(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールを屋根に載せることに伴う台風対策や建物への負担等を解消すると共に複数ある太陽電池モジュールのコンパクト化を図り、さらには太陽光を効率良く取り込むことのできる太陽光発電システムを提供する。【解決手段】複数の太陽電池セル２２を有する太陽電池モジュール２と平面視面積が太陽電池モジュール２とほぼ同じ面積にして太陽電池モジュール２の受光面２ａと反射面３１ａが対向するように配設される反射板３とを備える光電ユニット１が、多段に積み上げられてなる積層ユニットＡと、太陽光の集光装置６と、該集光装置６と光電ユニット１に係る各太陽電池モジュール２とを連結する光ファイバケーブル７と、を具備し、集光装置６で集光した光が光ファイバケーブル７で太陽電池モジュール２へ伝送され、その光が反射面３１ａで反射し太陽電池モジュール２の太陽電池セル２２に照射することにより発電できるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルを有する太陽電池モジュール（２）と平面視面積が該太陽電池モジュールとほぼ同じ面積にして太陽電池モジュールの受光面と反射面が相対向するように配設される反射板（３）とを備える光電ユニット（１）が、多段に積み上げられてなる積層ユニット（Ｇ）と、
太陽光の集光装置（６）と、該集光装置と前記光電ユニットに係る各太陽電池モジュールとを連結する光ファイバケーブル（７）と、を具備し、
前記集光装置で集光した光が光ファイバケーブルで太陽電池モジュールへ伝送され、その光が前記反射面で反射し該太陽電池モジュールの太陽電池セルに照射することにより発電できるようにした太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽光を利用して発電する太陽光発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電システムはクリーンな太陽エネルギから発電し電力として活用しようとするものである。その核になるのが太陽電池セルで、太陽電池セルを直列又は並列に結線して所望電圧が得られるよう一つの単位にした太陽電池モジュールが市販されている。太陽電池モジュールはパネル状に形成され、太陽光の照射を太陽電池モジュールのパネル面で受けるべく、従来、住宅等の屋根の上に並べて設置されてきた（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０７４０９１号公報（図３）
【特許文献１】
特許第３３０５９４５号公報（段落００１９）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の太陽発電システムは太陽電池モジュールを日の良く当たる屋根面に設置することから次のような問題があった。第１に、パネル状の太陽電池モジュールを高い屋根の上に広く敷き詰めて固定するため、台風対策等で吹き飛ばぬよう屋根に固定するのが大変であった。第２に敷き詰められるパネル状太陽電池モジュール全体に亘り日の当たる広い屋根面積を必要とした。第３に、太陽電池モジュールを屋根にボルト締め等で固定することになるが、固定したボルト等から雨水が浸透し屋根下地材が傷む虞れがあった。
第４に、太陽電池モジュールは、一般に太陽電池セルを封入した支持板の上側にガラス板を配置させた表板１枚構造の太陽電池モジュールが用いられており、重量のあるガラス板が組み込まれていることから全体に重く、これが屋根に載ると、建物に荷重負担を与えた。より信頼性が高いガラス板の２枚板構造のものは更に重くなり負担が大きかった。
第５にパネル状太陽電池モジュールは屋根の上に固定されることから、それを太陽光に向け、太陽光を効率良く取り込むことができなかった。固定状態の太陽電池モジュールは太陽の動きに応じてその向きに合わせることが不可能で、太陽エネルギを有効に利用し難い状況にあった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するもので、太陽電池モジュールを屋根に載せることに伴う台風対策や建物への負担等を解消すると共に多数枚必要となれる太陽電池モジュールのコンパクト化を図り、さらには太陽光を効率良く取り込むことのできる太陽光発電システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、請求項１の発明の要旨は、複数の太陽電池セルを有する太陽電池モジュール（２）と平面視面積が該太陽電池モジュールとほぼ同じ面積にして太陽電池モジュールの受光面と反射面が相対向するように配設される反射板（３）とを備える光電ユニット（１）が、多段に積み上げられてなる積層ユニット（Ｇ）と、太陽光の集光装置（６）と、該集光装置と前記光電ユニットに係る各太陽電池モジュールとを連結する光ファイバケーブル（７）と、を具備し、前記集光装置で集光した光が光ファイバケーブルで太陽電池モジュールへ伝送され、その光が前記反射面で反射し該太陽電池モジュールの太陽電池セルに照射することにより発電できるようにした太陽光発電システムにある。
【０００７】
請求項１の発明のごとく、積層ユニットと太陽光の集光装置とを別体にして、両者を光ファイバケーブルで連結する構成にすると、太陽光の集光機能をもたせる集光装置と発電機能をもたせる積層ユニットに役割分担できるので、太陽の光を受ける必要のある集光装置は軽量，小型化され、日の当たる広い面積を要せず、その据付け，管理等が容易になる。また、太陽電池モジュールは集光機能を集光装置が担うので、太陽の当たる屋根等に広い面積をとって保護ガラス板等のある太陽電池モジュールを敷き詰める必要がなく、太陽電池モジュールの受光面と反射面が相対向するように配設された光電ユニットを形成し、これを多段に積み上げてコンパクトな積層ユニットにできる。太陽電池モジュール，積層ユニットは、集光機能を必要としないことから日の当たらない地上等の空きスペースに設置でき、本太陽光発電システムの導入をし易くする。しかも、本太陽光発電システムは、東京で年間に１４４Ｗｈ／ｃｍ２年といわれるクリーンで無限の太陽光エネルギを有効活用するもので、環境に優しいシステムとなる。加えて、軽量，小型になった集光装置は太陽の動きに追尾できる機能をもたせ易くなり、太陽エネルギをより有効活用できるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る太陽光発電システムについて詳述する。
図１〜図５は、本発明の太陽光発電システムの一形態で、図１はその全体説明図、図２は図１の積層ユニットを構成する光電ユニットの断面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視図、図４は図２のＢ−Ｂ線矢視図、図５は別態様の積層ユニットの斜視図である。
【０００９】
太陽光発電システム（以下、単に「発電システム」という。）は、集光装置６と積層ユニットＧと光ファイバケーブル７とを具備する（図１）。
【００１０】
集光装置６は太陽光９１を集光するための装置である。さらにここでは太陽９の動きを追尾し集光部を太陽光９１に向け、太陽光９１を効率良く取り込むことができるようになっている。集光装置６は公知の集光装置、例えば凸レンズを使って太陽光９１を集光する太陽光採光装置「ひまわり」（ラフォーレエンジニアリング株式会社製）が用いられる。太陽光採光装置「ひまわり」は『光センサーとマイクロコンピュータで駆動モータを制御することで、日の出から日没まで太陽９を追尾し、太陽光９１を光学レンズで集光』する装置である（旭硝子・ニュースリリース’９６，ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ａｇｃ．ｃｏ．ｊｐ／ｃｏｒｐｏｒａｔｅ／ｎｅｗｓ／１９９６／０２２１．ｈｔｍｌ）。「ひまわり」は小型，軽量化が進み、ベランダや窓際などの日の当たるところに置けるコンパクトサイズの商品「ミニ６眼ひまわり」などが登場している。この装置は集光した光そのものを光ファイバケーブル７で必要とされる場所へ導き、室内での日光浴、日が当たらない住宅部屋や地下事務所への太陽光採光、さらに植物育成等に利用できる。
かくのごとく、太陽光採光装置「ひまわり」で集光された太陽光９１は、光ファイバケーブル７を使って無窓室の地下室などに伝送され、自然の太陽光９１を地下室等に取り入れる目的で供されてきた。そのため、可視光線を焦点に結ばせ、生命にとって有効な可視光だけを抽出する工夫がなされている。しかしながら、本発明は光が最終的に光電変換されて電力として利用されるので、紫外線や赤外線等をも集光が可能である。赤外線等を取り込み、より集光能力を高めた太陽光採光装置にすればより好ましくなる。
なお、集光装置６は集熱も伴うので、ヒートポンプ方式による給湯利用又はラジエターにより散熱する。
【００１１】
本発明に係る集光装置６は太陽光９１の集光ができればよく、さらに好ましくは集光レンズや集光鏡を太陽９の動きに追随させ太陽９の方向に向けることのできる装置である。集光装置６は上記太陽光採光装置「ひまわり」に限定されず、例えば他に特開平１１−２７３４２４号公報記載の太陽光集光装置等を用いることができる。同公報記載の太陽光集光装置は太陽光９１を集光する複数の凹面ミラーと、該凹面ミラーで集光した太陽光９１を所望のリアクタまで伝送する光伝送手段と、複数の凹面ミラーを太陽光９１に向けて追従させる追従手段とを有し、さらに複数の凹面ミラーが共通の揺動フレームに搭載される装置になっている。
【００１２】
積層ユニットＧは複数の光電ユニット１が多段に積み上げられたボックス状体品である。光電ユニット１は太陽電池モジュール２（以下、単に「モジュール」という。）と反射板３と側板４とを具備する。
【００１３】
モジュール２は太陽９の光を受けて発電できる公知物（例えば特許第３３２６２０７号等）で、複数の太陽電池セル２２を収納しパネル状になっている。太陽電池セル２２は性質の異なるＰ形，Ｎ形の半導体を重ね合わせたもので、これに太陽光９１が当たれば電子と正孔が発生し、正孔がＰ形半導体側へ、電子がＮ形半導体側へ引き寄せられ、電流が流れ電気出力を取り出すことができる。１個の太陽電池セル２２の発電量が少ないことから、複数の太陽電池セル２２が直列又は並列に結線されて使用目的に応じた必要電圧が得られるモジュール２を単位ユニットとして形成している。
【００１４】
本実施形態のモジュール２は、図２，図３のごとくプラスチック基板２１たる支持板上に樹脂に封入された太陽電池セル２２を固着し、その上方の受光面側を保護ガラス板２０で覆った表板１枚構造（Ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ構造）の市販品を用いる。フレーム２３がプラスチック基板２１と保護ガラス板２０とを所定間隔にして両者を連結して、パネル状モジュール２が形成される。太陽電池セル２２とセル２２の間のプラスチック基板２１には光ファイバケーブル７を挿着させるための孔２１１が複数設けられる。
【００１５】
反射板３はパネル状モジュール２の平面視面積とほぼ同じ面積の反射面３１ａを有する板体である。例えば反射フィルム３１を反射板本体３２に貼着して反射面３１ａが形成される。反射板外周部とモジュール外周部を側板４で取り囲んで連結し、反射板３の反射面３１ａとモジュール２の受光面２ａ（詳しくは太陽電池セルの受光面２２ａ）とが所定距離を保って相対向するよう配設される（図２）。前記孔２１１に挿着された光ファイバケーブル７の発光口７１ａ１からの太陽光９１の入光ビーム９２は反射板３の反射面３１ａに当たって反射し、その反射ビーム９３が太陽電池セル２２に入光して発電できるようになっている。
ここでの反射板３は反射面３１ａをピラミッド型に隆起させて乱光板とし、乱反射を起こさせ易くして発光口７１ａ１からの太陽光９１が反射板３に当たった後の反射ビーム９３が各太陽電池セル２２にほぼ同量入射する工夫がなされている（図２，図４）。また、太陽電池セル２２が在る側板４の内面も反射面が形成され、発光口７１ａ１から光電ユニット１の内空間１ｃに導かれた太陽光９１をほぼ全て有効活用できるようにしている。
【００１６】
上述のモジュール２と反射板３を側板４で一体化させてなる盤状光電ユニット１は、多段に積み上げられて積層ユニットＧとなる。隣り合う光電ユニット１間に所定隙間Ｏを設けて各光電ユニット１を枠体５で固定することで、ボックス状のコンパクトな積層ユニットＧが出来上がる。図１では、８段積み上げた積層ユニットＧとする。現在市販のモジュール２は例えば１．３００ｍｍ×９００ｍｍ×４０ｍｍ程度で最大出力が１４０ｗ〜１６０ｗであることから、モジュール２を７〜８枚積み上げた積層ユニットＧ（約１．３００ｍｍ×９００ｍｍ×１０５０〜１６００ｍｍ）で、１ｋＷの発電が得られるようになる。
【００１７】
光ファイバケーブル７は前記集光装置６と前記光電ユニット１に係る各モジュール２とを連結する光伝送手段である。集光装置６に一端を接続させた光ファイバケーブル７は途中で４つに分岐して分岐チューブ７１となり、該分岐チューブ７１は各光電ユニット１間の隙間Ｏに入り込んでさらに分配されて分配チューブ７１ａとなる（図１）。そして該分配チューブ７１ａの先端の発光口７１ａ１がプラスチック基板２１の孔２１１からモジュール内空間２４に覗くようにして、光ファイバケーブル７に係る分配チューブ７１ａの他端が各モジュール２に接続される（図２，図３）。
【００１８】
なお、図１では２台の集光装置６を設け、一台で集光した太陽光９１を光ファイバケーブル７を使って４つのモジュール２に均等分配されるが、１台の集光装置６でまかなえる場合は、１台の集光装置６から８段積み上げた積層ユニットＧの各モジュール２に集光した太陽光９１が分配される。
図５は別態様の積層ユニットで、図１の積層ユニットＧを４台まとめてユニット化させ、４ｋＷの発電が得られるようにしたものである。積層ユニットＧを地上等に置くスペースとしてはｆ×２ｅ×２ｈ、すなわち１．３ｍ×１．８ｍ×２．１〜３．２ｍ程度必要なだけである。４ｋＷの電力があれば一般家庭用電気がまかなえる。
【００１９】
かくのごとして、前記集光装置６で集光した光は光ファイバケーブル７によって太陽電池モジュール２へと伝送され、その光が反射面３１ａで反射し太陽電池モジュール２の太陽電池セル２２に照射することで発電が可能になる。日の照る場所に小型で軽量の前記集光装置６で集光した太陽光９１は、光ファイバケーブル７で地上等の別の場所に設置された積層ユニットＧのモジュール２へと光伝送され、光電効果により電気を起こす。得られた電気は直流電気であるので、例えば図示しないパワーコンディショナ等によって交流電気に変換し、家庭用電化製品等に利用可能となる。
【００２０】
このように構成した発電システムは、モジュール２を屋根に載せる従来の方法と違って、集光の役割を担う集光装置６と電気をつくる役目の積層ユニットＧとを別体にし、両者を光ケーブルで連結するので、それぞれの役割に応じた最良の設置場所を選定できる。集光装置は小型化されるので、日の当たる高所の広い屋根等が得られなくても本発電システムを採用できる。集光だけを目的とする比較的軽量，小型の集光装置６だけを日の当たる場所に設置して、重量のあるモジュール２を組み込んだ積層ユニットＧを日が照ることのない地上等に置くことができる。パネル状のモジュール２を屋根に広く敷き詰めることが不要になるので、台風対策から開放される。屋根へのモジュール取付け箇所からの屋根下地材を傷める問題や保護ガラス板２０で構成された重量のあるモジュール２を屋根に載せることに伴う問題等もないので、建物に負担を与えずに済む。
また、本発明の発電システムは、モジュール２で自然の太陽光９１を直接受ける必要がないので、モジュール２を多段に積み上げる積層ユニット化が可能で、コンパクトになり、地上に設置する際、場所をとらず省スペース化が図れる。
【００２１】
さらに集光レンズや集光鏡を太陽９の動きに追随させ太陽９の方向に向けることのできる集光装置６を用いれば、太陽資源をより効果的に利用して発電量を高めることができる。
住宅屋根に固定する従来のパネル式モジュール２では、各モジュール２が重量的に重く且つ屋根全面に一枚ずつ敷き詰め固定されることから、直射日光の方向に向けさせることは不可能であった。これに対し、集光機能のみ担わせる集光装置６では小型，軽量になり太陽９を追いかけることが容易になる。例えば前記「ひまわり」は『内蔵する時計機構が示す年月日時刻をもとに太陽９の位置を計算し、レンズを太陽９の方向に向け、直射日光が出ている場合はセンサが正確な位置をとらえる』（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｕｎ．ｏｒ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｈｉｍａｗａｒｉ／ｇａｉｙｏ．ｈｔｍｌ）ことができる。
【００２２】
尚、本発明においては、前記実施形態に示すものに限られず、目的，用途に応じて本発明の範囲で種々変更できる。光電ユニット１，モジュール２，反射板３，枠体５，集光装置６，光ファイバケーブル７等の種類，形状，大きさ，個数，材質等は用途に合わせて適宜選択できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明の太陽光発電システムは、太陽電池モジュールの重量品を屋根に載せることに伴う台風対策や建物への負担等を解消し、また太陽電池モジュールの積み上げ方式でコンパクト化を図ってそれを地上設置できるようにし、さらには太陽光を効率良く取り込むことができるなど優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽光発電システムの全体説明図である。
【図２】図１の積層ユニットを構成する光電ユニットの断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図５】別態様の積層ユニットの斜視図である。
【符号の説明】
１            光電ユニット
２            太陽電池モジュール
２ａ          太陽電池モジュールの受光面
２２          太陽電池セル
３            反射板
３１ａ        反射面
６            集光装置
７            光ファイバケーブル
９１          太陽光
Ｇ            積層ユニット
【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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