(57)【要約】【課題】高集光度が得られ、また高集光度による高温対策が施された冷却技術を有する集光型太陽光発電システムを提供する。【解決手段】ビームダウン式の集光装置を利用したため、ヘリオスタット５のミラー枚数やヘリオスタット５自体の数を増やした分だけ、集光度を高めることができる。集光度が高くなるのに伴い太陽電池セル１２０の温度が上昇するが、太陽電池セル１２０の裏面を覆う冷却体１０３により確実に冷却することができる。冷却体１０３は内部に冷媒用通路を有する一体的な鋳造体なので、熱衝撃等にも強い。【選択図】図１
2012038953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上よりも高い位置に設置され、下面に反射面を有するセンターミラーと、
前記センターミラーの周囲の地上に設置され、太陽光を前記センターミラーに反射する複数のヘリオスタットと、
前記センターミラーで反射された太陽光が集光する位置に設置された１または複数の太陽光発電モジュールとから構成され、
前記太陽光発電モジュールは、
表面側の一部が受光素子となっている複数の太陽電池セルが矩形状に並置された１または複数の太陽電池セル集合体と、前記太陽電池セル集合体の裏面全体を覆う様に設けられ、内部に冷媒用通路を有する一体的な鋳造体で構成された冷却体と、前記太陽電池セル集合体の表面側に設けられ、各々の前記太陽電池セルの受光素子に光を集中させる１または複数の集光体とを具備することを特徴とする集光型太陽光発電システム。
【請求項２】
前記センターミラーは、断面が楕円に合致した湾曲面を有し、かつ、下方に第１焦点と第２焦点を持つものであり、
前記太陽光発電モジュールは、前記第２焦点の位置に設置されており、
前記ヘリオスタットは、反射光が前記第１焦点へ向かうように制御されることを特徴とする請求項１記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項３】
前記センターミラーは、断面が楕円に合致した湾曲面を有し、かつ、下方に第１焦点と第２焦点を持つものであり、
上部開口よりも下部開口の方が小さく且つ内面が鏡面とされた筒型集光鏡を、前記上部開口の中心と前記第２焦点とを略一致させた状態で設置し、
前記太陽光発電モジュールは、筒型集光鏡の下部開口内に設置されており、
前記ヘリオスタットは、反射光が前記第１焦点へ向かうように制御されることを特徴とする請求項１記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項４】
前記ヘリオスタットは、日中の太陽方位の対角となる範囲に収まるように設置されており、
前記センターミラーは、前記ヘリオスタットからの反射光が当たらない部分が切欠かれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項５】
前記太陽電池セルの受光素子は、化合物結晶系の多接合セル構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項６】
前記冷却体は、銅または銅合金製であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項７】
前記冷媒用通路は、２系統以上の独立した通路であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項８】
前記集光体は、光の出口側の断面が狭まった略四角錐のプリズムが矩形状に並置された状態で一体成形されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項９】
前記集光体の光の入口側に、太陽光の強度を均一化し且つ紫外線を吸収するガラス部材を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電システム。
【請求項１０】
前記冷却体は、自律して冷媒を遮断または流量制御することが可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の集光型太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光型太陽光発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常のシリコン系の太陽電池セルは、非集光の太陽光を当てることにより１５％程度の発電効率が得られる。一方、人工衛星などに用いられているＧａＡｓなどのIII−Ｖ族太陽電池セルは、材料コストが高いが、変換効率が高い。多接合セル構造のものは変換効率３３％が得られ、さらに集光した太陽光を当てることにより４０％以上の変換効率も可能となる。このような高い変換効率の太陽電池セルに集光した太陽光を当てて高効率で発電を行うことは集光型太陽光発電（ＣＰＶ）と呼ばれ着目されている。
【０００３】
集光型太陽光発電で使用される集光装置としては、一般に太陽を追尾しながら常に太陽に向いた状態を維持するディッシュ型のミラーが使用されている。複数のミラー要素をディッシュ型に形成して、その焦点位置に太陽電池セルを固定した構造である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６６９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、集光装置がディッシュ型のため、集光度が５００倍程度であり、得られる発電量に限界があった。すなわち、ディッシュ型は大型化すると自重によりミラー表面が歪むため大型化が困難であり、５００倍程度の集光度が限界であった。そのため、集光度を８００倍〜２０００倍程度にまで高めれば、より高い発電効率が得られるにもかかわらず、それを実現するための集光型太陽光発電システムが提案されずにいた。
【０００６】
また、集光度が高くなるのに伴い太陽電池セルの温度が上昇するが、太陽電池セルには許容上限温度がある。通常は５００倍程度の集光度であるが、それを超えて８００倍〜２０００倍程度まで高めようとする場合は、そのような高集光度条件下においても太陽電池セルを問題がない温度にまで確実に冷却できる技術がなかった。すなわち、従来は単なる空冷や水冷による冷却で、高集光度による高温対策が施された信頼性のおける冷却技術がなかった。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術の課題に着目してなされたものであり、高集光度が得られ、また高集光度による高温対策が施された冷却技術を有する集光型太陽光発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、地上よりも高い位置に設置され、下面に反射面を有するセンターミラーと、前記センターミラーの周囲の地上に設置され、太陽光を前記センターミラーに反射する複数のヘリオスタットと、前記センターミラーで反射された太陽光が集光する位置に設置された１または複数の太陽光発電モジュールとから構成され、前記太陽光発電モジュールは、表面側の一部が受光素子となっている複数の太陽電池セルが矩形状に並置された１または複数の太陽電池セル集合体と、前記太陽電池セル集合体の裏面全体を覆う様に設けられ、内部に冷媒用通路を有する一体的な鋳造体で構成された冷却体と、前記太陽電池セル集合体の表面側に設けられ、各々の前記太陽電池セルの受光素子に光を集中させる１または複数の集光体とを具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記センターミラーは、断面が楕円に合致した湾曲面を有し、かつ、下方に第１焦点と第２焦点を持つものであり、前記太陽光発電モジュールは、前記第２焦点の位置に設置されており、前記ヘリオスタットは、反射光が前記第１焦点へ向かうように制御されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記センターミラーは、断面が楕円に合致した湾曲面を有し、かつ、下方に第１焦点と第２焦点を持つものであり、上部開口よりも下部開口の方が小さく且つ内面が鏡面とされた筒型集光鏡を、前記上部開口の中心と前記第２焦点とを略一致させた状態で設置し、前記太陽光発電モジュールは、筒型集光鏡の下部開口内に設置されており、前記ヘリオスタットは、反射光が前記第１焦点へ向かうように制御されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記ヘリオスタットは、日中の太陽方位の対角となる範囲に収まるように設置されており、前記センターミラーは、前記ヘリオスタットからの反射光が当たらない部分が切欠かれていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、前記太陽電池セルの受光素子は、化合物結晶系の多接合セル構造であることを特徴とする特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、前記冷却体は、銅または銅合金製であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、前記冷媒用通路は、２系統以上の独立した通路であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、前記集光体は、光の出口側の断面が狭まった略四角錐のプリズムが矩形状に並置された状態で一体成形されたものであることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、前記集光体の光の入口側に、太陽光の強度を均一化し且つ紫外線を吸収するガラス部材を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、前記冷却体は、自律して冷媒を遮断または流量制御することが可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、センターミラーとヘリオスタットによるビームダウン式の集光装置を利用したものであり、太陽光発電モジュールに複数のヘリオスタットにより反射した太陽光を集めるため、ヘリオスタットのミラー枚数やヘリオスタット自体の数を増やした分だけ、太陽光発電モジュールに対する集光度を高めることができる。タワー式の場合は、タワーの一方側にしかヘリオスタットを配置することができないが、ビームダウン式の場合は最大３６０度全周範囲にヘリオスタットを配置することができるため、ヘリオスタットの数を増して集光度を十分に高めることができる。
【００１９】
また、集光度が高くなるのに伴い太陽電池セルの温度が上昇するが、複数の太陽電池セルが矩形状に並置された太陽電池セル集合体の裏面全体を覆う様に冷却体が設けられるので、受光時に発生した太陽電池セルなどの熱を冷却できる。冷却体は、内部に冷媒用通路を有する一体的な鋳造体である。鋳造体なので、急に太陽光が当たった場合などの熱衝撃にも強い。
【００２０】
しかし、太陽電池セルは各辺が２０〜３５ｍｍ程度の矩形であるが、冷却体は各辺が１００〜１５０ｍｍ程度の矩形が実用的に製作できる最小の大きさであり、大きいものは各辺が１ｍ程度の矩形を製作することも可能である。そこで、複数の太陽電池セルを並べた大きさと、冷却体の大きさをほぼ同じ大きさとすることにより、太陽電池セルを冷却体で効率的に冷却できる。
【００２１】
さらに、内部に冷媒用通路を有する一体的な鋳造体で構成されているので、（冷却体として一般的な）ジャケット構造のものと比べ、（ア）（冷媒用通路の断面を狭くできるので）冷媒の流速を速くすることができ、高い熱負荷にも対応できる、（イ）冷媒用通路のターン部を少なくできるため、冷媒の圧力損失が低くなる、（ウ）冷媒用通路のターン部での淀みが生じなくなるため、通路内部での付着物の成長が抑制され、冷却能力が低下しにくい、といった効果が得られ、８００倍〜２０００倍程度まで高めた集光度による高温にも対応できる。また、各々の受光素子に光を集中させる１または複数の集光体を設けているので、太陽光発電モジュールが受光した光を無駄なく発電に利用することができ、発電量が増加する。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、センターミラーは断面が楕円に合致した湾曲面を有した形状であって、ヘリオスタットで反射した太陽光がセンターミラーの第１焦点を通過すれば、その太陽光は幾何光学的に必ず第２焦点に集光する。そのため、ヘリオスタットは反射光が常に第１焦点へ向かうように制御すれば良く、ヘリオスタットの制御が容易である。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、第２焦点の周囲に筒型集光鏡が設けられているため、第２焦点から外れた太陽光を筒型集光鏡の内面で反射して確実に太陽光発電モジュールに導くことができる。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、センターミラーにおいてヘリオスタットからの反射光が当たらない部分を切り欠いているため、センターミラーの小型化を図ることができ、センターミラーの設置作業が容易になる。また、ヘリオスタットは日中の太陽方位の対角となる範囲に収まるように設置されているため、全周に配置する場合よりもヘリオスタットの数は減るものの、太陽光の入射方向と反射方向の関係によりエネルギーのロスが大きくなる領域のヘリオスタットが省略されただけなので、集光装置全体のエネルギーのロスはそれほど大きくなく、減った分のヘリオスタットのコスト削減を考慮すると、結果的に太陽光の利用効率及びコストの面で有利な構造となる。
【００２５】
請求項５記載の発明によれば、太陽電池セルの受光素子が化合物結晶系の多接合セル構造なので、発電効率が高い。
【００２６】
請求項６記載の発明によれば、冷却体を銅または銅合金製としたため、熱伝導率が高く、冷却能力を高めることができる。
【００２７】
請求項７記載の発明によれば、冷却体に設けられた冷媒用通路が２系統以上の独立した通路なので、１系統の通路が詰まったり、冷却体が部分的に焼損したりした場合であっても、冷却機能が全面的に失われてしまう危険が低い。１系統のみ冷媒の流通を止めて発電することも、場合によっては可能である。
【００２８】
請求項８記載の発明によれば、集光体は、光の出口側の断面が狭まった略四角錐のプリズムが矩形状に並置された状態で一体成形されている。そのため、バラバラの状態のプリズムと比較して、太陽電池セルへの取り付けが容易になる。また、一体成形されているので、隣り合ったプリズムとの接合面がないので、接合面から雨水が浸入したり、接合面が破損したりするおそれがない。
【００２９】
請求項９記載の発明によれば、集光体の表面側にガラス部材を設けたため、このガラス部材により集光された太陽光の強度を均一化できると共に、太陽電池セル劣化の原因となる紫外線を吸収することができる。
【００３０】
請求項１０記載の発明によれば、冷却体は、自律して冷媒を遮断または流量制御できるので、太陽電池セルの破損、水路（冷媒用通路）のトラブル（詰まり、水漏れなど）といった不具合が太陽光発電モジュールに発生しても、その不具合が生じたモジュールの冷却体に流れる冷媒のみを遮断または流量制御できるので、他の不具合が生じていない太陽光発電モジュールによって発電を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態に係る集光型太陽光発電システムを示す斜視図。
【図２】集光型太陽光発電システムを示す平面図。
【図３】集光型太陽光発電システムを示す一部断面の側面図。
【図４】ヘリオスタットを示す斜視図。
【図５】ヘリオスタットを示す分解斜視図。
【図６】ヘリオスタットのミラーの支持構造を示す概略説明図。
【図７】発電エリアを示す側面図。
【図８】発電エリアを示す平面図。
【図９】太陽光発電モジュールを示す斜視図。
【図１０】太陽光発電モジュールの構成を示す分解斜視図。
【図１１】集光体を示す斜視図。
【図１２】太陽光発電モジュールの集光状態を示す断面図。
【図１３】冷却体を示す裏面図。
【図１４】図１３中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う冷却体の断面図。
【図１５】第２実施形態に係る筒型集光鏡と発電エリアを示す側面図。
【図１６】発電エリアを筒型集光鏡の上から見た平面図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１〜図１４は、本発明の第１実施形態を示す図である。この実施形態では、小型のパイロットプラント級の集光型太陽光発電を例に説明する。また東西南北の方向性は日本のように北半球の中緯度の地域を例にして説明する。
【００３３】
図１はビームダウン型の集光装置を示している。中心にはセンターミラー１が３本のタワー１ａにより地面から約２０ｍの高さに支持されている。センターミラー１の表面形状は仮想的な回転楕円体の一部をなし、北側の約１／４の範囲が切欠かれた形状をしている。センターミラー１は主軸を含む縦断面が楕円に合致した湾曲面を有し、主軸上に共焦点として第１焦点Ａ（上側）と第２焦点Ｂ（下側）が存在している。
【００３４】
センターミラー１の真下には支持台４が設置され、その上面に発電エリア３が設けられている。この発電エリア３は、後述する太陽光発電モジュール１０１が９個（３行３列）の矩形状に隙間なく並置されたものである。
【００３５】
センターミラー１の北側から東西両側にかけて約３／４の角度範囲内に合計１１３基のヘリオスタット５が放射状に設置されている。ヘリオスタット５が配置されている範囲は、日中の太陽方位の対角となる範囲で、センターミラー１の南側領域にはヘリオスタット５は配置されていない。
【００３６】
このヘリオスタット５は、ミラー要素としての４枚のミラー２に反射機能を分散させたマルチミラー型のものである。各ヘリオスタット５のベース６にはセンターミラー１側にバー７が立設され、その上端にセンサー８が固定されている。ベース６のバー７とは反対側に支柱９が設けられ、その上端に第１駆動部１０が設けられている。第１駆動部１０には、地球の自転軸と平行で地面に対して所定の角度を有する第１軸１１が設けられている。この第１軸１１は第１駆動部１０により軸心を中心に日周運動に関連する赤経方向Ｘ（図６参照）へ回転自在である。
【００３７】
第１軸１１の先端にはコ字形のフレーム１２が固定されている。このフレーム１２の両側のフランジには第１軸１１と直交する方向に第２軸１３が貫通している。第２軸１３は金属パイプで、フランジの外側へ両側が突出している。フレーム１２と第２軸１３との間には、第２軸１３を季節運動に関連する赤緯方向Ｙ（図６参照）へ回転させる第２駆動部１４が設けられている。
【００３８】
フレーム１２から外側へ突出した第２軸１３の両端には別の支持パイプ１５が直交方向に貫通している。第２軸１３と支持パイプ１５でＨ形を形成し、その四隅となる支持パイプ１５の両端にミラー２がそれぞれ金具１６により取り付けられている。ミラー２は直径５０ｃｍの円形で、その表面はそれぞれ第１焦点Ａまでの距離に応じた焦点距離を有する凹球面になっている。
【００３９】
フレーム１２の内側の第２軸１３には一対のブラケット１７を介してセンサーミラー１８が取付けられている。センサーミラー１８は横長の長方形で、表面はフラットである。
【００４０】
センサーミラー１８で反射された太陽光Ｌはセンサー８により受光される。センサー８は、センサーミラー１８と第１焦点Ａの間に位置しており、センサーミラー１８とセンサー８を結ぶ線の延長線上に第１焦点Ａが存在する。従って、センサーミラー１８で反射された太陽光Ｌが常にセンサー８で受光されるようにミラー２の赤経方向Ｘ及び赤緯方向Ｙへの回転を制御すると、その太陽光Ｌはセンサー８の先の第１焦点Ａに必ず向かうことになる。４枚のミラー２は、センサーミラー１８にて反射された太陽光Ｌの光路を代表的光軸として、その光軸上における焦点距離位置である第１焦点Ａを通過するように予め角度が調整されている。
【００４１】
センサー８の内部には太陽光Ｌの左右方向（赤経方向）及び上下方向（赤緯方向）での中立位置を検出する光検出素子が設けられており、センサー８から第１駆動部１０及び第２駆動部１４へ信号を出力している。そして、センサーミラー１８で反射される太陽光Ｌが必ずセンサー８で受光されるように（センサー８の方向に向かうように）、第１駆動部１０及び第２駆動部１４をフィードバック制御し、第１軸１１及び第２軸１３を赤道儀方式により赤経方向Ｘ及び赤緯方向Ｙへ回転させて、４枚のミラー２で反射された４本の太陽光Ｌを第１焦点Ａに向けて反射している。各ミラー２で反射された太陽光Ｌは所定の太さを有する光束で、第１焦点Ａを通過する時に最も細くなり、第１焦点Ａを通過してから多少拡散しながらセンターミラー１で反射されて第２焦点Ｂに向かう。第２焦点Ｂは発電エリア３内に位置しているため、太陽光Ｌは発電エリア３に対して所定の大きさのスポットとなって当たり、発電エリア３を構成する太陽電池セル１２０が発電する。
【００４２】
この際、各ミラー２が小さいため、製造時の表面形状精度がそのまま維持され、発電エリア３において歪みの少ないスポットを形成することができる。歪みの少ない形状のスポットは発電エリア３に当たる太陽光Ｌの強度及び範囲を計算する際に有利である。
【００４３】
また、ヘリオスタット５のミラー２が、第１軸１１を中心にした日周運動と、第２軸１３を中心とした季節運動で回転する赤道儀方式のため、太陽を追尾し易い。すなわち、一日のミラー２の動きは専ら日周運動に支配され、季節運動はほんの僅かであるため、従って、例えば、センサー８による太陽Ｓの追尾中に、太陽Ｓが雲で隠れた場合などは、照度計などによりその状態を検知して、センサー８によるリアルタイム制御から、通常の太陽の動きに応じた定速回転を再現するクロック制御に切り換える。そうすれば、ミラー２は概ねセンサー８で制御している場合と同様の回転を進めるため、雲が無くなって再び太陽Ｓが現れた時には、センサーミラー１８で反射された太陽光Ｌは必ずセンサー８に当たり、センサー８による制御が復帰して、センサー８によるリアルタイム追尾制御をそこから継続することができる。
【００４４】
更に、センサー８による制御は、センサーミラー１８で実際に反射された太陽光Ｌの光路位置をリアルタイムで検出するため、いわゆる二次側制御（出側制御）となり、ヘリオスタット５に加わった外因（風圧やガタなど）も含めて制御することができ、ヘリオスタット５で反射されて発電エリア３に当たった太陽光Ｌのスポットが完全に停止した状態となり動かない。従って、発電エリア３における太陽光Ｌの強度が変動せず、発電出力の変動も小さくすることができる。
【００４５】
発電エリア３は、前述の如く、９個（３行３列）の太陽光発電モジュール１０１から構成されている。太陽光発電モジュール１０１は、太陽電池セル集合体１０２と冷却体１０３と集光体１０４とから構成されている。太陽電池セル集合体１０２は、表面に受光素子１１９を有する３６枚の太陽電池セル１２０を６行６列の矩形状に隙間なく並置した構造をしている。太陽電池セル１２０は四角形で、中央の受光素子１１９も小さい四角形である。太陽電池セル１２０の受光素子１１９以外の部分は、受光素子１１９で発生した電力を取り出す電極になっている。各々の太陽電池セル１２０は、直列に接続されている。そのため、太陽光発電モジュール１０１全体で得られる電圧は、太陽電池セル１２０の発生電圧に並置されている数を乗じたものとなる。ゲルマニウム・ガリウム系の３層接合型太陽電池セルの発生電圧は２．７Ｖなので、太陽光発電モジュール１０１の発生電圧は９７．２Ｖとなる。電気機器の使用電圧は１００Ｖ、２００Ｖまたは４００Ｖが一般的なので、太陽光発電モジュール１０１の単独または二組もしくは四組を任意に直列に組み合わせにより、希望する電圧を得ることができる。もっとも、（太陽光発電モジュール１０１に並置されている）太陽電池セル１２０の全てを直列に接続することは必須ではなく、直列接続する数は任意に決めることができる。
【００４６】
太陽光発電モジュール１０１における太陽電池セル１２０の表面側には集光体１０４が設けられている。この集光体１０４は、略四角錐のガラス製のプリズム１２１を縦横６列に同じ高さで同じ向きに並べた形状として一体成形したものである。集光体１０４が一体成形品のため、バラバラの状態のプリズムと比較して、太陽電池セル１２０への取り付けが容易になる。また、一体成形されているので、隣り合ったプリズムとの接合面がないので、接合面から雨水が浸入したり、接合面が破損したりするおそれがない。
【００４７】
この一体物としての集光体１０４の光の入口側の面は、太陽電池セル集合体１０２と略同じ大きさである。光の出口になる各々の面は、太陽電池セル１２０の受光素子１１９と同じ大きさで、受光素子１１９に近接配置されている。この集光体１０４は、断面積が小さくなることにより、表側から入光した太陽光Ｌが内面で反射されながら６倍に集光されて裏側の端面より出射される。すなわち、出口側の面積の合計が入口側の面積の１／６になっている。集光体１０４の出口側の端面が太陽電池セル１２０の受光素子１１９に相応した形状及びサイズのため、集光体１０４の内側に入射した太陽光Ｌは受光素子１９に合致した四角形範囲に集光され且つ分散されて受光素子１１９に当たる。
【００４８】
集光体１０４の更に表側（光の入口側）には透明なガラス部材１２２が設けられている。このガラス部材１２２に集光された太陽光Ｌが入射することにより、内部で反射及び屈折することで、入射した太陽光Ｌの強度をガラス部材１２２の形状範囲内において均一化することができる。また、透明ガラス製のため、内部を透過する時に、太陽光Ｌの紫外線領域を吸収することができる。紫外線は受光素子１１９の劣化の原因になる波長領域のため、受光素子１１９の保護となる。尚、集光体１０４を透過する場合も、同じ透明ガラス製のため、同様に紫外線が吸収されている。
【００４９】
このような構造の太陽光発電モジュール１０１を９個（３行３列）組み合わせた発電エリア３の面積は０．３６平方メートルである。また、１１３基のヘリオスタット５はそれぞれ直径５０ｃｍの円形ミラー２を４枚ずつ持っているため、ミラー２の総数は４５２枚で、ミラー２の総反射面積は約９０平方メートルとなる。そのミラー２群により反射された太陽光Ｌの全てが発電エリア３の範囲内に入射する。発電エリア３の面積内に太陽光Ｌが全て集光することにより約２５０倍の集光度となる。約２５０倍に集光された太陽光Ｌは前述の集光体１０４により更に６倍に集光される。従って、集光体１０４を透過して太陽電池セル１２０の受光素子１１９に入射する太陽光Ｌの集光度は、約１５００倍となる。約１５００倍の太陽光Ｌが入射することにより、発電素子１９の発電効率は４０％以上に高まる。
【００５０】
太陽光Ｌの集光度が１５００倍程度になると、太陽電池セル１２０は強く加熱される。そのために、冷却体１０３を太陽電池セル集合体１０２の裏面に密着状態で設けて、太陽電池セル１２０の温度を下げている。冷却体１０３は、熱伝導率の高い銅金属製で、内部に２系統の冷媒用通路１２３が形成された一体的な鋳造体である。冷媒用通路１２３の両端には、それぞれ冷却体１０３の裏面側に入口１２４と出口１２５が形成され、そこに循環パイプ１２６が連結され、冷媒としての水Ｗが循環できるようになっている。
【００５１】
従って、加熱された太陽電池セル１２０は冷却体１０３により熱を奪われ、冷却体１０３に伝わった熱は水Ｗにより順次取り出されるために、太陽電池セル１２０の温度は１００℃以下に維持される。冷却体１０３が熱伝導性の良い銅製で、流体が比熱の大きな水Ｗであるため、熱抵抗が小さく常に十分な温度差を確保することができ、太陽電池セル１２０が受ける熱を確実に熱流として除去し、且つ、熱輸送によって回収することができる。さらに、一体的な鋳造体なので、水Ｗの流速を速くすることにより高い熱負荷にも対応できる、ターン部１２７を少なくすることで水Ｗの圧力損失が低くなる、冷媒通路１２３の内部での付着物の成長が抑制されるので冷却能力が低下しにくい。
【００５２】
また、冷媒通路１２３は２系統の独立した通路なので、１系統の通路が詰まったり、冷却体１０３が部分的に焼損したりした場合であっても、冷却機能が全面的に失われてしまう危険が低い。さらに、冷却体１０３に流れる水Ｗは、自律して遮断や流量制御ができる様になっている。従って、太陽電池セル１２０の破損、冷媒通路１２３のトラブル（詰まり、水漏れなど）といった不具合が太陽光発電モジュール１０１に発生しても、他とは独立して水Ｗを遮断または流量制御できるので、不具合が生じていない太陽光発電モジュール１０１によって発電を継続することができる。尚、冷却体１０３を通過した水Ｗは加温されるので、その熱を他の用途に有効利用することもできる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、太陽光発電モジュール１０１（太陽電池セル１２０）をビームダウン式の集光装置の第２焦点Ｂに位置させ、そこに複数のヘリオスタット５により反射した太陽光Ｌを当たるため、ヘリオスタット５のミラー２の枚数やヘリオスタット５自体の数を増やした分だけ、太陽電池セル１２０に対する集光度を高めることができる。
【００５４】
図１５及び図１６は、本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００５５】
この実施形態では、支持台２８の上部に筒型集光鏡２７を設置し、その筒型集光鏡２７の内側に発電エリア３を設けたものである。筒型集光鏡２７は複数のミラーセグメント２９から形成されたテーパー形状で、上部開口よりも下部開口が小さくなっており、内面はミラーセグメント２９により全体が鏡面になっている。そして、筒型集光鏡２７の上部開口における中心に第２焦点Ｂが位置している。
【００５６】
ヘリオスタット５で反射された太陽光Ｌは、本来は正確に第１焦点Ａを通過し、センターミラー１で反射されてから、全てが第２焦点Ｂに向かうように設計されているが、ヘリオスタット５の駆動機構の状態や、センターミラー１の反射面の状態によっては、一部の太陽光Ｌが第２焦点Ｂから少しずれる場合がある。そのような場合も、この実施形態によれば、第２焦点Ｂの周囲に筒型集光鏡２７を設けているため、第２焦点Ｂから外れた太陽光Ｌも筒型集光鏡２７の内面で反射して確実に発電エリア３に導くことができる。
【００５７】
ある程度集光された太陽光Ｌが筒型集光鏡２７の内面に当たるため、筒型集光鏡２７は加熱された状態になるが、筒型集光鏡２７が複数のミラーセグメント２９から構成されているため、太陽光Ｌにより加熱されても各ミラーセグメント２９内において内部応力を容易に解放することができ破損しにくい。
【００５８】
尚、以上の各実施形態では、センターミラー１の約１／４を切り欠いた形状にして、ヘリオスタット５をセンターミラー１の周囲の３／４の範囲に設置する例を示したが、センターミラー１は全方位をカバーする形状にして、ヘリオスタット５はセンターミラー１の全周に設置する構造にしても良い。
【００５９】
また、本実施形態では、４枚のミラー２を有するヘリオスタット５を例にしたが、ミラー２の数は４枚に限定されず、５枚以上にすることも可能である。
【００６０】
更に、集光体１０４は、内面が鏡面とされたテーパー形状の金属筒を用いても良い。
【００６１】
冷却体１０３の材質として銅を例にしたが、それ以外の熱伝導性の良い金属を用いてもよく、そこに循環する流体も水Ｗ以外の液体でも良いし、空気などの気体でも良い。
【００６２】
更に、太陽電池セル集合体１０２を構成する太陽電池セル１２０の数、集光体１０３を構成する一体成形されたプリズム１２１の数、太陽光発電モジュール１０１を構成する集光体１０３の数は、例示した数に限定されない。
【００６３】
更に、集光体１０３は、大きさが太陽電池セル集合体１０２や冷却体１０３の大きさと同じものを例にしたが、これらより小さなものを並べることも可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  センターミラー
２  ミラー
３  発電エリア  
５  ヘリオスタット
８  センサー
１８  センサーミラー
２７  筒型集光鏡
１０１  太陽光発電モジュール
１０２  太陽電池セル集合体
１０３  冷却体
１０４  集光体
１１９  受光素子
１２０  太陽電池セル
１２１  プリズム（集光体の一部）
１２２  ガラス部材
１２３  冷媒用通路
Ａ  第１焦点
Ｂ  第２焦点
Ｘ  赤経方向
Ｙ  赤緯方向
Ｌ  太陽光
Ｓ  太陽
Ｗ  水（冷媒）
【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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【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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【図１５】
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【図１６】
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