JP5810227B2 - 太陽光発電システム - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光発電システムに係り、特に、集光効率が向上し、垂直方向に積層自在であり、空間活用度を高めることが可能である太陽光発電システムに関する。
最近、環境にやさしいエネルギー資源として、さまざまな代替エネルギーが開発されており、太陽光発電は、そのうちでも注目される分野の中の一つである。太陽光発電は、発電コストに影響を与える燃料費が不要であるという長所がある。代わりに、太陽光発電は、敷地費用、設置費用及び維持補修費用などの高コストが発電コストに大きい影響を及ぼす。
従来、太陽光発電は、太陽光を受光して発電を行うソーラーパネルを一定範囲に配置する方式を採用する。具体的には、単層型で、広い地域にソーラーパネルを配置する方式が使用される。大規模なものとして、砂丘地帯または塩田地域で運用されたり、あるいは小規模なものとして、建物の屋根に設置して運用される。
かような従来方式は、ソーラーパネルが平板型であるので、太陽光を受光するのに限界がある。その一例として、特許文献１には、平板型のソーラーパネルが開示されている。なお、従来の方式は、単層型でもって構成するので、太陽光発電設備の設置のための敷地確保に、相当な費用が必要となるという短所がある。
本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであり、太陽光の集光効率を高め、垂直方向に積層自在であり、空間活用度を高めることにより、太陽光発電効率を極大化させる太陽光発電システムを提供することをその目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、外側に凸型のドーム状になっており、入射する太陽光を集光する集光レンズ部を有する集光部と、前記集光部によって集光された太陽光を散乱させる散光レンズ部を有する散光部と、前記散光部から散光された太陽光が照射されて太陽光発電を行うソーラーパネルと、を含むことを特徴とする太陽光発電システムを提供する。
本発明による太陽光発電システムは、太陽光の集光効率を高め、垂直方向に積層自在であり、空間活用度を高めることにより、太陽光発電効率を極大化させる。
本発明による太陽光発電システムは、外側に凸型のドーム状になっており、入射する太陽光を集光する集光レンズ部を有する集光部と、前記集光部によって集光された太陽光を散乱させる散光レンズ部を有する散光部と、前記散光部から散光された太陽光が照射されて太陽光発電を行うソーラーパネルと、を含むことを特徴とする。
また、前記集光レンズ部は、前記集光部の内周面に形成された凸レンズまたはフレネルレンズであることが望ましい。
また、前記集光レンズ部は、前記集光部の外周面に形成された凸レンズまたはフレネルレンズであることが望ましい。
また、前記散光レンズ部は、凹レンズ、プリズムレンズまたはロッドレンズのうちから選択されたいずれか一つであることが望ましい。
また、前記集光部によって集光された太陽光が外部に露出することを防止するように、前記集光部と前記散光部との間にカバー部が配置されたことが望ましい。
また、前記集光部と前記散光部との間に、前記集光部によって集光された太陽光を、前記散光部側に反射させる第１反射板が具備されたことが望ましい。
また、前記散光部と前記ソーラーパネルとの間に、前記散光部を経由した太陽光が反射する第２反射板が具備されたことが望ましい。
また、前記ソーラーパネルが載置される支持板と、前記支持板の上側に延長される第１支持柱と、前記支持板の下側に延長される第２支持柱と、を具備し、前記第２支持柱は、前記第１支持柱が挿入されて積層自在に、中空型に形成されたことが望ましい。
以下、本発明による望ましい実施形態について、添付された図面を参照しつつ、詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による太陽光発電システムの斜視図であり、図２は、図１の分離斜視図であり、図３は、本発明の一実施形態による太陽光発電システムの概略的な概念図である。図４は、集光及び散光のプロセス概念図であり、図５は、本発明の一実施形態による太陽光発電システムの積層状態について説明するための図面であり、図６は、本発明の一実施形態による太陽光発電システムの使用状態図である。
まず、図１ないし図３を参照すれば、本発明の一実施形態による太陽光発電システムは、集光部１０、散光部２０及びソーラーパネル３０を含む。
前記集光部１０は、太陽光を集光する。前記集光部１０は、太陽光発電のためのソーラーパネル３０に、一般光量（１−sun）以上の十分な太陽光を集光させるために、十分な面積を有する。前記集光部１０は、外側に凸型のドーム状になっており、入射する太陽光を集光する集光レンズ部１１が具備される。
図３に図示されているように、本実施形態による前記集光レンズ部１１は、前記集光部１０の内周面に形成された凸レンズまたはフレネルレンズである。
具体的には、前記集光レンズ部１１は、集光部１０の内周面全体が一つの凸レンズを形成するように構成されるか、あるいは多数の曲面を有する凸レンズで構成される。すなわち、前記集光部１０の内周面に、小さい凸レンズが複数個組み合わされ、１つの集光レンズ部１１を構成することができる。
前記フレネルレンズ（Fresnel lens；Fresnel prism lens；Fresnel convex sphere lens）は、凸レンズの一種である。前記フレネルレンズの形状は、多様な方式で形成可能である。集光を行う形態であるならば、十分である。フレネルレンズの特性は、公知されているので、具体的な説明は省略する。結局、前記集光部１０は、凸レンズを利用して太陽光を集光すると要約される。
ここで、図７を参照すれば、前記集光レンズ部１１は、前記集光部１０の外周面に形成された凸レンズまたはフレネルレンズでもある。前記凸レンズまたはフレネルレンズが、前記集光部１０の外周面に形成される場合は、前述の前記凸レンズまたはフレネルレンズが、前記集光部１０の内周面に形成される場合と同様に、同一の方式を採用する。
ただし、ドーム状の集光部１０の内周面に集光レンズ部１１を形成し、外周面を滑らかな曲面に設計すれば、太陽光発電設備の設置後、外周面の維持補修が簡便になる。
太陽光発電設備の設置後、維持補修には相当なコストが必要となるが、外周面に集光レンズ部１１を形成する場合、維持管理がややこしく、外周面の洗浄などに所要する時間が過多となり、コストが増大することもある。
前記散光部２０は、前記集光部１０によって集光された太陽光を散乱させる。前記散光部２０は、集光された太陽光エネルギーを、ソーラーパネル３０に散光させるために具備される。
前記散光部２０は、前記集光部１０によって集光された太陽光を散乱させる散光レンズ部２１を具備する。前記散光レンズ部２１は、凹レンズ、プリズムレンズ（prism lens）またはロッドレンズ（rod lens）のうち選択されたいずれか一つが採用される。
前記凹レンズ、プリズムレンズまたはロッドレンズの形状は、多様な方式で形成可能である。その形態は、受光を行う形態であるならば、十分である。プリズムレンズ、ロッドレンズの特性は、公知されたものであり、具体的な説明は省略する。
図３に図示されているように、本実施形態による前記散光レンズ部２１は、凹レンズによってなる。本実施形態で、前記散光レンズ部２１は、前記集光レンズ部１１と対向する面が凹型に形成される。前記散光レンズ部２１と前記集光レンズ部１１は、両レンズの焦点距離の和ほど離隔されて配置される。
また、図７を参照すれば、前記散光レンズ部２１の他の実施形態が図示されているが、前記散光レンズ部２１が、複数の凹レンズが結合され、１つの散光部２０を構成する一例が図示されている。
図７に図示されているように、散光レンズ部２１は、その両面が凹型に形成されてもよい。結果として、前記散光部２０は、散光レンズ部２１を具備し、集光部１０によって集光された太陽光を、ソーラーパネル３０側に散光させる。
図４は、太陽光が、集光部１０と散光部２０とを経由するときの太陽光の進路を概略的に図示したものである。ドーム状の集光部１０は、外側から入って来る太陽光を、広範囲な範囲で集光することができる。
フレネルレンズは、一定厚に形成したとしても、集光時に、良好な性能を維持する。また、太陽の位置に係わりなく、集光部１０に入って来る太陽光は、一定方向に散光部２０に屈折され、散光部２０に十分な光源を伝達する。
前記集光部１０によって集光された太陽光が、散光部２０を経て散光され、ソーラーパネル３０側に進む。従って、集光部１０を平面状に構成して集光を行うものより、広い面積での集光が可能であり、散光部２０を具備し、広く太陽光を散光させ、太陽光発電が行われる面積を広く確保することになるので、太陽光発電効率を上昇させる効果を提供する。
前記ソーラーパネル３０は、前記散光部２０から散光された太陽光が照射され、太陽光発電を行う。前記ソーラーパネル３０の細部構成は、すでに公知された構成によるので、その具体的な説明は省略する。
図１ないし図３を参照すれば、本実施形態で、前記ソーラーパネル３０は、散光部２０から散光された太陽光を照射されるために、散光部２０ごとに具備される。ただし、図８に図示されているように、前記ソーラーパネル３０は、いくつかの散光部２０から散光された太陽光を照射されるように、広く形成されもする。
本発明の一実施形態による太陽光発電システムは、カバー部６０、第１反射板４０、第２反射板５０、支持板７０、第１支持柱８０及び第２支持柱９０を含む。
図２に図示されているように、前記カバー部６０は、前記集光部１０によって集光された太陽光が、外部に露出することを防止するように、前記集光部１０と前記散光部２０との間に配置される。前記集光部１０と前記散光部２０との間の空間は、カバー部６０によって密閉される。
前記第１反射板４０は、前記集光部１０と前記散光部２０との間に、前記集光部１０によって集光された太陽光を、前記散光部２０側に反射させるために具備される。
前記第１反射板４０は、前記カバー部６０の内周面に付着され、前記集光部１０を経た太陽光を、前記散光部２０側に反射させる。前記第１反射板４０としては、アルミニウム反射板が使用されてもよい。
前記第２反射板５０は、前記散光部２０と前記ソーラーパネル３０との間に、前記散光部２０を経由した太陽光を反射させるために具備される。図１に図示されているように、前記第２反射板５０は、前記ソーラーパネル３０の上側で、前記ソーラーパネル３０と、所定の角度をなして曲面状に具備される。
前記第２反射板５０は、前記散光部２０を経た太陽光が、前記ソーラーパネル３０の上側に抜け出るときの損失を減らすために設けられる。前記第２反射板５０としては、アルミニウム反射板が使用されてもよい。
前記支持板７０、第１支持柱８０及び第２支持柱９０は、本発明の一実施形態による太陽光発電システムを垂直に積層自在にさせるために具備される。
前記支持板７０は、前記ソーラーパネル３０が載置される部分である。前記支持板７０の上側に、集光部１０、散光部２０及びソーラーパネル３０が位置する。
前記第１支持柱８０は、前記支持板７０の上側に延長される。本実施形態で、前記第１支持柱８０は、前記支持板７０のエッジから上側に延長される。
前記第２支持柱９０は、前記支持板７０の下側に延長される。前記第２支持柱９０は、前記第１支持柱８０と同様に、前記支持板７０のエッジから下側に延長されるが、前記第１支持柱８０の位置に対応する位置に形成される。
前記第２支持柱９０は、前記第１支持柱８０が挿入自在に、中空型に形成される。図５に図示されているように、第２支持柱９０が、第支持柱８０に挿入されることにより、太陽光発電システムが積層自在である。
上側に配置される太陽光発電システムの第２支持柱９０が、下側に配置される太陽光発電システムの第１支持柱８０に挿入されるとき、下側に配置される太陽光発電システムの集光部１０及び第２反射板５０などと干渉しないように設計される。
このように、本発明の一実施形態による太陽光発電システムは、ドーム状の集光部１０を利用して、太陽光の集光を行い、散光部２０を介して太陽光を散乱させ、ソーラーパネル３０に太陽光を照射することにより、太陽光発電を行うので、集光時、広い面積を確保して集光を可能にし、散光時、太陽光発電を行う面積を広く確保し、発電効率を向上させるという効果を提供する。
また、本発明の一実施形態による太陽光発電システムは、ドーム状の集光部１０を採用するので、太陽の軌跡を追跡しなければならない装置が不要である。従って、太陽の軌跡を追跡する追跡方式よりコストが節減され、前記追跡方式にも劣らない発電効率を保証する。
また、光の屈折現象を利用するので、太陽光発電システムの全体的な高さを低くすることができるので、空間活用度が上昇し、特に、垂直に積層するとき、高密度積層が自在であり、発電効率を顕著に向上させる。
また、従来のソーラーパネルの場合、自然災害防止のために、高価の二重強化ガラスを使用して、太陽光発電設備の全体的荷重が増大し、コストがかさむという短所があるが、本発明の一実施形態による太陽光発電システムは、かような二重強化ガラスが不要であるので、コスト及び荷重を低減させる。
また、本発明の一実施形態による太陽光発電システムは、垂直に積層自在であるので、面積対比の発電効率を顕著に向上させて発電コストが低廉になり、広範囲な敷地確保のために必要となるコストを節減させる。
そして、垂直で積層自在であるので、設置場所に拘束されない。建物の屋根、建物の壁、平地など多様な空間に設置が可能である。図６は、本発明の一実施形態による太陽光発電システムの使用状態図を図示しているが、図６に図示されているように、建物の屋上に垂直に設置し、高出力の発電が可能であり、建物の独立発電機能を十分に行うことができるという効果を提供する。また、本発明は、砂丘地域砂漠や塩田地域のように、都心から遠隔地に位置しており、用地価格が相対的に低い地域に設置して送電しなければならないという太陽光発電の短所を解消することができる。
また、本発明の一実施形態による太陽光発電システムは、支持板７０、第１支持柱８０及び第２支持柱９０を利用して、垂直積層を簡便にさせ、太陽光発電システムを設置するための構造材の使用量を低減させ、設置コストを節減する。従来の単層型の太陽光発電システムの場合、個別的に太陽光発電システムを支持する支持台を備えるというものに比べ、垂直積層時に必要となる支持台のコストは節減される。
一方、前述のように本発明の集光部１０及び散光部２０の構成は、多様な形態に構成される。図７に図示されているように、集光部１０の集光レンズ部１１は、集光部１０の外周面に形成されもし、散光部２０の散光レンズ部２１は、複数の凹レンズが結合され、１つの散光部２０を形成するように構成されもする。また、図８に図示されているように、ソーラーパネル３０は、複数の散光部２０から散光された太陽光を照射されるように広く形成されもする。
以上、本発明について、望ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範疇をはずれない範囲内で、さまざまな多い変形が提供されるのである。
Claims (6)
- 外側に凸型のドーム状になっており、入射する太陽光を集光する集光レンズ部を有する集光部と、
前記集光部によって集光された太陽光を散乱させる散光レンズ部を有する散光部と、
前記散光部から散光された太陽光が照射されて太陽光発電を行うソーラーパネルと、を含んでおり、
前記集光レンズ部は、前記集光部の外周面に形成された凸レンズまたはフレネルレンズであることを特徴とする太陽光発電システム。 - 前記散光レンズ部は、凹レンズ、プリズムレンズまたはロッドレンズのうちから選択されたいずれか一つであ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。
- 前記集光部によって集光された太陽光が、外部に露出することを防止するように、前記集光部と前記散光部との間に、カバー部が配置された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。
- 前記集光部と前記散光部との間に、前記集光部によって集光された太陽光を、前記散光部側に反射させる第１反射板が具備された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。
- 前記散光部と前記ソーラーパネルとの間に、前記散光部を経由した太陽光が反射する第２反射板が具備された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。
- 前記ソーラーパネルが載置される支持板と、前記支持板の上側に延長される第１支持柱と、前記支持板の下側に延長される第２支持柱と、を具備し、
前記第２支持柱は、前記第１支持柱が挿入されて積層自在に、中空型に形成された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。
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