(57)【要約】 【課題】  安価な装置構成で太陽光を集光するとともに、太陽光発電素子の発電効率を上げることができる太陽光発電装置および太陽光発電方法を提供することを目的とする。【解決手段】  太陽光発電素子１１および傾斜面反射板１２から容器状に構成される集光部材に充填されている冷却媒体１５（例えば水、または水溶液）が太陽光発電素子１１を冷却するとともに、その冷却媒体１５が太陽光を入射しその内部で全反射することで太陽光発電素子１１に入射させることができる。これにより、太陽光発電装置１０自体を複雑にせず、またコストをかけずに、発電効率を高めることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電素子と、太陽光を前記太陽光発電素子に向けて反射可能に配置された反射部材と、が内面に形成された容器状の集光部材を備え、
前記集光部材は、前記太陽光発電素子を冷却するための、太陽光を透過可能な冷却媒体を充填可能に形成されていることを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
前記冷却媒体は、照射された太陽光を透過して前記太陽光発電素子に向けて屈折させるものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
前記冷却媒体は、照射された太陽光を透過して前記反射部材に向けて屈折させるものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
前記冷却媒体は、照射された太陽光を透過して前記反射部材に向けて屈折させ、前記反射部材において反射された太陽光を当該冷却媒体の上面内部に形成される内面で前記太陽光発電素子に向けて反射することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
前記冷却媒体は、水または水溶液であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽光発電装置。
【請求項６】
前記集光部材に充填されている水または水溶液を循環させる循環手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電装置。
【請求項７】
前記集光部材に充填されている水または水溶液の熱を吸収するヒートポンプ手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電装置。
【請求項８】
前記集光部材に充填されている水または水溶液のうち、上部に位置している水または水溶液の熱を吸収するように、集光部材内の上部に配置されている熱交換部材をさらに備え、前記ヒートポンプ手段は、前記熱交換部材を介して水または水溶液の熱を吸収することを特徴とする請求項７に記載の太陽光発電装置。
【請求項９】
太陽光発電素子と、太陽光を前記太陽光発電素子に向けて反射可能に配置された反射部材と、が内面に形成された容器状の集光部材を備える太陽光発電装置における太陽光発電方法において、
前記集光部材に前記太陽光発電素子を冷却するための太陽光を透過可能な冷却媒体を充填させることで前記太陽光発電素子を冷却するとともに、前記太陽光発電素子は発電を行うことを特徴とする太陽光発電方法。
【請求項１０】
太陽光発電素子と、太陽光を前記太陽光発電素子に向けて反射可能に配置された反射部材と、を内面に有する集光部材が複数並んで形成され、
前記集光部材は、前記太陽光発電素子を冷却するための、太陽光を透過可能な冷却媒体を充填可能に形成されていることを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項１１】
前記太陽光発電素子は、前記集光部材の内面において、横方向に複数並んで設けられているか、又は横方向に長く形成されていることを特徴とする１０に記載の太陽光発電装置。
【請求項１２】
複数の前記集光部材に充填されている前記冷却媒体を循環させる循環手段をさらに備えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の太陽光発電装置。
【請求項１３】
太陽光発電素子と、太陽光を前記太陽光発電素子に向けて反射可能に配置された反射部材と、を内面に有する集光部材が複数並んで形成された太陽光発電装置における太陽光発電方法において、
複数の前記集光部材のそれぞれに前記太陽光発電素子を冷却するための太陽光を透過可能な冷却媒体を充填させることで前記太陽光発電素子を冷却するとともに、前記太陽光発電素子は発電を行うことを特徴とする太陽光発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電素子を用いた太陽光発電装置および太陽光発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化問題やエネルギー枯渇問題が深刻化する中で、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーを利用した発電装置の重要性が再認識されている。太陽光発電の特徴としては、設置やメンテナンスが容易であることや、大規模でも小規模でも発電効率が変わらない等の利点があり、個人住宅での利用も可能となっている。一方、エネルギー密度が低く、設備コストが大きいという欠点もあり、単位発電量あたりのコストが大きくなってしまうことが普及の障害となっている。太陽光発電装置の設備コストの中で最も大きいものが、太陽光発電素子である。これは、太陽光発電素子の製造コストや原材料が大きいためである。
【０００３】
したがって、太陽光発電装置の設備コストは、太陽光発電素子の面積にほぼ比例して大きくなる。太陽光発電の単位発電量あたりのコストを下げるためには、同一面積の太陽光発電素子で発電量を増加させる必要がある。これに対する一つの手段として、太陽光を集光して太陽光発電素子に照射する方法がある。太陽光発電素子の出力電流は、集光倍率に比例して増加する。
【０００４】
このような集光型の太陽光発電装置として、特許文献１や特許文献２に記載のものがある。これらはパラボラ型の反射鏡を用いて太陽光を集光し、太陽光発電素子に照射するものである。しかしながら、いずれの特許文献も太陽光を集光するために反射鏡を太陽の向きに追尾する必要性があり、追尾のための制御装置が必要となる。特に小規模な太陽光発電装置になるほど、追尾制御装置のコストの割合が大きくなり、設備コストの低減効果が望めなくなる。
【０００５】
これに対して、追尾を必要としない据置型の集光型太陽光発電装置も提案されている。特許文献３では、屈折率の異なる２種類のプリズムを用いて、プリズム内の屈折、全反射を利用して太陽光を集光し、太陽電池に対して照射する。太陽光の入射角度がある範囲内であれば、多くの太陽光をプリズム内に集光できる。しかし、プリズム等の光学系を用いる点で設備コスト削減効果は低くなるが、追尾方と比較してコストは抑えられるものと考えられる。
【０００６】
一方、太陽光発電素子は温度が上昇するとエネルギー変換効率が低下するとい特徴があり、特許文献３に記載されている集光型太陽光発電装置においては、集光された太陽光線が照射されるため、通常の太陽光発電装置に比べて温度の上昇が顕著である。
【０００７】
このような太陽光発電素子の温度上昇によるエネルギー変換効率の低下を防ぐために、太陽光発電素子の熱を発電に利用することが特許文献４、特許文献５等で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−７４７７６号
【特許文献２】特開平２００４−２５９７８３号
【特許文献３】特開平１１−３４０４９３号
【特許文献４】特開平６−２６５２１８号
【特許文献５】特開平２００３−６９０７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の通り、特許文献１および２のとおりに、発電効率のために太陽を追尾する構成などを付加すると設備コストを低減することができず、また、特許文献３のとおりに、コスト削減、装置構成簡易化のためにプリズム等を用いることが考えられるが、やはりプリズムを用いる分だけコスト低減には限界がある。
【００１０】
一方で、太陽光発電素子の温度上昇による変換効率の低下を防ぐことが望まれるが、特許文献４および５に記載の技術は、熱電変換素子を用いて熱を電気に変換するものであるため、その構成を高価なものとし、設備コストの低減効果は望めなくなる。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、安価な装置構成で太陽光を集光するとともに、太陽光発電素子の発電効率を上げることができる太陽光発電装置および太陽光発電方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、本発明の太陽光発電装置は、太陽光発電素子と、太陽光を前記太陽光発電素子に向けて反射可能に配置された反射部材と、が内面に形成された容器状の集光部材を備え、前記集光部材は、前記太陽光発電素子を冷却するための、太陽光を透過可能な冷却媒体を充填可能に形成されている。
【００１３】
また、本発明の太陽光発電方法は、太陽光発電素子と、太陽光を前記太陽光発電素子に向けて反射可能に配置された反射部材と、が内面に形成された容器状の集光部材を備える太陽光発電装置における太陽光発電方法において、前記集光部材に前記太陽光発電素子を冷却するための太陽光を透過可能な冷却媒体を充填させることで前記太陽光発電素子を冷却するとともに、前記太陽光発電素子は発電を行うものである。
【００１４】
この発明によれば、集光部材に充填されている冷却媒体が太陽光発電素子を冷却するとともに、その冷却媒体が太陽光を入射しその内部で全反射することで太陽光発電素子に入射させることができる。これにより、装置構成を複雑にせず、またコストをかけずに、発電効率を高めることができる。
【００１５】
また、本発明の太陽光発電装置において、前記冷却媒体は、照射された太陽光を透過して前記太陽光発電素子に向けて屈折させるものであることが好ましい。
【００１６】
この発明によれば、冷却媒体により太陽光発電素子に向けて太陽光を入射させることができ、発電効率を高めることができる。
【００１７】
また、本発明の太陽光発電装置において、前記冷却媒体は、照射された太陽光を透過して前記反射部材に向けて屈折させるものであることが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、冷却媒体により反射部材に向けて太陽光を屈折させることで、反射部材はその太陽光を太陽光発電素子に反射させることができ、発電効率を高めることができる。
【００１９】
また、本発明の太陽光発電装置において、前記冷却媒体は、照射された太陽光を透過して前記反射部材に向けて屈折させ、前記反射部材において反射された太陽光を当該冷却媒体の上面内部に形成される内面で前記太陽光発電素子に向けて反射することが好ましい。
【００２０】
この発明によれば、冷却媒体の内部において太陽光を反射させて太陽光発電素子に入射させることができ、発電効率を高めることができる。
【００２１】
また、本発明の太陽光発電装置において、前記冷却媒体は、水または水溶液であることが好ましい。
【００２２】
この発明によれば、水または水溶液とすることで、太陽光発電素子を効率的に冷却することができるとともに、その内部での反射作用による発電効率を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の太陽光発電装置において、前記集光部材に充填されている水または水溶液を循環させる循環手段をさらに備えることが好ましい。
【００２４】
この発明によれば、集光部材内で水または水溶液を循環させることにより、太陽光発電素子に対する冷却を効率的に行うことができ、よって効率的な発電を行うことができる。
【００２５】
また、本発明の太陽光発電装置は、前記集光部材に充填されている水または水溶液の熱を吸収するヒートポンプ手段をさらに備えることが好ましい。
【００２６】
この発明によれば、集光部材内に充填されている水または水溶液の熱を吸収することにより、水または水溶液の温度を下げ、よって太陽光発電素子の冷却を効率的に行うことができ、発電効率を高めることができる。
【００２７】
また、本発明の太陽光発電装置において、前記ヒートポンプ手段は、前記集光部材に充填されている水または水溶液のうち、集光部材内の上部に配置されている熱交換部材をさらに備え、前記ヒートポンプ手段は、前記熱交換部材を介して水または水溶液の熱を吸収することが好ましい。
【００２８】
この発明によれば、集光部材に充填されている水または水溶液のうち相対的に温度の高い水または水溶液はその集光部材内の上部に遷移するものであることから、相対的に温度の高い水または水溶液の熱を吸収することにより、太陽光発電素子の冷却効率を高めることができ、よって発電効率を高めることができる。
【００２９】
また、本発明の太陽光発電装置は、太陽光発電素子と、太陽光を前記太陽光発電素子に向けて反射可能に配置された反射部材と、を内面に有する集光部材が複数並んで形成され、前記集光部材は、前記太陽光発電素子を冷却するための、太陽光を透過可能な冷却媒体を充填可能に形成されている。
【００３０】
また、本発明の太陽光発電方法は、太陽光発電素子と、太陽光を前記太陽光発電素子に向けて反射可能に配置された反射部材と、を内面に有する集光部材が複数並んで形成された太陽光発電装置における太陽光発電方法において、複数の前記集光部材のそれぞれに前記太陽光発電素子を冷却するための太陽光を透過可能な冷却媒体を充填させることで前記太陽光発電素子を冷却するとともに、前記太陽光発電素子は発電を行うものである。
【００３１】
この発明によれば、集光部材に充填されている冷却媒体が太陽光発電素子を冷却するとともに、その冷却媒体が太陽光を入射しその内部で全反射することで太陽光発電素子に入射させることができる。ここで、集光部材が複数並んで形成されることにより、各集光部材を薄くすることができ、各集光部材に充填される冷却媒体の厚みを低減できるため、太陽光が太陽光発電素子に到達する前に冷却媒体に吸収されるエネルギー量を低減できる。これにより、装置構成を複雑にせず、またコストをかけずに、発電効率を高めることができる。
【００３２】
また、本発明の太陽光発電装置において、太陽光発電素子は、集光部材の内面において、横方向に複数並んで設けられているか、又は横方向に長く形成されていることを特徴とすることが好ましい。
【００３３】
この発明によれば、太陽光発電素子は横方向に複数並んで設けられているか、又は横方向に長く形成されているため、各集光部材を薄くすることができる。よって、各集光部材に充填される冷却媒体の厚みを低減できるため、太陽光が太陽光発電素子に到達する前に冷却媒体に吸収されるエネルギー量を低減できる。これにより、発電効率を一層高めることができる。
【００３４】
また、本発明の太陽光発電装置において、複数の前記集光部材に充填されている前記冷却媒体を循環させる循環手段をさらに備えることが好ましい。
【００３５】
この発明によれば、複数並べられた集光部材に充填されている冷却媒体を循環手段によって循環させることにより、太陽光発電素子に対する冷却を効率的に行うことができ、発電効率をより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明は、装置構成を複雑にせず、またコストをかけずに、発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第1の実施形態の太陽光発電装置１０の概略構成図である。
【図２】本実施形態の太陽光発電装置１０の集光原理を示す概念図である。
【図３】光屈折材１５内において太陽光線が全反射可能とする太陽の高度（入射角）を説明する概念図である。
【図４】第２の実施形態の太陽光発電装置１０ａの概略構成図である。
【図５】太陽光発電装置１０ａにおいて全反射するときの角度について説明するための模式図である。
【図６】第３の実施形態の太陽光発電装置１０ｂの概略構成を示すブロック図である。
【図７】第４の実施形態の太陽光発電装置１０ｃの概略構成図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３９】
図１は、第１の実施形態の太陽光発電装置１０の概略構成図である。この太陽光発電装置１０は、太陽光発電素子１１、傾斜面反射板１２、側面反射板１３、１４および光屈折材１５を含んで構成されている。これら太陽光発電素子１１、傾斜面反射板１２（反射部材）、および側面反射板１３、１４は容器状に形成されることによって集光部材を構成する。すなわち、底面側として、平板状の太陽光発電素子１１および平板状の傾斜面反射板１２がそれぞれの端辺で所定の角度をもって結合され、逆「へ」の字状となるようにその断面（または側面）が構成される。そして、断面を逆「へ」の字状に形成された両方の側面部分に、三角形状の側面反射板が結合されることにより、容器状の集光部材が構成される。図１の例では、三角柱形状で構成されているがこれに限るものではなく、太陽光発電素子１１と傾斜面反射板１２とが所定の角度をもって結合され、傾斜面反射板１２において太陽光を太陽光発電素子１１に向けて反射可能な構成であればよい。
【００４０】
そして、この容器状の集光部材は、光屈折材１５（例えば、水または水溶液などの冷却媒体）を充填可能に構成される。この光屈折材１５は、熱伝導性のよいものであれば冷却材として利用できる。すなわち光屈折材が水の場合、水は空気より２６倍程度熱伝導性がよいため、冷却材として機能することができる。さらに、光屈折材１５を水または水溶液とすることで、暖められた水を温水として有効利用することにより、太陽エネルギーをほぼ１００％利用できることになる。
【００４１】
太陽光発電素子１１は、照射された太陽光を電気エネルギーに変換する素子であり、例えば、太陽電池モジュールなどである。
【００４２】
傾斜面反射板１２は、照射された太陽光を太陽光発電素子１１、光屈折材１５の上面側方向、または側面反射板１３、１４に向けて反射するための部材である。この傾斜面反射板１２は、平板状の太陽光発電素子１１に対して所定の角度をもった傾斜面である。また、側面反射板１３、１４は、照射された太陽光を太陽光発電素子１１、光屈折材１５の上面側方向、または傾斜面反射板１２に向けて反射するための部材である。
【００４３】
つぎに、このように構成された太陽光発電装置１０の集光原理について説明する。図２は、本実施形態の太陽光発電装置１０の集光原理を示す概念図である。
【００４４】
太陽光線ａは、入射経路ａ−１で光屈折材１５に所定の入射角をもって入射され、光屈折材１５の上面を透過して、その内部に入射される。光屈折材１５の上面を透過の際、光屈折材１５は、その屈折作用により入射経路ａ−２に太陽光線ａを屈折させる。そして屈折された太陽光線ａは、太陽光発電素子１１に入射される。
【００４５】
一方、太陽光線ｂは、入射経路ｂ−１を通って光屈折材１５に入射され、光屈折材１５の上面を透過して、その内部に入射される。光屈折材１５上面透過の際、光屈折材１５は、その屈折作用により入射経路ｂ−２に太陽光線ｂを屈折させる。そして、屈折された太陽光線ｂは、傾斜面反射板１２に反射され、入射経路ｂ−３に光屈折材１５を形成する上面内側（内面側）で全反射される。光屈折材１５の上面内側において反射された太陽光線ｂは、入射経路ｂ−４に反射され、太陽光発電素子１１に入射される。
【００４６】
以上の原理により、光屈折材１５の内部で太陽光線が屈折または反射され太陽光発電素子１１に入射される。よって、効率的に太陽光発電素子１１は太陽光を集光することができる。
【００４７】
つぎに、太陽光発電装置１０が太陽光を光屈折材１５に集光できる条件について説明する。図３は、光屈折材１５内において太陽光線が全反射可能とする太陽の高度（入射角）を説明する概念図である。
【００４８】
一般に、太陽光線が光屈折材１５の上面を透過、すなわち光屈折材１５の中に入射される必要があり、この透過率は光屈折材１５の材料や入射角に依存する。光屈折材１５が水の場合、入射角α２が６０度以下であれば、ほとんどの太陽光線が透過する。
【００４９】
つぎに、光屈折材１５中に入射した太陽光線が、傾斜面反射板１２で反射し、光屈折材１５の上部側の内面で全反射する必要がある。この全反射の条件は、傾斜面反射板１２の傾斜角度βと光屈折材１５の屈折率とに依存する。
【００５０】
光屈折材１５が水の場合は、入射角α１が４８度以上で太陽光線は光屈折材１５内で全反射する。つまり、太陽の高度θが低いほど光屈折材１５中で全反射しやすくなる。
【００５１】
したがって、太陽光線を光屈折材１５中に集光できる条件である太陽高度θは、太陽光が透過しやすい条件を示す入射角α２≦６０度、太陽光が水中で全反射する条件を示す入射角α１≧４８度を満たす高度である。そしてこの条件を満たす太陽高度θの範囲をなるべく大きくするように傾斜面反射板１２の傾斜角βを選定して設置することが好適である。一方、横方向の太陽光線の角度に関しては、側面反射板１３、１４があるため、側面反射板１３、１４で反射させて集光することが可能である。
【００５２】
以上説明したとおり、太陽光線を効率的に集光することができる傾斜面反射板の角度βを１２度にした場合の太陽光発電装置１０ａの概略構成について説明する。図４は、効率的に太陽光線を集光することができるように構成された第２の実施形態の太陽光発電装置１０ａの概略構成図である。
【００５３】
この太陽光発電装置１０ａは、傾斜面反射板１２としてメタルミラー２２を採用している。また、太陽光発電素子１１として太陽電池モジュール２１を採用している。これら太陽電池モジュール２１、メタルミラー２２および図示していない側面反射板１３、１４（図１参照）を用いて容器状の集光部材が形成されている。そして、太陽光発電装置１０ａにおいて、メタルミラー２２（傾斜面反射板１２）と太陽電池モジュール２１（太陽光発電素子１１）とから構成される集光部材の下部に給水口２５を、集光部材の上部に排水口２６を、形成している。これら給水口２５および排水口２６は循環手段として機能する。この集光部材において、排水口２６の位置は集光部材の他の部分より高くなるように全体的に傾いて配置されている。すなわち、充填される水または水溶液のうち上部に充填されている水または水溶液を排水可能に形成されている。
【００５４】
給水口２５は、所定のタイミングで水または水溶液の供給を外部から受け入れ、排水口２６は、集光部材に充填され、太陽光により暖められた水または水溶液を所定時間後に排水するように構成されている。また、透明アクリル板２４が、太陽電池モジュール２１およびメタルミラー２２から構成される集光部材の上面の蓋部として機能するように配置されている。すなわち、太陽電池モジュール２１、メタルミラー２２、側面反射板１３、１４（図１参照）を構成している集光部材にさらに透明アクリル板２４で密封することにより、集光部材全体に水または水溶液を隙間なく満たすことができ、太陽光の反射効率をさらに高めることができる。
【００５５】
そして、このように構成された太陽光発電装置１０ａにおいて、太陽電池モジュール２１が、水平面Ｈに対して２５度の傾斜で保持されている。また、メタルミラー２２は、その反射面を太陽電池モジュール２１に対して反射可能な角度として、水平面に対して１２度の角度をもって保持されている。また、透明アクリル板２４は、メタルミラー２２と所定の角度（２４度）をもって形成するように配置されるとともに、水平面に対して１２度の傾斜を形成するように保持されている。
【００５６】
このように構成された太陽光発電装置１０ａにおいては、図５から明らかな通り太陽高度が７８度以下であれば、メタルミラー２２（傾斜面反射板１２）で反射された太陽光は水面で全反射する。すなわち、メタルミラー２２が水平面Ｈに対して１２度、また透明アクリル板２４が水平面Ｈに対して１２度で形成された場合において、太陽高度が７８度である場合に、その太陽光線ｄの入射角α２は６０度以下であるため、太陽光は水中に透過され、メタルミラー２２においてその鉛直軸方向に対する角度３６度で反射される。そして、メタルミラー２２において反射された太陽光は、水面内側に対して入射角α１＝４８度で入射され、反射条件を満たすことになるため、太陽電池モジュール２１に入射されることになる。
【００５７】
東京における太陽高度は年間を通じて最大７７度程度であるため、７８度まで集光できれば十分である。よって、上述の条件を満たすように太陽光発電装置１０ａを構築することにより、効率的に太陽光を集光することができ、よって発電効率を向上させることができる。なお、太陽光を水中に透過しやすい入射角は６０度以下であることから、太陽の最低高度は１８度（太陽光線ｅで示す水平面Ｈとの角度）となる。
【００５８】
つぎに、第３の実施形態の太陽光発電装置１０ｂについて説明する。図６は、太陽光発電装置１０ｂの概略構成を示すブロック図である。図６に示すとおり、この実施形態の太陽光発電装置１０ｂは、太陽電池モジュール２１、メタルミラー２２、水２３、および透明アクリル板２４、熱交換パイプ２７（熱交換部材）および水熱源ヒートポンプ装置２８（ヒートポンプ手段）を含んで構成されている。なお、この太陽光発電装置１０ｂも、太陽光発電装置１０ａと同様に、太陽電池モジュール２１は水平面に対して２５度の傾斜をもって配置され、メタルミラー２２は太陽電池モジュール２１に向けて反射可能に、水平面に対して１２度の傾斜面をもって配置されている。また、透明アクリル板２４は水平面に対して１２度の傾斜をもって形成されるとともに、メタルミラー２２との間で２４度の角度を形成するように配置されている。そして、太陽電池モジュール２１、メタルミラー２２および側面反射板（図示せず）から構成される集光部材は、熱交換パイプが配置されている部分、すなわち、太陽電池モジュール２１側の上方部分が高くなるように、傾いて形成されている。
【００５９】
この太陽光発電装置１０ｂにおいて、太陽電池モジュール２１およびメタルミラー２２から構成される集光部材の上方に熱交換器として機能する熱交換パイプ２７が設置されている。この熱交換パイプ２７まで水位を上げられるような容器構造とする。これは温度の高い温水は上方に移動し、温度の低い冷水が下方に移動するため、太陽光発電モジュールの熱を吸熱した温水が熱交換パイプ２７に到達し、熱交換パイプで冷却された冷水が再び下降してきやすいようにするためである。そして、水熱源型のヒートポンプ装置２８は熱交換パイプ２７で回収した熱を給湯や暖房等に利用することができる。これにより、太陽エネルギーを最大限に有効利用できる。ヒートポンプ装置２８は、太陽光発電モジュール２１の出力電力で稼動させることが好ましい。これは、水２３が温水となる時、太陽光発電モジュール２１の冷却が必要になる時は、必ず太陽光発電モジュールが発電中であるため、電熱の需給タイミングが一致しているためである。
【００６０】
つぎに、第４の実施形態の太陽光発電装置１０ｃについて説明する。図７は太陽光発電装置１０ｃの概略構成図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。図７に示すとおり、太陽光発電装置１０ｃは、太陽電池モジュール２１と、太陽光を太陽電池モジュール２１に向けて反射可能に配置されたメタルミラー２２と、を内面に有する集光部材が、奥行方向、すなわち図７においては集光部材の長手方向に対して垂直方向に、複数並んで形成されている（図７では３段）。これら複数の集光部材は、太陽電池モジュール２１を冷却するための、太陽光を通過可能な冷却媒体としての水２３を充填可能に形成されており、その上面は透明アクリル板２４により覆われている。また、各集光部材の内面において、太陽電池モジュール２１は、横方向、すなわち図７においては集光部材の長手方向に複数並んで、取付板３０上に配置されている（図７では６枚）。なお、この太陽電池モジュール２１は、横方向に長く形成された１枚のものであってもよい。また、太陽電池モジュール２１は、水２３と接触しないようにラミネート加工されている。
【００６１】
このように、第４の実施形態の太陽光発電装置１０ｃは、第１〜第３の実施形態の太陽光発電装置１０〜１０ｂと比較して、太陽電池モジュール２１が細分化され、小型化されている点で異なっている。すなわち、図７に示す太陽電池モジュール２１は、図１に示した太陽光発電素子１１に比べ、高さが約３分の１と小さくされ、１枚あたりの面積が小さくされており、その分、枚数が多く設けられている。よって、この第４の実施形態の太陽光発電装置１０ｃは、細分化された太陽電池モジュール２１を複数用いるものの、その総面積と同じ面積を有する大きな一枚の太陽電池モジュールを用いたものと比較すると、高さ方向に小型化、すなわち薄く形成することができる。
【００６２】
さらに、太陽光発電装置１０ｃは、複数の集光部材の両側において、一方に給水口２５および給水用水路２９ａを、他方に排水用水路２９ｂおよび排水口２６を備えている。これら給水口２５、給水用水路２９ａ、排水用水路２９ｂ、および排水口２６は、各集光部材に充填されている水２３を循環させるための循環手段として機能する。また、集光部材の両端面には、集光部材の内部と給水用水路２９ａおよび排水用水路２９ｂとを連通させる連通孔が形成されている。これにより、給水口２５から供給される水２３は、給水用水路２９ａを経て各集光部材の内部に流入し、各集光部材の内部を横方向（長手方向）に流れて排水用水路２９ｂを経て排水口２６から排出される。図７では、理解を容易にするために水２３の流れを矢印で示している。なお、循環手段における水２３等の流路は、水路に限られず、例えば配管等であってもよい。
【００６３】
また、図８に示すように、太陽電池モジュール２１とメタルミラー２２とのなす角は、直角とされている。なお、図８においては太陽光発電装置１０ｃを水平に図示しているが、太陽光発電装置１０ｃでは、設置される地域における太陽高度等に応じて、第２の実施形態に示したように水平面に対する角度を適宜設定すればよい。
【００６４】
つぎに、本実施形態の太陽光発電装置１０〜１０ｃの作用効果について説明する。本実施形態の太陽光発電装置１０〜１０ｃにおいては、太陽光発電素子１１および傾斜面反射板１２から容器状に構成される集光部材に充填されている冷却媒体１５（例えば水、または水溶液）が太陽光発電素子１１を冷却するとともに、その冷却媒体１５が太陽光を入射しその内部で全反射することで太陽光発電素子１１に入射させることができる。これにより、太陽光発電装置１０〜１０ｃ自体を複雑にせず、またコストをかけずに、発電効率を高めることができる。
【００６５】
また、本実施形態の太陽光発電装置１０〜１０ｃにおいて、冷却媒体１５は、照射された太陽光を透過して太陽光発電素子１１に向けて屈折させるものであり、これにより発電効率を高めることができる。
【００６６】
また、本実施形態の太陽光発電装置１０〜１０ｃにおいて、冷却媒体１５は、照射された太陽光を透過して傾斜面反射板射１２に向けて屈折させ、傾斜面反射板１２はその太陽光を太陽光発電素子１１に反射させることができ、発電効率を高めることができる。
【００６７】
また、本実施形態の太陽光発電装置１０〜１０ｃにおいて、冷却媒体１５は、照射された太陽光を透過して傾斜面反射板１２に向けて屈折させ、傾斜面反射板１２において反射された太陽光を当該冷却媒体１５の上面内側に形成される内面で太陽光発電素子１１に向けて反射することができ、発電効率を高めることができる。
【００６８】
また、第２の実施形態の太陽光発電装置１０ａは、太陽電池モジュール２１およびメタルミラー２２から構成されている集光部材に充填されている水または水溶液を循環させることができるように給水口２５および排水口２６を用いて冷却媒体１５（水または水溶液）を循環させるようにすることができる。
【００６９】
この発明によれば、集光部材内で水または水溶液を循環させることにより、太陽電池モジュール２１（太陽光発電素子１１）に対する冷却を効率的に行うことができ、よって効率的な発電を行うことができる。
【００７０】
また、第３の実施形態の太陽光発電装置１０ｂは、集光部材に充填されている水または水溶液の熱を吸収する熱交換パイプ２７および水熱源ヒートポンプ装置２８を備え、集光部材内に充填されている水または水溶液の熱を吸収することにより、水または水溶液の温度を下げ、よって太陽電池モジュール２１（太陽光発電素子１１）の冷却を効率的に行うことができ、発電効率を高めることができる。
【００７１】
また、前記集光部材に充填されている水または水溶液のうち、集光部材の上部に充填されている水または水溶液の熱を吸収可能にするように熱交換パイプ２７を集光部材の上部側に配置することにより、熱をもった水または水溶液の熱を効率的に吸収することができる。すなわち、集光部材に充填されている水または水溶液のうち相対的に温度の高い水または水溶液はその集光部材の上部のほうに遷移するものであることから、相対的に温度の高い水または水溶液の熱を吸収することにより、太陽光発電素子の冷却効率を高めることができ、よって発電効率を高めることができる。
【００７２】
また、第４の実施形態の太陽光発電装置１０ｃは、太陽電池モジュール２１およびメタルミラー２２から構成されている集光部材が複数並んで形成されることにより、各集光部材を薄くすることができ、各集光部材に充填される水または水溶液の厚みを低減できるため、太陽光が太陽電池モジュール２１に到達する前に水または水溶液に吸収されるエネルギー量を低減できる。これにより、装置構成を複雑にせず、またコストをかけずに、発電効率を高めることができる。
【００７３】
また、太陽電池モジュール２１は横方向に複数並んで設けられているか、又は横方向に長く形成されているため、各集光部材を薄くすることができる。よって、各集光部材に充填される水または水溶液の厚みを低減できるため、太陽光が太陽電池モジュール２１に到達する前に水または水溶液に吸収されるエネルギー量を低減できる。これにより、発電効率を一層高めることができる。
【００７４】
また、複数並べられた集光部材に充填されている水または水溶液を、循環手段によって循環させることにより、太陽電池モジュール２１に対する冷却を効率的に行うことができ、発電効率をより一層高めることができる。
【００７５】
また、循環手段によって循環した水２３は、太陽電池モジュール２１の熱を吸収し、温水となり、この温水の熱エネルギーを給湯や暖房等に利用することができる。これにより、太陽エネルギーを最大限に有効利用でき、太陽エネルギーの利用効率が向上する。
【００７６】
また、各集光部材を薄くできるため、太陽光発電装置を薄く構成でき、少ない水量で集光できると共に太陽電池モジュール２１の冷却ができ、太陽電池モジュール２１の単位面積あたりの発電効率が向上する。
【００７７】
さらにまた、太陽光発電装置１０ｃのように太陽電池モジュール２１とメタルミラー２２とのなす角を直角とすることにより、集光できる太陽光の量を最大にできる。太陽光発電装置１０〜１０ｂにおいても、太陽光発電素子１１（太陽電池モジュール２１）と傾斜面反射板１２（メタルミラー２２）とのなす角を直角とすることが、より好ましい。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第４の実施形態において、集光部材は、図７に示すように横方向に長手方向を有する必要は無く、また太陽電池モジュール２１は、複数配置されているものに限らない。
【符号の説明】
【００７９】
１０…太陽光発電装置、１０ａ…太陽光発電装置、１０ｂ…太陽光発電装置、１０ｃ…太陽光発電装置、１１…太陽光発電素子、１２…傾斜面反射板、１３…側面反射板、１４…側面反射板、１５…光屈折材、２１…太陽電池モジュール、２２…メタルミラー、２３…水、２４…透明アクリル板、２５…給水口、２６…排水口、２７…熱交換パイプ、２８…水熱源ヒートポンプ装置。
【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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