(57)【要約】【課題】  簡便な構成で光電変換セルの温度上昇を抑制できるようにする。【解決手段】  ケーシング１の一端側開口部に集光レンズ３を設ける。ケーシング１内の他端部の中央に、光電変換セル２を、受光面２ａがケーシング１の一端側開口部に向くように設ける。光電変換セル２の受光面２ａの近傍位置に、光電変換セル２の感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の赤外域の光をカットするフィルター８を配置して、取付部材９を介してケーシング１内の所要個所に取り付けて集光式の太陽光発電装置を形成する。ケーシング１の一端側開口に照射される太陽光４を集光レンズ３で集光し、この集光された太陽光４ａを、フィルター８を通過させることで熱になり易い赤外域の光を除外した状態としてから光電変換セル２の受光面２ａに入射させて発電を行わせる。【選択図】図１
2010147110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を光電変換セルの受光面へ入射させて発電を行わせるようにしてある太陽光発電装置における上記光電変換セルの受光面側に、フィルターを設け、且つ該フィルターを、太陽光中における上記光電変換セルの感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の領域をカットするものとした構成を有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
集光レンズで集光した太陽光を光電変換セルの受光面へ入射させて発電を行わせるようにしてある集光式の太陽光発電装置における上記光電変換セルの受光面側に、フィルターを設け、且つ該フィルターを、太陽光中における上記光電変換セルの感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の領域をカットするものとした構成を有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項３】
フィルターを、集光レンズと光電変換セルの受光面との間で太陽光の光束断面積が上記集光レンズによって絞られる部分の光軸上に設けるようにした請求項２記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
光電変換セルの受光面に、集光レンズで集光した太陽光が該集光レンズの焦点で一旦集束してから該光電変換セルの受光面の面積に応じた光束断面積に拡散した状態で入射するようにし、且つフィルターを、上記集光レンズの焦点近傍で太陽光の光束断面積が小さくなる部分の光軸上に設けるようにした請求項２記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
フィルターを、太陽光中における該光電変換セルの感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の領域をカットする機能を有するものに代えて、太陽光中における赤外域の光をカットする機能を有するものとした請求項１、２、３又は４記載の太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を光電変換セル（ＰＶセル）の受光面に入射させて発電を行う太陽光発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温室効果ガスによる地球温暖化を回避するために、環境保全型のエネルギーである太陽エネルギーを利用するための手段の１つに太陽光発電がある。
【０００３】
上記太陽光発電は、半導体の光起電力を利用して光のエネルギーを直接電気エネルギーに変換する光電変換セル（ＰＶセル）に、太陽光を入射させることにより、該光電変換セルにて太陽光のエネルギーを直接電気エネルギーに変換するようにしてある。
【０００４】
更に、エネルギー密度の低い太陽光から、光電変換セルごとにより大きな電力を得ることができるようにすることで、光電変換セルの使用面積を低減すると共に、単位面積当たりの発電量を増大させて高密度発電できるようにするための１つの方法として、集光式太陽光発電が提案されてきている。
【０００５】
この種の集光式太陽光発電を行うための装置としては、たとえば、フレネルレンズ等の集光レンズを用いて太陽光を集光し、この太陽光の集光によって高照射強度とされた光束を、光電変換セルの受光面に入射させるようにした形式の集光式太陽光発電装置が従来提案されてきている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
図４は上記集光式太陽光発電装置の概要を示す模式図で、１は軸心方向の一端側を開口させた筒状のケーシング、２は受光面２ａが上記ケーシング２の一端側開口部に向く姿勢で上記ケーシング１内の軸心方向他端部の中央部に設けた光電変換セル、３は上記ケーシング１の一端側開口部に上記光電変換セル２と同軸心上に設けた集光レンズであり、軸心方向が太陽の方向を向くように配置したケーシング１の一端側開口部へ達する太陽光４を、該集光レンズ３により集光させて、この集光により照射強度が高められた太陽光４ａを上記光電変換セル２の受光面２ａへ入射させることができるようにしてある。
【０００７】
５は上記光電変換セル２の反受光面側となる上記ケーシング１の軸心方向他端部に設けた冷却ジャケット、６は冷却水ポンプであり、上記冷却ジャケット５には冷却水ポンプ６より供給する冷却水７を流通させるようにしてある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２１４４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記特許文献１に示されているような集光レンズを用いた従来の集光式太陽光発電装置では、光電変換セルに、太陽光を集光レンズで集光してなる高照射強度の光束を直接入射させるようにしてあるため、該光電変換セルの温度上昇を招き易い。
【００１０】
しかし、光電変換セルに大幅な温度上昇が生じると、該光電変換セルの発電効率が低下するという問題があることから、従来は、図４に示すように、光電変換セル２の反受光面側に冷却ジャケット５を設けて、該冷却ジャケット５を流通させる冷却水７により上記光電変換セル２の積極的な冷却を行うことで、該光電変換セル２の発電効率が低下するような温度上昇を未然に防止するようにしてあるが、この冷却ジャケット５を設けた構成とすることで、太陽光発電装置の装置構成が複雑化すると共にコストが嵩むという問題がある。更には、冷却水ポンプ６の駆動のための電力消費により、太陽光エネルギーを利用して発電する電力の一部が相殺されてしまうという問題もあるのが実状である。
【００１１】
なお、一般の住居の屋根部等に設けられているような集光レンズを具備しない非集光式の太陽光発電装置においても、光電変換セルに対する太陽光の直接入射によって該光電変換セルが温度上昇するが、この種の一般の住居等に設ける太陽光発電装置では、装置の複雑化に伴う重量及びコストの増加や、冷却水ポンプのような電力を要する機器の設置を回避するために、上記光電変換セルの温度上昇に伴う発電効率の低下は避けられないものとなっているのが実状である。
【００１２】
そこで、本発明は、集光レンズを備えた集光式と、非集光式のいずれの場合にも、簡単な構成で且つ電力を要する機器による冷却を要することなく光電変換セルの温度上昇を効率よく抑制できるようにして、該光電変換セルの発電効率の低下を未然に防止することができるようにした太陽光発電装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、太陽光を光電変換セルの受光面へ入射させて発電を行わせるようにしてある太陽光発電装置における上記光電変換セルの受光面側に、フィルターを設け、且つ該フィルターを、太陽光中における上記光電変換セルの感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の領域をカットするものとした構成とする。
【００１４】
又、請求項２に対応して、集光レンズで集光した太陽光を光電変換セルの受光面へ入射させて発電を行わせるようにしてある集光式の太陽光発電装置における上記光電変換セルの受光面側に、フィルターを設け、且つ該フィルターを、太陽光中における上記光電変換セルの感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の領域をカットするものとした構成とする。
【００１５】
更に、上記構成におけるフィルターを、集光レンズと光電変換セルの受光面との間で太陽光の光束断面積が上記集光レンズによって絞られる部分の光軸上に設けるようにした構成とする。
【００１６】
同様に、上記構成において、光電変換セルの受光面に、集光レンズで集光した太陽光が該集光レンズの焦点で一旦集束してから該光電変換セルの受光面の面積に応じた光束断面積に拡散した状態で入射するようにし、且つフィルターを、上記集光レンズの焦点近傍で太陽光の光束断面積が小さくなる部分の光軸上に設けるようにした構成とする。
【００１７】
上述の各構成におけるフィルターを、太陽光中における該光電変換セルの感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の領域をカットする機能を有するものに代えて、太陽光中における赤外域の光をカットする機能を有するものとした構成とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の太陽光発電装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。  
（１）太陽光を光電変換セルの受光面へ入射させて発電を行わせるようにしてある太陽光発電装置、又は、集光レンズで集光した太陽光を光電変換セルの受光面へ入射させて発電を行わせるようにしてある集光式の太陽光発電装置における上記光電変換セルの受光面側に、フィルターを設け、且つ該フィルターを、太陽光中における上記光電変換セルの感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の領域をカットするものとした構成としてあるので、光電変換セルに入射する太陽光より該光電変換セルの感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の光が除外されることで、熱になり易い赤外域の光が上記光電変換セルに到達し難くなるため、該光電変換セルの温度上昇を抑制することができる。このため、冷却ジャケットのような積極的な冷却手段を要することなく、光電変換セルの温度上昇に伴う発電効率の低下を未然に防止することができることから、良好な発電効率を維持することができ、特に、上記集光式の太陽光発電装置では、高密度、高効率の発電を維持することができる。  
（２）フィルターを、集光レンズと光電変換セルの受光面との間で太陽光の光束断面積が上記集光レンズによって絞られる部分の光軸上に設けるようにした構成とすることにより、光電変換セルの受光面に入射する太陽光中の所定の領域をカットするために必要とされるフィルターの面積を、太陽光が集光レンズによって絞られる部分の光束断面積に応じたサイズとすることができるため、該フィルターに必要とされる面積の縮小化を図ることができる。  
（３）光電変換セルの受光面に、集光レンズで集光した太陽光が該集光レンズの焦点で一旦集束してから該光電変換セルの受光面の面積に応じた光束断面積に拡散した状態で入射するようにし、且つフィルターを、上記集光レンズの焦点近傍で太陽光の光束断面積が小さくなる部分の光軸上に設けるようにした構成とすることにより、光電変換セルの受光面に入射する太陽光中の所定の領域をカットするために必要とされるフィルターの面積を、更に縮小させることができる。  
（４）フィルターを、太陽光中における該光電変換セルの感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の領域をカットする機能を有するものに代えて、太陽光中における赤外域の光をカットする機能を有するものとした構成とすることにより、光電変換セルに到達する太陽光より熱になり易い赤外域の光を確実に除去することができるため、該光電変換セルの温度上昇をより確実に抑える効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１及び図２は本発明の太陽光発電装置の実施の一形態として、集光レンズを具備した集光式の太陽光発電装置に適用する場合を示すもので、以下のような構成としてある。
【００２１】
すなわち、図４に示したと同様の一端側が開口した筒状のケーシング１と、該ケーシング１の軸心方向他端部の中央部に、受光面２ａが上記ケーシング１の一端側開口部に向くように設けた光電変換セル２と、上記ケーシング１の一端側開口部に上記光電変換セル２と同軸心上の配置となるようにして設けた集光レンズ３とを備えた構成において、上記ケーシング１内における上記光電変換セル２の受光面２ａ近傍位置に、該光電変換セル２の感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の領域の光をカットするフィルター８を配置して、該フィルター８を所要の取付部材９を介して上記ケーシング１内側の所要個所に取り付けた構成とする。
【００２２】
詳述すると、太陽光の紫外域から赤外域までのスペクトルが図２に線Ａで示す如く分布しているのに対し、上記光電変換セル２が、一般に広く用いられているアモルファス系シリコン半導体による光電変換セル２であって、たとえば、図２に線Ｂで示す如く、該光電変換セル２の感度波長域の最も長い波長が７００ｎｍとなっている場合は、上記フィルター８は、図２に領域Ｃで示すように、７００ｎｍよりも長波長側の赤外域の光を、選択的に反射、吸収する光学特性を有するものとしてある。
【００２３】
又、上記フィルター８は、ケーシング１の一端側開口部に入射する太陽光４が集光レンズ３によって絞られて光束断面積が縮小される部分の光軸上に配置させるようにすることで、上記集光レンズ３により集光された太陽光４ａの上記光電変換セル２の受光面２ａへの到達を妨げることなく、該フィルター８に必要とされる面積を小さくすることができるようにしてある。
【００２４】
以上の構成としてある太陽光発電装置を使用する場合は、上記ケーシング１の軸心方向が太陽の方向を向く姿勢として、太陽光４が上記ケーシング１の一端側開口部に軸心方向に平行に入射するようにすると、該一端側開口部よりケーシング１内に入射する際に集光レンズ３により集光された太陽光４ａの高照射強度とされた光束が、上記フィルター８を通過した後、上記光電変換セル２の受光面２ａに達するようになる。この際、上記フィルター８は、上記光電変換セル２の感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の赤外域の光を選択的に反射、吸収する光学特性を備えていることから、上記光電変換セル２では、上記集光レンズ３により集光された太陽光４ａの高照射強度とされた光束が直接入射する場合と同様の効率のよい発電が行われるようになる。
【００２５】
一方、上記フィルター８を経て上記光電変換セル２に到達する光は、該光電変換セル２の感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の赤外域の光が除外されているため、熱になり易い上記赤外域の光が上記光電変換セル２に到達することが未然に防止されるようになるため、上記光電変換セル２の温度上昇が大幅に抑制されるようになる。
【００２６】
このように、本発明の太陽光発電装置によれば、集光レンズ３により集光した太陽光４ａの高照射強度とされた光束を光電変換セル２の受光面２ａに直接入射させて発電を行わせるようにしてある従来の集光式太陽光発電装置と同様に、エネルギー密度の低い太陽光を高密度化してから発電に利用することで大きな電力を得ることができて、光電変換セル２の使用面積を低減すると共に、単位面積当たりの発電量を増大させて高密度発電を行うことが可能になる。
【００２７】
更に、上記光電変換セル２の受光面２ａ側に上記フィルター８を装備するという簡便な構成により、光電変換セル２に集光した太陽光４ａの高照射強度とされた光束を入射させて高効率の発電を行う際にも、該光電変換セル２の温度上昇を抑制できるため、光電変換セル２の発電効率の低下を未然に防止して、高密度、高効率の発電を維持することができる。よって、従来の集光式太陽光発電装置で必要とされていた如き冷却ジャケットや冷却ポンプを不要とすることができる。
【００２８】
次に、図３は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１に示したと同様の構成において、集光レンズ３の焦点距離と、ケーシング１の軸心方向寸法を適宜調整することにより、上記ケーシング１の一端側開口部に設けた集光レンズ３から、上記ケーシング１内の軸心方向他端部に設けた光電変換セル２の受光面２ａまでの距離が、該集光レンズ３の焦点距離よりも所要寸法長くなるように設定することで、上記ケーシング１の一端側開口部に入射する太陽光４が上記集光レンズ３で集光された太陽光４ａが、該集光レンズ３の焦点で一旦集束した後、上記光電変換セル２の受光面に応じた光束断面積となるまで拡散した状態で上記光電変換セル２の受光面２ａに入射するようにする。
【００２９】
更に、上記ケーシング１内における集光レンズ３の焦点近傍で該集光レンズ３により集光された太陽光４ａの光束断面積が小さくなる部分の光軸上に、上記図１及び図２の実施の形態のフィルター８と同様の光学特性を有するフィルター８を配置して、取付部材９を介して上記ケーシング１内側の所要個所に取り付けた構成とする。
【００３０】
その他の構成は図１に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。
【００３１】
本実施の形態によれば、集光レンズ３の焦点付近、すなわち、上記集光レンズ３により集光された太陽光４ａの光束断面積が最も小さくなる付近に上記フィルター８を設けることで、該フィルター８に必要とされる面積をより小さくすることができる。よって、上記フィルター８のサイズをより小さくすることができて、コストの低減化を図る効果が期待できる。
【００３２】
なお、上記各実施の形態では、本発明を集光式の太陽光発電装置に適用する場合について説明したが、非集光式の太陽光発電装置における図示しない光電変換セルの受光面側に、上記各実施形態のフィルター８と同様の光学特性を有するフィルターを設けた構成としてもよい。
【００３３】
かかる構成とすることにより、上記非集光式の太陽光発電装置では、光電変換セルに入射する太陽光より該光電変換セルの感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の赤外域の光が除外されるようになるため、熱になり易い上記赤外域の光が上記光電変換セルに到達することが未然に防止されることで、光電変換セルの温度上昇を抑制できるため、冷却ジャケットのような積極的な冷却手段を装備しない非集光式の太陽光発電装置における光電変換セルの温度上昇に伴う発電効率の低下を未然に防止して、良好な発電効率を維持することが可能になる。
【００３４】
更に、上記各実施の形態のフィルター８は、光電変換セル２の感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の赤外域の光を選択的に反射、吸収する光学特性を備えるものとして示したが、光電変換セル２の温度上昇の抑制の確実性をより高めることが望まれる場合は、上記光学特性を備えたフィルター８に代えて、すべての赤外域の光を選択的に反射、吸収する光学特性を備えたフィルターを用いるようにしてもよい。
【００３５】
このようにすれば、使用する光電変換セル２の感度波長域の長波長側に多少赤外域が含まれている場合は、上記フィルターによりすべての赤外域の光が除去されることで、該光電変換セル２の発電効率に多少の影響が生じる虞があるとしても、光電変換セル２に到達する太陽光より熱になり易い赤外域の光を確実に除去することができるため、該光電変換セル２の温度上昇をより確実に抑える効果が期待できる。
【００３６】
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、上記各実施の形態で示したフィルター８でカットすべき波長の領域は、使用する光電変換セル２の感度波長域の最も長い波長に応じて変更してよい。
【００３７】
集光レンズ３は、ケーシング１の一端側開口部へ入射する太陽光４を、光電変換セル２の受光面２ａのサイズに応じて集光できる機能を備えていれば、フレネルレンズやその他いかなる形式の集光レンズを用いるようにしてもよい。又、集光レンズ３の径や屈折率は、ケーシング１の一端側開口部のサイズと光電変換セル２の受光面２ａのサイズと、ケーシング１の一端側開口部から光電変換セル２の受光面２ａまでの距離に応じて適宜変更してよい。
【００３８】
図１及び図２の実施の形態では、集光レンズ３と光電変換セル２の受光面２ａとの間にフィルター８を配置できれば、該フィルター８のケーシング１内における軸心方向の位置は変更してもよい。
【００３９】
図３の実施の形態では、集光レンズ３の焦点付近にフィルター８を配置できれば、該フィルター８のケーシング１内における軸心方向の位置は、図示した位置から軸心方向に多少ずらしてもよい。
【００４０】
上記各実施の形態では、ケーシング１の内側にフィルター８を設ける構成として示したが、ケーシング１の一端側開口部に設けた集光レンズ３の外側にフィルター８を設けて、該フィルター８を通過した太陽光４が、上記集光レンズ３により集光されて光電変換セル２の受光面２ａに入射される構成としてもよい。このようにしても、集光レンズ３により集光された太陽光４ａが光電変換セル２に到達するときには、光電変換セル２の感度波長域の最も長い波長よりも長波長側の赤外域の光が選択的に除去された光となるため、上記光電変換セル２の温度上昇を抑制して、発電効率を高く維持することができる。
【００４１】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の太陽光発電装置の実施の一形態を示す概略切断側面図である。
【図２】図１の装置における光電変換セルとフィルター光学特性の関連を示す図である。
【図３】本発明の実施の他の形態を示す概略切断側面図である。
【図４】従来の集光式太陽光発電装置の概要を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
２  光電変換セル
２ａ  受光面
３  集光レンズ
４  太陽光
４ａ  集光された太陽光
８  フィルター
【図１】
2010147110.tif 000003
【図２】
2010147110.tif 000004
【図３】
2010147110.tif 000005
【図４】
2010147110.tif 000006