WO2011080831A1 - 集光型太陽光発電システム - Google Patents

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WO2011080831A1
WO2011080831A1 PCT/JP2009/071790 JP2009071790W WO2011080831A1 WO 2011080831 A1 WO2011080831 A1 WO 2011080831A1 JP 2009071790 W JP2009071790 W JP 2009071790W WO 2011080831 A1 WO2011080831 A1 WO 2011080831A1
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power generation
slit
solar power
cell array
generation system
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PCT/JP2009/071790
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English (en)
French (fr)
Inventor
秀明 石橋
Original Assignee
Ishibashi Hideaki
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    • 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
    • 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
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a technique for increasing the power generation efficiency of a concentrating solar power generation apparatus that generates power by concentrating sunlight on a solar cell by a condensing lens.
  • a conventional solar power generation system for ordinary houses is not a concentrating solar power generation system that condenses sunlight by a condensing means such as a condensing lens or a concave mirror, so it is used in one solar power generation cell.
  • Sunlight is only equivalent to the light receiving area of the photovoltaic cell. Therefore, in order to increase the amount of power generation in the solar power generation system, a large number of expensive solar power generation cells have to be arranged, resulting in a high cost of the solar power generation system.
  • the amount of sunlight used in the solar power generation cell is smaller than that of the concentrating type, the power generation efficiency is low.
  • An outline of a conventional concentrating solar power generation system configuration is as follows.
  • a condensing plate having a plurality of condensing lenses for condensing sunlight using a plurality of condensing lenses, and a predetermined back side of the condensing plate.
  • a plurality of photovoltaic cells fixed at intervals, and each condensing lens is a circular convex lens.
  • US Pat. No. 5,118,361 discloses a condensing lens array plate in which a large number of circular lenses are arranged in an array and a photovoltaic power generation cell arranged in the focal position of each circular lens in an array.
  • a distributed photovoltaic cell array board is disclosed.
  • a lens using a Fresnel lens as a circular lens is also known.
  • the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-142373 collects light using a circular Fresnel lens and arranges a photovoltaic power generation cell at the focal position.
  • the purpose of the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-142373 is not to improve the efficiency of power generation, but to effectively use the scattered light generated on the stepped surface of the Fresnel lens.
  • the invention aims to allow solar power generation and rooftop greening at the same time by passing a plant on the ground hidden behind the apparatus.
  • the direction of arrival of sunlight changes from moment to moment due to daily fluctuations and seasonal fluctuations of the sun.
  • sunlight is concentrated at one point.
  • the position where the focus is formed moves in the three-dimensional space, in order to arrange the photovoltaic cell at the focal position, the position of the photovoltaic cell array is aligned three-dimensionally, or a circular lens and sunlight
  • a driving device that rotates the three axes so that the power generation cell array is integrated and faces the direction of arrival of the sun like a sunflower is required.
  • Using this drive mechanism is complicated and expensive, and the drive mechanism increases the height of the concentrating solar power generation system.
  • the present invention devised a tracking method and a condensing method for daily fluctuations and seasonal fluctuations of solar rays in a solar power generation system, and reduces power generation efficiency while reducing the mounting area of expensive solar power generation cells.
  • An object of the present invention is to provide a concentrating solar power generation system that does not require a special cooling mechanism. It is another object of the present invention to provide a concentrating solar power generation system that suppresses the weight and height of the solar power generation system and can easily withstand storms.
  • a concentrating solar power generation system converges sunlight received by a light receiving surface into a substantially straight line and emits a linearly focused light beam.
  • a cylindrical lens arranged in a converging direction such as an east-west direction, a plurality of photovoltaic cells receiving the linearly focused light beam, and a photovoltaic cell array arranged below the cylindrical lens;
  • a relative position adjusting mechanism that adjusts a relative distance between the cylindrical lens and the photovoltaic cell array in accordance with an incident angle of sunlight, and the cylindrical lens and the photovoltaic cell array in accordance with the incident angle of sunlight.
  • a north-south direction elevation angle adjusting mechanism for adjusting the north-south direction elevation angle.
  • the relative position adjustment mechanism adjusts the relative distance between the cylindrical lens and the solar power cell array with respect to the cylindrical lens. The relative position of is moved.
  • the focal length (the depth connecting the focal points) changes depending on the incident angle in the east-west direction as seen from the north-south direction of the sunlight that changes with the daily fluctuation of the sun, but the photovoltaic cell array below is moved up and down
  • the position where the sunlight focuses (the depth at which the focus is focused) is adjusted to the position (depth) of the photovoltaic cell array.
  • a substantially linear slit is disposed at the focal plane position of the cylindrical lens, and at least a part of the back surface is A slit body located between the cylindrical lens and the photovoltaic power cell array, and disposed below the cylindrical lens so that the cylindrical lens and the slit are parallel to each other;
  • the sunlight reflected by the surface of the photovoltaic cell array is reflected by the reflector on the back surface of the slit body to the photovoltaic cell array.
  • Re-incidence, and reflection and re-incidence are repeated between the back surface of the slit body and the photovoltaic cell array. Is obtained is characterized by increasing the amount of light to be used for power generation in the photovoltaic cell array by.
  • the relative position adjustment mechanism adjusts the relative distance between the cylindrical lens, the slit body, and the solar power generation cell array with respect to the cylindrical lens. The relative position between the body and the photovoltaic cell array is moved.
  • the focal length (the depth connecting the focal points) varies depending on the incident angle in the east-west direction as seen from the north-south direction of the sunlight, which changes with the daily fluctuation of the sun.
  • the position where the sunlight focuses (the depth at which the focus is focused) is adjusted to the position (depth) of the photovoltaic cell array.
  • the relative position adjustment mechanism adjusts the relative distance between the cylindrical lens, the slit body, and the photovoltaic cell array, and the cylindrical lens and the photovoltaic cell array. And the relative position of the slit body is moved.
  • the focal length (the depth connecting the focal points) changes depending on the incident angle in the east-west direction seen from the north-south direction of sunlight that changes with the daily fluctuation of the sun, but by raising and lowering only the slit body below.
  • the position where the sunlight focuses (the depth at which the focus is focused) is adjusted to the position (depth) of the slit, so that the sunlight passes through the slit and guides the light into the cavity where the photovoltaic power generation cell is located. It will generate electricity.
  • the arrival direction of sunlight accompanying the daily and seasonal variations of the sun So that sunlight can be focused at an appropriate elevation angle and received on the photovoltaic cell array at any time of morning, afternoon, and evening, and any day of spring, summer, autumn or winter.
  • the angle of the device can be adjusted, the amount of received sunlight is increased, and it is possible to efficiently generate power with a smaller number of photovoltaic power generation cells.
  • the concentrating solar power generation system according to the present invention is characterized in that the slit body is formed to be concavely curved with respect to the solar power cell array with the slit as a vertex.
  • the photovoltaic power generation cell array is formed to be concavely curved with respect to the cylindrical lens with the irradiation position of the central light beam of the linearly focused light beam as a vertex. It is characterized by this. As described above, since the photovoltaic cell array is curved, more light is incident on the photovoltaic cell array, so that it is possible to efficiently generate power.
  • the said photovoltaic power generation cell shall be a transmissive
  • a transmissive cell By using a transmissive cell, light that is not used for photoelectric conversion passes through the photovoltaic cell, repeatedly reflects on the inner wall of the cavity, and can enter the photovoltaic cell again. That is, it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency in the photovoltaic power generation cell of sunlight guided into the cavity.
  • the slit body includes a cavity that is provided below the slit body and surrounds the photovoltaic cell array, and is provided with a reflector that reflects light on at least a partial region of the inner wall surface thereof.
  • sunlight that has passed through the slit and entered the cavity sunlight that has passed through the transmission cell without being converted into power generation energy is reflected between the reflector on the inner wall surface of the cavity and the back surface of the slit body. Light is repeatedly reflected between the reflectors to increase the amount of light provided for power generation in the photovoltaic cell array.
  • the photovoltaic cell array includes at least a photovoltaic cell in which a wavelength band with high power generation efficiency is an arbitrary one wavelength band, and a solar photovoltaic cell in which a wavelength band with high power generation efficiency is an arbitrary other wavelength band It is also preferable to include a plurality of cells.
  • the slit only needs to have a width that allows a linear light beam connected by the cylindrical lens to pass therethrough, and serves as a lid on the upper surface of the cavity.
  • the slit width is narrow.
  • the slit width is narrow, but the introduction of light into the cavity may not be successful.
  • the slit body includes a slit width adjusting mechanism that increases or decreases the slit width.
  • the slit width adjusting means of the slit width adjusting mechanism is not limited.
  • the slit body is composed of two plate-like members that face each other independently, and the slit width is increased or decreased by sliding the slit body. There is something.
  • the slit body is composed of two plate-like members facing each other independently, the slit is formed between the opposing edges of the plate-like member, and the slit width adjusting mechanism is provided in the plate-like member. There is one that increases or decreases the width of the slit by rotating the plate-like member around the rotation axis.
  • the cylindrical lens is a Fresnel lens
  • the weight of the lens can be suppressed, so that the material cost can be reduced and the thickness can be reduced, which is advantageous in securing the mechanical structure strength.
  • the thickness of the lens can be suppressed, the height of the housing can be reduced, and the structure can easily withstand storms.
  • the outer surface of the cylindrical lens on the sunlight receiving surface side has hydrophilicity.
  • the solar ray tracking method and the concentrating method in the solar power generation system have been devised to increase the power generation efficiency while reducing the mounting area of expensive solar power generation cells.
  • the height of the system housing can be kept low and it can easily withstand storms.
  • the 2 which shows a mode that the relative position adjustment mechanism 40 driven with a 1st pattern adjusts the relative distance of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 (the 2).
  • the figure (the 1) which shows typically a mode that the relative position of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 is adjusted with the relative position adjustment mechanism 40 driven with a 2nd pattern.
  • the figure (the 2) which shows a mode that the relative distance of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 is adjusted with the relative position adjustment mechanism 40 driven with a 2nd pattern.
  • FIG. 1 shows typically a mode that the relative position of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 is adjusted with the relative position adjustment mechanism 40 driven with a 3rd pattern.
  • the figure (the 2) which shows a mode that the relative position of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 is adjusted with the relative position adjustment mechanism 40 driven with a 3rd pattern.
  • the north-south direction elevation angle adjustment mechanism 50 adjusts the elevation angle of the north-south direction integrally with the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic power generation cell array 30.
  • FIG. 1 shows typically a mode that the relative position of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 is adjusted with the relative position adjustment mechanism 40 driven with a 3rd pattern.
  • the north-south direction elevation angle adjustment mechanism 50 adjusts the elevation angle of the north-south direction integrally with the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic
  • FIG. 1 and 2 are diagrams showing a configuration example of a first concentrating solar power generation system according to the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a plan view, a front view, and a side view of a concentrating solar power generation system 100.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a transverse sectional view and a longitudinal sectional view of the concentrating solar power generation system 100.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing, in a vertical cross section in the side surface direction, the received sunlight is collected by the cylindrical lens 10, passes through the slit body 20 and is received by the photovoltaic power generation cell array 30.
  • the concentrating solar power generation system 100 includes a cylindrical lens 10, a slit body 20, a solar power generation cell array 30, a relative position adjustment mechanism 40, a north-south direction elevation angle adjustment mechanism 50, a cavity 60, a housing.
  • a body 70 is provided.
  • the cylindrical lens 10 is made of a transparent material such as glass or plastic resin, and focuses sunlight received by the light receiving surface as a substantially linear light beam, and is a plano-convex lens.
  • the cylindrical lens 10 is a Fresnel lens.
  • a Fresnel lens it is less bulky than a cylindrical lens, it is lightweight, material costs can be reduced, and the overall height of the device can be reduced, and the concentrated sun is exposed to the external environment such as wind and rain. This is because it is advantageous for the photovoltaic system 100.
  • the light collecting effect is basically the same as that of a hemispherical plano-convex lens.
  • the cylindrical lens 10 has a plano-convex lens whose upper surface is a flat surface and whose lower surface is a convex surface.
  • the plane of the upper surface serves as a sunlight receiving surface, is refracted at the boundary surface that exits the cylindrical lens 10, and is condensed into a substantially linear light beam at a position away from the focal length.
  • a photocatalytic coating is applied to the outer surface of the cylindrical lens 10 on the sunlight receiving surface side. If the photocatalyst coating is applied, dirt is less likely to adhere to the outer surface of the cylindrical lens 10 even if the entire apparatus is installed under conditions that are exposed to the outside environment such as the rooftop, so that a large amount of received light from the sun is secured. In addition, the cleaning work can be reduced.
  • the photocatalyst coating agent is not particularly limited, and examples thereof include a titanium oxide coating agent.
  • a hydrophilic photocatalytic coating agent the outer surface of the cylindrical lens 10 on the sunlight receiving surface side can be made hydrophilic. By doing so, the irregular reflection by the water droplet adhering to the cylindrical lens can be prevented, and the reduction of the light collection efficiency can be prevented.
  • the cylindrical lens 10 is arranged so that the converged light beam is in the east-west direction. That is, if it arrange
  • the slit body 20 is provided with a substantially linear slit 21, and is disposed below the cylindrical lens so that a substantially linear light beam focused by the cylindrical lens passes through the slit 21.
  • the slit body 20 is disposed so that the slit 21 and the cylindrical lens are parallel to each other.
  • the shape of parts other than the slit 21 is not ask
  • two pieces of plate-like bodies may face each other and the gap between them may be the slit 21.
  • the arrangement direction of the slits 21 is the east-west direction.
  • At least a part of the back surface of the slit body 20 is a reflector 22. In this example, the entire back surface is the reflector 22.
  • at least a part of the inner wall surface of the housing 70 is a reflector 71. In this example, the entire inner wall surface is a reflector 71.
  • the photovoltaic power generation cell array 30 is an array of photovoltaic power generation cells that generate power by receiving sunlight. It arrange
  • FIG. 3 shows a state in which the received sunlight is collected by the cylindrical lens 10, passes through the slit body 20, and is received by the photovoltaic power generation cell array 30 from a longitudinal section in the side surface direction.
  • the elevation angle in the north-south direction shown in FIG. 3 is an example.
  • the rectangular region of the photovoltaic cell array 30 is configured to be as small as possible (the number of photovoltaic cells is small), and the entire rectangular region is cylindrical. It is preferable that the light beam that has been focused by the lens 10 and passed through the slit 21 is projected. As described above, the conditions for minimizing the rectangular area in which the photovoltaic cells are arranged will be described.
  • the plano-convex cylindrical lens 10 is employed to reduce the projected area of the light beam by refracting the sunlight received on the plane side at the boundary surface of the convex surface and focusing it linearly.
  • the projected area of the light beam at the position of the photovoltaic cell array 30 varies depending on the light arrival direction, the relative distance in the vertical direction of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30. Since the direction of arrival of the sun varies from east to west due to daily fluctuations, the focal length (depth) changes from moment to moment when the installation state of the concentrating solar power generation system 100 is fixed against daily fluctuations. It will be.
  • the present invention focuses on this point, and includes a relative position adjustment mechanism 40 that adjusts the relative distance between the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 according to the focal length determined by the incident angle of sunlight. It is said.
  • the relative position adjusting mechanism 40 moves the cylindrical lens 10 without moving the slit body 20 and the photovoltaic power generation cell array 30, thereby moving the relative positions of the two.
  • FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams schematically showing how the relative distances between the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 are adjusted by the relative position adjusting mechanism 40 driven by the first pattern.
  • the detailed illustration of the mechanical structure of the relative position adjusting mechanism 40 is omitted, and is only schematically shown.
  • the drive mechanism itself of the relative position adjusting mechanism 40 is not particularly limited as long as it moves the casing that supports the cylindrical lens 10 with respect to the slit body 20 and the photovoltaic cell array 30, and includes a motor, a wheel, a wire,
  • the mechanical mechanism of driving such as a piston is not limited.
  • the cylindrical lens 10 is moved by the relative position adjustment mechanism 40. The relative movement is made so that the focal point is formed at the depth at which the slit body 20 and the photovoltaic cell array 30 exist, and the solar radiation is received in the rectangular region where the photovoltaic cell array 30 is arranged. .
  • the sunbeams arrive at a high south angle (for example, an elevation angle of 70 degrees with respect to the ground) at noon, they pass through the cylindrical lens 10.
  • the focal length depth at which the focal point is focused
  • the relative position adjusting mechanism 40 The cylindrical lens 10 is moved relative to each other, and adjusted so that the focal point is formed at the depth where the slit body 20 and the photovoltaic cell array 30 exist, so that the sunlight is received in the rectangular region where the photovoltaic cell array 30 is arranged. It has become.
  • a device for improving the photoelectric conversion efficiency in the photovoltaic cell array 30 by reflection by the reflector 22 provided on the back surface of the slit body 20 and the reflector 71 provided on the inner wall surface of the cavity 60. Will be described later.
  • the second pattern is the adjustment of the relative distance between the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30.
  • the relative position adjustment mechanism 40 controls the slit body 20 and the photovoltaic cell array with respect to the cylindrical lens 10. 30 relative positions are moved. That is, without moving the cylindrical 10, the slit body 20 and the photovoltaic power generation cell array 30 are moved to move the relative positions of the two.
  • FIG. 6A and 6B schematically show how the relative distances between the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 are adjusted by the relative position adjusting mechanism 40 that is driven in the second pattern.
  • FIG. 4 the detailed structure of the mechanical structure of the relative position adjusting mechanism 40 is not shown.
  • FIGS. 6 (a) and 6 (b) if the sun rays are coming from a low east angle (for example, an elevation angle of 30 degrees with respect to the ground) in the morning, the light passes through the cylindrical lens 10 and converges. If the focal length (the depth at which the focal point is focused) is relatively shallow and the focal point is formed at the positions shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), a cylindrical shape is obtained as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).
  • a low east angle for example, an elevation angle of 30 degrees with respect to the ground
  • the lens 10 moves relatively so that the focal length of the light beam (the depth at which the focal point is focused) is located at the position of the slit body 20 and the photovoltaic cell array 30, and the sunlight rays are emitted in the rectangular region where the photovoltaic cell array 30 is arranged. To receive.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) assuming that the sunbeams arrive at a high south angle (for example, an elevation angle of 70 degrees with respect to the ground) at midday, the light passes through the cylindrical lens 10. Assuming that the focal length (the depth at which the focal point is focused) is relatively deeper than in the morning, and the focal point is formed at the position shown in FIGS. 7A and 7B, FIGS. 7A and 7B.
  • the rectangular lens 10 is moved relative to the cylindrical lens 10 so that the focal length of the light beam (the depth at which the focal point is focused) is positioned between the slit body 20 and the photovoltaic cell array 30, and the photovoltaic cell array 30 is disposed. It is designed to receive sunlight in the area.
  • a device for improving the photoelectric conversion efficiency in the photovoltaic cell array 30 by reflection by the reflector 22 provided on the back surface of the slit body 20 and the reflector 71 provided on the inner wall surface of the cavity 60. Will be described later.
  • the relative position of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 is adjusted by the relative position adjustment mechanism 40 with respect to the cylindrical lens 10 and the photovoltaic cell array 30.
  • the relative position of 20 is moved. That is, without moving the cylindrical 10 and the photovoltaic power generation cell array 30, the slit body 20 is moved to move the relative position between them.
  • FIGS. 8A and 8B schematically show how the relative distance adjustment mechanism 40 driven by the third pattern adjusts the relative distances between the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30.
  • FIG. As in FIG. 4, the details of the mechanical structure of the relative position adjusting mechanism 40 are not shown.
  • FIGS. 8 (a) and 8 (b) if the sun rays arrive in the morning from an eastern low angle (for example, an elevation angle of 30 degrees with respect to the ground), they pass through the cylindrical lens 10 and converge. Assuming that the focal length (the depth at which the focal point is focused) is relatively shallow and the focal point is formed at the position shown in FIGS. 8A and 8B, the slits as shown in FIGS. 8A and 8B. The body 20 moves relative to the focal length of the light beam (the focal depth), the linear light beam focused by the cylindrical body 10 passes through the slit body 20, and the lower photovoltaic cell array 30 is arranged. It directs sunlight into the cavity.
  • an eastern low angle for example, an elevation angle of 30 degrees with respect to the ground
  • the solar light guided into the cavity is light that is not used for power generation in the photovoltaic cell if the back surface of the slit body 20 and the inner wall of the cavity 60 are mirror-finished. Will repeat reflection until it enters the photovoltaic cell.
  • the sunbeams arrived from a high south angle (for example, an elevation angle of 70 degrees with respect to the earth) at noon, they passed through the cylindrical lens 10.
  • the focal length the depth at which the focal point is focused
  • the slit body 20 has a focal length (focal point) of the light beam.
  • the linear light beam that is relatively moved so as to be located at a certain depth) passes through the slit body 20 through the cylindrical body 10, and the solar light is directed into the cavity in which the photovoltaic cell array 30 below is disposed. It is a guide.
  • the relative position adjusting mechanism 40 driven by the third pattern is mounted and the relative distances between the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 are adjusted to guide all the sunlight into the cavity 60.
  • the solar power generation cell array 30 in the cavity 60 can use sunlight for power generation.
  • a device for improving the photoelectric conversion efficiency in the photovoltaic cell array 30 by reflection by the reflector 22 provided on the back surface of the slit body 20 and the reflector 71 provided on the inner wall surface of the cavity 60. Will be described later.
  • the north-south direction elevation angle adjustment is performed in which the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 are integrated to adjust the north-south elevation angle according to the incident angle of sunlight.
  • a configuration including the mechanism 50 is preferable.
  • the trajectory of the sun varies from day to day depending on the season, and the direction of arrival of sunlight is high at midday in the north-south direction during summer and low in the north-south direction in winter.
  • the incident angle (elevation angle) in the north-south direction seen from the east-west direction and the incidence angle in the east-west direction (elevation angle) seen from the north-south direction change from moment to moment.
  • the cylindrical lens 10 is used to converge the light beam on the east-west line, and the relative position adjustment mechanism 40 causes the cylindrical lens 10 and the slit pair to converge. Adjustment is made by adjusting the relative distance between the solar cell array 30 and the solar cell array 30, and the north-south elevation angle adjusting mechanism 50 adjusts the north-south elevation angle variation among the daily variations of the sun.
  • the elevation angle in the north-south direction at the same time changes due to the seasonal variation of the sun.
  • the north-south elevation angle adjustment mechanism 50 can cope with the seasonal variation every day. For example, it is well known that the elevation angle in the north-south direction at noon differs 47 degrees (twice the inclination of the earth axis) between the winter solstice and the summer solstice.
  • the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the sunlight are adjusted by the relative position adjustment mechanism 40 while the north-south elevation angle adjustment mechanism 50 adjusts the elevation angle in the north-south direction every moment in accordance with the daily fluctuation of the sun.
  • the relative position of the power generation cell array 30 is adjusted every moment so that the sunlight is focused on the photovoltaic cell array 30 in a substantially straight line in any time zone in any season.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing how the elevation angle in the north-south direction is adjusted by the north-south direction elevation angle adjustment mechanism 50 integrally with the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30.
  • the mechanical structure of the north-south elevation angle adjusting mechanism 50 is not shown.
  • the drive mechanism itself of the north-south direction elevation angle adjusting mechanism 50 is not particularly limited, and for example, as long as the entire housing 70 in which the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 are mounted is moved relative to the ground.
  • the mechanical mechanism of driving such as a motor, a wheel, a wire, and a piston, is not limited.
  • the elevation angle in the north-south direction of the entire housing 70 is adjusted by the north-south elevation angle adjustment mechanism 50. Is adjusted so as to be the angle (elevation angle of 40 degrees with respect to the ground) and adjusted so that the sunlight comes from the direction facing the concentrating photovoltaic power generation system 100 (90 degrees). Sunlight is received in a rectangular area where the cell array 30 is arranged.
  • the north-south direction elevation angle adjustment mechanism 50 causes the north-south of the entire housing 70 to be Adjust the elevation angle of the direction to be the angle (elevation angle 70 degrees with respect to the ground), and adjust so that sunlight comes from the direction facing the concentrating solar power generation system 100 (90 degrees), Sunlight is received in a rectangular region where the photovoltaic cell array 30 is arranged.
  • the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30 By mounting the above-described north-south direction elevation angle adjustment mechanism 50 and adjusting the elevation angle in the north-south direction of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30, a smaller number of solar cells can be mounted. In any time zone or any season in the photovoltaic cell array 30, it is possible to effectively use sunlight for the area on the plane side of the cylindrical lens 10 for power generation.
  • the photoelectric conversion efficiency in the photovoltaic cell array 30 is increased by reflection by the reflector 22 provided on the back surface of the slit body 20 and the reflector 71 provided on the inner wall surface of the cavity 60. Describe how to improve.
  • a housing 70 that surrounds the side surface and the bottom surface of the photovoltaic cell array 30 is provided, and solar power generation is performed by the housing 70 and the slit body 20 that serves as a lid on the top surface.
  • a cavity 60 that surrounds the cell array 30 is formed, and a reflector 22 that reflects light on the back surface of the slit body 20 and a reflector 71 that reflects light also on the inner wall surface of the housing 70 are provided.
  • the amount of light provided for power generation in the photovoltaic cell array 30 is increased by the sunlight that passes through the slit 21 of the slit body 20 and enters the cavity 60 being repeatedly reflected by the reflector 22 and the reflector 71. is there.
  • FIG. 4 (b), FIG. 5 (b), FIG. 6 (b), FIG. 7 (b), FIG. 8 (b), FIG. After the light is collected by the cylindrical lens 10, passes through the slit body 20 and enters the cavity 60, the sunlight repeatedly reflects on the reflector 22 and the reflector 71 and is received by the photovoltaic cell array 30.
  • sunlight passes through the slit 21 of the slit body 20 and enters the cavity 60. Since the rear surface of the slit body 20 is provided with a mirror-like reflector 22 and the inner wall surface of the housing 70 is provided with a mirror-like reflector 71, sunlight that has once entered the cavity 60 is reflected unless it is absorbed. repeat.
  • the element that absorbs sunlight in the cavity 60 is only each photovoltaic cell 31 of the photovoltaic cell array 30, the reflection is repeated until it enters the photovoltaic cell and is effectively used for photoelectric conversion. .
  • the first device is a device in which the photovoltaic cell array 30 is a transmissive cell.
  • the aim is to effectively use sunlight that is not consumed for power generation even if it is incident on the vicinity of a rectangular area of the photovoltaic cell array 30.
  • a mechanical structure that is not directly related to photoelectric conversion such as a frame substrate, is an opaque material that absorbs light among the structures that constitute the photovoltaic cell array 30, light is attenuated in the rectangular region of the photovoltaic cell array 30. End up. Therefore, if the photovoltaic cell array 30 is a transmissive cell so that light that is not used for photoelectric conversion can be transmitted, the photovoltaic power generation efficiency is improved.
  • the second device is a photovoltaic cell array 30, solar power generation cells 31a in which at least the wavelength band with high power generation efficiency is the first wavelength band, and sunlight in which the wavelength band with high power generation efficiency is the second wavelength band.
  • This is a device that includes two or more types of power generation cells 31b.
  • photovoltaic power generation cells with different wavelength bands suitable for photoelectric conversion improves the power generation utilization efficiency of sunlight.
  • sunlight includes light of various wavelength bands as natural light
  • the photovoltaic power generation cell has a wavelength band of light that can efficiently perform photoelectric conversion according to its characteristics.
  • FIG. 11 schematically shows the wavelength band of light received in the photovoltaic cell and the photoelectric conversion efficiency.
  • FIG. 11 schematically shows two photovoltaic power generation cells having different wavelength bands suitable for photoelectric conversion.
  • a solar power generation cell 31a having high power generation efficiency in light having a long wavelength (light from infrared rays) and a solar power generation cell 31b having high power generation efficiency in light having a short wavelength (light from ultraviolet rays) are illustrated.
  • the solar power generation cell 31a and the solar power generation cell 31b it is possible to effectively photoelectrically convert light in various wavelength bands introduced into the cavity.
  • the relative position of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the solar power generation cell array 30 is adjusted by mounting the relative position adjustment mechanism 40.
  • High-efficiency solar power generation can be performed regardless of the daily fluctuations of the sun, and the north-south elevation angle adjustment mechanism 50 is installed to adjust the north-south elevation angle of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30. By doing so, high-efficiency solar power generation can be performed regardless of the seasonal variation of the sun.
  • the sunlight that has passed through the slit 21 is used in the solar cell 31 in the cavity 60 for photoelectric conversion, and the reflector 22 and the reflector 71. Therefore, a lot of sunlight is effectively photoelectrically converted in the photovoltaic cell and used for power generation.
  • power generation is achieved by making the photovoltaic cell array a transmissive type or by combining multiple types of different wavelength bands with high photoelectric conversion efficiency as photovoltaic cells included in the photovoltaic cell array. Efficiency can be improved.
  • the concentrating solar power generation system 100a is a configuration example including a slit width adjusting mechanism 80 that increases or decreases the slit width of the slit body.
  • the slit body 20 has a role to cover the sun so that the sun that has once passed through the slit body 20 does not come out of the cavity 60 while securing the width through which the incoming sunlight passes.
  • the focal length (depth) varies depending on the arrival direction of sunlight with respect to the cylindrical lens 10
  • the relative position adjustment mechanism 40 causes the relative position of the cylindrical lens 10, the slit body 20, and the photovoltaic cell array 30.
  • the slit width of the slit body 20 was kept small, and the role as a lid was emphasized.
  • the width of the slit 21 of the slit body 20 is expanded and contracted by the slit width adjusting mechanism 80, so that the arrival direction of sunlight, the weather, etc. It corresponds to the situation of.
  • the slit body 20 includes two plate-like members 23a and 23b that are independent from each other, and the slit 21 is formed between the opposing edges of the plate-like members 23a and 23b. In the state, the slit width is increased or decreased by sliding the plate-like members 23a and 23b.
  • the drive mechanism itself of the slit width adjusting mechanism 80a is not particularly limited as long as the slit plate-like member of the slit body 20 is slid and moved, and the mechanical mechanism of driving such as a motor, a wheel, a wire, a piston, etc. is not limited. .
  • FIG. 12 is a diagram showing how the slit width is adjusted by the slit width adjusting mechanism 80a of the first configuration example.
  • the slit width adjusting mechanism 80a is not shown. As shown in FIG. 12, the relative position of the slit body 20 with respect to the cylindrical lens 10 or the like does not change, but the slit width increases or decreases.
  • the slit body 20 is composed of two plate-like members 23a and 23b independent of each other, and the slit 21 is formed between the opposing edges of the plate-like members 23a and 23b.
  • the width of the slit 21 is increased or decreased by providing a mechanism for rotating the plate member about the rotation axis provided on the plate member.
  • FIG. 13 is a diagram showing how the slit width is adjusted by the slit width adjusting mechanism 80b of the second configuration example. The slit width adjusting mechanism 80b is not shown.
  • the plate-like members 23a and 23b are provided with a rotation shaft, and can rotate around the rotation shaft.
  • the rotation angle increases as shown in FIG. 13 (a)
  • the interval between the opposing edges of the plate members 23a and 23b increases
  • the rotation angle decreases as shown in FIG. 13 (b)
  • the plate members 23a and 23b The interval between facing edges is reduced.
  • the point of using the slit width adjusting mechanisms 80a and 80b depending on the weather will be described.
  • the sunlight is not only straight light but also scattered light from the outside, such as cloudy sky, it is difficult to focus and there is no portion where solar energy is concentrated.
  • the slit width is kept small, the amount of light entering the cavity 60 cannot be sufficiently secured. Therefore, on a cloudy day or the like, it is better to widen the slit 21 to keep the cavity opening area large. Therefore, the slits are enlarged by the slit width adjusting mechanisms 80a and 80b.
  • the width of the slit 21 of the slit body 20 can be adjusted by the slit width adjusting mechanism 80, and flexibly responds to the situation such as the direction of arrival of sunlight and the weather. can do.
  • the concentrating solar power generation system 100a is an example in the case where the slit body 20 is curved and disposed.
  • FIG. 14 is a schematic diagram when the slit body 20 is bent concavely with respect to the photovoltaic cell array 30 with the slit 21 as a vertex.
  • the photovoltaic cell array 30 By curving the slit body 20 with the slit 21 as a vertex, more light reflected by the photovoltaic cell array 30 hits the reflector 22 on the back surface of the slit body 20, and more light reflected by the reflector 22 is again generated. The light enters the photovoltaic cell array 30.
  • FIG. 15 is a schematic diagram when the photovoltaic power generation cell array 30 is curved in a concave shape with respect to the cylindrical lens with the irradiation position of the central ray (the central ray in FIG. 15) of the converged rays as the apex. It is. Since the photovoltaic cell array 30 is curved, more light hits the photovoltaic cell, and much of the incident light can be collected.
  • the photovoltaic power generation cell array 30 is arranged so that the center point (center line in the east-west direction) of the curved arc is different from the focal position of the cylindrical lens 10.
  • the position of the slit 21 of the slit body 20 is made to coincide with the focal plane of the cylindrical lens 10.
  • the third and fourth embodiments can be implemented in combination.
  • the curvature of the slit body 20 and the photovoltaic cell array 30 may be configured in a parabolic shape.

Abstract

　太陽光線の日変動と季節変動に対する追従方法と集光方法を工夫し、太陽光発電セルの実装面積を低減しつつ発電効率を高めた集光型太陽光発電システムを提供する。　シリンドリカルレンズ１０は受光面で受光した太陽光を集束した光線が略東西方向となるように配置されている。スリット体２０は略直線状のスリット２１を備え、シリンドリカルレンズ１０により集束された光線がスリット２１を通過するようにシリンドリカルレンズ１０の下方に配置されている。太陽光発電セルアレイ３０はスリット体２０のスリット２１を通過した光線を受けるようにスリット体２０の下方に配置されている。太陽光の日変動および季節変動による入射角度に応じて、シリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する相対位置調整機構４０と、それらの南北方向の仰角を調整する南北方向仰角調整機構５０を備えている。

Description

集光型太陽光発電システム
　本発明は、集光レンズによって太陽光を太陽電池セル上に集光させて発電する集光型太陽光発電装置の発電効率を高める技術等に関する。
　従来の一般住宅用の太陽光発電システムは、集光レンズや凹面鏡などの集光手段により太陽光を集光する集光型太陽光発電システムではないため、一つの太陽光発電セルで利用される太陽光は、当該太陽光発電セルの受光面積相当分しかない。そのため太陽光発電システムにおいて発電量を増やすためには多数の高価な太陽光発電セルを並べざるを得ず、太陽光発電システムのコスト高を招く結果となっていた。また、太陽光発電セルで利用される太陽光の光量が集光型に比べて少ないために発電効率も低いものとなっていた。また従来の太陽光発電システムでは、少しでも発電効率を高めるために、太陽光発電セルの表面に反射防止膜を設ける構造となっているが、この太陽光発電セルの表面に反射防止膜を設けることもコストアップの要因となっていた。
　そこで、従来技術において、太陽光発電セルの搭載数を低減しつつ発電効率を高めることができる集光型太陽光発電システムが数多く提案されている。
　例えば、円形のレンズを用いて集光する集光型太陽光発電システムが知られている。
　従来からある集光型太陽光発電システム構成の概要は、複数の集光レンズを用いて太陽光を集光するための複数の集光レンズを備えた集光板と、集光板の裏側に所定の間隔を隔てて固設された複数の太陽光発電セルとを備えたものであり、一つ一つの集光レンズが円形凸レンズとなっている。
　例えば、米国特許第５１１８３６１号公報には、多数の円形レンズをアレイ状に配された集光レンズアレイ板と、一つ一つの円形レンズの焦点位置に配置された太陽光発電セルがアレイ状に配された太陽光発電セルアレイ板が開示されている。
　また、円形レンズとしてフレネルレンズを用いるものも知られている。特開２００５－１４２３７３号公報に記載の技術は、円形のフレネルレンズを用いて集光し、その焦点位置に太陽光発電セルを配置するものである。なお、特開２００５－１４２３７３号公報の発明の目的自体は発電の効率化ではなく、フレネルレンズの段差面で生じてしまう散乱光を有効に利用するため、散乱された散乱光を装置背面側に通過させ、装置背面に隠れている地面に植物を植えておき、太陽光発電と、屋上緑化とを同時に行おうとすることを目的とした発明である。
特開２００５－１４２３７３号公報　米国特許第５１１８３６１号公報
　しかし、太陽の日変動、季節変動により太陽光の到来方向は時々刻々変化するところ、上記従来技術における円形のレンズを用いて集光する集光型太陽光発電システムでは、太陽光が一点に集中するが焦点が結ばれる位置が３次元空間内で移動するため、太陽光発電セルを当該焦点位置に配置するためには太陽光発電セルアレイの位置を３次元的に合わせるか、円形レンズと太陽光発電セルアレイを一体として向日葵のように太陽の到来方向に正対させるように３軸の回転移動をさせる駆動装置が必要となってしまう。当該駆動機構を用いることは複雑でコスト高となる上、駆動機構により集光型太陽光発電システムの高さが高くなってしまうため暴風雨等に耐えるためには、集光型太陽光発電システム筐体や屋根等の設置構造に十分な強度が要求されコスト高になるという欠点があった。また、太陽光が１点に集中するシステムでは、レンズの面積にもよるが、当該１点に集中するエネルギーが、非常に大きくなるので、温度が上がり、何らかの冷却構造が必要になると問題がある。レンズを小さく分割すれば、冷却は、省けるが、構造が、複雑になるという欠点があった。
　　上記問題点に鑑み、本発明は、太陽光発電システムにおける太陽光線の日変動と季節変動に対する追従方法と集光方法を工夫し、高価な太陽光発電セルの実装面積を低減しつつ発電効率を高め、特段の冷却機構を必要としない集光型太陽光発電システムを提供することを目的とする。
　また、太陽光発電システムの重量と高さを抑え、暴風雨にも耐えやすい集光型太陽光発電システムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明にかかる集光型太陽光発電システムは、受光面で受光した太陽光を略直線状に集束して直線状集束光線を射出し、前記直線状集束光線が略東西方向となるような集束方向に配置されたシリンドリカルレンズと、前記直線状集束光線を受光する太陽光発電セルが複数配設されてなり、前記シリンドリカルレンズの下方に配置された太陽光発電セルアレイと、太陽光の入射角度に応じて前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイとの相対距離を調整する相対位置調整機構と、前記太陽光の入射角度に応じて、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイの南北方向の仰角を調整する南北方向仰角調整機構とを備えたことを特徴とするものである。
　上記構成により、シリンドリカルレンズと太陽光発電セルアレイの相対位置の調整する機構と、南北方向の仰角を調整する機構を備えることにより、太陽の日変動、季節変動に伴う太陽光の到来方向の変化に対応することができ、朝昼夕のいずれの時間帯、春夏秋冬のいずれの日であっても適切な仰角で太陽光が焦点を結び、太陽光発電セルアレイ上で受光できるように装置の角度を調整することができ、太陽光の受光量が増加し、より少ない太陽光発電セルの個数にて効率的に発電することが可能となる。
　また、本発明にかかる集光型太陽光発電システムは、前記相対位置調整機構が前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整を、前記シリンドリカルレンズに対して、前記太陽光発電セルアレイの相対位置を移動させるものである。
　つまり、太陽の日変動に伴って変化する太陽光の南北方向から見た東西方向の入射角度によって焦点距離（焦点を結ぶ深さ）が変わるが、下方にある太陽光発電セルアレイの方を上下させることにより、太陽光が焦点を結ぶ位置（焦点を結ぶ深さ）を太陽光発電セルアレイの位置（深さ）に合わせるものである。
　本発明にかかる集光型太陽光発電システムは、上記集光型太陽光発電システムの構成に加え、略直線状のスリットが前記シリンドリカルレンズの焦平面位置に配設され、裏面の少なくとも一部は反射体であり、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイの間に位置し、前記シリンドリカルレンズと前記スリットとが平行になるように前記シリンドリカルレンズの下方に配置したスリット体を備え、前記スリット体の前記スリットを通過して前記太陽光発電セルアレイに入射した太陽光のうち、前記太陽光発電セルアレイの表面で反射した太陽光を前記スリット体裏面の前記反射体により反射させて前記太陽光発電セルアレイに再入射させ、前記スリット体裏面と前記太陽光発電セルアレイとの間で反射と再入射とを繰り返すことにより前記太陽光発電セルアレイにおける発電に供される光量を増加させることを特徴としたものである。
　また、本発明にかかる集光型太陽光発電システムは、相対位置調整機構が前記シリンドリカルレンズと前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整を、前記シリンドリカルレンズに対して、前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイとの相対位置を移動させるものである。
　つまり、太陽の日変動に伴って変化する太陽光の南北方向から見た東西方向の入射角度によって焦点距離（焦点を結ぶ深さ）が変わるが、下方にあるスリット体と太陽光発電セルアレイとを上下させることにより、太陽光が焦点を結ぶ位置（焦点を結ぶ深さ）を太陽光発電セルアレイの位置（深さ）に合わせるものである。
　また、本発明にかかる集光型太陽光発電システムは、相対位置調整機構が前記シリンドリカルレンズと前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整を、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイとに対して、前記スリット体の相対位置を移動させるものである。
　つまり、太陽の日変動に伴って変化する太陽光の南北方向から見た東西方向の入射角度によって焦点距離（焦点を結ぶ深さ）が変わるが、下方にあるスリット体のみを上下させることにより、太陽光が焦点を結ぶ位置（焦点を結ぶ深さ）をスリットの位置（深さ）に合わせ、太陽光がスリットを通過するようにして太陽光発電セルがあるキャビティ内に光を導いて効率的に発電せしめるものである。
　このように、シリンドリカルレンズ、スリット体、太陽光発電セルアレイの相対位置の調整する機構と、南北方向の仰角を調整する機構を備えることにより、太陽の日変動、季節変動に伴う太陽光の到来方向の変化に対応することができ、朝昼夕のいずれの時間帯、春夏秋冬のいずれの日であっても適切な仰角で太陽光が焦点を結び、太陽光発電セルアレイ上で受光できるように装置の角度を調整することができ、太陽光の受光量が増加し、より少ない太陽光発電セルの個数にて効率的に発電することが可能となる。
　また、本発明に係る集光型太陽光発電システムは、前記スリット体が、前記スリットを頂点として前記太陽光発電セルアレイに対して凹状に湾曲させて形成されることを特徴とするものである。
　このように、スリット体を湾曲させることで、太陽光発電セルアレイで反射したより多くの光がスリット体裏面の反射体に当たり、より多くの光が太陽光発電セルアレイに再入射するため、効率的に発電することが可能となる。
　また、本発明に係る集光型太陽光発電システムは、前記太陽光発電セルアレイが、前記直線状集束光線の中心光線の照射位置を頂点として前記シリンドリカルレンズに対して凹状に湾曲させて形成されることを特徴とするものである。
　このように、太陽光発電セルアレイが湾曲していることで、より多くの光が太陽光発電セルアレイに入射するため、効率的に発電することが可能となる。
　なお、前記太陽光発電セルが透過型セルであり、発電に消費されない太陽光は通過させるものとすることが好ましい。
　透過型セルとすることにより、光電変換に利用されない光は太陽光発電セルを通過してキャビティ内壁で反射を繰り返し、太陽光発電セルに再度入射することが可能とする。つまり、キャビティ内に導かれた太陽光の太陽光発電セルにおける光電変換効率を向上させることができる。
　この透過型セルを採用する場合、内壁面に反射体を備えたキャビティを設けて太陽光発電セルアレイを反射体で取り囲む構成とすることが有効である。つまり、前記スリット体の下方に設けられ、前記太陽光発電セルアレイを囲うキャビティであって、その内壁面の少なくとも一部の領域に光を反射する反射体が設けられたキャビティを備え、前記スリット体の前記スリットを通過して前記キャビティ内に入射した太陽光のうち、前記透過型セルで発電エネルギーに変換されずに通過した太陽光を、前記キャビティの内壁面の反射体と前記スリット体裏面の反射体の間で光の反射を繰り返し、前記太陽光発電セルアレイにおいて発電に供される光量を増加させる構成とする。
　また、前記太陽光発電セルアレイが少なくとも、発電効率が高い波長帯が任意の一の波長帯である太陽光発電セルと、発電効率が高い波長帯が任意の他の波長帯である太陽光発電セルとの複数のセルを含んだものとすることも好ましい。
　光電変換に適した波長帯が異なる太陽光発電セルを組み合わせることにより、太陽光の発電利用効率が向上する。例えば、波長が長い光（赤外線よりの光）において発電効率が高いものと、波長が短い光（紫外線よりの光）において発電効率が高いものを組み合わせれば、キャビティ内に導入した多用な波長帯の光を有効に光電変換すること可能となる。
　次に、スリットの工夫について述べる。
　スリットは、シリンドリカルレンズにより結ばれる直線状の光線が通過できる幅があれば良く、キャビティの上面の蓋となる役割を果たす。キャビティの密閉性を高めるためにもスリット幅は狭い方が好ましい。しかし、天気の状況によってはスリット幅が狭いとかえってキャビティ内への光の導入がうまく行かない場合がある。例えば曇天のように太陽光が直進光ばかりではなく散乱光として入射している場合、焦点を結びにくいため、スリットを広げてシステム筐体の開口面積を大きく保った方が良い。そのため、前記スリット体が、スリット幅を増減させるスリット幅調整機構を備えた構成とすることが好ましい。
　前記スリット幅調整機構のスリット幅調整手段は限定されないが、例えば、スリット体が互いに独立して対向し合う２枚の板状部材からなり、前記スリット体をスライドさせることにより前記スリット幅を増減させるものがある。
　また、前記スリット体が互いに独立して対向し合う２枚の板状部材からなり、前記板状部材の対向するエッジ間により前記スリットが形成され、前記スリット幅調整機構が前記板状部材に設けられた回転軸を中心として前記板状部材を回動させることにより前記スリットの幅を増減させるものがある。
　次に、前記シリンドリカルレンズをフレネルレンズとする構成も好ましい。
　上記構成により、レンズの重量を抑えることができるので、材料費の低減が図れると共に厚み小さくすることができ、機械的構造強度を確保する上でも有利となる。また、レンズの厚みを抑えることができるので筐体の高さが低く抑えられる上、暴風雨にも耐えやすい構造とすることができる。
　また、前記シリンドリカルレンズの太陽光受光面側の外表面に光触媒コーティング加工を施しておくことが好ましい。
　上記構成により、屋上など外界環境にさらされる条件で設置しておいてもシリンドリカルレンズの外表面に汚れが付着しにくくなるため、太陽の受光量を大きく確保することができる上、清掃作業を減らすこともできる。
　さらに、シリンドリカルレンズの太陽光受光面側の外表面に光触媒コーティング加工を施すことで、シリンドリカルレンズの太陽光受光面側の外表面が親水性を有することとなる。そうすることで、シリンドリカルレンズに付着した水滴による乱反射を防止し、集光効率の低下を防止することができる。
　本発明の集光型太陽光発電システムによれば、太陽光発電システムにおける太陽光線の追従方法と集光方法を工夫し、高価な太陽光発電セルの実装面積を低減しつつ発電効率を高めたものとすることができる。
　本発明の集光型太陽光発電システムによれば、システム筐体の高さを低く抑え、暴風雨にも耐えやすいものとすることができる。
集光型太陽光発電システム１００の平面図、正面図、側面図を模式的に示した図である。 集光型太陽光発電システム１００の横断面図および縦断面図を模式的に示した図である。 太陽光が太陽光発電セルアレイ３０に受光される様子を側面方向における縦断面において模式的に示した図である。 第１のパターンで駆動する相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する様子を模式的に示す図（その１）である。 第１のパターンで駆動する相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する様子を模式的に示す図（その２）である。 第２のパターンで駆動する相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する様子を模式的に示す図（その１）である。 第２のパターンで駆動する相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する様子を模式的に示す図（その２）である。 第３のパターンで駆動する相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する様子を模式的に示す図（その１）である。 第３のパターンで駆動する相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する様子を模式的に示す図（その２）である。 南北方向仰角調整機構５０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０を一体に、南北方向の仰角を調整する様子を模式的に示す図である。 太陽光発電セルにおいて受光した光の波長帯と光電変換効率を模式的に示す図である。 第１の構成例のスリット幅調整機構８０ａによるスリット幅の調整の様子を示す図である。 第２の構成例のスリット幅調整機構８０ｂによるスリット幅の調整の様子を示した図である。 スリット体２０を湾曲配設させた場合の模式図である。 太陽光発電セルアレイ３０を湾曲配設した場合の模式図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の集光型太陽光発電システムの実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な用途、形状、個数などには限定されないことは言うまでもない。
　実施例１にかかる本発明の集光型太陽光発電システムの例を示す。
　図１および図２は、本発明の第１の集光型太陽光発電システムの構成例を示す図である。
　図１は集光型太陽光発電システム１００の平面図、正面図、側面図を模式的に示した図である。
　図２は集光型太陽光発電システム１００の横断面図および縦断面図を模式的に示した図である。
　図３は受光した太陽光がシリンドリカルレンズ１０により集光されスリット体２０を通過して太陽光発電セルアレイ３０に受光する様子を側面方向における縦断面において模式的に示した図である。
　本実施例１の構成例は、集光型太陽光発電システム１００は、シリンドリカルレンズ１０、スリット体２０、太陽光発電セルアレイ３０、相対位置調整機構４０、南北方向仰角調整機構５０、キャビティ６０、筐体７０を備えている。
　シリンドリカルレンズ１０は、ガラスまたはプラスチック樹脂などの透明素材でできており、受光面で受光した太陽光を略直線状の光線として集束させるものであり、平凸レンズとなっている。この構成ではシリンドリカルレンズ１０はフレネルレンズとなっている。フレネルレンズとしておくことにより、円柱レンズのままに比べて嵩張らず、軽量で、材料費低減でき、ひいては装置全体の高さを小さくまとめることができ、風雨など外的環境にさらされる集光型太陽光発電システム１００にとって有利だからである。フレネルレンズであっても集光効果は半球状の平凸レンズと基本的には同じである。
　この装置構成例では、シリンドリカルレンズ１０は平凸レンズの平面側が上面、凸面側が下面となっている。上面の平面が太陽光の受光面となり、シリンドリカルレンズ１０を出射する境界面において屈折し、焦点距離離れた位置で略直線状の光線に集光される。
　また、シリンドリカルレンズ１０の太陽光受光面側の外表面に光触媒コーティングを施しておくことが好ましい。光触媒コーティングを施しておけば、装置全体を屋上など外界環境にさらされる条件で設置しておいてもシリンドリカルレンズ１０の外表面に汚れが付着しにくくなるため、太陽の受光量を大きく確保することができる上、清掃作業を減らすこともできる。光触媒コーティング剤は特に限定されないが、例えば、酸化チタンコーティング剤などがある。また、親水性の光触媒コーティング剤を用いることで、シリンドリカルレンズ１０の太陽光受光面側の外表面を親水性にすることができる。そうすることで、シリンドリカルレンズに付着した水滴による乱反射を防止し、集光効率の低下を防止することができる。
　ここで、シリンドリカルレンズ１０は、集束した光線が東西方向となるように配置されている。つまり、円柱の軸が東西方向となるように配置すれば集束した光線は東西方向となる。このように集束した光線が東西方向となるようにしておけば東から昇り西に沈む太陽の一日の動きの大半において集束した光線は焦点距離において東西方向に延びた直線状の光線となり、効率的に太陽光を捉えることができるからである。
　次に、スリット体２０は、略直線状のスリット２１を備えたものであってシリンドリカルレンズにより集束された略直線状の光線がスリット２１を通過するようにシリンドリカルレンズの下方に配置されている。スリット体２０は、スリット２１とシリンドリカルレンズとが平行になるように配置される。スリット２１以外の部分の形状は問わない。例えば２片の板状体が対向し合いその両者の隙間をスリット２１としたもので良い。スリット２１の配置方向は東西方向となっている。スリット体２０の裏面の少なくとも一部は反射体２２となっている。この例では裏面全面が反射体２２となっている。また、筐体７０の内壁面の少なくとも一部は反射体７１となっている。この例では内壁面全面が反射体７１となっている。
　太陽光発電セルアレイ３０は太陽光を受けて発電する太陽光発電セルを並べたものである。スリット体のスリット２１を通過した光線を受けるように板状体の下方に配置されている。例えば東西に長く南北に短い矩形領域に太陽光発電セルを配した配列とすることができる。図１および図２に示すように、シリンドリカルレンズ１０、スリット体２０、太陽光発電セルアレイ３０の南北東西方向の配置は東西方向を軸に配列されている。
　図３は受光した太陽光がシリンドリカルレンズ１０により集光されスリット体２０を通過して太陽光発電セルアレイ３０に受光する様子を側面方向における縦断面から示している。なお、図３に示した南北方向の仰角は一例である。
　ここで、太陽光発電セルのコストと発電効率のパフォーマンスを考慮すれば、太陽光発電セルアレイ３０の矩形領域をできるだけ小さく（太陽光発電セル個数を少なく）構成し、かつ、その矩形領域全体にわたりシリンドリカルレンズ１０により集束してスリット２１を通過した光線が投影されることが好ましい。上記のように、太陽光発電セルを配列した矩形領域をできるだけ小さくするための条件について述べる。
　本発明では、平凸のシリンドリカルレンズ１０は、平面側で受けた太陽光を凸面の境界面で屈折させ直線状に集束することにより光線の投影面積を小さくするために採用されているが、太陽光の到来方向、シリンドリカルレンズ１０、スリット体２０、太陽光発電セルアレイ３０の上下方向の相対距離により太陽光発電セルアレイ３０の位置における光線の投影面積が変わってくる。太陽の到来方向は日変動により東から西へ変動するため、集光型太陽光発電システム１００を日変動に対して設置状態を固定した状態とすると、焦点距離（深さ）は時々刻々変化することとなる。本発明ではこの点に注目し、太陽光の入射角度により決まる焦点距離に応じてシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する相対位置調整機構４０を備えた構成としている。
　相対位置調整機構４０によるシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整には複数のパターンがある。それぞれのパターンを以下に説明する。
　第１のパターンは、相対位置調整機構４０によりスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０を動かさずシリンドリカルレンズ１０を移動させて両者の相対位置を移動させるものである。
　図４および図５は第１のパターンで駆動する相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する様子を模式的に示す図である。なお、相対位置調整機構４０の機械的構造の詳細な図示は省略し、模式的にしか示していない。相対位置調整機構４０の駆動機構自体は特に限定されず、シリンドリカルレンズ１０を支持する筐体をスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０に対して移動させるものであれば良く、モーター、ホイール、ワイヤー、ピストン等、駆動の機械的仕組みは限定されない。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、午前中で太陽光線が東の低い角度（例えば大地に対する仰角３０度）から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ１０を通過して集束する焦点距離（焦点がある深さ）が比較的浅く、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す距離（深さ）で焦点が結ばれるとすると、相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０を相対移動し、スリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０の存在する深さにおいて焦点が結ばれるように調整せしめ、太陽光発電セルアレイ３０が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
　次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、真昼で太陽光線が南の高い角度（例えば大地に対する仰角７０度）から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ１０を通過して集束する焦点距離（焦点がある深さ）が午前中より比較的深くなり図５（ａ）及び図５（ｂ）の位置（深さ）で焦点が結ばれるとすると、相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０を相対移動し、スリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０の存在する深さにおいて焦点が結ばれるように調整せしめ、太陽光発電セルアレイ３０が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
　上記の第１のパターンで駆動する相対位置調整機構４０を搭載してシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整することにより、より少ない個数の太陽光発電セルの実装数の太陽光発電セルアレイ３０にてどの時間帯であっても、シリンドリカルレンズ１０の平面側の面積分の太陽光を発電に利用することが可能となる。
　なお、キャビティ６０内に入射した後、スリット体２０の裏面に設けた反射体２２とキャビティ６０の内壁面に設けた反射体７１による反射により太陽光発電セルアレイ３０における光電変換効率を向上させる工夫については後述する。
　次に第２のパターンは、シリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離の調整として、相対位置調整機構４０によってシリンドリカルレンズ１０に対して、スリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０の相対位置を移動させるものである。つまり、シリンドリカル１０を動かさずに、スリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０を移動させて両者の相対位置を移動させるものである。
　図６（ａ）及び図６（ｂ）は第２のパターンで駆動する相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する様子を模式的に示す図である。図４と同様、相対位置調整機構４０の機械的構造の詳しい構造の図示は省略している。
　図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、午前中で太陽光線が東の低い角度（例えば大地に対する仰角３０度）から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ１０を通過して集束する焦点距離（焦点がある深さ）が比較的浅く、図６（ａ）及び図６（ｂ）の位置で焦点が結ばれたとすると、図６（ａ）及び図６（ｂ）のようにシリンドリカルレンズ１０が光線の焦点距離（焦点がある深さ）がスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０の位置となるように相対移動し、太陽光発電セルアレイ３０が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
　次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、真昼で太陽光線が南の高い角度（例えば大地に対する仰角７０度）から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ１０を通過して集束する焦点距離（焦点がある深さ）が午前中より比較的深く、図７（ａ）及び図７（ｂ）の位置で焦点が結ばれたとすると、図７（ａ）及び図７（ｂ）のようにシリンドリカルレンズ１０が光線の焦点距離（焦点がある深さ）がスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０の位置となるように相対移動し、太陽光発電セルアレイ３０が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
　上記の第２のパターンで駆動する相対位置調整機構４０を搭載してシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整することにより、より少ない個数の太陽光発電セルの実装数の太陽光発電セルアレイ３０にてどの時間帯であっても、シリンドリカルレンズ１０の平面側の面積分の太陽光を発電に利用することが可能となる。
　なお、キャビティ６０内に入射した後、スリット体２０の裏面に設けた反射体２２とキャビティ６０の内壁面に設けた反射体７１による反射により太陽光発電セルアレイ３０における光電変換効率を向上させる工夫については後述する。
　次に第３のパターンは、シリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離の調整として、相対位置調整機構４０によってシリンドリカルレンズ１０と太陽光発電セルアレイ３０に対して、スリット体２０の相対位置を移動させるものである。つまり、シリンドリカル１０と太陽光発電セルアレイ３０を動かさずに、スリット体２０を移動させて両者の相対位置を移動させるものである。
　図８（ａ）及び図８（ｂ）は第３のパターンで駆動する相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整する様子を模式的に示す図である。図４と同様、相対位置調整機構４０の機械的構造の詳細の図示は省略している。
　図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、午前中で太陽光線が東の低い角度（例えば大地に対する仰角３０度）から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ１０を通過して集束する焦点距離（焦点がある深さ）が比較的浅く、図８（ａ）及び図８（ｂ）の位置で焦点が結ばれたとすると、図８（ａ）及び図８（ｂ）のようにスリット体２０が光線の焦点距離（焦点がある深さ）の位置となるように相対移動し、シリンドリカル１０により集束した直線状の光線がスリット体２０を通過させ、下方の太陽光発電セルアレイ３０が配されているキャビティ内に太陽光線を導くものである。なお、キャビティ内に導かれた太陽光線は、実施例２において後述するように、スリット体２０の裏面およびキャビティ６０の内壁が鏡面処理されておれば太陽光発電セルで発電のために利用されない光は太陽光発電セルに入射するまで反射を繰り返すこととなる。
　次に、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、真昼で太陽光線が南の高い角度（例えば大地に対する仰角７０度）から到来していたとすると、シリンドリカルレンズ１０を通過して集束する焦点距離（焦点がある深さ）が午前中より比較的深く、図９（ａ）及び図９（ｂ）の位置で焦点が結ばれたとすると、スリット体２０が光線の焦点距離（焦点がある深さ）の位置となるように相対移動し、シリンドリカル１０により集束した直線状の光線がスリット体２０を通過させ、下方の太陽光発電セルアレイ３０が配されているキャビティ内に太陽光線を導くものである。
　上記の第３のパターンで駆動する相対位置調整機構４０を搭載してシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対距離を調整することにより、太陽光をすべてキャビティ６０内に導くことができ、どの時間帯であっても、キャビティ６０内の太陽光発電セルアレイ３０にて太陽光を発電に利用することが可能となる。
　なお、キャビティ６０内に入射した後、スリット体２０の裏面に設けた反射体２２とキャビティ６０の内壁面に設けた反射体７１による反射により太陽光発電セルアレイ３０における光電変換効率を向上させる工夫については後述する。
　次に、南北方向の仰角の調整の工夫について述べる。
　本発明の集光型太陽光発電システムでは、太陽光の入射角度に応じて、シリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０を一体としてそれらの南北方向の仰角を調整する南北方向仰角調整機構５０を備えた構成とすることが好ましい。
　太陽の軌跡は季節により日々異なり、太陽光線の到来方向は、真昼において夏は南北方向の仰角が高く、冬は南北方向の仰角が低い。
　太陽は、日変動として、時々刻々と集光型太陽光発電システム１００に対する東西方向から見た南北方向の入射角（仰角）および、南北方向から見た東西方向の入射角（仰角）が変化して行く。この太陽の日変動のうち東西方向の仰角の変動に対しては、シンドリカルレンズ１０を採用して東西方向の線上の光線に収束させることおよび相対位置調整機構４０によりシンドリカルレンズ１０とスリット対２０と太陽光発電セルアレイ３０との相対的距離を調整することにより調整し、また、太陽の日変動のうち南北方向の仰角の変動に対しては、南北方向仰角調整機構５０で調整する。なお、太陽の季節変動により、同時刻の南北方向の仰角が変化するが、当該季節変動に対して南北方向仰角調整機構５０にて日々対応できるようにすることは、言うまでもない。例えば、冬至と夏至では、正午の南北方向の仰角が４７度（地軸の傾きの２倍）異なるのは良く知られている。
　つまり、本発明においては、太陽の日変動に合わせて、南北方向仰角調整機構５０で装置の南北方向の仰角を時々刻々合わせつつ、相対位置調整機構４０でシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０の相対位置を時々刻々合わせ、いずれの季節のいずれの時間帯においても太陽光が太陽光発電セルアレイ３０上に略直線状に焦点を結ぶようにする。
　図１０は、南北方向仰角調整機構５０によりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０を一体に、南北方向の仰角を調整する様子を模式的に示す図である。なお、南北方向仰角調整機構５０の機械的構造の図示は省略している。南北方向仰角調整機構５０の駆動機構自体は特に限定されず、例えば、シリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０を実装する筐体７０全体を大地に対して相対移動させるものであれば良く、モーター、ホイール、ワイヤー、ピストン等、駆動の機械的仕組みは限定されない。
　図１０（ａ）に示すように、冬で真昼において太陽光線が低い角度（例えば大地に対する仰角４０度）から到来していたとすると、南北方向仰角調整機構５０により筐体７０全体の南北方向の仰角を当該角度（大地に対する仰角４０度）となるように調整し、太陽光が集光型太陽光発電システム１００に対して正対（９０度）する方向から到来するように調整せしめ、太陽光発電セルアレイ３０が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
　次に、図１０（ｂ）に示すように、夏で真昼において太陽光線が高い角度（例えば大地に対する仰角７０度）から到来していたとすると、南北方向仰角調整機構５０により筐体７０全体の南北方向の仰角を当該角度（大地に対する仰角７０度）となるように調整し、太陽光が集光型太陽光発電システム１００に対して正対（９０度）する方向から到来するように調整せしめ、太陽光発電セルアレイ３０が配されている矩形領域で太陽光線を受けるようになっている。
　上記の南北方向仰角調整機構５０を搭載してシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０の南北方向への仰角を調整することにより、より少ない個数の太陽光発電セルの実装数の太陽光発電セルアレイ３０にてどの時間帯であっても、どの季節であっても、シリンドリカルレンズ１０の平面側の面積分の太陽光を発電に有効利用することが可能となる。
　次に、太陽光がキャビティ６０内に入射した後、スリット体２０の裏面に設けた反射体２２とキャビティ６０の内壁面に設けた反射体７１による反射により太陽光発電セルアレイ３０における光電変換効率を向上させる工夫について述べる。
　実施例１にかかる集光型太陽光発電システム１００では、太陽光発電セルアレイ３０の側面および底面を囲う筐体７０を設け、筐体７０とその上面の蓋となるスリット体２０によって、太陽光発電セルアレイ３０が囲われるキャビティ６０を形成せしめ、スリット体２０の裏面に光を反射する反射体２２、筐体７０の内壁面にも光を反射する反射体７１を設けた構成としたものである。スリット体２０のスリット２１を通過してキャビティ６０内に入射した太陽光が反射体２２および反射体７１により反射を繰り返すことにより太陽光発電セルアレイ３０において発電に供される光量を増加せしめたものである。
　図３、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０に示したように、受光した太陽光がシリンドリカルレンズ１０により集光されスリット体２０を通過してキャビティ６０内に入った後、太陽光が反射体２２および反射体７１に反射を繰り返して太陽光発電セルアレイ３０に受光する。
　上記各図に示すように、太陽光はスリット体２０のスリット２１を通過し、キャビティ６０に入る。スリット体２０の裏面は鏡面の反射体２２が設けられ、筐体７０の内壁面には鏡面の反射体７１が設けられているため、一度キャビティ６０内に入射した太陽光は吸収されない限り反射を繰り返す。ここで、キャビティ６０内で太陽光を吸収する要素は太陽光発電セルアレイ３０の各太陽光発電セル３１のみであるので、太陽光発電セルに入射して光電変換に有効利用されるまで反射を繰り返す。
　ここで、太陽光発電セルアレイ３０についての種々の工夫について述べる。
　第１の工夫は太陽光発電セルアレイ３０を透過型セルとする工夫である。太陽光発電セルアレイ３０の矩形領域付近に入射しても発電に消費されない太陽光をも有効に利用することを狙ったものである。太陽光発電セルアレイ３０を構成する構造物のうちフレーム基板など光電変換に直接関係しない機械的構造物が光を吸収する不透明のものであれば、太陽光発電セルアレイ３０の矩形領域において光が減衰してしまう。そこで、光電変換に利用されない光が透過できるように太陽光発電セルアレイ３０を透過型セルとしておけば太陽光発電効率が向上する。
　第２の工夫は太陽光発電セルアレイ３０を、少なくとも発電効率が高い波長帯が第１の波長帯である太陽光発電セル３１ａと、発電効率が高い波長帯が第２の波長帯である太陽光発電セル３１ｂの２種類以上のセルを含んだものとする工夫である。
　光電変換に適した波長帯が異なる太陽光発電セルを組み合わせることにより、太陽光の発電利用効率が向上する。太陽光は自然光として多様な波長帯の波長の光を含むものであるが、太陽光発電セルはその特性に応じて光電変換を効率的に行える光の波長帯がある。
　図１１は、太陽光発電セルにおいて受光した光の波長帯と光電変換効率を模式的に示したものである。図１１には光電変換に適した波長帯が異なる２つの太陽光発電セルについて模式的に示している。例えば、波長が長い光（赤外線よりの光）において発電効率が高い太陽光発電セル３１ａと、波長が短い光（紫外線よりの光）において発電効率が高い太陽光発電セル３１ｂが示されている。この太陽光発電セル３１ａと太陽光発電セル３１ｂとを組み合わせれば、キャビティ内に導入した多用な波長帯の光を有効に光電変換すること可能となる。
　以上、実施例１の集光型太陽光発電システムによれば、相対位置調整機構４０を搭載することにより、シリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０の相対位置を調整することにより太陽の日変動によらず高効率の太陽光発電を行うことができ、南北方向仰角調整機構５０を搭載することによりシリンドリカルレンズ１０とスリット体２０と太陽光発電セルアレイ３０の南北方向の仰角の調整をすることにより太陽の季節変動によらず高効率の太陽光発電を行うことができる。
　また、実施例１の集光型太陽光発電システムによれば、スリット２１を通過した太陽光は、キャビティ６０内で太陽光発電セル３１で光電変換に利用されるまで反射体２２および反射体７１で反射を繰り返すため、多くの太陽光が有効に太陽光発電セルにおいて光電変換され、発電に供されることとなる。また、太陽光発電セルアレイを透過型のものとする工夫や、太陽光発電セルアレイに含まれる太陽光発電セルとして光電変換効率の高い波長帯を異なる複数種類のものを組み合わせる工夫を行うことにより、発電効率を向上させることができる。
　実施例２にかかる集光型太陽光発電システム１００ａは、スリット体のスリット幅を増減させるスリット幅調整機構８０を備えた構成例である。
　スリット体２０は、到来する太陽光が通過する幅を確保しつつ一度スリット体２０を通過した太陽光がキャビティ６０内から出てこないように蓋をする役割を持つ。シリンドリカルレンズ１０に対する太陽光の到来方向によって焦点距離（深さ）が変動するが、実施例１の構成例では相対位置調整機構４０によりシリンドリカルレンズ１０やスリット体２０や太陽光発電セルアレイ３０の相対位置を変化させることによって太陽光の焦点距離（深さ）付近にスリット体２０が位置するように調整し、スリット体２０のスリット幅を小さい状態に保ち、蓋としての役割を重視した。
　しかし、本実施例２では、スリット体２０のシリンドリカルレンズへの相対距離の変動に代え、スリット幅調整機構８０によりスリット体２０のスリット２１の幅を伸縮することにより太陽光の到来方向や天候などの状況に対応するものである。
　第１のスリット幅調整機構８０ａの構成例は、スリット体２０が互いに独立した２枚の板状部材２３ａ，２３ｂからなり板状部材２３ａ，２３ｂの対向するエッジ間によりスリット２１が形成されている状態において、板状部材２３ａ，２３ｂをスライドさせることによりスリット幅を増減させるものである。スリット幅調整機構８０ａの駆動機構自体は特に限定されず、スリット体２０のスリット板状部材をスライド移動させるものであれば良く、モーター、ホイール、ワイヤー、ピストン等、駆動の機械的仕組みは限定されない。
　図１２は第１の構成例のスリット幅調整機構８０ａによるスリット幅の調整の様子を示した図である。なお、スリット幅調整機構８０ａの図示は省略している。
　図１２に示すように、スリット体２０のシリンドリカルレンズ１０等に対する相対位置は変化しないがスリット幅が増減している。
　第２のスリット幅調整機構８０ｂの構成例は、スリット体２０が互いに独立した２枚の板状部材２３ａ，２３ｂからなり板状部材２３ａ，２３ｂの対向するエッジ間によりスリット２１が形成されている状態において、板状部材に設けられた回転軸を中心として板状部材を回動させる機構を設けることによりスリット２１の幅を増減させるものである。図１３は第２の構成例のスリット幅調整機構８０ｂによるスリット幅の調整の様子を示した図である。なお、スリット幅調整機構８０ｂの図示は省略している。
　図１３に示すように、板状部材２３ａ，２３ｂには回転軸が設けられ、回転軸を中心として回転できるようになっている。
　図１３（ａ）に示すように回転角が大きくなると板状部材２３ａ，２３ｂの対向するエッジ間隔が大きくなり、図１３（ｂ）に示すように回転角が小さくなると板状部材２３ａ，２３ｂの対向するエッジ間隔が小さくなる。
　次に、天候によって、スリット幅調整機構８０ａ，８０ｂを用いる点について述べる。例えば曇天のように太陽光が直進光ばかりではなく外界からの散乱光が入射している場合、焦点を結びにくいため、太陽エネルギーが集中している部分がない。この状況でスリット幅を小さく保つとキャビティ６０内に入射する光量が十分には確保できないため、曇天の日などではスリット２１を広げてキャビティの開口面積を大きく保った方が良い。そこでスリット幅調整機構８０ａ，８０ｂによりスリットを大きくする。
　本実施例２にかかる集光型太陽光発電システム１００ａによれば、スリット幅調整機構８０によりスリット体２０のスリット２１の幅を調整でき、太陽光の到来方向や天候などの状況に柔軟に対応することができる。
　実施例３にかかる集光型太陽光発電システム１００ａは、スリット体２０を湾曲させて配設している場合の例である。
　図１４は、スリット体２０をスリット２１を頂点として太陽光発電セルアレイ３０に対して凹状に湾曲させた場合の模式図である。スリット体２０をスリット２１を頂点として湾曲させることで、太陽光発電セルアレイ３０で反射した光が、スリット体２０裏面の反射体２２により多く当たり、反射体２２で反射したより多くの光が、再び太陽光発電セルアレイ３０に入射される。
　実施例４にかかる集光型太陽光発電システム１００ａは、太陽光発電セルアレイ３０を湾曲させて配設している場合の例である。
　図１５は、太陽光発電セルアレイ３０が、集束した光線のうち、その中心となる光線（図１５における中心光線）の照射位置を頂点として前記シリンドリカルレンズに対して凹状に湾曲させた場合の模式図である。太陽光発電セルアレイ３０が湾曲することで、より多くの光が太陽光発電セルに当たり、入射された光の多くを集光できる。
　なお、このとき太陽光発電セルアレイ３０は、その湾曲する円弧の中心点（東西方向の中心線）が、シリンドリカルレンズ１０の焦点位置と異なる位置になるように配置される。
　上記第３、及び第４の実施例において、スリット体２０のスリット２１の位置は、シリンドリカルレンズ１０の焦平面に一致させるようにする。
　また、上記第３、及び第４の実施例は組み合わせて実施することができるものである。
　さらに、上記第３、及び第４の実施例において、スリット体２０及び太陽光発電セルアレイ３０の湾曲は放物面状に構成されるようにしてもよい。
　以上、本発明の好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。
　１０　シリンドリカルレンズ
　２０　スリット体
　２１　スリット
　２２　反射体
　２３ａ，２３ｂ　板状部材
　３０　太陽光発電セルアレイ
　４０　相対位置調整機構
　５０　キャビティ
　６０　南北方向仰角調整機構
　７０　筐体
　７１　反射体
　８０ａ，８０ｂ　スリット幅調整機構
　１００，１００ａ　集光型太陽光発電システム

Claims (15)

  1. 　受光面で受光した太陽光を略直線状に集束して直線状集束光線を射出し、前記直線状集束光線が略東西方向となるような集束方向に配置されたシリンドリカルレンズと、
    　前記直線状集束光線を受光する太陽光発電セルが複数配設されてなり、前記シリンドリカルレンズの下方に配置された太陽光発電セルアレイと、
    　太陽光の入射角度に応じて前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイとの相対距離を調整する相対位置調整機構と、
    　前記太陽光の入射角度に応じて、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイの南北方向の仰角を調整する南北方向仰角調整機構とを備えたことを特徴とする集光型太陽光発電システム。
  2. 　請求項１に記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記相対位置調整機構が、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整を、前記シリンドリカルレンズに対して、前記太陽光発電セルアレイの相対位置を移動させるものである集光型太陽光発電システム。
  3. 　請求項１又は２に記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　略直線状のスリットが前記シリンドリカルレンズの焦平面位置に配設され、裏面の少なくとも一部は反射体であり、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイの間に位置し、前記シリンドリカルレンズと前記スリットとが平行になるように前記シリンドリカルレンズの下方に配置したスリット体を備え、
    　前記スリット体の前記スリットを通過して前記太陽光発電セルアレイに入射した太陽光のうち、前記太陽光発電セルアレイの表面で反射した太陽光を前記スリット体裏面の前記反射体により反射させて前記太陽光発電セルアレイに再入射させ、前記スリット体裏面と前記太陽光発電セルアレイとの間で反射と再入射とを繰り返すことにより前記太陽光発電セルアレイにおける発電に供される光量を増加させることを特徴とした集光型太陽光発電システム。
  4. 　請求項３に記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記相対位置調整機構が、前記シリンドリカルレンズと前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整を、前記シリンドリカルレンズに対して、前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイとの相対位置を移動させるものである集光型太陽光発電システム。
  5. 　請求項３に記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記相対位置調整機構が、前記シリンドリカルレンズと前記スリット体と前記太陽光発電セルアレイとの相対距離の調整を、前記シリンドリカルレンズと前記太陽光発電セルアレイとに対して、前記スリット体の相対位置を移動させるものである集光型太陽光発電システム。
  6. 　請求項３ないし５のいずれかに記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記スリット体が、前記スリットを頂点として前記太陽光発電セルアレイに対して凹状に湾曲させて形成されることを特徴とする集光型太陽光発電システム。
  7. 　請求項３ないし６のいずれかに記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記太陽光発電セルアレイが、前記直線状集束光線の中心光線の照射位置を頂点として前記シリンドリカルレンズに対して凹状に湾曲させて形成されることを特徴とする集光型太陽光発電システム。
  8. 　請求項３ないし７のいずれかに記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記太陽光発電セルが透過型セルであり、前記太陽光発電セルで発電エネルギーに変換されなかった太陽光が前記太陽光発電セルを通過することを特徴とする集光型太陽光発電システム。
  9. 　請求項８に記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記スリット体の下方に設けられ、前記太陽光発電セルアレイを囲う内壁面の少なくとも一部の領域に光を反射する反射体が設けられたキャビティを備え、
    　前記スリット体の前記スリットを通過して前記キャビティ内に入射した太陽光のうち、前記透過型セルを通過した太陽光を、前記キャビティの内壁面の反射体と前記スリット体裏面の反射体との間で光の反射を繰り返し、前記太陽光発電セルアレイにおいて発電に供される光量を増加させることを特徴とする集光型太陽光発電システム。
  10. 　請求項３ないし９のいずれかに記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記太陽光発電セルアレイが、少なくとも発電効率が高い波長帯が任意の一の波長帯である太陽光発電セルと、発電効率が高い波長帯が任意の他の波長帯である太陽光発電セルとの複数のセルを重ねて配置したことを特徴とする集光型太陽光発電システム。
  11. 　請求項３ないし１０のいずれかに記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記スリット体が、前記スリット幅を増減させるスリット幅調整機構を備えることを特徴とする集光型太陽光発電システム。
  12. 　請求項１１に記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記スリット体が互いに独立した２枚の板状部材からなり、前記板状部材の対向するエッジ間により前記スリットが形成され、前記スリット幅調整機構が、前記スリット体をスライドさせることにより前記スリット幅を増減させるものであることを特徴とする集光型太陽光発電システム。
  13. 　請求項１１に記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記スリット体が互いに独立した２枚の板状部材からなり、前記板状部材の対向するエッジ間により前記スリットが形成され、前記スリット幅調整機構が前記板状部材に設けられた回転軸を中心として前記板状部材を回動させることにより前記スリットの幅を増減させるものであることを特徴とする集光型太陽光発電システム。
  14. 　請求項１ないし１３のいずれかに記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記シリンドリカルレンズをフレネルレンズとしたことを特徴とする集光型太陽光発電システム。
  15. 　請求項１ないし１４のいずれかに記載の集光型太陽光発電システムにおいて、
    　前記シリンドリカルレンズに光触媒コーティングを施したことを特徴とする集光型太陽光発電システム。
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