(57)【要約】【課題】  低コストでコンパクトな集光素子及び太陽電池システムを提供する。【解決手段】  集光素子２は、光の入射する第１面２１ａと、第１面２１ａから入射した光が反射する第２面２１ｂと、第２面２１ｂで反射した光が第１面２１ａで反射し、第１面２１ａで反射した光が到達する集光部２１ｄと、を有する基板２１を備えることを特徴とする。【選択図】 図１
2012248776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射する第１面と、
前記第１面から入射した光が反射する第２面と、
前記第２面側に、前記第２面で反射した光が前記第１面で反射し、前記第１面で反射した光が集光する集光部と、
を有する基板
を備えることを特徴とする集光素子。
【請求項２】
前記集光部に対向する前記第１面の第１領域から入射した光は、前記集光部に直接到達することを特徴とする請求項１に記載の集光素子。
【請求項３】
前記第２面は、前記集光部の両側で前記集光部に向けて傾斜した長方形の形状で形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の集光素子。
【請求項４】
前記第２面は、前記集光部の周囲に、前記集光部に向けて傾斜した環状に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の集光素子。
【請求項５】
前記集光部は、前記第１面に向けて凹状に窪んだ曲面である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の集光素子。
【請求項６】
前記第１面に対向して配置された透過部材を備え、
前記透過部材に入射した光は、前記透過部材を透過した後、前記第１面から入射し、前記集光部に集光する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の集光素子。
【請求項７】
前記透過部材は、
前記透過部材を透過して前記第１面から入射した光が直接前記集光部に到達するように前記第１面に対向して配置したレンズ部材と、
前記透過部材を透過して前記第１面から入射した光が前記第２面で反射し、前記第２面で反射した光が前記第１面で反射して前記集光部に到達するように前記第１面に対向して配置した偏向部材と、
を有する
ことを特徴とする請求項６に記載の集光素子。
【請求項８】
前記透過部材と前記第１面との間に前記基板よりも屈折率が低い層を有する
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の集光素子。
【請求項９】
前記第１面と前記第２面とを連結する側面は、反射面である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の集光素子。
【請求項１０】
前記第１面は、正多角形である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の集光素子。
【請求項１１】
前記第１面は、円形である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の集光素子。
【請求項１２】
前記第２面は、前記集光部の両側に線対称に設けられる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の集光素子。
【請求項１３】
前記第２面は、前記集光部の周囲に点対称に設けられる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の集光素子。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の集光素子と、
前記集光部に設置する太陽電池と、
を備えることを特徴とする太陽電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光等の光を集光する集光素子及び太陽光等の光を集光する集光素子を用いる太陽電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池の面積を小さくしてコストを低減するために、太陽光をフレネルレンズで集光する技術が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１４４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、太陽電池の面積は小さくなるが、フレネルレンズによって集光するための光路が長くなり、全体としては大きい装置となっていた。
【０００５】
本発明は、従来技術のこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストでコンパクトな集光素子及び太陽電池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本発明の集光素子は、光の入射する第１面と、前記第１面から入射した光が反射する第２面と、前記第２面側に、前記第２面で反射した光が前記第１面で反射し、前記第１面で反射した光が集光する集光部と、を有する基板を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、前記集光部に対向する前記第１面の第１領域から入射した光は、前記集光部に直接到達することを特徴とする。
【０００８】
また、前記第２面は、前記集光部の両側で前記集光部に向けて傾斜した長方形の形状で形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、前記第２面は、前記集光部の周囲に、前記集光部に向けて傾斜した環状に形成されることを特徴とする。
【００１０】
また、前記集光部は、前記第１面に向けて凹状に窪んだ曲面であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記第１面に対向して配置された透過部材を備え、前記透過部材に入射した光は、前記透過部材を透過した後、前記第１面から入射し、前記集光部に集光することを特徴とする。
【００１２】
また、前記透過部材は、前記透過部材を透過して前記第１面から入射した光が直接前記集光部に到達するように前記第１面に対向して配置したレンズ部材と、前記透過部材を透過して前記第１面から入射した光が前記第２面で反射し、前記第２面で反射した光が前記第１面で反射して前記集光部に到達するように前記第１面に対向して配置した偏向部材と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、前記透過部材と前記第１面との間に前記基板よりも屈折率が低い層を有することを特徴とする。
【００１４】
また、前記第１面と前記第２面とを連結する側面は、反射面であることを特徴とする。
【００１５】
また、前記第１面は、正多角形であることを特徴とする。
【００１６】
また、前記第１面は、円形であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記第２面は、前記集光部の両側に線対称に形成されることを特徴とする。
【００１８】
また、前記第２面は、前記集光部の周囲に点対称に形成されることを特徴とする。
【００１９】
さらに本発明の太陽電池システムは、前記集光素子と、前記集光部に設置する太陽電池と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、低コストでコンパクトな集光素子及び太陽電池システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【図２】第１実施形態の太陽電池システムの実施例１の平面図である。
【図３】第１実施形態の太陽電池システムの寸法に関する図である。
【図４】第２面での損失を示す図である。
【図５】第１実施形態の太陽電池システムの実施例２の平面図である。
【図６】第２実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【図７】第３実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【図８】第３実施形態の透過部材付近の拡大図である。
【図９】第４実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【図１０】第５実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【図１１】第６実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【図１２】第７実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【図１３】他の実施例の基板の平面図である。
【図１４】他の実施例の基板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の集光素子及び太陽電池システムについて説明する。
【００２３】
図１は第１実施形態の太陽電池システムの断面図、図２は第１実施形態の太陽電池システムの実施例１の平面図である。
【００２４】
太陽電池システム１は、太陽光を集光する集光素子２と、集光素子が集光した太陽光を電力に変換する太陽電池３と、を備える。
【００２５】
集光素子２は、太陽電池３の配置された面と反対側に形成され、光が入射する入射面としての第１面２１ａと、入射面２１ａと反対側の太陽電池３の配置された面に形成され、入射面２１ａから入射した光を反射させる反射面としての第２面２１ｂと、第１面２１ａと第２面２１ｂとを連結する側面２１ｃと、光が集光する集光部２１ｄと、を含む基板２１を有する。
【００２６】
第１面２１ａは、入射面としての機能と共に、第２面２１ｂで反射した光を全反射させて集光部２１ｄに光を集光させる反射面としての機能を有する。
【００２７】
図２に示すように、実施例１では、太陽電池３は、一方の辺の長さが基板２１と同じ長さを有する長方形で形成されている。第２面２１ｂは、太陽電池３の両側に線対称に、太陽電池３に近い側から遠い側に向かって、傾斜した長方形の平面の第１フレネル反射面２１ｂ1、第２フレネル反射面２１ｂ2、第３フレネル反射面２１ｂ3、及び第４フレネル反射面２１ｂ4を有する。
【００２８】
第１フレネル反射面２１ｂ1、第２フレネル反射面２１ｂ2、第３フレネル反射面２１ｂ3、及び第４フレネル反射面２１ｂ4は、第１面２１ａに垂直に入射した光を、太陽電池３を配置する集光部２１ｄに近づけるように反射させる角度を有する。また、反射した光を第１面２１ａで全反射させることが可能な角度を有する。
【００２９】
基板２１の側面２１ｃは、反射面からなることが好ましい。側面２１ｃを反射面とすることにより、側面２１ｃから外部に逃げる光を低減させて、より集光率を高くすることが可能となる。
【００３０】
次に、太陽電池システム１での光の集光について説明する。
【００３１】
太陽電池３に対向する位置で集光素子２の第１面２１ａの中央付近の第１領域２１ａ1に垂直に入射した光は、基板２１内を透過して、集光部２１ｄに集光し、そのまま直接太陽電池３に入射する。
【００３２】
直接太陽電池３に入射しない第１領域２１ａ1以外に入射した光は、まず、集光素子２の基板２１の第１面２１ａに入射する。第１面２１ａに入射した光は、基板２１内を透過して、第２面２１ｂの第１フレネル反射面２１ｂ1、第２フレネル反射面２１ｂ2、第３フレネル反射面２１ｂ3、及び第４フレネル反射面２１ｂ4の少なくとも１つの面で反射する。第２面２１ｂで反射した光は、基板２１内を透過して、第１面２１ａで全反射する。全反射した光は、集光部２１ｄに集光し、太陽電池３に入射する。
【００３３】
なお、図１及び図２では、フレネル反射面は、便宜上、第１フレネル反射面２１ｂ1、第２フレネル反射面２１ｂ2、第３フレネル反射面２１ｂ3、及び第４フレネル反射面２１ｂ4の４つとした。しかしながら、フレネル反射面の数は４つに限らず、波長に対して十分な大きさを有する限り、集光させる領域の大きさに併せて適宜変更してもよい。フレネル反射面の数を多くし細かくするほど、集光させる領域を小さくすることができる。集光部２１ｄに対して実際に集光する領域を小さくすると、入射する光の入射角が大きくなった場合でも光が集光部２１ｄから外れることが低減されるので、好ましい。
【００３４】
次に、実施例１の設計方法について説明する。
【００３５】
図３は第１実施形態の太陽電池システムの寸法に関する図、図４は第２面での損失を示す図である。
【００３６】
集光素子２の基板２１の屈折率ｎは１．５とする。また寸法は、集光素子２の基板２１の厚さｄ＝１０ｍｍ、基板２１の幅Ｌ＝２００ｍｍ、太陽電池の幅Ｗ＝４０ｍｍとする。
【００３７】
集光素子２の基板２１の第２面２１ｂの第１フレネル反射面２１ｂ1、第２フレネル反射面２１ｂ2、第３フレネル反射面２１ｂ3、及び第４フレネル反射面２１ｂ4の各幅寸法は、波長に対して十分大きく、幾何光学で対応できるものとする。また、第１フレネル反射面２１ｂ1、第２フレネル反射面２１ｂ2、第３フレネル反射面２１ｂ3、及び第４フレネル反射面２１ｂ4の高さ及び角度は、無視できるものとする。
【００３８】
このような条件で、第１面２１ａに垂直に入射した光が太陽電池３に到達する効率を計算する。
【００３９】
まず、図３に示すように、Ｘ軸方向の基板２１の中心Ｏからの距離をｘ、光が第１面２１ａで全反射する角度をθ、光が全反射する前に反射した第２面２１ｂの傾斜角をαとすると、以下の式（１）及び式（２）が成立する。
θ＝tan-1｛ｘ／（２ｄ）｝                                    （１）
α＝θ／２＝〔tan-1｛ｘ／（２ｄ）｝）／２                    （２）
【００４０】
ここで、図４に示すように、第２面２１ｂの傾斜角αでの損失δは、隣り合う凸部の高さが同じという仮定の下で、以下の式（３）となる。
δ＝Δ／入射光量＝１／｛１＋１／（tan２αtanα）｝          （３）
ただし、Δは、図４に示すように、第２面２１ｂの傾斜角αの面Ｓnの太陽電池側に隣接する面Ｓn-1の端面Ｓｔn-1から、傾斜角αの面Ｓnの太陽電池側に隣接する面Ｓn-1の端面Ｓｔn-1の頂点Ｐｔn-1に遮られる光が傾斜角αの面Ｓnで反射する位置までのＸ方向の距離に相当する光量である。
【００４１】
光が太陽電池３に直接到達するｘ≦２０ｍｍでは、損失δ＝０で効率η＝１とする。すなわち、幅Ｗ＝４０ｍｍの太陽電池３に直接光が到達する場合の光量を１とすると、図１及び図２に示すような幅Ｌ＝２００ｍｍの基板２１を用いた場合、２．４２倍の光量を得ることが可能となる。
【００４２】
また、太陽電池３の大きさ／到達する光量は、約１／２．４２＝０．４１３となる。したがって、幅Ｌ＝２００ｍｍの基板２１を用いた場合の光量を、直接到達する光によって得るために必要な太陽電池３の大きさの０．４１３倍の大きさの太陽電池３で済むこととなる。すなわち、太陽電池３の材料の量が０．４１３倍で済むこととなる。
【００４３】
以下の表は、実施例１の数値データを表すものである。ｘはＸ軸方向の基板２１の中心Ｏからの距離、αは光が全反射する前に反射した第２面２１ｂの傾斜角、δは第２面２１ｂの傾斜角αでの損失、ηは効率（１−δ）である。また、中心〜ｘ間の平均効率は効率１−δの０〜ｘまでの平均値である。なお、０≦ｘ≦２０は光が太陽電池３に直接到達する範囲、２０＜ｘ≦１００は光が第２面２１ｂで反射し、第１面２１ａで全反射して太陽電池３に直接到達する範囲である。
【００４４】
ｘ       α       損失δ          効率η      中心〜ｘ間の    L=2ｘのときの
[mm]     [°]                     ＝１−δ      平均効率        集光倍率
0       0.0      0.000           1.000           1.000           0.00
1       1.4      0.000           1.000           1.000           0.05
2       2.9      0.000           1.000           1.000           0.10
3       4.3      0.000           1.000           1.000           0.15
4       5.7      0.000           1.000           1.000           0.20
5       7.0      0.000           1.000           1.000           0.25
6       8.3      0.000           1.000           1.000           0.30
7       9.6      0.000           1.000           1.000           0.35
8      10.9      0.000           1.000           1.000           0.40
9      12.1      0.000           1.000           1.000           0.45 
10      13.3      0.000           1.000           1.000           0.50
11      14.4      0.000           1.000           1.000           0.55
12      15.5      0.000           1.000           1.000           0.60
14      17.5      0.000           1.000           1.000           0.70
15      18.4      0.000           1.000           1.000           0.75
16      19.3      0.000           1.000           1.000           0.80
17      20.2      0.000           1.000           1.000           0.85
18      21.0      0.000           1.000           1.000           0.90
19      21.8      0.000           1.000           1.000           0.95
20      22.5      0.000           1.000           1.000           1.00
21      23.2      0.310           0.690           0.985           1.03
22      23.9      0.327           0.673           0.971           1.07
23      24.5      0.344           0.656           0.957           1.10
24      25.1      0.360           0.640           0.944           1.13
25      25.7      0.375           0.625           0.931           1.16
26      26.2      0.390           0.610           0.919           1.19
27      26.7      0.405           0.595           0.907           1.22
28      27.2      0.419           0.581           0.895           1.25
29      27.7      0.432           0.568           0.884           1.28
30      28.2      0.445           0.555           0.873           1.31
31      28.6      0.458           0.542           0.862           1.34
32      29.0      0.470           0.530           0.852           1.36
33      29.4      0.482           0.518           0.842           1.39
34      29.8      0.493           0.507           0.832           1.41
35      30.1      0.504           0.496           0.822           1.44 
36      30.5      0.514           0.486           0.813           1.46 
37      30.8      0.524           0.476           0.804           1.49 
38      31.1      0.534           0.466           0.795           1.51
39      31.4      0.544           0.456           0.786           1.53
40      31.7      0.553           0.447           0.778           1.56
41      32.0      0.562           0.438           0.770           1.58
42      32.3      0.570           0.430           0.762           1.60
43      32.5      0.578           0.422           0.754           1.62
44      32.8      0.586           0.414           0.746           1.64
45      33.0      0.594           0.406           0.738           1.66
46      33.3      0.601           0.399           0.731           1.68
47      33.5      0.608           0.392           0.724           1.70
48      33.7      0.615           0.385           0.717           1.72
49      33.9      0.622           0.378           0.710           1.74
50      34.1      0.629           0.371           0.703           1.76
51      34.3      0.635           0.365           0.696           1.78
52      34.5      0.641           0.359           0.690           1.79
53      34.7      0.647           0.353           0.684           1.81
54      34.8      0.653           0.347           0.677           1.83
55      35.0      0.658           0.342           0.671           1.85
56      35.2      0.664           0.336           0.665           1.86
57      35.3      0.669           0.331           0.659           1.88
58      35.5      0.674           0.326           0.654           1.90
59      35.6      0.679           0.321           0.648           1.91
60      35.8      0.684           0.316           0.642           1.93
61      35.9      0.688           0.312           0.637           1.94
62      36.1      0.693           0.307           0.632           1.96
63      36.2      0.697           0.303           0.626           1.97
64      36.3      0.702           0.298           0.621           1.99
65      36.4      0.706           0.294           0.616           2.00
66      36.6      0.710           0.290           0.611           2.02
67      36.7      0.714           0.286           0.607           2.03
68      36.8      0.718           0.282           0.602           2.05
69      36.9      0.722           0.278           0.597           2.06
70      37.0      0.725           0.275           0.592           2.07
71      37.1      0.729           0.271           0.588           2.09
72      37.2      0.732           0.268           0.583           2.10
73      37.3      0.736           0.264           0.579           2.11
74      37.4      0.739           0.261           0.575           2.13
75      37.5      0.742           0.258           0.571           2.14 
76      37.6      0.746           0.254           0.566           2.15 
77      37.7      0.749           0.251           0.562           2.16 
78      37.8      0.752           0.248           0.558           2.18
79      37.9      0.755           0.245           0.554           2.19
80      38.0      0.757           0.243           0.550           2.20
81      38.1      0.760           0.240           0.547           2.21
82      38.1      0.763           0.237           0.543           2.23
83      38.2      0.766           0.234           0.539           2.24
84      38.3      0.768           0.232           0.535           2.25
85      38.4      0.771           0.229           0.532           2.26
86      38.5      0.773           0.227           0.528           2.27
87      38.5      0.776           0.224           0.525           2.28
88      38.6      0.778           0.222           0.521           2.29
89      38.7      0.781           0.219           0.518           2.30
90      38.7      0.783           0.217           0.515           2.32
91      38.8      0.785           0.215           0.511           2.33
92      38.9      0.788           0.212           0.508           2.34
93      38.9      0.790           0.210           0.505           2.35
94      39.0      0.792           0.208           0.502           2.36
95      39.1      0.794           0.206           0.499           2.37
96      39.1      0.796           0.204           0.496           2.38
97      39.2      0.798           0.202           0.493           2.39
98      39.2      0.800           0.200           0.490           2.40
99      39.3      0.802           0.198           0.487           2.41
100      39.3      0.804           0.196           0.484           2.42
【００４５】
図５は第１実施形態の太陽電池システム１の実施例２の平面図である。
【００４６】
図５に示すように、実施例２は、太陽電池３を配置する集光部２１ｄの中心に対して点対称に、集光素子２の基板２１の第２面２１ｂを同心の環状に形成したものである。基板２１の第２面２１ｂを同心の環状に形成することで、太陽電池３の周囲すべての方向から光が到達することとなり、より小さい太陽電池３に多くの光量を到達させることが可能となる。
【００４７】
以下の各実施形態の太陽電池システム１は、集光素子２の基板２１の第２面２１ｂの形状として、図２の実施例１及び図５の実施例２のいずれの実施例を採用してもよい。
【００４８】
図６は第２実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【００４９】
第２実施形態の太陽電池システム１は、集光素子２の基板２１の第１面２１ａの反対側の中央付近で、第１面２１ａに入射した光が反射せずに直接到達する集光部２１ｄを第１面２１ａに向けて凹状に窪んだ平面に形成し、太陽電池３を集光部２１ｄに埋め込んだものである。
【００５０】
第２実施形態の太陽電池システム１の光の集光は、第１実施形態の太陽電池システム１の光の集光と同様である。
【００５１】
このように、集光素子２の基板２１に凹状の集光部２１ｄを形成し、集光部２１ｄに太陽電池３を設置することで、基板２１に対する太陽電池３の突出を低減することができ、設置するスペースを有効に利用できると共に、太陽電池システム１を容易に設置することが可能となる。特に、基板２１に対する太陽電池３の突出をなくし、平面とすることでより一層の効果を生じさせることが可能となる。
【００５２】
図７は第３実施形態の太陽電池システムの断面図、図８は第３実施形態の透過部材付近の拡大図である。
【００５３】
第３実施形態の太陽電池システム１は、第２実施形態の太陽電池システム１の集光素子２の基板２１の入射側、すなわち基板２１の第１面２１ａに対して太陽電池３とは反対側に透過部材２２を設置したものである。
【００５４】
また、第３実施形態では、集光素子２の基板２１と透過部材２２とは若干離れて配置されている。なお、基板２１と透過部材２２とは当接して設置してもよい。基板２１と透過部材２２とを若干離れて配置することで、基板２１よりも低い屈折率の層を挟むこととなる。そして、第２面２１ｂで反射した光が第１面２１ａ及び透過部材２２を通過することを低減することが可能となる。
【００５５】
透過部材２２は、第１レンズ２２1及び第２レンズ２２2を含む。第１レンズ２２1及び第２レンズ２２2の形状は、第２面２１ｂの形状に対応する。例えば、第２面２１ｂが図２に示したように傾斜した長方形の平面の形状の場合には、第１レンズ２２1及び第２レンズ２２2の各面を長方形にする。また、第２面２１ｂが図５に示したように同心の環状の場合には、第１レンズ２２1及び第２レンズ２２2の各面を同心の環状にする。
【００５６】
図８に示すように、第１レンズ２２1は、基板２１の第１面２１ａに対して反対側であり傾斜した第１面２２11と、基板２１に対向する第２面２２12と、を有する。第２レンズ２２2は、基板２１の第１面２１ａに対して反対側であり傾斜した第１面２２21と、基板２１に対向する第２面２２22と、を有する。
【００５７】
第１レンズ２２1に入射する光は、まず、第１レンズ２２1の第１面２２11に入射し、第１レンズ２２1の第２面２２12から射出する。続いて、基板２１の第１面２１ａから入射し、集光部２１ｄに配置された太陽電池３に入射する。
【００５８】
第２レンズ２２2に入射する光は、まず、第２レンズ２２2の第１面２２21に入射し、第２レンズ２２2の第２面２２22から射出する。続いて、基板２１の第１面２１ａから入射し、集光部２１ｄに配置された太陽電池３に入射する。
【００５９】
なお、以下の各実施形態の太陽電池システム１の集光素子２の透過部材２２の形状は、図２に示した実施例１及び図５に示した実施例２のいずれかの形状に対応して、同様の形状にすればよい。また、透過部材２２は、細かくしていくつ設けてもよい。
【００６０】
第３実施形態の太陽電池システム１で、集光素子２の基板２１に直接到達する光の集光は、第１実施形態及び第２実施形態の太陽電池システム１の光の集光と同様である。
【００６１】
このように、第３実施形態の太陽電池システム１は、集光素子２の基板２１の入射側、すなわち第１面２１ａに対して太陽電池３とは反対側に透過部材２２を設置したので、太陽電池３の中心により集光させることができ、太陽電池３をより小さくすることが可能となる。また、集光部２１ｄに対して実際に集光する領域を小さくすることができ、入射する光の入射角が大きくなった場合でも光が集光部２１ｄから外れることが低減される。
【００６２】
図９は第４実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【００６３】
第４実施形態の太陽電池システム１は、第３実施形態の太陽電池システム１の集光部２１ｄ及び太陽電池３を曲面に形成したものである。
【００６４】
図９に示すように、第４実施形態の太陽電池３は、集光素子２の基板２１の第１面２１ａに向けて凹状に窪んだ曲面で形成されている。基板２１は、第１面２１ａの反対側の面に表面が曲面で形成された凹状に窪んだ集光部２１ｄを有する。集光部２１ｄは、ドーム形状に穴のあいた形状である。この集光部２１ｄの表面に沿って太陽電池３が形成される。
【００６５】
このように、基板２１に凹状の集光部２１ｄを形成し、太陽電池３を集光素子２の基板２１の第１面２１ａに向けて凹状に窪んだ曲面で形成することにより、光が太陽電池３に対して垂直に近い角度で入射するため、到達した光量のより多くを太陽電池３に取り込むことが可能となる。また、凹状の集光部２１ｄの頂部と第１面２１ａの距離を０にする又は０に近づけることで、入射光の入射角が大きくなった場合に、凹状の集光部２１ｄの頂部と第１面２１ａとの間を光が通過することを低減することが可能となる。
【００６６】
図１０は第５実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【００６７】
第５実施形態の太陽電池システム１は、第４実施形態の太陽電池システム１の集光素子２の透過部材２２を基板２１の第１面２１ａの全面に対向して形成したものである。
【００６８】
図１０に示すように、第５実施形態の太陽電池システム１では、透過部材２２は、透過部材２２を透過して第１面２１ａから基板２１に入射した光が直接太陽電池３に到達するように第１面２１ａに対向して配置したレンズ部材２２ａと、透過部材２２を透過して第１面２１ａから基板２１に入射した光が第２面２１ｂで反射し、第１面２１ａで反射して太陽電池３に到達するように第１面２１ａに対向して配置した偏向部材２２ｂと、を有する。
【００６９】
例えば、図１０に示すように、第５実施形態のレンズ部材２２ａは、第１レンズ２２ａ1、第２レンズ２２ａ2及び第３レンズ２２ａ3を有する。また、第５実施形態の偏向部材２２ｂは、第１レンズ２２ｂ1〜第ｎレンズ２２ｂnまで有する。なお、ｎは整数自然数である。
【００７０】
レンズ部材２２ａ及び偏向部材２２ｂは、第３実施形態で説明したものと同様の部材でよい。なお、レンズ部材２２ａ及び偏向部材２２ｂは、細かくしていくつ設けてもよい。
【００７１】
このように、レンズ部材２２ａ及び偏向部材２２ｂを形成することにより、基板２１の第２面２１ｂの傾斜を緩やかに設定することができ、反射による損失δを低減することが可能となる。
【００７２】
図１１は第６実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【００７３】
第６実施形態の太陽電池システム１は、第４実施形態の太陽電池システム１の集光素子２の基板２１の第２面２１ｂを曲面に形成したものである。
【００７４】
図１１に示すように、第６実施形態の基板２１の第２面２１ｂは、基板２１の第１面２１ａに対して凹面を向けた曲面で形成される。第２面２１ｂの形状は、第２面２１ｂで反射した光が第１面２１ａで全反射できる形状とする。
【００７５】
このように、集光素子２の基板２１の第２面２１ｂを曲面に形成することにより、フレネル状の反射面で形成したものと比較して反射による損失δを低減することが可能となる。
【００７６】
図１２は第７実施形態の太陽電池システムの断面図である。
【００７７】
第７実施形態の太陽電池システム１は、第５実施形態のように太陽電池システム１の集光素子２の透過部材２２を基板２１の第１面２１ａの全面に対向して形成すると共に、第４実施形態の太陽電池システム１の集光素子２の基板２１の第２面２１ｂをテーパ面に形成したものである。
【００７８】
図１２に示すように、第７実施形態の太陽電池システム１では、透過部材２２は、透過部材２２を透過して第１面２１ａから基板２１に入射した光が直接太陽電池３に到達するように第１面２１ａに対向して配置したレンズ部材２２ａと、透過部材２２を透過して第１面２１ａから基板２１に入射した光が第２面２１ｂで反射し、第１面２１ａで反射して太陽電池３に到達するように第１面２１ａに対向して配置した偏向部材２２ｂと、を有する。
【００７９】
例えば、図１２に示すように、第７実施形態のレンズ部材２２ａは、第１レンズ２２ａ1、第２レンズ２２ａ2及び第３レンズ２２ａ3を有する。また、第７実施形態の偏向部材２２ｂは、第１レンズ２２ｂ1〜第ｎレンズ２２ｂnまで有する。なお、ｎは整数自然数である。
【００８０】
レンズ部材２２ａは、第３実施形態で説明したものと同様の部材でよいが、偏向部材２２ｂは、内側から外側に向かうにしたがって入射面の角度を異ならせることが好ましい。例えば、図１２に示すように、偏向部材２２ｂを射出した光の角度が外側に向かうにしたがって大きくなるように設定すると好ましい。なお、レンズ部材２２ａ及び偏向部材２２ｂは、細かくしていくつ設けてもよい。
【００８１】
このように、レンズ部材２２ａ及び偏向部材２２ｂを形成することにより、基板２１の第２面２１ｂの傾斜を緩やかに設定することができ、反射による損失δを低減することが可能となる。
【００８２】
また、集光素子２の基板２１の第２面２１ｂをテーパ形状に形成した場合も、フレネル状の反射面で形成したものと比較して反射による損失δを低減することが可能となる。なお、図１２に示したテーパ状の第２面２１ｂの太陽電池３に隣接する部分、特に、レンズ部材２２ａに対向する部分は、破線のようにカットしてもよい。さらに、基板２１は、テーパ形状に対してフレネル状の反射面をさらに形成してもよい。
【００８３】
以上、本発明の集光素子２及び太陽電池システム１をいくつかの実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施形態に限定されず他の実施形態を形成してもよい。
【００８４】
例えば、集光素子２は、入射時の透過効率が高く、射出時の透過効率が低いフォトニック結晶等により形成されることが好ましい。フォトニック結晶等により形成することで、集光素子２に光を閉じ込めて蓄積し、集光率を高くすることが可能となる。
【００８５】
図１３及び図１４は、他の実施例の基板の平面図である。図１３及び図１４に示すように、基板２１の第１面２１ａの形状は、正多角形又は円形であると、基板の中心から入射位置までの距離（図３のｘに対応）の最大値が小さくなり、損失δが小さく抑えられるため、集光率が向上して好ましい。特に、正八角形、正六角形又は正方形であれば、作製が容易で低コストとなり、好ましい。また、正六角形又は正方形であれば、多面付けした際に隙間が生じず、好ましい。さらに、基板２１の第２面２１ｂ及び太陽電池３は、基板２１の第１面２１ａの形状に対応して形成すると好ましい。
【００８６】
太陽電池３は、１つとは限らず、複数配置してもよい。その際、対称的に配置することが好ましい。
【００８７】
また、太陽電池システム１は、太陽追尾装置によって、追尾させてもよい。さらに、太陽電池３の表面を、光の反射を低減するような微細な凹凸などの構造にしてもよい。
【００８８】
以上、本発明の集光素子２及び太陽電池システム１をいくつかの実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施形態に限定されず種々の変形が可能である。可能であれば、各実施形態の個々の部分を入れ替えて組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１…太陽電池システム
２…集光素子
２１…基板
２２…透過部材
３…太陽電池
【図１】
2012248776.tif 000003
【図２】
2012248776.tif 000004
【図３】
2012248776.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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