JP5250111B2 - 高集光型太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明は、高集光型太陽光発電システムに関する。

光起電性素子によって電気エネルギを発生させるシステムにおいて、使用される光起電性材料の量を減少させるため、及び太陽光発電システムの効率や効果を向上させるために、高密度の太陽エネルギを得ることは望ましく、単位面積当たりにおいて特に高いコストであるが、高い効率で作動可能で、経済的に有利な技術が望ましい。

本発明の目的は、高密度のエネルギを低コスト、かつ優雅な構造で供給可能であるとともに、建物に統合可能であり、さらに光起電力変換のプロセスに関連する熱の回収能力を備えた太陽光発電システムを提供することにある。

本発明によると、上述の目的は、請求項１に記載の特徴を備えた太陽光発電システムによって達成される。
本発明によるシステムの特徴および利点は、図面を参照し、非限定的な例として提供される以下の詳細な説明にて明らかになる。

本発明による太陽光発電システムの概略的斜視図。 図１のシステムの概略的側面図。 図１において矢印ＩＩＩによって示された部分を拡大した部分斜視図。 図３のレシーバの断面の斜視図。 図３のＶ−Ｖ線に沿った断面図。 図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図。 図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図。 図７の矢印ＶＩＩＩから見た図。 図７の矢印ＩＸから見た図。 図７のＸ−Ｘ線に沿った断面図。 図７の変形例を示す概略的断面図。

図１及び２において、符号１０は本発明による高集光型太陽光発電システムである。
太陽光発電システム１０は、少なくとも一つの光起電性レシーバ１２と、光起電性レシーバ１２上に太陽エネルギを集中させるように構成された反射器具１４とを備える。図面に示される例においては、二つの光起電性レシーバ１２が設けられているが、光起電性レシーバの数は、要求および設計変数の少なくとも一方によって変更し得る。

反射器具１４は、複数の長尺状の鏡１６を支持するための周囲のフレームを備え、各鏡は、太陽輻射を常に各レシーバ１２に集中させ続けるように、鏡の長手方向に対してそれぞれ平行な軸線の周りに配向される。鏡１６の回転の軸線同士は、相互に対して平行である。鏡は帯状の平面鏡であることが望ましい。

鏡１６を支持するフレームは、反射器具１４から一定の距離だけ離間して配置された光起電性レシーバ１２を固定する支持構造１８をさらに備える。各光起電性レシーバ１２は長尺状の形状を有し、かつ鏡１６の反射面に対して平行に延びている。光起電性レシーバ１２の長さは、鏡１６の長さにほぼ等しい。支持構造１８は、光起電性レシーバに接続される導電体を通すためのダクト２０と、光起電性レシーバ１２のための冷却液を通すためのダクト２２とを備える。

図１及び２において符号２４によって概して示されるものは、反射した太陽輻射を常に各レシーバ１２に集中させ続けるように、太陽の位置に応じて、各軸線の周りの鏡１６の配向を制御する位置決めシステムである。各軸線の周りの鏡１６の配向を可能とするために、例えば、異なる初期角度位置から開始し得る全ての鏡に同一の回転角度を伝達するラックシステムによって、鏡１６に連結された一つのモータが設けられ、太陽の移動に関係なく、反射した輻射が常に光起電性レシーバ１２に集中し続けることを保証する。鏡１６を支持するフレームは、固定壁面に、鏡１６の回転軸線に対して直交する軸線の周りに関節を有して連接されている。位置決めシステム２４は、図２において符号２６によって概略的に示されるアクチュエータを制御し、アクチュエータは、反射器具１４が太陽光に対して常に直交し続けるように、垂直面に対する反射器具１４の角度を変動させる。アクチュエータ２６は、鏡１６を含む平面の垂直面に対する傾斜を変動させて、太陽の移動の天頂追跡を可能とする.
図３及び４を参照すると、各光起電性レシーバ１２は、長手方向３０に沿って延びる筒状体２８を備える。長手方向３０を横断する方向に沿って延びる複数の帯状の光起電性材料３２が筒状体２８内に固定されている。帯状の光起電性材料３２は、互いに対して平行であり、長手方向３０に沿って互いに離間して配置されている。筒状体２８は、その外面上に複数のレンズ３４を備える。レンズ３４は、鏡１６で反射した太陽輻射を受け入れ、太陽輻射を帯状の光起電性材料３２に集中させる。望ましくは、各帯状の光起電性材料３２に関連付けられたレンズ３４が設けられる。焦点領域３２の特定の形状は、帯状の光起電性素子の製造を可能とし、この事実は光起電力電池の製造において特に関心度が高い。

図５及び６を参照すると、レンズ３４が筒状体２８の全長にわたって長手方向に沿って占有しているが、帯状の光起電性材料３２はレンズ３４に対して平行な筒状体２８の表面の非常に小さい部分のみを占有している。帯状の光起電性材料３２によって占有される表面は非常に小さいが、レンズ３４上に衝突する全太陽輻射が、帯状の光起電性材料３２上に集中する。この構成によって、光起電性材料の単位面積当たりにおける密度の非常に高い太陽エネルギが得られる。

この高密度のエネルギは、光起電性レシーバ１２の温度の大幅な上昇を引き起こす。温度の上昇は光起電プロセスの効率に対して悪い影響を与える。本発明の有利な特徴によると、光起電性レシーバ１２上への太陽エネルギの集中によって生じる熱は、筒状体２８内を循環するように構成された冷却水を用いることによって発散させられる。帯状の光起電性材料３２は冷却液に浸される。冷却液を用いて、光起電性レシーバ１２によって抽出された熱エネルギは、例えば家庭等での温水の生成に用いられることができる。太陽輻射にさら露されていない光起電性レシーバ１２の領域は、外部環境に向かう熱分散を低減させるために熱的に遮断されていても良い。光起電性レシーバ１２の筒状体２８は、外側に向かって冷却液を循環させることを可能とするように、支持構造１８のダクト２２に流体的に連通している。

構成上の観点から、筒状体２８は、互いに同一であり、かつ各前縁に沿って軸線方向に相互に固定された複数の部分３８によって形成されている。各部分３８は各レンズ３４を備え、かつ各帯状の光起電性材料３２を支持している。図７乃至１０は、該部分３８の一つを示している。部分３８は、射出成型されたプラスチック材料から製造され、接着、溶接等によって相互に固定されることができる。各部分３８は、レンズ３４に対向するシート４０を備える。相互に対して整合したシート４０は、長手方向に沿ったハウジングを形成し、該ハウジング内には、台座状の薄板４２が挿入され、該薄板上には、数個の帯状の光起電性材料３２が固定されている。台座４２は、帯状の光起電性材料３２の電気的接続部を支持している。

図１１を参照すると、特定の応用例において、透明な熱ベクトル液体の量を減少させるために、光起電性レシーバ１２の断面の寸法を縮小することが望ましい。この目的のために、筒状体２８の内部には、レンズ３４からの輻射を受け入れ、かつ帯状の光起電性材料３２上へ輻射を反射するように構成された湾曲した鏡４４が配置されても良い。この解決法は、光起電性レシーバ１２をより小さな形状で製造することを可能とする。

太陽光発電システム１０は、建物の表面上の遮蔽具、例えば天窓等として用いられることができる。作動中、鏡１６によって反射した太陽エネルギは、レシーバのレンズ３４上に集中する。レンズ３４は帯状の光起電性材料３２に太陽輻射を集中させ、高密度のエネルギが得られる。冷却液の流速は、光起電性素子の温度を十分に低く維持する程度に速い。

上述のレシーバのさらなる構成は、中級から低級の集光性を備えたシステムに適切であり、ハウジングとして、一連の球面レンズの代わりに、長手軸線を備えた一つの円柱レンズのみを備え、該構成は長尺状の焦点領域を提供し、該焦点領域において、レシーバの長手軸線の方向に沿って延びる帯状の光起電性素子が配置される。

Claims (10)

1. 少なくとも一つの光起電性レシーバ（１２）と、前記光起電性レシーバ（１２）上に太陽エネルギを集中させるように構成された反射器具（１４）とを備え、前記光起電性レシーバ（１２）は、長手方向（３０）に沿って延びる筒状体（２８）を備える高集中性太陽光発電システムにおいて、
   前記光起電性レシーバ（１２）は、
   前記筒状体（２８）内に固定された複数の帯状の光起電性材料（３２）を備え、
   前記帯状の光起電性材料（３２）は前記長手方向（３０）に対して横断する方向に沿って延びるように配置されるとともに、前記長手方向（３０）に沿って相互に離間して配置され、
   前記筒状体（２８）は、前記反射器具（１４）で反射した太陽輻射を、前記帯状の光起電性材料（３２）に一致する帯状の焦点領域に集中させるように構成された複数の球面状のレンズ（３４）を備えることを特徴とする高集光型の太陽光発電システム。
2. 冷却液が前記筒状体（２８）内を流動するように製造されることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 各帯状の光起電性材料（３２）は各レンズ（３４）に関連付けられることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
4. 前記筒状体（２８）は、軸線方向に沿った複数の部分（３８）を備え、各部分（３８）はその前面に沿って相互に固定され、各部分（３８）は各レンズ（３４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
5. 前記筒状体（２８）内には鏡（４４）が収納され、前記鏡（４４）は前記レンズ（３４）によって集中させた前記太陽輻射を受け入れ、かつ前記帯状の光起電性材料（３２）上に反射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の太陽光発電システム。
6. 前記反射器具（１４）は相互に対して平行な複数の長尺状の鏡（１６）を備え、前記鏡（１６）は、前記太陽輻射を常に前記光起電性レシーバ（１２）上に集中させ続けるように配向可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の太陽光発電システム。
7. 前記光起電性レシーバ（１２）は前記鏡（１６）の反射面に対して平行に延びることを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電システム。
8. 太陽の方位角の移動に応じて前記反射器具（１４）を配向し、かつ独立した各鏡（１６）をその回転軸線の周りに配向させるために二つの自由度を備えた位置決め及び位置調節システムを備えることを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電システム。
9. 前記少なくとも一つの光起電性レシーバ（１２）を、前記反射器具（１４）から一定の距離だけ離間した位置に支持するための支持構造（１８）を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の太陽光発電システム。
10. 導電体および冷却液を通すためのダクト（２０、２２）を備えることを特徴とする請求項８に記載の太陽光発電システム。

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