(57)【要約】【課題】小型・軽量化および低コスト化を実現可能な集光型太陽電池を得ること。【解決手段】第１の偏向手段と、第１の偏向手段と略平行に且つ離間して配置された第１の反射板と、第１の偏向手段と第１の反射板との間においてこれらのそれぞれと略平行に離間して配置された中央部と、第１の偏向手段の外周端面に当接して第１の偏向手段と反対方向に延在する延在部と、を有する第２の偏向手段と、第１の反射板の面内方向において第１の反射板に隣接する位置に配置された太陽電池セルと、を備え、第１の偏向手段が入射した太陽光を散乱させて出射し、第２の偏向手段が第１の偏向手段で散乱された太陽光を偏向して太陽電池セル側に出射し、第１の反射板が第２の偏向手段を透過して該第１の反射板に到達した太陽光を反射して第２の偏向手段に再度入射させることにより、第２の偏向手段から出射された太陽光を太陽電池セルの受光面に集光する。【選択図】図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平板状を有する第１の偏向手段と、
前記第１の偏向手段と略平行に且つ離間して配置された第１の反射板と、
前記第１の偏向手段と前記第１の反射板との間において前記第１の偏向手段および前記第１の反射板のそれぞれと略平行に離間して配置された中央部と、前記第１の偏向手段の外周端面に当接して前記第１の偏向手段と反対方向に延在する延在部と、を有する第２の偏向手段と、
を備える集光部と、
前記第１の反射板の面内方向において前記第１の反射板に隣接する位置に配置された太陽電池セルと、
を備え、
前記第１の偏向手段が、入射した太陽光を散乱させて出射し、前記第２の偏向手段が、前記第１の偏向手段で散乱された前記太陽光を偏向して前記太陽電池セル側に出射し、前記第１の反射板が、前記第２の偏向手段を透過して該第１の反射板に到達した前記太陽光を反射して前記第２の偏向手段に再度入射させることにより、前記第２の偏向手段から出射された前記太陽光を前記太陽電池セルの受光面に集光すること、
を特徴とする集光型太陽電池。
【請求項２】
第２の偏向手段の中央部は、前記第１の偏向手段側の主面が略台形状の第１の凸部を有する凹凸形状とされ、前記第１の凸部よりも小さい略台形状の第２の凸部を前記第１の凸部の上辺に有すること、
を特徴とする請求項１に記載の集光型太陽電池。
【請求項３】
２つの前記太陽電池セルが、前記第１の反射板の外周端部に隣接するとともに前記第１の反射板を挟んで相対する位置にそれぞれ配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の集光型太陽電池。
【請求項４】
前記延在部における前記中央部と反対側の端面に第２の反射板が接触配置され、該端面に到達した前記太陽光を反射すること、
を特徴とする請求項１に記載の集光型太陽電池。
【請求項５】
前記中央部と前記延在部とが前記第１の反射板の面内における１方向において交互に配置されるとともに前記第２の偏向手段が一体成形され、前記太陽電池セルが前記延在部の前記第１の反射板側の面に当接して設けられていること、
を特徴とする請求項１に記載の集光型太陽電池。
【請求項６】
前記太陽電池セルが、前記延在部における前記中央部と反対側の端面に前記受光面を当接して配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の集光型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光機能を備えた集光型太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、一般に集光型太陽電池といえば、化合物系の材料を用いた光電変換素子に対して大掛かりな太陽追尾機能装置を設け、１００倍以上の集光を行って高い変換効率を得る方式が主流となっている。このようなコンセプトで考案されているものとして、レンズを使用しない方法として楔形の透明体を用いた太陽電池用集光装置がある（たとえば、特許文献１参照）。また、小型・軽量化を図るために、集光用のレンズと組み合わせて、線状に光電変換素子を形成することが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−２７５８５９号公報
【特許文献２】特開２００８−８３６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された太陽電池用集光装置は構造がシンプルであるが、軽量化を図るためには光電変換素子を幅数ｍｍ程度まで小さくしたストライプ状の物として扱わねばならず、また直角三角形上のプリズムを用いるため斜めに傾けて配置しなければならないため、設置作業上の難しさがある。
【０００５】
また、特許文献２に記載された太陽電池モジュールでは、レンズと組み合わせてストライプ状に光電変換素子を形成することで、光電変換素子の面積を減らして低コスト化を図ることができる。しかし、軽量化を図るためには光電変換素子を幅数ｍｍ程度まで小さくしたストライプ状の物として扱わねばならず、作業上の難しさがある。また、軽量化を図るためにレンズの高さを小さくすると、光電変換素子のストライプの幅が狭くなり、レンズとストライプ状の光電変換素子との位置合わせや設置作業上の難しさがある。
【０００６】
すなわち、特許文献１や特許文献２に記載された従来の技術においては、太陽電池用集光装置を軽量化させるためには光電変換素子を幅数ｍｍ程度まで小さくしたストライプ状の物として扱わねばならず、また斜めに傾けて配置する等の工夫が必要であり、組み立て作業や設置作業が難しい、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型・軽量化および低コスト化を実現可能な集光型太陽電池を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる集光型太陽電池は、略平板状を有する第１の偏向手段と、前記第１の偏向手段と略平行に且つ離間して配置された第１の反射板と、前記第１の偏向手段と前記第１の反射板との間において前記第１の偏向手段および前記第１の反射板のそれぞれと略平行に離間して配置された中央部と、前記第１の偏向手段の外周端面に当接して前記第１の偏向手段と反対方向に延在する延在部と、を有する第２の偏向手段と、を備える集光部と、前記第１の反射板の面内方向において前記第１の反射板に隣接する位置に配置された太陽電池セルと、を備え、前記第１の偏向手段が、入射した太陽光を散乱させて出射し、前記第２の偏向手段が、前記第１の偏向手段で散乱された前記太陽光を偏向して前記太陽電池セル側に出射し、前記第１の反射板が、前記第２の偏向手段を透過して該第１の反射板に到達した前記太陽光を反射して前記第２の偏向手段に再度入射させることにより、前記第２の偏向手段から出射された前記太陽光を前記太陽電池セルの受光面に集光すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コンパクト且つ組み立てが容易な構成により高い集光効率および高い変換効率を実現しつつ、小型・軽量化および低コスト化が図られた集光型太陽電池が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる集光型太陽電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる集光型太陽電池を上面（太陽光の入射側の面）から見た上面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる集光型太陽電池の集光動作を説明するための断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２にかかる集光型太陽電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３にかかる集光型太陽電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる集光型太陽電池の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１２】
実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる集光型太陽電池の概略構成を模式的に示す断面図である。図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる集光型太陽電池を上面（太陽光５ａの入射側の面）から見た上面図である。図１−１および図１−２に示すように、実施の形態１にかかる集光型太陽電池は、略平板状を有する第１の偏向手段であるプリズムシート１の下側（太陽光５ａの入射面１ａ側と反対側）に略平板状を有する第２の偏向手段である導光体２が配置され、さらに導光体２の下側に略平板状を有する反射板３ａが配置されている。導光体２の面内方向における両端部（集光型太陽電池の幅方向（Ｘ方向）における両端部）には、光電変換素子が集積された太陽電池セル４ａ、４ｂ（以下、太陽電池セル４と総称する場合がある）が受光面を上側にした状態で密着して配置されている。
【００１３】
プリズムシート１は、透明体からなり、入射面から入射した太陽光５ａを散乱させて入射面１ａに対して反対側の面から出射させて導光体２に入射させる。図１−１においては、プリズムシート１は下側の面（太陽光５ａの入射面１ａ側と反対側の面）にプリズムを配置しているが、入射面１ａ側にプリズムを配置させてもよい。また、図１−１においては、プリズムシート１のプリズムの頂角を６０°程度としているが、５０°〜７０°の範囲でも太陽光５ａの散乱には有効である。
【００１４】
導光体２は、透明体からなり、プリズムシート１と略平行に且つプリズムシート１と所定の距離だけ離間してプリズムシート１からの太陽光の出射側に配置される。導光体２の中央部は、略台形状の２つの第１の凸部２ａ、２ｂが形成された第１の凹凸形状とされている。また、第１の凸部２ａの上辺は、第１の凸部２ａよりも小さい略台形状の第２の凸部（微細プリズム列）６ａ、６ｂが形成された第２の凹凸形状とされている。第１の凹凸形状において、２つの第１の凸部２ａの間の領域および２つの第１の凸部２ａの両端部は平坦部とされている。そして、導光体２の中央部の下部に、所定の距離だけ離間して反射板３ａが配置されている。なお、ここでは、２つの第１の凸部２ａ、２ｂを備える場合について説明しているが、第１の凸部２の数量を１つとすることもできる。
【００１５】
また、導光体２の両端部分は、太陽電池セル４ａ、４ｂ上に延在した延在部とされており、この延在部は太陽電池セル４ａ、４ｂの上面に接触配置されている。そして、この導光体２の延在部は、上面がプリズムシート１の入射面１ａと略同一面とされている。このような導光体２は、プリズムシート１で散乱された太陽光を導光体２の中央部で集光、偏向して、太陽電池セル４側に伝搬する。なお、図１−１においては、導光体２の延在部を透過させて示している。
【００１６】
反射板３ａは、導光体２におけるプリズムシート１と反対側に導光体２と略平行に且つ導光体２と所定の距離だけ離間して配置されている。この反射板３ａは、導光体２の中央部を下面側（プリズムシート１と反対側）に透過した太陽光を反射して再度導光体２の内部に入射させる。また、導光体２の延在部の両端には反射板３ｂ、３ｃが設けられている。反射板３ｂ、３ｃは、それぞれ導光体２の延在部の端面に到達した太陽光を反射する。なお、図１−１では、反射板３ｂ、３ｃは太陽電池セル４ａ、４ｂの面内方向に対して略垂直な方向に記されているが、多少の傾斜を有してもよい。
【００１７】
以上のように構成された実施の形態１にかかる集光型太陽電池では、プリズムシート１、導光体２、反射板３ａ、３ｂ、３ｃにより集光部が構成されている。
【００１８】
つぎに、実施の形態１にかかる集光型太陽電池の集光動作について図２を参照して説明する。図２は、実施の形態１にかかる集光型太陽電池の集光動作を説明するための図であり、プリズムシート１、導光体２の中央部分、反射板３ａを拡大して示す断面図である。図２に示すように上方より略垂直にプリズムシート１に太陽光５ａが入射し、プリズムシート１を通過後、主に導光体２内を太陽光が伝搬し、偏向されて左右に振り分けられ、導光体２の両側部分（延在部）へ太陽光５ｂ、５ｃとして導かれる。また、プリズムシート１内にも太陽光が伝搬し、それぞれ太陽光５ｄ、５ｅとして、導光体２の延在部へ導かれる。これらの太陽光５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは、導光体２の延在部内を伝搬し、直接または再度変更を繰り返して太陽電池セル４ａ、４ｂの受光面に集光される。
【００１９】
つぎに、具体的な太陽光の伝搬について説明する。プリズムシート１に対して略垂直に入射された太陽光５ａは、プリズムシート１で左右に一定角度で振り分けられる。ここで、プリズムシート１は、導光体２への入射角度を決める働きをする。また、導光体２における太陽光の入光面は、第１の凸部２ａ、２ｂの台形傾斜面と、第２の凸部（微細プリズム列）６ａ、６ｂが配列された第１の凸部２ａ、２ｂの上面と、の２種類となるように、第１の凸部２ａ、２ｂの第１の凸部間の間隔Ｌが決められている。
【００２０】
プリズムシート１に対して略垂直に入射された太陽光５ｆは、プリズムシート１で右下方向へ全反射された後、導光体２の中央部の第１の凸部２ａ、２ｂの台形傾斜面から導光体２内に入射され、導光体２の中央部の下面および上面で全反射されることで導光体２の右方向へと伝搬される太陽光５ｂとなる。
【００２１】
プリズムシート１に対して略垂直に入射された太陽光５ｇは、プリズムシート１で右下方向へ全反射された後、導光体２の中央部の第２の凸部（微細プリズム列）６ａ、６ｂにおける入射場所により、２通りの軌跡が考えられる。一つ目は、例えば第２の凸部（微細プリズム列）６ａの傾斜面へ入射される場合である。この場合は、前述の第１の凸部２ａ、２ｂの台形傾斜面から導光体２内に入射された光と同様に、太陽光５ｇは導光体２の中央部の下面および上面で全反射されることで導光体２の右方向へと伝搬される太陽光５ｂとなる。
【００２２】
二つ目は、例えば第２の凸部（微細プリズム列）６ａの水平面へ入射される場合である。この場合は、太陽光５ｇは入射面と略平行である導光体２の中央部の下面より外部に出射され、反射板３ａで反射された後に再度導光体２の中央部の下面より入射し、右側の第２の凸部（微細プリズム列）６ｂが配列された第１の凸部２ｂの上面へと当たる。
【００２３】
ここで、第２の凸部（微細プリズム列）６ａが配置された第１の凸部２ｂの上面から出射して、第２の凸部（微細プリズム列）６ｂへと入射されるように、第２の凸部（微細プリズム列）６ｂの水平位置および反射板３の垂直位置を決めておくことにより、第２の凸部（微細プリズム列）６ｂを通過した太陽光５ｇは再び導光体２の水平面より入射され、導光体２の右方向へと伝搬される太陽光５ｂとなる。
【００２４】
そして、プリズムシート１に対して略垂直に入射された後に導光体２の左方向へ伝搬される光も、進行方向がことなるものの前述したような動作により、導光体２の左方向へと伝搬される太陽光５ｃとなる。
【００２５】
なお、図２においては、第２の凸部（微細プリズム列）６ａ、６ｂの頂角は、プリズムシート１と同じ６０°としているが、これも５０°〜７０°の範囲で変更可能である。また、図２において、第２の凸部（微細プリズム列）６ａ、６ｂは台形形状とされているが、設計上、部分的に三角形のプリズム形状としてもよく、また部分的に傾斜面の傾斜角度を変更させてもよい。
【００２６】
上記のようにして導光体２の左右両方向へ伝搬された太陽光５ｂ、５ｃは、導光体２の延在部により太陽電池セル４ａおよび太陽電池セル４ｂの受光面へと導かれる。これにより、太陽電池セル４ａおよび太陽電池セル４ｂでは、導光体２の延在部を通して直接受光される太陽光に太陽光５ｂ、５ｃが重畳されるため、発電量を増やすことができる。また、導光体２の延在部の両端には反射板３ｂ、３ｃを設けられているため、太陽電池セル４ａ、４ｂで反射された光成分および太陽電池セル４ａ、４ｂの側面で全反射された光を反射させる。反射光は、再び太陽電池セル４ａ、４ｂに当たり、有効に吸収される。
【００２７】
また、太陽光に対する実施の形態にかかる集光型太陽電池の設置方向については、図１−１のＸ方向（集光型太陽電池の幅方向）を南北方向として設置し、南中時に太陽光がプリズムシート１にほぼ垂直に入射されるような角度で設置する。季節による緯度方向の傾きに関しては、±２０°程度まではほぼ４５％までの光を集光することができる。また、一年を通して、太陽の傾きが変わっても効率に変化が少ない。
【００２８】
上述したように、実施の形態１にかかる集光型太陽電池においては、プリズムシート１に対して略垂直に入射された太陽光をプリズムシート１、導光体２、反射板３ａ、３ｂ、３ｃを用いて偏向させて、太陽電池セル４ａ、４ｂに効果的に集光することが可能である。また、構成に起因した制約により太陽電池セル４ａ、４ｂの寸法が厳しく規制されることが無く、太陽電池セル４ａ、４ｂのストライプの幅を比較的大きくすることが可能であり、また微妙な位置調整等も不要である。これにより、コンパクト且つ組み立てが容易な構成により高い集光効率を実現し、高い変換効率を得ることができる。
【００２９】
また、導光体２の大きさは、導光体２の断面の縦横比が同じであれば、ミクロンオーダーから、メートルオーダーまで動作可能である。例えば、導光体２の厚さを２ｍｍ〜１０ｍｍとし、導光体２の幅（図１−１のＸ方向）を１０ｍｍ〜５５ｍｍの範囲で設定することで、組み立て作業および設置作業が容易となり、低コストでの組み立てや設置が可能になる。
【００３０】
また、実施の形態１にかかる集光型太陽電池においては、プリズムシート１、導光体２、反射板３ａ等の部材をしようするが、これらの部材は、例えば液晶ディスプレイのバックライト等で用いられる汎用的な部材を用いることが可能であるため、安価に入手可能であり、低コスト化を図ることができる。
【００３１】
したがって、実施の形態１にかかる集光型太陽電池によれば、コンパクト且つ組み立てが容易な構成により高い集光効率および高い変換効率を実現しつつ、小型・軽量化および低コスト化が図られた集光型太陽電池が得られる。
【００３２】
なお、上記においては、反射板３ａを挟んで相対する位置に２つの太陽電池セル４ａ、４ｂが設けられた場合について説明したが、反射板３ａに隣接する一方の位置に１つの太陽電池セル４ａ（または太陽電池セル４ｂ）を設けた構成とすることもできる。この場合においても、上記と同様に太陽電池セル４ａ（または太陽電池セル４ｂ）に効果的に太陽光を集光することが可能である。
【００３３】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２にかかる集光型太陽電池の概略構成を模式的に示す断面図である。図３に示すように、実施の形態２にかかる集光型太陽電池では、実施の形態１にかかる集光型太陽電池の中央部と延在部とが第１の反射板３ａの面内における集光型太陽電池の幅方向（Ｘ方向）において交互にアレイ状に配置されるとともに導光体２が一体成形され、太陽電池セルが延在部の下面に当接して設けられている。
【００３４】
すなわち、実施の形態１にかかる集光型太陽電池を基本構造単位として該基本構造単位を集光型太陽電池の幅方向（Ｘ方向）において複数配置し、隣接する基本構造単位において延在部および太陽電池セル４を共通使用している。例えば、図３においては、隣接する基本構造Ｕ１および基本構造Ｕ２において、延在部２ｃおよび太陽電池セル４−２を共通使用している。なお、基本構造Ｕ１は、プリズムシート１−１および反射板３ａ−１を、基本構造Ｕ２は、プリズムシート１−２および反射板３ａ−２を個別に備える。また、導光体２の両端部には反射板３ｂ、３ｃが配置されている。
【００３５】
このように、プリズムシート１および反射板３ａは、集光部分ごと（基本構造単位ごと）に分割されるが、導光体２は一体成形により一つながりの透明体として成形されている。これにより、集光型太陽電池の組み立てが容易になり、組み立て作業時間を削減することができるため、さらに集光型太陽電池の低コスト化を図ることができる。
【００３６】
上述したように実施の形態２にかかる集光型太陽電池によれば、実施の形態１にかかる集光型太陽電池と同じ基本構造を有するため、実施の形態１にかかる集光型太陽電池と同様に、コンパクト且つ組み立てが容易な構成により高い集光効率および高い変換効率を実現しつつ、小型・軽量化および低コスト化が図られた集光型太陽電池が得られる。
【００３７】
また、実施の形態２にかかる集光型太陽電池においては、導光体２を一体成形により一つながりの透明体として成形しているため、集光型太陽電池の組み立てがより容易になり、さらに集光型太陽電池の低コスト化を図ることができる。
【００３８】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３にかかる集光型太陽電池の概略構成を模式的に示す断面図である。図４に示すように、実施の形態３にかかる集光型太陽電池では、プリズムシート１、導光体２の中央部および反射板３ａの構成、配置は実施の形態１の場合と同様である。なお、図４においては、プリズムシート１は下側の面にプリズムを配置しているが、入射面１ａ側にプリズムを配置させてもよい。また、図４においては、プリズムシート１のプリズムの頂角を６０°程度としているが、５０°〜７０°の範囲でも太陽光５ａの散乱には有効である。
【００３９】
一方、導光体２の延在部２ｃ、２ｄの断面形状は矩形ではなく、上面を一辺とする三角形状とされており、該延在部２ｃ、２ｄにおける延在部２の中央部と反対側の端面に太陽電池セル４ａ、４ｂが受光面を当接して配置されている。
【００４０】
この集光型太陽電池における延在部２の中央部での集光動作は、実施の形態１の場合と同様である。そして、プリズムシート１および延在部２の中央部において集光型太陽電池の幅方向（Ｘ方向）に伝搬、偏向された太陽光は延在部２ｃ、２ｄを通過して太陽電池セル４ａ、４ｂに集光される。すなわち、実施の形態３にかかる集光型太陽電池においても、実施の形態１にかかる集光型太陽電池と同様に、効果的に太陽光を太陽電池セル４ａ、４ｂに集光することができ、集光効率を向上させることができる。
【００４１】
上記のように延在部２ｃ、２ｄの端面に太陽電池セル４ａ、４ｂを配置することにより、集光型太陽電池の幅方向の寸法を小さくすることができ、集光型太陽電池のさらなる小型化が可能となる。また、太陽電池セル４ａ、４ｂの幅も小さくなり、導光体２の厚み相当まで小さくすることができるため太陽電池セル４ａ、４ｂの使用面積を削減することができ、さらなる小型・軽量化および低コスト化を図ることができる。太陽電池セル４ａ、４ｂの使用面積を削減した場合でも、本実施の形態にかかる集光型太陽電池においては良好な集光効果が得られるため、高出力特性を得ることができる。さらに、延在部２ｃ、２ｄの断面形状を三角形とすることにより、延在部２ｃ、２ｄの上面からも太陽光を直接取り込むことができ、集光効率の向上に寄与する。
【００４２】
上述したように実施の形態３にかかる集光型太陽電池によれば、実施の形態１にかかる集光型太陽電池と同じ基本構造を有するため、実施の形態３にかかる集光型太陽電池と同様に、コンパクト且つ組み立てが容易な構成により高い集光効率および高い変換効率を実現しつつ、小型・軽量化および低コスト化が図られた集光型太陽電池が得られる。
【００４３】
また、実施の形態３にかかる集光型太陽電池においては、延在部２ｃ、２ｄの端面に太陽電池セル４ａ、４ｂを配置することにより、さらなる集光型太陽電池の小型・軽量化および低コスト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかる集光型太陽電池は、小型・軽量化および低コスト化に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  プリズムシート
１ａ  入射面
２  導光体
２ａ、２ｂ  第１の凸部
２ｃ  延在部
３ａ、３ｂ、３ｃ  反射板
４、４ａ、４ｂ  太陽電池セル
５ａ  太陽光
５ｂ  太陽光
５ｃ  太陽光
５ｄ  太陽光
５ｅ  太陽光
５ｆ  太陽光
５ｇ  太陽光
Ｕ１  基本構造
Ｕ２  基本構造
【図１−１】
2011014700.tif 000003
【図１−２】
2011014700.tif 000004
【図２】
2011014700.tif 000005
【図３】
2011014700.tif 000006
【図４】
2011014700.tif 000007