JPH1131835A - 太陽光熱発電システム - Google Patents

太陽光熱発電システム

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JPH1131835A
JPH1131835A JP9186643A JP18664397A JPH1131835A JP H1131835 A JPH1131835 A JP H1131835A JP 9186643 A JP9186643 A JP 9186643A JP 18664397 A JP18664397 A JP 18664397A JP H1131835 A JPH1131835 A JP H1131835A
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且人 木皿
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昭二 中島
Masayuki Matsubayashi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、太陽熱の強い場合、弱い場合に応
じて太陽電池１、熱電発電素子２、ならびに熱交換器３
により、太陽熱の利用効率を大輻に向上することが出来
る太陽光熱発電システムを提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明に係る太陽光熱発電システムは、
（Ａ）放物面状に形成された太陽電池１と、太陽電池１
の表面に配設され所定値よりも波長の短い光を通過させ
る波長選択反射透過膜８と、（Ｂ）前記太陽電池１に対
向して配設された熱電発電素子２と、熱電発電素子２を
冷却する熱交換器３Ｂとからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽光熱発電システ
ムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術を図５に示す。図５に示すよ
うに、太陽光は反射鏡１０１により反射され集熱器１０
２に集められる。
【０００３】その熱の回収を熱媒循環で行う。熱媒は、
ポンプ１０３により集熱器１０２で集熱した後、熱交換
器（蓄熱体）１０４で水蒸気など作動媒体と熱交換し、
管１０９を通ってポンプヘ戻る。
【０００４】発電は、ポンプ１０８、タービン１０５お
よび凝縮器１０７からなるサイクルにより行われる。こ
こで１０６は発電機である。また、この発電サイクルに
は、通常水蒸気が作動媒体として用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術に
は、次のような問題がある。 （１）太陽熱は１日の変化が大きいので、それに対応し
て常に高効率で発電することは出来ない。
【０００６】その原因は、発電サイクル、あるいは太陽
熱の利用方法が単一のため、その設計点付近では高効率
だが、設計点を外れた太陽熱に対しては効率が大きく低
下するためである。
【０００７】通常、図５に示すような従来の発電システ
ムでは、タービン１０５の入口温度が高いほど、高効率
の発電が可能になる。例えば、水蒸気サイクルでは、タ
ービンの入口温度４００゜Ｃでは、発電端効率は３４％
に対して、タービンの入口温度５７０゜Ｃでは、発電端
効率は４０％に達する。
【０００８】しかしながら、一方では集熱温度が高けれ
ば、太陽熱の集熱効率は低下し、太陽熱が弱くなれば、
その集熱温度の設計点に達しない場合もありうる。従っ
て年間の太陽熱利用率の現状は、約２０％が限界となつ
ている。 （２）太陽光には、反射鏡によってに集めることが可能
な直達光と、反射光により散乱してしまい集熱できない
散乱光がある。
【０００９】従來のシステムでは、直達光のみを利用す
るので、太陽エネルギーの利用率は曇天時や冬季は著し
く悪くなる。 （３）タービン１０５、発電機１０６、ポンプ１０３等
の回転機器がある為、定期的な点検が必要である。本発
明は、これらの問題を解決することができるシステムを
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（第１の手段）本発明に係る太陽光熱発電システムは、
（Ａ）放物面状に形成された太陽電池１と、太陽電池１
の表面に配設され所定値よりも波長の短い光を通過させ
る波長選択反射透過膜８と、（Ｂ）前記太陽電池１に対
向して配設された熱電発電素子２と、熱電発電素子２を
冷却する熱交換器３Ｂとからなることを特徴とする。
【００１１】したがって、次のように作用する。 （１）太陽光が強い場合は、（ａ）太陽光のうち所定値
よりも波長の長い光は、波長選択反射透過膜８で反射さ
れ、熱電発電素子２に集熱されて直接熱電変換により発
電されるとともに、（ｂ）選択透過膜８を透過した所定
値よりも波長の短い光は、太陽電池１において吸収され
て直接発電される。
【００１２】（ｃ）また、熱電発電素子２および太陽電
池１に冷却用に設けられている熱交換器により給湯に利
用する温水が得られる。 （２）太陽光が弱い場合は、太陽電池１の吸収光で直接
発電される。 （３）このようにして太陽熱を効率よく利用した発電が
行えるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１
〜図４に示す。図１は、本発明の第１の実施の形態に係
るシステムの全体系統図、図２は、第１の実施の形態に
係る集光器の説明図、図３は、第１の実施の形態に係る
集光器の作用説明図、図４は、第１の実施の形態に係る
システムによる太陽エネルギーの利用説明図である。
【００１４】本発明の第１の実施の形態を図１〜図４に
より説明する。まず図１に示すように、太陽に向かうよ
うに放物面状の集光器１０が設けられている。
【００１５】この放物面状の集光器１０は、表面に所定
値より波長の短い、即ち太陽電池１にて発電可能な波長
の光を選択して透過するともに、それ以外の光を反射す
る波長選択反射透過膜８と、波長選択反射透過膜８の裏
面に配設された太陽電池１と、太陽電池１の裏面に配設
され、それらを冷却する熱交換器３Ａが設けられてい
る。
【００１６】なお、通常太陽電池１は不透明であるが、
太陽電池１が透明または半透明な場合は、図１に示すよ
うに、太陽電池１と熱交換器３Ａとの間に反射鏡７を配
設して、光を有効に利用するようにしても良い。
【００１７】一方、集光器１０に対向して、波長選択反
射透過膜８の反射光を受けるための熱電発電素子２（熱
電対等）およびそれを冷却する熱交換器３Ｂが設けられ
でいる。
【００１８】そして、太陽電池１は太陽光６により光発
電を行うとともに、熱電発電素子２は集光器１０からの
反射光により熱発電を行う。また、放物面状の集光器１
０および熱電発電素子２で発生した熱は、熱交換器３Ａ
および熱交換器３Ｂにより冷却水４で冷却され、温水と
して給湯５される。
【００１９】つぎに図２の断面図に示すように、前記集
光器１０は、表面から波長選択反射透過膜８と、太陽電
池１（透明電極１ａ、ｐ層１ｂ、ｉ層１ｃ、ｎ層１ｄ、
透明電極１ｅ）と、反射鏡７の層で構成されている。
【００２０】以上の構成において、図３と図４に示すよ
うに、 （ａ）太陽からの入射光（Ｉ0 ）のうち所定値より波長
の長い光は、波長選択反射透過膜８で鏡面反射され、第
１次反射光（Ｉr1）として集光され熱電発電素子２に到
達する。
【００２１】また一部は、第１次散乱反射成分（Ｉs1）
として波長選択反射透過膜８の表面で散乱反射し損失と
なる。 （ｂ）他の光は太陽電池１に入射する。
【００２２】そして、太陽電池１に入射した光の一部
は、第１次光発電寄与分（Ｉc1）として太陽電池１で電
気エネルギーに直接変換される。 （ｃ）また、太陽電池１が透明または半透明な場合は、
残った光は、太陽電池１の裏面に配設された反射鏡７に
達し、ほとんど全て反射される。
【００２３】また、一部は、第２次散乱反射成分
（Ｉs2）として反射鏡７の表面で散乱反射し損失とな
る。 （ｄ）反射鏡７で反射した光は、再び太陽電池１に入射
し、第２次光発電寄与分（Ｉc2）として太陽電池１で電
気エネルギーに直接変換される。
【００２４】なお、太陽電池１等で発生した熱は、熱交
換器３Ａにより熱利用（Ｉh1）される。 （ｅ）そして、残りの光は、再び波長選択反射透過膜８
を通過し、第２次反射光（Ｉr2）として、集光され熱電
発電素子２に到達する。 （ｆ）熱電対等の熱電発電素子２に到達した第１次反射
光（Ｉr1）および第２次反射光（Ｉr2）は、直接熱電変
換により、電気エネルギー（Ｉc3＋Ｉc4）に変換され
る。
【００２５】なお、熱電発電素子２で発生した熱は、熱
交換器３Ｂにより熱利用（Ｉh2＋Ｉh3）される。 （ｇ）このように、第１の実施の形態での太陽エネルギ
ー利用（Ｉc1＋Ｉc2＋Ｉc3＋Ｉc4＋Ｉh1＋Ｉh2＋Ｉh3）
率は、約７２％となり、従来のシステムよりも高くなっ
ている。また太陽熱が弱い冬季においても発電を行うこ
とができるため、従来のシステムに比べて太陽熱の利用
率が高くなる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）太陽熱の強い場合、弱い場合に応じて、太陽電池
１と、熱電発電素子２と、熱交換器３により、太陽熱の
利用効率を大幅に向上することが出来る。 （２）上記により、冬季にも発電できるのみならず、太
陽熱利用の季節変動を緩和することが出来る。そのた
め、利用に便利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るシステムの全
体系統図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る集光器の説明
図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る集光器の作用
説明図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るシステムの太
陽電池の作用説明図。
【図５】従来システムの全体構成図。
【符号の説明】
１ …太陽電池 １ａ…透明電極 １ｂ…ｐ層 １ｃ…ｉ層 １ｄ…ｎ層 １ｅ…裏面電極 ２ …熱電発電素子 ３Ａ、３Ｂ…熱交換器 ４ …冷却水 ５ …給湯 ６ …太陽光 ７ …反射鏡 ８ …波長選択反射透過膜 １０…放物面状の集光器 １０１…反射鏡 １０２…集熱器 １０３…ポンプ １０４…熱交換器（蓄熱体） １０５…タービン １０６…発電機 １０７…凝縮器 １０８…ポンプ １０９…管 Ｉ0 …太陽からの入射光 Ｉr1…第１次反射光（波長選択反射透過膜８での鏡面反
射成分） Ｉs1…第１次散乱反射成分（波長選択反射透過膜８での
散乱反射成分） Ｉc1…第１次光発電寄与分（太陽電池１で電気に変換さ
れるエネルギー） Ｉh1…熱交換器３Ａによる熱利用 Ｉr2…第２次反射光（反射鏡７での鏡面反射した後、波
長選択反射透過膜８を通過した成分） Ｉs2…第２次散乱反射成分（反射鏡７でのでの散乱反射
成分） Ｉc2…第２次光発電寄与分（太陽電池１で電気に変換さ
れるエネルギー） Ｉh2、Ｉh3…熱交換器３Ｂによる熱利用 Ｉc3、Ｉc4…熱電発電素子２による発電
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000006208 三菱重工業株式会社 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 (72)発明者 新野 正之 宮城県仙台市若林区南小泉１丁目３番地７ 号 (72)発明者 木皿 且人 宮城県柴田郡柴田町大字船岡字並松33番地 の３ (72)発明者 中島 昭二 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 松林 政之 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（Ａ）放物面状に形成された太陽電池
    （１）と、太陽電池（１）の表面に配設され所定値より
    も波長の短い光を通過させる波長選択反射透過膜（８）
    と、（Ｂ）前記太陽電池（１）に対向して配設された熱
    電発電素子（２）と、熱電発電素子（２）を冷却する熱
    交換器（３Ｂ）とからなることを特徴とする太陽光熱発
    電システム。
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