(57)【要約】【課題】簡素な機構で構成される集光発電ユニットと、複数の集光発電ユニットを隙間無く配置して構成され、集光効率の向上および土地の活用を両立できる集光発電システムとを提供する。【解決手段】本発明は、入射光を集光し電力に変換する集光発電ユニット（１）であって、前記集光発電ユニットは、３つの側面を有する１つの中心三角錐構造体（１０）と、同一の形状を有する３つの周辺三角錐構造体（２０、３０、４０）とを連結して構成され、３つの周辺三角錐構造体のそれぞれは、中心三角錐構造体の異なる設置稜線に接し、中心三角錐構造体の少なくとも１つの側面には、前記入射光を受光し電力に変換できる発電部を備え、発電部を備えた側面に対向する周辺三角錐構造体の側面には、入射光を発電部に反射する反射部を備える。【選択図】図１
2019193554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置面上に設置されることにより、入射光を集光し電力に変換する集光発電ユニットであって、
前記集光発電ユニットは、
３つの側面を有し、三角錐の形状を有する１つの中心三角錐構造体と、
同一の三角錐の形状を有する３つの周辺三角錐構造体と、
を連結して構成され、
前記中心三角錐構造体および３つの前記周辺三角錐構造体のそれぞれは、前記設置面に接する３つの設置稜線を有し、３つの前記設置稜線が二等辺三角形を形成し、
３つの前記周辺三角錐構造体のそれぞれは、前記中心三角錐構造体の異なる設置稜線に接して前記中心三角錐構造体に連結され、
前記中心三角錐構造体の少なくとも１つの前記側面には、前記入射光を受光し電力に変換できる発電部を備え、
前記発電部を備えた前記中心三角錐構造体の前記側面に対向する前記周辺三角錐構造体の前記側面には、前記入射光を前記発電部に反射する反射部を備えることを特徴とする集光発電ユニット。
【請求項２】
前記中心三角錐構造体と前記中心三角錐構造体に連結された前記周辺三角錐構造体とにおいて、対向して配置される１対の前記側面には、前記発電部と前記反射部とのペアを備えることを特徴とする請求項１に記載の集光発電ユニット。
【請求項３】
前記中心三角錐構造体と３つの前記周辺三角錐構造体は、すべて正四面体の形状を有する、請求項１または請求項２に記載の集光発電ユニット。
【請求項４】
前記中心三角錐構造体の形状と前記周辺三角錐構造体都の形状とが異なることを特徴とする請求項１または２に記載の集光発電ユニット。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の集光発電ユニットを複数用いて隙間無く配置して構成される集光発電システム。
【請求項６】
複数の前記集光発電ユニットにおいて、隣接する任意の２つの三角錐構造体の対向する１対の前記側面には、前記発電部と前記反射部とのペアを備えることを特徴とする請求項５に記載の集光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光発電ユニットおよび集光発電システムに関する。より具体的に、本発明は、三角錐型太陽光集光発電ユニットおよび複数の三角錐型太陽光集光発電ユニットから構成される集光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光エネルギーを電力に変換する様々な太陽光集光発電システムが開発されている。一般的な太陽光集光発電システムでは、それぞれの受光面が太陽光の入射方向に直交した複数枚の太陽光パネルを整列させて構成される。この場合、図２０に示すように、太陽光パネルの受光面が隣接する太陽光パネルの影に覆われることを防ぐために、隣接して配置された複数の太陽光パネルの間は、一定の間隔を空ける必要がある。この間隔は、太陽光パネルの傾斜角の増加とともに拡大し、太陽光集光発電システムの単位設置面積あたりの集光密度、そして太陽光集光発電システムの発電効率（電力密度）を低下させる。言い換えれば、一般的な太陽光集光発電システムでは、限られた設置面積を有効に活用できない。
【０００３】
これらの問題を解決するために、特許文献１に記載の太陽追尾太陽光発電装置が提案されている。特許文献１に記載の太陽追尾太陽光発電装置は、平板状のパネル板の上に、太陽電池モジュールと反射鏡セットとを交互に配置して構成されている。また、特許文献１に記載の太陽追尾太陽光発電装置は、太陽光集光効率を向上させるために、太陽光パネルの受光面が太陽光の入射方向と直交するように太陽光の入射方向に追尾し、太陽光パネルの姿勢制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４０７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の太陽追尾太陽光発電装置では、それぞれの太陽光パネルに対応して太陽追尾装置を設置する必要がある。このため、追尾装置のコストおよび設置後のメンテナンス作業に係るコストが増加し、太陽追尾太陽光発電装置全体のコストを押し上げる。
【０００６】
上記の事情を踏まえ、本発明は、簡素な機構で構成される集光発電ユニットと、複数の集光発電ユニットを隙間なく配置され、集光効率の向上および土地の活用を両立できる集光発電システムと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】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る集光発電ユニットは、設置面上に設置されることにより、入射光を集光し電力に変換する集光発電ユニットであって、前記集光発電ユニットは、３つの側面を有し、三角錐の形状を有する１つの中心三角錐構造体と、同一の三角錐の形状を有する３つの周辺三角錐構造体と、を連結して構成され、前記中心三角錐構造体および３つの前記周辺三角錐構造体のそれぞれは、前記設置面に接する３つの設置稜線を有し、３つの前記設置稜線で囲まれた三角形が二等辺三角形であり、３つの前記周辺三角錐構造体のそれぞれは、前記中心三角錐構造体の異なる設置稜線に接して前記中心三角錐構造体に連結され、前記中心三角錐構造体の少なくとも１つの前記側面には、前記入射光を受光し電力に変換できる発電部を備え、前記発電部を備えた前記中心三角錐構造体の前記側面に対向する前記周辺三角錐構造体の前記側面には、前記入射光を前記発電部に反射する反射部を備えることを特徴とする集光発電ユニットである。
【０００８】
前記の集光発電ユニットにおいて、前記中心三角錐構造体と前記中心三角錐構造体に連結された前記周辺三角錐構造体とにおいて、対向して配置される１対の前記側面には、前記発電部と前記反射部とのペアを備えてもよい。
【０００９】
前記の集光発電ユニットにおいて、前記中心三角錐構造体と３つの前記周辺三角錐構造体は、すべて正四面体の形状を有してもよい。
【００１０】
前記の集光発電ユニットにおいて、前記中心三角錐構造体の形状と前記周辺三角錐構造体の形状とが異なってもよい。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る集光発電システムは、上記の集光発電ユニットを複数用いて隙間無く配置して構成される集光発電システムである。
前記集光発電システムの前記複数の集光発電ユニットにおいて、隣接する任意の２つの三角錐構造体の対向する１対の前記側面には、前記発電部と前記反射部とのペアを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明の集光発電ユニットおよび集光発電システムの上記各態様によれば、簡素な機構で構成される複数の集光発電ユニットを隙間なく配置されることにより、集光効率の向上および土地の活用を両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る集光発電ユニットの第１の実施例の構成を示す斜視図である。
【図２】同集光発電ユニットの三角錐構造体の形状を示す斜視図である。
【図３】同集光発電ユニットの三角錐構造体の形状と年間のセル面積あたりの集光密度との関係を示す図である。
【図４】同集光発電ユニットの動作例を示す図である。
【図５】同集光発電ユニットの１日中の時間毎のセル面積あたりの集光密度を示す図である。
【図６】同集光発電ユニットの１日中の時間毎のセル面積あたりの集光密度を示す図である。
【図７】同集光発電ユニットの１日中の時間毎のセル面積あたりの集光密度を示す図である。
【図８】同集光発電ユニットの１日中の時間毎のセル面積あたりの集光密度を示す図である。
【図９】同集光発電ユニットの１日中の時間毎のセル面積あたりの集光密度を示す図である。
【図１０】同集光ユニットの各太陽光パネルにおける年間のセル面積あたりの集光密度を示す図である。
【図１１】同実施形態に係る集光発電ユニットの第２の実施例の構成を示す斜視図である。
【図１２】同集光発電ユニットの構成を示す上面図である。
【図１３】同集光発電ユニットの１日中の時間毎のセル面積あたりの集光密度を示す図である。
【図１４】同集光発電ユニットの１日中の時間毎のセル面積あたりの集光密度を示す図である。
【図１５】同集光発電ユニットの１日中の時間毎のセル面積あたりの集光密度を示す図である。
【図１６】同集光ユニットの各太陽光パネルにおける年間のセル面積あたりの集光密度を示す図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態の第一実施例および第二実施例と従来の太陽光発電装置とのセル面積あたりの集光密度の比較結果を示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施形態の第一実施例および第二実施例と従来の太陽光発電装置との設置面積あたりの集光密度の比較結果を示す図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係る集光発電システムの構成を示す図である。
【図２０】従来の太陽光発電システムの設置方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る集光発電ユニットについて、図１から図１８を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る集光発電ユニット１の構成を示す斜視図である。集光発電ユニット１は、三角錐の形状を有する１つの中心三角錐構造体１０と、３つの周辺三角錐構造体２０、３０、４０とを連結して構成されている。３つの周辺三角錐構造体２０、３０、４０は、同一の三角錐の形状で形成される。集光発電ユニット１は、周辺三角錐構造体２０、周辺三角錐構造体３０、および周辺三角錐構造体４０が中心三角錐構造体１０を囲むように構成される。
なお、本実施形態に係る集光発電ユニット１は、３つの周辺三角錐構造体２０、３０、４０が同じ三角錐の形状であればよい。中心三角錐構造体１０と周辺三角錐構造体２０、３０、４０とは、同じ三角錐の形状であってもいいし、同じ三角錐の形状でなくてもよい。
【００１６】
以下、中心三角錐構造体１０の形状を例に、集光発電ユニット１の基本構成を説明する。図２は、中心三角錐構造体１０の構成を示す斜視図である。本実施形態に係る中心三角錐構造体１０は、４つの頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤと、６つの稜線ＡＢ、ＡＣ、ＡＤ、ＢＣ、ＢＤ、およびＣＤとを有する三角錐である。本実施形態に係る中心三角錐構造体１０において、頂点Ｂ、Ｃ、およびＤによって形成される面ＢＣＤを中心三角錐構造体１０の底面と定義し、面ＡＢＣ，面ＡＣＤ，および面ＡＢＤを中心三角錐構造体１０の３つの側面と定義する。すなわち、中心三角錐構造体１０は、底面ＢＣＤと、側面ＡＢＣと、側面ＡＣＤと、側面ＡＢＤとによって構成される。
集光発電ユニット１の周辺三角錐構造体２０、３０、４０において、同じく底面および側面を定義することができる。例えば、図１に示すように、周辺三角錐構造体２０は、底面Ｂ１Ｃ１Ｄ１と、側面Ａ１Ｂ１Ｃ１と、側面Ａ１Ｃ１Ｄ１と、側面Ａ１Ｂ１Ｄ１とによって構成される。
【００１７】
本実施形態に係る集光発電ユニット１の三角錐構造体１０、２０、３０、４０は、いずれも底面が二等辺三角形の形状を有する。例えば、図２に示すように、中心三角錐構造体１０の底面ＢＣＤにおいて、稜線ＢＤと稜線ＣＤとが長さの等しい等辺であり、稜線ＢＣが底辺である。中心三角錐構造体１０の底面ＢＣＤにおいて、稜線ＢＤと稜線ＣＤとが形成する角度を底面ＢＣＤの頂角（中心三角錐構造体１０の第１角度）θ１と定義する。中心三角錐構造体１０の底面ＢＣＤの稜線ＢＣ、ＢＤ、およびＣＤは、設置面に接する設置稜線と称する。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態に係る集光発電ユニット１の中心三角錐構造体１０において、底面ＢＣＤと側面ＡＢＣとの間に形成された角度を中心三角錐構造体１０の第２角度θ２と定義し、稜線ＡＤと底面ＢＣＤとの間に形成された角度を中心三角錐構造体１０の第３角度θ３と定義する。すなわち、第２角度θ２は、二等辺三角形の底辺ＢＣから延びる側面ＡＢＣの底面ＢＣＤに対する立ち上がり角度である。第３角度θ３は、二等辺三角形の頂点Ｄから延びる稜線ＡＤの底面ＢＣＤに対する立ち上がり角度である。
【００１９】
本実施形態において、中心三角錐構造体１０の第１角度θ１、第２角度θ２、および第３角度θ３は、それぞれ１０°から１７０°までの間において、適宜の角度を選択することができる。本実施形態に係る集光発電ユニット１の中心三角錐構造体１０は、上述の第１角度θ１、第２角度θ２、および第３角度θ３を適宜選択することにより、その形状を決めることができる。
【００２０】
図３には、後述する太陽光パネルおよび反射鏡が設けられた中心三角錐構造体１０の形状を変化させたときの中心三角錐構造体１０に入射する太陽光の年間のセル面積あたりの集光密度の変化特性が示されている。より具体的に、図３には、中心三角錐構造体１０において、第２角度θ２を３０°に固定し、第１角度θ１および第３角度θ３を変化させる際、中心三角錐構造体における集光密度の変化特性が示されている。
図３に示すように、中心三角錐構造体１０のθ２を３０°に固定する場合、θ１が大きければ大きいほど、中心三角錐構造体１０における集光密度が増大する。また、図３に示すように、中心三角錐構造体１０のθ２を３０°に固定し、かつ、θ１も１２０°より大きい値に固定する場合、θ３が４０°に設定される時において、中心三角錐構造体１０における集光密度が最大値に達する。
図３については、後述の本実施形態の第２の実施例において説明する。
【００２１】
本実施形態に係る集光発電ユニット１は、上述の形状で形成される中心三角錐構造体１０、および周辺三角錐構造体２０、３０、４０を連結して一体化することにより構成できる。例えば、図１に示すように、周辺三角錐構造体２０の底面Ｂ１Ｃ１Ｄ１における稜線Ｂ１Ｄ１と中心三角錐構造体１０の底面ＢＣＤにおける稜線ＢＤとが接し、かつ、周辺三角錐構造体２０の側面Ａ１Ｂ１Ｄ１と中心三角錐構造体１０の側面ＡＢＤとが対向するように、中心三角錐構造体１０と周辺三角錐構造体２０とが連結される。これと同じ態様で、周辺三角錐構造体３０および周辺三角錐構造体４０のそれぞれも中心三角錐構造体１０に連結される。
その結果、図１に示すように、中心三角錐構造体１０と、周辺三角錐構造体２０、３０、４０のそれぞれとが連結されて一体化した集光発電ユニット１を構成できる。
【００２２】
本実施形態に係る集光発電ユニット１においては、中心三角錐構造体１０と、周辺三角錐構造体２０、３０、４０とのそれぞれの側面に、入射する太陽光を受光し電力に変換できる太陽光パネル（発電部）と、太陽光を反射できる反射鏡（反射部）とのいずれかが設けられている。
本実施形態に係る集光発電ユニット１においては、連結される２つの中心三角錐構造体と周辺三角錐構造体との対向する側面が互いに異なる機能を有する。すなわち、集光発電ユニット１では、連結される中心三角錐構造体１０と周辺三角錐構造体２０、３０、４０のいずれとにおける１対の対向する側面において、太陽光パネルと反射鏡とがペアになって構成されている。
【００２３】
具体的に、例えば、図４に示すように、中心三角錐構造体１０において、側面ＡＢＣに太陽光パネルを設け、側面ＡＢＤおよび側面ＡＣＤに反射鏡を設ける場合、中心三角錐構造体１０の側面ＡＢＣに対向する周辺三角錐構造体４０の側面Ａ３Ｂ３Ｃ３には、反射鏡が設けられており、中心三角錐構造体１０の側面ＡＢＤに対向する周辺三角錐構造体２０の側面Ａ１Ｂ１Ｄ１には、太陽光パネルが設けられており、中心三角錐構造体１０の側面ＡＣＤに対向する周辺三角錐構造体３０の側面Ａ２Ｃ２Ｄ２には、太陽光パネルが設けられている。
【００２４】
本実施形態に係る集光発電ユニット１において、中心三角錐構造体１０の３つの側面の少なくとも１つに太陽光パネルが設けられればよく、特に上述の構成に限定されない。例えば、集光発電ユニット１の中心三角錐構造体１０の側面ＡＣＤおよび側面ＡＢＤのいずれ、あるいは両方に太陽光パネルを設けることも可能である。この場合、周辺三角錐構造体２０、３０、４０において、側面の構成を適宜変更する。
また、周辺三角錐構造体２０、３０、４０において、集光発電ユニット１の外側に位置する各側面、例えば周辺三角錐構造体２０の側面Ａ１Ｂ１Ｃ１および側面Ａ１Ｃ１Ｄ１の構成について、特に制限されない。例えば、複数の集光発電ユニット１を隙間なく配置し、後述の集光発電システムを構成する際、これらの側面において、太陽光パネルまたは反射鏡を設けてもよい。
【００２５】
本実施形態に係る集光発電ユニット１は、各種公知の製造方法で製造することができる。例えば、予め形成された三角錐形状の構造体の各面に、公知の太陽光パネルおよび反射鏡を貼り付けて集光発電ユニット１を構成することができる。また、三角錐形状の構造体を介さずに、公知の太陽光パネルおよび反射鏡を三角錐形状になるように組み立てることで構成することもできる。また、スクリーン印刷などの手法で三角錐形状の構造体の各面に電極を形成することで太陽光パネルを形成すると同時に、反射膜を塗布することで反射鏡を形成することで構成することもできる。
本実施形態に係る集光発電ユニット１の製造方法は特定の方法に限定されず、設置場所およびコストの要求に合わせて、上述の各方法を組み合わせて製造することができる。
【００２６】
（第１の実施形態の第１の実施例）
次に、図４から図９を参照しながら、本実施形態の第１の実施例に係る集光発電ユニット１の構成を説明する。
本実施例において、集光発電ユニット１の中心三角錐構造体１０、および周辺三角錐構造体２０、３０、４０のすべては、正三角錐の形状を有する。すなわち、集光発電ユニット１を構成する各三角錐構造体１０、２０、３０、４０は、底面が正三角形の形状を有し、各側面が合同な二等辺三角形の形状を有する。以下、本実施例に係る集光発電ユニット１を、正四面体（Ｒｅｇｕｌａｒ  Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ  Ｓｈａｐｅ，ＲＴＳ）型集光発電ユニットと称する。
【００２７】
本実施例に係る集光発電ユニット１において、中心三角錐構造体１０の側面ＡＢＣ、側面ＡＢＤ、および側面ＡＣＤには、それぞれ太陽光パネル、反射鏡、および反射鏡が設けられている。このため、周辺三角錐構造体２０の側面Ａ１Ｂ１Ｄ１、および外周三角錐構造体３０の側面Ａ２Ｃ２Ｄ２において、太陽光パネルが設けられている。周辺三角錐構造体４０の側面Ａ３Ｂ３Ｃ３において、反射鏡が設けられている。
【００２８】
以下の説明には、側面Ａ１Ｂ１Ｄ１、側面ＡＢＣ、および側面Ａ２Ｃ２Ｄ２に設けられた太陽光パネルを、順にパネル１、パネル２、パネル３と称する。また、側面ＡＢＤ、側面Ａ３Ｂ３Ｃ３、および側面ＡＣＤに設けられた反射鏡を、順にミラー１、ミラー２、ミラー３と称する。
以下、図４を用いて、本実施例に係る集光発電ユニット１の動作を説明する。図４には、本実施例に係る集光発電ユニット１の中心三角錐構造体１０の側面ＡＢＣが真南の方角に向かって配置される一例が示されている。なお、説明の便宜を図るために、本実施形態に係る集光発電ユニット１の設置場所を東京都（北緯３５°付近の地域）に設定する。
図４には、１日の午前６時から午後６時までの間に、集光発電ユニット１の動作が示されている。本実施例に係る集光発電ユニット１において、パネル１が概ね東南方向に面し、パネル２が真南方向に面し、パネル３が概ね西南方向に面する。これに対応し、集光発電ユニット１において、ミラー１が概ね北西方向に面し、ミラー２が真北方向に面し、ミラー３が概ね東北方向に面する。
【００２９】
図４に示すように、午前中の時間帯においては、太陽光が図４の右側の方向、すなわち東南方向から集光発電ユニット１に入射し、午後の時間帯においては、太陽光が図４の左側の方向、すなわち西南方向から集光発電ユニット１に入射する。
【００３０】
午前中の時間帯において、太陽光は、パネル１に直接入射する一方、ミラー３の反射によって間接的にパネル３に入射する。そして、午後の時間帯において、太陽光は、パネル３に直接入射する一方、ミラー１の反射によってパネル１に間接的に入射する。このため、午後の時間帯になると、パネル１に直接入射する太陽光量が減るが、ミラー１に反射されてパネル１に入射する太陽光量が増える。同様に、午後の時間帯になると、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光量が減るが、直接パネル３に入射する太陽光量が増える。パネル２に関しては、午前中から午後の全時間帯において、太陽光が直接入射することができる。
【００３１】
以下、図５から図１０を参照しながら、光線追跡シミュレーションツール「ＴＲＡＣＥ  ＰＲＯ」を用いて、本実施例に係る集光発電ユニット１の各パネルにおけるセル面積あたりの集光密度に関する解析結果を説明する。なお、図５から図９に示す解析結果は、約一年のシミュレーション期間内における平均値であり，図１０に示す結果はシミュレーション期間内における積算値である。なお、このシミュレーションは、表１に示す解析期間内において、各月の１０日、２０日、および３０日を代表日として行われた。
この解析は、表１に示すシミュレーション条件で行われている。この解析によって得られる集光発電ユニット１の各パネルにおける集光密度の特性を用いて、各パネルの発電特性を評価することができる。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
まず、図５および図６を用いて、１日中の午前６時から午後６時までの間、直接入射する太陽光量によるパネル１における集光密度の変化特性、およびミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光量によるパネル３における集光密度の変化特性を説明する。
図５には、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル１において、午前６時から午後６時までの間、太陽光の直接入射光量による集光密度の変化特性が破線で示されている。図５に示すように、パネル１が概ね東南方向に面するため、午前６時から午前１０時頃までの間、太陽が上昇するに伴って、パネル１に直接入射する太陽光量が増える。このため、午前６時から午前１０時頃までの間、パネル１における集光密度が増大する。午前１０時から正午１２時頃までの間、パネル１で変換される太陽光量は、概ね最大値である０．５ｋＷ／ｍ２を保って推移している。そして、正午１２時から午後３時頃までの間、太陽光がパネル１に直接入射する光量が順次に減少し、午後３時以降から午後６時までの間では、パネル１に直接入射する太陽光量がほぼ０である。このため、この時間帯において、パネル１に直接入射する太陽光による集光密度はほぼ０である。
【００３４】
図６には、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル３において、午前６時から午後６時までの間、ミラー３で反射されてパネル３に入射する太陽光による集光密度の変化特性が破線で示されている。図６に示すように、午前６時から午前９時頃までの間、太陽が上昇するに伴ってミラー３に直接入射する太陽光量が増えて、ミラー３に反射されてパネル３に入射し、そしてパネル３で変換される太陽光量も増える。ただし、この時間帯において、ミラー３で反射されてパネル３に入射する太陽光量がパネル１に直接入射する太陽光量より少ないため、パネル３における集光密度は、パネル１における集光密度よりも小さい。午前９時から午前１１時までの間、パネル３における集光密度は、ほぼ最大値である０．３ｋＷ／ｍ２を保って推移している。そして、午前１１時から午後１時までの間、太陽光がミラー３に直接入射する光量が順次に減少し、午後１時から午後６時までの間では、ミラー３に直接入射する太陽光量がほぼ０である。このため、この時間帯において、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光による集光密度はほぼ０である。
【００３５】
次に、図７から図９を用いて、１日中の午前６時から午後６時までの間、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル１、パネル２、およびパネル３におけるセル面積あたりの集光密度の推移を説明する。
【００３６】
図７には、１日の午前６時から午後６時までの間、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル１における集光密度の推移が示されている。図７においては、パネル１に直接入射する太陽光量による集光密度が破線で示され、ミラー１に反射されてパネル１に入射する太陽光量による集光密度が一点鎖線で示され、パネル１における集光密度の合計が実線で示されている。
【００３７】
図７において、前述の図５に示すように、パネル１に直接入射する太陽光量による集光密度は、午前６時から午前１０時頃までの間に増大し、午前１０時から正午１２時までの間にほぼ最大値を維持し、正午１２時から午後３時までの間に減少し、午後３時から午後６時までの間にほぼ０であることが破線で示されている。
【００３８】
一方、図７において、ミラー１に直接入射し、そして反射されてパネル１に入射する太陽光量による集光密度の推移が一点鎖線で示されている。図７に示すように、ミラー１に反射されてパネル１に入射する太陽光量は、午前１１時から午後２時までの間に増大する。その結果、ミラー１の反射太陽光量による集光密度は、午前１１時から午後２時までの間に増大する。そして、午後２時から午後６時までの間に、ミラー１に反射されてパネル１に入射する太陽光量が順次減少するため、ミラー１の反射太陽光量による集光密度は、同様に順次減少する。
【００３９】
パネル１に直接入射する太陽光量による集光密度と、ミラー１に反射されてパネル１に入射する太陽光量による集光密度との両方を合計すると、パネル１で変換される太陽光の集光密度の合計が得られる。図７において、パネル１における集光密度の合計は、実線で示されている。図７に示すように、パネル１に直接入射する太陽光量による集光密度がほぼ０である午後３時から午後６時までの時間帯においても、ミラー１に反射されてパネル１に入射する太陽光によってパネル１の集光密度を補うことができる。
【００４０】
図８には、１日の午前６時から午後６時までの間、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル２における集光密度の推移が示されている。図８においては、パネル２に直接入射する太陽光量による集光密度が破線で示され、ミラー２に反射されてパネル２に入射する太陽光量による集光密度が一点鎖線で示され、パネル２における集光密度の合計が実線で示されている。
【００４１】
図８に示すように、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル２が真南の方角に向けて設置されているため、１日の午前６時から午後６時までの間、常にパネル２に太陽光が直接入射するので、パネル２における直接入射する太陽光量による集光密度が見込まれる。一方、集光発電ユニット１の周辺三角錐構造体４０のミラー２は、設置面に対して傾斜角が約７１°で設置されているため、太陽光がミラー２に直接入射することが困難である。このため、図８に示すように、１日の午前６時から午後６時までの間、ミラー２に反射されてパネル２に入射する太陽光による集光密度は、ほぼ一定の低い水準を保って推移している。
【００４２】
パネル２に直接入射する太陽光量による集光密度と、ミラー２に反射されてパネル２に入射する太陽光量による集光密度との両方を合計すると、パネル２で変換される太陽光の集光密度の合計が得られる。図８において、パネル２における集光密度の合計は、実線で示されている。パネル２が概ね真南の方向に向いて配置され、１日の午前６時から午後６時までの全時間帯において太陽光が直接入射できるため、パネル１に直接入射する太陽光がほぼない午後２時から午後６時までの時間帯においても、パネル２に直接入射する太陽光によって集光密度を確保できる。言い換えれば、午後２時から午後６時までの時間帯において、ミラー１がパネル１に反射する太陽光によって集光密度を確保するのに対し、パネル２に直接入射する太陽光によって集光密度を確保できる。
【００４３】
図９には、１日の午前６時から午後６時までの間、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル３における集光密度の推移が示されている。図９において、パネル３に直接入射する太陽光量による集光密度が破線で示され、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光量による集光密度が一点鎖線で示され、パネル３における集光密度の合計が実線で示されている。
【００４４】
図４に示すように、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル３は、概ね南西の方角に向けて配置されている。そのため、図９に示すように、午前６時から午前９時までの間、パネル３に直接入射する太陽光による集光密度は、ほぼ０の低水準で推移している。午前９時から正午１２時頃までの間、パネル３に直接入射する太陽光量が増大するため、パネル３における直接入射する太陽光による集光密度も順次増大し、正午１２時頃の時点で最大値に達する。その後、正午１２時頃から午後３時までの間、パネル３における直接入射する太陽光による集光密度が最大値に近い水準を保って推移している。そして、午後３時頃から午後６時までの間、パネル３に直接入射する太陽光量が順次減少し、パネル３における直接入射する太陽光による集光密度も順次減少し、午後６時の時点で０になる。
【００４５】
一方、図９において、前述の図６に示すように、ミラー３に入射し、ミラー３に反射されてパネル１に入射する太陽光量による集光密度の推移が一点鎖線で示されている。図９に示すように、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光量は、午前６時から午前１０時頃までの間に増大することにより、ミラー３に反射されパネル３に入射する太陽光による集光密度は、午前６時から午前１０時頃までの間に増大する。そして、午前１０時頃から午後１時までの間に、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光量が順次減少するため、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光による集光密度は、同様に順次減少する。
【００４６】
パネル３に直接入射する太陽光による集光密度と、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光による集光密度との両方を合計すると、パネル３で変換される太陽光の集光密度の合計が得られる。図９において、パネル３における集光密度の合計は、実線で示されている。図９に示すように、パネル３に直接入射する太陽光量による集光密度がほぼ０である午前６時から午前９時までの時間帯においても、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光によって集光密度を補うことができる。
【００４７】
本実施例に係る集光発電ユニット１によれば、太陽光がパネル１およびパネル３に直接入射することがない時間帯においても、対向するミラー１およびミラー３に反射されてパネル１およびパネル３に入射する太陽光によって、パネル１およびパネル３における集光密度を補うことができる。このため、本実施例に係る集光発電ユニット１によれば、従来の追尾型太陽光発電装置のような追尾特性を実現できる。
【００４８】
図１０は、本実施形態に係る集光発電ユニット１のパネル１、パネル２、およびパネル３の年間のセル面積あたりの集光密度を示す図である。図１０に示すように、本実施形態に係る集光発電ユニット１によれば、パネル１およびパネル３の集光量は約１５００ｋＷｈ／ｍ２であり、パネル２の集光量は１５００ｋＷｈ／ｍ２以上である。
【００４９】
図１０には、各パネルにおける集光量のうち、直接入射する太陽光による集光量と、各ミラーに反射されて各パネルに入射する太陽光による集光量とのそれぞれの割合が示されている。具体的に、パネル１において、ミラー１に反射されてパネル１に入射する太陽光による集光量は、パネル１の総集光量の約３０％の割合を占めている。また、パネル１に近い特性を有するパネル３において、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光による集光量は、パネル３の総集光量の約３０％の割合を占めている。一方、前述したように、パネル２において、パネル２の総集光量のうち、ミラー２に反射されてパネル２に入射する太陽光による集光量は、わずか約８％の割合である。
本実施例に係る集光発電ユニット１において、パネル１およびパネル３が太陽位置の変動に追従するような太陽追尾特性を有し、パネル２は太陽追尾特性を有さない。
【００５０】
（第１の実施形態の第２の実施例）
以下、図１１から図１６を参照しながら、本実施形態に係る集光発電ユニット１の第２の実施例を説明する。以降の説明において、上述したものと共通の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１１は、本実施例に係る集光発電ユニット１の斜視図である。図１２は、本実施例に係る集光発電ユニット１の上面図である。本実施例に係る集光発電ユニット１は、中心三角錐構造体１００と、中心三角錐構造体１００を囲むように配置された周辺三角錐構造体２００、３００、４００とによって構成される。本実施例に係る集光発電ユニット１において、中心三角錐構造体１００および３つの周辺三角錐構造体２００、３００、４００のそれぞれは、第１角度θ１が１７０°であり、第２角度θ２および第３角度θ３が４０°である。本実施例に係る集光発電ユニット１のその他の構成、例えば、各三角錐構造体１００、２００、３００、４００における太陽光パネルおよび反射鏡の配置は、前述の第１の実施例と同様であるため、その説明を省略する。
以下、本実施例に係る集光発電ユニット１を、最適化三角錐（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  Ｐｙｒａｍｉｄ  Ｓｈａｐｅ、ＯＴＰＳ）型集光発電ユニットと称する。
【００５１】
本実施例に係る集光発電ユニット１に対して、同様に表１に記載されているシミュレーション条件で、シミュレーションツール「ＴＲＡＣＥ  ＰＲＯ」を用いてその性能評価を行った。以下、図１３から図１６を参照しながら、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル１、パネル２、およびパネル３におけるセル面積あたりの集光密度の変化特性を説明する。
【００５２】
図１３は、本実施例に係る集光発電ユニット１の中心三角錐構造体１００に設けられたパネル１の集光密度の変化特性を示す図である。図１４は、周辺三角錐構造体２００に設けられたパネル２の集光密度の変化を示す図である。図１５は、周辺三角錐構造体３００に設けられたパネル３の集光密度の変化を示す図である。
図１３には、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル１における集光密度の時間に対する変化特性が示されている。図１３には、パネル１に直接入射する太陽光量による集光密度の特性が破線で示され、ミラー１に反射されてパネル１に入射する太陽光量による集光密度の特性が一点鎖線で示され、パネル１における集光密度の合計が実線で示されている。
【００５３】
図１３に示すように、午前中の６時頃から正午１２時頃までの時間帯に、パネル１に直接入射する太陽光量による集光密度と、ミラー１に反射されてパネル１に入射する太陽光量による集光密度との両方とも増大し、正午１２時頃を少し過ぎた時間に最大値に達する。その後、パネル１に直接入射する太陽光量による集光密度と、ミラー１に反射されてパネル１に入射する太陽光量による集光密度との両方とも減少し、午後６時頃にほぼ０に達する。すなわち、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル１における集光密度の変化特性は、前述した第１の実施例に係る集光発電ユニット１のパネル２における集光密度の変化特性に似ているが、前述した第１の実施例のパネル１のような太陽追尾型の特性を有しない。
【００５４】
図１４に示すように、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル２では、午前中の６時頃から正午１２時頃までの時間帯に、パネル２に直接入射する太陽光量による集光密度と、ミラー２に反射されてパネル２に入射する太陽光量による集光密度との両方とも増大し、正午１２時頃で最大値に達する。その後、パネル２に直接入射する太陽光量による集光密度と、ミラー２に反射されてパネル２に入射する太陽光量による集光密度との両方とも減少し、午後６時頃にほぼ０に達する。図１４に示す本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル２の集光密度の変化特性は、１２時頃を中心に略対称となっている。
【００５５】
図１５に示すように、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル３では、午前中の６時頃から正午１２時頃までの時間帯に、パネル３に直接入射する太陽光量による集光密度と、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光量による集光密度との両方とも増大し、正午１２時頃の少し前の時間に最大値に達する。その後、パネル３に直接入射する太陽光量による集光密度と、ミラー３に反射されてパネル３に入射する太陽光量による集光密度との両方とも減少し、午後６時頃にほぼ０に達する。本実施例に係る集光発電ユニット１において、図１５に示すパネル３の集光密度の変化特性は、図１３に示すパネル１の集光密度の変化特性同様に、太陽追尾型の特性を有しない。
【００５６】
図１６は、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル１、パネル２、およびパネル３のそれぞれの年間のセル面積あたりの集光密度を示す図である。図１６に示すように、本実施例に係る集光発電ユニット１のパネル１、パネル２、およびパネル３のいずれも、３０００ｋＷｈ／ｍ２以上の集光量が得られる。また、図１６に示すように、パネル１、パネル２、およびパネル３の集光量において、ミラー１、ミラー２、およびミラー３に反射されて入射する太陽光による集光量の割合は、それぞれ１７％、２３％、および１７％である。
【００５７】
本実施例に係る集光発電ユニット１において、パネル１、パネル２、およびパネル３のいずれも正午１２時付近で集光量が最大値に達するが、前述の第１の実施例に係る集光発電ユニット１のような太陽光を追尾する特性を有しない。
【００５８】
（従来技術との性能対比）
以下、図１７および１８を用いて、本実施形態の第１の実施例に係るＲＴＳ型の集光発電ユニット１と、本実施形態の第２の実施例に係るＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１と、従来技術の集光発電ユニットとの性能対比を説明する。ここで、従来技術の太陽光発電システムの発電ユニットは、図２０に示すように、設置面に対して３０°の傾斜角で配置される太陽光パネルを複数用いて、一定の間隔を開けて構成される例を示す。図１７には、ＲＴＳ型の集光発電ユニット１と、ＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１と、従来技術の集光発電ユニットとのセル面積あたりの集光密度の比較結果が示されている。図１８には、本実施形態のＲＴＳ型の集光発電ユニット１およびＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１と、従来技術の集光発電ユニットとの設置面積あたりの集光密度の比較結果が示されている。
【００５９】
図１７に示すように、従来技術の集光発電ユニット（ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ、ＰＶ）のセルの単位面積あたりの集光密度を基準値１とすると、本実施形態の第１の実施例に係るＲＴＳ型の集光発電ユニット１のセルの単位面積あたりの集光密度が約０．５３であり、本実施形態の第２の実施例に係るＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１のセルの単位面積あたりの集光密度が約１．１６である。
【００６０】
従来技術の集光発電ユニットは、一般的に設置面に対して約３０°に傾斜して設置されていることにより、集光効率を最大化にできる。一方、本実施形態のＲＴＳ型の集光発電ユニット１を構成する各三角錐構造体１０、２０、３０、４０において、設置面に対する側面の傾斜角が３０°より大きい。例えば、前述したように、本実施形態のＲＴＳ型の集光発電ユニット１の反射鏡の傾斜角は、７１°であり、設置場所である東京の夏至の南方向において中高度に近い角度である。すなわち、太陽光が各三角錐構造体１０、２０、３０、４０の側面に設けられた太陽光パネルおよび反射鏡に入射する際の最適角度から大きく離れている。このため、本実施形態のＲＴＳ型の集光発電ユニット１のセル面積あたりの集光密度が相対的に低い。
【００６１】
一方、本実施形態のＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１を構成する各三角錐構造体１００、２００、３００、４００において、設置面に対する側面の傾斜角が４０°であり、太陽光が入射する最適角度に近い。さらに、一部の太陽光が反射鏡に反射されて太陽光パネルに入射するため、本実施形態のＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１におけるセル面積あたりの集光密度の向上に寄与している。
【００６２】
図１８には、ＲＴＳ型の集光発電ユニット１と、ＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１と、従来技術の集光発電ユニットとの設置面積あたりの集光密度の比較結果が示されている。従来技術の太陽光発電システムの発電ユニットは、図２０に示すように、設置面に対して約３０°に傾斜して設置されている。このような発電ユニットを複数設置する場合、発電ユニット同士の影によって太陽光パネルが受光できないことを防げるために、互いに隙間を開けて配置する必要がある。一例として、例えば、東京に設置される複数の発電ユニット同士の間に、発電ユニットの高さの約２倍の隔離距離を開ける必要があるため、平均１ｍ２の設置面積における太陽光パネルが占める面積は約０．５３ｍ２である。
【００６３】
これに対して、本実施形態の第１の実施例に係るＲＴＳ型の集光発電ユニット１および第２の実施例に係るＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１は、４つの三角錐構造体が連結されて一体化した構成となる。このようなモジュール化した構成は、設置面に隙間なく敷き詰めて設置することを前提としているため、拡張性に優れている。例えば、ＲＴＳ型の集光発電ユニット１を用いる場合、平均１ｍ２の設置面積に対して太陽光パネルの面積が約１．５ｍ２であり、ＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１を用いる場合、平均１ｍ２の設置面積における太陽光パネルが占める面積は約０．６５ｍ２である。その結果、従来技術の発電ユニットの単位設置面積あたりの集光密度を基準値１とすると、本実施形態の第１の実施例に係るＲＴＳ型の集光発電ユニットの集光密度が約１．４９であり、第２の実施例に係るＯＴＰＳ型の集光発電ユニットの集光密度が約１．４１である。
【００６４】
以上を踏まえ、従来技術の発電ユニットに比較すると、本実施形態の第２の実施例に係るＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１では、太陽光パネルのセル面積あたりの集光密度が高い。言い換えれば、ＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１によれば、同じ性能の太陽光パネルを用いて同等レベルの太陽光量を得るのに、より少ない枚数の太陽光パネルで実現可能である。このため、コスト削減の要望がある場合、太陽光パネルの枚数を削減できるＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１を採用する構成が考えられる。
【００６５】
一方、従来技術の発電ユニットに比較すると、本実施形態の第１の実施例に係るＲＴＳ型の集光発電ユニット１および第２の実施例に係るＯＴＰＳ型の集光発電ユニット１の両方とも、設置面積あたりの集光密度を大幅に向上させることができる。言い換えれば、設置場所が限られた場合、ＲＴＳ型の集光発電ユニット１およびＯＴＰＳ型の集光発電ユニットを採用する構成が考えられる。なお、このような場合、設置面積あたりの集光密度が約１．４９倍になるＲＴＳ型の集光発電ユニット１を採用することはより好ましい。
【００６６】
（第１の実施形態の第３の実施例）
この実施例では、中心三角錐構造体１０と周辺三角錐構造体２０、３０、４０との形状が異なる例について示す。中心三角錐構造体１０と周辺三角錐構造体２０、３０、４０とで底面形状が同一であれば、三角錐形状が同一でなくても４つの三角錐構造体を隙間なく並べて平面視三角形の集光発電ユニットを構成できる。この場合、底面の二等辺三角形における頂角θ１（図２参照）は、中心三角錐構造体１０と周辺三角錐構造体２０、３０、４０とで同一となるが、中心三角錐構造体１０の形状を周辺三角錐構造体２０、３０、４０と異ならせることにより、両者のθ２およびθ３を異ならせることができる。
【００６７】
そこで、θ１、θ２、およびθ３を変化させながら、上述の「ＴＲＡＣＥ  ＰＲＯ」を用いて集光性能を評価した。設置場所の設定は第１の実施例と同一とし、設置条件は水平とした。
結果を表２に示す。表２中、θ１、θ２、θ３は、中心三角錐構造体１０の角度パラメータを示し、θ１´、θ２´、θ３´は、周辺三角錐構造体２０、３０、４０の角度パラメータを示している。表中の数値は、設置場所および設置条件を同一とした、従来の平面状太陽光パネルのシミュレーション値を基準とした増減の割合を示している。
【００６８】
【表２】
2019193554.tif 000004
【００６９】
表２のモデル５は、上述した第２の実施例の値を示している。これに対して、中心三角錐構造体１０と周辺三角錐構造体２０、３０、４０との角度パラメータを異ならせたモデル２およびモデル３では、セル面積あたりの集光密度がさらに向上し、設置面積あたりの集光密度も従来のパネルより高い状態を保持できている。モデル４では、設置面積あたりの集光密度が従来のパネルより低下したものの、セル面積あたりの集光密度は今回の検討において最も高かった。モデル４は、設置面積を比較的大きく確保できる等の場合において、集光効率をできるだけ高めたい場合に適していると考えられる。
【００７０】
このように、中心三角錐構造体１０および周辺三角錐構造体２０、３０、４０の角度パラメータを適切に設定することにより、セル面積あたりの集光密度や設置面積あたりの集光密度をさらに向上できることが示された。この検討はごく一例であり、さらに集光性能を向上できる可能性も十分あると考えられる。
なお、モデル１は、中心三角錐構造体と周辺三角錐構造体とが同一形状であり、ＯＴＰＳ型のパラメータであるが、この検討において、セル面積あたりの集光密度と設置面積あたりの集光密度とのバランスがモデル５よりも優れたケースとして見出されたため、併せて記載している。
【００７１】
第３の実施例は、角度パラメータの組み合わせにより、同等の性能を出すパターンが複数存在することを示している。したがって、実際の設置条件や三角錐構造体の作りやすさ等を考慮しつつ、最も適切なパターンを選択して本発明を実施することができる。
【００７２】
（効果）
本実施形態に係る集光発電ユニット１によれば、反射鏡と太陽光パネルとを三角錐形状に配置されることで、従来技術の発電ユニット同等以上の集光密度を確保する性能を実現できる。このため、本実施形態に係る集光発電ユニット１によれば、従来技術の発電ユニット同等以上の発電量を確保することを期待できる。従来技術の発電ユニットに用いられた複雑な形状の反射鏡および太陽追尾機構を備える必要がないため、発電ユニット自身の製造コストを削減できる。また、本実施形態に係る集光発電ユニット１の構成が簡素であるため、設置された後のメンテナンス作業も簡単であるため、メンテナンス作業の軽減およびそれに伴うメンテナンスコストの削減に寄与する。
【００７３】
本実施形態に係る集光発電ユニット１によれば、モジュール化した構成であり、設置面に隙間なく敷き詰めて設置することを前提としているため、拡張性に優れている。このため、設置面積が限られても、必要な数の集光発電ユニット１を設置するだけで、所望な性能（集光量）を実現できる。言い換えれば、本実施形態に係る集光発電ユニット１によれば、分散して存在する複数の小さな設置面積も有効に利用できる。
【００７４】
前述した通り、本実施形態に係る集光発電ユニット１の性能特性をシミュレーションするために、設置場所を東京都に設定されているが、本発明は、この実施形態に限られるものではない。本実施形態に係る集光発電ユニット１によれば、例えば、組み立て時に設置場所の最適角度に合わせてパラメータ（第１角度θ１、第２角度θ２、第３角度θ３など）を調整するのみで、本実施形態に係る集光発電ユニット１同等の性能を実現できる。
【００７５】
（第２の実施形態）
以下、図１９を用いて、第２の実施形態に係る集光発電システム１０００を説明する。
図１９には、本実施形態に係る集光発電システム１０００の一部を示す斜視図である。
【００７６】
図１９に示すように、本実施形態に係る集光発電システム１０００は、設置面上において、第１の実施形態に係る集光発電ユニット１を複数用いて、隙間なく配置されることで構成されている。図１９において、一点鎖線で囲まれた部分は、第１の実施形態に係る集光発電ユニット１を示している。なお、本実施形態に係る集光発電システム１０００において、複数の集光発電ユニット１が隙間なく連続して配置されればよく、必ずしも集光発電ユニット１同士を連結して構成される必要がない。
【００７７】
本実施形態に係る集光発電システム１０００における集光発電ユニット１は、第１の実施形態に係る各集光発電ユニット１を用いることができる。この際、図４に示された集光発電ユニット１において、例えば、周辺三角錐構造体２０の側面Ａ１Ｃ１Ｄ１およびＡ１Ｂ１Ｃ１においても、太陽光パネル（発電部）または反射鏡（反射部）を設けることができる。すなわち、集光発電ユニット１の周辺三角錐構造体２０、３０、および４０のそれぞれの外側の側面に、太陽光パネルまたは反射鏡を設けることができる。
【００７８】
本実施形態に係る集光発電システム１０００の隣接する任意の２つの三角錐構造体において、対向する一対の側面に、太陽光パネルおよび反射鏡のペアの設けることで、隣接する他の集光発電ユニット１によって反射される太陽光を利用することができる。この際、本実施形態に係る集光発電システム１０００の隣接する任意の２つの三角錐構造体に対して、それぞれの形状（第１角度θ１、第２角度θ２、第３角度θ３）を調整することで、異なる集光発電ユニット１による反射光を利用することができる。
【００７９】
本実施形態に係る集光発電システム１０００がＲＴＳ型集光発電ユニット１で構成される場合と、ＯＴＰＳ型集光発電ユニット１で構成される場合との両方の性能を評価し、従来技術の集光発電ユニットで構成される集光発電システムの集光性能との比較結果を表３および表４に示す。
【００８０】
【表３】
2019193554.tif 000005
【００８１】
表３に示すように、ＲＴＳ型集光発電ユニット１を複数設置して本実施形態に係る集光発電システム１０００を構成する場合、図２０に示す従来技術の発電ユニットで構成する発電システムに比較すると、太陽光パネルのセル面積あたりの集光密度が約４７％下がる一方、設置面積あたりの集光密度が約４９％上がる。すなわち、ＲＴＳ型集光発電ユニット１を複数設置する場合、ＲＴＳ単体で設置する場合の同等の性能を実現できる。
ただし、この対比は、隣接する任意の２つの三角錐構造体において、対向する一対の側面が太陽光パネルおよび反射部のペアの構成を設ける点を考慮していない。このため、ＲＴＳ型集光発電ユニット１を複数用いて構成する集光発電システム１０００の性能をさらに向上させることが可能である。
【００８２】
【表４】
2019193554.tif 000006
【００８３】
表４に示すように、ＯＴＰＳ型集光発電ユニット１を複数設置して本実施形態に係る集光発電システム１０００を構成する場合、図２０に示す従来技術の発電ユニットで構成する発電システムに比較すると、太陽光パネルのセル面積あたりの集光密度が約２０％上がる一方、設置面積あたりの集光密度も約４６％上がる。すなわち、ＯＴＰＳ型集光発電ユニット１を複数設置する場合、ＯＴＰＳ単体で設置する場合以上の性能を実現できる。
また、前述の通り、隣接する任意の２つの三角錐構造体において、対向する一対の側面が太陽光パネルおよび反射部のペアの構成を設けることで、ＯＴＰＳ型集光発電ユニット１を複数用いて構成する集光発電システム１０００の性能をさらに向上させることが可能である。
【００８４】
（効果）
本実施形態に係る集光発電システム１０００によれば、第１の実施形態に係る集光発電ユニット１を単体で設置される場合と比較すると、第１の実施形態に係る集光発電ユニット１の性能の同等以上の集光性能を実現している。このため、本実施形態に係る集光発電システム１０００によれば、従来技術の発電システム同等以上の発電量を確保することを期待できる。
【００８５】
本実施形態に係る集光発電システム１０００によれば、光エネルギーだけでなく、熱エネルギーも集中させることができる。このため、本実施形態に係る集光システム１０００は、太陽光を熱エネルギーとして利用する太陽熱集熱器分野にも応用できる。例えば、冷却用流体によって太陽光パネルの温度上昇を抑えながら、単結晶シリコン太陽光パネル集光させる発電システムに応用できる。このようなシステムにおいて、凍結防止剤および腐食防止添加剤を含む流体は、導管を通って流れる一方、発電に利用されなかったエネルギーの大部分を熱として取り除く。この熱エネルギーは、暖房および家庭用温水に共有するために熱交換機を介して使用されることができる。
【００８６】
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の各実施形態及び変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
【００８７】
第１の実施形態に係る集光発電ユニット１は、４つの三角錐構造体を用いて構成されている。しかしながら、異なるパラメータの三角錐構造体を用いて集光発電ユニット１を構成することも可能である。
【００８８】
第１の実施形態の第２の実施例に係る集光発電ユニット１は、第１角度θ１が１７０°であり、第２角度θ２および第３角度θ３が４０°である。しかしながら、これらの角度は、あくまでも本明細書に記載されている条件に基づいて得られた一例の構成に過ぎず、所望の性能に合わせて、集光発電ユニット１を構成する各三角錐構造体の形状を変更することも本発明の思想に含まれる。
【００８９】
第１の実施形態に係る集光発電ユニット１は、中心三角錐構造体１０において、側面ＡＢＣに太陽光パネルが設けられ、側面ＡＢＤおよび側面ＡＣＤに反射鏡が設けられる。しかしながら、集光発電ユニット１は、このような構成に限られるものではない。例えば、午前中の早い時間帯および夕方の時間帯において、集光発電ユニット１によって太陽光量を変換した電力の提供が望まれる場合、つまり、追尾特性を有する集光発電ユニット１を構成する場合、中心三角錐構造体１０の側面ＡＢＣに設けられた太陽光パネルを省略してもよい。
【００９０】
第１の実施形態に係る集光発電ユニット１を構成する各三角錐構造体１０、２０、３０、４０、１００、２００、３００、４００は、底面を有する三角錐の形状で形成される。しかしながら、各三角錐構造体１０、２０、３０、４０、１００、２００、３００、４００は、このような構成に限られるものではない。各三角錐構造体１０、２０、３０、４０、１００、２００、３００、４００は、中実でも中空でもよい。また、各三角錐構造体１０、２０、３０、４０、１００、２００、３００、４００は、底面を備えず、設置面に稜線で接する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１  集光発電ユニット
１０、１００  中心三角錐構造体
２０、３０、４０、２００、３００、４００  周辺三角錐構造体
１０００  集光発電システム
【図１】
2019193554.tif 000007
【図２】
2019193554.tif 000008
【図３】
2019193554.tif 000009
【図４】
2019193554.tif 000010
【図５】
2019193554.tif 000011
【図６】
2019193554.tif 000012
【図７】
2019193554.tif 000013
【図８】
2019193554.tif 000014
【図９】
2019193554.tif 000015
【図１０】
2019193554.tif 000016
【図１１】
2019193554.tif 000017
【図１２】
2019193554.tif 000018
【図１３】
2019193554.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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