JP3198659B2 - 太陽光変換装置 - Google Patents

太陽光変換装置

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    • Y02E10/52PV systems with concentrators

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池等の光変換素
子または熱変換素子と、光学的結像効果を有するホログ
ラムとの組み合わせによって構成される太陽光変換装置
に係り、特に狭い場所でも簡単に設置できると共に保守
が容易に行なえ、装置の寿命を伸ばし、かつ太陽光を有
効に使用して装置全体の熱効率を上げるようにした太陽
光変換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、太陽光を利用して発電を行な
う場合、太陽熱で水を沸騰させて、その蒸気で発電を行
なう方法や、太陽光から直接発電を行なえる太陽電池を
使用して発電を行なう方法がよく知られている。また、
その熱効率を高める目的で、変換素子を並列に配置した
り、反射板やレンズを用いてその有効径を大きくし、熱
効率を上げる方法もよく知られている。
【0003】しかしながら、このような方法では、次の
ような種々の問題がある。
【0004】すなわち、まず、第一に、従来の装置で熱
効率を上げる目的で、反射板やレンズを用いた場合に、
その影となる部分では光が当たらないため、太陽光を十
分に有効使用することができず、結果として、例えば温
室等の場合には、農作物の栽培等が行なえず非生産地と
なってしまう。
【0005】また、第二に、大規模な発電施設を構築す
る場合、反射板やレンズの精度が熱効率と直接関係して
くることから、設備の保守が困難になる。
【0006】さらに、第三に、装置の設置にある程度ま
とまった用地が必要であることから、特に用地を確保し
難い都市部等では、設置が困難である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
方法においては、太陽光を有効に使用できない、設備の
保守が困難である、装置の設置が困難であるという種々
の問題があった。
【0008】本発明は、上記のような問題を解決するた
めに成されたもので、その目的は狭い場所でも簡単に設
置できると共に保守が容易に行なえ、かつ装置の寿命を
伸ばし、しかも太陽光を有効に使用して装置全体の熱効
率を上げることが可能な極めて実用的で信頼性の高い太
陽光変換装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の太陽光変換装置は、光学的結像効果を有
し、建築物の外壁に斜めに設けられ、入射した太陽光を
回折する反射型のホログラムと、前記建築物における太
陽光が入射しない位置で且つ前記ホログラムの光学的結
像位置に配置され、前記ホログラムからの回折光を光ま
たは熱変換する変換素子とを備えて構成している。
た、本発明の太陽光変換装置は、光学的結像効果を有
し、屋根を構成して斜めに設けられ、入射した太陽光を
回折する透過型のホログラムと、屋根裏の位置で且つ前
記ホログラムの光学的結像位置に配置され、前記ホログ
ラムからの回折光を光または熱変換する変換素子とを備
えて構成している。
【0010】ここで、特に上記ホログラムの光学的結像
位置を任意に変化させることにより、ホログラムと変換
素子との位置関係を熱効率を犠牲にすることなく変える
ようにしている。
【0011】また、上記ホログラムによる光学的結像位
置を自在に変化させることにより、変換素子を、外乱か
らホログラム自体によって直接保護する位置へ、あるい
は他の構造物によって保護される位置へ配置するように
している。例えば、反射型のホログラムの場合、変換素
子を、建築物の構造物によって保護ざれる位置に配置し
ている。また、透過型のホログラムの場合、変換素子
を、屋根の頂部の真下に配置している。
【0012】さらに、上記ホログラムの回折光波長域
を、変換素子の変換効率のよい波長域へホログラム撮影
時に設定するようにしている。
【0013】さらにまた、上記変換素子としては、太陽
電池等の光変換素子または熱変換素子を用いるようにし
ている。
【0014】
【作用】従って、本発明の太陽光変換装置においては、
入射した太陽光をホログラムで回折して変換素子上に結
像させることにより、装置の有効径を拡大して変換素子
の熱効率を上げることができる。
【0015】また、ホログラムの光学的結像位置を任意
に変えることにより、ホログラムと変換素子との位置関
係を熱効率を犠牲にすることなく変えることができる。
【0016】さらに、ホログラムによる光学的結像位置
を自在に変化させることにより、変換素子を、外乱から
ホログラム自体によって直接保護できる位置へ、あるい
は他の構造物によって保護できる位置への配置を可能と
することができる。
【0017】さらにまた、ホログラムの回折光波長域
を、変換素子の変換効率のよい波長域へホログラムの撮
影時に設定することにより、装置全体の熱効率をより一
層上げることができる。
【0018】
【実施例】本発明は、太陽熱発電に用いる前述の反射板
あるいはレンズの代わりに、光学的結像効果を有するホ
ログラムを用い、このホログラムと、太陽電池等の光変
換素子または熱変換素子とを組み合わせ、入射した太陽
光をホログラムで回折して変換素子に結像させるように
するものである。
【0019】以下、上記のような考え方に基づく本発明
の一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【0020】図1は、本発明による太陽光変換装置の構
成例を示す概要図である。
【0021】図1において、建築物1の軒下の壁には、
反射型のホログラム2を配置している。また、建築物1
のひさしには、変換素子3を配置し、変換素子3を外乱
から建築物1のひさしによって保護するようにしてい
る。
【0022】ここで、ホログラム2は、光学的結像効果
を有し、入射した太陽光(以下、入射光と称する)4を
回折するものである。
【0023】また、変換素子3は、ホログラム2の光学
的結像位置に配置しており、ホログラム2からの回折光
5を光または熱変換するものである。
【0024】なお、上記において、ホログラム2は、必
ずしも1枚のホログラムである必要はなく、例えば小さ
いホログラムを瓦のように複数敷き詰めて(当然、個々
のホログラムは光学的に異なるホログラムになる)構成
することもできる。また、ホログラムは、それ自体には
機械的強度がないので、機械的強度が高くかつ透明な支
持体に、ホログラムを貼る、塗る、鋏む等の形態で支持
することにより作製することができる。
【0025】次に、以上のように構成した本実施例の太
陽光変換装置の作用について説明する。
【0026】図1において、入射光4が、建築物1の軒
下の壁に設けたホログラム2に入射する。すると、この
入射した光の選択された波長域の光のみが回折光5とな
り、建築物1のひさしに設けた変換素子3上に結像され
る。そして、この変換素子3では、ホログラム2からの
回折光5が光または熱変換される。また、ホログラム2
を透過した透過光6は、あたかもホログラム2がないか
のように、建築物1周辺の地面に照射される。
【0027】この場合、入射光4がホログラム2で回折
して変換素子3上に結像されることにより、装置の有効
径を拡大して変換素子3の熱効率を上げることができ
る。
【0028】また、ホログラム2の光学的結像位置を任
意に変えることにより、ホログラム2と変換素子3との
位置関係を、熱効率を犠牲にすることなく変えることが
できる。
【0029】さらに、ホログラム2による光学的結像位
置を自在に変化させることにより、変換素子3を、外乱
から他の構造物(本例では、建築物1のひさしの構造
物)によって保護できる位置への配置を可能とすること
ができる。
【0030】上述したように、本実施例の太陽光変換装
置は、光学的結像効果を有し、入射光4を回折する反射
型のホログラム2と、ホログラム2の光学的結像位置に
配置され、ホログラム2からの回折光5を光または熱変
換する変換素子3とから構成したものである。
【0031】従って、次のような種々の効果が得られる
ものである。
【0032】(a)入射光4をホログラム2で回折して
変換素子3上に結像させるため、装置の有効径を拡大し
て変換素子3の熱効率を上げることができる。また、ホ
ログラム2の光学的結像位置を任意に変えることによ
り、ホログラム2と変換素子3との位置関係を、熱効率
を犠牲にすることなく変えることができる。これらによ
り、装置全体の熱効率を上げることが可能となる。
【0033】(b)従来の反射板やレンズを用いた場合
に比べて、必要な波長しか反射、屈折しないため透過す
る透過光6が生じ、これによって問題となる影の部分を
最小限に抑えることができる。これにより、従来では設
置が不可能であったビルの屋上やひさし、壁、天井、畑
の上等にも設置することができ、太陽光を有効に使用す
ることが可能となる。
【0034】(c)集光装置は平面で良いため、円筒鏡
等を用いる場合に比べて、大規模な設備でも極めて保守
が容易となる。
【0035】(d)変換素子3とホログラム2との位置
関係を自在に設定できるため、狭い場所でも簡単に設置
することが可能となり、また変換素子3を建築物1のひ
さしによって保護しているため、野ざらしになることが
ないため、装置の寿命を著しく伸ばすことが可能とな
る。
【0036】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。
【0037】図2は、本発明による太陽光変換装置の他
の構成例を示す概要図であり、図1と同一要素には同一
符号を付して示している。
【0038】図2において、温室7の屋根は、透過型の
ホログラム8により構成している。また、温室7内の屋
根の頂部には、図示のように変換素子3を配置し、変換
素子3を外乱からホログラム8自体によって直接保護す
るようにしている。
【0039】ここで、ホログラム8は、光学的結像効果
を有し、入射光4を回折するものである。
【0040】また、変換素子3は、ホログラム8の光学
的結像位置に配置しており、ホログラム8からの回折光
5を光または熱変換するものである。
【0041】なお、上記において、ホログラム8は、必
ずしも1枚のホログラムである必要はなく、例えば小さ
いホログラムを瓦のように複数敷き詰めて(当然、個々
のホログラムは光学的に異なるホログラムになる)構成
することもできる。また、ホログラムは、それ自体には
機械的強度がないので、機械的強度が高くかつ透明な支
持体に、ホログラムを貼る、塗る、鋏む等の形態で支持
することにより作製することができる。
【0042】次に、以上のように構成した本実施例の太
陽光変換装置の作用について説明する。
【0043】図2において、入射光4が、温室7の屋根
を構成するホログラム8に入射する。すると、この入射
した光の選択された波長域の光のみが回折光5となり、
温室7内の屋根の頂部に設けた変換素子3上に結像され
る。そして、この変換素子3では、ホログラム8からの
回折光5が光または熱変換される。また、ホログラム8
を透過した透過光6は、温室7内の地面全体に照射さ
れ、通常の温室と同等の効果が得られる。
【0044】この場合、入射光4がホログラム8で回折
して変換素子3上に結像されることにより、装置の有効
径を拡大して変換素子3の熱効率を上げることができ
る。
【0045】また、ホログラム8の光学的結像位置を任
意に変えることにより、ホログラム8と変換素子3との
位置関係を、熱効率を犠牲にすることなく変えることが
できる。
【0046】さらに、ホログラム8による光学的結像位
置を自在に変化させることにより、変換素子3を、外乱
からホログラム8自体によって直接保護できる位置への
配置を可能とすることができる。
【0047】上述したように、本実施例の太陽光変換装
置においても、前記図1の実施例の場合と同様の効果を
得ることが可能である。
【0048】尚、本発明は上記各実施例に限定されるも
のではなく、次のようにしても同様に実施できるもので
ある。
【0049】(a)上記各実施例において、ホログラム
2,8の回折光波長域を、変換素子3の変換効率のよい
波長域へホログラム2,8の撮影時に設定する、すなわ
ち図3に示すように、ホログラム2,8の回折光と、変
換素子3の分光特性とを、ホログラム2,8の回折波長
を変化させることで一致させることにより、装置全体の
熱効率をより一層上げることが可能となる。
【0050】なお、図3において、Aはホログラム2,
8の特性曲線、Bは変換素子3の特性曲線をそれぞれ示
している。
【0051】(b)上記実施例では、建築物、温室に、
本発明の太陽光変換装置を適用する場合について説明し
たが、これに限らず他の対象物についても、ホログラム
の光学的結像位置を任意に変化させて、ホログラムと変
換素子との位置関係を熱効率を犠牲にすることなく変え
ることにより、本発明の太陽光変換装置を同様に適用し
て、前述と同様の効果を得ることが可能である。
【0052】(c)上記実施例では、反射型のホログラ
ムと透過型のホログラムをそれぞれ個々に適用する場合
について説明したが、これに限らず反射型のホログラム
と透過型のホログラムを併用することも可能である。
【0053】例えば、上記図2の実施例において、温室
7の屋根を透過型のホログラム8により構成し、さらに
温室7の内部に反射型のホログラム2を配置して、透過
型のホログラム8の透過光6を変換素子3上に結像させ
ることにより、変換素子3の光または熱変換効率をより
一層高めることが可能となる。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
学的結像効果を有し、入射した太陽光を回折するホログ
ラムと、ホログラムの光学的結像位置に配置され、ホロ
グラムからの回折光を光または熱変換する変換素子とを
備えて構成したので、狭い場所でも簡単に設置できると
共に保守が容易に行なえ、かつ装置の寿命を伸ばし、し
かも太陽光を有効に使用して装置全体の熱効率を上げる
ことが可能な極めて実用的で信頼性の高い太陽光変換装
置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による太陽光変換装置の一実施例を示す
概要図。
【図2】本発明による太陽光変換装置の他の実施例を示
す概要図。
【図3】同実施例の太陽光変換装置に用いるホログラム
と変換素子の分光特性の一例を示す図。
【符号の説明】
1…建築物、2…反射型のホログラム、3…変換素子、
4…入射光、5…回折光、6…透過光、7…温室、8…
透過型のホログラム、A…ホログラム2,8の特性曲
線、B…変換素子3の特性曲線。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学的結像効果を有し、建築物の外壁に
    斜めに設けられ、入射した太陽光を回折する反射型の
    ログラムと、前記建築物における太陽光が入射しない位置で且つ 前記
    ホログラムの光学的結像位置に配置され、前記ホログラ
    ムからの回折光を光または熱変換する変換素子と、 を備えて成ることを特徴とする太陽光変換装置。
  2. 【請求項2】 光学的結像効果を有し、屋根を構成して
    斜めに設けられ、入射した太陽光を回折する透過型の
    ログラムと、屋根裏の位置で且つ 前記ホログラムの光学的結像位置に
    配置され、前記ホログラムからの回折光を光または熱変
    換する変換素子と、 を備えて成ることを特徴とする太陽光変換装置。
  3. 【請求項3】 前記ホログラムの光学的結像位置を任意
    に変化させることにより、前記ホログラムと変換素子と
    の位置関係を熱効率を犠牲にすることなく変えるように
    したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の太
    陽光変換装置。
  4. 【請求項4】 前記ホログラムによる光学的結像位置を
    自在に変化させることにより、前記変換素子を前記建築
    の構造物によって保護される位置へ配置するようにし
    たことを特徴とする請求項1に記載の太陽光変換装置。
  5. 【請求項5】 前記ホログラムによる光学的結像位置を
    自在に変化させることにより、前記変換素子を前記屋根
    の頂部の真下に配置するようにしたことを特徴とする請
    求項に記載の太陽光変換装置。
  6. 【請求項6】 前記ホログラムの回折光波長域を、前記
    変換素子の変換効率のよい波長域へホログラム撮影時に
    設定するようにしたことを特徴とする請求項1又は請求
    項2に記載の太陽光変換装置。
  7. 【請求項7】 前記変換素子としては、太陽電池等の光
    変換素子または熱変換素子を用いるようにしたことを特
    徴とする請求項1又は請求項2に記載の太陽光変換装
    置。
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