(57)【要約】【課題】  光学ガイドを利用し光エネルギーを適当な場所に伝導させて光電変換を行う事で光電変換効率の低下を防ぎ得る光学ガイド付の集光式光起電力セル装置を提供する。【解決手段】  太陽光源を集光・集束する事ができる集光器１０と、該集光器１０の集束位置に設置し、集光器１０により光源を集束してこの光入力端子へ取り込ませ、光源をこの光出力端子に伝導させる光学ガイド２０と、該光ガイド２０の光出力端子に設置し、光ガイドが射出する光源を取り込んで光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換機３０を含んで構成し、光学ガイド２０を利用して光エネルギーを適当な場所に伝導して光電変換を行い光電変換機３０が直接太陽にさらされるのを避けて光起電力チップ３１の温度上昇と光電変換効率低下を防ぎ、また、集光比と光の収集効率を高めて光起電力セルの使用比率を下げる事ができるようにする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を集光・集束することができる集光器と、前記集光器の集束位置に設置し、光入力端子及び光出力端子を有し、前記集光器によって光源を集束しそれを光入力端子へ取り込ませ、前記光源を光出力端子に伝導させる光学ガイドと、前記光ガイドの光出力端子に設置し、前記光ガイドが射出する光源を取り込み、前記光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる光電変換機を含むことを特徴とする光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項２】
前記光電変換機は光起電力セルであることを特徴とする請求項１に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項３】
前記集光器は集光レンズであることを特徴とする請求項１に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項４】
前記集光器は反射鏡であることを特徴とする請求項１に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項５】
前記集光器は薄膜式集光器であることを特徴とする請求項１に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項６】
前記光学ガイドは少なくとも一つの光学媒体及び少なくとも一つのレンズセットを含み、前記光学媒体は前記レンズセット上に設置され、前記光学媒体は光源をレンズセットに伝導し、その光源を前記光電変換機へ反射させることを特徴とする請求項１に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項７】
前記光学ガイドは少なくとも一つの分光体を含み、前記光学媒体の光出力端子は前記分光体に照準を定めることができることを特徴とする請求項６に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項８】
前記レンズセットは、反射鏡、ガラス板を含み、前記光学媒介の光出力端子は、前記反射鏡と連結されることを特徴とする請求項６に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項９】
前記分光体は三角錐形であることを特徴とする請求項７に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項１０】
前記分光体は弧形であることを特徴とする請求項７に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項１１】
前記光学媒介は光ファイバーであることを特徴とする請求項６に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項１２】
前記光学媒介は光学ガイド板であることを特徴とする請求項６に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【請求項１３】
前記光学媒介の前方にはフィルタが設置されていて、赤外線をフィルタリングし熱源を減少することができることを特徴とする請求項６に記載した光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光起電力セルに関し、特に、光学ガイド付の集光式光起電力セル（ＣＰＶ、Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的な光起電力セルは、光電効果を応用して光エネルギーを電気エネルギーに変換し、発電の効果を得ることができる。現在使用されている光起電力セルは、太陽光に直接さらして太陽光のエネルギーを取り込み、電気エネルギーに変換する。また、例えば集光式光起電力セルのように、外部機構と光学素子を利用して集中した光エネルギーを得ることができ、高価な光起電力セルの使用量を減らし、生産モジュールのコストを大幅に減少させることが可能である。
【０００３】
一般的に、光起電力セルの構造は、大量かつ高価な光起電力セルを使用しなければならないが、現在のところ、太陽光の効果を応用して発電できるその他の方式は存在しない。従って、毎回の発電コストが高くなってしまう。
【０００４】
集光型光起電力セルの構造の観点から見ると、大多数の光エネルギーを同じ焦点に集束させ集光比ＧＣＲ（Ｇｅｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）を高めたいので、体積と重量が大きな追跡機（Ｔｒａｃｋｅｒ）が余分に必要になる。従って、例えば光の状況がよくないような時は、光電変換効率が大幅に減少することになる。
【０００５】
図１及び図２に示すように、従来の集光式光起電力セルの応用は、集光素子１を通じて、太陽光を光起電力チップ２上に集光するが、この方式だと、チップの温度を上昇させ、光電変換効率に影響を及ぼしてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、光学ガイドを利用し光エネルギーをその他の適当な場所に伝導させて光電変換を行うことで、光電変換機が直接太陽光にさらされ光起電力チップの温度が上昇して光電変換効率が下がるのを防ぐことを目的とする。
【０００７】
本発明は、光学ガイドを利用して集光比と光の収集効率を高めることで、高価な光起電力セルの使用比率を下げることをもうひとつの目的とする。
【０００８】
上記の目的と効果を達成するために、本発明における光学ガイド付の集光式光起電力セル装置は、集光器と光学ガイド及び光電変換機を含む。前記集光器は太陽光源を集光・集束する。前記ガイドは前記集光器の集光集束の位置に設置することで、前記集束後の太陽光源を前記光学ガイドの光入力端子に完全にとりこませ、その光源を光学ガイドの光出力端子に伝導する。前記光電変換機は、前記光学ガイドの光出力端子に設置することで、光学ガイドが射出した太陽光源をとりこみ、前記光エネルギーを電気エネルギーに変換させることができる。前記光電変換機は集光式光起電力セルである。
【０００９】
前記集光器は集光レンズ、反射鏡或いは薄膜式集光器或いは同等の効果をもつ集光素子である。
【００１０】
前記光学ガイドは、光学媒介及びレンズセットを含む。光源が光学媒介からレンズ
セットに伝導された後、その光源はレンズセットによって光電変換機のチップ上に反射され、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００１１】
前記光学ガイドは、さらに分光体を含み、前記光学媒介の光入力端子が前記レンズセット中央の位置の分光体に照準が定まるようにする。光源が光学媒介から分光体に伝導するとき、分光体に射入した光源は前記レンズセットの反射鏡に反射した後、前記光電変換機のチップ上に反射し、光エネルギーは電気エネルギーに変換される。
【００１２】
前記レンズセットは、反射鏡とガラス板を含む。前記光学媒介の光出力端子は前記レンズセットのトップに設置し、前記分光体は前記ガラス板の中央の位置に設置する。前記分光体は錐形であり、光源に反射を生じさせることができる。光学媒介は光ファイバー或いは光ガイド板或いは同等の効果をもつ部材である。
【００１３】
前記光学媒介の光入力端子の前方には、フィルタが設置してあり、赤外線をフィルタリングすることができ、熱源を減少させる。
【００１４】
従って、本発明は下記の利点を有する：
１、本発明は、光学ガイドを利用し、光エネルギーをその他の適当な発電場所に伝導させ、光電変換機が直接太陽にさらされるのを避けるとともに、光起チップの温度の上昇と光電変換効率の低下を防ぐことができる。
２、本発明は、光学ガイドを利用し、集光比と光収集効率を高め、高価な光起電力セルの使用比率を下げることができる。
本発明の目的、特徴及び利点をより深く具体的に理解してもらうため、本発明が目的を達成するために採用した技術、手段及び効果について、実施例や図を用いて、以後に詳細に説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
光源を集光・集束することができる集光器と、前記集光器の集束位置に設置し、光入力端子及び光出力端子を有し、前記集光器によって光源を集束しそれを光入力端子へ取り込ませ、前記光源を光出力端子に伝導させる光学ガイドと、前記光ガイドの光出力端子に設置し、前記光ガイドが射出する光源を取り込み、前記光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる光電変換機を含むことを特徴とする、光学ガイド付の集光式光起電力セル装置。
【発明の効果】
【００１６】
この光学ガイド付の集光式光起電力セル装置によれば、光学ガイドを利用し光エネルギーをその他の適当な発電場所に伝導させることで、光電変換機が直接太陽にさらされるのを避けるとともに、光起チップの温度の上昇と光電変換効率の低下を防ぐことができ、また、集光比と光収集効率を高め、高価な光起電力セルの使用比率を下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図３及び図４は、本発明における光学ガイド付の集光式光起電力セル装置のブロック概略図及び構造概略図である。本発明における光学ガイド付の集光式光起電力セル装置は、集光器１０、光学ガイド２０、及び光電変換機３０を含む。例えば太陽光の光源を取り込む集光器１０のように、前記集光器１０は光源４０を集光・集束することができる。あるいは、太陽光に類似した光源を集光器１０にあてた後、集光・集束することもできる。集光器１０は、集光レンズ１１或いは反射鏡或いは薄膜式集光器或いは同等の効果をもつ集光素子である。本実施例は、少なくとも一つの集光レンズ１１を採用し、太陽光の光源を取り込み、集光・集束させる。
【００１８】
前記光学ガイド２０は前記集光器１０の集光集束の位置に設置し、集束後の光源は、前記光学ガイド２０の光入力端子に完全に取り込まれ、その前記光源は光学ガイド２０の光出力端子に伝導する。前記光学ガイド２０は、少なくとも一つの光学媒介２１及び前記光学媒介と連結する少なくとも一つのレンズセット２２を含む。レンズセットレンズセット２２は反射鏡２５及びガラス板２４を含み、前記光学媒介２１の光出力端子はレンズセット２２の反射鏡２５内部まで伸びていて、前記ガラス板２４中央の位置に照準が定まるようになっている。光学媒介２１が光源をレンズセット２２に伝導するとき、射入した光源は前記反射鏡２５に向かって射出された後、前記反射鏡２５によって前記光電変換機３０の光起電力チップ３１上に反射されることで、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００１９】
前記光学ガイド２０は少なくとも一つの分光体２３を含み、光学媒介２１の光出力端子を分光体２３に照準を定めることができる。光源が前記光学媒介２１の光出力端子によって射出された後、前記反射鏡２５にあたって光電変換機３０の光起電力チップ３１上に反射し、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。分光体２３は三角錐形の分光媒介或いは弧形の分光媒介である。
【００２０】
光学媒介２１は、光ファイバー２７（図６に示すように）或いは光学ガイド板２８（図７で示すように）或いは同等の効果をもつ光学媒介である。光源が前記光電変換機３０に入るときの熱エネルギーを減少させるために、光学媒介２１の光入力端子の前方にはフィルタ２６が設置されており、赤外線をフィルタリングして熱源を減少することができる。
【００２１】
前記光電変換機３０は、前記光学ガイド２０の光出力端子に設置し、光学ガイド２０が射出する光源を取り入れ、前記光エネルギーを電気エネルギーに変換する。光電変換機３０は、集光式光起電力セルである。
【００２２】
図５及び図６は、本発明における光学ガイド付の集光式光起電力セル装置の、光ファイバー概略図及びレンズセットの構造概略図である。図５に示すように、光学媒介２１は、光ファイバー２７を実施例にして説明する。前記光ファイバーは、単一光ファイバー或いは光ファイバー群である。単一光ファイバーは小さな面積の光起電力セルに対応することができ、光ファイバー群は面積が大きい光起電力セルに対応することができので、実際の需要に応じて設計することが可能である。光学ガイド２０が光源をレンズセット２２に伝導させるとき、図６に示すように、光ファイバー２７の各前記光ファイバー２７ａが前記反射鏡２５に向かって光源を射出し、前記反射鏡２５によって、前記光電変換機３０の光起電力チップ３１上に反射されることで、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００２３】
図７及び図８は、本発明における光学ガイド付の集光式光起電力セル装置の、光学ガイド板の概略図及びレンズセットのもう一つの実施例の構造概略図である。光学媒介２１は、光学ガイド板２８を実施例にして説明する。光学ガイド板２８は実際の需要に応じて異なる厚さで設計される。光学ガイド板２８は前記分光体２３に照準が定められ、前記光学ガイド２０が光源をレンズセット２２に伝導するとき、図８に示すように前記光学ガイド板２８が射出する光源が前記錐形分光体２３にあたって前記反射鏡２５に反射した後、前記光電変換機３０の光起電力チップ上に反射することで、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００２４】
前記錐形分光体２３は、弧形分光体に設計することもでき、同様に光源を反射する効果を有する。
【００２５】
図９は、本発明における光学ガイド付の集光式光起電力セル装置の、もうひとつの実施例の概略図である。本発明は、複数個の集光レンズ１１を用いて光学媒介２１及び光起電力チップ３１に対応させた組合せ関係を示していて、その部品は、図３から図８と同じである。各集光レンズ１１、光学媒介２１及び光起電力チップ３１の外枠のサイズ及び部材は、図３から図８の好ましい形状と同じである。各前記光学媒介２１は光ファイバー或いは光学ガイド板であり、光ファイバー２７を本実施例にして説明する。図９に示すように、三個の集光レンズ１１が、三組の光源４０の光源を個別に集光・集束する。各前記光学ガイド２０は、前記集光器１０の集光焦点位置に設置し、集束後の太陽光源が前記光学ガイド２０の光入力端子に完全に取り込まれ、その前記光源は光学ガイド２０の光出力端子に伝導される。各前記光電変換機３０は、前記光学ガイド２０の光出力端子に設置することで、光学ガイド２０が射出する光源を取り込み、前記光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００２６】
本発明における光学ガイド付の集光式光起電力セル装置の利点を、以下にあげる；
１、本発明は、光学ガイドを利用し、光エネルギーをその他の適当な発電場所に伝導させ、光電変換機が直接太陽にさらされるのを避けるとともに、光起電力チップの温度の上昇と光電変換効率の低下を防ぐことができる。
２、本発明は、光学ガイドを利用し、集光比と光収集効率を高め、高価な光起電力セルの使用比率を下げることができる。
【００２７】
上述の実施例は、本発明の実施例の詳細説明と図にすぎず、本発明の特許の範囲を限定するものではない。本発明で開示した趣旨に照らして行ったすべての変更および修正は本発明の範囲内に含まれており、下述する特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の集光式光起電力セル装置のブロック概略図である。
【図２】従来の集光式光起電力セル装置の立体分解図である。
【図３】本発明における光学ガイド付の集光式光起電力セル装置のブロック概略図である。
【図４】本発明における光学ガイド付の集光式光起電力セル装置の構造概略図である。
【図５】本発明光学ガイド付の集光式光起電力セル装置における光ファイバーの概略図である。
【図６】本発明光学ガイド付の集光式光起電力セル装置におけるレンズセットの構造概略図である。
【図７】本発明光学ガイド付の集光式光起電力セル装置における光学ガイド板の概略図である。
【図８】本発明光学ガイド付の集光式光起電力セル装置におけるレンズセットの、もうひとつの実施例の構造概略図である。
【図９】本発明光学ガイド付の集光式光起電力セル装置における、もう一つの実施例の概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  集光器
１１  集光レンズ
２０  光学ガイド
２１  光学媒介
２２  レンズセット
２３  分光体
２４  ガラス板
２５  反射鏡
２６  フィルタ
２７  光ファイバー
２７ａ  光ファイバー
２８  光学ガイド板
３０  光電変換機
３１  光起電力チップ
４０  光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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