WO2011001545A1 - 太陽光発電装置、及びその集光方法 - Google Patents

太陽光発電装置、及びその集光方法 Download PDF

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敏彦 前村
川口　隆
明 黒崎
幸之介 奥
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    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a concentrating solar power generation device using a solar cell module and a concentrating device, and a concentrating method thereof, and particularly to a solar power generating device that condenses sunlight in two stages.
  • Patent Document 1 discloses a configuration for collecting sunlight using a Fresnel lens. With this configuration, power generation efficiency is improved.
  • the structure of the condensing device composed of a plurality of Fresnel lenses is complicated, has a problem that it is difficult to increase the size, and the manufacturing cost increases.
  • the conventional solar power generation apparatus has a high power generation unit price, and it has been difficult to realize sufficient diffusion.
  • the present invention has been made in view of the above-described situation, and an object of the present invention is to realize an improvement in power generation efficiency accompanying an increase in the concentration factor of sunlight in a solar power generation device including a light concentrator. Furthermore, it is providing the solar power generation device which can suppress the manufacturing cost of a power generation device and can suppress a power generation unit price low.
  • a photovoltaic power generation apparatus is a photovoltaic power generation apparatus having a concentrating device and a solar cell module, wherein the concentrating device collects sunlight in a first axial direction.
  • the solar cell module is configured to irradiate condensed sunlight.
  • This configuration allows sunlight to be collected in two stages, so that the concentration factor can be dramatically improved. As a result, the power generation efficiency of the solar cell module can be improved and the power generation unit price can be suppressed.
  • the primary concentrator and the secondary concentrator need only be configured to collect light only in one axial direction, the structure of each concentrator is simplified, and the manufacturing cost of the concentrator is increased. Can be suppressed. For this reason, the manufacturing cost of a solar power generation device can be reduced and a power generation unit price can be suppressed.
  • the first axial direction and the second axial direction intersect at right angles.
  • This configuration makes it possible to collect sunlight with the best efficiency (high magnification) and improve the power generation efficiency of the solar power generation device.
  • the converging magnification of 208 times is theoretically the limit, and considering the accuracy of work and the accuracy of operation management, the condensing magnification of about 100 times is the maximum. It was.
  • a high focusing magnification can be realized while reducing the focusing magnification of each axis and reducing the cost of the apparatus.
  • the primary light collecting device is configured by using at least one of a linear Fresnel type light collecting device or a trough type light collecting device. With this configuration, it is possible to efficiently primarily collect a wide range of sunlight.
  • the secondary light collecting device includes at least one of a compound parabolic light collecting device, a notch compound parabolic light collecting device, a trough light collecting device, or a Fresnel lens light collecting device. It is characterized by using it.
  • This configuration makes it possible to collect light at a focal point in a smaller range, so that the necessary amount of solar cell module required for installation at this focal point can be suppressed.
  • the said solar power generation device has the reflective mirror which changes the direction of the sunlight condensed with the said primary condensing device, and sends to the said secondary concentrating device.
  • this configuration can guide sunlight with the reflecting mirror, so the installation position of the primary condensing device, And the freedom degree of the installation position of a secondary condensing device increases, and the solar power generation device with high electric power generation efficiency can be provided.
  • the primary light collecting device and the secondary light collecting device have a tracking mechanism for tracking sunlight. With this configuration, the power generation efficiency of the solar power generation device can be improved.
  • the light collecting method according to the present invention for achieving the above object is a light collecting method in a solar power generation device having a light collecting device and a solar cell module, and condenses sunlight in a first axial direction.
  • a primary condensing step for forming a linear primary condensing region, and the primary condensing region is virtually decomposed into a plurality of regions, and the second axial direction is obtained for each sunlight in the region.
  • a secondary condensing step for forming a secondary condensing region.
  • the sunlight that irradiates a quadrangular region is condensed into a linear shape in the primary condensing step, and the linear sunlight is divided into a plurality of pieces in the secondary condensing step.
  • region are the areas set up virtually, and are the area
  • the secondary condensing step is a step of forming the secondary condensing region in a broken line shape formed along the primary condensing region condensed linearly.
  • the sunlight reflecting step of changing the traveling direction of the sunlight condensed by the primary condensing step between the primary condensing step and the secondary condensing step by a reflecting mirror is characterized by having.
  • the condensing magnification of sunlight is dramatically increased by the configuration in which the primary condensing device and the secondary condensing device perform the two-stage condensing.
  • the power generation efficiency of the solar cell module can be improved.
  • the primary condensing device and the secondary condensing device may have a configuration capable of condensing light in the uniaxial direction, the manufacturing cost of the solar power generation device can be suppressed. Therefore, the power generation unit price of the solar power generation device can be kept low.
  • FIG. 1 is a diagram showing a photovoltaic power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state of light collection by the solar power generation device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a side surface of the photovoltaic power generation apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front view of the photovoltaic power generation apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the light collecting device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the light collecting device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the light collecting device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the light collecting apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an outline of a solar power generation device 1, and the solar power generation device 1 is a linear Fresnel type condensing device 2 ⁇ / b> A (primary collection) configured by combining a plurality of flat plate or concave reflecting mirrors 8.
  • CPC compound parabolic concentrator
  • the solar power generation device 1 is configured so that the sunlight L is primarily condensed by the linear Fresnel type condensing device 2A, and then is secondarily condensed by the CPC type concentrating device 3A and irradiated to the solar cell module. is doing.
  • FIG. 2 shows a state of two-stage condensing in the solar power generation device 1
  • FIG. 2A shows the concept of primary condensing
  • FIG. 2B shows the concept of secondary condensing.
  • the sunlight L falling on the sunlight irradiation region 5 shown in FIG. 2A is condensed in the first axial direction (x-axis direction) by the primary focusing device 2;
  • a virtual linear primary condensing region 6 is formed. That is, the sunlight L having an area extending in the sunlight irradiation region 5 is condensed in the primary condensing region 6 by being contracted in the arrow S5 direction.
  • the primary light L1 in the primary condensing region 6 is converted into the second axial direction (y-axis direction) by the secondary condensing device 3. And a plurality of virtual dot-shaped secondary condensing regions 7 are formed. That is, the primary light L1 having an area extending in the primary condensing region 6 is condensed in the secondary condensing region 7 by being contracted in the arrow S6 direction. A solar cell module having an area corresponding to this region is installed in the secondary condensing region 7 so as to generate power. *
  • the angle formed between the x-axis direction and the y-axis direction is preferably a right angle, but may be set to be an angle other than a right angle. Note that when the angle formed by the x-axis direction and the y-axis direction is a right angle, the light collection magnification can be maximized.
  • the condensing magnification in the conventional one-stage condensing was theoretically about 208 times, but by using two-stage condensing, a condensing magnification of about 43400 times can be obtained, and the solar cell module Can greatly improve the power generation efficiency. That is, the power generation efficiency of the solar cell module itself is increased, and the installation amount of the solar cell module having an expensive unit price can be reduced, so that the power generation unit price of the solar power generation device 1 can be suppressed.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of the solar power generation device 1, and a primary condensing device 2 (an example of a linear Fresnel type concentrating device) composed of a plurality of reflecting mirrors 8 and a secondary concentrating device. 3 shows a positional relationship.
  • the primary condensing device 2 is configured to reflect the sunlight L into primary light L1 and condense the primary light L1 onto the secondary condensing device 3.
  • the plurality of reflecting mirrors 8 constituting the primary condensing device 2 are arranged so that the secondary condensing device 3 has a focal point.
  • the primary condensing device 2 has a link mechanism 21 as a tracking mechanism that tracks the moving sun.
  • the link mechanism 21 is configured by connecting a plurality of reflecting mirrors 8, and is configured such that when the link mechanism 21 is controlled in the arrow S1 direction, the reflecting mirror 8 is tilted in the arrow S2 direction.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of the front surface of the solar power generation device 1, and a secondary composed of a primary concentrating device 2 and a composite parabolic (CPC) reflecting mirror 10 in which the inner surface of the parabolic surface is constituted by a reflecting mirror.
  • the positional relationship of the condensing device 3 (an example of CPC type condensing device 3A) is shown.
  • the secondary condensing device 3 is configured so that the primary light L1 reflected by the primary condensing device 2 is reflected by the inner surfaces of the plurality of CPC reflecting mirrors 10 and condensed on the solar cell module 4. Yes.
  • the secondary condensing device 3 has a link mechanism 22 as a tracking mechanism for tracking the sun.
  • the link mechanism 22 is configured by connecting a plurality of CPC reflecting mirrors 10, and is configured such that when the link mechanism 22 is controlled in the direction of arrow S3, the CPC reflecting mirror 10 tilts in the direction of arrow S4.
  • FIG. 5 shows a trough concentrator 2B as an example of the primary concentrator 2.
  • the trough-type condensing device 2 ⁇ / b> A is a reflecting mirror 8 having a curved surface, and has a focal point so as to condense sunlight L onto the linear primary condensing region 6.
  • the trough-type condensing device 2A using one curved reflecting mirror 8 is shown, but a plurality of flat or concave reflecting mirrors 8 are arranged so that a pseudo curved reflecting surface is formed.
  • a wide range of sunlight L can be collected by using the linear Fresnel type light collecting device 2A or the trough type light collecting device 2B as the primary light collecting device 2.
  • FIG. 6 shows a composite parabolic reflector (CPC) type condensing device 3 ⁇ / b> A as an example of the secondary concentrating device 3.
  • the CPC type condensing device 3A is configured to condense the primary light L1 at the focal point by the CPC reflecting mirror 10.
  • the solar cell module 4 is installed at this focal position.
  • the light reflected by the CPC reflecting mirror 10 is shown as secondary light L2.
  • FIG. 7 shows a halved condensing device 3B configured by using a CPC reflecting mirror 10 that is halved as an example of the secondary condensing device 3.
  • This half-type condensing device 3B is configured to condense the primary light L1 at the focal point by a half-CPC reflector 11 obtained by dividing the CPC reflector 10 in half.
  • the solar cell module 4 is installed at this focal position.
  • FIG. 7A shows a state in which the primary light L1 is incident from directly below the half-type condensing device 3B.
  • FIG. 7B shows a state in which primary light L1 having an angle is incident.
  • the tilting of the half-type light condensing device 3B is realized by the link mechanism 22.
  • the distance between the reflecting mirrors can be substantially eliminated (it can be 5 mm or less), so almost all of the primary light L1 is reduced to 2 It is possible to collect light without leakage with the half-type light collecting device 3B which is the next light collecting device. For this reason, the light collection efficiency is improved, and the power generation efficiency can be improved.
  • the CPC reflecting mirror 10 may be changed to the notched CPC reflecting mirror 12 from which a part of the reflecting mirror is removed to constitute the notch type condensing device 3C shown in FIG.
  • This notch type condensing device 3C can improve the light condensing efficiency and improve the power generation efficiency in the same manner as the aforementioned half-type condensing device 3B.
  • concentrating devices are appropriately selected as the primary condensing device 2 and the secondary concentrating device 3 and are selected as the solar power generation device 1. It is possible to use. Further, a plurality of types of light collecting devices may be combined and used simultaneously.
  • the primary condensing device 2 is a linear Fresnel type condensing device 2A capable of condensing a wide range of sunlight L, and a trough. It is desirable to use the mold concentrator 2B.
  • the secondary condensing device 3 is a CPC type condensing device 3A, a half-type condensing device 3B, and a notch type condensing device with high condensing accuracy (condensing light can be focused on a smaller range of focal points). It is desirable to use the device 3C.

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Abstract

　集光装置を備えた太陽光発電装置１において、太陽光Ｌの集光倍率の向上に伴う、発電効率の向上を実現し、更に、発電装置の製造コストを抑制して、発電単価を低く抑えることのできる太陽光発電装置１を提供する。　集光装置と太陽電池モジュールを有した太陽光発電装置１において、前記集光装置は、太陽光Ｌを第１の軸方向において集光する１次集光装置２と、前記１次集光装置２により集光した太陽光を、第２の軸方向において集光する２次集光装置３を有しており、前記２次集光装置３により集光した太陽光を前記太陽電池モジュール４に照射するように構成する。

Description

太陽光発電装置、及びその集光方法
　本発明は、太陽電池モジュール及び集光装置を利用した集光型の太陽光発電装置、及びその集光方法に関し、特に、太陽光を２段階で集光する太陽光発電装置に関するものである。
　近年、石油資源の枯渇及びその価格の高騰が憂慮され、また、地球温暖化の原因の１つである石油資源から新たなエネルギー資源への移行が研究されている。新たなエネルギー源の１つとして、太陽電池モジュールを利用した太陽光発電がある。
　太陽電池モジュールを利用した太陽光発電装置において、太陽光を集光する集光装置を設置しているものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、フレネルレンズを利用して、太陽光を集光する構成が開示されている。この構成により、発電効率の向上を実現している。
　しかしながら、複数のフレネルレンズにより構成した集光装置の構造は、複雑となり、大型化が困難であり、製造コストが高くなるという問題を有している。
　以上より、従来の太陽光発電装置は、発電単価が高くなり、十分な普及を実現することが困難となっていた。
特開２００８－１８７１５７号公報
　本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、集光装置を備えた太陽光発電装置において、太陽光の集光倍率の向上に伴う、発電効率の向上を実現し、更に、発電装置の製造コストを抑制して、発電単価を低く抑えることのできる太陽光発電装置を提供することである。
　上記の目的を達成するための本発明に係る太陽光発電装置は、集光装置と太陽電池モジュールを有した太陽光発電装置において、前記集光装置は、太陽光を第１の軸方向に集光する１次集光装置と、前記１次集光装置により集光した太陽光を、第２の軸方向に集光する２次集光装置を有しており、前記２次集光装置により集光した太陽光を前記太陽電池モジュールに照射するように構成したことを特徴とする。
　この構成により、太陽光を２段階で集光することができるため、集光倍率を飛躍的に向上することができる。この結果、太陽電池モジュールの発電効率が向上し、発電単価を抑制することができる。
　また、１次集光装置及び２次集光装置は、それぞれ１つの軸方向にのみ集光可能な構成とすればよいため、それぞれの集光装置の構造が簡易となり、集光装置の製造コストを抑制することができる。このため、太陽光発電装置の製造コストを低減することができ、発電単価を抑制することができる。
　上記の太陽光発電装置において、前記第１の軸方向と前記第２の軸方向が、直角に交わることを特徴とする。
　この構成により、太陽光を最も良い効率（高倍率）で集光することが可能となり、太陽光発電装置の発電効率を向上することができる。つまり、１つの軸方向の集光では、理論的に２０８倍の集光倍率が限界であり、工作の精度、及び運転管理の精度を考慮すると、せいぜい１００倍程度の集光倍率が限界であった。これに対して、１軸集光の組み合わせにより、各軸の集光倍率を落として、装置のコストダウンをはかりながら、高い集光倍率を実現することができる。
　上記の太陽光発電装置において、前記１次集光装置が、リニアフレネル型集光装置又はトラフ型集光装置の少なくとも１つを利用して構成することを特徴とする。この構成により、広範囲の太陽光を効率的に、１次集光することが可能となる。
　上記の太陽光発電装置において、前記２次集光装置が、複合パラボラ型集光装置、切欠き複合パラボラ型集光装置、トラフ型集光装置、又はフレネルレンズ型集光装置の少なくとも１つを利用して構成することを特徴とする。
　この構成により、より小さい範囲の焦点に集光することが可能となるため、この焦点に設置するために必要となる太陽電池モジュールの必要量を抑制することができる。
　上記の太陽光発電装置において、前記太陽光発電装置が、前記１次集光装置で集光した太陽光の方向を変え、前記２次集光装置に送る反射鏡を有していることを特徴とする。
　この構成により、１次集光装置及び２次集光装置の設置場所に制限がある場合であっても、太陽光を反射鏡により誘導することができるため、１次集光装置の設置位置、及び２次集光装置の設置位置の自由度が高まり、発電効率の高い太陽光発電装置を提供することができる。
　上記の太陽光発電装置において、前記１次集光装置、及び前記２次集光装置が、太陽光を追尾する追尾機構を有していることを特徴とする。この構成により、太陽光発電装置の発電効率を向上することができる。
　上記の目的を達成するための本発明に係る集光方法は、集光装置と太陽電池モジュールを有した太陽光発電装置における集光方法であって、太陽光を第１の軸方向に集光し、線状の１次集光領域を形成する1次集光ステップと、前記１次集光領域を仮想的に複数の領域に分解し、前記領域の太陽光ごとに、第２の軸方向に集光し、２次集光領域を形成する２次集光ステップと、を有することを特徴とする。
　この構成により、例えば、四角形の領域に照射している太陽光を、１次集光ステップで線状に集光し、２次集光ステップで、線状の太陽光を複数に分割した点状に集光することができる。つまり、太陽光発電装置において、太陽電池モジュールは、この点状となる２次集光領域に設置すればよく、この太陽電池モジュールの設置量を減らすことができる。そのため、太陽光発電装置の製造コストを低減することができる。なお、１次集光領域、及び２次集光領域は、仮想的に設定した領域であり、太陽光が集光されている領域である。
　上記の集光方法において、前記２次集光ステップが、線状に集光した前記１次集光領域に沿って形成した、破線状の前記２次集光領域を形成するステップであることを特徴とする。
　上記の集光方法において、前記１次集光ステップと、前記２次集光ステップの間に、前記１次集光ステップで集光した太陽光を、反射鏡により進行方向を変える太陽光反射ステップを有することを特徴とする。
　この構成により、１次集光ステップ及び２次集光ステップの実施場所に制限がある場合であっても、太陽光を太陽光反射ステップにより誘導することができるため、１次集光ステップの実施位置、及び２次集光ステップの実施位置の自由度が高まり、集光効率の高い集光方法を提供することができる。
　本発明に係る太陽光発電装置、及びその集光方法によれば、１次集光装置と２次集光装置で２段階集光を行う構成により、太陽光の集光倍率を飛躍的に高め、太陽電池モジュールの発電効率を向上することができる。また、１次集光装置及び２次集光装置は、一軸方向の集光が可能な構成でよいため、太陽光発電装置の製造コストを抑制することができる。そのため、太陽光発電装置の発電単価を低く抑えることができる。
図１は本発明に係る実施の形態の太陽光発電装置を示した図である。 図２は本発明に係る実施の形態の太陽光発電装置の集光の様子を示した図である。 図３は本発明に係る実施の形態の太陽光発電装置の側面を示した図である。 図４は本発明に係る実施の形態の太陽光発電装置の正面を示した図である。 図５は本発明に係る実施の形態の集光装置の例を示した図である。 図６は本発明に係る実施の形態の集光装置の例を示した図である。 図７は本発明に係る実施の形態の集光装置の例を示した図である。 図８は本発明に係る実施の形態の集光装置の例を示した図である。
　以下に、本発明に係る実施の形態の太陽光発電装置について、図面を参照しながら説明する。図１に太陽光発電装置１の概略を示しており、太陽光発電装置１は、複数の平板状、もしくは凹面状の反射鏡８を組み合わせて構成したリニアフレネル型集光装置２Ａ（１次集光装置２）と、複合パラボラ（Ｃｏｍｐｏｕｎｄ　Ｐａｒａｂｏｌｉｃ　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ、以下、ＣＰＣという）反射鏡１０の集光部に太陽電池モジュールを設置したる複合パラボラ型集光装置（以下、ＣＰＣ型集光装置という）３Ａ（２次集光装置３）を有しており、それぞれを枠体２０に設置している。
　太陽光発電装置１は、太陽光Ｌを、リニアフレネル型集光装置２Ａで１次集光し、更にＣＰＣ型集光装置３Ａで２次集光して、太陽電池モジュールに照射するように構成している。
　図２に、太陽光発電装置１における２段階集光の様子を示しており、図２Ａは１次集光、図２Ｂは２次集光の概念を示している。まず、１次集光を行うステップでは、図２Ａに示す太陽光照射領域５に降り注ぐ太陽光Ｌを、１次集光装置２で、第１の軸方向（ｘ軸方向）に集光し、仮想的な線状の１次集光領域６を形成する。つまり、太陽光照射領域５に広がる面積を有する太陽光Ｌを、矢印Ｓ５方向に縮めて、１次集光領域６に集光する。
　次に、２次集光を行うステップでは、図２Ｂに示す様に、１次集光領域６の１次光Ｌ１を、２次集光装置３で、第２の軸方向（ｙ軸方向）に集光し、仮想的な複数の点状の２次集光領域７を形成する。つまり、１次集光領域６に広がる面積を有する１次光Ｌ１を、矢印Ｓ６方向に縮めて、２次集光領域７に集光する。この２次集光領域７に、この領域に対応する面積を有する太陽電池モジュールを設置して、発電を行なうように構成している。　　　
　ここで、ｘ軸方向とｙ軸方向のなす角は、直角であることが望ましいが、直角以外の角度となるように設定してもよい。なお、ｘ軸方向とｙ軸方向のなす角が、直角となる場合が、集光倍率を最も高くすることができる。
　この２段階集光により、太陽光照射領域５に照射する太陽光Ｌを、ｘ軸方向及びｙ軸方向に２段階で集光し、２次集光領域７の有する面積まで集光するため、高い集光倍率を実現することが可能となる。なお、従来の１段階集光における集光倍率は、理論上、２０８倍程度であったが、２段階集光とすることで、約４３４００倍の集光倍率を得ることができ、太陽電池モジュールの発電効率を飛躍的に向上することができる。つまり、太陽電池モジュール自体の発電効率も上昇し、また、単価が高価な太陽電池モジュールの設置量を減らすことができるため、太陽光発電装置１の発電単価を抑制することができる。
　図３に、太陽光発電装置１の側面の概略図を示しており、複数の反射鏡８からなる１次集光装置２（リニアフレネル型集光装置の１例）と、２次集光装置３の位置関係を示している。この１次集光装置２は、太陽光Ｌを、反射して１次光Ｌ１とし、この１次光Ｌ１を２次集光装置３に集光するように構成している。
　なお、１次集光装置２を構成する複数の反射鏡８は、焦点を２次集光装置３に有するように配置している。また、１次集光装置２は、移動する太陽を追尾する追尾機構として、リンク機構２１を有している。このリンク機構２１は、複数の反射鏡８を連結して構成しており、リンク機構２１を矢印Ｓ１方向に制御すると、反射鏡８が矢印Ｓ２方向に傾動するように構成している。
　図４に、太陽光発電装置１の正面の概略図を示しており、１次集光装置２と、放物線面の内面を反射鏡で構成した、複合パラボラ（ＣＰＣ）反射鏡１０からなる２次集光装置３（ＣＰＣ型集光装置３Ａの１例）の位置関係を示している。この２次集光装置３は、１次集光装置２で反射した１次光Ｌ１を、複数のＣＰＣ反射鏡１０の内面でそれぞれ反射し、太陽電池モジュール４に集光するように構成している。
　また、２次集光装置３は、太陽を追尾する追尾機構として、リンク機構２２を有している。このリンク機構２２は、複数のＣＰＣ反射鏡１０を連結して構成しており、リンク機構２２を矢印Ｓ３方向に制御すると、ＣＰＣ反射鏡１０が矢印Ｓ４方向に傾動するように構成している。
　図５に、１次集光装置２の１例としてトラフ型集光装置２Ｂを示す。このトラフ型集光装置２Ａは、湾曲面を有する反射鏡８であり、太陽光Ｌを線状の１次集光領域６上に集光するように焦点を有している。ここでは、１枚の湾曲した反射鏡８を利用するトラフ型集光装置２Ａを示したが、平板状、もしくは凹面状の複数の反射鏡８を配置して、擬似的に湾曲した反射面を形成したトラフ型集光装置２Ｂもある。
　上記のように、１次集光装置２に、リニアフレネル型集光装置２Ａや、トラフ型集光装置２Ｂを利用することで、広範囲の太陽光Ｌを集光することが可能となる。
　図６に、２次集光装置３の１例として、複合パラボラ反射鏡（ＣＰＣ）型集光装置３Ａを示す。このＣＰＣ型集光装置３Ａは、１次光Ｌ１をＣＰＣ反射鏡１０で焦点に集光するように構成している。この焦点の位置に、太陽電池モジュール４を設置している。なお、ＣＰＣ反射鏡１０で反射した光を、２次光Ｌ２として図に示している。
　図７に、２次集光装置３の１例として、半割にしたＣＰＣ反射鏡１０を利用して構成した半割型集光装置３Ｂを示す。この半割型集光装置３Ｂは、１次光Ｌ１を、ＣＰＣ反射鏡１０を半分に割った半割ＣＰＣ反射鏡１１で、焦点に集光するように構成している。この焦点の位置に、太陽電池モジュール４を設置している。
　図７Ａは、半割型集光装置３Ｂの真下から１次光Ｌ１が、入射する場合の様子を示している。図７Ｂは、角度を持った１次光Ｌ１が、入射する場合の様子を示している。なお、この半割型集光装置３Ｂの傾動は、リンク機構２２により実現している。
　ＣＰＣ反射鏡１０を、半割ＣＰＣ反射鏡１１に変更することで、反射鏡同士の間の間隔を、ほぼ無くすことができる（５ｍｍ以下とできる）ため、１次光Ｌ１のほぼ全てを、２次集光装置である半割型集光装置３Ｂで漏れなく集光することができる。このため、集光の効率が向上し、発電効率を向上することができる。
　また、ＣＰＣ反射鏡１０を、反射鏡の一部を取り除いた切欠きＣＰＣ反射鏡１２に変更して、図８に示す切欠き型集光装置３Ｃを構成してもよい。この切欠き型集光装置３Ｃは、前述の半割型集光装置３Ｂと同様に、集光効率を向上し、発電効率を向上することができる。
　以上、各種の集光装置に関して説明をしたが、全ての集光装置は、１次集光装置２としても、２次集光装置３としても、適宜組み合わせて選択し、太陽光発電装置１に利用することが可能である。また、複数種類の集光装置を組み合わせて、同時に利用してもよい。
　なお、太陽光発電装置１の発電効率が高くなる組み合わせの例を示すと、１次集光装置２は、広範囲の太陽光Ｌを集光することができるリニアフレネル型集光装置２Ａ、及びトラフ型集光装置２Ｂを利用することが望ましい。また、２次集光装置３は、集光精度の高い（より小さい範囲の焦点に集光が可能となる）ＣＰＣ型集光装置３Ａ、半割型集光装置３Ｂ、及び切欠き型集光装置３Ｃを利用することが望ましい。
１　太陽光発電装置
２　１次集光装置
２Ａ　リニアフレネル型集光装置
２Ｂ　トラフ型集光装置
３　２次集光装置
３Ａ　複合パラボラ（ＣＰＣ）型集光装置
３Ｂ　半割型集光装置
３Ｃ　切欠き型集光装置
４　太陽電池モジュール
５　太陽光照射領域
６　１次集光領域
７　２次集光領域
８　反射鏡
１０　複合パラボラ（ＣＰＣ）反射鏡
１１　半割ＣＰＣ反射鏡
１２　切欠きＣＰＣ反射鏡
Ｌ　太陽光
Ｌ１　１次光
Ｌ２　２次光

Claims (9)

  1. 　集光装置と太陽電池モジュールを有した太陽光発電装置において、前記集光装置は、太陽光を第１の軸方向に集光する１次集光装置と、前記１次集光装置により集光した太陽光を、第２の軸方向に集光する２次集光装置を有しており、前記２次集光装置により集光した太陽光を前記太陽電池モジュールに照射するように構成したことを特徴とする太陽光発電装置。
  2. 　前記第１の軸方向と前記第２の軸方向が、直角に交わることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
  3. 　前記１次集光装置が、リニアフレネル型集光装置又はトラフ型集光装置の少なくとも１つを利用して構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電装置。
  4. 　前記２次集光装置が、複合パラボラ型集光装置、切欠き複合パラボラ型集光装置、トラフ型集光装置、又はフレネルレンズ型集光装置の少なくとも１つを利用して構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の太陽光発電装置。
  5. 　前記太陽光発電装置が、前記１次集光装置で集光した太陽光の方向を変え、前記２次集光装置に送る反射鏡を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の太陽光発電装置。
  6. 　前記１次集光装置、及び前記２次集光装置が、太陽光を追尾する追尾機構を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の太陽光発電装置。
  7. 　集光装置と太陽電池モジュールを有した太陽光発電装置における集光方法であって、
    　太陽光を第１の軸方向に集光し、線状の１次集光領域を形成する1次集光ステップと、
    　前記１次集光領域を仮想的に複数の領域に分解し、前記領域の太陽光ごとに、第２の軸方向に集光し、２次集光領域を形成する２次集光ステップと、
    を有することを特徴とする集光方法。
  8. 　前記２次集光ステップが、線状に集光した前記１次集光領域に沿って形成した、破線状の前記２次集光領域を形成するステップであることを特徴とする請求項７に記載の集光方法。
  9. 　前記１次集光ステップと、前記２次集光ステップの間に、
    　前記１次集光ステップで集光した太陽光を、反射鏡により進行方向を変える太陽光反射ステップを有することを特徴とする請求項７又は８に記載の集光方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011114861A1 (ja) * 2010-03-18 2011-09-22 コニカミノルタオプト株式会社 太陽光集光用ミラー、それを用いたトラフ式太陽熱発電装置及びトラフ式太陽光発電装置
WO2012119528A1 (zh) * 2011-03-09 2012-09-13 Liu Yang 一种菲涅尔聚集装置
CN103293653A (zh) * 2012-03-02 2013-09-11 北京兆阳能源技术有限公司 一种高倍率线性菲涅尔聚光装置
WO2014068119A1 (de) * 2012-11-01 2014-05-08 Sunoyster Systems Gmbh Solarkollektor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1951404A (en) * 1930-12-10 1934-03-20 Robert H Goddard Focusing mirror and directing mechanism therefor
US3118437A (en) * 1960-09-15 1964-01-21 Llewellyn E Hunt Means for concentrating solar energy
US4130109A (en) * 1977-11-25 1978-12-19 Brueck Chris M Solar energy concentrator
US4149521A (en) * 1975-07-24 1979-04-17 Nasa Solar energy collection system
JP2004047753A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Bridgestone Corp 集光素子付き太陽電池
US20070181173A1 (en) * 2006-02-09 2007-08-09 Neubauer Jeffrey B Solar electric power generator
WO2008046187A1 (en) * 2006-10-05 2008-04-24 Lunenburg Foundry & Engineering Limited Two-stage solar concentrating system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1951404A (en) * 1930-12-10 1934-03-20 Robert H Goddard Focusing mirror and directing mechanism therefor
US3118437A (en) * 1960-09-15 1964-01-21 Llewellyn E Hunt Means for concentrating solar energy
US4149521A (en) * 1975-07-24 1979-04-17 Nasa Solar energy collection system
US4130109A (en) * 1977-11-25 1978-12-19 Brueck Chris M Solar energy concentrator
JP2004047753A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Bridgestone Corp 集光素子付き太陽電池
US20070181173A1 (en) * 2006-02-09 2007-08-09 Neubauer Jeffrey B Solar electric power generator
WO2008046187A1 (en) * 2006-10-05 2008-04-24 Lunenburg Foundry & Engineering Limited Two-stage solar concentrating system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011114861A1 (ja) * 2010-03-18 2011-09-22 コニカミノルタオプト株式会社 太陽光集光用ミラー、それを用いたトラフ式太陽熱発電装置及びトラフ式太陽光発電装置
WO2012119528A1 (zh) * 2011-03-09 2012-09-13 Liu Yang 一种菲涅尔聚集装置
CN102681154A (zh) * 2011-03-09 2012-09-19 刘阳 一种菲涅尔聚集装置
CN103293653A (zh) * 2012-03-02 2013-09-11 北京兆阳能源技术有限公司 一种高倍率线性菲涅尔聚光装置
CN103293653B (zh) * 2012-03-02 2016-01-06 北京兆阳光热技术有限公司 一种高倍率线性菲涅尔聚光装置
US10082318B2 (en) 2012-03-02 2018-09-25 Beijing Terasolar Energy Technologies Co., Ltd. Linear fresnel light concentrating device with high multiplying power
WO2014068119A1 (de) * 2012-11-01 2014-05-08 Sunoyster Systems Gmbh Solarkollektor

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