JPS63318169A - 太陽光を有効利用する太陽光発電方法及びそのデバイス - 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、太陽光発電方法及びそのデバイスの改良に関
し、詳しくは太陽光を電気エネルギーに高効率に変換す
るだけでなく、更に効率よく熱回収可能な太陽光発電方
法及びそのデバイスに関するものである。

［発明の背景］ 太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する技術として
太陽電池があり、近時、太陽電池の光電変換効率の向上
技術の開発は盛んに行われているが、太陽エネルギー特
に太陽光を総合的に高効率で発電する技術はほとんど１
３１発されておらず。

未だ満足できる段階には到っていないのが現状である。

周知の如く、太陽電池には多種多様のものがあり、各々
製造コスト、光電変換効率、形状ないし体裁等について
異なるばかりでなく、その分光感度特性（バンドギャッ
プ）も異なっている。

このようにバンドギャップの異なる太陽電池の複数個を
組合せて用い、太陽光を総合的に効率よく電気エネルギ
ーに変換する試みも、なされている。

即ち１例えばバンドギャップの異なるアモルファス太陽
電池を多層に重ねたタンデム型アモルファス太陽電池や
結晶型太陽電池の上にアモルファス太陽電池を設こした
タンデム型太陽電池は従来から考えられているが、この
技術は、太陽光をその波長のまま、複数のプロセスにて
電気エネルギーに変換するものであるため、多層に設こ
する太陽電池の選択範囲が限られるという不都合がある
。

かかる不都合を解消すべく、鋭意検討を重ねた結果１本
発明者等は、先に特願昭８１−１５０１０９号明細書に
おいて、太陽光を波長選別し、太陽光を総合的に効率よ
く電気エネルギーに変換する技術を提案した。

［発明の目的］ 本発明は、先に自ら提案した高効率的な電気エネルギー
変換技術を更に改良し、太陽光の総合的有効利用を図り
、実用的かつ省エネ型である太陽光発電方法及びそのデ
バイスを提供することを目的とする。

［発明の構成〕 本発明に係る太陽光発電方法は、集光部の少なくとも一
端面において、前記集光部に含有された蛍光色素より放
射された蛍光を太陽電池に入射させ、前記集光部に入射
した太陽光を波長選別し電気エネルギーに変換する太陽
光発電方法において、前記後光部が透明容器で形成され
、該容器内に蛍光色素を溶解した熱媒を合有し、該熱媒
から熱回収することを特徴とする。

また、上記本発明法を実施するのに適切な本発明に係る
太陽光発電デバイスは、波長選別する集光部の少なくと
も一端面に、該後光部に含有された蛍光色素が入射した
太陽光を吸収して放射する蛍光を電気エネルギーに変換
する太陽電池が設けられた太陽光発電デバイスにおいて
、前記集光部が蛍光色素を溶解した且つ熱回収可１戯な
熱媒を含有する透明容器であることを特徴とする。

〔発明の作用〕

本発明は・蛍光色素を溶解した且つ熱回収可能す熱媒を
含有する透明容器を用いて、波長選別して、その各々の
波長帯に適した太陽電池を用いて効率よく太陽エネルギ
ー特に太陽光を電気エネルギーに変換すると共に効率的
な熱回収を行い、太陽光の総合的有効利用を図るもので
ある。

【発明の具体的構成］ 本発明において透明容器は、方形状のガラス又はプラス
チック性の透明（半透明含む）容器であり、内部には蛍
光色素が溶解された熱媒を含む。

従って該透明容器に太陽光を当てると、反射光の他に、
ある波長帯の光を吸収して、異なった波長帯の光を放射
する（吸収・放射する光の波長帯は蛍光色素により異な
る）ものである、また熱媒の存在によって太陽の熱エネ
ルギーを吸収することができる。

蛍光色素としては１例えば昼光蛍光染料、又は顔料色素
があり、熱媒に溶解可能なものが用いられる。好ましい
蛍光染料としては１例えば。

Ｃ，１，４９００５，Ｃ−１，４６０４０，Ｃ，１，４
５１？０．　Ｃ，１，４５３５０゜Ｃ，１，４５３８０
等が挙げられる。

熱媒としては１例えば酢酸エチル等のエステル類、メタ
ノール、エタノール等のアルコール類、その池水等が用
いられ、蛍光色素との関係で好ましいものを選択使用す
る。

本発明において、蛍光色素として１例えばレッド・オレ
ンジを用いた場合には、第３図に示す如く、入射太陽光
（白色光）のうち黄赤部を反射し［反射成分（り］、そ
の上、吸収した紫外〜青紫の入射エネルギーを黄赤色の
発光に変換して放射ないし反射する［蛍光成分（２）Ｊ
ため１両者が重なり合って輝くような黄赤色〔（３）の
成分＝（＋）＋（２月に見えることとなる。

本発明の透明容器において、かかる蛍光色素から放射な
いし反射された光゛（反射光（１）と蛍光との合計成分
（３））は、略全反射して該容器端面に後光される。こ
のように特別な光学系（レンズや反射鏡）を用いずに、
成る波長の光が該容器の端面に集光される。かかる波長
選別は、用いる蛍光色素によって決め得る。

本発明においては、透明容器の端面に用いられる太陽電
池のバンドギャップに応じて上記波長選別を行うことが
できる。

本発明に用いられる太陽電池は、いずれのタイプのもの
であってもよい、即ち、アモルファス（非結晶ｆｆ１）
　、結晶型のいずれでもよいし、いわゆる化合物半導体
タイプでもよいし、その他のタイプでもよい。

また本発明の太陽電池は、乾式、湿式のいずれのタイプ
でもよく、乾式型のシリコン太陽電池は単結晶、多結晶
（インゴットおよびリボン）、アモルファスのいずれで
もよく、化合物半導体（有機および無ａ）太陽電池でも
よい、湿式では化合物半導体太陽電池等が挙げられる。

また１色素を励起することにより働く光電池（例えば光
ガルバニ電池１芭素増感電池等）の如き光の作用で働く
化学電池や、有ａｇ膜を素材とする太陽電池、或は金属
薄膜とトンネルダイオードを組合せたプラズモン太陽電
池を用いてもよい。

本発明に好ましく用いられる太陽電池については１日本
化学会、昭和５８年１０月１日発行の「化学と工業」第
３７巻第１０号６７１頁〜６７８頁「太陽電池の化学的
課題」及び「光の作用で働く化学電池」の記載、並びに
特開昭５９−４１７９号、同５９−４７７７７号、同５
８−９８７２２号公報等を参照できる。

本発明において、熱媒に吸収された熱エネルギーを回収
する手段は、特に限定されず１例えば熱交換器（液−波
型など）等を用いることができ、特に省エネ等を考慮し
、透明容器内の液の対流を利用し自然循環による熱交換
を行うことも好ましい。

以下１本発明の方法を実施するための太陽光発電デバイ
スについて添付図面に基き説明する。

第１図は、太陽光発電デバイスの一例を示す斜視図、第
２図は、同上の概略側面図である。

第１図及び第２図において、ｌは方形状の透明プラスチ
ック容器であり、該透明容器ｌ内には蛍光色素２が溶解
された熱媒３を含む、４は該透明容器ｌの太陽光入射面
（上面）に設けられた第１太陽電池、５は透明容器ｌの
一端面に設けられた第２太陽電池、６は透明容器ｌの下
面に設けられた第３太陽電池である。尚、７は透明容器
ｌの上記太陽電池の設けられていない面に設けられた反
射膜である。

本実施例において１例えば第１太陽電池４としてアモル
ファス太陽電池を用い、第２太陽電池５として結晶型太
陽電池を用い、そして第３太陽電池６として化合物半導
体太陽電池を用いる、というように異なるバンドギャッ
プをもった太陽電池を用いることが、太陽光を電気エネ
ルギーへの効率的変換という点から好ましい。

即ち１本実施例の場合、透明容器ｌの上に１例えばアモ
ルファス太陽電池４を設置して、短波長側の太陽エネル
ギーを電気エネルギーに変換する０次にアモルファス太
陽電池４を透過した太陽光（主に中波長帯）を透明容器
ｌに当て、蛍光色素２に吸収番放射させ中波長帯をより
長波長帯にシフトし、これを端面に設こした結晶型太陽
電池５に当て、電気エネルギーに変換する。一方、透明
容器ｌを透過した太陽光（主に長波長帯）を透明容器１
の下に設置した化合物半導体タイプ？＋！１６にて電気
エネルギーに変換する。

このように３段階プロセスにて太陽エネルギーを波長選
別して、その各々の波長帯に最適な分光感度特性をもっ
た３種類の太陽電池にて色々な波長帯を含む太陽エネル
ギーを効率よく電気エネルギー、即ち電力に変換するも
のである。

第１図及び第２図において、８は多管８Ａを有する熱交
換器であり、９は冷水入口、　１０は温水出口である。

ｌｌは透明容器ｌの上部出口ＩＡと熱交換器８の入口を
連結するパイプであり、該パイプ１１の途中には、ポン
プ１２（サクション側には図示しないストレーナ−が設
けられていることが好ましい）、が設けられている。　
１３は熱交換器８の出口と透明容器１の下部入口ＩＢを
連結するパイプである。

尚、６交換器８は透明容器ｌの近傍（接設含む）に設け
られてもよいが、離れた場所（例えば地上のメンテナン
スしやすい場所等）に設けられてもよい、また熱交換器
８のタイプは上記に限定されず公知の種々のタイプのも
のを用いることができる。

本発明における太陽光のエネルギーの利用形態は種々の
タイプが考えられ、以下に主なタイプを例示する。

■第１太陽電池４、第２太陽電池５．第３太陽電池６を
設は波長選別された光を電気に利用し、これとは別に熱
交換器を設け、全ての波長域の光を熱回収に利用するタ
イプ ■第１太陽電池４．第２太陽電池５を設け、第３太陽電
池の部位に熱交換手段を設け、短波、中波域の光を電気
に利用し、長波域の光を熱回収に利用するタイプ（ｍｌ
太陽電池又は第２太陽電池の部位に熱交換手段を設け、
ｖ１波、中波域の光を熱回収に利用してもよい） ■■のタイプで、第３太陽電池を省略し、採光の利用を
付加したタイプ 太陽光の熱エネルギー（太陽光の全エネルギーから太陽
電池等で消費したエネルギーを差引いたエネルギー）を
吸収した熱媒は、透明容器１内に攪拌等の動力を与えな
い限り、容器の上方が先に温度上昇し１次第に下方に熱
伝導して下方の熱媒も温度上昇し、全体的に温度上昇す
る。従って全体的に温度上昇した後には、容器ｌのいず
れの部位から熱媒を引き抜いてもよいが、下方に熱伝導
が十分になされていない段階では、図示の如く容器の上
部出口ＩＡからポンプ１２を用いて熱媒を引き抜くこと
が好ましい、熱媒は熱交換器８内で熱交換され、冷水を
温水に加温する。この熱交換（ポンプの作動による熱媒
の供給、冷水の供給等）は連続的に行ってもよいが、バ
ッチ式で行ってもよい、温水は適当な方法によって貯蔵
しておくこともできる。なお公知の蓄熱法（例えば地下
蓄熱法等）を利用してもよい。

上記実施例では、ポンプを用いているが、連結パイプ１
１と熱交換器８内を密封系にし、熱交換器を透明容器内
の液面より高い位置に設けることにより、透明容器内の
熱吸収した熱媒は低密度になるため熱交換器内に移動し
、熱交換可能となるので、必ずしもポンプを必要としな
い、なお容器内の上面は熱媒が熱交換器の方へ容易に移
動できるように傾斜を有していることが好ましい。

尚、上記実施例においては、容器内の熱媒を交換しても
よい場合には、透明容器内の熱媒の液面と熱交換器の位
数にヘッド差をとり、ポンプを省略して１例えばバルブ
やコックにより適当な流量に調整するだけで、熱交換を
行うことができる。

熱交換器から排出された熱媒は適当な容器に受は入れ、
使用するか（再処理後に再使用する場合金む）、あるい
は廃棄する（処理して廃棄することが好ましい）。

尚また上記実施例においては、太陽電池の発熱エネルギ
ーを吸収するための伝熱バイブ１４を設けることも好ま
しい、パイプ１４の取り付は方・本数等については、よ
り効率的な設計とすることが好ましい。

尚１本発明の集光部ないし第１太陽電池に入射する太陽
光は直射日光であっても散乱光であっても収束光であっ
てもよい。

又蛍光色素の耐久性（耐候性）を向上させるための技術
（例えばクリヤーオーバレイ）を適用することは好まし
いことである。

なお本発明の透明容器と特願昭８１−１５０１０９号に
記載の蛍光型集光板を組合せ使用することもできる。

［発明の効果］ 本発明によれば特有の透明容器と太陽電池の組合せによ
って、太陽光を波長選別し、太陽光を総合的に効率よく
電気エネルギーに変換でき、かつ太陽光の熱エネルギー
を吸収して、太陽光の総合的有効利用をはかり、実用的
、かつ省エネ型の太陽光発電方法及びそのデバイスを提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第・１図は、太陽光発電デバイスの一例を示す斜視図、
第２図は、同上の概略側面図、第３図は蛍光色素として
レッド・オレンジを用いたときの波長・反射率を示すグ
ラフである。 ｌ：透明容器 ２：蛍光色素 ３：熱媒 ４：第１太陽電池 ５：第２太陽電池 ６：第３太陽電池 ７：反射膜 ８：熱交換器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）集光部の少なくとも一端面において、前記集光部
   に含有された蛍光色素より放射された蛍光を太陽電池に
   入射させ、前記集光部に入射した太陽光を波長選別し電
   気エネルギーに変換する太陽光発電方法において、前記
   集光部が透明容器で形成され、該容器内に蛍光色素を溶
   解した熱媒を含有し、該熱媒から熱回収することを特徴
   とする太陽光発電方法。
2. （２）波長選別する集光部の少なくとも一端面に、該集
   光部に含有された蛍光色素が入射した太陽光を吸収して
   放射する蛍光を電気エネルギーに変換する太陽電池が設
   けられた太陽光発電デバイスにおいて、前記集光部が蛍
   光色素を溶解した且つ熱回収可能な熱媒を含有する透明
   容器であることを特徴とする太陽光発電デバイス。