(57)【要約】【課題】入射面に入射された太陽光線のほとんどを、太陽電池に効率良く導くことを可能とした、簡単かつ安価な構造の集光素子を組付けた、集光素子付き太陽電池を提供する。【解決手段】集光素子１の一端面に太陽電池２を取付けたものであり、その集光素子１を、中心軸線ｎの周りの放物線回転体とほぼ対応する外輪郭形状を有するパラボラ状の透光部材３により構成し、この透光部材３の大径端を太陽光線ｓの入射面４とし、小径端を太陽電池２の取付面５としてなる。【選択図】　　　　図１
2004047753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光素子の一端面に太陽電池を取付けたものであり、
その集光素子を、中心軸線の周りの放物線回転体とほぼ対応する外輪郭形状を有するパラボラ状の透光部材により構成し、この透光部材の大径端を太陽光線の入射面とし、小径端を太陽電池の取付面としてなる集光素子付き太陽電池。
【請求項２】
集光素子の一端面に太陽電池を取付けたものであり、
その集光素子を、パラボラ状の透光部材と楔状の透光部材との連結構造体により構成し、
パラボラ状の透光部材を、中心軸線の周りの放物線回転体とほぼ対応する外輪郭形状を有するものとし、この透光部材の大径端を、楔状の透光部材との連結面とするとともに、小径端を太陽電池の取付面とし、
楔状の透光部材を、側面形状がほぼ直角三角形をなすものとし、この透光部材の、相互に直交する一方の面を太陽光線の入射面とするとともに、他方の面を、パラボラ状の透光部材との連結面とし、残りの傾斜面を、入射した太陽光線の反射面としてなる集光素子付き太陽電池。
【請求項３】
楔状の透光部材の反射面に、それの幅方向に延びる複数本のＶ字状溝を全体的に設けてなる請求項２に記載の集光素子付き太陽電池。
【請求項４】
反射面としての傾斜面に、シースルー型の太陽電池を取付けてなる請求項２もしくは３に記載の集光素子付き太陽電池。
【請求項５】
反射面としての傾斜面に、反射層を設けてなる請求項２もしくは３に記載の集光素子付き太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は集光素子付き太陽電池に関し、とくに簡単かつ安価な構造にして、集光効率を高める技術を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池のための集光装置としては、樋型平面鏡、樋型複合放物面鏡等の反射鏡を用いたものの他、凸レンズ、フレネルレンズ等のレンズを用いたものが従来から広く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、このような従来装置によってなお、太陽光線を、十分に満足できるほどに高い効率で太陽電池に集光することは困難であった。
そこでこの発明は、入射面に入射された太陽光線のほとんどを、太陽電池に効率良く導くことを可能とした、簡単かつ安価な構造の集光素子を組付けた、集光素子付き太陽電池を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る集光素子付き太陽電池は、集光素子の一端面に太陽電池を取付けたものであり、その集光素子を、中心軸線の周りの放物線回転体とほぼ対応する外輪郭形状を有するパラボラ状の透光部材、好ましくは無色透明部材により構成し、この透光部材の大径端を太陽光線の入射面とし、小径端を太陽電池の取付面としたものである。
【０００５】
ここで透光部材は、たとえば、ポリスチレン、スチレン・メチルメタクリレート共重合体、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン、アリルグリコールカーボネート樹脂、スピラン樹脂、アモルファスポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリアリルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ジアリルフタレート、フッ素樹脂、ポリエステルカーボネート、ノルボルネン系樹脂、脂環式アクリル樹脂、シリコーン樹脂、アクリルゴム、シリコーンゴム等のポリマー材料の一種類または、二種類以上の組合わせをもって構成することができる他、ガラス等によって構成することもできる。
【０００６】
このような太陽電池では、透光部材の入射面に入射した太陽光線を、それの外輪郭面で効率良く反射させて小径端に取付けた太陽電池に集光させることにより、簡単にして安価な集光素子構造の下で、太陽光線を、起電力の発生のために、従来技術に比してはるかに有効に利用することができる。
【０００７】
また、中心軸線に直交する横断面輪郭が円形をなすこの太陽電池では、それの複数個を同一平面内で整列配置させた場合の、集光素子間を通る洩れ光線を採光のために利用することができる。
【０００８】
ここで、太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機半導体太陽電池等を用いることができ、なかでも低コスト化のためには有機半導体太陽電池を用いることが好ましく、とりわけ、高い変換効率のためには色素増感形太陽電池を用いることが好ましい。
【０００９】
この発明に係る他の集光素子付き太陽電池は、これも集光素子の一端面に太陽電池を取付けたものであり、その集光素子を、パラボラ状の透光部材と楔状の透光部材との連結構造体によって構成し、パラボラ状の透光部材を、中心軸線の周りの放物線回転体とほぼ対応する外輪郭形状を有するものとし、この透光部材の大径端を、楔状の透光部材との連結面とするとともに、小径端を太陽電池の取付面とする一方で、楔状の透光部材を、側面形状がほぼ直角三角形をなすものとして、この透光部材の、相互に直交する一方の面を太陽光線の入射面とするとともに、他方の面を、パラボラ状の透光部材との連結面とし、残りの傾斜面を、入射した太陽光線の反射面としたものである。
【００１０】
ここで、パラボラ状の透光部材と楔状の透光部材とはいずれも、無色透明部材とすることが好ましく、それら両者は、事後的に接合することにより、または一体構成によって連続構造体とすることができる。ところで、両透光部材を事後的に接合する場合には、接合界面での光の屈折等によって光が外部に洩出するのを防止するべく、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系その他の、光硬化型樹脂または熱硬化型樹脂のような無色透明の接着剤を用いることが好ましい。なお、両者を一体構成する後者にあっては、上述した太陽電池において、それぞれの透光部材の相互の連結面は仮想線として存在することになる。
【００１１】
この集光素子付き太陽電池では、これもまた、集光素子の、簡単にして安価な構造の下で、楔状の透光部材の入射面に入射された太陽光線を十分に集光するとともに、それをさらにパラボラ状透光部材で集光して太陽電池に入射させることにより、そこへの供給エネルギを増大させて、電池の起電力を大きく高めることができる。
【００１２】
ところで、楔状の透光部材の反射面に、それの幅方向に延びる複数本のＶ字状溝を全体的に設けた場合には、入射面に対する反射面の傾き角度を所要に応じて選択して、いいかえれば、十分広い入射面面積を確保してなお、入射した太陽光線の反射効率、ひいては、集光効率を大きく向上させることができる。
【００１３】
また、反射面としての傾斜面に、シースルー型の太陽電池を取付けた場合には、反射面にＶ字状溝を設けると否とにかかわらず、その反射面からの洩出光線をもまた起電力の発生のために有効に利用して、太陽光線の利用効率を一層高めることができる。しかもここでは、太陽電池をシースルー型とすることにより、反射面からの洩出光線を採光のためにも利用することができる。
【００１４】
なお、反射面としての傾斜面に太陽電池を取付けることに代えて、その傾斜面に、塗膜層、貼着層、蒸着層等とすることができる反射層を設けた場合には、太陽光線の、その反射面からの洩出を効果的に防止して集光効率をより一層高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に示すところに基づいて説明する。
図１はこの発明の実施形態を示す斜視図であり、図中１は集光素子を、２はその一端面に取付けた太陽電池をそれぞれ示す。
【００１６】
ここで、集光素子１は、中心軸線ｎの周りの放物線回転体とほぼ対応する外輪郭形状を有するパラボラ状の中実透光部材３、好ましくは無色の中実透明部材によって構成してなり、それの大径端を太陽光線の入射面４として、そして小径端を、太陽電池２の取付面５として機能させるものである。
【００１７】
ここにおけるこの透光部材３は、前述したようなポリマー材料、ガラス等によって構成することができ、また、太陽電池２は、先に述べた単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機半導体太陽電池等のいずれかとすることができる。
【００１８】
そして、このような太陽電池２の、前記取付面５への取付けは、これも前述したように、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系等の無色透明の接着剤を用い、接合界面で光の屈折が生じないように行うことが、太陽電池２への光線の入射ロス、その光線の、外部への屈折洩出等を防ぐ上で好ましい。
【００１９】
このように構成してなる集光素子付き太陽電池６によれば、集光素子１の入射面４から入射した太陽光線ｓを、集光素子１のパラボラ状の外輪郭面で反射させて、それの多くの部分を太陽電池２に効率よく集光させることにより、太陽光線ｓの利用効率を大きく高めることができる。
【００２０】
図２は、以上のような集光素子付き太陽電池６の複数個を、入射面４を面一にして、図の前後左右方向に整列させて配置してなるモジュール７の一例を示す。
このようなモジュール７を単位として製造、組立て等を行う場合には、各種のコストを有利に低減させることができる。
加えてこのモジュール７では、横断面輪郭形状が円形をなすパラボラ状の集光素子１のそれぞれが、相互の隣接面間に隙間を画成するので、それらの隙間から下方へ洩れる太陽光線を採光のために有効に利用することができる。
【００２１】
図３は他の実施形態を示す底面斜視図であり、これは、先に述べた集光素子と同様のパラボラ状の透光部材を集光素子の一部とするものである。
すなわち、ここにおける集光素子１１は、相互に接合されたまたは一体構成された、パラボラ状の透光部材１２と、楔状の透光部材１３との連結構造体により構成してなる。
【００２２】
ここで、パラボラ状の透光部材１２、好ましくは無色の透明部材は、前述した中実透光部材３と同様、中心軸線ｎの周りの放物線回転体とほぼ対応する外輪郭形状を有するものであり、それの大径端を、楔状の透光部材１３との連結面１４とし、小径端を、太陽電池１５の取付面１６として機能させるものであって、連結面１４の、楔状透光部材１３への連結および、取付面１６への太陽電池１５の取付けはいずれも、前述したような、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系等の無色透明の接着剤を用いて行うことができる。
【００２３】
また、楔状の透光部材１３、これも好ましくは、無色の透明部材は，前述したパラボラ状透光部材３と同様の材料によって構成することができ、ほぼ直角三角形状の側面形状を有する。ここでは、かかる透光部材１３の、相互に直交する一方の面を、太陽光線ｓの入射面１７とするとともに、他方の面を、パラボラ状透光部材１２、直接的にはそれの連結面１４のための連結面１８とし、残りの傾斜面を、入射した太陽光線ｓの反射面１９とする。なおここにおけるそれぞれの連結面１４，１８は、図示のように、楔状透光部材１３の連結面１８を、パラボラ状透光部材１２のそれよりも相当大きくすることも可能であるが、楔状透光部材１３で集光した太陽光線ｓの利用効率をより高めるためには、連結面１８の方形輪郭形状を、円形の連結面１４に外接する方形形状とすることが好ましい。
【００２４】
このように構成してなる集光素子付き太陽電池２０では、入射面１７から入射した太陽光線ｓを反射面１９で反射して第１段階の集光を行い、次いで、その集光光線をパラボラ状の透光部材１２に入射させ、そこで、パラボラ状の外輪郭面に反射させて第２段階の集光を行うことにより、太陽電池１５への供給エネルギを大きく増大させることができる。
【００２５】
図４は、このように構成してなる太陽電池２０の複数個を、楔状透光部材１３の幅方向および前後方向に整列させて配設してなるモジュール２１を例示する。
なおこの場合、太陽電池２０の整列個数は適宜に選択することができる。
【００２６】
図５は、図３に示す太陽電池の変更例を示す側面図であり、これは、透光部材１３の反射面１９に、透光部材１３の幅方向に延びる、断面形状がほぼＶ字状をなすＶ字状溝２２の複数本を、その全体にわたって、たとえば均等に設けたものである。
これによれば、各Ｖ字状溝２２の、パラボラ状透光部材１２側に向く溝壁の延長線と、入射面１７に立てた法線の延長線との交角を、３０〜５０°の範囲、たとえばほぼ４５°とすることで、その入射面１７に垂直に入射される太陽光線を、すぐれた反射効率をもって透光部材１２に入射させることができる。
【００２７】
従ってここでは、Ｖ字状溝２２の配設密度を高めることで、太陽電池１５への入射光量を所要に応じて高めることができ、また、溝壁面による、入射光線の所期した通りの反射をもたらし得る限りにおいて、入射面１７に対する反射面１９の傾き角を所要に応じて選択することができるので、透光部材１２の太陽電池取付面１６、ひいては、太陽電池それ自体の表面積に対する、太陽光線の入射面表面積を十分大きくして、その太陽電池１５への供給エネルギをより一層増大させることができる。
【００２８】
以上、パラボラ状の透光部材１２だけに太陽電池１５を設ける場合について説明したが、図６に例示するように、楔状透光部材１３の反射面１９に他の太陽電池２３、好ましくはシースルー型の太陽電池を取付けることもでき、これによれば、反射面１９にＶ字状溝２２を設けると否とにかかわらず、その反射面１９からの洩出光線をもまた、太陽電池２３の起電力の発生に有効に利用することができるので、太陽光線ｓの利用効率をより一層高めることができ、また、その太陽電池２３をシースルー型とした場合には、それを透過した太陽光線ｓを採光の目的に利用することができる。
なお、図６（ａ）は単一の集光素子付き太陽電池２０を示し、図６（ｂ）はそれの所要の複数個を合体させてなるモジュールを示す。
【００２９】
ところで、このような太陽電池２３に代えて、反射面１９に、塗膜層、貼着層、蒸着層等にて形成することができる反射層を設けた場合には、Ｖ字状溝２２の有無にかかわらず、太陽光線ｓをパラボラ状透光部材側へ一層効率よく反射させることができるので、反射面１９に、シースルー型の太陽電池等を取付けるまでもなく、太陽光線ｓをより有効に利用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
かくしてこの発明によれば、太陽電池を取付けられるパラボラ状の透光部材によって、または、パラボラ状の透光部材と、側面形状がほぼ直角三角形状をなす楔状の透光部材との連結構造体によって集光素子を構成して、それぞれの透光部材をともに集光レンズの如くに機能させることにより、簡単にして安価な構造の下で、太陽光線の集光効率を、従来技術に比して大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図３】他の実施形態を示す斜視図である。
【図４】他の太陽電池モジュールを示す斜視図である。
【図５】他の実施形態を示す側面図である。
【図６】反射面への太陽電池の、取付け例を示す図である。
【符号の説明】
１，１１　集光素子
２，１５，２３　太陽電池
３，１２　パラボラ状の透光部材
４，１７　入射面
５，１６　取付面
６，２０　集光素子付き太陽電池
７，２１　モジュール
１３　楔状の透光部材
１４，１８　連結面
１９　反射面
２２　Ｖ字状溝
ｎ　中心軸線
ｓ　太陽光線
【図１】
2004047753.tif 000003
【図２】
2004047753.tif 000004
【図３】
2004047753.tif 000005
【図４】
2004047753.tif 000006
【図５】
2004047753.tif 000007
【図６】
2004047753.tif 000008