(57)【要約】【課題】太陽光のうち直達光のみならず、散乱光をも集光して発電に利用することにより、コンパクトでありながら発電効率が極めて高い集光型太陽光発電装置を得る。【解決手段】集光型太陽光発電装置１０は、底面部１１ａ、及び太陽光を反射可能に構成された反射面部１１ｂを含む集光ミラー１１と、集光ミラーの底面部の中央に配置された第１の太陽電池セル１２と、第１の太陽電池セルの周囲に配置され、該第１の太陽電池セルよりも変換効率が低い第２の太陽電池セル１３と、第１の太陽電池セル及び第２の太陽電池セルに対向するように配置され、第１の太陽電池セルの配置位置を焦点とするレンズ１５とを備えている。集光ミラーの反射面部は、底面部に対して垂直方向の光を第１の太陽電池セルの配置位置を焦点として反射する形状に形成され、集光ミラーの内側には、屈折率が１．３以上の透明材料１４が充填されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面部、及び該底面部の周縁から上方に延びて且つ太陽光を反射可能に構成された反射面部を含む集光ミラーと、
前記集光ミラーの底面部の中央に配置された第１の太陽電池セルと、
前記集光ミラーの底面部における前記第１の太陽電池セルの周囲に配置され、該第１の太陽電池セルよりも変換効率が低い第２の太陽電池セルと、
前記第１の太陽電池セル及び第２の太陽電池セルに対向するように配置され、前記第１の太陽電池セルの配置位置を焦点とするレンズとを備え、
前記集光ミラーの反射面部は、前記底面部に対して垂直方向の光を前記第１の太陽電池セルの配置位置を焦点として反射する形状に形成され、
前記集光ミラーの内側には、屈折率が１．３以上の透明材料が充填されていることを特徴とする集光型太陽光発電装置。
【請求項２】
前記集光ミラーは、前記反射面部が放物面状に形成されたパラボラミラーであることを特徴とする請求項１に記載の集光型太陽光発電装置。
【請求項３】
前記レンズは、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の集光型太陽光発電装置。
【請求項４】
底面部、及び該底面部の周縁から上方に延びて且つ太陽光を反射可能に構成された反射面部を含む集光ミラーと、
前記集光ミラーの底面部の中央に配置された変換効率が高い第１の太陽電池セルと、
前記集光ミラーの底面部における前記第１の太陽電池セルの周囲に配置され、該第１の太陽電池セルよりも変換効率が低い第２の太陽電池セルとを備え、
前記集光ミラーの反射面部は、前記底面部に対して垂直方向の光を前記第１の太陽電池セルの配置位置を焦点として反射する形状に形成され、
前記集光ミラーの内側には、屈折率が１．３以上の透明材料が充填されており、
前記透明材料の上端面は、前記第１の太陽電池セルの配置位置を焦点とするレンズ形状であることを特徴とする集光型太陽光発電装置。
【請求項５】
前記集光ミラーは、前記反射面部が放物面状に形成されたパラボラミラーであることを特徴とする請求項４に記載の集光型太陽光発電装置。
【請求項６】
前記透明材料の上端面は、フレネルレンズ形状であることを特徴とする請求項４又は５に記載の集光型太陽光発電装置。
【請求項７】
前記透明材料の上部の側面は、前記集光ミラーから露出しており、
前記透明材料の上端面の径は、前記集光ミラーの開口面の径よりも小さく、
前記透明材料のうち、前記集光ミラーから露出する面は、前記第１の太陽電池セルの配置位置を焦点とするレンズ形状であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電装置。
【請求項８】
前記第１の太陽電池セルは、多接合型の太陽電池セルであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光型太陽光発電装置に関し、特に、太陽光の直達光のみならず、散乱光をも集光可能な構成の集光型太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、太陽光を利用して電力を発生させる太陽光発電装置が知られている。近年には、太陽光による発電量を向上するために、種々の太陽光発電装置の構成が提案されている。
【０００３】
特許文献１〜３には、太陽軌道を追尾するように太陽電池パネルを駆動させる追尾制御を行うことで、太陽光による発電量を向上させることを目的とした追尾装置付の太陽光発電装置が開示されている。
【０００４】
特許文献４〜６には、レンズやミラー等の集光器を用いて太陽光を太陽電池セルに集光することで、太陽電池セルによる発電量を向上させる集光型の太陽光発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３２４２１０号公報
【特許文献２】特開２０１２−６９６１０号公報
【特許文献３】特開２０１４−９５２８０号公報
【特許文献４】特開２０１３−１２６２６号公報
【特許文献５】特開２０１３−８０７６０号公報
【特許文献６】特開２０１４−１０２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３に開示されるような追尾装置を用いる場合、太陽光を受光するための太陽光パネルを太陽の方向に傾斜させることが可能であるが、受光量を大きくするためには受光部を大きくする必要がある。さらに、一般に追尾装置自体も大きいため、装置全体が大きくなってしまい、その結果、装置の設置スペースの確保が困難となる。
【０００７】
一方、特許文献４〜６に開示されるような集光型太陽光発電装置では、集光器を用いて太陽光を受光器に集光できるため、受光器の大きさを縮小できるので装置をコンパクトにすることができる。しかしながら、特許文献４〜６に開示されるような従来の集光型太陽光発電装置では、太陽光のうち太陽から直線的に到達する直達光のみを集光して発電のために用いており、太陽光のうち大気中の水蒸気等の分子や微粒子により散乱した後に地表に到達する散乱光は集光されず、発電のために用いられていない。
【０００８】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽光のうち直達光のみならず、散乱光をも集光して発電に利用することにより、装置のサイズはコンパクトでありながら発電効率が極めて高い集光型太陽光発電装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、集光型太陽光発電装置において、直達光を集光するためのレンズの他に、散乱光を集光するための集光ミラーを設け、さらに、該集光ミラーの内側に屈折率が１．３よりも高い透明材料を充填した。
【００１０】
具体的に、本発明に係る第１の集光型太陽光発電装置は、底面部、及び該底面部の周縁から上方に延びて且つ太陽光を反射可能に構成された反射面部を含む集光ミラーと、集光ミラーの底面部の中央に配置された第１の太陽電池セルと、集光ミラーの底面部における第１の太陽電池セルの周囲に配置され、該第１の太陽電池セルよりも変換効率が低い第２の太陽電池セルと、第１の太陽電池セル及び第２の太陽電池セルに対向するように配置され、第１の太陽電池セルの配置位置を焦点とするレンズとを備え、集光ミラーの反射面部は、底面部に対して垂直方向の光を前記第１の太陽電池セルの配置位置を焦点として反射する形状に形成され、集光ミラーの内側には、屈折率が１．３以上の透明材料が充填されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る第１の集光型太陽光発電装置によると、第１の太陽電池セル及び第２の太陽電池セルに対向するように配置されたレンズが、第１の太陽電池セルの配置位置を焦点とするように構成されているため、太陽光のうち太陽から直線的に到達する直達光を、より発電効率が高い第１の太陽電池セルに集光することができる。また、本発明に係る第１の集光型太陽光発電装置では、集光ミラーの内側に、大気の屈折率よりも大きい屈折率が１．３以上である透明材料が充填されているため、太陽光が当該透明材料に垂直でない入射角で入射した際に屈折する。その結果、太陽光を集光ミラーの底面部に対して垂直に近くなるように傾けることができる。従って、上記レンズにより集光できない太陽光、すなわち、太陽光のうち大気中の水蒸気等の分子や微粒子により散乱した後に地表に到達する散乱光を、集光ミラーの底面部に対してより垂直に近い方向に傾けることができる。さらに、集光ミラーの反射面部は、底面部と垂直方向の光を第１の太陽電池セルが配置された位置を焦点として反射するように構成されているため、底面部に対してより垂直に近い方向に傾けられた散乱光を第１の太陽電池セルまたはその周囲に設けられた第２の太陽電池セルに集光できる。なお、第２の太陽電池セルには、散乱光のみが集光されるため、第１の太陽電池セルよりも変換効率が低いセルを用いても、発電量の低下はわずかである一方でコストを低減することができる。以上の通り、本発明に係る第１の集光型太陽光発電装置によると、太陽光のうち直達光のみならず、散乱光をも集光できて発電に利用できるため、装置自体をコンパクトにできると共に、発電効率が極めて高くできる。
【００１２】
本発明に係る第１の集光型太陽光発電装置において、集光ミラーとしては、反射面部が放物面状に形成されたパラボラミラーを用いることができる。
【００１３】
パラボラミラーはその放物面の焦点に光を集めることができるため、集光ミラーとして好適である。
【００１４】
本発明に係る第１の集光型太陽光発電装置において、レンズは、フレネルレンズであることが好ましい。
【００１５】
フレネルレンズは光を一点に集光するのに好適であり、また、通常の凸レンズよりも薄いため、装置全体の大きさを小さくするのに有利である。
【００１６】
本発明に係る第２の集光型太陽光発電装置は、底面部、及び該底面部の周縁から上方に延びて且つ太陽光を反射可能に構成された反射面部を含む集光ミラーと、集光ミラーの底面部の中央に配置された変換効率が高い第１の太陽電池セルと、集光ミラーの底面部における第１の太陽電池セルの周囲に配置され、該第１の太陽電池セルよりも変換効率が低い第２の太陽電池セルとを備え、集光ミラーの反射面部は、底面部に対して垂直方向の光を第１の太陽電池セルの配置位置を焦点として反射する形状に形成され、集光ミラーの内側には、屈折率が１．３以上の透明材料が充填されており、透明材料の上端面は、第１の太陽電池セルの配置位置を焦点とするレンズ形状であることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る第２の集光型太陽光発電装置によると、上記第１の集光型太陽光発電装置と比較して、レンズを用いる代わりに、透明材料の上端部をレンズ形状としたこと以外は同一の構成を備えているため、第１の集光型太陽光発電装置と同様に、太陽光のうち直達光のみならず、散乱光をも集光できて発電に利用できるため、装置自体をコンパクトにできると共に、発電効率が極めて高くできる。さらに、第２の集光型太陽光発電装置では、上述の通り、透明材料の上端面を第１の太陽電池セルの配置位置を焦点とするレンズ形状にしているため、別途レンズを設ける必要がなく、部品点数を低減できて、装置全体の大きさを小さくすることができる。
【００１８】
本発明に係る第２の集光型太陽光発電装置において、集光ミラーとしては、反射面部が放物面状に形成されたパラボラミラーを用いることができる。
【００１９】
上述の通り、パラボラミラーはその放物面の焦点に光を集めることができるため、集光ミラーとして好適である。
【００２０】
本発明に係る第２の集光型太陽光発電装置において、透明材料の上端面は、フレネルレンズ形状であることが好ましい。
【００２１】
このようにすると、凸レンズ形状を構成するよりも、透明材料を薄くすることができて、装置全体の大きさを小さくするのに有利である。
【００２２】
本発明に係る第２の集光型太陽光発電装置において、透明材料の上部の側面は、集光ミラーから露出しており、透明材料の上端面の径は、集光ミラーの開口面の径よりも小さく、透明材料のうち、集光ミラーから露出する面は、第１の太陽電池セルの配置位置を焦点とするレンズ形状であることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、集光ミラーの高さが相対的に低くなり、透明材料の上端面の径は、集光ミラーの開口面の径よりも小さいため、装置のサイズをより小さくできる。また、集光ミラーの高さが相対的に低くなり、散乱光を反射する面が低減することとなるが、透明材料の上端面のみならず露出面もレンズ形状であるため、直達光を集光ミラーの中央に配置された第１の太陽電池セルに集光できるので、このような形状であっても発電量を高く維持できる。
【００２４】
また、本発明に係る第１及び第２の集光型太陽光発電装置において、変換効率が高い第１の太陽電池セルとして多接合型の太陽電池セルを用いることができる。
【００２５】
多接合型の太陽電池セルは、利用波長の異なる太陽電池を複数積み重ねて構成され、コストが大きくなるものの、太陽光のうちの紫外光から赤外光まで無駄なく利用できるため、太陽電池セルの発電効率を向上することができる。従って、直達光が集光される第１の太陽電池セルに多接合型の太陽電池セルを用いることで、発電量を極めて高くでき、散乱光が集光される第２の太陽電池には低価の太陽電池セルを用いることでコストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る集光型太陽光発電装置によると、太陽光のうち直達光のみならず、散乱光をも集光できて発電に利用できるため、装置自体をコンパクトにできると共に、発電効率が極めて高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る集光型太陽光発電装置の構成の概略を示す断面図であり、図中の実線の矢印は直達光を示し、破線の矢印は散乱光を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る集光型太陽光発電装置の構成の概略を示す平面図である。
【図３】図２の平面図からレンズを除いた構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る集光型太陽光発電装置の構成の概略を示す断面図であり、図中の実線の矢印は直達光を示し、破線の矢印は散乱光を示す。
【図５】本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る集光型太陽光発電装置の構成の概略を示す断面図であり、図中の実線の矢印は直達光を示し、破線の矢印は散乱光を示す。
【図６】本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る集光型太陽光発電装置の構成の概略を示す断面図であり、図中の実線の矢印は直達光を示し、破線の矢印は散乱光を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用方法或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２９】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る集光型太陽光発電装置について図１〜図３を参照しながら説明する。
【００３０】
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る集光型太陽光発電装置１０は、底面部１１ａと該底面部１１ａの周縁から湾曲して上方に延びる反射面部としての放物面部１１ｂとによって椀状に形成された集光ミラーとしてのパラボラミラー１１を備えている。パラボラミラー１１の底面部１１ｂ上において、その中央には第１の太陽電池セル１２が設けられており、その周囲を囲むように第２の太陽電池セル１３が設けられている。パラボラミラー１１の内側には、太陽光が透過可能な透明材料１４が充填されている。また、パラボラミラー１１の底面部１１ｂに対向し、該パラボラミラー１１の開口部分を覆うようにレンズ１５が配置されている。レンズ１５は、例えばねじ等の締結具によりレンズ１５の周縁部がパラボラミラー１１の周縁部とが締結されることにより、パラボラミラー１１に固定されるが、レンズ１５の固定方法はこれに限られない。なお、図示はしないが、従来の太陽光発電装置と同様に、第１の太陽電池セル１２及び第２の太陽電池セル１３は、それぞれ正極板及び負極板を有し、それらには金属ワイヤの一端が接続されている。また、該金属ワイヤの他端は、例えば蓄電装置等の外部装置に接続されており、第１の太陽電池セル１２及び第２の太陽電池セル１３が発電した電力を外部に取り出すことできるように構成されている。
【００３１】
レンズ１５は、パラボラミラー１１の底面部１１ａの中央に配置された第１の太陽電池セル１２に、太陽光のうちの直達光を案内して集光できる形状で形成されている。言い換えると、レンズ１５の焦点に第１の太陽電池セル１２が配置されている。レンズ１５としては、例えば凸レンズやフレネルレンズ等の光を集光できるレンズであれば特に限定されないが、本実施形態ではフレネルレンズを用いている。フレネルレンズは、所定の位置に光を集光することができ、また、通常の凸レンズよりも薄いため、装置全体の大きさを小さくするのに有利である。なお、レンズ１５の材料は、透光及び集光できれば特に限られず、例えばアクリル等の透明樹脂やガラス等を用いることができ、透明材料１４と同一の材料であってもよい。太陽光は、太陽から直線的に地表まで到達する直達光と、大気中の水蒸気等の分子や微粒子により散乱した後に地表に到達する散乱光とを含み、レンズ１５は、太陽光のうち直達光、特にレンズ表面にほぼ垂直に入射する光をパラボラミラー１１の底面部１１ａの中央に配置された第１の太陽電池セル１２に集光する。一方、散乱光は、上述の通り、散乱した後に地表に到達するため、直達光と異なり様々な角度でレンズ１５に入射し、レンズ１５は直達光を第１の太陽電池セル１２に集光するように形成されているため、散乱光については集光できない。
【００３２】
本実施形態に係る集光型太陽光発電装置１０において、パラボラミラー１１は、その全体が太陽光を高い反射率で反射できる材料で構成されていてもよいし、その表面に太陽光を反射できる材料がめっき又は蒸着されていてもよい。また、パラボラミラー１１の放物面部１１ｂのみがそのように太陽光を反射できるように構成されていてもよい。太陽光を反射できる材料としては、以下に限定されないが、例えば銀やアルミニウム等の光反射率が高い材料を用いることができる。
【００３３】
パラボラミラー１１の放物面部１１ｂの形状は、底面部１１ａに対して垂直な方向の光を第１の太陽電池セル１２が配置された位置（底面部１１ａの中央）を焦点として反射するように形成されており、すなわち、底面部１１ａと垂直な向きでパラボラミラーの内側に入射した太陽光は全て第１の太陽電池セルに集光される。
【００３４】
上述の通り、パラボラミラー１１の内側には透明材料１４が充填されており、当該透明材料１４は、光を透過でき、屈折率が１．３以上の材料が用いられる。屈折率が１．３以上の透明材料としては、例えば屈折率が約１．４であるポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂が好適に用いられるが、この他にも屈折率が１．３９のフッ化リチウムや屈折率が１．３８のフッ化マグネシウム等を用いることも可能である。このような透明材料１４がパラボラミラー１１の内側に充填されていると、上記レンズ１５では集光されない散乱光が透明材料１４に入射する際に、透明材料１４は大気中の屈折率よりも大きい１．３以上の屈折率を有しているため、屈折させることが可能となる。具体的に、散乱光をパラボラミラー１１の底面部１１ａに対してより垂直に近い方向に傾けることができる。
【００３５】
これについて具体的に説明する。異なる材料の境界に対する光の入射について、入射領域（入射前の領域）の屈折率をｎａとし、屈折領域（入射後の領域）の屈折率をｎｂとし、入射角をθａとし、屈折角をθｂとすると、スネルの法則からｎａＳｉｎθａ＝ｎｂＳｉｎθｂが成り立つ。そして、入射領域を屈折率が約１である大気とし、屈折領域の屈折領域を屈折率が約１．４であるＰＭＭＡとし、仮に光の入射角を９０°とした場合、上記式から屈折角は約４５°となる。なお、入射角を４５°とした場合の屈折角は約３０°となる。このように、パラボラミラー１１の内側に入射した散乱光は、底面部１１ａに対してより垂直に近い方向に屈折される。
【００３６】
上述の通り、パラボラミラー１１の放物面部１１ｂの形状は、底面部１１ａに対して垂直な方向の光を第１の太陽電池セル１２が配置された位置（底面部１１ａの中央）を焦点として反射するように形成されている。従って、上記のように透明材料１４によって屈折された散乱光は、パラボラミラー１１の放物面部１１ｂに反射されて、その多くが第１の太陽電池セル１２の近傍に集光される。すなわち、散乱光は第１の太陽電池セル１２の周囲に設けられた第２の太陽電池セル１３に集光されることとなる。
【００３７】
本実施形態に係る集光型太陽光発電装置１０において、第１の太陽電池セル１２は、太陽光の光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が第２の太陽電池セル１３よりも高いものが用いられる。第１の太陽電池セル１２は、特に変換効率が高い多接合型の太陽電池セルであることが好ましく、例えばアモルファスシリコンと薄膜多結晶シリコンとが積層されてなる多接合型太陽電池セルや、ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ接合型の太陽電池セル等を用いることができる。第２の太陽電池セル１３としては、第１の太陽電池セルと同様に多接合型の太陽電池セルを用いても構わないが、上述の通り、第２の太陽電池セル１３は太陽光の散乱光のみが集光されるため、変換効率が大きい太陽電池セルを用いても発電量の顕著な向上が期待できない。そこで、第２の太陽電池セル１３に、例えば単接合型太陽電池セルのような多接合型太陽電池セルよりも変換効率が低いが、低価であるセルを用いることにより装置の製造コストを低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、図１に示すように、第１の太陽電池セル１２と第２の太陽電池セル１３とは、同一平面状に載置しているが、第１の太陽電池セル１２を第２の太陽電池セル１３よりも高く配置してもよく、このようにすると、第１の太陽電池セル１２に光が優先的に照射されることとなり、発電効率の点で有利である。逆に、第２の太陽電池セル１３を第１の太陽電池セル１２よりも高く配置すると、第１の太陽電池セル１２に照射されるべき直達光が、入射角度によっては第２の太陽電池セル１３に照射されることとなり、発電効率の低減のおそれがあるため好ましくない。
【００３９】
なお、本実施形態では、レンズとして平面形状が円形の単一のレンズを用いたが、これに限られず、平面形状が例えば四角形や六角形といった多角形状になるように複数の片にカットされ、それらの片がアレイ状に配列されて構成されたレンズを用いてもよい。
【００４０】
以上に説明した本発明の第１の実施形態に係る集光型太陽発電装置の構成により、図１に示すように、太陽光の直達光（図１の実線矢印）を第１の太陽電池セルに集光でき、散乱光（図１の破線矢印）を第２の太陽電池セルに集光することができる。その結果、発電効率が極めて高くできると共にコストを低減でき、装置全体の大きさを小さくすることもできる。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る集光型太陽光発電装置について図４を参照しながら説明する。本実施形態において、第１の実施形態と同一の構成については詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳細に説明する。本実施形態に係る集光型太陽光発電装置は、独立した部材としてのレンズを備えていない点で第１の実施形態に係る集光型太陽光発電装置と異なる。
【００４２】
具体的には、図４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る集光型太陽発電装置２０ａは、第１の実施形態と同様に、底面部２１ａ及び放物面部２１ｂを含むパラボラミラー２１と、該底面部２１ａの中央に配置された第１の太陽電池セル２２と、その周囲に配置された第２の太陽電池セル２３と、パラボラミラー２１の内側に充填された透明材料２４とを備えている。しかしながら、本実施形態に係る集光型太陽発電装置２０ａは、独立した部材としてのレンズを備えておらず、その代わりに、透明材料２４の上端面２４ａがレンズ形状に形成されている。
【００４３】
本実施形態では、透明材料２４の上端面に、同心円状の切り込みが設けられてフレネルレンズ形状に加工されることによって、レンズ状部２４ａが形成されている。レンズ状部２４ａは、太陽光のうち直達光、特に底面部に対して垂直な方向に入射する光を、パラボラミラー２１の底面部２１ａの中央に配置された第１の太陽電池セル２２が設けられた位置に集光できるように形成されている。すなわち、レンズ状部２４ａは、焦点が第１の太陽電池セル２２の配置位置となるように形成されている。このようにすることで、独立した部材としてのレンズを設けなくとも、第１の実施形態と同様に、第１の太陽電池セル２２に直達光（図４の実線矢印）を集光できる。また、他の構成は第１の実施形態と同一であるため、散乱光（図４の破線矢印）を第２の太陽電池セルに集光することもできて、その結果、発電効率が極めて高くできると共にコストを低減でき、装置全体の大きさを小さくすることもできる。さらに、第２の実施形態では、上述の通り、別途レンズを設ける必要がないため、第１の実施形態よりも部品点数を低減できて、装置全体の大きさをより小さくすることができる。
【００４４】
（第２の実施形態の第１変形例）
第２の実施形態では、レンズ状部２４ａをフレネルレンズ形状にしたが、これに限られず、直達光をパラボラミラー２１の底面部２１ａの中央に配置された第１の太陽電池セル２２が設けられた位置が焦点位置となるように形成されていればよい。図５に第２の実施形態の第１変形例として、集光型太陽光発電装置２０ｂにおけるレンズ状部２４ｂを凸レンズ形状にした構成を示す。
【００４５】
このようにしても、図５に示すように、レンズ形状以外の構成は第２の実施形態と同一であるため、本変形例においても第２の実施形態と同様に、第１の太陽電池セル２２に直達光（図５の実線矢印）を集光できると共に、散乱光（図５の破線矢印）を第２の太陽電池セルに集光することもできて、その結果、発電効率が極めて高くできると共にコストを低減でき、装置全体の大きさを小さくすることもできる。
【００４６】
（第２の実施形態の第２変形例）
また、第２の実施形態では、透明材料２４の上端面をレンズ状部２４ａとしたが、さらに、図６に示すように、透明部材２４の上部における側面をパラボラミラー１１から露出させて、当該露出した側面をもレンズ状部２４ｄとしてもよい。
【００４７】
図６に示すように、第２の実施形態の第２変形例に係る集光型太陽光発電装置２０ｃは、第２の実施形態に係る集光型太陽光発電装置２０ａと比較して、パラボラミラー２１における放物面部２１ｂの高さが短く形成され、その内側に充填された透明材料２４の上部における側面が露出されている。そして、第２の実施形態と同様に、透明材料２４の上端面にフレネルレンズ形状のレンズ状部２４ｃが形成されており、これに加えて、上記露出した側面についても、その部分に太陽光の直達光が入射した場合に、当該直達光をパラボラミラー２１の中央に配置された第１の太陽電池セル２２に集光できるようなレンズ形状に形成されている。すなわち、レンズ状部２４ｃ、２４ｄは、焦点が第１の太陽電池セル２２の配置位置となるように形成されている。本変形例では、これらのレンズ状部２４ｃ、２４ｄをフレネルレンズ様形状に形成されている。
【００４８】
本変形例では、上記のような構成にすることにより、パラボラミラー２１の高さを低減したにもかかわらず、集光型太陽光発電装置２０ｃにおける直達光を集光できる表面積を維持できる。さらに、パラボラミラー２１の高さを低減したため、パラボラミラー２１の開口径を小さくできるので、集光型太陽光発電装置２０ｃ全体の大きさを小さくすることができる。従って、複数の集光型太陽光発電装置２０ｃを配列する際に設置面積の観点で有利となる。特に、後に詳説するが、太陽の向きに追尾させるための追尾装置を上記配列した複数の集光型太陽光発電装置２０ｃに取り付ける場合、追尾装置により集光型太陽光発電装置が傾けられた場合、パラボラミラー２１の高さが高いと隣の装置に接触することとなるため、所定の間隔を設ける必要がある。しかし、本変形例の場合、パラボラミラー２１の高さが低いため、装置間の間隔を小さくできて、設置面積の観点でより有利となる。
【００４９】
なお、以上の各実施形態及びその変形例に係る集光型太陽光発電装置において、図１〜図６では、それぞれ単一の集光型太陽光発電装置を示しているが、上述したとおり、これらを複数配列して使用することも当然に可能である。
【００５０】
以上の各実施形態及びその変形例では、集光ミラーとして、放物面部を有するパラボラミラーを用いたが、集光ミラーの反射面部が、底面部に対して垂直方向の光を第１の太陽電池セルの配置位置を焦点として反射する形状であれば、これに限られない。従って、集光ミラーの反射面部が、複数の直線で近似した曲線で構成された曲面であってもよいし、例えば集光ミラーの反射面部が複合放物面である複合放物面集光器（Compound parabolic concentrator：ＣＰＣ）であってもよい。
【００５１】
また、太陽光をより集光できて発電量を向上するために、太陽の方向に太陽電池セルを向けるための追尾装置を集光型太陽光発電装置に組み付けてもよい。追尾装置は、例えば従来の追尾装置を用いることができ、一軸追尾型又は二軸追尾型等が用いられるが、特に限定はされない。また、追尾装置は、複数の集光型太陽光発電装置のそれぞれに独立した追尾装置を取り付けてもよいし、複数の集光型太陽光発電装置を同時に追尾させることが可能な追尾システムと組み合わせてもよい。
【００５２】
以上のように、本発明に係る集光型太陽光発電装置によると、太陽光のうち直達光のみならず、散乱光をも集光できて発電に利用できるため、装置自体をコンパクトにできると共に、発電効率が極めて高くできる。
【実施例】
【００５３】
以下に、本発明に係る集光型太陽光発電装置を詳細に説明するための実施例を示す。本実施例では、上記第１の実施形態と同様の構成の集光型太陽光発電装置による太陽光の収率をシミュレーションによって測定した。
【００５４】
本シミュレーションでは、Ｓｙｎｏｐｓｙｓ社製の照明設計解析ソフトウェアであるＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（登録商標）を用いた。以下に本シミュレーションにおける解析条件について述べる。パラボラミラーの底面部の半径を８３．８３ｍｍとし、パラボラミラーの上端における開口面の半径を１２５ｍｍとし、パラボラミラーの底面部から開口面までの高さを３４５ｍｍと設定した。なお、３４５ｍｍの高さは、以下に説明する光源やレンズ条件を採用した場合の直達光の焦点位置が底面部になるように決定した。そして、パラボラミラーの放物面部の焦点が底面部の高さに存在するようにするために、放物面部の形状を以下のように設定した。すなわち、パラボラミラーの開口面の中心の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を（０，０，０）とし、パラボラミラーの底面部の中心の座標を（０，０，−３４５）としたとき、開口面の周縁のうち開口面の中心を基準として対称な２点である（１２５，０，０）及び（−１２５，０，０）と、底面部の周縁のうち底面部の中心を基準として対称な２点である（８３．８３，０，−３４５）及び（−８３．８３，０，−３４５）を通る放物線の式は、０．０７９８ｘ２−８．２８８６２ｘ−２１２．０４７＝０、及び０．０７９８ｘ２＋８．２８８６２ｘ−２１２．０４７＝０で表されるように設定した。この式は、上記パラボラミラーの底面部の周縁と開口面の周縁を通る放物線ａｘ２＋ｂｘ＋ｃ＝０について、ｂ、ｃをａの関数として設定し、ｆ＝（−ｂ２−４ａｃ＋１）／４ａの数式で表される焦点ｆを０に近似させたときのａを求めることによって導出した。
【００５５】
また、パラボラミラーの放物面部における光反射部（ミラー）は、反射率を１００％と設定した。
【００５６】
このパラボラミラーの上にはレンズを配置するように設定し、レンズとして、日本特殊光学樹脂株式会社のフレネルレンズ（ＣＦ２００−Ｂ）を採用した。該フレネルレンズは、焦点距離が２００ｍｍ、レンズピッチ（溝の間隔）が０．３ｍｍ、有効径が３５４ｍｍであり、サイズが２５０ｍｍ×２５０ｍｍで厚さが３ｍｍであり、材質はＰＭＭＡである。また、パラボラミラーの内部には、透明材料として上記レンズと同じ材料の屈折率が１．４９１であるＰＭＭＡを充填されているように設定した。
【００５７】
光源はフレネルレンズから３ｍｍの高さ位置に配置し、その形状は半径が１２５ｍｍのディスク型とし、光の条件としてパワーを１Ｗとし、光源角度を半角９０°とし、光の波長は５５０ｎｍのみとした。
【００５８】
以上の条件設定によって、上記光源からの散乱光のパラボラミラーの底面部における収率を測定した。その結果、散乱光の収率は８３．２７％であった。これに対する比較例として、透明材料としてのＰＭＭＡをパラボラミラー内に充填しない設定の場合は散乱光の収率が４１．１５％であった。また、透明材料としてのＰＭＭＡを充填したがパラボラミラーの放物面部が光を反射せずに光を吸収する設定の場合では散乱光の収率が２０．０２％であった。すなわち、パラボラミラーの放物面部が散乱光を反射して、底面部に集光できる構成とし、且つパラボラミラーの内側に屈折率が１．３以上の透明材料を充填することによって、散乱光をパラボラミラーの底面部に高効率で集光できることが示された。
【００５９】
また、直達光が底面部の中央に集光されることを確認するために、光源角度を半角０．２７°とし、受光面を底面部の中心から半径１０ｍｍの範囲として、他は上記と同じ条件にして該受光面の範囲における直達光の収率を測定した結果、収率は９９．３９％であった。
【００６０】
以上の結果から、パラボラミラー及びその内側に充填された透明材料を備えた本発明に係る集光型太陽光発電装置では、太陽光のうち直達光のみならず、散乱光を高効率で集光できるため、発電量を増大させるのに極めて有利であるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、太陽光のうち直達光のみならず、散乱光をも集光できるため、集光型の太陽光発電装置に有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  集光型太陽光発電装置
１１、２１  パラボラミラー（集光ミラー）
１１ａ、２１ａ  底面部
１１ｂ、２１ｂ  放物面部（反射面部）
１２、２２  第１の太陽電池セル
１３、２３  第２の太陽電池セル
１４、２４  透明材料
１５  レンズ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ  レンズ状部（透明材料の上端面）
２４ｄ  レンズ状部（透明材料の側面）
【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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