JPH03256580A - 太陽光による発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、太陽光のエネルギを利用して発電する発電装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来から、太陽光を利用した発電装置は種々提案されて
いる。かかる発電装置は、太陽電池を有する多数の平面
形パネルを太陽に向けて設置して、太陽光のエネルギを
受光した太陽電池により上記光エネルギを電気エネルギ
に変換していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような従来の発電装置は、太陽光
を受光する受光面が平面状であるため、必要な受光面積
が大きくなるとともに高価な太陽電池をたくさん準備す
る必要があり、そのため、例えば一般家庭や工場等で使
用する電力をまかなうには、巨大な平面形パネルと太陽
電池とを設置しなければならず、実用化が困難であると
いう課題があった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので
、巨大な平面パネルや太陽電池を用いなくても、小型の
装置で太陽光を効果的に受光して発電できる太陽光によ
る発電装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段」 本発明に係る太陽光による発電装置は、太陽光を集光す
る反射鏡と、受光部がこの反射鏡のほぼ焦点位置に配設
され、太陽光により発電する受光装置と、上記反射鏡及
び上記受光装置の位置を、太陽光の光路の変化に追従さ
せて変化させる位置調整機構とを備えたものである。

また、上記反射鏡は、横長状に形成されるとともに縦方
向に湾曲形成された凹面鏡であり、上記受光装置の受光
部は、上記凹面鏡の内方に長手方向に向けて配設された
場合でもよい。

さらに、上記受光装置の受光部は、太陽光を受光して発
電する太陽電池と、この太陽電池が取付けられるととも
に、上記太陽電池を冷却するための流体が内部に供給さ
れる筐体とを備えることが好ましい。

また、上記太陽電池に放熱フィンを取付ければより好ま
しい。

また、上記反射鏡の受光側には、透光性の板で形成され
たフード部材を覆設してもよい。

〔作用〕

本発明においては、位置調整機構が太陽光の光路の変化
１こ追従して反射鏡及び受光装置を移動させるので、反
射鏡は常に多くの太陽光を受光して、常に反射鏡のほぼ
焦点位置にある発電装置の受光部に多（の光エネルギを
供給することができる。

〔実施例〕

まず、第１図、第２図に基づいて本発明の詳細な説明す
る。本発明に係る発電装置は、第１図に示すように、太
陽光りを集光する反射鏡であって、横長状に形成される
とともに縦方向に湾曲形成された機影の凹面鏡１と、受
光部２が凹面鏡１のほぼ焦点位置に配設され、太陽光り
により発電する受光装置３と、凹面鏡１及び受光装置３
の位置を、太陽光りの光路の変化に追従させて変化させ
る位置調整機構（図示せず）とを備えている。また、こ
の図では、受光装置３の受光部２は、凹面鏡１の内方に
長手方向に向けて配設されている。かかる構成の発電装
置において、平行光線である太陽光りは凹面鏡１の焦点
位置（凹面鏡１は種形状を有しているので、焦点位置は
長手方向に直線状をなしている）に集光することとなり
、はぼ焦点位置に配設されている受光装置３の受光部２
は凹面鏡１に照射された太陽光りの全光エネルギを受け
ることとなる。即ち、受光部２の単位面積当りに照射さ
れる光エネルギは、従来と比べて飛躍的に大きくなって
おり、単位面積当りの発電効率を高めることができる。

第２図は光の量と発電量との関係を示すグラフで、図示
するように、従来は光の量が少ないため発電量も小さか
ったが（図中Ｍ）、本発明では光の量が増大するので、
発電量も大幅に増大する（図中Ｎ）。なお、曲線りは太
陽電池における光の量に対する発電量の関係を示してい
る。

第１実施例 次に、第３図乃至第７図により本発明の第１実施例を示
す。第３図は本実施例に係る発電装置１０の外観を示す
側面図、第４図は第３図中の■−■線による背面図であ
る。図において、符号１１は、横長状（第４図中の左右
方向に横長状）に形成されるとともに縦方向（第４図中
の上下方向）に湾曲形成された凹面鏡であり、この凹面
鏡１１の内方には、受光部１２ａを凹面鏡１１のほぼ焦
点位置に配置させるべく、該受光部１２ａを長手方向に
向けて位置させた受光装置１２が、すポート１３により
取付けられている。凹面鏡１１の受光側には、透明アク
リル板又は透明ガラス板等の透光性の板で形成されたフ
ード部材１１ａが覆設されており、このフード部材１１
ａは、凹面鏡１１の前面側の他、両側面にも設けられて
密閉構造をなしており、これにより、凹面鏡１１の反射
面１１ｂにごみ等の異物が付着して反射面１１ｂが汚れ
ることを防止している。支持台１４上には支柱１５が立
設され、また、この支柱１５には、回動自在に支柱１５
を覆って嵌装された回動部材１５ａが取付けられている
。回動部材１５ａは、支柱１５を覆う筒状部１５ｂと、
この筒状部１５ｂの上部に固定されるとともに、支柱】
、５の上端部に回動自在に配置され、さらに回動自在な
軸１６を有する支持部１５ｃとを備えており、軸１６に
かかる重量荷重は支持部１５ｃを介して支柱１５に伝え
られるようになっている。支柱１５の上端面には円板状
をなすポリプロピレン又はポリエチレン製の板材（図示
せず）が固定され、この板材の上面に回動部材１５ａの
支持部Ｌ５ｃが回動自在に支持されており、さらに、支
柱１５と筒状部１．５　ｂとの間にはリング状のポリプ
ロピレン又はポリエチレン製のベアリング材１５ｄが上
下に一対配設されている。これにより、回動部材１５ａ
は、支柱１５に対して滑らかに回動できることとなる。

この回動部材１５ａの支持部１５ｃには、軸１６が固定
された揺動部材１７が、二〇軸１．６を中心として揺動
自在に支持されている。上記凹面鏡１１の裏面１８のほ
ぼ中央部に、この揺動部材１７の一端か固定され、さら
に、揺動部材１７の他端１９には、一対のおもり２０が
取付けられている。このおもり２０は、第３図に示すよ
うに、軸１６に対して図中右側に設けられた凹面鏡１１
と受光装置１２の合計重量に対して、図中左側にも所定
の重量をかけて左右の重量バランスを均衡させるために
設けられたものである。

回動部材１５ａの筒状部１５ｂの上部には、正逆回転可
能な駆動源としての角度調整用減速機２１が突出固定さ
れており、この減速機２１の回転駆動力は、減速機２１
の出力軸に噛合するチェーン２２に伝えられ、次いで、
このチェーン２２が噛合するとともに軸１６に固定され
たスプロケット２３に伝えられるようになっている。

一方、回動部材１５ａの筒状部１５ｂの下端部には、正
逆回転可能な駆動源としての方向調整用減速機２４が突
出して固定されており、また、支柱１５にはスプロケッ
ト２６が固定されている。

しかして、減速機２４の回転駆動力は減速機２４の出力
軸２４ａに噛合するチェーン２５に伝えられ、次いで、
このチェーン２５が噛合するスプロケット２６に伝えら
れる。これにより、回動部材１５ａに固定された減速機
２４は、支柱１５のまわりを回転運動して回動部材１５
ａを回転させる。

ところで、太陽は１日のうちで東から西に移りながらそ
の位置と高さとを変えるとともに、季節の変化によって
もその高さを変化させている。例えば、地球上のある一
点から太陽を見たとき、夏の季節には太陽は昼の時刻に
は、例えば７７°の仰角となるように朝、昼、夕方の順
に東から西に移動するが、冬の季節には太陽は、昼の時
刻には例えば２９°の仰角となるように朝、昼、夕方の
順に東から西に移動する。なお、春と秋にはこの中間の
仰角で移動する。また、１日間の太陽の動きの変動は、
最大で角度１８０°である。このように、太陽光の方向
は時々刻々変化するため、凹面鏡１１を常に太陽位置の
変動に追尾させてその向きを変化させなければならない
。そこで、本実施例では上記構成を有する位置調整機構
２７により、凹面鏡１１及び受光装置１２の位置を、太
陽光の光路の変化に追従させて変化させている。

次に、第３図、第４図に示す本実施例装置の動作につい
て説明する。太陽の東西方向の位置変化に追従させて凹
面鏡１１を変化させるには方向調整用減速機２４を駆動
させる。即ち、この減速機２４を駆動すると、この回転
力はチェーン２５とスプロケット２６とを介して回動部
材１５ａの筒状部１５ｂに伝えられて、この回動部材１
５ａを、支柱１５を中心として所要角度だけ回転させる
。

この時、減速機２４自体も回動部材１５ａと一体となっ
て回転する。すると、この回動部材１５ａの支持部１５
ｃも支柱１５に乗った状態で筒状部１５ｂと一体的に回
転し、支持部１５ｃに軸１−６を介して取付けられた揺
動部材１７と凹面鏡１１も支柱１５を中心として回転す
る（第３図中矢印Ａ）。したがって、減速機２４を制御
することにより、凹面鏡１１の向きを、太陽光の東西方
向の位置変化に追従させて東西方向に変化させることが
できる。なお、この時おもり２０、減速機２１も回動部
材１５ａとともに支柱１５まわりに回転する。

一方、太陽の仰角の変化に追従させて凹面鏡１１を変化
させるには角度調整用減速機２１を駆動させる。即ち、
この減速機２１を駆動すると、この回転力はチェーン２
２とスプロケット２３とを介して軸１６に伝えられて、
この軸１６を軸心まわりに所要角度だけ回転させる。す
ると、この軸１６が固定された揺動部材１７も軸１６を
中心として上記所要角度だけ揺動し、この揺動部材１７
とともに凹面鏡１１、受光装置１２及びおもり２０も軸
１６まわりに揺動する（第３図中の矢印Ｂ）。したがっ
て、上記と同様に減速機２１を制御することにより、凹
面鏡１１の向きを、太陽光の仰角の変化に追従させて上
下に変化させることができる。ところで、下方の減速機
２４も回動部材１５ａと一体的に回転するので、おもり
２０と減速機２４の周方向の位置関係は不変であり、お
もり２０が上下運動をしても下方の減速機２４に衝突す
ることはない。

このようにして、位置調整機構２７により、凹面鏡を太
陽光の光路の変化に追従させて変化させることができる
こととなる。

次に、第５図乃至第７図により受光装置１２について詳
述する。本実施例に係る受光装置１２の受光部１２ａは
、第５図、第６図に示すように、凹面鏡１１（第３図）
で反射して上下方向に関して集束光線束となった太陽光
りを受光して発電する太陽電池４１と、この太陽電池４
１が取付けられるとともに、太陽電池４１を冷却するた
めの流体としての不活性液体４２が内部に供給される筐
体４３とを備えており、さらに、太陽電池４１の裏面４
４にはアルミニウム製の放熱フィン４５が取付けられて
いる。筐体４３は透明のガラス板又はアクリル板等によ
り密閉容器として形成されており、また、筐体４３内に
充満している不活性液体４２（例えば、超純水又は住友
スリーエム株式会社製の「フロリナート（登録商標）」
）は透明な液体であるため、筐体４３の表面４６に照射
された太陽光りは筐体４３と液体４２とを透過して太陽
電池４１で受光される。

本発明において、太陽電池４１には単位面積当り多量の
太陽光のエネルギが照射されるので、太陽電池４１は急
激に温度上昇し、そのため、太陽電池４１を冷却しなけ
ればならないが、太陽電池４１を不活性液体４２中に浸
漬させて、この太陽電池４１に直接接触する上記不活性
液体４２により発生熱量を吸収している。第７図はかか
る冷却方法を示すブロック図であり、図示するように、
受光装置１２の受光部１２ａの筐体４３内で加熱された
不活性液体４２は、シェル側に冷却水が供給される冷却
器５１のチューブ側で冷却された後、循環ポンプ５２よ
り再び筺体４３内に供給されて、上記液体４２は循環す
るようになっている。また、この熱を利用して、冷却器
５１で温水を得ることもできる。

実験例 次に、上記実施例における実験例を下記第１表に示す。

・実験条件 凹面鏡の材質ニガラス 凹面鏡の寸法、半径１ｍ×長さ５ｍのものを使用。

第１表 第１表において、データＡは太陽電池のメーカー表示性
能、データＢは、凹面鏡を用いることなく太陽電池を太
陽に直角に向けた時の測定値、データＣは凹面鏡を用い
て太陽電池に太陽光を集光した場合の測定値、データＤ
はデータＣで得られた電力をデータＢで得られた電力で
割り算した値（この値を電力の倍数という）をそれぞれ
示している。即ち、実験番号２を例にとると、凹面鏡を
用いた本実施例装置によれば、従来と比べて１０．９倍
もの電力を得ることが可能となることが分かる。

しかして、第３図、第４図に示す発電装置１０を複数個
配置して各太陽電池を直列または並列に電気的に接続す
れば、大量の電力を得ることが可能となり、実用的な発
電装置が実現できる。

第２実施例 第８図、第９図は本発明の第２実施例を示す図で、本実
施例では受光装置の受光部６２ａの筐体６３は、銅又は
アルミニウムにより断面矩形のパイプで形成されている
。また、この筐体６３の内部に冷却用の流体として水６
２を連続して供給しており、筐体６３の外表面には太陽
電池６１を張り付けている。したがって、本実施例では
、太陽光りを受光する太陽電池６１と冷却用流体が直接
接触しないので、流体として水６２を使用することが可
能となる。

なお、上記第１、第２実施例で、冷却用流体として空気
を使用することも可能である。また、凹面鏡としては、
ガラスを用いた鏡の場合が反射効率が最もよく望ましい
が、アクリル等のプラスチック製やステンレス製であっ
てもよい。

近年大気中の炭酸ガス（Ｃ０２）濃度の増加が地球規模
での環境に悪影響を及ぼしているとの考え方がクローズ
アップしているが、本発明に係るような太陽光を利用し
た技術は大気を汚染する心配もないため最も望ましい。

なお、凹面鏡は上記各実施例のような上方を開放した槌
形が望ましいが、放物線を有する筒形でもよ（、また上
方を開放した球形であってもよい。

さらに、凹面鏡の長手方向としては東西方向を向けても
よいが、東西方向以外の任意の方向、例えば地面に垂直
な方向に向けてもよい。

なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

〔発明の効果〕

請求項１及び２記載の本発明は、以上説明したとおり、
位置調整機構により反射鏡を常に太陽の方向を向かせて
太陽光を受光することから、はぼ焦点位置にある受光部
で多くの太陽光エネルギを受けることができることとな
り、巨大なパネルや太陽電池を用いなくても小型の装置
で太陽光を効果的に受光して発電することができる。

また、請求項３記載の発明は、冷却用流体により太陽電
池を冷却しているので、太陽電池の温度上昇を防止でき
る。

また、請求項４記載の発明は、放熱フィンを取付けたの
で、さらに冷却効率か向上する。

さらに、請求項５記載の発明は、フード部材を取付けた
ので、反射鏡の受光面が汚れることがなく、太陽光のエ
ネルギ損失を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明の原理を示す図で、第１図は
発電装置の構成を示す斜視図、第２図は光の量と発電量
との関係を示すグラフ、第３図乃至第７図は本発明の第
１実施例を示す図で、第３図は発電装置の側面図、第４
図は第３図中のＩＶ−ＩＶ線による背面図、第５図は受
光部の斜視図、第６図は受光部の横断面図、第７図は受
光装置の冷却の流路を示す説明図、第８図、第９図は本
発明の第２実施例を示す図で、第８図は受光部の斜視図
、第９図は受光部の横断面図である。 １．１１・・・反射鏡（凹面鏡）、 ２．１２ａ・・・受光部、 ３．１２・・・受光装置、 １１ａ・・・フード部材、 １０・・・発電装置、 ２７・・・位置調整機構、 ４１．６１・・・太陽電池、 ４２・・・流体（不活性液体）、 ４３．６３・・・筐体、 ４５・・・放熱フィン、 ６２・・・流体（水）、 ■、・・・太陽光。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、太陽光を集光する反射鏡と、受光部がこの反射鏡の
   ほぼ焦点位置に配設され、太陽光により発電する受光装
   置と、上記反射鏡及び上記受光装置の位置を、太陽光の
   光路の変化に追従させて変化させる位置調整機構とを備
   えたことを特徴とする太陽光による発電装置。 ２、上記反射鏡は、横長状に形成されるとともに縦方向
   に湾曲形成された凹面鏡であり、上記受光装置の受光部
   は、上記凹面鏡の内方に長手方向に向けて配設されたこ
   とを特徴とする請求項１記載の太陽光による発電装置。 ３、上記受光装置の受光部は、太陽光を受光して発電す
   る太陽電池と、この太陽電池が取付けられるとともに、
   上記太陽電池を冷却するための流体が内部に供給される
   筐体とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の
   太陽光による発電装置。 ４、上記太陽電池に放熱フィンを取付けたことを特徴と
   する請求項３記載の太陽光による発電装置。 ５、上記反射鏡の受光側には、透光性の板で形成された
   フード部材を覆設したことを特徴とする請求項１乃至４
   の何れかに記載の太陽光による発電装置。