(57)【要約】【課題】美観を損なわずに効率よく発電を行う太陽光発電装置を提供することを目的とする。【解決手段】太陽光発電装置は、複数の整合層が設けられた球体または多面体に形成された枠体と、該枠体において、整合層が設けられている箇所を除く内面に設けられた反射手段と、整合層が設けられている箇所の外面に設けられ、枠体の外部から内部に光を導く複数の誘電体アンテナと、から成る集光手段と、枠体の内部またはその一部に設けられ、枠体の内部に導かれた光を直接及び／又は反射手段で反射させて受光し発電する太陽電池と、を備える。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
複数の整合層が設けられた球体または多面体に形成された枠体と、該枠体において、該整合層が設けられている箇所を除く内面に設けられた反射手段と、該整合層が設けられている箇所の外面に設けられ、該枠体の外部から内部に光を導く複数の誘電体アンテナと、から成る集光手段と、
前記枠体の内部またはその一部に設けられ、該枠体の内部に導かれた光を直接及び／又は前記反射手段で反射させて受光し発電する太陽電池と、
を備えた太陽光発電装置。
【請求項２】
前記太陽電池が前記枠体の外部に設けられ、該枠体の一部に、該枠体の内部に導かれた光を該太陽電池に集光させるレンズを設けた、請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
前記太陽電池の受光面が、太陽が南中する角度に対して垂直に設けられていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
前記太陽電池の受光面に複数の誘電体アンテナを備えた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽光発電装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、太陽光発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー資源の確保及びその利用について将来的に様々な問題に直面すると言われている。例えば、石油危機、化石燃料の枯渇、燃焼ガスによる環境破壊の発生などが挙げられる。これに伴い、風力、水力、太陽光等の再生可能エネルギーが注目され、これらを利用した技術の開発が進められている。
【０００３】
特に太陽光エネルギーを利用した発電技術に関しては、実用化され、実際に使用されている製品も多数存在し高い利用効果を発揮している。例えば、集光型の太陽光発電装置が下記に示す特許文献１に開示されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の太陽光発電装置は、太陽電池の表面が露出しており、美観が損なわれている。また、太陽光と太陽電池との角度によって発電効率が変化するため、太陽を追尾する機構を備えていなければ効率よく発電することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２００２−３１９４９２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
本考案の目的は、美観を損なわずに効率よく発電を行う太陽光発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案の太陽光発電装置は、複数の整合層が設けられた球体または多面体に形成された枠体と、該枠体において、整合層が設けられている箇所を除く内面に設けられた反射手段と、整合層が設けられている箇所の外面に設けられ、枠体の外部から内部に光を導く複数の誘電体アンテナと、から成る集光手段と、枠体の内部またはその一部に設けられ、枠体の内部に導かれた光を直接及び／又は反射手段で反射させて受光し発電する太陽電池と、を備えたことを特徴とする。誘電体アンテナによって枠体の内部に導かれた光が直接及び／又は反射手段で反射して太陽電池に照射されることにより太陽電池が発電する。
【０００８】
本考案の太陽光発電装置は、太陽電池が枠体の外部に設けられ、枠体の一部に、枠体の内部に導かれた光を太陽電池に集光させるレンズを設けたことを特徴とする。太陽電池は枠体の内部に導かれた光を枠体の外部でレンズを介して受光する。
【０００９】
本考案の太陽光発電装置は、太陽電池の受光面が、太陽が南中する角度に対して垂直に設けられていることを特徴とする。太陽電池の裏面からの入射光が排除される。
【００１０】
本考案の太陽光発電装置は、太陽電池の受光面に複数の誘電体アンテナを備えたことを特徴とする。誘電体アンテナにより特定の波長の光が効率よく太陽電池に導かれる。
【考案の効果】
【００１１】
本考案の太陽光発電装置によれば、集光手段を構成する枠体が球体または多面体であるため、３６０°方向からの光を集光することができる。したがって、太陽を追尾する機構を備える必要がない。また、太陽電池の表面を集光手段で覆うことができるため、美観を損なわない。
【００１２】
本考案の太陽光発電装置によれば、集光手段を構成する枠体の内面に反射手段を設けているため、太陽電池に直接照射されない角度で枠体の内部に導かれた光も反射手段で反射させて太陽電池に照射させることができる。したがって、集光効率が非常によい。
【００１３】
本考案の太陽光発電装置によれば、集光手段を構成する枠体の内部に導かれた光がレンズを介して太陽電池に照射されるため、効率よく太陽電池に光を集光させることができる。
【００１４】
本考案の太陽光発電装置によれば、太陽電池の受光面が太陽の南中する角度に対して垂直に設けられているため、太陽電池の裏面からの入射光が排除され、太陽電池の発電効率がよい照射角度の光を効率よく受光できる。
【００１５】
本考案の太陽光発電装置によれば、太陽電池の受光面に誘電体アンテナを備えているため、太陽電池の集光効率及び発電効率をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本考案に係る太陽光発電装置を示す側面図である。
【図２】本考案に係る反射手段を拡大した部分断面図である。
【図３】本考案に係る太陽電池を拡大した断面図である。
【図４】他の実施形態に係る太陽光発電装置を示す側面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１７】
本考案に係る太陽光発電装置について図面を用いて説明する。
【００１８】
図１及び図２に示す太陽光発電装置１は、複数の整合層２３が設けられた球体に形成された枠体２２と、枠体２２において、整合層２３が設けられている箇所を除く内面に設けられた反射手段２１と、整合層２３が設けられている箇所の外面に設けられ、枠体２２の外部から内部に光を導く複数の誘電体アンテナ１１と、から成る集光手段１０と、枠体２２の内部またはその一部に設けられ、枠体２２の内部に導かれた光を直接及び／又は反射手段２１で反射させて受光し発電する太陽電池１２とを備える。誘電体アンテナ１１によって効率よく集光手段１０を構成する枠体２２の内部に導かれた光が、直接及び／又は反射手段２１で反射して太陽電池１２に照射されることで太陽電池１２が発電する。
【００１９】
集光手段１０は、図２に示すように、複数の整合層２３が設けられた枠体２２の内面に反射手段２１を、枠体２２の外面に誘電体アンテナ１１をそれぞれ設けて形成されている。反射手段２１は、整合層２３のない箇所に設けられている。誘電体アンテナ１１は、整合層２３上に設けられている。集光手段１０の構成はこれに限定されない。例えば、枠体２２と反射手段２１は一体に構成してもよい。また、整合層２３に誘電体アンテナ１１を配設し、または隣接する誘電体アンテナ１１の間にポリカーボネート樹脂等を充填して、枠体２２の外面が面一になるような構成であってもよい。
【００２０】
集光手段１０は、太陽光２Ａのように、入射光２ａが直接太陽電池１２に照射される光のみならず、太陽光２Ｂのように、入射光２ｂが直接太陽電池１２に照射されない光も内面の反射手段２１で反射させ反射光２ｂ´として太陽電池１２に照射させることができる。集光手段１０は、太陽電池１２の表面を覆うことができ、その外面にデザインを施すことができる。
【００２１】
枠体２２は球体に形成されている。「球体」とは「回転楕円体」であることを意味する。即ち、真球、扁球、長球を含めた広義の意味として使用するものとする。枠体２２の形状はこれに限定されず、例えば、多面体等であってもよい。枠体２２の大きさは太陽電池１２の大きさによって適宜設計される。枠体２２は、ポリカーボネート樹脂やＡＢＳ樹脂等の樹脂で形成されるのが好ましいが、これに限定されない。例えば、金属等を用いて形成してもよい。枠体２２に設けられる整合層２３はナノサイズの微小なものでよい。
【００２２】
整合層２３から枠体２２の内部に入射した光は、直接及び／又は反射手段２１で反射して太陽電池１２に照射される。整合層２３から外部にもれる光も一部存在するが、整合層２３はナノサイズの孔なので入射光のほとんどは反射手段２１で反射して太陽電池１２に照射される。枠体２２は球体であるため、３６０°方向からの光を受光できる。したがって、例えば、地面からの反射光でさえも受光できる。これにより、太陽を追尾する機構を備える必要がない。
【００２３】
反射手段２１は、例えば、超高反射率鏡のような反射率の非常に高いもので形成するのが好ましい。枠体２２の内部に導かれた光はほとんど吸収されることなく反射手段２１で反射されて太陽電池１２に照射される。反射手段２１はこれに限定されず、枠体２２の内面が鏡面になっていればよい。例えば、金属鏡やアクリルミラー等を設けてもよい。
【００２４】
誘電体アンテナ１１は、整合層２３上に位置する枠体２２の外面に配設されている。誘電体アンテナ１１は、角柱、円柱、角錐台、円錐台などの形状である。誘電体アンテナ１１の材料としては、ポリプロピレンやフッ素樹脂などの有機誘電体が挙げられ、ガラスや二酸化ケイ素などの無機誘電体であってもよい。
【００２５】
誘電体アンテナ１１は光を電磁波としてとらえ、特定の波長の光を受光し透過させるものである。誘電体アンテナ１１は、特定の波長の光を効率よく枠体２２の内部に導く。誘電体アンテナ１１が導く光の波長は、太陽電池１２で効率よく発電が行われる波長にするとよい。このような波長を最大感度波長とよぶ。
【００２６】
誘電体アンテナ１１の高さは、最大感度波長の０．５倍〜１０倍にするのが好ましい。また、誘電体アンテナ１１の最小幅は高さの０．５倍〜２倍とし、隣接する誘電体アンテナ１１の間隔は最大感度波長の０．５倍〜１０倍とするのが好ましい。誘電体アンテナ１１の最適な高さは、太陽電池１２の材質等により変化する。したがって、太陽電池１２の材質によって適宜選択される。
【００２７】
誘電体アンテナ１１は、枠体２２に対して垂直方向に設けられる。誘電体アンテナ１１の上面に対して垂直方向から入射する太陽光３Ａは入射光３ａとして枠体２２の内部に導かれる。それに加えて、誘電体アンテナ１１から見て±６０°の仰角からの太陽光３Ｂ、３Ｃも誘電体アンテナ１１によって入射光３ｂ、３ｃとして枠体２２の内部に導かれる。誘電体アンテナ１１の上面に対して垂直方向以外の光も枠体２２の内部に入射させることができるため、集光効率がよい。
【００２８】
太陽電池１２は、図３に示すように、表面電極層３１と裏面電極層３２の間に半導体発電層５を設けて構成されている。また、表面電極層３１上に誘電体アンテナ３０と保護膜３４とを備える。誘電体アンテナ３０の下に位置する表面電極層３１には整合層３３が形成されている。
【００２９】
太陽電池１２は、集光手段１０の内部において、太陽電池１２の受光面が太陽の南中する角度に対して垂直に設けられている。これにより、太陽電池１２の裏面からの入射光を排除できる。したがって、太陽電池１２の発電効率がよい照射角度の光を効率よく受光できる。
【００３０】
半導体発電層５はｐ型半導体層５ａとｎ型半導体層５ｂとを接合して形成されている。半導体発電層５の材料としては、多結晶Ｓｉ、単結晶Ｓｉ、薄膜Ｓｉ等のシリコン系の半導体が好ましいが、これに限定されない。例えば、化合物系や有機物系の半導体を材料として形成してもよい。
【００３１】
半導体発電層５に光が照射されると正孔と電子が発生する。発生した正孔はｐ型半導体層５ａ側に、電子はｎ型半導体層５ｂ側に引き寄せられる。これによりｐ型半導体層５ａとｎ型半導体層５ｂとの間に起電力が生じる。
【００３２】
表面電極層３１は金属電極で形成されている。表面電極層３１は、例えばアルミニウム、銅、銀等の金属薄膜で形成することが好ましいが、これに限定されない。裏面電極層３２もこれと同様である。
【００３３】
表面電極層３１は整合層３３から光を透過させる。整合層３３はナノサイズの微小なものでよい。金属電極は透光性を有さないが、整合層３３上に誘電体アンテナ３０が設けられているため表面電極層３１の透光率は低下しない。金属電極は電気抵抗が極めて小さいため発電した電力を効率よく出力できる。
【００３４】
誘電体アンテナ３０は、上述した誘電体アンテナ１１と同様の特徴を有する。したがって、枠体２２の内部に導かれた入射光及び反射光を効率よく太陽電池１２に導く。例えば、誘電体アンテナ３０に対して垂直に入射する光４ａのみならず、誘電体アンテナ３０から見て±６０°の仰角からの光４ｂ、４ｃも太陽電池１２に導かれる。誘電体アンテナ３０によって、太陽電池１２の集光効率及び発電効率をさらに高めることかできる。
【００３５】
保護膜３４は、隣接する誘電体アンテナ３０の間にポリカーボネート樹脂等を充填して形成される。保護膜３４と誘電体アンテナ３０により太陽電池１２の表面を覆うことができる。
【００３６】
太陽光発電装置１は本実施形態に限定されず、その他の形態で実施することができる。例えば、図４に示すように、太陽光発電装置１は、太陽電池１２の受光面が太陽の南中する角度に対して垂直になるように、太陽電池１２を枠体２２の外部に設け、枠体２２に設けられたレンズ４１によって枠体２２の内部に導かれた光を集光して太陽電池１２に光を照射する形態であってもよい。
【００３７】
また他の実施形態として、両面受光型太陽電池、または両面で光を受光できるように複数の太陽電池を組み合わせたものを集光手段１０の内部の任意の位置に設けた形態であってもよい。
【００３８】
さらに他の実施形態として、複数の太陽光発電装置１をアレイ状に配置して使用する形態であってもよい。
【００３９】
以上に例示した本考案の実施形態に係る太陽光発電装置は、本考案の技術的思想を実質的に限定するものと解してはならない。例えば、本考案の太陽光発電装置は、太陽電池の表面に誘電体アンテナと保護膜を有さないものを使用してもよい。また、太陽電池の形状は円錐形状等に任意に変更することも可能である。
【００４０】
本考案の実施は、上記に示された複数の実施形態、あるいは使用例を組合せて実施することも可能である。よって、本考案は、その要旨を逸脱しない範囲で、当業者の創意と工夫により、適宜に改良、変更又は追加をしながら実施されるものである。
【符号の説明】
【００４１】
１…太陽光発電装置、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ…太陽光、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、３ｃ…入射光、２ｂ´…反射光、４ａ、４ｂ、４ｃ…光、５…半導体発電層、５ａ…ｐ型半導体層、５ｂ…ｎ型半導体層、１０…集光手段、１１…誘電体アンテナ、１２…太陽電池、２１…反射手段、２２…枠体、２３…整合層、３０…誘電体アンテナ、３１…表面電極層、３２…裏面電極層、３３…整合層、３４…保護膜、４１…レンズ。
【図１】
0003151300.tif 000003
【図２】
0003151300.tif 000004
【図３】
0003151300.tif 000005
【図４】
0003151300.tif 000006