JPWO2012067082A1 - Condensing device, photovoltaic power generation device, and photothermal conversion device - Google Patents
Condensing device, photovoltaic power generation device, and photothermal conversion device Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2012067082A1 JPWO2012067082A1 JP2012544247A JP2012544247A JPWO2012067082A1 JP WO2012067082 A1 JPWO2012067082 A1 JP WO2012067082A1 JP 2012544247 A JP2012544247 A JP 2012544247A JP 2012544247 A JP2012544247 A JP 2012544247A JP WO2012067082 A1 JPWO2012067082 A1 JP WO2012067082A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- condensing
- optical element
- light
- condensing optical
- incident
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 45
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 429
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 36
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 32
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 6
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/12—Light guides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
- F24S23/31—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Abstract
集光装置は、第1の集光レンズ,第2の集光レンズ、第1の集光レンズにより集光入射する入射光を導く第1の集光光学素子、第2の集光レンズにより集光入射する入射光を導く第2の集光光学素子とを備えて構成される。集光光学素子は、各々入射光を透過する上面及び上面と対向して延びる下面と、上面と下面の間に入射光の光軸と交差して設けられた反射面と、反射面の反対側に設けられた出射面とを有する。第1の集光光学素子及び第2の集光光学素子の反射面が上下に重複せず第1の集光光学素子及び第2の集光光学素子の出射面が上下に並ぶように第1の集光光学素子と第2の集光光学素子が上下に重ねて配設され、第1の集光レンズ及び第2の集光レンズにより集光されそれぞれ反射面により反射された光が、出射面に導かれるように構成される。The condensing device includes a first condensing lens, a second condensing lens, a first condensing optical element that guides incident light condensed and incident by the first condensing lens, and a second condensing lens. And a second condensing optical element that guides incident light incident thereon. The condensing optical element includes an upper surface that transmits incident light, a lower surface that extends opposite to the upper surface, a reflective surface that is provided between the upper surface and the lower surface so as to intersect the optical axis of the incident light, and an opposite side of the reflective surface And an exit surface provided on the surface. The first condensing optical element and the second condensing optical element are arranged so that the reflecting surfaces of the first condensing optical element and the second condensing optical element do not overlap vertically, and the exit surfaces of the first condensing optical element and the second condensing optical element are aligned vertically. The condensing optical element and the second condensing optical element are arranged one above the other so that the light condensed by the first condensing lens and the second condensing lens and reflected by the reflecting surface is emitted. Configured to be guided to the surface.
Description
本発明は、光を集光する装置に関し、より詳細には、厚さ方向に入射する光を側面方向に集光する集光装置、及びこれを用いた光発電装置並びに光熱変換装置に関する。 The present invention relates to an apparatus that condenses light, and more particularly, to a condensing apparatus that condenses light incident in a thickness direction in a side surface direction, and a photovoltaic device and a photothermal conversion apparatus using the condensing apparatus.
近年、CO2排出量の削減が全世界的に求められ、自然エネルギーの利用が進められている。太陽光のエネルギー利用に関しては、旧来より太陽熱温水器等において太陽光の熱エネルギーが利用されてきた。このほか、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換して利用する太陽光発電システムが一般家庭に導入され、大規模な太陽光発電所も各国で実用化段階に入りつつある。In recent years, reduction of CO 2 emissions has been demanded worldwide and the use of natural energy has been promoted. Regarding the use of solar energy, solar thermal energy has been used in solar water heaters and the like from the past. In addition, solar power generation systems that convert the light energy of sunlight into electrical energy have been introduced into ordinary households, and large-scale solar power plants are entering the practical stage in various countries.
光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セルは、光電変換する材料分類上、シリコン系、化合物系、有機系、色素増感系などに分類される。このような材料により構成される一般的な太陽電池のセルは、光エネルギーから電力への変換効率が概ね10〜20%程度である。これに対し、太陽光の放射スペクトル範囲を複数の波長帯域に分割し、各波長帯域の光を光電変換するのに最適なバンドギャップの半導体層を複数積層して、光エネルギーから電力への変換効率を40%程度まで高めた、多接合型(タンデム型、積層型などとも称される)の太陽電池セルが開発されている。 Solar cells that convert light energy into electrical energy are classified into silicon-based, compound-based, organic-based, dye-sensitized systems, and the like in terms of photoelectric conversion material classification. A cell of a general solar battery composed of such a material has a conversion efficiency from light energy to electric power of about 10 to 20%. On the other hand, the solar radiation spectrum range is divided into multiple wavelength bands, and multiple semiconductor layers with optimal band gaps for photoelectric conversion of light in each wavelength band are stacked to convert light energy to power Multi-junction type (also referred to as tandem type, stacked type, etc.) solar cells with improved efficiency up to about 40% have been developed.
しかし、上記のような高効率の太陽電池セルは極めて高価であり、航空宇宙などの特殊な用途以外では使用することが困難である。そこで、小型のセルに太陽光を集光して入射させることでコストを低減し、高効率で太陽光発電を行う集光型の太陽電池モジュールが考案されている。集光形式として、太陽光をフレネルレンズや反射鏡等により集光して太陽電池セルに直接入射させるレンズ集光型(特許文献1、特許文献2を参照)、蛍光粒子が分散された蛍光プレートに太陽光を入射させ、プレート内で発生した蛍光をプレート側方に取り出して集光する蛍光プレート集光型(特許文献3を参照)、ホログラムフィルム及び太陽電池セルが挟み込まれたプレートに太陽光を入射させ、ホログラムフィルムにより回折した光を太陽電池セルに導く分光集光型(特許文献4を参照)などが提案されている。
However, the high-efficiency solar cells as described above are extremely expensive and difficult to use except for special applications such as aerospace. In view of this, a concentrating solar cell module has been devised that condenses and enters sunlight into a small cell to reduce costs and to perform solar power generation with high efficiency. As a condensing type, a lens condensing type that condenses sunlight by a Fresnel lens or a reflecting mirror and directly enters the solar cell (see
しかしながら、上記各集光方式には長所がある反面、次のような課題もがある。例えば、太陽光をフレネルレンズや反射鏡等により集光し、収束光を太陽電池セルに直接入射させる従来のレンズ集光型では、比較的大型のレンズ等と各レンズ等に対応した太陽電池セルが設けられている。このため、レンズ等の焦点距離に応じて装置が大型化するという課題がある。また、多数の太陽電池セルがレンズ等の焦点位置に分散配置されるため装置が複雑化するという課題がある。蛍光プレート集光型や分光集光型は、モジュールの光軸方向寸法(厚さ)を小さく(薄く)できるが、波長依存性や変換効率の面で改善すべき余地がある。 However, each condensing method has advantages, but has the following problems. For example, in the conventional lens condensing type in which sunlight is condensed by a Fresnel lens or a reflecting mirror and the convergent light is directly incident on the solar cell, the solar cell corresponding to a relatively large lens and each lens. Is provided. For this reason, there exists a subject that an apparatus enlarges according to the focal distances, such as a lens. In addition, there is a problem that the apparatus becomes complicated because a large number of solar cells are dispersedly arranged at focal positions such as lenses. The fluorescent plate condensing type and the spectral condensing type can reduce (thin) the dimension (thickness) of the module in the optical axis direction, but there is room for improvement in terms of wavelength dependency and conversion efficiency.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、太陽光等の光エネルギーを、簡明な装置で効率的に利用可能な新たな集光装置を提供する。 This invention is made | formed in view of the above situations, and provides the new condensing apparatus which can utilize light energy, such as sunlight, efficiently with a simple apparatus.
本発明を例示する第1の態様は、集光装置である。この集光装置は、第1の集光レンズ及び透明材料により形成され第1の集光レンズにより集光されて入射する入射光を導く第1の集光光学素子と、第2の集光レンズ、及び透明材料により形成され第2の集光レンズにより集光されて入射する入射光を導く第2の集光光学素子とを備えて構成される。第1の集光光学素子及び第2の集光光学素子は、各々、入射光を透過する上面及びこの上面と対向して延びる下面と、上面と下面の間に入射光の光軸と交差して設けられ入射光を反射する反射面(例えば、実施形態における集光反射面25,35)と、反射面の反対側に設けられた出射面とを有し、第1の集光光学素子の反射面と第2の集光光学素子の反射面とが上下に重複せず第1の集光光学素子の出射面と第2の集光光学素子の出射面とが上下に並ぶように第1の集光光学素子と第2の集光光学素子とが上下に重ねて配設されて、第1の集光レンズ及び第2の集光レンズにより集光され各々反射面により反射された光が、第1の集光光学素子及び第2の集光光学素子の出射面に導かれるように構成される。なお、便宜的に、入射光が透過する面を「上面」とし、この上面に対向する面を「下面」と表記するが、集光装置の配設姿勢は光が入射する方位等に応じて任意であり、位置や姿勢を規定するものではない。
The 1st mode which illustrates the present invention is a condensing device. This condensing device includes a first condensing optical element that is formed of a first condensing lens and a transparent material, and that guides incident light that is condensed by the first condensing lens and incident, and a second condensing lens. , And a second condensing optical element that guides incident light that is condensed by the second condensing lens and is incident by the second condensing lens. Each of the first condensing optical element and the second condensing optical element intersects the optical axis of the incident light between the upper surface transmitting the incident light, the lower surface extending opposite to the upper surface, and the upper surface and the lower surface. And reflecting surfaces that reflect incident light (for example, the
この場合において、反射面は、集光レンズにより所定の集束角度または発散角度で反射面に入射する光線の最小入射角が、反射面と空気との界面における全反射角以上となるように設定することが好ましい。また、反射面は、集光レンズにより所定の集束角度または発散角度で入射した入射光の反射後の拡がり角を抑制する曲面状に形成することが好ましい。さらに、反射面は、当該反射面で反射されて下面及び/または上面に入射する光線の最小入射角が、これらの面と空気との界面における全反射角以上となるように設定することが好ましい。 In this case, the reflecting surface is set so that the minimum incident angle of light incident on the reflecting surface at a predetermined focusing angle or diverging angle by the condenser lens is equal to or greater than the total reflection angle at the interface between the reflecting surface and air. It is preferable. The reflecting surface is preferably formed in a curved surface shape that suppresses the spread angle after reflection of incident light incident at a predetermined focusing angle or divergence angle by the condenser lens. Further, the reflecting surface is preferably set so that the minimum incident angle of the light beam reflected by the reflecting surface and incident on the lower surface and / or the upper surface is equal to or greater than the total reflection angle at the interface between these surfaces and air. .
第1の集光光学素子及び第2の集光光学素子は、上面と下面の間を繋ぎ出射面を挟んで相互に対向する第1側面及び第2側面を有し、上面から入射して反射面により反射された光が、上面、下面、第1側面及び第2側面により全反射されて、出射面に導かれるように構成することが好ましい。 The first condensing optical element and the second condensing optical element have a first side surface and a second side surface that connect the upper surface and the lower surface and face each other across the emission surface, and are incident and reflected from the upper surface. It is preferable that the light reflected by the surface is totally reflected by the upper surface, the lower surface, the first side surface and the second side surface and guided to the output surface.
以上の本発明の態様において、上下に重ねて配設される第1の集光光学素子と第2の集光光学素子とは上下に密着して配設され、密着する上面と下面がマッチングにより一体的に結合されるように構成することが好ましい。 In the above aspect of the present invention, the first condensing optical element and the second condensing optical element that are arranged one above the other are arranged in close contact with each other, and the upper and lower surfaces that are in close contact are matched by matching. It is preferable to be configured to be integrally coupled.
なお、第1の集光レンズ及び第2の集光レンズは、各々光を集光する複数の単位集光レンズからなり、第1の集光光学素子、第2の集光光学素子は、各単位集光レンズにより集光されて入射する各入射光に対応して設けられた複数の反射面を有して一体に形成されるように構成することが好ましい。 The first condenser lens and the second condenser lens are each composed of a plurality of unit condenser lenses for condensing light, and the first condenser optical element and the second condenser optical element are respectively It is preferable that a plurality of reflecting surfaces provided corresponding to each incident light that is collected by the unit condenser lens and incident thereon are formed integrally.
また、第1側面は個々の反射面に対応して複数設けられ、第2側面は複数の前記反射面に共通して一体に設けられるように構成することが好ましい。この場合、第1の集光光学素子と第2の集光光学素子とは、第1側面及び第2側面が、出射方向に延びる軸(例えば、実施形態におけるx軸)に対して軸対称になるように形成することが好ましい。 Further, it is preferable that a plurality of first side surfaces are provided corresponding to the respective reflecting surfaces, and a second side surface is provided integrally with the plurality of reflecting surfaces. In this case, the first condensing optical element and the second condensing optical element are symmetrical with respect to an axis (for example, the x axis in the embodiment) in which the first side surface and the second side surface extend in the emission direction. It is preferable to form it as follows.
さらに、第1の集光レンズ及び第2の集光レンズは、各々複数の単位集光レンズがマトリクス状に配設されてレンズアレイが形成され、第1の集光光学素子及び第2の集光光学素子は、各行の単位集光レンズに対応して反射面及び第1側面及び第2側面が形成された素子ユニットが複数列設けられて一体に形成されるように構成することが好ましい。また、反射面と出射面とを結ぶ方向の大きさが上面と下面を結ぶ厚さ方向の大きさに対して充分に大きいプレート状またはシート状に形成されるように構成することが好ましい。 Further, each of the first condenser lens and the second condenser lens has a plurality of unit condenser lenses arranged in a matrix to form a lens array, and the first condenser optical element and the second condenser lens are formed. The optical optical element is preferably configured such that a plurality of element units each having a reflecting surface, a first side surface, and a second side surface are provided corresponding to the unit condenser lens in each row and are integrally formed. Further, it is preferable that the plate is formed in a plate shape or a sheet shape in which the size in the direction connecting the reflection surface and the output surface is sufficiently larger than the size in the thickness direction connecting the upper surface and the lower surface.
本発明を例示する第2の態様は光発電装置である。この態様の光発電装置は、第1の態様の集光装置と、集光装置により出射面に導かれた光を光電変換する光電変換素子とを備えて構成される。 A second aspect illustrating the present invention is a photovoltaic device. The photovoltaic device according to this aspect includes the light collecting device according to the first aspect and a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light guided to the emission surface by the light collecting device.
本発明を例示する第3の態様は光熱変換装置である。この態様の光熱変換装置は、第1の態様の集光装置と、集光装置により出射面に導かれた光を光熱変換する光熱変換素子とを備えて構成される。 A third aspect illustrating the present invention is a photothermal conversion device. The photothermal conversion device according to this aspect includes the light condensing device according to the first aspect and a photothermal conversion element that photothermally converts the light guided to the emission surface by the light condensing device.
本発明の第1の態様の集光装置は、第1の集光光学素子、第2の集光光学素子における反射面が上下に重複せず出射面が上下に並ぶように第1の集光光学素子、第2の集光光学素子が上下に重ねて配設されて、第1の集光レンズ、第2の集光レンズにより集光されて各反射面により反射された光が上下に並ぶ出射面に導かれるように構成される。従って、本発明の第1の態様の集光装置によれば、集光効率を向上して太陽光等の光エネルギーを効率的に利用可能な、新たな集光装置を提供することができる。 The condensing device according to the first aspect of the present invention provides the first condensing device such that the reflecting surfaces of the first condensing optical element and the second condensing optical element do not overlap vertically and the exit surfaces are aligned vertically. The optical element and the second condensing optical element are arranged one above the other so that the light condensed by the first condensing lens and the second condensing lens and reflected by the reflecting surfaces is lined up and down. It is comprised so that it may be guide | induced to the output surface. Therefore, according to the condensing device of the first aspect of the present invention, it is possible to provide a new condensing device that can improve the condensing efficiency and efficiently use light energy such as sunlight.
本発明の第2の態様の光発電装置は、上記のような集光装置と、集光装置により集光された光を光電変換する光電変換素子とを備えて構成される。このため、薄型かつ簡明な構成で太陽光等の光エネルギーを効率的に利用可能な光発電装置を提供することができる。 The photovoltaic device according to the second aspect of the present invention includes the above-described condensing device and a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light collected by the condensing device. For this reason, the photovoltaic device which can utilize light energy, such as sunlight efficiently, with a thin and simple structure can be provided.
本発明の第3の態様の光熱変換装置は、上記のような集光装置と、集光装置により集光された光を光熱変換する光熱変換素子とを備えて構成される。このため、薄型かつ簡明な構成で太陽光等の光エネルギーを効率的に利用可能な光熱変換装置を提供することができる。 A photothermal conversion device according to a third aspect of the present invention includes the above-described condensing device and a photothermal conversion element that photothermally converts the light collected by the condensing device. For this reason, the photothermal conversion apparatus which can utilize light energy, such as sunlight efficiently, with a thin and simple structure can be provided.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。本発明の態様を例示する光発電装置PVSの外観斜視図を図1に示す。また、光発電装置PVSにおける第1構成形態の集光装置1の原理を説明するための概念図を図2に示す。説明を明瞭化するため、相互に直行するx軸、y軸、z軸から成る座標系を規定し、これを図1中に示す。z軸は光発電装置PVSにおける集光装置1の厚さ方向に延びる軸、x軸は集光装置1により集光されて取り出される光の取り出し方向に延びる軸、y軸はこれらの2軸と直交する方向に延びる軸である。説明の便宜上、図2に示す姿勢をもって上下左右ということがあるが、光発電装置PVSの配設姿勢は光の入射方位に応じて任意であり、位置や姿勢を規定するものではない。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an external perspective view of a photovoltaic power generator PVS illustrating an embodiment of the present invention. Moreover, the conceptual diagram for demonstrating the principle of the condensing
[光発電装置及び集光装置の概要]
装置全体の概要を把握するため、まず光発電装置PVSの全体構成について説明する。光発電装置PVSは、入射する光を集光する集光装置1、2と、集光装置1、2により集光されて端部に導かれた光を光電変換する光電変換素子5とを備えて構成される。図1及び図2に示す集光装置1、2は、上方から入射する光(例えば太陽光)を集光する第1の集光レンズ10A,第2の集光レンズ10Bと、透明材料により形成され第1の集光レンズ及び第2の集光レンズにより集光されて入射する入射光を導く第1の集光光学素子20A,第2の集光光学素子20Bとを備えて構成される。[Outline of photovoltaic device and condensing device]
In order to grasp the outline of the entire apparatus, first, the overall configuration of the photovoltaic power generation apparatus PVS will be described. The photovoltaic device PVS includes condensing
第1の集光レンズ10A,第2集光レンズ10B、第1の集光光学素子20A,第2の集光光学素子20Bはそれぞれ、基本的に同じ構造の複数の集光レンズまたは集光光学素子を組み合わせて構成される。集光レンズ10(10A,10B)、集光光学素子20(20A,20B)は、例えば光学ガラス等の無機材料やPMMA等の樹脂材料を用いて作製される。図1は、集光レンズと集光光学素子からなる集光構造を二組設けた例を示しているが、集光レンズと集光光学素子の組数は三組以上であっても良い。
The
図1に示す集光レンズ10(10A,10B)は、下添え字を付して示す複数の単位集光レンズをx軸方向及びy軸方向に複数行×複数列(m行×n列、m及びnは自然数)並べてマトリクス状に配設したレンズアレイにより構成した例を示す。レンズアレイは、複数の単位集光レンズをマトリクス状に一体成型して構成してもよいし、あるいは、個々に形成した単位集光レンズを枠体等にマトリクス状に配置固定して構成してもよい。 The condensing lens 10 (10A, 10B) shown in FIG. 1 includes a plurality of unit condensing lenses indicated by subscripts in a plurality of rows × a plurality of columns (m rows × n columns, in the x-axis direction and the y-axis direction, An example in which m and n are natural numbers) is configured by a lens array arranged in a matrix. The lens array may be configured by integrally molding a plurality of unit condenser lenses in a matrix shape, or may be configured by arranging and fixing individually formed unit condenser lenses in a matrix form on a frame or the like. Also good.
集光光学素子20(20A,20B)は、各々の集光レンズである単位集光レンズにより集光されて入射する入射光を反射する集光反射面を有し、上面22で入射した光をx軸方向に導くように構成される。図1に示す集光光学素子20は、複数の単位集光レンズ1011,1012,…10m1,10m2,…10mnにより集光入射する各入射光に対応する複数(m行×n列)の集光反射面を有し、一体のプレート状に形成した構成例である。光電変換素子5は、公知の種々の素子を用いることができ、例えば、前述した種々の形態の太陽電池セルを用いて構成することができる。The condensing optical element 20 (20A, 20B) has a condensing reflection surface that reflects incident light that is collected and incident by a unit condensing lens that is each condensing lens. It is configured to guide in the x-axis direction. The condensing
ここで、第1構成形態の集光装置1と、後述する第2構成形態の集光装置2とは、集光光学素子20の構成が相違する。そこで、両者を区別する際には、第1構成形態の集光光学素子20を集光光学素子20I、第2構成形態の集光光学素子20を集光光学素子20IIと表記する。
Here, the condensing
[第1構成形態の集光装置]
図2は、第1構成形態の集光装置1における集光光学素子20Iの基本構成を説明するための模式図であり、集光レンズ10により集光されて集光光学素子20Iに入射した光が、集光反射面25により反射されて素子内を伝播する様子を模式的に描いた図である。[Condenser of First Configuration]
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the basic configuration of the condensing optical element 20I in the
集光光学素子20Iは、集光レンズ10により集光され基材21に入射する入射光を透過する上面22と、上面に対向して平行に延びる下面23と、上面22,下面23の間に入射光の光軸LAと交差して設けられ入射光を反射する集光反射面25と、集光反射面25の反対側に設けられた出射面26とを有して構成される。図示する形態は、集光反射面25を上面と下面を繋ぐ傾斜平面とした構成を示す。
The condensing optical element 20I includes an
図3及び図4に、集光レンズ10により集光されて集光光学素子20Iに入射した光が集光光学素子20の内部をどのように伝播するか、光線追跡(Ray-trace)したシミュレーション結果を示す。図4は、図3における集光反射面25の近傍部分を拡大したシミュレーション結果であり、図4(a)は集光反射面25の近傍をy軸方向に見た図、図4(b)は集光反射面25の近傍を斜め下方から見た図である。
3 and 4, a ray-trace simulation of how the light collected by the
図4(b)に示すように、集光光学素子20Iは、上面22と下面23間において集光反射面25と出射面26との間を繋ぎ、相互に対向して平行に延びる第1側面24a及び第2側面24bを有してy−z断面が方形となるように形成される。
As shown in FIG. 4B, the condensing optical element 20I connects the condensing
集光レンズ10により集光されつつ上面22から入射し、集光反射面25により反射された光は、集光レンズ10の形状に応じて円錐状または角錐状に拡がって集光光学素子20内を伝播する。集光光学素子20は、上面22から入射した光が、集光反射面25、上面22、下面23、第1側面24a、第2側面24bにおいて全反射されてx軸方向(図2における右方)に導かれ、出射面26に取り出されるように構成される。
The light that is incident on the
集光レンズ10により集光されて集光反射面25に入射する光に関して、図2中の集光反射面近傍の部分拡大図に示されるように、集光レンズ10の中心を通って光軸LAに沿って集光反射面25に入射する光線の入射角(便宜的に「光軸入射角」という)θ1LAと、位置集光レンズ10の外周部を通って光軸LAとは角度をなして集光反射面25に入射する光線の入射角とは異なる。この部分拡大図から明らかなように、集光反射面25による反射方向側のレンズ外周部を通って集光反射面25に入射する光線の入射角が最小入射角θ1minとなる。With respect to the light collected by the
集光光学素子20では、集光反射面25に集光入射する光線の最小入射角θ1minが、集光反射面25における全反射角以上となるように設定される。具体的には、集光光学素子の基材21の屈折率n及び集光レンズ10の開口数NA(NA=nsinθNA:θNAは集光レンズを出射する光線の光軸LAに対する最大角)を所定値としたときに、上記最小入射角θ1minが集光反射面25における全反射角以上になるように、集光反射面25の傾斜角θ25を設定することができる。In the condensing
集光光学素子の基材21の屈折率n及び集光反射面25の傾斜角θ25を所定値とし、最小入射角θ1minが集光反射面25における全反射角以上となるように、集光レンズ10の開口数NA(一般的には、集光レンズ10の焦点距離f)を設定しても良い。あるいは、集光レンズ10の開口数NA及び集光反射面25の傾斜角θ25を所定値とし、最小入射角θ1minが集光反射面25における全反射角以上となるように、集光光学素子の基材21の屈折率nを設定すること、具体的には基材21の材質やドープする添加物等を選択することにより設定することもできる。The refractive index n of the
集光反射面25で全反射した光全体を下面23に入射する際には、集光反射面25に最小入射角θ1minで入射し反射された光線が下面23(及び上面22)において最大入射角で入する。一方、集光反射面25に最大入射角で入射し反射された光線が下面23(及び上面22)において最小入射角θ2minで入する。従って、集光反射面25、上面22,下面23及び第1側面24a,第2側面24bのそれぞれが、空気との界面において全反射の条件を満たすように、集光反射面25の傾斜角θ25、集光レンズ10の開口数NA、集光光学素子20の屈折率nは設定される。When the entire light totally reflected by the condensing / reflecting
このような構成によれば、集光レンズ10により集光されて集光光学素子20の上面22から入射した入射光が、集光光学素子20内に入射して以降、空気との全ての界面(集光反射面25、上面22,下面23、第1側面24a,第2側面24b)で全反射され、出射面26に導かれる。そのため、集光光学素子20に入射した光の波長依存性は低く、閉じ込め効率は高くすることができるので、集光した光を高効率で出射面26に導くことができる。
According to such a configuration, the incident light that is condensed by the
なお、上記いずれかの面、例えば下面23に、基材21と屈折率が異なる保護膜等の膜を形成した場合には、基材21と膜との界面において膜の屈折率に応じた光の屈折が生じる。しかしながら、基材21と膜との界面、及び膜と空気との界面においてスネルの法則が成立し、下面23に入射する光の傾斜角が基材21と空気との界面における全反射角以上になっていれば、少なくとも膜と空気との界面において全反射条件が満たされされ、入射光が集光光学素子20の内部に閉じ込められる。
When a film such as a protective film having a refractive index different from that of the
また、上記の保護膜等を有する構成において、下面に入射する光の傾斜角が基材21と膜との界面における全反射角以上になっている場合は、基材21と膜との界面において全反射条件が満たされ、下面に入射した光は膜中に進入することなく基材中へ全反射される。そのため、膜の外側表面が平滑でない等の理由により膜と空気の界面で全反射条件を維持できない場合でも、集光光学素子20に入射した光が集光光学素子20内に閉じ込められ、出射面26に取り出される。
Further, in the configuration having the above protective film or the like, when the inclination angle of the light incident on the lower surface is equal to or greater than the total reflection angle at the interface between the
集光装置1においては、集光レンズ10及び集光光学素子20Iは、集光レンズ10により集光されて素子内に入射する入射光が、集光反射面25の面上またはその近傍に焦点を結ぶように構成される。なお、物質の屈折率は透過する光の波長λによって変化する。そのため、集光しようとする光の波長λが幅を持つ場合に、短波長側の光の焦点位置と長波長側の光の焦点位置は一般的に異なり、焦点位置が波長帯域の広さに応じた幅を持つ。光集光装置1においては、入射光の波長を太陽光の放射スペクトルに応じてλ=350〜1100nmとし、集光レンズ10として色収差の少ないレンズを用いるとともに、集光反射面25上でビームスポット径が最小となるように設定している。
In the
このような構成により、集光反射面25の投影面積を最小化することができ、これにより集光光学素子20Iの厚さを最小化することができる。なお入射光の波長帯域が狭い場合や色収差を補償可能な場合には、入射光の焦点位置を集光反射面25上に合わせて設定することができる。一方、焦点位置における入射光のパワー密度等に応じて、僅かにデフォーカスするように構成しても良い。
With such a configuration, the projected area of the condensing
集光反射面25で全反射された光は、上面22、下面23、第1側面24a、第2側面24bの各面で全反射されて光学素子20内をx軸方向に伝播し、出射面26から取り出される。図示する構成形態において、出射面26はy−z平面に沿って形成されるとともに端面が研磨されて反射防止コーティングが施されており、光学素子20内を伝播して出射面26に入射した光が、出射面26で反射されることなく出射して光電変換素子5に入射する。
The light totally reflected by the condensing
以上、集光光学素子20Iの基本構成(単位構成)について説明した。説明では、集光反射面25について、屈折率差を利用した全反射とする構成を説明したが、集光反射面25に、例えばAu,Ag,Al等の金属を蒸着したミラーを形成して、それにより入射光を反射させる構成とすることもできる。この場合、集光反射面25において反射損失が発生するが、光軸入射角θ1LAを小さく(集光反射面25の傾斜角θ25を小さく)することができる。例えば、光軸入射角θ25を45度にすれば、集光反射面25で反射された光の、上面22、下面23、第1側面24a、第2側面24bへの最小入射角が大きくなるため、より開口数が大きい短焦点の集光レンズを用いることができ、これにより集光装置1の厚さを低減することができる。なお、説明簡明化のため、集光反射面25を平面とした場合を例示したが、後述する第2構成形態の集光光学素子20IIの集光反射面35のように所定形状の凸面または凹面等としても良い。The basic configuration (unit configuration) of the condensing optical element 20I has been described above. In the description, the condensing / reflecting
次に、第1構成形態の集光装置1の具体的な構成例について、3組の集光レンズ10及び集光光学素子20により集光装置を構成した場合について説明する。まず、本構成形態における第1構成例の集光装置1aについて図5〜図10を参照して説明する。図5は集光装置1aの斜視図、図6は集光装置1aの側面図、図7は集光装置1aを構成する集光光学素子20A,20B,20Cの平面図及び側面図、図8は集光光学素子20A,20Bの平面図及び側面図、図9は集光光学素子20Cの平面図及び側面図、図10は集光光学素子20Cの素子ユニットを斜め上方から見た斜視図である。
Next, a specific configuration example of the
各図では、集光光学素子を上方から見たときに透視される集光反射面25を実線で表している。また、図6〜図8中に集光レンズ光軸に対応させて示した1〜30の数値は、集光光学素子20A,20B,20Cにおける単位集光レンズ及び集光反射面25の列数を、上流側(20A側)から順に付与したときの列番号であり、1〜10が集光光学素子20A、11〜20が集光光学素子20B、21〜30集光光学素子20Cの単位集光レンズまたは集光反射面に該当する。
In each figure, the condensing
集光装置1aは、3つの集光レンズ(レンズアレイ)10A,10B,10Cと、3つの集光光学素子20A,20B,20Cとからなり、集光レンズ10A,10B,10C及び集光光学素子20A,20B,20Cは、各々m行×n列の単位集光レンズ及びこれに対応する集光反射面25を有して構成される。
The condensing
集光光学素子20A,20B,20Cは、図7〜図9に示すように、m行×n列の集光反射面25を備えた櫛歯状の集光部20sを主体として構成される。集光部20sは、図10に示すように、1行×n列分の集光反射面25が形成された素子ユニット200(201,202,203…)を単位とし、これをm個(m行分)並列に合体して構成される。各図には、m=n=10、すなわち10行×10列とした構成形態を例示する。
As shown in FIGS. 7 to 9, the condensing
各素子ユニット200には、10か所の集光反射面25,25,25…がx軸に沿って所定間隔で並んで形成されている。これらの集光反射面25,25,25…は、各集光反射面で反射された光が他の集光反射面にかからないように、すなわち他の集光反射面により遮られないように、集光反射面25、及び第1側面24a,第2側面24bがx軸から僅かに傾斜して(図9において数度程度左右方向に傾斜して)形成されている。第2側面24bは連続する1枚の平面で形成され、第1側面24aは集光反射面25を挟んで階段状ないし鋸刃状に形成される。
In each
すなわち、素子ユニット200は、個々に上面22,下面23、集光反射面25、第1側面24a,第2側面24b、及び出射面26を有する角柱状の単位集光素子を10個並列に束ね、相互に接する第1側面24a及び第2側面24bを排して側面を共有化し、これにより10個の単位集光素子を一体に集積したものである。各集光光学素子20A,20B,20Cの集光部20sは、この素子ユニット200を10枚並列に並べて一体のプレート状に形成したものであり、100個の単位集光素子を一体に集積した機能素子に相当する。
That is, in the
そして、集光装置1においては、集光光学素子20A,20B,20Cの集光反射面25,25,25…が上下に重複せず、各集光光学素子の出射面26が上下に並ぶように構成される。具体的には、集光光学素子20A,20Bは、図8に示すように、基材21がx軸方向に延設されて平板状の導光部20tが形成される。そして集光光学素子20Aの導光部20tの上に集光光学素子20Bが載置され、集光光学素子20Bの導光部20tの上に集光光学素子20Cが載置されて、集光光学素子20A,20B,20Cの出射面26,26,26が上下に並んで配置されるようになっている。
In the
このとき、集光光学素子20Aの集光反射面25と、集光光学素子20Bの集光反射面25と、集光光学素子20Cの集光反射面25とは、z軸方向の高さ位置が導光部20tの厚さ分異なっている。一方、第1構成例の集光装置1aの集光レンズ10A,10B,10Cは、いずれも同じ焦点距離(例えば焦点距離f=20mm)の単位集光レンズをマトリクス状に配設した同一のレンズアレイである。そのため、第1構成例の集光装置1aでは、集光反射面の高さ位置の差異に対応して集光レンズ10A,10B,10Cの高さ位置を異ならせ(図6を参照)、集光レンズを介して各集光光学素子20A,20B,20Cに入射する入射光が、各集光部20sの集光反射面25に同じ条件で入射するように設定している。
At this time, the condensing
その結果、各集光光学素子の集光部20sに入射した光が、集光部の各素子ユニット200(201〜210)において集光反射面25、上面22,下面23,第1側面24a,第2側面24bで全反射されて素子ユニット200ごとに1行分(10か所)の光が集光され、各素子ユニットで集光された光が集合されて各集光光学素子の出射面26から取り出される。集光光学素子20A,20B,20Cの出射面26,26,26は上下に並んで配設されており、3組の集光レンズ及び集光光学素子により集光された光が、このように1か所にまとめられた出力部27から出射される。
As a result, the light incident on the condensing
いま、集光レンズ10A,10B,10Cについて、各々10×10mmの単位集光レンズを10行×10列設けた100×100mmのレンズアレイとし、各集光光学素子の出射面26を厚さ1mm×幅100mmとすると、30000mm2の集光面に入射した光を集光効率100倍に集光し、厚さ3mm×幅100mmの1か所の出力部27から取り出すことができる。Now, for the condensing
このような構成の集光装置1aによれば、簡明かつ薄型の構成で、殆ど損失がなく集光効率を高くすることができる。また、複数の集光光学素子20により集光された光を1か所の出力部27から取り出せるため、光電変換素子5や光熱変換装置等を集約して配置することができ、装置の小型化及び装置設計の自由度を向上させることができる。
According to the
なお、集光光学素子20及び集光レンズ10のレンズアレイは、例えば、低融点ガラスを用いたホットプレス成型や、PMMA等の樹脂を射出成型して構成することができ、良好な生産性で低価格に生産することができる。また、集光光学素子20A,20B,20Cは、集光光学素子20Cを集光部20sとして共通に用いることができ、集光光学素子20A,20Bについては、集光光学素子20Cの出射面26に適宜な長さの平板状の導光部20tを接着等により一体的に結合して構成することができる。また、上下に重なる集光光学素子20A,20B,20Cの重複部に、マッチングオイルや光学接着材等を滴下して3枚の集光光学素子を一体的に結合しても良い。
In addition, the lens array of the condensing
次に、第1構成形態における第2構成例の集光装置1bについて、図11及び図12を参照して説明する。図11は図5に対応する集光装置1bの斜視図、図12は図6に対応する集光装置1bの側面図である。集光装置1bは、集光光学素子20(20A,20B,20C)について、既述した第1構成例の集光装置1aと同一構成である一方、集光レンズ10(10A,10B,10C)の構成が異なっている。
Next, the condensing
既述したように、集光装置1aでは、集光光学素子20A,20B,20Cは、集光反射面25が設けられた集光部20sが上下に重複しないように、集光光学素子20Aの導光部20tの上に集光光学素子20Bが配設され、集光光学素子20Bの導光部20tの上に集光光学素子20Cが配設される。このため、集光光学素子20Aの集光反射面25と、集光光学素子20Bの集光反射面25と、集光光学素子20Cの集光反射面25とは、z軸方向の高さ位置が導光部20tの厚さ分異なっている。
As described above, in the
これに対して、第2構成例の集光装置1bでは、集光レンズ10A,10B,10Cについて、各集光レンズ(レンズアレイ)を構成する単位集光レンズの焦点距離fを、集光反射面25の高さ位置に対応して異なるものとしている。例えば、集光光学素子20A,20Bの厚さを1mmとしたときに、集光レンズ10Aを構成する単位集光レンズとしてf=21mmのレンズ、集光レンズ10Bを構成する単位集光レンズとしてf=20mmのレンズ、集光レンズ10Cを構成する単位集光レンズとしてf=19mmのレンズを用いる。
On the other hand, in the
このため、集光レンズ10A,10B,10Cを介して各集光光学素子20A,20B,20Cに入射する入射光は、各集光光学素子の集光部20sに同じ焦点位置関係で入射する。そして、集光部20sの素子ユニット200において集光反射面25、上面22,下面23及び第1側面24a,第2側面24bで全反射され、各素子ユニットで集光された光が集合されて各集光光学素子の出射面26から取り出される。集光光学素子20A,20B,20Cの出射面26,26,26は上下に並んで配設されており、3組の集光レンズ及び集光光学素子により集光された光が、このように1か所にまとめられた出力部27から出射される。
For this reason, incident light that enters the condensing
従って、本構成の集光装置1bにおいても、簡明かつ薄型の構成で、殆ど損失がなく集光効率を高くすることができる。また、複数の集光光学素子20により集光された光を1か所の出力部27から取り出せるため、光電変換素子5や光熱変換装置等を集約して配置することができ、装置の小型化及び装置設計の自由度を向上させることができる。さらに、集光レンズ上面に段差が生じないため、雨水や塵挨等の停留や段差による影の影響を排除することができる。なお、集光レンズ10A,10B,10Cの焦点距離に応じて、集光反射面の傾斜角等が異なる(最適化した)集光光学素子20A,20B,20Cを用いて構成しても良い。
Therefore, the condensing
次に、第1構成形態における第3構成例の集光装置1cについて、図13及び図14を参照して説明する。ここで、図13は、図7に対応する集光光学素子の平面図、図14は図6に対応する集光装置1cの側面図である。集光装置1cは、集光レンズ10(10A,10B,10C)について、既述した第1構成例の集光装置1aと同一構成である一方、集光光学素子20(20A,20B,20C)の構成が異なっている。
Next, the condensing
すなわち、第1構成例の集光装置1aでは、集光光学素子20A,20B,20Cの集光部20sは同一の集光部が用いられている。一方、第3構成例の集光装置1cでは、図7と図13とを対比して分かるように、集光光学素子20A,20Cと、集光光学素子20Bとで異なる集光部が用いられている。
That is, in the
具体的には、集光光学素子20A,20Cの集光部と、集光光学素子20Bの集光部とは、x軸に対して左右方向に対称となるように形成されている。既述したように、集光部20sを形成する素子ユニット200には、10か所の集光反射面25,25,25…がx軸に沿って所定間隔で並んで形成されるが、これらの集光反射面25,25,25…は、各集光反射面で反射された光が他の集光反射面により遮られないように、集光反射面25、及び第1側面24a,第2側面24bがx軸から僅かに傾斜して(x軸に対して数度程度左右方向に傾斜して)形成される。
Specifically, the condensing portions of the condensing
集光装置1cでは、集光光学素子20A,20Cの集光部と、集光光学素子20Bの集光部とは、x軸に対して傾斜して形成される素子ユニット200の集光反射面25及び第1側面24a,第2側面24bの傾斜方向がx軸方向に左右逆方向になっており、集光光学素子20A,20Cの集光反射面25,25,25…で反射された光の進行方向と、集光光学素子20Bの集光反射面25,25,25…で反射された光の進行方向とがx軸方向に左右対称になるように構成される。
In the
このような構成の集光装置1cにおいても、簡明かつ薄型の構成で、殆ど損失がなく集光効率を高くすることができる。また、複数の集光光学素子20により集光された光を1か所の出力部27から取り出せるため、光電変換素子5や光熱変換装置等を集約して配置することができ、装置の小型化及び装置設計の自由度を向上させることができる。さらに、複数の集光光学素子からなる集光装置において、各集光光学素子により集光されて出射面26に向かう光の進行方向がx軸方向に左右対称になり、複数の集光光学素子の出射面26,26,…がまとめられた出力部27における集光光の照度分布を均一化することができる。これにより、光電変換素子5による電力への変換効率を高めることも可能になる。なお、傾斜方向が異なる集光光学素子の組数や配設順序等は任意である。
Also in the
次に、第1構成形態における第3構成例の集光装置1dについて、図34を参照して説明する。図34(a)は集光装置1aの斜視図、図34(b)は集光光学素子20A,20B,20Cの平面図である。図34(a)は、この集光装置が、2行分の集光レンズとそれに対応する集光光学素子1個を一組として構成されていることを示している。図34(a)に示したように、集光部20sには両側に各10個ずつ、合計20個の集光反射面が設けられている。即ち、集光部20sの両側には、片側あたり10個、合計20個の集光反射面が形成されている。
Next, the
集光光学素子20Aの集光反射面25と、集光光学素子20Bの集光反射面25と、集光光学素子20Cの集光反射面25とは、z軸方向の高さ位置が導光部20tの厚さ分異なっている。集光装置1aの集光レンズ10A,10B,10Cは、いずれも同じ焦点距離(例えば焦点距離f=20mm)の単位集光レンズをマトリクス状に配設した同一のレンズアレイである。このため、集光反射面の高さ位置の差異に対応して集光レンズ10A,10B,10Cの高さ位置を異ならせ、集光レンズを介して各集光光学素子20A,20B,20Cに入射する入射光が、各集光部20sの集光反射面25に同じ条件で入射するように設定している。
The condensing
集光光学素子の集光部20sに入射した光は、集光反射面25、上面22,下面23,第1側面24a,第2側面24bで全反射されて、出射面26から取り出される。集光光学素子20A,20B,20Cの出射面26,26,26は上下に並んで配設されており、3組の集光レンズ及び集光光学素子により集光された光が、このように1か所にまとめられた出力部27から出射される。
The light incident on the condensing
このように、両側に集光反射面を設けた集光部では、片側に集光反射面を設けた集光部に比べて、その先端部が比較的大きなサイズとなる。その結果、集光反射面の大きさが数ミリメートル程度の小さなサイズのものであっても、集光部の先端部は十分な大きさとすることができるので、集光部の先端形状が成形し易くなり、また、組み立て時の取り扱いも容易になることが期待できる。 As described above, in the condensing part provided with the condensing / reflecting surfaces on both sides, the tip part has a relatively large size as compared with the condensing part provided with the condensing / reflecting surface on one side. As a result, even if the size of the condensing reflection surface is as small as several millimeters, the tip of the condensing part can be made sufficiently large, so the tip shape of the condensing part is molded. It can be expected to be easier and easier to handle during assembly.
[第2構成形態の集光装置]
次に、第2構成形態の集光装置2について、図15及び図16を参照して集光光学素子の基本構成から説明する。ここで、図15は集光装置2における集光光学素子20IIの基本構成を説明するための模式図、図16は集光レンズにより集光されて入射する入射光と集光反射面との関係を説明するための説明図(側面図)である。なお、既述した第1構成形態の集光装置1(1a,1b,1c)と同様の構成要素には同一番号を付して重複説明を省略する。[Condenser of Second Configuration]
Next, the condensing
図15には、集光レンズ10により集光されて集光光学素子20IIに入射した光が、集光光学素子に形成された光学構造30の集光反射面35により反射されて素子内を伝播する様子が模式的に描かれている。
In FIG. 15, light collected by the
集光光学素子20IIは、集光レンズ10により集光され基材21に入射する入射光を透過する上面22と、上面に対向して平行に延びる下面23と、上面22と下面23の間に入射光の光軸LAと交差して設けられ入射光を反射する集光反射面35と、集光反射面35の反対側に設けられた出射面26とを有して構成される。図示する形態は、透明なプレート状ないしシート状の集光光学素子の下面23に、基材21の内方に突出する光学構造30を設け、その内表面に集光反射面35を形成した構成を示す。
The condensing optical element 20II includes an
光学構造30は、基材21の下面23に凹設された窪み状の構造体(換言すれば、下面23から基材21の内方に突出する突起状の中空構造体)である。光学構造単体を斜め上方から見た斜視図を図16中に示したように、光学構造30は、下面23から斜め上方に延びる集光反射面35、下面23から上方に延びて集光反射面35と繋がる背面36、下面23から上方に延び集光反射面35と背面36とを繋ぐ側面32,33などから構成される。
The
集光反射面35は、集光レンズ10により所定の集束角度または発散角度で入射する入射光の反射後の拡がり角を抑制する曲面状に形成される。集光反射面35に入射する入射光の集束角度または発散角度は、集光レンズ10の焦点距離fや有効径R、基材21の屈折率n、集光反射面35と焦点位置との位置関係などによって定まる。
The condensing
集光反射面35に入射する入射光が集束光となるのは、焦点位置が集光反射面35の下方に位置するとき、入射光が発散光となるのは、焦点位置が集光反射面35の上方に位置するときである。集光光学素子20IIの集光反射面35は、このように所定の集束角度または発散角度で入射する入射光の反射後の拡がり角を抑制する(所定の集束角度または発散角度で入射する入射光をコリメートする)ような曲面状に形成される。
The incident light incident on the condensing
本構成形態においては、図16に示すように、入射光の焦点位置を集光反射面35よりも下方に設定して集束光を入射させる形態とし、集光反射面35を曲率半径rの球体の一部を切り出した凸の曲面とした構成を示す。この構成により、集光レンズ10を介して上面22から基材21内に入射し、所定の集束角度で集光反射面35に入射した入射光が、集光反射面35により拡がり角が抑制された反射光となって集光光学素子20内を伝播し、出射面26に導かれる。
In the present configuration, as shown in FIG. 16, the focal position of the incident light is set below the converging / reflecting
ここで、集光レンズ10を介して集光反射面35に集束入射する入射光は、光軸LA上(集光レンズ10の中心)を通って集光反射面35に入射する光線bの入射角(便宜的に「光軸入射角」という)θLAと、光軸LAから離れた位置(集光レンズの外周部)を通って集光反射面35の上部に入射する光線aの入射角と、集光反射面35の下部に入射する光線cの入射角とがそれぞれ異なった角度になる。Here, the incident light that converges and enters the condensing
集光光学素子20では、集光反射面35に集光入射する光線の最小入射角が、集光反射面35の全反射角以上となるように設定される。すなわち集光レンズ10の開口数NA、基材21の屈折率n、集光反射面35の位置形状(球面の曲率半径r、集光レンズの焦点位置に対する球心の位置)などの入射パラメータにより、集光反射面35に入射する光線の最小入射角が全反射角以上になるように設定される。具体的には、基材21の屈折率n及び集光レンズ10の開口数NAを所定値とし、集光レンズ10により所定の集束角度で入射する光線の最小入射角が集光反射面35における全反射角以上となるように、集光反射面35の位置形状を設定することができる。
In the condensing
また、基材21の屈折率n及び集光反射面35の位置形状を所定値とし、所定の集束角度で入射する光線の最小入射角が集光反射面35における全反射角以上となるように、集光レンズ10の開口数NA(一般的には、集光レンズ10の焦点距離f及び有効径R)を設定することができる。あるいは、集光レンズ10の開口数NA及び集光反射面35の位置形状を所定値とし、所定の集束角度で入射する光線の最小入射角が集光反射面35における全反射角以上となるように、基材21の屈折率nを設定すること、具体的には基材21の材質や基材にドープする添加物等を選択することにより設定することができる。
Further, the refractive index n of the
さらに、集光光学素子20では、集光反射面35により拡がり角が抑制されて反射され、下面23及び上面22に入射する光線の最小入射角が、これらの面における全反射角以上となるように設定される。これらについても、上記入射パラメータにより、集光反射面35から上面及び下面に入射する光線の最小入射角が全反射角以上になるように設定される。従って、集光反射面35の位置形状、集光レンズ10の開口数NA、集光光学素子20の屈折率n等の入射パラメータは、集光反射面35、上面22及び下面23において全反射の条件を満たすように設定される。
Further, in the condensing
なお、上面22または下面23に、基材21と屈折率が異なる保護膜等の膜を形成した場合については、既述した第1構成形態の集光装置と同様であり、上面22及び下面23に入射する光の傾斜角が基材21と空気との界面における全反射角以上になっていれば、少なくとも膜と空気との界面において全反射条件が満たされされ、入射光が集光光学素子20の内部に閉じ込められる。
The case where a film such as a protective film having a refractive index different from that of the
集光反射面35で全反射された光は、上面22,下面23で全反射されて光学素子20内をx軸方向に伝播し、出射面26から取り出される。出射面26はy−z平面に沿って形成されるとともに端面が研磨されてARコートが施されており、光学素子20内を伝播して出射面26に入射した光が、出射面26で反射されることなく出射して光電変換素子5に入射する。
The light totally reflected by the condensing
以上、第2構成形態の集光光学素子20IIの基本構成(単位構成)について説明した。集光光学素子20II(20A,20B,20C)の集光部20sは、m行×n列の単位集光レンズからなる集光レンズ10(10A,10B,10C)に対応し、m行×n列の集光反射面35を有して構成される。図17に集光部20s(集光光学素子20C)を斜め上方から見た斜視図を示す。また、図18(a)に光学構造30の拡大斜視図、図18(b)及び図18(c)に、集光反射面による反射光の配向構成例(ともに平面視の概念図)を示す。なお、図18(b)及び図18(c)は、10行×10列の集光レンズに対応し、基材21の下面側に10行×10列(B1〜B10行×A1〜A10列)の光学構造30をマトリクス状に形成した形態を例示し、基材21を透過して上面21側から視認される各光学構造30を実線で示している。
The basic configuration (unit configuration) of the condensing optical element 20II of the second configuration form has been described above. The condensing
図17に示すように、集光光学素子20IIの集光部20sは、基材21の下面側に10行×10列=100か所の光学構造30がマトリクス状に形成されており、1枚の矩形プレート状になっている。集光光学素子20IIでは、上流側に位置する第1の光学構造30の集光反射面で反射された光が、下流側に位置する第2の光学構造30により遮られずに出射面26に向かうように構成される。
As shown in FIG. 17, the condensing
その手段として、第1構成例及び第2構成例の集光部20s1,20s2は、第1の光学構造30の集光反射面で反射された反射光が、第1の光学構造に隣接して出射面側に形成された第2の光学構造30の側方を通って伝播するように構成される。このような反射光の配向方式を、便宜的に「横パス方式」という。図18(b)及び図18(c)は、この横パス方式の二つの構成例を示したものである。As the means, the condensing
図18(b)に示す第1構成例の集光部20s1は、B5行の各光学構造30,30,…による反射光の配向方向を矢印で示したように、A1列の第1の光学構造30の反射面により反射された反射光と、A2列の第2の光学構造30の反射面により反射された反射光とが、第2の光学構造に隣接して出射面26側に形成されたA3列の第3の光学構造30に対して同じ側(図において上側)側方を通って伝播するように構成される。In the first configuration example shown in FIG. 18B, the
具体的には、図18(a)に示す光学構造30を、各々z軸回りに同一方向に微小角度αだけ回転させて形成し、各集光反射面35により反射された反射光がx軸に対して微小角度α傾斜して出射面26から出射するようにして構成することができる。微小角度αは、集光反射面35により反射された反射光の拡がり角度と、隣接する光学構造の配設ピッチとに基づいて設定することができる。
Specifically, the
なお、図18(b)では、B1〜B10行とA1〜A10列とが直交する正方行列状に形成した構成例を示したが、B1〜B10行を微小角度αだけ傾けて(例えば図18(b)においてB1〜B10行を微小角度αだけ傾けての右端側が図で下側にずれるように)形成し、各集光反射面35により反射された反射光がx軸に沿って出射面26から出射するように構成しても良い。
FIG. 18B shows a configuration example in which B1 to B10 rows and A1 to A10 columns are formed in a square matrix shape orthogonal to each other, but B1 to B10 rows are inclined by a minute angle α (for example, FIG. 18). In (b), lines B1 to B10 are formed so that the right end side inclined by a minute angle α is shifted downward in the drawing), and the reflected light reflected by each condensing
このような構成の集光部20s1を有する集光光学素子20A,20B,20Cが集光レンズ10A,10B,10Cに対応して設けられる。このとき集光光学素子20A,20B,20Cは、集光反射面35,35,35…が上下に重複せず、各集光光学素子の出射面26が上下に並ぶように配設されて第1構成例の集光装置2aが構成される。The condensing
具体的には、図7等に例示したと同様に、集光光学素子20A,20Bは、基材21がx軸方向に延設されて平板状の導光部20tが形成され、集光光学素子20Aの導光部20tの上に集光光学素子20Bが載置され、集光光学素子20Bの導光部20tの上に集光光学素子20Cが載置される。集光光学素子20A,20B,20Cの出射面26,26,26は上下に並んで配置され、これらの出射面が集約された出力部27が形成される(図6,図12を参照)。
Specifically, as illustrated in FIG. 7 and the like, in the condensing
なお、集光光学素子20A,20B,20Cの各集光反射面35のz軸方向の高さ位置が、導光部20tの厚さ分異なっている点については、既述した第1構成形態の集光装置1a,1bと同様である。すなわち、集光レンズ10A,10B,10Cとして同一焦点距離の集光レンズを用い、集光反射面35の高さ位置の差異に対応して集光レンズ10A,10B,10Cの高さ位置を異ならせる構成(図6を参照)、あるいは、集光レンズ10A,10B,10Cとして、集光反射面35の高さ位置の差異に対応した異なる焦点距離の集光レンズを用いる構成(図12を参照)の何れをも適用することができる。
Note that the height positions in the z-axis direction of the respective condensing reflection surfaces 35 of the condensing
図18(c)に示す第2構成例の集光部20s2は、B5行の各光学構造30,30,…による反射光の配向方向を矢印で示したように、A1列の第1の光学構造30の反射面により反射された反射光と、A2列の第2の光学構造30の反射面により反射された反射光とが、第2の光学構造に隣接して出射面26側に形成されたA3列の第3の光学構造30を挟んで反対側(図において上側と下側)の側方を通って伝播するように構成される。In the second configuration example shown in FIG. 18C, the condensing
具体的には、図18(a)に示す光学構造30を、z軸回りに順次反対方向に微小角度βだけ回転させて形成し、各集光反射面35により反射された反射光がx軸を挟んで微小角度β傾斜して出射面26から出射するようにして構成することができる。微小角度βは、上述した微小角度αと同様に、集光反射面35により反射された反射光の拡がり角度と、隣接する光学構造の配設ピッチとに基づいて設定することができる。一方、本構成例によれば行間のピッチを狭めることができる。
Specifically, the
このような構成の集光部20s2を有する集光光学素子20A,20B,20Cが、集光レンズ10A,10B,10Cに対応して設けられる。このとき集光光学素子20A,20B,20Cは、集光反射面35,35,35…が上下に重複せず、各集光光学素子の出射面26が上下に並ぶように配設されて第2構成例の集光装置2bが構成される。The condensing
集光光学素子20A,20Bは、基材21がx軸方向に延設されて平板状の導光部20tが形成され、集光光学素子20Aの導光部20tの上に集光光学素子20Bが載置され、集光光学素子20Bの導光部20tの上に集光光学素子20Cが載置される。集光光学素子20A,20B,20Cの出射面26,26,26は上下に並んで配置され、これらの出射面が集約された出力部27が形成される(図6,図12等を参照)。集光光学素子20A,20B,20Cの各集光反射面35のz軸方向の高さ位置と、集光レンズ10A,10B,10Cの焦点距離との関係は、第1構成例の集光装置2aと同様である。
In the condensing
このような横パス方式の集光部20s1,20s2を備えた集光光学素子20IIによれば、多数の光学構造30が矩形平板状の基材21に一体に形成され、各々光学構造の集光反射面35により拡がり角が抑制された反射光が隣接する光学構造により遮光されることなく側方を通って出射面26に取り出される。このため、このような構成の集光光学素子20IIを備えた集光装置2a,2bによれば、簡明かつ薄型の構成で、集光効率を高くすることができる。また、複数の集光光学素子20により集光された光を1か所の出力部27から取り出せるため、光電変換素子5や光熱変換装置等を集約して配置することができ、装置の小型化及び装置設計の自由度を向上させることができる。According to the condensing optical element 20II provided with such lateral path type condensing
次に、第3構成例の集光部20s3について、図19を参照して説明する。図19は、基材21にm行×n列の光学構造30,30…が設けられた集光部における任意の1行についてy軸方向から見たx−z断面の概念図である。 Next, the
第2構成形態の集光光学素子20IIにおける第3構成例の集光部20s3は、上流側に位置する第1の光学構造30により反射された反射光が、第1の光学構造より出射面26側に形成された第2の光学構造30の上方を通って伝播するように構成される。以下、このような反射光の配向方式を「縦パス方式」という。In the condensing
図19に示すように、縦パス方式の集光部20s3は、第1の光学構造30の集光反射面35により拡がり角が抑制されて反射された反射光が、下面23及び上面22で順次全反射されて出射面26に伝播する過程において、出射面側に隣接する第2の光学構造30の上方を通って出射面方向に伝播するように構成される。As shown in FIG. 19, the vertical path
このとき、出射面26に到達するまでに基材21内でどの様な経路を伝播させるかは、種々の構成形態があり、適当な構成を採用することができる。例えば図19に示すように、各行に並んだ光学構造30,30,…をひとつひとつ順次乗り越えるようにジグザグ状に伝播させる形態のほか、複数の光学構造をひとまとめにして乗り越え上面及び下面での反射回数を低減して伝播させる形態などがあり、光学構造30の列数や配設ピッチ、集光反射面35による反射光の拡がり角、基材21の厚さなどに応じて適宜設定することができる。
At this time, there are various types of configurations as to what kind of route is propagated in the
このような構成の集光部20s3を有する集光光学素子20A,20B,20Cが、集光レンズ10A,10B,10Cに対応して設けられる。このとき集光光学素子20A,20B,20Cは、集光反射面35,35,35…が上下に重複せず、各集光光学素子の出射面26が上下に並ぶように配設されて第3構成例の集光装置2cが構成される。Converging
集光光学素子20A,20Bは、基材21がx軸方向に延設されて平板状の導光部20tが形成され、集光光学素子20Aの導光部20tの上に集光光学素子20Bが載置され、集光光学素子20Bの導光部20tの上に集光光学素子20Cが載置される。集光光学素子20A,20B,20Cの出射面26,26,26は上下に並んで配置され、これらの出射面が集約された出力部27が形成される(図6,図12を参照)。集光光学素子20A,20B,20Cの各集光反射面35のz軸方向の高さ位置と、集光レンズ10A,10B,10Cの焦点距離との関係は、第1構成例及び第2構成例の集光装置2a,2bと同様である。
In the condensing
このような縦パス方式の集光部20s3を備えた集光光学素子20IIによれば、多数の光学構造30が矩形平板状の基材21に一体に形成され、各々光学構造の集光反射面35により拡がり角が抑制された反射光が隣接する光学構造により遮光されることなく上方を通って出射面26に取り出される。このため、このような構成の集光装置2cによれば、簡明かつ薄型の構成で、集光効率を高くすることができる。また、複数の集光光学素子20により集光された光を1か所の出力部27から取り出せるため、光電変換素子5や光熱変換装置等を集約して配置することができ、装置の小型化及び装置設計の自由度を向上させることができる。According to the condensing optical element 20II provided with the condensing
なお、以上説明した横パス方式の集光光学素子と縦パス方式の集光光学素子とを適宜組み合わせて集光装置を構成しても良い。また、集光反射面35の曲率半径を、集光光学素子20における光学構造30の形成位置(例えば列位置や行位置等)に応じて異なる曲率半径としてもよい。
The condensing device may be configured by appropriately combining the horizontal path type condensing optical element and the vertical path type condensing optical element described above. Further, the radius of curvature of the condensing
[実施例]
次に、太陽光を集光装置によって集光する場合のより具体的な実施例について、図24〜図32に示すシミュレーション結果を参照しながら説明する。[Example]
Next, a more specific embodiment in the case where sunlight is collected by a light collecting device will be described with reference to simulation results shown in FIGS.
シミュレーションは、第1構成形態の集光装置1について、集光レンズ10(10A,10B,10C)及び集光光学素子20(20A,20B,20C)をPMMA(ポリメチルメタクリレート)により構成し、波長350nm〜1100nmの太陽光を集光する場合について、光学設計者に広く用いられている光線追跡ツールを利用して行った。このとき、PMMAの屈折率としては図20に示す表の値を直線補間したものを用い、入射光のスペクトル密度は図21に示す太陽光スペクトルに基づいた。
In the simulation, the condensing lens 10 (10A, 10B, 10C) and the condensing optical element 20 (20A, 20B, 20C) are composed of PMMA (polymethyl methacrylate) for the
また、集光装置1a,1cについて、集光光学素子20A,20B,20Cの厚さは1mm、集光レンズ10A,10B,10Cを構成する各単位集光レンズの焦点距離f=20mm、集光反射面25の傾斜角θ25=52度とし、太陽光の視野角を0.52度とした。Further, regarding the
上記共通条件のもと、一組の集光レンズ10及び集光光学素子20I(集光部20s)からなる集光装置に太陽光を入射したときの、光線追跡(Ray-trace)シミュレーション結果を図22,図23に例示する。図22は、集光装置をy軸方向(側方)から見たシミュレーション結果、図23は斜め上方から見たシミュレーション結果であり、単位集光レンズと集光部の素子ユニットとの関係を示している。以下、三組の集光レンズ10及び集光光学素子20Iからなる集光装置1について実施例を説明する。
Under the above common conditions, a ray-trace simulation result when sunlight is incident on a condensing device including a pair of condensing
[第1実施例]
既述した第1構成例の集光装置1a(図5〜図7を参照)に太陽光を入射させたときのシミュレーション結果を図24〜図26に示す。このとき、相互に重ね合わされた集光光学素子20Aの上面22と集光光学素子20Bの下面23との界面、及び集光光学素子20Bの上面22と集光光学素子20Cの下面23との界面は共に結合されておらず、各界面に空気層が存在する状態、すなわち集光光学素子20A,20B,20Cは上下に重ね合わせて載置しただけの状態である。[First embodiment]
The simulation results when sunlight is incident on the
図24(a)は、集光装置1aを側方(y軸方向)から見たシミュレーションデータ、図24(b)は、集光光学素子20A,20B,20Cを上方(集光レンズ側)から見たシミュレーション結果である。図24(a)に示した1,11,21,30の数値は、集光光学素子20A,20B,20Cにおける集光反射面25の列数を、上流側(20A側)から順に付与したときの列番号であり、1〜10は集光光学素子20A、11〜20は集光光学素子20B、21〜30は集光光学素子20Cの集光反射面に該当する。
FIG. 24A shows simulation data of the
図25(a),(b),(c)は、それぞれ集光光学素子20A,20B,20Cを側方から見たシミュレーション結果の部分拡大図であり、図25(a)は、他の集光光学素子と重複部がない集光光学素子20Aの先端部分の部分拡大図、図25(b)は、集光光学素子20Aの導光部20tと重複する集光光学素子20Bの先端部分の部分拡大図、図25(c)は、集光光学素子20A及び集光光学素子20Bの導光部20tと重複する集光光学素子20Cの先端部分の部分拡大図である。図25に示した数値1〜4,11〜14,21〜24は、それぞれ上記同様に集光反射面25の列番号である。
25 (a), (b), and (c) are partially enlarged views of simulation results when the condensing
図26は、集光装置1aにより集光され出力部27から出射する光の照度分布を表している。図26における横軸はz軸方向の位置(下面からの距離)であり、3分割された縦長の領域が各集光光学素子20A,20B,20Cの出射面26,26,26に対応する。図26における縦軸はy軸方向の位置(図1,図5等を参照)であり、10行の素子ユニットで幅100mmとなる出射面を50分割している。そして、3×50=150メッシュに分割した領域について、各領域を通る光線本数に応じて10段階の照度(光線本数/メッシュ)に分類し、図26に光線本数/メッシュの照度分布として示した濃淡のグレースケールに応じて示したものである。グレースケールに示した※印は、本実施例におけるシミュレーション結果の照度の幅を示す。
FIG. 26 shows the illuminance distribution of the light collected by the
図24から、各集光光学素子の集光部20sにおいて、集光反射面25,25…に集光入射した光線が、各素子ユニット200の集光反射面25、上面22,下面23、第1側面24a,第2側面24bで全反射されてx軸方向に導かれ、出射面26側に向かうにつれて光線密度が高くなっていくことがわかる。また、上記各面で全反射条件が満たされ、集光反射面25で素子内に反射された光線が集光光学素子20から殆ど漏出することなく出射面26に取り出されている様子もわかる。
From FIG. 24, in the condensing
図25から、集光光学素子20A,20B,20Cに入射した光は、各集光光学素子の上面22,下面23で全反射されてx軸方向に導かれ、出射面26に向かうこと、各集光光学素子20A,20B,20Cが各々独立した集光光学素子として作用していることが分かる。
From FIG. 25, the light incident on the condensing
図26から、出力部27のうち、集光光学素子20Cの出射面26ではy軸方向の位置に応じて照度が異なり、照度の幅が広いこと、集光光学素子20Bの出射面26ではy軸方向の照度の幅が狭くなり、集光光学素子20Aの出射面26ではy軸方向の位置によらず中間的な照度でほぼ均一になることが分かる。
From FIG. 26, in the
集光光学素子20Cの出射面26において、照度が高い値となる方向(図26においてy軸方向の数値が小さくなる方向)は、集光反射面25,第1側面24a,第2側面24bの傾斜方向と一致している。これは、各集光部20sにおいて上記傾斜方向に向かって光線密度が高くなるためと解される(図24bを参照)。一方、集光光学素子20Bの出射面26でy軸方向の照度の幅が狭くなり、集光光学素子20Aの出射面26でy軸方向の位置によらず照度がほぼ均一になるのは、傾斜方向に偏向された光線が、各素子ユニットの第1側面24a,第2側面24b、及び導光部20tの左右の側面で反射を繰り返すことにより、種々の方向に向かう光線密度が均等化されるためと解される。
On the
[第2実施例]
次に、上述した第1構成例の集光装置1aにおいて、上下に重なる集光光学素子20A,20B,20Cを密着して配置するとともに、重複部にマッチングオイルまたは光学接着材を滴下して3枚の集光光学素子を一体的に接合する。その状態で、集光レンズ10A,10B,10Cを介して太陽光を入射させときのシミュレーション結果を図27〜図29に示す。なお、図中に付記する1〜4,11〜14,21〜24の数値は、前述した実施例と同様に集光反射面25の列番号である。[Second Embodiment]
Next, in the
図27は図24に対応し、図27(a)は、集光装置1aを側方から見たシミュレーション結果、図27(b)は、集光光学素子20A,20B,20Cを上方から見たシミュレーション結果である。図28は図25に対応し、図28(a)は、他の集光光学素子と重複部がない集光光学素子20Aの先端部分の部分拡大図、図28(b)は、集光光学素子20Aの導光部20tと重複する集光光学素子20Bの先端部分の部分拡大図、図28(c)は、集光光学素子20A,20Bの導光部20tと重複する集光光学素子20Cの先端部分の部分拡大図である。
FIG. 27 corresponds to FIG. 24, FIG. 27 (a) shows a simulation result when the
図29は図26に対応し、集光装置1aにより集光され出力部27から出射する光の照度分布を表している。図29の縦軸及び横軸は図26と同様であり、縦軸はy軸方向の位置、横軸はz軸方向の位置(集光光学素子20A,20B,20Cの出射面26,26,26)である。そして、3×50=150メッシュに分割した領域について、各領域を通る光線本数に応じて10段階の照度(光線本数/メッシュ)に分類し、図29に光線本数/メッシュの照度分布として示した濃淡のグレースケールに応じて示したものである。グレースケールに示した※印は、本実施例におけるシミュレーション結果の照度の幅を示す。
FIG. 29 corresponds to FIG. 26 and shows the illuminance distribution of the light condensed by the condensing
図27から、各集光光学素子の集光部20sにおいて、集光反射面25,25…に集光入射した光線が、各素子ユニット200の集光反射面25、上面22,下面23、第1側面24a,第2側面24bで全反射されてx軸方向に導かれ、出射面26側に向かうにつれて光線密度が高くなっていくことがわかるまた、集光反射面25で素子内に反射された光線が集光光学素子20から殆ど漏出することなく出射面26に取り出されている様子もわかる。
From FIG. 27, in the condensing
図28(a)からは、重複部がない集光光学素子20Aの集光部20sでは、集光反射面25で反射された光が当該集光部の上面22,下面23で全反射されてx軸方向に導かれる様子が分かる。一方、図28(b)からは、集光光学素子20Bの集光部20sと集光光学素子20Aの導光部20tとが重複する領域では、集光光学素子20Bの集光反射面25で反射された光の一部が、界面を通って集光光学素子20Aの導光部20tに入射し、集光光学素子20Aの導光部20tを伝播する光の一部が、界面を通って集光光学素子20Bの上面で全反射される状況が認められる。同様に、図28(c)からは、集光光学素子20Cの集光部20sと集光光学素子20A,20Bの導光部20tとが重複する領域では、集光光学素子20Cの集光反射面25で反射された光の一部が、界面を通って集光光学素子20B,20Aの導光部20tに入射し、集光光学素子20B,20Aの導光部20tを伝播する光の一部が、界面を通って集光光学素子20Cの上面で全反射される状況が認められる。
From FIG. 28A, in the condensing
図29から、出力部27において、全体的な傾向として、y軸方向の数値が小さくなる方向に照度が高くなることが分かる。すなわち、集光光学素子20A,20B,20Cの何れの出射面26,26,26についても、y軸方向の数値が小さくなる方向に照度が高くなっている。これは、第1実施例において検討したように、照度が高くなる方向が集光反射面25,第1側面24a,第2側面24bの傾斜方向と一致しており、各集光部20sにおいて上記傾斜方向に向かう光線密度が高くなるためと解される。
From FIG. 29, it can be seen that, as an overall trend, the
一方、図29と図26とを対比して明らかなように、本構成例においては、集光光学素子20Aの出射面26、集光光学素子20Bの出射面26、及び集光光学素子20Cの出射面26でy軸方向の照度分布がほぼ同一であり、z軸方向の照度は何れの位置でも一定である。また、図29のグレースケールに※印で示した照度の幅を図26の照度の幅と対比しても分かるように、照度が高い部分と照度が低い部分の照度の幅(ばらつき)が実施例1よりも小さいことが分かる。これは、上記のように偏向された光線が各素子ユニットの第1側面24a,第2側面24b、及び導光部20tの左右の側面で反射される効果と、複数の集光光学素子の重複部において光線が界面を通って立体的に伝播する効果とが相乗的に作用し、種々の方向に向かう光線密度が三次元的に均等化されるためと解される。
On the other hand, as apparent from the comparison between FIG. 29 and FIG. 26, in the present configuration example, the
[第3実施例]
次に、既述した第3構成例の集光装置1c(図13,図14を参照)において、上下に重なる集光光学素子20A,20B,20Cを密着して配置するとともに、重複部にマッチングオイルまたは光学接着材を滴下して3枚の集光光学素子を一体的に接合し、集光レンズ10A,10B,10Cを介して太陽光を入射したときのシミュレーションデータを図30〜図32に示す。図中に付記する1〜4,11〜14,21〜24の数値は、前述した各実施例と同様に集光反射面25の列番号である。[Third embodiment]
Next, in the
図30は、図24及び図27に対応し、図30(a)は、集光装置1cを側方から見たシミュレーション結果、図30(b)は、集光光学素子20A,20B,20Cを上方から見たシミュレーション結果である。図31は、図25及び図28に対応し、図31(a)は、他の集光光学素子と重複部がない集光光学素子20Aの先端部分の部分拡大図、(b)集光光学素子20Aの導光部20tと重複する集光光学素子20Bの先端部分の部分拡大図、(c)集光光学素子20A,20Bの導光部20tと重複する集光光学素子20Cの先端部分の部分拡大図である。
FIG. 30 corresponds to FIG. 24 and FIG. 27, FIG. 30 (a) shows a simulation result when the condensing
図32(a)は、図26及び図29に対応し、集光装置1cにより集光され出力部27から出射する光の照度分布である。図32(a)の縦軸及び横軸は図26及び図29と同様であり、グレースケールに示した※印は、本実施例におけるシミュレーション結果の照度の幅を示す。なお、図32(b)は、集光装置1cを二組の集光レンズ10(10B,10C)と集光光学素子20(20B,20C)とから構成した場合の照度分布である。
FIG. 32A corresponds to FIG. 26 and FIG. 29, and shows the illuminance distribution of the light collected by the
図30から、各集光光学素子の集光部20sにおいて、集光反射面25,25…に集光入射した光線が、各素子ユニット200の集光反射面25、上面22,下面23、第1側面24a,第2側面24bで全反射されてx軸方向に導かれ、出射面26側に向かうにつれて光線密度が高くなっていくことがわかる。また、集光反射面25で素子内に反射された光線が集光光学素子20から殆ど漏出することなく出射面26に取り出されている様子もわかる。また、図30(b)を、図24(b)及び図27(b)と対比すると、出力部27から出射する光線の光線密度及び出射方向が均等化されていることが分かる。
From FIG. 30, in the condensing
図31から図27と同様の状況が認識される。すなわち図31(a)からは、他の集光光学素子と重複部がない集光光学素子20Aの集光部20sでは、集光反射面25で反射された光が当該集光部の上面22,下面23で全反射されてx軸方向に導かれる様子が分かる。また、図31(b)からは、集光光学素子20Bの集光部20sと集光光学素子20Aの導光部20tとが重複する領域において、また図31(c)からは、集光光学素子20Cの集光部20sと集光光学素子20A,20Bの導光部20tとが重複する領域において、集光反射面25で反射された光の一部が、界面を通って下層の集光光学素子の導光部20tに入射し、下層の集光光学素子の導光部20tを伝播する光の一部が、界面を通って最上層の集光光学素子の上面で全反射される状況が認められる。
The same situation as in FIGS. 31 to 27 is recognized. That is, from FIG. 31A, in the condensing
図32(a)からは、出力部27における照度分布がほぼ均等になっていることが分かる。すなわち、集光光学素子20A,20B,20Cの何れの出射面26,26,26についても、y軸方向及びz軸方向に依存した照度変化の傾向を持たず、グレースケールに※a印で示す照度の幅は、図26及び図29の照度の幅と対比して明らかなように、照度が高い部分と照度が低い部分の照度の幅(ばらつき)が極めて小さいことが分かる。
FIG. 32A shows that the illuminance distribution in the
これは、集光反射面25,第1側面24a,第2側面24bの傾斜方向が集光光学素子20A,20Cと集光光学素子20Bとでx軸に軸対称に形成されることで、光線の偏向方向が互いに逆の光線群が存在することになった効果(図30(b)を参照)と、各素子ユニットの第1側面24a,第2側面24b、及び導光部20tの左右の側面で反射される効果と、複数の集光光学素子の重複部において光線が界面を通って立体的に伝播する効果とが相乗的に作用し、種々の方向に向かう光線密度がさらに三次元的に均等化されるためと解される。
This is because the condensing reflection surfaces 25, the
このことは、図32(b)に示す集光レンズ10(10B,10C)と集光光学素子(20B,20C)とが二組の集光装置においても、照度分布が一定の傾向をもたずに均等となり、かつ※b印で示す照度の幅が、集光レンズと集光光学素子とが三組第2実施例の照度の幅よりも狭いことからも理解される。 This is because the illuminance distribution tends to be constant even in the case where the condenser lens 10 (10B, 10C) and the condenser optical element (20B, 20C) shown in FIG. Therefore, it is understood that the illuminance width indicated by the mark * b is narrower than the illuminance width of the triplet second embodiment.
[出力部からの光エネルギーの取り出し手法]
次に、集光装置1,2において、出力部27から出射する光のエネルギー取り出し手法について、図33を参照して簡潔に説明する。図33(a)は、集光光学素子20A,20B,20Cにより集光された光を出力部27からそのまま取り出し、光エネルギーとして利用する構成例の概念図である。ここでは、集光光学素子20の出射面26から出射する光を、シリンドリカルレンズ91や集光ロッド92等を介して集光し、集光された光を光ファイバー93により所望の位置まで導くような構成が例示される。[Extraction method of light energy from output section]
Next, a method for extracting energy of light emitted from the
これにより、集光装置1,2により集光された光を、集光装置と離れた所望の場所で利用することができる。例えば、光電変換素子5を当該光電変換素子の過熱を防止するための冷却装置を備えたユニットボックス内に設置し、このユニットボックス内に光ファイバー93を介して伝送することができる。例えば、集光装置1,2により集光された光を、光ファイバー93で伝送し、集光装置から遠く離れた野菜工場等で利用することも可能である。集光装置1,2には、集光レンズ10と集光光学素子20とが複数組あって、これらにより集光された光が、複数の出射面26が上下に並ぶ出力部27から取り出されるため、簡明な装置構成で集光効率を向上させることができ、太陽光等の光エネルギーを効率的に利用することができる。
Thereby, the light condensed by the
図33(b)は、集光光学素子20A,20B,20Cにより集光され出力部27から出射する光を、電気エネルギーまたは熱エネルギーに変換して取り出す場合の概念図である。この図は、光電変換素子5を集光光学素子20の出射端部に結合し、電気エネルギーとして取り出す構成例を示す。集光装置1,2には、集光レンズ10と集光光学素子20とが複数組あって、これらにより集光された光が、複数の出射面26が上下に並ぶ出力部27から取り出されるため、簡明な装置構成で光電変換素子5に入射する光のパワーを増大させ、太陽光等の光エネルギーを効率的に利用することができる。さらに、第2実施例及び第3実施例に示したような構成によれば、光電変換素子5の各部に入射する光のパワー密度(照度分布)を均等化することができ、光電変換素子5による電気エネルギーへの変換効率を大幅に向上させることができる。
FIG. 33B is a conceptual diagram in the case where light collected by the condensing
なお、集光光学素子20A,20B,20Cにより集光され出力部27から出射する光を熱エネルギーとして取り出す光熱変換装置とする場合には、光エネルギーを熱エネルギーに光熱変換する光熱変換素子として、例えば、光吸収体付きのヒートパイプ等が好適に用いられる。
In the case of a photothermal conversion device that takes out the light collected by the condensing
なお、実施形態では、説明簡明化のため、集光光学素子をシート状ないしプレート状として二層または三層重ねた形態を例示し、また集光光学素子の作用を説明するため、基材21に具体的な物質を適用した構成例を説明したが、本発明はこれらの構成形態や構成例に限定されるものではない。例えば、集光光学素子20は四層以上(20A,20B,20C,20D…)重ね合わせた形態としても良く、基材21の材質は、種々の樹脂材料や無機材料等を適宜選択して構成することができる。
In the embodiment, for the sake of simplicity of explanation, the condensing optical element is illustrated as a sheet-like or plate-like form in which two or three layers are stacked, and in order to explain the action of the condensing optical element, the
以上説明したように、集光装置1,2においては、集光レンズ10と集光光学素子20が複数組あって、これらによって集光された光が、集光反射面25、上面22、下面23、第1側面24a,第2側面24bで全反射され、出射面26が上下に並ぶ出力部27から取り出される。従って、本発明の態様の集光装置1,2によれば、薄型かつ簡明な構成で、太陽光等の光エネルギーを効率的に利用可能な、新たな集光装置を提供することができる。また、このような集光装置1を光発電装置PVSや光熱変換装置は、光軸方向の厚さが薄く小型軽量であり、新たな太陽光発電装置または太陽光集熱装置として好適である。
As described above, in the
上記の通り、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲に含まれる。 As described above, various embodiments and modifications have been described, but the present invention is not limited to these contents. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国出願2010年第255350号(2010年11月15日)The disclosure of the following priority application is hereby incorporated by reference.
Japanese Application 2010 No. 255350 (November 15, 2010)
Claims (13)
前記第1の集光光学素子及び前記第2の集光光学素子は、各々、前記入射光を透過する上面及び前記上面と対向して延びる下面と、前記上面と下面の間に前記入射光の光軸と交差して設けられ前記入射光を反射する反射面と、前記反射面の反対側に設けられた出射面とを有し、
前記第1の集光光学素子の反射面と前記第2の集光光学素子の反射面とが上下に重複せず前記第1の集光光学素子の出射面と前記第2の集光光学素子の出射面とが上下に並ぶように前記第1の集光光学素子と前記第2の集光光学素子とが上下に重ねて配設され、
前記第1の集光レンズ及び前記第2の集光レンズにより集光され各々前記反射面により反射された光が、前記第1の集光光学素子及び前記第2の集光光学素子の前記出射面に導かれるように構成した集光装置。A first condensing optical element that is formed of a first condensing lens, a transparent material, and that guides incident light that is condensed by the first condensing lens and incident thereon, a second condensing lens, and a transparent material And a second condensing optical element that guides incident light that is condensed by the second condensing lens and is incident,
The first condensing optical element and the second condensing optical element respectively include an upper surface that transmits the incident light, a lower surface that extends opposite to the upper surface, and the incident light between the upper surface and the lower surface. A reflecting surface provided to intersect the optical axis and reflecting the incident light; and an exit surface provided on the opposite side of the reflecting surface;
The reflecting surface of the first condensing optical element and the reflecting surface of the second condensing optical element do not overlap vertically, and the exit surface of the first condensing optical element and the second condensing optical element The first condensing optical element and the second condensing optical element are arranged so as to overlap each other so that their emission surfaces are aligned vertically.
The light collected by the first condenser lens and the second condenser lens and reflected by the reflecting surface is emitted from the first condenser optical element and the second condenser optical element. Concentrator configured to be guided to a surface.
前記上面から入射して前記反射面により反射された光が、前記上面、前記下面、前記第1側面及び前記第2側面により全反射されて、前記出射面に導かれるように構成した請求項1〜4のいずれか一項に記載の集光装置。The first condensing optical element and the second condensing optical element have a first side surface and a second side surface that connect the upper surface and the lower surface and face each other across the emission surface,
The light incident from the upper surface and reflected by the reflecting surface is totally reflected by the upper surface, the lower surface, the first side surface, and the second side surface and guided to the emitting surface. The condensing device as described in any one of -4.
前記第1の集光光学素子及び前記第2の集光光学素子は、各前記単位集光レンズにより集光されて入射する各入射光に対応して設けられた複数の前記反射面を有して一体に形成される請求項1〜6のいずれか一項に記載の集光装置。The first condenser lens and the second condenser lens are each composed of a plurality of unit condenser lenses that collect light.
The first condensing optical element and the second condensing optical element have a plurality of reflecting surfaces provided corresponding to incident light incident after being condensed by the unit condensing lenses. The light collecting device according to any one of claims 1 to 6, which is integrally formed.
前記第2側面は、複数の前記反射面に共通して一体に設けられる請求項7に記載の集光装置。A plurality of the first side surfaces are provided corresponding to the individual reflection surfaces,
The light collecting device according to claim 7, wherein the second side surface is provided integrally with the plurality of reflection surfaces.
前記第1側面及び前記第2側面が、出射方向に延びる軸に対して軸対称に形成される請求項8に記載の集光装置。The first condensing optical element and the second condensing optical element are:
The condensing device according to claim 8, wherein the first side surface and the second side surface are formed to be axially symmetric with respect to an axis extending in an emission direction.
前記第1の集光光学素子及び前記第2の集光光学素子は、各行の前記単位集光レンズに対応して前記反射面及び前記第1側面及び前記第2側面が形成された素子ユニットが複数列設けられて一体に形成される請求項7〜9のいずれか一項に記載の集光装置。Each of the first condenser lens and the second condenser lens has a plurality of unit condenser lenses arranged in a matrix to form a lens array,
The first condensing optical element and the second condensing optical element include an element unit in which the reflecting surface, the first side surface, and the second side surface are formed corresponding to the unit condensing lens in each row. The light collecting device according to any one of claims 7 to 9, which is provided in a plurality of rows and formed integrally.
前記集光装置により前記出射面に導かれた光を光電変換する光電変換素子とを備えた光発電装置。The light collecting device according to any one of claims 1 to 11,
A photovoltaic device comprising: a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light guided to the emission surface by the light collecting device.
前記集光装置により前記出射面に導かれた光を光熱変換する光熱変換素子とを備えた光熱変換装置。The light collecting device according to any one of claims 1 to 11,
A photothermal conversion device comprising: a photothermal conversion element for photothermal conversion of light guided to the emission surface by the condensing device.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010255350 | 2010-11-15 | ||
JP2010255350 | 2010-11-15 | ||
PCT/JP2011/076239 WO2012067082A1 (en) | 2010-11-15 | 2011-11-15 | Condenser device, photovoltaic power generator, and light-heat converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2012067082A1 true JPWO2012067082A1 (en) | 2014-05-12 |
Family
ID=46084009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012544247A Pending JPWO2012067082A1 (en) | 2010-11-15 | 2011-11-15 | Condensing device, photovoltaic power generation device, and photothermal conversion device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2012067082A1 (en) |
WO (1) | WO2012067082A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SG10201806159PA (en) * | 2018-07-18 | 2020-02-27 | Kong Mun Chew | Angled Solar Refracting Surface |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005164631A (en) * | 2003-11-28 | 2005-06-23 | Canon Inc | Light converging optical system, method for manufacturing light converging optical system, and light convergence type solar battery |
TW200720589A (en) * | 2005-09-19 | 2007-06-01 | Koninkl Philips Electronics Nv | Luminaire with stack of flat panel light guides |
GB2431513B (en) * | 2005-10-21 | 2008-06-04 | Imp College Innovations Ltd | Solar concentrators |
JP2008015034A (en) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Fuji Xerox Co Ltd | Optical transmitter, optical module, and optical transmission system |
US20090126792A1 (en) * | 2007-11-16 | 2009-05-21 | Qualcomm Incorporated | Thin film solar concentrator/collector |
JP5279244B2 (en) * | 2007-12-03 | 2013-09-04 | 株式会社 光エネルギー研究所 | Condensing device and condensing method |
WO2011074108A1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-23 | サン電子株式会社 | Light gathering apparatus |
-
2011
- 2011-11-15 JP JP2012544247A patent/JPWO2012067082A1/en active Pending
- 2011-11-15 WO PCT/JP2011/076239 patent/WO2012067082A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012067082A1 (en) | 2012-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2013147008A1 (en) | Secondary lens, solar cell mounting body, light gathering solar energy unit, light gathering solar energy device, and light gathering solar energy module | |
US20060191566A1 (en) | Solar concentrator system using photonic engineered materials | |
EP2519978B1 (en) | Photovoltaic concentrator with optical stepped lens and method for designing the same | |
US9477071B2 (en) | Method and device for concentrating, collimating, and directing light | |
US20130247960A1 (en) | Solar-light concentration apparatus | |
US8791355B2 (en) | Homogenizing light-pipe for solar concentrators | |
Pham et al. | Design of curved Fresnel lens with high performance creating competitive price concentrator photovoltaic | |
US20160133771A1 (en) | Tir concentrator optics | |
KR100933213B1 (en) | Concentration lens for solar power generation | |
JP2013537004A (en) | Multi-band concentrator / energy conversion module | |
JP2013211487A (en) | Secondary lens, solar battery mounting body, condensing type photovoltaic power generation unit, and condensing type photovoltaic power generation module | |
JP5620212B2 (en) | Concentrator and concentrator | |
WO2012026572A1 (en) | Light-condensing device, light power generation device, and photothermal conversion device | |
TWI574043B (en) | A light collecting device, a photovoltaic device and a light and heat conversion device | |
JP2016138911A (en) | Fresnel lens, light-condensing type solar power generation module and light-condensing type solar power generation device | |
JP6091883B2 (en) | Concentrator and solar cell | |
WO2012067082A1 (en) | Condenser device, photovoltaic power generator, and light-heat converter | |
KR101007649B1 (en) | Light guider having multiple channels | |
JP2014010251A (en) | Secondary lens, solar-cell mounting body, condensing type photovoltaic power generation system and condensing type photovoltaic power generation module | |
US9310593B2 (en) | Holographic solar coupler | |
WO2012033132A1 (en) | Light condenser, photovoltaic system, and photothermal converter | |
JP2009122146A (en) | Beam converter and light-receiving device | |
JPH11266031A (en) | Condenser type solarlight power generator and generator module having diffracting surface | |
JP5655146B2 (en) | Condensing lens array and solar cell including the same | |
JP2013088690A (en) | Light collecting device and photovoltaic device using the same |