電装
置の光利用効率を高く保ったまま集光倍率を高めること
が可能な技術を提供することにある。
置の光利用効率を高く保ったまま集光倍率を高めること
が可能な技術を提供することにある。
【０００７】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かになるであろう。
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
【０００９】（１）受光面と、回折面と、この受光面と
回折面とで挟まれた空間を充填する媒体と、少なくとも
その表面の一部が前記媒体に接する受光装置を有し、前
記媒体の屈折率が前記受光面の外部の屈折率より大きい
集光型太陽光発電装置である。
回折面とで挟まれた空間を充填する媒体と、少なくとも
その表面の一部が前記媒体に接する受光装置を有し、前
記媒体の屈折率が前記受光面の外部の屈折率より大きい
集光型太陽光発電装置である。
【００１０】（２）前記回折面が反射回折面である。
【００１１】（３）前記反射回折面がブレーズド回折面
である。
である。
【００１２】（４）前記ブレーズド回折面が非対称なブ
レーズ角を持つ。
レーズ角を持つ。
【００１３】（５）前記ブレーズド回折面が回折面の左
右に対称に配置された構造である。
右に対称に配置された構造である。
【００１４】（６）前記集光型太陽光発電装置の複数個
をモジュール化した集光型太陽光発電モジュールであ
る。
をモジュール化した集光型太陽光発電モジュールであ
る。
【００１５】（７）前記集光型太陽光発電モジュールに
おいて、前記媒体は前記複数個の集光型太陽光発電装置
間で連続している。
おいて、前記媒体は前記複数個の集光型太陽光発電装置
間で連続している。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（実施
例）を図面を参照して詳細に説明する。
例）を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】本発明の実施の形態は、受光面と、回折面
と、この受光面と回折面とで挟まれた空間を充填する媒
体と、少なくともその表面の一部が前記媒体に接する受
光装置を有し、前記媒体の屈折率を前記受光面の外部の
屈折率より大きい集光型太陽光発電装置を構成したもの
である。前記受光装置としては、太陽光を電力に変換す
る太陽電池を用いる。
と、この受光面と回折面とで挟まれた空間を充填する媒
体と、少なくともその表面の一部が前記媒体に接する受
光装置を有し、前記媒体の屈折率を前記受光面の外部の
屈折率より大きい集光型太陽光発電装置を構成したもの
である。前記受光装置としては、太陽光を電力に変換す
る太陽電池を用いる。
【００１８】図１は本発明の実施形態の集光型太陽光発
電装置の概略構成を示す図である。
電装置の概略構成を示す図である。
【００１９】本実施形態の集光型太陽光発電装置は、図
１（ａ）に示す断面を持つ構造のように、回折面７を用
いた集光装置においては、回折面に入射した光２は面の
正反射方向（０次光方向）のみに反射するのではなく、
回折面７の微視的構造と入射光１の波長に応じてその１
次、−１次、２次、−２次等の方向に反射する。よっ
て、回折面７に垂直に入射する場合でも、反射光３は全
てが入射光２と同じ光路を通るのではなく回折面７の０
次、１次、−１次、２次、−２次等のそれぞれの方向に
分かれて反射される。よって、適切な回折面７を設計す
ることにより反射光３が受光面４で内側に全反射し集光
装置内に効率よく取り込むことができる。
１（ａ）に示す断面を持つ構造のように、回折面７を用
いた集光装置においては、回折面に入射した光２は面の
正反射方向（０次光方向）のみに反射するのではなく、
回折面７の微視的構造と入射光１の波長に応じてその１
次、−１次、２次、−２次等の方向に反射する。よっ
て、回折面７に垂直に入射する場合でも、反射光３は全
てが入射光２と同じ光路を通るのではなく回折面７の０
次、１次、−１次、２次、−２次等のそれぞれの方向に
分かれて反射される。よって、適切な回折面７を設計す
ることにより反射光３が受光面４で内側に全反射し集光
装置内に効率よく取り込むことができる。
【００２０】同様に、図１（ｂ）に示すように、受光面
４に斜めに光１が入射する場合も、反射光３が受光面４
で全反射するように設計することができる。また、図１
（ｃ）のように、全反射した光がすぐに受光装置６に入
射しなくても、再び受光面４で内側に全反射し集光装置
内に光を閉じ込めるこができる。
４に斜めに光１が入射する場合も、反射光３が受光面４
で全反射するように設計することができる。また、図１
（ｃ）のように、全反射した光がすぐに受光装置６に入
射しなくても、再び受光面４で内側に全反射し集光装置
内に光を閉じ込めるこができる。
【００２１】前記説明では、入射光２が回折した場合の
それぞれの次数の光のエネルギー分布について言及しな
かったが、微視的に見た回折面表面の形状が図２（ｂ）
に示すような場合は、巨視的に見た回折面７に対する正
反射方向に近い方向を持つ次数の光の成分が大きくな
る。よって、受光面４と回折面７を平行に配した場合は
正反射方向に反射される光成分が大きく、これを防ぐた
めには、例えば、微視的な回折面表面形状の断面形状が
図２（ｃ）に示す対称な形状や図２（ｄ）に示す非対称
な形状の三角波状になったブレーズド回折面が有効であ
る。
それぞれの次数の光のエネルギー分布について言及しな
かったが、微視的に見た回折面表面の形状が図２（ｂ）
に示すような場合は、巨視的に見た回折面７に対する正
反射方向に近い方向を持つ次数の光の成分が大きくな
る。よって、受光面４と回折面７を平行に配した場合は
正反射方向に反射される光成分が大きく、これを防ぐた
めには、例えば、微視的な回折面表面形状の断面形状が
図２（ｃ）に示す対称な形状や図２（ｄ）に示す非対称
な形状の三角波状になったブレーズド回折面が有効であ
る。
【００２２】当然ながら、これらの回折面７は巨視的に
は平面や曲面形状であり、取り扱う光の波長の長さ程度
の微視的な範囲で、繰り返しピッチ９を持つ周期的な三
角形状の格子溝を持つ。また、回折効率を高く保つため
にはせいぜい１０次以下の回折光を用いる必要がある。
よって、回折面の繰り返しピッチ９は媒体中の光の波長
の１０倍程度以下である必要がある。また、望ましくは
３次以下の回折光を用いる必要がある。
は平面や曲面形状であり、取り扱う光の波長の長さ程度
の微視的な範囲で、繰り返しピッチ９を持つ周期的な三
角形状の格子溝を持つ。また、回折効率を高く保つため
にはせいぜい１０次以下の回折光を用いる必要がある。
よって、回折面の繰り返しピッチ９は媒体中の光の波長
の１０倍程度以下である必要がある。また、望ましくは
３次以下の回折光を用いる必要がある。
【００２３】集光装置の構成としては、図３（ａ）に示
すように、直方体断面を持つ平板状の受光装置６が受光
面４と回折面７の間に設置され、回折面７と受光面４で
囲まれた空間は媒体５で満たされた構造や、図３（ｂ）
に示すように、円状断面を持つ円筒状や球状の受光装置
６が受光面４と回折面７の間に設置された構造などがあ
る。
すように、直方体断面を持つ平板状の受光装置６が受光
面４と回折面７の間に設置され、回折面７と受光面４で
囲まれた空間は媒体５で満たされた構造や、図３（ｂ）
に示すように、円状断面を持つ円筒状や球状の受光装置
６が受光面４と回折面７の間に設置された構造などがあ
る。
【００２４】図４（ａ）は反射曲面１３をもつ例を示
す。この場合は、直方体断面を持つ受光装置６は、受光
面と平行に受光面側に設置されている。回折面７で反射
された光は、直接または反射曲面１３に反射されて受光
装置６に入射する。このような形状では、反射曲面１３
は正反射面でよいが、回折面であれば更に有効に集光す
ることができる。また、図４（ｂ）に示すように、回折
面７を受光面４に対して斜めに設置することにより集光
効率を高めることができる。
す。この場合は、直方体断面を持つ受光装置６は、受光
面と平行に受光面側に設置されている。回折面７で反射
された光は、直接または反射曲面１３に反射されて受光
装置６に入射する。このような形状では、反射曲面１３
は正反射面でよいが、回折面であれば更に有効に集光す
ることができる。また、図４（ｂ）に示すように、回折
面７を受光面４に対して斜めに設置することにより集光
効率を高めることができる。
【００２５】図５（ａ）は平坦な受光面４の下方に斜面
状の回折面７を配し、その回折面の格子溝の方向１４を
傾斜方向と直角な方向に形成した構造を示す。この構造
では回折面７の表面８が微視的に図５（ｃ）に示すよう
な断面を持つ。図５（ｂ）には平坦な回折面７の上方に
斜面状の受光面４を配した構造を示す。このように２次
元的な構造の集光装置で高い集光効率を得ることができ
る。
状の回折面７を配し、その回折面の格子溝の方向１４を
傾斜方向と直角な方向に形成した構造を示す。この構造
では回折面７の表面８が微視的に図５（ｃ）に示すよう
な断面を持つ。図５（ｂ）には平坦な回折面７の上方に
斜面状の受光面４を配した構造を示す。このように２次
元的な構造の集光装置で高い集光効率を得ることができ
る。
【００２６】また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、
斜面に沿った方向に回折溝を形成することにより、受光
面４と斜面７により構成されるプリズム構造による集光
効果と、回折による集光効果を合わせ持つ構造にするこ
とができる。この構造では回折面７の表面８が微視的に
図６（ｃ）に示すような断面を持つ。
斜面に沿った方向に回折溝を形成することにより、受光
面４と斜面７により構成されるプリズム構造による集光
効果と、回折による集光効果を合わせ持つ構造にするこ
とができる。この構造では回折面７の表面８が微視的に
図６（ｃ）に示すような断面を持つ。
【００２７】図５、図６に示すこれらの構造においては
受光装置６の形状として板状のものを示したが、図７に
示すような円筒状やさらには球、直方体などの形状でも
よい。また、これらの表面に凹凸などの２次的な構造が
あってもかまわないことはいうまでもない。
受光装置６の形状として板状のものを示したが、図７に
示すような円筒状やさらには球、直方体などの形状でも
よい。また、これらの表面に凹凸などの２次的な構造が
あってもかまわないことはいうまでもない。
【００２８】回折面の微視的な構造を図８に示す。この
図８の構造のように、左右対称な構成になっている場合
は、中心から右側１５に入射した光は右側の受光装置６
に、中心から左側１６に入射した光は左側の受光装置６
に入射することにより集光効率を高めることができる。
このためには、回折面表面８の微視的な形状を図８のよ
うに個々の非対称な三角形状を左右で対称に配置した形
状とすることが望ましい。
図８の構造のように、左右対称な構成になっている場合
は、中心から右側１５に入射した光は右側の受光装置６
に、中心から左側１６に入射した光は左側の受光装置６
に入射することにより集光効率を高めることができる。
このためには、回折面表面８の微視的な形状を図８のよ
うに個々の非対称な三角形状を左右で対称に配置した形
状とすることが望ましい。
【００２９】また、図９に示すような構造においても、
回折面表面８の微視的な形状を装置の中央から右側と左
側で変えて構成することが望ましい。
回折面表面８の微視的な形状を装置の中央から右側と左
側で変えて構成することが望ましい。
【００３０】また、図１０（ａ）に示すように、回折溝
が斜面に沿った方向に形成されている場合は、図１０
（ｂ）（（ａ）のＡ−Ａ’断面形状）に示すように、装
置中央の左右で回折溝の微視的な断面形状を変えて回折
光をより有効に受光装置６に導くブレーズ角とすること
が望ましい。
が斜面に沿った方向に形成されている場合は、図１０
（ｂ）（（ａ）のＡ−Ａ’断面形状）に示すように、装
置中央の左右で回折溝の微視的な断面形状を変えて回折
光をより有効に受光装置６に導くブレーズ角とすること
が望ましい。
【００３１】図１１に回折面７が波状をした構造を示
す。この場合は回折面７の斜面に沿った方向に回折溝１
４がある構造が望ましい。また、受光装置６は図１１
（ａ）のように回折面７の波形状に沿った方向に設置さ
れていても、図１１（ｂ）のように、直角な方向に設置
されていてもよい。また、これらの間の方向に設置され
ていてもよい。
す。この場合は回折面７の斜面に沿った方向に回折溝１
４がある構造が望ましい。また、受光装置６は図１１
（ａ）のように回折面７の波形状に沿った方向に設置さ
れていても、図１１（ｂ）のように、直角な方向に設置
されていてもよい。また、これらの間の方向に設置され
ていてもよい。
【００３２】図１２（ａ）、（ｂ）に受光面４の断面が
曲線状になっている構造を示す。このように、集光装置
の受光面４は必ずしも平面である必要はない。また、回
折面７が図１２（ｃ）、（ｄ）のような断面形状を持っ
ていてもよい。これらの構造を紙面前後方向に伸ばした
２次元構造や、回転軸３０の回りに回転した構造を持つ
集光装置も考えられる。これらにおいては、回折溝の方
向１４は回折面７の断面に沿った方向や円周方向に沿っ
た方向などが考えられる。
曲線状になっている構造を示す。このように、集光装置
の受光面４は必ずしも平面である必要はない。また、回
折面７が図１２（ｃ）、（ｄ）のような断面形状を持っ
ていてもよい。これらの構造を紙面前後方向に伸ばした
２次元構造や、回転軸３０の回りに回転した構造を持つ
集光装置も考えられる。これらにおいては、回折溝の方
向１４は回折面７の断面に沿った方向や円周方向に沿っ
た方向などが考えられる。
【００３３】図１３（ａ）、（ｂ）は、回折面を上から
眺めた場合に、回折溝が２次元的に配置されている例を
示す。このように配置することにより受光装置６の側面
のみでなく、その回りから受光装置に向かって光を集め
ることができるため集光倍率を高めることができる。ま
た、図１４に示すように、複数の集光装置をモジュール
化することにより、大面積の集光モジュールを形成する
ことができる。また、図１５に示すように、異なる方向
に伸びる回折溝１４を組み合わせた２次元回折格子を用
いることにより受光装置６の回りに入射した光を２次元
的に有効に集めることができる。
眺めた場合に、回折溝が２次元的に配置されている例を
示す。このように配置することにより受光装置６の側面
のみでなく、その回りから受光装置に向かって光を集め
ることができるため集光倍率を高めることができる。ま
た、図１４に示すように、複数の集光装置をモジュール
化することにより、大面積の集光モジュールを形成する
ことができる。また、図１５に示すように、異なる方向
に伸びる回折溝１４を組み合わせた２次元回折格子を用
いることにより受光装置６の回りに入射した光を２次元
的に有効に集めることができる。
【００３４】図１６は回折面の断面構造を示す。最も単
純には、図１６（ａ）に示すように、媒体５の回折面側
に所望の微視的な凹凸を持ち、この表面に金属などから
なる反射材料層１７を持つ構造がある。
純には、図１６（ａ）に示すように、媒体５の回折面側
に所望の微視的な凹凸を持ち、この表面に金属などから
なる反射材料層１７を持つ構造がある。
【００３５】また、図１６（ｂ）のように反射材料層１
７の裏面に裏面保護層１８を持つ構造や、図１６（ｃ）
のように、反射材料層１７と媒体５の回折面側の間に所
望の中間層１９を設けた構造がある。この中間層１９
は、反射材料層１７を媒体５に接着させるための接着剤
や、反射材料層１７の保護材、さらに、反射材料層１７
の反射率を高めるために所望の屈折率を持った中間層で
あってもよい。
７の裏面に裏面保護層１８を持つ構造や、図１６（ｃ）
のように、反射材料層１７と媒体５の回折面側の間に所
望の中間層１９を設けた構造がある。この中間層１９
は、反射材料層１７を媒体５に接着させるための接着剤
や、反射材料層１７の保護材、さらに、反射材料層１７
の反射率を高めるために所望の屈折率を持った中間層で
あってもよい。
【００３６】図１６（ｄ）は媒体５の裏面が微視的に平
坦で中間層１９も媒体５側で平坦である場合を示す。さ
らに、図１６（ｅ）には中間層１９と媒体５の間に接着
層２０を持つ構造を示す。さらに、これらの構造に各層
を接着するための接着材の層や保護材の層などが適時追
加された構造においても、前記と同様の集光効果が得ら
れることは云うまでもない。
坦で中間層１９も媒体５側で平坦である場合を示す。さ
らに、図１６（ｅ）には中間層１９と媒体５の間に接着
層２０を持つ構造を示す。さらに、これらの構造に各層
を接着するための接着材の層や保護材の層などが適時追
加された構造においても、前記と同様の集光効果が得ら
れることは云うまでもない。
【００３７】図３（ａ）に示した構造においては、受光
装置６が集光装置内に設置されているため実際に作製す
る場合に受光装置１６を集光装置内に設置するための手
順が複雑になることが考えられる。これは、例えば、図
１７（ａ）に示すように、受光装置が集光装置表面に設
置された構造を用いることにより回避することができ
る。この場合は、受光装置６の表面に光を導くための第
２の正反射鏡３５が必要である。また、受光装置６が設
置されていない端面には第１の正反射面を置くことが望
ましい。また、これらの正反射面のかわりに回折面を用
いることにより受光装置に入射する光の入射角度を揃え
ることができるため、受光装置での光の補足率が更に上
昇する。
装置６が集光装置内に設置されているため実際に作製す
る場合に受光装置１６を集光装置内に設置するための手
順が複雑になることが考えられる。これは、例えば、図
１７（ａ）に示すように、受光装置が集光装置表面に設
置された構造を用いることにより回避することができ
る。この場合は、受光装置６の表面に光を導くための第
２の正反射鏡３５が必要である。また、受光装置６が設
置されていない端面には第１の正反射面を置くことが望
ましい。また、これらの正反射面のかわりに回折面を用
いることにより受光装置に入射する光の入射角度を揃え
ることができるため、受光装置での光の補足率が更に上
昇する。
【００３８】（実施例１）図１８は本発明の実施例１の
集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュール
の概略構成を示す図である。本実施例１の集光型太陽光
発電装置は、図１８に示すように、太陽光を円筒状の受
光装置に集めて発電することを目的として設計した。
集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュール
の概略構成を示す図である。本実施例１の集光型太陽光
発電装置は、図１８に示すように、太陽光を円筒状の受
光装置に集めて発電することを目的として設計した。
【００３９】まず、集光装置としては図１８（ａ）に示
す構造を用いた。回折面７は図１６（ｄ）に示すような
アルミの反射材１７をプラスチックからなる表面保護材
１９及び裏面保護材１８ではさんだ構造のシートを媒体
５の裏面に接着することにより形成した。媒体５にはプ
ラスチックを用いた。
す構造を用いた。回折面７は図１６（ｄ）に示すような
アルミの反射材１７をプラスチックからなる表面保護材
１９及び裏面保護材１８ではさんだ構造のシートを媒体
５の裏面に接着することにより形成した。媒体５にはプ
ラスチックを用いた。
【００４０】プラスチックの屈折率は約１.５であるの
で、入射光が回折面で反射して再び受光面に入射すると
きの入射角がａｒｃｓｉｎ（１/１.５）＝４１.８度以
下になる必要がある。このためには回折面のブレーズ角
をこれ以上にすることが望ましいため、本実施例１では
ブレーズ角を４５度とした。
で、入射光が回折面で反射して再び受光面に入射すると
きの入射角がａｒｃｓｉｎ（１/１.５）＝４１.８度以
下になる必要がある。このためには回折面のブレーズ角
をこれ以上にすることが望ましいため、本実施例１では
ブレーズ角を４５度とした。
【００４１】太陽光線は波長が約３００ｎｍの紫外光か
ら数μｍの遠赤外光まで幅広い波長を持つ。この光を回
折によって有効に集光するためには、回折角を大きくす
ることが困難な短波長光について十分な回折角がとれる
ように設計する必要がある。媒体５の屈折率は約１.５
であるので、媒体内の光の波長は空気中の波長の１.５
分の１になる。
ら数μｍの遠赤外光まで幅広い波長を持つ。この光を回
折によって有効に集光するためには、回折角を大きくす
ることが困難な短波長光について十分な回折角がとれる
ように設計する必要がある。媒体５の屈折率は約１.５
であるので、媒体内の光の波長は空気中の波長の１.５
分の１になる。
【００４２】太陽光線の最短波長は約４００ｎｍである
ので、最短波長に関しては２次回折光を用いることと
し、回折面７の微視的な凹凸の繰り返しピッチをプラス
チック中の波長４００ｎｍ/１.５の２倍の５３３ｎｍと
した。
ので、最短波長に関しては２次回折光を用いることと
し、回折面７の微視的な凹凸の繰り返しピッチをプラス
チック中の波長４００ｎｍ/１.５の２倍の５３３ｎｍと
した。
【００４３】このような受光装置が複数個連なった集光
装置の周囲にアルミ製のフレーム２１を形成し、更に裏
面にプラスチック製の支持体１２を配した。この構造に
より、従来のような段差の大きい斜面を用いた集光装置
に比べて構造が簡便で集光効率の高い集光モジュールを
形成することができた。
装置の周囲にアルミ製のフレーム２１を形成し、更に裏
面にプラスチック製の支持体１２を配した。この構造に
より、従来のような段差の大きい斜面を用いた集光装置
に比べて構造が簡便で集光効率の高い集光モジュールを
形成することができた。
【００４４】（実施例２）図１９は本発明の実施例２の
集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュール
の概略構成を示す図である。
集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュール
の概略構成を示す図である。
【００４５】本実施例２の集光型太陽光発電装置は、太
陽光を板状の結晶シリコン半導体を用いた太陽電池から
なる受光装置６に集めて、電力を取り出すことを目的と
して設計した。
陽光を板状の結晶シリコン半導体を用いた太陽電池から
なる受光装置６に集めて、電力を取り出すことを目的と
して設計した。
【００４６】まず、集光装置としては、図１９（ａ）に
示す構造を用いた。太陽電池からなる受光装置６で発電
した電力は、受光装置６に連続した部分３１に設けられ
た電極から外部に取り出した。媒体５にはガラスを用い
た。媒体５の屈折率は約１.５である。太陽光線の最短
波長は約４００ｎｍであるので、最短波長に関しては３
次回折光を用いることとし、回折面７の微視的な凹凸の
繰り返しピッチをガラス中の波長４００ｎｍ/１.５の３
倍の８００ｎｍとした。
示す構造を用いた。太陽電池からなる受光装置６で発電
した電力は、受光装置６に連続した部分３１に設けられ
た電極から外部に取り出した。媒体５にはガラスを用い
た。媒体５の屈折率は約１.５である。太陽光線の最短
波長は約４００ｎｍであるので、最短波長に関しては３
次回折光を用いることとし、回折面７の微視的な凹凸の
繰り返しピッチをガラス中の波長４００ｎｍ/１.５の３
倍の８００ｎｍとした。
【００４７】このような受光装置を図１９（ｂ）のよう
に複数個連続して配置し、周囲にアルミ製のフレーム２
１を形成し、更に表面カバーガラス２２を置いた。受光
装置６で発生した電力は、回折面外部に位置する受光装
置に連続した部分３１上に設けられた第１の電極２４と
第２の電極２５を通して第１の配線２６と第２の配線２
７から取り出せる構造とした。
に複数個連続して配置し、周囲にアルミ製のフレーム２
１を形成し、更に表面カバーガラス２２を置いた。受光
装置６で発生した電力は、回折面外部に位置する受光装
置に連続した部分３１上に設けられた第１の電極２４と
第２の電極２５を通して第１の配線２６と第２の配線２
７から取り出せる構造とした。
【００４８】さらに、裏面にはプラスチックからなる裏
面保護を兼ねた支持体１２および電極部の保護材２８を
設けた。この構造により、巨視的な構造がシンプルで、
かつ、集光効率の高い集光モジュールを形成することが
できた。太陽電池としては半導体装置を用いたものや光
化学反応を用いたものなどがあるが、本発明の効果は太
陽電池の種類によらないことはいうまでもない。
面保護を兼ねた支持体１２および電極部の保護材２８を
設けた。この構造により、巨視的な構造がシンプルで、
かつ、集光効率の高い集光モジュールを形成することが
できた。太陽電池としては半導体装置を用いたものや光
化学反応を用いたものなどがあるが、本発明の効果は太
陽電池の種類によらないことはいうまでもない。
【００４９】（実施例３）図２０は本発明の実施例３の
集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュール
の概略構成を示す図である。
集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュール
の概略構成を示す図である。
【００５０】本発明の実施例３の集光型太陽光発電装置
は、太陽光を板状の結晶シリコン半導体を用いた太陽電
池からなる受光装置６に集めて、電力を取り出すことを
目的として設計した。まず、集光装置としては図２０
（ａ）に示す構造を用いた。太陽電池で発生した電力
は、受光装置６の裏面に設けられた電極から外部に取り
出した。媒体５にはガラスを用いた。媒体５の屈折率は
約１.５である。太陽光線の最短波長は約４００ｎｍで
あるので、最短波長に関しては２次回折光を用いること
とし、回折面７の微視的な凹凸の繰り返しピッチをガラ
ス中の波長４００ｎｍ/１.５の２倍の５３３ｎｍとし
た。
は、太陽光を板状の結晶シリコン半導体を用いた太陽電
池からなる受光装置６に集めて、電力を取り出すことを
目的として設計した。まず、集光装置としては図２０
（ａ）に示す構造を用いた。太陽電池で発生した電力
は、受光装置６の裏面に設けられた電極から外部に取り
出した。媒体５にはガラスを用いた。媒体５の屈折率は
約１.５である。太陽光線の最短波長は約４００ｎｍで
あるので、最短波長に関しては２次回折光を用いること
とし、回折面７の微視的な凹凸の繰り返しピッチをガラ
ス中の波長４００ｎｍ/１.５の２倍の５３３ｎｍとし
た。
【００５１】このような受光装置６を図２０（ｂ）のよ
うに複数個連続して配置し、周囲にアルミ製のフレーム
２１を形成した。受光装置６で発生した電力は、受光装
置裏面に設けられた第１の電極２４と第２の電極２５を
通して第１の配線２６と第２の配線２７から取り出せる
構造とした。さらに、裏面にはプラスチックからなる保
護材２８を設けた。このモジュールにおいては両面反射
板を用いて第１の反射面３４と第２の反射面３５を１つ
の反射板で形成した。この構造により、巨視的な構造が
シンプルで、かつ、集光効率の高い集光モジュールを形
成することができた。太陽電池としては半導体装置を用
いたものや光化学反応を用いたものなどがあるが、本発
明の効果は、太陽電池の種類によらないことは云うまで
もない。
うに複数個連続して配置し、周囲にアルミ製のフレーム
２１を形成した。受光装置６で発生した電力は、受光装
置裏面に設けられた第１の電極２４と第２の電極２５を
通して第１の配線２６と第２の配線２７から取り出せる
構造とした。さらに、裏面にはプラスチックからなる保
護材２８を設けた。このモジュールにおいては両面反射
板を用いて第１の反射面３４と第２の反射面３５を１つ
の反射板で形成した。この構造により、巨視的な構造が
シンプルで、かつ、集光効率の高い集光モジュールを形
成することができた。太陽電池としては半導体装置を用
いたものや光化学反応を用いたものなどがあるが、本発
明の効果は、太陽電池の種類によらないことは云うまで
もない。
【００５２】これまでに説明した回折面表面の微視的な
構造は、図示した形状と完全に一致する必要はなく、回
折に影響を与えない程度の凹凸を持っていたりしてもよ
い。また、実際にこれらの面を作製する場合には、工作
精度の制限により形状が崩れることがあるが、これらの
崩れが光の回折を妨げない程度であれば本発明の効果が
得られることはいうまでもない。また、これらの回折面
は、例えば型押し法でレプリカを作製することにより簡
便に作成することができる。
構造は、図示した形状と完全に一致する必要はなく、回
折に影響を与えない程度の凹凸を持っていたりしてもよ
い。また、実際にこれらの面を作製する場合には、工作
精度の制限により形状が崩れることがあるが、これらの
崩れが光の回折を妨げない程度であれば本発明の効果が
得られることはいうまでもない。また、これらの回折面
は、例えば型押し法でレプリカを作製することにより簡
便に作成することができる。
【００５３】以上、本発明を実施形態（実施例）に基づ
き具体的に説明したが、本発明は前記実施形態（実施
例）に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲において種々変更し得ることはいうまでもない。
き具体的に説明したが、本発明は前記実施形態（実施
例）に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲において種々変更し得ることはいうまでもない。
【００５４】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得らる効果は以下のとおりである。
的なものによって得らる効果は以下のとおりである。
【００５５】（１）集光型太陽光発電装置の巨視的な構
造を簡便化することができる。
造を簡便化することができる。
【００５６】（２）集光型太陽光発電装置の光利用効率
を高く保ったまま集光倍率を高めることができる。
を高く保ったまま集光倍率を高めることができる。
【図１】本発明の実施形態の集光型太陽光発電装置の概
略構成を示す図である。
略構成を示す図である。
【図２】本実施形態の集光型太陽光発電装置の微視的に
見た回折面表面の形状を示す図である。
見た回折面表面の形状を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装置
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装置
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装置
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装置
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装置
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装置
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装置
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装
置の概略構成を示す図である。
置の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装
置の概略構成を示す図である。
置の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装
置の概略構成を示す図である。
置の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態の集光型太陽光発電装置の
回折面を上から眺めた場合の概略構成を示す図である。
回折面を上から眺めた場合の概略構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態の集光型太陽光発電モジュ
ールの回折面を上から眺めた場合の概略構成を示す図で
ある。
ールの回折面を上から眺めた場合の概略構成を示す図で
ある。
【図１５】本発明の別の実施形態の集光型太陽光発電装
置の回折面を上から眺めた場合の概略構成を示す図であ
る。
置の回折面を上から眺めた場合の概略構成を示す図であ
る。
【図１６】本発明の実施形態の集光型太陽光発電装置の
回折面の断面構造を示す図である。
回折面の断面構造を示す図である。
【図１７】本発明の別の集光型太陽光発電装置の概略構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図１８】本発明の実施例１の集光型太陽光発電装置及
び集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す図であ
る。
び集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す図であ
る。
【図１９】本発明の実施例２の集光型太陽光発電装置及
び集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す図であ
る。
び集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す図であ
る。
【図２０】本発明の実施例３の集光型太陽光発電装置及
び集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す図であ
る。
び集光型太陽光発電モジュールの概略構成を示す図であ
る。
【図２１】従来の集光装置の概略構成を示す図である。
１…入射光、２…集光装置に入射した光、３…反射光、
４…受光面、５…媒体、６…受光装置、７…回折面、８
…微視的に見た回折面表面、９…回折溝ピッチ、１０…
断熱層、１１…カバー、１２…支持体、１３…反射曲
面、１４…回折溝方向、１５…右側、１６…左側、１７
…反射材料層、１８…裏面保護層、１９…表面層、２０
…接着層、２１…フレーム、２２…カバーガラス、２３
…断熱板、２４…第１の電極、２５…第２の電極、２６
…第１の配線、２７…第２の配線、２８…保護材、２９
…回転方向、３０…回転軸、３１…回折面外部に位置す
る受光装置に連続した部分、３２…正反射面、３３…入
射角、３４…第１の反射面、３５…第２の反射面、３６
…出射面から外へ出た光、３７…出射面。
４…受光面、５…媒体、６…受光装置、７…回折面、８
…微視的に見た回折面表面、９…回折溝ピッチ、１０…
断熱層、１１…カバー、１２…支持体、１３…反射曲
面、１４…回折溝方向、１５…右側、１６…左側、１７
…反射材料層、１８…裏面保護層、１９…表面層、２０
…接着層、２１…フレーム、２２…カバーガラス、２３
…断熱板、２４…第１の電極、２５…第２の電極、２６
…第１の配線、２７…第２の配線、２８…保護材、２９
…回転方向、３０…回転軸、３１…回折面外部に位置す
る受光装置に連続した部分、３２…正反射面、３３…入
射角、３４…第１の反射面、３５…第２の反射面、３６
…出射面から外へ出た光、３７…出射面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢澤 義昭 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 村松 信一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 筒井 謙 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 大塚 寛之 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 峯邑 純子 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−134781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124779（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−254772（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−122771（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−312441（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−93055（ＪＰ，Ｕ) 草川 徹ら訳、「光学の原理 ▲ＩＩ ▼」、第１版、東海大学出版会、1975年 ５月 Ｓｏｌ．Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒ. 23［２／４］（1991）ｐ．152−163 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (5)
- 【請求項１】 受光面と、反射回折面と、この受光面と
反射回折面とで挟まれた空間を充填する媒体と、少なく
ともその表面の一部が前記媒体に接する受光装置を有
し、前記媒体の屈折率が前記受光面の外部の屈折率より
大きい集光型太陽光発電装置であって、前記反射回折面
がブレーズド回折面であることを特徴とする集光型太陽
光発電装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の集光型太陽光発電装置
において、前記ブレーズド回折面が非対称なブレーズ角
を持つことを特徴とする集光型太陽光発電装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の集光型太陽光発電装置
において、前記ブレーズド回折面が回折面の左右に対称
に配置された構造であることを特徴とする集光型太陽光
発電装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至３に記載の集光型太陽光発
電装置の複数個をモジュール化したことを特徴とする集
光型太陽光発電モジュール。 - 【請求項５】 請求項４に記載の集光型太陽光発電モジ
ュールにおいて、前記媒体は前記複数個の集光型太陽光
発電装置間で連続していることを特徴とする集光型太陽
光発電モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10068393A JP3048553B2 (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 回折面を持つ集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10068393A JP3048553B2 (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 回折面を持つ集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11266031A JPH11266031A (ja) | 1999-09-28 |
| JP3048553B2 true JP3048553B2 (ja) | 2000-06-05 |
Family
ID=13372427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10068393A Expired - Fee Related JP3048553B2 (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 回折面を持つ集光型太陽光発電装置及び集光型太陽光発電モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3048553B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6274860B1 (en) * | 1999-05-28 | 2001-08-14 | Terrasun, Llc | Device for concentrating optical radiation |
| WO2004038462A1 (en) * | 2002-10-22 | 2004-05-06 | Sunray Technologies, Inc. | Diffractive structures for the redirection and concentration of optical radiation |
| JP2008177181A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Dueller Corp | 集光シート型太陽電池 |
| FR2914754B1 (fr) * | 2007-04-05 | 2009-07-17 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de concentration de lumiere plan a epaisseur reduite |
| JP2010267942A (ja) * | 2009-04-14 | 2010-11-25 | Toppan Printing Co Ltd | 反射保護シート及びこれを用いた半導体発電装置 |
| FR2953998B1 (fr) * | 2009-12-14 | 2012-03-30 | Commissariat Energie Atomique | Module photovoltaique a connexion electrique presentant une fonction optique |
| KR200455388Y1 (ko) | 2010-04-01 | 2011-09-01 | 윤한승 | 반사판을 가지는 박막 태양 전지 |
| TW201244125A (en) * | 2011-04-27 | 2012-11-01 | Motech Ind Inc | Solar module containing grating and its manufacturing method |
-
1998
- 1998-03-18 JP JP10068393A patent/JP3048553B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｓｏｌ．Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒ．２３［２／４］（１９９１）ｐ．１５２−１６３ |
| 草川 徹ら訳、「光学の原理 ▲ＩＩ▼」、第１版、東海大学出版会、１９７５年５月 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11266031A (ja) | 1999-09-28 |
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