(57)【要約】【課題】  エネルギーが広い波長帯に分布している太陽光を、輸送中に波長帯分割し、分割された光に応じてそれぞれの波長帯に最も効率の良いエネルギー変換を行って、太陽光の効率的な利用を図ることができる太陽光エネルギー利用システムを提供する。【解決手段】  集光され且つ光ファイバー２によって導かれた太陽光Ｌは、光ファイバー２に接続されている波長帯分割器３ａ，３ｂによって、その波長帯に応じて分割される。波長帯分割器３ａによって分離された紫外光Ｌ１は、波長変換器５によって可視光Ｌ２ａに変換され、波長帯分割器３ｂによって分離された可視光Ｌ２ｂと共に光電変換器６に入力されて電気エネルギーに変換される。波長帯分割器３ｂによって分離された赤外線Ｌ３は、熱電変換器７において、熱エネルギーを介して電気エネルギーに変換される。出力側において、電力は統合化され、冷却系８も熱の回収及び温水利用において統合化される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光した太陽光を導く光ファイバー、当該光ファイバーに接続されて前記太陽光をその波長に応じて分割する波長帯分割器、及び当該波長帯分割器で分割された分割太陽光をそれぞれエネルギー変換するエネルギー変換器から成る太陽光エネルギー利用システム。
【請求項２】
前記波長帯分割器は、前記太陽光を紫外光、可視光及び赤外線に分離する分割器であることから成る請求項１に記載の太陽光エネルギー利用システム。
【請求項３】
前記波長帯分割器は、前記太陽光を前記紫外光とその余の中・長波長領域光とに分離する第１波長帯分割器、及び前記中・長波長領域光を前記可視光と前記赤外線とに分離する第２波長帯分割器から構成されていることから成る請求項１に記載の太陽光エネルギー利用システム。
【請求項４】
前記紫外光を可視光に波長変換する波長変換器を更に備え、前記可視光に対する前記エネルギー変換器は、前記波長分割器によって分離された前記可視光と前記波長変換器によって波長変換された前記可視光との光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換器であることから成る請求項２又は３に記載の太陽光エネルギー利用システム。
【請求項５】
前記赤外線に対する前記エネルギー変換器は、前記赤外線が持つエネルギーを熱エネルギーを介して電気エネルギーに変換する熱電変換器であることから成る請求項２又は３に記載の太陽光エネルギー利用システム。
【請求項６】
請求項４に記載の前記光電変換器と請求項５に記載の前記熱電変換器とによって得られた前記電気エネルギーは電力統合され、前記光電変換器と前記熱電変換器とを冷却する冷却系は熱回収と温水利用として熱統合されていることから成る太陽光エネルギー利用システム。
【請求項７】
前記波長帯分割器は、誘電体多層膜フィルターであることから成る請求項１に記載の太陽光エネルギー利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光のエネルギーを高効率に利用することを可能にする太陽光エネルギー利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光の利用の形態として、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池がある。しかしながら、太陽電池は、太陽光のエネルギーのうち、その一部である可視光のみを変換し利用するものである。図２には、横軸に波長を取り、縦軸に太陽光のエネルギーを取ったときの太陽光の波長分布が示されている。太陽電池による発電では、図２に示す波長分布の中央領域である可視光のエネルギーのみが利用されており、それ以外の紫外線領域の光や赤外線領域の光については発電等に利用されていないのが実情である。可視光以外の光は発電に利用されておらず、波長の短い紫外線領域の光は、エネルギーが高く、太陽発電セルの劣化を早めるという問題がある。また、可視光よりも波長の長い赤外線領域の光は、太陽発電セルの温度を上昇させるとともに、太陽発電セルの出力低下を招くことが判っている。また、集光型太陽電池では、集光面と発電部との位置関係が一義的に決められ、システム設計の自由度を大きく取ることができないという問題がある。
【０００３】
太陽光を波長帯に利用しようとする技術として、太陽光分離手段、採光手段、紫外線利用手段を有しており、太陽光分離手段により、太陽光を可視光線と紫外線とに分離し、且つ分離された可視光線及び紫外線を互いに異なる位置に備えられた採光手段及び紫外線利用手段に導き、可視光線を採光手段による採光に利用し、紫外線を紫外線利用手段により採光手段以外に利用する太陽光採光装置が提案されている（特許文献１参照）。この太陽光採光装置においては、太陽光に含まれる可視光線については採光に利用し、紫外線については紫外線照射による発電や発光に利用することが図られている。
【特許文献１】特開２００１−４２２４９号公報（段落［００１４］〜［００１８］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、エネルギーが広い波長帯に分布している太陽光を集光し、光の輸送中に波長に応じて分割し、可視化については太陽発電に利用し、紫外線領域の光や赤外線領域の光についても、波長に応じて効率の良いエネルギー変換を行う点で解決すべき課題がある。
【０００５】
この発明の目的は、エネルギーが広い波長帯に分布している太陽光を、その輸送中に波長帯分割し、分割された光に応じてそれぞれの波長帯に最も効率の良いエネルギー変換を行って、太陽光の効率的な利用を図ることができる太陽光エネルギー利用システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明による太陽光エネルギー利用システムは、集光した太陽光を導く光ファイバー、当該光ファイバーに接続されて前記太陽光をその波長に応じて分割する波長帯分割器、及び当該波長帯分割器で分割された分割太陽光をそれぞれエネルギー変換するエネルギー変換器から成っている。
【０００７】
この太陽光エネルギー利用システムによれば、集光した太陽光が光ファイバーによって導かれ、当該光ファイバーに接続されている波長帯分割器によって、太陽光はその波長に応じて分割される。波長帯分割器で分割された分割光のエネルギーは、それぞれの波長に適したエネルギー変換器によってエネルギー変換されるので、総合的に見て、太陽光を高い効率でエネルギー変換して利用することが可能になる。
【０００８】
この太陽光エネルギー利用システムにおいて、前記波長帯分割器は、前記太陽光を紫外光、可視光及び赤外線に分離する分割器であるとすることができる。太陽光を波長帯分割器で分割して得られた可視光は、従来のとおり太陽電池のような光電変換器で利用することができる。また、紫外光や赤外線もそれぞれの波長に適したエネルギー変換器によってエネルギー変換される。
【０００９】
波長帯分割器を備えた上記の太陽光エネルギー利用システムにおいて、前記波長帯分割器を、前記太陽光を前記紫外光とその余の中・長波長領域光とに分離する第１波長帯分割器、及び前記中・長波長領域光を前記可視光と前記赤外線とに分離する第２波長帯分割器から構成することができる。太陽光は、第１波長帯分割器によって短波長光としての紫外光とその余の中・長波長領域光とに分離され、中・長波長領域光は、更に第２波長帯分割器によって可視光と赤外線とに分離される。
【００１０】
この太陽光エネルギー利用システムにおいて、前記紫外光を可視光に波長変換する波長変換器を更に備え、前記可視光に対する前記エネルギー変換器は、前記波長帯分割器によって分離された前記可視光と前記波長変換器によって波長変換された前記可視光との光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換器であるとすることができる。波長帯分割器によって太陽光が紫外光、可視光及び赤外線に分離される場合、分離された紫外光は、波長変換器によって可視光に波長変換され、その可視光の光エネルギーが波長帯分割器によって直接に分離された可視光の光エネルギーと共に光電変換器によって電気エネルギーに変換される。したがって、従来、有害であった紫外光は、可視光に波長変換されて電気エネルギーに変換されるので、太陽光エネルギーの利用効率を高めることができる。
【００１１】
この太陽光エネルギー利用システムにおいて、前記赤外線に対する前記エネルギー変換器は、前記赤外線が持つエネルギーを熱エネルギーを介して電気エネルギーに変換する熱電変換器であるとすることができる。波長帯分割器によって太陽光が紫外光、可視光及び赤外線に分離される場合、分離された赤外線が持つエネルギーは、熱電変換器において一旦熱エネルギーに変換されたのち電気エネルギーに変換される。したがって、従来、太陽発電セルなどにおいてむしろ有害であった赤外線は、熱エネルギーを介して電気エネルギーに変換されるので、太陽光エネルギーの利用効率を高めることができる。
【００１２】
この太陽光エネルギー利用システムにおいて、可視光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する前記光電変換器と、赤外線が持つエネルギーを熱エネルギーを介して電気エネルギーに変換する前記熱電変換器とによって得られた前記電気エネルギーは電力統合され、前記光電変換器と前記熱電変換器とを冷却する冷却系は熱回収と温水利用として熱統合することができる。光電変換器と熱電変換器とによって得られた電気エネルギーを電力統合することで、システムの電気的な出力側構成が簡素化され、また、光電変換器と熱電変換器とを冷却する冷却系も熱回収と温水利用とについて熱統合することによって、システムの熱的な出力側構成が簡素化される。
【００１３】
この太陽光エネルギー利用システムにおいて、前記波長帯分割器を誘電体多層膜フィルターとすることができる。集光した太陽光は光ファイバーで導かれるが、光ファイバーに誘電体多層膜フィルターを接続することで、光ファイバーと波長帯分割器とを簡素に結合させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の太陽光エネルギー利用システムによれば、エネルギーが広い波長帯に分布している太陽光を集光して光ファイバーで導き、光ファイバーによる輸送中に太陽光を波長帯分割器によってその波長に応じて分割し、分割太陽光をそれぞれエネルギー変換するエネルギー変換器から成っているので、太陽光の波長分布において中央領域である可視光のエネルギーのみならずそれ以外の波長成分の光においても、各波長帯に最も効率の良いエネルギー変換が行われる。即ち、より波長の短い紫外線領域の光やより波長の長い赤外線領域の光が太陽発電セルの劣化を早めたり、太陽発電セルの温度を上昇させることに起因した太陽発電セルの出力低下を防止できると共に、これらの紫外線領域や赤外線領域の光についてもエネルギー変換されて、太陽光の効率的な利用を図ることができる太陽光エネルギー利用システムを得ることができる。更に、この太陽光エネルギー利用システムによれば、光ファイバーによる輸送中に太陽光をその波長に応じて分割するので、集光型太陽電池の場合のように集光面と発電部との位置関係が一義的に決められるという制約がなく、システム設計の自由度を大きく取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照してこの発明による太陽光エネルギー利用システムの実施の形態を説明する。図１は、本発明のよる太陽光エネルギー利用システムの一実施例を示す概念図である。
【００１６】
図１に示される太陽光エネルギー利用システム１においては、エネルギーが広い波長帯に分布している太陽光Ｌは、反射鏡やレンズ等の適宜の集光手段（図示せず）によって集光されて光ファイバー２によって導入・輸送される。光ファイバー２の途中には、太陽光Ｌを紫外光Ｌ１、可視光Ｌ２及び赤外線Ｌ３に分離する波長帯分割器が設けられている。波長帯分割器は、紫外光Ｌ１をその余の波長帯の光から分離する第１波長帯分割器３ａと、第１波長帯分割器３ａによって分離された可視光と赤外線とを分離する第２波長帯分割器３ｂから構成することができる。
【００１７】
太陽光Ｌは、第１波長帯分割器３ａによって短波長光としての紫外光Ｌ１とその余の中・長波長領域光とに分離され、紫外光Ｌ１は第１波長帯分割器３ａに接続されている光ファイバー４ａによって、後述するエネルギー変換のために更に輸送される。第１波長帯分割器３ａによって分離された中・長波長領域光は光ファイバー２によって更に輸送され、第２波長帯分割器３ｂに至る。中・長波長領域光は、第２波長帯分割器３ｂによって、更に可視光Ｌ２ｂと赤外線Ｌ３とに分離され、可視光Ｌ２ｂは光ファイバー４ｂによって後述するエネルギー変換のために更に輸送され、赤外線Ｌ３は光ファイバー２によって後述するエネルギー変換のために更に輸送される。
【００１８】
光ファイバー４ａの途中には、紫外光Ｌ１を可視光Ｌ２ａに波長変換する波長変換器５が設けられている。したがって、第１波長帯分割器３ａによって分離された紫外光Ｌ１は、波長変換器５によって可視光Ｌ２ａに波長変換される。光ファイバー４ａの先端は、光ファイバー４ｂの先端と共に、光電変換器６に接続されている。光電変換器６は、波長変換器５によって波長変換された可視光Ｌ２ａと、第２波長帯分割器３ｂによって分離された可視光Ｌ２ｂの入力を受けて、それらの光エネルギーを電気エネルギーに変換する。したがって、従来、有害であった紫外光Ｌ１の光エネルギーは、可視光Ｌ２ａに波長変換されて可視光Ｌ２ｂの光エネルギーと共に、大部分が電気エネルギーに変換されるので、太陽光エネルギーを有効利用しその利用効率を高めることができる。
【００１９】
光ファイバー２の先端には、赤外線Ｌ３に対するエネルギー変換器として、熱電変換器７が設けられている。赤外線は物質を温める性質があることを利用して、熱電変換器７は、第２波長帯分割器３ｂによって分離された赤外線Ｌ３が持つエネルギーを熱エネルギーを介して電気エネルギーに変換する。したがって、従来、むしろ有害であった赤外線は、一部が電気エネルギーに変換されるので、太陽光エネルギーを有効利用しその利用効率を高めることができる。
【００２０】
光電変換器６が可視光Ｌ２の光エネルギーから変換して得られた電気エネルギー（即ち、電力Ｐ１）と、熱電変換器７が赤外線Ｌ３のエネルギーから変換して得られた電気エネルギー（即ち、電力Ｐ２）とは、電力統合されて消費側に供給されるので、太陽光エネルギー利用システム１の電気的な出力側構成が簡素化される。また、光電変換器６において、エネルギー変換の際に発生する熱と、熱電変換器７においてエネルギー変換の際に変換し切れない熱とは、各変換器６，７を冷却する冷却系８によって回収される。吸収された熱は、温水利用という形態で利用可能であるが、熱回収と温水利用とにおいて冷却系８を熱統合することによって、太陽光エネルギー利用システム１の熱的な出力側構成が簡素化される。
【００２１】
波長帯分割器３ａ，３ｂについては、誘電体多層膜フィルターを用いることができる。集光した太陽光Ｌは光ファイバー２で導かれるが、光ファイバー２に誘電体多層膜フィルターを接続することで、光ファイバー２と波長帯分割器３ａ，３ｂとを簡単に結合させることができる。
【００２２】
太陽光エネルギー利用システム１によれば、集光した太陽光Ｌは、光ファイバー２によって導かれ、光ファイバーに接続されている波長帯分割器３ａ，３ｂによってその波長帯に応じて分割される。波長帯分割器３ａ，３ｂで分割された分割光のエネルギーは、それぞれの波長に適したエネルギー変換器６，７によってエネルギー変換されるので、総合的に見て、太陽光Ｌが持つエネルギーを高い効率で変換して利用することができる。太陽光エネルギー利用システム１によれば、光ファイバー２による輸送中に太陽光Ｌをその波長に応じて分割しており、分割後の光Ｌ１，Ｌ２ｂもそれぞれ光ファイバー４ａ，４ｂで輸送できるので、集光型太陽電池の場合のように集光面と発電部との位置関係が一義的に決められるという制約がなく、レイアウトを初めとしてシステム設計の大きな自由度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明による太陽光エネルギー利用システムの一実施例を示す概念図である。
【図２】太陽光エネルギーの波長分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１  太陽光エネルギー利用システム
２  光ファイバー
３ａ  第１波長帯分割器
３ｂ  第２波長帯分割器
４ａ，４ｂ  光ファイバー
５  波長変換器
６  光電変換器
７  熱電変換器
８  冷却系
Ｌ  太陽光
Ｌ１  紫外光
Ｌ２，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ  可視光
Ｌ３  赤外線
Ｐ１，Ｐ２  電力
【図１】
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【図２】
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